JP4275972B2 - 表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源からの照射光を、表示する画像データに応じて空間光変調器によって空間光変調し、空間光変調した光を拡大してスクリーン等に表示させるようにした表示装置がある。
【０００３】
このような表示装置では、表示フレームを複数のサブフレームで構成し、空間光変調器に対してサブフレーム毎に画像を切り替え表示させるとともに、サブフレーム毎の画像の切り替えに対応させて空間光変調器によって空間光変調した画像光を偏向させることで、各サブフレームの画像をスクリーン上でずらして表示するようにしたものがある。
【０００４】
また、空間光変調器によって単一の表示フレームを表示する間に、この画像光の偏光方向を複数方向に変えることで、スクリーン上で画像をずらして表示するようにした表示装置がある。
【０００５】
このような表示装置に用いられる空間光変調器には、光源からの照射光を透過させる際に空間光変調する透過型タイプのものと、光源からの照射光を反射させる際に空間光変調する反射型タイプのものとがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、反射型タイプの空間光変調器（反射型空間光変調器）を用いる表示装置では、反射型空間光変調器へ入射する入射光と、反射型空間光変調器で空間光変調された画像光との光路が一部重複する。
【０００７】
そして、上述した従来の技術では、透過型空間光変調器を用いる場合には画像の高精細化を図ることができるが、反射型空間光変調器を用いた場合には十分な高精細化を図ることが困難である。
【０００８】
本発明の目的は、反射型空間光変調器を用いた表示装置が表示する画像において隣接する画素間のにじみを抑制して表示画像の高精細化を図ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の表示装置は、照射光を照射する光源と、前記光源が照射する照射光を複数の画素を用いて空間光変調した画像光を反射する反射型空間光変調器と、前記反射型空間光変調器に対して、表示フレームを複数に分割したサブフレーム単位で画像を切り替え表示させる表示制御手段と、前記光源から照射される照射光と前記反射型空間光変調器で空間光変調した画像光とを偏光分離する偏光分離素子と、前記表示制御手段による表示の切り替えに対応させて前記偏光分離素子によって分離された画像光をシフトさせる光路シフト手段と、光路シフト後の画像光を被照射体に拡大投射する拡大光学系と、前記反射型空間光変調器と前記偏光分離素子との間に設けられ、且つ、前記照射光に対するレンズパワーよりも前記画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定された、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズを構成する光学的に透明な一対の基板と、当該基板間に充填された液晶とを有する偏光依存性部材と、前記偏光依存性部材が有する前記各基板に設けられた電極と、前記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が印加する電圧値を調整する電圧調整手段と、を具備する。
【００１０】
したがって、反射型空間光変調器を用いることにより照射光と画像光とで光路が一部重複する場合にもそれぞれの光路をその偏光状態に応じて個々に取り扱うことが可能となる。これによって、反射型空間光変調器を用いた表示装置が表示する画像において隣接する画素間のにじみを抑制して表示画像の高精細化を図ることができる。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板と、このレンズアレイ基板に対向する光学的に透明な平板と、前記レンズアレイ基板と前記平板との間に充填された前記液晶とによって構成されている。
【００１８】
したがって、請求項１記載の発明の作用を奏する偏光依存性レンズアレイを容易に作製することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の表示装置において、前記液晶は、前記レンズアレイ基板の屈折率に等しい常光屈折率または異常光屈折率を有する。
【００２０】
したがって、照射光に対するレンズパワーをなくし、画像光に対してのみレンズパワーを発揮させることが可能になり、表示画像をより高精細化することができる。
【００３０】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置において、前記反射型空間光変調器は光学的に透明な一対の基板間に充填された液晶の配向変化によって空間光変調を行い、前記偏光依存性部材における前記基板は前記反射型空間光変調器における液晶を支持する前記基板を兼ねる。
【００３１】
したがって、反射型空間光変調器で空間光変調した画像光を確実に偏光依存性レンズアレイに入射させるとともに、隣接するレンズへの入射を抑制することができるので、光利用効率の向上とともに表示画像の高精細化を図ることができる。また、偏光依存性レンズアレイに対して反射型空間光変調器における液晶を支持する基板を兼用させることにより、装置の小型化を図ることができる。
【００３２】
請求項５記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置において、前記偏光依存性部材における前記基板は凸または凹レンズ形状であり、レンズアレイ基板の屈折率は前記液晶の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されている。
【００３３】
したがって、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイを実現することができる。
【００３４】
請求項６記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置において、前記偏光分離素子から前記偏光依存性部材に入射する光の偏光方向は前記液晶の光軸に平行または垂直であり、前記基板の屈折率は前記液晶の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されている。
【００３５】
したがって、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイを実現することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態について図１および図２を参照して説明する。本実施の形態は、スクリーン等に投影画像を表示させる表示装置への適用例を示す。
【００３７】
まず、本実施の形態の表示装置全体の光学系構成について説明する。図１は、本実施の形態の表示装置全体の光学系構成を示す概略図である。図１に示すように、表示装置１は、光源部２、照射光学系３、偏光分離素子４、偏光依存性レンズアレイ５、反射型空間光変調器６、画素ずらし素子７および投影手段８を備えている。照射光学系３、偏光分離素子４、偏光依存性レンズアレイ５、反射型空間光変調器６、画素ずらし素子７および投影手段８は、光源部２から照射した光をスクリーン９へ導く光路１０上に設けられている。
【００３８】
光源部２は、光を出射する光源１１や、光源１１から出射された光を一方向に向けて照射させるための放物鏡１２等によって構成されている。なお、このような光源部２については、公知の技術であるため説明を省略する。
【００３９】
照射光学系３は、フライアイレンズアレイ１３，１４およびコンデンサレンズ１５によって構成されている。照射光学系３は、光源部２から照射された光を、フライアイレンズアレイ１３，１４によって均一化し、コンデンサレンズ１５によって集光する。
【００４０】
偏光分離素子４は、ある方向に偏光する光を透過し、この偏光方向に直交する方向に偏光する光を反射する。本実施の形態では、偏光分離素子４として偏光ビームスプリッタが用いられている。以降、偏光ビームスプリッタに符号４を付して説明する。本実施の形態の偏光ビームスプリッタ４は、図１中紙面上下方向に偏光する光を透過し、図１中紙面表裏方向に偏光する光を反射する。これにより、光源部２から反射型空間光変調器６へ向けて照射される照射光と、反射型空間光変調器６によって空間光変調された画像光とを分離することが可能になる。
【００４１】
反射型空間光変調器６は、アレイ状に配列された複数の画素を有しており、各画素を選択的にＯＮ／ＯＦＦさせることにより、照射光を空間光変調して画像光を生成する。反射型空間光変調器６によって、画像光は、照射光に対してλ／２の位相差が付与されて、偏光方向が９０°回転されている。
【００４２】
本実施の形態では、反射型空間光変調器６として、反射型液晶パネルが用いられている。公知の技術であるため詳細な図示および説明を省略するが、反射型空間光変調器は、対をなす基板と、この基板間に狭持された液晶とによって構成される液晶セルを備えている。基板には、液晶駆動用のトランジスタや電極(いずれも図示せず)が複数設けられている。これらの液晶駆動用のトランジスタおよび電極にはドライバが接続されている。ドライバは、図示しない表示制御回路によって駆動制御されて、反射型空間光変調器６による空間光変調を制御する。ここに、表示制御手段としての機能が実現される。
【００４３】
画素ずらし素子７は、偏光ビームスプリッタ４で反射された画像光を、サブフレームに対応させてシフトさせる。ここに、光路シフト手段が実現されている。なお、入射された光をシフトさせて出射する画素ずらし素子７については、公知の技術であるため説明を省略する。
【００４４】
投影手段８は、画素ずらし素子７を透過した画像光をスクリーンへ向けて拡大表示させる。ここに、投影手段８によって拡大光学系が実現されている。例えば、投影手段８として、拡大レンズを用いることができる。
【００４５】
次に、偏光依存性レンズアレイ５について説明する。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ５によって偏光依存性部材が実現されている。偏光依存性レンズアレイ５は、反射型空間光変調器６と偏光ビームスプリッタ４との間に設けられており、偏光依存性を有する複数のレンズがアレイ状に配列されて構成されている。偏光依存性レンズアレイ５における各レンズは、反射型空間光変調器６における各画素に対応して配置されている。偏光依存性レンズアレイ５は、偏光ビームスプリッタ４側から照射される照射光と、反射型空間光変調器６で空間光変調された画像光とに対して、それぞれ異なる偏光依存性を有している。
【００４６】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ５は、照射光に対する曲率半径と画像光に対する曲率半径とを異ならせることで、照射光に対するレンズパワーよりも画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定されている。
【００４７】
特に図示しないが、本実施の形態の表示装置１は、表示装置１が備える各部を駆動制御する制御系を備えており、上述した反射型空間光変調器６、画素ずらし素子７等は、この制御系が備えるコンピュータに格納されたコンピュータプログラムに基づいて駆動制御される。
【００４８】
このような構成において、光源部２から出射された照射光は、照射光学系３によって均一化および集光されて偏光ビームスプリッタ４へ入射される。偏光ビームスプリッタ４は、紙面上下方向に偏光する光を透過させ、反射型空間光変調器６へ向けて照射する。
【００４９】
反射型空間光変調器６は、制御部によって駆動制御され、入射される照射光を表示フレーム単位で空間光変調する。この空間光変調により、紙面表裏方向に偏光された画像光が生成される。反射型空間光変調器６は、入射される照射光に対して空間光変調されて反射される画像光にλ／２の位相差を発生させ、偏光方向を９０°回転させる。
【００５０】
画素ずらし素子７は、制御部によって駆動制御されて、反射型空間光変調器６によって空間光変調した画像光をシフトさせる。このとき、画素ずらし素子７は、スクリーン上に投射される画像光が画素の配列方向に任意の距離だけシフトされるように、画像光をシフトさせる。本実施の形態では、反射型空間光変調器６によって単一の表示フレームの空間光変調を行う間に、スクリーン９上に投射される画像光の照射位置が互いに重ならない４ヵ所に照射されるように、画像光をシフトさせる。
【００５１】
投射レンズ８は、画素ずらし素子７によって偏向された画像光を拡大してスクリーン９上に投射する。
【００５２】
これによって、サブフィールド画像が所定量の変位を受け、反射型空間光変調器６の画素数を実際に増倍することなく、観察者に対して、反射型空間光変調器６が表示する画像の４倍の解像度を有する画像を表示することができ、高精細な画像を表示することができる。
【００５３】
なお、反射型空間光変調器６によって空間光変調されなかった照射光は、偏光ビームスプリッタを透過して光源側に戻される。
【００５４】
ところで、本実施の形態の表示装置１では、反射型空間光変調器６と偏光ビームスプリッタ４との間に偏光依存性レンズアレイ５が設けられている。上述したように、この偏光依存性レンズアレイ５は、偏光ビームスプリッタ４側から照射される照射光と、反射型空間光変調器６から反射された画像光（画像光）とに対して、それぞれ異なる偏光依存性を有している。上述したように、本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ５は、単一の偏光依存性レンズアレイ５において照射光に対する曲率半径と画像光に対する曲率半径とを異ならせることで、照射光に対するレンズパワーよりも画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定されている。
【００５５】
ここで、図２は、表示装置１の一部を示す斜視図である。図２に示すように、偏光依存性レンズアレイ５は、矢印Ａで示す方向の光軸（光学異方性の軸）を備えている。図２中、矢印Ａで示す方向に平行な偏光に対する屈折率をｎｅ、矢印Ａで示す方向に直交する偏光（図２中矢印Ｂ）に対する屈折率をｎｏとすると、偏光ビームスプリッタ４を透過した照射光の偏光方向は、偏光依存性レンズアレイ５の光軸方向Ａに対して直交し、その屈折率はｎｏとなる。
【００５６】
反射型空間光変調器６における画素が明状態の場合、画像光として反射される光の偏光方向は偏光依存性レンズアレイ５の光軸に平行な方向となり、画像光に対する偏光依存性レンズアレイ５の屈折率はｎｅとなる。ここで、偏光依存性レンズアレイ５の曲率半径をｒとすると、この偏光依存性レンズアレイ５の焦点距離は、以下に示す（１）式、（２）式によって表される。
照射光に対する焦点距離：ｆ＝ｒ／（ｎｏ−１） …（１）
画像光に対する焦点距離：ｆ＝ｒ／（ｎｅ−１） …（２）
【００５７】
（１）式、（２）式によれば、照射光（往路）と投射光（復路）とに対して偏光依存性レンズアレイ５焦点距離を変える、すなわち、レンズパワーを変えることができる。
【００５８】
このような偏光依存性レンズアレイ５を用いることにより、本実施の形態の表示装置では、反射型空間光変調器６を用いているにも拘わらず、照射光と画像光との光路を異ならせることができ、画素ずらし素子７を駆動することによって光路をシフトさせた場合にも、スクリーン９上で隣接する画素間のにじみを抑制することができるので、表示画像の高精細化を図るとともに、この偏光依存性レンズアレイ５の設計自由度を高くすることができる。
【００５９】
なお、本実施の形態においては、反射型空間光変調器６が１枚の液晶によって構成されているが、これに限るものではなく、例えば、偏光依存性レンズアレイ５と反射型空間光変調器６とを２組以上積層して、各組において偏光依存性レンズアレイ５と反射型空間光変調器６との間に色分離素子を配置する構成としてもよい。これによって、スクリーン上にカラー画像を表示することができる。
【００６０】
また、本実施の形態では、図１中紙面上下方向に偏光する光を透過し図１中紙面表裏方向に偏光する光を反射する偏光ビームスプリッタ４としたが、これに限るものではなく、図１中紙面上下方向に偏光する光を反射し図１中紙面表裏方向に偏光する光を透過する偏光ビームスプリッタを用いてもよい。ただし、このような偏光ビームスプリッタを用いる場合、偏光依存性レンズアレイ５の偏光依存性を図１に示す偏光依存性と逆転させる。
【００６１】
加えて、本実施の形態では、画像の表示に際して、反射型空間光変調器６が表示する単一の表示フレームの画像を画素ずらし素子によって複数位置にシフトさせることで表示画像の高精細化を図るようにしたが、表示方式としてはこれに限るものではなく、例えば、反射型空間光変調器６が表示する単一の表示フレームの画像を時間的に分割した複数のサブフレームによって構成し、反射型空間光変調器６による照射光の空間光変調をサブフレーム毎に行うとともに、このサブフレームの切り替えに同期させて画素ずらし素子７を動作させることによって、単一の表示フレームの画像を表示させることにより、表示画像の高精細化を図るようにしてもよい。
【００６２】
このとき、表示フレームの分割数は、２以上であることが好ましく、上限は、表示フレーム周期、反射型空間光変調器６での画像更新に要する走査時間、表示フレームの分割数等に応じて設定される。
【００６３】
次に、本発明の第２の実施の形態について図３を参照して説明する。なお、第1の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。以下、同様とする。
【００６４】
図３は、本発明の第２の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図３に示すように、本実施の形態の表示装置２０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ２１と反射型空間光変調器２２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【００６５】
本実施の形態の表示装置２０では、偏光依存性部材としての偏光依存性レンズアレイ２１と、反射型空間光変調器２２とが互いに接触した状態で配置されている。
【００６６】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ２１におけるレンズパワーは、上述と同様に、照射光と画像光とで異なっており、照射光に対するレンズパワーよりも画像光に対するレンズパワーの方が大きくなるように設定されている。
【００６７】
反射型空間光変調器２２は、液晶２３と、図示しない反射電極を含むシリコンバックプレーン２４とを備えている。本実施の形態の反射型空間光変調器２２における液晶２３は、シリコンバックプレーン２４と偏光依存性レンズアレイ２１との間に狭持されている。
【００６８】
このような構成の表示装置においては、偏光依存性レンズアレイ２１が反射型空間光変調器２２の液晶２３に接触配置されているため、反射型空間光変調器２２で空間光変調された画像光を、各画像光を生成した画素に対応するレンズにそれぞれ入射させることができる。これによって、反射型空間光変調器２２で空間光変調されて画像光が偏光依存性レンズアレイ２１における対応するレンズへ入射される際に、このレンズに隣接する別のレンズへ入射してしまうことを減少させることができる。
【００６９】
これによって、光利用効率を向上させることができ、表示画像をより高精細化することができる。
【００７０】
次に、本発明の第３の実施の形態について図４を参照して説明する。図４は、本発明の第３の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図４に示すように、本実施の形態の表示装置３０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ３１と反射型空間光変調器３２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【００７１】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ３１は、偏光依存性を有する複数のレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板３３と、このレンズアレイ基板３３に対して平行に対向する板状の平行平板３４と、レンズアレイ基板３３と平行平板３４との間に狭持された一軸光学異方性材料３５とを有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ３１によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板３４によって光学的に透明な平板が実現されている。
【００７２】
レンズアレイ基板３３および平行平板３４は、光学的に異方性である必要は無い。レンズアレイ基板３３および平行平板３４は、例えば、合成石英や光学ガラス等によって形成することができる。
【００７３】
反射型空間光変調器３２は、第1の実施の形態の反射型空間光変調器６と同様である。
【００７４】
このように、レンズアレイ基板３３と平行平板３４との間に一軸光学異方性材料３５を狭持させた偏光依存性レンズアレイ３１とすることにより、一軸光学異方性材料３５に対して直接レンズアレイ加工を施すことなく、照射光と投射光とに対するレンズパワーを変えることができ、偏光依存性レンズアレイ３１を容易に作製することができる。
【００７５】
なお、本実施の形態においては、図４に示すように、偏光ビームスプリッタ４側にレンズアレイ基板３３を配置したが、これに限るものではなく、レンズアレイ基板３３を反射型空間光変調器３２側に配置し平行平板３４を偏光ビームスプリッタ４側に配置してもよい。
【００７６】
次に、本発明の第４の実施の形態について図５を参照して説明する。図５は、本発明の第４の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図５に示すように、本実施の形態の表示装置４０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ４１と反射型空間光変調器４２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【００７７】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ４１は、２枚のレンズアレイ基板４３，４４と、このレンズアレイ基板４３，４４間に狭持された一軸異方性材料４５とを有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ４１によって偏光依存性部材が実現されている。
【００７８】
レンズアレイ基板４３，４４は、光学的に異方性である必要はなく、例えば、合成石英や光学ガラス等によって形成することができる。
【００７９】
また、反射型空間光変調器４２は、第1の実施の形態の反射型空間光変調器６と同様である。
【００８０】
このような構成を有する表示装置４０では、偏光依存性レンズアレイ４１が有する各レンズアレイ基板４３，４４におけるレンズパワーを、レンズアレイ基板４３，４４毎に調整することが可能になり、これによって偏光依存性レンズアレイ４１の設計自由度を向上させることができる。
【００８１】
なお、本実施の形態では、図５に示すように、レンズアレイ基板４３，４４の形状を、いずれも凸レンズアレイ形状としたが、レンズアレイ基板４３，４４の形状はこれに限るものではなく、どちらか一方または両方のレンズアレイ基板４３，４４の形状を凹レンズアレイ形状としても良い。
【００８２】
次に、本発明の第５の実施の形態について図６を参照して説明する。図６は、本発明の第５の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図６に示すように、本実施の形態の表示装置５０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ５１と反射型空間光変調器５２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【００８３】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ５１は、偏光依存性を有する複数のレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板５３と、このレンズアレイ基板５３に対して平行に対向する板状の平行平板５４と、レンズアレイ基板５３と平行平板５４との間に充填された一軸光学異方性材料５５とを有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ５１によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板５４によって光学的に透明な平板が実現されている。
【００８４】
レンズアレイ基板５３は、凸レンズ形状の複数のレンズをアレイ状に配列することにより構成されている。一軸異方性材料５５の異常光屈折率をｎｅとすると、レンズアレイ基板５３の屈折率は、一軸異方性材料５５の異常光屈折率ｎｅとほぼ等しく設定されている。平行平板５４の屈折率は、任意に設定することが可能である。
【００８５】
一軸異方性材料５５は、偏光ビームスプリッタ４を透過する照射光（ｐ偏光）の振動方向と平行な光軸を有している。この光軸は、平行平板５４の面方向に対して平行であり、かつ、図６中紙面上下方向とされている。
【００８６】
反射型空間光変調器５２は、該画素の大きさを小さくする図示しないレンズが各画素に対応してアレイ状に配列されたレンズアレイを備えている。
【００８７】
このような構成を有する表示装置５０では、レンズアレイ基板５３と一軸異方性材料５５の屈折率がほぼ等しく設定されているため、偏光ビームスプリッタ４を透過する照射光は、レンズアレイ基板５３の作用を受けず、反射型空間光変調器５２へ向けて照射される。この照射光は、反射型空間光変調器５２によって、偏光状態が９０°回転されて画像光として反射される。
【００８８】
このため、反射型空間光変調器５２で反射されて一軸異方性材料５５に再度入射する画像光は、一軸異方性材料５５の屈折率を常光屈折率ｎｏと感じ、レンズアレイ基板の屈折率を略ｎｅと感じる。これにより、ほぼ（ｎｅ−ｎｏ）の屈折率差が生じ、この屈折率差によってレンズ効果を奏することができる。
【００８９】
すなわち、本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ５１によれば、照射光に対してはレンズ機能を発揮することなく、画像光に対してレンズ機能を発揮させることができる。
【００９０】
これによって、反射型空間光変調器５２にレンズアレイを用いて画素の大きさを小さくする光学系にもかかわらず、透過型空間光変調器とレンズアレイを用いた動作を実現できる。すなわち、各画素に対応する図示しないレンズによって該画素の大きさを小さくすることによって図られる表示画像の高精細化をより効果的に実現することができる。
【００９１】
また、画像光に対してのみレンズ効果を発揮させることができるため、光利用効率を低下させるがなく、画素ずらし素子７による画像光のシフトと併用することによって表示画像のより一層の高精細化を図ることができる。
【００９２】
なお、図６では、偏光依存性レンズアレイ５１のレンズアレイ基板５３を凸レンズ形状としたが、これに限るものではなく、図７に示す表示装置５０’のように偏光依存性レンズアレイ５１’のレンズアレイ基板５３’を凹レンズ形状としてもよい。このとき、凹レンズ形状とされたレンズアレイ基板５３’の屈折率は、一軸異方性材料５５の常光屈折率ｎｏにほぼ等しく設定されている。また、図７に示す表示装置５０’においても、平行平板５４の屈折率を、任意の値を設定することが可能である。加えて、表示装置５０’における一軸異方性材料５５の光軸は、図７中紙面上下方向に設定されている。
【００９３】
このような構成を有する表示装置５０’では、偏光ビームスプリッタ４を透過した照射光が、凹形状に形成されたレンズアレイ基板５３’と一軸異方性材料５５の屈折率ｎｏとをほぼ同じと感じるため、レンズ作用を受けずに反射型空間光変調器５２に向かい、反射型空間光変調器５２によって空間光変調されて画像光として反射される。
【００９４】
そして、反射型空間光変調器５２で空間光変調された画像光は、入射光に対して偏光方向が９０°回転されるため、一軸異方性材料５５の屈折率ｎｅとレンズアレイ基板５３’の屈折率ほぼｎｏとの差を感じ、レンズアレイ基板５３’によってレンズ機能を受けることとなる。
【００９５】
これによって、反射型空間光変調器５２にレンズアレイを用いて画素の大きさを小さくする光学系にもかかわらず、透過型空間光変調器とレンズアレイを用いた動作を実現できる。すなわち、各画素に対応する図示しないレンズによって該画素の大きさを小さくすることによって図られる表示画像の高精細化をより効果的に実現することができる。
【００９６】
なお、本実施の形態では、上述した図６および図７で説明した表示装置における偏光依存性レンズアレイ５１または５１’において、以下に示す（３）式および（４）式、または（５）式および（６）式を満たしている状態を、レンズアレイ基板５３または５３’の屈折率が一軸異方性材料５５の常光屈折率／異常光屈折率にほぼ等しくなる状態であるとする。
【００９７】
すなわち、基板の屈折率をＮとした場合に、この屈折率Ｎが常光屈折率ｎｏにほぼ等しいということは、以下に示す（３）式を満たすことを表す。
｜Ｎ−ｎｏ｜＜｜ｎｅ−ｎｏ｜ …（３）
【００９８】
なお、この屈折率Ｎが常光屈折率ｎｏにほぼ等しいということは、以下に示す（４）式を満たすことがより好ましい。
【００９９】
｜Ｎ−ｎｏ｜＜０．１×｜ｎｅ−ｎｏ｜ …（４）
【０１００】
同様に、屈折率Ｎが異常光屈折率ｎｅにほぼ等しいということは、以下に示す（５）式を満たすことを表す。
｜Ｎ−ｎｅ｜＜｜ｎｅ−ｎｏ｜ …（５）
【０１０１】
なお、この屈折率Ｎが異常光屈折率ｎｅにほぼ等しいということは、以下に示す（６）式を満たすことがより好ましい。
｜Ｎ−ｎｅ｜＜０．１×｜ｎｅ−ｎｏ｜ …（６）
【０１０２】
次に、本発明の第６の実施の形態について図８を参照して説明する。図８は、本発明の第６の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図８に示すように、本実施の形態の表示装置６０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ６１と反射型空間光変調器６２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【０１０３】
本実施の形態の表示装置における偏光依存性レンズアレイ６１は、２枚のレンズアレイ基板６３，６４と、これらのレンズアレイ基板６３，６４の間に充填される一軸異方性材料６５とを有している。レンズアレイ基板６３，６４は、ともに、凸レンズ形状の複数のレンズをアレイ状に配列することにより構成され、各々のレンズ面を対向させた状態でその間に一軸異方性材料６５が充填された構造を有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ６１によって偏光依存性部材が実現されている。
【０１０４】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ６１は、レンズアレイ基板６３，６４と一軸異方性材料６５との界面において、照射光に対するレンズ作用が無く、画像光に対してレンズ機能を発揮する。
【０１０５】
ここで、一軸異方性材料６５の常光屈折率ｎｏ、一軸異方性材料６５の異常光屈折率ｎｅとしたとき、レンズアレイ基板６３，６４の少なくとも一方の屈折率は、一軸異方性材料６５の異常光屈折率ｎｅとほぼ等しく設定されている。なお、屈折率が「ほぼ等しい」の定義は上述と同様である。
【０１０６】
一軸異方性材料６５の光軸は、図８中紙面上下方向であって、照明光に対して垂直な方向に設定されている。
【０１０７】
このような構成の表示装置６０においては、偏光依存性レンズアレイ６１におけるレンズアレイ基板６３，６４の少なくとも一方の屈折率を一軸異方性材料６５の異常光屈折率ｎｅに等しく設定されているため、照射光と画像光とに対して、偏光依存性レンズアレイ６１が作用させるレンズのパワーを変えることができる。
【０１０８】
なお、特に図示しないが、レンズアレイ基板６３，６４の屈折率をともに異常光屈折率ｎｅとほぼ同じく設定することにより、偏光依存性レンズアレイ６１に対して、照射光に対するレンズ機能を発揮せず、画像光に対してのみレンズ機能を発揮させることができる。
【０１０９】
このような構成とすることにより、例えば、上述の第５の実施の形態で説明したように、レンズアレイ基板５３，５３’と平行平板５４を用いる偏光依存性レンズアレイ５１、５１’を用いる場合と比較して、画像光に対してのみレンズ機能を発揮させるとともに、画像光に対して発揮するレンズパワーを大きくすることができる。
【０１１０】
次に、本発明の第７の実施の形態について図９を参照して説明する。図９は、本発明の第７の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図９に示すように、本実施の形態の表示装置７０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ７１と反射型空間光変調器７２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【０１１１】
本実施の形態の表示装置７０における偏光依存性レンズアレイ７１は、２枚のレンズアレイ基板７３，７４と、このレンズアレイ基板７３，７４間に充填された一軸異方性材料７５とを有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ７１によって偏光依存性部材が実現されている。
【０１１２】
レンズアレイ基板７３，７４は、それぞれ凹状のレンズがアレイ状に複数配列された構成を有している。２枚のレンズアレイ基板７３，７４のうち少なくとも一方のレンズアレイ基板７３または７４の屈折率は、一軸異方性材料７５の常光屈折率ｎｏとほぼ等しく設定されている。なお、屈折率が「ほぼ等しい」の定義は上述と同様である。
【０１１３】
一軸異方性材料７５の光軸は、図９中紙面上下方向に設定されている。
【０１１４】
このような構成によれば、少なくとも一方のレンズアレイ基板７３または７４と一軸異方性材料７５とによって、照射光に対してはレンズ効果を発揮させず、画像光に対してのみ凸レンズ効果を発揮させることが可能になり、照射光と投射光でレンズパワーを変えることができる。
【０１１５】
次に、本発明の第８の実施の形態について図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の第８の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図１０に示すように、本実施の形態の表示装置８０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ８１と反射型空間光変調器８２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【０１１６】
図１０に示すように、偏光依存性レンズアレイ８１は、レンズアレイ基板８３と平行平板８４と、レンズアレイ基板８３と平行平板８４との間に充填される一軸異方性材料としての液晶８５とによって構成されている。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ８１によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板８４によって光学的に透明な平板が実現されている。また、本実施の形態では、レンズアレイ基板８３と平行平板８４とによって光学的に透明な一対の基板が実現されている。
【０１１７】
液晶８５は、レンズアレイ基板８３と平行平板８４との間で、ホモジニアス配向されている。
【０１１８】
ところで、レンズアレイ基板８３と平行平板８４との間に充填される一軸異方性材料としての液晶８５における液晶分子の配向方向、および、液晶８５における屈折率とレンズアレイ基板８３および平行平板８４の屈折率の組合せは、複数通り設定することが可能である。なお、液晶８５の常光屈折率をｎｏとし、異常光屈折率をｎｅとする。
【０１１９】
ここで、例えば、レンズアレイ基板８３の屈折率をほぼｎｅとし、液晶８５における液晶分子の配向方向を図１０中紙面平行とし、平行平板８４の屈折率を任意とする構成が考えられる。このような構成においては、レンズアレイ基板８３は照射光に対してレンズ効果を発揮せず、反射型空間光変調器８２で空間光変調された画像光に対してのみレンズ効果を発揮させることが可能である。
【０１２０】
また、例えば、レンズアレイ基板８３を凹レンズ形状のレンズアレイ基板（図示せず）とし、この凹レンズ形状のレンズアレイ基板の屈折率を液晶８５の常光屈折率ｎｏにほぼ等しくし、液晶５における液晶分子の配向方向を図１０中紙面に垂直方向とする構成が考えられる。このような構成においては、照射光に対してはレンズ効果を発揮せず、空間光変調された画像光に対してのみレンズ効果を発揮させることができる。
【０１２１】
いずれにせよ、本実施の形態のように、一軸異方性材料として液晶８５を用いることにより、レンズアレイ基板８３と平行平板８４との間に液晶８５を隙間無く充填する、すなわち、レンズアレイ基板８３と平行平板８４との間全体に亘って一軸異方性を持たせることが可能になるので、照射光に対してはレンズ効果を発揮せずに画像光に対してのみレンズ効果を発揮させることができる偏光依存性レンズアレイ８１を、固形の一軸異方性材料を加工する場合と比較して容易に作製することができる。
【０１２２】
次に、本発明の第９の実施の形態について図１１を参照して説明する。図１１は、本発明の第９の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図１１に示すように、本実施の形態の表示装置９０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ９１と反射型空間光変調器９２との配列状態が、上述の実施の形態と異なり、偏光依存性レンズアレイ９１と反射型空間光変調器９２とが一体化されている。
【０１２３】
偏光依存性レンズアレイ９１は、レンズアレイ基板９３と、平行平板９４と、レンズアレイ基板９３と平行平板９４との間に充填される一軸異方性材料としての液晶９５とから構成されている。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ９１によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板９４によって光学的に透明な平板が実現されている。また、本実施の形態では、レンズアレイ基板９３と平行平板９４とによって光学的に透明な一対の基板が実現されている。レンズアレイ基板９３および平行平板９４の屈折率と、液晶９５の屈折率および液晶の配向方向との組合せは、上述と同様に複数種類挙げることができる。なお、液晶９５の常光屈折率はｎｏ、異常光屈折率はｎｅに設定されている。
【０１２４】
反射型空間光変調器９２は、画素反射電極を含むシリコンバックプレーン９６と、平行平板９４と、シリコンバックプレーン９６と平行平板９４との間に狭持される液晶９７とによって構成されている。すなわち、本実施の形態においては、平行平板９４に対して、偏光依存性レンズアレイ９１における液晶９５の保持と、反射型空間光変調器９２における液晶９７の保持とを兼用させているため、使用する基板数を減らし、また、一体化することで部品サイズを小さくして装置の小型化を図ることができる。
【０１２５】
そして、また、平行平板９４を介して偏光依存性レンズアレイ９１と反射型空間光変調器９２とを一体化することにより、反射型空間光変調器９２で空間光変調されて偏光依存性レンズアレイ９１に入射する画像光が、対応するレンズに加えて隣接するレンズにも入射してしまうことを防止し、光利用効率の向上を図ることができる。これによって、スクリーン９上に表示される画像の高精細化を図ることができる。
【０１２６】
ここで、偏光依存性レンズアレイ９１において、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる場合、偏光ビームスプリッタ４を透過して偏光依存性レンズアレイ９１に入射する光の偏向方向と、偏光依存性レンズアレイ９１におけるレンズ形状と、偏光依存性レンズアレイ９１の屈折率との関係は、以下のように設定する。すなわち、レンズアレイ基板９３を凸レンズ形状とする場合、レンズアレイ基板９３の屈折率を一軸異方性材料である液晶９５の異常光屈折率に等しく設定し、偏光ビームスプリッタ４を透過して偏光依存性レンズアレイ９１に入射する光の偏向方向を液晶９５の異常光屈折率に等しく設定する。これにより、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイ９１を実現することができる。
【０１２７】
また、偏光依存性レンズアレイ９１において、レンズアレイ基板９３を凹レンズ形状とする場合、レンズアレイ基板９３の屈折率を一軸異方性材料である液晶９５の常光屈折率に等しく設定し、偏光ビームスプリッタ４を透過して偏光依存性レンズアレイ９１に入射する光の偏向方向を液晶９５の常光屈折率に等しく設定することにより、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイ９１を実現することができる。
【０１２８】
また、偏光ビームスプリッタ４を透過して偏光依存性レンズアレイ９１に入射する光の偏光方向を一軸異方性材料の光軸に平行とし、レンズアレイ基板９３の屈折率を一軸異方性材料である液晶９５の異常光屈折率に等しく設定することによって、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイ９１を実現することができる。
【０１２９】
さらに、偏光ビームスプリッタ４を透過して偏光依存性レンズアレイ９１に入射する光の偏光方向を一軸異方性材料の光軸に垂直（直交させる）とし、レンズアレイ基板９３の屈折率を一軸異方性材料である液晶９５の常光屈折率に等しく設定することによって、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイ９１を実現することができる。
【０１３０】
次に、本発明の第１０の実施の形態について図１２および図１３を参照して説明する。図１２は、本発明の第１０の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図１２に示すように、本実施の形態の表示装置１００は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ１０１と反射型空間光変調器１０２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【０１３１】
偏光依存性レンズアレイ１０１は、レンズアレイ基板１０３と、平行平板１０４と、レンズアレイ基板１０３および平行平板１０４間に狭持された液晶１０５とによって構成されている。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ１０１によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板１０４によって光学的に透明な平板が実現されている。また、本実施の形態では、レンズアレイ基板１０３と平行平板１０４とによって光学的に透明な一対の基板が実現されている。
【０１３２】
液晶１０５における液晶分子１０５ａ（図１３参照）は、その長軸方向が平行平板１０４に対して平行となるように配向されている。また、液晶分子１０５ａの長軸方向は、紙面に平行となるように配向されている。なお、液晶９５の常光屈折率はｎｏ、異常光屈折率はｎｅに設定されている。
【０１３３】
レンズアレイ基板１０３の屈折率は、液晶９５の常光屈折率はｎｏにほぼ等しく設定されている。また、レンズアレイ基板１０３の誘電率は、液晶１０５の誘電率との差が極力小さくなるように設定されている。
【０１３４】
本実施の形態のレンズアレイ基板１０３には、レンズが形成されていない平面とされた一面側に、透明電極１０６が設けられている。
【０１３５】
平行平板１０４には、レンズアレイ基板１０３側の面に、透明電極１０７が設けられている。
【０１３６】
加えて、表示装置１００は、レンズアレイ基板１０３に設けられた透明電極１０６と、平行平板１０４に設けられた透明電極１０７との間に電圧を印加する電圧印加手段１０８を備えている。電圧印加手段１０８は、例えば、交流電源等によって実現することができる。表示装置１００が備える図示しない制御系は、電圧印加手段１０８が透明電極１０６，１０７間に印加する電圧値を調整する。ここに電圧調整手段が実現されている。
【０１３７】
このような表示装置１００において、電圧印加手段１０８によって、透明電極１０６，１０７間に電圧を印加すると、印加電圧が十分に小さい場合には、図１３（ａ）に示すように、液晶分子１０５ａの配向状態が初期状態のままで維持されている。
【０１３８】
制御系により制御により、電圧印加手段１０８が透明電極１０６，１０７間に電圧を印加する電圧を大きくしていくと、印加された電圧に応じて、液晶分子１０５ａは、図１３（ｂ）に示すように、長軸方向を紙面に平行にしたまま紙面内を回転するように傾き始める。
【０１３９】
ここで、液晶分子１０５ａが、図１３（ａ）に示す状態である場合、照射光はレンズアレイ基板１０３と液晶１０５との間での屈折率差を感じないため、レンズ効果を受けずに偏光依存性レンズアレイ１０１を透過する。
【０１４０】
この照射光が反射型空間光変調器１０２によって空間光変調されることにより生成される画像光は、照射光に対して偏向方向が９０°回転されているため、偏光依存性レンズアレイ１０１における屈折率差とレンズの曲面とによってレンズ効果を受ける。
【０１４１】
液晶分子１０５ａが図１３（ｂ）に示す状態である場合、図１３（ａ）の場合と比較して、屈折率差が小さくなる。このため、画像光に対して発揮されるレンズパワーが小さくなり、反射型空間光変調器１０２で空間光変調された画像光が受けるレンズ効果は小さくなる。
【０１４２】
すなわち、本実施の形態のように、液晶１０５を狭持するレンズアレイ基板１０３と平行平板１０４とに、それぞれ透明電極１０６，１０７を設け、透明電極１０６，１０７間に印加する電圧を調整することによって反射型空間光変調器１０２で空間光変調された画像光が受けるレンズ効果を可変することができる。
【０１４３】
ところで、光源部２から発光される照射光の配向分布にはばらつきがあり、また、表示装置１００の組み立てに際してばらつきが生じるため、結果として、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきが生じることがある。
【０１４４】
これに対し、本実施の形態の表示装置１００では、透明電極１０６，１０７間に印加する電圧を調整することにより偏光依存性レンズアレイ１０１のレンズパワーを調整することができるので、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきを抑制することができる。
【０１４５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の表示装置によれば、照射光を照射する光源と、前記光源が照射する照射光を複数の画素を用いて空間光変調した画像光を反射する反射型空間光変調器と、前記反射型空間光変調器に対して、表示フレームを複数に分割したサブフレーム単位で画像を切り替え表示させる表示制御手段と、前記光源から照射される照射光と前記反射型空間光変調器で空間光変調した画像光とを偏光分離する偏光分離素子と、前記表示制御手段による表示の切り替えに対応させて前記偏光分離素子によって分離された画像光をシフトさせる光路シフト手段と、光路シフト後の画像光を被照射体に拡大投射する拡大光学系と、前記反射型空間光変調器と前記偏光分離素子との間に設けられ、且つ、前記照射光に対するレンズパワーよりも前記画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定された、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズを構成する光学的に透明な一対の基板と、当該基板間に充填された液晶とを有する偏光依存性部材と、前記偏光依存性部材が有する前記各基板に設けられた電極と、前記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が印加する電圧値を調整する電圧調整手段と、を具備するため、反射型空間光変調器を用いることにより照射光と画像光とで光路が一部重複する場合にもそれぞれの光路をその偏光状態に応じて個々に取り扱うことが可能となり、これによって、反射型空間光変調器を用いた表示装置が表示する画像において隣接する画素間のにじみを抑制して表示画像の高精細化を図ることができる。また、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応付けられて前記照射光に対するレンズパワーよりも前記画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定されたレンズを有するため、反射型空間光変調器を用いたにも拘わらず、照射光と画像光との光路を異ならせることができる。また、前記偏光依存性部材は、光学的に透明な液晶によって形成されているため、偏光依存性部材を容易に作製することができる。また、前記液晶は光学的に透明な一対の基板間に充填されているため、液晶を狭持する基板間に隙間無く充填することができるので、偏光依存性レンズアレイを大型化することがなく、また、結晶状態の一軸異方性材料を用いる場合と比較して、この一軸異方性材料自体をレンズアレイ構造に加工する作業を不要とすることができる。また、前記偏光依存性部材が有する前記各基板に設けられた電極と、前記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が印加する電圧値を調整する電圧調整手段と、を具備するため、光源から発光される照射光の配向分布におけるばらつきや、表示装置の組み立てに際してのばらつきによって、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきが生じた場合にも、電極に印加する電圧を調整することにより偏光依存性レンズアレイのレンズパワーを調整することができるので、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきを抑制することができる。
【０１４９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板と、このレンズアレイ基板に対向する光学的に透明な平板と、前記レンズアレイ基板と前記平板との間に充填された前記液晶とによって構成されているため、請求項１記載の発明の作用を奏する偏光依存性レンズアレイを容易に作製することができる。
【０１５０】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の表示装置において、前記液晶は、前記レンズアレイ基板の屈折率に等しい常光屈折率または異常光屈折率を有するため、照射光に対するレンズパワーをなくし、画像光に対してのみレンズパワーを発揮させることが可能になり、表示画像をより高精細化することができる。
【０１５５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置において、前記反射型空間光変調器は光学的に透明な一対の基板間に充填された液晶の配向変化によって空間光変調を行い、前記偏光依存性部材における前記基板は前記反射型空間光変調器における液晶を支持する前記基板を兼ねるため、反射型空間光変調器で空間光変調した画像光を確実に偏光依存性レンズアレイに入射させるとともに、隣接するレンズへの入射を抑制することができ、光利用効率の向上とともに表示画像の高精細化を図ることができる。また、偏光依存性レンズアレイに対して反射型空間光変調器における液晶を支持する基板を兼用させることにより、装置の小型化を図ることができる。
【０１５６】
請求項５記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置において、前記偏光依存性部材における前記基板は凸または凹レンズ形状であり、レンズアレイ基板の屈折率は前記液晶の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されているため、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイを実現することができる。
【０１５７】
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置において、前記偏光分離素子から前記偏光依存性部材に入射する光の偏光方向は前記液晶の光軸に平行または垂直であり、前記基板の屈折率は前記液晶の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されているため、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1の実施の形態の表示装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図２】表示装置の一部を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図７】本発明の別の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図１０】本発明の第８の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図１１】本発明の第９の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図１２】本発明の第１０の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図１３】電圧を印加することによる液晶分子の配向変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 表示装置
５ 偏光依存性レンズアレイ
６ 反射型空間光変調器
４ 偏光分離素子
７ 光路シフト手段
８ 拡大光学系
１１ 光源
２０ 表示装置
２１ 偏光依存性レンズアレイ
２４ 反射型空間光変調器
３０ 表示装置
３１ 偏光依存性レンズアレイ
３２ 反射型空間光変調器
３３ レンズアレイ基板
３４ 平板
４０ 表示装置
４１ 偏光依存性レンズアレイ
４２ 反射型空間光変調器
４３，４４ レンズアレイ基板
４５ 一軸異方性材料
５０ 表示装置
５１ 偏光依存性レンズアレイ
５２ 反射型空間光変調器
５３ レンズアレイ基板
５４ 平板
５５ 一軸異方性材料
５０’ 表示装置
５１’ 偏光依存性レンズアレイ
５３’ レンズアレイ基板
６０ 表示装置
６１ 偏光依存性レンズアレイ
６２ 反射型空間光変調器
６３，６４ レンズアレイ基板
６５ 一軸異方性材料
７０ 表示装置
７１ 偏光依存性レンズアレイ
７２ 反射型空間光変調器
７３，７４ レンズアレイ基板
７５ 一軸異方性材料、液晶
８０ 表示装置
８１ 偏光依存性レンズアレイ
８２ 反射型空間光変調器
８３ レンズアレイ基板
８３，８４ 一対の基板
８４ 平板
８５ 一軸異方性材料、液晶
９０ 表示装置
９１ 偏光依存性レンズアレイ
９２ 反射型空間光変調器
９３ レンズアレイ基板
９３，９４ 一対の基板
９４ 平板
９５ 一軸異方性材料、液晶
１００ 表示装置
１０１ 偏光依存性レンズアレイ
１０２ 反射型空間光変調器
１０３ レンズアレイ基板
１０３，１０４ 一対の基板
１０４ 平板
１０５ 一軸異方性材料、液晶
１０８ 電圧印加手段
１０６，１０７ 電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源からの照射光を、表示する画像データに応じて空間光変調器によって空間光変調し、空間光変調した光を拡大してスクリーン等に表示させるようにした表示装置がある。
【０００３】
このような表示装置では、表示フレームを複数のサブフレームで構成し、空間光変調器に対してサブフレーム毎に画像を切り替え表示させるとともに、サブフレーム毎の画像の切り替えに対応させて空間光変調器によって空間光変調した画像光を偏向させることで、各サブフレームの画像をスクリーン上でずらして表示するようにしたものがある。
【０００４】
また、空間光変調器によって単一の表示フレームを表示する間に、この画像光の偏光方向を複数方向に変えることで、スクリーン上で画像をずらして表示するようにした表示装置がある。
【０００５】
このような表示装置に用いられる空間光変調器には、光源からの照射光を透過させる際に空間光変調する透過型タイプのものと、光源からの照射光を反射させる際に空間光変調する反射型タイプのものとがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、反射型タイプの空間光変調器（反射型空間光変調器）を用いる表示装置では、反射型空間光変調器へ入射する入射光と、反射型空間光変調器で空間光変調された画像光との光路が一部重複する。
【０００７】
そして、上述した従来の技術では、透過型空間光変調器を用いる場合には画像の高精細化を図ることができるが、反射型空間光変調器を用いた場合には十分な高精細化を図ることが困難である。
【０００８】
本発明の目的は、反射型空間光変調器を用いた表示装置が表示する画像において隣接する画素間のにじみを抑制して表示画像の高精細化を図ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の表示装置は、照射光を照射する光源と、前記光源が照射する照射光を複数の画素を用いて空間光変調した画像光を反射する反射型空間光変調器と、前記反射型空間光変調器に対して、表示フレームを複数に分割したサブフレーム単位で画像を切り替え表示させる表示制御手段と、前記光源から照射される照射光と前記反射型空間光変調器で空間光変調した画像光とを偏光分離する偏光分離素子と、前記表示制御手段による表示の切り替えに対応させて前記偏光分離素子によって分離された画像光をシフトさせる光路シフト手段と、光路シフト後の画像光を被照射体に拡大投射する拡大光学系と、前記反射型空間光変調器と前記偏光分離素子との間に設けられ、且つ、前記照射光に対するレンズパワーよりも前記画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定された、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズを構成する光学的に透明な一対の基板と、当該基板間に充填された液晶とを有する偏光依存性部材と、前記偏光依存性部材が有する前記各基板に設けられた電極と、前記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が印加する電圧値を調整する電圧調整手段と、を具備する。
【００１０】
したがって、反射型空間光変調器を用いることにより照射光と画像光とで光路が一部重複する場合にもそれぞれの光路をその偏光状態に応じて個々に取り扱うことが可能となる。これによって、反射型空間光変調器を用いた表示装置が表示する画像において隣接する画素間のにじみを抑制して表示画像の高精細化を図ることができる。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板と、このレンズアレイ基板に対向する光学的に透明な平板と、前記レンズアレイ基板と前記平板との間に充填された前記液晶とによって構成されている。
【００１８】
したがって、請求項１記載の発明の作用を奏する偏光依存性レンズアレイを容易に作製することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の表示装置において、前記液晶は、前記レンズアレイ基板の屈折率に等しい常光屈折率または異常光屈折率を有する。
【００２０】
したがって、照射光に対するレンズパワーをなくし、画像光に対してのみレンズパワーを発揮させることが可能になり、表示画像をより高精細化することができる。
【００３０】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置において、前記反射型空間光変調器は光学的に透明な一対の基板間に充填された液晶の配向変化によって空間光変調を行い、前記偏光依存性部材における前記基板は前記反射型空間光変調器における液晶を支持する前記基板を兼ねる。
【００３１】
したがって、反射型空間光変調器で空間光変調した画像光を確実に偏光依存性レンズアレイに入射させるとともに、隣接するレンズへの入射を抑制することができるので、光利用効率の向上とともに表示画像の高精細化を図ることができる。また、偏光依存性レンズアレイに対して反射型空間光変調器における液晶を支持する基板を兼用させることにより、装置の小型化を図ることができる。
【００３２】
請求項５記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置において、前記偏光依存性部材における前記基板は凸または凹レンズ形状であり、レンズアレイ基板の屈折率は前記液晶の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されている。
【００３３】
したがって、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイを実現することができる。
【００３４】
請求項６記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置において、前記偏光分離素子から前記偏光依存性部材に入射する光の偏光方向は前記液晶の光軸に平行または垂直であり、前記基板の屈折率は前記液晶の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されている。
【００３５】
したがって、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイを実現することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態について図１および図２を参照して説明する。本実施の形態は、スクリーン等に投影画像を表示させる表示装置への適用例を示す。
【００３７】
まず、本実施の形態の表示装置全体の光学系構成について説明する。図１は、本実施の形態の表示装置全体の光学系構成を示す概略図である。図１に示すように、表示装置１は、光源部２、照射光学系３、偏光分離素子４、偏光依存性レンズアレイ５、反射型空間光変調器６、画素ずらし素子７および投影手段８を備えている。照射光学系３、偏光分離素子４、偏光依存性レンズアレイ５、反射型空間光変調器６、画素ずらし素子７および投影手段８は、光源部２から照射した光をスクリーン９へ導く光路１０上に設けられている。
【００３８】
光源部２は、光を出射する光源１１や、光源１１から出射された光を一方向に向けて照射させるための放物鏡１２等によって構成されている。なお、このような光源部２については、公知の技術であるため説明を省略する。
【００３９】
照射光学系３は、フライアイレンズアレイ１３，１４およびコンデンサレンズ１５によって構成されている。照射光学系３は、光源部２から照射された光を、フライアイレンズアレイ１３，１４によって均一化し、コンデンサレンズ１５によって集光する。
【００４０】
偏光分離素子４は、ある方向に偏光する光を透過し、この偏光方向に直交する方向に偏光する光を反射する。本実施の形態では、偏光分離素子４として偏光ビームスプリッタが用いられている。以降、偏光ビームスプリッタに符号４を付して説明する。本実施の形態の偏光ビームスプリッタ４は、図１中紙面上下方向に偏光する光を透過し、図１中紙面表裏方向に偏光する光を反射する。これにより、光源部２から反射型空間光変調器６へ向けて照射される照射光と、反射型空間光変調器６によって空間光変調された画像光とを分離することが可能になる。
【００４１】
反射型空間光変調器６は、アレイ状に配列された複数の画素を有しており、各画素を選択的にＯＮ／ＯＦＦさせることにより、照射光を空間光変調して画像光を生成する。反射型空間光変調器６によって、画像光は、照射光に対してλ／２の位相差が付与されて、偏光方向が９０°回転されている。
【００４２】
本実施の形態では、反射型空間光変調器６として、反射型液晶パネルが用いられている。公知の技術であるため詳細な図示および説明を省略するが、反射型空間光変調器は、対をなす基板と、この基板間に狭持された液晶とによって構成される液晶セルを備えている。基板には、液晶駆動用のトランジスタや電極(いずれも図示せず)が複数設けられている。これらの液晶駆動用のトランジスタおよび電極にはドライバが接続されている。ドライバは、図示しない表示制御回路によって駆動制御されて、反射型空間光変調器６による空間光変調を制御する。ここに、表示制御手段としての機能が実現される。
【００４３】
画素ずらし素子７は、偏光ビームスプリッタ４で反射された画像光を、サブフレームに対応させてシフトさせる。ここに、光路シフト手段が実現されている。なお、入射された光をシフトさせて出射する画素ずらし素子７については、公知の技術であるため説明を省略する。
【００４４】
投影手段８は、画素ずらし素子７を透過した画像光をスクリーンへ向けて拡大表示させる。ここに、投影手段８によって拡大光学系が実現されている。例えば、投影手段８として、拡大レンズを用いることができる。
【００４５】
次に、偏光依存性レンズアレイ５について説明する。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ５によって偏光依存性部材が実現されている。偏光依存性レンズアレイ５は、反射型空間光変調器６と偏光ビームスプリッタ４との間に設けられており、偏光依存性を有する複数のレンズがアレイ状に配列されて構成されている。偏光依存性レンズアレイ５における各レンズは、反射型空間光変調器６における各画素に対応して配置されている。偏光依存性レンズアレイ５は、偏光ビームスプリッタ４側から照射される照射光と、反射型空間光変調器６で空間光変調された画像光とに対して、それぞれ異なる偏光依存性を有している。
【００４６】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ５は、照射光に対する曲率半径と画像光に対する曲率半径とを異ならせることで、照射光に対するレンズパワーよりも画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定されている。
【００４７】
特に図示しないが、本実施の形態の表示装置１は、表示装置１が備える各部を駆動制御する制御系を備えており、上述した反射型空間光変調器６、画素ずらし素子７等は、この制御系が備えるコンピュータに格納されたコンピュータプログラムに基づいて駆動制御される。
【００４８】
このような構成において、光源部２から出射された照射光は、照射光学系３によって均一化および集光されて偏光ビームスプリッタ４へ入射される。偏光ビームスプリッタ４は、紙面上下方向に偏光する光を透過させ、反射型空間光変調器６へ向けて照射する。
【００４９】
反射型空間光変調器６は、制御部によって駆動制御され、入射される照射光を表示フレーム単位で空間光変調する。この空間光変調により、紙面表裏方向に偏光された画像光が生成される。反射型空間光変調器６は、入射される照射光に対して空間光変調されて反射される画像光にλ／２の位相差を発生させ、偏光方向を９０°回転させる。
【００５０】
画素ずらし素子７は、制御部によって駆動制御されて、反射型空間光変調器６によって空間光変調した画像光をシフトさせる。このとき、画素ずらし素子７は、スクリーン上に投射される画像光が画素の配列方向に任意の距離だけシフトされるように、画像光をシフトさせる。本実施の形態では、反射型空間光変調器６によって単一の表示フレームの空間光変調を行う間に、スクリーン９上に投射される画像光の照射位置が互いに重ならない４ヵ所に照射されるように、画像光をシフトさせる。
【００５１】
投射レンズ８は、画素ずらし素子７によって偏向された画像光を拡大してスクリーン９上に投射する。
【００５２】
これによって、サブフィールド画像が所定量の変位を受け、反射型空間光変調器６の画素数を実際に増倍することなく、観察者に対して、反射型空間光変調器６が表示する画像の４倍の解像度を有する画像を表示することができ、高精細な画像を表示することができる。
【００５３】
なお、反射型空間光変調器６によって空間光変調されなかった照射光は、偏光ビームスプリッタを透過して光源側に戻される。
【００５４】
ところで、本実施の形態の表示装置１では、反射型空間光変調器６と偏光ビームスプリッタ４との間に偏光依存性レンズアレイ５が設けられている。上述したように、この偏光依存性レンズアレイ５は、偏光ビームスプリッタ４側から照射される照射光と、反射型空間光変調器６から反射された画像光（画像光）とに対して、それぞれ異なる偏光依存性を有している。上述したように、本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ５は、単一の偏光依存性レンズアレイ５において照射光に対する曲率半径と画像光に対する曲率半径とを異ならせることで、照射光に対するレンズパワーよりも画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定されている。
【００５５】
ここで、図２は、表示装置１の一部を示す斜視図である。図２に示すように、偏光依存性レンズアレイ５は、矢印Ａで示す方向の光軸（光学異方性の軸）を備えている。図２中、矢印Ａで示す方向に平行な偏光に対する屈折率をｎｅ、矢印Ａで示す方向に直交する偏光（図２中矢印Ｂ）に対する屈折率をｎｏとすると、偏光ビームスプリッタ４を透過した照射光の偏光方向は、偏光依存性レンズアレイ５の光軸方向Ａに対して直交し、その屈折率はｎｏとなる。
【００５６】
反射型空間光変調器６における画素が明状態の場合、画像光として反射される光の偏光方向は偏光依存性レンズアレイ５の光軸に平行な方向となり、画像光に対する偏光依存性レンズアレイ５の屈折率はｎｅとなる。ここで、偏光依存性レンズアレイ５の曲率半径をｒとすると、この偏光依存性レンズアレイ５の焦点距離は、以下に示す（１）式、（２）式によって表される。
照射光に対する焦点距離：ｆ＝ｒ／（ｎｏ−１） …（１）
画像光に対する焦点距離：ｆ＝ｒ／（ｎｅ−１） …（２）
【００５７】
（１）式、（２）式によれば、照射光（往路）と投射光（復路）とに対して偏光依存性レンズアレイ５焦点距離を変える、すなわち、レンズパワーを変えることができる。
【００５８】
このような偏光依存性レンズアレイ５を用いることにより、本実施の形態の表示装置では、反射型空間光変調器６を用いているにも拘わらず、照射光と画像光との光路を異ならせることができ、画素ずらし素子７を駆動することによって光路をシフトさせた場合にも、スクリーン９上で隣接する画素間のにじみを抑制することができるので、表示画像の高精細化を図るとともに、この偏光依存性レンズアレイ５の設計自由度を高くすることができる。
【００５９】
なお、本実施の形態においては、反射型空間光変調器６が１枚の液晶によって構成されているが、これに限るものではなく、例えば、偏光依存性レンズアレイ５と反射型空間光変調器６とを２組以上積層して、各組において偏光依存性レンズアレイ５と反射型空間光変調器６との間に色分離素子を配置する構成としてもよい。これによって、スクリーン上にカラー画像を表示することができる。
【００６０】
また、本実施の形態では、図１中紙面上下方向に偏光する光を透過し図１中紙面表裏方向に偏光する光を反射する偏光ビームスプリッタ４としたが、これに限るものではなく、図１中紙面上下方向に偏光する光を反射し図１中紙面表裏方向に偏光する光を透過する偏光ビームスプリッタを用いてもよい。ただし、このような偏光ビームスプリッタを用いる場合、偏光依存性レンズアレイ５の偏光依存性を図１に示す偏光依存性と逆転させる。
【００６１】
加えて、本実施の形態では、画像の表示に際して、反射型空間光変調器６が表示する単一の表示フレームの画像を画素ずらし素子によって複数位置にシフトさせることで表示画像の高精細化を図るようにしたが、表示方式としてはこれに限るものではなく、例えば、反射型空間光変調器６が表示する単一の表示フレームの画像を時間的に分割した複数のサブフレームによって構成し、反射型空間光変調器６による照射光の空間光変調をサブフレーム毎に行うとともに、このサブフレームの切り替えに同期させて画素ずらし素子７を動作させることによって、単一の表示フレームの画像を表示させることにより、表示画像の高精細化を図るようにしてもよい。
【００６２】
このとき、表示フレームの分割数は、２以上であることが好ましく、上限は、表示フレーム周期、反射型空間光変調器６での画像更新に要する走査時間、表示フレームの分割数等に応じて設定される。
【００６３】
次に、本発明の第２の実施の形態について図３を参照して説明する。なお、第1の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。以下、同様とする。
【００６４】
図３は、本発明の第２の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図３に示すように、本実施の形態の表示装置２０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ２１と反射型空間光変調器２２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【００６５】
本実施の形態の表示装置２０では、偏光依存性部材としての偏光依存性レンズアレイ２１と、反射型空間光変調器２２とが互いに接触した状態で配置されている。
【００６６】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ２１におけるレンズパワーは、上述と同様に、照射光と画像光とで異なっており、照射光に対するレンズパワーよりも画像光に対するレンズパワーの方が大きくなるように設定されている。
【００６７】
反射型空間光変調器２２は、液晶２３と、図示しない反射電極を含むシリコンバックプレーン２４とを備えている。本実施の形態の反射型空間光変調器２２における液晶２３は、シリコンバックプレーン２４と偏光依存性レンズアレイ２１との間に狭持されている。
【００６８】
このような構成の表示装置においては、偏光依存性レンズアレイ２１が反射型空間光変調器２２の液晶２３に接触配置されているため、反射型空間光変調器２２で空間光変調された画像光を、各画像光を生成した画素に対応するレンズにそれぞれ入射させることができる。これによって、反射型空間光変調器２２で空間光変調されて画像光が偏光依存性レンズアレイ２１における対応するレンズへ入射される際に、このレンズに隣接する別のレンズへ入射してしまうことを減少させることができる。
【００６９】
これによって、光利用効率を向上させることができ、表示画像をより高精細化することができる。
【００７０】
次に、本発明の第３の実施の形態について図４を参照して説明する。図４は、本発明の第３の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図４に示すように、本実施の形態の表示装置３０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ３１と反射型空間光変調器３２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【００７１】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ３１は、偏光依存性を有する複数のレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板３３と、このレンズアレイ基板３３に対して平行に対向する板状の平行平板３４と、レンズアレイ基板３３と平行平板３４との間に狭持された一軸光学異方性材料３５とを有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ３１によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板３４によって光学的に透明な平板が実現されている。
【００７２】
レンズアレイ基板３３および平行平板３４は、光学的に異方性である必要は無い。レンズアレイ基板３３および平行平板３４は、例えば、合成石英や光学ガラス等によって形成することができる。
【００７３】
反射型空間光変調器３２は、第1の実施の形態の反射型空間光変調器６と同様である。
【００７４】
このように、レンズアレイ基板３３と平行平板３４との間に一軸光学異方性材料３５を狭持させた偏光依存性レンズアレイ３１とすることにより、一軸光学異方性材料３５に対して直接レンズアレイ加工を施すことなく、照射光と投射光とに対するレンズパワーを変えることができ、偏光依存性レンズアレイ３１を容易に作製することができる。
【００７５】
なお、本実施の形態においては、図４に示すように、偏光ビームスプリッタ４側にレンズアレイ基板３３を配置したが、これに限るものではなく、レンズアレイ基板３３を反射型空間光変調器３２側に配置し平行平板３４を偏光ビームスプリッタ４側に配置してもよい。
【００７６】
次に、本発明の第４の実施の形態について図５を参照して説明する。図５は、本発明の第４の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図５に示すように、本実施の形態の表示装置４０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ４１と反射型空間光変調器４２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【００７７】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ４１は、２枚のレンズアレイ基板４３，４４と、このレンズアレイ基板４３，４４間に狭持された一軸異方性材料４５とを有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ４１によって偏光依存性部材が実現されている。
【００７８】
レンズアレイ基板４３，４４は、光学的に異方性である必要はなく、例えば、合成石英や光学ガラス等によって形成することができる。
【００７９】
また、反射型空間光変調器４２は、第1の実施の形態の反射型空間光変調器６と同様である。
【００８０】
このような構成を有する表示装置４０では、偏光依存性レンズアレイ４１が有する各レンズアレイ基板４３，４４におけるレンズパワーを、レンズアレイ基板４３，４４毎に調整することが可能になり、これによって偏光依存性レンズアレイ４１の設計自由度を向上させることができる。
【００８１】
なお、本実施の形態では、図５に示すように、レンズアレイ基板４３，４４の形状を、いずれも凸レンズアレイ形状としたが、レンズアレイ基板４３，４４の形状はこれに限るものではなく、どちらか一方または両方のレンズアレイ基板４３，４４の形状を凹レンズアレイ形状としても良い。
【００８２】
次に、本発明の第５の実施の形態について図６を参照して説明する。図６は、本発明の第５の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図６に示すように、本実施の形態の表示装置５０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ５１と反射型空間光変調器５２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【００８３】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ５１は、偏光依存性を有する複数のレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板５３と、このレンズアレイ基板５３に対して平行に対向する板状の平行平板５４と、レンズアレイ基板５３と平行平板５４との間に充填された一軸光学異方性材料５５とを有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ５１によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板５４によって光学的に透明な平板が実現されている。
【００８４】
レンズアレイ基板５３は、凸レンズ形状の複数のレンズをアレイ状に配列することにより構成されている。一軸異方性材料５５の異常光屈折率をｎｅとすると、レンズアレイ基板５３の屈折率は、一軸異方性材料５５の異常光屈折率ｎｅとほぼ等しく設定されている。平行平板５４の屈折率は、任意に設定することが可能である。
【００８５】
一軸異方性材料５５は、偏光ビームスプリッタ４を透過する照射光（ｐ偏光）の振動方向と平行な光軸を有している。この光軸は、平行平板５４の面方向に対して平行であり、かつ、図６中紙面上下方向とされている。
【００８６】
反射型空間光変調器５２は、該画素の大きさを小さくする図示しないレンズが各画素に対応してアレイ状に配列されたレンズアレイを備えている。
【００８７】
このような構成を有する表示装置５０では、レンズアレイ基板５３と一軸異方性材料５５の屈折率がほぼ等しく設定されているため、偏光ビームスプリッタ４を透過する照射光は、レンズアレイ基板５３の作用を受けず、反射型空間光変調器５２へ向けて照射される。この照射光は、反射型空間光変調器５２によって、偏光状態が９０°回転されて画像光として反射される。
【００８８】
このため、反射型空間光変調器５２で反射されて一軸異方性材料５５に再度入射する画像光は、一軸異方性材料５５の屈折率を常光屈折率ｎｏと感じ、レンズアレイ基板の屈折率を略ｎｅと感じる。これにより、ほぼ（ｎｅ−ｎｏ）の屈折率差が生じ、この屈折率差によってレンズ効果を奏することができる。
【００８９】
すなわち、本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ５１によれば、照射光に対してはレンズ機能を発揮することなく、画像光に対してレンズ機能を発揮させることができる。
【００９０】
これによって、反射型空間光変調器５２にレンズアレイを用いて画素の大きさを小さくする光学系にもかかわらず、透過型空間光変調器とレンズアレイを用いた動作を実現できる。すなわち、各画素に対応する図示しないレンズによって該画素の大きさを小さくすることによって図られる表示画像の高精細化をより効果的に実現することができる。
【００９１】
また、画像光に対してのみレンズ効果を発揮させることができるため、光利用効率を低下させるがなく、画素ずらし素子７による画像光のシフトと併用することによって表示画像のより一層の高精細化を図ることができる。
【００９２】
なお、図６では、偏光依存性レンズアレイ５１のレンズアレイ基板５３を凸レンズ形状としたが、これに限るものではなく、図７に示す表示装置５０’のように偏光依存性レンズアレイ５１’のレンズアレイ基板５３’を凹レンズ形状としてもよい。このとき、凹レンズ形状とされたレンズアレイ基板５３’の屈折率は、一軸異方性材料５５の常光屈折率ｎｏにほぼ等しく設定されている。また、図７に示す表示装置５０’においても、平行平板５４の屈折率を、任意の値を設定することが可能である。加えて、表示装置５０’における一軸異方性材料５５の光軸は、図７中紙面上下方向に設定されている。
【００９３】
このような構成を有する表示装置５０’では、偏光ビームスプリッタ４を透過した照射光が、凹形状に形成されたレンズアレイ基板５３’と一軸異方性材料５５の屈折率ｎｏとをほぼ同じと感じるため、レンズ作用を受けずに反射型空間光変調器５２に向かい、反射型空間光変調器５２によって空間光変調されて画像光として反射される。
【００９４】
そして、反射型空間光変調器５２で空間光変調された画像光は、入射光に対して偏光方向が９０°回転されるため、一軸異方性材料５５の屈折率ｎｅとレンズアレイ基板５３’の屈折率ほぼｎｏとの差を感じ、レンズアレイ基板５３’によってレンズ機能を受けることとなる。
【００９５】
これによって、反射型空間光変調器５２にレンズアレイを用いて画素の大きさを小さくする光学系にもかかわらず、透過型空間光変調器とレンズアレイを用いた動作を実現できる。すなわち、各画素に対応する図示しないレンズによって該画素の大きさを小さくすることによって図られる表示画像の高精細化をより効果的に実現することができる。
【００９６】
なお、本実施の形態では、上述した図６および図７で説明した表示装置における偏光依存性レンズアレイ５１または５１’において、以下に示す（３）式および（４）式、または（５）式および（６）式を満たしている状態を、レンズアレイ基板５３または５３’の屈折率が一軸異方性材料５５の常光屈折率／異常光屈折率にほぼ等しくなる状態であるとする。
【００９７】
すなわち、基板の屈折率をＮとした場合に、この屈折率Ｎが常光屈折率ｎｏにほぼ等しいということは、以下に示す（３）式を満たすことを表す。
｜Ｎ−ｎｏ｜＜｜ｎｅ−ｎｏ｜ …（３）
【００９８】
なお、この屈折率Ｎが常光屈折率ｎｏにほぼ等しいということは、以下に示す（４）式を満たすことがより好ましい。
【００９９】
｜Ｎ−ｎｏ｜＜０．１×｜ｎｅ−ｎｏ｜ …（４）
【０１００】
同様に、屈折率Ｎが異常光屈折率ｎｅにほぼ等しいということは、以下に示す（５）式を満たすことを表す。
｜Ｎ−ｎｅ｜＜｜ｎｅ−ｎｏ｜ …（５）
【０１０１】
なお、この屈折率Ｎが異常光屈折率ｎｅにほぼ等しいということは、以下に示す（６）式を満たすことがより好ましい。
｜Ｎ−ｎｅ｜＜０．１×｜ｎｅ−ｎｏ｜ …（６）
【０１０２】
次に、本発明の第６の実施の形態について図８を参照して説明する。図８は、本発明の第６の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図８に示すように、本実施の形態の表示装置６０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ６１と反射型空間光変調器６２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【０１０３】
本実施の形態の表示装置における偏光依存性レンズアレイ６１は、２枚のレンズアレイ基板６３，６４と、これらのレンズアレイ基板６３，６４の間に充填される一軸異方性材料６５とを有している。レンズアレイ基板６３，６４は、ともに、凸レンズ形状の複数のレンズをアレイ状に配列することにより構成され、各々のレンズ面を対向させた状態でその間に一軸異方性材料６５が充填された構造を有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ６１によって偏光依存性部材が実現されている。
【０１０４】
本実施の形態の偏光依存性レンズアレイ６１は、レンズアレイ基板６３，６４と一軸異方性材料６５との界面において、照射光に対するレンズ作用が無く、画像光に対してレンズ機能を発揮する。
【０１０５】
ここで、一軸異方性材料６５の常光屈折率ｎｏ、一軸異方性材料６５の異常光屈折率ｎｅとしたとき、レンズアレイ基板６３，６４の少なくとも一方の屈折率は、一軸異方性材料６５の異常光屈折率ｎｅとほぼ等しく設定されている。なお、屈折率が「ほぼ等しい」の定義は上述と同様である。
【０１０６】
一軸異方性材料６５の光軸は、図８中紙面上下方向であって、照明光に対して垂直な方向に設定されている。
【０１０７】
このような構成の表示装置６０においては、偏光依存性レンズアレイ６１におけるレンズアレイ基板６３，６４の少なくとも一方の屈折率を一軸異方性材料６５の異常光屈折率ｎｅに等しく設定されているため、照射光と画像光とに対して、偏光依存性レンズアレイ６１が作用させるレンズのパワーを変えることができる。
【０１０８】
なお、特に図示しないが、レンズアレイ基板６３，６４の屈折率をともに異常光屈折率ｎｅとほぼ同じく設定することにより、偏光依存性レンズアレイ６１に対して、照射光に対するレンズ機能を発揮せず、画像光に対してのみレンズ機能を発揮させることができる。
【０１０９】
このような構成とすることにより、例えば、上述の第５の実施の形態で説明したように、レンズアレイ基板５３，５３’と平行平板５４を用いる偏光依存性レンズアレイ５１、５１’を用いる場合と比較して、画像光に対してのみレンズ機能を発揮させるとともに、画像光に対して発揮するレンズパワーを大きくすることができる。
【０１１０】
次に、本発明の第７の実施の形態について図９を参照して説明する。図９は、本発明の第７の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図９に示すように、本実施の形態の表示装置７０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ７１と反射型空間光変調器７２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【０１１１】
本実施の形態の表示装置７０における偏光依存性レンズアレイ７１は、２枚のレンズアレイ基板７３，７４と、このレンズアレイ基板７３，７４間に充填された一軸異方性材料７５とを有している。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ７１によって偏光依存性部材が実現されている。
【０１１２】
レンズアレイ基板７３，７４は、それぞれ凹状のレンズがアレイ状に複数配列された構成を有している。２枚のレンズアレイ基板７３，７４のうち少なくとも一方のレンズアレイ基板７３または７４の屈折率は、一軸異方性材料７５の常光屈折率ｎｏとほぼ等しく設定されている。なお、屈折率が「ほぼ等しい」の定義は上述と同様である。
【０１１３】
一軸異方性材料７５の光軸は、図９中紙面上下方向に設定されている。
【０１１４】
このような構成によれば、少なくとも一方のレンズアレイ基板７３または７４と一軸異方性材料７５とによって、照射光に対してはレンズ効果を発揮させず、画像光に対してのみ凸レンズ効果を発揮させることが可能になり、照射光と投射光でレンズパワーを変えることができる。
【０１１５】
次に、本発明の第８の実施の形態について図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の第８の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図１０に示すように、本実施の形態の表示装置８０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ８１と反射型空間光変調器８２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【０１１６】
図１０に示すように、偏光依存性レンズアレイ８１は、レンズアレイ基板８３と平行平板８４と、レンズアレイ基板８３と平行平板８４との間に充填される一軸異方性材料としての液晶８５とによって構成されている。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ８１によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板８４によって光学的に透明な平板が実現されている。また、本実施の形態では、レンズアレイ基板８３と平行平板８４とによって光学的に透明な一対の基板が実現されている。
【０１１７】
液晶８５は、レンズアレイ基板８３と平行平板８４との間で、ホモジニアス配向されている。
【０１１８】
ところで、レンズアレイ基板８３と平行平板８４との間に充填される一軸異方性材料としての液晶８５における液晶分子の配向方向、および、液晶８５における屈折率とレンズアレイ基板８３および平行平板８４の屈折率の組合せは、複数通り設定することが可能である。なお、液晶８５の常光屈折率をｎｏとし、異常光屈折率をｎｅとする。
【０１１９】
ここで、例えば、レンズアレイ基板８３の屈折率をほぼｎｅとし、液晶８５における液晶分子の配向方向を図１０中紙面平行とし、平行平板８４の屈折率を任意とする構成が考えられる。このような構成においては、レンズアレイ基板８３は照射光に対してレンズ効果を発揮せず、反射型空間光変調器８２で空間光変調された画像光に対してのみレンズ効果を発揮させることが可能である。
【０１２０】
また、例えば、レンズアレイ基板８３を凹レンズ形状のレンズアレイ基板（図示せず）とし、この凹レンズ形状のレンズアレイ基板の屈折率を液晶８５の常光屈折率ｎｏにほぼ等しくし、液晶５における液晶分子の配向方向を図１０中紙面に垂直方向とする構成が考えられる。このような構成においては、照射光に対してはレンズ効果を発揮せず、空間光変調された画像光に対してのみレンズ効果を発揮させることができる。
【０１２１】
いずれにせよ、本実施の形態のように、一軸異方性材料として液晶８５を用いることにより、レンズアレイ基板８３と平行平板８４との間に液晶８５を隙間無く充填する、すなわち、レンズアレイ基板８３と平行平板８４との間全体に亘って一軸異方性を持たせることが可能になるので、照射光に対してはレンズ効果を発揮せずに画像光に対してのみレンズ効果を発揮させることができる偏光依存性レンズアレイ８１を、固形の一軸異方性材料を加工する場合と比較して容易に作製することができる。
【０１２２】
次に、本発明の第９の実施の形態について図１１を参照して説明する。図１１は、本発明の第９の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図１１に示すように、本実施の形態の表示装置９０は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ９１と反射型空間光変調器９２との配列状態が、上述の実施の形態と異なり、偏光依存性レンズアレイ９１と反射型空間光変調器９２とが一体化されている。
【０１２３】
偏光依存性レンズアレイ９１は、レンズアレイ基板９３と、平行平板９４と、レンズアレイ基板９３と平行平板９４との間に充填される一軸異方性材料としての液晶９５とから構成されている。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ９１によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板９４によって光学的に透明な平板が実現されている。また、本実施の形態では、レンズアレイ基板９３と平行平板９４とによって光学的に透明な一対の基板が実現されている。レンズアレイ基板９３および平行平板９４の屈折率と、液晶９５の屈折率および液晶の配向方向との組合せは、上述と同様に複数種類挙げることができる。なお、液晶９５の常光屈折率はｎｏ、異常光屈折率はｎｅに設定されている。
【０１２４】
反射型空間光変調器９２は、画素反射電極を含むシリコンバックプレーン９６と、平行平板９４と、シリコンバックプレーン９６と平行平板９４との間に狭持される液晶９７とによって構成されている。すなわち、本実施の形態においては、平行平板９４に対して、偏光依存性レンズアレイ９１における液晶９５の保持と、反射型空間光変調器９２における液晶９７の保持とを兼用させているため、使用する基板数を減らし、また、一体化することで部品サイズを小さくして装置の小型化を図ることができる。
【０１２５】
そして、また、平行平板９４を介して偏光依存性レンズアレイ９１と反射型空間光変調器９２とを一体化することにより、反射型空間光変調器９２で空間光変調されて偏光依存性レンズアレイ９１に入射する画像光が、対応するレンズに加えて隣接するレンズにも入射してしまうことを防止し、光利用効率の向上を図ることができる。これによって、スクリーン９上に表示される画像の高精細化を図ることができる。
【０１２６】
ここで、偏光依存性レンズアレイ９１において、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる場合、偏光ビームスプリッタ４を透過して偏光依存性レンズアレイ９１に入射する光の偏向方向と、偏光依存性レンズアレイ９１におけるレンズ形状と、偏光依存性レンズアレイ９１の屈折率との関係は、以下のように設定する。すなわち、レンズアレイ基板９３を凸レンズ形状とする場合、レンズアレイ基板９３の屈折率を一軸異方性材料である液晶９５の異常光屈折率に等しく設定し、偏光ビームスプリッタ４を透過して偏光依存性レンズアレイ９１に入射する光の偏向方向を液晶９５の異常光屈折率に等しく設定する。これにより、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイ９１を実現することができる。
【０１２７】
また、偏光依存性レンズアレイ９１において、レンズアレイ基板９３を凹レンズ形状とする場合、レンズアレイ基板９３の屈折率を一軸異方性材料である液晶９５の常光屈折率に等しく設定し、偏光ビームスプリッタ４を透過して偏光依存性レンズアレイ９１に入射する光の偏向方向を液晶９５の常光屈折率に等しく設定することにより、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイ９１を実現することができる。
【０１２８】
また、偏光ビームスプリッタ４を透過して偏光依存性レンズアレイ９１に入射する光の偏光方向を一軸異方性材料の光軸に平行とし、レンズアレイ基板９３の屈折率を一軸異方性材料である液晶９５の異常光屈折率に等しく設定することによって、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイ９１を実現することができる。
【０１２９】
さらに、偏光ビームスプリッタ４を透過して偏光依存性レンズアレイ９１に入射する光の偏光方向を一軸異方性材料の光軸に垂直（直交させる）とし、レンズアレイ基板９３の屈折率を一軸異方性材料である液晶９５の常光屈折率に等しく設定することによって、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイ９１を実現することができる。
【０１３０】
次に、本発明の第１０の実施の形態について図１２および図１３を参照して説明する。図１２は、本発明の第１０の実施の形態の表示装置を示す概略図である。図１２に示すように、本実施の形態の表示装置１００は、偏光ビームスプリッタ４と画素ずらし素子７との間における偏光依存性レンズアレイ１０１と反射型空間光変調器１０２との配列状態が、上述の実施の形態と異なる。
【０１３１】
偏光依存性レンズアレイ１０１は、レンズアレイ基板１０３と、平行平板１０４と、レンズアレイ基板１０３および平行平板１０４間に狭持された液晶１０５とによって構成されている。本実施の形態では、偏光依存性レンズアレイ１０１によって偏光依存性部材が実現されており、平行平板１０４によって光学的に透明な平板が実現されている。また、本実施の形態では、レンズアレイ基板１０３と平行平板１０４とによって光学的に透明な一対の基板が実現されている。
【０１３２】
液晶１０５における液晶分子１０５ａ（図１３参照）は、その長軸方向が平行平板１０４に対して平行となるように配向されている。また、液晶分子１０５ａの長軸方向は、紙面に平行となるように配向されている。なお、液晶９５の常光屈折率はｎｏ、異常光屈折率はｎｅに設定されている。
【０１３３】
レンズアレイ基板１０３の屈折率は、液晶９５の常光屈折率はｎｏにほぼ等しく設定されている。また、レンズアレイ基板１０３の誘電率は、液晶１０５の誘電率との差が極力小さくなるように設定されている。
【０１３４】
本実施の形態のレンズアレイ基板１０３には、レンズが形成されていない平面とされた一面側に、透明電極１０６が設けられている。
【０１３５】
平行平板１０４には、レンズアレイ基板１０３側の面に、透明電極１０７が設けられている。
【０１３６】
加えて、表示装置１００は、レンズアレイ基板１０３に設けられた透明電極１０６と、平行平板１０４に設けられた透明電極１０７との間に電圧を印加する電圧印加手段１０８を備えている。電圧印加手段１０８は、例えば、交流電源等によって実現することができる。表示装置１００が備える図示しない制御系は、電圧印加手段１０８が透明電極１０６，１０７間に印加する電圧値を調整する。ここに電圧調整手段が実現されている。
【０１３７】
このような表示装置１００において、電圧印加手段１０８によって、透明電極１０６，１０７間に電圧を印加すると、印加電圧が十分に小さい場合には、図１３（ａ）に示すように、液晶分子１０５ａの配向状態が初期状態のままで維持されている。
【０１３８】
制御系により制御により、電圧印加手段１０８が透明電極１０６，１０７間に電圧を印加する電圧を大きくしていくと、印加された電圧に応じて、液晶分子１０５ａは、図１３（ｂ）に示すように、長軸方向を紙面に平行にしたまま紙面内を回転するように傾き始める。
【０１３９】
ここで、液晶分子１０５ａが、図１３（ａ）に示す状態である場合、照射光はレンズアレイ基板１０３と液晶１０５との間での屈折率差を感じないため、レンズ効果を受けずに偏光依存性レンズアレイ１０１を透過する。
【０１４０】
この照射光が反射型空間光変調器１０２によって空間光変調されることにより生成される画像光は、照射光に対して偏向方向が９０°回転されているため、偏光依存性レンズアレイ１０１における屈折率差とレンズの曲面とによってレンズ効果を受ける。
【０１４１】
液晶分子１０５ａが図１３（ｂ）に示す状態である場合、図１３（ａ）の場合と比較して、屈折率差が小さくなる。このため、画像光に対して発揮されるレンズパワーが小さくなり、反射型空間光変調器１０２で空間光変調された画像光が受けるレンズ効果は小さくなる。
【０１４２】
すなわち、本実施の形態のように、液晶１０５を狭持するレンズアレイ基板１０３と平行平板１０４とに、それぞれ透明電極１０６，１０７を設け、透明電極１０６，１０７間に印加する電圧を調整することによって反射型空間光変調器１０２で空間光変調された画像光が受けるレンズ効果を可変することができる。
【０１４３】
ところで、光源部２から発光される照射光の配向分布にはばらつきがあり、また、表示装置１００の組み立てに際してばらつきが生じるため、結果として、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきが生じることがある。
【０１４４】
これに対し、本実施の形態の表示装置１００では、透明電極１０６，１０７間に印加する電圧を調整することにより偏光依存性レンズアレイ１０１のレンズパワーを調整することができるので、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきを抑制することができる。
【０１４５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の表示装置によれば、照射光を照射する光源と、前記光源が照射する照射光を複数の画素を用いて空間光変調した画像光を反射する反射型空間光変調器と、前記反射型空間光変調器に対して、表示フレームを複数に分割したサブフレーム単位で画像を切り替え表示させる表示制御手段と、前記光源から照射される照射光と前記反射型空間光変調器で空間光変調した画像光とを偏光分離する偏光分離素子と、前記表示制御手段による表示の切り替えに対応させて前記偏光分離素子によって分離された画像光をシフトさせる光路シフト手段と、光路シフト後の画像光を被照射体に拡大投射する拡大光学系と、前記反射型空間光変調器と前記偏光分離素子との間に設けられ、且つ、前記照射光に対するレンズパワーよりも前記画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定された、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズを構成する光学的に透明な一対の基板と、当該基板間に充填された液晶とを有する偏光依存性部材と、前記偏光依存性部材が有する前記各基板に設けられた電極と、前記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が印加する電圧値を調整する電圧調整手段と、を具備するため、反射型空間光変調器を用いることにより照射光と画像光とで光路が一部重複する場合にもそれぞれの光路をその偏光状態に応じて個々に取り扱うことが可能となり、これによって、反射型空間光変調器を用いた表示装置が表示する画像において隣接する画素間のにじみを抑制して表示画像の高精細化を図ることができる。また、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応付けられて前記照射光に対するレンズパワーよりも前記画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定されたレンズを有するため、反射型空間光変調器を用いたにも拘わらず、照射光と画像光との光路を異ならせることができる。また、前記偏光依存性部材は、光学的に透明な液晶によって形成されているため、偏光依存性部材を容易に作製することができる。また、前記液晶は光学的に透明な一対の基板間に充填されているため、液晶を狭持する基板間に隙間無く充填することができるので、偏光依存性レンズアレイを大型化することがなく、また、結晶状態の一軸異方性材料を用いる場合と比較して、この一軸異方性材料自体をレンズアレイ構造に加工する作業を不要とすることができる。また、前記偏光依存性部材が有する前記各基板に設けられた電極と、前記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が印加する電圧値を調整する電圧調整手段と、を具備するため、光源から発光される照射光の配向分布におけるばらつきや、表示装置の組み立てに際してのばらつきによって、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきが生じた場合にも、電極に印加する電圧を調整することにより偏光依存性レンズアレイのレンズパワーを調整することができるので、照射光の投射性能や光利用効率等にばらつきを抑制することができる。
【０１４９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の表示装置において、前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板と、このレンズアレイ基板に対向する光学的に透明な平板と、前記レンズアレイ基板と前記平板との間に充填された前記液晶とによって構成されているため、請求項１記載の発明の作用を奏する偏光依存性レンズアレイを容易に作製することができる。
【０１５０】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の表示装置において、前記液晶は、前記レンズアレイ基板の屈折率に等しい常光屈折率または異常光屈折率を有するため、照射光に対するレンズパワーをなくし、画像光に対してのみレンズパワーを発揮させることが可能になり、表示画像をより高精細化することができる。
【０１５５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置において、前記反射型空間光変調器は光学的に透明な一対の基板間に充填された液晶の配向変化によって空間光変調を行い、前記偏光依存性部材における前記基板は前記反射型空間光変調器における液晶を支持する前記基板を兼ねるため、反射型空間光変調器で空間光変調した画像光を確実に偏光依存性レンズアレイに入射させるとともに、隣接するレンズへの入射を抑制することができ、光利用効率の向上とともに表示画像の高精細化を図ることができる。また、偏光依存性レンズアレイに対して反射型空間光変調器における液晶を支持する基板を兼用させることにより、装置の小型化を図ることができる。
【０１５６】
請求項５記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置において、前記偏光依存性部材における前記基板は凸または凹レンズ形状であり、レンズアレイ基板の屈折率は前記液晶の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されているため、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイを実現することができる。
【０１５７】
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置において、前記偏光分離素子から前記偏光依存性部材に入射する光の偏光方向は前記液晶の光軸に平行または垂直であり、前記基板の屈折率は前記液晶の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されているため、画像光に対して凸レンズパワーを発揮させる偏光依存性レンズアレイを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1の実施の形態の表示装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図２】表示装置の一部を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図７】本発明の別の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図１０】本発明の第８の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図１１】本発明の第９の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図１２】本発明の第１０の実施の形態の表示装置を示す概略図である。
【図１３】電圧を印加することによる液晶分子の配向変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 表示装置
５ 偏光依存性レンズアレイ
６ 反射型空間光変調器
４ 偏光分離素子
７ 光路シフト手段
８ 拡大光学系
１１ 光源
２０ 表示装置
２１ 偏光依存性レンズアレイ
２４ 反射型空間光変調器
３０ 表示装置
３１ 偏光依存性レンズアレイ
３２ 反射型空間光変調器
３３ レンズアレイ基板
３４ 平板
４０ 表示装置
４１ 偏光依存性レンズアレイ
４２ 反射型空間光変調器
４３，４４ レンズアレイ基板
４５ 一軸異方性材料
５０ 表示装置
５１ 偏光依存性レンズアレイ
５２ 反射型空間光変調器
５３ レンズアレイ基板
５４ 平板
５５ 一軸異方性材料
５０’ 表示装置
５１’ 偏光依存性レンズアレイ
５３’ レンズアレイ基板
６０ 表示装置
６１ 偏光依存性レンズアレイ
６２ 反射型空間光変調器
６３，６４ レンズアレイ基板
６５ 一軸異方性材料
７０ 表示装置
７１ 偏光依存性レンズアレイ
７２ 反射型空間光変調器
７３，７４ レンズアレイ基板
７５ 一軸異方性材料、液晶
８０ 表示装置
８１ 偏光依存性レンズアレイ
８２ 反射型空間光変調器
８３ レンズアレイ基板
８３，８４ 一対の基板
８４ 平板
８５ 一軸異方性材料、液晶
９０ 表示装置
９１ 偏光依存性レンズアレイ
９２ 反射型空間光変調器
９３ レンズアレイ基板
９３，９４ 一対の基板
９４ 平板
９５ 一軸異方性材料、液晶
１００ 表示装置
１０１ 偏光依存性レンズアレイ
１０２ 反射型空間光変調器
１０３ レンズアレイ基板
１０３，１０４ 一対の基板
１０４ 平板
１０５ 一軸異方性材料、液晶
１０８ 電圧印加手段
１０６，１０７ 電極
Claims (6)
- 照射光を照射する光源と、
前記光源が照射する照射光を複数の画素を用いて空間光変調した画像光を反射する反射型空間光変調器と、
前記反射型空間光変調器に対して、表示フレームを複数に分割したサブフレーム単位で画像を切り替え表示させる表示制御手段と、
前記光源から照射される照射光と前記反射型空間光変調器で空間光変調した画像光とを偏光分離する偏光分離素子と、
前記表示制御手段による表示の切り替えに対応させて前記偏光分離素子によって分離された画像光をシフトさせる光路シフト手段と、
光路シフト後の画像光を被照射体に拡大投射する拡大光学系と、
前記反射型空間光変調器と前記偏光分離素子との間に設けられ、且つ、前記照射光に対するレンズパワーよりも前記画像光に対するレンズパワーの方が大きく設定された、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズを構成する光学的に透明な一対の基板と、当該基板間に充填された液晶とを有する偏光依存性部材と、
前記偏光依存性部材が有する前記各基板に設けられた電極と、
前記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段が印加する電圧値を調整する電圧調整手段と、
を具備することを特徴とする表示装置。 - 前記偏光依存性部材は、前記反射型空間光変調器の各画素に対応するレンズがアレイ状に配列されたレンズアレイ基板と、このレンズアレイ基板に対向する光学的に透明な平板と、前記レンズアレイ基板と前記平板との間に充填された前記液晶とによって構成されている請求項１記載の表示装置。
- 前記液晶は、前記レンズアレイ基板の屈折率に等しい常光屈折率または異常光屈折率を有する請求項２記載の表示装置。
- 前記反射型空間光変調器は光学的に透明な一対の基板間に充填された液晶の配向変化によって空間光変調を行い、
前記偏光依存性部材における前記基板は前記反射型空間光変調器における液晶を支持する前記基板を兼ねる請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置。 - 前記偏光依存性部材における前記基板は凸または凹レンズ形状であり、レンズアレイ基板の屈折率は前記液晶の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されている請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記偏光分離素子から前記偏光依存性部材に入射する光の偏光方向は前記液晶の光軸に平行または垂直であり、前記基板の屈折率は前記液晶の異常光屈折率または常光屈折率に等しく設定されている請求項１〜３の何れか一項に記載の表示装置。
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