JP4206580B2

JP4206580B2 - 照明装置とプロジェクター

Info

Publication number: JP4206580B2
Application number: JP28250799A
Authority: JP
Inventors: 滋澤村; 努吉川
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2019-10-04
Also published as: JP2001109062A; US6840631B2; US20020122156A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置とそれを用いたプロジェクターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、プロジェクター用の光変調素子(すなわち表示素子)としてＤＭＤ(Digital Micromirror Device)が注目されている。ＤＭＤは多数のマイクロミラーがマトリックス状に配置された表示面を有しており、そのマイクロミラー１枚で表示画像の１画素を構成するものである。光変調のために各マイクロミラーの傾きは個別に駆動制御される構成になっており、各マイクロミラーはON状態とOFF状態との２つの傾き状態をとり得るようになっている。ON状態のマイクロミラーでは照明光が投影光学系内に向けて反射され、OFF状態のマイクロミラーでは照明光が投影光学系外に向けて反射される。したがって、ON状態のマイクロミラーで反射された光のみが投影光学系によって被投影面(例えばスクリーン面)上に到達し、その結果、明暗のパターンから成る表示画像が被投影面上に形成される。
【０００３】
上記ＤＭＤを備えたプロジェクターの第１従来例を図５及び図６に示す。図５はＤＭＤ(7)の背面側から見た第１従来例の正面図であり、図６は上方から見た第１従来例の上面図である。また図中、AX1は照明系光軸であり、AX2は投影系光軸である。ランプ(1)から発せられた照明光は、まずカラーホイール(2)を通過した後、インテグレータロッド(3)に入射することにより照度分布が均一化される。インテグレータロッド(3)を射出した照明光は、第１，第２リレーレンズ(4a,4b)を通過した後、平面ミラー(5)での反射によりその光路が斜め上方に折り曲げられる。
【０００４】
平面ミラー(5)で反射された照明光は、第３リレーレンズ(4c)を通過した後、ＴＩＲ(Total Internal Reflection)プリズム(6)内で角度変換されて、ＤＭＤ(7)を斜め45°方向から照明する。ＤＭＤ(7)は、各マイクロミラーが２つの傾き状態(ON状態とOFF状態)をとり得るように構成されているため、ON状態のマイクロミラーでは照明光が投影光学系(8)に向けて反射され、OFF状態のマイクロミラーでは照明光が投影光学系(8)外に向けて反射される。したがって、ON状態のマイクロミラーで反射されたのちＴＩＲプリズム(6)を透過した光が、投影光学系(8)に入射することにより、被投影面(不図示)上に表示画像を形成することになる。
【０００５】
図７にＤＭＤを備えたプロジェクターの第２従来例を示す。図７(A)は上方から見た第２従来例の上面図であり、図７(B)はＤＭＤ(7)の背面側から見た第２従来例の正面図である。なお図中、第１従来例と同一の部分や相当する部分には同一の符号を付してある。ランプ(1)から発せられた照明光は、まずカラーホイール(2)を通過した後、インテグレータロッド(3)に入射することにより照度分布が均一化される。インテグレータロッド(3)を射出した照明光は、第１リレーレンズ(4a)を通過した後、第１平面ミラー(5a)での反射によりその光路が斜め下方に折り曲げられる。第１平面ミラー(5a)で反射された照明光は、第２リレーレンズ(4b)を通過した後、第２平面ミラー(5b)での反射によりその光路が斜め上方に折り曲げられる。
【０００６】
第２平面ミラー(5b)で反射された照明光は、第３リレーレンズ(4c)を通過した後、ＴＩＲプリズム(6)内で角度変換されて、ＤＭＤ(7)を斜め45°方向から照明する。上記第１従来例と同様、ＤＭＤ(7)の各マイクロミラーは２つの傾き状態(ON状態とOFF状態)をとり得るように構成されているため、ON状態のマイクロミラーでは照明光が投影光学系(8)に向けて反射され、OFF状態のマイクロミラーでは照明光が投影光学系(8)外に向けて反射される。したがって、ON状態のマイクロミラーで反射されたのちＴＩＲプリズム(6)を透過した光が、投影光学系(8)に入射することにより、被投影面(不図示)上に表示画像を形成することになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現在、市場ではコンパクトなモバイルプロジェクターが要望されている。特に、ランプ(1)が水平配置された状態で背の低いものが望まれている。しかし上記第１従来例では、平面ミラー(5)が大型化しないように照明光路が鋭角に折り曲げられているため、リレーレンズ(4a,4b)等との配置の関係から背は高くなっている。これに対して上記第２従来例では、背が低く底面積もコンパクトに構成されている。しかし、電装系等の部材を配置するためのスペースが確保しにくくなっているため、プロジェクター全体としては大型化を招いてしまう。また、ランプ(1)が他の部材で囲まれた配置をとることになるため、ランプ(1)の冷却が困難になる。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的はコンパクトなプロジェクターを提供することにあり、また、プロジェクターのコンパクト化や他の部材の配置に有利なプロジェクター用照明装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の照明装置は、複数のマイクロミラーで構成され各マイクロミラーが２つの傾き状態をとることで照明光を変調するデジタルマイクロミラーデバイスに、光源から発せられた照明光を導くためのプロジェクター用の照明装置であって、前記デジタルマイクロミラーデバイスを照明する照明光と前記デジタルマイクロミラーデバイスで変調された光とを分離するＴＩＲプリズムと、前記ＴＩＲプリズムに対する入射前の照明光路を鈍角に折り曲げる偏角プリズムと、を有し、前記偏角プリズムが内部に複数の反射面を有し、そのうちの少なくとも１面が照明光の全反射を行い、前記全反射を行う面の少なくとも１面が透過面と兼用されており、前記光源から水平に進行する照明光路を前記偏角プリズムが斜め上方又は斜め下方に鈍角に折り曲げることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明の照明装置は、上記第１の発明の構成において、前記偏角プリズムが、照明光を最初に入射させる第１面と、前記第１面から入射した照明光を全反射させる第２面と、前記第２面で全反射した照明光を前記第２面に向けて反射させる第３面と、を有し、前記第１面に入射した照明光が前記第２面及び第３面での反射後に前記第２面を透過して前記ＴＩＲプリズムに入射するように前記偏角プリズムが配置されていることを特徴とする。また、第３の発明の照明装置は、上記第１の発明の構成において、前記偏角プリズムと前記ＴＩＲプリズムとの間の光路中に反射ミラーを更に有し、前記偏角プリズムが、照明光を最初に入射させる第１面と、前記第１面から入射した照明光を前記第１面に向けて反射させて前記第１面で全反射が行われるようにする第２面と、前記第１面で全反射された照明光を透過させる第３面と、を有し、前記第１面に入射した照明光が前記第２面及び第１面での反射後に前記第３面から射出し、前記反射ミラーで反射されて前記ＴＩＲプリズムに入射するように、前記偏角プリズム、前記反射ミラー及び前記ＴＩＲプリズムが配置されていることを特徴とする。
【００１１】
第４の発明のプロジェクターは、前記光源と、上記第１〜第３のいずれか１つの発明に係る照明装置と、前記デジタルマイクロミラーデバイスと、そのデジタルマイクロミラーデバイスで変調された光を投影する投影光学系と、を有することを特徴とする。また、第５の発明のプロジェクターは、上記第４の発明の構成において、前記照明装置が、前記投影光学系の光軸に対して略垂直な平面内に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した照明装置とプロジェクターを、図面を参照しつつ説明する。なお、前述した従来例(図５〜図７)や実施の形態等の相互で、同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００１３】
図１と図２に、第１の実施の形態の光学構成を示す。図１はＤＭＤ(7)の背面側から見たプロジェクターの正面図であり、図２は上方から見たプロジェクターの上面図である。このプロジェクターは、照明装置と、その照明装置からの照明光を変調するＤＭＤ(7)と、表示素子であるＤＭＤ(7)で変調された光を投影する投影光学系(8)と、を有している。そして上記照明装置は、ランプ(1)，カラーホイール(2)，インテグレータロッド(3)，第１〜第３リレーレンズ(4a〜4c)，ＴＩＲプリズム(6)，及び偏角プリズム(9)で構成されている。
【００１４】
ランプ(1)から発せられた照明光は、まずカラーホイール(2)を通過する。このカラーホイール(2)は、透過色の異なる複数(Ｒ,Ｇ,Ｂ)のカラーフィルターで構成されており、投影される色光が時間的に順次切り替わるようにモーター等で回転可能に構成されている。カラーホイール(2)を通過した照明光は、インテグレータロッド(3)に入射することにより照度分布が均一化される。この照度分布の均一化により、ＤＭＤ(7)の表示面上での軸上と最軸外との照度差がなくなる。
【００１５】
インテグレータロッド(3)を射出した照明光は、第１，第２リレーレンズ(4a,4b)を通過した後、四角柱形状の偏角プリズム(9)に入射する。偏角プリズム(9)に入射した照明光は、反射面(RT)で全反射された後、反射面(RM)でミラー反射され、更に反射面(RT)を透過して偏角プリズム(9)を射出する。つまり、偏角プリズム(9)内部の２つの反射面(RT,RM)により、照明光路は斜め上方に向けて鈍角に折り曲げられることになる。
【００１６】
偏角プリズム(9)で光路が折り曲げられた照明光は、第３リレーレンズ(4c)を通過した後、ＴＩＲプリズム(6)内で角度変換される。ＴＩＲプリズム(6)は、第１プリズム(6a)と第２プリズム(6b)とから成っており(図２)、このＴＩＲプリズム(6)によって、ＤＭＤ(7)に対する入力光と出力光との分離が行われる。第１プリズム(6a)には第３リレーレンズ(4c)が接合されているので、第３リレーレンズ(4c)を通過した照明光はそのまま第１プリズム(6a)に入射する。第１プリズム(6a)に入射した照明光は、第２プリズム(6b)と対向している反射面{第１，第２プリズム(6a,6b)の対向面は、所定の間隔をあけて略平行に位置している。}で全反射され、ＤＭＤ(7)を斜め45°方向から照明する。そして、その照明光はＤＭＤ(7)での反射により光変調される。
【００１７】
ＤＭＤ(7)は、各マイクロミラーが２つの傾き状態(ON状態とOFF状態)をとり得るように構成されているため、ON状態のマイクロミラーでは照明光が投影光学系(8)に向けて反射され、OFF状態のマイクロミラーでは照明光が投影光学系(8)外に向けて反射される。したがって、ON状態のマイクロミラーで反射されたのち第１，第２プリズム(6a,6b)の順でＴＩＲプリズム(6)を透過した光が、投影光学系(8)に入射することにより、被投影面(不図示)上に表示画像を形成することになる。
【００１８】
このプロジェクターの照明系構成によると、リレー系(4a〜4c)中に配置されている偏角プリズム(9)によって、ＴＩＲプリズム(6)入射前の照明光路が鈍角に折り曲げられるため、リレーレンズ(4a,4b)等による配置の制限がない。したがって、ランプ(1)が水平配置された状態で背が低くなり、プロジェクターは容易に薄型・コンパクト化される。照明光路が平面ミラー(5)で鋭角に折り曲げられる第１従来例(図５)と比較すれば、その違いは明らかである。また、照明装置は投影系光軸(AX2)に対して略垂直な平面内に配置されているため、第２従来例(図７)と比較して、他の部材(電装系等)の配置も容易である。
【００１９】
上記照明光路の折り曲げを行う偏角プリズム(9)は、全反射面(RT)とミラー反射面(RM)を各１面有しており、全反射を行う反射面(RT)が透過面である射出面と兼用になっている。このように内部で全反射とミラー反射を行う偏角プリズム(9)を用いると、偏角プリズム(9)内で照明光路が重ね合わされるため、光路長が圧縮される。その結果、光学システムとしてのコンパクト化が達成される。また、偏角プリズム(9)を用いることにより、大きな反射面を用いることなく照明光路を鈍角に折り曲げることができる。ここで、本実施の形態において偏角プリズム(9)の代わりに２枚の平面ミラー(9a,9b)を用いた比較例を図８に示す。図８から分かるように、２枚の平面ミラー(9a,9b)を用いると、照明光路を空間的に大きく分離しなければならなくなるため、プロジェクターの背が高くなってしまう。
【００２０】
図３と図４に、第２の実施の形態の光学構成を示す。図３はＤＭＤ(7)の背面側から見たプロジェクターの正面図であり、図４は上方から見たプロジェクターの上面図である。この実施の形態の特徴は、偏角プリズム(9)と第３リレーレンズ(4c)との間で照明光路を折り曲げる平面ミラー(10)を配置した点と、入射面と射出面の位置を代えて偏角プリズム(9)を配置した点にある。それ以外は第１の実施の形態と同様に構成されており、その効果も第１の実施の形態と同様である。
【００２１】
第２の実施の形態において照明光路の折り曲げを行う偏角プリズム(9)は、全反射面(RT)とミラー反射面(RM)を各１面有しており、全反射を行う反射面(RT)が透過面である入射面と兼用になっている。反射面(RT)を入射面とすることにより、平面ミラー(10)を配置するためのスペースを確保することが可能になる。そして、平面ミラー(10)の追加により光学配置の自由度が向上する。例えば、ミラー反射面(RM)をひねることにより、プロジェクターを上方から見たときの光学配置をある程度コントロールすることが可能になる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る照明装置を用いれば、照明光路が偏角プリズムで鈍角に折り曲げられるため、プロジェクターを容易にコンパクト化することができる。例えばランプが水平配置された状態で、プロジェクターの背を低くすることができる。また、照明装置を投影系光軸に対して略垂直な平面内に配置することができるため、他の部材(電装系等)の配置も容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の概略光学構成を示す正面図。
【図２】第１の実施の形態の概略光学構成を示す上面図。
【図３】第２の実施の形態の概略光学構成を示す正面図。
【図４】第２の実施の形態の概略光学構成を示す上面図。
【図５】第１従来例の概略光学構成を示す正面図。
【図６】第１従来例の概略光学構成を示す上面図。
【図７】第２従来例の概略光学構成を上面側と正面側から見た状態で示す図。
【図８】比較例の概略光学構成を示す正面図。
【符号の説明】
1 …ランプ
2 …カラーホイール
3 …インテグレータロッド
4a …第１リレーレンズ
4b …第２リレーレンズ
4c …第３リレーレンズ
6 …ＴＩＲプリズム
6a …第１プリズム
6b …第２プリズム
7 …ＤＭＤ(表示素子)
8 …投影光学系
9 …偏角プリズム
10 …平面ミラー
RT …反射面
RM …反射面
AX1 …照明系光軸
AX2 …投影系光軸

Claims

複数のマイクロミラーで構成され各マイクロミラーが２つの傾き状態をとることで照明光を変調するデジタルマイクロミラーデバイスに、光源から発せられた照明光を導くためのプロジェクター用の照明装置であって、
前記デジタルマイクロミラーデバイスを照明する照明光と前記デジタルマイクロミラーデバイスで変調された光とを分離するＴＩＲプリズムと、前記ＴＩＲプリズムに対する入射前の照明光路を鈍角に折り曲げる偏角プリズムと、を有し、
前記偏角プリズムが内部に複数の反射面を有し、そのうちの少なくとも１面が照明光の全反射を行い、前記全反射を行う面の少なくとも１面が透過面と兼用されており、前記光源から水平に進行する照明光路を前記偏角プリズムが斜め上方又は斜め下方に鈍角に折り曲げることを特徴とする照明装置。
前記偏角プリズムが、照明光を最初に入射させる第１面と、前記第１面から入射した照明光を全反射させる第２面と、前記第２面で全反射した照明光を前記第２面に向けて反射させる第３面と、を有し、前記第１面に入射した照明光が前記第２面及び第３面での反射後に前記第２面を透過して前記ＴＩＲプリズムに入射するように前記偏角プリズムが配置されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記偏角プリズムと前記ＴＩＲプリズムとの間の光路中に反射ミラーを更に有し、前記偏角プリズムが、照明光を最初に入射させる第１面と、前記第１面から入射した照明光を前記第１面に向けて反射させて前記第１面で全反射が行われるようにする第２面と、前記第１面で全反射された照明光を透過させる第３面と、を有し、前記第１面に入射した照明光が前記第２面及び第１面での反射後に前記第３面から射出し、前記反射ミラーで反射されて前記ＴＩＲプリズムに入射するように、前記偏角プリズム、前記反射ミラー及び前記ＴＩＲプリズムが配置されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記光源と、請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置と、前記デジタルマイクロミラーデバイスと、そのデジタルマイクロミラーデバイスで変調された光を投影する投影光学系と、を有することを特徴とするプロジェクター。
前記照明装置が、前記投影光学系の光軸に対して略垂直な平面内に配置されていることを特徴とする請求項４記載のプロジェクター。