JP2000231079A - 反射型投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンデンサレンズの焦点近傍に投射レンズを
配置した構成とすることで、投射レンズの小型化及び装
置全体のコスト低減化を図る。 【解決手段】 本発明の反射型投影装置では、コンデン
サレンズ１４はカラーホイール３からの透過光を収束
し、ＤＭＤ素子５の面上に、このＤＭＤ素子５と略同じ
大きさの光束を照射するように形成され、且つ投射レン
ズ１６は該コンデンサレンズ１４の焦点位置に配置され
ている。このため、ＤＭＤ素子５からの反射光を投射レ
ンズ１６の中心近傍に入射させることができる。これに
より、投射レンズ１６の光学系の使用範囲を光軸中心近
傍に限定させることができるため、投射レンズ１６を小
型化することが可能となり、結果として装置全体のコス
ト低減化及び小型化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型投影装置、
特にディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：Digi
tal Micromirror Device）素子を用いて構成された反射
型投影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、投射型ディスプレイにおいて
は、光源からの光利用効率向上や、高解像度化が望まれ
ている。光利用効率を向上させ、また高解像度化を図る
ことにより、より鮮明で明るい映像を写し出すことが可
能である。

【０００３】このような要求を満足するために、従来よ
り投射型ディスプレイにおいては、光源装置の改良やラ
イトバルブ素子の改良、あるいは駆動回路等の改良がな
されている。特にライトバルブ素子の改良は、直接高解
像度化に大きく影響するために重要である。

【０００４】近年、投射型ディスプレイでは、液晶に替
わるライトバルブ素子として超精密電子部品ＤＭＤを用
いたＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のディジ
タル制御システムが採用されている。

【０００５】このＤＬＰ方式のキーデバイスである上記
ＤＭＤは、例えば、わずか１７ｍｍ×１３ｍｍの小さな
長方形の中の半導体素子上に、約８０万個の微細なミラ
ーエレメントを敷き詰め、１枚のパネル状に形成したも
のである。シリコン等の半導体素子上のそれぞれの微細
なミラーエレメント（以下、単にミラーと記す）は、支
柱に載置された１個以上のヒンジに取り付けられること
で、それぞれ±１０度程度傾けることが可能に装着され
ている。つまり、１つのミラーが１つの画素に対応し、
例えば＋１０度に傾いたときに光源からの光が投射レン
ズに反射するようにし、−１０度に傾いた時には投射レ
ンズに反射光が入らないよう作用させることが可能であ
る。したがって、ミラーひとつひとつが傾斜角度を変
え、光源から発せられた光のオン／オフを行う仕組みに
なっており、オン／オフというデジタルで色階調を制御
できるため、色ムラのない鮮明な画像を得ることができ
るプロジェクタとして構成することが可能である。

【０００６】図２に従来のＤＭＤ素子を用いた単板式プ
ロジェクタの構成を示す。

【０００７】図２に示す単板式プロジェクタは、光源ラ
ンプ１，リフレクタ２，カラーホイール３，コンデンサ
レンズ４，ＤＭＤ素子５及び投射レンズ６等で主に構成
されている。

【０００８】上記構成の単板式プロジェクタに用いられ
たＤＭＤ素子５では、単に光の反射をコントロールする
のみであるので、色を表現することは不可能である。そ
こで、図３に示すようなカラーホイール３と呼ばれるも
のを使用している。

【０００９】カラーホイール３は、図３に示すように円
盤にＲＧＢ各色のフィルター３ｂを取り付けたものであ
る。これを光路上に設置し、軸着されるモータ３ａで超
高速回転させることにより、ＤＭＤ素子５を照明する光
の色は、Ｒ，Ｇ，Ｂと順番に変化する。そのときの照明
光の色に対応した映像をＤＭＤ素子５上に表示させるこ
とにより、色を表現することが可能となる。投射レンズ
６より投影された映像は、ＲＧＢが順番に表示されるこ
とになるが、十分に速く切り替わるので、色が混ざって
知覚される。これにより、色ずれのないシャープな映像
を得ることができる。

【００１０】光源ランプ１に取り付けられたリフレクタ
２は、例えば光源ランプ１と一体的に取り付けられ、通
常楕円形状に形成されている。また、リフレクタ２は、
光源ランプ１から発した光を集光し、集光した光をカラ
ーホイール３上に焦点が結ばれるように照射する。つま
り、焦点がカラーホイール３上に焦点があってないと、
カラーホイール３の色フィルタ３ｂが超高速に回転し切
り替わっているため、このとき透過する光は２種類の色
が混ざったものとなってしまい使用することができない
が、焦点があっていれば光束の幅は小さくなり、光束の
幅を小さくするほど切り替わりに必要な時間が短くな
り、効率的に光を利用することができるからである。

【００１１】一旦絞られた光は、コンデンサーレンズ４
で平行な光に変換され、ＤＭＤ素子５に照射される。す
ると、ＤＭＤ素子５は、その傾斜した微細なミラーによ
ってその入射光を反射し、反射した光は投射レンズ６に
より、例えば図４に示すスクリーン７上に投影される。
したがって、ＤＭＤ素子５の全てのミラーの傾斜を映像
信号に応答してデジタル制御することにより、スクリー
ン７には、画像が拡大表示されることになる。

【００１２】ところで、ＤＭＤ素子５上の１画素から反
射した光に注目すると、図４に示すように１画素に入射
する光８は平行な光線であり、ＤＭＤ素子５上のミラー
は平面鏡であるので、反射した光も平行な光となる。し
たがって、１画素から反射した光はほぼ１画素分の大き
さの光束となり投射レンズ６に入射することになる。こ
の場合、スクリーン７に投影する光は、図４に示すよう
に非常に小さな光束であり、スクリーン７上に収束する
光の角度も小さくなる。つまり、投射画像光のスクリー
ンに対する入射角度が小さいため被射界深度が非常に深
く、スクリーン７の位置が変わってもあまり投影像がぼ
けないことになり、結果として鮮明な投影像を得ること
ができるという利点がある。

【００１３】ところが、このような光学系では、１画素
に応じた反射光の投射レンズ６の入射領域を見ると、図
中に示すように投射レンズ６の一部の領域しか使用して
いないことが解る。しかし、設計上、投射レンズ６の外
径を上記ＤＭＤ素子５の大きさよりも大きくする必要が
あるため、投射レンズ６の使用領域に無駄があるにも関
わらず投射レンズ６が大型化となってしまい、結果とし
て反射型投影装置全体のコストが高価になってしまうと
いう問題点があった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来の反
射型投影装置では、より鮮明な投射画像を得るために、
ＤＭＤ素子等の光学部材を用いてプロジェクタを構成し
ているが、前記ＤＭＤ素子の反射光を投射する投射レン
ズが大型化となってしまい、光学系装置全体のコストが
高価となってしまうという問題点があった。

【００１５】そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、コンデンサレンズの大きさ及び焦点距離を
変更し、該レンズの焦点近傍に投射レンズを配置した構
成とすることで、投射レンズの小型化及び装置全体のコ
スト低減化を図ることのできる反射型投影装置の提供を
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の反射型投影装置
は、ランプ及び前記ランプからの光を集光するリフレク
タを有する光源部と、前記光源部からの光が照射される
ように、前記リフレクタの焦点位置に配置されたカラー
ホイールと、前記カラーホイールを透過した光を収束さ
せる第１のレンズと、前記第１のレンズによって収束さ
れた光が照射される複数のミラーエレメントを有し、各
ミラーエレメントの傾斜状態を映像信号に応答して制御
し、前記照射された光を任意の方向に反射するデジタル
マイクロミラーデバイスと、前記デジタルマイクロミラ
ーデバイスによって反射された光をスクリーンに投影す
る投射手段とを具備し、前記投射手段は、前記第１のレ
ンズの焦点近傍に配置された投射レンズを含み、前記デ
ジタルマイクロミラーデバイスで反射した光を前記投射
レンズの中心付近に集中して入射するようにしたことを
特徴とするものである。

【００１７】本発明によれば、ＤＭＤ素子を用いた反射
型投影装置において、前記カラーホイールからの透過光
を第１のレンズで収束して前記デジタルマイクロミラー
デバイスに照射するとともに、前記投射レンズを該第１
のレンズの焦点位置に配置したことにより、ＤＭＤ素子
からの反射光を投射レンズの中心近傍に入射させること
ができる。これにより、該投射レンズを小型化すること
が可能となり、結果として装置全体のコスト低減化及び
小型化を図ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態について図面を
参照して説明する。図１は本発明に係る反射型投影装置
の一実施の形態を示し、ＤＭＤ素子を用いた単板式プロ
ジェクタの構成図である。尚、図１に示す装置は、図２
に示す装置と同様の構成要素については同一の符号を付
している。

【００１９】本実施の形態の反射型投影装置（単板式プ
ロジェクタともいう）は、図１に示すように、光源ラン
プ１，リフレクタ２，カラーホイール３，コンデンサレ
ンズ１４，ＤＭＤ素子５及び投射レンズ１６等で主に構
成されている。

【００２０】光源ランプ１は、楕円形状のリフレクタ２
に一体的に取り付けられ、リフレクタ２は、光源ランプ
１から発した光を集光し、集光した光をカラーホイール
３上に焦点が結ばれるように照射する。つまりこれは、
焦点がカラーホイール３上にあっていれば光束の幅は小
さくなり、光束の幅を小さくするほど切り替わりに必要
な時間が短くなり、効率的に光を利用することができる
からである。

【００２１】したがって、カラーホイール３は、光源ラ
ンプ１からの光を結ぶ箇所、つまり上記リフレクタ２の
焦点位置に配置されるようになっている。

【００２２】カラーホイール３は、図３に示すように円
盤にＲＧＢ各色のフィルター３ｂを取り付けたものであ
る。これを光路上に設置し、軸着されるモータ３ａで超
高速回転させることにより、ＤＭＤ素子５を照明する光
の色は、Ｒ，Ｇ，Ｂと順番に変化する。そのときの照明
光の色に対応した映像をＤＭＤ素子５上に表示させるこ
とにより、色を表現することが可能となる。投射レンズ
６より投影された映像は、ＲＧＢが順番に表示されるこ
とになるが、十分に速く切り替わるので、色が混ざって
知覚される。これにより、色ずれのないシャープな映像
を得ることができる。

【００２３】上記カラーホイール３を透過した光は、図
中に示すように広がりながら、コンデンサレンズ１４に
照射される。

【００２４】本実施の形態では、コンデンサレンズ１４
の大きさ形状と投射レンズの配置状態が従来技術とは異
なっている。つまり、コンデンサレンズ１４は、カラー
ホイール３からの透過光を収束し、ＤＭＤ素子５の面上
にこのＤＭＤ素子５と略同じ大きさの光束を照射するよ
うな大きさ形状を有しており、さらに、ＤＭＤ素子５か
らの反射光が投射レンズ１６近傍で焦点を結ぶように配
置されている。

【００２５】したがって、このような光学作用を有する
コンデンサレンズ１４を用いることにより、カラ−ホイ
ール３を通過した光は一旦大きく広がるが、コンデンサ
レンズ１４レンズで収束されることで、ＤＭＤ素子５の
反射面全体に照射することになり、また、ＤＭＤ素子５
の反射光が焦点を結ぶ位置に投射レンズ１６が設けられ
ているので、ＤＭＤ素子５の反射光は、投射レンズ１６
の光軸中心近傍に集中して入射することになる。

【００２６】つまり、上記構成によれば、光学的に投射
レンズ１６の略光軸中心近傍のみを集中して使用するこ
とになるので、従来技術のように投射レンズの厚みや外
径を大きくする必要もなく、さらに投射レンズ１６を小
型化することが可能となる。これにより、従来使用して
いた高価な投射レンズを安価な小型化のものに代えて単
板式プロジェクタを構成することができるので、装置全
体のコストを低減することが可能となる。

【００２７】次に、本実施の形態における特徴となる光
学作用を図１を参照しながら詳細に説明する。

【００２８】いま、光源ランプ１から発した光がリフレ
クタ２によって反射され、カラーホイール３を介してコ
ンデンサレンズ１４に入射したとする。

【００２９】すると、コンデンサレンズ１４はカラーホ
イール３からの透過光をＤＭＤ素子５面上で略同じ大き
さの光束となるように収束する。

【００３０】ＤＭＤ素子５は、コンデンサレンズ１４か
らの照射光を面全体の領域にて反射し、該反射光を投射
レンズ１６の光軸中心近傍に向けて照射する。

【００３１】このとき、投射レンズ１６はコンデンサレ
ンズ１４の焦点位置に配置されているので平行光とはな
らず、ＤＭＤ素子５からの反射光は、入射角の小さなも
のとなって投射レンズ１６の光軸中心近傍に入射される
ことになる。

【００３２】その後、投射レンズ１６によって、ＤＭＤ
素子５からの反射光を図示しないスクリーンに向けて拡
大投射することにより、スクリーンには、映像が拡大表
示される。

【００３３】したがって、本実施の形態によれば、ＤＭ
Ｄ素子５による反射光を拡大投射する投射レンズ１６を
小型化することが可能となり、装置全体のコストを低減
することが可能となり、安価な単板式プロジェクタを提
供することができる。また、投射レンズの小型化によ
り、装置全体の小型化にも寄与する。

【００３４】尚、本実施の形態においては、ＤＭＤ素５
のデジタル制御系については言及してないが、勿論、Ｄ
ＬＰ方式の採用により、優れた光利用効率、高解像度等
の高性能な反射型投影装置として構成することができ
る。

【００３５】また、本実施の形態では、反射型投影装置
として単板式プロジェクタを構成すした場合について説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例
えば該単板式プロジェクタを背面投射型表示装置等のあ
らゆる光学系表示装置に適応させることも可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
ＤＭＤ素子を用いた反射型投影装置において、コンデン
サレンズの大きさ及び焦点距離を変更し、該レンズの焦
点近傍に投射レンズを配置した構成とすることにより、
投射レンズの小型化及び装置全体のコスト低減化を図る
ことができ、また、装置全体の小型化も図ることができ
るという効果を得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型投影装置の一実施の形態を示す
構成図。

【図２】従来の反射型投影装置の構成を示す構成図。

【図３】反射型投影装置に用いられたカラーホイールの
構成図。

【図４】従来装置の光学系作用を説明するための説明
図。

【符号の説明】

１…光源ランプ、 ２…リフレクタ、 ３…カラーホイール、 ３ａ…色フィルタ、 ３ｂ…モータ、 ５…ＤＭＤ素子（デジタルマイクロミラーデバイス）、 ７…スクリーン、 １４…コンデンサーレンズ、 １６…投射レンズ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ランプ及び前記ランプからの光を集光す
   るリフレクタを有する光源部と、 前記光源部からの光が照射されるように、前記リフレク
   タの焦点位置に配置されたカラーホイールと、 前記カラーホイールを透過した光を収束させる第１のレ
   ンズと、 前記第１のレンズによって収束された光が照射される複
   数のミラーエレメントを有し、各ミラーエレメントの傾
   斜状態を映像信号に応答して制御し、前記照射された光
   を任意の方向に反射するデジタルマイクロミラーデバイ
   スと、 前記デジタルマイクロミラーデバイスによって反射され
   た光をスクリーンに投影する投射手段とを具備し、 前記投射手段は、前記第１のレンズの焦点近傍に配置さ
   れた投射レンズを含み、前記デジタルマイクロミラーデ
   バイスで反射した光を前記投射レンズの中心付近に集中
   して入射するようにしたことを特徴とする反射型投影装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１のレンズは、前記カラーホイー
   ルからの光を収束して、前記デジタルマイクロミラーデ
   バイスの面とほぼ同じ大きさの光束を該デバイスに照射
   するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の反射
   型投影装置。