JPH10319348A - 光学変調装置及びそれを用いた投影装置 - Google Patents
光学変調装置及びそれを用いた投影装置Info
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- JPH10319348A JPH10319348A JP9147124A JP14712497A JPH10319348A JP H10319348 A JPH10319348 A JP H10319348A JP 9147124 A JP9147124 A JP 9147124A JP 14712497 A JP14712497 A JP 14712497A JP H10319348 A JPH10319348 A JP H10319348A
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- H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 色分解回折格子と液晶より成る光学変調素子
とを用いてカラー画像情報を高い光学性能で投影するこ
とのできる光学変調装置及びそれを用いた投影装置を得
ること。 【解決手段】 入射光を複数の色光に色分解して出射さ
せる回折格子と複数の画素を有し、各画素毎に入射光を
光変調して出射させる光学変調素子とを有し、該回折格
子に光束を入射させたときに該回折格子から生じる各色
光を該光学変調素子の色光毎に設けた画素に各々入射さ
せて光変調を行う光学変調装置において該光学変調素子
は光入射側と光射出側に各々、互いに偏光軸が直交する
偏光板を設けており、該回折格子は１次元格子より成
り、該回折格子の格子方向と該光入射側の偏光板の偏光
軸方向とが同一平面内に存在するようにしていること。
とを用いてカラー画像情報を高い光学性能で投影するこ
とのできる光学変調装置及びそれを用いた投影装置を得
ること。 【解決手段】 入射光を複数の色光に色分解して出射さ
せる回折格子と複数の画素を有し、各画素毎に入射光を
光変調して出射させる光学変調素子とを有し、該回折格
子に光束を入射させたときに該回折格子から生じる各色
光を該光学変調素子の色光毎に設けた画素に各々入射さ
せて光変調を行う光学変調装置において該光学変調素子
は光入射側と光射出側に各々、互いに偏光軸が直交する
偏光板を設けており、該回折格子は１次元格子より成
り、該回折格子の格子方向と該光入射側の偏光板の偏光
軸方向とが同一平面内に存在するようにしていること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学変調装置及びそ
れを用いた投影装置に関し、例えば液晶パネル（液晶表
示素子）等の画像変調素子（光学変調素子とも言う。）
に表示された投影像原画（カラー画像）をスクリーン面
上に拡大投影する際の色分解手段としての回折格子や光
学変調素子等の各要素を適切に設定することによってカ
ラー画像を良好なる状態で観察することができる、例え
ばカラー液晶プロジェクター等に好適なものである。
れを用いた投影装置に関し、例えば液晶パネル（液晶表
示素子）等の画像変調素子（光学変調素子とも言う。）
に表示された投影像原画（カラー画像）をスクリーン面
上に拡大投影する際の色分解手段としての回折格子や光
学変調素子等の各要素を適切に設定することによってカ
ラー画像を良好なる状態で観察することができる、例え
ばカラー液晶プロジェクター等に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、液晶ライトバルブ等の投影像
原画をスクリーン面上に拡大投影するようにした投影装
置が種々と提案されている。
原画をスクリーン面上に拡大投影するようにした投影装
置が種々と提案されている。
【０００３】このうち光学変調素子として液晶を用いた
光学変調装置を利用し、カラー画像情報を所定面上に投
影するようにした単板型の投影装置が種々と提案されて
いる。液晶より成る光学変調素子を用いた単板型のカラ
ー光学変調装置は光学変調素子（液晶）の画素周辺部に
ある光学変調制御部の配線を遮光するブラックマトリク
ス面積が光学変調素子に占める割合が高く、この結果、
装置全体の光利用効率を低下させる要因となっていた。
光学変調装置を利用し、カラー画像情報を所定面上に投
影するようにした単板型の投影装置が種々と提案されて
いる。液晶より成る光学変調素子を用いた単板型のカラ
ー光学変調装置は光学変調素子（液晶）の画素周辺部に
ある光学変調制御部の配線を遮光するブラックマトリク
ス面積が光学変調素子に占める割合が高く、この結果、
装置全体の光利用効率を低下させる要因となっていた。
【０００４】図１０は光利用効率の向上を図った液晶を
用いた光学変調装置２００の要部概略図である。同図に
おいてマイクロレンズアレイ１２１を各々カラーフィル
ター１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂの前面に配置し、白
色光源からの照明光Ｗを光学変調素子１２０の各画素
Ｂ，Ｇ，Ｒに集光させている。これにより、光学変調装
置２００の光利用効率を向上させている。ここで、図１
０における１２２は透明基板、２０５はブラックマトリ
クスである。
用いた光学変調装置２００の要部概略図である。同図に
おいてマイクロレンズアレイ１２１を各々カラーフィル
ター１５１Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂの前面に配置し、白
色光源からの照明光Ｗを光学変調素子１２０の各画素
Ｂ，Ｇ，Ｒに集光させている。これにより、光学変調装
置２００の光利用効率を向上させている。ここで、図１
０における１２２は透明基板、２０５はブラックマトリ
クスである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図１０に示す光学変調
装置では、白色光Ｗから各光学変調素子の画素に応じた
色光を取り出す部材として、カラーフィルター１５１
Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂを用いているが、カラーフィル
ターは各画素へ入射する白色光のうち、ある波長成分の
光のみを透過するため、それ以外の波長成分の光に関し
ては無駄になっており、光利用効率が非常に低いという
問題点があった。
装置では、白色光Ｗから各光学変調素子の画素に応じた
色光を取り出す部材として、カラーフィルター１５１
Ｒ，１５１Ｇ，１５１Ｂを用いているが、カラーフィル
ターは各画素へ入射する白色光のうち、ある波長成分の
光のみを透過するため、それ以外の波長成分の光に関し
ては無駄になっており、光利用効率が非常に低いという
問題点があった。
【０００６】本発明は光学変調素子を構成する複数の画
素に色分解手段で色分解した各色光を照射し、このとき
色分割手段と光学変調素子の構成を適切に設定すること
によって光量損失が少なく、良好なる状態で光変調を行
い、該光学変調素子に基づく画像情報を所定面上に高い
光学性能で投影することができる光学変調装置及びそれ
を用いた投影装置の提供を目的とする。
素に色分解手段で色分解した各色光を照射し、このとき
色分割手段と光学変調素子の構成を適切に設定すること
によって光量損失が少なく、良好なる状態で光変調を行
い、該光学変調素子に基づく画像情報を所定面上に高い
光学性能で投影することができる光学変調装置及びそれ
を用いた投影装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の光学変調装置は （１ー１）入射光を複数の色光に色分解して出射させる
回折格子と複数の画素を有し、各画素毎に入射光を光変
調して出射させる光学変調素子とを有し、該回折格子に
光束を入射させたときに該回折格子から生じる各色光を
該光学変調素子の色光毎に設けた画素に各々入射させて
光変調を行う光学変調装置において該光学変調素子は光
学変調制御部、光学変調被制御部、入射側偏光素子、出
射側偏光素子より成り、該回折格子と光学変調被制御部
の間もしくは該白色光源と該回折格子の間の少なくとも
どちらか一方に配置された入射側偏光素子の偏光軸が、
回折格子の格子方向ベクトルと回折格子の格子法線ベク
トルが作る平面内に含まれることを特徴としている。
回折格子と複数の画素を有し、各画素毎に入射光を光変
調して出射させる光学変調素子とを有し、該回折格子に
光束を入射させたときに該回折格子から生じる各色光を
該光学変調素子の色光毎に設けた画素に各々入射させて
光変調を行う光学変調装置において該光学変調素子は光
学変調制御部、光学変調被制御部、入射側偏光素子、出
射側偏光素子より成り、該回折格子と光学変調被制御部
の間もしくは該白色光源と該回折格子の間の少なくとも
どちらか一方に配置された入射側偏光素子の偏光軸が、
回折格子の格子方向ベクトルと回折格子の格子法線ベク
トルが作る平面内に含まれることを特徴としている。
【０００８】（１ー２）入射光を複数の色光に色分解し
て出射させる回折格子と複数の画素を有し、各画素毎に
入射光を光変調して出射させる光学変調素子を該複数の
色光毎に設け、該光学変調素子は光学変調制御部、光学
変調被制御部、入射側偏光素子、出射側偏光素子より成
り、該回折格子に光束を入射させたときに該回折格子か
ら生じる各色光を、該色光毎に設けた光学変調素子の光
学変調被制御部に各々入射させて光変調を行なう光学変
調装置において該回折格子と光学変調制御部の間もしく
は該白色光源と該回折格子の間の少なくともどちらか一
方に配置された入射側偏光素子の偏光軸が、回折格子の
格子方向ベクトルと回折格子の格子法線ベクトルが作る
平面内に含まれることを特徴としている。
て出射させる回折格子と複数の画素を有し、各画素毎に
入射光を光変調して出射させる光学変調素子を該複数の
色光毎に設け、該光学変調素子は光学変調制御部、光学
変調被制御部、入射側偏光素子、出射側偏光素子より成
り、該回折格子に光束を入射させたときに該回折格子か
ら生じる各色光を、該色光毎に設けた光学変調素子の光
学変調被制御部に各々入射させて光変調を行なう光学変
調装置において該回折格子と光学変調制御部の間もしく
は該白色光源と該回折格子の間の少なくともどちらか一
方に配置された入射側偏光素子の偏光軸が、回折格子の
格子方向ベクトルと回折格子の格子法線ベクトルが作る
平面内に含まれることを特徴としている。
【０００９】特に構成（１ー１）又は（１ー２）におい
て （１−２−１）各色光毎に設けられた光学変調素子の入
射側偏光素子を該回折格子と光学変調被制御部の間に設
ける場合、入射側偏光素子は他の色と兼用して用いるこ
とを特徴としていること。
て （１−２−１）各色光毎に設けられた光学変調素子の入
射側偏光素子を該回折格子と光学変調被制御部の間に設
ける場合、入射側偏光素子は他の色と兼用して用いるこ
とを特徴としていること。
【００１０】（１−２−２）前記入射側偏光素子は自然
光から任意の直線偏光を選択する、誘電体多層膜からな
る平板状またはプリズム状の偏光ビームスプリッター、
もしくは偏光板であることを特徴としていること。
光から任意の直線偏光を選択する、誘電体多層膜からな
る平板状またはプリズム状の偏光ビームスプリッター、
もしくは偏光板であることを特徴としていること。
【００１１】（１−２−３）前記回折格子に入射する光
束の中心軸と該回折格子からの０次回折光の中心軸とが
作る平面上に該回折格子の格子方向が位置しているこ
と。
束の中心軸と該回折格子からの０次回折光の中心軸とが
作る平面上に該回折格子の格子方向が位置しているこ
と。
【００１２】（１−２−４）前記回折格子は１次元ブレ
ーズド型の回折格子であること。
ーズド型の回折格子であること。
【００１３】（１−２−５）前記回折格子は格子表面に
金属膜又は金属膜と保護膜を施した反射型の回折格子よ
り成っていること。
金属膜又は金属膜と保護膜を施した反射型の回折格子よ
り成っていること。
【００１４】（１−２−６）前記回折格子は１次元バイ
ナリー型の回折格子であること。
ナリー型の回折格子であること。
【００１５】（１−２−７）前記１次元バイナリー型の
回折格子はステップ幅が不等間隔の階段ステップ構造よ
り成っていること。
回折格子はステップ幅が不等間隔の階段ステップ構造よ
り成っていること。
【００１６】（１−２−８）前記回折格子からの各色光
を集光レンズを介して前記光学変調素子の各画素に入射
させていること。
を集光レンズを介して前記光学変調素子の各画素に入射
させていること。
【００１７】（１−２−９）前記光学変調素子の複数の
画素に入射する各色光の光路中であって各色光が空間的
に分離している位置に各色光に対応した色フィルターを
設けていること。
画素に入射する各色光の光路中であって各色光が空間的
に分離している位置に各色光に対応した色フィルターを
設けていること。
【００１８】（１−２−１０）前記複数の画素を液晶よ
り構成したこと。
り構成したこと。
【００１９】（１−２−１１）前記液晶はＴＮ型液晶で
あること。
あること。
【００２０】（１ー２ー１２）前記光学変調素子は各画
素で光変調した光束を反射手段で反射し、出射させてい
ること。等を特徴としている。
素で光変調した光束を反射手段で反射し、出射させてい
ること。等を特徴としている。
【００２１】本発明の投影装置は （２ー１）構成（１ー１）又は構成（１ー２）の光学変
調装置の光学変調素子に表示された画像情報を所定面上
に投影していることを特徴としている。
調装置の光学変調素子に表示された画像情報を所定面上
に投影していることを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図である。図２，図３は図１の一部分の拡大説明図
である。図１，図２、図３において１１２は放物面鏡で
あり、その焦点位置におかれた白色光源１１１からの光
束を平行光として反射型１次元バイナリー型の回折格子
１０１に斜め方向から入射させている。反射型１次元バ
イナリー型の回折格子１０１は入射光束を赤色（Ｒ
光），緑色（Ｇ光），青色（Ｂ光）の３つの色光に分解
して反射させている。
概略図である。図２，図３は図１の一部分の拡大説明図
である。図１，図２、図３において１１２は放物面鏡で
あり、その焦点位置におかれた白色光源１１１からの光
束を平行光として反射型１次元バイナリー型の回折格子
１０１に斜め方向から入射させている。反射型１次元バ
イナリー型の回折格子１０１は入射光束を赤色（Ｒ
光），緑色（Ｇ光），青色（Ｂ光）の３つの色光に分解
して反射させている。
【００２３】１０２は光学変調素子であり、互いに偏光
軸が直交するように配置した（互いにクロスニコル配置
した）２つの偏光板１０４、１０５と液晶（ＴＮ型液
晶）等から成り、各色光の画像情報を表示している。１
１３はコンデンサーレンズであり、光学変調素子１０２
からの光束を集光して投影光学系（投影レンズ）１１４
の入射瞳（絞り）１１４ａに導光している。投影光学系
１１４は光学変調素子１０２に表示された各色光の画像
情報（画素）をスクリーン１１６面上に投影している。
軸が直交するように配置した（互いにクロスニコル配置
した）２つの偏光板１０４、１０５と液晶（ＴＮ型液
晶）等から成り、各色光の画像情報を表示している。１
１３はコンデンサーレンズであり、光学変調素子１０２
からの光束を集光して投影光学系（投影レンズ）１１４
の入射瞳（絞り）１１４ａに導光している。投影光学系
１１４は光学変調素子１０２に表示された各色光の画像
情報（画素）をスクリーン１１６面上に投影している。
【００２４】尚、本実施形態では回折格子１０１と光学
変調素子１０２は各々光学変調装置の一要素を構成して
いる。
変調素子１０２は各々光学変調装置の一要素を構成して
いる。
【００２５】次に図１の反射型１次元バイナリー型の回
折格子１０１について図２，図３を用いて説明する。
折格子１０１について図２，図３を用いて説明する。
【００２６】反射型１次元バイナリー型の回折格子１０
１は、図２，図３に示すように断面形状が階段状になる
ように格子を形成したものであり、樹脂等で成形したも
のの表面にアルミ等の反射膜をコーティングして作られ
る。
１は、図２，図３に示すように断面形状が階段状になる
ように格子を形成したものであり、樹脂等で成形したも
のの表面にアルミ等の反射膜をコーティングして作られ
る。
【００２７】本実施形態では、格子ピッチＰ内にステッ
プ幅Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の４段形状より成り、回折
格子の格子ピッチ、位相変化量を特定することにより、
回折格子からの０次光（Ｇ光）と±１次光（Ｒ光，Ｂ
光）の回折光に入射光のエネルギーの大半を集中させ、
かつ０次光と±１次光それぞれの最もエネルギーの高い
波長（以下主波長）がＲＧＢ光のどれかに対応するよう
に構成している。尚、ステップ幅は不等間隔となるよう
にしている。
プ幅Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の４段形状より成り、回折
格子の格子ピッチ、位相変化量を特定することにより、
回折格子からの０次光（Ｇ光）と±１次光（Ｒ光，Ｂ
光）の回折光に入射光のエネルギーの大半を集中させ、
かつ０次光と±１次光それぞれの最もエネルギーの高い
波長（以下主波長）がＲＧＢ光のどれかに対応するよう
に構成している。尚、ステップ幅は不等間隔となるよう
にしている。
【００２８】本実施形態における１次元バイナリー型の
回折格子は反射型でも透過型でも適用可能である。本実
施形態では反射型より構成している。
回折格子は反射型でも透過型でも適用可能である。本実
施形態では反射型より構成している。
【００２９】次に回折格子を反射型より構成したときの
特長について透過型の１次元バイナリー型の回折格子と
比較して述べる。
特長について透過型の１次元バイナリー型の回折格子と
比較して述べる。
【００３０】透過型の回折格子はApplied Optics誌、１
７巻１５号2273〜2279頁(1978.8.1号)に開示されている
ように、該透過型の回折格子に入射した入射光束は透過
回折されて主に３方向に分離されている。この透過型の
回折格子は例えばブレーズド波長をλ０とした時、該ブ
レーズド波長λ０に対し必要な格子厚ｄＴは ｄＴ＝ｍ・λ０／（ｎλｃ−１） となる。
７巻１５号2273〜2279頁(1978.8.1号)に開示されている
ように、該透過型の回折格子に入射した入射光束は透過
回折されて主に３方向に分離されている。この透過型の
回折格子は例えばブレーズド波長をλ０とした時、該ブ
レーズド波長λ０に対し必要な格子厚ｄＴは ｄＴ＝ｍ・λ０／（ｎλｃ−１） となる。
【００３１】ここでｎλｃは回折格子の媒質の屈折率、
ｍは整数であり、今、ｍ＝２，λ０＝５３０ｎｍとし、
屈折率ｎ＝１．５程度として算出した場合、透過型の回
折格子の格子厚ｄＴはｄＴ＝２１２０ｎｍ必要になる。
ｍは整数であり、今、ｍ＝２，λ０＝５３０ｎｍとし、
屈折率ｎ＝１．５程度として算出した場合、透過型の回
折格子の格子厚ｄＴはｄＴ＝２１２０ｎｍ必要になる。
【００３２】一方、反射型の１次元バイナリー型の回折
格子の場合（例えば光軸上の光束の入射角が４５°）は
格子厚ｄＲは７４９．５ｎｍ必要となる。このことから
分かるように透過型の回折格子は、その格子厚ｄＴが反
射型の回折格子の格子厚ｄＲに比べ約３倍深い段差を必
要とする。
格子の場合（例えば光軸上の光束の入射角が４５°）は
格子厚ｄＲは７４９．５ｎｍ必要となる。このことから
分かるように透過型の回折格子は、その格子厚ｄＴが反
射型の回折格子の格子厚ｄＲに比べ約３倍深い段差を必
要とする。
【００３３】一般に装置内のスペース効率から考えると
反射型の回折格子を用いると装置全体のコンパクト化に
は有利となる。
反射型の回折格子を用いると装置全体のコンパクト化に
は有利となる。
【００３４】本実施形態においては図２に示すように反
射型の回折格子１０１に斜め方向から入射する白色光束
Ｗの中心軸（光軸）と回折格子から出射する０次回折光
（Ｇ光）の中心軸（光軸）が作る平面（ＸＺ面）に、回
折格子の格子方向が位置するように配置している。この
ため、各ＲＧＢ光の分離した色光の光軸は、図中ＸＹ面
内で存在するようにしている。
射型の回折格子１０１に斜め方向から入射する白色光束
Ｗの中心軸（光軸）と回折格子から出射する０次回折光
（Ｇ光）の中心軸（光軸）が作る平面（ＸＺ面）に、回
折格子の格子方向が位置するように配置している。この
ため、各ＲＧＢ光の分離した色光の光軸は、図中ＸＹ面
内で存在するようにしている。
【００３５】次に図４に光学変調素子１０２と反射型の
回折格子からの出射色光の関係を示す。図４において、
１０２は光学変調制御部（不図示）及び光学変調被制御
部１２０を有する光学変調素子である。
回折格子からの出射色光の関係を示す。図４において、
１０２は光学変調制御部（不図示）及び光学変調被制御
部１２０を有する光学変調素子である。
【００３６】図中１２１は入射光を集光する集光レンズ
としてのマイクロレンズアレイであり、複数のマイクロ
レンズより成っている。１２２は光学変調素子の被制御
部（画素）１２０を挟持する透明基板である。１０４は
偏光軸がＺ軸と一致する光入射側の偏光板、１０５は偏
光軸がＹ軸と一致する光出射側の偏光板である。
としてのマイクロレンズアレイであり、複数のマイクロ
レンズより成っている。１２２は光学変調素子の被制御
部（画素）１２０を挟持する透明基板である。１０４は
偏光軸がＺ軸と一致する光入射側の偏光板、１０５は偏
光軸がＹ軸と一致する光出射側の偏光板である。
【００３７】図中、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の添
字は、それぞれの光学変調素子が入出射する光の波長領
域を表している。図４において、任意の１つのマイクロ
レンズをＡ，マイクロレンズＡの光軸（集光光束の中心
線）を含む光学変調素子１０２の被制御部１２０を構成
する１つの画素をＴＧ、画素ＴＧに隣接した画素をＴ
Ｒ，ＴＢとする。光学変調素子１０２の入射側に設けら
れたマイクロレンズＡに、異なる任意の角度で入射した
ＲＧＢ各色光はマイクロレンズＡにより異なる画素Ｔ
Ｒ，ＴＧ，ＴＢ内で集光し光学変調を受け画像情報をも
った光束として光学変調素子１０２を出射する。
字は、それぞれの光学変調素子が入出射する光の波長領
域を表している。図４において、任意の１つのマイクロ
レンズをＡ，マイクロレンズＡの光軸（集光光束の中心
線）を含む光学変調素子１０２の被制御部１２０を構成
する１つの画素をＴＧ、画素ＴＧに隣接した画素をＴ
Ｒ，ＴＢとする。光学変調素子１０２の入射側に設けら
れたマイクロレンズＡに、異なる任意の角度で入射した
ＲＧＢ各色光はマイクロレンズＡにより異なる画素Ｔ
Ｒ，ＴＧ，ＴＢ内で集光し光学変調を受け画像情報をも
った光束として光学変調素子１０２を出射する。
【００３８】このように構成することで、光源１１１か
らの白色光を１次元バイナリー型の回折格子１０１によ
り、階段部の側面で有効光束がけられることなく３色の
色光に分解し、マイクロレンズアレイ１２１を介して、
それぞれの色光に対応する光学変調素子１０２の画素Ｔ
Ｂ，ＴＧ，ＴＲに無駄なく集光させて、光利用効率を大
幅に向上させている。
らの白色光を１次元バイナリー型の回折格子１０１によ
り、階段部の側面で有効光束がけられることなく３色の
色光に分解し、マイクロレンズアレイ１２１を介して、
それぞれの色光に対応する光学変調素子１０２の画素Ｔ
Ｂ，ＴＧ，ＴＲに無駄なく集光させて、光利用効率を大
幅に向上させている。
【００３９】ただし、本実施形態においては光入射側の
偏光板１０４の偏光軸が、回折格子１０１の格子方向ベ
クトルと回折格子１０１の格子法線ベクトルが作る平面
内に含まれるように構成している。これは、１次元バイ
ナリー型の回折格子１０１の格子ピッチ内のステップ幅
に対して各段の深さが無視できない場合、回折格子から
の出射光の回折効率に偏光依存性があることに考慮した
ためである。
偏光板１０４の偏光軸が、回折格子１０１の格子方向ベ
クトルと回折格子１０１の格子法線ベクトルが作る平面
内に含まれるように構成している。これは、１次元バイ
ナリー型の回折格子１０１の格子ピッチ内のステップ幅
に対して各段の深さが無視できない場合、回折格子から
の出射光の回折効率に偏光依存性があることに考慮した
ためである。
【００４０】一般に１次元バイナリー型の回折格子１０
１の回折効率を考えた場合、１次元バイナリー型の回折
格子１０１からの出射光のうち格子方向に垂直（Ｙ方
向）な偏光成分よりも、平行（ＸＺ平面）内にある偏光
成分の方が全波長範囲で高くなる。その分光特性例を図
５に示す。
１の回折効率を考えた場合、１次元バイナリー型の回折
格子１０１からの出射光のうち格子方向に垂直（Ｙ方
向）な偏光成分よりも、平行（ＸＺ平面）内にある偏光
成分の方が全波長範囲で高くなる。その分光特性例を図
５に示す。
【００４１】図５（Ａ）は１次元バイナリー型の回折格
子１０１からの出射光のうち格子方向に垂直な偏光成分
の各次数の分光強度であり、図５（Ｂ）は１次元バイナ
リー型の回折格子１０１からの出射光のうち格子方向に
平行な偏光成分の各次数の分光強度である。ただし、図
５（Ａ），図５（Ｂ）の縦軸、横軸のスケールは同一で
ある。
子１０１からの出射光のうち格子方向に垂直な偏光成分
の各次数の分光強度であり、図５（Ｂ）は１次元バイナ
リー型の回折格子１０１からの出射光のうち格子方向に
平行な偏光成分の各次数の分光強度である。ただし、図
５（Ａ），図５（Ｂ）の縦軸、横軸のスケールは同一で
ある。
【００４２】本実施形態の様に構成すると回折格子１０
１からの出射光の回折効率が高い偏光を光学変調素子１
０２に入射させることができるため、光量損失を更に少
なくでき、全波長域の色光に対して、高い回折効率が得
られることから、反射型１次元バイナリー型の回折格子
１０１からの出射光の色光は理想的な分光特性に近づけ
ることが容易になる。
１からの出射光の回折効率が高い偏光を光学変調素子１
０２に入射させることができるため、光量損失を更に少
なくでき、全波長域の色光に対して、高い回折効率が得
られることから、反射型１次元バイナリー型の回折格子
１０１からの出射光の色光は理想的な分光特性に近づけ
ることが容易になる。
【００４３】同時に反射型の回折格子１０１に入射する
白色光束（Ｗ）の光軸と前記回折格子１０１から出射す
る０次元回折光（Ｇ光）の光軸が作る平面（ＸＺ面）内
に、回折格子の格子方向が位置するように配置して、反
射型の回折格子に入射する白色光束の光軸と前記回折格
子から出射する０次回折光の光軸が作る平面（ＸＺ面）
と、回折格子の格子方向を垂直に配置した構成に比べ
て、ＲＧＢ色光の分離後の光束径を一定に保つことがで
き、光学変調素子１０２上を均一照明することを可能と
している。
白色光束（Ｗ）の光軸と前記回折格子１０１から出射す
る０次元回折光（Ｇ光）の光軸が作る平面（ＸＺ面）内
に、回折格子の格子方向が位置するように配置して、反
射型の回折格子に入射する白色光束の光軸と前記回折格
子から出射する０次回折光の光軸が作る平面（ＸＺ面）
と、回折格子の格子方向を垂直に配置した構成に比べ
て、ＲＧＢ色光の分離後の光束径を一定に保つことがで
き、光学変調素子１０２上を均一照明することを可能と
している。
【００４４】尚、本実施形態において光路中にミラー等
をおいて光路を折り曲げることが考えられるが、このと
きは光路を展開した状態で考えれば良い。
をおいて光路を折り曲げることが考えられるが、このと
きは光路を展開した状態で考えれば良い。
【００４５】また格子形状を適切に選択することでＴＶ
信号等に用いられるＮＴＳＣ信号の色の３原色に近い分
光特性を持った色光に分離して、光学変調後に色光合成
した時、色再現性の高い画像を表示している。
信号等に用いられるＮＴＳＣ信号の色の３原色に近い分
光特性を持った色光に分離して、光学変調後に色光合成
した時、色再現性の高い画像を表示している。
【００４６】１次元バイナリー型の回折格子は光学変調
素子への入射光の角度調整が１次元バイナリー型の回折
格子の１素子で済むことから、組み立て性も向上し、安
価なカラー画像表示装置を提供することができる。
素子への入射光の角度調整が１次元バイナリー型の回折
格子の１素子で済むことから、組み立て性も向上し、安
価なカラー画像表示装置を提供することができる。
【００４７】また本実施形態の、回折格子１ピッチ内の
格子厚を各段毎に若干変えること、及び回折格子１ピッ
チ内の格子幅が不等間隔になるように回折格子の形状を
設計することにより±１次回折光の内側帯成分を低減さ
せて理想的な色分解を更に容易にしている。
格子厚を各段毎に若干変えること、及び回折格子１ピッ
チ内の格子幅が不等間隔になるように回折格子の形状を
設計することにより±１次回折光の内側帯成分を低減さ
せて理想的な色分解を更に容易にしている。
【００４８】本実施形態においては格子幅Ｌ１，Ｌ２，
Ｌ３，Ｌ４の比を０．９：１．３：１．３：０．９とし
±１次回折光の内側帯成分の低減を図っている。本実施
形態においては、Ｇ色を０次光として設計しているが、
他の色を０次光にすることで理想的な分光をとることも
可能である。
Ｌ３，Ｌ４の比を０．９：１．３：１．３：０．９とし
±１次回折光の内側帯成分の低減を図っている。本実施
形態においては、Ｇ色を０次光として設計しているが、
他の色を０次光にすることで理想的な分光をとることも
可能である。
【００４９】また、図６に示すように、各色光が分離し
た箇所に色補正用カラーフィルター１５１を設けても良
い。この構成では、回折格子で分解された各色光の分光
特性が画像信号のもつ分光特性と異なる場合、各色光を
色補正用カラーフィルター１５１の各色フィルターＦ
Ｒ，ＦＧ，ＦＢに入射させ、理想的な色情報を得ること
によって忠実な画像色再現を容易としている。この場
合、各色光に分解したあとにカラーフィルター１５１を
透過させるので、それほど光利用効率の低下も生じな
い。
た箇所に色補正用カラーフィルター１５１を設けても良
い。この構成では、回折格子で分解された各色光の分光
特性が画像信号のもつ分光特性と異なる場合、各色光を
色補正用カラーフィルター１５１の各色フィルターＦ
Ｒ，ＦＧ，ＦＢに入射させ、理想的な色情報を得ること
によって忠実な画像色再現を容易としている。この場
合、各色光に分解したあとにカラーフィルター１５１を
透過させるので、それほど光利用効率の低下も生じな
い。
【００５０】図７は本発明の実施形態２の要部概略図で
ある。図１の実施形態１では色分解手段として反射型の
回折格子を用いているが本実施形態では透過型の回折格
子１７１を用いて、それを光学変調素子１０７を構成す
るマイクロレンズアレイ１２１と被制御部１２０との間
に配置し、１つの光学変調素子１０７として構成した点
が実施形態１と異なっており、その他の構成は同じであ
る。
ある。図１の実施形態１では色分解手段として反射型の
回折格子を用いているが本実施形態では透過型の回折格
子１７１を用いて、それを光学変調素子１０７を構成す
るマイクロレンズアレイ１２１と被制御部１２０との間
に配置し、１つの光学変調素子１０７として構成した点
が実施形態１と異なっており、その他の構成は同じであ
る。
【００５１】本実施形態では回折格子１７１に入射する
白色光束の光軸と前記回折格子１７１から出射する０次
回折光の光軸が作る平面（ＸＺ面）内に、回折格子の格
子方向が位置するようにし、かつ０°以外の任意の入射
角でＸＺ面内で斜め入射させる構成をとっている。この
ため、透過型の回折格子に垂直に入射させた場合と比べ
て、光量ロスを起こすことなく格子厚を薄くでき、より
コンパクト化を図っている。このように構成すること
で、実施形態１と同様の効果を得ている。
白色光束の光軸と前記回折格子１７１から出射する０次
回折光の光軸が作る平面（ＸＺ面）内に、回折格子の格
子方向が位置するようにし、かつ０°以外の任意の入射
角でＸＺ面内で斜め入射させる構成をとっている。この
ため、透過型の回折格子に垂直に入射させた場合と比べ
て、光量ロスを起こすことなく格子厚を薄くでき、より
コンパクト化を図っている。このように構成すること
で、実施形態１と同様の効果を得ている。
【００５２】本実施例においては回折格子１７１と光学
変調素子１０７を一体で示したが、別体で構成しても良
い。また、マイクロレンズアレイ１２１と回折格子１７
１の配置が逆であっても良い。
変調素子１０７を一体で示したが、別体で構成しても良
い。また、マイクロレンズアレイ１２１と回折格子１７
１の配置が逆であっても良い。
【００５３】光学変調素子１０７の画素出射後にＲＧＢ
の各色光を合成して光学変調素子を出射する構成（透過
・反射含む）であっても、同様の効果が得られる。
の各色光を合成して光学変調素子を出射する構成（透過
・反射含む）であっても、同様の効果が得られる。
【００５４】図８は本発明の実施形態３の要部概略図で
ある。同図において１０１は反射型１次元バイナリー型
の回折格子である。回折格子１０１に入射する白色光束
光軸と回折格子１０１から出射する０次回折光光軸が作
る平面（ＸＺ面）内に、回折格子１０１の格子方向が位
置するようにし、かつ０°以外の任意の入射角で入射さ
せる構成をとっている。
ある。同図において１０１は反射型１次元バイナリー型
の回折格子である。回折格子１０１に入射する白色光束
光軸と回折格子１０１から出射する０次回折光光軸が作
る平面（ＸＺ面）内に、回折格子１０１の格子方向が位
置するようにし、かつ０°以外の任意の入射角で入射さ
せる構成をとっている。
【００５５】１１３及び１８６，１８７，１８８は各々
コンデンサーレンズ、１８１，１８２は高反射ミラー、
１８３，１８４，１８５は各々透過型の光学変調素子で
ある。光学変調素子１８３〜１８５は実施形態１と同様
に光学変調制御部（不図示）及び光学変調被制御部及
び、ＴＮ液晶である光学変調素子被制御部を挟持する透
明基板、２枚の透明基板に隣接し互いにクロスニコルの
配置をした２枚の偏光板等から成っている。
コンデンサーレンズ、１８１，１８２は高反射ミラー、
１８３，１８４，１８５は各々透過型の光学変調素子で
ある。光学変調素子１８３〜１８５は実施形態１と同様
に光学変調制御部（不図示）及び光学変調被制御部及
び、ＴＮ液晶である光学変調素子被制御部を挟持する透
明基板、２枚の透明基板に隣接し互いにクロスニコルの
配置をした２枚の偏光板等から成っている。
【００５６】本実施形態ではマイクロレンズアレイを用
いずに光利用効率の高い光学変調素子を実現している。
いずに光利用効率の高い光学変調素子を実現している。
【００５７】本実施形態では、光学変調素子１８３，１
８４，１８５を出射した光束を３本の投影レンズ（不図
示）を介してスクリーン上で画像を合成して、又はダイ
クロイックミラー等で３つの画像を合成した後に１つの
投影光学系でスクリーン面上に投影して実施形態１と同
様の効果を得ている。本実施形態において光学変調素子
のサイズを一定にした場合にはさらに高解像度のカラー
画像表示装置が容易となる。
８４，１８５を出射した光束を３本の投影レンズ（不図
示）を介してスクリーン上で画像を合成して、又はダイ
クロイックミラー等で３つの画像を合成した後に１つの
投影光学系でスクリーン面上に投影して実施形態１と同
様の効果を得ている。本実施形態において光学変調素子
のサイズを一定にした場合にはさらに高解像度のカラー
画像表示装置が容易となる。
【００５８】また、本実施形態においては透過型の光学
変調素子を用いたが、光学変調素子制御部を反射面で被
ったような反射型の光学変調素子を用いて、それより出
射した光束を１本の投影光学系を介してスクリーン上で
画像を合成しても、同様の効果が得られる。
変調素子を用いたが、光学変調素子制御部を反射面で被
ったような反射型の光学変調素子を用いて、それより出
射した光束を１本の投影光学系を介してスクリーン上で
画像を合成しても、同様の効果が得られる。
【００５９】また、本実施形態においてＴＮ液晶を光学
変調素子被制御部に用いたが、その他の液晶であっても
構わない。
変調素子被制御部に用いたが、その他の液晶であっても
構わない。
【００６０】図９は本発明の実施形態４の要部概略図で
ある。
ある。
【００６１】本実施形態は図１の実施形態１に比べて回
折格子１０１に入射させる光束を偏光変換素子２２０を
用いて直線偏光としている点が異なっているだけであ
り、その他の構成は同じである。同図において２２０は
偏光変換素子であり２つの透明部材に挟まれた偏光ビー
ムスプリッタ２１０と、反射面２１１、２分の１波長板
２１２とで構成されている。その他の部品は実施形態１
で説明したものと同様である。
折格子１０１に入射させる光束を偏光変換素子２２０を
用いて直線偏光としている点が異なっているだけであ
り、その他の構成は同じである。同図において２２０は
偏光変換素子であり２つの透明部材に挟まれた偏光ビー
ムスプリッタ２１０と、反射面２１１、２分の１波長板
２１２とで構成されている。その他の部品は実施形態１
で説明したものと同様である。
【００６２】１１２は放物面鏡であり、その焦点位置に
置かれた白色光源１１１からの光束を平行光として偏光
変換素子２２０に入射し、そのうちのＰ偏光成分のみが
偏光ビームスプリッタ２１０を透過し偏光変換素子２２
０を出射する。偏光ビームスプリッタ２１０を反射した
Ｓ偏光成分は反射面２１１で反射した後、２分の１波長
板２１２によりＰ偏光成分に変換され偏光変換素子２２
０を出射する。
置かれた白色光源１１１からの光束を平行光として偏光
変換素子２２０に入射し、そのうちのＰ偏光成分のみが
偏光ビームスプリッタ２１０を透過し偏光変換素子２２
０を出射する。偏光ビームスプリッタ２１０を反射した
Ｓ偏光成分は反射面２１１で反射した後、２分の１波長
板２１２によりＰ偏光成分に変換され偏光変換素子２２
０を出射する。
【００６３】偏光変換素子２２０を出射したＰ偏光の振
動方向、及び、該光学変調素子１０２の入射偏光偏光軸
は１次元バイナリー型の回折格子１０１の格子方向と、
回折格子、格子法線ベクトルが作る平面内に存在するよ
うに構成している。そのため反射型１次元バイナリー型
の回折格子１０１への入射光が自然光の時と比べて、同
入射光がＰ偏光成分のみである実施形態において、回折
格子の回折効率を高くでき、光量損失を減らすことがで
きる。同時に全波長域の色光に対して、高い回折効率が
得られることから、反射型１次元バイナリー型の回折格
子１０１からの出射光の分光特性を理想的な分光特性に
近づけることが容易になる。
動方向、及び、該光学変調素子１０２の入射偏光偏光軸
は１次元バイナリー型の回折格子１０１の格子方向と、
回折格子、格子法線ベクトルが作る平面内に存在するよ
うに構成している。そのため反射型１次元バイナリー型
の回折格子１０１への入射光が自然光の時と比べて、同
入射光がＰ偏光成分のみである実施形態において、回折
格子の回折効率を高くでき、光量損失を減らすことがで
きる。同時に全波長域の色光に対して、高い回折効率が
得られることから、反射型１次元バイナリー型の回折格
子１０１からの出射光の分光特性を理想的な分光特性に
近づけることが容易になる。
【００６４】また、本実施形態において偏光変換素子を
図９のような構成としたが、上記偏光変換素子２２０を
光軸とは垂直な方向に複数個つなぎあわせた構成の、平
板型の偏光変換素子であっても良い。
図９のような構成としたが、上記偏光変換素子２２０を
光軸とは垂直な方向に複数個つなぎあわせた構成の、平
板型の偏光変換素子であっても良い。
【００６５】また、本実施形態において偏光変換素子を
少なくても一つ以上の偏光分離手段及び少なくても一つ
以上の反射手段、少なくても一つ以上の偏光変換手段
（波長板、プリズム等）からなる別な構成の偏光変換素
子であっても良い。
少なくても一つ以上の偏光分離手段及び少なくても一つ
以上の反射手段、少なくても一つ以上の偏光変換手段
（波長板、プリズム等）からなる別な構成の偏光変換素
子であっても良い。
【００６６】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、光学変調
素子を構成する複数の画素に又は色光毎に設けた光学変
調素子に色分解手段で色分解した各色光を照射する際に
色分割手段と光学変調素子とを適切に設定することによ
って光量損失が少なく、良好なる状態で光変調を行い、
該光学変調素子に基づく画像情報を所定面上に高い光学
性能で投影することができる光学変調装置及びそれを用
いた投影装置を達成することができる。
素子を構成する複数の画素に又は色光毎に設けた光学変
調素子に色分解手段で色分解した各色光を照射する際に
色分割手段と光学変調素子とを適切に設定することによ
って光量損失が少なく、良好なる状態で光変調を行い、
該光学変調素子に基づく画像情報を所定面上に高い光学
性能で投影することができる光学変調装置及びそれを用
いた投影装置を達成することができる。
【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】 図１の一部分の拡大説明図
【図３】 図１の一部分の拡大説明図
【図４】 本発明に係る光学変調装置の要部概略図
【図５】 本発明に係る反射型の回折格子の分光特性図
【図６】 本発明に係る光学変調装置の要部概略図
【図７】 本発明の実施形態２の要部概略図
【図８】 本発明の実施形態３の要部概略図
【図９】 本発明の光学変調装置を用いた投影装置の実
施形態４の要部概略図
施形態４の要部概略図
【図１０】 従来の光学変調装置の要部概略図
１０１ 反射型１次元バイナリー型回折格子 １０２ 光学変調素子 １１１ 白色光源 １１２ 放物鏡 １１３ コンデンサーレンズ １１４ 投影光学系 １１６ スクリーン １２０ 光学変調素子画素 １２１ マイクロレンズアレイ １２２ 透明基板 １５１ カラーフィルター １７１ 透過型１次元バイナリー型回折格子 １８１、１８２ 高反射ミラー １８３〜１８５ 光学変調素子 １８６〜１８９ コンデンサーレンズ ２００ 光学変調素子 ２０５ ブラックマトリクス ２１０ 偏光ビームスプリッター ２１１ 反射面 ２１２ λ／２板 ２２０ 偏光変換素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｂ 9/31 9/31 Ｃ
Claims (15)
- 【請求項１】 入射光を複数の色光に色分解して出射さ
せる回折格子と複数の画素を有し、各画素毎に入射光を
光変調して出射させる光学変調素子とを有し、該回折格
子に光束を入射させたときに該回折格子から生じる各色
光を該光学変調素子の色光毎に設けた画素に各々入射さ
せて光変調を行う光学変調装置において該光学変調素子
は光学変調制御部、光学変調被制御部、入射側偏光素
子、出射側偏光素子より成り、 該回折格子と光学変調被制御部の間もしくは該白色光源
と該回折格子の間の少なくともどちらか一方に配置され
た入射側偏光素子の偏光軸が、回折格子の格子方向ベク
トルと回折格子の格子法線ベクトルが作る平面内に含ま
れることを特徴とする光学変調装置。 - 【請求項２】 入射光を複数の色光に色分解して出射さ
せる回折格子と複数の画素を有し、各画素毎に入射光を
光変調して出射させる光学変調素子を該複数の色光毎に
設け、該光学変調素子は光学変調制御部、光学変調被制
御部、入射側偏光素子、出射側偏光素子より成り、 該回折格子に光束を入射させたときに該回折格子から生
じる各色光を、該色光毎に設けた光学変調素子の光学変
調被制御部に各々入射させて光変調を行なう光学変調装
置において該回折格子と光学変調制御部の間もしくは該
白色光源と該回折格子の間の少なくともどちらか一方に
配置された入射側偏光素子の偏光軸が、回折格子の格子
方向ベクトルと回折格子の格子法線ベクトルが作る平面
内に含まれることを特徴とする光学変調装置。 - 【請求項３】 各色光毎に設けられた光学変調素子の入
射側偏光素子を該回折格子と光学変調被制御部の間に設
ける場合、入射側偏光素子は他の色と兼用して用いるこ
とを特徴とする請求項２の光学変調装置。 - 【請求項４】 前記入射側偏光素子は自然光から任意の
直線偏光を選択する、誘電体多層膜からなる平板状また
はプリズム状の偏光ビームスプリッター、もしくは偏光
板であることを特徴とする請求項１、２又は３の光学変
調装置。 - 【請求項５】 前記回折格子に入射する光束の中心軸と
該回折格子からの０次回折光の中心軸とが作る平面上に
該回折格子の格子方向が位置していることを特徴とする
請求項１、２、３又は４の光学変調装置。 - 【請求項６】 前記回折格子は１次元ブレーズド型の回
折格子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
１項記載の光学変調装置。 - 【請求項７】 前記回折格子は格子表面に金属膜又は金
属膜と保護膜を施した反射型の回折格子より成っている
ことを特徴とする請求項６の光学変調装置。 - 【請求項８】 前記回折格子は１次元バイナリー型の回
折格子であることを特徴とする請求項６又は７の光学変
調装置。 - 【請求項９】 前記１次元バイナリー型の回折格子はス
テップ幅が不等間隔の階段ステップ構造より成っている
ことを特徴とする請求項８の光学変調装置。 - 【請求項１０】 前記回折格子からの各色光を集光レン
ズを介して前記光学変調素子の各画素に入射させている
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の光
学変調装置。 - 【請求項１１】 前記光学変調素子の複数の画素に入射
する各色光の光路中であって各色光が空間的に分離して
いる位置に各色光に対応した色フィルターを設けている
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の
光学変調装置。 - 【請求項１２】 前記複数の画素を液晶より構成したこ
とを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の光
学変調装置。 - 【請求項１３】 前記液晶はＴＮ型液晶であることを特
徴とする請求項１２の光学変調装置。 - 【請求項１４】 前記光学変調素子は各画素で光変調し
た光束を反射手段で反射し、出射させていることを特徴
とする請求項１〜１３のいずれか１項記載の光学変調装
置。 - 【請求項１５】 請求項１〜１４のいずれか１項記載の
光学変調装置の光学変調素子の各画素に基づく画像情報
を所定面上に投影していることを特徴とする投影装置。
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