WO2018138986A1 - 映像投影装置 - Google Patents

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WO2018138986A1
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light
dmd
micromirror
illumination light
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PCT/JP2017/038121
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大西　邦一
大内　敏
誠治 村田
小笠原　浩
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株式会社日立エルジーデータストレージ
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Definitions

  • the present invention relates to an image projection apparatus having a function of displaying and projecting an image by irradiating a predetermined illumination light to a digital micromirror device (DMD) including a plurality of micromirrors.
  • DMD digital micromirror device
  • the present invention relates to an optical system configuration.
  • DMD is a kind of image display element, and movable micro mirrors (micro mirrors) having a function of selectively tilting in different first and second directions are regularly arranged, and individual micro mirrors are arranged.
  • the structure corresponds to one pixel of a display image.
  • the illumination light reflected by the micromirror in a state inclined in the second direction follows a different optical path from the light reflected by the micromirror in the DMD on state, and reaches the projection lens. Is incident and absorbed, for example, on a predetermined light shielding plate without entering. Therefore, in a conventional video projection apparatus equipped with a DMD as a video display element, an on state and an off state of individual micromirrors arranged in the DMD are appropriately switched based on a predetermined video signal, and each pixel is projected on a projection surface. Video display is realized by controlling the amount of light irradiated by projection.
  • the image display by DMD is based on the principle as described above, the light reflected from the micromirror in the DMD off state (DMD off light) does not contribute to ensuring the brightness of the projected image.
  • the conventional DMD-mounted video projection apparatus has a problem that the presence of the DMD off-light as described above becomes a serious obstacle to the light use efficiency of the projection apparatus.
  • the DMD off light follows a long optical path from the illumination light source closest to the optical system to the DMD in the opposite direction to the outward light, or follows a separate detour optical path.
  • the light source loss that occurs during the recursive light path cannot be ignored, and the DMD off light that recurs to the illumination light source can only illuminate only a part of the light amount due to the structure of the light source.
  • the present invention was created based on the background as described above, and its purpose is to improve the brightness (luminance) of the projected image by efficiently reusing DMD off-light as projection light, The object is to provide a new DMD-equipped video projector with improved light utilization efficiency.
  • an image projection apparatus for projecting an image according to the present invention regularly has a plurality of micromirror surfaces that can be selectively tilted in different first and second directions.
  • Image display means having a reflection surface arranged, illumination means for irradiating predetermined reflection light on the reflection surface, and at least in the first direction among illumination light irradiated on the reflection surface by the illumination means
  • a projection lens having a function of projecting and irradiating illumination light reflected from an inclined micromirror surface onto a predetermined projection surface, and the reflection surface is divided into at least a first region and a second region, and the first region
  • Each of the micromirror surfaces inside is selectively switched in inclination in the first direction or the second direction based on a predetermined first control signal, and each micromirror surface in the second region Is the first control
  • the first direction or the inclination in the second direction is selectively switched based on a predetermined second control signal different from the signal
  • DMD off-light generated at the time of video display or the like can be efficiently recirculated to the DMD and irradiated onto the projection surface as effective projection light. ) And the light utilization efficiency as a projection apparatus can be improved satisfactorily.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical system of a video projection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • Schematic diagram for explaining the operation of the DMD micromirror used in the present invention The schematic plan view which showed one Embodiment regarding the DMD reflective surface used by this invention
  • Schematic diagram for explaining the operation of the micromirror during DMD off-light recycling Schematic diagram of optical system of video projection apparatus according to second embodiment of the present invention
  • Schematic diagram of optical system of image projection apparatus according to third embodiment of the present invention DMD principal part perspective view for demonstrating the 4th Embodiment of this invention
  • Schematic diagram of optical system of image projection apparatus according to seventh embodiment of the present invention Schematic diagram of optical system of image projection apparatus according to seventh embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical system of a video projection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • Reference numeral 1 denotes a light source that emits predetermined illumination light.
  • the light source 1 may have any light emission form such as various lamps, LEDs, lasers, phosphors, and the like.
  • the illumination light emitted from the light source 1 is converted into substantially parallel illumination light 100 having a predetermined beam diameter through the illumination optical system 2.
  • the traveling paths (optical paths) of the respective lights including the illumination light 100 are indicated by solid lines, broken lines, or alternate long and short dash lines for easy understanding.
  • the illumination optical system 2 has any configuration as long as it has a function of shaping the illumination light emitted from the illumination light source 1 into a predetermined light beam suitable for being irradiated onto a DMD, which will be described later. It does not matter. Therefore, the detailed description regarding the specific structure of the illumination optical system 2 is abbreviate
  • the illumination light 100 emitted from the illumination optical system 2 then enters the side wall surface 31 of the first TIR (total reflection) prism 3, travels through the prism, and reaches the side wall surface 32.
  • the first TIR prism 3 is a triangular prism made of optical glass having a predetermined refractive index n1, plastic for optical parts, or the like.
  • the illumination light 100 reaching the side wall surface 32 is incident on the side wall surface 32 at a larger incident angle with respect to a predetermined total reflection angle determined by the ratio between the refractive index n1 and the refractive index of the contact air layer.
  • the light is totally reflected from the wall surface 32, travels through the prism again, and exits from the side wall surface 33 to the outside of the prism.
  • the illumination light 100 emitted from the first TIR prism 3 is incident on the DMD 4 that is an image display element from a predetermined angle, and illuminates the reflective surface 40 in the DMD 4 with a substantially uniform illuminance or a predetermined illuminance distribution. To do.
  • the individual micromirrors 45 arranged on the reflecting surface 40 rotate with the Z-axis direction (vertical direction with respect to the drawing) as a rotation main axis
  • the reflecting surface normal is inclined by an angle + ⁇ (counterclockwise when viewed from the Y-axis side is plus) with respect to the Y-axis direction (vertical axis in the drawing) (ON 2) or a state inclined in the opposite direction by an angle ⁇ (off state) as shown in FIG. 2B.
  • the inclined form of the micromirror is not limited to the example shown in FIG. 2, and any inclined form can be used as long as it is inclined in different directions in the on state and the off state. It doesn't matter.
  • one of the features is that the reflecting surface 40 composed of a plurality of micromirrors of the DMD 4 is divided into two regions, a first region 41 and a second region 42.
  • FIG. 3 shows an example in which the reflection surface 40 is divided into two in the vertical direction (Z-axis direction), the upper half being the first region 41 and the lower half being the second region 42.
  • the division form of the first region 41 and the second region 42 is not limited to the form shown in FIG. 3, and the area, shape, arrangement location, etc. of each of the first region and the second region, etc. There are no particular restrictions, and any form may be used.
  • the substantially elliptical second region 42 is disposed below the center of the reflecting surface 40, and the remaining reflecting surface surrounding the second region is the first region 41.
  • a simple division may be used.
  • the number of the first and second regions arranged is not limited to one as in the example of FIG. 3 or FIG. 4, and a plurality of them may be arranged in a distributed manner. Absent.
  • video display is performed mainly by the micromirrors arranged in the first region 41 out of the first region 41 and the second region 42 divided and arranged as described above, and the second The operation state of the micromirrors arranged in the region 42 is controlled according to the operation state of each micromirror in the first region 41, that is, the on or off state.
  • the second region All the micromirrors arranged in 42 are unified in the ON state as in the first region 41.
  • this state is referred to as a complete off mode
  • the micromirrors are disposed in the second region 42. All micromirrors are also unified in the off state.
  • each micromirror disposed in the first area 41 is turned on or off by a control signal generated based on a predetermined image display signal. Since the switch is selectively switched to the off state, the on-state micromirror and the off-state micromirror are mixed in the first region 41. In this case, all the micromirrors arranged in the second region 42 are switched to either the on state or the off state depending on the number of micromirrors that are in the off state in the first region 41. .
  • the threshold N when the number of off-state micromirrors in the first region 41 is smaller than the predetermined threshold N, all the micromirrors arranged in the second region 42 are unified to the on-state, and conversely, the threshold N If more, unify to off state.
  • the threshold value N can be determined as follows, for example. As will be described later, in the optical system according to the present invention, when at least all the micromirrors arranged in the second region 42 are unified in the off state, effective light called DMD recycled light is emitted from the second region 42. Is emitted. Moreover, the light amount of the DMD recycled light increases as the number of off-state micromirrors in the first region 41 increases as will be described later. Therefore, the number of the off-state micromirrors in the first region 41 is gradually increased in a state where all the micromirrors arranged in the second region 42 are unified in the off state, which occurs at that time.
  • the amount of the DMD recycled light is effective light (DMD-ON light, which will be described later) emitted from the second region 42 when all the micromirrors in the second region 42 are unified to the ON state.
  • the minimum number N of the off-state micromirrors when the amount of light is exceeded is set as the threshold value.
  • the operation status that is, the on or off state of all the micromirrors arranged in the second region 42 is appropriately controlled by the control logic (logic) described above. Then, as described above, the entire surface of the DMD 4 on which the micromirrors in each region are controlled to be on or off, for example, at an angle of approximately + 2 ⁇ with respect to the Y axis as shown in FIG.
  • the illumination light 100 is irradiated from the inclined direction.
  • the illumination light 100 incident on the micromirror in the on state such as the micromirror 45 in FIG.
  • the light 101 travels in a substantially parallel direction (indicated by a solid line in the figure).
  • the light that follows such a reflected light path is referred to as DMD ON light.
  • the DMD-on light 101 again enters and travels into the TIR prism 3 from the side wall surface 33 of the first TIR prism 3 according to the optical path indicated by the solid line in the optical system of FIG. Exit. Then, the light enters the TIR prism 5 from the side wall surface 51 of the second TIR prism 5 arranged closest to the TIR prism 5.
  • the second TIR prism 5 is also a polygonal prism made of optical glass or a plastic for optical parts having a predetermined refractive index n2. At least one of the side wall surfaces (side wall surface 52 in the embodiment of FIG. 1) is incident at an incident angle larger than a predetermined total reflection angle determined by the ratio between the refractive index n2 and the refractive index of the contact air layer. The light is set to be totally reflected.
  • the DMD on light 101 incident on the second TIR prism 5 travels inside the prism and reaches the side wall surface 52. At this time, since the incident angle of the DMD on light 101 with respect to the side wall surface 52 is set to be smaller than the total reflection angle of the side wall surface 52 described above, the light passes through the side wall surface 52 as it is and is emitted to the outside of the prism. Then, like the first TIR prism 4 or the second TIR prism 5, the projection lens 7 passes through an optical path length correcting prism 6 and a projection lens 7 made of a predetermined optical glass or plastic for optical parts. Projection irradiation is performed as effective projection light on a predetermined projection surface 20 arranged in front.
  • the illumination light 100 incident on the micromirror in the off state like the micromirror 45 in FIG. 2 (b) is the same as in FIG. 2 (a).
  • the light 102 travels in a direction inclined at an angle of about ⁇ 4 ⁇ with respect to the Y axis (indicated by a broken line in the figure).
  • DMD off light the light that follows such a reflected light path.
  • the DMD off light 102 is incident on the TIR prism 3 again from the side wall surface 33 of the first TIR prism 3 and travels in the same manner as the DMD on light 101, for example, following the optical path indicated by the broken line in the optical system of FIG. Then, the light is emitted from the side wall surface 32. Further, the light enters and travels into the TIR prism 5 from the side wall surface 51 of the second TIR prism 5 disposed at the closest position, and reaches the side wall surface 52. At this time, since the incident angle of the DMD off light 102 with respect to the side wall surface 52 is set to be larger than the total reflection angle of the side wall surface 52 unlike the DMD on light 101, this side wall surface 52 is now totally reflected. Thereafter, the light is emitted from the second TIR prism 5 through the side wall surface 53.
  • the DMD off light 102 emitted from the second TIR prism 5 is incident on a DMD off light recycling (reuse) optical system 10 constituted by a predetermined optical system.
  • the DMD off-light recycling optical system 10 is an optical system having a function of deflecting the optical path of the DMD off-light 102 and recursively irradiating the DMD 4, and a specific configuration example thereof is, for example, in the embodiment of FIG. 1 discloses an optical system including a plane mirror 8 and a toric surface (curved surface having different curvature radii in a predetermined cross section and a cross section perpendicular thereto) 9.
  • the DMD off-light 102 incident on the DMD off-light recycling optical system 10 is sequentially reflected by the plane mirror 8 and the toric surface mirror 9 to deflect its optical path, and is incident on the second TIR prism 5 from the side wall surface 53 again. To do. Then, after traveling through the second TIR prism 5 and again being totally reflected by the side wall surface 52, the second TIR prism 5 is emitted from the side wall surface 51 as DMD off recursive light 103, and further, the first TIR prism 4. Then, the light is re-irradiated on the reflecting surface 40 of the DMD 4.
  • the DMD off-recursive light 103 is concentrated only on the second region 42 in the reflecting surface 40 from the direction inclined at an angle of about ⁇ 2 ⁇ with respect to the Y axis, and the second In the region 42, the illumination light is set to be re-irradiated with illumination light having as uniform illuminance as possible or a gradual change in illuminance distribution.
  • the DMD off light 102 generated from both the first region 41 and the second region 42 on the reflection surface 40 of the DMD 4 is DMD off recursive light 103.
  • the light enters the micromirror disposed in the second region 42 from a direction inclined at an angle of approximately ⁇ 2 ⁇ with respect to the Y axis.
  • the DMD off-recursive light 103 incident on the micromirror from a direction inclined at an angle of about ⁇ 2 ⁇ with respect to the Y axis follows a law of reflection and is in a direction substantially parallel to the Y axis as shown in FIG.
  • Light 104 (indicated by an alternate long and short dash line in the figure).
  • the light that follows such a reflected light path is referred to as DMD recycled light.
  • the DMD recycled light 104 follows the optical path indicated by the alternate long and short dash line in the optical system of FIG. 1 and follows substantially the same optical path as the DMD ON light 101, and the first TIR prism 3, the second TIR prism 5, and the optical path.
  • a predetermined region on the projection surface 20 that is, a region on the projection surface 20 corresponding to the second region 42 in the DMD reflection surface 40, is the same as the DMD ON light 101.
  • Projection irradiation is performed as effective projection light. As a result, it is possible to greatly increase the brightness of a predetermined area in the projected video.
  • the DMD off-light that has been discarded without contributing to ensuring the brightness of the projected image in the conventional DMD-mounted video apparatus is reused as effective projection light by using the DMD off-light recycling means of the present invention described above.
  • the DMD off-light recycling means of the present invention described above.
  • an optical path deflecting unit for guiding the DMD off-light 102 to the DMD off-light recycling optical system 10 and the DMD off-light 102 emitted from the DMD off-light recycling optical system 10 are recursively DMD off.
  • the optical path deflecting means for retroreflecting the DMD reflecting surface 40 as the light 103 the total reflection phenomenon on the prism side wall surface where no light loss occurs is used, so that the DMD off light 102 changes to the DMD off recursive light 103.
  • the conversion light utilization efficiency is very high.
  • the embodiment of the DMD off-light recycling (reuse) optical system 10 is naturally not limited to the embodiment shown in FIG. 1 described above.
  • the flat mirror 8 and the toric surface mirror 9 are used. Even if it is the structure where the installation position and installation angle of were replaced, it does not care.
  • the embodiment of the DMD off-light recycling optical system 10 is not limited to the combination of the planar mirror and the toric surface mirror as described above. As long as the optical system satisfies the specific optical conditions described above, it can be used in any configuration or form, such as an optical system combining a plurality of free-form surface mirrors or an optical system combining lenses and prisms. I do not care.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of an optical system of a video projection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • a polygonal prism 60 made of a predetermined optical glass or plastic for optical parts is arranged.
  • the polygonal prism 60 has at least four side wall surfaces.
  • the side wall surface 61 is a transmission surface
  • 62 is a total reflection surface
  • 63 and 64 are reflection mirror surfaces.
  • the reflection mirror surface 63 is configured by a predetermined spherical surface, a toric surface, or a free-form surface, and the reflection mirror surface 64 is a flat surface.
  • the polygonal prism 60 is not limited to the outer shape as shown in FIG. 6.
  • the reflecting mirror surface 63 may be a flat surface and 64 may be a curved surface. Of course, both may be curved surfaces.
  • the function of the second TIR prism 5 and the function of the DMD off-light recycling optical system 10 in the first embodiment are combined with one optical component. Can be consolidated.
  • the number of parts can be reduced as compared with the first embodiment, and the interface between the glass or the plastic for optical parts and the air layer in the optical path of the DMD off light 102 and the DMD off recursive light 103 is eliminated.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of an optical system of a video projection apparatus according to a third embodiment of the present invention. Also in this figure, the same components as those in the first embodiment shown in FIG. 1 and the second embodiment shown in FIG. This embodiment has almost the same optical system configuration as the first embodiment shown in FIG. 1, but a color filter 21 is disposed between the second TIR prism 5 and the DMD off-light recycling optical system 10. This is different from the first embodiment.
  • the color filter 21 is a filter (wavelength filter) having a predetermined wavelength-dependent characteristic in its transmittance.
  • the hue of the DMD off recursive light 103 can be changed with respect to the hue of the illumination light 100.
  • a DMD recycled light can be obtained by installing a filter having a transmittance reduced by a predetermined amount with respect to light having a wavelength corresponding to blue as the color filter 21. 104 can be made substantially yellow light with higher visibility for the observer.
  • a predetermined optical multilayer thin film may be provided to provide the same transmittance wavelength dependency characteristic as the color filter 21.
  • a color image projection apparatus using a DMD as an image display device generally, light sources of three primary colors of red, green, and blue are mounted as illumination light sources, and these are sequentially turned on at predetermined time intervals, and DMD reflection is performed.
  • the hue of the effective projection light (DMD on light 101) that the observer visually recognizes for each pixel is controlled by controlling the time width between the on state (DMD on light 101 is generated) and the off state of each micromirror arranged in the plane. By controlling, a predetermined full-color image is displayed.
  • the DMD recycled light 104 is also independently controlled for the OFF state (the DMD recycled light 104 is generated) and the ON state time width of the micromirrors arranged in the second region 42.
  • the projection surface can be irradiated with effective projection light (DMD recycled light 104) having a hue different from that of the DMD on-light 101.
  • the DMD off-light recycling optical system 10 is appropriately optically designed to converge or diverge the illumination light 100 first irradiated on the reflecting surface 40 of the DMD 4,
  • the convergence or divergence state of the DMD off-recursive light 103 re-irradiated on the second region 42 in the reflecting surface 40 can be made different from each other.
  • the light flux of the DMD on light 101 that has emitted the first region 41 in the reflection surface 40 and the DMD that has emitted the second region 42 can be made different from each other.
  • the reflection in the embodiment of FIGS. 1, 6, and 7 is performed immediately before the second region 42 in the reflective surface 40 of the DMD 4.
  • an opening having a shape and size substantially matching the second region 42 is provided in the optical path between the surface 40 and the side wall surface 33 of the first TIR prism 3 (not shown in FIG. 9 for the sake of clarity).
  • the imaging position in the optical axis direction (Y-axis direction in the figure) of the DMD recycled light 104 can be arbitrarily changed.
  • the DMD recycled light 104 is arbitrarily defocused on the projection surface 20 arranged at the optimal image formation position of the DMD on light 101, and the luminance increasing region on the projection surface 20 is arbitrarily enlarged or reduced. Can do.
  • DMD off light is efficiently transmitted by the control logic that unifies all the micromirrors arranged in the second region 42.
  • the control logic that unifies all the micromirrors arranged in the second region 42.
  • the DMD on light 101 obtained directly from the illumination light 100 can be irradiated onto the projection surface 20 as effective projection light, and conversely from the micromirror in the off state.
  • the projection surface 20 can be irradiated with the DMD recycled light 104 obtained from the DMD off recursive light 103 as effective projection light.
  • the number of micromirrors in the off state that emit the DMD off light 102 changes at any time. Therefore, the light quantity of the DMD off light 102 and the DMD recursive light 103 obtained from the DMD off light 102 also changes at any time. .
  • the number and distribution (installation positions) of the micromirrors that are turned on to obtain effective projection light (DMD onlight 101) directly from the illumination light 100 and
  • a predetermined control logic that appropriately controls the number and distribution (installation position) of the micromirrors that obtain the effective projection light (DMD recycle light 104) from the DMD recursive light 103 in the off state. It is possible to sequentially maximize the effective projection light amount (the sum of the light amount of DMD ON light 101 and the light amount of DMD recycled light) projected onto the projection surface, and to keep the brightness (brightness) of the projected image at an optimum state. .
  • the example in which both the first region 41 and the second region 42, that is, the entire reflection surface 40 of the DMD 4 are illuminated with the illumination light 100 has been shown. It is not limited to. As another embodiment, for example, a form in which the illumination light 100 is radiated only on the first region 41 is also possible. In the present embodiment, the DMD off recursive light 103 generated only from the DMD off light 102 generated in the first region 41 is re-irradiated to the second region 42.
  • each micromirror disposed in the second region 42 is turned off by a control signal generated based on a predetermined video display signal.
  • a control signal generated based on a predetermined video display signal.
  • an image independent of the image displayed in the first area 41 can be displayed.
  • effective projection light emitted from the off-state micromirror to the projection surface is generated and reflected on the on-state micromirror.
  • the light becomes invalid light that is not irradiated onto the projection surface. That is, the relationship between the video display signal and the micromirror on / off control signal needs to be reversed from that in the first divided region 41.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of an optical system of a video projection apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. Also in this figure, the same reference numerals are given to the same components as those of the embodiments shown in FIGS.
  • the illumination light 100 is irradiated only on the first region 41 in a concentrated manner, and in addition to the first region 41 in the reflection surface 40 of the DMD 4, the second region is added. Also in the region 42, the first region can be switched by selectively switching the off state or the on state of each micromirror arranged in the second region 42 by a control signal generated based on a predetermined video display signal.
  • the second region 42 is concentrated instead of the DMD off-light recycling optical system 10 as in the embodiment shown in FIG.
  • the light source 11 and the illumination optical system 12 that generate the illumination light 110 that illuminates the light are arranged.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described.
  • a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment.

Abstract

映像表示素子であるデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）で生じたＤＭＤオフ光を所定のリサイクル光学系を用いて効率的にＤＭＤ上に再帰照射させ、さらに有効投影光へ変換することで、映像投影光学系の光利用効率を良好に改善し、投影映像の輝度を向上させた映像投影装置を提供する。 ＤＭＤ４の反射面４０を第１領域と第２領域に分割し、第１領域にて映像表示を行うと共に、該第１領域内のマイクロミラーのオン／オフ状態に応じた所定の制御ロジックにより第２領域内のマイクロミラーのオン／オフ状態を適切制御する。さらに所定のＤＭＤオフ光リサイクル光学系を用いて前記第１および第２領域で生じたＤＭＤオフ光をＤＭＤ４に再帰させ、所定の照射方向から前記反射面４０内にある前記第２領域にのみ集中的に照射させることで、前記ＤＭＤオフ光を効率的に有効投影光へ変換する。

Description

映像投影装置
　本発明は、複数のマイクロミラーを備えたデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）に所定の照明光を照射することによって映像を表示、投影する機能を備えた映像投影装置に関するものであり、特にその光学系構成に関する。
　ＤＭＤは映像表示素子の一種で、互いに異なる第１の方向および第２の方向に選択的に傾斜する機能を備えた可動式微小鏡面(マイクロミラー)が規則的に配置され、個々のマイクロミラーが表示映像の１画素に相当するような構造になっている。
このようなＤＭＤに所定方向から照明光を入射させると、前記第１の方向に傾斜した状態（ＤＭＤオン状態）あるマイクロミラーに入射した照明光は、該マイクロミラーを反射したのち所定の投射レンズを経て所定の投影面上に投影照射される。一方、第２の方向に傾斜した状態(ＤＭＤオフ状態)にあるマイクロミラーを反射した前記照明光は、前記したＤＭＤオン状態のマイクロミラーを反射した光とは異なる光路を辿り、前記投射レンズには入射せずに例えば所定の光遮蔽板に入射、吸収される。
そこでＤＭＤを映像表示素子として搭載した従来の映像投影装置では、所定の映像信号に基づき前記ＤＭＤ内に配置された個々のマイクロミラーのオン状態とオフ状態を適宜切り替え、一画素毎に投影面に投影照射される光量を制御することで、映像表示を実現している。
　しかしながら一方で、ＤＭＤによる映像表示が前記のような原理に基づくが故に、ＤＭＤオフ状態のマイクロミラーを反射した光（ＤＭＤオフ光）は、投影映像の輝度確保に全く寄与しないことになる。その結果従来のＤＭＤ搭載映像投影装置では、前記のようなＤＭＤオフ光の存在が、該投影装置の光利用効率に対する重大な阻害要因になってしまうという課題があった。
特開２００３－１２１７８４号公報
　このような問題に対して例えば前記先行技術文献では、所定の球面ミラーを用いて前記ＤＭＤオフ光を照明光源側に再帰させることで、その光量の一部を照明光として再利用することで、光利用効率の改善を図る光学的手段が開示されている。
しかしながら本先行手段では、ＤＭＤオフ光が光学系の最も根元側にある照明光源からＤＭＤに至るまでの長い光路を往路光に対して全く逆向きに辿るか、あるいは別に設けた迂回光路を辿ることで照明光源まで再帰する仕組みになっているため、その再帰光路進行中に生じる光量損失が無視できず、また照明光源側に再帰したＤＭＤオフ光についても、光源の構造上その一部光量しか照明光として再利用できないため、結果的に本先行手段による光利用効率の改善効果は極めて小さいという技術課題がある。
本願発明は以上のような背景を元に創生されたものであり、その目的は、ＤＭＤオフ光を投影光として効率よく再利用することで、投影画像の明るさ（輝度）を向上させ、光利用効率を高めた新たなＤＭＤ搭載映像投影装置を提供することにある。
　上記目的は、特許請求の範囲に開示された光学手段により実現される。より具体的な例を挙げれば、本発明に従う映像を投射するための映像投射装置は、それぞれ互いに異なる第１の方向および第２の方向に選択的に傾斜可能な複数の微小鏡面を規則的に配置した反射面を有する映像表示手段と、前記反射面上に所定の照明光を照射する照明手段と、該照明手段により前記反射面上に照射された照明光のうち少なくとも前記第１の方向に傾斜した微小鏡面を反射した照明光を所定の投影面に投影照射する機能を備えた投射レンズと、を備え、前記反射面が少なくとも第１領域および第２領域に分割され、前記第１の領域内にある前記各微小鏡面は所定の第１制御信号に基づいて前記第１の方向または前記第２の方向への傾斜を選択的に切り替わるとともに、前記第２の領域内にある前記各微小鏡面は前記第１制御信号とは異なる所定の第２制御信号に基づいて前記第１の方向または前記第２の方向への傾斜を選択的に切り替わり、少なくとも前記第１の領域に照射される第１の照明光と少なくとも前記第２の領域に照射される第２の照明光が互いに異なる方向から前記各領域に照射される。
　本願発明を用いることにより、映像表示時等の際に生じるＤＭＤオフ光を効率よくＤＭＤに再帰させ、さらに有効な投影光として投影面上に照射させることができるので、投影画像の明るさ（輝度）や投影装置としての光利用効率を良好に向上させることができる。
本発明の第１の実施形態である映像投影装置の光学系概略図 本発明で用いるＤＭＤマイクロミラーの動作を説明するための模式図 本発明で用いるＤＭＤ反射面に関する一実施形態を示した概略平面図 本発明で用いるＤＭＤ反射面に関する別の一実施形態を示した概略平面図 ＤＭＤオフ光リサイクル時におけるマイクロミラーの動作を説明するための模式図 本発明の第２の実施形態である映像投影装置の光学系概略図 本発明の第３の実施形態である映像投影装置の光学系概略図 本発明の第４の実施形態を説明するためのＤＭＤ主要部斜視図 本発明の第７の実施形態である映像投影装置の光学系概略図
　以下、図面を用いて本発明の各実施形態を説明する。
　第１の実施形態
　図１は、本発明の第１の実施形態である映像投影装置の光学系概略図である。１は所定の照明光を発する光源である。本発明においては、前記光源１として例えば各種ランプ、ＬＥＤ、レーザ、蛍光体等どのような発光形態のものを用いても構わない。
　光源１を発した照明光は、照明光学系２を経て所定の光束径を有する略平行な照明光１００に変換される。なお図１では、説明を分かり易くするために前記照明光１００を含む各光の進行経路（光路）を実線または破線または一点鎖線で表示している。また照明光学系２は、前記照明光源１を発した照明光を後述するＤＭＤ上に照射されるのに適切な所定の光束に整形する機能を備えたものであればどのような構成の光学系であっても構わない。したがって照明光学系２の具体的構成に関する詳細な説明は省略する。
　照明光学系２を出射した照明光１００は、次に第１のＴＩＲ（全反射）プリズム３の側壁面３１に入射し該プリズム内を進行して側壁面３２に達する。この第１のＴＩＲプリズム３は、所定の屈折率ｎ１を有する光学硝子または光学部品用プラスチック等で構成された三角プリズムである。前記側壁面３２に達した照明光１００は、前記屈折率ｎ1と接触空気層の屈折率との比率によって定まる所定の全反射角に対しより大きな入射角で側壁面３２に入射するため、この側壁面３２を全反射し、再びプリズム内を進行したのち側壁面３３からプリズム外へ出射する。そして該第１のＴＩＲプリズム３を出射した照明光１００は、映像表示素子であるＤＭＤ４に所定角度から入射し、該ＤＭＤ４内の反射面４０上を略一様な照度あるいは所定の照度分布で照明する。
　ところでこのＤＭＤ４内の反射面４０上には、前記背景技術で説明したように、所定の制御信号に基づき、第１の方向に傾斜した状態あるいは該第１の方向とは異なる第２の方向に傾斜した状態にそれぞれ選択的に切り替わる機能を備えた複数のマイクロミラーが規則的に配置されている。
　そこで一例として図２に示すように、反射面４０上に配置された個々のマイクロミラー４５が、図のＺ軸方向（図面に対して鉛直方向）を回転主軸として回動する構造であって、図２（ａ）のように反射面法線がＹ軸方向（図面内の垂直方向軸）に対して角度＋φ（Ｙ軸側から見て反時計回りをプラスで表記）だけ傾斜した状態（オン状態）か、もしくは図２（ｂ）のように逆向きに角度―φだけ傾斜した状態（オフ状態）のどちらかに回動する機能を備えているものとする。なお当然のことながら、前記マイクロミラーの傾斜形態は図２に示した例に限定されるものではなく、オン状態とオフ状態で互いに異なる方向に傾斜するものであればどのような傾斜形態であっても構わない。
　ところで本実施形態では、ＤＭＤ４の複数のマイクロミラーから構成される反射面４０を第１領域４１と第２領域４２の２領域に分割することを特徴の一つとしている。例えば図３では、前記反射面４０を上下方向（Ｚ軸方向）に２分割し、上半分を第１領域４１、下半分を第２領域４２とした例を示している。
　なお当然のことながら、前記した第１領域４１および第２領域４２の分割形態は図３に示す形態に限定されるものではなく、第１領域および第２領域各々の面積、形状、配置場所等に特段の制限は無くどのような形態であっても構わない。例えば図４に示す例では、前記反射面４０の中央部下方に略楕円状の第２領域４２を配置し、該第２領域を囲む残りの反射面を第１領域４１としているが、このような分割形態でも一向に構わない。さらに云うならば、前記第１および第２領域の配置数についても、図３あるいは図４の例のごとく１個ずつに限定されるものではなく、各々が複数個分散配置されていても一向に構わない。
　さらに本実施の形態では、上記のように分割、配置された第１領域４１および第２領域４２のうち、主に第１領域４１内に配置されたマイクロミラーによって映像表示が実施され、第２領域４２内に配置されたマイクロミラーは、第１領域４１内の各マイクロミラーの稼働状態すなわちオンまたはオフ状態に応じてその稼働状態が制御される。
　具体的に説明すると、例えば前記第１領域４１内に配置された全てのマイクロミラーがオン状態に統一されているモード（以下この状態を完全オンモードと記す）の場合には、前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーも前記第１領域４１内と同様オン状態に統一される。逆に、前記第１領域４１内にある全てのマイクロミラーがオフ状態に統一されている状態（以下この状態を完全オフモードと記す）の場合には、前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーもオフ状態に統一される。
　一方、前記第１領域４１で映像が表示されている場合は、前記第１領域４１内に配置されている個々のマイクロミラーが、所定の映像表示信号に基づいて生成された制御信号によりオンまたはオフ状態に選択的に切り替わるので、前記第１領域４１内でオン状態のマイクロミラーとオフ状態のマイクロミラーが混在した状態になっている。この場合は、該第１領域４１内でオフ状態になっているマイクロミラーの個数の多少により、前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーをオン状態またはオフ状態のどちらかに切り替える。つまり前記第１領域４１内にあるオフ状態マイクロミラーの個数が所定の閾値Ｎより少ない場合は、前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーをオン状態に統一し、逆に閾値Ｎより多い場合はオフ状態に統一する。
　なおこの閾値Ｎについては例えば次のように決めることができる。後ほど説明するように本発明の光学系では、少なくとも前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーがオフ状態に統一されていると、該第２領域４２からＤＭＤリサイクル光と呼ばれる有効光が出射する。しかもこのＤＭＤリサイクル光は、後述するように前記第１領域４１内にあるオフ状態マイクロミラーの個数が増えるとその光量も増大する。そこで、前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーがオフ状態に統一された状態で前記第１領域４１内にあるオフ状態マイクロミラーの個数を徐々に増やしていき、その際に生じる前記ＤＭＤリサイクル光の光量が、逆に前記第２領域４２内の全てのマイクロミラーがオン状態に統一された場合に該第２領域４２から出射される有効光（後述するＤＭＤ-ＯＮ光）の光量を超える際の前記オフ状態マイクロミラーの最小個数Ｎを前記の閾値とするわけである。
　本実施形態では、上記した制御ロジック（論理）により、適宜前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーの稼働状況すなわちオンまたはオフ状態が制御される。
そして、上記のように前記各領域内のマイクロミラーがオン状態またはオフ状態に制御されたＤＭＤ４の反射面４０上の全面に、例えば図２に示すようにＹ軸に対して略＋２φの角度に傾斜した方向から照明光１００を照射する。
　このとき前記第１領域４１および第２領域４２内において、図２（ａ）におけるマイクロミラー４５の如くオン状態にあるマイクロミラーに入射した照明光１００は、反射の法則に従い、Ｙ軸に対して略平行な方向に進行する光１０１（図中実線で表示）となる。以下このような反射光路を辿る光をＤＭＤオン光と記す。
　このＤＭＤオン光１０１は、例えば図１の光学系内で実線が示す光路に従い、再び第１のＴＩＲプリズム３の側壁面３３から該ＴＩＲプリズム３内に入射、進行し、今度は側壁面３２から出射する。そしてさらに直近に配置された第２のＴＩＲプリズム５の側壁面５１から該ＴＩＲプリズム５内に入射する。この第２のＴＩＲプリズム５も所定の屈折率ｎ２を有する光学ガラスまたは光学部品用プラスチック等で構成された多角形プリズムである。そしてその側壁面のうち、少なくとも１面（図１の実施形態では側壁面５２）では前記屈折率ｎ２と接触空気層の屈折率との比率によって決まる所定の全反射角より大きな入射角で入射した光は全反射するように設定されている。
　第２のＴＩＲプリズム５内に入射した前記ＤＭＤオン光１０１は、プリズム内部を進行し側壁面５２に達する。このとき側壁面５２に対するＤＭＤオン光１０１の入射角は、前記した側壁面５２の全反射角より小さくなるように設定されているため、この側壁面５２をそのまま透過してプリズム外部へ出射する。そして前記第１のＴＩＲプリズム４あるいは第２のＴＩＲプリズム５と同様に所定の光学ガラスまたは光学部品用プラスチック等で構成された光路長補正用プリズム６および投射レンズ７を経て、該投射レンズ７の前方に配置された所定の投影面２０上に有効投影光として投影照射される。
　一方、前記第１領域４１および第２領域４２内において、図２（ｂ）におけるマイクロミラー４５の如くオフ状態にあるマイクロミラーに入射した照明光１００は、図２（ａ）の場合と同様に反射の法則に従い、今度はＹ軸に対して略―４φの角度に傾斜した方向に進行する光１０２（図中破線で表示）となる。以下このような反射光路を辿る光をＤＭＤオフ光と記す。
　このＤＭＤオフ光１０２は、例えば図１の光学系内で破線が示す光路に従い、前記ＤＭＤオン光１０１と同様に再び第１のＴＩＲプリズム３の側壁面３３から該ＴＩＲプリズム３内に入射、進行し、側壁面３２から出射する。そしてさらに直近に配置された第２のＴＩＲプリズム５の側壁面５１から該ＴＩＲプリズム５内に入射、進行し、側壁面５２に達する。このとき側壁面５２に対するＤＭＤオフ光１０２の入射角は、前記ＤＭＤオン光１０１と異なり前記側壁面５２の全反射角より大きくなるように設定されているため、今度はこの側壁面５２を全反射し、その後側壁面５３を経て該第２のＴＩＲプリズム５を出射する。
　第２のＴＩＲプリズム５を出射したＤＭＤオフ光１０２は、所定の光学系から構成されるＤＭＤオフ光リサイクル（再利用）光学系１０に入射する。このＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０は、前記ＤＭＤオフ光１０２の光路を偏向しＤＭＤ４に再帰照射させる機能を備えた光学系であり、その具体的な構成例としては、例えば図１の実施形態では、平面ミラー８とトーリック面（所定の断面とそれに垂直な断面で互いに異なる曲率半径を有する曲面）ミラー９で構成された光学系を開示している。
ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０に入射したＤＭＤオフ光１０２は、平面ミラー８とトーリック面ミラー９を順次反射することでその光路が偏向され、再び側壁面５３から第２のＴＩＲプリズム５内に入射する。そしてこの第２のＴＩＲプリズム５内を進行して再び側壁面５２で全反射したのちＤＭＤオフ再帰光１０３として側壁面５１から前記第２のＴＩＲプリズム５を出射し、さらに第１のＴＩＲプリズム４を経てＤＭＤ４の反射面４０上に再照射される。
　このとき特有の光学条件として、前記ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０を構成する各光学部品、例えば図１の実施形態における前記平面ミラー８やトーリック面ミラー９の面形状、設置位置、設置角度等を適切に設計することにより、前記ＤＭＤオフ再帰光１０３が、Ｙ軸に対して略－２φの角度に傾斜した方向から前記反射面４０内の第２領域４２にのみ集中的に、かつ該第２領域４２内では極力均一な照度あるいは緩やかな変化の照度分布を持つ照明光で再照射されるように設定される。
その結果、前記映像表示モードまたは完全オフモードにおいて、ＤＭＤ４の反射面４０にある第１領域４１および第２領域４２の両方から発生したＤＭＤオフ光１０２のほぼ全ての光が、ＤＭＤオフ再帰光１０３として、前記第２領域４２内に配置されたマイクロミラーにＹ軸に対して略－２φの角度に傾斜した方向から入射することになる。
　一方、前記第２領域４２内に配置されたマイクロミラーは、全て図５に示すマイクロミラー４５の如く角度－φ傾斜したオフ状態に統一されている。したがってＹ軸に対して略－２φの角度に傾斜した方向から該マイクロミラーへ入射した前記ＤＭＤオフ再帰光１０３は、反射の法則に従い、図５に示すようにＹ軸に対して略平行な方向に進行する光１０４（図中一点鎖線で表示）となる。以下このような反射光路を辿る光をＤＭＤリサイクル光と記す。
　そしてこのＤＭＤリサイクル光１０４は、図１の光学系内で一点鎖線が示す光路に従い、前記ＤＭＤオン光１０１と略同一の光路を辿って第１のＴＩＲプリズム３、第２のＴＩＲプリズム５、光路長補正用プリズム６および投射レンズ７を経て、投影面２０上の所定領域すなわち前記ＤＭＤ反射面４０内の第２領域４２に対応する投影面２０上の領域に、前記ＤＭＤオン光１０１と同様の有効投影光として投影照射される。その結果、投影映像中の所定領域の輝度を大幅に増大させることができる。
　すなわち、従来のＤＭＤ搭載映像装置において投影映像の明るさ確保に全く寄与すること無く捨てられていたＤＭＤオフ光を、上記した本発明のＤＭＤオフ光リサイクル手段を用いて有効投影光として再利用することにより、映像投影装置の光利用効率を増大させて従来の映像投影装置に比べてより明るい映像を得ることができる。
　また本実施形態のさらなる特徴として、ＤＭＤオフ光１０２をＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０へ導くための光路偏向手段、および該ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０を出射した前記ＤＭＤオフ光１０２をＤＭＤオフ再帰光１０３としてＤＭＤ反射面４０上に再帰照射させるための光路偏向手段として、光量損失が全く生じないプリズム側壁面での全反射現象を用いているため、ＤＭＤオフ光１０２からＤＭＤオフ再帰光１０３への変換光利用効率が非常に高いという点が挙げられる。
　なおＤＭＤオフ光リサイクル（再利用）光学系１０の実施形態については、当然のことながら、前記した図１に示した実施形態に限定されるものではなく、例えば前記平面ミラー８とトーリック面ミラー９の設置位置や設置角度が入れ替わった構成であっても一向に構わない。
　さらに、該ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０の実施形態は、前記のような平面ミラーとトーリック面ミラーとの組み合わせだけに限定されるものではない。上記した特有の光学条件を満たす光学系であるならば、例えば複数の自由曲面ミラーを組み合わせた光学系あるいはレンズやプリズムと組み合わせた光学系等々どのような構成、形態の光学系であっても一向に構わない。
　以下では、ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０に関する他の実施形態について説明する。
　第２の実施形態
図６は本発明の第２の実施形態である映像投影装置の光学系概略図である。本図において図１に示す第１の実施形態と同じ構成要素には同じ番号を付している。
  本実施形態は、第１の実施形態における第２のＴＩＲプリズム５およびＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０に代えて、所定の光学硝子あるいは光学部品用プラスチック等で構成された多角形プリズム６０を配置している。該多角形プリズム６０は図中に示すように少なくとも４つの側壁面を備えており、側壁面６１は透過面、６２は全反射面、６３，６４は反射ミラー面になっている。また反射ミラー面６３は所定の球面またはトーリック面もしくは自由曲面で構成されており、反射ミラー面６４は平面になっている。ただし当然のことながら、前記多角形プリズム６０は図６に示すような外形形状に限定されるものではなく、例えば反射ミラー面６３が平面で６４が曲面であっても構わないし、６３と６４が共に曲面であっても勿論構わない。
　本実施形態では、前記のような多角形プリズム６０を配置することで、前記第１の実施形態における第２のＴＩＲプリズム５の機能とＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０の機能を１個の光学部品に集約させることができる。その結果、前記第１の実施形態と比べて部品点数を削減することができる上、ＤＭＤオフ光１０２およびＤＭＤオフ再帰光１０３の光路中における硝子または光学部品用プラスチックと空気層との界面を無くすことで、該界面における反射損失に起因する光利用効率の低下を防ぐことができる。
　第３の実施形態
図７は本発明の第３の実施形態である映像投影装置の光学系概略図である。本図においても図１に示す第１の実施形態および図６に示す第２の実施形態と同じ構成要素には同じ番号を付している。
  本実施形態は、図１に示した第１の実施形態とほぼ同一の光学系構成になっているが、第２のＴＩＲプリズム５とＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０の間にカラーフィルタ２１を配置している点で第１の実施形態とは異なっている。
このカラーフィルタ２１は、その透過率に所定の波長依存特性を有するフィルタ(波長フィルタ)である。このようなカラーフィルタ２１を例えば図中に示すようにＤＭＤオフ光１０２の光路中に配置することにより、ＤＭＤオフ再帰光１０３の色相を照明光１００の色相に対して変化させることができる。その結果、観測者に対して視認性が異なる２種類の有効投影光を同時に投影面２０上に照射することができる。
　例えば前記照明光１００が白色光で、したがってＤＭＤオン光１０１も白色光である場合、カラーフィルタ２１として青色に相当する波長光に対して透過率を所定量下げたフィルタを設置すると、ＤＭＤリサイクル光１０４を観測者にとってより視認性の高い略黄色の光にすることができる。
　なお、上記のように第２のＴＩＲプリズム５とＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０の間にカラーフィルタ２１を配置する代わりに、ＤＭＤオフ光１０２が透過する第２のＴＩＲプリズム５の側壁面５３上に所定の光学多層薄膜を設け、前記カラーフィルタ２１と同様の透過率波長依存特性を持たせてもよい。
　さらに、ＤＭＤを映像表示デバイスとして用いたカラー映像投影装置では、一般的に照明光源として赤色、緑色、青色の３原色の光源を搭載し、これらを所定の時間間隔で順次点灯させつつ、ＤＭＤ反射面内に配置された各マイクロミラーのオン状態（ＤＭＤオン光１０１が発生）とオフ状態の時間幅をコントロールし１画素ごとに観測者が視認する有効投影光（ＤＭＤオン光１０１）の色相を制御することで、所定のフルカラー映像を表示している。そこでその原理を応用し、前記ＤＭＤリサイクル光１０４に関しても、前記第２領域４２内に配置されたマイクロミラーのオフ状態（ＤＭＤリサイクル光１０４が発生）とオン状態の時間幅を独自にコントロールすることによって、ＤＭＤオン光１０１とは異なる色相の有効投影光（ＤＭＤリサイクル光１０４）を投影面に照射させることができる。
　第４の実施形態
本実施形態においては、ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０を適切に光学設計することにより、最初にＤＭＤ４の反射面４０上に照射される照明光１００の収束または発散状態と、前記反射面４０内の第２領域４２に再照射されるＤＭＤオフ再帰光１０３の収束または発散状態を互いに異ならせることができる。その結果、投射レンズ７から投影面に向けて照射される有効投影光のうち、前記反射面４０内の第１領域４１を発したＤＭＤオン光１０１の光束と第２領域４２を発した前記ＤＭＤリサイクル光１０４との収束あるいは発散状態を互いに異ならせることができる。
　さらに云うならば、例えば図８に示す第４の実施形態のように、ＤＭＤ４の反射面４０中にある前記第２領域４２の直前、すなわち図１、図６および図７の実施形態における前記反射面４０と第１のＴＩＲプリズム３の側壁面３３（図９では図を見易くするために図示せず）の間の光路中に、前記第２領域４２と略一致した形状、寸法の開口を有する球面あるいは非球面のレンズ７０を配置することにより、前記ＤＭＤリサイクル光１０４の光軸方向（図のＹ軸方向）に関する結像位置を任意に変えることができる。その結果、前記ＤＭＤオン光１０１の最適結像位置に配置された投影面２０上において前記ＤＭＤリサイクル光１０４を任意にデフォーカスさせ、投影面２０上における輝度増大領域を任意に拡大、縮小することができる。
　なお図８に示す実施形態では、前記レンズ７０として発散レンズ（凹レンズ）を配置した例を示したが、勿論これに限定されるものではなく、所定の収束レンズ（凸レンズ）を配置しても一向に構わない。
　第５の実施形態
前記した各実施形態では、映像表示モードまたは完全オフモードにおいて、前記第２領域４２内に配置された全てのマイクロミラーをオフ状態に統一する制御ロジックによりＤＭＤオフ光を効率的にリサイクルする例を示したが、別の一実施形態として、全てのマイクロミラーをオフ状態に統一するではなく、少なくとも一部のマイクロミラーをオン状態にして用いる形態も可能である。本実施形態においては、前記オン状態のマイクロミラーからは、前記照明光１００から直接得られるＤＭＤオン光１０１を有効投影光として投影面２０に照射させることができ、逆にオフ状態のマイクロミラーからは、上記で説明したように、ＤＭＤオフ再帰光１０３から得られるＤＭＤリサイクル光１０４を有効投影光として投影面２０に照射させることができる。
　一般に映像表示モードにおいては、ＤＭＤオフ光１０２を発するオフ状態のマイクロミラーの数は随時変化するため、ＤＭＤオフ光１０２さらには該ＤＭＤオフ光１０２から得られるＤＭＤ再帰光１０３の光量も随時変化する。そこで前記第２領域４２内に配置された各マイクロミラーの中で、オン状態にして照明光１００から直接有効投影光（ＤＭＤオン光１０１）を得るマイクロミラーの数およびその分布（設置位置）と、逆にオフ状態にしてＤＭＤ再帰光１０３から有効投影光（ＤＭＤリサイクル光１０４）を得るマイクロミラーの数および分布（設置位置）を適宜制御するような所定の制御ロジックを用いることで、所定の投影面上に投影照射される有効投影光量（ＤＭＤオン光１０１の光量とＤＭＤリサイクル光の光量の総和）を逐次最大化し、投影映像の明るさ（輝度）を常に最適な状態に保つことができる。
　第６の実施形態
前記した各実施形態では、前記第１領域４１および第２領域４２の両方すなわち前記ＤＭＤ４の反射面４０全面を照明光１００で照明する例を示したが、もちろん本発明はこれに限定されるものではない。別の一実施形態として、例えば照明光１００を前記第１領域４１にのみ集中的に照射する形態も可能である。本実施形態においては、前記第１領域４１で生じたＤＭＤオフ光１０２からのみ生成されたＤＭＤオフ再帰光１０３が前記第２領域４２に再照射されることになる。（一方、前記各実施形態では、前記第２領域４２自体で生じたＤＭＤオフ光からも前記ＤＭＤオフ再帰光が生成される。）
　本実施形態では、前記第１領域４１に加え前記第２領域４２においても、所定の映像表示信号に基づいて生成された制御信号により該第２領域４２内に配置された各マイクロミラーのオフ状態もしくはオン状態を選択的に切り替えることで、前記第１領域４１で表示される映像とは独立した映像を表示させることができる。ただし該第２領域４２では、前記第１領域４１での映像表示形態とは逆に、オフ状態のマイクロミラーから投影面に照射される有効投影光が生成され、オン状態のマイクロミラーを反射した光は投影面に照射されない無効光となる。つまり映像表示信号とマイクロミラーのオン／オフ制御信号の関係が前記第１の分割領域４１でのそれと反転させる必要がある。
　第７の実施形態
図９は本発明の第７の実施形態である映像投影装置の光学系概略図である。本図においても図１、図６、図７に示す各実施形態と同じ構成要素には同じ番号を付している。
本実施形態においては、前記第６の実施形態のように、照明光１００を前記第１領域４１にのみ集中的に照射させ、かつＤＭＤ４の反射面４０内にある第１領域４１に加え第２領域４２においても、所定の映像表示信号に基づいて生成された制御信号により該第２領域４２内に配置された各マイクロミラーのオフ状態もしくはオン状態を選択的に切り替えることで、前記第１領域４１で表示される映像とは独立した映像を表示させる機能を備えた場合、図９に示す実施形態のように、ＤＭＤオフ光リサイクル光学系１０に代えて、前記第２領域４２のみを集中的に照明する照明光１１０を生成する光源１１および照明光学系１２を配置している。
　このように、前記第１領域４１のみを集中的に照明する照明光１００と記第２領域４２のみを集中的に照明する照明光１１０をそれぞれ独立した光源および照明光学系で生成することで、映像表示デバイスとして単一のＤＭＤや投射レンズを用いつつも、色相や収束あるいは発散状態が互いに異なる２種類の有効投影光を投影面に照射させることができる。
　以上実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施構成の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
３…第１のＴＩＲプリズム
４…ＤＭＤ
５…第２のＴＩＲプリズム
６…光路長補正用プリズム
７…投射レンズ
１０…ＤＭＤオフ光リサイクル光学系
２０…投影面
４０…ＤＭＤ反射面
４５…マイクロミラー
１００…照明光
１０１…ＤＭＤオン光
１０２…ＤＭＤオフ光
１０３…ＤＭＤオフ再帰光
１０４…ＤＭＤオフリサイクル光

Claims (6)

  1. 　映像を投射するための映像投射装置であって、
    　それぞれ互いに異なる第１の方向および第２の方向に選択的に傾斜可能な複数の微小鏡面を規則的に配置した反射面を有する映像表示手段と、
    　前記反射面上に所定の照明光を照射する照明手段と、
    　該照明手段により前記反射面上に照射された照明光のうち少なくとも前記第１の方向に傾斜した微小鏡面を反射した照明光を所定の投影面に投影照射する機能を備えた投射レンズと、を備え、
    　前記反射面が少なくとも第１領域および第２領域に分割され、
    　前記第１の領域内にある前記各微小鏡面は所定の第１制御信号に基づいて前記第１の方向または前記第２の方向への傾斜を選択的に切り替わるとともに、
    　前記第２の領域内にある前記各微小鏡面は前記第１制御信号とは異なる所定の第２制御信号に基づいて前記第１の方向または前記第２の方向への傾斜を選択的に切り替わり、
    　少なくとも前記第１の領域に照射される第１の照明光と少なくとも前記第２の領域に照射される第２の照明光が互いに異なる方向から前記各領域に照射される映像投影装置。
  2. 　映像を投射するための映像投射装置であって、
    　それぞれ互いに異なる第１の方向および第２の方向に選択的に傾斜可能な複数の微小鏡面を規則的に配置した反射面を有する映像表示手段と、
    　前記反射面上に所定の照明光を照射する照明手段と、
    　該照明手段により前記反射面上に照射された照明光のうち少なくとも前記第１の方向に傾斜した微小鏡面を反射した照明光を所定の投影面に投影照射する機能を備えた投射レンズと、を備え、
    　前記反射面が少なくとも第１領域および第２領域に分割され、
    　前記第１領域内にある前記各微小鏡面は所定の第１制御信号に基づいて前記第１の方向または前記第２の方向への傾斜を選択的に切り替わるとともに、
    　前記第２領域内にある前記各微小鏡面は前記第１制御信号とは異なる所定の第２制御信号に基づいて前記第１の方向または前記第２の方向への傾斜を選択的に切り替わり、
    　さらに、前記第１領域内および前記第２領域内にある各微小鏡面のうち前記第２の方向に傾斜した前記微小鏡面を反射した照明光が所定の光路を辿って前記照明光とは異なる方向から前記第２領域に再帰照射される機能を備えた光再帰手段を具備し、
    　該光再帰手段により前記第２領域に再帰照射された照明光のうち前記第２の方向に傾斜した微小鏡面を反射した光が前記投射レンズを経て前記投影面に投影照射される映像投影装置。
  3. 　請求項２記載の映像投影装置において、
    　前記第２制御信号は前記第１制御信号によって選択的に切り替えられる前記第１領域内の各微小鏡面の傾斜状況に応じて前記第２領域内にある各微小鏡面の傾斜状況を制御する機能を備えることを特徴とする映像投影装置。
  4. 　請求項３記載の映像投影装置において、
    　前記第１領域内にある微小鏡面の全てが前記第１の方向に傾斜している第１状態においては前記第２領域内にある全ての微小鏡面が前記第１の方向に傾斜し、
    　前記第１領域内で前記第一の方向に傾斜した微小鏡面と前記第２の方向に傾斜した微小鏡面が混在している第２の状態においては前記第２の方向に傾斜した微小鏡面の個数に応じて前記第２領域内にある全ての微小鏡面が前記第１の方向に傾斜した状態または前記第２の方向に傾斜した状態のどちらかを選択し、
    前記第１領域内にある微小鏡面の全てが前記第２の方向に傾斜している第３状態においては前記第２領域内にある全ての微小鏡面が前記第２の方向に傾斜するように前記第２制御信号によって制御されることを特徴とする映像投影装置。
  5. 　請求項２から４のいずれかに記載の映像投影装置において、前記光再帰手段は平面または球面または自由曲面からなる少なくとも２個の反射ミラーを備えたことを特徴とする映像投影装置。
  6. 　請求項２から４のいずれかに記載の映像投影装置において、前記光再帰手段は少なくとも１面の曲面状側壁面を備えた多角形光学プリズムを少なくとも備えたこと特徴とする映像投影装置。
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