JP6427856B2 - Microlens element, light modulation device and projector - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロレンズ素子、光変調装置およびプロジェクターに関する。   The present invention relates to a microlens element, a light modulation device, and a projector.

近年、映像の高輝度化を図る目的で、プロジェクターの光源としてレーザー光源を用いることが検討されている。ところが、レーザー光源から射出される光は可干渉性を有するため、スペックルノイズが発生し、表示品位が低下することが問題となる。スペックルノイズは、投写光学系から射出された光が被投写面上で散乱し、散乱光が干渉して生じるノイズである。   In recent years, it has been studied to use a laser light source as a light source of a projector for the purpose of increasing the brightness of an image. However, since the light emitted from the laser light source has coherence, speckle noise is generated and display quality is deteriorated. Speckle noise is noise generated when light emitted from the projection optical system is scattered on the projection surface and the scattered light interferes.

この種のスペックルノイズを低減する手段として、投写光学系の射出瞳面における光強度の空間分布を均一化するための拡散光学素子を備えた投写型映像表示装置が開示されている(下記の特許文献1参照)。また、液晶ライトバルブを構成する薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor, 以下、TFTと略記する)アレイ基板上に回折光学素子や光拡散層を形成し、透過光を拡散させることによりスペックルノイズを低減するプロジェクターが開示されている(下記の特許文献2参照)。   As means for reducing this kind of speckle noise, there has been disclosed a projection-type image display apparatus provided with a diffusion optical element for uniformizing the spatial distribution of light intensity on the exit pupil plane of the projection optical system (see below). Patent Document 1). Also, a projector that reduces speckle noise by forming a diffractive optical element or a light diffusion layer on a thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) array substrate constituting a liquid crystal light valve and diffusing transmitted light. Is disclosed (see Patent Document 2 below).

一方、液晶パネルに対向して配置されるマイクロレンズアレイにおいて、偏光解消の低減、光利用効率の確保を目的として、曲率半径が異なる複数種のマイクロレンズが周期的に配置されたプロジェクター装置が開示されている(下記の特許文献3参照)。   On the other hand, in a microlens array arranged facing a liquid crystal panel, a projector device is disclosed in which a plurality of types of microlenses having different radii of curvature are periodically arranged for the purpose of reducing depolarization and ensuring light use efficiency. (See Patent Document 3 below).

特開2011−180281号公報JP 2011-180281 A 特開2010−39137号公報JP 2010-39137 A 特開2005−352392号公報JP 2005-352392 A

レーザー光源等の固体光源を用いたプロジェクターにおいて、スペックルノイズの低減は一つの課題であるが、それに加え、例えば投写光学系でのケラレを低減することで光利用効率を向上することが要求されている。しかしながら、上記の従来技術はこの要求を満足できるものではなかった。   In projectors that use a solid-state light source such as a laser light source, reduction of speckle noise is an issue, but in addition to this, it is required to improve light utilization efficiency by reducing, for example, vignetting in the projection optical system. ing. However, the above-described prior art cannot satisfy this requirement.

例えば特許文献1の投写型映像表示装置では、光強度の空間分布を均一化するため、拡散光学素子を光路上に配置する必要がある。この場合、拡散光学素子を追加したことにより光利用効率が低下する。同様に、特許文献2のプロジェクターにおいても、回折光学素子や光拡散層を用いることにより光利用効率が低下する。TFT基板上に回折光学素子や光拡散層を形成しなければならず、製造プロセスが複雑になる、という別の問題もある。特許文献3のプロジェクター装置は、スペックルノイズについて何ら考慮されておらず、スペックルノイズを低減できるものではない。   For example, in the projection display apparatus disclosed in Patent Document 1, it is necessary to dispose a diffusion optical element on the optical path in order to make the spatial distribution of light intensity uniform. In this case, the light utilization efficiency is reduced by adding the diffusing optical element. Similarly, in the projector of Patent Document 2, the light utilization efficiency is reduced by using a diffractive optical element or a light diffusion layer. Another problem is that a diffractive optical element and a light diffusion layer must be formed on the TFT substrate, which complicates the manufacturing process. The projector device of Patent Document 3 does not consider speckle noise at all, and cannot reduce speckle noise.

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、スペックルノイズが少なく、光利用効率が高いプロジェクターを提供することを目的の一つとする。また、この種のプロジェクターに用いて好適なマイクロレンズ素子および光変調装置を提供することを目的の一つとする。   One aspect of the present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a projector with low speckle noise and high light utilization efficiency. Another object is to provide a microlens element and a light modulation device suitable for use in this type of projector.

上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様のマイクロレンズ素子は、複数の画素を含む光変調領域を備えた光変調素子に設けられるマイクロレンズ素子であって、第1のマイクロレンズ層を備え、前記第1のマイクロレンズ層は、前記第1のマイクロレンズ層の周辺領域に設けられた第1のマイクロレンズと、前記第1のマイクロレンズ層の中心領域に設けられた第2のマイクロレンズと、を含み、前記第1のマイクロレンズおよび前記第2のマイクロレンズの各々が、平凸レンズで構成され、前記第1のマイクロレンズの凸面の一部が平坦面であり、前記第1のマイクロレンズの前記平坦面の面積が、前記第2のマイクロレンズの前記平坦な領域の面積よりも大きく、前記第2のマイクロレンズに入射して前記第1のマイクロレンズ層から射出された光の角度分布の均一性が、前記第1のマイクロレンズに入射して前記第1のマイクロレンズ層から射出された光の角度分布の均一性よりも高く、前記第1のマイクロレンズに入射して前記第1のマイクロレンズ層から射出された光の中心強度が、前記第2のマイクロレンズに入射して前記第1のマイクロレンズ層から射出された光の中心強度よりも高いことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a microlens element according to a first aspect of the present invention is a microlens element provided in a light modulation element including a light modulation region including a plurality of pixels. A first microlens layer provided in a peripheral region of the first microlens layer; and a first microlens layer provided in a central region of the first microlens layer. Each of the first microlens and the second microlens is a plano-convex lens, and a part of the convex surface of the first microlens is a flat surface, first area of the flat surface of the microlens, the larger than the area of the flat region of the second microlenses, the first microlenses incident on the second microlens The uniformity of the angular distribution of the light emitted from the layer is higher than the uniformity of the angular distribution of the light incident on the first microlens and emitted from the first microlens layer. The central intensity of the light incident on the microlens and emitted from the first microlens layer is greater than the central intensity of the light incident on the second microlens and emitted from the first microlens layer. It is characterized by being expensive.

プロジェクターにおいて、投写光学系の射出瞳における照度(強度)分布はスペックルノイズの大きさに影響する。スペックルノイズを小さくするためには、射出瞳における照度分布の均一性を高めることが有効である。また、投写光学系に入射する光の角度分布の均一性が高いほど、射出瞳における照度分布の均一性が高い。従って、本発明の第1の態様のマイクロレンズ素子を用いた場合、第2のマイクロレンズに入射してマイクロレンズ素子から射出された光の角度分布の均一性が、第1のマイクロレンズに入射してマイクロレンズ素子から射出された光の角度分布の均一性よりも高いため、マイクロレンズ素子の中心領域においては、マイクロレンズ素子の周辺領域よりも、スペックルノイズを低減する効果が高い。   In a projector, the illuminance (intensity) distribution at the exit pupil of the projection optical system affects the magnitude of speckle noise. In order to reduce speckle noise, it is effective to improve the uniformity of the illuminance distribution in the exit pupil. Further, the higher the uniformity of the angular distribution of light incident on the projection optical system, the higher the uniformity of the illuminance distribution at the exit pupil. Accordingly, when the microlens element of the first aspect of the present invention is used, the uniformity of the angular distribution of the light incident on the second microlens and emitted from the microlens element is incident on the first microlens. As a result, the uniformity of the angular distribution of the light emitted from the microlens element is higher than that in the central area of the microlens element, and the effect of reducing speckle noise is higher than the peripheral area of the microlens element.

プロジェクターにおいて、投写光学系に向かって進む光のうち、大きな角度の成分は投写光学系などの光学素子によってけられるため、有効に利用することができない。しかし、本発明の第1の態様のマイクロレンズ素子を用いた場合、第1のマイクロレンズに入射してマイクロレンズ素子から射出された光の中心強度が、第2のマイクロレンズに入射してマイクロレンズ素子から射出された光の中心強度よりも高いため、マイクロレンズ素子の周辺領域から射出された光の利用効率を向上させることができる。これにより、全体としてスペックルノイズが少なく、全体として光利用効率が高い光変調装置およびプロジェクターを構成することができる。   In the projector, a component having a large angle in the light traveling toward the projection optical system cannot be effectively used because it is lost by an optical element such as the projection optical system. However, when the microlens element of the first aspect of the present invention is used, the central intensity of the light incident on the first microlens and emitted from the microlens element is incident on the second microlens. Since it is higher than the central intensity of the light emitted from the lens element, the utilization efficiency of the light emitted from the peripheral area of the microlens element can be improved. As a result, it is possible to configure a light modulation device and a projector that have low speckle noise as a whole and high light utilization efficiency as a whole.

また、本発明の第1の態様のマイクロレンズ素子において、第1のマイクロレンズおよび第2のマイクロレンズの各々が、平凸レンズで構成され、第1のマイクロレンズの凸面の一部が平坦面であってもよい。   In the microlens element according to the first aspect of the present invention, each of the first microlens and the second microlens is a plano-convex lens, and a part of the convex surface of the first microlens is a flat surface. There may be.

上記の構成によれば、例えばマイクロレンズ素子に平行光を入射させた場合、平坦面から第1のマイクロレンズに入射した光は、マイクロレンズ素子から平行光のまま射出される。また、平坦面以外の凸面から第1のマイクロレンズに入射し、マイクロレンズ素子から射出される光は焦点に向けて集束する。その結果、例えば投写光学系等、後段の光学系でけられる光が少なくなり、光利用効率をさらに向上させることができる。その結果、全体としてスペックルノイズが少なく、全体として光利用効率が高い光変調装置およびプロジェクターを構成することができる。   According to the above configuration, for example, when parallel light is incident on the microlens element, the light incident on the first microlens from the flat surface is emitted as parallel light from the microlens element. Further, light that enters the first microlens from a convex surface other than a flat surface and exits from the microlens element is focused toward the focal point. As a result, for example, less light is emitted from the subsequent optical system such as a projection optical system, and the light utilization efficiency can be further improved. As a result, it is possible to configure a light modulation device and a projector that have low speckle noise as a whole and high light utilization efficiency as a whole.

本発明の第1の態様のマイクロレンズ素子において、前記第2のマイクロレンズの凸面の一部が平坦面であり、前記第1のマイクロレンズの前記平坦面の面積が、前記第2のマイクロレンズの前記平坦面の面積よりも大きい構成としてもよい。   In the microlens element of the first aspect of the present invention, a part of the convex surface of the second microlens is a flat surface, and the area of the flat surface of the first microlens is the second microlens. It is good also as a structure larger than the area of the said flat surface.

上記の構成によれば、光変調領域の中心領域の画素に対応する第2のマイクロレンズも、凸面の一部が平坦面となっている。この場合、第2のマイクロレンズに入射した光についても、平行光のまま射出される光束が発生する。しかしながら、第1のマイクロレンズの平坦面の面積が第2のマイクロレンズの平坦面の面積よりも大きいため、平行光のまま射出される光束の割合は、第1のマイクロレンズの方が第2のマイクロレンズよりも多くなる。したがって、スペックルノイズの低減効果については第2のマイクロレンズが第1のマイクロレンズよりも相対的に大きく、光利用効率の向上効果については第1のマイクロレンズが第2のマイクロレンズよりも相対的に大きくなる。その結果、全体としてスペックルノイズが少なく、全体として光利用効率が高い光変調装置およびプロジェクターを構成することができる。   According to the above configuration, a part of the convex surface of the second microlens corresponding to the pixel in the central region of the light modulation region is also a flat surface. In this case, the light incident on the second microlens is also emitted as parallel light. However, since the area of the flat surface of the first microlens is larger than the area of the flat surface of the second microlens, the ratio of the light beam emitted as parallel light is second in the first microlens. More than a micro lens. Therefore, the second microlens is relatively larger than the first microlens for the effect of reducing speckle noise, and the first microlens is relative to the second microlens for the effect of improving the light utilization efficiency. Become bigger. As a result, it is possible to configure a light modulation device and a projector that have low speckle noise as a whole and high light utilization efficiency as a whole.

本発明の第1の態様のマイクロレンズ素子において、前記第1のマイクロレンズの屈折率が、前記第2のマイクロレンズの屈折率よりも小さい構成としてもよい。   In the microlens element according to the first aspect of the present invention, the refractive index of the first microlens may be smaller than the refractive index of the second microlens.

上記の構成によれば、光変調領域の中心領域の画素に対応する第2のマイクロレンズの屈折率は相対的に大きい。そのため、第2のマイクロレンズを透過した光は角度分布が拡がり、瞳位置での照度分布がより均一になる。その結果、スペックルノイズを低減することができる。一方、光変調領域の周辺領域の画素に対応する第1のマイクロレンズの屈折率は相対的に小さい。そのため、第1のマイクロレンズを透過した光の角度分布は、第2のマイクロレンズを透過した光の角度分布に比べて小さくなる。その結果、例えば投写光学系等、後段の光学系にけられる光が少なくなり、光利用効率を向上させることができる。その結果、全体としてスペックルノイズが少なく、全体として光利用効率が高い光変調装置およびプロジェクターを構成することができる。   According to said structure, the refractive index of the 2nd micro lens corresponding to the pixel of the center area | region of a light modulation area | region is relatively large. For this reason, the angle distribution of the light transmitted through the second microlens is widened, and the illuminance distribution at the pupil position becomes more uniform. As a result, speckle noise can be reduced. On the other hand, the refractive index of the first microlens corresponding to the pixels in the peripheral region of the light modulation region is relatively small. For this reason, the angular distribution of light transmitted through the first microlens is smaller than the angular distribution of light transmitted through the second microlens. As a result, for example, less light is emitted to the subsequent optical system such as a projection optical system, and the light use efficiency can be improved. As a result, it is possible to configure a light modulation device and a projector that have low speckle noise as a whole and high light utilization efficiency as a whole.

本発明の第1の態様のマイクロレンズ素子において、第2のマイクロレンズ層をさらに備え、前記周辺領域における前記第2のマイクロレンズ層の屈折力は、前記中心領域における前記第2のマイクロレンズ層の屈折力よりも大きい構成としてもよい。   The microlens element according to the first aspect of the present invention further includes a second microlens layer, and the refractive power of the second microlens layer in the peripheral region is determined by the second microlens layer in the central region. It is good also as a structure larger than the refractive power of this.

上記の構成によれば、例えば光変調素子に平行光を入射させた場合、光入射側の第1のマイクロレンズ層により平行光が所定の角度分布をもった光に変換されて光変調素子に入射し、さらに第2のマイクロレンズ層に入射する。周辺領域における第2のマイクロレンズ層の屈折力は、中心領域における第2のマイクロレンズ層の屈折力よりも大きいため、第2のマイクロレンズ層の周辺領域に入射した光は、再度角度分布が狭い光に変換されてマイクロレンズ素子から射出される。そのため、例えば投写レンズ等、後段の光学素子にけられる光が少なくなり、光利用効率を向上させることができる。一方、マイクロレンズ素子の中心領域から射出された光の角度分布は、マイクロレンズ素子の周辺領域から射出された角度分布よりも広く、かつ均一性が高い。そのため、高いスペックルノイズ低減効果が得られる。その結果、全体としてスペックルノイズが少なく、全体として光利用効率が高い光変調装置およびプロジェクターを構成することができる。   According to the above configuration, for example, when parallel light is incident on the light modulation element, the parallel light is converted into light having a predetermined angular distribution by the first microlens layer on the light incident side, and is applied to the light modulation element. Incident light and further incident on the second microlens layer. Since the refractive power of the second microlens layer in the peripheral region is larger than the refractive power of the second microlens layer in the central region, the light incident on the peripheral region of the second microlens layer has an angular distribution again. It is converted into narrow light and emitted from the microlens element. For this reason, for example, the amount of light that is applied to the optical element at the subsequent stage such as a projection lens is reduced, and the light use efficiency can be improved. On the other hand, the angular distribution of the light emitted from the central region of the microlens element is wider and more uniform than the angular distribution emitted from the peripheral region of the microlens element. Therefore, a high speckle noise reduction effect can be obtained. As a result, it is possible to configure a light modulation device and a projector that have low speckle noise as a whole and high light utilization efficiency as a whole.

本発明の第1の態様のマイクロレンズ素子において、前記第2のマイクロレンズ層は、前記周辺領域に設けられた第1の凸レンズを含んでいてもよい。   In the microlens element according to the first aspect of the present invention, the second microlens layer may include a first convex lens provided in the peripheral region.

上記の構成によれば、周辺領域に設けられた第1の凸レンズによって、周辺領域における第2のマイクロレンズ層の屈折力を中心領域における第2のマイクロレンズ層の屈折力よりも大きくする構成を実現することができる。   According to said structure, the structure which makes the refractive power of the 2nd micro lens layer in a peripheral region larger than the refractive power of the 2nd micro lens layer in a center region by the 1st convex lens provided in the peripheral region. Can be realized.

本発明の第1の態様のマイクロレンズ素子において、前記第2のマイクロレンズ層は、前記中心領域に設けられた第2の凸レンズをさらに含み、前記第2の凸レンズの屈折力は前記第1の凸レンズの屈折力よりも小さい構成としてもよい。   In the microlens element according to the first aspect of the present invention, the second microlens layer further includes a second convex lens provided in the central region, and the refractive power of the second convex lens is the first convex lens. It is good also as a structure smaller than the refractive power of a convex lens.

この構成によれば、第2のマイクロレンズ層は中心領域に設けられた第2の凸レンズを含むため、第2の凸レンズを含まない第2のマイクロレンズ層を用いた場合と比べ、光変調領域の中心領域から射出された光についても角度分布が狭まる光に変換される作用が生じる。その場合でも、第2の凸レンズの屈折力は第1の凸レンズの屈折力よりも小さいため、第2のマイクロレンズ層の周辺領域に入射した光は、中心領域に入射した光に比べて角度分布がより狭い光に変換される。   According to this configuration, since the second microlens layer includes the second convex lens provided in the central region, the light modulation region is compared with the case where the second microlens layer not including the second convex lens is used. The light emitted from the central region of the light also has an effect of being converted into light having a narrow angular distribution. Even in that case, since the refractive power of the second convex lens is smaller than the refractive power of the first convex lens, the light incident on the peripheral region of the second microlens layer has an angular distribution compared to the light incident on the central region. Is converted into narrower light.

本発明の第1の態様のマイクロレンズ素子において、前記第2のマイクロレンズ層は、前記中心領域に設けられた凹レンズを含んでいてもよい。   In the microlens element according to the first aspect of the present invention, the second microlens layer may include a concave lens provided in the central region.

この構成によれば、第2のマイクロレンズ層は中心領域に設けられた凹レンズを含んでおり、中心領域から射出される光は、凹レンズの作用によって角度分布がより大きい光に変換される。そのため、スペックルノイズをより効果的に低減できる。一方、周辺領域からの射出光は凹レンズに入射しないため、角度分布がより大きい光に変換されることはない。そのため、例えば投写光学系等、後段の光学系にけられる光は多くならない。このように、スペックルノイズを低減でき、かつ、光利用効率の向上が図れる。   According to this configuration, the second microlens layer includes a concave lens provided in the central region, and light emitted from the central region is converted into light having a larger angular distribution by the action of the concave lens. Therefore, speckle noise can be reduced more effectively. On the other hand, the light emitted from the peripheral region does not enter the concave lens, and thus is not converted into light having a larger angular distribution. For this reason, for example, the amount of light that is applied to the subsequent optical system such as the projection optical system does not increase. In this way, speckle noise can be reduced and light utilization efficiency can be improved.

本発明の第1の態様の光変調装置は、複数の画素を含む光変調領域を備えた光変調素子と、マイクロレンズ素子と、を備え、前記マイクロレンズ素子が、本発明の一つの態様のマイクロレンズ素子であることを特徴とする。   A light modulation device according to a first aspect of the present invention includes a light modulation element including a light modulation region including a plurality of pixels, and a microlens element, and the microlens element is one aspect of the present invention. It is a microlens element.

この構成によれば、本発明の第1の態様の光変調装置が本発明の一つの態様のマイクロレンズ素子を備えているため、スペックルノイズを低減でき、かつ、光利用効率の向上を図ることができる。   According to this configuration, since the light modulation device according to the first aspect of the present invention includes the microlens element according to one aspect of the present invention, speckle noise can be reduced and light utilization efficiency can be improved. be able to.

本発明の第1の態様の光変調装置において、前記マイクロレンズ素子は、第1のマイクロレンズ層を備えたマイクロレンズ素子であり、前記マイクロレンズ素子は前記光変調素子の光入射側に設けられていることが望ましい。   In the light modulation device according to the first aspect of the present invention, the microlens element is a microlens element including a first microlens layer, and the microlens element is provided on a light incident side of the light modulation element. It is desirable that

この構成によれば、第1のマイクロレンズ層により光変調素子の各画素に光を効率良く入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。   According to this configuration, light can be efficiently incident on each pixel of the light modulation element by the first microlens layer, and light utilization efficiency can be improved.

本発明の第1の態様の光変調装置において、前記マイクロレンズ素子は、第1のマイクロレンズ層と第2のマイクロレンズ層とを備えたマイクロレンズ素子であり、前記第1のマイクロレンズ層は前記光変調素子の光入射側に設けられ、前記第2のマイクロレンズ層は前記光変調素子の光射出側に設けられていることが望ましい。   In the light modulation device according to the first aspect of the present invention, the microlens element is a microlens element including a first microlens layer and a second microlens layer, and the first microlens layer is It is desirable that the light modulation element is provided on the light incident side, and the second microlens layer is provided on the light emission side of the light modulation element.

この構成によれば、第1のマイクロレンズ層として、例えば中心領域と周辺領域とで同一の凸レンズを用いることができ、光変調素子の各画素に光を効率良く入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。   According to this configuration, as the first microlens layer, for example, the same convex lens can be used in the central region and the peripheral region, and light can be efficiently incident on each pixel of the light modulation element. Efficiency can be improved.

本発明の一つの態様のプロジェクターは、光源装置と、前記光源装置からの光を変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投写する投写光学系と、を備え、前記光変調装置が、上記本発明の一つの態様の光変調装置であることを特徴とする。   A projector according to an aspect of the present invention includes a light source device, a light modulation device that modulates light from the light source device, and a projection optical system that projects light modulated by the light modulation device. The modulation device is the light modulation device according to one aspect of the present invention.

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光変調装置を備えているため、表示品質に優れ、光利用効率が高いプロジェクターを実現できる。   Since the projector according to one aspect of the present invention includes the light modulation device according to one aspect of the present invention, a projector having excellent display quality and high light utilization efficiency can be realized.

本発明の第1実施形態のプロジェクターの構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a projector according to a first embodiment of the invention. 第1実施形態のプロジェクターに用いるマイクロレンズ素子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the micro lens element used for the projector of 1st Embodiment. マイクロレンズ素子の平面図である。It is a top view of a micro lens element. マイクロレンズ素子の作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect | action of a micro lens element. (A)〜(C)液晶ライトバルブからの射出光の角度分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the angular distribution of the emitted light from (A)-(C) liquid crystal light valve. 第2実施形態のマイクロレンズ素子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the micro lens element of 2nd Embodiment. マイクロレンズ素子の平面図である。It is a top view of a micro lens element. 第3実施形態のマイクロレンズ素子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the micro lens element of 3rd Embodiment. マイクロレンズ素子の平面図である。It is a top view of a micro lens element. (A)〜(C)液晶ライトバルブからの射出光の角度分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the angular distribution of the emitted light from (A)-(C) liquid crystal light valve. 第4実施形態のマイクロレンズ素子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the micro lens element of 4th Embodiment. マイクロレンズ素子を構成するマイクロレンズの変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the micro lens which comprises a micro lens element. 図11のマイクロレンズを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the microlens of FIG. 第5実施形態の光変調装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the light modulation apparatus of 5th Embodiment. 第5実施形態の変形例の光変調装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the light modulation apparatus of the modification of 5th Embodiment. 第6実施形態の光変調装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the light modulation apparatus of 6th Embodiment. マイクロレンズ素子の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of a micro lens element. マイクロレンズ素子の他の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the other modification of a micro lens element.

[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図5を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、レーザー光源を用いた液晶プロジェクターである。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The projector according to the present embodiment is a liquid crystal projector using a laser light source.
In the following drawings, in order to make each component easy to see, the scale of the size may be varied depending on the component.

図1に示すように、第1実施形態のプロジェクター1は、赤色光を射出する光源装置2R、緑色光を射出する光源装置2G、青色光を射出する光源装置2Bと、赤色光用光変調装置3R、緑色光用光変調装置3G、青色光用光変調装置3Bと、色合成素子4と、投写光学系5と、を備えている。すなわち、プロジェクター1は、光源装置と光変調装置との組を、赤(R)、緑(G)、青(B)の色光毎に備え、合計で3組備えている。本明細書では、赤色光用光変調装置3R、緑色光用光変調装置3G、青色光用光変調装置3Bを、光変調装置3と称することがある。   As shown in FIG. 1, the projector 1 according to the first embodiment includes a light source device 2R that emits red light, a light source device 2G that emits green light, a light source device 2B that emits blue light, and a light modulation device for red light. 3R, a green light modulation device 3G, a blue light modulation device 3B, a color synthesis element 4, and a projection optical system 5. That is, the projector 1 includes a set of a light source device and a light modulation device for each color light of red (R), green (G), and blue (B), and a total of three sets. In this specification, the light modulator 3R for red light, the light modulator 3G for green light, and the light modulator 3B for blue light may be referred to as the light modulator 3.

プロジェクター1は、概略すると以下のように動作する。
光源装置2R、光源装置2G、光源装置2Bの各々から射出された色光は、各色光に対応する赤色光用光変調装置3R、緑色光用光変調装置3G、青色光用光変調装置3Bに入射し、変調される。赤色光用光変調装置3R、緑色光用光変調装置3G、青色光用光変調装置3Bにより変調された色光は、色合成素子4に入射して合成される。色合成素子4により合成された画像を内包した光は、投写光学系5により壁やスクリーン等の被投写面6に拡大投写され、フルカラーの投写画像が表示される。
The projector 1 generally operates as follows.
The color light emitted from each of the light source device 2R, the light source device 2G, and the light source device 2B is incident on the red light modulation device 3R, the green light modulation device 3G, and the blue light modulation device 3B corresponding to each color light. Then modulated. The color lights modulated by the red light modulation device 3R, the green light modulation device 3G, and the blue light modulation device 3B are incident on the color synthesis element 4 and synthesized. The light containing the image synthesized by the color synthesizing element 4 is enlarged and projected onto the projection surface 6 such as a wall or a screen by the projection optical system 5, and a full-color projection image is displayed.

以下、プロジェクター1の各構成要素について説明する。
光源装置2R、光源装置2G、光源装置2Bの各々は、対応する色光を射出する赤色光源部7R、緑色光源部7G、青色光源部7Bと、計算機生成ホログラム8(Computer Generated Hologram, 以下、CGHと略記する)と、平行化レンズ9と、を備えている。赤色光源部7R、緑色光源部7G、青色光源部7Bの各々は、複数のレーザー光源(図示略)を有し、コヒーレント光であるレーザー光を射出する。赤色光源部7R、緑色光源部7G、青色光源部7Bでは、例えば複数のレーザー光源をアレイ状に配列することにより、高出力のレーザー光を得ることができる。赤色光源部7Rは、赤色光を射出する複数の赤色レーザー光源を有する。緑色光源部7Gは、緑色光を射出する複数の緑色レーザー光源を有する。青色光源部7Bは、青色光を射出する複数の青色レーザー光源を有する。
Hereinafter, each component of the projector 1 will be described.
Each of the light source device 2R, the light source device 2G, and the light source device 2B includes a red light source unit 7R, a green light source unit 7G, and a blue light source unit 7B that emit corresponding color light, and a computer generated hologram 8 (Computer Generated Hologram, hereinafter referred to as CGH). Abbreviated) and a collimating lens 9. Each of the red light source unit 7R, the green light source unit 7G, and the blue light source unit 7B has a plurality of laser light sources (not shown) and emits laser light that is coherent light. In the red light source unit 7R, the green light source unit 7G, and the blue light source unit 7B, for example, by arranging a plurality of laser light sources in an array, high output laser light can be obtained. The red light source unit 7R includes a plurality of red laser light sources that emit red light. The green light source unit 7G includes a plurality of green laser light sources that emit green light. The blue light source unit 7B has a plurality of blue laser light sources that emit blue light.

CGH8は、領域毎に異なる回折パターンが形成された回折光学素子である。CGH8は、CGH8から射出される光の照明領域が赤色光用光変調装置3R、緑色光用光変調装置3G、青色光用光変調装置3Bの各々の光変調領域に合致するようにビームを成型する。平行化レンズ9は、赤色光源部7R、緑色光源部7G、青色光源部7Bの各々から射出されたレーザー光を平行化し、赤色光用光変調装置3R、緑色光用光変調装置3G、青色光用光変調装置3Bに向けて射出する。   The CGH 8 is a diffractive optical element in which a different diffraction pattern is formed for each region. The CGH 8 forms a beam so that the illumination area of the light emitted from the CGH 8 matches each of the light modulation areas of the red light modulation device 3R, the green light modulation device 3G, and the blue light modulation device 3B. To do. The collimating lens 9 collimates the laser light emitted from each of the red light source unit 7R, the green light source unit 7G, and the blue light source unit 7B, and the red light light modulation device 3R, the green light light modulation device 3G, and the blue light. The light is emitted toward the light modulator 3B.

光変調装置は、赤色光用光変調装置3Rと、緑色光用光変調装置3Gと、青色光用光変調装置3Bと、を含んでいる。赤色光用光変調装置3Rと緑色光用光変調装置3Gと青色光用光変調装置3Bとは同一の構成である。赤色光用光変調装置3R、緑色光用光変調装置3G、青色光用光変調装置3Bの各々は、入射側偏光板(図示略)と、第1のマイクロレンズ層11と、液晶ライトバルブ12と、射出側偏光板(図示略)と、を備えている。液晶ライトバルブ12は、マトリクス状に配置された複数の画素を有し、これら複数の画素の形成領域が光変調領域である。第1のマイクロレンズ層11は、液晶ライトバルブ12の光入射側に配置されている。第1のマイクロレンズ層11は、液晶ライトバルブ12の光入射側の面に密着して配置されていてもよいし、液晶ライトバルブ12の光入射側の面から離間して配置されていてもよい。入射側偏光板、射出側偏光板は周知の偏光板を用いることができるが、例えば耐熱性の高い無機偏光板を用いることが望ましい。本実施形態の第1のマイクロレンズ層11は、特許請求の範囲におけるマイクロレンズ素子に相当し、液晶ライトバルブ12は、特許請求の範囲における光変調素子に相当する。   The light modulation device includes a red light light modulation device 3R, a green light light modulation device 3G, and a blue light light modulation device 3B. The red light modulation device 3R, the green light modulation device 3G, and the blue light modulation device 3B have the same configuration. Each of the light modulator 3R for red light, the light modulator 3G for green light, and the light modulator 3B for blue light includes an incident-side polarizing plate (not shown), a first microlens layer 11, and a liquid crystal light valve 12. And an exit side polarizing plate (not shown). The liquid crystal light valve 12 has a plurality of pixels arranged in a matrix, and the formation region of the plurality of pixels is a light modulation region. The first microlens layer 11 is disposed on the light incident side of the liquid crystal light valve 12. The first microlens layer 11 may be disposed in close contact with the light incident side surface of the liquid crystal light valve 12 or may be disposed apart from the light incident side surface of the liquid crystal light valve 12. Good. Although a well-known polarizing plate can be used for the incident side polarizing plate and the emitting side polarizing plate, for example, it is desirable to use an inorganic polarizing plate having high heat resistance. The first microlens layer 11 of the present embodiment corresponds to a microlens element in the claims, and the liquid crystal light valve 12 corresponds to a light modulation element in the claims.

以下、説明の便宜上、光変調領域のうちの周辺領域と第1のマイクロレンズ層11の周辺領域とを第1の領域、光変調領域のうちの中心領域と第1のマイクロレンズ層11の中心領域とを第2の領域、と称することがある。また、第1の領域と第2の領域との間の領域を第3の領域と称することがある。なお、平面視において、光変調領域のうち周辺領域と第1のマイクロレンズ層11の周辺領域とは互いに重なり合い、光変調領域のうち中心領域と第1のマイクロレンズ層11の中心領域とは互いに重なり合うものとする。   Hereinafter, for convenience of description, the peripheral region of the light modulation region and the peripheral region of the first microlens layer 11 are defined as the first region, the central region of the light modulation region and the center of the first microlens layer 11 are defined. The region may be referred to as a second region. In addition, a region between the first region and the second region may be referred to as a third region. In plan view, the peripheral region of the light modulation region and the peripheral region of the first microlens layer 11 overlap each other, and the central region of the light modulation region and the central region of the first microlens layer 11 mutually overlap. It shall overlap.

図2に示すように、液晶ライトバルブ12は、画素毎に薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor, 以下、TFTと略記する)が形成されたTFTアレイ基板14と、対向基板15と、TFTアレイ基板14と対向基板15との間に挟持された液晶層16と、を備えている。液晶ライトバルブ12は、透過型の液晶パネルで構成される。液晶ライトバルブ12は、画像信号を供給するパーソナルコンピューター等の信号源(図示略)と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ12は、画像信号に基づき、入射光を画素毎に変調して画像を形成する。赤色光用光変調装置3R、緑色光用光変調装置3G、および青色光用光変調装置3Bは、それぞれ赤色画像、緑色画像、および青色画像を形成する。赤色光用光変調装置3R、緑色光用光変調装置3G、青色光用光変調装置3Bの各々により変調された色光は、色合成素子4に入射する。   As shown in FIG. 2, the liquid crystal light valve 12 has a TFT array substrate 14 on which a thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) is formed for each pixel, a counter substrate 15, and a TFT array substrate 14. A liquid crystal layer 16 sandwiched between the substrate 15 and the substrate 15. The liquid crystal light valve 12 is composed of a transmissive liquid crystal panel. The liquid crystal light valve 12 is electrically connected to a signal source (not shown) such as a personal computer that supplies image signals. The liquid crystal light valve 12 modulates incident light for each pixel based on the image signal to form an image. The red light modulation device 3R, the green light modulation device 3G, and the blue light modulation device 3B form a red image, a green image, and a blue image, respectively. The color light modulated by each of the red light modulation device 3R, the green light modulation device 3G, and the blue light modulation device 3B is incident on the color composition element 4.

図2に示すように、第1のマイクロレンズ層11は、アレイ状に配置された複数のマイクロレンズを有する。ここでは、液晶ライトバルブ12は、6行6列に配置された複数の画素を有し、第1のマイクロレンズ層11は、6行6列に配置された複数のマイクロレンズを有するものとする。複数のマイクロレンズの各々は、液晶ライトバルブ12の画素の位置に対応して配置されている。複数のマイクロレンズは、第1の領域に設けられた複数の第1のマイクロレンズ18と、第2の領域に設けられた複数の第2のマイクロレンズ19と、第3の領域に設けられた複数の第3のマイクロレンズ20と、を含む。第1のマイクロレンズ18、第2のマイクロレンズ19、第3のマイクロレンズ20の各々は、平凸レンズで構成されている。   As shown in FIG. 2, the first microlens layer 11 has a plurality of microlenses arranged in an array. Here, the liquid crystal light valve 12 has a plurality of pixels arranged in 6 rows and 6 columns, and the first microlens layer 11 has a plurality of microlenses arranged in 6 rows and 6 columns. . Each of the plurality of microlenses is arranged corresponding to the pixel position of the liquid crystal light valve 12. The plurality of microlenses are provided in the plurality of first microlenses 18 provided in the first region, the plurality of second microlenses 19 provided in the second region, and the third region. A plurality of third microlenses 20. Each of the first microlens 18, the second microlens 19, and the third microlens 20 is a plano-convex lens.

第1のマイクロレンズ18は、円錐台状の形状を有する。よって、第1のマイクロレンズ18の凸面18aの一部である中心部分は、第1のマイクロレンズ18の平面18bに略平行な平坦面18cとなっている。第3のマイクロレンズ20は、円錐台状の形状を有する。よって、第3のマイクロレンズ20の凸面20aの一部である中心部分は、第3のマイクロレンズ20の平面20bに略平行な平坦面20cとなっている。第2のマイクロレンズ19は、円錐状の形状を有する。第2のマイクロレンズ19の凸面19aは、第2のマイクロレンズ19の平面19bに対して傾斜した傾斜面となっている。   The first microlens 18 has a truncated cone shape. Therefore, a central portion that is a part of the convex surface 18 a of the first microlens 18 is a flat surface 18 c that is substantially parallel to the flat surface 18 b of the first microlens 18. The third microlens 20 has a truncated cone shape. Therefore, a central portion that is a part of the convex surface 20 a of the third microlens 20 is a flat surface 20 c that is substantially parallel to the flat surface 20 b of the third microlens 20. The second microlens 19 has a conical shape. The convex surface 19 a of the second microlens 19 is an inclined surface that is inclined with respect to the flat surface 19 b of the second microlens 19.

本実施形態の例では、図3に示すように、第1のマイクロレンズ18は、最も外側の1行目および最も外側の1列目に配置されている。第3のマイクロレンズ20は、外側から2行目および外側から2列目に配置されている。第2のマイクロレンズ19は、中央の2行2列に配置されている。   In the example of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the first microlens 18 is arranged in the outermost first row and the outermost first column. The third microlens 20 is arranged in the second row from the outside and the second column from the outside. The second microlenses 19 are arranged in the middle 2 rows and 2 columns.

以下の説明では、第1のマイクロレンズ18および第3のマイクロレンズ20の形状をなす円錐台の互いに平行な2つの面のうち、面積が狭い方の面を上面と称し、面積が広い方の面を下面と称し、上面および下面に対して傾斜した面を傾斜面と称する。また、第2のマイクロレンズ19の形状をなす円錐の底面を下面と称し、下面に対して傾斜した面を傾斜面と称する。   In the following description, of the two parallel surfaces of the truncated cone forming the shape of the first microlens 18 and the third microlens 20, the surface having the smaller area is referred to as the upper surface, and the surface having the larger area is referred to as the upper surface. The surface is referred to as a lower surface, and the surface inclined with respect to the upper surface and the lower surface is referred to as an inclined surface. Further, the bottom surface of the cone forming the shape of the second microlens 19 is referred to as a lower surface, and the surface inclined with respect to the lower surface is referred to as an inclined surface.

第1のマイクロレンズ18、第2のマイクロレンズ19、および第3のマイクロレンズ20の全てにおいて、下面に対する傾斜面の傾斜角度は同一である。言い換えると、第1のマイクロレンズ18と第3のマイクロレンズ20とは、第2のマイクロレンズ19の形状である円錐を下面(平面19b)に平行な面で切断したときの円錐台の形状を有している。また、ともに円錐台状の形状を有する第1のマイクロレンズ18と第3のマイクロレンズ20とを比較すると、第1のマイクロレンズ18の上面(平坦面18c)の面積は、第3のマイクロレンズ20の上面(平坦面20c)の面積よりも大きい。   In all of the first microlens 18, the second microlens 19, and the third microlens 20, the inclination angle of the inclined surface with respect to the lower surface is the same. In other words, the first microlens 18 and the third microlens 20 have the shape of a truncated cone when the cone, which is the shape of the second microlens 19, is cut by a plane parallel to the lower surface (plane 19b). Have. Further, when comparing the first microlens 18 and the third microlens 20 both having a truncated cone shape, the area of the upper surface (flat surface 18c) of the first microlens 18 is the third microlens. It is larger than the area of the upper surface of 20 (flat surface 20c).

第2のマイクロレンズ19の頂点は尖っており、第2のマイクロレンズ19は平坦面を有していない。ただし、第2のマイクロレンズ19の形状を上面(平坦面)の面積が0(ゼロ)の円錐台とみなせば、第1のマイクロレンズ18、第2のマイクロレンズ19、および第3のマイクロレンズ20の上面の面積は、第2の領域、第3の領域、第1の領域の順に、マイクロレンズ素子の中央から周辺に向けて、大きくなっていると言い換えることもできる。   The apex of the second microlens 19 is sharp, and the second microlens 19 does not have a flat surface. However, if the shape of the second microlens 19 is regarded as a truncated cone having an upper surface (flat surface) area of 0 (zero), the first microlens 18, the second microlens 19, and the third microlens. In other words, the area of the upper surface of 20 increases in the order of the second region, the third region, and the first region from the center to the periphery of the microlens element.

この構成を実現する場合、第1のマイクロレンズ18、第2のマイクロレンズ19、第3のマイクロレンズ20において、下面の直径を同一にし、下面から上面もしくは頂点までの高さを、第2の領域、第3の領域、第1の領域の順に、第1のマイクロレンズ層11の中央から周辺に向けて低くしてもよい。もしくは、下面から上面もしくは頂点までの高さを同一にし、下面の直径を、第2の領域、第3の領域、第1の領域の順に、第1のマイクロレンズ層11の中央から周辺に向けて大きくしてもよい。   When realizing this configuration, the first microlens 18, the second microlens 19, and the third microlens 20 have the same diameter on the bottom surface, and the height from the bottom surface to the top surface or the top is the second microlens. You may make it low toward the periphery from the center of the 1st micro lens layer 11 in order of a field, the 3rd field, and the 1st field. Alternatively, the height from the lower surface to the upper surface or the vertex is made the same, and the diameter of the lower surface is directed from the center to the periphery of the first microlens layer 11 in the order of the second region, the third region, and the first region. You can make it bigger.

図1に戻って、色合成素子4は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、4つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構成を有する。三角柱プリズムが互いに貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光が反射し緑色光が透過するミラー面と、青色光が反射し緑色光が透過するミラー面と、が互いに直交して設けられている。ダイクロイックプリズムに入射した緑色光は、ミラー面を透過して直進して射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤色光および青色光は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過し、緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。   Returning to FIG. 1, the color synthesizing element 4 includes a dichroic prism or the like. The dichroic prism has a configuration in which four triangular prisms are bonded to each other. The surface on which the triangular prisms are bonded together is the inner surface of the dichroic prism. On the inner surface of the dichroic prism, a mirror surface that reflects red light and transmits green light and a mirror surface that reflects blue light and transmits green light are provided orthogonal to each other. The green light incident on the dichroic prism passes through the mirror surface and goes straight and is emitted. The red light and blue light incident on the dichroic prism are selectively reflected or transmitted by the mirror surface and emitted in the same direction as the emission direction of the green light.

このようにして、画像情報を内包した3つの色光LR,色光LG,色光LBが重ね合わされて合成される。合成された光は、投写光学系5によって被投写面6に拡大投写され、被投写面6上に画像が形成される。
本実施形態のプロジェクター1は、以上のような構成となっている。
In this way, the three color lights LR, color light LG, and color light LB containing the image information are superimposed and synthesized. The synthesized light is enlarged and projected onto the projection surface 6 by the projection optical system 5, and an image is formed on the projection surface 6.
The projector 1 according to the present embodiment has the above configuration.

以下、本実施形態の第1のマイクロレンズ層11の作用を説明する。
図4は、第1のマイクロレンズ層11のうち、周辺領域の第1のマイクロレンズ18と中心領域の第2のマイクロレンズ19を抜き出した模式図である。第1のマイクロレンズ18の平面18bと第2のマイクロレンズ19の平面19bとを含む平面を基準面Fとする。ここで、基準面Fに対して垂直に、第1のマイクロレンズ層11の上面側から第1のマイクロレンズ層11へ入射する光L0を考える。
Hereinafter, the operation of the first microlens layer 11 of the present embodiment will be described.
FIG. 4 is a schematic diagram in which the first microlens 18 in the peripheral region and the second microlens 19 in the central region are extracted from the first microlens layer 11. A plane including the plane 18b of the first microlens 18 and the plane 19b of the second microlens 19 is defined as a reference plane F. Here, the light L0 incident on the first microlens layer 11 from the upper surface side of the first microlens layer 11 perpendicular to the reference plane F will be considered.

まず初めに、スペックルノイズを低減する効果について説明する。
光変調装置3から射出される光の角度分布の拡がりが大きく、かつ、光が広がっている角度範囲において光強度の角度依存性が小さい程、スペックルコントラストが低くなり、スクリーン上でのちらつきが少なくなる。以下に説明するように、マイクロレンズの形状によって、スペックルノイズを低減する効果が異なる。
First, the effect of reducing speckle noise will be described.
As the angular distribution of the light emitted from the light modulation device 3 spreads widely and the angle dependence of the light intensity in the angle range where the light spreads is small, the speckle contrast is lowered and the flickering on the screen is reduced. Less. As described below, the effect of reducing speckle noise varies depending on the shape of the microlens.

第1のマイクロレンズ18は円錐台状であり、光L0が入射する面のうち平坦面18cは、光L0の中心軸に垂直な平面である。そのため、第1のマイクロレンズ18に入射した光のうち、傾斜面に入射した光L0は屈折して第1のマイクロレンズ18から射出されるが、平坦面18cに入射した光L0はそのまま直進して第1のマイクロレンズ18から射出される。このように、第1のマイクロレンズ18は、入射光L0の一部を拡散させることなく射出させる作用を有する。   The first microlens 18 has a truncated cone shape, and the flat surface 18c among the surfaces on which the light L0 is incident is a plane perpendicular to the central axis of the light L0. Therefore, out of the light incident on the first microlens 18, the light L0 incident on the inclined surface is refracted and emitted from the first microlens 18, but the light L0 incident on the flat surface 18c goes straight as it is. And emitted from the first microlens 18. As described above, the first microlens 18 has a function of emitting a part of the incident light L0 without diffusing.

一方、第2のマイクロレンズ19は円錐状であり、光L0が入射する面の全てが傾斜面である。そのため、第2のマイクロレンズ19に入射した光L0は、略全ての成分が屈折して第2のマイクロレンズ19から射出される。つまり、第2のマイクロレンズ19は第1のマイクロレンズ18よりも多くの光を拡散させる作用を有する。   On the other hand, the second microlens 19 has a conical shape, and all of the surfaces on which the light L0 is incident are inclined surfaces. Therefore, almost all components of the light L0 incident on the second microlens 19 are refracted and emitted from the second microlens 19. That is, the second microlens 19 has an action of diffusing more light than the first microlens 18.

本発明者らは、スペックルノイズを低減する効果とマイクロレンズの形状との関係を調べるために、シミュレーションを行った。シミュレーションでは、所定の角度分布を有する光L0を基準面Fに対して垂直に、第1のマイクロレンズ層11の上面側から第1のマイクロレンズ層11へ入射させたときの、マイクロレンズからの射出光の角度分布を求めた。さらに、得られた角度分布から、角度分布の均一性および中心強度を計算した。マイクロレンズに入射する光L0として、強度が高い箇所と強度が低い箇所とが交互に配置され、全体としてチェッカーフラッグ状の角度分布パターンを持つ光を用いた。   The present inventors performed a simulation to investigate the relationship between the effect of reducing speckle noise and the shape of the microlens. In the simulation, when light L0 having a predetermined angular distribution is incident on the first microlens layer 11 from the upper surface side of the first microlens layer 11 perpendicularly to the reference plane F, the light L0 is emitted from the microlens. The angular distribution of the emitted light was obtained. Furthermore, the uniformity of the angle distribution and the center intensity were calculated from the obtained angle distribution. As the light L0 incident on the microlens, a portion having a high intensity and a portion having a low intensity are alternately arranged, and light having a checkered flag-like angle distribution pattern as a whole is used.

図5(A)、図5(B)、図5(C)は、1個のマイクロレンズからの射出光の強度の角度分布を示す図である。角度分布図の横軸、縦軸は、光軸に垂直でかつ互いに直交する2方向における射出角度である。角度分布図において、白く見える箇所は強度が高い箇所、黒く見える箇所は強度が低い箇所をそれぞれ示している。   FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 5C are diagrams showing the angular distribution of the intensity of light emitted from one microlens. The horizontal and vertical axes of the angle distribution diagram are the emission angles in two directions perpendicular to the optical axis and perpendicular to each other. In the angle distribution diagram, a portion that appears white indicates a portion with high strength, and a portion that appears black indicates a portion with low strength.

図5(A)は、第2のマイクロレンズ19の角度分布図である。図5(B)は、第3のマイクロレンズ20の角度分布図である。図5(C)は、第1のマイクロレンズ18の角度分布図である。シミュレーション条件は、各マイクロレンズの下面から上面までの高さを6μmで同一とし、かつ傾斜面の傾斜角度を同一とした。第2のマイクロレンズ19については、上面の直径を0(上面を持たない円錐形)、下面の直径を16.4μmとした。第3のマイクロレンズ20については、上面の直径を4μm、下面の直径を20.4μmとした。第1のマイクロレンズ18については、上面の直径を6μm、下面の直径を22.4μmとした。   FIG. 5A is an angle distribution diagram of the second microlens 19. FIG. 5B is an angle distribution diagram of the third microlens 20. FIG. 5C is an angle distribution diagram of the first microlens 18. The simulation conditions were such that the height from the lower surface to the upper surface of each microlens was the same at 6 μm, and the inclination angle of the inclined surface was the same. For the second microlens 19, the upper surface diameter was 0 (conical shape without the upper surface), and the lower surface diameter was 16.4 μm. For the third microlens 20, the upper surface diameter was 4 μm and the lower surface diameter was 20.4 μm. For the first microlens 18, the upper surface diameter was 6 μm and the lower surface diameter was 22.4 μm.

上記の各部の寸法、角度分布の均一性および中心強度を[表1]に示す。角度分布の均一性は、第2のマイクロレンズの角度分布の均一性を1としたときの相対値で示した。中心強度は、角度分布図において中心(0,0)から5度以内の矩形の角度範囲に収まる光の光量の全体に対する割合を示している。   [Table 1] shows the dimensions of the above parts, the uniformity of the angular distribution, and the center strength. The uniformity of the angular distribution is shown as a relative value when the uniformity of the angular distribution of the second microlens is 1. The center intensity indicates the ratio of the amount of light that falls within a rectangular angle range within 5 degrees from the center (0, 0) in the angle distribution diagram.

図5に示したように、各マイクロレンズの傾斜面の傾斜角度は同一であるため、射出光の角度分布の拡がり(光線束の拡がり角)は略同じである。しかし、図5および表1からわかるように、上面(平坦面)を持たない第2のマイクロレンズ19の場合、角度分布の均一性が相対的に高く、上面(平坦面)の面積が大きい第1のマイクロレンズ18の場合、角度分布の均一性が相対的に低い。角度分布の均一性が高い、ということは、光が広がっている角度範囲において光強度の角度依存性が小さいということを意味する。このように、第2のマイクロレンズ19は、第1のマイクロレンズ18よりも角度分布の均一性が高く、スペックルノイズの低減効果が高い。   As shown in FIG. 5, since the inclination angles of the inclined surfaces of the microlenses are the same, the spread of the angle distribution of the emitted light (the spread angle of the light bundle) is substantially the same. However, as can be seen from FIG. 5 and Table 1, in the case of the second microlens 19 having no upper surface (flat surface), the uniformity of angular distribution is relatively high and the area of the upper surface (flat surface) is large. In the case of one microlens 18, the uniformity of the angular distribution is relatively low. High uniformity of the angular distribution means that the angle dependency of the light intensity is small in the angle range where the light spreads. Thus, the second microlens 19 has a higher angular distribution uniformity than the first microlens 18 and has a high speckle noise reduction effect.

次に、光利用効率を向上させる効果について説明する。
光変調装置3から射出される光のうち射出角度が大きい成分は、投写光学系5でけられるため、利用することができない。表1からわかるように、第1のマイクロレンズ18は、第2のマイクロレンズ19よりも射出光の中心強度が高く、すなわち射出角度が大きい成分が少ない。従って、第1のマイクロレンズ18は、第2のマイクロレンズ19よりも光利用効率の向上効果が高い。第3のマイクロレンズは、第2のマイクロレンズと第1のマイクロレンズの中間の特性を有する。
Next, the effect of improving the light use efficiency will be described.
Of the light emitted from the light modulation device 3, the component having a large emission angle is generated by the projection optical system 5 and cannot be used. As can be seen from Table 1, the first microlens 18 has a higher center intensity of emitted light than the second microlens 19, that is, has fewer components with a large emission angle. Therefore, the first microlens 18 has a higher effect of improving the light utilization efficiency than the second microlens 19. The third microlens has intermediate characteristics between the second microlens and the first microlens.

以上、説明したように、第2のマイクロレンズ19は、第1のマイクロレンズ18よりもスペックルノイズの低減効果が高く、第1のマイクロレンズ18は、第2のマイクロレンズ19よりも光利用効率の向上効果が高い。ここで、被投写面6に投写される画像のスペックルノイズを低減するために、光変調装置3の全ての画素に第2のマイクロレンズ19を設けることが考えられる。ところが、投写光学系5でけられることによる光の利用効率の低下は、周辺領域で顕著であるため、光変調装置3の全ての画素に第2のマイクロレンズ19を設けた場合、画像の周辺領域が中心領域と比べて暗くなってしまう。これに対し、周辺領域に第1のマイクロレンズ18を設けた場合、周辺領域に第2のマイクロレンズ19を設けた場合よりも、投写光学系5でけられる光の割合が少なくなる。   As described above, the second microlens 19 has a higher speckle noise reduction effect than the first microlens 18, and the first microlens 18 uses light more than the second microlens 19. High efficiency improvement effect. Here, in order to reduce speckle noise in the image projected on the projection surface 6, it is conceivable to provide the second microlens 19 in all the pixels of the light modulation device 3. However, the decrease in the light use efficiency caused by the projection optical system 5 is remarkable in the peripheral region. Therefore, when the second microlenses 19 are provided in all the pixels of the light modulation device 3, the periphery of the image The area becomes darker than the central area. On the other hand, when the first microlens 18 is provided in the peripheral region, the proportion of light emitted by the projection optical system 5 is smaller than when the second microlens 19 is provided in the peripheral region.

そこで、本実施形態による第1のマイクロレンズ層11は、第1の領域に第1のマイクロレンズ18を備え、第2の領域に第2のマイクロレンズ19を備える。第1のマイクロレンズ18は、第2のマイクロレンズ19よりもスペックルノイズを低減する効果が小さいものの、スペックルノイズを低減する効果を持っている。従って、第1のマイクロレンズ層11を用いることによって、画像のスペックルノイズが全体として低減されるとともに、照明光の利用効率が全体として高いプロジェクターを実現できる。画像の中心領域では、画像の周辺領域よりもスペックルノイズが大きく低減され、画像の周辺領域でも高い光利用効率が得られる。   Therefore, the first microlens layer 11 according to the present embodiment includes the first microlens 18 in the first region and the second microlens 19 in the second region. Although the effect of reducing speckle noise is smaller than that of the second micro lens 19, the first micro lens 18 has an effect of reducing speckle noise. Therefore, by using the first microlens layer 11, it is possible to realize a projector in which speckle noise of an image is reduced as a whole and illumination light utilization efficiency is high as a whole. In the central area of the image, speckle noise is greatly reduced compared to the peripheral area of the image, and high light utilization efficiency is obtained even in the peripheral area of the image.

[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図6、図7を用いて説明する。
第2実施形態のプロジェクターの基本構成は第1実施形態と同様であり、マイクロレンズ素子の構成が第1実施形態と異なる。
図6、図7において第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the projector of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and the configuration of the microlens element is different from that of the first embodiment.
6 and 7, the same reference numerals are given to the same components as those used in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

第1実施形態では、第1のマイクロレンズ層を構成するマイクロレンズが円錐状もしくは円錐台状であった。これに対して、本実施形態では、第1のマイクロレンズ層を構成するマイクロレンズが四角錐状もしくは四角錐台状である。   In the first embodiment, the microlens constituting the first microlens layer has a conical shape or a truncated cone shape. On the other hand, in the present embodiment, the microlens constituting the first microlens layer has a quadrangular pyramid shape or a quadrangular pyramid shape.

図6、図7に示すように、第1のマイクロレンズ層23は、アレイ状に配置された複数のマイクロレンズを有する。複数のマイクロレンズの各々は、液晶ライトバルブ12の画素の位置に対応して配置されている。複数のマイクロレンズは、光変調領域の第1の領域に設けられた複数の第1のマイクロレンズ24と、光変調領域の第2の領域に設けられた複数の第2のマイクロレンズ25と、光変調領域の第3の領域に設けられた複数の第3のマイクロレンズ26と、を含む。第1のマイクロレンズ24、第2のマイクロレンズ25、第3のマイクロレンズ26の各々は、平凸レンズで構成されている。   As shown in FIGS. 6 and 7, the first microlens layer 23 has a plurality of microlenses arranged in an array. Each of the plurality of microlenses is arranged corresponding to the pixel position of the liquid crystal light valve 12. The plurality of microlenses includes a plurality of first microlenses 24 provided in a first area of the light modulation area, a plurality of second microlenses 25 provided in a second area of the light modulation area, And a plurality of third microlenses 26 provided in the third region of the light modulation region. Each of the first microlens 24, the second microlens 25, and the third microlens 26 is a plano-convex lens.

本実施形態の例では、図7に示すように、第1のマイクロレンズ24は、最も外側の1行目および最も外側の1列目に配置されている。第3のマイクロレンズ26は、外側から2行目および外側から2列目に配置されている。第2のマイクロレンズ25は、中央の2行2列に配置されている。   In the example of the present embodiment, as shown in FIG. 7, the first microlens 24 is arranged in the outermost first row and the outermost first column. The third microlenses 26 are arranged in the second row from the outside and the second column from the outside. The second microlenses 25 are arranged in the middle 2 rows and 2 columns.

第1のマイクロレンズ24は、四角錐台状の形状を有する。よって、第1のマイクロレンズ24の凸面24aの一部である中心部分は、第1のマイクロレンズ24の平面24bに略平行な平坦面24cとなっている。第3のマイクロレンズ26は、四角錐台状の形状を有する。よって、第3のマイクロレンズ26の凸面26aの一部である中心部分は、第3のマイクロレンズ26の平面26bに略平行な平坦面26cとなっている。第2のマイクロレンズ25は、四角錐状の形状を有する。第2のマイクロレンズ25の凸面25aは、第2のマイクロレンズ25の平面25bに対して傾斜した傾斜面となっている。   The first microlens 24 has a quadrangular frustum shape. Therefore, a central portion that is a part of the convex surface 24 a of the first microlens 24 is a flat surface 24 c that is substantially parallel to the flat surface 24 b of the first microlens 24. The third microlens 26 has a quadrangular frustum shape. Therefore, a central portion that is a part of the convex surface 26 a of the third microlens 26 is a flat surface 26 c that is substantially parallel to the flat surface 26 b of the third microlens 26. The second microlens 25 has a quadrangular pyramid shape. The convex surface 25 a of the second microlens 25 is an inclined surface that is inclined with respect to the flat surface 25 b of the second microlens 25.

以下の説明では、第1のマイクロレンズ24および第3のマイクロレンズ26の形状をなす四角錐台の互いに平行な2つの面のうち、面積が狭い方の面を上面と称し、面積が広い方の面を下面と称し、上面および下面に対して傾斜した面を傾斜面と称する。また、第2のマイクロレンズ25の形状をなす四角錐の底面を下面と称し、下面に対して傾斜した面を傾斜面と称する。   In the following description, the surface with the smaller area is referred to as the upper surface among the two parallel surfaces of the quadrangular pyramid that forms the first microlens 24 and the third microlens 26, and the one with the larger area. The surface is referred to as the lower surface, and the surface inclined with respect to the upper surface and the lower surface is referred to as the inclined surface. In addition, the bottom surface of the quadrangular pyramid that forms the shape of the second microlens 25 is referred to as a lower surface, and a surface inclined with respect to the lower surface is referred to as an inclined surface.

第1のマイクロレンズ24、第2のマイクロレンズ25、および第3のマイクロレンズ26の全てにおいて、下面に対する傾斜面の傾斜角度は同一である。また、四角錐台状の第1のマイクロレンズ24と第3のマイクロレンズ26とを比較すると、第1のマイクロレンズ24の平坦面24cの面積は、第3のマイクロレンズ26の平坦面26cの面積よりも大きい。言い換えると、第1のマイクロレンズ24と第3のマイクロレンズ26とは、第2のマイクロレンズ25の形状である四角錐を平面25bに平行な面で切断したときの四角錐台の形状を有している。また、第2のマイクロレンズ25の形状を上面(平坦面)の面積が0(ゼロ)の四角錐台とみなせば、第1のマイクロレンズ24、第2のマイクロレンズ25、および第3のマイクロレンズ26の上面の面積は、第2の領域、第3の領域、第1の領域の順に、第1のマイクロレンズ層23の中央から周辺に向けて、大きくなっていると言うこともできる。   In all of the first microlens 24, the second microlens 25, and the third microlens 26, the inclination angle of the inclined surface with respect to the lower surface is the same. Further, when comparing the first microlens 24 and the third microlens 26 having a truncated pyramid shape, the area of the flat surface 24 c of the first microlens 24 is the same as that of the flat surface 26 c of the third microlens 26. Greater than area. In other words, the first microlens 24 and the third microlens 26 have the shape of a truncated pyramid when the quadrangular pyramid, which is the shape of the second microlens 25, is cut by a plane parallel to the plane 25b. doing. Further, if the shape of the second microlens 25 is regarded as a quadrangular frustum having an upper surface (flat surface) area of 0 (zero), the first microlens 24, the second microlens 25, and the third microlens. It can also be said that the area of the upper surface of the lens 26 increases from the center to the periphery of the first microlens layer 23 in the order of the second region, the third region, and the first region.

この構成を実現する場合、第1のマイクロレンズ24、第2のマイクロレンズ25、および第3のマイクロレンズ26において、下面の寸法を同一にし、下面から上面もしくは頂点までの高さを、第2の領域、第3の領域、第1の領域の順に、第1のマイクロレンズ層23の中央から周辺に向けて低くしてもよい。もしくは、下面から上面もしくは頂点までの高さを同一にし、下面の寸法を、第2の領域、第3の領域、第1の領域の順に、第1のマイクロレンズ層23の中央から周辺に向けて大きくしてもよい。   When this configuration is realized, the first microlens 24, the second microlens 25, and the third microlens 26 have the same bottom surface dimensions, and the height from the bottom surface to the top surface or the apex is set to the second microlens. You may make it low toward the periphery from the center of the 1st micro lens layer 23 in order of this area | region, 3rd area | region, and 1st area | region. Alternatively, the height from the lower surface to the upper surface or the vertex is made the same, and the dimensions of the lower surface are directed from the center of the first microlens layer 23 to the periphery in the order of the second region, the third region, and the first region. You can make it bigger.

以下、本実施形態の第1のマイクロレンズ層23の作用を説明する。各マイクロレンズの形状は第1実施形態で説明した第1のマイクロレンズ層11の各マイクロレンズの形状と異なるが、基本的な特性は同じである。すなわち、第1のマイクロレンズ24は、入射光L0の一部を拡散させることなく射出させる作用を有する。また、第2のマイクロレンズ25は第1のマイクロレンズ24よりも多くの光を拡散させる作用を有する。   Hereinafter, the operation of the first microlens layer 23 of the present embodiment will be described. The shape of each microlens is different from the shape of each microlens of the first microlens layer 11 described in the first embodiment, but the basic characteristics are the same. That is, the first microlens 24 has a function of emitting a part of the incident light L0 without diffusing. The second microlens 25 has a function of diffusing more light than the first microlens 24.

本発明者らは、第1実施形態と同様にシミュレーションを行った。第1実施形態で行ったシミュレーションと異なる点は、マイクロレンズの形状と各部の寸法である。その結果について以下、説明する。   The inventors performed a simulation in the same manner as in the first embodiment. The difference from the simulation performed in the first embodiment is the shape of the microlens and the dimensions of each part. The results will be described below.

本シミュレーションでは、各マイクロレンズの下面から上面までの高さを10μmで同一とし、かつ傾斜面の傾斜角度を同一とした。第2のマイクロレンズ25については、上面の一辺の長さを0(上面を持たない四角錐形)、下面の一辺の長さを16.4μmとした。第3のマイクロレンズ26については、上面の一辺の長さを4μm、下面の一辺の長さを20.4μmとした。第1のマイクロレンズ24については、上面の一辺の長さを6μm、下面の一辺の長さを22.4μmとした。   In this simulation, the height from the lower surface to the upper surface of each microlens is the same at 10 μm, and the inclination angle of the inclined surface is the same. For the second microlens 25, the length of one side of the upper surface was 0 (a quadrangular pyramid having no upper surface), and the length of one side of the lower surface was 16.4 μm. For the third microlens 26, the length of one side of the upper surface was 4 μm, and the length of one side of the lower surface was 20.4 μm. For the first microlens 24, the length of one side of the upper surface was 6 μm, and the length of one side of the lower surface was 22.4 μm.

上記の各部の寸法、および角度分布の均一性および中心強度を[表2]に示す。   [Table 2] shows the dimensions of the above parts, the uniformity of the angular distribution, and the center strength.

表2に示したように、上面(平坦面)を持たない第2のマイクロレンズ25の場合、角度分布の均一性が相対的に高く、中心強度が相対的に低い。一方、上面(平坦面)を持つ第1のマイクロレンズ24の場合、角度分布の均一性が相対的に低く、中心強度が相対的に高い。したがって、第2のマイクロレンズ25は、第1のマイクロレンズ24よりも角度分布の均一性が高く、スペックルノイズの低減効果が高い。また、第1のマイクロレンズ24は、第2のマイクロレンズ25よりも光利用効率が高い。そして、第3のマイクロレンズ26は、第2のマイクロレンズ25と第1のマイクロレンズ24の中間の特性を有する。   As shown in Table 2, in the case of the second microlens 25 having no upper surface (flat surface), the uniformity of the angular distribution is relatively high and the central strength is relatively low. On the other hand, in the case of the first microlens 24 having the upper surface (flat surface), the uniformity of the angular distribution is relatively low and the central strength is relatively high. Therefore, the second microlens 25 has higher uniformity of angular distribution than the first microlens 24, and the effect of reducing speckle noise is high. In addition, the first microlens 24 has higher light utilization efficiency than the second microlens 25. The third microlens 26 has intermediate characteristics between the second microlens 25 and the first microlens 24.

そこで、第1の領域に第1のマイクロレンズ24を備え、第2の領域に第2のマイクロレンズ25を備える第1のマイクロレンズ層23を用いることによって、画像のスペックルノイズが全体として低減されるとともに、照明光の利用効率が全体として高いプロジェクターを実現できる。   Therefore, by using the first microlens layer 23 including the first microlens 24 in the first region and the second microlens 25 in the second region, the speckle noise of the image is reduced as a whole. In addition, it is possible to realize a projector that has high overall use efficiency of illumination light.

なお、第2実施形態では、四角錐状もしくは四角錐台状のマイクロレンズを用いる例を示したが、三角錐、五角錐等、他の角錐状もしくは角錐台状のマイクロレンズを用いることができる。   In the second embodiment, an example using a quadrangular pyramid or quadrangular pyramid-shaped microlens has been described. However, other pyramid-shaped or truncated pyramid-shaped microlenses such as a triangular pyramid and a pentagonal pyramid can be used. .

第1、第2実施形態では、マイクロレンズ素子の中央領域に平坦な上面が存在しない円錐状もしくは四角錐状のマイクロレンズを配置したが、この構成に代えて、マイクロレンズ素子の中央領域にも、周辺領域と同様、平坦な上面を有する円錐台状もしくは四角錐台状のマイクロレンズを配置してもよい。その場合、中央領域に配置されたマイクロレンズの上面の面積が、周辺領域に配置されたマイクロレンズの上面の面積よりも小さければよい。   In the first and second embodiments, the conical or quadrangular pyramid-shaped microlens having no flat upper surface is disposed in the central region of the microlens element, but instead of this configuration, the microlens element is also disposed in the central region of the microlens element. Similarly to the peripheral region, a microlens having a truncated cone shape or a truncated pyramid shape having a flat upper surface may be arranged. In that case, the area of the upper surface of the microlens arranged in the central region may be smaller than the area of the upper surface of the microlens arranged in the peripheral region.

[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態について、図8〜図10を用いて説明する。
第3実施形態のプロジェクターの基本構成は第1実施形態と同様であり、マイクロレンズ素子の構成が第1実施形態と異なる。
図8〜図10において第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the projector of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and the configuration of the microlens element is different from that of the first embodiment.
8 to 10, the same reference numerals are given to the same components as those used in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

第1実施形態、第2実施形態では、第1のマイクロレンズ層を構成する複数のマイクロレンズの形状が、周辺領域に設けられたマイクロレンズと中央領域に設けられたマイクロレンズとで異なっていた。これに対して、本実施形態では、第1のマイクロレンズ層を構成する複数のマイクロレンズの形状は全て同一である。また、屈折率は、周辺領域に設けられたマイクロレンズと中央領域に設けられたマイクロレンズとで異なっている。   In the first embodiment and the second embodiment, the shape of the plurality of microlenses constituting the first microlens layer is different between the microlens provided in the peripheral region and the microlens provided in the central region. . On the other hand, in the present embodiment, the shapes of the plurality of microlenses constituting the first microlens layer are all the same. Further, the refractive index is different between the microlens provided in the peripheral region and the microlens provided in the central region.

図8、図9に示すように、第1のマイクロレンズ層29は、アレイ状に配置された複数のマイクロレンズを有する。複数のマイクロレンズの各々は、液晶ライトバルブ12の画素の位置に対応して配置されている。複数のマイクロレンズは、光変調領域の第1の領域に設けられた複数の第1のマイクロレンズ30と、光変調領域の第2の領域に設けられた複数の第2のマイクロレンズ31と、光変調領域の第3の領域に設けられた複数の第3のマイクロレンズ32と、を含む。第1のマイクロレンズ30、第2のマイクロレンズ31、および第3のマイクロレンズ32は、全て円錐状の形状を有する。   As shown in FIGS. 8 and 9, the first microlens layer 29 has a plurality of microlenses arranged in an array. Each of the plurality of microlenses is arranged corresponding to the pixel position of the liquid crystal light valve 12. The plurality of microlenses includes a plurality of first microlenses 30 provided in a first region of the light modulation region, a plurality of second microlenses 31 provided in a second region of the light modulation region, A plurality of third microlenses 32 provided in the third region of the light modulation region. The first microlens 30, the second microlens 31, and the third microlens 32 all have a conical shape.

本実施形態の例では、図9に示すように、第1のマイクロレンズ30は、最も外側の1行および最も外側の1列に配置されている。第3のマイクロレンズ32は、外側から2行目および外側から2列目に配置されている。第2のマイクロレンズ31は、中央の2行2列に配置されている。   In the example of this embodiment, as shown in FIG. 9, the first microlenses 30 are arranged in the outermost row and the outermost column. The third microlenses 32 are arranged in the second row from the outside and the second column from the outside. The second microlenses 31 are arranged in the middle 2 rows and 2 columns.

第1のマイクロレンズ30、第2のマイクロレンズ31、および第3のマイクロレンズ32の各々の屈折率は、中央領域から周辺領域に向けて順次小さくなっている。すなわち、第1のマイクロレンズ30の屈折率をn1、第2のマイクロレンズ31の屈折率をn2、第3のマイクロレンズ32の屈折率をn3とすると、n1<n3<n2の関係を満たしている。   The refractive indexes of the first microlens 30, the second microlens 31, and the third microlens 32 are sequentially decreased from the central region toward the peripheral region. That is, assuming that the refractive index of the first microlens 30 is n1, the refractive index of the second microlens 31 is n2, and the refractive index of the third microlens 32 is n3, the relationship of n1 <n3 <n2 is satisfied. Yes.

マイクロレンズを構成する一般的な透明材料の屈折率は、例えば1.5〜1.6程度である。マイクロレンズが例えば屈折率1.5の樹脂で構成され、マイクロレンズの光入射側に空気が存在していたとすると、光は、屈折率1.0の空気と屈折率1.5の樹脂との界面を透過してマイクロレンズに入射する。したがって、マイクロレンズの屈折率が大きい場合、光入射側に存在する物質との屈折率差が大きくなり、マイクロレンズに入射した光は大きい角度で屈折する。逆に、マイクロレンズの屈折率が小さい場合、光入射側に存在する物質との屈折率差が小さくなり、マイクロレンズに入射した光は小さい角度で屈折する。この傾向は、マイクロレンズの光入射側に空気が存在している場合に限らず、マイクロレンズの屈折率よりも小さい屈折率の物質が存在する場合も同様である。   The refractive index of a general transparent material constituting the microlens is, for example, about 1.5 to 1.6. For example, if the microlens is made of a resin having a refractive index of 1.5 and air is present on the light incident side of the microlens, the light is made up of air having a refractive index of 1.0 and a resin having a refractive index of 1.5. The light passes through the interface and enters the microlens. Therefore, when the refractive index of the microlens is large, the difference in refractive index from the substance existing on the light incident side becomes large, and the light incident on the microlens is refracted at a large angle. On the contrary, when the refractive index of the microlens is small, the difference in refractive index from the substance existing on the light incident side is small, and the light incident on the microlens is refracted at a small angle. This tendency is not limited to the case where air is present on the light incident side of the microlens, and the same is true when a substance having a refractive index smaller than that of the microlens is present.

したがって、屈折率が大きいマイクロレンズは、光の拡散の度合いが大きく、マイクロレンズから射出される光の角度分布の拡がりが大きくなる。本実施形態の場合、中心領域の第2のマイクロレンズ31は、屈折率が相対的に大きいため、スペックルノイズの低減効果が大きい。一方、屈折率が小さいマイクロレンズは、光の拡散の度合いが小さく、マイクロレンズから射出される光の角度分布の拡がりが小さくなる。本実施形態の場合、周辺領域の第1のマイクロレンズ30は屈折率が相対的に小さいため、光の射出角度が比較的小さい。そのため、後段の光学素子にけられる光が少なくなり、周辺領域に第2のマイクロレンズ31を設けた場合よりも光利用効率が高い。本実施形態の第1のマイクロレンズ層29の使用により、画像のスペックルノイズが全体として低減されるとともに、照明光の利用効率が全体として高いプロジェクターを実現できる。   Therefore, a microlens with a high refractive index has a large degree of light diffusion, and the spread of the angular distribution of light emitted from the microlens is large. In the case of the present embodiment, the second microlens 31 in the central region has a relatively high refractive index, and thus has a great effect of reducing speckle noise. On the other hand, a microlens having a low refractive index has a small degree of light diffusion, and the spread of the angular distribution of light emitted from the microlens is small. In the present embodiment, since the first microlens 30 in the peripheral region has a relatively small refractive index, the light emission angle is relatively small. For this reason, less light is applied to the subsequent optical element, and the light utilization efficiency is higher than when the second microlens 31 is provided in the peripheral region. By using the first microlens layer 29 of the present embodiment, it is possible to realize a projector in which speckle noise of an image is reduced as a whole and illumination light usage efficiency is high as a whole.

本発明者らは、第1実施形態と同様にシミュレーションを行った。第1実施形態で行ったシミュレーションと異なる点は、マイクロレンズの形状と屈折率である。その結果について以下、説明する。   The inventors performed a simulation in the same manner as in the first embodiment. The difference from the simulation performed in the first embodiment is the shape and refractive index of the microlens. The results will be described below.

図10(A)、図10(B)、図10(C)は、1個のマイクロレンズからの射出光の強度の角度分布を示す図である。   FIG. 10A, FIG. 10B, and FIG. 10C are diagrams showing the angular distribution of the intensity of light emitted from one microlens.

図10(A)は、第1のマイクロレンズ30の角度分布図である。図10(B)は、第3のマイクロレンズ32の角度分布図である。図10(C)は、第2のマイクロレンズ31の角度分布図である。シミュレーションでは、各マイクロレンズの形状を円錐型で同一とし、マイクロレンズの光入射側に屈折率が1.46の物質が存在するものとした。屈折率が1.46の物質は、例えばマイクロレンズを他の部材に固定するための光学接着剤を想定している。第1のマイクロレンズ30の屈折率を1.5とした。第3のマイクロレンズ32の屈折率を1.55とした。第2のマイクロレンズ31の屈折率を1.62とした。   FIG. 10A is an angle distribution diagram of the first microlens 30. FIG. 10B is an angle distribution diagram of the third microlens 32. FIG. 10C is an angle distribution diagram of the second microlens 31. In the simulation, it is assumed that the shape of each microlens is a conical shape and a substance having a refractive index of 1.46 exists on the light incident side of the microlens. The substance having a refractive index of 1.46 is assumed to be an optical adhesive for fixing the microlens to another member, for example. The refractive index of the first microlens 30 was set to 1.5. The refractive index of the third microlens 32 was 1.55. The refractive index of the second microlens 31 was 1.62.

上記の屈折率、および角度分布の均一性および中心強度を[表3]に示す。角度分布の均一性は、第1のマイクロレンズ30の角度分布の均一性を1としたときの相対値で示した。   Table 3 shows the refractive index and the uniformity of the angular distribution and the center intensity. The uniformity of the angular distribution is shown as a relative value when the uniformity of the angular distribution of the first microlens 30 is 1.

図10に示したように、各マイクロレンズの形状は同一であるが屈折率が異なるため、射出光の角度分布の拡がり(光線束の拡がり角)がマイクロレンズによって異なる。図10および表3からわかるように、第2のマイクロレンズ31の場合、角度分布の均一性が相対的に高く、中心強度が相対的に低い。第1のマイクロレンズ30の場合、角度分布の均一性が相対的に低く、中心強度が相対的に高い。このように、屈折率の高い第2のマイクロレンズ31は、屈折率の低い第1のマイクロレンズ30よりも角度分布の均一性が高く、スペックルノイズの低減効果が高いことが確認された。一方、屈折率の低い第1のマイクロレンズ30は、屈折率の高い第2のマイクロレンズ31よりも射出光の中心強度が高く、光利用効率の向上効果が高いことが確認された。第3のマイクロレンズ32は、第2のマイクロレンズ31と第1のマイクロレンズ30の中間の特性を有することが確認された。   As shown in FIG. 10, the shape of each microlens is the same, but the refractive index is different. Therefore, the spread of the angle distribution of the emitted light (the spread angle of the light beam) differs depending on the microlens. As can be seen from FIG. 10 and Table 3, in the case of the second microlens 31, the uniformity of the angular distribution is relatively high and the center intensity is relatively low. In the case of the first microlens 30, the uniformity of the angular distribution is relatively low and the central strength is relatively high. Thus, it was confirmed that the second microlens 31 having a high refractive index has higher uniformity of angular distribution and a high effect of reducing speckle noise than the first microlens 30 having a low refractive index. On the other hand, it was confirmed that the first microlens 30 having a low refractive index has a higher center intensity of emitted light than the second microlens 31 having a high refractive index, and has a high effect of improving the light utilization efficiency. It was confirmed that the third microlens 32 has an intermediate characteristic between the second microlens 31 and the first microlens 30.

[第4実施形態]
以下、本発明の第4実施形態について、図11を用いて説明する。
第4実施形態のマイクロレンズ素子の個々のマイクロレンズの形状が第3実施形態と異なる。
図11において第3実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The shape of each microlens of the microlens element of the fourth embodiment is different from that of the third embodiment.
In FIG. 11, the same components as those used in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

第3実施形態では、第1のマイクロレンズ層を構成するマイクロレンズの形状が円錐状であった。これに対して、第4実施形態では、第1のマイクロレンズ層を構成するマイクロレンズが四角錐状である。   In the third embodiment, the shape of the microlens constituting the first microlens layer is conical. On the other hand, in 4th Embodiment, the micro lens which comprises a 1st micro lens layer is a quadrangular pyramid shape.

図11に示すように、第1のマイクロレンズ層35は、アレイ状に配置された複数のマイクロレンズを有する。複数のマイクロレンズの各々は、液晶ライトバルブ12の画素の位置に対応して配置されている。複数のマイクロレンズは、液晶ライトバルブ12の光変調領域における第1の領域に設けられた複数の第1のマイクロレンズ36と、第2の領域に設けられた複数の第2のマイクロレンズ37と、第3の領域に設けられた複数の第3のマイクロレンズ38と、を含む。第1のマイクロレンズ36、第2のマイクロレンズ37、および第3のマイクロレンズ38は、全て四角錐状の形状を有する。   As shown in FIG. 11, the first microlens layer 35 has a plurality of microlenses arranged in an array. Each of the plurality of microlenses is arranged corresponding to the pixel position of the liquid crystal light valve 12. The plurality of microlenses include a plurality of first microlenses 36 provided in a first area in the light modulation area of the liquid crystal light valve 12, and a plurality of second microlenses 37 provided in a second area. And a plurality of third microlenses 38 provided in the third region. The first microlens 36, the second microlens 37, and the third microlens 38 all have a quadrangular pyramid shape.

本実施形態の例では、図11に示すように、第1のマイクロレンズ36は、最も外側の1行および最も外側の1列に配置されている。第3のマイクロレンズ38は、外側から2行目および外側から2列目に配置されている。第2のマイクロレンズ37は、中央の2行2列に配置されている。   In the example of this embodiment, as shown in FIG. 11, the first microlenses 36 are arranged in the outermost row and the outermost column. The third microlenses 38 are arranged in the second row from the outside and the second column from the outside. The second microlenses 37 are arranged in the middle 2 rows and 2 columns.

第1のマイクロレンズ36、第2のマイクロレンズ37、および第3のマイクロレンズ38の屈折率は、中央領域から周辺領域に向けて順次小さくなっている。すなわち、第1のマイクロレンズ36の屈折率をn1、第2のマイクロレンズ37の屈折率をn2、第3のマイクロレンズ38の屈折率をn3とすると、n1<n3<n2の関係を満たしている。   The refractive indexes of the first microlens 36, the second microlens 37, and the third microlens 38 are gradually decreased from the central region toward the peripheral region. That is, assuming that the refractive index of the first microlens 36 is n1, the refractive index of the second microlens 37 is n2, and the refractive index of the third microlens 38 is n3, the relationship of n1 <n3 <n2 is satisfied. Yes.

本実施形態においても、第1のマイクロレンズ層35の使用により、画像のスペックルノイズが全体として低減されるとともに、照明光の利用効率が全体として高いプロジェクターを実現できる、という第1〜第3実施形態と同様の効果が得られる。   In the present embodiment as well, the use of the first microlens layer 35 reduces the speckle noise of the image as a whole and realizes a projector having a high utilization efficiency of illumination light as a whole. The same effect as the embodiment can be obtained.

なお、第3実施形態、第4実施形態では、マイクロレンズの形状を円錐状もしくは四角錐状としたが、マイクロレンズの形状はこれらに限るものではない。マイクロレンズの変形例として、例えば図12に示すように、中心部42aは湾曲面を有する凸レンズ状であり、周辺部42bは円錐台状であるマイクロレンズ42を用いてもよい。   In the third embodiment and the fourth embodiment, the shape of the microlens is a conical shape or a quadrangular pyramid shape, but the shape of the microlens is not limited thereto. As a modification of the microlens, for example, as shown in FIG. 12, a central lens 42a may be a convex lens having a curved surface, and a peripheral lens 42b may be a microlens 42 having a truncated cone shape.

本発明者らは、本変形例のマイクロレンズについても、第1実施形態と同様にシミュレーションを行った。その結果について以下、説明する。
マイクロレンズ42の各種パラメーターとして、図13に示すように、下面から中心部42aの頂点までの高さtを4.1μm、周辺部42bの傾斜面の下面に対する傾斜角度θを52°、下面の直径wを11.4μm、マイクロレンズ42の下面と液晶ライトバルブ12との距離zを14μmとした。第4実施形態と同様、マイクロレンズの屈折率を場所によって変えた。第1のマイクロレンズの屈折率を1.5とした。第3のマイクロレンズの屈折率を1.55とした。第2のマイクロレンズの屈折率を1.62とした。
The inventors also performed a simulation for the microlens of the present modification as in the first embodiment. The results will be described below.
As various parameters of the micro lens 42, as shown in FIG. 13, the height t from the lower surface to the apex of the central portion 42a is 4.1 μm, the inclination angle θ of the inclined surface of the peripheral portion 42b is 52 °, The diameter w was 11.4 μm, and the distance z between the lower surface of the microlens 42 and the liquid crystal light valve 12 was 14 μm. Similar to the fourth embodiment, the refractive index of the microlens was changed depending on the location. The refractive index of the first microlens was 1.5. The refractive index of the third microlens was 1.55. The refractive index of the second microlens was 1.62.

上記の屈折率、および角度分布の均一性および中心強度[表4]に示す。角度分布の均一性は、第2のマイクロレンズの角度分布の均一性を1としたときの相対値で示した。   The refractive index and the uniformity of the angular distribution and the central intensity are shown in [Table 4]. The uniformity of the angular distribution is shown as a relative value when the uniformity of the angular distribution of the second microlens is 1.

表4に示したように、屈折率が高い第2のマイクロレンズは、屈折率の低い第1のマイクロレンズよりも角度分布の均一性が高く、スペックルノイズの低減効果が高い。屈折率が低い第1のマイクロレンズは、屈折率が高い第2のマイクロレンズよりも中心強度が高く、光利用効率の向上効果が高い。第3のマイクロレンズは、第2のマイクロレンズと第1のマイクロレンズの中間の特性を有する。よって、マイクロレンズの形状によらず、屈折率の違いに応じて第3実施形態、第4実施形態と同様の傾向を示すことが判った。   As shown in Table 4, the second microlens with a high refractive index has higher uniformity of angular distribution and a higher speckle noise reduction effect than the first microlens with a low refractive index. The first microlens having a low refractive index has a higher center intensity than the second microlens having a high refractive index, and has a high effect of improving light utilization efficiency. The third microlens has intermediate characteristics between the second microlens and the first microlens. Therefore, it was found that the same tendency as in the third embodiment and the fourth embodiment was exhibited according to the difference in refractive index regardless of the shape of the microlens.

[第5実施形態]
以下、本発明の第5実施形態について、図14を用いて説明する。
第5実施形態の光変調装置の構成は第1実施形態と同様であるが、マイクロレンズ素子の構成が第1実施形態と異なる。
図14において第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The configuration of the light modulation device of the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the microlens element is different from that of the first embodiment.
In FIG. 14, the same components as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

上記実施形態では液晶ライトバルブの詳細な説明を省略したが、液晶ライトバルブは、マトリクス状に配置された複数の画素を区画する遮光層、いわゆるブラックマトリクスを備えている。液晶ライトバルブにおいて光利用効率を高めるためには液晶ライトバルブに入射した光がブラックマトリクスでけられないようにする必要がある。そのため、入射した平行光をブラックマトリクスの開口部に集めるためのマイクロレンズを、液晶ライトバルブの光入射側に設けることが重要である。この観点から、第1〜第4実施形態においては、第1のマイクロレンズ層が液晶ライトバルブの光入射側に設けられていた。   Although the detailed description of the liquid crystal light valve is omitted in the above embodiment, the liquid crystal light valve includes a light shielding layer that partitions a plurality of pixels arranged in a matrix, a so-called black matrix. In order to increase the light use efficiency in the liquid crystal light valve, it is necessary to prevent the light incident on the liquid crystal light valve from being scattered by the black matrix. Therefore, it is important to provide a microlens on the light incident side of the liquid crystal light valve for collecting incident parallel light at the opening of the black matrix. From this viewpoint, in the first to fourth embodiments, the first microlens layer is provided on the light incident side of the liquid crystal light valve.

図14に示すように、本実施形態の光変調装置45は、液晶ライトバルブ12と、第1のマイクロレンズ層46と、第2のマイクロレンズ層47と、を備えている。第1のマイクロレンズ層46と第2のマイクロレンズ層47とは、マイクロレンズ素子を構成する。液晶ライトバルブ12は、複数の画素を含む光変調領域を備えている。第1のマイクロレンズ層46は、液晶ライトバルブ12の光入射側に設けられている。第2のマイクロレンズ層47は、液晶ライトバルブ12の光射出側に設けられている。なお、図14ないし図16では便宜上、液晶ライトバルブ12は3行3列に配置された複数の画素を有するものとして描いている。この場合、中央の1個の画素が配置されている領域が中心領域に相当し、残りの画素が配置されている領域が周辺領域に相当する。   As shown in FIG. 14, the light modulation device 45 of this embodiment includes a liquid crystal light valve 12, a first microlens layer 46, and a second microlens layer 47. The first microlens layer 46 and the second microlens layer 47 constitute a microlens element. The liquid crystal light valve 12 includes a light modulation region including a plurality of pixels. The first microlens layer 46 is provided on the light incident side of the liquid crystal light valve 12. The second microlens layer 47 is provided on the light emission side of the liquid crystal light valve 12. 14 to 16, for convenience, the liquid crystal light valve 12 is illustrated as having a plurality of pixels arranged in 3 rows and 3 columns. In this case, the area where one central pixel is arranged corresponds to the central area, and the area where the remaining pixels are arranged corresponds to the peripheral area.

第1のマイクロレンズ層46は、液晶ライトバルブ12の光変調領域の全ての画素に対応して設けられた複数のマイクロレンズ48を備えている。1つの画素に1つのマイクロレンズ48が設けられている。本実施形態の第1のマイクロレンズ層46は、第1〜第4実施形態の第1のマイクロレンズ層と異なり、第1のマイクロレンズ層46を構成する全てのマイクロレンズ48の形状および屈折率は同一である。マイクロレンズ48の形状は特に限定されるものではなく、例えば球面を有する一般的な形状の凸レンズを用いてもよいし、第1〜第4実施形態で用いたような形状の平凸レンズを用いてもよい。   The first microlens layer 46 includes a plurality of microlenses 48 provided corresponding to all the pixels in the light modulation region of the liquid crystal light valve 12. One microlens 48 is provided for one pixel. The first microlens layer 46 of the present embodiment is different from the first microlens layers of the first to fourth embodiments, and the shape and refractive index of all the microlenses 48 constituting the first microlens layer 46. Are the same. The shape of the micro lens 48 is not particularly limited. For example, a convex lens having a general shape having a spherical surface may be used, or a plano-convex lens having a shape as used in the first to fourth embodiments may be used. Also good.

第2のマイクロレンズ層47は、TFTアレイ基板14の上に設けられている。第2のマイクロレンズ層47は、周辺領域に対応する領域47aと、中心領域に対応する領域47bとを備えている。領域47aには複数の第1の凸レンズ49が設けられている。また、領域47bには空気層が設けられており、領域47bの屈折力を0とみなすことができる。したがって、領域47aの屈折力は領域47bの屈折力よりも大きい。複数の第1の凸レンズ49は、液晶ライトバルブ12の光変調領域の周辺領域の複数の画素に対応して設けられている。周辺領域の1つの画素に1つの第1の凸レンズ49が設けられている。また、領域47bは、液晶ライトバルブ12の光変調領域の中心領域に配置されている。即ち、周辺領域における第2のマイクロレンズ層47の屈折力は、中心領域における第2のマイクロレンズ層47の屈折力よりも大きい。第1の凸レンズ49の形状は特に限定されるものではなく、例えば球面を有する一般的な形状の凸レンズを用いることができる。また本実施形態では、領域47bに空気層を設けているが、空気層の代わりに屈折力を持たない光透過性の部材を領域47bに設けてもよい。また、第1の凸レンズ49を最外周からどの領域まで設けるかについては、特に限定されることなく、適宜決定することができる。つまり、周辺領域と中心領域との間の境界は適宜決定することができる。   The second microlens layer 47 is provided on the TFT array substrate 14. The second microlens layer 47 includes a region 47a corresponding to the peripheral region and a region 47b corresponding to the central region. A plurality of first convex lenses 49 are provided in the region 47a. The region 47b is provided with an air layer, and the refractive power of the region 47b can be regarded as zero. Therefore, the refractive power of the region 47a is larger than the refractive power of the region 47b. The plurality of first convex lenses 49 are provided corresponding to the plurality of pixels in the peripheral region of the light modulation region of the liquid crystal light valve 12. One first convex lens 49 is provided for one pixel in the peripheral region. The region 47b is disposed in the central region of the light modulation region of the liquid crystal light valve 12. That is, the refractive power of the second microlens layer 47 in the peripheral region is larger than the refractive power of the second microlens layer 47 in the central region. The shape of the first convex lens 49 is not particularly limited, and for example, a general convex lens having a spherical surface can be used. In this embodiment, the air layer is provided in the region 47b. However, a light transmissive member having no refractive power may be provided in the region 47b instead of the air layer. Further, the region from which the first convex lens 49 is provided to the region from the outermost periphery can be appropriately determined without any particular limitation. That is, the boundary between the peripheral region and the central region can be determined as appropriate.

本実施形態の光変調装置45の場合、光入射側の第1のマイクロレンズ層46の各マイクロレンズ48に入射した光L0は、ブラックマトリクス(図示略)の開口部を透過できる程度に集束され、液晶ライトバルブ12から所定の角度分布を持って射出される。液晶ライトバルブ12の周辺領域から射出された光は、第2のマイクロレンズ層47の第1の凸レンズ49を透過することによって角度分布がより狭い光、すなわち、平行光により近い光L1に変換され、マイクロレンズ素子(第2のマイクロレンズ層47)から射出される。一方、液晶ライトバルブ12の中心領域から所定の角度分布を持って射出された光L2は、領域47bを透過して、比較的広い角度分布を維持したままの状態でマイクロレンズ素子から射出される。   In the case of the light modulation device 45 of this embodiment, the light L0 incident on each microlens 48 of the first microlens layer 46 on the light incident side is focused to such an extent that it can pass through an opening of a black matrix (not shown). The liquid crystal light valve 12 emits light with a predetermined angular distribution. Light emitted from the peripheral region of the liquid crystal light valve 12 is converted into light L1 having a narrower angular distribution, that is, light L1 closer to parallel light, by passing through the first convex lens 49 of the second microlens layer 47. , And emitted from the microlens element (second microlens layer 47). On the other hand, the light L2 emitted from the central region of the liquid crystal light valve 12 with a predetermined angular distribution passes through the region 47b and is emitted from the microlens element while maintaining a relatively wide angular distribution. .

本実施形態の光変調装置45においては、光変調領域の中心領域から射出される光L2は、光変調領域の周辺領域から射出される光L1よりも広い角度分布と高い角度分布の均一性とを持つ。そのため、中心領域では周辺領域よりも高いスペックルノイズの低減効果が得られる。一方、光変調領域の周辺領域から射出される光L1は、光変調領域の中心領域から射出される光L2よりも狭い角度分布を持つ。そのため、周辺領域では後段の投写光学系にけられる光が少なく、比較的高い光利用効率が得られる。光変調装置45を使用することにより、画像のスペックルノイズが全体として低減されるとともに、照明光の利用効率が全体として高いプロジェクターを実現できる。   In the light modulation device 45 of the present embodiment, the light L2 emitted from the central region of the light modulation region has a wider angular distribution and a higher angular distribution uniformity than the light L1 emitted from the peripheral region of the light modulation region. have. Therefore, a higher speckle noise reduction effect is obtained in the central region than in the peripheral region. On the other hand, the light L1 emitted from the peripheral region of the light modulation region has a narrower angular distribution than the light L2 emitted from the central region of the light modulation region. Therefore, in the peripheral region, less light is directed to the projection optical system at the subsequent stage, and a relatively high light utilization efficiency can be obtained. By using the light modulation device 45, it is possible to realize a projector in which the speckle noise of the image is reduced as a whole and the illumination light utilization efficiency is high as a whole.

本実施形態の光変調装置45は、液晶ライトバルブ12の光射出側の中心領域に第1の凸レンズ49を備えていない。これに対して、図15に示すように、変形例の光変調装置52では、第2のマイクロレンズ層53が、屈折力が比較的大きい領域53aに設けられた第1の凸レンズ49に加えて、屈折力が比較的小さい領域53bに第2の凸レンズ54を備えていてもよい。ただし、第2の凸レンズ54の屈折力は第1の凸レンズ49の屈折力よりも小さい。この場合、液晶ライトバルブ12の中心領域から射出された光L3は、周辺領域から射出された光L1と同様、第2のマイクロレンズ層53の第2の凸レンズ54を透過することによって角度分布がより狭い光、すなわち、平行光により近い光に変換され、射出される。   The light modulation device 45 of this embodiment does not include the first convex lens 49 in the central region on the light emission side of the liquid crystal light valve 12. On the other hand, as shown in FIG. 15, in the light modulation device 52 of the modified example, the second microlens layer 53 is added to the first convex lens 49 provided in the region 53 a having a relatively large refractive power. The second convex lens 54 may be provided in the region 53b having a relatively small refractive power. However, the refractive power of the second convex lens 54 is smaller than the refractive power of the first convex lens 49. In this case, the light L3 emitted from the central region of the liquid crystal light valve 12 is transmitted through the second convex lens 54 of the second microlens layer 53 in the same manner as the light L1 emitted from the peripheral region. Narrower light, that is, light that is closer to parallel light is converted and emitted.

ただし、中心領域と周辺領域とで射出光の角度分布を比較すると、第2の凸レンズ54は第1の凸レンズ49よりも屈折力が小さいため、中心領域での射出光L3の角度分布は、周辺領域での射出光L1の角度分布よりも広い。その結果、中心領域では周辺領域よりも高いスペックルノイズの低減効果が得られる。一方、光変調領域の周辺領域から射出される光L1は、光変調領域の中心領域から射出される光L3よりも狭い角度分布を持つ。そのため、周辺領域では後段の投写光学系にけられる光が中心領域よりも少なく、比較的高い光利用効率が得られる。   However, when the angular distribution of the emitted light is compared between the central region and the peripheral region, the second convex lens 54 has a refractive power smaller than that of the first convex lens 49. Therefore, the angular distribution of the emitted light L3 in the central region is It is wider than the angular distribution of the emitted light L1 in the region. As a result, a higher speckle noise reduction effect is obtained in the central region than in the peripheral region. On the other hand, the light L1 emitted from the peripheral region of the light modulation region has a narrower angular distribution than the light L3 emitted from the central region of the light modulation region. Therefore, in the peripheral region, less light is directed to the projection optical system in the subsequent stage than in the central region, and a relatively high light utilization efficiency can be obtained.

[第6実施形態]
以下、本発明の第6実施形態について、図16を用いて説明する。
第6実施形態の光変調装置の基本構成は第5実施形態と同様であり、光射出側の第2のマイクロレンズ層の構成が第5実施形態と異なる。
図16において第5実施形態で用いた図14と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Sixth Embodiment]
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the light modulation device of the sixth embodiment is the same as that of the fifth embodiment, and the configuration of the second microlens layer on the light emission side is different from that of the fifth embodiment.
In FIG. 16, the same components as those in FIG. 14 used in the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図16に示すように、本実施形態の光変調装置57は、液晶ライトバルブ12と、第1のマイクロレンズ層46と、第2のマイクロレンズ層58と、を備えている。第1のマイクロレンズ層46と第2のマイクロレンズ層58とは、マイクロレンズ素子を構成する。液晶ライトバルブ12は、複数の画素を含む光変調領域を備えている。第1のマイクロレンズ層46は、液晶ライトバルブ12の光入射側に設けられている。第2のマイクロレンズ層58は、液晶ライトバルブ12の光射出側に設けられている。第1のマイクロレンズ層46の構成は、第5実施形態と同様である。   As shown in FIG. 16, the light modulation device 57 of this embodiment includes a liquid crystal light valve 12, a first microlens layer 46, and a second microlens layer 58. The first microlens layer 46 and the second microlens layer 58 constitute a microlens element. The liquid crystal light valve 12 includes a light modulation region including a plurality of pixels. The first microlens layer 46 is provided on the light incident side of the liquid crystal light valve 12. The second microlens layer 58 is provided on the light emission side of the liquid crystal light valve 12. The configuration of the first microlens layer 46 is the same as that of the fifth embodiment.

第2のマイクロレンズ層58は、周辺領域に対応する領域58aと、中心領域に対応する領域58bとを備えている。領域58aには空気層が設けられており、領域58aの屈折力を0とみなすことができる。また、領域58bには、負の屈折力を持つ凹レンズ59が設けられている。従って、領域58aの屈折力は領域58bの屈折力よりも大きいと言うことができる。複数の凹レンズ59は、液晶ライトバルブ12の光変調領域の中心領域の画素に対応して設けられている。中心領域の1つの画素に1つの凹レンズ59が設けられている。また、領域58aは、液晶ライトバルブ12の光変調領域の周辺領域に配置されている。即ち、周辺領域における第2のマイクロレンズ層58の屈折力は、中心領域における第2のマイクロレンズ層58の屈折力よりも大きい。凹レンズの形状は特に限定されるものではなく、例えば球面を有する一般的な形状の凹レンズを用いることができる。また本実施形態では、領域58aに空気層を設けているが、空気層の代わりに屈折力を持たない光透過性の部材を領域58aに設けてもよい。また、凹レンズの形成範囲については、特に限定されることなく、適宜決定することができる。つまり、周辺領域と中心領域との間の境界は適宜決定することができる。   The second microlens layer 58 includes a region 58a corresponding to the peripheral region and a region 58b corresponding to the central region. The region 58a is provided with an air layer, and the refractive power of the region 58a can be regarded as zero. A concave lens 59 having a negative refractive power is provided in the region 58b. Therefore, it can be said that the refractive power of the region 58a is larger than the refractive power of the region 58b. The plurality of concave lenses 59 are provided corresponding to the pixels in the central region of the light modulation region of the liquid crystal light valve 12. One concave lens 59 is provided for one pixel in the central region. The region 58a is disposed in the peripheral region of the light modulation region of the liquid crystal light valve 12. That is, the refractive power of the second microlens layer 58 in the peripheral region is larger than the refractive power of the second microlens layer 58 in the central region. The shape of the concave lens is not particularly limited, and for example, a general concave lens having a spherical surface can be used. In the present embodiment, an air layer is provided in the region 58a. However, a light transmissive member having no refractive power may be provided in the region 58a instead of the air layer. Further, the formation range of the concave lens is not particularly limited and can be determined as appropriate. That is, the boundary between the peripheral region and the central region can be determined as appropriate.

本実施形態の光変調装置57の場合、光入射側の第1のマイクロレンズ層46のマイクロレンズ48に入射した光は、ブラックマトリクス(図示略)の開口部を透過できる程度に集束され、液晶ライトバルブ12から所定の角度分布を持って射出される。液晶ライトバルブ12の周辺領域から射出された光は、領域58aを透過して、マイクロレンズ48で決まる角度分布を維持したままの状態でマイクロレンズ素子から射出される。一方、液晶ライトバルブ12の中心領域から射出された光は、第2のマイクロレンズ層58の凹レンズ59を透過することによって角度分布がより拡がった光L4に変換され、マイクロレンズ素子から射出される。   In the case of the light modulation device 57 of the present embodiment, the light incident on the microlens 48 of the first microlens layer 46 on the light incident side is focused to such an extent that it can be transmitted through an opening of a black matrix (not shown). Light is emitted from the light valve 12 with a predetermined angular distribution. The light emitted from the peripheral area of the liquid crystal light valve 12 passes through the area 58a and is emitted from the microlens element while maintaining the angular distribution determined by the microlens 48. On the other hand, the light emitted from the central region of the liquid crystal light valve 12 is converted to the light L4 having a wider angular distribution by passing through the concave lens 59 of the second microlens layer 58, and emitted from the microlens element. .

本実施形態の光変調装置57においては、光変調領域の中心領域から射出される光L4は、光変調領域の周辺領域から射出される光L2よりも広い角度分布と高い角度分布の均一性とを持つ。そのため、中心領域では周辺領域よりも高いスペックルノイズの低減効果が得られる。一方、光変調領域の周辺領域から射出される光L2は、光変調領域の中心領域から射出される光L4よりも狭い角度分布を持つ。そのため、周辺領域では後段の投写光学系にけられる光が少なく、比較的高い光利用効率が得られる。光変調装置57を使用することにより、画像のスペックルノイズが全体として低減されるとともに、照明光の利用効率が全体として高いプロジェクターを実現できる。   In the light modulation device 57 of the present embodiment, the light L4 emitted from the central region of the light modulation region has a wider angular distribution and a higher angular distribution uniformity than the light L2 emitted from the peripheral region of the light modulation region. have. Therefore, a higher speckle noise reduction effect is obtained in the central region than in the peripheral region. On the other hand, the light L2 emitted from the peripheral region of the light modulation region has a narrower angular distribution than the light L4 emitted from the central region of the light modulation region. Therefore, in the peripheral region, less light is directed to the projection optical system at the subsequent stage, and a relatively high light utilization efficiency can be obtained. By using the light modulation device 57, it is possible to realize a projector in which the speckle noise of the image is reduced as a whole and the illumination light utilization efficiency is high as a whole.

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記第1〜第4実施形態では、矩形状の光変調領域に対して、第1の領域、第2の領域、および第3の領域各々の輪郭は矩形であったが、この配置に限られない。図17に示したように、矩形状の光変調領域Mに対して、第1の領域の輪郭R1、第2の領域の輪郭R2、および第3の領域の輪郭R3を例えば円形としてもよい。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the first to fourth embodiments, the outline of each of the first area, the second area, and the third area is rectangular with respect to the rectangular light modulation area. I can't. As shown in FIG. 17, for the rectangular light modulation region M, the first region contour R1, the second region contour R2, and the third region contour R3 may be circular, for example.

また、図18に示したように、矩形状の光変調領域Mを長手方向に分割し、第2の領域H2を挟むように2つの第1の領域H1を配置してもよい。また、このように、必ずしも第3の領域を設定する必要は無い。つまり、第3のマイクロレンズは必須ではない。   Further, as shown in FIG. 18, the rectangular light modulation region M may be divided in the longitudinal direction, and the two first regions H1 may be arranged so as to sandwich the second region H2. Further, it is not always necessary to set the third area. That is, the third microlens is not essential.

上記実施形態では、光変調領域の周辺領域と中心領域とでマイクロレンズの形状、屈折率のいずれか一方を異ならせた構成のマイクロレンズ素子を例示したが、この構成に代えて、光変調領域の周辺領域と中心領域とでマイクロレンズの形状、屈折率の双方を異ならせた構成のマイクロレンズ素子を採用してもよい。例えば光変調領域の周辺領域のマイクロレンズの上面の面積を大きく、かつ屈折率を小さくし、中心領域のマイクロレンズの上面の面積を小さく、かつ屈折率を大きくしてもよい。   In the above-described embodiment, the microlens element having a configuration in which either the shape or the refractive index of the microlens is different between the peripheral region and the central region of the light modulation region is illustrated, but instead of this configuration, the light modulation region A microlens element having a configuration in which both the shape and the refractive index of the microlens are different between the peripheral region and the central region may be employed. For example, the area of the upper surface of the microlens in the peripheral region of the light modulation region may be increased and the refractive index may be decreased, the area of the upper surface of the microlens in the central region may be decreased, and the refractive index may be increased.

第1、第2実施形態では、第1のマイクロレンズと第2のマイクロレンズにおいて、下面に対する傾斜面の傾斜角度は同一であったが、これに限らない。第1のマイクロレンズの傾斜角度を第2のマイクロレンズの傾斜角度より小さくしてもよい。   In the first and second embodiments, the inclination angle of the inclined surface with respect to the lower surface is the same in the first microlens and the second microlens, but the present invention is not limited to this. The tilt angle of the first microlens may be smaller than the tilt angle of the second microlens.

図15で示した第5実施形態の変形例では、第1の凸レンズ49と第2の凸レンズ54を備えていたが、これに限らない。第2の凸レンズ54に代えて、図16に示した凹レンズ59を設けてもよい。   In the modification of the fifth embodiment shown in FIG. 15, the first convex lens 49 and the second convex lens 54 are provided, but the present invention is not limited to this. Instead of the second convex lens 54, a concave lens 59 shown in FIG. 16 may be provided.

その他、第1のマイクロレンズ層、第2のマイクロレンズ層、光変調装置、およびプロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、上記実施形態で例示したものに限らず、適宜変更が可能である。   In addition, the shape, number, arrangement, material, and the like of the various components of the first microlens layer, the second microlens layer, the light modulation device, and the projector are not limited to those exemplified in the above embodiment, and may be appropriately selected. It can be changed.

1…プロジェクター、2R,2G,2B…光源装置、3R,3G,3B,45,52,57…光変調装置、5…投写光学系、11,23,29,35…第1のマイクロレンズ層、12…液晶ライトバルブ(光変調素子)、18,24,30,36…第1のマイクロレンズ、19,25,31,37…第2のマイクロレンズ、42…マイクロレンズ、47,53,58…第2のマイクロレンズ層、49…第1の凸レンズ、54,59…第2の凸レンズ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projector, 2R, 2G, 2B ... Light source device, 3R, 3G, 3B, 45, 52, 57 ... Light modulation device, 5 ... Projection optical system, 11, 23, 29, 35 ... 1st micro lens layer, DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Liquid crystal light valve (light modulation element) 18, 24, 30, 36 ... 1st micro lens, 19, 25, 31, 37 ... 2nd micro lens, 42 ... Micro lens, 47, 53, 58 ... 2nd micro lens layer, 49 ... 1st convex lens, 54, 59 ... 2nd convex lens

Claims (11)

複数の画素を含む光変調領域を備えた光変調素子に設けられるマイクロレンズ素子であって、
第1のマイクロレンズ層を備え、
前記第1のマイクロレンズ層は、前記第1のマイクロレンズ層の周辺領域に設けられた第1のマイクロレンズと、前記第1のマイクロレンズ層の中心領域に設けられた第2のマイクロレンズと、を含み、
前記第1のマイクロレンズおよび前記第2のマイクロレンズの各々が、平凸レンズで構成され、
前記第1のマイクロレンズの凸面の一部が平坦面であり、
前記第2のマイクロレンズの凸面の一部が平坦面であり、
前記第1のマイクロレンズの前記平坦面の面積が、前記第2のマイクロレンズの前記平坦面の面積よりも大きく、
前記第2のマイクロレンズに入射して前記第1のマイクロレンズ層から射出された光の角度分布の均一性が、前記第1のマイクロレンズに入射して前記第1のマイクロレンズ層から射出された光の角度分布の均一性よりも高く、
前記第1のマイクロレンズに入射して前記第1のマイクロレンズ層から射出された光の中心強度が、前記第2のマイクロレンズに入射して前記第1のマイクロレンズ層から射出された光の中心強度よりも高いことを特徴とするマイクロレンズ素子。
A microlens element provided in a light modulation element having a light modulation region including a plurality of pixels,
Comprising a first microlens layer;
The first microlens layer includes a first microlens provided in a peripheral region of the first microlens layer, and a second microlens provided in a central region of the first microlens layer. Including,
Each of the first microlens and the second microlens is composed of a plano-convex lens,
A part of the convex surface of the first microlens is a flat surface,
A part of the convex surface of the second microlens is a flat surface,
An area of the flat surface of the first microlens is larger than an area of the flat surface of the second microlens;
The uniformity of the angular distribution of the light incident on the second microlens and emitted from the first microlens layer is incident on the first microlens and emitted from the first microlens layer. Higher than the uniformity of the angular distribution of light,
The central intensity of the light incident on the first microlens and emitted from the first microlens layer is the intensity of the light incident on the second microlens and emitted from the first microlens layer. A microlens element having a higher central strength.
複数の画素を含む光変調領域を備えた光変調素子に設けられるマイクロレンズ素子であって、
第1のマイクロレンズ層を備え、
前記第1のマイクロレンズ層は、前記第1のマイクロレンズ層の周辺領域に設けられた第1のマイクロレンズと、前記第1のマイクロレンズ層の中心領域に設けられた第2のマイクロレンズと、を含み、
前記第1のマイクロレンズおよび前記第2のマイクロレンズの各々が、平凸レンズで構成され、
前記第1のマイクロレンズの凸面の一部が平坦面であり、
前記第2のマイクロレンズの凸面は、錐状の形状を有する傾斜面で構成され、平坦面を有しておらず、
前記第2のマイクロレンズに入射して前記第1のマイクロレンズ層から射出された光の角度分布の均一性が、前記第1のマイクロレンズに入射して前記第1のマイクロレンズ層から射出された光の角度分布の均一性よりも高く、
前記第1のマイクロレンズに入射して前記第1のマイクロレンズ層から射出された光の中心強度が、前記第2のマイクロレンズに入射して前記第1のマイクロレンズ層から射出された光の中心強度よりも高いことを特徴とするマイクロレンズ素子。
A microlens element provided in a light modulation element having a light modulation region including a plurality of pixels,
Comprising a first microlens layer;
The first microlens layer includes a first microlens provided in a peripheral region of the first microlens layer, and a second microlens provided in a central region of the first microlens layer. Including,
Each of the first microlens and the second microlens is composed of a plano-convex lens,
A part of the convex surface of the first microlens is a flat surface,
The convex surface of the second microlens is composed of an inclined surface having a conical shape, does not have a flat surface,
The uniformity of the angular distribution of the light incident on the second microlens and emitted from the first microlens layer is incident on the first microlens and emitted from the first microlens layer. Higher than the uniformity of the angular distribution of light,
The central intensity of the light incident on the first microlens and emitted from the first microlens layer is the intensity of the light incident on the second microlens and emitted from the first microlens layer. A microlens element having a higher central strength.
前記第1のマイクロレンズの屈折率が、前記第2のマイクロレンズの屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマイクロレンズ素子。   The microlens element according to claim 1 or 2, wherein a refractive index of the first microlens is smaller than a refractive index of the second microlens. 第2のマイクロレンズ層をさらに備え、
前記周辺領域における前記第2のマイクロレンズ層の屈折力は、前記中心領域における前記第2のマイクロレンズ層の屈折力よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズ素子。
A second microlens layer;
2. The microlens element according to claim 1, wherein a refractive power of the second microlens layer in the peripheral region is larger than a refractive power of the second microlens layer in the central region.
前記第2のマイクロレンズ層は、前記周辺領域に設けられた第1の凸レンズを含むことを特徴とする請求項4に記載のマイクロレンズ素子。 The microlens element according to claim 4, wherein the second microlens layer includes a first convex lens provided in the peripheral region. 前記第2のマイクロレンズ層は、前記中心領域に設けられた第2の凸レンズをさらに含み、
前記第2の凸レンズの屈折力は前記第1の凸レンズの屈折力よりも小さいことを特徴とする請求項5に記載のマイクロレンズ素子。
The second microlens layer further includes a second convex lens provided in the central region,
6. The microlens element according to claim 5, wherein the refractive power of the second convex lens is smaller than the refractive power of the first convex lens.
前記第2のマイクロレンズ層は、前記中心領域に設けられた凹レンズを含むことを特徴とする請求項4または請求項5に記載のマイクロレンズ素子。   The microlens element according to claim 4, wherein the second microlens layer includes a concave lens provided in the central region. 複数の画素を含む光変調領域を備えた光変調素子と、
前記光変調素子に設けられたマイクロレンズ素子と、を備え、
前記マイクロレンズ素子が、請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載のマイクロレンズ素子であることを特徴とする光変調装置。
A light modulation element including a light modulation region including a plurality of pixels;
A microlens element provided in the light modulation element,
8. The light modulation device according to claim 1, wherein the microlens element is the microlens element according to any one of claims 1 to 7.
前記マイクロレンズ素子が、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のマイクロレンズ素子であり、
前記マイクロレンズ素子は前記光変調素子の光入射側に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の光変調装置。
The microlens element is the microlens element according to any one of claims 1 to 3,
The light modulation device according to claim 8, wherein the microlens element is provided on a light incident side of the light modulation element.
前記マイクロレンズ素子が、請求項4から請求項7までのいずれか一項に記載のマイクロレンズ素子であり、
前記第1のマイクロレンズ層は前記光変調素子の光入射側に設けられ、
前記第2のマイクロレンズ層は前記光変調素子の光射出側に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の光変調装置。
The microlens element is the microlens element according to any one of claims 4 to 7,
The first microlens layer is provided on the light incident side of the light modulation element,
The light modulation device according to claim 8, wherein the second microlens layer is provided on a light emission side of the light modulation element.
光源装置と、
前記光源装置からの光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投写する投写光学系と、を備え、
前記光変調装置が、請求項8から請求項10までのいずれか一項に記載の光変調装置であることを特徴とするプロジェクター。
A light source device;
A light modulation device for modulating light from the light source device;
A projection optical system that projects the light modulated by the light modulation device,
The projector according to claim 8, wherein the light modulation device is the light modulation device according to claim 8.
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