(57)【要約】  マイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイを利用した投射型表示装置は、基板と、複数のマイクロミラーアレイと、複数のマイクロレンズアレイとを含む。基板は、光源から所定の距離離れて配置される。複数のマイクロミラーアレイは、入射光に対して所定の入射角とするために集光するため基板上に配置される。複数のマイクロレンズアレイは、マイクロミラーアレイに対応して構成されている。さらに詳細には、第１のマイクロレンズアレイは、光源と基板との間の所定の領域に配置され、複数のマイクロレンズを含む。第２のマイクロレンズアレイは、マイクロミラーから照射された反射光の光路に配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイを利用した投射型表示装置であって、
入射光を所定の角度で反射させ反射光として照射する１つ以上のマイクロミラーを含むマイクロミラーアレイと、
前記マイクロミラーアレイの各マイクロミラーにそれぞれ対応して、前記入射光を当該マイクロミラーの反射面に集光する１つ以上の第１のマイクロレンズを含む第１のマイクロレンズアレイと、
前記マイクロミラーアレイの各マイクロミラーにそれぞれ対応して、前記マイクロミラーから照射された前記反射光を屈折させ平行光にする１つ以上の第２のマイクロレンズを含む第２のマイクロレンズアレイと、
を有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記マイクロミラーが、１つのピクセル映像を表示するための入射光を反射光として反射する請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記第１のマイクロレンズが、前記入射光が前記マイクロミラーの反射面上の１点に集光するように配置される請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記第１および第２のマイクロレンズアレイが、前記マイクロミラーアレイに対して同じ焦点距離を有する請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記第１および第２のマイクロレンズアレイが、前記マイクロミラーアレイに対して同じ焦点距離を有する請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記第１および第２のマイクロレンズアレイが、前記マイクロミラーアレイに対して同じ焦点距離を有する請求項３に記載の投射型表示装置。
【請求項７】
前記マイクロミラーアレイから照射された前記反射光を、その左右を反転させ、前記第２のマイクロレンズアレイに当てる第３のマイクロレンズアレイを有する請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項８】
前記第３のマイクロレンズアレイが、前記第２のマイクロレンズアレイとの距離の２分の１の地点に焦点が置かれるように配置される請求項５に記載の投射型表示装置。
【請求項９】
前記入射光を前記第１のマイクロレンズアレイに投射する入射レンズを有する請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項１０】
前記第２のマイクロレンズアレイに投射された反射光をスクリーンに照射する投射レンズを有する請求項１に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロミラーアレイを利用した投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１はマイクロミラーアレイを利用する従来型投射型表示装置を示している。
【０００３】
従来型の投射型表示装置は、図１に示すように、入射光2を通す入射レンズ1と、入射光2を所定の角度で反射させるマイクロミラーアレイ3と、マイクロミラーアレイ3から反射された反射光5をスクリーンに投射する投射レンズ6と、を有する。
【０００４】
マイクロミラーアレイ3は、基板上に設けられ、入射レンズ1を通った入射光2を反射させ、投射レンズ6を通じてスクリーンに映像を表示する。マイクロミラーアレイ3を成すマイクロミラーはそれぞれピクセル（画素）に対応する。マイクロミラーの駆動角度を調節すると、対応する入射光2の反射角度が変わり、それにより、反射光5の方向が変わる。
【０００５】
しかしながら、マイクロミラーアレイ3を成す各々のマイクロミラーが所定の駆動角度で配された場合、前記マイクロミラー同士に生じる間隔9を通る入射光2は反射されず、失われてしまう。したがって、前記間隔9に該当する部分はスクリーンに暗く映される。また、マイクロミラーの縁部で生ずる光の散乱現象も光の損失をもたらす。このような光の損失は、スクリーンに表示される映像のコントラスト比を低下させる要因となる。その結果、スクリーン上にピクセル間の網状の影が（即ち、暗い領域）が表示されてしまい、ハイクオリティーの柔軟な画像が実現し難くなる。
【０００６】
さらに、マイクロミラーアレイを利用した投射型表示装置においては、表示画面が大きくなるにつれ消費電力が増大するといった問題がある。したがって、消費電力を節約するためには、光利用効率を改善しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記問題点を解決するために、本発明の目的は、マイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイを用いて、光利用效率及び画面の充実度を高めた投射型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、入射光を所定の角度で反射させ反射光として照射する１つ以上のマイクロミラーを含むマイクロミラーアレイと、前記マイクロミラーアレイの各マイクロミラーにそれぞれ対応して、前記入射光を当該マイクロミラーの反射面に集光する１つ以上の第１のマイクロレンズを含む第１のマイクロレンズアレイと、前記マイクロミラーアレイの各マイクロミラーにそれぞれ対応して、前記マイクロミラーから照射された反射光を屈折させ平行光にする１つ以上の第２のマイクロレンズを含む第２のマイクロレンズアレイと、を有していることを特徴とするマイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイを利用した投射型表示装置を提供する。
【０００９】
ここで、前記マイクロミラーは、１つの（ピクセルの）映像を表示するための入射光を反射光として反射するものであっても良い。
【００１０】
前記第１のマイクロレンズは、前記入射光が前記マイクロミラーの反射面上の1点に集光するように配されていても良い。
【００１１】
また、前記第１および第２のマイクロレンズアレイは、前記マイクロミラーアレイに対して同じ焦点距離を有していても良い。
【００１２】
さらに、本発明に係る前記投射型表示装置は、前記マイクロミラーアレイから照射された前記反射光を、その左右を反転させ、前記第２のマイクロレンズアレイに当てる第３のマイクロレンズアレイを有していても良い。
【００１３】
ここで、前記第３のマイクロレンズアレイは、前記第２のマイクロレンズアレイとの距離の２分の１の地点に焦点が置かれるように配されていても良い。
【００１４】
そのほかに、本発明に係る前記投射型表示装置は、前記入射光を前記第１のマイクロレンズアレイに投射する入射レンズを有していても良く、前記第２のマイクロレンズアレイに投射された反射光をスクリーンに照射する投射レンズを有していても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るマイクロレンズアレイを利用した投射型表示装置は、入射される光をマイクロミラーにのみ到達させる。換言すれば、光がマイクロミラーアレイにおける複数のマイクロミラー同士の間隔に到達することを防ぐ。したがって、前記マイクロミラー同士の間隔により生ずる光の損失を最小限に抑えることができる。また、マイクロミラーアレイの縁部で生ずる光の散乱現象を抑え、それにより、投射型表示装置の消費電力を下げる効果を奏する。さらに、マイクロミラーアレイにより反射された光はマイクロレンズアレイにより並行光に変わって投射されるため、スクリーン上にピクセル間の網状の影（即ち、暗い領域）が表示されることなく、高コントラスト比を有した柔軟な画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図２は本発明に係る投射型表示装置を示したものである。本発明に係る投射型表示装置は、図２に示すように、第１の入射光20を通す入射レンズ10と、光を反射させるマイクロミラーアレイ30と、マイクロミラーアレイ30から反射された第１の反射光50をスクリーンに投射する投射レンズ60と、を有する。また、入射レンズ10を通った第１の入射光20の光の経路に介在し、第１の入射光20をマイクロミラーアレイ30のマイクロミラー毎に集光された第２の入射光21に変換させる第１のマイクロレンズアレイ70を含む。さらに、マイクロミラーアレイ30から反射された第２の反射光51の光の経路に介在し、第２の反射光51を、投射レンズ60に到達する平行光である第１の反射光50に変換させる第２のマイクロレンズアレイ80を含む。
【００１７】
マイクロミラーアレイ30は、基板上に設けられ、ピクセルと１対１で対応する複数のマイクロミラー31を含む。マイクロミラーアレイ30を成すマイクロミラー31の駆動角度を調節することで反射角度を調節することができる。つまり、各マイクロミラー31の駆動角度を調節することで、1つのマイクロミラー31が１つのピクセルを構成する光を反射させたり、あるいは、遮断させたりする時間を調節することができ、それにより、映像を表示することができる。
【００１８】
第１のマイクロレンズアレイ70は、マイクロミラーアレイ30における複数のマイクロミラー31にそれぞれ対応する複数の第１のマイクロレンズ71を含み、入射レンズ10を通った第１の入射光20がマイクロミラーアレイ30における各々のマイクロミラー31に対応するように集光する。
【００１９】
第２のマイクロレンズアレイ80は、マイクロミラーアレイ30における複数のマイクロミラー31にそれぞれ対応する複数の第２のマイクロレンズ81を含み、当該マイクロミラー31から反射された第２の反射光51を屈折させ平行光にし、投射レンズ60を通す。
【００２０】
図３は本発明に係る投射型表示装置における光の経路を示したもので、第１のマイクロレンズアレイ70、および、第２のマイクロレンズアレイ80に含まれた１対のマイクロレンズ71,81と、マイクロミラーアレイ30上のマイクロミラー31との組み合わせにおける光の経路を示したものである。
【００２１】
第１のマイクロレンズ71は第１の入射光20を集光・屈折させ第２の入射光21にした後、マイクロミラー31の反射面に第２の入射光21を照射する。したがって、マイクロミラー31の縁部に入る入射光の量を最小限に抑えることができ、それにより、第２の入射光21が、隣接しているマイクロミラー31同士の間隔を通ることはない。マイクロミラー31から反射された第２の反射光51は、第２のマイクロレンズ81により屈折され、並行光である第１の反射光50となり、投射レンズ60を通る。
【００２２】
図４は、本発明の第１の実施例に係るマイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイとの組み合わせにおける光の経路を示したもので、入射光をマイクロミラー31の１点に集光する場合を示したものである。
【００２３】
この第１の実施例によれば、第１の入射光20を集光する第１のマイクロレンズアレイ70と、第２の反射光51を屈折させ平行光にする第２のマイクロレンズアレイ80とは光の経路を妨げないように互いに離間して設けられている。
【００２４】
第１の入射光20は第１のマイクロレンズアレイ70により第２の入射光に集光され、マイクロミラーアレイ30のマイクロミラー31の１点に入る。マイクロミラーアレイ30から反射された第２の反射光51は第２のマイクロレンズアレイ80により屈折され、平行光である第１の反射光50となる。よって、マイクロミラーアレイ30に対して、第１の入射光20を集光する第１のマイクロレンズアレイ70と、第２の反射光51を屈折させる第２のマイクロレンズアレイ80とが１対として構成され、それにより、それぞれアレイを構成する第１のマイクロレンズ71、マイクロミラー31、第２のマイクロレンズ81は互いに対応して光の経路を具現する。
【００２５】
図５は、本発明の第２の実施例に係るマイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイとの組み合わせにおける光の経路を示したもので、入射光をマイクロミラー31の所定面に集光する場合を示したものである。
【００２６】
この第２の実施例によれば、第１のマイクロレンズアレイ70は、この第１のマイクロレンズアレイ70により形成された焦点距離がマイクロミラーアレイ30までの距離より長くなるように配されている。したがって、第１のマイクロレンズアレイ70を通過した第２の入射光21がマイクロミラーアレイ30のマイクロミラー31上の所定面に入る。前述の通り、第１のマイクロレンズアレイ70とマイクロミラーアレイ30との距離を調節することで、マイクロミラーアレイ30に入る第２の入射光21を点または面の形態で集光することができる。すなわち、第２の入射光21を集光するにあたって、その形態または位置は、マイクロミラーアレイ30のマイクロミラー31以外の領域、または、散乱が生ずるマイクロミラー31の外郭領域に照射されることを除けば、マイクロミラー31の反射領域に任意の形態で照射され得る。
【００２７】
図６は、本発明の第３の実施例に係るマイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイ30との組み合わせにおける光の経路を示したもので、第２のマイクロレンズアレイ80を通過した第１の反射光50同士が互いに重なる領域52が生じるようにそれらを配置した場合を示したものである。
【００２８】
この第３の実施例によれば、第２のマイクロレンズアレイ80とマイクロミラーアレイ30との距離を調節するか、または、第２のマイクロレンズアレイ80の屈折率を調節することで、第２のマイクロレンズアレイ80を通過した第1の反射光50同士が重なる領域52を設ける。
【００２９】
したがって、マイクロミラーアレイ30におけるマイクロミラー31同士の間隙がスクリーン上に暗い領域として表示される現象を著しく改善することができる。
【００３０】
図７は、本発明の第４の実施例に係るマイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイとの組み合わせにおける光の経路を示したもので、様々な色や形を表示する映像が１つのマイクロミラー31に入射された場合に、映像の反転を防止するための構成を示したものである。
【００３１】
この第４の実施例によれば、第２のマイクロレンズアレイ80に入る第２の反射光51の光の経路上に焦点距離が短い第３のレンズアレイ90を設け、該第３のレンズアレイ90によって反転された第２の反射光51が、第２のマイクロレンズアレイ80を通って平行光として投影されるようにする。
【００３２】
第１の入射光20は、第１のマイクロレンズアレイ70により第２の入射光21に集光され、マイクロミラーアレイ30により反射されるが、ここで反射された第２の反射光51は第１の入射光20とは左右が反転された状態である。入射光20,21を供給する光源(図示しない)が、様々な色や形を有する映像を走査する場合、1つのピクセルに該当する入射光20,21も同様に所定の色や形を有し得る。そのような入射光20,21をマイクロミラーアレイ30のマイクロミラー31で反射させると、その左右が反転された（ピクセルの）映像が表示される。
【００３３】
ここで、本発明の第４の実施例によれば、マイクロミラーアレイ30により反射され、その左右が反転された第２の反射光51を、第３のマイクロレンズアレイ90を通すことで、その左右を再び反転させ、もとの形態に戻した後、平行光を投影する第２のマイクロレンズアレイ80を通す。前述した方法により映像の反転を 防止 する。
【００３４】
したがって、第３のマイクロレンズアレイ90と第２のマイクロレンズアレイ80は、 第３のマイクロレンズアレイ90と第２のマイクロレンズアレイ80間の距離の略２分の１の地点に第３のマイクロレンズアレイ90の焦点が置かれるように配されるのが好ましい。したがって、マイクロミラーアレイ30により反射された第２の反射光51は、第３のマイクロレンズアレイ90を通ってその左右が反転された後、第２のマイクロレンズアレイ80に入る。その結果、最初の光源（図示しない）から供給された入射光20,21と同じ色や 形 を有する（ピクセルの）映像を表示することができる。
【００３５】
前述の通り、１つのピクセルに該当する入射光20,21の特性によって、本発明の第１〜４の実施例に係るマイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイ30との組み合わせを適切に選択し、それを適用することで、光利用效率に優れたハイクオリティーの映像を表示することができる。たとえば、１つのピクセルに該当する映像が様々な色や形を表示するのである場合、反射光の左右を反転させる第３のマイクロレンズアレイ90を具備した本発明の第４の実施例に係る投射型表示装置を使用することが好ましい。しかし、１つのピクセルに該当する映像が単色を有し、そして、その左右が反転されたとしても最終的に表示される映像には影響を及ぼさないような場合には、前記第１〜４の実施例に係るマイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイとの組み合わせのうちどれを使用しても良い。
【００３６】
図８は本発明に係るマイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイとの組み合わせを３次元的に表した斜視図である。
【００３７】
図８に示したように、マイクロミラーアレイ30の各々のマイクロミラー31に対応する複数の第１のマイクロレンズ71を含む第１のマイクロレンズアレイ70と、各々のマイクロミラー31に対応する複数の第２のマイクロレンズ81を含む第２のマイクロレンズアレイ80とは、マイクロミラーアレイ30の駆動角度によって、光の経路が互いに重ならないように配置される。
【００３８】
したがって、第１の入射光20は第１のマイクロレンズアレイ70をなす各々の第１のマイクロレンズ71を通って第２の入射光21として集光され、当該マイクロミラー31に照射される。マイクロミラーアレイ30の各マイクロミラー31から反射された第２の反射光51は、それに対応する第２のマイクロレンズ81に入り、平行光である第1の反射光50に変換される。
【００３９】
前述したマイクロミラーアレイとマイクロレンズアレイとの組み合わせにおいて、第１のマイクロレンズアレイ70の前方、第２のマイクロレンズアレイ80の後方には、投射型表示装置を成す任意の構成要素（たとえば、カラーフィルターまたはスクリーンなどを設けることができる。
【００４０】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。本明細書に記載された内容に基づいて、当業者が上記好ましい実施例を変更して実施するか、または、それを応用することができることは明らかである。そのような変更または応用はもっぱら特許請求の範囲により定められる本発明の権利範囲に含まれるものと解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】マイクロミラーアレイを利用する従来の投射型表示装置を示す図。
【図２】本発明に係る投射型表示装置を示す図。
【図３】本発明に係る投射型表示装置における光の経路を示す図。
【図４】本発明の第１の実施例に係るマイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイとの組み合わせにおける光の経路を示す図。
【図５】本発明の第２の実施例に係るマイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイとの組み合わせにおける光の経路を示す図。
【図６】本発明の第３の実施例に係るマイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイとの組み合わせにおける光の経路を示す図。
【図７】本発明の第４の実施例に係るマイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイとの組み合わせにおける光の経路を示す図。
【図８】本発明に係るマイクロレンズアレイとマイクロミラーアレイとの組み合わせを３次元的に表した斜視図。
【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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【国際調査報告】
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