JP2007233004A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ及び光変調素子等により構成される光学系の特性に適した絞りを用いることによって、投射する映像の照度の低下を抑えてコントラストを高めることができるプロジェクタを提供する。
【解決手段】ＤＭＤ１５から投射レンズ１７への光路中に結像系絞り５０を配設する。結像系絞り５０に形成された開口は、投射レンズ１７の光軸に対して偏心させる。開口の偏心方向は、投射レンズ１７の入射瞳の位置での照度分布、入射瞳に対する光源像の位置、又はＤＭＤ１５への光の入射方向等に応じて決定する。開口の偏心量は、投射レンズ１７の入射瞳の直径と、光源１から投射レンズ１７へ光を導く光学系のＦナンバーと、入射瞳に対する光源像の角度とに応じて算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、投射レンズへ入射する光の一部を遮光する絞りを備え、照度の低下を抑えてコントラストの高い映像を投射できるプロジェクタに関する。

近年、大きな映像を表示することが可能な表示装置として、プロジェクタが普及している。プロジェクタは内部にハロゲンランプ、キセノンランプ又は水銀ランプ等の光源を有し、光源からの照明光をＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）又は液晶パネル等の光変調素子により光変調して映像光を形成し、映像光を投射レンズからスクリーンへ投射することで映像の表示を行うようにしてある。ユーザは、表示される映像の照度及びコントラスト等の設定を変更することができ、照度及びコントラストの調整は、例えば照明光又は映像光の光路中に絞りを設けて光量の調整を行うことで実現できる。

特許文献１においては、光源からの光を液晶パネルにより光変調して映像を形成し、形成された映像を投射レンズによりスクリーンへ投射する場合に、投射レンズの光軸に対して開口部の中心が液晶パネルの垂直走査方向へずれた偏心絞りを備えることにより、高コントラストの映像を投射できる投射型表示装置が提案されている。これは、液晶パネルに入射する光の主光線と液晶パネルの法線とのなす角θは絞りの偏心量に応じて変化し、投射される映像のコントラストは角θに依存するため、角θをコントラストが最も高くなる角度となるように絞りの偏心量を設定することで実現される。

特許文献２においては、光源からの光をＤＭＤへ集光する照明光学系と、ＤＭＤからの反射光を拡大投射する投射レンズと、投射レンズの入射瞳と略共役な位置に設けられた絞りとを備え、絞りに形成された略円形の開口の開口面積を、開口の形状が非回転対称となるように狭める構成とすることにより、例えば開口を同心円状に狭める絞りと比較して、必要光の遮光を抑えることができ、明るさの低下を最小限に抑えながら、コントラストを高めることができる投射型表示装置が提案されている。

特許文献３においては、ＤＭＤにて形成された光学像をスクリーンに投射する投射レンズを、スクリーン側からＤＭＤ側へ順に配置された前側レンズ群及び後側レンズ群により構成し、前側レンズ群及び後側レンズ群共通の光軸に対して偏心した絞りを後側レンズ群に設け、後側レンズ群を回転させることなく光軸の方向へ移動させることによりフォーカス調整を行う投射レンズが提案されている。この投射レンズは、絞りを偏心させることによって、他の光学部品との干渉を避けるためにＤＭＤの中心軸を投射レンズの光軸に対してずらして配置する必要がなく、また、フォーカス調整を行う場合に偏心した絞りが回転しないため、フォーカス調整に伴って結像性能が変化することがない。
特開平５−１３４２１０号公報 特開２００４−２９８４９号公報 特開２００５−１２８４８７号公報

プロジェクタの光源から投射レンズまでの光路中には、レンズ、プリズム又はミラー等の複数の光学部材及び光変調素子が配設されて光学系を形成しており、光学部材及び光変調素子の構成及び配置等によっては、この光学系により結像される光源の光源像が投射レンズの入射瞳に対して傾く場合がある。これにより、投射レンズの入射瞳の位置に結像される光源像の一部にぼけが生じ、ぼけが生じた部分近傍の光の照度が低下する虞がある。このため、光源からの光を効率よく利用できず、投射される映像の照度が低下するという問題があった。

特許文献１に記載の投射型表示装置は、液晶パネルの特性に応じて絞りの開口を偏心させる構成であるため、光源像の傾き及び照度等を考慮しておらず、上述の問題を解決できるものではない。また、特許文献２に記載の投射型表示装置は、絞りに設けられた略円形の開口の中心は光軸に合わせてあり、また、開口の一部を狭める場合に、光源像の傾き及び照度等を考慮して狭めておらず、光源からの光を効率よく利用できない虞がある。また、特許文献３に記載の投射レンズは、円の一部を楕円弧とした開口を設けることで光軸に対して絞りを偏心させる構成であるが、光源像の傾き及び照度等を考慮して偏心量を決定しておらず、上述の問題を解決できるものではない。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、投射レンズへ入射する光を遮光する絞りを備える場合に、光源から投射レンズへ光を導く光学系により結像される光源像の投射レンズの入射瞳に対する傾きに応じて、絞りの開口の中心位置を投射レンズの光軸に対して偏心させる構成とすることにより、光源からの光を効率よく利用でき、投射される映像の照度の低下を抑えて、絞りによりコントラストを高めることができるプロジェクタを提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心量を、投射レンズの入射瞳の直径と、光源から投射レンズへ光を導く光学系のＦナンバーと、この光学系による光源像の投射レンズの入射瞳に対する角度とに応じて算出される量とすることにより、光学系及び投射レンズの特性に適した絞りを備えたプロジェクタを提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心方向を、投射レンズの入射瞳の位置に集光された光の照度分布に応じた方向とすることにより、投射される映像の照度の低下を抑えて、絞りによりコントラストを高めることができるプロジェクタを提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心方向を、投射レンズの光軸の位置から、投射レンズの入射瞳の位置に集光された光の照度分布中の所定の照度より高い照度の部分へ向かう方向とすることにより、投射される映像の照度の低下を確実に抑えて、絞りによりコントラストを高めることができるプロジェクタを提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心方向を、投射レンズの光軸の位置から、光源像及び投射レンズの入射瞳が最も近接する位置へ向かう方向とすることにより、投射される映像の照度の低下を確実に抑えて、絞りによりコントラストを高めることができるプロジェクタを提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、光を反射して映像を形成する光変調素子を用い、光変調素子が反射した光を投射レンズへ入射させる場合に、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心方向を、光変調素子へ入射する光の方向に応じた方向とすることにより、投射される映像の照度の低下を確実に抑えて、絞りによりコントラストを高めることができるプロジェクタを提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、光源から光変調素子までの光路中に、第２の絞りを更に備える構成とすることにより、投射される映像のコントラストをより高めることができるプロジェクタを提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、開口が形成された遮光体を光路に出入させて、光の一部分を遮光する構成とすることにより、絞りによる遮光を行うか否かを簡単に切り替えることができるプロジェクタを提供することにある。

本発明に係るプロジェクタは、光源と、投射レンズと、前記光源からの光を光変調して映像を形成する光変調素子を有し、前記光源からの光を前記投射レンズへ導く光学系とを備え、前記光変調素子が形成した映像を前記投射レンズにより投射するプロジェクタにおいて、光が通過する開口が形成され、前記投射レンズへ入射する光の一部の遮光を行う絞りを備え、前記開口の中心位置は、前記光学系により結像する光源像の前記投射レンズの入射瞳に対する傾きに応じて、前記投射レンズの光軸に対して偏心してあることを特徴とする。

本発明においては、投射レンズへ入射する光の一部を遮光する絞りを備えて、投射される映像の照度及びコントラストの調整を行う。絞りの開口は、光源から投射レンズへ光を導く光学系により結像される光源像の投射レンズの入射瞳に対する傾きに応じて、投射レンズの光軸に対して中心位置を偏心させる。光源像の傾きにより、入射瞳の位置での光の照度が部分的に低下する場合に、絞りの開口を偏心させることで、光の照度の高い部分を効率よく取り込み、投射レンズにより投射される映像の照度の低下を抑えることができる。

また、本発明に係るプロジェクタは、前記投射レンズの光軸に対する前記開口の中心位置の偏心量が、前記入射瞳の直径と、前記光学系のＦナンバーと、前記入射瞳及び前記光源像のなす角度とに応じて算出される量にしてあることを特徴とする。

本発明においては、投射レンズの入射瞳の直径と、光源から投射レンズへ光を導く光学系のＦナンバーと、この光学系による光源像の投射レンズの入射瞳に対する角度とに応じて、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心量を予め算出し、算出結果に応じて絞りの開口を予め偏心させておく。プロジェクタ内の光源、光学部材及び光変調素子等の構成及び配置等が決まれば、投射レンズの入射瞳の直径、光学系のＦナンバー及び光源像の入射瞳に対する角度が定まるため、予め偏心量を決定でき、プロジェクタの構成に適した偏心量を決定できる。

また、本発明に係るプロジェクタは、前記投射レンズの光軸に対する前記開口の中心位置の偏心方向が、前記光学系により集光された光の前記投射レンズの入射瞳の位置での照度分布に応じた方向にしてあることを特徴とする。

本発明においては、投射レンズの入射瞳の位置に集光される光の照度分布に応じて、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心方向を予め決定し、この方向に絞りの開口を予め偏心させておく。プロジェクタ内の光源、光学部材及び光変調素子等の構成及び配置等が決まれば、絞りの配設位置に集光される光の照度分布が定まるため、これを予め取得することができ、プロジェクタの構成に適した偏心方向を決定できる。

また、本発明に係るプロジェクタは、前記偏心方向が、前記投射レンズの光軸の位置から、前記照度分布中の所定の照度より高い照度の部分へ向かう方向にしてあることを特徴とする。

本発明においては、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心方向を、投射レンズの光軸の位置から、投射レンズの入射瞳の位置に集光された光の照度分布中の所定の照度より高い照度の部分へ向かう方向とする。これにより、照度の高い光を確実に取り込むことができるため、投射レンズから投射される映像の照度が高まる。

また、本発明に係るプロジェクタは、前記投射レンズの光軸に対する前記開口の中心位置の偏心方向が、前記投射レンズの光軸の位置から、前記光源像及び前記入射瞳が最も近接する位置へ向かう方向にしてあることを特徴とする。

本発明においては、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心方向を、投射レンズの光軸の位置から、光源像及び投射レンズの入射瞳が最も近接する位置へ向かう方向とする。光源像が入射瞳に対してずれた場合、光源像及び入射瞳が近接する位置へ向かう方向が、照度分布の照度が高まる方向であるため、照度の高い光を確実に取り込むことができ、投射レンズから投射される映像の照度が高まる。

また、本発明に係るプロジェクタは、前記光変調素子が入射光を反射して映像を形成する反射型の光変調素子であり、前記光変調素子が反射した光を前記投射レンズへ入射するようにしてあり、前記投射レンズの光軸に対する前記開口の中心位置の偏心方向は、前記光変調素子へ入射する光の入射方向に応じた方向にしてあることを特徴とする。

本発明においては、光を反射して映像を形成する光変調素子を用い、光変調素子が反射した光を投射レンズへ入射させる。投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心方向を、光変調素子へ入射する光の方向に応じた方向とする。光変調素子への光の入射方向に応じて光源像に傾きが生じるため、開口を光変調素子への入射方向に応じて偏心させることで、照度の高い光を確実に取り込むことができ、投射レンズから投射される映像の照度が高まる。

また、本発明に係るプロジェクタは、前記光源から前記光変調素子までの光路中に配設され、光が通過する開口が形成された第２の絞りを備えることを特徴とする。

本発明においては、光源から光変調素子までの光路中に、更に第２の絞りを備える。絞りを複数設けることによって、不要な光の遮光をより確実に行うことができるため、投射される映像のコントラストが高まる。

また、本発明に係るプロジェクタは、前記絞りが、前記開口が形成された遮光体と、該遮光体を光路に出入させる出入手段とを有することを特徴とする。

本発明においては、開口が形成された遮光体を光路中に出入させて、遮光を行うか否かを簡単に切り替えることができるように絞りを構成する。投射する映像のコントラストを高める場合には絞りによる遮光を行い、照度を高める場合には絞りによる遮光を行わないようにすることで、ユーザの好み又は映像の種類等に応じてコントラスト及び照度の調整を行うことができる。

本発明による場合は、光源から投射レンズへ光を導く光学系により結像される光源像の投射レンズの入射瞳に対する傾きに応じて、絞りの開口の中心位置を投射レンズの光軸に対して偏心させる構成とすることにより、光源像の傾きにより、入射瞳の位置での光の照度が部分的に低下する場合に、光の照度の高い部分を効率よく取り込み、光源からの光を効率よく利用することができるため、投射レンズにより投射される映像の照度の低下を抑えてコントラストを高めることができ、映像の品質を向上することができる。

また、本発明による場合は、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心量を、投射レンズの入射瞳の直径と、光源から投射レンズへ光を導く光学系のＦナンバーと、この光学系による光源像の投射レンズの入射瞳に対する角度とに応じて算出される量とすることにより、光学系及び投射レンズの特性に適した偏心量の開口が形成された絞りを用いて、投射される映像の照度及びコントラストの調整を行うことができるため、映像の品質をより向上することができる。

また、本発明による場合は、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心方向を、投射レンズの入射瞳の位置に集光された光の照度分布に応じた方向とすることにより、光学系の構成に適した偏心方向の開口が形成された絞りを用いて、投射される映像の照度及びコントラストの調整を行うことができるため、映像の品質をより向上することができる。

また、本発明による場合は、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心方向を、投射レンズの光軸の位置から、投射レンズの入射瞳の位置に集光された光の照度分布中の所定の照度より高い照度の部分へ向かう方向とすることにより、照度の高い光を確実に取り込むことができるため、投射される映像の照度の低下を確実に抑えて、コントラストを高めることができ、映像の品質をより確実に向上することができる。

また、本発明による場合は、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心方向を、投射レンズの光軸の位置から、光源像及び投射レンズの入射瞳が最も近接する位置へ向かう方向とすることにより、照度の高い光を確実に取り込むことができるため、投射される映像の照度の低下を確実に抑えて、コントラストを高めることができ、映像の品質をより確実に向上することができる。

また、本発明による場合は、光を反射して映像を形成する光変調素子を用い、光変調素子が反射した光を投射レンズへ入射させる場合に、投射レンズの光軸に対する絞りの開口の偏心方向を、光変調素子へ入射する光の方向とすることにより、照度の高い光を確実に取り込むことができるため、投射される映像の照度の低下を確実に抑えて、コントラストを高めることができ、映像の品質をより確実に向上することができる。

また、本発明による場合は、光源から光変調素子までの光路中に、第２の絞りを更に備える構成とすることにより、不要な光の遮光をより確実に行うことができるため、投射される映像のコントラストをより高めることができ、映像の品質をより向上することができる。

また、本発明による場合は、開口が形成された遮光体を光路に出入させて、光の一部分を遮光する構成とすることにより、絞りによる遮光を行うか否かを簡単に切り替えることができ、ユーザの好み又は映像の種類等に応じて投影する映像のコントラスト及び照度の調整を行うことができるため、コントラスト及び照度の調整機構を設けることによるプロジェクタのコストの増加を抑制できる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１は、本発明に係るプロジェクタの構成を示すブロック図である。なお、図１においては光路を一点鎖線で図示してある。図において１はプロジェクタの光源であり、光源１にはハロゲンランプ、キセノンランプ又は水銀ランプ等の白色光を発するランプが用いられる。光源１の点灯又は消灯の切り替えは、プロジェクタの各部の制御を行う制御部２０により行われるようにしてある。また、光源１の背面には楕円面鏡であるリフレクタ２が配されており、光源１より発した白色光はリフレクタ２により反射され、カラーホイール３を通してロッドインテグレータ５に集光されるようにしてある。

カラーホイール３は、赤色、緑色及び青色の光をそれぞれ透過する略扇状のカラーフィルタを三等配した円盤であり、中心にはモータ４の回転軸が接続されている。モータ４は制御部２０により駆動され、モータ４によりカラーホイール３を回転させることで、光源１からの白色光を、一定の周期で例えば赤色、緑色そして青色の順番に透過させ、光の３原色に分離することができるようにしてある。

ロッドインテグレータ５は略四角筒形をなし、筒の内面を鏡面にしてある。リフレクタ２によりロッドインテグレータ５の一端に集光された光は、一端の開口からロッドインテグレータ５の内部に入射し、内部で多重反射されることで照度分布が平均化され、他端の開口から出射するようにしてある。

ロッドインテグレータ５から出射した光は、リレー用のレンズ６及びレンズ７によりミラー８へ集光され、ミラー８により偏心レンズ９へ反射される。偏心レンズ９はレンズの中心を光の中心に対してずらしたものであり、偏心レンズ９から出射した光はＤＭＤ１５へ集光されるようにしてある。このとき、偏心レンズ９からＤＭＤ１５へ集光される光は、略矩形の板状をなすＤＭＤ１５の反射面の法線に対して所定角度を有する斜め方向から入射するようにしてある。また、レンズ７及びミラー８の間には制御部２０によって絞り量が制御される照明系絞り４０が配設されており、レンズ７から出射した光の一部を遮光して有効光束径を調整することができるようにしてある。

ＤＭＤ１５は、ＣＭＯＳ半導体上に数十万〜数百万個の微小な可動鏡を敷き詰めたものであり、可動鏡を略＋１２度又は略−１２度の２種類の傾斜状態の間をスイッチングさせ、照射された光を２方向へ反射することにより、光をデジタル変調して映像を形成することができるようにしてある。制御部２０は図示しない外部装置から与えられた映像信号に基づいてＤＭＤ１５を制御しており、ＤＭＤ１５は制御部２０の制御に応じて可動鏡のスイッチングを行い、偏心レンズ９によりＤＭＤ１５へ集光された光を選択的に反射するようにしてある。

ＤＭＤ１５により選択的に反射された一方の光、即ちＤＭＤ１５により形成された映像光は、投射レンズ１７へ入射し、拡大されて図示しないスクリーンへ投射されるようにしてある。また、ＤＭＤ１５及び投射レンズ１７の間には、制御部２０によって絞り量が制御される結像系絞り５０が配設されており、ＤＭＤ１５により反射された光の一部を遮光して有効光束径を調整することができるようにしてある。

また、本発明に係るプロジェクタは、ユーザからの操作を受け付ける操作部２１を備えており、操作部２１に設けられたボタン又はスイッチ等を操作することにより、映像の表示及び音量の増減等の操作をユーザが行うことができるようにしてある。更に、操作部２１にはプロジェクタの動作条件を設定するための設定ボタンが設けられており、ユーザが設定ボタンを操作した場合には、スクリーンに設定のためのメニューが投射されて表示され、操作部２１に設けられたカーソルキー及び決定ボタン等を操作することでメニューの項目を選択し、設定の変更を行うことができるようにしてある。

図２は、本発明に係るプロジェクタの結像系絞り５０の構成を示す正面図であり、（ａ）にＤＭＤ１５から投射レンズ１７への光の遮光を行う状態を図示し、（ｂ）に遮光を行わない状態を図示してある。結像系絞り５０は、プロジェクタの筐体などに固定された略矩形の固定板５１と、固定板５１に対向配置され、回動可能に枢支された可動遮光板５２とを備えている。可動遮光板５２は、略長方形の板状をなし、固定板５１に突設された支軸５３に回動可能に枢支される支持部５２ａと、支持部５２ａの長手方向の一端に連設され、略円形の開口５４が形成された円板状の遮光部５２ｂとを有しており、固定板５１に対して平行に可動遮光板５２が回動するようにしてある。

固定板５１に対して回動可能に枢支された可動遮光板５２は、所定位置に回動させた場合（図２（ａ）参照）に、ＤＭＤ１５から投射レンズ１７へ集光される光の光路上に遮光部５２ｂが移動し、光の一部を遮光することができるようにしてある。この状態において、遮光部５２ｂに形成された開口５４の中心は、投射レンズ１７の中心（即ち光軸）に対して偏心してある（図２（ａ）においては、投射レンズ１７の中心に対して、図の右上へ略４５°の方向へ開口５４の中心を偏心してある）。

また、支持部５２ａの遮光部５２ｂが設けられた側の反対側は、制御部２０により駆動されるアクチュエータ５６に連結されており、制御部２０がアクチュエータ５６を動作させることにより、遮光部５２ｂがＤＭＤ１５から投射レンズ１７への光を遮光する位置（図２（ａ）参照）と、遮光しない位置（図２（ｂ）参照）との間で可動遮光板５２を回動できるようにしてある。これにより、結像系絞り５０は、ＤＭＤ１５から投射レンズ１７へ集光される光の遮光を行うか否かを選択的に切り替えて、プロジェクタが投射する映像の照度及びコントラストの調整を行うことができるようにしてある。

なお、レンズ７及びミラー８の間に配設される照明系絞り４０の構成は、結像系絞り５０の構成と略同じであり、遮光を行うか否かを選択的に切り替えることができるようにしてあるが、照明系絞り４０の遮光部に形成された開口の中心は、遮光を行う状態に可動遮光板を回動させた場合に、レンズ７の光軸に一致するようにしてある。

図３は、本発明に係るプロジェクタにおける投射レンズ１７の入射瞳と結像される光源像との傾きを説明するための説明図であり、図１に示すブロック図の一部（ミラー８以降の光学系）を拡大し、光源像の結像経路を重ねて図示したものである。リフレクタ２、ロッドインテグレータ５、レンズ６及びレンズ７によりミラー８に写された光源１の光源像Ｉ₀ は、偏心レンズ９を介してＤＭＤ１５に結像され、ＤＭＤ１５により投射レンズ１７へ反射される。このとき、偏心レンズ９からＤＭＤ１５への光は、ＤＭＤ１５から投射レンズ１７への反射方向に対して所定の角度を有する斜め方向から入射するようにしてあるため、ＤＭＤ１５にて反射された光源像は投射レンズ１７の入射瞳Ｐに対して傾いて結像される（結像される光源像Ｉを図中に破線で示す）。なお、図１に示す構成のプロジェクタにおいて、例えば可動鏡を略＋１２°又は−１２°にスイッチングさせるＤＭＤ１５を用いた場合、投射レンズ１７の入射瞳Ｐと光源像Ｉとのなす角は略２４°となる。

図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における光の照度分布の一例を示す模式図であり、投射レンズ１７の入射瞳Ｐの位置に集光される光の照度分布を模式的に図示してある。なお、図４は最大照度を１．０として最大照度に対する光の照度の比率の分布を図示したものであり、照度の比率が０．２未満、０．２以上０．４未満、０．４以上０．６未満、０．６以上０．８未満又は０．８以上の５段階に分けて示してある。また、図中の照度分布の下側及び右側には、図の縦方向に関する累積照度及び横方向に関する累積照度をグラフ化して示してある。

光源像Ｉは投射レンズ１７の入射瞳Ｐに対して傾いて結像されるため（図３参照）、所定の方向へ向けて像にぼけが生じる。よって、投射レンズ１７の入射瞳Ｐの位置に集光される光の照度分布は、所定方向の照度が低く、この反対方向の照度が高くなる。図４に示す照度分布では、図の左下方向の照度が低く、右上方向の照度が高くなっている。このため、光の照度分布の中心は、入射瞳Ｐの中心に一致せず、右上方向へ偏る。本発明に係る結像系絞り５０の開口５４は、投射レンズ１７の入射瞳Ｐの中心から、照度分布中の照度が高い部分へ向かう方向（図の右上略４５°の方向）へ、即ち図４中の矢印Ａにて示す方向に、開口中心を一定量だけ偏心させてある。

なお、図４に示す照度分布の例においては照度の比率が０．８以上の部分が一つのみであるが、この部分が複数存在する場合には、開口５４の偏心方向は、入射瞳Ｐの中心から、これらの複数の部分の中心点へ向かう方向としてもよい。また、照度が高くなる方向は、入射瞳Ｐの中心から、入射瞳Ｐ及び光源像Ｉが最も近接する部分へ向かう方向であるため、開口５４の偏心方向を、入射瞳Ｐ及び光源像Ｉが最も近接する部分へ向かう方向としてもよい。更には、矢印Ａの方向は、プロジェクタの構成が図１に示すようにＤＭＤ１５から投射レンズ１７の間に光学部材が存在しない場合には、ＤＭＤ１５に入射する光の向きに略等しいため、開口５４の偏心方向をこの方向としもよい。

図５は、本発明に係るプロジェクタの結像系絞り５０の開口５４の偏心量を算出する方法を説明するための説明図であり、図６は、図５の円ＶＩで囲まれた部分の拡大図である。なお、図５においては、光源１から投射レンズ１７へ光を導く光学系を近似的にレンズ１００として図示してあり、光軸を一点鎖線１０１で図示してある。また、レンズ１００から投射レンズ１７の入射瞳Ｐの中心へ集光される光を破線１０２ａ及び１０２ｂで示し、レンズ１００から入射瞳Ｐの一端へ集光される光を破線１０３ａ及び１０３ｂで示し、レンズ１００から入射瞳Ｐの他端へ集光される光を破線１０４ａ及び１０４ｂで示してある。また、破線１０３ａ及び１０３ｂで示される光の中心を二点鎖線１０５（即ち、レンズ１００の中心と入射瞳Ｐの一端とを結ぶ線）で示してある。

更に、破線１０２ａ及び１０２ｂで示される光の集光角の半分（即ち、破線１０２ｂと光軸である一点鎖線１０１とのなす角）をθとし、破線１０３ａ及び１０３ｂで示される光の中心と光軸とのなす角（即ち、二点鎖線１０５と一点鎖線１０１とのなす角）をαとし、入射瞳Ｐと光源像Ｉとのなす角をφとする。また、破線１０３ａ及び１０３ｂの延長線は光源像Ｉとそれぞれ交差し、この場合の２つの交点の間の距離をδとする。なお、距離δは、破線１０３ａ及び１０３ｂで示される光による像のぼけ量に相当するものであり、以降では距離δをぼけ径δと呼ぶ。

また、入射瞳Ｐの一端（即ち、破線１０３ａ及び１０３ｂと二点鎖線１０５との交点）を点ａとし、破線１０３ｂと光源像Ｉとの交点を点ｂとし、破線１０３ａと光源像Ｉとの交点を点ｃとし、二点鎖線１０５と光源像Ｉとの交点を点ｄとする。更に、点ｂを通って二点鎖線１０５に直交する直線を破線１０６で示し、点ｂを通って入射瞳Ｐに平行な線を破線１０７で示す。また、破線１０６と破線１０３ａとの交点を点ｅとし、破線１０６と二点鎖線１０５との交点を点ｇとする。破線１０７と破線１０３ａとの交点を点ｆとし、破線１０７と二点鎖線１０５との交点を点ｈとする。また、線分ａｇの長さをｔとする。

このとき、破線１０７は入射瞳Ｐと平行であるので、破線１０７と光源像Ｉとのなす角（即ち∠ｃｂｆ）はφである。また、破線１０６と破線１０７とのなす角（即ち∠ｅｂｆ）はαである。

また、レンズ１００により入射瞳Ｐの中心に集光される光の集光角度（即ち、破線１０２ａ及び１０２ｂのなす角）と、入射瞳Ｐの一端に集光される光の集光角度（即ち、破線１０３ａ及び１０３ｂのなす角）とは、略等しいため、以下の（１）式が成立する。
∠ｅａｇ≒∠ｂａｇ≒θ …（１）

よって、線分ｂｅの長さは、以下の（２）式により算出することができる。なお、以下の数式においては、例えば線分ｂｅの長さは、アルファベットｂｅの上に１つの直線を付した記号を用いて示す。

また、線分ｂｆの長さは、以下の（３）式により近似することができる。

また、線分ｂｃの長さは、以下の（４）式により近似することができる。

よって、ぼけ径δ（＝線分ｂｃの長さ）は、（２）〜（４）式により、以下の（５）式により近似することができる。

また、線分ａｇの長さｔは、以下の（６）式により近似することができる。ただし、（６）式においてＤは入射瞳Ｐの直径である。

また、レンズ１００のＦナンバーは以下の（７）式で表すことができる。

また、本実施の形態のプロジェクタにおいては、角αは十分に小さいため、ｃｏｓα≒１とすることができる。よって、以上の（５）〜（７）式により、ぼけ径δは、以下に示す（８）式により算出することができる。

図７は、本発明に係るプロジェクタの結像系絞り５０の開口５４の構成を示す平面図であり、光源像Ｉを簡略化して円とし、破線で重ねて図示してある。また、光源像Ｉが上述のぼけにより広がった部分をＩ’として点線で図示してある。図７において、光源像Ｉとぼけにより広がった部分Ｉ’との最大距離は、図６に示す線分ｃｄの長さに等しいため略δ／２である。結像系絞り５０の開口５４の偏心量は、この最大距離の略半分程度とすることが望ましいため、本実施の形態に係るプロジェクタにおいては、開口５４の投射レンズ１７の光軸からの偏心量ｘは、以下の（９）式に基づいて決定する。なお、偏心方向は、図４に示した矢印Ａの方向である。

以上の構成のプロジェクタにおいては、投射レンズ１７の光軸の位置から、照度分布の所定照度以上の部分（図４においては照度の比率が０．８以上の部分）へ向かう方向、投射レンズ１７の入射瞳Ｐ及び光源像Ｉが最も近接する位置へ向かう方向、又は偏心レンズ９からＤＭＤ１５に入射する光の方向を偏心方向とし、（９）式にて算出される量を偏心量として、結像系絞り５０の開口５４の中心を、投射レンズ１７の光軸に対して偏心させる構成とすることにより、ＤＭＤ１５に起因して光源像Ｉが入射瞳Ｐに対して傾く場合であっても、結像系絞り５０を用いて照度を低下させることなくコントラストを高めることができるため、高品質な映像の投影を行うことができる。また、レンズ７及びミラー８の間に照明系絞り４０を配設することによって、より映像のコントラストを高めることができる。また、図２に示すように、可動遮光板５２に開口５４を形成し、可動遮光板５２をアクチュエータ５６を用いて回動させる構成とすることにより、投射する映像の照度及びコントラストの設定を、ユーザの好み又は投射する映像の種類等に応じて簡単に調整することができる。

なお、本実施の形態においては、図２に示すように、結像系絞り５０は開口５４が形成された可動遮光板５２がＤＭＤ１５から投射レンズ１７への光路中に出入する構成としたが、これに限るものではなく、開口５４が形成された遮光板が光路中に固定された構成としてもよい。照明系絞り４０に関しても同様である。また、照明系絞り４０をレンズ７及びミラー８の間に配設する構成としたが、これに限るものではなく、他の位置に配設してもよい。また、図４に示した照度分布は一例であって、光源１の形状又は光源１から投射レンズ１７までの光学系の構成によって照度分布は異なるため、結像系絞り５０の開口５４の偏心方向及び偏心量は図７に示すものに限らない。また、開口５４の偏心量ｘを（８）式で算出されるぼけ径δの１／４としたが、これに限るものではなく、例えば１／３又は１／２等であってもよい。

本発明に係るプロジェクタの構成を示すブロック図である。 本発明に係るプロジェクタの結像系絞りの構成を示す正面図である。 本発明に係るプロジェクタにおける投射レンズの入射瞳と結像される光源像との傾きを説明するための説明図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線における光の照度分布の一例を示す模式図である。 本発明に係るプロジェクタの結像系絞りの開口の偏心量を算出する方法を説明するための説明図である。 図５の円ＶＩで囲まれた部分の拡大図である。 本発明に係るプロジェクタの結像系絞りの開口の構成を示す平面図である。

符号の説明

１ 光源
２ リフレクタ
３ カラーホイール
５ ロッドインテグレータ
６、７ レンズ
８ ミラー
９ 偏心レンズ
１５ ＤＭＤ（光変調素子）
１７ 投射レンズ
２０ 制御部
４０ 照明系絞り（第２の絞り）
５０ 結像系絞り（絞り）
５１ 固定板
５２ 可動遮光板（遮光体）
５２ａ 支持部
５２ｂ 遮光部
５４ 開口
５６ アクチュエータ（出入手段）
１００ レンズ（光学系）
Ｉ 光源像
Ｐ 入射瞳

Claims (8)

1. 光源と、投射レンズと、前記光源からの光を光変調して映像を形成する光変調素子を有し、前記光源からの光を前記投射レンズへ導く光学系とを備え、前記光変調素子が形成した映像を前記投射レンズにより投射するプロジェクタにおいて、
   光が通過する開口が形成され、前記投射レンズへ入射する光の一部の遮光を行う絞りを備え、
   前記開口の中心位置は、前記光学系により結像する光源像の前記投射レンズの入射瞳に対する傾きに応じて、前記投射レンズの光軸に対して偏心してあること
   を特徴とするプロジェクタ。
2. 前記投射レンズの光軸に対する前記開口の中心位置の偏心量は、前記入射瞳の直径と、前記光学系のＦナンバーと、前記入射瞳及び前記光源像のなす角度とに応じて算出される量にしてある請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記投射レンズの光軸に対する前記開口の中心位置の偏心方向は、前記光学系により集光された光の前記投射レンズの入射瞳の位置での照度分布に応じた方向にしてある請求項１又は請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 前記偏心方向は、前記投射レンズの光軸の位置から、前記照度分布中の所定の照度より高い照度の部分へ向かう方向にしてある請求項３に記載のプロジェクタ。
5. 前記投射レンズの光軸に対する前記開口の中心位置の偏心方向は、前記投射レンズの光軸の位置から、前記光源像及び前記入射瞳が最も近接する位置へ向かう方向にしてある請求項１又は請求項２に記載のプロジェクタ。
6. 前記光変調素子は入射光を反射して映像を形成する反射型の光変調素子であり、
   前記光変調素子が反射した光を前記投射レンズへ入射するようにしてあり、
   前記投射レンズの光軸に対する前記開口の中心位置の偏心方向は、前記光変調素子へ入射する光の入射方向に応じた方向にしてある請求項１又は請求項２に記載のプロジェクタ。
7. 前記光源から前記光変調素子までの光路中に配設され、光が通過する開口が形成された第２の絞りを備える請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載のプロジェクタ。
8. 前記絞りは、
   前記開口が形成された遮光体と、
   該遮光体を光路に出入させる出入手段と
   を有する請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載のプロジェクタ。

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