JP2000338428A

JP2000338428A - 表示光学装置

Info

Publication number: JP2000338428A
Application number: JP14985199A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hayashi; 宏太郎林
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-12-08
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: JP4306020B2

Abstract

(57)【要約】【課題】表示パネルにＤＭＤを用いる場合において、簡
単な構成で、Ｆナンバーが小さくて明るく、小型で高効
率の光学系を持ち、高画質が得られる表示光学装置を提
供する。【解決手段】ＤＭＤのマイクロミラーのアジマス角をΦ
（マイクロミラーが回動する回動軸に垂直な面と表示パ
ネルの短辺との成す角）、ミラーの傾きをθとしたと
き、表示パネルへ入射する照明光のアジマス角は０．３
３Φ〜０．９Φ、入射角は１．７θ〜４．５θとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型表示パネル
の画像を投影する表示光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、反射型表示パネルとして、Ｄ
ＭＤ（Digital Micromirror Device）が用いられてい
る。これは、表面が複数の画素に分割され、その画素ご
とに例えば正方形の微小なミラー（マイクロミラー）を
持ち、このマイクロミラーが画素の２つの対角を支点に
回動して、基準の表面に対して画素ごとに±１０度傾く
ものである。そして、例えば＋１０度傾いた状態をＯＮ
とし、−１０度傾いた状態をＯＦＦとする。

【０００３】図１６は、ＤＭＤのマイクロミラーの反射
イメージを示す斜視図である。同図において、３１は反
射型表示パネルとしてのＤＭＤ、実線で示す３２はＤＭ
Ｄ３１の或１つの画素におけるマイクロミラーでＯＮの
状態、破線で示す３２ａはそのＯＦＦの状態、３３はＤ
ＭＤ３１の上方に配設され、ＤＭＤ３１からの後述する
投影光を通過させて画像を形成する投影光学系である。

【０００４】同図に示すように、マイクロミラー３２の
回動の支軸ａｂは、矢印ｅで示す如く、ＤＭＤ３１の成
す長方形の短辺ｃ或いは長辺ｄに対して４５度を成す方
向である。このＤＭＤ３１を用いた表示光学系は、回動
の支軸ａｂに対して垂直な断面、即ち矢印ｆで示す如く
短辺ｃ或いは長辺ｄに対して別の４５度を成す面内にお
いて、照明光ＬＡがＤＭＤ３１表面に対する入射角２０
度で入射するように、図示しない照明光学装置を構成す
る。

【０００５】この照明光ＬＡが、ＯＮの状態であるマイ
クロミラー３２に反射されると、ＤＭＤ３１表面に対す
る反射角０度の投影光ＬＢとなり、ＯＦＦの状態である
マイクロミラー３２ａに反射されると、ＤＭＤ３１表面
に対する反射角−４０度の投影光ＬＢａとなる。そし
て、投影光学系３３は、反射角０度の光束である投影光
ＬＢのみを用いて画像を形成する。

【０００６】ところで、このようなＤＭＤによる反射型
表示パネルを用いた、いわゆる単板方式のプロジェクタ
ー光学系においては、例えばカラーホイル時分割方式が
採用されている。図１７は、このようなカラーホイルを
模式的に示す正面図である。同図に示すように、カラー
ホイル３４は例えば円板状を成しており、中心の回転軸
３４ａの周りには、３つの領域にそれぞれＲ（赤色），
Ｇ（緑色），Ｂ（青色）を透過させるカラーフィルター
が配置されている。そして、これらが回転軸３４ａの周
りに、例えば矢印方向に高速で回転する事により、この
カラーホイル３４を透過する例えばスポット３５で示さ
れる照明光が、各カラーフィルターにより高速で各色に
切り替わる。

【０００７】或いは、上記いわゆる単板方式のプロジェ
クター光学系において、照明光を表示パネルへと導くた
めに、従来より、表示パネル直前に配置したマイクロレ
ンズアレイやシリンダーレンズアレイが用いられてい
る。図１８は、従来の一例であるマイクロレンズアレイ
と表示パネルとの関係を模式的に示す図である。これ
は、特開平４−６０５３８号公報に記載されている如
く、単板方式で表示パネルに透過型液晶を用いたプロジ
ェクター光学系に採用されているものである。

【０００８】ここでは表示パネル１６を単板とし、画素
毎にＲ用，Ｇ用，Ｂ用を順次並べており、後述する光源
１からの光９を予めＲＧＢに色分割したものを、角度を
ＲＧＢ毎に変えて１絵素（１絵素とは表示パネル上のＲ
ＧＢ３画素を１組としたもの）ずつマイクロレンズアレ
イ６１の各マイクロレンズ６１ａに入射させ、それぞれ
表示パネル１６のＲ用，Ｇ用，Ｂ用の画素に集光するよ
うにしている。尚、同図のマイクロレンズアレイ６１及
び表示パネル１６の左右は、図示を省略している。

【０００９】図１９は、特開平９−３１８９０４号公報
に記載されている、従来の他の例であるマイクロレンズ
アレイと表示パネルとの関係を模式的に示す図である。
同図に示すように、ここではマイクロレンズアレイ６２
のマイクロレンズ６２ａ一つ当たり、光源１からの光９
をＲＧＢ３つではなくＲＧＢＲＧＢ…の順の複数絵素の
光束にして入射させ、それぞれ表示パネル１６のＲ用，
Ｇ用，Ｂ用の画素に集光するようにしている。尚、同図
のマイクロレンズアレイ６２及び表示パネル１６の左右
は、図示を省略している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記カ
ラーホイル時分割方式においては、白色光源からの照明
光の内、各時点で利用するのは、カラーフィルターを透
過した特定の波長範囲の光のみとなるため、照明効率が
悪くなる。一方、上記マイクロレンズアレイ等を用いた
構成では、照明光をＲＧＢの全ての波長範囲で利用する
事ができ、無駄がない。ところが、その中で、上記特開
平４−６０５３８号公報に記載されているような構成で
は、各画素が小さくなると、マイクロレンズアレイ６１
と表示パネル１６との距離を非常に小さくしなければな
らなくなる。

【００１１】例えば、各画素の大きさが十数μｍになる
と、マイクロレンズと表示パネルとの距離が数十μｍと
なり、物理的に構成不可能となる。具体的には、ＤＭＤ
パネルなどの表示パネルは、高画素化のため画素ピッチ
が１０〜２０μｍとなっているので、本例のマイクロレ
ンズアレイ６１のように、表示パネル１６の各画素をＲ
ＧＢそれぞれ１つの光束で照明する場合、マイクロレン
ズ６１ａと表示パネル１６の各画素との間は、１００μ
ｍ以下の距離となり、実質的にこれらの作成が不可能で
ある。たとえ実際に作成できたとしても、マイクロレン
ズの曲率が大きく、収差等が生じて良好な照明ができな
い。

【００１２】また、この距離を広げるために、上記特開
平９−３１８９０４号公報に記載されている構成が有効
となるが、それでも高々２００〜３００μｍ程度の距離
であり、これ以上広げると、色純度や照明効率の低下を
引き起こす。さらに、表示パネルに上記ＤＭＤを用いる
場合は、この距離を益々広げる必要が出てくる。即ち、
ＤＭＤにおいては、マイクロミラー保護のために、その
表面に空間を設けて、その上に保護ガラスが配置される
構成が取られており、その保護ガラスの厚さが１〜２ｍ
ｍとなっている。ただ、保護ガラス部分を変更すれば、
距離を広げる事無くＤＭＤ上にマイクロレンズアレイを
構成する事ができるが、そうすると既製のＤＭＤを利用
する事ができなくなり、信頼性に乏しくなる。

【００１３】或いは、特開平９−２１４９９７号公報の
実施例２等に記載されている如く、マイクロレンズを使
用した例ではないが、表示画面全体を３領域に分割し、
それぞれにＲ，Ｇ，Ｂの光をホログラム素子を介して照
明し、これらを順次切り換える方法も提案されている。
この方法を応用する事により、上記マイクロレンズと表
示パネルとの距離を広げても、照明効率や画質を損なう
事無く表示できる可能性がある。但し、この場合、各領
域の境界においては、照明されない部分或いは隣り合わ
せの色が混ざった部分がどうしても生じるので、画面全
体に渡ってきれいに表示する事は難しい。

【００１４】ところで、表示パネルに単板でＤＭＤを用
いる場合、良好な照明，投影分離を行うためには、ＴＩ
Ｒ（全反射）プリズム等が用いられる。ここで、ＤＭＤ
はその構成上、各画素の対角方向に回動の支軸を持つ方
が駆動しやすいので、上述したように、そのような構成
となっている。このとき、照明光は表示パネルに対し、
その各辺の斜め方向から照射される構成となるので、Ｔ
ＩＲプリズムが大型となり、また照明光学系の構成が複
雑となる。

【００１５】また、照明光と投影光との成す角度は、主
光線で２０度しかないため、ＴＩＲプリズムにより分離
可能な光束の角度範囲は限られている。従って、各光学
系にＦナンバーの小さい、明るいレンズを用いる事はで
きない。ここでは高々Ｆ３が限界となる。さらに、ＤＭ
Ｄにおいては、照明光はＯＦＦの状態のマイクロミラー
により、投影光学系から外れた方向に反射されるが、実
際にはこのＯＦＦの光もＴＩＲプリズムを透過するの
で、その一部の光が投影光学系に到達し、スクリーン上
にフレアとして現れる。

【００１６】本発明は、このような問題点に鑑み、表示
パネルにＤＭＤを用いる場合において、簡単な構成で、
Ｆナンバーが小さくて明るく、小型で高効率の光学系を
持ち、高画質が得られる表示光学装置を提供する事を目
的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、ＤＭＤと、そのＤＭＤに照明光を照明
する照明光学装置とを有し、前記ＤＭＤは、表面を複数
の画素に分割され、その画素ごとにその対角を支点にし
て選択的に第１或いは第２の所定の位置となるように回
動する微小なミラーを持つものであって、前記第１の所
定の位置である前記ミラーからの前記照明光の反射光の
みを投影光として通過させ、画像を形成する投影光学装
置を備えた構成において、前記ミラーが回動する回動軸
に垂直な面と前記ＤＭＤの短辺或いは長辺との成すアジ
マス角をΦとし、前記ＤＭＤの表面に対する前記第１の
所定の位置である前記ミラーの傾きをθとしたとき、そ
のＤＭＤへ入射する前記照明光のアジマス角は０．３３
Φ〜０．９Φであり、そのＤＭＤの表面に対するその照
明光の入射角は１．７θ〜４．５θである請求項１の構
成とする。

【００１８】また、前記照明光を全反射により前記ＤＭ
Ｄに導き、前記第１の所定の位置である前記ミラーから
の反射光を透過により投影レンズに導くプリズムを備
え、そのプリズムへ入射する前記照明光の、前記ＤＭＤ
の短辺或いは長辺との成すアジマス角は０度近傍である
請求項１に記載の請求項２の構成とする。

【００１９】さらに、前記投影光学系は非軸光学系であ
り、前記ＤＭＤの表面の法線方向に対し、３〜３０度の
角度範囲に主光線を持つ請求項１又は請求項２に記載の
請求項３の構成とする。

【００２０】また、別の構成として、ＤＭＤと、そのＤ
ＭＤに照明光を照明する照明光学装置とを有し、前記Ｄ
ＭＤは、表面を複数の画素に分割され、その画素ごとに
その対角を支点にして選択的に第１或いは第２の所定の
位置となるように回動する微小なミラーを持つものであ
って、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの前
記照明光の反射光のみを投影光として通過させ、画像を
形成する投影光学装置を備えた構成において、前記照明
光を全反射により前記ＤＭＤに導き、前記第１の所定の
位置である前記ミラーからの反射光を透過により投影レ
ンズに導くプリズムを備え、そのプリズムは、前記第２
の所定の位置である前記ミラーからの前記照明光の反射
光の全部或いは一部を全反射して、前記照明光学装置側
へ戻す請求項４の構成とする。

【００２１】また、前記ミラーが回動する回動軸に垂直
な面と前記ＤＭＤの短辺或いは長辺との成すアジマス角
をΦとし、前記ＤＭＤの表面に対する前記第１の所定の
位置である前記ミラーの傾きをθとしたとき、そのＤＭ
Ｄへ入射する前記照明光のアジマス角は１．８Φ〜３Φ
であり、そのＤＭＤの表面に対するその照明光の入射角
は１θ〜２θである請求項４に記載の請求項５の構成と
する。

【００２２】さらに、前記投影光学系は非軸光学系であ
り、前記ＤＭＤの表面の法線方向に対し、１０〜３０度
の角度範囲に主光線を持つ請求項４又は請求項５に記載
の請求項６の構成とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第
１の実施形態の表示光学装置を模式的に示す構成図であ
る。各部の配置は本来３次元的なものであるが、理解を
助けるために、平面状に記載している。同図において、
１は光源であり、２は光源１を取り囲むように配置され
るリフレクターである。また、７はリフレクター２の光
の射出口２ａを覆うように配置され、光源１及びリフレ
クター２からの光に含まれる紫外線及び赤外線をカット
するＵＶＩＲカットフィルターである。

【００２４】ＵＶＩＲカットフィルター７の後方（図の
下方）には、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）それぞれの
波長領域の光を反射するダイクロイックミラーＲ_m，
Ｇ_m，Ｂ_mがそれぞれ異なった傾きで配置されている。そ
して、光軸ＬでＵＶＩＲカットフィルター７を透過して
きた光９が、Ｒ_m，Ｇ_m，Ｂ_mそれぞれのダイクロイック
ミラーで反射され、それぞれ異なった角度の光軸Ｌ_R，
Ｌ_G，Ｌ_Bで後方（図の右方）に配置された第１レンズア
レイ４に到達するようにしている。尚、ダイクロイック
ミラーＢ_mは全反射ミラーでも良い。また、光９のダイ
クロイックミラーによる反射光は、図示を省略してい
る。

【００２５】第１レンズアレイ４の後方には、少し離れ
て第２レンズアレイ６、その直後に重ね合わせレンズ８
が配置されている。尚、ここでは図示しないが、第１レ
ンズアレイ４は、格子状に組み合わされた各セルを有し
ており、第２レンズアレイ６は、第１レンズアレイ４と
は別の格子状に組み合わされた各セルを有している。ま
た、第１レンズアレイ４は、複屈折回折格子を有してお
り、第２レンズアレイ６の各セルの長辺方向に、光源１
及びリフレクター２からの光９の偏光分離を行う。第１
レンズアレイ４、第２レンズアレイ６を通じて偏光変換
が行われ、光源１及びリフレクター２からの光９は特定
の偏光に揃えられて出てくる。この構成を偏光変換装置
と呼ぶ。これらの詳細な関係については後述する。

【００２６】また、第２レンズアレイ６とその直後の重
ね合わせレンズ８により、後述する表示パネルに、第１
レンズアレイ４の各セルの像が重なり合うようにしてい
る。そして、重ね合わせレンズ８の直後の照明光学系１
３により、表示パネルをテレセントリック照明する。
尚、重ね合わせレンズ８は、第２レンズアレイ６と一体
に成形されていても良い。以上の第１レンズアレイ４か
ら重ね合わせレンズ８までを、インテグレータ光学系Ｉ
と呼び、光軸をＬａとする。

【００２７】また、照明光学系１３の後方には、ＴＩＲ
プリズム２２が配置されている。ＴＩＲプリズム２２
は、それぞれ三角柱状をしたガラス等より成る大小のプ
リズム２２ｂ，２２ａの或面同士が向かい合った構成と
なっている。プリズム２２ｂは、入射面２２ｂａ，射出
面を兼ねた全反射面２２ｂｂ，及び入射出面２２ｂｃを
有し、プリズム２２ａは、入射面２２ａａ及び射出面２
２ａｂを有している。全反射面２２ｂｂと入射面２２ａ
ａの間隔は、数μｍ〜数十μｍとなっている。

【００２８】照明光学系１３を透過した、光源１及びリ
フレクター２からの光９は、まず、プリズム２２ｂに対
して、光軸Ｌａに沿って、直前のコンデンサーレンズ２
３を経て、入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射
面２２ｂｂに臨界角を超える入射角で入射する事によっ
て、光９はその殆どが反射され、入射出面２２ｂｃより
射出し、表示パネル１６に向かう。その直前には、所定
の偏光に対してマイクロレンズ効果をもたらす複屈折マ
イクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されてい
る。以上説明した構成を、照明光学装置の一例とする。

【００２９】表示パネル１６はＤＭＤで構成されてお
り、上記従来の技術で説明したように、ここに照明され
た光９を、画素毎に表示情報に応じてＯＮの状態のマイ
クロミラー或いはＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射
する。このとき、ＯＮの反射光は、複屈折マイクロシリ
ンダーレンズアレイ１５ａを経て、入射出面２２ｂｃに
入射してプリズム２２ｂに戻る。

【００３０】そして、全反射面２２ｂｂに臨界角以内の
入射角で入射してここを透過し、更に入射面２２ａａに
入射して、プリズム２２ａを透過して射出面２２ａｂよ
り射出し、光軸Ｌｂに沿って投影光である光２１として
投影光学系２４に到る。この投影光学系２４により、表
示パネル１６の表示情報が図示しないスクリーンに投影
される。尚、光２１は図示を省略している。一方、ＯＦ
Ｆの反射光は、プリズム２２ｂ，２２ａを透過しても、
最終的に投影光学系２４に到らない方向へと射出する。
以上説明した投影光学系とスクリーンの構成を、投影光
学装置の一例とする。

【００３１】この、ＯＮの反射光である光２１の光軸Ｌ
ｂは、本実施形態では後述するように、表示パネル１６
の表面に対して垂直とはならない構成であるので、投影
光学系２４は共軸系ではない非軸投影光学系とする必要
がある。この非軸投影光学系の具体例としては、例えば
特開平９−１７９０６４号公報の実施例４に記載されて
いる様なものが提案されている。

【００３２】図２は、本発明の第１の実施形態の表示光
学装置の主要部分を拡大して示す模式図であり、同図
（ａ）は全体図、同図（ｂ）は上記インテグレータ光学
系部分の側面図である。図１での説明と同様にして、光
軸Ｌに沿って入射してきた光９が、Ｒ_m，Ｇ_m，Ｂ_mそれ
ぞれのダイクロイックミラーで反射され、それぞれ異な
った角度の光軸Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bで後方（図の下方）に配
置された第１レンズアレイ４に到達する。尚、同図
（ａ）では光９は図示を省略している。

【００３３】第１レンズアレイ４の後方には、少し離れ
て第２レンズアレイ６、その直後に重ね合わせレンズ８
が配置されている。第１レンズアレイ４は、格子状に組
み合わされた各セル４ａを有しており、第２レンズアレ
イ６は、第１レンズアレイ４とは別の格子状に組み合わ
された各セル６ａを有している。ＲＧＢで異なる方向か
ら第１レンズアレイ４に到達した光９は、その個々のセ
ル４ａ毎に、その後方に少し離れて配置された第２レン
ズアレイ６の個々のセル６ａ上に結像する。このとき、
ＲＧＢで光の方向が異なるため、ＲＧＢそれぞれの光源
像ができる。それぞれの位置にはほぼ各色がきている
が、色純度を上げるため、ＲＧＢのカラーフィルターが
設けてある。このカラーフィルターによる光量のロスは
少ない。

【００３４】また、第１レンズアレイ４は、図２（ｂ）
に示すように、複屈折回折格子を有しており、第２レン
ズアレイ６の各セルの長辺方向に、光９の偏光分離を行
う。ここでは第１レンズアレイ４、第２レンズアレイ６
を通じて偏光変換が行われ、光９は特定の偏光に揃えら
れて出てくる。この偏光変換の原理を同図（ｂ）で改め
て説明する。まず、光９は無偏光の光束で、インテグレ
ータ光学系Ｉに入射する。インテグレータ光学系Ｉは、
光束の進む順に、第１レンズアレイ４、１／２波長板
５、第２レンズアレイ６、重ね合わせレンズ８より成
る。第１レンズアレイ４は、ガラス等より成る基板４ｂ
上にブレーズ形状の複屈折回折格子４ｃが形成され、更
にそのブレーズ形状部に接する部分に複屈折光学材料４
ｄが充填されて、ガラス板４ｅで封印されている。

【００３５】複屈折光学材料４ｄは、偏光方向の異なる
光線に対しては異なる屈折率を示し、本例では、紙面に
沿った偏光面を有する光線Ｌ１に対する屈折率と、紙面
に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２に対する屈折率とが異
なっている。また複屈折回折格子４ｃの形状は直進する
光を偏向する形状である。ここで、紙面に沿った偏光面
を有する光線Ｌ１に対する屈折率と、基板材料の屈折率
とを等しくする事により、紙面に沿った偏光面を有する
光線Ｌ１は、実線で示されるように複屈折回折格子４ｃ
が存在しない場合と等価に進行し、紙面に垂直な偏光面
を有する光線Ｌ２は、一点鎖線で示されるように複屈折
回折格子４ｃが存在する状態で進行するので、偏向を受
ける事になる。

【００３６】一方、第１レンズアレイ４は入射する光９
を空間分割し、第２レンズアレイ６上で結像させる。紙
面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１は直進して結像し、
紙面に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２は偏向を受けて結
像する。従って、紙面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１
と、紙面に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２とは空間的に
異なる位置で結像する事になる。そこで第２レンズアレ
イ６光源側近傍に、前記いずれかの偏光面を有する光束
の結像している空間に１／２波長板５を配置する事によ
り、いずれか一方の偏光面を有する光束に揃える事が可
能となる。

【００３７】ここでは光線Ｌ２に対して１／２波長板５
を用いている。従って、インテグレータ光学系Ｉから
は、全て紙面に対して平行な偏光面に揃えられた偏光
が、照明光として射出する事になる。尚、複屈折光学材
料は、例えば液晶材料を所定の方向に配向処理する事等
により得られる。また、紫外線等の照射を受けると硬化
する液晶材料が知られているので、そのような液晶材料
を用いて上記配向処理後に紫外線照射等を施すようにし
ても良い。

【００３８】続いて、同図（ａ）に戻って説明すると、
第２レンズアレイ６とその直後の重ね合わせレンズ８に
より、表示パネル１６に、第１レンズアレイ４の各セル
の像が重なり合うようにしている。そして、重ね合わせ
レンズ８の直後の照明光学系１３により、表示パネル１
６をテレセントリック照明する。ここで、図１でも示し
たように、表示パネル１６の直前には、複屈折材料によ
り構成される複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１
５ａが配置されている。

【００３９】そして、上記ダイクロイックミラーと第
１，第２レンズアレイによってＲＧＢに色分解された光
９は、照明光学系１３及びＴＩＲプリズム２２を経て、
この複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａの各
マイクロシリンダーレンズ１５ａａによって、各色毎に
表示パネル１６の数個の画素１６ｂをそれぞれ照明す
る。尚、マイクロシリンダーレンズ１５ａａの代わりに
回折レンズとしても良い。同図の複屈折マイクロシリン
ダーレンズアレイ１５ａ及び表示パネル１６の左右は、
図示を省略している。尚、これらの間には１／４波長板
１０が配置されているが、これについては後述する。

【００４０】本実施形態では、複屈折マイクロシリンダ
ーレンズアレイ１５ａと表示パネル１６との間隔が２ｍ
ｍ〜３ｍｍとなっており、表示パネル１６のＤＭＤの画
素１６ｂを保護する保護ガラス１６ａの外側に、複屈折
マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを配置するスペ
ースが充分ある。また、図２（ａ）においては、１色当
たり４画素を照明する構成となっているが、実際には、
保護ガラス１６ａの厚さが２ｍｍ程度であれば、１色当
たり６〜１０画素を照明する構成とし、複屈折マイクロ
シリンダーレンズアレイ１５ａの配置スペースを確保す
る必要がある。

【００４１】このようにして、マイクロシリンダーレン
ズアレイをＤＭＤ素子面から２〜３ｍｍ離す事で、数画
素毎にＲＧＢ各色の領域となる照明を行うが、本実施形
態では、更に複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１
５ａを、同図或いは図１の矢印Ａｗで示すように、その
表面に沿って１フレーム内に微細ピッチで或いは連続的
に駆動し、画素上の照明光を移動している。そして、こ
れに連動した画素表示を行う事で、全画面において良好
なカラー表示を行う事ができる。詳しくは後述する。こ
の場合、図１に示すように、複屈折マイクロシリンダー
レンズアレイ１５ａの代わりに、照明光学系１３の一部
のレンズを矢印Ｂｗで示すように光軸Ｌａに垂直に駆動
するか、照明光学系１３内にミラーを設けてこれを回転
駆動する等の構成としても良い。

【００４２】図３は、複屈折マイクロシリンダーレンズ
アレイの材料構成を示す模式図である。本実施形態で
は、表示パネル１６として反射型表示パネルであるＤＭ
Ｄを用いているので、この場合、表示パネル１６直前の
複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａ（断面が
レンズ形のレンチキュラータイプ）には、表示パネル１
６へ入射する光９（照明光，実線で示す）と表示パネル
１６の各画素１６ｂから反射した光２１（投影光，二点
鎖線で示す）との両方が通過する事となる。表示パネル
１６へ入射する光９は、前述のように作用するが、反射
した光２１は、このままでは複屈折マイクロシリンダー
レンズアレイ１５ａにより光線が乱され、画質が劣化す
る。

【００４３】これに対処するため、本実施形態では、複
屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを、等方性
の光学材料と複屈折特性を持つ光学材料とで構成し、さ
らに、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａと
表示パネル１６との間に、１／４波長板１０を配置して
いる。同図において、表示パネル１６へ入射する光９
は、或特定の偏光面、例えば紙面に沿った偏光面を持
ち、表示パネル１６で反射した光の内、映像の表示に有
効な光２１は、偏光面が回転していて、例えば紙面に垂
直な偏光面を持つ。これは、これらの光が合わせて１／
４波長板１０を往復通過する際に、１／２波長板として
の働きを受ける事によるものである。

【００４４】そこで、複屈折マイクロシリンダーレンズ
アレイ１５ａを構成する、マイクロシリンダーレンズ１
５ａａより上側にある等方性の光学材料の屈折率をＮと
し、マイクロシリンダーレンズ１５ａａより下側にある
複屈折材料の、光９の偏光面に対する屈折率をＮｅ、光
２１の偏光面に対する屈折率をＮｏとする。このとき、
Ｎ＝Ｎｏとする事により、複屈折マイクロシリンダーレ
ンズアレイ１５ａは、光９に対してはマイクロシリンダ
ーレンズアレイとして働き、光２１に対しては単なる透
明平板となる。これにより、反射型表示パネルを用いて
も、光２１の画質を劣化させる事がなくなる。

【００４５】ところで、このような複屈折マイクロシリ
ンダーレンズアレイを、ＴＩＲプリズム２２と表示パネ
ル１６との間に配置するのではなく、図１で示したコン
デンサーレンズ２３とＴＩＲプリズム２２との間に、マ
イクロシリンダーレンズアレイとして配置する方法があ
る。これによれば、表示パネル１６との距離が充分確保
できる上に、このマイクロシリンダーレンズアレイを照
明光のみが通過するだけとなり、図３で説明したよう
な、投影光が乱される問題が生じないようになるので、
インテグレータ光学系Ｉで偏光変換する必要がなくな
り、マイクロシリンダーレンズアレイにおける複屈折効
果も不要となる。このとき、マイクロシリンダーレンズ
アレイとＤＭＤパネルが大きく離れるので、１色当たり
数十画素を照明する構成となる。

【００４６】図４，図５は、上述した画素上の照明光を
移動する事によりカラー表示を行う原理を説明する図で
ある。ここで、図４は、表示パネル上の位置と照明光と
の関係を示しており、横軸に位置、縦軸に照明光の強度
を取っている。また、図５（ａ）〜（ｃ）は、各画素に
おける時間と照明光との関係を示しており、横軸に時
間、縦軸に照明光の強度を取っている。そして、同図
（ｄ）は、マイクロシリンダーレンズアレイの移動の様
子を示しており、横軸に時間、縦軸にマイクロシリンダ
ーレンズアレイの移動量を取っている。これは、上述し
た照明光学系の移動量の場合もある。

【００４７】まず、図４において、上記表示パネル１６
の各画素１６ｂの内、或一つの画素を選択し、これに番
号１を付する。そして、ここから順に右側の画素へと１
つずつ整数番号を付して行く。ここで、上記複屈折マイ
クロシリンダーレンズアレイ１５ａ（或いは照明光学系
１３）を駆動する事により、各色の照明領域が、矢印Ｃ
ｗで示すように右側へと一斉に移動する。Ｒ，Ｇ，Ｂ各
色の照明領域は、それぞれ破線，実線，点線で示すよう
に、例えば楕円の上半分に近い形の強度分布を持つと仮
定している。尚、同図では１色の照明領域に対する画素
数は４となっているが、勿論これに限定されるものでは
ない。

【００４８】今、番号１の画素に注目すると、図５
（ａ）に示すように、ここで白表示を行うときは、実線
Ｔで示すようにＯＮ表示時間を連続的なものとし、Ｒ，
Ｇ，Ｂ全ての色を表示すれば良い。次に、番号７の画素
に注目すると、同図（ｂ）に示すように、ここで中程度
の明るさの青紫表示を行うときは、実線Ｔ１，Ｔ２で示
すように、それぞれＲの照明領域の周辺部（強度が弱
い），Ｂの照明領域の中央部（強度が強い）により照明
されるときにおいて、それぞれ短時間及び長時間ＯＮ表
示すれば良い。

【００４９】さらに、番号１０の画素に注目すると、同
図（ｃ）に示すように、ここで中程度の明るさの緑表示
を行うときは、実線Ｔ３で示すように、Ｇの照明領域の
周辺から中心にかけて照明される時間だけＯＮ表示すれ
ば良い。以上のようにして、各色の照明領域に対応する
表示時間を分割し、その分割された時間を組み合わせる
事により、各画素における色合いと階調表現を行う。こ
こでは表示時間を４分割した例を挙げているが、これに
限定されるわけでは勿論無く、更に細かく分割する事に
より、より微妙な表示を行う事ができる。

【００５０】ちなみに、いわゆるフルカラー表示を行う
場合は、２５５階調の表示が必要である。従来は、表示
の階調を表現するには、一様な照明光の間にＯＮにする
時間を２５５段階でデジタル制御していた。しかし、本
実施形態のように、照明領域内で強度分布が変化する場
合は、各色の照明領域に対応する表示時間を２５５分割
までする必要はなく、比較的粗く分割された表示時間を
組み合わせる事で、同レベルのフルカラー表示を行う事
が可能である。

【００５１】最後に、同図（ｄ）に示すように、本例で
は複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを、矢
印Ｄｗで示す１フレームの時間を一周期として、微小ピ
ッチで或いは連続的に駆動するが、その中には、元の位
置に戻すための、矢印Ｅｗで示すブランク時間が必要で
あり、その間だけは表示は行わない構成となっている。
尚、これまで説明した画素上の照明光を移動する事によ
りカラー表示を行う構成は、表示パネルに必ずしもＤＭ
Ｄを使用する必要はなく、例えば強誘電液晶等のＯＮ，
ＯＦＦ切換の応答性の良い素子を使用しても良い。

【００５２】図６は、本発明の第２の実施形態の表示光
学装置を模式的に示す構成図である。各部の配置は本来
３次元的なものであるが、理解を助けるために、平面状
に記載している。本実施形態は、上記図１で示した第１
の実施形態の構成とほぼ同じであるが、ここでは複屈折
マイクロシリンダーレンズアレイを駆動するのではな
く、投影光学系２４を構成する投影レンズ２４ａを矢印
Ｆｗで示すように光軸Ｌｂに垂直に、１フレーム内に１
画素ピッチで（或いは連続的に）駆動し、スクリーン２
０上の投影光を１画素単位で移動している。そして、こ
れに連動した画素表示を行う事で、全画面において良好
なカラー表示を行う事ができる。

【００５３】図７，図８は、上述したスクリーン上の投
影光を移動する事によりカラー表示を行う原理を説明す
る図である。ここで、図７は、スクリーン上の位置と投
影光との関係を経時変化を踏まえて示しており、横軸に
位置、縦軸に時間を取っている。また、図８（ａ）〜
（ｃ）は、各画素に対応したスクリーン上の位置におけ
る時間と投影光との関係を示しており、横軸に時間、縦
軸に投影光の強度を取っている。そして、同図（ｄ）
は、投影レンズの移動の様子を示しており、横軸に時
間、縦軸に投影レンズの移動量を取っている。

【００５４】まず、図７において、上記表示パネル１６
の各画素に対応したスクリーン２０上に投影された画素
の内、或一つの画素を選択し、これに番号１を付する。
そして、ここから順に右側の画素へと１つずつ整数番号
を付して行く。尚、説明の便宜上、付する番号は１から
１４までとする。このとき、各色の照明領域は、同図に
それぞれ点線，破線，実線で示すように、Ｂ，Ｒ，Ｇの
順に４画素ずつに対応しているものとする。勿論これに
限定されるものではない。ここで、上記投影レンズ２４
ａを駆動する事により、各色の照明領域及びそれに対応
する画素が、同図（ａ）〜（ｃ）で示すように、スクリ
ーン上で右側へと１画素ずつ移動する。実際は更に続い
て移動して行く。

【００５５】図８においては、Ｂ，Ｒ，Ｇ各色の照明領
域は、それぞれ点線，破線，実線で示すように、例えば
楕円の上半分に近い形の強度分布を持つと仮定してい
る。今、図７に示すスクリーン上の位置ａに注目する
と、図８（ａ）に示すように、ここで白表示を行うとき
は、各画素を実線で示すように、全ての画素をＯＮと
し、Ｂ，Ｒ，Ｇ全ての色を表示すれば良い。

【００５６】次に、図７に示すスクリーン上の位置ｂに
注目すると、図８（ｂ）に示すように、ここで中程度の
明るさの青紫表示を行うときは、該当する画素を実線で
示すように、それぞれＲの照明領域の周辺部（強度が弱
い）における例えば番号８の画素、並びにＢの照明領域
の中央部（強度が強い）における番号２及び３の画素を
ＯＮとする。そして、その他の画素を破線で示すように
ＯＦＦとすれば良い。

【００５７】さらに、図７に示すスクリーン上の位置ｃ
に注目すると、同図（ｃ）に示すように、ここで中程度
の明るさの緑表示を行うときは、該当する画素を実線で
示すように、Ｇの照明領域の周辺から中心にかけての、
例えば番号１１及び１２の画素をＯＮとする。そして、
その他の画素を破線で示すようにＯＦＦとすれば良い。
以上のようにして、各色の照明領域に対応する各画素を
組み合わせる事により、スクリーン上の各位置における
色合いと階調表現を行う。ここでは画素の大きさに基づ
いて表示時間の分割が決まるが、各画素のＯＮ時間を更
に細かく刻む事により、より微妙な表示を行う事ができ
る。即ち、各画素の時間分割と各照明領域の画素数との
積で階調表示する。

【００５８】最後に、図８（ｄ）に示すように、本例で
は投影レンズ２４ａを、矢印Ｄｗで示す１フレームの時
間を一周期として、１画素ピッチで（或いは連続的に）
駆動するが、ここでは１フレームの中間時点で逆方向に
駆動して、最後に元に戻る構成とする事により、ブラン
ク時間を不要としている。但し、この駆動方法に限定さ
れるわけではなく、上記図５（ｄ）で示した方法を使用
しても良いし、上記第１の実施形態で照明光を移動する
構成において、図８（ｄ）で示した方法を使用しても良
い。尚、これまで説明したスクリーン上の投影光を移動
する事によりカラー表示を行う構成は、表示パネルに必
ずしもＤＭＤを使用する必要はなく、例えば強誘電液晶
等のＯＮ，ＯＦＦ切換の応答性の良い素子を使用しても
良い。

【００５９】以下に説明する図９〜図１１は、ＴＩＲプ
リズム付近の構成を模式的に示す斜視図である。尚、表
示パネル１６の所定の短辺をｃ、長辺をｄとしている。
まず、図９は、従来の構成を示している。同図に示すよ
うに、ここでは図示しない上記インテグレータＩより、
表示パネル１６の短辺ｃに対するアジマス角４５度で、
光軸Ｌａに沿ってＴＩＲプリズム２２に到達した照明光
としての光９は、プリズム２２ｂの入射面２２ｂａに入
射する。そして、全反射面２２ｂｂで反射され、入射出
面２２ｂｃより射出し、表示パネル１６に向かう。その
直前には、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５
ａが配置されている。尚、アジマス角の基準は長辺とし
ても良い。

【００６０】表示パネル１６のＯＮの状態の各画素１６
ｂからの反射光（ＯＮの反射光）は、複屈折マイクロシ
リンダーレンズアレイ１５ａを経て、入射出面２２ｂｃ
に入射してプリズム２２ｂに戻り、全反射面２２ｂｂを
透過する。更に入射面２２ａａに入射して、プリズム２
２ａを透過し、射出面２２ａｂより投影光である光２１
として、光軸Ｌｂに沿って射出し、図示しない投影光学
系に到る。一方、表示パネル１６のＯＦＦの状態の各画
素１６ｂからの反射光（ＯＦＦの反射光）は、ＯＮの反
射光と同様にしてプリズムを透過するが、最終的に光軸
Ｌｃに沿って投影光学系から外れた方向へと射出する。

【００６１】次に、図１０は、第１の実施形態における
構成を示している。同図に示すように、ここでは図示し
ない上記インテグレータＩより、表示パネル１６の短辺
ｃに対するアジマス角略０度で、光軸Ｌａに沿ってＴＩ
Ｒプリズム２２に到達した照明光としての光９は、プリ
ズム２２ｂの入射面２２ｂａに入射する。そして、全反
射面２２ｂｂで反射され、入射出面２２ｂｃより射出
し、表示パネル１６に向かう。以下、図９における説明
と同様である。

【００６２】さらに、図１１は、第２の実施形態におけ
る構成を示している。同図に示すように、ここでは図示
しない上記インテグレータＩより、表示パネル１６の短
辺ｃに対するアジマス角約１４８度で、光軸Ｌａに沿っ
てＴＩＲプリズム２２に到達した照明光としての光９
は、プリズム２２ｂの入射面２２ｂａに入射する。そし
て、全反射面２２ｂｂで反射され、入射出面２２ｂｃよ
り射出し、表示パネル１６に向かう。その直前には、複
屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置され
ている。

【００６３】表示パネル１６のＯＮの状態の各画素１６
ｂからの反射光（ＯＮの反射光）は、複屈折マイクロシ
リンダーレンズアレイ１５ａを経て、入射出面２２ｂｃ
に入射してプリズム２２ｂに戻り、全反射面２２ｂｂを
透過する。更に入射面２２ａａに入射して、プリズム２
２ａを透過し、射出面２２ａｂより投影光である光２１
として、光軸Ｌｂに沿って射出し、図示しない投影光学
系に到る。一方、表示パネル１６のＯＦＦの状態の各画
素１６ｂからの反射光（ＯＦＦの反射光）は、ＯＮの反
射光と同様にしてプリズム２２ｂに戻るが、全反射面２
２ｂｂで反射され、最終的に光軸Ｌｄに沿って照明側へ
と戻される。

【００６４】このような構成とするのは、以下の理由に
よる。即ち、上記従来の技術でも述べたように、ＤＭＤ
においては、照明光はＯＦＦの状態のマイクロミラーに
より、投影光学系から外れた方向に反射されるが、実際
にはこのＯＦＦの光もＴＩＲプリズムを透過するので、
その一部の光が投影光学系に到達し、スクリーンにフレ
アとして現れる。

【００６５】具体的に説明すると、図１と同様にしてＴ
ＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す図１２におい
て、照明光としての光９は、プリズム２２ｂに対して、
光軸Ｌａに沿って、直前のコンデンサーレンズ２３を経
て、入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射面２２
ｂｂに臨界角を超える入射角で入射する事によって、光
９はその殆どが反射され、入射出面２２ｂｃより射出
し、表示パネル１６に向かう。その直前には、所定の偏
光に対してマイクロレンズ効果をもたらす複屈折マイク
ロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されている。

【００６６】表示パネル１６はＤＭＤで構成されてお
り、ここに照明された光９を、画素毎に表示情報に応じ
てＯＮの状態のマイクロミラー或いはＯＦＦの状態のマ
イクロミラーで反射する。このとき、ＯＮの反射光は、
複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを経て、
入射出面２２ｂｃに入射してプリズム２２ｂに戻る。そ
して、全反射面２２ｂｂに臨界角以内の入射角で入射し
てここを透過し、更に入射面２２ａａに入射して、プリ
ズム２２ａを透過して射出面２２ａｂより射出し、光軸
Ｌｂに沿って投影光である光２１として投影光学系２４
に到る。この投影光学系２４により、表示パネル１６の
表示情報が図示しないスクリーンに投影される。

【００６７】一方、ＯＦＦの反射光は、プリズム２２
ｂ，２２ａを透過しても、最終的に投影光学系２４に到
らない方向へと光軸Ｌｃに沿って射出するが、その一部
の光が投影光学系２４の特にコバの部分に到達し、スク
リーンにフレアとして現れてしまう。これを防止するた
めに、図１１のような、ＯＦＦの反射光を完全に遮断す
る構成が取られる。

【００６８】以下に説明する図１３〜図１５は、照明光
と投影光の角度関係を示す図であり、それぞれ上記図９
〜図１１の構成に対応している。各図においては、表示
パネル１６を基準とした、これに対する照明光の入射角
及び投影光の反射角を、その角度に比例する半径の同心
円で示している。また、表示パネル１６の短辺ｃ方向を
同心円の中心Ｏを通る横軸で示して、この右方向をアジ
マス角０度とし、長辺ｄ方向を同じく同心円の中心Ｏを
通る縦軸で示して、この上方向をアジマス角９０度とし
ている。

【００６９】また、図中の破線による丸５１は、ＴＩＲ
プリズム２２へ入射する照明光の光束の角度範囲を示
し、点線による丸５２は、表示パネル１６へ入射する照
明光の光束の角度範囲を示している。そして、実線によ
る丸５３は、表示パネル１６から射出するＯＮの反射光
（投影光）の光束の角度範囲を示し、一点鎖線による丸
５４は、表示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光の
光束の角度範囲を示している。各丸は、Ｆナンバーが３
の場合の光束範囲を示している。さらに、実線による弧
５５は、ＴＩＲプリズムの全反射面で反射或いは透過す
る角度範囲の境界を示しており、斜線で示す側が透過領
域である。

【００７０】まず、図１３は、上記従来の構成における
照明光と投影光の角度範囲を示している。同図におい
て、丸５１で示すＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光
のアジマス角は４５度、表示パネル１６に対する入射角
は約１０５度となっている。また、丸５２で示す表示パ
ネル１６へ入射する照明光のアジマス角は４５度、入射
角は２０度となっている。そして、丸５３で示す表示パ
ネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）の反射角
は０度となっている。さらに、丸５４で示す表示パネル
１６から射出するＯＦＦの反射光のアジマス角は２２５
度、反射角は４０度となっている。

【００７１】また、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２の
アジマス角は４５度、全反射面の表示パネル１６に対す
る傾きは３０．５度である。同図に示すように、従来の
構成では、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明
光と、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの
反射光（投影光）とが密接しており、弧５５で示すＴＩ
Ｒプリズム２２によって辛うじて分離されている状態で
あるので、ここではＦナンバーの小さい、明るいレンズ
を用いる事はできない。

【００７２】次に、図１４は、上記第１の実施形態の構
成における照明光と投影光の角度範囲を示している。同
図において、丸５１で示すＴＩＲプリズム２２へ入射す
る照明光のアジマス角は０度、表示パネル１６に対する
入射角は１００度足らずとなっている。また、丸５２で
示す表示パネル１６へ入射する照明光のアジマス角は約
３０度、入射角は３０度足らずとなっている。そして、
丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光
（投影光）のアジマス角は１８０度、反射角は約１０度
となっている。さらに、丸５４で示す表示パネル１６か
ら射出するＯＦＦの反射光のアジマス角は２１０度余
り、反射角は４５度余りとなっている。

【００７３】また、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２の
アジマス角は−１２度、全反射面の表示パネル１６に対
する傾きは３４度である。同図に示すように、第１の実
施形態では、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照
明光と、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮ
の反射光（投影光）は、それぞれＦ３の範囲に対して余
裕があり、ここではＦナンバーの小さい、更に明るいレ
ンズを用いる事ができる。また、ＴＩＲプリズム２２へ
入射する照明光は、表示パネル１６の短辺ｃに沿った方
向から入射させるため、ＴＩＲプリズム２２を薄く構成
する事ができ、また投影光学系２４のレンズバックを短
くする事ができる。

【００７４】このようにして、投影光を表示パネルの垂
直方向から若干短辺に沿った方向に傾け、更に非軸投影
光学系を用いる事で、Ｆナンバーを稼ぐ事ができる。ま
た、ＴＩＲプリズムの構成方法によって、照明光をほぼ
短辺方向と一致させる事により、ＴＩＲプリズムの小型
化が可能となり、照明光学系の構成が簡単となる。

【００７５】一般に、表示パネルの各画素を形成するＤ
ＭＤのマイクロミラーの、（表示パネル短辺に対する）
アジマス角４５度，傾き１０度の構成に対し、表示パネ
ルへ入射する照明光がアジマス角１５度〜４０度，入射
角１７度〜４５度の範囲内にあると、ＴＩＲプリズムへ
入射する照明光が表示パネルの短辺に沿った方向（アジ
マス角０度）から照明されるように構成しても、Ｆナン
バー３以上の明るさを確保する事ができる。このときの
ＴＩＲプリズムのアジマス角は−１１度〜−１３度とす
る事により、ＴＩＲプリズムへ入射する照明光はアジマ
ス角は０度近傍となる。

【００７６】これに対し、表示パネルへ入射する照明光
がアジマス角４０度以上，入射角１７度以下のときは、
Ｆナンバー４程度しか確保する事ができない。また、ア
ジマス角１５度以下，入射角４５度以上のときは、表示
パネルから射出するＯＮの反射光（投影光）の反射角が
３０度以上となり、投影光学系に非軸光学系を用いたと
しても、収差補正が難しくなる。即ちここでは、投影光
学系は、表示パネル表面の法線方向に対し、３〜３０度
の角度範囲内に主光線を持つような構成とすれば良い。
結論として、ＤＭＤのマイクロミラーのアジマス角をΦ
（マイクロミラーが回動する回動軸に垂直な面と表示パ
ネルの短辺との成す角）、ミラーの傾きをθとしたと
き、表示パネルへ入射する照明光のアジマス角は０．３
３Φ〜０．９Φ、入射角は１．７θ〜４．５θとすれば
良い。

【００７７】最後に、図１５は、上記第２の実施形態の
構成における照明光と投影光の角度範囲を示している。
同図において、丸５１で示すＴＩＲプリズム２２へ入射
する照明光のアジマス角は約１４８度、表示パネル１６
に対する入射角は９０度足らずとなっている。また、丸
５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光のアジマス
角は９０度、入射角は１５度足らずとなっている。そし
て、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反
射光（投影光）のアジマス角は０度、反射角は１５度足
らずとなっている。さらに、丸５４で示す表示パネル１
６から射出するＯＦＦの反射光のアジマス角は２４０度
余り、反射角は３０度余りとなっている。

【００７８】また、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２の
アジマス角は１５５度、全反射面の表示パネル１６に対
する傾きは４３．５度である。同図に示すように、第２
の実施形態では、丸５２で示す表示パネル１６へ入射す
る照明光と、丸５３で示す表示パネル１６から射出する
ＯＮの反射光（投影光）とが密接しており、弧５５で示
すＴＩＲプリズム２２によって辛うじて分離されている
状態であるので、ここではＦナンバーの小さい、明るい
レンズを用いる事はできない。また、ＴＩＲプリズム２
２へ入射する照明光は、表示パネル１６の短辺ｃに沿っ
た方向から入射させる事ができないので、ＴＩＲプリズ
ムの小型化を図る事はできない。

【００７９】けれども本実施形態では、丸５４で示す表
示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光を、ＴＩＲプ
リズム２２の全反射面の反射領域に持ってくる事ができ
るので、ＯＦＦの反射光をＴＩＲプリズム２２で全反射
させ、通過しないようにする事ができる。これにより、
ＯＦＦの反射光が投影光学系に到達する事がなくなり、
スクリーン上のフレアを防止する事ができる。結論とし
て、マイクロミラーのアジマス角をΦ、ミラーの傾きを
θとしたとき、表示パネルへ入射する照明光のアジマス
角は１．８Φ〜３Φ、入射角は１θ〜２θとすれば良
い。

【００８０】ここで、アジマス角１．８Φ以下，入射角
１θ以下のときは、ＯＦＦの反射光をＴＩＲプリズムで
全反射させる条件において、Ｆナンバー４より暗い値し
か確保する事ができない。また、アジマス角３Φ以上，
入射角２θ以上のときは、表示パネルから射出するＯＮ
の反射光（投影光）の反射角が３０度以上となり、投影
光学系に非軸光学系を用いたとしても、収差補正が難し
くなる。即ちここでは、投影光学系は、表示パネル表面
の法線方向に対し、１０〜３０度の角度範囲内に主光線
を持つような構成とすれば良い。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表示パネルにＤＭＤを用いる場合において、簡単な構成
で、Ｆナンバーが小さくて明るく、小型で高効率の光学
系を持ち、高画質が得られる表示光学装置を提供する事
ができる。

【００８２】特に、請求項１及び請求項３によるなら
ば、Ｆナンバーの小さい、明るいレンズを用いる事がで
きる。

【００８３】また、請求項２によるならば、プリズムの
小型化が可能となり、照明光学系の構成が簡単となる。

【００８４】また、請求項４乃至請求項６によるなら
ば、ＯＦＦの反射光が投影光学系に到達する事がなくな
り、スクリーン上のフレアを防止する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の表示光学装置を模式
的に示す構成図。

【図２】第１の実施形態の表示光学装置の主要部分を拡
大して示す模式図。

【図３】複屈折マイクロシリンダーレンズアレイの材料
構成を示す模式図。

【図４】画素上の照明光を移動する事によりカラー表示
を行う原理の説明図（構成）。

【図５】画素上の照明光を移動する事によりカラー表示
を行う原理の説明図（動作）。

【図６】本発明の第２の実施形態の表示光学装置を模式
的に示す構成図。

【図７】スクリーン上の投影光を移動する事によりカラ
ー表示を行う原理の説明図（構成）。

【図８】スクリーン上の投影光を移動する事によりカラ
ー表示を行う原理の説明図（動作）。

【図９】ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜視
図（従来例）。

【図１０】ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜
視図（第１の実施形態）。

【図１１】ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜
視図（第２の実施形態）。

【図１２】従来のＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に
示す図。

【図１３】従来の構成における照明光と投影光の角度範
囲を示す図。

【図１４】第１の実施形態の構成における照明光と投影
光の角度範囲を示す図。

【図１５】第２の実施形態の構成における照明光と投影
光の角度範囲を示す図。

【図１６】ＤＭＤのマイクロミラーの反射イメージを示
す斜視図。

【図１７】カラーホイルを模式的に示す正面図。

【図１８】従来の一例であるマイクロレンズアレイと表
示パネルとの関係を模式的に示す図。

【図１９】従来の他の例であるマイクロレンズアレイと
表示パネルとの関係を模式的に示す図。

【符号の説明】

１光源２リフレクター４第１レンズアレイ６第２レンズアレイ７ＵＶＩＲカットフィルター８重ね合わせレンズ１３照明光学系１５ａ複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１６表示パネル２２ＴＩＲプリズム２４投影光学系Ｒ_m，Ｇ_m，Ｂ_m ダイクロイックミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＤＭＤと、該ＤＭＤに照明光を照明する
照明光学装置とを有し、前記ＤＭＤは、表面を複数の画素に分割され、該画素ご
とにその対角を支点にして選択的に第１或いは第２の所
定の位置となるように回動する微小なミラーを持つもの
であって、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの前記照明
光の反射光のみを投影光として通過させ、画像を形成す
る投影光学装置を備えた表示光学装置において、前記ミラーが回動する回動軸に垂直な面と前記ＤＭＤの
短辺或いは長辺との成すアジマス角をΦとし、前記ＤＭ
Ｄの表面に対する前記第１の所定の位置である前記ミラ
ーの傾きをθとしたとき、該ＤＭＤへ入射する前記照明
光のアジマス角は０．３３Φ〜０．９Φであり、該ＤＭ
Ｄの表面に対する該照明光の入射角は１．７θ〜４．５
θである事を特徴とする表示光学装置。
【請求項２】前記照明光を全反射により前記ＤＭＤに
導き、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの反
射光を透過により投影レンズに導くプリズムを備え、該
プリズムへ入射する前記照明光の、前記ＤＭＤの短辺或
いは長辺との成すアジマス角は０度近傍である事を特徴
とする請求項１に記載の表示光学装置。
【請求項３】前記投影光学系は非軸光学系であり、前
記ＤＭＤの表面の法線方向に対し、３〜３０度の角度範
囲に主光線を持つ事を特徴とする請求項１又は請求項２
に記載の表示光学装置。
【請求項４】ＤＭＤと、該ＤＭＤに照明光を照明する
照明光学装置とを有し、前記ＤＭＤは、表面を複数の画素に分割され、該画素ご
とにその対角を支点にして選択的に第１或いは第２の所
定の位置となるように回動する微小なミラーを持つもの
であって、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの前記照明
光の反射光のみを投影光として通過させ、画像を形成す
る投影光学装置を備えた表示光学装置において、前記照
明光を全反射により前記ＤＭＤに導き、前記第１の所定
の位置である前記ミラーからの反射光を透過により投影
レンズに導くプリズムを備え、該プリズムは、前記第２
の所定の位置である前記ミラーからの前記照明光の反射
光の全部或いは一部を全反射して、前記照明光学装置側
へ戻す事を特徴とする表示光学装置。
【請求項５】前記ミラーが回動する回動軸に垂直な面
と前記ＤＭＤの短辺或いは長辺との成すアジマス角をΦ
とし、前記ＤＭＤの表面に対する前記第１の所定の位置
である前記ミラーの傾きをθとしたとき、該ＤＭＤへ入
射する前記照明光のアジマス角は１．８Φ〜３Φであ
り、該ＤＭＤの表面に対する該照明光の入射角は１θ〜
２θである事を特徴とする請求項４に記載の表示光学装
置。
【請求項６】前記投影光学系は非軸光学系であり、前
記ＤＭＤの表面の法線方向に対し、１０〜３０度の角度
範囲に主光線を持つ事を特徴とする請求項４又は請求項
５に記載の表示光学装置。