JP2003248181A - Reflective spatial light modulator - Google Patents

Reflective spatial light modulator

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JP2003248181A
JP2003248181A JP2002048010A JP2002048010A JP2003248181A JP 2003248181 A JP2003248181 A JP 2003248181A JP 2002048010 A JP2002048010 A JP 2002048010A JP 2002048010 A JP2002048010 A JP 2002048010A JP 2003248181 A JP2003248181 A JP 2003248181A
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JP
Japan
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light
layer
pixel
reflective
reflection
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Application number
JP2002048010A
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Japanese (ja)
Inventor
Keishin Aisaka
敬信 逢坂
Atsushi Takaura
淳 高浦
Kazuya Miyagaki
一也 宮垣
Ikuo Kato
幾雄 加藤
Takeshi Namie
健史 浪江
Kenji Kameyama
健司 亀山
Yasuyuki Takiguchi
康之 滝口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To operate an image display device of a high resolution using an optical axis shift element and a reflective light valve by reducing unevenness in a surface with reliability at a lower cost. <P>SOLUTION: A pixel as a spatial light modulation element has a reflective concave surface structure 1, an embedded layer 2 made of a translucent member, a liquid crystal layer 4, a reflecting electrode 6 provided between the structure 1 and the layer 2 so that a planarized layer 3 in which the upper surface is planarized is provided on the layer 2. An incident luminous flux 10 is incident on a concave reflecting mirror 1 through the layer 4 and the layer 3, reflected and condensed by the mirror 1 to form a new contracted pixel 12 in which a condensed state, i.e., a reduced pixel size of the pixel is formed near a focus (f). <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高い空間周波数の
光変調を実現する空間光変調装置に関し、また、この空
間光変調装置を用いた光通信用の光交換スイッチ、画像
表示用のプロジェクタやヘッドマウンテッドディスプレ
イ、さらには、この空間光変調装置を用いた光情報処理
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spatial light modulator which realizes optical modulation of a high spatial frequency, an optical exchange switch for optical communication using the spatial light modulator, a projector for image display, and the like. The present invention relates to a head mounted display, and further to an optical information processing device using this spatial light modulator.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、画像表示装置(ディスプレイ)と
して、CRT、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレ
イ、プロジェクタなどがある。これらの画像表示装置に
は、写真のような自然画あるいは文字を主体としたテキ
スト等の画像をより高精細化に表示すること、またより
大画面での表示が求められている。
2. Description of the Related Art Currently, as image display devices (displays), there are CRTs, liquid crystal displays, plasma displays, projectors and the like. These image display devices are required to display an image such as a natural image such as a photograph or a text mainly composed of characters with higher definition and to display on a larger screen.

【0003】これは、市場における画像表示装置の性能
を表す尺度である画素数、画面サイズに現れている。
今、画素数はXGA(1024x768ドット)、SX
GA(1260x1024ドット)、SXGA+(14
00x1050ドット)、QXGA(1600x120
0ドット)と増大する傾向にある。また、画面サイズに
関しても、画素数の増大と共に、現在主流の14、15
インチのものから20インチ、24インチといった大型
化に向っている。高精細で、大画面のディスプレイに
は、画素サイズがより小さいこと、また、全画素数が多
いことが求められている。
This appears in the number of pixels and the screen size, which are the scales showing the performance of image display devices in the market.
The number of pixels is now XGA (1024 x 768 dots), SX
GA (1260 x 1024 dots), SXGA + (14
00x1050 dots, QXGA (1600x120)
(0 dots). As for the screen size, with the increase in the number of pixels, the current mainstream 14, 15
It is suitable for increasing the size from inches to 20 inches and 24 inches. A high-definition, large-screen display is required to have a smaller pixel size and a larger total number of pixels.

【0004】ディスプレイのうちプロジェクタは、液晶
による空間光変調を利用した液晶空間光変調素子(液晶
ライトバルブ)と呼ばれる微細な画素を多数配列させた
画像表示装置により画像を形成し、これを投射レンズに
よりスクリーンに投射する方式を用いるものである。画
素の形状は正方形あるいは矩形をしており、サイズは1
辺が数十μmから10数μm、数十μmである。この画
素サイズが画像の高精細化を決定しており、画素が微細
である程、より高精細な画像が実現できる。また大画面
化に対応するには画素数を増大させる必要がある。
Among the displays, a projector forms an image by an image display device in which a large number of fine pixels called a liquid crystal spatial light modulation element (liquid crystal light valve) utilizing spatial light modulation by liquid crystal are arranged, and the image is formed by a projection lens. The method of projecting on the screen is used. The pixel shape is square or rectangular, and the size is 1
The sides are several tens to several tens of μm and several tens of μm. This pixel size determines the high definition of the image, and the finer the pixel, the higher the resolution of the image can be realized. Further, it is necessary to increase the number of pixels in order to cope with a large screen.

【0005】液晶ライトバルブは透過型ライトバルブと
反射型ライトバルブに大別される。透過型ライトバルブ
では、画素を微細化するときに、薄膜トランジスタ(T
FT)等の画像形成に寄与しない部分が微細化できず、
画素を微細化してもこれらの画素に占める面積が相対的
に大きくなり、開口率が低下する問題がある。これに対
して、反射型ライトバルブでは、画素電極(反射電極)
の下に配線部を形成することが可能であるため開口率あ
るいは反射率を向上させることができる。
Liquid crystal light valves are roughly classified into transmissive light valves and reflective light valves. In the transmissive light valve, a thin film transistor (T
Areas such as FT) that do not contribute to image formation cannot be miniaturized,
Even if the pixels are miniaturized, the area occupied by these pixels becomes relatively large, and there is a problem that the aperture ratio decreases. On the other hand, in the reflection type light valve, the pixel electrode (reflection electrode)
Since it is possible to form a wiring portion underneath, the aperture ratio or reflectance can be improved.

【0006】しかしながら、液晶層がスイッチングする
ためには、強誘電性液晶を用いて表面安定化構造とした
場合や、ネマチック液晶を用いて垂直配向モードや1次
のTN構造とした場合において、液晶層の厚さとしては
1ミクロン程度が必要であり、10ミクロン程度の画素
サイズを実現はできるが、コントラストや階調性や均一
性を高品質に保持したまま、それより小さい5〜7ミク
ロン以下の画素サイズの実現は非常に困難である。ま
た、液晶ライトバルブ自体のサイズを増大させて、画素
数を増大する方法もあるが、これは液晶ライトバルブの
コストが指数的に増大すると同時に、光学系の大きさも
増大し、より一層高コストの画像表示装置となる。
However, in order to switch the liquid crystal layer, a liquid crystal is used in the case of using a ferroelectric liquid crystal for a surface stabilizing structure or in the case of using a nematic liquid crystal for a vertical alignment mode or a primary TN structure. The layer thickness needs to be about 1 micron, and a pixel size of about 10 microns can be realized, but the contrast, gradation, and uniformity are maintained at high quality, and smaller than 5 to 7 micron. It is very difficult to realize the pixel size of. There is also a method of increasing the number of pixels by increasing the size of the liquid crystal light valve itself, but this increases the cost of the liquid crystal light valve exponentially and at the same time increases the size of the optical system, resulting in higher cost. Image display device.

【0007】このため、液晶ライトライトバルブを投射
するときに、光軸をシフトする素子を設けることによ
り、時分割で画素を増加させ高解像度を実現する画像表
示装置が、特開平4−113308号公報(日本電信電
話株式会社、特許第2939826号)に開示されてお
り、偏光方向を旋回できる光学素子と複屈折効果を有す
る透明素子を光軸シフト方向を直交させて2組用いるこ
とにより、縦2倍、横2倍で合計4倍の高解像度化する
装置が示されている。また、特開平5−289044号
公報(松下電気産業株式会社)、特開平6−32432
0号公報(ソニー株式会社)にインターレス駆動の場合
に走査線を補間する縦方向の2倍の高密度化する装置が
示されている。また、特開平9−230329号公報に
は、光軸シフトによりΔ(デルタ)配列が実現できる装
置が示されている。
Therefore, an image display device which realizes high resolution by increasing the number of pixels by time division by providing an element for shifting the optical axis when projecting a liquid crystal light valve is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-113308. Japanese Patent No. 2939826 (Nippon Telegraph and Telephone Corporation) discloses that by using two sets of an optical element capable of rotating a polarization direction and a transparent element having a birefringence effect with their optical axis shift directions orthogonal to each other, An apparatus for increasing the resolution by 2 times and 2 times in total and 4 times in total is shown. Further, JP-A-5-289044 (Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.) and JP-A-6-32432.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 0 (Sony Corporation) discloses a device which interpolates scanning lines and doubles the density in the vertical direction when interlaced driving is performed. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 9-230329 discloses an apparatus capable of realizing a Δ (delta) array by shifting an optical axis.

【0008】光軸シフト素子に偏光方向を旋回できる光
学素子と複屈折効果を有する透明素子以外を用いるもの
としては、直接に揺動機構を用いて表示パネル(ライト
バルブまたは空間光変調器)をシフトさせる特開平5−
313116号公報(日本電信電話株式会社)、円周方
向で角度の異なる回転板を用いる特開平6−20834
5号公報(日本ビクター株式会社)、レンズやミラー等
の光学部品を振動させる特開平6−324320号公報
(ソニー株式会社)等がある。
As the optical axis shift element other than the optical element capable of turning the polarization direction and the transparent element having the birefringence effect, a display panel (light valve or spatial light modulator) is directly used by using a swing mechanism. Shifting-Patent application
No. 313116 (Nippon Telegraph and Telephone Corporation), Japanese Patent Laid-Open No. 6-20834, which uses rotating plates having different angles in the circumferential direction.
No. 5 (Nippon Victor Co., Ltd.), Japanese Patent Laid-Open No. 6-324320 (Sony Co., Ltd.), which vibrates optical parts such as lenses and mirrors.

【0009】また、特開平09−054554号公報に
は、光軸シフトをして高解像度化を行う場合に、集光レ
ンズにより透過型液晶パネルの比較的大きい開口より小
さく集光する方法が開示されている。具体的には、特定
の開口を有する透過型液晶ライトバルブと、この画素に
対向してアクティブ素子により制約されて生じる小さな
開口よりもさらに画素サイズを縮小する円形外形状を有
するマイクロレンズが示されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-054554 discloses a method of condensing light with a condensing lens to a size smaller than a relatively large aperture of a transmissive liquid crystal panel when the optical axis is shifted to achieve high resolution. Has been done. Specifically, a transmissive liquid crystal light valve having a specific opening and a microlens having a circular outer shape that further reduces the pixel size than a small opening generated by being restricted by an active element facing the pixel are shown. ing.

【0010】また、前記特開平09−054554号公
報には、液晶ライトバルブと、光軸シフト素子を用いた
投射拡大装置により、一方向に2倍の高解像度化を行っ
た場合の動作、作用が従来の例と比較して示されてお
り、従来の構成例の場合は、アクティブ素子により、画
素ピッチよりも小さい開口により必然的に画素が若干縮
小されているが、この場合のビームプロファイルは矩形
形状であり、このような画素で、光軸シフトにより高解
像度化を図っても、シフトした画素同士が重なり、重な
り部分の輝度がステップ的に増大して、解像度が向上し
ない。これに対して、該特開平09−054554号公
報に記載の発明では、集光された画素となる円形形状の
場合に対応した、矩形形状のビームプロファイルが示さ
れており、これが画素ピッチよりも小さいことにより、
光軸シフト素子を用いた場合に、光軸シフトした場合に
画素の重なりがなくなり解像度が向上する。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 09-054554, the operation and action when the resolution is doubled in one direction by a projection enlarging device using a liquid crystal light valve and an optical axis shift element. Is shown in comparison with the conventional example, and in the case of the conventional configuration example, the pixel is inevitably slightly reduced by the active element due to the aperture smaller than the pixel pitch, but the beam profile in this case is Even if the pixel has a rectangular shape and the resolution is increased by shifting the optical axis in such a pixel, the shifted pixels overlap with each other, and the brightness of the overlapping portion increases stepwise, so that the resolution cannot be improved. On the other hand, in the invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 09-054554, a rectangular beam profile corresponding to the case of a circular shape which becomes a focused pixel is shown, which is larger than the pixel pitch. By being small,
When the optical axis shift element is used, the pixels do not overlap when the optical axis is shifted, and the resolution is improved.

【0011】図16は、前記特開平09−054554
号公報に記載の表示装置の一例を説明するための概略構
成図で、図示の形態例では、モザイク状表示装置103
の表示ピント面の入射光ビーム101側(バックライト
側)に、集光光学系(マイクロレンズ、フレネルレンズ
等)102が配置されており、この集光光学系102に
は、モザイク状表示装置103の各表示画素開口部10
3aに対応させた微小レンズ部102aが配列されてい
る。この微小レンズ部102aは、バックライト側から
の入射光ビーム101を、モザイク状表示装置103の
表示ピント面において、表示画素開口部103aより小
さい集光画素サイズ101aに絞り込んで、出射光ビー
ム104を観察者側もしくはスクリーン側に出射させる
ようにしている。
FIG. 16 shows the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 09-054554.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram for explaining an example of the display device described in Japanese Patent Publication No. JP-A-2003-242242.
A condensing optical system (microlens, Fresnel lens, etc.) 102 is disposed on the incident light beam 101 side (backlight side) of the display focus surface of the, and the condensing optical system 102 includes a mosaic display device 103. Each display pixel opening 10
The minute lens portions 102a corresponding to 3a are arranged. The minute lens portion 102a narrows the incident light beam 101 from the backlight side to a condensing pixel size 101a smaller than the display pixel opening 103a on the display focus surface of the mosaic display device 103, and emits the outgoing light beam 104. The light is emitted to the observer side or the screen side.

【0012】図17は、図16に示した表示装置を実施
しないハーフライン・ノンインターレース表示を光学ウ
ォブリングを用いてフルライン・インタレース表示とし
た輝度状態を示す図で、横軸は輝度レベル、縦軸は画素
位置を示す。表示信号としては、ライン毎の白黒の繰り
返し横すじパターンを想定している。ハーフラインなの
でODDフィールドは白レベル、EVENフィールドは
黒レベルとなる。輝度レベル0の部分は画素と画素の間
のマスク部分で、ラインごとの白黒繰り返し信号が、ハ
ーフライン・ノンインタレース表示の場合に比べて再現
していることがわかる。輝度向上等のため開口部がマス
ク部分よりも広く形成されている場合、元のフィールド
の画素とウォブリングされたフィールドの画素とが一部
重なって見え、このため、垂直解像度が半分になってい
る。
FIG. 17 is a diagram showing a luminance state in which a half-line non-interlaced display not implementing the display device shown in FIG. 16 is changed to a full-line interlaced display by using optical wobbling. The vertical axis represents the pixel position. As the display signal, a black-and-white repeating horizontal streak pattern for each line is assumed. Since it is a half line, the ODD field has a white level and the EVEN field has a black level. It can be seen that the portion of the brightness level 0 is a mask portion between pixels, and the black-and-white repeating signal for each line is reproduced as compared with the case of half-line non-interlaced display. When the opening is formed wider than the mask portion to improve brightness, the pixels of the original field and the pixels of the wobbled field appear to partially overlap with each other, and the vertical resolution is halved. .

【0013】図18は、図16に示した集光光学系を用
いて集光画素サイズを絞った場合の輝度状態を示す図
で、図17の場合に比して、集光画素サイズが絞られて
表示画素サイズが小さくなるため、表示画素間の重なり
がなくなり、解像度が向上し、輝度レベルも向上してコ
ントラストが良くなる。従って、フルライン倍速表示と
同等の解像度、コントラストの画質が得られる。動き画
像も考えると、光学ウォブリングによりインタレースし
ているので、画質はフルライン倍速表示よりも良い。
FIG. 18 is a diagram showing a luminance state when the condensing pixel size is reduced by using the condensing optical system shown in FIG. 16, and the condensing pixel size is reduced as compared with the case of FIG. Since the display pixel size is reduced, there is no overlap between the display pixels, the resolution is improved, the brightness level is improved, and the contrast is improved. Therefore, it is possible to obtain an image quality with the same resolution and contrast as the full line double speed display. Considering moving images, the image quality is better than that of full-line double-speed display because it is interlaced by optical wobbling.

【0014】しかしながら、前記特開平09−0545
54号公報に示される構成は、表示画素数の集光機能部
分を配列した集光光学系となるマイクロレンズアレイ
を、表示画素の光源側に配置されることを特徴としてお
り、これは透過型の液晶パネルに対して用いることがで
きる方式ではあるが、反射型のライトバルブの通常の構
成においては、入射の際にマイクロレンズアレイにより
集光された照明光が、出射の際には同一のマイクロレン
ズアレイにより拡大されるために、画素を縮小すること
ができない。特開平09−054554号公報には、こ
のような反射型ライトバルブで生じる問題点に関しては
考慮されておらず、またその解決に関しては一切記述さ
れていない。
However, the above-mentioned Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-0545
The configuration disclosed in Japanese Patent Publication No. 54 is characterized in that a microlens array, which is a condensing optical system in which condensing functional portions corresponding to the number of display pixels are arranged, is arranged on the light source side of the display pixels. However, in a normal configuration of a reflection type light valve, the illumination light condensed by the microlens array at the time of incidence is the same as that at the time of emission. The pixels cannot be reduced because they are magnified by the microlens array. Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-054554 does not consider the problem that occurs in such a reflective light valve, and does not describe the solution thereof.

【0015】一方、反射型ライトバルブにおいて、光利
用効率を向上させるために、各画素ごとにマイクロレン
ズを設ける画像表示装置は、特開平11−258585
号公報、特開2001−215531号公報等に記載さ
れている。特開平11−258585号公報では、反射
電極上にマイクロレンズを設け、かつその焦点距離とマ
イクロレンズと画素との距離に着目した反射型ライトバ
ルブの従来例が開示されている。この発明では、特開2
001−215531号公報と同様にディスクリネーシ
ョンの影響を低減すると同時に、画素の実効的な反射面
積率を100%に近付け光利用効率を向上し、より高輝
度、高品位の画像を実現することを目的としている。特
開平11−258585号公報においては、マイクロレ
ンズの焦点距離f、マイクロレンズと反射電極との距離
をtとしたとき、f>tが高輝度、高品位の画像実現の
好条件であり、さらに、f=2tが最も好ましいとされ
ている。これは、この条件を満たす構成が、効率良く投
写レンズに取り込まれ、マイクロレンズからの出射光を
生成し、利用効率を向上させるためである。また、f=
2tの条件では、反射電極上ではマイクロレンズ(正方
形)の1辺の1/2のサイズのスポットが形成されると
記述されている。
On the other hand, in a reflection type light valve, an image display device in which a microlens is provided for each pixel in order to improve light utilization efficiency is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-258585.
Japanese Patent Publication No. 2001-215531 and the like. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-258585 discloses a conventional example of a reflective light valve in which a microlens is provided on a reflective electrode, and the focal length and the distance between the microlens and a pixel are focused. According to the invention,
Similar to Japanese Patent Publication No. 001-215531, the effect of disclination is reduced, and at the same time, the effective reflection area ratio of the pixel is brought close to 100% to improve the light utilization efficiency, thereby realizing an image with higher brightness and higher quality. It is an object. In Japanese Patent Laid-Open No. 11-258585, f> t is a favorable condition for realizing a high-luminance, high-quality image, where f is the focal length of the microlens and t is the distance between the microlens and the reflective electrode. , F = 2t is the most preferable. This is because the configuration satisfying this condition is efficiently taken into the projection lens to generate the emitted light from the microlens and improve the utilization efficiency. Also, f =
It is described that under the condition of 2t, a spot having a size of 1/2 of one side of the microlens (square) is formed on the reflective electrode.

【0016】図19は、特開平11−258585号公
報に記載された表示装置の一例を示す図で、光源111
からの光はビームスプリッタ112により液晶表示装置
113へ入射し、該液晶表示装置113がオン状態にあ
る時は、反射電極114により反射され、ビームスプリ
ッタ112を通して投影レンズ115に達し、スクリー
ン116上に投影される。
FIG. 19 is a diagram showing an example of a display device described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-258585, which is a light source 111.
The light from is incident on the liquid crystal display device 113 by the beam splitter 112, is reflected by the reflective electrode 114 when the liquid crystal display device 113 is in the ON state, reaches the projection lens 115 through the beam splitter 112, and is displayed on the screen 116. Projected.

【0017】しかしながら、上記特開平11−2585
85号公報に記載の発明は、光利用効率の向上を目的と
しており、光軸シフト素子を組み合わせた場合の画素サ
イズ縮小素子に関しては一切考慮しておらず、この構成
で光軸シフト素子を用いて高解像度の画像表示装置とす
ることはできない。なぜならば、特開平11−2585
85号公報では、画素が等倍に結像されるように、照明
系のF値=マイクロレンズのF値=投射レンズのF値を
満たすFの範囲が最適であるとしている。さらに、f=
2tの関係が成立し、マイクロレンズと反射電極との間
の屈折率が1であり、反射電極に入射する照明光が最初
に入射するとき、マイクロレンズはほぼフィールドレン
ズとして作用する。このため、入射した照明光が画素と
なる反射電極で反射されて反対方向に出射、再びマイク
ロレンズに入射するときに、この反射光をマイクロレン
ズの大きさである開口にほぼ100%の大きさで、光の
ロスもなく透過させることができる。つまり、画素縮小
を全く行っていない。
However, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 11-2585.
The invention described in Japanese Patent Publication No. 85 is aimed at improving the light utilization efficiency, and does not consider a pixel size reduction element in the case of combining an optical axis shift element, and uses the optical axis shift element in this configuration. Cannot be used as a high-resolution image display device. This is because Japanese Patent Laid-Open No. 11-2585
According to Japanese Patent Laid-Open No. 85, the range of F that satisfies the F value of the illumination system = the F value of the microlens = the F value of the projection lens is optimal so that the pixels are imaged at the same magnification. Furthermore, f =
When the relationship of 2t is established, the refractive index between the microlens and the reflective electrode is 1, and when the illumination light incident on the reflective electrode first enters, the microlens almost functions as a field lens. Therefore, when the incident illumination light is reflected by the reflective electrode serving as a pixel, is emitted in the opposite direction, and is incident on the microlens again, the reflected light is transmitted to the aperture which is the size of the microlens and has a size of approximately 100%. Therefore, light can be transmitted without loss. That is, no pixel reduction is performed.

【0018】このような光学構成においては、3つのF
値をほぼ一致させたために、投射レンズのF値をより小
さくする必要がない代りに、画素を縮小する効果が生ぜ
ず、出射した映像光がマイクロレンズに再入射した際の
画素の大きさは、マイクロレンズとほぼ同じ、つまりは
等倍であり、光軸シフト素子と組み合わせた場合の画素
縮小に関する効果を何等、考慮検討したものではない。
何故ならば、光軸シフトを行わない場合には、画素縮小
を行って、画素と画素の間に隙間が生じると、かえって
映像の滑らかさが低減されてしまうからである。
In such an optical configuration, three F
Since the F values of the projection lenses do not have to be made smaller because the values are almost the same, the effect of reducing the pixels does not occur, and the size of the pixels when the emitted image light re-enters the microlens is , It is almost the same as the microlens, that is, the magnification is the same, and no consideration has been given to the effect on pixel reduction when combined with the optical axis shift element.
This is because if the optical axis shift is not performed and the pixels are reduced so that gaps are formed between the pixels, the smoothness of the image is rather reduced.

【0019】また、反射型ライトバルブにおいて光利用
効率を向上させるために、各画素ごとにその光源側にマ
イクロレンズを設けると同時に、それに加えて基板側に
もマイクロレンズまたはマイクロ集光鏡を設ける画像表
示装置が、特開平9−90310号公報に開示されてい
る。
Further, in order to improve the light utilization efficiency in the reflection type light valve, a microlens is provided on the light source side of each pixel, and at the same time, a microlens or a micro condenser mirror is provided on the substrate side. An image display device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-90310.

【0020】図20は、上記特開平09−90310号
公報に記載の反射型液晶装置の一例を説明するための斜
視構成図、図21は断面構成図で、121は第1の集光
性手段であるマイクロレンズ121aを有する前方光入
射側透光性基板、122は画素電極122aを有する後
方光入射側透光性基板で、これらは、図21に示すよう
に、接着剤125により接合されている。123は第2
の集光性手段である反射電極123aを有する反射電極
で、液晶を主たる構成要素とする電気光学機能層124
に接するか又は近接される面に前記透明電極122aが
形成されている。
FIG. 20 is a perspective constitutional view for explaining an example of the reflection type liquid crystal device described in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 09-90310, FIG. 21 is a sectional constitutional view, and 121 is a first light collecting means. 21 is a front light incident side transparent substrate having a micro lens 121a, and 122 is a rear light incident side transparent substrate having a pixel electrode 122a. These are bonded by an adhesive 125 as shown in FIG. There is. 123 is the second
Is a reflective electrode having a reflective electrode 123a, which is a light-collecting means, and is mainly composed of liquid crystal.
The transparent electrode 122a is formed on the surface that is in contact with or close to.

【0021】この特開平09−90310号公報に開示
された光利用効率を向上させる反射型ライトバルブにお
いては、レンズ121が、入射時と出射時の2回とも特
定の照明角の照明に対してフィールドレンズ的に構成す
ると同時に、さらには液晶層に対してこのレンズ121
と反対側に設けたマイクロレンズまたはマイクロ集光鏡
123をリレーレンズ的な構成とすることにより、光の
ロスと、照明角に対する出射角の広がりがほとんどな
く、画素ごとに対応したマイクロレンズを構成すること
ができるとしている。
In the reflection type light valve disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-90310, which improves the light utilization efficiency, the lens 121 is provided with a specific illumination angle both at the time of incidence and at the time of emission. At the same time as a field lens, the lens 121
By configuring the microlens or the micro-condensing mirror 123 provided on the opposite side to a relay lens-like configuration, there is almost no loss of light and spread of the emission angle with respect to the illumination angle, and a microlens corresponding to each pixel is configured. It is supposed to be possible.

【0022】しかしながら、前記特開平09−9031
0号公報においては、光利用効率を向上させるために、
入射する照明角と出射角をほぼ同じにすることと、レン
ズの大きさを絞りとする光学系でのケラレがないことが
重要となるので、レンズ121の大きさ一杯に反射され
た出射光が透過することを考慮しており、光軸シフト素
子を用いた場合に画素サイズを縮小することは一切考慮
しているものではない。このため、マイクロ集光鏡12
3も、リレーレンズとして焦点距離の約2倍の位置にフ
ィールドレンズとなるレンズ121を配置した構成とな
っており、これは等倍結像であるので、光軸シフト素子
による高解像度化や画素サイズを縮小することを、一切
考慮しているものではない。
However, the above-mentioned Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-9031.
In JP-A-0, in order to improve light utilization efficiency,
Since it is important that the incident illumination angle and the outgoing angle are approximately the same and that there is no vignetting in the optical system that uses the lens size as a stop, the outgoing light reflected to the full size of the lens 121 is In consideration of transmission, no consideration is given to reducing the pixel size when an optical axis shift element is used. Therefore, the micro condenser mirror 12
3 also has a configuration in which a lens 121 serving as a field lens is arranged at a position about twice the focal length as a relay lens. Since this is an equal-magnification image formation, the resolution is increased by the optical axis shift element and the pixel is increased. It does not consider reducing the size at all.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
に鑑みてなされたものであり、光軸シフト素子と反射型
ライトバルブを用いた高解像度の画像表示装置を実現す
る場合に、従来の画素を駆動する回路と反射面を有する
基板とマイクロレンズを有する対向基板を張り合わせた
反射型ライトバルブと光軸シフト素子を用いた高解像度
画像表示装置よりも、より低コストでより信頼性がある
と同時に面内での不均一をより減少させることができる
画像表示装置を提供でき、さらには、従来のマイクロレ
ンズを照射光の経路においてスイッチング層の透過より
も先に作用させていた画像表示装置よりも、より高解像
度でより明るい視認性に優れた画像表示装置を提供する
ことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has been conventionally performed in the case of realizing a high-resolution image display device using an optical axis shift element and a reflection type light valve. The cost is lower and the reliability is higher than that of a high-resolution image display device using a reflective light valve in which a circuit for driving the pixels, a substrate having a reflective surface, and a counter substrate having a microlens are attached to each other and an optical axis shift element. At the same time, it is possible to provide an image display device capable of further reducing in-plane non-uniformity, and further, an image display in which a conventional microlens is allowed to act in the path of irradiation light before transmission of the switching layer. An object of the present invention is to provide an image display device having higher resolution and brighter visibility than the device.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明は、従来の光軸シ
フト素子を用いた高解像度画像表示装置で必要であった
駆動回路と反射面を有する基板と画素プロファイルを変
形するマイクロレンズを有する対向基板との間における
高精度の位置合わせを、マイクロレンズを有する対向基
板からマイクロレンズをなくしかつ駆動する回路と反射
面を有する基板上に反射すると同時に画素プロファイル
を変形する光学素子を設けることにより、対向基板と回
路を有する基板とをアライメントフリーとし、また、従
来のマイクロレンズからなる画素プロファイル変形素子
を照射光の経路においてスイッチング層の透過よりも先
に作用させるかわりに、画素プロファイル変形素子を照
射光の経路においてスイッチング層の最初の透過の後に
作用させることにより解決した。
The present invention has a driving circuit, a substrate having a reflecting surface, and a microlens for deforming a pixel profile, which are required in a high-resolution image display device using a conventional optical axis shift element. High-precision alignment between the counter substrate and the counter substrate having the microlenses is achieved by providing an optical element that eliminates the microlenses from the counter substrate and reflects on the circuit having the driving surface and the substrate having the reflecting surface and at the same time deforms the pixel profile. , The substrate having the circuit and the substrate having the circuit are made alignment-free, and instead of causing the pixel profile deforming element composed of a conventional microlens to act prior to the transmission of the switching layer in the path of the irradiation light, the pixel profile deforming element is used. To act after the first transmission of the switching layer in the path of the illuminating light Ri was resolved.

【0025】第1の発明は、光を放出する光源と、該光
源からの光を整形して照射光とする照射光学素子と、入
射した前記照射光を光変調するとともに該照射光を反射
して出射せしめる略同一の平面上に配列された複数の光
変調素子と、該複数の光変調素子から出射された出射光
の光路を空間座標的に変調させる光路変調素子とを有す
る反射型空間光変調装置において、前記光変調素子が、
該光変調素子ごとに照射光を反射するとともに該反射に
より出射された出射光の光束プロファイルを変形させる
反射型光束プロファイル変形素子を有していることを特
徴としたものである。
According to a first aspect of the present invention, a light source that emits light, an irradiation optical element that shapes the light from the light source into irradiation light, and optically modulates the incident irradiation light and reflects the irradiation light. Reflection-type spatial light having a plurality of light modulation elements arranged on substantially the same plane for emitting the light and emitting light emitted from the plurality of light modulation elements in a spatial coordinate manner. In the modulator, the light modulator is
It is characterized in that each of the light modulation elements has a reflection type light flux profile deforming element that reflects the irradiation light and deforms the light flux profile of the emitted light emitted by the reflection.

【0026】第2の発明は、第1の発明において、前記
反射型光束プロファイル変形素子が、凹形状を有する鏡
面を有する光学素子であることを特徴としたものであ
る。
A second invention is characterized in that, in the first invention, the reflection type light flux profile deforming element is an optical element having a concave mirror surface.

【0027】第3の発明は、第1の発明において、前記
反射型光束プロファイル変形素子が、曲面を有する凹形
状の鏡面を有する光学素子であることを特徴としたもの
である。
A third invention is characterized in that, in the first invention, the reflection type light flux profile deforming element is an optical element having a concave mirror surface having a curved surface.

【0028】第4の発明は、第1又は第2又は第3の発
明において、前記反射型光束プロファイル変形素子の前
記凹形状の鏡面の入出射側に、屈折率nが1.6以上の
透明部材でかつ前記鏡面に埋め込まれる形状となる埋め
込み部材を有することを特徴としたものである。
In a fourth invention according to the first, second or third invention, a transparent material having a refractive index n of 1.6 or more is provided on the entrance / exit side of the concave mirror surface of the reflection type light flux profile modifying element. It is characterized in that it has an embedded member which is a member and has a shape to be embedded in the mirror surface.

【0029】第5の発明は、第1乃至第4のいずれかの
発明において、前記反射光束プロファイル変形素子の前
記曲面を有する凹形状の鏡面の口径をdとし、前記凹形
状の鏡面の平均曲率をrとしたときに、2.2/(m/
2)<r/d<17.9/(m/2)(ただし、mは光
路変調素子の変調ステップ数)であることを特徴とした
ものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the aperture diameter of the concave mirror surface having the curved surface of the reflected light beam profile deforming element is d, and the average curvature of the concave mirror surface is d. Where r is 2.2 / (m /
2) <r / d <17.9 / (m / 2) (where m is the number of modulation steps of the optical path modulator).

【0030】第6の発明は、第1乃至第5のいずれかの
発明において、前記反射光束プロファイル変形素子の前
記曲面を有する凹形状の鏡面のF値をFr値としたとき
に、1.1/(m/2)<n×Fr<8.9/(m/2)
(ただし、nは埋め込み部材の屈折率、mは光路変調素
子の変調ステップ数)であることを特徴としたものであ
る。
In a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, when the F number of the concave mirror surface having the curved surface of the reflected light beam profile deforming element is Fr number, 1.1 /(M/2)<n×Fr<8.9/(m/2)
(However, n is the refractive index of the embedded member, and m is the number of modulation steps of the optical path modulator.)

【0031】第7の発明は、第1乃至第6のいずれかの
発明において、前記反射光束プロファイル変形素子の前
記曲面を有する凹形状の鏡面のF値をFr値とし、前記
空間光変調素子へ入射する前記照射光のF値をFi値と
したときに、0.27/(m/2)<n×(Fr/F
i)<2.2/(m/2)(ただし、nは埋め込み部材
の屈折率、mは光路変調素子の変調ステップ数)である
ことを特徴としたものである。
In a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects of the invention, the F-value of the concave mirror surface having the curved surface of the reflected light beam profile deforming element is set to an Fr value, and the spatial light modulating element is provided. When the F value of the incident irradiation light is a Fi value, 0.27 / (m / 2) <n × (Fr / F
i) <2.2 / (m / 2) (where n is the refractive index of the embedding member and m is the number of modulation steps of the optical path modulator).

【0032】第8の発明は、第1乃至第7のいずれかの
発明において、前記反射型光束プロファイル変形素子
が、鏡面とマイクロレンズとが一体化された光学素子を
有することを特徴としたものである。
An eighth invention is characterized in that, in any one of the first to seventh inventions, the reflection type light flux profile modifying element has an optical element in which a mirror surface and a microlens are integrated. Is.

【0033】第9の発明は、第8の発明において、前記
反射型光束プロファイル変形素子のマイクロレンズが、
曲面を有するマイクロレンズであることを特徴としたも
のである。
In a ninth aspect based on the eighth aspect, the microlens of the reflection type light flux profile modifying element is
It is characterized by being a microlens having a curved surface.

【0034】第10の発明は、第8の発明において、前
記反射型光束プロファイル変形素子の前記マイクロレン
ズが、屈折率分布部材を有するマイクロレンズを有する
ことを特徴としたものである。
A tenth invention is characterized in that, in the eighth invention, the microlens of the reflection type light flux profile modifying element has a microlens having a refractive index distribution member.

【0035】第11の発明は、第1乃至第10のいずれ
かの発明において、前記反射型光束プロファイル変形素
子が、鏡面とマイクロプリズムとが一体化された光学素
子であることを特徴としたものである。
An eleventh invention is characterized in that, in any one of the first to tenth inventions, the reflection type light flux profile modifying element is an optical element in which a mirror surface and a micro prism are integrated. Is.

【0036】第12の発明は、第4又は第9の発明にお
いて、前記反射型光束プロファイル変形素子の前記マイ
クロレンズまたは前記マイクロプリズムが、回折格子を
有することを特徴としたものである。
A twelfth invention is characterized in that, in the fourth or ninth invention, the microlenses or the microprisms of the reflection type light flux profile modifying element have a diffraction grating.

【0037】第13の発明は、第1乃至第12のいずれ
かの発明において、前記光変調素子が、透過率変化また
は偏向角変化により光を変調する光変調層を有し、前記
光変調層に対して照射光の入射方向と反対側に前記反射
型光束プロファイル変形素子を有することを特徴とした
ものである。
A thirteenth aspect of the present invention is the light modulating element according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the light modulating element has a light modulating layer that modulates light by changing the transmittance or changing the deflection angle. On the other hand, the reflection-type luminous flux profile deformation element is provided on the side opposite to the incident direction of the irradiation light.

【0038】第14の発明は、第13の発明において、
前記反射型光束プロファイル変形素子と前記光変調層と
の間に、平坦化層を有することを特徴としたものであ
る。
A fourteenth invention is the thirteenth invention, wherein
A flattening layer is provided between the reflective light flux profile modifying element and the light modulation layer.

【0039】第15の発明は、第14の発明において、
前記反射型光束プロファイル変形素子の前記平坦化層と
前記光変調層との間に導電層を有することを特徴とした
ものである。
The fifteenth invention is the fourteenth invention, wherein
It is characterized in that a conductive layer is provided between the flattening layer and the light modulation layer of the reflection type light flux profile deformation element.

【0040】第16の発明は、第1乃至第12のいずれ
かの発明において、前記光変調素子が、透過率変化また
は偏向角変化により光を変調する光変調層を有し、前記
反射型光束プロファイル変形素子が前記光変調層と一体
化されていることを特徴としたものである。
In a sixteenth invention according to any one of the first to twelfth inventions, the light modulation element has a light modulation layer for modulating light by a change in transmittance or a change in deflection angle, and the reflection type light flux. The profile deformation element is integrated with the light modulation layer.

【0041】第17の発明は、第1乃至第15のいずれ
かの発明において、前記光変調素子が、開口を有する遮
光層を有することを特徴としたものである。
A seventeenth invention is characterized in that, in any one of the first to fifteenth inventions, the light modulation element has a light shielding layer having an opening.

【0042】第18の発明は、第1乃至第17のいずれ
かの発明において、前記光変調素子から出射された出射
光の光束プロファイルの半値全幅が元の前記光変調素子
のピッチよりも小さくかつ前記光変調素子の光変調層の
位置とは異なる位置の出射光を結像する結像レンズを有
することを特徴としたものである。
In an eighteenth aspect of the present invention according to any one of the first to seventeenth aspects, the full width at half maximum of the luminous flux profile of the emitted light emitted from the light modulation element is smaller than the original pitch of the light modulation element. It is characterized in that it has an imaging lens for forming an image of outgoing light at a position different from the position of the light modulation layer of the light modulation element.

【0043】第19の発明は、第1乃至第17のいずれ
かの発明において、前記光変調素子から出射された出射
光の光束プロファイルの半値全幅が元の前記光変調素子
のピッチよりも小さくかつ前記光変調素子の光変調層の
位置とは異なる位置の出射光の虚像を形成する虚像形成
レンズを有することを特徴としたものである。
In a nineteenth aspect based on any one of the first to seventeenth aspects, the full width at half maximum of the luminous flux profile of the emitted light emitted from the light modulation element is smaller than the original pitch of the light modulation element. It is characterized in that it has a virtual image forming lens for forming a virtual image of emitted light at a position different from the position of the light modulation layer of the light modulation element.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】(実施例1)図1は、本発明の実
施例1を説明するための図であり、光軸シフト素子を用
いて元の反射型ライトバルブの解像度を増大する反射型
画像表示装置の、画素プロファイ変形素子となる凹面鏡
を画素ごとに有する反射型ライトバルブの断面の模式図
である。図1には、基本構成のみ示されており、空間光
変調素子となる画素は、反射凹面構造1、透光性の部材
からなる層である埋め込み層2、液晶層4、からなり、
反射凹面構造1と埋め込み層2との間には反射電極6が
設けてあり、埋め込み層2の上には上面を平坦化された
平坦化層3を有し、この平坦化層3の上部でかつ液晶層
4の下には別途透明な電極7がある。また、液晶層4の
上には対向基板5が設けてあり、この対向基板5の液晶
側には別途透明な電極8が設けてある。また、透明電極
7および反射電極6は図示はされていないが画素ごとに
分離しており、それぞれスルーホール充填部材9により
電気的に接続されている。ここで凹面反射板1の曲率半
径をr、また埋め込み層2の屈折率をnとする。反射凹
面鏡1の基板にはSi、高温pSi付きSiO2基板等
が使用される。また反射電極6にはAl等の金属の薄膜
が、また透明な電極7にはITO等の薄膜が使われる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Embodiment 1) FIG. 1 is a diagram for explaining Embodiment 1 of the present invention, in which an optical axis shift element is used to increase the resolution of an original reflective light valve. FIG. 3 is a schematic view of a cross section of a reflection type light valve having, for each pixel, a concave mirror that serves as a pixel profile deforming element of the image display apparatus. In FIG. 1, only the basic configuration is shown, and a pixel serving as a spatial light modulator includes a reflective concave surface structure 1, an embedded layer 2 that is a layer made of a translucent member, and a liquid crystal layer 4.
A reflective electrode 6 is provided between the reflective concave surface structure 1 and the burying layer 2, a flattening layer 3 having a flattened upper surface is provided on the burying layer 2, and the flattening layer 3 is provided on the flattening layer 3. In addition, below the liquid crystal layer 4, there is an additional transparent electrode 7. A counter substrate 5 is provided on the liquid crystal layer 4, and a transparent electrode 8 is separately provided on the liquid crystal side of the counter substrate 5. Although not shown, the transparent electrode 7 and the reflective electrode 6 are separated for each pixel and are electrically connected to each other by a through hole filling member 9. Here, the radius of curvature of the concave reflector 1 is r, and the refractive index of the buried layer 2 is n. As the substrate of the reflective concave mirror 1, Si, a SiO 2 substrate with high temperature pSi, or the like is used. A thin film of metal such as Al is used for the reflective electrode 6, and a thin film of ITO is used for the transparent electrode 7.

【0045】図2は、図1に示した実施例1の場合の動
作概要を説明するための図で、図2は、実施例1の図1
における照射光の動作と反射凹面鏡により画素の像が形
成される様子を示す図で、図2においては、入射光束1
0は平行光のみが示されている。入射光束10が、液晶
層4、透光性平坦化層3を透過し反射凹面鏡1に入射
し、該反射凹面鏡1により、反射、集光され、焦点f付
近11で画素の集光状態つまりは画素サイズが縮小され
た新たなる縮小画素12を形成する。図2で、縮小画素
12が広がっているのは、実際には、光束には光源、或
いは装置による広がり、すなわち照明角(発散角)θi
n(図3参照)があるためである。幾何学的に考える
と、縮小画素の大きさは、照明角と焦点距離に応じた大
きさを持つ。また、収差に応じて、縮小画素はさらに大
きくなる。さらに、この変形された縮小画素の画素プロ
ファイルを、投射レンズを用いてスクリーンに投射する
場合には、投射レンズの伝達関数に対応してさらなる画
素プロファイルの変形を受ける。しかしながら、これら
を最適化することにより、反射凹面鏡1の焦点位置付近
11に、画素からの出射光が画素縮小された集光状態を
形成することができる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the outline of the operation in the case of the first embodiment shown in FIG. 1, and FIG.
FIG. 2 is a diagram showing the operation of irradiation light in FIG. 2 and a state in which an image of a pixel is formed by a reflecting concave mirror. In FIG.
As for 0, only parallel light is shown. The incident light flux 10 is transmitted through the liquid crystal layer 4 and the light-transmitting flattening layer 3 and is incident on the reflection concave mirror 1, is reflected and condensed by the reflection concave mirror 1, and is in a condensed state of a pixel near the focus f, that is, A new reduced pixel 12 with a reduced pixel size is formed. In FIG. 2, the reduced pixels 12 are spread in fact that the light flux is spread by the light source or the device, that is, the illumination angle (divergence angle) θi.
This is because there is n (see FIG. 3). From a geometrical point of view, the size of the reduced pixel has a size corresponding to the illumination angle and the focal length. In addition, the reduced pixel becomes larger according to the aberration. Furthermore, when the pixel profile of the deformed reduced pixel is projected on the screen using the projection lens, the pixel profile is further deformed in accordance with the transfer function of the projection lens. However, by optimizing these, in the vicinity 11 of the focal position of the reflective concave mirror 1, it is possible to form a condensed state in which the light emitted from the pixel is pixel-reduced.

【0046】図3は、画素への入射時の最大角θinと
出射時の最大角θoutとの関係を示す図である。θi
nは照射光学系によって決定され、その照射する入射光
に関しては一定の値であるが、θoutはn及びrによ
り変化する。図3で、θoutは、光束の広がりの約半
分の角度としているが、画素サイズを縮小して約1/2
にした場合には、この約2倍の角度(±θout)とな
る。このため、光軸シフト素子と画素縮小素子を用い
て、画素サイズを約1/2にした場合に光利用効率を保
持したまま高解像度化を行うには、投射レンズで反射型
ライトバルブからの出射光を投射するときに、従来より
も約1/2倍のF値の投射レンズを用いることが好まし
い。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the maximum angle θin at the time of incidence on the pixel and the maximum angle θout at the time of emission. θi
Although n is determined by the irradiation optical system and has a constant value for the incident light to be irradiated, θout changes depending on n and r. In FIG. 3, θout is an angle that is about half the spread of the light flux, but by reducing the pixel size, it is about ½.
In the case of, the angle (± θout) is about twice this. Therefore, in order to achieve high resolution while maintaining the light utilization efficiency when the pixel size is reduced to about 1/2 by using the optical axis shift element and the pixel reduction element, the projection lens is used When projecting the emitted light, it is preferable to use a projection lens having an F value that is about 1/2 times that of the conventional one.

【0047】また、図3に示すように、画素サイズが縮
小された集光状態の画素プロファイルは光学素子の焦点
付近であるので、画素への照射光の角度分布も大きく影
響する。さらには、画素自体の外形形状、凹面鏡の曲率
プロファイル、投射レンズの特性および位置関係等によ
っても大きく画素の縮小率が異なり、これらを最適化す
ることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 3, since the pixel profile in the condensed state where the pixel size is reduced is near the focus of the optical element, the angular distribution of the irradiation light to the pixel also has a great influence. Furthermore, the reduction ratio of the pixel greatly varies depending on the outer shape of the pixel itself, the curvature profile of the concave mirror, the characteristics and the positional relationship of the projection lens, and it is preferable to optimize these.

【0048】また、凹面鏡により出射光を画素縮小する
場合に、単にその画素サイズを1/2にする必要はな
い。光軸シフト素子を用いて高解像度化を行うときの、
変形された画素プロファイルは、単に画素の縮小率で、
画像の解像度やなめらかさ等の視認性が決定されるわけ
ではなく、同じ画素縮小率においても、画素プロファイ
ルが異なるならば、大きく異なる視認性となる場合もあ
る。また、画素サイズが1/2でなくとも、視認性に大
きな差が認められない場合もある。
Further, when the emitted light is subjected to pixel reduction by the concave mirror, it is not necessary to simply reduce the pixel size to 1/2. When using an optical axis shift element for high resolution,
The transformed pixel profile is simply the pixel reduction factor,
Visibility such as image resolution and smoothness is not determined, and even at the same pixel reduction ratio, if the pixel profiles are different, the visibility may be greatly different. In addition, even if the pixel size is not ½, a large difference in visibility may not be recognized.

【0049】図4は、本発明の実施例2を説明するため
の図であり、実施例1のおける反射型ライトバルブによ
り反射凹面鏡から出射する(画素から出射する)画素プ
ロファイルが変形され、画素サイズが縮小された画素が
光路を変調(空間的にシフト)する素子により、画素数
(画素の像)を増大させる動作を示す。この例では、空
間光変調素子21の画素から出射した光の光路を変調さ
せる手段として、ピエゾ素子22,23を用いている
(光軸に垂直に見たものである)。これは、ピエゾ素子
22,23を用いて、空間変調素子21自体を機械的に
動かすものである。素子自体が動くため、画素も動くこ
とになる。ピエゾ素子を用いれば画素サイズが10数μ
m以下であっても、それ以下の光路のシフトを行うこと
ができる。これは、空間光変調素子21と治具24に縦
(y軸方向)25及び横(x軸方向)26にピエゾ素子
22,23を設置し、周期的に動かせばよい。なお、z
軸は紙面に垂直な方向で、光軸と一致している。
FIG. 4 is a diagram for explaining the second embodiment of the present invention, in which the pixel profile emitted from the reflective concave mirror (emitted from the pixel) is modified by the reflection type light valve in the first embodiment, and the pixel is changed. An operation of increasing the number of pixels (image of pixels) by an element in which a pixel whose size is reduced modulates (spatial shift) the optical path is shown. In this example, the piezo elements 22 and 23 are used as means for modulating the optical path of the light emitted from the pixel of the spatial light modulation element 21 (viewed perpendicularly to the optical axis). This is to mechanically move the spatial modulation element 21 itself by using the piezoelectric elements 22 and 23. Since the element itself moves, the pixel also moves. If a piezo element is used, the pixel size is 10 μm
Even if it is m or less, the optical path can be shifted less than that. This can be achieved by installing the piezo elements 22 and 23 vertically (y-axis direction) 25 and horizontally (x-axis direction) 26 on the spatial light modulator 21 and the jig 24 and periodically moving them. Note that z
The axis is perpendicular to the plane of the paper and coincides with the optical axis.

【0050】図5は、図1の実施例1における反射型ラ
イトバルブにより反射凹面鏡から出射する画素プロファ
イルが変形され、画素サイズを縮小された画素が、図4
の実施例2における光軸シフト素子によりスクリーンに
時分割で投射されて、高解像度の画像となる動作を示す
図である。ここで、マイクロレンズアレイによる画素サ
イズの縮小率αは1/2とする。空間光変調素子の画素
が正方形であり、理想的に縮小されたとして、正方形の
縮小像となっている。はじめ、動いていない初期状態を
(A)、次に、y方向に空間光変調素子の画素サイズの
1/2シフトさせた状態を(B)とすると、例えば、画
素サイズを14μmとすれば7μm=Δx、Δyであ
る。(B)から、x方向に画素サイズの1/2シフトさ
せた状態が(C)、続いて、(B)とは反対の方向(マ
イナス、−で表示)に画素サイズの1/2シフトさせた
状態が(D)、続いて、(C)とは、反対の方向にシフ
トさせた状態が(E)、最後に、y方向に画素サイズの
1/2シフトさせた状態が(F)で、次いで、(A)の
状態にもどる。この結果、これらのシフトの周期が早け
れば画像のちらつき、フリッカーを感じることなしに、
画素の一辺のサイズが1/2、密度が4倍の高精細化画
像(G)が実現できる。また、この例では、空間光変調
素子と光路変調手段が一つのデバイスとなるため、光学
系を拡張し光路変調装置を挿入する必要がなくなるた
め、装置の小型化につながる。上記の例はx、yの2方
向に動かしているが、xあるいはyのいずれかのみの方
向のシフトであってもかまわない。この場合、画素は2
倍増加する。また、αを1/3として、シフト量を1/
3とすれば、3x3で9倍の画素数増加が見込める。
FIG. 5 shows a pixel whose pixel size is reduced by modifying the pixel profile emitted from the reflective concave mirror by the reflective light valve in Embodiment 1 of FIG.
FIG. 11 is a diagram showing an operation of forming a high-resolution image by being time-divisionally projected on the screen by the optical axis shift element in the second embodiment. Here, the reduction rate α of the pixel size by the microlens array is 1/2. Pixels of the spatial light modulator are square, and a square reduced image is obtained assuming that the pixels are ideally reduced. First, letting (A) be the initial state that is not moving, and (B) be the state in which the pixel size of the spatial light modulator is shifted by 1/2 in the y direction. For example, if the pixel size is 14 μm, then 7 μm. = Δx, Δy. The state in which the pixel size is shifted by 1/2 in the x direction from (B) is (C), and subsequently, the pixel size is shifted by 1/2 in the direction opposite to (B) (displayed as minus or −). The state is (D), followed by (E), the state shifted in the opposite direction to (C), and (F) the state finally shifted by 1/2 of the pixel size in the y direction. Then, the state of (A) is restored. As a result, if these shift cycles are fast, the image will not flicker, and flicker will not be felt.
It is possible to realize a high definition image (G) in which the size of one side of the pixel is ½ and the density is four times. Further, in this example, since the spatial light modulator and the optical path modulator are one device, there is no need to expand the optical system and insert the optical path modulator, which leads to downsizing of the apparatus. In the above example, the movement is performed in two directions of x and y, but the shift may be performed in only one of x and y. In this case, the pixel is 2
Doubled. Also, α is set to 1/3 and the shift amount is 1 /
If it is 3, a 9 × increase in the number of pixels can be expected with 3 × 3.

【0051】また、図4の光軸シフト素子は、光路を空
間座標的にシフトする素子であればよく、直接に機械的
に反射型ライトバルブを移動させる以外にも、複屈折材
料である液晶を用いた光学素子を用いて、光軸を平行シ
フトさせたり、光軸を偏向させたり、または光軸の平行
シフトと光軸の偏向を同時に行ってもよい。また、クサ
ビ形状や斜めに配置した光路長の異なる透明部材を機械
的に変位させてもよい。
The optical axis shift element shown in FIG. 4 may be an element that shifts the optical path in space coordinates, and in addition to directly mechanically moving the reflection type light valve, a liquid crystal which is a birefringent material. Using the optical element using, the optical axis may be parallel-shifted, the optical axis may be deflected, or the optical axis may be parallel-shifted and the optical axis may be deflected at the same time. Further, it is possible to mechanically displace a transparent member having a wedge shape or obliquely arranged and having different optical path lengths.

【0052】図6は、図5で示した動作に基づき、図1
の実施例1のおける反射型ライトバルブにより反射凹面
鏡から出射する画素プロファイルを、変形され画素サイ
ズを縮小された画素が、図4の実施例2における光軸シ
フト素子によるスクリーンに時分割で投射されて、高解
像度の画像表示を実現する画像表示装置の構成となる実
施例3であり、前記高精細化画像表示装置を用いた高精
細化画像投射装置(プロジェクタ)に関するものであ
る。一例として、反射型の空間光変調素子を一枚用いて
いる単板式プロジェクタの例を示す。白色光源31を出
た光は、まず、フライアイレンズ等の均一化光学素子
(光インテグレータ)32により、その照度が均一化さ
れる。次に、カラーホイール等の色分離装置33によ
り、赤、緑、青の3色に分離される。カラーホイールを
用いた場合、同時に、赤、緑、青に分離されるのではな
く、時系列に赤、緑、青に分離される。次に各色ごとに
偏光ビームスプリッター35に入り、空間光変調素子
(反射型液晶ライトバルブ)34の画素で反射され、偏
光ビームスプリッター35を抜け、最終的に、投射レン
ズ36により投影され、スクリーン37に高精細画像が
形成される。
FIG. 6 is based on the operation shown in FIG.
Pixels whose pixel size is reduced by changing the pixel profile emitted from the reflection concave mirror by the reflection type light valve in the first embodiment of the present invention are projected on the screen by the optical axis shift element in the second embodiment of FIG. 4 in a time division manner. 3 is a third embodiment of the configuration of an image display device that realizes high-resolution image display, and relates to a high-definition image projection device (projector) using the high-definition image display device. As an example, an example of a single-plate type projector using one reflective spatial light modulator is shown. The light emitted from the white light source 31 is first made uniform in illuminance by a homogenizing optical element (light integrator) 32 such as a fly-eye lens. Next, a color separation device 33 such as a color wheel separates the three colors of red, green, and blue. When a color wheel is used, it is not separated into red, green, and blue at the same time, but is separated in time series into red, green, and blue. Next, each color enters the polarization beam splitter 35, is reflected by the pixels of the spatial light modulator (reflection type liquid crystal light valve) 34, passes through the polarization beam splitter 35, and is finally projected by the projection lens 36, and the screen 37 A high-definition image is formed on.

【0053】空間光変調素子としては、図1の実施例1
に記載の反射型ライトバルブであるLCOS以外にも、
DMDのようにMEMS技術を用いて反射型偏向素子を
用いてもよい。また、空間光変調素子を用いる方式は図
6の単板式に限られるものではなく、3板式、2板式で
あてもよい。空間光変調素子は、光軸シフト素子と組み
合わせるので高速応答のものであることが好ましい。
As the spatial light modulator, the first embodiment shown in FIG. 1 is used.
In addition to the reflective light valve LCOS described in
A reflective deflection element may be used by using the MEMS technique like DMD. Further, the method of using the spatial light modulator is not limited to the single plate type shown in FIG. 6, and may be a three plate type or a two plate type. Since the spatial light modulation element is combined with the optical axis shift element, it is preferable that it has a high-speed response.

【0054】また、図6に示すプロジェクタのように画
素プロファイルが変形された縮小画素を、投射レンズを
用いて、共役の関係を満たす結像により拡大した高解像
度の画像を表示する装置以外にも、ルーペのような虚像
表示が可能な虚像形成用の拡大レンズを用いて、虚像と
して拡大することにより、画像を拡大させて表示する画
像表示装置でもよい。これにより、ビデオカメラのファ
インダー、ヘッドマウンテッドディスプレイ、セルラー
フォン用の小型ディスプレイ等が実現できる。
Further, as in the projector shown in FIG. 6, other than a device for displaying a high-resolution image in which a reduced pixel having a modified pixel profile is enlarged by image formation satisfying a conjugate relationship using a projection lens. An image display device that magnifies and displays an image by magnifying as a virtual image using a magnifying lens for forming a virtual image, such as a magnifying glass, may be used. As a result, a viewfinder of a video camera, a head mounted display, a small display for a cellular phone, etc. can be realized.

【0055】本発明における光軸シフト素子と反射型ラ
イトバルブを組み合わせてかつ反射型の画素縮小素子を
用いて高解像度の表示を行った場合に、従来の対向基板
上のマイクロレンズでの画素縮小を用いた場合と比較し
た場合の作用の違いに関して、以下に説明する。実施例
1の図1および図4、図6に示す構成で、反射型ライト
バルブにおいて画素プロファイルの変形を行った場合、
従来のマイクロレンズを光源側に設ける場合と異なり、
反射電極を有するシリコン基板と対向する基板に位置あ
わせの必要な光学素子を設けていないので、対向基板と
張り合わせる際に位置調整の必要がなくなりアライメン
トフリーとなるので、組み付け時に高額な重ね合わせ装
置や防振設備を用いる必要がなくなり、また組み付けの
歩留まりも大きく向上することにより、非常に低コスト
化できる。また、組み付け後に対向基板との水平方向の
位置ずれが生じても、画素プロファイルが変化しないの
で、非常に信頼性に優れるようになる。また、対向基板
として通常用いるガラス基板とシリコン基板とでは、膨
張係数に差があるために、作製時のプロセス温度および
製品としての使用環境に大きな制約があった。対角1イ
ンチのシリコン基板と通常の光学ガラスとにおいては、
10度の温度変化でも端どうしでは数ミクロンの位置ズ
レ分の膨張差を生じ、さらには接着硬化の120〜15
0度の工程での、100度の温度変化では10ミクロン
以上の位置ズレ分の膨張差があった。これらは、直接に
位置ズレとなったり、液晶スペーサを損傷したり、反り
となって反射型ライトバルブの特性を劣化していた。し
かし、位置ズレの影響を解消することができ、より低コ
ストにで作製できると同時に、寒冷地や夏の車内等の厳
しい環境下での信頼性を大きく向上することができるよ
うになる。さらには、大型の2インチの反射型ライトバ
ルブを用いても、その絶対的な位置ズレが増大するにも
かかわらず、その影響がないので、反射型ライトバルブ
を大型にすることでも、より解像度を向上することがで
きるようになる。
When high-resolution display is performed by combining the optical axis shift element and the reflection type light valve in the present invention and using the reflection type pixel reduction element, the pixel reduction by the microlens on the conventional counter substrate is performed. The difference in operation between the case of using and the case of using will be described below. When the pixel profile is modified in the reflective light valve with the configuration shown in FIGS. 1, 4 and 6 of the first embodiment,
Unlike the case where a conventional microlens is provided on the light source side,
Since there is no optical element required for alignment on the substrate facing the silicon substrate with the reflective electrode, there is no need for position adjustment when bonding with the opposing substrate, and alignment-free, so an expensive overlay device during assembly. It is not necessary to use an anti-vibration device or the like, and the yield of assembly is greatly improved, so that the cost can be significantly reduced. Further, the pixel profile does not change even if the horizontal displacement with respect to the counter substrate occurs after the assembly, so that the reliability is very excellent. Further, since there is a difference in expansion coefficient between the glass substrate and the silicon substrate which are usually used as the counter substrate, there are great restrictions on the process temperature at the time of production and the use environment as a product. With a diagonal 1 inch silicon substrate and ordinary optical glass,
Even with a temperature change of 10 degrees, a difference in expansion of several micron is generated between the ends, and further 120 to 15 of adhesive curing
There was a difference in expansion due to a positional deviation of 10 microns or more at a temperature change of 100 degrees in the 0 degree process. These are directly misaligned, damage the liquid crystal spacers, or warp to deteriorate the characteristics of the reflective light valve. However, the influence of the positional deviation can be eliminated, the manufacturing can be performed at a lower cost, and at the same time, the reliability in a severe environment such as a cold region or the inside of a vehicle in the summer can be significantly improved. Furthermore, even if a large 2-inch reflective light valve is used, it will not affect the absolute positional deviation, but even if the reflective light valve is made larger, the resolution will increase. Will be able to improve.

【0056】また、実施例1の図1および図4、図6に
示す構成で、反射型ライトバルブにおいて画素プロファ
イルの変形を行った場合、従来のマイクロレンズを光源
側に設ける場合と異なり、シリコン基板側に画素プロフ
ァイルを変形する素子を設けているので、別途偏光分離
素子と組み合わせて偏光回転によりスイッチングする液
晶層を開口として、最初に照明光がそのまま透過した後
に、画素プロファイルを変形する光学素子の作用を受
け、その後に再び液晶層を透過している。このため、従
来の光源側のマイクロレンズが、最初の画素プロファイ
ルを縮小しようと集光機能を付与しても、帰りに拡大さ
れてしまう場合があり縮小できない場合がある。また、
マイクロレンズの焦点距離を変化させて、1枚のレンズ
を往路と復路とで両方効果的に作用させて画素縮小を行
うこともできるが、照明角や基板の厚さ、マイクロレン
ズの構造の制限等を受けやすく、また1枚のレンズなの
で、往路と復路でのレンズのパワーが必然的に同じであ
るために、画素プロファイルを変化させる場合の解像度
や光利用率が十分ではなく、またより明るい照明角やよ
り暗い投射レンズ等を用いることもできない。
Further, in the structure shown in FIGS. 1 and 4 and 6 of the first embodiment, when the pixel profile is modified in the reflection type light valve, unlike the case where the conventional microlens is provided on the light source side, silicon is used. Since an element that deforms the pixel profile is provided on the substrate side, an optical element that deforms the pixel profile after the illumination light is first transmitted as it is, with a liquid crystal layer that is switched by polarization rotation in combination with a polarization separation element as an opening And is then transmitted through the liquid crystal layer again. Therefore, even if the conventional microlenses on the light source side are provided with a light condensing function in order to reduce the initial pixel profile, they may be enlarged on the way back and may not be reduced. Also,
The focal length of the microlens can be changed to effectively operate one lens both in the forward and backward directions to reduce pixels, but the illumination angle, substrate thickness, and microlens structure are limited. In addition, since the lens power is inevitably the same on the forward path and the backward path because it is a single lens, the resolution and light utilization rate when changing the pixel profile are not sufficient, and it is brighter. It is also not possible to use illumination angles or darker projection lenses.

【0057】これに対して、本発明のマイクロレンズ
は、往路の最初の液晶層までは作用せずに、それ以後の
光路で作用することができるので、画素プロファイルの
変形をより解像度がでて、かつ光利用効率が向上するよ
うに設計するようになる。また、従来の対向基板に設け
たマイクロレンズによる画素プロファイル変形では実現
できない形状の画像プロファイルを実現することもでき
るようになり、さらなる高解像度化を実現することがで
きる。また、透過型のマイクロレンズで、とくにF値が
非常に小さい単レンズの大きな色収差を、反射鏡の場合
は皆無とすることができるので、この点でも画素プロフ
ァイルの色によるばらつきを大きく低減でき、従来より
高解像度を実現することができるようになる。
On the other hand, the microlens of the present invention does not work up to the first liquid crystal layer in the outward path, but can work in the optical path thereafter, so that the pixel profile can be deformed with higher resolution. In addition, it is designed to improve the light utilization efficiency. Further, it becomes possible to realize an image profile having a shape that cannot be realized by the pixel profile deformation by the conventional microlenses provided on the counter substrate, and it is possible to realize higher resolution. In addition, since a transmissive microlens, in particular, a single lens having a very small F value can be made to have no large chromatic aberration in the case of a reflecting mirror, the pixel profile color variation can be greatly reduced in this respect as well. It becomes possible to realize higher resolution than ever before.

【0058】また、光学系としての実効的な開口が、従
来の方法は対向基板のマイクロレンズであったのに対し
て、本発明は液晶層の画素の大きさそのものが開口とな
る。このため、従来は、対向基板に設けたマイクロレン
ズの周辺および隣接部分の特性に隣接間のクロストーク
が大きく影響され解像度が低減していたのに対し、液晶
自体の隣接どうしの画素のクロストークを減少させるこ
とにより解像度を向上できるので、電極パターンや遮光
層を設けることで隣接する画像のクロストークを容易に
減少できるようになり、より高解像度の画像を実現する
ことができるようになる。
Further, the effective aperture as the optical system is the microlens of the counter substrate in the conventional method, whereas in the present invention, the size of the pixel of the liquid crystal layer itself is the aperture. For this reason, in the past, the crosstalk between adjacent pixels was greatly influenced by the characteristics of the periphery and adjacent portions of the microlenses provided on the counter substrate, and the resolution was reduced, while the crosstalk between pixels adjacent to each other in the liquid crystal itself. Since it is possible to improve the resolution by reducing the number of pixels, it is possible to easily reduce the crosstalk between adjacent images by providing the electrode pattern and the light shielding layer, and it is possible to realize a higher resolution image.

【0059】また、図1において、凹面鏡は、球面鏡に
限定されるものではなく、非球面鏡または自由曲面鏡で
もよい。また、曲面を有しない平面鏡を複数枚組み合わ
せて用いてもよい。2枚で対称にV字型に斜めに対向し
た鏡面に用いることにより、水平または垂直方向のどち
らか1方向の画素プロファイルを変形して画素を縮小す
ることができる。また、3枚以上用いると、画素をより
効果的に縮小することができて好ましい。さらには、逆
ピラミッド構造のように2方向に斜めに対向した4枚の
鏡面を用いることにより、水平および垂直の2方向に画
素を縮小することができる。さらに、鏡面の枚数を増や
すことにより、画素を効果的に縮小することができる。
これらは、曲面構造を形成する必要がないので、鏡面の
枚数が数枚程度の場合には、MEMS技術を用いて比較
的容易に製作でき、より低コストである。
Further, in FIG. 1, the concave mirror is not limited to the spherical mirror, but may be an aspherical mirror or a free-form mirror. Moreover, you may use combining the planar mirror which does not have a curved surface. By using two mirrors symmetrically facing each other in a V-shape diagonally, the pixel profile can be deformed in one of the horizontal and vertical directions to reduce the pixels. Further, it is preferable to use three or more sheets because the pixels can be reduced more effectively. Further, by using four mirror surfaces diagonally opposed to each other in two directions like an inverted pyramid structure, pixels can be reduced in two directions, horizontal and vertical. Furthermore, by increasing the number of mirror surfaces, the pixels can be effectively reduced.
Since it is not necessary to form a curved surface structure, these can be relatively easily manufactured by using the MEMS technology when the number of mirror surfaces is about several, and the cost is lower.

【0060】図1において、埋め込み層2を有すること
により、凹面形状に液晶層4を形成する必要がないの
で、対向基板に凸形状を設ける必要がなくなり、位置合
わせ等も不要となり、組み付けが非常に容易となる。さ
らに、空気層とせずに、透明の誘電体材料を埋め込むこ
とにより、その屈折率は、少なくとも1.3以上となる
ので、凹面鏡の焦点距離f(絶対値)は曲率rと直径d
と屈折率によりf=r/(nd)で与えられるので、凹
面鏡の焦点距離を同じ曲率であっても空気層に対して3
割以上小さくすることができ、凹面鏡の軸上の球面収差
や、軸外の非点収差、コマ収差等の諸収差を大きく減少
することができるようになり、画素の縮小率を大きく低
減することにより、より高解像度化できるようになる。
In FIG. 1, since the liquid crystal layer 4 does not need to be formed in a concave shape by having the burying layer 2, it is not necessary to form a convex shape on the counter substrate, alignment is not necessary, and assembly is very easy. It will be easier. Further, by embedding a transparent dielectric material instead of forming an air layer, the refractive index becomes at least 1.3 or more, so that the focal length f (absolute value) of the concave mirror has a curvature r and a diameter d.
And the refractive index is given by f = r / (nd), so even if the focal length of the concave mirror has the same curvature,
It is possible to make it smaller than 10%, and it is possible to greatly reduce various aberrations such as spherical aberration on the axis of the concave mirror, off-axis astigmatism and coma, and to greatly reduce the pixel reduction ratio. As a result, higher resolution can be achieved.

【0061】また、図1において、埋め込み層2の上部
に、別の透明材料からなる平坦化層3を設けてあり、こ
の平坦化層3は、上面を化学研磨によって平坦化処理さ
れている。この平坦化層3の上には、透明電極、配向膜
を形成したのち、液晶層を形成してあり、これにより液
晶層の厚さをプラスマイナス1ミクロン以内にすること
を実現でき、良好なコントラストとさらにはその面内の
均一性が実現でき、さらにはパネル内での均一性が向上
する。平坦化層3は、埋め込み層2を一体化して埋め込
み層自体を平坦化層として用いてもよい。
In FIG. 1, a flattening layer 3 made of another transparent material is provided on the buried layer 2, and the flattening layer 3 has its upper surface flattened by chemical polishing. On the flattening layer 3, a transparent electrode and an alignment film are formed, and then a liquid crystal layer is formed. This makes it possible to achieve a liquid crystal layer thickness within plus or minus 1 micron, which is excellent. Contrast and even in-plane uniformity can be realized, and further, uniformity in the panel is improved. The flattening layer 3 may be formed by integrating the buried layer 2 and using the buried layer itself as a flattening layer.

【0062】液晶に電界を印加する場合には、透明な電
極7を設けずに、直接に反射電極6により電界を印加す
ることもでき、構造が単純であるので低コストで信頼性
にすぐれる。しなしながら、凹面鏡の曲率が小さいと
き、または画素ピッチが大きいときには、凹面形状部材
1の凹凸差が大きくなり、液晶層4に均一に電界を印加
できない場合が生じる。このため、図1に示すように、
平坦化層3の上に別途透明な電極7を設けることによ
り、液晶層に画素内で均一な電界を印加することができ
るようになり、画像のコントラストを向上することがで
きるようになる。透明な電極7と反射電極6とはスルー
ホール充填部材を用いて電気的に接触する以外に、埋め
込み層2を薄くして、反射電極6のエッジ部分で直接に
透明電極7と電気的に接触してもよい。
When an electric field is applied to the liquid crystal, the electric field can be directly applied by the reflecting electrode 6 without providing the transparent electrode 7. Since the structure is simple, the cost is low and the reliability is excellent. . However, when the curvature of the concave mirror is small or when the pixel pitch is large, the unevenness difference of the concave member 1 becomes large, and the electric field may not be uniformly applied to the liquid crystal layer 4. Therefore, as shown in FIG.
By separately providing the transparent electrode 7 on the flattening layer 3, it becomes possible to apply a uniform electric field in the pixel to the liquid crystal layer and improve the contrast of the image. The transparent electrode 7 and the reflective electrode 6 are electrically contacted with each other by using a through-hole filling member, and the embedded layer 2 is thinned to directly electrically contact the transparent electrode 7 at the edge portion of the reflective electrode 6. You may.

【0063】図1の実施例1の構成において、画素プロ
ファイルの特性を定量的に評価するために、以下の評価
値、すなわち、(1)CTF(Contrast Tr
ansfer Function)、(2)縮小率:
α、及び、(3)利用効率;ηを用いた。
In the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, in order to quantitatively evaluate the characteristics of the pixel profile, the following evaluation values, namely (1) CTF (Contrast Tr) are used.
transfer function), (2) Reduction rate:
α and (3) utilization efficiency; η were used.

【0064】図7は、CTFを説明するための図で、図
7(A)は、画素縮小素子により画素プロファイルが元
の正方形から縮小され、変形された場合の外径形状の概
要図あり、図7(B)は、図7(A)の紙面水平方向の
断面図である画素プロファイルとなる光強度分布図であ
る。図7(A)に示すように、測定または視認される3
つの画素41は、実際に定量的に評価すると、図7
(B)に示されるように、完全な矩形形状の画素プロフ
ァイルではなく連続的な画素プロファイルであると同時
に、0以外の最小値MINを有する。このとき、この画
素プロファイルの最大値MAXと最小値MINとで、式
(1)に示すように定義される。 CTF=(MAX−MIN)/(MAX+MIN)…式(1)
FIG. 7 is a diagram for explaining the CTF. FIG. 7A is a schematic view of the outer diameter shape when the pixel profile is reduced and deformed from the original square by the pixel reduction element. FIG. 7B is a light intensity distribution diagram that is a pixel profile that is a cross-sectional view in the horizontal direction of the paper surface of FIG. 7A. As shown in FIG. 7 (A), 3 is measured or visually recognized.
When one pixel 41 is actually evaluated quantitatively, FIG.
As shown in (B), the pixel profile is not a perfect rectangular pixel profile but a continuous pixel profile, and at the same time, it has a minimum value MIN other than 0. At this time, the maximum value MAX and the minimum value MIN of this pixel profile are defined as shown in Expression (1). CTF = (MAX-MIN) / (MAX + MIN) ... Formula (1)

【0065】ただし、通常のMTFが正弦波の伝達関数
であるのに対して、ここではその最初の波形を、反射型
ライトバルブの画素矩形波としている。このため、画素
縮小した場合のCTFであるので、空間周波数は、元の
画素のピッチの逆数がそのまま対応する空間周波数とな
る。ただし、このCTFは矩形波の伝達関数であるの
で、対応する空間周波数以外のより高周波数およびより
低周波数のMTF特性によりCTFが決定されるので、
特定の空間周波数のMTFと一義的に対応するものでは
ない。しかしながら、解像限界という視点からは、MT
Fとほぼ同様であって、通常は少なくとも20%以上、
好ましくは30%以上、より好ましくは50%以上の値
がよい。また、65%以上であれば、視認性としてはほ
ぼ元の矩形波と同様に認識される。
However, while the normal MTF is a transfer function of a sine wave, here the first waveform is a rectangular pixel wave of a reflection type light valve. Therefore, since the CTF is obtained when the pixels are reduced, the spatial frequency becomes the spatial frequency corresponding to the inverse of the pitch of the original pixel. However, since this CTF is a transfer function of a rectangular wave, the CTF is determined by the MTF characteristics of higher and lower frequencies other than the corresponding spatial frequency.
It does not uniquely correspond to the MTF of a specific spatial frequency. However, from the viewpoint of resolution limit, MT
Almost the same as F, usually at least 20% or more,
The value is preferably 30% or more, more preferably 50% or more. Further, if it is 65% or more, the visibility is recognized almost like the original rectangular wave.

【0066】これらのCTFの測定は、プリズム型ビー
ムスプリッタを介して、顕微鏡対物レンズとCCD受光
素子を組み合わせることによって行った。また、顕微鏡
対物レンズのかわりにMTF特性の異なる投射レンズを
用いて、共役となるスクリーンを配置する面にCCDを
直接に配置して行った。顕微鏡対物レンズは、ニコンの
長作動距離のSLWD20倍、40倍を、必要により開
口を設けて取り込みNAを制御して用いた。投射レンズ
は、自作のものを用いた。CCDのダークノイズ分は除
去して計算した。
These CTFs were measured by combining a microscope objective lens and a CCD light receiving element via a prism type beam splitter. Further, instead of the microscope objective lens, a projection lens having different MTF characteristics was used, and the CCD was directly arranged on the surface on which the conjugate screen was arranged. As the microscope objective lens, SLWD having a long working distance of Nikon 20 times or 40 times was used by providing an aperture if necessary and controlling the taking NA. The projection lens used was a self-made projection lens. The calculation was performed by removing the dark noise of CCD.

【0067】矩形形状の画素プロファイルに対して、理
想光学系を用いれば、スクリーン上に投射される画像は
矩形であり、かちっとした明瞭な画像を実現できる。し
かしながら、このような画像は、従来の低解像度の表示
で画像情報が少ないデータプロジェクタの場合には主観
評価で良好な結果を得るが、従来の倍以上の高解像度の
表示で画像の「なめらかさ」を実現しようとする画像表
示装置や動画像の映像表示が主な画像情報の画像表示装
置においては、「ジャギー」感や「階調性の不連続性」
感が主観評価により生じ、必ずしも優れた画像品質を与
えるとは限らない。これらは、開口率と対応する以下に
述べる縮小率とも組み合わされて画像品質に影響する。
If an ideal optical system is used for a rectangular pixel profile, the image projected on the screen is rectangular, and a sharp and clear image can be realized. However, such an image gives a good result in subjective evaluation in the case of a conventional low-resolution display and a data projector with a small amount of image information. In an image display device that is intended to realize the above, or an image display device that displays image information of a moving image and mainly displays image information, "jagginess" or "gradation discontinuity"
Feeling is generated by subjective evaluation, and does not always give excellent image quality. These affect the image quality in combination with the aperture ratio and the corresponding reduction ratio described below.

【0068】縮小率は、CTFを評価する光学系と同様
の構成で、半値全幅を用いて評価した。縮小率αは、以
下の式(2)で定義される。 α=画素プロファイルの半値全幅/空間光変調素子の画素サイズ…式(2) ただし、拡大光学系を用いている場合には、その拡大率
で正規化して、縮小率αが1.0または100%のとき
に縮小なしの等倍とした。この縮小率が画像の高精細化
の基準として、CTFとともに重要である。画素縮小に
よる高精細化画像という観点からは、αが1.0の場
合、全く縮小されておらず高精細化画像にはなり得ない
が、逆に値が小さ過ぎても、今度はプロファイル以外の
隙間が顕著となり、高精細画像とはなり得ない過縮小の
状態であることがわかった。
The reduction ratio was evaluated by using the full width at half maximum with the same configuration as the optical system for evaluating the CTF. The reduction rate α is defined by the following equation (2). α = Full width at half maximum of pixel profile / Pixel size of spatial light modulator ... Formula (2) However, when a magnifying optical system is used, the reduction ratio α is normalized to 1.0 or 100. When it was%, it was assumed to be the same size without reduction. This reduction rate is important together with CTF as a standard for high definition of an image. From the viewpoint of a high-definition image by pixel reduction, when α is 1.0, it is not reduced at all and cannot be a high-definition image. On the contrary, if the value is too small, this time it is not a profile. It was found that the gap was marked and the image was in an excessively reduced state that could not be a high-definition image.

【0069】そこで、光軸シフト素子を用いて画像をシ
フトした場合の、縮小率と画像品質との関係を、主観評
価により実験した。縮小率は、光軸シフト素子を用いて
高解像化した場合に、画像品質に大きく影響する。図7
(A)に示したようなプロファイルをもとにした画像の
主観的評価から縮小率と画像の高精細化に関して表1に
示す結果を得た。ここでは、上記で述べた画素数の増加
に関しては、4倍(縦2倍、横2倍)とした。画像は、
αの異なる画像プロファイルを有する画素からなる画像
を評価した。
Then, the relationship between the reduction ratio and the image quality when the image was shifted using the optical axis shift element was tested by subjective evaluation. The reduction rate greatly affects the image quality when the resolution is increased by using the optical axis shift element. Figure 7
From the subjective evaluation of the image based on the profile as shown in (A), the results shown in Table 1 were obtained regarding the reduction ratio and the high definition of the image. Here, with respect to the increase in the number of pixels described above, it is set to 4 times (2 times in the vertical direction and 2 times in the horizontal direction). The image is
Images consisting of pixels with different image profiles of α were evaluated.

【0070】[0070]

【表1】 [Table 1]

【0071】ここで、○は良、△は可、×は不可を意味
し、10人の観察者に対して系列範疇法である5段階の
尺度をもとに行い、4以上を○、3を△、2以下を×と
した。5段階の尺度としては、非常によい、よい、普
通、悪い、非常に悪い、の尺度を用い、階調、先鋭度、
ノイズに関する複数の評価を行った。
Here, ◯ means good, Δ means good, and × means not, and was performed on 10 observers on the basis of a five-step scale, which is a series category method, and 4 or more was evaluated as ○, 3 or more. Is Δ, and 2 or less is x. As a scale of 5 steps, a scale of very good, good, normal, bad, and very bad is used, and gradation, sharpness,
Multiple evaluations regarding noise were made.

【0072】α’が1.0の時、画素像は全く縮小され
ず高精細化画像とは言えない。α’が0.8では効果は
顕著ではないが、1.0の時と比較すると差があり、よ
って、α’の上限は0.9前後と考えられる。しかし、
好ましくは0.35前後から0.8前後であり、より好ま
しくは0.4前後から0.7前後である。画素縮小による
画像の高精細化のみの場合、α’は適当に小さければよ
いが、画素数を増加させるときには、縮小率は増加率に
応じた値でなければならない。上記例のように、画素数
を4倍(2×2)にした場合は、α’は0.5前後がよ
り適切であるが、しかし、画素数を9倍(縦3倍、横3
倍)にした場合、この値では大きい。なぜなら、プロフ
ァイルが裾野を引いた形状であるため、画素間で重なり
が生じ、CTFが劣化、画質が劣化するからである。
When α'is 1.0, the pixel image is not reduced at all and cannot be said to be a high definition image. When α'is 0.8, the effect is not remarkable, but there is a difference compared with when it is 1.0. Therefore, it is considered that the upper limit of α'is around 0.9. But,
It is preferably about 0.35 to about 0.8, and more preferably about 0.4 to about 0.7. In the case of only increasing the definition of the image by pixel reduction, α ′ may be appropriately small, but when increasing the number of pixels, the reduction rate must be a value according to the rate of increase. As in the above example, when the number of pixels is 4 times (2 × 2), it is more appropriate that α ′ is around 0.5, but the number of pixels is 9 times (3 times vertical, 3 times horizontal).
If doubled, this value is large. This is because, since the profile has a shape with a skirt, the pixels are overlapped with each other, the CTF is deteriorated, and the image quality is deteriorated.

【0073】光軸シフト素子により光軸をシフトする水
準が、2つ以外で、3つ以上のn個である場合は、0.
8*2/3倍の画素サイズ縮小率であることが好まし
い。これにより、2倍の光軸シフトと同様のコンボルー
ションの画像を得ることができ、3倍および4倍の光軸
シフトにおいても、隣接する画素間のクロストークによ
る解像度の劣化を低減することができる。より具体的に
は、3倍のときには、0.23以上0.53以下が好まし
く、さらには0.23以上0.46以下がさらにはより好
ましい。α’は0.33程度がより最適値でであるとあ
る。
When the optical axis shift element shifts the optical axis by a level other than two and is three or more, the number is 0.
It is preferable that the pixel size reduction rate is 8 * 2/3 times. This makes it possible to obtain a convolution image similar to the optical axis shift of 2 times, and reduce the deterioration of resolution due to crosstalk between adjacent pixels even in the optical axis shift of 3 times and 4 times. it can. More specifically, when it is tripled, it is preferably 0.23 or more and 0.53 or less, and more preferably 0.23 or more and 0.46 or less. It is said that the optimum value of α'is about 0.33.

【0074】また、画像が高精細であっても、像が暗く
ては良好な画像品質とはならず、利用効率も重要であ
る。これをはかる尺度として、一画素に関する利用効率
ηを定義した。これは、空間光変調素子の画素アレイ上
の一画素から出射したエネルギが画素縮小された位置お
よびこれと共役な位置で結像関係にあるスクリーンに投
射された1画素に相当する領域にどれだけ到達したかの
比である。式(3)に、スクリーンに投射した場合の効
率の定義を示す。 η=スクリーン上の一画素相当領域に到達するエネルギ(W)/ライトバルブ 上の一画素が反射するエネルギ(W) …式(3)
Even if the image is of high definition, good image quality cannot be obtained if the image is dark, and utilization efficiency is also important. Using this as a measure, we defined the usage efficiency η for one pixel. This is how much the energy emitted from one pixel on the pixel array of the spatial light modulation element corresponds to one pixel projected on the screen which is in an image forming relationship at the position where the pixel is reduced and the position conjugate with this. It is the ratio of whether it has reached. Equation (3) shows the definition of efficiency when projected on a screen. η = energy reaching a region corresponding to one pixel on the screen (W) / energy reflected by one pixel on the light valve (W) (3)

【0075】単純に遮光層のみの開口を用いて画素サイ
ズを縮小した場合には、1/2倍の画素縮小の場合、つ
まりはα=0.5の場合の光利用効率は、0.25つまり
は25%であるので、少なくともこれ以上であることが
好ましい。光軸シフト素子を用いた高解像度化に関して
は、上記のCTF、α、ηの値を適切に向上することが
必要である。
When the pixel size is simply reduced by using only the aperture of the light shielding layer, the light use efficiency in the case of 1/2 times pixel reduction, that is, when α = 0.5, is 0.25. That is, since it is 25%, it is preferably at least more. In order to increase the resolution using the optical axis shift element, it is necessary to appropriately improve the values of CTF, α and η.

【0076】(作製、評価手段)本発明の実施例1の反
射型ライトバルブの作製は、以下のように製作できる。
通常のLCOS用のシリコン基板バックプレーンをその
まま用い、このアルミニウム金属反射電極上に透明誘電
体層を約2ミクロンの厚さで成膜する。成膜は、PCV
DによりSiO2層、SiON層、SiN層、EB蒸着
およびスパッタによるAl23層、TiO2層、ZnO
層等を成膜する。この後、画素のエッジ部分にコンタク
ト用のスルーホールを形成したのち、この部分にアルミ
ニウム金属を電鋳により込む。また、階調性マスクで転
写用凹面形状レジスト層を形成したのち、ドレイエッチ
ングにより約0.5〜2ミクロンの凹面形状を形成す
る。この後、全面にアルミニウム電極を成膜した後、画
素間のコンタクトを防ぐために周辺部分をエッチングに
より除去する。その後、再び、このアルミニウム金属反
射電極上に透明誘電体層を約2ミクロンの厚さで成膜す
る。成膜は、PCVDによりSiO2層、SiON層、
SiN層、EB蒸着およびスパッタによるAl2 3層、
TiO2層、ZnO層等を成膜する。
(Manufacturing / Evaluation Means) The opposite of Example 1 of the present invention.
The flash type light valve can be manufactured as follows.
The silicon substrate backplane for normal LCOS
As is, use the transparent dielectric on this aluminum metal reflective electrode.
The body layer is deposited to a thickness of about 2 microns. Film formation is PCV
SiO by D2Layer, SiON layer, SiN layer, EB evaporation
And sputtered Al2O3Layer, TiO2Layer, ZnO
A layer or the like is formed. After this, contact at the edge of the pixel
After forming a through hole for the
Ni metal is electroformed. Also, transfer with a gradation mask.
After forming a concave resist layer for copying, dray etch
To form a concave shape of about 0.5 to 2 microns
It After that, after forming an aluminum electrode on the entire surface,
Etching the peripheral part to prevent contact between the elements
Remove more. Then again, this aluminum metal counter
Form a transparent dielectric layer with a thickness of approximately 2 microns on the emitting electrode
It The film is formed by PCVD using SiO 2.2Layer, SiON layer,
SiN layer, EB evaporation and sputtered Al2O 3layer,
TiO2A layer, a ZnO layer, etc. are formed.

【0077】その後、画素のエッジ部分にコンタクト用
の2箇所目のスルーホールを形成したのち、この部分に
アルミニウム金属を電鋳により込む。その後、化学研磨
をした後、全面にITO電極を成膜した後、画素間のコ
ンタクトを防ぐために周辺部分をドライエッチングによ
り除去する。さらに、このITO膜の上にポリイミドの
配向膜を塗布する。この後は、通常のLCOSと同様の
対向基板との重ね合わせ、組み付け、注液、シールを行
うことで作製することができる。
After that, a second through hole for contact is formed in the edge portion of the pixel, and then aluminum metal is electroformed into this portion. Then, after chemical polishing, an ITO electrode is formed on the entire surface, and the peripheral portion is removed by dry etching to prevent contact between pixels. Further, a polyimide alignment film is applied on the ITO film. After that, it can be manufactured by stacking, assembling, injecting, and sealing with a counter substrate similar to a normal LCOS.

【0078】本発明の実施例1の反射型ライトバルブ
は、前述の図6に示したような構成で投射画像を、スク
リーン面の代用として顕微鏡で拡大した面に配置したC
CDカメラと、さらには投射されたスクリーン面での評
価に光学設計評価ツールを用いて評価した。光学設計評
価ツールとしては、米国オプチカルリーサチアソシエー
ション社のノンシーケンシャル光線追跡解析が可能なラ
イツールズ(第3版)を用い、光線数は約20万本とし
た(1GHzのCPUを用いて約50分間の計算量)。
光線追跡は、計算の負担を減じるために、特定の領域の
複数の画素についてのみ実行し、別途の計算ツ−ルによ
りコンボルーションすることによりスクリーン面での広
い領域での光強度分布を計算し、評価した。高圧水銀ラ
ンプは、ウシオ社の150W級のDC放電ランプの値を
用いた。照明角は、5×8のフライアイレンズにより、
垂直方向の照明角が7度となるように設計作製した。ま
た、投射レンズはF2.4の高解像のものに相当する開
口を設置した。
In the reflection type light valve of Example 1 of the present invention, the projection image having the structure as shown in FIG. 6 is arranged on the surface enlarged by a microscope as a substitute for the screen surface.
An optical design evaluation tool was used for evaluation on the CD camera and further on the projected screen surface. As an optical design evaluation tool, Litools (3rd edition) capable of non-sequential ray tracing analysis of Optical Reed Sachia Association of the United States was used, and the number of rays was set to about 200,000 (about 50 using a 1 GHz CPU. Minute calculation amount).
In order to reduce the calculation burden, ray tracing is performed only for a plurality of pixels in a specific area, and the light intensity distribution in a wide area on the screen surface is calculated by convolution with a separate calculation tool. ,evaluated. As the high pressure mercury lamp, the value of a DC discharge lamp of 150 W class manufactured by USHIO INC. Was used. The illumination angle is 5x8 fly-eye lens
It was designed and manufactured so that the illumination angle in the vertical direction was 7 degrees. In addition, the projection lens has an aperture corresponding to that of a high resolution of F2.4.

【0079】表2は、図1の構成における、画素縮小の
評価値である実施例5、実施例6を示す。実施例5は、
埋め込み層2の屈折率n=1.83、r=150ミクロ
ンであり、実施例6は、埋め込み層2の屈折率n=1.
83、r=190ミクロンである。画素ピッチは14ミ
クロンである。
Table 2 shows Example 5 and Example 6 which are the evaluation values of pixel reduction in the configuration of FIG. Example 5 is
The buried layer 2 has a refractive index n = 1.83 and r = 150 μm. In Example 6, the buried layer 2 has a refractive index n = 1.
83, r = 190 microns. The pixel pitch is 14 microns.

【0080】[0080]

【表2】 [Table 2]

【0081】また、マイクロレンズを用いた場合の比較
例1を表3に、比較例2を表4に示す。ただし、屈折率
は凸形状を有する部材の屈折率であり、凹形状を有する
部材は、フッ素系の光硬化性接着剤で、屈折率はn=
1.4であり、厚さtは、凸形状を有する部材の凸部と
液晶層との距離であり、このフッ素系の光硬化性接着剤
の平均厚み4ミクロンを含む。厚さtは、中間基板の厚
さにより不均一になりやすく、面内の均一性を優先した
場合には、少なくとも20ミクロン以上であることが好
ましい。画素ピッチは14ミクロンである。
Table 3 shows Comparative Example 1 and Table 4 shows Comparative Example 2 using the microlenses. However, the refractive index is the refractive index of a member having a convex shape, and the member having a concave shape is a fluorine-based photocurable adhesive, and the refractive index is n =
The thickness t is 1.4, which is the distance between the convex portion of the convex member and the liquid crystal layer, and includes the average thickness of 4 μm of the fluorine-based photocurable adhesive. The thickness t tends to become non-uniform depending on the thickness of the intermediate substrate, and when priority is given to in-plane uniformity, it is preferably at least 20 microns or more. The pixel pitch is 14 microns.

【0082】[0082]

【表3】 [Table 3]

【0083】[0083]

【表4】 [Table 4]

【0084】実施例5、6および比較例1、2を比較し
てわかるように、反射鏡を用いた場合のほうが、CT
F、η、αのうちの少なくとも2以上の評価値を同時に
向上し、かつ残りの評価値の低減を最小限とすることが
できることがわかる。
As can be seen by comparing Examples 5 and 6 and Comparative Examples 1 and 2, CT is better when the reflecting mirror is used.
It can be seen that at least two or more evaluation values of F, η, and α can be simultaneously improved, and the reduction of the remaining evaluation values can be minimized.

【0085】図8に、曲率rを100ミクロンに固定し
た場合に埋め込み層の屈折率を変化させた場合の、図1
の場合の画素縮小の評価値となる実施例7を示す。図8
に示すように、埋め込み層の屈折率は、より大きい方が
好ましく、1.6以上(n>=1.6)であれば、光利用
効率が90%以上と、10分の1以下の損失となる非常
に高い光利用効率となる。さらには、1.7以上であれ
ばほぼ97%以上の一定な光利用効率となりより好まし
い。さらには、高屈折率になるほど、縮小率はほぼ変化
しないものの、光利用効率が低下してくることと、屈折
率2.2以下であるならば、種々の透明誘電体材料がP
CVD、EB蒸着、スパッタ等により成膜でき、かつ、
これらの屈折率2.2以下の材料はドレイエッチングも
しやすいので、屈折率は1.7以上2.2以下であること
が特に好ましい。
FIG. 8 shows the case where the refractive index of the buried layer is changed when the curvature r is fixed to 100 μm.
Example 7 which is an evaluation value of pixel reduction in the case of is shown. Figure 8
As shown in, the larger the refractive index of the buried layer is, the more the light utilization efficiency is 90% or more and the loss is 1/10 or less when the refractive index is 1.6 or more (n> = 1.6). The light utilization efficiency is very high. Further, if it is 1.7 or more, it is more preferable because the light utilization efficiency is substantially 97% or more. Further, as the refractive index becomes higher, the reduction ratio does not substantially change, but the light utilization efficiency decreases, and if the refractive index is 2.2 or less, various transparent dielectric materials have P
Can be formed by CVD, EB evaporation, sputtering, etc., and
Since these materials having a refractive index of 2.2 or less are easily subjected to drain etching, it is particularly preferable that the refractive index is 1.7 or more and 2.2 or less.

【0086】実施例7に示すように、通常の1.4以上
で1.6未満のSiO2、BK7、アクリルポリマー、サ
イトップ、1737ガラス(コーニング社)等の透明材
料よりも、屈折率1.6以上の材料が好ましいのは、前
述のように、凹面鏡の焦点距離f(絶対値)は曲率rと
直径dと屈折率nによりf=r/(nd)で与えられる
ので、高屈折率になるほど、凹面鏡の軸上の球面収差
や、軸外の非点収差、コマ収差等の諸収差を大きく減少
することができるようになる以外にも、同様の動作では
あるが入射した照明角が平坦化層部分で屈折されてスネ
ルの法則によりその入射角度が小さくなることより、投
射レンズでのケラれによる光束となる反射光が小さくな
ることによる。
As shown in Example 7, a refractive index of 1 is better than that of a usual transparent material such as SiO 2 , BK7, acrylic polymer, CYTOP, 1737 glass (Corning Co.) having a refractive index of 1.4 or more and less than 1.6. A material of 0.6 or more is preferable because the focal length f (absolute value) of the concave mirror is given by f = r / (nd) by the curvature r, the diameter d, and the refractive index n, as described above. The spherical aberration on the axis of the concave mirror, off-axis astigmatism, coma and other aberrations can be greatly reduced, and the operation is similar, but the incident illumination angle is This is because refraction at the flattening layer portion reduces the incident angle according to Snell's law, and the reflected light that becomes a light beam due to vignetting in the projection lens becomes smaller.

【0087】図9、図10に、図1の構成における凹面
鏡の曲率を変化させた場合の画素縮小の評価値である実
施例8を示す。実施例8は、埋め込み層の屈折率n=
1.6で、画素ピッチは14ミクロンである。図9に示
すように、縮小率は曲率半径が30ミクロンより大きく
250ミクロンより小さいことが好ましく、より好まし
くは、50ミクロン以上200ミクロン以下である。ま
た、図10に示すように、CTFは急激に変化し、図9
と同様に、曲率半径が30ミクロンより大きく250ミ
クロンより小さいことが好ましく、より好ましくは、5
0ミクロン以上200ミクロン以下である。このとき、
縮小率は40%以上50%以下であり、過縮小でもな
く、かつ解像度を劣化させる縮小でもなく、かつ矩形形
状ではないので、さらには50%以上のCTFが確保で
きており、このように画素プロファイルを変形した縮小
画素に対して光軸シフト素子を用いることにより、画像
の解像度となめらかさを同時に実現できる非常に高品位
の画像を実現する画像表示装置を実現できる。
FIGS. 9 and 10 show Example 8 which is an evaluation value of pixel reduction when the curvature of the concave mirror in the configuration of FIG. 1 is changed. In Example 8, the refractive index of the buried layer was n =
At 1.6, the pixel pitch is 14 microns. As shown in FIG. 9, the reduction ratio is preferably such that the radius of curvature is larger than 30 microns and smaller than 250 microns, and more preferably 50 microns or more and 200 microns or less. Also, as shown in FIG. 10, the CTF changes abruptly.
Similarly, it is preferred that the radius of curvature be greater than 30 microns and less than 250 microns, more preferably 5
It is 0 micron or more and 200 micron or less. At this time,
The reduction ratio is 40% or more and 50% or less, neither reduction nor deterioration that deteriorates resolution, and since it is not a rectangular shape, more than 50% CTF can be secured. By using the optical axis shift element for the reduced pixel whose profile is modified, it is possible to realize an image display device that realizes a very high-quality image that can simultaneously realize image resolution and smoothness.

【0088】実施例8における画素ピッチは14ミクロ
ンであり、画素ピッチで曲率半径を正規化することがで
き、また光軸シフト素子の変位ステップ数を考慮して、
上記の非常に高品位の解像度を実現する範囲は、2.2
/(m/2)<r/d<17.9/(m/2)(ただ
し、nは埋め込み部材の屈折率、mは光路変調素子の変
調ステップ数)となる。また、これを1.6以上の埋め
込み層の屈折率を考慮することにより、凹形状の鏡面の
F値をFr値としたときに、1.1/(m/2)<n×
Fr<8.9/(m/2)(ただし、nは埋め込み部材
の屈折率、mは光路変調素子の変調ステップ数)が好ま
しい範囲であり、さらには、照明角7度であるF値とし
ての4を考慮し、さらに好ましい範囲は、照明径のF値
をFi値としたときに、0.27/(m/2)<n×
(Fr/Fi)<2.2/(m/2)(ただし、nは埋
め込み部材の屈折率、mは光路変調素子の変調ステップ
数)となる。
The pixel pitch in Example 8 is 14 microns, the radius of curvature can be normalized by the pixel pitch, and the number of displacement steps of the optical axis shift element is taken into consideration.
The range that achieves the extremely high resolution above is 2.2.
/(M/2)<r/d<17.9/(m/2) (where n is the refractive index of the embedded member and m is the number of modulation steps of the optical path modulator). Further, by taking this into consideration with the refractive index of the embedding layer of 1.6 or more, when the F value of the concave mirror surface is taken as the Fr value, 1.1 / (m / 2) <n ×
Fr <8.9 / (m / 2) (where n is the refractive index of the embedding member, m is the number of modulation steps of the optical path modulator) is a preferable range, and further, as an F value that is an illumination angle of 7 degrees. Considering 4 of No. 4, a more preferable range is 0.27 / (m / 2) <n ×, where F value of the illumination diameter is Fi value.
(Fr / Fi) <2.2 / (m / 2) (where n is the refractive index of the embedded member and m is the number of modulation steps of the optical path modulator).

【0089】図11に、マイクロレンズと鏡面が一体と
なった場合の構成例となる本発明の第9の実施例を示
す。図11において、51は上面反射電極を有するバッ
クプレーン、52はマイクロレンズ、53は平坦化層、
54は液晶層、55は対向基板である。図示はしていな
いが、図1と同様に液晶層を挟むITO電極、コンタク
トホール等が形成されている。このとき、反射電極とマ
イクロレンズが一体となり、かつ液晶層に対して光源側
と反対側に配置されることにより、ほぼ図1と同様の画
素プロファイルの変形を行うことができると同時に、反
射鏡を平面で構成できるので、作製がより容易となり、
歩留まりも向上し低コストとすることができるようにな
る。マイクロレンズの形状も、同じ箇所で同時に2回作
用できるので曲率が小さくてよいのでプロセスも簡単と
なり、収差も小さくなる。高屈折率の凸形状のマイクロ
レンズを低屈折率の材料で埋め込んで平坦化する以外
に、低屈折率の凹形状のマイクロレンズを高屈折率の材
料で埋め込んで形成してもよい。
FIG. 11 shows a ninth embodiment of the present invention, which is an example of the structure when the microlens and the mirror surface are integrated. In FIG. 11, 51 is a back plane having a top surface reflective electrode, 52 is a microlens, 53 is a flattening layer,
54 is a liquid crystal layer, and 55 is a counter substrate. Although not shown, ITO electrodes, contact holes and the like sandwiching the liquid crystal layer are formed as in FIG. At this time, since the reflection electrode and the microlens are integrated and arranged on the side opposite to the light source side with respect to the liquid crystal layer, the pixel profile can be deformed almost in the same manner as in FIG. Since it can be configured with a plane, it is easier to manufacture,
The yield can be improved and the cost can be reduced. The shape of the microlens can also act twice at the same location at the same time, so the curvature can be small, so the process is simple and the aberration is small. In addition to embedding the convex microlenses having a high refractive index with a material having a low refractive index to flatten the surface, a concave microlens having a low refractive index may be embedded with a material having a high refractive index.

【0090】図12に、マイクロレンズと鏡面が一体と
なった場合の別の構成例となる本発明の第10の実施例
を示す。図12において、51は上面反射電極を有する
バックプレーン、61はマイクロレンズ下部層、62は
マイクロレンズ、53は平坦化層、54は液晶層、55
は対向基板である。図示はしていないが、図1と同様に
液晶層を挟むITO電極、コンタクトホール等が形成さ
れている。このとき、マイクロレンズは凹面形状材料と
下部層61により分離されているが、光学的な作用とし
ては、液晶層の反対側にあることにより、図11と同様
に反射電極とマイクロレンズが一体となった場合と同様
である。この場合には、レンズの面数を増加できるの
で、レンズの収差をより低減して、より画素プロファイ
ルを制御することにより高解像度の画像表示を行うこと
ができる。また、レンズの厚さを薄くすることにより、
凹凸構造に対応したストレスにより生じる研磨の際の平
坦化層の厚さのばらつきの絶対値を減少することもで
き、よりギャップが均一でコントラストの高い、面内ば
らつきの少ない画像表示装置を提供することができる。
FIG. 12 shows a tenth embodiment of the present invention which is another structural example in the case where the microlens and the mirror surface are integrated. In FIG. 12, 51 is a back plane having a top surface reflective electrode, 61 is a microlens lower layer, 62 is a microlens, 53 is a flattening layer, 54 is a liquid crystal layer, and 55 is
Is a counter substrate. Although not shown, ITO electrodes, contact holes and the like sandwiching the liquid crystal layer are formed as in FIG. At this time, the microlens is separated by the concave material and the lower layer 61. However, as an optical function, the microlens is located on the opposite side of the liquid crystal layer, so that the reflective electrode and the microlens are integrated as in FIG. It is the same as when it became. In this case, since the number of surfaces of the lens can be increased, the aberration of the lens can be further reduced, and the pixel profile can be controlled more, so that high-resolution image display can be performed. Also, by reducing the thickness of the lens,
It is also possible to reduce the absolute value of the variation in the thickness of the flattening layer during polishing caused by the stress corresponding to the uneven structure, and to provide an image display device with a more uniform gap, high contrast, and little in-plane variation. be able to.

【0091】図13は、マイクロプリズムと鏡面が一体
となった場合の構成例となる本発明の第11の実施例を
示す。図13において、51は上面反射電極を有するバ
ックプレーン、71はマイクロレンズ、53は平坦化
層、54は液晶層、55は対向基板である。図示はして
いないが、図1と同様に液晶層を挟むITO電極、コン
タクトホール等が形成されている。このとき、図11と
同様に、反射電極とマイクプリズムが一体となり、かつ
液晶層に対して光源側と反対側に配置されることによ
り、ほぼ図1と同様の画素プロファイルの変形を行うこ
とができると同時に、反射鏡およびプリズムを平面で構
成できるので、作製がより容易となり、歩留まりも向上
し低コストとすることができるようになる。
FIG. 13 shows an eleventh embodiment of the present invention, which is an example of the structure when the micro prism and the mirror surface are integrated. In FIG. 13, reference numeral 51 is a back plane having an upper surface reflection electrode, 71 is a microlens, 53 is a flattening layer, 54 is a liquid crystal layer, and 55 is a counter substrate. Although not shown, ITO electrodes, contact holes and the like sandwiching the liquid crystal layer are formed as in FIG. At this time, similarly to FIG. 11, the reflection electrode and the microphone prism are integrated and are arranged on the side opposite to the light source side with respect to the liquid crystal layer, so that the pixel profile can be deformed substantially in the same manner as in FIG. At the same time, since the reflecting mirror and the prism can be configured by a flat surface, the manufacturing becomes easier, the yield is improved, and the cost can be reduced.

【0092】図14は、変調層と凹鏡面が一体となった
場合の構成例となる本発明の第12の実施例を示す。図
14において、81はSRAMを有するバックプレー
ン、82はひんじピラー、83a、83bは凹面鏡可動
部、84a、84bは凹面鏡の平坦化層である。83
a、83bは、MEMS技術により作製した、偏向制御
により光変調を行う変調層であり、83a、84aの状
態と、83b、84bの状態の2つの状態において、反
射光を0値と1値のデジタル変調を行う反射型素子であ
る。このとき、この可動鏡となる部分に凹面鏡構造を形
成することにより、図1または図11とほぼ同様の画素
プロファイルの変形を行うことができると同時に、従来
のマイクロレンズ対向基板では不可能であった、偏向型
光変調素子における画素縮小を実現できるので、偏向型
光変調素子の高いコントラストを実現できると同時に、
MEMS構造により制限のある画素ピッチの制約を、光
軸シフトにより解決し、高解像度の画像表示装置を実現
することができる。また、平坦化層は、凹面鏡の焦点距
離を小さくできるので効果的である。また、凹面鏡構造
以外にも、平面鏡上にマイクロレンズを構成してもよ
い。
FIG. 14 shows a twelfth embodiment of the present invention, which is a structural example in which the modulation layer and the concave mirror surface are integrated. In FIG. 14, 81 is a backplane having an SRAM, 82 is a hinge pillar, 83a and 83b are concave mirror movable parts, and 84a and 84b are flattening layers for concave mirrors. 83
Reference numerals a and 83b are modulation layers which are manufactured by the MEMS technique and perform light modulation by deflection control. In the two states of 83a and 84a and 83b and 84b, reflected light of 0 value and 1 value is obtained. It is a reflective element that performs digital modulation. At this time, by forming a concave mirror structure in the portion which becomes the movable mirror, the pixel profile can be deformed almost in the same manner as in FIG. 1 or FIG. 11, and at the same time, it is not possible with the conventional microlens counter substrate. Moreover, since the pixel reduction in the deflection type light modulation element can be realized, the high contrast of the deflection type light modulation element can be realized and at the same time,
It is possible to solve the restriction on the pixel pitch, which is limited by the MEMS structure, by shifting the optical axis, and to realize a high-resolution image display device. Further, the flattening layer is effective because it can reduce the focal length of the concave mirror. In addition to the concave mirror structure, microlenses may be formed on a plane mirror.

【0093】図15に、空間光変調素子に遮光層を用い
た場合の構成例となる本発明の第13の実施例を示す。
図15において、51は上面反射電極を有するバックプ
レーン、52はマイクロレンズ、53は平坦化層、54
は液晶層、55は対向基板であり、91a、91b、9
1c、91dは凹面鏡の周辺に格子状に設けたブラック
マトリックス層である。。図示はしていないが、図1と
同様に液晶層を挟むITO電極、コンタクトホール等が
形成されている。このとき、ブラックマトリックス層9
1a〜91dは、凹面鏡のエッジ付近の散乱光を低減す
ることができ、コントラストを向上すると同時に、凹面
鏡の収差の大きい部分をマスキングすることにより画素
サイズをより縮小することができ、より高解像度の画像
表示装置を実現できる。
FIG. 15 shows a thirteenth embodiment of the present invention, which is a structural example when a light shielding layer is used in the spatial light modulator.
In FIG. 15, reference numeral 51 is a back plane having an upper surface reflection electrode, 52 is a microlens, 53 is a flattening layer, 54
Is a liquid crystal layer, 55 is a counter substrate, and 91a, 91b, 9
Reference numerals 1c and 91d denote black matrix layers provided in a lattice pattern around the concave mirror. . Although not shown, ITO electrodes, contact holes and the like sandwiching the liquid crystal layer are formed as in FIG. At this time, the black matrix layer 9
1a to 91d can reduce the scattered light near the edge of the concave mirror, improve the contrast, and at the same time, can reduce the pixel size by masking the portion of the concave mirror having large aberrations, thereby achieving higher resolution. An image display device can be realized.

【0094】なお、図1の反射型ライトバルブは、上記
画像表示装置に限定されるものではなく、光通信用の空
間型光交換スイッチとして用いてもよいし、また、平面
型受光素子や、演算回路、平面型発光素子、マイクロレ
ンズ多段アレイ等を組み合わせることにより、光情報処
理回路装置を構成してもよい。
The reflection type light valve of FIG. 1 is not limited to the above-mentioned image display device, and may be used as a space type optical exchange switch for optical communication, a flat type light receiving element, The optical information processing circuit device may be configured by combining an arithmetic circuit, a planar light emitting element, a microlens multistage array, and the like.

【0095】[0095]

【発明の効果】本発明によると、光軸シフト素子と反射
型ライトバルブを用いた高解像度の画像表示装置を実現
する場合に、従来の光軸シフト素子を用いた高解像度画
像表示装置で必要であった駆動する回路と反射面を有す
る基板と画素プロファイルを変形するマイクロレンズを
有する対向基板との間における高精度の位置合わせを、
マイクロレンズを有する対向基板からマイクロレンズを
なくしかつ駆動する回路と反射面を有する基板上に反射
すると同時に画素プロファイルを変形する光学素子を設
けているので、対向基板と回路を有する基板とをアライ
メントフリーとすることにより、より低コストでより高
信頼性であると同時に面内での不均一をより減少させる
ことができる画像表示装置を提供できる。また、従来の
マイクロレンズからなる画素プロファイル変形素子を照
射光の経路においてスイッチング層の透過よりも先に作
用させるかわりに、画素プロファイル変形素子を照射光
の経路においてスイッチング層の最初の透過の後に作用
させることにより、往路の液晶層に対する作用を無視で
きる光学素子の設計ができるようになり、この従来のマ
イクロレンズを照射光の経路においてスイッチング層の
透過よりも先に作用させていた画像表示装置よりも、よ
り高解像度でより明るい視認性に優れた画像表示装置を
提供することができる。
According to the present invention, when realizing a high resolution image display device using an optical axis shift element and a reflection type light valve, it is necessary in a conventional high resolution image display apparatus using an optical axis shift element. The high-precision alignment between the substrate having the driving circuit and the reflecting surface and the counter substrate having the microlens that deforms the pixel profile is performed.
An optical element that eliminates the microlens from the counter substrate having the microlens and drives the circuit and the substrate having the reflecting surface to reflect the pixel profile and at the same time deforms the pixel profile is provided. With such a configuration, it is possible to provide an image display device that is less expensive and more reliable, and that can reduce in-plane nonuniformity. Further, instead of causing the pixel profile modifying element consisting of a conventional microlens to act in the irradiation light path before transmitting the switching layer, the pixel profile modifying element acts in the irradiation light path after the first transmission of the switching layer. By doing so, it becomes possible to design an optical element in which the action on the liquid crystal layer in the outward path can be ignored, and this conventional microlens is operated in the path of the irradiation light before the transmission of the switching layer. Also, it is possible to provide an image display device having higher resolution and brighter visibility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明による反射型ライトバルブの断面模式
図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a reflective light valve according to the present invention.

【図2】 図1に示した反射型ライトバルブの動作概要
を説明するための図で、照射光の動作と反射凹面鏡によ
り画素の像が形成される様子を示す図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining an outline of the operation of the reflection-type light valve shown in FIG. 1, and is a diagram showing the operation of irradiation light and how an image of a pixel is formed by a reflecting concave mirror.

【図3】 画素への入射時の最大角θinと出射時の最
大角θoutとの関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a maximum angle θin at the time of incidence on a pixel and a maximum angle θout at the time of emission.

【図4】 反射型ライトバルブにより出射される画素プ
ロファイルを変形させ、画素数を増大させる動作を説明
するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining an operation of deforming a pixel profile emitted by a reflective light valve to increase the number of pixels.

【図5】 反射型ライトバルブにより反射凹面鏡から出
射する縮小画素を、スクリーンに時分割で投射する動作
を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining an operation of time-divisionally projecting reduced pixels emitted from a reflective concave mirror by a reflective light valve.

【図6】 本発明が適用された高精細プロジェクタの一
例を説明するための全体構成図である。
FIG. 6 is an overall configuration diagram for explaining an example of a high definition projector to which the present invention is applied.

【図7】 CTFを説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining CTF.

【図8】 埋め込み層の屈折率を変化させた場合の画素
縮小の評価値を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing evaluation values of pixel reduction when the refractive index of the embedded layer is changed.

【図9】 凹面鏡の曲率を変化させた場合の画素縮小の
評価値である縮小率を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a reduction ratio which is an evaluation value of pixel reduction when the curvature of the concave mirror is changed.

【図10】 凹面鏡の曲率を変化させた場合の画素縮小
の評価値であるCTFを示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing CTF which is an evaluation value of pixel reduction when the curvature of the concave mirror is changed.

【図11】 マイクロレンズと鏡面が一体となった場合
の実施例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example in which a microlens and a mirror surface are integrated.

【図12】 マイクロレンズと鏡面が一体となった場合
の他の実施例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing another embodiment in which the microlens and the mirror surface are integrated.

【図13】 マイクロプリズムと鏡面が一体となった場
合の他の実施例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing another embodiment in which the micro prism and the mirror surface are integrated.

【図14】 変調層と凹鏡面が一体となった場合の実施
例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an example in which the modulation layer and the concave mirror surface are integrated.

【図15】 空間光変調素子に遮光層を用いた場合の構
成例となる本発明の実施例を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing an example of the present invention as a configuration example when a light shielding layer is used for the spatial light modulator.

【図16】 特開平9−54554号公報に記載の表示
装置の一例を説明するための図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining an example of a display device described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-54554.

【図17】 図16に示した表示装置を用いない場合の
輝度状態を示す図である。
17 is a diagram showing a luminance state when the display device shown in FIG. 16 is not used.

【図18】 図16に示した表示装置を用いた場合の輝
度状態を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a luminance state when the display device shown in FIG. 16 is used.

【図19】 特開平11−258585号公報に記載さ
れた表示装置の一例を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing an example of a display device described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-258585.

【図20】 特開平9−90310号公報に記載された
表示装置の一例を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing an example of a display device described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-90310.

【図21】 特開平09−90310号公報に記載の反
射型液晶装置の一例を説明するため断面構成図である。
FIG. 21 is a cross-sectional configuration diagram for explaining an example of a reflective liquid crystal device described in Japanese Patent Laid-Open No. 09-90310.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…反射凹面構造、2…埋め込み層、3…平坦化層、4
…液晶層、5…対向基板、6…反射電極、7,8…透明
電極、9…スルーホール充填部材、10…入射光束、1
1…焦点付近、12…縮小画素、21…空間光変調素
子、22,23…ピエゾ素子、24…治具、31…白色
光源、32…均一化光学素子、33…色分離装置、34
…反射型液晶ライトバルブ、35…偏光ビームスプリッ
ター、36…投射レンズ、37…スクリーン、41…画
素、51…バックプレーン、52…マイクロレンズ、5
3…平坦化層、54…液晶層、55…対向基板、61…
マイクロレンズ下部層、62…マイクロレンズ、71…
マイクロレンズ、81…バックプレーン、82…ひんじ
ピラー、83a,83b…凹面鏡可動部、84a,84
b…凹面鏡の平坦化層、91a,91b,91c,91
d…ブラックマトリックス層。
1 ... Reflective concave structure, 2 ... Buried layer, 3 ... Planarization layer, 4
... Liquid crystal layer, 5 ... Counter substrate, 6 ... Reflective electrode, 7, 8 ... Transparent electrode, 9 ... Through hole filling member, 10 ... Incident light flux, 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Around a focal point, 12 ... Reduction pixel, 21 ... Spatial light modulation element, 22, 23 ... Piezo element, 24 ... Jig, 31 ... White light source, 32 ... Uniformization optical element, 33 ... Color separation device, 34
... Reflecting liquid crystal light valve, 35 ... Polarizing beam splitter, 36 ... Projection lens, 37 ... Screen, 41 ... Pixel, 51 ... Backplane, 52 ... Microlens, 5
3 ... Flattening layer, 54 ... Liquid crystal layer, 55 ... Counter substrate, 61 ...
Micro lens lower layer, 62 ... Micro lens, 71 ...
Micro lens, 81 ... Back plane, 82 ... Hiji pillar, 83a, 83b ... Concave mirror movable part, 84a, 84
b ... Flattening layer of concave mirror, 91a, 91b, 91c, 91
d ... Black matrix layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 1/13357 G02F 1/13357 (72)発明者 加藤 幾雄 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 浪江 健史 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 亀山 健司 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 滝口 康之 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 2H041 AA16 AB14 AC06 AZ01 AZ05 AZ08 2H079 AA02 AA12 BA01 CA02 DA08 EB01 GA05 KA01 KA14 2H088 EA13 EA16 EA18 FA19 GA02 HA20 HA24 HA28 MA06 MA20 2H091 FA10X FA17Y FA26X FA26Z FA41Z FA50X FA50Z FD02 LA18 LA30 MA07 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G02F 1/13357 G02F 1/13357 (72) Inventor Ikuo Kato 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo In stock company Ricoh (72) Inventor Kenji Namie 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh stock company (72) Inventor Kenji Kameyama 1-3-6 Nakamagome, Tokyo Ota-ku Tokyo (72) Inventor Yasuyuki Takiguchi 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo F-term in Ricoh Co., Ltd. (reference) 2H041 AA16 AB14 AC06 AZ01 AZ05 AZ08 2H079 AA02 AA12 BA01 CA02 DA08 EB01 GA05 KA01 KA14 2H088 EA13 EA16 FA16 EA16 FA18 GA02 HA20 HA24 HA28 MA06 MA20 2H091 FA10X FA17Y FA26X FA26Z FA41Z FA50X FA50Z FD02 LA18 LA30 MA07

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光を放出する光源と、該光源からの光を
整形して照射光とする照射光学素子と、入射した前記照
射光を光変調するとともに該照射光を反射して出射せし
める略同一の平面上に配列された複数の光変調素子と、
該複数の光変調素子から出射された出射光の光路を空間
座標的に変調させる光路変調素子とを有する反射型空間
光変調装置において、前記光変調素子が、該光変調素子
ごとに照射光を反射するとともに該反射により出射され
た出射光の光束プロファイルを変形させる反射型光束プ
ロファイル変形素子を有していることを特徴とする反射
型空間光変調装置。
1. A light source that emits light, an irradiation optical element that shapes the light from the light source to be irradiation light, and a device that optically modulates the incident irradiation light and reflects and emits the irradiation light. A plurality of light modulation elements arranged on the same plane,
In a reflective spatial light modulator having an optical path modulator that spatially coordinates the optical paths of the outgoing light emitted from the plurality of optical modulators, the optical modulator emits irradiation light for each optical modulator. A reflection-type spatial light modulator comprising a reflection-type light flux profile deforming element that reflects and deforms a light flux profile of emitted light emitted by the reflection.
【請求項2】 前記反射型光束プロファイル変形素子
が、凹形状を有する鏡面を有する光学素子であることを
特徴とする請求項1に記載の反射型空間光変調装置。
2. The reflection type spatial light modulator according to claim 1, wherein the reflection type light flux profile modifying element is an optical element having a concave mirror surface.
【請求項3】 前記反射型光束プロファイル変形素子
が、曲面を有する凹形状の鏡面を有する光学素子である
ことを特徴とする請求項1に記載の反射型空間光変調装
置。
3. The reflection-type spatial light modulator according to claim 1, wherein the reflection-type luminous flux profile deformation element is an optical element having a concave mirror surface having a curved surface.
【請求項4】 前記反射型光束プロファイル変形素子の
前記凹形状の鏡面の入出射側に、屈折率nが1.6以上
の透明部材でかつ前記鏡面に埋め込まれる形状となる埋
め込み部材を有することを特徴とする請求項1又は2又
は3に記載の反射型空間光変調装置。
4. An embedding member that is a transparent member having a refractive index n of 1.6 or more and has a shape to be embedded in the mirror surface on the entrance / exit side of the concave mirror surface of the reflection type light flux profile modifying element. The reflective spatial light modulator according to claim 1, 2 or 3.
【請求項5】 前記反射光束プロファイル変形素子の前
記曲面を有する凹形状の鏡面の口径をdとし、前記凹形
状の鏡面の平均曲率をrとしたときに、2.2/(m/
2)<r/d<17.9/(m/2)(ただし、mは光
路変調素子の変調ステップ数)であることを特徴とする
請求項1乃至4のいずれかに記載の反射型空間光変調装
置。
5. When the diameter of the concave mirror surface having the curved surface of the reflected light beam profile modifying element is d and the average curvature of the concave mirror surface is r, 2.2 / (m /
2) <r / d <17.9 / (m / 2) (where m is the number of modulation steps of the optical path modulator), The reflective space according to any one of claims 1 to 4. Light modulator.
【請求項6】 前記反射光束プロファイル変形素子の前
記曲面を有する凹形状の鏡面のF値をFr値としたとき
に、1.1/(m/2)<n×Fr<8.9/(m/2)
(ただし、nは埋め込み部材の屈折率、mは光路変調素
子の変調ステップ数)であることを特徴とする請求項1
乃至5のいずれかに記載の反射型空間光変調装置。
6. When the F number of the concave mirror surface having the curved surface of the reflected light beam profile deforming element is taken as the Fr number, 1.1 / (m / 2) <n × Fr <8.9 / ( m / 2)
(Where n is the refractive index of the embedded member and m is the number of modulation steps of the optical path modulator).
6. The reflective spatial light modulator according to any one of 1 to 5.
【請求項7】 前記反射光束プロファイル変形素子の前
記曲面を有する凹形状の鏡面のF値をFr値とし、前記
空間光変調素子へ入射する前記照射光のF値をFi値と
したときに、0.27/(m/2)<n×(Fr/F
i)<2.2/(m/2)(ただし、nは埋め込み部材
の屈折率、mは光路変調素子の変調ステップ数)である
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の反
射型空間光変調装置。
7. When the F number of the concave mirror surface having the curved surface of the reflected light beam profile deformation element is Fr value and the F number of the irradiation light incident on the spatial light modulation element is Fi value, 0.27 / (m / 2) <n × (Fr / F
7. i) <2.2 / (m / 2) (where n is the refractive index of the embedding member, and m is the number of modulation steps of the optical path modulation element). Reflective spatial light modulator.
【請求項8】 前記反射型光束プロファイル変形素子
が、鏡面とマイクロレンズとが一体化された光学素子を
有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記
載の反射型空間光変調装置。
8. The reflection-type spatial light modulator according to claim 1, wherein the reflection-type luminous flux profile deformation element has an optical element in which a mirror surface and a microlens are integrated. .
【請求項9】 前記反射型光束プロファイル変形素子の
マイクロレンズが、曲面を有するマイクロレンズである
ことを特徴とする請求項8に記載の反射型空間光変調装
置。
9. The reflective spatial light modulator according to claim 8, wherein the microlens of the reflective light flux profile modifying element is a microlens having a curved surface.
【請求項10】 前記反射型光束プロファイル変形素子
の前記マイクロレンズが、屈折率分布部材を有するマイ
クロレンズを有することを特徴とする請求項8に記載の
反射型空間光変調装置。
10. The reflective spatial light modulator according to claim 8, wherein the microlenses of the reflective light flux profile modifying element include microlenses having a refractive index distribution member.
【請求項11】 前記反射型光束プロファイル変形素子
が、鏡面とマイクロプリズムとが一体化された光学素子
であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに
記載の反射型空間光変調装置。
11. The reflection-type spatial light modulator according to claim 1, wherein the reflection-type luminous flux profile deformation element is an optical element in which a mirror surface and a microprism are integrated. .
【請求項12】 前記反射型光束プロファイル変形素子
の前記マイクロレンズまたは前記マイクロプリズムが、
回折格子を有することを特徴とする請求項4又は9に記
載の反射型空間光変調装置。
12. The microlens or the microprism of the reflection type light flux profile modifying element,
The reflective spatial light modulator according to claim 4 or 9, further comprising a diffraction grating.
【請求項13】 前記光変調素子が、透過率変化または
偏向角変化により光を変調する光変調層を有し、前記光
変調層に対して照射光の入射方向と反対側に前記反射型
光束プロファイル変形素子を有することを特徴とする請
求項1乃至12のいずれかに記載の反射型空間光変調装
置。
13. The light modulation element has a light modulation layer that modulates light by a change in transmittance or a change in deflection angle, and the reflection type light flux is on the side opposite to the incident direction of irradiation light with respect to the light modulation layer. The reflective spatial light modulator according to claim 1, further comprising a profile modifying element.
【請求項14】 前記反射型光束プロファイル変形素子
と前記光変調層との間に、平坦化層を有することを特徴
とする請求項13に記載の反射型空間光変調装置。
14. The reflective spatial light modulator according to claim 13, further comprising a flattening layer between the reflective light flux profile modifying element and the light modulation layer.
【請求項15】 前記反射型光束プロファイル変形素子
の前記平坦化層と前記光変調層との間に導電層を有する
ことを特徴とする請求項14に記載の反射型空間光変調
装置。
15. The reflective spatial light modulator according to claim 14, further comprising a conductive layer between the flattening layer and the light modulating layer of the reflective light flux profile modifying element.
【請求項16】 前記光変調素子が、透過率変化または
偏向角変化により光を変調する光変調層を有し、前記反
射型光束プロファイル変形素子が前記光変調層と一体化
されていることを特徴とする請求項1乃至12のいずれ
かに記載の反射型空間光変調装置。
16. The light modulation element has a light modulation layer that modulates light by a change in transmittance or a change in deflection angle, and the reflection type light flux profile modification element is integrated with the light modulation layer. The reflective spatial light modulator according to any one of claims 1 to 12, which is characterized in that.
【請求項17】 前記光変調素子が、開口を有する遮光
層を有することを特徴とする請求項1乃至15のいずれ
かに記載の反射型空間光変調装置。
17. The reflective spatial light modulator according to claim 1, wherein the light modulation element has a light shielding layer having an opening.
【請求項18】 前記光変調素子から出射された出射光
の光束プロファイルの半値全幅が元の前記光変調素子の
ピッチよりも小さくかつ前記光変調素子の光変調層の位
置とは異なる位置の出射光を結像する結像レンズを有す
ることを特徴とする請求項1乃至17のいずれかに記載
の反射型空間光変調装置。
18. The full width at half maximum of the luminous flux profile of the emitted light emitted from the light modulation element is smaller than the original pitch of the light modulation element, and a position different from the position of the light modulation layer of the light modulation element is output. The reflective spatial light modulator according to any one of claims 1 to 17, further comprising an imaging lens that forms an image of emitted light.
【請求項19】 前記光変調素子から出射された出射光
の光束プロファイルの半値全幅が元の前記光変調素子の
ピッチよりも小さくかつ前記光変調素子の光変調層の位
置とは異なる位置の出射光の虚像を形成する虚像形成レ
ンズを有することを特徴とする請求項1乃至17のいず
れかに記載の反射型空間光変調装置。
19. The position at which the full width at half maximum of the luminous flux profile of the emitted light emitted from the light modulation element is smaller than the original pitch of the light modulation element and is different from the position of the light modulation layer of the light modulation element. The reflective spatial light modulator according to any one of claims 1 to 17, further comprising a virtual image forming lens that forms a virtual image of incident light.
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