JP2002006257A

JP2002006257A - 投影システム

Info

Publication number: JP2002006257A
Application number: JP2000184360A
Authority: JP
Inventors: Jun Nishikawa; 純西川; Shigeru Sawamura; 滋澤村; Katsuhiro Takamoto; 勝裕高本
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2002-01-09
Anticipated expiration: 2020-06-20
Also published as: US6583940B2; JP4126853B2; US20020027720A1

Abstract

(57)【要約】【課題】投影光学系の小型化，広角化が達成可能で、し
かも高いコントラストの投影画像が得られる高性能の投
影システムを提供する。【解決手段】光源５からの光を照明光学系ＩＬでＴＩＲ
プリズムＰＲに導き、ＴＩＲプリズムＰＲで全反射した
光をＤＭＤ２で光変調し、投影光学系ＰＬで被投影面上
に投影する構成であり、以下の条件式を満足する。１００≦Ｘａ≦２５０但し、Ｘａ（ｍｍ）：ＤＭＤ２から照明光学系ＩＬのＤＭＤ２
側の瞳までの距離である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影システムに関
するものであり、更に詳しくは、光変調素子としてＤＭ
Ｄ（Digital Micromirror Device）を備えた投影システ
ムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、投影システムの光変調素子とし
て、ＤＭＤが注目されている。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てお
り、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。各マイクロミラーの傾きは、光変調の
ために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。

【０００３】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。従って、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。

【０００４】図１３は、上記ＤＭＤを備えた投影システ
ムの第１従来例を示す光学構成図である。同図（Ａ）は
投影光学系ＰＬによるイメージサークル３とＤＭＤ２と
の位置関係を示しており、同図（Ｂ）は投影光学系ＰＬ
の光軸ＡＸ１に対して垂直方向から見た投影システムの
要部を示している。投影光学系ＰＬは非テレセントリッ
クに構成されており、照明光学系ＩＬはＤカットレンズ
等（他のレンズは図中省略）で構成されている。ＡＸ２
は照明光学系ＩＬの光軸である。

【０００５】照明光学系ＩＬを通過した光は、ＤＭＤ２
を斜め４５゜方向から照明する。ＤＭＤ２は、各マイク
ロミラーが軸ａｘを中心とした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光が投影光学系ＰＬ
に向けて反射され、ＯＦＦ状態のマイクロミラーでは光
が投影光学系ＰＬ外に向けて反射される。その結果、Ｏ
Ｎ状態のマイクロミラーで反射された光で被投影面１上
に表示画像が形成される。

【０００６】図１４，図１５は、上記ＤＭＤを備えた投
影システムの第２従来例の要部を示す光学構成図であ
る。図１４はＤＭＤ２のマイクロミラーがＯＮ状態のと
きの投影光の光路を示しており、図１５はＤＭＤ２のマ
イクロミラーがＯＦＦ状態のときの投影光の光路を示し
ている。この投影システムは、第１プリズムＰＲ１と第
２プリズムＰＲ２から成るＴＩＲ（Total Internal Ref
rection）プリズムＰＲを備えている。ここで、ＰＬは
投影光学系であり、ＡＸは光軸である。

【０００７】ＤＭＤ２のミラー回転角、つまりＤＭＤ２
を構成しているマイクロミラーの回転角が±１０゜の場
合、ＴＩＲプリズムＰＲを用いる事により、完全テレセ
ントリックの構成でＦナンバーを最大の３．０にする事
ができる。従って、光の利用効率が高くなって、明るい
投影画像を得る事ができる。

【０００８】図１６，図１７は、上記ＤＭＤを備えた投
影システムの第３従来例の要部を示す光学構成図であ
る。図１６はＤＭＤ２のマイクロミラーがＯＮ状態のと
きの投影光の光路を示しており、図１７はＤＭＤ２のマ
イクロミラーがＯＦＦ状態のときの投影光の光路を示し
ている。第３従来例は、上述した第２従来例よりも投影
光学系ＰＬのバック長が長く確保された構成をとってい
る。このため、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射され
た投影光学系ＰＬ寄りの光が、投影光学系ＰＬ内に入射
するのを回避する事ができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１従来例の構成では、投影光学系ＰＬの光路と照明光学
系ＩＬの光路とを分離するために、フルシフトの像円径
が必要になる。つまり図１３（Ａ）に示すように、イメ
ージサークル３のうちの極一部しかＤＭＤ２の配置に使
用する事ができない。このため、広い画角が必要とされ
るリアプロジェクション方式の投影システムにおいて
は、投影光学系ＰＬの低コスト化が困難になる。また、
投影光学系ＰＬと照明光学系ＩＬとの干渉を避けるため
には、投影光学系ＰＬの後ろ絞り化やＤカットレンズの
使用が必要になるが、図１３（Ｂ）に示すように、照明
光学系ＩＬにＤカットレンズを用いると、照度分布を一
様にするのが困難になる。

【００１０】また、上記第２従来例のようにＤＭＤ２か
ら投影光学系ＰＬまでの距離が短い１チップタイプの投
影システムでは、図１５に示すようにＯＦＦ状態のマイ
クロミラーで反射された光のうち、投影光学系ＰＬ寄り
の反射光と、第２プリズムＰＲ２の側面で内面反射され
た光とが、投影光学系ＰＬ内に入射してしまう。これら
の反射光はゴースト光になり、コントラスト低下の原因
となる。またＤＭＤ２側にテレセントリックな構成で
は、テレセントリック側の正レンズに対して光線が高い
位置で入射するため、倍率色収差を小さくする事が困難
になる。

【００１１】また、上記図１６，図１７に示した第３従
来例では、投影光学系ＰＬのレンズバック長が長く確保
された構成をとっているため、投影光学系ＰＬが大型化
して低コスト化が困難になり、倍率色収差も悪化してし
まう。そして、図１７に示すように、ＯＦＦ状態のマイ
クロミラーで反射された光のうち、投影光学系ＰＬ寄り
の反射光は投影光学系ＰＬ外へと射出するが、第２プリ
ズムＰＲ２の側面で内面反射された光は投影光学系ＰＬ
内に入射してしまう。このような反射光はゴースト光に
なり、コントラスト低下の原因となる。

【００１２】特開平８−２５１５２０号公報で提案され
ているビデオプロジェクターでは、これらの問題を解決
するために、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射された
光を光源に戻す構成を採用している。しかし、照明光学
系と投影光学系との共有部分があるため、その共有部分
の面間ゴーストによるコントラストの低下は避けられな
い。

【００１３】また、デジタルテレビ用の投影システムと
しては、コントラストアップ、投影光学系のコンパクト
化，低コスト化や、倍率色収差の充分な補正が要求され
る。特に最近では、いわゆるデジタル放送の立ち上げ時
期が近づくにつれて、小型，低コストで高性能な背面投
影型デジタルテレビ用光学系の需要が高まってきてい
る。また背面投影デジタルテレビとしては、装置全体の
薄型化や小型化が要求されている。さらに、投影画像に
対しては、高コントラスト，高解像力，及び低歪曲収差
等の性能が要求されている。

【００１４】装置全体の薄型化は、投影光学系の広角化
によって達成されるが、広角化と高性能化を同時に達成
しようとした場合、一般的にはレンズ枚数，レンズ全
長，及びレンズ径等が増大し、コストアップが避けられ
なくなる。特にこの影響は、広角化つまり短焦点化にも
かかわらず長いレンズバックを必要とする光学系におい
て顕著となる。加えてＤＭＤ側にテレセントリック性を
要求されると、その困難さは著しく増大する。

【００１５】１チップＤＭＤ用投影システムにおいて広
角化が要求される場合、一般的には大きなＴＩＲプリズ
ムとテレセントリック性が必要である。具体的には、画
角２ω＝８０゜程度の投影光学系において、レンズバッ
ク長が空気換算で２ｆ〜３ｆ程度（ｆは焦点距離）必要
とされている。この事が、小型，低コストで高性能な背
面投影型デジタルテレビ用光学系の実現を阻んでいた。

【００１６】本発明は、このような問題点に鑑み、投影
光学系の小型化，広角化が達成可能で、しかも高いコン
トラストの投影画像が得られる高性能の投影システムを
提供する事を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光源からの光を照明光学系でＴＩＲプ
リズムに導き、そのＴＩＲプリズムで全反射した光をＤ
ＭＤで反射させる事により光変調を行い、その光変調後
に前記ＴＩＲプリズムを透過した光を投影光学系で被投
影面上に投影する投影システムであって、前記照明光学
系が前記光源からの光を平滑化する機能を備え、前記Ｔ
ＩＲプリズムが、前記照明光学系から射出した光を全反
射させる第１プリズムと、前記ＤＭＤでの光変調後に前
記第１プリズムを透過した光を透過させる第２プリズム
と、から成り、以下の条件式を満足する事を特徴とす
る。１００≦Ｘａ≦２５０但し、Ｘａ（ｍｍ）：ＤＭＤから照明光学系のＤＭＤ側の瞳ま
での距離である。

【００１８】また、以下の条件式を満足する事を特徴と
する。２≦Ｆａ≦４ −１．５≦Ｕａ≦７．５但し、Ｆａ：照明光学系のＤＭＤ側のＦナンバーＵａ（°）：照明光学系の周辺部のＵｐｐｅｒｒａｙ
が光軸と成す角度である。

【００１９】さらに、前記第２プリズムが、前記ＤＭＤ
で反射された光を内面反射させない形状を有する事を特
徴とする。或いは、前記第２プリズムにおいて、前記Ｄ
ＭＤで反射された光が入射する側面に、断面が鋸歯状の
シートを接合した事を特徴とする。或いは、前記照明光
学系を構成している最もＤＭＤ側の光学素子が光軸に対
して傾いている事を特徴とする。

【００２０】そして、以下の条件式を満足する事を特徴
とする。１００≦Ｘｂ≦２５０但し、Ｘｂ（ｍｍ）：ＤＭＤから投影光学系のＤＭＤ側の瞳ま
での距離である。

【００２１】また、以下の条件式を満足する事を特徴と
する。２≦Ｆｂ≦４ −７．５≦Ｕｂ≦１．５但し、Ｆｂ：投影光学系のＤＭＤ側のＦナンバーＵｂ（°）：投影光学系の周辺部のＵｐｐｅｒｒａｙ
が光軸と成す角度である。

【００２２】さらに、以下の条件式を満足する事を特徴
とする。１．５ｆ≦Ｌ≦４．６ｆ但し、ｆ（ｍｍ）：投影光学系の焦点距離Ｌ（ｍｍ）：投影光学系の空気換算でのレンズバック長である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。なお、上記図１３〜
図１７で示した従来例や以下に示す実施形態の相互にお
いて、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。

【００２４】図１，図２は、本発明の投影システムの一
実施形態を示す光学構成図である。図１はＤＭＤ２のマ
イクロミラーがＯＮ状態のときの投影光の光路を示して
おり、図２はＤＭＤ２のマイクロミラーがＯＦＦ状態の
ときの投影光の光路を示している。本実施形態は、光源
５，照明光学系ＩＬ，ＴＩＲプリズムＰＲ，ＤＭＤ２，
及び投影光学系ＰＬを備えた、主としてデジタルテレビ
用の投影システムである。

【００２５】投影画像のカラー化は、例えば回転可能な
カラーホイール（不図示）を光路中に配置する事により
達成する事ができる。例えば、Ｒ（赤色），Ｇ（緑
色），Ｂ（青色）を透過或いは反射させるカラーフィル
ターで構成されたカラーホイールを光路中で回転させ
て、投影する色光が時間的に順次切り替わるようにすれ
ば良い。

【００２６】本実施形態において、光源５はランプ５ａ
及びこれを取り囲むように配置されるリフレクタ５ｂ等
より成る。光源５の後方（図中上方）には、インテグレ
ータロッド６が長手方向を光軸に沿うように配置されて
いる。光源５から出た光は集光されてインテグレータロ
ッド６の入射面６ａより入射し、射出面６ｂで均一な照
明となる。

【００２７】インテグレータロッド６の後方には、光の
進む順にレンズ７，反射ミラーｍ，及びレンズ８等より
成るリレーレンズ系９が配設されている。リレーレンズ
系９は、光源側が略テレセントリックであり、ＤＭＤ側
が非テレセントリックとなるように構成されている。な
お、リレーレンズ系９内に配置された反射ミラーｍは、
光軸を右に折り曲げる作用をしている。この反射ミラー
ｍがない構成としても良い。

【００２８】以上のインテグレータロッド６からレンズ
８までを照明光学系ＩＬとする。照明光学系ＩＬにおい
ては、インテグレータロッド６により、光源５から出た
照明光を上述したように均一に、即ち平滑化する。この
照明光の平滑化機能により、ＤＭＤ２の表示面上での軸
上と最軸外との照度差がなくなる。つまり照度分布が一
様となる。ここで、照明光学系ＩＬのレンズ等は、部分
的に図示を省略している。

【００２９】ＴＩＲプリズムＰＲは、第１プリズムＰＲ
１と第２プリズムＰＲ２とから成っており、各プリズム
間に微小なエアギャップがもうけてある。このＴＩＲプ
リズムＰＲによって、ＤＭＤ２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ＰＲ１は、照明光学
系ＩＬから射出した光を全反射面ＰＲ１ａで全反射させ
る。そして、第１プリズムＰＲ１で全反射した光はＤＭ
Ｄ２を照明し、その照明光がＤＭＤ２での反射により光
変調される。

【００３０】第２プリズムＰＲ２は、ＤＭＤ２での光変
調後に第１プリズムＰＲ１を透過した光を透過させる。
このようにしてＤＭＤ２による光変調後にＴＩＲプリズ
ムＰＲを透過した光は、複数のレンズ等から成る投影光
学系ＰＬによって、図示しない被投影面上に投影され
る。但し、投影光学系ＰＬに入射して投影されるのは、
後述するＯＮ状態のマイクロミラーＭで反射された光の
みである。ここで、投影光学系ＰＬのレンズ等は、部分
的に図示を省略している。なお、本実施形態での被投影
面（不図示）はスクリーン面に相当する。

【００３１】また、照明光学系及び投影光学系には、絞
り（ここでは不図示）以外に、周辺光量を規制する光束
規制部材がそれぞれ少なくとも一箇所に配置される。本
実施形態では、照明光学系ＩＬにおいては、レンズ７直
後に光束規制部材Ｓ１が設けられており、またレンズ８
直前に光束規制部材Ｓ２が設けられている。また、投影
光学系ＰＬにおいては、ＤＭＤ２側より順に、光束規制
部材Ｓ３，Ｓ４が設けられている。なお、絞りは後述す
る照明光学系及び投影光学系のレンズ構成図中に、それ
ぞれＳＰ１，ＳＰ２として示している。

【００３２】図３，図４は、本発明の投影システムにお
けるＤＭＤ近傍の光路を示す光学構成図であり、これに
よりＤＭＤによる光変調を詳しく説明する。図３はＤＭ
Ｄ２のマイクロミラーＭがＯＮ状態のときの光路を示し
ており、図４はＤＭＤ２のマイクロミラーＭがＯＦＦ状
態のときの光路を示している。ＤＭＤ２は、多数のマイ
クロミラーＭがマトリックス状に配置された表示面を有
しており、そのマイクロミラーＭ１枚で表示画像の１画
素（例えば１６μｍピッチ）を構成する。

【００３３】光変調のために、各マイクロミラーＭの傾
きは、例えばミラー回転角±１０゜の傾斜で個別に駆動
制御される構成になっており、各マイクロミラーＭは、
図３に示すＯＮ状態と図４に示す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Ｍでは、照明光が投影光学系ＰＬ内に向けて
反射される。この反射光を以下「ＯＮ光」とも言う。ま
た、ＯＦＦ状態のマイクロミラーＭでは、照明光が投影
光学系ＰＬ外に向けて反射される。この反射光を以下
「ＯＦＦ光」とも言う。

【００３４】従って、ＯＮ状態のマイクロミラーＭで反
射されたＯＮ光のみが投影光学系ＰＬによって被投影面
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。ＯＦＦ光は被投影面上で
の画像形成には必要ない不要光であり、このＯＦＦ光が
投影光学系ＰＬ内に入射してしまうと、上述したように
コントラストの低下を招いてしまう。本発明の実施形態
では、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間での光の
伝達を非テレセントリック状態で行う事により、ＯＦＦ
光、特に投影光学系ＰＬ寄りのＯＦＦ光が、投影光学系
ＰＬ内に入射するのを防ぎ、また投影光学系ＰＬの収差
補正の負担を軽くしている。

【００３５】照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間で
の光の伝達を非テレセントリック状態で行う場合、ＤＭ
Ｄ２側のＦナンバーとＤＭＤ２側の瞳位置とに関して、
以下の条件式（１）を満足する事が望ましい。１００≦Ｘａ≦２５０（１）但し、Ｘａ（ｍｍ）：ＤＭＤから照明光学系のＤＭＤ側の瞳ま
での距離である。

【００３６】条件式（１）の上限を上回ると、照明光学
系ＩＬのＤＭＤ２側の主光線の角度がテレセントリック
に近づく。つまり、瞳からＤＭＤ２までの距離が無限大
に近づくため、ＴＩＲプリズムＰＲ内でのＯＮ光とＯＦ
Ｆ光との分離が困難になり，ＯＦＦ光が投影光学系ＰＬ
内に入り込む。そのため、コントラストが低下する。条
件式（１）の下限を下回ると、照明光学系ＩＬのＤＭＤ
２側の主光線の角度がテレセントリックから大きく外れ
るので、ＴＩＲプリズムＰＲ内で照明光の一部に全反射
条件を満たさない光線が出てくる。このため、ＯＮ光と
して投影光学系ＰＬに入る光線が少なくなり、暗くな
る。

【００３７】また、以下の条件式（２）を満足する事が
望ましい。２≦Ｆａ≦４（２）但し、Ｆａ：照明光学系のＤＭＤ側のＦナンバーである。条件式（２）の下限値を下回ると、非常に高い
性能のＤＭＤを用いる事になるため、高コストになる。
上限値を上回ると、有効に光を利用できず、また映像が
暗くなる。

【００３８】このとき、以下の条件式（３）を満足する
事が望ましい。 −１．５≦Ｕａ≦７．５（３）但し、Ｕａ（°）：照明光学系の周辺部のＵｐｐｅｒｒａｙ
が光軸と成す角度である。ここで、Ｕｐｐｅｒｒａｙについて以下に説
明する。

【００３９】図５は、Ｕｐｐｅｒｒａｙの方向の定義
を示す模式図であり、投影光学系を例に挙げて示してい
る。同図において、ＤＭＤ２から投影光学系ＰＬに向か
う光Ｌの内、各像高において最も外側を通る光線Ｕｐｐ
ｅｒｒａｙをＵｒとおくと、同図のようにＵｒが投影
光学系に対して内側に傾いている場合にＵｒと光軸ＡＸ
との成す角度Ｕａを正の値（＋）とし、Ｕｒが外側に傾
いている場合のＵａを負の値（−）とする。照明光学系
からＤＭＤ２に向かうＵｐｐｅｒｒａｙについては符
号が逆となる。

【００４０】また、以下の条件式（４）を満足する事が
望ましい。１００≦Ｘｂ≦２５０（４）但し、Ｘｂ（ｍｍ）：ＤＭＤから投影光学系のＤＭＤ側の瞳ま
での距離である。

【００４１】条件式（４）の上限を上回ると、投影光学
系ＰＬのＤＭＤ２側の主光線の角度がテレセントリック
に近づく。つまり、瞳からＤＭＤ２までの距離が無限大
に近づくため、投影光学系ＰＬの最終面を通る光線が光
軸ＡＸから離れてしまう。このため、特に倍率色収差や
歪曲収差の補正が困難になる。また、投影光学系ＰＬの
大型化を招く事になる。条件式（４）の下限を下回る
と、投影光学系ＰＬで使用できる光線の一部が、全反射
条件を満たさない光線となる。このため、ＯＮ光として
投影光学系ＰＬに入る光線が少なくなり、暗くなる。

【００４２】また、以下の条件式（５）を満足する事が
望ましい。２≦Ｆｂ≦４（５）但し、Ｆｂ：投影光学系のＤＭＤ側のＦナンバーである。条件式（５）の下限値を下回ると、非常に高い
性能のＤＭＤを用いる事になるため、高コストになる。
上限値を上回ると、有効に光を利用できず、また映像が
暗くなる。

【００４３】このとき、以下の条件式（６）を満足する
事が望ましい。 −７．５≦Ｕｂ≦１．５（６）但し、Ｕｂ（°）：投影光学系の周辺部のＵｐｐｅｒｒａｙ
が光軸と成す角度である。

【００４４】さらに、以下の条件式（７）を満足する事
が望ましい。１．５ｆ≦Ｌ≦４．６ｆ（７）但し、ｆ（ｍｍ）：投影光学系の焦点距離Ｌ（ｍｍ）：投影光学系の空気換算でのレンズバック長である。

【００４５】本実施形態のように、ＴＩＲプリズムＰＲ
とＤＭＤ２を用いた投影システムにおいて、照明光学系
ＩＬのＤＭＤ２側のＦナンバーを大きく、即ち暗くし、
且つＤＭＤ側の瞳位置を短くして、テレセントリック性
を外す構成をとれば、ＯＮ光とＯＦＦ光（不要光）の影
響によるコントラストの低下を改善する事ができる。つ
まり、テレビにとって重要なコントラストを大きく改善
する事ができるため、例えば本実施形態の投影システム
をデジタルテレビに適用する事により、高画質の投影画
像を得る事ができる。

【００４６】特に、本実施形態では、投影光学系の瞳位
置と周辺光束を、照明光学系のそれに合わせた構成をと
る事によって、投影光学系のより一層の広角化が達成可
能となる。このような瞳位置の設定とマッチングによっ
て、ＴＩＲプリズムの小型化（従来より外寸で３０％
減）を図り、２ω＝８５゜と広角で小型な投影光学系を
実現している。本発明をいわゆるリアプロジェクション
テレビに応用した場合、投影光学系の広角化によって装
置全体の薄型化が達成される。また、上記光束規制部材
により、ＯＦＦ光の中で特に有害な光線を有効にカット
する事で、高コントラスト化を達成している。

【００４７】本実施形態に用いられているＴＩＲプリズ
ムＰＲは、図１，図２に示したように、第２プリズムＰ
Ｒ２がＤＭＤ２で反射された光を内面反射させない形
状、つまり投影光学系ＰＬ側を光軸ＡＸに対して垂直方
向に突出させた３角形状を有している。上述した従来例
（図１３〜図１７）では第２プリズムＰＲ２の側面が光
軸ＡＸに対して平行になっているため、その側面で内面
反射したＯＦＦ光が投影光学系ＰＬに入射してしまう
が、図２に示すように第２プリズムＰＲ２の側面１０を
光軸ＡＸに対して傾斜させれば、ＯＦＦ光が側面１０に
入射しないため、ＯＦＦ光が内面反射して投影光学系Ｐ
Ｌに入射するのを回避する事ができる。従って、ＯＦＦ
光の内面反射によるコントラストの低下を防止する事が
できる。

【００４８】上記のように第２プリズムＰＲ２の側面１
０を傾斜させる代わりに、図６に示すように、ＤＭＤ２
で反射されたＯＦＦ光が入射する側面１０に、断面が鋸
歯状（例えばフレネル状）のシート１１を接合しても良
い。第２プリズムＰＲ２のＯＦＦ光が入射する側面１０
に鋸歯状のシート１１を接合すれば、ＯＦＦ光は側面１
０とシート１１を通過する事になる。従って、ＯＦＦ光
が内面反射して投影光学系ＰＬに入射するのを回避する
事ができる。このようにシート１１を用いる事により、
ＯＦＦ光の内面反射によるコントラストの低下を防止す
るとともに、第２プリズムＰＲ２の軽量，小型化が可能
となる。

【００４９】また図７に示すように、照明光学系ＩＬを
構成している最もＤＭＤ２側のレンズ８が光軸ＡＸに対
して傾いた構成としても良い。このように、照明光学系
ＩＬのＤＭＤ２側の光学素子を傾ける事により、照明エ
リアのフォーカス状態を良くする事ができる。従って、
光の利用効率が高くなって、明るい投影画像を得る事が
できる。

【００５０】以下、本発明を実施した投影システムの構
成を、光学系のコンストラクションデータ等を挙げて、
更に具体的に説明する。以下に挙げる実施例１，２の光
学系は、上述した本実施形態の照明光学系ＩＬ及び投影
光学系ＰＬに対応するものであり、また実施例３の光学
系は、ズームレンズの例における本実施形態の投影光学
系ＰＬに対応するものである。

【００５１】図８に実施例１の照明光学系ＩＬのレンズ
構成を示し、図９に実施例１の投影光学系ＰＬのレンズ
構成を示す。また、図１０に実施例２の照明光学系ＩＬ
のレンズ構成を示し、図１１に実施例２の投影光学系Ｐ
Ｌのレンズ構成を示す。さらに、図１２に実施例３の投
影光学系ＰＬのレンズ構成を示す。各図では照明光学系
ＩＬの左側が光源５側であり、投影光学系ＰＬの左側が
被投影側である。

【００５２】各光学系の右端部に配置されている平板
は、ＤＭＤ２のカバーガラスに相当する。なお、図１２
中の矢印は、ズーム時のそれぞれ第１レンズ群Ｇｒ１，
第２レンズ群Ｇｒ２，第３レンズ群Ｇｒ３のテレ端から
ワイド端への移動の様子を模式的に表したものである。
また、同図はそのズーム時のテレ端の状態を示してい
る。

【００５３】各実施例において、ri(i=1,2,3...)は、被
投影側又は光源５側から数えてi 番目の面及びその曲率
半径(mm)を示し、di(i=1,2,3...)は、被投影側又は光源
５側から数えてi 番目の軸上面間隔(mm)を示し、Ni(i=
1,2,3...)，νi(i=1,2,3...)は、それぞれ被投影側又は
光源５側から数えてi 番目のレンズのｄ線に対する屈折
率，アッベ数を示す。なお、各実施例におけるＤＭＤ２
のミラー回転角は±１０゜である。

【００５４】また、実施例３中の投影光学系ＰＬの焦点
距離ｆ，及びＦナンバーＦｂ、並びに第１レンズ群と第
２レンズ群との間隔(d8)，第２レンズ群と第３レンズ群
との間隔(d14)，及び第３レンズ群とそれ以降のレンズ
系との間隔(d21)は、左から順に、テレ端（Ｔ），ミド
ル（Ｍ），ワイド端（Ｗ）でのそれぞれの値に対応して
いる。なお、各実施例中、曲率半径に＊印を付した面
は、非球面で構成された面である事を示し、非球面の面
形状を表す式は、以下に定義する。

【００５５】Ｘ＝Ｘ₀＋ΣＡ_iＹⁱ ・・・・・（ａ）Ｘ₀ ＝ＣＹ²／｛１＋（１−εＣ²Ｙ²）^1/2｝・・・・・（ｂ）但し、Ｘ：光軸方向の基準面からの変位量（面頂点基準）Ｙ：光軸と垂直な方向の高さＣ：近軸曲率 ε ：２次曲面パラメータＡ_i ：ｉ次の非球面係数である。

【００５６】《実施例１の照明光学系（ＩＬ）》 Xa=143mm, Fa=3.0, Ua=4.2# [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率(Nd)] [アッベ数(νd)] r1= ∞ d1= 8.000 N1=1.52307 ν1= 58.57 r2*=-14.680 d2= 0.0 r3= ∞(光束規制部材S1 φ21.4mm) d3= 14.000 r4= 318.894 d4= 1.500 N2=1.75520 ν2= 27.53 r5= 23.100 d5= 12.000 N3=1.62041 ν3= 60.34 r6= -29.123 d6= 0.0 r7= ∞(絞りSP1 φ24.43mm) d7=100.000 r8= ∞(光束規制部材S2 φ31.1mm) d8= 0.0 r9= 39.739 d9= 5.000 N4=1.62041 ν4= 60.34 r10= ∞ d10=19.207 N5=1.51680 ν5= 64.20 r11= ∞ d11=19.601 N6=1.51680 ν6= 64.20 r12= ∞ d12= 3.404 r13= ∞ d13= 2.827 N7=1.47069 ν7= 67.39 r14= ∞ [第２面(r2)の非球面係数] ε= 0.50000

【００５７】《実施例１の投影光学系（ＰＬ）》 Xb=123mm, Fb=3.0, Ub=-4.4#, L=2.3f, f=10.604mm [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率(Nd)] [アッベ数(νd)] r1= 102.093 d1= 2.500 N1=1.49700 ν1= 81.61 r2= 18.897 d2= 5.200 r3= 24.049 d3= 3.500 N2=1.49300 ν2= 58.34 r4*= 14.977 d4= 35.000 r5= ∞(光束規制部材S4 φ13.4mm) d5= 0.0 r6= 22.125 d6= 1.700 N3=1.61800 ν3=63.39 r7= 10.676 d7= 1.600 r8= 13.113 d8= 3.000 N4=1.75520 ν4= 27.53 r9= 313.074 d9= 2.200 r10= ∞(絞りSP2 φ8.32mm) d10= 3.000 r11= ∞(光束規制部材S3 φ9.2mm) d11= 1.300 r12= -26.785 d12= 1.300 N5=1.75520 ν5= 27.53 r13= 15.268 d13= 5.200 N6=1.61800 ν6= 63.39 r14= -21.152 d14= 0.500 r15=-402.914 d15= 1.000 N7=1.68150 ν7= 36.64 r16= 21.671 d16= 3.000 r17= 663.887 d17= 4.000 N8=1.49310 ν8= 83.58 r18= -20.309 d18= 0.300 r19= 29.119 d19= 6.900 N9=1.49310 ν9= 83.58 r20= -29.298 d20= 3.000 r21= ∞ d21=24.000 N10=1.51680 ν10=64.20 r22= ∞ d22= 3.200 r23= ∞ d23= 2.750 N11=1.47069 ν11=67.39 r24= ∞ [第４面(r4)の非球面係数] ε= 0.20000 A4=-0.16282×10^-4 A6=-0.28393×10^-7 A8=-0.86959×10^-10

【００５８】《実施例２の照明光学系（ＩＬ）》 Xa=243mm, Fa=3.0, Ua=6.1# [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率(Nd)] [アッベ数(νd)] r1= ∞ d1= 8.000 N1=1.52307 ν1= 58.57 r2*= -14.186 d2= 0.0 r3= ∞(光束規制部材S1 φ21.4mm) d3= 14.000 r4= 273.434 d4= 1.800 N2=1.75520 ν2= 27.53 r5= 22.100 d5= 12.400 N3=1.62041 ν3= 60.34 r6= -28.106 d6= 0.0 r7= ∞(絞りSP1 φ24.4mm) d7= 90.000 r8= ∞(光束規制部材S2 φ30.6mm) d8= 0.0 r9= 42.200 d9= 5.500 N4=1.62041 ν4= 60.34 r10= ∞ d10=19.207 N5=1.51680 ν5= 64.20 r11= ∞ d11=19.601 N6=1.51680 ν6= 64.20 r12= ∞ d12= 3.404 r13= ∞ d13= 2.827 N7=1.47069 ν7= 67.39 r14= ∞ [第２面(r2)の非球面係数] ε= 0.50000

【００５９】《実施例２の投影光学系（ＰＬ）》 Xb=233mm, Fb=3.0, Ub=-6.4#, L=2.8f, f=10.6mm [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率(Nd)] [アッベ数(νd)] r1= 121.131 d1= 3.300 N1= 1.49700 ν1= 81.61 r2= 22.354 d2= 6.600 r3= 31.402 d3= 4.400 N2= 1.49300 ν2= 58.34 r4*= 17.982 d4= 45.300 r5= ∞(光束規制部材S4 φ13.6mm) d5= 0.0 r6= 26.817 d6= 2.300 N3= 1.61800 ν3= 63.39 r7= 13.161 d7= 2.000 r8= 16.406 d8= 3.200 N4= 1.75520 ν4= 27.53 r9= 8954.958 d9= 2.000 r10= ∞(絞りSP2 φ9.06mm) d10= 5.000 r11= ∞(光束規制部材S3 φ10.6mm) d11= 1.100 r12= -25.410 d12= 2.300 N5= 1.75520 ν5= 27.53 r13= 19.294 d13= 6.500 N6= 1.61800 ν6= 63.39 r14= -20.547 d14= 0.670 r15= 186.679 d15= 1.700 N7= 1.68150 ν7= 36.64 r16= 24.261 d16= 3.500 r17= 120.686 d17= 4.800 N8= 1.49310 ν8= 83.58 r18= -29.273 d18= 0.300 r19= 29.605 d19= 6.800 N9= 1.49310 ν9= 83.58 r20= -42.262 d20= 3.000 r21= ∞ d21=24.000 N10=1.51680 ν10=64.20 r22= ∞ d22= 3.200 r23= ∞ d23= 2.750 N11=1.47069 ν11=67.39 r24= ∞ [第４面(r4)の非球面係数] ε= 0.20000 A4=-0.10852×10^-4 A6=-0.15264×10^-7 A8=-0.23190×10^-10

【００６０】《実施例３の投影光学系（ＰＬ）》テレ端 Xb=113mm, Fb=4.0, Ub=-1.2# ワイド端 Xb=113mm, Fb=4.0, Ub=-1.4# f=32.28mm〜28.495mm〜24.856mm [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率(Nd)] [アッベ数(νd)] r1= 70.274 d1= 1.900 N1= 1.71300 ν1= 53.93 r2= 23.767 d2= 4.900 r3= 283.526 d3= 1.700 N2= 1.71300 ν2= 53.93 r4= 38.470 d4= 4.800 r5= -91.051 d5= 1.700 N3= 1.71300 ν3= 53.93 r6= 68.457 d6= 0.900 r7= 51.780 d7= 4.600 N4= 1.7440 ν4= 44.93 r8= -50.891 d8= 3.648〜10.129〜17.981 r9= -55.047 d9= 1.700 N5= 1.76182 ν5= 26.61 r10= 78.453 d10= 3.800 N6= 1.71300 ν6= 53.93 r11= -40.154 d11= 0.300 r12= 34.181 d12= 3.500 N7= 1.71300 ν7= 53.93 r13=-533.561 d13= 0.0 r14= ∞(光束規制部材S4 φ16.6mm) d14= 8.292〜4.824〜1.700 r15= ∞(絞りSP2 φ11.74mm) d15= 3.000 r16= 31.585 d16= 3.000 N8= 1.76182 ν8= 26.61 r17= -88.687 d17= 1.200 N9= 1.62041 ν9= 60.29 r18= 42.918 d18= 0.500 r19= ∞(光束規制部材S3 φ12.0mm) d19= 3.800 r20= -83.988 d20= 1.500 N10=1.84666 ν10=23.78 r21= 39.900 d21= 7.000〜7.300〜7.000 r22= 63.188 d22= 2.600 N11=1.84666 ν11=23.78 r23= 25.353 d23= 4.000 r24= 136.107 d24= 4.300 N12=1.49310 ν12=83.58 r25= -31.287 d25= 0.240 r26= 31.760 d26= 5.500 N13=1.49310 ν13=83.58 r27= -82.575 d27= 7.300 r28= ∞ d28=22.000 N14=1.51680 ν14=64.20 r29= ∞ d29= 3.000 r30= ∞ d30= 2.750 N15=1.50847 ν15=61.19 r31= ∞

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
投影光学系の小型化，広角化が達成可能で、しかも高い
コントラストの投影画像が得られる高性能の投影システ
ムを提供する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投影システムの一実施形態を示す光学
構成図（ＯＮ状態）。

【図２】本発明の投影システムの一実施形態を示す光学
構成図（ＯＦＦ状態）。

【図３】本発明の投影システムにおけるＤＭＤ近傍の光
路を示す光学構成図（ＯＮ状態）。

【図４】本発明の投影システムにおけるＤＭＤ近傍の光
路を示す光学構成図（ＯＦＦ状態）。

【図５】Ｕｐｐｅｒｒａｙの方向の定義を示す模式
図。

【図６】断面が鋸歯状のシートを接合したＴＩＲプリズ
ムの作用の説明図。

【図７】照明光学系のＤＭＤ側のレンズが光軸に対して
傾いた構成を示す図。

【図８】実施例１の照明光学系のレンズ構成を示す図。

【図９】実施例１の投影光学系のレンズ構成を示す図。

【図１０】実施例２の照明光学系のレンズ構成を示す
図。

【図１１】実施例２の投影光学系のレンズ構成を示す
図。

【図１２】実施例３の投影光学系のレンズ構成を示す
図。

【図１３】投影システムの第１従来例を示す光学構成
図。

【図１４】投影システムの第２従来例の要部を示す光学
構成図（ＯＮ状態）。

【図１５】投影システムの第２従来例の要部を示す光学
構成図（ＯＦＦ状態）。

【図１６】投影システムの第３従来例の要部を示す光学
構成図（ＯＮ状態）。

【図１７】投影システムの第３従来例の要部を示す光学
構成図（ＯＦＦ状態）。

【符号の説明】

２ＤＭＤ５光源６インテグレータロッド７，８レンズ９リレーレンズ系１０側面１１シートＩＬ照明光学系ＰＬ投影光学系ＰＲＴＩＲプリズムＳ１〜Ｓ４光束規制部材ＳＰ絞りＡＸ光軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高本勝裕大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H087 KA07 LA01 LA24 PA03 PA08 PA18 PB04 PB09 QA01 QA02 QA05 QA07 QA13 QA17 QA22 QA25 QA26 QA31 QA34 QA41 QA46 RA05 RA12 RA32 RA36 SA22 SA25 SA28 SA31 SA62 SA63 SA64 SA75 SB05 SB14 SB24 SB34 5C060 BA08 BA09 BC05 GB06 HC00 HC12 HC17 HD05 JA00 JA17 JB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光を照明光学系でＴＩＲプリ
ズムに導き、そのＴＩＲプリズムで全反射した光をＤＭ
Ｄで反射させる事により光変調を行い、その光変調後に
前記ＴＩＲプリズムを透過した光を投影光学系で被投影
面上に投影する投影システムであって、前記照明光学系が前記光源からの光を平滑化する機能を
備え、前記ＴＩＲプリズムが、前記照明光学系から射出した光
を全反射させる第１プリズムと、前記ＤＭＤでの光変調
後に前記第１プリズムを透過した光を透過させる第２プ
リズムと、から成り、以下の条件式を満足する事を特徴とする投影システム；１００≦Ｘａ≦２５０但し、Ｘａ（ｍｍ）：ＤＭＤから照明光学系のＤＭＤ側の瞳ま
での距離である。
【請求項２】以下の条件式を満足する事を特徴とする
請求項１に記載の投影システム；２≦Ｆａ≦４ −１．５≦Ｕａ≦７．５但し、Ｆａ：照明光学系のＤＭＤ側のＦナンバーＵａ（°）：照明光学系の周辺部のＵｐｐｅｒｒａｙ
が光軸と成す角度である。
【請求項３】前記第２プリズムが、前記ＤＭＤで反射
された光を内面反射させない形状を有する事を特徴とす
る請求項１又は請求項２に記載の投影システム。
【請求項４】前記第２プリズムにおいて、前記ＤＭＤ
で反射された光が入射する側面に、断面が鋸歯状のシー
トを接合した事を特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の投影システム。
【請求項５】前記照明光学系を構成している最もＤＭ
Ｄ側の光学素子が光軸に対して傾いている事を特徴とす
る請求項１又は請求項２に記載の投影システム。
【請求項６】以下の条件式を満足する事を特徴とする
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の投影システム；１００≦Ｘｂ≦２５０但し、Ｘｂ（ｍｍ）：ＤＭＤから投影光学系のＤＭＤ側の瞳ま
での距離である。
【請求項７】以下の条件式を満足する事を特徴とする
請求項６に記載の投影システム；２≦Ｆｂ≦４ −７．５≦Ｕｂ≦１．５但し、Ｆｂ：投影光学系のＤＭＤ側のＦナンバーＵｂ（°）：投影光学系の周辺部のＵｐｐｅｒｒａｙ
が光軸と成す角度である。
【請求項８】以下の条件式を満足する事を特徴とする
請求項７に記載の投影システム；１．５ｆ≦Ｌ≦４．６ｆ但し、ｆ（ｍｍ）：投影光学系の焦点距離Ｌ（ｍｍ）：投影光学系の空気換算でのレンズバック長である。