JP4306020B2 - 表示光学装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型表示パネルの画像を投影する表示光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、反射型表示パネルとして、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）が用いられている。これは、表面が複数の画素に分割され、その画素ごとに例えば正方形の微小なミラー（マイクロミラー）を持ち、このマイクロミラーが画素の２つの対角を支点に回動して、基準の表面に対して画素ごとに±１０度傾くものである。そして、例えば＋１０度傾いた状態をＯＮとし、−１０度傾いた状態をＯＦＦとする。
【０００３】
図１６は、ＤＭＤのマイクロミラーの反射イメージを示す斜視図である。同図において、３１は反射型表示パネルとしてのＤＭＤ、実線で示す３２はＤＭＤ３１の或１つの画素におけるマイクロミラーでＯＮの状態、破線で示す３２ａはそのＯＦＦの状態、３３はＤＭＤ３１の上方に配設され、ＤＭＤ３１からの後述する投影光を通過させて画像を形成する投影光学系である。
【０００４】
同図に示すように、マイクロミラー３２の回動の支軸ａｂは、矢印ｅで示す如く、ＤＭＤ３１の成す長方形の短辺ｃ或いは長辺ｄに対して４５度を成す方向である。このＤＭＤ３１を用いた表示光学系は、回動の支軸ａｂに対して垂直な断面、即ち矢印ｆで示す如く短辺ｃ或いは長辺ｄに対して別の４５度を成す面内において、照明光ＬＡがＤＭＤ３１表面に対する入射角２０度で入射するように、図示しない照明光学装置を構成する。
【０００５】
この照明光ＬＡが、ＯＮの状態であるマイクロミラー３２に反射されると、ＤＭＤ３１表面に対する反射角０度の投影光ＬＢとなり、ＯＦＦの状態であるマイクロミラー３２ａに反射されると、ＤＭＤ３１表面に対する反射角−４０度の投影光ＬＢａとなる。そして、投影光学系３３は、反射角０度の光束である投影光ＬＢのみを用いて画像を形成する。
【０００６】
ところで、このようなＤＭＤによる反射型表示パネルを用いた、いわゆる単板方式のプロジェクター光学系においては、例えばカラーホイル時分割方式が採用されている。図１７は、このようなカラーホイルを模式的に示す正面図である。同図に示すように、カラーホイル３４は例えば円板状を成しており、中心の回転軸３４ａの周りには、３つの領域にそれぞれＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）を透過させるカラーフィルターが配置されている。そして、これらが回転軸３４ａの周りに、例えば矢印方向に高速で回転する事により、このカラーホイル３４を透過する例えばスポット３５で示される照明光が、各カラーフィルターにより高速で各色に切り替わる。
【０００７】
或いは、上記いわゆる単板方式のプロジェクター光学系において、照明光を表示パネルへと導くために、従来より、表示パネル直前に配置したマイクロレンズアレイやシリンダーレンズアレイが用いられている。図１８は、従来の一例であるマイクロレンズアレイと表示パネルとの関係を模式的に示す図である。これは、特開平４−６０５３８号公報に記載されている如く、単板方式で表示パネルに透過型液晶を用いたプロジェクター光学系に採用されているものである。
【０００８】
ここでは表示パネル１６を単板とし、画素毎にＲ用，Ｇ用，Ｂ用を順次並べており、後述する光源１からの光９を予めＲＧＢに色分割したものを、角度をＲＧＢ毎に変えて１絵素（１絵素とは表示パネル上のＲＧＢ３画素を１組としたもの）ずつマイクロレンズアレイ６１の各マイクロレンズ６１ａに入射させ、それぞれ表示パネル１６のＲ用，Ｇ用，Ｂ用の画素に集光するようにしている。尚、同図のマイクロレンズアレイ６１及び表示パネル１６の左右は、図示を省略している。
【０００９】
図１９は、特開平９−３１８９０４号公報に記載されている、従来の他の例であるマイクロレンズアレイと表示パネルとの関係を模式的に示す図である。同図に示すように、ここではマイクロレンズアレイ６２のマイクロレンズ６２ａ一つ当たり、光源１からの光９をＲＧＢ３つではなくＲＧＢＲＧＢ…の順の複数絵素の光束にして入射させ、それぞれ表示パネル１６のＲ用，Ｇ用，Ｂ用の画素に集光するようにしている。尚、同図のマイクロレンズアレイ６２及び表示パネル１６の左右は、図示を省略している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記カラーホイル時分割方式においては、白色光源からの照明光の内、各時点で利用するのは、カラーフィルターを透過した特定の波長範囲の光のみとなるため、照明効率が悪くなる。一方、上記マイクロレンズアレイ等を用いた構成では、照明光をＲＧＢの全ての波長範囲で利用する事ができ、無駄がない。ところが、その中で、上記特開平４−６０５３８号公報に記載されているような構成では、各画素が小さくなると、マイクロレンズアレイ６１と表示パネル１６との距離を非常に小さくしなければならなくなる。
【００１１】
例えば、各画素の大きさが十数μｍになると、マイクロレンズと表示パネルとの距離が数十μｍとなり、物理的に構成不可能となる。具体的には、ＤＭＤパネルなどの表示パネルは、高画素化のため画素ピッチが１０〜２０μｍとなっているので、本例のマイクロレンズアレイ６１のように、表示パネル１６の各画素をＲＧＢそれぞれ１つの光束で照明する場合、マイクロレンズ６１ａと表示パネル１６の各画素との間は、１００μｍ以下の距離となり、実質的にこれらの作成が不可能である。たとえ実際に作成できたとしても、マイクロレンズの曲率が大きく、収差等が生じて良好な照明ができない。
【００１２】
また、この距離を広げるために、上記特開平９−３１８９０４号公報に記載されている構成が有効となるが、それでも高々２００〜３００μｍ程度の距離であり、これ以上広げると、色純度や照明効率の低下を引き起こす。さらに、表示パネルに上記ＤＭＤを用いる場合は、この距離を益々広げる必要が出てくる。即ち、ＤＭＤにおいては、マイクロミラー保護のために、その表面に空間を設けて、その上に保護ガラスが配置される構成が取られており、その保護ガラスの厚さが１〜２ｍｍとなっている。ただ、保護ガラス部分を変更すれば、距離を広げる事無くＤＭＤ上にマイクロレンズアレイを構成する事ができるが、そうすると既製のＤＭＤを利用する事ができなくなり、信頼性に乏しくなる。
【００１３】
或いは、特開平９−２１４９９７号公報の実施例２等に記載されている如く、マイクロレンズを使用した例ではないが、表示画面全体を３領域に分割し、それぞれにＲ，Ｇ，Ｂの光をホログラム素子を介して照明し、これらを順次切り換える方法も提案されている。この方法を応用する事により、上記マイクロレンズと表示パネルとの距離を広げても、照明効率や画質を損なう事無く表示できる可能性がある。但し、この場合、各領域の境界においては、照明されない部分或いは隣り合わせの色が混ざった部分がどうしても生じるので、画面全体に渡ってきれいに表示する事は難しい。
【００１４】
ところで、表示パネルに単板でＤＭＤを用いる場合、良好な照明，投影分離を行うためには、ＴＩＲ（全反射）プリズム等が用いられる。ここで、ＤＭＤはその構成上、各画素の対角方向に回動の支軸を持つ方が駆動しやすいので、上述したように、そのような構成となっている。このとき、照明光は表示パネルに対し、その各辺の斜め方向から照射される構成となるので、ＴＩＲプリズムが大型となり、また照明光学系の構成が複雑となる。
【００１５】
また、照明光と投影光との成す角度は、主光線で２０度しかないため、ＴＩＲプリズムにより分離可能な光束の角度範囲は限られている。従って、各光学系にＦナンバーの小さい、明るいレンズを用いる事はできない。ここでは高々Ｆ３が限界となる。さらに、ＤＭＤにおいては、照明光はＯＦＦの状態のマイクロミラーにより、投影光学系から外れた方向に反射されるが、実際にはこのＯＦＦの光もＴＩＲプリズムを透過するので、その一部の光が投影光学系に到達し、スクリーン上にフレアとして現れる。
【００１６】
本発明は、このような問題点に鑑み、表示パネルにＤＭＤを用いる場合において、簡単な構成で、Ｆナンバーが小さくて明るく、小型で高効率の光学系を持ち、高画質が得られる表示光学装置を提供する事を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、ＤＭＤと、そのＤＭＤに照明光を照明する照明光学装置とを有し、前記ＤＭＤは、表面を複数の画素に分割され、その画素ごとにその対角を支点にして選択的に第１或いは第２の所定の位置となるように回動する微小なミラーを持つものであって、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの前記照明光の反射光のみを投影光として通過させ、画像を形成する投影光学装置を備えた構成において、前記ミラーが回動する回動軸に垂直な面と前記ＤＭＤの短辺或いは長辺との成すアジマス角をΦとし、前記ＤＭＤの表面に対する前記第１の所定の位置である前記ミラーの傾きをθとしたとき、そのＤＭＤへ入射する前記照明光のアジマス角は０．３３Φ〜０．９Φであり、そのＤＭＤの表面に対するその照明光の入射角は１．７θ〜４．５θである請求項１の構成とする。
【００１８】
また、前記照明光を全反射により前記ＤＭＤに導き、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの反射光を透過により投影レンズに導くプリズムを備え、そのプリズムへ入射する前記照明光の、前記ＤＭＤの短辺或いは長辺との成すアジマス角は０度近傍である請求項１に記載の請求項２の構成とする。
【００１９】
さらに、前記投影光学系は非軸光学系であり、前記ＤＭＤの表面の法線方向に対し、３〜３０度の角度範囲に主光線を持つ請求項１又は請求項２に記載の請求項３の構成とする。
【００２０】
また、別の構成として、ＤＭＤと、そのＤＭＤに照明光を照明する照明光学装置とを有し、前記ＤＭＤは、表面を複数の画素に分割され、その画素ごとにその対角を支点にして選択的に第１或いは第２の所定の位置となるように回動する微小なミラーを持つものであって、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの前記照明光の反射光のみを投影光として通過させ、画像を形成する投影光学装置を備えた構成において、前記照明光を全反射により前記ＤＭＤに導き、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの反射光を透過により投影レンズに導くプリズムを備え、そのプリズムは、前記第２の所定の位置である前記ミラーからの前記照明光の反射光の全部或いは一部を全反射して、前記照明光学装置側へ戻し、前記ミラーが回動する回動軸に垂直な面と前記ＤＭＤの短辺或いは長辺との成すアジマス角をΦとし、前記ＤＭＤの表面に対する前記第１の所定の位置である前記ミラーの傾きをθとしたとき、そのＤＭＤへ入射する前記照明光のアジマス角は１．８Φ〜３Φであり、そのＤＭＤの表面に対するその照明光の入射角は１θ〜２θである請求項４の構成とする。
【００２２】
さらに、前記投影光学系は非軸光学系であり、前記ＤＭＤの表面の法線方向に対し、１０〜３０度の角度範囲に主光線を持つ請求項４に記載の請求項５の構成とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の表示光学装置を模式的に示す構成図である。各部の配置は本来３次元的なものであるが、理解を助けるために、平面状に記載している。同図において、１は光源であり、２は光源１を取り囲むように配置されるリフレクターである。また、７はリフレクター２の光の射出口２ａを覆うように配置され、光源１及びリフレクター２からの光に含まれる紫外線及び赤外線をカットするＵＶＩＲカットフィルターである。
【００２４】
ＵＶＩＲカットフィルター７の後方（図の下方）には、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）それぞれの波長領域の光を反射するダイクロイックミラーＲm，Ｇm，Ｂmがそれぞれ異なった傾きで配置されている。そして、光軸ＬでＵＶＩＲカットフィルター７を透過してきた光９が、Ｒm，Ｇm，Ｂmそれぞれのダイクロイックミラーで反射され、それぞれ異なった角度の光軸ＬR，ＬG，ＬBで後方（図の右方）に配置された第１レンズアレイ４に到達するようにしている。尚、ダイクロイックミラーＢmは全反射ミラーでも良い。また、光９のダイクロイックミラーによる反射光は、図示を省略している。
【００２５】
第１レンズアレイ４の後方には、少し離れて第２レンズアレイ６、その直後に重ね合わせレンズ８が配置されている。尚、ここでは図示しないが、第１レンズアレイ４は、格子状に組み合わされた各セルを有しており、第２レンズアレイ６は、第１レンズアレイ４とは別の格子状に組み合わされた各セルを有している。また、第１レンズアレイ４は、複屈折回折格子を有しており、第２レンズアレイ６の各セルの長辺方向に、光源１及びリフレクター２からの光９の偏光分離を行う。第１レンズアレイ４、第２レンズアレイ６を通じて偏光変換が行われ、光源１及びリフレクター２からの光９は特定の偏光に揃えられて出てくる。この構成を偏光変換装置と呼ぶ。これらの詳細な関係については後述する。
【００２６】
また、第２レンズアレイ６とその直後の重ね合わせレンズ８により、後述する表示パネルに、第１レンズアレイ４の各セルの像が重なり合うようにしている。そして、重ね合わせレンズ８の直後の照明光学系１３により、表示パネルをテレセントリック照明する。尚、重ね合わせレンズ８は、第２レンズアレイ６と一体に成形されていても良い。以上の第１レンズアレイ４から重ね合わせレンズ８までを、インテグレータ光学系Ｉと呼び、光軸をＬａとする。
【００２７】
また、照明光学系１３の後方には、ＴＩＲプリズム２２が配置されている。ＴＩＲプリズム２２は、それぞれ三角柱状をしたガラス等より成る大小のプリズム２２ｂ，２２ａの或面同士が向かい合った構成となっている。プリズム２２ｂは、入射面２２ｂａ，射出面を兼ねた全反射面２２ｂｂ，及び入射出面２２ｂｃを有し、プリズム２２ａは、入射面２２ａａ及び射出面２２ａｂを有している。全反射面２２ｂｂと入射面２２ａａの間隔は、数μｍ〜数十μｍとなっている。
【００２８】
照明光学系１３を透過した、光源１及びリフレクター２からの光９は、まず、プリズム２２ｂに対して、光軸Ｌａに沿って、直前のコンデンサーレンズ２３を経て、入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射面２２ｂｂに臨界角を超える入射角で入射する事によって、光９はその殆どが反射され、入射出面２２ｂｃより射出し、表示パネル１６に向かう。その直前には、所定の偏光に対してマイクロレンズ効果をもたらす複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されている。以上説明した構成を、照明光学装置の一例とする。
【００２９】
表示パネル１６はＤＭＤで構成されており、上記従来の技術で説明したように、ここに照明された光９を、画素毎に表示情報に応じてＯＮの状態のマイクロミラー或いはＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射する。このとき、ＯＮの反射光は、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを経て、入射出面２２ｂｃに入射してプリズム２２ｂに戻る。
【００３０】
そして、全反射面２２ｂｂに臨界角以内の入射角で入射してここを透過し、更に入射面２２ａａに入射して、プリズム２２ａを透過して射出面２２ａｂより射出し、光軸Ｌｂに沿って投影光である光２１として投影光学系２４に到る。この投影光学系２４により、表示パネル１６の表示情報が図示しないスクリーンに投影される。尚、光２１は図示を省略している。一方、ＯＦＦの反射光は、プリズム２２ｂ，２２ａを透過しても、最終的に投影光学系２４に到らない方向へと射出する。以上説明した投影光学系とスクリーンの構成を、投影光学装置の一例とする。
【００３１】
この、ＯＮの反射光である光２１の光軸Ｌｂは、本実施形態では後述するように、表示パネル１６の表面に対して垂直とはならない構成であるので、投影光学系２４は共軸系ではない非軸投影光学系とする必要がある。この非軸投影光学系の具体例としては、例えば特開平９−１７９０６４号公報の実施例４に記載されている様なものが提案されている。
【００３２】
図２は、本発明の第１の実施形態の表示光学装置の主要部分を拡大して示す模式図であり、同図（ａ）は全体図、同図（ｂ）は上記インテグレータ光学系部分の側面図である。図１での説明と同様にして、光軸Ｌに沿って入射してきた光９が、Ｒm，Ｇm，Ｂmそれぞれのダイクロイックミラーで反射され、それぞれ異なった角度の光軸ＬR，ＬG，ＬBで後方（図の下方）に配置された第１レンズアレイ４に到達する。尚、同図（ａ）では光９は図示を省略している。
【００３３】
第１レンズアレイ４の後方には、少し離れて第２レンズアレイ６、その直後に重ね合わせレンズ８が配置されている。第１レンズアレイ４は、格子状に組み合わされた各セル４ａを有しており、第２レンズアレイ６は、第１レンズアレイ４とは別の格子状に組み合わされた各セル６ａを有している。ＲＧＢで異なる方向から第１レンズアレイ４に到達した光９は、その個々のセル４ａ毎に、その後方に少し離れて配置された第２レンズアレイ６の個々のセル６ａ上に結像する。このとき、ＲＧＢで光の方向が異なるため、ＲＧＢそれぞれの光源像ができる。それぞれの位置にはほぼ各色がきているが、色純度を上げるため、ＲＧＢのカラーフィルターが設けてある。このカラーフィルターによる光量のロスは少ない。
【００３４】
また、第１レンズアレイ４は、図２（ｂ）に示すように、複屈折回折格子を有しており、第２レンズアレイ６の各セルの長辺方向に、光９の偏光分離を行う。ここでは第１レンズアレイ４、第２レンズアレイ６を通じて偏光変換が行われ、光９は特定の偏光に揃えられて出てくる。この偏光変換の原理を同図（ｂ）で改めて説明する。まず、光９は無偏光の光束で、インテグレータ光学系Ｉに入射する。インテグレータ光学系Ｉは、光束の進む順に、第１レンズアレイ４、１／２波長板５、第２レンズアレイ６、重ね合わせレンズ８より成る。第１レンズアレイ４は、ガラス等より成る基板４ｂ上にブレーズ形状の複屈折回折格子４ｃが形成され、更にそのブレーズ形状部に接する部分に複屈折光学材料４ｄが充填されて、ガラス板４ｅで封印されている。
【００３５】
複屈折光学材料４ｄは、偏光方向の異なる光線に対しては異なる屈折率を示し、本例では、紙面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１に対する屈折率と、紙面に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２に対する屈折率とが異なっている。また複屈折回折格子４ｃの形状は直進する光を偏向する形状である。ここで、紙面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１に対する屈折率と、基板材料の屈折率とを等しくする事により、紙面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１は、実線で示されるように複屈折回折格子４ｃが存在しない場合と等価に進行し、紙面に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２は、一点鎖線で示されるように複屈折回折格子４ｃが存在する状態で進行するので、偏向を受ける事になる。
【００３６】
一方、第１レンズアレイ４は入射する光９を空間分割し、第２レンズアレイ６上で結像させる。紙面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１は直進して結像し、紙面に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２は偏向を受けて結像する。従って、紙面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１と、紙面に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２とは空間的に異なる位置で結像する事になる。そこで第２レンズアレイ６光源側近傍に、前記いずれかの偏光面を有する光束の結像している空間に１／２波長板５を配置する事により、いずれか一方の偏光面を有する光束に揃える事が可能となる。
【００３７】
ここでは光線Ｌ２に対して１／２波長板５を用いている。従って、インテグレータ光学系Ｉからは、全て紙面に対して平行な偏光面に揃えられた偏光が、照明光として射出する事になる。尚、複屈折光学材料は、例えば液晶材料を所定の方向に配向処理する事等により得られる。また、紫外線等の照射を受けると硬化する液晶材料が知られているので、そのような液晶材料を用いて上記配向処理後に紫外線照射等を施すようにしても良い。
【００３８】
続いて、同図（ａ）に戻って説明すると、第２レンズアレイ６とその直後の重ね合わせレンズ８により、表示パネル１６に、第１レンズアレイ４の各セルの像が重なり合うようにしている。そして、重ね合わせレンズ８の直後の照明光学系１３により、表示パネル１６をテレセントリック照明する。ここで、図１でも示したように、表示パネル１６の直前には、複屈折材料により構成される複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されている。
【００３９】
そして、上記ダイクロイックミラーと第１，第２レンズアレイによってＲＧＢに色分解された光９は、照明光学系１３及びＴＩＲプリズム２２を経て、この複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａの各マイクロシリンダーレンズ１５ａａによって、各色毎に表示パネル１６の数個の画素１６ｂをそれぞれ照明する。尚、マイクロシリンダーレンズ１５ａａの代わりに回折レンズとしても良い。同図の複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａ及び表示パネル１６の左右は、図示を省略している。尚、これらの間には１／４波長板１０が配置されているが、これについては後述する。
【００４０】
本実施形態では、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａと表示パネル１６との間隔が２ｍｍ〜３ｍｍとなっており、表示パネル１６のＤＭＤの画素１６ｂを保護する保護ガラス１６ａの外側に、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを配置するスペースが充分ある。また、図２（ａ）においては、１色当たり４画素を照明する構成となっているが、実際には、保護ガラス１６ａの厚さが２ｍｍ程度であれば、１色当たり６〜１０画素を照明する構成とし、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａの配置スペースを確保する必要がある。
【００４１】
このようにして、マイクロシリンダーレンズアレイをＤＭＤ素子面から２〜３ｍｍ離す事で、数画素毎にＲＧＢ各色の領域となる照明を行うが、本実施形態では、更に複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを、同図或いは図１の矢印Ａｗで示すように、その表面に沿って１フレーム内に微細ピッチで或いは連続的に駆動し、画素上の照明光を移動している。そして、これに連動した画素表示を行う事で、全画面において良好なカラー表示を行う事ができる。詳しくは後述する。この場合、図１に示すように、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａの代わりに、照明光学系１３の一部のレンズを矢印Ｂｗで示すように光軸Ｌａに垂直に駆動するか、照明光学系１３内にミラーを設けてこれを回転駆動する等の構成としても良い。
【００４２】
図３は、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイの材料構成を示す模式図である。本実施形態では、表示パネル１６として反射型表示パネルであるＤＭＤを用いているので、この場合、表示パネル１６直前の複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａ（断面がレンズ形のレンチキュラータイプ）には、表示パネル１６へ入射する光９（照明光，実線で示す）と表示パネル１６の各画素１６ｂから反射した光２１（投影光，二点鎖線で示す）との両方が通過する事となる。表示パネル１６へ入射する光９は、前述のように作用するが、反射した光２１は、このままでは複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａにより光線が乱され、画質が劣化する。
【００４３】
これに対処するため、本実施形態では、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを、等方性の光学材料と複屈折特性を持つ光学材料とで構成し、さらに、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａと表示パネル１６との間に、１／４波長板１０を配置している。同図において、表示パネル１６へ入射する光９は、或特定の偏光面、例えば紙面に沿った偏光面を持ち、表示パネル１６で反射した光の内、映像の表示に有効な光２１は、偏光面が回転していて、例えば紙面に垂直な偏光面を持つ。これは、これらの光が合わせて１／４波長板１０を往復通過する際に、１／２波長板としての働きを受ける事によるものである。
【００４４】
そこで、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを構成する、マイクロシリンダーレンズ１５ａａより上側にある等方性の光学材料の屈折率をＮとし、マイクロシリンダーレンズ１５ａａより下側にある複屈折材料の、光９の偏光面に対する屈折率をＮｅ、光２１の偏光面に対する屈折率をＮｏとする。このとき、Ｎ＝Ｎｏとする事により、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａは、光９に対してはマイクロシリンダーレンズアレイとして働き、光２１に対しては単なる透明平板となる。これにより、反射型表示パネルを用いても、光２１の画質を劣化させる事がなくなる。
【００４５】
ところで、このような複屈折マイクロシリンダーレンズアレイを、ＴＩＲプリズム２２と表示パネル１６との間に配置するのではなく、図１で示したコンデンサーレンズ２３とＴＩＲプリズム２２との間に、マイクロシリンダーレンズアレイとして配置する方法がある。これによれば、表示パネル１６との距離が充分確保できる上に、このマイクロシリンダーレンズアレイを照明光のみが通過するだけとなり、図３で説明したような、投影光が乱される問題が生じないようになるので、インテグレータ光学系Ｉで偏光変換する必要がなくなり、マイクロシリンダーレンズアレイにおける複屈折効果も不要となる。このとき、マイクロシリンダーレンズアレイとＤＭＤパネルが大きく離れるので、１色当たり数十画素を照明する構成となる。
【００４６】
図４，図５は、上述した画素上の照明光を移動する事によりカラー表示を行う原理を説明する図である。ここで、図４は、表示パネル上の位置と照明光との関係を示しており、横軸に位置、縦軸に照明光の強度を取っている。また、図５（ａ）〜（ｃ）は、各画素における時間と照明光との関係を示しており、横軸に時間、縦軸に照明光の強度を取っている。そして、同図（ｄ）は、マイクロシリンダーレンズアレイの移動の様子を示しており、横軸に時間、縦軸にマイクロシリンダーレンズアレイの移動量を取っている。これは、上述した照明光学系の移動量の場合もある。
【００４７】
まず、図４において、上記表示パネル１６の各画素１６ｂの内、或一つの画素を選択し、これに番号１を付する。そして、ここから順に右側の画素へと１つずつ整数番号を付して行く。ここで、上記複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａ（或いは照明光学系１３）を駆動する事により、各色の照明領域が、矢印Ｃｗで示すように右側へと一斉に移動する。Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の照明領域は、それぞれ破線，実線，点線で示すように、例えば楕円の上半分に近い形の強度分布を持つと仮定している。尚、同図では１色の照明領域に対する画素数は４となっているが、勿論これに限定されるものではない。
【００４８】
今、番号１の画素に注目すると、図５（ａ）に示すように、ここで白表示を行うときは、実線Ｔで示すようにＯＮ表示時間を連続的なものとし、Ｒ，Ｇ，Ｂ全ての色を表示すれば良い。次に、番号７の画素に注目すると、同図（ｂ）に示すように、ここで中程度の明るさの青紫表示を行うときは、実線Ｔ１，Ｔ２で示すように、それぞれＲの照明領域の周辺部（強度が弱い），Ｂの照明領域の中央部（強度が強い）により照明されるときにおいて、それぞれ短時間及び長時間ＯＮ表示すれば良い。
【００４９】
さらに、番号１０の画素に注目すると、同図（ｃ）に示すように、ここで中程度の明るさの緑表示を行うときは、実線Ｔ３で示すように、Ｇの照明領域の周辺から中心にかけて照明される時間だけＯＮ表示すれば良い。以上のようにして、各色の照明領域に対応する表示時間を分割し、その分割された時間を組み合わせる事により、各画素における色合いと階調表現を行う。ここでは表示時間を４分割した例を挙げているが、これに限定されるわけでは勿論無く、更に細かく分割する事により、より微妙な表示を行う事ができる。
【００５０】
ちなみに、いわゆるフルカラー表示を行う場合は、２５５階調の表示が必要である。従来は、表示の階調を表現するには、一様な照明光の間にＯＮにする時間を２５５段階でデジタル制御していた。しかし、本実施形態のように、照明領域内で強度分布が変化する場合は、各色の照明領域に対応する表示時間を２５５分割までする必要はなく、比較的粗く分割された表示時間を組み合わせる事で、同レベルのフルカラー表示を行う事が可能である。
【００５１】
最後に、同図（ｄ）に示すように、本例では複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを、矢印Ｄｗで示す１フレームの時間を一周期として、微小ピッチで或いは連続的に駆動するが、その中には、元の位置に戻すための、矢印Ｅｗで示すブランク時間が必要であり、その間だけは表示は行わない構成となっている。尚、これまで説明した画素上の照明光を移動する事によりカラー表示を行う構成は、表示パネルに必ずしもＤＭＤを使用する必要はなく、例えば強誘電液晶等のＯＮ，ＯＦＦ切換の応答性の良い素子を使用しても良い。
【００５２】
図６は、本発明の第２の実施形態の表示光学装置を模式的に示す構成図である。各部の配置は本来３次元的なものであるが、理解を助けるために、平面状に記載している。本実施形態は、上記図１で示した第１の実施形態の構成とほぼ同じであるが、ここでは複屈折マイクロシリンダーレンズアレイを駆動するのではなく、投影光学系２４を構成する投影レンズ２４ａを矢印Ｆｗで示すように光軸Ｌｂに垂直に、１フレーム内に１画素ピッチで（或いは連続的に）駆動し、スクリーン２０上の投影光を１画素単位で移動している。そして、これに連動した画素表示を行う事で、全画面において良好なカラー表示を行う事ができる。
【００５３】
図７，図８は、上述したスクリーン上の投影光を移動する事によりカラー表示を行う原理を説明する図である。ここで、図７は、スクリーン上の位置と投影光との関係を経時変化を踏まえて示しており、横軸に位置、縦軸に時間を取っている。また、図８（ａ）〜（ｃ）は、各画素に対応したスクリーン上の位置における時間と投影光との関係を示しており、横軸に時間、縦軸に投影光の強度を取っている。そして、同図（ｄ）は、投影レンズの移動の様子を示しており、横軸に時間、縦軸に投影レンズの移動量を取っている。
【００５４】
まず、図７において、上記表示パネル１６の各画素に対応したスクリーン２０上に投影された画素の内、或一つの画素を選択し、これに番号１を付する。そして、ここから順に右側の画素へと１つずつ整数番号を付して行く。尚、説明の便宜上、付する番号は１から１４までとする。このとき、各色の照明領域は、同図にそれぞれ点線，破線，実線で示すように、Ｂ，Ｒ，Ｇの順に４画素ずつに対応しているものとする。勿論これに限定されるものではない。ここで、上記投影レンズ２４ａを駆動する事により、各色の照明領域及びそれに対応する画素が、同図（ａ）〜（ｃ）で示すように、スクリーン上で右側へと１画素ずつ移動する。実際は更に続いて移動して行く。
【００５５】
図８においては、Ｂ，Ｒ，Ｇ各色の照明領域は、それぞれ点線，破線，実線で示すように、例えば楕円の上半分に近い形の強度分布を持つと仮定している。今、図７に示すスクリーン上の位置ａに注目すると、図８（ａ）に示すように、ここで白表示を行うときは、各画素を実線で示すように、全ての画素をＯＮとし、Ｂ，Ｒ，Ｇ全ての色を表示すれば良い。
【００５６】
次に、図７に示すスクリーン上の位置ｂに注目すると、図８（ｂ）に示すように、ここで中程度の明るさの青紫表示を行うときは、該当する画素を実線で示すように、それぞれＲの照明領域の周辺部（強度が弱い）における例えば番号８の画素、並びにＢの照明領域の中央部（強度が強い）における番号２及び３の画素をＯＮとする。そして、その他の画素を破線で示すようにＯＦＦとすれば良い。
【００５７】
さらに、図７に示すスクリーン上の位置ｃに注目すると、同図（ｃ）に示すように、ここで中程度の明るさの緑表示を行うときは、該当する画素を実線で示すように、Ｇの照明領域の周辺から中心にかけての、例えば番号１１及び１２の画素をＯＮとする。そして、その他の画素を破線で示すようにＯＦＦとすれば良い。以上のようにして、各色の照明領域に対応する各画素を組み合わせる事により、スクリーン上の各位置における色合いと階調表現を行う。ここでは画素の大きさに基づいて表示時間の分割が決まるが、各画素のＯＮ時間を更に細かく刻む事により、より微妙な表示を行う事ができる。即ち、各画素の時間分割と各照明領域の画素数との積で階調表示する。
【００５８】
最後に、図８（ｄ）に示すように、本例では投影レンズ２４ａを、矢印Ｄｗで示す１フレームの時間を一周期として、１画素ピッチで（或いは連続的に）駆動するが、ここでは１フレームの中間時点で逆方向に駆動して、最後に元に戻る構成とする事により、ブランク時間を不要としている。但し、この駆動方法に限定されるわけではなく、上記図５（ｄ）で示した方法を使用しても良いし、上記第１の実施形態で照明光を移動する構成において、図８（ｄ）で示した方法を使用しても良い。尚、これまで説明したスクリーン上の投影光を移動する事によりカラー表示を行う構成は、表示パネルに必ずしもＤＭＤを使用する必要はなく、例えば強誘電液晶等のＯＮ，ＯＦＦ切換の応答性の良い素子を使用しても良い。
【００５９】
以下に説明する図９〜図１１は、ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜視図である。尚、表示パネル１６の所定の短辺をｃ、長辺をｄとしている。まず、図９は、従来の構成を示している。同図に示すように、ここでは図示しない上記インテグレータＩより、表示パネル１６の短辺ｃに対するアジマス角４５度で、光軸Ｌａに沿ってＴＩＲプリズム２２に到達した照明光としての光９は、プリズム２２ｂの入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射面２２ｂｂで反射され、入射出面２２ｂｃより射出し、表示パネル１６に向かう。その直前には、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されている。尚、アジマス角の基準は長辺としても良い。
【００６０】
表示パネル１６のＯＮの状態の各画素１６ｂからの反射光（ＯＮの反射光）は、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを経て、入射出面２２ｂｃに入射してプリズム２２ｂに戻り、全反射面２２ｂｂを透過する。更に入射面２２ａａに入射して、プリズム２２ａを透過し、射出面２２ａｂより投影光である光２１として、光軸Ｌｂに沿って射出し、図示しない投影光学系に到る。一方、表示パネル１６のＯＦＦの状態の各画素１６ｂからの反射光（ＯＦＦの反射光）は、ＯＮの反射光と同様にしてプリズムを透過するが、最終的に光軸Ｌｃに沿って投影光学系から外れた方向へと射出する。
【００６１】
次に、図１０は、第１の実施形態における構成を示している。同図に示すように、ここでは図示しない上記インテグレータＩより、表示パネル１６の短辺ｃに対するアジマス角略０度で、光軸Ｌａに沿ってＴＩＲプリズム２２に到達した照明光としての光９は、プリズム２２ｂの入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射面２２ｂｂで反射され、入射出面２２ｂｃより射出し、表示パネル１６に向かう。以下、図９における説明と同様である。
【００６２】
さらに、図１１は、第２の実施形態における構成を示している。同図に示すように、ここでは図示しない上記インテグレータＩより、表示パネル１６の短辺ｃに対するアジマス角約１４８度で、光軸Ｌａに沿ってＴＩＲプリズム２２に到達した照明光としての光９は、プリズム２２ｂの入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射面２２ｂｂで反射され、入射出面２２ｂｃより射出し、表示パネル１６に向かう。その直前には、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されている。
【００６３】
表示パネル１６のＯＮの状態の各画素１６ｂからの反射光（ＯＮの反射光）は、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを経て、入射出面２２ｂｃに入射してプリズム２２ｂに戻り、全反射面２２ｂｂを透過する。更に入射面２２ａａに入射して、プリズム２２ａを透過し、射出面２２ａｂより投影光である光２１として、光軸Ｌｂに沿って射出し、図示しない投影光学系に到る。一方、表示パネル１６のＯＦＦの状態の各画素１６ｂからの反射光（ＯＦＦの反射光）は、ＯＮの反射光と同様にしてプリズム２２ｂに戻るが、全反射面２２ｂｂで反射され、最終的に光軸Ｌｄに沿って照明側へと戻される。
【００６４】
このような構成とするのは、以下の理由による。即ち、上記従来の技術でも述べたように、ＤＭＤにおいては、照明光はＯＦＦの状態のマイクロミラーにより、投影光学系から外れた方向に反射されるが、実際にはこのＯＦＦの光もＴＩＲプリズムを透過するので、その一部の光が投影光学系に到達し、スクリーンにフレアとして現れる。
【００６５】
具体的に説明すると、図１と同様にしてＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す図１２において、照明光としての光９は、プリズム２２ｂに対して、光軸Ｌａに沿って、直前のコンデンサーレンズ２３を経て、入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射面２２ｂｂに臨界角を超える入射角で入射する事によって、光９はその殆どが反射され、入射出面２２ｂｃより射出し、表示パネル１６に向かう。その直前には、所定の偏光に対してマイクロレンズ効果をもたらす複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されている。
【００６６】
表示パネル１６はＤＭＤで構成されており、ここに照明された光９を、画素毎に表示情報に応じてＯＮの状態のマイクロミラー或いはＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射する。このとき、ＯＮの反射光は、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを経て、入射出面２２ｂｃに入射してプリズム２２ｂに戻る。そして、全反射面２２ｂｂに臨界角以内の入射角で入射してここを透過し、更に入射面２２ａａに入射して、プリズム２２ａを透過して射出面２２ａｂより射出し、光軸Ｌｂに沿って投影光である光２１として投影光学系２４に到る。この投影光学系２４により、表示パネル１６の表示情報が図示しないスクリーンに投影される。
【００６７】
一方、ＯＦＦの反射光は、プリズム２２ｂ，２２ａを透過しても、最終的に投影光学系２４に到らない方向へと光軸Ｌｃに沿って射出するが、その一部の光が投影光学系２４の特にコバの部分に到達し、スクリーンにフレアとして現れてしまう。これを防止するために、図１１のような、ＯＦＦの反射光を完全に遮断する構成が取られる。
【００６８】
以下に説明する図１３〜図１５は、照明光と投影光の角度関係を示す図であり、それぞれ上記図９〜図１１の構成に対応している。各図においては、表示パネル１６を基準とした、これに対する照明光の入射角及び投影光の反射角を、その角度に比例する半径の同心円で示している。また、表示パネル１６の短辺ｃ方向を同心円の中心Ｏを通る横軸で示して、この右方向をアジマス角０度とし、長辺ｄ方向を同じく同心円の中心Ｏを通る縦軸で示して、この上方向をアジマス角９０度としている。
【００６９】
また、図中の破線による丸５１は、ＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光の光束の角度範囲を示し、点線による丸５２は、表示パネル１６へ入射する照明光の光束の角度範囲を示している。そして、実線による丸５３は、表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）の光束の角度範囲を示し、一点鎖線による丸５４は、表示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光の光束の角度範囲を示している。各丸は、Ｆナンバーが３の場合の光束範囲を示している。さらに、実線による弧５５は、ＴＩＲプリズムの全反射面で反射或いは透過する角度範囲の境界を示しており、斜線で示す側が透過領域である。
【００７０】
まず、図１３は、上記従来の構成における照明光と投影光の角度範囲を示している。同図において、丸５１で示すＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光のアジマス角は４５度、表示パネル１６に対する入射角は約１０５度となっている。また、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光のアジマス角は４５度、入射角は２０度となっている。そして、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）の反射角は０度となっている。さらに、丸５４で示す表示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光のアジマス角は２２５度、反射角は４０度となっている。
【００７１】
また、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２のアジマス角は４５度、全反射面の表示パネル１６に対する傾きは３０．５度である。同図に示すように、従来の構成では、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光と、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）とが密接しており、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２によって辛うじて分離されている状態であるので、ここではＦナンバーの小さい、明るいレンズを用いる事はできない。
【００７２】
次に、図１４は、上記第１の実施形態の構成における照明光と投影光の角度範囲を示している。同図において、丸５１で示すＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光のアジマス角は０度、表示パネル１６に対する入射角は１００度足らずとなっている。また、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光のアジマス角は約３０度、入射角は３０度足らずとなっている。そして、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）のアジマス角は１８０度、反射角は約１０度となっている。さらに、丸５４で示す表示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光のアジマス角は２１０度余り、反射角は４５度余りとなっている。
【００７３】
また、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２のアジマス角は−１２度、全反射面の表示パネル１６に対する傾きは３４度である。同図に示すように、第１の実施形態では、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光と、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）は、それぞれＦ３の範囲に対して余裕があり、ここではＦナンバーの小さい、更に明るいレンズを用いる事ができる。また、ＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光は、表示パネル１６の短辺ｃに沿った方向から入射させるため、ＴＩＲプリズム２２を薄く構成する事ができ、また投影光学系２４のレンズバックを短くする事ができる。
【００７４】
このようにして、投影光を表示パネルの垂直方向から若干短辺に沿った方向に傾け、更に非軸投影光学系を用いる事で、Ｆナンバーを稼ぐ事ができる。また、ＴＩＲプリズムの構成方法によって、照明光をほぼ短辺方向と一致させる事により、ＴＩＲプリズムの小型化が可能となり、照明光学系の構成が簡単となる。
【００７５】
一般に、表示パネルの各画素を形成するＤＭＤのマイクロミラーの、（表示パネル短辺に対する）アジマス角４５度，傾き１０度の構成に対し、表示パネルへ入射する照明光がアジマス角１５度〜４０度，入射角１７度〜４５度の範囲内にあると、ＴＩＲプリズムへ入射する照明光が表示パネルの短辺に沿った方向（アジマス角０度）から照明されるように構成しても、Ｆナンバー３以上の明るさを確保する事ができる。このときのＴＩＲプリズムのアジマス角は−１１度〜−１３度とする事により、ＴＩＲプリズムへ入射する照明光はアジマス角は０度近傍となる。
【００７６】
これに対し、表示パネルへ入射する照明光がアジマス角４０度以上，入射角１７度以下のときは、Ｆナンバー４程度しか確保する事ができない。また、アジマス角１５度以下，入射角４５度以上のときは、表示パネルから射出するＯＮの反射光（投影光）の反射角が３０度以上となり、投影光学系に非軸光学系を用いたとしても、収差補正が難しくなる。即ちここでは、投影光学系は、表示パネル表面の法線方向に対し、３〜３０度の角度範囲内に主光線を持つような構成とすれば良い。結論として、ＤＭＤのマイクロミラーのアジマス角をΦ（マイクロミラーが回動する回動軸に垂直な面と表示パネルの短辺との成す角）、ミラーの傾きをθとしたとき、表示パネルへ入射する照明光のアジマス角は０．３３Φ〜０．９Φ、入射角は１．７θ〜４．５θとすれば良い。
【００７７】
最後に、図１５は、上記第２の実施形態の構成における照明光と投影光の角度範囲を示している。同図において、丸５１で示すＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光のアジマス角は約１４８度、表示パネル１６に対する入射角は９０度足らずとなっている。また、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光のアジマス角は９０度、入射角は１５度足らずとなっている。そして、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）のアジマス角は０度、反射角は１５度足らずとなっている。さらに、丸５４で示す表示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光のアジマス角は２４０度余り、反射角は３０度余りとなっている。
【００７８】
また、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２のアジマス角は１５５度、全反射面の表示パネル１６に対する傾きは４３．５度である。同図に示すように、第２の実施形態では、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光と、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）とが密接しており、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２によって辛うじて分離されている状態であるので、ここではＦナンバーの小さい、明るいレンズを用いる事はできない。また、ＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光は、表示パネル１６の短辺ｃに沿った方向から入射させる事ができないので、ＴＩＲプリズムの小型化を図る事はできない。
【００７９】
けれども本実施形態では、丸５４で示す表示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光を、ＴＩＲプリズム２２の全反射面の反射領域に持ってくる事ができるので、ＯＦＦの反射光をＴＩＲプリズム２２で全反射させ、通過しないようにする事ができる。これにより、ＯＦＦの反射光が投影光学系に到達する事がなくなり、スクリーン上のフレアを防止する事ができる。結論として、マイクロミラーのアジマス角をΦ、ミラーの傾きをθとしたとき、表示パネルへ入射する照明光のアジマス角は１．８Φ〜３Φ、入射角は１θ〜２θとすれば良い。
【００８０】
ここで、アジマス角１．８Φ以下，入射角１θ以下のときは、ＯＦＦの反射光をＴＩＲプリズムで全反射させる条件において、Ｆナンバー４より暗い値しか確保する事ができない。また、アジマス角３Φ以上，入射角２θ以上のときは、表示パネルから射出するＯＮの反射光（投影光）の反射角が３０度以上となり、投影光学系に非軸光学系を用いたとしても、収差補正が難しくなる。即ちここでは、投影光学系は、表示パネル表面の法線方向に対し、１０〜３０度の角度範囲内に主光線を持つような構成とすれば良い。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、表示パネルにＤＭＤを用いる場合において、簡単な構成で、Ｆナンバーが小さくて明るく、小型で高効率の光学系を持ち、高画質が得られる表示光学装置を提供する事ができる。
【００８２】
特に、請求項１及び請求項３によるならば、Ｆナンバーの小さい、明るいレンズを用いる事ができる。
【００８３】
また、請求項２によるならば、プリズムの小型化が可能となり、照明光学系の構成が簡単となる。
【００８４】
また、請求項４，５によるならば、ＯＦＦの反射光が投影光学系に到達する事がなくなり、スクリーン上のフレアを防止する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の表示光学装置を模式的に示す構成図。
【図２】第１の実施形態の表示光学装置の主要部分を拡大して示す模式図。
【図３】複屈折マイクロシリンダーレンズアレイの材料構成を示す模式図。
【図４】画素上の照明光を移動する事によりカラー表示を行う原理の説明図（構成）。
【図５】画素上の照明光を移動する事によりカラー表示を行う原理の説明図（動作）。
【図６】本発明の第２の実施形態の表示光学装置を模式的に示す構成図。
【図７】スクリーン上の投影光を移動する事によりカラー表示を行う原理の説明図（構成）。
【図８】スクリーン上の投影光を移動する事によりカラー表示を行う原理の説明図（動作）。
【図９】ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜視図（従来例）。
【図１０】ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜視図（第１の実施形態）。
【図１１】ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜視図（第２の実施形態）。
【図１２】従来のＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す図。
【図１３】従来の構成における照明光と投影光の角度範囲を示す図。
【図１４】第１の実施形態の構成における照明光と投影光の角度範囲を示す図。
【図１５】第２の実施形態の構成における照明光と投影光の角度範囲を示す図。
【図１６】ＤＭＤのマイクロミラーの反射イメージを示す斜視図。
【図１７】カラーホイルを模式的に示す正面図。
【図１８】従来の一例であるマイクロレンズアレイと表示パネルとの関係を模式的に示す図。
【図１９】従来の他の例であるマイクロレンズアレイと表示パネルとの関係を模式的に示す図。
【符号の説明】
１ 光源
２ リフレクター
４ 第１レンズアレイ
６ 第２レンズアレイ
７ ＵＶＩＲカットフィルター
８ 重ね合わせレンズ
１３ 照明光学系
１５ａ 複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ
１６ 表示パネル
２２ ＴＩＲプリズム
２４ 投影光学系
Ｒm，Ｇm，Ｂm ダイクロイックミラー
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型表示パネルの画像を投影する表示光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、反射型表示パネルとして、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）が用いられている。これは、表面が複数の画素に分割され、その画素ごとに例えば正方形の微小なミラー（マイクロミラー）を持ち、このマイクロミラーが画素の２つの対角を支点に回動して、基準の表面に対して画素ごとに±１０度傾くものである。そして、例えば＋１０度傾いた状態をＯＮとし、−１０度傾いた状態をＯＦＦとする。
【０００３】
図１６は、ＤＭＤのマイクロミラーの反射イメージを示す斜視図である。同図において、３１は反射型表示パネルとしてのＤＭＤ、実線で示す３２はＤＭＤ３１の或１つの画素におけるマイクロミラーでＯＮの状態、破線で示す３２ａはそのＯＦＦの状態、３３はＤＭＤ３１の上方に配設され、ＤＭＤ３１からの後述する投影光を通過させて画像を形成する投影光学系である。
【０００４】
同図に示すように、マイクロミラー３２の回動の支軸ａｂは、矢印ｅで示す如く、ＤＭＤ３１の成す長方形の短辺ｃ或いは長辺ｄに対して４５度を成す方向である。このＤＭＤ３１を用いた表示光学系は、回動の支軸ａｂに対して垂直な断面、即ち矢印ｆで示す如く短辺ｃ或いは長辺ｄに対して別の４５度を成す面内において、照明光ＬＡがＤＭＤ３１表面に対する入射角２０度で入射するように、図示しない照明光学装置を構成する。
【０００５】
この照明光ＬＡが、ＯＮの状態であるマイクロミラー３２に反射されると、ＤＭＤ３１表面に対する反射角０度の投影光ＬＢとなり、ＯＦＦの状態であるマイクロミラー３２ａに反射されると、ＤＭＤ３１表面に対する反射角−４０度の投影光ＬＢａとなる。そして、投影光学系３３は、反射角０度の光束である投影光ＬＢのみを用いて画像を形成する。
【０００６】
ところで、このようなＤＭＤによる反射型表示パネルを用いた、いわゆる単板方式のプロジェクター光学系においては、例えばカラーホイル時分割方式が採用されている。図１７は、このようなカラーホイルを模式的に示す正面図である。同図に示すように、カラーホイル３４は例えば円板状を成しており、中心の回転軸３４ａの周りには、３つの領域にそれぞれＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）を透過させるカラーフィルターが配置されている。そして、これらが回転軸３４ａの周りに、例えば矢印方向に高速で回転する事により、このカラーホイル３４を透過する例えばスポット３５で示される照明光が、各カラーフィルターにより高速で各色に切り替わる。
【０００７】
或いは、上記いわゆる単板方式のプロジェクター光学系において、照明光を表示パネルへと導くために、従来より、表示パネル直前に配置したマイクロレンズアレイやシリンダーレンズアレイが用いられている。図１８は、従来の一例であるマイクロレンズアレイと表示パネルとの関係を模式的に示す図である。これは、特開平４−６０５３８号公報に記載されている如く、単板方式で表示パネルに透過型液晶を用いたプロジェクター光学系に採用されているものである。
【０００８】
ここでは表示パネル１６を単板とし、画素毎にＲ用，Ｇ用，Ｂ用を順次並べており、後述する光源１からの光９を予めＲＧＢに色分割したものを、角度をＲＧＢ毎に変えて１絵素（１絵素とは表示パネル上のＲＧＢ３画素を１組としたもの）ずつマイクロレンズアレイ６１の各マイクロレンズ６１ａに入射させ、それぞれ表示パネル１６のＲ用，Ｇ用，Ｂ用の画素に集光するようにしている。尚、同図のマイクロレンズアレイ６１及び表示パネル１６の左右は、図示を省略している。
【０００９】
図１９は、特開平９−３１８９０４号公報に記載されている、従来の他の例であるマイクロレンズアレイと表示パネルとの関係を模式的に示す図である。同図に示すように、ここではマイクロレンズアレイ６２のマイクロレンズ６２ａ一つ当たり、光源１からの光９をＲＧＢ３つではなくＲＧＢＲＧＢ…の順の複数絵素の光束にして入射させ、それぞれ表示パネル１６のＲ用，Ｇ用，Ｂ用の画素に集光するようにしている。尚、同図のマイクロレンズアレイ６２及び表示パネル１６の左右は、図示を省略している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記カラーホイル時分割方式においては、白色光源からの照明光の内、各時点で利用するのは、カラーフィルターを透過した特定の波長範囲の光のみとなるため、照明効率が悪くなる。一方、上記マイクロレンズアレイ等を用いた構成では、照明光をＲＧＢの全ての波長範囲で利用する事ができ、無駄がない。ところが、その中で、上記特開平４−６０５３８号公報に記載されているような構成では、各画素が小さくなると、マイクロレンズアレイ６１と表示パネル１６との距離を非常に小さくしなければならなくなる。
【００１１】
例えば、各画素の大きさが十数μｍになると、マイクロレンズと表示パネルとの距離が数十μｍとなり、物理的に構成不可能となる。具体的には、ＤＭＤパネルなどの表示パネルは、高画素化のため画素ピッチが１０〜２０μｍとなっているので、本例のマイクロレンズアレイ６１のように、表示パネル１６の各画素をＲＧＢそれぞれ１つの光束で照明する場合、マイクロレンズ６１ａと表示パネル１６の各画素との間は、１００μｍ以下の距離となり、実質的にこれらの作成が不可能である。たとえ実際に作成できたとしても、マイクロレンズの曲率が大きく、収差等が生じて良好な照明ができない。
【００１２】
また、この距離を広げるために、上記特開平９−３１８９０４号公報に記載されている構成が有効となるが、それでも高々２００〜３００μｍ程度の距離であり、これ以上広げると、色純度や照明効率の低下を引き起こす。さらに、表示パネルに上記ＤＭＤを用いる場合は、この距離を益々広げる必要が出てくる。即ち、ＤＭＤにおいては、マイクロミラー保護のために、その表面に空間を設けて、その上に保護ガラスが配置される構成が取られており、その保護ガラスの厚さが１〜２ｍｍとなっている。ただ、保護ガラス部分を変更すれば、距離を広げる事無くＤＭＤ上にマイクロレンズアレイを構成する事ができるが、そうすると既製のＤＭＤを利用する事ができなくなり、信頼性に乏しくなる。
【００１３】
或いは、特開平９−２１４９９７号公報の実施例２等に記載されている如く、マイクロレンズを使用した例ではないが、表示画面全体を３領域に分割し、それぞれにＲ，Ｇ，Ｂの光をホログラム素子を介して照明し、これらを順次切り換える方法も提案されている。この方法を応用する事により、上記マイクロレンズと表示パネルとの距離を広げても、照明効率や画質を損なう事無く表示できる可能性がある。但し、この場合、各領域の境界においては、照明されない部分或いは隣り合わせの色が混ざった部分がどうしても生じるので、画面全体に渡ってきれいに表示する事は難しい。
【００１４】
ところで、表示パネルに単板でＤＭＤを用いる場合、良好な照明，投影分離を行うためには、ＴＩＲ（全反射）プリズム等が用いられる。ここで、ＤＭＤはその構成上、各画素の対角方向に回動の支軸を持つ方が駆動しやすいので、上述したように、そのような構成となっている。このとき、照明光は表示パネルに対し、その各辺の斜め方向から照射される構成となるので、ＴＩＲプリズムが大型となり、また照明光学系の構成が複雑となる。
【００１５】
また、照明光と投影光との成す角度は、主光線で２０度しかないため、ＴＩＲプリズムにより分離可能な光束の角度範囲は限られている。従って、各光学系にＦナンバーの小さい、明るいレンズを用いる事はできない。ここでは高々Ｆ３が限界となる。さらに、ＤＭＤにおいては、照明光はＯＦＦの状態のマイクロミラーにより、投影光学系から外れた方向に反射されるが、実際にはこのＯＦＦの光もＴＩＲプリズムを透過するので、その一部の光が投影光学系に到達し、スクリーン上にフレアとして現れる。
【００１６】
本発明は、このような問題点に鑑み、表示パネルにＤＭＤを用いる場合において、簡単な構成で、Ｆナンバーが小さくて明るく、小型で高効率の光学系を持ち、高画質が得られる表示光学装置を提供する事を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、ＤＭＤと、そのＤＭＤに照明光を照明する照明光学装置とを有し、前記ＤＭＤは、表面を複数の画素に分割され、その画素ごとにその対角を支点にして選択的に第１或いは第２の所定の位置となるように回動する微小なミラーを持つものであって、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの前記照明光の反射光のみを投影光として通過させ、画像を形成する投影光学装置を備えた構成において、前記ミラーが回動する回動軸に垂直な面と前記ＤＭＤの短辺或いは長辺との成すアジマス角をΦとし、前記ＤＭＤの表面に対する前記第１の所定の位置である前記ミラーの傾きをθとしたとき、そのＤＭＤへ入射する前記照明光のアジマス角は０．３３Φ〜０．９Φであり、そのＤＭＤの表面に対するその照明光の入射角は１．７θ〜４．５θである請求項１の構成とする。
【００１８】
また、前記照明光を全反射により前記ＤＭＤに導き、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの反射光を透過により投影レンズに導くプリズムを備え、そのプリズムへ入射する前記照明光の、前記ＤＭＤの短辺或いは長辺との成すアジマス角は０度近傍である請求項１に記載の請求項２の構成とする。
【００１９】
さらに、前記投影光学系は非軸光学系であり、前記ＤＭＤの表面の法線方向に対し、３〜３０度の角度範囲に主光線を持つ請求項１又は請求項２に記載の請求項３の構成とする。
【００２０】
また、別の構成として、ＤＭＤと、そのＤＭＤに照明光を照明する照明光学装置とを有し、前記ＤＭＤは、表面を複数の画素に分割され、その画素ごとにその対角を支点にして選択的に第１或いは第２の所定の位置となるように回動する微小なミラーを持つものであって、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの前記照明光の反射光のみを投影光として通過させ、画像を形成する投影光学装置を備えた構成において、前記照明光を全反射により前記ＤＭＤに導き、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの反射光を透過により投影レンズに導くプリズムを備え、そのプリズムは、前記第２の所定の位置である前記ミラーからの前記照明光の反射光の全部或いは一部を全反射して、前記照明光学装置側へ戻し、前記ミラーが回動する回動軸に垂直な面と前記ＤＭＤの短辺或いは長辺との成すアジマス角をΦとし、前記ＤＭＤの表面に対する前記第１の所定の位置である前記ミラーの傾きをθとしたとき、そのＤＭＤへ入射する前記照明光のアジマス角は１．８Φ〜３Φであり、そのＤＭＤの表面に対するその照明光の入射角は１θ〜２θである請求項４の構成とする。
【００２２】
さらに、前記投影光学系は非軸光学系であり、前記ＤＭＤの表面の法線方向に対し、１０〜３０度の角度範囲に主光線を持つ請求項４に記載の請求項５の構成とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の表示光学装置を模式的に示す構成図である。各部の配置は本来３次元的なものであるが、理解を助けるために、平面状に記載している。同図において、１は光源であり、２は光源１を取り囲むように配置されるリフレクターである。また、７はリフレクター２の光の射出口２ａを覆うように配置され、光源１及びリフレクター２からの光に含まれる紫外線及び赤外線をカットするＵＶＩＲカットフィルターである。
【００２４】
ＵＶＩＲカットフィルター７の後方（図の下方）には、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）それぞれの波長領域の光を反射するダイクロイックミラーＲm，Ｇm，Ｂmがそれぞれ異なった傾きで配置されている。そして、光軸ＬでＵＶＩＲカットフィルター７を透過してきた光９が、Ｒm，Ｇm，Ｂmそれぞれのダイクロイックミラーで反射され、それぞれ異なった角度の光軸ＬR，ＬG，ＬBで後方（図の右方）に配置された第１レンズアレイ４に到達するようにしている。尚、ダイクロイックミラーＢmは全反射ミラーでも良い。また、光９のダイクロイックミラーによる反射光は、図示を省略している。
【００２５】
第１レンズアレイ４の後方には、少し離れて第２レンズアレイ６、その直後に重ね合わせレンズ８が配置されている。尚、ここでは図示しないが、第１レンズアレイ４は、格子状に組み合わされた各セルを有しており、第２レンズアレイ６は、第１レンズアレイ４とは別の格子状に組み合わされた各セルを有している。また、第１レンズアレイ４は、複屈折回折格子を有しており、第２レンズアレイ６の各セルの長辺方向に、光源１及びリフレクター２からの光９の偏光分離を行う。第１レンズアレイ４、第２レンズアレイ６を通じて偏光変換が行われ、光源１及びリフレクター２からの光９は特定の偏光に揃えられて出てくる。この構成を偏光変換装置と呼ぶ。これらの詳細な関係については後述する。
【００２６】
また、第２レンズアレイ６とその直後の重ね合わせレンズ８により、後述する表示パネルに、第１レンズアレイ４の各セルの像が重なり合うようにしている。そして、重ね合わせレンズ８の直後の照明光学系１３により、表示パネルをテレセントリック照明する。尚、重ね合わせレンズ８は、第２レンズアレイ６と一体に成形されていても良い。以上の第１レンズアレイ４から重ね合わせレンズ８までを、インテグレータ光学系Ｉと呼び、光軸をＬａとする。
【００２７】
また、照明光学系１３の後方には、ＴＩＲプリズム２２が配置されている。ＴＩＲプリズム２２は、それぞれ三角柱状をしたガラス等より成る大小のプリズム２２ｂ，２２ａの或面同士が向かい合った構成となっている。プリズム２２ｂは、入射面２２ｂａ，射出面を兼ねた全反射面２２ｂｂ，及び入射出面２２ｂｃを有し、プリズム２２ａは、入射面２２ａａ及び射出面２２ａｂを有している。全反射面２２ｂｂと入射面２２ａａの間隔は、数μｍ〜数十μｍとなっている。
【００２８】
照明光学系１３を透過した、光源１及びリフレクター２からの光９は、まず、プリズム２２ｂに対して、光軸Ｌａに沿って、直前のコンデンサーレンズ２３を経て、入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射面２２ｂｂに臨界角を超える入射角で入射する事によって、光９はその殆どが反射され、入射出面２２ｂｃより射出し、表示パネル１６に向かう。その直前には、所定の偏光に対してマイクロレンズ効果をもたらす複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されている。以上説明した構成を、照明光学装置の一例とする。
【００２９】
表示パネル１６はＤＭＤで構成されており、上記従来の技術で説明したように、ここに照明された光９を、画素毎に表示情報に応じてＯＮの状態のマイクロミラー或いはＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射する。このとき、ＯＮの反射光は、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを経て、入射出面２２ｂｃに入射してプリズム２２ｂに戻る。
【００３０】
そして、全反射面２２ｂｂに臨界角以内の入射角で入射してここを透過し、更に入射面２２ａａに入射して、プリズム２２ａを透過して射出面２２ａｂより射出し、光軸Ｌｂに沿って投影光である光２１として投影光学系２４に到る。この投影光学系２４により、表示パネル１６の表示情報が図示しないスクリーンに投影される。尚、光２１は図示を省略している。一方、ＯＦＦの反射光は、プリズム２２ｂ，２２ａを透過しても、最終的に投影光学系２４に到らない方向へと射出する。以上説明した投影光学系とスクリーンの構成を、投影光学装置の一例とする。
【００３１】
この、ＯＮの反射光である光２１の光軸Ｌｂは、本実施形態では後述するように、表示パネル１６の表面に対して垂直とはならない構成であるので、投影光学系２４は共軸系ではない非軸投影光学系とする必要がある。この非軸投影光学系の具体例としては、例えば特開平９−１７９０６４号公報の実施例４に記載されている様なものが提案されている。
【００３２】
図２は、本発明の第１の実施形態の表示光学装置の主要部分を拡大して示す模式図であり、同図（ａ）は全体図、同図（ｂ）は上記インテグレータ光学系部分の側面図である。図１での説明と同様にして、光軸Ｌに沿って入射してきた光９が、Ｒm，Ｇm，Ｂmそれぞれのダイクロイックミラーで反射され、それぞれ異なった角度の光軸ＬR，ＬG，ＬBで後方（図の下方）に配置された第１レンズアレイ４に到達する。尚、同図（ａ）では光９は図示を省略している。
【００３３】
第１レンズアレイ４の後方には、少し離れて第２レンズアレイ６、その直後に重ね合わせレンズ８が配置されている。第１レンズアレイ４は、格子状に組み合わされた各セル４ａを有しており、第２レンズアレイ６は、第１レンズアレイ４とは別の格子状に組み合わされた各セル６ａを有している。ＲＧＢで異なる方向から第１レンズアレイ４に到達した光９は、その個々のセル４ａ毎に、その後方に少し離れて配置された第２レンズアレイ６の個々のセル６ａ上に結像する。このとき、ＲＧＢで光の方向が異なるため、ＲＧＢそれぞれの光源像ができる。それぞれの位置にはほぼ各色がきているが、色純度を上げるため、ＲＧＢのカラーフィルターが設けてある。このカラーフィルターによる光量のロスは少ない。
【００３４】
また、第１レンズアレイ４は、図２（ｂ）に示すように、複屈折回折格子を有しており、第２レンズアレイ６の各セルの長辺方向に、光９の偏光分離を行う。ここでは第１レンズアレイ４、第２レンズアレイ６を通じて偏光変換が行われ、光９は特定の偏光に揃えられて出てくる。この偏光変換の原理を同図（ｂ）で改めて説明する。まず、光９は無偏光の光束で、インテグレータ光学系Ｉに入射する。インテグレータ光学系Ｉは、光束の進む順に、第１レンズアレイ４、１／２波長板５、第２レンズアレイ６、重ね合わせレンズ８より成る。第１レンズアレイ４は、ガラス等より成る基板４ｂ上にブレーズ形状の複屈折回折格子４ｃが形成され、更にそのブレーズ形状部に接する部分に複屈折光学材料４ｄが充填されて、ガラス板４ｅで封印されている。
【００３５】
複屈折光学材料４ｄは、偏光方向の異なる光線に対しては異なる屈折率を示し、本例では、紙面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１に対する屈折率と、紙面に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２に対する屈折率とが異なっている。また複屈折回折格子４ｃの形状は直進する光を偏向する形状である。ここで、紙面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１に対する屈折率と、基板材料の屈折率とを等しくする事により、紙面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１は、実線で示されるように複屈折回折格子４ｃが存在しない場合と等価に進行し、紙面に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２は、一点鎖線で示されるように複屈折回折格子４ｃが存在する状態で進行するので、偏向を受ける事になる。
【００３６】
一方、第１レンズアレイ４は入射する光９を空間分割し、第２レンズアレイ６上で結像させる。紙面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１は直進して結像し、紙面に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２は偏向を受けて結像する。従って、紙面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１と、紙面に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２とは空間的に異なる位置で結像する事になる。そこで第２レンズアレイ６光源側近傍に、前記いずれかの偏光面を有する光束の結像している空間に１／２波長板５を配置する事により、いずれか一方の偏光面を有する光束に揃える事が可能となる。
【００３７】
ここでは光線Ｌ２に対して１／２波長板５を用いている。従って、インテグレータ光学系Ｉからは、全て紙面に対して平行な偏光面に揃えられた偏光が、照明光として射出する事になる。尚、複屈折光学材料は、例えば液晶材料を所定の方向に配向処理する事等により得られる。また、紫外線等の照射を受けると硬化する液晶材料が知られているので、そのような液晶材料を用いて上記配向処理後に紫外線照射等を施すようにしても良い。
【００３８】
続いて、同図（ａ）に戻って説明すると、第２レンズアレイ６とその直後の重ね合わせレンズ８により、表示パネル１６に、第１レンズアレイ４の各セルの像が重なり合うようにしている。そして、重ね合わせレンズ８の直後の照明光学系１３により、表示パネル１６をテレセントリック照明する。ここで、図１でも示したように、表示パネル１６の直前には、複屈折材料により構成される複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されている。
【００３９】
そして、上記ダイクロイックミラーと第１，第２レンズアレイによってＲＧＢに色分解された光９は、照明光学系１３及びＴＩＲプリズム２２を経て、この複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａの各マイクロシリンダーレンズ１５ａａによって、各色毎に表示パネル１６の数個の画素１６ｂをそれぞれ照明する。尚、マイクロシリンダーレンズ１５ａａの代わりに回折レンズとしても良い。同図の複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａ及び表示パネル１６の左右は、図示を省略している。尚、これらの間には１／４波長板１０が配置されているが、これについては後述する。
【００４０】
本実施形態では、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａと表示パネル１６との間隔が２ｍｍ〜３ｍｍとなっており、表示パネル１６のＤＭＤの画素１６ｂを保護する保護ガラス１６ａの外側に、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを配置するスペースが充分ある。また、図２（ａ）においては、１色当たり４画素を照明する構成となっているが、実際には、保護ガラス１６ａの厚さが２ｍｍ程度であれば、１色当たり６〜１０画素を照明する構成とし、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａの配置スペースを確保する必要がある。
【００４１】
このようにして、マイクロシリンダーレンズアレイをＤＭＤ素子面から２〜３ｍｍ離す事で、数画素毎にＲＧＢ各色の領域となる照明を行うが、本実施形態では、更に複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを、同図或いは図１の矢印Ａｗで示すように、その表面に沿って１フレーム内に微細ピッチで或いは連続的に駆動し、画素上の照明光を移動している。そして、これに連動した画素表示を行う事で、全画面において良好なカラー表示を行う事ができる。詳しくは後述する。この場合、図１に示すように、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａの代わりに、照明光学系１３の一部のレンズを矢印Ｂｗで示すように光軸Ｌａに垂直に駆動するか、照明光学系１３内にミラーを設けてこれを回転駆動する等の構成としても良い。
【００４２】
図３は、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイの材料構成を示す模式図である。本実施形態では、表示パネル１６として反射型表示パネルであるＤＭＤを用いているので、この場合、表示パネル１６直前の複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａ（断面がレンズ形のレンチキュラータイプ）には、表示パネル１６へ入射する光９（照明光，実線で示す）と表示パネル１６の各画素１６ｂから反射した光２１（投影光，二点鎖線で示す）との両方が通過する事となる。表示パネル１６へ入射する光９は、前述のように作用するが、反射した光２１は、このままでは複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａにより光線が乱され、画質が劣化する。
【００４３】
これに対処するため、本実施形態では、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを、等方性の光学材料と複屈折特性を持つ光学材料とで構成し、さらに、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａと表示パネル１６との間に、１／４波長板１０を配置している。同図において、表示パネル１６へ入射する光９は、或特定の偏光面、例えば紙面に沿った偏光面を持ち、表示パネル１６で反射した光の内、映像の表示に有効な光２１は、偏光面が回転していて、例えば紙面に垂直な偏光面を持つ。これは、これらの光が合わせて１／４波長板１０を往復通過する際に、１／２波長板としての働きを受ける事によるものである。
【００４４】
そこで、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを構成する、マイクロシリンダーレンズ１５ａａより上側にある等方性の光学材料の屈折率をＮとし、マイクロシリンダーレンズ１５ａａより下側にある複屈折材料の、光９の偏光面に対する屈折率をＮｅ、光２１の偏光面に対する屈折率をＮｏとする。このとき、Ｎ＝Ｎｏとする事により、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａは、光９に対してはマイクロシリンダーレンズアレイとして働き、光２１に対しては単なる透明平板となる。これにより、反射型表示パネルを用いても、光２１の画質を劣化させる事がなくなる。
【００４５】
ところで、このような複屈折マイクロシリンダーレンズアレイを、ＴＩＲプリズム２２と表示パネル１６との間に配置するのではなく、図１で示したコンデンサーレンズ２３とＴＩＲプリズム２２との間に、マイクロシリンダーレンズアレイとして配置する方法がある。これによれば、表示パネル１６との距離が充分確保できる上に、このマイクロシリンダーレンズアレイを照明光のみが通過するだけとなり、図３で説明したような、投影光が乱される問題が生じないようになるので、インテグレータ光学系Ｉで偏光変換する必要がなくなり、マイクロシリンダーレンズアレイにおける複屈折効果も不要となる。このとき、マイクロシリンダーレンズアレイとＤＭＤパネルが大きく離れるので、１色当たり数十画素を照明する構成となる。
【００４６】
図４，図５は、上述した画素上の照明光を移動する事によりカラー表示を行う原理を説明する図である。ここで、図４は、表示パネル上の位置と照明光との関係を示しており、横軸に位置、縦軸に照明光の強度を取っている。また、図５（ａ）〜（ｃ）は、各画素における時間と照明光との関係を示しており、横軸に時間、縦軸に照明光の強度を取っている。そして、同図（ｄ）は、マイクロシリンダーレンズアレイの移動の様子を示しており、横軸に時間、縦軸にマイクロシリンダーレンズアレイの移動量を取っている。これは、上述した照明光学系の移動量の場合もある。
【００４７】
まず、図４において、上記表示パネル１６の各画素１６ｂの内、或一つの画素を選択し、これに番号１を付する。そして、ここから順に右側の画素へと１つずつ整数番号を付して行く。ここで、上記複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａ（或いは照明光学系１３）を駆動する事により、各色の照明領域が、矢印Ｃｗで示すように右側へと一斉に移動する。Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の照明領域は、それぞれ破線，実線，点線で示すように、例えば楕円の上半分に近い形の強度分布を持つと仮定している。尚、同図では１色の照明領域に対する画素数は４となっているが、勿論これに限定されるものではない。
【００４８】
今、番号１の画素に注目すると、図５（ａ）に示すように、ここで白表示を行うときは、実線Ｔで示すようにＯＮ表示時間を連続的なものとし、Ｒ，Ｇ，Ｂ全ての色を表示すれば良い。次に、番号７の画素に注目すると、同図（ｂ）に示すように、ここで中程度の明るさの青紫表示を行うときは、実線Ｔ１，Ｔ２で示すように、それぞれＲの照明領域の周辺部（強度が弱い），Ｂの照明領域の中央部（強度が強い）により照明されるときにおいて、それぞれ短時間及び長時間ＯＮ表示すれば良い。
【００４９】
さらに、番号１０の画素に注目すると、同図（ｃ）に示すように、ここで中程度の明るさの緑表示を行うときは、実線Ｔ３で示すように、Ｇの照明領域の周辺から中心にかけて照明される時間だけＯＮ表示すれば良い。以上のようにして、各色の照明領域に対応する表示時間を分割し、その分割された時間を組み合わせる事により、各画素における色合いと階調表現を行う。ここでは表示時間を４分割した例を挙げているが、これに限定されるわけでは勿論無く、更に細かく分割する事により、より微妙な表示を行う事ができる。
【００５０】
ちなみに、いわゆるフルカラー表示を行う場合は、２５５階調の表示が必要である。従来は、表示の階調を表現するには、一様な照明光の間にＯＮにする時間を２５５段階でデジタル制御していた。しかし、本実施形態のように、照明領域内で強度分布が変化する場合は、各色の照明領域に対応する表示時間を２５５分割までする必要はなく、比較的粗く分割された表示時間を組み合わせる事で、同レベルのフルカラー表示を行う事が可能である。
【００５１】
最後に、同図（ｄ）に示すように、本例では複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを、矢印Ｄｗで示す１フレームの時間を一周期として、微小ピッチで或いは連続的に駆動するが、その中には、元の位置に戻すための、矢印Ｅｗで示すブランク時間が必要であり、その間だけは表示は行わない構成となっている。尚、これまで説明した画素上の照明光を移動する事によりカラー表示を行う構成は、表示パネルに必ずしもＤＭＤを使用する必要はなく、例えば強誘電液晶等のＯＮ，ＯＦＦ切換の応答性の良い素子を使用しても良い。
【００５２】
図６は、本発明の第２の実施形態の表示光学装置を模式的に示す構成図である。各部の配置は本来３次元的なものであるが、理解を助けるために、平面状に記載している。本実施形態は、上記図１で示した第１の実施形態の構成とほぼ同じであるが、ここでは複屈折マイクロシリンダーレンズアレイを駆動するのではなく、投影光学系２４を構成する投影レンズ２４ａを矢印Ｆｗで示すように光軸Ｌｂに垂直に、１フレーム内に１画素ピッチで（或いは連続的に）駆動し、スクリーン２０上の投影光を１画素単位で移動している。そして、これに連動した画素表示を行う事で、全画面において良好なカラー表示を行う事ができる。
【００５３】
図７，図８は、上述したスクリーン上の投影光を移動する事によりカラー表示を行う原理を説明する図である。ここで、図７は、スクリーン上の位置と投影光との関係を経時変化を踏まえて示しており、横軸に位置、縦軸に時間を取っている。また、図８（ａ）〜（ｃ）は、各画素に対応したスクリーン上の位置における時間と投影光との関係を示しており、横軸に時間、縦軸に投影光の強度を取っている。そして、同図（ｄ）は、投影レンズの移動の様子を示しており、横軸に時間、縦軸に投影レンズの移動量を取っている。
【００５４】
まず、図７において、上記表示パネル１６の各画素に対応したスクリーン２０上に投影された画素の内、或一つの画素を選択し、これに番号１を付する。そして、ここから順に右側の画素へと１つずつ整数番号を付して行く。尚、説明の便宜上、付する番号は１から１４までとする。このとき、各色の照明領域は、同図にそれぞれ点線，破線，実線で示すように、Ｂ，Ｒ，Ｇの順に４画素ずつに対応しているものとする。勿論これに限定されるものではない。ここで、上記投影レンズ２４ａを駆動する事により、各色の照明領域及びそれに対応する画素が、同図（ａ）〜（ｃ）で示すように、スクリーン上で右側へと１画素ずつ移動する。実際は更に続いて移動して行く。
【００５５】
図８においては、Ｂ，Ｒ，Ｇ各色の照明領域は、それぞれ点線，破線，実線で示すように、例えば楕円の上半分に近い形の強度分布を持つと仮定している。今、図７に示すスクリーン上の位置ａに注目すると、図８（ａ）に示すように、ここで白表示を行うときは、各画素を実線で示すように、全ての画素をＯＮとし、Ｂ，Ｒ，Ｇ全ての色を表示すれば良い。
【００５６】
次に、図７に示すスクリーン上の位置ｂに注目すると、図８（ｂ）に示すように、ここで中程度の明るさの青紫表示を行うときは、該当する画素を実線で示すように、それぞれＲの照明領域の周辺部（強度が弱い）における例えば番号８の画素、並びにＢの照明領域の中央部（強度が強い）における番号２及び３の画素をＯＮとする。そして、その他の画素を破線で示すようにＯＦＦとすれば良い。
【００５７】
さらに、図７に示すスクリーン上の位置ｃに注目すると、同図（ｃ）に示すように、ここで中程度の明るさの緑表示を行うときは、該当する画素を実線で示すように、Ｇの照明領域の周辺から中心にかけての、例えば番号１１及び１２の画素をＯＮとする。そして、その他の画素を破線で示すようにＯＦＦとすれば良い。以上のようにして、各色の照明領域に対応する各画素を組み合わせる事により、スクリーン上の各位置における色合いと階調表現を行う。ここでは画素の大きさに基づいて表示時間の分割が決まるが、各画素のＯＮ時間を更に細かく刻む事により、より微妙な表示を行う事ができる。即ち、各画素の時間分割と各照明領域の画素数との積で階調表示する。
【００５８】
最後に、図８（ｄ）に示すように、本例では投影レンズ２４ａを、矢印Ｄｗで示す１フレームの時間を一周期として、１画素ピッチで（或いは連続的に）駆動するが、ここでは１フレームの中間時点で逆方向に駆動して、最後に元に戻る構成とする事により、ブランク時間を不要としている。但し、この駆動方法に限定されるわけではなく、上記図５（ｄ）で示した方法を使用しても良いし、上記第１の実施形態で照明光を移動する構成において、図８（ｄ）で示した方法を使用しても良い。尚、これまで説明したスクリーン上の投影光を移動する事によりカラー表示を行う構成は、表示パネルに必ずしもＤＭＤを使用する必要はなく、例えば強誘電液晶等のＯＮ，ＯＦＦ切換の応答性の良い素子を使用しても良い。
【００５９】
以下に説明する図９〜図１１は、ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜視図である。尚、表示パネル１６の所定の短辺をｃ、長辺をｄとしている。まず、図９は、従来の構成を示している。同図に示すように、ここでは図示しない上記インテグレータＩより、表示パネル１６の短辺ｃに対するアジマス角４５度で、光軸Ｌａに沿ってＴＩＲプリズム２２に到達した照明光としての光９は、プリズム２２ｂの入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射面２２ｂｂで反射され、入射出面２２ｂｃより射出し、表示パネル１６に向かう。その直前には、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されている。尚、アジマス角の基準は長辺としても良い。
【００６０】
表示パネル１６のＯＮの状態の各画素１６ｂからの反射光（ＯＮの反射光）は、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを経て、入射出面２２ｂｃに入射してプリズム２２ｂに戻り、全反射面２２ｂｂを透過する。更に入射面２２ａａに入射して、プリズム２２ａを透過し、射出面２２ａｂより投影光である光２１として、光軸Ｌｂに沿って射出し、図示しない投影光学系に到る。一方、表示パネル１６のＯＦＦの状態の各画素１６ｂからの反射光（ＯＦＦの反射光）は、ＯＮの反射光と同様にしてプリズムを透過するが、最終的に光軸Ｌｃに沿って投影光学系から外れた方向へと射出する。
【００６１】
次に、図１０は、第１の実施形態における構成を示している。同図に示すように、ここでは図示しない上記インテグレータＩより、表示パネル１６の短辺ｃに対するアジマス角略０度で、光軸Ｌａに沿ってＴＩＲプリズム２２に到達した照明光としての光９は、プリズム２２ｂの入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射面２２ｂｂで反射され、入射出面２２ｂｃより射出し、表示パネル１６に向かう。以下、図９における説明と同様である。
【００６２】
さらに、図１１は、第２の実施形態における構成を示している。同図に示すように、ここでは図示しない上記インテグレータＩより、表示パネル１６の短辺ｃに対するアジマス角約１４８度で、光軸Ｌａに沿ってＴＩＲプリズム２２に到達した照明光としての光９は、プリズム２２ｂの入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射面２２ｂｂで反射され、入射出面２２ｂｃより射出し、表示パネル１６に向かう。その直前には、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されている。
【００６３】
表示パネル１６のＯＮの状態の各画素１６ｂからの反射光（ＯＮの反射光）は、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを経て、入射出面２２ｂｃに入射してプリズム２２ｂに戻り、全反射面２２ｂｂを透過する。更に入射面２２ａａに入射して、プリズム２２ａを透過し、射出面２２ａｂより投影光である光２１として、光軸Ｌｂに沿って射出し、図示しない投影光学系に到る。一方、表示パネル１６のＯＦＦの状態の各画素１６ｂからの反射光（ＯＦＦの反射光）は、ＯＮの反射光と同様にしてプリズム２２ｂに戻るが、全反射面２２ｂｂで反射され、最終的に光軸Ｌｄに沿って照明側へと戻される。
【００６４】
このような構成とするのは、以下の理由による。即ち、上記従来の技術でも述べたように、ＤＭＤにおいては、照明光はＯＦＦの状態のマイクロミラーにより、投影光学系から外れた方向に反射されるが、実際にはこのＯＦＦの光もＴＩＲプリズムを透過するので、その一部の光が投影光学系に到達し、スクリーンにフレアとして現れる。
【００６５】
具体的に説明すると、図１と同様にしてＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す図１２において、照明光としての光９は、プリズム２２ｂに対して、光軸Ｌａに沿って、直前のコンデンサーレンズ２３を経て、入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射面２２ｂｂに臨界角を超える入射角で入射する事によって、光９はその殆どが反射され、入射出面２２ｂｃより射出し、表示パネル１６に向かう。その直前には、所定の偏光に対してマイクロレンズ効果をもたらす複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されている。
【００６６】
表示パネル１６はＤＭＤで構成されており、ここに照明された光９を、画素毎に表示情報に応じてＯＮの状態のマイクロミラー或いはＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射する。このとき、ＯＮの反射光は、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを経て、入射出面２２ｂｃに入射してプリズム２２ｂに戻る。そして、全反射面２２ｂｂに臨界角以内の入射角で入射してここを透過し、更に入射面２２ａａに入射して、プリズム２２ａを透過して射出面２２ａｂより射出し、光軸Ｌｂに沿って投影光である光２１として投影光学系２４に到る。この投影光学系２４により、表示パネル１６の表示情報が図示しないスクリーンに投影される。
【００６７】
一方、ＯＦＦの反射光は、プリズム２２ｂ，２２ａを透過しても、最終的に投影光学系２４に到らない方向へと光軸Ｌｃに沿って射出するが、その一部の光が投影光学系２４の特にコバの部分に到達し、スクリーンにフレアとして現れてしまう。これを防止するために、図１１のような、ＯＦＦの反射光を完全に遮断する構成が取られる。
【００６８】
以下に説明する図１３〜図１５は、照明光と投影光の角度関係を示す図であり、それぞれ上記図９〜図１１の構成に対応している。各図においては、表示パネル１６を基準とした、これに対する照明光の入射角及び投影光の反射角を、その角度に比例する半径の同心円で示している。また、表示パネル１６の短辺ｃ方向を同心円の中心Ｏを通る横軸で示して、この右方向をアジマス角０度とし、長辺ｄ方向を同じく同心円の中心Ｏを通る縦軸で示して、この上方向をアジマス角９０度としている。
【００６９】
また、図中の破線による丸５１は、ＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光の光束の角度範囲を示し、点線による丸５２は、表示パネル１６へ入射する照明光の光束の角度範囲を示している。そして、実線による丸５３は、表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）の光束の角度範囲を示し、一点鎖線による丸５４は、表示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光の光束の角度範囲を示している。各丸は、Ｆナンバーが３の場合の光束範囲を示している。さらに、実線による弧５５は、ＴＩＲプリズムの全反射面で反射或いは透過する角度範囲の境界を示しており、斜線で示す側が透過領域である。
【００７０】
まず、図１３は、上記従来の構成における照明光と投影光の角度範囲を示している。同図において、丸５１で示すＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光のアジマス角は４５度、表示パネル１６に対する入射角は約１０５度となっている。また、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光のアジマス角は４５度、入射角は２０度となっている。そして、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）の反射角は０度となっている。さらに、丸５４で示す表示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光のアジマス角は２２５度、反射角は４０度となっている。
【００７１】
また、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２のアジマス角は４５度、全反射面の表示パネル１６に対する傾きは３０．５度である。同図に示すように、従来の構成では、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光と、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）とが密接しており、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２によって辛うじて分離されている状態であるので、ここではＦナンバーの小さい、明るいレンズを用いる事はできない。
【００７２】
次に、図１４は、上記第１の実施形態の構成における照明光と投影光の角度範囲を示している。同図において、丸５１で示すＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光のアジマス角は０度、表示パネル１６に対する入射角は１００度足らずとなっている。また、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光のアジマス角は約３０度、入射角は３０度足らずとなっている。そして、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）のアジマス角は１８０度、反射角は約１０度となっている。さらに、丸５４で示す表示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光のアジマス角は２１０度余り、反射角は４５度余りとなっている。
【００７３】
また、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２のアジマス角は−１２度、全反射面の表示パネル１６に対する傾きは３４度である。同図に示すように、第１の実施形態では、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光と、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）は、それぞれＦ３の範囲に対して余裕があり、ここではＦナンバーの小さい、更に明るいレンズを用いる事ができる。また、ＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光は、表示パネル１６の短辺ｃに沿った方向から入射させるため、ＴＩＲプリズム２２を薄く構成する事ができ、また投影光学系２４のレンズバックを短くする事ができる。
【００７４】
このようにして、投影光を表示パネルの垂直方向から若干短辺に沿った方向に傾け、更に非軸投影光学系を用いる事で、Ｆナンバーを稼ぐ事ができる。また、ＴＩＲプリズムの構成方法によって、照明光をほぼ短辺方向と一致させる事により、ＴＩＲプリズムの小型化が可能となり、照明光学系の構成が簡単となる。
【００７５】
一般に、表示パネルの各画素を形成するＤＭＤのマイクロミラーの、（表示パネル短辺に対する）アジマス角４５度，傾き１０度の構成に対し、表示パネルへ入射する照明光がアジマス角１５度〜４０度，入射角１７度〜４５度の範囲内にあると、ＴＩＲプリズムへ入射する照明光が表示パネルの短辺に沿った方向（アジマス角０度）から照明されるように構成しても、Ｆナンバー３以上の明るさを確保する事ができる。このときのＴＩＲプリズムのアジマス角は−１１度〜−１３度とする事により、ＴＩＲプリズムへ入射する照明光はアジマス角は０度近傍となる。
【００７６】
これに対し、表示パネルへ入射する照明光がアジマス角４０度以上，入射角１７度以下のときは、Ｆナンバー４程度しか確保する事ができない。また、アジマス角１５度以下，入射角４５度以上のときは、表示パネルから射出するＯＮの反射光（投影光）の反射角が３０度以上となり、投影光学系に非軸光学系を用いたとしても、収差補正が難しくなる。即ちここでは、投影光学系は、表示パネル表面の法線方向に対し、３〜３０度の角度範囲内に主光線を持つような構成とすれば良い。結論として、ＤＭＤのマイクロミラーのアジマス角をΦ（マイクロミラーが回動する回動軸に垂直な面と表示パネルの短辺との成す角）、ミラーの傾きをθとしたとき、表示パネルへ入射する照明光のアジマス角は０．３３Φ〜０．９Φ、入射角は１．７θ〜４．５θとすれば良い。
【００７７】
最後に、図１５は、上記第２の実施形態の構成における照明光と投影光の角度範囲を示している。同図において、丸５１で示すＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光のアジマス角は約１４８度、表示パネル１６に対する入射角は９０度足らずとなっている。また、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光のアジマス角は９０度、入射角は１５度足らずとなっている。そして、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）のアジマス角は０度、反射角は１５度足らずとなっている。さらに、丸５４で示す表示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光のアジマス角は２４０度余り、反射角は３０度余りとなっている。
【００７８】
また、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２のアジマス角は１５５度、全反射面の表示パネル１６に対する傾きは４３．５度である。同図に示すように、第２の実施形態では、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光と、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）とが密接しており、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２によって辛うじて分離されている状態であるので、ここではＦナンバーの小さい、明るいレンズを用いる事はできない。また、ＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光は、表示パネル１６の短辺ｃに沿った方向から入射させる事ができないので、ＴＩＲプリズムの小型化を図る事はできない。
【００７９】
けれども本実施形態では、丸５４で示す表示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光を、ＴＩＲプリズム２２の全反射面の反射領域に持ってくる事ができるので、ＯＦＦの反射光をＴＩＲプリズム２２で全反射させ、通過しないようにする事ができる。これにより、ＯＦＦの反射光が投影光学系に到達する事がなくなり、スクリーン上のフレアを防止する事ができる。結論として、マイクロミラーのアジマス角をΦ、ミラーの傾きをθとしたとき、表示パネルへ入射する照明光のアジマス角は１．８Φ〜３Φ、入射角は１θ〜２θとすれば良い。
【００８０】
ここで、アジマス角１．８Φ以下，入射角１θ以下のときは、ＯＦＦの反射光をＴＩＲプリズムで全反射させる条件において、Ｆナンバー４より暗い値しか確保する事ができない。また、アジマス角３Φ以上，入射角２θ以上のときは、表示パネルから射出するＯＮの反射光（投影光）の反射角が３０度以上となり、投影光学系に非軸光学系を用いたとしても、収差補正が難しくなる。即ちここでは、投影光学系は、表示パネル表面の法線方向に対し、１０〜３０度の角度範囲内に主光線を持つような構成とすれば良い。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、表示パネルにＤＭＤを用いる場合において、簡単な構成で、Ｆナンバーが小さくて明るく、小型で高効率の光学系を持ち、高画質が得られる表示光学装置を提供する事ができる。
【００８２】
特に、請求項１及び請求項３によるならば、Ｆナンバーの小さい、明るいレンズを用いる事ができる。
【００８３】
また、請求項２によるならば、プリズムの小型化が可能となり、照明光学系の構成が簡単となる。
【００８４】
また、請求項４，５によるならば、ＯＦＦの反射光が投影光学系に到達する事がなくなり、スクリーン上のフレアを防止する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の表示光学装置を模式的に示す構成図。
【図２】第１の実施形態の表示光学装置の主要部分を拡大して示す模式図。
【図３】複屈折マイクロシリンダーレンズアレイの材料構成を示す模式図。
【図４】画素上の照明光を移動する事によりカラー表示を行う原理の説明図（構成）。
【図５】画素上の照明光を移動する事によりカラー表示を行う原理の説明図（動作）。
【図６】本発明の第２の実施形態の表示光学装置を模式的に示す構成図。
【図７】スクリーン上の投影光を移動する事によりカラー表示を行う原理の説明図（構成）。
【図８】スクリーン上の投影光を移動する事によりカラー表示を行う原理の説明図（動作）。
【図９】ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜視図（従来例）。
【図１０】ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜視図（第１の実施形態）。
【図１１】ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜視図（第２の実施形態）。
【図１２】従来のＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す図。
【図１３】従来の構成における照明光と投影光の角度範囲を示す図。
【図１４】第１の実施形態の構成における照明光と投影光の角度範囲を示す図。
【図１５】第２の実施形態の構成における照明光と投影光の角度範囲を示す図。
【図１６】ＤＭＤのマイクロミラーの反射イメージを示す斜視図。
【図１７】カラーホイルを模式的に示す正面図。
【図１８】従来の一例であるマイクロレンズアレイと表示パネルとの関係を模式的に示す図。
【図１９】従来の他の例であるマイクロレンズアレイと表示パネルとの関係を模式的に示す図。
【符号の説明】
１ 光源
２ リフレクター
４ 第１レンズアレイ
６ 第２レンズアレイ
７ ＵＶＩＲカットフィルター
８ 重ね合わせレンズ
１３ 照明光学系
１５ａ 複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ
１６ 表示パネル
２２ ＴＩＲプリズム
２４ 投影光学系
Ｒm，Ｇm，Ｂm ダイクロイックミラー
Claims (5)
- ＤＭＤと、該ＤＭＤに照明光を照明する照明光学装置とを有し、
前記ＤＭＤは、表面を複数の画素に分割され、該画素ごとにその対角を支点にして選択的に第１或いは第２の所定の位置となるように回動する微小なミラーを持つものであって、
前記第１の所定の位置である前記ミラーからの前記照明光の反射光のみを投影光として通過させ、画像を形成する投影光学装置を備えた表示光学装置において、
前記ミラーが回動する回動軸に垂直な面と前記ＤＭＤの短辺或いは長辺との成すアジマス角をΦとし、前記ＤＭＤの表面に対する前記第１の所定の位置である前記ミラーの傾きをθとしたとき、該ＤＭＤへ入射する前記照明光のアジマス角は０．３３Φ〜０．９Φであり、該ＤＭＤの表面に対する該照明光の入射角は１．７θ〜４．５θである事を特徴とする表示光学装置。 - 前記照明光を全反射により前記ＤＭＤに導き、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの反射光を透過により投影レンズに導くプリズムを備え、該プリズムへ入射する前記照明光の、前記ＤＭＤの短辺或いは長辺との成すアジマス角は０度近傍である事を特徴とする請求項１に記載の表示光学装置。
- 前記投影光学系は非軸光学系であり、前記ＤＭＤの表面の法線方向に対し、３〜３０度の角度範囲に主光線を持つ事を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表示光学装置。
- ＤＭＤと、該ＤＭＤに照明光を照明する照明光学装置とを有し、
前記ＤＭＤは、表面を複数の画素に分割され、該画素ごとにその対角を支点にして選択的に第１或いは第２の所定の位置となるように回動する微小なミラーを持つものであって、
前記第１の所定の位置である前記ミラーからの前記照明光の反射光のみを投影光として通過させ、画像を形成する投影光学装置を備えた表示光学装置において、前記照明光を全反射により前記ＤＭＤに導き、前記第１の所定の位置である前記ミラーからの反射光を透過により投影レンズに導くプリズムを備え、該プリズムは、前記第２の所定の位置である前記ミラーからの前記照明光の反射光の全部或いは一部を全反射して、前記照明光学装置側へ戻し、
前記ミラーが回動する回動軸に垂直な面と前記ＤＭＤの短辺或いは長辺との成すアジマス角をΦとし、前記ＤＭＤの表面に対する前記第１の所定の位置である前記ミラーの傾きをθとしたとき、該ＤＭＤへ入射する前記照明光のアジマス角は１．８Φ〜３Φであり、該ＤＭＤの表面に対する該照明光の入射角は１θ〜２θである事を特徴とする表示光学装置。 - 前記投影光学系は非軸光学系であり、前記ＤＭＤの表面の法線方向に対し、１０〜３０度の角度範囲に主光線を持つ事を特徴とする請求項４に記載の表示光学装置。
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