JP2008134432A - Projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、DLP(Digital Light Processing)(登録商標)方式のプロジェクタに関する。 The present invention relates to a DLP (Digital Light Processing) (registered trademark) projector.
従来より、パソコンやビデオカメラ等からの画像データを基に、ランプから出射される光を用いて画像生成素子により画像を形成し、その画像をスクリーン等に投影させるプロジェクタが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a projector that forms an image by an image generating element using light emitted from a lamp based on image data from a personal computer or a video camera, and projects the image on a screen or the like.
この種のプロジェクタの一方式として、多数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御できるDMD(Digital Mirror Device)(登録商標)を用いて、画像をスクリーン上に投影するDLP方式がある。 As one type of projector of this type, a large number of mirror elements are regularly arranged vertically and horizontally, and an image is projected on a screen using a DMD (Digital Mirror Device) (registered trademark) that can individually control each mirror element. There is a DLP method.
このDLP方式のプロジェクタは、スクリーン上に投影する画像に基づいて、DMDの各ミラー素子を個別に、照明光をプロジェクションレンズに入射させる方向、又は入射させない方向、の2つの方向の何れかに駆動することで、画像をスクリーン上に投影する。 In this DLP projector, each mirror element of the DMD is driven individually in one of two directions, a direction in which illumination light is incident on a projection lens or a direction in which it is not incident, based on an image projected on a screen. As a result, the image is projected on the screen.
スクリーン上には、プロジェクションレンズに入射された照明光による画像が投影される。周知のように、DLP方式のプロジェクタでは、DMDにおけるミラー素子の総数がスクリーン上に投影される画像の画素数である。DMDのミラー素子は微小であり、例えば20mm×35mmのエリアであれば230万個配列することができる。したがって、ミラー素子の総数がより多いDMDを用いることで、光学系のサイズの大型化を抑え、より画素数の多い、高精細な画像をスクリーン上に投影できる。 An image by illumination light incident on the projection lens is projected on the screen. As is well known, in the DLP projector, the total number of mirror elements in the DMD is the number of pixels of the image projected on the screen. DMD mirror elements are very small. For example, in an area of 20 mm × 35 mm, 2.3 million elements can be arranged. Therefore, by using a DMD having a larger total number of mirror elements, an increase in the size of the optical system can be suppressed, and a high-definition image having a larger number of pixels can be projected on the screen.
また、DLP方式のプロジェクタでは、光源からプロジェクションレンズまでの光路に複数の光学部品、例えばカラーホイール、インテグレータ、レンズ、ミラー、DMDが配置されている。そして、光学部品の種類やその配置は、目的によって様々なものが提案されている。 In a DLP projector, a plurality of optical components such as a color wheel, an integrator, a lens, a mirror, and a DMD are arranged in an optical path from a light source to a projection lens. Various types of optical components and their arrangements have been proposed depending on the purpose.
例えば、特許文献1には、反射型表示素子と、その正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から反射型表示素子に向けて照明光を投射する光源系と、反射型表示素子から出射した画像光を投影面に投影する投影系と、反射型表示素子の前面側に配置され、光源系及び投影系に対向する面から入射した照明光を反射型表示素子の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して反射型表示素子に入射させ、反射型表示素子から出射した画像光を投影系に入射させるとともに、光源系からの照明光のうち、光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光を、投影系による画像光の投影方向以外の方向に出射する中継レンズとを備えた投影型表示装置が開示されている。
For example,
また例えば、特許文献2には、光源と、光源から出射した光を時分割でR、G、Bの光に分離するカラーホイールと、カラーホイールを出射した光を集光して平行光とする集光ロッドとを有し、PS分離合成素子は、集光ロッドを出射した光を変換し、該変換した光をDLP素子に入射させるDLPプロジェクタ装置が開示されている。
ここで、DLP方式のプロジェクタにおいては、特許文献1や特許文献2のように、ランプからミラーまでは直線上に配置されるのが一般的である。したがって、それらの部品の設置角度に自由度はない。光学系においてはランプが大きなスペースを占めるので、ランプの設置角度に自由度がないということは、ランプ周りのスペースを有効に活用できないということであり、ランプの大きさによって光学系の高さが高くなる。光学系の高さはプロジェクタの筐体の高さに影響するので、製品の高さが高くなるという問題がある。
Here, in a DLP projector, as in
本発明は、ランプの設置角度に自由度があるDLP方式のプロジェクタを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a DLP projector having a degree of freedom in lamp installation angle.
上記目的を達成するために本発明は、ランプと、入射光を面状の光にして出射するインテグレータと、入射光を画像光に変調する画像生成素子とを有する光学エンジンを備えたプロジェクタにおいて、
前記ランプと前記インテグレータとの間の光路上に非共軸レンズを設け、該非共軸レンズの出射光の光軸に対して前記ランプの出射光の光軸を傾斜させることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a projector including an optical engine having a lamp, an integrator that emits incident light as planar light, and an image generation element that modulates incident light into image light.
A non-coaxial lens is provided on an optical path between the lamp and the integrator, and the optical axis of the emitted light of the lamp is inclined with respect to the optical axis of the emitted light of the non-coaxial lens. is there.
上記のプロジェクタにおいて、製品の薄型化の観点から、前記ランプは、前記光学エンジンの高さが低くなるように配置されることが望ましい。 In the projector described above, it is preferable that the lamp is arranged so that the height of the optical engine is reduced from the viewpoint of reducing the thickness of the product.
また上記のプロジェクタにおいて、光効率を向上させる観点から、前記非共軸レンズは、前記非共軸レンズからの出射光の焦点が前記インテグレータの入射面と重なるように集光させる形状であることが望ましい。 In the projector described above, from the viewpoint of improving light efficiency, the non-coaxial lens may have a shape for condensing so that a focal point of light emitted from the non-coaxial lens overlaps an incident surface of the integrator. desirable.
また上記のプロジェクタにおいて、色ムラを少なくする観点から、前記ランプと前記非共軸レンズとの間の光路上に、時分割でR、G、Bの光に分離するカラーホイールを設けることが望ましい。 In the projector described above, from the viewpoint of reducing color unevenness, it is desirable to provide a color wheel that separates R, G, and B light in a time division manner on the optical path between the lamp and the non-coaxial lens. .
また上記のプロジェクタにおいて、カラーホイールの光透過率を向上させる観点から、前記ランプと前記カラーホイールとの間の光路上にコリメータレンズを設けることが望ましい。 In the projector described above, it is desirable to provide a collimator lens on the optical path between the lamp and the color wheel from the viewpoint of improving the light transmittance of the color wheel.
また上記のプロジェクタにおいて、レンズ内で扱いやすい平行光を保つ観点から、前記非共軸レンズの入射面が平面であることを特徴とする請求項6記載のプロジェクタ。 7. The projector according to claim 6, wherein the incident surface of the non-coaxial lens is a flat surface from the viewpoint of maintaining parallel light that is easy to handle in the lens.
また上記のプロジェクタにおいて、前記画像生成素子は、複数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御できるデジタルミラーデバイスを採用することができる。 In the projector described above, a digital mirror device in which a plurality of mirror elements are regularly arranged vertically and horizontally and each mirror element can be individually controlled can be adopted as the image generating element.
また上記のプロジェクタにおいて、前記光学エンジンはさらに、前記インテグレータからの出射光を拡大するダブレットレンズと、該ダブレットレンズからの出射光を反射するミラーと、該ミラーからの反射光を拡大するリレーレンズと、前記画像生成素子からの画像光を投射するプロジェクションレンズとを備え、
前記ランプは、前記ランプ以外の前記光学エンジンの高さの範囲内に配置されることが望ましい。製品をより薄型化するためである。
In the projector described above, the optical engine may further include a doublet lens that expands light emitted from the integrator, a mirror that reflects light emitted from the doublet lens, and a relay lens that expands light reflected from the mirror. A projection lens for projecting image light from the image generating element,
It is desirable that the lamp is disposed within a height range of the optical engine other than the lamp. This is to make the product thinner.
本発明を具体化すると、
ランプと、
該ランプからの出射光を平行光にするコリメータレンズと、
該コリメータレンズからの出射光を時分割でR、G、Bの光に分離するカラーホイールと、
該カラーホイールからの出射光を屈折させるとともに集光させる、入射面が平面の非共軸レンズと、
該非共軸レンズからの出射光の焦点を入射面とし、入射光を面状の光にして出射するロッド型のインテグレータと、
該インテグレータからの出射光を拡大するダブレットレンズと、
該ダブレットレンズからの出射光を反射するミラーと、
該ミラーからの反射光を拡大するリレーレンズと、
複数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御でき、前記リレーレンズからの出射光を画像光に変調するデジタルミラーデバイスと、
該デジタルミラーデバイスからの画像光を投射するプロジェクションレンズとを有する光学エンジンを備えたプロジェクタであって、
前記非共軸レンズの出射光の光軸に対して前記ランプの出射光の光軸を傾斜させ、
前記ランプは、前記ランプ以外の前記光学エンジンの高さの範囲内に配置される構成となる。
When the present invention is embodied,
A lamp,
A collimator lens that collimates the light emitted from the lamp;
A color wheel for separating light emitted from the collimator lens into R, G, and B light in a time-sharing manner;
A non-coaxial lens having a flat incident surface that refracts and collects light emitted from the color wheel; and
A rod-type integrator that emits the incident light from the non-coaxial lens as the incident surface and the incident light as a planar light, and
A doublet lens that expands the light emitted from the integrator;
A mirror that reflects light emitted from the doublet lens;
A relay lens that expands the reflected light from the mirror;
A plurality of mirror elements are regularly arranged vertically and horizontally, each mirror element can be individually controlled, and a digital mirror device that modulates light emitted from the relay lens into image light,
A projector comprising an optical engine having a projection lens for projecting image light from the digital mirror device,
Inclining the optical axis of the emitted light of the lamp with respect to the optical axis of the emitted light of the non-coaxial lens,
The lamp is configured to be disposed within a height range of the optical engine other than the lamp.
本発明によれば、非共軸レンズを用いることにより、ランプの設置角度に自由度をもたせることができる。したがって、ランプ周りのスペースを有効に活用でき、他の部品の配置も考慮すれば設計の自由度が上がる。そして、ランプを上方向に傾斜させてランプをランプ以外の光学エンジンの高さの範囲内に配置すれば、ランプの大きさが光学エンジンの高さに影響せず、製品の高さを低く抑えることができる。 According to the present invention, by using a non-coaxial lens, it is possible to give a degree of freedom to the installation angle of the lamp. Therefore, the space around the lamp can be used effectively, and the degree of freedom in design increases if the arrangement of other parts is taken into consideration. If the lamp is tilted upward and the lamp is placed within the height range of the optical engine other than the lamp, the size of the lamp does not affect the height of the optical engine, and the height of the product is kept low. be able to.
図1は、プロジェクタの外観を示す斜視図であり、図2は、図1のプロジェクタの光学エンジンの構成を示す一部破断した平面図である。プロジェクタ1は、パソコンやビデオカメラ等からの画像データを基に、ランプ2から出射される光を用いて画像生成素子3により画像を形成し、その画像をプロジェクションレンズ4を通してスクリーン等に投影させる装置である。図中、一点鎖線は光路を示している。
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the projector, and FIG. 2 is a partially cutaway plan view showing the configuration of the optical engine of the projector shown in FIG. The
プロジェクタ1は、ランプ2と、画像生成素子3及びプロジェクションレンズ4を含む画像投射光学系10とから構成される光学エンジン5を備える。光学エンジン5は筐体20で覆われている。
The
ランプ2は、楕円面形状のリフレクタと、その第1焦点に画像投射用の光を出射する光源とを有している。リフレクタとしては、放物面鏡や楕円面鏡などを用いることができる。光源としては、例えば白色光を出射するものが用いられ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどを用いることができる。
The
画像投射光学系10は、ランプ2からの光を用いて画像を形成し、その画像を投射するものであり、上述の画像生成素子3及びプロジェクションレンズ4に加え、コリメータレンズ11と、カラーホイール12と、非共軸レンズ13と、インテグレータ14と、ダブレットレンズ15と、ミラー16と、リレーレンズ17とを備えている。
The image projection
画像生成素子3は、光を反射することにより画像を形成する素子であり、それによって入射光を画像光に変調する。画像生成素子3は回路基板18上に設けられている。この画像生成素子3としては、多数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御できるDMDを用いることが望ましい。
The image generating element 3 is an element that forms an image by reflecting light, and thereby modulates incident light into image light. The image generating element 3 is provided on the
プロジェクションレンズ4は、画像生成素子3により反射された光、すなわち画像生成素子3からの画像光を投射するレンズ群であり、筐体20に設けられた開口21に臨む位置に配置されている。レンズ群とすることにより、RGBの各色光の色収差等に起因する投影画像の不鮮明さを防止している。
The
コリメータレンズ11は、ランプ2からの出射光を平行光にするものであり、ランプ2の第2焦点付近に配置されている。コリメータレンズ11を設けることにより、平行光がカラーホイール12に入射するので、カラーホイール12の透過率を向上させる目的でその表面に形成されたコーティングに一定の角度で光を入射させることができ、透過率が向上する。なお、コリメータレンズ11は必ずしも必要ではない。コリメータレンズ11を設けない場合は、ランプ2の第2焦点付近に非共軸レンズ13の入射面が位置するように配置することが光効率を向上させる点から望ましい。
The
カラーホイール12は、その回転方向にR、G、Bのフィルタが配列されてなる略円盤形状のものであり、回転軸11aを軸心として回転し、コリメータレンズ11からの出射光を時分割でR、G、Bの光に分離する。なお、カラーホイール12は、インテグレータ14の直後に設けてもよい。
The
非共軸レンズ13は、カラーホイール12からの出射光を屈折させて出射するレンズである。非共軸レンズ13は、ランプ2とインテグレータ14との間の光路上に設ければ、少なくともその役割を果たすことができるが、インテグレータ14の直前に設けることが望ましい。そして、非共軸レンズ13の出射光を集光させるようにすれば、インテグレータ14の入射面に焦点を合わせることができ光効率が向上する。
The
さらに、非共軸レンズ13の入射面は平面であることが好ましい。コリメータレンズ11で平行にされた光が非共軸レンズ13に入射するので、入射面を平面にすることによりレンズ内での屈折も平行光となり扱いやすいからである。
Further, the incident surface of the
なお、非共軸レンズ13はインテグレータ14と一体にしてもよい。そうすれば、非共軸レンズ13とインテグレータ14との間で生じる光のロスもなくなり、製造コストも削減できる。
The
非共軸レンズ13の具体的な形状としては、例えば、円柱をその側面のみを通る平面で斜めに切り、円柱の底面を凸状にした形状とすることができる。この形状によれば、入射光を屈折させるとともに集光させる、入射面が平面の非共軸レンズ13となる。
As a specific shape of the
インテグレータ14は、入射光を均一化し面状の光にして出射するものであり、非共軸レンズ13からの出射光の焦点を入射面とし、入射光を面状の光にして出射するロッド型とすることが好ましい。ロッドとしては、ガラスロッドなどの中実タイプのロッド、又は内面を鏡面とした中空タイプのロッドを採用できる。中実タイプのロッドによれば、ロッド内の内面反射における反射率をほぼ100%とすることができるので、中空タイプのものよりも光効率が良い。
The
ダブレットレンズ15は、インテグレータ14からの出射光を拡大する2枚のレンズからなる。なお、ダブレットレンズ15に代えて1枚のレンズや3枚以上のレンズ群を用いてもよい。ミラー16は、ダブレットレンズ15からの出射光を反射するものであり、光路を曲げることによって画像投射光学系10をコンパクトにしている。リレーレンズ17は、ミラー16からの反射光を拡大するレンズである。
The
ここで、ダブレットレンズ15及びリレーレンズ17を用いてインテグレータ14からの面状の出射光が画像生成素子3を覆う大きさに拡大されているので、どちらか一方のレンズをなくし、他方のレンズのみでその役割をはたすようにしてもよい。
Here, since the planar light emitted from the
図3は、光学エンジン5を図2の矢印A方向に見た正面図である。非共軸レンズ13の出射光の光軸に対してランプ2の出射光の光軸が上方向に傾斜している。すなわち、ランプ2及びコリメータレンズ11が上方向に傾斜して配置されている。図3に示すように、光学エンジン5において最も低い位置にあるのはミラー16であり、最も高い位置にあるのはプロジェクションレンズ4であるので、光学エンジン5の高さH1は、ミラー16の下端からプロジェクションレンズ4の上端までの高さとなる。
FIG. 3 is a front view of the
一方、図4は、コリメータレンズ11及び非共軸レンズ13をもたない比較例の光学エンジン5’の正面図であり、従来品の一例である。図4において図3と同じ部品については同符号を付してその詳細な説明を省略する。図4に示すように、ランプ2からミラー16までの光軸が直線になるように各部品が配置されている。光学エンジン5’において最も低い位置にあるのはランプであり、最も高い位置にあるのはプロジェクションレンズ4であるので、光学エンジン5’の高さH2は、ランプ2の下端からプロジェクションレンズ4の上端までの高さとなる。
On the other hand, FIG. 4 is a front view of a comparative
図3と図4とを比べると明らかなように、本発明の光学エンジン5の高さH1は、比較例の光学エンジン5’の高さH2よりも低くなっている。その差H3は、図4に示すように、ランプ2の下端からミラー16の下端までの高さとなる。
As apparent from a comparison between FIG. 3 and FIG. 4, the height H1 of the
このように、光学エンジン5、5’においては、ランプ2が大きなスペースを占めるので、比較例のようにランプ2からミラー16までを直線上に配置するということは、ランプ2が大きくなれば光学エンジン5’の高さが高くなるということである。光学エンジンの高さが高くなれば、プロジェクタの筐体20の高さもその分だけ高くなり、つまり製品の高さもその分だけ高くなる。
In this manner, in the
それに対して本発明の光学エンジン5のように、ランプ2を上方向に傾斜させて適切に配置すれば、ランプ2をランプ2以外の光学エンジンの高さの範囲内に配置することができる。したがって、ランプ2の大きさが光学エンジン5の高さに影響せず、筐体20の高さにも影響せず、製品の高さを低く抑えることができる。
On the other hand, as in the
また、非共軸レンズ13の向きを変えるという簡単な設計変更により、ランプ2の設置角度を自由に変えることができる。それにより、ランプ2周りのスペースを有効に活用でき、他の部品の配置も考慮すれば設計の自由度が上がる。例えば、筐体20内の空きスペースにランプ2を配置することが考えられ、上述したようにランプ2を上方向に傾斜させるだけでなく、スペースが許せば、横方向や下方向に傾斜させることも考えられる。光学エンジン5の高さが低くなるようにランプ2を配置するのであれば、上方向に傾斜させるだけでなく、斜め上方向に傾斜させてもよい。
Further, the installation angle of the
本発明は、DLP方式のプロジェクタに利用することができる。 The present invention can be used for a DLP projector.
1 プロジェクタ
2 ランプ
3 画像生成素子
4 プロジェクションレンズ
5 光学エンジン
11 コリメータレンズ
12 カラーホイール
13 非共軸レンズ
14 インテグレータ
15 ダブレットレンズ
16 ミラー
17 リレーレンズ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
該ランプからの出射光を平行光にするコリメータレンズと、
該コリメータレンズからの出射光を時分割でR、G、Bの光に分離するカラーホイールと、
該カラーホイールからの出射光を屈折させるとともに集光させる、入射面が平面の非共軸レンズと、
該非共軸レンズからの出射光の焦点を入射面とし、入射光を面状の光にして出射するロッド型のインテグレータと、
該インテグレータからの出射光を拡大するダブレットレンズと、
該ダブレットレンズからの出射光を反射するミラーと、
該ミラーからの反射光を拡大するリレーレンズと、
複数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御でき、前記リレーレンズからの出射光を画像光に変調するデジタルミラーデバイスと、
該デジタルミラーデバイスからの画像光を投射するプロジェクションレンズとを有する光学エンジンを備えたプロジェクタであって、
前記非共軸レンズの出射光の光軸に対して前記ランプの出射光の光軸を傾斜させ、
前記ランプは、前記ランプ以外の前記光学エンジンの高さの範囲内に配置されることを特徴とするプロジェクタ。 A lamp,
A collimator lens that collimates the light emitted from the lamp;
A color wheel for separating light emitted from the collimator lens into R, G, and B light in a time-sharing manner;
A non-coaxial lens having a flat incident surface that refracts and collects light emitted from the color wheel; and
A rod-type integrator that emits the incident light from the non-coaxial lens as the incident surface and the incident light as a planar light, and
A doublet lens that expands the light emitted from the integrator;
A mirror that reflects light emitted from the doublet lens;
A relay lens that expands the reflected light from the mirror;
A plurality of mirror elements are regularly arranged vertically and horizontally, each mirror element can be individually controlled, and a digital mirror device that modulates light emitted from the relay lens into image light,
A projector comprising an optical engine having a projection lens for projecting image light from the digital mirror device,
Inclining the optical axis of the emitted light of the lamp with respect to the optical axis of the emitted light of the non-coaxial lens,
The projector is characterized in that the lamp is disposed within a height range of the optical engine other than the lamp.
前記ランプと前記インテグレータとの間の光路上に非共軸レンズを設け、該非共軸レンズの出射光の光軸に対して前記ランプの出射光の光軸を傾斜させることを特徴とするプロジェクタ。 In a projector including an optical engine having a lamp, an integrator that emits incident light as planar light, and an image generation element that modulates incident light into image light,
A projector comprising: a non-coaxial lens provided on an optical path between the lamp and the integrator, wherein the optical axis of the emitted light of the lamp is inclined with respect to the optical axis of the emitted light of the non-coaxial lens.
前記ランプは、前記ランプ以外の前記光学エンジンの高さの範囲内に配置されることを特徴とする請求項2〜8の何れかに記載のプロジェクタ。 The optical engine further includes a doublet lens that expands the output light from the integrator, a mirror that reflects the output light from the doublet lens, a relay lens that expands the reflected light from the mirror, and the image generation element. A projection lens that projects the image light of
The projector according to claim 2, wherein the lamp is disposed within a height range of the optical engine other than the lamp.
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