(57)【要約】      （修正有）【課題】輝度むらの無い画像をスクリーンに投影するとともに、低コストで製造できる投影型表示装置を提供する。【解決手段】正面方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から入射した光を反射して正面方向に出射するとともに複数の画素からの光の出射を制御して画像を表示する反射型表示素子１と、光源１１からの光を光源系レンズ２１により光束を拡大して反射型表示素子１に前記入射方向から投射する光源系２０と、前記反射型表示素子１からの出射光を投影系レンズ２４により光束を拡大して投影する投影系２３と、前記反射型表示素子１の前に配置され、光源系２０からの投射光を反射型表示素子１の正面方向に対して前記入射方向に所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記反射型表示素子１に入射させるとともに、前記反射型表示素子１の正面方向に出射した反射光をその光束を縮小して投影系レンズ２４に入射させる中継光学部材２５とを備えた。【選択図】図１
2009031800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、正面方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から入射した光を反射して前記正面方向に出射するとともに、前記複数の画素からの光の出射を制御して画像を表示する反射型表示素子と、
光源からの光を光源系レンズにより光束を拡大して前記反射型表示素子に前記入射方向から投射する光源系と、
前記反射型表示素子からの出射光を投影系レンズにより光束を拡大して投影する投影系と、
前記反射型表示素子の前に配置され、前記光源系からの投射光を前記反射型表示素子の正面方向に対して前記入射方向に所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させるとともに、前記反射型表示素子の正面方向に出射した反射光をその光束を縮小して前記投影系レンズに入射させる中継光学部材とを備えたことを特徴とする投影型表示装置。
【請求項２】
反射表示素子は、正面方向に対して実質的に垂直な基準面に対して一方の方向と他方の方向とに傾き動作する複数のマイクロミラーからなる複数の画素が前記基準面に沿って行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、正面方向に対して前記マイクロミラーの一方の傾き方向に傾いた入射方向から入射した光を前記複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより前記正面方向と斜め方向とに反射して画像を表示するマイクロミラー素子であることを特徴とする請求項１に記載の投影型表示装置。
【請求項３】
中継光学部材は、凸レンズ状の曲面をもったレンズからなっており、そのレンズ光軸を、反射型表示素子の正面方向と実質的に平行で、且つ前記反射型表示素子の表示エリアの周縁のうち、光源系からの光の入射方向とは反対側の縁部の中央付近を通る直線に一致させて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投影型表示装置。
【請求項４】
中継光学部材は、円形な凸レンズの一部を反射型表示素子の表示エリアに対応する形状に切り取った形状のレンズからなっていることを特徴とする請求項３に記載の投影型表示装置。
【請求項５】
投影系レンズは、そのレンズ光軸を中継光学部材のレンズ光軸と実質的に一致させて配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の投影型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、反射型表示素子を用いた投影型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、反射型の液晶表示素子や、一般にＤＭＤと略称されるマイクロミラー素子（Digital Micromirror Device）等の反射型表示素子を用いた投影型表示装置の開発が研究されている。
【０００３】
図４は前記マイクロミラー素子を用いた従来の投影型表示装置の側面図であり、この表示装置は、マイクロミラー素子１と、前記マイクロミラー素子１に光を投射する光源系１０と、前記マイクロミラー素子１からの出射光を図示しないスクリーンに投影する投影系１８とからなっている。
【０００４】
前記マイクロミラー素子１は、１つ１つの画素を、縦横の幅が１０μｍ〜２０μｍの極薄金属片（例えばアルミニウム片）からなるマイクロミラーにより形成したものであり、これらのマイクロミラーの傾き方向を切換えることにより画像を表示する。
【０００５】
図５は前記マイクロミラー素子１の表示原理を示しており、このマイクロミラー素子１は、その正面方向に対して実質的に垂直な基準面Ｌに対して一方の方向と他方の方向とに傾き動作する複数のマイクロミラー２からなる複数の画素が前記基準面Ｌに沿って行方向及び列方向に配列した表示エリアＡを有している。
【０００６】
なお、前記複数のマイクロミラー２は、行方向及び列方向にマトリックス状に配列形成されたＣＭＯＳをベースとする複数のミラー駆動素子（図示せず）の上にそれぞれ設けられており、これらのミラー駆動素子へのデジタル信号の印加により前記一方の方向と他方の方向とにそれぞれ前記基準面Ｌに対して１０°程度の傾き角で傾動されるようになっている。
【０００７】
このマイクロミラー素子１は、その正面方向、つまり前記基準面Ｌの法線ｈに沿った方向に対して前記マイクロミラー２の一方の傾き方向に傾いた入射方向から所定の角度範囲の入射角で前記表示エリアＡに入射した光を、前記複数のマイクロミラー２の傾き方向の切換えにより前記正面方向と斜め方向とに反射して画像を表示するものであり、前記マイクロミラー２を図５に実線で示した方向に傾き動作させると、前記入射方向から入射した光が、その経路を図に実線で示したように、前記マイクロミラー２によりマイクロミラー素子１の正面方向に反射され、そのマイクロミラー２に対応する画素の正面方向から見た表示が明表示になる。
【０００８】
また、前記マイクロミラー２を図５に二点鎖線で示した方向に傾き動作させると、前記入射方向から入射した光が、その経路を図に破線で示したように、前記マイクロミラー２により前記正面方向に対して斜め方向に反射され、そのマイクロミラー２に対応する画素の正面方向から見た表示が暗表示（黒）になる。
【０００９】
すなわち、このマイクロミラー素子１は、前記複数のマイクロミラー２の傾き方向の切換えにより、これらのマイクロミラー２に対応する画素の正面方向から見た表示の明るさを制御して画像を表示するものであり、前記明表示の明るさは、入射光を正面方向に反射させる時間に応じて変化するため、前記マイクロミラー２を図５に実線で示した方向に傾けておく時間を制御することにより、階調のある画像を表示することができる。
【００１０】
一方、前記光源系１０は、図４に示したように、光源１１と、前記光源１１の出射側に配置された導光ロッド１４と、前記光源１１と導光ロッド１４との間に配置されたカラーホィール１５と、前記導光ロッド１４からの出射光を前記マイクロミラー素子に投射する光源系レンズ１７とからなっており、この光源系１０は、前記マイクロミラー素子１に前記入射方向（正面方向に対してマイクロミラー２の一方の傾き方向に傾いた方向）から光を投射するように、その投射光路の軸線Ｏ１０を、前記マイクロミラー素子１の正面方向に対して前記マイクロミラー２の一方の傾き方向に所定角度傾けて、前記マイクロミラー素子１の斜め前方に配置されている。
【００１１】
前記光源１１は、高輝度の白色光を出射する超高圧水銀灯等の光源ランプ１２と、この光源ランプ１２からの出射光を前方に向けて集光反射するリフレクタ１３とからなっている。
【００１２】
また、前記カラーホィール１５は、前記光源１１からの出射光（白色光）を、複数の色、例えば赤、緑、青の３色に順次着色するために設けられている。図６は前記カラーホィール１５の正面図であり、このカラーホィール１７は、赤、緑、青の３色のカラーフィルタ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂを周方向に並べて設けた円板状の回転板からなっている。
【００１３】
このカラーホィール１５は、その回転により前記カラーフィルタ１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂが順次前記導光ロッド１４の入射端面１５の前を通過するように、回転中心を前記マイクロミラー素子１への投射光路の側方にずらして配置されている。
【００１４】
また、前記導光ロッド１４は、前記マイクロミラー素子１の表示エリアＡの形状（矩形状）と相似な断面形状を有する透明角棒または内面全体に反射膜が設けられた角筒からなっており、その一端面が入射端面とされ、他端面が出射端面とされている。
【００１５】
この導光ロッド１４は、前記光源１１の出射側に、その入射端面を前記光源１１に対向させるとともに、中心軸線を前記投射光路の軸線Ｏ１０に一致させて配置されている。
【００１６】
この導光ロッド１４は、前記光源１１からの出射光を均一な強度分布の光束とするために設けられており、前記光源１１から前記リフレクタ１３により集光反射されて出射し、前記カラーホィール１５により赤、緑、青のいずれかの色に着色した光を、前記入射端面から入射させ、その光を、図４に矢線で示したように導光ロッド１４の各側面と外気である空気層との界面で全反射させながら導光ロッド１４内をその長さ方向に導いて、均一な強度分布の光束として前記出射端面から出射する。
【００１７】
また、前記光源系レンズ１７は、レンズ収差を小さくするために、複数枚のレンズを組合わせて構成されており、この光源系レンズ１７は、前記導光ロッド１４の出射側に、レンズ光軸を前記投射光路の軸線Ｏ１０に一致させて配置されている。
【００１８】
また、前記投影系１８は、複数枚のレンズを組合わせて構成されたレンズ収差の小さい投影系レンズ１９からなっており、この投影系レンズ１８は、そのレンズ光軸を、前記マイクロミラー素子１の正面方向に出射した反射光（複数のマイクロミラー２により正面方向に反射された光）の光束の軸線Ｏ１に一致させて前記マイクロミラー素子１の前方に配置されている。
【００１９】
この投影型表示装置は、前記光源１１から光（白色光）を出射させ、前記カラーホィール１５を高速で回転駆動することにより、前記光源系１０から赤、緑、青の光を順次前記マイクロミラー素子１に投射するとともに、前記赤、緑、青の光の投射周期に同期させて前記マイクロミラー素子１に赤、緑、青の画像データを順次書込むことにより、前記マイクロミラー素子１に赤、緑、青の画像を順次表示させ、前記マイクロミラー素子１から順次出射する赤、緑、青の画像光を、前記投影系１８により拡大して図示しないスクリーンに投影し、これらの色の画像が合成されたカラー画像を観察させる。
【００２０】
ところで、この投影型表示装置は、前記マイクロミラー素子１に前記入射方向から入射し、前記複数のマイクロミラー２により正面方向に反射されて前記マイクロミラー素子１の正面方向に出射した光を投影系レンズ１９によりスクリーンに投影するものであるため、前記マイクロミラー素子１の正面方向に出射して前記投影系レンズ１９に入射する光の強度分布が不均一であると、スクリーンに投影された画像に輝度むらが発生する。
【００２１】
そのため、従来の投影型表示装置では、図４に示したように、前記光源系１０からの投射光を、光源系レンズ１７により前記マイクロミラー素子１の正面方向に対して前記入射方向に所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記マイクロミラー素子１に入射させ、前記マイクロミラー素子１の正面方向に均一な強度分布の平行光を出射させて前記投影系レンズ１９に入射させることにより、輝度むらの無い画像をスクリーンに投影するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかし、上記のように光源系１０からの投射光を光源系レンズ１７により平行光に補正して前記マイクロミラー素子１に入射させるのでは、前記光源系レンズ１７を、前記マイクロミラー素子１の表示エリアの全域に平行光を投射することができる大口径のレンズとする必要がある。
【００２３】
しかも、上記従来の投影型表示装置は、前記マイクロミラー素子１の正面方向に出射した平行光を直接投影系レンズ１９に入射させるものであるため、前記投影系レンズ１９も大口径のレンズとする必要がある。
【００２４】
このように、従来の投影型表示装置は、輝度むらの無い画像をスクリーンに投影するために、光源系レンズ１７及び投影系レンズ１９として高価な大口径レンズを使用しなければならす、したがって低コストに製造することが難しい。
【００２５】
これは、前記マイクロミラー素子１を用いた投影型表示装置に限らず、複数の画素が行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、正面方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から入射した光を反射して前記正面方向に出射するとともに、前記複数の画素からの光の出射を制御して画像を表示する反射型表示素子、例えば反射型の液晶表示素子を用いた投影型表示装置においても言えることである。
【００２６】
この発明は、反射型表示素子を用いた投影型表示装置として、光源系からの投射光を前記反射型表示素子に平行光として入射させ、前記反射型表示素子から均一な輝度分布の平行光を出射させて、輝度むらの無い画像をスクリーンに投影することができるとともに、光源系レンズ及び投影系レンズを安価な小口径レンズとし、低コストに製造することができるものを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
この発明の投影型表示装置は、複数の画素が行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、正面方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から入射した光を反射して前記正面方向に出射するとともに、前記複数の画素からの光の出射を制御して画像を表示する反射型表示素子と、光源からの光を光源系レンズにより光束を拡大して前記反射型表示素子に前記入射方向から投射する光源系と、前記反射型表示素子からの出射光を投影系レンズにより光束を拡大して投影する投影系と、前記反射型表示素子の前に配置され、前記光源系からの投射光を前記反射型表示素子の正面方向に対して前記入射方向に所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させるとともに、前記反射型表示素子の正面方向に出射した反射光をその光束を縮小して前記投影系レンズに入射させる中継光学部材とを備えたことを特徴とするものである。
【００２８】
この投影型表示装置は、前記光源からの光を前記光源系レンズにより光束を拡大して前記反射型表示素子に前記入射方向（反射型表示素子の正面方向に対して一方の方向に傾いた方向）から投射し、その投射光を、前記反射型表示素子の前に配置された前記中継光学部材により前記反射型表示素子の正面方向に対して前記入射方向に所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させるとともに、前記反射型表示素子の正面方向に出射した反射光を、前記中継光学部材により光束を縮小して前記投影系レンズに入射させ、その光を前記投影系レンズにより光束を拡大して図示しないスクリーンに投影する。
【００２９】
この投影型表示装置によれば、前記光源系からの投射光を平行光として前記反射型表示素子に入射させるようにしているため、前記反射型表示素子から均一な強度分布の平行光を出射させることができ、したがって、前記投影系レンズに均一な強度分布の光を入射させ、輝度むらの無い画像をスクリーンに投影することができる。
【００３０】
そして、この投影型表示装置では、前記光源系を、光源からの光を光源系レンズにより光束を拡大して前記反射型表示素子に前記入射方向から投射する構成とし、この光源系からの投射光を前記中継光学部材により平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させるとともに、前記反射型表示素子から出射した平行光を、前記中継光学部材により光束を縮小して投影系レンズに入射させるようにしているため、前記光源系レンズ及び投影系レンズは安価な小口径レンズでよく、したがって低コストに製造することができる。
【００３１】
この発明の投影型表示装置において、前記反射型表示素子は、正面方向に対して実質的に垂直な基準面に対して一方の方向と他方の方向とに傾き動作する複数のマイクロミラーからなる複数の画素が前記基準面に沿って行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、正面方向に対して前記マイクロミラーの一方の傾き方向に傾いた入射方向から入射した光を前記複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより前記正面方向と斜め方向とに反射して画像を表示するマイクロミラー素子が好ましい。
【００３２】
また、前記中継光学部材は、凸レンズ状の曲面をもったレンズからなっており、そのレンズ光軸を、反射型表示素子の正面方向と実質的に平行で、且つ前記反射型表示素子の表示エリアの周縁のうち、光源系からの光の入射方向とは反対側の縁部の中央付近を通る直線に一致させて配置されているのが好ましい。
【００３３】
さらに、前記中継光学部材は、円形な凸レンズの一部を前記反射型表示素子の表示エリアに対応する形状に切り取った形状のレンズからなっているのがより好ましい。
【００３４】
また、前記投影系レンズは、そのレンズ光軸を前記レンズからなる中継光学部材のレンズ光軸と実質的に一致させて配置されているのが望ましい。
【発明の効果】
【００３５】
この発明の投影型表示装置は、複数の画素が行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、正面方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から入射した光を反射して前記正面方向に出射するとともに、前記複数の画素からの光の出射を制御して画像を表示する反射型表示素子と、光源からの光を光源系レンズにより光束を拡大して前記反射型表示素子に前記入射方向から投射する光源系と、前記反射型表示素子からの出射光を投影系レンズにより光束を拡大して投影する投影系と、前記反射型表示素子の前に配置され、前記光源系からの投射光を前記反射型表示素子の正面方向に対して前記入射方向に所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させるとともに、前記反射型表示素子の正面方向に出射した反射光をその光束を縮小して前記投影系レンズに入射させる中継光学部材とを備えたものであるため、光源系からの投射光を前記反射型表示素子に平行光として入射させ、前記反射型表示素子から均一な輝度分布の平行光を出射させて、輝度むらの無い画像をスクリーンに投影することができるとともに、光源系レンズ及び投影系レンズを安価な小口径レンズとし、低コストに製造することができる。
【００３６】
この発明の投影型表示装置において、前記反射型表示素子は、正面方向に対して実質的に垂直な基準面に対して一方の方向と他方の方向とに傾き動作する複数のマイクロミラーからなる複数の画素が前記基準面に沿って行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、正面方向に対して前記マイクロミラーの一方の傾き方向に傾いた入射方向から入射した光を前記複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより前記正面方向と斜め方向とに反射して画像を表示するマイクロミラー素子が好ましく、このマイクロミラー素子を用いることにより、高精細で、しかも明るい画像をスクリーンに投影することができる。
【００３７】
また、前記中継光学部材は、凸レンズ状の曲面をもったレンズからなっており、そのレンズ光軸を、前記反射型表示素子の正面方向と実質的に平行で、且つ前記反射型表示素子の表示エリアの周縁のうち、光源系からの光の入射方向とは反対側の縁部の中央付近を通る直線に一致させて配置されているのが好ましく、このようにすることにより、前記光源系からの投射光を平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させるとともに、前記反射型表示素子の正面方向に出射した平行光をその光束を縮小して前記投影系レンズに入射させることができる。また、前記レンズからなる中継光学部材は、前記光源系レンズ及び投影系レンズに比べて非常に安価であるため、投影型表示装置の製造コストをより低減することができる。
【００３８】
さらに、前記中継光学部材は、円形な凸レンズの一部を前記反射型表示素子の表示エリアに対応する形状に切り取った形状のレンズからなっているのが好ましく、このようにすることにより、前記中継光学部材をさらに安価にし、投影型表示装置の製造コストをさらに低減するとともに、前記中継光学部材を前記反射型表示素子の周囲に突出しないように配置し、その部分を省スペース化することができる。
【００３９】
また、前記投影系レンズは、そのレンズ光軸を前記レンズからなる中継光学部材のレンズ光軸と実質的に一致させて配置するのが望ましく、このようにすることにより、前記反射型表示素子の正面方向に出射し、前記中継光学部材により光束を縮小されて前記投影系レンズに入射した光を、前記投影系レンズにより光束を拡大して、前記反射型表示素子の前面と平行に配置されたスクリーンに、ピントの合った高品質の画像として結像させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１及び図２はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は投影型表示装置の側面図、図２はマイクロミラー素子の前に配置された中継光学部材の正面図である。
【００４１】
この実施例の投影型表示装置は、反射型表示素子としてマイクロミラー素子１を用いたものであり、図１に示したように、マイクロミラー素子１と、前記マイクロミラー素子１に光を投射する光源系２０と、前記マイクロミラー素子１からの出射光を投影する投影系２３と、前記マイクロミラー素子１の前に配置された中継光学部材２５とを備えている。
【００４２】
前記マイクロミラー素子１は、図５に示したように、その正面方向に対して実質的に垂直な基準面Ｌに対して一方の方向と他方の方向とに傾き動作する複数のマイクロミラー２からなる複数の画素が前記基準面Ｌに沿って行方向及び列方向に配列した表示エリアＡを有しており、前記正面方向、つまり前記基準面Ｌの法線ｈに沿った方向に対して前記マイクロミラー２の一方の傾き方向に傾いた入射方向から所定の角度範囲の入射角で入射した光の反射方向を前記複数のマイクロミラー２の傾き方向の切換えにより制御して画像を表示する。
【００４３】
一方、前記光源系２０は、光源１１と、前記光源１１の出射側に配置された導光ロッド１４と、前記光源１１と導光ロッド１４との間に配置されたカラーホィール１５と、前記導光ロッド１４の出射端面から出射した光をその光束を拡大して前記マイクロミラー素子１に前記入射方向（マイクロミラー素子１の正面方向に対してマイクロミラー２の一方の傾き方向に傾いた方向）から投射する光源系レンズ２１とからなっており、この光源系２０は、その投射光路の軸線Ｏ２０を、前記マイクロミラー素子１の正面方向に対して前記マイクロミラー２の一方の傾き方向に所定角度傾けて、前記マイクロミラー素子１の斜め前方に配置されている。
【００４４】
なお、この光源系２１の光源１１と導光ロッド１４とカラーホィール１７は、図４に示した従来の表示装置と同じものであるから、その説明は図に同符号を付して省略する。
【００４５】
前記光源系レンズ２１は、レンズ収差を小さくするために、複数枚のレンズを組合わせて構成されており、この光源系レンズ２１は、前記導光ロッド１４の出射側に、レンズ光軸を前記投射光路の軸線Ｏ２０に一致させて配置されている。
【００４６】
一方、前記マイクロミラー素子１の前に配置された中継光学部材２５は、凸レンズ状の曲面をもった１枚のレンズからなっている。
【００４７】
この中継光学部材２５は、図２のように、図に仮想線（二点鎖線）で示した凸レンズ２６の一部を前記マイクロミラー素子１の表示エリアＡに対応する矩形状に切り取った形状のレンズからなっており、前記矩形状の一側縁の中央付近にレンズ光軸２６ａをもっている。
【００４８】
そして、前記中継光学部材２５は、図１のように、前記マイクロミラー素子１の直前に、そのレンズ光軸２５ａを、前記マイクロミラー素子１の正面方向（基準面Ｌの法線ｈに沿った方向）と実質的に平行で、且つ前記マイクロミラー素子１の表示エリアＡの周縁のうち、前記光源系２０からの光の入射方向とは反対側の縁部（図１において下側の縁部）の中央付近を通る直線に一致させて配置されている。
【００４９】
この中継光学部材２５は、図１のように、前記光源系２０からの投射光を前記マイクロミラー素子１の正面方向に対して前記入射方向に所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記マイクロミラー素子１に入射させるとともに、前記マイクロミラー素子１の正面方向に出射した反射光（複数のマイクロミラー２により正面方向に反射された光）の光束の軸線Ｏ１を前記レンズ光軸２５ａ方向に屈折させ、前記光束を前記レンズ光軸２５ａに向かって集束するように縮小して前記投影系レンズ２４に入射させる。
【００５０】
また、前記投影系２３は、複数枚のレンズを組合わせて構成されたレンズ収差の小さい投影系レンズ２４からなっており、この投影系レンズ２４は、そのレンズ光軸２４ａを前記中継光学部材２５のレンズ光軸２５ａと実質的に一致させて配置されている。
【００５１】
この投影系レンズ２４は、前記マイクロミラー素子１の正面方向に出射し、前記中継光学部材２５により光束を縮小されて入射した光を、その光束を拡大して、前記マイクロミラー素子１の前面と平行（マイクロミラー素子１の基準面Ｌと平行）に配置された図示しないスクリーンに投影する。
【００５２】
この投影型表示装置は、前記光源１１からの光を前記光源系レンズ２１により光束を拡大して前記マイクロミラー素子１に前記入射方向（マイクロミラー素子１の正面方向に対してマイクロミラー２の一方の傾き方向に傾いた方向）から投射し、その投射光を、前記マイクロミラー素子１の前に配置された前記中継光学部材２５により前記マイクロミラー素子１の正面方向に対して前記入射方向に所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記マイクロミラー素子１に入射させるとともに、前記マイクロミラー素子１の正面方向に出射した反射光を、前記中継光学部材２５により光束を縮小して前記投影系レンズ２４に入射させ、その光を前記投影系レンズ２４により光束を拡大して前記スクリーンに投影する。
【００５３】
すなわち、この実施例では、上述したように、凸レンズ状の曲面をもったレンズからなる中継光学部材２５を、そのレンズ光軸２５ａを前記マイクロミラー素子１の正面方向と実質的に平行で、且つ前記マイクロミラー素子１の表示エリアＡの周縁のうち、前記光源系２０からの光の入射方向とは反対側の縁部の中央付近を通る直線に一致させて配置しているため、前記光源１１から出射し、前記光源系レンズ２１により光束を拡大されて前記マイクロミラー素子１に前記入射方向から投射された光が、前記中継光学部材２５により、前記マイクロミラー素子１の正面方向に対して前記入射方向に所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正されて前記マイクロミラー素子１に入射し、その光が、図５に実線で示した方向に傾き動作されたマイクロミラー２によりマイクロミラー素子１の正面方向に、前記基準面Ｌの法線ｈに沿った平行光として反射される。
【００５４】
そして、前記マイクロミラー素子１の正面方向に出射した平行光は、前記中継光学部材２５に再び入射し、この中継光学部材２５により、そのレンズ光軸２５ａに向かって集束するように光束を縮小されて前記投影系レンズ２４に入射し、この投影系レンズ２４により光束を拡大されて、前記マイクロミラー素子１の前面と平行に配置されたスクリーンに投影される。
【００５５】
この投影型表示装置によれば、前記光源系２０からの投射光を平行光として前記マイクロミラー素子１に入射させるようにしているため、前記複数のマイクロミラー２から均一な強度分布の平行光を出射させることができ、したがって、前記投影系レンズ２４に均一な強度分布の光を入射させ、輝度むらの無い画像をスクリーンに投影することができる。
【００５６】
そして、この投影型表示装置では、前記光源系２０を、光源１１からの光を光源系レンズ２１により光束を拡大してマイクロミラー素子１に前記入射方向から投射する構成とし、この光源系２０からの投射光を前記中継光学部材２５により平行光に補正して前記マイクロミラー素子１に入射させるとともに、前記マイクロミラー素子１の正面方向に出射した平行光を、前記中継光学部材２５により光束を縮小して投影系レンズ２４に入射させるようにしているため、前記光源系レンズ２１及び投影系レンズ２４は安価な小口径レンズでよく、したがって低コストに製造することができる。
【００５７】
さらに、この投影型表示装置は、前記マイクロミラー素子１の正面方向に出射した平行光を、前記中継光学部材２５により光束を縮小して投影系レンズ２４に入射させるようにしたものであるため、複数枚のレンズにより構成する前記投影系レンズ２４のレンズ数を、図４に示した従来の投影型表示装置の投影系レンズ１９のレンズ数よりも少なくすることができる。
【００５８】
すなわち、図４に示した従来の投影型表示装置は、マイクロミラー素子１の正面方向に出射した平行光をそのまま投影系レンズ１９に入射させるものであるため、前記投影系レンズ１９を、平行光をレンズ焦点に向けて屈折させるように設計する必要があり、したがって、前記投影系レンズ１９を多数枚のレンズにより構成しなければならない。
【００５９】
それに対して、この実施例の投影型表示装置は、マイクロミラー素子１の正面方向に出射した平行光を、前記中継光学部材２５により光束を縮小して投影系レンズ２４に入射させ、その光を前記投影系レンズ２４により光束を拡大してスクリーンに投影するものであり、前記中継光学部材２５が、従来の投影型表示装置における投影系レンズ１９の入射側レンズに代わる機能をもっているため、前記投影系レンズ２４のレンズ数を少なくし、この投影系レンズ２４をさらに安価にして、投影型表示装置の製造コストを低減することができる。
【００６０】
また、この実施例では、前記中継光学部材２５を、凸レンズ状の曲面をもったレンズとし、この中継光学部材２５を、そのレンズ光軸２５ａを前記マイクロミラー素子１の正面方向と実質的に平行で、且つ前記マイクロミラー素子１の表示エリアＡの周縁のうち、光源系２０からの光の入射方向とは反対側の縁部の中央付近を通る直線に一致させて配置しているため、前記光源系２０からの投射光を平行光に補正して前記マイクロミラー素子１に入射させるとともに、前記マイクロミラー素子１の正面方向に出射した平行光をその光束を縮小して小口径の投影系レンズ２４に入射させることができる。
【００６１】
そして、前記レンズからなる中継光学部材２５は、前記光源系レンズ２１及び投影系レンズ２４に比べて非常に安価であり、したがって、投影型表示装置の製造コストをより低減することができる。
【００６２】
さらに、この実施例では、前記中継光学部材２５を、図２に示したように、円形な凸レンズ２６の一部をマイクロミラー素子１の表示エリアＡに対応する形状に切り取った形状のレンズとしているため、中継光学部材２５をさらに安価にし、投影型表示装置の製造コストをさらに低減するとともに、前記中継光学部材２５を前記マイクロミラー素子１の周囲に突出しないように配置し、その部分を省スペース化することができる。
【００６３】
また、この実施例では、前記投影系レンズ２４を、そのレンズ光軸２４ａを前記中継光学部材２５のレンズ光軸２５ａと実質的に一致させて配置しているため、マイクロミラー素子１の正面方向に出射し、前記中継光学部材２５により光束を縮小されて投影系レンズ２４に入射した光を、前記投影系レンズ２４により光束を拡大して、前記マイクロミラー素子１の前面と平行に配置されたスクリーンに、ピントの合った高品質の画像として結像させることができる。
【００６４】
しかも、この投影型表示装置によれば、前記光源系２０と投影系２３とのなす角度を、前記光源系レンズ２１及び投影系レンズ２４を投影系２３による投影光路及び光源系２０からの投射光路に干渉させること無く小さくし、装置を小型化することができる。
【００６５】
すなわち、図４に示した従来の投影型表示装置は、光源系１０からの投射光を、大口径の光源系レンズ１７により平行光に補正してマイクロミラー素子１に入射させ、前記マイクロミラー素子１の正面方向に反射された平行光を大口径の投影系レンズ１９に入射させるものであるため、前記光源系レンズ１７を投影系１０による投影光路に干渉させないようにし、また前記投影系レンズ１９を光源系１０からの投射光路に干渉させないようにするには、光源系レンズ１０と投影系１８とのなす角度を大きくする必要があり、したがって装置の小型化が難しい。
【００６６】
それに対して、この実施例の投影型表示装置は、光源１１からの光を小口径の光源系レンズ２１により光束を拡大してマイクロミラー素子１に投射し、その光を前記中継光学部材２５により平行光に補正して前記マイクロミラー素子１に入射させるとともに、前記マイクロミラー素子１の正面方向に反射された平行光を、前記中継光学部材２５により光束を縮小して小口径の投影系レンズ２４に入射させるようにしているため、前記光源系レンズ２１を前記投影系２３による投影光路に干渉させること無く、また前記投影系レンズ２４を前記光源系２０からの投射光路に干渉させること無く、前記光源系レンズ２０と投影系２３とのなす角度を小さくすることができ、したがって装置の小型化を図ることができる。
【００６７】
図３はこの発明の第２の実施例を示す投影型表示装置の側面図であり、この実施例の投影型表示装置は、光源系２０を、導光ロッド１４の出射端面から出射し、光源系レンズ２１により光束を拡大されて投射される光を、ミラー２２により反射させてマイクロミラー素子１に投射する構成としたものである。
【００６８】
この実施例の投影型表示装置は、光源系２０にミラー２２を備えさせ、この光源系２０を、前記ミラー２２により反射された光を前記マイクロミラー素子１にその入射方向から投射するように配置したものであるが、前記光源系２０の他の構成は上述した第１の実施例と同じであり、また投影系２３及び前記マイクロミラー素子１の前に配置された中継光学部材２５も第１の実施例と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【００６９】
なお、上記第１および第２の実施例の投影型表示装置は、反射型表示素子としてマイクロミラー素子１を用いたものであるが、反射型表示素子は、複数の画素が行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、正面方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から入射した光を反射して前記正面方向に出射するとともに、前記複数の画素からの光の出射を制御して画像を表示するものであれば、前記マイクロミラー素子１に限らず、例えば反射型の液晶表示素子（アクティブマトリックス液晶表示素子または単純マトリックス液晶表示素子）でもよい。
【００７０】
その場合、前記反射型の液晶表示素子は、その正面方向、つまり液晶層を挟んで対向する一対の基板の法線に沿った方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から入射し、液晶層を透過して反射膜により反射された光を、プリズムシート等により屈折させて正面方向に出射する構成とすればよい。
【００７１】
ただし、前記マイクロミラー素子１と液晶表示素子とを比較すると、マイクロミラー素子１は、その画素サイズ（マイクロミラー２の縦横の幅）が１０μｍ〜２０μｍと液晶表示素子の画素サイズ（１００μｍ〜２００μｍ程度）に比べてはるかに小さく、また液晶表示素子のように偏光板を必要としないため、入射光をほとんどロスすることなく効率良く反射する。
【００７２】
したがって、反射型表示素子は前記マイクロミラー素子１が好ましく、このマイクロミラー素子１を用いることにより、高精細で、しかも明るい画像をスクリーンに投影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】この発明の第１の実施例を示す投影型表示装置の側面図。
【図２】前記投影型表示装置の中継光学部材の正面図。
【図３】この発明の第２の実施例を示す投影型表示装置の側面図。
【図４】従来の投影型表示装置の側面図。
【図５】マイクロミラー素子の表示原理を示す図。
【図６】光源系に設けられたカラーホィールの正面図
【符号の説明】
【００７４】
１…マイクロミラー素子（反射型表示素子）
２…マイクロミラー
Ｌ…基準面
２０…光源系
１１…光源
１４…導光ロッド
１５…カラーホィール
２１…導光ロッド
２１…光源系レンズ
２２…ミラー
２３…投影系
２４…投影系レンズ
２４ａ…投影系レンズのレンズ光軸
２５…中継光学部材
２５ａ…中継光学部材のレンズ光軸
【図１】
2009031800.tif 000003
【図２】
2009031800.tif 000004
【図３】
2009031800.tif 000005
【図４】
2009031800.tif 000006
【図５】
2009031800.tif 000007
【図６】
2009031800.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月3日(2008.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、入射した光を反射して出射するとともに、前記複数の画素からの光の反射を制御して画像を表示する反射型表示素子と、
光源からの光を光源系レンズにより前記反射型表示素子に投射する光源系と、
前記反射型表示素子からの出射光を投影系レンズにより投影する投影系と、
前記反射型表示素子の前面側にそのレンズ光軸を前記投影レンズの光軸と実質的に一致させて配置され、前記光源系からの投射光を前記反射型表示素子に入射させるとともに、前記反射型表示素子から出射した反射光を前記投影系レンズに入射させる中継光学部材とを備え、
前記光源系は、前記中継光学部材に対して前記中継光学部材のレンズ光軸とは反対側から入射させるようにしたことを特徴とする投影型表示装置。
【請求項２】
反射表示素子は、正面方向に対して実質的に垂直な基準面に対して一方の方向と他方の方向とに傾き動作する複数のマイクロミラーからなる複数の画素が前記基準面に沿って行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、正面方向に対して前記マイクロミラーの一方の傾き方向に傾いた入射方向から入射した光を前記複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより前記正面方向と斜め方向とに反射して画像を表示するマイクロミラー素子であることを特徴とする請求項１に記載の投影型表示装置。
【請求項３】
中継光学部材は、凸レンズ状の曲面をもったレンズからなっており、そのレンズ光軸を、反射型表示素子の正面方向と実質的に平行で、且つ前記反射型表示素子の表示エリアの周縁のうち、光源系からの光の入射方向とは反対側の縁部の中央付近を通る直線に一致させて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投影型表示装置。
【請求項４】
中継光学部材は、円形な凸レンズの一部を反射型表示素子の表示エリアに対応する形状に切り取った形状のレンズからなっていることを特徴とする請求項３に記載の投影型表示装置。
【請求項５】
投影系レンズは、そのレンズ光軸を中継光学部材のレンズ光軸と実質的に一致させて配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の投影型表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
この発明の投影型表示装置は、複数の画素が行方向及び列方向に配列した表示エリアを有し、入射した光を反射して出射するとともに、前記複数の画素からの光の反射を制御して画像を表示する反射型表示素子と、光源からの光を光源系レンズにより前記反射型表示素子に投射する光源系と、前記反射型表示素子からの出射光を投影系レンズにより投影する投影系と、前記反射型表示素子の前面側にそのレンズ光軸を前記投影レンズの光軸と実質的に一致させて配置され、前記光源系からの投射光を前記反射型表示素子に入射させるとともに、前記反射型表示素子から出射した反射光を前記投影系レンズに入射させる中継光学部材とを備え、前記光源系は、前記中継光学部材に対して前記中継光学部材のレンズ光軸とは反対側から入射させるようにしたことを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
この発明の投影型表示装置は、光源系からの投射光を前記反射型表示素子に平行光として入射させ、前記反射型表示素子から均一な輝度分布の平行光を出射させて、輝度むらの無い画像をスクリーンに投影することができるとともに、光源系レンズ及び投影系レンズを安価な小口径レンズとし、低コストに製造することができる。