JPH11143388A5 - - Google Patents

Description

【発明の名称】投射ディスプレイ

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射ディスプレイに関連する。

【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、光源、空間光変調器、および光源からの光を空間光変調器に入射させるための光学系を有する、投射ディスプレイが提供され、この光学系は、複数の光学部分系および複数の反射体を備えており、各光学部分系は、入力開口部を有し、光源からの光を結像するように構成され、光学部分系は入力開口部の相対位置とは異なる相対位置を有する原像の空間的分布を形成し、反射体は、原像の相対位置に設けられており、各反射体は各光学部分系からの光を空間光変調器上に反射するように構成され、そのことにより上記目的が達成される。

【００１５】
各反射体は、入力開口部の重複像を空間光変調器において形成するための、結像手段を含むか結像手段と結合されてもよい。

【００１７】
各反射体は平面反射体を有してもよく、結像形成器と結合されてもよい。各結像形成器は集光レンズを含んでもよい。

【００２０】
各部分系は光学結像素子を含んでもよい。結像素子の各々は集光レンズを含んでもよい。集光レンズはフレネルレンズの相対的にずらされた部分であってもよい。または、集光レンズはマイクロレンズのアレイを含んでいてもよい。マイクロレンズは矩形の開口部を有していてもよい。

【００２１】
光源は発光体および凹型反射体を含んでいてもよく、光学結像素子は凹型反射体の相対的にずらされた部分を含んでいてもよい。反射体は楕円面形状であってもよい。

【００２２】
このように、コンパクトな光学系を有し、空間光変調器において実質的に均一な照度を有する投射ディスプレイを提供することができる。また、公知の投射システムに比較して、光学的広がりの変更により、投射システムのスクリーンにおける像の明るさが改善される。

【００２４】
図１および図２に示す投射ディスプレイは、光源としてのランプ１（例えばアークランプなど）および放物面反射体２を有している。光源から生成される実質的に平行化された光線は、分割フレネルレンズ３に入射する。レンズ３は、２つの半円部分３ａおよび３ｂを有しており、半円レンズ３ａは、半円レンズ３ｂに対して垂直上方にずらされている。

【００２５】
半円レンズ３ａおよび３ｂは、光学結像／結合システム４において光源の像を形成する。光学結像／結合システム４は、２つの鏡面化コーナーキューブ５および２つのマイクロレンズ６からなっている。図２（ａ）に示すように、各鏡面化コーナーキューブ５は透明材料（ガラスまたはプラスチックなど）から形成される立方体の半分からなっており、例えば銀メッキなどにより反射性を付与した傾き面５ｂを有している。分割レンズ３からの光は、表面５ａに入射して通過し、銀メッキされた表面５ｂにおいて反射される。マイクロレンズ６は、鏡面化コーナーキューブ５の出射面５ｃに形成されている。

【００２７】
分割レンズ３は、複数の光学部分系（すなわち半円レンズ３ａおよび３ｂ）を構成する。各部分系３ａ、３ｂは入力開口部を有する。本実施態様において入力開口部は光学平面上にある半円レンズの形状を有しており、光源からの光を結像することにより各鏡面化コーナーキューブ５の面５ｂにおいて原像を形成する。部分系（半円レンズ３ａ、３ｂ）は、原像の空間分布（垂直間隔）を形成する。形成された原像の空間分布における相対位置は、入力開口部の相対位置（水平間隔）と異なっている。

【００２９】
２つの半円レンズ３ａおよび３ｂは、光源１、２の広がりを、２つの鏡面化コーナーキューブ５およびマイクロレンズ６によって別々にＳＬＭ７上に結像される２つの光線に分割する。得られる像は重なり、図１および図２（ｂ）に示すように、実質的に互いに重畳され得る。マイクロレンズ６が形成する像がインコヒーレントに混合されることにより、図２（ｂ）の１０に示されるように、照明は実質的により均一な強度分布を有する。さらに、光源１、２の広がりを変更することによって、ある１次元においては小さくかつそれに直交する１次元においては大きくなった広がりをＳＬＭ７上において提供する。照明は従ってより「１次元的」になり、特に例えばEP0 811 872号に開示されるタイプのＳＬＭを照明するために適切になる。特に、表示輝度およびコントラスト比を増大することができ、強度分布の均一性の改善によってより均等に照明された像が得られる

【００３０】
図３は別の投射ディスプレイを示している。図３に示す異なる投射ディスプレイは、反射体２が楕円面状であり、円柱状レンズ１８および１９が光源１、２と分割レンズ３との間に設けられ、光学的結合システム４が分割平面ミラーからなっている点で、図１および図２に示したものとは異なっている。ランプ１および反射体２からの光は円柱状コリメートレンズ１８および１９によって平行化される。レンズ１９の焦点距離ｆ”は、レンズ１８の焦点距離ｆ’の２倍に等しい。レンズ１８および１９の各々は１次元における発散度を変更し、像サイズについてもその方向における対応する変更が起こる。これにより光源の発散度が等しくなり、均一な照度の円錐が形成される。これは分割フレネルレンズ３によって結像された際に、円形光源の楕円像を生成する効果を有する。半円レンズによって生成される像をオフセットすることにより、２つの像の広がりが水平方向においておよそ半分に減少する。像面にある分割ミラー４は、これら２つの像からの光伝播の方向を調整し、フィールドレンズ１６を介してＳＬＭ７上におおよそ均一な照度領域を形成する。

【００３１】
図４に別のディスプレイを示す。図４のディスプレイは、鏡面化コーナーキューブ５およびマイクロレンズ６の代わりに、非軸上放物面ミラー１１のアレイを用いて光学結像／結合システムを構成している点において、図１および図２に示すものとは異なっている。アレイは、分割フレネルレンズ３の２つの半円レンズ３ａおよび３ｂを結像するための、２つのミラー１１を有している。各ミラー１１は、鏡面化コーナーキューブ５の一方およびマイクロレンズ６の一方の有する屈曲および結像機能を行う。

【００３５】
部分２ａおよび２ｂの各々は、ランプ１からの光を集める機能と、対応する鏡面化コーナーキューブ５の反射面上に光を結像する機能とを組み合わせている。その他の点については、図７に示すディスプレイは図１に示すものと同様に動作する。

【００３６】
図８に別のディスプレイを示す。図８のディスプレイは、分割フレネルレンズ３の代わりに、矩形の開口部を有するマイクロレンズのアレイ３’を用いている点で、図１に示すものとは異なっている。各マイクロレンズは光源１、２をシステム４の各鏡面化コーナーキューブ５およびマイクロレンズ６上に結像する。システム４は、アレイ３のマイクロレンズの矩形開口部を、フィールドレンズ１６を介してＳＬＭ７上に結像する。

【００４３】
前述のディスプレイは、１次元アレイとして並べられた鏡面化コーナーキューブ５およびマイクロレンズ６または放物面ミラー１１を有しているが、その他の構成も可能である。図１０に示すディスプレイは、鏡面化コーナーキューブ５およびマイクロレンズ６が２次元アレイとして並べられて光学結像／結合システム４を構成している点において、図８に示したものとは異なる。

【００４５】
【発明の効果】
このように、像の照度の均一性が実質的に改善された、投射ディスプレイを提供することができる。この照明はＳＬＭのパネルサイズに正確にマッチングさせ得る。例えば、適切な方向における広がりを減少させて照明をより１次元的にすることにより、１次元的照明を必要とするディスプレイの性能を改善してもよい。均一な照度を必要とする２次元的開口部を有するＳＬＭにおいては、照明をＳＬＭの形状およびサイズに対してより正確にマッチングさせ、ＳＬＭの周囲付近で無駄にされる光の量を減少させることができる。このように、照度の均一性を改善することに加え、ディスプレイの明るさを増大することができる。

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様によるディスプレイを示す図である。
【図２】（ａ）は本発明の図１の細部の拡大断面図であり、（ｂ）は強度分布を示すグラフを含む、図１の実施態様を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施態様によるディスプレイを示す図である。
【図４】本発明の第３の実施態様によるディスプレイを示す、図２（ｂ）と同様な図である。
【図５】本発明の第４の実施態様によるディスプレイを示す、図１と同様な図である。
【図６】本発明の図５の実施態様における強度分布を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施態様によるディスプレイを示す、図１と同様な図である。
【図８】本発明の第６の実施態様によるディスプレイを示す、図１と同様な図である。
【図９】様々な実施態様におけるミラーの方向をどのように決定するかを示す図である。
【図１０】本発明の第７の実施態様によるディスプレイを示す、図１と同様な図である。
【図１１】本発明の第８の実施態様によるディスプレイを示す、図１と同様な図である。
【符号の説明】
１ ランプ
２ 放物面反射体
３ 垂直にずらされた分割フレネルレンズ
４ 光学結像／結合システム
７ ＳＬＭ
８ 互いに重なる分割された強度プロファイル
１６ フィールドレンズ
１７ 投射レンズ

Claims (17)

1. 光源、空間光変調器、および該光源からの光を該空間光変調器に入射させるための光学系を有する投射ディスプレイであって、該光学系は複数の光学部分系および複数の反射体を有しており、
   該複数の光学部分系の各々は、入力開口部を有し、該光源からの光を結像するように構成され、
   該光学部分系は、入力開口部の相対位置とは異なる相対位置を有する原像の空間的分布を形成し、
   該複数の反射体は、該原像の該相対位置に設けられており、該反射体の各々は該光学部分系の各々からの光を該空間光変調器上に反射するように構成されている、
   投射ディスプレイ。
2. 前記反射体は、前記空間光変調器と、該空間光変調器から屈曲された光を受け取る投射用光学素子との間に設けられている、請求項１に記載のディスプレイ。
3. 前記反射体と前記空間光変調器との間にフィールドレンズが設けられた、請求項１または２に記載のディスプレイ。
4. 前記反射体の各々は、前記入力開口部の重複像を前記空間光変調器において形成するための、結像手段を含むか結像手段と結合されている、請求項１〜３のいずれかに記載のディスプレイ。
5. 前記重複像は互いに実質的に重畳されている、請求項４に記載のディスプレイ。
6. 前記反射体の各々は平面反射体を有してもよく、結像形成器と結合されている、請求項４または５に記載のディスプレイ。
7. 該結像形成器の各々は集光レンズを含む、請求項６に記載のディスプレイ。
8. 前記反射体の各々は凹形反射体を含む、請求項４または５に記載のディスプレイ。
9. 前記反射体の各々は、放物面の一部の形状をなす反射表面を有するミラーを含む、請求項８に記載のディスプレイ。
10. 前記入力開口部は２次元アレイとして構成され、原像の前記空間的分布は１次元アレイを含む、請求項１〜９のいずれかに記載のディスプレイ。
11. 各部分系は光学結像素子を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載のディスプレイ。
12. 前記結像素子の各々は集光レンズを含む、請求項１１に記載のディスプレイ。
13. 前記集光レンズはフレネルレンズの相対的にずらされた部分を含む、請求項１２に記載のディスプレイ。
14. 前記集光レンズはマイクロレンズのアレイを含む、請求項１２に記載のディスプレイ。
15. 前記マイクロレンズは矩形の開口部を有する、請求項１４に記載のディスプレイ。
16. 前記光源は発光体および凹型反射体を含み、前記光学結像素子は該凹型反射体の相対的にずらされた部分を含む、請求項１１に記載のディスプレイ。
17. 前記反射体は楕円面形状である、請求項１６に記載のディスプレイ。