JP3515971B2 - 投影装置光学系 - Google Patents

投影装置光学系

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JP3515971B2 JP2002024221A JP2002024221A JP3515971B2 JP 3515971 B2 JP3515971 B2 JP 3515971B2 JP 2002024221 A JP2002024221 A JP 2002024221A JP 2002024221 A JP2002024221 A JP 2002024221A JP 3515971 B2 JP3515971 B2 JP 3515971B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の技術的分野】本発明は、電子部材によって映像
を形成する投射型プロジェクタ等の投影装置及びその光
学系に関する。
【0002】
【従来技術】投射型プロジェクタ等の投影装置は、映画
館等におけるシネマ上映用として、また学会や販売活動
におけるプレゼンテーション用として広く普及してい
る。しかし、さらに高解像度、高画質化への要望、ポー
タブル時の利便性や占有面積の縮小化のためのコンパク
ト化の要望は続いている。
【0003】現状において、液晶プロジェクターの基本
仕様として、シネマ上映用としては、一般にカラーホイ
ールを用いず3原色用の3枚の液晶パネル又は3原色用
の3板のデジタル・マイクロミラー・デバイスすなわち
DMD(Digital Micro mirror Device)を表示パネルと
して使用している。一方、ビジネス用やローコストな機
種においては、カラーホイールと、3原色用の3枚の液
晶パネル、3原色用の単板の液晶パネル又は3原色用の
単板のデジタル・マイクロミラー・デバイスを採用した
ものが多く見受けられる。
【0004】デジタル・マイクロミラー・デバイスは、
照明光学系がシンプルに構成でき投影装置の小型化が可
能であり、しかも冷却効率に優れていることから、これ
を搭載した機種が増加している。さらに、デジタル・マ
イクロミラー・デバイスは、高開口率化が可能であり、
高い信頼性を得ることもできる。
【0005】さらにまた、デジタル・マイクロミラー・
デバイスは、各画素単位における応答速度が非常に速
く、透過型液晶パネルのように3枚構成とする必要性が
ない。なぜならば、カラーホイール等によって順次に色
変換フィルターを高速回転することにより、目の錯覚を
利用したデジタル的な画像表現が可能なためである。
【0006】デジタル・マイクロミラー・デバイスを使
用した投影装置としては、図6に示すように、ハウジン
グ(図示せず)内に、リフレクタ110付きのライトバ
ルブ112、リフレクタ110の投射光軸O上に直交配
置されたカラーホイール114及びライトパイプ11
6、コンデンサーレンズ121、斜設された凹面鏡であ
る第1ミラー118、第1ミラー118の反射光軸O上
に斜設された平表面鏡の第2ミラー120、第2ミラー
120の反射光軸O上に直交配置されたコンデンサーレ
ンズ121及び斜設されたデジタル・マイクロミラー・
デバイス122、デジタル・マイクロミラー・デバイス
122の反射光軸O上に斜設された投射レンズ124を
配置してなる。第2ミラー120の反射光束の光軸O
は、ライトバルブ112の射出光軸Oと同一平面内にあ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述したデジタル・マ
イクロミラー・デバイスを搭載した投影装置は、さらな
る小型化及び省電力化が要望されている。
【0008】
【発明の目的】本発明は、従来技術の投影装置光学系に
対する上述した要望に鑑みてなされたものであって、よ
り小型で、省電力で、冷却を効率的に行い長時間継続し
て使用できる投影装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決する手段】本発明は、光源と、該光源から
射出された光束を通過させるカラーホイール及びライト
パイプと、該ライトパイプを通過した光束を反射する凹
反射面を持つ第1ミラーと、前記第1ミラーの反射光束
の集束位置付近に配置された第2ミラーと、前記第2ミ
ラーの反射光束を受光するデジタル・マイクロミラー・
デバイスと、該デジタル・マイクロミラー・デバイスの
反射光束が通過する投射レンズとを有し、前記ライトパ
イプが、前記第2ミラーの反射光束と前記デジタル・マ
イクロミラー・デバイスの反射光束の間に配置されてい
ることを特徴とする投影装置光学系である。本発明はま
た、ハウジング内に、光源と、該光源から射出された光
束を通過させるカラーホイール及びライトパイプと、該
ライトパイプを通過した光束を反射する凹反射面を持つ
第1ミラーと、前記第1ミラーの反射光束の集束位置付
近に配置された第2ミラーと、前記第2ミラーの反射光
束を受光するデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
該デジタル・マイクロミラー・デバイスの反射光束が通
過する投射レンズとを配置し、前記ライトパイプが、前
記第2ミラーの反射光束と前記デジタル・マイクロミラ
ー・デバイスの反射光束の間に配置されていることを特
徴とする投影装置である。
【0010】本発明の実施態様は、上記第1ミラーが、
球面又は非球面の凹表面鏡又は凹裏面鏡であることを特
徴とする。上記第2ミラーが、球面又は平面鏡であるこ
とを特徴とする。前記第1ミラー及び第2ミラーが、銀
層の上に酸化保護膜を形成したことを特徴とする。
【0011】本発明の投影装置の実施形態は、以下のと
おりである。ハウジング(図示せず)内に、リフレクタ
10付きのライトバルブ12、リフレクタ10の投射光
軸O上に直交配置されたカラーホイール14及びライト
パイプ16、斜設された凹面鏡である第1ミラー18、
第1ミラー18の反射光軸O上に斜設された平表面鏡の
第2ミラー20、第2ミラー20の反射光軸O上に直交
配置されたコンデンサーレンズ21及び斜設されたデジ
タル・マイクロミラー・デバイス22、デジタル・マイ
クロミラー・デバイス22の反射光軸O上に斜設された
投射レンズ24を配置してなる。第2ミラー20の反射
光束の光軸Oはライトバルブ12の下側に位置し、デジ
タル・マイクロミラー・デバイス22の反射光軸Oはラ
イトバルブ12の上側に位置する。
【0012】リフレクタ10は、楕円鏡であって、一方
の焦点がライトバルブ12のアークギャップ13又はそ
の近傍にある。リフレクタ10の反射面は、可視光以
外、さらに詳しくは700nmより長い波長の赤外域等を
透過させる誘電体多層膜コーティングが設けられ、コー
ルドミラーとなっている。カラーホイール14は、光束
をR(赤)G(緑)B(青)に分光するバンドパスフィ
ルターがセグメント毎に分割されて通過する。RGBの光
が時間差で決められた順序で切り替えられ透過するよう
になっている。
【0013】このカラーホイール14には、投影装置の
投射総光量を増加すために、一部のセグメントを、RG
Bではなく無色透明部とする場合もある。この無色透明
部を設ける必要性は、主にプロジェクター等の投影装置
の商品性すなわち色再現性、光量、コントラスト比等の
仕様によって決定される。カラーホイール14を駆動す
るモータ30は、軸ぶれ防止のためにアウターローター
型モータである。
【0014】カラーホイール14を通過した光束を受光
してこれを光束断面において平均化するためのライトパ
イプ16は、中実のガラスロッドパイプ又は中空で内面
に反射コーテイングを設けたライトトンネルである。前
記中実のガラスロッドパイプは、入射角度を臨界角より
大きくすることにより全反射を確保することができる。
また、前記ガラスロッドパイプは、外面が反射面となる
ために配置するための容積が前記ライトトンネルより小
さいという利点があるが、外面を空気に露出させなけれ
ばならず、また外面を損傷させてはならないという煩わ
しさはある。
【0015】ライトパイプ16の内面の反射コーテイン
グは、アルミ蒸着、好ましくは銀蒸着である。前記ライ
トトンネルは、接着止めされている場合、投影装置内が
高温になることが多く、接着剤の選択に注意を要する。
ライトバルブ12の発光部すなわちアークギャップ13
は所定の長さをもっていることから、ライトパイプ16
の入射面近傍にあるリフレクタ10の焦点においても点
に集光することはない。従って、ライトバルブ12から
ライトパイプ16への入射による光量損失を最小にする
ため、ライトパイプ16の入射面は、面光源のように拡
散した光束を十分に被う大きさにすることが望ましい。
【0016】ライトパイプ16へ入射する光束を形成す
る光線は、ライトパイプ16内で反射を繰り返しながら
透過して射出面において平均化した光束とするために、
所定の反射回数を確保することができる程度に光軸方向
の長さが必要である。すなわち、ライトパイプ16が短
過ぎると、十分な平均化を行うことができず、一方長過
ぎると、光量損失が大きくなり好ましくない。
【0017】第2ミラー20の直径を小さくするため
に、光束が第2ミラー20上に合焦するように第1ミラ
ー18の曲率半径を小さく決定する。その結果、第2ミ
ラー20による反射光束は、大きな収差が発生してデジ
タル・マイクロミラー・デバイス22上で不均一になる
ので、コンデンサーレンズ21を非球面レンズにして該
収差を除去してデジタル・マイクロミラー・デバイス2
2の受光を均一化する。
【0018】三次元空間における第1ミラー18の法線
ベクトル53及び第2ミラー20の法線ベクトル54の
傾斜角度は、図1ないし図5を参照して、以下のように
して求める。第1ミラーの法線ベクトル53がXY平
面、XZ平面、YZ平面xyのなす角度α81,β8
1,γ81は、次式で表される。
【0019】 ここで、p,rはパラメータである。 X軸の正の向きは、図1の紙面に対して右向きであり、
Y軸及びZ軸の正の向きは図5の紙面に対してそれぞれ
右向き及び上向きである。 θ:ライトバルブ及びリフレクタの中心を通り、第1ミ
ラーへ入射する入射光の光軸がXZ面内にて、XY平面
となす角度。 α81,β81,γ81:第1ミラーの法線ベクトル53がそ
れぞれXY平面、XZ平面、YZ平面内にて、XZ平
面、XY平面、XY平面からなす角度(図1、2、3、
5参照)。 A,B:第1ミラーから反射した反射光の光軸56がそ
れぞれXY平面、XZ平面内にてXZ平面、XY平面か
らなす角度(図1、2参照)。
【0020】第2ミラーの法線ベクトル54のなす角度
α82,β82,γ82は次式で表される。 ここで、n,pはパラメータである。 α82,β82,γ82:第2ミラーの法線ベクトル54がそ
れぞれXY平面、XZ平面、YZ平面内にてXZ平面、
XY平面、XY平面からなす角度(図1、2、5参
照)。 C,D:第2ミラーから反射したDMDへの入射光57
がそれぞれXZ平面、YZ平面内にてYZ平面、XY平
面からなす角度(図3,5参照)。
【0021】次に、三次元空間における第1ミラー18
の法線ベクトル53及び第2ミラー20の法線ベクトル
54の傾斜角度の計算例を示す。 (第1ミラーの法線ベクトルの傾斜角度) θ=−10゜,A=12゜,B=15゜ 第1ミラーの法線ベクトル53のなす角度α81,β81
γ81を求める。 =0.9461890 =0.9848078 =5.9460758゜ =10.983390゜ =64.788624゜
【0022】(第2ミラーの法線ベクトルの傾斜角度) θ=10゜,A=12゜,B=15゜,C=−10゜,
D=30゜ ミラーM2の法線ベクトル54のなす角度α82,β82
γ82を求める。 =0.9461890 =0.85610146 =-126.95028゜(-180゜<α82 ≦0) =-136.76076゜(-180゜<β82 ≦0) =-144.72718゜(-180゜<γ82 ≦0)
【0023】
【発明の効果】本発明の投影装置光学系及び投影装置に
よれば、より小型で、省電力で、冷却を効率的に行い長
時間継続して使用できる投影装置を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の投影装置光学系の正面図で
ある。
【図2】図1に示す本発明の実施形態の投影装置光学系
の平面図である。
【図3】図1に示す本発明の実施形態の投影装置光学系
の右側面図である。
【図4】図3の右側面図の第1ミラー及び第2ミラーに
係る部分の拡大図であり、第1ミラーの法線ベクトルが
記入されている。
【図5】図3の右側面図の第1ミラー及び第2ミラーに
係る部分の拡大図であり、第2ミラーの法線ベクトルが
記入されている。
【図6】従来技術のデジタル・マイクロミラー・デバイ
スを使用した投影装置光学系の正面図である。
【符号の説明】
10 リフレクタ 12 ライトバルブ 14 カラーホイール 16 ライトパイプ 18 第1ミラー 20 第2ミラー 22 デジタル・マイクロミラー・デバイス 24 投射レンズ 30 モータ 53 第1ミラーの法線ベクトル 54 第2ミラーの法線ベクトル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G03B 21/14 G03B 21/14 Z 21/28 21/28 (56)参考文献 特開2001−109068(JP,A) 特開2001−337394(JP,A) 特開2001−343609(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03B 21/00 - 21/30 G02B 27/18

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、該光源から射出された光束を通
    過させるカラーホイール及びライトパイプと、該ライト
    パイプを通過した光束を反射する凹反射面を持つ第1ミ
    ラーと、前記第1ミラーの反射光束の集束位置付近に配
    置された第2ミラーと、前記第2ミラーの反射光束を受
    光するデジタル・マイクロミラー・デバイスと、該デジ
    タル・マイクロミラー・デバイスの反射光束が通過する
    投射レンズとを有し、前記ライトパイプが、前記第2ミ
    ラーの反射光束と前記デジタル・マイクロミラー・デバ
    イスの反射光束の間に配置されていることを特徴とする
    投影装置光学系。
  2. 【請求項2】 上記第1ミラーが、球面又は非球面の凹
    表面鏡又は凹裏面鏡であることを特徴とする請求項1に
    記載の投影装置光学系。
  3. 【請求項3】 上記第2ミラーが、球面又は平面鏡であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の投影装置光学系。
  4. 【請求項4】 前記第1ミラー及び第2ミラーが、銀層
    の上に酸化保護膜を形成したことを特徴とする請求項1
    に記載の投影装置光学系。
  5. 【請求項5】 ハウジング内に、光源と、該光源から射
    出された光束を通過させるカラーホイール及びライトパ
    イプと、該ライトパイプを通過した光束を反射する凹反
    射面を持つ第1ミラーと、前記第1ミラーの反射光束の
    集束位置付近に配置された第2ミラーと、前記第2ミラ
    ーの反射光束を受光するデジタル・マイクロミラー・デ
    バイスと、該デジタル・マイクロミラー・デバイスの反
    射光束が通過する投射レンズとを配置し、前記ライトパ
    イプが、前記第2ミラーの反射光束と前記デジタル・マ
    イクロミラー・デバイスの反射光束の間に配置されてい
    ることを特徴とする投影装置。
  6. 【請求項6】 前記第2ミラーと前記デジタル・マイク
    ロミラー・デバイスの間に、耐熱性樹脂製のコンデンサ
    ーレンズを配置したことを特徴とする請求項5に記載の
    投影装置。
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