JP2001242393A - パネルデバイス及びそれを用いた投射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 明るく中間調の得られる画像投影ができるパ
ネルデバイス及びそれを用いた投射装置を得ること。 【解決手段】 所定のピッチで配列された複数の反射部
材と、各反射部材に対応して配置した開口を設けた遮光
板と、該反射部材の形状を変える駆動手段とを有し、該
駆動手段で該反射部材の形状を変えて、該反射部材に入
射し、反射した光束の該遮光板の開口からの通過光量を
制御して画像表示を行うこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は二次元画像投影用の
パネルデバイス及びそれを用いた投射装置に関するもの
である。例えば液晶パネル等のパネルデバイスに基づく
単色画像及びカラー画像を良好なる状態で投影し、観察
することができる、例えば液晶プロジェクター等の様な
データプロジェクタ装置又はイメージプロジェクタ装置
に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より２次元画像投影用のパネルデバ
イスが種々と提案されている。例えば液晶プロジェクタ
ーに用いられる液晶カラーパネルや、米テキサスインス
ツルメンツ社のマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ素子、
又はデジタルライトプロセッシング、ＤＬＰ素子）と呼
ばれる反射型のイメージ表示用のデバイスがある。

【０００３】これらのデバイスはパソコンなどのＣＲＴ
表示や、その他のデジタル画像などをスクリーンに投影
して多くの人々が同時にこれを観察すると言う目的で使
用されている。二次元画像投影用のパネルデバイスは投
射装置のキーデバイスとなっている。

【０００４】又、従来より投影用のパネルデバイスを使
用するプロジェクタ装置に於いては、投影画像が明るい
こと、装置全体が小型であることが要望されている。

【０００５】当該装置に於いて最も一般的なものとして
所謂，カラー液晶プロジェクタがある。カラー液晶プロ
ジェクタはＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の三色
分解した画像表示用の液晶パネルを使用し、光源からの
光をＲ，Ｇ，Ｂの三つの色光に分割し、それぞれの色光
の液晶パネルを透過させ光変調させた後、クロスダイク
ロプリズムなどの光束合成手段を用いて、該三色光の画
像を単一の光路に合成し、一枚のカラー画像としたの
ち、これを投射レンズでスクリーン面上に投射する。

【０００６】この場合、使用される二次元画像表示用の
パネルデバイスは良く知られた液晶表示板である。一般
に当該装置に使用される液晶表示用のパネルデバイスは
透過型液晶より成り、パネルデバイス上に作り込まれた
一画素毎に、照明系からの光の透過率を変化させてい
る。

【０００７】一方、前述した米テキサスインスツルメン
ツ社のマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ素子、又はデジ
タルライトプロセッシング、ＤＬＰ素子）と呼ばれる反
射型の二次元画像表示用のパネルデバイスは、約１７ミ
クロンピッチという非常に微少なピッチで配列した微小
な略正方形のミラーアレイで構成され、ＶＧＡ(VideoGr
aphics Array)やＳ−ＶＧＡ(Super-Video Graphics Arr
ay)などの画素数にて画素に相当するマイクロミラーを
配列している。

【０００８】この素子のミラー１枚１枚の角度を、個別
に二通りに変化させることが可能となっている。その結
果、該微小ミラーを一画素として、一画素の画素を表示
しようとするとき照明光束を所定の方向に反射させてい
る。又、画像を表示させない画素はそれに相当する微小
ミラーの角度をもう一方の別な角度に保持することによ
り、そのミラーで反射された光束が他の方向へ反射され
るようにしている。

【０００９】一方、そのミラーを二通りの状態の間で制
御することにより中間調を表現することが可能である。
二つの状態のいずれかの状態で停止している時間の長さ
を設定することによって表示される画像上の特定の画素
が明るくなる、或いは暗くなる時間の長さの割合を自由
に設定することにより中間調の表現が可能になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述したＤＭＤ素子に
おいては、本来のミラーの保持位置が２個所しかないた
め、投影される画像の光量は１か０の２通りしかない。
中間調成分を表示しようとする際、それでは不都合なの
でマイクロミラーを高い周波数で連続駆動させ、光量の
来る時間と来ない時間を交互に切り替え、その時間の長
さの比を変えることにより中間調成分を表示していた。

【００１１】そのため通常の画像表示の場合，殆ど常時
連続的に反転駆動している必要があり、素子に高い耐久
性と信頼性が要求されていた。

【００１２】また、同素子では、各画素に相当するマイ
クロミラーがそれぞれ傾きを代えて画像を表示してお
り、数万のミラーの全ての角度が正確に揃っている必要
があった。例えばミラーの角度が部分的にばらつくと画
像がひずんでしまうことがあった。

【００１３】また、上記中間調の表示の際には、ある一
つの画素に注目した場合、その画素の光点は画面上の所
定の位置から画面外の所定の位置の間を画面上を横断し
ながら往復運動をすることになる。勿論、画面上の所定
の位置に於いて静止している時間に応じて、その画素の
表示階調が決定されるが、画面からその画素の明るさが
消え去るとき、その画素は明るいまま画面上を移動して
行くのは避けられない。

【００１４】一般にかなりの高速で移動するのではある
が、いずれにせよ静止した状態から加速して行くのには
他ならないため、低速域ではこれが、ちらつきとして知
覚されることがあった。また、一般的な中間調を多く含
む画像に於いては、画面中の至る所でこの光点の移動が
発生しているので、画面を見ていると気づかないうち
に、ちらつきによる疲労が発生することがあった。

【００１５】本発明は、中間調の画像も容易に表示する
ことができるパネルデバイス及びそれを用いた投射装置
の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のパネル
デバイスは、所定のピッチで配列された複数の反射部材
と、各反射部材に対応して配置した開口を設けた遮光板
と、該反射部材の形状を変える駆動手段とを有し、該駆
動手段で該反射部材の形状を変えて、該反射部材に入射
し、反射した光束の該遮光板の開口からの通過光量を制
御して画像表示を行うことを特徴としている。

【００１７】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記複数の反射部材は１画素に対して１つの反射部
材が対応していることを特徴としている。

【００１８】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記反射部材は集光作用のある曲面反射鏡より
成っていることを特徴としている。

【００１９】請求項４の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記反射部材は凹面鏡又は回転放物面鏡又は回
転楕円面鏡より成っていることを特徴としている。

【００２０】請求項５の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記反射部材は可撓性の材質で構成されている
ことを特徴としている。

【００２１】請求項６の発明は請求項３の発明におい
て、前記遮光板は前記曲面反射鏡に入射し、該曲面反射
鏡で反射した光束が略収束する焦点面又はその付近に配
置されていることを特徴としている。

【００２２】請求項７の発明の投射装置は、請求項１か
ら６のいずれか１項のパネルデバイスを光源からの光束
で照明し、該パネルデバイスで光変調した光束を投射レ
ンズで所定面上に投射して画像を形成していることを特
徴としている。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の画像表示用のパネ
ルデバイスを用いた投射装置の実施形態１の要部概略図
である。

【００２４】本実施形態のパネルデバイス（デバイス）
１は二次元画像形成用で反射型平面パネル状より成って
いる。照明系２からデバイス１に斜め約４５°方向から
略平行な照明光束２ａを照射し、デバイス１で光変調し
た反射光束２ｂを投影レンズ３によってスクリーン４上
に投射し、その面上に画像を形成している。

【００２５】図２は図１の２次元画像形成用の反射型平
面パネル状のパネルデバイス（デバイス）の要部斜視図
である。図２は図１のデバイス１の一部分５を拡大した
状態を示している。図３は図２の反射部材で反射した光
束が遮光板の開口を通過する様子の説明図である。図４
は本実施形態のパネルデバイス１の要部正面図である。

【００２６】本デバイス１は一画素１ａ毎に微小ミラー
（反射部材）１ｂが配置され、これらの複数の微小ミラ
ー１ｂより成るミラーアレイ（マイクロ放物面ミラー）
１ｃは図３に示すように各々が予め回転放物面の凹面鏡
の形状になっている。該ミラー１ｂの材質は金属の薄板
でプレスによりエンボス成型されたもの、例えば口ール
エンボス成型などの型押し手段を使用して形成してい
る。

【００２７】またはミラーアレイ１ｃの材質は金属でな
くとも、樹脂材料により成型した薄い回転方物面鏡形状
のものに高反射金属コートを施したものも適用可能であ
る。

【００２８】各画素１ａに相当する領域の寸法は、斜め
４５°方向から光束２ａを照明して見たときに所定の略
正方画素寸法になるように縦と横の長さは凡そ

【００２９】

【外１】

【００３０】の比率になっている。

【００３１】照明系２からの略平行な照明光束２ａを該
ミラーアレイ１ｃに照射すると、各画素１ａに対応する
回転放物面鏡の形状をした反射面により照明光束は所定
の方向へ収束反射される。該反射光束２ｂの略収束面付
近に、該光束の収束点付近に所定の大きさの円形又は多
角形又は楕円等の開口６ａを有する遮光板６が、各画素
１ａ毎、即ち各ミラーそれぞれに一対一に設けられてお
り、それらは、該画像表示用のパネルデバイス１を照明
する光束２ａを遮らないように該略平行な照明光２ａの
照明方向と平行な方向に配設されている。

【００３２】該微小ミラー１ｂは可撓性の材質にて構成
されており、その裏側にはミラー１ｂそれぞれに一対一
のピエゾ素子（駆動手段）１ｄが配設されており、該凹
面ミラー１ｂの頂点位置は該ピエゾ素子１ｄに直結され
ている。ピエゾ素子１ｄの伸び縮みに応じて、該ミラー
１ｂは大まかにその曲率に若干の変化を受ける。

【００３３】投影レンズ３の位置する反射光２ｂ側から
該遮光板６を見れば、図５に示すように該凹面鏡軸外し
となっている放物面ミラー１ｂからの反射光が該遮光板
６の開口６ａをその大半が通過してくる場合、その画素
１ａは明るく見える。

【００３４】ここで、該ピエゾ素子１ｄを駆動した場
合、図６に示すように該凹面ミラー１ｂの曲率が変化し
ミラー１ｂからの反射光の収束点の位置も微少に変化す
る。そのため凹面ミラー１ｂにて反射した光量が遮光板
６の開口部分６ａにて、デフォーカスのためけられてし
まう。その画素を、該遮光板６側から見た場合，開口部
分を通過してくる光量が低下するためその画素は暗くな
って見える。

【００３５】このように画素１ａの裏側に並べられたピ
エゾ素子（駆動手段）１ｄを駆動することにより反射光
量を画素毎にコントロールしている。

【００３６】本実施形態ではミラーアレイの各ミラーか
らの反射光のうち遮光板６の開口６ａを通過する光量の
大小を駆動手段としてのピエゾ素子を用いて制御し、遮
光板６の開口６ａを通過した光を投影レンズ３でスクリ
ーン４上に投射することによってスクリーン４面上に濃
淡のある画像を形成している。

【００３７】以上のように、本発明による画像表示用の
マイクロミラーアレイを用いたパネルデバイスは、階調
表現を画素の移動によるものではなく、その画素の位置
は画面上で常に変わらず静止しており、画素毎の反射光
量を連続的に制御することによって可能にしている。

【００３８】パネルデバイスを構成する可撓性の微小な
ミラーアレイを変形させることにより該ミラーアレイか
らの反射光束にパワーを付与しこれを遮光板のスリット
乃至はピンホールに通すことで光束に与えられたパワー
の光量変化に変換して画像の階調表現を行っている。

【００３９】本実施形態において、ミラー１ｂの曲利を
変化させる駆動手段はピエゾ素子に限らず、変形可能な
手段であれば何でも良い。

【００４０】例えばミラー変形駆動力を生じさせる素子
としては、図７に示すような静電的な引力を利用したも
のや、図８に示すような微小な気室を配列して負圧又は
正圧によってミラーを押し引きするなどの構成も適用可
能である。

【００４１】図７ではミラーＭ１に電荷を蓄えて、電源
手段で電荷量を調整し、静電的な吸着力を利用して、ミ
ラーＭ１の形状を変えている。

【００４２】図８ではミラーＭ１と筐体ＢＸとで気密性
の室を形成し、該室の圧力を磁石を利用して変化させて
ミラーＭ１の形状を変化させている。

【００４３】尚、本実施形態においてはミラーの曲率を
変化させるかわりに遮光板６の開口６ａの位置を変え
て、開口を通過する光量を変化させても良い。又、開口
の大きさを変えて通過光量を変化させても良い。

【００４４】図９は本発明の画像表示用のパネルデバイ
スを用いた。投射装置の実施形態２の要部概略図であ
る。本実施形態のパネルデバイス（デバイス）１１は二
次元画像形成用で反射型平面パネル状より成っている。
照明系１２より拡散面状の照明光束１２ａをデバイス１
１に斜め約４５°方向から照射し、デバイス１１で光変
調した反射光束１２ｂを投影レンズ１３によってスクリ
ーン１４上に投射し、その面上に画像を形成している。

【００４５】図１０は図９の２次元画像形成用の反射型
平面パネル状のパネルデバイス（デバイス）１１の要部
斜視図である。図１０は図９のデバイス１１の一部分１
５を拡大した状態を示している。

【００４６】本デバイス１１は一画素１１ａ毎に微小ミ
ラー（反射部材）１１ｂが配置され、これらの複数の微
小ミラー１１ｂより成るミラーアレイ（マイクロ楕円面
ミラー）１１ｃは図１１に示すように各々が予め回転楕
円面の凹面鏡の形状になっている。該ミラー１１ｂの材
質は金属の薄板でプレスによりエンボス成型されたも
の、例えば口ールエンボス成型などの型押し手段を使用
して形成している。

【００４７】またはミラーアレイ１１ｃの材質は金属で
なくとも、樹脂材料により成型した薄い回転方物面鏡形
状のものに高反射金属コートを施したものも適用可能で
ある。

【００４８】各画素１１ａに相当する領域の寸法は、斜
め４５°方向から光束１２ａを照明して見たときに所定
の略正方画素寸法になるように縦と横の長さは凡そ

【００４９】

【外２】

【００５０】の比率になっている。

【００５１】照明系１２からの光束１２ａを、該回転楕
円面アレイ鏡１１ｃの片方の焦点が空間に形成する略平
面に略一致するような平面照明となるように構成し、該
照明光束１２ａを該ミラーアレイ１１ｃに照射すると、
各画素１１ａに対応する軸外し回転楕円面鏡の形状をし
た反射面により照明光束は所定の方向へ収束反射され
る。

【００５２】図１２は楕円ミラー１２ｂに入射した光束
が焦点位置に集光される状態を示している。該反射光束
の略収束面付近に、該光束の収束点付近に所定の大きさ
の開口１６ａを有する遮光板１６が、各画素１１ａ毎、
即ち各マイクロ楕円ミラー１１ｂそれぞれに一対一に設
けられており、それらは、該画像表示用のパネルデバイ
ス１１を照明する光束１２ａを遮らないように該略平行
な照明の照明方向と平行な方向に配設されている。

【００５３】該微小ミラー１１ｂは可撓性の材質にて構
成されており、その裏側にはミラー１１ｂそれぞれに一
対一のピエゾ素子（駆動手段）１１ｄが配設されてお
り、該凹面ミラー１１ｂの頂点位置は該ピエゾ素子１１
ｄに直結されている。ピエゾ素子１１ｄの伸び縮みに応
じて、該ミラー１１ｂは大まかにその曲率に若干の変化
を受ける。

【００５４】投影レンズ３の位置する反射光１２ｂ側か
ら該遮光板１６を見れば、該凹面鏡軸外しとなっている
放物面ミラー１１ｂからの反射光が該遮光板１６の開口
１６ａをその大半が通過してくる場合、その画素１１ａ
は明るく見える。

【００５５】ここで、該ピエゾ素子１１ｄを駆動した場
合、該凹面ミラー１１ｂの曲率が変化しミラー１１ｂか
らの反射光の収束点の位置も微少に変化する。そのため
凹面ミラー１１ｂにて反射した光量が遮光板１６の開口
部分１６ａにて、デフォーカスのためけられてしまう。
その画素を、該遮光板１６側から見た場合，開口部分を
通過してくる光量が低下するためその画素は暗くなって
見える。

【００５６】このように画素１ａの裏側に並べられたピ
エゾ素子（駆動手段）１１ｄを駆動することにより反射
光量を画素毎にコントロールしている。

【００５７】以上のように本実施形態によれば、中間調
の表示において投影された画面上での光点の光束移動が
なく、それによって、ちらつきを生ずることもない。

【００５８】また、投影画面上の光点は基本的に移動し
ないため、素子の劣化や初期製作誤差などに伴い投影画
面が歪むこともない投射装置が得られるという効果があ
る。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、中間調の画像も容易に
表示することができるパネルデバイス及びそれを用いた
投射装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパネルデバイスを用いた投射装置の実
施形態１の要部概略図

【図２】図１の一部分の説明図

【図３】図２の一部分の拡大説明図

【図４】本発明のパネルデバイスの要部正面図

【図５】本発明のパネルデバイスの光路説明図

【図６】本発明のパネルデバイスの光路説明図

【図７】本発明のパネルデバイスの他の実施形態の説明
図

【図８】本発明のパネルデバイスの他の実施形態の説明
図

【図９】本発明のパネルデバイスを用いた投射装置の実
施形態２の要部概略図

【図１０】図９の一部分の説明図

【図１１】図１０の一部分の拡大説明図

【図１２】図９の楕円ミラーによる光束の光路図

【符号の説明】

１，１１ パネルデバイス １ａ 画素 １ｂ 反射部材 １ｃ ミラーアレイ １ｄ 駆動手段 ２，１２ 照明系 ３，１３ 投射レンズ ４，１４ スクリーン ６，１６ 遮光板 ６ａ，１６ａ 開口 １１ｂ 楕円ミラー

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H041 AA12 AB14 AC02 AC06 AC08 AZ03 5C058 AA05 AB03 BA07 EA27 5C094 AA05 BA66 BA84 CA19 CA25 ED11 GA10 HA10 5G435 AA01 BB17 CC09 DD02 DD04 FF03 GG10 GG21 LL15

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のピッチで配列された複数の反射部
   材と、 各反射部材に対応して配置した開口を設けた遮光板と、 該反射部材の形状を変える駆動手段とを有し、 該駆動手段で該反射部材の形状を変えて、該反射部材に
   入射し、反射した光束の該遮光板の開口からの通過光量
   を制御して画像表示を行うことを特徴とするパネルデバ
   イス。
2. 【請求項２】 前記複数の反射部材は１画素に対して１
   つの反射部材が対応していることを特徴とする請求項１
   のパネルデバイス。
3. 【請求項３】 前記反射部材は集光作用のある曲面反射
   鏡より成っていることを特徴とする請求項１又は２のパ
   ネルデバイス。
4. 【請求項４】 前記反射部材は凹面鏡又は回転放物面鏡
   又は回転楕円面鏡より成っていることを特徴とする請求
   項１又は２のパネルデバイス。
5. 【請求項５】 前記反射部材は可撓性の材質で構成され
   ていることを特徴とする請求項１又は２のパネルデバイ
   ス。
6. 【請求項６】 前記遮光板は前記曲面反射鏡に入射し、
   該曲面反射鏡で反射した光束が略収束する焦点面又はそ
   の付近に配置されていることを特徴とする請求項３のパ
   ネルデバイス。
7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれか１項のパネル
   デバイスを光源からの光束で照明し、該パネルデバイス
   で光変調した光束を投射レンズで所定面上に投射して画
   像を形成していることを特徴とする投射装置。