JP4876547B2 - 照明光学系および画像投影装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
図1は、本発明の画像投影装置の一例であるプロジェクタ9の概略構成図である。この図1に示すように、プロジェクタ9は、照明光学系1、DMD3、および投影光学系4を含んでいる。
照明光学系1は、対向配置になったランプユニット11(第1ランプユニット11a・第2ランプユニット11b)、プリズムミラー14、第1リレー光学系15、カラーホイール16、インテグレータロッド18、第2リレー光学系21、ミラーユニット22、およびプリズムユニット26を含んでいる。
ランプユニット(発光ユニット)11a・11bは、光線束を射出するものであり、光線束を発するランプ12(第1ランプ12a・第2ランプ12b)と、ランプ12a・12bからの光線束を反射させるリフレクタ13(第1リフレクタ13a・第2リフレクタ13b)とを含んでいる。なお、ランプユニット11a・11bは水平面に平行な平面上に配置されている。
プリズムミラー(光線束誘導体)14は、ランプユニット11a・11b間(例えばリフレクタ外焦点付近)に位置し、両ランプユニット11a・11bからの光線を所定方向側へと導くものである。例えば図2(図1の部分拡大図)に示す本発明の照明光学系1の場合、プリズムミラー14は、光線を反射させることによって、その光線を第1リレー光学系15の位置する側(所定方向側)へと導くようになっている。
第1リレー光学系15は、複数のレンズを含む光学系であり、光像をリレー(再結像)するようになっている。そして、この第1リレー光学系15は、プリズムミラー14とカラーホイール16との間に位置するようになっている。特に、第1リレー光学系15は、図2に示すように、第1集光エリアAREA1にて形成される第1集光光像IM1を、インテグレータロッド18の光入射端面18a近傍(第2集光エリアAREA2)に再結像するようになっている。つまり、第1集光光像IM1と光入射端18a近傍とは、第1リレー光学系15により共役関係にある。
カラーホイール(色分解体)16は、カラー映像提供のために、第1リレー光学系15を経た白色光を赤色光(R光)、緑光(G光)、または青色光(B光)に色分解するものである。かかるようなカラーホイール16は、例えば図4に示すように、R光、G光、B光のみをそれぞれ選択的に透過させる3種のカラーフィルタ17(17R・17G・17B)を、略円周方向に沿うように配置している。
インテグレータロッド18は、カラーホイール16を経た光線の光強度を均一化させて出射させるものである。かかるようなインテグレータロッド18は、例えば図2のように角柱形状であり、一方の端面(光入射端面)18aで光線を受光し、内部へと入射させる。そして、内部に入った光線は、インテグレータロッド18の内部側面で反射を繰り返しミキシングされながら他方の端面(光射出端面)18bに導かれ、そこから射出するようになっている。
第2リレー光学系21は、第1リレー光学系15同様、複数のレンズを含む光学系であり、インテグレータロッド18から射出してきた光線をミラーユニット22へと導くものである。なお、第2リレー光学系21は、インテグレータロッド18の光射出端面18bを、DMD3の表示面(素子面)に共役な状態でリレーするようになっている。そのため、インテグレータロッド18の光射出端面18bの形状(例えば長方形)と、DMD3の表示面の形状とが略相似形になっていると望ましい。このように両者が相似形であれば、照明光が、無駄なく(比較的効率よく)DMD3を照射するためである。
ミラーユニット22は、第1ミラー23および第2ミラー24を含むユニットであり、第2リレー光学系21を経た光線をプリズムユニット26へと導いている。具体的には、第1ミラー23は第2リレー光学系21からの光線を第2ミラー24に向けて反射させ、第2ミラー24は第1ミラー23から反射してきた光線をプリズムユニット26に向けて反射させている。
プリズムユニット26は、ミラーユニット22からの光線をDMD3へと導くとともに、DMD3からの反射光を投影光学系4へと導くものである。かかるようなプリズムユニット26は、図5・図6に示すように、全反射プリズム27と、透過プリズム28とを含んでいる。なお、図5は図1に示す投影光学系4の位置から透過プリズム28の第2射出面s5を主体的にみた場合の正面図であり、図6は図5の側面図である。ただし、便宜上、図6は図5の正面図も図示している。
DMD3は、照明光学系1から供給される光を画像データに応じて変調する光変調素子である。具体的には、表示画像の画像データに応じてON/OFF駆動される微小ミラーがマトリクス状に配置することで長方形の画像表示領域を形成している。
投影光学系4は、DMD3にて変調された光線をスクリーン等の被投影面に拡大投影するものである。
ここで、プロジェクタ9内での光線の進行について説明する。まず、対向配置になったランプユニット11a・11bのランプ12a・12bから発せられた光線束は、楕円面を有するリフレクタ13a・13bによって、リフレクタ外焦点近傍に位置するプリズムミラー14へと進行する。
以上のように、本発明のプロジェクタ9における照明光学系1では、光線束を射出する複数のランプユニット11a・11bと、光線束を所定方向側へと導くプリズムミラー14と、プリズムミラー14から進行してくる光線束を色光に分解するカラーホイール16と、を含んでいる。そして、プリズムミラー14とカラーホイール16との間に、第1リレー光学系15が配置されるようになっている。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、複数のランプユニットの配置は対向配置に限定されない。つまり、各ランプユニットからの光線が直交するような配置であってもよい(例えば図10参照)。
・楕円面における半長径A1=41.45mm
・楕円面における半短径A2=25.50mm
・離心率e=√(1−(A1/A2)2)=0.788
3 DMD(光変調素子)
4 投影光学系
9 プロジェクタ(画像投影装置)
11 ランプユニット(発光ユニット)
12 ランプ(発光体)
13 リフレクタ(集光体)
14 プリズムミラー(光線束誘導体)
15 第1リレー光学系(リレー光学系)
16 カラーホイール(色分解体)
17 カラーフィルタ(フィルタ)
LN 境界線
LF1 第1ランプユニットの光線束
LF2 第2ランプユニットの光線束
H 光線束の並び方向
18 インテグレータロッド(均一光線束射出体)
21 第2リレー光学系
22 ミラーユニット
26 プリズムユニット
AREA1 第1集光エリア(光線束誘導体近傍)
IM1 第1集光光像
AREA2 第2集光エリア
IM2 第2集光光像
AX1 第1リレー光学系の光軸
Claims (4)
- 光線束を射出する複数の発光ユニットと、
上記の光線束を所定方向側へと導く光線束誘導体と、
上記光線束誘導体によって導かれる光線束が通過するリレー光学系と、
上記リレー光学系を経た光線束が通過し、並べて配置された複数色のフィルタを含むとともに、上記フィルタを光線束に対し横切るように移動させることで、色切替を行うカラーホイールと、
上記カラーホイールによる色光の射出側に配置され、光線束を取り込み、光強度を均一化して射出するインテグレータロッドと、
を含み、
上記発光ユニットは、光線束を発する放電ランプと、上記放電ランプからの光線束を集光する集光体とを含んでおり、
上記集光体は、上記光線束誘導体の近傍で各光線束の中心光線を離間するように集光させ、
上記光線束誘導体は、複数の光線束の進行方向を略同一方向にして誘導し、
上記リレー光学系は、上記の光線束誘導体の近傍で集光された光像を、結像させて、上記インテグレータロッドに導光する
ことを特徴とする照明光学系。 - 上記集光体が、楕円面リフレクタであることを特徴とする請求項1に記載の照明光学系。
- 各発光ユニットからの光線束が並ぶようにして上記カラーホイールに到達する場合、
上記カラーホイールにおいて隣り合って配置する上記フィルタの境界線は、色切替のときに、上記光線束を略同時に横切るように形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の照明光学系。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の照明光学系と、
上記照明光学系からの光線束を画像データに応じて変調させる光変調素子と、
上記光変調素子にて変調された光線束を投影する投影光学系と、
を含むことを特徴とする画像投影装置。
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