JP2007178945A - 投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】近接投影や広角投影の機能を有するＤＬＰ投影装置において、コンパクト化を実現すること。
【解決手段】２次元的に配置された多数の微小ミラーの傾きをそれぞれ変化させて反射光の出射角度を変化させる画像表示素子を用いて画像を投影する投影装置において、画像表示素子へ照明光を投射するための照明光学系と、照明光学系から入射した照明光を画像表示素子へ出射するとともに、画像表示素子によって反射した光を入射し、この光を屈曲して出射するプリズム系と、プリズム系から出射した光を投影する投射光学系とを備え、投射光学系は、投射光学系の光路を屈曲する光学素子を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、投影装置の技術に関する。詳細には、２次元的に配置された多数の微小ミラーの傾きをそれぞれ変化させて反射光の出射角度を変化させる画像表示素子（たとえば、デジタルミラーデバイス）を用いて画像を投影する投影装置に関する。

従来より、映像信号に基づいて光源の光を画素毎に変調し、変調した光をスクリーンなどに投影する投影装置が知られている。

画素毎の変調として、液晶表示素子（以下、「ＬＣＤ」と呼ぶ。）などの透過型素子により光源からの光をこのＬＣＤに透過させて変調するものやデジタルミラーデバイス（以下、「ＤＭＤ」と呼ぶ。）などの反射率変調素子により光源からの光をこのＤＭＤに反射させて変調するものがある（たとえば、特許文献１参照。）。

ＤＭＤを用いた投影装置（以下、「ＤＬＰ（Digital Light Processing）投影装置」と呼ぶ。）は、回転カラーホイールを通した光源からの光を反射し投射する構成であるため、ＬＣＤを用いた投影装置のように３原色それぞれにＬＣＤを設けてＬＣＤを透過した光をプリズムで合成して投射する構成に比べ、小型化及び軽量化が可能となる。

従来の特許文献１に示すようなＤＬＰ投影装置を更に小型化するために、全反射（ＴＩＲ）プリズム方式のＤＬＰ投影装置が用いられるようになってきている。この全反射方式のＤＬＰ投影装置は、光源からの照射光をＤＭＤに導くとともに、ＤＭＤによる反射光を投射光学系へ導くためのＴＩＲプリズム系を用いることにより、光学系のサイズを小さくしてＤＬＰ投影装置の小型化を図っている（たとえば、特許文献２参照）。

たとえば、特許文献２に開示された全反射プリズム方式のＤＬＰ投影装置は、ＴＩＲプリズム系を入射プリズムと出射プリズムとから構成し、照明光学系からの光を入射プリズムに入射後全反射して、出射プリズムに入射し、出射プリズムの一面に取り付けられたＤＭＤへ出射する。そして、ＤＭＤで反射された光は、出射プリズムを透過して投射光学系により投影される。

このようにＤＭＤがＴＩＲプリズム系に取り付けられているために、ＤＬＰ投影装置の小型化を図ることができる。また、全反射を出射プリズムで行うため、光エネルギー損失の低減を図ることができる。
特開平１１−２３９３５９号公報 特開２００２−１５６６０２号公報

ところで、投影装置においては、机上投射などのように近接した面に画像を投影することができる投影装置が求められている。

しかしながら、従来のＤＬＰ投影装置では、投射光学系を出射プリズムからの出射光の光軸に沿って配置していたため、近接投影や広角投影を行おうとすると、投射光学系の全長が大きくなり、しかもレンズ径も大きくなる。

したがって、従来のＤＬＰ投影装置において近接投影や広角投影の機能を実現しようとすると、ＤＬＰ投影装置が大きくなってしまうという問題があった。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、２次元的に配置された多数の微小ミラーの傾きをそれぞれ変化させて反射光の出射角度を変化させる画像表示素子を用いて画像を投影する投影装置において、前記画像表示素子へ照明光を投射するための照明光学系と、前記照明光学系から入射した照明光を前記画像表示素子へ出射するとともに、前記画像表示素子によって反射した光を入射し、この光を屈曲して出射するプリズム系と、前記プリズム系から出射した光を投影する投射光学系とを備え、前記投射光学系は、前記投射光学系の光路を屈曲する光学素子を有することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記照明光学系及び前記投射光学系は、前記画像表示素子における微小ミラーの前方側に配置されたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記プリズム系は、前記照明光学系から入射した照明光を透過させた後、所定の出射面から出射する第１プリズムと、前記第１プリズムから出射した照明光を取り込むとともに、この照明光を前記画像表示素子へ出射し、さらに前記画像表示素子で反射した光を入射し、この光を内部反射面で反射して、前記投射光学系に向けて出射する第２プリズムとを有することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記照明光学系の光路と前記投射光学系の光路とが同一平面上とならないように配置したことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記照明光学系は、前記画像表示素子によって反射した光を９０°以上で屈曲し、前記投射光学系の前記光学素子は、前記投射光学系の光路を９０°以上で屈曲することを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記照明光学系は、前記照明光学系の光路を屈曲する光学素子を有し、前記投射光学系からの投影方向を水平方向としたときに、鉛直方向から見て前記照明光学系と前記投射光学系とが一部重なるように配置された構成としたことを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記照明光学系における前記画像表示素子への入射光路と前記投射光学系の光路とを、それぞれ前記画像表示素子における前記多数の微小ミラーの回転軸に対して略垂直に配置したことを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項６又は請求項７に記載の発明において、前記照明光学系、前記プリズム系、前記画像表示素子及び前記投射光学系を収納する筐体と、
前記照明光学系における前記屈曲位置よりも前の光路であって前記照明光学系における光源の光路と略平行の軸に対して前記筐体を回転可能に支持する支持部とを備えたことを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記多数の微小ミラーは、前記画像表示素子における長方形状のミラー領域に配置され、前記ミラー領域の長辺と前記支持部の設置面とを略平行になるように構成したことを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記投射光学系から投影される画像面と前記画像表示素子とが略平行になるように構成したことを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の発明において、前記筐体の回転軸方向と前記投射光学系の投影方向とが略垂直となるように構成し、前記筐体の回転軸と前記投射光学系の投影方向中心との交差位置を基準として前記筐体の回転軸方向の一方に前記照明光学系の光源を配置するとともに、前記筐体の回転軸方向の他方に前記画像表示素子を配置したことを特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の発明において、前記投射光学系の最終段の投射レンズ又はその近傍の投射レンズにプラスチック製レンズを用いたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、画像表示素子（たとえば、デジタルミラーデバイス）へ照明光を投射するための照明光学系と、この照明光学系から入射した照明光を画像表示素子へ出射するとともに、この画像表示素子によって反射した光を入射し、この光を屈曲して出射するプリズム系と、このプリズム系から出射した光を投影する投射光学系とを備えており、しかも、この投射光学系は、投射光学系の光路を屈曲する光学素子（たとえば、反射ミラー）を有しているので、従来のように投射光学系をプリズム系からの出射光の光軸に沿って配置するのに比べ、投射光学系の全長が長くなることを抑えることができ、投影装置のコンパクト化を図ることができる。したがって、近接投影や広角投影が可能な投影装置を小型化が可能となる。

また、請求項２に記載の発明によれば、照明光学系及び投射光学系を、画像表示素子における微小ミラーの前方側に配置しているので、微小ミラーの前方に光学系部品を寄せて配置することができ、光学系の光路を微小ミラーの後方にも配置するのに比べ、光学系をコンパクトに配置することができる。また、画像表示素子の後方に光学系の光路がないため、画像表示素子を筐体の内部壁面に取り付けることができ、画像表示素子の取り付け構造が複雑にならないですむ。

また、請求項３に記載の発明によれば、プリズム系は、照明光学系から入射した照明光を透過させた後、所定の出射面から出射する第１プリズムと、この第１プリズムから出射した照明光を取り込むとともに、この照明光を画像表示素子へ出射し、さらに画像表示素子で反射した光を入射し、この光を内部反射面で反射して、投射光学系に向けて出射する第２プリズムとを有しているので、ミラー等を使用した場合に比べ、光エネルギーの低下を防止することができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、照明光学系の光路と投射光学系の光路とが同一平面上とならないように配置したので、光学系の光路を交差もしくは近接するように配置することができ、光学系全体をコンパクトに配置することができる。

また、請求項５に記載の発明によれば、照明光学系は、画像表示素子によって反射した光を９０°以上で屈曲し、投射光学系の光学素子は、投射光学系の光路を９０°以上で屈曲するようにしているので、光路を密集させることができ、光学系全体をさらにコンパクトに配置することができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、照明光学系は、照明光学系の光路を屈曲する光学素子を有し、前記投射光学系からの投影方向を水平方向としたときに、鉛直方向から見て前記照明光学系と前記投射光学系とが一部重なるように配置するようにしたので、光学系全体を効率よくコンパクトに配置することができる。

また、請求項７に記載の発明によれば、照明光学系における画像表示素子への入射光路と投射光学系の光路とを、画像表示素子における多数の微小ミラーの回転軸に対して略垂直に配置したので、プリズム系の形状（微小ミラーの軸方向の厚み）を可及的に小さくすることができる。

また、請求項８に記載の発明によれば、照明光学系、プリズム系、画像表示素子及び投射光学系を収納する筐体と、照明光学系における屈曲位置よりも前の光路であっ照明光学系における光源の光路と略平行の軸に対して前記筐体を回転可能に支持する支持部とを備えたので、投影装置を回転軸中心に回転した場合であっても、光源の傾きを定格内に保つことができる。したがって、ランプの故障の可能性を低減することができる。

また、請求項９に記載の発明によれば、多数の微小ミラーは、画像表示素子における長方形状のミラー領域に配置され、ミラー領域の長辺と支持部の設置面とを略平行になるように構成したので、ミラー領域４で反射された画像光をスクリーンに投射するための投射光学系の設計が容易になる。

また、請求項１０に記載の発明によれば、投射光学系から投影される画像面と画像表示素子とが略平行になるように構成したので、ミラー領域によって画像光の中心が設置面と垂直となるように投射光学系を設計すればよく、投射光学系の設計がさらに容易になる。

また、請求項１１に記載の発明によれば、筐体の回転軸方向と投射光学系の投影方向とが略垂直となるように構成し、筐体の回転軸と投射光学系の投影方向中心との交差位置を基準として筐体の回転軸方向の一方に照明光学系の光源を配置するとともに、筐体の回転軸方向の他方に画像表示素子を配置したので、回転軸と投影光軸との交差位置を基準として左右にバランスよく光源や画像表示素子などを配置しているため、投影装置本の重心をこの交差位置或いはこの交差位置周辺に配置することができる。したがって、支持部との連結部がその交差位置或いはその近傍に配置することにより、投影装置を回転させるための力を低減させることができ、一方で支持部の設置面への設置面積を小さくすることができる。また、交差位置中心に光学系を配置しているため、コンパクト化が可能となる。

また、請求項１２に記載の発明によれば、投射光学系の最終段の投射レンズ又はその近傍の投射レンズにプラスチック製レンズを用いたので、投影装置の軽量化を図ることができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。本発明に係る実施形態における投影装置は、壁面などのスクリーンへの画像の投射によって利用者から見た視覚的な投影面（スクリーン）Ｓに２次元画像を表示する装置であり、画像表示素子であるデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いて画像を投影するＤＬＰ投影装置Ａである。以下、このＤＬＰ投影装置Ａについて、図面を参照して具体的に説明する。

まず、ＤＬＰ投影装置Ａの外観構成について、図１を用いて説明する。図１は本発明の実施形態におけるＤＬＰ投影装置Ａの外観構成図であり、設置面である机上Ｂに設定されている状態を示している。なお、図１（ａ）は正面斜め上方から見たＤＬＰ投影装置Ａの斜視図であり、図１（ｂ）は後方斜め上方から見たＤＬＰ投影装置Ａの斜視図である。

ＤＬＰ投影装置Ａは、投影装置本体１と、この投影装置本体１を回動可能に支持する支持部２とを備えている。投影装置本体１はその後部側面に支持部２の先端の連結部１３と回動可能に連結するための連結部１２を設けており、この連結部１２，１３の中心を回転軸Ｚの中心として投影装置本体１が回動し、後述のようにその投影方向Ｙを切り替えるようにしている。

投影装置本体１は、後述の投影部Ｌや制御ユニットＵなどを筐体１０内部に収納している。また、図１（ａ）に示すように、各種制御を行うための制御パネルＰや、後述の投影部Ｌからの投影光を出射する出射口１１などが筐体１０から露出している。

ここで、ＤＬＰ投影装置Ａは、図２に示すように投影装置本体１の回動方向によって机上投射、側壁面投射、天井投射できるように投影装置本体１が支持部２と連結されている。すなわち、図２（ａ）は、投影装置本体１を机上投射の位置に設定し、机上の投影面Ｓ１に画像を投射した様子を示す図であり、出射口１１は下方を向き、机上の投影面Ｓ１に画像光が投射される。また、図２（ｂ）は投影装置本体１を側壁面投射の位置に設定し、側壁の投影面Ｓ２に画像を投射した様子を示す図であり、出射口１１は側方を向き、側壁の投影面Ｓ２に画像光が投射される。図２（ｃ）は投影装置本体１を天井投射の位置に設定し、天井の投影面Ｓ３に画像を投射した様子を示す図であり、出射口１１は上方を向き、天井の投影面Ｓ３に画像光が投射される。

このようにＤＬＰ投影装置Ａは、複数の方向に切り替えて投射可能に構成されている。なお、複数の方向に切り替えて投射可能とする構成としては、上述のように回転させる構造ではなく、投影装置本体１と支持部２とにそれぞれ嵌合部を設け、これらの嵌合部の嵌合方向によって複数の方向に投射可能に構成するようにしてもよい。この点、本出願人が出願した特願２００５−１６４４４５に詳細に記載しており、ここでは説明を省略する。また、本願における回転機構についても同様に、本出願人が出願した特願２００４−３７８８５８に詳細に記載しており、ここでは詳細な説明を省略している。

次に、ＤＬＰ投影装置Ａの内部概略構成を、図３を用いて説明する。図３は本実施形態に係るＤＬＰ投影装置Ａの内部概略構成を示す図である。

図３に示すように、ＤＬＰ投影装置Ａは、制御パネルＰと、マイクロコンピュータ３９を有する制御ユニットＵと、光源としてのランプ３０と、照明光学系３１と、マイクロミラーデバイス３２（以下、「ＤＭＤ３２」とする。）と、投射光学系（結像光学系）３３と、映像信号入力回路３４と、画像処理回路３５と、ＤＭＤ駆動回路３６と、ランプ駆動回路３７とを有する投影部Ｌを備えており、これらは筐体１０に内蔵されている。なお、ランプ３０と照明光学系３１とで照明光学系３１という場合があるものとする。

制御ユニットＵは上述のようにマイクロコンピュータ３９と制御パネルＰとから構成されている。制御パネルＰは、ＤＬＰ投影装置Ａにおいて使用者が操作可能な箇所、すなわち筐体１０の外壁面の適所に設けられている。また、マイクロコンピュータ３９は、画像処理回路３５やランプ駆動回路３７と接続されており、利用者の制御パネルＰの操作に応じて投影の作動制御や作動停止制御などの処理を行う。たとえば、利用者が制御パネルＰを操作して、画像表示を選択すると、マイクロコンピュータ３９は投影部Ｌの画像処理回路３５やランプ駆動回路３７を制御して、投射光学系３３から画像光をスクリーンＳへ投影する。

ランプ３０と照明光学系３１との間には、図示しない回転カラーホイール（カラーフィルタ）が配置されており、この回転カラーホイールを回転させることにより、カラー画像をスクリーン（投影面）Ｓに投影可能にしている。また、照明光学系３１とＤＭＤ３２との間、ＤＭＤ３２と投射光学系３３との間には、後述のように全反射（ＴＩＲ）プリズム系３８が配置されている

ランプ３０は、制御ユニットＵによって制御されたランプ駆動回路３７から出力される信号に基づいて、点灯駆動されて発光する。ランプ３０で発光された光は、回転カラーホイール（カラーフィルタ）を通し、照明光学系３１によって照明光として、全反射プリズム系３８を透過してＤＭＤ３２に出射（照射）される。

映像信号入力回路３４は、ＤＬＰ投影装置Ａ外から入力された映像信号を画像処理回路３５に入力する。画像処理回路３５は、マイクロコンピュータ３９による制御に基づいて、入力された映像信号に対し、信号の付加や変更などの加工を行う。このように加工された映像信号は、ＤＭＤ駆動回路３６に入力される。

ＤＭＤ駆動回路３６は、ＤＭＤ３２へ制御信号を出力し、ＤＭＤ３２の表面に配置された多数の微小ミラー４１を駆動する。照明光学系３１からの照明光は、ＤＭＤ３２の微小ミラー４１によって反射され、プリズム系３８へ入射される。プリズム系３８では、ＤＭＤ３２によって反射した光を入射し、この光を屈曲して出射する。プリズム系３８からの出射光は、投射光学系３３を通って、投影面であるスクリーンＳに投影される。このように、ＤＭＤ３２による反射を用いて映像がスクリーンＳに投影される構成となっている。

ところで、本実施形態におけるＤＭＤ３２は、図４（ａ）に示すように、ＤＭＤ３２表面上中央に配置された長方形状のミラー領域４０に２次元的に多数の微小ミラー４１が配置されている。微小ミラー４１は、図４（ｂ）に示すように、それぞれＤＭＤ３２表面３２ａの平面を基準として±１２°の間で傾斜可能に形成されており、ＤＭＤ駆動回路３６によって微小ミラー４１毎に駆動される。すなわち、ＤＭＤ駆動回路３６は各微小ミラー４１を輝度階調に応じた回数分のオン（＋１２°の傾斜角）、オフ（−１２°の傾斜角）を３原色毎に行い画像１フレームを表現する。なお、微小ミラーはそれぞれ回転軸Ｘを中心に±１２°の傾斜角に移動するように構成されている。

次に、投影装置本体１の筐体１０内部に投影部Ｌの光学系の配置について説明する。図５及び図６は、ランプ３０、照明光学系３１、ＤＭＤ３２、投射光学系３３、プリズム系３８の配置関係を説明するための図である。

図５（ａ）は、ＤＬＰ投影装置Ａを机上Ｂに設置し、投影装置本体１を机上投射の位置に設定したときに、この投影装置本体１を上方（天井側）から見た場合の平面断面図であり、各光学部分を模式的に表したものである。この図５（ａ）に示すように、ランプ３０は連結部１２側右方に、照明光学系３１は連結部１２側中央に、ＤＭＤ３２及びプリズム系３８は連結部１２側左方に、投射光学系３３は照明光学系３１から見て連結部１２に対して反対側に配置されている。

このように、本実施形態におけるＤＬＰ投影装置Ａは、光学系をバランスよく配置しており、また光学系をコンパクトに筐体１０内に収納している。以下、さらに詳しく投影部Ｌの光学系の配置を説明する。図５（ｂ）は、図５（ａ）において投影部ＬをＡの矢印方向から見たときの投影部Ｌの断面図、図５（ｃ）は、図５（ａ）において投影部ＬをＢの矢印方向から見たときの投影部Ｌの断面図、図６（ａ）は投影装置本体１が机上投射の位置に設定されているときの投影装置本体１の正面透視図、図６（ｂ）は投影装置本体１が机上投射位置に設定されているときの投影装置本体１の側面透視図である。

図６（ａ）に示すように、投影装置本体１は、筐体１０の回転軸Ｚ方向と投射光学系３３の投影方向Ｙとが略垂直となるように構成している。したがって、投影装置本体１を回転させることによって、回転軸Ｚの回転方向に沿ってスクリーンＳに画像を投影することができる。

また、筐体１０の回転軸Ｚと投射光学系３３の投影方向（投影光軸）Ｙ中心との交差位置Ｗを基準として筐体１０の回転軸Ｚ方向の一方（図５（ａ）における右側，図６（ａ）における左側）に照明光学系３１のランプ３０を配置するとともに、筐体１０の回転軸Ｚ方向の他方（図５（ａ）における左側，図６（ａ）における右側）にＤＭＤ３２やプリズム系３８などを配置している。

このように、回転軸Ｚと投影光軸Ｙとの交差位置Ｗを基準として左右にバランスよくランプ３０やＤＭＤ３２などを配置しているため、投影装置本体１の重心をこの交差位置Ｗ或いはこの交差位置Ｗ周辺に配置することができる。したがって、支持部２の連結部１３をその交差位置Ｗ或いはその近傍に配置することにより、投影装置本体１を回転させるための力を低減させることができ、一方で支持部２の設置面への設置面積を小さくすることができる。また、交差位置Ｗ中心に光学系を配置しているため、コンパクト化が可能となる。

また、図５（ａ）に示すように、ＤＭＤ３２におけるミラー領域４０の少なくとも長辺を、支持部２の設置面Ｂとほぼ平行になるように配置している。したがって、ミラー領域４０で反射された画像光をスクリーンＳに投射するための投射光学系３３の設計が容易になる。特に、たとえば、机上投影のときに、ミラー領域４０と設置面Ｂとを平行にするように構成すれば、ミラー領域４０によって画像光の中心が設置面Ｂと垂直となるように投射光学系３３を設計すればよく、投射光学系３３の設計がさらに容易になる。特に、投影装置Ａを机上投影専用とした場合に、ミラー領域４０と設置面Ｂとを平行にするように構成すれば、投射距離が一定になるため、投射光学系３３の設計がさらに容易になる。

ここで、照明光学系３１は、ランプ３０から出射し、カラーフィルタ（図示せず）を透過した照明光を中途部にて屈曲する光学素子としての第１反射ミラー５０を設けている。すなわち、照明光学系３１は、ランプ３０からの照明光を入射ためのライトパイプ５１、このライトパイプ５１から出射された照明光を集光するために設けられるフレネルレンズなどのコンデンサレンズ５２、コンデンサレンズ５２で集光された照明光を中継するリレーレンズ５３、このリレーレンズ５３から出射される照明光を反射することにより屈曲させてＤＭＤ３２へ出射する光学素子としての第１反射ミラー５０などから構成される。

そして、照明光学系３１における屈曲位置、すなわち第１反射ミラー５０よりも前の光路であって照明光学系３１におけるランプ３０の光路ａ１と、光学投射系３３の最終段の投射レンズ５８の光路ｂ２とを略直交に交差するような配置としている。すなわち、投影装置本体１を机上投射の位置に設定し、この投影装置本体１を上方（天井側）から見た場合に、投影装置本体１における光学系の光路が輪を描くように配置するのである（図５（ｃ），図６（ａ）において、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２からなる光路）。

言い換えれば、投射光学系３３からの投影方向Ｙを水平方向となるように筐体１０を位置させたとき（すなわち、壁面投射の状態のとき）、鉛直方向から見て照明光学系３１と投射光学系３３とが一部重なるように配置しており、このように配置するために照明光学系３１の光路ａ１，ａ２と投射光学系３３の光路ｂ１，ｂ２とが同一平面上とならないようにしている。したがって、光路を交差もしくは近接するように配置することができ、光学系全体をコンパクトに配置することができる。しかも、照明光学系３１の光路における一部の光路ａ１と光学投射系３３の光路における一部の光路ｂ２とを略直交に交差するように配置しているために、光学系全体をさらに効率よくコンパクトに配置することができる。

また、図５及び図６に示すように、照明光学系３１における屈曲位置よりも前の光路であって照明光学系３１におけるランプ３０の光路ａ１が回転軸Ｚと略平行な光路となるように光路ａ１を配置している。

したがって、投影装置本体１を回転軸Ｚを中心として回転した場合であっても、光路ａ１を略水平に保つことができる。ＤＬＰ投影装置のランプ３０は、一般にランプ光出射方向に対して平行に保つ必要がある。たとえば、±１５°以内の傾斜に抑える必要があるランプがある。このようなランプをランプ３０として用いる場合、ランプ３０の光路ａ１と回転軸Ｚとの交差角を１５°以内とすることにより、投影装置本体１を回転させた場合であっても、ランプ３０の傾きを定格内（±１５°の範囲）に保つことができる。

従来のＤＬＰ投影装置における光学系の配置で机上投影から壁面投影などへ投影面を切り替えようとした場合、ランプ３０の故障の可能性が大きかった。しかしながら、本実施形態における投影装置Ａでは、このように投影面を切り替えた場合であっても、ランプ３０は略水平に保たれるため、故障の可能性を低減することができる。

また、投射光学系３３は、投射光学系３３の光路を屈曲する光学素子としての第２反射ミラー５４を有している。すなわち、投射光学系３３は、ＤＭＤ３２により反射された光をプリズム系３８を介して入射する第２リレーレンズ５５と、第２反射ミラー５４と、投射レンズ５６，５７，５８とが順に配置されており、ＤＭＤ３２により反射された光が第２反射ミラー５４により反射されてその光路が屈曲するように構成されている。

このように、第２反射ミラー５４により投射光学系３３の中途部での光路を屈曲させているため、従来のように投射光学系を出射プリズムからの出射光軸に沿って配置するのに比べ、投射光学系の全長が長くなることを抑えることができ、投影装置本体１のコンパクト化を図ることができる。したがって、近接投影や広角投影が可能な投影装置を小型化することが可能となる。

ここで、投射光学系３３における最終段の投射レンズ５８とその近傍の投射レンズ５７には、プラスチック製レンズの広角レンズを採用している。このようにプラスチック製レンズを採用することにより投影装置本体１の軽量化を図ることができる。すなわち、投射レンズの最終段近傍の広角レンズはサイズ的に大きくなるためガラス製レンズを用いると重くなるが、投射レンズの最終段近傍は熱的に安定していることから重量が軽いプラスチック製レンズを用いることができ、これにより投影装置本体１の軽量化を図ることができるのである。

また、ＤＭＤ３２における微小ミラー４１の前方（ＤＭＤ３２におけるミラー領域４０配置側）には、照明光学系３１、プリズム系３８及び投射光学系３３が、ＤＭＤ３２における微小ミラー４１の前方側に配置されている。すなわち、光学系の光路が微小ミラー４１の後側とならないように、照明光学系３１、プリズム系３８及び投射光学系３３を配置している。このように微小ミラー４１の前方に光学系部品を配置しているため、光学系の光路を微小ミラー４１の後方にも配置するのに比べ、光学系をコンパクトに配置することができる。また、ＤＭＤ３２の後方に光学系の光路がないため、ＤＭＤ３２を筐体１０の内部壁面に取り付けることができ、ＤＭＤ３２の取り付け構造が複雑にならないですむ。

ところで、プリズム系３８は、Ｒ−ＴＩＲプリズムとも呼ばれ、第１プリズム６０と第２プリズム６１とから構成される。図７に示すように、第１プリズム６０は、照明光学系３１から入射した照明光を透過させた後、所定の出射面から出射するプリズムであり、第２プリズム６１は、第１プリズム６０から出射した照明光を取り込むとともに、この照明光をＤＭＤ３２へ出射し、さらにＤＭＤ３２で反射した光を入射し、この光を内部反射面６１ａで反射して、投射光学系３３に向けて出射するプリズムである。また、第１プリズム６０と第２プリズム６１との間にエアギャップを設けている。

図７に示すように、照明光学系３１からの照明光が第１プリズム６０における入射臨界角よりも小さい角度で入射するように、第１プリズム６０の入射面を形成しており、また第１プリズム６０における出射臨界角よりも小さい角度で出射するように、第１プリズム６０の出射面が形成されている。したがって、照明光学系３１からの照明光は、第１プリズム６０の入射面から入射して出射面に出射する。すなわち、照明光は、第１プリズム６０を透過して出射する。

第１プリズム６０を透過した照明光は第２プリズム６１における入射臨界角よりも小さい角度で入射するように、第２プリズム６１の入射面を形成しており、また第２プリズム６１における出射臨界角よりも小さい角度で出射するように、第２プリズム６１の出射面が形成されている。したがって、第１プリズム６０を透過した照明光は、第２プリズム６１の入射面から入射して出射面に出射する。

このように、照明光学系３１からの照明光は、第１プリズム６０及び第２プリズム６１を透過してＤＭＤ３２のミラー領域４０を照射する。ＤＭＤ３２のミラー領域４０の微小ミラー４１は照明光を反射して、この反射光を第２プリズム６１へ再度入射させる。第２プリズム６１は、＋１２°に傾斜（オン）させた微小ミラー４１からの光を全反射面６１ａにより反射して、投射光学系３３への方向に出射する。一方、−１２°に傾斜（オフ）させた微小ミラー４１からの光は、全反射面６１ａへ向かうことなく、投射光学系３３への方向とは異なる方向へ出射される。

このように、プリズム系３８において、照明光学系３１から入射した照明光をＤＭＤ３２へ出射するとともに、ＤＭＤ３２によって反射した光を入射し、この光を全反射により屈曲して出射するように構成しているため、金属ミラーや誘電体多層膜によるミラーに比べ、光エネルギーの損失の低下を防止することできる。

また、照明光学系３１におけるＤＭＤ３２への入射光路ａ２と投射光学系３３の光路ｂ０とを、ＤＭＤ３２における多数の微小ミラー４１の回転軸に対して略垂直に配置している。したがって、プリズム系の形状（微小ミラー４１の軸方向の厚み）を可及的に小さくすることができる。その結果、投射光学系と照明光学系とをより近づけることができ、光学系をコンパクトにすることができる。

また、図８に示すように、第２プリズム６１の全反射面６１ａによって屈曲するＤＭＤ３２からの出射光の屈曲角度を９０°以上（光路の角度が９０°以下）に設定することにより、また、第２反射ミラー５４による投射光学系３３の光路の屈曲角度を９０°以上（光路の角度が９０°以下）に設定することにより、光路を密集させることができるので光学系全体をさらにコンパクトに配置することができる。なお、他の部品との関係から、屈曲は９０°から１２０°（光路の角度が６０°から９０°）の範囲にすることが望ましい。

ここで、ＤＬＰ投影装置Ａの内部概略構成を示す透視斜視図を図９に示す。図９（ａ）は上部前側方から見た場合の投影装置本体１の透視斜視図であり、図９（ｂ）は下部後側方から見た場合の投影装置本体１の透視斜視図である。これらの図からもわかるように、本実施形態におけるＤＬＰ投影装置Ａは、省スペースで光学系をまとまりよく収納することができる。

以上のように、本実施形態におけるＤＬＰ投影装置Ａは、ＤＭＤ３２へ照明光を投射するための照明光学系３１と、この照明光学系から入射した照明光をＤＭＤ３２へ出射するとともに、このＤＭＤ３２によって反射した光を入射し、この光を屈曲して出射するプリズム系３８と、このプリズム系３８から出射した光を投影する投射光学系３３とを備えており、しかも、この投射光学系３３は、投射光学系３３の光路を屈曲する第２反射ミラー５４を有しているので、従来のように投射光学系をプリズム系からの出射光の光軸に沿って配置するのに比べ、投射光学系の全長が長くなることを抑えることができ、ＤＬＰ投影装置Ａのコンパクト化を図ることができる。したがって、近接投影や広角投影が可能なＤＬＰ投影装置を小型化することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例
示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変
形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。たとえば、照明光学系３１における光路の屈曲の回数を２回以上行うようにしたり、或いは投射光学系３３における光路の屈曲の回数を２回以上行うようにしてもよい。また、屈曲を行う光学素子として反射ミラーではなく、プリズムを用いることともできる。

本発明の一実施形態におけるＤＬＰ投影装置の外観構成図である。 ＤＬＰ投影装置の投射方向を説明するための図である。 ＤＬＰ投影装置の内部概略構成を示す図である。 ＤＬＰ投影装置におけるＤＭＤの構成を示す図である。 ＤＬＰ投影装置における光学系の配置関係を説明するための図である。 ＤＬＰ投影装置における光学系の配置関係を説明するための図である。 ＤＬＰ投影装置におけるプリズム系とＤＭＤとの関係を説明するための図である。 ＤＬＰ投影装置におけるＤＭＤと投射光学系との間の光路を説明するための図である。 ＤＬＰ投影装置の内部概略構成を示す透視斜視図である。

符号の説明

１ 投影装置本体
２ 支持部
１０ 投影装置本体の筐体
１１ 出射口
１２ 投影装置本体の連結部
１３ 支持部の連結部
３０ ランプ
３１ 照明光学系
３２ マイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）
３３ 投射光学系
３４ 映像信号入力回路
３５ 画像処理回路
３６ ＤＭＤ駆動回路
３７ ランプ駆動回路
３８ 全反射プリズム系
４０ ＤＭＤのミラー領域
４１ 微小ミラー
５０ 第１反射ミラー
５４ 第２反射ミラー
５６，５７，５８ 投射レンズ
６０ 第１プリズム
６１ 第２プリズム
Ａ ＤＬＰ投影装置
Ｌ 投影部
Ｐ 操作パネル
Ｕ 制御ユニット

Claims (12)

1. ２次元的に配置された多数の微小ミラーの傾きをそれぞれ変化させて反射光の出射角度を変化させる画像表示素子を用いて画像を投影する投影装置において、
   前記画像表示素子へ照明光を投射するための照明光学系と、
   前記照明光学系から入射した照明光を前記画像表示素子へ出射するとともに、前記画像表示素子によって反射した光を入射し、この光を屈曲して出射するプリズム系と、
   前記プリズム系から出射した光を投影する投射光学系と、を備え、
   前記投射光学系は、前記投射光学系の光路を屈曲する光学素子を有することを特徴とする投影装置。
2. 前記照明光学系及び前記投射光学系は、前記画像表示素子における微小ミラーの前方側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
3. 前記プリズム系は、
   前記照明光学系から入射した照明光を透過させた後、所定の出射面から出射する第１プリズムと、
   前記第１プリズムから出射した照明光を取り込むとともに、この照明光を前記画像表示素子へ出射し、さらに前記画像表示素子で反射した光を入射し、この光を内部反射面で反射して、前記投射光学系に向けて出射する第２プリズムと、
   を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投影装置。
4. 前記照明光学系の光路と前記投射光学系の光路とが同一平面上とならないように配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の投影装置。
5. 前記照明光学系は、前記画像表示素子によって反射した光を９０°以上で屈曲し、
   前記投射光学系の前記光学素子は、前記投射光学系の光路を９０°以上で屈曲することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の投影装置。
6. 前記照明光学系は、前記照明光学系の光路を屈曲する光学素子を有し、
   前記投射光学系からの投影方向を水平方向としたときに、鉛直方向から見て前記照明光学系と前記投射光学系とが一部重なるように配置された構成としたことを特徴とする請求項５に記載の投影装置。
7. 前記照明光学系における前記画像表示素子への入射光路と前記投射光学系の光路とを、それぞれ前記画像表示素子における前記多数の微小ミラーの回転軸に対して略垂直に配置したことを特徴とする請求項６に記載の投影装置。
8. 前記照明光学系、前記プリズム系、前記画像表示素子及び前記投射光学系を収納する筐体と、
   前記照明光学系における前記屈曲位置よりも前の光路であって前記照明光学系における光源の光路と略平行の軸に対して前記筐体を回転可能に支持する支持部と、
   を備えたことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の投影装置。
9. 前記多数の微小ミラーは、前記画像表示素子における長方形状のミラー領域に配置され、
   前記ミラー領域の長辺と前記支持部の設置面とを略平行になるように構成したことを特徴とする請求項８に記載の投影装置。
10. 前記投射光学系から投影される画像面と前記画像表示素子とが略平行になるように構成したことを特徴とする請求項９に記載の投影装置。
11. 前記筐体の回転軸方向と前記投射光学系の投影方向とが略垂直となるように構成し、前記筐体の回転軸と前記投射光学系の投影方向中心との交差位置を基準として前記筐体の回転軸方向の一方に前記照明光学系の光源を配置するとともに、前記筐体の回転軸方向の他方に前記画像表示素子を配置したことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の投影装置。
12. 前記投射光学系の最終段の投射レンズ又はその近傍の投射レンズにプラスチック製レンズを用いたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の投影装置。

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