KR100744892B1 - 공간 광 변조 장치와 이 공간 광 변조 장치를 갖는 프로젝터 - Google Patents

공간 광 변조 장치와 이 공간 광 변조 장치를 갖는 프로젝터 Download PDF

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Abstract

관찰자가 블랙 매트릭스 등의 차광부를 인식하는 일 없이, 매끄러운 화질을 얻을 수 있는 공간 광 변조 장치 및 프로젝터를 제공하기 위해, 입사광을 화상 신호에 따라 변조하여 사출하는 공간 광 변조 장치(110R)와, 공간 광 변조 장치(110R)의 사출측에 마련되어 있는 프리즘군(210)을 갖고, 공간 광 변조 장치(110R)는 행렬 형상으로 배열되어 있는 복수의 화소부인 개구부(230)와, 그 사이에 마련되어 있는 블랙 매트릭스부(220)를 갖는다. 프리즘군(210)은, 적어도 굴절면(212)을 구비하는 프리즘 소자(211)로 이루어진다. 하나의 개구부(230)로부터의 광은 적어도 일부의 프리즘군(210)에 입사된다. 그리고, 프리즘군(210)으로부터 소정 거리 L만큼 떨어진 스크린(116)에서, 개구부 상(230P)을 블랙 매트릭스부 상(220P) 위로 안내하는 굴절면의 방향 및 경사 각도 θ를 갖는다.

Description

공간 광 변조 장치와 이 공간 광 변조 장치를 갖는 프로젝터{SPATIAL LIGHT MODULATION DEVICE AND PROJECTOR USING THE SPATIAL LIGHT MODULATION DEVICE}
본 발명은 공간 광 변조 장치, 이 공간 광 변조 장치에 이용하는 미세 구조 소자의 제조 방법, 이 방법에 의해 제조된 미세 구조 소자 및 이 공간 광 변조 장치를 갖는 프로젝터, 특히, 액정 공간 광 변조 장치에 관한 것이다.
화상 표시 장치로서, 액정 패널(액정 표시 장치), CRT 표시 장치, 플라즈마 디스플레이 장치 등의 도트 매트릭스 화상 표시 장치가 많이 이용되고 있다. 도트 매트릭스 화상 표시 장치는 이차원적으로 주기적으로 배열된 다수의 화소에 의해 화상을 표현한다. 이 때, 이 주기적 배열 구조에 기인하는, 이른바 샘플링 노이즈가 발생하여, 화질이 열화하는(화상이 거칠어 보임) 현상을 볼 수 있다. 그리고, 화질이 열화하는 현상을 저감하는 방법이, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제8-122709호 공보에 제안되어 있다.
도트 매트릭스 화상 표시 장치에 있어서는, 화소와 화소 사이의 영역은 불필요한 광을 감소시키기 위해 블랙 매트릭스라 불리는 차광부가 마련된다. 최근, 화상 표시 장치의 사용 형태로서, 대화면을 비교적 근거리로부터 관찰하는 경우가 많아지고 있다. 이 때문에, 관찰자가 블랙 매트릭스의 상(像)을 인식하는 경우가 있다. 이와 같이, 종래의 도트 매트릭스 화상 표시 장치는 블랙 매트릭스의 상 때문에, 스무스함이 적은 화상, 또는 거친 느낌을 갖는 화상 등과 같이 화질이 열화한다고 하는 문제점을 갖고 있다. 상술한 특허 문헌 1에서는, 블랙 매트릭스의 상에 기인하는 화질의 열화를 감소시키는 것은 곤란하다.
여기서, 관찰자가 블랙 매트릭스 등의 차광부를 인식하는 일이 없도록, 화상 표시 장치로부터의 광을, 프리즘군으로 입사시키는 것이 생각된다. 프리즘군의 평탄부는 화상 표시 장치로부터의 광을 그대로 투과시킨다. 또한, 프리즘군의 굴절면은 화상 표시 장치로부터의 광을 굴절시켜 투과시킨다. 이러한, 프리즘군을 투과한 광은 평탄부를 사출한 후 그대로 직진하는 광에 더하여, 프리즘의 굴절면에서 광로가 편향된 광도 발생한다. 광로를 편향시킨 광에 의해, 화소상이 블랙 매트릭스 상에 형성된다. 이에 의해, 블랙 매트릭스의 인식을 감소시킬 수 있다.
상술한 프리즘군을 구성하는 각 프리즘 소자의 형상은 미크론 단위의 미세 형상이다. 종래 기술에서는, 소정 영역 내에 절삭 가공을 행하는 것에 의해, 미세 형상의 프리즘 소자를 제조하고 있다. 여기서, 동일한 가공 데이터에 근거하고 있 어도, 소정 영역 내에 소망 형상의 프리즘 소자를 반복해서 형성하는 것은 이하의 세 가지 이유에 의해 곤란하다. 제 1 이유는 절삭 가공을 행하는 가공 기계의 반복 위치 결정 정밀도가 부족한 것이다. 반복 위치 결정 정밀도가 부족하면, 소망 위치에 미세 형상을 형성하는 것이 곤란하게 되어 문제로 된다. 또한, 제 2 이유는 가공 기계의 위치 결정 제어를 행하는 서보 기구가 온도, 기압, 진동 등의 외란의 영향을 받기 쉬운 것이다. 제 3 이유는 가공기의 가공 바이트와 가공 대상 제작물의 위치 관계를 서브 미크론 정밀도로 맞추는 것은 곤란한 한편, 가공기 단체 내의 상대 위치는 나노 레벨로 제어할 수 있어 고정밀도의 가공이 가능한 것이다.
예컨대, 종래 기술에 의해 평행 평판에 미세한 V자 홈을 형성한 단면 구성도를 도 39에 나타낸다. 평행 평판(1300)의 위치 A로부터 가공을 시작하여, 위치 B에서 종료한다. 이 때, 상술한 바와 같이, 가공 기계의 서보 기구가 온도, 기압, 진동 등의 외란의 영향을 받으면, 가공 측의 면은 점선(1301)으로 나타내는 바와 같이, 직선으로 되지 않고, 예컨대, 오목 형상면으로 되어 버린다. 이와 같이, 서보 기구가 외부 환경(외란)의 영향을 받으면, 소망의 형상을 충분한 정밀도로 형성하는 것이 곤란해지므로 문제이다. 이들 문제는 단일 형상이 아니라, 불규칙한 형상의 미세 형상 소자를 제조하는 경우에 더욱 현저하게 된다. 또한, 미세 형상 소자를 제조할 때, 피가공물의 동일 부분에 복수 회의 가공 처리를 행하는 것이 곤란해서 문제로 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 행해진 것으로서, 관찰자가 블랙 매트릭스 등의 차광부의 상(像)을 인식하는 일 없이, 매끄러운 화질을 얻을 수 있 는 공간 광 변조 장치 및 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
부가하여, 본 발명은 외부 환경에 관계없이, 소망의 미세 형상 소자를 정확하게 제조할 수 있는 미세 구조 소자의 제조 방법, 이 방법에 의해 제조된 미세 구조 소자, 공간 광 변조 장치 및 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 입사광을 화상 신호에 따라 변조하여 사출하는 변조부와, 상기 변조부의 사출측에 마련되어, 상기 변조부로부터의 광을 굴절하는 굴절부를 갖는 공간 광 변조 장치로서, 상기 변조부는 행렬 형상으로 배치되어 있는 복수의 화소부와, 상기 복수의 화소부끼리의 사이에 마련되는 차광부를 갖되, 상기 굴절부는 적어도 굴절면을 구비하는 프리즘 소자로 이루어지는 프리즘군을 갖고, 상기 복수의 화소부 중 하나의 상기 화소부로부터의 광은 상기 복수의 프리즘군 중 적어도 일부의 상기 프리즘군에 입사되고, 상기 굴절면은 상기 굴절부로부터 소정 거리만큼 떨어진 투영면에서, 상기 화소부의 투영상을 상기 차광부의 투영상 상으로 안내하는 상기 굴절면의 방향, 및 상기 굴절면과 광축에 대하여 대략 수직 방향으로 형성되는 기준면이 이루는 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치를 제공할 수 있다.
이에 의해, 하나의 화소부로부터의 광은 프리즘군에 입사된다. 프리즘군에 입사된 광은 프리즘 소자의 굴절면에서 굴절되어 광로를 소정 방향으로 변경한다. 이 때, 굴절면의 방향 및 굴절면과 기준면이 이루는 각도에 따라, 광로가 변경되는 방향과 그 크기(굴절각)를 제어할 수 있다. 본 발명에서는, 굴절부로부터 소정 거리만큼 떨어진 투영면에서, 굴절된 광이 형성하는 화소부의 투영상이 차광부의 투영상 상에 도달하도록 구성되어 있다. 그 결과, 굴절부로부터 소정 거리만큼 떨어진 투영면에서, 차광부의 투영상의 영역에 중첩적으로 화소부의 투영상이 형성된다. 따라서, 투영면에서, 관찰자가 차광부를 인식하지 않아, 스무스하여 거친 느낌이 감소된 화상을 관찰할 수 있다.
또한, 본 발명이 바람직한 태양에 의하면, 상기 프리즘군 중 하나의 상기 프리즘 소자가 차지하는 면적을 단위 면적으로 했을 때, 상기 굴절면의 면적과 상기 단위 면적의 비는 상기 화소부의 상기 투영상의 광 강도에 대응하는 것이 바람직하다. 하나의 화소부로부터의 광은, 예컨대, 원추 형상의 발산광으로 되어 복수의 프리즘 소자로 이루어지는 프리즘군에 입사된다. 여기서, 원추 형상의 발산광 중, 하나의 프리즘 소자로 입사되는 광을 생각한다. 하나의 프리즘 소자의 영역 면적을 기준이 되는 단위 면적으로 한다. 특정한 굴절면의 면적을 단위 면적으로 나눈 값, 즉 면적비는 단위 면적의 입사 광량과, 특정한 굴절면에서 굴절된 광량과의 비에 대응한다. 이에 의해, 굴절면의 면적을 적절히 설정함으로써, 굴절면에서 굴절되는 광량을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 화소부는 대략 직사각형 형상이며, 상기 차광부는 소정 폭의 띠 형상부가 격자 형상으로 배열된 형상이며, 상기 굴절부의 상기 프리즘군은 다각추(多角錐) 형상의 프리즘 소자로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 일반적인 도트 매트릭스 화상 표시 장치에서는, 직사각형 형상 의 화소부가 종횡의 행렬 형상으로 배치되어 있다. 그리고, 인접하는 화소부끼리의 사이 영역에 블랙 매트릭스부 등의 차광부가 마련된다. 여기서, 프리즘 소자를 다각추 형상이라 하면, 굴절면의 방향을 여러 방향으로 할 수 있다. 이 때문에, 화소부의 투영상을 여러 방향으로 형성할 수 있다. 또한, 굴절면의 각도, 면적도 임의로 설정할 수 있다. 그 결과, 화소부의 투영상의 위치, 광량도 제어할 수 있다. 또, 「다각추 형상」이란, 저면이 다각형을 이루는 추체(錐體) 형상에 부가하여, 추체의 정각부(頂角部) 근방에 평면부를 갖는 형상 등도 포함하는 것을 말한다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 굴절부의 상기 프리즘군은 대략 사각추 형상의 프리즘 소자로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 프리즘 소자를 사각추 형상으로 함으로써 화소부의 투영상을 프리즘 소자의 저변에 대하여 직교하는 방향으로 형성할 수 있다. 이 때문에, 화소부가 직사각형 형상인 경우에, 보다 효율적으로 차광부의 투영상에 대하여 화소부의 투영상을 중첩적으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 화소부는 대략 직사각형 형상이며, 차광부는 소정 폭의 띠 형상부가 격자 형상으로 배열된 형상이며, 굴절부의 상기 프리즘군은 제 1 방향에서의 단면 형상이 대략 사다리꼴 형상이며, 제 1 방향에 대략 직교하는 제 2 방향으로 긴 쪽 방향을 갖는 2조의 프리즘 소자로 이루어지고, 2조의 프리즘 소자는 각각의 긴 쪽 방향끼리가 대략 직교하도록 마련되고, 사다리꼴 형상의 경사면은 굴절면에 대응하는 것이 바람직하다. 프리즘 소자의 제 1 방 향에서의 단면 형상은 대략 사다리꼴 형상이다. 사다리꼴 형상의 경사면은 굴절면으로서 작용한다. 이 때문에, 경사면에서 굴절된 광에 의한 화소부의 투영상을, 프리즘 소자의 긴 쪽 방향에 대하여 직교하는 방향으로 형성할 수 있다. 본 태양에서는, 또한 2조의 프리즘 소자의 긴 쪽 방향끼리가 대략 직교하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 화소부가 직사각형 형상인 경우에, 보다 효율적으로 화소부 주변의 차광부의 투영상에 대하여 화소부의 투영상을 중첩적으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 굴절부는 상기 화소부가 형성되어 있는 면에 대략 평행한 평탄부를 더 갖고, 상기 화소부로부터의 광 중 상기 평탄부를 투과 또는 반사한 광은 대략 직진하여 상기 투영상을 형성하는 것이 바람직하다. 화소부로부터의 광 중, 프리즘 소자의 굴절면에 입사된 광은 굴절면의 방향, 각도 및 면적에 따라 굴절된다. 여기서, 굴절면의 일부는 화소부가 형성되어 있는 면에 대략 평행한 평탄부인 경우, 평탄부에 입사된 광은 굴절되지 않고, 그대로 직진하여 투과된다. 이하, 적절하게 본 명세서에서, 평탄부를 직진, 투과한 광으로 형성된 화소부의 투영상을 「직접 투과상」이라 하고, 프리즘을 투과하여 굴절된 광으로 형성된 화소부의 투영상를 「굴절 투과상」이라 한다. 화소부의 직접 투과상을 형성하는 것에 의해, 본래 화소부의 투영상에 부가해서, 광로가 굴절된 화소부의 투영상을 형성할 수 있다.
여기서 프리즘 소자의 크기는 공간 변조 소자 상에 배치된 차광부가 있는 점에서 광의 진행 방향의 전방에서 조명광, 또는 투사 렌즈의 F넘버로 정의되는 이해각 내에 하나 이상의 면적비로 할당된 프리즘 소자를 배치함으로써, 직접 투과상과 굴절 투과상의 면적으로 할당된 광량비로 구성된 화소를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 프리즘 소자는 상기 격자 형상으로 배열된 상기 차광부 상의 중심선의 교점과, 상기 화소부의 상기 투영상의 하나의 각부가 대략 일치하는, 상기 굴절면의 방향 및 상기 굴절면의 상기 각도를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 차광부의 투영상의 모든 영역에서, 화소부의 투영상을 중첩적으로 형성할 수 있다. 이 때문에, 매끄러운 화질의 화상을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 프리즘 소자는 상기 차광부의 투영상 상에 있어, 인접하는 상기 화소부의 상기 투영상끼리의 적어도 일부가 겹치는, 상기 굴절면의 방향 및 상기 굴절면의 상기 각도를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 인접하는 화소부끼리, 예컨대, 제 1 화소부와 제 1 화소부에 인접하는 제 2 화소부의 투영상이 중복하여 형성되는 영역에서는, 제 1 화소부와 제 2 화소부의 화상 정보에 근거해서 새로운 제 3 화소부의 투영상을 형성할 수 있다. 그 결과, 투영하는 화소수의 밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 프리즘 소자는 상기 차광부의 투영상 상에 있어, 인접하는 상기 화소부의 상기 투영상끼리의 대략 전체 영역이 겹치는, 상기 굴절면의 방향 및 상기 굴절면의 상기 각도를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 인접하는 화소부끼리, 예컨대, 제 1 화소부와 제 1 화소부에 인접하는 제 2 화소부와의 투영상이 대략 일치하여, 중복 형성된다. 그 결과, 더 효율적으로, 제 1 화소부와 제 2 화소부의 화상 정보에 근거해서 새로운 제 3 화소부의 투영상을 형성할 수 있다. 그 결과, 투영하는 화소수의 밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 투영면에 있어서의 평탄부로부터의 광 강도의 총합을 PW0, 투영면에 있어서의 상기 굴절면을 경유한 광 강도의 총합을 PW1로 각각 했을 때,
PW0≥PW1
을 만족하는 것이 바람직하다. 직접 투과상의 광 강도의 총합은 평탄부의 면적에 대응한다. 또한, 굴절 투과상의 광 강도의 총합은 굴절면의 면적에 대응한다. 투영면에 있어서, 굴절 투과상은 직접 투과상의 주변에 형성된다. 여기서, 하나의 화소부에 착안했을 때, 굴절 투과상의 광 강도의 총합이 직접 투과상의 광 강도의 총합보다도 커지면, 관찰자는, 예컨대, 고스트와 같은 이중의 화상과 같이 인식하는 경우가 있다. 이 때문에, 투사상의 화질이 열화된다. 이에 대하여, 본 태양에서는, PW0≥PW1을 만족하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 관찰자는 본래의 화소부의 투영상인 직접 투과상의 주변에 차광부를 인식하는 일 없이, 또한 이음매 없이, 매끄러워 거친 느낌이 저감된 화상을 관찰할 수 있다. 또한, 본 태양에서는, 바람직하게는, PW0>PW1을 만족하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, PW0>0.9×PW1을 만족하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 또한 이음매 없이 거친 감을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 투영면에 있어서, 평탄부로부터의 광에 의해 형성되는 화소부의 투영상의 강도 분포의 제 1 피크값은 굴절면을 경유한 광에 의해 형성되는 화소부의 투영상의 강도 분포의 제 2 피크값보다도 크고, 제 1 피크값과 제 2 피크값간의 영역은 소정의 강도 분포 곡선에 따른 광 강도인 것이 바람직하다. 이에 의해, 관찰자는 직접 투과상과 인접하는 직접 투과상 사이의 영역에 적절한 광 강도 분포를 인식한다. 이 때문에, 관찰자는 차광부를 인식하는 일 없이, 매끄러워 거친 느낌이 감소되고, 또한 외관상 고해상의 상(像)을 관찰할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제 1 색광, 제 2 색광 및 제 3 색광을 포함하는 광을 공급하는 광원부와, 상기 제 1 색광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 1 색광용 공간 광 변조 장치와, 상기 제 2 색광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 2 색광용 공간 광 변조 장치와, 상기 제 3 색광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 3 색광용 공간 광 변조 장치와, 상기 제 1 색광용 공간 광 변조 장치, 상기 제 2 색광용 공간 광 변조 장치 및 상기 제 3 색광용 공간 광 변조 장치에서 각각 변조된 상기 제 1 색광과 상기 제 2 색광 및 상기 제 3 색광을 합성하는 색합성 광학계와, 상기 색합성 광학계에서 합성된 광을 투사하는 투사 렌즈를 갖고, 제 1 색광용 공간 광 변조 장치와, 제 2 색광용 공간 광 변조 장치와, 상기 제 3 색광용 공간 광 변조 장치는 상술한 공간 광 변조 장치인 것을 특징으로 하는 프로젝터를 제공할 수 있다. 여기서, 후술하는 색 분리 광학계를 갖고 있지 않은 경우에는, 광원부로서, 제 1 색광, 제 2 색광, 제 3 색광을 각각 공급하는 발광 다이오드, 반도체 레이저 등의 고체 발광 소자를 이용할 수 있다.
이에 의해, 스크린에 투사된 화상에 있어, 차광부의 투사상의 영역에 중첩적으로 화소부의 투사상이 형성된다. 따라서, 스크린에 있어서, 관찰자가 차광부의 상을 인식하는 일 없이, 매끄러워 거친 느낌이 감소된 화상을 관찰할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 제 1 색광용 공간 광 변조 장치와 제 2 색광용 공간 광 변조 장치와 상기 제 3 색광용 공간 광 변조 장치는 각각 상기 굴절부를 갖고 있는 것이 바람직하다. 광이 굴절면에서 굴절되는 각도는 광의 파장에 의존하고 있다. 예컨대, 동일한 굴절면에 다른 파장 영역의 복수의 광이 입사되면, 파장 영역마다 굴절되는 각도가 다르다. 본 태양에서는, 제 1 색광용 공간 광 변조 장치와 제 2 색광용 공간 광 변조 장치와 상기 제 3 색광용 공간 광 변조 장치는 각각 상기 굴절부를 갖고 있다. 이에 의해, 각 색광의 파장에 적합한 굴절면의 각도를 설정할 수 있다. 그 결과, 화소부의 투사상을, 소정 위치에 정확하게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 색합성 광학계의 입사측 또는 사출측에 상기 굴절부가 마련되는 것이 바람직하다. 각 색광용 공간 광 변조 장치마다 굴절부를 마련하는 대신, 크로스다이클로익 프리즘 등의 색합성 광학계의 입사측 또는 사출측에 하나의 굴절부를 마련하는 것으로도 할 수 있다. 이에 의해, 굴절부가 하나로 되기 때문에, 구성이 간단하게 되어, 제조 비용도 감소시킬 수 있다. 이상 프리즘 소자의 배치 위치에 대하여 2예를 나타내었지만, 블랙 매트릭스 형성층 위치로부터 결상 스크린 또는, 직시자(直視者)의 시각 결상점 사이에 배치하는 것으로 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것을 확인하고 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 또한 상기 광원부로부터 공급되는 광을 상기 제 1 색광과 상기 제 2 색광과 상기 제 3 색광으로 분리하는 색 분리 광 학계를 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 광원부는 초고압 수은 램프 등과 같이, 제 1 색광과 제 2 색광과 제 3 색광의 모든 파장 영역의 광을 공급하는 경우가 있다. 본 태양에서는, 이 경우에 있어, 색 분리 광학계에서 광원부로부터의 광을, 제 1 색광과, 제 2 색광과, 제 3 색광으로 분리하여 각 색광을 화상 신호에 따라 변조할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 가공 영역을 다섯 개 이상의 서브영역으로 분할하는 분할 공정과, 어느 것인가 하나의 상기 서브영역에 제 1 형상을 형성하는 제 1 형상 형성 공정과, 하나의 서브영역을 기준으로 해서, 하나의 서브영역에 인접하는 서브영역보다도 먼 위치의 서브영역에 제 2 형상을 형성하는 제 2 형상 형성 공정과, 제 2 형상이 형성된 서브영역을 새로운 기준으로 해서, 제 2 형상 형성 공정을 반복 실행하는 반복 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 구조 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
종래 기술의 제조 방법에서는, 가공 영역에서, 가공을 시작한 위치로부터 연속적으로 가공 위치를 이동시켜, 순차적으로 절삭 등의 가공을 행한다. 이러한 제조 방법에서는, 외란의 영향이 그대로 가공 결과에 반영된다. 이에 대하여, 제 1 발명에서는, 우선, 가공 영역을 다섯 개 이상의 복수의 서브가공 영역으로 분할한다. 다음에, 임의의 하나의 서브영역에 제 1 형상을 형성한다. 제 1 형상이 형성된 후, 제 1 형상이 형성된 서브영역에 인접하지 않으므로, 적어도 서브영역 하나만큼 떨어진 위치의 서브영역에 제 2 형상을 형성한다. 또한, 제 2 형상이 형성된 후, 제 2 형상이 형성된 서브영역에 인접하지 않으므로, 적어도 서브영역 하나만큼 떨어진 위치의 또 다른 서브영역에 제 2 형상을 형성한다. 이러한 공정을 모든 서브영역에 형상 가공이 행해질 때까지 반복한다. 이에 의해, 외부 환경(외란)의 영향에 기인하는 가공 위치의 변동을 분산시킬 수 있다. 그 결과, 외부 환경에 관계 없이, 소망의 미세 형상 소자를 정확하게 제조할 수 있다.
또한, 발명의 바람직한 태양에 의하면, 제 1 형상과 제 2 형상은 대략 동일한 형상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 소망의 단일 형상을 충분한 정밀도로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 제 1 형상과 제 2 형상은 다른 형상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 불규칙한 형상이더라도, 소망의 미세 형상을 충분한 정밀도로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 가공 영역과는 다른 시험 가공 영역에 대하여, 가공 데이터에 근거해서 제 1 형상을 형성하는 시험 가공 공정과, 시험 가공 공정에서 형성된 제 1 형상을 측정하는 형상 측정 공정과, 형상 측정 공정에서 얻어진 측정 데이터와 가공 데이터의 차분을, 가공 데이터로 피드백하여 가공 데이터를 보정하는 피드백 공정과, 보정된 가공 데이터에 근거해서, 제 1 형상 형성 공정과 반복 공정을 실행하는 것이 바람직하다. 미세 형상 소자는 가공 데이터에 근거해서 형성된다. 그리고, 외란, 가공 바이트와 가공 작업물의 상대 위치의 설정 불량 등의 영향으로, 가공 데이터대로 형상이 형성되지 않는 것에 의해 소망의 가공 정밀도를 얻을 수 없는 현상이 생긴다. 본 태양에서는, 미리 시험 가공 영역에서, 가공된 제 1 형상을 실제로 측정한다. 미세 형상의 측정에는, 원자력 현미경(Atomic Force Microscope)이나 레이저 현미경을 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 측정된 미세 형상 소자의 측정 데이터와, 본래의 가공 데이터를 비교하여, 양 데이터의 차분을 연산한다. 연산된 차분은 가공 데이터로 피드백된다. 다음에, 차분량만큼 보정된 가공 데이터에 근거해서, 제 1 형상 형성 공정과 반복 공정을 실행한다. 이에 의해, 외란 등의 영향이 감소된 형상 가공을 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 시험 가공 공정과, 제 1 형상 형성 공정과, 반복 공정은 동일 위치에 2회 이상의 형상 가공을 행하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 예컨대, 동일 위치에서 절삭 바이트의 각도가 흔들려 미세 형상을 가공하는 경우에도, 소망의 미세 형상을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 형상 측정 공정에서는, 제 1 형상의 피치, 각도, 깊이 및 평탄면 거칠기 중 적어도 하나를 측정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 미세 구조 소자의 피치, 각도, 깊이 및 평탄면 거칠기를 정확하게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상술한 미세 구조 소자의 제조 방법에 의해 제조된 미세 구조 소자를 제공할 수 있다. 이에 의해, 단일 형상 또는 불규칙한 형상의 미세 구조 소자, 예컨대, 복수의 마이크로프리즘 소자로 이루어지는 프리즘군을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상술한 미세 구조 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치를 제공할 수 있다. 예컨대, 마이크로 렌즈 소자로 이루어지는 프리즘군을 갖는 투과형의 액정형 공간 광 변조 장치를 얻을 수 있다. 소망 형상 이 형성된 프리즘군을 광이 투과하는 것에 의해, 사출광의 방향을 정확하게 소정 방향으로 굴절하여 편향시킬 수 있다. 이 때문에, 공간 광 변조 장치의 화소간의 블랙 매트릭스부의 투사상 상으로, 화소로부터의 광을 굴절시켜 유도할 수 있다. 그 결과, 블랙 매트릭스부를 인식하는 일 없이, 고품질의 화상을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 조명광을 공급하는 광원과, 조명광을 화상 신호에 따라 변조하는 상술한 공간 광 변조 장치와, 변조된 광을 투사하는 투사 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝터를 제공할 수 있다. 본 발명에서는, 상술한 공간 광 변조 장치를 구비하고 있으므로, 고품질의 투사상을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 프로젝터의 개략 구성도,
도 2는 실시예 1의 액정 패널의 개략 구성도,
도 3은 실시예 1의 블랙 매트릭스부의 개략도,
도 4는 실시예 1의 블랙 매트릭스부 상(像)의 개략도,
도 5는 실시예 1의 액정 패널의 단면도,
도 6a는 실시예 1의 개구부의 배치도,
도 6b는 실시예 1의 프리즘군의 배치도,
도 6c는 실시예 1의 프리즘의 형상을 나타내는 도면,
도 7은 실시예 1의 프리즘 소자에 있어서의 굴절을 설명하는 도면,
도 8a는 실시예 1의 투사상을 설명하는 도면,
도 8b는 실시예 1의 투사상을 설명하는 다른 도면,
도 8c는 실시예 1의 투사상을 설명하는 또 다른 도면,
도 8d는 실시예 1의 투사상을 설명하는 도면,
도 9는 실시예 1의 투사상을 설명하는 다른 도면,
도 10은 실시예 1의 초고압 수은 램프의 휘선 스펙트럼의 개략도,
도 11은 본 발명의 실시예 2에 따른 프로젝터의 개략 구성도,
도 12는 실시예 2의 프리즘군의 개략 구성도,
도 13은 실시예 2의 프리즘군의 개략 단면 구성도,
도 14는 실시예 3의 투영상의 개략도,
도 15는 실시예 4의 투영상의 개략도,
도 16a는 프리즘군의 변화의 단면 구성도,
도 16b는 프리즘군의 변화의 다른 단면 구성도,
도 16c는 프리즘군의 변화의 또 다른 단면 구성도,
도 16d는 프리즘군의 변화의 단면 구성도,
도 17a는, 실시예 5의 개구부의 배치도,
도 17b는, 실시예 5의 프리즘군의 배치도,
도 17c는, 실시예 5의 프리즘 형상을 나타내는 도면,
도 18은 실시예 5의 투영상의 개략도,
도 19a는 실시예 6의 개구부의 배치도,
도 19b는 실시예 6의 프리즘군의 배치도,
도 19c는 실시예 6의 프리즘의 형상을 나타내는 도면,
도 20은 실시예 6의 투영상의 개략도,
도 21은 실시예 7의 프리즘군의 개략도,
도 22는 실시예 7의 투영상의 개략도,
도 23은 프리즘군의 변형예의 개략도,
도 24는 실시예 8의 액정 패널의 개략 구성도,
도 25는 실시예 8의 프리즘군의 개략 구성도,
도 26은 굴절에 의한 광선의 분기를 설명하는 도면,
도 27은 굴절된 투영상의 개략도,
도 28a는 투영상의 광 강도 분포를 나타내는 도면,
도 28b는 투영상의 다른 광 강도 분포를 나타내는 도면,
도 28c는 투영상의 또 다른 광 강도 분포를 나타내는 도면,
도 28d는 투영상의 광 강도 분포를 나타내는 도면,
도 29는 실시예 9의 프리즘군의 개략도,
도 30은 실시예 10의 프리즘군의 개략도,
도 31a는 프리즘군의 제조 방법의 설명도,
도 31b는 프리즘군의 제조 방법의 다른 설명도,
도 32는 실시예 11의 프리즘군의 제조 방법의 흐름도,
도 33a, 도 33b는 프리즘군의 제조 방법의 설명도,
도 34a, 도 34b, 도 34c는 실시예 12의 V자 홈의 제조 방법의 설명도,
도 35는 실시예 13의 프리즘군의 제조 방법의 흐름도,
도 36a, 도 36b는 실시예 14의 프리즘군의 제조 방법의 설명도,
도 37a, 도 37b는 실시예 14의 프리즘군의 제조 방법의 설명도,
도 38은 실시예 15의 공간 광 변조 장치의 사시 구성도,
도 39는 종래 기술의 프리즘군의 구성도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
(실시예 1)
(프로젝터 전체 설명)
우선, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 프로젝터의 개략 구성을 설명한다. 다음에, 도 2 이후를 참조하여, 본 실시예의 특징적인 구성을 설명한다. 우선, 도 1에서, 광원부인 초고압 수은 램프(101)는 제 1 색광인 적색광(이하, 「R광」이라 함), 제 2 색광인 녹색광(이하, 「G광」이라 함) 및 제 3 색광인 청색광(이하, 「B광」이라 함)을 포함하는 광을 공급한다. 적분기(104)는 초고압 수은 램프(101)로부터의 광의 조도 분포를 균일화한다. 조도 분포가 균일화된 광은 편광 변환 소자(105)에 의해 특정한 진동 방향을 갖는 편광광, 예컨대 s편광광으로 변환된다. s편광광으로 변환된 광은 색 분리 광학계를 구성하는 R광 투과 다이클로익 미러(106R)에 입사된다. 이하, R광에 대하여 설명한다. R광 투과 다이 클로익 미러(106R)는 R광을 투과하고, G광, B광을 반사한다. R광 투과 다이클로익 미러(106R)를 투과한 R광은 반사 미러(107)에 입사된다. 반사 미러(107)는 R광의 광로를 90도 변경한다. 광로가 변경된 R광은 제 1 색광인 R광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 1 색광용 공간 광 변조 장치(110R)에 입사된다. 제 1 색광용 공간 광 변조 장치(110R)는 R광을 화상 신호에 따라 변조하는 투과형 액정 표시 장치이다. 또, 다이클로익 미러를 투과하여도, 광의 편광 방향은 변화하지 않기 때문에, 제 1 색광용 공간 광 변조 장치(110R)에 입사되는 R광은 s편광광 그대로의 상태이다.
제 1 색광용 공간 광 변조 장치(110R)는 λ/2 위상차판(123R), 유리판(124R), 제 1 편광판(121R), 액정 패널(120R) 및 제 2 편광판(122R)을 갖는다. 액정 패널(120R)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다. λ/2 위상차판(123R) 및 제 1 편광판(121R)은 편광 방향을 변환시키지 않는 투광성의 유리판(124R)에 접하는 상태로 배치된다. 이에 의해, 제 1 편광판(121R) 및 λ/2 위상차판(123R)은 발열에 의해 왜곡된다고 하는 문제를 회피할 수 있다. 또, 도 1에서, 제 2 편광판(122R)은 독립적으로 마련되지만, 액정 패널(120R)의 사출면이나, 크로스다이클로익 프리즘(112)의 입사면에 접하는 상태로 배치하여도 좋다.
제 1 색광용 공간 광 변조 장치(110R)에 입사된 s편광광은 λ/2 위상차판(123R)에 의해 p편광광으로 변환된다. p편광광으로 변환된 R광은 유리판(124R) 및 제 1 편광판(121R)을 그대로 투과하고, 액정 패널(120R)에 입사된다. 액정 패널(120R)에 입사된 p편광광은 화상 신호에 따른 변조에 의해, R광이 s편광광으로 변환된다. 액정 패널(120R)의 변조에 의해, s편광광으로 변환된 R광이 제 2 편광판 (122R)으로부터 사출된다. 이와 같이 하여, 제 1 색광용 공간 광 변조 장치(110R)에서 변조된 R광은 색 합성 광학계인 크로스다이클로익 프리즘(112)에 입사된다.
다음에, G광에 대하여 설명한다. R광 투과 다이클로익 미러(106R)로부터 반사된 G광과 B광은 광로가 90도 변경된다. 광로가 변경된 G광과 B광은 B광 투과 다이클로익 미러(106G)에 입사된다. B광 투과 다이클로익 미러(106G)는 G광을 반사하고, B광을 투과한다. B광 투과 다이클로익 미러(106G)로부터 반사된 G광은 제 2 색광인 G광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 2 색광용 공간 광 변조 장치(110G)에 입사된다. 제 2 색광용 공간 광 변조 장치(110G)는 G광을 화상 신호에 따라 변조하는 투과형 액정 표시 장치이다. 제 2 색광용 공간 광 변조 장치(110G)는 액정 패널(120G), 제 1 편광판(121G) 및 제 2 편광판(122G)을 갖는다. 액정 패널(120G)의 상세에 대해서는 후술한다.
제 2 색광용 공간 광 변조 장치(110G)에 입사되는 G광은 s편광광으로 변환되어 있다. 제 2 색광용 공간 광 변조 장치(110G)에 입사된 s편광광은 제 1 편광판(121G)을 그대로 투과하여, 액정 패널(120G)에 입사된다. 액정 패널(120G)에 입사된 s편광광은 화상 신호에 따른 변조에 의해, G광이 p편광광으로 변환된다. 액정 패널(120G)의 변조에 의해, p편광광으로 변환된 G광이 제 2 편광판(122G)으로부터 사출된다. 이와 같이 하여, 제 2 색광용 공간 광 변조 장치(110G)에서 변조된 G광은 색 합성 광학계인 크로스다이클로익 프리즘(112)에 입사된다.
다음에, B광에 대하여 설명한다. B광 투과 다이클로익 미러(106G)를 투과한 B광은 두 장의 릴레이 렌즈(108)와, 두 장의 반사 미러(107)를 경유하여, 제 3 색 광인 B광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 3 색광용 공간 광 변조 장치(110B)에 입사된다. 제 3 색광용 공간 광 변조 장치(110B)는 B광을 화상 신호에 따라 변조하는 투과형 액정 표시 장치이다.
또, B광에 릴레이 렌즈(108)를 경유시키는 것은 B광의 광로의 길이가 R광 및 G광의 광로의 길이보다도 길기 때문이다. 릴레이 렌즈(108)를 이용하는 것에 의해, B광 투과 다이클로익 미러(106G)를 투과한 B광을 그대로 제 3 색광용 공간 광 변조 장치(110B)로 유도할 수 있다. 제 3 색광용 공간 광 변조 장치(110B)는 λ/2 위상차판(123B), 유리판(124B), 제 1 편광판(121B), 액정 패널(120B) 및 제 2 편광판(122B)을 갖는다. 또, 제 3 색광용 공간 광 변조 장치(110B)의 구성은 상술한 제 1 색광용 공간 광 변조 장치(110R)의 구성과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.
제 3 색광용 공간 광 변조 장치(110B)에 입사되는 B광은 s편광광으로 변환되어 있다. 제 3 색광용 공간 광 변조 장치(110B)에 입사된 s편광광은 λ/2 위상차판(123B)에 의해 p편광광으로 변환된다. p편광광으로 변환된 B광은 유리판(124B) 및 제 1 편광판(121B)을 그대로 투과하여, 액정 패널(120B)에 입사된다. 액정 패널(120B)에 입사된 p편광광은 화상 신호에 따른 변조에 의해, B광이 s편광광으로 변환된다. 액정 패널(120B)의 변조에 의해, s편광광으로 변환된 B광이 제 2 편광판(122B)으로부터 사출된다. 제 3 색광용 공간 광 변조 장치(110B)에서 변조된 B광은 색 합성 광학계인 크로스다이클로익 프리즘(112)에 입사된다. 이와 같이, 색 분리 광학계를 구성하는 R광 투과 다이클로익 미러(106R)와 B광 투과 다이클로익 미러(106G)는 초고압 수은 램프(101)로부터 공급되는 광을 제 1 색광인 R광과, 제 2 색광인 G광과, 제 3 색광인 B광으로 분리한다.
색 합성 광학계인 크로스다이클로익 프리즘(112)은 두 개의 다이클로익막(112a, 112b)를 X자형으로 직교하여 배치해서 구성되어 있다. 다이클로익막(112a)은 B광을 반사하고, R광, G광을 투과한다. 다이클로익막(112b)은 R광을 반사하고, B광, G광을 투과한다. 이와 같이, 크로스다이클로익 프리즘(112)은 제 1 색광용 공간 광 변조 장치(110R), 제 2 색광용 공간 광 변조 장치(110G) 및 제 3 색광용 공간 광 변조 장치(110B)에서 각각 변조된 R광, G광 및 B광을 합성한다. 투사 렌즈(114)는 크로스다이클로익 프리즘(112)에서 합성된 광을 스크린(116)에 투사한다. 이에 의해, 스크린(116) 상에서 풀 컬러 화상을 얻을 수 있다.
또, 상술한 바와 같이, 제 1 색광용 공간 광 변조 장치(110R) 및 제 3 색광용 공간 광 변조 장치(110B)로부터 크로스다이클로익 프리즘(112)으로 입사되는 광은 s편광광으로 되도록 설정된다. 또한, 제 2 색광용 공간 광 변조 장치(110G)로부터 크로스다이클로익 프리즘(112)으로 입사되는 광은 p편광광이 되도록 설정된다. 이와 같이 크로스다이클로익 프리즘(112)에 입사되는 광의 편광 방향을 다르게 함으로써 크로스다이클로익 프리즘(112)에서 각 색광용 공간 광 변조 장치로부터 사출되는 광을 유효하게 합성할 수 있다. 다이클로익막(112a, 112b)은 통상 s편광광의 반사 특성에 우수하다. 이 때문에, 다이클로익막(112a, 112b)으로부터 반사되는 R광 및 B광을 s편광광으로 하고, 다이클로익막(112a, 112b)을 투과하는 G광을 p편광광으로 하고있다.
(액정 패널의 구성)
다음에, 도 2를 이용하여 액정 패널의 상세에 대해 설명한다. 도 1에서 설명한 프로젝터(100)에서는, 세 개의 액정 패널(120R, 120G, 120B)을 구비하고 있다. 이들 세 개의 액정 패널(120R, 120G, 120B)은 변조되는 광의 파장 영역이 다를 뿐이며, 기본적 구성은 동일하다. 이 때문에, 액정 패널(120R)을 대표예로 하여 이후의 설명을 행한다.
도 2는 액정 패널(120R)의 사시 단면도이다. 초고압 수은 램프(101)로부터의 R광은 도 2의 하측으로부터 액정 패널(120R)에 입사되고, 상측으로부터 스크린(116) 방향으로 사출된다. 입사측 방진 투명 플레이트(201)의 내측에는, 투명 전극 등을 갖는 대향 기판(202)이 형성되어 있다. 또한, 사출측 방진 투명 플레이트(206)의 내측에는 TFT(박막 트랜지스터)나 투명 전극 등을 갖는 TFT 기판(205)이 형성되어 있다. 그리고, 대향 기판(202)과 TFT 기판(205)을 대향시켜, 입사측 방진 투명 플레이트(201)와 사출측 방진 투명 플레이트(206)를 접합한다. 대향 기판(202)과 TFT 기판(205) 사이에는, 화상 표시를 위한 액정층(204)이 봉입되어 있다. 또한, 액정층(204)의 입사광 측에는 차광을 위한 블랙 매트릭스 형성층(203)이 마련된다.
사출측 방진 투명 플레이트(206)의 사출측 표면에는 복수의 프리즘 소자(211)로 이루어지는 프리즘군(210)이 형성되어 있다. 프리즘군(210)의 구성 및 작용의 상세에 대해서는 후술한다. 또, 도 1에 나타내는 구성에서는, 제 1 편광판(121R), 제 2 편광판(122R)을 액정 패널(120R)에 대하여 별개로 마련하고 있다. 그러나, 그 대신, 입사측 방진용 투명 플레이트(201)와 대향 기판(202) 사이, 사출측 방진 투명 플레이트(206)와 TFT 기판(205) 사이 등에도 편광판을 마련할 수 있다. 또한, 프리즘군(210)은 제 2 편광판(122R)에 형성하는 것, 또는 크로스다이클로익 프리즘(112)의 R광의 입사면에 형성하는 것의 어느 것이라도 좋다.
(화소부에 대응하는 개구부의 구성)
도 3은 블랙 매트릭스 형성층(203)의 평면도이다. 차광부인 블랙 매트릭스부(220)는 초고압 수은 램프(101)로부터 입사된 R광을 차광함으로써, 스크린(116) 측으로 사출하지 않는다. 블랙 매트릭스부(220)는 소정 폭 W1, W2를 갖고, 직교하는 방향에 격자 형상으로 형성되어 있다. 또한, 블랙 매트릭스부(220)에 둘러싸여 있는 직사각형 형상의 영역은 개구부(230)를 형성한다. 개구부(230)는 초고압 수은 램프(101)로부터의 R광을 통과시킨다. 개구부(230)를 투과하는 R광은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 대향 기판(202)과 액정층(204)과 TFT 기판(205)을 투과한다. 그리고, R광은 화상 신호에 따라 액정층(204)에 있어서 편광 성분이 변조된다. 이와 같이, 투사된 화상에 있어서의 화소부를 형성하는 것은 개구부(230)와 액정층(204)과 TFT 기판(205)을 투과하여 변조된 광이다. 이 광은 개구부(230)를 투과하는 광이므로, 개구부(230)의 위치, 크기와, 화소부의 위치, 크기는 각각 대응하고 있다. 또한, 띠 형상의 블랙 매트릭스부(220)의 중심선 CL을 일점 쇄선으로 나타낸다. 이하, 설명의 편의를 위해, 중심선 CL로 둘러싸인 도면 중 굵은 선으로 나타내는 영역을 주기 영역(240)이라고 한다. 도면으로부터도 명백한 바와 같이, 인 접하는 주기 영역(240)은 극간 없이 주기적으로 반복 배열되어 있다.
(개구부의 투사상)
도 4는 종래 기술의 프로젝터에 의해 스크린(116)으로 투사된 화상을 확대하여 나타내는 것이다. 띠 형상의 블랙 매트릭스부 상(像)(220)에 둘러싸여 개구부 상(230P)이 투사되어 있다. 또한, 주기 영역(240)에 대응하여, 도 4에서 굵은 선으로 둘러싸여 있는 주기 영역 상(240P)이 투사된다. 또한, 중심선 상 CLP끼리 교차하는 위치를 교점 CP로 한다. 또, 본 실시예를 포함하여 이하 모든 실시예의 설명에서, 투사 렌즈(114)에 의해 스크린(116)에 투사된 상을 이용하여 설명한다. 여기서, 제 1 광용 공간 광 변조 장치(110R) 자체를 취출하여 생각한 경우에는, 투사 렌즈(114)는 개재하지 않는다. 이 경우에는, 굴절부인 프리즘군(210)으로부터 소정 거리만큼 떨어진 가상적인 투영면에 투영된 투영상으로서 취급할 수 있다. 프로젝터(100)에 의한 투사상과, 제 1 색광용 공간 광 변조 장치(110R) 단체에 의한 투영상은 상 배율이 다를 뿐 실질적으로 동일한 것이다. 이 때문에, 이하, 스크린(116)에 투사된 투사상을 예로 설명한다.
(프리즘군과 개구부의 위치 관계)
도 5는 블랙 매트릭스 형성층(203)과, 굴절부인 프리즘군(210)의 관계를 나타내는 단면도이다. 여기서, 이해를 쉽게 하기 위해, 블랙 매트릭스 형성층(203)과, 프리즘군(210)을 제외하는 다른 구성부의 도시를 생략한다. 하나의 화소부에 대응하는 개구부(230)를 투과한 R광은 원추 형상의 발산광으로 되어 진행한다. 그리고, 이 R광은 프리즘군(210) 중, 적어도 일부의 프리즘군(210)에 입사된다. 프리즘군(210)은 적어도 굴절면(212)과 평탄부(213)를 구비하는 프리즘 소자(211)로 구성되어 있다. 평탄부(213)는 화소부에 대응하는 개구부(230)가 형성되어 있는 면(230a)에 대략 평행한 면이다. 복수의 프리즘 소자(211)가 일정 주기로 규칙적으로 배열되어 프리즘군(210)을 구성한다.
도 6a, 도 6b, 도 6c는 개구부(230)와 프리즘군(210)의 위치 관계를 나타내는 평면도이다. 각 프리즘 소자(211)는, 도 6c에 나타내는 바와 같이, 대략 정방형 형상을 하고 있다. 그리고, 도 6a에 나타내는 블랙 매트릭스 형성층(203)의 중심선 CL의 방향에 대하여, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 각 프리즘 소자(211)의 근처부(211a)에 따른 방향이 약 45°를 이루도록 구성되어 있다. 상술한 바와 같이, 하나의 개구부(230)를 투과한 광은 복수의 프리즘 소자(211)로 이루어지는 일부의 프리즘군(210)으로 입사된다.
(굴절 각도, 굴절 방향의 설명)
다음에, 상기 구성에 의해, 개구부(230)를 투과한 광이 굴절되는 각도량에 대해 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 굴절부인 프리즘군(210) 근방을 확대하여 나타내는 도면이다. 프리즘군(210)과 스크린(116) 사이의 매질(예컨대, 공기)은 굴절율 n1, 프리즘군(210)을 구성하는 부재는 굴절율 n2를 갖는 경우를 생각한다. 또한, 굴절면(212)은 평탄부(213)를 연장한 기준면(213a)에 대하여 각도 θ가 되도 록 형성되어 있다. 이하, 각도 θ를 경사 각도라 한다.
간단하게 하기 위해, 개구부(230)로부터의 광 중 평행광에 대하여 설명한다. 평탄부(213)에 입사되는 광선은 평탄부(213)에 대하여 수직으로 입사된다. 이 때문에, 평탄부(213)에서 굴절 작용을 받는 일없이, 그대로 직진하여 스크린(116) 상에 투사상을 형성한다. 이에 대해, 굴절면(212)에 입사된 광은 이하에 나타내는 조건식을 만족하도록 굴절된다.
n1·sinβ=n2·sinα
여기서, 각도 α는 굴절면(212)의 법선 N을 기준으로 하는 입사 각도, 각도 β는 사출 각도이다.
또한, 프리즘군(210)과 거리 L만큼 떨어진 스크린(116)에 있어서, 직진한 광의 위치와 굴절된 광의 위치와 거리 S는 다음 식으로 표시된다.
S=L×Δβ
Δβ=β-α
이와 같이, 굴절면(212)의 프리즘 경사 각도 θ를 제어하는 것에 의해, 스크린(116)에 있어서의 개구부 상(230P)의 이동량인 거리 S를 임의로 설정할 수 있다.
또한, 도 7로부터 명백하듯이, 광선 LL2가 굴절되는 방향은 굴절면(212)의 방향에 의존하고 있다. 환언하면, 개구부(230)에 대하여 굴절면(212)의 방향을 제어하는 것으로, 스크린(116)에서 개구부 상(230P)을 형성하는 방향을 임의로 설정할 수 있다.
(굴절면의 면적비)
도 6c로 되돌아가, 정방형의 프리즘 소자(211)의 한 변은 길이 La, 평탄부(213)의 한 변은 길이 Lb를 갖는 것으로 한다. 프리즘군(210) 중 하나의 프리즘 소자(211)가 차지하는 면적 La×La를 단위 면적으로 한다. 평탄부(213)는 면적 FS=Lb×Lb를 갖는다. 또한, 네 개의 굴절면(212a, 212b, 212c, 212d)은 각각 면적 P1, P2, P3, P4를 갖는다. 여기서, 평탄부(213)를 투과하여 직진한 광의 광량은 단위 면적에 차지하는 평탄부(213)의 면적 FS에 대응한다. 마찬가지로, 네 개의 굴절면(212a, 212b, 212c, 212d)에서 굴절되는 광의 총 광량은 단위 면적에 점유하는 굴절면(212a, 212b, 212c, 212d)의 총면적 P1+P2+P3+P4에 대응한다. 여기서, 네 개의 굴절면(212a, 212b, 212c, 212d)의 면적 P1, P2, P3, P4는 각각 대략 같은 크기라고 하면, 총면적 P1+P2+P3+P4=4×P1로 된다. 환언하면, 평탄부(213) 또는 굴절면(212)의 면적을 제어하는 것에 의해, 스크린(116)에서 프리즘 소자(210)를 직진 또는 굴절한 광의 광량을 임의로 설정할 수 있다.
스크린(116)에서의 광량을 고려하면, 평탄부(213)를 투과하여 직진한 투사상(직접 투과상)의 광량과, 굴절면(212)에서 굴절된 투사상의 광량이 같은 것이 바람직하다. 예컨대, 길이 La=1.0, 길이 Lb=0.707이라고 하면, 프리즘 소자(211)의 단위 면적은 1.0(=1.0×1.0), 평탄부(213)의 면적 FS는 0.5(=0.707×0.707))로 된다. 또한, 각각 같은 면적을 갖는 네 개의 굴절면(212a, 212b, 212c, 212d)을 합계한 총면적(4×P1)은 0.5(=1.0-0.5)이다. 이와 같이 하여, 평탄부(213)를 투과하여 직진한 광의 광량과, 네 개의 굴절면(212a, 212b, 212c, 212d)에서 굴절된 광의 총 광량을 같게 할 수 있다.
(투사상의 내용)
상술한 구성의 액정 패널(120R)을 이용한 경우에, 스크린(116)에 투사되는 R광에 의한 투사상에 대하여 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명한다. 도 8a는 스크린(116)에 있어서의 하나의 주기 영역 상(240P)을 나타낸다. 프리즘 소자(211)의 평탄부(213)에 대략 수직 입사된 광은 평탄부(213)에서 굴절 작용을 받지 않고 직진한다. 직진한 광은 스크린(116)에서 주기 영역(240P)의 중앙부에 개구부 상(직접 투과상)(230P)을 형성한다.
다음에, 프리즘 소자(210)의 굴절면(212a)에 입사된 광을 생각한다. 굴절면(212a)에 입사된 광은 굴절면(212a)의 방향, 경사 각도 θ, 면적 P1에 각각 대응한 굴절 방향, 굴절량, 굴절 광량에 의해 굴절 작용을 받는다. 상술한 바와 같이, 프리즘 소자(211)의 근처부(211a)에 따른 방향과 블랙 매트릭스 형성층(203)의 중심선 CL의 방향이 대략 45°를 이루도록 구성되어 있다. 이 때문에, 예컨대, 굴절면(212a)에서 굴절된 광은, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 개구부 상(직접 투과상)(230P)으로부터 화살표 방향으로 상술한 거리 S만큼 떨어진 위치에 개구부 상(230Pa)을 형성한다. 또, 이하 모든 설명에서 간단하게 하기 위해, 투사 렌즈(114)의 결상 작용에 의한 상의 상하좌우 반전은 없는 것으로 한다. 또한, 관찰자는 항상 광원부인 초고압 수은 램프(101)를 보는 방향으로부터 관찰하는 것으로 한다. 예컨대, 스크린(116)에 투사된 화상도, 스크린(116)의 배면측으로부터 초고압 수은 램프(101)를 보는 방향(광이 향해 오는 방향)으로부터 관찰하는 것으로 한다.
마찬가지로, 굴절면(212b)에서 굴절된 광은, 도 8b에 나타내는 위치에 개구부 상(230Pb)를 형성한다. 굴절면(212c)에서 굴절된 광은 도 8c에 나타내는 위치에 개구부 상(230Pc)을 형성한다. 굴절면(212d)에서 굴절된 광은 도 8d에 나타내는 위치에 개구부 상(230Pd)를 형성한다. 도 8a∼도 8d는 동일한 주영역 상(240P)에 대하여, 각 개구부 상(230Pa, 230Pb, 230Pc, 230Pd)을 나눠 설명한 것이다.
실제로는, 이들 네 개의 개구부 상(230Pa, 230Pb, 230Pc, 230Pd)이 겹쳐 도 9에 나타내는 바와 같이 투사된다. 이와 같이, 굴절면(212)은 굴절부인 프리즘군(210)으로부터 소정 거리 L만큼 떨어진 투사(투영)면인 스크린(116)에서, 화소부에 대응하는 개구부(230)의 개구부 상(230Pa, 230Pb, 230Pc, 230Pd)을 차광부인 블랙 매트릭스부(220)의 투사상인 블랙 매트릭스부 상(220P) 상으로 안내하는 굴절면(212)의 방향 및 경사 각도 θ를 갖는다. 그 결과, 스크린(116)에서, 블랙 매트릭스부 상(220P)의 영역에 중첩적으로 개구부 상(230Pa, 230Pb, 230Pc, 230Pd)이 형성된다. 따라서, 스크린(116)에서, 관찰자가 블랙 매트릭스부 상(220P)을 인식하는 일은 없다.
특히, 본 실시예에서는, 주기 영역 상(240P) 내를 극간 없이 개구부 상(230Pa, 230Pb, 230Pc, 230Pd)에서 메우고 있다. 이와 같이, 프리즘 소자(211)는 격자 형상으로 배열된 차광부상인 블랙 매트릭스부 상(220P)의 중심선상 CLP의 교점 CPa, CPb, CPc, CPd와, 화소부인 개구부(230)의 개구부 상(직접 투과상)(230P) 하나의 각부가 대략 일치하는, 굴절면(212)의 방향 및 굴절면(212)의 경사 각도 θ 를 갖는다. 이 때문에, 화소부간에 번짐이 적고, 이른바 이음매 없는 화상, 매끄러워 거친 느낌이 감소된 화상을 얻을 수 있다.
(프리즘군의 제조 방법)
다음에, 도 2로 되돌아가 프리즘군(210)의 제조 방법을 설명한다. 프리즘군(210)은 사출측 방진 투명 플레이트(206)의 사출면에 일체적으로 형성되어 있다. 사출측 방진 투명 플레이트(206)는 투명한 평행 평판 유리이다. 평행 평판 유리의 한쪽 면에 프리즘군(210)을 포토리소그래피 기술에 의해 형성한다. 구체적으로는, 포토 레지스트층을 평행 평판 유리 상에, 그레이 스케일법을 이용하여 소망의 프리즘 형상, 예컨대, 사각추 형상이 되도록 패터닝하여 마스크를 형성한다. 그리고, CHF3 등의 플루오르계 가스를 이용한 RIE(reactive ion etching)법에 의해 프리즘군(210)을 형성한다. 또한, 프리즘군(210)은 플루오르산을 이용하는 습식 에칭법에 의해서도 형성할 수 있다. 이와 같이, 한쪽 면에 프리즘군(210)이 형성된 평행 평판 유리인 사출측 방진 투명 플레이트(206)는 액정 패널(120R)의 제조 공정에서, 가장 사출측에 내장된다.
또한, 프리즘군(210)의 다른 제조 방법을 설명한다. 평행 평판 유리의 한쪽 면에 광학 에폭시 수지를 도포한다. 다음에, 소망의 프리즘 형상과는 요철이 반전되어 있는 패턴을 갖는 금형을 준비한다. 그리고, 이 금형을 에폭시 수지로 가압 하는 것으로 몰드 전사한다. 마지막으로, 자외선을 광학 에폭시 수지로 조사하여 경화시켜, 프리즘군(210)을 형성한다.
또한, 몰드 전사하는 경우에 다른 방법을 채용할 수도 있다. 평행 평판 유리를 가열하여 몰드 전사에 필요한 정도로 연화시킨다. 그리고, 연화된 평행 평판 유리의 한쪽 표면에, 상술한 금형을 가압시켜 몰드 전사한다. 이것에 의해서도, 평행 평판 유리에 프리즘군(210)을 형성할 수 있다.
또, 프리즘군(210)은 사출측 방진 투명 플레이트(206)에 일체적으로 형성하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대, 소망의 프리즘 형상의 프리즘군(210)을 핫 프레스법에 의해 별도의 패턴 시트로 제조해 둔다. 그리고, 패턴 시트를 필요한 크기로 재단한다. 다음에, 재단된 패턴 시트를 평행 평판 유리의 사출면 측에 광학적으로 투명한 접착제를 이용하여 부착한다. 이것에 의해서도, 평행 평판 유리에 프리즘군(210)을 형성할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 프리즘군(210)의 표면에 먼지 등이 부착되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 프리즘군(210)의 사출측 면에 대하여 저굴절율의 투명 수지 등으로 이루어지는 코팅층을 형성한다. 예컨대, 프리즘군(210)은 굴절율 n=1.56의 광학 에폭시 고굴절율 수지로 형성한다. 코팅층은, 예컨대, 굴절율 n=1.38의 광학 에폭시 저굴절율 수지로 형성한다. 또한, 프리즘군(210)을 구성하는 부재의 굴절율과, 코팅층의 굴절율을 대략 일치시키는 것으로 할 수도 있다. 이에 의해, 굴절면(212)의 제조 오차의 편차 등에 기인하는 굴절된 광의 스크린(116) 상에서의 위치 어긋남을 감소시킬 수 있다.
여기서 도 2를 참조하여 배치하는 프리즘 소자의 크기에 대해 설명한다. 프리즘 소자(211a)의 크기는 공간 변조 소자(120R) 중에 배치된 차광부인 블랙 매트 릭스 형성층(203)의 어느 점으로부터 광의 진행 방향의 전방에서 조명광, 또는 투사 렌즈의 F넘버로 정의되는 이해각 내, 즉, 투사 렌즈의 F넘버를 f, 이해 각도를 θ, 블랙 매트릭스 형성층으로부터 프리즘군(210) 사이의 거리를 L로 한 경우, 최대 프리즘의 크기의 직경 Φ는 다음 식으로 표시되는 크기 이하인 것이 바람직하다.
Φ=2×L(Asin(1/2f))
따라서, 면적비로 배분된 프리즘 소자(211a)의 크기는 직경 Φ 내에 대략 포함되어, 직경 Φ 내에서 평탄부 면적과 각각의 프리즘 각도 투영 면적의 비를 설계값에 대략 합치는 것에 의해, 직접 투과상과 굴절 투과상의 면적에 의해 할당된 광량비로 구성된 화소를 얻을 수 있다.
또한, 더욱 바람직하게는 스크린(116) 상에서 얻어지는 화상의 균일성을 향상시키기 위해서는, 직경 Φ 내에 프리즘 소자(211a)가 10개 이상 배치되는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
(파장과 프리즘 소자 형상의 관계)
상기 설명에서는, R광을 대표예로 설명하고 있다. G광에 관한 제 2 색광용 공간 광 변조 장치(110G)의 액정 패널(120G), B광에 관한 제 3 색광용 공간 광 변조 장치(110B)의 액정 패널(120B)에 대해서도 기본적인 구성은 R광의 경우와 동일하다. 구체적으로는, 제 1 색광용 공간 광 변조 장치(110R)와, 제 2 색광용 공간 광 변조 장치(110G)와, 제 3 색광용 공간 광 변조 장치(110B)가 각각 굴절부인 프 리즘군(210)을 갖고 있다.
여기서, 굴절면(212)에서 굴절되는 각도는 광의 파장에 따라 다르다. 이 때문에, 스크린(116)에서, 굴절하여 투사되는 상의 위치를 정확히 제어하는 경우에는, 굴절되는 광의 파장을 고려하는 것이 바람직하다. 예컨대, 광원부인 초고압 수은 램프(101)는, 도 10에 나타내는 바와 같은 발광 스펙트럼 분포를 갖는다. 도 10의 가로축은 파장, 세로축은 임의의 강도 단위이다. 그리고, 휘선 스펙트럼의 피크 파장이 약 440㎚ 근방의 광을 B광, 약 550㎚ 근방의 광을 G광으로서 이용한다. 또한, 광량 적분값의 중앙 파장인 약 650㎚ 근방의 광을 R광으로서 이용한다. 이들 파장의 광이, 굴절면(212)에서 굴절되었을 때, 스크린(116) 상에서 소정의 투사상을 형성하도록, 굴절면(212)의 경사 각도 θ 등을 제어한다. 이에 의해, 스크린(116) 상에서, 색 어긋남이 적은 고품질의 화상을 얻을 수 있다.
(수치예)
구체적으로는, 도 5에 나타내는 프리즘 소자(211)의 피치 PT를 1㎜로 한 경우 최적 높이(깊이) H는 약 45.5㎛이다.
또한, 액정 패널(120R, 120G, 120B)의 사출측 면, 예컨대, 석영 기판면 상에 각각 프리즘군(210)을 형성한 경우, 프리즘 소자(211)의 경사 각도 θ에 대하여 수치예를 나타낸다. 예컨대, 스크린(116) 상에 있어서의 이동량인 거리 S=8.5㎛로 한다. 이 때, R광, G광, B광에 있어서의 각 프리즘 소자(211)의 경사 각도 θ는 각각 0.31°, 0.31°, 0.30°이다. 각 색에서 경사 각도가 다른 것은, 상술한 바 와 같이, 프리즘군(210)을 구성하는 부재의 굴절율은 파장에 의존해서 다르기 때문이다. 또한, 각 색용 프리즘군(210)을, 크로스다이클로익 프리즘(112)의 각 색광의 입사면에 마련하는 경우에는, R광, G광, B광에 있어서의 각 프리즘 소자(211)의 경사 각도 θ는 각각 0.10°, 0.10°, 0.099°이다.
이와 같이, 경사 각도 θ는 작은 값이기 때문에, 예컨대, 절삭 가공으로 프리즘군(210)을 형성하는 경우에는 곤란한 경우가 있다. 그래서, 프리즘군(210)의 계면에 프리즘군(210)을 구성하는 부재의 굴절율과 가까운 굴절율을 갖는 재료를 몰드로 형성한다. 이에 의해, 경사 각도 θ를 크게 하여, 프리즘군(210)을 쉽게 제조할 수 있다. 예컨대, 프리즘군(210)을 구성하는 부재와 몰딩 재료의 굴절율차를 0.3으로 한다. 이 때, 액정 패널(120R, 120G, 120B)의 사출측 면상에 각각 프리즘군(210)을 형성한 경우, 스크린(116) 상에 있어서의 이동량은 거리 S=8.5㎛이고, R광, G광, B광에 있어서의 그 경사 각도 θ는 각각 1.16°, 1.17°, 1.18°이다. 또한, 이 경우에, 각 색용 프리즘군(210)을, 크로스다이클로익 프리즘(112)의 각 색광의 입사면에 마련하는 경우에는, R광, G광, B광에 있어서의 각 프리즘 소자(211)의 경사 각도 θ는 각각 0.31°, 0.31°, 0.31°이다.
(실시예 2)
도 11은 본 발명의 실시예 2에 따른 프로젝터(1100)의 개략 구성을 나타낸다. 상기 실시예 1과 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명은 생략한다. 본 실시예에서는, 프리즘군(1110)이 색 합성 광학계인 크로스다이클로 익 프리즘(112)의 사출측 면에 굴절부인 프리즘군(1110)이 마련된다.
도 12는 크로스다이클로익 프리즘(112)을 확대하여 나타내는 사시도이다. 크로스다이클로익 프리즘(112)의 스크린(116)에의 사출측 면에는, 후술하는 구조의 프리즘군(1110)이 상술한 제조 방법 중 어느 하나를 이용하여 형성되어 있다. 이에 의해, 프리즘군(1110)이 하나로 되기 때문에, 구성이 간단하게 되어, 제조 비용도 감소시킬 수 있다. 또, 프리즘군(1110)은 크로스다이클로익 프리즘(112)의 입사측 면에 마련하여도 좋다. 이에 의해 각 파장에 대응한 굴절 각도의 설정을 행할 수 있으므로, 굴절상의 최적화를 도모할 수 있다.
(프리즘 소자의 제조 방법)
도 13은 프리즘군(1110)을 도 12의 A-A선 단면도이다. 프리즘군(1110)은 제 1 굴절층(1120)과, 제 1 굴절층의 사출 측에 마련되는 제 2 굴절층(1130)으로 구성된다. 제 1 굴절층(1120)과 제 2 굴절층(1130) 각각에는 프리즘 소자(1140, 1150)가 형성되어 있다. 또, 제 2 굴절층(1130)에 형성되어 있는 프리즘 소자(1150)는 그 긴 쪽 방향에 따른 단면을 보고 있기 때문에, 굴절면의 형상은 도시되어 있지 않다.
다음에, 프리즘 소자(1140, 1150)의 제조 방법을 설명한다. 우선, 크로스다이클로익 프리즘(112)의 사출측 면에 굴절율 n=1.56을 갖는 광학 에폭시 수지를 적당량 도포한다. 그리고, 스키지를 이용해서 지면에 대략 수직인 방향을 따라, 프리즘 소자(1140)의 형상에 대응하는 대략 정현파 형상의 요철부를 형성한다. 다음 에, 자외선을 조사하여 광학 에폭시 수지를 경화시키는 것으로 하측 고굴절율층(1120a)을 형성한다. 또한, 하측 고굴절율층(1120a) 상에 굴절율 n=1.38을 갖는 광학 에폭시 수지를 적당량 도포한다. 평탄 스키지를 이용하여, 도포한 광학 에폭시 수지의 표면을 평탄화한다. 그 후, 자외선을 조사하여 광학 에폭시 수지를 경화시켜 하측 저굴절율층(1120b)을 형성한다. 다음에, 하측 저굴절율층(1120b) 상에 고굴절율을 갖는 광학 에폭시 수지를 적당량 도포한다. 마찬가지로 스키지를 이용하여 지면 가로 방향으로 연장하는 프리즘 소자(1150)의 형상에 대응하는 대략 정현파 형상의 요철부를 형성한다. 그리고, 자외광을 조사하여 광학 에폭시 수지를 경화시켜 상측 고굴절율층(1130a)을 형성한다. 상측 고굴절율층(1130a)의 상측에 또한 저굴절율을 갖는 광학 에폭시 수지를 적당량 도포한다. 평탄 스키지를 이용하여, 도포한 광학 에폭시 수지의 표면을 평탄화한다. 그 후, 자외선을 조사하여 광학 에폭시 수지를 경화시켜 상측 저굴절율층(1130b)을 형성한다.
여기서, 바람직하게는, 고굴절율을 갖는 광학 에폭시 수지는 소정 프리즘 소자의 요철 형상을 유지할 수 있을 정도의 점도를 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 고굴절율을 갖는 광학 에폭시 수지는 7∼25Pa·s(=7000∼25000cps) 정도의 점도가 바람직하다. 또한, 저굴절율을 갖는 광학 에폭시 수지는 평탄화하기 위해 저점도인 것이 바람직하다. 예컨대, 저굴절율을 갖는 광학 에폭시 수지는 0.3∼6Pa·s(=300∼6000cps) 정도의 점도가 바람직하다. 또, 하측 저굴절율층(1120b) 및 상측 저굴절율층(1130b)은 스핀 코팅, 스프레이 코팅 등에 의해서도 형성할 수 있다.
또한, 프리즘군(1110)은 상기 실시예 1에 있어서의 프리즘군(210)과 마찬가 지의 구성으로 할 수도 있다. 이 구성의 경우, 프리즘 소자의 형상에 따른 패턴을 핫플레이트 기법 등으로 패턴 시트에 미리 형성해 둔다. 그리고, 패턴 시트를 적절히 필요한 크기로 재단한다. 재단된 패턴 시트를, 크로스다이클로익 프리즘(112)의 사출면 측에 광학적으로 투명한 접착제에 의해 고착한다.
(수치예)
본 실시예에 있어서도, 스크린(116) 상에 있어, 도 9에 나타내는 바와 같은 투사상을 얻을 수 있다. 특히, 프리즘 소자(1140)는 대략 정현파 형상을 갖고 있기 때문에, 굴절되지 않고서 직진하는 광의 광량과, 굴절되는 광의 광량을 일대일의 비율, 즉 같게 할 수 있다. 또한, 구체적인 수치예로서, 프리즘 소자(1140)의 최적 높이(깊이)=45.5㎛로 할 수 있다. 이에 의해, 상기 실시예 1과 마찬가지로, 화소부간에 번짐이 적고, 이른바 이음매가 없는 화상, 매끄러워 거친 느낌이 감소된 화상을 관찰할 수 있다.
또한, 스크린(116) 상에 있어서의 이동량인 거리 S=8.5㎛의 때, 경사 각도 θ=0.01deg이다. 이와 같이, 경사 각도 θ는 작은 값이기 때문에, 예컨대, 절삭 가공으로 프리즘군(1110)을 형성할 경우 곤란한 경우가 있다. 그래서, 프리즘군(1110)의 계면에 프리즘군(1110)을 구성하는 부재의 굴절율과 가까운 굴절율을 갖는 재료를 몰드로 형성한다. 이에 의해, 경사 각도 θ를 크게 하여, 프리즘군(1110)을 쉽게 제조할 수 있다. 예컨대, 프리즘군(1110)을 구성하는 부재와 몰딩 재료의 굴절율차를 0.3으로 한다. 이 때, 스크린(116) 상에 있어서의 이동량은 거리 S=8.5㎛로 하고, 경사 각도 θ는 0.07°이다.
(실시예 3)
도 14는 실시예 3에 따른 프로젝터의 스크린(116)에 있어서의 투사상을 나타내는 도면이다. 본 실시예 이후의 설명에 있어서는, 프로젝터의 구성은 상기 실시예 1 또는 실시예 2에서 설명한 구성과 동일하기 때문에, 중복하는 설명은 생략한다. 상기 실시예 1 또는 실시예 2와 다른 것은 프리즘 소자(211, 1140, 1150)의 굴절면의 방향, 경사 각도 θ, 면적비이다. 이와 같이, 본 실시예 이후의 실시예에서는, 굴절면의 방향, 경사 각도 θ, 면적비의 다양한 조합을 중심으로 설명을 진행시킨다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 투사상은 프리즘 소자(1140, 1150)의 평탄부에 의해 굴절되지 않고 직진한 광에 의한 개구부 상(1400P)(직접 투과상)과, 개구부 상(1400P)에 대하여, 화살표로 나타내는 45° 방향으로 거리 S만 떨어진 위치에 개구부 상(1400Pa, 1400Pb, 1400Pc, 1400Pd)이 형성된다. 이에 의해, 주기 영역 상(240P) 내를 개구부 상(像)으로 극간 없이 메울 수 있다. 또한, 본 실시예에서 특징적인 것은 네 개의 인접하는 개구부 상(1400Pa, 1400Pb, 1400Pc, 1400Pd) 끼리의 적어도 일부가 블랙 매트릭스부 상(220P)에서 겹쳐 새로운 개구부 상(1410P)을 형성하고 있는 점이다.
이에 의해, 인접하는 화소부 상(1400P) 끼리 중복하여 형성되는 영역인 새로운 개구부 상(1410P)은 적어도 인접하는 제 1 개구부 상(1400Pa)과 제 2 개구부 상 (1400Pb)의 화상 정보에 근거해서 새로운 제 3 개구부 상을 형성할 수 있다. 그 결과, 투사하는 화소수의 밀도를 향상시킬 수 있다.
(실시예 4)
도 15는 실시예 4에 따른 프로젝터의 스크린(116)에 있어서의 투사상을 나타내는 도면이다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 투사상은, 예컨대, 프리즘 소자(1140, 1150)의 평탄부에 의해 굴절되지 않고 직진한 광에 의한 개구부 상(직접 투과상)(1500P)과, 개구부 상(1500P)에 대하여, 화살표로 나타내는 45° 방향으로 거리 S만큼 떨어진 위치에 개구부 상(1500Pa, 1500Pd)이 형성된다. 이에 의해, 주기 영역 상(240P) 내를 개구부 상으로 극간 없이 메울 수 있다. 또한, 본 실시예에서 특징적인 것은 두 개의 인접하는 개구부 상(1500Pa, 1500Pd) 끼리의 대략 전체 영역이 블랙 매트릭스부 상(220P)에서 겹쳐 새로운 개구부 상(1510P)을 형성하고 있는 점이다. 이에 의해, 인접하는 제 1 개구부 상(1500Pa)과 제 2 개구부 상(1500Pd)의 화상 정보에 근거해서 새로운 제 3 개구부 상을 형성할 수 있다. 이 결과, 투사하는 화소수의 밀도를 향상시킬 수 있다.
(프리즘 형상의 변화)
도 16a∼도 16d는 프리즘 소자 형상의 다양한 변화의 예를 나타내는 도면이다. 예컨대, 도 16a는 굴절면(1610a)과 평탄부(1610b)를 갖는 사다리꼴형의 프리즘군(1610)을 나타낸다. 도 16b는 굴절면(1620a)과 평탄부(1620b)를 갖는 3형태형 의 프리즘군(1620)을 나타낸다. 도 16c는 굴절면(1630a)와 평탄부(1630b)를 갖는 3각형의 프리즘군(1630)을 나타낸다. 도 16d는 굴절면(1640a)만으로 이루어지는 브레이스형 프리즘군(1640)을 나타낸다. 이와 같이, 굴절면의 방향, 경사 각도, 면적을 파라미터로 해서 다양한 변화를 취할 수 있다.
(실시예 5)
도 17a, 도 17b, 도 17c는 개구부(1700)와 프리즘군(1710)의 위치 관계를 나타내는 평면도이다. 도 17a로 나타내는 블랙 매트릭스 형성층(203)의 중심선 CL의 방향에 대하여, 도 17b에 나타내는 바와 같이, 각 프리즘 소자(1711)의 근처부(1711a)에 따른 방향이 대략 45℃를 이루도록 구성되어 있다. 상술한 바와 같이, 하나의 개구부(1700)를 투과한 광은 복수의 프리즘 소자(1711)로 이루어지는 일부의 프리즘군(1710)에 입사된다.
각 프리즘 소자(1711)는, 도 17c에 나타내는 바와 같이, 대략 정방형 형상을 하고 있다. 프리즘 소자(1711)는 다각추 형상의 프리즘 소자, 예컨대, 사각추 형상의 굴절면(1712a, 1712b, 1712c, 1712d)을 갖는다. 또한, 굴절면(1712a, 1712b, 1712c, 1712d)의 주위에는 평탄부(1713)가 마련된다.
다음에, 본 실시예에 있어서의 스크린(116)에서의 투사상을 도 18에 근거해서 설명한다. 프리즘 소자(1711)의 평탄부(1713)를 투과한 광에 의해, 개구부 상(직접 투과상)(1700P)이 형성된다. 그리고, 각 굴절면(1712a, 1712b, 1712c, 1712d)에 의해, 중심선상 CLP에 대하여 45° 방향으로 투사상인 개구부 상(1720P) 이 형성된다. 본 실시예에서는, 각 굴절면(1712a, 1712b, 1712c, 1712d)의 경사 각도는 네 개의 인접하는 개구부(1700)로부터의 네 개의 투사상이 네 개의 인접하는 개구부 상(1700P)의 중앙 교점 CP를 중심으로 한 위치에 중첩하여 새로운 개구부 상(1720P)으로 해서 형성된다. 이와 같이, 새로운 개구부 상(1720P)이 형성됨으로써, 의사적으로 외견상의 해상도를 1.25배로 향상시킬 수 있다.
또한, 프리즘 소자(1711)는 단위 면적 T를 갖는다. 그리고, 각 굴절면(1712a, 1712b, 1712c, 1712d)은 각각 면적 T/8를, 평탄부(1713)는 면적 4T/8을 갖는다. 이 경우, 스크린(116)에서, 개구부 상(직접 투과상)(1700P)의 광량은 4T/8=T/2에 비례한다. 또한, 새로운 개구부 상(1720P)을 형성하는 광의 광량은 4×(T/8)=T/2에 비례한다. 이와 같이, 프리즘 소자(1711)의 각 면의 면적을 제어하는 것에 의해, 각 투사상의 밝기를 임의로, 예컨대, 본 실시예와 같이 대략 동일로 할 수 있다. 이에 의해, 스무스하고 매끄러운 화상을 얻을 수 있다.
(실시예 6)
도 19a, 도 19b, 도 19c는 개구부(1900)와 프리즘군(1910)의 위치 관계를 나타내는 평면도이다. 도 19a에 나타내는 블랙 매트릭스 형성층(203)의 중심선 CL의 방향에 대하여, 도 19b에 나타내는 바와 같이, 각 프리즘 소자(1911)의 근처부(1911a)에 따른 방향이 약 45°를 이루도록 구성되어 있다. 상술한 바와 같이, 하나의 개구부(1900)를 투과한 광은 복수의 프리즘 소자(1911)로 이루어지는 일부의 프리즘군(1910)에 입사된다.
각 프리즘 소자(1911)는, 도 19c에 나타내는 바와 같이, 대략 정방형 형상을 하고 있다. 프리즘 소자(1911)는 다각추 형상의 프리즘 소자, 예컨대, 사각추 형상의 굴절면(1912a, 1912b, 1912c, 1912d)를 갖는다. 또, 평탄부는 형성되어 있지 않다.
다음에, 본 실시예에 있어서의 스크린(116)에서의 투사상을 도 20에 근거해서 설명한다. 각 굴절면(1912a, 1912b, 1912c, 1912d)에 의해, 중심선 상 CLP에 대하여 45°방향으로 투사상이 형성된다. 본 실시예에서는, 각 굴절면(1912a, 1912b, 1912c, 1912d)의 경사 각도는 개구부(1900)로부터의 네 개의 투사상인 개구부 상(1912Pa, 1912Pb, 1912Pc, 1912Pd)이 주기 영역 상(240P) 내에 겹치지 않게 투사된다. 이 때, 프리즘 소자(1911)는 평탄부를 갖고 있지 않다. 이 때문에, 프리즘 소자(1911)를 직접 투과하는 성분에 의한 투사상(도 20에 점선으로 나타냄)은 형성되지 않는다. 이와 같이, 블랙 매트릭스부 상이 전혀 존재되지 않아 이음매 없이 매끄러운 화상을 얻을 수 있다.
또한, 프리즘 소자(1911)는 단위 면적 T를 갖는다. 그리고, 각 굴절면(1912a, 1912b, 1912c, 1912d)은 각각 면적 T/4를 갖는다. 이 경우, 스크린(116)에서, 개구부 상(1912Pa, 1912Pb, 1912Pc, 1912Pd)을 각각 같게 하고, 면적 T/4에 비례하는 광량으로 할 수 있다. 이에 의해, 스무스하고 매끄러운 화상을 얻을 수 있다.

(실시예 7)
도 21은 실시예 7에 있어서의 프리즘군(2100)의 일부를 확대한 개략 구성을 나타낸다. 프리즘군(2100)은 사각추 형상의 제 1 프리즘 소자(2110)와, 사각추 형상의 제 2 프리즘 소자(2120)로 구성되어 있다. 제 1 프리즘 소자(2110)는 그 한 변이 중심선 CL에 약 45°를 이루도록 형성되어 있다. 제 2 프리즘 소자(2120)는 그 한 변이 중심선 CL에 대략 평행하게 되도록 형성되어 있다. 또한, 제 1 프리즘 소자(2110)와, 제 2 프리즘 소자(2120) 주위에는 평탄부(2130)가 마련된다.
다음에, 본 실시예에 있어서의 스크린(116)에서의 투사상을 도 22에 근거해서 설명한다. 평탄부(2130)를 투과한 광에 의해, 개구부 상(직접 투과상)(2200P)이 형성된다. 그리고, 제 1 프리즘 소자(2110)의 굴절면(2111)에 의해, 중심선 상 CLP에 대하여 45°방향으로 개구부 상(2111P)이 형성된다. 제 2 프리즘 소자(2120)의 굴절면(2121)에 의해, 중심선 상 CLP에 평행한 방향으로 개구부 상(2121P)이 형성된다. 그리고, 이들 투사상이 블랙 매트릭스부 상을 극간 없이 메우도록 굴절면의 방향, 경사 각도를 설정한다. 이에 의해, 스무스하고 매끄러운 화상을 얻을 수 있다. 또한, 배밀도(倍密度) 표시도 행할 수 있다.
굴절면의 면적비는 단위 면적 T에 대하여, 굴절면(2111)의 면적 T/16, 굴절면(2121)의 면적 2T/16, 평탄부(2130)의 면적 4T/16로 각각 설정한다. 이에 의해, 투사상 각각의 광량을 대략 같게 할 수 있다. 또한, 본 실시예와 마찬가지의 굴절 작용을 생기게 하는 프리즘군의 형상은 여러 가지 변형을 취할 수 있다. 예컨대, 도 23에 나타내는 바와 같은 굴절면(2310)과 평탄부(2320)를 갖는 프리즘군(2300) 을 이용할 수도 있다.
(실시예 8)
도 24는 실시예 8에 따른 공간 광 변조 장치의 액정 패널(120R)의 사시 단면도이다. 본 실시예는 프리즘군(2400)의 구성이 실시예 1의 구성과 다르다. 상기 실시예 1과 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명은 생략한다. 프리즘군(2400)은 입사측이 접착층(2401)을 거쳐 TFT 기판(205)에 고착되어 있다. 또한, 프리즘군(2400)은 사출측이 접착층(2402)을 거쳐 커버 유리(2403)에 고착되어 있다.
본 실시예의 프리즘군(2400)의 구성을 도 25에 나타낸다. 굴절부의 프리즘군(2400)은 2조의 프리즘 소자(2410a, 2410b)로 구성되어 있다. 프리즘 소자(2410a)는 제 1 방향인 y축 방향에 있어서의 단면 형상이 대략 사다리꼴 형상이다. 또한, 프리즘 소자(2410a)는 제 1 방향인 y축 방향에 대략 직교하는 제 2 방향인 x축 방향으로 긴 쪽 방향을 갖고 있다. 프리즘 소자(2410a)의 y축 방향에 있어서의 단면 형상의 사다리꼴 형상 중 두 개의 경사면 Y1, Y2는 굴절면으로서 기능한다. 또한, 프리즘 소자(2410a)의 y축 방향에 있어서의 단면 형상 중 상면 Y0은 평탄부로서 기능한다. 이 때문에, 경사면 Y1 또는 경사면 Y2에 입사된 광은 경사면의 각도에 대응하는 방향으로 굴절한다. 굴절된 광에 의해 굴절 투과상이 형성된다. 또한, 상면 Y0에 입사된 광은 그대로 투과된다. 그대로 투과된 광에 의해 직접 투과상이 형성된다.
프리즘 소자(2410b)는 프리즘 소자(2410a)와 마찬가지의 구성이다. 프리즘 소자(2410b)의 x축 방향에 있어서의 단면 형상 중 두 개의 경사면 X1, X2는 굴절면으로서 기능한다. 또한, 프리즘 소자(2410b)의 x축 방향에 있어서의 단면 형상 중 상면 X0은 평탄부로서 기능한다. 그리고, 2조의 프리즘 소자(2410a, 2410b)는 각각의 긴 쪽 방향끼리 대략 직교하도록 마련된다.
또한, 본 실시예에서는, 프리즘 소자(2410a)의 평면 측과, 프리즘 소자(2410b)의 평면 측을 마주 보게 하여 고착하고 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 이하의(1)∼(3) 중 어느 하나의 구성이라도 좋다.
(1) 프리즘 소자(2410a)의 경사면 Y1, Y2 등이 형성되어 있는 면과, 프리즘 소자(2410b)의 경사면 X1, X2 등이 형성되어 있는 면을 마주 보게 하여 고착하는 구성.
(2) 프리즘 소자(2410a)의 경사면 Y1, Y2 등이 형성되어 있는 면과, 프리즘 소자(2410b)의 평면 측을 마주 보게 하여 고착하는 구성.
(3) 프리즘 소자(2410a)의 평면 측과, 프리즘 소자(2410b)의 경사면 X1, X2 등이 형성되어 있는 면을 마주 보게 하여 고착하는 구성.
또, 도 24, 도 25에서는 프리즘면이 접하는 구성으로 설명하고 있지만, 양면이 공기와 접하는 구성이라도 좋다.
도 26은 프리즘군(2400)에 의한 입사광의 분기를 나타낸다. 도 26에 있어, 좌측에서 우측을 향하여 입사광 XY가 진행한다. 또, 도 26의 일부에서는, 설명의 편의상, 경사면 Y0, Y1, Y2의 부호를 이용해서 광선을 특정한다. 입사광 XY는 점 선으로 나타내는 프리즘 소자(2410a)에 의해, 경사면에서 굴절되는 광선 Y1, Y2와, 상면을 그대로 투과하는 광선 Y0의 세 개의 광선으로 분기된다. 분기된 세 개의 광선 Y0, Y1, Y2는 프리즘 소자(2410b)에 의해 다시 각각 세 개의 광선으로 분기된다. 그 결과, 입사광 XY는 9개의 광선 Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X0, Y0X2, Y2X1, Y2X0, Y2X2로 분기된다.
다음에, 분기된 9개의 광선의 투영면에 있어서의 위치를 도 27을 이용하여 설명한다. 광선 Y0X0에 의한 직접 투과상의 영역을 굵은 테두리로 둘러싸 나타낸다. 굴절된 광에 의한 화소부의 투영상은 프리즘 소자(2410a, 2410b)의 긴 쪽 방향에 대하여 각각 직교하는 방향으로 형성할 수 있다. 본 실시예에서는, 2조의 프리즘 소자(2410a, 2410b)의 긴 쪽 방향끼리가 대략 직교하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 광선 Y0X0에 의한 직접 투과상의 영역 주변에, 8개의 광선 Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X2, Y2X1, Y2X0, Y2X2에 의한 굴절 투과상의 영역이 형성된다. 도 27에서는, 각각의 영역에 광선의 부호를 부여하여 나타낸다. 또한, 광선 Y0X0에 의한 직접 투과상은, 도 3에 나타낸 바와 같은 복수의 개구부(230)의 위치에 대응하여 주기적으로 인접 형성된다. 본 실시예에서는, 프리즘 소자(2410a, 2410b)에 의해, 광선 Y0X0에 의한 직접 투과상끼리 사이의 영역에 굴절 투과상을 형성한다. 이에 의해, 관찰자는 차광부인 블랙 매트릭스부 상(220P)(도 4)을 인식하는 일이 없다.
또한, 본 실시예에서는, 스크린(116)(도 1)에 있어서의 평탄부인 프리즘 소자(2410a)의 상면 Y0과 프리즘 소자(2410b)의 상면 X0으로부터의 광 강도의 총합을 PW0, 굴절면인 경사면 Y1, Y2, X1, X2를 경유한 광 강도의 총합을 PW1이라 각각 했을 때,
PW0≥PW1
을 만족하고 있다.
광선 Y0X0에 의한 직접 투과상의 광 강도의 총합은 평탄부인 상면 Y0, X0의 면적에 대응한다. 또한, 광선 Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X2, Y2X1, Y2X0, Y2X2에 의한 굴절 투과상의 광 강도의 총합은 굴절면인 경사면 Y1, Y2, X1, X2의 면적에 대응한다. 여기서, 광선 Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X2, Y2X1, Y2X0, Y2X2에 의한 굴절 투과상의 광 강도의 총합 PW1이 직접 투과상의 광 강도의 총합 PW0보다도 커지면, 관찰자는, 예컨대, 고스트와 같은 이중의 화상과 같이 인식해 버린다. 이 때문에, 투사상의 화질이 열화해 버린다.
본 실시예에서는, PW0≥PW1을 만족하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 관찰자는 본래 화소부의 투영상인 직접 투과상의 주변에 차광부를 인식할 수 없고, 또한 이음매 없이, 매끄러워 거친 느낌이 감소된 화상을 관찰할 수 있다. 또한, 관찰자는 2중 상(像) 등의 열악한 화상을 인식하는 일도 없다. 또한, 바람직하게는, PW0>PW1을 만족하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, PW0>0.9×PW1을 만족하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 또한 이음매가 없어 거친 느낌을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 투영면인 스크린(116)(도 1)에 있어서의 일단면의 광 강도 분포에 대해 설명한다. 도 28a는 스크린(116)에 있어서의 투사상의 광 강도 분 포를 나타낸다. 도 28a의 가로축은 스크린(116) 상의 위치 좌표, 종축은 임의의 강도 단위를 각각 나타낸다. 설명을 간단하게 하기 위해, 도 27에 나타내는 직접 투과상의 영역 I와, 인접하는 직접 투과상의 영역 K와, 이들 영역간의 영역 J의 세 개 영역의 대략 중심을 지나는 BB 단면에 대해 설명한다. 즉, 도 28a의 가로축의 부호 I로 나타내는 부분은 도 27의 영역 I에 상당하고, 부호 J로 나타내는 부분은 도 27의 영역 J에 상당하고, 부호 K로 나타내는 부분은 도 27의 영역 K에 상당한다.
도 28a에 나타내는 바와 같이, 스크린(116)에 있어서, 평탄부인 상면 Y0, X0으로부터의 광에 의해 형성되는 화소부의 투영상의 영역 I, 영역 K의 강도 분포의 제 1 피크값 Pa는 굴절면인 경사면 Y1, Y2, X1, X2를 경유한 광에 의해 형성되는 화소부의 투영상의 영역 J의 강도 분포의 제 2 피크값 Pb보다도 크다. 예컨대, 제 2 피크값 Pb는 제 1 피크값 Pa의 대략 절반의 파워 배분으로 설정한다. 이 광 강도의 파워 배분은 프리즘 소자(2410a, 2410b)의 상면 Y0, X0과 경사면 Y1, Y2, X1, X2의 면적비에 따라 제어할 수 있다.
또한, 제 1 피크값 Pa와 제 2 피크값 Pb 사이의 영역에서는 소정 강도 분포 곡선 CV에 따른 광 강도이다. 이에 의해, 관찰자는 직접 투과상과 인접하는 직접 투과상 사이의 영역에 적절한 광 강도 분포를 인식한다. 이 때문에, 인접하는 화소상사이에 적절한 광 강도의 강약이 생김으로써, 외견 상 고해상도의 상을 얻을 수 있다. 이 때문에, 관찰자는 차광부를 인식하는 일 없이, 매끄러워 거친 느낌이 감소되고, 또한 샤프한 투사상을 관찰할 수 있다.
광 강도 분포의 변형예를 도 28b, 도 28c, 도 28d에 각각 나타낸다. 도 28b에 있어, 영역 I, 영역 K의 광 강도 분포 각각 두 개의 제 1 피크값 Pc는 영역 J의 제 2 피크값 Pc보다도 크다. 도 28c에 있어, 영역 I, 영역 K의 광 강도 분포의 제 1 피크값 Pe는 영역 J의 두 개의 제 2 피크값 Pf보다도 크다. 도 28d에 있어, 영역 I, 영역 K의 광 강도 분포의 각각의 제 1 피크값 Pg는 영역 J의 제 2 피크값 Pg와 대략 같은 크기이다. 이들 파워 배분 시, 블랙 매트릭스부 상(220P)(도 4)의 인식을 감소시킬 수 있고, 이음매 없이, 또한 자연스러운 투사상을 얻을 수 있다. 또한, 광 강도 분포를 소망의 분포 곡선으로 되도록 상면 Y0, X0과, 경사면 Y1, Y2, X1, X2의 면적비를 변경하는 것에 의해, 예컨대, 조여진 샤프한 인상의 투사상을 얻는 것도 가능하다. 본 실시예의 액정 패널(120R) 등을 구비하는 프로젝터를 이용해서, 예컨대, 사진 화상과, 문자나 그래프 등의 텍스트 화상과의 양쪽을 투사할 때, 관찰자는 양자의 화상을 양호한 화질로 관찰할 수 있다.
(실시예 9)
다음에, 실시예 9에 따른 미세 구조 소자의 제조 방법을 설명한다. 미세 구조 소자로서, 상기 실시예 1의 프리즘군(210)을 제조하는 예를 이용한다. 또, 액정 패널의 기본적인 구성은 상기 실시예 1과 동일하기 때문에, 동일 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명은 생략한다. 도 29는 프리즘군(210)을 제조할 때, 중간 과정 상태의 프리즘군(310)을 사시 방향으로부터 본 구성을 나타낸다. 또, 이하 모든 설명에서 편의를 위해, 도 2에서 나타낸 프리즘군(210)과는 요철이 반대인 형상을 이용하여 설명한다. 요철이 반대인 형상의 프리즘군에서도, 광학적인 작용 효과는 도 2에 나타내는 프리즘군과 기본적으로 동일하다.
사출측 방진 투명 플레이트(206)는 장방형 평행 평판 유리이다. 그리고, 평행 평판 유리의 한쪽 면에, 후술하는 방법으로 프리즘 소자(211)를 형성한다. 우선, 가공 순서를 설명한다. 가공 영역인 사출측 방진 투명 플레이트(206)의 한쪽 면을 여섯 개의 직사각형 서브영역 SB1, SB2, SB3, SB4, SB5, SB6으로 분할한다. 또, 분할 수는 5개 이상이면 좋다.
어느 하나의 서브영역 SB1에 제 1 형상인 평탄부(311a)와 굴절면(311b)을 형성한다. 두 개의 굴절면(311b)에서 V자 형상 홈을 형성한다. 다음에, 하나의 서브영역 SB1을 기준으로 해서, 하나의 서브영역 SB1에 인접하는 서브영역 SB2보다도 먼 위치의 서브영역 SB3에 제 2 형상인 평탄부(313a)와 굴절면(313b)을 형성한다. 계속해서, 제 2 형상이 형성된 서브영역 SB3을 기준으로 해서, 제 2 형상이 형성된 서브영역 SB3에 인접하는 서브영역 SB4보다도 먼 위치의 서브영역 SB5에 제 2 형상인 평탄부(315a)와 굴절면(315b)을 형성한다. 그리고, 마찬가지의 순서를 반복해서, 순서대로, 서브영역 SB2와, 서브영역 SB4와, 서브영역 SB6에 대하여, 평탄부와 굴절면으로 이루어지는 V자 형상 홈을 형성한다.
이에 의해, 외부 환경(외란)의 영향에 기인하는 가공 위치의 변동을 분산시킬 수 있다. 그 결과, 외란에 관계없이, 소망의 미세 형상 소자인 프리즘 소자(211)를 정확히 제조할 수 있다. 그리고, V자 형상 홈의 긴 쪽 방향에 대략 직교하는 방향으로, 상술과 마찬가지 순서의 가공을 행한다. 그 결과, 대략 직교하는 격자 형상으로 배열된 복수의 프리즘 소자(211)로 이루어지는 프리즘군(210)을 제조할 수 있다.
또한, 평탄부(311a)와, 굴절면(311b)를 연속하여 형성한다. 그리고, 평탄부(311a)와 굴절면(311b)을 하나의 유닛 형상으로서 취급한다. 이와 같이, 본 실시예에서는, 제 1 형상과 제 2 형상이 동일하다. 상술한 공정에서는, 복수의 유닛 형상을, 인접하는 가공이 연속하지 않도록 이산적으로 랜덤 위치에 미세 형상을 형성하고 있다. 이와 같이, 평탄부(311a)와 굴절면(311b)을 하나의 유닛 형상으로 함으로써 V자 형상 홈의 경사면에 대응하는 굴절면(311b)의 면적을 상대적으로 일정하게 할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 항상 소정 간격만큼 떨어진 위치의 서브영역에 미세 형상을 가공하는 것이 바람직하다. 예컨대, 가공 영역을 25개의 서브영역 SB1∼SB25로 분할한다. 그리고, 서브영역 SB1을 기점으로 해서 가공한 후, 네 개의 서브영역만큼 떨어진 위치의 서브영역 SB6을 가공한다. 이후 마찬가지로, 순서대로 서브영역 SB11, 서브영역 SB16, 서브영역 SB21에 가공을 행한다. 다음에, 서브영역 SB2로 되돌아가, 여기를 기점으로 해서 가공을 행한다. 다음에, 네 개의 서브영역만큼 떨어진 위치의 서브영역 SB7을 가공한다. 이후 마찬가지로, 순서대로 서브영역 SB12, 서브영역 SB17, 서브영역 SB22에 가공을 행한다. 다시, 서브영역 SB3으로 되돌아가 가공을 행한다. 이 순서를 25개의 모든 서브영역에 가공이 행해질 때까지 반복한다. 이에 의해, 외란 등의 영향을 가공면에 걸쳐 균등하게 분산시킬 수 있다.
(실시예 10)
도 30은 본 발명의 실시예 10에 따른 프리즘군(410)의 단면 구성을 나타낸다. 상기 실시예 9에서는, V자 형상 홈은 대략 동일한 피치와, 대략 동일한 깊이를 갖고 있다. 이러한 구성의 경우, 프리즘군의 구조의 주기성에 기인하여, 회절광이 발생하는 경우가 있다. 회절광은 투사상의 품질을 열화시킨다.
본 실시예에 있어서, 제 1 형상과 제 2 형상을 다르게 하다. 그리고, 미세 형상의 가공 순서는 어떤 V자 형상 홈을 절삭 가공한 후에, 난수를 이용하여, 상기 실시예 9와 마찬가지로 부근을 연속하여 가공하지 않도록 데이터를 설정한다. 설정된 데이터에 근거해서 순차적으로 V자 형상 홈을 절삭 가공한다. 소정 방향으로 평행한 직선에 따른 V자 형상 홈의 절삭 가공이 종료된 후, 소정 방향에 대략 직교하는 방향에 대하여 V자 형상 홈을 마찬가지로 형성한다. 그리고, 직교하는 2방향에서 V자 형상 홈의 가공이 종료된 경우, 다음에 평탄부(411a)의 절삭 가공을 행한다. 하나의 평탄부(411a)의 가공이 종료하면, 미리 설정되어 있는 위치의 다른 평탄부의 가공을 행한다. 이와 같이, 랜덤 순서로 절삭 가공을 행함으로써, 외란의 영향이 소정의 영역에 집중하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 균일한 정밀도로 모든 영역에 걸쳐, 미세 구조 소자인 프리즘군(410)을 형성할 수 있다. 또한, 프리즘군(410)을 임의적인 미세 형상으로 구성하는 것에 의해, 회절광을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 관찰자는 고품질의 투사상을 관찰할 수 있다.
또한, 도 1에 나타낸 적분기(104)의 F넘버와, 투사 렌즈(114)의 F넘버에 근거해서, 유효하게 스크린(116)에 투사되는 액정 패널(120R) 상의 단위 면적이 정해 진다. 구체적으로는, 적분기(104)의 F넘버와, 투사 렌즈(114)의 F넘버가 다른 경우에는, 작은 쪽의 F넘버로 단위 면적이 규정된다. 또한, 적분기(104)의 F넘버와, 투사 렌즈(114)의 F넘버가 동일한 경우에는, 동일한 F넘버로 단위 면적이 규정된다.
액정 패널(120R)은 적분기(104)에 의해 중첩적으로 조명되어 있다. 이 때문에, 액정 패널(120R)의 단위 면적에 있어서의 평탄부와 굴절면의 면적비가 평탄면으로부터의 투과광과 굴절면으로부터의 굴절광의 광량비에 대응한다. 본 실시예에서는, 액정 패널(120R) 상의 각 단위 면적당, 소정 방향을 향하고 있는 굴절면의 면적 합, 및 평탄부의 면적 합은 동일하게 되도록 구성되어 있다. 이에 의해, 액정 패널(120R) 상의 각 단위 면적으로부터의 굴절광과 직접 투과광의 광량을 대략 동일하게 할 수 있다. 그 결과, 관찰자는 블랙 매트릭스 형성층(203)의 블랙 매트릭스부를 인식하는 일 없이, 고품질의 투사상을 관찰할 수 있다.
(V자 홈의 제조 방법)
다음에, V자 형상 홈의 제조 방법을 도 31a, 도 31b에 근거해서 설명한다. 두 개의 굴절면(311b)에서 V자 형상 홈을 구성한다. V자 형상 홈을 형성할 때에는, 도 31a에 나타내는 바와 같이, 각도 θv를 갖는 바이트(500)를 이용하여, 사출측 방진 투명 플레이트(206)에 대해 대략 수직 방향으로 가공한다. 이 때, 절삭 깊이는 본래 프리즘 소자(211)가 필요로 하는 깊이 d0보다도 큰 깊이 d1로 한다. 본래 필요로 하는 깊이 d0에 대하여, 가공 기계의 외란의 영향에 의한 가공 변동량 을 절삭 깊이에 더한다. 이에 의해, 가공 기계가 외란의 영향을 받은 경우에도, 미가공 영역의 발생을 감소시킬 수 있다. 또한, 평탄부(311a)를 형성할 때에는, 도 31b에 나타내는 바와 같이, 바이트(500)를 사출측 방진 투명 플레이트(206)에 대하여 각도 θv/2만큼 경사지게 하여 절삭 가공을 행한다.
(실시예 11)
(제조 방법의 흐름도)
본 발명의 실시예 11에 따른 V자 형상 홈의 제조 순서를 도 32를 참조하여 설명한다. 우선, 단계 S601에서, 오퍼레이터는 소망의 미세 형상을 형성하기 위한 가공 위치, 가공 각도, 가공 깊이, 바이트 회전 수, 가공 속도 등의 가공 데이터를 가공 기계의 제어부에 입력한다. 그리고, 필요한 형상의 바이트를 가공 기계의 바이트 홀더에 부착한다. 단계 S602에서, 피가공물인 제작물을 가공 기계의 홀더에 세팅한다. 제작물은, 예컨대, 평행 평판 유리이다. 단계 S603에서, 평행 평판 유리의 프리즘군을 형성하는 영역과 다른 테스트 가공 영역에, 제 1 형상인, 예컨대, V자 형상 홈의 시험 가공을 행한다. 테스트 가공 영역은 평행 평판 유리의 주변 영역 등을 이용할 수 있다.
단계 S604에서, 평행 평판 유리를 제작물 홀더로부터 빼지 않고서, 그대로의 상태로, 레이저 현미경이나 원자력 현미경(Atomic Force Microscope)을 이용하고, 시험 가공된 V자 형상 홈의 미세 형상을 측정한다. 측정 데이터의 파라미터는 피치, 각도, 깊이 및 평탄면 거칠기의 적어도 하나인 것이 바람직하다.
단계 S605에서, 측정 데이터와 가공 데이터의 차분을, 가공 데이터로 피드백한다. 단계 S606에서, 피드백된 차분값에 근거해서, 가공 데이터를 보정한다. 구체적으로는, 바이트의 가공 각도, 절삭 깊이, 피치, 평탄면 가공용 파라미터 등을 보정한다. 예컨대, 가공 각도, 절삭 깊이, 홈 피치, 평탄면 가공용 파라미터의 보정은 각각 바이트의 각도 보정, 바이트의 깊이 보정, 전송 피치 보정에 의해 실행한다. 여기까지로, 시험 가공 공정을 완료한다. 다음에, 보정된 데이터에 근거해서, 단계 S607에서, 도 31b에 나타내는 바와 같이, 바이트(500)를 각도 θv/2만큼 경사지게 하여, 평탄부(311a)를 형성한다. 단계 S608에서, 도 31a에 나타내는 바와 같이, 굴절면(311b)으로 이루어지는 V자 형상 홈을 형성한다.
단계 S609에서, V자 형상 홈의 가공이 종료했는지 여부를 판단한다. 판단 결과가 거짓일 경우, 단계 S610에서, 바이트(500)가 유지되어 있는 가공 헤드의 위치를 상술한 순서로 이동한다. 그리고, 단계 S607, S608의 가공을 반복하여 실행한다. 단계 S609의 판단 결과가 참일 경우, 가공을 종료한다.
상술한 바와 같이, 외란, 가공 바이트와 가공 작업물의 상대 위치 설정 불량 등의 영향으로, 가공 데이터대로 형상이 형성되지 않는 것에 의해 소망의 가공 정밀도를 얻을 수 없는 현상이 발생된다. 본 실시예의 제조 방법에서는, 미리 시험 가공 영역에서, 가공한 제 1 형상을 실제로 측정한다. 그리고, 측정된 미세 형상 소자의 측정 데이터와, 본래의 가공 데이터를 비교하여, 양 데이터의 차분을 연산한다. 연산된 차분은 가공 데이터로 피드백된다. 다음에, 차분량만큼 보정된 가공 데이터에 근거해서, 제 1 형상 형성 공정과 반복 공정을 실행한다. 이에 의해, 외란 등의 영향이 감소된 형상 가공을 행할 수 있다.
또, 사출측 방진 투명 플레이트를 구성하는 평행 평판은 유리 부재에 한정되지 않고, 예컨대, 아크릴 등의 투명 수지라도 좋다. 또한, 미세 형상을 형성한 평행 평판에 도금 처리를 행하여 금형을 제조할 수도 있다. 또한, 직접, 금형을 제조하기 위해, heavy alloy(상품명) 등의 경질 부재를 상술한 방법으로 가공하여도 좋다. 그리고, 가공된 경질 부재를 금형으로 해서 전사 공정에 의해 프리즘군(210)을 제조한다. 전사에 의한 복제에 의해 형성된 프리즘군에서도, 금형 상의 단위 면적과, 전사된 프리즘군에 있어서의, 단위 면적당 평탄부의 면적, 굴절면의 면적은 동일하다. 이 때문에, 형상의 요철이 역으로 되어도, 광학 소자로서의 기능은 동일하다.
(실시예 12)
본 발명의 실시예 12에 따른 미세 구조 소자의 V자 형상 홈의 제조 방법을 도 33a, 도 33b를 참조하여 설명한다. 바이트(700)는 각도 θv의 개방 각도를 갖는다. 도 33a에 나타내는 바와 같이, 바이트(700)의 V자 부분을 이용하여, V자 형상 홈을 절삭 가공한다. 이것은, 소위 헤일 가공이라 불리는 방법이다. 다음에, 도 34a, 도 34b, 도 34c를 이용하여, V자 형상 홈을 절삭 가공하는 순서를 더 설명한다. 예컨대, 2회의 절삭 가공으로 V자 형상 홈을 형성하는 경우를 생각한다. 도 34a에서, 바이트(700)를 이용하여, 제 1 위치(800a)의 상태에서 한번 절삭 가공한다. 다음에, V자의 정점 위치 Ca를 중심으로 해서, 바이트(700)가 제 2 위치 (800b)로 되도록 이동시킨다. 더 자세히 설명하면, 도 34b에 나타내는 바와 같이, 정점 위치 Cb의 상태에서 제 1 회째의 절삭 가공을 행한다. 이 때, 평행 평판인 사출측 방진 투명 플레이트(206)에 대략 직교하는 중심축 AX와, 바이트(700)의 한쪽 굴절면(711b)은 각도 θb를 이룬다. 다음에, 도 34c에 나타내는 바와 같이, 정점 위치 Cc의 상태에서 제 2 회째의 절삭 가공을 행한다. 이 상태에서는, 중심축 AX와 다른 쪽의 굴절면(711b)은 각도 θc를 이룬다. 그리고, 정점 위치 Cb와 정점 위치 Cc가, 정점 위치 Ca와 일치하도록 바이트(700)를 제어한다. 또한, V자 형상 홈의 정점 각도 θv는 각도 θb와 각도 θc의 합이 되도록 바이트(700)를 제어한다. 두 개의 굴절면(711b)으로 이루어지는 V자 형상 홈을 절삭 가공한 후, 도 33b에 나타내는 바와 같이, 평탄부(711a)를 가공한다. 평탄부(711a)의 가공은 바이트 선단부의 전송 피치를 미크론 정도로 한다. 이에 의해, Rz3/100m-6 정도의 Rz 평탄도를 달성할 수 있다.
V자 형상 홈을 형성하는 순서는, 우선, 시험 가공 공정에서, 동일 위치 Ca에, 도 34b, 도 34c에 나타낸 바와 같은 2회 이상의 형상 가공을 행하는 공정을 포함하는 점이 상기 실시예 11과 다르다. 상기 실시예 11과 동일한 순서는 중복하기 때문에 생략한다. 본 실시예에서는, 우선, 제 1 위치(800a)에서의 시험 절삭 가공 후에, 레이저 현미경이나 AFM에서 각도 θb를 측정한다. 다음에, 제 2 위치(80θb)에서의 시험 절삭 가공 후에, 각도 θc를 측정한다. 이로부터, V자 형상 홈의 경사면을 형성하는 각도 θv(도 34a)는 다음 식으로 산출할 수 있다.
θv=θb+θc
또, 2회의 시험 절삭 가공에 있어서, 정점 위치 θb와 정점 위치 θc를 측정하고, 이들 위치가 정점 위치 θa에서 일치하도록 가공 데이터를 보정한다. 또한, 평탄부(711a)에 대해서는, 평탄면 거칠기를 측정한다. 부가하여, 측정 데이터의 파라미터는 피치, 각도, 깊이 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 이와 같이 본 실시예에서는, 가공 각도, 정점 위치, 평탄면 거칠기의 보정은 각각 바이트 각도 보정, 바이트의 가상 정점 위치의 보정, 전송 피치의 보정에 의해 실행한다. 이에 의해, 동일 위치에서 절삭 바이트의 각도가 흔들림에도 불구하고 미세 형상을 가공하는 경우에도, 소망의 미세 형상을 얻을 수 있다.
(실시예 13)
다음에, 실시예 13에 따른 미세 구조 소자의 제조 순서를 도 35를 참조해서 설명한다. 본 실시예에서는, V자 형상 홈을 랜덤 위치에 가공한 후, 평탄부를 가공하는 점이 상기 각 실시예와 다르다. 우선, 단계 S901에서, 오퍼레이터는 소망의 미세 형상을 형성하기 위한, 가공 위치, 가공 각도, 가공 깊이, 바이트 회전 수, 가공 속도 등의 가공 데이터를 가공 기계의 제어부에 입력한다. 그리고, 필요한 형상의 바이트를 가공 기계의 바이트 홀더에 부착한다. 단계 S902에서, 피가공물인 제작물을 가공 기계의 홀더에 세팅한다. 제작물은, 예컨대, 평행 평판 유리이다. 단계 S903에서, 평행 평판 유리의 프리즘군을 형성하는 영역과 다른 테스트 가공 영역에, 제 1 형상인, 예컨대, V자 형상 홈을 구성하는 굴절면(711b)과, 평탄 부(711a)의 시험 가공을 행한다. 테스트 가공 영역은 평행 평판 유리의 주변 영역 등을 이용할 수 있다. 단계 S904에서, 제작물을 가공 기계로부터 빼지 않고, 그 대로의 상태에서 상기 각 실시예와 마찬가지의 측정을 행한다.
단계 S905에서, 측정 데이터와 가공 데이터와의 차분을, 가공 데이터로 피드백한다. 단계 S906에서, 피드백된 차분값에 근거해서, 가공 데이터를 보정한다. 구체적으로는, 바이트의 정점 위치, 가공 각도, 절삭 깊이, 피치, 평탄면 가공용 파라미터 등을 보정한다. 다음에, 시험 가공을 완료하여, 프리즘군의 가공을 행한다. 단계 S907에서, 피드백에 의해 보정된 가공 데이터에 근거해서, V자 형상 홈의 절삭 가공을 행한다. 예컨대, V자 형상 홈의 깊이는 가공 장치의 오차량을 더한 깊이로 절삭 가공한다. 다음에, 단계 S908에서, 가공 헤드를 랜덤 위치로 이동한다. 단계 S909에서 V자 형상 홈의 절삭 가공이 종료했는지 여부를 판단한다. 단계 S909의 판단 결과가 거짓일 경우, 또한, V자 형상 홈을 절삭 가공한다. 예컨대, 제 1 직선을 따라 V자 형상 홈을 형성한 후, 가공 헤드를 이동하여 제 1 직선에 평행하고, 또한 인접하지 않은 제 2 직선을 따라 V자 형상 홈을 형성한다. 그리고, 한쪽 방향의 V자 형상 홈의 가공이 모두 종료하면, 한쪽 방향에 대략 직교하는 방향에 대하여 마찬가지의 순서를 반복해서 랜덤으로 V자 형상 홈을 형성한다. 이와 같이, 임의적인 위치에서 V자 형상 홈을 형성하는 것에 의해, 절삭 깊이의 편차, 즉 V자 경사면의 면적의 편차를 평행 평판 상에서 균일하게 분산시킬 수 있다.
단계 S909의 판단 결과가 참인 경우, 단계 S910에서 평탄부(711a)를 절삭 가공한다. 그리고, 단계 S911에서, 전부 평탄부(711a)의 절삭 가공이 종료했는지 여 부를 판단한다. 단계 S911의 판단 결과가 거짓인 경우, 단계 S912에서, 바이트(700)를 유지하고 있는 가공 헤드를 미리 랜덤으로 설정된 위치로 이동한다. 그리고, 단계 S910의 절삭 가공을 반복한다. 단계 S911의 판단 결과가 참인 경우, 가공을 종료한다.
(실시예 14)
도 36a는 본 발명의 실시예 14에 관한 미세 구조 소자의 제조 방법을 나타낸다. 가공 숫돌(1000)의 선단부는 두 개의 굴절면(1011b)으로 이루어지는 V자 형상 홈의 정점 각도 θv와 동일한 각도 θv를 갖는다. 그리고, 가공 숫돌(1000)은 축 AX1을 중심으로 회전하면서, 평행 평판인 사출측 방진 투명 플레이트(206)의 z방향에 대하여 소정 깊이를 형성한다. 소정 깊이는, 상술한 바와 같이, V자 형상 상의 홈의 깊이에 대하여, 가공 기계의 정밀도의 흔들림 폭만큼을 더한 깊이이다.
도 36b는 가공 숫돌(1000)로 평탄부(1011a)를 형성하는 방법을 나타낸다. 가공 숫돌(1000)을 회전시킨 상태에서 z방향으로 소정량만큼 이동시킨다. 그리고, 평탄부(1011a)의 위치에서 정지시켜, y방향을 따라 평탄부(1011a)를 절삭 가공한다. 이와 같이, 도 37a에 나타내는 바와 같이, 우선, V자 형상 홈을 구성하는 굴절면(1011b)을 상기 실시예 9에서 설명한 바와 같은 순서로 반복 형성한다. 다음에, 마찬가지의 순서로 평탄부(1011a)를 형성한다. 도 37b는 본 실시예에 의해 제조된 미세 구조 소자인 프리즘군(3710)의 단면 구성을 나타낸다. 상기 각 실시예와 마찬가지로, 굴절면(1011b)으로 이루어지는 V자 형상 홈과 평탄부(1011a)를 소 망 정밀도로 절삭 가공할 수 있다.
또한, 상기 각 실시예에 관한 제조 방법으로 얻어진 미세 형상 소자에 대하여, 무전해 도금을 이용하여 Ni형(型)을 제조할 수도 있다. 그리고, Ni형에 의해 전사에 의한 복제물을 형성하면, 저렴한 미세 구조 소자를 용이하게 제조할 수 있다.
(실시예 15)
도 38은 본 발명의 실시예 15에 관한 공간 광 변조 장치(1200)의 사시 단면을 나타낸다. 공간 광 변조 장치(1200)는 투과형의 액정형 공간 광 변조 장치이다. 또, 도 38은 주요한 구성만을 나타내고, 편광판 등의 도시는 생략한다. 대향 기판(1201)에, 무기의 수직 배향층인 상술한 V홈군(1202)이 광학적 투명 접착제로 고착된다. V홈군(1202)의 V자 형상 홈부에는, ITO막 등의 투명 전극(1203)이 형성되어 있다. TFT 기판(1208)에도 마찬가지로, V홈군(1206)이 광학적 투명 접착제로 고착되어 있다, 그리고, V자 홈부는 투명 전극(1205)이 형성되어 있다. 또한, TFT 기판(1208)에는, 박막 트랜지스터(TFT)부(1207)가 형성되어 있다. 대향 기판(1201)과, TFT 기판(1208) 사이에는 액정(1204)이 봉입되어 있다.
투명 전극 사이에 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서는, 액정 분자는 배향막인 V자 형상 홈을 따라 배열된다. 이에 대하여, 투명 전극 사이에 전압을 인가하면, 전압에 비례하여 액정 분자는, 도 38에 나타내는 바와 같이, 수직인 방향으로 정렬되도록 배열된다. 이에 의해, 인가 전압에 따라 투과 광량을 제어할 수 있 다.
또한, 본 발명에 따른 미세 구조 소자는, 예컨대, 리어·프로젝터의 스크린에 적용할 수 있다. 리어·프로젝터의 스크린은 관찰자의 방향으로 유효하게 광을 안내하기 위해, 프레넬 렌즈의 기능을 갖고, 또한 광의 확산 기능을 필요로 한다. 이 때문에, 본 발명에 따른 미세 구조 소자를 스크린면 상에 형성하는 것으로, 입사광을 확산시켜 관찰자의 방향으로 사출할 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형예를 취할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치는, 특히, 액정 공간 광 변조 장치에 유용하다.

Claims (24)

  1. 입사광을 화상 신호에 따라 변조하여 사출하는 변조부와, 상기 변조부의 사출측에 마련되어, 상기 변조부로부터의 광을 굴절시키는 굴절부를 갖는 공간 광 변조 장치로서,
    상기 변조부는 행렬 형상으로 배열되어 있는 복수의 화소부와, 상기 복수의 화소부끼리의 사이에 마련되어 있는 차광부를 갖고,
    상기 굴절부는 적어도 굴절면을 구비하는 프리즘 소자로 이루어지는 프리즘군을 갖고,
    상기 복수의 화소부 중 하나의 상기 화소부로부터의 광은 상기 복수의 프리즘군 중 적어도 일부의 상기 프리즘군에 입사되고,
    상기 굴절면은 상기 굴절부로부터 소정 거리만큼 떨어진 투영면에서, 상기 화소부의 투영상을 상기 차광부의 투영상 위로 안내하도록 하는 상기 굴절면의 방향, 및 상기 굴절면이 광축에 대해 대략 수직 방향으로 형성되는 기준면과 이루는 각도를 갖고,
    상기 굴절부는 상기 화소부가 형성되어 있는 면에 대략 평행한 평탄부를 더 갖고,
    상기 화소부로부터의 광 중 상기 평탄부를 투과 또는 반사한 광은, 대략 직진하여 상기 투영상을 형성하고,
    상기 투영면에 있어서의 상기 평탄부로부터의 광의 강도의 총합을 PW0, 상기 투영면에 있어서의 상기 굴절면을 경유한 광의 강도의 총합을 PW1이라고 각각 했을 때,
    PW0≥PW1
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘군 중 하나의 상기 프리즘 소자가 차지하는 면적을 단위 면적으 로 했을 때, 상기 굴절면의 면적과 상기 단위 면적의 비는 상기 화소부의 상기 투영상의 광 강도에 대응하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 화소부는 대략 직사각형 형상이고,
    상기 차광부는 소정 폭의 띠 형상부가 격자 형상으로 배열된 형상이며,
    상기 굴절부의 상기 프리즘군은 다각추 형상의 프리즘 소자로 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 굴절부의 상기 프리즘군은 대략 사각추 형상의 프리즘 소자로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 화소부는 대략 직사각형 형상이고,
    상기 차광부는 소정 폭의 띠 형상부가 격자 형상으로 배열된 형상이며,
    상기 굴절부의 상기 프리즘군은 제 1 방향에서의 단면 형상이 대략 사다리꼴 형상이며, 상기 제 1 방향에 대략 직교하는 제 2 방향으로 긴 쪽 방향을 갖는 2조의 프리즘 소자로 이루어지고,
    상기 2조의 프리즘 소자는 각각 상기 긴 쪽 방향끼리 대략 직교하도록 마련되며,
    상기 사다리꼴 형상의 경사면은 상기 굴절면에 대응하는
    것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  6. 삭제
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 프리즘 소자는 상기 격자 형상으로 배열된 상기 차광부의 투영상의 중심선의 교점과, 상기 화소부의 상기 투영상의 하나의 각부가 대략 일치하도록, 상기 굴절면의 방향 및 상기 굴절면의 상기 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘 소자는 상기 차광부의 상기 투영상 위에서, 인접하는 상기 화소부의 상기 투영상끼리의 적어도 일부가 겹치도록, 상기 굴절면의 방향 및 상기 굴절면의 상기 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘 소자는 상기 차광부의 상기 투영상 위에서, 인접하는 상기 화소부의 상기 투영상끼리의 대략 전체의 영역이 겹치도록, 상기 굴절면의 방향 및 상기 굴절면의 상기 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영면에 있어, 상기 평탄부로부터의 광에 의해 형성되는 상기 화소부의 투영상의 강도 분포의 제 1 피크값은 상기 굴절면을 경유한 광에 의해 형성되는 상기 화소부의 투영상의 강도 분포의 제 2 피크값보다 크고, 제 1 피크값과 제 2 피크값 사이의 영역은 소정의 강도 분포 곡선에 따른 광 강도인 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  12. 제 1 색광, 제 2 색광 및 제 3 색광을 포함하는 광을 공급하는 광원부와,
    상기 제 1 색광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 1 색광용 공간 광 변조 장치와,
    상기 제 2 색광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 2 색광용 공간 광 변조 장치와,
    상기 제 3 색광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 3 색광용 공간 광 변조 장치와,
    상기 제 1 색광용 공간 광 변조 장치, 상기 제 2 색광용 공간 광 변조 장치 및 상기 제 3 색광용 공간 광 변조 장치에 의해 각각 변조된 상기 제 1 색광과, 상기 제 2 색광과, 상기 제 3 색광을 합성하는 색 합성 광학계와,
    상기 색 합성 광학계에서 합성된 광을 투사하는 투사 렌즈
    를 갖되,
    상기 제 1 색광용 공간 광 변조 장치와, 상기 제 2 색광용 공간 광 변조 장치와, 상기 제 3 색광용 공간 광 변조 장치는 청구항 1에 기재된 공간 광 변조 장치인 것
    을 특징으로 하는 프로젝터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 색광용 공간 광 변조 장치와, 상기 제 2 색광용 공간 광 변조 장치와, 상기 제 3 색광용 공간 광 변조 장치가 각각 굴절부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 색 합성 광학계의 입사측 또는 사출측에 상기 굴절부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 광원부로부터 공급되는 광을 상기 제 1 색광과, 상기 제 2 색광과, 상 기 제 3 색광으로 분리하는 색 분리 광학계를 더 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  16. 삭제
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  24. 삭제
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