(57)【要約】【課題】  装置を小型化し、照明効率を高めることができ、さらに、装置のコストを抑え、ゴーストの発生をなくすことができる画像表示装置を提供する。【解決手段】  光源と、この光源からの光線を集光して仮想的な２次光源を作る集光ミラーと、集光ミラーから射出する白色光から光の３原色を経時的に作り出すカラーフィルタと、カラーフィルタを通過した光線が入射するライトトンネルと、ライトトンネルを出た光線が通過するリレーレンズと、リレーレンズを通過した光線が入射する第１ミラーと、第１ミラーによる反射光が入射する第２ミラーと、基板上にマトリックス状に配列された複数の微小ミラーを備え、その複数の微小ミラーは、各々傾きを独立して変化させて反射光の出射角度を変化させることによりオン状態とオフ状態を作る、第２ミラーによる反射光が入射する反射表示素子と、複数の微小ミラーによるオン状態の反射光が入射し、この入射光を拡大して投影する投影レンズと、を有し、リレーレンズと、第１ミラー及び第２ミラーを投影レンズの光軸を挟んで反対側に配置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光線を集光して仮想的な２次光源を作る集光ミラーと、
前記集光ミラーから出射する白色光から光の３原色を経時的に作り出すカラーフィルタと、
前記カラーフィルタを通過した光線が入射するライトトンネルと、
前記ライトトンネルを出た光線が通過するリレーレンズと、
前記リレーレンズを通過した光線が入射する第１ミラーと、
前記第１ミラーによる反射光が入射する第２ミラーと、
基板上にマトリックス状に配列された複数の微小ミラーを備え、前記複数の微小ミラーは、各々傾きを独立して変化させて反射光の出射角度を変化させることによりオン状態とオフ状態を作る、前記第２ミラーによる反射光が入射する反射表示素子と、
前記複数の微小ミラーによるオン状態の反射光が入射し、この入射光を拡大して投影する投影レンズと、
を有し、
前記リレーレンズと、前記第１ミラー及び前記第２ミラーと、は前記投影レンズの光軸を挟んで反対側に配置されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記第２ミラーは、前記複数の微小ミラーによる反射光が前記第２ミラーによって遮られないように、その有効径の一部がカットされている請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第１ミラーは、その反射光が直接前記投影レンズに入射しないように、有効径の一部がカットされている請求項１又は請求項２項記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記反射表示素子の中心に位置するオン状態の微小ミラーによる反射光の主光線が、前記投影レンズの光軸に関し、前記第１ミラー及び前記第２ミラーから離れる方向へ傾いている請求項１〜３のいずれか１項記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記微小ミラーは、前記基板の短辺方向を回転軸とし、長辺方向に傾きを変化させて反射光の出射角度を変化させることによりオン状態とオフ状態を作る請求項１〜４のいずれか１項記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記微小ミラーは、前記基板の長辺方向を回転軸とし、短辺方向に傾きを変化させて反射光の出射角度を変化させることによりオン状態とオフ状態を作る請求項１〜４のいずれか１項記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記微小ミラーは、その正方形の微小ミラーの対角方向を回転軸とし、もう一方の対角方向に傾きを変化させて反射光の出射角度を変化させることによりオン状態とオフ状態を作る請求項１〜４のいずれか１項記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記第１ミラーは反射面が平面形状であり、前記第２ミラーは反射面が球面形状である請求項１〜７のいずれか１項記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記第１ミラーは反射面が円筒形状であり、前記第２ミラーは反射面が球面形状である請求項１〜７のいずれか１項記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記第１ミラーは反射面が平面形状であり、前記第２ミラーは反射面が非球面形状である請求項１〜７のいずれか１項記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記第１ミラーは反射面が球面形状であり、前記第２ミラーは反射面が球面形状である請求項１〜７のいずれか１項記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリックス上に配列され、反射光の出射角度を変化させることができる複数の微小ミラーを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マトリックス上に配列され、各々独立して傾きを変化させて、出射角度を変化させることにより投影レンズへの入射（オン状態）、非入射（オフ状態）を選択することができる微小ミラーを用いた画像表示装置としては、従来は、例えば図４に示すものがあった。
【０００３】
この画像表示装置においては、光源（不図示）から出射した光は、集光ミラー（不図示）で反射後、カラーフィルタ（不図示）で色分解されて、ライトトンネル（不図示）に入射する。ライトトンネル（不図示）から出射した光は、リレーレンズ系１０１を介して全反射プリズム１０２に入射する。全反射プリズム１０２で反射された光は、カバーガラス１０３を通過後、反射表示素子１０４に入射する。反射表示素子１０４は、マトリックス上に配列された複数の微小ミラー１０４ａを備え、これら微小ミラー１０４ａは、各々が傾きを独立して変化させて、反射光の出射角度を独立して変化させることができる。この微小ミラー１０４ａにおいては、その出射角度を変化させることにより、反射光が投影レンズ１０５に向けて出射されるオン状態と、反射光がオン状態とは異なる方向に出射されるオフ状態のいずれかをとることができ、このようなオンオフの切り替えにより所望の画像を投影レンズ１０５により投影表示させることができる。
【特許文献１】特開平０８−１４６９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、全反射プリズム１０２を用いる上述の画像表示装置では、リレーレンズ系１０１を構成するレンズの枚数が多くならざるを得ないため、装置が大型化してしまう。また、全反射プリズム１０２は高価であるため装置のコストが高くなる。さらに、構成レンズの枚数が多いリレーレンズ系１０１と全反射プリズム１０２により光路が構成されるため、これらが有する多くの光学面を通過することにより照明効率が低下してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の画像表示装置においては、光源と、この光源からの光線を集光して仮想的な２次光源を作る集光ミラーと、集光ミラーから出射する白色光から光の３原色を経時的に作り出すカラーフィルタと、カラーフィルタを通過した光線が入射するライトトンネルと、ライトトンネルを出た光線が通過するリレーレンズと、リレーレンズを通過した光線が入射する第１ミラーと、第１ミラーによる反射光が入射する第２ミラーと、基板上にマトリックス状に配列された複数の微小ミラーを備え、複数の微小ミラーは、各々傾きを独立して変化させて反射光の出射角度を変化させることによりオン状態とオフ状態を作る、第２ミラーによる反射光が入射する反射表示素子と、複数の微小ミラーによるオン状態の反射光が入射し、この入射光を拡大して投影する投影レンズと、を有し、リレーレンズと、第１ミラー及び第２ミラーと、は投影レンズの光軸を挟んで反対側に配置されていることを特徴としている。
【０００６】
上記第２ミラーは、複数の微小ミラーによる反射光が第２ミラーによって遮られないように、その有効径の一部がカットされているとよい。
【０００７】
上記第１ミラーは、その反射光が直接投影レンズに入射しないように、有効径の一部がカットされていることが好ましい。
【０００８】
上記反射表示素子の中心に位置するオン状態の微小ミラーによる反射光の主光線が、前記投影レンズの光軸に関し第１ミラー及び第２ミラーから離れる方向傾いているとよい。
【０００９】
上記微小ミラーは、基板の短辺方向を回転軸とし、長辺方向に傾きを変化させて反射光の出射角度を変化させることによりオン状態とオフ状態を作ることができる。これに対して、基板の長辺方向を回転軸とし、短辺方向に傾きを変化させて反射光の出射角度を変化させることによりオン状態とオフ状態を作ることもできる。さらに上記微小ミラーを正方形とし、その対角方向を回転軸とし、もう一方の対角方向に傾きを変化させて反射光の出射角度を変化させることによりオン状態とオフ状態を作ることもできる。
【００１０】
上記第１ミラーと第２ミラーは、第１ミラーの反射面を平面形状に、第２ミラーの反射面を球面形状とすることができるほか、第１ミラーの反射面を円筒形状に、第２ミラーを反射面球面形状とすることもできる。さらに、第１ミラーの反射面を平面形状として、第２ミラーの反射面を非球面形状とすることもできる。また、第１ミラーの反射面を球面形状に、第２ミラーの反射面も球面形状とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、２枚のミラーを用いて反射表示素子に集光することにより、リレーレンズ系を構成するレンズの枚数を少なくすることができるため、装置を小型化することができるとともに、通過する光学面が少ないことにより、照明効率を高めることができる。さらに、全反射プリズムを用いていないため装置のコストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。図１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置は、光源１０、集光ミラー１２、ライトトンネル１４、リレーレンズ系１６、第１ミラー１８、第２ミラー２０、反射表示素子２２、及び投影レンズ２４を有する。
【００１３】
光源１０は白色光源であって、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプを用いることができる。
【００１４】
集光ミラー１２は、光源１０の周囲を囲むように配置されており、ライトトンネル１４側が出射口１２ａとして開いた形状となっている。この集光ミラー１２は、光源１０から放射状に出射した光を反射、集光して出射口１２ａからライトトンネル１４へ向けて出射する。
【００１５】
ライトトンネルの端部１４ａの手前には、入射した光を経時的にＲＧＢの３原色に色分解して出射することができる周知のカラーフィルタ１３が配設されている。このカラーフィルタ１３としては、例えば図２に示すように円板形状の基板に、その回転軸１３ａに対してＲＧＢの３色のフィルタ１３ｂ〜１３ｄが等角度間隔に配置されたものを用いることができる。このカラーフィルタ１３を一定速度で回転させつつ、集光ミラー１２からカラーフィルタ上の一定位置に光を照射すると、ＲＧＢのフィルタの配置間隔に対応した時間間隔ごとに（経時的に）、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光がライトトンネル１４へ向けて出射する。
【００１６】
ライトトンネル１４は、その矩形形状の一方の端部１４ａから入射した光を内面で全反射させることにより、光量が均一化された光を他方の端部１４ｂから出射することができるものである。ライトトンネル１４を出射した光は、３枚のレンズ１６ａ、１６ｂ、１６ｃで構成されるリレーレンズ系１６を通ることにより所定の倍率で拡大されて、第１ミラー１８に向けて出射される。
【００１７】
第１ミラー１８は平板形状を備え、この平面でリレーレンズ系１６を出射した光を第２ミラー２０へ向けて反射する。この第２ミラー２０は球面形状を備え、その球面状の内面で第１ミラー１８による反射光を反射表示素子２２に向けて反射する。この反射光は、反射表示素子２２において、反射面上の反射位置に対応する微小ミラーに向けて集光される。第２ミラー２０は、その有効径の一部２０ａ（図１の点線部分）がカットされているため、反射表示素子２２の微小ミラーによる反射光の一部が第２ミラー２０に遮られて投影レンズ２４に到達しなくなることを防ぐことができる。これにより、投影レンズ２４を介してスクリーン（不図示）に投影される光の照度分布を均一とすることができる。さらに、投影レンズ２４の光軸２４ａを挟んで、一方にリレーレンズ系１６を、他方に第１ミラー１８、第２ミラー２０を配置する構成としていることにより、上述のようにスクリーンに投影される光の照度分布を均一とすると同時に、リレーレンズ系１６から出射される光のうち、スクリーンに向けて出射されずに終わる光の量を小さく抑えることができる。さらに、ライトトンネル１４の端部１４ｂの像を、リレーレンズ系１６と第１ミラー１８及び第２ミラー２０を介して反射表示素子２２上に結像させる照明光学系の全長を短くでき、装置全体を小型化することが可能となる。
【００１８】
反射表示素子２２は、基板上にマトリックス状に配列された複数の微小ミラーを備えた半導体素子である。この反射表示素子２２では、複数の微小ミラーが各々傾きを独立して変化させて、反射光の出射角度を独立して変化させることにより、反射光が投影レンズに向けて出射するオン状態と、反射光がオン状態とは異なる方向に出射するオフ状態のいずれかをとることができる。出射角度の変化は、微小ミラーがその表面に配置された長方形の基板の短辺方向又は長辺方向を回転軸とし、長辺方向又は短辺方向に揺動することによってなされる。あるいは、微小ミラーを正方形として、その一方の対角方向を回転軸とし、他方の対角方向に揺動することによってなされる。
【００１９】
このような反射表示素子２２として、例えばテキサスインスツルメンツ社のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用いると、このデバイスでは微小ミラーの角度が水平状態に対して＋１２度と−１２度の２つの状態をとることができるため、この微小ミラーで反射する光の出射角度として２つの状態をとることができる。このような構成の反射表示素子２２に対して、第２ミラー２０で反射、集光された光をカバーガラス２１を介して入射すると、オン状態（＋１２度の状態）の微小ミラーで反射された光は投影レンズ２４へ向けて出射され、オフ状態（−１２度の状態）の微小ミラーで反射された光は投影レンズ２４とは異なる方向へ出射される。したがって、オン状態の微小ミラーで反射された光は投影レンズ２４で拡大されてスクリーンに投影され、オフ状態の微小ミラーで反射された光はスクリーンには投影されないため、マトリックス状に配置された微小ミラーを各々オンオフ制御することによりスクリーンに所望の画像を表示させることができる。
【００２０】
また、第２ミラー２０で反射された光は、微小ミラーで反射されるほか、カバーガラス２１の表裏面や反射表示素子２２の基板表面によっても反射し、また、微小ミラーの構造に起因する散乱光も発生しうる。このような反射光や散乱光が投影レンズ２４に入射すると、スクリーンに投影される光のコントラストの低下につながるという問題が発生しうる。このような状態を模式的に示したのが図３（ａ）である。図３（ａ）では、カバーガラス２１を介して反射表示素子２２の中心に位置する微小ミラー２３に対して、照明光３０（主光線３０ａ）が照射されたとき、オン状態の微小ミラー２３からの反射光３１は、その主光線３１ａが反射表示素子２２の基板２２ａに対する法線２２ｂの方向に進行して投影レンズ２４に入射する。一方、カバーガラス２１の表裏面や反射表示素子２２の基板表面からの反射光３２（主光線３２ａ）もその一部が投影レンズ２４に入射する。
【００２１】
本実施形態では、カバーガラス２１の表裏面や反射表示素子２２の基板表面による反射光３２によるコントラストの低下を抑えるために、図３（ｂ）に示すように、オン状態の微小ミラーによる反射光３１の主光線３１ａが基板２２ａの法線２２ｂに対して、第１ミラー１８及び第２ミラー２０から離れる方向に角度θだけ傾くようにされている。このような傾斜は、照明光３０（主光線３０ａ）が図３（ａ）の状態よりも、反射表示素子２２の基板２２ａに対する法線２２ｂから離れる向きに角度θだけ傾いて照射されることによって実現することができる。このような構成によって、カバーガラス２１の表裏面や反射表示素子２２の基板表面による反射光３２の主光線３２ａは法線２２ｂから遠ざかるため、反射光３２のうち投影レンズ２４に入射する光の量を低減することができる。
【００２２】
反射表示素子２２で反射された光は投影レンズ２４に入射し、所定の倍率で拡大、出射されてスクリーンに投影される。各々の微小ミラーで反射される光はスクリーン上での画素に対応し、各画素について経時的に３原色の光が投影されることにより、各微小ミラーのオンオフを制御することによりスクリーン上に所望のカラー画像を表示させることができる。
【００２３】
以下に変形例について説明する。
上記実施形態では、第２ミラー２０の有効径の一部をカットしていたが、さらに、第１ミラー１８の有効径の一部をカットすると、第１ミラー１８から、第２ミラー２０及び反射表示素子２２を経ずに、直接投影レンズ２４に入射する光をなくすことができるため好ましい。
【００２４】
第１ミラー１８は、その反射面が円筒形状のものを用いることもでき、軸線方向を回転軸と垂直方向に向け、回転軸のまわりに所定角度傾斜させて配置し、リレーレンズ系１６からの出射光を反射させてもよい。第１ミラー１８の反射面を円筒形状とすると、第２ミラー２０による反射表示素子２２への結像性能が向上するため好ましい。
【００２５】
また、第２ミラー２０は、その反射面を球面形状に代えて、非球面形状のものを用いることもできる。第２ミラー２０の反射面を非球面形状として、第１ミラー１８の反射光を非球面で反射すると反射表示素子２２への結像性能が向上するため好ましい。
【００２６】
また、第１ミラー１８は、その反射面を平面形状に代えて、球面形状のものを用いることもできる。第１ミラー１８の反射面を球面形状とすると、第２ミラー２０による反射表示素子２２への結像性能が向上するため好ましい。
【００２７】
ライトトンネル１４に代えて、フライアイレンズ又はロッドレンズを用いることができ、これらを用いても、集光ミラー１２からの出射光を光量が均一化された光としてリレーレンズ系１６へ出射することができる。
【００２８】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る画像表示装置の構成を示した概観図である。
【図２】本発明の実施形態に係るカラーフィルタの構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る反射表示素子への入射を変更したときの反射表示素子及びカバーガラスからの反射光の進行方向を示す概観図である。
【図４】従来の画像表示装置の構成を示す概観図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０    光源
１２    集光ミラー
１４    ライトトンネル
１６    リレーレンズ系
１８    第１ミラー
２０    第２ミラー
２１    カバーガラス
２２    反射表示素子
２２ａ  基板
２３    微小ミラー
２４    投影レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006023441.tif 000005
【図４】
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