JP2002287081A

JP2002287081A - 反射型プロジェクタ装置

Info

Publication number: JP2002287081A
Application number: JP2001089027A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Tanitsu; 雅彦谷津; Koji Hirata; 浩二平田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ＤＭＤを用いた反射型パネルに固有の像の拡
大を補正するとともに、小型軽量のインテグレ−タを用
いた反射型プロジェクタを提供する。【解決手段】ランプとリフレクタと多重反射素子とリ
レ−レンズを用いた光軸に対して、ＤＭＤを所定の角度
θで傾斜し光軸に平行な入射光束をＤＭＤ全体の面の法
線方向とそれ以外の方向反射する反射型パネルと、投射
レンズを備え、前記多重反射素子の出射面の開口形状
を、前記反射型パネルの形状にほぼ相似な矩形サイズに
対して４５度方向に約（１/ｃｏｓθ）圧縮した形状と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型プロジェク
タ装置に係わり、特にDMDを用いた反射型パネルに固有
の拡大歪みを補正した小型計量な反射型プロジェクタ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、反射型プロジェクタの場合、反
射型パネルの特性によって、２種類に大別される。

【０００３】第１の方式は、反射型パネルに垂直に入射
及び反射する方式である。この方式では、投射レンズの
光軸上にハーフミラー或はハーフプリズム等を配置し、
このハーフミラー或はハーフプリズムを介して照明光学
系の光束が投射レンズの一部を通り反射型パネル面に到
達し反射し、投射レンズを経てスクリーン面に投射され
る方式が従来からある。また、最近では、液晶の反射型
パネルでの偏光方向の回転とＰＢＳ素子を組合せて、反
射型パネルからの反射光を投射レンズに導く方式もあ
る。これらの方式では、液晶の反射型パネルが用いられ
ている。

【０００４】第２の方式は、反射型パネルに斜め方向か
ら光束を入射し、反射型パネルの中の画素一つ一つに相
当する微小なミラーで反射する方式である。この方式で
は、反射型パネル全体に対しては入射光学系の光軸が斜
めに配置され、反射型パネルからの反射光束は反射型パ
ネル全体に対して垂直に反射し、また、反射型パネル全
体に対して垂直に配置された投射レンズを経てスクリー
ン面に到達する。

【０００５】この第２の方式では、反射型パネルとし
て、雑誌「写真工業」の１９９８年５月号の第９６頁か
ら第９９頁に示されているＤＭＤ（Digital Micromirro
r Device）を用いたパネルが使用されている。このＤＭ
Ｄには各画素に対応した２次元状に密に配列された微小
ミラーが画素数分あり、−１０度から＋１０度へ傾きを
変化させることによって、反射光が投射レンズに入射す
る“ＯＮ状態”と、投射レンズに入射しない“ＯＦＦ状
態”を作り出す構成となっている。

【０００６】図２と図３を用いて、反射型パネルとして
ＤＭＤを用いたパネルでの其々１個の微小ミラーの挙動
と作用について説明する。

【０００７】図２は、微小ミラーの振り角と反射光が投
射レンズに入射する“ＯＮ状態”と反射光が投射レンズ
に入射しない“ＯＦＦ状態”の角度的な関係を示す図で
ある。図２において、５はＤＭＤを用いた反射型パネ
ル、１０５はＤＭＤを構成する微小ミラーである。ここ
で、微小ミラー１０５の振角を±１０度とし、反射型パ
ネル５の有効範囲全体の平面に対して２０度の傾きで入
射するように照明光学系（図示せず）を配置する。

【０００８】微小ミラー１０５が入射光束を迎える側へ
１０度振れた場合、２０度の傾きで入射した光線は、ち
ょうど反射型パネル５の有効範囲全体の平面に対して垂
直の反射光束、即ち“ＯＮ状態”となる。逆に、微小ミ
ラー１０５が入射光束を迎える側と逆へ１０度振れた場
合（−１０度）、微小ミラー５が差分で２０度回転した
ことになり，反射光束は、２倍で４０度回転する。即
ち，反射型パネル２の有効範囲全体の平面に対して４０
度の方向へ反射される“ＯＦＦ状態”となる。

【０００９】また、図３は、図２で示した微小ミラー１
０５の振り角(±１０度)の振れる方向を示す図である。
図３に示すように、微小ミラー１０５は，そのミラー部
の４隅のうちの対角となる２隅に支えの部材があり、そ
の２箇所の支え位置を中心に図２で説明した±１０度の
回転が起こる。即ち、微小ミラー１０５の回転中心が、
微小ミラー１０５の対角部となるため、図２で説明した
±１０度も、その回転が起こる平面内での現象となる。
具体的には、反射型パネル５の有効範囲全体の長手方向
に対して４５度回転した方向である。

【００１０】図４にＤＭＤを用いた反射型パネルを反射
型プロジェクタに適用した全体構成を示す。図４におい
て、１はランプ、２はリフレクタ、８は少なくとも１枚
以上の凸レンズ、９は平板状の第１のレンズアレイ、１
０は平板状の第２のレンズアレイ、１１は少なくとも１
枚以上の凸レンズを有する集光レンズである。６は投射
レンズ、５は反射型パネルである。反射型パネル５は、
入射光の光軸と反射型パネルの法線とがほぼ２０度とな
るように入射光の光軸に傾斜して配置されており、従っ
て、反射型パネル５への入射光の光軸と投射レンズ６の
光軸とは同じ角度であるほぼ２０度である。７は色分離
手段としてのカラーホイールであり、２０はランプ１か
ら凸レンズ１１までの照明光学系である。第１のレンズ
アレイ９と第２のレンズアレイ１０は、例えば特開平１
１−２８１９２３で開示されているレンズアレイ方式の
インテグレ−タであり、図５に第１のレンズアレイ９の
概観形状を示す。第１のレンズアレイ９は、マトリック
ス状に配列された通常矩形形状の複数のレンズセル（以
下セルと省略する）からなる。

【００１１】図４でリフレクタ２は断面形状が楕円面で
ある楕円面リフレクタとしているが、この場合、リフレ
クタ２の第１焦点位置或はその近傍に配置したランプ１
から出射した光束は、リフレクタ２の第２焦点位置或は
その近傍に結像し、スポット像を形成する。このスポッ
ト像の位置にカラーホイール７のダイクロイックミラー
部が回転し、Ｒ，Ｇ，Ｂ等の色に分離される。このカラ
ーホイール７で分離されたＲ，Ｇ，Ｂ等の光束は、凸レ
ンズ８で平行光束に変換され、第１のレンズアレイ９で
マトリックス状に配列された複数の矩形状のセルにより
複数の光束に分割され、第２のレンズアレイ１０でマト
リックス状に配列された複数の矩形状のセルにより第１
のレンズアレイ９で分割された複数の光束はそれぞれ拡
大されて、集光レンズ１１で反射型パネル５上に重畳照
射される。その後、反射型パネル５で反射した光束は投
射レンズ６を経てスクリーン面（図示せず）に投射され
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】発明者は、特願平１１
−１４９３２６号にて、ＤＭＤを用いた反射型パネルに
レンズアレイ方式のインテグレ−タを組合わせた反射型
プロジェクタにおいて、第１のレンズアレイ９の各セル
の像が１／ｃｏｓ２０度＝１．０６倍に拡大されること
を指摘した。

【００１３】図６はこの拡大歪を説明する概念図で、反
射型パネルの法線と入射光とのなす入射面を示す。図６
で、５はＤＭＤを用いた反射型パネルであり、反射型パ
ネル５上の微小ミラ−は、入射角θ＝２０度で入射する
入射光を、反射型パネル５の法線方向に反射するＯＮ状
態を示している。図６で入射光に直交する長さＡは反射
型パネル５上では下記(数１)の通り１．０６倍の長さと
なる。但し、入射光はテレセントリックとする。

【００１４】Ｘ＝Ａ/ｃｏｓθ＝Ａ/ｃｏｓ２０度＝１．０６Ａ … （数１）図７は、この拡大歪を説明する斜め入射光束の断面形状
を示す第1の模式図で、入射光束はテレセントリックと
する。レンズアレイのセルの形状が通常矩形状なので、
入射光束を四角柱で表している。

【００１５】垂直に入射して垂直に反射する液晶反射型
パネルの場合は、反射光束の断面形状は四角柱を垂直に
横切る平面となるが、ＤＭＤ反射型パネルの場合は入射
角θが２０度であるため、四角柱を斜めにθの角度で横
切る平面となり、この傾斜した平面上の傾斜方向にある
直線の長さＸは（数１）の通りとなる。即ち、この傾斜
した平面上の傾斜方向にある直線に直交する方向の長さ
Ｂには変化がなく、拡大歪は傾斜方向に発生する。

【００１６】図８は、入射光束がテレセントリックでな
い場合のこの拡大歪を説明する斜め入射光束の断面形状
を示す第２の模式図で、入射光束がテレセントリックで
ないため断面形状は四角錐である。この場合も、同様に
四角錐を斜めにθの角度で横切る平面となり、この傾斜
した平面上傾斜方向にある直線の長さは１／ｃｏｓθ＝
１．０６倍となる。

【００１７】従って、予め、第１のレンズアレイ９の各
セルの形状（矩形形状）をミラーが±１０度回転する方
向（図３参照。反射型パネル５の有効範囲全体の長手方
向に対して４５度回転した方向）で、ｃｏｓ２０度（＝
０．９４）分圧縮（長さを６％短くする）しておけば拡
大歪を補正することができることになる。

【００１８】図９に４５度方向に圧縮したセルの断面形
状を示す。図９において、光軸方向は紙面に垂直な方向
であり、二点鎖線で示す方向が微小ミラ−の支点方向
で、これに直交する方向が回転方向である。従って、微
少ミラ−の回転方向にｃｏｓ２０度（＝０．９４）分圧
縮するので、矩形断面形状が微少ミラ−の支点方向に傾
いたような平行四辺形の断面形状となることが図から明
らかである。

【００１９】この平行四辺形の断面形状を有するセル
を、前記矩形形状のセルと同一面内で置き替えて配置す
れば拡大歪を補正することができる。

【００２０】以上は、セル１個１個に関する議論である
が、この非矩形形状セルを隙間無く稠密な状態で配列す
る必要があるので、図１０のように斜め配列する必要が
ある。

【００２１】しかし、図１０において、例えばセル
(1)，(2)と(3)，(4)の境をセル(1)，(2)側からみた場
合、セルが非矩形形状であるため対角線ａは対角線ｂに
比べ長いので、セル(3)の対角線ａの端部Ｃは、セルの
曲面の頂点に接する接平面から曲面までの距離であるサ
グ量が大きく、対角線ｂの端部Ｄはサグ量が小さい。同
様にセル(4)の対角線ａの端部Ｅはサグ量が大きい。従
って、セル(3)とセル(4)との境界で所謂面ダレと称する
段差が生じる。このような複数の隣り合ったセル間で、
サグ量が異なり、型成型時に面ダレが発生し、その個所
では光線が所定の角度と異なる角度で屈折することにな
る。その分、光線を有効に利用することができないとい
う課題を有する。

【００２２】また、レンズアレイ方式のインテグレ−タ
は、レンズアレイが複数のセルを縦方向，横方向の二次
元状に積み重ねた集合体であるため、光学系が大きく、
重たいという課題を有する。しかし、偏光を利用した液
晶パネルと組合わせ、第２レンズアレイに偏光ビ−ムス
プリッタプリズム（ＰＢＳ）アレイを重ね合わせて出射
光の偏光方向をＰ偏光またはＳ偏光にそろえて光利用効
率を向上させることができるので、所謂偏光照明装置と
して主として利用される。しかし、ＤＭＤを用いた反射
型パネルでは偏光を利用しないので、光学系が大きく、
重たいという課題が依然残ることになる。

【００２３】本発明の目的は、上記した課題を解決し、
ＤＭＤを用いた反射型パネルに固有の像の拡大歪を補正
するとともに、小型軽量のインテグレ−タを用いた光の
利用効率の向上した反射型プロジェクタを提供すること
にある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明は、ランプと、リフレクタと、多重反射素子
と、リレ−レンズと、２次元状に配列された複数の微小
ミラ−で構成される微小ミラー群と、反射型パネルと、
投射レンズとを備えた反射型プロジェクタ装置であっ
て、前記反射型パネルを、前記ランプから前記リレーレ
ンズの光軸に対して所定の角度θで傾斜し、前記微小ミ
ラ−を回転させることにより前記光軸に平行な入射光束
を前記微小ミラー群全体の面の法線方向とそれ以外の方
向とに反射させるように構成し、前記多重反射素子の出
射面の開口形状を、前記反射型パネルの形状に略相似な
矩形サイズに対して前記微小ミラ−の回転方向に対して
略ｃｏｓθだけ圧縮した形状とする構成とした。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による反射型
プロジェクタ装置の構成について、図１を用いて説明す
る。図１は、本発明の実施の形態による反射型プロジェ
クタ装置の光学系の基本構成図であり、レンズアレイ方
式とは異なる別方式のインテグレータである多重反射素
子を用いている。

【００２６】図１において、３は多重反射素子、４は少
なくとも１枚以上の凸レンズを有するリレーレンズ系で
ある。図４に対応する部分には同一符号を付して説明を
省略する。

【００２７】リフレクタ２には断面形状が楕円である楕
円面リフレクタを用い、直接、カラーホイール７面上に
スポット像を形成している。このカラーホイール７の直
後の多重反射素子３に入射した光束は、多重反射素子３
の出射面から出射し、少なくとも１枚以上の凸レンズを
有するリレーレンズ系４によりＤＭＤを用いた反射型パ
ネル５面上に多重反射素子３の像を形成する。多重反射
素子３に入射した光束は、多重反射素子３の入射面で
は、ランプ１自体の配光分布に起因する角度分布を有し
ているが、多重反射素子３の側面または内面で全反射を
繰返すことによって、多重反射素子３の出射面では光束
の分布の一様性が改善される。少なくとも１枚以上の凸
レンズを有するリレーレンズ系４は、多重反射素子３の
出射面を物面、反射型パネル５面を像面とした写像関係
にあるので、多重反射素子３で改善された一様な分布の
光束が、反射型パネル５面に導かれることとなる。

【００２８】尚、多重反射素子としては、側面または内
面での多重の全反射により一様な照明分布が得られるも
のであればよく、例えば中身の有る側面で多重の全反射
をするロッドレンズや中空で内面にミラ−の反射面を有
するライトパイプ等である。また、多重反射素子の入射
面形状と出射面形状は異なっていてもよく、出射面形状
が、ＤＭＤを用いた反射型パネルを入射光の光軸にほぼ
２０度傾斜して配置することによって生じる、微小ミラ
−の回転方向での像の拡大歪（１／ｃｏｓ２０度倍）を
補正する所定の形状であればよい。

【００２９】図１の多重反射素子３の出射面の断面形状
は、ＤＭＤを用いた反射型パネル５に固有の像の拡大歪
を補正するため、図９に示すような矩形断面形状が微小
ミラ−の支点方向に直交する方向（矩形形状の長手方向
に対して４５度回転した方向）に圧縮された平行四辺形
の断面形状を有しており、反射型パネル５面上に補正さ
れた像を再現することができる。

【００３０】このように、小型軽量な多重反射素子を用
いたインテグレ−タを採用することにより、像の拡大歪
を補正するとともに、レンズアレイ方式での面ダレの発
生に伴う光の利用率の低下を防ぐことができる。

【００３１】ところで、カラーホイール７と多重反射素
子３の配置順に関しては、本実施例では、カラーホイー
ル７が先で次に多重反射素子３を配置したが、原理的に
は、多重反射素子３が先で次にカラーホイール７を配置
しても良い。

【００３２】また、以上の説明では、カラーホイール７
を用いた基本構成についての説明であったが、カラーホ
イール７を用いずに色分離プリズムと複数枚の反射型パ
ネル５を用いた構成においても、像の拡大（１／ｃｏｓ
２０度倍）を補正するという効果は同様である。

【００３３】尚、本発明では、ＤＭＤの微小ミラ−の振
り角を±１０度として説明したが、実際は±１０度前後
の角度が使用され、例えば明るさよりコントラストを重
要視した場合は振り角として±１２度が使用されてい
る。従って、前記した入射角θは振れ角の実使用値（±
１０度前後の角度）に対応して±２０度前後の角度とな
り、例えば振れ角が±１２度の場合はθ＝２４度とな
る。これにともない、微小ミラ−の振り角として±１０
度前後の角度が使用された場合、ＤＭＤを用いた反射型
パネル５に固有の像の拡大歪を補正する圧縮ｃｏｓθも
対応して（ｃｏｓ２０度）前後の値となる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の方法によれば、光の利用効率の
低下を防ぎながら、ＤＭＤを用いた反射型パネル５に固
有の像の拡大歪を補正することができ、またレンズアレ
イ方式のインテグレ−タに比べ小型軽量な多重反射素子
方式のインテグレ−タを用いたことにより、小型軽量な
反射型プロジェクタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による反射型プロジェクタ
装置の光学系の基本構成図である。

【図２】微小ミラーの振り角と反射光が投射レンズに入
射する“ＯＮ状態”と反射光が投射レンズに入射しない
“ＯＦＦ状態”の角度的な関係を示す図である。

【図３】微小ミラーの振り角(±１０度)の振れる方向を
示す図である。

【図４】ＤＭＤを用いた反射型パネルを反射型プロジェ
クタに適用した全体構成図である。

【図５】第１のレンズアレイの概観形状を示す図であ
る。

【図６】光軸に所定の角度で傾斜した反射型パネルでの
像の拡大を説明する図である。

【図７】反射型パネルでの像の拡大を説明する斜め入射
光束の断面形状を示す第1の模式図である。

【図８】反射型パネルでの像の拡大を説明する斜め入射
光束の断面形状を示す第２の模式図である。

【図９】４５度方向に圧縮したレンズセルの断面形状を
示す図である。

【図１０】アレイレンズ方式での問題点を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１…ランプ、２…リフレクタ、３…多重反射素子、４…
リレーレンズ系、５…反射型パネル、６…投射レンズ、
７…カラーホイール、８…凸レンズ、９…第１のレンズ
アレイ、１０…第２のレンズアレイ、１１…集光レン
ズ、２０…照明光学系、１０５…微小ミラー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｇ０２Ｂ 7/18 ＢＦターム(参考） 2H042 DA20 DB09 DE00 2H043 BB04 BB05 5C058 AA18 BA23 BA27 EA02 EA12 EA13 EA27 EA42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ランプと、リフレクタと、多重反射素子
と、リレ−レンズと、２次元状に配列された複数の微小
ミラ−で構成される微小ミラー群と、反射型パネルと、
投射レンズとを備えた反射型プロジェクタ装置であっ
て、前記反射型パネルを、前記ランプから前記リレーレンズ
の光軸に対して所定の角度θで傾斜し、前記微小ミラ−
を回転させることにより前記光軸に平行な入射光束を前
記微小ミラー群全体の面の法線方向とそれ以外の方向と
に反射させるように構成し、前記多重反射素子の出射面の開口形状を、前記反射型パ
ネルの形状に略相似な矩形サイズに対して前記微小ミラ
−の回転方向に対して略ｃｏｓθだけ圧縮した形状とし
たことを特徴とする反射型プロジェクタ装置。
【請求項２】ランプと、リフレクタと、多重反射素子
と、リレ−レンズと、２次元状に配列された複数の微小
ミラ−で構成される微小ミラー群と、反射型パネルと、
投射レンズとを備えた反射型プロジェクタ装置であっ
て、前記反射型パネルを、前記ランプから前記リレーレンズ
の光軸に対して所定の角度θで傾斜し、前記微小ミラ−
を回転させることにより前記光軸に平行な入射光束を前
記微小ミラー群全体の面の法線方向とそれ以外の方向と
に反射させるように構成し、前記多重反射素子の出射面の開口形状を、前記反射型パ
ネルの形状に略相似な矩形サイズに対して前記微小ミラ
−の支店方向に直交する方向に略ｃｏｓθだけ圧縮した
平行四辺形の断面形状としたことを特徴とする反射型プ
ロジェクタ装置。
【請求項３】前記所定の角度θが略２０度であることを
特徴とする請求項１乃至請求項２の何れかに記載の反射
型プロジェクタ装置。