JP2013097123A - Image display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image projection device capable of preventing lowering of illumination intensity and reducing illuminance unevenness.SOLUTION: An image projection device comprises: an illumination optical system comprising a light source including a reflector 11, an illuminance equalization element 4, relay lenses 5 and 6, first and second folding mirrors 7 and 8; a reflection type spatial optical modulation element 10 in which an image is formed by reclining each arranged mirror element and illumination light is radiated by the illumination optical system; and a projection optical system 20 that projects light reflected by the reflection type spatial light modulation element 10 on an image projection surface. The second folding mirror 8 includes a notch 81 to avoid mechanical overlapping of a lens barrel part of the projection optical system 20 and the second folding mirror 8. A light source unit 1 including the reflector 11 includes a position adjustment member so as to perform an illumination distribution adjustment for a part corresponding to the notch 81 in an illumination area of the reflection type spatial optical modulation element 10.

Description

本発明は、画像をスクリーンに投射して表示する画像表示装置に関するもので、一般的にはプロジェクタと称されているものである。   The present invention relates to an image display device that displays an image by projecting it on a screen, and is generally called a projector.

一般的にプロジェクタと称されている画像表示装置は、画像表示素子の違いによって、CRTプロジェクタ、液晶プロジェクタ、DMD(Digital Micromirror Device)プロジェクタなどがある。上記DMDは、反射型空間光変調素子の一種で、2次元的に配置された無数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾斜角度を変化させて反射光をオン・オフする反射型画像表示素子である。上記DMDは、各画素の傾斜角度の変化によってオン・オフすることによって画像を形成する。DMDの画素でオンされた光は、投射光学系を経てスクリーン面に導かれ、DMDで形成されている画像が上記投射光学系で拡大されてスクリーン面に投影される。   Image display devices generally referred to as projectors include CRT projectors, liquid crystal projectors, DMD (Digital Micromirror Device) projectors, and the like, depending on image display elements. The DMD is a kind of reflection type spatial light modulation element, has a myriad of two-dimensionally arranged micromirrors, and changes the inclination angle of each micromirror to turn on / off the reflected light. It is a display element. The DMD forms an image by turning on and off according to a change in the tilt angle of each pixel. The light turned on by the DMD pixel is guided to the screen surface through the projection optical system, and the image formed by the DMD is enlarged by the projection optical system and projected onto the screen surface.

本発明に係る画像表示装置は、画像表示素子として上記DMDのような反射型画像表示素子を備えている。反射型画像表示素子を備えた画像表示装置であって本発明に係る画像表示装置の構成に関連のある公知の技術として、以下に述べるような特許文献1および特許文献2に記載されている技術がある。   The image display apparatus according to the present invention includes a reflective image display element such as the DMD as an image display element. As a well-known technique related to the configuration of the image display apparatus according to the present invention, which is an image display apparatus provided with a reflective image display element, techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 described below There is.

特許文献1には、その図2において、DMDを一枚用いる単板式プロジェクタに関する技術が開示されている。このプロジェクタの照明系において、照明光をDMDの反射面に収束させかつ光路を折り返すために、ミラーが複数枚用いられている。これらのミラーのうち投射レンズに最も近いミラーは、投射光学系を構成する投射レンズの一部と機械的に重ならないように、投射レンズの形状に応じて一部分が切り欠かれる場合がある。この切り欠きによって照明光が部分的に失われるため、DMD上の照度分布において、照度が部分的に低下する(特許文献1、図10の左下部参照)。さらに、スクリーン上でも照度は低下する(特許文献1、図11の右下部参照)。このような照度むらが生じると、画像品質が劣化する。なぜなら、表示すべく入力した画像データの明るさのレベルが全画面において均一であるとしても、上記のような照度むらがあると、スクリーンの中央は明るく、画像の右下では暗く見え、均一な明るさの画像とは認識されないことがあるからである。特許文献1には、照度むらに関しては述べられておらず、また、照度むらを解消するための対策などについても開示されていない。   Patent Document 1 discloses a technique related to a single-plate projector using one DMD in FIG. In the illumination system of this projector, a plurality of mirrors are used for converging illumination light on the DMD reflecting surface and turning back the optical path. Among these mirrors, a mirror closest to the projection lens may be partially cut out depending on the shape of the projection lens so as not to mechanically overlap with a part of the projection lens constituting the projection optical system. Illumination light is partially lost due to this notch, so that the illuminance is partially reduced in the illuminance distribution on the DMD (see Patent Document 1, lower left portion of FIG. 10). Furthermore, the illuminance also decreases on the screen (see Patent Document 1, lower right part of FIG. 11). When such uneven illuminance occurs, the image quality deteriorates. This is because even if the brightness level of the input image data to be displayed is uniform on the entire screen, if there is uneven illuminance as described above, the center of the screen appears bright and appears dark at the lower right of the image. This is because a bright image may not be recognized. Patent Document 1 does not describe illuminance unevenness, and does not disclose countermeasures for eliminating illuminance unevenness.

特許文献2には、ランプ光源、コンデンサレンズ、第1折り返しミラー、第2折り返しミラー、DMD、投射レンズを有してなるプロジェクタに関する技術が開示されている。このような特許文献2記載のプロジェクタは、画像表示素子としてDMDを用いたプロジェクタの構成として一般的に広く知られているもので、特許文献2には、後述の本願発明の特徴的な構成である光源とそれに付随するリフクレタの位置調整手段に関しては記載がない。   Patent Document 2 discloses a technique related to a projector having a lamp light source, a condenser lens, a first folding mirror, a second folding mirror, a DMD, and a projection lens. Such a projector described in Patent Document 2 is generally known as a projector configuration using a DMD as an image display element. Patent Document 2 includes a characteristic configuration of the present invention described later. There is no description about a certain light source and the position adjusting means of the accompanying lifter.

このように、特許文献1および特許文献2には、光源とそれに付随するリフクレタの位置調整手段を設けるという発想がない。そのため、折り返しミラーが切り欠きを有することを要因とする形成画像の照度低下および照度むらを解消することができず、形成される画像品質が劣化する難点がある。   As described above, Patent Document 1 and Patent Document 2 do not have an idea of providing a light source and a position adjusting means for a lifter associated therewith. For this reason, it is impossible to eliminate the illuminance reduction and uneven illuminance of the formed image due to the fact that the folding mirror has a notch, and there is a problem that the quality of the formed image is deteriorated.

ところで、近年の画像投射装置に対するユーザーからの要望の一つとして、主として可搬性を高める目的で、画像投射装置の小型化が挙げられる。小型化可能な光源の例として、発光ダイオード(LED)、あるいはレーザダイオード(LD)が考えられるが、これらの光源は明るさが不足しているため、画像投射装置の光源としては、超高圧水銀ランプ等の明るい白色光源が現在も主流になっている。上記超高圧水銀ランプ等は上記LEDやLDと比較して大型になるため、ランプ光源を使用した上で小型化を図ることが課題となる。   By the way, as one of the requests from users for recent image projection apparatuses, there is a reduction in size of the image projection apparatus mainly for the purpose of improving portability. Light source diodes (LEDs) or laser diodes (LDs) can be considered as examples of light sources that can be miniaturized, but these light sources are insufficient in brightness. Bright white light sources such as lamps are still mainstream. Since the ultra-high pressure mercury lamp or the like is larger than the LED or LD, it is a problem to reduce the size while using a lamp light source.

画像投射装置の小型化を図る上で、照明系に含まれる光学部品を小型化することは有効である。これはまたコスト低減にもつながる。しかしながら、光学部品を小型化することは、所望の光学特性を得ることと相反することになる場合が往々にしてある。照明系には、照明均一化手段として、例えばライトトンネルが用いられることが多い。ライトトンネルは、4枚の板状のミラーを、ミラー面がお互いに内側になり、かつ、横断面形状が矩形になるように、耐熱性に優れた接着剤などを用いて貼り合わせたもので、外観は柱状である。ライトトンネルの一端から照明光を入射させると、照明光は入射角に対応してライトトンネル内で複数回反射され、ライトトンネルの他端からほぼ均等な照度分布を持った照明光が出射される。   In order to reduce the size of the image projection apparatus, it is effective to reduce the size of optical components included in the illumination system. This also leads to cost reduction. However, downsizing optical components often conflicts with obtaining desired optical properties. In an illumination system, for example, a light tunnel is often used as illumination uniformizing means. A light tunnel is made by bonding four plate-like mirrors using an adhesive with excellent heat resistance so that the mirror surfaces are inside each other and the cross-sectional shape is rectangular. The appearance is columnar. When illumination light is incident from one end of the light tunnel, the illumination light is reflected a plurality of times within the light tunnel corresponding to the incident angle, and illumination light having a substantially uniform illumination distribution is emitted from the other end of the light tunnel. .

上記ライトトンネルに関しても、小型化と所望の光学特性を得ることとを両立させることが望まれる。ライトトンネルは、長ければ長いほど照明を良好に均一化することができ、照度むらの少ない高品質の画像の形成が可能となる。しかし、ライトトンネルが長くなる分、照明系は大きくなる。照明系を小型化するために、ライトトンネルを短くすると、ライトトンネル内での反射回数が少なくなるため照明光の均一化が不充分になる。ライトトンネルをさらに短くすると、ライトトンネル内で全く反射せず、出射する光の割合が増えるが、DMD上の中心付近にピークのある不均一な照度分布になる。ライトトンネルの全長が長く、反射回数が多い場合は、照明光が暗くなる。これは、反射面での反射率をRとして、反射回数をnとすると、Rとなるからである。従って、ライトトンネルの長さと照明の均一性、さらにはトータルの反射率との兼ね合いでライトトンネルの長さを設定することになる。 Regarding the light tunnel, it is desired to achieve both miniaturization and obtaining desired optical characteristics. The longer the light tunnel, the better the illumination can be made uniform, and it becomes possible to form a high-quality image with little illuminance unevenness. However, as the light tunnel becomes longer, the illumination system becomes larger. If the light tunnel is shortened in order to reduce the size of the illumination system, the number of reflections in the light tunnel is reduced, resulting in insufficient uniformity of the illumination light. If the light tunnel is further shortened, it is not reflected at all in the light tunnel, and the ratio of emitted light increases, but the light intensity distribution becomes uneven with a peak near the center on the DMD. When the length of the light tunnel is long and the number of reflections is large, the illumination light becomes dark. This allows the reflectance at the reflecting surface as R, is the number of reflections When n, from the R n. Therefore, the length of the light tunnel is set in consideration of the length of the light tunnel, the uniformity of illumination, and the total reflectance.

後で詳細に説明する本発明においては、投射レンズの最も近傍にある第2折り返しミラーには切り欠きがあるため、何らかの照度低下防止手段および照度むら低減手段を施さないとすれば、DMDおよびスクリーン上に形成される画像の上記切欠きに対応する位置で、照度が低下する。   In the present invention, which will be described in detail later, the second folding mirror closest to the projection lens has a notch, so if any illuminance reduction prevention means and illuminance unevenness reduction means are not provided, the DMD and the screen Illuminance decreases at a position corresponding to the notch of the image formed above.

本発明は、リフレクタを有する白色光源、照明均一化素子、折り返しミラー、反射型空間光変調素子を有し、上記折り返しミラーが切り欠きを有することによって生じる画像投射装置の問題点を解消し、照度の低下を防止し、照度むらの低減を図ることができる画像投射装置を提供することを目的とする。   The present invention has a white light source having a reflector, an illumination uniformizing element, a folding mirror, and a reflective spatial light modulation element, and solves the problems of the image projection apparatus caused by the notch of the folding mirror, It is an object of the present invention to provide an image projection device that can prevent a decrease in brightness and reduce illuminance unevenness.

本発明は、リフレクタを有する光源、照明均一化素子、リレーレンズ、第1折り返しミラーおよび第2折り返しミラーを有してなる照明光学系と、配列された各ミラー画素を傾けて画像を形成し前記照明光学系によって照明光が照射される反射型空間光変調素子と、前記反射型空間光変調素子で反射される光を画像投射面に投射する投射光学系と、を有する画像投射装置であって、前記第2折り返しミラーは、前記投射光学系の鏡筒部分と第2折り返しミラーとの機械的な重なり合いを避けるための切り欠きを有し、前記リフレクタを有する光源ユニットは、前記反射型空間光変調素子の照明領域において前記切り欠きに対応する部分の照度分布調整を行うための位置調整部材を有することを最も主要な特徴とする。   The present invention provides an illumination optical system having a light source having a reflector, an illumination uniformizing element, a relay lens, a first folding mirror, and a second folding mirror, and tilting each arrayed mirror pixel to form an image. An image projection apparatus comprising: a reflective spatial light modulator that is irradiated with illumination light by an illumination optical system; and a projection optical system that projects light reflected by the reflective spatial light modulator on an image projection surface. The second folding mirror has a notch for avoiding mechanical overlap between the lens barrel portion of the projection optical system and the second folding mirror, and the light source unit having the reflector includes the reflective spatial light. The most important feature is to have a position adjusting member for adjusting the illuminance distribution of the portion corresponding to the notch in the illumination area of the modulation element.

リフレクタを有する光源が位置調整部材によって位置調整されて、照明領域内の照度分布調整が行われることにより、第2折り返しミラーの切り欠きに対応する部分の照度低下を低減し、投射される画像全体の照度むらを低減することができる。   The position of the light source having the reflector is adjusted by the position adjustment member, and the illuminance distribution adjustment in the illumination area is performed, thereby reducing the decrease in illuminance at the portion corresponding to the cutout of the second folding mirror and the entire projected image Can be reduced.

本発明に係る画像投射装置の実施例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the Example of the image projection apparatus which concerns on this invention. 上記実施例における光源ユニットの周辺および照明光学系を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the periphery of the light source unit in the said Example, and an illumination optical system. 上記光源ユニットの周辺および照明光学系が照度分布調整のために動かされた態様を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the aspect which the periphery of the said light source unit and the illumination optical system were moved for illumination intensity distribution adjustment. 照度分布調整のために上記光源ユニットの周辺および照明光学系の移動機構の別の例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of the movement mechanism of the periphery of the said light source unit and illumination optical system for illumination distribution adjustment. 照度分布調整のための移動機構の別の例を示す正面図である。It is a front view which shows another example of the moving mechanism for illumination intensity distribution adjustment. 照度分布調整のための移動機構のさらに別の例を示す正面図である。It is a front view which shows another example of the moving mechanism for illumination distribution adjustment. 上記移動機構の動作態様を示す正面図である。It is a front view which shows the operation | movement aspect of the said moving mechanism. 本発明に適用可能な照明均一化素子の設置構造例を示す側面図である。It is a side view which shows the example of installation structure of the illumination uniformization element applicable to this invention. 本発明に係る画像投射装置の実施例の概要を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows the outline | summary of the Example of the image projector concerning this invention. 照度分布調整のための移動機構のさらに別の例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of the moving mechanism for illumination distribution adjustment. 上記移動機構の動作態様を示す正面図である。It is a front view which shows the operation | movement aspect of the said moving mechanism. 照度分布調整のための移動機構のさらに別の例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of the moving mechanism for illumination distribution adjustment. 本発明に係る画像投射装置の実施例の概要を示す正面図である。It is a front view which shows the outline | summary of the Example of the image projection apparatus which concerns on this invention. 本発明の実施例中の第2折り返しミラーの正面図である。It is a front view of the 2nd folding mirror in the example of the present invention. 光源ユニットと照明均一化素子との寸法関係および照明均一化素子の縦横比の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the dimensional relationship between a light source unit and an illumination uniformization element, and the relationship of the aspect ratio of an illumination uniformization element. 本発明の実施例中の空間光変調素子について、長さ方向、幅方向、対角方向の照度分布の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the illuminance distribution of a length direction, a width direction, and a diagonal direction about the spatial light modulation element in the Example of this invention. 照明均一化素子の長さによって照度分布が変わることを説明するための模式図およびグラフである。It is the schematic diagram and graph for demonstrating that illumination distribution changes with the length of an illumination uniformization element. 本発明の実施例中の照明均一化素子の外観例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of an external appearance of the illumination equalization element in the Example of this invention. 本発明の実施例中の照明均一化素子の別の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another example of the illumination equalization element in the Example of this invention. 照明均一化素子の取り付け構造の例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は側面図である。The example of the attachment structure of an illumination equalization element is shown, (a) is a perspective view, (b) is a side view. 本発明の実施例中の空間光変調素子の例を示すもので、(a)は空間光変調素子全体の平面図、(b)は空間光変調素子の一部の平面図、(c)は微小ミラーの平面図、(d)は空間光変調素子の一部の側面図、(e)は微小ミラーがオンの場合とオフの場合の反射光路の違いを示す側面図である。The example of the spatial light modulation element in the Example of this invention is shown, (a) is a top view of the whole spatial light modulation element, (b) is a top view of a part of spatial light modulation element, (c) is FIG. 5D is a plan view of the micromirror, FIG. 5D is a side view of a part of the spatial light modulator, and FIG. 5E is a side view showing a difference in reflected light path between when the micromirror is on and when it is off. 本発明の実施例中の光源ユニットを示すもので、(a)は正面図、(b)は側面図である。The light source unit in the Example of this invention is shown, (a) is a front view, (b) is a side view. 本発明の実施例中の回転カラーフィルタを示すもので、(a)は正面図、(b)は側面図である。The rotation color filter in the Example of this invention is shown, (a) is a front view, (b) is a side view. 本発明の実施例における光源ユニットと空間光変調素子に対する防爆ガラスと回転カラーフィルタの配置例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of arrangement | positioning of the explosion-proof glass with respect to the light source unit and the spatial light modulation element, and rotation color filter in the Example of this invention. 本発明の実施例における照明均一化素子と第1、第2リレーレンズの位置関係を示す平面図である。It is a top view which shows the positional relationship of the illumination equalization element and the 1st, 2nd relay lens in the Example of this invention. 空間光変調素子上の照度分布につきシミュレーション実験を行った結果を示す照度分布図である。It is an illuminance distribution figure which shows the result of having conducted simulation experiment about the illuminance distribution on a spatial light modulation element. 光源ユニットを一方向にシフトした場合の空間光変調素子上の照度分布図である。It is an illuminance distribution map on the spatial light modulation element when the light source unit is shifted in one direction. 光源ユニットを逆向きにシフトした場合の空間光変調素子上の照度分布図である。It is an illuminance distribution figure on a spatial light modulation element at the time of shifting a light source unit in the reverse direction. 光源ユニットを一方向の軸を中心に回転した場合の空間光変調素子上の照度分布図である。It is an illuminance distribution map on the spatial light modulation element when the light source unit is rotated around an axis in one direction. 光源ユニットを一方向の軸を中心に逆向きに回転した場合の空間光変調素子上の照度分布図である。FIG. 7 is an illuminance distribution diagram on the spatial light modulation element when the light source unit is rotated in the reverse direction about an axis in one direction. 空間光変調素子上の位置を定義するための照度分布図である。It is an illumination intensity distribution diagram for defining the position on a spatial light modulation element. 空間光変調素子の対角方向に等間隔で照度をプロットして示すグラフである。It is a graph which plots and shows illumination intensity at equal intervals in the diagonal direction of a spatial light modulation element. 照度分布調整のための移動機構のさらに別の例を示す正面図である。It is a front view which shows another example of the moving mechanism for illumination distribution adjustment. 画像投射装置とスクリーンと人との位置関係を示すもので、(a)は超至近距離投射な画像投射装置の例を、(b)は伝統的な画像投射装置の例を示す模式図である。It shows the positional relationship among the image projection device, the screen, and a person. (A) is a schematic diagram showing an example of an image projection device that projects at a very close distance, and (b) is a schematic diagram showing an example of a traditional image projection device. .

以下、本発明に係る画像投射装置の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of an image projection apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1において、符号1は光源ユニットを示しており、光源ユニット1は、図9、図15などに示す光源12と、光源12のほぼ半分を囲むリフレクタ11を有してなる。光源12は白色光源である。光源ユニット1の前方すなわち光源ユニットから出射される照明光の進路上には、防爆ガラス2、回転カラーフィルタ3、照明均一化素子であるライトトンネル4、第1リレーレンズ5、第2リレーレンズ6、第1折り返しミラー7、第2折り返しミラー8、カバーガラス110、反射型空間光変調素子であるDMD7、投射光学系20、防塵ガラス27がこの順に配置されている。光源ユニット1から第2折り返しミラー8までが、DMD7の微小ミラー面を照明する照明光学系を構成している。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light source unit, and the light source unit 1 includes a light source 12 shown in FIGS. 9, 15, and the like, and a reflector 11 that surrounds almost half of the light source 12. The light source 12 is a white light source. In front of the light source unit 1, that is, on the path of illumination light emitted from the light source unit, an explosion-proof glass 2, a rotating color filter 3, a light tunnel 4 that is an illumination uniformizing element, a first relay lens 5, and a second relay lens 6. The first folding mirror 7, the second folding mirror 8, the cover glass 110, the DMD 7, which is a reflective spatial light modulation element, the projection optical system 20, and the dust-proof glass 27 are arranged in this order. The light source unit 1 to the second folding mirror 8 constitute an illumination optical system that illuminates the minute mirror surface of the DMD 7.

投射光学系20は、光束の進行方向に、レンズを用いた屈折系の投射レンズ21、折り返しミラーである平面ミラー25および自由曲面ミラー26がこの順に配置されることによって構成されている。投射光学系20は、DMD7の微小ミラーからの反射光を図9に示すスクリーン70に投射して、DMD7で形成される画像をスクリーン70に拡大表示する。   The projection optical system 20 is configured by arranging a refractive projection lens 21 using a lens, a plane mirror 25 as a folding mirror, and a free-form surface mirror 26 in this order in the light beam traveling direction. The projection optical system 20 projects the reflected light from the micromirrors of the DMD 7 onto the screen 70 shown in FIG. 9 and enlarges and displays the image formed by the DMD 7 on the screen 70.

上記第1折り返しミラー7はシリンダーミラーすなわち円筒形の反射面を持つである。第2折り返しミラー8は球面であり、図14に示すように、一隅部に切り欠き81を有している。第1、第2折り返しミラー7,8はいずれも凹面に反射面が形成されている。本実施例では、光源ユニット1から照明光が水平方向に出射され、ライトトンネル4、第1、第2リレーレンズ5、6を水平方向に透過し、DMD7の上方を通過した照明光が第1折り返しミラー7によって斜め上方に反射されるように、第1折り返しミラー7が斜め上方に向けて設置されている。第1折り返しミラー7で反射された照明光は第2折り返しミラー8によってDMD7に向けて反射されるように、第2折り返しミラー8は斜め下に向けて設置されている。DMD7は、前述のとおり画素に相当する無数の微小ミラーを有していて、微小ミラーが水平面上に並ぶように配置され、オンした微小ミラーによる反射光が垂直方向上方に向かうようになっている。この垂直方向上方への光束の通路から外れた位置に第2折り返しミラー8が配置されている。   The first folding mirror 7 has a cylinder mirror, that is, a cylindrical reflecting surface. The second folding mirror 8 is spherical and has a notch 81 at one corner as shown in FIG. Each of the first and second folding mirrors 7 and 8 has a concave reflecting surface. In this embodiment, illumination light is emitted from the light source unit 1 in the horizontal direction, transmitted through the light tunnel 4, the first and second relay lenses 5, 6 in the horizontal direction, and the illumination light that has passed above the DMD 7 is the first. The first folding mirror 7 is installed obliquely upward so that it is reflected obliquely upward by the folding mirror 7. The second folding mirror 8 is installed obliquely downward so that the illumination light reflected by the first folding mirror 7 is reflected by the second folding mirror 8 toward the DMD 7. The DMD 7 has innumerable micromirrors corresponding to pixels as described above, and the micromirrors are arranged so as to be arranged on a horizontal plane so that the reflected light from the micromirrors turned on is directed upward in the vertical direction. . The second folding mirror 8 is disposed at a position deviated from the path of the light beam upward in the vertical direction.

上記のようにオンした微小ミラーにより反射されて垂直方向上方に向かう光の通路には前記投射レンズ21が配置されている。後で具体的に説明するとおり、オフした微小ミラーによる反射光は投射レンズ21の光路を外れ、投射光学系20には入射しない。第2折り返しミラー8の一隅部は投射レンズ21の鏡筒の下端部外周と機械的に重なり合う位置にあるため、この重なり合いを避けるために、上記第2折り返しミラー8の一隅部に前記切り欠き81が形成されている。   The projection lens 21 is disposed in the path of light reflected by the micromirrors turned on as described above and directed upward in the vertical direction. As will be described in detail later, the reflected light from the micromirror that is turned off deviates from the optical path of the projection lens 21 and does not enter the projection optical system 20. Since one corner of the second folding mirror 8 is at a position that mechanically overlaps with the outer periphery of the lower end of the barrel of the projection lens 21, the notch 81 is formed at one corner of the second folding mirror 8 in order to avoid this overlapping. Is formed.

前記防塵ガラス27は、投射光学系20、前記照明光学系およびDMD10に、上方から埃や塵が侵入するのを防ぐために設けられている。さらに、DMD10の直近上方にDMD10をほぼするためのカバーガラス110が配置されている。   The dustproof glass 27 is provided to prevent dust and dust from entering the projection optical system 20, the illumination optical system, and the DMD 10 from above. In addition, a cover glass 110 for making the DMD 10 almost the same is disposed immediately above the DMD 10.

前記自由曲面ミラー26は、DMD10で空間変調された画像を、画像投射装置の至近距離にあるスクリーンに向かって斜め上方に投射し、スクリーン上に画像を形成するためのものである。本実施例の照明光学系において、ライトトンネル4の出射端とDMD10の微小ミラー面は、第1、第2リレーレンズ5,6および第1、第2折り返しミラー7,8によって互いに共役な関係にある。   The free-form surface mirror 26 projects an image spatially modulated by the DMD 10 obliquely upward toward a screen at a close distance of the image projection apparatus, and forms an image on the screen. In the illumination optical system of the present embodiment, the exit end of the light tunnel 4 and the minute mirror surface of the DMD 10 are conjugated with each other by the first and second relay lenses 5 and 6 and the first and second folding mirrors 7 and 8. is there.

水平方向であって光源ユニット1から照明光が出射する方向をz方向、水平方向であってz方向に直交する方向をx方向、z方向とx方向を含む面に直交する方向をy方向とする。DMD10の微小ミラー面はz方向とx方向を含む面に配列されており、光源ユニット1から放射されDMD10の微小ミラー面で反射される光は、y方向上方に向かって進行するようになっている。   The horizontal direction in which the illumination light is emitted from the light source unit 1 is the z direction, the horizontal direction that is orthogonal to the z direction is the x direction, and the direction that is orthogonal to the z direction and the plane including the x direction is the y direction. To do. The micromirror surfaces of the DMD 10 are arranged in a plane including the z direction and the x direction, and the light emitted from the light source unit 1 and reflected by the micromirror surface of the DMD 10 travels upward in the y direction. Yes.

図2、図3は、上記実施例における光源ユニット1を含む照明光学系を模式的に示している。図2、図3において、光源ユニット1、防爆ガラス2は光源ユニットケース16内に組み込まれている。光源ユニットケース16は、光源筐体15内に配置されるとともに板ばね17で、光源筐体15の内壁面に突き当てられている。板バネ17は2箇所に配置され、一つの板バネ17は光源ユニットケース16の一側面を光源筐体15の一側壁内面に押し付け、他の一つの板バネ17は光源ユニットケース16を光源筐体15の前方に向かって押し付けている。光源ユニットケース16の一側前端と光源筐体15の前壁内面との間には光源ユニット1の傾き調整部材として、スペーサの一種である楔18が介在している。   2 and 3 schematically show an illumination optical system including the light source unit 1 in the above embodiment. 2 and 3, the light source unit 1 and the explosion-proof glass 2 are incorporated in a light source unit case 16. The light source unit case 16 is disposed in the light source casing 15 and is abutted against the inner wall surface of the light source casing 15 by a leaf spring 17. The leaf springs 17 are arranged at two locations, and one leaf spring 17 presses one side surface of the light source unit case 16 against the inner surface of one side wall of the light source housing 15, and the other one leaf spring 17 attaches the light source unit case 16 to the light source housing. It is pressed toward the front of the body 15. A wedge 18, which is a kind of spacer, is interposed as a tilt adjusting member of the light source unit 1 between the one side front end of the light source unit case 16 and the inner surface of the front wall of the light source housing 15.

光源筐体15の外側における各光学素子は、カラーホイール3、ライトトンネル4、第1リレーレンズ5、第2リレーレンズ6、第1折り返しミラー7、第2折り返しミラー8、DMD10、投射光学系20の順に配置されている。ライトトンネル4から投射光学系20の一部を構成する投射レンズ21の下部までは、樹脂などによって一体成形された光学系筐体40内に配置されている。光源筐体15と光学系筐体40の間に回転カラーフィルタ3が配置されている。   Each optical element outside the light source housing 15 includes a color wheel 3, a light tunnel 4, a first relay lens 5, a second relay lens 6, a first folding mirror 7, a second folding mirror 8, a DMD 10, and a projection optical system 20. Are arranged in the order. From the light tunnel 4 to the lower part of the projection lens 21 that constitutes a part of the projection optical system 20 is disposed in an optical system housing 40 that is integrally formed of resin or the like. The rotating color filter 3 is disposed between the light source housing 15 and the optical system housing 40.

図13に示すように、上記光源筐体15、光学系筐体40および回転カラーフィルタ3は、樹脂などによって一体成形されたハウジング60内に設置されている。光源筐体15は、図示の例のように照明系の光学系筐体40と別に設けることによって、発生した熱が光学系筐体40側に伝達されることを軽減することができる。ただし、光源筐体15と光学系筐体40とを別に設けることが必須ではなく、光源筐体15と光学系筐体40が同じハウジング60内に収まっていればよい。   As shown in FIG. 13, the light source casing 15, the optical system casing 40, and the rotating color filter 3 are installed in a housing 60 that is integrally formed of resin or the like. By providing the light source housing 15 separately from the optical system housing 40 of the illumination system as in the illustrated example, the generated heat can be reduced from being transmitted to the optical system housing 40 side. However, it is not essential to provide the light source housing 15 and the optical system housing 40 separately, and it is sufficient that the light source housing 15 and the optical system housing 40 are accommodated in the same housing 60.

図2、図3において、前記リフレクタ11の縦断面形状は例えば楕円形であり、その回転軸O上に、例えば超高圧水銀ランプからなる白色の光源12が配置されている。光源12から放射される照明光は、リフレクタ11の凹面からなる楕円形の反射面で反射されることにより、上記回転軸Oを中心とした照明光が回転軸Oに沿って出射される。   2 and 3, the reflector 11 has an elliptical cross-sectional shape, for example, and a white light source 12 made of, for example, an ultra-high pressure mercury lamp is disposed on the rotation axis O thereof. Illumination light emitted from the light source 12 is reflected by an elliptical reflecting surface formed of a concave surface of the reflector 11, so that illumination light centered on the rotation axis O is emitted along the rotation axis O.

前述のように、第2折り返しミラー8の一隅部には、投射光学系20を構成する投射レンズ21の鏡筒部分と第2折り返しミラー8との機械的な重なり合いを避けるための切り欠き81が形成されている。そのため、DMD10に照射される照明光の照度が上記切り欠き81に対応する部分で低下し、照度むらが生じる。そこで、上記切欠き81を有することによる照度の低下および照度むらを軽減するための光源ユニット1の位置調整部材が設けられている。前記楔18は上記位置調整部材の一つである。   As described above, at one corner of the second folding mirror 8, there is a notch 81 for avoiding mechanical overlap between the lens barrel portion of the projection lens 21 constituting the projection optical system 20 and the second folding mirror 8. Is formed. For this reason, the illuminance of the illumination light applied to the DMD 10 decreases at a portion corresponding to the notch 81, and uneven illuminance occurs. Therefore, a position adjusting member for the light source unit 1 is provided to reduce the illuminance reduction and the illuminance unevenness due to the notch 81. The wedge 18 is one of the position adjusting members.

図2に示す態様では、二つの板ばね17の弾力により、光源ユニットケース16の一側面が光源筐体15の一側壁内面に、光源ユニットケース16の前面が光源筐体15の前壁内面に押し付けられている。この態様では、前記楔18が機能しておらず、光源ユニット1の照明光の中心軸が、第1、第2リレーレンズ5,6の光軸とほぼ一致している。   In the embodiment shown in FIG. 2, due to the elasticity of the two leaf springs 17, one side surface of the light source unit case 16 is on the inner surface of one side wall of the light source housing 15, and the front surface of the light source unit case 16 is on the inner surface of the front wall of the light source housing 15. It is pressed. In this aspect, the wedge 18 does not function, and the central axis of the illumination light of the light source unit 1 substantially coincides with the optical axes of the first and second relay lenses 5 and 6.

図3に示す態様は、光源ユニット1の傾き調整部材としての楔18を、光源ユニットケース16の一側前端と光源筐体15の前壁内面との間にスライドさせながら挿入したときの態様である。楔18の挿入によって光源ユニットケース16が二つの板ばね17の弾力に抗して傾き、光源ユニットケース16とともに光源ユニット1が傾いて、照明光の中心軸であるリフクレタ11の回転軸Oも傾く。このようにして容易に光源12の傾きを調整することができる。   The mode shown in FIG. 3 is a mode when a wedge 18 as an inclination adjusting member of the light source unit 1 is inserted while being slid between one side front end of the light source unit case 16 and the front wall inner surface of the light source housing 15. is there. By inserting the wedge 18, the light source unit case 16 tilts against the elasticity of the two leaf springs 17, the light source unit 1 tilts together with the light source unit case 16, and the rotation axis O of the lifter 11 that is the central axis of the illumination light also tilts. . In this way, the inclination of the light source 12 can be easily adjusted.

上記調整部材としてのスペーサは楔18に限られるものではなく、図4、図5に示すように、平板状のスペーサからなる調整部材181であってもよい。平板状の調整部材181を、図4、図5に示す例のように、光源ユニットケース16の一側前端と光源筐体15の前壁内面との間に挿入すると、光源ユニットケース16が二つの板ばね17の弾力に抗して移動しながら傾く。光源ユニットケース16とともに光源ユニット1が移動するとともに傾く。この光源ユニット1の移動量および傾き量は、調整部材181の厚さを変えることにより、あるいは調整部材181の重ね枚数を変えることによって調整することができる。図2乃至図5に示す例では、調整部材18,181をスライドさせながら移動させる方向は、x方向である。   The spacer as the adjustment member is not limited to the wedge 18 and may be an adjustment member 181 formed of a flat spacer as shown in FIGS. When the flat adjustment member 181 is inserted between the front end of one side of the light source unit case 16 and the inner surface of the front wall of the light source housing 15 as in the examples shown in FIGS. It tilts while moving against the elasticity of the two leaf springs 17. The light source unit 1 moves and tilts together with the light source unit case 16. The amount of movement and inclination of the light source unit 1 can be adjusted by changing the thickness of the adjusting member 181 or by changing the number of overlapping adjusting members 181. In the example shown in FIGS. 2 to 5, the direction in which the adjusting members 18 and 181 are moved while sliding is the x direction.

図5において、光学系筐体40は、軽量で強度のある金属、例えばマグネシウムなどを素材とし、鋳造法で作製される。この光学系筐体40には、個々の光学素子を設置するための溝、孔乃至は開口が形成されている。具体的には、第1のリレーレンズ5を設置するための溝45と第2のリレーレンズ6を設置するための溝46が形成されている。前記ライトトンネル4は横断面形状が矩形であり、その一辺の長さおよび幅に合った段差47が学系筐体40に形成されている。また、学系筐体40には、DMD10を設置するために矩形の開口41と、投射レンズ21の鏡筒を設置するための円形の開口42が形成されている。   In FIG. 5, the optical system casing 40 is made of a lightweight and strong metal, such as magnesium, for example, and is manufactured by a casting method. The optical system housing 40 is formed with grooves, holes, or openings for installing individual optical elements. Specifically, a groove 45 for installing the first relay lens 5 and a groove 46 for installing the second relay lens 6 are formed. The light tunnel 4 has a rectangular cross section, and a step 47 corresponding to the length and width of one side is formed in the academic housing 40. Further, the academic housing 40 is formed with a rectangular opening 41 for installing the DMD 10 and a circular opening 42 for installing the lens barrel of the projection lens 21.

前記第1、第2の折り返しミラー7,8はミラーハウジング48内に設置されている。ミラーハウジング48は光学系筐体40とは別部材になっていて、光学系筐体40内に設置されている。ミラーハウジング48は金属または樹脂で、あるいは金属と樹脂の複合体で作製される。図2乃至図13に示す例では、投射光学系20のうち投射レンズ21のみが光学系筐体40内に設置されているが、投射光学系20を構成する前記平面ミラー25、さらには自由曲面ミラー26を含めて光学系筐体40内に設置してもよい。光源ユニット1は防爆ガラス2を有している。   The first and second folding mirrors 7 and 8 are installed in a mirror housing 48. The mirror housing 48 is a separate member from the optical system housing 40 and is installed in the optical system housing 40. The mirror housing 48 is made of metal or resin, or a composite of metal and resin. In the example shown in FIGS. 2 to 13, only the projection lens 21 of the projection optical system 20 is installed in the optical system housing 40, but the flat mirror 25 constituting the projection optical system 20, and further a free-form surface You may install in the optical system housing | casing 40 including the mirror 26. FIG. The light source unit 1 has an explosion-proof glass 2.

光源ユニット1と光学系筐体40の間には回転カラーフィルタ3が配置されている。回転カラーフィルタ3の回転中心には駆動モータ31の軸が結合され、モータ31によって回転カラーフィルタ3が回転駆動されるようになっている。図2乃至図7に示すように、光源12から放射され、リフレクタ11で反射された照明光は、回転カラーフィルタ3を透過した後、ライトトンネル4の入射端で集光する。一般的には、ライトトンネル4の入射端面(x方向とy方向を含む面内)の中央に集光するのが望ましい。ただし、本発明においては、x方向、さらにはy方向にずらすことが好ましい場合がある。防爆ガラス2、カラーホイール3は、これらによって照明光が反射され、光源12への戻り光を防ぐため、数度から10°程度傾けて設置されている。   A rotating color filter 3 is disposed between the light source unit 1 and the optical system housing 40. The shaft of the drive motor 31 is coupled to the rotation center of the rotary color filter 3, and the rotary color filter 3 is rotated by the motor 31. As shown in FIGS. 2 to 7, the illumination light emitted from the light source 12 and reflected by the reflector 11 passes through the rotating color filter 3 and is collected at the incident end of the light tunnel 4. In general, it is desirable to collect light at the center of the incident end face of the light tunnel 4 (in the plane including the x direction and the y direction). However, in the present invention, it may be preferable to shift in the x direction and further in the y direction. The explosion-proof glass 2 and the color wheel 3 are installed with an inclination of several degrees to about 10 ° in order to reflect the illumination light and prevent return light to the light source 12.

図2乃至図5に示す例では、光源ユニット1の傾き調整を、y方向の軸を中心に回転させて行っているが、図6、図7に示すように、x方向の軸を中心として回転させることにより調整を行うこともできる。図6、図7に示す例では、調整部材としての楔18を、光源ユニットケース16の前面上端と光源筐体15の前壁前面との間に介在させている。楔18の挿入量を調整することにより、光源ユニットケース16内の光源ユニット1の傾き調整を行うことができる。   In the example shown in FIGS. 2 to 5, the tilt adjustment of the light source unit 1 is performed by rotating around the axis in the y direction. However, as shown in FIGS. 6 and 7, the axis in the x direction is set as the center. Adjustments can also be made by rotating. In the example shown in FIGS. 6 and 7, a wedge 18 as an adjustment member is interposed between the front upper end of the light source unit case 16 and the front wall front of the light source housing 15. By adjusting the insertion amount of the wedge 18, the inclination of the light source unit 1 in the light source unit case 16 can be adjusted.

また、第2折り返しミラー8が一隅部に前記切り欠き81を有することによって、DMD10の照明領域の上記切欠き81に対応する部分の照度低下がないように、ライトトンネル4がその中心軸線の周りに回転(傾斜)した態様で設置されている。図8は、光源側からライトトンネル4を見た図である。ライトトンネル1を設置する前記段差47が傾けて形成されていて、この段差47にライトトンネル4が設置されることにより、ライトトンネル4が段差47の傾き角度と同じ角度で傾いて設置されている。   Further, since the second folding mirror 8 has the notch 81 at one corner, the light tunnel 4 is arranged around its central axis so that there is no decrease in illuminance at the portion corresponding to the notch 81 in the illumination area of the DMD 10. It is installed in a mode rotated (tilted). FIG. 8 is a view of the light tunnel 4 as seen from the light source side. The step 47 for installing the light tunnel 1 is formed to be inclined, and the light tunnel 4 is installed at the same angle as the inclination angle of the step 47 by installing the light tunnel 4 at the step 47. .

図10、図11に示すように、光源の傾き調整部材は、ねじ50であってもよい。ねじ50は光源筐体15の前壁に外側前面からねじ込まれ、ねじ50の先端が上記前壁を貫いて、光源筐体15の上端近くかつ一側端近くの前面に当接している。光源筐体15の前壁に対するねじ50のねじ込み量を調整することにより、光源筐体15に対する光源ユニットケース16およびこれと一体の光源ユニット1の、x方向の軸を中心とした傾きを連続的に調整することができる。   As illustrated in FIGS. 10 and 11, the light source tilt adjusting member may be a screw 50. The screw 50 is screwed into the front wall of the light source housing 15 from the outer front surface, and the tip of the screw 50 penetrates the front wall and abuts the front surface near the upper end of the light source housing 15 and near one end. By adjusting the screwing amount of the screw 50 with respect to the front wall of the light source housing 15, the inclination of the light source unit case 16 and the light source unit 1 integrated with the light source housing 15 around the axis in the x direction is continuously adjusted. Can be adjusted.

なお、光源ユニット1、回転カラーフィルタ3、照明光学系を構成するライトトンネル4などが密接して配置されているため、ねじ50を回すのに必要なスペースがない場合がある。そこで、図12に示すように、ねじ50の頭部と一体に、長いレバー51を形成し、レバー51を操作することによりねじ50を回転するようにするとよい。図10乃至図12に示す例のように、光源の傾き調整部材がねじ50で構成されていると、光源の傾き調整部材をねじの回転量によって連続的に調整することができかつ微調整が可能である。また、ねじ50を一定の角度ごとに調整するようにしておけば、段階的な調整が可能になる。   Since the light source unit 1, the rotating color filter 3, the light tunnel 4 constituting the illumination optical system, and the like are closely arranged, there may be no space necessary for turning the screw 50. Therefore, as shown in FIG. 12, a long lever 51 may be formed integrally with the head of the screw 50, and the screw 50 may be rotated by operating the lever 51. When the light source tilt adjusting member is constituted by the screw 50 as in the example shown in FIGS. 10 to 12, the light source tilt adjusting member can be continuously adjusted by the amount of rotation of the screw and fine adjustment can be performed. Is possible. Further, if the screw 50 is adjusted for every fixed angle, stepwise adjustment is possible.

ところで、画像投射装置を外観から分類すると、縦型と横型があり、それぞれに対応して光学素子が配置される。ここまで説明してきた実施例は縦型である。図9で代表されるように、画像投射装置のハウジング60内に、防爆ガラス2を含む光源ユニット1、白色の照明光から少なくとも赤、緑、青の光を時分割で形成する回転カラーフィルタ3、照明均一化素子としてのライトトンネル4、第1、第2リレーレンズ5,6、第1、第2折り返しミラー7,8、空間光変調素子としてのDMD10、投射レンズ21、投射ミラー系22が配置されている。投射ミラー系22は、図1に示す平面ミラー25と自由曲面ミラー26で構成されている。図示していないが、冷却ファン、光源駆動部、DMD駆動部、各種光学素子の保持部材等がハウジング60内に配置されている。光源ユニット1から第2折り返しミラー8までを照明光学系と呼ぶ。また、投射レンズ12から自由曲面ミラー12までを合わせて投射光学系を構成している。図9では省略されているが、照明光学系の各素子は、前述のように、光源筐体15および光学系筐体40に設置されている。   By the way, when the image projection apparatus is classified by appearance, there are a vertical type and a horizontal type, and an optical element is arranged corresponding to each. The embodiment described so far is a vertical type. As represented in FIG. 9, a light source unit 1 including an explosion-proof glass 2 in a housing 60 of an image projection apparatus, a rotating color filter 3 that forms at least red, green, and blue light from white illumination light in a time-sharing manner. A light tunnel 4 as an illumination uniformizing element, first and second relay lenses 5 and 6, first and second folding mirrors 7 and 8, a DMD 10 as a spatial light modulation element, a projection lens 21, and a projection mirror system 22. Is arranged. The projection mirror system 22 includes a plane mirror 25 and a free-form surface mirror 26 shown in FIG. Although not shown, a cooling fan, a light source driving unit, a DMD driving unit, holding members for various optical elements, and the like are arranged in the housing 60. The section from the light source unit 1 to the second folding mirror 8 is called an illumination optical system. Further, the projection optical system is configured by combining the projection lens 12 to the free-form surface mirror 12. Although omitted in FIG. 9, each element of the illumination optical system is installed in the light source housing 15 and the optical system housing 40 as described above.

光源12から出射した白色の照明光はリフレクタ11で集光されつつ前方に進む。白色の照明光のうち、紫外線(UV)及び赤外線(IR)は防爆ガラス2に設けられているUVカットフィルター、IRカットフィルターによりカットされる。さらに、白色照明光は、回転カラーフィルタ3により、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の三色に、時分割される。これらの光は、ライトトンネル4内で多数回反射され、その空間的な強度分布が均一化される。リフレクタ11の反射面は、例えば凹形の楕円体で表され、第1焦点に光源(発光部)12を設置し、第2の焦点位置に、ライトトンネル4の入口(入射端)を設置する。従って、光源12から出射した光はライトトンネル4の入射端において一旦集光される。   White illumination light emitted from the light source 12 travels forward while being collected by the reflector 11. Of the white illumination light, ultraviolet rays (UV) and infrared rays (IR) are cut by a UV cut filter and an IR cut filter provided on the explosion-proof glass 2. Further, the white illumination light is time-divided into three colors, for example, red (R), green (G), and blue (B) by the rotating color filter 3. These lights are reflected many times in the light tunnel 4, and the spatial intensity distribution is made uniform. The reflecting surface of the reflector 11 is represented by, for example, a concave ellipsoid, and the light source (light emitting unit) 12 is installed at the first focus, and the entrance (incident end) of the light tunnel 4 is installed at the second focus position. . Accordingly, the light emitted from the light source 12 is once condensed at the incident end of the light tunnel 4.

ライトトンネル4を出た光は第1リレーレンズ7、第2リレーレンズ8を経て、第1折り返しミラー7で折り返され、さらに第2折り返しミラー8で折り返され、DMD10に到達する。ライトトンネル4の出射端面とDMD10の表示面とは、共役の関係が成立するように、第1、2のリレーレンズ5,6、第2折り返しミラー8のパワーが配分されている。第1、第2の折り返しミラー7,8によって照明光の光路が3次元的に折り返得されるようになっていて、これによりハウジング60の小型化を図っている。また、図8について説明したように、ライトトンネル4が、光軸周りに回転し傾斜した姿勢で設置されているのも、照明光が第1、第2の折り返しミラー7,8により三次元的に折り返される構成になっていることによる。   The light exiting the light tunnel 4 passes through the first relay lens 7 and the second relay lens 8, is folded back by the first folding mirror 7, is further folded by the second folding mirror 8, and reaches the DMD 10. The power of the first and second relay lenses 5 and 6 and the second folding mirror 8 is distributed so that a conjugate relationship is established between the emission end face of the light tunnel 4 and the display face of the DMD 10. The optical path of the illumination light is three-dimensionally folded by the first and second folding mirrors 7 and 8, thereby reducing the size of the housing 60. In addition, as described with reference to FIG. 8, the light tunnel 4 is installed in an inclined posture that rotates around the optical axis. The illumination light is three-dimensionally provided by the first and second folding mirrors 7 and 8. This is because it is configured to be folded back.

x、y、zの直交座標系については前述のとおりである。図9の右下には、x軸、y軸、z軸を中心とした回転をそれぞれα、β、γとするものとして示している。これは他の図においても共通である。   The orthogonal coordinate system of x, y, z is as described above. In the lower right of FIG. 9, rotations about the x-axis, y-axis, and z-axis are indicated as α, β, and γ, respectively. This is common in other figures.

図9において、DMD10の画像表示面は、z軸とx軸を含む面に平行である。また、投射レンズ21は、その光軸がy軸方向に沿うように設置されかつDMD10の画像表示面に対して垂直になっている。画像が投射されるスクリーン70は、yz面に平行である。従って、DMD10の画像表示面とスクリーン70は直交している。投射レンズ21の光軸とスクリーン70は平行であり、スクリーン70は床に垂直なy方向とz方向を含む面に平行である。また、画像投射装置を設置する部屋の床や机などの平坦な台の表面は、z方向とx方向を含む面と平行である。このような関係にある本実施例に係る画像投射装置を縦型と呼ぶことにする。従来の横型の画像投射装置においては、投射レンズの光軸がx軸と平行で、これに垂直にスクリーンがある(例えば特許文献2参照)。本発明に係る技術思想は縦型に限定されるものではなく、横型の画像投射装置にも適用することができる。   In FIG. 9, the image display surface of the DMD 10 is parallel to a surface including the z axis and the x axis. The projection lens 21 is installed so that its optical axis is along the y-axis direction, and is perpendicular to the image display surface of the DMD 10. The screen 70 on which the image is projected is parallel to the yz plane. Therefore, the image display surface of the DMD 10 and the screen 70 are orthogonal to each other. The optical axis of the projection lens 21 and the screen 70 are parallel to each other, and the screen 70 is parallel to a plane including the y direction and the z direction perpendicular to the floor. In addition, the surface of a flat table such as a floor or a desk in a room where the image projection apparatus is installed is parallel to a plane including the z direction and the x direction. The image projection apparatus according to the present embodiment having such a relationship is referred to as a vertical type. In the conventional horizontal image projection apparatus, the optical axis of the projection lens is parallel to the x-axis, and there is a screen perpendicular to this (see, for example, Patent Document 2). The technical idea according to the present invention is not limited to the vertical type, but can be applied to a horizontal type image projection apparatus.

第2折り返しミラー8を図14に示す。第2折り返しミラー8は一隅部に切り欠き81を有していて、切り欠き81も含めて型枠を使った圧縮成形によって製作することができる。また、切削加工によって形成してもよい。   The second folding mirror 8 is shown in FIG. The second folding mirror 8 has a notch 81 at one corner and can be manufactured by compression molding using a mold including the notch 81. Moreover, you may form by cutting.

図15に示すように、光源12とリフレクタ11を含む光源ユニット1から出射する照明光の最大角を2θとする。ライトトンネル4の断面は矩形であり、横断面における内面の短辺の長さをa、長辺の長さをb、対角線の長さを2c、光軸に沿ったライトトンネル4の長さ(全長)をLとする。最大角の1/2でライトトンネル4に入射した光がライトトンネル4内で一回目に反射されるまでの光軸に沿った距離をsとすると、s=c*tanθである。一例として、L=25mm、θ=30°、a=3.4mm、b=5.7mmである。またc=3.32mm、s=5.75mmである。さらにL/sは、最大入射角の照明光のライトトンネル内での反射回数を表し、4.35回である。   As shown in FIG. 15, the maximum angle of illumination light emitted from the light source unit 1 including the light source 12 and the reflector 11 is 2θ. The cross section of the light tunnel 4 is rectangular, the length of the short side of the inner surface in the cross section is a, the length of the long side is b, the length of the diagonal is 2c, the length of the light tunnel 4 along the optical axis ( L) is L. If the distance along the optical axis until the light incident on the light tunnel 4 at the half of the maximum angle is reflected in the light tunnel 4 for the first time is s, s = c * tan θ. As an example, L = 25 mm, θ = 30 °, a = 3.4 mm, and b = 5.7 mm. Further, c = 3.32 mm and s = 5.75 mm. Further, L / s represents the number of reflections of the illumination light with the maximum incident angle in the light tunnel, and is 4.35.

照明光の角度θが30°よりも小さいと、ライトトンネル内での反射回数は少なくなる。またLが30mm、20mm、または15mmで、他は同じとすると、L/sはそれぞれ5.22、3.48、2.61である。ライトトンネル4の反射面の1回の反射率が98%(平均)とすると、これらの反射回数により、トータルの反射率は、L=30mmで90.0%、L=25mmで91.6%、L=20mmで93.2%、L=15mmで94.8%である。Lが大きいほど、反射回数は多くなり、トータルの反射率は低下し、Lが小さいほど、反射回数は少なくなり、トータルの反射率は向上する。光学素子の単品として、トータルの反射率で90%以上が好ましい。また、照明光の均一化の観点から、反射回数が少なすぎるのは好ましくない。従って、
3.48s≦L≦5.22s
とするのが望ましい。
When the angle θ of the illumination light is smaller than 30 °, the number of reflections in the light tunnel decreases. If L is 30 mm, 20 mm, or 15 mm and the other is the same, L / s is 5.22, 3.48, 2.61 respectively. Assuming that the one-time reflectance of the reflecting surface of the light tunnel 4 is 98% (average), the total reflectance is 90.0% at L = 30 mm and 91.6% at L = 25 mm depending on the number of reflections. L = 20 mm and 93.2%, and L = 15 mm and 94.8%. The greater the L, the greater the number of reflections and the lower the total reflectivity. The smaller the L, the less the number of reflections and the total reflectivity. As a single optical element, the total reflectance is preferably 90% or more. Also, it is not preferable that the number of reflections is too small from the viewpoint of uniform illumination light. Therefore,
3.48 s ≦ L ≦ 5.22 s
Is desirable.

DMD10が大きな照度むらがなく適切に照明されている場合、DMD10上の照度分布はほぼ平坦になる。図16はDMD10上の照度分布を示す。図16において、曲線(A)はDMD10の短辺方向の照度分布、曲線(B)はDMD10の長辺方向の照度分布、曲線(C)はDMD10の対角線方向の照度分布を示している。DMD10上の照度分布は、ライトトンネル4内での光の反射回数に依存する。反射回数が少なく、照明の均一化が不充分な場合、上部が平坦な曲線とはならず、中央が尖った不均一な分布となる。   When the DMD 10 is appropriately illuminated without large illuminance unevenness, the illuminance distribution on the DMD 10 becomes substantially flat. FIG. 16 shows the illuminance distribution on the DMD 10. In FIG. 16, the curve (A) shows the illuminance distribution in the short side direction of the DMD 10, the curve (B) shows the illuminance distribution in the long side direction of the DMD 10, and the curve (C) shows the illuminance distribution in the diagonal direction of the DMD 10. The illuminance distribution on the DMD 10 depends on the number of reflections of light in the light tunnel 4. When the number of reflections is small and the illumination is not sufficiently uniform, the upper portion does not become a flat curve, and the distribution is not uniform with a sharp center.

第2折り返しミラー8の切り欠き81を要因とするDMD4上の照度低下を、光源ユニット1の位置調整により向上・回復させることができる。その理由を、図17を参照しながら説明する。図17(a)から(c)は、光源ユニット1とライトトンネル4の位置関係を描いたものである。(a)はライトトンネル4が充分に長い場合でありかつ第2折り返しミラー8の切り欠き81の影響が無い場合を示しており、DMD10上の照度分布(対角)はグラフ(i)に示すように均一になる。しかし、上記切り欠き81の影響がある場合、照度分布はグラフ(ii)のように、片側の照度が落ちる。   The decrease in illuminance on the DMD 4 caused by the notch 81 of the second folding mirror 8 can be improved and recovered by adjusting the position of the light source unit 1. The reason will be described with reference to FIG. FIGS. 17A to 17C depict the positional relationship between the light source unit 1 and the light tunnel 4. (A) shows a case where the light tunnel 4 is sufficiently long and there is no influence of the notch 81 of the second folding mirror 8, and the illuminance distribution (diagonal) on the DMD 10 is shown in the graph (i). To be uniform. However, when there is an influence of the notch 81, the illuminance distribution has a reduced illuminance on one side as shown in the graph (ii).

図17(b)はライトトンネル4が短い場合を示している。ライトトンネル4が短い場合、光源ユニット1から出射された照明光は、ライトトンネル4内で反射されることなく出射される照明光の割合が増え、DMD10上の照度分布曲線において中央にピークが生じる。さらに第2折り返しミラー8の切り欠き81の影響により照度分布曲線の片側が低下する。この場合のグラフを(iii)に示す。この場合に、図2乃至図7に示すような光源ユニット1の調整部材により照明光の中心軸を傾けると、DMD10上の照度分布曲線の中央にあったピークが移動する。そこで、第2折り返しミラー8の切り欠き81により低下した照度を相殺する方向に上記照明光の中心軸を傾ければ、図17のグラフ(vi)に示すように、照度の低下を回復・向上させることができる。   FIG. 17B shows a case where the light tunnel 4 is short. When the light tunnel 4 is short, the ratio of the illumination light emitted from the light source unit 1 without being reflected in the light tunnel 4 increases, and a peak occurs at the center in the illuminance distribution curve on the DMD 10. . Furthermore, one side of the illuminance distribution curve is lowered due to the influence of the notch 81 of the second folding mirror 8. The graph in this case is shown in (iii). In this case, when the central axis of the illumination light is tilted by the adjustment member of the light source unit 1 as shown in FIGS. 2 to 7, the peak at the center of the illuminance distribution curve on the DMD 10 moves. Therefore, if the central axis of the illumination light is tilted in a direction that cancels the illuminance reduced by the notch 81 of the second folding mirror 8, the reduction in illuminance is recovered and improved as shown in the graph (vi) of FIG. Can be made.

本発明の実施例によれば、第2折り返しミラー8の切り欠き81によりDMD10上の照度が低下し、かつ、短いライトトンネル4を用いた場合であっても、リフクレタ11を有する光源ユニット1の位置調整手段により、照度むらの少ない画像投射装置を得ることができる。   According to the embodiment of the present invention, even when the illumination on the DMD 10 is reduced by the notch 81 of the second folding mirror 8 and the short light tunnel 4 is used, the light source unit 1 having the lifter 11 is provided. By the position adjusting means, it is possible to obtain an image projection apparatus with little illuminance unevenness.

次に、上記実施例の各構成部分について、より詳細に説明する。
照明均一化素子としてのライトトンネル4は、図18に示すように、4枚の板状のミラーを、ミラー面がお互いに内側に、断面形状が矩形になるように張り合わせたもので、外観は柱状である。各ミラーは耐熱性に優れた接着剤などを用いて貼り合わせられている。前述のとおり、ライトトンネル4の長さは長い程、内面での反射回数が増えるため、照明光の照度分布を均一にすることができるが、照度分布の均一性と照明系のサイズとの兼ね合いで、ライトトンネルの長さは20mmから30mm程度に設定される。
Next, each component of the above embodiment will be described in more detail.
As shown in FIG. 18, the light tunnel 4 as an illumination uniformizing element is composed of four plate-like mirrors bonded together so that the mirror surfaces are inside each other and the cross-sectional shape is rectangular. It is columnar. Each mirror is bonded using an adhesive having excellent heat resistance. As described above, the longer the length of the light tunnel 4, the more the number of reflections on the inner surface, and the illuminance distribution of the illumination light can be made uniform, but the balance between the uniformity of the illuminance distribution and the size of the illumination system Thus, the length of the light tunnel is set to about 20 mm to 30 mm.

DMD10として0.65インチのWXGA(16:10)、画素ピッチ10.8μmのものを採用した。これに対応するライトトンネル4の内寸は、6mm×3mm程度である。ライトトンネル4を構成する各ミラーの反射率は98%(波長420nm〜680nm)以上が好ましい。上記ミラーの反射面は、Ag、Alなどの金属膜を真空蒸着、あるいはスパッタリングによりガラス面に成膜したものである。金属膜に代えて、誘電体多層膜を成膜してもよい。各ミラーの板の厚みは1mm前後である。このような構成の照明均一化素子は、ライトトンネル、ライトパイプ、ロッドレンズ、ロッドインテグレータなどとも呼ばれる。   As DMD10, a 0.65 inch WXGA (16:10) pixel pitch of 10.8 μm was used. The inner dimension of the light tunnel 4 corresponding to this is about 6 mm × 3 mm. The reflectivity of each mirror constituting the light tunnel 4 is preferably 98% (wavelength 420 nm to 680 nm) or more. The reflection surface of the mirror is formed by depositing a metal film such as Ag or Al on the glass surface by vacuum deposition or sputtering. A dielectric multilayer film may be formed instead of the metal film. The thickness of each mirror plate is around 1 mm. The illumination uniformizing element having such a configuration is also called a light tunnel, a light pipe, a rod lens, a rod integrator, or the like.

照明均一化素子は、図18に示すようなミラー板を張り合わせたものでなくてもよく、例えばガラス柱であってもよい。照明均一化素子としてガラス柱を用いた場合、ガラス柱内面の全反射を利用して照明光を反射することができるため、反射膜を成膜する必要なない。   The illumination uniformizing element may not be a laminate of mirror plates as shown in FIG. 18, and may be, for example, a glass column. When a glass column is used as the illumination uniformizing element, the illumination light can be reflected using total reflection on the inner surface of the glass column, so that it is not necessary to form a reflective film.

光源12から放射され、リフレクタ11で反射されて光源ユニット1から出射される照明光は、配光分布を有しており、そのままスクリーンに投射すると、照度(明るさ)むらとなって人に認識される。照度むらは、一般に、スクリーンの中心領域では明るいが、周辺では暗くなっているという場合が多い。照明均一化素子としてのライトトンネル4により、照度むらを低減することができる。その原理は、カレードスコープと同様である。照明均一化手段に適当な角度で入射した光は、ライトトンネル4の内面のミラーで複数回反射を繰り返し、光を折りたたむように重ね合わされ、ライトトンネル4の出射端では照度が均一化されている。   Illumination light emitted from the light source 12, reflected by the reflector 11, and emitted from the light source unit 1 has a light distribution, and when projected onto the screen as it is, illuminance (brightness) unevenness is recognized by humans. Is done. In general, uneven illumination is often bright in the central area of the screen but dark in the periphery. Irradiance unevenness can be reduced by the light tunnel 4 as an illumination uniformizing element. The principle is the same as that of a kaleidoscope. Light incident on the illumination uniforming means at an appropriate angle is repeatedly reflected several times by the mirror on the inner surface of the light tunnel 4 so as to fold the light, and the illuminance is made uniform at the exit end of the light tunnel 4. .

ライトトンネル4の設置および調整構造に関して説明する。図20において、ライトトンネル4は、前記光学系筐体40の段差47に、ライトトンネル4の形状に応じた固定具49により設置されている。上記段差47に続く縦方向の壁面があり、段差47と上記縦方向の壁面とで構成される角隅部にライトトンネル4が配置され、互いに直交する2面を持つアングル状の固定具49によってライトトンネル4を上記各隅部に押圧することにより、ライトトンネル4が固定されている。   The installation and adjustment structure of the light tunnel 4 will be described. In FIG. 20, the light tunnel 4 is installed at a step 47 of the optical system housing 40 by a fixture 49 corresponding to the shape of the light tunnel 4. There is a vertical wall surface following the step 47, and the light tunnel 4 is disposed at a corner portion constituted by the step 47 and the vertical wall surface, and an angle-shaped fixture 49 having two surfaces orthogonal to each other. The light tunnel 4 is fixed by pressing the light tunnel 4 to each corner.

ライトトンネル4は、図19に示すようにホルダー44に入れてもよい。ホルダー44の材質は例えばステンレスであり、耐熱性があるものが好ましい。ホルダー44の内面とライトトンネル4の外面を接触させることにより冷却効果を高めることができる。ライトトンネル4を直接、もしくはライトトンネル4を保持したホルダー44を、図20に示すように、固定具49により光学系筐体40の段差47に固定する。固定具49はステンレス鋼やアルミニウムのような熱伝導性の高い金属で製作され、光学系筐体40にねじ止めされている。   The light tunnel 4 may be put in a holder 44 as shown in FIG. The material of the holder 44 is, for example, stainless steel and preferably has heat resistance. The cooling effect can be enhanced by bringing the inner surface of the holder 44 into contact with the outer surface of the light tunnel 4. The light tunnel 4 is fixed directly or the holder 44 holding the light tunnel 4 is fixed to a step 47 of the optical system housing 40 by a fixture 49 as shown in FIG. The fixture 49 is made of a metal having high thermal conductivity such as stainless steel or aluminum, and is screwed to the optical system housing 40.

図20(b)に示すように、ライトトンネル4と固定具49との間には、弾性部材である板ばね52が介在している。光学系筐体40側にはねじ孔が形成され、このねじ孔に調整ねじ53がねじ込まれている。調整ねじ53は、ライトトンネル4の底面側と一側面側の2方向からねじ込まれ、各調整ねじ53の先端がライトトンネル4の底面側と一側面側に当接している。ライトトンネル4を挟んで上記2本の調整ねじ53と反対側にそれぞれ上記板ばね52が介在している。このように、調整ねじ53、板ばね52ともに2方向に設けられていて、ライトトンネル4をx軸方向と、y軸方向に位置調整可能な位置調整構造を構成し、調整ねじ53が調整部材となっている。   As shown in FIG. 20B, a leaf spring 52 that is an elastic member is interposed between the light tunnel 4 and the fixture 49. A screw hole is formed on the optical system housing 40 side, and an adjusting screw 53 is screwed into the screw hole. The adjustment screw 53 is screwed in from the two directions of the bottom surface side and one side surface side of the light tunnel 4, and the tip of each adjustment screw 53 is in contact with the bottom surface side and one side surface side of the light tunnel 4. The leaf springs 52 are respectively interposed on the opposite sides of the two adjusting screws 53 with the light tunnel 4 interposed therebetween. Thus, both the adjusting screw 53 and the leaf spring 52 are provided in two directions to constitute a position adjusting structure capable of adjusting the position of the light tunnel 4 in the x-axis direction and the y-axis direction, and the adjusting screw 53 is an adjusting member. It has become.

少なくとも一つの調整ねじ53を回すことにより、ライトトンネル4が上記調整ねじ53の反対側にある板ばね52を付勢する向きに押される。また、上記調整ねじ53を反対側に回すと、その反対側の板ばね52の弾力によってライトトンネル4が押され、逆向きに動く。板ばね52は、固定具49とライトトンネル4との間に単に介在しているだけであってもよいし、固定具49と一体に設けられていてもよい。調整ねじ53を設ける位置は、ライトトンネル4の入射側と出射側のいずれか一方に設けてもよいし、その両方に設けてもよい。ライトトンネル4の長さ方向の傾きを調整するのであれば入射側と出射側のいずれか一方に設ければよく、位置調整(例えばライトトンネル4を平行移動(シフト)させるなど)もするのであれば入射側と出射側の両方に設ける。   By turning at least one adjusting screw 53, the light tunnel 4 is pushed in a direction to bias the leaf spring 52 on the opposite side of the adjusting screw 53. Further, when the adjustment screw 53 is turned to the opposite side, the light tunnel 4 is pushed by the elasticity of the leaf spring 52 on the opposite side and moves in the opposite direction. The leaf spring 52 may simply be interposed between the fixture 49 and the light tunnel 4, or may be provided integrally with the fixture 49. The position where the adjustment screw 53 is provided may be provided on either the incident side or the emission side of the light tunnel 4 or may be provided on both of them. If the inclination in the length direction of the light tunnel 4 is adjusted, it may be provided on either the incident side or the emission side, and the position adjustment (for example, parallel movement (shift) of the light tunnel 4 or the like) may be performed. For example, it is provided on both the incident side and the emission side.

空間光変調素子には、透過型のものと反射型のものに大別される。また液晶と偏光を用いた液晶空間光変調素子と、微小ミラーアレイを有し個々の微小ミラーを傾けてオン光とオフ光に切り換えるDMDがある。前記実施例ではDMDを用いている。DMDは無偏光光を用いる。   Spatial light modulation elements are roughly classified into a transmission type and a reflection type. In addition, there is a liquid crystal spatial light modulator using liquid crystal and polarized light, and a DMD having a micro mirror array and switching each of the micro mirrors to on light and off light. In the above embodiment, DMD is used. DMD uses non-polarized light.

図21は、上記DMD10を模式的に示している。図21(a)はDMD10を上から見たものである。画像表示領域は矩形になっていて、この画像表示領域には、図21(b)に示すように無数の微小ミラー102が画素として配列されている。各微小ミラー102は一辺10μm前後の正方形である。微小ミラー配列数はXGAで1280×768画素(あるいはピクセル)、WXAGAで1280×768画素である。この微小ミラーの配列面がDMDの表示面すなわち画像表示領域となっている。   FIG. 21 schematically shows the DMD 10. FIG. 21A shows the DMD 10 as viewed from above. The image display area is rectangular, and innumerable micromirrors 102 are arranged as pixels in this image display area as shown in FIG. Each micromirror 102 is a square having a side of about 10 μm. The number of micromirrors is 1280 × 768 pixels (or pixels) for XGA and 1280 × 768 pixels for WXAGA. The array surface of the micromirrors is a DMD display surface, that is, an image display region.

画像表示のサイズはDMD10の画像表示領域の対角線で、例えは0.5インチ、0.65インチというように決められる。また、矩形の画像表示領域の長辺と短辺との比を取り、4:3、16:10というように画面の縦横比を表現する。各画素を構成する微小ミラー102は正方形であり、微小ミラー102の配列周期を画素ピッチという。画素ピッチは10μm前後である。図面には現れていないが、実際の微小ミラー102のサイズは画素ピッチよりも若干小さい。画素ピッチに対する実際の微小ミラー102のサイズの比率を開口率と呼ぶ。   The size of the image display is a diagonal line of the image display area of the DMD 10 and is determined to be 0.5 inch or 0.65 inch, for example. Further, the ratio of the long side to the short side of the rectangular image display area is taken to express the aspect ratio of the screen as 4: 3, 16:10. The micromirrors 102 constituting each pixel are square, and the arrangement period of the micromirrors 102 is referred to as a pixel pitch. The pixel pitch is around 10 μm. Although not shown in the drawing, the actual size of the micromirror 102 is slightly smaller than the pixel pitch. The ratio of the actual size of the micromirror 102 to the pixel pitch is called the aperture ratio.

図21(d)は、DMD10の画素配列を横から見た場合を示している。画素配列の上側には保護用のカバーガラス110が置かれている。正方形の各微小ミラー102は、その対角線を回転軸として回転する(図21(c)参照)。各微小ミラー102の回転の方向は、回転軸に対して時計周り、反時計周りの両方であり、回転の向きをプラスとマイナスで区別する。回転角度は±10°乃至12°である。微小ミラー102の回転をチルトということもある。回転した微小ミラー102は、図21(e)に示すように、プラス方向の回転とマイナス方向の回転とで、入射光に対する反射光の方向を変えることできる。これによりオンとオフとの二値をとることができる。   FIG. 21D shows a case where the pixel array of the DMD 10 is viewed from the side. A protective cover glass 110 is placed on the upper side of the pixel array. Each square micromirror 102 rotates with its diagonal line as a rotation axis (see FIG. 21C). The direction of rotation of each micromirror 102 is both clockwise and counterclockwise with respect to the rotation axis, and the direction of rotation is distinguished between plus and minus. The rotation angle is ± 10 ° to 12 °. The rotation of the micro mirror 102 is sometimes referred to as tilt. As shown in FIG. 21E, the rotated micromirror 102 can change the direction of the reflected light with respect to the incident light by rotating in the plus direction and rotating in the minus direction. As a result, binary values of ON and OFF can be taken.

各微小ミラー102は、その回転角度が+12°のときをオンとし、回転角度が−12°のときをオフとする。微小ミラーがオンのとき上記微小ミラーで反射される光が画像形成に寄与し、微小ミラーがオフのとき上記微小ミラーで反射される光は画像形成に寄与せず、黒表示となる。上記オンのとき、微小ミラーで反射された光は、前記投射レンズ21の入射瞳に入ることができ、投射レンズ21を経て、前記スクリーン70に到達する。一方、オフのとき、微小ミラーで反射した光は、投射レンズ21の入射瞳に入ることはできず、DMD10の近傍に設けられているオフ光処理用の吸収部材に到達する。この吸収部材は冷却を要する。また、上記オンとオフとの間に微小ミラーが平坦な姿勢をとる瞬間がある。DMDの表示面とは反対側にヒートシンク及び冷却ファンを設置して、DMDの冷却を行う。   Each micro mirror 102 is turned on when the rotation angle is + 12 °, and is turned off when the rotation angle is −12 °. When the micromirror is on, the light reflected by the micromirror contributes to the image formation. When the micromirror is off, the light reflected by the micromirror does not contribute to the image formation and displays black. When the light is on, the light reflected by the micromirror can enter the entrance pupil of the projection lens 21 and reaches the screen 70 via the projection lens 21. On the other hand, when the light is off, the light reflected by the micro mirror cannot enter the entrance pupil of the projection lens 21 and reaches the off light processing absorbing member provided in the vicinity of the DMD 10. This absorbing member requires cooling. Also, there is a moment when the micromirror takes a flat posture between the on and off states. A heat sink and a cooling fan are installed on the side opposite to the display surface of the DMD to cool the DMD.

前記白色の光源12としては、管球形状の高圧または超高圧水銀ランプを用いるとよい。または、ハロゲンランプであってもよい。光源ユニット1のリフレクタ11の形状は楕円体状が好ましい。楕円体の二つの焦点の一方に、管球(発光部)を設置し、他方の焦点に、照明均一化素子の入射端を設置する。光源12として、出力が例えば180W−260W(ワット)前後のものを用いる。ランプの出力が高いほど、明るい投射画像を実現できる。   As the white light source 12, a tube-shaped high pressure or ultra high pressure mercury lamp may be used. Alternatively, a halogen lamp may be used. The shape of the reflector 11 of the light source unit 1 is preferably an ellipsoid. A tube (light emitting unit) is installed at one of the two focal points of the ellipsoid, and the incident end of the illumination uniformizing element is installed at the other focal point. As the light source 12, a light source having an output of, for example, about 180 W to 260 W (watts) is used. The higher the lamp output, the brighter the projected image.

水銀ランプは破裂することがあり、破裂してもガラス片が飛散しないように、リフレクタ11の前面に防爆ガラス2を設置する。防爆ガラス2は、例えば40mm角、厚み3mm前後の、硼珪酸ガラスからなり、光源ユニット1の光軸に対して例えば10°傾けて設置する。これは、防爆ガラス2で反射した光が戻り光となり、管球の位置で焦点を結ばないようにするためである。このような戻り光があるとランプの寿命が短くなる。防爆ガラス2には、赤外線(IR)カットフィルター、紫外線(UV)カットフィルターの多層膜を施す。リフレクタ11は適宜のハウジングに納められており、防爆のために、目の細かい金属のメッシュで上記ハウジングを覆ってもよい。画像投射装置において光源としてのランプは消耗品であり、数千時間といった長時間の使用により明るさが低減するので、そのときは、ランプハウジングまたは光源ユニットごと交換する。   The mercury lamp may burst, and the explosion-proof glass 2 is installed on the front surface of the reflector 11 so that the glass piece does not scatter even if it bursts. The explosion-proof glass 2 is made of borosilicate glass having, for example, a 40 mm square and a thickness of about 3 mm, and is installed at an angle of, for example, 10 ° with respect to the optical axis of the light source unit 1. This is because the light reflected by the explosion-proof glass 2 becomes return light and is not focused at the position of the tube. Such return light shortens the lamp life. The explosion-proof glass 2 is provided with a multilayer film of an infrared (IR) cut filter and an ultraviolet (UV) cut filter. The reflector 11 is housed in an appropriate housing, and the housing may be covered with a fine metal mesh for explosion prevention. A lamp as a light source in an image projection apparatus is a consumable item, and its brightness is reduced by long-term use such as several thousand hours. At that time, the lamp housing or the light source unit is replaced.

管球からなる光源12およびリフレクタ11を図22に示す。図22の(a)は正面図、(b)は側面図である。リフクレタ11の形状には楕円あるいは双曲線等がある。いずれも回転軸を有する。またこの回転軸上に光源12としての管球が設置されている。   A light source 12 and a reflector 11 made of a tube are shown in FIG. 22A is a front view, and FIG. 22B is a side view. The shape of the lifter 11 includes an ellipse or a hyperbola. All have a rotation axis. Further, a tube as a light source 12 is installed on the rotation axis.

光源12は、紫外線から可視光線、そして赤外線まで広い範囲の光を放射しており、従って白色光源である。このうち紫外線と赤外線は、上記のように、ランプ出射直後でカットし、残りの可視光域の光を回転カラーフィルタ3により色成分ごとに分離され、特に光の三原色であるR、G、Bの単色光を用いてカラー画像を形成する。   The light source 12 emits a wide range of light from ultraviolet light to visible light and infrared light, and is therefore a white light source. Among these, ultraviolet rays and infrared rays are cut immediately after the emission of the lamp as described above, and the remaining light in the visible light region is separated into color components by the rotating color filter 3, and in particular, R, G, B which are the three primary colors of light. A color image is formed using monochromatic light.

回転カラーフィルタ3は色分離手段である。回転カラーフィルタ3は、図23に示すように、円板を円グラフのように複数の領域に回転方向に分け、それぞれの領域を異なる色とする(図23(a)参照)。具体的には、円形のガラス板の面に多層膜を蒸着してカラーフィルタとする。基本的には、赤(R)、緑(G)、青(B)であり、これに白(W)を加え四つに領域を分割する。白(W)の領域は、明るさ増大のために設けるもので、多層膜を形成しない透明の領域である。また、色再現性を高めるために、黄(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)などを加えることもある。   The rotating color filter 3 is color separation means. As shown in FIG. 23, the rotating color filter 3 divides a disk into a plurality of regions in a rotational direction like a pie chart, and each region has a different color (see FIG. 23A). Specifically, a multilayer film is deposited on the surface of a circular glass plate to form a color filter. Basically, they are red (R), green (G), and blue (B), and white (W) is added to this to divide the region into four. The white (W) region is provided for increasing the brightness, and is a transparent region where a multilayer film is not formed. In order to improve color reproducibility, yellow (Y), magenta (M), cyan (C), etc. may be added.

上記白色の光源12から出射される照明光から、必要なスペクトルを回転カラーフィルタ3により取り出す。回転カラーフィルタ3のベースをなすガラスの円板は、例えば直径40mm程度、厚み1mm程度である。各色のフィルタ領域は物理的に分離されている。上記円板の回転中心をモータ31の回転出力軸に取り付け、モータ31により高速で回転駆動する。回転速度は数千rpmから1万rpm前後である。回転カラーフィルタ3の各色の位置情報を検出するセンサが備えられており、このセンサの出力により、DMD10による画像表示を同調させている。従って、回転カラーフィルタ3は、時分割(フィールドシーケンシャル)で各色を生成している。DMD10の微小ミラーの応答速度は高速であるため、フィールドシーケンシャルでカラー画像を何ら問題なく形成することができる。また、光源ユニット1から集光される途中の光のスポット32(図23(a)参照)は、常に回転カラーフィルタ3の同じ位置に当る。   A necessary spectrum is extracted from the illumination light emitted from the white light source 12 by the rotating color filter 3. The glass disk forming the base of the rotating color filter 3 has a diameter of about 40 mm and a thickness of about 1 mm, for example. Each color filter area is physically separated. The rotation center of the disk is attached to the rotation output shaft of the motor 31 and is driven to rotate at high speed by the motor 31. The rotation speed is about several thousand rpm to about 10,000 rpm. A sensor for detecting positional information of each color of the rotating color filter 3 is provided, and the image display by the DMD 10 is synchronized with the output of this sensor. Therefore, the rotating color filter 3 generates each color by time division (field sequential). Since the response speed of the micromirror of the DMD 10 is high, a color image can be formed without any problem by field sequential. Further, a light spot 32 (see FIG. 23A) that is being collected from the light source unit 1 always hits the same position of the rotating color filter 3.

光源ユニット1から照明均一化素子であるライトトンネル4までの配置を図24に示す。光源ユニット1の直前には防爆ガラス2が配置され、続いて回転カラーフィルタ3が配置されている。前述のように、防爆ガラス2と回転カラーフィルタ3は、y軸に対して数度から10°程度チルトさせて配置されている。光源12から出射され、リフレクタ11により集光される照明光の角度すなわち照明角は約60°である。図18に示すように、リフクレタ11の回転軸はz軸に平行であり、この軸上に管球からなる光源12、ライトトンネル4の中心を通る軸がある。   FIG. 24 shows the arrangement from the light source unit 1 to the light tunnel 4 that is an illumination uniformizing element. An explosion-proof glass 2 is disposed immediately before the light source unit 1, and a rotating color filter 3 is subsequently disposed. As described above, the explosion-proof glass 2 and the rotating color filter 3 are arranged to be tilted from several degrees to about 10 ° with respect to the y-axis. The angle of illumination light emitted from the light source 12 and collected by the reflector 11, that is, the illumination angle is about 60 °. As shown in FIG. 18, the rotation axis of the lift reflector 11 is parallel to the z axis, and on this axis, there are an axis passing through the center of the light source 12 and the light tunnel 4 made of a tube.

図25は、ライトトンネル4と第1、第2リレーレンズ5,6との位置関係を模式的に示す。図25において、第1、2リレーレンズ5,6は、ライトトンネル4に対して、z軸すなわち照明光の光軸方向における位置は異なるが、x軸、y軸の座標は同じである。従って、第1、2リレーレンズ5,6とライトトンネル4は共軸である。しかし、第1、2リレーレンズ5,6はライトトンネル4の中心を通る軸に対してシフトし、第1、2リレーレンズ5,6の光軸とライトトンネル4の中心軸は互いにずれている。第1、2リレーレンズ5,6は、球面レンズであれば研磨により、非球面レンズの場合はプレス成型で作製するのが好ましい。   FIG. 25 schematically shows the positional relationship between the light tunnel 4 and the first and second relay lenses 5 and 6. In FIG. 25, the first and second relay lenses 5 and 6 are different from the light tunnel 4 in the z axis, that is, in the optical axis direction of the illumination light, but the coordinates of the x axis and the y axis are the same. Therefore, the first and second relay lenses 5 and 6 and the light tunnel 4 are coaxial. However, the first and second relay lenses 5 and 6 are shifted with respect to the axis passing through the center of the light tunnel 4, and the optical axes of the first and second relay lenses 5 and 6 and the central axis of the light tunnel 4 are shifted from each other. . The first and second relay lenses 5 and 6 are preferably manufactured by polishing if they are spherical lenses, or by press molding if they are aspherical lenses.

照明系を構成する、ライトトンネル4からDMD10までの光学部品の位置座標および詳細な数値を表1と表2に示す。
表1

Figure 2013097123
Tables 1 and 2 show the position coordinates and detailed numerical values of the optical components constituting the illumination system from the light tunnel 4 to the DMD 10.
Table 1

Figure 2013097123

表2

Figure 2013097123
Table 2

Figure 2013097123

また、投射光学系20の一例として、構成レンズその他の光学素子の位置座標を表3に、投射系レンズの詳細な数値を表4、表5、表6に示す。表3に示す座標は、スクリーン上に対角長さ43インチの画像を投射する場合である。   As an example of the projection optical system 20, the position coordinates of the constituent lenses and other optical elements are shown in Table 3, and detailed numerical values of the projection system lens are shown in Tables 4, 5 and 6. The coordinates shown in Table 3 are for a case where an image having a diagonal length of 43 inches is projected on the screen.

表3

Figure 2013097123
Table 3

Figure 2013097123

表4

Figure 2013097123
Table 4

Figure 2013097123

表5

Figure 2013097123
Table 5

Figure 2013097123

表6

Figure 2013097123
Table 6

Figure 2013097123

表7に、投射光学系の構成部材の一つである自由曲面ミラー26の形状の詳細を示す。
表7

Figure 2013097123
Table 7 shows details of the shape of the free-form surface mirror 26 that is one of the constituent members of the projection optical system.
Table 7

Figure 2013097123

表4乃至表6に示すいくつかの非球面レンズの形状は式1に従う。
式1

Figure 2013097123
The shape of some aspheric lenses shown in Tables 4 to 6 follows Formula 1.
Formula 1

Figure 2013097123

表7における自由曲面ミラー26の面形状は式2に従う。
式2

Figure 2013097123
The surface shape of the free-form surface mirror 26 in Table 7 follows Formula 2.
Formula 2

Figure 2013097123

ライトトンネル4の設置に関して、光線追跡計算ソフトLightTools(ORA:Optical Research Associates社)を用いて、シミュレーション実験を行った。光源ユニット1の位置および傾き調整した場合のDMD10上での照度分布を求めた。DMD10の1画素のピッチは10.8μm、対角長0.65インチのWXGAのものを想定した。   Regarding the installation of the light tunnel 4, a simulation experiment was performed by using ray tracing calculation software LightTools (ORA: Optical Research Associates). The illuminance distribution on the DMD 10 when the position and tilt of the light source unit 1 were adjusted was obtained. The pitch of one pixel of the DMD 10 is assumed to be 10.8 μm and a diagonal length of 0.65 inches WXGA.

図1および表1乃至表7に示す構成で、DMD上の照度分布につきシミュレーション実験を行った結果を図26に示す。図26は、光源ユニットをシフトも回転もすることなく実験したもので、これを中央値とする。次に、光源ユニットをx方向に+0.3mmシフトさせた場合のDMD上の照度分布を求めた。その結果を図27に示す。さらに、光源ユニットをy方向に−0.3mmシフトさせた場合のDMD上の照度分布を求めた。その結果を図28に示す。さらに、光源ユニットをα方向に−0.5°回転させた場合のDMD上の照度分布を求めた。その結果を図29に示す。さらに、光源ユニットをβ方向に−0.5°回転させた場合のDMD上の照度分布を求めた。その結果を図30に示す。図29、図30の場合、ライトトンネル4の入射端の中央に回転中心を設定している。図26乃至図30を参照すると、いずれの場合においても、照度分布が変化していることが分かる。   FIG. 26 shows the result of a simulation experiment performed on the illuminance distribution on the DMD with the configuration shown in FIG. 1 and Tables 1 to 7. FIG. 26 shows an experiment without shifting and rotating the light source unit, and this is the median value. Next, the illuminance distribution on the DMD was obtained when the light source unit was shifted +0.3 mm in the x direction. The result is shown in FIG. Furthermore, the illuminance distribution on the DMD when the light source unit was shifted by -0.3 mm in the y direction was obtained. The result is shown in FIG. Further, the illuminance distribution on the DMD when the light source unit was rotated by −0.5 ° in the α direction was obtained. The result is shown in FIG. Further, the illuminance distribution on the DMD when the light source unit was rotated by −0.5 ° in the β direction was obtained. The result is shown in FIG. In the case of FIGS. 29 and 30, the center of rotation is set at the center of the incident end of the light tunnel 4. Referring to FIGS. 26 to 30, it can be seen that the illuminance distribution changes in any case.

図31に示すように、DMD上の位置を表すのに、中央を「0」、左下を「24」とし、対角方向に等間隔で照度をプロットしたものを図32に示す。図32において、照度は規格化されており、その基準は、照度分布全体における最大値である。光源ユニットを位置調整した場合、位置24において、いずれも中央値の照度が大きくなっていることが分かる。ただし、図28、29からわかるように、光源ユニットをそれぞれy方向に−0.3mmシフトし、あるいはα方向に−0.5°回転させて位置調整すると、DMDの右上で照度の低下が見られるため、画質としてはよくない。従って、光源ユニットの位置調整の向きは、図28、図30に示すように、x方向に−0.3mmシフトし、あるいは、β方向に−0.5°回転させることが望ましい。また、図32から明らかなように、x方向、y方向へのシフトよりも、α方向、β方向への回転の方が、照度低下の低減効果および照度むらの低減効果が高い。   As shown in FIG. 31, FIG. 32 shows a plot of illuminance at equal intervals in the diagonal direction, with the center being “0” and the lower left being “24” to represent the position on the DMD. In FIG. 32, the illuminance is normalized, and the reference is the maximum value in the entire illuminance distribution. When the position of the light source unit is adjusted, it can be seen that the median illuminance is increased at all positions 24. However, as can be seen from FIGS. 28 and 29, when the light source unit is shifted by -0.3 mm in the y direction or rotated by -0.5 ° in the α direction, the illuminance decreases at the upper right of the DMD. Therefore, the image quality is not good. Therefore, the direction of the position adjustment of the light source unit is desirably shifted by −0.3 mm in the x direction or rotated by −0.5 ° in the β direction, as shown in FIGS. As is clear from FIG. 32, the rotation in the α direction and the β direction has a higher effect of reducing the illuminance reduction and the illuminance unevenness than the shift in the x direction and the y direction.

ここまで説明してきた各実施例において、照度分布を調整する調整部材は、主に光源ユニットの傾き角度を調整可能としたものであり、実施例によっては光源ユニットをシフトすなわち平行移動させることもできるようになっていた。ここで、光源ユニットをx方向、もしくはy方向にシフトさせて照度分布を調整することのみで足りるのであれば、調整部材は、図33に示す例のように構成することができる。すなわち、光源ユニットケース16の上面と光源筐体15との間および光源ユニットケース16の背面と光源筐体15との間に板バネ17を介在させ、光源ユニットケース16の底面と光源筐体15との間に平板状の調整部材54を介在させている。調整部材54の厚さを変え、あるいは調整部材54の重ね枚数を変えることにより、光源ユニット1とともに光源ユニットケース16の位置をy方向にシフトすることができる。   In each of the embodiments described so far, the adjustment member that adjusts the illuminance distribution mainly adjusts the inclination angle of the light source unit. In some embodiments, the light source unit can be shifted, that is, translated. It was like that. Here, if it is only necessary to adjust the illuminance distribution by shifting the light source unit in the x direction or the y direction, the adjustment member can be configured as in the example shown in FIG. That is, the leaf spring 17 is interposed between the upper surface of the light source unit case 16 and the light source housing 15 and between the back surface of the light source unit case 16 and the light source housing 15, so that the bottom surface of the light source unit case 16 and the light source housing 15 are disposed. A flat plate-shaped adjustment member 54 is interposed therebetween. The position of the light source unit case 16 together with the light source unit 1 can be shifted in the y direction by changing the thickness of the adjustment member 54 or changing the number of the adjustment members 54 to be stacked.

図31において、中央値で位置24での規格化照度はおよそ0.75である。これに対して、光源ユニットの位置調整を行うと、0.78乃至0.81となる。従って、この位置での照度は、照度分布全体の最大値に対して、0.75以上、照度の低下で考えると0.25未満程度が好ましい。   In FIG. 31, the normalized illuminance at the position 24 at the median is approximately 0.75. On the other hand, when the position of the light source unit is adjusted, it becomes 0.78 to 0.81. Therefore, the illuminance at this position is preferably about 0.75 or more with respect to the maximum value of the entire illuminance distribution, and less than about 0.25 when the illuminance is reduced.

前に説明したように、画像投射装置には、外観から分類すると縦型と横型がある。本発明は縦型と横型の何れにも適用可能である。図示の実施例は、画像投射装置本体があり、これとは独立に反射型のスクリーンがあり、スクリーン前方から画像を投影するフロント投射型の画像投射装置として構成されている。人はスクリーン位置を基準にして画像投射装置を設置しているのと同じ側からスクリーン上の画像を観ることになる。伝統的なフロント投射型画像投射装置は、画像投射装置−人−スクリーンの位置関係になるとともに、画像投射装置本体とスクリーンとの間には、投射のためにある程度の距離が必要になり、これが画像投射装置を設置する際の制約の一つになっている。図34(b)に示すように、講演等において上記伝統的な画像投射装置300を使用する場合、画像投射装置300とスクリーン70の間に人75が入ることがあり、投射画像に人75の影が写り、影になった部分の画像は観ることができない。講演者は光源からの光が目に入って不快な思いをする難点がある。   As described above, image projection apparatuses are classified into a vertical type and a horizontal type according to appearance. The present invention is applicable to both vertical and horizontal types. The illustrated embodiment has an image projection apparatus main body, and has a reflection type screen independently of the image projection apparatus main body, and is configured as a front projection type image projection apparatus that projects an image from the front of the screen. A person views an image on the screen from the same side where the image projection apparatus is installed with respect to the screen position. The traditional front projection type image projection apparatus has a positional relationship of image projection apparatus-human-screen, and requires a certain distance for projection between the image projection apparatus main body and the screen. This is one of the restrictions when installing the image projection apparatus. As shown in FIG. 34 (b), when the traditional image projection apparatus 300 is used in a lecture or the like, a person 75 may enter between the image projection apparatus 300 and the screen 70. Shadows are visible and the shadowed image cannot be seen. The speaker has the difficulty of feeling uncomfortable when the light from the light source enters the eyes.

これに対して、近年、投射レンズの短焦点化、広角化により、至近距離からの投射が可能となってきている。図34(a)はこのような画像投射装置の配置関係を示している。この場合、人75−画像投射装置100または200−スクリーン70の位置関係が可能となり、人75がスクリーン70に近づいても、投射画像中に人75の影が入りにくく、講演者等にとっては目に投射光が入りにくく、不愉快な思いをすることがなくなる。   On the other hand, in recent years, projection from a close range has become possible due to the shortening and widening of the projection lens. FIG. 34A shows the arrangement relationship of such an image projection apparatus. In this case, the positional relationship between the person 75 and the image projection apparatus 100 or 200 and the screen 70 becomes possible, and even if the person 75 approaches the screen 70, the shadow of the person 75 is not easily included in the projected image, and thus it is difficult for the lecturer to see the eyes. Projection light is difficult to enter, and you will never feel unpleasant.

さらに、前記実施例のように、投射レンズ21から出射した光を、自由曲面ミラー26を用いてスクリーンに投射する構成にすることにより、より至近距離から投射可能な画像投射装置を得ることができる。かかる画像投射装置を用いた投射のことを超至近距離投射などと呼んでいる。投射レンズ21から出射した光を、単なる平面ミラーで折り返しただけの場合、特定の角度以外では、投射レンズ21からの画像に、台形歪みが生じるなどの問題が生じる。そこで自由曲面ミラー26を用いて上記台形歪みを解消している。投射レンズ21と自由曲面ミラー26を合わせて、また、前記実施例では平面ミラー25も合わせて投射光学系と呼ぶ。図34(a)において、符号100は図示の実施例のように自由曲面ミラー26を使用することによって台形歪みを解消した超至近距離投射可能な画像投射装置を示している。符号200は、自由曲面ミラー26を持たない超至近距離投射可能な画像投射装置を示している。   Further, as in the above-described embodiment, by using a configuration in which the light emitted from the projection lens 21 is projected onto the screen using the free-form surface mirror 26, an image projection apparatus capable of projecting from a closer distance can be obtained. . Projection using such an image projection apparatus is called ultra-short distance projection. When the light emitted from the projection lens 21 is simply folded back by a plane mirror, problems such as trapezoidal distortion occur in the image from the projection lens 21 except for a specific angle. Accordingly, the trapezoidal distortion is eliminated by using a free-form surface mirror 26. The projection lens 21 and the free-form surface mirror 26 are combined, and in the embodiment, the plane mirror 25 is also referred to as a projection optical system. In FIG. 34A, reference numeral 100 denotes an image projection apparatus capable of projecting at a very close distance in which trapezoidal distortion is eliminated by using the free-form surface mirror 26 as in the illustrated embodiment. Reference numeral 200 represents an image projection apparatus capable of projecting at a very close distance without the free-form surface mirror 26.

至近距離からの投射の度合いを示す指標としてスローレシオ(Throw Ratio)がある。これは投射画像の対角サイズを、画像投射装置からスクリーンまでの距離で割ったものである。この値が大きいほど、より至近距離から大きなスクリーンに投射することができる度合いが大きいことになる。   There is a throw ratio as an index indicating the degree of projection from a close range. This is the diagonal size of the projected image divided by the distance from the image projection device to the screen. The larger this value is, the greater the degree that it can be projected onto a larger screen from a closer distance.

至近距離投射の場合、図34(a)のように、人―画像投射装置−スクリーンの位置関係が成立する。このとき、画像投射装置を符号200で示すようにスクリーン70の中央の高さに設置すると、聴衆から見て画像投射装置本体がスクリーン70と重なり、画像観察の邪魔になる。従って、至近距離の画像投射装置の設置位置は符号100で示すようにスクリーン70よりも下になる。例えば、床72に置くこともあり得る。この場合、スクリーン70の斜め下方から投射するため、スクリーン70の下端(床側)と上端(天井側)とでは、光線の入射角が異なり、上端の方が入射角は大きくなる。従って、スクリーンの上端に入った光は、天井71の方向に反射される割合が増え、見ている人の方に向かう光の割合は少なくなる。これはスクリーン70の上端部分が暗い画像となる。図34(b)に示すような伝統的な投射方式の画像投射装置ではこのようなことは生じない。   In the case of close-distance projection, as shown in FIG. 34A, the positional relationship of person-image projection apparatus-screen is established. At this time, if the image projection apparatus is installed at the center height of the screen 70 as indicated by the reference numeral 200, the image projection apparatus main body overlaps the screen 70 as viewed from the audience, thereby hindering image observation. Accordingly, the installation position of the image projection apparatus at a close distance is below the screen 70 as indicated by reference numeral 100. For example, it may be placed on the floor 72. In this case, since the projection is performed obliquely below the screen 70, the incident angle of the light beam is different between the lower end (floor side) and the upper end (ceiling side) of the screen 70, and the incident angle is larger at the upper end. Therefore, the ratio of the light entering the upper end of the screen is reflected in the direction of the ceiling 71 and the ratio of the light toward the viewer is reduced. This is a dark image at the upper end of the screen 70. Such a problem does not occur in the image projection apparatus of the traditional projection system as shown in FIG.

縦型で至近距離投射可能な画像投射装置においては、前記自由曲面ミラー26を含む投射光学系20を用いるため、通常の横型の画像投射装置とは異なり、特異な歪曲に伴う投射画像領域の変形や、スクリーン70の上部が暗く下が明るいといった照度むらの課題がある。これに、前述の照明光学系中の折り返しミラーに切り欠きが存在することによる照度の低下が加わると、さらに画質は低下する。これに対して、前記本発明の実施例のように、光源の位置調整部材を備えていると、照度むらの軽減および照度低下の軽減に有効である。   In the vertical image projection apparatus capable of projecting at a close range, the projection optical system 20 including the free-form curved mirror 26 is used. Therefore, unlike the normal horizontal image projection apparatus, the deformation of the projected image area due to specific distortion is performed. In addition, there is a problem of uneven illumination such that the upper part of the screen 70 is dark and the lower part is bright. If the illuminance is reduced due to the presence of the notch in the folding mirror in the illumination optical system, the image quality further deteriorates. On the other hand, when the light source position adjusting member is provided as in the embodiment of the present invention, it is effective for reducing uneven illuminance and reducing illuminance.

1 光源ユニット
2 防爆ガラス
3 回転カラーフィルタ
4 照明均一化素子(ライトトンネル)
5 第1リレーレンズ
6 第2リレーレンズ
7 第1折り返しミラー
8 第2折り返しミラー
10 空間光変調素子(DMD)
11 リフレクタ
12 光源
15 光源筐体
16 光源ユニットケース
17 弾性体(板ばね)
18 傾き調整部材(楔)
20 投射光学系
21 投射レンズ
22 投射ミラー系
25 平面ミラー
26 自由曲面ミラー
40 光学系筐体
48 ミラーハウジング
50 傾き調整ねじ
60 ハウジング
70 スクリーン
81 切り欠き
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source unit 2 Explosion-proof glass 3 Rotating color filter 4 Illumination equalization element (light tunnel)
5 First Relay Lens 6 Second Relay Lens 7 First Folding Mirror 8 Second Folding Mirror 10 Spatial Light Modulation Element (DMD)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Reflector 12 Light source 15 Light source housing 16 Light source unit case 17 Elastic body (leaf spring)
18 Tilt adjustment member (wedge)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Projection optical system 21 Projection lens 22 Projection mirror system 25 Plane mirror 26 Free-form surface mirror 40 Optical system housing 48 Mirror housing 50 Tilt adjusting screw 60 Housing 70 Screen 81 Notch

特開2004−138668号公報JP 2004-138668 A 特開2000−098272号公報JP 2000-098272 A

Claims (9)

リフレクタを有する光源、照明均一化素子、リレーレンズ、第1折り返しミラーおよび第2折り返しミラーを有してなる照明光学系と、配列された各ミラー画素を傾けて画像を形成し前記照明光学系によって照明光が照射される反射型空間光変調素子と、前記反射型空間光変調素子で反射される光を画像投射面に投射する投射光学系と、を有する画像投射装置であって、
前記第2折り返しミラーは、前記投射光学系の鏡筒部分と第2折り返しミラーとの機械的な重なり合いを避けるための切り欠きを有し、
前記リフレクタを有する光源ユニットは、前記反射型空間光変調素子の照明領域において前記切り欠きに対応する部分の照度分布調整を行うための位置調整部材を有することを特徴とする画像投射装置。
An illumination optical system having a light source having a reflector, an illumination uniformizing element, a relay lens, a first folding mirror, and a second folding mirror, and forming an image by tilting each arrayed mirror pixel, An image projection apparatus comprising: a reflective spatial light modulator that is irradiated with illumination light; and a projection optical system that projects light reflected by the reflective spatial light modulator onto an image projection surface,
The second folding mirror has a notch for avoiding mechanical overlap between the lens barrel portion of the projection optical system and the second folding mirror,
The light source unit having the reflector includes a position adjusting member for adjusting an illuminance distribution of a portion corresponding to the notch in the illumination area of the reflective spatial light modulator.
請求項1記載の画像投射装置において、前記調整部材は、前記リフレクタによる照明光の中心軸の傾きを調整するものであることを特徴とする画像投射装置。   The image projection apparatus according to claim 1, wherein the adjustment member adjusts an inclination of a central axis of illumination light by the reflector. 請求項1または2記載の画像投射装置において、前記調整部材は、スペーサであることを特徴とする画像投射装置。   3. The image projection apparatus according to claim 1, wherein the adjustment member is a spacer. 請求項1または2記載の画像投射装置において、前記調整部材は、ねじであることを特徴とする画像投射装置。   The image projection apparatus according to claim 1, wherein the adjustment member is a screw. 請求項1から4の何れかに記載の画像投射装置において、前記照明均一化素子は断面形状が矩形の角柱状であり、前記リフレクタを有する光源から出射される光の照明角の最大値の1/2をθ、前記矩形の対角線の長さの1/2をc、c/tanθをs、すなわちs=c/tanθと表したとき、前記照明均一化素子の全長Lは、
3.48s≦L≦5.22s
であることを特徴とする画像投射装置。
5. The image projection apparatus according to claim 1, wherein the illumination uniformizing element has a rectangular column shape with a rectangular cross-section, and is 1 of a maximum illumination angle of light emitted from a light source having the reflector. When / 2 is θ, 1/2 of the length of the diagonal of the rectangle is c, and c / tan θ is s, that is, s = c / tan θ, the total length L of the illumination uniformizing element is
3.48 s ≦ L ≦ 5.22 s
An image projection apparatus characterized by
請求項1から5の何れかに記載の画像投射装置において、前記反射型空間光変調素子上の照度分布全体における照度の最大値に対して、前記第2折り返しミラーの切り欠きによる照度分布の部分的な低下が25%未満であることを特徴とする画像投射装置。   6. The image projection device according to claim 1, wherein a portion of the illuminance distribution caused by the cutout of the second folding mirror with respect to the maximum illuminance value in the entire illuminance distribution on the reflective spatial light modulator. An image projecting apparatus characterized in that a typical decrease is less than 25%. 請求項1から6の何れかに記載の画像投射装置において、前記光源は白色光源であり、前記白色光源から出射される照明光から時分割で少なくとも赤、緑、青の三色を作り出すカラーフィルタを有することを特徴とする画像投射装置。   7. The image projection apparatus according to claim 1, wherein the light source is a white light source, and generates at least three colors of red, green, and blue in time division from illumination light emitted from the white light source. An image projection apparatus comprising: 請求項1から7の何れかに記載の画像投射装置において、光源ユニットの位置調整部材に加えて、照明均一化素子の位置調整部材を備えていることを特徴とする画像投射装置。   8. The image projecting apparatus according to claim 1, further comprising a position adjusting member for an illumination uniformizing element in addition to the position adjusting member for the light source unit. 請求項1から8の何れかに記載の画像投射装置において、投射光学系は、投射レンズと自由曲面ミラーを有することにより、至近距離投射を可能にしたことを特徴とする画像投射装置。   9. The image projection apparatus according to claim 1, wherein the projection optical system includes a projection lens and a free-form curved mirror, thereby enabling a close range projection.
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