JP2014119655A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型であっても装置内の温度上昇による片ボケを抑制できる画像表示装置を提供する。
【解決手段】 光源と、前記光源からの光線を折り返すミラーと、前記ミラーで折り返された光線を変調する変調素子と、前記変調素子において変調された光線を被投射面に投射するレンズを含む投射光学系と、前記変調素子において変調された光線が通過する空孔を備え、被投射面に投射される光線の量を制御する絞り部材と、を備え、前記絞り部材は、前記空孔を挟んで一方側が他方側よりも小さい、ことを特徴とする画像表示装置による。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクリーンに画像を拡大して投射する画像表示装置に関するものである。

近年、データプロジェクターのような画像表示装置に対し、小型化や高画質化などの要求が高まっている。特に、持ち運びするタイプのプロジェクターには、さらなる小型化が求められている。一方、画像表示装置を小型化する場合の課題として、装置内の発熱による影響がある。

プロジェクターは、光源から発せされた光線を光変調素子によって変調して画像を形成し、スクリーンに投射する。この光源にはランプが用いられる。ランプは大きな発熱源であり、ランプから発せられた光線も熱を帯びている。

画像表示装置の小型化を図るには、装置内に配置される各光学系の省スペース化や、投射光学系の小型化を図る必要がある。このような省スペース化や小型化などの影響により、光源から発せられて光変調素子に向かう光線の一部は、装置内に配置されている光学系に当たりやすくなる。例えば、光変調素子に向かう光線の一部が、投射光学系を構成するレンズ鏡筒に当たって遮光される、という状態が生じることもある。

前述のとおり、光線は熱を帯びているので、レンズ鏡筒が光線の一部を遮光すると、その光線が当たっているレンズ鏡筒の部分は、温度が上昇する。このレンズ鏡筒の一部に生じる温度上昇によって、投射光学系の光軸に垂直な断面内における温度分布が生じる。投射光学系を構成する各レンズは、レンズ鏡筒内で高精度に調心されているから、上記のような温度分布は、画質に悪影響を及ぼすことになる。

すなわち、レンズ鏡筒において局所的な温度上昇が発生すると、像面の一部の結像位置が他の部分の結像位置と相対的にずれる状態になる。このような現象を片ボケという。片ボケが生じると、画像全体のピントを均一に合わせることが難しくなる。すなわち、一旦ピントを合わせたとしても、使用とともにレンズ鏡筒に温度分布が発生することで、レンズの調心に影響を及ぼすからである。このとき、ピントがボケている画像の一部にピントを合わせると、その他の箇所のピントがボケることになる。そうすると、投射された画像に、必ずボケた箇所が残る（存在する）状態になり、画像の品質が劣化する。

従来から知られている画像表示装置において、温度変動に強い投射光学系を備えた画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。しかし、特許文献１の投射光学系を備えた画像表示装置では、上記のような片ボケへの対策はなされていない。

本発明は、小型であっても装置内の温度上昇による片ボケを抑制できる画像表示装置を提供することを目的としている。

本発明は、光源と、前記光源からの光線を折り返すミラーと、前記ミラーで折り返された光線を変調する変調素子と、前記変調素子において変調された光線を被投射面に投射するレンズを含む投射光学系と、前記変調素子において変調された光線が通過する空孔を備え、被投射面に投射される光線の量を制御する絞り部材と、を備える画像表示装置であって、前記絞り部材は、前記空孔を挟んで一方側が他方側よりも小さい、ことを最も主な特徴とする。

本発明によれば、小型であっても装置内の温度上昇による片ボケを抑制できる。

本発明に係る画像表示装置の実施形態を示す光学配置図であって、要部を一方向から見た図である。 本発明に係る画像表示装置の実施例を示す光学配置図である。 本発明に係る画像表示装置の別の実施例を示す光学配置図である。

以下、本発明に係る画像表示装置の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプロジェクター１００の要部を一方向から見た構成図（光学配置）である。本実施形態において、プロジェクター１００は、光線を変調して投射画像を形成する変調素子として、反射型画像表示素子を用いている。

なお、本発明に係る画像表示装置に適用可能な変調素子は、反射型画像表示素子に限られることはなく、例えば液晶パネルでもよい。

図１においてプロジェクター１００は、光源であるランプ１から出射した光線が、光変調素子である反射型画像表示素子のＤＭＤ８を照明するように、各部材が配置されている。ＤＭＤ８を照明した光線は、ＤＭＤ８が備える微小ミラーによって反射される。この反射光が、投射光学系９を介して、被投射面であるスクリーン２０へと拡大投射される。

図１において投射光学系９は、複数のレンズから構成されるレンズ群と、絞り１０とが、レンズ鏡筒（不図示）にて保持されて構成されている。

ここで、プロジェクター１００の動作について説明する。ランプ１から出射した光線は、リフレクタ２によってインテグレータロッド４の入射口に集光する。リフレクタ２とインテグレータロッド４の間にはカラーホイール３が配置されている。カラーホイール３は、後述するＤＭＤ８の各微小ミラーの動きに連動して動作し、光線に着色をする部材である。インテグレータロッド４は、４つのミラーを組み合わせてトンネル状にしたライトパイプである。インテグレータロッド４に入射した光線は、インテグレータロッド４内のミラー面で反射を繰り返し、インテグレータロッド４の出射口において光量が一様でムラのない光になる。

インテグレータロッド４を通過した光線は、ＤＭＤ照明用のリレーレンズ５を通過する。リレーレンズ５を通過する光線は、リレーレンズ５を構成する第２リレーレンズ５ｂと第１リレーレンズ５ａとを、この順に通過する。リレーレンズ５を通過した光線は、第１ミラーである折り返しミラー６によって、図１紙面斜め右下方向に反射される。折り返しミラー６において反射された光線は、第２ミラーである曲面ミラー７によってさらに反射されて、ＤＭＤ８を照明する。ランプ１から曲面ミラー７までの光路中の光学素子により構成される光学系を、照明光学系という。

ＤＭＤ８の有効画像領域は、インテグレータロッド４の出射口を「光量が一様でムラのない面光源」として捉えた面光源から発した光によって照明される。ＤＭＤ８の有効画像領域を照明した光は、ＤＭＤ８の表面に配置されている微小ミラーで反射されて、投射光学系９に入射する。投射光学系９に入射した光線は、投射光学系９を通過して、スクリーン２０に向けて投射される。この投射光によって、拡大画像がスクリーン２０に表示される。ＤＭＤ８は、上記の照明光学系による光量ムラのない光で照明されて、一様な照度分布になるので、その拡大画像である投射画像も一様な照度分布になる。

次に、ＤＭＤ８の構成について説明する。ＤＭＤ８は、多数の微小ミラーからなるデバイスであって、各微小ミラーの角度は、例えば＋１２°から−１２°の範囲で変化する。例えば、微小ミラーの角度が−１２°のとき、当該微小ミラーで反射された光が投射光学系９に入射するように調整する。一方、微小ミラーの角度が＋１２°のとき、当該微小ミラーで反射された光は、投射光学系９に入射しないように調整する。ＤＭＤ８の各微小ミラーは、スクリーン２０に投射されて表示される画像の画素に対応している。したがって、ＤＭＤ８の微小ミラーの傾斜角度を個別に制御することで、スクリーン２０に表示される拡大画像を形成することができる。

次に、本発明に係る画像表示装置のより詳細な実施例について説明する。図２は、本発明に係る画像表示装置の実施例１を説明する光学配置図である。図２は、画像表示装置であるプロジェクター１００の構成部材として、曲面ミラー７と、ＤＭＤ８と、投射光学系９を構成するレンズの一部と、絞り１０のみを図示し、他の部材の図示は省略している。

図２に示すように、プロジェクター１００は、投射光学系９に含まれるレンズのうち、最もＤＭＤ８に近いレンズ（最も変調素子側のレンズ）が、曲面ミラー７よりも、光変調素子であるＤＭＤ８側に配置されている。このような配置にすることで、バックフォーカスを短くすることができ、最もＤＭＤ８側のレンズを小径にすることができる。すなわち、投射光学系９全体の小型化を図ることができる。これによって、プロジェクター１００全体の小型化を図ることができる。

しかし、投射光学系９に含まれるレンズのうち最もＤＭＤ８側のレンズを、曲面ミラー７よりもＤＭＤ８側に配置すると、曲面ミラー７からＤＭＤ８に向かう光線の一部が、投射光学系９のレンズ鏡筒により遮光される状態になる。

なお、図２に示すように、本実施例に係るプロジェクター１００は、絞り１０が投射光学系９に含まれるレンズのうち、最もＤＭＤ８側のレンズよりも、ＤＭＤ８から遠い側に配置されている。すなわち、プロジェクター１００は、いわゆる中絞りとなっている。

また、図２に示すように、ＤＭＤ８の有効画像領域の形状は矩形（長方形）である。ＤＭＤ８に向けて曲面ミラー７から折り返された光線は、ＤＭＤ８の長手方向の一方側からＤＭＤ８へと入射して、有効画像領域を照明する。すなわち、ＤＭＤ８への光線の入射方向は、ＤＭＤ８の長手方向の一方側からである。このＤＭＤ８に入射する光線の一部が、ＤＭＤ８の長手方向の一方側のレンズ鏡筒の側面等によって遮光される。すなわち、レンズ鏡筒の一方側にだけ、ＤＭＤ８に入射する光線が当たるので、投射光学系９の光軸に垂直な断面方向に、温度の偏り（温度分布）が発生することになる。当然ながら、ＤＭＤ８に入射する光線を遮光する側の温度が高くなる。このように、本実施例に係るプロジェクター１００は、ＤＭＤ８に入射する光線は、ＤＭＤ８の長手方向の一方側から入射し、この入射する光線による温度上昇をしやすい側と温度上昇をしにくい側が生じる。

レンズ鏡筒に生じた温度分布は、絞り１０にも伝搬する。よって、絞り１０にも温度分布が生じる。そこで、図２に示すように本実施例に係るプロジェクター１００は、絞り１０の大きさを、ＤＭＤ８の長手方向の一方側の大きさよりも、ＤＭＤ８の長手方向の他方側の大きさの方を、より大きくしている。絞り１０は、ＤＭＤ８で反射した光線のうち、投射光学系９に入射した光線を通過させる空孔を形成するが、この空孔に対して、ＤＭＤ８の長手方向の一方側に位置する絞り１０よりも、他方側に位置する絞り１０の方を大きいものにする。

言い換えると、変調素子であるＤＭＤ８へ入射する光線により温度上昇が生じやすい一方側の絞り１０は、ＤＭＤ８へ入射する光線により温度上昇が生じにくい他方側の絞り１０よりも小さい。すなわち、絞り１０は、一方側よりも、他方側の方が、投射光学系９に含まれるレンズの光軸に近い形状になっている。

このように、絞り１０の、ＤＭＤ８に入射される光線によって温度上昇をしやすい側の大きさと、温度上昇をしにくい側の大きさを、異なる大きさにすれば、ＤＭＤ８で反射されて投射光学系９に入射した光線を遮光する量も異なるようになる。つまり、絞り１０の大きい方は、投射中はより大きく温度上昇し、絞り１０の小さい方は、投射中はより小さく温度上昇する。絞り１０の小さい方は、ＤＭＤ８に入射する光線によって温度上昇をしやすい方なので、絞り１０全体としての温度上昇の均一化を図ることができる。

このように、本実施例に係るプロジェクター１００によれば、絞り１０の温度上昇の均一化を図ることができ、片ボケの発生を抑制することができる。

次に、本発明に係る画像表示装置の別の実施例について説明する。図３は、本発明に係る画像表示装置の実施例２を説明する光学配置図である。図３も図２と同様に、曲面ミラー７と、ＤＭＤ８と、投射光学系９を構成するレンズの一部と絞り１０のみを図示し、他の部材は図示を省略している。

実施例２に係るプロジェクター１００において実施例１と異なる点は、投射光学系９に含まれる絞り１０が、投射光学系９に含まれるレンズのうち最もＤＭＤ８側のレンズよりも、ＤＭＤ８に近い側に配置されていることである。すなわち、本実施例２に係るプロジェクター１００は、「後絞り」になっている。

このような、「後絞り」の絞り１０を含む投射光学系９においても、ＤＭＤ８を照明する光線の一部が、ＤＭＤ８の長手方向の一方側のレンズ鏡筒の側面部によって遮光されて、一方側の温度が上昇しやすくなる。

そこで、図３に示すように、絞り１０の大きさを、ＤＭＤ８の長手方向の一方側の大きさよりも、ＤＭＤ８の長手方向の他方側の大きさを、より大きくしている。すなわち、絞り１０は、ＤＭＤ８で反射した光線のうち、投射光学系９に入射した光線を通過させる空孔を形成するが、この空孔に対して、ＤＭＤ８の長手方向の一方側に位置する絞り１０よりも、他方側に位置する絞り１０の方を大きいものにする。

なお、ＤＭＤ８にて反射されて投射光学系９に入射しない光線（ＯＦＦ光）の一部が、絞り１０の他方側によって遮光されるように構成してもよい。

以上のように、プロジェクター１００は、複数の温度上昇する部位のＤＭＤ８からの距離を均等にすることで、温度上昇が対象になるようにし、バランスよく温度上昇させることで、片ボケを抑制し、収差劣化を低減できる。

以上のように、本発明に係る画像表示装置によれば、小型であっても装置内の温度上昇による片ボケを抑制することができる。

１ 光源
７ ミラー
８ ＤＭＤ

特開２００９−１８６５６９号公報

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源からの光線を折り返すミラーと、
   前記ミラーで折り返された光線を変調する変調素子と、
   前記変調素子において変調された光線を被投射面に投射するレンズを含む投射光学系と、
   前記変調素子において変調された光線が通過する空孔を備え、被投射面に投射される光線の量を制御する絞り部材と、
   を備える画像表示装置であって、
   前記絞り部材は、前記空孔を挟んで一方側が他方側よりも小さい、
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記変調素子の前記光線を変調する面は矩形であり、
   前記変調素子への前記光線の入射方向は、前記変調素子の長手方向の前記一方側からである、
   請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記絞り部材は前記変調素子から前記被投射面へ投射される前記光線により温度が上昇し、前記光線が投射中は前記他方側の温度が前記一方側の温度よりも高い、
   請求項１または２記載の画像表示装置。
4. 前記ミラーは、
   前記光源からの光線を折り返す第１ミラーと、
   前記第１ミラーで折り返された光線を折り返して集光する第２ミラーと、
   を有し、
   前記投射光学系に含まれる複数のレンズのうち、最も前記変調素子側に配置されているレンズは、前記第２ミラーよりも前記変調素子側に配置されている、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記絞り部材の形状は、前記他方側が前記一方側よりも前記レンズの光軸に近い形状である、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の画像表示装置。
6. 前記絞り部材は、前記投射光学系に含まれる複数レンズのうち最も前記変調素子側のレンズよりも前記被投射面側に配置されている、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記絞り部材は、前記投射光学系に含まれる複数レンズのうち最も前記変調素子側のレンズよりも前記変調素子側に配置されている、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の画像表示装置。
8. 前記絞り部材は、前記変調素子によって変調されて、前記投射光学系に入射しない光線の一部を遮光する、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の画像表示装置。

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