(57)【要約】      （修正有）【課題】  投影光学系の光軸方向の長さを調整することにより、画像表示装置の小型化を容易に実現することができる画像表示装置を提供する。【解決手段】  光源と、仮想的な２次光源を作る集光ミラーと、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、通過した光線が入射するライトトンネルと、リレーレンズと、反射部材と、基板上に独立して変化するマトリックス状に配列された複数の微小ミラーを備え、オン状態とオフ状態を作る反射表示素子と、この入射光を拡大して投影する投影光学系と、を有し、ライトトンネルの光軸又はこの光軸と平行な直線のうち投影光学系の前群の光軸と交わるものと、投影光学系の前群の光軸と、のなす角度が略垂直であり、ライトトンネルは、投影光学系の前群の光軸と平行な方向において、投影光学系の後群と前記反射部材の間隙に対応する位置であって、投影光学系の光路上でない位置に配置されている。【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、
前記リレーレンズからの出射光を反射する反射部材と、
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、前記反射部材からの反射光が入射する反射表示素子と、
光路の途中に配置された折り返しミラーにより、前記反射部材側から順に前群と後群に分けられ、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光学系と、を有し、
前記ライトトンネルの光軸又はこの光軸と平行な直線のうち前記投影光学系の前群の光軸と交わるものと、前記投影光学系の前群の光軸と、のなす角度が略垂直である画像表示装置であって、
前記ライトトンネルは、前記投影光学系の前群の光軸と平行な方向において、前記投影光学系の後群と前記反射部材の間隙に対応する位置であって、前記投影光学系の光路上でない位置に配置されたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記反射部材は全反射プリズムである請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記反射部材は反射ミラーである請求項１記載の画像表示装置。
【請求項４】
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から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から３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、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１〜３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、それぞれが独立して、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７に示すものがあった。
【０００３】
この画像表示装置においては、集光ミラー１１０から水平方向（図７の左右方向）に出射した光は、カバーガラス１１１、カラーホイール１１２を経て、ライトトンネル１１３に入射する。ライトトンネル１１３から出射した光は、リレーレンズ群１２０を経てミラー１２１により水平面内で９０度曲げて反射される。この反射光は、ミラー１２２により、水平面に対して４５度の角度をなす方向（図７の左下から右上へ向かう方向）に反射され、リレーレンズ１２３を通過後プリズム１２４に入射する。この入射光は、プリズム１２４の内面により反射され、反射表示素子１３０に入射する。
【０００４】
反射表示素子１３０は、マトリックス上に配列された複数の微小ミラー（不図示）を備えている。これら微小ミラーは、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、投影光学系１５０の前群に入射させるオン状態と、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る。ミラー１４０では、投影光学系１５０の前群を通過した光線が鉛直方向（図７の上下方向）に反射され、投影光学系１５０の後群に入射する。上述のようなオンオフの切り替えにより、所望の画像を投影光学系１５０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】
【０００５】
しかしながら、上述の画像表示装置では、鉛直方向（投影光学系の光軸方向）において、反射表示素子１３０の上方に投影光学系１５０の後群が、その下方に集光ミラー１１０、ライトトンネル１１３、リレーレンズ群１２０、ミラー１２１、及びミラー１２２が配置されている。このため、投影光学系１５０の構成を工夫したとしても、画像表示装置の鉛直方向の大きさは、少なくとも、投影光学系１５０の鉛直方向長さと、集光ミラー１１０、ライトトンネル１１３、リレーレンズ群１２０、ミラー１２１、ミラー１２２の鉛直方向の大きさと、を合わせたものとならざるを得ず、画像表示装置の小型化の要請に応えることができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、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、リレーレンズからの出射光を反射する反射部材と、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、反射部材からの反射光が入射する反射表示素子と、光路の途中に配置された折り返しミラーにより、反射部材側から順に前群と後群に分けられ、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光学系と、を有し、ライトトンネルの光軸又はこの光軸と平行な直線のうち投影光学系の前群の光軸と交わるものと、投影光学系の前群の光軸と、のなす角度が略垂直であり、ライトトンネルは、投影光学系の前群の光軸と平行な方向において、投影光学系の後群と前記反射部材の間隙に対応する位置であって、投影光学系の光路上でない位置に配置されたことを特徴としている。
【０００７】
上記反射部材は全反射プリズムとすることが好ましい。
【０００８】
上記反射部材は反射ミラーとすることもできる。
【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。
【００１０】
上記微小ミラーは、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こともできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、投影光学系の後群の光軸方向の長さを調整することにより、この方向における画像表示装置の大きさを変更することができるため、画像表示装置の小型化を容易に実現することができる。
【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〜図５に示すように、本実施形態に係る画像表示装置は、集光ミラー１０、ライトトンネル２０、リレーレンズ１３、１４、１５、ミラー（反射部材）３０、３１、プリズム（反射部材）３２、反射表示素子４０、及び投影光学系５０を有する。この画像表示装置においては、集光ミラー１０からの出射光が水平方向（図１〜図４においてＨ方向）に進行する構成となっているが、この進行方向を水平方向以外の方向としても本発明の画像表示装置を実現することができる。
【００１３】
集光ミラー１０は、ライトトンネル２０側が開いた形状で、その内部に白色光源を配した構成となっている。白色光源としては、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。白色光源から放射状に出射した光は、集光ミラー１０の内面によって反射、集光されて、カバーガラス１１を介してカラーホイール１２へ向けて出射する。
【００１４】
このカラーホイール１２は、例えば図６に示すように円板形状の基板に、その回転軸１２ａに対してＲＧＢの３色のフィルタ１２ｂ〜１２ｄが等角度間隔に配置されたものを用いることができる。このカラーホイール１２を一定速度で回転させつつ、集光ミラー１０からカラーホイール１２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２０へ向けて出射する。
【００１５】
ライトトンネル２０は、その円筒形状の一方の端部（入射端）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（出射端）から出射することができるものである。ライトトンネル２０を出射した光は、リレーレンズ１３を経て、ミラー３０に向けて出射する。
【００１６】
ミラー３０は平板形状を備え、この平面によって、ライトトンネル２０を出射した光は、リレーレンズ群１４を経てミラー３１へ向けて、水平面（鉛直方向（図１、図３におけるＶ方向）に直交する面）内で略９０度進行方向を曲げるように反射される。
【００１７】
ミラー３１は平板形状を備え、この平面によって、ミラー３０で反射されリレーレンズ群１４を介して入射した光は、プリズム３２の直前に配置されたリレーレンズ１５へ向けて、水平面に対して約４５度の角度をなす方向（図１において右上から左下へ向かう方向）に反射される。
【００１８】
図５に示すように、入射側に配置されるリレーレンズ１５のあと、プリズム３２は、三角柱形状の光学部材３２ｂと、この光学部材３２ｂの斜面３２ｂ２に、１０ミクロン以下の空気間隔で斜面３２ｃ１が固定された三角柱形状の光学部材３２ｃと、からなる。リレーレンズ１５に入射した光は、このレンズ１５を透過して光学部材３２ｂに入射し、斜面３２ｂ２により、反射表示素子４０へ向けて全反射される。反射表示素子４０で反射された光は、斜面３２ｂ２を透過して光学部材３２ｃに入射する。
【００１９】
反射表示素子４０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４０では、複数の微小ミラーの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、反射光がリレーレンズ１５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。本実施例は対角方向を回転軸とする反射表示素子を用いた例である。
【００２０】
このような反射表示素子４０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４０に対して、斜面３２ｂ２で反射された光を入射すると、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光学系の前群５１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光学系の前群５１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、最終的には、投影光学系の後群５２を介してスクリーンに拡大投影され、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それぞれ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。
【００２１】
投影光学系の前群５１は、水平方向及び鉛直方向の両方に略直交する方向に配置されている。プリズム３２から投影光学系の前群５１に入射した光は、投影光学系の前群５１を通過後、平板形状のミラー３３に入射する。ミラー３３は、投影光学系の前群５１から入射した光を、投影光学系の後群５２へ向かうように反射させる。
【００２２】
投影光学系の後群５２は、ミラー３３で反射された光をスクリーン（不図示）に拡大投影する。それぞれ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】
本実施形態においては、ライトトンネル２０の光軸２０ａに平行な直線のうち投影光学系の前群５１の光軸５１ａと交わるものと、投影光学系の前群５１の光軸５１ａとのなす角度が略垂直となっている。また、ライトトンネル２０は、投影光学系の前群５１の光軸５１ａと平行な方向において、投影光学系の後群５２とプリズム３２との間隙に対応する位置であって、投影光学系５０の光路上ではない位置に配置されている（図４参照）。さらに、ライトトンネル２０及び投影光学系５０を、水平方向及び鉛直方向の両者を含む面（両者に直交する方向の直交面）に投影すると、ライトトンネル２０は投影光学系の後群５２の光軸５２ａと交わるように配置されている（図１参照）。ライトトンネル２０と投影光学系５０との位置関係を、以上のように構成することによって、画像表示装置の鉛直方向の大きさはミラー３３から投影光学系の後群５２までの構成によって決めることができる。別言すれば、画像表示装置の鉛直方向の大きさは、光源１０、カバーガラス１１、カラーホイール１２、リレーレンズ１３の構成によって制限されることが少なくなる。したがって、光軸５２ａの方向における投影光学系の後群５２の長さを短縮するように投影光学系５０を構成することによって、鉛直方向において画像表示装置を小さくすることができ、ひいては画像表示装置全体をコンパクトに構成することができる。
【００２４】
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】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す斜視図であって、図１を集光ミラーの光軸を中心にして９０度回転したものである。
【図３】本発明の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す斜視図であって、図２を集光ミラーの光軸を中心にして９０度回転したものである。
【図４】本発明の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す斜視図であって、図３を集光ミラーの光軸を中心にして９０度回転したものである。
【図５】本発明の実施形態に係る画像表示装置の構成を、各ミラーにおける反射を無視して２次元に展開して示す概観図である。
【図６】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７】従来の画像表示装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０    集光ミラー
２０    ライトトンネル
３０    ミラー（反射部材）
３１    ミラー（反射部材）
３２    プリズム（反射部材）
４０    反射表示素子
５０    投影光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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