JP2004109419A - カラーホイール、照明光学系およびプロジェクタ - Google Patents
カラーホイール、照明光学系およびプロジェクタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004109419A JP2004109419A JP2002271187A JP2002271187A JP2004109419A JP 2004109419 A JP2004109419 A JP 2004109419A JP 2002271187 A JP2002271187 A JP 2002271187A JP 2002271187 A JP2002271187 A JP 2002271187A JP 2004109419 A JP2004109419 A JP 2004109419A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- color wheel
- light beam
- optical system
- color
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Optical Filters (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
Abstract
【課題】照明効率の向上を図れるカラーホイール、照明光学系およびプロジェクタを提供する。
【解決手段】カラーホイール１３は、透過する光束を所定の波長領域の光束に変換する複数のカラーフィルタ１３４を備え、この複数のカラーフィルタ１３４を切り替えて時分割形式で異なる波長領域の光束を射出する。このカラーホイール１３は、入射する光束を集光する集光手段としての平凸レンズ１３３を具備し、この平凸レンズ１３３およびカラーフィルタ１３４は、一体的に形成されている。そして、カラーホイール１３の後段に配置される照明対象に集光した光束を照射することができ、照明効率の向上を図れる。
【選択図】 図３
【解決手段】カラーホイール１３は、透過する光束を所定の波長領域の光束に変換する複数のカラーフィルタ１３４を備え、この複数のカラーフィルタ１３４を切り替えて時分割形式で異なる波長領域の光束を射出する。このカラーホイール１３は、入射する光束を集光する集光手段としての平凸レンズ１３３を具備し、この平凸レンズ１３３およびカラーフィルタ１３４は、一体的に形成されている。そして、カラーホイール１３の後段に配置される照明対象に集光した光束を照射することができ、照明効率の向上を図れる。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過する光束を所定の波長領域の光束に変換する複数のカラーフィルタを備え、この複数のカラーフィルタを切り替えて時分割形式で異なる波長領域の光束を射出するカラーフィルタ、照明光学系、および、プロジェクタに関する。
【０００２】
【背景技術】
光源から射出された光束を、光変調装置を用いて変調し、変調光束を投写レンズを用いてスクリーン上に拡大投写するプロジェクタが知られている。
光変調装置としては、マイクロミラーの入射角度を制御することにより、光源から射出された光束を画像情報に応じて光変調するＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｌｌｅｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＴＩ社の商標）が知られている（例えば、特許公報１参照）。このＤＭＤでは、２次元的に配列した各ピクセルがマイクロミラーから構成され、各ピクセル毎にその直下に配置されたメモリー素子による静電界作用によって上記マイクロミラーの傾きを制御する。そして、このマイクロミラーの傾き制御により、入射された光束の反射角度を変化させることによってオン／オフ状態を作り、所定の方向に反射された光が、投写レンズに入射して画像光として投影される。
【０００３】
このＤＭＤを有するプロジェクタでは、ＤＭＤの画像形成領域に光束を均一に照射する照明光学系を備えている。そして、この照明光学系は、光源の他、光源から射出される光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、時分割形式で異なる波長領域の光束を射出するカラーホイールと、光束を集光する集光レンズとを備えている。
そして、光源から射出された光束は、光束分割光学素子にて照度分布が均一化される。また、この均一化された光束は、カラーホイールにて異なる波長領域の光束に時分割形式で分割される。さらに、この分割された光束は、集光レンズにて集光される。このため、ＤＭＤの画像形成領域には、照度分布の均一化された光束が照射される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３３４７０９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成では、光源から射出された光束は、カラーホイールにて発散し、その一部は、集光レンズを外れてＤＭＤの画像形成領域に照射されない。このため、照明効率の向上を図れない、という問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、このような問題点に鑑みて、照明効率の向上を図れるカラーホイール、照明光学系およびプロジェクタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラーホイールは、透過する光束を所定の波長領域の光束に変換する複数のカラーフィルタを備え、この複数のカラーフィルタを切り替えて時分割形式で異なる波長領域の光束を射出するカラーホイールであって、当該カラーホイールに入射する光束を集光する集光手段を具備し、前記カラーフィルタおよび前記集光手段は、一体的に形成されていることを特徴とする。
ここで、集光手段としては、例えば、両凸レンズ、平凸レンズ、正の屈折力を有するメニスカスレンズ等の単レンズ、および、これら単レンズと両凹レンズ、平凹レンズ等の単レンズを組み合わせて全体として正の屈折力を有する組み合わせレンズ等を採用できる。
この発明によれば、カラーホイールが集光手段を具備し、カラーフィルタと集光手段とが一体的に形成されているので、カラーホイールにて集光しつつ異なる波長領域の光束を射出できる、という効果がある。したがって、カラーホイールの後段に配置される照明対象に集光した光束を照射することでき、照明効率の向上を図れる。
【０００８】
本発明では、前記集光手段は、当該カラーホイールの光束射出側に設けられていることが好ましい。
この発明によれば、集光手段は、カラーホイールの光束射出側に設けられているので、カラーホイールの前段に配置される装置に近接して設置することができ、装置設計をコンパクトに構成できる、という効果がある。
【０００９】
本発明では、前記集光手段は、光束入射側および光束射出側の少なくともいずれか一方が凹状に形成されていることが好ましい。
ここで、集光手段としては、例えば、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、メニスカスレンズ等の単レンズを組み合わせて全体的に正の屈折力を有するような構成を採用できる。
本発明によれば、カラーホイールは、上記のような集光手段を備えているので、該カラーホイールを透過した光束の色収差または歪曲収差等の軸外収差を補正できる。
また、集光手段は、光束入射側および光束射出側の少なくともいずれか一方が凹状に形成されているので、例えば、カラーホイールの後段に照明対象に効率的に光束を照射する集光ユニットを配置する場合、集光手段が凸レンズである場合に比較して、集光ユニットの最前段に配置されるレンズをカラーホイールに近接して配置でき、集光ユニットを構成する部材の配置関係に余裕を持たせることができる。したがって、要求に応じてカラーホイールの後段に配置される集光ユニットの種々の設計を可能とする。
【００１０】
本発明の照明光学系は、光源と、この光源から射出される光束を複数の部分光束に分割する光束分割素子と、上記カラーホイールと、該カラーホイールを透過した光束を集光する集光レンズとを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、照明光学系は、光束分割素子を備えているので、光源から射出した光束の照度分布を均一化できる。また、照明光学系は、カラーホイールを備えているので、カラーホイールにて入射した光束を集光しつつ異なる波長領域の光束に分割して射出できる。さらに、照明光学系は、集光レンズを備えているので、該集光レンズにてカラーホイールから射出された光束を略全て呑み込み、照明光学系の後段に配置される照明対象の照射面に効率的に照射できる。
したがって、照明対象の照射面に、均一な照度分布を有しかつ照明強度の高い光束を照射できる。
【００１１】
ところで、従来の照明光学系において、照明効率を向上する方法、すなわち、光束を略全て照射対象の照射面に照射する方法として、集光レンズの開口数ＮＡを大きくする方法がある。しかしながら、開口数ＮＡを大きくするために、集光レンズの径を大きくした場合には、照明光学系全体が大きくなってしまう。また、開口数ＮＡを大きくするために、集光レンズをカラーフィルタに近接配置した場合には、カラーフィルタに集光レンズが接触し、カラーフィルタまたは集光レンズが破損するおそれがある。
本発明によれば、集光レンズの径の増加または集光レンズの近接配置を実施することなく、カラーホイールから射出された光束を集光レンズに略全て呑み込ませることができ、照明効率の向上を図るとともに照明光学系の小型化を図れる。
【００１２】
さらに、カラーホイールの集光手段が光束射出側に設けられ、カラーホイールの前段に光束分割光学素子を配置する場合には、光束分割光学素子に近接してカラーホイールを配置できる。また、光束分割光学素子に近接してカラーホイールを配置できるので、カラーホイールに入射する光束径は小さくなり、カラーホイールの小型化ならびに照明光学系の小型化を図れる。
さらにまた、カラーホイールの集光手段に組み合わせレンズを用いた場合には、この組み合わせレンズの光学特性とリレーレンズの光学特性を考慮して、最適な照明光学系を実現でき、さらに、照明光学系をコンパクトに構成できる。
【００１３】
本発明のプロジェクタは、上記照明光学系と、この照明光学系から射出された光束を画像情報に応じて変調する光変調装置と、この光変調装置にて変調された光束を拡大投写する投写光学系とを備えたことを特徴とする。
ここで、光変調装置としては、液晶パネル、ＤＭＤ等を採用できる。また、液晶パネルを採用する場合には、例えば、高速応答性を有する強誘電性の液晶を採用することが望ましい。
本発明によれば、光変調装置は、照明光学系から照射される均一な照度分布を有しかつ照明強度の高い光束を光変調して光学像を形成する。そして、投写光学系は、この形成された光学像を拡大投写する。したがって、投写画像の明るさを確保するとともに、高いコントラスト比を実現できる、という効果がある。
【００１４】
本発明では、前記光変調装置は、複数のマイクロミラーを備え、この複数のマイクロミラーの入射角度を制御することにより、前記照明光学系から射出された光束を画像情報に応じて変調することが好ましい。
ここで、光変調装置としては、ＤＭＤを採用できる。
本発明によれば、照明光学系から照射される光束を１枚の光変調装置にて光変調を実施でき、プロジェクタの小型化を図れる、という効果がある。また、カラーホイールと、該カラーホイールの回転に応じた周波数で高速応答できるＤＭＤとを組み合わせることで、効率的にカラー表示を実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔１〕プロジェクタの構造
図１は、本発明の実施形態に係るプロジェクタの構造を模式的に表す概要構成図である。
図１において、１は、プロジェクタであり、このプロジェクタ１は、画像情報を取得して、この画像情報に応じた画像光を拡大投写してスクリーン上に投影する。このプロジェクタ１は、照明光学系１０と、光変調装置としてのＤＭＤ２０と、投写光学系３０と、装置制御部４０とを備えて構成される。
【００１６】
照明光学系１０は、ＤＭＤ２０の画像形成領域に略均一に光束を照射する。この照明光学系１０は、光源装置１１と、光束分割光学素子としてのロッドインテグレータ１２と、カラーホイール１３と、集光手段としてのリレーレンズ系１４とを備えている。
光源装置１１は、放射状の光線を射出する放射光源としての光源ランプ１１１と、この光源ランプ１１１から射出された放射光を反射するリフレクタ１１２とを有する。
光源ランプ１１１は、白色光や単色光を射出する発光体からなり、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、または高圧水銀ランプ等を採用できる。また、リフレクタ１１２としては、回転楕円面鏡、回転放物面鏡等を採用できる。
【００１７】
本実施形態では、リフレクタ１１２は、回転楕円面鏡を採用し、その第１焦点近傍に光源ランプ１１１を配置している。そして、光源ランプ１１１から射出された光束は、リフレクタ１１２にて反射され、ロッドインテグレータ１２の入射端面１２Ａに集束する。
なお、リフレクタ１１２として、回転放物面鏡を採用してもよい。この場合には、光源装置１１から射出される光束は、略平行化されるため、光源装置１１の後段にコンデンサーレンズ等の集光手段を配置し、ロッドインテグレータ１２の入射端面１２Ａに集光させる。
【００１８】
ロッドインテグレータ１２は、断面略長方形の柱状であり、光源装置１１のリフレクタ１１２によって集束された光束を内部で多重反射させる。このため、光源装置１１のリフレクタ１１２にて集束された光源ランプ１１１の像が持つ像内の輝度ムラを低減し、照度分布の均一な光束を生成する。そして、ロッドインテグレータ１２の射出端面１２Ｂの近傍においてＤＭＤ２０の画像形成領域を照射する光源面を形成する。このため、ロッドインテグレータ１２の射出端面１２Ｂの形状はＤＭＤ２０の画像形成領域と略同一のアスペクト比で形成される。
【００１９】
カラーホイール１３は、ロッドインテグレータ１２から射出される光束を赤、緑、青の波長領域の光束に変換する３つのカラーフィルタを備え、この３つのカラーフィルタを切り替えて時分割形式で異なる波長領域の光束を射出する。このように３つのカラーフィルタの切り替えを実施するため、このカラーホイール１３は、略円盤状に回動可能に形成され、その輪帯部分に３つのカラーフィルタが分割して配置される。また、このカラーホイール１３は、ロッドインテグレータ１２から射出された光束を集光する集光手段を備え、この集光手段およびカラーフィルタは、一体的に形成されている。このカラーホイール１３の詳細については、後述する。
【００２０】
リレーレンズ系１４は、カラーホイール１３から射出された光束をＤＭＤ２０の画像形成領域まで導光する。このリレーレンズ系１４は、第１リレーレンズ１４１と、反射ミラー１４２と、第２リレーレンズ１４３とを備えている。
第１リレーレンズ１４１は、カラーホイール１３の射出側に配置され、カラーホイール１３から射出される光束を集束および発散させて光の透過幅を拡大する。
反射ミラー１４２は、光源装置１１から射出される光束の光軸上に傾斜して配置され、リレーレンズ系１４全系の光路を折り曲げ、ＤＭＤ２０へと導光する。このように反射ミラー１４２を配置することで、照明光学系１０をコンパクトに構成する。
第２リレーレンズ１４３は、ＤＭＤ２０の前段に配置され、第１リレーレンズ１４１および反射ミラー１４２を介した発散光を集束させて平行光にさせる。
そして、上述したカラーホイール１３およびリレーレンズ系１４は、照明効率を向上させるために、ロッドインテグレータ１２の射出端面１２ＢとＤＭＤ２０の画像形成領域とを共役とする結像関係を満足するように配置される。
【００２１】
ＤＭＤ２０は、入射した光束の反射方向をマイクロミラーの傾きを変えることによって選択し、入射光束に画像情報に基づく２次元的な変調を与える。そして、入射光束は投写される画素に対応する変調光となる。
例えば、このＤＭＤ２０は、ＣＭＯＳウェハープロセスを基にマイクロマシン技術により半導体チップ上に多数の可動マイクロミラーを集積して構成される。この可動マイクロミラーは、対角軸を中心に回転し、２つの所定角度（±θ）に傾斜した双安定状態を取る。この２つの状態間で４θの大きな光偏向角が得られ、Ｓ／Ｎ比の良好な光スイッチングを行うことができる。
そして、図１に示すように、ＤＭＤ２０に入射する光束のうち、＋２θ方向に偏向される光束は、投写光学系３０により画像光として投写され、−２θ方向に偏向される光束は、不要光として、図示しない光吸収部材により吸収される。この光吸収部材は、例えば、その表面にテクスチャが施され、さらに多層の反射防止膜がコーティングされる。このような表面により、微視的な形状効果と干渉原理により入射光束の反射を防止することができる。
【００２２】
図２は、ＤＭＤの一例を模式的に表す概略構成図である。
ＤＭＤ２０は、ＣＭＯＳ基板２１上にアドレス電極・バイアスバス層２２、ヒンジ層２３、ヨーク層２４、そしてミラー層２５がスパッタ法により順次成膜される。アドレス電極２２Ａとヒンジ層２３・ヨーク層２４との間、およびヒンジ層２３・ヨーク層２４とミラー層２５との間には犠牲層として有機ポリマー等が充填される。そして、上記成膜完了後には、プラズマエッチング等により除去され、ミラー層２５およびヨーク層２４は開放されて回転自在となる。
アドレス電極２２Ａは下部のＣＭＯＳ基板２１と電気的に接続されており、アドレス電極２２Ａに所定のバイアス電圧が印加されることにより、静電引力がミラー層２５とアドレス電極２２Ａ間、およびヨーク層２４とアドレス電極２２Ａ間に作用し効率的に静電トルクを発生し、ミラー層２５とヨーク層２４はヒンジ層２３の復元力に逆らって回転する。ここで、ミラー層２５とヨーク層２４はスプリングチップ２６が着地するまで回転する。また、アドレス電極２２Ａに印加されるバイアス電圧が０の場合には、ヒンジ層２３の復元力によりミラー層２５は略水平位置にある。ここでは、図２に示すような左側に傾斜した状態（＋θ）と、図示しない右側に傾斜した状態（−θ）の２つの状態間を用いることにより、４θの大きな光偏向角を得ることができる。
【００２３】
投写光学系３０は、ＤＭＤ２０によって変調された画像光をスクリーン上に拡大投写する。この投写光学系３０は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光における色収差等による投写画像の不鮮明を防止する目的で、図示しない複数の集光素子を光軸方向に沿って配置した組レンズとして構成されている。
装置制御部４０は、カラーホイール１３およびＤＭＤ２０と電気的に接続され、それぞれの動作制御を実施する。例えば、この装置制御部４０は、入力する画像信号の同期信号に同期してカラーホイール１３を一定周波数で回転させる。このことにより、カラーホイール１３に入射した光束は、時間的に順次、赤、緑、青色の光束として透過する。さらに、装置制御部４０は、このカラーホイールを回転させる周波数に同期して、映像駆動信号をＤＭＤ２０に出力し、赤・緑・青の各画素に対応した可動マイクロミラーのオン／オフを実施する。結果として、ＤＭＤ２０から赤、緑、青の画像光が射出され、これら画像光が時間的に混合されてカラー画像が得られる（いわゆる、フィールドシーケンシャルカラー方式）。
【００２４】
〔２〕カラーホイールの構造
図３は、カラーホイールの構造を模式的に表す断面図である。
図３に示すように、カラーホイール１３は、ハブ１３１と、モータ１３２と、集光手段としての平凸レンズ１３３と、カラーフィルタ１３４とを備えている。
ハブ１３１は、カラーホイール１３の中心に位置し、モータ１３２と接続されて該モータ１３２の駆動に伴って回転する。このハブ１３１は、例えば、アルミニウム等の金属で形成してもよく、ガラス板等の透明部材で形成してもよい。
モータ１３２は、装置制御部４０と電気的に接続され、該装置制御部４０から駆動信号を入力する。そして、モータ１３２は、この駆動信号に基づいて所定の周波数で回転する。このモータ１３２は、例えば、ボールベアリング、軸、コイル、マグネット等を含むロータを回転させるような構成を採用できる。
【００２５】
平凸レンズ１３３は、光束入射側において略平面状に形成され、光束射出側において中心部分から外周に亘る形状が凸となるように形成されている。また、この平凸レンズ１３３は、中心部分に表裏を貫通した孔が形成され、この孔にモータ１３２が挿通配置している。そして、この中心部分とハブ１３１とがねじまたは接着剤等により固定される。また、この固定に関しては、ハブ１３１に対して光束射出側に配置される。そして、ハブ１３１の回転とともに平凸レンズ１３３もまた回転する。このような構成により、ロッドインテグレータ１２から射出された光束が集光されて射出される。この平凸レンズ１３３は、例えば射出成形等の成形により製造できる。この平凸レンズ１３３は、ロッドインテグレータ１２およびリレーレンズ系に対する位置関係、および、リレーレンズ系１４の光学特性に応じて、種々の硝材を採用できる。
【００２６】
カラーフィルタ１３４は、平凸レンズ１３３の光束射出側に位置し、平凸レンズ１３３を透過した光束を赤、緑、青の波長領域の光束に変換する。
図４は、カラーホイール１３の構造を模式的に表す全体斜視図である。
カラーフィルタ１３４は、図４に示すように、カラーホイール１３の回転方向に沿って区切られた４つの扇型の領域に３つの透過型色フィルタ１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂが形成されている。ここで、透過型色フィルタ１３４Ｒは、赤の波長領域の光を透過し、他の波長領域の光を反射または吸収することで赤色のみを透過させる。同様に、透過型色フィルタ１３４Ｇ，１３４Ｂは、それぞれ緑、青の波長領域の光を透過し、他の波長領域の光を反射または吸収することで緑色または青色のみを透過させる。このような透過型色フィルタ１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂは、例えば、誘電体多層膜をスパッタ等の蒸着により形成できる。また、４つの扇型の領域において、透過型色フィルタ１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂ以外の部分は、透光領域１３４Ｗとなっており、この透光領域１３４Ｗにより、投写画像中の輝度を上げることができ、投写画像の明るさを確保できる。
なお、カラーフィルタ１３４としては、赤、緑、青の３つの透過型色フィルタに限らず、シアン、マゼンダ、イエローの３つの透過型色フィルタを採用してもよい。さらに、カラーフィルタ１３４を平凸レンズ１３３の光束射出側に形成する構成に限らず、平凸レンズ１３３の光束入射側に形成する構成を採用してもよい。
【００２７】
また、上述したカラーホイール１３において、回転する際に、透過型色フィルタ１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂ，１３４Ｗの位置を検出するために、例えば、フォトセンサ等が採用される。
例えば、このフォトセンサは、金属製のハブ１３１に形成された位置検出用の透過型色フィルタ１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂ，１３４Ｗの少なくともいずれかのポイントを検出して検出信号を出力する。そして、装置制御部４０は、この検出信号を取得し、この検出信号に対応する映像駆動信号（赤映像駆動信号、緑映像駆動信号、青映像駆動信号）をＤＭＤ２０に出力する。この後、ＤＭＤ２０は、これら映像駆動信号に応じて、赤、緑、青の光束に対応する変調を実施する。
また、ハブ１３１をガラス等の透明部材で形成した場合には、モータ１３２のロータの回転を検出するようなセンサを設置することにより、上述した制御を実施できる。
【００２８】
〔３〕実施形態の効果
上述した実施形態では、以下のような効果がある。
（１）カラーホイール１３が平凸レンズ１３３を具備し、カラーフィルタ１３４と平凸レンズ１３３とが一体的に形成されているので、入射する光束をカラーホイール１３にて集光しつつ異なる波長領域の光束を射出できる。したがって、カラーホイール１３の後段に位置するリレーレンズ系１４の開口数を大きくすることなく、カラーホイール１３から射出された光束をリレーレンズ系１４に略全て呑み込ませることができ、照明効率の向上を図れる。また、リレーレンズ系１４の開口数を大きくする必要がないので、照明光学系１０の小型化を図れる。
【００２９】
（２）平凸レンズ１３３は、カラーホイール１３の光束射出側に設けられているので、カラーホイール１３の前段に配置されるロッドインテグレータ１２に近接して配置することができ、照明光学系１０の小型化を図れる。また、ロッドインテグレータ１２に近接してカラーホイール１３を配置できるので、カラーホイール１３に入射する光束径は小さくなり、カラーホイール１３の小型化ならびに照明光学系１０の小型化を図れる。
【００３０】
（３）照明光学系１０は、ロッドインテグレータ１２を備えているので、光源装置１１から射出した光束の照度分布を均一化できる。また、照明光学系１０は、カラーホイール１３を備えているので、入射した光束を集光しつつ異なる波長領域の光束に分割して射出できる。さらに、照明光学系１０は、リレーレンズ系１４を備えているので、該リレーレンズ系１４にてカラーホイール１３から射出された光束を略全て呑み込み、ＤＭＤ２０の画像形成領域に効率的に照射できる。したがって、ＤＭＤ２０の画像形成領域に、均一な照度分布を有しかつ照明強度の高い光束を照射できる。
【００３１】
（４）プロジェクタ１は、照明光学系１０と、光変調装置と、投写光学系３０とを備えているので、光変調装置は、照明光学系１０から照射される均一な照度分布を有しかつ照明強度の高い光束を光変調して光学像を形成できる。そして、投写光学系は、この形成された光学像を拡大投写する。したがって、投写画像の明るさを確保するとともに、高いコントラスト比を実現できる。
【００３２】
（５）光変調装置は、複数のマイクロミラーを備え、この複数のマイクロミラーの入射角度を制御することにより、照明光学系１０から射出された光束を画像情報に応じて変調するＤＭＤ２０である。このことにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光に分離する色分離光学系としてカラーホイール１３を使用した場合に、１枚のＤＭＤ２０にて光変調を実施でき、プロジェクタ１の小型化を図れる。また、カラーホイール１３の回転に応じた周波数で高速応答できるＤＭＤ２０を採用しているので、カラーホイール１３およびＤＭＤ２０の組み合わせにより、効率的にカラー表示を実現できる。
【００３３】
〔４〕実施形態の変形
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記実施形態では、集光手段として平凸レンズ１３３を用いた構成を説明したが、これに限らない。例えば、カラーホイール１３の光束入射側および光束射出側の少なくともいずれか一方が凹となるように構成してもよい。この場合には、例えば、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、メニスカスレンズ等の単レンズを組み合わせて全体的に正の屈折力を有するように構成する。このような構成では、例えば、色収差を補正することができる。また、集光手段である組み合わせレンズの光学特性とリレーレンズ系１４の光学特性を考慮して、最適な照明光学系を実現できるとともに、照明光学系１０をコンパクトに構成できる。
また、このような構成では、集光手段が平凸レンズ１３３である場合に比べて、カラーホイール１３の後段に配置される第１リレーレンズ１４１をカラーホイール１３に近接して配置できる。したがって、第１リレーレンズ１４１と反射ミラー１４２との距離を長く取ることができ、リレーレンズ系１４を構成する部材の配置関係に余裕を持たせることができ、リレーレンズ系１４を要求に応じて多種多様に設計できる。
【００３４】
さらに、平凸レンズ１３３を採用して、カラーホイール１３の光束入射側が平面となるように構成したが、これに限らない。例えば、光束入射側を凸または凹となるように構成してもよい。しかしながら、本実施形態においてカラーホイール１３の光束入射側を平面とした構成の方が、カラーホイール１３の前段に配置されるロッドインテグレータ１２に近接して配置できるという利点がある。
【００３５】
前記実施形態では、カラーホイール１３の後段にリレーレンズ系１４を配置した構成を説明したが、これに限らない。例えば、カラーホイール１３に集光手段を具備させたことによる色収差、歪曲収差、非点収差等の軸外収差を補正するために、カラーホイール１３とリレーレンズ系１４との間に補正レンズを配置してもよい。この軸外収差は、集光手段の構成およびリレーレンズ系１４の構成を調整することで、補正することができるが、汎用のリレーレンズ系１４を使用する場合に、上記のように補正レンズを採用すればよい。例えば、この補正レンズとしては、シリンドリカルレンズ等を採用できる。
【００３６】
前記実施形態では、光束分割光学素子としてロッドインテグレータ１２を採用した構成を説明したが、これに限らない。入光する光束の照度分布を均一にすることができるものであればよく、他のインテグレータであっても構わない。例えば、レンズを縦横にいくつか並べた一対のフライアイレンズを用いたマルチレンズアレイ等を採用してもよい。
【００３７】
前記実施形態において、カラーホイール１３を箱状部材にて囲むような構成を採用してもよい。例えば、この箱状部材は、カラーホイール１３の光束入射位置および光束射出位置に孔を設けるような構成を採用できる。このような構成では、カラーホイール１３の回転に伴う塵埃等をプロジェクタ１内に放出することを回避するとともに、プロジェクタ１内の塵埃等をカラーホイール１３のカラーフィルタ１３４に付着することを回避できる。さらに、カラーホイール１３の回転に伴う騒音を低減できる。
【００３８】
前記実施形態では、カラーホイール１３は、モータ１３２に接続するハブ１３１を採用した構成を説明したが、これに限らない。すなわち、ハブ１３１を設けない構成でもよい。例えば、平凸レンズ１３３とハブ１３１とを射出成形等の成形により一体的に形成した構成を採用できる。このような構成では、平凸レンズ１３３とハブ１３１とが一体的に構成しているので、カラーホイール１３を高強度にできる。また、ねじや接着剤等による固定を実施する作業を削除でき、カラーホイール１３の製造を容易にする。さらに、カラーホイール１３の発熱により接着剤等が剥がれるおそれもなく、カラーホイール１３を高寿命化できる。
【００３９】
前記実施形態では、光変調装置としてＤＭＤ２０を採用した構成を説明したが、これに限らない。例えば、液晶パネルを採用してもよい。この場合、液晶パネルとしては、高速応答性を実現できる強誘電性液晶を採用することが好ましい。前記実施形態では、リレーレンズ系１４は、第１リレーレンズ１４１と、反射ミラー１４２と、第２リレーレンズ１４３とを備えて構成されていたが、これに限らない。例えば、反射ミラー１４２を削除して、リレーレンズ系１４全系を折り曲げずに直線的になるように構成してもよい。また、第２リレーレンズ１４３を削除してもよい。さらに、反射ミラー１４２および第２リレーレンズ１４３を削除して第１リレーレンズ１４１のみでリレーレンズ系１４を構成するようにしてもよい。したがって、上記のようなリレーレンズ系１４等により、プロジェクタ１の照明光学系１０、ＤＭＤ２０、投写光学系３０の配置も前記実施形態に限られない。
【００４０】
前記実施形態では、ロッドインテグレータをカラーホイールの前段に配置する構成を説明したが、これに限らず、ロッドインテグレータをカラーホイールの後段に配置してもよい。
【００４１】
前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投写を実施するフロントタイプのプロジェクタ１を説明したが、これに限らない。例えば、スクリーンを観察する方向とは反対側から投写を実施するリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプロジェクタの構造を模式的に表す概要構成図。
【図２】本発明の実施形態に係るＤＭＤの一例を模式的に表す概略構成図。
【図３】本発明の実施形態に係るカラーホイールの構造を模式的に表す断面図。
【図４】本発明の実施形態に係るカラーホイールの構造を模式的に表す全体斜視図。
【符号の説明】
１・・・プロジェクタ、１０・・・照明光学系、１１・・・光源装置（光源）、１２・・・ロッドインテグレータ（光束分割光学素子）、１３・・・カラーホイール、１３３・・・平凸レンズ（集光手段）、１３４・・・カラーフィルタ、２０・・・ＤＭＤ（光変調装置）、３０・・・投写光学系。
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過する光束を所定の波長領域の光束に変換する複数のカラーフィルタを備え、この複数のカラーフィルタを切り替えて時分割形式で異なる波長領域の光束を射出するカラーフィルタ、照明光学系、および、プロジェクタに関する。
【０００２】
【背景技術】
光源から射出された光束を、光変調装置を用いて変調し、変調光束を投写レンズを用いてスクリーン上に拡大投写するプロジェクタが知られている。
光変調装置としては、マイクロミラーの入射角度を制御することにより、光源から射出された光束を画像情報に応じて光変調するＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｌｌｅｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＴＩ社の商標）が知られている（例えば、特許公報１参照）。このＤＭＤでは、２次元的に配列した各ピクセルがマイクロミラーから構成され、各ピクセル毎にその直下に配置されたメモリー素子による静電界作用によって上記マイクロミラーの傾きを制御する。そして、このマイクロミラーの傾き制御により、入射された光束の反射角度を変化させることによってオン／オフ状態を作り、所定の方向に反射された光が、投写レンズに入射して画像光として投影される。
【０００３】
このＤＭＤを有するプロジェクタでは、ＤＭＤの画像形成領域に光束を均一に照射する照明光学系を備えている。そして、この照明光学系は、光源の他、光源から射出される光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、時分割形式で異なる波長領域の光束を射出するカラーホイールと、光束を集光する集光レンズとを備えている。
そして、光源から射出された光束は、光束分割光学素子にて照度分布が均一化される。また、この均一化された光束は、カラーホイールにて異なる波長領域の光束に時分割形式で分割される。さらに、この分割された光束は、集光レンズにて集光される。このため、ＤＭＤの画像形成領域には、照度分布の均一化された光束が照射される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３３４７０９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成では、光源から射出された光束は、カラーホイールにて発散し、その一部は、集光レンズを外れてＤＭＤの画像形成領域に照射されない。このため、照明効率の向上を図れない、という問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、このような問題点に鑑みて、照明効率の向上を図れるカラーホイール、照明光学系およびプロジェクタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラーホイールは、透過する光束を所定の波長領域の光束に変換する複数のカラーフィルタを備え、この複数のカラーフィルタを切り替えて時分割形式で異なる波長領域の光束を射出するカラーホイールであって、当該カラーホイールに入射する光束を集光する集光手段を具備し、前記カラーフィルタおよび前記集光手段は、一体的に形成されていることを特徴とする。
ここで、集光手段としては、例えば、両凸レンズ、平凸レンズ、正の屈折力を有するメニスカスレンズ等の単レンズ、および、これら単レンズと両凹レンズ、平凹レンズ等の単レンズを組み合わせて全体として正の屈折力を有する組み合わせレンズ等を採用できる。
この発明によれば、カラーホイールが集光手段を具備し、カラーフィルタと集光手段とが一体的に形成されているので、カラーホイールにて集光しつつ異なる波長領域の光束を射出できる、という効果がある。したがって、カラーホイールの後段に配置される照明対象に集光した光束を照射することでき、照明効率の向上を図れる。
【０００８】
本発明では、前記集光手段は、当該カラーホイールの光束射出側に設けられていることが好ましい。
この発明によれば、集光手段は、カラーホイールの光束射出側に設けられているので、カラーホイールの前段に配置される装置に近接して設置することができ、装置設計をコンパクトに構成できる、という効果がある。
【０００９】
本発明では、前記集光手段は、光束入射側および光束射出側の少なくともいずれか一方が凹状に形成されていることが好ましい。
ここで、集光手段としては、例えば、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、メニスカスレンズ等の単レンズを組み合わせて全体的に正の屈折力を有するような構成を採用できる。
本発明によれば、カラーホイールは、上記のような集光手段を備えているので、該カラーホイールを透過した光束の色収差または歪曲収差等の軸外収差を補正できる。
また、集光手段は、光束入射側および光束射出側の少なくともいずれか一方が凹状に形成されているので、例えば、カラーホイールの後段に照明対象に効率的に光束を照射する集光ユニットを配置する場合、集光手段が凸レンズである場合に比較して、集光ユニットの最前段に配置されるレンズをカラーホイールに近接して配置でき、集光ユニットを構成する部材の配置関係に余裕を持たせることができる。したがって、要求に応じてカラーホイールの後段に配置される集光ユニットの種々の設計を可能とする。
【００１０】
本発明の照明光学系は、光源と、この光源から射出される光束を複数の部分光束に分割する光束分割素子と、上記カラーホイールと、該カラーホイールを透過した光束を集光する集光レンズとを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、照明光学系は、光束分割素子を備えているので、光源から射出した光束の照度分布を均一化できる。また、照明光学系は、カラーホイールを備えているので、カラーホイールにて入射した光束を集光しつつ異なる波長領域の光束に分割して射出できる。さらに、照明光学系は、集光レンズを備えているので、該集光レンズにてカラーホイールから射出された光束を略全て呑み込み、照明光学系の後段に配置される照明対象の照射面に効率的に照射できる。
したがって、照明対象の照射面に、均一な照度分布を有しかつ照明強度の高い光束を照射できる。
【００１１】
ところで、従来の照明光学系において、照明効率を向上する方法、すなわち、光束を略全て照射対象の照射面に照射する方法として、集光レンズの開口数ＮＡを大きくする方法がある。しかしながら、開口数ＮＡを大きくするために、集光レンズの径を大きくした場合には、照明光学系全体が大きくなってしまう。また、開口数ＮＡを大きくするために、集光レンズをカラーフィルタに近接配置した場合には、カラーフィルタに集光レンズが接触し、カラーフィルタまたは集光レンズが破損するおそれがある。
本発明によれば、集光レンズの径の増加または集光レンズの近接配置を実施することなく、カラーホイールから射出された光束を集光レンズに略全て呑み込ませることができ、照明効率の向上を図るとともに照明光学系の小型化を図れる。
【００１２】
さらに、カラーホイールの集光手段が光束射出側に設けられ、カラーホイールの前段に光束分割光学素子を配置する場合には、光束分割光学素子に近接してカラーホイールを配置できる。また、光束分割光学素子に近接してカラーホイールを配置できるので、カラーホイールに入射する光束径は小さくなり、カラーホイールの小型化ならびに照明光学系の小型化を図れる。
さらにまた、カラーホイールの集光手段に組み合わせレンズを用いた場合には、この組み合わせレンズの光学特性とリレーレンズの光学特性を考慮して、最適な照明光学系を実現でき、さらに、照明光学系をコンパクトに構成できる。
【００１３】
本発明のプロジェクタは、上記照明光学系と、この照明光学系から射出された光束を画像情報に応じて変調する光変調装置と、この光変調装置にて変調された光束を拡大投写する投写光学系とを備えたことを特徴とする。
ここで、光変調装置としては、液晶パネル、ＤＭＤ等を採用できる。また、液晶パネルを採用する場合には、例えば、高速応答性を有する強誘電性の液晶を採用することが望ましい。
本発明によれば、光変調装置は、照明光学系から照射される均一な照度分布を有しかつ照明強度の高い光束を光変調して光学像を形成する。そして、投写光学系は、この形成された光学像を拡大投写する。したがって、投写画像の明るさを確保するとともに、高いコントラスト比を実現できる、という効果がある。
【００１４】
本発明では、前記光変調装置は、複数のマイクロミラーを備え、この複数のマイクロミラーの入射角度を制御することにより、前記照明光学系から射出された光束を画像情報に応じて変調することが好ましい。
ここで、光変調装置としては、ＤＭＤを採用できる。
本発明によれば、照明光学系から照射される光束を１枚の光変調装置にて光変調を実施でき、プロジェクタの小型化を図れる、という効果がある。また、カラーホイールと、該カラーホイールの回転に応じた周波数で高速応答できるＤＭＤとを組み合わせることで、効率的にカラー表示を実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔１〕プロジェクタの構造
図１は、本発明の実施形態に係るプロジェクタの構造を模式的に表す概要構成図である。
図１において、１は、プロジェクタであり、このプロジェクタ１は、画像情報を取得して、この画像情報に応じた画像光を拡大投写してスクリーン上に投影する。このプロジェクタ１は、照明光学系１０と、光変調装置としてのＤＭＤ２０と、投写光学系３０と、装置制御部４０とを備えて構成される。
【００１６】
照明光学系１０は、ＤＭＤ２０の画像形成領域に略均一に光束を照射する。この照明光学系１０は、光源装置１１と、光束分割光学素子としてのロッドインテグレータ１２と、カラーホイール１３と、集光手段としてのリレーレンズ系１４とを備えている。
光源装置１１は、放射状の光線を射出する放射光源としての光源ランプ１１１と、この光源ランプ１１１から射出された放射光を反射するリフレクタ１１２とを有する。
光源ランプ１１１は、白色光や単色光を射出する発光体からなり、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、または高圧水銀ランプ等を採用できる。また、リフレクタ１１２としては、回転楕円面鏡、回転放物面鏡等を採用できる。
【００１７】
本実施形態では、リフレクタ１１２は、回転楕円面鏡を採用し、その第１焦点近傍に光源ランプ１１１を配置している。そして、光源ランプ１１１から射出された光束は、リフレクタ１１２にて反射され、ロッドインテグレータ１２の入射端面１２Ａに集束する。
なお、リフレクタ１１２として、回転放物面鏡を採用してもよい。この場合には、光源装置１１から射出される光束は、略平行化されるため、光源装置１１の後段にコンデンサーレンズ等の集光手段を配置し、ロッドインテグレータ１２の入射端面１２Ａに集光させる。
【００１８】
ロッドインテグレータ１２は、断面略長方形の柱状であり、光源装置１１のリフレクタ１１２によって集束された光束を内部で多重反射させる。このため、光源装置１１のリフレクタ１１２にて集束された光源ランプ１１１の像が持つ像内の輝度ムラを低減し、照度分布の均一な光束を生成する。そして、ロッドインテグレータ１２の射出端面１２Ｂの近傍においてＤＭＤ２０の画像形成領域を照射する光源面を形成する。このため、ロッドインテグレータ１２の射出端面１２Ｂの形状はＤＭＤ２０の画像形成領域と略同一のアスペクト比で形成される。
【００１９】
カラーホイール１３は、ロッドインテグレータ１２から射出される光束を赤、緑、青の波長領域の光束に変換する３つのカラーフィルタを備え、この３つのカラーフィルタを切り替えて時分割形式で異なる波長領域の光束を射出する。このように３つのカラーフィルタの切り替えを実施するため、このカラーホイール１３は、略円盤状に回動可能に形成され、その輪帯部分に３つのカラーフィルタが分割して配置される。また、このカラーホイール１３は、ロッドインテグレータ１２から射出された光束を集光する集光手段を備え、この集光手段およびカラーフィルタは、一体的に形成されている。このカラーホイール１３の詳細については、後述する。
【００２０】
リレーレンズ系１４は、カラーホイール１３から射出された光束をＤＭＤ２０の画像形成領域まで導光する。このリレーレンズ系１４は、第１リレーレンズ１４１と、反射ミラー１４２と、第２リレーレンズ１４３とを備えている。
第１リレーレンズ１４１は、カラーホイール１３の射出側に配置され、カラーホイール１３から射出される光束を集束および発散させて光の透過幅を拡大する。
反射ミラー１４２は、光源装置１１から射出される光束の光軸上に傾斜して配置され、リレーレンズ系１４全系の光路を折り曲げ、ＤＭＤ２０へと導光する。このように反射ミラー１４２を配置することで、照明光学系１０をコンパクトに構成する。
第２リレーレンズ１４３は、ＤＭＤ２０の前段に配置され、第１リレーレンズ１４１および反射ミラー１４２を介した発散光を集束させて平行光にさせる。
そして、上述したカラーホイール１３およびリレーレンズ系１４は、照明効率を向上させるために、ロッドインテグレータ１２の射出端面１２ＢとＤＭＤ２０の画像形成領域とを共役とする結像関係を満足するように配置される。
【００２１】
ＤＭＤ２０は、入射した光束の反射方向をマイクロミラーの傾きを変えることによって選択し、入射光束に画像情報に基づく２次元的な変調を与える。そして、入射光束は投写される画素に対応する変調光となる。
例えば、このＤＭＤ２０は、ＣＭＯＳウェハープロセスを基にマイクロマシン技術により半導体チップ上に多数の可動マイクロミラーを集積して構成される。この可動マイクロミラーは、対角軸を中心に回転し、２つの所定角度（±θ）に傾斜した双安定状態を取る。この２つの状態間で４θの大きな光偏向角が得られ、Ｓ／Ｎ比の良好な光スイッチングを行うことができる。
そして、図１に示すように、ＤＭＤ２０に入射する光束のうち、＋２θ方向に偏向される光束は、投写光学系３０により画像光として投写され、−２θ方向に偏向される光束は、不要光として、図示しない光吸収部材により吸収される。この光吸収部材は、例えば、その表面にテクスチャが施され、さらに多層の反射防止膜がコーティングされる。このような表面により、微視的な形状効果と干渉原理により入射光束の反射を防止することができる。
【００２２】
図２は、ＤＭＤの一例を模式的に表す概略構成図である。
ＤＭＤ２０は、ＣＭＯＳ基板２１上にアドレス電極・バイアスバス層２２、ヒンジ層２３、ヨーク層２４、そしてミラー層２５がスパッタ法により順次成膜される。アドレス電極２２Ａとヒンジ層２３・ヨーク層２４との間、およびヒンジ層２３・ヨーク層２４とミラー層２５との間には犠牲層として有機ポリマー等が充填される。そして、上記成膜完了後には、プラズマエッチング等により除去され、ミラー層２５およびヨーク層２４は開放されて回転自在となる。
アドレス電極２２Ａは下部のＣＭＯＳ基板２１と電気的に接続されており、アドレス電極２２Ａに所定のバイアス電圧が印加されることにより、静電引力がミラー層２５とアドレス電極２２Ａ間、およびヨーク層２４とアドレス電極２２Ａ間に作用し効率的に静電トルクを発生し、ミラー層２５とヨーク層２４はヒンジ層２３の復元力に逆らって回転する。ここで、ミラー層２５とヨーク層２４はスプリングチップ２６が着地するまで回転する。また、アドレス電極２２Ａに印加されるバイアス電圧が０の場合には、ヒンジ層２３の復元力によりミラー層２５は略水平位置にある。ここでは、図２に示すような左側に傾斜した状態（＋θ）と、図示しない右側に傾斜した状態（−θ）の２つの状態間を用いることにより、４θの大きな光偏向角を得ることができる。
【００２３】
投写光学系３０は、ＤＭＤ２０によって変調された画像光をスクリーン上に拡大投写する。この投写光学系３０は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光における色収差等による投写画像の不鮮明を防止する目的で、図示しない複数の集光素子を光軸方向に沿って配置した組レンズとして構成されている。
装置制御部４０は、カラーホイール１３およびＤＭＤ２０と電気的に接続され、それぞれの動作制御を実施する。例えば、この装置制御部４０は、入力する画像信号の同期信号に同期してカラーホイール１３を一定周波数で回転させる。このことにより、カラーホイール１３に入射した光束は、時間的に順次、赤、緑、青色の光束として透過する。さらに、装置制御部４０は、このカラーホイールを回転させる周波数に同期して、映像駆動信号をＤＭＤ２０に出力し、赤・緑・青の各画素に対応した可動マイクロミラーのオン／オフを実施する。結果として、ＤＭＤ２０から赤、緑、青の画像光が射出され、これら画像光が時間的に混合されてカラー画像が得られる（いわゆる、フィールドシーケンシャルカラー方式）。
【００２４】
〔２〕カラーホイールの構造
図３は、カラーホイールの構造を模式的に表す断面図である。
図３に示すように、カラーホイール１３は、ハブ１３１と、モータ１３２と、集光手段としての平凸レンズ１３３と、カラーフィルタ１３４とを備えている。
ハブ１３１は、カラーホイール１３の中心に位置し、モータ１３２と接続されて該モータ１３２の駆動に伴って回転する。このハブ１３１は、例えば、アルミニウム等の金属で形成してもよく、ガラス板等の透明部材で形成してもよい。
モータ１３２は、装置制御部４０と電気的に接続され、該装置制御部４０から駆動信号を入力する。そして、モータ１３２は、この駆動信号に基づいて所定の周波数で回転する。このモータ１３２は、例えば、ボールベアリング、軸、コイル、マグネット等を含むロータを回転させるような構成を採用できる。
【００２５】
平凸レンズ１３３は、光束入射側において略平面状に形成され、光束射出側において中心部分から外周に亘る形状が凸となるように形成されている。また、この平凸レンズ１３３は、中心部分に表裏を貫通した孔が形成され、この孔にモータ１３２が挿通配置している。そして、この中心部分とハブ１３１とがねじまたは接着剤等により固定される。また、この固定に関しては、ハブ１３１に対して光束射出側に配置される。そして、ハブ１３１の回転とともに平凸レンズ１３３もまた回転する。このような構成により、ロッドインテグレータ１２から射出された光束が集光されて射出される。この平凸レンズ１３３は、例えば射出成形等の成形により製造できる。この平凸レンズ１３３は、ロッドインテグレータ１２およびリレーレンズ系に対する位置関係、および、リレーレンズ系１４の光学特性に応じて、種々の硝材を採用できる。
【００２６】
カラーフィルタ１３４は、平凸レンズ１３３の光束射出側に位置し、平凸レンズ１３３を透過した光束を赤、緑、青の波長領域の光束に変換する。
図４は、カラーホイール１３の構造を模式的に表す全体斜視図である。
カラーフィルタ１３４は、図４に示すように、カラーホイール１３の回転方向に沿って区切られた４つの扇型の領域に３つの透過型色フィルタ１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂが形成されている。ここで、透過型色フィルタ１３４Ｒは、赤の波長領域の光を透過し、他の波長領域の光を反射または吸収することで赤色のみを透過させる。同様に、透過型色フィルタ１３４Ｇ，１３４Ｂは、それぞれ緑、青の波長領域の光を透過し、他の波長領域の光を反射または吸収することで緑色または青色のみを透過させる。このような透過型色フィルタ１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂは、例えば、誘電体多層膜をスパッタ等の蒸着により形成できる。また、４つの扇型の領域において、透過型色フィルタ１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂ以外の部分は、透光領域１３４Ｗとなっており、この透光領域１３４Ｗにより、投写画像中の輝度を上げることができ、投写画像の明るさを確保できる。
なお、カラーフィルタ１３４としては、赤、緑、青の３つの透過型色フィルタに限らず、シアン、マゼンダ、イエローの３つの透過型色フィルタを採用してもよい。さらに、カラーフィルタ１３４を平凸レンズ１３３の光束射出側に形成する構成に限らず、平凸レンズ１３３の光束入射側に形成する構成を採用してもよい。
【００２７】
また、上述したカラーホイール１３において、回転する際に、透過型色フィルタ１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂ，１３４Ｗの位置を検出するために、例えば、フォトセンサ等が採用される。
例えば、このフォトセンサは、金属製のハブ１３１に形成された位置検出用の透過型色フィルタ１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂ，１３４Ｗの少なくともいずれかのポイントを検出して検出信号を出力する。そして、装置制御部４０は、この検出信号を取得し、この検出信号に対応する映像駆動信号（赤映像駆動信号、緑映像駆動信号、青映像駆動信号）をＤＭＤ２０に出力する。この後、ＤＭＤ２０は、これら映像駆動信号に応じて、赤、緑、青の光束に対応する変調を実施する。
また、ハブ１３１をガラス等の透明部材で形成した場合には、モータ１３２のロータの回転を検出するようなセンサを設置することにより、上述した制御を実施できる。
【００２８】
〔３〕実施形態の効果
上述した実施形態では、以下のような効果がある。
（１）カラーホイール１３が平凸レンズ１３３を具備し、カラーフィルタ１３４と平凸レンズ１３３とが一体的に形成されているので、入射する光束をカラーホイール１３にて集光しつつ異なる波長領域の光束を射出できる。したがって、カラーホイール１３の後段に位置するリレーレンズ系１４の開口数を大きくすることなく、カラーホイール１３から射出された光束をリレーレンズ系１４に略全て呑み込ませることができ、照明効率の向上を図れる。また、リレーレンズ系１４の開口数を大きくする必要がないので、照明光学系１０の小型化を図れる。
【００２９】
（２）平凸レンズ１３３は、カラーホイール１３の光束射出側に設けられているので、カラーホイール１３の前段に配置されるロッドインテグレータ１２に近接して配置することができ、照明光学系１０の小型化を図れる。また、ロッドインテグレータ１２に近接してカラーホイール１３を配置できるので、カラーホイール１３に入射する光束径は小さくなり、カラーホイール１３の小型化ならびに照明光学系１０の小型化を図れる。
【００３０】
（３）照明光学系１０は、ロッドインテグレータ１２を備えているので、光源装置１１から射出した光束の照度分布を均一化できる。また、照明光学系１０は、カラーホイール１３を備えているので、入射した光束を集光しつつ異なる波長領域の光束に分割して射出できる。さらに、照明光学系１０は、リレーレンズ系１４を備えているので、該リレーレンズ系１４にてカラーホイール１３から射出された光束を略全て呑み込み、ＤＭＤ２０の画像形成領域に効率的に照射できる。したがって、ＤＭＤ２０の画像形成領域に、均一な照度分布を有しかつ照明強度の高い光束を照射できる。
【００３１】
（４）プロジェクタ１は、照明光学系１０と、光変調装置と、投写光学系３０とを備えているので、光変調装置は、照明光学系１０から照射される均一な照度分布を有しかつ照明強度の高い光束を光変調して光学像を形成できる。そして、投写光学系は、この形成された光学像を拡大投写する。したがって、投写画像の明るさを確保するとともに、高いコントラスト比を実現できる。
【００３２】
（５）光変調装置は、複数のマイクロミラーを備え、この複数のマイクロミラーの入射角度を制御することにより、照明光学系１０から射出された光束を画像情報に応じて変調するＤＭＤ２０である。このことにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光に分離する色分離光学系としてカラーホイール１３を使用した場合に、１枚のＤＭＤ２０にて光変調を実施でき、プロジェクタ１の小型化を図れる。また、カラーホイール１３の回転に応じた周波数で高速応答できるＤＭＤ２０を採用しているので、カラーホイール１３およびＤＭＤ２０の組み合わせにより、効率的にカラー表示を実現できる。
【００３３】
〔４〕実施形態の変形
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記実施形態では、集光手段として平凸レンズ１３３を用いた構成を説明したが、これに限らない。例えば、カラーホイール１３の光束入射側および光束射出側の少なくともいずれか一方が凹となるように構成してもよい。この場合には、例えば、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、メニスカスレンズ等の単レンズを組み合わせて全体的に正の屈折力を有するように構成する。このような構成では、例えば、色収差を補正することができる。また、集光手段である組み合わせレンズの光学特性とリレーレンズ系１４の光学特性を考慮して、最適な照明光学系を実現できるとともに、照明光学系１０をコンパクトに構成できる。
また、このような構成では、集光手段が平凸レンズ１３３である場合に比べて、カラーホイール１３の後段に配置される第１リレーレンズ１４１をカラーホイール１３に近接して配置できる。したがって、第１リレーレンズ１４１と反射ミラー１４２との距離を長く取ることができ、リレーレンズ系１４を構成する部材の配置関係に余裕を持たせることができ、リレーレンズ系１４を要求に応じて多種多様に設計できる。
【００３４】
さらに、平凸レンズ１３３を採用して、カラーホイール１３の光束入射側が平面となるように構成したが、これに限らない。例えば、光束入射側を凸または凹となるように構成してもよい。しかしながら、本実施形態においてカラーホイール１３の光束入射側を平面とした構成の方が、カラーホイール１３の前段に配置されるロッドインテグレータ１２に近接して配置できるという利点がある。
【００３５】
前記実施形態では、カラーホイール１３の後段にリレーレンズ系１４を配置した構成を説明したが、これに限らない。例えば、カラーホイール１３に集光手段を具備させたことによる色収差、歪曲収差、非点収差等の軸外収差を補正するために、カラーホイール１３とリレーレンズ系１４との間に補正レンズを配置してもよい。この軸外収差は、集光手段の構成およびリレーレンズ系１４の構成を調整することで、補正することができるが、汎用のリレーレンズ系１４を使用する場合に、上記のように補正レンズを採用すればよい。例えば、この補正レンズとしては、シリンドリカルレンズ等を採用できる。
【００３６】
前記実施形態では、光束分割光学素子としてロッドインテグレータ１２を採用した構成を説明したが、これに限らない。入光する光束の照度分布を均一にすることができるものであればよく、他のインテグレータであっても構わない。例えば、レンズを縦横にいくつか並べた一対のフライアイレンズを用いたマルチレンズアレイ等を採用してもよい。
【００３７】
前記実施形態において、カラーホイール１３を箱状部材にて囲むような構成を採用してもよい。例えば、この箱状部材は、カラーホイール１３の光束入射位置および光束射出位置に孔を設けるような構成を採用できる。このような構成では、カラーホイール１３の回転に伴う塵埃等をプロジェクタ１内に放出することを回避するとともに、プロジェクタ１内の塵埃等をカラーホイール１３のカラーフィルタ１３４に付着することを回避できる。さらに、カラーホイール１３の回転に伴う騒音を低減できる。
【００３８】
前記実施形態では、カラーホイール１３は、モータ１３２に接続するハブ１３１を採用した構成を説明したが、これに限らない。すなわち、ハブ１３１を設けない構成でもよい。例えば、平凸レンズ１３３とハブ１３１とを射出成形等の成形により一体的に形成した構成を採用できる。このような構成では、平凸レンズ１３３とハブ１３１とが一体的に構成しているので、カラーホイール１３を高強度にできる。また、ねじや接着剤等による固定を実施する作業を削除でき、カラーホイール１３の製造を容易にする。さらに、カラーホイール１３の発熱により接着剤等が剥がれるおそれもなく、カラーホイール１３を高寿命化できる。
【００３９】
前記実施形態では、光変調装置としてＤＭＤ２０を採用した構成を説明したが、これに限らない。例えば、液晶パネルを採用してもよい。この場合、液晶パネルとしては、高速応答性を実現できる強誘電性液晶を採用することが好ましい。前記実施形態では、リレーレンズ系１４は、第１リレーレンズ１４１と、反射ミラー１４２と、第２リレーレンズ１４３とを備えて構成されていたが、これに限らない。例えば、反射ミラー１４２を削除して、リレーレンズ系１４全系を折り曲げずに直線的になるように構成してもよい。また、第２リレーレンズ１４３を削除してもよい。さらに、反射ミラー１４２および第２リレーレンズ１４３を削除して第１リレーレンズ１４１のみでリレーレンズ系１４を構成するようにしてもよい。したがって、上記のようなリレーレンズ系１４等により、プロジェクタ１の照明光学系１０、ＤＭＤ２０、投写光学系３０の配置も前記実施形態に限られない。
【００４０】
前記実施形態では、ロッドインテグレータをカラーホイールの前段に配置する構成を説明したが、これに限らず、ロッドインテグレータをカラーホイールの後段に配置してもよい。
【００４１】
前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投写を実施するフロントタイプのプロジェクタ１を説明したが、これに限らない。例えば、スクリーンを観察する方向とは反対側から投写を実施するリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプロジェクタの構造を模式的に表す概要構成図。
【図２】本発明の実施形態に係るＤＭＤの一例を模式的に表す概略構成図。
【図３】本発明の実施形態に係るカラーホイールの構造を模式的に表す断面図。
【図４】本発明の実施形態に係るカラーホイールの構造を模式的に表す全体斜視図。
【符号の説明】
１・・・プロジェクタ、１０・・・照明光学系、１１・・・光源装置（光源）、１２・・・ロッドインテグレータ（光束分割光学素子）、１３・・・カラーホイール、１３３・・・平凸レンズ（集光手段）、１３４・・・カラーフィルタ、２０・・・ＤＭＤ（光変調装置）、３０・・・投写光学系。
Claims (6)
- 透過する光束を所定の波長領域の光束に変換する複数のカラーフィルタを備え、この複数のカラーフィルタを切り替えて時分割形式で異なる波長領域の光束を射出するカラーホイールであって、
当該カラーホイールに入射する光束を集光する集光手段を具備し、
前記カラーフィルタおよび前記集光手段は、一体的に形成されていることを特徴とするカラーホイール。 - 請求項１に記載のカラーホイールにおいて、
前記集光手段は、当該カラーホイールの光束射出側に設けられていることを特徴とするカラーホイール。 - 請求項１または２に記載のカラーホイールにおいて、
前記集光手段は、光束入射側および光束射出側の少なくともいずれか一方が凹状に形成されていることを特徴とするカラーホイール。 - 光源と、この光源から射出される光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子と、前記請求項１ないし３のいずれかに記載のカラーホイールと、該カラーホイールを透過した光束を集光する集光レンズとを備えたことを特徴とする照明光学系。
- 請求項４に記載の照明光学系と、この照明光学系から射出された光束を画像情報に応じて変調する光変調装置と、この光変調装置にて変調された光束を拡大投写する投写光学系とを備えたことを特徴とするプロジェクタ。
- 請求項５に記載のプロジェクタにおいて、
前記光変調装置は、複数のマイクロミラーを備え、この複数のマイクロミラーの入射角度を制御することにより、前記照明光学系から射出された光束を画像情報に応じて変調することを特徴とするプロジェクタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002271187A JP2004109419A (ja) | 2002-09-18 | 2002-09-18 | カラーホイール、照明光学系およびプロジェクタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002271187A JP2004109419A (ja) | 2002-09-18 | 2002-09-18 | カラーホイール、照明光学系およびプロジェクタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004109419A true JP2004109419A (ja) | 2004-04-08 |
Family
ID=32268578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002271187A Withdrawn JP2004109419A (ja) | 2002-09-18 | 2002-09-18 | カラーホイール、照明光学系およびプロジェクタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004109419A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007025512A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Chinontec Kk | 投射型表示装置 |
| JP2007057848A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Sharp Corp | 倍率色収差補正方法及びプロジェクタ |
| JP2008015043A (ja) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | Chinontec Kk | 投射型表示装置 |
| JP2011227333A (ja) * | 2010-04-21 | 2011-11-10 | Stanley Electric Co Ltd | 光源装置および照明装置 |
| CN102722072A (zh) * | 2011-12-25 | 2012-10-10 | 深圳市光峰光电技术有限公司 | 投影显示装置 |
| JP2017003681A (ja) * | 2015-06-08 | 2017-01-05 | カシオ計算機株式会社 | 光学ホイール装置、光源装置及び投影装置 |
| KR101817828B1 (ko) * | 2011-08-16 | 2018-01-11 | 이아이에스 옵틱스 리미티드 | 옵티칼 휠 |
-
2002
- 2002-09-18 JP JP2002271187A patent/JP2004109419A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007025512A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Chinontec Kk | 投射型表示装置 |
| JP4668717B2 (ja) * | 2005-07-21 | 2011-04-13 | 株式会社Ｓｕｗａオプトロニクス | 投射型表示装置 |
| JP2007057848A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Sharp Corp | 倍率色収差補正方法及びプロジェクタ |
| JP2008015043A (ja) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | Chinontec Kk | 投射型表示装置 |
| JP2011227333A (ja) * | 2010-04-21 | 2011-11-10 | Stanley Electric Co Ltd | 光源装置および照明装置 |
| KR101817828B1 (ko) * | 2011-08-16 | 2018-01-11 | 이아이에스 옵틱스 리미티드 | 옵티칼 휠 |
| CN102722072A (zh) * | 2011-12-25 | 2012-10-10 | 深圳市光峰光电技术有限公司 | 投影显示装置 |
| JP2017003681A (ja) * | 2015-06-08 | 2017-01-05 | カシオ計算機株式会社 | 光学ホイール装置、光源装置及び投影装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO1998029773A1 (fr) | Dispositif d'affichage d'image | |
| US7055959B2 (en) | Projection display device and back projection display device using the display device | |
| US20090168041A1 (en) | Projection apparatus | |
| CN100471246C (zh) | 一种用于投影系统的光学结构 | |
| US6680762B2 (en) | Projection liquid crystal display apparatus wherein overall focal point of the lens is shifted to increase effective aperture ratio | |
| JP2004524581A (ja) | プロジェクタディスプレイ装置 | |
| CA2447285C (en) | Projection type display apparatus | |
| JP2004101826A (ja) | プロジェクタ用光学系およびこれを用いたプロジェクタ装置 | |
| US7145728B2 (en) | Projection apparatus | |
| US6799852B2 (en) | Image display projector | |
| JP2002277820A (ja) | 照明光学系およびこれを用いた投写型カラー画像表示装置 | |
| JP2009054340A (ja) | 照明装置及びプロジェクタ | |
| JP4550344B2 (ja) | ビデオプロジェクタ用光投射システム | |
| JP2004109419A (ja) | カラーホイール、照明光学系およびプロジェクタ | |
| WO2008041363A1 (fr) | Projecteur | |
| WO2002088842A1 (fr) | Systeme optique d'eclairage et projecteur | |
| US7204613B2 (en) | Projection display device | |
| JP2008502937A (ja) | プロジェクションシステム | |
| US6779898B2 (en) | Image display apparatus and method for recapturing off-state light | |
| JP2007286516A (ja) | 投射型画像表示装置 | |
| JP2005031280A (ja) | 露光装置 | |
| JP4127024B2 (ja) | プロジェクタ | |
| JP2007233003A (ja) | プロジェクタ | |
| JP3699409B2 (ja) | 画像投影装置 | |
| JPH10111486A (ja) | 表示装置および表示装置用液晶パネル並びに投射型表示装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060110 |