JP4127024B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を投写して表示するプロジェクタに関する。特に、ＤＭＤを用いたプロジェクタに関する。
【０００２】
【背景技術】
光源から射出された光束を、電気光学装置を用いて変調し、変調光束を投写レンズを用いてスクリーン上に拡大投写するプロジェクタが知られている。
電気光学装置を構成する光変調素子としては、マイクロミラーの入射角度を制御することにより、光源から射出された光束を画像情報に応じて光変調する反射型光変調素子としてのＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス：ＴＩ社の商標）が知られている。
このＤＭＤは、光源からの光束を画像データに応じて変調し、変調された光を画像を表す画像光として射出するものであり、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、各ピクセル毎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／オフ状態を作り、所定の方向に反射された光が、投写レンズに入射して画像光として投影される。
ここで、ピクセルがオフの状態では、ＤＭＤで反射された光束は、投写レンズには入射せずに、画像光として投影されることはなく、装置内部の所定の場所に導かれるようになっている。
このような構成で、オン／オフと二つの状態間を切り替えることにより、光源からの光束を偏向することができ、Ｓ／Ｎ比の良好な光スイッチングを行うことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成では、ピクセルがオフの状態においてＤＭＤで反射された光束、すなわち、投写レンズに導入されない光束は、装置内部の所定の場所に導かれるようになっており、光源から射出された全光束のうち、余剰の光として処分されることになる。したがって、このような余剰の光が存在することにより、投写レンズを介して投写される投写画像の全光量は、光源から射出された全光量に対して大きく減少することになり、表示された画像中のピーク輝度が不足してしまう、という問題がある。
また、ピクセルがオフの状態では、ＤＭＤで反射された光は、画像光として投写レンズに入射することはなく、装置内部の所定の場所に導かれるため、導かれた光が装置内部で反射し、迷光となって投写レンズに取り込まれ、スクリーン上に投写される投写画像のコントラスト比を低下させてしまう、という問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、画像光のピーク輝度を向上させ、高いコントラスト比を実現するプロジェクタを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のプロジェクタは、マイクロミラーの入射角度を制御することにより、光源から射出された光束を画像情報に応じて光変調する反射型光変調素子を備え、変調光束を投写光学系を介して拡大投写するプロジェクタであって、前記反射型光変調素子で変調され投写光学系へ入射しない光束を、再度、前記光源から射出された光束と合成して、前記反射型光変調素子に導入する光合成路を備え、前記光合成路中には、前記光源から射出された光束のうちＰ偏光光を透過して前記反射型光変調素子に導く偏光ビームスプリッタと、前記反射型光変調素子で変調され前記投写光学系へ入射しないＰ偏光光をＳ偏光光に変換する光学素子とが配置され、前記偏光ビームスプリッタは、前記Ｓ偏光光を反射させて前記反射型光変調素子に導くことを特徴とする。
【０００６】
このような本発明によれば、反射型光変調素子により射出される光束のうち、投写光学系へ入射しない光束を、再度、反射型光変調素子に入射させる光合成路を備えていることにより、投写光学系へ入射しない光束、すなわち、余剰の光を光合成路で、再度、反射型光変調素子に供給することができるため、例えば、投写画像において非表示（黒表示）中に白色部分が表示されている場合では、白色部分の輝度は向上し、白黒のコントラストを増大させることができる。
また、高精細化に対応させて光変調装置の微小ミラーを小型化し、すなわち、画素を小さくした場合でも、微小ミラーに入射する総光量を増大させることができるので、充分なピーク輝度を備えて高いコントラスト比を実現することができる。
また、マイクロミラーに入射する総光量を増大させることができることにより、投写画像の光量は増大する。したがって、投写するスクリーンと投写光学系との距離を充分に取ることができ、投写画像を拡大して大画面表示に対応させても、充分に高いコントラスト比を持つ画像を観賞することができる。
さらに、光合成路を備えていることにより、光変調装置により射出され投写光学系へ入射しない光束が、装置内の所定の位置に導かれる際に、装置内の部材に反射して投写光学系に取り込まれることを防ぐので、迷光による投写画像のコントラスト比の低下を防ぎ、安定した投写画像を保持することができる。
【０００７】
また、前記光合成路中に配置され、前記投写光学系へ入射しない光束を、前記画像情報に同期して前記反射型光変調素子への導入、遮断の切替を行う第２光変調素子を備えていることが好ましい。
ここで、第２光変調素子として、液晶シャッタや光合成路中で姿勢制御が可能な反射光学素子が採用できる。
投写画像を非表示（黒表示）にする場合には、光源から射出された光束は、反射型光変調素子を介して、光合成路へと入光し、光合成路を通過した光は、再度、反射型光変調素子に入射する。このようなサイクルを繰り返すことにより、反射型光変調素子に入射する光束の光量は増大し、非表示画像の光量を増加させてしまうおそれがある。
ここでは、光合成路に第２光変調素子を備えることにより、投写画像の非表示状態において、反射型光変調素子に入光する光束を第２光変調素子により遮断することで、非表示画像の光量増加を防止することができる。
【０００８】
また、前記光合成路中に配置され、前記投写光学系へ入射しない光束を照度分布が一様な光束にして反射型光変調素子上に導入する光学インテグレータを備えていることが好ましい。
ここで、光学インテグレータに用いられる光束分割光学素子としては、レンズを縦横にいくつか並べたレンズアレイや、内部での全反射による多重反射を利用したロッドインテグレータ等が採用できる。
光源から射出される光束が反射型光変調素子で反射される光束において、投写光学系に入射して画像として射出される画像光と、光合成路に入光する光束とは、反転した状態にある。光合成路を通過して、再度、反射型光変調素子に入射させる際に、画像光に対して反転した状態である光束を反射型光変調素子に入射させたとしても、画像光の光量は増大することはない。
ここで、光合成路中に、光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子を有する光学インテグレータを備えていれば、画像光に対して反転した状態にある光束を、該光束分割光学素子によって、部分光束に分割した後、重畳して一様な照度分布を持つ光束として射出するので、この光束を再度、反射型光変調素子に入射させることにより、画像光の光量は増大し、高いコントラスト比を実現することができる。
【０００９】
また、前記画像情報は、変調する色光に応じた画像信号を時分割形式で前記反射型光学素子に入力するように構成され、前記光源および前記反射型光学素子の間には、前記反射型光変調素子に入力された画像信号に同期してカラーフィルタを切り替えるフィルタ切替部が設けられていることが好ましい。
このような構成では、反射型光変調素子に入力された画像信号に同期して、光源からの光束をカラーフィルタを用いて時間的に、赤、緑、青と切り替えることにより、１枚の反射型光変調素子により投写画像のカラー化を実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔１〕プロジェクタの構造
図１は、第１実施形態におけるプロジェクタの構造を模式的に示した図である。プロジェクタ１は、白色光を射出する照明光学系１０と、該照明光学系１０から射出される白色光を時分割で赤、緑、青の色光に切り替える色切替光学系２０と、画像信号に応じて各色光を変調するＤＭＤ３０と、このＤＭＤ３０で変調された光束を投写する投写光学系４０と、該投写光学系４０へ入射しない光束を再度ＤＭＤ３０に入射させる光合成光学系５０と、プロジェクタ１の動作制御を行う装置制御部６０とを備えて構成される。
【００１１】
照明光学系１０は、前記ＤＭＤ３０の画像形成領域をほぼ均一に照明するための光学系であり、光源装置１１と、第１レンズアレイ１２と、ＵＶフィルタを含む第２レンズアレイ１３と、偏光変換光学素子１４とを備えている。
光源装置１１は、放射状の光線を射出する放射光源としての光源ランプ１１Ａと、この光源ランプ１１Ａから射出された放射光を反射するリフレクタ１１Ｂとを有する。光源ランプ１１Ａとしては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、または高圧水銀ランプが用いられることが多い。リフレクタ１１Ｂとしては、放物面鏡を用いている。放物面鏡の他、平行化レンズ（凹レンズ）と共に楕円面鏡を用いてもよい。
第１レンズアレイ１２は、照明光軸方向から見てほぼ矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。各小レンズは、光源ランプ１１Ａから射出される光束を、複数の部分光束に分割している。各小レンズの輪郭形状は、ＤＭＤ３０の画像形成領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。例えば、ＤＭＤ３０の画像形成領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、各小レンズのアスペクト比も４：３に設定する。
【００１２】
第２レンズアレイ１３は、第１レンズアレイ１２と略同様な構成を有しており、小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。この第２レンズアレイ１３は、照明光軸上に配置された重畳レンズ１５とともに、第１レンズアレイ１２の各小レンズの像をＤＭＤ３０上に結像させる機能を有している。
偏光変換光学素子１４は、第２レンズアレイ１３の後段に配置されるとともに、第２レンズアレイ１３と一体でユニット化されている。このような偏光変換光学素子１４は、第２レンズアレイ１３からの光を１種類の偏光光（Ｐ偏光光）に変換するものである。偏光変換光学素子１４によって１種類の偏光光（Ｐ偏光光）に変換された各部分光は、重畳レンズ１５によって最終的にＤＭＤ３０上にほぼ重畳される。なお、このような偏光変換光学素子１４は、たとえば特開平８−３０４７３９号公報に紹介されている。
【００１３】
色切替光学系２０は、円盤状に形成され、回転することにより照明光学系１０から射出された光束をＲ，Ｇ，Ｂの３つの色光に切り替えるカラーホイール２１と、照明光学系１０から射出された光束をカラーホイール２１近傍に集光する第１コンデンサーレンズ２２と、カラーホイール２１を透過した発散光を略平行光にする第２コンデンサーレンズ２３とを備えて構成される。
カラーホイール２１は、図２（カラーホイール２１正面図）に示すように、回転方向に沿って区切られた４つの扇形の領域に３つの透過型色フィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが形成されている。ここで、透過型色フィルタ２１Ｒは、赤の波長領域の光を透過し、他の波長領域の光を反射または吸収することで赤色のみを透過させるものである。同様に、透過型色フィルタ２１Ｇ，２１Ｂは、それぞれ緑、青の波長領域の光を透過し、他の波長領域の光を反射または吸収することで緑色または青色のみを透過させるものである。このような透過型色フィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、例えば、誘電体多層膜や、塗料を用いて形成されたフィルタ板などを採用できる。４つの扇形の領域において、透過型色フィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ以外の部分は、透光領域２１Ｗとなっており、照明光学系１０から射出された光束は、そのまま通過できるようになっている。この透光領域２１Ｗにより、投写画像中の輝度を上げることができ、投写画像の明るさを確保することができる。
【００１４】
ＤＭＤ３０は、ＣＭＯＳウェハープロセスを基にマイクロマシン技術により半導体チップ上に多数の可動マイクロミラーを集積した反射型光変調素子であり、可動マイクロミラーは対角軸を中心に回転し、２つの所定角度（±θ）に傾斜した双安定状態を取る。この２つの状態間で４θの大きな光偏向角が得られ、Ｓ／Ｎ比の良好な光スイッチングを行うことができる。ＤＭＤ３０に入射する光束のうち、＋２θ方向に偏向される光束は、図１に示すように、投写光学系４０により画像光として投写され、−２θ方向に偏向される光束は、再度ＤＭＤ３０に入射させる光合成光学系５０に入光する。
具体的に、ＤＭＤ３０は、半導体プロセス技術を使用した微細加工により形成され、図３に示すように、ＣＭＯＳ基板３１上にアドレス電極・バイアスバス層３２、ヒンジ層３３、ヨーク層３４、そしてミラー層３５がスパッタ法により順次成膜される。アドレス電極３２Ａとヒンジ層３３・ヨーク層３４との間、およびヒンジ層３３・ヨーク層３４とミラー層３５との間には犠牲層として有機ポリマー等が充填されるが、上記成膜完了後には、プラズマエッチング等により除去され、ミラー層３５およびヨーク層３４は開放されて回転自在となる。
アドレス電極３２Ａは下部のＣＭＯＳ基板３１と電気的に接続されており、アドレス電極３２Ａに所定のバイアス電圧が印加されることにより、静電引力がミラー層３５とアドレス電極３２Ａ間、およびヨーク層３４とアドレス電極３２Ａ間に作用し効率的に静電トルクを発生し、ミラー層３５とヨーク層３４はヒンジ層３３の復元力に逆らって回転する。ここで、ミラー層３５とヨーク層３４はスプリングチップ３６が着地するまで回転する。また、アドレス電極３２Ａに印加されるバイアス電圧が０の場合には、ヒンジ層３３の復元力によりミラー層３５は水平位置で安定状態にある。ここでは、図３に示すような左側に傾斜した状態（＋θ）と、図示しない右側に傾斜した状態（−θ）の２つの状態間を用いることにより、４θの大きな光偏向角を得ることができる。
【００１５】
投写光学系４０は、ＤＭＤ３０によって変調された画像光をスクリーン４１に拡大投写するものであり、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光における色収差等による投写画像の不鮮明を防止する目的で、図示しない複数の集光素子を光軸方向に沿って配置した組レンズとして構成されている。
光合成光学系５０は、ＤＭＤ３０によって変調され投写光学系４０へ入射しない光束を再度ＤＭＤ３０に入射させるものであり、光束は光合成路５０Ａ上を導光されて照明分布の一様な光束となり、最終的に、照明光軸上に配置された重畳レンズ１５によって、ＤＭＤ３０に重畳される。
装置制御部６０は、色切替光学系２０、光合成光学系５０、およびＤＭＤ３０と電気的に接続されており、それぞれの動作制御を行うものである。
【００１６】
〔２〕光合成光学系の構造
光合成光学系５０は、ＤＭＤ３０によって変調され投写光学系４０へ入射しない光束を再度ＤＭＤ３０に入射させるものであり、光束は光合成路５０Ａ上を導光されてＤＭＤ３０に再度入射する。
この光合成路５０Ａ上には、ＤＭＤ３０により変調され、光合成路５０Ａに入光した光束の照度分布を均一化する光学インテグレータ５２と、該光学インテグレータ５２により均一化された光束を再度ＤＭＤ３０へと導入および遮断の切替が可能である第２光変調素子としての液晶シャッタ５３と、該液晶シャッタ５３を通過した光束を照明光軸上へと導光するミラー５４と、Ｐ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する偏光ビームスプリッタ５１とを備えている。
【００１７】
光学インテグレータ５２は、ＤＭＤ３０を介して光合成路５０Ａに入光した光を集光する第３コンデンサーレンズ５２Ａと、該第３コンデンサーレンズ５２Ａにより集光された光束の照度分布を均一にする透光性ロッド５２Ｂと、該透光性ロッド５２Ｂから射出された光束を前記液晶シャッタ５３上に集光する第４コンデンサーレンズ５２Ｃから構成される。
透光性ロッド５２Ｂは、断面略長方形の柱状であり、断面形状はＤＭＤ３０と同じアスペクト比で形成され、入射端面から入光した光束を側面にて全反射させ、射出端面から均一な照度分布を持つ光束を射出するものであり、ＤＭＤ３０を介して光合成路５０Ａに入光した光束、すなわち、投写光学系４０に入光する画像光とは反転状態である光束（照度分布の不均一な光束）を透光性ロッド５２Ｂの内部で多重反射させて、照度分布を均一にしている。
【００１８】
液晶シャッタ５３は、電圧の印加により液晶の配向状態を変換し、入射する直線偏光光束の透過および遮断を行うものであり、液晶層を挟むように、２枚の偏光板が偏光方向が直交するように配置されている。
このような構成において、液晶シャッタ５３を入射光束が透過する際には、入射する直線偏光光束は偏光角が９０度回転して透過する。すなわち、入射するＰ偏光光は液晶シャッタ５３を通過する際に、Ｓ偏光光となって射出される。
偏光ビームスプリッタ５１は、照明光軸上に配置されており、照明光学系から射出され、前記偏光変換光学素子１４によりＰ偏光光となった光束を透過し、前記液晶シャッタ５３によりＳ偏光光となって射出され、ミラー５４を介して該偏光ビームスプリッタ５１に入射する光束を反射し、２つの光束を合成して照明光軸上に射出するものである。
【００１９】
〔３〕プロジェクタの制御構造
図４は、第１実施形態におけるプロジェクタ１の制御構造を模式的に表した図である。
装置制御部６０は、カラーホイール２１を駆動するためのフィルタ切替部６１と、ＤＭＤ３０に画像信号を与えて可動マイクロミラーのオン／オフ状態を変換する信号処理部６２と、該信号処理部６２から出力される画像信号に基づいて液晶シャッタ５３に電圧を印加する液晶シャッタ制御部６３とを備えて構成される。
フィルタ切替部６１は、カラーホイール２１を回転軸２１Ａを中心に一定周波数の２４０Ｈｚで回転させるものであり、光源ランプ１１Ａから射出された光束は、カラーホイール２１の回転に応じて、カラーホイール２１に形成された透過型色フィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂおよび透光領域２１Ｗに順次照射され、結果として、カラーホイール２１を通過した後、赤色光、緑色光、青色光、および白色光として循環的に変化しながら射出される。
【００２０】
信号処理部６２は、フィルタ切替部６１の一定周波数２４０Ｈｚに同期して、画像信号をＤＭＤ３０に出力し、赤・緑・青の各画素に対応した可動マイクロミラーのオン／オフを行う。
液晶シャッタ制御部６３は、信号処理部６２と同期して液晶シャッタ５３の制御を行うものであり、信号処理部６２から出力される画像信号に基づいて演算処理を行うピーク検出部６４と、該ピーク検出部６４からの出力信号に基づいて液晶シャッタ５３の制御を行う制御部６５とを備えている。
【００２１】
ピーク検出部６４は、信号処理部６２から出力される画像信号から、赤映像、緑映像、青映像および白映像の表示領域と、赤・緑・青・白のいずれも表示されない非表示領域（黒映像）とを演算して検出するものである。全画像領域において、前記表示領域があるか、またはないか（非表示領域のみ）の２つの状態を制御部６５に出力する。
制御部６５は、ピーク検出部６４からの出力信号に基づいて、液晶シャッタ５３の制御を行うものであり、ピーク検出部６４により演算された表示領域が全画像領域中に存在しない場合には、液晶シャッタ５３に電圧を印加し、入射した光束は液晶シャッタ５３を透過することができずに遮断される。一方、全画像領域中に表示領域が存在する場合には、液晶シャッタ５３には電圧は印加されず、すなわち、入射した光束は液晶シャッタ５３を通過した後、偏光角を９０度回転されて射出される。
【００２２】
〔４〕第１実施形態の効果
このような第１実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１） ＤＭＤ３０により射出される光束のうち、投写光学系へ入射しない光束を、再度、ＤＭＤ３０に入射させる光合成光学系５０を備えていることにより、投写光学系４０へ入射しない光束、すなわち、余剰の光を光合成光学系５０で、再度、ＤＭＤ３０に供給することができるため、投写画像において表示領域と非表示領域とが混在する場合に、表示領域の輝度は向上し、コントラスト比を増大させることができる。
（２） また、高精細化に対応させてＤＭＤ３０の可動マイクロミラーを小型化し、すなわち、画素を小さくした場合でも、可動マイクロミラーに入射する総光量を増大させることができので、充分なピーク輝度を備えて高いコントラスト比を実現することができる。
（３） 上記のようにＤＭＤ３０の可動マイクロミラーに入射する総光量を増大させることができることにより、投写画像の光量は増大する。したがって、投写するスクリーン４１とプロジェクタ１との距離を充分に取ることができ、投写画像を拡大して大画面表示に対応させても、充分に高いコントラスト比を持つ画像を観賞することができる。
【００２３】
（４） 光合成光学系５０を備えていることにより、ＤＭＤ３０により射出され投写光学系４０へ入射しない光束が、プロジェクタ１内の部材に反射して投写光学系４０に取り込まれることを防ぐので、迷光による投写画像のコントラスト比の低下を防ぎ、安定した投写画像を保持することができる。
（５） 光合成光学系５０は、光学インテグレータ５２を備えていることにより、ＤＭＤ３０により射出される光束のうち、投写光学系４０へ入射しない光束の照度分布を均一にして一様な光束を射出し、再度ＤＭＤ３０に入射させることができる。したがって、画像光に対して反転状態である光束を再度ＤＭＤ３０に入射させることはなく、照度分布の均一な光束をＤＭＤ３０に入射させることができるので、画像光の光量は増大し、高いコントラスト比を実現することができる。
【００２４】
（６） 光学インテグレータ５２は、ＤＭＤ３０によって反射され、光合成路５０Ａ内に発散しながら入光する光束を集光して、ミラー５４および偏光ビームスプリッタ５１を介してＤＭＤ３０に再度入射させているので、ミラー５４および偏光ビームスプリッタ５１を大きくする必要がなく、前記各部材の小型化を図ることができる。
（７） 光合成光学系５０は、液晶シャッタ５３を備えていることにより、全画像領域が非表示領域である場合に、光合成路５０Ａに入光してきた光束を遮断することができ、光合成路５０Ａを進む光束がＤＭＤ３０に多数回入射することによる非表示領域の光量増加を防ぐことができる。
（８） また、液晶シャッタ５３の光束遮断により、全画像領域が非表示領域である場合に余剰の光を遮断し、ＤＭＤ３０の光吸収による発熱、および熱歪み等の物理的な変形を防ぐことができる。
【００２５】
（９） 光合成光学系５０が、偏光ビームスプリッタ５１を備えていることにより、光源ランプ１１Ａから射出され、偏光変換光学素子１４によりＰ偏光光となった光束を偏光ビームスプリッタ５１は透過させ、照明光軸上を進ませることができ、さらに、照明光軸上を外れ、光合成路５０Ａに入光し、液晶シャッタ５３によりＳ偏光光となった光束を偏光ビームスプリッタ５１は反射させ、再度照明光軸上を進ませることができ、２つの光束を合成してＤＭＤ３０に入射する総光量を増大させることができる。
（１０） フィルタ切替部６１は、ＤＭＤ３０に入力された画像信号に同期して、カラーホイール２１を回転させ、光源ランプ１１Ａから射出された光束を時間的に、赤、緑、青と切り替えることにより、１枚のＤＭＤ３０で投写画像のカラー化を実現することができる。
（１１） 液晶シャッタ制御部６３は、ピーク検出部６４と制御部６５を備えていることにより、ピーク検出部６４は、信号処理部６２から出力される画像信号に基づいて、赤映像、緑映像、青映像、および白映像の全表示領域と、赤・緑・青・白映像のいずれも表示しない非表示領域とを演算して検出し、全画像領域中に表示領域が存在しない場合には、制御部６５に信号を送り、液晶シャッタ５３に電圧を印加して液晶シャッタ５３に入射する光束を遮断することができる。したがって、ＤＭＤ３０を制御するために、信号処理部６２が出力する画像信号と同期していることにより、ＤＭＤ３０における可動マイクロミラーのオン／オフに対応して、液晶シャッタ５３による光束の透過および遮断を切り替えることができる。
【００２６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
前記第１実施形態におけるプロジェクタ１では、光合成光学系５０は、光学インテグレータ５２と、液晶シャッタ５３と、ミラー５４と、偏光ビームスプリッタ５１とを備えて構成されている。そして、液晶シャッタ制御部６３により、信号処理部６２から出力される画像信号に基づいて液晶シャッタ５３を制御し、光合成路５０Ａを進む光束の透過および遮断の切り替えを行っていた。
【００２７】
これに対して第２実施形態におけるプロジェクタ２では、光合成光学系７０は、第１実施形態で説明した、偏光ビームスプリッタ７１および光学インテグレータ７２の他、ミラー７３と、１／２波長板７４と、光吸収部材７５を備えて構成されている。そして、装置制御部８０により、ミラー７３の傾斜状態を制御し、ミラー７３を介した射出光束の偏向角を切り替える点が相違する。
【００２８】
図５は、第２実施形態におけるプロジェクタの構造を模式的に示した図である。
ミラー７３は、光学インテグレータ７２の射出側に位置し、傾斜状態を変更するために、回動自在に設置される。例えば、図５に示すように、ミラー７３は、光合成路７０Ａで形成される光路面に直交する軸を中心として、回動自在に設置される。そして、ミラー７３の傾斜状態は、装置制御部８０の指示の下、図５に示すように、光学インテグレータ７２を射出した光束を偏光ビームスプリッタ７１の方向に偏向させる傾斜状態と、光学インテグレータ７２を射出した光束を光吸収部材７５の方向に偏向させる傾斜状態の２状態で変更される。
【００２９】
１／２波長板７４は、光学インテグレータ７２を構成する透光性ロッド７２Ｂの射出側に設置される。そして、光学インテグレータ７２に入射する光束はこの１／２波長板７４を通過して、位相をπずらされて射出される。
光吸収部材７５は、ミラー７３により偏向された光束を吸収する。例えば、この光吸収部材７５は、その表面にテクスチャが施され、さらに多層の反射防止膜がコーティングされる。このような表面により、微視的な形状効果と干渉原理により入射光束の反射を防止することができる。
【００３０】
図６は、第２実施形態におけるプロジェクタの制御構造を表すブロック図である。
装置制御部８０は、第１実施形態で説明した、フィルタ切替部８１および信号処理部８２の他、ミラー制御部８３を備えている。
ミラー制御部８３は、信号処理部８２から出力される画像信号に基づいてミラー７３の傾斜制御を実施する。このミラー制御部８３は、第１実施形態で説明したピーク検出部８４の他、制御部８５を備えている。
制御部８５は、ピーク検出部８４にて検出された表示領域の有無の２状態を取得し、この２状態に応じて、ミラー７３の傾斜状態を変更する。
【００３１】
以上のような構成において、照明光学系１０から射出された光束は、偏光ビームスプリッタ７１を透過してＤＭＤ３０に入射する。ＤＭＤ３０で射出された光束のうち、投写光学系４０へ入射しない光束は、光合成光学系７０に入射し、光学インテグレータ７２を介して均一な照度分布を持つ光束としてミラー７３に照射される。ここで、光学インテグレータ７２に入射したＰ偏光光は１／２波長板７４を通過し、位相をπずらされてＳ偏光光となって射出される。
そして、ピーク検出部８４における演算の結果として、全画像領域において表示領域が存在する場合には、制御部８５は、光学インテグレータ７２を通過したＳ偏光光を偏光ビームスプリッタ７１方向に偏向するようにミラー７３の傾斜状態を変更する。この後、Ｓ偏光光は、偏光ビームスプリッタ７１を介して再度ＤＭＤ３０に入射する。
一方、ピーク検出部８４における演算の結果として、全画像領域において全て非表示領域である場合には、制御部８５は、図５に示すように、光学インテグレータ７２を通過したＳ偏光光を光吸収部材７５方向に偏向するようにミラー７３の傾斜状態を変更する。この後、Ｓ偏光光は、光吸収部材７５に入射し、この光吸収部材７５により吸収されて熱に変換される。
【００３２】
このような第２実施形態によれば、前記（１）〜（６）と同様の効果の他、
（１２） 光合成光学系７０は、姿勢制御可能なミラー７３と光吸収部材７５とを備えていることにより、全画像領域が非表示領域のみである場合に、ミラー７３を所定角度に傾斜させて、光合成路７０Ａに入光してきた光束を光吸収部材７５に入射させ、光合成路７０Ａ内を進む光束がＤＭＤ３０に多数回入射することによる非表示画像の光量増加を防ぐことができる。
（１３） また、全画像領域が非表示領域である場合に、ＤＭＤ３０に多数回入射することを防ぐので、ＤＭＤ３０の光吸収による発熱、および熱歪み等の物理的な変形を防ぐことができる。
（１４） 光吸収部材７５は、その表面にテクスチャが施され、さらに多層の反射防止膜がコーティングされているので、光吸収部材７５に入射した光束の反射は防止され、反射光が投写光学系４０に取り込まれることを防ぎ、迷光による投写画像のコントラスト比の低下を防止することができる。
【００３３】
（１５） 透光性ロッド７２Ｂの射出側には、１／２波長板７４を備えていることにより、ＤＭＤ３０で射出された光束のうち、投写光学系４０へ入射しない光束が、透光性ロッド７２Ｂにより均一な照度分布を持つ光束として射出される際に、位相をπずらされて、Ｐ偏光光はＳ偏光光となって射出される。したがって、１／２波長板７４を通過したＳ偏光光は、偏光ビームスプリッタ７１により反射され、再度照明光軸上に進み、照明光学系１０から射出されたＰ偏光光とともに照明光軸上で合成され、ＤＭＤ３０に入射する総光量は増大するようになる。
（１６） ミラー制御部８３は、ピーク検出部８４と制御部８５を備えていることにより、ピーク検出部８４は、信号処理部８２から出力される画像信号に基づいて、赤映像、緑映像、青映像、および白映像の全表示領域と、赤・緑・青・白映像のいずれも表示しない非表示領域とを演算して検出し、全画像領域中に表示領域が存在しない場合には、制御部８５に信号を送り、ミラー７３を所定角度に傾斜させ、入射光束を光吸収部材７５に導光し、光合成路７０Ａから光束を外すことができる。したがって、ＤＭＤ３０を制御するために、信号処理部８２が出力する画像信号と同期していることにより、ＤＭＤ３０における可動マイクロミラーのオン／オフに対応して、ミラー７３の傾斜角度を変更し、ＤＭＤ３０への光束の再入射および遮断を切り替えることができる。
【００３４】
〔５〕実施形態の変形
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態では、ＤＭＤ３０を１枚のみ使用した単板式のプロジェクタ１，２を示したが、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応して３枚のＤＭＤを使用した３板式のプロジェクタにも採用できる。この際は、各ＤＭＤに対応して３つの光合成路が必要となる。
また、前記各実施形態では、光合成光学系５０，７０に透光性ロッド５２Ｂ，７２Ｂを含む光学インテグレータ５２，７２を使用していたが、光合成路５０Ａ，７０Ａに入光する光束の照度分布を均一にすることができるものであればよく、他の光学インテグレータであっても構わない。例えば、前記各実施形態の照明光学系１０を構成する第１レンズアレイ１２および第２レンズアレイ１３を有する光学インテグレータを用いてもよい。
【００３５】
さらに、照度分布を均一化する目的から、照明光軸上に配置される第１レンズアレイ１２および第２レンズアレイ１３と、光合成路５０Ａ，７０Ａ内に配置される透光性ロッド５２Ｂ，７２Ｂの２つの光学系が用いられているが、１つの光学系のみで用いる形を採用してもよい。すなわち、偏光ビームスプリッタ５１，７１とＤＭＤ３０との間の照明光軸上に、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイのようなレンズアレイ方式の光学系を配置するか、または、透光性ロッドのような光学系を配置する形を採用してもよい。
また、前記各実施形態では、白色光を時分割する目的で色切替光学系２０を用いていたが、ＬＥＤ光源等を用いて、光源からの光束を時間的に赤、緑、青と切り替えながら点灯させ、それに同期して、ＤＭＤには対応する色成分の映像を表示することでカラー表示を実現してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、ＤＭＤにより変調された光束のうち、画像光として機能しない光束を光合成光学系により再度ＤＭＤに入射させることができ、ピーク輝度を向上させ、高いコントラスト比を実現するとともに、投写画像の明るさを確保することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】前記第１実施形態におけるプロジェクタの構造を表す模式図である。
【図２】前記各実施形態におけるカラーホイールの構造を表す正面図である。
【図３】前記各実施形態におけるＤＭＤの構造を表す側面図である。
【図４】前記第１実施形態におけるプロジェクタの制御構造を表すブロック図である。
【図５】前記第２実施形態におけるプロジェクタの構造を表す模式図である。
【図６】前記第２実施形態におけるプロジェクタの制御構造を表すブロック図である。
【符号の説明】
１，２ プロジェクタ
１０ 照明光学系
２１ カラーホイール（カラーフィルタ）
３０ ＤＭＤ（光変調装置）
４０ 投写光学系
５０Ａ，７０Ａ 光合成路
５２，７２ 光学インテグレータ
５３ 液晶シャッタ（第２光変調素子）
６１，８１ フィルタ切替部
７３ ミラー（反射光学素子）

Claims (6)

1. マイクロミラーの入射角度を制御することにより、光源から射出された光束を画像情報に応じて光変調する反射型光変調素子を備え、変調光束を投写光学系を介して拡大投写するプロジェクタであって、
   前記反射型光変調素子で変調され投写光学系へ入射しない光束を、再度、前記光源から射出された光束と合成して、前記反射型光変調素子に導入する光合成路を備え、
   前記光合成路中には、前記光源から射出された光束のうちＰ偏光光を透過して前記反射型光変調素子に導く偏光ビームスプリッタと、前記反射型光変調素子で変調され前記投写光学系へ入射しないＰ偏光光をＳ偏光光に変換する光学素子とが配置され、
   前記偏光ビームスプリッタは、前記Ｓ偏光光を反射させて前記反射型光変調素子に導くことを特徴とするプロジェクタ。
2. 請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
   前記光合成路中に配置され、前記投写光学系へ入射しない光束を、前記画像情報に同期して前記反射型光変調素子への導入、遮断の切替を行う第２光変調素子を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
3. 請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
   前記第２光変調素子は、液晶シャッタから構成されていることを特徴とするプロジェクタ。
4. 請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
   前記光合成路中に配置され、前記投写光学系へ入射しない光束を反射して前記反射型光変調素子に導く反射光学素子を備え、
   前記第２光変調素子は、この反射光学素子の光合成路中の姿勢を制御するように構成されていることを特徴とするプロジェクタ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
   前記光合成路中に配置され、前記投写光学系へ入射しない光束を照度分布が一様な光束にして反射型光変調素子上に導入する光学インテグレータを備えていることを特徴とするプロジェクタ。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
   前記画像情報は、変調する色光に応じた画像信号を時分割形式で前記反射型光変調素子に入力するように構成され、
   前記光源および前記反射型光変調素子の間には、前記反射型光変調素子に入力された画像信号に同期してカラーフィルタを切り替えるフィルタ切替部が設けられていることを特徴とするプロジェクタ。

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