JP2003121933A - 投射装置 - Google Patents

投射装置

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JP2003121933A
JP2003121933A JP2002252099A JP2002252099A JP2003121933A JP 2003121933 A JP2003121933 A JP 2003121933A JP 2002252099 A JP2002252099 A JP 2002252099A JP 2002252099 A JP2002252099 A JP 2002252099A JP 2003121933 A JP2003121933 A JP 2003121933A
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light
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projection
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Yong-Dok Cha
栄徳 車
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＤＭＤ素子を用いた投射装置を提供する。 【解決手段】 光を発生させる光源と、該光源からの光
をスクリーンに投射させる投射光学系と、前記光源と前
記投射光学系との間に設けられ、前記光源から入射され
た光を前記投射光学系に向けて反射させることができる
駆動可能な複数のミラーを含む反射素子と、前記光源と
前記反射素子との光経路上に配置され、前記光源から入
射された光が前記反射素子に対して所定角度で入射する
ように光軸に対してチルト又はディセンターされた照明
光学系とを備える。照明光学系にレンズを使用して投射
光学系と照明光学系との光経路が分離できて簡単な組立
により投射装置の製作が可能であり、光効率及びコント
ラストを向上させ得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は投射装置に係り、よ
り詳しくはＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒ
ｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子を用いた投射装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】投射装置は光源、照明光学系、投射素子
及び投射光学系より成り、画像を拡大してスクリーンに
投射する。既存の投射素子としては、陰極線管（Ｃａｔ
ｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）又は液晶（ＬＣＤ）（Ｌ
ｉｑｕｉｄ ＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）があり、
これを用いた投射装置がよく知られている。
【０００３】陰極線管投射装置は、電子ビームが蛍光面
に衝突することにより、前記蛍光面に映像を作る陰極線
管を用いた装置であって、ディジタル映像を表示するた
めディジタル信号をアナログ信号に変換するための処理
過程が必要であり、陰極線管自体の寸法により小型化し
にくい問題点がある。
【０００４】液晶投射装置は、特定した温度領域で液晶
と固体の中間的な性質を有し、電圧が加えられれば電界
の方向により液晶の分子配列が変わる特性を有する液晶
を用いた装置であって、偏光原理により駆動されるため
用いられない偏向成分は遮断される上、各ピクセル（ｐ
ｉｃｔｕｒｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）間の間隔が非常に大き
く、光効率が低い問題点がある。
【０００５】こうした問題点の解決するため、最近にＭ
ＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉ
ｃａｌ Ｓｙｓｅｍ）技術を用いて製作された、微細な
ミラーを多数個含むＤＭＤ素子を用いたプロジェクショ
ン装置が開発されている。
【０００６】ＤＭＤ素子は、二次元的に配列された微細
なミラーを有するピクセルより成り、各ピクセルに対応
して配置されたメモリ素子の静電界作用により前記ミラ
ーの傾斜を第１及び第２角度で駆動させて反射光の角度
を変化させることによりオン／オフを制御する駆動原理
を有する。ＤＭＤ素子は、既存の０．８ミクロンの設計
法則を用いて半導体ＩＣと同一な材料、即ちシリコンを
用いた製造工程を経るため量産性及び信頼性が高いこと
が知られている。
【０００７】こうしたＤＭＤ素子を用いた投射装置は、
サイズが約１６ミクロン程度のミラーを用い、ミラー間
の間隔が１ミクロン程度で小さくて全体サイズを１イン
チ以下で製作でき、９０％以上の光効率を得られるとい
う長所がある。又、ＤＭＤ素子を用いた投射装置は、従
来の投射装置に比べて素子の応答速度が早く、動画像を
さらに滑らかで柔軟に再生できる。
【０００８】図１は、従来のＤＭＤ素子を用いた投射装
置の中プリズムを用いた投射装置を示した図面である。
図１を参照すれば、従来のプリズムを用いた投射装置に
は、ランプ及び反射鏡を備える光源１１と、光源１１か
ら発生された光を集束させる集束レンズ１３と、集束レ
ンズ１３から入射された光をプリズムに向いて反射させ
る反射鏡１５とを含む照明光学系が備えられている。
【０００９】照明光学系とＤＭＤ素子１７との間には２
枚のプリズムから構成されて反射鏡１５から入射された
光を射出させる第１プリズム１４と、３枚のプリズムか
ら構成されて第１プリズム１４から入射された光を波長
により緑色、青色、赤色の光に分離する第２プリズム１
６が設けられている。
【００１０】第２プリズム１６で分離された緑色、青
色、赤色の光は各々第１乃至第３ＤＭＤ素子に向かい、
第１乃至第３ＤＭＤ素子から反射された緑色、青色、赤
色の光はディジタル形態に光が変調されて再び第２プリ
ズム１６へ入射される。第２プリズム１６へ入射された
緑色、青色、赤色の光は合成された後、第１プリズム１
４及び投射光学系１９を順次的に通過してスクリーン
（図示せず）に投射される。
【００１１】前記の従来技術は、前述したように第１プ
リズム１４を構成する２枚のプリズムと第２プリズム１
６を構成する３枚のプリズムが相異なる形態に製作され
て組み立てられなければならず、各プリズムの角度が全
て異なるようにして加工されなければならないため、製
作及び組立が難しいという短所がある。
【００１２】又、前記の従来技術は、前記プリズム投射
光学系の間に設けられたプリズムのプリズム面とＤＭＤ
素子の保護ガラス面等で反射光が投射光学系へ流入しや
すく、明暗比（ｃｏｎｔｒａｓｔ ｒａｔｉｏ）（以下
“コントラスト”という）によくない影響を与えられ
る。ここでコントラストとは、ルーメン測定で一番明る
い所と暗い所との明るさの差を示す。プロジェクタやＴ
Ｖ等のスクリーンに画像が全体的に暗く現れても前記の
従来技術におけるようにプリズム面で又はＤＭＤ素子の
保護ガラス面で反射光が投射光学系へ流入すれば、幾つ
かの白色光がスクリーンに示されて映像の画質が劣化す
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、コン
トラスト及び光効率を向上させることができ、製作及び
組立が簡単な投射装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに本発明は、光を発生させる光源と、該光源からの光
をスクリーンに投射させる投射光学系と、前記光源と前
記投射光学系との間に設けられ、前記光源から入射され
た光を前記投射光学系に向けて反射させることができる
駆動可能な複数のミラーを含む反射素子と、前記光源と
前記反射素子との光経路上に配置され、前記光源から入
射された光が前記反射素子に対して所定角度で入射する
ように光軸に対してチルト又はディセンターされた照明
光学系とを備えることを特徴とする投射装置を提供す
る。
【００１５】前記反射素子は、前記投射光学系に向けて
光を反射させるための第１角度と、前記投射光学系以外
の方向へ前記光を反射させるための第２角度で駆動され
る複数のミラーを含む。
【００１６】前記反射素子に入射される前記光の所定角
度は、前記反射素子の平面の法線に対して前記第１角度
の２倍であることが望ましい。
【００１７】前記照明光学系は、前記光源の光軸に対し
てディセンターされた単一レンズを含んだり、前記光源
の光軸に対してディセンターされた複数のレンズを含
む。ここで、前記複数のレンズは、前面のレンズの光軸
に対して背面側のレンズの光軸がディセンターされる。
【００１８】前記照明光学系は、光源の光軸に対してチ
ルトされた単一レンズを含んだり、前記光源の光軸に対
してチルトされた複数のレンズを含む。ここで、前記複
数のレンズは、前面のレンズの光軸に対して背面側のレ
ンズの光軸がチルトされる。
【００１９】前記照明光学系が、光源の光軸に対してデ
ィセンターされた単一レンズを含む場合、前記単一レン
ズの背面側に位置し、前記単一レンズの光軸に対してチ
ルトされたレンズを含む。
【００２０】前記照明光学系が、光源の光軸に対してチ
ルトされた単一レンズを含む場合、前記単一レンズの背
面側に位置し、前記単一レンズの光軸に対してディセン
ターされたレンズを含む。
【００２１】前記投射装置は、前記光源から発生された
光を波長により分離するカラーフィルタを前記光源と前
記照明光学系との間にさらに備えることが望ましい。
【００２２】前記投射装置は、前記光源から発生された
光のビーム形態を前記反射素子の平面と同一形態に整形
する光学的手段を前記光源と前記照明光学系との間にさ
らに備えることが望ましい。
【００２３】前記ビーム整形のための光学的手段とし
て、光パイプ又はフライアイレンズが使用できる。
【００２４】本発明は、ＤＭＤ素子を用いた投射装置と
して、照明光学系と投射光学系の光経路を分離するため
照明光学系の光軸に対してディセンターされたり、チル
トされたレンズを使用する。本発明は、レンズのみを使
用した簡単な構造であって、製作が容易であり、プリズ
ムから発生し得る光損失を除去することができ、光効率
を向上させることができてプリズムを用いた投射装置で
起こるコントラスト低下問題を解決できる長所がある。
【００２５】ここで“ディセンター”とは、レンズの中
心軸が光軸と一致しないながらも平行になるように配列
されることで、レンズの中心が光軸に対してずらされて
配列されることを意味する。又、“チルト”とはレンズ
の中心軸が光軸に対して斜めに傾斜することを意味す
る。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る投射装置の実
施形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】図２は、本発明の実施形態による投射装置
を示した斜視図である。図２を参照すれば、本発明の実
施形態による投射装置は、光を発生させる光源３１と画
像をスクリーン４０に投射する投射光学系３９と、光源
３１と投射光学系３９との間に設けられ、光源３１から
入射した光を投射光学系３９に向くように駆動させるこ
とができる複数の鏡を含む反射素子３７と、光源３１と
反射素子３７との光経路上に配置され、光源３１から入
射した光が反射素子３７に所定角度へ入射するように光
軸３４に対してディセンター又はチルトされた照明光学
系３５を備える。ここで、前記反射素子３５はＤＭＤ素
子である。
【００２８】光源３１と照明光学系３５との間には光の
ビーム形態をＤＭＤ素子３７の平面と同形状に整形する
ビーム整形手段である光パイプ３３がさらに配置されて
いる。ビーム整形手段としては光パイプの代わりにフラ
イアイレンズが使用できる。フライアイレンズは、複数
のレンズで構成されたビーム整形手段である。
【００２９】光源３１とビーム整形手段３３との間に
は、光を赤色、緑色、青色光に分離するカラーフィルタ
３２がさらに設けられることが望ましい。
【００３０】光源３１としては、アークランプ等の白色
光源を使用する。
【００３１】カラーフィルタ３２は、回転板部分を赤
色、緑色、青色の三色に対応させて三分割して形成され
た透過型フィルタを有する。カラーフィルタ３２は、光
源３１の光軸に平行な回転軸を中心にして回転すること
により、白色光を時系列的に赤色、緑色、青色の光に分
離する。
【００３２】光パイプ３３又はフライアイレンズはビー
ム整形手段であって、前述したように光のビーム形態が
ＤＭＤ素子３７の平面の形態即ち、四角形の形態に整形
されるようにする。しかもこのとき、ＤＭＤ素子３７に
照射されるビームのサイズがＤＭＤ素子３７より多少大
きい程度になるようにしながら、ビームがＤＭＤ素子３
７に類似した形態で照射できるようにする。これは光効
率を向上させるためであり、ＤＭＤ素子３７から反射さ
れる光が最大になってスクリーンに入射させられること
ができ、これにより、コントラスト低下問題が解決され
るようにするためである。ビーム整形手段は、照明光学
系３５の一部として構成することもできる。
【００３３】照明光学系３５は、単一レンズ又は複数の
レンズを含む。本発明の照明光学系３５の特徴は、光が
ＤＭＤ素子３７に所定角度で入射するように光経路を変
換させることで、レンズをディセンターさせたりチルト
させて光経路が光軸３４について一定角度で曲がってＤ
ＭＤ素子３７に所定角度で入射できるようにすることで
ある。
【００３４】図示されたように照明光学系３５は、４枚
のレンズで構成することもできる。レンズは、光源３
１、カラーフィルタ３２、光パイプ３３の次に配列され
て光経路が一定角度で少しずつ曲がるように構成されて
いる。
【００３５】ＤＭＤ素子３７は、複数のミラーが第１角
度に傾いて光を投射光学系３９側へ反射させたり、第２
角度に傾いて光を投射光学系３９でない側へ反射させて
オン／オフを制御することにより赤色、緑色、青色の光
をディジタル形態に変換させる。
【００３６】前記第１角度は、ＤＭＤ素子３７の平面に
対する法線に対してミラーの法線が傾いた角度に実質的
に−１２度程度に設定されており、前記第２角度は＋１
２度程度に設定されている。このような設定角度は、現
在生産されるＤＭＤ素子３７の駆動角度であって、異な
る角度に設定することもできる。
【００３７】第１角度に傾いたミラーに対して照明光学
系３５から入射される光がミラーから反射されて投射光
学系３９へ入射するためには、光の入射角がＤＭＤ素子
３７の平面の法線に対して実質的に２４度程度でなけれ
ばならない。逆に照明光学系３５から入射される光が投
射光学系３９に向かないようにするためには、ミラーは
第２角度で駆動される。このとき、光の入射角は、ＤＭ
Ｄ素子３７の平面の法線に対しては上記と同じ２４度の
角度で入射するが、ミラーの法線に対して３６度で入射
した後３６度で反射され、ＤＭＤ素子３７の平面の法線
に対しては４８度に反射される。
【００３８】ＤＭＤ素子３７で第１角度で駆動されたミ
ラーに反射された光は、投射光学系３９に向き、投射光
学系３９を透過した光はスクリーンに示される。ＤＭＤ
素子３７で第２角度で駆動されたミラーに反射された光
は、投射光学系３９を外れて投射光学系３９を中心に照
明光学系３５の反対側に反射されて照明光学系３５及び
スクリーン４０に余光が流入しないようにする。
【００３９】光源３１から入射された光は、カラーフィ
ルタ３２を通過しつつ赤色、緑色、青色の中の一つの光
に変換され、この色別の光は、光パイプ３３、照明光学
系３５を通過しながら光経路が変換されてＤＭＤ素子３
７へ照射される。ＤＭＤ素子３７に照射された光は、各
ピクセル毎にオン／オフが駆動されてディジタル形態に
変換されて単位画像が形成され、このように生成された
単位画像は、投射光学系３９を通過してスクリーン４０
に投射されることにより全体画像を形成する。
【００４０】前述した場合は、ＤＭＤ素子３７で光モジ
ュレーションが起こる場合で、他に光源３１で光モジュ
レーションが起こる場合もある。光源３１でＬＥＤ（Ｌ
ａｓｅｒ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）を光源３１
として使用する場合、前記ＤＭＤ素子３７は、各ピクセ
ル別に個別駆動されず、全体的に同一な方向にオン／オ
フが駆動されて画像をスクリーン４０に投射させること
ができる。
【００４１】図３乃至図６は本発明の実施形態による投
射装置の照明光学系の実施形態を示した図面である。
【００４２】図３を参照すれば、本発明の投射装置の照
明光学系の第１実施形態においては、照明光学系３５は
単一レンズ３５ａで構成され、この単一レンズ３５ａが
光パイプ３３から入射される光の光軸に対してディセン
ターされて光経路が変換されている。
【００４３】図４を参照すれば、本発明の投射装置の照
明光学系の第２実施形態においては、照明光学系３５は
第１及び第２レンズ３５ｂ，３６ｂで構成され、これら
第１及び第２レンズ３５ｂ，３６ｂが光パイプ３３から
入射される光の光軸に対してディセンターされて光経路
が変換されている。第１レンズ３５ｂは、光パイプ３５
の光軸に対してディセンターされており、再び第２レン
ズ３６ｂは、第１レンズ３５ｂの光軸に対してディセン
ターされている。
【００４４】レンズをさらに多く備えるほど光経路の変
換角度が微細に調整できるため、ＤＭＤ素子３７へ入射
される光のビーム形態を所定サイズを有するＤＭＤ素子
３７の平面と同一な形態に維持できる。照明光学系３５
に設けられるレンズは、４枚乃至５枚のレンズを備える
ことが望ましい。
【００４５】図５を参照すれば、本発明の投射装置の照
明光学系の第３実施形態においては、照明光学系３５が
光軸に対してチルトされた単一レンズ３５ｃで構成され
ることで、光パイプ３３へ入射された光の光経路が変換
されている。
【００４６】図６を参照すれば、本発明の投射装置の照
明光学系の第４実施形態においては、照明光学系３５が
光軸に対してディセンターされた第１レンズ３５ｄと第
１レンズ３５ｄに対してチルトされた第２レンズ３６ｄ
とで構成され、これにより、光パイプ３３から入射され
た光の光経路が変換されている。
【００４７】本発明の実施形態による投射装置の照明光
学系としては、図３乃至図６に示された実施形態の以外
にも、チルトされたりディセンターされた複数のレンズ
を含む多様な実施形態が使用できることである。
【００４８】本発明の実施形態による投射装置は、前述
したようにプリズムを用いた方式で起こるコントラスト
低下問題を解決して光効率を向上させる長所がある。
【００４９】又、本発明の実施形態による投射装置は、
レンズを使用して簡単に照明光学系を構成することによ
り、投射装置の組立を簡単にし、コストを低減できる長
所がある。
【００５０】前述した説明で多くの事項が具体的に記載
されているが、それらは本発明の範囲を限定することよ
り、望ましい実施形態の例示として解析されなければな
らない。
【００５１】例えば、本発明の属する技術分野で通常の
知識を持つ者なら本発明の技術的思想によりレンズの配
列でチルト及びディセンターされたレンズ、又はチルト
及びディセンターされない、整列されたレンズを適切に
設けて照明光学系を構成することにより、光経路を変換
できることである。従って、本発明の範囲は説明された
実施形態により決められることではなく、特許請求の範
囲に記載された技術的思想により決められなければなら
ない。
【００５２】
【発明の効果】前述したように、本発明に係る投射装置
の長所は、レンズを使用して照明光学系を構成すること
により、組立が簡単でコストが低減できる投射装置が提
供でき、照明光学系と投射光学系との光経路を明確に分
離させることによりコントラストの低下問題を除去し、
光効率が向上させ得ることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のプリズムを使用した投射装置を示した
断面図である。
【図２】 本発明の実施形態による投射装置を示した斜
視図である。
【図３】 本発明の実施形態による投射装置の照明光学
系の第１実施形態を示した断面図である。
【図４】 本発明の実施形態による投射装置の照明光学
系の第２実施形態を示した断面図である。
【図５】 本発明の実施形態による投射装置の照明光学
系の第３実施形態を示した断面図である。
【図６】 本発明の実施形態による投射装置の照明光学
系の第４実施形態を示した断面図である。
【符号の説明】 ３１・・・光源 ３２・・・カラーフィルタ ３３・・・光パイプ ３４・・・光軸 ３５・・・照明光学系 ３７・・・反射素子 ３９・・・投射光学系 ４０・・・スクリーン

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光を発生させる光源と、 該光源からの光をスクリーンに投射させる投射光学系
    と、 前記光源と前記投射光学系との間に設けられ、前記光源
    から入射された光を前記投射光学系に向けて反射させる
    ことができる駆動可能な複数のミラーを含む反射素子
    と、 前記光源と前記反射素子との光経路上に配置され、前記
    光源から入射された光が前記反射素子に対して所定角度
    で入射するように光軸に対してチルト又はディセンター
    された照明光学系とを備えることを特徴とする投射装
    置。
  2. 【請求項２】 前記反射素子は、前記投射光学系に向け
    て光を反射させるための第１角度と、前記投射光学系以
    外の方向へ前記光を反射させるための第２角度で駆動さ
    れる複数のミラーを含むことを特徴とする請求項１に記
    載の投射装置。
  3. 【請求項３】 前記反射素子に入射される前記光の所定
    角度は、前記反射素子の平面の法線に対して前記第１角
    度の２倍であることを特徴とする請求項２に記載の投射
    装置。
  4. 【請求項４】 前記照明光学系は、前記光源の光軸に対
    してディセンターされた単一レンズを含むことを特徴と
    する請求項１に記載の投射装置。
  5. 【請求項５】 前記照明光学系は、前記光源の光軸に対
    してディセンターされた単一レンズを含むことを特徴と
    する請求項２に記載の投射装置。
  6. 【請求項６】 前記照明光学系は、前記光源の光軸に対
    してディセンターされた複数のレンズを含むことを特徴
    とする請求項１に記載の投射装置。
  7. 【請求項７】 前記照明光学系は、前記光源の光軸に対
    してディセンターされた複数のレンズを含むことを特徴
    とする請求項２に記載の投射装置。
  8. 【請求項８】 前記複数のレンズは、前面のレンズの光
    軸に対して背面側のレンズの光軸がディセンターされた
    ことを特徴とする請求項６に記載の投射装置。
  9. 【請求項９】 前記複数のレンズは、前面のレンズの光
    軸に対して背面側のレンズの光軸がディセンターされた
    ことを特徴とする請求項７に記載の投射装置。
  10. 【請求項１０】 前記照明光学系は、光源の光軸に対し
    てチルトされた単一レンズを含むことを特徴とする請求
    項１に記載の投射装置。
  11. 【請求項１１】 前記照明光学系は、光源の光軸に対し
    てチルトされた単一レンズを含むことを特徴とする請求
    項２に記載の投射装置。
  12. 【請求項１２】 前記照明光学系は、光源の光軸に対し
    てチルトされた複数のレンズを含むことを特徴とする請
    求項１に記載の投射装置。
  13. 【請求項１３】 前記照明光学系は、光源の光軸に対し
    てチルトされた複数のレンズを含むことを特徴とする請
    求項２に記載の投射装置。
  14. 【請求項１４】 前記複数のレンズは、前面のレンズの
    光軸に対して背面側のレンズの光軸がチルトされたこと
    を特徴とする請求項１２に記載の投射装置。
  15. 【請求項１５】 前記複数のレンズは、前面のレンズの
    光軸に対して背面側のレンズの光軸がチルトされたこと
    を特徴とする請求項１３に記載の投射装置。
  16. 【請求項１６】 前記単一レンズの背面側に位置し、前
    記単一レンズの光軸に対してチルトされたレンズを含む
    ことを特徴とする請求項４に記載の投射装置。
  17. 【請求項１７】 前記単一レンズの背面側に位置し、前
    記単一レンズの光軸に対してディセンターされたレンズ
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の投射装置。
  18. 【請求項１８】 前記単一レンズの背面側に位置し、前
    記単一レンズの光軸に対してディセンターされたレンズ
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載の投射装置。
  19. 【請求項１９】 前記光源から発生された光を波長によ
    り分離するカラーフィルタを前記光源と前記照明光学系
    との間にさらに備えることを特徴とする請求項１に記載
    の投射装置。
  20. 【請求項２０】 前記光源から発生された光のビーム形
    態を前記反射素子の平面と同一形状に整形する光学的手
    段を前記光源と前記照明光学系との間にさらに備えるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の投射装置。
  21. 【請求項２１】 前記光学的手段は光パイプ又はフライ
    アイレンズであることを特徴とする請求項２０に記載の
    投射装置。
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