JP6503799B2 - Lighting device and image display device - Google Patents

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Description

本発明は、照明装置および照明装置を有する画像表示装置に関するものである。   The present invention relates to a lighting device and an image display device having the lighting device.

装置前方に設置したスクリーン上に画像を投射するフロント投射型プロジェクタ装置などの画像表示装置は、例えば、企業でのプレゼンテーション用、学校教育用、あるいは家庭用として、幅広く用いられている。   2. Description of the Related Art An image display apparatus such as a front projection type projector apparatus that projects an image on a screen installed in front of the apparatus is widely used, for example, for presentation in a company, for school education, or for home use.

画像表示装置の被投射面上に表示される画像の明るさは、光源のパワーと光学系の光利用効率とによって決まる。ここで、光利用効率とは、照射光束の強さに対する反射光束の強さの割合である。画像表示装置において、光利用効率を向上させるためには、光学系を構成する光学素子の透過率や反射率を向上させる、あるいは光路中での光のけられによる光量損失を抑制させる、などの対策が考えられる。   The brightness of the image displayed on the projection surface of the image display device is determined by the power of the light source and the light utilization efficiency of the optical system. Here, the light utilization efficiency is the ratio of the intensity of the reflected light beam to the intensity of the irradiated light beam. In the image display apparatus, in order to improve the light utilization efficiency, it is possible to improve the transmittance and the reflectance of the optical elements constituting the optical system, or to suppress the light quantity loss due to the light in the optical path. Measures can be considered.

光学素子の透過率や反射率を向上させるには、光学素子の少なくとも入射面又は出射面に無反射コーティングを施すことで、透過率や反射率を数%以下にすることができる。   In order to improve the transmittance and the reflectance of the optical element, the transmittance and the reflectance can be reduced to several% or less by applying a non-reflection coating to at least the incident surface or the exit surface of the optical device.

一方、けられによる光量損失は、光の投射範囲が光学素子の有効領域よりも大きくなることが原因である。   On the other hand, the light quantity loss due to vignetting is caused by the fact that the projection range of light becomes larger than the effective area of the optical element.

ライトトンネルとDMD(Digital Micromirror Decive)とを備える画像表示装置において、けられによる光量損失は、ライトトンネルカップリング損失とDMD損失がある。   In an image display apparatus including a light tunnel and a DMD (Digital Micromirror Decive), light loss due to vignetting includes light tunnel coupling loss and DMD loss.

ライトトンネルカップリング損失とは、光源から発した光がライトトンネルに入射するまでの間で生じる光量損失である。   The light tunnel coupling loss is the loss of light that occurs until the light emitted from the light source enters the light tunnel.

DMD損失とは、照明光学系の光学素子で反射した光束がDMDに投射されるときに生じる光量損失である。すなわち、DMD損失は、DMDの方向に投射される光束(以下「DMD投射光束」という。)がDMDの有効領域よりも大きく、かつ、DMDの有効領域に対して歪んだ形状をしているために生じる。ここで、DMDの有効領域とは、DMD投射光束を反射することができるDMD上の領域をいう。   The DMD loss is a light quantity loss that occurs when the light beam reflected by the optical element of the illumination optical system is projected to the DMD. That is, the DMD loss is such that the light beam projected in the direction of the DMD (hereinafter referred to as "DMD projection light beam") is larger than the effective area of the DMD and distorted relative to the effective area of the DMD. It occurs in Here, the effective area of the DMD refers to an area on the DMD that can reflect the DMD projected light flux.

そこで、DMD損失を抑えて、被投射面を明るく照明することができる照明装置が必要とされている。   Therefore, there is a need for an illumination device that can illuminate the projection surface brightly while suppressing the DMD loss.

これまでにも、例えば、光源からの光を画像として結像させる結像光学系と、結像させた画像をスクリーンに投影させる投影光学系と、を有する画像表示装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。ここで、特許文献1には、照明光学系が、ロッドインテグレータと、リレーレンズと、第1照明ミラーと、第2照明ミラーと、コンデンサーレンズと、により構成されることが開示されている。   So far, for example, there has been disclosed an image display apparatus having an imaging optical system for imaging light from a light source as an image, and a projection optical system for projecting the imaged image on a screen (for example, , Patent Document 1). Here, Patent Document 1 discloses that an illumination optical system includes a rod integrator, a relay lens, a first illumination mirror, a second illumination mirror, and a condenser lens.

また、特許文献1には、非点収差の発生を抑制して高い結像性能を得るために、第2照明ミラーの反射面を、ロッドインテグレータの出射端の長辺方向に対応する曲率半径が短辺方向に対応する曲率半径より大きい回転非対称な反射面とすることが開示されている。   Further, in Patent Document 1, in order to suppress occurrence of astigmatism and obtain high imaging performance, the reflecting surface of the second illumination mirror has a curvature radius corresponding to the long side direction of the exit end of the rod integrator. It is disclosed to provide a rotationally asymmetric reflective surface larger than the radius of curvature corresponding to the short side direction.

また、特許文献2に記載の画像表示装置は、第1照明ミラーがシリンダミラーであり、第2照明ミラーが球面ミラーである。   Further, in the image display device described in Patent Document 2, the first illumination mirror is a cylinder mirror, and the second illumination mirror is a spherical mirror.

しかしながら、特許文献1及び2には、DMD照射光束の形状を最適化することにより、DMD損失を抑えて被投射面を明るくすることができるアナモルフィック面のミラーの配置については開示されていなかった。   However, Patent Documents 1 and 2 do not disclose the arrangement of mirrors of an anamorphic surface that can suppress the DMD loss and brighten the projection surface by optimizing the shape of the DMD irradiation light flux. The

また、特許文献1の技術では、第1照明ミラーと第2照明ミラーの反射面とはどちらもアナモルフィック面であり、ともに高次の拡張非球面係数を用いて構成されている自由曲面形状である。そのため、特許文献1の技術では、反射面の形状が適切に形成されているか否かの検査に時間を要するという問題があった。   Further, in the technology of Patent Document 1, the first illumination mirror and the reflection surface of the second illumination mirror are both anamorphic surfaces, and both have free-form surface shapes configured using high-order expanded aspheric coefficients. It is. Therefore, in the technique of Patent Document 1, there is a problem that it takes time to check whether the shape of the reflective surface is appropriately formed.

本発明は、簡易な構成により被投射面を明るく照明することができる照明装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the illuminating device which can illuminate a to-be-projected surface brightly by simple structure.

本発明に係る照明装置は、
光源と、
前記光源からの光束により複数の上記光源の像による2次光源を形成する光ミキシング素子と、
前記複数の2次光源からの光束を光変調素子に投射する照明光学系と、
を有する照明装置であって、
前記照明光学系は、アナモルフィック面を有する光学素子を備え、
前記光学素子は、前記アナモルフィック面の面頂点からの法線を回転軸として、前記光変調素子に対して回転した位置にあり、
前記光変調素子で反射される光束は、前記反射される光束を被投射面に投射する投射光学系が設けられている方向に反射される第1光束を含んでいて、
前記アナモルフィック面の面頂点からの法線を前記光学素子の回転軸とした前記光変調素子に対する前記光学素子の回転角は、前記投射光学系の前記第1光束の入射端において、前記光変調素子が備える複数の微小ミラーの回転軸方向の前記第1光束の配光角度分布が、前記微小ミラーの回転軸に直交する方向の前記第1光束の配光角度分布よりも小さくなる角度である、
ことを特徴とする。
The lighting device according to the present invention is
Light source,
A light mixing element for forming a secondary light source by an image of a plurality of the light source by the light beam from the light source,
An illumination optical system for projecting a light beam from the plurality of secondary light sources to the light modulation element,
A lighting device having
The illumination optical system comprises an optical element having an anamorphic surface,
The optical element, as a rotation axis normal from the vertex of said anamorphic surface, Ri position near rotated relative to the optical modulator,
The luminous flux reflected by the light modulation element includes a first luminous flux reflected in the direction in which a projection optical system that projects the reflected luminous flux onto a projection surface is provided.
The rotation angle of the optical element with respect to the light modulation element with the normal axis from the top of the anamorphic surface as the rotation axis of the optical element is the light at the incident end of the first light beam of the projection optical system The light distribution angular distribution of the first light flux in the direction of the rotation axis of the plurality of micro mirrors included in the modulation element is smaller than the light distribution angular distribution of the first light flux in the direction orthogonal to the rotation axis of the micro mirror is there,
It is characterized by

本発明によれば、簡易な構成により被投射面を明るく照明することができる。   According to the present invention, the projection surface can be brightly illuminated with a simple configuration.

本発明にかかる画像表示装置の実施の形態を示す被投射面との配置関係を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the arrangement | positioning relationship with the to-be-projected surface which shows embodiment of the image display apparatus concerning this invention. 上記画像表示装置と被投射面との配置関係を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the arrangement | positioning relationship between the said image display apparatus and a to-be-projected surface. 上記画像表示装置の実施の形態を示す光学配置図である。It is an optical layout showing an embodiment of the above-mentioned image display device. 上記画像表示装置の光源からライトトンネルまでの構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure from the light source of the said image display apparatus to a light tunnel. 上記画像表示装置の第2照明ミラーを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 2nd illumination mirror of the said image display apparatus. 上記画像表示装置のDMDの斜視図である。It is a perspective view of DMD of the said image display apparatus. 上記DMDが有する微小ミラーの傾きの状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the inclination of the micro mirror which said DMD has. 上記画像表示装置の投射光学系の構成を示す光学配置図である。It is an optical layout showing the composition of the projection optical system of the above-mentioned image display device. 上記投射レンズ系の構成を示す光学配置図である。It is an optical layout showing the composition of the above-mentioned projection lens system. 上記投射光学系が有する第2投射ミラーの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the 2nd projection mirror which the said projection optical system has. 上記第2投射ミラーの座標位置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the coordinate position of the said 2nd projection mirror. 上記DMDの有効領域とライトトンネルの開口の頂点から放射された光束の照射領域との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the effective area | region of said DMD, and the irradiation area | region of the light beam radiated | emitted from the vertex of the opening of a light tunnel. 上記ライトトンネルの出射端の中央に配置された点光源から発した光線の進路を示す光路図である。It is an optical path figure which shows the course of the ray emitted from the point light source arranged at the center of the outgoing end of the above-mentioned light tunnel. 上記点光源から発した光線の投射レンズ系の入射端の仮想面に配置された受光器上の照度分布を示すグラフである。It is a graph which shows illumination distribution on the light receiver arrange | positioned to the virtual surface of the incident end of the projection lens system of the light ray emitted from the said point light source. 第2照明ミラーの回転角γを設計中央値から90度回転した状態において、上記点光源から発した光線の投射レンズ入口の仮想面に配置された受光器上の照度分布を示すグラフである。When the rotation angle γ of the second illumination mirror is rotated by 90 degrees from the design median value, it is a graph showing the illuminance distribution on the light receiver disposed on the virtual surface of the entrance of the projection lens of the light beam emitted from the point light source. 上記第2照明ミラーの設計中央値からの回転角とSD/SIとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rotation angle from the design median value of said 2nd illumination mirror, and SD / SI. 上記DMD上の照度分布を光線追跡により計算した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the illumination distribution on said DMD by ray tracing. 本発明にかかる画像表示装置の別の実施の形態が備える第2照明ミラーを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 2nd illumination mirror with which another embodiment of the image display apparatus concerning this invention is equipped. 上記画像表示装置が備える点光源から発した光線の投射レンズ系の入射端の仮想面に配置された受光器上の照度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the illuminance distribution on the light receiver arrange | positioned to the virtual surface of the incident end of the projection lens system of the projection lens system of the light ray emitted from the point light source with which the said image display apparatus is equipped. 上記第2照明ミラーの回転角γを設計中央値から90度回転した状態において、上記点光源から発した光線の投射レンズ入口の仮想面に配置された受光器上の照度分布を示すグラフである。14 is a graph showing an illuminance distribution on a light receiver disposed on a virtual surface of an entrance of a projection lens of a light beam emitted from the point light source in a state where the rotation angle γ of the second illumination mirror is rotated 90 degrees from a design median . 上記画像表示装置が備えるDMD上の照度分布を光線追跡により計算した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the illuminance distribution on DMD with which the said image display apparatus is equipped by ray tracing. 平面ガラスに入射する光束の入射角を、前記光束が被投射面に入射したときの入射位置に対応づけて示す図である。It is a figure which matches the incident angle of the light beam which injects into flat glass with the incident position when the said light beam injects into a to-be-projected surface, and matches it. 図17における照度分布のうち被投射面の上半分に対応する領域および下半分に対応する領域の平均照度を示す図である。It is a figure which shows the average illumination intensity of the area | region corresponding to the upper half of a projection surface among the illuminance distribution in FIG. 17, and the area | region corresponding to a lower half. 図17における照度分布のうち被投射面に向かって垂直および水平に分割した各領域の平均照度を示す図である。It is a figure which shows the average illumination intensity of each area | region divided perpendicularly | vertically and horizontally toward the to-be-projected surface among the illumination intensity distribution in FIG.

以下、本発明にかかる照明装置と、その照明装置を有する画像表示装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of a lighting device according to the present invention and an image display device having the lighting device will be described with reference to the drawings.

●画像表示装置(1)●
まず、本発明にかかる画像表示装置の実施の形態について説明する。
● Image display device (1) ●
First, an embodiment of an image display device according to the present invention will be described.

図1に示すように、画像表示装置100は、投射像を被投射面101に投射する。また、図2は、画像表示装置100と被投射面101との配置関係を示す概略構成図である。ここで、被投射面101は、例えばスクリーンである。   As shown in FIG. 1, the image display apparatus 100 projects a projection image on the projection surface 101. Moreover, FIG. 2 is a schematic block diagram which shows the arrangement | positioning relationship between the image display apparatus 100 and the to-be-projected surface 101. As shown in FIG. Here, the projection surface 101 is, for example, a screen.

●画像表示装置100の構成
図3に示すように、画像表示装置100は、照明装置200、カバーガラス6、DMD7、および投射光学系8を有してなる。
Configuration of Image Display Device 100 As shown in FIG. 3, the image display device 100 includes an illumination device 200, a cover glass 6, a DMD 7, and a projection optical system 8.

なお、以下の説明において、絶対座標系(xyz系)の原点Oは、DMD7の中心(中央部)とし、DMD7の水平面(表面)内の方向の1つ(DMD7の短手方向)をx軸とする。また、x軸に直交するDMD7の水平面方向(DMD7の長手方向)をz軸、x軸とz軸との双方に直交するDMD7の表面に垂直方向の軸をy軸とする。また、x軸はDMD7の短手方向に平行であり、z軸はDMD7の長手方向に平行である。   In the following description, the origin O of the absolute coordinate system (xyz system) is the center (central portion) of the DMD 7 and one of the directions (horizontal direction of the DMD 7) in the horizontal surface (surface) of the DMD 7 is the x axis I assume. Further, the horizontal direction (longitudinal direction of the DMD 7) of the DMD 7 orthogonal to the x-axis is taken as z-axis, and the axis perpendicular to the surface of the DMD 7 orthogonal to both x-axis and z-axis is taken as y-axis. Also, the x-axis is parallel to the lateral direction of the DMD 7, and the z-axis is parallel to the longitudinal direction of the DMD 7.

さらに、以下の説明において、x軸、y軸、z軸回りの回転角を、それぞれ回転角α、β、γとする。回転角αと回転角βとは、x軸およびy軸のそれぞれの+方向から見て左回りを正とする。また、回転角γは、z軸の+の方向から見て右回りを正とする。   Furthermore, in the following description, rotation angles around the x-axis, y-axis, and z-axis will be referred to as rotation angles α, β, and γ, respectively. The rotation angle α and the rotation angle β are positive in the counterclockwise direction when viewed from the positive direction of each of the x axis and the y axis. Further, the rotation angle γ is positive clockwise when viewed from the positive direction of the z axis.

●照明装置200の構成
照明装置200は、DMD7に光束を投射する装置である。照明装置200は、光源1と、ライトトンネル2と、防爆ガラス12と、カラーホイール13と、照明光学系18と、を有してなる。
Configuration of Lighting Device 200 The lighting device 200 is a device that projects a light flux onto the DMD 7. The illumination device 200 includes a light source 1, a light tunnel 2, an explosion-proof glass 12, a color wheel 13, and an illumination optical system 18.

図3に示すように、光源1は、リフレクタ401を備える。リフレクタ401の内部には、発光体および集光ミラーを有してなる。発光体は、例えばキセノンランプ、水銀ランプ、あるいはメタルハライドランプなどである。光源1の前端部には、ランプカバーが設けられている。   As shown in FIG. 3, the light source 1 includes a reflector 401. Inside the reflector 401, a light emitter and a collecting mirror are provided. The light emitter is, for example, a xenon lamp, a mercury lamp, or a metal halide lamp. A lamp cover is provided at the front end of the light source 1.

照明装置200は、集光ミラーを用いて光源1から出射される光束から光源像を形成する。光源1から出射される光束の光軸は、z軸方向である。また、光源1は、光源1から出射される光束の配光分布が光軸(z軸)に対して略回転対称で等方的になるように配置されている。   The illumination device 200 forms a light source image from the light flux emitted from the light source 1 using a condensing mirror. The optical axis of the light beam emitted from the light source 1 is in the z-axis direction. The light source 1 is disposed so that the light distribution of the light beam emitted from the light source 1 is substantially rotationally symmetric and isotropic with respect to the optical axis (z axis).

図4に示すように、光源1とライトトンネル2との間には、防爆ガラス12と、カラーホイール13と、が配置されている。防爆ガラス12とカラーホイール13とは、それぞれの入出射面を光源1の光軸(図4においてz軸方向)に対して所定角度(例えば10度)傾けて配置されている。   As shown in FIG. 4, an explosion proof glass 12 and a color wheel 13 are disposed between the light source 1 and the light tunnel 2. The explosion-proof glass 12 and the color wheel 13 are disposed such that their incident and exit surfaces are inclined at a predetermined angle (for example, 10 degrees) with respect to the optical axis of the light source 1 (z-axis direction in FIG. 4).

カラーホイール13は、輪帯部分が光の三原色(赤(R)、緑(G)、青(B))に対応して3つに分割された、周知の光学フィルタである。カラーホイール13は、赤、緑、青に白(W)を加えて4つに分割された光学フィルタであってもよい。   The color wheel 13 is a known optical filter in which an annular portion is divided into three corresponding to the three primary colors of light (red (R), green (G), and blue (B)). The color wheel 13 may be an optical filter divided into four by adding white (W) to red, green and blue.

光源1からの光束は、カラーホイール13が回転駆動されると輪帯部分が光の光路を横切るため、R、G、B、あるいはWを加えた各色の光束に時分割されて、ライトトンネル2に入射される。つまり、画像表示装置100は、カラーホイール13の各色の光学フィルタに対応した画像を被投射面101に投射することで、被投射面101にカラー画像を形成する。   The luminous flux from the light source 1 is time-divided into luminous fluxes of respective colors added with R, G, B, or W because the annular zone crosses the light path of the light when the color wheel 13 is rotationally driven. It is incident on That is, the image display apparatus 100 forms a color image on the projection surface 101 by projecting an image corresponding to the optical filter of each color of the color wheel 13 onto the projection surface 101.

ライトトンネル2は、4枚の板状のミラーの反射面が内側を向いて四角筒が形成されるように構成された光ミキシング素子である。なお、光ミキシング素子としては、ライトトンネル2のほかに、公知のロッドインテグレータやライトパイプなどを用いてもよい。   The light tunnel 2 is a light mixing element configured such that the reflecting surfaces of four plate-like mirrors face inward to form a square tube. In addition to the light tunnel 2, a well-known rod integrator, a light pipe or the like may be used as the light mixing element.

ライトトンネル2は、入射端21と出射端22とに矩形の開口を有する。ライトトンネル2は、カラーホイール13の後方における光の焦点位置近傍に入射端21が位置するように配置されている。光源1からの光束は、光の焦点位置が入射端21近傍に配置されるように調整することによって、ライトトンネル2に効率よく入射される。   The light tunnel 2 has a rectangular opening at the entrance end 21 and the exit end 22. The light tunnel 2 is disposed such that the incident end 21 is located near the focal position of light behind the color wheel 13. The luminous flux from the light source 1 is efficiently incident on the light tunnel 2 by adjusting the focal position of the light to be disposed near the incident end 21.

ライトトンネル2は、内面に配置された4枚のミラーで入射光が反射を繰り返すことにより、ライトトンネル2の出射端には光源の像が複数形成され、ライトトンネル2の出射端は2次光源を形成する。そのため、ライトトンネル2の出射端22からは、照度分布が均一化された横断面矩形の光が出射される。ライトトンネル2の出射光の配光分布は、光軸(z軸)に対して略対称なので、出射光の等方性は維持される。   In the light tunnel 2, a plurality of images of light sources are formed at the exit end of the light tunnel 2 by repeating reflection of incident light by four mirrors arranged on the inner surface, and the exit end of the light tunnel 2 is a secondary light source Form Therefore, light having a rectangular cross-sectional area with uniformed illuminance distribution is emitted from the emission end 22 of the light tunnel 2. Since the light distribution of the light emitted from the light tunnel 2 is substantially symmetrical with respect to the optical axis (z-axis), the isotropy of the emitted light is maintained.

出射端22と、DMD7のうち微小ミラー群が設けられている面とは、略共役な位置に配置されている。   The emitting end 22 and the surface of the DMD 7 on which the micro mirror group is provided are disposed at substantially conjugate positions.

ライトトンネル2の出射端22には、ライトトンネル配置調整手段が設けられている。出射端22は、ライトトンネル配置調整手段により、矩形開口の長手方向または短手方向(図3における矢印105または矢印106の方向)に傾動する。したがって、ライトトンネル配置調整手段は、ライトトンネル2からDMD7に投射される光の方向を調整することができる。   At the exit end 22 of the light tunnel 2, a light tunnel arrangement adjusting means is provided. The light emitting end 22 is tilted in the longitudinal direction or the latitudinal direction (the direction of the arrow 105 or the arrow 106 in FIG. 3) of the rectangular opening by the light tunnel arrangement adjusting means. Therefore, the light tunnel arrangement adjusting means can adjust the direction of light projected from the light tunnel 2 to the DMD 7.

ライトトンネル2から出射した光の進路上には、照明光学系18が配置されている。   An illumination optical system 18 is disposed on the path of the light emitted from the light tunnel 2.

●照明光学系18の構成
照明光学系18は、ライトトンネル2によって形成された複数の2次光源からの光束をDMD7に投射する光学系である。
Configuration of Illumination Optical System 18 The illumination optical system 18 is an optical system that projects luminous fluxes from a plurality of secondary light sources formed by the light tunnel 2 onto the DMD 7.

照明光学系18は、レンズ3と、第1照明ミラー4と、第2照明ミラー5と、を有してなる。照明光学系18は、ライトトンネル2からDMD7に向かう光束の進行方向に、レンズ3と第1照明ミラー4と第2照明ミラー5がこの順に配置されている。   The illumination optical system 18 includes a lens 3, a first illumination mirror 4, and a second illumination mirror 5. In the illumination optical system 18, the lens 3, the first illumination mirror 4 and the second illumination mirror 5 are arranged in this order in the traveling direction of the light flux from the light tunnel 2 to the DMD 7.

レンズ3は、ライトトンネル2からの出射光の略直進路上にある。レンズ3は、出射面に非球面を有する1枚のコンデンサーレンズで構成される。ここで、レンズ3の出射面の非球面は、数式1で定義される非球面と、後述する表1の曲率半径と、非球面係数と、によって表される。   The lens 3 is on a substantially straight path of the light emitted from the light tunnel 2. The lens 3 is composed of a single condenser lens having an aspheric surface on the exit surface. Here, the aspheric surface of the exit surface of the lens 3 is represented by the aspheric surface defined by Equation 1, the radius of curvature of Table 1 described later, and the aspheric surface coefficient.

(数式1)
(Equation 1)

なお、レンズ3は、複数枚で構成されていてもよい。   The lens 3 may be configured of a plurality of lenses.

ここで、数式1におけるz’は、個々のレンズの面頂点を原点としたローカル座標系x'、y'、z'で表される。すなわち、数式1において、z’は、レンズ面のサグ量である。   Here, z ′ in Equation 1 is expressed by a local coordinate system x ′, y ′, z ′ with the surface vertex of each lens as the origin. That is, in Equation 1, z 'is the amount of sag of the lens surface.

第1照明ミラー4は、ライトトンネル2から出射する光束の略直進路上にある。第1照明ミラー4は、平面ミラーである。第1照明ミラー4は、レンズ3からの出射光を第2照明ミラー5へ投射するように、x軸方向とz軸方向との双方に対して傾いた姿勢で設置されている。   The first illumination mirror 4 is on a substantially straight path of the light flux emitted from the light tunnel 2. The first illumination mirror 4 is a plane mirror. The first illumination mirror 4 is installed in a posture inclined with respect to both the x-axis direction and the z-axis direction so as to project the light emitted from the lens 3 to the second illumination mirror 5.

第2照明ミラー5は、第1照明ミラー4による反射光を下方に設置されているDMD7に向かって投射する。第2照明ミラー5は、x軸方向とz軸方向との双方に対して傾いた姿勢で設置されている。   The second illumination mirror 5 projects the light reflected by the first illumination mirror 4 toward the DMD 7 disposed below. The second illumination mirror 5 is installed in a posture inclined with respect to both the x-axis direction and the z-axis direction.

光束の光路中において光変調素子の直前に第1照明ミラー4と第2照明ミラー5とが設置されていることにより、光変調素子の直前にレンズを配置した画像表示装置とは異なり、簡易な照明光学系を実現することができる。   The first illumination mirror 4 and the second illumination mirror 5 are disposed in front of the light modulation element in the light path of the light flux, so that it is simple unlike the image display apparatus in which the lens is disposed in front of the light modulation element. An illumination optical system can be realized.

図5に示すように、第2照明ミラー5の反射面は、アナモルフィック面である。また、第2照明ミラー5の反射面は、トロイダル面である。トロイダル面は、高次の拡張非球面係数を用いる面形状よりも単純な形状である。したがって、第2照明ミラー5の面形状の検査時間に要する時間を短くすることができ、部品の製作コストを低減することができる。   As shown in FIG. 5, the reflective surface of the second illumination mirror 5 is an anamorphic surface. The reflection surface of the second illumination mirror 5 is a toroidal surface. A toroidal surface is a simpler shape than a surface shape using higher order expanded aspheric coefficients. Therefore, the time required for the inspection time of the surface shape of the second illumination mirror 5 can be shortened, and the manufacturing cost of parts can be reduced.

第2照明ミラー5のトロイダル面は、ローカル座標系(x'y'z'系)の原点をO’とするとき、以下の数式2で定義される非球面である。この非球面は、y'軸に平行な軸回りの曲率半径Ry=79.1mmの円弧を曲率半径Rx=68.7mmでx'軸に平行な軸回りに回転して形成される凹面のxトロイダル面である。   The toroidal surface of the second illumination mirror 5 is an aspheric surface defined by Equation 2 below, where O ′ is the origin of the local coordinate system (x′y′z ′ system). This aspheric surface is a concave surface formed by rotating an arc having a radius of curvature Ry = 79.1 mm around an axis parallel to the y'-axis around an axis parallel to the x'-axis with a radius of curvature Rx = 68.7 mm. It is a toroidal surface.

(数式2)
(Formula 2)

このように、光源1から出射された光束は、照明光学系18により、光の横断面形状が整形されてDMD7のうち後述する微小ミラー群が設けられている面に投射される。   As described above, the light beam emitted from the light source 1 is shaped by the illumination optical system 18 so that the cross-sectional shape of the light is shaped, and is projected on the surface of the DMD 7 on which the minute mirror group described later is provided.

前述のように照明光学系18を配置することで、ライトトンネル2の出射端22から出射した均一な光束は、DMD7に対して均一に投射される。   By arranging the illumination optical system 18 as described above, the uniform luminous flux emitted from the emission end 22 of the light tunnel 2 is uniformly projected to the DMD 7.

また、前述のように、レンズ3からの光束は、第1照明ミラー4と第2照明ミラー5とDMD7とを経て投射光学系8に至るまでに、3次元的に数回反射される。   Further, as described above, the light flux from the lens 3 is reflected three-dimensionally several times before reaching the projection optical system 8 through the first illumination mirror 4, the second illumination mirror 5 and the DMD 7.

そして、第1照明ミラー4と第2照明ミラー5とは、光束がレンズ3から投射光学系8に至るまでの間に各光学部材によって干渉されないように、投射レンズ系81の光軸を中心にx軸方向とy軸方向とに対して傾いて配置されている。   The first illumination mirror 4 and the second illumination mirror 5 are centered on the optical axis of the projection lens system 81 so that the light flux is not interfered by each optical member between the lens 3 and the projection optical system 8. It is disposed to be inclined with respect to the x-axis direction and the y-axis direction.

表1は、光源1からDMD7に至る、照明光学系18の部品仕様を示す。   Table 1 shows component specifications of the illumination optical system 18 from the light source 1 to the DMD 7.

表2は、照明光学系18を構成する各光学部品の位置座標を示す。表2に示した各光学部品の配置は、各光学部品のローカル座標系(x'y'z'系)の3軸の向きと原点が、絶対座標系(xyz系)に一致する位置を基準として、表2中の数値に基づいて各光学部品を移動および回転させることにより定まる。すなわち、各光学部品の配置は、まず、各光学部品のローカル座標系をそれぞれ表2中のxyz方向に変位させ、次に、x’軸回りの回転(α回転)、y’軸回りの回転(β回転)、およびz’軸回りの回転(γ回転)をさせることにより定まる。   Table 2 shows the position coordinates of each of the optical components constituting the illumination optical system 18. The arrangement of each optical component shown in Table 2 is based on the position where the direction and origin of the three axes of the local coordinate system (x'y'z 'system) of each optical component coincide with the absolute coordinate system (xyz system) It is determined by moving and rotating each optical component based on the values in Table 2. That is, in the arrangement of each optical component, first, the local coordinate system of each optical component is displaced in the xyz direction in Table 2, and then the rotation about the x 'axis (α rotation) and the rotation about the y' axis (.Beta. Rotation) and rotation about the z 'axis (.gamma. Rotation).

カバーガラスは、DMD7を保護するためにDMD7のうち微小ミラーが設けられている面の表面に配置されている。   The cover glass is disposed on the surface of the DMD 7 on which the micro mirror is provided in order to protect the DMD 7.

●DMD7の構成
図6に示すように、DMD7は、ほぼ水平面に沿って配置されている。DMD7には、2次元状に配置された微小ミラー群7−1〜7−kが設けられている。なお、DMD7は、光変調素子に相当する。
Configuration of DMD 7 As shown in FIG. 6, the DMD 7 is disposed substantially along a horizontal surface. The DMD 7 is provided with micromirror groups 7-1 to 7-k arranged in a two-dimensional manner. The DMD 7 corresponds to a light modulation element.

微小ミラー群7−1〜7−kの数は、長手方向の微小ミラー数Mは1280個であり、短手方向の微小ミラー数Nは800個である。すなわち、DMD7は、合計k=M×N=1024000個の微小ミラー群7−1〜7−kが設けられている。ここで、DMD7のアスペクト比は、1280:800=16:10である。   As for the number of micro mirror groups 7-1 to 7-k, the number M of micro mirrors in the longitudinal direction is 1280, and the number N of micro mirrors in the lateral direction is 800. That is, the DMD 7 is provided with a total of k = M × N = 1024000 micro mirror groups 7-1 to 7-k. Here, the aspect ratio of the DMD 7 is 1280: 800 = 16: 10.

微小ミラー群7−1〜7−kの傾きは、それぞれ独立して変化する。微小ミラー群7−1〜7−kの傾きが変化することにより、光束の反射角度を変化させることができる。ここで、微小ミラー群7−1〜7−kの偏向角度は、およそ±12度である。   The inclinations of the minute mirror groups 7-1 to 7-k change independently of one another. By changing the inclination of the minute mirror group 7-1 to 7-k, it is possible to change the reflection angle of the light flux. Here, the deflection angles of the micro mirror groups 7-1 to 7-k are approximately ± 12 degrees.

微小ミラー群7−1〜7−kのそれぞれは、光束の反射角度によりオン状態とオフ状態とを有する。ここで、オン状態とは、微小ミラーの反射光が後続の投射光学系8に投射する状態である。オフ状態とは、微小ミラーの反射光が後続の投射光学系8に投射しないで逸れる状態である。   Each of the micro mirror groups 7-1 to 7-k has an on state and an off state depending on the reflection angle of the light beam. Here, the on state is a state in which the reflected light of the micro mirror is projected to the subsequent projection optical system 8. The off state is a state in which the reflected light of the micro mirror is deviated without being projected onto the subsequent projection optical system 8.

図7は、微小ミラー群7−1〜7−kのうち任意の1枚(以下「微小ミラー7−j」という。)を示している。微小ミラー7−jは、xz面上でx=zの直線に平行な軸、すなわちx’軸まわりに回転する。   FIG. 7 shows an arbitrary one of the micro mirror groups 7-1 to 7-k (hereinafter referred to as "micro mirror 7-j"). The micro mirror 7-j rotates around an axis parallel to the x = z straight line on the xz plane, that is, the x 'axis.

xz面に対して微小ミラー7−jが+12度の傾角のとき(オン状態)、微小ミラー7−jで反射した光束(第1光束)は、第1の方向(投射光学系8の方向)に向かう。また、xz面に対して微小ミラー7−jが−12度のとき(オフ状態)、微小ミラー7−jで反射した光束(第2光束)は、第2の方向(投射光学系8から逸れる方向)に向かう。   When the micro mirror 7-j is at an inclination angle of +12 degrees with respect to the xz plane (on state), the light flux (first light flux) reflected by the micro mirror 7-j has a first direction (direction of the projection optical system 8) Head for Also, when the micro mirror 7-j is at -12 degrees (off state) with respect to the xz plane, the light flux (second light flux) reflected by the micro mirror 7-j deviates from the projection optical system 8 in the second direction. Head towards the direction).

すなわち、DMD7で反射される光束は、反射される光束を被投射面101に投射する投射光学系8が設けられている方向に反射される第1光束を含んでいる。   That is, the light flux reflected by the DMD 7 includes the first light flux reflected in the direction in which the projection optical system 8 that projects the reflected light flux onto the projection surface 101 is provided.

第2照明ミラー5からDMD7に向かう光は微小ミラー7−jの回転軸に交わる方向、すなわち−x、+z、+y側の空間から原点に向かう方向に投射される。   The light from the second illumination mirror 5 to the DMD 7 is projected in the direction crossing the rotation axis of the micro mirror 7-j, that is, in the direction from the space on the −x, + z, + y side to the origin.

オン状態にある微小ミラー7−m〜7−n(mとnとは、1以上k以下の整数である。)は、第2照明ミラー5で反射された光束を投射光学系8に向けて反射する。そして、オン状態にある微小ミラー7−m〜7−nからの反射光は、投射光学系8により、y軸およびz軸を含む平面に平行に設置された被投射面101上に投射される。ここで、被投射面101上に投射される画像サイズは、最大80インチである。   The minute mirrors 7-m to 7-n (m and n are integers of 1 or more and k or less) in the on state direct the light flux reflected by the second illumination mirror 5 to the projection optical system 8 reflect. Then, the reflected light from the micro mirrors 7-m to 7-n in the on state is projected by the projection optical system 8 onto the projection surface 101 installed parallel to the plane including the y axis and the z axis. . Here, the image size projected onto the projection surface 101 is 80 inches at maximum.

●投射光学系8の構成
投射光学系8は、DMD7からの光束を被投射面101に投射する光学系である。
Configuration of Projection Optical System 8 The projection optical system 8 is an optical system that projects the light flux from the DMD 7 onto the projection surface 101.

図8に示すように、投射光学系8は、鏡筒10と、投射レンズ系81と、第1投射ミラー84と、第2投射ミラー85と、板状の平面ガラス9と、を有してなる。DMD7から投射光学系8に向かって反射された光束は、投射光学系8から被投射面101に投射される。DMD7の中心で反射して投射光学系8を介して被投射面101に向かう中心光線201は、平面ガラス9に入射角をもって入射する。入射角は、0度よりも大きい。鏡筒10は、投射レンズ系81を保持している。   As shown in FIG. 8, the projection optical system 8 has a lens barrel 10, a projection lens system 81, a first projection mirror 84, a second projection mirror 85, and a flat glass plate 9 in the form of a plate. Become. The light beam reflected from the DMD 7 toward the projection optical system 8 is projected from the projection optical system 8 onto the projection surface 101. The central ray 201 reflected at the center of the DMD 7 and directed to the projection surface 101 through the projection optical system 8 is incident on the flat glass 9 at an incident angle. The angle of incidence is greater than 0 degrees. The lens barrel 10 holds a projection lens system 81.

図9は、投射光学系8の投射レンズ系81の構成を示す光学配置図である。投射レンズ系81は、投射レンズ811、投射レンズ812、投射レンズ813、投射レンズ814、投射レンズ815、投射レンズ816、投射レンズ817、投射レンズ818、投射レンズ819、投射レンズ820、および投射レンズ821の11枚のレンズで構成されている。投射レンズ系81の入射端は、投射レンズ811である。また、投射レンズ系81の出射端は、投射レンズ821である。   FIG. 9 is an optical layout diagram showing the configuration of the projection lens system 81 of the projection optical system 8. The projection lens system 81 includes a projection lens 811, a projection lens 812, a projection lens 813, a projection lens 814, a projection lens 815, a projection lens 816, a projection lens 817, a projection lens 818, a projection lens 819, a projection lens 820, and a projection lens 821. It consists of 11 lenses. The incident end of the projection lens system 81 is a projection lens 811. Further, the emission end of the projection lens system 81 is a projection lens 821.

投射レンズ系81の光軸は、y軸方向に向いている。また、被投射面101は、投射レンズ系81の光軸と平行に設置されている。また、第1投射ミラー84と第2投射ミラー85とは、投射レンズ系81を透過した光束を被投射面101に向けて投射するように配置されている。   The optical axis of the projection lens system 81 is directed in the y-axis direction. Further, the projection surface 101 is disposed in parallel to the optical axis of the projection lens system 81. The first projection mirror 84 and the second projection mirror 85 are arranged to project the light flux transmitted through the projection lens system 81 toward the projection surface 101.

表3は、投射レンズ系81の仕様を示す。   Table 3 shows the specifications of the projection lens system 81.

表3において、面番号に該当する面の曲率半径をR、隣り合う面相互の間隔をd、各レンズのD線に対する屈折率をnd、各レンズのアッベ数をνdとする。投射レンズ811と投射レンズ820と投射レンズ821とは、両側の面がともに非球面のレンズである。   In Table 3, the radius of curvature of the surface corresponding to the surface number is R, the distance between adjacent surfaces is d, the refractive index to the D line of each lens is nd, and the Abbe number of each lens is vd. The projection lens 811, the projection lens 820, and the projection lens 821 are lenses with both aspheric surfaces.

表4は、投射レンズ811と投射レンズ820と投射レンズ821との非球面係数を示す。投射レンズ811と投射レンズ820と投射レンズ821との非球面レンズの非球面形状は、上述の数式1で定義されるローカル座標系を用いた非球面式と、表4に示す非球面係数で表される。   Table 4 shows the aspheric coefficients of the projection lens 811, the projection lens 820 and the projection lens 821. The aspheric surface shape of the aspheric lens of the projection lens 811, the projection lens 820 and the projection lens 821 is represented by the aspheric surface equation using the local coordinate system defined by the equation 1 described above and the aspheric surface coefficients shown in Table 4 Be done.

なお、投射光学系8は、投射レンズ系81の光軸が被投射面101に対して略垂直に配置される構成にも適用することができる。   The projection optical system 8 can also be applied to a configuration in which the optical axis of the projection lens system 81 is substantially perpendicular to the projection surface 101.

図2などに示すように、第1投射ミラー84は、投射レンズ系81からの光束を第2投射ミラー85に向けて反射する。   As shown in FIG. 2 and the like, the first projection mirror 84 reflects the light flux from the projection lens system 81 toward the second projection mirror 85.

図10は、投射光学系8が有する第2投射ミラー85を示す斜視図である。第2投射ミラー85は、反射面に自由曲面が形成されている。第2投射ミラー85の反射面に形成された自由曲面により、被投射面101に投射される画像の上下左右の歪みが矯正される。   FIG. 10 is a perspective view showing a second projection mirror 85 of the projection optical system 8. The second projection mirror 85 has a free-form surface formed on the reflection surface. The free curved surface formed on the reflection surface of the second projection mirror 85 corrects the distortion of the image projected on the projection surface 101 in the vertical and horizontal directions.

自由曲面とは、任意のY方向の位置にてX方向の位置に応じたX方向の曲率が一定ではなく、任意のX方向の位置にてY方向の位置に応じたY方向の曲率が一定ではないアナモフィック面のことをいう。   In the free-form surface, the curvature in the X direction according to the position in the X direction is not constant at any position in the Y direction, and the curvature in the Y direction according to the position in the Y direction is constant at any position in the X direction Not an anamorphic surface.

図11において、Y=0の位置において、レンズ面位置(X,Y)=(0,0)とレンズ面位置(X,Y)=(−X1,0)、レンズ面位置(X,Y)=(+X1,0)とでそれぞれX方向の曲率は異なる。また、X=0の位置にて、レンズ面位置(X,Y)=(0,0)とレンズ面位置(X,Y)=(0,−Y2)とでY方向の曲率は異なる。   In FIG. 11, at the position of Y = 0, the lens surface position (X, Y) = (0, 0), the lens surface position (X, Y) = (− X1, 0), the lens surface position (X, Y) The curvature in the X direction is different with = (+ X1, 0). Also, at the position of X = 0, the curvature in the Y direction is different between the lens surface position (X, Y) = (0, 0) and the lens surface position (X, Y) = (0, -Y2).

レンズ面位置(X,Y)=(0,0)においてX方向とY方向との曲率が異なる。レンズ面位置(X,Y)=(0,−Y2)においてもX方向とY方向との曲率が異なる。   The curvatures of the X direction and the Y direction are different at the lens surface position (X, Y) = (0, 0). The curvatures of the X direction and the Y direction are different also at the lens surface position (X, Y) = (0, -Y2).

表5は、第2投射ミラー85の反射面の形状を示す非球面係数を示す表である。第2投射ミラー85の反射面は、図10に示すようにローカル座標系(x’y’z’系)原点をO’とするとき、数式3で定義される非球面式と表5の非球面係数を用いて表される非球面に形成される。   Table 5 is a table which shows the aspherical coefficient which shows the shape of the reflective surface of the 2nd projection mirror 85. FIG. When the origin of the local coordinate system (x'y'z 'system) is O' as shown in FIG. It is formed into an aspheric surface represented using a spherical coefficient.

(数式3)
(Equation 3)

表6は、投射光学系8を構成する投射レンズ系81および第2投射ミラー85以外の光学部品の仕様を示す。表6中の絞り1と絞り2と絞り3とは、図において省略した。   Table 6 shows the specifications of optical components other than the projection lens system 81 and the second projection mirror 85 that constitute the projection optical system 8. The diaphragm 1, the diaphragm 2 and the diaphragm 3 in Table 6 are omitted in the figure.

表7は、被投射面101に投射される画面サイズが43インチの場合における投射光学系8の光学部品の配置座標を示す。   Table 7 shows arrangement coordinates of optical components of the projection optical system 8 when the screen size to be projected onto the projection surface 101 is 43 inches.

同表に示すように、画像表示装置100は、投射光が被投射面101に向かって斜め上方に投射するように構成されている。   As shown in the table, the image display apparatus 100 is configured to project the projection light obliquely upward toward the projection surface 101.

平面ガラス9は、光路中において第2投射ミラー85の後方に配置されている。本実施の形態において、平面ガラス9は、第1投射ミラー84と第2投射ミラー85との上端に近接してx軸とz軸を含む面に平行に配置されている。平面ガラス9は、画像表示装置100が組み込まれている筐体の上端開口に嵌め込まれている。この構成により、画像表示装置内部の防塵をすることができる。   The flat glass 9 is disposed behind the second projection mirror 85 in the light path. In the present embodiment, the flat glass 9 is disposed close to the upper ends of the first projection mirror 84 and the second projection mirror 85 and in parallel to a plane including the x axis and the z axis. The flat glass 9 is fitted into the upper end opening of the housing in which the image display device 100 is incorporated. With this configuration, the inside of the image display apparatus can be dustproofed.

●DMD7と第2照明ミラー5との位置関係
図12は、DMD7の有効領域とライトトンネル2の開口の頂点から投射された後第2照明ミラー5によりDMD7に投射された光束の照射領域との関係を示す模式図である。
Positional relationship between the DMD 7 and the second illumination mirror 5 FIG. 12 shows the effective area of the DMD 7 and the irradiation area of the light beam projected onto the DMD 7 by the second illumination mirror 5 after being projected from the top of the opening of the light tunnel 2. It is a schematic diagram which shows a relationship.

ここで、ライトトンネル2の出射端22の開口の頂点(四隅の各点)から投射された光束のxz平面に平行でありy=0の位置に配置された仮想面における集光点を、それぞれ集光点P1、点P2、点P3、点P4とする。換言すれば、集光点P1〜P4の位置は、ライトトンネル2の出射端22の開口の四隅の各点から投射された光束の、DMD7の反射面と同一平面上の仮想面における重心座標位置である。   Here, the light condensing point in the virtual plane parallel to the xz plane of the light flux projected from the vertex (each point of the four corners) of the opening of the light emitting end 22 of the light tunnel 2 is arranged respectively It is assumed that a condensing point P1, a point P2, a point P3 and a point P4. In other words, the positions of the condensing points P1 to P4 are the barycentric coordinate positions of the light beams projected from the four corners of the opening of the light emitting end 22 of the light tunnel 2 in the virtual plane on the same plane as the reflection surface of the DMD 7. It is.

図12に示すように、集光点P1〜P4を仮想的に線で結んだときに形成される形状は、歪んだ矩形形状となる。   As shown in FIG. 12, the shape formed when the condensing points P1 to P4 are virtually connected by a line is a distorted rectangular shape.

一般的に、レンズやミラーなどの光学素子を3次元空間に偏心して配置された照明光学系は、ライトトンネルの開口形状が矩形であっても、DMD上の結像形状が開口形状に対応した完全な矩形から変形した歪んだ矩形形状となる。   Generally, in an illumination optical system in which optical elements such as lenses and mirrors are disposed eccentrically in a three-dimensional space, the imaging shape on the DMD corresponds to the opening shape even if the light tunnel opening shape is rectangular. It becomes a distorted rectangular shape deformed from a complete rectangle.

DMD損失のうち、DMD投射光束とDMD7の位置との調整マージンを確保するために、DMD投射光束を小さくすることは得策ではない。そこで、DMD損失を抑え、DMDでの光利用効率を向上するためには、DMD投射光束の歪みを無くし、DMD投射光束をできるだけDMD7の有効領域に相似形状にすることが有効である。そこで、画像表示装置100では、第2照明ミラー5の反射面にトロイダル面を採用する。   Among the DMD losses, it is not a good idea to make the DMD projected light flux smaller in order to secure an adjustment margin between the DMD projected light flux and the position of the DMD 7. Therefore, in order to suppress the DMD loss and improve the light utilization efficiency in the DMD, it is effective to eliminate distortion of the DMD projection light flux and to make the DMD projection light flux as similar as possible to the effective area of the DMD 7. Therefore, in the image display device 100, a toroidal surface is adopted as the reflection surface of the second illumination mirror 5.

第2照明ミラー5のDMD7に対する回転角γは、微小ミラー群7−1〜7−kの回転軸z’方向の配光角度分布が、回転軸z’に直交する方向の配光角度分布よりも小さくなる位置に設定される。ここで、第2照明ミラー5の回転角γの回転軸は、第2照明ミラー5の面頂点からの法線である。また、DMD7の回転角γは0度である。   The rotation angle γ of the second illumination mirror 5 with respect to the DMD 7 is based on the light distribution angle distribution in the direction orthogonal to the rotation axis z ′ in the light distribution angle distribution in the rotation axis z ′ direction of the micro mirror groups 7-1 to 7-k. Is set to a smaller position. Here, the rotation axis of the rotation angle γ of the second illumination mirror 5 is a normal from the surface vertex of the second illumination mirror 5. Further, the rotation angle γ of the DMD 7 is 0 degree.

●受光器上の照度分布
次に、受光器上の照度分布を、シミュレーション結果を用いて説明する。図13に示す受光器701は、投射光学系8への反射光を解析するための、シミュレーション上の仮想的な素子である。
Next, the illuminance distribution on the light receiver will be described using simulation results. A light receiver 701 shown in FIG. 13 is a virtual element on simulation for analyzing the reflected light to the projection optical system 8.

なお、図13〜図16のシミュレーションは、米国ORA社のLightTools(登録商標)を用いて実施した。また、シミュレーションに使用した光源は、フィリップス社の高圧水銀ランプUHP 240-190W 0.8 E20.9 FusionStarである。   The simulation in FIGS. 13 to 16 was performed using LightTools (registered trademark) manufactured by ORA Corporation. The light source used for the simulation is a Philips high pressure mercury lamp UHP 240-190W 0.8 E20.9 FusionStar.

図13は、ライトトンネル2の出射口の開口中心(x、y、z)=(-8.818、19.025、-30.897)に配置された点光源から発した光束700の光線図である。図13には、ライトトンネル2とDMD7以外の光学素子の図示は、省略されている。図13の受光器701は、投射レンズ811の入射面位置(x、y、z)=(5.630、42.080、0)の仮想面上に配置されている。   FIG. 13 is a ray diagram of a light flux 700 emitted from a point light source disposed at the opening center (x, y, z) = (-8.818, 19.025, -30. 897) of the exit of the light tunnel 2. Illustration of optical elements other than the light tunnel 2 and the DMD 7 is omitted in FIG. The light receiver 701 in FIG. 13 is disposed on a virtual plane of the incident plane position (x, y, z) = (5.630, 42.080, 0) of the projection lens 811.

図13に示すように、受光器701の受光面は、光束700の主光線に対して垂直に配置されている。ローカル座標系x’z’は、(x、y、z)=(5.630、42.080、0)を原点とし、x’軸はx=zの直線の方向、z’軸はx’軸と直交する方向になっている。   As shown in FIG. 13, the light receiving surface of the light receiver 701 is disposed perpendicularly to the chief ray of the light beam 700. The local coordinate system x'z 'has (x, y, z) = (5.630, 42.080, 0) as the origin, the x' axis is the direction of the x = z straight line, and the z 'axis is orthogonal to the x' axis It is in the direction.

図14は、ライトトンネル2の出射端22の開口中央に配置された点光源から発した光線の投射レンズ系81の入射端の仮想面に配置された受光器701上の照度分布を示すグラフである。ここで、図14のグラフの縦軸は、受光器701の受光面上の最大照度を1として規格化した規格化照度である。第2照明ミラー5の回転角γは、設計中央値(γ=-81.310度)となっている。なお、照度分布は、グラフと、規格化照度が0の直線とが交わる絶対値が大きいほど、照度分布が広がっていることを示す。   FIG. 14 is a graph showing an illuminance distribution on a light receiver 701 disposed on a virtual plane of the incident end of the projection lens system 81 of a light beam emitted from a point light source disposed at the opening center of the emission end 22 of the light tunnel 2 is there. Here, the vertical axis of the graph of FIG. 14 is the normalized illuminance normalized with the maximum illuminance on the light receiving surface of the light receiver 701 as one. The rotation angle γ of the second illumination mirror 5 is a designed median (γ = −81.310 degrees). The illuminance distribution indicates that the illuminance distribution is wider as the absolute value at which the graph intersects with the straight line with zero normalized illuminance is larger.

図14に示すように、z’軸方向の照度分布は、x’軸方向の照度分布より広がっている。つまり、x’軸方向の配光角度分布が、z’軸方向の配光角度分布よりも小さくなっている。   As shown in FIG. 14, the illuminance distribution in the z'-axis direction is wider than the illuminance distribution in the x'-axis direction. That is, the light distribution angular distribution in the x 'axis direction is smaller than the light distribution angular distribution in the z' axis direction.

光源1のリフレクタ401から放射される光束は光軸(z軸)に対して略対称で等方的である。したがって、DMD7を構成する複数の微小ミラーが第1の方向に反射した光束は、反射した光束のx’軸方向の配光角度分布がz’軸方向の配光角度分布よりも小さくなるように設定される。   The luminous flux emitted from the reflector 401 of the light source 1 is approximately symmetrical and isotropic with respect to the optical axis (z axis). Therefore, in the light fluxes reflected by the plurality of micro mirrors constituting the DMD 7 in the first direction, the light distribution angular distribution in the x 'axis direction of the reflected light flux is smaller than the light distribution angular distribution in the z' axis direction It is set.

図15は、第2照明ミラー5の回転角γを,設計中央値(γ=-81.310度)から±90度回転させた状態(γ=8.640度あるいはγ=−171.310度)において,図13と同様に受光器701上の規格化照度分布を算出したものである。   FIG. 15 shows a state where the rotation angle γ of the second illumination mirror 5 is rotated ± 90 degrees from the design median value (γ = −81.310 degrees) (γ = 8.640 degrees or γ = −171.310 degrees) In the same manner as in FIG. 13, the normalized illuminance distribution on the light receiver 701 is calculated.

図15の状態では、図14とは異なり、x’軸方向の照度分布は、z’軸方向の照度分布より広がっている。つまり、z’軸方向の照明光学系の配光角度分布が、x’軸方向の配光角度分布よりも大きくなっている。   In the state of FIG. 15, unlike in FIG. 14, the illuminance distribution in the x ′ axis direction is wider than the illuminance distribution in the z ′ axis direction. That is, the light distribution angle distribution of the illumination optical system in the z 'axis direction is larger than the light distribution angle distribution in the x' axis direction.

すなわち、第2照明ミラー5の回転角γを調整することによって、DMD7を構成する複数の微小ミラーが第1の方向に反射した光束のx’軸方向の配光角度分布がz’軸方向の配光角度分布よりも小さくなるように設定することができる。   That is, by adjusting the rotation angle γ of the second illumination mirror 5, the light distribution angular distribution in the x 'axis direction of the light flux reflected in the first direction by the plurality of micro mirrors constituting the DMD 7 is in the z' axis direction It can be set to be smaller than the light distribution angle distribution.

●仮想平面上の多角形とDMD7の有効領域17との関係
仮想面上で点P1、点P2、点P3および点P4を結んで形成される多角形Γと、DMD7の有効領域と、の関係について説明する。
The relationship between the polygon on the virtual plane and the effective area 17 of the DMD 7 The relationship between the effective area of the DMD 7 and the polygon さ れ る formed by connecting the points P1, P2, P3 and P4 on the virtual plane Will be explained.

点P1、点P2、点P3および点P4を結んで形成される多角形Γの面積をSIとする。また、仮想面上の多角形Γ内でDMD7の有効領域17の少なくとも1つの頂点が多角形に内接するように有効領域17を相似縮小或いは相似拡大した多角形の面積をSDとする。   An area of a polygon さ れ る formed by connecting the points P1, P2, P3 and P4 is represented by SI. Further, the area of a polygon obtained by similarly reducing or expanding the effective area 17 so that at least one vertex of the effective area 17 of the DMD 7 is inscribed in the polygon in the polygon 上 の on the virtual surface is defined as SD.

図16は、第2照明ミラー5の設計中央値からの回転角γとSD/SIとの関係を示すグラフである。図16は、表2に示した第2照明ミラー5の回転角γを,設計中央値(γ=-81.310度)を基準(Δγ=0度)として−90度から+90度まで変化させたときの回転量ΔγとSD/SIとの関係を示している。   FIG. 16 is a graph showing the relationship between the rotation angle γ from the design median of the second illumination mirror 5 and SD / SI. FIG. 16 changes the rotation angle γ of the second illumination mirror 5 shown in Table 2 from −90 degrees to +90 degrees with reference to the design median (γ = −81.310 degrees) (Δγ = 0 degrees). The relationship between the amount of rotation Δγ and the SD / SI is shown.

図中のグラフは,それぞれ第2照明ミラー5の反射面の曲率半径Rx,Ryを,R=Rx=Ryの球面とし,それぞれR=Rx,R=Ry,R=(Rx+Ry)/2とした場合のグラフを示している。同グラフは、第2照明ミラー5の反射面をトロイダル面とすることで、SD/SIが最大になる回転角γが見出せることを示す。SD/SIは、Δγ=0において最大になっており、DMD7での光利用効率も最大になる。   In the graph in the figure, the radii of curvature Rx and Ry of the reflection surface of the second illumination mirror 5 are respectively spherical surfaces with R = Rx = Ry, and R = Rx, R = Ry, R = (Rx + Ry) / 2. The graph shows the case of. The graph shows that by making the reflection surface of the second illumination mirror 5 a toroidal surface, it is possible to find a rotation angle γ at which SD / SI is maximized. SD / SI is maximized at Δγ = 0, and the light utilization efficiency of the DMD 7 is also maximized.

したがって、第2照明ミラー5の回転角γを前述の設定にすることで、DMD投射光束を有効領域17の形状に近づけることができる。すなわち、DMD7での光利用効率を向上することができる。   Therefore, by setting the rotation angle γ of the second illumination mirror 5 as described above, it is possible to make the DMD projection light flux approach the shape of the effective area 17. That is, the light utilization efficiency of the DMD 7 can be improved.

図17は、DMD7上の照度分布を光線追跡により計算した結果を示すグラフである。図17において、黒線で囲まれた領域がDMDの有効領域17である。また、照度分布は、領域内最大照度を1、すなわち100%として規格化して表示している。   FIG. 17 is a graph showing the results of calculation of the illuminance distribution on the DMD 7 by ray tracing. In FIG. 17, the area surrounded by the black line is the effective area 17 of the DMD. In addition, the illuminance distribution is displayed by normalizing the maximum illuminance in the area as 1, that is, 100%.

有効領域17のANSI(American National Standards Institute)9点(有効領域17を縦横均等サイズに9分割した際の各領域の中心の照度)の平均値は89.3%である。つまり、有効領域17の照度分布は、均一な分布になっていることを示している。   The average value of 9 points of ANSI (American National Standards Institute) of the effective area 17 (the illuminance at the center of each area when the effective area 17 is divided into 9 equal size in vertical and horizontal directions) is 89.3%. That is, the illuminance distribution of the effective area 17 indicates that the distribution is uniform.

●平面ガラス9への入射角度と被投射面101の照度の関係
図22は、平面ガラス9に入射する光束の入射角を、光束が被投射面101に入射したときの入射位置に対応づけて示す図である。中心光線201が平面ガラス9に入射する入射角は、26.2°である。被投射面101に入射方向から見て右上端および左上端に入射する光線が平面ガラス9に入射する入射角は36.5°、被投射面101の右下端および左下端に入射する光線が平面ガラス9に入射する入射角は80.2°である。言い換えれば、被投射面101を上半分の第1領域1011と下半分の第2領域1012に2分したとき、第1領域1011に入射する光束が平面ガラス9へ入射する入射角度は、第2領域1012に入射する光束が平面ガラス9へ入射する入射角度より小さい。一般的に、被投射面101上における位置によって平面ガラス9に入射する角度は、20°弱から約80°と広範囲なものになる。
Relationship Between Incident Angle to Flat Glass 9 and Illuminance of Projected Surface 101 FIG. 22 corresponds the incident angle of the light beam incident on the flat glass 9 to the incident position when the light beam is incident on the projected surface 101 FIG. The incident angle at which the central ray 201 is incident on the flat glass 9 is 26.2 °. The incident angles at which the light rays incident on the upper right end and the upper left end as viewed from the incident direction on the projection surface 101 enter the flat glass 9 is 36.5 °, and the light rays incident on the lower right end and the lower left end of the projection surface 101 are planar The incident angle to the glass 9 is 80.2 °. In other words, when the projection surface 101 is divided into the first area 1011 of the upper half and the second area 1012 of the lower half, the incident angle at which the light beam incident on the first area 1011 is incident on the flat glass 9 is the second The luminous flux incident on the area 1012 is smaller than the incident angle on the flat glass 9. Generally, depending on the position on the projection surface 101, the angle of incidence on the flat glass 9 is as wide as less than 20 ° to about 80 °.

平面ガラス9への光線入射角度は、被投射面101の中央から左右下隅に近づくにしたがって大きくなり、左右下隅に向かう光線が平面ガラス9に入射する入射角は80°以上になる。一般に、光学素子への入出射角度が大きくなるほど透過率が低下するため、被投射面101の上半分の領域に向かう光線よりも、下半分に向かう光線の透過損失が大きくなる。また、被投射面101の左右下隅では、平面ガラス9による透過損失により照度低下が発生しやすい。   The light beam incident angle to the flat glass 9 becomes larger as it approaches the lower left and right corners from the center of the projection surface 101, and the light incident angle to the flat glass 9 toward the lower left and right corners becomes 80 ° or more. Generally, the transmittance decreases as the incident / exit angle to the optical element increases, so that the transmission loss of the light traveling to the lower half is larger than the light traveling to the region of the upper half of the projection surface 101. In the lower left and right corners of the projection surface 101, the transmission loss by the flat glass 9 tends to reduce the illuminance.

しかしながら、第2照明ミラー5は、第1領域1011に入射する光束のDMD7の反射面における平均照度をL1、第2領域1012に入射する光束のDMD7の反射面における平均照度をL2とするとき、L1<L2となる位置に配置されている。平均照度は、図17における照度分布の領域内の平均を示す。   However, when the second illumination mirror 5 sets the average illuminance on the reflective surface of the DMD 7 of the luminous flux incident on the first region 1011 to L1, and the average illuminance on the reflective surface of the DMD 7 on the luminous flux incident on the second region 1012, L2. It is disposed at a position where L1 <L2. The average illuminance indicates the average in the area of the illuminance distribution in FIG.

図23に示すように、第1領域1011(図17における−x側の有効域)の平均照度L1は、86.2%である。第2領域1012(図17における+x側の有効域)の平均照度L2は、91.4%である。第2照明ミラー5の回転角γを前述の設定にすることで、L1<L2の関係にすることができる。すなわち、第2照明ミラー5の回転角γを調整することで、平面ガラス9が投射光学系8の下流に配置されることにより生じる第2領域1012における光線の透過損失の増大を抑えることができる。   As shown in FIG. 23, the average illuminance L1 of the first area 1011 (effective area on the −x side in FIG. 17) is 86.2%. The average illuminance L2 of the second area 1012 (effective area on the + x side in FIG. 17) is 91.4%. By setting the rotation angle γ of the second illumination mirror 5 as described above, the relationship of L1 <L2 can be established. That is, by adjusting the rotation angle γ of the second illumination mirror 5, it is possible to suppress an increase in the transmission loss of the light beam in the second region 1012 caused by the flat glass 9 being disposed downstream of the projection optical system 8. .

図24は、図17における照度分布のうち被投射面101に向かって垂直および水平に分割した各領域の平均照度を示す図である。左上の領域A1013の平均照度LAは85.5%、右上の領域B1014の平均照度LBは87.1%である。左下の領域C1015の平均照度LCは91.5%、右下の領域D1016の平均照度LDは91.6%である。LCとLDの差はほぼ等しくなっている。すなわち、第2照明ミラー5の回転角γを調整することで、平面ガラス9が投射光学系8の下流に配置されることにより生じる領域C1012における光線の透過損失の増大を抑えることができる。言い換えれば、左右でバランスのとれた均一な照度分布にすることができる。   FIG. 24 is a view showing the average illuminance of each of the regions divided vertically and horizontally toward the projection surface 101 in the illuminance distribution in FIG. The average illuminance LA of the upper left region A1013 is 85.5%, and the average illuminance LB of the upper right region B1014 is 87.1%. The average illuminance LC of the lower left region C1015 is 91.5%, and the average illuminance LD of the lower right region D1016 is 91.6%. The difference between LC and LD is approximately equal. That is, by adjusting the rotation angle γ of the second illumination mirror 5, it is possible to suppress an increase in the transmission loss of the light beam in the area C 1012 caused by the flat glass 9 being disposed downstream of the projection optical system 8. In other words, it is possible to obtain uniform illuminance distribution balanced on the left and right.

以上説明した実施の形態によれば、第2照明ミラー5の回転角γを調整することでDMD7での光利用効率を調整することができる。すなわち、簡易な構成により被投射面を明るく、かつ均一に照明することができる。   According to the embodiment described above, the light use efficiency in the DMD 7 can be adjusted by adjusting the rotation angle γ of the second illumination mirror 5. That is, the projection surface can be illuminated brightly and uniformly by a simple configuration.

●画像表示装置(2)●
次に、本発明にかかる画像表示装置の別の実施の形態について、先に説明した実施の形態と異なる部分を中心に説明する。本実施の形態は、第2照明ミラーの反射面が面頂点からの法線に対して回転非対称の、多項式で表される非球面である点において、これまでに説明した実施の形態と異なる。
● Image display device (2) ●
Next, another embodiment of the image display device according to the present invention will be described focusing on differences from the above-described embodiment. The present embodiment differs from the embodiments described above in that the reflection surface of the second illumination mirror is an aspheric surface represented by a polynomial that is rotationally asymmetric with respect to the normal from the surface vertex.

図18に示すように、第2照明ミラー205の反射面は面頂点からの法線に対して回転非対称の多項式非球面である。この面は、ローカル座標系(x’、y’、z’系)原点をO’とするとき、数式3で定義される非球面式と、表8に記載の曲率半径Rと非球面係数を用いて表される非球面である。表9は、光源1からDMD7に至る、照明光学系18の部品仕様を示す。表10は、照明光学系18を構成する各光学部品の位置座標を示す。   As shown in FIG. 18, the reflection surface of the second illumination mirror 205 is a polynomial aspheric surface rotationally asymmetric with respect to the normal from the surface vertex. This surface has the aspheric surface equation defined by Equation 3 and the curvature radius R and the aspheric surface coefficient described in Table 8 when the local coordinate system (x ', y', z 'system) origin is O'. It is an aspheric surface expressed using. Table 9 shows component specifications of the illumination optical system 18 from the light source 1 to the DMD 7. Table 10 shows the position coordinates of each optical component that constitutes the illumination optical system 18.








図19に示すように、投射レンズ系の入射端の仮想面に配置された受光器上におけるz’軸方向の照度分布は、x’軸方向の照度分布より広がっている。つまり、x’軸方向の配光角度分布はz’軸方向の配光角度分布より小さい。   As shown in FIG. 19, the illuminance distribution in the z'-axis direction on the light receiver disposed on the virtual plane at the incident end of the projection lens system is wider than the illuminance distribution in the x'-axis direction. That is, the light distribution angular distribution in the x 'axis direction is smaller than the light distribution angular distribution in the z' axis direction.

図20に示すように、第2照明ミラー205の回転角γを設計中央値から90度回転した状態において、x’軸方向の照度分布は、z’軸方向の照度分布より広がっている。つまり、z’軸方向の配光角度分布はx’軸方向の配光角度分布より小さい。DMD7を構成する複数の微小ミラーが第1の方向に反射した光束のx’軸方向の配光角度分布が、z’軸方向の配光角度分布よりも小さくなるように設定されている。   As shown in FIG. 20, in the state where the rotation angle γ of the second illumination mirror 205 is rotated by 90 degrees from the designed median value, the illuminance distribution in the x ′ axis direction is wider than the illuminance distribution in the z ′ axis direction. That is, the light distribution angular distribution in the z 'axis direction is smaller than the light distribution angular distribution in the x' axis direction. The light distribution angular distribution in the x'-axis direction of the light fluxes reflected by the plurality of micro mirrors constituting the DMD 7 in the first direction is set to be smaller than the light distribution angular distribution in the z'-axis direction.

図21は、DMD7上の照度分布を光線追跡により計算した結果を示す模式図である。黒線で囲まれた領域がDMDの有効領域17である。また、照度分布は、領域内最大照度を1、すなわち100%として規格化して表示している。本実施形態においてもDMD投射光束を有効領域17の形状に近づけることができる。すなわち、DMD7での光利用効率を向上することができる。   FIG. 21 is a schematic view showing a result of calculation of illuminance distribution on the DMD 7 by ray tracing. The area surrounded by the black line is the effective area 17 of the DMD. In addition, the illuminance distribution is displayed by normalizing the maximum illuminance in the area as 1, that is, 100%. Also in the present embodiment, the DMD projection light flux can be made close to the shape of the effective area 17. That is, the light utilization efficiency of the DMD 7 can be improved.

有効領域17のANSI9点(有効領域17を縦横均等サイズに9分割した際の各領域の中心の照度)の平均値は89.7%である。つまり、有効領域17の照度分布は、均一な分布になっていることを示している。   The average value of the ANSI 9 points of the effective area 17 (the illuminance at the center of each area when the effective area 17 is equally divided into 9 in vertical and horizontal directions) is 89.7%. That is, the illuminance distribution of the effective area 17 indicates that the distribution is uniform.

以上説明した本発明の第2の実施形態によれば、第2照明ミラー205の反射面を軸非対称の多項式非球面とし、図20に示したような特性を持たせることで、DMD投射光束の大きさと形状をDMD7の有効領域17に近づけることができる。すなわち、DMD損失が抑制され、簡易な構成により被投射面を明るく照明することができる。   According to the second embodiment of the present invention described above, the reflection surface of the second illumination mirror 205 is made axisymmetric polynomial aspheric, and the DMD projection light flux can be obtained by providing the characteristic as shown in FIG. The size and shape can be made close to the effective area 17 of the DMD 7. That is, the DMD loss is suppressed, and the projection surface can be brightly illuminated with a simple configuration.

なお、第2の実施形態で示した第2照明ミラーの反射面は、数式3で表される軸非対称の、多項式で表される非球面であったが、反射面形状はこれに限るものではなく、例えば多項式非球面係数を有する湾曲トロイダル面などのアナモルフィック面であってもよい。   In addition, although the reflective surface of the 2nd illumination mirror shown in 2nd Embodiment was an aspheric surface represented by a polynomial of the axis asymmetrical represented by Numerical formula 3, the reflective surface shape is limited to this Instead, it may be an anamorphic surface such as a curved toroidal surface having a polynomial aspheric coefficient, for example.

以上説明した実施の形態は、投射型の画像表示装置であった。しかし、本発明にかかる画像表示装置は、これ以外の、パーソナルコンピュータ、テレビジョン、DVDプレーヤなどの映像再生装置からの映像信号を表示するためのプロジェクタなどにも適用可能である。   The embodiment described above is a projection type image display apparatus. However, the image display device according to the present invention is also applicable to a projector for displaying a video signal from a video reproduction device such as a personal computer, a television, a DVD player and the like.

1 光源
2 ライトトンネル
3 レンズ
4 第1照明ミラー
5 第2照明ミラー
7 DMD
8 投射光学系
18 照明光学系
81 投射レンズ系
84 第1投射ミラー
85 第2投射ミラー
100 画像表示装置
101 被投射面
200 照明装置
1 light source 2 light tunnel 3 lens 4 first illumination mirror 5 second illumination mirror 7 DMD
Reference Signs List 8 projection optical system 18 illumination optical system 81 projection lens system 84 first projection mirror 85 second projection mirror 100 image display device 101 projection surface 200 illumination device

特開2004−184626号公報JP, 2004-184626, A 特開2002−268010号公報Japanese Patent Application Publication No. 2002-268010

Claims (11)

光源と、
前記光源からの光束により複数の上記光源の像による2次光源を形成する光ミキシング素子と、
前記複数の2次光源からの光束を光変調素子に投射する照明光学系と、
を有する照明装置であって、
前記照明光学系は、アナモルフィック面を有する光学素子を備え、
前記光学素子は、前記アナモルフィック面の面頂点からの法線を回転軸として、前記光変調素子に対して回転した位置にあり、
前記光変調素子で反射される光束は、前記反射される光束を被投射面に投射する投射光学系が設けられている方向に反射される第1光束を含んでいて、
前記アナモルフィック面の面頂点からの法線を前記光学素子の回転軸とした前記光変調素子に対する前記光学素子の回転角は、前記投射光学系の前記第1光束の入射端において、前記光変調素子が備える複数の微小ミラーの回転軸方向の前記第1光束の配光角度分布が、前記微小ミラーの回転軸に直交する方向の前記第1光束の配光角度分布よりも小さくなる角度である、
ことを特徴とする照明装置。
Light source,
A light mixing element that forms a secondary light source by an image of a plurality of the light sources by a light flux from the light source;
An illumination optical system for projecting a light flux from the plurality of secondary light sources onto a light modulation element;
A lighting device having
The illumination optical system comprises an optical element having an anamorphic surface,
The optical element, as a rotation axis normal from the vertex of said anamorphic surface, Ri position near rotated relative to the optical modulator,
The luminous flux reflected by the light modulation element includes a first luminous flux reflected in the direction in which a projection optical system that projects the reflected luminous flux onto a projection surface is provided.
The rotation angle of the optical element with respect to the light modulation element with the normal axis from the top of the anamorphic surface as the rotation axis of the optical element is the light at the incident end of the first light beam of the projection optical system The light distribution angular distribution of the first light flux in the direction of the rotation axis of the plurality of micro mirrors included in the modulation element is smaller than the light distribution angular distribution of the first light flux in the direction orthogonal to the rotation axis of the micro mirror is there,
A lighting device characterized by
前記光学素子は、ミラーである、請求項1記載の照明装置。 Wherein the optical element is a mirror, according to claim 1 Symbol mounting lighting device. 前記アナモルフィック面は、トロイダル面である、請求項1または2記載の照明装置。 The lighting device according to claim 1 , wherein the anamorphic surface is a toroidal surface . 前記アナモルフィック面の面頂点からの法線を前記光学素子の回転軸とした前記光変調素子に対する前記光学素子の回転角は、前記光変調素子に照射される光束に対する前記光変調素子の有効領域からの反射光束が最大となる角度に設定されている、請求項1乃至3のいずれかに記載の照明装置。 The rotation angle of the optical element with respect to the light modulation element with the normal axis from the top of the anamorphic surface as the rotation axis of the optical element is effective for the light modulation element with respect to the light beam irradiated to the light modulation element. light beam reflected from the region is set to an angle of maximum illumination device according to any one of claims 1 to 3. 前記アナモルフィック面は、面頂点からの法線に対して非対称の、多項式で表される非球面である、請求項1乃至4のいずれかに記載の照明装置。 The anamorphic surface is asymmetrical with respect to the normal line from the surface vertex, Ru aspheric der represented by a polynomial, the lighting device according to any one of claims 1 to 4. 前記光ミキシング素子の頂点から投射される光束の前記光変調素子の反射面と同一平面上の仮想面における集光点を結んで形成される多角形の面積をSIとし、
前記多角形内で前記光変調素子の有効領域の少なくとも1つの頂点が前記多角形に内接するように前記有効領域を相似縮小あるいは相似拡大した多角形の面積をSDとするとき、
前記回転角は、SD/SIが最大となる角度に設定されている、請求項1乃至のいずれかに記載の照明装置。
An area of a polygon formed by connecting a light condensing point on an imaginary plane on the same plane as the reflection surface of the light modulation element of the light flux projected from the vertex of the light mixing element is represented by SI.
When an area of a polygon in which the effective area is similarly reduced or expanded so that at least one vertex of the effective area of the light modulation element is inscribed in the polygon in the polygon is SD,
The angle of rotation, that is set to an angle SD / SI is maximized, the lighting device according to any one of claims 1 to 5.
前記照明光学系は、レンズ系と、平面ミラーと、を有し、
前記光ミキシング素子から前記光変調素子に向かう光束の光路中に、前記レンズ系と、前記平面ミラーと、前記光学素子が、この順に配置されている、請求項1乃至6のいずれかに記載の照明装置。
The illumination optical system includes a lens system and a flat mirror,
In the optical path of the light beam directed to the optical modulator from the light mixing element, said lens system, and the plane mirror, said optical elements are arranged in this order, according to any one of claims 1 to 6 Lighting device.
前記レンズ系は、1枚のレンズで構成されている、請求項記載の照明装置。 The illumination device according to claim 7 , wherein the lens system is configured of one lens . 照明装置と、
前記照明装置からの光が投射光学系の方向に反射される光変調素子と、
前記光変調素子からの光束を被投射面に投射する投射光学系と、
を有する画像表示装置であって、
前記照明装置は、請求項1乃至8のいずれかに記載の照明装置である、
ことを特徴とする画像表示装置
A lighting device,
A light modulation element in which light from the lighting device is reflected in the direction of the projection optical system;
A projection optical system that projects a light flux from the light modulation element onto a projection surface;
An image display device having
The lighting device is a lighting device according to any one of claims 1 to 8,
An image display apparatus characterized by
前記投射光学系は、前記光変調素子から前記被投射面に向かう光束の光路中に投射レンズ系と平面ガラスをこの順に備え、
前記平面ガラスは、前記投射レンズ系を通って被投射面に向かう光線に対して斜めに配置されており、
前記被投射面を第1領域と第2領域に2分したとき、前記第1領域に入射する光束が前記平面ガラスへ入射する入射角度は、前記第2領域に入射する光束が前記平面ガラスへ入射する入射角度より小さく、
前記第1領域に入射する光束の前記光変調素子の反射面における平均照度をL1、前記第2領域に入射する光束の前記光変調素子の反射面における平均照度をL2とするとき、前記アナモルフィック面の面頂点からの法線を前記光学素子の回転軸とした前記光変調素子に対する前記光学素子の回転角は、L1<L2となる位置に配置されている、請求項9記載の画像表示装置。
The projection optical system includes a projection lens system and a flat glass in this order in the optical path of the light flux from the light modulation element toward the projection surface,
The flat glass is disposed obliquely to a light beam passing through the projection lens system toward the projection surface,
When the projection surface is divided into a first area and a second area, the incident angle at which the light beam incident on the first area is incident on the flat glass is the light beam incident on the second area to the flat glass Less than the incident angle,
When an average illuminance on a reflective surface of the light modulation element of the light flux incident on the first region is L1, and an average illuminance on a reflective surface of the light modulation element of the light flux incident on the second region is L2, the anamol The image display according to claim 9, wherein the rotational angle of the optical element with respect to the light modulation element with respect to the light modulation element with the normal line from the surface apex of the Fick plane as the rotational axis of the optical element is L1 <L2. apparatus.
前記第2領域を第3領域と第4領域に2分したとき、前記第3領域に入射する光束の前記光変調素子の反射面における平均照度をL3、前記第4領域に入射する光束の前記光変調素子の反射面における平均照度をL4とするとき、前記アナモルフィック面の面頂点からの法線を前記光学素子の回転軸とした前記光変調素子に対する前記光学素子の回転角は、L3とL4の差が等しくなる位置に配置されている、請求項10記載の画像表示装置。
When the second area is divided into a third area and a fourth area, the average illuminance of the light flux incident on the third area on the reflection surface of the light modulation element is L3, and the luminous flux of the light flux incident on the fourth area When the average illuminance on the reflection surface of the light modulation element is L4, the rotation angle of the optical element with respect to the light modulation element is L3 with the normal line from the top of the anamorphic surface as the rotation axis of the optical element. The image display device according to claim 10, wherein the image display device is disposed at a position where the difference between L and L4 is equal .
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