JP2006228718A - 光トンネルおよびそれを含むプロジェクション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は光分離度の向上により明暗比が向上され、光学系の小型化を導くことのできる光トンネルおよびそれを含むプロジェクション装置を提供する。
【解決手段】照明光の結晶性能および光分離度の向上された光トンネルおよびそれを含むプロジェクション装置が開示される。本発明に係る光トンネルは、光源から供給される光の強度分布を均一化させる光トンネルにおいて、前記光が入射される入射面と、入射された前記光が出射される出射面を備え、前記出射面の面積は前記入射面の面積より大きく、前記出射面は前記入射面について一定の角度（θ）傾斜されたことを特徴とする。これにより、照明光の結晶性能が向上され、光分離度も向上される。
【選択図】 図７

Description

本発明は、光トンネルおよびそれを含むプロジェクション装置に関し、詳細にはプロジェクション装置にてくさび（ｗｅｄｇｅ）状およびテーパー状を同時に適用した光トンネルを用いることによって、照明光の結晶性能および光分離度の向上された光トンネルおよびそれを含んだプロジェクション装置に関する。

一般に、プロジェクション装置は、映像ディスプレー手段で生成された映像光をスクリーンなどの投射面で拡大投射させてディスプレーする装置である。即ち、ＴＶ、ＶＣＲ、ＤＶＤプレーヤー、パソコン、カムコーダーなどの各種映像機器の信号を入力し、レンズを通じて拡大した映像をスクリーン上にディスプレーする装置である。

係るプロジェクション装置は、前記映像ディスプレー手段の種類に応じて、第１世代型であるＣＲＴ（陰極線管）型と、第２世代である液晶表示装置（ＬＣＤ）型と、第３世代であるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）とに区分される。

前記液晶表示型は、製造工程が複雑で明るさが低いという短所を有することで、最近には完全デジタル方式による高画質の具現が可能なＤＭＤが幅広く使用されている。係るＤＭＤは、デジタルライトプロセシング（ＤＬＰ）システムにおいて使用され、ＤＭＤパネルに多数の微細駆動ミラーを所定の角度回動させ光源から伝達された光を投射系に反射するか（ＯＮ）、投射系から外れて反射（ＯＦＦ）することによって映像を形成する半導体光スイッチである。

一般に、プロジェクション装置はランプから発生した点光源を面光源に変える光トンネルを含んでいる。前記光トンネルは光インテグレーター、光パイプ、およびガラスロッドとも呼ばれる。

光トンネルから出射された光は照明レンズを通過しながらＤＭＤのサイズに合わせられて増幅される。ＤＭＤには数切れない微細駆動ミラーがＤＭＤの一定方向の軸と並んだ軸を基準にしてそれぞれ回動自在に設けられている。そして、映像データに応じて制御部は、各微細駆動ミラーの回動有無を制御する。すると、各微細ミラーは光源から入射された光が投射系に入射されるべく反射（オン）するか、投射系から外されるべく反射（オフ）する。

オン状態は微細駆動ミラーにより反射された光が前記投射系に入射され、オフ状態の微細駆動ミラーは投射系から外されるよう反射される。従って、オフ状態の微細駆動ミラーに対応するスクリーン上のピクセルは黒点に表れ、オン状態の微細駆動ミラーに対するスクリーンのピクセルにはレッド、グリーン、青のいずれか１つ、あるいは組合された色として表れる。このように、各微細ミラーが反射する光の組み合わせにより映像が生成され、このように生成された映像光は前記投射系によって収差などが補償および拡大されてスクリーンに投射されることになる。

図１Ａは従来の長方形状の光トンネルを示す斜視図である。同図における光トンネル１１０は、４枚の長方形状のミラーをまるでマッチ箱のような形状で終端を接着させて内部にて反射が行われるよう構成されている。長方形状の光トンネルが最も一般的な形状の光トンネルである。同図に示すように、長方形状のミラー４枚を接着させ、光の流入される入射面１１０ａと光の出る出射面１１０ｂが長方形であって、互いに平行をなしている。

図１Ｂは従来のくさび状の光トンネルを示す斜視図である。くさび状の光トンネル１２０は、長方形状のミラー２枚と梯形のミラー２枚が接着されて構成されたもので、入射面１２０ａと出射面１２０ｂが互いに平行しておらず、一定の角度（θ）で出射面１２０ｂが角度を有している形状である。

図１Ｃは従来のテーパー状の光トンネルを示す斜視図である。テーパー状の光トンネル１３０は、入射面１３０ａと出射面１３０ｂが互いに平行しているが、そのサイズは異なる。たとえば、入射面１３０ａが４×４であれば出射面１３０ｂは６×４のような形態を持つ。

図２Ａは図１Ａの長方形状の光トンネル１１０を含む照明系を説明するための図面である。光源の反射面が楕円であるため光源２１０の近い焦点から出た光は遠い焦点にフォーカシングされ、点光源として光トンネル１１０に入射されてから面光原として出射される。

出射された光は照明レンズ２２０によってＤＭＤ２３０のサイズに合わせて拡大される。ＤＭＤ２３０は光トンネルから出射された光を反射しなければならないので、光軸（ＣＲ）に対して傾斜している。従って、図２Ａに示すように、照明結晶面２４０とＤＭＤ２３０の面とが一致しない。よって、従来の長方形状の光トンネルは結晶性能が低下される問題を抱えている。

図２Ｂは図１Ｂのくさび状の光トンネル１２０を含む照明系を説明するための図面である。図２Ａの長方形状の光トンネル１１０の問題を解決するために、図２Ｂに示したとおり、照明レンズ２２０に対して一定の角度（θ）傾斜したくさび状の光トンネル１２０を使用すれば照明結晶面２３０とＤＭＤ２４０の面を一致させ結晶性能を向上させ得ることができる。

図２Ｃは図１Ｃのテーパー状の光トンネル１３０を含む照明系を説明するための図面である。図２Ａの長方形状の光トンネル１１０を使用することより、図２Ｃに示したとおり、テーパー状の光トンネル１３０を使用すれば光トンネル内部の反射面に対して入射角が大きくなり、これによって反射角も大になる。従って、光トンネルから出射される光は光の角度分布が小さくなるにつれ光分離度が向上され、光学系の小型化、且つスリム化を図ることができる。

以下、光分離度について説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、図２Ｃの光分離度を説明するための図である。図３Ａ、図３Ｂは、照明系（図示せず）から出た入射光（ＩＲ）がＤＭＤ２３０にて反射され出射光（ＯＲ）に投射系３１０へ入射される過程について図示されている。

図３Ａにおいて、入射光（ＩＲ）と出射光（ＯＲ）が互いにオーバーラップされる部分（斜線の部分）が発生する。係る場合、入射光（ＩＲ）と出射工（ＯＲ）とが干渉しあうことになり映像質が低下される。前記光がオーバーラップされる地点として、ＤＭＤ２３０から最長距離離隔された地点を光分離地点（Ｐ）とし、このような光分離地点（Ｐ）とＤＭＤ２３０との間の距離（Ｈ）が短いほど光分離度は高くなる。光分離度が高いほど明暗比（コントラスト比）が高い。前記距離（Ｈ）は投射系３１０を設けることのできるＤＭＤ２３０からの最初距離となるので、距離（Ｈ）が短いほど投射系を近く設置することができる。よって光学系を小型化できる。

図３Ｂに示したように、光の角度分布が大きければ光分離地点（Ｐ’）がＤＭＤ２３０から遠くなり、光分離点（Ｐ’）とＤＭＤ２３０との間の距離（Ｈ’）が長くなって光分離度が低下される。従って、光の角度分布が大きければ光分離度が低下され、明暗比も共に低下されてしまう。従って、光学系の小型化を達成できない。

一般的な長方形状の光トンネルを補完した、くさび状の光トンネルは、照明光の結晶性能が向上されるものの光学系の光分離度向上といった部分には該当されず、またテーパー状の光トンネルは、光分離度が向上されるものの結晶性能の向上といった部分には該当されない問題を抱えている。

本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、光トンネルおよびそれを含むプロジェクション装置において、くさび状およびテーパー状が同時に適用された光トンネルを使用することによって、照明光の結晶性能および光分離度の向上された光トンネルおよびそれを含むプロジェクション装置を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明に係る光トンネルは、光源から供給される光の強度分布を均一化させる光トンネルにおいて、前記光が入射される入射面と、入射された前記光が出射される出射面を備え、前記出射面の面積は前記入射面の面積より大きく、前記出射面は前記入射面について一定の角度（θ）傾斜されたことを特徴とする。

前記光トンネルは４枚の長方形ミラーの長い辺をそれぞれ接着させてからなり、前記光トンネルの入射面および出射面は長方形であり、前記入射面から出射面に至る光経路は空いている空間であることが好ましい。

前記光トンネルは六面体のガラス棒からなり、前記光トンネルの入射面と出射面は長方形であり、前記入射面から出射面に至る光経路はガラスからなっていることが好ましい。

ランプおよび反射鏡を含み、光を供給する光源、該光源から出射された点光を面光の方に均一変換する光トンネルを含み、前記面光を反射ミラーに反射し出射する照明系を含むプロジェクション装置において、前記光トンネルは前記光が入射される入射面と、入射された前記光が出射される出射面とを含み、前記出射面の面積は前記入射面の面積より大きく、前記出射面は、前記入射面について一定の角度（θ）傾斜されたことを特徴とする。

前記光トンネルは４枚の長方形ミラーの長い辺をそれぞれ接着させてからなり、前記光トンネルの入射面および出射面は長方形であり、前記入射面から出射面に至る光経路は空いている空間であることが好ましい。

前記光トンネルは六面体のガラス棒からなり、前記光トンネルの入射面と出射面は長方形であり、前記入射面から出射面に至る光経路はガラスからなっていることが好ましい。

前記ランプはＡＲＣランプおよびハロゲンランプのいずれかであることが好ましく、前記反射鏡は楕円反射鏡および放物面反射鏡のいずれかであることが好ましい。

本発明に係るプロジェクション装置は、前記照明系から出射された光を映像光に変換させ、基板上に回動自在に設けられる多数の微細駆動ミラーを含み、前記多数の微細駆動ミラーを制御するＤＭＤと、前記ＤＭＤから生成された映像光を拡大し投射する投射系とを更に含む。

また、前記投射系により拡大された映像光が投射されるスクリーンを更に含むことが好ましい。

また、前記照明系から出射された光を投過し映像光に変換させるＬＣＤおよびＬＣＯＳ（リキッドクリスタルオンシリコン）の少なくとも１つを更に含んでいることが好ましい。

また、前記ＬＣＤおよびＬＣＯＳの少なくとも１つから生成された映像光を拡大して投射する投射系を更に含むことが好ましい。

また、前記投射系によって拡大された映像光が投射されるスクリーンを更に含むことが好ましい。

本発明によると、プロジェクション装置において、くさび状およびテーパー状を同時に適用した光トンネルを使用することができるので、照明光の結晶性能が向上されると同時に光分離度も向上される。従って、光分離度の向上により明暗比が向上され、光学系の小型化を図ることができる。

以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。

図４は本発明の一実施の形態に係るプロジェクション装置を概略的に示す断面図であり、図５は図４の照明系および投射系を概略的に示す分解斜視図である。

図４に基づくと、本発明の一実施の形態に係るプロジェクション装置は、プロジェクション装置の外形をなす本体４００と、本体４００上に固定されるスクリーン４１０と、スクリーン４１０に映像光を拡大させ反射させるスクリーン反射ミラー４２０と、映像を生成しスクリーン反射ミラー４２０に投射させる光学エンジン５００を含んでなる。光学エンジン５００は、照明系および投射系を有している。

以下、図５に基づいて光学エンジン５００について詳説する。

同図に示すように、光学エンジン５００は照明系５１０と、ＤＭＤ５５０と、投射系５６０とを含む。照明系５１０は照明光学系、投射系５６０は投射光学系とも呼ばれる。

照明系５１０は、光源５２０と、リレーレンズユニット５３０と、反射ミラーユニット５４０とを含んでなる。

光源５２０は、光を発生させるランプ５２１と、該ランプ５２１から発生する光をリレーレンズユニット５３０に集光するための楕円反射鏡５２２とを含む。

一方、本発明の他の実施形態として、放物面反射鏡を使用すれば焦点から発生する光は平行に出射されるので、平行した光を集光するためのレンズをリレーレンズユニット５３０の前方に使用するのが好ましい。ランプ５２１としては、ＡＲＣランプ、ハロゲンランプ、ＵＨＰ（Ｕｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ） ランプなどがある。

リレーレンズユニット５３０は、色フィルタ５３１と、光トンネル５３２と、複数の照明レンズ５３３とを含む。色フィルタ５３１は、光源５２０から発生する光をレッド、グリーン、青といった順番で発生させる。光トンネル５３２は前記色別に分離された光の密度を均一化させるだけでなく、前記光を長方形状に形成する。前記複数の照明レンズ５３３は光トンネル５３２を通過した光を反射ミラーユニット５４０に集束させる。

反射ミラーユニット５４０は、第１反射ミラー５４１と第２反射ミラー５４２とを有する。第１反射ミラー５４１は複数の照明レンズ５３３を通過した光が入射され、入射された光を前記第２反射ミラー５４２に反射させる。そして、第２反射ミラー５４２は第１反射ミラー５４１から反射された光をＤＭＤ５５０に反射させる。

本実施の形態ではＤＭＤ５５０に光を入射させるために２つの反射ミラー５４１，５４２が配置されるが、照明系５１０の配置を適切に変化させて反射ミラー５４１，５４２を適切な角度および位置に配置させる場合、１つの反射ミラーのみ配置することができる。

ＤＭＤ５５０は一定パターンの回路が形成されている基板と、前記基板上に回動自在に設けられる多数の微細駆動ミラーとを含んでいる。前記基板は長軸と短軸を有する長方形状の形態を持つ。このような長方形の縦横比はスクリーンの縦横比と同じ縦横比を有することが好ましい。つまり、ＤＭＤ５５０は１６：９または４：３など、前記スクリーンの縦横比と同一に設定することがよい。そして、前記基板上には図示されない制御部と電気的に接続される一定パターンの回路が形成される。このような微細駆動ミラーは図示されない制御部の映像信号に応じて独立的に回動しながら入射光（ＩＲ）の反射角度を決定（オン／オフを決定）することによってスクリーン４１０（図４参照）の各ピクセルに色の光を照射する。

正の所定角度（＋θ’）で回動された微細駆動ミラーは、入射光（ＩＲ）を投射系５６０に反射してスクリーン４１０の前記微細駆動ミラーに対応するピクセルに投射される。即ち、オンの状態となる。そして、負の所定角度（−θ’）で回動された微細駆動ミラーは、入射光（ＩＲ）を投射系５６０から外して反射する。即ち、オフの状態となる。

投射系５６０はＤＭＤ５５０から生成された映像光を拡大投射させるための装置であって、前記映像光の各種収差を補償するために、複数のレンズと１つ以上の反射鏡からなる。

そして、前記収差は、ＤＭＤ５５０から投射系５６０の最後面レンズの頂点までの距離（Ｂａｃｋ Ｆｏｃａｌ Ｌｅｎｇｈｔ：以下、ＢＦＬと称する）、図３ＡのＨのように、いわゆる後焦点距離が大きいほど大になる。従って、前記距離（ＢＦＬ）を大きくする場合、前記収差を補償するためのレンズ数が増加され、前記レンズを配列したりレンズの仕様を決定するなどの設計が難しくなる。従って、前記距離（ＢＦＬ）が遠いほどスクリーン４１０に投射される映像質は落ちる。このように、後焦点距離は光学エンジンにおいて画質および光学エンジンのサイズを決定付ける主な決定要素であって、最近はその距離を減らすための様々な試みが行われている。

以下、図６に基づいて本発明の一実施の形態に係る光トンネルについて詳説する。同図は、くさびおよびテーパー状の光トンネルを示す斜視図である。

本発明の一実施の形態に係る光トンネルは４枚のミラーを、終端を接着させて内部にて反射が行われるべく構成されている。長方形状のミラー２枚と梯形状のミラー２枚を接着させて入射面５３２ａと出射面５３２ｂが互いに平行しておらず一定の角度（θ）を有しているくさび状、および入射面５３２ａと出射面５３２ｂが互いに平行するがそのサイズが異なるテーパー状を同時に適用した光トンネルである。

本発明の他の実施形態に係る光トンネルは、くさびおよびテーパー状のガラスロッドを使用したもので、ガラスで充填している構造を有する。入射光が前記ガラスロッド内部で全反射され出射される。

図７は図６の光トンネル５３２を含む照明系５１０を説明するための図面である。図８は本発明の一実施の形態に係る光トンネルの入射側の光分布度、図９は図８の光トンネルの出射側の光分布度である。

光源５２０の反射鏡５２２が楕円となっているので、光源５２０の近い焦点から出た光は遠い焦点にフォーカシングされ、図８に示すように、点光源として光トンネル５３２に入射され、図９に示すように、面光原として出射される。出射された光は照明レンズ５３３によってＤＭＤ５５０のサイズに合わせられ拡大される。ＤＭＤ５５０は光トンネルから出射された光を反射させるため、光軸（ＣＲ）に対して傾斜している。従って、図７に示すように、照明レンズ５３３に対して所定の角度（θ）傾斜されたくさび状の光トンネルを使用すれば照明結晶面７１０とＤＭＤ５５０の面とが一致されることによって結晶性能が向上する。

また、テーパー状の光トンネルを使用すれば光トンネル内部の反射面に対して入射角が大きくなり、よって反射角度も大になる。従って、光トンネル５３２から出射される光は光角度の分布が小さくなり光分離度が向上されるにつれ、光学系の小型化、且つスリム化を導くことができる。従って、本発明の一実施の形態に係る光トンネルは結晶性能および光分離度の向上された光をＤＭＤに照射する。

以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

本発明の一実施の形態に係る光トンネルはＤＭＤを用いたプロジェクション装置の照明系に使用される光トンネルやＬＣＤ、ＬＣＯＳを用いたプロジェクション装置に適応され得る。

従来の長方形状の光トンネルを示す斜視図である。 従来のくさび状の光トンネルを示す斜視図である。 従来のテーパー状の光トンネルを示す斜視図である。 図１Ａの光トンネルを含む照明系を説明するための図である。 図１Ｂの光トンネルを含む照明系を説明するための図である。 図１Ｃの光トンネルを含む照明系を説明するための図である。 図２Ｃの光分離度を説明するための図である。 図２Ｃの光分離度を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るプロジェクション装置を概略的に示す断面図である。 図４の照明系および投射系を概略的に示す分解斜視図である。 図５のくさびおよびテーパー状の光トンネルを示す斜視図である。 図６の光トンネルを含む照明系を説明するための図である。 本発明の一実施の形態に係る光トンネルの入射側の光分布度である。 図８の光トンネルの出射側の光分布度である。

符号の説明

５１０ 照明系
５２０ 光源
５２１ ランプ
５２２ 楕円反射鏡
５３０ リレーレンズユニット
５３２ 光トンネル
５３３ 照明レンズ
５４０ 反射ミラーユニット
５５０ ＤＭＤ
５６０ 投射系
７１０ 照明結晶面
ＣＲ 光軸

Claims (13)

1. 光源から供給される光の強度分布を均一化させる光トンネルにおいて、
   前記光が入射される入射面と、入射された前記光が出射される出射面を備え、
   前記出射面の面積は前記入射面の面積より大きく、
   前記出射面は前記入射面について一定の角度（θ）傾斜されたことを特徴とする光トンネル。
2. 前記光トンネルは４枚の長方形ミラーの長い辺をそれぞれ接着させてなり、前記光トンネルの入射面および出射面は長方形であり、前記入射面から出射面に至る光経路は空いている空間であることを特徴とする請求項１に記載の光トンネル。
3. 前記光トンネルは六面体のガラス棒からなり、前記光トンネルの入射面と出射面は長方形であり、前記入射面から出射面に至る光経路はガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の光トンネル。
4. ランプおよび反射鏡を含み、光を供給する光源、該光源から出射された点光を面光の方に均一変換する光トンネルを含み、前記面光を反射ミラーに反射し出射する照明系を含むプロジェクション装置において、
   前記光トンネルは前記光が入射される入射面と、入射された前記光が出射される出射面とを含み、
   前記出射面の面積は前記入射面の面積より大きく、
   前記出射面は、前記入射面について一定の角度（θ）傾斜されたことを特徴とするプロジェクション装置。
5. 前記光トンネルは４枚の長方形ミラーの長い辺をそれぞれ接着させてからなり、前記光トンネルの入射面および出射面は長方形であり、前記入射面から出射面に至る光経路は空いている空間であることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクション装置。
6. 前記光トンネルは六面体のガラス棒からなり、前記光トンネルの入射面と出射面は長方形であり、前記入射面から出射面に至る光経路はガラスからなることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクション装置。
7. 前記ランプはＡＲＣランプおよびハロゲンランプのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクション装置。
8. 前記反射鏡は楕円反射鏡および放物面反射鏡のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクション装置。
9. 前記照明系から出射された光を映像光に変換させ、基板上に回動自在に設けられる多数の微細駆動ミラーを含み、前記多数の微細駆動ミラーを制御するＤＭＤと、
   前記ＤＭＤから生成された映像光を拡大し投射する投射系とを更に含むことを特徴とする請求項４に記載のプロジェクション装置。
10. 前記投射系により拡大された映像光が投射されるスクリーンを更に含むことを特徴とする請求項９に記載のプロジェクション装置。
11. 前記照明系から出射された光を投過し映像光に変換させるＬＣＤおよびＬＣＯＳの少なくとも１つを更に含んでいることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクション装置。
12. 前記ＬＣＤおよびＬＣＯＳの少なくとも１つから生成された映像光を拡大して投射する投射系を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクション装置。
13. 前記投射系によって拡大された映像光が投射されるスクリーンを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載のプロジェクション装置。
    

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