JP2009251147A - プロジェクター光学系及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】１つの白色ＬＥＤ光源を用い、青色用、赤色用、緑色用の３枚のＤＭＤで、現状の明るさ（１００〜３００ｌｍ程度）よりも、さらに２〜３倍程度明るい高輝度ＬＥＤプロジェクター光学系と、それを有するプロジェクターを提供する。
【解決手段】 １つの高輝度白色ＬＥＤの光源を含む照明光学系と、前記高輝度白色ＬＥＤから照射された光を三原色に分解し三原色に対応した３つのＤＭＤの各々により導光し合成するための色分解合成光学部材と、該色分解合成光学部材により合成された光をスクリーンに投影するための投影光学系とを有し、色分解合成光学部材がＲＴＩＲプリズムを含み、ＤＭＤを主光軸に対して斜め略４５度に設置し、略４５度傾斜した画像を投影する。
【選択図】図１

Description

本発明は、白色ＬＥＤを用いたプロジェクター光学系及びプロジェクターに関する。

従来から、白色ＬＥＤを用いたプロジェクターにおいては、様々な光学系が知られている。

例えば、Ｒｅｄ／Ｇｒｅｅｎ／Ｂｌｕｅの３色のＬＥＤと１枚のＤＭＤからなるプロジェクターが知られている（特許文献１）。

また、反射型の表示素子を３枚用いた投写型映像表示装置も知られている。この構成の投写型映像表示装置では、白色ＬＥＤの白色光、あるいは、青色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤを合成した白色光の照明装置を備える。照明装置から出射された白色光はレンズを介して内部全反射（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ：ＴＩＲ）プリズムに導かれる。この内部全反射プリズムにて反射した白色光は３つのプリズムから成る色分解プリズムに導かれる。そして、各色光は各色用のＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）に導かれ、これらの反射光（各色映像光）が再び色分解プリズムに入射し、フルカラー映像光となって色分解プリズムから出射される。色分解プリズムから出射されたフルカラー映像光は内部全反射プリズムを透過し、投写レンズによって拡大投写される投写型映像表示装置、すなわちプロジェクターが開示されている（特許文献２の行番号００３３、図５参照）。
特開２００３−１８６１１０号公報 特開２００６−３９２７７号公報、行番号００３３、図５参照

しかしながら、特許文献1に示すようなＲｅｄ／Ｇｒｅｅｎ／Ｂｌｕｅの３色のＬＥＤと１枚のＤＭＤの場合、白色にするために各々の色に対してＤＵＴＹがかかるため、ＬＥＤの出力光束を最大限に利用できない。

また、特許文献２では、ＬＥＤチップがアレイ状に配置されなければならず、明るさはせいぜい１００ｌｍ程度でしかない。

そこで、本発明は、１つの白色ＬＥＤ光源を用い、青色用、赤色用、緑色用の３枚のＤＭＤで、現状の明るさ（１００〜３００ｌｍ程度）よりも、さらに２〜３倍程度明るい高輝度ＬＥＤプロジェクター光学系と、それを有するプロジェクターを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、特許請求の範囲の各請求項に記載した事項を特徴とする。

１つの白色ＬＥＤ光源を用い、青色用、赤色用、緑色用の３枚のＤＭＤで、現状の明るさよりもさらに明るいＬＥＤプロジェクター光学系と、それを有するプロジェクターを実現することができる。例えば、１００ｌｍ程度よりもさらに明るく、少なくとも２００〜２５０ｌｍ程度の明るいＬＥＤプロジェクター光学系と、それを有するプロジェクターを実現することができる。

また、装置全体を小型化することができ、軽量で薄くすることができる。

本発明を実施する最良の形態においては、１つの高輝度白色ＬＥＤの光源と、高輝度白色ＬＥＤから照射された光を三原色に分解し三原色に対応した各々のＤＭＤにより導光し合成するための色分解合成光学部材と、色分解合成光学部材により合成された光をスクリーンに投影するための投影光学系とを設ける。

本発明の別の実施形態においては、１つの高輝度白色ＬＥＤの光源およびフライアイレンズを含む照明光学系を設ける。そして、高輝度白色ＬＥＤから照射された光を三原色に分解し三原色に対応した各々のＤＭＤにより導光し合成するための色分解合成光学部材を設ける。

色分解合成光学部材により合成された光は、投影光学系によってスクリーンに投影する。

好ましくは、光源の大きさをフライアイレンズの幅のほぼ十分の一よりも小さくする。

好ましくは、高輝度白色ＬＥＤは、少なくとも２００（ｌｍ）以上の明るさを有する。

高輝度白色ＬＥＤから照射された光を色分解合成光学部材に導光する光学系を内部全反射光学系にしてもよい。

また、高輝度白色ＬＥＤからの光を色分解合成光学部材に導光する照明光学系は、２つのレンズ群からなることが好ましい。

さらに、照明光学系は、フライアイレンズを間に挟んで２つのレンズ群からなることが好ましい。

本発明の別の最良の実施形態においては、３つのＤＭＤの各々を主光軸に直交する面内で斜め略４５度回転させ設置する。そして、略４５度傾斜した画像を投影する。すなわち、図７´に示すように、通常の場合の画像投影では、斜め略４５度傾斜した画像が投影されるが、プロジェクターの装置本体を略４５度傾斜させると、スクリーンなどの画面に正立した画像が投影される。従来のプロジェクターでは、正立した画像を投影されるために、例えばミラーなどの別の光学系を設置する必要があり、装置本体の厚みが大きくなってしまう。しかしながら、本発明では、別の光学系を配置する必要がなく、プロジェクターを小型化することができ、軽量で薄くすることができる。

好ましくは、プロジェクターが、前述のプロジェクター光学系を内蔵していて、装置本体を斜め略４５度傾斜させて配置される。そして、略４５度傾斜した画像をスクリーンに投影する。

本発明の更に別の最良形態は、次のとおりである。

光源の発光部の面積は、好ましくは、極めて狭い面積、例えば、２〜４ｍｍ（縦）×１〜３ｍｍ（横）の寸法にする。

フライアイレンズは、１要素の寸法が１〜３ｍｍ（縦）× ０．５〜２ｍｍ（横）で、個数が１０〜３０個×１０〜４０個であり、全体の大きさは２０〜２２ｍｍ（縦）×２０〜２２ｍｍ（横）である。

また、本発明の更に別の最良形態においては、光源発光部の面積は３．２ｍｍ×２．１ｍｍであり、フライアイレンズの１要素の寸法は１．３５ｍｍ×１ｍｍで、その個数は１５個×２０個であり、その全体の大きさは、２０．２５ｍｍ×２０ｍｍである。

ＲＴＩＲ（すなわちＲｅｖｅｒｓｅ Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズムを使用する場合は、照明光は、全反射せずに通り抜け、投影光は、全反射して投影系側に光が抜けるようにする必要がある。この条件を満たして、光を効率良く利用するために、プリズムの底面に対して、あるいは主光軸に対して３つのＤＭＤの各々を４５度回転させて配置することが好ましい。

なお、本発明に係るプロジェクター光学系は、フロントプロジェクション、リアプロジェクション、ＬＣＯＳ（特に三板式のＬＣＯＳ）のいずれにも適用することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

図１〜４は、本発明の１つの実施例によるプロジェクター光学系、とくに３板式ＬＥＤプロジェクターを示す。

３つのＤＭＤ１、２、３の各々を主光軸２０に対しほぼ４５度程度回転させて配置する。

例えばＲＴＩＲ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズムを使用する場合、照明光は全反射せずに通り抜け、投影光は全反射して投影系側に光が抜けるようにする必要がある。この条件を満たすために、すなわち光を効率良く利用するために、主光軸２０あるいはプリズムの底面に対して３つのＤＭＤ１、２、３の各々を略４５度回転させて配置する。

図１において、プロジェクター光学系は、１つの高輝度白色ＬＥＤ５からなる光源を含む照明光学系と、その高輝度白色ＬＥＤ５から照射された光を三原色に分解し三原色に対応した各々のＤＭＤ１、２、３により導光し合成するための色分解合成光学部材７と、その色分解合成光学部材７により合成された光をスクリーン（図示せず）に投影するための投影光学系９とを有する。

照明光学系を１つの高輝度白色ＬＥＤ５およびフライアイレンズ１０で構成し、高輝度白色ＬＥＤ５から照射された光を色分解合成光学部材７によって三原色に分解し、三原色に対応した各々のＤＭＤ１、２、３により導光し合成してもよい。

この場合、光源の高輝度白色ＬＥＤ５の大きさをフライアイレンズ１０の幅のほぼ十分の一よりも小さくするのが好ましい。

高輝度白色ＬＥＤ５は、少なくとも２００（ｌｍ）以上の明るさを有する。

高輝度白色ＬＥＤ５からの光を色分解合成光学部材７に導光する照明光学系６は、フライアイレンズ１０を間に挟んで２つのレンズ群６ａ、６ｂからなる。投影光学系９は、レンズ群９ａ、９ｂからなる。

３つのＤＭＤ１、２、３を主光軸２０に対して斜め略４５度に設置し、略４５度傾斜した画像を投影する。

図４において、１つのＤＭＤ２側のダイクロ膜２５は、青色を反射し、緑／赤が透過する。もう１つのＤＭＤ３側のダイクロ膜２７は、緑を反射し、赤は透過し、青はどちらでもよい。

また、色分解合成光学系７は、フィリップスプリズムで構成されている。

また、図６に示すように、本発明に係るプロジェクター光学系を内蔵したプロジェクターは、装置本体２２を斜め略４５度傾斜させた状態で支持部２４によって配置し、略４５度傾斜した画像をスクリーンに投影する。例えば、プロジェクター光学系をレンズ保持部（筺体）２６に装着した形で、装置本体２２の側面中央にプロジェクター光学系とレンズ保持部（筺体）２６が設けられている。装置本体２２の一端に斜めほぼ４５度傾斜させるように支持部２４が装着されている。

図７、７ａ、７ｂは、装置本体２２の使用中の様子を示す斜視図である。

図７、７ａ、７ｂに示すように、装置本体２２を傾斜状態で配置すると、スクリーン７１に対して、あおり補正、台形歪み補正（キーストン補正）なしで、画像を投影することができる。特に、画面サイズは、１５インチ以上で有効で、６０インチ以上の大画面であってもよい。また、高輝度の画像を投影するようにしてもよい。

既述のとおり、例えばＲＴＩＲプリズムのような内部反射プリズムを使用する場合、照明光は全反射せずに通り抜け、投影光は全反射して投影系側に光が抜けるようにする。このように光を効率良く利用するために、主光軸あるいはプリズムの底面に対して３つのＤＭＤの各々を略４５度回転させて配置する。

図８〜９を参照して、以上の点を説明する。

図８は、例えばＲＴＩＲプリズムのような内部反射プリズム内での照明光の様子を示す。照明光は全反射せずに通り抜けている。

図９は、例えばＲＴＩＲプリズムのような内部反射プリズム内での投影光の様子を示している。投影光は、全反射している。

本発明によるプロジェクター光学系のレイアウトを示す側面図。 図１に示したプロジェクター光学系のレイアウトを示す上面図。 図１に示したプロジェクター光学系のレイアウトを示す正面図。 図１〜３に示したプロジェクター光学系の内部の概略を示す説明図。 図４に示したプロジェクター光学系の一部を拡大して示す説明図。 本発明によるプロジェクターの装置本体が傾斜して配置されている状態を示す正面図。 本発明によるプロジェクターの装置本体が傾斜して配置されている状態を示す斜視図。 本発明によるプロジェクターの装置本体が通常通り配置されて斜め略４５度傾斜した画像を投影する様子を示す図 プロジェクターの装置本体が傾斜して配置され、成立した画像を投影する様子を示す図。 ＲＴＩＲプリズム内での照明光の様子を示す説明図。 ＲＴＩＲプリズム内での投影光の様子を示す説明図。

符号の説明

１ ＤＭＤ
２ ＤＭＤ
３ ＤＭＤ
５ 白色ＬＥＤ
６ 照明光学系
７ 色分解合成光学系部材（フィリップスプリズム）
９ 投影光学系
１０ フライアイレンズ
２０ 主光軸

Claims (7)

1. １つの高輝度白色ＬＥＤの光源を含む照明光学系と、前記高輝度白色ＬＥＤから照射された光を三原色に分解し三原色に対応した３つのＤＭＤの各々により導光し合成するための色分解合成光学部材と、該色分解合成光学部材により合成された光をスクリーンに投影するための投影光学系とを有し、色分解合成光学部材が内部全反射プリズムを含み、各ＤＭＤを主光軸に対して斜め略４５度回転させ設置したことを特徴とするプロジェクター光学系。
2. １つの高輝度白色ＬＥＤの光源およびフライアイレンズを含む照明光学系と、前記高輝度白色ＬＥＤから照射された光を三原色に分解し三原色に対応した３つのＤＭＤの各々により導光し合成するための色分解合成光学部材と、該色分解合成光学部材により合成された光をスクリーンに投影するための投影光学系とを有し、前記光源の大きさを前記フライアイレンズの幅のほぼ十分の一よりも小さくしたことを特徴とするプロジェクター光学系。
3. 前記高輝度白色ＬＥＤの光源は、少なくとも２００ｌｍ以上の明るさを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクター光学系。
4. 前記高輝度白色ＬＥＤから照射された光を前記色分解合成光学部材に導光する内部全反射光学系を設けたことを特徴とする請求項２に記載のプロジェクター光学系。
5. 前記高輝度白色ＬＥＤからの光を前記色分解合成光学部材に導光する照明光学系がフライアイレンズを挟んで２つのレンズ群からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプロジェクター光学系。
6. 前記内部反射プリズムのうちの１つのプリズムにより、青色を反射し、緑色及び赤色が透過し、前記内部反射プリズムのうちの１つのプリズムにより、緑色を全反射し、赤色が透過するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクター光学系。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のプロジェクター光学系を内蔵したプロジェクターにおいて、プロジェクター本体が斜め略４５度傾斜させて配置され、正立した画像が投影されることを特徴とするプロジェクター。