JP3699409B2 - 画像投影装置 - Google Patents
画像投影装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3699409B2 JP3699409B2 JP2002062786A JP2002062786A JP3699409B2 JP 3699409 B2 JP3699409 B2 JP 3699409B2 JP 2002062786 A JP2002062786 A JP 2002062786A JP 2002062786 A JP2002062786 A JP 2002062786A JP 3699409 B2 JP3699409 B2 JP 3699409B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- image
- critical angle
- angle prism
- illumination
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Projection Apparatus (AREA)
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間光変調素子を用いた画像投影装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
画像投影装置に使用される空間光変調素子の一つとして、多数の微小なミラーを2次元的に配列したデジタルマイクロミラーデバイス(以下「DMD」)がある。
【0003】
図6は、DMDの画素構造を示したものであって、個々の画素は、外部からの制御信号に応じて、画素の対角方向を回転軸として±10度または±12度の角度で傾斜角を変化させることができる可動ミラーになっている。
【0004】
DMDは、図6に示される2つの状態をそれぞれON状態及びOFF状態とし、照明光の反射方向を変化させることによって映像を作り出している。
【0005】
DMDを画像投影装置に応用する方法としては、図7に示すような臨界角プリズムを用いた光学系が知られており、この光学系の動作を次に説明する。
【0006】
光源部701で生成された光束は、ロッドインテグレータ702、コンデンサレンズ703を通過して、ミラー704によって反射され、臨界角プリズム705に導かれる。
【0007】
臨界角プリズム705は、照明光を全反射させ映像光を透過させるよう傾斜角が設定されたエアギャップ705aを有している。
【0008】
臨界角プリズム705は、エアギャップ705aの方向がDMD706のミラーの振れ方向と一致するよう、装置の水平方向に対して45度傾斜させて配置されている。
【0009】
これによって、照明光708は、装置の水平方向に対して45度の方向から入射し、映像光がON状態のミラーによってDMD706の正面方向に反射するようにしている。
【0010】
DMD706で反射された映像光709は、臨界角プリズムのエアギャップを透過し、投影レンズ707によってスクリーンに映像が映し出される。
【0011】
駆動回路710は、デジタル信号処理によりDMDのミラーを制御するものであって、DMDの背面に配置されている。
【0012】
DMDは極めて高速な信号処理により制御されてあり、装置の安定動作のため、このように駆動回路710とDMD706を一体に配置することが望ましい。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術による画像投影装置は、DMDを駆動する回路基板が光学系に対して直交して配置されており、装置サイズが大型化してしまう欠点を有している。
【0014】
光学系に関しても、照明光を臨界角プリズムに対して45度の方向から入射させる構造が、装置の小型化を妨げる原因になっている。
【0015】
また、空間光変調素子と投影レンズの間の臨界角プリズムは、映像光がエアギャップを透過する際に非点収差を発生させ、投影画像の品位を劣化させる問題点を有している。
【0016】
特開2000−47328公報に開示されている図8のような光学系を用いると、前述の非点収差の発生を回避することが可能であるが、この光学系は、映像光がプリズムで2回全反射される構成のため、上記従来技術よりもプリズム部の光路長が長くなり、投影レンズの寸法が大きくなる欠点がある。
【0017】
また、上記従来技術と同様、駆動回路とDMDを一体に配置する場合に光学系と直交してしまうなど、装置全体のレイアウトとしても小型化を妨げる要素が多く残っている。
【0018】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、小型で高輝度、かつ臨界角プリズムの臨界角に満たない光束を遮断してより高コントラストで高画質の画像投影装置を提供することを目的としたものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
この発明による画像投影装置は、光源部と、前記光源部からの光束を通過させ照明光を生成する照明光学系と、制御信号に応じて前記照明光の反射特性が変化する空間光変調素子と、前記空間光変調素子で反射した映像光をスクリーンに投影する投影手段とを備えた画像投影装置であって、前記光源部と前記投影手段の光軸が互いに略平行となるよう配置され、前記光軸と前記空間光変調素子の光軸が略直角に配置され、前記空間光変調素子に隣接して前記照明光と前記映像光の進行方向を変化させる光偏向手段として前記照明光を前記空間光変調素子に向けて反射させるミラーと前記照明光を透過させ前記映像光を全反射させる臨界角プリズムとが配置されており、前記映像光の主光線が前記臨界角プリズムの全反射面への入射角が増大する方向に傾斜しており、更に前記投影手段が前記臨界角プリズムの臨界角に満たない光束を遮断する光軸に対して非対称な絞りを有している。
【0020】
この画像投影装置によれば、光源部と投影手段、及び空間光変調素子の各光軸の向き、 並びに光偏向手段としてのミラーと臨界角プリズムとの配置によって空間光変調素子からの映像光は光源部の光軸の方向に戻り、映像光の主光線が臨界角プリズムの全反射面への入射角が増大する方向に傾斜していることによって投影手段の光軸が更に光源部の光軸に近づくので、臨界角プリズムでの光量ロスの発生が防止でき投影画像が明るくなる。その結果、画像投影装置全体としても小形化することができる。更に、投影手段が臨界角プリズムの臨界角に満たない光束を遮断する光軸に対して非対称な絞りを有しているので、投影手段からスクリーンに投影される最終段階において迷光や不要光が映像光に混入することがないので、高コントラストで高画質が得られる。
【0021】
この画像投影装置において、前記臨界角プリズムの入射部に隣接して正のパワーを有するフィールドレンズを配置し、前記フィールドレンズの光軸を前記臨界角プリズムに入射する照明光の光軸に対して偏心させることができる。フィールドレンズは、空間光変調素子を照射する照明光をテレセントリックなものとし、照度分布の均一性を良好なものとする。また、臨界角プリズムの入射部に配置することによって、光路長を大幅に短縮する働きをする。
【0022】
また、フィールドレンズを配置した上記画像投影装置において、前記フィールドレンズを前記臨界角プリズムに接着することができる。空間光変調素子を使用する場合、照明光は素子に対して所定の傾斜角をもって入射させる必要があるが、フィールドレンズをプリズムの入射面に接着することで、フィールドレンズを傾斜した面に対して安定して保持することができる。
【0023】
更に、上記各画像投影装置において、前記映像光の主光線が前記空間光変調素子の長辺方向に傾斜しており、前記照明光が前記空間光変調素子の長辺方向より短辺方向に大きな広がり角を有するとすることができる。この場合には、投影手段において部品の有効領域が無駄なく活用され、画像投影装置の高輝度化を図ることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態を示す画像投影装置の光路図であり、図1(a)は上面図、図1(b)は側面図である。
【0025】
本実施形態において光学系は、光源部101、光源部からの光束を通過させ照明光を生成する照明光学系102、空間光変調素子であるDMD103、DMDが反射した映像光をスクリーンに映し出す投影レンズ104、反射ミラー105、フィールドレンズ106、臨界角プリズム107によって構成されている。
【0026】
そして、これらの構成要素を以下に述べる関係に従って配置している。
【0027】
光源部101と投影レンズ104は、互いの光軸が略平行となるよう配置している。
【0028】
これらの光軸に対して、DMD103は、その光軸が略直角となるよう配置している。
【0029】
DMD103の背面には、駆動回路111を配置している。駆動回路111の配置が光学系に対して略平行となっていることから、装置幅の増加が最小限に止められている。
【0030】
DMD103の前面には、照明光108をDMDに向けて反射させる反射ミラー105、照明光108を透過させ映像光109を全反射させる臨界角プリズム107を配置し、照明光と映像光が所定の方向に進むようにしている。
【0031】
臨界角プリズム107の全反射面107aは、その法線ベクトルが装置の水平方向に一 致するよう配置しており、これによって装置の薄型化を図っている。
【0032】
照明光108と映像光109の進行方向を変化させる偏向手段としては、前述の反射ミラー105や臨界角プリズム107のほか、偏光ビームスプリッターやホログラム等の光学素子を利用してもよい。
【0033】
光源部101は、集光手段として楕円リフレクター101aを使用している。リフレクター101aの集光位置102aには、光の三原色を含むカラーフィルタを回転させながら切り替えていくカラーホイール101bを配置しており、カラー画像を表示することを可能としている。
【0034】
光源部101の集光手段は、楕円リフレクター101aのほか、放物リフレクターやコンデンサレンズの組み合わせ等によって実現してもよい。
【0035】
また、カラーホイールは、ロッドインテグレータ102の出射部102bなどに配置してもよい。
【0036】
光源部101の光軸は、投影レンズ104の光軸に対して必ずしも完全に平行とする必要はない。
【0037】
光路全体の占有スペースを考えると、多少の傾斜角を設けた方がよい場合もあり、本実施形態においては、光源部101の光軸の傾斜角θ1を投影レンズ104の光軸に対して5度として、光源部101が他に比べて突起しないようにしている。
【0038】
投影レンズ104に入射する映像光109は、主光線が光軸に対して所定の傾斜角を有している。
【0039】
この傾斜角は、臨界角プリズム107の全反射面107aへの入射角が増大する方向に設定しており、これによって臨界角プリズム107おける照明光108の透過と映像光109の全反射を確実なものとしている。
【0040】
本実施形態においては、空間光変調素子としてミラーの振れ角が±12度のDMD103を使用し、プリズム107の硝材として屈折率が1.52程度の一般的な光学ガラスを用いた場合を想定し、プリズムの頂角θ2を46度、主光線の傾斜角θ3を5度としている。
【0041】
臨界角プリズム107の入射部には、正のパワーを有するフィールドレンズ106を配置している。
【0042】
フィールドレンズ106は、DMD103を照射する照明光をテレセントリックなものとし、照度分布の均一性を良好なものとしているほか、臨界角プリズム107の入射部に配置したことによって光路長を大幅に短縮する働きをしている。
【0043】
図2は、臨界角プリズム107とフィールドレンズ106の詳細を示している。
【0044】
DMD103のような空間光変調素子を使用する場合、照明光108は素子に対して所定の傾斜角をもって入射させる必要がある。
【0045】
本実施形態においては、照明光108を臨界角プリズム107に斜め上方から入射させることによってこれを達成しており、これに合わせてプリズム107の入射面107bを 傾斜させている。
【0046】
フィールドレンズ106は、このような傾斜した面に対して安定して保持するため、プリズム107の入射面に接着している。
【0047】
臨界角プリズムとフィールドレンズは、図3に示すような形態であってもよい。
【0048】
この例では、前述の例と異なりプリズム301の入射面301aを傾斜させずに、フィールドレンズ302を照明光303に対して偏心して配置している。
【0049】
偏心したフィールドレンズ302は、プリズム301の傾斜面が持っていた屈折力と同等の機能を有しており、プリズム301の形状を柱状のものとすることができる。
【0050】
これによって、複数の臨界角プリズム301を一度に研磨できるようになるため、生産性を大きく向上させることが可能となる。
【0051】
投影レンズ104は、前述の傾斜角を持った映像光の全てを取込可能となるよう、明るいFナンバーの設計としているが、これに加えて、図1に示されるように、光軸に対して非対称な絞り104aを設けている。
【0052】
この絞り104aは、臨界角プリズム107において全反射の条件を満たない光束110を遮断するよう配置している。
【0053】
例えば、図4aに示すような柱状のロッドインテグレータ401を照明光学系に用いる場合、図4bに示すように、投影レンズ104に入射した映像光402は、投影レンズ104が本来持っていた円形の絞り形状403に対して偏心した状態で絞り面を通過する。
【0054】
臨界角に満たない光束は偏心方向と逆側を透過するため、その位置に合わせて光軸に非対称な絞り404を設けている。
【0055】
これによって、照明光学系から混入する迷光がスクリーンに投影されなくなり、コントラスト比の優れた高品位の映像を得ることができる。
【0056】
照明光学系のインテグレータとしては、図5(a)に示すようなテーパー型のものを使用してもよい。
【0057】
この場合、ロッドインテグレータ501の入射部501aの断面形状を出射部501bに比べて正方形に近いものとしたことによって、インテグレータ入射部における光束の取込効率を向上させることができる。
【0058】
これと同時に、ロッド出射時の角度強度分布が空間光変調素子の短辺方向に広がり、図5bのように投影レンズ絞り面における映像光の通過範囲502が上下方向に大きくなる。
【0059】
このような構成により、投影レンズの有効領域を無駄なく活用し、投影画面の高輝度化を図ることできる。
【0060】
なお、このような縦横で角度広がりが異なる照明光学系は、シリンドリカルレンズ等を用いて構成してもよい。
【0061】
以上の説明では、照明光学系にロッドインテグレータを用いた例を述べてきたが、インテグレータとしてはフライアイレンズ等の素子を使用してもよい。
【0062】
画面の均一性が問題にならなければ、インテグレータを使用しなくてもよい。
【0063】
また、空間光変調素子に関しては、DMD以外にも反射型液晶等の素子を使用してもよい。
【0064】
【発明の効果】
この発明によれば、光源部と投影手段の光軸が互いに略平行となるよう配置し、前記光軸と空間光変調素子の光軸が略直角となるよう配置したことによって、光学系の構成要素や空間光変調素子の駆動回路による高さ及び幅方向の突起を最小限に止め、スリムで可搬性に優れた画像投影装置が提供される。
【0065】
映像光を臨界角プリズムで全反射させる構成により、エアギャップを透過する際の非点収差の発生が無くなり、画像投影装置の結像性能が向上する。
【0066】
映像光の主光線を臨界角プリズムの全反射面への入射角が増大する方向に傾斜させたことにより、臨界角プリズムでの光量ロスの発生を防ぎ、明るい投影画像を得ることができる。
【0067】
また、臨界角プリズムの入射部に隣接して正のパワーを有するフィールドレンズを配置したことによって、照明系の光路長が効果的に短縮され、画像投影装置の更なる小型化を図ることができる。
【0068】
また、臨界角プリズムにフィールドレンズを接着したことによって、光路長が更に短縮されるほか、レンズの保持機構を不要とし光学系の構成を簡素なものとすることができる。
【0069】
フィールドレンズを偏心して配置したことによって、臨界角プリズムの形状を柱状のものとし、生産性を大きく向上させることができる。
【0070】
更に、映像光の主光線が空間光変調素子の長辺方向に傾斜した光学系において、照明光が空間光変調素子の長辺方向より短辺方向に大きな広がり角を有するようにしたことによって、投影手段において部品の有効領域が無駄なく活用され、画像投影装置の高輝度化を図ることができる。
【0071】
出射部より入射部の断面形状が正方形に近いロッドインテグレータを使用したことによって、インテグレータ入射部における光束の取込効率が向上し、画像投影装置の更なる高輝度化を図ることができる。
【0072】
臨界角プリズムの臨界角に満たない光束を遮断する光軸に対して非対称な絞りを投影手段に設けたことによって、照明光学系から混入する迷光がスクリーンに投影されなくなり、コントラスト比の優れた高品位な映像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による画像投影装置の一実施形態を示す光学系の構成図であり、図1(a)は上面図、図1(b)は側面図である。
【図2】 本発明のフィールドレンズと臨界角プリズムの形状を示す図である。
【図3】 本発明の偏心したフィールドレンズと臨界角プリズムを示す図である。
【図4】 本発明の一実施形態のロッドインテグレータと投影レンズの絞り面の分布を示す図である。
【図5】 本発明の別の実施形態のロッドインテグレータと投影レンズの絞り面の分布を示す図である。
【図6】 DMDの画素の構造を示す図である。
【図7】 従来技術による画像投影装置の光学系の構成図である。
【図8】 別の従来技術による画像投影装置の光学系の構成図である。
【符号の説明】
101…光源部、101a…リフレクター、101b…カラーホイール、102…照明光学系、102a…ロッド入射部、102b…ロッド出射部、103…DMD、104…投影レンズ、104a…絞り、105…ミラー、106…フィールドレンズ、107…臨界角プリズム、107a…全反射面、108…照明光、109…映像光、110…臨界角に満たない光束、111…駆動回路、301…プリズム、301a…プリズム入射面、302…フィールドレンズ、303…照明光、401…ロッドインテグレータ、402…映像光、403…円形の絞り、404…非対称な絞り、501…ロッドインテグレータ、501a…ロッド入射部、501b…ロッド出射部、502…映像光、503…絞り、701…光源部、702…ロッドインテグレータ、703…コンデンサレンズ、704…ミラー、705…臨界角プリズム、705a…エアギャップ、706…DMD、707…投影レンズ、708…、709…映像光、710…駆動回路
Claims (4)
- 光源部と、前記光源部からの光束を通過させ照明光を生成する照明光学系と、制御信号に応じて前記照明光の反射特性が変化する空間光変調素子と、前記空間光変調素子で反射した映像光をスクリーンに投影する投影手段とを備えた画像投影装置であって、前記光源部と前記投影手段の光軸が互いに略平行となるよう配置され、前記光軸と前記空間光変調素子の光軸が略直角に配置され、前記空間光変調素子に隣接して前記照明光と前記映像光の進行方向を変化させる光偏向手段として前記照明光を前記空間光変調素子に向けて反射させるミラーと前記照明光を透過させ前記映像光を全反射させる臨界角プリズムとが配置されており、前記映像光の主光線が前記臨界角プリズムの全反射面への入射角が増大する方向に傾斜しており、更に前記投影手段が前記臨界角プリズムの臨界角に満たない光束を遮断する光軸に対して非対称な絞りを有していることを特徴とする画像投影装置。
- 前記臨界角プリズムの入射部に隣接して正のパワーを有するフィールドレンズが配置されており、前記フィールドレンズの光軸が前記臨界角プリズムに入射する照明光の光軸に対して偏心していることを特徴とする請求項1に記載の画像投影装置。
- 前記フィールドレンズは前記臨界角プリズムに接着されていることを特徴とする請求項2に記載の画像投影装置。
- 前記映像光の主光線が前記空間光変調素子の長辺方向に傾斜しており、前記照明光が前記空間光変調素子の長辺方向より短辺方向に大きな広がり角を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像投影装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002062786A JP3699409B2 (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | 画像投影装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002062786A JP3699409B2 (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | 画像投影装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003262918A JP2003262918A (ja) | 2003-09-19 |
JP3699409B2 true JP3699409B2 (ja) | 2005-09-28 |
Family
ID=29196376
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002062786A Expired - Fee Related JP3699409B2 (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | 画像投影装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3699409B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4017167B2 (ja) | 2004-06-07 | 2007-12-05 | フジノン株式会社 | 投映表示装置 |
JP2006098936A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 投写型表示装置 |
JP4026670B1 (ja) * | 2006-12-22 | 2007-12-26 | 富士ゼロックス株式会社 | 画像投影装置および画像投影システム |
-
2002
- 2002-03-08 JP JP2002062786A patent/JP3699409B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003262918A (ja) | 2003-09-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100664325B1 (ko) | 광 터널 및 이를 포함하는 프로젝션 장치 | |
JP4045692B2 (ja) | 投射型画像表示装置 | |
KR100382953B1 (ko) | 화상표시장치 | |
KR100925166B1 (ko) | 화상투사용 광학계 및 화상투사 장치 | |
JP2006208635A (ja) | プロジェクタ | |
JP2004101826A (ja) | プロジェクタ用光学系およびこれを用いたプロジェクタ装置 | |
US20040141161A1 (en) | Illumination optical system and projection-type display apparatus | |
JP4420087B2 (ja) | 照明装置及びプロジェクタ | |
US6943850B2 (en) | Optical apparatus and projection type display apparatus for reducing a physical distance between a light source and a display | |
JP2002277820A (ja) | 照明光学系およびこれを用いた投写型カラー画像表示装置 | |
JP4876717B2 (ja) | 投射型映像表示装置 | |
JP4281729B2 (ja) | プロジェクタ | |
JP3699409B2 (ja) | 画像投影装置 | |
KR101058008B1 (ko) | 프로젝션 시스템 | |
JPH08129155A (ja) | 投写型画像表示装置 | |
US7798654B2 (en) | Image display apparatus | |
JP4127024B2 (ja) | プロジェクタ | |
JP2004279498A (ja) | 画像投影装置 | |
JP2006259713A (ja) | プロジェクタ | |
JP2006259505A (ja) | プロジェクタ | |
JP2006259504A (ja) | プロジェクタ | |
JP4662161B2 (ja) | 導光装置及びプロジェクタ | |
JP2006267362A (ja) | プロジェクタ | |
JP2003177352A (ja) | 投写型表示装置及びこれを用いた背面投写型表示装置 | |
JP2006215316A (ja) | 画像投影装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040728 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050419 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050620 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20050620 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050705 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050707 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080715 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090715 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100715 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110715 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110715 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120715 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120715 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130715 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |