JP6299193B2 - Illumination optical system and image display device - Google Patents
Illumination optical system and image display device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6299193B2 JP6299193B2 JP2013254995A JP2013254995A JP6299193B2 JP 6299193 B2 JP6299193 B2 JP 6299193B2 JP 2013254995 A JP2013254995 A JP 2013254995A JP 2013254995 A JP2013254995 A JP 2013254995A JP 6299193 B2 JP6299193 B2 JP 6299193B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- light
- illumination optical
- light valve
- condenser lens
- 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.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、照明光学系および画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an illumination optical system and an image display device.
会議や教育現場などの様々なシーンにおいて、パーソナルコンピュータから出力されるデータ画像などを拡大して表示させる画像表示装置(以下「プロジェクタ」という。)が用いられている。 In various scenes such as meetings and educational sites, an image display device (hereinafter referred to as “projector”) that enlarges and displays a data image output from a personal computer is used.
最近では、投射距離の非常に短いプロジェクタが普及してきている。このようなプロジェクタは、超短焦点プロジェクタあるいは至近距離プロジェクタと呼ばれる。至近距離プロジェクタは、設置スペースを小さくできるという利点がある。また、至近距離プロジェクタは、スクリーンと至近距離プロジェクタとの間にプレゼンターが入り込んで光を遮るようなことがなく、スクリーン上にプレゼンターの影が映りこむことを避けることができる。 Recently, projectors with a very short projection distance have become widespread. Such a projector is called an ultra short focus projector or a close range projector. The close-range projector has an advantage that the installation space can be reduced. In addition, the close range projector does not block the presenter from entering between the screen and the close range projector, so that the shadow of the presenter is not reflected on the screen.
一般的なプロジェクタは、スクリーン上に表示される画像をより大きくするために、投射光学系のレンズを大きくする。しかし、投射距離が短い場合は、投射レンズを大きくしても大きな画像を表示することは難しい。そこで、至近距離プロジェクタでは、拡大投射に対応するために、投射光学系のレンズを大きくするのではなく、投射光学系の最後に曲面形状の反射ミラーを配置する。 A general projector enlarges a lens of a projection optical system in order to enlarge an image displayed on a screen. However, when the projection distance is short, it is difficult to display a large image even if the projection lens is enlarged. Therefore, in a close-range projector, a curved reflection mirror is disposed at the end of the projection optical system instead of enlarging the lens of the projection optical system in order to cope with enlarged projection.
このような反射ミラーを含む投射光学系は、プロジェクタ本体のキャビネット内部に設置される。プロジェクタ本体のキャビネットには、投射レンズを通過し反射ミラーで反射された光がスクリーンへ投射されるための通路として、開口部が設けられる。この開口部からゴミやホコリがキャビネット内部入り込み、反射ミラーや投射レンズに付着すると、投射画像が乱れる。これらを防止するために、キャビネット開口部には防塵を目的するカバーガラスが設置される。すなわち、スクリーンへ投射される光は、カバーガラスを透過する。 The projection optical system including such a reflection mirror is installed inside the cabinet of the projector main body. In the cabinet of the projector main body, an opening is provided as a path through which light that passes through the projection lens and is reflected by the reflection mirror is projected onto the screen. If dust or dust enters the inside of the cabinet from this opening and adheres to the reflection mirror or the projection lens, the projection image is disturbed. In order to prevent these problems, a cover glass for dust prevention is installed in the cabinet opening. That is, the light projected on the screen passes through the cover glass.
至近距離プロジェクタは、スクリーンと投射光学系の距離が近いから、カバーガラスへの光の入射角度が大きくなる。カバーガラスへの入射角度が大きいと、光の透過率損失が大きくなる。特に、スクリーン上の下端の両端の位置に相当する光のカバーガラスへの入射角度は、他の位置に相当する光の入射角度に比べて大きくなる。つまり、スクリーン上の下端の両端の位置に相当する光は、カバーガラスにおいて、他の位置の光に比べて大きく損失する。すなわちスクリーン上に表示される画像の下端の両端付近は、画像の照度が暗くなる。 Since the close distance projector has a short distance between the screen and the projection optical system, the incident angle of light on the cover glass increases. When the incident angle to the cover glass is large, the light transmittance loss increases. In particular, the incident angle of light corresponding to the positions at both ends of the lower end on the screen is larger than the incident angle of light corresponding to other positions. That is, light corresponding to the positions at both ends of the lower end on the screen is greatly lost in the cover glass as compared with light at other positions. That is, the illuminance of the image becomes dark near both ends of the lower end of the image displayed on the screen.
カバーガラスへの入射角度が大きくてもカバーガラスにおける透過率損失を低減できるように、カバーガラスに特殊な反射防止膜を施す方法がある。そのような反射防止膜をカバーガラスに施しても、カバーガラスへの光の入射角度が80度付近になると、透過率が50%程度になる。至近距離プロジェクタは、スクリーン上の下端の両端に対応する光がカバーガラスに入射する角度が、80度付近になる。つまり、カバーガラスに特殊な反射防止膜を施しても、カバーガラスによるスクリーン上の投射画像下端における照度低下を避けることは難しい。 There is a method of applying a special antireflection film to the cover glass so that the transmittance loss in the cover glass can be reduced even when the incident angle to the cover glass is large. Even if such an antireflection film is applied to the cover glass, the transmittance becomes about 50% when the incident angle of light on the cover glass is around 80 degrees. In the close-range projector, the angle at which light corresponding to both ends of the lower end on the screen enters the cover glass is about 80 degrees. That is, even if a special antireflection film is applied to the cover glass, it is difficult to avoid a decrease in illuminance at the lower end of the projected image on the screen due to the cover glass.
また、カバーガラスを曲面形状にすることで、カバーガラスへの光の入射角度を小さくするプロジェクタが知られている(例えば、特許文献1参照)。しかし、カバーガラスを曲面形状にすると、高コストになり、さらには、投射光学系の設計の難易度を上げることになる。 Further, there is known a projector that reduces the incident angle of light to the cover glass by making the cover glass into a curved shape (see, for example, Patent Document 1). However, if the cover glass is curved, the cost is increased, and the difficulty of designing the projection optical system is increased.
また、プロジェクタの小型化を目的として照明光学系をコンパクトにするとき、非テレセントリックな照明光学系を用いることが多い。非テレセントリックな照明光学系を用いて、画像表示素子に反射型ライトバルブ(例えばDMD)を使用した場合は、反射型ライトバルブで反射された光が投射光学系に向う途中で照明光学系を構成する光学部品に当たる可能性が高まる。 Further, when the illumination optical system is made compact for the purpose of downsizing the projector, a non-telecentric illumination optical system is often used. When a non-telecentric illumination optical system is used and a reflective light valve (for example, DMD) is used for the image display element, the illumination optical system is configured while the light reflected by the reflective light valve is directed to the projection optical system. The possibility of hitting an optical component increases.
反射型ライトバルブで反射された光によってスクリーンに表示される画像が形成される。したがって、光の一部であっても照明光学系に当たって投射光学系に入射しないと、スクリーン上の画像に欠落が生じる。このような現象を「ケラレ」と称する。この「ケラレ」は、表示画像の乱れの原因となるので、避けなければならない。 An image displayed on the screen is formed by the light reflected by the reflective light valve. Accordingly, even if part of the light hits the illumination optical system and does not enter the projection optical system, the image on the screen is lost. Such a phenomenon is called “vignetting”. This “vignetting” causes disturbance of the display image and must be avoided.
このような「ケラレ」を避けるには、反射型ライトバルブで反射された光が当たる照明光学系を構成する光学部品の該当部分をカット(削除)すればよい。しかし、光学部品の一部をカットすると、これによって投射画像の一部の照度を低下させることになる。特に、投射光学系の最後に曲面形状の反射ミラーを有する至近距離プロジェクタの照明光学系においては、スクリーン上の投射画像における右下付近の照度を低下させる原因になる。 In order to avoid such “vignetting”, it is only necessary to cut (delete) a corresponding portion of the optical component that constitutes the illumination optical system to which the light reflected by the reflective light valve strikes. However, when a part of the optical component is cut, this reduces the illuminance of a part of the projected image. In particular, in the illumination optical system of a close-range projector having a curved reflection mirror at the end of the projection optical system, it causes a decrease in illuminance near the lower right in the projected image on the screen.
以上のとおり、従来から知られている至近距離プロジェクタでは、カバーガラスに起因する投射画像の照度低下が生ずる。また、照明光学系の光学部品をカットしなければならないことから、やはり、投射画像の照度が低下する。これら照度低下によって投射画像の一部の照度が低くなり、スクリーン上において照度ムラが生じる。 As described above, in a conventionally known close range projector, the illuminance of the projected image is reduced due to the cover glass. Moreover, since the optical component of the illumination optical system has to be cut, the illuminance of the projected image is lowered. Due to such a decrease in illuminance, the illuminance of a part of the projected image is lowered, resulting in uneven illuminance on the screen.
本発明は、スクリーン上の照度分布を均一にする、照明光学系及びこの照明光学系を備える画像表示装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an illumination optical system and an image display device including the illumination optical system that make the illuminance distribution on the screen uniform.
本発明は、投射光学系から被投射面までの光路に防塵部材を有する画像表示装置に用いられ、光源から出射される光を反射型ライトバルブへと導光する照明光学系であって、前記照明光学系は、光の進行方向に沿って順に、多重反射により照度分布を均一にした光を照射するロッドインテグレータと、リレーレンズと、ミラーと、前記ミラーで反射する光の照度分布を変化させるコンデンサレンズと、を有し、前記コンデンサレンズは、両凸形状の球面レンズであり、前記コンデンサレンズにより集光される光は、前記反射型ライトバルブの端部位置における前記光のスポット径をφ1とし、前記中心位置における前記光のスポット径をφ2としたとき、以下の条件式1
φ1/φ2<1
を満たし、前記照明光学系により照明される前記反射型ライトバルブ上の照度は、前記反射型ライトバルブの中心位置よりも端部位置で高いことを最も主要な特徴とする。
The present invention is an illumination optical system that is used in an image display device having a dustproof member in an optical path from a projection optical system to a projection surface and guides light emitted from a light source to a reflective light valve, The illumination optical system sequentially changes the illuminance distribution of light reflected by the rod integrator, relay lens, mirror, and light that irradiates light with uniform illuminance distribution by multiple reflection along the light traveling direction . A condenser lens, and the condenser lens is a biconvex spherical lens, and the light collected by the condenser lens has a spot diameter of φ1 at the end position of the reflective light valve. When the spot diameter of the light at the center position is φ2, the following conditional expression 1
φ1 / φ2 <1
The filled, wherein the illumination on the reflection-type light valve that will be illuminated by the illumination optical system, the most important being higher at the end position than the center position of the reflection type light valve.
本発明によれば、スクリーン上の照度分布を均一にすることができる。 According to the present invention, the illuminance distribution on the screen can be made uniform.
以下、本発明に係る照明光学系、および画像表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of an illumination optical system and an image display apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
●照明光学系の実施形態
まず、本発明に係る照明光学系の実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る照明光学系10を構成する光学部品の配置の例を示す光学配置面図である。
Embodiment of Illumination Optical System First, an embodiment of an illumination optical system according to the present invention will be described. FIG. 1 is an optical arrangement plan view showing an example of arrangement of optical components constituting the illumination
照明光学系10は、ランプユニット11と、カラーホイール12と、ロッドインテグレータ13と、リレーレンズ19と、折り返しミラー16と、コンデンサレンズ17と、反射型ライトバルブ18と、を有してなる。
The illumination
ランプユニット11は、光源であるランプと、ランプが発した光を一定の方向(カラーホイール12が配置されている方向)に向けて反射するランプカバーと、を有してなる。
The
カラーホイール12は、ランプユニット11からの光の進行方向に配置されている。カラーホイール12は、ランプユニット11からの光が通過するときに、光の色変換を行う色変換手段である。カラーホイール12を通過した光は、ロッドインテグレータ13に入射される。
The
ロッドインテグレータ13は、光の進行方向において、カラーホイール12の後段に配置されている。ロッドインテグレータ13は、入射した光の照度を均一にして出射する照度均一化素子である。
The
ここで、ロッドインテグレータ13の例を説明する。図2は、ロッドインテグレータ13の斜視図である。ロッドインテグレータ13は、中空構造になっていて、開口部から入射した光が、反対側の開口部から出射される構造を有している。ロッドインテグレータ13の中空部分を構成する壁面(内側面)は、ミラー構造になっている。このミラー構造は反射ミラー131で構成されていて、入射口から入射した光を多重反射させる。つまり、ロッドインテグレータ13は、入射した光を多重反射させて照度を均一にしてから、出射する。本実施形態におけるロッドインテグレータ13の開口のサイズは、例えば、5.95mm×3.4mmである。
Here, an example of the
図1に戻る。リレーレンズ19は、第1リレーレンズ14と第2リレーレンズ15によって構成される。リレーレンズ19は、ロッドインテグレータ13からの光の進行方向において、ロッドインテグレータ13の後段に配置されている。リレーレンズ19は、ロッドインテグレータ13から出射された光を折り返しミラー16へと導光する導光手段である。
Returning to FIG. The
折り返しミラー16は、ロッドインテグレータ13からの光が反射型ライトバルブ18を照明するように、光の進行方向を大きく変更する手段である。折り返しミラー16によって、図1の紙面左方向から右方向へと進行してきた光は、左斜め上方向へと折り返される。
The
コンデンサレンズ17は、両凸形状の球面レンズであって、折り返しミラー16で折り返された光が通過する。コンデンサレンズ17の一部には切り欠き部171が形成されている。切り欠き部171は、反射型ライトバルブ18で反射された光が投射レンズ(不図示)へと向うときに、コンデンサレンズ17によって「ケラレ」が生じないようにするためのものである。
The
反射型ライトバルブ18は、複数の微小ミラーが二次的に配置されている画像形成素子である。反射型ライトバルブ18は、例えば、一辺が10μm程度の正方形ミラーを表示画素に対応させて配列してなる。表示する画像の解像度の規格がWXGA規格であれば、これに対応する反射型ライトバルブ18の微小ミラーは、1280×800個の配列になる。
The reflection type
反射型ライトバルブ18が備える各微小ミラーの形状は、正方形である。各微小ミラーは、2次元的に配列された状態から対角方向において±12度の傾きを形成できるようになっている。この各微小ミラーの傾きは、被投射面であるスクリーンに表示する画像の映像信号に基づいて適宜制御されて切り替わる。
The shape of each micromirror included in the
例えば、微小ミラーの角度が+12度の状態をON状態、微小ミラーの角度が−12度の状態をOFF状態とする。反射型ライトバルブ18を照明した光は、ON状態の微小ミラーによって投射レンズに向けて反射されて、OFF状態のミラーを照明した光は、投射レンズが配置されている方向とは異なる方向へと反射される。投射レンズに向けて反射された光は、投射レンズを通過して、スクリーン上へと投射される。一方、その他の反射光は、照明光学系10が設置される図示しないハウジングに配置されている吸収部材などによって吸収される。
For example, the state where the angle of the micromirror is +12 degrees is set to the ON state, and the state where the angle of the micromirror is −12 degrees is set to the OFF state. The light illuminating the
各微小ミラーの傾きは、映像信号に基づいて制御される。また、照明光の色変換を行うカラーホイール12の動作も映像信号に基づいて制御される。この制御によって、映像信号に基づく画像が反射型ライトバルブ18によって形成され、これがスクリーン上に拡大投射されて表示される。
The tilt of each micromirror is controlled based on the video signal. The operation of the
なお、反射型ライトバルブ18の前面側(微小ミラーの反射面が配置されている側)には、保護ガラス181が配置されている。
A
照明光学系10は、反射型ライトバルブ18として、DMD(Digital Micromirror Device)を用いることができる。DMDを用いることで、照明光学系10を小型にできる。
The illumination
ここで、照明光学系10の作用について説明する。ランプユニット11から出射された光は、カラーホイール12に向けて集光されて通過する。カラーホイール12を通過することで、光の色変換が行われて、所定の色の光になる。色変換された光は、ロッドインテグレータ13に入射する。ロッドインテグレータ13に入射した光は、ロッドインテグレータ13の内側面の反射ミラー131によって反射を繰り返しながら進行する。ロッドインテグレータ13内における多重反射を経てロッドインテグレータ13の出射端に至った光は、照度分布が均一化された光になる。このロッドインテグレータ13の出射端における光は、照度分布が均一であって2次的な面光源とみなせる。
Here, the operation of the illumination
ロッドインテグレータ13の出射端から出た光は、リレーレンズ19(第1リレーレンズ14と第2リレーレンズ15)を通過する。リレーレンズ19を通過した光は、折り返しミラー16へと進行する。
The light emitted from the exit end of the
折り返しミラー16は、光の進行方向を大きく変えて、反射型ライトバルブ18が配置されている方向へ光を折り返す(反射する)。折り返しミラー16によって反射された光は、コンデンサレンズ17を通過する。コンデンサレンズ17は、通過する光を集光させる作用を奏する。このコンデンサレンズ17によって均一であった照度が不均一になる。すなわち、コンデンサレンズ17によって照度が不均一になった光によって、反射型ライトバルブ18が照明される。
The
照明光学系10は、その光軸が反射型ライトバルブ18に対して偏心していて、さらに、反射型ライトバルブ18を照明する光の照度を敢えて不均一にする。この照明光学系10の構成から生ずる作用によって、スクリーン上の投射画像における右下付近の照度は、その他の部分の照度と同等になる。すなわち、照明光学系10は、スクリーン上の投射画像の照度分布を均一にすることができる。
The optical axis of the illumination
次に、上記の作用を奏する照明光学系10の具体的な構成について説明する。まず、照明光学系10が備える各光学素子の仕様を説明する。表1は、第1リレーレンズ14、第2リレーレンズ15、コンデンサレンズ17等の諸元を示している。なお、第1リレーレンズ14の焦点距離は、25.5mmである。第2リレーレンズ15の焦点距離は、27.1mmである。コンデンサレンズ17は、両凸の球面形状であって、焦点距離は38.3mmである。
次に照明光学系10の光軸の偏心量を表2に示す。表2は、反射型ライトバルブ18を基準としたときの照明光学系10の光軸の偏心量を示している。
ここで、表2に示されている「α回転」と「β回転」及びxシフトとyシフトについて説明する。図3は、照明光学系10の斜視図である。図3は、光源であるランプユニット11から出射された光が折り返しミラー16に向う進行方向の斜め左方向から見た図である。
Here, “α rotation” and “β rotation” and x shift and y shift shown in Table 2 will be described. FIG. 3 is a perspective view of the illumination
反射型ライトバルブ18における微小ミラーが配置されている面の法線方向をZ軸とする。Z軸と直交し、ランプユニット11が配置されている方向をX軸とする。また、Z軸とX軸に直交する軸をY軸とする。
The normal direction of the surface on which the minute mirror is arranged in the
α回転は、反射型ライトバルブ18に対する照明光学系10の光軸のyz平面内における回転をいう。α回転は、図3に示したZ軸からY軸方向への反時計周りの回転をプラス方向の回転(プラス回転)とする。
The α rotation refers to rotation in the yz plane of the optical axis of the illumination
また、β回転は、反射型ライトバルブ18に対する照明光学系10の光軸のxz平面内における回転をいう。β回転は、図3に示したZ軸からX軸方向への反時計周りの回転をプラス方向の回転(プラス回転)とする。
Further, β rotation refers to rotation in the xz plane of the optical axis of the illumination
xシフトは、反射型ライトバルブ18に対する照明光学系10のx軸方向のシフト量をいう。yシフトは、反射型ライトバルブ18に対する照明光学系10のy軸方向のシフト量をいう。表2に示すとおり、照明光学系10の光軸は、反射型ライトバルブ18に対して偏心している。
The x shift refers to a shift amount in the x-axis direction of the illumination
また、照明光学系10において、コンデンサレンズ17の中心から反射型ライトバルブ18の中心までの距離は、16.98mmである。コンデンサレンズ17の中心から反射型ライトバルブ18の中心までの距離が長すぎると、コンデンサレンズ17のサイズを大きくしなければならない。
In the illumination
コンデンサレンズ17にサイズの大きなものを用いると、照明光学系10の部品コストが高くなる。したがって、コンデンサレンズ17のサイズは出来る限り小さい方が好ましい。そのためには、コンデンサレンズ17の配置位置を、反射型ライトバルブ18に近づける必要がある。ところが、コンデンサレンズ17を反射型ライトバルブ18に近づけると、反射型ライトバルブ18において反射されて投射レンズ(不図示)へと向う光が、コンデンサレンズ17に当たる。このように、光の進行が光学部品によって妨害される「ケラレ」は、光の利用効率を低下させる。光の利用効率が低下すると、この光によって表示されるスクリーン上の画像に明るさのムラ(照度ムラ)が生ずる。
If a
そこで照明光学系10は、コンデンサレンズ17を反射型ライトバルブ18に出来る限り近づけて配置できるようにコンデンサレンズ17のサイズを小さくしている。さらに、反射型ライトバルブ18に対して照明光学系10の光軸を表2で示した偏心量を与えている。これによって、反射型ライトバルブ18において反射された光に対するコンデンサレンズ17によるケラレが減り、光の利用効率を高めることができる。
Therefore, the illumination
次に、反射型ライトバルブ18上の各位置におけるスポットダイヤグラムの例を用いて、照明光学系10の効果について説明する。なお、照明光学系10が備えるコンデンサレンズ17を両凸の球面形状にした場合(本発明の構成)と、これに比較するものとしてコンデンサレンズ17を非球面形状にした場合を用いて説明する。
Next, the effect of the illumination
図4は、コンデンサレンズ17を、両面凸の球面形状にした場合のスポットダイヤグラムの例である。図5は、コンデンサレンズ17を非球面形状にした場合のスポットダイヤグラムの例である。
FIG. 4 is an example of a spot diagram in the case where the
図4及び図5において示されている「スクリーン上の位置」とは、スクリーンに表示された画像のスクリーン上の位置を意味している。この「スクリーン上の位置」に相当する光を反射する反射型ライトバルブ18上の位置におけるスポットダイヤグラムを、図4と図5は示している。
The “position on the screen” shown in FIGS. 4 and 5 means the position on the screen of the image displayed on the screen. 4 and 5 show spot diagrams at positions on the
つまり、スクリーン上の位置が「中心」であるスポットダイヤグラムは、投射される位置がスクリーン上の中心に相当する光を反射する反射型ライトバルブ18上の中心位置におけるスポットダイヤグラムを示している。また、スクリーン上の位置が「右下」であるスポットダイヤグラムは、投射される位置がスクリーン上の右下に相当する光を反射する反射型ライトバルブ18上の端部位置におけるスポットダイヤグラムを示している。
That is, the spot diagram whose position on the screen is “center” is a spot diagram at the center position on the
図4に示すように、コンデンサレンズ17を両凸の球面形状にすると、「右下」のスポット径(1.58mm)は、「中心」のスポット径(1.71mm)よりも小さくなる。一方、図5に示すように、コンデンサレンズ17を非球面形状にすると、「右下」のスポット径(1.28mm)は、「中心」のスポット径(1.08mm)よりも大きくなる。コンデンサレンズ17を非球面形状にしたときのスポット径が、右下よりも中心付近が小さくなるのは、非球面形状の球面収差の補正効果による。
As shown in FIG. 4, when the
スポット径の小さい方が、照度が高くなる。すなわち、コンデンサレンズ17の形状を、両凸の球面形状にすることで、「中心」よりも「右下」の照度が高くなる。
The smaller the spot diameter, the higher the illuminance. That is, by setting the shape of the
次に、反射型ライトバルブ18における照度分布の例を用いて、照明光学系10の作用と効果について説明する。図6及び図7は、ランプユニット11と、ロッドインテグレータ13とを含む照明光学系10のモデルをコンピュータプログラム上で作成し、シミュレーションによって反射型ライトバルブ18上の照度分布をグラフ化した等高線図である。
Next, the operation and effect of the illumination
なお、図6は、照明光学系10が備えるコンデンサレンズ17を、両凸の球面形状にした場合(本発明の構成)である。また、図7は、これに比較するものとしてコンデンサレンズ17を非球面形状にした場合である。
FIG. 6 shows a case where the
図6と図7に示す長手方向と短手方向のスケールは、反射型ライトバルブ18上の長手方向と短手方向の位置を示している。原点(0、0)は、反射型ライトバルブ18の中心位置に合致する。
The scales in the longitudinal direction and the lateral direction shown in FIGS. 6 and 7 indicate the positions in the longitudinal direction and the lateral direction on the
なお、図6及び図7において、スケールで示された図面中の右下側が、スクリーン上に表示される画像の右下側に相当する。図6及び図7に示す黒枠182は、反射型ライトバルブ18の有効画像領域を示している。また、図6及び図7は、反射型ライトバルブ18内の最大照度を用いて各位置の照度を規格化して表している。各位置の照度のうち、色が濃い部分が、照度が強い部分を示している。
6 and 7, the lower right side in the drawing indicated by the scale corresponds to the lower right side of the image displayed on the screen. A
図6に示すように、コンデンサレンズ17を両凸の球面形状にすると、反射型ライトバルブ18上の有効画像領域の中心の照度よりも左下の照度と右下の照度が高くなる。一方、コンデンサレンズ17を非球面形状にすると、反射型ライトバルブ18上の有効画像領域の中心の照度よりも左下の照度と右下の照度が低くなる。コンデンサレンズ17を非球面形状にしたときの照度分布において、右下よりも中心付近が高くなるのは、非球面形状の球面収差の補正効果により、反射型ライトバルブ18の中心付近の集光状態が良くなるためである。
As shown in FIG. 6, when the
以上のとおり、照明光学系10は、反射型ライトバルブ18に対して光軸が偏心していて、コンデンサレンズ17の形状が両凸の球面形状であることにより、反射型ライトバルブ18上の照度分布を従来のものと異なるものにする。すなわち、照明光学系10によれば、反射型ライトバルブ18上の照度分布において、投射画像の中心に相当する位置よりも右下に相当する位置の照度を高くすることができる。この照明光学系10を用いることによって、スクリーン上の投射画像の照度ムラを低減させることができる。
As described above, the illumination
また、照明光学系10は、コンデンサレンズ17の中心から反射型ライトバルブ18の中心までの距離を20mm以下とする。これによって、コンデンサレンズ17のサイズを小さくすることができる。コンデンサレンズ17のサイズを小さくすることで、照明光学系10のコストを下げることができる。
Further, the illumination
また、照明光学系10は、反射型ライトバルブ18に平行な面内に対する照明光学系10の光軸の回転角を24度以上、反射型ライトバルブ18に垂直な面内に対する回転角を15度以上にする。このように、照明光学系10の光軸を、反射型ライトバルブ18を基準にシフトさせることで、反射型ライトバルブ18で反射される光は、投射レンズへと効率良く導かれる。反射型ライトバルブ18からの反射光が投射レンズに効率よく導かれると、スクリーン上に表示される画像を明るくすることができる。
The illumination
また、照明光学系10は、反射型ライトバルブ18の右下位置における光のスポット径をφ1とし、反射型ライトバルブ18の中心位置における光のスポット径をφ2としたときに、以下の条件式1を満たす、
(条件式1) φ1/φ2<1
The illumination
(Condition 1) φ1 / φ2 <1
すなわち、照明光学系10は、反射型ライトバルブ18上の位置であって、スクリーンに投射される画像の右下位置に相当する位置におけるスポット径(Φ1)が、中心位置に相当する位置におけるスポット径Φ2よりも小さい。これによって、照明光学系10を画像表示装置に搭載したときに、防塵ガラスに起因するスクリーン上の照度ムラを低減させることができる。
That is, the illumination
また、照明光学系10は、反射型ライトバルブ18として、DMD(Digital Micromirror Device)を用いることで、照明光学系10を小型にできるので、画像表示装置を小型にできる。
In addition, the illumination
また、照明光学系10は、ランプユニット11に超高圧水銀ランプを用いることができる。超高圧水銀ランプを用いると、光利用効率が高く明るい画像を形成できる。また、ランプユニット11に、LDやLEDなどの固体光源を用いることができる。これら固体光源を用いると、超高圧水銀ランプを用いた場合に比べて、長寿命かつ色再現性の良い画像を形成できる。
In the illumination
●画像表示装置の実施形態
次に、本発明に係る画像表示装置の実施形態について説明する。図8は、本実施形態に係る画像表示装置であるプロジェクタ100を構成する光学素子の配置の例を示す光学配置図である。
Embodiment of Image Display Device Next, an embodiment of an image display device according to the present invention will be described. FIG. 8 is an optical arrangement diagram showing an example of arrangement of optical elements constituting the
プロジェクタ100は、すでに説明した照明光学系10と、投射レンズ系20と、凹面反射ミラー21と、カバーガラス22と、を有してなる。投射レンズ系20と、凹面反射ミラー21と、カバーガラス22によって投射光学系が構成される。
The
投射レンズ系20は、照明光学系10が備える反射型ライトバルブ18において反射された光を図示しないスクリーンに投射するための投射レンズ群である。なお、図8において、投射レンズ群を所定の配置で維持するレンズ鏡胴などは図示を省略している。
The
凹面反射ミラー21は、投射レンズ系20を通過した光を、図示しないスクリーンへと反射するミラーである。
The concave reflecting
カバーガラス22は、プロジェクタ100の開口部に設置される防塵ガラスである。カバーガラス22によって、プロジェクタ100内部に対してホコリ等が入り込むことを防止する。
The cover glass 22 is dust-proof glass installed at the opening of the
プロジェクタ100は、図示しないスクリーンに投射される光がカバーガラス22を通過する。プロジェクタ100は、スクリーンとの設置距離が短い至近距離プロジェクタである。したがって、凹面反射ミラー21で反射された光がカバーガラス22に入射する角度は大きくなる。例えば、スクリーン上に表示される画像の下側の両端に対応する光線が、カバーガラス22へと入射する角度(入射角)は、80度程度になる。
In the
ここで、カバーガラス22に特殊な反射防止膜を施した場合の透過率の角度特性を図9に示す。図9から分かるように入射角度80度付近では透過率が50%程度まで落ちる。これは、至近距離プロジェクタの場合は、カバーガラス22による透過率損失のため、投射画像の下側の両端が特に暗くなることを意味する。 Here, the angular characteristics of the transmittance when a special antireflection film is applied to the cover glass 22 are shown in FIG. As can be seen from FIG. 9, the transmittance falls to about 50% near an incident angle of 80 degrees. This means that, in the case of a close-range projector, both ends on the lower side of the projected image are particularly dark due to the transmittance loss due to the cover glass 22.
また、照明光学系10は、非テレセントリックな光学系である。このような非テレセントリックな照明光学系10では、反射型ライトバルブ18で反射された光においてコンデンサレンズ17よる「ケラレ」が生ずることを避ける必要がある。そこで、照明光学系10が備えるコンデンサレンズ17は、その一部を切り欠いた切り欠き部171を設けている(図1を参照)。しかし、切り欠き部171を設けることで、スクリーン上の投射画像の右下位置に相当する反射型ライトバルブ18上の位置における照度が低下する。
The illumination
仮に、照明光学系10に凹面反射ミラーを用いて非テレセントリックな光学系にした場合でも、この凹面反射ミラーに切り欠きを必要とする。結果として、スクリーン上の投射画像の右下位置に相当する反射型ライトバルブ18上の位置における照度が低下する。
Even if the illumination
プロジェクタ100は、上記のような照度低下を低減させる照明光学系10を備えている。したがって、プロジェクタ100は、スクリーン上の投射画像の照度ムラを低減させることができる。
The
特にプロジェクタ100は、カバーガラス22への光の最大入射が70度以上であるような至近距離プロジェクタであっても、スクリーン上の投射画像の照度ムラを低減させることができる。
In particular, even if the
10 照明光学系
11 ランプユニット
12 カラーホイール
13 ロッドインテグレータ
14 第1リレーレンズ
15 第2リレーレンズ
16 折り返しミラー
17 コンデンサレンズ
18 反射型ライトバルブ
19 リレーレンズ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記照明光学系は、光の進行方向に沿って順に、多重反射により照度分布を均一にした光を照射するロッドインテグレータと、リレーレンズと、ミラーと、前記ミラーで反射する光の照度分布を変化させるコンデンサレンズと、を有し、
前記コンデンサレンズは、両凸形状の球面レンズであり、
前記コンデンサレンズにより集光される光は、前記反射型ライトバルブの端部位置における前記光のスポット径をφ1とし、前記中心位置における前記光のスポット径をφ2としたとき、以下の条件式1
φ1/φ2<1
を満たし、
前記照明光学系により照明される前記反射型ライトバルブ上の照度は、前記反射型ライトバルブの中心位置よりも端部位置で高いことを特徴とする照明光学系。 An illumination optical system that is used in an image display device having a dustproof member in an optical path from a projection optical system to a projection surface and guides light emitted from a light source to a reflective light valve,
The illumination optical system sequentially changes the illuminance distribution of the light reflected by the rod integrator, relay lens, mirror, and light that irradiates light with uniform illuminance distribution by multiple reflection along the light traveling direction. A condenser lens,
The condenser lens is a biconvex spherical lens,
The light collected by the condenser lens has the following conditional expression 1 when the spot diameter of the light at the end position of the reflective light valve is φ1 and the spot diameter of the light at the center position is φ2.
φ1 / φ2 <1
The filling,
Wherein the illumination on the reflection-type light valve that will be illuminated by the illumination optical system, illumination optical system, wherein the high at the end position than the center position of the reflection type light valve.
前記端部位置は、前記ライトバルブにより形成された画像が前記被投射面に投射されたときの右下に相当する光を反射する前記反射型ライトバルブ上の位置である、
請求項1記載の照明光学系。 The center position is a position on the reflection type light valve in which the light valve image formed by the reflecting light corresponding to the center when it is projected on the projection surface,
It said end position is a position on the reflection type light valve in which the light valve image formed by the reflecting light corresponding to the bottom right when being projected on the projection surface,
The illumination optical system according to claim 1.
前記反射型ライトバルブに平行な面内に対する前記照明光学系の光軸の回転角は、24度以上であり、
前記反射型ライトバルブに垂直な面内に対する前記照明光学系の回転角は、15度以上である、
請求項1または2記載の照明光学系。 The distance from the center of the condenser lens to the center of the reflective light valve is 20 mm or less,
The rotation angle of the optical axis of the illumination optical system with respect to the plane parallel to the reflective light valve is 24 degrees or more,
The rotation angle of the illumination optical system with respect to a plane perpendicular to the reflective light valve is 15 degrees or more.
The illumination optical system according to claim 1 or 2.
請求項1乃至3のいずれかに記載の照明光学系。 The reflective light valve is a DMD.
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至4のいずれかに記載の照明光学系。 The light source is an ultra-high pressure mercury lamp or a solid light source,
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 4.
前記照明光学系は、光の進行方向に沿って順に、多重反射により照度分布を均一にした光を照射するロッドインテグレータと、リレーレンズと、ミラーと、前記ミラーで反射する光の照度分布を変化させるコンデンサレンズと、を有し、The illumination optical system sequentially changes the illuminance distribution of the light reflected by the rod integrator, relay lens, mirror, and light that irradiates light with uniform illuminance distribution by multiple reflection along the light traveling direction. A condenser lens,
前記コンデンサレンズは、両凸形状の球面レンズであり、The condenser lens is a biconvex spherical lens,
前記コンデンサレンズにより集光される光は、前記ライトバルブの端部位置における前記光のスポット径をφ1とし、前記中心位置における前記光のスポット径をφ2としたとき、以下の条件式1The light condensed by the condenser lens has the following conditional expression 1 when the spot diameter of the light at the end position of the light valve is φ1 and the spot diameter of the light at the center position is φ2.
φ1/φ2<1φ1 / φ2 <1
を満たし、The filling,
前記照明光学系により照明される前記反射型ライトバルブ上の照度は、前記反射型ライトバルブの中心位置よりも端部位置で高いことを特徴とする照明光学系。An illumination optical system, wherein an illuminance on the reflective light valve illuminated by the illumination optical system is higher at an end position than a center position of the reflective light valve.
前記反射型ライトバルブにおいて形成される画像を拡大投射する投射光学系と、
を有する画像表示装置であって、
前記照明光学系は、請求項1乃至5のいずれかに記載の照明光学系である、
ことを特徴とする画像表示装置。 An illumination optical system having a light source, a rod integrator, a relay lens, a mirror, a condenser lens, and a reflective light valve;
A projection optical system for enlarging and projecting an image formed in the reflective light valve;
An image display apparatus which have a,
The illumination optical system is the illumination optical system according to any one of claims 1 to 5 .
An image display device characterized by that.
請求項7記載の画像表示装置。
Has a dustproof member comprising a plate-like cover glass, the cover glass is disposed at a position where light is projected toward the projection surface from said projection optical system passes, with respect to the cover glass, the incident of the light The angle is 70 degrees or more,
The image display device according to claim 7.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013254995A JP6299193B2 (en) | 2013-12-10 | 2013-12-10 | Illumination optical system and image display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013254995A JP6299193B2 (en) | 2013-12-10 | 2013-12-10 | Illumination optical system and image display device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015114419A JP2015114419A (en) | 2015-06-22 |
JP6299193B2 true JP6299193B2 (en) | 2018-03-28 |
Family
ID=53528285
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013254995A Active JP6299193B2 (en) | 2013-12-10 | 2013-12-10 | Illumination optical system and image display device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6299193B2 (en) |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3589222B2 (en) * | 1999-01-14 | 2004-11-17 | セイコーエプソン株式会社 | Illumination optical system and projection display device |
JP2002169090A (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-14 | Nitto Kogaku Kk | Projecting lens system and projecting device |
JP2004046026A (en) * | 2002-07-16 | 2004-02-12 | Minolta Co Ltd | Projection type display device |
JP4860124B2 (en) * | 2004-07-23 | 2012-01-25 | シャープ株式会社 | Projection display |
JP2007060118A (en) * | 2005-08-23 | 2007-03-08 | Casio Comput Co Ltd | Projector and projection control method |
JP2007279521A (en) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Sharp Corp | Illuminating device and projection type image display device |
JP6007478B2 (en) * | 2011-11-02 | 2016-10-12 | 株式会社リコー | Image display device |
JP5720586B2 (en) * | 2012-01-19 | 2015-05-20 | コニカミノルタ株式会社 | Image projector |
-
2013
- 2013-12-10 JP JP2013254995A patent/JP6299193B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015114419A (en) | 2015-06-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6172431B2 (en) | Projection optical system | |
US9983394B2 (en) | Projection optical system and image display apparatus | |
JP5849613B2 (en) | Image display device | |
JP3904597B2 (en) | Projection display | |
US8901473B2 (en) | Projection optical system having an aperture to limit quantity of light to a refractive optical system, and image display device using the same | |
JP5963057B2 (en) | Projection optical system and image projection apparatus | |
JP5648616B2 (en) | Image display device | |
JP2006292900A (en) | Projection optical unit and projection type image display apparatus using the same | |
JP6221266B2 (en) | Projection optical system and image display device | |
JP5691962B2 (en) | Image display device | |
US9690179B2 (en) | Illumination unit and image display device incorporating same | |
JP2007011154A (en) | Screen and image display device using the same | |
JP6610852B2 (en) | Image display device | |
JP2010197495A (en) | Projection optical system and image display | |
JP6299193B2 (en) | Illumination optical system and image display device | |
JP6249005B2 (en) | Projection optical system and image display device | |
JP5975089B2 (en) | Projection optical system and image display device | |
JP4063782B2 (en) | Illumination optical system and projection display device | |
JP6422015B2 (en) | Image display device | |
JP2015228006A (en) | Image display device | |
JP2016186659A (en) | Projection optical system and image display device | |
JP2011175277A (en) | Projection optical unit and projection image display device using the same | |
JP6037185B2 (en) | Projection optical system and image display device | |
JP2008241768A (en) | Projection type display device | |
JP2015059940A (en) | Illumination device and image display device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161122 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170906 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170928 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171122 |
|
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: 20180130 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180212 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6299193 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |