JP3566771B2 - 光学的投射システム - Google Patents
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- Overhead Projectors And Projection Screens (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光学的投射システムに関し、特に光経路を短くして縮小された大きさを有する光学的投射システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多様なビデオディスプレーシステムのうち、光学的投射システムは高画質の映像を大画面に提供し得ることが知られている。
【０００３】
図１には、非点光源１、多数の反射面および対応する数のスリットを備えた光バッフル２と、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー４からなるアレー３と、焦点レンズ６と、投射レンズ７およびコリメーティングレンズ８と、投射スクリーン９とを含む従来の光学的投射システム１００が示されている。かかる光学的投射システムは、現在係属中の「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂａｆｆｌｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ」なる名称の米国特許出願番号第０８／２２０，７９９号に本願により詳細に示されているので、その開示内容を参照されたい。。
【０００４】
かかるシステムにおいて、非点光源１から発射された光ビームは、焦点レンズ６により第１光経路１０に沿って光バッフル２の反射面上に焦点を結ぶ。この光バッフル２の反射面は、焦点レンズ６とコリメーティングレンズ８とに互いに対向して配設されている。各々の反射面から反射された光ビームは第２光経路１１に沿って放射され、コリメーティングレンズ８により準コリメートされることによって、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー４のアレー３上に一様に照射され、各々のアクチュエーテッドミラー４はディスプレーされる各々の画素と対応する。各々のアクチュエーテッドミラー４からの反射光の光経路は、アクチュエーテッドミラーの変向量により特定される。アクチュエーテッドミラーから反射された各々の光ビームは、第２光経路１１に沿ってコリメーティングレンズ８により光バッフル２上に再び反射されて焦点を結ぶと共に、その反射面により停止される。一方、光ビームを変向するアクチュエーテッドミラーから反射された各々の光ビームは、第３光経路１２に沿ってコリメーティングレンズ８により焦点を結び、焦点を結んだ光ビームの一部分が光バッフル２のスリットを通過する。各々のアクチュエーテッドミラー４からの光ビームのうち、スリットを通過したものは、投射レンズ７に伝送され、該投射レンズ７が、ミラー４からの伝送光ビームを投射スクリーン９上にて焦点を結ばせるようにし、投射スクリーン９上に対応する各々の画素をディスプレーする。
【０００５】
上述の光学的投射システムの主な欠点の一つは、大きさと応用性にある。光学的投射システムの大きさは光束の光経路の長さにより左右される。例えば、光源から投射された光束がＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーからなるアレー３の上へ平行に投射されるためには、コリメーテイングレンズ８によりコリメートされるが、このような目的に用いられるコリメーテイングレンズは、一般に長い焦点距離を有する。焦点距離が長ければ長いほど光束の光経路が長くなり、光学的投射システムの大きさも大きくなる。
【０００６】
特に、前述した光学的投射システムは、投射型表示装置に用い得るのみであって、その用途が限定される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の主な目的は短い経路と縮小された大きさを有する光学的投射型システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、Ｍ×Ｎ個の画素を表示し得る光学的投射システム（ＭおよびＮは正の整数）であって、光ビームを投射する非点光源と、それぞれアクチュエータ及びミラーを備えるＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーと、投射スクリーンと、投射レンズと、第１レンズユニット、第２レンズユニット及び、前記両レンズユニット間に設けられた光バッフルを備えるレンズシステムとを有し、前記光バッフルが複数の開口および光吸収領域を有し、前記各々のレンズユニットが１対の互いに平行な面を有し、前記両レンズユニットのそれぞれの一方の面にＭ×Ｎ個のマイクロレンズアレーが形成され、前記各々のレンズユニットが、このようなマイクロレンズアレーの設けられていない面が互いに対向するように配置され、前記マイクロレンズアレーのそれぞれが、前記光バッフルの開口が位置する部分に焦点を有し、前記Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーアレー上のミラーの各々が、前記光バッフルの開口と光学的に整合しており、前記第１レンズユニットにおける各々のＭ×Ｎ個のマイクロレンズが、前記光源から投射された光ビームに、前記光バッフルの開口にて焦点を結ばせるために用いられ、前記第２レンズユニットにおける前記各々のマイクロレンズは、前記光バッフルの各々の開口を通過した光ビームをコリメートして、前記Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーアレーのミラー上に一様に照射させ、該ミラーにより、前記第２マイクロレンズユニットの各々からの光ビームを反射させ、前記第２のレンズユニットのＭ×Ｎ個のマイクロレンズの各々が前記Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーアレー上の各々のミラーから前記反射された光ビームを、前記光バッフルの開口の各々に再び焦点を結ばせ、前記アクチュエータに印加される電気的信号に応じて、前記第２レンズユニット上のレンズの各々への反射光ビームの相対的な位置を変化させることによって、前記第２レンズユニット上のマイクロレンズの各々を通過する反射光ビームの光路の変化を引起こすことにより、前記光バッフルが前記光ビームを変調し、前記第１レンズユニットにおける前記各々のＭ×Ｎ個のマイクロレンズが、前記光バッフルからの前記反射光ビームを前記投射レンズに伝送し、更に投射スクリーン上に映像を表示させることを特徴とする光学的投射システムが提供される。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の光学的投射システムについて図面を参照しながらより詳しく説明する。
【００１０】
図２には、本発明の好ましい実施例による光学的投射システム２００が示されている。この光学的投射システム２００は、非点光源２１と、各々アクチュエータ２４とミラー３９とからなるＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー２３により構成されたアレー２２と、投射スクリーン２７と、投射レンズ２５と、レンズシステム２８とを有する。レンズシステム２８は、第１レンズユニット２９、第２レンズユニット３０、及びこれら両レンズユニット間に設けられた光バッフル３３からなる。第１および第２レンズユニット２９，３０は、それぞれ、互いに平行な２つの面３１，３２を有し、その一方の面３１にはＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５のアレー３４が設けられ、第１および第２レンズユニット２９，３０の、そのようなアレー３４の設けられていない側の面３２は互いに対向している。各々のレンズユニット２９，３０上に設けられたＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５の各々は焦点距離４０および焦点３８を有する。
【００１１】
光バッフル３３は、図３に示されたように、多数の開口３６および光吸収領域３７から成り、前記両レンズユニット２９，３０の間に設けられるが、その開口３６が第１レンズユニット２９上のアレー３４でＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５の各々の焦点３８に一致し、その開口３６の総面積は、光吸収領域３７の総面積に等しいか、またはそれよりも小さい。非点光源２１から投射された光は、第１レンズユニット２９上のＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５のアレー３４により光バッフル３３上へ焦点を結ぶ。その後、光バッフル３３から光は、第２レンズユニット３０上のＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５のアレー３４によりコリメートされ、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー２３のアレー２２上へ投射される。アクチュエータ２４は、供給される電気信号によって変形する圧電または電歪特性を有する電気−変位変換（ｅｌｅｃｔｒｏｄｉｓｐｌａｃｉｖｅ）材料から成る。アレー２２におけるアクチュエーテッドミラー２３からの反射光は、第２レンズユニット３０上のＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５のアレー３４により光バッフル３３上に再び焦点を結ぶ。アクチュエーテッドミラー２３のアレー２２における各々のミラー３９は、光バッフル３３の開口３６と光学的に整合されている。従って、各々のアクチュエータ２４に対して電気的信号が印加されれば、入射光ビームに対する各々のミラー３９の相対的な位置が変化し、各々のミラー３９からの反射光ビームが光経路から偏位する。各々の反射光ビームに対する光経路が、光バッフル３３の光吸収領域３７および開口３６を横切る方向に変化するに伴い、光バッフル３３の開口３６を通過した各々のミラー３９からの反射光の量は変化し、よって、光の強さが変調される。開口３６を通過した変調光ビームは、第１ユニット２９内におけるＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５のアレー３４によりコリメートされるとともに、投射レンズ２５のような適切な光学装置を経て投射スクリーン２７上へ伝達される。その結果、像が投射スクリーン２７上に表示される。
【００１２】
光学的投射システムにおいて、投射スクリーン２７上のスポット映像の明るさは、
【００１３】
光バッフル３３の開口３６を通過した光量により左右されるが、これは各々のアクチュエータ２４の変形量により制御される。
【００１４】
光学的投射システムの大きさは光ビームの光経路の長さに比例する。上述したように、本発明の光学的投射システム２００は、光源２１から投射された光ビームに光バッフル３３上にて焦点を結ばせた後、光バッフル３３からの光ビームをＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー２３のアレー２２上へコリメーテイングするために、一対のＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５からなるアレー３４を用いる。各々のマイクロレンズ３５は従来の光学的投射システム１００で用いるコリメーテイングレンズの焦点距離より小さい焦点距離を有するため、光ビームの光経路の長さに対する長さが減少され、その結果、光学的投射システムの全体的大きさが縮小される。
【００１５】
以上本発明を特定の実施例について説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００１６】
【発明の効果】
したがって、本発明によるシステムを用いると、光経路の長さを短縮化し、それによって光学的投射システムを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光学的投射システムの概略図である。
【図２】本発明の好ましい実施例を示す光学的投射システムの概略図である。
【図３】本発明の光学的投射システムで用いられるバッフルの平面図である。
【符号の説明】
２１ 光源
２２ Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーアレー
２５ 投射レンズ
２７ 投射システム
２８ レンズシステム
２９、３０ 第１および第２レンズユニット
２００ 光学的投射システム
【産業上の利用分野】
本発明は光学的投射システムに関し、特に光経路を短くして縮小された大きさを有する光学的投射システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多様なビデオディスプレーシステムのうち、光学的投射システムは高画質の映像を大画面に提供し得ることが知られている。
【０００３】
図１には、非点光源１、多数の反射面および対応する数のスリットを備えた光バッフル２と、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー４からなるアレー３と、焦点レンズ６と、投射レンズ７およびコリメーティングレンズ８と、投射スクリーン９とを含む従来の光学的投射システム１００が示されている。かかる光学的投射システムは、現在係属中の「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂａｆｆｌｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ」なる名称の米国特許出願番号第０８／２２０，７９９号に本願により詳細に示されているので、その開示内容を参照されたい。。
【０００４】
かかるシステムにおいて、非点光源１から発射された光ビームは、焦点レンズ６により第１光経路１０に沿って光バッフル２の反射面上に焦点を結ぶ。この光バッフル２の反射面は、焦点レンズ６とコリメーティングレンズ８とに互いに対向して配設されている。各々の反射面から反射された光ビームは第２光経路１１に沿って放射され、コリメーティングレンズ８により準コリメートされることによって、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー４のアレー３上に一様に照射され、各々のアクチュエーテッドミラー４はディスプレーされる各々の画素と対応する。各々のアクチュエーテッドミラー４からの反射光の光経路は、アクチュエーテッドミラーの変向量により特定される。アクチュエーテッドミラーから反射された各々の光ビームは、第２光経路１１に沿ってコリメーティングレンズ８により光バッフル２上に再び反射されて焦点を結ぶと共に、その反射面により停止される。一方、光ビームを変向するアクチュエーテッドミラーから反射された各々の光ビームは、第３光経路１２に沿ってコリメーティングレンズ８により焦点を結び、焦点を結んだ光ビームの一部分が光バッフル２のスリットを通過する。各々のアクチュエーテッドミラー４からの光ビームのうち、スリットを通過したものは、投射レンズ７に伝送され、該投射レンズ７が、ミラー４からの伝送光ビームを投射スクリーン９上にて焦点を結ばせるようにし、投射スクリーン９上に対応する各々の画素をディスプレーする。
【０００５】
上述の光学的投射システムの主な欠点の一つは、大きさと応用性にある。光学的投射システムの大きさは光束の光経路の長さにより左右される。例えば、光源から投射された光束がＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーからなるアレー３の上へ平行に投射されるためには、コリメーテイングレンズ８によりコリメートされるが、このような目的に用いられるコリメーテイングレンズは、一般に長い焦点距離を有する。焦点距離が長ければ長いほど光束の光経路が長くなり、光学的投射システムの大きさも大きくなる。
【０００６】
特に、前述した光学的投射システムは、投射型表示装置に用い得るのみであって、その用途が限定される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の主な目的は短い経路と縮小された大きさを有する光学的投射型システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、Ｍ×Ｎ個の画素を表示し得る光学的投射システム（ＭおよびＮは正の整数）であって、光ビームを投射する非点光源と、それぞれアクチュエータ及びミラーを備えるＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーと、投射スクリーンと、投射レンズと、第１レンズユニット、第２レンズユニット及び、前記両レンズユニット間に設けられた光バッフルを備えるレンズシステムとを有し、前記光バッフルが複数の開口および光吸収領域を有し、前記各々のレンズユニットが１対の互いに平行な面を有し、前記両レンズユニットのそれぞれの一方の面にＭ×Ｎ個のマイクロレンズアレーが形成され、前記各々のレンズユニットが、このようなマイクロレンズアレーの設けられていない面が互いに対向するように配置され、前記マイクロレンズアレーのそれぞれが、前記光バッフルの開口が位置する部分に焦点を有し、前記Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーアレー上のミラーの各々が、前記光バッフルの開口と光学的に整合しており、前記第１レンズユニットにおける各々のＭ×Ｎ個のマイクロレンズが、前記光源から投射された光ビームに、前記光バッフルの開口にて焦点を結ばせるために用いられ、前記第２レンズユニットにおける前記各々のマイクロレンズは、前記光バッフルの各々の開口を通過した光ビームをコリメートして、前記Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーアレーのミラー上に一様に照射させ、該ミラーにより、前記第２マイクロレンズユニットの各々からの光ビームを反射させ、前記第２のレンズユニットのＭ×Ｎ個のマイクロレンズの各々が前記Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーアレー上の各々のミラーから前記反射された光ビームを、前記光バッフルの開口の各々に再び焦点を結ばせ、前記アクチュエータに印加される電気的信号に応じて、前記第２レンズユニット上のレンズの各々への反射光ビームの相対的な位置を変化させることによって、前記第２レンズユニット上のマイクロレンズの各々を通過する反射光ビームの光路の変化を引起こすことにより、前記光バッフルが前記光ビームを変調し、前記第１レンズユニットにおける前記各々のＭ×Ｎ個のマイクロレンズが、前記光バッフルからの前記反射光ビームを前記投射レンズに伝送し、更に投射スクリーン上に映像を表示させることを特徴とする光学的投射システムが提供される。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の光学的投射システムについて図面を参照しながらより詳しく説明する。
【００１０】
図２には、本発明の好ましい実施例による光学的投射システム２００が示されている。この光学的投射システム２００は、非点光源２１と、各々アクチュエータ２４とミラー３９とからなるＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー２３により構成されたアレー２２と、投射スクリーン２７と、投射レンズ２５と、レンズシステム２８とを有する。レンズシステム２８は、第１レンズユニット２９、第２レンズユニット３０、及びこれら両レンズユニット間に設けられた光バッフル３３からなる。第１および第２レンズユニット２９，３０は、それぞれ、互いに平行な２つの面３１，３２を有し、その一方の面３１にはＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５のアレー３４が設けられ、第１および第２レンズユニット２９，３０の、そのようなアレー３４の設けられていない側の面３２は互いに対向している。各々のレンズユニット２９，３０上に設けられたＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５の各々は焦点距離４０および焦点３８を有する。
【００１１】
光バッフル３３は、図３に示されたように、多数の開口３６および光吸収領域３７から成り、前記両レンズユニット２９，３０の間に設けられるが、その開口３６が第１レンズユニット２９上のアレー３４でＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５の各々の焦点３８に一致し、その開口３６の総面積は、光吸収領域３７の総面積に等しいか、またはそれよりも小さい。非点光源２１から投射された光は、第１レンズユニット２９上のＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５のアレー３４により光バッフル３３上へ焦点を結ぶ。その後、光バッフル３３から光は、第２レンズユニット３０上のＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５のアレー３４によりコリメートされ、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー２３のアレー２２上へ投射される。アクチュエータ２４は、供給される電気信号によって変形する圧電または電歪特性を有する電気−変位変換（ｅｌｅｃｔｒｏｄｉｓｐｌａｃｉｖｅ）材料から成る。アレー２２におけるアクチュエーテッドミラー２３からの反射光は、第２レンズユニット３０上のＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５のアレー３４により光バッフル３３上に再び焦点を結ぶ。アクチュエーテッドミラー２３のアレー２２における各々のミラー３９は、光バッフル３３の開口３６と光学的に整合されている。従って、各々のアクチュエータ２４に対して電気的信号が印加されれば、入射光ビームに対する各々のミラー３９の相対的な位置が変化し、各々のミラー３９からの反射光ビームが光経路から偏位する。各々の反射光ビームに対する光経路が、光バッフル３３の光吸収領域３７および開口３６を横切る方向に変化するに伴い、光バッフル３３の開口３６を通過した各々のミラー３９からの反射光の量は変化し、よって、光の強さが変調される。開口３６を通過した変調光ビームは、第１ユニット２９内におけるＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５のアレー３４によりコリメートされるとともに、投射レンズ２５のような適切な光学装置を経て投射スクリーン２７上へ伝達される。その結果、像が投射スクリーン２７上に表示される。
【００１２】
光学的投射システムにおいて、投射スクリーン２７上のスポット映像の明るさは、
【００１３】
光バッフル３３の開口３６を通過した光量により左右されるが、これは各々のアクチュエータ２４の変形量により制御される。
【００１４】
光学的投射システムの大きさは光ビームの光経路の長さに比例する。上述したように、本発明の光学的投射システム２００は、光源２１から投射された光ビームに光バッフル３３上にて焦点を結ばせた後、光バッフル３３からの光ビームをＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー２３のアレー２２上へコリメーテイングするために、一対のＭ×Ｎ個のマイクロレンズ３５からなるアレー３４を用いる。各々のマイクロレンズ３５は従来の光学的投射システム１００で用いるコリメーテイングレンズの焦点距離より小さい焦点距離を有するため、光ビームの光経路の長さに対する長さが減少され、その結果、光学的投射システムの全体的大きさが縮小される。
【００１５】
以上本発明を特定の実施例について説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００１６】
【発明の効果】
したがって、本発明によるシステムを用いると、光経路の長さを短縮化し、それによって光学的投射システムを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光学的投射システムの概略図である。
【図２】本発明の好ましい実施例を示す光学的投射システムの概略図である。
【図３】本発明の光学的投射システムで用いられるバッフルの平面図である。
【符号の説明】
２１ 光源
２２ Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーアレー
２５ 投射レンズ
２７ 投射システム
２８ レンズシステム
２９、３０ 第１および第２レンズユニット
２００ 光学的投射システム
Claims (3)
- Ｍ×Ｎ個の画素を表示し得る光学的投射システム（ＭおよびＮは正の整数）であって、光ビームを投射する非点光源と、それぞれアクチュエータ及びミラーを備えるＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーと、投射スクリーンと、投射レンズと、第１レンズユニット、第２レンズユニット及び、前記両レンズユニット間に設けられた光バッフルを備えるレンズシステムとを有し、
前記光バッフルが複数の開口および光吸収領域を有し、前記各々のレンズユニットが１対の互いに平行な面を有し、前記両レンズユニットのそれぞれの一方の面にＭ×Ｎ個のマイクロレンズアレーが形成され、前記各々のレンズユニットが、このようなマイクロレンズアレーの設けられていない面が互いに対向するように配置され、前記マイクロレンズアレーのそれぞれが、前記光バッフルの開口が位置する部分に焦点を有し、前記Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーアレー上のミラーの各々が、前記光バッフルの開口と光学的に整合しており、
前記第１レンズユニットにおける各々のＭ×Ｎ個のマイクロレンズが、前記光源から投射された光ビームに、前記光バッフルの開口にて焦点を結ばせるために用いられ、前記第２レンズユニットにおける前記各々のマイクロレンズは、前記光バッフルの各々の開口を通過した光ビームをコリメートして、前記Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーアレーのミラー上に一様に照射させ、該ミラーにより、前記第２マイクロレンズユニットの各々からの光ビームを反射させ、前記第２のレンズユニットのＭ×Ｎ個のマイクロレンズの各々が前記Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーアレー上の各々のミラーから前記反射された光ビームを、前記光バッフルの開口の各々に再び焦点を結ばせ、前記アクチュエータに印加される電気的信号に応じて、前記第２レンズユニット上のレンズの各々への反射光ビームの相対的な位置を変化させることによって、前記第２レンズユニット上のマイクロレンズの各々を通過する反射光ビームの光路の変化を引起こすことにより、前記光バッフルが前記光ビームを変調し、前記第１レンズユニットにおける前記各々のＭ×Ｎ個のマイクロレンズが、前記光バッフルからの前記反射光ビームを前記投射レンズに伝送し、更に投射スクリーン上に映像を表示させることを特徴とする光学的投射システム。 - 前記光バッフルにおける各々の開口が、その両側方にある一対の光吸収領域により分離されていることを特徴とする請求項１記載の光学的投射システム。
- 前記各々の光吸収領域の総面積が、前記開口の総面積より大きいかまたは同じであることを特徴とする請求項２記載の光学的投射システム。
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