(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの信号により各々独立に傾き角が制御可能な微小ミラーの２次元配列体からなるデジタルマイクロミラーデバイス型表示素子と、そのデジタルマイクロミラーデバイス型表示素子の表示面を順次色の変わる照明光で照明するための可変色照明手段と、そのデジタルマイクロミラーデバイス型表示素子の表示面から反射された光を開口内に取り込んでその表示面を投影する投影光学系とからなるＤＭＤを用いたカラー投影画像表示装置において、
前記可変色照明手段が、一様で平行な平面状の干渉縞からなり前記デジタルマイクロミラーデバイス型表示素子に対して相対的に固定された透過型体積ホログラムと、白色光源と、前記白色光源からの光を偏向して前記透過型体積ホログラムに対する入射角を変える光偏向手段とからなり、前記光偏向手段からの入射光の前記透過型体積ホログラムへの入射角を変えることにより前記透過型体積ホログラムから回折される光の色を変え、その回折光を前記照明光としたことを特徴とするＤＭＤを用いたカラー投影画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＭＤを用いたカラー投影画像表示装置に関し、特に、ホログラムを用いて照明光を時分割で高速にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に着色するようにしたカラー投影画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、微小なミラーの変形によって２次元表示が可能な表示素子としてデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）が実現されている。これは、図５（ａ）に斜視図を示すように、各画素に対応する微小なミラーＭが２次元的に配置され、所定アドレスのミラーＭ’を対角線を軸にして傾けることにより、ミラーＭ’に一定方向から入射する光を傾いていないミラーとは異なる方向へ反射させるようにして、２次元パターンを表示するようにしたものである（"IEEE Spectrum Vol.30,No.11,pp.27-31参照）。図５（ｂ）に各ミラーＭの支持駆動構造を示すが、ミラーＭ各々は、１つの対角方向の角でシリコン基板Ｓ上に立てられた一対の支持ポストＰにより捩じりヒンジＴを介して支持されており、ミラーＭの裏側の基板Ｓ上に設けられた一対の電極Ｅの一方に電圧を印加することにより、静電力によりヒンジＴ間の対角線を軸にしてミラーＭの面が回転されるものである。
【０００３】
このようなＤＭＤを用いたカラー投影画像表示装置は、図６に示すように構成される。すなわち、ＤＭＤ１は、白色光源２からの光をＲ、Ｇ、Ｂ３色のカラーフィルターに分割されたカラーホイール４を通して順次Ｒ、Ｇ、Ｂの光にして、ＤＭＤ１の表示面に対して斜め方向から照明し、ＤＭＤ１の微小ミラーで正面方向に反射された光のみを投影レンズ７に取り込んでＤＭＤ１の表示面をスクリーン８上に拡大投影し、カラーホイール４の回転と同期して時分割でＤＭＤ１にＲ、Ｇ、Ｂの色分解像を表示することにより、スクリーン８上にカラー像を表示するものである。なお、図６中、符号３は光源２からの光をカラーホイール４を通してインテグレータロッド５の入射面上に集光する集光レンズであり、インテグレータロッド５の射出面から出た光はコリメートレンズ６により平行光に変換されてＤＭＤ１の表示面を照明する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、カラーホイールの代わりにホログラムを用いて照明光を時分割で高速にＲ、Ｇ、Ｂに着色するようにしたＤＭＤを用いたカラー投影画像表示装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のＤＭＤを用いたカラー投影画像表示装置は、外部からの信号により各々独立に傾き角が制御可能な微小ミラーの２次元配列体からなるデジタルマイクロミラーデバイス型表示素子と、そのデジタルマイクロミラーデバイス型表示素子の表示面に順次色の変わる照明光で照明するための可変色照明手段と、そのデジタルマイクロミラーデバイス型表示素子の表示面から反射された光を開口内に取り込んでその表示面を投影する投影光学系とからなるＤＭＤを用いたカラー投影画像表示装置において、
前記可変色照明手段が、一様で平行な平面状の干渉縞からなる透過型体積ホログラムと、その透過型体積ホログラムに入射する白色入射光とからなり、前記入射光の前記透過型体積ホログラムへの入射角を変えることにより前記透過型体積ホログラムから回折される光の色を変え、その回折光を前記照明光としたことを特徴とするものである。
【０００６】
この場合に、透過型体積ホログラムをデジタルマイクロミラーデバイス型表示素子に対して相対的に固定させ、入射光を光偏向手段により偏向して透過型体積ホログラムに対する入射角を変えるようにするか、透過型体積ホログラムをデジタルマイクロミラーデバイス型表示素子に対して相対的に往復回動させて透過型体積ホログラムに対する入射光の入射角を変えるようにしてもよい。
【０００７】
本発明においては、デジタルマイクロミラーデバイス型表示素子の表示面を順次色の変わる照明光で照明するための可変色照明手段が、一様で平行な平面状の干渉縞からなる透過型体積ホログラムと、その透過型体積ホログラムに入射する白色入射光とからなり、その入射光の透過型体積ホログラムへの入射角を変えることにより透過型体積ホログラムから回折される光の色を変え、その回折光を照明光とするので、高価なＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターからなるカラーホイールを用いなくても簡単な構成で１枚のＤＭＤを用いた明るいカラー投影画像表示装置を実現することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＤＭＤを用いたカラー投影画像表示装置の実施例について説明する。
【０００９】
図１に、図５に示したようなデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１を用いる反射型のカラー画像表示装置の１実施例の模式的断面図を示す。ＤＭＤ１の表示面は投影レンズ７の光軸に垂直に配置されており、その表示面が斜め前方からの平行照明光１５で均一に照明され、スクリーン８上にＤＭＤ１の表示面が拡大投影されるようになっている。したがって、ＤＭＤ１の表示面の画素を構成する各微小ミラーＭの傾き状態によって表示面の正面方向に反射された光のみが投影レンズ７に取り込まれ、スクリーン８上にその画素の微小ミラーＭの傾き状態によって表現された画像が表示される。
【００１０】
ここで、照明光１５の色を、ＤＭＤ１の各微小ミラーＭの変調（傾き）に同期して時分割で順次Ｒ、Ｇ、Ｂの色に変換することにより、時分割でＲ、Ｇ、Ｂの色分解像が表示できる。
【００１１】
本発明において、照明光１５は、白色光源２からの光１２をコリメータレンズ９で平行光１３にし、その平行光１３をガルバノミラー１０で所定の角度範囲内で偏向する光１４にし、一様で平行な平面状の干渉縞からなる透過型の体積ホログラム１１にその入射角の変わる光１４を入射させ、体積ホログラム１１でＤＭＤ１方向へ回折される波長が入射光１４の入射角θに応じて変わることを利用して順次Ｒ、Ｇ、Ｂの光に変換するものである。
【００１２】
透過型の体積ホログラム１１の一様で平行な平面状の干渉縞に対して入射光１４のブラッグの回折条件を満たす角度は、波長毎に異なる。したがって、入射光１４を所定の角度範囲内で偏向することにより、体積ホログラム１１で回折された照明光１５は順次Ｒ、Ｇ、Ｂの色に変わる。
【００１３】
具体的な数値例で示す。
【００１４】
図２〜図４は、厚さ１６μｍのフォトポリマー中に、波長５４３の平行な物体光と平行な参照光を同じ側からそれぞれ入射角０°、３０°で入射させて得られた透過型体積ホログラム１１の回折効率を示す図であり、フォトポリマーの屈折率ｎは１．５２、干渉縞の屈折率変調Δｎは０．０１５０、干渉縞のピッチは０．７１４μｍである。
【００１５】
図２は、空気中入射角５７．４°、回折角−２．５°での回折効率の波長依存性を示しており、白色光１４を入射角θ＝５７．４°で入射させたとき、透過型体積ホログラム１１の略正面方向、すなわち、ＤＭＤ１方向へ波長６３０ｎｍ近傍の赤色（Ｒ）の光が高効率で回折され、照明光１５がＲの光に変換されることを意味する。
【００１６】
図３は、空気中入射角４９．５°、回折角０°での回折効率の波長依存性を示しており、白色光１４を入射角θ＝４９．５°で入射させたとき、透過型体積ホログラム１１の略正面方向、すなわち、ＤＭＤ１方向へ波長５５０ｎｍ近傍の緑色（Ｇ）の光が高効率で回折され、照明光１５がＧの光に変換されることを意味する。
【００１７】
図４は、空気中入射角４４．６°、回折角＋２．５°での回折効率の波長依存性を示しており、白色光１４を入射角θ＝４４．６°で入射させたとき、透過型体積ホログラム１１の略正面方向、すなわち、ＤＭＤ１方向へ波長４５０ｎｍ近傍の青色（Ｂ）の光が高効率で回折され、照明光１５がＢの光に変換されることを意味する。
【００１８】
したがって、ガルバノミラー１０を約±２．５°往復回動させることにより、約±５°偏向する入射光１４が得られるので、照明光１５をＲ→Ｇ→Ｂ→Ｇ→Ｒと変換させることができ、その変換に同期してＤＭＤ１にＲ→Ｇ→Ｂ→Ｇ→Ｒの色分解像を表示することにより、スクリーン８上にカラー像を表示することができる。
【００１９】
なお、以上の数値例より、照明光１５のＤＭＤ１への入射角は約±２．５°色の変換に応じて変化することが分かるが、投影レンズ７の開口がある程度大きければその変化は問題にならない。また、その角度変動によって照明光１５がＤＭＤ１の一部に入射しない事態が生じると問題となるので、それを避けるためには、照明光１５の径を十分に大きくとっておけばよい。また、ガルバノミラー１０の往復回動により透過型体積ホログラム１１の一部に入射光１４が入射しない事態が生じると同様に問題となるので、それを避けるためには、ガルバノミラー１０の径及び平行光１３の径を十分に大きくとっておけばよい。あるいは、ガルバノミラー１０と透過型体積ホログラム１１の間に両者を共役にする光学系を挿入するようにしてもよい。
【００２０】
また、以上は、透過型体積ホログラム１１を固定して、それへの入射光１４の入射角を変化させることにより回折光１５の色を時分割で順次Ｒ、Ｇ、Ｂに変換する例であったが、その代わりに入射光１４の方向を固定して透過型体積ホログラム１１を往復回動させるようにしてもよい。あるいは、入射光１４の方向を可動にすると共に同期して透過型体積ホログラム１１を往復回動させるようにしてもよい。
【００２１】
以上、本発明のＤＭＤを用いたカラー投影画像表示装置をいくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のＤＭＤを用いたカラー投影画像表示装置によると、デジタルマイクロミラーデバイス型表示素子の表示面を順次色の変わる照明光で照明するための可変色照明手段が、一様で平行な平面状の干渉縞からなる透過型体積ホログラムと、その透過型体積ホログラムに入射する白色入射光とからなり、その入射光の透過型体積ホログラムへの入射角を変えることにより透過型体積ホログラムから回折される光の色を変え、その回折光を照明光とするので、高価なＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターからなるカラーホイールを用いなくても簡単な構成で１枚のＤＭＤを用いた明るいカラー投影画像表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＤＭＤを用いる反射型のカラー画像表示装置の１実施例の構成を示す模式的断面図である。
【図２】具体的な数値例の透過型体積ホログラムのＲ光が高効率で回折され場合の回折効率の波長依存性を示す図である。
【図３】具体的な数値例の透過型体積ホログラムのＧ光が高効率で回折され場合の回折効率の波長依存性を示す図である。
【図４】具体的な数値例の透過型体積ホログラムのＢ光が高効率で回折され場合の回折効率の波長依存性を示す図である。
【図５】デジタルマイクロミラーデバイスの構成と作用を説明するための図である。
【図６】従来のＤＭＤを用いたカラー投影画像表示装置の構成を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
Ｍ…微小なミラー
Ｍ’…所定アドレスのミラー
Ｓ…シリコン基板
Ｐ…支持ポスト
Ｔ…捩じりヒンジ
Ｅ…電極
１…ＤＭＤ
２…白色光源
３…集光レンズ
４…カラーホイール
５…インテグレータロッド
６…コリメートレンズ
７…投影レンズ
８…スクリーン
９…コリメータレンズ
１０…ガルバノミラー
１１…透過型体積ホログラム
１２…光源からの光
１３…平行光
１４…偏向光（入射光）
１５…平行照明光
【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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