JP2001109067A - Illuminator and projector - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は照明装置とそれを用
いたプロジェクターに関するものであり、更に詳しく
は、投影画像のカラー化のために反射型のカラーホイー
ルを備えた照明装置と、それを用いてカラー画像を投影
するプロジェクターと、に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illuminating device and a projector using the illuminating device. And a projector that projects a color image.
【0002】[0002]
【従来の技術】図10〜図12に、反射型のカラーホイ
ールを備えたプロジェクター用照明装置の第1〜第3従
来例を示す。第1,第2従来例(図10,図11)は、ラ
ンプ(1),反射型のカラーホイール(2)及びリレー光学系
(3)で構成されており、ランプ(1)から発せられた照明光
は、カラーホイール(2)で反射された後、リレー光学系
(3)を通って表示素子(4)を照明する(実線は軸上光線、
破線は最外光線を表す。)。カラーホイール(2)は、反射
光色の異なる複数(R,G,B等)のカラーフィルターで構
成されており、表示素子(4)を照明する色光が時間的に
順次切り替わるように、モーター等で回転可能(ax:回
転軸)に構成されている。なお、光源像(LI)は理想
的な点にならないため、図10,図11に示すようにカ
ラーホイール(2)近傍に形成される。2. Description of the Related Art FIGS. 10 to 12 show first to third conventional examples of a projector illuminating device provided with a reflection type color wheel. The first and second conventional examples (FIGS. 10 and 11) show a lamp (1), a reflective color wheel (2) and a relay optical system.
The illumination light emitted from the lamp (1) is reflected by the color wheel (2) and then relayed by the relay optical system.
Illuminate the display element (4) through (3) (solid lines are on-axis rays,
The dashed line represents the outermost ray. ). The color wheel (2) is composed of a plurality of (R, G, B, etc.) color filters having different reflected light colors, and a motor or the like is provided so that the color light illuminating the display element (4) is sequentially switched over time. And can be rotated (ax: rotation axis). Since the light source image (LI) is not an ideal point, it is formed near the color wheel (2) as shown in FIGS.
【0003】第3従来例(図12)は、ランプ(1),イン
テグレータロッド(5),反射型のカラーホイール(2)及び
リレー光学系(3)で構成されており、照明光の照度分布
を均一化するインテグレータロッド(5)が追加されてい
る点を除けば、第1,第2従来例と同様の構成になって
いる。インテグレータロッド(5)の入射端面上にはラン
プ(1)の光源像(LI)が形成され、入射した照明光でイン
テグレータロッド(5)の射出端面が均一に面発光する。
インテグレータロッド(5)の射出端面は表示素子(4)の表
示面と共役になっているので、インテグレータロッド
(5)を射出した照明光は、カラーホイール(2)で反射され
た後、リレー光学系(3)を通って表示素子(4)の全面を照
明する(実線は軸上光線、破線は最外光線を表す。)。こ
の第3従来例は、カラーホイール(2)での反射前に照明
光の照度分布を均一化する点で、米国特許第5,863,125
号明細書や米国特許第5,921,650号明細書に記載の照明
装置と同じ基本構成を有している。The third conventional example (FIG. 12) is composed of a lamp (1), an integrator rod (5), a reflective color wheel (2) and a relay optical system (3). The configuration is the same as that of the first and second conventional examples, except that an integrator rod (5) for uniformizing is added. A light source image (LI) of the lamp (1) is formed on the entrance end face of the integrator rod (5), and the exit end face of the integrator rod (5) emits surface light uniformly with the incident illumination light.
Since the exit end face of the integrator rod (5) is conjugate with the display surface of the display element (4),
The illumination light emitted from (5) is reflected by the color wheel (2), and then passes through the relay optical system (3) to illuminate the entire surface of the display element (4). External light.). The third conventional example is disclosed in U.S. Pat. No. 5,863,125 in that the illuminance distribution of the illumination light is made uniform before reflection on the color wheel (2).
It has the same basic configuration as the lighting device described in the specification and US Pat. No. 5,921,650.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】第1〜第3従来例に用
いられているカラーホイール(2)では、反射光色の異な
る複数の反射面がいずれも回転軸(ax)に対して垂直に位
置しているため、ランプ(1)からの照明光はすべて同じ
角度で反射される。しかし、製造誤差や組立誤差等によ
り、回転軸(ax)に対する各反射面の垂直度にバラツキが
生じたり、回転軸(ax)にガタが生じたりすると、反射面
が振れて反射光の向きが大きく変化してしまう。これを
図14に基づいて更に詳しく説明する。In the color wheel (2) used in the first to third conventional examples, a plurality of reflecting surfaces having different reflected light colors are all perpendicular to the rotation axis (ax). Since they are located, all the illumination light from the lamp (1) is reflected at the same angle. However, if the perpendicularity of each reflecting surface with respect to the rotation axis (ax) varies due to a manufacturing error or an assembly error, or the rotation axis (ax) is loose, the reflecting surface swings and the direction of the reflected light is changed. It changes greatly. This will be described in more detail with reference to FIG.
【0005】図14は、上記カラーホイール(2)の反射
面の振れによる影響を、反射面を展開した状態で示して
いる。またR1,R2はカラーホイール(2)の反射面であっ
て、R1は振れる前の反射面(実線)を示しており、R2は振
れた後の反射面(破線)を示している。同図から分かるよ
うに結像点(P)からの軸上光線は、振れる前の反射面(R
1)で反射されると表示素子(4)の軸上で結像するが(光路
を実線で示す。)、振れた後の反射面(R2)で反射される
と表示素子(4)の軸外で結像することになる(光路を破線
で示す)。このとき、反射面の振れ角の2倍だけ反射光
線角が変化する。このように反射面の振れによって照明
光が傾くと、表示素子(4)上で照明エリアが移動するこ
とになる。FIG. 14 shows the influence of the deflection of the reflection surface of the color wheel (2) when the reflection surface is developed. Further, R1 and R2 are reflection surfaces of the color wheel (2), R1 indicates a reflection surface (solid line) before swinging, and R2 indicates a reflection surface (dashed line) after swinging. As can be seen from the figure, the axial ray from the imaging point (P) is reflected on the reflection surface (R
When reflected by 1), an image is formed on the axis of the display element (4) (the optical path is indicated by a solid line), but when reflected by the reflecting surface (R2) after swinging, the axis of the display element (4) is formed. An image is formed outside (the optical path is indicated by a broken line). At this time, the reflected ray angle changes by twice the deflection angle of the reflecting surface. When the illumination light is tilted due to the deflection of the reflection surface, the illumination area moves on the display element (4).
【0006】表示素子(4)に対する照明エリアの位置
は、表示素子(4)の有効部に対し余裕をもってカバーす
るように設定される。しかし、照明エリアが大幅に移動
すると、有効部上に照明光が到達しない領域が生じて、
照明エリアにケラレが発生してしまう。また照明エリア
の移動により、表示素子(4)の有効部上に照明エリアの
周辺部分が位置すると、有効部が部分的に暗くなって照
度ムラが生じてしまう。照明エリアのケラレや部分的な
照度ムラが生じると投影画像に色ムラが発生するので、
その原因となる反射光線角のズレの影響を軽減する対策
が必要となる。[0006] The position of the illumination area with respect to the display element (4) is set so as to cover the effective portion of the display element (4) with a margin. However, when the illumination area moves significantly, an area where the illumination light does not reach the effective part occurs,
Vignetting occurs in the lighting area. Further, when the peripheral part of the illumination area is located on the effective part of the display element (4) due to the movement of the illumination area, the effective part is partially darkened, causing uneven illuminance. If vignetting or partial illuminance unevenness of the illumination area occurs, color unevenness will occur in the projected image,
It is necessary to take measures to reduce the influence of the deviation of the reflected light beam angle which causes the deviation.
【0007】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、カラーホイールの反射面の振れにより反
射光線角にズレが生じても、表示素子に対して照明エリ
アが移動しない、安定した照明が可能なプロジェクター
用照明装置を提供することを第1の目的とする。またそ
れにより、色ムラのない高画質の投影画像が得られるプ
ロジェクターを提供することを第2の目的とする。The present invention has been made in view of such a situation, and even if the reflected light beam angle shifts due to the deflection of the reflecting surface of the color wheel, the illumination area does not move with respect to the display element. It is a first object of the present invention to provide a lighting device for a projector capable of performing the above-mentioned lighting. It is a second object of the present invention to provide a projector capable of obtaining a high-quality projected image without color unevenness.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために、第1の発明の照明装置は、照明光を発するラ
ンプと、反射光色が時間的に順次切り替わるように照明
光を反射させる反射型のカラーホイールと、照明光の照
度分布を均一化するインテグレータと、を有するプロジ
ェクター用の照明装置において、前記ランプからの照明
光が前記カラーホイールで反射されたのち前記インテグ
レータに入射するように、ランプとインテグレータとの
間にカラーホイールを配置したことを特徴とする。In order to achieve the first object, a lighting device according to a first aspect of the present invention comprises a lamp for emitting illumination light and an illumination light so that a reflected light color is sequentially switched in time. In a lighting device for a projector having a reflective color wheel for reflecting light and an integrator for uniformizing the illuminance distribution of the illumination light, the illumination light from the lamp is reflected by the color wheel and then enters the integrator. Thus, a color wheel is arranged between the lamp and the integrator.
【0009】上記第2の目的を達成するために、第2の
発明のプロジェクターは、上記第1の発明の照明装置
と、その照明装置からの照明光を変調する表示素子と、
その表示素子で変調された光を投影する投影光学系と、
を有することを特徴とする。In order to achieve the second object, a projector according to a second aspect of the present invention includes a lighting device according to the first aspect of the invention, a display element for modulating illumination light from the illumination device,
A projection optical system for projecting light modulated by the display element,
It is characterized by having.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した照明装置
とプロジェクターを、図面を参照しつつ説明する。な
お、前述した従来例(図10〜図12,図14)や実施の
形態の相互で、同一の部分や相当する部分には同一の符
号を付して重複説明を適宜省略する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a lighting device and a projector embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In the above-described conventional examples (FIGS. 10 to 12 and FIG. 14) and the embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate.
【0011】《第1の実施の形態(図1〜図3)》図1〜
図3に、第1の実施の形態の光学構成を示す。図1は照
明装置の概略光学構成を示す模式図である。この照明装
置は、ランプ(1),反射型のカラーホイール(2),インテ
グレータロッド(5),及びリレー光学系(3)で構成されて
いる。ランプ(1)から発せられた照明光は、カラーホイ
ール(2)での反射により反射光色が時間的に順次切り替
えられる。カラーホイール(2)で反射した照明光は、そ
の照度分布を均一化するインテグレータロッド(5)に入
射する。<< First Embodiment (FIGS. 1 to 3) >> FIGS.
FIG. 3 shows an optical configuration of the first embodiment. FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic optical configuration of the illumination device. This lighting device includes a lamp (1), a reflective color wheel (2), an integrator rod (5), and a relay optical system (3). The illuminating light emitted from the lamp (1) is reflected by the color wheel (2), and the color of the reflected light is sequentially switched in time. The illumination light reflected by the color wheel (2) is incident on an integrator rod (5) for making the illuminance distribution uniform.
【0012】インテグレータロッド(5)は、多角柱形状
のガラス体、あるいは複数枚のミラーを組み合わせて成
る中空筒体である。このインテグレータロッド(5)に様
々な角度で入射してきた照明光は、その側面で何度も繰
り返し反射されることにより、空間的なエネルギー分布
(すなわち照度分布)が均一化される。そして、表示素子
(4)の表示面と共役な射出端面から拡散光として射出す
る。このように照明光の照度分布を均一化する機能を有
するものであれば、インテグレータロッド(5)の代わり
に、レンズアレイから成るフライアイ等のインテグレー
タを用いてもよい。インテグレータロッド(5)を射出し
た照明光は、リレー光学系(3)を通って表示素子(4)を照
明する。この表示素子(4)は、表示画像を投影するため
に照明光を変調する光変調素子であって、その代表例と
しては、DMD(Digital Micromirror Device),LCD
(liquid crystal display)等が挙げられる。The integrator rod 5 is a polygonal glass body or a hollow cylindrical body formed by combining a plurality of mirrors. Illumination light incident on the integrator rod (5) at various angles is reflected many times on the side surface, resulting in a spatial energy distribution.
(That is, the illuminance distribution) is made uniform. And the display element
The light is emitted as diffused light from the emission end face conjugate with the display surface of (4). An integrator such as a fly-eye made of a lens array may be used instead of the integrator rod (5) as long as it has a function of making the illuminance distribution of the illumination light uniform. The illumination light emitted from the integrator rod (5) illuminates the display element (4) through the relay optical system (3). The display element (4) is a light modulation element that modulates illumination light to project a display image, and examples thereof include a DMD (Digital Micromirror Device) and an LCD.
(liquid crystal display) and the like.
【0013】上記DMDは、多数のマイクロミラーがマ
トリックス状に配置された表示面を有し、そのマイクロ
ミラー1枚で表示画像の1画素を構成するものである。
光変調のために各マイクロミラーの傾きは個別に駆動制
御される構成になっており、各マイクロミラーはON状態
とOFF状態との2つの傾き状態をとり得るようになって
いる。ON状態のマイクロミラーでは照明光が投影光学系
内に向けて反射され、OFF状態のマイクロミラーでは照
明光が投影光学系外に向けて反射される。したがって、
ON状態のマイクロミラーで反射された光のみが投影光学
系によって被投影面(例えばスクリーン面)上に到達し、
その結果、明暗のパターンから成る表示画像が被投影面
上に形成される。The DMD has a display surface on which a large number of micromirrors are arranged in a matrix, and one micromirror constitutes one pixel of a display image.
The tilt of each micromirror is individually driven and controlled for light modulation, and each micromirror can take two tilt states, an ON state and an OFF state. The micromirror in the ON state reflects illumination light toward the inside of the projection optical system, and the micromirror in the OFF state reflects illumination light outside the projection optical system. Therefore,
Only the light reflected by the micromirror in the ON state reaches the projection target surface (for example, the screen surface) by the projection optical system,
As a result, a display image composed of a light and dark pattern is formed on the projection surface.
【0014】次に、図1の照明装置を適用したプロジェ
クターを説明する。図2はDMD(4D)の背面側から見た
プロジェクターの正面図であり、図3は上方から見たプ
ロジェクターの上面図である。また図中、AX1は照明系
光軸であり、AX2は投影系光軸である。本実施の形態の
プロジェクターは、照明装置と、その照明装置からの照
明光を変調するDMD(4D)と、DMD(4D)で変調された
光を投影する投影光学系(9)と、を有している。そして
上記照明装置は、ランプ(1),カラーホイール(2),イン
テグレータロッド(5),第1〜第3リレーレンズ(3a〜3
c),平面ミラー(7),及びTIR(Total Internal Refle
ction)プリズム(8)で構成されている。なお、DMD(4
D)は前記表示素子(4)に相当し、第1〜第3リレーレン
ズ(3a〜3c)は前記リレー光学系(3)に相当する。Next, a projector to which the lighting device of FIG. 1 is applied will be described. FIG. 2 is a front view of the projector viewed from the back side of the DMD (4D), and FIG. 3 is a top view of the projector viewed from above. In the figure, AX1 is the illumination system optical axis, and AX2 is the projection system optical axis. The projector according to the present embodiment includes an illumination device, a DMD (4D) that modulates illumination light from the illumination device, and a projection optical system (9) that projects light modulated by the DMD (4D). are doing. The lighting device includes a lamp (1), a color wheel (2), an integrator rod (5), first to third relay lenses (3a to 3).
c), flat mirror (7), and TIR (Total Internal Refle)
ction) prism (8). Note that DMD (4
D) corresponds to the display element (4), and the first to third relay lenses (3a to 3c) correspond to the relay optical system (3).
【0015】ランプ(1)から発せられた照明光は、まず
カラーホイール(2)で反射される。このカラーホイール
(2)は、反射光色の異なる複数(R,G,B)のカラーフィ
ルターで構成されており、DMD(4D)を照明する色光が
時間的に順次切り替わるように、モーター等で回転可能
(ax:回転軸)に構成されている。カラーホイール(2)で
反射された照明光は、インテグレータロッド(5)を通過
することにより照度分布が均一化される。この照度分布
の均一化により、DMD(4D)の表示面上での軸上と最軸
外との照度差がなくなる。The illumination light emitted from the lamp (1) is first reflected by the color wheel (2). This color wheel
(2) is composed of multiple (R, G, B) color filters with different reflected light colors, and can be rotated by a motor etc. so that the color light illuminating the DMD (4D) is sequentially switched in time
(ax: rotation axis). The illumination light reflected by the color wheel (2) passes through the integrator rod (5), so that the illuminance distribution is made uniform. By making the illuminance distribution uniform, the illuminance difference between the on-axis and outermost axes on the display surface of the DMD (4D) is eliminated.
【0016】インテグレータロッド(5)を射出した照明
光は、第1,第2リレーレンズ(3a,3b)を通過した後、
平面ミラー(7)での反射によりその光路が斜め上方に折
り曲げられる。平面ミラー(7)で反射された照明光は、
第3リレーレンズ(3c)を通過した後、TIRプリズム
(8)内で角度変換される。TIRプリズム(8)は、第1プ
リズム(8a)と第2プリズム(8b)とから成っており(図
3)、このTIRプリズム(8)によって、DMD(4D)に対
する入力光と出力光との分離が行われる。第1プリズム
(8a)には第3リレーレンズ(3c)が接合されているので、
第3リレーレンズ(3c)を通過した照明光はそのまま第1
プリズム(8a)に入射する。第1プリズム(8a)に入射した
照明光は、第2プリズム(8b)と対向している反射面{第
1,第2プリズム(8a,8b)の対向面は、所定の間隔をあ
けて略平行に位置している。}で全反射され、DMD(4
D)を斜め45°方向から照明する。そして、その照明光は
DMD(4D)での反射により光変調される。The illumination light emitted from the integrator rod (5) passes through the first and second relay lenses (3a, 3b),
The light path is bent obliquely upward by reflection at the plane mirror (7). The illumination light reflected by the plane mirror (7)
After passing through the third relay lens (3c), a TIR prism
The angle is converted in (8). The TIR prism (8) is composed of a first prism (8a) and a second prism (8b) (FIG. 3). The TIR prism (8) allows the input light and the output light to the DMD (4D) to be separated. Separation takes place. 1st prism
Since the third relay lens (3c) is joined to (8a),
The illumination light that has passed through the third relay lens (3c) is used as is in the first
The light enters the prism (8a). Illumination light incident on the first prism (8a) is reflected on the reflection surface {the first and second prisms (8a, 8b) are opposed to the reflection surface facing the second prism (8b) at a predetermined interval. They are located in parallel. } And is totally reflected by DMD (4
D) is illuminated from an oblique 45 ° direction. Then, the illumination light is optically modulated by reflection at the DMD (4D).
【0017】DMD(4D)は、各マイクロミラーが2つの
傾き状態(ON状態とOFF状態)をとり得るように構成され
ているため、ON状態のマイクロミラーでは照明光が投影
光学系(9)に向けて反射され、OFF状態のマイクロミラー
では照明光が投影光学系(9)外に向けて反射される。し
たがって、ON状態のマイクロミラーで反射されたのち第
1,第2プリズム(8a,8b)の順でTIRプリズム(8)を透
過した光が、投影光学系(9)に入射することにより、被
投影面(不図示)上に表示画像を形成することになる。Since the DMD (4D) is configured such that each micromirror can take two inclined states (ON state and OFF state), the micromirror in the ON state transmits illumination light to the projection optical system (9). The illumination light is reflected toward the outside of the projection optical system (9) by the micro mirror in the OFF state. Therefore, the light reflected by the micromirror in the ON state and then transmitted through the TIR prism (8) in the order of the first and second prisms (8a, 8b) is incident on the projection optical system (9), and is thus affected. A display image is formed on a projection plane (not shown).
【0018】本実施の形態に用いられているカラーホイ
ール(2)では、反射光色の異なる複数の反射面がいずれ
も回転軸(ax)に対して垂直に位置しているため、ランプ
(1)からの照明光はすべて同じ角度で反射される。回転
軸(ax)に対する各反射面の垂直度にバラツキがあった
り、回転軸(ax)にガタが生じたりすれば、カラーホイー
ル(2)の反射面の振れにより反射光線角にズレが生じる
ことになるが、DMD(4D)に対して照明エリアが移動す
ることはない。これを以下に詳述する。In the color wheel (2) used in the present embodiment, since a plurality of reflecting surfaces having different reflected light colors are all located perpendicular to the rotation axis (ax), the
The illumination light from (1) is all reflected at the same angle. If there is variation in the perpendicularity of each reflecting surface with respect to the rotation axis (ax), or if there is backlash in the rotation axis (ax), the reflected light beam angle will shift due to the deflection of the reflecting surface of the color wheel (2). However, the illumination area does not move with respect to the DMD (4D). This will be described in detail below.
【0019】このプロジェクターの照明系構成による
と、ランプ(1)とインテグレータロッド(5)との間にカラ
ーホイール(2)が配置されているので、ランプ(1)からの
照明光はカラーホイール(2)で反射されたのちインテグ
レータロッド(5)に入射することになる。インテグレー
タロッド(5)の入射端面はカラーホイール(2)の反射面近
傍に位置するので、カラーホイール(2)の反射面が振れ
て反射光線角にズレが生じても、照明光はインテグレー
タロッド(5)の入射端面に入射する。図13中に、カラ
ーホイール(2)の反射面が振れる前の反射光線を実線で
示し、カラーホイール(2)の反射面が振れた後の反射光
線を破線で示す。According to the illumination system configuration of this projector, since the color wheel (2) is arranged between the lamp (1) and the integrator rod (5), the illumination light from the lamp (1) is After being reflected in 2), it is incident on the integrator rod (5). Since the incident end face of the integrator rod (5) is located near the reflecting surface of the color wheel (2), even if the reflecting surface of the color wheel (2) fluctuates and the reflected ray angle shifts, the illuminating light is transmitted to the integrator rod (5). It is incident on the incident end face of 5). In FIG. 13, the reflected light beam before the reflection surface of the color wheel (2) is shaken is indicated by a solid line, and the reflection light beam after the reflection surface of the color wheel (2) is shaken is indicated by a broken line.
【0020】インテグレータロッド(5)の入射端面での
空間的なエネルギー分布は、その射出端面での空間的な
エネルギー分布に反映されない。したがって、カラーホ
イール(2)での反射光がインテグレータロッド(5)に入射
すれば、カラーホイール(2)の反射面の振れに関わら
ず、照度分布の均一化された照明光がインテグレータロ
ッド(5)の射出端面から射出されることになる。インテ
グレータロッド(5)の射出端面以降の光路が変化しない
ので、表示素子(4)上で照明エリアが移動することもな
い。The spatial energy distribution at the entrance end of the integrator rod (5) is not reflected in the spatial energy distribution at the exit end. Therefore, if the reflected light from the color wheel (2) is incident on the integrator rod (5), the illumination light with a uniform illuminance distribution will be emitted regardless of the deflection of the reflection surface of the color wheel (2). ) From the exit end face. Since the optical path after the exit end face of the integrator rod (5) does not change, the illumination area does not move on the display element (4).
【0021】以上説明したように、本実施の形態の照明
装置を用いれば、カラーホイール(2)の反射面の振れに
より反射光線角にズレが生じても、照明光はカラーホイ
ール(2)で反射されたのちインテグレータロッド(5)に入
射するので、表示素子(4)であるDMD(4D)に対して照
明エリアは移動せず、安定した照明が可能である。した
がって、本実施の形態のプロジェクターによれば、照明
エリアのケラレや部分的照度ムラに起因する色ムラのな
い高画質の投影画像を得ることができる。As described above, with the use of the lighting device of the present embodiment, even if the angle of the reflected light beam shifts due to the deflection of the reflection surface of the color wheel (2), the illumination light is emitted by the color wheel (2). After being reflected, the light enters the integrator rod (5), so that the illumination area does not move with respect to the DMD (4D), which is the display element (4), and stable illumination is possible. Therefore, according to the projector of the present embodiment, it is possible to obtain a high-quality projected image free from color unevenness due to vignetting of an illumination area and partial illuminance unevenness.
【0022】《第2の実施の形態(図4〜図6)》図4〜
図6に、第2の実施の形態の光学構成を示す。図4は照
明装置の概略光学構成を示す模式図である。この照明装
置は、ランプ(1),反射型のカラーホイール(2),偏向素
子(6),インテグレータロッド(5A),及びリレー光学系
(3)で構成されている。ランプ(1)から発せられた照明光
は、まず偏向素子(6)に入射する。この偏向素子(6)は、
全反射条件を満たす直角プリズムから成っており、入射
した照明光は偏向素子(6)によりカラーホイール(2)に向
けて全反射される。反射型のカラーホイール(2)を用い
た場合には入射光と反射光との分離が必要になるが、こ
の実施の形態では、偏向素子(6)を用いてその分離を行
うことにより、ランプ(1)側と表示素子(4)側との配置的
な自由度を向上させている。<< Second Embodiment (FIGS. 4 to 6) >> FIGS.
FIG. 6 shows an optical configuration of the second embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic optical configuration of the illumination device. This lighting device consists of a lamp (1), a reflective color wheel (2), a deflecting element (6), an integrator rod (5A), and a relay optical system.
It consists of (3). The illumination light emitted from the lamp (1) first enters the deflection element (6). This deflection element (6)
It consists of a right-angle prism that satisfies the condition of total reflection, and the incident illumination light is totally reflected by the deflection element (6) toward the color wheel (2). When a reflection type color wheel (2) is used, it is necessary to separate the incident light and the reflected light.In this embodiment, the separation is performed by using the deflecting element (6), so that the lamp is used. The degree of freedom in arrangement between the (1) side and the display element (4) side is improved.
【0023】偏向素子(6)で反射した照明光は、カラー
ホイール(2)での反射により反射光色が時間的に順次切
り替えられる。カラーホイール(2)で反射した照明光
は、偏向素子(6)を通過した後、その照度分布を均一化
するインテグレータロッド(5A)に入射する。このインテ
グレータロッド(5A)は、第1の実施の形態に用いられて
いるインテグレータロッド(5)と同様の機能を有するも
のである。ただし、インテグレータロッド(5A)の入射端
面は、対向する偏向素子(6)の射出面に対し所定の間隔
をあけて略平行に位置している。インテグレータロッド
(5A)を射出した照明光は、リレー光学系(3)を通って表
示素子(4)を照明する。The illumination light reflected by the deflecting element (6) has its reflected light color sequentially changed over time by reflection on the color wheel (2). The illumination light reflected by the color wheel (2) passes through the deflecting element (6), and then enters an integrator rod (5A) for uniformizing the illuminance distribution. This integrator rod (5A) has the same function as the integrator rod (5) used in the first embodiment. However, the incident end face of the integrator rod (5A) is located substantially parallel to the exit face of the opposing deflection element (6) at a predetermined interval. Integrator rod
The illumination light emitted from (5A) illuminates the display element (4) through the relay optical system (3).
【0024】次に、図4の照明装置を適用したプロジェ
クターを説明する。図5はDMD(4D)の背面側から見た
プロジェクターの正面図であり、図6は上方から見たプ
ロジェクターの上面図である。本実施の形態のプロジェ
クターは、照明装置と、その照明装置からの照明光を変
調するDMD(4D)と、DMD(4D)で変調された光を投影
する投影光学系(9)と、を有している。そして上記照明
装置は、ランプ(1),カラーホイール(2),偏向素子
(6),インテグレータロッド(5A),第1〜第3リレーレ
ンズ(3a〜3c),偏角プリズム(10),及びTIRプリズム
(8)で構成されている。この実施の形態の特徴は、カラ
ーホイール(2)での入・反射光の分離に偏向素子(6)を用
いている点と、リレー系(3a〜3c)中に偏角プリズム(10)
を配置した点にある。それ以外は第1の実施の形態とほ
ぼ同様に構成されており、その効果も第1の実施の形態
とほぼ同様である。Next, a projector to which the lighting device of FIG. 4 is applied will be described. FIG. 5 is a front view of the projector viewed from the back side of the DMD (4D), and FIG. 6 is a top view of the projector viewed from above. The projector according to the present embodiment includes an illumination device, a DMD (4D) that modulates illumination light from the illumination device, and a projection optical system (9) that projects light modulated by the DMD (4D). are doing. The lighting device is composed of a lamp (1), a color wheel (2), a deflecting element.
(6), integrator rod (5A), first to third relay lenses (3a to 3c), deflection prism (10), and TIR prism
It consists of (8). The feature of this embodiment is that the deflecting element (6) is used for separating the incoming / reflected light at the color wheel (2), and the deflecting prism (10) is provided in the relay system (3a to 3c).
Is located. Otherwise, the configuration is almost the same as that of the first embodiment, and the effect is almost the same as that of the first embodiment.
【0025】ランプ(1)から発せられた照明光は、偏向
素子(6),カラーホイール(2)の順で反射された後、イン
テグレータロッド(5A)を通過することにより照度分布が
均一化される。インテグレータロッド(5A)を射出した照
明光は、第1,第2リレーレンズ(3a,3b)を通過した
後、四角柱形状の偏角プリズム(10)に入射する。偏角プ
リズム(10)に入射した照明光は、反射面(RT)で全反射さ
れた後、反射面(RM)でミラー反射され、更に反射面(RT)
を透過して偏角プリズム(10)を射出する。つまり、偏角
プリズム(10)内部の2つの反射面(RT,RM)により、照明
光路は斜め上方に向けて鈍角に折り曲げられることにな
る。The illumination light emitted from the lamp (1) is reflected in the order of the deflecting element (6) and the color wheel (2), and then passes through the integrator rod (5A) so that the illuminance distribution is made uniform. You. The illumination light emitted from the integrator rod (5A) passes through the first and second relay lenses (3a, 3b), and then enters the square prism-shaped deflection prism (10). Illumination light incident on the deflection prism (10) is totally reflected by the reflection surface (RT), then mirror-reflected by the reflection surface (RM), and further reflected by the reflection surface (RT).
And exits the deflection prism (10). That is, the illumination light path is bent obliquely upward at an obtuse angle by the two reflection surfaces (RT, RM) inside the deflection prism (10).
【0026】偏角プリズム(10)で光路が折り曲げられた
照明光は、第3リレーレンズ(3c)を通過した後、第1,
第2プリズム(8a,8b)から成るTIRプリズム(8)に入射
する。第1プリズム(8a)に入射した照明光は、第2プリ
ズム(8b)と対向している反射面で全反射され、DMD(4
D)を斜め45°方向から照明する。そして、その照明光は
DMD(4D)での反射により光変調される。変調された光
は、第1,第2プリズム(8a,8b)の順でTIRプリズム
(8)を透過した後、投影光学系(9)に入射することによ
り、被投影面(不図示)上に表示画像を形成することにな
る。The illumination light whose optical path is bent by the deflection prism (10) passes through the third relay lens (3c), and then passes through the first and the first relay lenses (3c).
The light enters the TIR prism (8) composed of the second prisms (8a, 8b). Illumination light incident on the first prism (8a) is totally reflected by the reflection surface facing the second prism (8b), and is reflected by the DMD (4).
D) is illuminated from an oblique 45 ° direction. Then, the illumination light is optically modulated by reflection at the DMD (4D). The modulated light is applied to the TIR prism in the order of the first and second prisms (8a, 8b).
After passing through (8), the light enters the projection optical system (9), thereby forming a display image on a projection surface (not shown).
【0027】このプロジェクターの照明系構成による
と、リレー系(3a〜3c)中に配置されている偏角プリズム
(10)によって、TIRプリズム(8)入射前の照明光路が
鈍角に折り曲げられるため、リレーレンズ(3a,3b)等に
よる配置の制限が緩和される。したがって、ランプ(1)
が水平配置された状態で第1の実施の形態(図2)よりも
背が低くなり、プロジェクターは容易に薄型・コンパク
ト化される。また偏角プリズム(10)は、全反射面(RT)と
ミラー反射面(RM)を各1面有しており、全反射を行う反
射面(RT)が透過面である射出面と兼用になっている。こ
のように内部で全反射とミラー反射を行う偏角プリズム
(10)を用いると、偏角プリズム(10)内で照明光路が重ね
合わされるため、光路長が圧縮される。その結果、光学
システムとしてのコンパクト化が達成され、また大きな
反射面を用いる必要もなくなる。According to the illumination system configuration of this projector, the deflection prism arranged in the relay system (3a-3c)
According to (10), the illumination optical path before incidence on the TIR prism (8) is bent at an obtuse angle, so that the restriction on the arrangement by the relay lenses (3a, 3b) and the like is relaxed. Therefore, the lamp (1)
Are shorter than in the first embodiment (FIG. 2) in a state where the projectors are arranged horizontally, and the projector is easily made thin and compact. The deflection prism (10) has one total reflection surface (RT) and one mirror reflection surface (RM), and the reflection surface (RT) that performs total reflection is also used as an exit surface that is a transmission surface. Has become. Deflection prism that internally performs total reflection and mirror reflection in this way
When (10) is used, the illumination light paths are superposed in the deflection prism (10), so that the light path length is compressed. As a result, the size of the optical system can be reduced, and it is not necessary to use a large reflecting surface.
【0028】《第3の実施の形態(図7〜図9)》図7〜
図9に、第3の実施の形態の光学構成を示す。図7は上
方から見たプロジェクターの上面図であり、図8はDM
D(4D)の背面側から見たプロジェクターの正面図であ
り、図9は横から見たプロジェクターの要部側面図であ
る。本実施の形態のプロジェクターは、照明装置と、そ
の照明装置からの照明光を変調するDMD(4D)と、DM
D(4D)で変調された光を投影する投影光学系(9)と、を
有している。そして上記照明装置は、ランプ(1),反射
型のカラーホイール(2),偏向素子(6),インテグレータ
ロッド(5A),第1〜第3リレーレンズ(3a〜3c),第1,
第2平面ミラー(7a,7b),及びTIRプリズム(8)で構成
されている。<< Third Embodiment (FIGS. 7 to 9) >> FIGS.
FIG. 9 shows an optical configuration of the third embodiment. FIG. 7 is a top view of the projector viewed from above, and FIG.
FIG. 9 is a front view of the projector viewed from the back side of D (4D), and FIG. 9 is a side view of a main part of the projector viewed from the side. The projector according to the present embodiment includes a lighting device, a DMD (4D) that modulates illumination light from the lighting device,
A projection optical system (9) for projecting light modulated by D (4D). The lighting device includes a lamp (1), a reflective color wheel (2), a deflecting element (6), an integrator rod (5A), first to third relay lenses (3a to 3c),
It comprises a second plane mirror (7a, 7b) and a TIR prism (8).
【0029】この実施の形態の特徴は、前記第2の実施
の形態における偏角プリズム(10)の代わりに、第1,第
2平面ミラー(7a,7b)をリレー系(3a〜3c)中に配置した
点にある。それ以外は第2の実施の形態とほぼ同様に構
成されており、その効果も第2の実施の形態とほぼ同様
である。また、第1,第2平面ミラー(7a,7b)を用いた
照明光路の折り曲げにより、プロジェクターの背が比較
的低くなり、また底面積もコンパクト化されるという効
果がある。The feature of this embodiment is that, instead of the deflection prism (10) in the second embodiment, first and second plane mirrors (7a, 7b) are provided in a relay system (3a-3c). It is located at the point. Otherwise, the configuration is almost the same as that of the second embodiment, and the effect is almost the same as that of the second embodiment. In addition, the bending of the illumination optical path using the first and second plane mirrors (7a, 7b) has an effect that the height of the projector is relatively low and the bottom area is also compact.
【0030】ランプ(1)から発せられた照明光は、偏向
素子(6),カラーホイール(2)の順で反射された後、イン
テグレータロッド(5A)を通過することにより照度分布が
均一化される。インテグレータロッド(5A)を射出した照
明光は、第1リレーレンズ(3a)を通過した後、第1平面
ミラー(7a)での反射によりその光路が斜め下方に折り曲
げられる。第1平面ミラー(7a)で反射された照明光は、
第2リレーレンズ(3b)を通過した後、第2平面ミラー(7
b)での反射によりその光路が斜め上方に折り曲げられ
る。The illumination light emitted from the lamp (1) is reflected in the order of the deflecting element (6) and the color wheel (2), and then passes through the integrator rod (5A) to make the illuminance distribution uniform. You. After the illumination light emitted from the integrator rod (5A) passes through the first relay lens (3a), its optical path is bent obliquely downward by reflection on the first plane mirror (7a). The illumination light reflected by the first plane mirror (7a)
After passing through the second relay lens (3b), the second flat mirror (7
The light path is bent obliquely upward by the reflection in b).
【0031】第2平面ミラー(7b)で反射された照明光
は、第3リレーレンズ(3c)を通過した後、第1,第2プ
リズム(8a,8b)から成るTIRプリズム(8)に入射する。
第1プリズム(8a)に入射した照明光は、第2プリズム(8
b)と対向している反射面で全反射され、DMD(4D)を斜
め45°方向から照明する。そして、その照明光はDMD
(4D)での反射により光変調される。変調された光は、第
1,第2プリズム(8a,8b)の順でTIRプリズム(8)を透
過した後、投影光学系(9)に入射することにより、被投
影面(不図示)上に表示画像を形成することになる。The illumination light reflected by the second plane mirror (7b) passes through a third relay lens (3c) and then enters a TIR prism (8) composed of first and second prisms (8a, 8b). I do.
Illumination light incident on the first prism (8a) is incident on the second prism (8a).
The light is totally reflected by the reflection surface facing b) and illuminates the DMD (4D) from an oblique 45 ° direction. And the illumination light is DMD
The light is modulated by reflection at (4D). The modulated light passes through the TIR prism (8) in the order of the first and second prisms (8a, 8b), and then enters the projection optical system (9), so that the light is projected on the projection surface (not shown). Thus, a display image is formed.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る照明装
置を用いれば、カラーホイールの反射面の振れにより反
射光線角にズレが生じても、照明光はカラーホイールで
反射されたのちインテグレータに入射するので、表示素
子に対して照明エリアは移動せず安定した照明が可能で
ある。したがって、本発明に係るプロジェクターによれ
ば、色ムラのない高画質の投影画像を得ることができ
る。As described above, if the illumination device according to the present invention is used, even if the angle of the reflected light beam is shifted due to the deflection of the reflection surface of the color wheel, the illumination light is reflected by the color wheel and then transmitted to the integrator. Since the light enters, the illumination area does not move with respect to the display element, and stable illumination is possible. Therefore, according to the projector of the invention, it is possible to obtain a high-quality projected image without color unevenness.
【図1】第1の実施の形態の照明装置を示す光学構成
図。FIG. 1 is an optical configuration diagram showing a lighting device according to a first embodiment.
【図2】第1の実施の形態のプロジェクターの概略光学
構成を示す正面図。FIG. 2 is a front view showing a schematic optical configuration of the projector according to the first embodiment.
【図3】第1の実施の形態のプロジェクターの概略光学
構成を示す上面図。FIG. 3 is a top view illustrating a schematic optical configuration of the projector according to the first embodiment.
【図4】第2の実施の形態の照明装置を示す光学構成
図。FIG. 4 is an optical configuration diagram showing a lighting device according to a second embodiment.
【図5】第2の実施の形態のプロジェクターの概略光学
構成を示す正面図。FIG. 5 is a front view showing a schematic optical configuration of a projector according to a second embodiment.
【図6】第2の実施の形態のプロジェクターの概略光学
構成を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating a schematic optical configuration of a projector according to a second embodiment.
【図7】第3の実施の形態のプロジェクターの概略光学
構成を示す上面図。FIG. 7 is a top view illustrating a schematic optical configuration of a projector according to a third embodiment.
【図8】第3の実施の形態のプロジェクターの概略光学
構成を示す正面図。FIG. 8 is a front view showing a schematic optical configuration of a projector according to a third embodiment.
【図9】第3の実施の形態のプロジェクターの概略光学
構成を示す要部側面図。FIG. 9 is an essential part side view showing a schematic optical configuration of a projector according to a third embodiment.
【図10】第1従来例の照明装置を示す光学構成図。FIG. 10 is an optical configuration diagram showing a lighting device of a first conventional example.
【図11】第2従来例の照明装置を示す光学構成図。FIG. 11 is an optical configuration diagram showing a lighting device of a second conventional example.
【図12】第3従来例の照明装置を示す光学構成図。FIG. 12 is an optical configuration diagram showing a third conventional illumination device.
【図13】本発明の実施の形態における光学作用を説明
するための光路図。FIG. 13 is an optical path diagram for explaining an optical function in the embodiment of the present invention.
【図14】従来例における光学作用を説明するための光
路図。FIG. 14 is an optical path diagram for explaining an optical action in a conventional example.
1 …ランプ 2 …カラーホイール 3 …リレー光学系 3a …第1リレーレンズ 3b …第2リレーレンズ 3c …第3リレーレンズ 4 …表示素子 4D …DMD(表示素子) 5 …インテグレータロッド(インテグレータ) 5A …インテグレータロッド(インテグレータ) 6 …偏向素子 7 …平面ミラー 7a …第1平面ミラー 7b …第2平面ミラー 8 …TIRプリズム 8a …第1プリズム 8b …第2プリズム 9 …投影光学系 10 …偏角プリズム RT …反射面 RM …反射面 AX1 …照明系光軸 AX2 …投影系光軸 1 ... lamp 2 ... color wheel 3 ... relay optical system 3a ... first relay lens 3b ... second relay lens 3c ... third relay lens 4 ... display element 4D ... DMD (display element) 5 ... integrator rod (integrator) 5A ... Integrator rod (integrator) 6 Deflecting element 7 Planar mirror 7a First plane mirror 7b Second plane mirror 8 TIR prism 8a First prism 8b Second prism 9 Projection optical system 10 Deflection prism RT … Reflective surface RM… Reflective surface AX1… Illumination optical axis AX2… Projection optical axis
Claims (2)
間的に順次切り替わるように照明光を反射させる反射型
のカラーホイールと、照明光の照度分布を均一化するイ
ンテグレータと、を有するプロジェクター用の照明装置
において、 前記ランプからの照明光が前記カラーホイールで反射さ
れたのち前記インテグレータに入射するように、ランプ
とインテグレータとの間にカラーホイールを配置したこ
とを特徴とする照明装置。1. A projector comprising: a lamp that emits illumination light; a reflection-type color wheel that reflects illumination light so that a reflected light color is sequentially switched in time; and an integrator that equalizes the illuminance distribution of the illumination light. A lighting device, comprising: a color wheel disposed between a lamp and an integrator such that illumination light from the lamp is reflected by the color wheel and then enters the integrator.
置からの照明光を変調する表示素子と、その表示素子で
変調された光を投影する投影光学系と、を有することを
特徴とするプロジェクター。2. The illumination device according to claim 1, further comprising: a display element for modulating illumination light from the illumination device; and a projection optical system for projecting the light modulated by the display element. Projector.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28249599A JP2001109067A (en) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | Illuminator and projector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28249599A JP2001109067A (en) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | Illuminator and projector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001109067A true JP2001109067A (en) | 2001-04-20 |
Family
ID=17653194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28249599A Pending JP2001109067A (en) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | Illuminator and projector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001109067A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002350975A (en) * | 2001-05-30 | 2002-12-04 | Fuji Photo Optical Co Ltd | Projector device |
JP2004177479A (en) * | 2002-11-25 | 2004-06-24 | Seiko Epson Corp | Rod integrator, illuminator, projector and optical device |
JP2004246363A (en) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | Lg Electron Inc | Projection optical system |
JP2005043704A (en) * | 2003-07-23 | 2005-02-17 | Nec Viewtechnology Ltd | Color display apparatus |
-
1999
- 1999-10-04 JP JP28249599A patent/JP2001109067A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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