JP2006195500A - Illumination optical system and picture projecting device - Google Patents
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Description
本発明は、反射型画像表示素子を照明するための照明光学系及びそれを用いた画像投影装置に関する。 The present invention relates to an illumination optical system for illuminating a reflective image display element and an image projection apparatus using the illumination optical system.
近年、反射型画像表示素子であるDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を用いた画像投影装置が注目されている。DMDは多数のマイクロミラーがマトリックス状に配置された表示面を有し、そのマイクロミラー1枚で表示画像の1画素を構成するものである。マイクロミラーの傾きは個別に駆動制御される構成になっており、各マイクロミラーはON状態とOFF状態との2つの傾き状態をとり得るようになっている。ON状態のマイクロミラーでは照明光が投影光学系内に向けて反射され、OFF状態のマイクロミラーでは照明光が投影光学系外に向けて反射される。したがって、ON状態のマイクロミラーで反射された光のみが投影光学系によって被投影面(例えばスクリーン面)上に到達し、目的とする画像が被投影面上に表示される。 In recent years, an image projection apparatus using a DMD (digital micromirror device) which is a reflection type image display element has attracted attention. The DMD has a display surface in which a large number of micromirrors are arranged in a matrix, and one micromirror constitutes one pixel of a display image. The inclination of the micromirrors is configured to be individually driven and controlled, and each micromirror can take two inclination states, an ON state and an OFF state. The illumination light is reflected into the projection optical system by the micromirror in the ON state, and the illumination light is reflected out of the projection optical system by the micromirror in the OFF state. Therefore, only the light reflected by the micromirror in the ON state reaches the projection surface (for example, the screen surface) by the projection optical system, and the target image is displayed on the projection surface.
このような画像投影装置に用いられる、DMDの表示面を照明するための照明光学系においては、DMDの表示面をできるだけ均一な照度で照明することが求められる。しかし、光源装置から出射した光は照度分布が一様でない場合が多く、このような光を照明光としてそのまま利用した場合には投影された画像の明るさにムラが生じることとなり、好ましくない。そのため、このような照明光学系においては、入射面から入射した光を面内照度分布の均一性を高めて出射面から出射するためのロッドインテグレータを備えているのが一般的である。かかるロッドインテグレータの光軸に垂直な断面形状は、DMDの表示面の形状と相似の長方形とすることが多い。 In an illumination optical system for illuminating the display surface of the DMD used in such an image projection apparatus, it is required to illuminate the display surface of the DMD with as uniform illuminance as possible. However, the light emitted from the light source device often has a non-uniform illuminance distribution. If such light is used as illumination light as it is, the brightness of the projected image will be uneven, which is not preferable. For this reason, such an illumination optical system generally includes a rod integrator for emitting light incident from the incident surface from the exit surface while increasing the uniformity of the in-plane illuminance distribution. The cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of such a rod integrator is often a rectangle similar to the shape of the DMD display surface.
しかし、このようなDMDの表示面を照明するための照明光学系は、通常、該表示面の法線に対し傾斜した方向から照明光を照射することから、照射される照明領域はロッドインテグレータの出射面の形状そのままではなく、入射角度に応じて1方向に伸びた形状となる。このため、DMDの表示面よりも外側にまで照明領域が広がり、照明の効率を低下させる原因となっていた。 However, such an illumination optical system for illuminating the display surface of the DMD normally irradiates illumination light from a direction inclined with respect to the normal line of the display surface. The shape of the exit surface is not as it is, but a shape extending in one direction according to the incident angle. For this reason, the illumination area is extended to the outside of the display surface of the DMD, which causes a reduction in illumination efficiency.
このような照明光率の低下を防止するため、ロッドインテグレータの光軸に垂直な断面形状を長方形ではなく、特殊な四辺形とする照明光学系が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。
上述のように、DMDの表示面を照明するための照明光学系においては、通常、該表示面の法線に対し傾斜した方向から照明光を照射することから、照明領域が1方向に伸び、DMDの表示面よりも外側にまで照明領域が広がる。 As described above, in the illumination optical system for illuminating the display surface of the DMD, since the illumination light is normally irradiated from the direction inclined with respect to the normal line of the display surface, the illumination area extends in one direction, The illumination area extends beyond the display surface of the DMD.
図11に、従来の、光軸に垂直な断面形状が長方形であるロッドインテグレータを備えた照明光学系により照明された状態のDMDの模式図を示す。図11(a)は照明光1の入射方向を右側にしてDMDを正面から見た図であり、図11(b)は図11(a)のI−I断面図である。 FIG. 11 is a schematic diagram of a DMD in a state of being illuminated by a conventional illumination optical system including a rod integrator having a rectangular cross-sectional shape perpendicular to the optical axis. 11A is a view of the DMD viewed from the front with the incident direction of the illumination light 1 on the right side, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 11A.
DMDは、マイクロミラーがマトリックス状に配置された表示面3の外側にウインドウガラスで覆われたウインドウ開口部領域4を備えている。照明光学系による照明領域5がウインドウ開口部領域4よりも外側にまで広がると、そのはみ出した領域(ゴースト源6)で反射した光がゴースト光として投影されるという問題が発生することが分かった。かかるゴースト光は、ウインドウ開口部領域4の外側に艶消しの黒色処理をしたマスクを設けても、完全に除去することは困難であった。
The DMD includes a window opening
このような原因で発生するゴースト光は、投影画面の外側に投影されることから従来その存在が認識されることは少なく、あまり問題視されていなかった。しかし、最近、投影装置の高画質化が進み、ホームシアタールームで使用するためのホームシアター用プロジェクターなども開発が進んできている。このような用途においては非常に高いレベルの表示品質が要求されており、たとえ投影画面の外側に投影されるゴースト光であっても、ホームシアター用プロジェクターとしては品位が著しく損なわれることから大きな問題となってきた。更に、DMDの画素数増加に伴って、従来よりも表示面3とウインドウ開口部領域4の間のスペースが小さな素子が採用される傾向にあることから、このようなゴースト光の発生を防止する技術が望まれていた。
The ghost light generated for such a reason is projected outside the projection screen, so that its presence is rarely recognized in the past, and has not been regarded as a problem. Recently, however, the image quality of projection devices has been improved, and home theater projectors for use in home theater rooms have been developed. In such applications, a very high level of display quality is required, and even if ghost light is projected outside the projection screen, the quality of the projector as a home theater is greatly impaired, which is a major problem. It has become. Furthermore, with the increase in the number of pixels of the DMD, an element having a smaller space between the
ここで、特許文献1に記載の照明光学系のように、ロッドインテグレータの光軸に垂直な断面形状を特殊な四辺形として、照明領域5の形状を表示面3の形状に近づけることでゴースト光の発生を防止することも可能ではある。
Here, as in the illumination optical system described in Patent Document 1, the cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of the rod integrator is a special quadrilateral, and the shape of the
しかしながら、そのような特殊な断面形状を持つロッドインテグレータの製造は困難で多くの工程を必要とするだけではなく、画像投影装置の仕様に応じて種々の形状のロッドインテグレータをそろえる必要もあるため、大きなコストアップの要因となってしまう。 However, since it is difficult to manufacture a rod integrator having such a special cross-sectional shape and requires many steps, it is necessary to prepare rod integrators of various shapes according to the specifications of the image projection apparatus. It becomes a factor of big cost increase.
本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ゴースト光の発生を簡易な構成で防止した照明光学系及びそれを用いた画像投影装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above technical problems, and an object of the present invention is to provide an illumination optical system that prevents the generation of ghost light with a simple configuration and an image projection apparatus using the same. That is.
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。 In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
1. 入射面から入射した光を面内照度分布の均一性を高めて出射面から出射するためのロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータの前記出射面から出射する光束を、反射型画像表示素子のウインドウ開口部領域の内側に位置する表示面に導くためのリレー光学系とを備え、前記反射型画像表示素子の表示面を、該表示面の法線に対し傾斜した方向から照明するための照明光学系において、前記ロッドインテグレータの光軸に垂直な断面形状が長方形であり、前記反射型画像表示素子における照明領域が該反射型画像表示素子の前記ウインドウ開口部領域内に収まるように、前記ロッドインテグレータの前記出射面から出射する光束を制限する手段を備えたことを特徴とする照明光学系。 1. A rod integrator for increasing the uniformity of the in-plane illuminance distribution and emitting the light incident from the incident surface from the exit surface, and the light beam emitted from the exit surface of the rod integrator as a window opening of the reflective image display element An illumination optical system for illuminating the display surface of the reflective image display element from a direction inclined with respect to the normal line of the display surface. The rod integrator has a rectangular cross-sectional shape perpendicular to the optical axis, and the illumination region of the reflective image display element is within the window opening region of the reflective image display element. An illumination optical system comprising means for limiting a light beam emitted from an emission surface.
2. 前記光束を制限する手段として、前記ロッドインテグレータの出射面に接して又は近接して、該出射面の一部の領域を覆う遮光部材を備えたことを特徴とする1記載の照明光学系。 2. 2. The illumination optical system according to claim 1, further comprising: a light shielding member that covers a part of the exit surface in contact with or close to the exit surface of the rod integrator.
3. 前記ロッドインテグレータの出射面のうち前記遮光部材によって覆われていない領域の形状が、長方形の領域から該長方形の4つの角のうち1つ又は対角をなす2つの角を含む領域を除いた形状であることを特徴とする2記載の照明光学系。 3. The shape of the region of the exit surface of the rod integrator that is not covered by the light shielding member is a shape obtained by removing a region including one of the four corners of the rectangle or two corners that are diagonal from the rectangular region. 3. The illumination optical system according to 2, wherein
4. 前記遮光部材は、前記ロッドインテグレータの光軸方向の位置決め基準としての機能を有することを特徴とする2又は3記載の照明光学系。 4). 4. The illumination optical system according to claim 2, wherein the light shielding member has a function as a positioning reference in the optical axis direction of the rod integrator.
5. 入射面から入射した光を面内照度分布の均一性を高めて出射面から出射するためのロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータの前記出射面から出射する光束を、反射型画像表示素子のウインドウ開口部領域の内側に位置する表示面に導くためのリレー光学系とを備え、前記反射型画像表示素子の表示面を、該表示面の法線に対し傾斜した方向から照明するための照明光学系において、前記ロッドインテグレータの光軸に垂直な断面形状が長方形であり、前記反射型画像表示素子における照明領域が該反射型画像表示素子の前記ウインドウ開口部領域内に収まるように、前記ロッドインテグレータの出射面の形状を、長方形の領域から該長方形の4つの角のうち1つ又は対角をなす2つの角を含む領域を除いた形状としたことを特徴とする照明光学系。 5. A rod integrator for increasing the uniformity of the in-plane illuminance distribution and emitting the light incident from the incident surface from the exit surface, and the light beam emitted from the exit surface of the rod integrator as a window opening of the reflective image display element An illumination optical system for illuminating the display surface of the reflective image display element from a direction inclined with respect to the normal line of the display surface. The output of the rod integrator is such that the cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of the rod integrator is a rectangle, and the illumination area of the reflective image display element is within the window opening area of the reflective image display element. The shape of the surface is a shape obtained by excluding an area including one of the four corners of the rectangle or two corners forming a diagonal from the rectangular area. An illumination optical system for.
6. 入射面から入射した光を面内照度分布の均一性を高めて出射面から出射するためのロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータの前記出射面から出射する光束を、反射型画像表示素子のウインドウ開口部領域の内側に位置する表示面に導くためのリレー光学系とを備え、前記反射型画像表示素子の表示面を、該表示面の法線に対し傾斜した方向から照明するための照明光学系において、前記反射型画像表示素子における照明領域が該反射型画像表示素子の前記ウインドウ開口部領域内に収まるように、前記ロッドインテグレータの光軸に垂直な断面形状を、長方形の領域から該長方形の4つの角のうち1つ又は対角をなす2つの角を含む領域を除いた形状とし、かつ、他の角の角度が直角であることを特徴とする照明光学系。 6). A rod integrator for increasing the uniformity of the in-plane illuminance distribution and emitting the light incident from the incident surface from the exit surface, and the light beam emitted from the exit surface of the rod integrator as a window opening of the reflective image display element An illumination optical system for illuminating the display surface of the reflective image display element from a direction inclined with respect to the normal line of the display surface. The cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of the rod integrator is changed from the rectangular area to the rectangular 4 so that the illumination area in the reflective image display element is within the window opening area of the reflective image display element. An illumination optical system having a shape excluding a region including one of two corners or two diagonal corners, and the other corners having a right angle.
7. 光源装置と、照明光を変調する反射型画像表示素子と、前記反射型画像表示素子の表示面を照明するための、1乃至6の何れか1項に記載の照明光学系と、前記反射型画像表示素子による変調光を被投影面に投影するための投影光学系と、を備えたことを特徴とする画像投影装置。 7). A light source device, a reflective image display element that modulates illumination light, an illumination optical system according to any one of 1 to 6 for illuminating a display surface of the reflective image display element, and the reflective type An image projection apparatus comprising: a projection optical system for projecting light modulated by an image display element onto a projection surface.
本発明によれば、ロッドインテグレータの出射面から出射する光束を制限することで、反射型画像表示素子における照明領域を該反射型画像表示素子のウインドウ開口部領域内に収めることができ、ゴースト光の発生を簡易な構成で防止した照明光学系及びそれを用いた画像投影装置を提供することができる。 According to the present invention, by limiting the light beam emitted from the exit surface of the rod integrator, the illumination area of the reflective image display element can be accommodated in the window opening area of the reflective image display element, and ghost light It is possible to provide an illumination optical system that prevents the occurrence of the above with a simple configuration and an image projection apparatus using the illumination optical system.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
第1の実施形態における画像投影装置の光学構成図を図1に示す。この画像投影装置は、光源装置10と、カラーホイール20と、照明光学系30と、プリズムユニット40と、反射型画像表示素子としてのDMD50と、投影光学系60と、を備えた構成である。また、照明光学系30は、ロッドインテグレータ31と、遮光部材32と、リレー光学系33と、を備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an optical configuration diagram of the image projection apparatus according to the first embodiment. This image projection apparatus includes a
光源装置10は、光源ランプ11と、リフレクタ12と、コンデンサーレンズ13とを有している。光源ランプ11としては、白色光を発する超高圧水銀ランプやメタルハライドランプなど、画像投影装置に一般的に用いられる光源ランプを適宜選択して用いることができる。リフレクタ12は放物面からなる反射鏡である。放物面の焦点位置に光源ランプ11が配置されているため、光源ランプ11から放射された光束はリフレクタ12で反射した後、平行光となって出射する。リフレクタ12から出射した平行光は、コンデンサーレンズ13によってロッドインテグレータ31の入射面近傍に集光する。
The
光源装置10は、光源ランプ11から放射された光をロッドインテグレータ31の入射面近傍に効率的に集光できるものであれば上述の構成に制限されるものではない。例えば、リフレクタとして楕円面からなる反射鏡を用い、リフレクタから出射した集束光をロッドインテグレータ31の入射面近傍に集光する構成とすることもできる。
The
ロッドインテグレータ31の入射面側にはカラーホイール20が配置されており、光源装置10から出射した光はロッドインテグレータ31に入射する前に、カラーホイール20を通過する。
The
図2はカラーホイール20を光源装置10側から見た正面図である。カラーホイール20は、3色の透過型カラーフィルター21R、21G、21Bを備えており、回転軸22を中心に回転する。カラーフィルター21Rは赤色の波長領域の光のみを、21Gは緑色の波長領域の光のみを、21Bは青色の波長領域の光のみをそれぞれ透過するフィルターである。このカラーホイール20を回転させることで照明光の色が時間的に順次切り替わるため、各色に対応した画像情報をDMDに時間的に順次切り替えて表示することにより、投影画像のカラー化が可能となる。カラーフィルターは、赤、緑、青の三色の組み合わせに限られず、例えば、シアン、マゼンタ、イエローの三色の組み合わせなど、カラー画像の表示が可能な他の組み合わせを用いてもよい。
FIG. 2 is a front view of the
カラーホイール20は、モノクロ画像を投影する場合や、各色毎にDMDと照明光学系を備えた形態の画像投影装置とする場合には省略することもできる。
The
カラーホイール20を通過した光は、ロッドインテグレータ31に入射する。ロッドインテグレータ31は、光軸に垂直な断面形状が長方形のロッド状の透光性部材である。光源装置10からの出射光の集光点の近傍にロッドインテグレータ31の入射面を配置することで、ロッドインテグレータ31への入射の効率を上げることができる。ロッドインテグレータ31に入射した光は、その側面において全反射を繰り返しながら進む。その結果、ロッドインテグレータ31の出射面における面内照度分布の均一性が高められる。
The light that has passed through the
ロッドインテグレータ31の4つの側面はいずれも鏡面研磨仕上げされている。材質は透光性のガラスやプラスチックなどを適宜用いることができるが、強い照明光により温度が上昇する場合もあるため、耐熱性の高い材料、例えばガラスを用いることが好ましい。ロッドインテグレータ31の断面形状は長方形であるが、照明光率の向上という観点から、DMD50の表示面53と相似の長方形とすることが好ましい。正方形でも良い。また、チッピングの防止等のため、光軸と平行な4つの稜線に小さな面取り加工を施しておいてもよい。
All four side surfaces of the
また、ロッドインテグレータ31は、ロッド状の部材ではなく、反射コートされた4枚の平面ガラス基板を、反射コートされた面を対向させて張り合わせることにより形成することもできる。この場合においても、ロッドインテグレータ31に入射した光は、反射コートされた壁面で反射を繰り返しながら進み、その結果、ロッドインテグレータ31の出射面における面内照度分布の均一性が高められる。
Further, the
なお、このようにガラス基板を張り合わせて形成した中空のロッドインテグレータ31において光軸に垂直な断面形状というのは、反射コートされた壁面の断面形状をいう。ロッド状の部材の場合と同様、光軸に垂直な断面形状は長方形であるが、DMD50の表示面53と相似の長方形とすることが好ましい。
In the
ロッドインテグレータ31の出射面側には、遮光部材32、リレー光学系33、プリズムユニット40、DMD50が配設され、ロッドインテグレータ31を出射した光はリレー光学系33を経て、DMD50を照明する。
A
遮光部材32は、DMD50における照明領域がウインドウ開口部領域内に収まるようロッドインテグレータ31の出射面から出射する光束を制限するためのものである。この遮光部材32については後で詳細に説明する。
The
リレー光学系33は、ロッドインテグレータ31の出射面から出射する光束をDMD50の表示面に導くためのものである。本実施形態においては、プリズムユニット40と共に機能してロッドインテグレータ31の出射面の像をDMD50の表示面に投影することでDMD50の表示面を均一に照明している。
The relay
図3にプリズムユニット40の構成図を示す。プリズムユニット40は、DMD50への照明光と、DMD50で反射した投影光とを効果的に分離するためのものであり、全反射プリズム41と透過プリズム42からなる。全反射プリズム41は第1入射面43、臨界面44及び第1出射面45を有し、透過プリズム42は第2入射面46、第2出射面47を有している。全反射プリズム41の臨界面44と透過プリズム42の第2入射面46は空気層48を介して対向して配置されている。また、全反射プリズム41の第1入射面43にはリレー光学系33の構成要素である平凸レンズ49が貼り合わされている。
FIG. 3 shows a configuration diagram of the
リレー光学系33からの照明光は、平凸レンズ49を介して第1入射面43から全反射プリズム41に入射する。入射した照明光は全反射条件を満たして臨界面44に到達し、そこで全反射した後、第1出射面45から出射してDMD50を照明する。
The illumination light from the relay
このとき、照明光はDMD50の表示面の法線に対し傾斜した方向から入射する。表示面の法線に対する傾斜角度は、通常20°から60°程度である。
At this time, the illumination light is incident from a direction inclined with respect to the normal line of the display surface of the
DMD50の表示面には多数のマイクロミラーがマトリックス状に配置され、各マイクロミラーは偏向軸を中心に所定角度(例えば、12°)偏向して、ON状態とOFF状態の2つの傾き状態をとる。各マイクロミラーの偏向軸の方向は、DMD50の表示面を構成する長方形の長辺に対して45°の方向である。ON状態のマイクロミラーで反射された光(投影光71)は、表示面の略法線方向に進んで第1出射面45から全反射プリズム41に入射し、再び臨界面44に到達する。しかし投影光71は臨界面44における全反射条件を満たさないため臨界面44を透過し、空気層48を経て第2入射面46から透過プリズム42に入射する。投影光71は、更に第2出射面47から出射して投影光学系60に入射して、スクリーン面に投影される。一方、OFF状態のマイクロミラーで反射された光72は、投影光に対して反射方向が偏向しているため、プリズムユニット40を出射した後も投影光学系60に入射することはない。こうして、ON状態のマイクロミラーで反射された光である投影光71のみが投影光学系60によってスクリーン面に投影され、目的とする画像が表示される。
A large number of micromirrors are arranged in a matrix on the display surface of the
なお、本発明においてプリズムユニット40は必ずしも必須の要素ではなく、ロッドインテグレータ31を出射した照明光がリレー光学系33を経て直接DMD50を照明する構成とすることもできる。このような構成の場合、照明光の、表示面の法線に対する傾斜角度はプリズムユニット40を備えた構成の場合よりも更に大きくなり、照明領域の伸びも大きくなる。
In the present invention, the
また、ここでは各マイクロミラーの偏向軸の方向が表示面を構成する長方形の長辺に対して45°の方向であるDMDを用いた画像投影装置について説明しているが、本発明はこれに限られるものではなく、これ以外の方向に偏向軸を有するDMDについても適用できる。 In addition, here, an image projection apparatus using a DMD in which the direction of the deflection axis of each micromirror is 45 ° with respect to the long side of the rectangle constituting the display surface has been described. The present invention is not limited, and the present invention can also be applied to DMDs having deflection axes in other directions.
更に、本発明において、反射型画像表示素子はDMDに限定されるものではなく、同様の機能を有する他の素子、例えば反射型液晶表示素子などを用いることもできる。 Furthermore, in the present invention, the reflective image display element is not limited to DMD, and other elements having the same function, such as a reflective liquid crystal display element, can also be used.
次に、本実施形態における遮光部材32について詳細に説明する。遮光部材32は、DMD50における照明領域がウインドウ開口部領域内に収まるようロッドインテグレータ31の出射面から出射する光束を制限するためのものであり、ロッドインテグレータ31の出射面に接して又は近接して配置して該出射面の一部の領域を覆うものである。
Next, the
図11に示すように、照明光1は表示面の法線に対し傾斜した方向から入射するため、遮光部材32を備えていない照明光学系による照明領域5は、2つの対角線のうちの1つが伸びた四角形となる。照明領域5は、ロッドインテグレータ31の出射面の像が投影されたものであるが、照明領域5の4つの角のうち、対応するロッドインテグレータ31の出射面上の位置からの光路長が最も短い角と、最も長い角とをむすんだ対角線の方向に照明領域5が伸びる。こうして伸びた対角線の端部の一方又は両方がウインドウ開口部領域4よりも外側に広がった場合にゴースト光が発生する。つまりゴースト源6となるのは照明領域5の4つの角のうち、対応するロッドインテグレータ31の出射面上の位置からの光路長が最も短い角を含む領域、又は、最も短い角と最も長い角の2つの角を含む領域である。このようなゴースト源6に到達するはずの光束を遮光部材32によって遮り、照明領域5をウインドウ開口部領域4内に収めることでゴースト光の発生を防止することができる。
As shown in FIG. 11, since the illumination light 1 is incident from a direction inclined with respect to the normal line of the display surface, the
遮光部材32は、表示面3の全面を照明でき、かつ、ゴースト源6に到達するはずの光束を遮ることができる形状、大きさであれば良い。照明領域5が2つの対角線のうちの1つが伸びた四角形となることから、ロッドインテグレータ31の出射面34のうち遮光部材32によって覆われていない領域の形状が、長方形の領域から該長方形の4つの角のうち1つ又は対角をなす2つの角を含む領域を除いた形状となるように遮光部材32を配置することが好ましい。
The
図4に遮光部材32を光源装置10の反対側から見た模式図を示す。図中の波線はロッドインテグレータ31の出射面34を示している。遮光部材32a〜32eは、いずれも円形の平板に所定の開口部39a〜39eを設けたものである。
FIG. 4 is a schematic view of the
遮光部材32aはロッドインテグレータ31の出射面34のうち、長方形の4つの角のうち1つの角を含む領域のみを遮光するものである。即ち、ロッドインテグレータ31の出射面34の4つの角のうち、DMD50におけるそれぞれの角に対応する照明位置との光路長が最も短い角を含んだ領域を遮光領域35aとしている。
The
このときの、DMD50の表示面53、ウインドウ開口部領域54と照明領域55の関係を図5に示す。図5(a)は照明光51の入射方向を右側にしてDMD50を正面から見た図であり、図5(b)は図5(a)のI−I断面図である。ゴースト源56に到達するはずの光束が遮られ、照明領域55がウインドウ開口部領域54内に収まっており、ゴースト光の発生が防止できている。
The relationship between the
遮光部材32aに代えて、遮光領域35bの一部を曲線で形成した遮光部材32bを用いても同様の効果を得ることができる。また、遮光部材32cや32dのように、遮光領域を2カ所に設け、ロッドインテグレータ31の出射面34のうち遮光部材によって覆われていない領域の形状を、長方形の領域から該長方形の4つの角のうち対角をなす2つの角を含む領域を除いた形状としたものを用いることもできる。遮光部材32eのように、開口部39eをロッドインテグレータ31の出射面34よりも全周にわたって一回り小さく形成しても良い。ただし、照明光率の観点からは遮光領域35の面積が小さいほうが好ましい。
The same effect can be obtained by using a
遮光部材32の外形は、円形に限られるものではなく種々の形状とすることができる。また、所定形状の開口部を設けた構成とする以外にも、例えば図6に示すように、長方形の遮光部材32fをロッドインテグレータ31の出射面34の所定位置に固定する構成とすることもできる。遮光部材32の材質は、非透光性の材質であれば特に制限はないが、強い照明光により温度が上昇する場合もあるため耐熱性の高い材料が好ましい。例えば、各種の金属板やセラミック板などを適宜選択して用いることができる。また、遮光部材32による反射光があった場合でもそれが投影光に影響することはないことから、艶消し黒染めなど反射を低減させる処理は無くても良い。
The outer shape of the
このように、本実施形態によれば、安価で汎用性の高い断面が長方形のロッドインテグレータを用いながら、照明領域がDMDのウインドウ開口部領域内に収まるようにロッドインテグレータの出射面の一部の領域を覆う遮光部材を備えることで、ゴースト光の発生を簡易な構成で防止した照明光学系及びそれを用いた画像投影装置を提供することができる。 As described above, according to this embodiment, while using an inexpensive and versatile cross-section with a rectangular rod integrator, a part of the exit surface of the rod integrator is arranged so that the illumination area is within the window opening area of the DMD. By providing the light shielding member that covers the region, it is possible to provide an illumination optical system that prevents the generation of ghost light with a simple configuration and an image projection apparatus using the illumination optical system.
(実施形態2)
次に、本発明の第2の実施形態における画像投影装置を説明する。本実施形態の光学構成は、図1に示した第1の実施形態の光学構成と同じである。第1の実施形態との違いはロッドインテグレータ31と遮光部材32の保持方法にある。図7に、本実施形態におけるロッドインテグレータ31と遮光部材32の保持状態を示す。
(Embodiment 2)
Next, an image projection apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. The optical configuration of the present embodiment is the same as the optical configuration of the first embodiment shown in FIG. The difference from the first embodiment is in the holding method of the
一般的に、このような画像投影装置の組み立て時においては、ロッドインテグレータ31の位置決めを正確に行うことが要求される。本実施形態において、ロッドインテグレータ31はL字型をした保持部材36の上に配置されている。保持部材36にはロッドインテグレータ31の側面を押し当てて位置決めをするための凸部37xと37yが設けられている。かかる凸部37xと37yにロッドインテグレータ31の側面を押し当てることで、光軸に垂直な2方向の位置決めを行うことができる。
Generally, when assembling such an image projector, it is required to accurately position the
保持部材の端部には遮光部材32gが固定されている。この遮光部材32gの遮光領域35gにロッドインテグレータ31の出射面を押し当てて固定することで、遮光部材32gをロッドインテグレータ31の光軸方向の位置決め基準として用いることができる。通常、ロッドインテグレータ31の出射面を遮るとDMDの表示面への照明光が遮られる虞があるが、本発明における遮光部材32に光軸方向の位置決め基準としての機能を持たせることで、ゴースト光の発生を簡易な構成で防止しながら、ロッドインテグレータ31の光軸方向の位置決めを簡単かつ正確に行うことができる。ロッドインテグレータ31としてロッド状の部材を用いる場合には、従来光軸方向の位置決め基準を設けることが困難であったため、特に有効である。
A
(実施形態3)
次に、本発明の第3の実施形態における画像投影装置を説明する。図8に、本実施形態の光学構成図を示す。図1に示した第1の実施形態との違いは、ロッドインテグレータが異なること、及び遮光部材を備えていないことであり、その他については同様の構成である。
(Embodiment 3)
Next, an image projection apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 shows an optical configuration diagram of the present embodiment. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that the rod integrator is different and that the light shielding member is not provided, and the other configurations are the same.
図9に、本実施形態におけるロッドインテグレータ31bを出射面側から見た図を示す。ロッドインテグレータ31bは、光軸に垂直な断面形状が長方形のロッド状の透光性部材であり、4つの側面はいずれも鏡面研磨仕上げされている。ロッドインテグレータ31bに入射した光は、その側面において全反射を繰り返しながら進むことで面内照度分布の均一性が高められ、出射面34bから矢印に示す方向に出射する。
FIG. 9 shows a view of the
ロッドインテグレータ31bの出射面34bの形状は、長方形の領域から該長方形の4つの角のうち1つの角を含む領域を除いた形状となっている。ロッドインテグレータ31bの出射面34bをかかる形状として、DMD50における照明領域がウインドウ開口部領域内に収まるようにすることで、ゴースト光の発生を防止することができる。
The shape of the
このようなロッドインテグレータ31bは、例えば、一旦、断面が長方形のロッド状部材を作製した後、出射面34bの角の一つを除去することで簡易に作製することができる。除去部38bは、図9のように平面的な形状でも良いし、曲面的な形状としても良い。また、出射面34bの角の1つだけを除去したものでも良いし、対角をなす2つの角を除去したものであっても良い。
Such a
(実施形態4)
次に、本発明の第4の実施形態における画像投影装置を説明する。本実施形態の光学構成は、図8に示した第3の実施形態の光学構成と同じである。第3の実施形態との違いはロッドインテグレータが異なる点にある。
(Embodiment 4)
Next, an image projection apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described. The optical configuration of this embodiment is the same as the optical configuration of the third embodiment shown in FIG. The difference from the third embodiment is that the rod integrator is different.
図10に、本実施形態におけるロッドインテグレータ31cを出射面側から見た図を示す。ロッドインテグレータ31cに入射した光は、その側面において全反射を繰り返し、出射面34cから矢印に示す方向に出射する。DMD50における照明領域がウインドウ開口部領域内に収まるように、ロッドインテグレータ31cの光軸に垂直な断面形状を、長方形の領域から該長方形の4つの角のうち1つの角を含む領域を除いた形状としたものであり、かつ、他の3つの角の角度を直角としたものである。このようなロッドインテグレータ31cを用いることでゴースト光の発生を防止することができる。
FIG. 10 shows a view of the
このようなロッドインテグレータ31cは、例えば、一旦、断面が長方形のロッド状部材を作製した後、光軸に平行な稜線の一つについて面取り加工を行うことで簡易に作製することができる。面取り加工による除去部38cは、図10のように平面的な形状でも良いし、曲面的な形状としても良い。また、光軸に平行な稜線の一つのみに面取り加工を行ったものでも良いし、対角をなす2つの稜線について面取り加工を行ったものであっても良い。更に、ロッドインテグレータ31cを通過中の光が除去部38cによって減衰することを防止する観点からは、除去部38cは鏡面加工されていることが好ましい。
Such a
1、51 照明光
3、53 DMDの表示面
4、54 DMDのウインドウ開口部領域
5、55 照明領域
6、56 ゴースト源
10 光源装置
11 光源ランプ
12 リフレクタ
13 コンデンサーレンズ
20 カラーホイール
30 照明光学系
31 ロッドインテグレータ
32 遮光部材
33 リレー光学系
34 ロッドインテグレータの出射面
35 遮光部材による遮光領域
38 ロッドインテグレータの除去部
39 遮光部材の開口部
40 プリズムユニット
41 全反射プリズム
42 透過プリズム
50 DMD
60 投影光学系
DESCRIPTION OF
60 Projection optics
Claims (7)
前記ロッドインテグレータの前記出射面から出射する光束を、反射型画像表示素子のウインドウ開口部領域の内側に位置する表示面に導くためのリレー光学系とを備え、
前記反射型画像表示素子の表示面を、該表示面の法線に対し傾斜した方向から照明するための照明光学系において、
前記ロッドインテグレータの光軸に垂直な断面形状が長方形であり、
前記反射型画像表示素子における照明領域が該反射型画像表示素子の前記ウインドウ開口部領域内に収まるように、前記ロッドインテグレータの前記出射面から出射する光束を制限する手段を備えたことを特徴とする照明光学系。 A rod integrator for increasing the uniformity of the in-plane illuminance distribution and emitting the light incident from the incident surface from the exit surface;
A relay optical system for guiding the light beam emitted from the exit surface of the rod integrator to a display surface located inside the window opening region of the reflective image display element;
In an illumination optical system for illuminating the display surface of the reflective image display element from a direction inclined with respect to the normal line of the display surface,
The cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of the rod integrator is a rectangle,
And a means for limiting a light beam emitted from the exit surface of the rod integrator so that an illumination area in the reflective image display element is within the window opening region of the reflective image display element. Lighting optical system.
前記ロッドインテグレータの前記出射面から出射する光束を、反射型画像表示素子のウインドウ開口部領域の内側に位置する表示面に導くためのリレー光学系とを備え、
前記反射型画像表示素子の表示面を、該表示面の法線に対し傾斜した方向から照明するための照明光学系において、
前記ロッドインテグレータの光軸に垂直な断面形状が長方形であり、
前記反射型画像表示素子における照明領域が該反射型画像表示素子の前記ウインドウ開口部領域内に収まるように、前記ロッドインテグレータの出射面の形状を、長方形の領域から該長方形の4つの角のうち1つ又は対角をなす2つの角を含む領域を除いた形状としたことを特徴とする照明光学系。 A rod integrator for increasing the uniformity of the in-plane illuminance distribution and emitting the light incident from the incident surface from the exit surface;
A relay optical system for guiding the light beam emitted from the exit surface of the rod integrator to a display surface located inside the window opening region of the reflective image display element;
In an illumination optical system for illuminating the display surface of the reflective image display element from a direction inclined with respect to the normal line of the display surface,
The cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of the rod integrator is a rectangle,
The shape of the exit surface of the rod integrator is changed from the rectangular area to the four corners of the rectangle so that the illumination area in the reflective image display element is within the window opening area of the reflective image display element. An illumination optical system characterized by having a shape excluding an area including one or two diagonal corners.
前記ロッドインテグレータの前記出射面から出射する光束を、反射型画像表示素子のウインドウ開口部領域の内側に位置する表示面に導くためのリレー光学系とを備え、
前記反射型画像表示素子の表示面を、該表示面の法線に対し傾斜した方向から照明するための照明光学系において、
前記反射型画像表示素子における照明領域が該反射型画像表示素子の前記ウインドウ開口部領域内に収まるように、前記ロッドインテグレータの光軸に垂直な断面形状を、長方形の領域から該長方形の4つの角のうち1つ又は対角をなす2つの角を含む領域を除いた形状とし、かつ、他の角の角度が直角であることを特徴とする照明光学系。 A rod integrator for increasing the uniformity of the in-plane illuminance distribution and emitting the light incident from the incident surface from the exit surface;
A relay optical system for guiding the light beam emitted from the exit surface of the rod integrator to a display surface located inside the window opening region of the reflective image display element;
In an illumination optical system for illuminating the display surface of the reflective image display element from a direction inclined with respect to the normal line of the display surface,
The cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of the rod integrator is changed from the rectangular area to the four rectangular areas so that the illumination area in the reflective image display element is within the window opening area of the reflective image display element. An illumination optical system having a shape excluding a region including one of the corners or two diagonal corners, and the other corners having a right angle.
照明光を変調する反射型画像表示素子と、
前記反射型画像表示素子の表示面を照明するための、請求項1乃至6の何れか1項に記載の照明光学系と、
前記反射型画像表示素子による変調光を被投影面に投影するための投影光学系と、
を備えたことを特徴とする画像投影装置。 A light source device;
A reflective image display element for modulating illumination light;
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 6, for illuminating a display surface of the reflective image display element;
A projection optical system for projecting modulated light from the reflective image display element onto a projection surface;
An image projection apparatus comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006121829A JP2006195500A (en) | 2006-04-26 | 2006-04-26 | Illumination optical system and picture projecting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006121829A JP2006195500A (en) | 2006-04-26 | 2006-04-26 | Illumination optical system and picture projecting device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2006195500A true JP2006195500A (en) | 2006-07-27 |
Family
ID=36801568
Family Applications (1)
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JP2006121829A Pending JP2006195500A (en) | 2006-04-26 | 2006-04-26 | Illumination optical system and picture projecting device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2006195500A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008052106A (en) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Mitsubishi Electric Corp | Projection type display device |
-
2006
- 2006-04-26 JP JP2006121829A patent/JP2006195500A/en active Pending
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