JP2009169118A - 色選択性アレイ、結像装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な分野に展開可能な色選択性アレイ、これを用いた結像装置およびこの結像装置を有する表示装置において、たとえば低解像度のライトバルブとウォブリング素子を用いてライトバルブの２倍以上に解像性能を向上させ、光利用効率を向上させ、特に視感度特性の高い緑光の解像性能劣化を防ぎ、ホワイトバランスを良好に保つことが可能な表示装置を提供すること。
【解決手段】入射光を透過する光透過部を設けた第１の開口部と、前記第１の開口部の周縁部に第１の波長光を制限して透過させる領域とを画素毎にアレイ状に配列させたことを特徴とする色選択性開口アレイ。
【選択図】図４

Description

本発明は、たとえばフロントプロジェクタ、リアプロジェクタ、ヘッドマウントプロジェクタなどの表示装置に主に使用され、レーザ加工機、光書き込み機に応用可能な結像装置およびこの結像装置に使用される色選択性アレイ、並びにこのような結像装置を用いた表示装置に関し、より詳しくは低解像度のライトバルブとウォブリング素子を用いた高解像度表示装置における解像性能を向上させる技術に関する。

近年、プリント基板やパッケージ基板の高精細化や多品種少量化に伴い、フォトマスクを用いないＬＤＩ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｒｅｃｔ Ｉｍａｇｉｎｇ：直接露光）法を用いた露光機（基板加工機）が注目されている。図１は非特許文献１に開示されたＤＭＤ(Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：テキサスインスツルメンツ社)を用いたＬＤＩであり、半導体レーザ光源からの光をＤＭＤに照射し、ＤＭＤで変調された画像光をレンズで結像させた位置にマイクロレンズアレイを配置し、画像の各画素を絞る。この光をさらにレンズでワーク（図１では配線板）に結像させることで加工線幅をより細かくすることが出来るようになっている。しかしながら、この露光機では、マイクロレンズアレイとその下側のレンズとの配置を都合よく定めるのが難しいという問題がある。

また従来から、結像装置を用いた表示装置として、光路シフト素子としてウォブリング素子を用いてライトバルブ画素ピッチの半分だけをシフトさせる高解像度技術が知られている。この技術は投射隣接間画素に重なりが生じるため、この重なりを解消するために、マイクロレンズアレイを用いた高解像度化が図られてきた。

このような高解像度化の発明としてはたとえばマクロレンズを用いた表示装置で、中間像面付近にマイクロレンズアレイとブラックマトリクス（開口アレイ）を使用する表示装置が提案されている（たとえば特許文献１〜２）。このような特許文献の中でも、特許文献１の図２、図３もしくは特許文献２の図３、図４に記載されているウォブリング素子８を用いた画像表示装置（高解像度化ヘッドマウント表示装置）１０２を挙げることができる。この装置では、表示面5の画像光をウォブリング素子８、偏心プリズム素子３０、２０を介して中間像を結像させ、さらに偏心プリズム１０を経て出射瞳（眼）１で像を結ばせるようにして表示させている。これら特許文献１、２に開示されているように、ウォブリング素子８のあとに中間像面があるので、中間像面ですでに高解像度化された画像が形成されることになり、ライトバルブの開口率が５０％を超えるタイプのものを用いた場合には、中間像面で隣接画素の重なりが生じることとなる。このため解像性能が劣化し、最大空間周波数のコントラストが低くなるという問題を抱えている。
また、これらの特許文献１、２に記載の発明は、画素を縮小する効果をマイクロレンズに持たせた光学系を採用し、そしてブラックマトリクスが投射レンズの物体面である構成ではないものに、これらの発明をそのまま適用しようとしても、高解像性能を得ることができない。さらに、マクロレンズの色収差、パネルの位置合わせ精度に影響され、開口率縮小手段（マイクロレンズ、ブラックマトリックス：ＢＭ）を通過する光量がばらつく結果、投射画像のホワイトバランスが面内で不均一になったり、画像全体のホワイトバランスが不良となってしまう。

また特許文献３（特開平９−５４５５４号公報）の図２には、モザイク状表示装置（表示ピント画）３の各画素に対応して微小レンズ部（マイクロレンズアレイ）２ａと、モザイク状表示装置３の後にウォブリング素子（図示されず）、投射レンズが配置されている。投射レンズのバックフォーカスはモザイク状表示面（ライトバルブ）３に設定されている。この特許文献３に記載の発明では、単板で構成されているため、ライトバルブには各ＲＧＢ光の入射角を変えて異なる所定画素に入射させている。したがって、サブフレーム画像としてはライトバルブの画素数の１／３の解像度になる。よってウォブリング素子によって縦横にそれぞれ２倍、すなわち４倍の高解像化を図ったとしても、（（１／３）×４≒）１．３３倍程度にしかならないので、高解像化が達成されていると言いがたい。

また公知の発明として、３つの透過型液晶素子（３板透過型液晶）を用いるタイプが主流である。このようなタイプでは、各液晶素子（ライトバルブ）からの画像光を色合成するためにダイクロイックプリズムが使用されている。投射レンズのレンズバックはダイクロイックプリズムが配置できる長さを必要とするため、明るいレンズ（例えばＦ値が１．４未満による）設計が非常に困難となる。すなわち、３板透過型液晶の場合、投射レンズのバックフォーカス長を短くすることができない。

また特許文献４（特開２００３−９８５９５号公報）には、光源1と、空間光変調素子２と、マクロレンズ３と、２枚のマイクロレンズアレイ４と、投射レンズ５とを順次有し、マクロレンズ３により結像された空間光変調素子２の画素７の像を、光学的手段である２枚のマイクロレンズアレイにより縮小した後、投射レンズ５により拡大した投射像８として、スクリーン６に投射することを特徴とする画像表示装置が記載されている。上記マクロレンズは両側テレセントリックが最も望ましく、また、等倍であることが望ましく、空間光変調素子の画素サイズとマイクロレンズアレイのピッチが不一致の場合には、このマクロレンズで倍率を調整すること（段落００３４参照）、さらに解像性能向上のために第二マイクロレンズアレイの後方にマスク１５を設置することが示されている（この公報の図６参照）。

また特許文献５（特開２００３−１０７４００号公報）には、マイクロレンズ内またはマイクロレンズ近傍に開口制限するための開口（マスク）１０が配置されている（この公報の図５参照）。しかし、画素縮小効果はマイクロレンズアレイが担い、マスクは補助的に機能されている。すなわち、マイクロレンズアレイで中間像を形成し、第２の光学素子（投射レンズ）で拡大させて投射させることによりスクリーン上に投影させている。

特開２００２−９０６９２号公報 特開２００２−９０６９３号公報 特開平９−５４５５４号公報 特開２００３−９８５９５号公報 特開２００３−１０７４００号公報 「世界の電子回路市場とＬＤＩ最新動向セミナー」発表資料集３０ページ、発行年月：２００７年５月、発行所：社団法人日本電子回路工業会

本発明は、低解像度のライトバルブとウォブリング素子を用いてライトバルブの２倍以上に解像性能を向上させ、光利用効率を向上させ、特に視感度特性の高い緑光の解像性能劣化を防ぎ、ホワイトバランスを良好に保つことが可能な表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明（色選択性開口アレイ）は、入射光を透過する光透過部を設けた開口部と、前記開口部の周縁部に第１の波長光を制限して透過させる領域とを画素毎にアレイ状に配列させたことを特徴とする。
また、請求項２は、請求項１に記載の色選択性開口アレイにおいて、
光透過部を設けた開口部と、
前記開口部の周縁部に、第１の波長光を制限する第１の領域と前記第１の波長光以外の光を制限する第２の領域と
を設けたことを特徴とする。
また、請求項３は、請求項２に記載の色選択性開口アレイにおいて、さらに入射光の全てを制限した領域を設けたことを特徴とする。
また、請求項４は、請求項１〜３のいずれかに記載の色選択性開口アレイにおいて、前記入射光は３原色光であり、第１の波長光は３原色光の１つであることを特徴とする。
また、請求項５に記載の結像装置の発明は、物体面からの光を第１の像面に結像させる第１の結像手段と、
前記第１の像面近傍に配置される開口アレイと、
前記開口アレイからの光を第２の像面に結像させる第２の結像手段とからなり、
前記開口アレイは１または２次元に開口領域が配列され、前記開口領域以外の非開口部により光が反射または吸収され、
前記開口アレイに対して前記第１の結像手段側にマイクロレンズアレイが配置され、
前記開口アレイは請求項１〜４のいずれかに記載の色選択性開口アレイが用いられることを特徴とする。
また請求項６は、請求項５に記載の結像装置において、前記色選択開口アレイの第一の結像手段側にマイクロレンズアレイが設置されたことを特徴とする。
また請求項７は、請求項５または６に記載の結像装置において、前記マイクロレンズアレイは平凸レンズがアレイ状に配列されており、凸面が第一の結像手段側であることを特徴とする。
また請求項８は、請求項５〜７のいずれかに記載の結像装置において、前記開口アレイが第１と第２の開口アレイからなり、前記第１と第２の開口アレイの間にマイクロレンズアレイが配置されていることを特徴とする。
また請求項９は、請求項８に記載の結像装置において、前記第１と第２の開口アレイの少なくとも１つと、マイクロレンズアレイとが一体化されていることを特徴とする。
また請求項１０は、請求項５〜９のいずれかに記載の結像装置において、前記第１の結像手段の倍率βが１より大きいことを特徴とする。
また請求項１１は、請求項５〜１０のいずれかに記載の結像装置において、前記第２の結像手段の像面ＦナンバーをＦ1とし、マイクロレンズアレイのＦナンバーをＦ２とすると、Ｆ２とＦ１との比Ｆ２／Ｆ１が、０．３５以上、０．８以下であることを特徴とする。
また請求項１２は、請求項５〜１１のいずれかに記載の結像装置を有する表示装置であって、入力画像信号に応じて複数の画素を変調させる空間変調手段が前記第１の結像手段の物体面に配置され、前記開口アレイは前記像面１に結像された空間変調手段の各画素の開口率を低減させることを特徴とする。
また請求項１３は、請求項１２に記載の表示装置において、前記開口アレイと前記第２の結像手段との間に配置され前記開口アレイからの透過光の光軸をシフトさせる光路シフト素子をさらに有することを特徴とする。
また請求項１４は、請求項１３に記載の表示装置において、前記光路シフト素子が前記第１の結像手段で結像された画素配列に対して水平方向、垂直方向、または、斜め方向から選択される１方向に光路シフトし、前記開口アレイは短冊状開口部を有し、前記短冊状開口部の配列方向が前記光路シフト方向に平行であって、前記短冊状開口部の開口幅と開口ピッチとの比が０．３５から０．８の範囲にあることを特徴とする。

本発明によれば、マクロレンズによる中間像の解像性能が劣化しても、第１の開口アレイにより不要成分をカットすることができ、表示される解像性能を維持できる。

以下、図面を参照して、本発明の結像装置を、実施形態により、より具体的に説明する。
本発明によれば、感度帯域の異なる複数のフォトレジストを用いる場合、本発明の結像装置を応用したＬＤＩ露光機、すなわち色選択性開口制限アレイとマイクロレンズアレイを用い、複数の波長帯のレーザ光を長波長から短波長の順にＤＭＤに照射し、感度帯域の異なる複数のフォトレジストを順次、露光するようにすることにより、高精度な位置合わせが出来る。本発明の構成により、マイクロレンズアレイによる異なる波長による集光性能の差を色選択性開口制限アレイで補正することができる構成となっている。また、ＤＭＤや、図１に示す例では、マイクロレンズアレイの上側のレンズに相当する第一の結像手段や、マイクロレンズアレイの下側のレンズに相当する第二の結像手段は、各々１つで構成でき、複雑な配置をとる必要が無くなる。したがって、本発明を用いたＬＤＩに適用すると、その適用装置の構成は簡単であるにも関わらず、単一波長で実現できない複雑な配線パターンをアライメント不要で露光することが出来る。

（実施形態１：第１の態様）
図４２は本発明の表示装置の実施形態１に係る全体構成を示す図であり、Ａ１０は表示装置、Ａ１１はマクロレンズ、Ａ１２はマイクロレンズアレイ、Ａ１３は投射レンズ、Ａ１４はライトバブル、Ａ１５はスクリーンである。
図４２を参照しながら本発明の表示装置の実施形態１について、説明する。
図３に示すように、表示装置１は空間変調手段として、透過型液晶ライトバルブ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと、ダイクロイックプリズム１２と、マクロレンズ１３と、開口アレイ１４（４１）と、縦方向と横方向に順次光路をシフトさせる光路シフト素子１５と、投射レンズ１６とで構成されている。
ライトバルブ１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからの作像光がダイクロイックプリズム１２により色合成（各色（３原色光として用いる、赤光、緑光および青光をそれぞれ、ｒ、ｇおよびｂと略記する。）の色合成）により、１つに合成した光像が照射され、マクロレンズ１３により中間像が結像される。マクロレンズ１３の物体面は各ライトバルブ面（ライトバルブの先端の面）であり、本実施形態では、マクロレンズの倍率を２として説明する。ただしこの倍率の２は、本発明を説明のために示した数値であり、本発明ではこの値に限定されない。

本実施形態で好ましく使用される開口アレイ１４（４１）は、図６に示すように、マイクロレンズアレイ５２とブラックマトリクス５１とで（画素毎に）構成されている。ブラックマトリクス５１は、たとえばクロムをパターニングして基板上に形成して構成することができる（図４および図５参照）。たとえば開口アレイ４１を、マイクロレンズアレイのアレイピッチとブラックマトリクスの開口ピッチとを同一に構成することができる（図７参照）。マクロレンズ（第１の結像手段）１３の像面は、マイクロレンズアレイ５２の入射端面側からブラックマトリクス５１までの間に設定することが望ましい。より好ましくは、マクロレンズ（第１の結像手段）１３の像面は、マイクロレンズアレイ５２の入射端面とする。図６５にマイクロレンズアレイ５２の入射端面よりもブラックマトリクス側５１、すなわち、マイクロレンズアレイ４１の基板面内にマクロレンズ１３の像面がある場合を図示した。また図６は、開口アレイ５４１を３アレイ分とした例である。この図６において、マクロレンズの像面側Ｆ値が２．８である場合の１画素分の光線のうち、マイクロレンズアレイ基板への最も照明角の大きな（１０°の）光線のみでこれを示す。たとえばマイクロレンズアレイのＦ値を１．３とし、基板厚さを硝子材の屈折率とアレイピッチを考慮して所定の値にすると、マイクロレンズアレイ基板の出射側端面を、マイクロレンズの焦点位置にほぼ一致させることができる。

前記したように、ブラックマトリクス５１はクロムなどを出射側端面に成膜し、エッチング処理してマスクパターンを形成して作製することができる。図６ではブラックマトリクス５１の開口率を２５％とした。マイクロレンズによって収斂された光の大半をブラックマトリクス５１の開口に入射させることができる。すなわち本実施形態では、光を透過させる開口部を正方配列でアレイ化して作成し、その配列ピッチＰをライトバルブの画素ピッチの２倍として説明する。開口面積と一辺を配列ピッチとする正方形面積との比、すなわち、開口率は２５％（１／（２×２））と設定した（開口アレイ４１で中間結像された画素を強制的に面積比を約２５％とさせる）。図４に示す例では、光を透過させる開口部が正方配列でアレイ化されており、その配列ピッチPはライトバルブの画素ピッチの２倍としている。開口面積と一辺を配列ピッチとする正方形面積との比、すなわち、開口率を２５％と設定し、開口アレイ（開口マスク）１４で中間結像された画素を強制的に面積比約２５％とさせる。したがって、中間結像された各画素のうち縦、横方向にそれぞれ１／２のサイズだけ開口アレイ１４を通過できる。したがって、中間結像された各画素のうち縦、横方向にそれぞれ１／２のサイズだけにし、開口マスク１４を通過できる。開口マスク１４の後に光路シフト素子１５と投射レンズ１６が配置される。
なお、マイクロレンズアレイ５２のアレイピッチとブラックマトリクス５１の開口ピッチを同一とすることもできる。また必要に応じて、開口アレイを第１と第２の開口アレイの２つからなるものとし、これら第１の開口アレイと第２の開口アレイとの間にマイクロレンズアレイを配置したり、第１の開口アレイ、第２の開口アレイの少なくとも１つと、マイクロレンズアレイとを一体化したりすることもできる。これらは後記の実施形態２〜９においても同様である。

本発明の表示装置あるいは結像装置において、光路シフト素子１５は位相変調光学素子と複屈折媒体の組み合わせ（特許第３４２８０７７号）や特開２００３−９０９９２号公報に記載される光偏向装置を使用することができる。
投射レンズ１６の物体面は開口アレイ４１面に設定される。投射レンズ１６の倍率を仮に５０とすると、本結像装置の総合倍率は、マクロレンズの倍率が２倍であるから、全体としての綜合倍率は、２×５０＝１００倍となる。

本実施形態では前記したように、マクロレンズの倍率を２倍と設定することによってライトバルブの画素ピッチよりも開口アレイ１４のピッチを２倍と大きくすることができる。ライトバルブの画素ピッチが年々狭ピッチ化されているが、マクロレンズ倍率分、開口アレイ１４のピッチを大きくすることにより、開口アレイ１４を容易に低コストで作製することができる。また、投射レンズ１６のバックフォーカスは、光路シフト素子１５が配置できる空間があればよく、したがって３板式の透過型液晶ライトバルブに使用される投射レンズ１６のレンズバックよりも短くすることができる。このようにレンズバック（バックフォーカス）を短くすると、レンズ設計の許容度が増し、より低コストの投射レンズを使用することが可能となる。

さらに本発明では、マクロレンズ１３で中間像を結像する際に、マクロレンズ１３の解像性能によって中間像の中央部と周辺部で収差発生が異なるが、開口アレイ１４で遮蔽する領域をつくるため、マクロレンズ収差に対する許容の範囲が広くなる。

図３に結像装置を図示したが、ライトバルブを赤、緑、青の光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂで照明する照明光学系を用いることによって表示装置１を構築できる。本実施形態では、空間変調手段として透過型液晶ライトバルブを用いたが、偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ）と反射型液晶ライトバルブとの組合せを用いてもよく、また、空間変調手段として、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）のみを用いることもできる。また、空間変調手段として用いる光路シフト素子１５は開口アレイ１４からスクリーン１７までの間の任意の位置に配置することもでき、本発明の効果を得ることができる。さらに、光路シフト素子１５は、縦、横に２軸シフトさせるタイプを用いたが、図５に示すような、１方向のみの光軸シフトするタイプを使用することもできる。本実施形態ではそのような開口マスクを使用した結像装置もしくは表示装置とすることもできる。なお１方向のみの光軸シフトの場合には、ライトバルブの２倍の高解像度化が実現できる。

また本実施形態では、ブラックマトリクスが反射タイプについて説明したが、このようなブラックマトリクスとして吸収タイプを使用してもよい。マイクロレンズ表面などの界面で反射がある場合に、吸収タイプのブラックマトリクスを使用すると、迷光の発生を極力減らすことができる。

このように、本実施形態によれば、マクロレンズ１３による中間結像面をマイクロレンズアレイ６２の凸面に一致させる必要は無く、さらに、マクロレンズによる収差が残っていても第１のブラックマトリクス６１でカットすることができ、マクロレンズの収差等によるフレア光を低減できる。図６に示す例では一部の光線が、隣の開口部に入射するが、本実施例では隣の開口への光線は有効にカットされている。

（実施形態１の変形例）
図７は前記した実施形態１と異なる部分であるマイクロレンズアレイについての構成例を示す図である。マイクロレンズの各アレイは平凸レンズ形状とし、入射短面側を平面としている。この入射短面側に第一のブラックマスク６１をパターニングする。マクロレンズ像面側Ｆ値を２．８としマクロレンズ（図示せず）による１画素分の像面への光束をのうち照明光の最大照明角（１０°）の光線について図示している。マイクロレンズによって収斂された最も光束の小さくなる位置に第二のブラックマトリクス６３をパターニングした基板を配置する。
図７に示す本構成によれば、マクロレンズによる中間結像面をマイクロレンズアレイ６２の凸面に一致させる必要は無い。さらに、マクロレンズによる収差が残っていても第一のブラックマトリクス６１でカットすることができ、マクロレンズ収差等によるフレア光を低減することができる。図６に示すマイクロレンズアレイの構成例では、一部の光線ではあるが隣の開口部に入射する光線が存在するが、図７に示すような本例では、隣の開口への光線はカットされている。なお、本実施形態でもブラックマトリクスが反射タイプを用いたが、吸収タイプを使用してもよい。これによって前記した実施形態と同様に、マイクロレンズ表面などの界面で反射がある場合には吸収タイプのブラックマトリクスを使用することによって迷光の発生を極力減らすことができるという効果を得ることができる。

（実施形態２：第２の態様）
図８は、開口アレイ７１の部分について説明するための図である。この開口アレイが前記した実施形態１と異なる部分である。開口アレイ７１には、屈折率分布型レンズアレイ７２（セルフォックレンズアレイ：商品名）と屈折率分布型レンズアレイの入射側面に第一のブラックマトリクス６１を、また、出射側面に第二のブラックマトリクス６３を設置した。動作は前記実施形態１と同様であり、その動作の説明については、それを省略する。
本実施形態によれば、図８に示すように、入射側面も出射側面も平面で構成されるため、両端面にブラックマトリクスをパターニング可能としたので、開口アレイ７１を一体化して形成することができる。このため開口アレイ７１と、光路シフト素子、投射レンズの設置（組付け）が容易になり、生産性を格段に向上させることができる。

（実施形態３：第３の態様）
図９は本発明の表示装置における本実施形態３の全体構成図である。ライトバルブ８１と第１の結像手段であるマクロレンズ８２と、マイクロレンズアレイ８３と、色選択性開口アレイ８４と、光路シフト素子８５と、投射レンズ８６（投射レンズ系）で構成される。８７はスクリーンを示す。マクロレンズ８２はライトバルブ８１で生成された画像を所定の倍率で結像させるため（８３と８４の間の所定（あるいは８３と８４の間の任意）の位置）に用いられ、結像面近傍にマイクロレンズアレイ８３と色選択性開口アレイ８４が配置される。マクロレンズ８２の倍率は１倍以上（たとえば１倍）でも良いが、好ましくは１倍を超えたほうが良い。本実施形態でも、実施形態１と同様に、マクロレンズ８２の倍率を２倍として説明する。マイクロレンズアレイ８３はライトバルブ８１の画素ピッチの２倍の配列ピッチで、このマイクロレンズアレイ８３が形成されている。また、後述する色選択性開口アレイ８４もマイクロレンズアレイ８３と同じ配列ピッチで形成してある。色選択性開口アレイ８４の後に光路シフト素子８５と投射レンズ８６（投射レンズ系）が配置されている。投射レンズ８６の物体面は、色選択性開口アレイ８４の面（入射面または出射面）であり、投射レンズ８６の倍率とマクロレンズ８２の倍率との積が、前記同様に、本実施形態においても結像装置８０の倍率となる。

なお、図９に示す例ではライトバルブが１枚であり、いわゆる単板方式の結像装置を構成している。表示装置とする場合、ライトバルブを照明する光は回転カラーフィルタなどを利用して順次、照明光の波長帯域を切り換える照明方法を用いることができる。しかし２板以上のライトバルブで色合成素子を使用する方法を採用しても結像装置としてそれが成立する。具体的にはＲ、Ｇ、Ｂ用に３枚のライトバルブ（３板のライトバルブ）と、これらの作像光を色合成するためにダイクロイックプリズムを利用する図２に示すような方式を採用することができる。この場合、マクロレンズＡ１１はダイクロイックプリズム越しに物体面が各ライトバルブ面（各ライトバルブの先端の面）となる。また、透過型ライトバルブで説明したが、これを反射型ライトバルブと偏光分離素子（たとえば偏光ビームスプリッタ）との組み合わせと置き換えてもよい。この場合でも本発明の効果を発揮することができる。

図１０は色選択性開口アレイ８４の一例を示す図である。この図に示すように、色選択性開口アレイ８４は領域Ａと領域Ｂからなる。領域Ａはマクロレンズで結像された中間像の波長帯域の光を全て透過させる領域である。領域Ｂは中間像光のうち緑帯域の光のみ吸収もしくは反射する特性を有する領域である。

このような色選択性を持たせることによって得られる効果を、図１１を用いて説明する。
前記した色選択性開口アレイ８４の領域Ａに、少なくとも緑色の中間結像の画素光が入射するように配置させる。マクロレンズ８２やマイクロレンズアレイ８３に色収差が発生した場合、図１１（ａ）に示すように、帯域ごとに中間結像の画素位置が異なる。この図１１（ａ）では、青の画素光が対応する領域Ａに対して左にずれ、また赤の画素光は右にずれたことを示している。領域Ｂが青も赤も透過するため、色選択性開口アレイ８４を通過したＲ、Ｇ、Ｂの画素光は、図１１（ａ）の上側の図のように全て透過し、本来のホワイトバランスを維持して光路シフト素子８５へと向かう。ところが領域ＢがＲ、Ｇ、Ｂの全てを遮蔽もしくは反射するいわゆるブラックマトリクスであるものを用いた場合には、図１１（ｂ）に示すように、青と赤の一部分が欠けるため、光利用効率だけではなくホワイトバランスまでも変化してしまう。色収差の大きさはマクロレンズの光軸からの高さによって変わるため、ブラックマトリクスを使用する場合には、開口部分（開口領域）Ａと遮蔽領域Ｂとによって、光利用効率とホワイトバランスが変化することになる。これに対し、本実施形態では、このような現象を防ぐことができる。

本実施形態では、マイクロレンズアレイを使用したが、光学系と同等のものを使用し、マイクロレンズを使用しない結像装置（図示せず）を採用することも有効である。この場合、緑の帯域のみ開口制限を受けるような光路シフト素子を採用することにより、高解像性能を発揮できる。また残りの赤と青の帯域の光については開口制限を受けないため、光路シフト素子によってスクリーン上では同じ帯域の隣接画素とのオーバーラップが生じるため、高解像性能では無い。しかし比視感度の最も高い緑の画素光で高解像な画像性能を満たすことにより、スクリーン上での解像性能は良好と感じることができるようにすることができる。

（実施形態４：第３の実施形態の変形例１）
本実施形態は、前記した実施形態３の第１の変形例である。図１２は本実施形態で好ましく用いられる色選択性開口アレイの構成例を示す図である。本実施形態で使用される色選択性開口アレイ84’は図１２に示すように、白色光（全色光：３原色光の全て）を透過させる領域Ａと、緑を吸収（または反射）させる領域Ｂと、緑と赤を吸収（または反射）させる領域Ｃとで構成されている。領域ＡおよびＢがマクロレンズによる結像画素ピッチと同じに設定される。
実施形態３で使用されるものと比較すると、赤の帯域の中間結像での画素光が、緑の画素光の次に開口制限を受ける。一般的にはＲ、Ｇ、Ｂの各画像光は、緑の次に人間工学的に赤色が目立つため、赤色画素光も比較的高解像な画像特性（画像性能）を得ることができるため、前記した実施形態３で使用されるものよりも、解像面でさらに有利になる。

（実施形態５：第３の実施形態の変形例２）
本実施形態は、実施形態３の第２の変形例である。図１３は、本実施形態で好ましく使用される色選択性開口アレイの構成例を示す図であり、（a）は全体の構成を示し、（ｂ）は（a）のＡの部分の拡大図である。本実施形態で使用される色選択性開口アレイ84”は、４つの領域Ａ〜Ｄから構成されており、これらの領域Ａ〜ＤのうちＡ〜Ｃは実施形態４と同様の構成である。領域Ｄは白色光（全色光）を遮蔽もしくは反射させる、いわゆるブラックマトリクスで構成されている。本構成によれば、緑、赤、青の順に開口制限の度合いを緩めていくことにしている。比視感度の高い緑の画素では、領域Ａに入射されるように位置調整し、スクリーン上で最も解像性能を高く保つことができる。次に、赤の画素光は、領域Ａ＋Ｂで決まる開口で制限を受けることとなり、青の画素光は、Ａ＋Ｂ＋Ｃの開口制限を受けることとなる。
本実施形態に記載の発明によれば、目立つ色の順（人間工学的な人間の目における感度の順）に開口マスクによって解像性能を引き上げ、かつ、スクリーン上のホワイトバランスを極力保つことが可能となる。

（実施形態６：他の実施形態での説明）
光路シフト素子を搭載した表示装置（結像装置）において、ライトバルブの画素サイズの縮小範囲は、画素縮小率をαとすると、０．３５≦α≦０．８の範囲となっている。例えば光路シフト素子が水平（左右）方向に画素光をシフトさせる場合には、開口マスク（ブラックマトリクス）は、図５に示す短冊状のマスクを使用することとなる。このブラックマトリクスは、開口幅と開口ピッチとの比は０．３５〜０．７が望ましいことになる。なお画素縮小率αは、画素をスクリーン上に投影させたときの各画素の光強度分布を示す画素プロファイルから求められる値であり、全体の画素サイズ（空間光変調素子の画素サイズ）に対する画素プロファイルの半値全幅（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）で定義される量である。このα値による画像品質を表１に示す。

また、光路シフト素子が異なる二方向に、例えば、スクリーン上で上下と左右方向に対応した光路シフトを行なうタイプを使用する場合には開口マスク（ブラックマトリクス）は図３に示すような二次元上に開口がアレイ化されたものを用いる。このブラックマトリクスは、開口幅と開口ピッチとの比は下限で０．３５、上限で０．８が望ましい。このときの開口率（ピッチＰの二乗に対するひとつの開口面積の比率）は下限が、０．３５×０．３５≒０．１２ すなわち１２％であり、上限が０．８×０．８＝０．６４すなわち６４％である。
なお、ブラックマトリクスの前にマイクロレンズアレイを使用する構成とする場合、第１の結像手段の像面側ＦナンバーとマイクロレンズアレイのＦナンバーには、以下に示す関係が成り立つことが望ましい。

このような望ましい関係が成立することを、図１４を用いて説明する。開口マスク１４３の手前にマイクロレンズアレイ１４２を、このマイクロレンズ１４２の焦点距離ｆだけ離して配置することとする。図１４に示す構成では、マイクロレンズアレイ１４２を、その位置関係を説明するため、薄肉レンズ（直線）１４２として図示している。開口マスク１４３は、マクロレンズ（図示せず）で結像された画素をｍ倍（０＜ｍ＜１）に縮小（開口制限）させるため、開口幅がＤのｍ倍、すなわちｍＤとさせる。マクロレンズからの像側光線のうち、マイクロレンズ１４２の中心を通過する最大角の光線１４１を図１４に示した。マイクロレンズ１４２には入射角θで入射されるとする。
マクロレンズの像面側ＦナンバーＦ１は
Ｆ１＝（１／２）／ｔａｎθ ・・・（式１）
で表される。
一方、マイクロレンズ１４２で効率良く開口に光を集めるには
ｆ×ｔａｎθ＝ｍＤ／２ ・・・（式２）
（（式２）において、ｆはマイクロレンズの焦点距離を表す。）
が成り立つ必要があり、また、マイクロレンズ１４２のＦナンバー（Ｆ２）が、
Ｆ２＝ｆ／Ｄ
であるから、これを代入すると、上記これら３つの式から、Ｆ２／Ｆ１＝ｍが導かれる。
このように、上述したように、ブラックマトリクスによる縮小率、すなわち開口幅の割合ｍは、０．３５≦ｍ≦０．８となる。
したがって、
０．３５≦Ｆ２／Ｆ１≦０．８ ・・・（式３）
を満たすと、良好な表示性能が得られることになる。

（実施形態７：第４の態様）
次に図１５を参照しながら、本発明の表示装置の第４の態様（実施形態７）について説明する。
放電ランプ１３１からの出射光は照明光学系１３２を経てライトバルブ１３４を均一に照明する。照明光学系１３２としてはフライアイインテグレータを利用することができる。本発明の表示装置で使用するライトバルブは反射型液晶ライトバルブを用いた。３つのライトバルブにはダイクロイックミラーＤＭ１とＤＭ２によって、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの帯域の光に分光できる。偏光ビームスプリッタ１３３でライトバルブ１３４からの作像光を、光路を変えダイクロイックプリズム１３５で色合成する。マクロレンズ１３６は物体面を、ライトバルブ１３４上に設定し、像面付近に上述した開口アレイ１３７のうちのいずれかを設置する。開口アレイ１３７を通過した光は、光路シフト素子１３８と投射レンズ１３９を経てスクリーン１４０に拡大投射される。
光路シフト素子１３８によって、スクリーン１４０上にライトバルブの４倍（または２倍）に高解像度化された画像が表示される。また、ライトバルブ１３４から投射レンズ１３９までの結像装置の特徴を生かした解像性能の高い投射画像が得られる。さらに、開口アレイ１３７として、色選択性開口アレイを用いた構成としたときには、中間結像の色収差またはライトバルブの設置のための許容度を広くすることができる。開口アレイ１３７の手前にマイクロレンズアレイを配置した構成を採用した場合には、光利用効率をさらに向上することができる。

（実施形態８：第５の態様）
図１６は、光路シフト素子を反射型偏向素子で構成した本実施形態８について、説明するための図である。マクロレンズ（図示せず）の像面に開口アレイを配置し、開口アレイの手前（マクロレンズ側）に光利用効率を向上させるためにマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）を配置する構成としている。光路シフト素子として反射タイプを用いることとして説明する。図１６では、図面に垂直な軸を回転軸として光路を回転させている。この回転には、圧電素子を用いて行うことができる。この光路シフト素子は偏光を利用せずにランダム偏光を光路シフトさせることができるため、ＤＭＤなどのライトバルブを利用するときに好都合である。
反射タイプの光路シフト素子で２方向にシフトさせる場合には、回転軸が直交（例えば、紙面に平行と垂直）となるように２つの圧電素子を用いると、２方向シフトを実現することができる（この構成は図示せず）。

（実施形態９：第６の態様）
図１７は実施形態９を説明するための図である。緑の光（緑の照明光）で照明されたＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）からの作像光をマクロレンズで結像させ、結像位置に開口アレイを設ける。そして緑の照明光に関し、開口アレイの前にマイクロレンズアレイを設置し、開口アレイの後に光路シフト素子が配置される。光路シフト素子を通過した光は、色合成素子であるダイクロイックプリズムを通過し、投射レンズによりスクリーンに拡大投射される。ダイクロイックプリズム越しに赤用のＬＣＯＳと、青用のＬＣＯＳも投射レンズの物体面に位置するように配置させる。光路シフト素子は、開口アレイと投射画像の間に配置しておけばよい。開口アレイと光合成プリズム（ＤＰ）の間が、より好ましい配置である。本実施形態では、緑のみ画素サイズを開口アレイによって縮小し、そして光路シフト素子によって、高解像度化させることができる。

本発明の色選択性アレイは、この色選択性開口制限アレイとマイクロレンズアレイを用い、複数の波長帯のレーザ光を長波長から短波長の順にＤＭＤに照射し、感度帯域の異なる複数のフォトレジストを順次、露光するようにすることにより、高精度な位置合わせが出来る可能性がある。また本発明の構成により、マイクロレンズアレイによる異なる波長による集光性能の差を色選択性開口制限アレイで補正でき、また、ＤＭＤや、ＬＤＩ等では、マイクロレンズアレイの上側のレンズに相当する第一の結像手段や、マイクロレンズアレイの下側のレンズに相当する第二の結像手段は、各々１つで構成でき、複雑な配置をとる必要が無くなる。したがって、本発明を用いたＬＤＩは装置の構成が簡単にもかかわらず、単一波長では可能できない複雑な配線パターンを、アライメントを要さずに露光することが出来る。

非特許文献１に開示されたＬＤＩ装置の概略配置構成図である。 本発明の結像装置の構成例を示す図である。 本発明の表示装置の第１実施形態における構成例を示す図である。 開口アレイの構成例を示す図である。 開口アレイの他の構成例を示す図である。 マイクロレンズアレイとブラックマトリクスとで構成されている開口アレイの構成例を示す図である。 マイクロレンズアレイとブラックマトリクスとで構成されている開口アレイの他の構成例を示す図である。 マイクロレンズアレイとブラックマトリクスとで構成されている開口アレイのもう１つ他の構成例を示す図である。 本発明の表示装置における実施形態３の全体の表示装置の構成を示す図である。 色選択性開口アレイの構成例を示す図である。 色選択性開口アレイを用いたときに得られる効果を説明するための図である。 実施形態３の第１の変形例である実施形態で、好ましく用いられる色選択性開口アレイの構成例を示す図である。 実施形態３の第２の変形例である実施形態で、好ましく使用される色選択性開口アレイの構成例を示す図であり、（a）は全体の構成を示し、（ｂ）は（a）のＬ部分の拡大図である。 第１の結像手段の像面側ＦナンバーとマイクロレンズアレイのＦナンバーにおいて望ましい関係が成立する場合を説明した図である。 本発明の表示装置の第４の態様（実施形態７）を示す表示装置の構成を説明するための図である。 本発明の表示装置の実施形態８に係る構成例を示す図である。 本発明の表示装置の実施形態９に係る構成例を示す図である。

符号の説明

Ａ１０ 表示装置
Ａ１１ マクロレンズ
Ａ１２ マイクロレンズアレイ
Ａ１３ 投射レンズ
Ａ１４ ライトバルブ
Ａ１５ スクリーン
１１ｒ 赤用ライトバルブ
１１ｇ 緑用ライトバルブ
１１ｂ 青用ライトバルブ
１３、１３６ マクロレンズ
１４、４１、７１、１３７、１５７、１６７ 開口アレイ
１５、８５、１３８、１５５ 光路シフト素子
１６、８６、１５６ 投射レンズ
１７、８７、１４０ スクリーン
５１ ブラックマトリクス
５２、８３、１４２、１５２ マイクロレンズアレイ
６０ 平行板ガラス
６１ 第１のブラックマトリクス
６３ 第２のブラックマトリクス
７２ 屈折率分布型レンズアレイ（セルフォックアレイ）
８１、１３４ ライトバルブ
８２ マクロレンズ（第１の結像手段）
８４、８４’、８４” 色選択性開口アレイ
１３１ 放電ランプ
１３２ 照明光学系
１３３ 偏光ビームスプリッタ
１３５、１６５ ダイクロイックプリズム（合波手段）
１４１ マイクロレンズの中心を通過する最大角の光線
１４３ 開口マスク
Ｌｒ 赤色（照射）光
Ｌｇ 緑色（照射）光
Ｌｂ 青色（照射）光

Claims (14)

1. 入射光を透過する光透過部を設けた開口部と、前記開口部の周縁部に第１の波長光を制限して透過させる領域とを画素毎にアレイ状に配列させたことを特徴とする色選択性開口アレイ。
2. 前記色選択性開口アレイは、
   光透過部を設けた開口部と、
   前記開口部の周縁部に、第１の波長光を制限する第１の領域と前記第１の波長光以外の光を制限する第２の領域と、
   を設けたことを特徴とする請求項１に記載の色選択性開口アレイ。
3. 前記色選択性開口アレイは、
   さらに入射光の全てを制限した領域を設けたことを特徴とする請求項２に記載の色選択性開口アレイ。
4. 前記入射光は３原色光であり、第１の波長光は３原色光の１つであることを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載の色選択性開口アレイ。
5. 物体面からの光を第１の像面に結像させる第１の結像手段と、
   前記第１の像面近傍に配置される開口アレイと、
   前記開口アレイからの光を第２の像面に結像させる第２の結像手段とからなり、
   前記開口アレイは１または２次元に開口領域が配列され、前記開口領域以外の非開口部により光が反射または吸収され、
   前記開口アレイに対して前記第１の結像手段側にマイクロレンズアレイが配置され、
   前記開口アレイは請求項１〜４のいずれかに記載の色選択性開口アレイが用いられることを特徴とする結像装置。
6. 前記色選択開口アレイの第一の結像手段側にマイクロレンズアレイが設置されたことを特徴とする請求項５に記載の結像装置。
7. 前記マイクロレンズアレイは平凸レンズがアレイ状に配列されており、凸面が第一の結像手段側であることを特徴とする請求項５または６に記載の結像装置。
8. 前記開口アレイが第１と第２の開口アレイからなり、前記第１と第２の開口アレイの間にマイクロレンズアレイが配置されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の結像装置。
9. 前記第１と第２の開口アレイの少なくとも１つと、マイクロレンズアレイとが一体化されていることを特徴とする請求項８に記載の結像装置。
10. 前記第１の結像手段の倍率βが１より大きいことを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の結像装置。
11. 前記第２の結像手段の像面ＦナンバーをＦ1とし、マイクロレンズアレイのＦナンバーをＦ２とすると、Ｆ２とＦ１との比Ｆ２／Ｆ１が、０．３５以上、０．８以下であることを特徴とする請求項５〜１０のいずれに記載の結像装置。
12. 請求項５〜１１のいずれかに記載の結像装置を有する表示装置であって、入力画像信号に応じて複数の画素を変調させる空間変調手段が前記第１の結像手段の物体面に配置され、前記開口アレイは前記像面１に結像された空間変調手段の各画素の開口率を低減させることを特徴とする表示装置。
13. 前記開口アレイと前記第２の結像手段との間に配置され前記開口アレイからの透過光の光軸をシフトさせる光路シフト素子をさらに有することを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
14. 前記光路シフト素子が前記第１の結像手段で結像された画素配列に対して水平方向、垂直方向、または、斜め方向から選択される１方向に光路シフトし、前記開口アレイは短冊状開口部を有し、前記短冊状開口部の配列方向が前記光路シフト方向に平行であって、前記短冊状開口部の開口幅と開口ピッチとの比が０．３５から０．８の範囲にあることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。