JP2017032964A - 光学系およびそれを用いた画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 OFF状態の正反射光が鏡胴に照射されることにより該鏡胴が発熱する現象を阻止し、解像の劣化と迷光を抑制し得る光学系を提供する。
【解決手段】 照明光学系101と投射光学系102を備える光学系であって、上記照明光学系は、照射光路に第1のプリズムAを有し、投射光路に第2のプリズムBを有する。画像表示素子2は、二次元的に配列された複数のミラーから構成されており、この複数のミラーの各々はONとOFFの状態をとる。さらに、上記光学系は、光路に光学素子(レンズ群)を保持する鏡胴6を備え、該鏡胴6の一部には反射部7が形成されている。上記OFF状態の光は、該反射部7で反射された後、第2のプリズムBを透過して吸収部材8に吸収される。このように構成することにより、OFF状態の正反射光による鏡胴6の発熱を抑止し、解像度の劣化を阻止する。
【選択図】 図4
【解決手段】 照明光学系101と投射光学系102を備える光学系であって、上記照明光学系は、照射光路に第1のプリズムAを有し、投射光路に第2のプリズムBを有する。画像表示素子2は、二次元的に配列された複数のミラーから構成されており、この複数のミラーの各々はONとOFFの状態をとる。さらに、上記光学系は、光路に光学素子(レンズ群)を保持する鏡胴6を備え、該鏡胴6の一部には反射部7が形成されている。上記OFF状態の光は、該反射部7で反射された後、第2のプリズムBを透過して吸収部材8に吸収される。このように構成することにより、OFF状態の正反射光による鏡胴6の発熱を抑止し、解像度の劣化を阻止する。
【選択図】 図4
Description
本発明は、投影面に画像を拡大して投射する光学系およびそれを用いた画像表示装置に関する。
一般的にプロジェクタと称される画像表示装置には、CRT(Cathord−Ray Tubeの略)プロジェクタ、液晶プロジェクタ、DMD(Digital Micromirror Deviceの略)プロジェクタなどがあるが、近年は、DMDを応用した画像表示装置が盛んに開発され且つ実用に供されている。
このうち、DMDは、米国のテキサス・インスツルメンツ(Texas Instruments)によって開発されたものであり、1987年に同社のラリーホーンベック博士によって発明された可動式のマイクロミラーを表示素子の画素とするデバイスである。
このDMDは、反射型の画像表示素子であり、二次元的に配列した複数のミラーを備え、該複数のミラー各々の傾斜角度が変化することでONとOFFの状態を作り出すものである。
このようなDMDの応用製品として、例えばDMDプロジェクタがあり、一方のON状態の反射光が投射光学系に導かれ、画像の表示が可能となる。また、他方のOFF光は、吸収板等で吸収され、迷光として投射光学系に入り込まない工夫がなされている。
このうち、DMDは、米国のテキサス・インスツルメンツ(Texas Instruments)によって開発されたものであり、1987年に同社のラリーホーンベック博士によって発明された可動式のマイクロミラーを表示素子の画素とするデバイスである。
このDMDは、反射型の画像表示素子であり、二次元的に配列した複数のミラーを備え、該複数のミラー各々の傾斜角度が変化することでONとOFFの状態を作り出すものである。
このようなDMDの応用製品として、例えばDMDプロジェクタがあり、一方のON状態の反射光が投射光学系に導かれ、画像の表示が可能となる。また、他方のOFF光は、吸収板等で吸収され、迷光として投射光学系に入り込まない工夫がなされている。
本発明は、上記DMDのような反射型画像表示素子を用いた光学系および該光学系を備えた画像表示装置を提供するものであり、関連する公知技術としては、例えば、特許文献1(CN103676090:中国特許公開公報)および特許文献2(US2014/0306878A1:米国特許公開公報)に記載の技術が有る。
特許文献1は、DMDを用いた投射光学系について開示しており、OFF状態の回折光がON状態の光路に入り込むことを防止するため、投射光学系のレンズ面に遮光部材をコートしている。そのような手段をとることにより、コントラストの低下を抑制している。
また、特許文献2には、TRP(Tilt Roll Pixel)と呼ばれる画像表示素子を用いた眼鏡型ディスプレイについて開示されており、光の取り込み角度が、従来の24度から34度と大きくなるため、明るい眼鏡型ディスプレイが実現できるとしている。
特許文献1は、DMDを用いた投射光学系について開示しており、OFF状態の回折光がON状態の光路に入り込むことを防止するため、投射光学系のレンズ面に遮光部材をコートしている。そのような手段をとることにより、コントラストの低下を抑制している。
また、特許文献2には、TRP(Tilt Roll Pixel)と呼ばれる画像表示素子を用いた眼鏡型ディスプレイについて開示されており、光の取り込み角度が、従来の24度から34度と大きくなるため、明るい眼鏡型ディスプレイが実現できるとしている。
しかしながら、上述した従前の技術には、以下に示すような課題がある。
まず、特許文献1に記載の技術は、投射光学系のレンズ面に遮光部材をコートすることにより、OFF状態の回折光の影響は、除去することができるものの、OFF状態の正反射光についてはその影響を除去できていない。即ち、実際に光学設計してみると、上記OFF光の正反射光が投射光学系近傍を通過することがわかり、画像表示素子に近いレンズを保持している鏡胴に該正反射光が当たることが確認された。
また、特許文献2に記載の技術は、TRPと呼ばれる画像表示素子を用いて明るい光学系を実現するものであるが、光の取り込み角度が大きくなっているため、ON状態の光とOFF状態の光とを十分に分離することができない。
以上、従前の技術に残された課題を述べたが、とりわけOFF状態の正反射光が及ぼす影響については、未だに対策が取られておらず、改善を要する課題となっている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、二次元的に配列された複数のミラーから構成された画像表示素子を用いた投射光学系において、OFF状態の正反射光が投射光の光路を形成する部材に照射されることにより該部材が発熱する現象を阻止し、解像劣化と迷光を抑制し得る光学系を提供することを目的とする。
まず、特許文献1に記載の技術は、投射光学系のレンズ面に遮光部材をコートすることにより、OFF状態の回折光の影響は、除去することができるものの、OFF状態の正反射光についてはその影響を除去できていない。即ち、実際に光学設計してみると、上記OFF光の正反射光が投射光学系近傍を通過することがわかり、画像表示素子に近いレンズを保持している鏡胴に該正反射光が当たることが確認された。
また、特許文献2に記載の技術は、TRPと呼ばれる画像表示素子を用いて明るい光学系を実現するものであるが、光の取り込み角度が大きくなっているため、ON状態の光とOFF状態の光とを十分に分離することができない。
以上、従前の技術に残された課題を述べたが、とりわけOFF状態の正反射光が及ぼす影響については、未だに対策が取られておらず、改善を要する課題となっている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、二次元的に配列された複数のミラーから構成された画像表示素子を用いた投射光学系において、OFF状態の正反射光が投射光の光路を形成する部材に照射されることにより該部材が発熱する現象を阻止し、解像劣化と迷光を抑制し得る光学系を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の本発明の光学系は、
光源と、複数のミラーが二次元に配列され、前記複数のミラーは各々その傾きにより少なくともON状態とOFF状態とを有する画像表示素子とを備える画像表示装置に用いられる光学系であって、
前記光源と前記画像表示素子との間に配置され、前記画像表示素子へ光を導く第1のプリズムと、
前記ON状態の光が入射する拡大光学系と、
前記画像表示素子と前記拡大光学系との間に配置され前記ON状態の光を前記拡大光学系に導く第2のプリズムと、
前記拡大光学系を保持する鏡胴と、を備え、
前記鏡胴の一部に反射部を有し、前記OFF状態の光は前記反射部で反射されたのち、前記第2のプリズムを透過して光吸収部へ導かれることを特徴としている。
光源と、複数のミラーが二次元に配列され、前記複数のミラーは各々その傾きにより少なくともON状態とOFF状態とを有する画像表示素子とを備える画像表示装置に用いられる光学系であって、
前記光源と前記画像表示素子との間に配置され、前記画像表示素子へ光を導く第1のプリズムと、
前記ON状態の光が入射する拡大光学系と、
前記画像表示素子と前記拡大光学系との間に配置され前記ON状態の光を前記拡大光学系に導く第2のプリズムと、
前記拡大光学系を保持する鏡胴と、を備え、
前記鏡胴の一部に反射部を有し、前記OFF状態の光は前記反射部で反射されたのち、前記第2のプリズムを透過して光吸収部へ導かれることを特徴としている。
請求項1に記載の発明によれば、OFF状態の正反射光が鏡胴の一部に形成された反射部で反射されるように規定したことにより、鏡胴に熱が伝わることを抑制し、レンズの膨張や屈折率変化による解像劣化を抑制することができる。また、反射部で反射された光がプリズムを透過して光吸収部に吸収されることにより、迷光を抑制することができる効果も有る。
以下、本発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は、特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1〜図6は、本発明の第1の実施の形態に係る図であり、このうち、図1および図2は、本発明の第1の実施の形態に係る光学系の全体構成を示す光学配置図である。
図1および図2において、第1の実施の形態の光学系は、照明光学系101と、拡大光学系としての投射光学系102とから構成される。それらの主要な構成要素として、光源1、画像表示素子2、防爆ガラス3、カラーホイール4、光ミキシング素子5、鏡胴6、リレーレンズL1〜L4および第1のプリズムとしてのプリズムAと第2のプリズムとしてのプリズムBとを備える。なお、この他に、本発明に特徴的な構成要素として、後述する反射部7(図4〜図7を参照)または反射部材7a(図7参照)と吸収部としての吸収部材8(図4〜図5参照)とを備える。
なお、図1は、光学系100のON光の光路、図2は、光学系100のOFF光の光路を示すものである。画像表示素子2には、上述のTRPを用いているので、従前のDMDとは異なり、ON状態の複数のミラーの法線とOFF状態の複数のミラーの法線とは同一面上には存在していない。従って、ON光の光路に対するOFF光の光路も従前の同種光学系とは異なるものとなる。
図1〜図6は、本発明の第1の実施の形態に係る図であり、このうち、図1および図2は、本発明の第1の実施の形態に係る光学系の全体構成を示す光学配置図である。
図1および図2において、第1の実施の形態の光学系は、照明光学系101と、拡大光学系としての投射光学系102とから構成される。それらの主要な構成要素として、光源1、画像表示素子2、防爆ガラス3、カラーホイール4、光ミキシング素子5、鏡胴6、リレーレンズL1〜L4および第1のプリズムとしてのプリズムAと第2のプリズムとしてのプリズムBとを備える。なお、この他に、本発明に特徴的な構成要素として、後述する反射部7(図4〜図7を参照)または反射部材7a(図7参照)と吸収部としての吸収部材8(図4〜図5参照)とを備える。
なお、図1は、光学系100のON光の光路、図2は、光学系100のOFF光の光路を示すものである。画像表示素子2には、上述のTRPを用いているので、従前のDMDとは異なり、ON状態の複数のミラーの法線とOFF状態の複数のミラーの法線とは同一面上には存在していない。従って、ON光の光路に対するOFF光の光路も従前の同種光学系とは異なるものとなる。
ここで、以下の説明で使用する座標系の定義について述べる。公知のように、この種の画像表示装置は、光源から射出された光を画像表示素子2に照射する照明光学系(ここでは照明光学系101)と、画像表示素子2で変調された光を投影面に拡大投射する拡大光学系としての投射光学系(ここでは投射光学系102)とから構成されている。以下の説明では、画像表示素子2の短辺方向をX軸、画像表示素子2の長辺方向をY軸と定義し、さらに画像表示素子2の鉛直方向をZ軸と定義している。
まず、照明光学系101の構成および機能について詳細に述べる。
光源1から射出された光は、リフレクタなどの集光器により所定の位置に集光される。
光源1としては、LED(Light Emitting Diode)やLD(Laser Diode)を用いてもよい。光源1の前面には、防爆ガラス3と白色光から光の3原色を経時的に作り出すカラーホイール4とを配置する。
まず、照明光学系101の構成および機能について詳細に述べる。
光源1から射出された光は、リフレクタなどの集光器により所定の位置に集光される。
光源1としては、LED(Light Emitting Diode)やLD(Laser Diode)を用いてもよい。光源1の前面には、防爆ガラス3と白色光から光の3原色を経時的に作り出すカラーホイール4とを配置する。
前述の光源1から集光した位置近傍に光ミキシング素子5の入射端があり、光ミキシング素子5の出射端では照度分布が均一化された光が出射される。光ミキシング素子5として、本発明では、公知のライトトンネルを用いているが、必ずしもライトトンネルに限定されるものではなく、例えば、ロッドインテグレータやライトパイプなどを用いてもよい。
上記ライトトンネルは、矩形(矩形の短辺方向をX軸方向、長辺方向をY軸方向とする)の開口を有しており、よって、出射面から矩形形状の光が出射されることになる。
光ミキシング素子5から出射した光は、4枚のリレーレンズL(L1、L2、L3、L4)を透過し、第1のプリズムAを介して矩形形状の照明光が画像表示素子2全面に照射される。
なお、光ミキシング素子5から出射した光を透過させるリレーレンズは、上記の4枚に限定されるものではなく、照明に必要な枚数でありさえすれば、その最小限の枚数であればよい。
上記ライトトンネルは、矩形(矩形の短辺方向をX軸方向、長辺方向をY軸方向とする)の開口を有しており、よって、出射面から矩形形状の光が出射されることになる。
光ミキシング素子5から出射した光は、4枚のリレーレンズL(L1、L2、L3、L4)を透過し、第1のプリズムAを介して矩形形状の照明光が画像表示素子2全面に照射される。
なお、光ミキシング素子5から出射した光を透過させるリレーレンズは、上記の4枚に限定されるものではなく、照明に必要な枚数でありさえすれば、その最小限の枚数であればよい。
画像表示素子2は、長手と短手を持つ矩形形状を呈しており、複数のミラーが二次元的に配列され、上記複数のミラーは、各々その傾きにより少なくともON状態とOFF状態とを有する(作り出す)。
また、画像表示素子2は、上述のTRP(Tilt Roll Pixelの略)を想定しており、ON状態のミラーの法線とOFF状態のミラーの法線とが同一面上には存在していない。従前技術にも見られる通り、光の取り込み角度は34度まで大きくなっており、明るい光学系を実現することができるが、ON状態の光とOFF状態の光が相対的に近づく関係にある。但し、画像表示素子2は、必ずしも上記TRPに限定されるものではない。
ON状態の複数のミラーで反射された照明光は、図1に示すように、第1のプリズムAと第2のプリズムBとを介して拡大光学系たる投射光学系102に導かれ、図示されない投影面に画像の表示が可能となる。画像表示素子2の前面には、該画像表示素子2を保護するためのカバーガラスが配置される。また、鏡胴6を設け、該鏡胴6に投射光学系102を構成するレンズを保持させている。
また、画像表示素子2は、上述のTRP(Tilt Roll Pixelの略)を想定しており、ON状態のミラーの法線とOFF状態のミラーの法線とが同一面上には存在していない。従前技術にも見られる通り、光の取り込み角度は34度まで大きくなっており、明るい光学系を実現することができるが、ON状態の光とOFF状態の光が相対的に近づく関係にある。但し、画像表示素子2は、必ずしも上記TRPに限定されるものではない。
ON状態の複数のミラーで反射された照明光は、図1に示すように、第1のプリズムAと第2のプリズムBとを介して拡大光学系たる投射光学系102に導かれ、図示されない投影面に画像の表示が可能となる。画像表示素子2の前面には、該画像表示素子2を保護するためのカバーガラスが配置される。また、鏡胴6を設け、該鏡胴6に投射光学系102を構成するレンズを保持させている。
本光学系を構成する第1のプリズムAと第2のプリズムBとしては、所謂TIRプリズムを用いている。このTIRプリズムは、2つの三角形を組み合わせたプリズムで、内部全反射プリズムとも称され、DLPプロジェクタに使用されている。
図1と図2に示す光路は、画像表示素子2の中央に当たる光線の経路を示しており、実際には画像表示素子2の大きさに沿った幅を持っている。
図3は、図2における光学系において、画像表示素子のOFF状態の反射光の一部が鏡胴に当たる状態を示す部分拡大斜視図である。
図3に示す光学系では、OFF光の一部が鏡胴6に当たっていることが分かる。このように、OFF光が鏡胴6に照射されると、鏡胴6が発熱するので、鏡胴6に物理的な歪み(レンズの膨張や屈折率変化による収差)が生じ、投影画像の解像度の劣化を招くことになる。
図4は、第1の実施の形態に係る光学系において、OFF光の光路を示すYZ平面図であり、(a)は、全体構成を示す図であり、(b)は、主要部を拡大して示す図である。
図5は、第1の実施の形態に係る光学系に反射部を設けた場合のOFF光の光路を示すXZ平面図であり、(a)は、全体構成を示す図であり、(b)は、主要部を拡大して示す図である。
図1と図2に示す光路は、画像表示素子2の中央に当たる光線の経路を示しており、実際には画像表示素子2の大きさに沿った幅を持っている。
図3は、図2における光学系において、画像表示素子のOFF状態の反射光の一部が鏡胴に当たる状態を示す部分拡大斜視図である。
図3に示す光学系では、OFF光の一部が鏡胴6に当たっていることが分かる。このように、OFF光が鏡胴6に照射されると、鏡胴6が発熱するので、鏡胴6に物理的な歪み(レンズの膨張や屈折率変化による収差)が生じ、投影画像の解像度の劣化を招くことになる。
図4は、第1の実施の形態に係る光学系において、OFF光の光路を示すYZ平面図であり、(a)は、全体構成を示す図であり、(b)は、主要部を拡大して示す図である。
図5は、第1の実施の形態に係る光学系に反射部を設けた場合のOFF光の光路を示すXZ平面図であり、(a)は、全体構成を示す図であり、(b)は、主要部を拡大して示す図である。
この第1の実施の形態に係る光学系では、図3に示すOFF光の一部が鏡胴6に当たる問題を解決することを課題とし、図4のYZ平面図と図5のXZ平面図に示すように、OFF光の光路を規定すると共に、該OFF光による影響を除去できるような構成要素を設けている。即ち、この第1の実施の形態に係る光学系では、鏡胴6の画像表示素子2との対面部(即ち,鏡胴6の下端部)に反射部7を設け、さらに、第2のプリズムBの下方に光吸収部としての吸収部材8を設置する構成にしている。
このように構成したことにより、鏡胴6下端部の反射部7で反射されたOFF光の反射光は、第2のプリズムBを透過し、吸収部材8によって吸収される。よって、OFF光が鏡胴6に照射されて該鏡胴6が発熱することを防止することが可能となり、ひいては該鏡胴6が保持するレンズ群の熱変化により投影画像の解像度の劣化を抑制することができる。また、鏡胴6の反射部7で反射されたOFF光の反射光は、第2のプリズムBを透過した後、光吸収部である吸収部材8によって吸収されるので、さまざまな悪影響をもたらす迷光とはならずに済む。
なお、この第1の実施の形態では、反射部7は、画像表示素子2との対面部(鏡胴6下端)に設置する。この反射部7は、より、具体的には、画像表示素子2のOFF状態の光が、第1のプリズムAおよび第2のプリズムBを透過して出射した光が当たる部位に、配置するものとする。
このように構成したことにより、鏡胴6下端部の反射部7で反射されたOFF光の反射光は、第2のプリズムBを透過し、吸収部材8によって吸収される。よって、OFF光が鏡胴6に照射されて該鏡胴6が発熱することを防止することが可能となり、ひいては該鏡胴6が保持するレンズ群の熱変化により投影画像の解像度の劣化を抑制することができる。また、鏡胴6の反射部7で反射されたOFF光の反射光は、第2のプリズムBを透過した後、光吸収部である吸収部材8によって吸収されるので、さまざまな悪影響をもたらす迷光とはならずに済む。
なお、この第1の実施の形態では、反射部7は、画像表示素子2との対面部(鏡胴6下端)に設置する。この反射部7は、より、具体的には、画像表示素子2のOFF状態の光が、第1のプリズムAおよび第2のプリズムBを透過して出射した光が当たる部位に、配置するものとする。
以下、本発明に係る光学系の特徴の一つである反射部の実施の形態について説明する。
図6は、本発明の第1の実施の形態に係る光学系に備えられた鏡胴の底面図であり、鏡胴の下端をOFF光の反射部とする場合の一例を示す底面図である。
図6に示す反射部7は、鏡胴6下端の画像表示素子2との対面部6−1に画像表示素子2のON状態の光がケラレないように、レンズ面9の外周に円環状の反射部にコーティングを施して反射部7としている。このコーティングは、OFF光の反射率を高めるものであり、具体的にはAlやAgを材質とする単層コートであってもよいし、誘電体多層膜などの増反射膜を形成してもよい。鏡胴6は、内部のレンズを保持するが、この内部のレンズは、レンズ面9の周囲のコバ部9−1で支持されている。
図7は、第2の実施の形態に係る光学系に備えられた鏡胴6の下端にOFF光の反射部である反射部材7aを設けた場合の、鏡胴6の底面図を示す。
図7に示す反射部材7aでは、鏡胴6の画像表示素子2との対面部6−1に矩形状を呈する反射部は、鏡面を持つ反射部材7aを貼り付けている。このような構成とすることで、鏡胴6に特別な加工を施す必要がなくなり、OFF光の当たる領域にだけ鏡面を持つ反射部材7aを貼り付けるだけの簡易な構成方法によって反射部を構成することができる。
図6は、本発明の第1の実施の形態に係る光学系に備えられた鏡胴の底面図であり、鏡胴の下端をOFF光の反射部とする場合の一例を示す底面図である。
図6に示す反射部7は、鏡胴6下端の画像表示素子2との対面部6−1に画像表示素子2のON状態の光がケラレないように、レンズ面9の外周に円環状の反射部にコーティングを施して反射部7としている。このコーティングは、OFF光の反射率を高めるものであり、具体的にはAlやAgを材質とする単層コートであってもよいし、誘電体多層膜などの増反射膜を形成してもよい。鏡胴6は、内部のレンズを保持するが、この内部のレンズは、レンズ面9の周囲のコバ部9−1で支持されている。
図7は、第2の実施の形態に係る光学系に備えられた鏡胴6の下端にOFF光の反射部である反射部材7aを設けた場合の、鏡胴6の底面図を示す。
図7に示す反射部材7aでは、鏡胴6の画像表示素子2との対面部6−1に矩形状を呈する反射部は、鏡面を持つ反射部材7aを貼り付けている。このような構成とすることで、鏡胴6に特別な加工を施す必要がなくなり、OFF光の当たる領域にだけ鏡面を持つ反射部材7aを貼り付けるだけの簡易な構成方法によって反射部を構成することができる。
図8は、本発明の第3の形態に係る光学系の経路中に備えられた第1のプリズムAと第2のプリズムBの断面構成を示す断面図である。
図8において、第1のプリズムAの一つの角部(底辺と斜辺の交差角部)を切り欠くことで、第1のプリズムAの反射面と第2のプリズムBの出射面との交線と、第1のプリズムAの反射面の端部とを一致させている。このような形状とすることにより、プリズムエッジでの散乱を防止し、上述の迷光を抑制することができる。また、吸収部材8を、プリズムBの射出面に沿った位置に設置しているので、プリズムBから射出された光を該吸収部材8で効率良く吸収させることができる。
また、このような吸収部材8の設置によっても、上記の迷光を抑制することができる。
図9は、本発明の第4の実施の形態に係る光学系の構成を示す平面図である。
図9において、投射光学系102は、図1、図2、図3等に示された光学系を用いているが、照明光学系のうち、3原色(R、G、B)を作り出すための光源系については、別の構成を用いる。
図8において、第1のプリズムAの一つの角部(底辺と斜辺の交差角部)を切り欠くことで、第1のプリズムAの反射面と第2のプリズムBの出射面との交線と、第1のプリズムAの反射面の端部とを一致させている。このような形状とすることにより、プリズムエッジでの散乱を防止し、上述の迷光を抑制することができる。また、吸収部材8を、プリズムBの射出面に沿った位置に設置しているので、プリズムBから射出された光を該吸収部材8で効率良く吸収させることができる。
また、このような吸収部材8の設置によっても、上記の迷光を抑制することができる。
図9は、本発明の第4の実施の形態に係る光学系の構成を示す平面図である。
図9において、投射光学系102は、図1、図2、図3等に示された光学系を用いているが、照明光学系のうち、3原色(R、G、B)を作り出すための光源系については、別の構成を用いる。
3原色を作り出す光源系として、例えば、赤色(R)を発する第1のLED1と第1の集光レンズ10、緑色(G)を発する第2のLED2と第2の集光レンズ11、青色(B)を発する第3のLEDと第3の集光レンズ12を用いて構成してなる。
第1のLED1と第1の集光レンズ10の光軸は、リレーレンズL1〜リレーレンズL4の主光軸と共通である。第2のLED2と第2の集光レンズ11の光軸は、主光軸上に斜設されたミラー13によって、直交方向に反射されて主光軸に一致させられる。
第3のLED3と集光レンズL12の光軸は、上記主光軸上に斜設されたミラー14によって、同様に、直交方向に反射されて主光軸と一致させられる。
ミラー14と、光ミキシング素子5との間には、調整レンズ15が挿入されている。
このように構成された光源系の3つのLED1〜LED3は、画像表示素子(DMD)2の各微小ミラーの動きに連動して発光動作して三原色を生成する。
上記第1〜第3の光源として、光源に、LED(Light Emitting Diode)やLD(Laser Diode)など、固体光源を用いることが望ましい。固体光源を用いることで、色再現性に優れた光学系100を実現することができるからである。
第1のLED1と第1の集光レンズ10の光軸は、リレーレンズL1〜リレーレンズL4の主光軸と共通である。第2のLED2と第2の集光レンズ11の光軸は、主光軸上に斜設されたミラー13によって、直交方向に反射されて主光軸に一致させられる。
第3のLED3と集光レンズL12の光軸は、上記主光軸上に斜設されたミラー14によって、同様に、直交方向に反射されて主光軸と一致させられる。
ミラー14と、光ミキシング素子5との間には、調整レンズ15が挿入されている。
このように構成された光源系の3つのLED1〜LED3は、画像表示素子(DMD)2の各微小ミラーの動きに連動して発光動作して三原色を生成する。
上記第1〜第3の光源として、光源に、LED(Light Emitting Diode)やLD(Laser Diode)など、固体光源を用いることが望ましい。固体光源を用いることで、色再現性に優れた光学系100を実現することができるからである。
図10は、本発明の第5の実施の形態に係る画像表示装置の全体構成を示す平面図である。
この第5の実施の形態に係る画像表示装置1000は、前述した第1〜第3の実施の形態に係る照明光学系101と投射光学系102とを構成要素に含めて構成される。また、上記光学系に加えて、映像源出力装置(既製品でよい)や各種装置の電源等を含む付属回路103を備えている。
この第5の実施の形態に係る画像表示装置の照明光学系101の中の光源系は、一つの光源1、防爆ガラス3、カラーホイール4からなり、画像表示素子2であるDMDの各微小ミラーの動きに連動して動作し、光線に着色をするように構成してなる。
この点において、図9の第4の実施の形態に係る照明光学系とは、異なっている。
尚、光源1として、上述したように、LEDやLDなど固体光源を用いることが望ましい。固体光源を用いることで、色再現性に優れた光学系100を実現することができるからである。
この第5の実施の形態に係る画像表示装置1000は、前述した第1〜第3の実施の形態に係る照明光学系101と投射光学系102とを構成要素に含めて構成される。また、上記光学系に加えて、映像源出力装置(既製品でよい)や各種装置の電源等を含む付属回路103を備えている。
この第5の実施の形態に係る画像表示装置の照明光学系101の中の光源系は、一つの光源1、防爆ガラス3、カラーホイール4からなり、画像表示素子2であるDMDの各微小ミラーの動きに連動して動作し、光線に着色をするように構成してなる。
この点において、図9の第4の実施の形態に係る照明光学系とは、異なっている。
尚、光源1として、上述したように、LEDやLDなど固体光源を用いることが望ましい。固体光源を用いることで、色再現性に優れた光学系100を実現することができるからである。
この第5の実施の形態に係る画像表示装置1000によれば、OFF光の反射光による発熱に起因する解像度の劣化を防ぐと共に迷光が抑制された画像表示装置を実現することができる。
以上のような実施の形態について詳しく説明した本発明に係る光学系およびその光学系を用いた画像表示装置の特徴とするところを、以下にまとめて説明する。
光源と、複数のミラーが二次元に配列され、前記複数のミラーは各々その傾きにより少なくともON状態とOFF状態とを有する画像表示素子とを備える画像表示装置に用いられる光学系であって、
前記光源と前記画像表示素子との間に配置され、前記画像表示素子へ光を導く第1のプリズムと、
前記ON状態の光が入射する拡大光学系と、
前記画像表示素子と前記拡大光学系との間に配置され前記ON状態の光を前記拡大光学系に導く第2のプリズムと、
前記拡大光学系を保持する鏡胴と、を備え、
前記鏡胴の一部に反射部を有し、前記OFF状態の光は前記反射部で反射されたのち、前記第2のプリズムを透過して光吸収部へ導かれることを特徴としている(請求項1に対応する)。
以上のような実施の形態について詳しく説明した本発明に係る光学系およびその光学系を用いた画像表示装置の特徴とするところを、以下にまとめて説明する。
光源と、複数のミラーが二次元に配列され、前記複数のミラーは各々その傾きにより少なくともON状態とOFF状態とを有する画像表示素子とを備える画像表示装置に用いられる光学系であって、
前記光源と前記画像表示素子との間に配置され、前記画像表示素子へ光を導く第1のプリズムと、
前記ON状態の光が入射する拡大光学系と、
前記画像表示素子と前記拡大光学系との間に配置され前記ON状態の光を前記拡大光学系に導く第2のプリズムと、
前記拡大光学系を保持する鏡胴と、を備え、
前記鏡胴の一部に反射部を有し、前記OFF状態の光は前記反射部で反射されたのち、前記第2のプリズムを透過して光吸収部へ導かれることを特徴としている(請求項1に対応する)。
このような構成により、OFF状態の正反射光が鏡胴の一部に形成された反射部で反射されるように規定したことにより、鏡胴に熱が伝わることを抑制し、レンズの膨張や屈折率変化による解像劣化を抑制することができる。また、反射部で反射された光が第2のプリズムを透過して吸収部材に吸収されることにより、迷光を抑制することができる効果も有る。
また、前記鏡胴の前記反射部にコーティングが施されていることが望ましい(請求項2に対応する)。
鏡胴の反射部にコーティングが施されることにより、反射率を高め、効率よく吸収部材にOFF光を導くことができる効果が有る。
また、前記鏡胴の反射部は、鏡面を持つ反射部材を貼る構成としてもよい(請求項3に対応する)。このように構成した場合、鏡胴に特別な加工を必要とせず、簡易な構成で吸収部材にOFF光を導くことができる効果が有る。
また、前記鏡胴の前記反射部にコーティングが施されていることが望ましい(請求項2に対応する)。
鏡胴の反射部にコーティングが施されることにより、反射率を高め、効率よく吸収部材にOFF光を導くことができる効果が有る。
また、前記鏡胴の反射部は、鏡面を持つ反射部材を貼る構成としてもよい(請求項3に対応する)。このように構成した場合、鏡胴に特別な加工を必要とせず、簡易な構成で吸収部材にOFF光を導くことができる効果が有る。
また、光学系において、ON状態の複数のミラーの法線とOFF状態の複数のミラーの法線とが同一面上に存在しない画像表示素子を用いるようにしてもよい。(請求項4に対応する)。このような画像表示素子であっても、OFF状態の正反射光による解像劣化を抑制することができる。
また、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムの形状は、鏡胴の反射部で反射され第2のプリズムへ入射し且つ透過した光が光吸収部に向かうように形成されることが望ましい(請求項5に対応する)。
このような構成とすることにより、鏡胴に熱が伝わることを防止し、レンズの熱変化による投影画像の解像劣化を抑制することができる。
前記第1のプリズムの反射面と前記第2のプリズムの出射面との交線と、前記第1のプリズムの前記反射面の端部とを一致させることが望ましい(請求項6に対応する)。
また、前記第1のプリズムの1つの角部を切り欠いた形状とすることで、前記第1のプリズムの前記反射面と前記第2のプリズムの前記出射面との前記交線と、前記第1のプリズムの前記反射面の端部とを一致させるようにしてもよい(請求項7に対応する)。
また、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムの形状は、鏡胴の反射部で反射され第2のプリズムへ入射し且つ透過した光が光吸収部に向かうように形成されることが望ましい(請求項5に対応する)。
このような構成とすることにより、鏡胴に熱が伝わることを防止し、レンズの熱変化による投影画像の解像劣化を抑制することができる。
前記第1のプリズムの反射面と前記第2のプリズムの出射面との交線と、前記第1のプリズムの前記反射面の端部とを一致させることが望ましい(請求項6に対応する)。
また、前記第1のプリズムの1つの角部を切り欠いた形状とすることで、前記第1のプリズムの前記反射面と前記第2のプリズムの前記出射面との前記交線と、前記第1のプリズムの前記反射面の端部とを一致させるようにしてもよい(請求項7に対応する)。
このような形状とすることにより、プリズムエッジでの散乱を防止し、迷光を抑制することができる。
また、前記光吸収部は、前記第2のプリズムの出射面に沿って配置されることが望ましい(請求項8に対応する)。
また、前記光源は、固体光源であることが望ましい(請求項9に対応する)。
このように光源として、固体光源を用いることで、色再現性に優れた光学系を実現することができる。
また、上記のような特徴を有する光学系を用いて画像表示装置とすることが望ましい(請求項10に対応する)。
このように構成することにより、鏡胴に熱が伝わることを抑制し、レンズの膨脹やな屈折率変化による解像劣化と迷光が抑制された画像表示装置を実現することができる。
また、前記光吸収部は、前記第2のプリズムの出射面に沿って配置されることが望ましい(請求項8に対応する)。
また、前記光源は、固体光源であることが望ましい(請求項9に対応する)。
このように光源として、固体光源を用いることで、色再現性に優れた光学系を実現することができる。
また、上記のような特徴を有する光学系を用いて画像表示装置とすることが望ましい(請求項10に対応する)。
このように構成することにより、鏡胴に熱が伝わることを抑制し、レンズの膨脹やな屈折率変化による解像劣化と迷光が抑制された画像表示装置を実現することができる。
1 光源
2 画像表示素子
3 防爆ガラス
4 カラーホイール
5 光ミキシング素子
6 鏡胴
7 反射部
7a 反射部材
8 吸収部材(光吸収部)
9 レンズ面
9−1 コバ部
10〜12 集光レンズ
13、14 ミラー
15 調整レンズ
A,B プリズム
L1〜L4 リレーレンズ
100 光学系
101 照明光学系
102 投射光学系(拡大光学系)
1000 画像表示装置
2 画像表示素子
3 防爆ガラス
4 カラーホイール
5 光ミキシング素子
6 鏡胴
7 反射部
7a 反射部材
8 吸収部材(光吸収部)
9 レンズ面
9−1 コバ部
10〜12 集光レンズ
13、14 ミラー
15 調整レンズ
A,B プリズム
L1〜L4 リレーレンズ
100 光学系
101 照明光学系
102 投射光学系(拡大光学系)
1000 画像表示装置
Claims (10)
- 光源と、複数のミラーが二次元に配列され、前記複数のミラーは各々その傾きにより少なくともON状態とOFF状態とを有する画像表示素子とを備える画像表示装置に用いられる光学系であって、
前記光源と前記画像表示素子との間に配置され、前記画像表示素子へ光を導く第1のプリズムと、
前記ON状態の光が入射する拡大光学系と、
前記画像表示素子と前記拡大光学系との間に配置され前記ON状態の光を前記拡大光学系に導く第2のプリズムと、
前記拡大光学系を保持する鏡胴と、を備え、
前記鏡胴の一部に反射部を有し、前記OFF状態の光は前記反射部で反射されたのち、前記第2のプリズムを透過して光吸収部へ導かれることを特徴とする光学系。 - 前記鏡胴の前記反射部にコーティングが施されていることを特徴とする請求項1に記載の光学系。
- 前記鏡胴の前記反射部は、鏡面を持つ反射部材を貼り付けて構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光学系。
- 前記ON状態の前記複数のミラーの法線と前記OFF状態の前記複数のミラーの法線が同一面上にないことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学系。
- 前記第1のプリズムと前記第2のプリズムの形状は、透過した光が前記光吸収部に向かうように形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学系。
- 前記第1のプリズムの反射面と前記第2のプリズムの出射面との交線と、前記第1のプリズムの前記反射面の端部とが一致することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学系。
- 前記第1のプリズムの1つの角部を切り欠いた形状とすることで、前記第1のプリズムの前記反射面と前記第2のプリズムの前記出射面との前記交線と、前記第1のプリズムの前記反射面の端部とを一致させていることを特徴とする請求項6に記載の光学系。
- 前記光吸収部は、前記第2のプリズムの前記出射面に沿って配置されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学系。
- 前記光源は、固体光源であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の光学系。
- 請求項1に記載の光学系を備えたことを特徴とする画像表示装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015151369 | 2015-07-30 | ||
JP2015151369 | 2015-07-30 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2017032964A true JP2017032964A (ja) | 2017-02-09 |
Family
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Family Applications (1)
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JP2015233947A Pending JP2017032964A (ja) | 2015-07-30 | 2015-11-30 | 光学系およびそれを用いた画像表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2017032964A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111381421A (zh) * | 2018-12-28 | 2020-07-07 | 青岛海信激光显示股份有限公司 | 照明光学系统及投影设备 |
US11287732B2 (en) | 2018-12-28 | 2022-03-29 | Hisense Laser Display Co., Ltd. | Optical illumination system and projection device |
US11630288B2 (en) | 2020-08-31 | 2023-04-18 | Ricoh Company, Ltd. | Image projection apparatus |
-
2015
- 2015-11-30 JP JP2015233947A patent/JP2017032964A/ja active Pending
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