JP2012247778A - リレーレンズの省かれた映像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的とするところは、長手方向に沿って配列された部品数が減少することにより、小型化設計要求を満たすことのできる映像投射装置を提供することにある。
【解決手段】 本発明の一実施形態に係る映像投射装置は、照明光を生成する照明ユニットと、照明光を受信して全反射する第１プリズムと、第１プリズムから全反射された照明光を受信して反射させる反射ミラーと、反射ミラーから反射された照明光から映像を形成する映像形成ユニットと、映像形成ユニットによって形成された映像をスクリーンに向かって全反射させる第２プリズムとを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、映像投射装置に関し、より詳細には、照明光を映像形成ユニット（例えば、ＤＭＤパネル）にガイドするための一対のプリズムを備える映像投射装置に関する。

映像投射装置（Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）は、照明ユニットから生成された照明光を映像情報を有する映像に変換した後、スクリーンに拡大投射する装置である。

一類型の映像投射装置は、照明光を生成する照明ユニットと、前記照明光を均一化する光均一化ユニット（例えば、ライトトンネル（Ｌｉｇｈｔ ｔｕｎｎｅｌ）又はフライアイレンズ（Ｆｌｙ ｅｙｅ ｌｅｎｓ））、均一化した照明光の照明面積を適切な大きさに調節する複数のリレーレンズ（Ｒｅｌａｙ ｌｅｎｓ）、前記リレーレンズを通過した照明光の経路を変換する一対のプリズム、前記プリズムによってガイドされた照明光を映像に変換する映像形成ユニット（例えば、ＤＭＤパネル）および前記映像をスクリーン上に拡大投射する投射レンズユニットを含む。

前記一対のプリズムは、照明光を映像形成ユニットに全反射させる第１プリズムおよび前記映像形成ユニットによって形成された映像を前記投射レンズユニットにガイドする第２プリズムで構成される。ここで、第１プリズムは全反射面を有し、第２プリズムは全反射面を有しないが、それは後述の本発明の特徴と区別されるものであるため、注目する必要がある。

上述の類型の映像投射装置で、照明ユニット、光均一化ユニットおよびリレーレンズは実質的に映像投射装置の長手方向に沿って一列に配置される。このような映像投射装置の場合、その長手方向に沿って配置された部品数が比較的に多いため、長手方向に映像投射装置の縮小設計が容易ではない。従って、そのような類型の映像投射装置は小型化設計が求めれる携帯電話やピコプロジェクタ（Ｐｉｃｏ ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）への適用には特に向かないという側面がある。

日本特開第２００５−３４５９３７号公報 日本特開第２０１０−９６８４０号公報 日本特開第２００４−２５８４３９号公報 日本特開第２００３−２９５１１０号公報

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、長手方向に沿って配列された部品数が減少することにより、小型化設計要求を満たすことのできる映像投射装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、プリズムから全反射された照明光を受信して反射させる反射ミラーと、前記反射ミラーから反射された照明光から映像を形成する映像形成ユニットと、前記映像形成ユニットによって形成された映像をスクリーンに向かって全反射させる第２プリズムとを含むことを特徴とする映像投射装置を提供する。

前記反射ミラーから反射された照明光が前記映像形成ユニットの有効面積に対応するように拡大又は縮小されるように、前記反射ミラーの反射面は曲率を有してよい。

前記反射ミラーの反射面は、凹面であってよい。

前記第１プリズムは、前記照明光を全反射させる第１全反射面を有し、前記第２プリズムは、前記映像を全反射させる第２全反射面を有してよい。

前記第１全反射面と前記第２全反射面とは、エアギャップを隔てて対向配置されてよい。

前記第２全反射面は、前記映像を構成するオンビームは全反射させる一方で、前記映像を構成しないオフビームは屈折させるものであってよい。

前記反射ミラーと前記映像形成ユニットとは、前記第１プリズムおよび前記第２プリズムを隔てて対向配置されてよい。

前記照明ユニットと前記第１プリズムとの間に配置され、前記照明ユニットから照射した照明光の強度を均一化する光均一化ユニットを更に含んでよい。

前記第２プリズムから全反射された映像を前記スクリーンに向かって拡大投射する投射レンズユニットを更に含んでよい。

前記光均一化ユニットと前記投射レンズユニットとは、前記第１プリズムおよび前記第２プリズムを隔てて対向配置されてよい。

前記映像形成ユニットは、ＤＭＤパネルであってよい。

以上説明したように本発明に係る映像投射装置においては、従来のリレーレンズが省かれることにより、従来の映像投射装置に比べて長手方向の大きさが相対的に縮小でき、それにより、映像投射装置に対する小型化設計要求を満たすことができるようになる。

本発明の一実施形態に係る映像投射装置の概略図である。 図１の映像投射装置に備えられる照明ユニットの平面図である。 図１の映像投射装置に備えられる一対のプリズム、映像形成ユニットおよび反射ミラーを拡大して示した図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る映像投射装置の概略図であり、図２は、図１の映像投射装置に備えられる照明ユニットの平面図であり、図３は、図１の映像投射装置に備えられる一対のプリズム、映像形成ユニットおよび反射ミラーを拡大して示した図である。

図１ないし図３を参照すると、映像投射装置１００は、照明ユニット１１０と、光均一化ユニット１２０と、第１プリズム１３０と、反射ミラー１４０と、映像形成ユニット１５０と、第２プリズム１６０と、投射レンズユニット１７０およびスクリーン１８０を含む。

前記照明ユニット１１０は、映像形成に使われる照明光を提供する。図２に示すように、照明ユニット１１０は、第１照明ユニット１１１と、第２照明ユニット１１２と、第３照明ユニット１１３および二色フィルタユニット１１４（Ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｆｉｌｔｅｒ ｕｎｉｔ）を含む。

第１照明ユニット１１１は、赤色光を生成する第１ＬＥＤ光源１１１ａおよび一対の光コレクター１１１ｂ、１１１ｃを含む。第１ＬＥＤ光源１１１ａから生成された赤色ＬＥＤ光は一対の光コレクター１１１ｂ、１１１ｃによって収束された後、二色フィルタユニット１１４に向かって照射する。その後、赤色ＬＥＤ光は、二色フィルタユニット１１４の第１二色フィルタ１１４ａによって光均一化ユニット１２０（図１を参照）に向かって反射される。ここで、第１二色フィルタ１１４ａはひたすら赤色光のみを反射し、その他の光はすべて透過する特性をもつフィルタである。

第２照明ユニット１１２は、青色光を生成する第２ＬＥＤ光源１１２ａおよび一対の光コレクター１１２ｂ、１１２ｃを含む。第２ＬＥＤ光源１１２ａから生成された青色ＬＥＤ光は一対の光コレクター１１２ｂ、１１２ｃによって収束された後、二色フィルタユニット１１４に向かって照射する。その後、青色ＬＥＤ光は、二色フィルタユニット１１４の第２二色フィルタ１１４ｂによって光均一化ユニット１２０に向かって反射される。ここで、第２二色フィルタ１１４ｂはひたすら青色光のみを反射し、その他の光はすべて透過する特性をもつフィルタである。

第３照明ユニット１１３は、緑色光を生成する第３ＬＥＤ光源１１３ａおよび一対の光コレクター１１３ｂ、１１３ｃを含む。第３ＬＥＤ光源１１３ａから生成された緑色ＬＥＤ光は一対の光コレクター１１３ｂ、１１３ｃによって収束された後、二色フィルタユニット１１４に向かって照射する。二色フィルタユニット１１４の第１および第２二色フィルタ１１４ａ、１１４ｂは共通して緑色光を透過させるため、第３ＬＥＤ光源１１３ａによって生成された緑色ＬＥＤ光は二色フィルタユニット１１４で反射されることなく、光均一化ユニット１２０に向かって照射してよい。

このように、第１ないし第３照明ユニット１１１、１１２、１１３から発生された赤色、青色および緑色ＬＥＤ光はいずれも光均一化ユニット１２０（図１を参照）に向かって照射するため、光均一化ユニット１２０に入射される照明光は赤色、青色および緑色ＬＥＤ光が混合された状態になる。

本実施形態で、照明ユニット１１０は、複数のＬＥＤ光源１１１ａ、１１２ａ、１１３ａを含むものとして例示されているが、代案として別の実施形態では照明ユニット１１０は、白色光を発生させるランプ（例えば、アークランプ、ハロゲンランプ等）で備えられてよい。

前記光均一化ユニット１２０は、照明ユニット１１０によって生成された照明光の光強度を均一化するフライアイレンズで構成される。従って、照明光は、光均一化ユニット１２０によって均一な光強度を有する面光（Ｓｕｒｆａｃｅ ｌｉｇｈｔ）であってよい。代案として別の実施形態では光均一化ユニット１２０としてフライアイレンズの代わりにライトトンネルが備えられてよい。

前記第１プリズム１３０は、光均一化ユニット１２０を通過した照明光を反射ミラー１４０に向かって全反射させる。これは、第１プリズム１３０は、照明光を内部全反射する第１全反射面１３１を有する。

図３に示すように、第１プリズム１３０と第２プリズム１６０との間には、エアギャップ（Ａｉｒ ｇａｐ：Ｇ）が形成される。スネルの法則（Ｓｎｅｌｌ’ｓ ｌａｗ）によると、第１全反射面１３１は、第１プリズム１３０の屈折率と空気の屈折率によって決定される臨界角（θ１）を有する。そして、照明光は、臨界角（θ１）より大きい入射角（α）で第１全反射面１３１に入射される。従って、第１全反射面１３１に入射される照明光は反射ミラー１４０に向かって全反射される。

前記反射ミラー１４０は、第１プリズム１３０および第２プリズム１６０を隔てて映像形成ユニット１５０と対向配置され、第１プリズム１３０によって全反射された照明光を映像形成ユニット１５０に向かって反射させる。

反射ミラー１４０は、一定曲率を有する反射面１４１を含む。即ち、反射ミラー１４０の反射面１４１は曲面形態である。本実施形態で反射ミラー１４０は一種の凹面鏡であり、従って、前記反射面１４１は凹面（Ｃｏｎｃａｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ）である。しかし、代案として別の実施形態では、反射ミラー１４０の反射面１４１は凸面（Ｃｏｎｖｅｘ ｓｕｒｆａｃｅ）であってよい。

反射ミラー１４０が曲面である反射面１４１を備え、照明光は反射ミラー１４０を通じて拡大又は縮小されてよい。従って、映像形成ユニット１５０に対する反射ミラー１４０の相対的な位置を適切に設定することにより、照明光は反射ミラー１４０を介して映像形成ユニット１５０の有効面積に適した大きさに拡大又は縮小することができる。

従来技術による映像投射装置の場合、照明光の照明面積を適切に調節するために光均一化ユニットと第１プリズムとの間に複数のリレーレンズが配置される。しかし、本実施形態に係る映像投射装置１００の場合、反射ミラー１４０がリレーレンズの役割を担うため、従来のリレーレンズが省かれてよい。

図１に示すように、映像投射装置１００の多くの部品は、映像投射装置１００の長手方向（Ｘ方向）に配列されている。従って、映像投射装置１００の小型化設計のために、長手方向（Ｘ）に配列された部品の数を減らすことが特に求められる。

本実施形態の映像投射装置１００においては、リレーレンズが省かれることにより、長手方向（Ｘ方向）に配列された映像投射装置１００の部品数が減少され、それにより、映像投射装置１００の小型化要求が満たされる。更に、リレーレンズは、通常、複数個で備えられるため、リレーレンズの省略は装置１００の小型化にも貢献できる。

一方、リレーレンズの役割を代替する反射ミラー１４０が追加されるが、反射ミラー１４０は映像投射装置１００のＹ方向（厚さ又は幅方向）に配置されるため、反射ミラー１４０によって映像投射装置１００の長手方向に大きさが増大されない。従って、反射ミラー１４０は、映像投射装置１００の小型化設計において大きな制約とならない。

前記映像形成ユニット１５０は、反射ミラー１４０から反射された照明光を映像に変換した後、第２プリズム１６０に向かって反射させる。本実施形態で、映像形成ユニット１５０は数多くのマイクロミラー（Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ）を含むＤＭＤパネルとして備えられ、ここで、各々のマイクロミラーは一つの画素（Ｐｉｘｅｌ）に対応する。各々のマイクロミラーは、映像信号による回動によりオン又はオフ状態に配置されることができる。従って、各々のマイクロミラーは、オン状態でオンビーム（Ｏｎ−ｂｅａｍ）を生成し、オフ状態ではオフビーム（Ｏｆｆ−ｂｅａｍ）を生成する。そして、複数のマイクロミラーから生成されたオンビームが集まって一つの映像を構成するようになる。

前記第２プリズム１６０は、映像形成ユニット１５０で形成された映像を投射レンズユニット１７０（図１を参照）に向かって全反射させる。従って、第２プリズム１６０は、映像を全反射させるための第２全反射面１６１を有する。第２プリズム１６０の第２全反射面１６１はエアギャップ（Ｇ）を隔てて上述の第１プリズム１３０の第１全反射面１３１と対向配置される。スネルの法則により、第２全反射面１６１は、第２プリズム１６０の屈折率と空気の屈折率によって決められる臨界角（θ２）を有する。

図３を参照すると、映像形成ユニット１５０から生成されたオンビーム（Ｌ_ＯＮ）は第２プリズム１６０の臨界角（θ２）より大きい入射角（β１）で第２プリズム１６０の第２全反射面１６１に入射される。従って、映像を構成するオンビーム（Ｌ_ＯＮ）は、投射レンズユニット１７０に向かって全反射されることができる。一方、映像形成ユニット１５０から生成されたオフビーム（Ｌ_ＯＦＦ）は第２プリズム１６０の臨界角（θ２）より小さい入射角（β２）で第２プリズム１６０の第２全反射面１６１に入射される。従って、映像を構成しないオフビーム（Ｌ_ＯＦＦ）は、第２プリズム１６０の第２全反射面１６１で屈折されることにより、投射レンズユニット１７０側に進まないようになる。

本実施形態において、第２プリズム１６０は第１プリズム１３０と同一の材質を有する。従って、第２プリズム１６０の臨界角（θ２）は第１プリズム１３０の臨界角（θ１）と同様である。代案として別の実施形態では、第１プリズム１３０の材質と第２プリズム１６０の材質が互いに異なってよく、それにより、第１プリズム１３０の臨界角（θ１）と第２プリズム１６０の臨界角（θ２）が互いに異なってよい。

前記投射レンズユニット１７０は、第１プリズム１３０および第２プリズム１６０を隔てて上述の光均一化ユニット１２０（図１を参照）と対向配置される。そうすることで、投射レンズユニット１７０は、第２プリズム１６０から反射された映像をスクリーン１８０上に拡大投射する。詳細には示されていないが、投射レンズユニット１７０は、映像拡大のために光経路に沿って配列された複数のレンズを含む。

前記スクリーン１８０は、投射レンズユニット１７０によって拡大された映像が結像する部品に該当する。

以上で説明したように、本発明の一実施形態に係る映像投射装置１００は、第１全反射面１３１を有する第１プリズム１３０および第２全反射面１６１を有する第２プリズム１６０を備えた光学構造である。

このような光学構造によって、映像形成ユニット１５０の有効面積の大きさに合わせて照明光の照明面積を拡大又は縮小する反射ミラー１４０が適用されることができる。このような反射ミラー１４０が従来のリレーレンズの機能を担うため、従来のリレーレンズを省くことができる。

その結果、本実施形態の映像投射装置１００は、従来の映像投射装置に比べて長手方向に大きさが相対的に縮小でき、それにより、本実施形態の映像投射装置１００は小型化設計要求を満たすことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的趣旨の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ 映像投射装置
１１０ 照明ユニット
１１１ 第１照明ユニット
１１２ 第２照明ユニット
１１３ 第３照明ユニット
１１４ 二色フィルタユニット
１２０ 光均一化ユニット
１３０ 第１プリズム
１３１ 第１全反射面
１４０ 反射ミラー
１４１ 反射面
１５０ 映像形成ユニット
１６０ 第２プリズム
１６１ 第２全反射面
１７０ 投射レンズユニット
１８０ スクリーン

Claims (11)

1. 照明光を生成する照明ユニットと、
   前記照明光を受信して全反射する第１プリズムと、
   前記第１プリズムから全反射された照明光を受信して反射させる反射ミラーと、
   前記反射ミラーから反射された照明光から映像を形成する映像形成ユニットと、
   前記映像形成ユニットによって形成された映像をスクリーンに向かって全反射させる第２プリズムと
   を含むことを特徴とする映像投射装置。
2. 前記反射ミラーから反射された照明光が前記映像形成ユニットの有効面積に対応するように拡大又は縮小されるように、前記反射ミラーの反射面は曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の映像投射装置。
3. 前記反射ミラーの反射面は、凹面であることを特徴とする請求項２に記載の映像投射装置。
4. 前記第１プリズムは、前記照明光を全反射させる第１全反射面を有し、前記第２プリズムは、前記映像を全反射させる第２全反射面を有することを特徴とする請求項１に記載の映像投射装置。
5. 前記第１全反射面と前記第２全反射面とは、エアギャップを隔てて対向配置されることを特徴とする請求項４に記載の映像投射装置。
6. 前記第２全反射面は、前記映像を構成するオンビームは全反射させる一方で、前記映像を構成しないオフビームは屈折させるものであることを特徴とする請求項４に記載の映像投射装置。
7. 前記反射ミラーと前記映像形成ユニットとは、前記第１プリズムおよび前記第２プリズムを隔てて対向配置されることを特徴とする請求項１に記載の映像投射装置。
8. 前記照明ユニットと前記第１プリズムとの間に配置され、前記照明ユニットから照射した照明光の強度を均一化する光均一化ユニットを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の映像投射装置。
9. 前記第２プリズムから全反射された映像を前記スクリーンに向かって拡大投射する投射レンズユニットを更に含むことを特徴とする請求項８に記載の映像投射装置。
10. 前記光均一化ユニットと前記投射レンズユニットとは、前記第１プリズムおよび前記第２プリズムを隔てて対向配置されることを特徴とする請求項９に記載の映像投射装置。
11. 前記映像形成ユニットは、ＤＭＤパネルであることを特徴とする請求項１に記載の映像投射装置。

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