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Description
本発明は、画像をスクリーンに投射して表示する画像表示装置に関するもので、一般的にはプロジェクタと称されているものである。 The present invention relates to an image display device that displays an image by projecting it on a screen, and is generally called a projector.
一般的にプロジェクタと称されている画像表示装置は、画像表示素子の違いによって、CRTプロジェクタ、液晶プロジェクタ、DMD(Digital Micromirror Device)プロジェクタなどがある。上記DMDは、反射型空間光変調素子の一種で、2次元的に配置された無数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾斜角度を変化させて反射光をオン・オフする反射型画像表示素子である。上記DMDは、各画素の傾斜角度の変化によってオン・オフすることによって画像を形成する。DMDの画素でオンされた光は、投射光学系を経てスクリーン面に導かれ、DMDで形成されている画像が上記投射光学系で拡大されてスクリーン面に投影される。 Image display devices generally referred to as projectors include CRT projectors, liquid crystal projectors, DMD (Digital Micromirror Device) projectors, and the like, depending on image display elements. The DMD is a kind of reflection type spatial light modulation element, has a myriad of two-dimensionally arranged micromirrors, and changes the inclination angle of each micromirror to turn on / off the reflected light. It is a display element. The DMD forms an image by turning on and off according to a change in the tilt angle of each pixel. The light turned on by the DMD pixel is guided to the screen surface through the projection optical system, and the image formed by the DMD is enlarged by the projection optical system and projected onto the screen surface.
本発明に係る画像表示装置は、画像表示素子として上記DMDのような反射型画像表示素子を備えている。反射型画像表示素子を備えた画像表示装置であって本発明に係る画像表示装置の構成に関連のある公知の技術として、以下に述べるような特許文献1および特許文献2に記載されている技術がある。
The image display apparatus according to the present invention includes a reflective image display element such as the DMD as an image display element. As a well-known technique related to the configuration of the image display apparatus according to the present invention, which is an image display apparatus provided with a reflective image display element, techniques described in
特許文献1には、その図2において、DMDを一枚用いる単板式プロジェクタに関する技術が開示されている。このプロジェクタの照明系において、照明光をDMDの反射面に収束させかつ光路を折り返すために、ミラーが複数枚用いられている。これらのミラーのうち投射レンズに最も近いミラーは、投射光学系を構成する投射レンズの一部と機械的に重ならないように、投射レンズの形状に応じて一部分が切り欠かれる場合がある。この切り欠きによって照明光が部分的に失われるため、DMD上の照度分布において、照度が部分的に低下する(特許文献1、図10の左下部参照)。さらに、スクリーン上でも照度は低下する(特許文献1、図11の右下部参照)。このような照度むらが生じると、画像品質が劣化する。なぜなら、表示すべく入力した画像データの明るさのレベルが全画面において均一であるとしても、上記のような照度むらがあると、スクリーンの中央は明るく、画像の右下では暗く見え、均一な明るさの画像とは認識されないことがあるからである。特許文献1には、照度むらに関しては述べられておらず、また、照度むらを解消するための対策などについても開示されていない。
特許文献2には、ランプ光源、コンデンサレンズ、第1折り返しミラー、第2折り返しミラー、DMD、投射レンズを有してなるプロジェクタに関する技術が開示されている。このような特許文献2記載のプロジェクタは、画像表示素子としてDMDを用いたプロジェクタの構成として一般的に広く知られているもので、特許文献2には、後述の本願発明の特徴的な構成である光源とそれに付随するリフクレタの位置調整手段に関しては記載がない。
このように、特許文献1および特許文献2には、光源とそれに付随するリフクレタの位置調整手段を設けるという発想がない。そのため、折り返しミラーが切り欠きを有することを要因とする形成画像の照度低下および照度むらを解消することができず、形成される画像品質が劣化する難点がある。
As described above,
ところで、近年の画像投射装置に対するユーザーからの要望の一つとして、主として可搬性を高める目的で、画像投射装置の小型化が挙げられる。小型化可能な光源の例として、発光ダイオード(LED)、あるいはレーザダイオード(LD)が考えられるが、これらの光源は明るさが不足しているため、画像投射装置の光源としては、超高圧水銀ランプ等の明るい白色光源が現在も主流になっている。上記超高圧水銀ランプ等は上記LEDやLDと比較して大型になるため、ランプ光源を使用した上で小型化を図ることが課題となる。 By the way, as one of the requests from users for recent image projection apparatuses, there is a reduction in size of the image projection apparatus mainly for the purpose of improving portability. Light source diodes (LEDs) or laser diodes (LDs) can be considered as examples of light sources that can be miniaturized, but these light sources are insufficient in brightness. Bright white light sources such as lamps are still mainstream. Since the ultra-high pressure mercury lamp or the like is larger than the LED or LD, it is a problem to reduce the size while using a lamp light source.
画像投射装置の小型化を図る上で、照明系に含まれる光学部品を小型化することは有効である。これはまたコスト低減にもつながる。しかしながら、光学部品を小型化することは、所望の光学特性を得ることと相反することになる場合が往々にしてある。照明系には、照明均一化手段として、例えばライトトンネルが用いられることが多い。ライトトンネルは、4枚の板状のミラーを、ミラー面がお互いに内側になり、かつ、横断面形状が矩形になるように、耐熱性に優れた接着剤などを用いて貼り合わせたもので、外観は柱状である。ライトトンネルの一端から照明光を入射させると、照明光は入射角に対応してライトトンネル内で複数回反射され、ライトトンネルの他端からほぼ均等な照度分布を持った照明光が出射される。 In order to reduce the size of the image projection apparatus, it is effective to reduce the size of optical components included in the illumination system. This also leads to cost reduction. However, downsizing optical components often conflicts with obtaining desired optical properties. In an illumination system, for example, a light tunnel is often used as illumination uniformizing means. A light tunnel is made by bonding four plate-like mirrors using an adhesive with excellent heat resistance so that the mirror surfaces are inside each other and the cross-sectional shape is rectangular. The appearance is columnar. When illumination light is incident from one end of the light tunnel, the illumination light is reflected a plurality of times within the light tunnel corresponding to the incident angle, and illumination light having a substantially uniform illumination distribution is emitted from the other end of the light tunnel. .
上記ライトトンネルに関しても、小型化と所望の光学特性を得ることとを両立させることが望まれる。ライトトンネルは、長ければ長いほど照明を良好に均一化することができ、照度むらの少ない高品質の画像の形成が可能となる。しかし、ライトトンネルが長くなる分、照明系は大きくなる。照明系を小型化するために、ライトトンネルを短くすると、ライトトンネル内での反射回数が少なくなるため照明光の均一化が不充分になる。ライトトンネルをさらに短くすると、ライトトンネル内で全く反射せず、出射する光の割合が増えるが、DMD上の中心付近にピークのある不均一な照度分布になる。ライトトンネルの全長が長く、反射回数が多い場合は、照明光が暗くなる。これは、反射面での反射率をRとして、反射回数をnとすると、Rnとなるからである。従って、ライトトンネルの長さと照明の均一性、さらにはトータルの反射率との兼ね合いでライトトンネルの長さを設定することになる。 Regarding the light tunnel, it is desired to achieve both miniaturization and obtaining desired optical characteristics. The longer the light tunnel, the better the illumination can be made uniform, and it becomes possible to form a high-quality image with little illuminance unevenness. However, as the light tunnel becomes longer, the illumination system becomes larger. If the light tunnel is shortened in order to reduce the size of the illumination system, the number of reflections in the light tunnel is reduced, resulting in insufficient uniformity of the illumination light. If the light tunnel is further shortened, it is not reflected at all in the light tunnel, and the ratio of emitted light increases, but the light intensity distribution becomes uneven with a peak near the center on the DMD. When the length of the light tunnel is long and the number of reflections is large, the illumination light becomes dark. This allows the reflectance at the reflecting surface as R, is the number of reflections When n, from the R n. Therefore, the length of the light tunnel is set in consideration of the length of the light tunnel, the uniformity of illumination, and the total reflectance.
後で詳細に説明する本発明においては、投射レンズの最も近傍にある第2折り返しミラーには切り欠きがあるため、何らかの照度低下防止手段および照度むら低減手段を施さないとすれば、DMDおよびスクリーン上に形成される画像の上記切欠きに対応する位置で、照度が低下する。 In the present invention, which will be described in detail later, the second folding mirror closest to the projection lens has a notch, so if any illuminance reduction prevention means and illuminance unevenness reduction means are not provided, the DMD and the screen Illuminance decreases at a position corresponding to the notch of the image formed above.
本発明は、リフレクタを有する白色光源、照明均一化素子、折り返しミラー、反射型空間光変調素子を有し、上記折り返しミラーが切り欠きを有することによって生じる画像投射装置の問題点を解消し、照度の低下を防止し、照度むらの低減を図ることができる画像投射装置を提供することを目的とする。 The present invention has a white light source having a reflector, an illumination uniformizing element, a folding mirror, and a reflective spatial light modulation element, and solves the problems of the image projection apparatus caused by the notch of the folding mirror, It is an object of the present invention to provide an image projection device that can prevent a decrease in brightness and reduce illuminance unevenness.
本発明は、リフレクタを有する光源、照明均一化素子、リレーレンズ、第1折り返しミラーおよび第2折り返しミラーを有してなる照明光学系と、配列された各ミラー画素を傾けて画像を形成し前記照明光学系によって照明光が照射される反射型空間光変調素子と、前記反射型空間光変調素子で反射される光を画像投射面に投射する投射光学系と、を有する画像投射装置であって、前記第2折り返しミラーは、前記投射光学系の鏡筒部分と第2折り返しミラーとの機械的な重なり合いを避けるための切り欠きを有し、前記リフレクタを有する光源ユニットは、前記反射型空間光変調素子の照明領域において前記切り欠きに対応する部分の照度分布調整を行うための位置調整部材を有することを最も主要な特徴とする。 The present invention provides an illumination optical system having a light source having a reflector, an illumination uniformizing element, a relay lens, a first folding mirror, and a second folding mirror, and tilting each arrayed mirror pixel to form an image. An image projection apparatus comprising: a reflective spatial light modulator that is irradiated with illumination light by an illumination optical system; and a projection optical system that projects light reflected by the reflective spatial light modulator on an image projection surface. The second folding mirror has a notch for avoiding mechanical overlap between the lens barrel portion of the projection optical system and the second folding mirror, and the light source unit having the reflector includes the reflective spatial light. The most important feature is to have a position adjusting member for adjusting the illuminance distribution of the portion corresponding to the notch in the illumination area of the modulation element.
リフレクタを有する光源が位置調整部材によって位置調整されて、照明領域内の照度分布調整が行われることにより、第2折り返しミラーの切り欠きに対応する部分の照度低下を低減し、投射される画像全体の照度むらを低減することができる。 The position of the light source having the reflector is adjusted by the position adjustment member, and the illuminance distribution adjustment in the illumination area is performed, thereby reducing the decrease in illuminance at the portion corresponding to the cutout of the second folding mirror and the entire projected image Can be reduced.
以下、本発明に係る画像投射装置の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of an image projection apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1において、符号1は光源ユニットを示しており、光源ユニット1は、図9、図15などに示す光源12と、光源12のほぼ半分を囲むリフレクタ11を有してなる。光源12は白色光源である。光源ユニット1の前方すなわち光源ユニットから出射される照明光の進路上には、防爆ガラス2、回転カラーフィルタ3、照明均一化素子であるライトトンネル4、第1リレーレンズ5、第2リレーレンズ6、第1折り返しミラー7、第2折り返しミラー8、カバーガラス110、反射型空間光変調素子であるDMD7、投射光学系20、防塵ガラス27がこの順に配置されている。光源ユニット1から第2折り返しミラー8までが、DMD7の微小ミラー面を照明する照明光学系を構成している。
In FIG. 1,
投射光学系20は、光束の進行方向に、レンズを用いた屈折系の投射レンズ21、折り返しミラーである平面ミラー25および自由曲面ミラー26がこの順に配置されることによって構成されている。投射光学系20は、DMD7の微小ミラーからの反射光を図9に示すスクリーン70に投射して、DMD7で形成される画像をスクリーン70に拡大表示する。
The projection
上記第1折り返しミラー7はシリンダーミラーすなわち円筒形の反射面を持つである。第2折り返しミラー8は球面であり、図14に示すように、一隅部に切り欠き81を有している。第1、第2折り返しミラー7,8はいずれも凹面に反射面が形成されている。本実施例では、光源ユニット1から照明光が水平方向に出射され、ライトトンネル4、第1、第2リレーレンズ5、6を水平方向に透過し、DMD7の上方を通過した照明光が第1折り返しミラー7によって斜め上方に反射されるように、第1折り返しミラー7が斜め上方に向けて設置されている。第1折り返しミラー7で反射された照明光は第2折り返しミラー8によってDMD7に向けて反射されるように、第2折り返しミラー8は斜め下に向けて設置されている。DMD7は、前述のとおり画素に相当する無数の微小ミラーを有していて、微小ミラーが水平面上に並ぶように配置され、オンした微小ミラーによる反射光が垂直方向上方に向かうようになっている。この垂直方向上方への光束の通路から外れた位置に第2折り返しミラー8が配置されている。
The
上記のようにオンした微小ミラーにより反射されて垂直方向上方に向かう光の通路には前記投射レンズ21が配置されている。後で具体的に説明するとおり、オフした微小ミラーによる反射光は投射レンズ21の光路を外れ、投射光学系20には入射しない。第2折り返しミラー8の一隅部は投射レンズ21の鏡筒の下端部外周と機械的に重なり合う位置にあるため、この重なり合いを避けるために、上記第2折り返しミラー8の一隅部に前記切り欠き81が形成されている。
The
前記防塵ガラス27は、投射光学系20、前記照明光学系およびDMD10に、上方から埃や塵が侵入するのを防ぐために設けられている。さらに、DMD10の直近上方にDMD10をほぼするためのカバーガラス110が配置されている。
The dustproof glass 27 is provided to prevent dust and dust from entering the projection
前記自由曲面ミラー26は、DMD10で空間変調された画像を、画像投射装置の至近距離にあるスクリーンに向かって斜め上方に投射し、スクリーン上に画像を形成するためのものである。本実施例の照明光学系において、ライトトンネル4の出射端とDMD10の微小ミラー面は、第1、第2リレーレンズ5,6および第1、第2折り返しミラー7,8によって互いに共役な関係にある。
The free-
水平方向であって光源ユニット1から照明光が出射する方向をz方向、水平方向であってz方向に直交する方向をx方向、z方向とx方向を含む面に直交する方向をy方向とする。DMD10の微小ミラー面はz方向とx方向を含む面に配列されており、光源ユニット1から放射されDMD10の微小ミラー面で反射される光は、y方向上方に向かって進行するようになっている。
The horizontal direction in which the illumination light is emitted from the
図2、図3は、上記実施例における光源ユニット1を含む照明光学系を模式的に示している。図2、図3において、光源ユニット1、防爆ガラス2は光源ユニットケース16内に組み込まれている。光源ユニットケース16は、光源筐体15内に配置されるとともに板ばね17で、光源筐体15の内壁面に突き当てられている。板バネ17は2箇所に配置され、一つの板バネ17は光源ユニットケース16の一側面を光源筐体15の一側壁内面に押し付け、他の一つの板バネ17は光源ユニットケース16を光源筐体15の前方に向かって押し付けている。光源ユニットケース16の一側前端と光源筐体15の前壁内面との間には光源ユニット1の傾き調整部材として、スペーサの一種である楔18が介在している。
2 and 3 schematically show an illumination optical system including the
光源筐体15の外側における各光学素子は、カラーホイール3、ライトトンネル4、第1リレーレンズ5、第2リレーレンズ6、第1折り返しミラー7、第2折り返しミラー8、DMD10、投射光学系20の順に配置されている。ライトトンネル4から投射光学系20の一部を構成する投射レンズ21の下部までは、樹脂などによって一体成形された光学系筐体40内に配置されている。光源筐体15と光学系筐体40の間に回転カラーフィルタ3が配置されている。
Each optical element outside the
図13に示すように、上記光源筐体15、光学系筐体40および回転カラーフィルタ3は、樹脂などによって一体成形されたハウジング60内に設置されている。光源筐体15は、図示の例のように照明系の光学系筐体40と別に設けることによって、発生した熱が光学系筐体40側に伝達されることを軽減することができる。ただし、光源筐体15と光学系筐体40とを別に設けることが必須ではなく、光源筐体15と光学系筐体40が同じハウジング60内に収まっていればよい。
As shown in FIG. 13, the light source casing 15, the optical system casing 40, and the
図2、図3において、前記リフレクタ11の縦断面形状は例えば楕円形であり、その回転軸O上に、例えば超高圧水銀ランプからなる白色の光源12が配置されている。光源12から放射される照明光は、リフレクタ11の凹面からなる楕円形の反射面で反射されることにより、上記回転軸Oを中心とした照明光が回転軸Oに沿って出射される。
2 and 3, the
前述のように、第2折り返しミラー8の一隅部には、投射光学系20を構成する投射レンズ21の鏡筒部分と第2折り返しミラー8との機械的な重なり合いを避けるための切り欠き81が形成されている。そのため、DMD10に照射される照明光の照度が上記切り欠き81に対応する部分で低下し、照度むらが生じる。そこで、上記切欠き81を有することによる照度の低下および照度むらを軽減するための光源ユニット1の位置調整部材が設けられている。前記楔18は上記位置調整部材の一つである。
As described above, at one corner of the
図2に示す態様では、二つの板ばね17の弾力により、光源ユニットケース16の一側面が光源筐体15の一側壁内面に、光源ユニットケース16の前面が光源筐体15の前壁内面に押し付けられている。この態様では、前記楔18が機能しておらず、光源ユニット1の照明光の中心軸が、第1、第2リレーレンズ5,6の光軸とほぼ一致している。
In the embodiment shown in FIG. 2, due to the elasticity of the two
図3に示す態様は、光源ユニット1の傾き調整部材としての楔18を、光源ユニットケース16の一側前端と光源筐体15の前壁内面との間にスライドさせながら挿入したときの態様である。楔18の挿入によって光源ユニットケース16が二つの板ばね17の弾力に抗して傾き、光源ユニットケース16とともに光源ユニット1が傾いて、照明光の中心軸であるリフクレタ11の回転軸Oも傾く。このようにして容易に光源12の傾きを調整することができる。
The mode shown in FIG. 3 is a mode when a
上記調整部材としてのスペーサは楔18に限られるものではなく、図4、図5に示すように、平板状のスペーサからなる調整部材181であってもよい。平板状の調整部材181を、図4、図5に示す例のように、光源ユニットケース16の一側前端と光源筐体15の前壁内面との間に挿入すると、光源ユニットケース16が二つの板ばね17の弾力に抗して移動しながら傾く。光源ユニットケース16とともに光源ユニット1が移動するとともに傾く。この光源ユニット1の移動量および傾き量は、調整部材181の厚さを変えることにより、あるいは調整部材181の重ね枚数を変えることによって調整することができる。図2乃至図5に示す例では、調整部材18,181をスライドさせながら移動させる方向は、x方向である。
The spacer as the adjustment member is not limited to the
図5において、光学系筐体40は、軽量で強度のある金属、例えばマグネシウムなどを素材とし、鋳造法で作製される。この光学系筐体40には、個々の光学素子を設置するための溝、孔乃至は開口が形成されている。具体的には、第1のリレーレンズ5を設置するための溝45と第2のリレーレンズ6を設置するための溝46が形成されている。前記ライトトンネル4は横断面形状が矩形であり、その一辺の長さおよび幅に合った段差47が学系筐体40に形成されている。また、学系筐体40には、DMD10を設置するために矩形の開口41と、投射レンズ21の鏡筒を設置するための円形の開口42が形成されている。
In FIG. 5, the optical system casing 40 is made of a lightweight and strong metal, such as magnesium, for example, and is manufactured by a casting method. The
前記第1、第2の折り返しミラー7,8はミラーハウジング48内に設置されている。ミラーハウジング48は光学系筐体40とは別部材になっていて、光学系筐体40内に設置されている。ミラーハウジング48は金属または樹脂で、あるいは金属と樹脂の複合体で作製される。図2乃至図13に示す例では、投射光学系20のうち投射レンズ21のみが光学系筐体40内に設置されているが、投射光学系20を構成する前記平面ミラー25、さらには自由曲面ミラー26を含めて光学系筐体40内に設置してもよい。光源ユニット1は防爆ガラス2を有している。
The first and second folding mirrors 7 and 8 are installed in a
光源ユニット1と光学系筐体40の間には回転カラーフィルタ3が配置されている。回転カラーフィルタ3の回転中心には駆動モータ31の軸が結合され、モータ31によって回転カラーフィルタ3が回転駆動されるようになっている。図2乃至図7に示すように、光源12から放射され、リフレクタ11で反射された照明光は、回転カラーフィルタ3を透過した後、ライトトンネル4の入射端で集光する。一般的には、ライトトンネル4の入射端面(x方向とy方向を含む面内)の中央に集光するのが望ましい。ただし、本発明においては、x方向、さらにはy方向にずらすことが好ましい場合がある。防爆ガラス2、カラーホイール3は、これらによって照明光が反射され、光源12への戻り光を防ぐため、数度から10°程度傾けて設置されている。
A
図2乃至図5に示す例では、光源ユニット1の傾き調整を、y方向の軸を中心に回転させて行っているが、図6、図7に示すように、x方向の軸を中心として回転させることにより調整を行うこともできる。図6、図7に示す例では、調整部材としての楔18を、光源ユニットケース16の前面上端と光源筐体15の前壁前面との間に介在させている。楔18の挿入量を調整することにより、光源ユニットケース16内の光源ユニット1の傾き調整を行うことができる。
In the example shown in FIGS. 2 to 5, the tilt adjustment of the
また、第2折り返しミラー8が一隅部に前記切り欠き81を有することによって、DMD10の照明領域の上記切欠き81に対応する部分の照度低下がないように、ライトトンネル4がその中心軸線の周りに回転(傾斜)した態様で設置されている。図8は、光源側からライトトンネル4を見た図である。ライトトンネル1を設置する前記段差47が傾けて形成されていて、この段差47にライトトンネル4が設置されることにより、ライトトンネル4が段差47の傾き角度と同じ角度で傾いて設置されている。
Further, since the
図10、図11に示すように、光源の傾き調整部材は、ねじ50であってもよい。ねじ50は光源筐体15の前壁に外側前面からねじ込まれ、ねじ50の先端が上記前壁を貫いて、光源筐体15の上端近くかつ一側端近くの前面に当接している。光源筐体15の前壁に対するねじ50のねじ込み量を調整することにより、光源筐体15に対する光源ユニットケース16およびこれと一体の光源ユニット1の、x方向の軸を中心とした傾きを連続的に調整することができる。
As illustrated in FIGS. 10 and 11, the light source tilt adjusting member may be a
なお、光源ユニット1、回転カラーフィルタ3、照明光学系を構成するライトトンネル4などが密接して配置されているため、ねじ50を回すのに必要なスペースがない場合がある。そこで、図12に示すように、ねじ50の頭部と一体に、長いレバー51を形成し、レバー51を操作することによりねじ50を回転するようにするとよい。図10乃至図12に示す例のように、光源の傾き調整部材がねじ50で構成されていると、光源の傾き調整部材をねじの回転量によって連続的に調整することができかつ微調整が可能である。また、ねじ50を一定の角度ごとに調整するようにしておけば、段階的な調整が可能になる。
Since the
ところで、画像投射装置を外観から分類すると、縦型と横型があり、それぞれに対応して光学素子が配置される。ここまで説明してきた実施例は縦型である。図9で代表されるように、画像投射装置のハウジング60内に、防爆ガラス2を含む光源ユニット1、白色の照明光から少なくとも赤、緑、青の光を時分割で形成する回転カラーフィルタ3、照明均一化素子としてのライトトンネル4、第1、第2リレーレンズ5,6、第1、第2折り返しミラー7,8、空間光変調素子としてのDMD10、投射レンズ21、投射ミラー系22が配置されている。投射ミラー系22は、図1に示す平面ミラー25と自由曲面ミラー26で構成されている。図示していないが、冷却ファン、光源駆動部、DMD駆動部、各種光学素子の保持部材等がハウジング60内に配置されている。光源ユニット1から第2折り返しミラー8までを照明光学系と呼ぶ。また、投射レンズ12から自由曲面ミラー12までを合わせて投射光学系を構成している。図9では省略されているが、照明光学系の各素子は、前述のように、光源筐体15および光学系筐体40に設置されている。
By the way, when the image projection apparatus is classified by appearance, there are a vertical type and a horizontal type, and an optical element is arranged corresponding to each. The embodiment described so far is a vertical type. As represented in FIG. 9, a
光源12から出射した白色の照明光はリフレクタ11で集光されつつ前方に進む。白色の照明光のうち、紫外線(UV)及び赤外線(IR)は防爆ガラス2に設けられているUVカットフィルター、IRカットフィルターによりカットされる。さらに、白色照明光は、回転カラーフィルタ3により、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の三色に、時分割される。これらの光は、ライトトンネル4内で多数回反射され、その空間的な強度分布が均一化される。リフレクタ11の反射面は、例えば凹形の楕円体で表され、第1焦点に光源(発光部)12を設置し、第2の焦点位置に、ライトトンネル4の入口(入射端)を設置する。従って、光源12から出射した光はライトトンネル4の入射端において一旦集光される。
White illumination light emitted from the
ライトトンネル4を出た光は第1リレーレンズ7、第2リレーレンズ8を経て、第1折り返しミラー7で折り返され、さらに第2折り返しミラー8で折り返され、DMD10に到達する。ライトトンネル4の出射端面とDMD10の表示面とは、共役の関係が成立するように、第1、2のリレーレンズ5,6、第2折り返しミラー8のパワーが配分されている。第1、第2の折り返しミラー7,8によって照明光の光路が3次元的に折り返得されるようになっていて、これによりハウジング60の小型化を図っている。また、図8について説明したように、ライトトンネル4が、光軸周りに回転し傾斜した姿勢で設置されているのも、照明光が第1、第2の折り返しミラー7,8により三次元的に折り返される構成になっていることによる。
The light exiting the
x、y、zの直交座標系については前述のとおりである。図9の右下には、x軸、y軸、z軸を中心とした回転をそれぞれα、β、γとするものとして示している。これは他の図においても共通である。 The orthogonal coordinate system of x, y, z is as described above. In the lower right of FIG. 9, rotations about the x-axis, y-axis, and z-axis are indicated as α, β, and γ, respectively. This is common in other figures.
図9において、DMD10の画像表示面は、z軸とx軸を含む面に平行である。また、投射レンズ21は、その光軸がy軸方向に沿うように設置されかつDMD10の画像表示面に対して垂直になっている。画像が投射されるスクリーン70は、yz面に平行である。従って、DMD10の画像表示面とスクリーン70は直交している。投射レンズ21の光軸とスクリーン70は平行であり、スクリーン70は床に垂直なy方向とz方向を含む面に平行である。また、画像投射装置を設置する部屋の床や机などの平坦な台の表面は、z方向とx方向を含む面と平行である。このような関係にある本実施例に係る画像投射装置を縦型と呼ぶことにする。従来の横型の画像投射装置においては、投射レンズの光軸がx軸と平行で、これに垂直にスクリーンがある(例えば特許文献2参照)。本発明に係る技術思想は縦型に限定されるものではなく、横型の画像投射装置にも適用することができる。
In FIG. 9, the image display surface of the
第2折り返しミラー8を図14に示す。第2折り返しミラー8は一隅部に切り欠き81を有していて、切り欠き81も含めて型枠を使った圧縮成形によって製作することができる。また、切削加工によって形成してもよい。
The
図15に示すように、光源12とリフレクタ11を含む光源ユニット1から出射する照明光の最大角を2θとする。ライトトンネル4の断面は矩形であり、横断面における内面の短辺の長さをa、長辺の長さをb、対角線の長さを2c、光軸に沿ったライトトンネル4の長さ(全長)をLとする。最大角の1/2でライトトンネル4に入射した光がライトトンネル4内で一回目に反射されるまでの光軸に沿った距離をsとすると、s=c*tanθである。一例として、L=25mm、θ=30°、a=3.4mm、b=5.7mmである。またc=3.32mm、s=5.75mmである。さらにL/sは、最大入射角の照明光のライトトンネル内での反射回数を表し、4.35回である。
As shown in FIG. 15, the maximum angle of illumination light emitted from the
照明光の角度θが30°よりも小さいと、ライトトンネル内での反射回数は少なくなる。またLが30mm、20mm、または15mmで、他は同じとすると、L/sはそれぞれ5.22、3.48、2.61である。ライトトンネル4の反射面の1回の反射率が98%(平均)とすると、これらの反射回数により、トータルの反射率は、L=30mmで90.0%、L=25mmで91.6%、L=20mmで93.2%、L=15mmで94.8%である。Lが大きいほど、反射回数は多くなり、トータルの反射率は低下し、Lが小さいほど、反射回数は少なくなり、トータルの反射率は向上する。光学素子の単品として、トータルの反射率で90%以上が好ましい。また、照明光の均一化の観点から、反射回数が少なすぎるのは好ましくない。従って、
3.48s≦L≦5.22s
とするのが望ましい。
When the angle θ of the illumination light is smaller than 30 °, the number of reflections in the light tunnel decreases. If L is 30 mm, 20 mm, or 15 mm and the other is the same, L / s is 5.22, 3.48, 2.61 respectively. Assuming that the one-time reflectance of the reflecting surface of the
3.48 s ≦ L ≦ 5.22 s
Is desirable.
DMD10が大きな照度むらがなく適切に照明されている場合、DMD10上の照度分布はほぼ平坦になる。図16はDMD10上の照度分布を示す。図16において、曲線(A)はDMD10の短辺方向の照度分布、曲線(B)はDMD10の長辺方向の照度分布、曲線(C)はDMD10の対角線方向の照度分布を示している。DMD10上の照度分布は、ライトトンネル4内での光の反射回数に依存する。反射回数が少なく、照明の均一化が不充分な場合、上部が平坦な曲線とはならず、中央が尖った不均一な分布となる。
When the
第2折り返しミラー8の切り欠き81を要因とするDMD4上の照度低下を、光源ユニット1の位置調整により向上・回復させることができる。その理由を、図17を参照しながら説明する。図17(a)から(c)は、光源ユニット1とライトトンネル4の位置関係を描いたものである。(a)はライトトンネル4が充分に長い場合でありかつ第2折り返しミラー8の切り欠き81の影響が無い場合を示しており、DMD10上の照度分布(対角)はグラフ(i)に示すように均一になる。しかし、上記切り欠き81の影響がある場合、照度分布はグラフ(ii)のように、片側の照度が落ちる。
The decrease in illuminance on the
図17(b)はライトトンネル4が短い場合を示している。ライトトンネル4が短い場合、光源ユニット1から出射された照明光は、ライトトンネル4内で反射されることなく出射される照明光の割合が増え、DMD10上の照度分布曲線において中央にピークが生じる。さらに第2折り返しミラー8の切り欠き81の影響により照度分布曲線の片側が低下する。この場合のグラフを(iii)に示す。この場合に、図2乃至図7に示すような光源ユニット1の調整部材により照明光の中心軸を傾けると、DMD10上の照度分布曲線の中央にあったピークが移動する。そこで、第2折り返しミラー8の切り欠き81により低下した照度を相殺する方向に上記照明光の中心軸を傾ければ、図17のグラフ(vi)に示すように、照度の低下を回復・向上させることができる。
FIG. 17B shows a case where the
本発明の実施例によれば、第2折り返しミラー8の切り欠き81によりDMD10上の照度が低下し、かつ、短いライトトンネル4を用いた場合であっても、リフクレタ11を有する光源ユニット1の位置調整手段により、照度むらの少ない画像投射装置を得ることができる。
According to the embodiment of the present invention, even when the illumination on the
次に、上記実施例の各構成部分について、より詳細に説明する。
照明均一化素子としてのライトトンネル4は、図18に示すように、4枚の板状のミラーを、ミラー面がお互いに内側に、断面形状が矩形になるように張り合わせたもので、外観は柱状である。各ミラーは耐熱性に優れた接着剤などを用いて貼り合わせられている。前述のとおり、ライトトンネル4の長さは長い程、内面での反射回数が増えるため、照明光の照度分布を均一にすることができるが、照度分布の均一性と照明系のサイズとの兼ね合いで、ライトトンネルの長さは20mmから30mm程度に設定される。
Next, each component of the above embodiment will be described in more detail.
As shown in FIG. 18, the
DMD10として0.65インチのWXGA(16:10)、画素ピッチ10.8μmのものを採用した。これに対応するライトトンネル4の内寸は、6mm×3mm程度である。ライトトンネル4を構成する各ミラーの反射率は98%(波長420nm〜680nm)以上が好ましい。上記ミラーの反射面は、Ag、Alなどの金属膜を真空蒸着、あるいはスパッタリングによりガラス面に成膜したものである。金属膜に代えて、誘電体多層膜を成膜してもよい。各ミラーの板の厚みは1mm前後である。このような構成の照明均一化素子は、ライトトンネル、ライトパイプ、ロッドレンズ、ロッドインテグレータなどとも呼ばれる。
As DMD10, a 0.65 inch WXGA (16:10) pixel pitch of 10.8 μm was used. The inner dimension of the
照明均一化素子は、図18に示すようなミラー板を張り合わせたものでなくてもよく、例えばガラス柱であってもよい。照明均一化素子としてガラス柱を用いた場合、ガラス柱内面の全反射を利用して照明光を反射することができるため、反射膜を成膜する必要なない。 The illumination uniformizing element may not be a laminate of mirror plates as shown in FIG. 18, and may be, for example, a glass column. When a glass column is used as the illumination uniformizing element, the illumination light can be reflected using total reflection on the inner surface of the glass column, so that it is not necessary to form a reflective film.
光源12から放射され、リフレクタ11で反射されて光源ユニット1から出射される照明光は、配光分布を有しており、そのままスクリーンに投射すると、照度(明るさ)むらとなって人に認識される。照度むらは、一般に、スクリーンの中心領域では明るいが、周辺では暗くなっているという場合が多い。照明均一化素子としてのライトトンネル4により、照度むらを低減することができる。その原理は、カレードスコープと同様である。照明均一化手段に適当な角度で入射した光は、ライトトンネル4の内面のミラーで複数回反射を繰り返し、光を折りたたむように重ね合わされ、ライトトンネル4の出射端では照度が均一化されている。
Illumination light emitted from the
ライトトンネル4の設置および調整構造に関して説明する。図20において、ライトトンネル4は、前記光学系筐体40の段差47に、ライトトンネル4の形状に応じた固定具49により設置されている。上記段差47に続く縦方向の壁面があり、段差47と上記縦方向の壁面とで構成される角隅部にライトトンネル4が配置され、互いに直交する2面を持つアングル状の固定具49によってライトトンネル4を上記各隅部に押圧することにより、ライトトンネル4が固定されている。
The installation and adjustment structure of the
ライトトンネル4は、図19に示すようにホルダー44に入れてもよい。ホルダー44の材質は例えばステンレスであり、耐熱性があるものが好ましい。ホルダー44の内面とライトトンネル4の外面を接触させることにより冷却効果を高めることができる。ライトトンネル4を直接、もしくはライトトンネル4を保持したホルダー44を、図20に示すように、固定具49により光学系筐体40の段差47に固定する。固定具49はステンレス鋼やアルミニウムのような熱伝導性の高い金属で製作され、光学系筐体40にねじ止めされている。
The
図20(b)に示すように、ライトトンネル4と固定具49との間には、弾性部材である板ばね52が介在している。光学系筐体40側にはねじ孔が形成され、このねじ孔に調整ねじ53がねじ込まれている。調整ねじ53は、ライトトンネル4の底面側と一側面側の2方向からねじ込まれ、各調整ねじ53の先端がライトトンネル4の底面側と一側面側に当接している。ライトトンネル4を挟んで上記2本の調整ねじ53と反対側にそれぞれ上記板ばね52が介在している。このように、調整ねじ53、板ばね52ともに2方向に設けられていて、ライトトンネル4をx軸方向と、y軸方向に位置調整可能な位置調整構造を構成し、調整ねじ53が調整部材となっている。
As shown in FIG. 20B, a
少なくとも一つの調整ねじ53を回すことにより、ライトトンネル4が上記調整ねじ53の反対側にある板ばね52を付勢する向きに押される。また、上記調整ねじ53を反対側に回すと、その反対側の板ばね52の弾力によってライトトンネル4が押され、逆向きに動く。板ばね52は、固定具49とライトトンネル4との間に単に介在しているだけであってもよいし、固定具49と一体に設けられていてもよい。調整ねじ53を設ける位置は、ライトトンネル4の入射側と出射側のいずれか一方に設けてもよいし、その両方に設けてもよい。ライトトンネル4の長さ方向の傾きを調整するのであれば入射側と出射側のいずれか一方に設ければよく、位置調整(例えばライトトンネル4を平行移動(シフト)させるなど)もするのであれば入射側と出射側の両方に設ける。
By turning at least one adjusting
空間光変調素子には、透過型のものと反射型のものに大別される。また液晶と偏光を用いた液晶空間光変調素子と、微小ミラーアレイを有し個々の微小ミラーを傾けてオン光とオフ光に切り換えるDMDがある。前記実施例ではDMDを用いている。DMDは無偏光光を用いる。 Spatial light modulation elements are roughly classified into a transmission type and a reflection type. In addition, there is a liquid crystal spatial light modulator using liquid crystal and polarized light, and a DMD having a micro mirror array and switching each of the micro mirrors to on light and off light. In the above embodiment, DMD is used. DMD uses non-polarized light.
図21は、上記DMD10を模式的に示している。図21(a)はDMD10を上から見たものである。画像表示領域は矩形になっていて、この画像表示領域には、図21(b)に示すように無数の微小ミラー102が画素として配列されている。各微小ミラー102は一辺10μm前後の正方形である。微小ミラー配列数はXGAで1280×768画素(あるいはピクセル)、WXAGAで1280×768画素である。この微小ミラーの配列面がDMDの表示面すなわち画像表示領域となっている。
FIG. 21 schematically shows the
画像表示のサイズはDMD10の画像表示領域の対角線で、例えは0.5インチ、0.65インチというように決められる。また、矩形の画像表示領域の長辺と短辺との比を取り、4:3、16:10というように画面の縦横比を表現する。各画素を構成する微小ミラー102は正方形であり、微小ミラー102の配列周期を画素ピッチという。画素ピッチは10μm前後である。図面には現れていないが、実際の微小ミラー102のサイズは画素ピッチよりも若干小さい。画素ピッチに対する実際の微小ミラー102のサイズの比率を開口率と呼ぶ。
The size of the image display is a diagonal line of the image display area of the
図21(d)は、DMD10の画素配列を横から見た場合を示している。画素配列の上側には保護用のカバーガラス110が置かれている。正方形の各微小ミラー102は、その対角線を回転軸として回転する(図21(c)参照)。各微小ミラー102の回転の方向は、回転軸に対して時計周り、反時計周りの両方であり、回転の向きをプラスとマイナスで区別する。回転角度は±10°乃至12°である。微小ミラー102の回転をチルトということもある。回転した微小ミラー102は、図21(e)に示すように、プラス方向の回転とマイナス方向の回転とで、入射光に対する反射光の方向を変えることできる。これによりオンとオフとの二値をとることができる。
FIG. 21D shows a case where the pixel array of the
各微小ミラー102は、その回転角度が+12°のときをオンとし、回転角度が−12°のときをオフとする。微小ミラーがオンのとき上記微小ミラーで反射される光が画像形成に寄与し、微小ミラーがオフのとき上記微小ミラーで反射される光は画像形成に寄与せず、黒表示となる。上記オンのとき、微小ミラーで反射された光は、前記投射レンズ21の入射瞳に入ることができ、投射レンズ21を経て、前記スクリーン70に到達する。一方、オフのとき、微小ミラーで反射した光は、投射レンズ21の入射瞳に入ることはできず、DMD10の近傍に設けられているオフ光処理用の吸収部材に到達する。この吸収部材は冷却を要する。また、上記オンとオフとの間に微小ミラーが平坦な姿勢をとる瞬間がある。DMDの表示面とは反対側にヒートシンク及び冷却ファンを設置して、DMDの冷却を行う。
Each
前記白色の光源12としては、管球形状の高圧または超高圧水銀ランプを用いるとよい。または、ハロゲンランプであってもよい。光源ユニット1のリフレクタ11の形状は楕円体状が好ましい。楕円体の二つの焦点の一方に、管球(発光部)を設置し、他方の焦点に、照明均一化素子の入射端を設置する。光源12として、出力が例えば180W−260W(ワット)前後のものを用いる。ランプの出力が高いほど、明るい投射画像を実現できる。
As the
水銀ランプは破裂することがあり、破裂してもガラス片が飛散しないように、リフレクタ11の前面に防爆ガラス2を設置する。防爆ガラス2は、例えば40mm角、厚み3mm前後の、硼珪酸ガラスからなり、光源ユニット1の光軸に対して例えば10°傾けて設置する。これは、防爆ガラス2で反射した光が戻り光となり、管球の位置で焦点を結ばないようにするためである。このような戻り光があるとランプの寿命が短くなる。防爆ガラス2には、赤外線(IR)カットフィルター、紫外線(UV)カットフィルターの多層膜を施す。リフレクタ11は適宜のハウジングに納められており、防爆のために、目の細かい金属のメッシュで上記ハウジングを覆ってもよい。画像投射装置において光源としてのランプは消耗品であり、数千時間といった長時間の使用により明るさが低減するので、そのときは、ランプハウジングまたは光源ユニットごと交換する。
The mercury lamp may burst, and the explosion-
管球からなる光源12およびリフレクタ11を図22に示す。図22の(a)は正面図、(b)は側面図である。リフクレタ11の形状には楕円あるいは双曲線等がある。いずれも回転軸を有する。またこの回転軸上に光源12としての管球が設置されている。
A
光源12は、紫外線から可視光線、そして赤外線まで広い範囲の光を放射しており、従って白色光源である。このうち紫外線と赤外線は、上記のように、ランプ出射直後でカットし、残りの可視光域の光を回転カラーフィルタ3により色成分ごとに分離され、特に光の三原色であるR、G、Bの単色光を用いてカラー画像を形成する。
The
回転カラーフィルタ3は色分離手段である。回転カラーフィルタ3は、図23に示すように、円板を円グラフのように複数の領域に回転方向に分け、それぞれの領域を異なる色とする(図23(a)参照)。具体的には、円形のガラス板の面に多層膜を蒸着してカラーフィルタとする。基本的には、赤(R)、緑(G)、青(B)であり、これに白(W)を加え四つに領域を分割する。白(W)の領域は、明るさ増大のために設けるもので、多層膜を形成しない透明の領域である。また、色再現性を高めるために、黄(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)などを加えることもある。
The
上記白色の光源12から出射される照明光から、必要なスペクトルを回転カラーフィルタ3により取り出す。回転カラーフィルタ3のベースをなすガラスの円板は、例えば直径40mm程度、厚み1mm程度である。各色のフィルタ領域は物理的に分離されている。上記円板の回転中心をモータ31の回転出力軸に取り付け、モータ31により高速で回転駆動する。回転速度は数千rpmから1万rpm前後である。回転カラーフィルタ3の各色の位置情報を検出するセンサが備えられており、このセンサの出力により、DMD10による画像表示を同調させている。従って、回転カラーフィルタ3は、時分割(フィールドシーケンシャル)で各色を生成している。DMD10の微小ミラーの応答速度は高速であるため、フィールドシーケンシャルでカラー画像を何ら問題なく形成することができる。また、光源ユニット1から集光される途中の光のスポット32(図23(a)参照)は、常に回転カラーフィルタ3の同じ位置に当る。
A necessary spectrum is extracted from the illumination light emitted from the
光源ユニット1から照明均一化素子であるライトトンネル4までの配置を図24に示す。光源ユニット1の直前には防爆ガラス2が配置され、続いて回転カラーフィルタ3が配置されている。前述のように、防爆ガラス2と回転カラーフィルタ3は、y軸に対して数度から10°程度チルトさせて配置されている。光源12から出射され、リフレクタ11により集光される照明光の角度すなわち照明角は約60°である。図18に示すように、リフクレタ11の回転軸はz軸に平行であり、この軸上に管球からなる光源12、ライトトンネル4の中心を通る軸がある。
FIG. 24 shows the arrangement from the
図25は、ライトトンネル4と第1、第2リレーレンズ5,6との位置関係を模式的に示す。図25において、第1、2リレーレンズ5,6は、ライトトンネル4に対して、z軸すなわち照明光の光軸方向における位置は異なるが、x軸、y軸の座標は同じである。従って、第1、2リレーレンズ5,6とライトトンネル4は共軸である。しかし、第1、2リレーレンズ5,6はライトトンネル4の中心を通る軸に対してシフトし、第1、2リレーレンズ5,6の光軸とライトトンネル4の中心軸は互いにずれている。第1、2リレーレンズ5,6は、球面レンズであれば研磨により、非球面レンズの場合はプレス成型で作製するのが好ましい。
FIG. 25 schematically shows the positional relationship between the
照明系を構成する、ライトトンネル4からDMD10までの光学部品の位置座標および詳細な数値を表1と表2に示す。
表1
Tables 1 and 2 show the position coordinates and detailed numerical values of the optical components constituting the illumination system from the
Table 1
表2
Table 2
また、投射光学系20の一例として、構成レンズその他の光学素子の位置座標を表3に、投射系レンズの詳細な数値を表4、表5、表6に示す。表3に示す座標は、スクリーン上に対角長さ43インチの画像を投射する場合である。
As an example of the projection
表3
Table 3
表4
Table 4
表5
Table 5
表6
Table 6
表7に、投射光学系の構成部材の一つである自由曲面ミラー26の形状の詳細を示す。
表7
Table 7 shows details of the shape of the free-
Table 7
表4乃至表6に示すいくつかの非球面レンズの形状は式1に従う。
式1
The shape of some aspheric lenses shown in Tables 4 to 6 follows
表7における自由曲面ミラー26の面形状は式2に従う。
式2
The surface shape of the free-
ライトトンネル4の設置に関して、光線追跡計算ソフトLightTools(ORA:Optical Research Associates社)を用いて、シミュレーション実験を行った。光源ユニット1の位置および傾き調整した場合のDMD10上での照度分布を求めた。DMD10の1画素のピッチは10.8μm、対角長0.65インチのWXGAのものを想定した。
Regarding the installation of the
図1および表1乃至表7に示す構成で、DMD上の照度分布につきシミュレーション実験を行った結果を図26に示す。図26は、光源ユニットをシフトも回転もすることなく実験したもので、これを中央値とする。次に、光源ユニットをx方向に+0.3mmシフトさせた場合のDMD上の照度分布を求めた。その結果を図27に示す。さらに、光源ユニットをy方向に−0.3mmシフトさせた場合のDMD上の照度分布を求めた。その結果を図28に示す。さらに、光源ユニットをα方向に−0.5°回転させた場合のDMD上の照度分布を求めた。その結果を図29に示す。さらに、光源ユニットをβ方向に−0.5°回転させた場合のDMD上の照度分布を求めた。その結果を図30に示す。図29、図30の場合、ライトトンネル4の入射端の中央に回転中心を設定している。図26乃至図30を参照すると、いずれの場合においても、照度分布が変化していることが分かる。
FIG. 26 shows the result of a simulation experiment performed on the illuminance distribution on the DMD with the configuration shown in FIG. 1 and Tables 1 to 7. FIG. 26 shows an experiment without shifting and rotating the light source unit, and this is the median value. Next, the illuminance distribution on the DMD was obtained when the light source unit was shifted +0.3 mm in the x direction. The result is shown in FIG. Furthermore, the illuminance distribution on the DMD when the light source unit was shifted by -0.3 mm in the y direction was obtained. The result is shown in FIG. Further, the illuminance distribution on the DMD when the light source unit was rotated by −0.5 ° in the α direction was obtained. The result is shown in FIG. Further, the illuminance distribution on the DMD when the light source unit was rotated by −0.5 ° in the β direction was obtained. The result is shown in FIG. In the case of FIGS. 29 and 30, the center of rotation is set at the center of the incident end of the
図31に示すように、DMD上の位置を表すのに、中央を「0」、左下を「24」とし、対角方向に等間隔で照度をプロットしたものを図32に示す。図32において、照度は規格化されており、その基準は、照度分布全体における最大値である。光源ユニットを位置調整した場合、位置24において、いずれも中央値の照度が大きくなっていることが分かる。ただし、図28、29からわかるように、光源ユニットをそれぞれy方向に−0.3mmシフトし、あるいはα方向に−0.5°回転させて位置調整すると、DMDの右上で照度の低下が見られるため、画質としてはよくない。従って、光源ユニットの位置調整の向きは、図28、図30に示すように、x方向に−0.3mmシフトし、あるいは、β方向に−0.5°回転させることが望ましい。また、図32から明らかなように、x方向、y方向へのシフトよりも、α方向、β方向への回転の方が、照度低下の低減効果および照度むらの低減効果が高い。 As shown in FIG. 31, FIG. 32 shows a plot of illuminance at equal intervals in the diagonal direction, with the center being “0” and the lower left being “24” to represent the position on the DMD. In FIG. 32, the illuminance is normalized, and the reference is the maximum value in the entire illuminance distribution. When the position of the light source unit is adjusted, it can be seen that the median illuminance is increased at all positions 24. However, as can be seen from FIGS. 28 and 29, when the light source unit is shifted by -0.3 mm in the y direction or rotated by -0.5 ° in the α direction, the illuminance decreases at the upper right of the DMD. Therefore, the image quality is not good. Therefore, the direction of the position adjustment of the light source unit is desirably shifted by −0.3 mm in the x direction or rotated by −0.5 ° in the β direction, as shown in FIGS. As is clear from FIG. 32, the rotation in the α direction and the β direction has a higher effect of reducing the illuminance reduction and the illuminance unevenness than the shift in the x direction and the y direction.
ここまで説明してきた各実施例において、照度分布を調整する調整部材は、主に光源ユニットの傾き角度を調整可能としたものであり、実施例によっては光源ユニットをシフトすなわち平行移動させることもできるようになっていた。ここで、光源ユニットをx方向、もしくはy方向にシフトさせて照度分布を調整することのみで足りるのであれば、調整部材は、図33に示す例のように構成することができる。すなわち、光源ユニットケース16の上面と光源筐体15との間および光源ユニットケース16の背面と光源筐体15との間に板バネ17を介在させ、光源ユニットケース16の底面と光源筐体15との間に平板状の調整部材54を介在させている。調整部材54の厚さを変え、あるいは調整部材54の重ね枚数を変えることにより、光源ユニット1とともに光源ユニットケース16の位置をy方向にシフトすることができる。
In each of the embodiments described so far, the adjustment member that adjusts the illuminance distribution mainly adjusts the inclination angle of the light source unit. In some embodiments, the light source unit can be shifted, that is, translated. It was like that. Here, if it is only necessary to adjust the illuminance distribution by shifting the light source unit in the x direction or the y direction, the adjustment member can be configured as in the example shown in FIG. That is, the
図31において、中央値で位置24での規格化照度はおよそ0.75である。これに対して、光源ユニットの位置調整を行うと、0.78乃至0.81となる。従って、この位置での照度は、照度分布全体の最大値に対して、0.75以上、照度の低下で考えると0.25未満程度が好ましい。
In FIG. 31, the normalized illuminance at the
前に説明したように、画像投射装置には、外観から分類すると縦型と横型がある。本発明は縦型と横型の何れにも適用可能である。図示の実施例は、画像投射装置本体があり、これとは独立に反射型のスクリーンがあり、スクリーン前方から画像を投影するフロント投射型の画像投射装置として構成されている。人はスクリーン位置を基準にして画像投射装置を設置しているのと同じ側からスクリーン上の画像を観ることになる。伝統的なフロント投射型画像投射装置は、画像投射装置−人−スクリーンの位置関係になるとともに、画像投射装置本体とスクリーンとの間には、投射のためにある程度の距離が必要になり、これが画像投射装置を設置する際の制約の一つになっている。図34(b)に示すように、講演等において上記伝統的な画像投射装置300を使用する場合、画像投射装置300とスクリーン70の間に人75が入ることがあり、投射画像に人75の影が写り、影になった部分の画像は観ることができない。講演者は光源からの光が目に入って不快な思いをする難点がある。
As described above, image projection apparatuses are classified into a vertical type and a horizontal type according to appearance. The present invention is applicable to both vertical and horizontal types. The illustrated embodiment has an image projection apparatus main body, and has a reflection type screen independently of the image projection apparatus main body, and is configured as a front projection type image projection apparatus that projects an image from the front of the screen. A person views an image on the screen from the same side where the image projection apparatus is installed with respect to the screen position. The traditional front projection type image projection apparatus has a positional relationship of image projection apparatus-human-screen, and requires a certain distance for projection between the image projection apparatus main body and the screen. This is one of the restrictions when installing the image projection apparatus. As shown in FIG. 34 (b), when the traditional
これに対して、近年、投射レンズの短焦点化、広角化により、至近距離からの投射が可能となってきている。図34(a)はこのような画像投射装置の配置関係を示している。この場合、人75−画像投射装置100または200−スクリーン70の位置関係が可能となり、人75がスクリーン70に近づいても、投射画像中に人75の影が入りにくく、講演者等にとっては目に投射光が入りにくく、不愉快な思いをすることがなくなる。
On the other hand, in recent years, projection from a close range has become possible due to the shortening and widening of the projection lens. FIG. 34A shows the arrangement relationship of such an image projection apparatus. In this case, the positional relationship between the
さらに、前記実施例のように、投射レンズ21から出射した光を、自由曲面ミラー26を用いてスクリーンに投射する構成にすることにより、より至近距離から投射可能な画像投射装置を得ることができる。かかる画像投射装置を用いた投射のことを超至近距離投射などと呼んでいる。投射レンズ21から出射した光を、単なる平面ミラーで折り返しただけの場合、特定の角度以外では、投射レンズ21からの画像に、台形歪みが生じるなどの問題が生じる。そこで自由曲面ミラー26を用いて上記台形歪みを解消している。投射レンズ21と自由曲面ミラー26を合わせて、また、前記実施例では平面ミラー25も合わせて投射光学系と呼ぶ。図34(a)において、符号100は図示の実施例のように自由曲面ミラー26を使用することによって台形歪みを解消した超至近距離投射可能な画像投射装置を示している。符号200は、自由曲面ミラー26を持たない超至近距離投射可能な画像投射装置を示している。
Further, as in the above-described embodiment, by using a configuration in which the light emitted from the
至近距離からの投射の度合いを示す指標としてスローレシオ(Throw Ratio)がある。これは投射画像の対角サイズを、画像投射装置からスクリーンまでの距離で割ったものである。この値が大きいほど、より至近距離から大きなスクリーンに投射することができる度合いが大きいことになる。 There is a throw ratio as an index indicating the degree of projection from a close range. This is the diagonal size of the projected image divided by the distance from the image projection device to the screen. The larger this value is, the greater the degree that it can be projected onto a larger screen from a closer distance.
至近距離投射の場合、図34(a)のように、人―画像投射装置−スクリーンの位置関係が成立する。このとき、画像投射装置を符号200で示すようにスクリーン70の中央の高さに設置すると、聴衆から見て画像投射装置本体がスクリーン70と重なり、画像観察の邪魔になる。従って、至近距離の画像投射装置の設置位置は符号100で示すようにスクリーン70よりも下になる。例えば、床72に置くこともあり得る。この場合、スクリーン70の斜め下方から投射するため、スクリーン70の下端(床側)と上端(天井側)とでは、光線の入射角が異なり、上端の方が入射角は大きくなる。従って、スクリーンの上端に入った光は、天井71の方向に反射される割合が増え、見ている人の方に向かう光の割合は少なくなる。これはスクリーン70の上端部分が暗い画像となる。図34(b)に示すような伝統的な投射方式の画像投射装置ではこのようなことは生じない。
In the case of close-distance projection, as shown in FIG. 34A, the positional relationship of person-image projection apparatus-screen is established. At this time, if the image projection apparatus is installed at the center height of the
縦型で至近距離投射可能な画像投射装置においては、前記自由曲面ミラー26を含む投射光学系20を用いるため、通常の横型の画像投射装置とは異なり、特異な歪曲に伴う投射画像領域の変形や、スクリーン70の上部が暗く下が明るいといった照度むらの課題がある。これに、前述の照明光学系中の折り返しミラーに切り欠きが存在することによる照度の低下が加わると、さらに画質は低下する。これに対して、前記本発明の実施例のように、光源の位置調整部材を備えていると、照度むらの軽減および照度低下の軽減に有効である。
In the vertical image projection apparatus capable of projecting at a close range, the projection
1 光源ユニット
2 防爆ガラス
3 回転カラーフィルタ
4 照明均一化素子(ライトトンネル)
5 第1リレーレンズ
6 第2リレーレンズ
7 第1折り返しミラー
8 第2折り返しミラー
10 空間光変調素子(DMD)
11 リフレクタ
12 光源
15 光源筐体
16 光源ユニットケース
17 弾性体(板ばね)
18 傾き調整部材(楔)
20 投射光学系
21 投射レンズ
22 投射ミラー系
25 平面ミラー
26 自由曲面ミラー
40 光学系筐体
48 ミラーハウジング
50 傾き調整ねじ
60 ハウジング
70 スクリーン
81 切り欠き
DESCRIPTION OF
5
DESCRIPTION OF
18 Tilt adjustment member (wedge)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第2折り返しミラーは、前記投射光学系の鏡筒部分と第2折り返しミラーとの機械的な重なり合いを避けるための切り欠きを有し、
前記リフレクタを有する光源ユニットは、前記反射型空間光変調素子の照明領域において前記切り欠きに対応する部分の照度分布調整を行うための位置調整部材を有することを特徴とする画像投射装置。 An illumination optical system having a light source having a reflector, an illumination uniformizing element, a relay lens, a first folding mirror, and a second folding mirror, and forming an image by tilting each arrayed mirror pixel, An image projection apparatus comprising: a reflective spatial light modulator that is irradiated with illumination light; and a projection optical system that projects light reflected by the reflective spatial light modulator onto an image projection surface,
The second folding mirror has a notch for avoiding mechanical overlap between the lens barrel portion of the projection optical system and the second folding mirror,
The light source unit having the reflector includes a position adjusting member for adjusting an illuminance distribution of a portion corresponding to the notch in the illumination area of the reflective spatial light modulator.
3.48s≦L≦5.22s
であることを特徴とする画像投射装置。 5. The image projection apparatus according to claim 1, wherein the illumination uniformizing element has a rectangular column shape with a rectangular cross-section, and is 1 of a maximum illumination angle of light emitted from a light source having the reflector. When / 2 is θ, 1/2 of the length of the diagonal of the rectangle is c, and c / tan θ is s, that is, s = c / tan θ, the total length L of the illumination uniformizing element is
3.48 s ≦ L ≦ 5.22 s
An image projection apparatus characterized by
An image projection device as claimed in any one of claims 1 to 7, the projection optical system, by having the free curved surface mirror and a projection lens, an image projection apparatus is characterized in that to allow close range projection.
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