JP2008134433A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】カラーホイールへの入射光を平行光としてカラーホイールの透過率を上げることと、インテグレータにより均一な面状の光を得ることとを両立させたＤＬＰ方式のプロジェクタを提供することである。
【解決手段】プロジェクタは、ランプ２と、入射光を時分割でＲ、Ｇ、Ｂの光に分離するカラーホイール１２と、カラーホイール１２からの出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１４と、ダブレットレンズと、ミラーと、リレーレンズと、画像生成素子と、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、ランプ２からの出射光を平行光にするコリメータレンズ１１と、カラーホイール１２の出射面側に貼着されたマイクロレンズアレイ１３とを設けた構成とする。
【選択図】図３

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また例えば、特許文献２には、光源部からの光の出射面に、光を鏡面反射型光変調器に均一に照射させるための第１インテグレータ、第２インテグレータを配置し、第１インテグレータと第２インテグレータとの間で、かつ、第２インテグレータの近傍にカラーホイールを配置し、均一化照明系と時分割色分離系とを一体として構成する投写型表示装置が開示されている。

また例えば、特許文献３には、白色光の時分割色分離を行うことによってカラー画像を投写する投写型画像表示装置であって、白色光を発生させる交流点灯光源と、白色光の光路中に介挿され、白色光のうち、赤、緑、青それぞれの波長成分の光を透過させる３つのセグメントが形成されたカラーホイールと、カラーホイールを一定の回転周波数で回転駆動する回転駆動手段と、カラーホイールのセグメント境界が白色光の光束を通過するタイミングと、交流点灯光源を発光させるための駆動電流の極性変換タイミングとが一致するように駆動電流を発生させて交流点灯光源に与える光源駆動手段と、カラーホイールからの赤、緑、青の各光に対応した画像を表示して、投写すべき画像光を生成する画像表示素子と、を備えて構成される投写型画像表示装置が開示されている。

また例えば、特許文献４には、光源部と、導光ロッドと、回転板の全周に複数の色のダイクロイックフィルタが設けられるとともに、これらのダイクロイックフィルタがそれぞれ導光ロッドからの出射光が入射する領域の幅内に複数の色のダイクロイックフィルタが対応する幅に形成されたカラーホイールとを備え、前記光源部と導光ロッドとの間に、光源部からの出射光を同じ偏光面をもった直線偏光に変換して導光ロッドに入射させる偏光変換素子を配置し、導光ロッドの入射端に、偏光変換素子を透過した直線偏光を透過させ、それと直交する直線偏光を反射する偏光ビームスプリッタを設けるとともに、導光ロッドの出射端にλ／４位相差板を設けた光源装置が開示されている。

また例えば、特許文献５には、カラーホイールの配設角度または配設位置を規定することにより、照明光がカラーホイールで反射されて発光管に戻る戻り光の低減を図り、この戻り光による発光管の劣化を緩和もしくは回避し得る照明光学系およびこれを用いた投写型カラー画像表示装置が開示されている。
特開２００５−９９６６９号公報 特開２０００−３４７１３０号公報 特開２００３−１６２００１号公報 特開２００４−３０９７８６号公報 特開２００２−２７７８２０号公報

このように、ＤＬＰ方式のプロジェクタにおいては、カラーホイールとインテグレータとが必須の構成となっている。ここで、特許文献１から特許文献５では、カラーホイールへの入射光は平行光ではない。一般的に、カラーホイールの表面には透過率を上げるためのコーティングがなされており、そのコーティングでの反射を減らそうとすると、カラーホイールへの入射光の入射角は決まった角度であることが望ましい。

そこで、カラーホイールへの入射光を平行光とすれば上記の問題は解決されるが、カラーホイールを透過した平行光がインテグレータへ入射すると、インテグレータはその役割を果たすことができず、インテグレータからの出射光は均一にならないという新たな問題が生じる。

本発明は、カラーホイールへの入射光を平行光としてカラーホイールの透過率を上げることと、インテグレータにより均一な面状の光を得ることとを両立させたＤＬＰ方式のプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、ランプと、入射光を時分割で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面状の光にして出射するインテグレータ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、前記ランプからの出射光を平行光にするコリメータレンズと、前記カラーホイールと前記インテグレータとの間の光路上に、前記カラーホイールからの出射光を分散させるレンズとを設けたことを特徴とする。

また本発明は、ランプと、入射光を時分割で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面状の光にして出射するインテグレータ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、前記ランプからの出射光を平行光にするコリメータレンズと、前記カラーホイールの出射面側に凹凸とを設けたことを特徴とする。

また本発明は、ランプと、入射光を時分割で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面状の光にして出射するインテグレータ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、前記ランプからの出射光を平行光にするコリメータレンズと、前記インテグレータの入射面側に凹凸とを設けたことを特徴とする。

上記のプロジェクタにおいて、前記凹凸は、例えばマイクロレンズアレイとすることができる。

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、該リレーレンズからの出射光を画像光に変調する画像生成素子と、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ている。

また、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用いることが好ましい。

本発明を具体化すると、ランプと、入射光を時分割で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において、前記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、前記カラーホイールの出射面側に貼着されたマイクロレンズアレイとを設けた構成とする。

本発明によれば、カラーホイールへの入射光を平行光としてカラーホイールの透過率を上げ、かつ、マイクロレンズアレイなどによりインテグレータへの入射光を分散させてインテグレータにより均一な面状の光を得ることができる。その結果、スクリーン上に投影される画像は、より明るく照度ムラの少ない画像となる。

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、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図、図４は、カラーホイールを出射光側から見た図である。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。

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。

ランプ２は、楕円面形状のリフレクタ２ａと、その第１焦点に画像投射用の光を出射する光源２ｂとを有している。リフレクタ２ａ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２ｂ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。

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、マイクロレンズアレイ１３（図２では省略）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。

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。

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。

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。

カラーホイール１２は、インテグレータ１４の前に設けられ、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。

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、マイクロレンズアレイ１３からの出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。

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。

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。

マイクロレンズアレイ１３は、入射光を分散させるものであり、図３及び図４に示すように、樹脂やガラスからなる微小な球面レンズが並べられたドーナツ型のシートであり、カラーホイール１２の出射面側に接着剤で貼着されている。マイクロレンズアレイ１３は、少なくともカラーフィルタ１２上の光路（図４の領域Ｂ）を覆う大きさであればよい。

このマイクロレンズアレイ１３により、カラーホイール１２を透過した平行光が分散されてインテグレータ１４へ入射する。したがって、インテグレータ１４は本来の役割を果たすことができ、インテグレータ１４からの出射光は均一な面状の光となる。

また、マイクロレンズアレイ１３は、カラーホイール１２とともに回転するので、マイクロレンズアレイ１３からの出射光はマイクロレンズアレイ１３が停止している場合に比べ、より均一に分散される。その結果、インテグレータ１４からの出射光は、より均一な面状の光となり、投射したスクリーン上での照度ムラが減少する。

なお、マイクロレンズアレイは、上記の位置に限定されず、例えばインテグレータ１４の入射面側に設けてもよい。図５に、マイクロレンズアレイ１３’を設けたインテグレータ１４の正面図を示す。マイクロレンズアレイ１３’はインテグレータ１４の入射面側に接着剤で貼着されている。マイクロレンズアレイ１３’は、少なくともインテグレータ１４の入射面上の光路を覆う大きさであればよい。

このマイクロレンズアレイ１３’により、カラーホイール１２を透過した平行光が分散されてインテグレータ１４へ入射する。したがって、インテグレータ１４は本来の役割を果たすことができ、インテグレータ１４からの出射光は均一な面状の光となる。また、マイクロレンズアレイ１３’はマイクロレンズアレイ１３に比べて小さいのでコストも少なくて済む。また、図５でマイクロレンズアレイ１３’は、インテグレータ１４の外向きに貼着してあるが、内向きに貼着しても効果は同じである。

なお、インテグレータ１４へ入射する光の分散を高めるために、上述の２つのマイクロレンズアレイ１３、１３’を両方とも設けるようにしてもよい。

本発明においては、カラーホイール１２から出射される平行光がインテグレータ１４に入射するまでに分散されればよいので、上記のマイクロレンズ１３、１３’はカラーホイール１２とインテグレータ１４との間の光路上であればどこに設けてもよい。

さらに、マクロレンズアレイ１３、１３’でなくとも光を分散させるレンズであればよい。また、カラーホイール１２の出射面側やインテグレータ１４の入射面側に入射光を分散させる凹凸を設けてもよい。凹凸は、カラーホイール１２やインテグレータ１４に直接形成してもよいし、凹凸を有するシートを貼着してもよい。

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。

プロジェクタの外観を示す斜視図である。 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。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 カラーホイールを出射光側から見た図である。 マイクロレンズアレイを設けたインテグレータの正面図である。

符号の説明

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、１３’ マイクロレンズアレイ
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

Claims (7)

1. ランプと、
   入射光を時分割で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において、
   前記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、
   前記カラーホイールの出射面側に貼着されたマイクロレンズアレイとを設けたことを特徴とするプロジェクタ。
2. ランプと、
   入射光を時分割で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面状の光にして出射するインテグレータ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、
   前記ランプからの出射光を平行光にするコリメータレンズと、
   前記カラーホイールと前記インテグレータとの間の光路上に、前記カラーホイールからの出射光を分散させるレンズとを設けたことを特徴とするプロジェクタ。
3. ランプと、
   入射光を時分割で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面状の光にして出射するインテグレータ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、
   前記ランプからの出射光を平行光にするコリメータレンズと、
   前記カラーホイールの出射面側に凹凸とを設けたことを特徴とするプロジェクタ。
4. ランプと、
   入射光を時分割で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面状の光にして出射するインテグレータ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、
   前記ランプからの出射光を平行光にするコリメータレンズと、
   前記インテグレータの入射面側に凹凸とを設けたことを特徴とするプロジェクタ。
5. 前記凹凸が、マイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項３又は４記載のプロジェクタ。
6. 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、
   該リレーレンズからの出射光を画像光に変調する画像生成素子と、
   該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たことを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載のプロジェクタ。
7. 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であることを特徴とする請求項６記載のプロジェクタ。

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