JP2021043254A - 反射型液晶表示装置及び反射型液晶表示装置の焦点調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を簡素化することが可能な反射型液晶表示装置及び反射型液晶表示装置の焦点調整方法を提供する。【解決手段】複数の画素反射電極１２を有し、各画素反射電極１２にて液晶層１６に加える電圧を制御することにより、光源２より入射する入射光を変調して反射させる画素アレイ１２Ａと、画素アレイ１２Ａで反射した反射光を結像してスクリーン６に映像を投射する光学系４を備える。また、画素アレイ１２Ａの近傍に設置され、スクリーン６に投射された映像の反射光を取得して該スクリーン６に投射された映像の焦点のずれ量を検出する位相差センサ１７と、位相差センサ１７で検出された焦点位置のずれ量に基づいて、スクリーン６に投射される映像の焦点が合うように、画素アレイ１２Ａの光軸方向の位置を制御する画素アレイ位置制御部３５を備える。【選択図】 図７

Description

本発明は、反射型液晶表示装置、及び反射型液晶表示装置の焦点調整方法に関する。

プロジェクタなどの投影装置において、スクリーンに投影される映像の焦点を自動調整する方法として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１では、プロジェクタにライン型パッシブ測距装置を搭載し、位相差検出法を用いてスクリーンまでの距離測定し、更に山登り処理を行なって焦点を検出することが記載されている。
しかし、特許文献１ではスクリーンに投影する画像を生成する投影画像生成部とは別体の測距装置を設けているので、装置構成が大型化するという問題がある。

特開２００５−４９６０４号公報

上述したように、特許文献１に開示された焦点調整方法では、投影画像生成部と測距装置が別体として構成されているので、装置構成が大型化するという問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、装置構成を簡素化することが可能な反射型液晶表示装置及び反射型液晶表示装置の焦点調整方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る反射型液晶表示装置は、液晶層に電圧を加える複数の画素反射電極を有し、前記液晶層に加える電圧を制御することにより、光源より入射する入射光を変調して反射させる画素アレイと、前記画素アレイを搭載し、該画素アレイを前記入射光の光軸方向に移動させる画素アレイ移動機構と、前記画素アレイで反射した反射光を結像して投影部に映像を投射する光学系と、前記画素アレイの近傍に設置され、前記投影部に投射された映像の反射光を取得して前記投影部に投射された映像の焦点のずれ量を検出するセンサと、前記センサで検出された焦点のずれ量に基づいて、前記投影部に投射される映像の焦点が合うように、前記画素アレイの前記光軸方向の位置を制御する画素アレイ位置制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る反射型液晶表示装置の焦点調整方法は、液晶層に電圧を加える複数の画素反射電極を有し、前記液晶層に加える電圧を制御することにより、入射する入射光を変調して反射させる画素アレイに、光源より射出された光を導入する工程と、前記画素アレイで反射した反射光を光学系に導入し、前記反射光を結像して投影部に映像を投射する工程と、前記投影部に投射された映像の反射光を前記画素アレイの近傍に設置されたセンサにて検出し、検出の結果に基づいて前記投影部に投射された映像の焦点のずれ量を検出する工程と、前記焦点のずれ量に基づき、前記焦点が合うように前記画素アレイにおける前記入射光の光軸方向の位置を制御する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で焦点距離を合わせることが可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る反射型液晶表示装置の構成を示す説明図である。 図２は、本発明の第１、４、５実施形態に係る反射型液晶表示装置に搭載されるＬＣＯＳ装置１０の構成を示す説明図である。 図３は、第１実施形態の第１の変形例に係り、ガラス基板の表面にマイクロレンズを搭載した例を示す説明図である。 図４は、第１実施形態の第２の変形例に係り、Ｐ偏光フィルムの表面にマイクロレンズを搭載した例を示す説明図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る反射型液晶表示装置に搭載されるＬＣＯＳ装置１０ａの構成を示す説明図である。 図６は、本発明の第３実施形態に係る反射型液晶表示装置に搭載されるＬＣＯＳ装置１０ｂの構成を示す説明図である。 図７は、本発明の第４実施形態に係る反射型液晶表示装置の構成を示す説明図である。 図８は、本発明の第５実施形態に係る反射型液晶表示装置の構成を示す説明図である。 図９は、第５実施形態に係る反射型液晶表示装置に搭載される第１の回転機構、及び第２の回転機構の詳細を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［第１実施形態の説明］
図１は、本発明の第１実施形態に係る反射型液晶表示装置の構成を示す説明図である。また、図２は、図１に示すＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）装置１０の構成、詳細には図１に示す画素反射電極１２よりも下側の構成を模式的に示す説明図である。
図１に示すように、第１実施形態に係る反射型液晶表示装置１００は、ＬＣＯＳ装置１０と、光源２と、偏光反射板３と、光学系４と、光学系制御部５を備えている。

光源２は、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）が合成したＳ偏光の光を、第１の方向（矢印Ｙ１の方向）に射出する。

偏光反射板３は、光源２より射出された光の光路上に設けられており、第１の方向に対して所定角度（例えば、度４５°）だけ傾斜して配置されている。また、偏光反射板３は、入射光の偏光状態により反射、または透過するように表面が加工されている。本実施形態では、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する例を説明する。

光学系４は、光を透過する鏡筒４１と、光を結像して映像を射出するレンズ４２と、鏡筒４１を光軸方向（図１の矢印Ｙ４の方向）に移動させる光学系移動機構４３を備えている。なお、図１では、一つのレンズ４２を備える例について示しているが、複数のレンズからなるレンズ群を備える構成とすることもできる。光学系４は、ＬＣＯＳ装置１０のＬＣＯＳ素子１（詳細は後述）より射出されるＰ偏光の光を導入し、導入した光を結像してスクリーン６（投影部）に映像を投射する。また、光学系４は、光学系移動機構４３を作動することによりスクリーン６に投射する映像の焦点を合わせることが可能となる。

光学系制御部５は、後述する位相差センサ１７の検出信号（焦点のずれ量のデータ）を受信し、スクリーン６に投射される映像の焦点が合うように、光学系移動機構４３に制御信号を出力して光学系４を光軸方向（矢印Ｙ４の方向）に移動させる制御を行う。即ち、光学系制御部５は、位相差センサ１７で検出された焦点のずれ量に基づいて、スクリーン６に投射される映像の焦点が合うように、スクリーン６に対する光学系４の位置を制御する機能を備えている。光学系制御部５は、例えば中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。

ＬＣＯＳ装置１０は、図２に示すようにＬＣＯＳ素子１と、信号処理回路２１と、ボンディングパッド２２を備えている。

ＬＣＯＳ素子１は、図１に示すようにシリコン基板１１を備え、該シリコン基板１１の上面には、縦方向及び横方向にマトリクス状に配列された画素反射電極１２が設けられている（図２参照）。複数の画素反射電極１２は全体として平面視で矩形状をなしており、以下では画素反射電極１２全体を総称して「画素アレイ１２Ａ」という。画素アレイ１２Ａの周囲には、額縁電極１５が形成されている。また、図１に示すように、画素反射電極１２（画素アレイ１２Ａ）の上面側には、対向電極１３及びガラス基板１４が形成されている。

画素反射電極１２及び額縁電極１５は、アルミニウムなどの可視光の反射率が高い金属材料で構成されている。対向電極１３は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）により形成される透明電極層である。

図２に示すように、額縁電極１５の側部近傍には、信号処理回路２１、及びボンディングパッド２２が設けられている。外部装置よりボンディングパッド２２を経由して制御信号が信号処理回路２１に入力されることにより、信号処理回路２１は各画素反射電極１２、及び対向電極１３に電圧を印加する。また、額縁電極１５に対向電極１３と同一の電圧を印加する。

図１に示すように、シリコン基板１１と対向電極１３で挟まれる領域には液晶層１６が設けられている。即ち、液晶層１６はシリコン基板１１と対向電極１３を有するガラス基板１４により封止されている。

液晶層１６は、画素アレイ１２Ａを含むＬＣＯＳ素子１に入射した光の偏光方向を回転させる液晶分子を有する。液晶層１６では、対向電極１３と画素反射電極１２との間に加わる印加電圧ＶＬＣに応じて液晶分子の配向が変化する。ＬＣＯＳ素子１に入射したＳ偏光の光、即ち、図１の矢印Ｙ１の方向から入射した光は、配向が変化した液晶分子により偏光方向が回転される。このため、ＬＣＯＳ素子１（画素アレイ１２Ａ）から射出される光、即ち、図中の矢印Ｙ２の方向に射出される光はＰ偏光となる。

即ち、図２に示す画素アレイ１２Ａは、液晶層１６に電圧を加える複数の画素反射電極１２を有し、液晶層１６に加える電圧を制御することにより、光源２より入射する入射光を変調して反射させる機能を備えている。

また、図２に示すように画素アレイ１２Ａの４つの辺の中央部近傍には、位相差センサ１７（センサ）が設けられている。詳細には、画素アレイ１２Ａの左辺には位相差センサ１７ａが設けられ、下辺には位相差センサ１７ｂが設けられ、右辺には位相差センサ１７ｃが設けられ、上辺には位相差センサ１７ｄが設けられている。なお、以下では位相差センサを総称する場合は「位相差センサ１７」と示し、個々を区別する場合（後述する第５実施形態）には「位相差センサ１７ａ」のようにサフィックスを付して示すことにする。

位相差センサ１７は、図１に示すようにＰ偏光のみを選択的に透過するＰ偏光フィルム３１と、Ｐ偏光フィルム３１を透過した光を検出する２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を備えている。位相差センサ１７の上側の額縁電極１５は開口されている。従って、スクリーン６に投射された映像の反射光が図１の矢印Ｙ３の方向からＰ偏光フィルム３１に入射されると、この反射光は位相差センサ１７に入射する。一方、光源２より射出されたＳ偏光の光がＰ偏光フィルム３１に入射したときには、このＳ偏光はフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２に入射しない。即ち、スクリーン６で反射した光のみが位相差センサ１７に入射する。

また、位相差センサ１７は、フォトダイオードＰＤ１で検出される光信号、及びフォトダイオードＰＤ２で検出される光信号を電気信号に変換する。そして、各フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２で検出された光量の差分値を、焦点のずれ量のデータとして光学系制御部５に送信する。

光学系制御部５は、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２で検出された光量の差分値がゼロ、または最小となるように、光学系４の光軸方向の位置を制御する。例えば、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２で検出される光量に差分値が生じている場合には、光学系４を光軸方向の一方の方向、例えば図１に示す矢印Ｙ４の左の方向に移動させる。そして、光学系４を移動させることにより光量の差分値が大きくなった場合には、光学系の移動方向を変更する。例えば図１に示す矢印Ｙ４の右の方向に移動させる。そして、光量の差分値がゼロ、または最小となった位置を焦点が合った位置として設定する。

［第１実施形態の作用の説明］
次に、第１実施形態に係る反射型液晶表示装置１００の作用について説明する。図１に示す光源２よりＳ偏光の光が射出されると、このＳ偏光の光は偏光反射板３を透過してＬＣＯＳ素子１に照射される。

ＬＣＯＳ素子１に搭載される各画素反射電極１２には画像信号となる電圧が印可されるので液晶層１６の配向が変化し、Ｓ偏光の光は配向が変化した液晶分子により回転し、Ｐ偏光となってＬＣＯＳ素子１より射出される。ＬＣＯＳ素子１より射出したＰ偏光の光は、偏光反射板３により９０°方向に反射して光学系４に導入される。光学系４に導入された光はレンズ４２により結像され、スクリーン６に映像が投射される。

スクリーン６に投射され、該スクリーン６で表示されたＰ偏光の光の一部は光学系４、及び偏光反射板３を経由して図中矢印Ｙ３の方向からＬＣＯＳ素子１に戻る。更に、その一部のＰ偏光の光は図２に示した４個の位相差センサ１７に導入される。各位相差センサ１７では、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２のそれぞれで検出される光量の差分値を、焦点のずれ量のデータとして光学系制御部５に送信する。

光学系制御部５は、焦点のずれ量のデータを取得しこのデータに基づいて焦点のずれ量がゼロまたは最小となるように、光学系４を光軸方向（図１の矢印Ｙ４の方向）に移動させ、スクリーン６に投射される映像の焦点が合うように制御する。即ち、オートフォーカス処理を実施する。こうして、スクリーン６に投射する映像の焦点を自動で合わせることができる。

［第１実施形態の効果の説明］
このようにして、第１実施形態に係る反射型液晶表示装置１００では、画素アレイ１２Ａの４つの辺の近傍に位相差センサ１７を設置し、各位相差センサ１７で検出される焦点のずれ量に基づいて、このずれ量がゼロまたは最小となるように、光学系４の光軸方向の位置を制御している。この際、位相差センサ１７は、画素アレイ１２Ａの近傍に設ける構成としているので、従来のように、焦点距離を検出するためのセンサを別途設置する必要がなく、装置構成を簡素化することが可能となる。

また、位相差センサを、画素アレイ１２Ａの４つの辺の中央部に配置しているので、画素アレイ１２Ａの全体の焦点を合わせることが可能となる。なお、位相差センサは、画像を表示する画素１２を含まない領域に配置されるため、表示される画像に影響を与えることがない。
更に、図２に示す光学系口径（図１に示す鏡筒４１の口径に対応）の範囲に画素アレイ１２Ａがぎりぎりで収まる場合であっても、各位相差センサ１７を設置するスペースを確保することができるので、装置全体の小型化を図ることができる。

また、位相差センサ１７で焦点のずれ量を検出し、焦点のずれ量がゼロまたは最小となるように、光学系４の位置を調整するので、焦点を合わせる処理を自動で行うことができる。このため、手作業で焦点を合わせるという煩わしい作業を省略することができる。更に、画素アレイ１２Ａの４つの辺の近傍にそれぞれ位相差センサ１７を設置し、各位相差センサ１７による焦点のずれ量を検出して焦点を合わせるので、高精度に焦点を合わせることが可能となる。

［第１実施形態の変形例の説明］
次に、前述した第１実施形態の第１の変形例について説明する。図３は、第１の変形例に係る反射型液晶表示装置に搭載されるＬＣＯＳ素子１-1の断面を示す説明図である。図３に示すように、第１の変形例に係るＬＣＯＳ素子１-1は、位相差センサ１７が搭載される位置に対応するガラス基板１４の表面（位相差センサ１７に入射する光の経路）にマイクロレンズ３２を搭載している点で、前述した第１実施形態と相違する。

マイクロレンズ３２を搭載することにより、スクリーン６で反射した反射光の光量を増大して位相差センサ１７に導入させることが可能となる。このため、焦点のずれ量をより高精度に検出することが可能となる。

図４は、第１実施形態の第２の変形例に係る反射型液晶表示装置に搭載されるＬＣＯＳ素子１-2の断面を示す説明図である。図４に示すように、第２の変形例に係るＬＣＯＳ素子１-2は、位相差センサ１７に搭載されるＰ偏光フィルム３１の表面にマイクロレンズ３２を搭載している点で、前述した第１実施形態と相違する。

そして、第２の変形例においても前述した第１の変形例と同様に、マイクロレンズ３２を搭載することにより、スクリーン６で反射した反射光の光量を増大して位相差センサ１７に導入させることが可能となる。このため、焦点のずれ量をより高精度に検出することが可能となる。

［第２実施形態の説明］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係る反射型液晶装置に設置されるＬＣＯＳ装置１０ａ、ＬＣＯＳ素子１ａの構成を模式的に示す説明図である。

図５に示すように第２実施形態に係るＬＣＯＳ素子１ａは、正方形状をなす画素アレイ１２Ａの角部に４個の位相差センサ１７を搭載している。それ以外の構成は前述した第１実施形態と同様である。

そして、第２実施形態に係る反射型液晶表示装置においても、前述した第１実施形態と同様に、位相差センサ１７を画素アレイ１２Ａの近傍に設ける構成としているので、従来のように、焦点距離を検出するためのセンサを別途設置する必要がなく、装置構成を簡素化することが可能となる。また、焦点を合わせる処理を自動で行うことができる。

また、第２実施形態では、矩形状をなす画素アレイ１２Ａの、４つの角部に４個の位相差センサ１７を配置し、４つの角部において焦点が合うように制御される。画素アレイ１２Ａの周囲で、センサ同士の距離がより離れた点である４つの角部において、焦点が合うように制御されるので、画素アレイ１２Ａ全体の焦点をより高精度に合わせることが可能となる。

なお、第２実施形態においても、前述した図３、図４に示したように、マイクロレンズ３２をガラス基板１４の表面、或いはＰ偏光フィルム３１の表面に搭載する構成とすることも可能である。

［第３実施形態の説明］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態に係る反射型液晶装置に設置されるＬＣＯＳ装置１０ｂ、ＬＣＯＳ素子１ｂの構成を模式的に示す説明図である。

図６に示すように第３実施形態では、正方形状をなす画素アレイ１２Ａの周囲全体に沿って位相差センサ１７を複数配置している。それ以外の構成は前述した第１実施形態と同様である。

そして、第３実施形態に係る反射型液晶表示装置においても、前述した第１、第２実施形態と同様に、位相差センサ１７を画素アレイ１２Ａの近傍に設ける構成としているので、従来のように、焦点距離を検出するためのセンサを別途設置する必要がなく、装置構成を簡素化することが可能となる。また、焦点を合わせる処理を自動で行うことができる。

また、第３実施形態では、矩形状をなす画素アレイ１２Ａの周囲全体に沿って位相差センサ１７を複数配置しており、各位相差センサ１７で焦点が合うように制御される。従って、前述した第１実施形態、第２実施形態と対比し、画素アレイ１２Ａの焦点をより高精度に合わせることが可能となる。また、ＬＣＯＳ素子１の半導体ウェハを製造する工程で、複数の位相差センサ１７を一括して作成すれば、製造に要する手間や製造コストは大きくならない。

なお、第３実施形態においても、前述した図３、図４に示したように、マイクロレンズ３２をガラス基板１４の表面、或いはＰ偏光フィルム３１の表面に搭載する構成とすることも可能である。

［第４実施形態の説明］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図７は、本発明の第４実施形態に係る反射型液晶表示装置１０１の構成を示す説明図である。図７に示す反射型液晶表示装置１０１は、図１に示した第１実施形態と同様に、ＬＣＯＳ装置１０と、光源２と、偏光反射板３と、光学系４を備えている。また、第４実施形態では、第１実施形態と対比して、図１に示した光学系制御部５を備えていない点で相違している。また、画素アレイ移動機構１８、及び画素アレイ位置制御部３５を備えている点で相違している。従って、図２に示したように、画素アレイ１２Ａの周囲には、４つの位相差センサ１７（１７ａ〜１７ｄ）が設けられている。以下では画素アレイ移動機構１８、及び画素アレイ位置制御部３５について説明する。

画素アレイ移動機構１８は、ＬＣＯＳ装置１０の下方に設けられて該ＬＣＯＳ装置１０を搭載しており、例えば、電動モータとピニオン・ラックの機構により、ＬＣＯＳ装置１０を反射光の光軸方向（図７のＹ５の方向）に移動させる機能を備えている。従って、画素アレイ移動機構１８を作動させることにより、スクリーン６に投射する映像の焦点を合わせることができる。

画素アレイ位置制御部３５は、位相差センサ１７より出力される焦点のずれ量のデータを受信し、スクリーン６に投射される映像の焦点が合うように、画素アレイ移動機構１８に制御信号を出力して、画素アレイ１２Ａを搭載したＬＣＯＳ装置１０を反射光の光軸方向に移動させる制御を行う。

具体的に、画素アレイ位置制御部３５は、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２で検出された光量の差分値がゼロ、または最小となるように、画素アレイ移動機構１８の光軸方向の位置を制御する。

例えば、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２で検出される光量に差分値が生じている場合には、画素アレイ移動機構１８を光軸方向の一方の方向、例えば図１に示す矢印Ｙ５の上の方向に移動させる。そして、画素アレイ移動機構１８を移動させることにより光量の差分値が大きくなった場合には、画素アレイ移動機構１８の移動方向を変更する。例えば図１に示す矢印Ｙ５の下の方向に移動させる。そして、光量の差分値がゼロ、または最小となった位置を焦点が合った位置として設定する。

即ち、画素アレイ位置制御部３５は、位相差センサ１７で検出された焦点のずれ量に基づいて、スクリーン６に投射される映像の焦点が合うように、入射光の光軸方向における画素アレイ１２Ａの位置を制御する機能を備えている。画素アレイ位置制御部３５は、例えば中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。

［第４実施形態の作用の説明］
次に、第４実施形態に係る反射型液晶表示装置１０１の作用について説明する。図７に示す光源２よりＳ偏光の光が射出されると、このＳ偏光の光は偏光反射板３を透過してＬＣＯＳ素子１に照射される。

ＬＣＯＳ素子１に搭載される各画素反射電極１２には画像信号となる電圧が印可されるので液晶層１６の配向が変化し、Ｓ偏光の光は配向が変化した液晶分子により回転し、Ｐ偏光となってＬＣＯＳ素子１より射出される。ＬＣＯＳ素子１より射出したＰ偏光の光は、偏光反射板３により９０°方向に反射して光学系４に導入される。光学系４に導入された光はレンズ４２により結像され、スクリーン６に映像が投射される。

スクリーン６に投射され、該スクリーン６で表示されたＰ偏光の光の一部は光学系４、及び偏光反射板３を経由して図１の矢印Ｙ３の方向からＬＣＯＳ素子１に戻る。更に、その一部のＰ偏光の光は図２に示した４個の位相差センサ１７に導入される。各位相差センサ１７では、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２のそれぞれで検出される光量の差分値を、焦点のずれ量のデータとして画素アレイ位置制御部３５に送信する。

画素アレイ位置制御部３５は、焦点のずれ量のデータを取得しこのデータに基づいて焦点のずれ量がゼロまたは最小となるように、画素アレイ移動機構１８を光軸方向（図１の矢印Ｙ５の方向）に移動させ、スクリーン６に投射される映像の焦点が合うように制御する。即ち、オートフォーカス処理を実施する。こうして、スクリーン６に投射する映像の焦点を自動で合わせることができる。

［第４実施形態の効果の説明］
このようにして、第４実施形態に係る反射型液晶表示装置１０１では、画素アレイ１２Ａの４つの辺の近傍に位相差センサ１７を設置し、各位相差センサ１７で検出される焦点のずれ量に基づいて、このずれ量がゼロまたは最小となるように、ＬＣＯＳ装置１０の光軸方向（矢印Ｙ５方向）の位置を制御している。

この際、位相差センサ１７は、画素アレイ１２Ａの近傍に設ける構成としているので、前述した第１実施形態と同様に、装置構成を簡素化することが可能となる。また、位相差センサを、画素アレイ１２Ａの４つの辺の中央部に配置しているので、画素アレイ１２Ａの全体の焦点を合わせることが可能となる。

また、ＬＣＯＳ装置１０の位置を上下に移動させるというシンプルな制御で、映像の焦点を合わせる構成であるので、前述した第１実施形態と対比して構成を簡素化することができる。

第４実施形態においても、図３に示したように、ガラス基板１４の表面にマイクロレンズ３２を設けることや、図４に示したように、Ｐ偏光フィルム３１の表面にマイクロレンズ３２を設けることにより、位相差センサ１７による焦点合わせの制度を向上させることができる。

また、図５に示したように、画素アレイ１２Ａの４つの角部に位相差センサ１７を設けることや、図６に示したように、画素アレイ１２Ａの周囲に沿って複数の位相差センサ１７を設ける構成とすることも可能である。

なお、上述した第１〜第４実施形態では、位相差センサを複数個（図２、図５では４個）設ける例について説明したが、少なくとも一つの位相差センサ１７を備える構成とすることも可能である。

［第５実施形態の説明］
図８は、本発明の第５実施形態に係る反射型液晶表示装置１０２の構成を示す説明図である。図８に示す反射型液晶表示装置１０２は、図１に示した第１実施形態と同様に、ＬＣＯＳ装置１０と、光源２と、偏光反射板３と、光学系４を備えている。また、第５実施形態では、前述した第１実施形態と対比して、図１に示した光学系制御部５を備えていない点で相違し、画素アレイ搭載部２０、及び画素アレイ位置制御部３５ａを備えている点で相違している。従って、図２に示したように、画素アレイ１２Ａの周囲には、４つの位相差センサ１７（１７ａ〜１７ｄ）が設けられている。以下では画素アレイ搭載部２０、及び画素アレイ位置制御部３５ａについて説明する。

画素アレイ搭載部２０は、ＬＣＯＳ装置１０の下方に設けられて該ＬＣＯＳ装置１０を搭載する。画素アレイ搭載部２０は、画素アレイ移動機構２８と、第１の回転機構２９Ａと、第２の回転機構２９Ｂを備えている。

画素アレイ移動機構２８は、例えば、電動モータとピニオン・ラックの機構により、画素アレイ搭載部２０全体を光軸方向（図１に示す矢印Ｙ５の方向）に移動させる機能を備えている。

第１の回転機構２９Ａ、及び第２の回転機構２９Ｂは、画素アレイ搭載部２０の平面上に設定される互いに直交する軸を中心として回転して、画素アレイ搭載部２０の平面を傾斜させる。以下、図９を参照して詳細に説明する。

図９は、第１の回転機構２９Ａ、及び第２の回転機構２９Ｂの作動を模式的に示す説明である。第１、第２の回転機構２９Ａ、２９Ｂの平面の法線方向（入射光の光軸方向）をＺ軸（図８のＹ５に対応）とし、平面上に設定した互いに直交する軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸とする。第１の回転機構２９Ａ、及び第２の回転機構２９Ｂは、一例として、それぞれ回転軸の方向が直交している２つのゴニオステージで構成することができる。

第１の回転機構２９Ａは、図９に示すＹ軸を中心として回転動が可能とされている。従って、第１の回転機構２９Ａを駆動することにより、画素アレイ搭載部２０のＬＣＯＳ装置搭載面を、Ｙ軸を中心とした回転により傾斜させることができる。

第２の回転機構２９Ｂは、図９に示すＸ軸を中心として回転動が可能とされている。従って、第２の回転機構２９Ｂを駆動することにより、画素アレイ搭載部２０のＬＣＯＳ装置搭載面を、Ｘ軸を中心とした回転により傾斜させることができる。

即ち、画素アレイ移動機構２８、及び第１、第２の回転機構２９Ａ、２９Ｂを駆動させることにより、ＬＣＯＳ装置１０、ひいては画素アレイ１２Ａの面を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に傾斜させることができ、更には、Ｚ軸方向（図８に示すＹ５の方向）に移動させることができる。

図８に戻って、画素アレイ位置制御部３５ａは、位相差センサ１７にて検出された焦点のずれ量のデータを受信し、スクリーン６に投射される映像の焦点が合うように、画素アレイ移動機構２８、第１の回転機構２９Ａ、第２の回転機構２９Ｂに制御信号を出力し、画素アレイ１２Ａを光軸方向（Ｚ軸方向）に移動させる制御、及び、画素アレイ１２ＡをＸ軸、Ｙ軸を中心として傾斜させる制御を行う。

即ち、画素アレイ位置制御部３５ａは、位相差センサ１７で検出された焦点のずれ量に基づいて、スクリーン６に投射される映像の焦点が合うように、画素アレイ搭載部２０の、入射光の光軸方向（Ｚ軸方向）の位置、Ｘ軸（第１の回転軸）を中心とした回転角度、Ｙ軸（第２の回転軸）を中心とした回転角度の少なくとも一つを制御する制御部としての機能を備えている。

［第５実施形態の作用の説明］
次に、第５実施形態に係る反射型液晶表示装置１０２の作用について説明する。図８に示す光源２よりＳ偏光の光が射出されると、このＳ偏光の光は偏光反射板３を透過してＬＣＯＳ素子１に照射される。

ＬＣＯＳ素子１に搭載される各画素反射電極１２には画像信号となる電圧が印可されるので液晶層１６の配向が変化し、Ｓ偏光の光は配向が変化した液晶分子により回転し、Ｐ偏光となってＬＣＯＳ素子１より射出される。ＬＣＯＳ素子１より射出したＰ偏光の光は、偏光反射板３により９０°方向に反射して光学系４に導入される。光学系４に導入された光はレンズ４２により結像され、スクリーン６に映像が投射される。

スクリーン６に投射され、該スクリーン６で表示されたＰ偏光の光の一部は光学系４、及び偏光反射板３を経由して図８の矢印Ｙ３の方向からＬＣＯＳ素子１に戻る。更に、その一部のＰ偏光の光は図２に示した４個の位相差センサ１７に導入される。各位相差センサ１７では、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２のそれぞれで検出される光量の差分値を、焦点のずれ量のデータとして画素アレイ位置制御部３５に送信する。

前述したように、焦点のずれ量は、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２で検出される光量の差分値である。例えば、差分値がゼロまたは最小のときにはスクリーン６に投影している映像の焦点は合っているものと判定し、差分値が大きいほど焦点のずれ量が大きいものと判定する。画素アレイ位置制御部３５aは、上述した差分値がゼロまたは最小となるように、画素アレイ移動機構２８の光軸方向の位置、及び、Ｘ軸、Ｙ軸方向の回転角度を制御する。

例えば、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２で検出される光量に差分値が生じている場合には、画素アレイ移動機構２８を光軸方向の一方の方向、例えば図８に示す矢印Ｙ５の上の方向に移動させる。その結果、差分値が大きくなった場合には、画素アレイ移動機構２８の移動方向を変更する。例えば図８に示す矢印Ｙ５の下の方向に移動させる。そして、差分値がゼロまたは最小となった位置を焦点が合った位置として設定する。

更に、例えば図２に示した画素アレイ１２Ａを挟んで対向配置される２つの位相差センサ１７ａと１７ｃで光量の差分値が異なる場合、即ち、各位相差センサ１７ａと１７ｃで焦点のずれ量が異なる場合には、第２の回転機構２９Ｂを駆動させて、画素アレイ１２ＡをＸ軸（図９参照）を中心として所望の角度だけ回転させ、画素アレイ１２Ａの面を傾斜させて、各位相差センサ１７ａと１７ｃでの焦点のずれ量がゼロまたは最小となるように制御する。

同様に、各位相差センサ１７ｂと１７ｄで焦点のずれ量が異なる場合には、第１の回転機構２９Ａを駆動させて、画素アレイ１２ＡをＹ軸を中心として所望の角度だけ回転させ、画素アレイ１２Ａの面を傾斜させて、各位相差センサ１７ｂと１７ｄでの焦点のずれ量がゼロまたは最小となるように制御する。

即ち、画素アレイ１２Ａを光軸方向への移動のみならず、Ｘ−Ｙ平面上での傾斜角度を変化させることにより、画素アレイ１２Ａ全体の焦点を合わせることが可能となる。こうして、スクリーン６に投射する映像の焦点を自動で合わせることができる。

［第５実施形態の効果の説明］
このようにして、第５実施形態に係る反射型液晶表示装置１０２では、画素アレイ１２Ａの４つの辺の近傍に位相差センサ１７を設置し、各位相差センサ１７で検出される焦点のずれ量に基づいて、このずれ量がゼロまたは最小となるように、画素アレイ搭載部２０の光軸方向（図１に示すＹ５の方向）の位置を制御している。

更に、各位相差センサ１７で検出される焦点のずれ量に基づいて、画素アレイ１２ＡにおけるＸ−Ｙ平面上での傾斜角度を制御している。従って、画素アレイ１２Ａの面が入射光の方向に対して直交していない場合でも、Ｘ−Ｙ平面上での傾斜角度を制御することにより、入射光の方向を画素アレイ１２Ａの面に直交させることができ、画素アレイ１２Ａに含まれる各画素反射電極１２の焦点を高精度に合わせることが可能となる。

また、位相差センサ１７は、画素アレイ１２Ａの近傍に設ける構成としているので、従来のように、焦点距離を検出するためのセンサを別途設置する必要がなく、装置構成を簡素化することが可能となる。

更に、位相差センサを、画素アレイ１２Ａの４つの辺の中央部に配置しているので、図２に示す光学系口径（図２に示す鏡筒４１の口径に対応）の範囲に画素アレイ１２Ａがぎりぎりで収まる場合であっても、各位相差センサ１７を設置するスペースを確保することができ、装置全体の小型化を図ることができる。

また、位相差センサ１７で焦点のずれ量を検出し、焦点のずれ量がゼロまたは最小となるように、画素アレイ１２Ａの位置、傾斜角度を調整するので、焦点を合わせる処理を自動、且つ高精度に行うことができる。

第５実施形態においても、図３に示したように、ガラス基板１４の表面にマイクロレンズ３２を設けることや、図４に示したように、Ｐ偏光フィルム３１の表面にマイクロレンズ３２を設けることにより、位相差センサ１７による焦点合わせの制度を向上させることができる。

また、図５に示したように、画素アレイ１２Ａの４つの角部に位相差センサ１７を設けることや、図６に示したように、画素アレイ１２Ａの周囲に沿って複数の位相差センサ１７を設ける構成とすることも可能である。

以上、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、前述した第１〜第５実施形態では、画素アレイ１２Ａが正方形である例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、長方形でもよい。

また、第１〜第５実施形態で示したＳ偏光、Ｐ偏光を全て入れ替えても同様の効果を得ることが可能である。

また、第１〜第５実施形態では、焦点のずれ量を検出するセンサとして位相差センサ１７を用いる例について示したが、本発明は位相差センサ１７に限定されるものではなく、焦点のずれ量を検出可能な他のセンサを用いることも可能である。

１、１ａ、１ｂ ＬＣＯＳ素子
２ 光源
３ 偏光反射板
４ 光学系
５ 光学系制御部
６ スクリーン
１０、１０ａ、１０ｂ ＬＣＯＳ装置
１１ シリコン基板
１２ 画素反射電極
１２Ａ 画素アレイ
１３ 対向電極
１４ ガラス基板
１５ 額縁電極
１６ 液晶層
１７（１７ａ〜１７ｄ） 位相差センサ（センサ）
１８ 画素アレイ移動機構
２０ 画素アレイ搭載部
２１ 信号処理回路
２２ ボンディングパッド
２８ 画素アレイ移動機構
２９Ａ 第１の回転機構
２９Ｂ 第２の回転機構
３１ Ｐ偏光フィルム
３２ マイクロレンズ
３５ 画素アレイ位置制御部
３５ａ 画素アレイ位置制御部
４１ 鏡筒
４２ レンズ
４３ 光学系移動機構
１００、１０１、１０２ 反射型液晶表示装置

Claims (6)

1. 液晶層に電圧を加える複数の画素反射電極を有し、前記液晶層に加える電圧を制御することにより、光源より入射する入射光を変調して反射させる画素アレイと、
   前記画素アレイを搭載し、該画素アレイを前記入射光の光軸方向に移動させる画素アレイ移動機構と、
   前記画素アレイで反射した反射光を結像して投影部に映像を投射する光学系と、
   前記画素アレイの近傍に設置され、前記投影部に投射された映像の反射光を取得して前記投影部に投射された映像の焦点のずれ量を検出するセンサと、
   前記センサで検出された焦点のずれ量に基づいて、前記投影部に投射される映像の焦点が合うように、前記画素アレイの前記光軸方向の位置を制御する画素アレイ位置制御部と、
   を備えたことを特徴とする反射型液晶表示装置。
2. 前記画素アレイは平面視で矩形状をなし、前記センサは、前記画素アレイの４つの辺の中央部の近傍に配置されること
   を特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
3. 前記画素アレイは平面視で矩形状をなし、前記センサは、前記画素アレイの４つの角部に配置されること
   を特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
4. 前記画素アレイは平面視で矩形状をなし、前記センサは、前記画素アレイの４つの辺に沿って複数配置されること
   を特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
5. 前記センサに入射する光の経路に、前記センサに集光する光量を増大するためのマイクロレンズを設けたこと
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の反射型液晶表示装置。
6. 液晶層に電圧を加える複数の画素反射電極を有し、前記液晶層に加える電圧を制御することにより、入射する入射光を変調して反射させる画素アレイに、光源より射出された光を導入する工程と、
   前記画素アレイで反射した反射光を光学系に導入し、前記反射光を結像して投影部に映像を投射する工程と、
   前記投影部に投射された映像の反射光を前記画素アレイの近傍に設置されたセンサにて検出し、検出の結果に基づいて前記投影部に投射された映像の焦点のずれ量を検出する工程と、
   前記焦点のずれ量に基づき、前記焦点が合うように前記画素アレイにおける前記入射光の光軸方向の位置を制御する工程と、
   を備えたことを特徴とする反射型液晶装置の焦点調整方法。
   
   

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