JP3452020B2

JP3452020B2 - プロジェクタ

Info

Publication number: JP3452020B2
Application number: JP2000111210A
Authority: JP
Inventors: 嘉高伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2003-09-29
Anticipated expiration: 2020-04-12
Also published as: JP2001296603A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源と、光源から
射出された光束を画像情報に応じて変調する電気光学装
置とを備えたプロジェクタに関し、例えば、光源から射
出された光束を複数種類の色光に分離し、唯１つの電気
光学装置に対して異なる角度で各色光を入射させて色光
毎に光変調を施す、いわゆる単板型のプロジェクタに利
用することができる。

【０００２】

【背景技術】カラー画像を投写表示できるプロジェクタ
としては、色光毎に独立した３つの電気光学装置を備え
た３板型プロジェクタの他に、１つの電気光学装置でカ
ラー画像を形成する単板型プロジェクタが実用化されて
いる。単板型プロジェクタでは、装置の小型化と低コス
ト化を達成し易いという利点がある。

【０００３】単板型プロジェクタにも種々の形態がある
が、特許第２６２２１８５号公報に開示されたカラー液
晶表示装置のように、マイクロレンズアレイを具備した
１つの液晶表示装置（電気光学装置）を特殊な配置の３
枚のダイクロイックミラーによって色分解した色光で照
明する形態を有する単板型プロジェクタが知られている
（以下では、このような形態の電気光学装置を空間色分
離型電気光学装置、それを用いたプロジェクタを空間色
分離型プロジェクタと呼称する）。この形態のプロジェ
クタは、単板型であるにも係わらず光利用効率が高く、
明るい投写画像を実現しやすいという点で注目されてい
る。

【０００４】このような空間色分離型プロジェクタの要
部を図８に示す。図８に示すように、空間色分離型プロ
ジェクタ１１０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各
色光を反射する３枚のダイクロイックミラー１３１Ｒ、
１３１Ｇ、１３１Ｂを、光束の入射方向に対して互いに
異なる角度となるように配置し、３枚のダイクロイック
ミラー１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂにより分離された
各色光が互いに異なる方向から電気光学装置１５０に入
射するように構成される。例えば、電気光学装置１５０
に対して緑色光Ｇは入射角０度で、赤色光Ｒは入射角β
０で、青色光Ｂは入射角−β０で、入射するという具合
である。電気光学装置１５０には、図９に示すように、
ＲＧＢの各色光に対応した長方形状の３つの画素電極１
５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂが並置配列され、これら３
つの画素電極１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂに対して１
つのマイクロレンズ１５３が形成されている。マイクロ
レンズ１５３に対して異なる方向から入射した各色光
は、マイクロレンズ１５３により集光され、対応する各
画素電極１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂに入射して色光
毎に変調された後、投写レンズ１９０を介して射出さ
れ、カラーの投写画像を投写表示する。

【０００５】従って、このような空間色分離型の電気光
学装置１５０においては、一般に、赤（Ｒ）、青
（Ｂ）、緑（Ｇ）の各色光に対応した３種類の画素電極
１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１Ｂが並置配列されるため、
それぞれの画素の大きさは、３板型のプロジェクタで使
用される電気光学装置の画素と比較して略１／３に小型
化され、その形状も細長い矩形状となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】レンズの集光作用によ
って光束を細く絞り込む場合、レンズに入射する光束の
平行性が高いほど、また、レンズの焦点距離が短いほ
ど、絞り込まれた光束の断面寸法（光束径）を小さくで
きる。逆に、レンズの焦点距離が長くなれば、必然的に
光束の断面寸法は大きくなってしまう。従って、空間色
分離型プロジェクタ１１０において、電気光学装置１５
０における光利用効率を低下させることなく、その電気
光学装置１５０の画素電極１５１Ｒ、１５１Ｇ、１５１
Ｂを微細化していく場合には、マイクロレンズ１５３の
焦点距離をより短くするか、或いは、電気光学装置１５
０に入射する光束の平行性をより高めて、小さな寸法の
画素を通過できるように、光束をより細く絞り込む必要
がある。しかしながら、図９に示すように、この様な短
焦点のマイクロレンズ１５３を用いた場合には、集光後
の光束の発散角α０は非常に大きくなってしまう。さら
に、空間色分離型プロジェクタ１１０では、色分離光学
系で分離されたＲＧＢの各色光は電気光学装置に対して
ある角度（入射角β０）を伴って異なる方向から入射す
るため、結局、電気光学装置１５０からの光束は最大で
α０＋β０の大きな角度で射出される発散光となる。こ
の様な大きな角度（α０＋β０）で射出される色光を漏
れなく投写レンズで集めて投写画像を形成するために
は、レンズのＦ値が小さく、かつ、各色光の発散時の光
束径を包含できる大口径の投写レンズを使用する必要が
あるが、このようなレンズは非常に高価であり、かつ、
大型であるという問題がある。

【０００７】本発明の目的は、高価な投写レンズを用い
る必要がなく低コスト化を図り易いプロジェクタを提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係るプロジェクタは、光源と、前記光源か
ら射出された光束を複数種類の色光の光束に分離して、
各色光の光束を異なる角度で射出する色分離光学系と、
前記色分離光学系から射出された光束を画像情報に応じ
て変調する電気光学装置とを備えたプロジェクタであっ
て、前記電気光学装置は、光入射側基板及び光射出側基
板と、これらの基板に挟持される電気光学素子とを備
え、前記光入射側基板の光入射側の面には、該電気光学
装置の各画素に光束を集光して入射させる複数の集光素
子が、光射出側の面には、前記電気光学素子に入射する
光束の光路を曲げる複数の光路変更素子が設けられ、前
記光路変更素子は、レンズから形成されてなり、前記複
数の光路変更素子の各々の光学中心は、前記複数の集光
素子の境界部分と対応し、前記複数の光路変更素子の互
いに隣接する光路変更素子の間には、光束の光路を変更
しない光路未変更領域が介在しており、前記光路未変更
領域は、前記色分離光学系で分離された複数種類の色光
の光束のうち、前記光入射側基板に略直交して入射する
色光の光束のみが通過する位置に対応させて形成され、
前記光路未変更領域には、前記入射側基板と屈折率が異
なる物質が存在しないことを特徴とする。ここで、集光
素子としては、入射光束を屈折させてその光路を曲げる
ことのできるレンズ、プリズム等の光学素子を採用する
ことができ、具体的には、例えば、光射出側の端面が平
板状の負レンズやプリズムを採用することができる。ま
た、光路変更素子としては、入射光束を屈折させてその
光路を曲げることのできるレンズを採用することがで
き、具体的には、例えば、光射出側の端面が平板状の負
レンズを採用することができる。

【０００９】このような本発明によれば、光路変更素子
を備えているため、集光素子により所定の集光角で各画
素に導入される光束は、この光路変更素子によってその
主光線の方向が所定の方向に曲げられる。従って、電気
光学装置から射出される光束の射出角を小さくすること
ができるので、Ｆ値の小さな大口径の投写レンズを用い
る必要がなく低コスト化を図りやすい。特に、光路変更
素子の光学中心が集光素子の境界部分と対応しているの
で、光路変更素子と特定の位置関係にある集光素子から
入射した光束の光路を略一方向のみに変更し易く、電気
光学装置から射出される光の射出角度をより小さくする
ことができる。

【００１０】

【００１１】また、このようなプロジェクタの構成にお
いて、電気光学装置の光入射側基板に略垂直に入射する
色光は、電気光学装置から略垂直な角度で射出される。
従って、他の２種類の色光よりも電気光学装置から小さ
な角度（厳密には角度の絶対値が小さい）で射出される
ので、光路変更素子によりその主光線の方向を曲げる必
要がない。従って、このような垂直入射する色光に対応
して光路未変更領域を形成すれば、該色光の光損失を防
止することができ、投写画像の明るさを向上することが
できる。

【００１２】また、上述した光路変更素子は、光入射側
基板の面に沿った少なくとも一方向に入射光を屈折させ
る屈折率界面を有していればよく、具体的には、該方向
は、色分離光学系による各色光の分離方向、すなわち、
電気光学装置の各色光に応じた画素の配列方向である。
すなわち、このような電気光学装置では、色光毎に割り
当てられた３種類の画素が並置配列して略正方形状の領
域を形成し、この領域を使って所定の色表示を行うた
め、各色光を変調する画素は、この略正方形状の領域の
色分離光学系による色分離方向に沿った辺を３つに分割
した長方形状をなす。そして、集光素子による集光は、
少なくともこの画素の配列方向で集光することを目的と
しているので、光路変更素子によって光束の主光線を曲
げる方向も該方向のみであってもよい。従って、光束変
更素子としては、この方向にのみ入射光を屈折させる屈
折率界面が形成されていればよく、例えば、レンズであ
ればシリンドリカルレンズを光路変更素子として採用す
ることができ、光路変更素子の作製の容易化を図ること
ができる。

【００１３】さらに、上述した光路変更素子としては、
複数の集光素子で集光された光束の光路変更を行うもの
が考えられ、具体的には、隣接して配置された複数の前
記集光素子からの複数の光束に対して、１つの光路変更
素子が対応するように配置された光路変更素子が考えら
れる。このように、１つの光路変更素子を複数の集光素
子で共有することにより、入射側基板に設ける光路変更
素子の数を減らすことができるので、光路変更素子の作
製の容易化を図ることができる。

【００１４】一方、他の光路変更素子の構成としては、
複数の光学素子によって構成され、１つの集光素子から
の光束に対して１つの光学素子が対応するように配置さ
れた光路変更素子が考えられる。このように、集光素子
により集光された光束に応じて光学素子が配置されてい
るので、集光された色光の光学特性に応じて負レンズを
形成できるので、負レンズにおける光損失を低減でき、
電気光学装置における光利用効率を向上させることがで
きる。

【００１５】そして、上述した光入射側基板の光射出側
の面は、平坦化されているのが好ましい。ここで、平坦
化の方法としては、該基板表面に平坦面を有する平坦化
層を形成する方法や、光入射側基板の表面に光路変更素
子を作り込んだ後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Poli
shing）により平坦化する方法が考えられる。尚、平坦
化層は、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂等からなる透明な誘電体層で
構成することができる。

【００１６】すなわち、光入射側基板の光路変更素子が
設けられる光射出側の面は、光入射側基板および光射出
側基板の間に封入される液晶素子等の電気光学素子と接
触する面であり、このような接触面が平坦化されること
により、該接触面における電気光学素子の配向性がよく
なり、電気光学装置の特性を向上させることができる。

【００１７】また、光路変更素子が負レンズから構成さ
れている場合、該負レンズを、光入射側基板の厚さ方向
に屈折率が連続的に変化するように構成することができ
る。負レンズがこのように構成されることにより、負レ
ンズに入射する光束の光路を滑らかに曲げることができ
るので、負レンズが介在することによる光損失の発生を
少なくすることができ、光利用効率の高いプロジェクタ
とすることができる。

【００１８】このような負レンズは、イオン交換法によ
り製造することができ、例えば、1)電気光学装置の基板
となるソーダガラス基板を十分に洗浄し、2)該ガラス基
板表面にイオン非透過効果のある膜、例えば、Ｔｉ膜を
形成するとともに、3)フォトリソグラフィ等により適当
なパターンの開口部をＴｉ膜に形成した後、4)該ガラス
基板をイオン交換処理用の溶融塩（例えば、Ｔｌ、Ｋ、
Ｎａ等の１価のアルカリ金属を含む硝酸塩等）に浸漬処
理することにより、該開口部に応じたガラス基板の位置
に負レンズを形成することができる。このようなイオン
交換法で負レンズを形成することにより、開口部の大き
さをフォトリソグラフィ等で自由に設定して所望の大き
さの負レンズをガラス基板に形成できるので、負レンズ
が設けられた基板の製造の容易化を図ることができる。

【００１９】さらに、上述した負レンズ以外の他の負レ
ンズとしては、光入射側基板の光射出側の面に、断面形
状が円弧状の凹部を形成し、この凹部に該光入射側基板
よりも屈折率の低い材料を充填して構成したものが考え
られる。ここで、凹部に充填される低屈折率材料として
は、電気光学装置を構成するガラス基板よりも低融点の
ガラスや、耐熱性の高い樹脂を採用することができ、こ
れらの電気光学装置を製造において、各工程における温
度条件により有害な損傷を生じないものであればよい。
具体的には、液晶パネルであれば、透明導電膜の成膜、
配向膜成膜等の各工程における温度、１５０〜２００℃
に耐えられるものであれば、低屈折率材料として採用す
ることができる。負レンズが基板上に形成された凹部に
充填される低屈折率材料から構成されているので、基板
の電気光学素子との接触面を平坦化でき、前記のように
電気光学装置の特性を向上することができる。尚、低屈
折率材料を充填したのみでは、接触面の平坦化ができな
い場合、上述したＣＭＰによる平坦化や、誘電体層から
なる平坦化層を形成することにより、接触面の平坦化を
担保できる。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面に基づいて説明する。

【００２３】（第１実施形態）図１には、本発明の第１
実施形態に係るプロジェクタの構造を表す模式図が示さ
れている。このプロジェクタは、光源１０、色分離光学
系５０、空間色分離型電気光学装置としての液晶装置６
０、および投写光学系となる投写レンズ７０を備え、こ
れらはＬ字状に折れ曲がる仮想の照明光軸Ｌに沿って配
置されている。

【００２４】光源１０から射出された光束は、色分離光
学系５０で赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの複数の色光
に分離され、液晶装置６０により、色光毎に画像情報に
応じた光変調処理が施され、変調処理によって形成され
た光学像は、投写レンズ７０によってスクリーン１００
上に拡大投写される。尚、本実施形態および以下の実施
形態において、Ｚ軸方向は光束の進行方向を、Ｘ軸方向
は光束の進行方向に向かって３時の方向を、Ｙ軸方向は
光束の進行方向に向かって１２時の方向（図１の紙面と
直交する方向）を示す、ここで、照明光軸ＬはＺ軸と略
平行な関係にある。

【００２５】光源１０は、放射状に光線を放射する光源
ランプ１１と、光源ランプ１１から放射された光を反射
し略一方向に射出する放物面リフレクタ１２とを備えて
おり、光源１０から射出された光束は略平行な光束とな
って色分離光学系５０に入射する。なお、放物面リフレ
クタ１２に代えて楕円リフレクタや球面リフレクタを使
用することもできる。

【００２６】色分離光学系５０は、図２に示すように、
赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを選択的に反射また
は透過させるために、互いに異なる波長選択膜が形成さ
れた３枚のダイクロイックミラー５０Ｒ、５０Ｇ、５０
Ｂを備えている。すなわち、ダイクロイックミラー５０
Ｒは、赤色光Ｒを反射して、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを
透過させるミラーである。また、ダイクロイックミラー
５０Ｇは、ダイクロイックミラー５０Ｒを透過した緑色
光Ｇと青色光Ｂとを分離するミラーであり、緑色光Ｇを
反射して、青色光Ｂを透過させる。さらに、ダイクロイ
ックミラー５０Ｂは、ダイクロイックミラー５０Ｇを透
過した青色光Ｂを反射するミラーである。尚、このダイ
クロイックミラー５０Ｂには、前段のダイクロイックミ
ラー５０Ｒ、５０Ｇにより青色光Ｂしか到達しないの
で、ダイクロイックミラー５０Ｂに代えて通常の全反射
ミラーを採用しても差し支えない。

【００２７】これら３枚のダイクロイックミラー５０
Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂは、Ｚ−Ｘ平面上で光源１０からの
光束が互いに異なる角度で入射するように配置される。
具体的には、Ｚ−Ｘ平面上で入射光束の照明光軸Ｌと各
ダイクロイックミラー５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂの法線と
のなす角度が、ダイクロイックミラー５０Ｇでは略４５
度に、ダイクロイックミラー５０Ｒでは４５度よりもや
や大きい４５＋β度に、ダイクロイックミラー５０Ｂで
は４５度よりもやや小さい４５−β度になるように、各
ダイクロイックミラー５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂは配置さ
れている。

【００２８】照明光軸Ｌに沿って入射した光束は、ダイ
クロイックミラー５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂによって３つ
の色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離される。分離された緑色光Ｇは
ダイクロイックミラー５０Ｇで反射して照明光軸Ｌに対
して直角に曲折されて射出され、赤色光Ｒはダイクロイ
ックミラー５０Ｒで反射して照明光軸Ｌに対して９０＋
２β度の角度で曲折されて射出され、青色光Ｂはダイク
ロイックミラー５０Ｂで反射して９０−２β度の角度で
曲折されて射出される。従って、液晶装置６０の表示面
に対して、赤色光Ｒは入射角が２β度で、緑色光Ｇは入
射角が０度で、青色光Ｂは入射角が−２β度で、各々入
射することとなる。

【００２９】液晶装置６０は、入射した光束を光変調
し、入射側とは反対側から変調光束を射出する透過型液
晶装置である。この液晶装置６０は、図３および図４に
示すように、２枚の硝子等の透明な基板６１１、６１２
の間に、電気光学素子となるツイステッドネマチック
（ＴＮ）液晶６１３が封入されたものである。光入射側
に配置される光入射側基板６１１には共通電極６１４お
よび不要光を遮光するためのブラックマトリクス６１５
等が形成され、光射出側に配置される光射出側基板６１
２には画素電極６１６、スイッチング素子としての薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）６１７等が形成され、ＴＦＴ６
１７を介して画素電極６１６に電圧が印加されると共通
電極６１４との間に挟まれた液晶６１３が駆動される構
成である。なお、光射出側基板６１２には、複数の走査
線６１８と複数のデータ線６１９が交差して配置され、
その交差部付近にＴＦＴ６１７がゲートを走査線６１
８、ソースをデータ線６１９、ドレインを画素電極６１
６に接続して配置される。

【００３０】そして、走査線６１８には順次選択電圧が
印加され、それに応じてオンした水平方向の画素のＴＦ
Ｔ６１７を介して各画素の駆動電圧が画素電極６１６に
書き込まれる。ＴＦＴ６１７は非選択電圧の印加により
オフとなり印加された駆動電圧を図示されない蓄積容量
等に保持する。液晶装置６０の開口部（ブラックマトリ
クス６１５の開口部）に相当する領域に画素電極６１６
は配置され、ＴＦＴ６１７と画素電極６１６（必要に応
じて画素電極に接続された蓄積容量）により各画素が構
成される。なお、前記液晶６１３はＴＮだけでなく、強
誘電型や反強誘電型、この他水平配向型、垂直配向型な
ど種々用いることが可能である。また、図３においては
画素電極６１６を区別することなく一括して扱っている
が、実際には後に図４に基づいて説明するように、画素
電極６１６は色光毎に対応した３種類の画素電極から構
成されている。

【００３１】また、図４に示すように、光入射側基板６
１１の光入射側には、色分離光学系５０により分離され
た各色光Ｒ、Ｇ、Ｂを、液晶装置６０の対応する画素電
極６１６Ｒ、６１６Ｇ、６１６Ｂに集光するためのマイ
クロレンズアレイ６３１が設けられている。マイクロレ
ンズアレイ６３１は、マトリックス状、モザイク状等に
構成された複数の単位マイクロレンズ６３１Ａを備えて
おり、エッチング等により硝子板上に形成され、低屈折
率の樹脂層（接着剤）６３２を介して光入射側基板６１
１に接着されている。単位マイクロレンズ６３１Ａ（レ
ンズの凸部）は、液晶装置６０の水平方向（Ｘ軸方向、
走査線６１８の方向）の画素ピッチの３倍に相当するピ
ッチを有し、色光毎に対応してＸ軸方向に列ぶ３つの画
素電極６１６Ｒ、６１６Ｇ、６１６Ｂに対して、１つの
単位マイクロレンズ６３１Ａが対応するように形成され
ている。従って、緑色光Ｇに対応した画素電極６１６Ｇ
の略中心は単位マイクロレンズ６３１Ａの略中心に位置
し、赤色光Ｒに対応した画素電極６１６Ｒ及び青色光Ｂ
に対応した画素電極６１６Ｂの略中心は、単位マイクロ
レンズ６３１ＡのＸ軸方向におけるピッチの１／６だけ
端部から中心部側に寄ったところに位置する配置関係と
なっている。そして、図３にも示すように、光射出側基
板６１２の光射出側およびマイクロレンズアレイ６３１
の光入射側には、それぞれ、偏光板６４１、６４２が設
けられている。

【００３２】さらに、光入射側基板６１１の光射出側の
面、すなわち液晶６１３と対向する面には、光路変更素
子となる負レンズ６５１が複数設けられている。この負
レンズ６５１は、画素電極６１６Ｒと画素電極６１６Ｂ
との境界部分に配置され、画素電極６１６Ｒと画素電極
６１６Ｇとの境界部分や画素電極６１６Ｂと画素電極６
１６Ｇとの境界部分には配置されず、２つの負レンズ６
５１間の部分が光路未変更領域６５３とされている。ま
た、マイクロレンズアレイ６３１との関係を述べれば、
負レンズ６５１は、Ｘ軸方向で互いに隣接する単位マイ
クロレンズ６３１Ａの境界部分が該負レンズ６５１の光
学中心となるように配置されている。

【００３３】このような負レンズ６５１は、屈折率が連
続的に変化するように構成された屈折率分布型レンズで
あり、光の入射側（マイクロレンズアレイ６３１の側）
から光の射出側（液晶６１３の側）に向かって屈折率が
次第に小さくなるように、例えば、負レンズ６５１の最
外周部分の屈折率が１．６、中間部分の屈折率が１．
５、射出面近傍の屈折率が１．４となるように設定され
ている。屈折率分布型レンズでは、光が入射する面及び
射出される面を平板状に形成できるため、本実施形態の
ように液晶装置の内部に組み入れて使う場合には都合が
よい。

【００３４】屈折率分布型レンズは、イオン交換法やイ
オン拡散法により製造することができる。ここでは、そ
の製造手順の一例を示す。 1)ソーダライムガラス材料からなる光入射側基板６１１
の両面を十分に洗浄する。 2)光入射側基板６１１の両面にＴｉ膜をスパッタリング
法等で形成する。 3)フォトリソグラフィ等によりＴｉ膜に負レンズ６５１
の配置に応じた開口部を形成する。 4)光入射側基板６１１をイオン交換処理用の溶融塩（例
えば、Ｔｌ、Ｋ、Ｎａ等の１価のアルカリ金属を含む硝
酸塩等）に浸漬処理し、レンズ効果を持ったイオン拡散
領域を形成する。 5)光入射側基板６１１表面に形成されたＴｉ膜を除去す
る。

【００３５】色分離光学系５０で分離され、このような
液晶装置６０に対して異なる角度で入射した各色光Ｒ、
Ｇ、Ｂは、前記の単位マイクロレンズ６３１Ａ、負レン
ズ６５１により以下のように導光される。光入射側基板
６１１に対して入射角０度で入射する緑色光Ｇは、単位
マイクロレンズ６３１Ａによって所定の集光角±α度で
画素電極６１６Ｇの近傍に集光され、光変調を施された
後、−α〜＋α度の発散角を伴って画素電極６１６Ｇか
ら射出される。

【００３６】一方、光入射側基板６１１に対して入射角
＋２β度で入射する赤色光Ｒは、単位マイクロレンズ６
３１Ａによる±α度の集光角に加えて２β度の入射角が
加わるため、−α＋２β度〜＋α＋２β度の集光角で画
素電極６１６Ｒの近傍に集光される。同様に青色光Ｂ
も、−α−２β度〜＋α−２β度の集光角で画素電極６
１６Ｒの近傍に集光される。ここで、単位マイクロレン
ズ６３１Ａから射出された赤色光Ｒ及び青色光Ｂは、対
応する画素電極６１６Ｒ、６１６Ｂの前段に配置された
負レンズ６５１によって各々の主光線の向きを変えら
れ、緑色光Ｇとほぼ同様の状態で、すなわち、主光線の
傾きがほぼ０度の状態で対応する画素電極６１６Ｒ、６
１６Ｂに入射する。従って、負レンズ６５１を通過する
ことによって、赤色光Ｒの発散角（集光角）は−α＋２
β度〜＋α＋２β度であったものが−α〜＋α度に、ま
た、青色光Ｂの発散角（集光角）も−α−２β度〜＋α
−２β度であったものが−α〜＋α度と言う具合に、緑
色光Ｇの発散角とほぼ同じ小さな角度に抑えられる。投
写レンズ７０は、液晶装置６０から射出される発散光の
すべてを集めてカラー投写画像を形成し、スクリーン１
００上に拡大投写する。

【００３７】このような本実施形態によれば、以下のよ
うな効果がある。すなわち、光路変更素子となる負レン
ズ６５１を備えているので、液晶装置６０に対して主光
線が傾いた状態（±２β度の角度）で入射する赤色光Ｒ
や青色光Ｂは、この負レンズ６５１によってそれらの主
光線の傾きが略０度に変換され、緑色光Ｇとほぼ同様の
比較的小さな角度（厳密には角度の絶対値が小さい）で
液晶装置６０から射出される。従って、Ｆ値の小さな大
口径のレンズを投写レンズ７０として採用する必要がな
くプロジェクタの低コスト化を図り易い。特に、負レン
ズ６５１の光学中心が隣接する単位マイクロレンズ６３
１Ａ同士の境界部分と対応しているので、光路変更素子
と特定の位置関係にある集光素子から入射した光束の光
路を略一方向のみに曲げることができ、各画素電極６１
６Ｒ、６１６Ｂを含む画素から射出される光束の拡がり
角度をより小さくできる。

【００３８】また、負レンズ６５１は隣接する単位マイ
クロレンズ６３１Ａ同士の境界部分と対応した位置のみ
に形成され、緑色光Ｇの光路にあたる領域にはレンズが
配置されていない光路未変更領域６５３となっているた
め、液晶装置６０に対して略垂直に入射する緑色光Ｇが
負レンズ６５１の影響を受けることが無い。従って、明
るさに大きな影響を及ぼす緑色光Ｇの光損失を発生させ
ることなく、Ｆ値が大きく安価な投写レンズを用いて
も、明るい投写画像を実現することができる。また、小
型の投写レンズを採用できることから、プロジェクタ自
体も小型化することができる。さらに、１つの負レンズ
６５１で異なる単位マイクロレンズ６３１Ａからの２つ
の色光Ｒ、Ｂの光路を変更する形態を採用しているた
め、光入射側基板６１１に設ける負レンズ６５１の数を
低減することができ、負レンズ６５１の製造の容易化を
図ることができる。

【００３９】そして、光入射側基板６１１の負レンズ６
５１が設けられる面が平坦化されているので、この面と
接触する液晶６１３の配向性を向上させることができ、
液晶装置６０の特性を向上することができる。また、光
入射側基板６１１の厚さ方向に負レンズ６５１の屈折率
が連続的に変化するように構成されているので、負レン
ズ６５１に入射する光束の方向を滑らかに変化させて、
負レンズ６５１が介在することによる光損失の発生を少
なくすることができ、光利用効率の高いプロジェクタと
することができる。

【００４０】尚、本実施形態の負レンズ６５１は、軸対
称の屈折率分布を有するレンズであるが、少なくともＸ
−Ｚ断面において屈折率分布を有していれば良く、紙面
の奥行き方向（Ｙ軸方向）には屈折率分布を有しないシ
リンドリカル状の屈折率分布を有するレンズであっても
良い。

【００４１】また、液晶装置６０から射出される赤色光
Ｒと青色光Ｂの発散角を小さくできる分、マイクロレン
ズアレイ６３１の単位マイクロレンズ６３１Ａを短焦点
化すれば色光をより細く絞った状態で対応する画素に導
き入れられるため、液晶装置６０における光利用効率の
一層の向上と、不要な色光が隣接する画素に混入するこ
とによって発生する混色を防止することができ、明るく
色再現性に優れた投写画像を実現することができる。

【００４２】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態を説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部
分または部材と同一の部分等については、同一符号を付
してその説明を省略または簡略化する。前記第１実施形
態では、負レンズ６５１はＸＹ平面上の形状が円形状の
レンズであり、光入射側基板６１１への負レンズ６５１
の作り込みは、イオン交換法によって行っていた。

【００４３】これに対して、本実施形態では、図５に示
すように、液晶装置８０を構成する光入射側基板８１１
の液晶６１３との対向面に、Ｘ−Ｚ断面には円弧状の屈
折率分布を持ち、紙面奥行き方向（Ｙ軸方向）には屈折
率分布を持たないシリンドリカル状の負レンズ８５１を
設けている点が相違する。

【００４４】また、前記第１実施形態では、負レンズ６
５１が２つの単位マイクロレンズ６３１Ａから射出され
る２種類の色光Ｒ、Ｂの光路を曲げるように構成されて
いた。これに対して本実施形態では、単位マイクロレン
ズ６３１Ａの境界部分に２つの負レンズ８５１が設けら
れ、２つの負レンズ８５１の境界部分が単位マイクロレ
ンズ６３１Ａの境界部分と対応した状態で形成されてい
る。

【００４５】このような負レンズ８５１は、光入射側基
板８１１に負レンズ８５１の形状に応じた円弧状の凹部
８１１Ａを図５の紙面奥行き方向に延びるように形成
し、この凹部８１１Ａに光入射側基板８１１よりも屈折
率の低い低屈折率材料を充填することにより、構成する
ことができる。負レンズ８５１を構成する低屈折率材料
としては、１５０〜２００℃に耐えられる耐熱性樹脂、
または光入射側基板８１１よりも低融点のガラス材料を
採用することができ、光入射側基板８１１に低屈折率材
料を充填した後、液晶装置８０の製造工程における透明
導電膜の成膜、配向膜成膜、液晶６１３の封入等の各工
程における温度条件により低屈折率材料に有害な変形、
損傷が生じないような構成となっている。尚、低屈折率
材料の充填後、配向膜の成膜前には、光入射側基板８１
１の液晶６１３との対向面をＣＭＰ（Chemical Mechani
cal Polishing）により平坦化することが望ましい。

【００４６】このような第２実施形態によれば、前記第
１実施形態と同様の効果が得られるうえ、以下のような
効果がある。すなわち、凹部８１１Ａに低屈折率材料を
充填するだけで、光路変更素子となる負レンズ８５１を
光入射側基板８１１に設けることができるので、第１実
施形態に係る負レンズ６５１のように、イオン交換法を
実施するための特別な設備を必要とせず、光路変更素子
の製造の簡素化を図ることができる。

【００４７】また、各単位マイクロレンズ６３１Ａによ
って集光される色光に応じて負レンズ８５１が形成され
ているので、負レンズ８５１の作り込みに際して、複数
の色光間のバランスを取る必要がなく、製造の容易化を
図ることができる。及び、色光の光学特性に応じて負レ
ンズ８５１を形成できるので、負レンズ８５１における
光損失を低減でき、液晶装置８０における光利用効率を
向上させることができる。さらに、負レンズ８５１がシ
リンドリカル状のレンズから構成されているので、図５
の紙面奥行き方向のどの部分においても、色光Ｒ、Ｂの
主光線の方向を曲げることができ、均一な光学特性を得
やすい。

【００４８】尚、本発明は前記各実施形態に限定される
ものではなく、以下に示すような変形をも含むものであ
る。前記各実施形態は、光路変更素子として負レンズ６
５１、８５１を採用していたが、これに限定されない。
すなわち、図６に示すように、液晶装置９０を構成する
光入射側基板９１１にＸ−Ｚ断面の形状が三角形状であ
る凹部９１１Ａを形成し、この凹部９１１Ａに低屈折率
材料を充填した平板状のプリズム９５１を光路変更素子
として採用してもよく、このような構成によっても、前
記各実施形態で述べた効果と同様の効果を享受すること
ができる。尚、このようなプリズム９５１は、第２実施
形態で説明した方法と同様の方法により、光入射側基板
９１１に作り込むことができる。

【００４９】また、前記第２実施形態では、光入射側基
板８１１に凹部８１１Ａを形成し、この凹部８１１Ａに
低屈折材料を充填することで光路変更素子を構成してい
たが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわ
ち、図７に示す液晶装置１００のように、光入射側基板
１０１１の液晶６１３との対向面に断面形状が円弧状の
凸部１０１１Ａを形成し、この凸部１０１１Ａを光入射
側基板１０１１よりも屈折率の高い材料１０５１で平坦
化して光路変更素子を構成してもよい。そして、このよ
うな光路変更素子によっても、前記各実施形態と同様の
作用、効果を享受することができる。尚、凸部形状は断
面形状が円弧状に限られず、三角形状としても、プリズ
ム効果により同様の作用、効果を享受できる。

【００５０】さらに、前記第２実施形態では、ＣＭＰに
より光入射側基板８１１の液晶６１３と対向する面を平
坦化していたが、これに限らず、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂等の
透明な誘電体からなる平坦化層を、光入射側基板の液晶
素子と対向する面に形成してもよい。そして、前記各実
施形態では、複数の色光Ｒ、Ｇ、Ｂを１枚の液晶装置６
０、８０、９０で変調するいわゆる単板型のプロジェク
タであったが、これに限られない。すなわち、画素の大
きさが小さく、入射光束をマイクロレンズアレイ等で集
光させて画素に導入する必要があるプロジェクタであれ
ば、２つの色光を扱う空間色分離型電気光学装置を用い
て構成した二板式プロジェクタや、モノクロの電気光学
装置を用いて構成した三板式のプロジェクタであって
も、本発明を採用することができる。その他、本発明の
実施の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的
を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

【００５１】

【発明の効果】このような本発明によれば、電気光学装
置を構成する光入射側基板が光路変更素子を備えている
ので、所定の集光角で電気光学装置の画素に導入される
光束は、その主光線の方向が光路変更素子によって曲げ
られ、略垂直な角度で電気光学装置から射出される。従
って、電気光学装置から射出される光の角度を小さくす
ることにより、Ｆ値の大きな、比較的小口径のレンズを
備えた投写光学系を用いても明るい投写画像を表示で
き、プロジェクタの低コスト化と小型化を図りやすい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの構
造を表す模式図である。

【図２】前記実施形態における色分離光学系の構造を表
す模式図である。

【図３】前記実施形態における電気光学装置の構造を表
す分解斜視図である。

【図４】前記実施形態における液晶装置の水平方向断面
図である。

【図５】本発明の第２実施形態に係るプロジェクタを構
成する液晶装置の構造を表す水平方向断面図である。

【図６】前記実施形態の変形となる液晶装置の構造を表
す水平方向断面図である。

【図７】前記実施形態の他の変形となる液晶装置の構造
を表す水平方向断面図である。

【図８】従来のプロジェクタの構造を表す要部模式図で
ある。

【図９】従来のプロジェクタに用いられる電気光学装置
の構造を表す断面図である。

【符号の説明】

１０光源５０色分離光学系６０液晶装置（電気光学装置）６１２光射出側基板６１１、８１１、９１１、１０１１光入射側基板６１３液晶（電気光学素子）６３１Ａ単位マイクロレンズ（集光素子）６５１、８５１負レンズ（光路変更素子）６５３光路未変更領域８１１Ａ、９１１Ａ凹部９５１プリズム（光路変更素子）１０１１Ａ凸部１０５１光路変更素子Ｒ、Ｇ、Ｂ３種類の色光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｋ 9/31 Ｃ 9/31 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/00 - 21/30 G02F 1/13 G02F 1/1335 - 1/13363

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源から射出された光束を複
数種類の色光の光束に分離して、各色光の光束を異なる
角度で射出する色分離光学系と、前記色分離光学系から
射出された光束を画像情報に応じて変調する電気光学装
置とを備えたプロジェクタであって、前記電気光学装置は、光入射側基板及び光射出側基板
と、これらの基板に挟持される電気光学素子とを備え、前記光入射側基板の光入射側の面には、該電気光学装置
の各画素に光束を集光して入射させる複数の集光素子
が、光射出側の面には、前記電気光学素子に入射する光
束の光路を曲げる複数の光路変更素子が設けられ、前記光路変更素子は、レンズから形成されてなり、前記複数の光路変更素子の各々の光学中心は、前記複数
の集光素子の境界部分と対応し、前記複数の光路変更素子の互いに隣接する光路変更素子
の間には、光束の光路を変更しない光路未変更領域が介
在しており、前記光路未変更領域は、前記色分離光学系で分離された
複数種類の色光の光束のうち、前記光入射側基板に略直
交して入射する色光の光束のみが通過する位置に対応さ
せて形成され、前記光路未変更領域には、前記入射側基板と屈折率が異
なる物質が存在しないことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
前記光路変更素子は、前記光入射側基板の面に沿った少
なくとも一方向に光束を屈折させる屈折率界面を有する
ことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】請求項１〜請求項２のいずれかに記載のプ
ロジェクタにおいて、前記光路変更素子は、隣接して配
置された複数の前記集光素子からの複数の光束に対し
て、１つの光路変更素子が対応するように配置されてい
ることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項４】請求項１〜請求項２のいずれかに記載のプ
ロジェクタにおいて、前記光路変更素子は複数の光学素
子によって構成され、１つの前記集光素子からの光束に
対して１つの該光学素子が対応するように配置されてい
ることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれかに記載のプ
ロジェクタにおいて、前記光路変更素子が設けられる前
記光入射側基板の光射出側の面は、平坦化されているこ
とを特徴とするプロジェクタ。
【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれかに記載のプ
ロジェクタにおいて、前記光路変更素子は負レンズを用
いて構成されていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項７】請求項６に記載のプロジェクタにおいて、前記負レンズは、前記光入射側基板の厚さ方向に屈折率
を連続的に変化させるように構成されていることを特徴
とするプロジェクタ。
【請求項８】請求項６に記載のプロジェクタにおいて、前記負レンズは、前記光入射側基板の光射出側の面に、
断面形状が円弧状の凹部を形成し、この凹部に該光入射
側基板よりも屈折率の低い材料を充填して構成されてい
ることを特徴とするプロジェクタ。