JP2003307706A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】画像表示装置の薄型化を図る。照度分布を均一
化する。 【解決手段】白色光源１と、２次光源を作る楕円ミラー
２と、カラーフィルタ３と、カラーフィルタ３を通った
光線が通過するコンデンサレンズ４Ａ，４Ｂと、コンデ
ンサレンズを通った光線を反射させる平面ミラー８と、
ミラー８を通った光線を反射させる球面ミラー５と、ミ
ラー５により反射した光線が入射し、かつ２次元的に配
置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させ
て反射光の出射角度を変化させ、オン／オフ状態を作る
ＤＭＤ６と、オン状態のピクセルの微小ミラーからの反
射光を拡大し投影する投影レンズ７とを備える。平面ミ
ラー８はＤＭＤ６側に、球面ミラー５は投影レンズ７側
に配置され、平面ミラー８から球面ミラー５へ、かつ球
面ミラー５からＤＭＤ６へ、それぞれ投影レンズ７の中
心軸及びコンデンサレンズ４Ａ，４Ｂの中心軸に対して
傾斜した光線が照射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影形の高精細度
テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムやビデオプロジェク
タ等に使用される投影形の画像表示装置に関し、特に、
光学系部品の配置構造に特徴を有する画像表示装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】出願人は、先に、特願平８−３４７３３
１号に示される画像表示装置を出願した。この画像表示
装置は、白色光源と、白色光源からの光線を２次光源と
して集光する集光ミラーと、２次光源の位置に配置さ
れ、白色光を時間的に光の３原色に分解するカラーフィ
ルタと、コンデンサレンズと、折り返しミラーと、２次
元に配列された各ピクセルの微小ミラーの傾きを変化さ
せることにより反射光の角度を変化させてオン／オフ状
態を作る反射表示手段と、この反射表示手段によって表
された画像をスクリーンに拡大して投影する投影レンズ
とを備えるものであって、前記コンデンサレンズは、カ
ラーフィルタを透過した光線の拡がりを抑え、折り返し
ミラーと共に照明光を反射表示手段を介して投影レンズ
に導き、前記折り返しミラーは、凹面形状であると共
に、前記白色光源、集光ミラー、コンデンサレンズを含
む照明光学系の光軸に対して偏芯させて配置され、前記
照明光学系の光路を３次元的に折り返し、前記反射表示
手段が適正に動作する入射角で照明光を入射させるよう
構成されている。

【０００３】図２４は、上記従来技術の実装図であり、
５１は白色光源のアーク（発光点）、５２は集光ミラー
としての楕円ミラー、５３は輪帯部分が光の三原色
（赤、緑、青）に分割された回転可能なカラーフィル
タ、５４はコンデンサレンズ、５５は折り返しミラーと
しての球面ミラー、５６は後述する反射表示手段として
のＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）、５７
は投影レンズである。

【０００４】ここで、ＤＭＤ５６は、「光学」（vol.2
5,No.6,p.313〜314,1996年）に記載されているように、
２次元的に配列した各ピクセルが微小なミラーから構成
され、各ピクセルごとにその直下に配置されたメモリー
素子による静電界作用によって上記微小ミラーの傾きを
制御し、反射光の反射角度を変化させることによってオ
ン／オフ状態を作る反射形表示素子である。そして、ピ
クセルがオフの状態では、当該ピクセルの微小ミラーに
よる反射光が投影レンズに入射せず、ピクセルがオンの
状態では、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投
影レンズ５７に入射してスクリーンに画像を形成するよ
うに光学系部品を配置する必要がある。なお、各ピクセ
ルの微小ミラーのオン時の傾き角は、ＤＭＤ５６の光線
の入射面に対して１０度程度と決められている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図２４から明らかなよ
うに、ＤＭＤ５６を使用した従来の画像表示装置は、コ
ンデンサレンズ５４を通った光を球面ミラー５５により
一度折り返してＤＭＤ５６に所定角度で入射させ、その
反射光を投影ミラー５７に導く構造である。このため、
装置が平面的に大きくなるのを防ぐためにはコンデンサ
レンズ５４の中心軸がＤＭＤ５６の下方に位置するよう
な構造をとらざるを得ない。言い換えれば、図２４にお
ける投影レンズ５７の中心軸５７aに対し、コンデンサ
レンズ５４の中心軸５４aを十分に余裕をとって下方に
配置し、その中心軸５４a上に球面レンズ５５を配する
構造となる。つまり、中心軸５４a，５７a間の距離をあ
る程度長くする必要がある。このため、装置の高さ方向
に沿って光学系部品の配置スペースを大きくとる必要が
あり、装置の薄型化が難しいという問題があった。

【０００６】そこで本発明の目的は、光学系部品の配置
を工夫することにより、照明効率を低下させずに装置の
薄型化を可能にした画像表示装置を提供することにあ
る。また、本発明の他の目的は、従来技術に比べて照度
の均一性を一層向上させた画像表示装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、請求項１に記載するように、白色光源
と、この白色光源からの光線を集光して仮想的な２次光
源を作る集光ミラーと、２次光源の位置に配置されて白
色光から光の３原色を経時的に作り出すカラーフィルタ
と、カラーフィルタを通った光線が通過するコンデンサ
レンズと、コンデンサレンズを通った光線を反射させる
第１の折り返しミラーと、第１の折り返しミラーを通っ
た光線を更に反射させる第２の折り返しミラーと、第２
の折り返しミラーにより反射した光線が入射し、かつ、
２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾
きを変化させて反射光の出射角度を変化させることによ
りオン／オフ状態を作る反射表示手段と、オン状態にあ
るピクセルの微小ミラーからの反射光を拡大して投影す
る投影レンズとを備え、第１の折り返しミラーは反射表
示手段側に、また、第２の折り返しミラーは投影レンズ
側にそれぞれ配置され、第１の折り返しミラーから第２
の折り返しミラーへ、投影レンズの中心軸及びコンデン
サレンズの中心軸に対して共に傾斜した光線が照射さ
れ、かつ、第２の折り返しミラーから反射表示手段へ、
投影レンズの中心軸及びコンデンサレンズの中心軸に対
して共に傾斜した光線が照射されることを特徴とするも
のである。このような構成を採用することにより小型化
が可能となる。

【０００８】また、本発明は、請求項２に記載するよう
に、コンデンサレンズの中心軸と投影レンズの中心軸と
を平面から見て所定角度で交差させることを特徴とする
ものである。

【０００９】また、本発明は、請求項３に記載するよう
に、第２の折り返しミラーを投影レンズの入射部の直下
に配置したことを特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。図１は本発明の実施形態を示す平面図、
図２は正面図（図１を下方から見た図であり、便宜上、
投影レンズの図示を省略してある）、図３は側面図（図
２を右側から見た図）であり、何れも光学系部品の位置
関係を示している。これらの図において、１はアーク、
２はアーク１からの光線を集光して２次光源を作る集光
ミラーとしての楕円ミラーである。３は輪帯部分が光の
三原色に分割された回転可能なカラーフィルタであり、
前記２次光源の位置に配置されている。３aはカラーフ
ィルタ３の回転軸である。

【００１１】４Ａ，４Ｂは楕円ミラー２の中心軸上に配
置されたコンデンサレンズであり、これらのレンズ４
Ａ，４Ｂの中心軸４a（すなわち楕円ミラー２の中心
軸）上には第１の折り返しミラーとしての平面ミラー８
が傾いて配置されている。ここで、コンデンサレンズ４
Ａ，４Ｂの曲面は球面、非球面（放物面等）の何れでも
良い。更に、５は第２の折り返しミラーとしての球面ミ
ラーであり、コンデンサレンズ４Ａ，４Ｂを通って平面
ミラー８により反射した光線がこの球面ミラー５に入射
するように配置されている。図１では、球面ミラー５の
反射面（球面）に対する接線と平行な中心軸５aが、コ
ンデンサレンズ４Ａ，４Ｂの中心軸４a及びカラーフィ
ルタ３の回転軸３aに対し平行になるような位置関係に
ある。第２の折り返しミラーは凹面形状の反射面を有し
ていれば良く、球面ミラー以外に放物面ミラー等の非球
面ミラーでも良い。なお、球面ミラー５の中心軸５aに
直交する中心軸（法線）５bは、後述するＤＭＤ６の中
心軸６aや投影レンズ７aの中心軸に対し平行にはなって
いない。

【００１２】コンデンサレンズ４Ａ，４Ｂの中心軸４a
を挟んで、球面ミラー５とは反対側にＤＭＤ６が配置さ
れており、その受光面に垂直な中心軸６aは球面ミラー
５の若干上方を通っている。そして、球面ミラー５のす
ぐ上には投影レンズ７の入射部７ｂが配置され、その中
心軸７aはＤＭＤ６の中心軸６aと一致しないが若干上方
にあって、両軸６a，７aは平行になっている。すなわ
ち、本実施形態では、投影レンズ７の入射部７ｂの直下
に第２の折り返しミラーとしての球面ミラー５が配置さ
れていると共に、コンデンサレンズ４Ａ，４Ｂの中心軸
４aと投影レンズ７の中心軸７aとが平面から見て所定角
度で交差（図示例では直交）している。

【００１３】この実施形態では、カラーフィルタ３から
コンデンサレンズ４Ａ，４Ｂを通過した光が平面ミラー
８により折り返され、更に球面ミラー５により折り返さ
れてＤＭＤ６のピクセルに所定角度で入射する。そし
て、ＤＭＤ６のオン状態のピクセルによって反射した光
が投影レンズ７に入射し、カラーフィルタ３により選択
された色彩の光としてスクリーン（図示せず）に投影さ
れる。

【００１４】このように、投影レンズ７の入射部７aの
直下に第２の折り返しミラーとしての球面ミラー５を配
置し、コンデンサレンズ４Ａ，４Ｂの中心軸４aと投影
レンズ７の中心軸７aとを平面から見て所定角度で交差
させると共に、第１の折り返しミラーとして平面ミラー
８を追加し、この平面ミラー８と前記球面ミラー５とに
より光を２回反射させてＤＭＤ６に入射させる構造とす
ることにより、図３から明らかなように、コンデンサレ
ンズ４Ａ，４Ｂの中心軸４aと投影レンズ７の中心軸７a
との間の距離をそれほどとらなくてもＤＭＤ６からの反
射光を投影レンズ７に導くことができる。従って、画像
表示装置の高さ方向に沿った光学系部品の配置間隔を短
くでき、装置の薄型化が可能になる。

【００１５】以下、この実施形態における実施例を説明
する。まず、図４〜図６は第１実施例を示しており、図
４は平面配置図、図５は図４における各記号の説明、範
囲、実際値、範囲外の場合の影響の一覧表、図６はスク
リーン上の照度分布図である。この実施例において、コ
ンデンサレンズ４Ａ，４Ｂには曲面が球面または非球面
の何れを用いても良い。また、球面ミラー５に代えて非
球面（放物面等）ミラーを用いることもできる。

【００１６】図７〜図１２は第２実施例を示しており、
図７は平面配置図、図８は側面配置図、図９はこの実施
例で使用されている第１の折り返しミラーとしてのくさ
びミラー１０の説明図、図１０は同じくくさび形コンデ
ンサレンズ９の説明図、図１１は各記号の説明、範囲、
実際値、範囲外の場合の影響の一覧表、図１２はスクリ
ーン上の照度分布図である。

【００１７】この実施例では、第１の折り返しミラーと
して、図９に示すような断面くさび形の反射面１０aを
有するくさびミラー１０が使用されている。くさびミラ
ー１０は、左右一対の反射面１０aによって反射光の照
度分布を左右それぞれの外側へ移動させる作用を有する
ため、スクリーン上の画像の中心部の照度を下げ、周辺
部の照度を上げるように働く。これにより、画像全体の
照度分布を均一化することができる。

【００１８】また、本実施例では、第１実施例の片方の
コンデンサレンズ４Ａに代えてくさび形コンデンサレン
ズ（くさびプリズム）９を用いている。９aはその出射
面である。このくさび形コンデンサレンズ９は、出射光
を屈折させて照度分布を左右の出射面９aの外側へ移動
させ、結果的に画像全体の照度分布を均一化する作用が
ある。従って、前記くさびミラー１０によって左右方向
の照度分布を、くさび形コンデンサレンズ９によって上
下方向の照度分布をそれぞれ外側に移動させるように役
割分担を行えば、矩形の画像全体の照度分布が均一にな
る。

【００１９】なお、図８は側面配置図であるが、コンデ
ンサレンズ９，４Ｂとくさびミラー１０との間に平面ミ
ラー１１を配置することにより、アーク１からコンデン
サレンズ９，４Ｂまでの光学系を折り返しており（以下
の各実施例の側面配置図も同様である）、実質的に図７
と同様の構造である。くさび形コンデンサレンズ９に代
えて第１実施例のようなコンデンサレンズ４Ａを用いて
も良く、球面ミラー５に代えて非球面ミラーを用いるこ
ともできる。

【００２０】図１３〜図１７は第３実施例を示してお
り、図１３は平面配置図、図１４は側面配置図、図１５
はこの実施例で使用されているシリンダミラー１２の説
明図、図１６は各記号の説明、範囲、実際値、範囲外の
場合の影響の一覧表、図１７はスクリーン上の照度分布
図である。

【００２１】この実施例では、第１の折り返しミラーと
して、図１５に示すような断面円弧状のシリンダミラー
１２が使用されている。１２aはその反射面である。こ
のシリンダミラー１２は、反射光を図１３における紙面
の表裏（垂直）方向に規制して球面ミラー５に入射させ
ることにより、スクリーン上に目標とする矩形の画像を
投影させるように作用している。また、コンデンサレン
ズ４Ｂの出射側にはフライアイレンズ１３が配置されて
おり、照度分布を一層均一化するように配慮されてい
る。なお、コンデンサレンズ４Ａ，４Ｂは曲面が球面と
なっている。

【００２２】図１８〜図２１は第４実施例を示してお
り、図１８は平面配置図、図１９は側面配置図、図２０
は各記号の説明、範囲、実際値、範囲外の場合の影響の
一覧表、図２１はスクリーン上の照度分布図である。

【００２３】この実施例では、アーク１とコンデンサレ
ンズ４Ａとの間に、照度分布の均一化を図るためのロッ
ドレンズ１４が挿入されている。なお、第１の折り返し
ミラーにはシリンダミラー１２が使用されているが、平
面ミラーでも良い。また、コンデンサレンズ４Ａ，４Ｂ
は曲面が球面のものが使用されるが、第２の折り返しミ
ラーは球面ミラー５以外に非球面ミラーでも良い。

【００２４】図２２、図２３は従来技術を示すもので、
図２２は側面配置図、図２３はスクリーン上の照度分布
図であり、図２２の参照符号は前述した図２４と同一の
符号を用いてある。本発明の実施例である図６，図１
２，図１７，図２１と従来技術の図２３とを比較する
と、特に、図１７，図２１の実施例では従来技術より大
幅に照度分布が均一化されていることが判る。なお、第
１〜第４実施例のうち、第１〜第３実施例（照度分布図
では図６，図１２，図１７）は２７０Ｗ、第４実施例
（照度分布図では図２１）は１５０Ｗの白色光源を使用
している。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明では、投影レン
ズの入射部の直下に第２の折り返しミラーを配置し、コ
ンデンサレンズの中心軸と投影レンズの中心軸とを平面
から見て所定角度で交差させると共に、第１の折り返し
ミラーとして平面ミラー、くさびミラーまたはシリンダ
ミラー等を追加し、このミラーと第２の折り返しミラー
とにより光を折り返してＤＭＤに入射させる構造とした
ので、コンデンサレンズの中心軸と投影レンズの中心軸
との間の距離をそれほどとらなくてもＤＭＤからの反射
光を投影レンズに導くことができる。このため、照明効
率を低下させずに、画像表示装置の高さ方向に沿った光
学系部品の配置間隔を短くすることができ、従来よりも
装置の薄型化、コンパクト化が可能になる。

【００２６】更に、コンデンサレンズとフライアイレン
ズまたはロッドレンズを組み合わせて使用することで、
照度分布の均一性を一層向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す平面図である。

【図２】実施形態の正面図（図１を下方から見た図）で
ある。

【図３】実施形態の側面図（図２を右側から見た図）で
ある。

【図４】本発明の第１実施例の平面配置図である。

【図５】図４における各記号の説明等を一覧表にして示
した図である。

【図６】第１実施例におけるスクリーン上の照度分布図
である。

【図７】本発明の第２実施例の平面配置図である。

【図８】本発明の第２実施例の側面配置図である。

【図９】第２実施例におけるくさびミラーの説明図であ
る。

【図１０】第２実施例におけるくさび形コンデンサレン
ズの説明図である。

【図１１】第２実施例における各記号の説明等を一覧表
にして示した図である。

【図１２】第２実施例におけるスクリーン上の照度分布
図である。

【図１３】本発明の第３実施例の平面配置図である。

【図１４】本発明の第３実施例の側面配置図である。

【図１５】第３実施例におけるシリンダミラーの説明図
である。

【図１６】第３実施例における各記号の説明等を一覧表
にして示した図である。

【図１７】第３実施例におけるスクリーン上の照度分布
図である。

【図１８】本発明の第４実施例の平面配置図である。

【図１９】本発明の第４実施例の側面配置図である。

【図２０】第４実施例における各記号の説明等を一覧表
にして示した図である。

【図２１】第４実施例におけるスクリーン上の照度分布
図である。

【図２２】従来技術の側面配置図である。

【図２３】従来技術におけるスクリーン上の照度分布図
である。

【図２４】従来技術を示す実装図である。

【符号の説明】

１ アーク ２ 楕円ミラー ３ カラーフィルタ ３a 回転軸 ４Ａ，４Ｂ コンデンサレンズ ４a，５a，５b，６a，７a 中心軸 ５ 球面ミラー ６ ＤＭＤ ７ 投影レンズ ７b 入射部 ８，１１ 平面ミラー ９ くさび形コンデンサレンズ ９a 出射面 １０ くさびミラー １０a，１２a 反射面 １２ シリンダミラー １３ フライアイレンズ １４ ロッドレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2K103 AA01 AA07 AA16 AB05 AB07 BB01 BC03 BC27 BC34 CA17 CA18 CA26 CA32 CA34 CA40

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 白色光源と、この白色光源からの光線を
   集光して仮想的な２次光源を作る集光ミラーと、２次光
   源の位置に配置されて白色光から光の３原色を経時的に
   作り出すカラーフィルタと、カラーフィルタを通った光
   線が通過するコンデンサレンズと、コンデンサレンズを
   通った光線を反射させる第１の折り返しミラーと、第１
   の折り返しミラーを通った光線を更に反射させる第２の
   折り返しミラーと、第２の折り返しミラーにより反射し
   た光線が入射し、かつ、２次元的に配置された多数のピ
   クセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の出射角
   度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射表
   示手段と、オン状態にあるピクセルの微小ミラーからの
   反射光を拡大して投影する投影レンズとを備え、 第１の折り返しミラーは反射表示手段側に、また、第２
   の折り返しミラーは投影レンズ側にそれぞれ配置され、 第１の折り返しミラーから２の折り返しミラーへ、投影
   レンズの中心軸及びコンデンサレンズの中心軸に対して
   共に傾斜した光線が照射され、かつ、第２の折り返しミ
   ラーから反射表示手段へ、投影レンズの中心軸及びコン
   デンサレンズの中心軸に対して共に傾斜した光線が照射
   されることを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像表示装置において、 コンデンサレンズの中心軸と投影レンズの中心軸とを平
   面から見て所定角度で交差させることを特徴とする画像
   表示装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の画像表示装置において、 第２の折り返しミラーを投影レンズの入射部の直下に配
   置したことを特徴とする画像表示装置。