CN1652015A - 空间光调制装置以及投影机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低价、长寿命并能以高的光利用效率获得高对比度的图像的空间光调制装置以及具备其的投影机。该空间光调制装置包括，具有多个像素开口区域(AP)的、根据图像信号对光进行调制并射出的液晶层(209)；以及在液晶层209的入射侧与开口区域AP对应地设置的、对入射的光进行聚光使其通过开口区域(AP)的微透镜元件(203)。此外，微透镜元件(203)具有对于以光轴(AX)为中心的多个大致轮带状部(R1)、(R2)的每一个不相同的多个焦点位置(f1)、(f2)；多个轮带状部之中的任意一个轮带状部(R2)的焦点位置(f2)，处于比以一个轮带状部(R2)为基准靠近光轴AX一侧的轮带状部(R1)的焦点位置(f1)更靠近微透镜元件(203)的位置；多个焦点位置(f1)、(f2)，任意的焦点位置都比液晶层(209)更位于射出侧。

Description

空间光调制装置以及投影机

技术领域

本发明涉及空间光调制装置、特别是液晶型的空间光调制装置以及具备其的投影机。

背景技术

近些年投影机的家庭用途正在扩大。因此，人们期望投影机的空间光调制装置低价、长寿命并能以高的光利用效率获得高对比度的图像。作为空间光调制装置的代表例，例如使用液晶面板。在液晶面板上，在其图像显示区域内设置有数据线、扫描线、电容线等的各种布线和薄膜晶体管、薄膜二极管等的各种电子元件。因此，在各像素中，用于进行图像显示的光可以透过或反射的区域因各种布线和电子元件等的存在而被限制。各像素的开口率定义为相对于各像素的区域进行图像显示的光可透过或反射的区域、即开口区域的面积比率。一般而言，液晶面板的开口率大约为70％左右。此外，入射到液晶面板的来自光源的光在大致平行光的状态下在液晶层等的电光物质层透过或反射。因此，在以大致平行光照明液晶面板时，只能利用全部光量中的与各像素的开口率对应的光量。而不能被利用的光成为光量损失。

于是，以往是在液晶面板的对置基板上形成包括与各像素对应的微透镜元件的微透镜阵列。微透镜元件使来自光源的照明光以像素单位向开口区域聚光。用微透镜元件聚光的照明光可以高效地透过像素的开口区域。因此，当在液晶面板上使用微透镜阵列时可以提高光的利用效率。

在此，当对照明光进行聚光时，对于液晶层附近的取向膜光能会局部地集中。由于光能的集中，取向膜会出现局部劣化。当取向膜劣化后，会导致空间光调制装置的寿命缩短而不能满足长寿命化的需求。因此，例如在专利文献1中提出了在使用微透镜阵列时用于减小取向膜的劣化的结构。

专利文献1：特开2003-215592号公报

在专利文献1所提出的结构中，向取向膜中添加光稳定剂而改变耐光特性。光稳定剂具有使取向膜的耐光性提高的功能。

然而，当改变取向膜的耐光特性时，存在由于添加剂的成本和添加工序的增加等导致空间光调制装置的制造成本增加的问题。此外，当使用现有技术的微透镜阵列时，由于只对照明光进行聚光，所以相对于液晶面板的基板垂直入射的成分减少了。因此，会出现图像的对比度降低的问题。

发明内容

本发明就是鉴于上述问题而提出，其目的在于提供一种低价、长寿命并能以高的光利用效率获得高对比度的图像的空间光调制装置以及具备其的投影机。

为解决上述的问题而达到目的，根据第1发明可以提供一种空间光调制装置，其特征在于，具备：具有多个像素开口部的、根据图像信号对光进行调制并射出的调制部；以及在调制部的入射侧与像素开口部对应地设置的、对入射的光进行聚光使其通过像素开口部的透镜部；其中，透镜部具有对于以光轴为中心的多个大致轮带状部的每一个不相同的多个焦点位置；多个轮带状部之中的任意一个轮带状部的焦点位置，处于比以一个轮带状部为基准靠近光轴一侧的轮带状部的焦点位置更靠近透镜部的位置；多个焦点位置，任何的焦点位置都比上述调制部更位于射出一侧。

首先，透镜部在调制部的入射侧与像素开口部对应地设置。此外，透镜部对入射的光进行聚光使其通过像素开口部。由此，来自光源的照明光可以有效地通过像素开口部，从而可以减少由像素开口部阻挡的光量。因此可以高效地利用光。此外，透镜部具有对于以光轴为中心的多个大致轮带状部的每一个不相同的多个焦点位置。此外，多个轮带状部之中的任意一个轮带状部的焦点位置，处于比以一个轮带状部为基准靠近光轴一侧的轮带状部的焦点位置更靠近透镜部的位置。进而，多个焦点位置，任意的焦点位置都比上述调制部更位于射出一侧。通过这样的结构，透镜部使入射光对于多个大致轮带状部的每一个向不同的位置聚光。在现有技术的微透镜元件中，在一个像素开口部中使所有的照明光向一个焦点位置聚光。对此，在本发明中，使照明光向以各轮带状部的每一个为单位的多个焦点位置聚光。由此，在调制部附近可以使光线的分布密度大致均匀。其结果，由于可以减小在调制部附近的光能的局部集中，因此可以减小取向膜的劣化。因此，可以获得长寿命的空间光调制装置。此外，没有必要如现有技术那样地在取向膜中添加用于提高耐光性的添加剂。因此，可以获得制造成本低的空间光调制装置。进而，多个焦点位置，任意的焦点位置都比调制部更位于射出一侧。由此，相对于调制部大致垂直地入射的成分、即与光轴平行的成分增多。其结果，可以获得高对比度的图像。

此外，根据第1发明的优选的方式，优选地透镜部为具有多个顶点曲率半径的非球面透镜。由此，在调制部附近可以使光线的分布密度进一步均匀。

此外，根据第1发明的优选的方式，优选地将最接近光轴的上述大致轮带状部的焦点距离除以最远离光轴的大致轮带状部的焦点距离获得的比大于1.1。由此，可以在调制部附近使光线的分布密度进一步大致均匀。此外，相对于调制部大致垂直地入射的成分、即与光轴平行的成分进一步增多。其结果，可以获得高对比度的图像。优选地将最接近光轴的上述大致轮带状部的焦点距离除以最远离光轴的大致轮带状部的焦点距离获得的比大于1.2。进而，优选地将最接近光轴的上述大致轮带状部的焦点距离除以最远离光轴的大致轮带状部的焦点距离获得的比大于1.3。由此，可以在调制部附近使光线的分布密度进一步大致均匀。此外，可以获得对比度更高的图像。

此外，根据第1发明的优选的方式，优选地借助透镜部通过上述像素开口部的光的、像素开口部的区域内的光量的标准偏差小于0.1。光量的标准偏差是分散的正的平方根。所谓分散是指像素开口部的多个光量数据的偏差分散的程度。具体而言，分散是指将光量数据的平均值与各光量数据的差(偏差)平方，并对其进行算术平均。分散的数值越小，光量数据越集中在平均值左右。因此，作为分散的平方根的标准偏差的值越小，光量数据也越集中在平均值左右，因而光量分布越接近均匀状态。在本实施方式中，光量的标准偏差比0.1小。由此，在像素开口部内可以使光量大致均匀。进而，优选光量的标准偏差小于0.085。由此，在像素开口部内可以使光量更加均匀。

此外，根据第2发明，可以提供一种投影机，其特征在于，具有：提供光的光源；上述的空间光调制装置；以及投影来自空间光调制装置的光的投影透镜。由此，可以提供低价、长寿命并能以高的光利用效率获得高对比度的投影图像的投影机。

附图说明

图1是表示实施例1的投影机的概要结构的图。

图2是表示实施例1的液晶面板的立体结构的图。

图3是表示实施例1的液晶面板的剖面结构的图。

图4是表示实施例1的液晶面板的正面结构的图。

图5是表示开口区域内的辉度分布的图。

图6是表示实施例2的液晶面板的剖面结构的图。

图7是表示实施例2的液晶面板的正面结构的图。

图8-1是表示灰度掩模的结构的图。

图8-2是表示微透镜元件的制造过程的图。

图8-3是表示微透镜元件的制造过程的另外一图。

图8-4是表示微透镜元件的制造过程的另外一图。

图9-1是表示微透镜元件的其它制造过程的图。

图9-2是表示微透镜元件的其它制造过程的另外一图。

图9-3是表示微透镜元件的其它制造过程的另外一图。

图9-4是表示微透镜元件的其它制造过程的另外一图。

图9-5是表示微透镜元件的其它制造过程的另外一图。

图10-1是表示其它的微透镜元件的制造过程的图。

图10-2是表示其它的微透镜元件的制造过程的另外一图。

图10-3是表示其它的微透镜元件的制造过程的另外一图。

图10-4是表示其它的微透镜元件的制造过程的另外一图。

图10-5是表示其它的微透镜元件的制造过程的另外一图。

标号说明

100-投影机，101-超高压水银灯，104-积分器，105-偏振变换元件，106R-R光透过分色镜，106G-B光透过分色镜，107-反射镜，108-中继透镜，110R、110G、110B-各色光用空间光调制装置，112-十字分色棱镜，112a、112b-分色膜，114-投影透镜，116-屏幕，120R、120G、120B-液晶面板，121R、121G、121B-偏振板，122R、122G、122B-偏振板，123R、123B-相位差板，124R、124B-玻璃板，201-入射侧防尘透明板，202-微透镜阵列基板，203-微透镜元件(微透镜单元)，204-粘接剂层，205-黑色矩阵(黑底)，206-对置基板，207-透明电极，208-取向膜，209-液晶层，210-取向膜，211-TFT形成层，212-TFT基板，213-射出侧防尘透明板，603-微透镜元件，620R-液晶面板，800-灰度掩模，801-抗蚀剂层，901-HTO膜，902-Cr掩模，902a-开口部，1000-第1Cr掩模，1000a-第1开口部，1001-第1透镜形状，1002-第2透镜形状，1100-第2Cr掩模，1100a-第2开口部，AP-开口区域，ASP1、ASP2、ASP3、ASP4-非球面子透镜，AX-光轴，f1、f10、f2、f20-焦点位置，FL10、FL20-焦点距离，R0-凹面透镜，R1、R10、R2、R20、R15-轮带状部，V1、V2、V3、V4-顶点曲率半径。

具体实施方式

下面，根据附图对具备本发明的空间光调制装置的投影机的实施例进行详细说明。另外，本发明并不由该实施例所限定。

实施例1.

图1表示本发明的实施例1的投影机100的概要结构。

投影机整体的说明.

首先，参照图1对本发明的实施例1的投影机的概要结构进行说明。接下来，参照图2及其后的附图说明本实施例的特征结构。首先，在图1中，作为光源部的超高压水银灯101供给包含作为第1色光的红色光(以下称为“R光”)、作为第2色光的绿色光(以下称为“G光”)和作为第3色光的蓝色光(以下称为“B光”)的光。积分器104使来自超高压水银灯101的光的照度分布均匀化。照度分布均匀化后的光由偏振变换元件105变换成具有特定的振动方向的偏振光、例如s偏振光。

被变换成s偏振光的光入射到构成色分离光学系统的R光透过分色镜106R。下面，对R光进行说明。R光透过分色镜106R透过R光而反射G光、B光。透过R光透过分色镜106R的R光入射到反射镜107。反射镜107使R光的光路折转90度。光路折转后的R光入射到根据图像信号对作为第1色光的R光进行调制的第1色光用空间光调制装置110R。第1色光用空间光调制装置110R是根据图像信号对R光进行调制的透过型的液晶显示装置。另外，由于即使透过分色镜光的偏振方向也不变化，因此入射到第1色光用空间光调制装置110R的R光仍然处于s偏振光的状态。

第1色光用空间光调制装置110R具有λ/2相位差板123R、玻璃板124R、第1偏振板121R、液晶面板120R以及第2偏振板122R。关于液晶面板120R的详细结构在后面叙述。λ/2相位差板123R和第1偏振板121R在与不使偏振方向变化的透光性的玻璃板124R接触的状态下配置。因此，可以避免出现第1偏振板121R和λ/2相位差板123R因发热而变形的问题。另外，在图1中，虽然第2偏振板122R独立地设置，但也可以在与液晶面板120R的射出面或十字分色棱镜112的入射面接触的状态下配置。

入射到第1色光用空间光调制装置110R的s偏振光通过λ/2相位差板123R被变换成p偏振光。被变换成p偏振光的R光直接地透过玻璃板124R和第1偏振板121R并入射到液晶面板120R上。入射到液晶面板120R的p偏振光，通过根据图像信号进行调制，R光被变换成s偏振光。通过液晶面板120R的调制而变换成s偏振光的R光从第2偏振板122R射出。由此，由第1色光用空间光调制装置110R调制的R光入射到作为色合成光学系统的十字分色棱镜112中。

下面，对G光进行说明。被R光透过分色镜106R反射的G光和B光的光路折转90度。光路折转后的G光和B光入射到B光透过分色镜106G。B光透过分色镜106G反射G光而透过B光。由B光透过分色镜106G反射的G光入射到根据图像信号对G光进行调制的第2色光用空间光调制装置110G。第2色光用空间光调制装置110G是根据图像信号对G光进行调制的透过型的液晶显示装置。第2色光用空间光调制装置110G具有液晶面板120G、第1偏振板121G和第2偏振板122G。关于液晶面板120G的详细结构在后面叙述。

入射到第2色光用空间光调制装置110G的G光被变换成s偏振光。入射到第2色光用空间光调制装置110G的s偏振光直接地透过第1偏振板121G并入射到液晶面板120G上。入射到液晶面板120G的s偏振光，通过根据图像信号进行调制，G光变换成p偏振光。通过液晶面板120G的调制变换成p偏振光的G光从第2偏振板122G射出。这样，由第2色光用空间光调制装置110G调制的G光入射到作为色合成光学系统的十字分色棱镜112中。

下面，对B光进行说明。透过B光透过分色镜106G的B光经由2个中继透镜108和2个反射镜107入射到根据图像信号调制B光的第3色光用空间光调制装置110B。第3色光用空间光调制装置110B是根据图像信号对B光进行调制的透过型的液晶显示装置。

另外，之所以使B光经由中继透镜108是因为B光的光路长度比R光和G光的光路长度长的原因。通过使用中继透镜108可以将透过B光透过分色镜106G的B光直接地引导到第3色光用空间光调制装置110B中。第3色光用空间光调制装置110B具有λ/2相位差板123B、玻璃板124B、第1偏振板121B、液晶面板120B以及第2偏振板122B。另外，由于第3色光用空间光调制装置110B的结构与上述的第1色光用空间光调制装置110R的结构相同，因此省略其详细说明。

入射到第3色光用空间光调制装置110B的B光被变换成s偏振光。入射第3色光用空间光调制装置110B的s偏振光通过λ/2相位差板123B被变换成p偏振光。变换成p偏振光的B光直接地透过玻璃板124B和第1偏振板121B并入射到液晶面板120B上。入射到液晶面板120B的p偏振光，通过根据图像信号进行调制，B光变换成s偏振光。通过液晶面板120B的调制变换成s偏振光的B光从第2偏振板122B射出。由第3色光用空间光调制装置110B调制的B光入射到作为色合成光学系统的十字分色棱镜112中。这样，构成色分离光学系统的R光透过分色镜106R和B光透过分色镜106G将由超高压水银灯101供给的光分离成作为第1色光的R光、作为第2色光的G光和作为第3色光的B光。

作为色合成光学系统的十字分色棱镜112是通过将2个分色膜112a、112b呈X形垂直地配置而构成的。分色膜112a反射B光而透过R光、G光。分色膜112b反射R光而透过B光、G光。这样，十字分色棱镜112合成由第1色光用空间光调制装置110R、第2色光用空间光调制装置110G和第3色光用空间光调制装置110B分别调制的R光、G光和B光。投影透镜114将由十字分色棱镜112合成的光投影到屏幕116上。因此，可以在屏幕116上获得全彩色图像。

另外，如上所述，来自第1色光用空间光调制装置110R和第3色光用空间光调制装置110B入射到十字分色棱镜112的光被设定为s偏振光。此外，来自第2色光用空间光调制装置110G入射到十字分色棱镜112的光被设定为p偏振光。这样，通过使入射到十字分色棱镜112的光的偏振方向不同而可以在十字分色棱镜112中有效地合成从各色光用空间光调制装置射出的光。通常分色膜112a、112b具有优良的s偏振光的反射特性。因此，使由分色膜112a、112b反射的R光和B光为s偏振光，使透过分色膜112a、112b的G光为p偏振光。

液晶面板的结构.

下面，使用图2对液晶面板的详细结构进行说明。在图1所说明的投影机100中具备3个液晶面板120R、120G和120B。这3个液晶面板120R、120G、120B只是所调制的光的波长区域不同，而基本的结构相同。因此，以液晶面板120R为代表例进行以后的说明。

图2是表示液晶面板120R的部分结构的立体剖面图。液晶面板120R，其多个开口区域AP呈大致正交的格子状地配置。作为像素开口部的开口区域AP是形成为具有遮光功能的黑色矩阵205的矩形的开口部。开口区域AP与一个像素对应。在图2中，仅表示了液晶面板120R的多个开口区域AP中的一个开口区域AP的一部分。由于与其它的开口区域对应的液晶面板120R的结构与图2所示的结构相同，故省略重复的说明。来自超高压水银灯101的R光从图2的上侧入射到液晶面板120R，从下侧向屏幕116的方向射出。在入射侧防尘透明板201的内侧(射出侧)通过微透镜阵列基板202和光学性透明粘接剂层204形成作为透镜部的微透镜元件203。关于微透镜元件203的详细结构和作用，将参照图3后述。一个微透镜元件203与对应的一个开口区域AP相对应地设置。从液晶面板120R的整体来看，多个微透镜元件203与多个开口区域AP相对应地在平面上排列而构成作为折射光学部的微透镜阵列。

在微透镜元件203的内侧(射出侧)形成具有由ITO膜形成的透明电极207等的对置基板206。此外，在对置基板206与透明电极207之间形成作为遮光部的黑色矩阵205。在黑色矩阵205上如上述那样地设置与像素对应的矩形的开口区域AP。进而，在透明电极207的射出侧设置实施了摩擦处理等的指定的取向处理的取向膜208。取向膜208由例如聚酰亚胺膜的透明有机膜构成。

此外，在射出侧防尘透明板213的内侧(入射侧)形成TFT基板212。在TFT基板212的内侧设置透明电极或TFT(薄膜晶体管)形成层211。在TFT形成层211的更内侧(入射侧)设置取向膜210。取向膜208的摩擦方向与取向膜210的摩擦方向大致正交地配置。并且，使对置基板206与TFT基板212相对地将入射侧防尘透明板201和射出侧防尘透明板213粘合。在对置基板206和TFT基板212之间封入用于进行图像显示的液晶层209。

另外，在图1所示的结构中，将第1偏振板121R和第2偏振板122R相对于液晶面板120R分体设置。但也可以代替此在入射侧防尘透明板201和对置基板206之间、射出侧防尘透明板213和TFT基板212之间等设置偏振板。

下面，根据图3对微透镜元件203的结构和作用进行说明。通过光学性透明的微透镜阵列基板202和光学性透明的粘接剂层204构成作为透镜部的微透镜元件203。作为大致平行光束的入射光在微透镜阵列基板202和粘接剂层204的界面折射。在此，根据图4对微透镜元件203的结构进行说明。图4表示从光轴AX方向观察与一个开口区域AP对应的一个微透镜元件203的结构。微透镜元件203由相对于正方形的开口区域AP被分割成4部分的非球面子透镜ASP1、ASP2、ASP3、ASP4构成。各非球面子透镜ASP1、ASP2、ASP3、ASP4分别具有多个、在本实施例中分别具有4个顶点曲率半径V1、V2、V3、V4。此外，以4个顶点曲率半径V1、V2、V3、V4为中心分别形成轮带状部。此时，4个非球面子透镜ASP1、ASP2、ASP3、ASP4被设计成以各个轮带状部为单位控制焦点位置。这样，可以以各个非球面子透镜的区域为单位进行轮带状部的最优化设计。进而，在将4个非球面子透镜ASP1、ASP2、ASP3、ASP4如图4所示地排列时，形成以光轴AX为中心而被合成的合成轮带状部。以下，在本实施形态中，将被合成的合成轮带状部简单地称为大致轮带状部或轮带状部。此外，在光轴AX附近形成后述的凹透镜R0。

返回到图3中，对合成4个非球面子透镜ASP1、ASP2、ASP3、ASP4的微透镜元件203进行说明。如上所述，4个非球面子透镜被设计成各自的轮带状部具有后述的焦点位置。此外，合成4个非球面子透镜ASP1、ASP2、ASP3、ASP4的微透镜元件203，作为具有对于以光轴AX为中心的多个大致轮带状部R1、R2的每一个不同的多个焦点位置f1、f2的一个非球面透镜发挥作用。此外，向微透镜元件203入射的光轴AX附近的光线L1因轮带状部R1而折射，向焦点位置f1聚光。此外，在比轮带状部R1更远离光轴AX的另一个的轮带状部R2折射的光线L2向焦点位置f2聚光。

进而，对微透镜元件203的作用进行说明。如上所述，微透镜元件203将所有的光线L1、L2进行聚光以使它们通过开口区域AP。由此，来自超高压水银灯101的照明光可以有效地通过开口区域AP，从而可以减少被开口区域AP阻挡的光量。其结果可以高效地利用光。

此外，微透镜元件203具有对于以光轴AX为中心的多个大致轮带状部R1、R2的每一个不同的多个焦点位置f1、f2。此外，多个轮带状部之中的任意一个轮带状部R2的焦点位置f2，处于比以一个轮带状部R2为基准靠近光轴AX一侧的轮带状部R1的焦点位置f1更靠近微透镜元件203的位置。进而，多个焦点位置f1、f2，任意的焦点位置f1、f2都比作为调制部的液晶层209更位于射出一侧。利用这样的结构，微透镜元件203使入射光向多个大致轮带状部R1、R2的每一个中不同的位置聚光。

由此，在液晶层209附近可以使光线的分布密度大致均匀。其结果，由于可以减少液晶层209附近的光能的局部集中，因此可以减小取向膜208、210的劣化。因此，可以获得长寿命的液晶面板120R。

此外，光轴AX附近的中央部的微透镜元件203的透镜形状形成凹面朝向光的入射侧的凹透镜R0。凹透镜R0，在配置凸面朝向入射侧的4个非球面子透镜ASP1、ASP2、ASP3、ASP4时，是形成于光轴AX附近的谷部。此外，谷部是必然在微透镜元件203的一部分上形成的区域。光轴AX附近的大致平行的光线L0通过凹透镜R0被变换成发散光。由此，光线L0不会在液晶层209附近聚光。此外，如上所述，在本实施例中，多个焦点位置f1、f2，任意的焦点位置f1、f2都比作为调制部的液晶层209更位于射出侧。与此相对，由于凹透镜R0是具有负的折射力的透镜，因此其焦点位置比液晶层209更位于入射侧。作为谷部的凹透镜R0，从微透镜元件203整体看，只不过是一部分而不是主要部分。因此，即使凹透镜R0的焦点位置比液晶层209更位于入射侧，也不会脱离本发明的宗旨。进而，如上所述，由凹透镜R0折射的光线L0在液晶层209附近不聚光而发散。因此，凹透镜R0也起到减小在液晶层209附近的能量集中的作用。

此外，在本实施例中，由于可以减小在液晶层209附近的光能的局部集中，因此没有必要在取向膜208、210中添加用于提高耐光性的添加剂。因此，可以获得制造成本低廉的液晶面板120R。进而，多个焦点位置f1、f2，任意一个焦点位置f1、f2都比液晶层209更位于射出侧。因此，相对于液晶层299大致垂直地入射的成分，即与光轴AX平行的成分增多。其结果，可以获得高对比度的图像。

下面，举出本实施例的光线密度的均匀性、对比度的数值例。图5表示开口区域AP的辉度分布。图5的横轴表示开口区域AP的与光轴AX垂直的截面内的任意位置，纵轴表示辉度。曲线A表示未设置微透镜元件时的辉度分布。曲线B表示设置有现有技术的非球面微透镜元件时的辉度分布。此外，曲线C表示设置有本实施例的微透镜元件203时的辉度分布。

在完全未设置微透镜元件时，不能将照明光有效地引导到开口区域AP。因此，由曲线A可知，辉度分布作为整体来看是低水平。此时的光量分布的标准偏差为0.038108。

此外，在设置现有技术的非球面微透镜元件时，由曲线B可知，由于光有效地向开口区域AP聚光，所以辉度分布的峰值水平和其积分值(等于总光量)变大。但是，光量集中在开口区域AP的中央部，而在周边部光量减少。此时的光量分布的标准偏差为0.117735。因此，在取向膜上产生局部的能量集中。其结果是导致取向膜的劣化。

对此，当设置本实施例的微透镜元件203时，如曲线C所示地，处于辉度分布的辉度级遍布整个开口区域为大致均匀的状态。此时的光量分布的标准偏差为0.081955。而且，与曲线A相比辉度级也变大。由此可知，在本实施例中，没有出现局部的能量集中而以大致均匀的辉度分布且有效地利用光。在本实施例中，由于具有均匀的辉度分布，所以就液晶面板的耐光性来说，可以实现与现有技术相比4.6倍左右的长寿命化。另外，在本实施例中，一个微透镜元件203由被分割成4个的非球面子透镜ASP1、ASP2、ASP3、ASP4构成。但不限于此，也可以由5个或5个以上的非球面子透镜构成。

实施例2.

图6是实施例2的投影机中的液晶面板620R的一部分的结构的立体剖面图。液晶面板620R，其多个开口区域AP大致正交地配置成格子状。作为像素开口部的开口区域AP是形成于具有遮光功能的黑色矩阵205上的矩形的开口部。开口区域AP与一个像素对应。在图6中，只表示液晶面板620R的多个开口区域AP中的一个开口区域AP的一部分。由于与其它的开口区域对应的液晶面板620R的结构与图6所示的结构相同，因此省略重复的说明。此外，对与上述实施例1相同的部分附加相同的符号并省略重复的说明。

本实施例的微透镜元件603具有以光轴AX为中心旋转对称的形状。微透镜元件603具有对于以光轴AX为中心的多个大致轮带状部R10、R20的每一个不同的多个焦点位置f10、f20。此外，多个轮带状部R10、R20之中的任意一个轮带状部R20的焦点位置f20，位于比以一个轮带状部R20为基准靠近光轴AX一侧的轮带状部R10的焦点位置f10更靠近微透镜元件603的位置。进而，多个焦点位置f10、f20，任意的焦点位置f10、f20都比作为调制部的液晶层209更位于射出侧。

图7是从光轴AX方向观察与一开口区域AP对应的一个微透镜元件603的结构。微透镜元件603具有以光轴AX为中心旋转对称的形状。此外，从靠近光轴AX一侧开始依次具有轮带状部R10、轮带状部R15和轮带状部R20。

返回到图6中，离光轴AX近的光线L1由轮带状部R10折射而向焦点位置f10聚光。离光轴AX远的光线L2由轮带状部R20折射而向焦点位置f20聚光。焦点位置f20位于比焦点位置f10更靠近微透镜元件603的位置。由此，在液晶层209附近可以使光线的分布密度大致均匀。其结果，由于可以减少光能在液晶层209附近的局部集中，因此可以减小取向膜208、210的劣化。因此，可以获得长寿命的液晶面板620R。

进而，多个焦点位置f10、f20，任意的焦点位置f10、f20都比液晶层209更位于射出侧。因此，相对于液晶层209大致垂直地入射的成分、即与光轴AX平行的成分增多。其结果，可以获得高对比度的图像。

此外，微透镜元件603进行聚光以使入射的光通过开口区域AP。由此，来自超高压水银灯101的照明光可以有效地通过开口区域AP，从而可以减少由开口区域AP阻挡的光量。因此，可以高效地利用光。

在本实施例中，优选地使最接近光轴AX的轮带状部R10的焦点距离FL10除以最远离光轴AX的轮带状部R20的焦点距离FL20获得的比大于1.1。在图6中，以微透镜元件603的后侧主点和透镜面的近轴曲率顶点大致一致的状态表示各焦点距离。因此，在作为调制部的液晶层209附近可以进一步使光线的分布密度大致均匀。此外，相对于液晶层209大致垂直地入射的成分、即与光轴AX平行的成分进一步增多。其结果，可以获得高对比度的图像。

此外，优选地使最接近光轴AX的轮带状部R10的焦点距离FL10除以最远离光轴AX的轮带状部R20的焦点距离FL20获得的比大于1.2。进而，优选地使最接近光轴AX的轮带状部R10的焦点距离FL10除以最远离光轴AX的轮带状部R20的焦点距离FL20获得的比大于1.3。由此，可以在液晶层209附近进一步使光线的分布密度大致均匀。此外，可以获得对比度更高的图像。

另外，本实施例的微透镜元件603由3个轮带状部R10、R15、R20构成。但是不限于此，也可以由4个或4个以上的轮带状部构成。

制造方法.

下面，对上述各实施例的微透镜元件的3种不同的制造方法进行说明。第1制造方法使用灰度光刻法。以制造实施例1所述的由4个非球面子透镜ASP1、ASP2、ASP3、ASP4构成的微透镜元件203的情况为例进行说明。图8-1表示灰度掩模800的灰度级的例子。灰度掩模800是具有与使用面积灰度掩模或感光性玻璃的灰度对应的浓淡图形的掩模。

如图8-2所示，在由玻璃基板或合成石英基板构成的微透镜阵列基板202上通过旋转涂覆法或喷涂法叠层抗蚀剂层801。此外，使用灰度掩模800通过光刻技术而在抗蚀剂膜上形成预期的微透镜元件的形状图形。随后，使用例如C₄F₈这样的氟类玻璃进行干法蚀刻。由此，如图8-3所示，在微透镜阵列基板202上形成形状图形。接下来，如图8-4所示，将微透镜阵列基板202与对置基板206以光学透明的粘接剂层204介于中间固定粘接。使用与微透镜阵列基板202之间产生指定的折射率差的材料。随后，按照现有的已公开的步骤，依次地形成黑色矩阵205、由ITO膜构成的透明电极207等。由此，可以制造具有由多个微透镜元件203构成的微透镜阵列的液晶面板120R。

下面，对第2制造方法进行说明。以制造实施例1所述的由4个非球面子透镜ASP1、ASP2、ASP3、ASP4构成的微透镜元件203的情况为例进行说明。如图9-1所示，例如，在由玻璃基板构成的微透镜阵列基板202上形成HTO膜901。HTO膜901由比玻璃的蚀刻速度更快的材料构成。在HTO膜901上形成Cr掩模902。在Cr掩模902上，与图4所示的顶点曲率半径V1、V2、V3、V4的位置对应地通过光刻工序图形形成4个开口部902a。如图9-2所示，当用氢氟酸溶液进行湿法蚀刻时，以开口部902a为中心进行蚀刻。此时，HTO膜901的蚀刻速度比微透镜阵列基板202快。当进一步进行蚀刻后，如图9-3、9-4所示，与相邻的开口部902a对应的蚀刻区域彼此重叠。此外，如图9-5所示的正面图，可以形成4个非球面子透镜ASP1、ASP2、ASP3、ASP4。随后，按照现有的已公开的步骤，依次地形成黑色矩阵205、由ITO膜构成的透明电极207等。由此，可以制造具有由多个微透镜元件203构成的微透镜阵列的液晶面板120R。

下面，对第3制造方法进行说明。以制造实施例2所述的微透镜元件603的情况为例进行说明。如图10-1所示，例如，在由玻璃基板构成的微透镜阵列基板202上形成第1Cr掩模1000。在第1Cr掩模1000上通过光刻工序图形形成第1开口部1000a。然后，如图10-2所示，当以氢氟酸溶液进行湿法蚀刻时，以第1开口部1000a为中心进行蚀刻。其结果，形成球面状的第1透镜形状1001。接下来，将第1Cr掩模1000从微透镜阵列基板202上剥离。随后，形成第2Cr掩模1100。其中，通过喷涂法形成未图示的抗蚀剂层。如图10-3所示，进行图形化处理形成比第1开口部1000a大的第2开口部1100a。再次以氢氟酸溶液进行蚀刻。其结果，形成如图10-4所示的非球面的第2透镜形状1002。随后，如图10-5所示，将第2Cr掩模1100剥离。随后，按照现有的已公开的步骤，依次地形成黑色矩阵205、由ITO膜构成的透明电极207等。由此，可以制造具有由多个微透镜元件603构成的微透镜阵列的液晶面板620R。

如上所述，本发明的空间光调制装置对于液晶型的空间光调制装置是有益的。

Claims (5)

1.一种空间光调制装置，其特征在于，具备：

具有多个像素开口部的、根据图像信号对光进行调制并射出的调制部；以及

在上述调制部的入射侧与上述像素开口部对应地设置的、对入射的光进行聚光使其通过上述像素开口部的透镜部；

其中，上述透镜部具有对于以光轴为中心的多个大致轮带状部的每一个不相同的多个焦点位置；

上述多个轮带状部之中的任意一个轮带状部的上述焦点位置，处于比以上述一个轮带状部为基准靠近上述光轴一侧的上述轮带状部的上述焦点位置更靠近上述透镜部的位置；

上述多个焦点位置，任何上述焦点位置都比上述调制部更位于射出一侧。

2.如权利要求1所述的空间光调制装置，其特征在于，上述透镜部是具有多个顶点曲率半径的非球面透镜。

3.如权利要求1或2所述的空间光调制装置，其特征在于，将最接近上述光轴的上述大致轮带状部的焦点距离除以最远离上述光轴的上述大致轮带状部的焦点距离获得的比大于1.1。

4.如权利要求1至3的任意一项所述的空间光调制装置，其特征在于，借助上述透镜部通过上述像素开口部的光的、上述像素开口部的区域内的光量的标准偏差小于0.1。

5.一种投影机，其特征在于，具有：

提供光的光源；

如权利要求1至4的任意一项所述的空间光调制装置；以及

投影来自上述空间光调制装置的光的投影透镜。

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