KR20070057795A - 미소 광학 소자, 이 미소 광학 소자를 이용한 공간 광 변조장치 및 프로젝터 장치 - Google Patents

미소 광학 소자, 이 미소 광학 소자를 이용한 공간 광 변조장치 및 프로젝터 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 곡면 형상에 의해 입사광에 대하여 집광 기능을 갖는 복수개의 미소한 광학 소자를 구비한 미소 광학 소자에 관한 것이다. 상기 미소 광학 소자들은 주기적으로 배열된다. 상기 곡면 형상은 2개 이상의 F값으로 표현된다.

Description

미소 광학 소자, 이 미소 광학 소자를 이용한 공간 광 변조 장치 및 프로젝터 장치{MICRO-OPTICAL DEVICE, SPATIAL OPTICAL MODULATOR AND PROJECTOR UTILIZING THE MICRO-OPTICAL DEVICE}
본 발명은 마이크로 렌즈 어레이, 마이크로 미러(미소 오목면 거울) 어레이 등이 포함되는 미소 광학 소자, 이 미소 광학 소자를 이용한 화상 표시용 공간 광 변조 장치 및 프로젝터 장치에 관한 것이다.
미소한 렌즈인 마이크로 렌즈, 복수개의 마이크로 렌즈를 배열시킨 마이크로 렌즈 어레이, 미소한 미러인 마이크로 미러, 복수개의 마이크로 미러를 배열시킨 마이크로 미러 어레이 등의 미소 광학 소자는 1970년 전후에 등장한 이래, 현재에 이르기까지 광산업에 있어서, 중요한 역할을 하고 있다.
미소 광학 소자를 이용한 화상 표시 장치로서, 마이크로 렌즈 어레이를 광 입사측에 배치한 공간 광 변조 장치에 의한 화상 투사가 가능한 액정 프로젝터 장치가 있다. 마이크로 렌즈 어레이는 미소 광학 소자 중 하나인 마이크로 렌즈를 복수개 조합함으로써 형성된다.
공간 광 변조 장치는 개구부 혹은 반사부를 구비한 공간 광 변조 소자가 복수개 조합되어 구성되어 있다. 공간 광 변조 장치에서는, 공간 광 변조 소자의 개 구부 혹은 반사부에 입사된 광을 투과 또는 반사시킴으로써 입사광을 변조한다.
액정 프로젝터 장치에 있어서는 밝은 장소에서도 명확히 투사 화상을 볼 수 있는 것이 요구되고 있다. 이를 위한 구성으로서, 마이크로 렌즈 어레이를 투과형 액정광 변조 장치의 화소 어레이에 대향 배치함으로써 개구율 및 광 이용률을 향상시키도록 한 구성이 제안되어 있다(예컨대, 비특허 문헌 1).
또한, 상기 기술된 프로젝터 장치와 동일하게 반사형 공간 광 변조 장치를 이용한 액정 프로젝터 장치가 있다. 반사형 공간 광 변조 장치의 개구율은 투과형 액정 공간 광 변조 장치보다도 크게 증가될 수 있는 것은 반사형 공간 광 변조 장치의 특징 중 하나이다. 이리하여, 화소의 소형화가 가능하다. 개구률의 향상, 광 이용 효율의 향상을 위해 마이크로 렌즈를 사용하지 않아도 되는 또 다른 이점이 있다. 이러한 반사형 액정 공간 광 변조 장치는 반도체 제조 프로세스를 이용하여, Si 기판상에 구동용 전기 회로, 화소 전극, 액정층 등을 순차 형성함으로써 제작한다(예컨대, 비특허 문헌 2, 특허 문헌 1).
이들은 액정이 Si 기판 상에 있기 때문에, LCoS(Liquid Crystal on Si)라고도 불린다.
또한, 광 이용 효율의 향상, 개구율의 향상 등의 고성능화를 도모하기 위해 반사형 공간 광 변조 장치의 화소 어레이에 마이크로 렌즈 어레이를 대향 배치한 또 다른 구성도 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 2).
프로젝터 장치에 관해서는 그 성능 지표 중 하나로 콘트라스트비를 들 수 있다.
콘트라스트비는 명 상태의 표시된 화상과 암 상태의 표시되 화상 사이의 강도비(명 상태/암 상태)로 표현된다. 명 상태와 암 상태는 액정의 스위칭 기능에 의해 전환된다.
콘트라스트비는 그 값이 높은 쪽이 성능이 좋다. 따라서, 고콘트라스트비를 갖는 반사형 공간 광 변조 장치를 이용한 프로젝터 장치가 시장에서 요구되고 있다.
마이크로 렌즈 어레이를 구비한 투과형 및 반사형 공간 광 변조 장치를 이용한 프로젝터 장치에 있어서, 편광 상태의 변화에 의한 콘트라스트비의 저하가 일어날 수 있다. 그러나 투과형 공간 광 변조 장치에 있어서는 직선 편광이 마이크로 렌즈를 통과하는 것은 1회이며, 편광 상태가 변화를 입는 것도 1회이다.
대조적으로, 반사형 공간 광 변조 장치에 마이크로 렌즈 어레이를 배치시킨 경우, 직선 편광이 2회(예컨대, 왕복으로) 마이크로 렌즈를 투과하게 된다. 즉, 투과형과 비교하여 2배라는 관계로 편광 상태의 변화가 일어날 수 있다. 이러한 것으로부터 보아 콘트라스트비의 관점에서는 투과형 공간 광 변조 장치가 방사형 공간 광 변조 장치보다 유리하다고 할 수 있다.
콘트라스트비의 대소(혹, 고저)에 관해서는 프로젝터 장치 안을 오고 가는 광의 편광 상태가 관계되어 있다.
프로젝터 장치에 있어서, 초고압 수은 램프 등의 백색 광원으로부터 출사된 무편광의 광은 편광 변환 광학계에 의해 2개의 직선 편광(P 편광과 S 편광)으로 분리된다.
이 분리된 직선 편광의 광이 그 편광 상태를 손상시키지 않고, 프로젝터 장치 안의 광학계를 오고 가며, 투사 렌즈를 지나 스크린에 투사되면, 고콘트라스트비를 기대할 수 있다는 것이 알려져 있다(이러한 편광 상태의 변화에 관해서는 예컨대, 비특허 문헌 3).
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-137246호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평성 제11-258585호 공보
[비특허 문헌 1] 하마나카켄지로, O PLUS E, 2000-3, Vol. 22, No. 3, P 313∼318
[비특허 문헌 2] E. G. Colgan, M. Uda, IBM J. RES. DEVELOP. VOL. 42. NO. 3/4, 1998, P 339∼345
[비특허 문헌 3] 츠루다마사오저, 응용 광학 Ⅱ, 배풍관 P 234∼240
그러나, 광학계 내에서 콘트라스트비에 영향을 미치는 편광 상태가 손상되면[예컨대, 편광 주축의 회전, 타원 편광화, 편광 해소(depolarization)], 암 상태일 때에 새는 광이 되며, 콘트라스트비를 손상시키는 요인이 된다.
광학계 내에서 P 편광을 S 편광으로 변환하는(그 반대로, S 편광을 P 편광으로 변환함) 경우도 있지만, 이것은 의도적인 편광 상태의 변화이며, 전술한 바람직하지 않은 편광 상태의 변화와는 구별된다.
액정 반사형 공간 광 변조 장치의 화소(전극) 배열에 마이크로 렌즈 어레이를 대향 배치시킨 경우, 이 마이크로 렌즈 어레이로 직선 편광의 편광 주축의 회전, 또한 반사 방지막이 있는 경우는 타원 편광화 등 편광 상태의 변화가 발생한 다.
이것은 입사각이 큰 경우에 현저해진다. 또한, 액정 반사형 공간 광 변조 장치를 이용한 액정 프로젝터 장치의 광학계에 있어서는, 액정 반사형 공간 광 변조 장치의 전방에 편광빔 스플리터가 설치되기 때문에, 편광 상태의 변화가 발생하면, 편광 상태(P 편광과 S 편광)에 의한 빔의 분리가 엄밀히 행해지지 않고, 암 상태에 있어서도 광이 스크린에 도달하며, 콘트라스트비가 저감하는 문제가 발생한다.
한편, 액정 프로젝터 장치의 성능 지표에는 콘트라스트비에 덧붙여, 화상의 고정세도도 들 수 있다. 이것은 화소 사이즈 및 화소수로 나타내며, 화소 사이즈가 작고, 화소수가 많은 쪽이 보다 고정세한 화상을 실현하고 있다고 할 수 있다.
반사형 액정 공간 광 변조 장치는 투과형 액정 공간 광 변조 장치보다도 화소 사이즈의 소형화에 관해서는 유리하지만, 그 화소 사이즈의 소형화는 그 때의 반도체 프로세스의 제약을 받는다. 여기서, 이러한 반도체 프로세스에 제약을 받지 않고 화소 사이즈의 소형화를 실현하는 것을 과제로서 들 수 있게 된다.
본 발명의 목적은 편광 상태의 변화를 저감한 미소 광학 소자, 공간 광 변조 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 편광 상태의 변화를 저감하고, 계면(interface)에서의 반사에 의한 손실, 수차를 억제한 어레이 구조의 미소 광학 소자를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 특히 편광 상태의 변화를 저감하여, 콘트라스트비가 높은 프로젝터 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 콘트라스트비가 높은 고정세인 프로젝터(projector of high-definition) 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 목적에 따른 이들 및 다른 이점을 획득하도록, 본 발명은 곡면 형상에 의해 입사광에 대하여 집광 기능을 갖는 복수개의 미소한 광학 소자를 구비한 미소 광학 소자로서, 복수개의 미소 광학 소자들은 주기적으로 배열한다. 곡면 형상은 2개 이상의 F값으로 표현된다.
본 발명의 실시예의 적어도 하나를 따르면, 편광 상태의 변화는 주로 편광 주축의 회전에 기인하고, 직선 편광이 큰 입사각을 갖는 입사면에 입사되는 경우에 이 편광 상태의 변화는 더욱 커진다. 입사각이 고정되어 있는 경우에는, 곡면 형상에서 편광 상태는 평면상에서의 편광 상태보다 크게 변화된다. 즉, 본 발명은 편광 상태의 변화는 평면상에서 저감될 수 있다는 것에 주목하였다. 이와 같이 하여, 미고 광학 소자의 곡면 형상에 실질적으로 평면이 형성된다. 따라서, 편광의 변화는 저감될 수 있다. 또한, 변경되지 않고 남아있는 곡면 형상은 집광 기능을 확보한다. 게다가, 2개 이상의 F값은 곡면 형상을 나타내는데 사용된다. 큰 F값을 갖는 마이크로 렌즈는 콘트라스트비를 향상시킨다. 반면에, 작은 F값을 갖는 마이크로 렌즈는 집광 기능을 확보하고, 광 이용 효율을 향상시킨다.
본 발명의 실시예의 적어도 하나를 따르면, 마이크로 렌즈 어레이에 의해 편광 변화를 저감시키고 광 이용 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 따라서, 고콘트라스트비 및 높은 광 이용 효율을 갖는 공간 광 변조 장치가 획득될 수 있다.
본 발명의 실시예의 적어도 하나를 따르면, 미소 오목면 거울에 의해 편광 변화를 저감시키고 광 이용 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 따라서, 고콘트라스트비 및 높은 광 이용 효율을 갖는 공간 광 변조 장치가 획득될 수 있다.
본 발명의 실시예의 적어도 하나를 따르면, 공간 광 변조 장치에 의해서 고콘트라스트비 및 높은 광 이용 효율을 도모하는 것이 가능하다. 따라서, 고콘트라스트비 및 높은 광 이용 효율을 갖는 프로젝터 장치가 획득될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이의 구성예를 도시한 모식적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태의 마이크로 미러 어레이의 구성예를 도시한 모식적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이의 구성예를 도시한 모식적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태의 마이크로 미러 어레이의 구성예를 도시한 모식적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시 형태의 반사형 액정 공간 광 변조 장치의 구성예를 도시한 모식적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시 형태의 반사형 액정 공간 광 변조 장치의 구성예를 도시한 모식적인 단면도이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 실시 형태에 이용되는 렌즈 소자의 평탄부에서의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 콘트라스트비를 구하는 광선 추적 계산용 액정 프로젝터 장치의 광학계 구성예를 도시한 모델도이다.
도 9는 면적비와 콘트라스트비의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 스크린 상에 투사한 반사형 액정 공간 광 변조 장치 화소 투사상의 평가에 관한 광선 추적 계산을 행하기 위한 광학계 구성예를 도시한 모델도이다.
도 11은 1 화소를 투사한 것에 해당하는 스크린 상에서의 상(투사상)의 예를 도시한 설명도이다.
도 12는 투사 화소 프로파일에 관해서 1축 방향으로 추출하고, 한쪽 측만을 플롯하여 도시한 그래프이다.
도 13은 대각에 인접 화소의 상이 있는 경우의 투사 화소 가장자리의 중첩 평가를 행한 결과를 도시한 설명도이다.
도 14a 및 14b는 본 발명의 제7 실시 형태에 이용되는 렌즈 소자의 F 값이 복수개 설정되어 있는 경우의 구성을 설명하기 위한 모식적인 도면이며, 도 14a는 광축에 수직인 방향에서의 단면도를, 도 14b는 광축측에서 본 경우의 차광부를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 이용되는 렌즈 소자 구성상의 파라미터와 광 이용 효율과의 관계를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 이용하는 렌즈 소자의 곡률 반경과 콘트라스트비의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 17은 2d＝14 ㎛로서, r을 몇 개 바꾸었을 때의 s의 변화를 나타내는 표이다.
도 18은 6개의 광선으로 광선 추적을 행함으로써, 평가 파라미터의 결과를 나타내는 표이다.
본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
[제1 실시 형태]
본 발명의 제1 실시 형태를 도 1에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 실시 형태의 하나로서 미소 광학 소자인 마이크로 렌즈 어레이(1)의 구성예를 도시하는 모식적인 단면도이다.
본 실시 형태에서의 마이크로 렌즈 어레이(1)는 유리, 투명 수지 등의 투광성 어레이 기판(2)과 일체로 형성되어, 볼록 형상의 곡면 형상에 의해 입사광에 대하여 집광 기능을 갖는 복수개의 미소한 광학 소자인 마이크로 렌즈(3)를 주기적으로 배열시킨 것이다. 여기에, 본 실시 형태에서의 마이크로 렌즈 어레이(1)는 각각의 마이크로 렌즈(3)에 상기 곡면 형상의 정상부를 포함하는 일부에 실질적인 평탄부(3a)를 갖게 하고, 중앙의 평탄부(3a)와 그 주위의 곡면부(3b)에 의해 구성된 점을 특징으로 한다. 즉, 평탄부(3a)는 입사광에 대하여 평면을 이루는 구성으로 되어 있다.
일반적으로, 편광 주축의 회전은 수직 입사 이외에서 일어나고, 그 정도는 입사 각도에 의존한다. 구면 렌즈에 광이 입사되는 경우, 광이 렌즈 정점에서 주위 를 향하기 때문에 입사각은 커진다. 그러나, 이것이 평면이면, 입사각은 변하지 않고, 편광 주축의 회전을 작게 할 수 있다.
따라서, 각각의 마이크로 렌즈(3)가 입사광에 대하여 실질적인 평면을 이루는 평탄부(3a)를 갖기 때문에, 편광 상태의 변화 저감에 기여한다. 무엇보다도 마이크로 렌즈(3) 전부가 완전히 평탄부에 의한 평면 구성인 경우, 편광 상태의 변화는 적다. 하지만, 마이크로 렌즈(3)에 의한 본래의 집광 작용을 기대할 수 없다. 따라서, 광 이용 효율의 향상, 개구율의 향상, 화질의 향상, 및 후술하는 화소 사이즈의 축소 효과를 기대할 수 없다.
이 점으로 인해, 평탄부(3a)의 주위 곡면부(3b)에 의해 마이크로 렌즈(3)에 의한 집광 기능이 확보된다.
즉, 본 실시 형태에서는 이와 같이 구면의 일부를 평탄부(3a)로서 평탄하게 하여, 본래의 집광 기능은 부분적으로 손상된다. 하지만, 마이크로 렌즈(3)의 그 집광 기능을 허용 범위 내에서 희생하여, 편광 상태의 변화를 극력 저감시켜 콘트라스트비를 향상시킨다.
따라서, 이러한 평탄부(3a)가 있는 마이크로 렌즈 어레이(1)는 용이하게 제작할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이(1)의 재질이 유리인 경우, 마이크로 렌즈 어레이(1)는, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제6-194502호 공보, 일본 특허 공개 평성 제6-250002호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 주로 포토리소그래피 기술 및 드라이 에칭 기술의 방법에 따라 제작된다.
구면 형상의 마이크로 렌즈로부터 평탄부(3a)가 있는 마이크로 렌즈(3)를 제작하는 경우, 연마에 의해 마이크로 렌즈의 정점을 평탄하게 하는 것이 가능하다.
연마 수법으로서 CMP를 이용하면 양산에도 대응할 수 있고, 저비용화도 도모할 수 있다. 또한, 표면 거칠기를 억제하여, 광학적으로 문제가 없는 마이크로 렌즈로 마무리하는 것이 가능해진다.
또한, 마이크로 렌즈를 연마하지 않고, 평탄부를 만드는 방법은 다음과 같다. 우선, 원하는 평탄부가 있는 포토 마스크를 제작한다. 그리고 나서, 마이크로 렌즈를 만드는 기판(2)에 레지스트를 스핀 코팅에 의해 도포한다. 포토리소그래피로 레지스트의 패턴을 만들 때에, 이 평탄부(3a)가 있는 마이크로 렌즈(3)를 제작한다. 이 경우, 렌즈의 정점뿐만 아니라, 렌즈 주위에 평탄부를 설치하는 것도 가능해진다. 또한, 마이크로 렌즈의 정점과 주위 모두에 평탄부를 설치하는 것도 가능해진다. 즉, 자유도가 높은 설계가 가능한 이점도 있다.
[제2 실시 형태]
본 발명의 제2 실시 형태를 도 2에 기초하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태의 미소 광학 소자인 마이크로 미러 어레이(미소 오목면 거울 어레이)(11)의 구성예를 도시하는 모식적인 단면도이다.
본 실시 형태의 마이크로 미러 어레이(11)는 예컨대, SiO2 등의 유전체 기판(12) 상에 오목 형상의 곡면 형상에 의해 입사광에 대하여 집광 기능을 갖는 복수개의 미소한 광학 소자인 마이크로 미러(13)를 주기적으로 배열시키고, 이 마이 크로 미러(13)의 표면 상에 Al 등의 금속 박막을 증착함으로써 미러 구성으로 한 것이다.
여기에, 본 실시 형태의 마이크로 미러 어레이(11)는 각각의 마이크로 미러(13)에 관해서, 도 2 중에 가상선으로 나타내는 바와 같은 구면 형상의 종래 형상에 대하여, 상기 곡면 형상의 바닥부를 포함하는 일부에 평탄부(13a)를 갖게 하고, 중앙의 평탄부(13a)와 그 주위의 곡면부(13b)에 의해 구성한 점을 특징으로 한다. 즉, 평탄부(13a)는 입사광에 대하여 평면을 이루는 구성으로 되어 있다.
일반적으로, 주축의 회전은 직선 편광의 광이 각도를 갖고, 면에 입사함으로써 발생한다.
이 때문에, 입사각이 일정하여도 광이 입사되는 면이 곡면이면, 주축의 회전은 커진다. 대조적으로, 표면이 평면이면, 주축의 회전은 작아진다.
따라서, 각각의 마이크로 미러(13)가 입사광에 대하여 평면을 이루는 평탄부(13a)를 갖기 때문에, 편광 상태 변화의 저감에 기여한다. 무엇보다도 마이크로 미러(13) 전부가 완전히 평탄부에 의한 평면 구성인 경우, 편광 상태의 변화는 작다. 그러나, 마이크로 미러(13)에 의한 본래의 집광 작용을 기대할 수는 없다. 따라서, 광 이용 효율의 향상, 개구율의 향상, 화질의 향상, 및 후술하는 화소 사이즈의 축소 효과를 기대할 수 없다.
이 점으로 인해, 평탄부(13a) 주위의 곡면부(13b)에 의해 마이크로 미러(13)에 의한 집광 기능이 확보된다.
본 실시 형태에서는 이와 같이 구면의 일부를 평탄부(13a)로서 평탄하게 하 여, 본래의 집광 기능은 부분적으로 손상된다. 하지만, 마이크로 미러(13)의 그 집광 기능을 허용 범위 내에서 희생하여, 편광 상태의 변화를 극력 저감시키고, 콘트라스트비를 향상시킨다.
[제3 실시 형태]
본 발명의 제3 실시 형태를 도 3에 기초하여 설명한다.
도 3은 본 실시 형태의 미소 광학 소자인 마이크로 렌즈 어레이(21)의 구성예를 도시하는 모식적인 단면도이다. 본 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이(21)는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 마이크로 렌즈 어레이(1)의 구성을 베이스로 한다. 마이크로 렌즈 어레이(21) 상에서, 평탄층(23)은 마이크로 렌즈(3)와는 다른 재료로 이루어지는 접착층(22)을 통해 적층된다. 따라서, 마이크로 렌즈 어레이(21)는 양면이 모두 평탄한 것으로 구성된다. 여기에, 평탄층(23)은 투광성을 갖는 부재, 예컨대 유리가 커버 유리로서 이용되고 있다.
보다 구체적인 구성예로서는 예컨대, 마이크로 렌즈(3)를 포함하는 기판(2)부분은 굴절률이 1.54인 유리제로 되어 있다. 접착층(22)의 접착제로서는 굴절률이 1.42인 것이 이용된다. 평탄층(23)은 굴절률이 1.52인 커버 유리로 되어 있다. 마이크로 렌즈(3)를 포함하는 기판(2) 부분의 굴절률과 접착층(22)의 굴절률과의 차이는 작다. 그리하여, 이 양쪽 계면에 의한 광 손실을 유리(굴절률 1.54)와 공기(굴절률 1.0)의 경우와 비교하여, 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 집광 기능은 희생되지만, 구면 수차를 저감시키는 경우도 있다. 그러므로, 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 접착층(22)의 접착제로서는 예컨대, 자외선 경화 수지가 이용될 수 있다. 또한, 이와 같이 커버 유리에 의한 평탄층(23)을 갖는 소자로 구성되면, 예컨대 반사형 액정 공간 광 변조 장치의 화소 어레이의 위치 조정을 용이하게 하는 것이 가능하다.
[제4 실시 형태]
본 발명의 제4 실시 형태를 도 4에 기초하여 설명한다. 도 4는 본 실시 형태의 미소 광학 소자인 마이크로 미러 어레이(31)의 구성예를 도시하는 모식적인 단면도이다. 본 실시 형태의 마이크로 미러 어레이(31)는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 마이크로 미러 어레이(11)의 구성을 베이스로 한다. 그 오목 형상의 곡면 형상[마이크로 미러(13)]이 존재하는 면측에 투광성 부재를 충전하여 그 표면을 평탄화시킨 평탄층(32)을 설치한 것이다. 평탄층(32)의 충전은 박막 제작 방법인 스퍼터링 등에 의해 행해진다. 또한, 평탄층(32)의 재질로서는 SiO2, MgO 등의 저굴절률인 것에서 ZrO2, ZnO 등의 고굴절률인 것까지 증착할 수 있는 것이면 사용 가능하다. 이 때, 오목 형상의 곡면 형상은 전사되고, 부재를 충전한 후에도 오목부가 남는다. 이것은 뒤에 화학적 기계적 연마(CMP)에 의해 평탄화될 수 있다.
본 실시 형태의 마이크로 미러 어레이(31)의 구성에 의하면, 상기 마이크로 미러 어레이(31)에 수직 이외의 각도로 입사되는 광(조명각을 갖는 광)은 스넬 법칙(Snell's Law)에 따라 그 각도가 작아지는 쪽으로 굴절될 수 있다. 광은 보다 작은 조명 각도로 마이크로 미러(13)에 의해 반사될 수 있기 때문에, 마이크로 미러(13)의 집광 특성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 광 이용 효율이 향상된다.
[제5 실시 형태]
본 발명의 제5 실시 형태를 도 5에 기초하여 설명한다. 도 5는 본 실시 형태의 화상 표시용 공간 광 변조 장치인 반사형 액정 공간 광 변조 장치(41)의 구성예를 도시하는 모식적인 단면도이다.
이 반사형 액정 공간 광 변조 장치(41)는 예컨대 제3 실시 형태에서 설명한 바와 같은 평탄층(23)을 갖는 마이크로 렌즈 어레이(21)를 이용한 점을 특징으로 하는 것이다. 이 마이크로 렌즈 어레이(21)는 Si 기판(42) 상에 설치된 화소 전극(43)을 갖는 액정층(44) 상에 적층시키는 형태로 설치되어 있다.
마이크로 렌즈 어레이(21)는 그 각각의 마이크로 렌즈(3)가 화소 전극(65) 중 하나에 대응하도록 위치 조정시켜 배치되어 있다. 또한, 화소 전극(43) 및 마이크로 렌즈(3)는 실제로는, 예컨대 XGA 규격에 따라 1024×768 도트의 2 차원 배열로서 배치되는 것으로 대응한다.
본 실시 형태의 반사형 액정 공간 광 변조 장치(41)에 의하면, 편광 상태의 변화 저감 및 광 이용 효율의 향상이 가능한 마이크로 렌즈 어레이(21)를 이용하고 있기 때문에, 고콘트라스트비 및 높은 광 이용 효율이 가능한 반사형 공간 광 변조 장치를 제공하는 것이 가능하다.
[제6 실시 형태]
본 발명의 제6 실시 형태를 도 6에 기초하여 설명한다. 도 6은 본 실시 형태의 화상 표시용 공간 광 변조 장치인 반사형 액정 공간 광 변조 장치(51)의 구성예를 도시하는 모식적인 단면도이다.
이 반사형 액정 공간 광 변조 장치(51)는, 예컨대 제4 실시 형태에서 설명한 바와 같은 평탄층(32)을 갖는 마이크로 미러 어레이(31)를 이용한 점을 특징으로 하는 것이다. 이 마이크로 미러 어레이(31)는 액정 구동용 트랜지스터 등의 전기 회로 부품(52)이 내장된 Si 기판(53) 상에 적층시키는 형태로 설치되어 있다. 그 평탄층(32) 상에는 한 쌍의 투명 전극(54a, 54b) 사이에 끼워진 액정층(55) 및 표층의 커버 유리(56)가 설치되어 있다. 전기 회로부(52)는 소스, 드레인, 게이트 및 이들의 배선으로 이루어지는 MOS(Metal Oxide Semiconductor)(500a) 및 유지 용량(500b)을 포함한다.
또한, 금속 등의 도전성 차광층(501)이 설치되어 있으며, 이것은 마이크로 미러 어레이(31) 사이의 간극(504)으로부터 들어가는 광이 전기 회로부(52)에 도달하지 않도록 차광하는 것이다. 또한, 전기 회로부(52)와 차광층(501) 사이에는 유전체층(503)이 설치되어 있다. 전기 회로부(52) 및 투명 전극(54a)은 쓰루 홀(502)에 의해 도전성 차광층(501)을 사이에 두고 전기적으로 접속되어 있다.
제5 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이(21)의 경우에는 화소 전극(43)의 어레이에 위치 조정하여 설치해야 하지만, 본 실시 형태의 마이크로 미러 어레이(31)의 경우, 액정 공간 광 변조 장치(51)의 화소 자체를 마이크로 미러 어레이(31)의 각각의 마이크로 미러(13)를 화소로서 제작할 수 있다. 즉, 마이크로 미러 어레이(31)의 마이크로 미러(13)를 액정 공간 광 변조 장치(51)의 화소 배열에 이용하는 경우는, 제작에 관해서는 액정 공간 광 변조 장치(51)의 화소를 제작하는 공정에 있어서, 평탄부(13a)가 있는 마이크로 미러(13)를 제작한다.
본 실시 형태에 의하면, 편광 상태의 변화 저감 및 광 이용 효율의 향상이 가능한 마이크로 미러 어레이(31)의 마이크로 미러(13)를 화소로서 이용하고 있기 때문에, 고콘트라스트비 및 높은 광 이용 효율이 가능한 반사형 액정 공간 광 변조 장치(51)를 제공하는 것이 가능하다.
따라서, 이상과 같은 실시 형태에 있어서의 미소 광학 소자에 있어서, 구성상에서의 특징으로서 실질적인 평탄부는 미소 광학 소자의 일부가 완전히 평탄한 경우 및 완전히 평탄하지 않은 평탄으로 간주할 수 있는 경우를 포함한다. 다시 말하면, 이것은 마이크로 렌즈에서 곡률 반경이 큰 경우이다.
도 7a에는 마이크로 렌즈의 단면도를 도시한다. 여기서 곡률 반경을 r, 마이크로 렌즈의 유효 폭을 2d로 하여 새그(s)를 구해본다.
도 17은 2d＝14 ㎛로서, r을 몇 개 바꾸었을 때의 s의 변화를 나타내는 표이다.
도 17에서,, 곡률 반경이 커짐에 따라 새그는 감소하고 있다. 따라서, 마이크로 렌즈의 표면은 평탄하게 되다. r＝25 ㎛일 때에 새그는 1 ㎛가 된다. 마이크로 렌즈는 새그가 1 ㎛ 이하일 때를 실질적인 평탄부로 정의한다.
도 7a에서는 r과 마이크로 렌즈의 전체 길이가 서로 일치하도록 그려져 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
마이크로 미러의 경우도 동일하다. 마이크로 렌즈의 볼록 형상을 마이크로 미러의 오목 형상으로 대체할 수 있다(도 7b).
[실시예]
다음에, 실시예에 대한 설명이 제공된다. 전술한 바와 같이 부분적으로 평탄부(3a)가 있는 마이크로 렌즈 어레이(21)에 있어서의 편광 상태 변화의 저감, 콘트라스트비 향상 및 집광 기능의 유지라는 효과를, 광선 추적 계산에 의해 정량적으로 구하여 확인하였다.
본 실시예에서는 일 마이크로 렌즈(3)의 크기(면적)와 평탄부(3a)의 크기(면적)의 비(이하, 면적비라고 함)를 구하였다. 그리고 나서, 명적비와 콘트라스트비의 관계를 구하였다. 마이크로 렌즈(3)의 광축에 수직인 면 내에서의 형상은 정사각형이며, 그 크기는 13.2 ㎛×13.2 ㎛이다. 또한, 마이크로 렌즈는 구형이기 때문에, 광축에 수직인 마이크로 렌즈의 단면 형상은 원형이며, 평탄부(3a)의 형상은 원형이다. 그러나, 평탄부(3a) 원의 직경이 정사각형 한 변의 사이즈인 13.2 ㎛를 초과하면, 평탄부(3a)는 원에서 정사각형을 뺀 형상이 된다. 마이크로 렌즈(3)의 곡률 반경은 10 ㎛이며, 그 유리 재질의 굴절률은 1.54이다. 또한, 수지층(접착층)(22)의 굴절률은 1.42, 커버 유리(평탄층)(23)의 굴절률은 1.52이다.
[콘트라스트비]
콘트라스트비를 구하는 광선 추적 계산에 있어서는, 도 8에 도시하는 바와 같은 액정 프로젝터 장치 광학계의 모델을 이용하였다.
도 8에 있어서 부호 61은 광원, 62는 선형 폴라라이저, 63은 편광빔 스플리터, 64는 리타더판, 65는 반사면(화소 전극), 66은 검광자, 67은 스크린(수광기)이며, 68은 개구부이다. 커버 유리(23)가 접착층(22)을 사이에 두고 설치된 마이크로 렌즈 어레이(21)는 리타더판(64)과 반사면(화소 전극)(65) 사이에 위치된다. [반사 형 액정 공간 광 변조 장치(41)를 구성하도록] 반사면(화소 전극)(65)의 화소 전극 중 하나에 마이크로 렌즈(3)를 대향 배치시킨다.
이것에 의해, 광원(61)으로부터의 광은 개구부(68)에 의해 제한되면서 선형 폴라라이저(62)에 의해 직선 편광 성분으로 분리되고, 그 편광 방향을 따라 편광빔 스플리터(63)로 마이크로 렌즈 어레이(21) 및 반사면(화소 전극)(65)측에 편향 반사된다. 화상 데이터에 따라 제어되는 반사면(화소 전극)(65)의 상태에 대응하는 명암을 수반하는 광이 된다. 그리고 나서, 다시 편광빔 스플리터(63)측에 입사되고, 그 편광 분리면을 투과하여 검광자(66)를 통해 스크린(수광기)(67) 상에 투영된다. 리타더판(64)을 회전시킴으로써, 명 상태와 암 상태의 광을 모델화하였다. 명 상태와 암 상태의 광을 모델링한 비를 콘트라스트비로 하였다. 광원(61)으로서는 배향 분포를 갖게 하고 있다.
도 9는 면적비와 콘트라스트비의 관계를 나타내는 그래프이다.
횡축이 면적비이며, 종축은 콘트라스트비이다. 그래프로부터, 평탄부(3a)의 면적이 증가함에 따라 콘트라스트비가 향상되어 가는 것을 알 수 있다.
콘트라스트비의 이 향상은 면적비가 0.8 정도까지는 비교적 완만하고, 면적비 0.8을 초과하는 부분부터 급격히 향상되는 것을 알 수 있다.
이것은 마이크로 렌즈(3) 주변부에서의 편광 주축의 회전이 크기 때문일 것이다.
[화소 축소 프로파일]
다음으로, 스크린(67) 상에 투사한 반사형 액정 공간 광 변조 장치(41)의 화 소 투사상의 평가에 관한 광선 추적 계산을 행하였다.
상기와 동일한 접착층(22)을 통해 커버 유리(23)가 있는 마이크로 렌즈 어레이(21)에 대하여 투사 렌즈(71) 및 스크린(수광기)(67)이 존재한다.
투사 렌즈(71)의 MTF(Modulation Transfer Function)는 50%이다. 모델 상에서, 광원은 마이크로 렌즈 어레이(21) 내에 있는 것으로 설정되어 있다.
여기서는 1 화소를 투사한 것에 해당하는 스크린(67) 상에서의 상(투사상)이 도 11에 도시하는 바와 같이 된다.
횡축(x, y)에 투사상의 공간적인 넓이(임의), 종축에 조도(혹은 강도, 임의)를 취하고 있다. 도 11은 면적비가 0.17일 때의 결과이다.
여기서, 이 투사된 화소의 조도 프로파일을 "투사 화소 프로파일"이라고 부르기로 한다. 투사 화소 프로파일을 한 축 방향에서 추출하여, 한쪽 측만을 플롯한다. 결과는 도 12의 그래프에 의해 나타난다.
도 12에서는 5개의 면적비(0.0, 0.17, 0.34, 0.64 및 0.92)로 구한 투사된 화소의 프로파일을 도시하고 있다.
면적비가 0.34까지는 투사 화소 프로파일은 거의 변화하고 있지 않다. 이것은 마이크로 렌즈(3)의 중심 부근이 그 만큼 집광 작용에는 영향을 부여하고 있지 않기 때문이다. 그러나 면적비가 0.64, 0.92가 됨에 따라, 투사 화소 프로파일의 폭이 넓어져 가는 것을 알 수 있다. 이것은 평탄부(3a)가 증가함에 따라 렌즈의 집광 작용이 없어져 가기 때문이다.
본 결과에 있어서, 투사 화소 프로파일이 변하지 않는 범위(면적비 0.0∼ 0.34)에서는 콘트라스트비는 358에서 440으로 약 1.23배로 향상하고 있다. 또한, 다소의 투사 화소 프로파일의 넓이를 허용하면, 면적비 0.0∼0.64에서는 콘트라스트비는 358에서 643으로 약 1.8배로 향상되고 있다. 따라서, 평탄부(3a)를 설치함으로써 콘트라스트비의 향상 효과를 알 수 있다. 또한, 투사 화상의 질은 그다지 열화되지 않는 것도 알 수 있다.
상기와 같은 투사 화소 프로파일의 넓이에 관해서, 이하에서, 본 발명의 결과를 종래 기술에 비교한다.
본 실시예와 동일한 결과가 문헌에 소개되어 있다[엔도우타카오 외, 제28회 광학 심포지움(광학기술·학술 강연회) 강연 예비 요약 원고집, 21-22 페이지, 2003년, 발행: 응용 물리학회 분과회 일본 광학회]. 결과는 프로젝터 장치의 화소 투사상의 평가에 관한 것이다.
이 문헌에서는, 주로 한 개 화소의 투사상에 관한 실험에 의한 결과가 소개되어 있다. 진술되어 있는 결과에 관해서, 한 개 화소로 한 것은, 인접 화소(대각 방향)의 상이 존재하면, 강도에 있어서, 화소의 프로파일 중 특히 가장자리가 중첩되고, 한 개 화소의 평가를 정확히 할 수 없기 때문이라는 취지가 기술되어 있다. 이 경우, 최대 조도가 100%로 정규화된 경우에 화상 프로파일의 가장자리의 중첩은 25%이다. 라이트 밸브(공간 광 변조 장치)의 화소는 한 변이 13.7 ㎛인 정방 화소이다. 또한, 이 가장자리 넓이는 프로젝터 장치의 광학계에 의해 발생하고, 화질의 열화를 나타낸다. 열화 값이 커질수록 인접 화소끼리의 구별이 명확하지 않게 된다. 화상의 CTF(Contrast Transfer Function)는 작아지게 된다.
본 비교에 있어서, 상기와 동일하게 대각에 인접 화소의 상이 있는 경우의 투사 화소 가장자리의 중첩 평가를 행하였다. 그 결과는 도 13(도 12)에 나타난다.
도 13은 면적비가 0.64일 때의 등고선도이다. (도 13의 부호 81로 도시된) 가장자리의 중첩 비율은 15%이다. 또한, 면적비 0.0, 0.17, 0.34 및 0.92에서 가장자리의 중첩 비율은 각각 15%, 19%, 17% 및 39%이다. 면적비 0.92의 결과를 제외하고는, 상기한 예의 가장자리의 중첩 비율은 25%를 하회하고 있다. 따라서, 인접하는 화소의 분리가 보다 명확하고, 화질로서 좋다는 결과이다.
도 13과 같이 2개의 투사 화소 프로파일 사이에는 간극(강도가 낮은 영역)이 존재하는 것을 알 수 있다. 이것의 원인은 이하에 기술된다. 우선, 마이크로 렌즈(3)가 있음으로써, 입사광이 집광되고, 한 개 화소의 사이즈보다도 작아진다. 이 집광이 이것을(이 위치를) 투사 렌즈(71)의 물건면으로서, 스크린(67)(도 8 참조)에 투사되면, 투사 렌즈(71)의 물건면을 화소의 면으로 할 때보다도 작은 상으로서 집광을 투사하는 것이 가능하다. 이와 같이, 공간 광 변조 장치의 한 개 화소의 크기보다도 작은 상을 투사한다. 따라서, 화상의 고정세화를 도모할 수 있다. 또한, 사이즈가 작은 화소를 제작하지 않고, 보다 작은 화소를 만든 것과 동등한 효과를 얻을 수 있다. 이러한 작은 화소를 여기서는 "축소 화소"라고 부르기로 한다.
이 축소 화소가 있는 투사 화상은 예컨대, 공간 광 변조 장치에 있어서 전화소가 명 상태인 전백의 표시 화상이라도 간극(주기적으로)이 있는 화상으로서, 관찰자에게는 인식된다.
그러나, 상기한 바와 같이 간극이 있는 투사 화상이라도 프로젝터 장치 내에 광속의 광로를 주기적으로 시프트시키는 화소 시프트 장치(특별히 도시하지 않지만, 예컨대 일본 특허 공개 제2002-174852호 공보 등 참조)를 이용함으로써, 간극이 없는 화상으로서 투사하는 것이 가능해진다.
[제7 실시 형태]
본 발명의 제7 실시 형태에 관해서 도 14a 및 도 14b에 기초하여 설명한다.
여기서는 F 값이 2개인 경우를 예로 설명하지만, F 값의 개수는 3개 이상일 수 있다.
도 14a는 광축에 수직인 방향으로부터, 도 14b는 광축에서 본 차광부의 도면이다.
마이크로 렌즈의 굴절률은 n1이다. 광입사측 상의 인접 부재의 굴절률은 n0이다. 이 부재는 공기로 대체될 수도 있다.
마이크로 렌즈의 사이즈는 D이다. 단일 마이크로 렌즈인 경우, D는 마이크로 렌즈의 사이즈와 같다. 이에 반해서, 마이크로 렌즈 어레이의 경우, D는 피치이다. 마이크로 렌즈의 광축 상의 길이를 L로 한다.
또한, 마이크로 렌즈는 2개의 다른 곡률 반경(r1 및 r2)을 갖는다. 제1 곡률 반경(r1)이 유효한 것은 피치의 반 즉, D/2에 대하여 d로 한다. 제2 곡률 반경(r2)이 유효한 것은 D/2-d이다.
또한, 마이크로 렌즈는 차광부를 갖는다. 이 차광부는 블랙 매트릭스이다.
차광부의 한쪽 측에는, (도시하지 않지만) 공간 광 변조 소자의 액정층이 설치되어 있다. 마이크로 렌즈의 피치(D)에 대하여, 차광부 개구부의 사이즈는 A이 다. 개구율은 A2/d2로 정의된다. r1, n0 및 n1을 이용한 수식으로, 마이크로 렌즈의 d 부분의 초점 거리(f1)는 f1＝(n0/(n1-n0))×r1이 된다. r2, n0 및 n1을 이용한 수식으로, 마이크로 렌즈의 D/2-d 부분의 초점 거리(f2)는 f2＝(n0/(n1-n0))×r2이 된다.
F의 값은 본 실시예에 따른 복수개의 초점 거리를 포함하는 렌즈의 각각의 범위에서 이하처럼 정의된다. 즉, 반경 d의 범위에서, F의 값은 F1=f1/D로 정의된다. d와 D/2 사이의 범위에서 F의 값은 F2＝f2/2D로 정의된다.
또한, 위치 P1은 반경 r1을 갖는 렌즈의 단부이다. 이에 반해서, 위치 P2는 반경 r2를 갖는 렌즈의 단부이다.
반경 r1을 크게 하여 렌즈를 거의 평탄하게 하고, r2를 작게 유지하여 렌즈를 구면으로 한다. 전술한 바와 같이, 실질적인 평탄부에서는, 편광 상태가 양호하게 유지되어 콘트라스트비가 향상되고, 구면의 부분은 집광 기능을 확보한다.
입사광은 θ로 정의된 조명각을 갖는다. 한 가운데의 광은 광축에 평행하다. 위치 P1은 d에 의해 변화하고, 위치 P2는 마이크로 렌즈의 가장자리(edge)이며, 변화하지 않는다.
위치 P1, P2에 조명각(θ)의 광이 입사한 경우, 각각의 부재의 곡률 반경과 굴절률에 따른 각도로 광은 굴절된다.
파라미터가 적절하게 결정되면, 도 15에 도시한 바와 같이, 이들 굴절된 광은 차광부에서 차광되지 않고 마이크로 렌즈를 출사하여 액정층에 입사된다.
그러나, 파라미터에 의해서 광은 차광부에서 차광되어, 광 이용 효율이 저하한다.
이 경우,
n0＝1(공기),
n1＝1.517,
D＝14 ㎛,
L＝30 ㎛,
A＝13 ㎛로 하고(이들은 고정),
r1＝30∼100 ㎛,
r2＝10∼30 ㎛,
d＝1∼6 ㎛로 하며(이들은 가변),
θ＝7°(고정)로 하여 광선 추적 계산을 행하였다.
최종적으로, 광축과 좌표(x, y) 사이의 길이가 개구부의 사이즈 이하인 경우, 광은 차광되지 않고, 마이크로 렌즈를 통해 출사된다. 또한, 광이 마이크로 렌즈를 통해 출사되는 경우에 조명각(θ')도 구하였다.
차광되지 않고 마이크로 렌즈를 통해 투과된 광도 후속 광학계에 의해 광로가 차단되는 경우가 있다.
이것은 마이크로 렌즈의 광출사측에 투사 렌즈를 설치한 경우(도시하지 않음), 이 투사 렌즈의 F 값에 대하여 θ'가 작으면, 광은 또한 후속 스크린에 도달한다. 그러나, 반대의 경우, 광은 투사 렌즈에 의해 차단된다.
도 15에 도시한 바와 같이 6개의 광선에 관해서 광선 추적을 행한다. 그리고 나서, 몇 개의 광선이 통과하는지 여부로 파라미터(최종적으로는 F 값)를 평가한다. 마이크로 렌즈의 광축에서 보아 대각선 방향에서 광선을 비산하였다. 이것은 대각선 방향의 광선이 가장 길기 때문이다. 개구율은 86%이다. 투사 렌즈의 F 값은 2이다. 그 결과는 도 18에 나타난다.
도 18에 있어서, 광선이 4개 이상 통과하는 조건은 F1이 3.4 이상이고, F2가 2.3≤F2≤4.8이다.
F1의 상한에 관해서는, 완전한 평면일 수 있기 때문에, F1의 상한은 설치하고 있지 않다.
통과 광선 개수는 광 이용 효율에 해당하며, 즉 67% 이상이다. 이것은 집광 기능도 고려되어 있다.
전술한 콘트라스트비에 관한 검토로부터, 마이크로 렌즈의 곡률 반경과 콘트라스트비 사이에는 도 16에 도시한 바와 같은 관계가 있는 것을 알 수 있다.
즉, 곡률 반경이 커짐에 따라 콘트라스트비가 향상되는 것을 나타낸 것이다. 이것은 자연대수(In)를 이용하여 근사할 수 있다.
콘트라스트비＝a×In(r)＋b
이 수식에서, a 및 b는 광학계에 의존하는 계수이다. 도 16의 예에서는 a＝830, b＝-1040이다. 여기서 r은 F 값으로 대체될 수 있다.
예컨대, 이 그래프로부터 임의의 r 또는 F 값의 콘트라스트비가 구해진다. 본 발명과 같이 다른 2개의 F 값을 갖는 마이크로 렌즈에 있어서, 콘트라스트비는 마이크로 렌즈가 전부 F1일 때 얻어지는 콘트라스트비와 마이크로 렌즈가 전부 F2일 때 얻어지는 콘트라스트비 사이의 범위에 있다.
이 범위에서, 콘트라스트비는 F1과 F2 이 유효한 영역 사이의 면적비에 의한다. 즉, 콘트라스트비는 F1이 유효한 면적 S1＝d2П(П는 원주율)과 F2가 유효한 면적 S2＝ d2-S1 사이의 면적비에 의한다. 또한, 이들을 마이크로 렌즈 전면적의 비로 나타내면, S'1＝S1/D2, S'2＝S2/D2이다. 따라서, 다른 2개의 F 값을 갖는 마이크로 렌즈의 콘트라스트비(CR)는 CR(F1)×S'1＋CR(F2)×S'2이다.
도 18에 도시된 콘트라스트비(r1과 r2)는 a=1 및 b=0인 경우에 획득된다.
이와 같이 하면, 광학계의 값에 상관없이 비교할 수 있다. 또한, 콘트라스트비(r1일 때) 및 콘트라스트비(r2일 때)도 나타낸다.
콘트라스트비(r1과 r2)가 콘트라스트비(r1일 때)와 콘트라스트비(r2일 때) 사이의 범위에 있다는 것을 알 수 있다.
통과 광선 개수가 적지 않은 F 값의 경우에, 콘트라스트비가 큰 것이 많다(2 후반에서 3 이상).
광 이용 효율, 집광 성능 및 콘트라스트비도 양호하다.
이와 같은 마이크로 렌즈는 전술한 바와 같이, 연마하지 않고서 평탄부를 만드는 경우와 동일한 방법, 즉, 원하는 평탄부가 있는 포토 마스크를 제작하고, 마 이크로 렌즈를 만드는 기판에 대하여 스핀 코팅에 의한 레지스트 도포 후, 리소그래피로 레지스트의 패턴 작성 등의 단계를 포함하는 방법으로 제작될 수 있다.
본 발명의 실시예의 적어도 하나를 따르면, 마이크로 렌즈 어레이는 미소 광학 소자를 포함한다. 각각의 미소 광학 소자는 실질적으로 평탄부를 포함하는 곡면 형상을 갖는 투과형 렌즈 소자이다. 곡면 형상은 볼록 형상이다. 따라서, 편광 상태의 변화는 평탄부에 의해 저감될 수 있다. 곡면 형상은 집광 기능을 확보한다.
본 발명의 실시예의 적어도 하나를 따르면, 마이크로 렌즈 어레이는 미소 광학 소자를 포함한다. 각각의 미소 광학 소자는 실질적으로 평탄부를 포함하는 곡면 형상을 갖는 반사형 렌즈 소자이다. 곡면 형상은 오목 형상이다. 따라서, 편광 상태의 변화는 평탄부에 의해 저감될 수 있다. 곡면 형상은 집광 기능을 확보한다.
본 발명의 실시예의 적어도 하나를 따르면, 편광 상태의 변화는 투과형 마이크로 렌즈 어레이에서 저감될 수 있다. 게다가, 굴절률의 차이가 작아서, 계면에서 반사에 의한 광 손실을 저감시킬 수 있고, 광 이용률을 향상시키는 것이 가능하다. 더욱이, 평탄층을 이용함으로써, 공간 광 변조 장치를 설치의 용이화를 도모할 수도 있다.
본 발명의 실시예의 적어도 하나를 따르면, 최적의 F 값 범위의 규정에 의해, 한층 높은 콘트라스트비의 향상 및 광 이용 효율 및 집광 기능의 확보가 가능해진다.
본 발명의 실시예의 적어도 하나를 따르면, 프로젝터 장치는 고콘트라스트비, 높은 광 이용 효율 및 고정세 화상이 가능한 화소 시프트 장치를 포함한다.
게다가, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않지만, 변경 및 변형은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 수행될 수 있다.
본 출원은 2005년 6월 10일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허 제2005-171151호에 대해 우선권을 주장하며, 이것은 전체로서 본 명세서에 참고 문헌으로 통합되어 있다.

Claims (11)

  1. 곡면 형상에 의해 입사광에 대하여 집광 기능을 갖는 복수개의 미소한 광학 소자를 구비한 미소 광학 소자로서, 상기 복수개의 미소 광학 소자들은 주기적으로 배열하며, 상기 곡면 형상은 2개 이상의 F값으로 표현되는 것을 포함하는 미소 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 곡면 형상은 실질적으로 평탄부를 포함하는 것을 것인 미소 광학 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 각 미소한 광학 소자는 볼록 형상의 곡면 형상에 상기 실질적인 평탄부를 포함하는 투과형 렌즈 소자인 것인 미소 광학 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 각 미소한 광학 소자는 오목 형상의 곡면 형상에 상기 실질적인 평탄부를 포함하는 반사형 미러 소자인 것인 미소 광학 소자.
  5. 제3항에 있어서, 상기 실질적인 평탄부를 포함하는 상기 볼록 형상의 곡면 형상에 투광성 평탄층을 더 포함하고, 상기 미소 광학 소자의 재료와는 상이한 재료로 만들어진 부재가 상기 투광성 평탄층과 상기 미소 광학 소자의 사이에 제공되는 것인 미소 광학 소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 오목 형상의 곡면 형상에 존재하는 투광성 부재를 적층하고, 상기 투광성 부재의 표면을 평탄화하여 획득되는 투광성 평탄층을 더 포함하는 것인 미소 광학 소자.
  7. 제3항에 있어서, 상기 투과형 렌즈 소자는 2개의 F 값을 포함하며, 제1 F값(F1)은 3.4 이상이 되고, 제2 F값(F2)은 2.3≤F2≤4.8이며, F1＞F2의 관계인 것인 미소 광학 소자.
  8. 제1항에 따른 미소 광학 소자를 이용하여 조명광을 화상 정보에 기초하여 화소 단위로 공간 광 변조를 실행하여 화상광으로서 출사하는 공간 광 변조 장치로서,
    각각의 미소 광학 소자가 화소 위치에 위치 조정되는 것인 공간 광 변조 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 미소 광학 소자를 이용하여 조명광을 화상 정보에 기초하여 화소 단위로 공간 광 변조를 실행하여 화상광으로서 출사하는 공간 광 변조 장치로서,
    각각의 미소 광학 소자가 화소 위치에 위치 조정되는 것인 공간 광 변조 장 치.
  10. 제8항에 따른 공간 광 변조 장치를 이용하는 프로젝터 장치로서,
    상기 공간 광 변조 장치로부터 출사되는 화상광을 스크린 상에 투사하도록 구성된 투영 장치를 포함하는 프로젝터 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 공간 광 변조 장치로부터 출사하는 광속의 광로를 시프트시키도록 구성된 화소 시프트 장치를 더 포함하는 프로젝터 장치.
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