JP6790433B2 - Illumination optics, optical engine and image projection device - Google Patents
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Description
本発明は、照明光学系、光学エンジン及び画像投影装置に関する。 The present invention relates to an illumination optical system, an optical engine and an image projection device.
パソコンやデジタルカメラ等から送信される画像データに基づいて、光源から照射される光を用いて画像を生成し、生成した画像を複数のレンズ等を含む光学系を通してスクリーン等に画像を投影する画像投影装置が知られている。 An image in which an image is generated using light emitted from a light source based on image data transmitted from a personal computer, a digital camera, or the like, and the generated image is projected onto a screen or the like through an optical system including a plurality of lenses or the like. Projectors are known.
このような画像投影装置において、スクリーンの位置等に応じて投影レンズをシフトし、スクリーン上の画像投影位置を補正する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In such an image projection device, a method of shifting the projection lens according to the position of the screen or the like to correct the image projection position on the screen has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
また、投影画像を生成する画像生成手段を変位させることで、スクリーン上に投影する画像の位置補正や、投影画像の高解像度化を行うことが考えられる。しかし、画像生成手段が変位すると、光源から照射されて画像生成部に導かれる光束と画像生成部の位置とがずれ、投影画像の欠けや明度の低下等が生じて画像品質が低下する可能性がある。 Further, by displacing the image generation means for generating the projected image, it is conceivable to correct the position of the image projected on the screen and increase the resolution of the projected image. However, if the image generation means is displaced, the luminous flux emitted from the light source and guided to the image generation unit and the position of the image generation unit may deviate from each other, resulting in chipping of the projected image or deterioration of brightness, resulting in deterioration of image quality. There is.
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、変位する画像生成手段の位置に応じて光源からの照射光を導き、画像生成手段により生成される画像の品質低下を防ぐことを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to guide the irradiation light from the light source according to the position of the image generating means to be displaced, and to prevent the quality of the image generated by the image generating means from deteriorating. ..
本発明の一態様によれば、第1レンズ及び第2レンズを備え、入射光に対して垂直方向に移動可能に設けられて光を反射して画像を生成する画像生成手段に、光源からの照射光を導く照明光学系であって、前記第1レンズは、前記第1レンズの光軸に対して垂直方向且つ互いに直交する2方向に移動可能に設けられ、前記第2レンズは、前記第1レンズとの面間距離が変化する方向に移動可能に設けられ、前記第1レンズ及び前記第2レンズを変位させるレンズ位置制御手段と、を有し、前記レンズ位置制御手段は、前記照射光の光照射範囲が前記画像生成手段以外に照射される面積を最小限にするように前記第1レンズ及び前記第2レンズを変位させる。 According to one aspect of the present invention, an image generation means that includes a first lens and a second lens and is provided so as to be movable in a direction perpendicular to an incident light to reflect the light to generate an image from a light source. An illumination optical system that guides irradiation light, the first lens is provided so as to be movable in two directions perpendicular to the optical axis of the first lens and orthogonal to each other, and the second lens is the first lens. interplanar distances between the first lens is movable in a direction that varies, have a, a lens position control means for displacing the first lens and the second lens, the lens position control means, the irradiation light The first lens and the second lens are displaced so that the area irradiated by the light irradiation range other than the image generation means is minimized .
本発明の実施形態によれば、変位する画像生成手段の位置に応じて光源からの照射光を導き、画像生成手段により生成される画像の品質低下を防ぐことができる。 According to the embodiment of the present invention, the irradiation light from the light source can be guided according to the position of the image generating means to be displaced, and the quality deterioration of the image generated by the image generating means can be prevented.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components may be designated by the same reference numerals and duplicate description may be omitted.
<画像投影装置の構成>
図1は、実施形態におけるプロジェクタ1を例示する図である。
<Configuration of image projection device>
FIG. 1 is a diagram illustrating the
プロジェクタ1は、画像投影装置の一例であり、出射窓3、外部I/F9を有し、投影画像を生成する光学エンジンが内部に設けられている。プロジェクタ1は、例えば外部I/F9に接続されるパソコンやデジタルカメラから画像データが送信されると、光学エンジンが送信された画像データに基づいて投影画像を生成し、図1に示されるように出射窓3からスクリーンSに画像を投影する。
The
なお、以下に示す図面において、X1X2方向はプロジェクタ1の幅方向、Y1Y2方向はプロジェクタ1の奥行き方向、Z1Z2方向はプロジェクタ1の高さ方向である。また、以下では、プロジェクタ1の出射窓3側を上、出射窓3とは反対側を下として説明する場合がある。
In the drawings shown below, the X1X2 direction is the width direction of the
図2は、実施形態におけるプロジェクタ1の機能構成を例示するブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating the functional configuration of the
図2に示されるように、プロジェクタ1は、電源4、メインスイッチSW5、操作部7、外部I/F9、システムコントロール部10、ファン20、光学エンジン15を有する。
As shown in FIG. 2, the
電源4は、商用電源に接続され、プロジェクタ1の内部回路用に電圧及び周波数を変換して、システムコントロール部10、ファン20、光学エンジン15等に給電する。
The power supply 4 is connected to a commercial power supply, converts voltage and frequency for the internal circuit of the
メインスイッチSW5は、ユーザによるプロジェクタ1のON/OFF操作に用いられる。電源4が電源コード等を介して商用電源に接続された状態で、メインスイッチSW5がONに操作されると、電源4がプロジェクタ1の各部への給電を開始し、メインスイッチSW5がOFFに操作されると、電源4がプロジェクタ1の各部への給電を停止する。
The main switch SW5 is used for the ON / OFF operation of the
操作部7は、ユーザによる各種操作を受け付けるボタン等であり、例えばプロジェクタ1の上面に設けられている。操作部7は、例えば投影画像の大きさ、色調、ピント調整等のユーザによる操作を受け付ける。操作部7が受け付けたユーザ操作は、システムコントロール部10に送られる。
The operation unit 7 is a button or the like that receives various operations by the user, and is provided on, for example, the upper surface of the
外部I/F9は、例えばパソコン、デジタルカメラ等に接続される接続端子を有し、接続された機器から送信される画像データをシステムコントロール部10に出力する。
The external I / F 9 has a connection terminal connected to, for example, a personal computer, a digital camera, or the like, and outputs image data transmitted from the connected device to the
システムコントロール部10は、画像制御部11、移動制御部12を有する。システムコントロール部10は、例えばCPU,ROM,RAM等を含み、CPUがRAMと協働してROMに記憶されているプログラムを実行することで、各部の機能が実現される。
The
画像制御部11は、画像制御手段の一例であり、外部I/F9から入力される画像データに基づいて光学エンジン15の画像表示ユニット50に設けられているデジタルマイクロミラーデバイスDMD(Digital Micromirror Device(以下、単に「DMD」という))551を制御し、スクリーンSに投影する画像を生成する。
The
移動制御部12は、移動制御手段の一例であり、画像表示ユニット50において移動可能に設けられている可動ユニット55を移動させ、可動ユニット55に設けられているDMD551の位置を制御する。
The
ファン20は、システムコントロール部10に制御されて回転し、光学エンジン15の光源30を冷却する。
The
光学エンジン15は、光源30、照明光学系ユニット40、画像表示ユニット50、投影光学系ユニット60を有し、システムコントロール部10に制御されてスクリーンSに画像を投影する。
The
光源30は、例えば水銀高圧ランプ、キセノンランプ、LED等であり、システムコントロール部10により制御され、照明光学系ユニット40に光を照射する。
The
照明光学系ユニット40は、例えばカラーホイール、ライトトンネル、リレーレンズ等を有し、光源30から照射された光を画像表示ユニット50に設けられているDMD551に導く。
The illumination
画像表示ユニット50は、固定支持されている固定ユニット51、固定ユニット51に対して移動可能に設けられている可動ユニット55を有する。可動ユニット55は、DMD551を有し、システムコントロール部10の移動制御部12によって固定ユニット51に対する位置が制御される。DMD551は、画像生成手段の一例であり、システムコントロール部10の画像制御部11により制御され、照明光学系ユニット40によって導かれた光を変調して投影画像を生成する。
The
投影光学系ユニット60は、例えば複数の投射レンズ、ミラー等を有し、画像表示ユニット50のDMD551によって生成される画像を拡大してスクリーンSに投影する。
The projection
<光学エンジンの構成>
次に、プロジェクタ1の光学エンジン15の各部の構成について説明する。
<Optical engine configuration>
Next, the configuration of each part of the
図3は、実施形態における光学エンジン15を例示する斜視図である。光学エンジン15は、図3に示されるように、光源30、照明光学系ユニット40、画像表示ユニット50、投影光学系ユニット60を有し、プロジェクタ1の内部に設けられている。
FIG. 3 is a perspective view illustrating the
光源30は、照明光学系ユニット40の側面に設けられ、X2方向に光を照射する。照明光学系ユニット40は、光源30から照射された光を、下部に設けられている画像表示ユニット50に導く。画像表示ユニット50は、照明光学系ユニット40によって導かれた光を用いて投影画像を生成する。投影光学系ユニット60は、照明光学系ユニット40の上部に設けられ、画像表示ユニット50によって生成された投影画像をプロジェクタ1の外部に投影する。
The
なお、本実施形態に係る光学エンジン15は、光源30から照射される光を用いて上方に画像を投影するように構成されているが、水平方向に画像を投影するような構成であってもよい。
The
[照明光学系ユニット]
図4は、実施形態における照明光学系ユニット40を例示する図である。
[Illumination optical system unit]
FIG. 4 is a diagram illustrating the illumination
図4に示されるように、照明光学系ユニット40は、カラーホイール401、ライトトンネル402、リレーレンズ403,404、シリンダミラー405、凹面ミラー406を有する。
As shown in FIG. 4, the illumination
カラーホイール401は、例えば周方向の異なる部分にR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色のフィルタが設けられている円盤である。カラーホイール401は、高速回転することで、光源30から照射される光を、RGB各色に時分割する。
The
ライトトンネル402は、例えば板ガラス等の貼り合わせによって四角筒状に形成されている。ライトトンネル402は、カラーホイール401を透過したRGB各色の光を、内面で多重反射することで輝度分布を均一化してリレーレンズ403,404に導く。
The
リレーレンズ403,404は、ライトトンネル402から出射された光の軸上色収差を補正しつつ集光する。
The
シリンダミラー405及び凹面ミラー406は、リレーレンズ403,404から出射された光を、画像表示ユニット50に設けられているDMD551に反射する。DMD551は、凹面ミラー406からの反射光を変調して投影画像を生成する。
The
[投影光学系ユニット]
図5は、実施形態における投影光学系ユニット60の内部構成を例示する図である。
[Projection optical system unit]
FIG. 5 is a diagram illustrating the internal configuration of the projection
図5に示されるように、投影光学系ユニット60は、投影レンズ601、折り返しミラー602、曲面ミラー603がケースの内部に設けられている。
As shown in FIG. 5, the projection
投影レンズ601は、複数のレンズを有し、画像表示ユニット50のDMD551によって生成された投影画像を、折り返しミラー602に結像させる。折り返しミラー602及び曲面ミラー603は、結像された投影画像を拡大するように反射して、プロジェクタ1の外部のスクリーンS等に投影する。
The
[画像表示ユニット]
図6は、実施形態における画像表示ユニット50を例示する斜視図である。また、図7は、実施形態における画像表示ユニット50を例示する側面図である。
[Image display unit]
FIG. 6 is a perspective view illustrating the
図6及び図7に示されるように、画像表示ユニット50は、固定支持されている固定ユニット51、固定ユニット51に対して移動可能に設けられている可動ユニット55を有する。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
固定ユニット51は、第1固定板としてのトッププレート511、第2固定板としてのベースプレート512を有する。固定ユニット51は、トッププレート511とベースプレート512とが所定の間隙を介して平行に設けられており、照明光学系ユニット40の下部に固定される。
The fixing
可動ユニット55は、DMD551、第1可動板としての可動プレート552、第2可動板としての結合プレート553、ヒートシンク554を有し、固定ユニット51に移動可能に支持されている。
The
可動プレート552は、固定ユニット51のトッププレート511とベースプレート512との間に設けられ、固定ユニット51によってトッププレート511及びベースプレート512と平行且つ表面に平行な方向に移動可能に支持されている。
The
結合プレート553は、固定ユニット51のベースプレート512を間に挟んで可動プレート552に固定されている。結合プレート553は、上面側にDMD551が固定して設けられ、下面側にヒートシンク554が固定されている。結合プレート553は、可動プレート552に固定されることで、可動プレート552、DMD551、及びヒートシンク554と共に固定ユニット51に移動可能に支持されている。
The
DMD551は、結合プレート553の可動プレート552側の面に設けられ、可動プレート552及び結合プレート553と共に移動可能に設けられている。DMD551は、可動式の複数のマイクロミラーが格子状に配列された画像生成面を有する。DMD551の各マイクロミラーは、鏡面がねじれ軸周りに傾動可能に設けられており、システムコントロール部10の画像制御部11から送信される画像信号に基づいてON/OFF駆動される。
The
マイクロミラーは、例えば「ON」の場合には、光源30からの光を投影光学系ユニット60に反射するように傾斜角度が制御される。また、マイクロミラーは、例えば「OFF」の場合には、光源30からの光を不図示のOFF光板に向けて反射する方向に傾斜角度が制御される。
When the micromirror is "ON", for example, the tilt angle is controlled so as to reflect the light from the
このように、DMD551は、画像制御部11から送信される画像信号によって各マイクロミラーの傾斜角度が制御され、光源30から照射されて照明光学系ユニット40を通った光を変調して投影画像を生成する。
In this way, the
ヒートシンク554は、放熱手段の一例であり、少なくとも一部分がDMD551に当接するように設けられている。ヒートシンク554は、移動可能に支持される結合プレート553にDMD551と共に設けられることで、DMD551に当接して効率的に冷却することが可能になっている。このような構成により、本実施形態に係るプロジェクタ1では、ヒートシンク554がDMD551の温度上昇を抑制し、DMD551の温度上昇による動作不良や故障等といった不具合の発生が低減されている。
The
(固定ユニット)
図8は、実施形態における固定ユニット51を例示する斜視図である。また、図9は、実施形態における固定ユニット51を例示する分解斜視図である。
(Fixed unit)
FIG. 8 is a perspective view illustrating the fixed
図8及び図9に示されるように、固定ユニット51は、トッププレート511、ベースプレート512を有する。
As shown in FIGS. 8 and 9, the fixing
トッププレート511及びベースプレート512は、平板状部材から形成され、それぞれ可動ユニット55のDMD551に対応する位置に中央孔513,514が設けられている。また、トッププレート511及びベースプレート512は、複数の支柱515によって、所定の間隙を介して平行に設けられている。
The
支柱515は、図9に示されるように、上端部がトッププレート511に形成されている支柱孔516に圧入され、雄ねじ溝が形成されている下端部がベースプレート512に形成されている支柱孔517に挿入される。支柱515は、トッププレート511とベースプレート512との間に一定の間隔を形成し、トッププレート511とベースプレート512とを平行に支持する。
As shown in FIG. 9, the
また、トッププレート511及びベースプレート512には、支持球体521を回転可能に保持する支持孔522,526がそれぞれ複数形成されている。
Further, the
トッププレート511の支持孔522には、内周面に雌ねじ溝を有する円筒状の保持部材523が挿入される。保持部材523は、支持球体521を回転可能に保持し、位置調整ねじ524が上から挿入される。ベースプレート512の支持孔526は、下端側が蓋部材527によって塞がれ、支持球体521を回転可能に保持する。
A cylindrical holding
トッププレート511及びベースプレート512の支持孔522,526に回転可能に保持される支持球体521は、それぞれトッププレート511とベースプレート512との間に設けられる可動プレート552に当接し、可動プレート552を移動可能に支持する。
The
図10は、実施形態における固定ユニット51による可動プレート552の支持構造を説明するための図である。また、図11は、図10に示されるA部分の概略構成を例示する部分拡大図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a support structure of the
図10及び図11に示されるように、トッププレート511では、支持孔522に挿入される保持部材523によって支持球体521が回転可能に保持されている。また、ベースプレート512では、下端側が蓋部材527によって塞がれている支持孔526によって支持球体521が回転可能に保持されている。
As shown in FIGS. 10 and 11, in the
各支持球体521は、支持孔522,526から少なくとも一部分が突出するように保持され、トッププレート511とベースプレート512との間に設けられる可動プレート552に当接して支持する。可動プレート552は、回転可能に設けられている複数の支持球体521により、トッププレート511及びベースプレート512と平行且つ表面に平行な方向に移動可能に両面から支持される。
Each
また、トッププレート511側に設けられている支持球体521は、可動プレート552とは反対側で当接する位置調整ねじ524の位置に応じて、保持部材523の下端からの突出量が変化する。例えば、位置調整ねじ524がZ1方向に変位すると、支持球体521の突出量が減り、トッププレート511と可動プレート552との間隔が小さくなる。また、例えば、位置調整ねじ524がZ2方向に変位すると、支持球体521の突出量が増え、トッププレート511と可動プレート552との間隔が大きくなる。
Further, the amount of protrusion of the
このように、位置調整ねじ524を用いて支持球体521の突出量を変化させることで、トッププレート511と可動プレート552との間隔を適宜調整できる。
In this way, the distance between the
また、図8及び図9に示されるように、トッププレート511のベースプレート512側の面には、磁石531,532,533,534が設けられている。
Further, as shown in FIGS. 8 and 9,
図12は、実施形態におけるトッププレート511を例示する底面図である。図12に示されるように、トッププレート511のベースプレート512側の面には、磁石531,532,533,534が設けられている。
FIG. 12 is a bottom view illustrating the
磁石531,532,533,534は、トッププレート511の中央孔513を囲むように4箇所に設けられている。磁石531,532,533,534は、それぞれ長手方向が平行になるように配置された直方体状の2つの磁石で構成され、それぞれ可動プレート552に及ぶ磁界を形成する。
磁石531,532,533,534は、それぞれ可動プレート552の上面に各磁石531,532,533,534に対向して設けられているコイルとで、可動プレート552を移動させる移動手段を構成する。
The
なお、上記した固定ユニット51に設けられる支柱515、支持球体521の数や位置等は、可動プレート552を移動可能に支持できればよく、本実施形態に例示される構成に限られるものではない。
The number and position of the
(可動ユニット)
図13は、実施形態における可動ユニット55を例示する斜視図である。また、図14は、実施形態における可動ユニット55を例示する分解斜視図である。
(Movable unit)
FIG. 13 is a perspective view illustrating the
図13及び図14に示されるように、可動ユニット55は、DMD551、可動プレート552、結合プレート553、ヒートシンク554、保持部材555、DMD基板557を有し、固定ユニット51に対して移動可能に支持されている。
As shown in FIGS. 13 and 14, the
可動プレート552は、上記したように、固定ユニット51のトッププレート511とベースプレート512との間に設けられ、複数の支持球体521により表面に平行な方向に移動可能に支持される。
As described above, the
図15は、実施形態における可動プレート552を例示する斜視図である。
FIG. 15 is a perspective view illustrating the
図15に示されるように、可動プレート552は、平板状の部材から形成され、DMD基板557に設けられるDMD551に対応する位置に中央孔570を有し、中央孔570の周囲にコイル581,582,583,584が設けられている。
As shown in FIG. 15, the
コイル581,582,583,584は、それぞれZ1Z2方向に平行な軸を中心として電線が巻き回されることで形成され、可動プレート552のトッププレート511側の面に形成されている凹部に設けられてカバーで覆われている。コイル581,582,583,584は、それぞれトッププレート511の磁石531,532,533,534とで、可動プレート552を移動させる移動手段を構成する。
The
トッププレート511の磁石531,532,533,534と、可動プレート552のコイル581,582,583,584とは、可動ユニット55が固定ユニット51に支持された状態で、それぞれ対向する位置に設けられている。コイル581,582,583,584に電流が流されると、磁石531,532,533,534によって形成される磁界により、可動プレート552を移動させる駆動力となるローレンツ力が発生する。
The
可動プレート552は、磁石531,532,533,534とコイル581,582,583,584との間で発生する駆動力としてのローレンツ力を受けて、固定ユニット51に対して、XY平面において直線的又は回転するように変位する。
The
各コイル581,582,583,584に流される電流の大きさ及び向きは、システムコントロール部10の移動制御部12によって制御される。移動制御部12は、各コイル581,582,583,584に流す電流の大きさ及び向きによって、可動プレート552の移動(回転)方向、移動量や回転角度等を制御する。
The magnitude and direction of the current flowing through each
本実施形態では、第1駆動手段として、コイル581及び磁石531と、コイル584及び磁石534とが、X1X2方向に対向して設けられている。コイル581及びコイル584に電流が流されると、図15に示されるようにX1方向又はX2のローレンツ力が発生する。可動プレート552は、コイル581及び磁石531と、コイル584及び磁石534とにおいて発生するローレンツ力により、X1方向又はX2方向に移動する。
In the present embodiment, as the first driving means, the
また、本実施形態では、第2駆動手段として、コイル582及び磁石532と、コイル583及び磁石533とが、X1X2方向に並んで設けられ、磁石532及び磁石533は、磁石531及び磁石534とは長手方向が直交するように配置されている。このような構成において、コイル582及びコイル583に電流が流されると、図15に示されるようにY1方向又はY2方向のローレンツ力が発生する。
Further, in the present embodiment, as the second driving means, the
可動プレート552は、コイル582及び磁石532と、コイル583及び磁石533とにおいて発生するローレンツ力により、Y1方向又はY2方向に移動する。また、可動プレート552は、コイル582及び磁石532と、コイル583及び磁石533とで反対方向に発生するローレンツ力により、XY平面において回転するように変位する。
The
例えば、コイル582及び磁石532においてY1方向のローレンツ力が発生し、コイル583及び磁石533においてY2方向のローレンツ力が発生するように電流が流されると、可動プレート552は、上面視で時計回り方向に回転するように変位する。また、コイル582及び磁石532においてY2方向のローレンツ力が発生し、コイル583及び磁石533においてY1方向のローレンツ力が発生するように電流が流されると、可動プレート552は、上面視で反時計回り方向に回転するように変位する。
For example, when a current is passed so that a Lorentz force in the Y1 direction is generated in the
また、可動プレート552には、固定ユニット51の支柱515に対応する位置に、可動範囲制限孔571が設けられている。可動範囲制限孔571は、固定ユニット51の支柱515が挿入され、例えば振動や何らかの異常等により可動プレート552が大きく移動した時に支柱515に接触することで、可動プレート552の可動範囲を制限する。
Further, the
以上で説明したように、本実施形態では、システムコントロール部10の移動制御部12が、コイル581,582,583,584に流す電流の大きさや向きを制御することで、可動範囲内で可動プレート552を任意の位置に移動させることができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、移動手段としての磁石531,532,533,534及びコイル581,582,583,584の数、位置等は、可動プレート552を任意の位置に移動させることが可能であれば、本実施形態とは異なる構成であってもよい。例えば、移動手段としての磁石は、トッププレート511の上面に設けられてもよく、ベースプレート512の何れかの面に設けられてもよい。また、例えば、磁石が可動プレート552に設けられ、コイルがトッププレート511又はベースプレート512に設けられてもよい。
The number, position, etc. of the
また、可動範囲制限孔571の数、位置及び形状等は、本実施形態に例示される構成に限られない。例えば、可動範囲制限孔571は一つであってもよく、複数であってもよい。また、可動範囲制限孔571の形状は、例えば長方形や円形等、本実施形態とは異なる形状であってもよい。
Further, the number, position, shape, and the like of the movable
固定ユニット51によって移動可能に支持される可動プレート552の下面側(ベースプレート512側)には、図13に示されるように、結合プレート553が固定されている。結合プレート553は、平板状部材から形成され、DMD551に対応する位置に中央孔を有し、周囲に設けられている折り曲げ部分が3本のねじ591によって可動プレート552の下面に固定されている。
As shown in FIG. 13, a
図16は、可動プレート552が外された可動ユニット55を例示する斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view illustrating the
図16に示されるように、結合プレート553には、上面側にDMD551、下面側にヒートシンク554が設けられている。結合プレート553は、可動プレート552に固定されることで、DMD551、ヒートシンク554と共に、可動プレート552に伴って固定ユニット51に対して移動可能に設けられている。
As shown in FIG. 16, the
DMD551は、DMD基板557に設けられており、DMD基板557が保持部材555と結合プレート553との間で挟み込まれることで、結合プレート553に固定されている。保持部材555、DMD基板557、結合プレート553、ヒートシンク554は、図14及び図16に示されるように、固定部材としての段付ねじ560及び押圧手段としてのばね561によって重ねて固定されている。
The
図17は、実施形態における可動ユニット55のDMD保持構造について説明する図である。図17は、可動ユニット55の側面図であり、可動プレート552及び結合プレート553は図示が省略されている。
FIG. 17 is a diagram illustrating a DMD holding structure of the
図17に示されるように、ヒートシンク554は、結合プレート553に固定された状態で、DMD基板557に設けられている貫通孔からDMD551の下面に当接する突出部554aを有する。なお、ヒートシンク554の突出部554aは、DMD基板557の下面であって、DMD551に対応する位置に当接するように設けられてもよい。
As shown in FIG. 17, the
また、DMD551の冷却効果を高めるために、ヒートシンク554の突出部554aとDMD551との間に弾性変形可能な伝熱シートが設けられてもよい。伝熱シートによりヒートシンク554の突出部554aとDMD551との間の熱伝導性が向上し、ヒートシンク554によるDMD551の冷却効果が向上する。
Further, in order to enhance the cooling effect of the
上記したように、保持部材555、DMD基板557、ヒートシンク554は、段付きねじ560及びばね561によって重ねて固定されている。段付きねじ560が締められると、ばね561がZ1Z2方向に圧縮され、図17に示されるZ1方向の力F1がばね561から生じる。ばね561から生じる力F1により、ヒートシンク554はZ1方向に力F2でDMD551に押圧されることとなる。
As described above, the holding
本実施形態では、段付きねじ560及びばね561は4箇所に設けられており、ヒートシンク554にかかる力F2は、4つのばね561に生じる力F1を合成したものに等しい。また、ヒートシンク554からの力F2は、DMD551が設けられているDMD基板557を保持する保持部材555に作用する。この結果、保持部材555には、ヒートシンク554からの力F2に相当するZ2方向の反力F3が生じ、保持部材555と結合プレート553との間でDMD基板557を保持できるようになる。
In the present embodiment, the stepped
段付きねじ560及びばね561には、保持部材555に生じる力F3からZ2方向の力F4が作用する。ばね561は、4箇所に設けられているため、それぞれに作用する力F4は、保持部材555に生じる力F3の4分の1に相当し、力F1と釣り合うこととなる。
A force F4 in the Z2 direction from the force F3 generated on the holding
また、保持部材555は、図17において矢印Bで示されるように撓むことが可能な部材で板ばね状に形成されている。保持部材555は、ヒートシンク554の突出部554aに押圧されて撓み、ヒートシンク554をZ2方向に押し返す力が生じることで、DMD551とヒートシンク554との接触をより強固に保つことができる。
Further, the holding
可動ユニット55は、以上で説明したように、可動プレート552と、DMD551及びヒートシンク554を有する結合プレート553とが、固定ユニット51によって移動可能に支持されている。可動ユニット55の位置は、システムコントロール部10の移動制御部12によって制御される。また、可動ユニット55には、DMD551に当接するヒートシンク554が設けられており、DMD551の温度上昇に起因する動作不良や故障といった不具合の発生が防止されている。
As described above, in the
<画像投影>
上記したように、本実施形態に係るプロジェクタ1において、投影画像を生成するDMD551は、可動ユニット55に設けられており、システムコントロール部10の移動制御部12によって可動ユニット55と共に位置が制御される。
<Image projection>
As described above, in the
移動制御部12は、例えば、画像投影時にフレームレートに対応する所定の周期で、DMD551の複数のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた複数の位置の間を高速移動するように可動ユニット55の位置を制御する。このとき、画像制御部11は、それぞれの位置に応じてシフトした投影画像を生成するようにDMD551に画像信号を送信する。
For example, the
例えば、移動制御部12は、X1X2方向及びY1Y2方向にDMD551のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた位置P1と位置P2との間で、DMD551を所定の周期で往復移動させる。このとき、画像制御部11が、それぞれの位置に応じてシフトした投影画像を生成するようにDMD551を制御することで、投影画像の解像度を、DMD551の解像度の約2倍にすることが可能になる。また、DMD551の移動位置を増やすことで、投影画像の解像度をDMD551の2倍以上にすることもできる。
For example, the
このように、移動制御部12が可動ユニット55と共にDMD551を所定の周期で移動させ、画像制御部11がDMD551に位置に応じた投影画像を生成させることで、DMD551の解像度以上の画像を投影することが可能になる。
In this way, the
また、本実施形態に係るプロジェクタ1では、移動制御部12がDMD551を可動ユニット55と共に回転するように制御することで、投影画像を縮小させることなく回転させることができる。例えばDMD551等の画像生成手段が固定されているプロジェクタでは、投影画像を縮小させなければ、投影画像の縦横比を維持しながら回転させることはできない。これに対して、本実施形態に係るプロジェクタ1では、DMD551を回転させることができるため、投影画像を縮小させることなく回転させて傾き等の調整を行うことが可能になっている。
Further, in the
以上で説明したように、本実施形態に係るプロジェクタ1では、DMD551が移動可能に構成されることで、投影画像の高解像度化が可能になっている。また、DMD551を冷却するヒートシンク554が、DMD551と共に可動ユニット55に搭載されていることで、DMD551に当接してより効率的に冷却することが可能になり、DMD551の温度上昇が抑制されている。したがって、プロジェクタ1では、DMD551の温度上昇に起因して発生する動作不良や故障といった不具合が低減される。
As described above, in the
(リレーレンズ)
図18は、実施形態におけるリレーレンズ403,404の構成を例示する図である。
(Relay lens)
FIG. 18 is a diagram illustrating the configuration of the
第1レンズとしてのリレーレンズ403及び第2レンズとしてのリレーレンズ404は、X1X2方向に平行なリレーレンズ403の光軸Lに沿って配列され、図18には不図示のライトトンネル402から出射された光の軸上色収差を補正しつつ集光する。
The
リレーレンズ403は、図18に示されるように、Y1Y2方向及びZ1Z2方向に移動可能に設けられている。また、リレーレンズ404は、図18に示されるように、リレーレンズ403の光軸Lに平行なX1X2方向に移動可能に設けられているので、リレーレンズ403との面間距離が変化する方向に移動可能になっている。
As shown in FIG. 18, the
レンズ駆動機構410は、例えばアクチュエータ等を備え、リレーレンズ403,404をそれぞれ所定の方向に変位させることができる。具体的には、リレーレンズ403を支持する枠に、リレーレンズ403をプロジェクタ1の上下方向(Z1Z2方向)に変位させるための第1ステッピングモータを連結する。また、リレーレンズ403を支持する枠と第1ステッピングモータに、リレーレンズ403と第1ステッピングモータとをZ1Z2方向に対して垂直な方向かつリレーレンズ403の半径方向(Y1Y2方向)に変位させるための第2ステッピングモータを連結する。また、リレーレンズ404を支持する枠に、リレーレンズ404をリレーレンズ403の光軸Lに平行な方向(X1X2方向)、つまり、リレーレンズ403との面間距離が変化する方向に変位させるための第3ステッピングモータを連結する。
The
レンズ位置制御部13は、レンズ駆動機構410を制御し、リレーレンズ403,404の変位方向及び変位量を制御する。レンズ位置制御部13は、移動制御部12から取得するDMD551の位置に基づいて、各リレーレンズ403,404の位置を制御する。具体的には、レンズ駆動機構410は、レンズ位置制御部13により制御されて第1ステッピングモータを駆動させることで、リレーレンズ403をZ1方向又はZ2方向に変位させることができる。また、レンズ駆動機構410は、レンズ位置制御部13により制御されて第2ステッピングモータを駆動させることで、リレーレンズ403をY1Y2方向に変位させることができる。また、レンズ駆動機構410は、レンズ位置制御部13により制御されて第3ステッピングモータを駆動させることで、リレーレンズ404をX1X2方向、つまり、リレーレンズ403との面間距離が変化する方向に変位させることができる。
The lens
図19は、実施形態におけるDMD551及びDMD551に入射する光の照射範囲Laを例示する模式図である。
FIG. 19 is a schematic view illustrating the irradiation range La of the light incident on the
リレーレンズ403,404によって導かれた光は、照明光学系ユニット40のシリンダミラー405及び凹面ミラー406によって反射され、例えば図19に示される光照射範囲Laに照射される。
The light guided by the
レンズ位置制御部13は、リレーレンズ403,404の位置を変えることで、光照射範囲Laの位置及び大きさを変えることができる。レンズ位置制御部13は、例えばリレーレンズ403をZ1方向に変位させることで、光照射範囲LaをX1方向に変位させることができる。また、レンズ位置制御部13は、例えばリレーレンズ403をZ2方向、Y1方向及びY2方向の何れかに変位させることで、同様に、光照射範囲LaをX2方向、Y1方向及びY2方向の何れかに変位させることができる。
The lens
さらに、レンズ位置制御部13は、リレーレンズ403の位置を、例えばY1Y2方向及びZ1Z2方向に同時に変位させることで、光照射範囲LaをX1X2方向及びY1Y2方向に対して傾斜する斜め方向に変位させることができる。
Further, the lens
また、レンズ位置制御部13は、例えばリレーレンズ404をX1方向に変位させることで光照射範囲Laを大きくし、リレーレンズ404をX2方向に変位させることで光照射範囲Laを小さくすることができる。
Further, the lens
ここで、レンズ位置制御部13は、DMD551の全体に光が照射されるように、光照射範囲LaがDMD551の全体を含むようにリレーレンズ403,404の位置を制御する。DMD551の全体に光を照射することで、スクリーンSに投影される画像に欠け等が生じるのを防ぐことができる。
Here, the lens
また、レンズ位置制御部13は、光照射範囲Laの面積が、DMD551の表面積とほぼ同一となり、DMD551以外に光が照射される面積が最小限になるように、リレーレンズ403,404の位置を制御する。DMD551による反射光量が増大し、スクリーンSに投影される画像の明度を上げることが可能になる。
Further, the lens
例えば図20に示されるように、DMD551がX2方向及びY1方向に変位した場合には、レンズ位置制御部13が、リレーレンズ403をY1方向及びZ2方向に変位させ、光照射範囲Laの位置をDMD551の位置に合わせる。レンズ位置制御部13は、移動制御部12から取得したDMD551の位置情報に基づいて、リレーレンズ403を変位させる。
For example, as shown in FIG. 20, when the DMD551 is displaced in the X2 direction and the Y1 direction, the lens
また、例えば図21に示されるように、DMD551が回転した場合には、レンズ位置制御部13が、リレーレンズ404をX2方向に変位させ、DMD551の全体に光が照射されるように光照射範囲Laの大きさを変える。レンズ位置制御部13は、移動制御部12から取得したDMD551の回転情報に基づいて、リレーレンズ404を変位させる。
Further, for example, as shown in FIG. 21, when the
このように、DMD551が変位した場合であっても、DMD551の位置に応じてリレーレンズ403,404が変位することで、DMD551の変位に合わせて光照射範囲Laの位置及び大きさの少なくとも一方を変えることができる。したがって、DMD551が変位しても、常にDMD551の全体が光照射範囲La内に入り、DMD551の全体に光が照射されるため、投影画像の欠け等の画像品質の低下が防止される。
In this way, even when the
以上で説明したように、本実施形態に係る照明光学系ユニット40では、DMD551の位置に合わせて光照射範囲Laの位置及び大きさが変化するように、リレーレンズ403,404がそれぞれ移動する。このようにリレーレンズ403,404が移動することで、変位するDMD551によって生成される投影画像の明度低下や投影画像の欠けといった画像品質の低下を防止できる。
As described above, in the illumination
なお、照明光学系ユニット40におけるリレーレンズの構成は、上記した実施形態に限られるものではない。例えば、リレーレンズ403がリレーレンズ403の光軸Lに平行な方向に移動可能に設けられ、リレーレンズ404がリレーレンズ403の光軸Lに垂直な方向に移動可能に設けられてもよい。また、例えば、リレーレンズ403の光軸Lに平行な方向に移動可能なリレーレンズ及びリレーレンズ403の光軸Lに垂直な方向に移動可能なリレーレンズを含む3枚以上のリレーレンズが設けられてもよい。
The configuration of the relay lens in the illumination
以上、実施形態に係る照明光学系、光学エンジン及び画像投影装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。 Although the illumination optical system, the optical engine, and the image projection device according to the embodiment have been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention. ..
1 プロジェクタ(画像投影装置)
11 画像制御部(画像制御手段)
12 移動制御部(移動制御手段)
13 レンズ位置制御部(レンズ位置制御手段)
15 光学エンジン
30 光源
40 照明光学系ユニット(照明光学系)
50 画像表示ユニット
60 投影光学系ユニット(投影手段)
403 リレーレンズ(第1レンズ)
404 リレーレンズ(第2レンズ)
551 DMD(画像生成手段)
1 Projector (image projection device)
11 Image control unit (image control means)
12 Movement control unit (movement control means)
13 Lens position control unit (lens position control means)
15
50
403 Relay lens (1st lens)
404 Relay lens (second lens)
551 DMD (image generation means)
Claims (5)
前記第1レンズは、前記第1レンズの光軸に対して垂直方向且つ互いに直交する2方向に移動可能に設けられ、
前記第2レンズは、前記第1レンズとの面間距離が変化する方向に移動可能に設けられ、
前記第1レンズ及び前記第2レンズを変位させるレンズ位置制御手段と、を有し、
前記レンズ位置制御手段は、前記照射光の光照射範囲が前記画像生成手段以外に照射される面積を最小限にするように前記第1レンズ及び前記第2レンズを変位させる
ことを特徴とする照明光学系。 It is an illumination optical system that guides the irradiation light from a light source to an image generation means that includes a first lens and a second lens and is provided so as to be movable in a direction perpendicular to the incident light to reflect the light to generate an image. hand,
The first lens is provided so as to be movable in two directions perpendicular to the optical axis of the first lens and orthogonal to each other.
The second lens is provided so as to be movable in a direction in which the inter-plane distance from the first lens changes.
Have a, a lens position control means for displacing the first lens and the second lens,
The lens position control means displaces the first lens and the second lens so that the light irradiation range of the irradiation light minimizes the area irradiated to other than the image generation means. Illumination optical system as a feature.
ことを特徴とする請求項1に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to claim 1, wherein the lens position control means displaces the first lens and the second lens according to the position of the image generation means.
前記光源と、
前記画像生成手段と、を有する
ことを特徴とする光学エンジン。 The illumination optical system according to claim 1 or 2 .
With the light source
An optical engine comprising the image generating means.
所定の周期で前記デジタルマイクロミラーデバイスを前記複数のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ移動させる移動制御手段と、
前記デジタルマイクロミラーデバイスの位置に応じた画像信号を生成する画像制御手段と、を有する
ことを特徴とする請求項3に記載の光学エンジン。 The image generation means is a digital micromirror device in which a plurality of micromirrors that modulate a luminous flux guided by the illumination optical system based on an image signal are arranged.
A movement control means for moving the digital micromirror device by a distance less than the arrangement interval of the plurality of micromirrors in a predetermined cycle, and
The optical engine according to claim 3 , further comprising an image control means for generating an image signal according to the position of the digital micromirror device.
前記画像生成手段により生成された画像を投影する投影手段と、を有する
ことを特徴とする画像投影装置。 The optical engine according to claim 3 or 4 ,
An image projection device comprising: a projection means for projecting an image generated by the image generation means.
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