JPH10111473A - 投写型ディスプレー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の反射光学素子を含む反射型の結像光学系を有する
投写型ディスプレー装置に於いて、照明部と画像形成部
の間や結像光学系の中に、光束を折り曲げるための反射
光学素子を設け、その位置や方向を最適化することで、
装置の小型化が可能となる。また、一部の光学素子を折
り畳み可能とすることで、更に小型化が達成できる。 【目的】反射型の結像光学系を用いた投写型ディスプレ
ー装置の小型化を目的とする。 【構成】光源を含む照明部と、この照明部からの光束を
選択的に反射または透過させることにより原画像を形成
する反射型画像形成装置を含む画像形成部と、この画像
形成部から射出する光束を取り込みスクリーン上に２次
画像を形成する複数の反射光学素子よりなる結像部とか
ら構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投写型ディスプレー装
置に係り、特に、デジタルマイクロミラーデバイス（Ｄ
ＭＤ）や透過または反射型液晶のような受動型画像形成
装置を利用した投写型ディスプレー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人の一人は、ＰＣＴ／ＪＰ９６／
０１７６７において、投写型ディスプレー装置を提案し
た。その中の実施例として、透過型または反射型の画像
形成装置と屈折型または反射型の結像部を自由に組み合
わせた多くの変形例を示した。特に、反射型の結像部を
組み合わせた構成は、反射による光束の折り畳みをうま
く利用することで装置全体の小型化を図ることが可能で
ある。実際、上記の出願の図６に示された構成において
は、結像部を構成する第１の反射ミラーの近傍に照明部
の最後の反射ミラー１ｄを配置することができるため、
小型化が可能となっている。しかしながら、より一般的
な照明部を利用する場合には、常にこの様な配置が取れ
るとは限らない。また、反射型の結像部は、装置の小型
化が可能な反面、スクリーンに近い方の反射光学素子が
大型化する傾向にある。更に、光束の折り返しにより内
面反射が発生するため、スクリーン上の画像のコントラ
ストを低下させる原因ともなる。そのため、遮光の問題
は大きな課題である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＰＣＴ／Ｊ
Ｐ９６／０１７６７において開示された様々な組み合わ
せ構成例の中で、特に反射型の結像部を有する投写型デ
ィスプレー装置の小型化に関するものであり、小型化の
際に生じる問題の具体的な解決策を提案し、反射型の結
像部の有する長所を十分引き出す実際上の手段を提供す
るものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、投写型ディスプレー装置は、光源を含む照明部と、
この照明部からの光束を選択的に反射させることにより
原画像を形成する反射型画像形成装置を含む画像形成部
と、この画像形成部から射出する光束を取り込みスクリ
ーン上に２次画像を形成する複数の反射光学素子よりな
る結像部とから構成され、照明部からの光束が両像形成
装置の法線に対し角度をもって入射するとともに、画像
形成部からの光束を最初に受ける結像部の第１の反射光
学素子の近傍に、照明部からの光束を画像形成部へと導
く反射光学素子を設けている。

【０００５】請求項２の発明によれば、投写型ディスプ
レー装置の照明部からの光束を画像形成部へと導く反射
光学素子の基準法線が、画像形成装置への光束の入射面
内の方向成分と、その入射面に直交する方向成分の両方
の成分を有する。

【０００６】請求項３の発明によれば、投写型ディスプ
レー装置の照明部からの光束を画像形成部へと導く反射
光学素子が、２次画像の形成に必要な波長帯域の光束だ
けを反射させる特性を有している。

【０００７】請求項４の発明によれば、投写型ディスプ
レー装置は、光源を含む照明部と、この照明部からの光
束を選択的に反射させることにより原画像を形成する反
射型画像形成装置を含む画像形成部と、この画像形成部
から射出する光束を取り込みスクリーン上に２次画像を
形成する複数の反射光学素子よりなる結像部とから構成
され、照明部からの光束が画像形成装置の法線に対し５
度以上の角度を有する。

【０００８】請求項５の発明によれば、投写型ディスプ
レー装置の光源を含む照明部と、この照明部からの光束
を選択的に反射または透過させることにより原画像を形
成する画像形成装置を含む画像形成部と、この両像形成
部から射出する光束を取り込みスクリーン上に２次画像
を形成する複数の反射光学素子よりなる結像部とから構
成され、結像部中に設けられた開日絞りの近傍に、光束
の方向を変換する反射光学素子が設けられている。

【０００９】請求項６の発明によれば、結像部中の開日
絞りの近傍に設けられ、光束の方向を変換する反射光学
素子が、開口絞りの大きさに相当する光束だけを反射す
る特性を有する。

【００１０】請求項７の発明によれば、投写型ディスプ
レー装置は、光源を含む照明部と、この照明部からの光
束を選択的に反射または透過させることにより原画像を
形成する画像形成装置を含む画像形成部と、この画像形
成部から射出する光束を取り込みスクリーン上に２次画
像を形成する複数の反射光学素子よりなる結像部とから
構成され、結像部中に設けられた開口絞りの近傍に、光
束と略平行な方向に遮蔽板を設ける。

【００１１】請求項８の発明によれば、光源を含む照明
部と、この照明部からの光束を選択的に反射または透過
させることにより原画像を形成する画像形成装置を含む
画像形成部と、この画像形成部から射出する光束を取り
込みスクリーン上に２次画像を形成する複数の反射光学
素子よりなる結像部とから構成され、結像部の少なくと
も１つの光学素子が折り畳み機構を備えている。

【００１２】

【作用】反射型の画像形成装置と反射型の結像部とを組
み合わせる場合、装置の基本的な長さを決定する要因の
一つが画像形成装置を含む結像部の反射素子間の距離で
ある。従って、装置の長さを抑えるためには、両端の反
射素子の間隔以上に、他の構成要素がはみ出ない構成を
とることが必要となる。従って、結像部の第１反射鏡の
近傍に、照明部からの光束を折り返し、画像形成部へと
反射させる光学素子を設けることは、小型化の一般的な
手段となる。

【００１３】結像部の第１反射鏡の近傍に設けた反射光
学素子が、画像形成素子に対する光束の入射面以外の方
向成分を持つことは、レイアウトの自由度を増し、縦
型、平面型、Ｌ字型等様々の配置を可能にする。

【００１４】結像部の第１反射鏡の近傍に設けた反射光
学素子が、２次画像の形成に必要な波長域の光束だけを
反射することで、２次画像の色バランスの補正を初めと
して、有害な紫外線や熱の遮断をすることができる。

【００１５】画像形成装置に５度以上の角度の光束を入
射させることにより、反射後の光束の分離を容易にし、
結像部のバックフォーカスを短くできる。従って、装置
全体の小型化が可能となる。また、遮蔽にとっても有利
である。

【００１６】結像部中の開口絞りの近傍に、反射光学素
子を設けることで、それ以降の反射素子のレイアウトの
自由度を確保し、小型化が可能となる。また、フレア光
の遮断にも有利である。

【００１７】結像部中の開口絞りの近傍に設けられた反
射光学素子に、開口絞りの役割を持たせることで、構造
の簡略化が図られる。

【００１８】結像部中の開口絞りの近傍は、光束が一旦
集光する部分であり、折り畳まれた光束同志の間隔の余
裕が生まれる。その部分に、光束の遮蔽板をもうけるこ
とで、効果的なフレア光の除去が可能となる。

【００１９】結像部を構成する反射光学素子の少なくと
も１つを折り畳み可能とすることで、非使用状態におけ
る装置の大きさの小型化が図られる。また、携帯時にお
いて傷等がつくことを防ぐこともできる。

【００２０】

【実施例】図面を参照しながら、本発明の基本的考え方
を説明する。図１及び図２は、それぞれ本発明の第１の
実施例の上面図及び側面図である。図１において、光源
１ａから発せられる光束は、順次反射鏡１ｃ、１ｄ、１
ｅを経て画像形成装置の大きさに見合った光束の幅に変
換される。反射鏡１ｂは、反射鏡１ｃで取り込まれなか
った光束を再度光源１ａに戻し、再利用するための球面
反射鏡である。照明部から射出する光束の主光線は互い
に平行となるように制御されている。次に、照明部から
の光束は、平面反射鏡１２で反射されてダイクロイック
ミラー２ａ及び２ｂに入射する。そこで３原色に分解さ
れ、更に各色に対応する画像形成装置２ｇ、２ｈ、２ｉ
に入射する。この時、画像形成装置の法線に対する主光
束の入射角は７度に設定されている。本実施例の画像形
成装置は、反射型液晶表示装置を用いている。各画像形
成装置２ｇ、２ｈ、２ｉで反射された光束は再びダイク
ロイックミラー２ｂ、２ａで合成されて、結像部の第１
反射鏡３ａに入射する、そして、順次第２及び第３の反
射鏡、３ｃ、３ｄで反射されて、図示されていないスク
リーン上に投影される。３ｂは開口絞りである。また、
開口絞り３ｂの近傍に設けられた仕切板４ａ及び４ｂ
は、各反射鏡で反射された光束のうち、正規の光路を通
らない光束が直接あるいは間接的にスクリーンに投射さ
れることを防ぐための遮光板である。本実施例の投写装
置は、全体として鉛直方向及び投写方向に長く水平方向
に薄型のタイプである。ここで、特徴的なことは、結像
部に反射鏡のみで構成される反射型結像光学系を利用し
ていることである。また、各画像形成装置にも反射型を
利用しているため、光束の折り畳みが効率的に行うこと
ができ、通常の投写装置と比較して大幅な小型化が可能
となっている。これを可能にしているのが上記の各反射
型素子と併せて、結像の第１反射鏡３ａの近傍に設けら
れた、平面反射鏡１２である。

【００２１】次に、本発明の第２の実施例の上面図を図
３に、側面図を図４に示す。この実施例も第１の実施例
と同様に縦長の構成である。光源１ａから発せられた光
束は、反射鏡１ｃ、レンズ１ｄ及び１ｅを通り、角度を
持って平面反射鏡１２に入射する。本実施例の照明部
は、実施例１とは異なり、レンズ１ｅを射出後の光束の
主光線は平行ではない。更に詳しく言えば、レンズ１ｄ
及びレンズ１ｅはいわゆるオプティカルインテグレータ
を構成している。従って、画像形成装置例えば２ｇの任
意の点には、理想的にはレンズ１ｅのあらゆる部分から
の光束が到達する事になる。この場合に、照明部から射
出する光束の方向に関し、明確な定義ができにくいが、
光束全体の平均的方向を光束の方向と再定義すれば良
い。この様に考えれば、実施例１で述べた議論がそのま
ま成り立つ。平面反射鏡１２で正反射された光束は、実
施例１と同様にダイクロイックミラー２ａ，２ｂで色分
解されて各画像形成装置２ｇ、２ｈ、２ｉに入射する。
この画像形成装置も反射型で構成されている。反射型画
像形成装置の代表的なものとして、小型ミラーを駆動す
る方式のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）
や、ＭＯＳタイプの反射型液晶、更にはポリマー分散型
の反射型液晶等が存在する。この画像形成装置の種類は
本発明にとって本質的なことではない。次に、各画像形
成装置２ｇ、２ｈ、２ｉで反射された光束は、結像部を
構成する３枚の反射鏡３ａ、３ｃ、３ｄで順次反射さ
れ、スクリーン上に２次画像を形成する。実施例の１と
大きく異なる点は、照明部の上記の構成上の相違点とそ
の配置である。この配置の場合、最後の反射鏡３ｄを折
り畳むことで、小型化が可能になると同時に、携帯性も
向上する事ができる。この実施例でも絞りの前後に遮光
板が設けられている。

【００２２】次に、本発明の第３の実施例の上面図を図
５に、側面図を図６に示す。本実施例の各部の構成は実
施例２と全く同じである。大きく異なるのは、結像部の
第１の反射鏡３ａの下側に置かれた平面反射鏡１２の法
線に、画像形成装置２ｇへの光束の入射面に直交する成
分も持たせることで、照明部を横に振っていることであ
る。このため、実施例２が縦長であったのに対し、本実
施例では横長の配置が可能となっている。本実施例で
は、更に、入射面内の鉛直上方への成分も同時に与える
ことで、画像形成部と照明部を一つの水平面上に配置す
ることが可能となる。

【００２３】最後の実施例として、本発明の第４の実施
例の上面図を図７に、同側面図を図８に示す。本実施例
は、実施例３の開口絞り３ｂの代わりに開口絞りの大き
さに相当する部分だけが光束を反射するポイントミラー
３ｂを設け、更に、結像部の第１反射鏡３ａに対して水
平面内で４５度だけ角度を振ることで、結像部の第２の
反射鏡３ｃ及び第４の反射鏡３ｄの位置を直角に曲げる
事を可能にしたものである。これにより、更に小型化を
図ることが可能になっている。また、この様なレイアウ
トを取ることによって、第１反射鏡３ａと第２及び第３
反射鏡３ｃ、３ｄが直接向き合うことが無いため、フレ
アを極端に少なくすることが可能となる。

【００２４】以上、４つの実施例を通じて、複数の反射
鏡から構成される結像部と反射型画像形成装置を組み合
わせた投写型ディスプレー装置に於いて、結像部の第１
反射鏡の近傍に照明部からの光束を画像形成装置へと導
く反射光学素子を設けることで、レイアウトの多様性が
生じ、小型化が実現できることがわかった。これらの実
施例に於いては、画像形成装置に入射する光束のその法
線に対する角度が重要である。すなわち、画像形成装置
への角度が浅くなるほど入射光束と射出光束の分離に長
い距離が必要となるため、結像部に長いバックフォーカ
スが必要となる。本実施例が採用した、反射型の結像光
学系の場合、比較的長いバックフォーカスが確保可能で
あるが、小型化のためには結像部の焦点距離も短くする
必要がある。以上のことから、入射角を５度以上確保す
ることが、小型化の一つの条件となる。

【００２５】実施例でも述べたように、本発明が採用す
る反射型の結像光学系の場合、開口絞りの近傍は２つの
点で有用である。すなわち、遮蔽板を入れるスペースが
確保できる点と光路の変更に利用できる事である。反射
型結像光学系の場合、光束の折り畳みで小型化が可能な
反面、光束がオーバーラップする事が多く、この様な実
際上の処理が困難である。収束作用を有する結像の第１
反射鏡の後に置かれた開口絞りの近傍は、この様な処理
が可能な場所である。

【００２６】本発明の実施例では、全て反射型の画像形
成装置を用いた例を挙げたが、開口絞りを利用した光路
の変更、遮蔽板、更には結像部の光学素子の折り畳みに
関することは、透過型でも適用できる事項である。

【００２７】

【発明の効果】請求項１及び請求項２の発明によれば、
照明部の配置の自由度が増し、装置全体の小型化を図る
ことができる。請求項３の発明によれば、色純度の補正
や有害な光束が画像形成装置や装置の外部に射出する事
を防ぐことができる。請求項４の発明によれば、結像部
のバックフォーカスを短くすることができ、ひいては装
置全体の小型化が可能となる。請求項５及び６の発明に
よれば、結像部の光路を折り曲げ、装置全体の小型化が
図れるとともに、フレアの逓減が可能になる。請求項７
の発明によれば、フレアの逓減を効果的に行うことがで
き、画像のコントラストを高める事ができる。請求項８
の発明によれば、装置全体の小型化が可能になると同時
に、携帯性の向上や素子の保護に役立つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の上面図である。

【図２】本発明の第１の実施例の側面図である。

【図３】本発明の第２の実施例の上面図である。

【図４】本発明の第２の実施例の側面図である。

【図５】本発明の第３の実施例の上面図である。

【図６】本発明の第３の実施例の側面図である。

【図７】本発明の第４の実施例の上面図である。

【図８】本発明の第４の実施例の側面図である。

【符号の説明】

１ａ 光源 １ｂ １ｃ １ｄ １ｅ 照明部の光学素子 １２ 反射光学素子 ２ａ ２ｂ ダイクロイックミラー ２ｇ ２ｈ ２ｉ 画像形成装置 ３ａ ３ｃ ３ｄ 結像部の反射光学素子 ３ｂ 開口絞り ４ａ ４ｂ ４ｃ 遮蔽板

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源を含む照明部と、この照明部からの
   光束を選択的に反射させることにより原画像を形成する
   反射型画像形成装置を含む画像形成部と、この画像形成
   部から射出する光束を取り込みスクリーン上に２次画像
   を形成する複数の反射光学素子よりなる結像部とから構
   成される投写型ディスプレー装置において、照明部から
   の光束が画像形成装置の法線に対し角度をもって入射す
   るとともに、画像形成部からの光束を最初に受ける結像
   部の第１の反射光学素子の近傍に、照明部からの光束を
   画像形成部へと導く反射光学素子を設けることを特徴と
   する投写型ディスプレー装置。
2. 【請求項２】 前記照明部からの光束を画像形成部へと
   導く反射光学素子の基準法線が、画像形成装置への光束
   の入射面内の方向成分と、その入射面に直交する方向成
   分の両方の成分を有することを特徴とする請求項１に記
   載の投写型ディスプレー装置。
3. 【請求項３】 前記照明部からの光束を画像形成部へと
   導く反射光学素子が、２次画像の形成に必要な波長帯域
   の光束だけを反射させる特性を有することを特徴とする
   請求項１に記載の投写型ディスプレー装置。
4. 【請求項４】 光源を含む照明部と、この照明部からの
   光束を選択的に反射させることにより原画像を形成する
   反射型画像形成装置を含む画像形成部と、この画像形成
   部から射出する光束を取り込みスクリーン上に２次画像
   を形成する複数の反射光学素子よりなる結像部とから構
   成される投写型ディスプレー装置において、照明部から
   の光束が画像形成装置の法線に対し５度以上の角度を有
   することを特徴とする投写型ディスプレー装置。
5. 【請求項５】 光源を含む照明部と、この照明部からの
   光束を選択的に反射または透過させることにより原画像
   を形成する画像形成装置を含む画像形成部と、この画像
   形成部から射出する光束を取り込みスクリーン上に２次
   画像を形成する複数の反射光学素子よりなる結像部とか
   ら構成される投写型ディスプレー装置において、結像部
   中に設けられた開口絞りの近傍に、光束の方向を変換す
   る反射光学素子を設けたことを特徴とする投写型ディス
   プレー装置。
6. 【請求項６】 前記結像部中の開口絞りの近傍に設けら
   れ、光束の方向を変換する反射光学素子が、開口絞りの
   大きさに相当する光束だけを反射する特性を有すること
   を特徴とする請求項５に記載の投写型ディスプレー装
   置。
7. 【請求項７】 光源を含む照明部と、この照明部からの
   光束を選択的に反射または透過させることにより原画像
   を形成する画像形成装置を含む画像形成部と、この画像
   形成部から射出する光束を取り込みスクリーン上に２次
   画像を形成する複数の反射光学素子よりなる結像部とか
   ら構成される投写型ディスプレー装置において、結像部
   中に設けられた開口絞りの近傍に、光束と略平行な方向
   に遮蔽板を設けたことを特徴とする投写型ディスプレー
   装置。
8. 【請求項８】 光源を含む照明部と、この照明部からの
   光束を選択的に反射または透過させることにより原画像
   を形成する画像形成装置を含む画像形成部と、この画像
   形成部から射出する光束を取り込みスクリーン上に２次
   画像を形成する複数の反射光学素子よりなる結像部とか
   ら構成される投写型ディスプレー装置において、結像部
   の少なくとも１つの光学素子に折り畳み機構を備えたこ
   とを特徴とする投写型ディスプレー装置。