JP2005250232A - Optical path displacing element, optical scanning means, and projection type image display device - Google Patents
Optical path displacing element, optical scanning means, and projection type image display device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005250232A JP2005250232A JP2004062258A JP2004062258A JP2005250232A JP 2005250232 A JP2005250232 A JP 2005250232A JP 2004062258 A JP2004062258 A JP 2004062258A JP 2004062258 A JP2004062258 A JP 2004062258A JP 2005250232 A JP2005250232 A JP 2005250232A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical path
- light
- mod
- prism
- prism body
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
Description
本発明は、光路変位素子と光走査手段および投影型画像表示装置に関し、特に、カラースクロール走査方式の投影型画像表示装置等に使用される光路変移素子と該光路変移素子を用いた光走査手段および投影型画像表示装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE
光源からの光をデジタルミラーデバイス(以下、DMDと称する。)、液晶表示素子(以下、LCDと称する。)等の光変調素子を介してスクリーンに投射する投影型画像表示装置は、光の3原色(R,G,B)に対応した3種類の画像の作成に3枚の光変調素子を用いる方式(以下、3板方式と称する。)と、1枚の光変調素子を用いる方式(以下、単板方式と称する。)の2種類がある。 A projection-type image display apparatus that projects light from a light source onto a screen via a light modulation element such as a digital mirror device (hereinafter referred to as DMD) or a liquid crystal display element (hereinafter referred to as LCD). A method using three light modulation elements (hereinafter referred to as a three-plate method) and a method using one light modulation element (hereinafter referred to as “three-plate method”) for generating three types of images corresponding to the primary colors (R, G, B). , Referred to as a single plate method).
前記3板方式は、図19に示すように、光源からの光をダイクロイックミラー、フィルタ、キューブ等を用い、赤色(以下、Rと称する。)、緑色(以下、Gと称する。),青色(以下、Bと称する。)の3原色に分離させた後、これら分離光R,G,Bの光を各3つの光変調素子119r,119g,119bに入射させてそれぞれR画像、G画像、B画像をスクリーン120上に形成するものである。
前記R,G,B画像は、光変調素子119r,119g,119bを反射もしくは透過した後、ミラー113、投射光学系114等を用いて位置整合並びに色合成されてスクリーン120に投射される。
As shown in FIG. 19, the three-plate system uses dichroic mirrors, filters, cubes, and the like for light from a light source, and is red (hereinafter referred to as R), green (hereinafter referred to as G), and blue (hereinafter referred to as G). (Hereinafter referred to as B)), the separated light beams R, G, and B are incident on the three
The R, G, and B images are reflected or transmitted through the
前記単板方式は、LCDを光変調素子として用いる場合、一般的には、図20に示すように、図示しないRフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタが配置された3つの小画素により1つの画素を構成し、各小画素が入射光の反射、吸収、透過を制御する光変調素子129となるように構成されている。この場合、光源からの出射光の内、LCD光変調素子の偏光板を透過した光は、前記R,G,Bフィルタを透過もしくは吸収し、液晶層を透過もしくは反射した成分が再び偏光板を透過した際に、R画像、G画像、B画像を同時にスクリーン120上に形成するようになっている。
In the single plate method, when an LCD is used as a light modulation element, generally, as shown in FIG. 20, one pixel is formed by three small pixels in which an R filter, a G filter, and a B filter (not shown) are arranged. Each small pixel is configured to be a
このような単板方式では、スクリーン120上においても、各分離光R,G,Bの小画素が表示されているが、視覚上で分解能以下の範囲で前記R,G,Bの小画素が配列しているために、錯覚的に空間合成された画像となる。
In such a single plate method, small pixels of the separated light beams R, G, and B are displayed on the
しかしながら、上述した単板方式では、小画素毎に独立して光変調を行っているので、スイッチ素子の微細化や高精細化が不利になるため、光変調素子自体の大きさの小型化が難しいという問題点があった。 However, in the single plate method described above, since light modulation is performed independently for each small pixel, miniaturization and high definition of the switch element are disadvantageous, so that the size of the light modulation element itself can be reduced. There was a problem that it was difficult.
また、隣り合う小画素間には、光出射の不可能な無配線のブラックマスクが膜付けされた領域の割合が多くなるとともに、カラーフィルタにおいて、Rフィルタに入射する光が、R成分以外の成分、すなわちG,B光が吸収されるため、光利用率がカラーフィルタ上だけで光源からの出射光の3分の1以下となってしまうという問題点があった。 In addition, the ratio of the area where the non-wiring black mask that cannot emit light is formed between the adjacent small pixels is increased, and in the color filter, the light incident on the R filter is other than the R component. Since the components, that is, the G and B lights are absorbed, there is a problem that the light utilization rate becomes 1/3 or less of the light emitted from the light source only on the color filter.
一方、前記3板方式は、単板方式に比較して画像の高精細化が容易、光の利用効率が高いという長所があるが、その反面、3つの光変調素子119r,119g,119bが配置され、且つ、各分離光R,G,Bの進行光路が独立しているため、単板方式に比較して光変調素子の数が多くなりコストが高くなる、光学系の構造が複雑で形状が大きくなるという問題点があった。
On the other hand, the three-plate method has advantages in that it is easy to achieve high-definition images and high light utilization efficiency compared to the single-plate method, but on the other hand, three
この為、小型化およびローコスト化の求められる最近の投影型画像表示装置においては、光変調素子に対して分離光R,G,Bを順次時分割で投射し、光変調素子は投射された光の種類に応じた画像を作成、投射する「カラーシーケンシャル方式」、或いは光変調素子に対してR,G,Bの光を同時に領域分割で投射し、R,G,Bの光の投射領域を時間とともに移動(スクロール)させる「カラースクロール方式」が多く採用されている。 For this reason, in recent projection type image display devices that are required to be reduced in size and cost, the separated light beams R, G, and B are sequentially projected onto the light modulation element in a time-sharing manner, and the light modulation element projects the projected light. “Color Sequential Method” for creating and projecting an image according to the type of light, or simultaneously projecting R, G, B light to the light modulation element by area division, and projecting R, G, B light projection areas A “color scroll method” that moves (scrolls) with time is often used.
特に、カラースクロール方式は、光源に白色光源を使用する場合、分光したR,G,Bの光の全てを同時に画像表示に利用する為、カラーホイール等のカラーフィルタを用いて、白色光から必要な種類の光だけを抽出し、他の種類の光を廃棄してR,G,Bの光のみを順次時分割で投射するカラーシーケンシャル方式に比べて、光の利用効率が高くなるという長所がある。 In particular, when a white light source is used as the light source, the color scroll method uses all of the R, G, and B light that has been dispersed for image display at the same time, so it is necessary from white light using a color filter such as a color wheel. Compared with the color sequential method, which extracts only different types of light, discards other types of light, and sequentially projects only R, G, B light in a time-sharing manner, it has the advantage that the light use efficiency is higher. is there.
ここで、従来のカラースクロール方式による投影型画像表示装置について、一例を挙げて説明する。
図21は従来のカラースクロール方式による投影型画像表示装置の構成の一例を示す説明図である。
Here, an example of a conventional projection type image display apparatus using a color scroll method will be described.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of a projection-type image display apparatus using a conventional color scroll method.
従来のカラースクロール方式による投影型画像表示装置110は、図21に示すように、正4角柱の回転プリズム139を光路変位素子として、前記回転プリズム139を回転させて光走査を行う光走査手段101を備えたものであって、可視光線域でのスペクトルをもつ白色光源ランプ1と、該白色光源ランプ1からの出射光を赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に分離するダイクロイックミラー3,4,5と、前記ダイクロイックミラー3,4,5で分離、反射された分離光R,G,Bの3色の光を拡散整形し、光路変位素子としての回転プリズム139に投射する拡散整形用のロッド6,7,8と、前記ロッド6,7,8から出射された分離光R,G,Bを受ける正4角柱の回転プリズム139と、前記回転プリズム139を回転させる回転手段(図示省略)と、回転プリズム139の出力光を光変調素子11に投射する投射レンズ10、反射鏡12,13、光変調素子11、およびスクリーン(図示省略)への投射光学系14とを具備している。
As shown in FIG. 21, a conventional color scroll projection-type
以下、前記投影型画像表示装置110の動作について説明する。
可視光線域でのスペクトルをもつ白色光源ランプ1からの出射光は、レンズ2を介してダイクロイックミラー3で青(B)、ダイクロイックミラー4で緑(G)、ダイクロイックミラー5で赤(R)との3色の分離光R,G,Bに分離される。
Hereinafter, the operation of the projection type
Light emitted from the white
前記ダイクロイックミラー3,4,5で分離、反射された3色の分離光R,G,Bは、それぞれ色毎に光の拡散整形用のロッド6(B)、ロッド7(G)、及びロッド7(R)に入射するようになっている。前記ロッド6,7,8から出射された分離光R,G,Bは、図21に示したように回転プリズム139に入射される。
前記ロッド6,7,8からの分離光R,G,Bの回転プリズム139に対する入射角度は、回転プリズム139の回転に伴ない変化する。
The three color separated lights R, G, and B separated and reflected by the
The incident angles of the separated lights R, G, and B from the
この為、前記回転プリズム139を通過し、光変調素子11上に投射された色毎の光の領域は、回転プリズム139の回転に伴ない移動(スクロール)する。
光変調素子11は、投射された光の種類とその領域に応じて、光変調を行い画像生成を行う。光変調素子11で生成された画像は、スクリーンへの投射光学系14を経てスクリーン(図示省略)へ投射される。
For this reason, the region of light for each color that has passed through the
The
しかしながら、先に述べたような長所があるカラースクロール方式には、正4角柱の回転プリズム139を光路変位素子として、前記回転プリズム139を回転させて光走査を行う光走査手段101を用いることにより以下のような問題点が存在した。
However, in the color scroll method having the advantages as described above, by using the optical scanning means 101 that performs optical scanning by rotating the
すなわち、回転プリズム139の形状と該回転プリズム139の回転方向の関係から、風きりノイズを発生し易い。特に、カラーブレイクの発生を抑制する為には、スクロールの速度を上げることが効果的だが、プリズムの回転速度を上げた場合、風きりノイズが増大するという問題が生じる。
That is, wind noise is likely to occur due to the relationship between the shape of the
また、光変調素子11上に投射された光の投射領域の走査速度が、光変調素子11の中央に比べて上下両端で速くなる等、光変調素子11上の位置により異なる。この結果、スクリーンの映像は、中央に比べて上下端で映像の輝度が低下し、映像に輝度ムラが発生する。
In addition, the scanning speed of the projection area of the light projected on the
さらに、回転プリズム139の回転によって生じる光路長の変動や、光の該回転プリズム139への入射角度に依存する波長分散等の影響により、焦点振動や色収差の拡大を引き起こし、表示画像にぼやけ等が発生し、画像の品質が低下すると言う問題点があった(図11を参照)。
Furthermore, the fluctuation of the optical path length caused by the rotation of the
ここで、「カラーブレイク」について説明する。
フルカラーの画像を表示する表示装置は、時分割で赤、青、緑の画像を順次表示して、時間的にずれて表示される赤、青、緑の画像情報を視聴者の脳が重ね合わせてフルカラー画像として受け取ることを利用している。
そして、このような映像表示方式では、視聴者の視線の移動等により、赤、青、緑の映像情報の一部を取得できなかったり、脳内の映像の重ね合わせ処理が上手くいかない場合、映像の一部から赤、青、緑の色のどれかが抜け落ちて、映像の色調が変化して見える現象が発生する。これの現象を「カラーブレイク」と呼称している。
Here, “color break” will be described.
A display device that displays full-color images sequentially displays red, blue, and green images in a time-sharing manner, and the viewer's brain superimposes red, blue, and green image information that are displayed with a time shift. And using it as a full-color image.
And, in such a video display method, due to the movement of the viewer's line of sight, etc., if some of the red, blue and green video information cannot be acquired, or the superposition processing of the video in the brain is not successful, One of the colors red, blue, and green falls out of a portion of the image, causing a phenomenon in which the color tone of the image changes. This phenomenon is called “color break”.
そこで、上記従来の問題点の対策として、図22に示すように、分離光R,G,Bが出射されるダイクロイックキューブ15と、前記分離光R,G,Bが入射される第1フォーカスレンズ16と、第1フォーカスレンズ16を通った分離光R,G,Bを走査する走査素子17と、走査素子17によって走査された分離光R,G,Bが入射されるポストフォーカスレンズ20とを備え、前記走査素子17を配置間隔が焦点距離と等しくなる様に配置されて互いが正負に揺動する2つの円柱状レンズアレイ18,19で構成し、回転プリズム139の代りに光走査手段として用いる光学系が提案されている(特許文献1を参照)。
Therefore, as countermeasures for the above-described conventional problems, as shown in FIG. 22, the
このようなスクロール光学系によれば、光走査手段として回転プリズムを用いないため、プリズムの回転によって生じる光路長の変動や、プリズムに対する光の入射角度に依存する波長分散等に起因する焦点振動や色収差の拡大を改善できる。
しかしながら、特許文献1に記載の光学系のように、光変調素子11上の光の投射領域をスクロールさせるために、互いが正負に揺動する2つの円柱状レンズアレイ18,19で構成された走査素子17を用いる方法には、入力パターンのすべての光線高さについて正確に走査するように円柱状レンズアレイ18,19を互いに正負に揺動させることが難しい。また、前記円柱状レンズアレイ18,19を互いに正負に動かすための駆動部が必要となるので機構的に複雑になるという問題点が存在した。
However, like the optical system described in
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で装置運転時の騒音を低減し、投射映像の輝度ムラを低減するとともに、焦点振動を抑制して映像の品質の向上を図った光路変位素子と光走査手段および投影型画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and reduces noise during operation of the apparatus with a simple configuration, reduces brightness unevenness of a projected image, and suppresses focal vibration to reduce the image quality. An object of the present invention is to provide an optical path displacing element, an optical scanning unit, and a projection type image display device with improved quality.
本発明は、光路変位素子に係り、光源から出射されて複数の特定波長帯域成分毎に分離された分離光を入射して透過もしくは反射させるとともに、入射した分離光の光路の出射位置を変位させる光路変位素子であって、前記光路変位素子は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成され、前記プリズム体を変位させることで、該プリズム体に入射された分離光の進路を変位させることを特徴とするものである。 The present invention relates to an optical path displacing element, in which separated light emitted from a light source and separated for each of a plurality of specific wavelength band components is incident and transmitted or reflected, and the emission position of the incident separated light in the optical path is displaced. The optical path displacing element, the optical path displacing element is constituted by a prism body in which the separation light incident surface and the exit surface are spirally and endlessly formed, and by displacing the prism body, The path of the separated light incident on the prism body is displaced.
前記プリズム体は、変位方向に対して略垂直方向の断面形状が正多角形状で且つ任意の位置の断面形状が相似形状に形成されるとともに、n/2πrad(nは、n≧1の自然数)捻ることで螺旋状に形成され、且つ、該プリズム体の隣り合う入射面または出射面により形成される稜と該プリズム体の変位方向に沿った中心線とのそれぞれの一端側と他端側とを連続させて無端状に形成されることが好ましい。 In the prism body, the cross-sectional shape in a direction substantially perpendicular to the displacement direction is a regular polygonal shape, and the cross-sectional shape at an arbitrary position is a similar shape, and n / 2πrad (n is a natural number where n ≧ 1). One end side and the other end side of each of a ridge formed by twisting and formed by an adjacent entrance surface or exit surface of the prism body and a center line along the displacement direction of the prism body Are preferably formed in an endless manner.
また、前記プリズム体は、環状に形成され、環状の中心を中心軸として回転変位するときのプリズム体の回転軸をZ軸、前記プリズム体が回転時に半径r(r>0)基準円を含むZ軸に対して垂直な平面をXY平面、前記XY平面とZ軸の交点を基準点O:(x、y、z)=(0、0、0)、前記基準円上の一点A、基準点O、X軸と前記基準円の交点B=(r、0、0)の成す角度∠AOBをθ、前記基準円上の一点Aの座標をA(θ)=(r・cos(θ)、r・sin(θ)、0)、前記プリズム体のm箇所(m≧3の自然数)の稜とZ軸を一辺とした前記A(θ)を含む平面の交点をPk(θ)=(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))(kは、1≦k≦mの自然数)、Pk(θ)、A、基準点Oの成す角度をζk(θ)、ζ1(θ)のθ=0の時の初期位相をδ(0≦|δ|<2π)、プリズム体の一辺の長さをR(θ)、と定義した場合、前記Pk(θ)の座標が、
zk(θ)=(R(θ)/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
の関係式を満たすことが好ましい。
The prism body is formed in an annular shape, and includes a Z-axis as a rotation axis of the prism body when the prism body is rotationally displaced about the center of the annular shape, and includes a reference circle having a radius r (r> 0) when the prism body is rotated. The plane perpendicular to the Z axis is the XY plane, the intersection of the XY plane and the Z axis is the reference point O: (x, y, z) = (0, 0, 0), one point A on the reference circle, the reference The angle ∠AOB formed by the point O, the intersection B of the X axis and the reference circle B = (r, 0, 0) is θ, and the coordinate of one point A on the reference circle is A (θ) = (r · cos (θ) , R · sin (θ), 0), an intersection of a plane including A (θ) with one side of the Z-axis being the edge of m points (m ≧ 3 is a natural number) of the prism body and Pk (θ) = ( xk (θ), yk (θ), zk (θ)) (k is a natural number of 1 ≦ k ≦ m), Pk (θ), A, and the angle formed by the reference point O are ζk (θ), ζ1 (θ ) Θ = The initial phase when the δ (0 ≦ | δ | <2π), when the length of one side of the prisms defining R (theta), and the coordinates of Pk (theta) is,
zk (θ) = (R (θ) / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
It is preferable that the relational expression is satisfied.
さらに、前記プリズム体は、
R(θ)=R1(r>R1/√2>0)
ζk(θ)=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
の関係式を満たすことが好ましい。
Furthermore, the prism body is
R (θ) = R1 (r> R1 / √2> 0)
ζk (θ) = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
It is preferable that the relational expression is satisfied.
さらに、また、前記プリズム体は、
R(θ)が、
R(θ)=R1(r√2>R1>0)
ζk(θ)が、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)が、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
の関係式を満たすことが好ましい。
Furthermore, the prism body is
R (θ) is
R (θ) = R1 (r√2>R1> 0)
ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1) is
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
It is preferable that the relational expression is satisfied.
また、前記プリズム体は、
ζk(θ)が、
ζk(θ)=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
R(θ)が、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすことが好ましい。
ここで、MOD(b,c)は、bをcで割った際の剰余を返す関数である。
The prism body is
ζk (θ) is
ζk (θ) = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
It is preferable that the relational expression is satisfied.
Here, MOD (b, c) is a function that returns a remainder when b is divided by c.
さらに、前記プリズム体は、
ζk(θ)が、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)が、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
R(θ)が、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすことが好ましい。
Furthermore, the prism body is
ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1) is
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
It is preferable that the relational expression is satisfied.
また、本発明は、光走査手段に係り、光源から出射されて複数の特定波長帯域成分毎に分離された分離光を入射して透過もしくは反射させるとともに、入射した分離光の光路の出射位置を変位させる光路変位素子と、前記光路変位素子を変位させる光路変位素子変位手段とを備え、前記光路変位素子を変位させることで該光路変位素子に入射された光の出射位置を制御して光走査するようにした光走査手段において、前記光路変位素子は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成され、前記光路変位素子変位手段は、前記光路変位素子を構成するプリズム体を回転変位させることで、プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させることを特徴とするものである。 In addition, the present invention relates to an optical scanning unit, and injects and transmits or reflects the separated light emitted from the light source and separated for each of the plurality of specific wavelength band components, and sets the emission position of the optical path of the incident separated light. An optical path displacing element for displacing and an optical path displacing element displacing means for displacing the optical path displacing element, and irradiating the optical path displacing element by controlling the emission position of the light incident on the optical path displacing element. In the optical scanning means configured to do so, the optical path displacing element is constituted by a prism body in which the portions that become the incident surface and the exit surface of the separated light are spirally and endlessly formed, and the optical path displacing element displacing unit includes: Further, the path of the plurality of separated lights incident on the prism body is temporally displaced by rotationally displacing the prism body constituting the optical path displacement element.
前記光路変位素子として、前述した光路変位素子に係る発明に記載した光路変位素子を用いることが好ましい。 As the optical path displacement element, it is preferable to use the optical path displacement element described in the invention related to the optical path displacement element described above.
さらに、前記光路変位素子は、分離光が入射される光路に対しほぼ垂直な仮想面上で回転可能に設けられ、該光路変位素子の回転にともないプリズム体が変位することで、前記プリズム体に入射された分離光の進路が等速で変位することが好ましい。 Further, the optical path displacement element is provided to be rotatable on a virtual plane substantially perpendicular to the optical path on which the separated light is incident, and the prism body is displaced by the rotation of the optical path displacement element, so that the prism body is displaced. The path of the incident separated light is preferably displaced at a constant speed.
また、本発明は、投影型画像表示装置に係り、光源から出射された光を複数の特定波長帯域成分毎に分離する光分離手段と、前記光分離手段で色毎に分離された分離光を色毎に変調し画像を形成する光変調素子と、前記光変調素子で形成された画像を投射する投射手段と、前記光分離手段と光変調素子の間に配置された光走査手段とを備えた投影型画像表示装置において、前記光走査手段は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成された光路変位素子と、前記光路変位素子を構成するプリズム体を回転変位させる光路変位素子変位手段とを備え、プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させたことを特徴とするものである。 The present invention also relates to a projection-type image display apparatus, comprising: a light separating unit that separates light emitted from a light source into a plurality of specific wavelength band components; and a separated light separated for each color by the light separating unit. A light modulation element that modulates each color to form an image, a projection unit that projects an image formed by the light modulation element, and a light scanning unit disposed between the light separation unit and the light modulation element. In the projection type image display apparatus, the optical scanning means includes an optical path displacement element formed by a prism body in which the portions to be the incident surface and the exit surface of the separated light are spirally and endlessly formed, and the optical path displacement An optical path displacing element displacing unit that rotationally displaces the prism body constituting the element is provided, and the paths of the plurality of separated lights incident on the prism body are temporally displaced.
前記光走査手段として、前述した光走査手段に係る発明に記載した光走査手段を用いることが好ましい。 As the optical scanning unit, it is preferable to use the optical scanning unit described in the invention related to the optical scanning unit described above.
また、前記光分離手段は、光源から出射された光をR,G,Bの3原色に分離する複数の選択波長帯域透過反射機構と、前記3原色の各々の光を個別にもしくは同時に光線照射分布の均一化を行うミキシング機構とを具備することが好ましい。 In addition, the light separation means irradiates the light of each of the three primary colors individually or simultaneously with a plurality of selective wavelength band transmission / reflection mechanisms for separating the light emitted from the light source into the three primary colors of R, G, and B. It is preferable to provide a mixing mechanism that makes the distribution uniform.
さらに、前記ミキシング機構として、R,G,Bの3原色の各々を個別もしくは同時に均一照明する少なくとも一対のフライアイレンズを具備することが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the mixing mechanism includes at least a pair of fly-eye lenses that uniformly or simultaneously illuminate each of the three primary colors R, G, and B.
本発明によれば、簡単な構成で装置運転時の騒音を低減し、投射映像の輝度ムラを低減するとともに、焦点振動を抑制して映像の品質の向上を図った光路変位素子と光走査手段および投影型画像表示装置を提供することができる。 According to the present invention, an optical path displacing element and an optical scanning unit that reduce noise during operation of the apparatus with a simple configuration, reduce luminance unevenness of a projected image, and improve the image quality by suppressing focus vibration. And a projection type image display apparatus can be provided.
すなわち、本発明は、光路変位素子を、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成し、前記プリズム体を回転させて該プリズム体に入射された分離光の進路を変位させることで、従来の回転プリズム方式と比較して、従来の回転プリズムより空気抵抗を小さく、風切りノイズを小さくすることができる。 That is, according to the present invention, the optical path displacing element is constituted by a prism body in which the portions that become the incident surface and the exit surface of the separated light are formed in a spiral and endless shape, and the prism body is rotated to form the prism body. By displacing the path of the incident separated light, the air resistance can be made smaller than the conventional rotating prism and the wind noise can be reduced as compared with the conventional rotating prism system.
また、前記プリズム体を、変位方向に対して略垂直方向の断面形状が正多角形状で且つ任意の位置の断面形状が相似形状に形成するとともに、n/2πrad(nは、n≧1の自然数)捻ることで螺旋状に形成し、且つ、該プリズム体の隣り合う入射面または出射面により形成される稜と該プリズム体の変位方向に沿った中心線とのそれぞれの一端側と他端側とを連続させて無端状に形成することで、前記プリズム体を無端状の中心を中心軸として回転させて、該プリズム体に入射された分離光の進路を変位させることができる。これにより、従来の回転プリズム方式と比較して、従来の回転プリズムより空気抵抗を小さく、風切りノイズを小さくすることができる。 Further, the prism body is formed so that the cross-sectional shape in a direction substantially perpendicular to the displacement direction is a regular polygonal shape, and the cross-sectional shape at an arbitrary position is a similar shape, and n / 2π rad (n is a natural number where n ≧ 1) ) One end side and the other end side of each of the ridge formed by twisting and formed by the adjacent entrance surface or exit surface of the prism body and the center line along the displacement direction of the prism body , The prism body is rotated about the endless center as a central axis, and the path of the separated light incident on the prism body can be displaced. Thereby, compared with the conventional rotating prism system, air resistance can be made smaller than that of the conventional rotating prism, and wind noise can be reduced.
さらに、前記プリズム体を環状に形成し、環状の中心を中心軸として回転変位するときのプリズム体の回転軸をZ軸、前記プリズム体が回転時に半径r(r>0)基準円を含むZ軸に対して垂直な平面をXY平面、前記XY平面とZ軸の交点を基準点O:(x、y、z)=(0、0、0)、前記基準円上の一点A、基準点O、X軸と前記基準円の交点B=(r、0、0)の成す角度∠AOBをθ、前記基準円上の一点Aの座標をA(θ)=(r・cos(θ)、r・sin(θ)、0)、前記プリズム体のm箇所(m≧3の自然数)の稜とZ軸を一辺とした前記A(θ)を含む平面の交点をPk(θ)=(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))(kは、1≦k≦mの自然数)、Pk(θ)、A、基準点Oの成す角度をζk(θ)、ζ1(θ)のθ=0の時の初期位相をδ(0≦|δ|<2π)、プリズム体の一辺の長さをR(θ)、と定義した場合、前記Pk(θ)の座標が、
zk(θ)=(R(θ)/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
の関係式を満たすことで、回転時の空気抵抗が小さく構造の単純な光路変位素子を実現できるとともに、投射面上での位置による光走査速度の違いを小さくして、光の投射面の輝度ムラを改善できる。
Further, the prism body is formed in an annular shape, and the rotational axis of the prism body when rotationally displaced with the annular center as a central axis is the Z axis, and the prism body includes a reference circle having a radius r (r> 0) when rotated. The plane perpendicular to the axis is the XY plane, the intersection of the XY plane and the Z axis is the reference point O: (x, y, z) = (0, 0, 0), one point A on the reference circle, the reference point An angle ∠AOB formed by an intersection B = (r, 0, 0) between the O and X axes and the reference circle is θ, and a coordinate of one point A on the reference circle is A (θ) = (r · cos (θ), r · sin (θ), 0), an intersection of a plane including m (the natural number of m ≧ 3) ridges of the prism body and the A (θ) with the Z axis as one side is Pk (θ) = (xk (Θ), yk (θ), zk (θ)) (k is a natural number of 1 ≦ k ≦ m), Pk (θ), A, and the angle formed by the reference point O are ζk (θ), ζ1 (θ) Θ = 0 The initial phase when δ (0 ≦ | δ | <2π), when the length of one side of the prisms defining R (theta), and the coordinates of Pk (theta) is,
zk (θ) = (R (θ) / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
By satisfying this relational expression, it is possible to realize a simple optical path displacement element with low air resistance during rotation and a structure that reduces the difference in optical scanning speed depending on the position on the projection surface, and the brightness of the light projection surface Unevenness can be improved.
さらに、また、前記プリズム体を、
R(θ)が、
R(θ)=R1(r>R1/√2>0)
ζk(θ)が、
ζk(θ)=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
の関係式を満たすように構成することで、投射面上での位置による光走査速度の違いを小さくして、光の投射面の輝度ムラを改善できる。
Furthermore, the prism body is
R (θ) is
R (θ) = R1 (r> R1 / √2> 0)
ζk (θ) is
ζk (θ) = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
By satisfying this relational expression, it is possible to reduce the difference in the optical scanning speed depending on the position on the projection surface and improve the luminance unevenness of the light projection surface.
また、前記プリズム体を、
R(θ)が、
R(θ)=R1(r√2>R1>0)
ζk(θ)が、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)が、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
の関係式を満たすように構成することで、光路変位素子による行路長の変動を抑制し、焦点振動の影響による像のぼやけを改善できる。
Also, the prism body is
R (θ) is
R (θ) = R1 (r√2>R1> 0)
ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1) is
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
By satisfying this relational expression, fluctuations in the path length due to the optical path displacement element can be suppressed, and blurring of the image due to the influence of focal vibration can be improved.
さらに、前記プリズム体を、
ζk(θ)が、
ζk(θ)=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
R(θ)が、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすように構成することで、光の投射面の輝度ムラと焦点振動の影響を改善できる。
Furthermore, the prism body is
ζk (θ) is
ζk (θ) = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
By satisfying this relational expression, it is possible to improve the influence of uneven brightness on the light projection surface and focus vibration.
さらに、また、前記プリズム体を、
ζk(θ)が、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)が、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
R(θ)が、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすように構成することで、光の投射面の輝度ムラと焦点振動の影響を改善できる。
Furthermore, the prism body is
ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1) is
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
By satisfying this relational expression, it is possible to improve the influence of uneven brightness on the light projection surface and focus vibration.
また、本発明は、光路変位素子を変位させて該光路変位素子に入射された光の出射位置を制御して光走査するようにした光走査手段において、前記光路変位素子を、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成し、前記光路変位素子変位手段を、前記プリズム体を回転変位させることで該プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させるようにしたので、従来の回転プリズム方式と比較して、従来の回転プリズムより空気抵抗が小さく、風切りノイズを小さくすることができる。 According to the present invention, in the optical scanning means for performing optical scanning by displacing the optical path displacement element and controlling the emission position of the light incident on the optical path displacement element, the optical path displacement element is made incident on the separated light. A portion that becomes a surface and an emission surface is formed of a spiral and endless prism body, and the optical path displacing element displacing means is configured to rotate a plurality of the prism bodies so that a plurality of light beams are incident on the prism body. Since the path of the separated light is temporally displaced, the air resistance is smaller than that of the conventional rotating prism and the wind noise can be reduced as compared with the conventional rotating prism system.
また、光路変位素子として前述した光路変位素子を用いることで、プリズム体を回転させて光走査を行う光走査手段のプリズム体の回転によって生じる風切りノイズの発生、光走査面上の位置によって異なる光の走査速度、及び焦点振動による像のぼやけを改善することができる。 Further, by using the above-described optical path displacement element as the optical path displacement element, wind noise generated by rotation of the prism body of the optical scanning unit that performs optical scanning by rotating the prism body, and light that varies depending on the position on the optical scanning surface The image blurring due to the scanning speed and the focus vibration can be improved.
さらに、前記光路変位素子を、分離光が入射される光路に対しほぼ垂直な仮想面上で回転可能に設け、該光路変位素子の回転にともないプリズム体が変位するようにすることで、前記プリズム体に入射された分離光の進路を等速で変位させることができ、行路長の変動を抑制し、焦点振動の影響による像のぼやけを改善することができる。 Further, the optical path displacement element is provided so as to be rotatable on a virtual plane substantially perpendicular to the optical path on which the separated light is incident, and the prism body is displaced in accordance with the rotation of the optical path displacement element. The path of the separated light incident on the body can be displaced at a constant speed, the fluctuation of the path length can be suppressed, and the blurring of the image due to the influence of the focus vibration can be improved.
また、本発明は、光源から出射された光を複数の特定波長帯域成分毎に分離する光分離手段と、前記光分離手段で色毎に分離された分離光を色毎に変調し画像を形成する光変調素子と、前記光変調素子で形成された画像を投射する投射手段と、前記光分離手段と光変調素子の間に配置された光走査手段とを備えた投影型画像表示装置において、前記光走査手段は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成された光路変位素子と、前記光路変位素子を構成するプリズム体を回転変位させる光路変位素子変位手段とを備え、プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させることで、従来の回転プリズム方式と比較して、従来の回転プリズムより空気抵抗を小さく、風切りノイズを小さくすることができる。 The present invention also provides a light separating means for separating light emitted from a light source into a plurality of specific wavelength band components, and forming an image by modulating the separated light separated for each color by the light separating means for each color. A projection-type image display device comprising: a light modulation element that performs projection; a projection unit that projects an image formed by the light modulation element; and a light scanning unit that is disposed between the light separation unit and the light modulation element. The optical scanning unit rotates an optical path displacing element formed by a prism body in which a portion to be an incident surface and an output surface of separated light is formed in a spiral shape and an endless shape, and the prism body constituting the optical path displacing element. An optical path displacing element displacing means for displacing, and by temporally displacing the paths of a plurality of separated lights incident on the prism body, the air resistance is higher than that of the conventional rotating prism system compared to the conventional rotating prism system. Small, winded It is possible to reduce the size.
また、前記光走査手段として、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成された光路変位素子と、前記光路変位素子を構成するプリズム体を回転変位させることで該プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させる光路変位素子変位手段とを備えたことで、従来の回転プリズム方式と比較して、従来の回転プリズムより空気抵抗を小さく、風切りノイズを小さくすることができる。 Further, as the optical scanning unit, an optical path displacement element formed by a prism body in which the portions to be the incident surface and the exit surface of the separated light are spirally and endlessly formed, and the prism body constituting the optical path displacement element The optical path displacing element displacing means for temporally displacing the paths of the plurality of separated lights incident on the prism body by rotationally displacing the prism body, compared with the conventional rotating prism system, The air resistance is smaller than that of the prism, and wind noise can be reduced.
さらに、前記光分離手段は、光源から出射された光をR,G,Bの3原色に分離する複数の選択波長帯域透過反射機構と、前記3原色の各々の光を個別にもしくは同時に光線照射分布の均一化を行うミキシング機構とを具備することで、光変調素子上の走査速度の変動を小さくでき、光路変位に伴う光路長の変動を低減し、焦点振動を軽減することができる。 Furthermore, the light separation means irradiates light of each of the three primary colors individually or simultaneously with a plurality of selective wavelength band transmission / reflection mechanisms for separating the light emitted from the light source into the three primary colors of R, G, and B. By providing a mixing mechanism that makes the distribution uniform, fluctuations in the scanning speed on the light modulation element can be reduced, fluctuations in the optical path length due to optical path displacement can be reduced, and focus vibration can be reduced.
さらに、前記ミキシング機構として、R,G,Bの3原色の各々を個別もしくは同時に均一照明する少なくとも一対のフライアイレンズを具備することで、光変調素子上の走査速度の変動を小さくでき、光路変位に伴う光路長の変動を低減し、焦点振動を軽減することができる。 Furthermore, as the mixing mechanism, at least a pair of fly-eye lenses that uniformly or simultaneously uniformly illuminate each of the three primary colors R, G, and B can be provided, so that fluctuations in scanning speed on the light modulation element can be reduced. It is possible to reduce the fluctuation of the optical path length due to the displacement and reduce the focus vibration.
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1に係る光路変位素子が採用された投影型画像表示装置の構成を示す説明図、図2は本発明の実施形態1に係る光路変位素子の構成を示す説明図、図3は前記光路変位素子と該光路変位素子へ分離光を出射するロッドとの位置関係を示す部分詳細図、図4(a)は前記光路変位素子を通過する分離光の光路を示す説明図、(b)はその他の断面形状の例を示す説明図、図5は前記光路変位素子への分離光の入射方向を示す説明図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a projection type image display apparatus employing an optical path displacement element according to
実施形態1に係る投影型画像表示装置100は、図1に示すように、無端状に形成された円環プリズム9を光路変位素子として、前記円環プリズム9を円周方向に沿って回転させて光走査を行う光走査手段101を備えたものであって、可視光線域でのスペクトルをもつ白色光源ランプ1と、レンズ2と、白色光源ランプ1からの出射光を赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に分離するダイクロイックミラー3,4,5と、前記ダイクロイックミラー3,4,5で分離し、反射された3色の分離光R,G,Bを拡散整形し、光路変位素子としての円環プリズム9に投射する拡散整形用のロッド6,7,8と、前記ロッド6,7,8から出射される分離光R,G,Bを受ける円環プリズム9と、前記円環プリズム9を回転させる回転手段9cと、円環プリズム9の出射光を光変調素子11に投射する投射レンズ10、反射鏡12,13、光変調素子11、およびスクリーンへの投射光学系14とを具備している。
As shown in FIG. 1, the projection-type
実施形態1に係る光路変位素子としての円環プリズム9は、図2、図3、図4に示すように、白色光源ランプ1から出射されて複数の特定波長帯域成分毎に分離された分離光R,G,Bを入射して透過もしくは反射させるとともに、入射した分離光の光路の出射位置を変位させるものであって、断面形状を正4角形として無端状で、且つ、分離光の入射面および出射面となる面を螺旋状に形成したものである。
As shown in FIGS. 2, 3, and 4, the
前記円環プリズム9は、図2に示すように、一端部9a1と他端部9a2の形状寸法の等しい柱状に形成されたプリズム柱9aを、n/2πrad(n=1)すなわち90°捻った状態で湾曲させ、該プリズム柱9aの中心線9bを無端状に連結するとともに、一端部9a1および他端部9a2のそれぞれの稜を連結して連続的な円環状に形成したものである。
As shown in FIG. 2, the
ここで、前記円環プリズム9における位置座標について図面を参照して説明する。
ただし、図7は、後述するプリズム柱を180°捻った状態で湾曲させて連続的な円環状に形成したものである。したがって、本実施形態においては位置関係のみを参照するものとする。
Here, the position coordinates in the
However, in FIG. 7, a prism column described later is bent in a state of being twisted by 180 ° to be formed into a continuous annular shape. Accordingly, in this embodiment, only the positional relationship is referred to.
円環プリズム9における位置座標は、図7に示すように、円環形状の内円部の中心を通る軸線を回転軸として該回転軸をZ軸9z、前記円環プリズム9の回転時に描かれる半径r(r>0)の円(基準円)を含む平面をXY平面、前記XY平面とZ軸9zの交点を(x、y、z)として基準点Oを(0、0、0)とする。
As shown in FIG. 7, the position coordinates in the
前記円環プリズム9の基準円上の一点をA、X軸と前記基準円との交点をB、そして、その交点Bを(r,0,0)とし、さらに、一点A、基準点O、交点Bの成す角度∠AOBをθとして、前記一点Aの座標A(θ)を(r・cos(θ)、r・sin(θ)、0)とする。
One point on the reference circle of the
また、前記円環プリズム9の4つの稜とZ軸9zを一辺とした前記座標A(θ)を含む平面の交点Pkの座標Pk(θ)を(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))とする。
ここで、kは、1≦k≦4の自然数とする。
Further, the coordinates Pk (θ) of the intersection Pk of the plane including the four edges of the
Here, k is a natural number of 1 ≦ k ≦ 4.
そして、
交点Pk(θ)、一点A、基準点Oの成す角度をζk(θ)、δをθ=0の時の初期位相ζ1(0)で、0≦|δ|<2π、と定義して形成したものである。
And
The angle formed by the intersection point Pk (θ), one point A, and the reference point O is ζk (θ), and δ is the initial phase ζ1 (0) when θ = 0, and is defined as 0 ≦ | δ | <2π. It is a thing.
前記ロッド6,7,8は、図3に示すように、前記円環プリズム9の回転する回転軸に沿った方向で、且つロッド6,7,8がそれぞれ平行に並んで該円環プリズム9に対して近接配置され、円環プリズム9が回転しても常に円環プリズム9と対向するようになっている。
As shown in FIG. 3, the
前記ロッド6,7,8から出射された分離光R,G,Bは、図4に示すように、円環プリズム9を通過する際に光路が変位して該円環プリズム9より出射される。
As shown in FIG. 4, the separated lights R, G, and B emitted from the
ここで、円環プリズム9に分離光を入射させた時の円環プリズム9と分離光との位置関係を説明する。
Here, the positional relationship between the
円環プリズム9が90°捻った状態で連続的な円環状に形成されているので、ロッド6,7,8により該円環プリズム9の所定位置に出射された分離光は、図5に示すように、円環プリズム9が基準円の接線方向(円周方向)に沿って回転することにより該円環プリズム9への入射位置が経時的に変位して(図中の矢印方向)、円環プリズム9が1回転すると90°捻った位置で入射される。
Since the
すなわち、円環プリズム9が1回転することで分離光の入射角を90°変化させることができる。
That is, the incident angle of the separated light can be changed by 90 ° by rotating the
次に、本実施形態の投影型画像表示装置100の動作について図面を参照して説明する。
まず、可視光線域でのスペクトルをもつ白色光源ランプ1からの出射光は、図1に示すように、レンズ2を介してダイクロイックミラー3で青色(B)、ダイクロイックミラー4で緑色(G)、ダイクロイックミラー5で赤色(R)と、R,G,Bの3色に分離される。
Next, the operation of the projection type
First, the emitted light from the white
前記ダイクロイックミラー3,4,5で分離、反射されたR,G,Bの3色の光は、それぞれ色毎に光の拡散整形用のロッド6(B用)、ロッド7(G用)、及びロッド7(R用)に入射するようになっている。前記ロッド6,7,8から出射された分離光R,G,Bは、図1、図3に示すように、円環プリズム9に入射される。
The R, G, and B light beams separated and reflected by the
前記ロッド6,7,8から出射された分離光R,G,Bの円環プリズム9のプリズム面に対する入射角度は、図5に示すように、円環プリズム9の回転に伴い変化する。
The incident angles of the separated lights R, G and B emitted from the
この為、前記円環プリズム9を通過した光を光変調素子11上に投射した場合、回転プリズムを使用した場合と同じように、光変調素子11上に投射された色毎の光の領域は、円環プリズム9の回転に伴い移動(スクロール)する。
For this reason, when the light that has passed through the
光変調素子11は、投射された光の種類とその領域に応じて光変調を行い、画像生成を行う。前記光変調素子11で生成された画像は、スクリーンへの投射光学系14を経てスクリーン(図示省略)へ投射される。
The
以上のように構成したので、実施形態1に係るカラースクロール方式の投影型画像表示装置100によれば、分離光R,G,Bの入射面および出射面となる面を螺旋状に形成した円環プリズム9を備えた光路走査手段を採用し、該円環プリズム9を基準円の接線方向(円周方向)に沿って回転させることで、この円環プリズム9へ入射する分離光R,G,Bの入射角を変えることができる。
Since it is configured as described above, according to the color scroll projection-type
また、前記円環プリズム9を基準円の接線方向(円周方向)に沿って回転させることで、従来の光路変位素子たる正4角柱のプリズムを回転させて光走査を行う光走査手段の問題点、すなわち、プリズムの回転によって生じる空気抵抗や風切りノイズの発生を低減することができる。
Further, there is a problem of optical scanning means for performing optical scanning by rotating the regular prism as a conventional optical path displacement element by rotating the
つまり、実施形態1の円環プリズム9によれば、該円環プリズム9における分離光R,G,Bの入射面および出射面が変位方向(回転方向)すなわち円周方向に沿って螺旋状に捻られて傾斜した状態になっているので、円環プリズム9を基準円の接線方向(円周方向)に回転させることで、入射面および出射面で受ける空気が直角方向に当ることなく斜めに当るため、該円環プリズム9が回転するの際の空気抵抗や風切りノイズを抑制することができる。
That is, according to the
なお、実施形態1では、光路変位素子として断面形状を正4角形状とした円環プリズム9を用いているが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、図4の(b)に示すように、断面形状を正六角形状とした円環プリズム90を用いるものであっても良い。
In the first embodiment, the
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2について図面を参照して詳細に説明する。
図6は本発明の実施形態2に係る円環プリズムの構成を示す斜視図、図7は前記円環プリズムの位置座標を示す説明図、図8は前記円環プリズムの任意断面を指示する説明図、図9の(a)、(b)、(c)は前記円環プリズムのそれぞれ指示された任意断面形状を示す説明図、図10の(a)、(b)、(c)は図9の(a)、(b)、(c)における前記円環プリズムの任意位置での分離光の光路を示す説明図である。
(Embodiment 2)
Next,
6 is a perspective view showing a configuration of an annular prism according to
実施形態2は、実施形態1に係る投影型画像表示装置100における光路変位素子たる円環プリズム9に替えて、図6に示すように、180°捻った円環プリズム109を採用したものである。
The second embodiment employs an
実施形態2における投影型画像表示装置(図示省略)の構成は、円環プリズム109を除き実施形態1に係る投影型画像表示装置100と構成を同じくするため、実施形態2においては、装置構成の説明を省略し、円環プリズム109の構成のみを説明する。
なお、実施形態1の投影型画像表示装置100の構成と同一のものは、同一符号を用いて実施形態2の説明に使用するものとする。
The configuration of the projection-type image display device (not shown) in the second embodiment is the same as that of the projection-type
The same components as those of the projection type
実施形態2に係る光路変位素子としての円環プリズム109は、図6に示すように、白色光源ランプから出射されて複数の特定波長帯域成分毎に分離された分離光(図示省略)を入射して透過もしくは反射させるとともに、入射した分離光の光路の出射位置を変位させるものであって、断面形状を正4角形として無端状で、且つ、分離光の入射面および出射面となる面を螺旋状に形成したものである。
As shown in FIG. 6, the
前記円環プリズム109は、一端部109a1と他端部109a2の形状寸法の等しい柱状に形成されたプリズム柱を、nπrad(n=2)すなわち180°捻った状態で湾曲させて、該プリズム柱の中心線を無端状に連結するとともに、一端部109a1と他端部109a2のそれぞれの稜を連結して連続的な円環状に形成したものである。
The
ここで、前記円環プリズム109における位置座標について図面を参照して説明する。
円環プリズム109における位置座標は、実施形態1と同様に、図7に示すように、円環形状の内円部の中心を通る軸線を回転軸として該回転軸をZ軸109z、前記円環プリズム109の回転時に描かれる半径r(r>0)の基準円を含む平面をXY平面、前記XY平面とZ軸109zの交点を(x、y、z)として基準点Oを(0、0、0)とする。
Here, the position coordinates in the
As in the first embodiment, the position coordinates in the
前記円環プリズム109基準円上の一点をA、X軸と前記基準円の交点をB、そして、その交点Bを(r,0,0)とし、さらに、一点A、基準点O、交点Bの成す角度∠AOBをθとして、前記基準円上の一点Aの座標A(θ)を(r・cos(θ)、r・sin(θ)、0)とする。
A point on the reference circle of the
また、前記捻れ円環プリズム109の4つの稜とZ軸109zを一辺とした前記A(θ)を含む平面の交点Pk(θ)を(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))とする。
ここで、kは、1≦k≦4の自然数とする。
Further, the intersection Pk (θ) of the plane including the four edges of the twisted
Here, k is a natural number of 1 ≦ k ≦ 4.
そして、前記Pk(θ)、A、基準点Oの成す角度をζk(θ)、δをθ=0の時の初期位相ζ1(0)で、0≦|δ|<2π、と定義して形成したものである。 The angle formed by the Pk (θ), A, and the reference point O is defined as ζk (θ), and δ is defined as 0 ≦ | δ | <2π in the initial phase ζ1 (0) when θ = 0. Formed.
また、前記Pk(θ)の座標(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))は、
zk(θ)=(R(θ)/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
とする。
The coordinates (xk (θ), yk (θ), zk (θ)) of the Pk (θ) are
zk (θ) = (R (θ) / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
And
また、前記R(θ)、ζk(θ)は、
R(θ)=R1(r>R1/√2>0)
ζk(θ)=MOD((1/2)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
の関係式を満たすものとする。
ここで、MOD(b,c)は、bをcで割った際の剰余を返す関数である。
The R (θ) and ζk (θ) are
R (θ) = R1 (r> R1 / √2> 0)
ζk (θ) = MOD ((1/2) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
The relational expression of
Here, MOD (b, c) is a function that returns a remainder when b is divided by c.
また、円環プリズム109は、図8に示すように、円環プリズム109における任意の位置a,b,cの断面形状が、回転角θの変移Δθとζk(θ)の変移Δζk(θ)の間に比例関係が生じるように捻り形成されている。
Further, as shown in FIG. 8, the
前記円環プリズム109上には、図1、図3に示すように、実施形態1と同様にロッド6,7,8が、円環プリズム109の回転する回転軸に沿った方向で且つそれぞれ平行に並んで該円環プリズム109に対して近接配置され、円環プリズム109が回転しても常に円環プリズム109と対向するようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 3,
次に、円環プリズム109に分離光を入射させた時の円環プリズム109と分離光との位置関係を説明する。
Next, the positional relationship between the
円環プリズム109が180°捻った状態で連続的な円環状に形成されているので、ロッド6,7,8により円環プリズム109の所定位置に出射された分離光は、図6に示すように、円環プリズム109が基準円の接線方向(円周方向)に沿って回転することにより、該円環プリズム109への入射位置が経時的に変位して(図中の矢印方向)、円環プリズム109が1回転すると180°捻った位置で入射される。
Since the
すなわち、円環プリズム109が1回転することで分離光の入射角を180°変化させることができる。
That is, the incident angle of the separated light can be changed by 180 ° by rotating the
次に、円環プリズム109に対する分離光の入射角度について図面を参照して説明する。
まず、可視光線域でのスペクトルをもつ白色光源ランプ1からの出射光は、図1に示すように、実施形態1と同様にダイクロイックミラー3で青色(B)、ダイクロイックミラー4で緑色(G)、ダイクロイックミラー5で赤色(R)と、R,G,Bの3色に分離される。
Next, the incident angle of the separated light with respect to the
First, as shown in FIG. 1, the emitted light from the white
前記ダイクロイックミラー3,4,5で分離、反射されたR,G,Bの3色の光は、それぞれ色毎に光の拡散整形用のロッド6(B用)、ロッド7(G用)、及びロッド7(R用)に入射するようになっている。前記ロッド6,7,8からのR,G,B出射光は、図1、図3に示すように、円環プリズム109に入射される。
The R, G, and B light beams separated and reflected by the
円環プリズム109のプリズム面へ入射する3色の分離光R,G,Bのそれぞれの入射角度は、例えば、図9の(a)、(b)、(c)に示すように、円環プリズム109の回転により相対的に変化する入射位置に応じて変化する。
The incident angles of the three color separated lights R, G, and B incident on the prism surface of the
これにより、円環プリズム109からの出力光は、図10の(a)、(b)、(c)に示すように、従来の回転プリズムを用いた場合と同様に分離光R,G,Bの光路が漸次変移して光走査(スクロール動作)を行う。
As a result, the output light from the
以上のように構成したので、実施形態2によれば、円環プリズム109を180°捻った状態で連続的な円環状に形成したことで、該円環プリズム109を基準円の接線方向に回転させることで、入射面および出射面で受ける空気が直角方向に当ることなく斜めに当るため、空気抵抗や風切りノイズを抑制することができる。
Since it is configured as described above, according to the second embodiment, the
また、前記円環プリズム109の捻りの大きさ(n)を大きくすることで、該円環プリズム109の回転速度を上げることなくスクロールの速度を上げることが可能となる。
Further, by increasing the torsional magnitude (n) of the
さらに、円環プリズム109は、任意の位置の断面形状を、回転角θの変移Δθとζk(θ)の変移Δζk(θ)の間に比例関係が生じるように捻り形成し、変位方向に対して略垂直方向の断面形状を正多角形状で且つ任意の位置の断面形状を相似形状に構成したので、光走査面上の位置によって異なる光の走査速度、及び焦点振動による投影像のぼやけを改善することができる。
Further, the
(実施形態3)
次に、本発明の実施形態3について図面を参照して詳細に説明する。
実施形態3は、図6に示すように、実施形態2と同様に実施形態1に係る投影型画像表示装置100における光路変位素子たる円環プリズム9に替えて180°捻った円環プリズム209を採用したものである。
(Embodiment 3)
Next,
In the third embodiment, as shown in FIG. 6, an
前記円環プリズム209は、図6、図7に示すように、前述した実施形態2の円環プリズム109に替えて、前記円環プリズム109におけるPk(θ)の座標(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))を、
zk(θ)=(R1/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R1/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R1/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
としたものである。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
zk (θ) = (R1 / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R1 / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R1 / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
It is what.
また、前記ζk(θ)は、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((1/2)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)を、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
の関係式を満たすものとする。
ここで、ASIN(a)は、f(a)=1(a≧0)、f(a)=−1(θk1<0)とaの数値の符号を返す関数である。
The ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((1/2) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1)
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
The relational expression of
Here, ASIN (a) is a function that returns the sign of the numerical value of a, f (a) = 1 (a ≧ 0), f (a) = − 1 (θk1 <0).
前記円環プリズム209の回転角θ(θ1またはθ2)とP1(θ)の座標(x,y,z)の関係は、図9の(a),(b),(c)に示すように、任意の位置の正四角形状断面の角部PL1,PL2,PL3が、光の入射角が0°となる(分離光が入射面に対して垂直に入射する)位置の正四角形状断面の輪郭に沿った位置となるように形成されている。
The relationship between the rotation angle θ (θ1 or θ2) of the
円環プリズム209に分離光を入射させた時の円環プリズム209と分離光との位置関係、および円環プリズム209に対する分離光の入射角度については、前記円環プリズム209に対して分離光が前述した実施形態2と同じように作用するため説明を省略する。
Regarding the positional relationship between the
次に、分離光を円環プリズム209に入射させて、その出力を光変調素子上に投射させた状態について説明する。
図3に示すように、分離光を円環プリズム209に投射して、該円環プリズム209を基準円の接線方向に一定速度で回転させ、その出力を光変調素子11上に投射した場合、図11に示すように、円環プリズム209への分離光の入射角度が変化すると光変調素子11上の結像位置fが変位する。
Next, a state in which the separated light is incident on the
As shown in FIG. 3, when separating light is projected onto the
図12に、円環プリズム209の回転した際の光変調素子11上での照射領域の移動速度の変化を示す。これによると、前記円環プリズム209によれば、光変調素子11上の位置による走査速度の変動が小さくなっていることが解かる。
FIG. 12 shows changes in the moving speed of the irradiation area on the
以上のように構成したので、実施形態3によれば、実施形態2と同様に円環プリズム209を180°捻った状態で連続的な円環状に形成したことで、該円環プリズム209を基準円の接線方向に回転させることで、入射面および出射面で受ける空気が直角方向に当ることなく斜めに当るため、空気抵抗や風切りノイズを抑制することができる。
Since it is configured as described above, according to the third embodiment, the
また、円環プリズム209は、実施形態2と同様に任意の位置の断面形状を回転角θの変移Δθとζk(θ)の変移Δζk(θ)の間に比例関係が生じるように捻り形成し、変位方向に対して略垂直方向の断面形状を正多角形状で且つ任意の位置の断面形状を相似形状に構成したので、光走査面上の位置によって異なる光の走査速度、及び焦点振動による投影像のぼやけを改善することができる。
In addition, the
(実施形態4)
次に、本発明の実施形態4について図面を参照して説明する。
実施形態4は、実施形態3と同様に、図6に示すように、実施形態1に係る投影型画像表示装置100における光路変位素子たる円環プリズム9に替えて180°捻った円環プリズム309を採用したものである。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the fourth embodiment, as in the third embodiment, as shown in FIG. 6, an
前記円環プリズム309は、図6、図7に示すように、前述した実施形態3の円環プリズム109に替えて、前記円環プリズム109におけるPk(θ)の座標(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))を、
zk(θ)=(R(θ)/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
として、ζk(θ)を、
ζk(θ)=MOD((1/2)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
R(θ)を、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関数式を満たすものとする。
ここで、MOD(b,c)は、bをcで割った際の剰余を返す関数である。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
zk (θ) = (R (θ) / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
Ζk (θ) as
ζk (θ) = MOD ((1/2) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
It is assumed that the following functional expression is satisfied.
Here, MOD (b, c) is a function that returns a remainder when b is divided by c.
円環プリズム309に分離光を入射させた時の円環プリズム309と分離光との位置関係、および円環プリズム309に対する分離光の入射角度については、前記円環プリズム309に対して分離光が前述した実施形態2と同じように作用するため説明を省略する。
Regarding the positional relationship between the
前記円環プリズム309の回転角θと断面R(θ)との関係は、図9の(a)、(b)、(c)に示すように、回転角θの変化応じて円環プリズム309の断面形状寸法が変化する。
As shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, the relationship between the rotation angle θ of the
以上のように構成したので、実施形態4の円環プリズム309によれば、図11に示すように、光路変位に伴う光路長の変動を低減でき、よって光変調素子11上の焦点振動を軽減することができる。
With the configuration as described above, according to the
(実施形態5)
次に、本発明の実施形態5について図面を参照して説明する。
実施形態5の円環プリズム409は、図6に示すように、前述した実施形態3の円環プリズム209の構成と実施形態4の円環プリズム309の構成を組合わせて構成したものであって、円環プリズム409におけるPk(θ)の座標(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))を、
zk(θ)=(R(θ)/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
として、
ζk(θ)を、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((1/2)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)を、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
の関数式を満たすものとする。
ここで、ASIN(a)は、f(a)=1(a≧0)、f(a)=−1(θk1<0)とaの数値の符号を返す関数である。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 6, the
zk (θ) = (R (θ) / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
As
ζk (θ)
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((1/2) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1)
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
It is assumed that the following functional expression is satisfied.
Here, ASIN (a) is a function that returns the sign of the numerical value of a, f (a) = 1 (a ≧ 0), f (a) = − 1 (θk1 <0).
また、前記R(θ)は、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすものとする。
ここで、MOD(b,c)は、bをcで割った際の剰余を返す関数である。
The R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
The relational expression of
Here, MOD (b, c) is a function that returns a remainder when b is divided by c.
前記円環プリズム409の回転角θとP1(θ)の座標(x、y、z)の関係は、前述した実施形態と同様に図7のように示され、回転角θと断面のR(θ)の関係は、図9の(a)、(b)、(c)に示すように、回転角θの変化応じて円環プリズム409の断面形状寸法が変化する。
The relationship between the rotation angle θ of the
前記円環プリズム409による集光状態は、図13の(a)、(b)、(c)に示すように、円環プリズム409の入射位置が変わることで変動する。図13の(a)、(c)を比較すると、光路変位素子を回転させても殆ど焦点振動が現れていないのが分かる。
As shown in FIGS. 13A, 13 </ b> B, and 13 </ b> C, the condensing state by the
以上のように構成したので、実施形態5の円環プリズム409によれば、図10の(a)、(b)、(c)のようにR,G,Bの光を円環プリズム409に投射し、円環プリズム409を基準円の接線方向に、一定速度で回転させ、その出力を光変調素子上に投射した場合、図12に示すように光変調素子上の位置による走査速度の変動を小さく、図11に示すように光路変位に伴う光路長の変動を低減し、焦点振動を軽減することができる。
Since it is configured as described above, according to the
このような効果は、変形例として図14に示すように、分離光R,G,Bを光路変位素子に投射する一本のロッド509の出射面側に、それぞれの分離光R,G,Bに対応するダイクロイックフィルタ503,504,505を配置した投影型画像表示装置500においても確認できた。この時、前記ダイクロイックフィルタ503,504,505とランプのリフレクタ間では、光再利用が行われている。
As shown in FIG. 14 as a modification, such an effect is obtained by separating the separated light beams R, G, B on the exit surface side of one
さらに、その他の変形例として図15のように、フライアイレンズ620と、分離光R,G,Bに対応するダイクロイックミラー3,4,5の反射角度を互いに異なるように配置した投影型画像表示装置600においても、前述した実施形態5と同様の効果が得られることが確認できた。
Furthermore, as another modified example, as shown in FIG. 15, the projection type image display in which the fly-
また、実施形態5では、円環プリズム409の捻りの量をn=2とした場合を挙げて説明したが、円環プリズム409の捻りの量nは必要に応じて任意に増減しても良い。
In the fifth embodiment, the case where the amount of twist of the
なお、前述した本発明の実施形態においては、光路変位素子として透過型の捻った円環プリズムについて説明したが、本発明に係る光路変位素子はこれに限定されるものではなく、例えば、変形例として、図16に示すように、入射方向に対して45°傾斜させて反射するV字状断面を呈する反射面709aを備え、その反射面709aの形状が前述した透過型の捻り円環プリズムと同様に角度θに応じて変化する反射型の光路変位素子709を用いるものであっても良い。
In the above-described embodiment of the present invention, the transmission-type twisted annular prism has been described as the optical path displacement element. However, the optical path displacement element according to the present invention is not limited to this, for example, a modified example As shown in FIG. 16, a
また、その他の変形例として、図17に示すように、入射方向に対して45°傾斜させて反射するW字状断面を呈する反射面809aを備え、反射面の809aの裏側に仮想の正四角形状断面809bが前述した透過型の捻り円環プリズムと同様に変化するように形成された反射型の光路変位素子809を用いるものであっても良い。
As another modified example, as shown in FIG. 17, a
さらに、図18に示すように、前述した変形例のような2つの反射型光路変位素子909a,909bを組み合わせて、光走査手段909を構成したものであっても良い。
Further, as shown in FIG. 18, an optical scanning unit 909 may be configured by combining two reflective optical
1 白色光源ランプ
2 レンズ
3,4,5 ダイクロイックミラー
6,7,8 ロッド
9,90,109,209,309,409 円環プリズム
10 投射レンズ
11 光変調素子
12,13 反射鏡
14 投射光学系
15 ダイクロイックキューブ
16 フォーカスレンズ
100,110,500,600 投影型画像表示装置
101 光走査手段
119r,119g,119b,129 光変調素子
139 回転プリズム
503,504,505 ダイクロイックフィルタ
509 ロッド
620 フライアイレンズ
709 光路変位素子
709a 反射面
809 光路変位素子
809a 反射面
809b 正四角形状断面
909a,909b 反射型光路変位素子
R,G,B 分離光
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記光路変位素子は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成され、
前記プリズム体を変位させることで、該プリズム体に入射された分離光の進路を変位させることを特徴とする光路変位素子。 An optical path displacing element that emits and transmits or reflects separated light that is emitted from a light source and separated for each of a plurality of specific wavelength band components, and that displaces the exit position of the optical path of the incident separated light,
The optical path displacing element is constituted by a prism body in which the portions that become the incident surface and the exit surface of the separated light are spirally and endlessly formed,
An optical path displacing element characterized in that the path of the separated light incident on the prism body is displaced by displacing the prism body.
環状の中心を中心軸として回転変位するときのプリズム体の回転軸をZ軸、
前記プリズム体が回転時に半径r(r>0)基準円を含むZ軸に対して垂直な平面をXY平面、
前記XY平面とZ軸の交点を基準点O:(x、y、z)=(0、0、0)、
前記基準円上の一点A、基準点O、X軸と前記基準円の交点B=(r、0、0)の成す角度∠AOBをθ、
前記基準円上の一点Aの座標をA(θ)=(r・cos(θ)、r・sin(θ)、0)、
前記プリズム体のm箇所(m≧3の自然数)の稜とZ軸を一辺とした前記A(θ)を含む平面の交点をPk(θ)=(xk(θ)、yk(θ)、zk(θ))(kは、1≦k≦mの自然数)、
Pk(θ)、A、基準点Oの成す角度をζk(θ)、
ζ1(θ)のθ=0の時の初期位相をδ(0≦|δ|<2π)、
プリズム体の一辺の長さをR(θ)、
と定義した場合、前記Pk(θ)の座標が、
zk(θ)=(R(θ)/√2)・sin(ζk(θ))
xk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・cos(θ)
yk(θ)={r+(R(θ)/√2)・cos(ζk(θ))}・sin(θ)
の関係式を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の光路変位素子。 The prism body is formed in an annular shape,
The rotation axis of the prism body when rotationally displacing around the center of the ring is the Z axis,
A plane perpendicular to the Z axis including a reference circle having a radius r (r> 0) when the prism body rotates is an XY plane,
The intersection of the XY plane and the Z axis is a reference point O: (x, y, z) = (0, 0, 0),
An angle ∠AOB formed by a point A on the reference circle, a reference point O, an intersection B of the X axis and the reference circle = (r, 0, 0) is θ,
The coordinates of one point A on the reference circle are A (θ) = (r · cos (θ), r · sin (θ), 0),
An intersection of a plane including A (θ) with the edge of m places (natural number of m ≧ 3) of the prism body and the Z axis as one side is Pk (θ) = (xk (θ), yk (θ), zk (Θ)) (k is a natural number of 1 ≦ k ≦ m),
The angle formed by Pk (θ), A and the reference point O is ζk (θ),
The initial phase of ζ1 (θ) when θ = 0 is δ (0 ≦ | δ | <2π),
The length of one side of the prism body is R (θ),
When the coordinates of Pk (θ) are defined as
zk (θ) = (R (θ) / √2) · sin (ζk (θ))
xk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · cos (θ)
yk (θ) = {r + (R (θ) / √2) · cos (ζk (θ))} · sin (θ)
The optical path displacement element according to claim 1, wherein the following relational expression is satisfied.
R(θ)が、
R(θ)=R1(r>R1/√2>0)
ζk(θ)が、
ζk(θ)=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
の関係式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の光路変位素子。 The prism body is
R (θ) is
R (θ) = R1 (r> R1 / √2> 0)
ζk (θ) is
ζk (θ) = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
The optical path displacement element according to claim 3, wherein the following relational expression is satisfied.
R(θ)が、
R(θ)=R1(r√2>R1>0)
ζk(θ)が、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)が、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
の関係式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の光路変位素子。 The prism body is
R (θ) is
R (θ) = R1 (r√2>R1> 0)
ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1) is
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
The optical path displacement element according to claim 3, wherein the following relational expression is satisfied.
ζk(θ)が、
ζk(θ)=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
R(θ)が、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の光路変位素子。 The prism body is
ζk (θ) is
ζk (θ) = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
The optical path displacement element according to claim 3, wherein the following relational expression is satisfied.
ζk(θ)が、
ζk(θ)=sin−1〔f(θk1)〕
θk1=MOD((n/4)・θ+δ+(k−1)・π/2,2π)
f(θk1)が、
f(θk1)=ASIN(θk1)・2/π・MOD(θk1,π/2)
0≦MOD(θk1,2π)<π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(1−2/π・MOD(θk1,π/2))
π/2≦MOD(θk1,2π)<π
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−2/π)・MOD(θk1,π/2)
π≦MOD(θk1,2π)<3π/2
f(θk1)=ASIN(θk1)・(−1+2/π・MOD(θk1,π/2))
3π/2≦MOD(θk1,2π)<2π
R(θ)が、
R(θ)=R1/g(ζ1(θ))
g(ζ1(θ))=ABS(sin(ζ1(θ−π/4)))
+ABS(cos(ζ1(θ−π/4)))
の関係式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の光路変位素子。 The prism body is
ζk (θ) is
ζk (θ) = sin−1 [f (θk1)]
θk1 = MOD ((n / 4) · θ + δ + (k−1) · π / 2, 2π)
f (θk1) is
f (θk1) = ASIN (θk1) · 2 / π · MOD (θk1, π / 2)
0 ≦ MOD (θk1, 2π) <π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (1-2 / π · MOD (θk1, π / 2))
π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <π
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−2 / π) · MOD (θk1, π / 2)
π ≦ MOD (θk1, 2π) <3π / 2
f (θk1) = ASIN (θk1) · (−1 + 2 / π · MOD (θk1, π / 2))
3π / 2 ≦ MOD (θk1, 2π) <2π
R (θ) is
R (θ) = R1 / g (ζ1 (θ))
g (ζ1 (θ)) = ABS (sin (ζ1 (θ−π / 4)))
+ ABS (cos (ζ1 (θ−π / 4)))
The optical path displacement element according to claim 3, wherein the following relational expression is satisfied.
前記光路変位素子は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成され、
前記光路変位素子変位手段は、前記光路変位素子を構成するプリズム体を回転変位させることで、プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させることを特徴とする光走査手段。 An optical path displacing element that causes the separated light emitted from the light source and separated for each of the plurality of specific wavelength band components to enter and transmit or reflect, and to displace the exit position of the optical path of the incident separated light, and the optical path displacing element. An optical path displacing element displacing means for displacing the optical path displacing element, and displacing the optical path displacing element to control the emission position of the light incident on the optical path displacing element to perform optical scanning.
The optical path displacing element is constituted by a prism body in which the portions that become the incident surface and the exit surface of the separated light are spirally and endlessly formed,
The optical path displacing element displacing means temporally displaces a plurality of separated light paths incident on the prism body by rotationally displacing a prism body constituting the optical path displacing element. .
前記光走査手段は、分離光の入射面および出射面となる部位が螺旋状で且つ無端状に形成されたプリズム体により構成された光路変位素子と、前記光路変位素子を構成するプリズム体を回転変位させる光路変位素子変位手段とを備え、プリズム体に入射された複数の分離光の進路を時間的に変位させたことを特徴とする投影型画像表示装置。 A light separating means for separating light emitted from the light source for each of a plurality of specific wavelength band components, a light modulation element for modulating the separated light separated for each color by the light separating means for each color, and forming an image; In a projection type image display apparatus comprising: a projection unit that projects an image formed by the light modulation element; and a light scanning unit disposed between the light separation unit and the light modulation element.
The optical scanning unit rotates an optical path displacing element formed by a prism body in which a portion to be an incident surface and an output surface of separated light is formed in a spiral shape and an endless shape, and the prism body constituting the optical path displacing element. A projection-type image display device comprising: an optical path displacement element displacing means for displacing, wherein the paths of a plurality of separated lights incident on the prism body are temporally displaced.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004062258A JP2005250232A (en) | 2004-03-05 | 2004-03-05 | Optical path displacing element, optical scanning means, and projection type image display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004062258A JP2005250232A (en) | 2004-03-05 | 2004-03-05 | Optical path displacing element, optical scanning means, and projection type image display device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005250232A true JP2005250232A (en) | 2005-09-15 |
Family
ID=35030751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004062258A Pending JP2005250232A (en) | 2004-03-05 | 2004-03-05 | Optical path displacing element, optical scanning means, and projection type image display device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005250232A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105739229A (en) * | 2014-12-29 | 2016-07-06 | 意法半导体有限公司 | Electronic device including pico projector and optical correction system |
-
2004
- 2004-03-05 JP JP2004062258A patent/JP2005250232A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105739229A (en) * | 2014-12-29 | 2016-07-06 | 意法半导体有限公司 | Electronic device including pico projector and optical correction system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6666557B1 (en) | Reflection type projector | |
US6419365B1 (en) | Asymmetrical tunnel for spatially integrating light | |
US6224217B1 (en) | Optical illumination apparatus and image projection apparatus | |
JP4487240B2 (en) | Projection display optical system | |
JP3845637B2 (en) | Color illumination apparatus and image projection apparatus using the same | |
US6714353B2 (en) | Optical device with a function of homogenizing and color separation, and optical illumination system for a projector using the same | |
JP2001051231A (en) | Display optical device | |
JP2008209811A (en) | Display device and projection type illuminating device | |
JP2007025308A (en) | Projection type video display apparatus and color separation unit | |
US6830343B2 (en) | Projector apparatus | |
JP2002090881A (en) | Projector device and image quality improving mechanism | |
CN104122741A (en) | Optical unit and projective display device | |
JPWO2005078519A1 (en) | Projection display apparatus and projection display method | |
JP2004070095A (en) | Optical waveguide, optical unit, and video display unit using same | |
JP2020177070A (en) | Light source device and projection type display unit | |
JP2001091894A (en) | Display optical device | |
JP2008102193A (en) | Polarized light conversion element, illuminator, and image display device | |
JP2008181032A (en) | Projector | |
US20150281631A1 (en) | Projection-type video display apparatus | |
JP2005250232A (en) | Optical path displacing element, optical scanning means, and projection type image display device | |
KR20030030226A (en) | Micro-mirror device and a projector employing it | |
US7177084B2 (en) | Optical combining device | |
JP4788275B2 (en) | Projection-type image display device | |
JP2007034102A (en) | Rear projection type projector | |
JP2004240050A (en) | Single-plate projector |