(57)【要約】【課題】デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）に照射する光を正確にＤＭＤの輪郭に制限することができる反射型プロジェクタを提供する。【解決手段】光源ランプの光をＤＭＤに照射する入射光学系のランプ側に、ＤＭＤのマイクロミラー・アレイの形状（４：３の長方形）を入射角（２０度）分だけ歪ませた開口部を有する照射絞りを設けた。この照射絞りとＤＭＤは、入射光学系において、互いに物面と像面の位置関係にある。これにより、開口部の形状が入射角だけ変形してＤＭＤ表面に結像し、この形状が正確なマイクロミラー・アレイの形状となる。【選択図】  図５
2004279843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影用の光源となる光源ランプと、
各画素に対応させた微小ミラーをマトリクス状に配列し、この微小ミラーを映像信号に応じて揺動させる映像再生素子と、
前記光源ランプの光を導いて、前記映像再生素子に特定方向から所定の入射角で入射させる入射光学系と、
前記映像再生素子が光源ランプの光を反射して再生した映像をスクリーンに投影する投影光学系と、
を備えた反射型プロジェクタであって、
前記光源ランプと前記入射光学系との間に、前記映像再生素子の輪郭形状を、前記特定方向へいくほど縮小し、前記特定方向と反対の方向いくほど拡大した形状の開口部を有する照射絞りを設けたことを特徴とする反射型プロジェクタ。
【請求項２】
前記映像再生素子および前記照射絞りは、互いに前記入射光学系の物面と像面に設置されている請求項１に記載の反射型プロジェクタ。
【請求項３】
前記照射絞りの開口部は、前記入射光学系の歪みを補償する形状にさらに変形されている請求項１または請求項２に記載の反射型プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、微小ミラーアレイで映像を再生するデバイスを用いた反射型プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ・ミラー・デバイス（ＤＭＤ）と呼ばれる反射型の映像再生素子が実用化されている（たとえば非特許文献１）。この映像再生素子を用いた反射型プロジェクタも実用化されているが、光源から照射される光を直接ＤＭＤに照射し、その反射光を直接スクリーンに投影するためには、光源光をＤＭＤに導く入射光学系、ＤＭＤが反射した光（映像）をスクリーンに投影する投影光学系のいずれか一方または両方の光軸をある程度の入射角／反射角でＤＭＤに対して設ける必要がある。一般的には、スクリーンに対向する投影光学系をＤＭＤの正面に設置し、ＤＭＤによる反射光（映像）がこの正面の投影光学系に入射するように所定の入射角で入射光学系を設置するようにしている（たとえば上掲非特許文献１または特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２８７０８１号公報
【０００４】
【非特許文献１】
“ＤＬＰ（ＴＭ）の技術と投影のしくみ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、日本テキサス・インスツルメンツ株式会社、［平成１５年３月３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉｊ．ｃｏ．ｊｐ／ｊｒｄ／ｄｌｐ／ｄｏｃｓ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／ｔｅｃｈｓｙｓｔｅｍ．ｈｔｍ＞
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＭＤは、ＰＧＡパッケージングされたＬＳＩであり、そのパッケージの上面にマイクロミラー・アレイの窓が設けられている。パッケージは光の反射を極力抑えた黒色の樹脂で形成されているが、それでも強い光が照射されると、その光の当たった部分が乱反射により薄明るく浮かび上がる。
【０００６】
このため、入射光学系は、マイクロミラー・アレイの周囲の不要なところに光があたらないように、ＤＭＤのマイクロミラー・アレイの形状に合せた（たとえば４：３の）長方形に照射する光の輪郭を規制するようにしている。
【０００７】
しかしながら、上記のように入射光学系は、ＤＭＤに対して所定の入射角で光を照射するため、光軸に垂直な平面に照射したときに長方形に規制された光であっても、上記所定の入射角で対向するＤＭＤに対しては歪んだ形で入射していた。
【０００８】
このため、ＤＭＤのマイクロミラー・アレイの周囲の不要な部分にも光が照射されてしまい、これがスクリーンに投影され、映像の周囲が薄明るく浮き上がってしまうという問題点があった。
【０００９】
この発明は、ＤＭＤに照射する光を正確にＤＭＤの輪郭に制限することができる反射型プロジェクタを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、投影用の光源となる光源ランプと、各画素に対応させた微小ミラーをマトリクス状に配列し、この微小ミラーを映像信号に応じて揺動させる映像再生素子と、前記光源ランプの光を導いて、前記映像再生素子に特定方向から所定の入射角で入射させる入射光学系と、前記映像再生素子が光源ランプの光を反射して再生した映像をスクリーンに投影する投影光学系と、を備えた反射型プロジェクタであって、
前記光源ランプと前記入射光学系との間に、前記映像再生素子の輪郭形状を、前記特定方向へいくほど縮小し、前記特定方向と反対の方向いくほど拡大した形状の開口部を有する照射絞りを設けたことを特徴とする。
また、この発明は、前記映像再生素子および前記照射絞りは、互いに前記入射光学系の物面と像面に設置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、この発明は、前記照射絞りの開口部を、前記入射光学系の歪みを補償する形状にさらに変形したことを特徴とする。
【００１２】
この発明では、前記映像再生素子の輪郭形状を映像再生素子に光を入射する方向である特定方向へいくほど縮小し、この特定方向と反対の方向いくほど拡大した形状の開口部を有する照射絞りを設けた。この縮小および拡大は、図４に示すような比率で行う。この形状の開口部で絞られた光は、映像再生素子を正確な映像再生素子の輪郭形状で照射する。これにより、この映像再生素子の外の部分に光が照射されることがなく、スクリーンに投影された映像の外側が薄明るく浮き上がることがない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施形態である反射型プロジェクタの概略構造図、図２（Ａ）は同反射型プロジェクタに用いられるデジタル・マイクロミラー・デバイス（商標：以下ＤＭＤ）の構造を説明する図、同図（Ｂ）はＤＭＤの１つのマイクロミラーの平面図、図３はＤＭＤの１つのマイクロミラーの揺動と光の反射の形態を説明する図である。
【００１４】
図１において、光源ランプ１の光は、リフレクタ２、カラーホイール４、ロッドレンズ５、照射絞り６、入射光学系であるリレーレンズ系７を介して、斜め４５°上方の方向から２０°の入射角でＤＭＤ９に入射している。ＤＭＤ９によって反射された光（映像）は、ＤＭＤ９に正対している投影レンズ系１０を介してスクリーン１１に映し出される。
【００１５】
リフレクタ２は、光源ランプ１の光を前方にビーム状に反射させる。ロッドレンズ５は、リフレクタ２によって反射された光を均一にして略ＤＭＤ９のマイクロミラーアレイ９ａ（図２参照）の形状である４：３の比率の長方形に絞り込む。照射絞り６は、ロッドレンズ５から出た光をマイクロミラーアレイ９ａの形状に合せて照射するようにさらに絞り込む。リレーレンズ系７は、照射絞り６によって絞られた光をＤＭＤ９のマイクロミラーアレイ９ａに照射する。
【００１６】
光源ランプ１とロッドレンズ５との間には、光源ランプ１の白色光を３原色の光に順次着色するカラーホイール４が設けられている。このカラーホイール４は、図示しないモータにより、ＤＭＤ９への映像信号の入力と同期して回転させられる。
【００１７】
また、ロッドレンズ５のリレーレンズ系７側の端面およびＤＭＤ９の上面は、リレーレンズ系７において互いに物面／像面の位置関係になっており、物面であるロッドレンズ５のリレーレンズ系７側の端面に前記照射絞り６が設置されている。
【００１８】
なお、リレーレンズ系７の光軸に対してＤＭＤ９は２０度傾いているが、照射マスク６の開口部がＤＭＤ９上にきれいな実像を結像させる必要はないため、リレーレンズ系７の光軸とＤＭＤ９の上面との交点が像点になっていればよい。
【００１９】
ＤＭＤ９は、１０２４×７６８（ＸＧＡ）などのアレイ状に配列されたマイクロミラーアレイを有するＬＳＩである。各マイクロミラーはＭＯＳトランジスタによって支持されており、このＭＯＳトランジスタのオン／オフによって＋１０°／−１０°の範囲で揺動する。ＤＭＤについては、＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉｊ．ｃｏ．ｊｐ／ｊｒｄ／ｄｌｐ／ｄｏｃｓ／＞に詳細が記載されている。ＤＭＤ９のパッケージ正面（上面）には、図２（Ａ）に示すように、マイクロミラーアレイ９ａが露出する窓９ｂが設けられている。
【００２０】
１画素を構成する１つのマイクロミラーは、図２（Ｂ）および図３に示すように正方形であり、正面から見て左上−右下の頂点を揺動端として（右上−左下の頂点を支点軸として）、１０°ずつ揺動するようになっている。このマイクロミラーを支持するＭＯＳトランジスタがオンすると左上端が低くなるように１０°揺動し、オフすると左上端が高くなるように１０°揺動する。
【００２１】
したがって、このＤＭＤ９に対して左上４５°の方向から２０°の入射角で光源ランプ１の光を入射させると、オンしているマイクロミラーの光は正面に反射して投影レンズ系１０に入射し、オフしているマイクロミラーの光は、４０°の角度で反射して投影レンズ系１０に入射しない。ＭＯＳトランジスタがオンして光をスクリーンに向けて反射するマイクロミラー（明るい画素）とＭＯＳトランジスタがオフして光をスクリーンに向けて反射しないマイクロミラー（暗い画素）の組み合わせで映像を再生することができる。また、各画素をデューティ比制御することによって階調を表現することができる。さらに、カラーホイール４によって着色された３原色のそれぞれの期間中にオンデューティを制御することにより、フルカラーを表示することができる。
【００２２】
ここで、上記のように入射光学系８はＤＭＤ９に対して、左上４５°の方向から２０°の入射角で光を入射させるため、ロッドレンズ５の端面形状が正確な４：３の長方形であったとしても、ＤＭＤ９上では斜めに歪んでしまい、そのとおりの形状で光を照射することができない。
【００２３】
この様子を図４に示す。図４において照射絞り６０の形状は正確な４：３の長方形であり、ＤＭＤ９の面が入射光学系８に対して正対（つまり入射角０）していれば、図において実線で示すような４：３の長方形の形状で光が照射される。しかし、入射光学系８はＤＭＤ９に対して左上４５°の方向から２０°の入射角で光を入射するため、照射絞り６０の長方形の４頂点でも左上の頂点ほどリレーレンズ系７からＤＭＤ９の面までの距離が短く、右下の頂点ほどその距離が長くなる。像はレンズから近いほど小さく、遠いほど大きく投射されるため、結果、図において点線で示すように、左上が小さく、右下が大きくなるような斜めに歪んだ形状で光が照射されてしまう。
【００２４】
照射絞り６は、左上４５°の方向から２０°の入射角で光を照射したとき、正確な４：３の長方形に光が照射されるように、像形状を整形するためのものであり、図５に示すように開口部６０は、正確な４：３の長方形からは右下ほど縮小され左上ほど拡大されている。このように開口部６０の形状を設計することでＤＭＤ９の有効照射面に過不足無く光を照射することが可能となる。
【００２５】
なお、上述したように照射絞り６およびＤＭＤ９は、リレーレンズ系７において、互いに物面および像面になる位置関係に設置されているため、照射絞り６の開口部６０の形状が２０°の入射角で変形されて正確な４：３の長方形となってＤＭＤ９上に結像する。
【００２６】
なお、  リレーレンズ系７を薄いレンズと見なし、このレンズと照射絞り６およびＤＭＤ９の上面との距離をそれぞれ２ｆ（ｆはレンズの焦点距離）とすることで物と像の大きさをほぼ同じにすることができる。
【００２７】
これにより、光源ランプ１が発生した光が正確にマイクロミラーアレイ９ａの形状に絞り込まれるため、ＤＭＤパッケージの周辺部に光が照射されて、スクリーン状に黒浮きとなって投影されることがなくなる。
【００２８】
なお、図５に示した照射絞り６の開口部６０の形状は、光を斜め上方から照射したときの歪みを補正するためのみの形状であったが、図６に示すようにリレーレンズ系７の倍率収差歪みを補正するようにさらに変形してもよい。
【００２９】
すなわち、倍率収差歪みとは像が歪む現象であり、リレーレンズの数を減らしたり品質の問題によって４：３の長方形の像が独楽形や糸巻形に歪んでしまう現象である。この場合、ＤＭＤ９の有効な動作面をこの歪みに対応させて、照射絞り６の開口部６０の形状を図６のように変形することで、ＤＭＤ９の有効な動作面、範囲にのみ光を照射することが可能となる。また、収差歪みとしては独楽歪み、糸巻歪み以外にも様々なものが考えられるが、それらの収差をキャンセルするように開口部６０の形状を設計するものであればよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、斜めから光を照射した場合でも、映像再生素子の外の部分に光が照射されることがなく、スクリーンに投影された映像の外側が薄明るく浮き上がることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態である反射型プロジェクタの概略構造図
【図２】同反射型プロジェクタに用いられるデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）の概略構造を説明する図
【図３】同ＤＭＤの揺動および光の反射の形態を示す図
【図４】前記反射型プロジェクタの照射絞りの開口部の変形を説明する図
【図５】前記照射絞りの開口部の形状を説明する図
【図６】前記照射絞りの開口部の収差補正を説明する図
【符号の説明】
１…光源レンズ、２…リフレクタ、４…カラーホイール、５…ロッドレンズ、６…照射絞り、７…リレーレンズ系、８…入射光学系、９…デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、９ａ…マイクロミラーアレイ、９ｂ…窓、１０…投影光学系、１１…スクリーン、６０…開口部
【図１】
2004279843.tif 000003
【図２】
2004279843.tif 000004
【図３】
2004279843.tif 000005
【図４】
2004279843.tif 000006
【図５】
2004279843.tif 000007
【図６】
2004279843.tif 000008