JP2013033135A - プロジェクター - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源10と、光源10から射出された光を集光する集光光学系20と、集光光学系20で集光された光を変調する光変調パネル60と、を含み、集光光学系20には、光源10から射出された光を複数種類の色光に分離する色分離光学系40が含まれており、複数種類の色光のうち、少なくとも光源10と光変調パネル60との間の光路長が最も長い色光の光路中には反射曲面が設けられている。
【選択図】図1
Description
なお、「光の輝度分布の概ね均一となる部分」とは、例えば、光変調パネルにおける光の輝度分布がトップハット形状の場合には、当該トップハット形状の頂部の平坦部分が光の輝度分布の概ね均一となる部分である。また、「概ね均一」とは、観察者が認識できない程度の輝度差を含む。
これに対し、本発明のプロジェクターによれば、光源からの光を二次元的に4つの光に分離して射出する構成において、照明むらの低減を実現することができる。例えば、第1の色光を光路長が最短となる色光とし、第4の色光を光路長が最長となる色光とした場合、光路長が最長となる第4の色光が反射曲面で反射される。当該第4の色光についての集光光学系の焦点位置の調整は、第1の色光についての集光光学系の焦点位置と異なるように調整される。これにより、光変調パネルに照射される光路長が最も長い色光の輝度分布が概ね均一となる領域の面積と光変調パネルの表示領域の面積との差が小さくなる。よって、照明むらを低減することができる。
これに対して、第1の光線束分離光学系がダイクロイックミラーと反射ミラーの2種類のミラーで構成された場合には、部品点数が増える。また、ダイクロイックミラーの厚みと反射ミラーの厚みに加え、ダイクロイックミラーと反射ミラーとが所定の距離だけ離間して配置される。そのため、広いスペースが必要となる。
また、サブ画素が2行2列であるため、マイクロレンズの光軸と当該マイクロレンズに入射する各色光とのなす角が小さくなる。よって、マイクロレンズの収差が低減される。
これに対し、本発明のプロジェクターによれば、光源からの光を一次元的に3つの光に分離して射出する構成において、照明むらの低減を実現することができる。例えば、第1の色光を赤色光、第2の色光を緑色光、第3の色光を青色光とした場合、光路長が最長となる青色光が反射曲面で反射される。当該青色光についての集光光学系の焦点位置の調整は、光路長が最短となる赤色光についての集光光学系の焦点位置と概ね等しくなるように調整する。これにより、光変調パネルに照射される光路長が最も長い色光の輝度分布が概ね均一となる領域の面積と光変調パネルの表示領域の面積との差が小さくなる。このように、青色光と赤色光との間の光路長の差に起因する照明むらを低減することができる。
本発明のプロジェクターの一実施形態について、図1から図11を参照して説明する。
本実施形態においては、プロジェクター1として光変調パネルで生成された画像情報を含む色光を投写光学系を介してスクリーン(被投写面)上に投写する投写型のプロジェクターを例に挙げて説明する。
図2に示すように、色分離光学系40は、第1の光線束分離光学系41と、第2の光線束分離光学系44とを備えている。第1の光線束分離光学系41は、光源10から射出された光W(白色光)を第1の光線束(G+B)と第2の光線束(R+Y)とに分離する。第1の光線束(G+B)は、第1の色光(緑色光G)と第2の色光(青色光B)とを含み、第2の光線束(R+Y)は、第3の色光(赤色光R)と第4の色光(黄色光Y)とを含む。ここで、光源10から射出された光Wの光軸方向をX軸方向とし、光源10から射出された光Wの光軸と第1の光線束(G+B)の光軸とを含む面がXZ面となるように、XYZ座標系を設定する。
第2の光線束分離光学系44は、第1の光線束(G+B)を第1の色光(緑色光G)と第2の色光(青色光B)とに分離し、第1の色光(緑色光G)と第2の色光(青色光B)とをXZ平面と交差する方向に射出する。さらに、第2の光線束分離光学系44は、第2の光線束(R+Y)を第3の色光(赤色光R)と第4の色光(黄色光Y)とに分離し、第3の色光(赤色光R)と第4の色光(黄色光Y)とをXZ平面と交差する方向に射出する。
第2の光線束分離光学系44は、第2のダイクロイックミラー45と、第2の反射ミラー46とを備えている。第2のダイクロイックミラー45は、緑色光Gおよび赤色光Rを反射させるとともに青色光Bおよび黄色光Yを透過させるミラーである。第2の反射ミラー46は、青色光Bおよび黄色光Yを反射させるミラーである。
図3においては、便宜上、マイクロレンズアレイを構成する複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズ61Aに対応した色分離の様子を示している。
第1のダイクロイックミラー142は、第1の光線束(G+B)を反射させるとともに第2の光線束(R+Y)を透過させるミラーである。第1の反射ミラー143は、第2の光線束(R+Y)を反射させるミラーである。
第2のダイクロイックミラー145は、緑色光Gおよび赤色光Rを反射させるとともに青色光Bおよび黄色光Yを透過させるミラーである。第2の反射ミラー146は、青色光Bおよび黄色光Yを反射させるミラーである。
図9は、比較例の色分離光学系140から射出される光の光強度分布を示す図である。図9(a)は光路長が最短となる色光(例えば緑色光G)の光強度分布であり、図9(b)は光路長が最長となる色光(例えば黄色光Y)の光強度分布である。
一方、特許文献1のように光源からの光を一次元的に3つの光に分離して射出する構成においては、色分離光学系が2つのダイクロイックミラーと1つの反射ミラーとからなる。このため、光源からの光は、当該色分離光学系で導光される過程での反射回数は1回となる。
したがって、光源からの光を二次元的に4つの光に分離して射出する構成の場合は、光源からの光を一次元的に3つの光に分離して射出する構成に比べて、光路長が最短となる色光と光路長が最長となる色光との間での光路差が顕著となる。
反射曲面43fと反射曲面46fとは、光路長の違いによる集光光学系20の焦点位置の違いを緩和する機能を有する。
図6は、本実施形態の色分離光学系40から射出される光の光強度分布を示す図である。図6は、図9(b)に対応した、光路長が最長となる色光(例えば黄色光Y)の光強度分布である。
また、サブ画素Pg,Pb,Pr,Pyが2行2列で配置されているため、マイクロレンズ61Aの光軸と当該マイクロレンズ61Aに入射する各色光とのなす角が小さくなる。よって、マイクロレンズ61Aの収差が低減される。
このプロジェクターによれば、第1〜第3の光線束分離光学系がダイクロイックミラーと反射ミラーの2種類のミラーを含む構成で、照明むらの低減を実現することができる。
図10は、第1実施形態に係る第1の光線束分離光学系の第1変形例を示す模式図である。
図10に示すように、本変形例の第1の光線束分離光学系は、第1主面41Af1と当該第1主面41Af1に対向する第2主面41Af2とを有する光線束分離素子41Aからなる。第1の光線束分離光学系以外の構成については、図1で示した構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
図12は、図1(b)に対応した、本発明の第2実施形態に係るプロジェクター2を示す模式図である。
図12に示すように、本実施形態に係るプロジェクター2は、光源10からの光を二次元的に4つの光に分離して射出する色分離光学系40に替えて光源10からの光を一次元的に3つの光に分離して射出する色分離光学系80が設けられている点、4分離に対応した光変調パネル60に替えて3分離に対応した光変調パネル90が設けられている点、で上述の第1実施形態に係るプロジェクター1と異なっている。その他の点は、上述の構成と同様であるので、図1(b)と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図19は、比較例の色分離光学系180から射出される光の光強度分布を示す図である。図19(a)は光路長が最短となる色光(例えば第1の色光R)の光強度分布であり、図19(b)は光路長が中となる色光(例えば第2の色光G)の光強度分布であり、図19(c)は光路長が最長となる色光(例えば第3の色光B)の光強度分布である。
また、光路長が中となる色光(例えば第2の色光G)については、輝度分布の概ね均一となる部分が表示領域SAに含まれているものの、輝度分布の概ね均一となる部分の一部が表示領域SAからはみ出ている。これにより、図19(a)に示したトップハット形状に比べて表示領域SAに含まれる輝度分布の概ね均一な部分の割合が小さくなっている。
また、光路長が最長となる色光(例えば第3の色光B)については、輝度分布の概ね均一となる部分が表示領域SAに含まれているものの、輝度分布の概ね均一となる部分の一部が表示領域SAからはみ出ている。これにより、図19(b)に示したトップハット形状に比べて表示領域SAに含まれる輝度分布の概ね均一な部分の割合が小さくなっている。なお、当該はみ出し部分の割合は、3種類の色光の中で最も大きい。
反射曲面83fは、照明領域の面積を調整する機能を有する。つまり、反射曲面83fは、光変調パネルに照射される光路長が最長となる色光(例えば黄色光Y)の輝度分布が概ね均一となる領域の面積と光変調パネルの表示領域SAの面積との差を小さくする機能を有する。これにより、色による明暗の差を緩和することができる。
図16は、本実施形態の色分離光学系80から射出される光の光強度分布を示す図である。図16は、図19(c)に対応した、光路長が最長となる色光(例えば第3の色光B)の光強度分布である。
Claims (11)
- 光源と、
前記光源から射出された光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系で集光された光を変調する光変調パネルと、
を含み、
前記集光光学系には、前記光源から射出された光を複数種類の色光に分離する色分離光学系が含まれており、
前記複数種類の色光のうち、少なくとも前記光源と前記光変調パネルとの間の光路長が最も長い色光の光路中には反射曲面が設けられていることを特徴とするプロジェクター。 - 前記色分離光学系は、
前記光源から射出された光を第1の色光および第2の色光を含む第1の光線束と第3の色光および第4の色光を含む第2の光線束とに分離する第1の光線束分離光学系と、
前記第1の光線束を前記第1の色光と前記第2の色光とに分離するとともに、前記第1の色光と前記第2の色光とを、前記光源から射出された光の光軸と前記第1の光線束の光軸とを含む平面と交差する方向に射出する第2の光線束分離光学系と、
前記第2の光線束を前記第3の色光と前記第4の色光とに分離するとともに、前記第3の色光と前記第4の色光とを、前記平面と交差する方向に射出する第3の光線束分離光学系と、を含み、
前記第1の色光ないし前記第4の色光のうち前記光源と前記光変調パネルとの間の光路長が最も長い色光の光路中には前記反射曲面が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクター。 - 前記第1の光線束分離光学系は、前記第1の光線束を反射させるとともに前記第2の光線束を透過させる第1のダイクロイックミラーと、前記第2の光線束を反射させる第1の反射ミラーと、を含み、
前記第2の光線束分離光学系は、前記第1の色光を反射させるとともに前記第2の色光を透過させる第2のダイクロイックミラーと、前記第2の色光を反射させる第2の反射ミラーと、を含み、
前記第3の光線束分離光学系は、前記第3の色光を反射させるとともに前記第4の色光を透過させる第3のダイクロイックミラーと、前記第4の色光を反射させる第3の反射ミラーと、を含み、
前記第1の反射ミラーないし前記第3の反射ミラーのうち少なくとも1つが前記反射曲面であることを特徴とする請求項2に記載のプロジェクター。 - 前記色分離光学系は、
前記光源から射出された光を第1の色光および第2の色光を含む第1の光線束と第3の色光および第4の色光を含む第2の光線束とに分離する第1の光線束分離光学系と、
前記第1の光線束を前記第1の色光と前記第2の色光とに分離し、前記第2の光線束を前記第3の色光と前記第4の色光とに分離するとともに、前記第1の色光と前記第2の色光と前記第3の色光と前記第4の色光とを、前記光源から射出された光の光軸と前記第1の光線束の光軸とを含む平面と交差する方向に射出する第2の光線束分離光学系と、を含み、
前記第1の色光ないし前記第4の色光のうち前記光源と前記光変調パネルとの間の光路長が最も長い色光の光路中には前記反射曲面が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクター。 - 前記第1の光線束分離光学系は、前記第1の光線束を反射させるとともに前記第2の光線束を透過させる第1のダイクロイックミラーと、前記第2の光線束を反射させる第1の反射ミラーと、を含み、
前記第2の光線束分離光学系は、前記第1の色光および前記第3の色光を反射させるとともに前記第2の色光および前記第4の色光を透過させる第2のダイクロイックミラーと、前記第2の色光および前記第4の色光を反射させる第2の反射ミラーと、を含み、
前記第1の反射ミラーと前記第2の反射ミラーのうち少なくとも1つが前記反射曲面であることを特徴とする請求項4に記載のプロジェクター。 - 前記第1の光線束分離光学系は、第1主面と当該第1主面に対向する第2主面とを有する光線束分離素子を含み、
前記第1主面が前記第1の光線束を反射させるとともに前記第2の光線束を透過させ、前記第2主面が前記第2の光線束を反射させ、
前記第2主面が前記反射曲面であることを特徴とする請求項2または4に記載のプロジェクター。 - 前記反射曲面は、凸面の反射曲面であることを特徴とする請求項2〜6のいずれか一項に記載のプロジェクター。
- 前記光変調パネルは複数のサブ画素からなる画素を有し、
前記光変調パネルの前記複数種類の色光が入射する側にはマイクロレンズアレイが配置されており、
前記マイクロレンズアレイは、2行2列の4つの前記サブ画素につき1つのマイクロレンズを備えて構成されていることを特徴とする請求項2〜7のいずれか一項に記載のプロジェクター。 - 前記色分離光学系は、
前記光源から射出された光のうち第1の色光を反射させるとともに第2の色光と第3の色光とを透過させる第1のダイクロイックミラーと、
前記第2の色光を反射させるとともに前記第3の色光を透過させる第2のダイクロイックミラーと、
前記第3の色光を反射させる反射面と、を含み、
前記反射面が前記反射曲面であることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクター。 - 前記反射曲面は、凹面の反射曲面であることを特徴とする請求項9に記載のプロジェクター。
- 前記光変調パネルは複数のサブ画素からなる画素を有し、
前記光変調パネルの前記複数種類の色光が入射する側にはマイクロレンズアレイが配置されており、
前記マイクロレンズアレイは、3つの前記サブ画素につき1つのマイクロレンズを備えて構成されていることを特徴とする請求項9または10に記載のプロジェクター。
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