JP2006163281A - Projector device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロジェクタ装置に関し、特に、光源から出射された光を連続的に時分割する色分解多面鏡を有するプロジェクタ装置に関する。 The present invention relates to a projector device, and more particularly to a projector device having a color separation polygon mirror that continuously time-divides light emitted from a light source.
TV画像やパソコン出力をスクリーンに投影するプロジェクタで、画像の形成に使われる光変調素子としては、透過型の液晶パネル、反射型のマイクロミラー素子などがある。液晶パネルは、出力する画像のパターンに応じて濃度すなわち光の透過率または反射率が変化する。マイクロミラー素子は、出力する画像のパターンに応じて微小ミラーの角度を変え、各画素の反射方向を変化させ、投影レンズに入射する反射像の画素ごとに明暗を付けることで、像全体としての濃淡を形成する。 As a light modulation element used to form an image in a projector that projects a TV image or a personal computer output onto a screen, there are a transmissive liquid crystal panel, a reflective micromirror element, and the like. In the liquid crystal panel, the density, that is, the light transmittance or reflectance changes according to the pattern of the output image. The micro mirror element changes the angle of the micro mirror according to the pattern of the image to be output, changes the reflection direction of each pixel, and adds brightness to each pixel of the reflected image incident on the projection lens. A shade is formed.
一般的にプロジェクタで使われる液晶パネルやマイクロミラー素子では、画像形成に必要な数の画素すなわち液晶セルや微小ミラーが2次元に配列されている。微小ミラーを2次元で配列したマイクロミラー素子としてはDMDが知られている。 Generally, in a liquid crystal panel and a micromirror element used in a projector, a number of pixels necessary for image formation, that is, a liquid crystal cell and a minute mirror are two-dimensionally arranged. DMD is known as a micromirror element in which micromirrors are arranged two-dimensionally.
これら光変調素子は、画素を2次元に配列させることで、画像全体を一度に生成している。しかし、高画質を得るためには画素数を多くする必要があり、光学系が大きくなることや、製造上の問題でコストが上がることなどの課題もある。 These light modulation elements generate an entire image at a time by arranging pixels in a two-dimensional manner. However, in order to obtain high image quality, it is necessary to increase the number of pixels, and there are problems such as an increase in the optical system and an increase in cost due to manufacturing problems.
これに対して、画素を1次元又は細長く配列させ、生成された1次元または細長い画像をガルバノミラーなどの偏向走査装置でスキャンすることにより、スクリーン上に所望の2次元画像を形成するプロジェクタ装置がある。 On the other hand, a projector device that forms a desired two-dimensional image on a screen by arranging pixels one-dimensionally or elongated and scanning a generated one-dimensional or elongated image with a deflection scanning device such as a galvanometer mirror. is there.
プロジェクタでカラー画像を投影する方法として、次の2つの方法が知られている。 The following two methods are known as a method of projecting a color image with a projector.
一つは、ランプ等の白色光源を、複数のプリズムなどで構成される色分解光学系で3原色(赤・緑・青)の各色ごとに光路を分割し、それぞれの色に対応した光変調素子に照射し、各色の画像は複数のプリズムなどで構成される色合成光学系で合成された後、スクリーン上にカラー投影する。 One is a light source that divides the light path for each of the three primary colors (red, green, and blue) by a color separation optical system consisting of a plurality of prisms and other white light sources such as lamps, and modulates the light corresponding to each color The element is irradiated, and each color image is synthesized by a color synthesizing optical system including a plurality of prisms, and then projected on a screen.
もう一つは、ランプ等の白色光源を、円板状の色フィルタ(カラーホイール、カラーディスクなど)を回転させて時分割で3原色に分光し、順次、各色を一つの光変調素子に照射し、光変調素子を透過または反射した各色の光をそのままスクリーンに投影する。スクリーン上では、各色の画像が順次に投影されるが、視覚的な蓄積作用によって、各色が合成されたカラー画像として観察される。 The other is a white light source such as a lamp that rotates a disk-shaped color filter (color wheel, color disk, etc.) and splits it into three primary colors in a time-sharing manner, and sequentially irradiates each light to one light modulator. Then, the light of each color transmitted or reflected by the light modulation element is projected onto the screen as it is. Images of each color are sequentially projected on the screen, but are observed as a color image in which the colors are synthesized by visual accumulation.
本発明は、白色光源を時分割で3原色に分光し、画素が1次元に配置、または細長く配列された光変調素子に、各色を順次に照射する方式のプロジェクタ装置に関わる。一般的に知られている1次元の反射型光変調素子を用いたプロジェクタの基本構成を図27から図29に示す。 The present invention relates to a projector apparatus in which a white light source is divided into three primary colors in a time-sharing manner, and each color is sequentially irradiated onto a light modulation element in which pixels are one-dimensionally arranged or elongated. A basic configuration of a projector using a generally known one-dimensional reflective light modulation element is shown in FIGS.
図27から29は、それぞれ1次元の反射型光変調素子を用いたプロジェクタの断面図、平面図、斜視図を表している。光源ランプ1から発光された光は、放物面反射鏡2などでほぼ並行な光束となり、矩形のアパーチャ3などで整形され、1枚から2枚の平凸シリンダレンズ(4a、4b)などで構成されるコンデンサ光学系4で一方向のみに集光され、画素を1次元に配列、または細長く配列した光変調素子7を照射する。このコンデンサ光学系4と光変調素子7の間には、円板状の色フィルタ5が配置されている。
FIGS. 27 to 29 respectively show a cross-sectional view, a plan view, and a perspective view of a projector using a one-dimensional reflective light modulation element. The light emitted from the
色フィルタ5の回転によって、3原色を順次に照射された光変調素子7からの反射光は、投影レンズ8によってスクリーン上に結像されるが、光変調素子7で形成される1次元像を2次元像に、または細長い像を通常の矩形の像にするため、平面鏡を往復回転させるガルバノミラー9などの偏向走査ユニットを用いる。投影レンズ8から射出した光束は、この偏向走査ユニットによって、スクリーン方向に折り返されると同時に、スクリーン上を走査する。スクリーンは図示されていないが図27の右方向にあり、投影レンズ8からの光束は、ガルバノミラー9の往復回転によって、図27の上下方向にスクリーン上で走査される。
The reflected light from the
図30及び31に示すように、色フィルタ5は、それぞれが赤、緑、青の各色の何れかを透過する部分(5a、5b、5c)で構成され、駆動モータ6によって回転することで、時分割的に色分解する。
As shown in FIGS. 30 and 31, each of the
特許文献1では、部品点数が少ないにも拘わらず、高精度で、かつ中間階調をも十分に表示することができる高品質の画像を得ることができるプロジェクタ装置が提案されている。
特許文献2では、複数色の色分離フィルタの光透過領域を少なくとも固定した光透過基板を回転駆動可能にモータに取り付けることにより、簡単な構成で、風切り音を抑え、回転ムラの少ない回転型カラーディスクおよびそれを用いた映像表示装置が提案されている。
In
特許文献3では、複数の色領域に分割された円盤状カラーフィルタと、これを回転させるモータとで構成されるカラーホイールにおいて、高速回転時、及び高温時においても正確に円盤状カラーフィルタの位置検出が可能なカラーホイールが提案されている。
In
特許文献4では、装置を大型化することなく、また、発光体の大きさや状態に関係なく空間光変調素子の時間開口率を高く設定することを可能とすることにより、色純度と効率の高い色順次表示をすることを可能とした画像表示装置、及びこの画像表示装置を用いた投写型画像表示装置が提案されている。
In
特許文献5では、プロジェクタの小型化を図るため、環状のカラーフィルタを用い、フレーム順次で3色の単色映像を形成し、その中心に傾けて配置した反射鏡と、反射鏡の反射光を受ける反射型映像素子と、投写レンズとを設けて投影スクリーンに投射するプロジェクタが提案されている。
In
特許文献6では、本体装置側が駆動エネルギーの消費を少なくする動作モードならば、装着されているアクセサリー装置や交換レンズ側も駆動エネルギーの消費を少なくする動作モードにして、システムとして省エネルギー駆動を実現することのできるアクセサリー装置、交換レンズ、カメラシステムが提案されている。
しかし、上記の発明は、以下の問題を有している。 However, the above invention has the following problems.
1次元または細長い配列の光変調素子7を用いたプロジェクタでは、図30及び31に示すように、使用される部分は、色フィルタ5のうちごく限られた狭い範囲10のみとなる。しかし、使用する範囲10は光変調素子の画素配列方向に応じて一方向に長くなるため、円板状の色フィルタの外径を充分に大きくする必要がある。
In the projector using the one-dimensional or elongate array of
本発明は、従来円板状の色フィルタに代わる、色分解の機能を持った偏向走査ユニットを用いることで、プロジェクタ装置の分品点数を減らし、小型化と同時にコストダウンを図ったプロジェクタ装置を提案することを目的としている。 The present invention reduces the number of parts required for a projector device by using a deflection scanning unit having a color separation function instead of the conventional disk-shaped color filter, thereby reducing the size and reducing the cost of the projector device. The purpose is to propose.
請求項1記載の発明は、白色光を放射する光源と、前記光源の放射光を集めて略単一の光束を形成する集光手段と、前記光束を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された前記光束をスクリーンに投影する投影レンズとを有するプロジェクタ装置において、前記集光手段によって形成された前記光束を回転する柱状の色分解フィルタに入射し、時分割で分光することを特徴とする。
The invention according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載のプロジェクタ装置において、前記柱状の色分解フィルタは、前記光束の入射面及び出射面が平面であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the projector device according to the first aspect, the columnar color separation filter is characterized in that an incident surface and an output surface of the light beam are flat.
請求項3記載の発明は、請求項1記載のプロジェクタ装置において、前記柱状の色分解フィルタは、前記光束の入射面及び出射面が円弧であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the projector device according to the first aspect, the columnar color separation filter is characterized in that an incident surface and an output surface of the light beam are arcs.
請求項4記載の発明は、請求項3記載のプロジェクタ装置において、前記光束が入射される前記柱状の色分解フィルタの入射面と同じ曲率の凹面を有し、前記光束の入射面が平面である第1の柱状プリズムと、前記光束が出射される前記柱状の色分解フィルタの出射面と同じ曲率の凹面を有し、前記光束の出射面が平面である第1の柱状プリズムとを有し、前記第1の柱状プリズム及び前記第2の柱状プリズムがそれぞれ前記柱状の色分解フィルタの入射面及び出射面に近接して設置されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the projector device according to the third aspect, the projection device has a concave surface having the same curvature as the incident surface of the columnar color separation filter on which the light beam is incident, and the incident surface of the light beam is a flat surface. A first columnar prism, and a first columnar prism having a concave surface having the same curvature as the emission surface of the columnar color separation filter from which the light beam is emitted, and the light emission surface being a flat surface. The first columnar prism and the second columnar prism are respectively disposed close to an incident surface and an output surface of the columnar color separation filter.
請求項5記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項記載のプロジェクタ装置において、前記柱状の色分解フィルタの表面が特定の波長以外の光を吸収する吸収型フィルタからなることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the projector device according to any one of the first to fourth aspects, the surface of the columnar color separation filter comprises an absorption type filter that absorbs light having a wavelength other than a specific wavelength. And
請求項6記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項記載のプロジェクタ装置において、前記柱状の色分解フィルタの表面が特定の波長の光を反射し、特定の波長以外の光を透過する反射型フィルタからなることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the projector device according to any one of the first to fourth aspects, the surface of the columnar color separation filter reflects light having a specific wavelength and transmits light having a wavelength other than the specific wavelength. It is characterized by comprising a reflective filter.
請求項7記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項記載のプロジェクタ装置において、前記柱状の色分解フィルタが赤、青、緑の3原色に分光することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the projector device according to any one of the first to sixth aspects, the columnar color separation filter divides into three primary colors of red, blue, and green.
請求項8記載の発明は、白色光を放射する光源と、前記光源の放射光を集めて略単一の光束を形成する集光手段と、前記光束を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された前記光束をスクリーンに投影する投影レンズとを有するプロジェクタ装置において、前記集光手段によって形成された前記光束を回転する筒状の色分解フィルタに入射し、時分割で分光することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a light source that emits white light, a light collecting unit that collects light emitted from the light source to form a substantially single light beam, a light modulation element that modulates the light beam, and the light modulation. In a projector apparatus having a projection lens that projects the light flux modulated by an element onto a screen, the light flux formed by the light converging means is incident on a rotating cylindrical color separation filter and dispersed in a time division manner. It is characterized by.
請求項9記載の発明は、請求項8記載のプロジェクタ装置において、前記筒状の色分解フィルタは、前記光束の入射面及び出射面が平面であることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the projector device according to the eighth aspect, the cylindrical color separation filter is characterized in that an incident surface and an output surface of the light beam are flat.
請求項10記載の発明は、請求項8記載のプロジェクタ装置において、前記筒状の色分解フィルタは、前記光束の入射面及び出射面が円弧であることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the projector device according to the eighth aspect, the cylindrical color separation filter is characterized in that an incident surface and an output surface of the light beam are arcs.
請求項11記載の発明は、請求項8から10のいずれか1項記載のプロジェクタ装置において、前記筒状の色分解フィルタは、前記光束を筒内に出射する出射面及び筒内に出射された前記光速を再び前記筒状色分解フィルタに入射する入射面が平面であることを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the projector device according to any one of the eighth to tenth aspects, the cylindrical color separation filter emits the luminous flux into the cylinder and the cylinder. An incident surface on which the speed of light again enters the cylindrical color separation filter is flat.
請求項12記載の発明は、請求項8から10のいずれか1項記載のプロジェクタ装置において、前記筒状の色分解フィルタは、前記光束を筒内に出射する出射面及び筒内に出射された前記光速を再び前記筒状色分解フィルタに入射する入射面が円弧であることを特徴とする。 A twelfth aspect of the present invention is the projector device according to any one of the eighth to tenth aspects, wherein the cylindrical color separation filter is emitted into the cylinder and an emission surface that emits the luminous flux into the cylinder. An incident surface on which the speed of light again enters the cylindrical color separation filter is an arc.
請求項13記載の発明は、請求項8から12のいずれか1項記載のプロジェクタ装置において、前記筒状の色分解フィルタの表面が特定の波長以外の光を吸収する吸収型フィルタからなることを特徴とする。 A thirteenth aspect of the present invention is the projector device according to any one of the eighth to twelfth aspects, wherein the surface of the cylindrical color separation filter is composed of an absorptive filter that absorbs light other than a specific wavelength. Features.
請求項14記載の発明は、請求項8から12のいずれか1項記載のプロジェクタ装置において、前記筒状の色分解フィルタの表面が特定の波長の光を反射し、特定の波長以外の光を透過する反射型フィルタからなることを特徴とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the projector device according to any one of the eighth to twelfth aspects, the surface of the cylindrical color separation filter reflects light having a specific wavelength and emits light having a wavelength other than the specific wavelength. It is characterized by comprising a reflective filter that transmits.
請求項15記載の発明は、請求項8から14のいずれか1項記載のプロジェクタ装置において、前記筒状の色分解フィルタが赤、青、緑の3原色に分光することを特徴とする。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in the projector device according to any one of the eighth to fourteenth aspects, the cylindrical color separation filter divides into three primary colors of red, blue, and green.
本発明は、光源から出射された光束の入射面および出射面を平面で構成した柱状色フィルタから3原色を、順次に照射された光変調素子からの反射光を投影レンズに入射し、投影レンズから射出する光束を偏向走査ユニットによって、スクリーン方向に折り返されると同時に、スクリーン上を走査することにより、プロジェクタ装置全体の小型化を実現することができる。 According to the present invention, reflected light from a light modulation element, which is sequentially irradiated with three primary colors from a columnar color filter having a plane of incidence and exit plane of a light beam emitted from a light source, is incident on the projection lens. The light beam emitted from the projector is folded in the screen direction by the deflection scanning unit, and at the same time, the entire projector device can be reduced in size by scanning the screen.
以下に本発明を適用した一実施形態の構成を及び動作について説明する。 The configuration and operation of an embodiment to which the present invention is applied will be described below.
[第1の実施形態]
図1及び2は、本実施形態に係る柱状の色フィルタ(以下、柱状色フィルタとする)11を用いたプロジェクタ装置の平面図及び斜視図を表している。光源ランプ1から出射された白色光は、放物面反射鏡2などでほぼ並行な光束となり、矩形アパーチャ3などで整形され、1枚から2枚の平凸シリンダレンズ(4a、4b)などで構成されるコンデンサ光学系4で一方向のみに集光され、柱状色フィルタ11に入射される。柱状色フィルタ11から3原色を順次に照射された光変調素子7からの反射光は、投影レンズ8によってスクリーン上に結像されるが、光変調素子7で形成される1次元像を2次元像に、または細長い像を通常の矩形の像にするため、平面鏡を往復回転させるガルバノミラー9などの偏向走査ユニットを用いる。投影レンズ8から射出した光束は、この偏向走査ユニットによって、スクリーン方向に折り返されると同時に、スクリーン上を走査する。スクリーンは図示されていないが図1の右方向にあり、投影レンズ8からの光束は、ガルバノミラー9の往復回転によって、図1の上下方向にスクリーン上で走査される。
[First Embodiment]
1 and 2 show a plan view and a perspective view of a projector apparatus using a columnar color filter (hereinafter referred to as a columnar color filter) 11 according to the present embodiment. The white light emitted from the
ここで、コンデンサ光学系4において集光された光束が入射される柱状色フィルタの具体的な構造及び動作について図3及び4を用いて説明する。
Here, a specific structure and operation of the columnar color filter on which the light beam condensed in the condenser
図3に示すように、本実施形態における柱状色フィルタ11は、駆動装置12によって、柱状色フィルタ11の軸14を回転軸に回転する。図4に示すように、この例での柱状色フィルタ11は、R、G、Bの各色を透過させる面(13a、13b、13c)有している。Rを透過させる入射面13aに入射した白色光Aは、Rの単色光として射出面13a´から射出する。GとBを透過させる入射面(13b、13c)に入射した白色光B及びCは、それぞれGとBの単色光として射出面(13b´、13c´)から射出する。
As shown in FIG. 3, the
なお、本実施形態における柱状色フィルタ11としては、最も一般的な赤(R)・緑(G)・青(B)の3原色に分光するものを用いたが、2色または4色以上に分光するものでも原理的には同様である。本実施形態においては、柱状色フィルタ11を6面体としているが、反射面が色数の倍数となっていれば良いので、3原色に色分解する場合は6の倍数、例えば12面体の柱状でも良い。
As the
また、透過する光の波長を選択する色フィルタ部材には、吸収型と反射型がある。 Color filter members that select the wavelength of light to be transmitted include an absorption type and a reflection type.
吸収型フィルタは、ガラス板やフィルムなどの透明媒質に、特定の波長の光のみを吸収する材料を混合して作られ、その材料が吸収する波長以外の光は透過する。吸収型フィルタは、比較的に安いコストで製造でき、他の光学部材との接合も容易である。具体的には、反射部材の表面に吸収型フィルタ部材を貼り付けることで作られている。色選択性を持った回転多面鏡であることの利点の他に、吸収型フィルタであるために製造コストが安くなる利点がある。 The absorption filter is made by mixing a transparent medium such as a glass plate or a film with a material that absorbs only light of a specific wavelength, and transmits light other than the wavelength that the material absorbs. The absorption filter can be manufactured at a relatively low cost and can be easily joined to other optical members. Specifically, it is made by sticking an absorption filter member to the surface of the reflecting member. In addition to the advantage of being a rotary polygon mirror with color selectivity, there is an advantage that the manufacturing cost is reduced because of the absorption filter.
反射型フィルタは、ガラスなどの透明基板上に、屈折率と厚みの異なる複数の薄膜を組み合わせて蒸着コートして作られ、特定の波長の光のみが反射し、それ以外の波長の光は透過する。透過光を利用するときは「ダイクロイック・フィルタ」とも呼ばれ、反射光を利用するときは「ダイクロイック・ミラー」とも呼ばれる。反射型フィルタは、薄膜の組み合わせを最適化することで、波長選択性に優れた色フィルタが可能となる。具体的には、反射部材の表面に色選択性のある多層薄膜を蒸着コートすることで作られている。色選択性を持った回転多面鏡であることの利点の他に、波長選択性に優れるという利点がある。 Reflective filters are made by depositing multiple thin films with different refractive indexes and thicknesses on a transparent substrate such as glass, and reflect only light of a specific wavelength, while transmitting light of other wavelengths. To do. When using transmitted light, it is also called a “dichroic filter”, and when using reflected light, it is also called a “dichroic mirror”. The reflective filter can be a color filter with excellent wavelength selectivity by optimizing the combination of thin films. Specifically, it is made by vapor-depositing a multilayer thin film having color selectivity on the surface of the reflecting member. In addition to the advantage of being a rotary polygon mirror having color selectivity, there is an advantage of excellent wavelength selectivity.
図5は、柱状色フィルタ11の入射面を表している。柱状色フィルタ11の柱状の入射面は、実際に使用される範囲10に近い形状となるため、従来の円盤状の色フィルタの実際に使用される範囲10(図30及び31に示す)と比較し、無駄が少なく、ユニットとしても小型化される。
FIG. 5 shows the incident surface of the
なお、白色光とは、赤(R)・緑(G)・青(B)などの単色光を複数含み、単色光よりも波長域が広い光をさす。色フィルタとは、白色光を入射させ、R・G・Bなどの単色光を選択的に射出する光学素子であって、白色光を選択的に単色光に分けることを色分解、分光などとも呼ぶ。 White light refers to light that includes a plurality of monochromatic lights such as red (R), green (G), and blue (B), and has a wider wavelength range than monochromatic light. A color filter is an optical element that allows white light to enter and selectively emits monochromatic light such as R, G, and B. The separation of white light into monochromatic light selectively includes color separation and spectroscopy. Call.
また、柱状色フィルタ11の入射面と射出面を平面とすることで、面の研磨や形成などの加工を容易にした例について、図6及び7を用いて説明する。
Further, an example in which processing such as polishing and forming of the surface is facilitated by making the incident surface and the exit surface of the
図7に示すように、柱状色フィルタ11の回転軸14に直角な断面形状において、入射面と射出面を形成する部分を直線としている。この例では断面の外形を正六角形としている。これによって、入射面と射出面は矩形の平面となり、柱状色フィルタ11を透過する際の光学収差の発生が抑えることができる。一般的に平面は加工しやすいので、コストの低減も期待できる。本実施形態では、柱状色フィルタ11を六面体としているが、入射面と射出面が各色で対となっていれば良く、3原色に色分解する場合は6の倍数、例えば12面体の柱状でも良い。
As shown in FIG. 7, in the cross-sectional shape perpendicular to the
また、この柱状色フィルタ11の入射面と射出面をシリンダ曲面とすることで、風切り音を抑え、かつ柱状色フィルタ11にコンデンサ光学系としての凸シリンダの効果を持たせた柱状色フィルタ11の構造について図8及び9を用いて説明する。
Further, by making the incident surface and the exit surface of the
図9に示すように、柱状色フィルタ11の回転軸14に直角な断面形状において、入射面と射出面を形成する部分を円弧としている。これによって入射面と射出面が凸シリンダ面となり、柱状色フィルタ11がシリンダレンズとして作用し、透過した光束を収束させる。このため、図1又は2などに示したコンデンサ光学系4を構成する凸シリンダレンズ(4a、4b)のうち少なくとも1枚、または全てを省くことができる。または、凸シリンダレンズの枚数をそのままに、各凸シリンダレンズ(4a、4b)のパワー(屈折力)を弱くすることもできる。さらに、図6及び7に示した断面が多角形となる柱状色フィルタ11は、高速回転時にいわゆる「風切り音」が発生するが、図8及び9に示した円形の断面形状を有する柱状色フィルタ11では、風切り音が発生しにくい。なお、図8及び9に示す柱状色フィルタ11は、その形状が完全な円柱となっているが、少なくとも入射面と射出面が円弧となっていれば良く、加工上の問題などで、入射面や射出面として使われる部分以外が平面などであっても良い。
As shown in FIG. 9, in the cross-sectional shape perpendicular to the
次に、円柱状の回転色フィルタと平凹シリンダの固定レンズとを組み合わせることにより、パワーを全く持たず、収差や光路シフトの発生も完全に抑えることができる柱状色フィルタについて図10、11、及び12を用いて説明する。 Next, a columnar color filter that has no power and can completely suppress the occurrence of aberration and optical path shift by combining a cylindrical rotating color filter and a fixed lens of a plano-concave cylinder is shown in FIGS. And 12, will be described.
図10に示すように、光源よりの光線が入射面と角度をなして入射した場合、柱状色フィルタ11の厚みにより、入射光線と射出光線との間に光路のシフト(段差)が生じる。光変調素子7を照明する際には、配列された画素の幅よりも充分に広い範囲に照射させているため、この光路シフトはとくに問題とはならない。しかしシフト量が大きい場合は、それなりに幅広く照射する必要があるため、照明光量の効率が落ちる。このためシフト量は少ない方が望ましい。
As shown in FIG. 10, when the light beam from the light source is incident at an angle with the incident surface, the thickness of the
そこで、図11及び12に示すように円柱形状の柱状色フィルタ11の外側形状とほぼ同じ曲率の凹面と平面を持つ柱状のプリズム(15a、15b)を、入射面側と射出面側に近接させて配置する。これにより、柱状色フィルタ11のユニット全体としては、パワーを持たないため、色フィルタによる収差や結像位置の移動が発生しにくい。また入射面、射出面ともに平面で、光束に対する角度も常に垂直に保つことが出来るので、透過後の光路シフトも起きない。
Therefore, as shown in FIGS. 11 and 12, columnar prisms (15a, 15b) having concave surfaces and planes having substantially the same curvature as the outer shape of the columnar
[第2の実施形態]
図13及び14は、本実施形態に係る筒状の色フィルタ(以下、筒状色フィルタとする)11を用いたプロジェクタ装置の平面図及び斜視図を表している。光源ランプ1から発光された白色光は、放物面反射鏡2などでほぼ並行な光束となり、矩形アパーチャ3などで整形され、1枚から2枚の平凸シリンダレンズ(4a、4b)などで構成されるコンデンサ光学系4で一方向のみに集光され、筒状色フィルタ11に入射される。筒状色フィルタ11から3原色を順次に照射された光変調素子7からの反射光は、投影レンズ8によってスクリーン上に結像されるが、光変調素子7で形成される1次元像を2次元像に、または細長い像を通常の矩形の像にするため、平面鏡を往復回転させるガルバノミラー9などの偏向走査ユニットを用いる。投影レンズ8から射出した光束は、この偏向走査ユニットによって、スクリーン方向に折り返されると同時に、スクリーン上を走査する。スクリーンは図示されていないが図13の右方向にあり、投影レンズ8からの光束は、ガルバノミラー9の往復回転によって、図13の上下方向にスクリーン上で走査される。
[Second Embodiment]
13 and 14 are a plan view and a perspective view of a projector device using a cylindrical color filter (hereinafter, referred to as a cylindrical color filter) 11 according to the present embodiment. The white light emitted from the
ここで、コンデンサ光学系4において集光された光束が入射される筒状色フィルタの具体的な構造及び動作について図15及び16を用いて説明する。
Here, a specific structure and operation of the cylindrical color filter on which the light beam condensed in the condenser
図15に示すように、本実施形態における筒状色フィルタ11は、駆動装置12によって、筒状色フィルタ11の軸14を回転軸に回転する。図16に示すように、この例での筒状色フィルタ11は、R、G、Bの各色を透過させる面(13a、13b、13c)有している。Rを透過させる入射面13aに入射した白色光Aは、Rの単色光として射出面13a´から射出する。GとBを透過させる入射面(13b、13c)に入射した白色光B及びCは、それぞれGとBの単色光として射出面(13b´、13c´)から射出する。
As shown in FIG. 15, the
なお、本実施形態における筒状色フィルタ11としては、最も一般的な赤(R)・緑(G)・青(B)の3原色に分光するものを用いたが、2色または4色以上に分光するものでも原理的には同様である。本実施形態においては、筒状色フィルタ11を6面体としているが、反射面が色数の倍数となっていれば良いので、3原色に色分解する場合は6の倍数、例えば12面体の柱状でも良い。
As the
また、透過する光の波長を選択する色フィルタ部材には、吸収型と反射型がある。 Color filter members that select the wavelength of light to be transmitted include an absorption type and a reflection type.
吸収型フィルタは、ガラス板やフィルムなどの透明媒質に、特定の波長の光のみを吸収する材料を混合して作られ、その材料が吸収する波長以外の光は透過する。吸収型フィルタは、比較的に安いコストで製造でき、他の光学部材との接合も容易である。具体的には、反射部材の表面に吸収型フィルタ部材を貼り付けることで作られている。色選択性を持った回転多面鏡であることの利点の他に、吸収型フィルタであるために製造コストが安くなる利点がある。 The absorption filter is made by mixing a transparent medium such as a glass plate or a film with a material that absorbs only light of a specific wavelength, and transmits light other than the wavelength that the material absorbs. The absorption filter can be manufactured at a relatively low cost and can be easily joined to other optical members. Specifically, it is made by sticking an absorption filter member to the surface of the reflecting member. In addition to the advantage of being a rotary polygon mirror with color selectivity, there is an advantage that the manufacturing cost is reduced because of the absorption filter.
反射型フィルタは、ガラスなどの透明基板上に、屈折率と厚みの異なる複数の薄膜を組み合わせて蒸着コートして作られ、特定の波長の光のみが反射し、それ以外の波長の光は透過する。透過光を利用するときは「ダイクロイック・フィルタ」とも呼ばれ、反射光を利用するときは「ダイクロイック・ミラー」とも呼ばれる。反射型フィルタは、薄膜の組み合わせを最適化することで、波長選択性に優れた色フィルタが可能となる。具体的には、反射部材の表面に色選択性のある多層薄膜を蒸着コートすることで作られている。色選択性を持った回転多面鏡であることの利点の他に、波長選択性に優れるという利点がある。 Reflective filters are made by depositing multiple thin films with different refractive indexes and thicknesses on a transparent substrate such as glass, and reflect only light of a specific wavelength, while transmitting light of other wavelengths. To do. When using transmitted light, it is also called a “dichroic filter”, and when using reflected light, it is also called a “dichroic mirror”. The reflective filter can be a color filter with excellent wavelength selectivity by optimizing the combination of thin films. Specifically, it is made by vapor-depositing a multilayer thin film having color selectivity on the surface of the reflecting member. In addition to the advantage of being a rotary polygon mirror having color selectivity, there is an advantage of excellent wavelength selectivity.
図17は、筒状色フィルタ11の入射面を表している。筒状色フィルタ11の柱状の入射面は、実際に使用される範囲10に近い形状となるため、従来の円盤状の色フィルタの実際に使用される範囲10(図30及び31に示す)と比較し、無駄が少なく、ユニットとしても小型化される。
FIG. 17 shows the incident surface of the
なお、白色光とは、赤(R)・緑(G)・青(B)などの単色光を複数含み、単色光よりも波長域が広い光をさす。色フィルタとは、白色光を入射させ、R・G・Bなどの単色光を選択的に射出する光学素子であって、白色光を選択的に単色光に分けることを色分解、分光などとも呼ぶ。 White light refers to light that includes a plurality of monochromatic lights such as red (R), green (G), and blue (B), and has a wider wavelength range than monochromatic light. A color filter is an optical element that allows white light to enter and selectively emits monochromatic light such as R, G, and B. The separation of white light into monochromatic light selectively includes color separation and spectroscopy. Call.
また、筒状色フィルタ11の入射面と射出面を平面とすることで、面の研磨や形成などの加工を容易にした例について、図18、19、20、及び21を用いて説明する。
Further, an example in which processing such as polishing and forming of the surface is facilitated by making the incident surface and the exit surface of the
本実施形態に係る筒状色フィルタ11は、図19に示すように、筒状の色フィルタ11の回転軸14に直角な断面の外形では入射面と射出面を形成する部分を直線としており、さらに断面の内形では入射面と射出面を形成する部分を直線としている。
In the
一方、図20に示すように、柱状色フィルタ15の場合、光源よりの光線が入射面と角度をなして入射した場合に、柱状色フィルタ15の厚みにより、入射光線と射出光線との間に光路のシフト(段差)が生じる。光変調素子を照明する際には、配列された画素の幅よりも充分に広い範囲に照射させているため、この光路シフトはとくに問題とはならない。しかしシフト量が大きい場合は、それなりに幅広く照射する必要があるため、照明光量の効率が落ちる。このためシフト量は少ない方が望ましい。
On the other hand, as shown in FIG. 20, in the case of the
つまり、本実施形態においては、図21に示すように、筒状色フィルタ11を形成する透過部分の厚みが少なくし、角度をなして入射した時の光路のシフトが少なくしている。
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 21, the thickness of the transmission part forming the
また、筒状色フィルタ11に入射する光束の幅は、コンデンサ光学系4の焦点距離の長短、すなわち収束位置16の遠近で決まる。図22に示すように、収束位置16aが近い場合は、入射面17での光束は狭くなる。しかし、光変調素子7を収束位置16aに近づけることがレイアウト上で困難となる。図23に示すように、収束位置16bを遠くした場合は、射出面18から光変調素子7までの距離が充分になるが、入射面17での光束は広くなり、色フィルタ全体が大きくなる。
The width of the light beam incident on the
よって、図24に示すように筒状色フィルタが凹シリンダを形成し、コンデンサ光学系4の収束度を下げ、色フィルタから変調素子までの距離が稼げ、レイアウト状の自由度を増やすこともできる。
Therefore, as shown in FIG. 24, the cylindrical color filter forms a concave cylinder, the convergence degree of the condenser
筒状色フィルタ11の断面外形が直線で、断面内形が円弧であるため、入射側と射出側に平凹シリンダレンズが形成され、負の屈折力によって光束が発散する。これによって、コンデンサ光学系4の焦点距離が短い場合でも、色フィルタを透過した後の収束位置16cは射出面18から充分に遠くなり、光変調素子7などの配置が容易となる。
Since the cross-sectional outer shape of the
また、筒状色フィルタ11の回転軸に直角な断面形状において、入射面と射出面を形成する部分を円弧とすることにより、重量軽減に加えて、風切り音を低減することができる。
In addition, in the cross-sectional shape perpendicular to the rotation axis of the
また、図25に示すように、筒状色フィルタ11の断面の外形を円弧とし、断面内
形を直線とすることにより、入射側と射出側に平凸シリンダレンズが形成され、正の屈折力によって光束を収束させることができる。これによって、図13などに示したコンデンサ光学系4を構成する凸シリンダレンズ(4a、4b)の枚数を低減できる。本構成によれば、筒状色フィルタ11によって形成される凸シリンダレンズのパワーが小さくなるため、筒状色フィルタ11で発生する収差を低減することができる。
Also, as shown in FIG. 25, a plano-convex cylinder lens is formed on the incident side and the emission side by setting the outer shape of the cross section of the
さらに、筒状色フィルタ11の断面外形及び断面内形をともに円弧にすることにより、筒状色フィルタとしてはパワーを持たないため、コンデンサ光学系4のみで光変調素子7への照明光の収束状態を制御する場合に好適である。
Further, since the
1 光源(ランプ)
2 反射板
3 矩形アパーチャ
4 コンデンサレンズ系
4a、4b 平凸シリンダレンズ
5 円形型フィルタ
5a、5b、5c 各色の透過部分
6 色フィルタ駆動装置
7 色変調素子
8 投影レンズ
9 偏光走査装置(ガルバノミラー)
10 色フィルタの使用範囲
11 色フィルタ
12 駆動装置
1 Light source (lamp)
DESCRIPTION OF
10 Use range of
Claims (15)
前記集光手段によって形成された前記光束を回転する柱状の色分解フィルタに入射し、時分割で分光することを特徴とするプロジェクタ装置。 A light source that emits white light; a light collecting unit that collects the light emitted from the light source to form a substantially single light beam; a light modulation element that modulates the light beam; and the light beam modulated by the light modulation element. In a projector apparatus having a projection lens that projects onto a screen,
A projector apparatus, wherein the light beam formed by the light converging means is incident on a rotating columnar color separation filter and spectrally divided in a time division manner.
前記光束が出射される前記柱状の色分解フィルタの出射面と同じ曲率の凹面を有し、前記光束の出射面が平面である第1の柱状プリズムとを有し、
前記第1の柱状プリズム及び前記第2の柱状プリズムがそれぞれ前記柱状の色分解フィルタの入射面及び出射面に近接して設置されていることを特徴とする請求項3記載のプロジェクタ装置。 A first columnar prism having a concave surface having the same curvature as the incident surface of the columnar color separation filter on which the light beam is incident, and the incident surface of the light beam being a plane;
A first columnar prism having a concave surface having the same curvature as the exit surface of the columnar color separation filter from which the light beam is emitted, and a light exit surface of the light beam being a plane.
4. The projector apparatus according to claim 3, wherein the first columnar prism and the second columnar prism are respectively disposed in proximity to an incident surface and an output surface of the columnar color separation filter.
前記集光手段によって形成された前記光束を回転する筒状の色分解フィルタに入射し、時分割で分光することを特徴とするプロジェクタ装置。 A light source that emits white light; a light collecting unit that collects the light emitted from the light source to form a substantially single light beam; a light modulation element that modulates the light beam; and the light beam modulated by the light modulation element. In a projector apparatus having a projection lens that projects onto a screen,
A projector apparatus, wherein the light beam formed by the light converging means is incident on a rotating cylindrical color separation filter and spectrally divided in a time division manner.
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