JP2005309337A

JP2005309337A - 投映型画像表示装置

Info

Publication number: JP2005309337A
Application number: JP2004130116A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Shimizu; 清水　　仁
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2005-11-04
Also published as: US7397536B2; US20050237628A1

Abstract

【課題】投映画像の輝度ムラを防止する。
【解決手段】絞り板６０は、長穴６４にボルト６６が挿通され、移動自在に保持される。絞り板６０は、フラット光が混じることで投映画像の輝度が上昇してしまう領域に対して照射する照明光量を下げるように、照明光の一部をカットして、ＤＭＤ２６の受光面に照射する照明光の光束密度を不均一にする。投映画像のうち、フラット光が混じってしまう領域は画像輝度が上昇するが、絞り板６０によってこの領域に照射する照明光量を下げるので、投映画像の輝度ムラを防止することができる。また、絞り板６０を移動させれば、輝度ムラを防止しながら有効な照明光をカットしないように照明光の遮光範囲を調整できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、照明光学系からの照明光を、投映光学系へ向て反射するオン位置と、投映光学系外へ向けて反射するオフ位置との間で移動するミラー素子が複数配列された画像生成部を備え、オン位置のミラー素子から反射されたオン光により画像を構成する投映型画像表示装置に関するものである。

画像生成部としてＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）を備えたＤＭＤプロジェクタが知られている。ＤＭＤは、受光した照明光を投映光学系に向けて反射させるオン位置と、投映光学系から外れた方向に向けて反射させるオフ位置との間で可変する光反射角可変ミラー素子をマトリックス状に多数個配列したものである。投映される画像は、オン位置のミラー素子から反射されたオン光の集合により構成される。

ＤＭＤプロジェクタは、ミラー素子による単純な光反射を利用するため、光利用効率が高い。このため、液晶プロジェクタと比較して、投映画像の高輝度化が実現できるといった利点がある。一方、ＤＭＤプロジェクタは、オフ位置のミラー素子から反射されるオフ光が前記オン光に混じり、投映画像の品位が低下してしまうといった問題があった。このため、ＤＭＤと投映光学系との間に、遮蔽膜や光吸収部材を設け、ＤＭＤからのオフ光を吸収するようにした装置が記載されている（下記特許文献１、２参照）。

特開平９−９８４４２号公報特開平９−９６８６７号公報

しかしながら、従来の装置はオフ光を吸収するものであって、オン光とオフ光との間に反射されるフラット光に関しての配慮がなされていない。フラット光は、主にＤＭＤを保護するためのカバーガラスなどからの反射光であり、これがオン光に混じってしまうことで投映画像に輝度ムラができてしまうといった問題があった。

本発明は、フラット光による投映画像の輝度ムラを防止できる投映型画像表示装置を提供することを目的としている。

フラット光は、オン光に対して傾いた方向に反射されるが、ある程度の角度幅を持った範囲に向けて反射されるので、一部がオン光に混じってしまう。そして、フラット光の強度は、反射角度幅の中心をピークとして外側に行くほど弱まる。これにより、各ミラー素子からのオン光のうち、フラット光の反射方向に近いオン光ほど、より多くのフラット光が混じり、投映画像の輝度が高くなってしまう。

このため、本発明の投映型画像表示装置は、オン光とオフ光との間に反射される反射光の強度が強くなる領域の画像輝度を下げるように、照明光学系からの照明光の一部を遮り、各ミラー素子に照射する照明光の強度を不均一にする絞り板を設けたことを特徴としている。

前記絞り板を照明光軸と垂直な面内にてスライド自在に保持して、照明光の遮光範囲を変化させる調節機構を設けることが好ましい。

本発明の投映型画像表示装置は、絞り板により各ミラー素子に照射する照明光の強度を不均一にして、フラット光が多く混じり、投映画像の輝度が高くなってしまう領域には、予め弱められた照明光を照射するようにしたので、投映画像の輝度ムラを防止することができる。

また、遮光板をスライド式にして、照明光の照射範囲を変化させるようにすれば、必要以上に照明光をカットしてしまうといったこともなく、効率よく輝度ムラを防止することができる。

図１に、本発明のプロジェクタ１０の外観を示す。プロジェクタ１０は、使用時にはレンズカバーを開放することにより、筺体１２の前面に投映レンズ１４が露呈する。投映レンズ１４の前方には、スクリーン１５（図２参照）が配置され、投映レンズ１４から画像が投映される。筺体１２には、ズームダイヤル１６と、ピントダイヤル１８とが設けられ、これらを操作することによって、投映レンズ１４の変倍や、ピント合わせを行うことができる。

図２に、プロジェクタ１０の概略的な構成図を示す。筺体１２の内部には、光源２２，照明光学系，全反射プリズム２４，ＤＭＤ２６，投映光学系２７が設けられている。光源２２としては、例えば、キセノンランプや水銀ランプなどの白色光源が使用される。光源２２から照射された照明光は、照明光学系へ入射する。

照明光学系は、カラーホイール３４，ロッドインテグレータ３６，リレーレンズ３７，３８からなる。カラーホイール３４は、光源２２からの照明光をＢ，Ｇ，Ｒの３色に時分割で分離する。カラーホイール３４は、略円板形状の基板に、Ｂ光のみを透過するＢフイルタ，Ｇ光のみを透過するＧフイルタ，Ｒ光のみを透過するＲフイルタの３色のフイルタを基板の回転中心からほぼ等距離に配置したものである。カラーホイール３４は、高速で回転して、各色のフイルタを照明光路３０に順次挿入する。これにより、照明光がＢ，Ｇ，Ｒの３色に時分割で色分離され、分離された各色の光が順次ＤＭＤ２６に向けて照射される。

ロッドインテグレータ３６は、例えばガラス製で、内側に反射面が形成されている。カラーホイール３４で分離された光は、ロッドインテグレータ３６を透過する間に反射を繰り返すことによって均斉化される。リレーレンズ３７，３８は、ロッドインテグレータ３６から射出した光束をミラー３９に中継する。ミラー３９は、照明光学系からの光束を全反射プリズム２４へ向けて反射させる。

全反射プリズム２４は、リレーレンズ３７，３８からＤＭＤ２６へ入射する入射光と、ＤＭＤ２６で反射する反射光とを分離するためのものである。全反射プリズム２４は、例えば、異なる屈折率を持つ２つの三角プリズムから構成されており、それら２つの三角プリズムの境界に反射面２４ａが形成される。入射光は、入射角が臨界角よりも小さいため、反射面２４ａを透過してＤＭＤ２６へ入射する。他方、ＤＭＤ２６で反射した反射光は、入射角が臨界角よりも大きいため、反射面２４ａで全反射する。

ＤＭＤ２６は、周知のように、カバーガラス２６ａの背後に画素に対応する多数のミラー素子がマトリックス状に配列されたものである。各ミラー素子は、投映する画像に基づいて、角度を変化させることにより、受光した照明光の反射方向を変化させる。画素を明るく表示させる場合には、ミラー素子をオン位置に変位させて受光した光をオン光として投映光学系２７に向けて反射させる。他方、画素を暗く表示する場合には、ミラー素子をオフ位置に変位させて受光した光をオフ光として投映光学系２７から外れた方向に向けて反射させる。画像光は、投映光学系２７に向かうオン光の集合により構成される。

投映光学系２７は、図上、レンズ鏡筒３９内に１枚の投映レンズ１４を配置した形に簡略化して示しているが、実際には、光軸上に配置された複数のレンズ群と、変倍や焦点調節を行うためのレンズ移動機構とからなる。ＤＭＤ２６によって生成された画像光は、投映光学系２７によってスクリーン１５に結像される。

画像光は、前述したオン光のみから構成されることが好ましいが、筺体１２内でオフ光が乱反射してオン光と混じってしまうと、投映画像の品位が低下してしまう。このため、投映光学系２７と全反射プリズム２４との間には、光吸収部材４０が設けられている。光吸収部材４０は、例えば板上に黒色の布を配したもので、全反射プリズム２４から出射したオフ光を吸収する。こうすることで、オフ光が筺体１２内で乱反射してオン光に混じり、投映画像の品位が低下してしまうといった問題を防止している。

しかし、光吸収部材４０によりオフ光を吸収するだけでは、ＤＭＤ２６のカバーガラス２６ａから反射される光（フラット光）によって投映画像に輝度ムラができてしまう。すなわち、図３に示すように、照明光学系からの照明５０ａ〜５０ｄは、ＤＭＤ２６に入射して、ＤＭＤ２６の各ミラー素子がオン位置にある場合には図中一点鎖線にて示すオン光５２ａ〜５２ｄとして反射され、各ミラー素子がオフ位置にある場合には図中二点差線にて示すオフ光５４ａ〜５４ｄとして反射される。

このとき、照明光学系からの照明５０ａ〜５０ｄのうち一部が、カバーガラス２６ａによって反射される。このカバーガラス２６ａによる反射光がフラット光であり、図３の例においてフラット光は、オフ光５４ａ〜５４ｄの反射方向と略平行な方向に、ある程度の角度幅を持って反射される。フラット光は、オン光に対して傾いた方向に反射されるが、反射の角度幅があるので、一部がオン光に混じって投影されてしまう。そして、フラット光の強度は、反射角度幅の中心をピークとして外側に行くほど弱まる。これにより、図３に示す例では、各ミラー素子からのオン光５２ａ〜５２ｄのうち、フラット光の反射方向に近いオン光５２ｄへ向かうほど、より多くのフラット光が混じり、投映画像の輝度が上昇してしまう。

このため、プロジェクタ１０は、照明光学系と全反射プリズム２４との間に絞り板６０を設置している。図４、図５に示すように、絞り板６０には、照明光学系からの照明光の一部を遮る板状の遮光部６２や、照明光軸と垂直な方向に延びる長穴６４が形成されている。絞り板６０は、長穴６４にボルト６６が挿通され、移動自在に保持される。こうすることで、遮光部６２による照明光の遮光範囲を調整できるようにしている。

また、遮光部６２は、図３において照明光５０ａから照明光５０ｄへ向かうほど、照明光の強度が下がるように、リレーレンズ３８側の側部６２ａが絞り板６０の移動方向に対して傾くように形成されている。このように、絞り板６０は、遮光部６２によって照明光の一部を遮り、ＤＭＤ２６に照射する照明光の強度を不均一にする。これにより、オン光５２ｄ側へ行くほど投映画像の輝度が低下する。

以下、上記構成による本発明の作用について説明をする。照明光学系からの照明光は、絞り板６０によってその一部がカットされる。絞り板６０は、フラット光が混じることで投映画像の輝度が上昇してしまう領域の画像輝度を下げるように、ＤＭＤ２６の受光面に照射する照明光の強度を不均一にする。

ＤＭＤ２６に入射した照明光は、ミラー素子がオン位置にあるときは投映光学系へ向かうオン光として反射され、ミラー素子がオフ位置にあるときには投映光学系外へ向かうオフ光として反射される。また、ＤＭＤ２６に入射した照明光の一部が、ＤＭＤ２６のカバーガラス２６ａによってフラット光として反射される。投映画像は、オン光の集合によって構成される。

投映画像のうち、フラット光が混じってしまう領域は画像輝度が上昇するが、絞り板６０によってこの領域に対して照射する照明光量を低下させているので、投映画像に発生する輝度ムラを防止することができる。また、絞り板６０は、移動自在に設けられているので、ボルト６６を緩めて絞り板６０を移動させれば、輝度ムラを防止しながら有効な照明光をカットしないように照明光の遮光範囲を調整することができる。

このように、プロジェクタ１０は、絞り板６０によって、フラット光が混じることで投映画像の輝度が上昇してしまう領域に対して照射する照明光量を予め下げるようにしたので、投映画像の輝度ムラを防止することができる。また、絞り板６０を移動自在として、照明光の遮光範囲を調整できるようにしたので、必要以上に照明光をカットしてしまいうといったこともない。

なお、本発明は、絞り板によってＤＭＤに照射する照明光の光束密度を不均一にし、フラット光の影響によって投映画像の輝度が上昇してしまう領域に照射する照明光量を予め下げればよいので、絞り板の形状は適宜変更することができる。絞り板の形状としては、例えば、図６（Ａ）に示す絞り板８０のように、円弧状の側部８２が形成されたものや、同図（Ｂ）に示す絞り板９０のように、移動方向に対して傾けられた円弧状の側部９２が形成されたものが考えられる。さらに、絞り板の側部近傍に照明光を透過させる無数の小孔を設けたり、この小孔の配置間隔を調節して透過させる照明光量を調整するようにしてもよい。なお、図６以降の図面においては上述した実施形態と同様の部材には同様の符号を付している。

また、上記実施形態では、絞り板をスライド自在に設ける例で説明したが、固定式にしてもよい。さらに、図７に示す絞り板１００のように、ボルト１０２を中心に回転自在にしてもよい。

また、上記実施形態では絞り板をリレーレンズの直後に配置する例で説明をしたが、絞り板の配置位置は、照明光学系とＤＭＤとの間で適宜変更してよい。さらに、上記実施形態では、ボルトと長穴によって絞り板を移動自在に保持する例で説明をしたが、絞り板の保持方法はこれに限定されるものではなく、周知の保持方法を適宜選択することができる。

以上、フラット光として、ＤＭＤのカバーガラスからの反射光を例に説明をしたが、フラット光としては、オン位置とオフ位置との間を移動中のミラー素子からの反射光も含まれる。そして、本発明は、このようなフラット光による投映画像の輝度ムラを防止するためにも有効である。

すなわち、図８に示すように、照明光学系からの照明５０ａ〜５０ｄは、ＤＭＤ２６に入射して、ＤＭＤ２６の各ミラー素子がオン位置にある場合には図中一点鎖線にて示すオン光５２ａ〜５２ｄとして反射され、各ミラー素子がオフ位置にある場合には図中二点差線にて示すオフ光５４ａ〜５４ｄとして反射される。また、ミラー素子が変位中などでオン位置とオフ位置との間のフラット位置にある場合には、オン光とオフ光の間にフラット光として反射される。そして、照明光５０ａ〜５０ｄがフラット光として反射されたときのフラット光反射範囲５６ａ〜５６ｄは、オフ光の反射方向に少しずつずれながら重なり合う。これにより、図８に示す例では、オン光５２ｄ側へ行くほど複数のミラー素子からのフラット光が重なり合い、投映画像の輝度が上昇してしまう。

本発明の絞り板６０は、照明光５０ａから照明光５０ｄへ向かうほど照明光の強度が下がるように、照明光の一部を遮り、ＤＭＤ２６に照射する照明光の強度を不均一にする。このように、本発明の絞り板６０は、フラット光が重なり合うことで投映画像の輝度が上昇してしまう領域に対して照射する照明光量を予め下げるので、オン位置とオフ位置との間を移動中のミラー素子から反射されるフラット光による投映画像の輝度ムラも防止することができる。

プロジェクタの外観図である。プロジェクタの構成図である。フラット光の反射範囲及びフラット光の強度を表す説明図である。絞り板の斜視図である。絞り板の平面図である。仕様の異なる絞り板の平面図である。仕様の異なる絞り板の平面図である。フラット光が重なり合う様子を表す説明図である。

符号の説明

１０プロジェクタ
１２筺体
１４投映レンズ
２２光源
２６ＤＭＤ
６０、８０、９０、１００絞り板
６２遮光部
６２ａ、８２、９２側部
６４長穴
６６、１０２ボルト

Claims

照明光学系からの照明光を、投映光学系へ向て反射するオン位置と、投映光学系外へ向けて反射するオフ位置との間で移動するミラー素子が複数配列された画像生成部を備え、前記オン位置のミラー素子から反射されたオン光により画像を構成する投映型画像表示装置において、
前記オン光と、前記オフ位置のミラー素子から反射されたオフ光との間に反射される反射光の強度が強くなる領域の画像輝度を下げるように、前記照明光学系からの照明光の一部を遮り、各ミラー素子に照射する照明光の強度を不均一にする絞り板を設けたことを特徴とする投映型画像表示装置。
前記絞り板を照明光軸と垂直な面内にてスライド自在に保持して、照明光の遮光範囲を変化させる調節機構を設けたことを特徴とする請求項１記載の投映型画像表示装置。