JP6738746B2 - 映像投影装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 映像を投影するための映像投影装置であって、
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し、前記反射面が少なくとも第1領域および第2領域に分割されている映像表示手段と、
前記反射面上の前記第1領域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第1領域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、および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少なくとも前記第2の方向に傾斜した微小鏡面を反射した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、
前記第1領域内にある前記各微小鏡面は、第1の映像表示信号に基づいて生成された第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ことで第1の映像表示が行われるとともに、
前記光再帰手段は、前記第1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を、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領域に再帰照射させるとともに、前記第2領域内では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帰照射させる機能を備えており、
前記第2領域内にある前記各微小鏡面は、前記第1の映像表示信号とは独立した第2の映像表示信号に基づいて生成された第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、
前記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ことで、前記投影面には第1の映像表示とともに第2の映像表示が行われることを特徴とする映像投影装置。 - 映像を投影するための映像投影装置であって、
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、所定の映像表示信号に基づいて生成された第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ことで所定の映像表示が行われるとともに、
前記第2領域内にある前記各微小鏡面は、前記第1制御信号に応じて決定される第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とともに、前記第2領域内では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ことで、前記投影面に投影された映像の輝度を増大させることを特徴とする映像投影装置。 - 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。 - 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1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。 - 請求項1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。
- 請求項1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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