(57)【要約】      （修正有）【課題】映像表示素子であるデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）で生じたＤＭＤオフ光を所定のリサイクル光学系を用いて効率的にＤＭＤ上に再帰照射させ、さらに有効投影光へ変換することで、映像投影光学系の光利用効率を良好に改善し、投影映像の輝度を向上させた映像投影装置を提供する。【解決手段】ＤＭＤ４の反射面４０を第１領域と第２領域に分割し、第１領域にて映像表示を行うと共に、第１領域内のマイクロミラーのオン／オフ状態に応じた所定の制御ロジックにより第２領域内のマイクロミラーのオン／オフ状態を適切制御する。さらに所定のＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０を用いて第１および第２領域で生じたＤＭＤオフ光をＤＭＤ４に再帰させ、所定の照射方向から反射面４０内にある第２領域にのみ集中的に照射させる。【選択図】図１
2018124302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像を投射するための映像投射装置であって、
それぞれ互いに異なる第１の方向および第２の方向に選択的に傾斜可能な複数の微小鏡面を規則的に配置した反射面を有する映像表示手段と、
前記反射面上に所定の照明光を照射する照明手段と、
該照明手段により前記反射面上に照射された照明光のうち少なくとも前記第１の方向に傾斜した微小鏡面を反射した照明光を所定の投影面に投影照射する機能を備えた投射レンズと、を備え、
前記反射面が少なくとも第１領域および第２領域に分割され、
前記第１の領域内にある前記各微小鏡面は所定の第１制御信号に基づいて前記第１の方向または前記第２の方向への傾斜を選択的に切り替わるとともに、
前記第２の領域内にある前記各微小鏡面は前記第１制御信号とは異なる所定の第２制御信号に基づいて前記第１の方向または前記第２の方向への傾斜を選択的に切り替わり、
少なくとも前記第１の領域に照射される第１の照明光と少なくとも前記第２の領域に照射される第２の照明光が互いに異なる方向から前記各領域に照射される映像投影装置。
【請求項２】
映像を投射するための映像投射装置であって、
それぞれ互いに異なる第１の方向および第２の方向に選択的に傾斜可能な複数の微小鏡面を規則的に配置した反射面を有する映像表示手段と、
前記反射面上に所定の照明光を照射する照明手段と、
該照明手段により前記反射面上に照射された照明光のうち少なくとも前記第１の方向に傾斜した微小鏡面を反射した照明光を所定の投影面に投影照射する機能を備えた投射レンズと、を備え、
前記反射面が少なくとも第１領域および第２領域に分割され、
前記第１領域内にある前記各微小鏡面は所定の第１制御信号に基づいて前記第１の方向または前記第２の方向への傾斜を選択的に切り替わるとともに、
前記第２領域内にある前記各微小鏡面は前記第１制御信号とは異なる所定の第２制御信号に基づいて前記第１の方向または前記第２の方向への傾斜を選択的に切り替わり、
さらに、前記第１領域内および前記第２領域内にある各微小鏡面のうち前記第２の方向に傾斜した前記微小鏡面を反射した照明光が所定の光路を辿って前記照明光とは異なる方向から前記第２領域に再帰照射される機能を備えた光再帰手段を具備し、
該光再帰手段により前記第２領域に再帰照射された照明光のうち前記第２の方向に傾斜した微小鏡面を反射した光が前記投射レンズを経て前記投影面に投影照射される映像投影装置。
【請求項３】
請求項２記載の映像投影装置において、
前記第２制御信号は前記第１制御信号によって選択的に切り替えられる前記第１領域内の各微小鏡面の傾斜状況に応じて前記第２領域内にある各微小鏡面の傾斜状況を制御する機能を備えることを特徴とする映像投影装置。
【請求項４】
請求項３記載の映像投影装置において、
前記第１領域内にある微小鏡面の全てが前記第１の方向に傾斜している第１状態においては前記第２領域内にある全ての微小鏡面が前記第１の方向に傾斜し、
前記第１領域内で前記第一の方向に傾斜した微小鏡面と前記第２の方向に傾斜した微小鏡面が混在している第２の状態においては前記第２の方向に傾斜した微小鏡面の個数に応じて前記第２領域内にある全ての微小鏡面が前記第１の方向に傾斜した状態または前記第２の方向に傾斜した状態のどちらかを選択し、
前記第１領域内にある微小鏡面の全てが前記第２の方向に傾斜している第３状態においては前記第２領域内にある全ての微小鏡面が前記第２の方向に傾斜するように前記第２制御信号によって制御されることを特徴とする映像投影装置。
【請求項５】
請求項２から４のいずれかに記載の映像投影装置において、前記光再帰手段は平面または球面または自由曲面からなる少なくとも２個の反射ミラーを備えたことを特徴とする映像投影装置。
【請求項６】
請求項２から４のいずれかに記載の映像投影装置において、前記光再帰手段は少なくとも１面の曲面状側壁面を備えた多角形光学プリズムを少なくとも備えたこと特徴とする映像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のマイクロミラーを備えたデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）に所定の照明光を照射することによって映像を表示、投影する機能を備えた映像投影装置に関するものであり、特にその光学系構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＭＤは映像表示素子の一種で、互いに異なる第１の方向および第２の方向に選択的に傾斜する機能を備えた可動式微小鏡面(マイクロミラー)が規則的に配置され、個々のマイクロミラーが表示映像の１画素に相当するような構造になっている。
このようなＤＭＤに所定方向から照明光を入射させると、前記第１の方向に傾斜した状態（ＤＭＤオン状態）あるマイクロミラーに入射した照明光は、該マイクロミラーを反射したのち所定の投射レンズを経て所定の投影面上に投影照射される。一方、第２の方向に傾斜した状態(ＤＭＤオフ状態)にあるマイクロミラーを反射した前記照明光は、前記したＤＭＤオン状態のマイクロミラーを反射した光とは異なる光路を辿り、前記投射レンズには入射せずに例えば所定の光遮蔽板に入射、吸収される。
そこでＤＭＤを映像表示素子として搭載した従来の映像投影装置では、所定の映像信号に基づき前記ＤＭＤ内に配置された個々のマイクロミラーのオン状態とオフ状態を適宜切り替え、一画素毎に投影面に投影照射される光量を制御することで、映像表示を実現している。
【０００３】
しかしながら一方で、ＤＭＤによる映像表示が前記のような原理に基づくが故に、ＤＭＤオフ状態のマイクロミラーを反射した光（ＤＭＤオフ光）は、投影映像の輝度確保に全く寄与しないことになる。その結果従来のＤＭＤ搭載映像投影装置では、前記のようなＤＭＤオフ光の存在が、該投影装置の光利用効率に対する重大な阻害要因になってしまうという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２１７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような問題に対して例えば前記先行技術文献では、所定の球面ミラーを用いて前記ＤＭＤオフ光を照明光源側に再帰させることで、その光量の一部を照明光として再利用することで、光利用効率の改善を図る光学的手段が開示されている。
しかしながら本先行手段では、ＤＭＤオフ光が光学系の最も根元側にある照明光源からＤＭＤに至るまでの長い光路を往路光に対して全く逆向きに辿るか、あるいは別に設けた迂回光路を辿ることで照明光源まで再帰する仕組みになっているため、その再帰光路進行中に生じる光量損失が無視できず、また照明光源側に再帰したＤＭＤオフ光についても、光源の構造上その一部光量しか照明光として再利用できないため、結果的に本先行手段による光利用効率の改善効果は極めて小さいという技術課題がある。
本願発明は以上のような背景を元に創生されたものであり、その目的は、ＤＭＤオフ光を投影光として効率よく再利用することで、投影画像の明るさ（輝度）を向上させ、光利用効率を高めた新たなＤＭＤ搭載映像投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、特許請求の範囲に開示された光学手段により実現される。より具体的な例を挙げれば、本発明に従う映像を投射するための映像投射装置は、それぞれ互いに異なる第１の方向および第２の方向に選択的に傾斜可能な複数の微小鏡面を規則的に配置した反射面を有する映像表示手段と、前記反射面上に所定の照明光を照射する照明手段と、該照明手段により前記反射面上に照射された照明光のうち少なくとも前記第１の方向に傾斜した微小鏡面を反射した照明光を所定の投影面に投影照射する機能を備えた投射レンズと、を備え、前記反射面が少なくとも第１領域および第２領域に分割され、前記第１の領域内にある前記各微小鏡面は所定の第１制御信号に基づいて前記第１の方向または前記第２の方向への傾斜を選択的に切り替わるとともに、前記第２の領域内にある前記各微小鏡面は前記第１制御信号とは異なる所定の第２制御信号に基づいて前記第１の方向または前記第２の方向への傾斜を選択的に切り替わり、少なくとも前記第１の領域に照射される第１の照明光と少なくとも前記第２の領域に照射される第２の照明光が互いに異なる方向から前記各領域に照射される。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明を用いることにより、映像表示時等の際に生じるＤＭＤオフ光を効率よくＤＭＤに再帰させ、さらに有効な投影光として投影面上に照射させることができるので、投影画像の明るさ（輝度）や投影装置としての光利用効率を良好に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態である映像投影装置の光学系概略図
【図２】本発明で用いるＤＭＤマイクロミラーの動作を説明するための模式図
【図３】本発明で用いるＤＭＤ反射面に関する一実施形態を示した概略平面図
【図４】本発明で用いるＤＭＤ反射面に関する別の一実施形態を示した概略平面図
【図５】ＤＭＤオフ光リサイクル時におけるマイクロミラーの動作を説明するための模式図
【図６】本発明の第２の実施形態である映像投影装置の光学系概略図
【図７】本発明の第３の実施形態である映像投影装置の光学系概略図
【図８】本発明の第４の実施形態を説明するためのＤＭＤ主要部斜視図
【図９】本発明の第７の実施形態である映像投影装置の光学系概略図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の各実施形態を説明する。
【００１０】
第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態である映像投影装置の光学系概略図である。１は所定の照明光を発する光源である。本発明においては、前記光源１として例えば各種ランプ、ＬＥＤ、レーザ、蛍光体等どのような発光形態のものを用いても構わない。
【００１１】
光源１を発した照明光は、照明光学系２を経て所定の光束径を有する略平行な照明光１００に変換される。なお図１では、説明を分かり易くするために前記照明光１００を含む各光の進行経路（光路）を実線または破線または一点鎖線で表示している。また照明光学系２は、前記照明光源１を発した照明光を後述するＤＭＤ上に照射されるのに適切な所定の光束に整形する機能を備えたものであればどのような構成の光学系であっても構わない。したがって照明光学系２の具体的構成に関する詳細な説明は省略する。
【００１２】
照明光学系２を出射した照明光１００は、次に第１のＴＩＲ（全反射）プリズム３の側壁面３１に入射し該プリズム内を進行して側壁面３２に達する。この第１のＴＩＲプリズム３は、所定の屈折率ｎ１を有する光学硝子または光学部品用プラスチック等で構成された三角プリズムである。前記側壁面３２に達した照明光１００は、前記屈折率ｎ1と接触空気層の屈折率との比率によって定まる所定の全反射角に対しより大きな入射角で側壁面３２に入射するため、この側壁面３２を全反射し、再びプリズム内を進行したのち側壁面３３からプリズム外へ出射する。そして該第１のＴＩＲプリズム３を出射した照明光１００は、映像表示素子であるＤＭＤ４に所定角度から入射し、該ＤＭＤ４内の反射面４０上を略一様な照度あるいは所定の照度分布で照明する。
【００１３】
ところでこのＤＭＤ４内の反射面４０上には、前記背景技術で説明したように、所定の制御信号に基づき、第１の方向に傾斜した状態あるいは該第１の方向とは異なる第２の方向に傾斜した状態にそれぞれ選択的に切り替わる機能を備えた複数のマイクロミラーが規則的に配置されている。
【００１４】
そこで一例として図２に示すように、反射面４０上に配置された個々のマイクロミラー４５が、図のＺ軸方向（図面に対して鉛直方向）を回転主軸として回動する構造であって、図２（ａ）のように反射面法線がＹ軸方向（図面内の垂直方向軸）に対して角度＋φ（Ｙ軸側から見て反時計回りをプラスで表記）だけ傾斜した状態（オン状態）か、もしくは図２（ｂ）のように逆向きに角度―φだけ傾斜した状態（オフ状態）のどちらかに回動する機能を備えているものとする。なお当然のことながら、前記マイクロミラーの傾斜形態は図２に示した例に限定されるものではなく、オン状態とオフ状態で互いに異なる方向に傾斜するものであればどのような傾斜形態であっても構わない。
【００１５】
ところで本実施形態では、ＤＭＤ４の複数のマイクロミラーから構成される反射面４０を第１領域４１と第２領域４２の２領域に分割することを特徴の一つとしている。例えば図３では、前記反射面４０を上下方向（Ｚ軸方向）に２分割し、上半分を第１領域４１、下半分を第２領域４２とした例を示している。
【００１６】
なお当然のことながら、前記した第１領域４１および第２領域４２の分割形態は図３に示す形態に限定されるものではなく、第１領域および第２領域各々の面積、形状、配置場所等に特段の制限は無くどのような形態であっても構わない。例えば図４に示す例では、前記反射面４０の中央部下方に略楕円状の第２領域４２を配置し、該第２領域を囲む残りの反射面を第１領域４１としているが、このような分割形態でも一向に構わない。さらに云うならば、前記第１および第２領域の配置数についても、図３あるいは図４の例のごとく１個ずつに限定されるものではなく、各々が複数個分散配置されていても一向に構わない。
【００１７】
さらに本実施の形態では、上記のように分割、配置された第１領域４１および第２領域４２のうち、主に第１領域４１内に配置されたマイクロミラーによって映像表示が実施され、第２領域４２内に配置されたマイクロミラーは、第１領域４１内の各マイクロミラーの稼働状態すなわちオンまたはオフ状態に応じてその稼働状態が制御される。
【００１８】
具体的に説明すると、例えば前記第１領域４１内に配置された全てのマイクロミラーがオン状態に統一されているモード（以下この状態を完全オンモードと記す）の場合には、前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーも前記第１領域４１内と同様オン状態に統一される。逆に、前記第１領域４１内にある全てのマイクロミラーがオフ状態に統一されている状態（以下この状態を完全オフモードと記す）の場合には、前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーもオフ状態に統一される。
【００１９】
一方、前記第１領域４１で映像が表示されている場合は、前記第１領域４１内に配置されている個々のマイクロミラーが、所定の映像表示信号に基づいて生成された制御信号によりオンまたはオフ状態に選択的に切り替わるので、前記第１領域４１内でオン状態のマイクロミラーとオフ状態のマイクロミラーが混在した状態になっている。この場合は、該第１領域４１内でオフ状態になっているマイクロミラーの個数の多少により、前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーをオン状態またはオフ状態のどちらかに切り替える。つまり前記第１領域４１内にあるオフ状態マイクロミラーの個数が所定の閾値Ｎより少ない場合は、前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーをオン状態に統一し、逆に閾値Ｎより多い場合はオフ状態に統一する。
【００２０】
なおこの閾値Ｎについては例えば次のように決めることができる。後ほど説明するように本発明の光学系では、少なくとも前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーがオフ状態に統一されていると、該第２領域４２からＤＭＤリサイクル光と呼ばれる有効光が出射する。しかもこのＤＭＤリサイクル光は、後述するように前記第１領域４１内にあるオフ状態マイクロミラーの個数が増えるとその光量も増大する。そこで、前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーがオフ状態に統一された状態で前記第１領域４１内にあるオフ状態マイクロミラーの個数を徐々に増やしていき、その際に生じる前記ＤＭＤリサイクル光の光量が、逆に前記第２領域４２内の全てのマイクロミラーがオン状態に統一された場合に該第２領域４２から出射される有効光（後述するＤＭＤ-ＯＮ光）の光量を超える際の前記オフ状態マイクロミラーの最小個数Ｎを前記の閾値とするわけである。
【００２１】
本実施形態では、上記した制御ロジック（論理）により、適宜前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーの稼働状況すなわちオンまたはオフ状態が制御される。
そして、上記のように前記各領域内のマイクロミラーがオン状態またはオフ状態に制御されたＤＭＤ４の反射面４０上の全面に、例えば図２に示すようにＹ軸に対して略＋２φの角度に傾斜した方向から照明光１００を照射する。
【００２２】
このとき前記第１領域４１および第２領域４２内において、図２（ａ）におけるマイクロミラー４５の如くオン状態にあるマイクロミラーに入射した照明光１００は、反射の法則に従い、Ｙ軸に対して略平行な方向に進行する光１０１（図中実線で表示）となる。以下このような反射光路を辿る光をＤＭＤオン光と記す。
【００２３】
このＤＭＤオン光１０１は、例えば図１の光学系内で実線が示す光路に従い、再び第１のＴＩＲプリズム３の側壁面３３から該ＴＩＲプリズム３内に入射、進行し、今度は側壁面３２から出射する。そしてさらに直近に配置された第２のＴＩＲプリズム５の側壁面５１から該ＴＩＲプリズム５内に入射する。この第２のＴＩＲプリズム５も所定の屈折率ｎ２を有する光学ガラスまたは光学部品用プラスチック等で構成された多角形プリズムである。そしてその側壁面のうち、少なくとも１面（図１の実施形態では側壁面５２）では前記屈折率ｎ２と接触空気層の屈折率との比率によって決まる所定の全反射角より大きな入射角で入射した光は全反射するように設定されている。
【００２４】
第２のＴＩＲプリズム５内に入射した前記ＤＭＤオン光１０１は、プリズム内部を進行し側壁面５２に達する。このとき側壁面５２に対するＤＭＤオン光１０１の入射角は、前記した側壁面５２の全反射角より小さくなるように設定されているため、この側壁面５２をそのまま透過してプリズム外部へ出射する。そして前記第１のＴＩＲプリズム４あるいは第２のＴＩＲプリズム５と同様に所定の光学ガラスまたは光学部品用プラスチック等で構成された光路長補正用プリズム６および投射レンズ７を経て、該投射レンズ７の前方に配置された所定の投影面２０上に有効投影光として投影照射される。
【００２５】
一方、前記第１領域４１および第２領域４２内において、図２（ｂ）におけるマイクロミラー４５の如くオフ状態にあるマイクロミラーに入射した照明光１００は、図２（ａ）の場合と同様に反射の法則に従い、今度はＹ軸に対して略―４φの角度に傾斜した方向に進行する光１０２（図中破線で表示）となる。以下このような反射光路を辿る光をＤＭＤオフ光と記す。
【００２６】
このＤＭＤオフ光１０２は、例えば図１の光学系内で破線が示す光路に従い、前記ＤＭＤオン光１０１と同様に再び第１のＴＩＲプリズム３の側壁面３３から該ＴＩＲプリズム３内に入射、進行し、側壁面３２から出射する。そしてさらに直近に配置された第２のＴＩＲプリズム５の側壁面５１から該ＴＩＲプリズム５内に入射、進行し、側壁面５２に達する。このとき側壁面５２に対するＤＭＤオフ光１０２の入射角は、前記ＤＭＤオン光１０１と異なり前記側壁面５２の全反射角より大きくなるように設定されているため、今度はこの側壁面５２を全反射し、その後側壁面５３を経て該第２のＴＩＲプリズム５を出射する。
【００２７】
第２のＴＩＲプリズム５を出射したＤＭＤオフ光１０２は、所定の光学系から構成されるＤＭＤオフ光リサイクル（再利用）光学系１０に入射する。このＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０は、前記ＤＭＤオフ光１０２の光路を偏向しＤＭＤ４に再帰照射させる機能を備えた光学系であり、その具体的な構成例としては、例えば図１の実施形態では、平面ミラー８とトーリック面（所定の断面とそれに垂直な断面で互いに異なる曲率半径を有する曲面）ミラー９で構成された光学系を開示している。
ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０に入射したＤＭＤオフ光１０２は、平面ミラー８とトーリック面ミラー９を順次反射することでその光路が偏向され、再び側壁面５３から第２のＴＩＲプリズム５内に入射する。そしてこの第２のＴＩＲプリズム５内を進行して再び側壁面５２で全反射したのちＤＭＤオフ再帰光１０３として側壁面５１から前記第２のＴＩＲプリズム５を出射し、さらに第１のＴＩＲプリズム４を経てＤＭＤ４の反射面４０上に再照射される。
【００２８】
このとき特有の光学条件として、前記ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０を構成する各光学部品、例えば図１の実施形態における前記平面ミラー８やトーリック面ミラー９の面形状、設置位置、設置角度等を適切に設計することにより、前記ＤＭＤオフ再帰光１０３が、Ｙ軸に対して略−２φの角度に傾斜した方向から前記反射面４０内の第２領域４２にのみ集中的に、かつ該第２領域４２内では極力均一な照度あるいは緩やかな変化の照度分布を持つ照明光で再照射されるように設定される。
その結果、前記映像表示モードまたは完全オフモードにおいて、ＤＭＤ４の反射面４０にある第１領域４１および第２領域４２の両方から発生したＤＭＤオフ光１０２のほぼ全ての光が、ＤＭＤオフ再帰光１０３として、前記第２領域４２内に配置されたマイクロミラーにＹ軸に対して略−２φの角度に傾斜した方向から入射することになる。
【００２９】
一方、前記第２領域４２内に配置されたマイクロミラーは、全て図５に示すマイクロミラー４５の如く角度−φ傾斜したオフ状態に統一されている。したがってＹ軸に対して略−２φの角度に傾斜した方向から該マイクロミラーへ入射した前記ＤＭＤオフ再帰光１０３は、反射の法則に従い、図５に示すようにＹ軸に対して略平行な方向に進行する光１０４（図中一点鎖線で表示）となる。以下このような反射光路を辿る光をＤＭＤリサイクル光と記す。
【００３０】
そしてこのＤＭＤリサイクル光１０４は、図１の光学系内で一点鎖線が示す光路に従い、前記ＤＭＤオン光１０１と略同一の光路を辿って第１のＴＩＲプリズム３、第２のＴＩＲプリズム５、光路長補正用プリズム６および投射レンズ７を経て、投影面２０上の所定領域すなわち前記ＤＭＤ反射面４０内の第２領域４２に対応する投影面２０上の領域に、前記ＤＭＤオン光１０１と同様の有効投影光として投影照射される。その結果、投影映像中の所定領域の輝度を大幅に増大させることができる。
【００３１】
すなわち、従来のＤＭＤ搭載映像装置において投影映像の明るさ確保に全く寄与すること無く捨てられていたＤＭＤオフ光を、上記した本発明のＤＭＤオフ光リサイクル手段を用いて有効投影光として再利用することにより、映像投影装置の光利用効率を増大させて従来の映像投影装置に比べてより明るい映像を得ることができる。
【００３２】
また本実施形態のさらなる特徴として、ＤＭＤオフ光１０２をＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０へ導くための光路偏向手段、および該ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０を出射した前記ＤＭＤオフ光１０２をＤＭＤオフ再帰光１０３としてＤＭＤ反射面４０上に再帰照射させるための光路偏向手段として、光量損失が全く生じないプリズム側壁面での全反射現象を用いているため、ＤＭＤオフ光１０２からＤＭＤオフ再帰光１０３への変換光利用効率が非常に高いという点が挙げられる。
【００３３】
なおＤＭＤオフ光リサイクル（再利用）光学系１０の実施形態については、当然のことながら、前記した図１に示した実施形態に限定されるものではなく、例えば前記平面ミラー８とトーリック面ミラー９の設置位置や設置角度が入れ替わった構成であっても一向に構わない。
【００３４】
さらに、該ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０の実施形態は、前記のような平面ミラーとトーリック面ミラーとの組み合わせだけに限定されるものではない。上記した特有の光学条件を満たす光学系であるならば、例えば複数の自由曲面ミラーを組み合わせた光学系あるいはレンズやプリズムと組み合わせた光学系等々どのような構成、形態の光学系であっても一向に構わない。
【００３５】
以下では、ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０に関する他の実施形態について説明する。
【００３６】
第２の実施形態
図６は本発明の第２の実施形態である映像投影装置の光学系概略図である。本図において図１に示す第１の実施形態と同じ構成要素には同じ番号を付している。
本実施形態は、第１の実施形態における第２のＴＩＲプリズム５およびＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０に代えて、所定の光学硝子あるいは光学部品用プラスチック等で構成された多角形プリズム６０を配置している。該多角形プリズム６０は図中に示すように少なくとも４つの側壁面を備えており、側壁面６１は透過面、６２は全反射面、６３，６４は反射ミラー面になっている。また反射ミラー面６３は所定の球面またはトーリック面もしくは自由曲面で構成されており、反射ミラー面６４は平面になっている。ただし当然のことながら、前記多角形プリズム６０は図６に示すような外形形状に限定されるものではなく、例えば反射ミラー面６３が平面で６４が曲面であっても構わないし、６３と６４が共に曲面であっても勿論構わない。
【００３７】
本実施形態では、前記のような多角形プリズム６０を配置することで、前記第１の実施形態における第２のＴＩＲプリズム５の機能とＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０の機能を１個の光学部品に集約させることができる。その結果、前記第１の実施形態と比べて部品点数を削減することができる上、ＤＭＤオフ光１０２およびＤＭＤオフ再帰光１０３の光路中における硝子または光学部品用プラスチックと空気層との界面を無くすことで、該界面における反射損失に起因する光利用効率の低下を防ぐことができる。
【００３８】
第３の実施形態
図７は本発明の第３の実施形態である映像投影装置の光学系概略図である。本図においても図１に示す第１の実施形態および図６に示す第２の実施形態と同じ構成要素には同じ番号を付している。
本実施形態は、図１に示した第１の実施形態とほぼ同一の光学系構成になっているが、第２のＴＩＲプリズム５とＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０の間にカラーフィルタ２１を配置している点で第１の実施形態とは異なっている。
このカラーフィルタ２１は、その透過率に所定の波長依存特性を有するフィルタ(波長フィルタ)である。このようなカラーフィルタ２１を例えば図中に示すようにＤＭＤオフ光１０２の光路中に配置することにより、ＤＭＤオフ再帰光１０３の色相を照明光１００の色相に対して変化させることができる。その結果、観測者に対して視認性が異なる２種類の有効投影光を同時に投影面２０上に照射することができる。
【００３９】
例えば前記照明光１００が白色光で、したがってＤＭＤオン光１０１も白色光である場合、カラーフィルタ２１として青色に相当する波長光に対して透過率を所定量下げたフィルタを設置すると、ＤＭＤリサイクル光１０４を観測者にとってより視認性の高い略黄色の光にすることができる。
【００４０】
なお、上記のように第２のＴＩＲプリズム５とＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０の間にカラーフィルタ２１を配置する代わりに、ＤＭＤオフ光１０２が透過する第２のＴＩＲプリズム５の側壁面５３上に所定の光学多層薄膜を設け、前記カラーフィルタ２１と同様の透過率波長依存特性を持たせてもよい。
【００４１】
さらに、ＤＭＤを映像表示デバイスとして用いたカラー映像投影装置では、一般的に照明光源として赤色、緑色、青色の３原色の光源を搭載し、これらを所定の時間間隔で順次点灯させつつ、ＤＭＤ反射面内に配置された各マイクロミラーのオン状態（ＤＭＤオン光１０１が発生）とオフ状態の時間幅をコントロールし１画素ごとに観測者が視認する有効投影光（ＤＭＤオン光１０１）の色相を制御することで、所定のフルカラー映像を表示している。そこでその原理を応用し、前記ＤＭＤリサイクル光１０４に関しても、前記第２領域４２内に配置されたマイクロミラーのオフ状態（ＤＭＤリサイクル光１０４が発生）とオン状態の時間幅を独自にコントロールすることによって、ＤＭＤオン光１０１とは異なる色相の有効投影光（ＤＭＤリサイクル光１０４）を投影面に照射させることができる。
【００４２】
第４の実施形態
本実施形態においては、ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０を適切に光学設計することにより、最初にＤＭＤ４の反射面４０上に照射される照明光１００の収束または発散状態と、前記反射面４０内の第２領域４２に再照射されるＤＭＤオフ再帰光１０３の収束または発散状態を互いに異ならせることができる。その結果、投射レンズ７から投影面に向けて照射される有効投影光のうち、前記反射面４０内の第１領域４１を発したＤＭＤオン光１０１の光束と第２領域４２を発した前記ＤＭＤリサイクル光１０４との収束あるいは発散状態を互いに異ならせることができる。
【００４３】
さらに云うならば、例えば図８に示す第４の実施形態のように、ＤＭＤ４の反射面４０中にある前記第２領域４２の直前、すなわち図１、図６および図７の実施形態における前記反射面４０と第１のＴＩＲプリズム３の側壁面３３（図９では図を見易くするために図示せず）の間の光路中に、前記第２領域４２と略一致した形状、寸法の開口を有する球面あるいは非球面のレンズ７０を配置することにより、前記ＤＭＤリサイクル光１０４の光軸方向（図のＹ軸方向）に関する結像位置を任意に変えることができる。その結果、前記ＤＭＤオン光１０１の最適結像位置に配置された投影面２０上において前記ＤＭＤリサイクル光１０４を任意にデフォーカスさせ、投影面２０上における輝度増大領域を任意に拡大、縮小することができる。
【００４４】
なお図８に示す実施形態では、前記レンズ７０として発散レンズ（凹レンズ）を配置した例を示したが、勿論これに限定されるものではなく、所定の収束レンズ（凸レンズ）を配置しても一向に構わない。
【００４５】
第５の実施形態
前記した各実施形態では、映像表示モードまたは完全オフモードにおいて、前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーをオフ状態に統一する制御ロジックによりＤＭＤオフ光を効率的にリサイクルする例を示したが、別の一実施形態として、全てのマイクロミラーをオフ状態に統一するではなく、少なくとも一部のマイクロミラーをオン状態にして用いる形態も可能である。本実施形態においては、前記オン状態のマイクロミラーからは、前記照明光１００から直接得られるＤＭＤオン光１０１を有効投影光として投影面２０に照射させることができ、逆にオフ状態のマイクロミラーからは、上記で説明したように、ＤＭＤオフ再帰光１０３から得られるＤＭＤリサイクル光１０４を有効投影光として投影面２０に照射させることができる。
【００４６】
一般に映像表示モードにおいては、ＤＭＤオフ光１０２を発するオフ状態のマイクロミラーの数は随時変化するため、ＤＭＤオフ光１０２さらには該ＤＭＤオフ光１０２から得られるＤＭＤ再帰光１０３の光量も随時変化する。そこで前記第２領域４２内に配置された各マイクロミラーの中で、オン状態にして照明光１００から直接有効投影光（ＤＭＤオン光１０１）を得るマイクロミラーの数およびその分布（設置位置）と、逆にオフ状態にしてＤＭＤ再帰光１０３から有効投影光（ＤＭＤリサイクル光１０４）を得るマイクロミラーの数および分布（設置位置）を適宜制御するような所定の制御ロジックを用いることで、所定の投影面上に投影照射される有効投影光量（ＤＭＤオン光１０１の光量とＤＭＤリサイクル光の光量の総和）を逐次最大化し、投影映像の明るさ（輝度）を常に最適な状態に保つことができる。
【００４７】
第６の実施形態
前記した各実施形態では、前記第１領域４１および第２領域４２の両方すなわち前記ＤＭＤ４の反射面４０全面を照明光１００で照明する例を示したが、もちろん本発明はこれに限定されるものではない。別の一実施形態として、例えば照明光１００を前記第１領域４１にのみ集中的に照射する形態も可能である。本実施形態においては、前記第１領域４１で生じたＤＭＤオフ光１０２からのみ生成されたＤＭＤオフ再帰光１０３が前記第２領域４２に再照射されることになる。（一方、前記各実施形態では、前記第２領域４２自体で生じたＤＭＤオフ光からも前記ＤＭＤオフ再帰光が生成される。）
本実施形態では、前記第１領域４１に加え前記第２領域４２においても、所定の映像表示信号に基づいて生成された制御信号により該第２領域４２内に配置された各マイクロミラーのオフ状態もしくはオン状態を選択的に切り替えることで、前記第１領域４１で表示される映像とは独立した映像を表示させることができる。ただし該第２領域４２では、前記第１領域４１での映像表示形態とは逆に、オフ状態のマイクロミラーから投影面に照射される有効投影光が生成され、オン状態のマイクロミラーを反射した光は投影面に照射されない無効光となる。つまり映像表示信号とマイクロミラーのオン／オフ制御信号の関係が前記第１の分割領域４１でのそれと反転させる必要がある。
【００４８】
第７の実施形態
図９は本発明の第７の実施形態である映像投影装置の光学系概略図である。本図においても図１、図６、図７に示す各実施形態と同じ構成要素には同じ番号を付している。
本実施形態においては、前記第６の実施形態のように、照明光１００を前記第１領域４１にのみ集中的に照射させ、かつＤＭＤ４の反射面４０内にある第１領域４１に加え第２領域４２においても、所定の映像表示信号に基づいて生成された制御信号により該第２領域４２内に配置された各マイクロミラーのオフ状態もしくはオン状態を選択的に切り替えることで、前記第１領域４１で表示される映像とは独立した映像を表示させる機能を備えた場合、図９に示す実施形態のように、ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０に代えて、前記第２領域４２のみを集中的に照明する照明光１１０を生成する光源１１および照明光学系１２を配置している。
【００４９】
このように、前記第１領域４１のみを集中的に照明する照明光１００と記第２領域４２のみを集中的に照明する照明光１１０をそれぞれ独立した光源および照明光学系で生成することで、映像表示デバイスとして単一のＤＭＤや投射レンズを用いつつも、色相や収束あるいは発散状態が互いに異なる２種類の有効投影光を投影面に照射させることができる。
【００５０】
以上実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施構成の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
３…第１のＴＩＲプリズム
４…ＤＭＤ
５…第２のＴＩＲプリズム
６…光路長補正用プリズム
７…投射レンズ
１０…ＤＭＤオフ光リサイクル光学系
２０…投影面
４０…ＤＭＤ反射面
４５…マイクロミラー
１００…照明光
１０１…ＤＭＤオン光
１０２…ＤＭＤオフ光
１０３…ＤＭＤオフ再帰光
１０４…ＤＭＤオフリサイクル光
【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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【図８】
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【図９】
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