JP7151398B2 - Optical device and image projection device - Google Patents

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Description

本発明は、光学装置及び画像投影装置に関する。 The present invention relates to optical devices and image projection devices.

ランプ等の光源から出力された光を、ライトトンネルを介して光変調素子に照射し、光変調素子により生成された画像を、投影光学系によりスクリーン等に投影するDLP(Digital Light Processor)プロジェクタが知られている。 A DLP (Digital Light Processor) projector projects light output from a light source such as a lamp onto a light modulation element through a light tunnel, and projects an image generated by the light modulation element onto a screen or the like using a projection optical system. Are known.

光変調素子としては、例えば、DMD(Digital Micro mirror Device)が用いられる。DMDは、パソコン等の外部機器から入力される画像データに基づいて、ライトトンネルから照射される光を変調することにより画像を生成する。ライトトンネルは、光源から入射した光の輝度分布を均一化して出力するほぼ直方体形状の光学部材であり、矩形状の照明光を光変調素子に照射する。 For example, a DMD (Digital Micromirror Device) is used as the light modulation element. A DMD generates an image by modulating light emitted from a light tunnel based on image data input from an external device such as a personal computer. The light tunnel is a substantially rectangular parallelepiped optical member that uniformizes the luminance distribution of the light incident from the light source and outputs it, and irradiates the light modulation element with rectangular illumination light.

このような画像投影装置において、断面の縦横比が異なる複数のライトトンネルを設け、画像データのアスペクト比に基づいて使用するライトトンネルを切り替えることが提案されている(特許文献1)。 In such an image projection apparatus, it has been proposed to provide a plurality of light tunnels with different cross-sectional aspect ratios and switch the light tunnel to be used based on the aspect ratio of image data (Patent Document 1).

外部機器から画像投影装置に入射される画像データは、例えば、アスペクト比(縦横比)が10:16のように、横方向が縦方向よりも長い横長であることが一般的である。このため、特許文献1に記載の複数のライトトンネルは、いずれも断面形状が横長である。 Image data incident on the image projection apparatus from an external device is generally oblong in the horizontal direction longer than the vertical direction, such as an aspect ratio of 10:16. Therefore, each of the plurality of light tunnels described in Patent Document 1 has a laterally long cross-sectional shape.

しかしながら、近年、画像投影装置は、スマートフォンのような携帯型表示装置から出力された画像データも受け付けるため、ポートレート画像等の縦長の画像データを処理することが多い。 However, in recent years, image projection apparatuses often process vertically long image data such as portrait images because they also accept image data output from portable display devices such as smartphones.

このため、従来の画像投影装置では、横長の光変調素子上に設定される横長の照明領域にライトトンネルが光を照射するので、画像データが縦長である場合には、光変調素子は、照明領域中の両側部の光を投影光学系に導かないように破棄する必要がある。 For this reason, in the conventional image projection device, the light tunnel irradiates the horizontally long illumination area set on the horizontally long light modulation element. Light on both sides of the field must be discarded so as not to lead to the projection optics.

したがって、従来の画像投影装置では、縦長の画像を投影する場合には、照明光の一部を破棄することから、光の利用効率が低い。 Therefore, in the conventional image projection apparatus, when projecting a vertically long image, part of the illumination light is discarded, so the light utilization efficiency is low.

開示の技術は、上記事情に鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、縦長の画像を投影する場合における光の利用効率の低下を抑制することを目的としている。 The technology disclosed has been devised to solve this problem in view of the above circumstances, and aims to suppress a decrease in light utilization efficiency when projecting a vertically long image.

開示の技術は、光を出力する光源と、横長の矩形状の画像生成面を有し、前記画像生成面に照射された光を変調して画像を生成する光変調素子と、台形状の断面を有し、前記光源から出力された光を、輝度分布を均一化して前記画像生成面に照射するライトトンネルと、を有し、前記ライトトンネルによる前記画像生成面上における照明領域は、台形状であって、台形状の高さが前記画像生成面の短辺の長さと等しく、底辺及び上辺の長さがそれぞれ前記画像生成面の長辺の長さより小さい光学装置である。
The disclosed technology includes a light source that outputs light, a horizontally long rectangular image generation surface, an optical modulation element that modulates light irradiated to the image generation surface to generate an image, and a trapezoidal cross section. and a light tunnel for irradiating the image generation surface with the light output from the light source with a uniform luminance distribution , wherein an illumination area on the image generation surface by the light tunnel is trapezoidal. wherein the height of the trapezoidal shape is equal to the length of the short side of the image generation surface, and the lengths of the base and top sides are each smaller than the length of the long side of the image generation surface .

縦長の画像を投影する場合における光の利用効率の低下を抑制することができる。 It is possible to suppress a decrease in light utilization efficiency when projecting a vertically long image.

第1実施形態における画像投影装置を例示する斜視図である。1 is a perspective view illustrating an image projection device according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態における画像投影装置の機能構成を例示するブロック図である。2 is a block diagram illustrating the functional configuration of the image projection device according to the first embodiment; FIG. 照明光学系ユニットを例示する斜視図である。3 is a perspective view illustrating an illumination optical system unit; FIG. ライトトンネルの概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a light tunnel; FIG. DMDの画像生成面とライトトンネルによる照明領域との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the image generation surface of the DMD and the illumination area by the light tunnel; 従来のプロジェクタにおける画像生成面と照明領域との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between an image generation surface and an illumination area in a conventional projector; プロジェクタを斜め上方に向けた姿勢で設置した状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a state in which the projector is installed in a posture directed obliquely upward; 台形歪み補正について説明する図である。It is a figure explaining keystone distortion correction. 第1実施形態における画像投影装置に用いられるライトトンネルの概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a light tunnel used in an image projection device according to a first embodiment; FIG. 第2実施形態におけるDMDの画像生成面とライトトンネルによる照明領域との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the image generation surface of the DMD and the illumination area by the light tunnel in the second embodiment;

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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

<第1実施形態>
以下に、本発明の第1実施形態に係る画像投影装置ついて説明する。
<First Embodiment>
An image projection apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described below.

[画像投影装置の構成]
図1は、第1実施形態におけるプロジェクタ1を例示する斜視図である。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15(図2参照)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に接続される外部機器から映像信号(画像データ)が入力されると、光学エンジン15が、入力された画像データに基づいて画像P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に投影する。
[Configuration of image projection device]
FIG. 1 is a perspective view illustrating the projector 1 according to the first embodiment. The projector 1 is an example of an image projection device, has an exit window 3 and an external I/F 9, and is internally provided with an optical engine 15 (see FIG. 2) that generates a projected image. In the projector 1, for example, when a video signal (image data) is input from an external device connected to the external I/F 9, the optical engine 15 generates an image P based on the input image data. It is projected onto the screen S from the exit window 3 as shown.

なお、図1において、X方向はプロジェクタ1の幅方向、Y方向はプロジェクタ1の奥行き方向、Z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。また、Y方向を横方向、Z方向を縦方向と呼ぶ。 1, the X direction is the width direction of the projector 1, the Y direction is the depth direction of the projector 1, and the Z direction is the height direction of the projector 1. As shown in FIG. In the following description, the side facing the exit window 3 of the projector 1 may be referred to as the upper side, and the side opposite to the exit window 3 may be referred to as the lower side. Also, the Y direction is called the horizontal direction, and the Z direction is called the vertical direction.

本実施形態では、プロジェクタ1に映像信号を入力する外部機器は、例えば、スマートフォンである。また、本実施形態では、スマートフォンは、縦方向の長さが横方向の長さよりも大きい縦長の画像データをプロジェクタ1に入力するとする。映像信号は、静止画データに限られず、動画データであってもよい。 In this embodiment, an external device that inputs a video signal to the projector 1 is, for example, a smart phone. Also, in this embodiment, the smartphone inputs to the projector 1 vertically long image data whose length in the vertical direction is greater than the length in the horizontal direction. The video signal is not limited to still image data, and may be moving image data.

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 projector 1 according to the embodiment.

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 projector 1 has a power supply 4, a main switch SW5, an operation section 7, an external I/F 9, a system control section 10, a fan 20, and an optical engine 15.

電源4は、商用電源に接続され、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。 A power supply 4 is connected to a commercial power supply and supplies power to the system control unit 10, the fan 20, the optical engine 15, and the like.

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。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 ON/OFF operation of the projector 1 by the user. When the main switch SW5 is turned on, the power supply 4 starts supplying power to each part of the projector 1, and when the main switch SW5 is turned off, the power supply 4 stops supplying power to each part of the projector 1.

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P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 buttons or the like for receiving various operations by the user, and is provided on the top surface of the projector 1, for example. The operation unit 7 receives user operations such as adjusting the size, color tone, and focus of the projection image P, for example. A user operation received by the operation unit 7 is sent to the system control unit 10 .

外部I/F9は、映像信号を入力するインタフェースであって、D-Subコネクタ等のVGA(Video Graphics Array)入力端子や、HDMI(登録商標)(High-Definition Multimedia Interface)端子、S-VIDEO端子、RCA端子等のビデオ入力端子である。また、外部I/F9は、有線LAN(Local-Area Network)、無線LAN等の通信部を含む。外部I/F9は、接続された外部機器から映像信号を受信する。 The external I/F 9 is an interface for inputting video signals, and includes a VGA (Video Graphics Array) input terminal such as a D-Sub connector, an HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface) terminal, and an S-VIDEO terminal. , and RCA terminals. In addition, the external I/F 9 includes communication units such as a wired LAN (Local-Area Network) and a wireless LAN. The external I/F 9 receives a video signal from a connected external device.

システムコントロール部10は、画像制御部11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 system control section 10 has an image control section 11 . The system control unit 10 includes, for example, a CPU, a ROM, a RAM, etc. The functions of each unit are realized by the CPU working together with the RAM to execute programs stored in the ROM.

画像制御部11は、外部I/F9から入力される映像信号(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に設けられた光変調素子としてのDMD51を制御する。 The image control unit 11 controls the DMD 51 as an optical modulation element provided in the image display unit 50 of the optical engine 15 based on the video signal (image data) input from the external I/F 9 .

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 fan 20 rotates under the control of the system controller 10 to cool the light source 30 of the optical engine 15 .

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を有する光学装置である。光学エンジン15は、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Pを投影する。 The optical engine 15 is an optical device having a light source 30 , an illumination optical system unit 40 , an image display unit 50 and a projection optical system unit 60 . The optical engine 15 projects the image P onto the screen S under the control of the system control unit 10 .

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 light source 30 is, for example, a high-pressure mercury lamp, a xenon lamp, an LED, or the like, and is controlled by the system control section 10 to irradiate the illumination optical system unit 40 with light.

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等(図3参照)を有し、光源30から出射された光を、画像表示ユニット50内のDMD51に導く。 The illumination optical system unit 40 has a color wheel 401 , a light tunnel 402 and the like (see FIG. 3), and guides light emitted from the light source 30 to the DMD 51 within the image display unit 50 .

DMD51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。各マイクロミラーが1画素に対応する。DMD51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、画像制御部11から送信される制御信号に基づいてON/OFF駆動される。 The DMD 51 has an image generation surface on which a plurality of movable micromirrors are arranged in a lattice. Each micromirror corresponds to one pixel. Each micromirror of the DMD 51 has a mirror surface tiltable about a torsion axis, and is ON/OFF driven based on a control signal transmitted from the image control unit 11 .

マイクロミラーは、例えば「ON状態」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状態」の場合には、光源30からの光をOFF光板に向けて反射する方向に傾斜角度が制御される。 The tilt angle of the micromirror is controlled so that the light from the light source 30 is reflected to the projection optical system unit 60, for example, when it is in the “ON state”. Further, when the micromirror is in the "OFF state", for example, the tilt angle is controlled in the direction in which the light from the light source 30 is reflected toward the OFF light plate.

このように、DMD51は、画像制御部11から送信される制御信号によって各マイクロミラーの傾斜角度が制御され、照明光学系ユニット40によって導かれた光を変調して画像Pを生成する。 In this manner, the DMD 51 controls the tilt angle of each micromirror according to the control signal sent from the image control section 11 and modulates the light guided by the illumination optical system unit 40 to generate the image P. FIG.

投影光学系ユニット60は、複数の投射レンズ、ミラー等を有し、DMD51によって生成される画像Pを拡大してスクリーンSに投影する投影部である。 The projection optical system unit 60 is a projection unit that has a plurality of projection lenses, mirrors, etc., and projects the image P generated by the DMD 51 onto the screen S by enlarging it.

[照明光学系ユニット]
図3は、照明光学系ユニット40を例示する斜視図である。図3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。
[Illumination optical system unit]
FIG. 3 is a perspective view illustrating the illumination optical system unit 40. FIG. As shown in FIG. 3 , illumination optical system unit 40 has color wheel 401 , light tunnel 402 , relay lenses 403 and 404 , cylinder mirror 405 and concave mirror 406 .

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 color wheel 401 is, for example, a disk provided with filters of R (red), G (green), and B (blue) at different portions in the circumferential direction. The color wheel 401 rotates at high speed to time-divide the light emitted from the light source 30 into RGB colors.

ライトトンネル402は、入射した光の輝度分布を均一化して出力する照明均一化素子であって、照明光学系ユニット40内に固設されている。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形成された矩形状の中空を有するほぼ直方体形状の光伝送媒体である。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 light tunnel 402 is an illumination uniformizing element that uniformizes the luminance distribution of incident light and outputs it, and is fixed in the illumination optical system unit 40 . The light tunnel 402 is, for example, a substantially rectangular parallelepiped optical transmission medium having a rectangular hollow formed by laminating plate glass or the like. The light tunnel 402 makes the luminance distribution uniform by multiple reflection of the light of each color of RGB transmitted through the color wheel 401 on the inner surface, and guides the light to the relay lenses 403 and 404 .

ライトトンネル402は、照明均一化素子として機能し得るものであればよく、例えば、光インテグレーター、グラスロッド等を用いることも可能である。 The light tunnel 402 may be anything that can function as an illumination homogenizing element, such as a light integrator, a glass rod, or the like.

リレーレンズ403,404は、ライトトンネル402とDMD51との間の光路上に配置されている。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。 Relay lenses 403 and 404 are arranged on the optical path between light tunnel 402 and DMD 51 . The relay lenses 403 and 404 collect the light emitted from the light tunnel 402 while correcting axial chromatic aberration.

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、DMD51に向けて反射する。DMD51は、凹面ミラー406からの反射光を変調して画像Pを生成する。 Cylinder mirror 405 and concave mirror 406 reflect the light emitted from relay lenses 403 and 404 toward DMD 51 . DMD 51 modulates the reflected light from concave mirror 406 to generate image P. FIG.

[ライトトンネル]
図4は、ライトトンネル402の概略構成を示す斜視図である。上述のようにライトトンネル402は、ほぼ直方体形状であるので、矩形状の断面402cを有する。ここで、断面402cとは、ライトトンネル402を、その長手方向に直交する方向に切断した面である。
[Light Tunnel]
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of the light tunnel 402. As shown in FIG. As described above, the light tunnel 402 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and thus has a rectangular cross section 402c. Here, the cross section 402c is a plane obtained by cutting the light tunnel 402 in a direction orthogonal to its longitudinal direction.

断面402cの短辺の長さをa、長辺の長さをbとする。断面402cのアスペクト比(縦横比)は、ポートレート画像のアスペクト比に一致するように設定されており、例えば、「a:b=3:4」である。光入射面402a及び光出射面402bの形状は、断面402cの形状と同一である。 The length of the short side of the cross section 402c is a, and the length of the long side is b. The aspect ratio (horizontal-to-horizontal ratio) of the cross section 402c is set to match the aspect ratio of the portrait image, for example, "a:b=3:4". The shape of the light entrance surface 402a and the light exit surface 402b is the same as the shape of the cross section 402c.

光入射面402aには、光源30から出力されてカラーホイール401を透過した光が入射する。光出射面402bから出射した光は、ポートレート画像と同一のアスペクト比a:bを有する矩形状の光であり、リレーレンズ403,404を介して、DMD51の画像生成面上を照射する。 Light output from the light source 30 and transmitted through the color wheel 401 is incident on the light incident surface 402a. The light emitted from the light exit surface 402 b is rectangular light having the same aspect ratio a:b as the portrait image, and illuminates the image generation surface of the DMD 51 via the relay lenses 403 and 404 .

図5は、DMD51の画像生成面51aとライトトンネル402による照明領域410との関係を示す図である。図5において、H方向は、横方向(Y方向)に対応する方向である。V方向は、縦方向(Z方向)に対応する方向である。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the image generation surface 51a of the DMD 51 and the illumination area 410 by the light tunnel 402. As shown in FIG. In FIG. 5, the H direction is the direction corresponding to the horizontal direction (Y direction). The V direction is a direction corresponding to the vertical direction (Z direction).

照明領域410は、ライトトンネル402から出射した光が照明される領域であり、ライトトンネル402の断面形状と同一のアスペクト比を有する。すなわち、照明領域410のH方向への長さLHとV方向への長さLVとは、「LH:LV=a:b」の関係を有する。これに対して、画像生成面51aは、矩形状であって、H方向への長さDHがV方向への長さDVよりも大きい。 The illumination area 410 is an area illuminated by light emitted from the light tunnel 402 and has the same aspect ratio as the cross-sectional shape of the light tunnel 402 . That is, the length LH in the H direction of the illumination area 410 and the length LV in the V direction have a relationship of "LH:LV=a:b". On the other hand, the image generation surface 51a has a rectangular shape, and the length DH in the H direction is longer than the length DV in the V direction.

照明領域410は、画像生成面51a内に含まれ、長辺の長さLVが、画像生成面51aの短辺の長さDVに一致するように設定されている。すなわち、照明領域410は、短辺が画像生成面51aの長辺に一致し、かつ、「LV=DV」及び「LH<DH」の関係を満たすように設定されている。また、照明領域410は、画像生成面51aの長辺方向であるH方向に関して、画像生成面51aの中央に位置する。 The illumination region 410 is included in the image generation plane 51a, and the length LV of the long side is set to match the length DV of the short side of the image generation plane 51a. That is, the illumination area 410 is set so that the short sides match the long sides of the image generation surface 51a and satisfy the relationships of "LV=DV" and "LH<DH". Also, the illumination region 410 is positioned at the center of the image generation surface 51a with respect to the H direction, which is the long side direction of the image generation surface 51a.

DMD51は、画像生成面51aのうち照明領域410内のマイクロミラーを駆動することにより画像Pを生成する。画像生成面51aの照明領域410以外の領域51bには、光が照明されない。この非照明領域51bについては、マイクロミラーは駆動されなくてもよいが、不用意に入射した光が投影光学系ユニット60に導かれることがないように、OFF状態とすることが好ましい。非照明領域51bは、画像生成使用されない不使用領域である。 The DMD 51 generates an image P by driving micromirrors within the illumination area 410 on the image generation surface 51a. A region 51b other than the illumination region 410 of the image generation surface 51a is not illuminated with light. Although the micromirror does not have to be driven in this non-illumination area 51 b , it is preferable to keep it in an OFF state so as not to guide incident light to the projection optical system unit 60 . The non-illumination area 51b is an unused area that is not used for image generation.

すなわち、ポートレート画像の投影を行う場合には、照明領域410に照射されるすべての照明光が画像生成に使用されるので、DMD51が照明光の一部を破棄することなく、光の損失が生じないので、輝度の低下が抑制される。 That is, in the case of projecting a portrait image, all the illumination light applied to the illumination area 410 is used for image generation, so that the DMD 51 does not discard part of the illumination light, and light loss is minimized. Since it does not occur, a decrease in luminance is suppressed.

[効果]
図6は、従来のプロジェクタにおける画像生成面と照明領域との関係を示す図である。従来のプロジェクタは、断面形状が横長のライトトンネルを有する。DMDは、上記実施形態と同様の形状の画像生成面500を有し、ライトトンネルによる照明領域510は、画像生成面500を覆うように設定される。
[effect]
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between an image generation surface and an illumination area in a conventional projector. A conventional projector has a light tunnel whose cross-sectional shape is oblong. The DMD has an image generation surface 500 shaped similarly to the above embodiment, and an illumination area 510 by a light tunnel is set to cover the image generation surface 500 .

従来のプロジェクタでは、縦長の画像を投影する場合には、画像生成面500の中央に位置する縦長の領域501内のマイクロミラーを駆動することにより画像を生成する。画像生成面500の領域501以外の領域502は、画像生成使用されない不使用領域であるので、マイクロミラーをOFF状態として照明光を破棄する必要がある。 In a conventional projector, when projecting a vertically long image, the image is generated by driving a micromirror in a vertically long area 501 located in the center of the image generating surface 500 . Since the area 502 other than the area 501 of the image generation surface 500 is an unused area that is not used for image generation, it is necessary to discard the illumination light by turning off the micromirrors.

これに対して、本実施形態のプロジェクタ1では、ライトトンネル402の断面402cが、縦長の画像に対応したアスペクト比を有する縦長形状であるので、照明領域410に照射されるすべての照明光が画像生成に使用され、照明光を破棄する必要がないので、光の利用効率の低下を抑制を抑制することができる。 On the other hand, in the projector 1 of the present embodiment, the cross section 402c of the light tunnel 402 has a vertically elongated shape with an aspect ratio corresponding to a vertically elongated image. Since it is not necessary to discard the illumination light that is used for generation, it is possible to suppress a decrease in light utilization efficiency.

従来のプロジェクタでは、投影領域が横長であるので、縦長の画像を投影する場合には、例えば、プロジェクタの向き変えることにより投影領域を縦長にする必要があり、設置場所に制限があった。また、従来のプロジェクタでは、プロジェクタの向き変えない場合には、横長の投影領域の一部に縦長の画像が投影されることになるので、投射レンズを移動させる、いわゆるレンズシフト機能を用いた画像の位置調整が必要となる場合があった。 In the conventional projector, since the projection area is horizontally long, when projecting a vertically long image, it is necessary to change the direction of the projector to make the projection area vertically long, which limits the installation location. In addition, in a conventional projector, if the direction of the projector is not changed, a vertically long image is projected in a part of the horizontally long projection area. position adjustment may be required.

これに対して、本実施形態のプロジェクタ1は、縦長の投影領域に縦長の画像を投影するので、プロジェクタ1の向きを変える等の調整が不要である。 On the other hand, since the projector 1 of this embodiment projects a vertically long image onto a vertically long projection area, adjustment such as changing the orientation of the projector 1 is unnecessary.

<第2実施形態>
以下に、本発明の第2実施形態に係る画像投影装置ついて説明する。
<Second embodiment>
An image projection apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described below.

プロジェクタ1の設置場所が、例えばスクリーンSの近くに限られるなどといった状況によっては、図7に示すように、プロジェクタ1を斜め上方に向けた姿勢で設置せざるを得ない場合がある。このような場合には、図8に示すように、スクリーンSに投影される画像の形状が、符号P1で示すように台形になってしまう。 Depending on the situation where the installation location of the projector 1 is limited to, for example, the vicinity of the screen S, the projector 1 may have to be installed in a posture facing obliquely upward as shown in FIG. In such a case, as shown in FIG. 8, the shape of the image projected onto the screen S becomes trapezoidal as indicated by P1.

プロジェクタ1は、形状が台形に歪んだ画像を、符号P2で示す矩形に近づけるように画像データを補正する台形歪み補正(キーストン補正)を実行することが可能である。しかし、台形歪み補正は、台形の短辺を基準として、画素を間引くなどの処理によって行われるので、投影画像は、画質及び輝度が低下してしまう。 The projector 1 can perform trapezoidal distortion correction (keystone correction) for correcting image data so that an image whose shape is distorted into a trapezoidal shape is approximated to a rectangle indicated by symbol P2. However, trapezoidal distortion correction is performed by processing such as thinning out pixels with reference to the short side of the trapezoid, so that the image quality and brightness of the projected image are degraded.

このような台形歪みは、プロジェクタ1の設置状況に限られず、スクリーンSが傾斜している場合にも生じる。 Such trapezoidal distortion occurs not only when the projector 1 is installed, but also when the screen S is tilted.

図9は、第2実施形態のプロジェクタ1が有するライトトンネル402の概略構成を示す斜視図である。第2実施形態では、ライトトンネル402の断面402cを、プロジェクタ1又はスクリーンSの傾斜に合わせた形状(台形状)とする。具体的には、ライトトンネル402の断面402cにおいて縦方向に対向する2辺(底辺及び上辺)のうち、台形状に歪んだ投影画像の短辺側に対応する辺を長くする。例えば、図7に示すように、プロジェクタ1を斜め上方に向けた姿勢で設置することにより、投影画像Pの下側が狭くなる場合(図8参照)には、ライトトンネル402の断面形状のうち、投影画像Pの下側の辺に対応する辺を長くする。 FIG. 9 is a perspective view showing a schematic configuration of the light tunnel 402 included in the projector 1 of the second embodiment. In the second embodiment, the cross section 402c of the light tunnel 402 is shaped (trapezoidal) in accordance with the inclination of the projector 1 or the screen S. FIG. Specifically, of the two sides (bottom side and top side) facing each other in the vertical direction in the cross section 402c of the light tunnel 402, the side corresponding to the short side of the trapezoidally distorted projected image is lengthened. For example, as shown in FIG. 7, when the projector 1 is installed in a posture that faces obliquely upward, and the lower side of the projected image P becomes narrow (see FIG. 8), the cross-sectional shape of the light tunnel 402 is: The side corresponding to the lower side of the projection image P is lengthened.

図10は、第2実施形態におけるDMD51の画像生成面51aとライトトンネル402による照明領域410との関係を示す図である。本実施形態では、照明領域410は、ライトトンネル402の断面形状に対応した台形状となる。この台形状の高さLVは、画像生成面51aの短辺の長さDVと等しい。台形の底辺及び上辺の長さは、画像生成面51aの長辺の長さDHより小さい。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the image generation surface 51a of the DMD 51 and the illumination area 410 by the light tunnel 402 in the second embodiment. In this embodiment, the illumination area 410 has a trapezoidal shape corresponding to the cross-sectional shape of the light tunnel 402 . The height LV of this trapezoid is equal to the length DV of the short side of the image generation surface 51a. The lengths of the base and top sides of the trapezoid are smaller than the length DH of the long side of the image generation surface 51a.

第1実施形態と同様に、DMD51は、画像生成面51aのうち照明領域410内のマイクロミラーを駆動することにより画像Pを生成する。画像生成面51aの照明領域410以外の領域51bには、光が照明されない。この非照明領域51bについては、マイクロミラーは駆動されなくてもよいが、不用意に入射した光が投影光学系ユニット60に導かれることがないように、OFF状態とすることが好ましい。非照明領域51bは、画像生成使用されない不使用領域である。 As in the first embodiment, the DMD 51 generates the image P by driving micromirrors within the illumination area 410 of the image generation surface 51a. A region 51b other than the illumination region 410 of the image generation surface 51a is not illuminated with light. Although the micromirror does not have to be driven in this non-illumination area 51 b , it is preferable to keep it in an OFF state so as not to guide incident light to the projection optical system unit 60 . The non-illumination area 51b is an unused area that is not used for image generation.

すなわち、ポートレート画像の投影を行う場合には、照明領域410に照射されるすべての照明光が画像生成に使用されるので、DMD51が照明光の一部を破棄することなく、光の損失が生じないので、輝度の低下が抑制される。 That is, in the case of projecting a portrait image, all the illumination light applied to the illumination area 410 is used for image generation, so that the DMD 51 does not discard part of the illumination light, and light loss is minimized. Since it does not occur, a decrease in luminance is suppressed.

また、ライトトンネル402の断面402cを、プロジェクタ1又はスクリーンSの傾斜に合わせた形状とすることにより、投影画像Pが矩形状となる。 Further, by forming the cross section 402c of the light tunnel 402 into a shape that matches the inclination of the projector 1 or the screen S, the projected image P becomes rectangular.

したがって、第2実施形態では、投影画像Pに台形歪みが生じる設置状況において、画質及び輝度を伴う台形歪み補正(画像処理)を行うことなく、投影画像Pを矩形状に補正することができる。 Therefore, in the second embodiment, in an installation situation in which trapezoidal distortion occurs in the projected image P, the projected image P can be corrected into a rectangular shape without performing trapezoidal distortion correction (image processing) involving image quality and luminance.

以上の第1及び第2実施形態に係る画像投影装置は、例えば、美術館において絵画を投影するような設置場所が限定され状況下において特に有用である。 The image projection apparatuses according to the first and second embodiments described above are particularly useful in situations where installation locations are limited, such as when projecting paintings in art museums.

なお、断面形状の異なるライトトンネル402を、照明光学系ユニット40から交換可能とすることも好ましい。設置状況に応じた断面形状のライトトンネル402を照明光学系ユニット40に装着すればよい。 In addition, it is also preferable that the light tunnel 402 having a different cross-sectional shape can be exchanged from the illumination optical system unit 40 . A light tunnel 402 having a cross-sectional shape suitable for the installation situation may be attached to the illumination optical system unit 40 .

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。 Although the present invention has been described above based on each embodiment, the present invention is not limited to the requirements shown in the above embodiments. These points can be changed within the scope of the present invention, and can be determined appropriately according to the application form.

1 プロジェクタ(画像投影装置)
11 画像制御部
15 光学エンジン(光学装置)
30 光源
40 照明光学系ユニット
50 画像表示ユニット
51 DMD(光変調素子)
51a 画像生成面
51b 非照明領域
60 投影光学系ユニット(投影部)
401 カラーホイール
402 ライトトンネル
402a 光入射面
402b 光出射面
402c 断面
403,404 リレーレンズ
405 シリンダミラー
406 凹面ミラー
410 照明領域
500 画像生成面
510 照明領域
1 Projector (image projection device)
11 image control unit 15 optical engine (optical device)
30 light source 40 illumination optical system unit 50 image display unit 51 DMD (light modulation device)
51a image generation surface 51b non-illumination area 60 projection optical system unit (projection section)
401 color wheel 402 light tunnel 402a light entrance surface 402b light exit surface 402c cross section 403, 404 relay lens 405 cylinder mirror 406 concave mirror 410 illumination area 500 image generation surface 510 illumination area

特開2003-348496号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-348496

Claims (5)

光を出力する光源と、
横長の矩形状の画像生成面を有し、前記画像生成面に照射された光を変調して画像を生成する光変調素子と、
台形状の断面を有し、前記光源から出力された光を、輝度分布を均一化して前記画像生成面に照射するライトトンネルと、
を有し、
前記ライトトンネルによる前記画像生成面上における照明領域は、台形状であって、台形状の高さが前記画像生成面の短辺の長さと等しく、底辺及び上辺の長さがそれぞれ前記画像生成面の長辺の長さより小さい光学装置。
a light source that outputs light;
a light modulation element having a horizontally long rectangular image generation surface and modulating light irradiated onto the image generation surface to generate an image;
a light tunnel that has a trapezoidal cross section and irradiates the image generation surface with the light output from the light source with a uniform luminance distribution;
has
The illumination area on the image generation surface by the light tunnel has a trapezoidal shape, the height of the trapezoid being equal to the length of the short side of the image generation surface, and the length of the base and the top side of the image generation surface. optical device smaller than the length of the long side of
前記照明領域は、前記画像生成面の長辺方向に関して、前記画像生成面の中央に位置する請求項に記載の光学装置。 2. The optical device according to claim 1 , wherein the illumination area is positioned at the center of the image generation surface with respect to the long side direction of the image generation surface. 前記ライトトンネルと前記光変調素子との間に配置されたリレーレンズを有する請求項1または2いずれか1項に記載の光学装置。 3. An optical device according to any one of claims 1 or 2 , comprising a relay lens arranged between the light tunnel and the light modulating element. 前記光変調素子により生成された画像を投影する投影部を有する請求項1ないしいずれか1項に記載の光学装置。 4. The optical device according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a projection section for projecting an image generated by said light modulation element. 請求項1ないしいずれか1項に記載の光学装置と、
画像データに基づいて前記光変調素子を制御する画像制御部と、
を有する画像投影装置。
an optical device according to any one of claims 1 to 4 ;
an image control unit that controls the light modulation element based on image data;
An image projection device having
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