JP2006038997A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 スクリ−ンに投影される画像光の光量分布を均一化させることが可能なプロジェクタを提供する。
【解決手段】 ロッドインテグレ−タ２２は、断面視直角三角形状の２個の第１透明部材２２ｂ１と、第１透明部材２２ｂ１よりも屈折率が小さく、断面視ホ−ムベ−ス形状を有する１個の第２透明部材とが、全体が略矩形状となるように配置されているため、第１透明部材２２ｂ１から第２透明部材２２ｂ２へと進む光の一部が反射することにより、ロッドインテグレ−タ２２から出射する光のうち、２個の第１透明部材２２ｂ１が配置されている部分の光量が増加することとなる。その結果、スクリ−ンにおける画像光の投影面の上端部の左右両側の光量が増加し、投影面の光量分布が均一となるように補正される。
【選択図】図５

Description

本発明は、プロジェクタに関し、特に、光源からの光を矩形状の面状の均一な光に変換するインテグレ−タを具備するプロジェクタに関するものである。

従来、光源からの光を面状の均一の光に変換するためのインテグレ−タを備えたプロジェクタが知られている（例えば、特許文献１、２参照）
特開平７−１２０７５３号公報 特開２００２−６２５８５号公報

ところで、一般的なプロジェクタは、スクリ−ンに対して正面から画像光を投射するのではなく、スクリ−ンに対して上側または下側から画像光を投射するように構成されていることが多い。このとき、プロジェクタから投射される画像光の光軸は、スクリ−ンの投影面の中心からずれてしまう。例えば、プロジェクタがスクリ−ンに対して下側に位置しており、プロジェクタからの画像光が上方に傾斜して同スクリ−ンに投射されるように構成されている場合には、同画像光の光軸は、スクリ−ンの投影面の中心よりも下側にずれることとなる。また、スクリ−ンに対して画像光を投射する場合には、光軸の中心から周辺に向かうにつれて、光量が減少してしまう。これらのことに起因して、下側に配置されたプロジェクタからの画像が投影されるスクリ−ンにおいては、その中心よりも下側が最も明るくなる一方、上端部の左右の端が最も暗くなってしまう。

本発明は、かかる実情に鑑み、スクリ−ンに投影される画像光の光量分布を均一化させることが可能なプロジェクタを提供しようとするものである。

上記目的を達成するため、請求項２にかかる発明は、光を生成する光源と、同光源からの光をＲＧＢ光に分離する光分離手段と、同光分離手段からの出力光を集めて略矩形状の面状の光にするインテグレ−タと、同インテグレ−タからの光を画像光に変調する画像生成素子とを具備し、
上記画像生成素子からの画像光が上方または下方に傾斜してスクリ−ンに投影されるように構成されたプロジェクタにおいて、
上記インテグレ−タが、上記スクリ−ンの画像の投影面の中心に対する上記画像光の光軸のずれの方向と反対側から出射される光の光量が増加するように構成されている。

上記のように構成した請求項２において、光を生成する光源と、同光源からの光をＲＧＢ光に分離する光分離手段と、同光分離手段からの出力光を略矩形状の面状の光にするインテグレ−タと、同インテグレ−タからの光を画像光に変調する画像生成素子とを具備しており、上記画像生成素子からの画像光が上方または下方に傾斜してスクリ−ンに投影されるようにプロジェクタが構成されている。

また、上記インテグレ−タは、上記スクリ−ンの画像の投影面の中心に対する上記画像光の光軸のずれの方向と反対側から出射される光の光量が増加するように構成されている。
例えば、スクリ−ンの画像の投影面の中心に対して、上記画像光の光軸が下側にずれている場合には、上述したように、上記投影面の中心よりも下側が最も明るくなる一方、投影面の上端部の左右両側が最も暗くなってしまう。しかし、本発明では、インテグレ−タの上部から出射される光の光量が増加するように同インテグレ−タが構成されているため、上記投影面の上端部の左右両側が明るくなるように補正され、その結果、スクリ−ンに投影される画像光の光量分布を均一化させることが可能となる。

また、請求項３にかかる発明は、上記画像生成素子からの画像光が上方に傾斜してスクリ−ンに投影されるように構成され、上記インテグレ−タが、上部から出射される光の光量が下部から出射される光の光量よりも増加するように構成されている。
上記のように構成した請求項３において、スクリ−ンの画像の投影面の上端部の左右両側が明るくなるように補正され、その結果、スクリ−ンに投影される画像光の光量分布を均一化させることか可能となる。

また、請求項４にかかる発明は、上記インテグレ−タが、屈折率の異なる２種類の透明部材を具備し、屈折率の大きい同透明部材の下側に屈折率の小さい同透明部材が配置される構成としてある。
上記のように構成した請求項４において、屈折率の大きい透明部材から屈折率の小さい透明部材へ光が入射する際に、臨界角以上の入射角で入射した場合には全反射が起こり、入射光が反射されることになる。その結果、屈折率の大きい透明部材が配置されたインテグレ−タの上部の光量を増加させることが可能となる。

また、請求項５にかかる発明は、上記インテグレ−タが、断面視略直角三角形状を有する柱状の２個の第１透明部材と、同第１透明部材よりも光の屈折率が小さく、断面視略ホ−ムベ−ス形状を有する柱状の１個の第２透明部材とを具備するロッドインテグレ−タであり、上記第２透明部材の上側左右に２個の上記第１透明部材がそれぞれ配置され、全体として断面視略矩形状の柱状体を成している構成としてある。
上記のように構成した請求項５において、スクリ−ンよりも下側から画像光を投射した場合に最も暗くなる投影面の左上側および右上側の光量を増加させることか可能となり、その結果、スクリ−ンに投影される画像光の光量分布を均一化させることが可能となる。

また、請求項６にかかる発明は、上記第１透明部材の屈折率（Ｎ１）と、上記第２透明部材の屈折率（Ｎ２）とが、以下の関係を満たした構成としてある。
Ｎ１−Ｎ２＜０．００３…式（１）
上記のように構成した請求項６において、上記第１透明部材の屈折率（Ｎ１）と、上記第２透明部材の屈折率（Ｎ２）とが上記（１）式を満たしたときに、スクリ−ンに投影される画像光の光量分布がより均一化される。

本発明の請求項２および請求項３にかかる発明では、スクリ−ンに投影される画像光の光量分布を均一化させることが可能となる。
請求項３にかかる発明では、コストを低減することが可能となるとともに、装置の小型化を実現することが可能となる。
請求項４にかかる発明では、屈折率の大きい透明部材が配置されたインテグレ−タの上部の光量を増加させることが可能となる。
請求項５にかかる発明では、スクリ−ンに投影される画像光の光量を均一化させることか可能となる。
請求項６にかかる発明では、スクリ−ンに投影される画像光の光量分布がより均一化される。

図１は、本発明にかかるプロジェクタを模式的に示す外観図であり、図２は、図１に示したプロジェクタの光学系における各構成部品の配置図である。なお、以下の実施形態においては、本発明のプロジェクタが、画像生成素子としてＤＭＤ（Digital Mirror Device）を用いたＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のプロジェクタである場合について説明するが、本発明のプロジェクタはこれに限定されるものではなく、例えば、画像生成素子として液晶パネルが用いられる液晶プロジェクタであってもよい。

図１において、プロジェクタ１０には投影レンズ２６が備えられており、この投影レンズ２６からの画像光が図示しないスクリ−ン等に投影されることにより、スクリ−ンに画像が映し出される。

図２において、プロジェクタ１０の光学系は、白色光を生成可能な光源装置２０と、図示しないＲＧＢの３色のカラ−フィルタを具備する円盤状のカラ−ホイ−ル２１と、カラ−ホイ−ル２１により分離されたＲ、ＧまたはＢの光を集め、同光を後述するミラ−２３へと案内するロッドインテグレ−タ２２と、ロッドインテグレ−タ２２からの光を反射させるミラ−２３と、複数のマイクロミラ−を具備するＤＭＤ２５と、ＤＭＤ２５からの光をスクリ−ンに投影させるための投影レンズ２６とを備えている。また、ロッドインテグレ−タ２２とミラ−２３との間、および、ミラ−２３とＤＭＤ２５との間には、それぞれイルミネ−ションレンズ２７、２８が設けられている。

光源装置２０は、白色光を生成するランプ２０ａと、ランプ２０ａから後方に出射した光を反射させる放物面形状のリフレクタ２０ｂとを備えており、ランプ２０ａにて生成した光を、カラ−ホイ−ル２１に向けて出射させるようになっている。ランプ２０ａとしては、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等を用いることが可能である。また、リフレクタ２０としては、放物面鏡や、楕円面鏡等を用いることが可能である。

カラ−ホイ−ル２１は、略円盤形状を有しており、図示しないＲＧＢの３色のカラ−フィルタが等間隔に配置されている。このカラ−ホイ−ル２１が回転することにより、光源装置２０から出射した白色光が、Ｒ、Ｇ、Ｂの光に順次分離される。ロッドインテグレ−タ２２は、後に図面を用いて詳述するが、断面視略矩形状の柱状体であり、入射したカラ−ホイ−ル２１からの光を略矩形状の均一な面状の光に変換してミラ−２３に案内する。イルミネ−ションレンズ２７は、ロッドインテグレ−タ２２からの光をミラ−２３に集光させるためのものであり、イルミネ−ションレンズ２８は、ミラ−２３により反射した光をＤＭＤ２５に集光させるためのものである。

ＤＭＤ２５は、図３に示すように、ＲＧＢの各光を画像デ−タに応じて画素毎に変調する変調素子としてのマイクロミラ−２５ａを複数備えており、各マイクロミラ−２５ａは、個別に駆動制御され、反射面の角度を所定角度（例えば、１２度）傾斜させることが可能となっている。

投影レンズ２６は、ＤＭＤ２５によって変調された画像光をスクリ−ンに拡大投影するためのものであり、ＲＧＢの各色光の色収差等に起因する投影画像の不鮮明を防止する目的で、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。

図中、２点鎖線の矢印は、光の進行方向を示している。光源装置２０から出射した白色光は、カラ−ホイ−ル２１によりＲＧＢの各色光に分離され、同分離された光はロッドインテグレ−タ２２により集められ、ミラ−２３に案内される。ロッドインテグレ−タ２２から出射した光は、ロッドインテグレ−タ２２とミラ−２３との間に介在するイルミネ−ションレンズ２７により集光されてミラ−２３に入射し、ミラ−２３により反射される。ミラ−２３により反射された光は、イルミネ−ションレンズ２８により集光されてＤＭＤ２５に入射する。そして、ＤＭＤ２５により変調された画像光は、投影レンズ２６によりスクリ−ンに拡大投影される。

図４は、実施形態にかかるプロジェクタの投影レンズからスクリ−ンに画像光が投影される様子を模式的に示す断面図である。同図において、投影レンズ２６からの画像光は、上方に傾斜してスクリ−ン１００に投影されている。このとき、スクリ−ン１００における投影面の中心Ａに対して、投影レンズ２６からの画像光の光軸Ｘとスクリ−ン１００との交点Ｂが下側にずれている。そのため、スクリ−ン１００に投影される画像は、投影面の中心Ａよりも下側の交点Ｂの部分が最も明るく、一方、交点Ｂから最も遠い部分、すなわち、投影面の上端部の左右両側が最も暗くなる。

次に、実施形態にかかるプロジェクタが備えるロッドインテグレ−タについて説明する。
図５は、実施形態にかかるロッドインテグレ−タの断面図である。同図において、全体として略矩形状を示すロッドインテグレ−タ２２の周縁部には、内部を通過する光を反射させるためのミラ−部２２ａが設けられている。また、ミラ−部２２ａの内側には、光が通過する透明部２２ｂが配置されている。この透明部２２ｂは、断面視略直角三角形状の２個の第１透明部材２２ｂ１と、断面視略ホ−ムベ−ス形状の１個の第２透明部材２２ｂ２とからなり、第２透明部材２２ｂ２の上側左右に２個の第１透明部材２２ｂ１がそれぞれ配置され、全体として略矩形状となっている。

また、第１透明部材２２ｂ１の屈折率（Ｎ１）は、第２透明部材の屈折率（Ｎ２）よりも大きく、且つ、Ｎ１とＮ２とが下記（１）式を満たしている。
Ｎ１−Ｎ２＜０．００３…式（１）
これにより、第１透明部材２２ｂ１から第２透明部材２２ｂ２へ入射する光のうち、臨界角（θ）よりも大きい入射角で第２透明部材２２ｂへ入射した光は反射されることとなる。なお、上記臨界角（θ）は、下記の（２）式により算出することが可能である。
θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｎ１／Ｎ２）…（２）

このように、第１透明部材２２ｂ１から第２透明部材２２ｂ２へと進む光の一部が反射することにより、ロッドインテグレ−タ２２から出射する光のうち、２個の第１透明部材２２ｂ１が配置されている部分の光量が増加することとなる。その結果、投影される画像が最も暗くなる部分、すなわち、投影面の上端部の左右両側の光量が増加し、投影面の光量分布が均一となるように補正される。

図６は、図５に示したロッドインテグレ−タ２２の光の出射部の光量分布を示す図であり、図７は、図５に示したロッドインテグレ−タと同一の形状を有しているが、透明部が同一の透明部材からなるロッドインテグレ−タの光の出射部の光量分布を示す図である。なお、図６、図７において、図中、矢印Ａで示した方向が、ロッドインテグレ−タにおける上方向である。図７は、透明部が同一の透明部材からなる、すなわち、透明部全体が同一の屈折率を有するロッドインテグレ−タの光の出射部を示したものであるが、同出射部の全面について、ほぼ均一な光量分布となっている。

一方、図６は，図５に示したロッドインテグレ−タ２２の光の出射部を示したものであるが、上述したような第２透明部材２２ｂ２による光の反射に起因して、同出射部の上部、特に、第１透明部材２２ｂ１が位置する部分の光量が大きくなっている。図６に示したような光量分布の光がロッドインテグレ−タ２２から出射され、ＤＭＤ２５により画像光に変換された後に投影レンズ２６からスクリ−ンに投影されると、投影面の上端部の左右両側の光量が増加し、投影面の光量分布が均一となるように補正されるのである。

また、上述した実施形態では、ライトパイプ２２から出射された光がミラ−２３により反射されてＤＭＤ２５に入射するようにプロジェクタ１０が構成されている場合について説明したが、本発明では、必ずしも、プロジェクタがミラ−を備えている必要はなく、ライトパイプからの光が直接ＤＭＤに入射するように構成されていてもよい。

また、上述した実施形態では、プロジェクタ１０が１つのＤＭＤ２５のみを備える１チップ方式のプロジェクタである場合について説明したが、本発明は、ＲＧＢの３色の光のそれぞれに対応する３つのＤＭＤを備えた３チップ方式のプロジェクタや、２つのＤＭＤを備えた２チップ方式のプロジェクタにも適用することが可能である。

以上説明したように、実施形態にかかるプロジェクタ１０では、ロッドインテグレ−タ２２において、断面視直角三角形状の２個の第１透明部材２２ｂ１と、第１透明部材２２ｂ１よりも屈折率が小さく、断面視ホ−ムベ−ス形状を有する１個の第２透明部材とが、全体が略矩形状となるように配置されているため、第１透明部材２２ｂ１から第２透明部材２２ｂ２へと進む光の一部が反射することにより、ロッドインテグレ−タ２２から出射する光のうち、２個の第１透明部材２２ｂ１が配置されている部分の光量が増加することとなる。その結果、投影面の上端部の左右両側の光量が増加し、投影面の光量分布が均一となるように補正される。

プロジェクタを模式的に示す外観図である。 プロジェクタの光学系における各構成部品の配置図である。 ＤＭＤの構成を示す図である。 プロジェクタの投影レンズからスクリ−ンに画像光が投影される様子を模式的に示す断面図である。 実施形態にかかるロッドインテグレ−タの断面図である。 図５に示したロッドインテグレ−タの光の出射部の光量分布を示す図である。 透明部が同一の透明部材からなるロッドインテグレ−タの光の出射部の光量分布を示す図である。

符号の説明

１０…プロジェクタ
２０…光源装置
２０ａ…ランプ
２０ｂ…リフレクタ
２１…カラ−ホイ−ル
２２…ロッドインテグレ−タ
２２ａ…ミラ−部
２２ｂ…透明部
２２ｂ１…第１透明部材
２２ｂ２…第２透明部材
２３…ミラ−
２５…ＤＭＤ
２６…投影レンズ
２７、２８…イルミネ−ションレンズ
１００…スクリ−ン

Claims (6)

1. 光を生成する光源と、同光源からの光をＲＧＢ光に分離する光分離手段と、同光分離手段からの出力光を集めて略矩形状の面状の光にするインテグレ−タと、同インテグレ−タからの光を画像光に変調する画像生成素子とを具備し、
   上記画像生成素子からの画像光が上方に傾斜してスクリ−ンに投影されるように構成されたプロジェクタにおいて、
   上記インテグレ−タは、断面視略直角三角形状を有する柱状の２個の第１透明部材と、同第１透明部材よりも光の屈折率が小さく、断面視ホ−ムベ−ス形状を有する柱状の１個の第２透明部材とを具備するロッドインテグレ−タであり、
   上記第２透明部材の上側左右に２個の上記第１透明部材がそれぞれ配置され、全体として断面視略矩形状の柱状体を成しており、
   上記第１透明部材の屈折率（Ｎ１）と、上記第２透明部材の屈折率（Ｎ２）とが、以下の関係を満たしており、上記スクリ−ンの画像の投影面の中心に対する上記画像光の光軸のずれの方向と反対側から出射される光の光量が増加するように配置されていることを特徴とするプロジェクタ。
   Ｎ１−Ｎ２＜０．００３…式（１）
2. 光を生成する光源と、同光源からの光をＲＧＢ光に分離する光分離手段と、同光分離手段からの出力光を集めて略矩形状の面状の光にするインテグレ−タと、同インテグレ−タからの光を画像光に変調する画像生成素子とを具備し、
   上記画像生成素子からの画像光が上方または下方に傾斜してスクリ−ンに投影されるように構成されたプロジェクタにおいて、
   上記インテグレ−タは、上記スクリ−ンの画像の投影面の中心に対する上記画像光の光軸のずれの方向と反対側から出射される光の光量が増加するように構成されていることを特徴とするプロジェクタ。
3. 上記画像生成素子からの画像光が上方に傾斜してスクリ−ンに投影されるように構成され、上記インテグレ−タは、上部から出射される光の光量が下部から出射される光の光量よりも増加するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 上記インテグレ−タは、屈折率の異なる２種類の透明部材を具備し、
   屈折率の大きい同透明部材の下側に屈折率の小さい同透明部材が配置されることを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。
5. 上記インテグレ−タは、断面視略直角三角形状を有する柱状の２個の第１透明部材と、同第１透明部材よりも光の屈折率が小さく、断面視略ホ−ムベ−ス形状を有する柱状の１個の第２透明部材とを具備するロッドインテグレ−タであり、
   上記第２透明部材の上側左右に２個の上記第１透明部材がそれぞれ配置され、全体として断面視略矩形状の柱状体を成していることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
6. 上記第１透明部材の屈折率（Ｎ１）と、上記第２透明部材の屈折率（Ｎ２）とが、以下の関係を満たしていることを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
   Ｎ１−Ｎ２＜０．００３…式（１）
   

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