JP2003337302A

JP2003337302A - 単板式投写型画像表示装置

Info

Publication number: JP2003337302A
Application number: JP2002145823A
Authority: JP
Inventors: Narumasa Yamagishi; 成多山岸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2003-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】高輝度化と高コントラストを両立する単板式
投写型画像表示装置を実現する。【解決手段】微小ミラーを２次元的に配置し、各ミラ
ーを傾けてＯＮ、ＯＦＦ状態を切り替える画像表示素子
（ＤＭＤ）を１枚用いて表示を行う単板式投写型画像表
示装置において、前記ＤＭＤ上に色光毎に形成したカラ
ーバンドをスクロール照明すると共に、投写レンズ入射
瞳２３１に色光毎に異なる第２光源像を形成する光学系
を用いる際、その投写レンズ入射瞳２３１近傍にＯＮ状
態で入射瞳に入射する光は透過し、他の色光は反射する
特性の部分色選択フィルターを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は１枚の画像表示素子
上のカラー画像を拡大投射する単板式投写型画像表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在市販されているプロジェクターは、
画像表示素子に液晶パネルを用いたものとＤＭＤを用い
たものとに大きく２分される。近年特にＤＭＤの高速応
答性を生かした単板式（一つの素子でカラー表示）のプ
ロジェクターが、重量２．０ｋｇ以下、厚さ６０ｍｍ以
下といった超小型化を実現し、市場を牽引している。

【０００３】但しこのＤＭＤ方式単板式プロジェクター
は、特開２０００−９８２７２号公報に示されているよ
うに回転するカラーホイールにより時間的にＤＭＤに入
射する光の色を選択しカラー表示を行う。この構成は比
較的コンパクトに構成できる反面、常に光源からの光の
うち一色しか使えないことから光利用率を大きく取るこ
とが出来ない。

【０００４】この課題を解決するために特開２００１−
３３７２８６号にあるようなスクロールシステムが提案
されている。これは画像表示素子の有効部を３分割した
各領域を異なる色光で照明すると同時にこれを一方向に
走査し、この照明光に合わせた信号で画像表示素子を駆
動してカラー表示を行うものである。これによれば光源
からの光のうち常に赤・緑・青の成分を利用できること
から明るい画像を提供できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら画像表示
素子のうち、１／３の面積に集光する必要があることか
ら集光効率を維持するにはショートアーク光源の導入が
望ましい。しかしながら主に光源の製造的な制約から十
分にショートアーク化することは困難であり、現状の技
術で形だけショートアーク化を実現しても発光効率が落
ちてしまい、システム全体での明るさが得られない。

【０００６】従って集光効率を上げるためにシステム側
の集光Ｆナンバーを小さくすることが望ましい。

【０００７】ただし画像表示素子にＤＭＤを用いた場合
は図７に示したようにＯＦＦ光は投写レンズの入射瞳か
ら大きくはずれるために問題ないが、ＤＭＤの微小ミラ
ーの傾かない状態での反射光（前面ガラスでの反射光
等）がＯＮ光と隣接する位置に入射する。このときこの
光線の一部や、散乱光や回折光がＯＮ光入射部分、すな
わち投写レンズの入射瞳に入射することでコントラスト
を低下させてしまう。さらにシステムの集光Ｆナンバー
を小さくするとこの劣化が顕著となる。

【０００８】従ってＤＭＤを用いた単板式投写型画像表
示装置でスクロール方式を取り入れても高輝度化と高画
質化（高コントラスト化）を両立させることは困難であ
った。

【０００９】本発明は、カラー表示を行うＤＭＤを用い
た単板式投写型画像表示装置において、高輝度化を実現
する低Ｆナンバー化と高画質（高コントラスト）化の両
立を実現することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために以下の構成とする。

【００１１】本発明の第１の単板式投写型画像表示装置
は、光源と、光源からの光を矩形形状の領域に集光する
インテグレータ光学手段と、前記インテグレータ光学手
段からの光を赤・緑・青の色光毎の光路に分割する色分
解手段と、前記インテグレータ光学手段に照明される矩
形形状の開口を備えた矩形開口部と、２次元的に配置さ
れた多数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でオン／オフ状態を実現するＤＭ
Ｄ（デジタルミラーデバイス）である一つの画像表示素
子と、前記画像表示素子であるＤＭＤ上の画像を拡大投
射できる投写レンズと、前記矩形開口部と前記画像表示
素子を共役関係に、前記投写レンズの入射瞳と前記イン
テグレータ光源手段上に形成される第２光源像を共役関
係にするとともに、前記矩形開口部像が画像表示素子上
を上下あるいは左右方向に走査せしめるスクロール光学
システムとからなり、前記投写レンズの入射瞳上あるい
はその近傍で、かつ少なくとも前記画像表示素子である
ＤＭＤのＯＦＦ光方向の一部に入射する光を遮る位置
に、赤・緑・青光のいずれか一色の色光のみを透過する
特性の色選択手段を備えたことを特徴とする。

【００１２】本発明の第２の単板式投写型画像表示装置
は、光源と、光源からの光を矩形形状の領域に集光する
インテグレータ光学手段と、前記インテグレータ光学手
段からの光を赤・緑・青の色光毎の光路に分割する色分
解手段と、前記インテグレータ光学手段に照明される矩
形形状の開口を備えた矩形開口部と、２次元的に配置さ
れた多数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でオン／オフ状態を実現するＤＭ
Ｄ（デジタルミラーデバイス）である一つの画像表示素
子と、前記画像表示素子であるＤＭＤ上の画像を拡大投
射できる投写レンズと、前記矩形開口部と前記画像表示
素子を共役関係に、前記投写レンズの入射瞳と前記イン
テグレータ光源手段上に形成される第２光源像を共役関
係にするとともに、前記矩形開口部像が画像表示素子上
を上下あるいは左右方向に走査せしめるスクロール光学
システムとからなり、前記投写レンズの入射瞳あるいは
その近傍で、かつ少なくとも前記画像表示素子であるＤ
ＭＤのＯＦＦ光方向の一部に入射する光を遮る位置に、
赤・緑・青光のいずれか一色の色光のみを反射する特性
の色選択手段を備えたことを特徴とする。

【００１３】本発明の第３の単板式投写型画像表示装置
は、光源と、光源からの光を矩形形状の領域に集光する
インテグレータ光学手段と、前記インテグレータ光学手
段からの光を赤・緑・青の色光毎の光路に分割する色分
解手段と、前記インテグレータ光学手段に照明される矩
形形状の開口を備えた矩形開口部と、２次元的に配置さ
れた多数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でオン／オフ状態を実現するＤＭ
Ｄ（デジタルミラーデバイス）である一つの画像表示素
子と、前記画像表示素子であるＤＭＤ上の画像を拡大投
射できる投写レンズと、前記矩形開口部と前記画像表示
素子を共役関係に、前記投写レンズの入射瞳と前記イン
テグレータ光源手段上に形成される第２光源像を共役関
係にするとともに、前記矩形開口部像が画像表示素子上
を上下あるいは左右方向に走査せしめるスクロール光学
システムとからなり、前記投写レンズの入射瞳あるいは
その近傍で、かつ少なくとも前記画像表示素子であるＤ
ＭＤのＯＦＦ光方向の一部に入射する光を遮る位置に、
ＤＭＤのＯＮ時に入射する色光の位置に合わせ、前記瞳
上の各位置に入射する色光のみを透過する特性を備えた
色選択手段を備えたことを特徴とする。

【００１４】本発明の第４の単板式投写型画像表示装置
は、光源と、光源からの光を矩形形状の領域に集光する
インテグレータ光学手段と、前記インテグレータ光学手
段からの光を赤・緑・青の色光毎の光路に分割する色分
解手段と、前記インテグレータ光学手段に照明される矩
形形状の開口を備えた矩形開口部と、２次元的に配置さ
れた多数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でオン／オフ状態を実現するＤＭ
Ｄ（デジタルミラーデバイス）である一つの画像表示素
子と、前記画像表示素子であるＤＭＤ上の画像を拡大投
射できる投写レンズと、前記矩形開口部と前記画像表示
素子を共役関係に、前記投写レンズの入射瞳と前記イン
テグレータ光源手段上に形成される第２光源像を共役関
係にするとともに、前記矩形開口部像が画像表示素子上
を上下あるいは左右方向に走査せしめるスクロール光学
システムとからなり、前記投写レンズの入射瞳あるいは
その近傍で、かつ少なくとも前記画像表示素子であるＤ
ＭＤのＯＦＦ光方向の一部に入射する光を遮る位置に、
ＤＭＤのＯＮ時に入射する色光の位置に合わせ、前記瞳
上の各位置に入射する色光のみを透過する特性を備え、
かつ各色を選択するフィルター間には透明な領域が設け
られている色選択手段を備えたことを特徴とする。

【００１５】本発明の第５の単板式投写型画像表示装置
は、光源と、光源からの光を矩形形状の領域に集光する
インテグレータ光学手段と、前記インテグレータ光学手
段からの光を赤・緑・青の色光毎の光路に分割する色分
解手段と、前記インテグレータ光学手段に照明される矩
形形状の開口を備えた矩形開口部と、２次元的に配置さ
れた多数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でオン／オフ状態を実現するＤＭ
Ｄ（デジタルミラーデバイス）である一つの画像表示素
子と、前記画像表示素子であるＤＭＤ上の画像を拡大投
射できる投写レンズと、前記矩形開口部と前記画像表示
素子を共役関係に、前記投写レンズの入射瞳と前記イン
テグレータ光源手段上に形成される第２光源像を共役関
係にするとともに、前記矩形開口部像が画像表示素子上
を上下あるいは左右方向に走査せしめるスクロール光学
システムとからなり、前記投写レンズの入射瞳あるいは
その近傍であり、かつ少なくとも前記画像表示素子であ
るＤＭＤのＯＦＦ光方向の一部に入射する光を遮る位置
に、ＤＭＤのＯＮ時に入射する色光の位置に合わせ、前
記瞳上の各位置に入射する色光のみを透過する特性を備
え、かつ各色を選択するフィルター間には隣接する色光
２つのみを透過する特性の色選択手段を備えたことを特
徴とする。

【００１６】本発明の第１〜５の単板式投写型画像表示
装置は、前記色選択手段は前記画像表示素子であるＤＭ
Ｄの微小ミラー部において傾きのない状態で、前記ＤＭ
Ｄからの光が前記投写レンズ入射瞳に入射する位置にの
み設けられており、他の部分は透明であることを特徴と
することが望ましい。

【００１７】本発明の第１〜５の単板式投写型画像表示
装置は、前記投写レンズ入射瞳上あるいはその近傍に第
２光源像を形成し、前記第２光源像はおよそ色毎に前記
投写レンズ入射瞳の異なる位置に配置されることを特徴
とすることが望ましい。

【００１８】本発明の第１、２の単板式投写型画像表示
装置は、前記色選択手段は２つの異なる色選択特性を異
なる位置に備えて成ることを特徴とすることが望まし
い。

【００１９】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は本発明実
施の形態１記載の投写型画像表示装置における光学系の
概略構成を示した平面図である。本実施形態１の投写型
画像表示装置の光学系は、光源部２０１、インテグレー
タ光学手段２０２、色分解手段２０３、第一のリレーレ
ンズ２０４、ポリゴンミラーユニット２０５、第２のリ
レーレンズ２０６、画像表示素子であるＤＭＤ２０７、
投写レンズ２０８からなっている。

【００２０】光源部２０１は放電管である光源２０９
と、前記光源２０９の発光部が焦点位置と一致するよう
に配置された放物面形状の反射面を持つリフレクター２
１０とからなっている。リフレクター２１０から出射さ
れた光は前記反射面の開口方向におよそ平行光として出
射される。

【００２１】この出射位置にインテグレータ光学手段２
０２が配置される。このインテグレータ光学手段２０２
は図２に示したように同形状の長方形の開口形状を持つ
マイクロレンズの集合体である第一のレンズアレイ２１
１、前記第一のレンズアレイ２１１のマイクロレンズの
焦点位置に配置され、各マイクロレンズの形状はそこに
形成される光源像の大きさに合わせたものであり、しか
も全体形状は図３に示すように長方形である第２のレン
ズアレイ２１２により構成される。

【００２２】前記第２のレンズアレイ２１２を透過した
光は色分解手段２０３に入射する。

【００２３】色分解手段２０３は青反射ダイクロイック
ミラー２１３、緑反射ダイクロイックミラー２１４、全
反射ミラー２１５，２１６，２１７、２１８とからな
る。

【００２４】色分解手段２０３に入射した白色光のうち
青色光は青反射ダイクロイックミラー２１３、全反射ミ
ラー２１５で反射された後、第１のリレーレンズ２０４
のリレーレンズ２１９に入射する。このとき前記第２の
レンズアレイ２１２は第一のレンズアレイ２１１の各マ
イクロレンズ開口像をリレーレンズ２１９の出射面に重
畳して均一な明るさの矩形発光面２２０を形成する。こ
の出射面は前記第一のレンズアレイ２１１のマイクロレ
ンズ開口形状と相似形を成しており、開口絞りの役割を
果たしている。同様に色分解手段２０３に入射した白色
光のうち緑色光は青反射ダイクロイックミラー２１３を
透過した後緑反射ダイクロイックミラー２１４、全反射
ミラー２１６で反射された後、第１のリレーレンズ２０
４のリレーレンズ２２１に入射する。このとき前記第２
のレンズアレイ２１２は第一のレンズアレイ２１１の各
マイクロレンズ開口像をリレーレンズ２２１の出射面に
重畳して均一な明るさの矩形発光面２２２を形成する。
この出射面は矩形発光面２２０と同様に前記第一のレン
ズアレイ２１１のマイクロレンズ開口形状と相似形を成
しており、開口絞りの役割を果たしている。さらに色分
解手段２０３に入射した白色光のうち赤色光は青反射ダ
イクロイックミラー２１３、緑反射ダイクロイックミラ
ー２１４を透過した後、全反射ミラー２１７、２１８で
反射された後、第１のリレーレンズ２０４のリレーレン
ズ２２３に入射する。このとき前記第２のレンズアレイ
２１２は第一のレンズアレイ２１１の各マイクロレンズ
開口像をリレーレンズ２２３の出射面に重畳して均一な
明るさの矩形発光面２２４を形成する。この出射面は矩
形発光面２２０、２２２と同様に前記第一のレンズアレ
イ２１１のマイクロレンズ開口形状と相似形を成してお
り、開口絞りの役割を果たしている。

【００２５】矩形発光面２２０、２２２、２２４を透過
した光は第１のリレーレンズ２０４のリレーレンズ２２
５を経てポリゴンミラー２０５に至る。このときリレー
レンズ２２５は青色光の光軸２２６、緑色光の光軸２２
７、赤色光の光軸２２８がポリゴンミラー２０５上にお
いて、ポリゴンミラー２０５の一辺の成す角をθｐとし
たときに青色光の光軸２２６、緑色光の光軸２２７の入
射位置の間隔、緑色光の光軸２２７、赤色光の光軸２２
８の入射位置の間隔はともにθｐ／３となるように設計
されている。同時に前記光軸の角度的な関係は青色光
の光軸２２６、緑色光の光軸２２７の成す角、緑色光の
光軸２２７、赤色光の光軸２２８の成す角はともに２θ
ｐ／３となるよう設定されている。

【００２６】同時に第１のリレーレンズ２０４のリレー
レンズ２１９，２２１，２２３は第２光源像である前記
第２のレンズアレイ２１２の像を各色光毎にポリゴンミ
ラー２０５上に形成する、すなわち共役関係にするよう
設計されている。このときポリゴンミラー２０５上の照
明状態を見ると図４にあるように３つの色光による第２
光源像が並んで形成されることになる。

【００２７】従って回動するポリゴンミラー２０５で反
射された各色光は±θｐの振れ角を持って第２のリレー
レンズ２０６に入射する。第２のリレーレンズ２０６は
リレーレンズ２２９，２３０から成っており、この第２
のリレーレンズ２０６は前記矩形発光面２２０、２２
２、２２４上の各色光矩形像を画像表示素子であるＤＭ
Ｄ２０７上に形成。すなわち矩形発光面２２０、２２
２、２２４上とＤＭＤ２０７上を共役関係にする。同時
にポリゴンミラー２０５上の第２光源像を投写レンズ２
０８の入射瞳２３１の位置に形成し、ポリゴンミラー２
０５上の第２光源像と投写レンズ２０８の入射瞳２３１
を共役の関係にする。

【００２８】この構成において回動するポリゴンミラー
２０５で反射された各色光は各色光毎に常に異なる角度
で入射する。また第２のリレーレンズ２０６は入射する
角度によってＤＭＤ２０７に入射する光線高が決まる設
計になっている。この構成によって各色光の矩形照明像
がＤＭＤ２０７上をスクロールする動作が可能となる。
このときの入射角と照明状態を図５に示す。

【００２９】このＤＭＤ２０７は図６のように微小なミ
ラーを２次元的に配置してなっており、この微小ミラー
が外部信号によりそれぞれのミラーが独立して平面状態
を境に±α度傾くよう制御可能に構成されている。ここ
で＋α度傾いたときに入射光が前記投写レンズの入射瞳
２３１に入射するように構成されており、このときのミ
ラー状態を以下ＯＮ状態と呼び、−α度傾いたときにＤ
ＭＤへの入射光が前記投写レンズの入射瞳２３１から大
きくはずれ、このときのミラー状態を以下ＯＦＦ状態と
呼ぶ。

【００３０】前記ＯＮ状態のミラーに入射した光は投写
レンズ２０８の入射瞳２３１に入射した後、図にはない
スクリーンに至る。一方前記ＯＦＦ状態のミラーに入射
した光は投写レンズ２０８の入射瞳２３１から大きくは
ずれることで、スクリーンに至ることはない。このよう
にしてＤＭＤ２０７上の画像を拡大表示出来る。

【００３１】ただしこの構成において、各色光はＤＭＤ
２０７の有効部の１／３の面積を照明することになるの
で光源２０９は短アークのものが求められる。このとき
の集光効率は光源２０９の発光体の大きさ、出射光の広
がり角とＤＭＤ２０７の有効部の面積とＤＭＤ２０７へ
の入射光のコーン角の関係によって決まる。このとき前
記ＤＭＤ２０７への入射光のコーン角は前記ＤＭＤ２０
７の微小ミラーの傾き角±αとなる。そして投写レンズ
２０８のＦナンバーは±α度の光を取り込める値となっ
ている。

【００３２】Ｆｐｌ＝１／（２×ｓｉｎ（α））、Ｆｐ
ｌ：投写レンズＦナンバーこのＦナンバーは入射してくる光を取り込めない大きな
値であるときは光量損失を生じ、入射してくる光に対し
て余裕を持って取り込める小さな値であるときは図８に
あるように、入射瞳２３１付近の照明状態を見るとＯＮ
状態、ＯＦＦ状態で第２光源像が形成されるが、ＯＦＦ
状態（黒表示）の時にフラット状態（ＤＭＤ２０７表面
のカバーガラスの反射等）の光を取り込んでしまうこと
からコントラストを損ねてしまう。従って従来市場にあ
るＤＭＤを用いた商品はＤＭＤのチルト角より小さい角
度のコーン角の照明光を扱い、投写レンズもこれに合わ
せたＦナンバーとなっていることでフラット状態からの
光の進入に対処していた。

【００３３】上記集光効率に関する要素のうち、光源２
０９の短アーク化は加工上の制限があり、またＤＭＤ２
０７の有効部の大きさは製造コスト、セットサイズから
の制限があり変更困難で有ることから、本実施の形態に
おいて投写レンズ２０８のＦナンバーを上記Ｆｐｌより
も小さく設定している。

【００３４】このときに上記の理由からコントラスト劣
化が懸念されるが本実施の形態では図４の各色光の２次
光源像と入射瞳２３１は共役なことから、入射瞳２３１
付近の照明状態は図９の様に瞳の中は色光毎に異なる位
置に２次光源像を設けられることになる。ここで本実施
の形態においては部分色選択フィルター２３２を投写レ
ンズ２０８の入射瞳２３１に近接して設けている。この
部分色選択フィルター２３２は前記ＤＭＤのフラット状
態で入射する不要光の位置に、ＤＭＤがＯＮ状態のとき
その位置に入射する色光（ここでは赤光）のみを透過
し、他を反射する特性を持った膜を図９，図１０に有る
ように持っている。またその他の部分はＡＲコートが施
されて成っている。この部分色選択フィルター２３２に
よりＯＮ状態での入射瞳２３１への入射光は損なわれる
ことはないので明るさロスはなく、フラット状態で入射
する有害光は図９から判るようにここでは青光であるこ
とから部分色選択フィルター２３２で反射されて入射瞳
２３１まで至らない。

【００３５】よって本実施の形態によればＤＭＤを用い
たスクロール光学システムにおいて、高輝度と高コント
ラストを両立することが可能となる。

【００３６】なお、実施の形態での色光の配置はこれに
限ったものでないことは言うまでもない。また、ＤＭＤ
上でのスクロール方向をＤＭＤ上で左右方向としたがＤ
ＭＤに対して全体の系をねじった構成、あるいは図１１
に有るように第２のリレーレンズ（走査光学系）に折り
返しミラーを導入した形でＤＭＤ上を上下にスクロール
する構成も取ることが出来る。このときの入射瞳付近の
照明状態を図１２に示す。この構成では２次光源像も９
０度ねじられて配置されるがここでは部分色選択フィル
ター２３３（図１３）は青光のみを透過する特性を備え
ることで、先の実施例と同様に高輝度化と高コントラス
ト化を実現することが出来る。

【００３７】上記２つの構成ではＤＭＤに対する照明を
オフセット光学系としたが、ＴＩＲプリズム等を用いた
テレセントリック光学系の場合にも同様のことが言える
ことは同業者においては明らかである。

【００３８】また、ここでの実施の形態は後絞りレンズ
としたが入射瞳を投写レンズの内部に持つ場合は前記部
分色選択フィルターも瞳近傍である投写レンズの内部に
持つことが望ましい。さらには部分色選択フィルターを
別に持つのではなく、投写レンズを構成するレンズの一
部に同じ特性の膜を部分的に施して構成することもでき
る。

【００３９】（実施の形態２）実施の形態２での投写型
画像表示装置における光学系の概略構成を図１４に示
す。ここでおよその構成は実施の形態１と重複するので
説明は避けるが図１において部分色選択フィルター２３
２にかえて部分色選択フィルター２３４を同じ位置に配
置して構成される。部分色選択フィルター２３４は前記
ＤＭＤのフラット状態で入射する不要光の位置に、その
不要光の色光（ここでは青光）のみを反射し、他を透過
する特性を持った膜を図９、１０に有るように持ってい
る。またその他の部分はＡＲコートが施されて成ってい
る。この部分色選択フィルター２３４によりＯＮ状態で
の入射瞳２３１への入射光は損なわれることはないので
明るさロスはなく、フラット状態で入射する有害光は図
９から判るようにここでは青光であることから部分色選
択フィルター２３２で反射されて入射瞳２３１まで至ら
ない。

【００４０】よって本実施の形態によればスクロール光
学システムにおいて、高輝度と高コントラストを両立す
ることが可能となる。

【００４１】この膜構成は反射帯が狭くなるので実施の
形態１よりも膜の総数を減らすことが出来ることから低
コスト化が可能である。

【００４２】なお、本実施の形態での色光の配置はこれ
に限ったものでないことは言うまでもない。また、ＤＭ
Ｄ上でのスクロール方向をＤＭＤ上で左右方向としたが
ＤＭＤに対して全体の系をねじった構成、あるいは図１
５に有るように第２のリレーレンズ（走査光学系）に折
り返しミラーを導入した形でＤＭＤ上を上下にスクロー
ルする構成も取ることが出来る。このときの入射瞳付近
の照明状態を図１２に示す。この構成では２次光源像も
９０度ねじられて配置されるがここでは部分色選択フィ
ルター２３５は赤光のみを反射する特性を備えること
で、先の実施例と同様に高輝度化と高コントラスト化を
実現することが出来る。

【００４３】上記２つの構成ではＤＭＤに対する照明を
オフセット光学系としたが、ＴＩＲプリズム等を用いた
テレセントリック光学系の場合にも同様のことが言える
ことは同業者においては明らかである。

【００４４】また、ここでの実施の形態は後絞りレンズ
としたが入射瞳を投写レンズの内部に持つ場合は前記部
分色選択フィルターも瞳近傍である投写レンズの内部に
持つことが望ましい。さらには部分色選択フィルターを
別に持つのではなく、投写レンズを構成するレンズの一
部に同じ特性の膜を施して構成することもできる。

【００４５】ここまでの説明で部分色選択フィルター２
３２、２３３、２３４、２３５はＡＲの膜以外は一つの
一種類の膜で構成したが、図１６にあるようにたとえば
部分色選択フィルター２３５を２３６の様に２種の膜
（この例では青反射と緑反射膜）をＯＮ状態で入射する
色光とフラット状態で入射する有害光の色から、先に説
明した理由による構成も応用可能であることは言うまで
もない。

【００４６】この構成は不要光がＯＮ状態の時に入射す
る瞳上で面積が大きい場合に特に有効である。

【００４７】（実施の形態３）実施の形態３での投写型
画像表示装置における光学系の概略構成を図１７に示
す。ここでおよその構成は実施の形態１と重複するので
説明は避けるが図１において部分色選択フィルター２３
２にかえて部分色選択フィルター２３７を同じ位置に配
置して構成される。部分色選択フィルター２３７は前記
ＤＭＤのＯＮ状態で入射瞳２３１に入射する色光が透過
する様に領域毎に異なる３つの特性を持って構成されて
おり、その様子を図１８、図１９に示す。このように構
成することで実施の形態１と同様に前記ＤＭＤのフラッ
ト状態で入射する不要光を除去することが可能となるこ
とで高輝度化と高コントラスト化を可能にする。同時に
この構成ではＤＭＤの本来の反射面でない部分での位置
での散乱光についても、本来ＯＮ状態で入射する色光以
外を入射瞳２３１に入射させないことからより高いコン
トラストを実現することが出来る。

【００４８】なお、本実施の形態での色光の配置はこれ
に限ったものでないことは言うまでもない。また、ＤＭ
Ｄ上でのスクロール方向をＤＭＤ上で左右方向としたが
ＤＭＤに対して全体の系をねじった構成、あるいは図２
０に有るように第２のリレーレンズ（走査光学系）に折
り返しミラーを導入した形でＤＭＤ上を上下にスクロー
ルする構成も取ることが出来る。このときの入射瞳付近
の照明状態を図２１に示す。この構成では２次光源像も
９０度ねじられて配置されるがここでは部分色選択フィ
ルター２３８は前記ＤＭＤのＯＮ状態で入射する光の色
光が透過する様に領域毎に異なる３つの特性を持って構
成されており、その様子を図２１、図２２に示す。この
ように構成することで実施の形態１と同様に前記ＤＭＤ
のフラット状態で入射する不要光を除去することが可能
となることで高輝度化と高コントラスト化を可能にす
る。同時にこの構成ではＤＭＤの本来の反射面でない部
分での位置での散乱光についても、本来ＯＮ状態で入射
する色光以外を入射瞳２３１に入射させないことからよ
り高いコントラストを実現することが出来る。

【００４９】上記２つの構成ではＤＭＤに対する照明を
オフセット光学系としたが、ＴＩＲプリズム等を用いた
テレセントリック光学系の場合にも同様のことが言える
ことは同業者においては明らかである。

【００５０】また、ここでの実施の形態は後絞りレンズ
としたが入射瞳を投写レンズの内部に持つ場合は前記部
分色選択フィルターも瞳近傍である投写レンズの内部に
持つことが望ましい。さらには部分色選択フィルターを
別に持つのではなく、投写レンズを構成するレンズの一
部に同じ特性の膜を施して構成することもできる。

【００５１】ここで例えばＯＮ状態で青色光が入射する
領域に施す膜は青透過の特性を備えていれば良く、必ず
しも赤緑反射でなくとも赤反射あるいは緑反射でもフラ
ット状態から入射する不要光の色によって選択すれば同
様な効果が得られる。

【００５２】（実施の形態４）実施の形態４での投写型
画像表示装置における光学系の概略構成を図２３に示
す。ここでおよその構成は実施の形態１と重複するので
説明は避けるが図１において部分色選択フィルター２３
２にかえて部分色選択フィルター２３９を同じ位置に配
置して構成される。部分色選択フィルター２３９は前記
ＤＭＤのＯＮ状態で入射瞳２３１に入射する色光が透過
する様に領域毎に異なる３つの特性を持って構成されて
おり、その各フィルターの境界部分に透明（ＡＲコー
ト）な部分を有して成り、その様子を図１８、図２４に
示す。このように構成することで実施の形態１と同様に
前記ＤＭＤのフラット状態で入射する不要光を除去する
ことが可能となることで高輝度化と高コントラスト化を
可能にする。同時にこの構成ではＤＭＤの本来の反射面
でない部分での位置での散乱光についても、本来ＯＮ状
態で入射する色光以外を入射瞳２３１に入射させないこ
とからより高いコントラストを実現することが出来る。
さらには入射瞳２３１にできる２次光源像において色光
間において重畳する部分があっても明るさロスなく光コ
ントラスト化を実現できる。

【００５３】なお、本実施の形態での色光の配置はこれ
に限ったものでないことは言うまでもない。また、ＤＭ
Ｄ上でのスクロール方向をＤＭＤ上で左右方向としたが
ＤＭＤに対して全体の系をねじった構成、あるいは図２
５に有るように第２のリレーレンズ（走査光学系）に折
り返しミラーを導入した形でＤＭＤ上を上下にスクロー
ルする構成も取ることが出来る。このときの入射瞳付近
の照明状態を図２２に示す。この構成では２次光源像も
９０度ねじられて配置されるがここでは部分色選択フィ
ルター２４０は前記ＤＭＤのＯＮ状態で入射する光の色
光が透過する様に領域毎に異なる３つの特性を持って構
成されており、その各フィルターの境界部分に透明（Ａ
Ｒコート）な部分を有して成り、その様子を図２１、図
２６に示す。このように構成することで実施の形態１と
同様に前記ＤＭＤのフラット状態で入射する不要光を除
去することが可能となることで高輝度化と高コントラス
ト化を可能にする。同時にこの構成ではＤＭＤの本来の
反射面でない部分での位置での散乱光についても、本来
ＯＮ状態で入射する色光以外を入射瞳２３１に入射させ
ないことからより高いコントラストを実現することが出
来る。さらには入射瞳２３１にできる２次光源像におい
て色光間において重畳する部分があっても明るさロスな
く光コントラスト化を実現できる。上記２つの構成では
ＤＭＤに対する照明をオフセット光学系としたが、ＴＩ
Ｒプリズム等を用いたテレセントリック光学系の場合に
も同様のことが言えることは同業者においては明らかで
ある。

【００５４】また、ここでの実施の形態は後絞りレンズ
としたが入射瞳を投写レンズの内部に持つ場合は前記部
分色選択フィルターも瞳近傍である投写レンズの内部に
持つことが望ましい。さらには部分色選択フィルターを
別に持つのではなく、投写レンズを構成するレンズの一
部に同じ特性の膜を施して構成することもできる。

【００５５】実施の形態３と同様に例えばＯＮ状態で青
色光が入射する領域に施す膜は青透過の特性を備えてい
れば良く、必ずしも赤緑反射でなくとも赤反射あるいは
緑反射でもフラット状態から入射する不要光の色によっ
て選択すれば同様な効果が得られる。

【００５６】（実施の形態５）実施の形態５での投写型
画像表示装置における光学系の概略構成を図２７に示
す。ここでおよその構成は実施の形態１と重複するので
説明は避けるが図１において部分色選択フィルター２３
２にかえて部分色選択フィルター２４１を同じ位置に配
置して構成される。部分色選択フィルター２４１は前記
ＤＭＤのＯＮ状態で入射瞳２３１に入射する色光が透過
する様に領域毎に異なる３つの特性を持って構成されて
おり、その各フィルターの境界部分にはＯＮ状態でその
部分の両側に入射する各色光のみを透過する特性を持っ
た膜を備えて、その様子を図１８、図２８に示す。この
ように構成することで実施の形態１と同様に前記ＤＭＤ
のフラット状態で入射する不要光を除去することが可能
となることで高輝度化と高コントラスト化を可能にす
る。同時にこの構成ではＤＭＤの本来の反射面でない部
分での位置での散乱光についても、本来ＯＮ状態で入射
する色光以外を入射瞳２３１に入射させないことからよ
り高いコントラストを実現することが出来る。さらには
入射瞳２３１にできる２次光源像において色光間におい
て重畳する部分があっても明るさロスなく光コントラス
ト化を実現できる。ここでは部分色選択フィルター２３
９よりも製造コスト的に不利になるが、同２３９より前
記散乱光の影響を抑えることが出来る。

【００５７】なお、本実施の形態での色光の配置はこれ
に限ったものでないことは言うまでもない。また、ＤＭ
Ｄ上でのスクロール方向をＤＭＤ上で左右方向としたが
ＤＭＤに対して全体の系をねじった構成、あるいは図２
９に有るように第２のリレーレンズ（走査光学系）に折
り返しミラーを導入した形でＤＭＤ上を上下にスクロー
ルする構成も取ることが出来る。このときの入射瞳付近
の照明状態を図２２に示す。この構成では２次光源像も
９０度ねじられて配置されるがここでは部分色選択フィ
ルター２４２は前記ＤＭＤのＯＮ状態で入射する光の色
光が透過する様に領域毎に異なる３つの特性を持って構
成されており、その各フィルターの境界部分にはＯＮ状
態でその部分の両側に入射する各色光のみを透過する特
性を持った膜を備えて成り、その様子を図２１、図３０
に示す。このように構成することで実施の形態１と同様
に前記ＤＭＤのフラット状態で入射する不要光を除去す
ることが可能となることで高輝度化と高コントラスト化
を可能にする。同時にこの構成ではＤＭＤの本来の反射
面でない部分での位置での散乱光についても、本来ＯＮ
状態で入射する色光以外を入射瞳２３１に入射させない
ことからより高いコントラストを実現することが出来
る。さらには入射瞳２３１にできる２次光源像において
色光間において重畳する部分があっても明るさロスなく
光コントラスト化を実現できる。また、部分色選択フィ
ルター２４１と同様に同２４０よりもコストは上がるが
コントラスト的には有利になる。

【００５８】上記２つの構成ではＤＭＤに対する照明を
オフセット光学系としたが、ＴＩＲプリズム等を用いた
テレセントリック光学系の場合にも同様のことが言える
ことは同業者においては明らかである。

【００５９】また、ここでの実施の形態は後絞りレンズ
としたが入射瞳を投写レンズの内部に持つ場合は前記部
分色選択フィルターも瞳近傍である投写レンズの内部に
持つことが望ましい。さらには部分色選択フィルターを
別に持つのではなく、投写レンズを構成するレンズの一
部に同じ特性の膜を施して構成することもできる実施の
形態３，４と同様、例えばＯＮ状態で青色光が入射する
領域に施す膜は青透過の特性を備えていれば良く、必ず
しも赤緑反射でなくとも赤反射あるいは緑反射でもフラ
ット状態から入射する不要光の色によって選択すれば同
様な効果が得られる。

【００６０】以上の実施の形態はポリゴンミラーを用い
たスクロール光学系としたが必ずしもこれに限定される
ものではなく、投写レンズ入射瞳を本実施の形態のよう
に領域を分けて色光別に利用する場合は有効であること
は言うまでもない。

【００６１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＤＭＤ
（デジタルミラーデバイス）を用いた単板型投写型画像
表示装置においてスクロール光学系を導入して高輝度化
を実現可能にすると同時に、高コントラスト化も可能に
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の単板式投写型画像表示
装置の光学系の概略構成を示した平面図

【図２】本発明の実施の形態１の第１レンズアレイ説明
図

【図３】本発明の実施の形態１の第２レンズアレイ説明
図

【図４】本発明の実施の形態１のポリゴンミラー上の照
明状態を示した図

【図５】ポリゴンミラーと画像表示面の照明状態説明図

【図６】ＤＭＤの反射面拡大図

【図７】ＤＭＤのＯＮ状態、フラット状態、ＯＦＦ状態
での投写レンズ入射瞳付近の照明状態を示した図

【図８】Ｆナンバーの小さい（コーン角の大きい）照明
光を用いた場合の、ＤＭＤのＯＮ状態、フラット状態、
ＯＦＦ状態での投写レンズ入射瞳付近の照明状態を示し
た図

【図９】入射瞳上の色光による照明状態を加味したＦナ
ンバーの小さい（コーン角の大きい）照明光を用いた場
合の、ＤＭＤのＯＮ状態、フラット状態、ＯＦＦ状態で
の投写レンズ入射瞳付近の照明状態を示した図

【図１０】実施の形態１，２の部分色選択フィルター構
成説明図

【図１１】本発明の実施の形態１の単板式投写型画像表
示装置の第２の構成での光学系の概略構成を示した平面
図

【図１２】本発明の実施の形態１の第２の構成におい
て、入射瞳上の色光による照明状態を加味したＦナンバ
ーの小さい（コーン角の大きい）照明光を用いた場合
の、ＤＭＤのＯＮ状態、フラット状態、ＯＦＦ状態での
投写レンズ入射瞳付近の照明状態を示した図

【図１３】実施の形態１，２の第２の構成での部分色選
択フィルター構成説明図

【図１４】本発明の実施の形態２の単板式投写型画像表
示装置の光学系の概略構成を示した平面図

【図１５】本発明の実施の形態２の単板式投写型画像表
示装置の第２の構成での光学系の概略構成を示した平面
図

【図１６】実施の形態１，２の部分色選択フィルター構
成応用例説明図

【図１７】本発明の実施の形態３の単板式投写型画像表
示装置の光学系の概略構成を示した平面図

【図１８】本発明の実施の形態３での入射瞳上の色光に
よる照明状態を加味したＦナンバーの小さい（コーン角
の大きい）照明光を用いた場合の、ＤＭＤのＯＮ状態、
フラット状態、ＯＦＦ状態での投写レンズ入射瞳付近の
照明状態を示した図

【図１９】実施の形態３の部分色選択フィルター構成説
明図

【図２０】本発明の実施の形態３の単板式投写型画像表
示装置の第２の構成での光学系の概略構成を示した平面
図

【図２１】本発明の実施の形態３の第２の構成におい
て、入射瞳上の色光による照明状態を加味したＦナンバ
ーの小さい（コーン角の大きい）照明光を用いた場合
の、ＤＭＤのＯＮ状態、フラット状態、ＯＦＦ状態での
投写レンズ入射瞳付近の照明状態を示した図

【図２２】実施の形態３の第２の構成での部分色選択フ
ィルター構成説明図

【図２３】本発明の実施の形態４の単板式投写型画像表
示装置の光学系の概略構成を示した平面図

【図２４】実施の形態４の部分色選択フィルター構成説
明図

【図２５】本発明の実施の形態４の単板式投写型画像表
示装置の第２の構成での光学系の概略構成を示した平面
図

【図２６】実施の形態４の第２の構成での部分色選択フ
ィルター構成説明図

【図２７】本発明の実施の形態５の単板式投写型画像表
示装置の光学系の概略構成を示した平面図

【図２８】実施の形態５の部分色選択フィルター構成説
明図

【図２９】本発明の実施の形態５の単板式投写型画像表
示装置の第２の構成での光学系の概略構成を示した平面
図

【図３０】実施の形態５の第２の構成での部分色選択フ
ィルター構成説明図

【符号の説明】

２０１光源部２０２インテグレータ光学手段２０３色分解手段２０４第一のリレーレンズ２０５ポリゴンミラーユニット２０６第２のリレーレンズ２０７画像表示素子２０８投写レンズ２０９光源２１０リフレクター２１１第一のレンズアレイ２１２第２のレンズアレイ２１３青反射ダイクロイックミラー２１４緑反射ダイクロイックミラー２１５，２１６，２１７、２１８全射ミラー２１９、２２１、２２３、２２５第一のリレーレンズ
のレンズ２２０、２２２、２２４矩形発光面２２５リレーレンズ２２６青色光の光軸２２７緑色光の光軸２２８赤色光の光軸２２９，２３０第２のリレーレンズのレンズ２３１入射瞳２３２、２３３、２３４、２３５、２３６、２３７、２
３８、２３９、２４０、２４１、２４２部分色選択フ
ィルター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、光源からの光を矩形形状の領域
に集光するインテグレータ光学手段と、前記インテグレ
ータ光学手段からの光を赤・緑・青の色光毎の光路に分
割する色分解手段と、前記インテグレータ光学手段に照
明される矩形形状の開口を備えた矩形開口部と、２次元
的に配置された多数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でオン／オフ状態を実
現するＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）である一つの
画像表示素子と、前記画像表示素子であるＤＭＤ上の画
像を拡大投射できる投写レンズと、前記矩形開口部と前
記画像表示素子を共役関係に、前記投写レンズの入射瞳
と前記インテグレータ光源手段上に形成される第２光源
像を共役関係にするとともに、前記矩形開口部像を画像
表示素子上を上下あるいは左右方向に走査せしめるスク
ロール光学システムとから成り、前記投写レンズの入射
瞳上あるいはその近傍で、かつ少なくとも前記画像表示
素子であるＤＭＤのＯＦＦ光方向の一部に入射する光を
遮る位置に、赤・緑・青光のいずれか一色の色光のみを
透過する特性の色選択手段を備えたことを特徴とする単
板式投写型画像表示装置。
【請求項２】光源と、光源からの光を矩形形状の領域
に集光するインテグレータ光学手段と、前記インテグレ
ータ光学手段からの光を赤・緑・青の色光毎の光路に分
割する色分解手段と、前記インテグレータ光学手段に照
明される矩形形状の開口を備えた矩形開口部と、２次元
的に配置された多数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でオン／オフ状態を実
現するＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）である一つの
画像表示素子と、前記画像表示素子であるＤＭＤ上の画
像を拡大投射できる投写レンズと、前記矩形開口部と前
記画像表示素子を共役関係に、前記投写レンズの入射瞳
と前記インテグレータ光源手段上に形成される第２光源
像を共役関係にするとともに、前記矩形開口部像を画像
表示素子上を上下あるいは左右方向に走査せしめるスク
ロール光学システムとから成り、前記投写レンズの入射
瞳あるいはその近傍で、かつ少なくとも前記画像表示素
子であるＤＭＤのＯＦＦ光方向の一部に入射する光を遮
る位置に、赤・緑・青光のいずれか一色の色光のみを反
射する特性の色選択手段を備えたことを特徴とする単板
式投写型画像表示装置。
【請求項３】光源と、光源からの光を矩形形状の領域
に集光するインテグレータ光学手段と、前記インテグレ
ータ光学手段からの光を赤・緑・青の色光毎の光路に分
割する色分解手段と、前記インテグレータ光学手段に照
明される矩形形状の開口を備えた矩形開口部と、２次元
的に配置された多数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でオン／オフ状態を実
現するＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）である一つの
画像表示素子と、前記画像表示素子であるＤＭＤ上の画
像を拡大投射できる投写レンズと、前記矩形開口部と前
記画像表示素子を共役関係に、前記投写レンズの入射瞳
と前記インテグレータ光源手段上に形成される第２光源
像を共役関係にするとともに、前記矩形開口部像を画像
表示素子上を上下あるいは左右方向に走査せしめるスク
ロール光学システムとから成り、前記投写レンズの入射
瞳あるいはその近傍で、かつ少なくとも前記画像表示素
子であるＤＭＤのＯＦＦ光方向の一部に入射する光を遮
る位置に、ＤＭＤのＯＮ時に入射する色光の位置に合わ
せ、前記瞳上の各位置に入射する色光のみを透過する特
性を備えた色選択手段を備えたことを特徴とする単板式
投写型画像表示装置。
【請求項４】光源と、光源からの光を矩形形状の領域
に集光するインテグレータ光学手段と、前記インテグレ
ータ光学手段からの光を赤・緑・青の色光毎の光路に分
割する色分解手段と、前記インテグレータ光学手段に照
明される矩形形状の開口を備えた矩形開口部と、２次元
的に配置された多数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でオン／オフ状態を実
現するＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）である一つの
画像表示素子と、前記画像表示素子であるＤＭＤ上の画
像を拡大投射できる投写レンズと、前記矩形開口部と前
記画像表示素子を共役関係に、前記投写レンズの入射瞳
と前記インテグレータ光源手段上に形成される第２光源
像を共役関係にするとともに、前記矩形開口部像を画像
表示素子上を上下あるいは左右方向に走査せしめるスク
ロール光学システムとから成り、前記投写レンズの入射
瞳あるいはその近傍で、かつ少なくとも前記画像表示素
子であるＤＭＤのＯＦＦ光方向の一部に入射する光を遮
る位置に、ＤＭＤのＯＮ時に入射する色光の位置に合わ
せ、前記瞳上の各位置に入射する色光のみを透過する特
性を備え、かつ各色を選択するフィルター間には透明な
領域が設けられている色選択手段を備えたことを特徴と
する単板式投写型画像表示装置。
【請求項５】光源と、光源からの光を矩形形状の領域
に集光するインテグレータ光学手段と、前記インテグレ
ータ光学手段からの光を赤・緑・青の色光毎の光路に分
割する色分解手段と、前記インテグレータ光学手段に照
明される矩形形状の開口を備えた矩形開口部と、２次元
的に配置された多数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でオン／オフ状態を実
現するＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）である一つの
画像表示素子と、前記画像表示素子であるＤＭＤ上の画
像を拡大投射できる投写レンズと、前記矩形開口部と前
記画像表示素子を共役関係に、前記投写レンズの入射瞳
と前記インテグレータ光源手段上に形成される第２光源
像を共役関係にするとともに、前記矩形開口部像を画像
表示素子上を上下あるいは左右方向に走査せしめるスク
ロール光学システムとから成り、前記投写レンズの入射
瞳あるいはその近傍であり、かつ少なくとも前記画像表
示素子であるＤＭＤのＯＦＦ光方向の一部に入射する光
を遮る位置に、ＤＭＤのＯＮ時に入射する色光の位置に
合わせ、前記瞳上の各位置に入射する色光のみを透過す
る特性を備え、かつ各色を選択するフィルター間には隣
接する色光２つのみを透過する特性の色選択手段を備え
たことを特徴とする単板式投写型画像表示装置。
【請求項６】前記色選択手段は前記画像表示素子であ
るＤＭＤの微小ミラー部において傾きのない状態で、前
記ＤＭＤからの光が前記投写レンズ入射瞳に入射する位
置にのみ設けられており、他の部分は透明であることを
特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の単板式投写
型画像表示装置。
【請求項７】前記投写レンズ入射瞳上あるいはその近
傍に第２光源像を形成し、前記第２光源像はおよそ色毎
に前記投写レンズ入射瞳の異なる位置に配置されること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の単板式投
写型画像表示装置。
【請求項８】前記色選択手段は２つの異なる色選択特
性を異なる位置に備えて成ることを特徴とする請求項
１、２に記載の単板式投写型画像表示装置。