JP3415403B2 - 映像表示装置 - Google Patents
映像表示装置Info
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Description
ーレント光を光源にし、空間光変調素子を用いた映像表
示装置に関する。
づいて説明する。図5は映像表示装置の空間光変調器と
して用いられる場合のディジタルマイクロミラーデバイ
ス(以下、「DMD」と記す)の動作図であり、図6は
従来より用いられているDMDのピクセルアレイの平面
図とマイクロミラーの斜視図である。
が、最も一般的には映像表示装置の空間光変調器として
用いられている。図5のDMDにおいて、501はオン
状態のマイクロミラー、502はオフ状態のマイクロミ
ラー、503は入射光、504は投射レンズ、505は
有効反射光(投射光)、506は無効反射光、507は
投射像である。
偏向可能な複数のマイクロミラーアレイにより構成され
ている。電気的にアドレス指定というのは、可能各マイ
クロミラー501が、画像データの画素の配列に応じた
フレームメモリの各メモリセルに対応して配置されるか
らである。各マイクロミラー501はオン状態とオフ状
態との方向に傾き、ミラー面に入射する入射光503を
変調することにより偏向可能となっている。オン状態の
マイクロミラー501で反射された有効反射光505は
投射レンズ504によりスクリーン上に投射像507と
して明るく投影される。オフ状態のマイクロミラー50
2で反射された無効光506は投射レンズ504に入る
ことがないので、スクリーン上では黒となる。
は、所謂「隠れヒンジねじりビーム構造」のものであ
る。隠れヒンジねじりビーム構造のDMDについては、
特開平5−196880号公報に技術開示されている。
開示された隠れヒンジねじりビーム構造のDMDの基本
アレイを図6(a)に、1つのマイクロミラー501の
斜視図を図6(b)に示す。図6において、符号600
はDMDアレイ、符号601はマイクロミラー、符号6
02はマイクロミラー601の上面中心部にある窪み
(以下、「ディップ」と記す)である。
600を用いた従来の投影型映像表示装置では光源にメ
タルハライドランプ、キセノンランプ等に代表される白
色光源が使われているが、近年光源にレーザーを用いた
投影型映像表示装置が提案されている(米国特許出願番
号 第5517263号参照)。
に比べて干渉性の高いレーザー光を光源として用いた場
合、従来の映像表示装置に用いられている隠れヒンジね
じりビーム構造のDMDアレイ600では、マイクロミ
ラー601の製造上生じる上面中心部のディップ602
により回折の影響がより顕著になる。その結果、白色光
源を使用していたときには影響の少なかった、光の回折
現象により投射光強度が低下するという問題があった。
光の回折現象による投射光強度の低下を防ぎ、高効率で
高画質な映像表示装置を提供することである。
発生する光源と、複数のマイクロミラーのアレイにより
構成され、各マイクロミラーを選択的にオン状態とオフ
状態との方向に傾けて、画像信号に従い入射光を変調す
る反射型空間光変調素子と、前記光源から出射されたレ
ーザー光を前記反射型空間光変調素子に適した大きさに
拡大し照射するレンズ系とを具備し、前記反射型空間光
変調素子から得られる画像光を表示する映像表示装置で
ある。
反射面中心部に設けた窪みの深さdを、d=(1/2)
λ×n[λ:入射光波長、n:正の整数]とすることを
特徴とする。
面中心部に設けた窪みの幅wを、0<w≦4.1λ
[λ:入射光波長]とすることを特徴とする。
の映像表示装置であって、前記光源は、赤色、緑色、青
色のレーザー光を発生する3種類の光源からなり、前記
反射型空間光変調素子とレンズ系は、前記光源に対して
それぞれ配置され、各反射型空間光変調素子から得られ
る画像光を合成する合成光学系を備えたことを特徴とす
る。
射面中心部に設けた窪みの深さdが(1/2)λ×nの
場合に反射型空間光変調素子の反射面からの回折光効率
が最大値をとるので、最も効率のよい映像表示が得られ
る。
射面中心部に設けた窪みの幅wが0<w≦4.1λの場
合に、反射型空間光変調素子の反射面からの回折光効率
が0.9以上となるので、効率のよい映像表示が得られ
る。
レーザー光を発生し、第1、又は2の発明に記載の反射
型空間光変調素子から得られる画像光を合成するので、
効率のよいカラー映像表示が得られる。
ないし図4に基づいて説明する。図1は本発明に係わる
DMDを用いた投射型の映像表示装置の光学系を示す図
であり、図2は本発明に係わるDMDピクセルアレイの
平面図とマイクロミラーの斜視図である。また、図3は
マイクロミラーのディップ深さを変化させたときの0次
回折光(反射光)効率を示すグラフであり、図4はマイ
クロミラーのディップ幅を変化させたときの0次回折光
(反射光)効率を示すグラフである。
は、照射光学系101A,101B,101Cと、DM
D105A,105B,105Cと、赤のレーザ光に
緑、青用のレ−ザ−光を合成する色相合成系130と、
投射レンズ系134からなる。照射光学系101A,1
01B,101Cは、赤色、緑色、青色のレーザー光源
102A,102B,102Cとレンズ系103A,1
03B,103Cからなる。色相合成系130は、緑、
青用のダイクロイックミラー131B、131Cからな
る。この映像表示装置の外部に、画像が投射されるスク
リーン135が設置されている。
A、102B、102Cからレーザー光104A〜10
4Cが出射され、レーザー光104A〜104Cはそれ
ぞれレンズ系103A〜103CでDMD105A〜1
05Cに適した大きさに拡大され、DMD105A〜1
05Cに照射される。
にアドレス指定が可能で、且つ偏向が可能な複数のマイ
クロミラーのアレイにより構成されている。各マイクロ
ミラーは選択的に一つの方向(オン状態)と他の方向
(オフ状態)とに傾き、これによりDMDの表面に入射
する光を変調している。尚、本実施形態では、マイクロ
ミラーの1辺を17μmの正方形で形成しているが、長
方形あるいは六角形等、他の大きさ、形状であってもよ
い。
信号に応じてDMD105A〜105Cによって変調さ
れる。DMD105Aからのレーザー光に、ダイクロイ
ックミラー131Bによって、DMD105Bからのレ
ーザー光を合成する。さらに、ダイクロイックミラー1
31Cによって、DMD105Cからのレーザー光を合
成する。こうして、赤、緑、青の各レーザー光が色相合
成系130で合成される。尚、本実施形態では色相合成
系130にダイクロイックミラー131B,131Cを
使用しているが、これに替わってクロスダイクロイック
プリズムを使用してもよい。このようにして得られた合
成光133は投射レンズ系134により拡大されスクリ
ーン135上に投影される。
主に使われている隠れヒンジねじりビーム構造のDMD
において、図2に示すようにマイクロミラー201上面
中心部にディップのない構造となっている。このマイク
ロミラー201を用いることで、回折による投影強度の
低下を防ぎ、高効率な映像表示装置が得られる。
め、まず、単純なモデルとして上面中心部にディップが
ある構造のマイクロミラーにレーザー光を垂直に入射さ
せた場合のフランフォーファ回折の影響をシュミレーシ
ョンにより求める。このシュミレーション結果を図3
(a)〜(c)に示す。
は、マイクロミラーからの0次の回折光(反射光)であ
り、0次の回折光(反射光)の効率から投射光における
回折の影響を調べることができる。尚、ここでは「0次
の回折光(反射光)強度/入射強度」を0次の回折光
(反射光)効率とする。
の幅を2μm、3μm、4μmとした場合に、マイクロ
ミラーディップ深さを変化させたときの0次の回折光
(反射光)効率を示す。マイクロミラー上面中心部のデ
ィップの幅を一定にした場合、0次の回折光(反射光)
効率は、ディップの深さをd、入射光波長をλとする
と、 d=(1/2)λ×n [n:0、1、2、・・・] 倍のとき最大値で1となる。従って、マイクロミラー上
面中心部にディップがない場合、及び上記式を満たす場
合、マイクロミラーからの0次の回折光(反射光)の効
率は低減されることはない。即ち、反射光は弱められる
ことなく投影系に入射される。
・・・〕 倍のとき、マイクロミラーからの0次の回折光(反射
光)の効率は、最小値をとる。上記ディップの深さによ
り0次の回折光(反射光)効率が最小になる条件の下で
は、ディップの幅が2μmの場合、図3(a)に示すよ
うに0次の回折光(反射光)効率は0.94となる。ま
た、ディップの幅が3μmの場合、図3(b)に示すよ
うに0次の回折光(反射光)効率は0.86となる。さ
らにディップの幅が4μmの場合、図3(c)に示すよ
うに0次の回折光(反射光)効率は0.77となる。
(反射光)強度が最小になる条件下(ディップ深さを1
/4波長に固定)でディップ幅を変化させたときの0次
の回折光(反射光)効率を示す。上記ディップの深さに
より、0次の回折光(反射光)強度が最小になる条件
下、すなわち、 d=(1/4)λ×(2n+1) 〔n:0、1、2、
・・・〕 において、0次の回折光(反射光)の効率を0.9以上
とするためには使用するレーザーの波長をλ、ディップ
の幅をwとすると、図4から、 0≦w≦4.1λ に抑える必要がある。0次の回折光(反射光)強度が最
小値をとるときでも、その0次の回折光(反射光)の効
率が0.9以上であるので、上記範囲にディップの幅が
入っていれば、常に0次の回折光(反射光)の効率は
0.9以上となる。なお、w=0は、マイクロミラー上
面中心部にディップがない場合であり、当然にマイクロ
ミラーからの0次の回折光(反射光)の効率は1となっ
て、低減されることはない。即ち、反射光は弱められる
ことなく投影系に入射される。
とした場合、 0≦ディップの幅≦4.1×0.63=2.6μm 例えば緑色レーザーの波長を0.54μmとした場合、 0≦ディップの幅≦4.1×0.54=2.2μm 例えば青色レーザーの波長を0.47μmとした場合、 0≦ディップの幅≦4.1×0.47=1.9μm に抑える必要がある。
説明したが、レーザー光源を用いた反射型の空間光変調
素子(例えば、反射型液晶表示パネル等)で同様な反射
構造を持つものに用いてよいことは当然である。
反射面中心部に設けた窪みの深さdが(1/2)λ×n
であると、光の回折現象による投影強度の低下が最小で
ある。従って、高効率で高画質な映像表示が可能とな
る。
射面中心部に設けた窪みの幅wを、0<w≦4.1λと
したので、光の回折現象による投影強度の低下が生じる
にしても、所定の限度以下に押さえることができるの
で、所望の高画質な映像表示が可能となる。
レーザー光を発生する3種類の光源からなり、第1、又
は2記載の反射型空間光変調素子とレンズ系が、前記光
源に対してそれぞれ配置され、各反射型空間光変調素子
から得られる画像光を合成するので、高効率で高画質な
カラー画像が得られる。
示装置の光学系を示す図である。
図とマイクロミラーの斜視図である。
きの0次回折光(反射光)効率を示すグラフである。
の0次回折光(反射光)効率を示すグラフである。
られる場合のDMDの動作図である。
クロミラーの斜視図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 レーザー光を発生する光源と、 複数のマイクロミラーのアレイにより構成され、各マイ
クロミラーを選択的にオン状態とオフ状態との方向に傾
けて、画像信号に従い入射光を変調する反射型空間光変
調素子と、 前記光源から出射されたレーザー光を前記反射型空間光
変調素子に適した大きさに拡大し照射するレンズ系と、 を具備し、前記反射型空間光変調素子から得られる画像
光を表示する映像表示装置において、 前記マイクロミラーの反射面中心部に設けた窪みの深さ
dを、 d=(1/2)λ×n[λ:入射光波長、n:正の整
数] とすることを特徴とする映像表示装置。 - 【請求項2】 レーザー光を発生する光源と、 複数のマイクロミラーのアレイにより構成され、各マイ
クロミラーを選択的にオン状態とオフ状態との方向に傾
けて、画像信号に従い入射光を変調する反射型空間光変
調素子と、 前記光源から出射されたレーザー光を前記反射型空間光
変調素子に適した大きさに拡大し照射するレンズ系と、 を具備し、前記反射型空間光変調素子から得られる画像
光を表示する映像表示装置において、 前記マイクロミラーの反射面中心部に設けた窪みの幅w
を、 0<w≦4.1λ[λ:入射光波長] としたことを特徴とする映像表示装置。 - 【請求項3】 前記光源は、赤色、緑色、青色のレーザ
ー光を発生する3種類の光源からなり、前記反射型空間
光変調素子とレンズ系は、前記光源に対してそれぞれ配
置され、各反射型空間光変調素子から得られる画像光を
合成する合成光学系を備えたことを特徴とする請求項1
又は2記載の映像表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23595397A JP3415403B2 (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | 映像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23595397A JP3415403B2 (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | 映像表示装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1184271A JPH1184271A (ja) | 1999-03-26 |
JP3415403B2 true JP3415403B2 (ja) | 2003-06-09 |
Family
ID=16993665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23595397A Expired - Fee Related JP3415403B2 (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | 映像表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3415403B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009131915A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | PhotonEdge Inc. | Systems, devices and methods of broadband light sources with tunable spectrum |
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JP5678693B2 (ja) | 2011-01-31 | 2015-03-04 | コニカミノルタ株式会社 | 画像投影装置 |
CN104220920B (zh) * | 2012-04-03 | 2017-12-22 | 图像影院国际有限公司 | 颜色相关的孔径光阑 |
CN105190405B (zh) | 2013-03-15 | 2019-08-30 | 图像影院国际有限公司 | 针对调制器衍射效应优化的投影仪 |
-
1997
- 1997-09-01 JP JP23595397A patent/JP3415403B2/ja not_active Expired - Fee Related
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WO2009131915A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | PhotonEdge Inc. | Systems, devices and methods of broadband light sources with tunable spectrum |
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JPH1184271A (ja) | 1999-03-26 |
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