(57)【要約】【課題】大型化を防止しつつ投写位置が可変である投写型表示装置を提供する。【解決手段】投写型表示装置１００は、光源１０５と、光源１０５からの光を任意の方向に反射する複数の可動ミラー１２１を含む光変調素子１２０と、光変調素子１２０からの光をライトバルブ３０２に向けて反射する固定ミラー１０７と、固定ミラー１０７からの光を映像信号に応じた光学像に変調するライトバルブ３０２と、ライトバルブ３０２からの光を拡大投写する投写レンズ１０１とを備えている。【選択図】図１
2008015113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を任意の方向に反射する少なくとも１つの可動ミラーを含む光変調素子と、
前記光変調素子からの光を前記ライトバルブに向けて反射する固定ミラーと、
前記固定ミラーからの光を映像信号に応じた光学像に変調するライトバルブと、
前記ライトバルブからの光を拡大投写する投写光学系と、
を備えた投写型表示装置。
【請求項２】
前記光源は、出射する光を前記光変調素子の反射面上の略一点に集光し、
前記固定ミラーは、前記光変調素子からの光を略一点に集光する、
請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記固定ミラーは、前記固定ミラーで反射された光の集光点と前記光源からの光の集光点とを２つの焦点とする楕円反射体である、
請求項２に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記ライトバルブは、前記投写光学系の光軸に直交する方向に移動可能である、
請求項１から３のいずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記投写光学系から光を投写され、前記投写光学系の光軸に垂直な方向に移動可能であるスクリーンをさらに備えた、
請求項１から４のいずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項６】
前記可動ミラーの角度と高さとは、任意の値に可変である、
請求項１から５のいずれかに記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型表示装置、特に液晶パネルや電気信号により動作する複数のミラーを搭載する半導体デバイスなどのライトバルブを用いた投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投写型表示装置は画面の大型化が容易であるため、プレゼンテーションやホームシアターなどに用いられている。この種の投写型表示装置は、主に、光源と、光源からの光を均一化するための照明光学系と、照明光学系からの光を映像信号に応じた光学像に変調する液晶パネルなどのライトバルブと、ライトバルブにより形成された光学像を拡大投写する投写レンズと、投写レンズからの光が投写されるスクリーンとから構成されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平３−１１１８０６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような投写型表示装置として、光学エンジンとスクリーンとの配置の自由度を高めるために、ライトバルブに対して投写レンズの光軸を平行移動させることにより、投写レンズからの投写位置を可変としているものが知られている。例えば、図５に示すように、ライトバルブ３０２、投写レンズ３０１およびスクリーン１０６が、投写レンズ３０１の光軸に直交する方向に相対移動可能となっている。
このように投写位置を可変とするためには、以下の条件が必要となる。
（１）投写レンズが比較的大きい投写可能有効領域（イメージサークル）をもっている。
（２）ライトバルブから見て投写レンズを光軸に対して直交する方向に動かしても投写レンズの入射瞳の位置が動かない、すなわち投写レンズの入射瞳の位置がライトバルブから無限遠にあり、ライトバルブ側の投写レンズのテレセントリック性が十分低い。
一方で、投写型表示装置のライトバルブとしては透過型および反射型がある。透過型ライトバルブは各素子を駆動するための配線が光路をさえぎるため、実際のライトバルブの面積に対して光学的に有効な面積（パネル開口率）は小さくなる。反射型ライトバルブは配線がパネル有効領域の下側を通すことができるので、実際のライトバルブの面積に対して光学的に有効な面積（パネル開口率）は大きい。したがって、反射型ライトバルブを採用する方が光利用効率の点から考えて好ましい。
【０００４】
反射型ライトバルブは照明光も投写レンズに向かう投写光もライトバルブに対して一方向であるため、照明光と投写光とを分離する必要がある。分離する手段としてライトバルブに対して斜めから照明する方法とプリズムを用いる方法とがある。
ライトバルブに対して斜めから照明する場合、例えば図６に示すように、ライトバルブ３０２の斜め前方から照明光３０７が入射し、ライトバルブ３０２により反射され、ライトバルブ３０２の反射光は投写レンズ３０１に入射する。この場合、プリズムが必要でなく、投写レンズ３０１も比較的小型に構成でき、コントラストの高い映像が得られるので、望ましい方法である。
しかしながら、斜めから照明する方法を採用すると、投写レンズ３０１の入射瞳が投写レンズのライトバルブ３０２側の最終レンズ面近傍に配置されるため、ライトバルブ３０２に対して投写レンズ３０１のテレセントリック性が十分に低くならない。そのため、上記の条件（２）を満たさず、ライトバルブに対して投写レンズの位置は固定する必要があり、この結果、スクリーン投写位置を可変とすることはできない。
また、プリズムを用いた場合、例えば図７に示すように、ライトバルブ３０２と投写レンズ３０１との間にプリズム３０８が配置されている。プリズム３０８の側方から入射した照明光３０７は、プリズム３０８によりライトバルブ３０２へ反射され、ライトバルブ３０２からの反射光がプリズム３０８を透過して投写レンズ３０１に入射する。この場合、スクリーン投写位置を可変とすることはできても、ライトバルブ３０２と投写レンズ３０１との間にプリズム３０８を配置するため、斜めから照明する方法よりも光学エンジンが大型化してしまう。
【０００５】
本発明の課題は、大型化を防止しつつ投写位置が可変である投写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】
【０００６】
第１の発明に係る投写型表示装置は、光源と、光源からの光を任意の方向に反射する少なくとも１つの可動ミラーを含む光変調素子と、光変調素子からの光をライトバルブに向けて反射する固定ミラーと、固定ミラーからの光を映像信号に応じた光学像に変調するライトバルブと、ライトバルブからの光を拡大投写する投写光学系とを備えている。
この投写型表示装置では、光源からの光が照明光学系を介してライトバルブに入射し、ライトバブルにより映像信号に応じた光学像に変調される。この光学像は投写光学系により拡大投写され映像が再現される。このとき、照明光学系が複数の可動ミラーを含む光変調素子と、光変調素子からの光を反射する固定ミラーとを有しているため、可動ミラーにより固定ミラーで反射される光の光路を任意に調節することができる。このため、例えば投写位置を可変とした場合であっても、ライトバルブを移動させて、ライトバルブの動作に応じて光変調素子により光路を変化させることで、投写位置を可変とすることができる。
それに加えて、この投写型表示装置では、ライトバルブの動作に照明光の光路を追従させることができるため、固定ミラーからの光をライトバルブに対して斜め方向から入射させることができる。すなわち、従来のようにライトバルブと投写光学系との間にプリズムを配置する必要がない。
【０００７】
以上より、この投写型表示装置では、大型化を防止しつつ投写位置を可変とすることができる。
第２の発明に係る投写型表示装置は、第１の発明の装置において、光源は出射する光を光変調素子の反射面上の略一点に集光し、固定ミラーは光変調素子からの光を略一点に集光する。
第３の発明に係る投写型表示装置は、第２の発明の装置において、固定ミラーは固定ミラーで反射された光の集光点と光源からの光の集光点とを２つの焦点とする楕円反射体である。
第４の発明に係る投写型表示装置は、第１から第３の発明のいずれかの装置において、ライトバルブは投写光学系の光軸に直交する方向に移動可能である。
第５の発明に係る投写型表示装置は、第１から第４の発明のいずれかの装置において、投写光学系から光を投写され、投写光学系の光軸に垂直な方向に移動可能であるスクリーンをさらに備えている。
第６の発明に係る投写型表示装置は、第１から第５の発明のいずれかの装置において、可動ミラーの角度と高さとは任意の値に可変である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る投写型表示装置では、照明光学系が光変調素子および固定ミラーを有しているため、大型化を防止しつつ投写位置を可変とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
〔１〕全体構成
図１に本発明の第１実施形態としての投写型表示装置１００の概略構成図の一例を示す。なお、ここでは単板式（カラーフィルタ方式）の投写型表示装置を例に説明する。
この投写型表示装置１００は、主に、光源１０５と、光源１０５からの光を照明光に変調する照明光学系１０４と、照明光学系１０４からの光を映像信号に応じた光学像に変調するライトバルブとしての表示パネル１０２と、表示パネル１０２からの光を拡大投写する投写光学系としての投写レンズ１０１と、投写レンズ１０１からの光が投写されるスクリーン１０６とから構成されている。
光源１０５は、電圧の印可により発光するランプ１１５と、ランプ１１５からの光を集光するリフレクタ１１６とから構成されている。リフレクタ１１６は、２つの焦点を有する楕円反射体であり、一方の焦点にランプ１１５が配置されており、他方の焦点の近傍には光変調素子１２０の反射面が配置されている。すなわち、ランプ１１５からの光はリフレクタ１１６により光変調素子１２０の反射面近傍の点に集光する。ランプ１１５としては、例えば超高圧水銀ランプなどが挙げられる。
【００１０】
この投写型表示装置１００はスクリーン１０６への投写位置が可変である。具体的には、表示パネル１０２およびスクリーン１０６は図示しない駆動機構を有しており、投写レンズ１０１の光軸に直交する方向に移動可能に配置されている。移動する表示パネル１０２に照明光を追従させるために、照明光学系１０４は、光源１０５からの光を任意の方向に反射可能な光変調素子１２０と、光変調素子１２０からの光を表示パネル１０２に向けて反射する固定ミラー１０７とを有している。光変調素子１２０および固定ミラー１０７の構成については後述する。
表示パネル１０２は、照明光学系１０４からの光を映像信号に応じた光学像に変調するための素子であり、例えば反射型液晶パネルや電気信号により動作する複数のミラーを搭載する半導体デバイスなどが挙げられる。投写レンズ１０１は、表示パネル１０２により形成された光学像をスクリーン１０６に拡大投写する。
なお、スクリーン１０６の位置が可変である必要はなく、投写位置が可変であればよい。
〔２〕光変調素子１２０について
ここで図２および図３を用いて、光変調素子１２０について説明する。図２に光変調素子１２０の平面概略図、図３に光変調素子１２０を構成する可動ミラー１２１の動作説明図を示す。
【００１１】
図２に示すように、光変調素子１２０は、マトリックス状に配置された複数の可動ミラー１２１と、可動ミラー１２１を支持および駆動する機構を含む基板１２２とから構成されている。可動ミラー１２１は、微小な矩形の平面ミラーから構成されており、例えば表示パネル１０２の画素数と同じだけ設けられている。なお、可動ミラー１２１の数量は図２に示されたものに限られず、１つの可動ミラーから構成されていてもよい。
図３に示すように、個々の可動ミラー１２１は、所定の範囲内で基板１２２に対する角度および高さを任意の値に調節可能である。光源１０５からの光が固定ミラー１０７の反射面のいずれの領域へも入射可能なように、可動ミラー１２１の角度および高さの可動範囲は決定されている。
以上の構成により、この光変調素子１２０は、任意に全体の反射面形状を変化させることができ、固定ミラー１０７に入射する光の光路を調節することができる。
なお、光変調素子１２０などの変調光学系については、例えば特許第３６５７２５９号などに記載されているものが考えられる。このため、ここでは可動ミラー１２１や基板１２２などの詳細な説明については省略する。
〔３〕固定ミラーについて
図１を用いて、固定ミラー１０７について説明する。図１に示すように、固定ミラー１０７は、２つの焦点Ａ，Ｂを有する楕円反射体であり、反射面が仮想楕円体１０９の一部を構成している。焦点Ｂは、光源１０５からの光が集光する点であり、光変調素子１２０の複数の可動ミラー１２１の反射面上に位置している。焦点Ａは、固定ミラー１０７で反射した光が集光するであろう仮想点であり、実際に集光するのは表示パネル１０２で折り返された焦点Ｃとなる。すなわち、光源１０５からの光を焦点Ｂ上に集光させ、その光を光変調素子１２０の可動ミラー１２１により固定ミラー１０７の反射面のいずれかの領域へ入射させることで、固定ミラー１０７からの光が表示パネル１０２で反射して焦点Ｃに集光する。
【００１２】
このように、固定ミラー１０７は光変調素子１２０からの入射光の角度に関係なく焦点Ｂに集光した光を焦点Ｃに集光させる機能を有している。
〔４〕各駆動部について
図１に示すように、投写型表示装置１００は、光源１０５を駆動するランプ駆動部１５１と、光変調素子１２０の可動ミラー１２１を駆動する光変調素子駆動部１５２と、表示パネル１０２を駆動する表示パネル駆動部１５３と、各駆動部の動作の制御や演算を行うためのＣＰＵ１５４，ＲＯＭ１５５，ＲＡＭ１５６とをさらに備えている。
ランプ駆動部１５１は、ランプ１１５に接続されており、ランプ１１５に電圧を印可してランプ１１５を発光させる。光変調素子駆動部１５２は、光変調素子１２０の基板１２２に接続されており、可動ミラー１２１の支持部に電圧を印可して個々の可動ミラー１２１の角度や高さを別個に調節する。表示パネル駆動部１５３は、外部から順次送られてくる映像信号に応じて表示パネル１０２の各画素に電圧を印可し照明光学系１０４からの光を光学像に変調するとともに、図示しない駆動機構により表示パネル１０２を移動させる。この駆動機構には、例えばエンコーダなどの位置検出センサが内蔵されており、この位置検出センサからの位置情報が表示パネル駆動部１５３を介してＣＰＵ１５４などに出力可能となっている。また、表示パネル駆動部１５３は、例えば順次送られてくる映像信号を記憶するための表示メモリなどを有している。
【００１３】
ＣＰＵ１５４は、各駆動部１５１，１５２，１５３の動作を制御する回路、あるいは外部から取得した情報に基づいて演算を行う回路などを有しており、バス１５８を介してＲＯＭ１５５，ＲＡＭ１５６，各駆動部１５１，１５２，１５３に接続されている。バス１５８には、例えば映像信号を出力可能な映像出力機器１５７が接続されている。
〔５〕動作
投写型表示装置１００の動作について説明する。なお便宜上、図１の上側および下側を「上側」および「下側」と記載するが、これらは投写型表示装置１００の使用状態を限定するものではない。
まず、スクリーン１０６が下限位置Ｄ１に配置されている場合（あるいは投写レンズ１０１の投写位置が下限位置Ｄ１である場合）について説明する。図１に示すように、ランプ１１５で発生した光は、リフレクタ１１６により光変調素子１２０上の焦点Ｂ近傍に集光する。焦点Ｂ近傍に集光した光は、光変調素子１２０の可動ミラー１２１により固定ミラー１０７に向けて反射される。このとき、スクリーン１０６に投写位置を合わせるために、表示パネル１０２は上限位置Ｅ１に配置されている。このため、光変調素子１２０からの光が光路Ｌ１を通り、固定ミラー１０７からの光が光路Ｌ１’を通るように、光変調素子１２０の可動ミラー１２１の角度および高さが調節される。
【００１４】
具体的には、表示パネル駆動部１５３から出力された表示パネル１０２の位置情報がＲＡＭ１５６に格納される。一方、ＲＯＭ１５５には、表示パネル１０２の位置に対する個々の可動ミラー１２１の角度などの駆動データが予め格納されている。ＲＡＭ１５６に格納された位置情報に基づき、ＲＯＭ１５５に格納された駆動データがＣＰＵ１５４により選択され、選択された駆動データに基づいて光変調素子駆動部１５２により各可動ミラー１２１の角度および高さが調節される。これにより、光変調素子１２０からの反射光が光路Ｌ１を通り、固定ミラー１０７からの反射光が光路Ｌ１’を通る。
固定ミラー１０７からの光は、位置Ｅ１に配置された表示パネル１０２を照明し、投写レンズ１０１側に反射される。このとき、照明光は表示パネル１０２により映像信号に応じた光学像に変調され、この反射光は焦点Ｃに集光する。焦点Ｃに集光した光は、投写レンズ１０１によりスクリーン１０６に拡大投写され、スクリーン１０６上に映像が再現される。
また、スクリーン１０６が上限位置Ｄ２に配置されている場合（あるいは投写レンズ１０１の投写位置が上限位置Ｄ２である場合）、表示パネル１０２は、駆動機構により下側へ移動し、下限位置Ｅ２に配置されている。表示パネル１０２の位置情報に基づき、ＣＰＵ１５４により可動ミラー１２１の駆動データが選択され、選択された駆動データに基づき光変調素子駆動部１５２により各可動ミラー１２１の角度および高さが調節される。これにより、光変調素子１２０からの反射光が光路Ｌ２を通り、固定ミラー１０７からの反射光が光路Ｌ２’を通る。固定ミラー１０７からの光は、位置Ｅ２に配置された表示パネル１０２を照明し、投写レンズ１０１側に反射される。このとき、照明光は表示パネル１０２により映像信号に応じた光学像に変調され、この反射光は焦点Ｃに集光する。焦点Ｃに集光した光は、投写レンズ１０１によりスクリーン１０６に拡大投写され、スクリーン１０６上に映像が再現される。
【００１５】
〔６〕効果
以上に述べたように、この投写型表示装置１００では、照明光学系１０４が複数の可動ミラー１２１を含む光変調素子１２０と、光変調素子１２０からの光を反射する固定ミラー１０７とを有しているため、表示パネル１０２からの反射光の集光点を焦点Ｃに保った状態で、表示パネル１０２への照明光の光路を任意に調節することができる。このため、表示パネル１０２の位置に応じて光変調素子１２０により固定ミラー１０７からの反射光の光路を変化させることができ、投写レンズ１０１からの投写位置を可変とすることができる。
それに加えて、この投写型表示装置１００では、固定ミラー１０７からの反射光を表示パネル１０２に対して斜め方向から入射させるため、表示パネル１０２と投写レンズ１０１との間にプリズムなどを配置する必要がない。
以上より、この投写型表示装置１００では大型化を防止しつつ投写位置を可変とすることができる。
＜第２実施形態＞
前述の第１実施形態に係る投写型表示装置１００は、ライトバルブとして反射型の表示パネル１０２を搭載しているが、透過型ライトバルブを採用してもよい。図４を用いて、本発明の第２実施形態としての投写型表示装置２００について説明する。図４に本発明の第２実施形態としての投写型表示装置２００の概略構成図の一例を示す。なお、第１実施形態と異なる構成を中心に説明することとし、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を用いる。
【００１６】
図４に示すように、第２実施形態に係る投写型表示装置２００は、主に、光源１０５と、光源１０５からの光を映像信号に応じて変調する照明光学系２０４と、照明光学系２０４からの光を映像信号に応じた光学像に変調する透過型の表示パネル２０２と、投写レンズ１０１と、スクリーン１０６とから構成されている。
表示パネル２０２としては、透過型液晶パネルなどが挙げられる。透過型の表示パネル２０２を搭載するため、投写レンズ１０１の配置が前述の第１実施形態と異なる。具体的には、投写レンズ１０１の入射面が焦点Ａの近傍に配置される。光源１０５からの光は、光変調素子１２０および固定ミラー１０７により、光路が可変であり、いずれの光路においても焦点Ａに集光する。
このように、この投写型表示装置２００では、表示パネル２０２の移動に照明光を追従させることができ、投写位置を可変とすることができる。
また、この投写型表示装置２００では、投写レンズ１０１の径（光軸と垂直な方向の大きさ）を小さくできるため、投写レンズ１０１の小型化を図ることができる。
＜その他の実施形態＞
本発明は上記の実施形態に限られず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更または修正が可能である。
【００１７】
例えば、投写型表示装置１００としては、前述の単板式のカラーフィルタ方式のものに限られず、例えば単板式の色順次方式（ロットレンズおよびカラーホイールを備えたもの）の投写型表示装置であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の投写型表示装置は、大型化を防止しつつ投写位置を可変とすることができるため、省スペースかつ投写位置が可変である投写型表示装置が必要とされる分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る投写型表示装置１００の概略構成図。
【図２】光変調素子１２０の平面概略図。
【図３】光変調素子１２０を構成する可動ミラー１２１の動作説明図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る投写型表示装置２００の概略構成図。
【図５】従来の投写型表示装置の構成の一例。
【図６】ライトバルブに対して斜めから照明する場合の概略構成図。
【図７】プリズムを用いた場合の概略構成図。
【符号の説明】
【００２０】
１００，２００，３００投写型表示装置
１０１  投写レンズ（投写光学系）
１０２，２０２  表示パネル（ライトバルブ）
１０４  照明光学系
１０５  光源
１０６  スクリーン
１０７  固定ミラー
１１１  レンズ群
１２０  光変調素子
１２１  可動ミラー
１２２  基板
Ａ，Ｂ  焦点
【図１】
2008015113.tif 000003
【図２】
2008015113.tif 000004
【図３】
2008015113.tif 000005
【図４】
2008015113.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008015113.tif 000008
【図７】
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