JPWO2016098859A1 - Optical unit and projector provided with the same - Google Patents
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Abstract
小型化できる光学ユニットを提供する。光学ユニット(PU)は、ON/OFF制御される各マイクロミラー(MR)の駆動を2軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイス(DP)と、照明光(L1)をデジタル・マイクロミラー・デバイス(DP)に導く第1プリズム(P1)と、OFF状態のマイクロミラー(MR)で反射されたOFF光(L3)を反射するとともにON状態のマイクロミラー(MR)で反射されたON光(L2)を透過するOFF光反射面(21)を有する第2プリズム(P2)と、第2プリズム(P2)から出射されたON光(L2)が入射して投影側に射出する第3プリズム(P3)と、を備える。各マイクロミラー(MR)はOFF光(L3)の光軸(AX3)がON光(L2)の光軸(AX2)と照明光(L1)の光軸(AX1)とを含む第1平面(PL1)に対して離れる方向にOFF光(L3)を反射し、第2プリズム(P2)が第1平面(PL1)に対してOFF光(L3)の光軸(AX3)が配される一方の第1領域(22)と他方の第2領域(23)とを有し、第1平面(PL1)上を始端とするOFF光反射面(21)の外向きの法線ベクトル(NR)をON光(L2)の光軸(AX2)に垂直な第2平面(PL2)に投影した成分ベクトル(NR1)の終端が第2領域(23)に配される。An optical unit that can be miniaturized is provided. The optical unit (PU) includes a digital micromirror device (DP) that drives each micromirror (MR) controlled on / off with respect to two axes, and illumination light (L1) as a digital micromirror device ( The first prism (P1) leading to DP) and the OFF light (L3) reflected by the micromirror (MR) in the OFF state and the ON light (L2) reflected by the micromirror (MR) in the ON state The second prism (P2) having the OFF light reflecting surface (21) that transmits the light, and the third prism (P3) from which the ON light (L2) emitted from the second prism (P2) is incident and emitted to the projection side And comprising. Each micromirror (MR) has a first plane (PL1) in which the optical axis (AX3) of the OFF light (L3) includes the optical axis (AX2) of the ON light (L2) and the optical axis (AX1) of the illumination light (L1). OFF light (L3) is reflected in a direction away from the first plane), and the second prism (P2) is disposed on the first plane (PL1) with the optical axis (AX3) of the OFF light (L3) on one side. It has one region (22) and the other second region (23), and the outward normal vector (NR) of the OFF light reflecting surface (21) starting from the first plane (PL1) is the ON light. The end of the component vector (NR1) projected on the second plane (PL2) perpendicular to the optical axis (AX2) of (L2) is arranged in the second region (23).
Description
本発明は2軸に関してマイクロミラーの駆動を行うデジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)を有する光学ユニット及びそれを備えたプロジェクターに関する。 The present invention relates to an optical unit having a digital micromirror device that drives a micromirror about two axes, and a projector including the same.
従来の光学ユニットは特許文献1、2に開示されている。特許文献1の光学ユニットはプロジェクターに搭載され、デジタル・マイクロミラー・デバイス、第1プリズム、第2プリズム及び第3プリズムを有する。デジタル・マイクロミラー・デバイスは反射型画像表示素子であり、複数の微小なマイクロミラーから成る画像表示面を有する。 Conventional optical units are disclosed in
第1プリズムは照明光を反射する反射面を有し、該反射面で反射した照明光はデジタル・マイクロミラー・デバイスに導かれる。デジタル・マイクロミラー・デバイスは各マイクロミラーの面の傾きがON/OFF制御されて照明光を強度変調することにより画像を形成する。ON/OFF制御される各マイクロミラーの駆動は1軸に関して行われ、ON状態のマイクロミラーの傾き角度とOFF状態のマイクロミラーの傾き角度は異なっている。 The first prism has a reflecting surface that reflects the illumination light, and the illumination light reflected by the reflecting surface is guided to the digital micromirror device. In the digital micromirror device, the inclination of the surface of each micromirror is ON / OFF controlled to form an image by intensity-modulating illumination light. Each micromirror that is ON / OFF controlled is driven with respect to one axis, and the tilt angle of the micromirror in the ON state is different from the tilt angle of the micromirror in the OFF state.
第2プリズムはON状態のマイクロミラーで反射したON光を透過するとともにOFF状態のマイクロミラーで反射したOFF光を全反射する全反射面を有する。全反射面を透過したON光は第3プリズムに入射する。第3プリズムは第2プリズムから入射したON光を画像投射側に射出する。これにより、画像が投影される。この時、デジタル・マイクロミラー・デバイスで反射するON光の光軸は第1プリズム、第2プリズム及び第3プリズムの厚み方向の中心面上に配される。また、デジタル・マイクロミラー・デバイスで反射するOFF光の光軸は第1プリズム及び第2プリズムの厚み方向の中心面上に配される。 The second prism has a total reflection surface that transmits the ON light reflected by the micromirror in the ON state and totally reflects the OFF light reflected by the micromirror in the OFF state. The ON light transmitted through the total reflection surface enters the third prism. The third prism emits ON light incident from the second prism to the image projection side. Thereby, an image is projected. At this time, the optical axis of the ON light reflected by the digital micromirror device is arranged on the center plane in the thickness direction of the first prism, the second prism, and the third prism. Further, the optical axis of the OFF light reflected by the digital micromirror device is disposed on the center plane in the thickness direction of the first prism and the second prism.
投影画像に使用されないOFF光(不要光)が投影レンズに入射すると、ゴースト光が発生する。また、OFF光が投影レンズに入射すると投影レンズの局所的な温度上昇が発生し、投影レンズの結像性能が低下する。これにより、投影画像のコントラストが低下する。特許文献1の光学ユニットによれば、OFF光は第2プリズムの全反射面で反射してON光とは異なる方向に射出される。これにより、OFF光が画像投影側に射出されず、投影画像のOFF光によるコントラストの低下を防止することができる。 When OFF light (unnecessary light) that is not used in the projection image enters the projection lens, ghost light is generated. Further, when OFF light is incident on the projection lens, a local temperature rise of the projection lens occurs, and the imaging performance of the projection lens is degraded. Thereby, the contrast of a projection image falls. According to the optical unit of
また、直交する2軸に関してマイクロミラーの駆動を行うデジタル・マイクロミラー・デバイス(Tilt & Roll Pixel DMD)が非特許文献1に開示されている。このデジタル・マイクロミラー・デバイスでは、各マイクロミラーはOFF光の光軸がON光の光軸と照明光の光軸とを含む平面に対して離れる方向にOFF光を反射する。このため、2軸制御のデジタル・マイクロミラー・デバイスを上記特許文献1、2の光学ユニットに搭載することにより、投影画像の輝度を向上させることができる。 Non-Patent
プロジェクターに搭載される光学ユニットは小型化の市場要求がある。上記特許文献1、2の光学ユニットに2軸制御のデジタル・マイクロミラー・デバイスを搭載すると、ON光の光軸が第2プリズムの厚み方向の中心面上に配され、OFF光の光軸が該中心面から離れて配される。このため、第2プリズムの厚みが大きくなり、光学ユニットが大型になる問題があった。 There is a market demand for miniaturization of optical units mounted on projectors. When the two-axis control digital micromirror device is mounted on the optical units of
本発明は、小型化できる光学ユニット及びそれを用いたプロジェクターを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an optical unit that can be miniaturized and a projector using the same.
上記目的を達成するために本発明は、複数のマイクロミラーからなる画像表示面において各前記マイクロミラーの面の傾きがON/OFF制御されて照明光を強度変調することにより画像を形成し、ON/OFF制御される各前記マイクロミラーの駆動を2軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
照明光を前記デジタル・マイクロミラー・デバイスに導く第1プリズムと、
OFF状態の前記マイクロミラーで反射されたOFF光を反射するとともにON状態の前記マイクロミラーで反射されたON光を透過するOFF光反射面を有する第2プリズムと、
第2プリズムから出射されたON光が入射して投影側に射出する第3プリズムと、
を備えた光学ユニットであって、
各前記マイクロミラーはOFF光の光軸がON光の光軸と照明光の光軸とを含む第1平面に対して離れる方向にOFF光を反射し、第2プリズムが第1平面に対してOFF光の光軸が配される一方の第1領域と他方の第2領域とを有し、
第1平面上を始端とする前記OFF光反射面の外向きの法線ベクトルをON光の光軸に垂直な第2平面に投影した成分ベクトルの終端が第2領域に配されることを特徴としている。In order to achieve the above object, the present invention forms an image by modulating the intensity of illumination light by controlling the inclination of the surface of each micromirror on an image display surface composed of a plurality of micromirrors. A digital micromirror device that drives each micromirror that is controlled in an OFF direction with respect to two axes;
A first prism for guiding illumination light to the digital micromirror device;
A second prism having an OFF light reflecting surface that reflects OFF light reflected by the micromirror in the OFF state and transmits ON light reflected by the micromirror in the ON state;
A third prism in which ON light emitted from the second prism is incident and emitted to the projection side;
An optical unit comprising:
Each of the micromirrors reflects OFF light in a direction in which the optical axis of OFF light is away from the first plane including the optical axis of ON light and the optical axis of illumination light, and the second prism is relative to the first plane. Having one first region where the optical axis of the OFF light is arranged and the other second region;
An end of a component vector obtained by projecting an outward normal vector of the OFF light reflecting surface starting from the first plane onto a second plane perpendicular to the optical axis of the ON light is disposed in the second region. It is said.
また本発明は、上記構成の光学ユニットにおいて、以下の条件式(1)及び(2)を満たすと好ましい。
θa≧θ1≧θb−1.5・・・(1)
θe−15≦φ≦θe+15・・・(2)
ただし、
θa=sin-1(1/n)−sin-1{sin(α+θF−2・β)/n}
θb=sin-1(1/n)−sin-1〈sin[cos-1{cosα・cos(2・γ)}−θF]/n〉
θe=tan-1{sin(2・γ)/tanα}
θF=sin-1(1/2・F)
であり、
α:前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの入射光の光軸と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
β:ON状態の前記マイクロミラーの法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
γ:OFF状態の前記マイクロミラーの法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
n:第2プリズムの屈折率、
F:Fナンバー、
θ1:前記OFF光反射面の法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
φ:前記成分ベクトルと第1平面との成す角度、
である。In the optical unit configured as described above, it is preferable that the following conditional expressions (1) and (2) are satisfied.
θa ≧ θ1 ≧ θb−1.5 (1)
θe−15 ≦ φ ≦ θe + 15 (2)
However,
θa = sin −1 (1 / n) −sin −1 {sin (α + θF−2 · β) / n}
θb = sin −1 (1 / n) −sin −1 <sin [cos −1 {cos α · cos (2 · γ)} − θF] / n>
θe = tan −1 {sin (2 · γ) / tan α}
θF = sin −1 (1/2 · F)
And
α: an angle formed by an optical axis of incident light of the digital micromirror device and a normal line of the digital micromirror device,
β: angle formed between the normal line of the micromirror in the ON state and the normal line of the digital micromirror device,
γ: an angle formed between the normal line of the micromirror in the OFF state and the normal line of the digital micromirror device,
n: refractive index of the second prism,
F: F number,
θ1: an angle formed between a normal line of the OFF light reflecting surface and a normal line of the digital micromirror device;
φ: angle formed by the component vector and the first plane,
It is.
また本発明は、上記構成の光学ユニットにおいて、第1プリズムが照明光を反射する照明光反射面を有してON光が前記照明光反射面を透過し、以下の条件式(3)を満たすと好ましい。
θc≧θ2≧θd・・・(3)
ただし、
θc=sin-1(1/n1)+sin-1{sin(α−θF−2・β)/n1}
θd=sin-1(1/n1)−sin-1{sin(α−θF)/n1}
θF=sin-1(1/2・F)
であり、
n1:第1プリズムの屈折率、
θ2:前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線と前記照明光反射面の法線との成す角度、
である。According to the present invention, in the optical unit configured as described above, the first prism has an illumination light reflecting surface that reflects the illumination light, and the ON light passes through the illumination light reflecting surface and satisfies the following conditional expression (3): And preferred.
θc ≧ θ2 ≧ θd (3)
However,
θc = sin −1 (1 / n1) + sin −1 {sin (α−θF−2 · β) / n1}
θd = sin −1 (1 / n1) −sin −1 {sin (α−θF) / n1}
θF = sin −1 (1/2 · F)
And
n1: refractive index of the first prism,
θ2: an angle formed between the normal line of the digital micromirror device and the normal line of the illumination light reflecting surface,
It is.
また本発明は、上記構成の光学ユニットにおいて、第1プリズムから出射される照明光が第2プリズムを介して前記マイクロミラーに導かれ、前記マイクロミラーで反射したON光は第2プリズム、第1プリズム及び第3プリズムの順に透過すると好ましい。 In the optical unit configured as described above, the illumination light emitted from the first prism is guided to the micromirror via the second prism, and the ON light reflected by the micromirror is the second prism, the first prism It is preferable to transmit in the order of the prism and the third prism.
また本発明は、上記構成の光学ユニットにおいて、前記マイクロミラーで反射したON光が第1プリズム、第2プリズム及び第3プリズムの順に透過し、前記マイクロミラーで反射したOFF光が第1プリズムを介して第2プリズムに入射すると好ましい。 According to the present invention, in the optical unit configured as described above, the ON light reflected by the micromirror is transmitted in the order of the first prism, the second prism, and the third prism, and the OFF light reflected by the micromirror passes through the first prism. Preferably, the light enters the second prism through the second prism.
また本発明は、上記構成の光学ユニットにおいて、第1プリズム及び第2プリズムは第3プリズムのON光を投影側へ出射する出射面に対して突出しないと好ましい。 According to the present invention, in the optical unit configured as described above, it is preferable that the first prism and the second prism do not protrude with respect to the exit surface that emits the ON light of the third prism to the projection side.
また本発明のプロジェクターは、光源と、上記構成の光学ユニットと、前記光学ユニットに向けて照明光を出射する照明光学系と、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスに表示された画像をスクリーンに拡大投影する投影光学系とを備えたことを特徴としている。 According to another aspect of the projector of the present invention, a light source, the optical unit configured as described above, an illumination optical system that emits illumination light toward the optical unit, and an image displayed on the digital micromirror device are enlarged and projected onto a screen. And a projection optical system.
本発明の光学ユニットによると、OFF状態のマイクロミラーで反射されたOFF光を反射するとともにON状態のマイクロミラーで反射されたON光を透過するOFF光反射面を有する第2プリズムを備える。これにより、2軸に関してマイクロミラーの駆動を行うデジタル・マイクロミラー・デバイスからの出射光のうち、画像投影に必要なON光から画像投影に不要なOFF光を適正に空間分離することができる。したがって、光学ユニット及びプロジェクターのOFF光に起因する温度上昇や迷光の発生を防止することができる。 According to the optical unit of the present invention, the second prism having the OFF light reflecting surface that reflects the OFF light reflected by the micromirror in the OFF state and transmits the ON light reflected by the micromirror in the ON state is provided. As a result, among the light emitted from the digital micromirror device that drives the micromirror with respect to the two axes, it is possible to appropriately separate the OFF light unnecessary for image projection from the ON light necessary for image projection. Therefore, it is possible to prevent the temperature rise and stray light caused by the OFF light of the optical unit and the projector.
また、各マイクロミラーはOFF光の光軸がON光の光軸と照明光の光軸とを含む第1平面に対して離れる方向にOFF光を反射し、第2プリズムが第1平面に対してOFF光の光軸が配される一方の第1領域と他方の第2領域とを有する。そして、第1平面上を始端とするOFF光反射面の外向きの法線ベクトルをON光の光軸に垂直な第2平面に投影した成分ベクトルの終端が第2領域に配される。これにより、第2プリズムの厚みを小さくして光学ユニット及びプロジェクターの小型化を図ることができる。 Each micromirror reflects OFF light in a direction in which the optical axis of OFF light is away from the first plane including the optical axis of ON light and the optical axis of illumination light, and the second prism is relative to the first plane. And one of the first regions where the optical axis of the OFF light is arranged and the other second region. Then, the end of the component vector obtained by projecting the outward normal vector of the OFF light reflecting surface starting from the first plane onto the second plane perpendicular to the optical axis of the ON light is arranged in the second region. Thereby, the thickness of the second prism can be reduced, and the optical unit and the projector can be reduced in size.
<第1実施形態>
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は第1実施形態の光学ユニットを備えるプロジェクターの概略構成図を示している。1チップタイプ(単板式)のプロジェクターPJは光源1、照明光学系2、光学ユニットPU、投影光学系LN、アクチュエーター4及び制御部3を備える。<First Embodiment>
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projector including the optical unit according to the first embodiment. The one-chip type (single plate type) projector PJ includes a
光源1は例えばLEDから成り、白色光を出射する。照明光学系2はレンズ71(図5参照)を有し、光源1からの光を集光して照明光を光学ユニットPUに向けて出射する。光学ユニットPUはデジタル・マイクロミラー・デバイスDP、第1プリズムP1、第2プリズムP2及び第3プリズムP3を有し、支持部材(不図示)によりプロジェクターPJ内で支持される。光学ユニットPUはデジタル・マイクロミラー・デバイスDPで反射した投影光(後述のON光)を投影光学系LNに向けて射出する。なお、光学ユニットPUの詳細については後述する。 The
投影光学系LNはレンズ51、52(図5参照)を有し、デジタル・マイクロミラー・デバイスDP上に表示された画像をスクリーンSCに拡大投影する。アクチュエーター4はレンズ51、52を移動させ、例えばズーミング、フォーカシングや投影画像の上下シフト等を行う。制御部3はCPUを有し、プロジェクターPJ全体の制御を行う。 The projection optical system LN includes
図2〜図5は光学ユニットPUの斜視図、正面図、上面断面図及び側面図をそれぞれ示している。なお、図4はOFF光L3の光軸AX3の反射位置の上面断面図を示している。図2〜図5において、X方向は第1〜第3プリズムP1〜P3の厚み方向を示している。Z方向はデジタル・マイクロミラー・デバイスDPで反射する投影光(後述のON光)の光軸方向を示している。Y方向はX方向及びZ方向に垂直な方向を示している。 2 to 5 show a perspective view, a front view, a top sectional view, and a side view of the optical unit PU, respectively. 4 shows a top sectional view of the reflection position of the optical axis AX3 of the OFF light L3. 2 to 5, the X direction indicates the thickness direction of the first to third prisms P1 to P3. The Z direction indicates the optical axis direction of projection light (ON light described later) reflected by the digital micromirror device DP. The Y direction indicates a direction perpendicular to the X direction and the Z direction.
第1プリズムP1、第2プリズムP2及び第3プリズムP3は内部全反射プリズム(TIR Prism:Total Internal Reflection Prism)から成り、材質として例えばガラスを用いることができる。本実施形態では、第1〜第3プリズムP1〜P3は屈折率が同じガラスにより形成される。支持部材は光学ユニットPUの両側面(第1〜第3プリズムの厚み方向の両端面)に接して配され、光学ユニットPUを挟持する。 The first prism P1, the second prism P2, and the third prism P3 are composed of total internal reflection prisms (TIR Prism: Total Internal Reflection Prism), and for example, glass can be used as the material. In the present embodiment, the first to third prisms P1 to P3 are made of glass having the same refractive index. The support member is disposed in contact with both side surfaces (both end surfaces in the thickness direction of the first to third prisms) of the optical unit PU, and sandwiches the optical unit PU.
デジタル・マイクロミラー・デバイスDPと第3プリズムP3との間には第2プリズムP2及び第1プリズムP1が配置される。第2プリズムP2はデジタル・マイクロミラー・デバイスDPと第1プリズムP1との間に配置され、第1プリズムP1は第2プリズムP2と第3プリズムP3との間に配置される。なお、第1プリズムP1と第2プリズムP2との間、第2プリズムP2と第3プリズムP3との間及び第1プリズムP1と第3プリズムP3との間にはエアーギャップ層(不図示)が設けられる。 A second prism P2 and a first prism P1 are disposed between the digital micromirror device DP and the third prism P3. The second prism P2 is disposed between the digital micromirror device DP and the first prism P1, and the first prism P1 is disposed between the second prism P2 and the third prism P3. An air gap layer (not shown) is provided between the first prism P1 and the second prism P2, between the second prism P2 and the third prism P3, and between the first prism P1 and the third prism P3. Provided.
デジタル・マイクロミラー・デバイスDPは正面投影において、第1〜第3プリズムP1〜P3に重なるように配置されるとともに第2プリズムP2の厚み方向(X方向)の中央よりも一方(図3において右方)に片寄って配置される。また、デジタル・マイクロミラー・デバイスDPと第2プリズムP2との間にはカバーガラスCGが設けられる。 The digital micromirror device DP is arranged so as to overlap the first to third prisms P1 to P3 in front projection, and is one side from the center in the thickness direction (X direction) of the second prism P2 (right in FIG. 3). ). A cover glass CG is provided between the digital micromirror device DP and the second prism P2.
デジタル・マイクロミラー・デバイスDPは各マイクロミラーMR(図7参照)の面の傾きがON/OFF制御されて照明光L1を強度変調することにより画像を形成する。ON状態のマイクロミラーMRで反射されたON光L2は光学ユニットPUから射出されて画像表示に使用される。一方、OFF状態のマイクロミラーMRで反射されたOFF光L3は画像表示に使用されない。図8に示すように、各マイクロミラーMRはOFF光L3の光軸AX3がON光L2の光軸AX2と照明光L1の光軸AX1とを含む第1平面PL1に対して離れる方向にOFF光L3を反射する。なお、デジタル・マイクロミラー・デバイスDPについての詳細は後述する。 The digital micromirror device DP forms an image by intensity-modulating the illumination light L1 by controlling ON / OFF of the inclination of the surface of each micromirror MR (see FIG. 7). The ON light L2 reflected by the micromirror MR in the ON state is emitted from the optical unit PU and used for image display. On the other hand, the OFF light L3 reflected by the micromirror MR in the OFF state is not used for image display. As shown in FIG. 8, each micromirror MR has OFF light in a direction in which the optical axis AX3 of the OFF light L3 is away from the first plane PL1 including the optical axis AX2 of the ON light L2 and the optical axis AX1 of the illumination light L1. Reflect L3. Details of the digital micromirror device DP will be described later.
第1プリズムP1は入射面12、照明光反射面11及び出射面13を有している。入射面12はZ方向に対して傾斜し、レンズ71に対向して照明光L1を入射する。照明光反射面11はレンズ71から離れるほどデジタル・マイクロミラー・デバイスDPに近づくように傾斜し、入射面12から入射した照明光L1を反射する。出射面13は第2プリズムP2に対向し、照明光反射面11で反射した照明光L1を出射する。 The first prism P1 has an
第2プリズムP2はOFF光反射面21、出射面24及び入射面25を有している。入射面25はカバーガラスCGに対向し、デジタル・マイクロミラー・デバイスDPで反射したON光L2及びOFF光L3を入射する。 The second prism P <b> 2 has an OFF
OFF光反射面21は入射面25から入射したON光L2を透過するとともにOFF光L3を反射する。出射面24はON状態のマイクロミラーMRで反射したON光L2の光軸AX2に対して入射面12の反対側に形成され、OFF光反射面21で反射したOFF光L3を出射する。 The OFF
第2プリズムP2は第1平面PL1に対して一方(図3において左方)の第1領域22及び他方(図3において右方)の第2領域23を有する。第1領域22の第1平面PL1の法線方向(X方向)の長さD1は第2領域23の第1平面PL1の法線方向(X方向)の長さD2よりも長く形成される。OFF光L3の光軸AX3は第1領域22に含まれる。 The second prism P2 has one (left side in FIG. 3)
また、第1平面PL1上を始端とするOFF光反射面21の外向きの法線ベクトルNR(図2参照)をON光L2の光軸AX2に垂直な第2平面PL2(図5参照)に投影した成分ベクトルNR1(図3参照)の終端は第2領域23に配される。これにより、図4に示すように、第1領域22のOFF光反射面21は第1平面PL1から離れるほど投影光学系LN(図5参照)に近づくように傾斜している。 Further, the outward normal vector NR (see FIG. 2) of the OFF
また、第2プリズムP2の出射面24に離れて対向して光吸収部材PT(図5参照)が設けられる。光吸収部材PTは例えば黒色処理した金属プレートにより形成され、出射面24から出射されたOFF光L3を吸収する。 Further, a light absorbing member PT (see FIG. 5) is provided so as to face away from the
第3プリズムP3は入射面33及び出射面32を有している。入射面33はレンズ71から離れるほどデジタル・マイクロミラー・デバイスDPに近づくように傾斜し、第2プリズムP2のOFF光反射面21を透過したON光L2を入射する。出射面32は投影光学系LNのレンズ51、52に対向し、入射面33から入射したON光L2を出射する。第1プリズムP1の投影光学系LN側の端部は第3プリズムP3の出射面32に対して出射側に突出している。なお、第1プリズムP1を出射面32に対して出射側に突出しないように形成してもよい。 The third prism P3 has an
上記構成のプロジェクターPJにおいて、光源1から光が出射されると、照明光学系2のレンズ71で集光されて照明光L1が光学ユニットPUに向けて出射される。照明光L1は第1プリズムP1の入射面12に入射した後に照明光反射面11で反射する。照明光反射面11で反射した照明光L1は出射面13から出射した後に、OFF光反射面21を介して第2プリズムP2に入射する。第2プリズムP2に入射した照明光L1は第2プリズムP2及びカバーガラスCGを順に透過した後にデジタル・マイクロミラー・デバイスDPに入射する。これにより、第1プリズムP1により照明光L1がデジタル・マイクロミラー・デバイスDPに導かれる。 In the projector PJ configured as described above, when light is emitted from the
図6はデジタル・マイクロミラー・デバイスDPのマイクロミラーMRの基準状態、ON状態及びOFF状態の斜視図を示している。図7はデジタル・マイクロミラー・デバイスDPの動作を説明するための斜視図を示している。デジタル・マイクロミラー・デバイスDPは複数の矩形形状の微小なマイクロミラーMRを有し、マイクロミラーMRにより画素を構成する画素反射面(マイクロミラー面)MSが形成される。 FIG. 6 shows perspective views of the reference state, the ON state, and the OFF state of the micromirror MR of the digital micromirror device DP. FIG. 7 is a perspective view for explaining the operation of the digital micromirror device DP. The digital micromirror device DP includes a plurality of minute micromirrors MR having a rectangular shape, and a pixel reflection surface (micromirror surface) MS that forms a pixel is formed by the micromirror MR.
図6において、マイクロミラーMRの基準状態を基準平面MS1で示し、マイクロミラーMRのON状態を反射面MS2で示し、マイクロミラーMRのOFF状態を反射面MS3で示している。マイクロミラーMRは基準状態から第1軸ax1に対して傾いた後に第2軸ax2に対して回動することができる。これにより、デジタル・マイクロミラー・デバイスDPは、複数の画素反射面MSからなる画像表示面DSにおいて、各画素反射面MSがON/OFF制御され、マイクロミラーMRが画像表示状態(ON状態)と画像非表示状態(OFF状態)と、の2つの角度状態をとる。すなわち、デジタル・マイクロミラー・デバイスDPは直交する2軸に関してマイクロミラーMRの駆動を行い、マイクロミラーMRは基準状態、ON状態及びOFF状態をとることができる。これにより、デジタル・マイクロミラー・デバイスDPは照明光L1を強度変調して所望の画像を生成する反射型画像表示素子を構成する。 In FIG. 6, the reference state of the micromirror MR is indicated by the reference plane MS1, the ON state of the micromirror MR is indicated by the reflecting surface MS2, and the OFF state of the micromirror MR is indicated by the reflecting surface MS3. The micromirror MR can be rotated with respect to the second axis ax2 after being tilted with respect to the first axis ax1 from the reference state. Thus, in the digital micromirror device DP, each pixel reflection surface MS is ON / OFF controlled on the image display surface DS including the plurality of pixel reflection surfaces MS, and the micromirror MR is in an image display state (ON state). Two angle states are taken: an image non-display state (OFF state). That is, the digital micromirror device DP drives the micromirror MR with respect to two orthogonal axes, and the micromirror MR can take a reference state, an ON state, and an OFF state. Thus, the digital micromirror device DP constitutes a reflective image display element that generates a desired image by intensity-modulating the illumination light L1.
各マイクロミラーMRの駆動は直交する2軸(第1軸ax1、第2軸ax2)に関して行われるため、マイクロミラーMRの画素反射面MSは異なる面内で傾斜する。本実施形態ではYZ平面内で傾斜した状態がON状態であり、XZ平面内で傾斜した状態がOFF状態である。通常想定されるON/OFF制御では、画素反射面MSがON状態のとき、マイクロミラーMRに入射した照明光L1は画像表示面DSの法線(デジタル・マイクロミラー・デバイスDPの法線)方向に反射されてON光L2(投影光)となる。また、画素反射面MSがOFF状態のとき、マイクロミラーMRに入射した照明光L1は画像表示面DSの法線方向から大きな角度を持って反射され、OFF光L3(不要光)となる。 Since each micromirror MR is driven with respect to two orthogonal axes (first axis ax1, second axis ax2), the pixel reflection surface MS of the micromirror MR is inclined in different planes. In this embodiment, the state inclined in the YZ plane is the ON state, and the state inclined in the XZ plane is the OFF state. In the normally assumed ON / OFF control, when the pixel reflection surface MS is in the ON state, the illumination light L1 incident on the micromirror MR is in the normal direction of the image display surface DS (normal direction of the digital micromirror device DP). Is reflected to become ON light L2 (projection light). When the pixel reflection surface MS is in the OFF state, the illumination light L1 incident on the micromirror MR is reflected with a large angle from the normal direction of the image display surface DS, and becomes OFF light L3 (unnecessary light).
このため、図8に示すように、各マイクロミラーMRはOFF光L3の光軸AX3がON光L2の光軸AX2と照明光L1の光軸AX1とを含む第1平面PL1に対して離れる方向にOFF光L3を反射する。また、画像表示面DSの法線(デジタル・マイクロミラー・デバイスDPの法線)はデジタル・マイクロミラー・デバイスDPの近傍のON光L2(投影光)の光軸AX2と平行になっている。 Therefore, as shown in FIG. 8, each micromirror MR has a direction in which the optical axis AX3 of the OFF light L3 is away from the first plane PL1 including the optical axis AX2 of the ON light L2 and the optical axis AX1 of the illumination light L1. Reflects the OFF light L3. The normal line of the image display surface DS (the normal line of the digital micromirror device DP) is parallel to the optical axis AX2 of the ON light L2 (projection light) in the vicinity of the digital micromirror device DP.
以上のように、デジタル・マイクロミラー・デバイスDPの画像表示面DSでは、照明光L1の強度変調により2次元画像が形成される。デジタル・マイクロミラー・デバイスDPは、前述したように直交する2軸に関してマイクロミラーMRの駆動を行うことによりON/OFFを表現する。 As described above, on the image display surface DS of the digital micromirror device DP, a two-dimensional image is formed by intensity modulation of the illumination light L1. As described above, the digital micromirror device DP expresses ON / OFF by driving the micromirror MR about two orthogonal axes.
ON状態のマイクロミラーMRで反射したON光L2は第2プリズムP2の入射面25から第2プリズムP2に入射し、OFF光反射面21を透過した後に第1プリズムP1に入射する。第1プリズムP1に入射したON光L2は照明光反射面11を透過した後に入射面33を介して第3プリズムP3に入射する。第3プリズムP3に入射したON光L2は第3プリズムP3を透過して出射面32から投影光学系LNに向けて出射される。 The ON light L2 reflected by the micromirror MR in the ON state enters the second prism P2 from the
投影光学系LNに入射したON光L2はスクリーンSC(図1参照)に投射される。これにより、デジタル・マイクロミラー・デバイスDPに表示された画像はスクリーンSCに拡大投影される。この時、アクチュエーター4により例えばズーミング、フォーカシングや投影画像の上下シフト(Y方向での移動)等が行われる。 The ON light L2 incident on the projection optical system LN is projected on the screen SC (see FIG. 1). As a result, the image displayed on the digital micromirror device DP is enlarged and projected on the screen SC. At this time, for example, zooming, focusing, vertical shift of the projected image (movement in the Y direction) and the like are performed by the actuator 4.
一方、OFF状態のマイクロミラーMRで反射したOFF光L3は第2プリズムP2の入射面25から第2プリズムP2に入射した後にOFF光反射面21で反射する。OFF光反射面21で反射したOFF光L3は出射面24から出射され、第2プリズムP2の外部へ排出される。第2プリズムP2から排出されたOFF光L3は光吸収部材PTにより吸収される。 On the other hand, the OFF light L3 reflected by the micromirror MR in the OFF state enters the second prism P2 from the
この時、光吸収部材PTは第2プリズムP2の出射面24から離れて設けられている。これにより、OFF光L3を吸収した光吸収部材PTの熱の第2プリズムP2への伝熱を低減することができる。したがって、第2プリズムP2の温度上昇を抑え、第2プリズムP2の熱変形等を防止することができる。その結果、光学ユニットPU及びプロジェクターPJの長寿命化を図ることができる。 At this time, the light absorbing member PT is provided apart from the
また、OFF光L3の光軸AX3は第1領域22に含まれる。第2プリズムP2を通るOFF光L3の光軸AX3上の光は第1領域22の第1平面PL1に対向する端面22aとは異なる出射面24から出射される。これにより、OFF光L3の端面22aへの入射を低減することができる。したがって、端面22aでの光の散乱や光の吸収による温度上昇を低減することができる。また、OFF光L3を端面22aで反射させるための端面22aの処理(例えば研磨等)を省くことができるため、コストの増大を抑えることができる。 Further, the optical axis AX3 of the OFF light L3 is included in the
なお、ON状態及びOFF状態の一方から他方へ移行中のマイクロミラーMRで反射した照明光L1(フラット光)はマイクロミラーMRの法線方向に対して照明光L1とは反対方向へ反射される。フラット光やカバーガラスCGでの照明光L1の反射光も第2プリズムP2に入射してOFF光反射面21で反射し、その後に出射面24から出射される。これにより、フラット光やカバーガラスCGでの照明光L1の反射光の投影光学系LNへの入射を防止することができる。したがって、投影画像のコントラストの低下を防止することができる。 Note that the illumination light L1 (flat light) reflected by the micromirror MR that is transitioning from one of the ON state and the OFF state to the other is reflected in a direction opposite to the illumination light L1 with respect to the normal direction of the micromirror MR. . The reflected light of the illumination light L1 from the flat light or the cover glass CG is also incident on the second prism P2, reflected by the OFF
なお、本実施形態において、照明光学系2と光源1との間にカラーホイール(不図示)を設けてもよい。カラーホイールは環状の枠を有し、枠内に赤色、青色及び緑色のフィルタが周方向に順に配置される。カラーホイールを周方向に回転させてフィルタに照明光L1を透過させることにより、カラー画像を投影することができる。 In the present embodiment, a color wheel (not shown) may be provided between the illumination
ここで、OFF光反射面21の法線とデジタル・マイクロミラー・デバイスDPの法線との成す角度θ1が以下の条件式(1)を満たすとともに、成分ベクトルNR1と第1平面PL1との成す角度φが以下の条件式(2)を満たすと、OFF光反射面21はON光L2を透過してOFF光L3をほぼ全反射することができるので好ましい。 Here, the angle θ1 formed between the normal line of the OFF
θa≧θ1≧θb−1.5・・・(1)
θe−15≦φ≦θe+15・・・(2)
ただし、
θa=sin-1(1/n)−sin-1{sin(α+θF−2・β)/n}
θb=sin-1(1/n)−sin-1〈sin[cos-1{cosα・cos(2・γ)}−θF]/n〉
θe=tan-1{sin(2・γ)/tanα}
θF=sin-1(1/2・F)
であり、
α:デジタル・マイクロミラー・デバイスDPの入射光の光軸とデジタル・マイクロミラー・デバイスDPの法線との成す角度、
β:ON状態のマイクロミラーMRの法線とデジタル・マイクロミラー・デバイスDPの法線との成す角度、
γ:OFF状態のマイクロミラーMRの法線とデジタル・マイクロミラー・デバイスDPの法線との成す角度、
n:第2プリズムP2の屈折率、
F:Fナンバー、
である。θa ≧ θ1 ≧ θb−1.5 (1)
θe−15 ≦ φ ≦ θe + 15 (2)
However,
θa = sin −1 (1 / n) −sin −1 {sin (α + θF−2 · β) / n}
θb = sin −1 (1 / n) −sin −1 <sin [cos −1 {cos α · cos (2 · γ)} − θF] / n>
θe = tan −1 {sin (2 · γ) / tan α}
θF = sin −1 (1/2 · F)
And
α: angle formed by the optical axis of the incident light of the digital micromirror device DP and the normal line of the digital micromirror device DP,
β: angle formed between the normal line of the micromirror MR in the ON state and the normal line of the digital micromirror device DP,
γ: angle formed between the normal line of the micromirror MR in the OFF state and the normal line of the digital micromirror device DP,
n: refractive index of the second prism P2,
F: F number,
It is.
図9に示すように、第1平面PL1上の光軸AX1を有する照明光L1はFナンバーに基づく角度θFの広がりを有している。角度θaは、ON光の光軸AX2から最も離れた照明光L1の光線L12(Lower Ray)がON光L2としてOFF光反射面21に入射する際の入射角が臨界角となる角度を表している。角度θbは、OFF状態のマイクロミラーMRで反射された照明光L1のうち最も入射角が小さくなる光線がOFF光L3としてOFF光反射面21に入射する際の入射角が臨界角となる角度を表している。 As shown in FIG. 9, the illumination light L1 having the optical axis AX1 on the first plane PL1 has a spread of an angle θF based on the F number. The angle θa represents an angle at which the incident angle when the light beam L12 (Lower Ray) of the illumination light L1 farthest from the optical axis AX2 of the ON light is incident on the OFF
例えば、α=34°、β=17°、γ=17°、n=1.51872、FナンバーをF/1.80とすると、角度θaは30.64°、角度θbは21.69°、角度φは39.7°となる。 For example, if α = 34 °, β = 17 °, γ = 17 °, n = 1.51872, and the F number is F / 1.80, the angle θa is 30.64 °, the angle θb is 21.69 °, The angle φ is 39.7 °.
ここで、角度θ1を21.69°に設定してOFF光反射面21を形成すると、入射したOFF光L3をすべて全反射することができるが、角度θ1を21.69°よりもある程度小さくしてもOFF光反射面21はOFF光L3の大部分を全反射することができる。ここで、角度θ1が21.69°よりも1.5°小さい20.19°の時に、OFF光L3のすべてが全反射される照明光L1のFナンバーはF/2.13である。実際に全反射条件を満たさないのは、OFF光反射面21に対して入射角度が浅くなる1方向のみのF/1.80〜F/2・13の照明光L1のみである。また、角度θ1が21.69°であれば、角度φを±15°の範囲で変動させてもFナンバーがF/1.80からF/1.90までの照明光L1を入射させた場合に、OFF光反射面21は入射したOFF光L3のすべてを全反射することができる。 Here, if the angle θ1 is set to 21.69 ° and the OFF
したがって、α=34°、β=17°、γ=17°、n=1.51872、FナンバーをF/1.80とすると、角度θ1が30.64°≧θ1≧20.19°を満たすとともに、角度φが54.7°≧φ≧24.7°を満たせば、OFF光反射面21はON光L2を透過してOFF光L3をほぼ全反射することができる。 Therefore, if α = 34 °, β = 17 °, γ = 17 °, n = 1.51872, and the F number is F / 1.80, the angle θ1 satisfies 30.64 ° ≧ θ1 ≧ 20.19 °. At the same time, if the angle φ satisfies 54.7 ° ≧ φ ≧ 24.7 °, the OFF
ここで、角度θ1を下限角度の20.19°に設定してOFF光反射面21を形成すると、光学ユニットPUのON光L2(投影光)の光軸AX2方向(Z方向)の長さを短くすることができる。これにより、投影光学系LNの後方焦点距離(レンズ51の最前面から画像表示面DSまでの距離)を短くすることができる。したがって、光学ユニットPU及びプロジェクターPJの小型化を図ることができる。 Here, when the angle θ1 is set to the lower limit angle of 20.19 ° and the OFF
また、デジタル・マイクロミラー・デバイスDPの法線と照明光反射面11の法線との成す角度θ2が以下の条件式(3)を満たすと、照明光反射面11はON光L2を透過して照明光L1をほぼ全反射することができるので好ましい。 When the angle θ2 formed between the normal line of the digital micromirror device DP and the normal line of the illumination
θc≧θ2≧θd・・・(3)
ただし、
θc=sin-1(1/n1)+sin-1{sin(α−θF−2・β)/n1}
θd=sin-1(1/n1)−sin-1{sin(α−θF)/n1}
θF=sin-1(1/2・F)
であり、
α:デジタル・マイクロミラー・デバイスDPの入射光の光軸とデジタル・マイクロミラー・デバイスDPの法線との成す角度、
β:ON状態のマイクロミラーMRの法線とデジタル・マイクロミラー・デバイスDPの法線との成す角度、
n1:第1プリズムP1の屈折率、
F:Fナンバー、
である。θc ≧ θ2 ≧ θd (3)
However,
θc = sin −1 (1 / n1) + sin −1 {sin (α−θF−2 · β) / n1}
θd = sin −1 (1 / n1) −sin −1 {sin (α−θF) / n1}
θF = sin −1 (1/2 · F)
And
α: angle formed by the optical axis of the incident light of the digital micromirror device DP and the normal line of the digital micromirror device DP,
β: angle formed between the normal line of the micromirror MR in the ON state and the normal line of the digital micromirror device DP,
n1: Refractive index of the first prism P1,
F: F number,
It is.
角度θcは光線L11(図9参照)がON光L2として照明光反射面11に入射する際の入射角が臨界角となる角度を表している。角度θdは入射面12から入射した光線L11が照明光として照明光反射面11に入射する際の入射角が臨界角となる角度を表している。 The angle θc represents an angle at which the incident angle when the light beam L11 (see FIG. 9) enters the illumination
例えば、α=34°、β=17°、γ=17°、n1=1.51872、FナンバーをF/1.80としたときに、30.64°≧θ2≧29.52°となる。この時、照明光反射面11はON光L2を透過して照明光L1をほぼ全反射することができる。 For example, when α = 34 °, β = 17 °, γ = 17 °, n1 = 1.51872, and the F number is F / 1.80, 30.64 ° ≧ θ2 ≧ 29.52 °. At this time, the illumination
ここで、角度θ2を下限角度の29.52°に設定して照明光反射面11を形成すると、光学ユニットPUのON光L2(投影光)の光軸AX2方向(Z方向)の長さを短くすることができる。これにより、投影光学系LNの後方焦点距離(レンズ51の最前面から画像表示面DSまでの距離)を短くすることができる。したがって、光学ユニットPU及びプロジェクターPJを小型化することができる。 Here, when the illumination
本実施形態によると、OFF状態のマイクロミラーMRで反射されたOFF光L3を反射するとともにON状態のマイクロミラーMRで反射されたON光L2を透過するOFF光反射面21を有する第2プリズムP2を備える。これにより、2軸に関してマイクロミラーMRの駆動を行うデジタル・マイクロミラー・デバイスDPの反射光のうち、画像投影に必要なON光L2から画像投影に不要なOFF光L3を適正に空間分離することができる。したがって、OFF光L3の投影光学系LNへの入射によるゴースト光の発生を防止することができる。また、OFF光L3の投影光学系LNへの入射による投影光学系LNの局所的な温度上昇を防止することができる。したがって、投影光学系LNの結像性能の低下を防止し、投影画像のコントラストの低下を防止することができる。 According to the present embodiment, the second prism P2 having the OFF
また、第2プリズムP2が第1平面PL1に対してOFF光L3の光軸AX3が配される一方の第1領域22と他方の第2領域23とを有し、第1平面PL1上を始端とするOFF光反射面21の外向きの法線ベクトルNRをON光L2の光軸AX2に垂直な第2平面PL2に投影した成分ベクトルNR1の終端が第2領域23に配される。これにより、第2プリズムP2の厚みを小さくして光学ユニットPU及びプロジェクターPJを小型化することができる。 Further, the second prism P2 has one
また、条件式(1)及び(2)を満たすと、OFF光反射面21はON光L2を透過させるとともにOFF光L3をほぼ全反射することができる。 When the conditional expressions (1) and (2) are satisfied, the OFF
また、条件式(3)を満たすと、照明光反射面11はON光L2を透過させるとともに照明光L1をほぼ全反射することができる。 When the conditional expression (3) is satisfied, the illumination
また、第1プリズムP1から出射される照明光L1が第2プリズムP2を介してマイクロミラーMRに導かれ、マイクロミラーMRで反射したON光L2は第2プリズムP2、第1プリズムP1及び第3プリズムP3の順に透過する。これにより、OFF光L3の投影光学系LNへの入射を防止して投影光学系LNの後方焦点距離を短くすることができる。 The illumination light L1 emitted from the first prism P1 is guided to the micromirror MR via the second prism P2, and the ON light L2 reflected by the micromirror MR is the second prism P2, the first prism P1, and the third prism. The light passes through the prism P3 in this order. Thereby, it is possible to prevent the OFF light L3 from entering the projection optical system LN and to shorten the rear focal length of the projection optical system LN.
また、プロジェクターPJは、光学ユニットPUに向けて照明光L1を出射する照明光学系2と、デジタル・マイクロミラー・デバイスDPに表示された画像をスクリーンSCに拡大投影する投影光学系LNとを備える。これにより、プロジェクターPJを小型化できるとともにプロジェクターPJは高コントラストの画像を投影することができる。 The projector PJ also includes an illumination
<第2実施形態>
次に本発明の第2実施形態について説明する。図10〜図13は第2実施形態の光学ユニットの斜視図、正面図、上面図及び側面図をそれぞれ示している。なお、図12はOFF光L3の光軸AX3の反射位置の上面断面図を示している。説明の便宜上、図1〜図9に示す第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態では第1〜第3プリズムP1〜P3の配置が第1実施形態とは異なっている。その他の部分は第1実施形態と同様である。Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. 10 to 13 are a perspective view, a front view, a top view, and a side view, respectively, of the optical unit according to the second embodiment. FIG. 12 shows a top sectional view of the reflection position of the optical axis AX3 of the OFF light L3. For convenience of explanation, the same reference numerals are given to the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. In the present embodiment, the arrangement of the first to third prisms P1 to P3 is different from that of the first embodiment. Other parts are the same as those in the first embodiment.
デジタル・マイクロミラー・デバイスDPと第3プリズムP3との間には第1プリズムP1及び第2プリズムP2が配置される。第2プリズムP2は第1プリズムP1と第3プリズムP3との間に配置される。第1プリズムP1はデジタル・マイクロミラー・デバイスDPと第2プリズムP2との間に配置される。 A first prism P1 and a second prism P2 are arranged between the digital micromirror device DP and the third prism P3. The second prism P2 is disposed between the first prism P1 and the third prism P3. The first prism P1 is disposed between the digital micromirror device DP and the second prism P2.
第1プリズムP1の出射面13はカバーガラスCGに対向している。第2プリズムP2の入射面25はレンズ71から離れるほどデジタル・マイクロミラー・デバイスDPに近づくように傾斜している。出射面24は第2プリズムP2の前面に形成される。出射面24に離れて対向して光吸収部材PTが設けられる。入射面33はレンズ71から離れるほどデジタル・マイクロミラー・デバイスDPから離れるように傾斜している。 The
また、第1プリズムP1及び第2プリズムP2は第3プリズムP3の出射面32に対して画像投影側に突出していない。これにより、光学ユニットPUとレンズ51との間の距離を短くしてもZ方向に移動する投影光学系LNのレンズ51、52と光学ユニットPUとの干渉を防止することができる。したがって、投影画像の拡大や縮小を容易に行うことができる。また、Y方向に移動する投影光学系LNのレンズ51、52と光学ユニットPUとの干渉を防止することができる。したがって、投影光学系LNによる投影画像の上下シフト(Y方向での移動)を容易に行うことができる。また、投影光学系LNの後方焦点距離を長くすることなく、出射面32とレンズ51との間に他の部材(例えばスムースピクチャ)等を配置することができる。 Further, the first prism P1 and the second prism P2 do not protrude toward the image projection side with respect to the
本実施形態の光学ユニットPUにおいて、入射面12から第1プリズムP1に入射した照明光L1は照明光反射面11で反射して出射面13からデジタル・マイクロミラー・デバイスDPに向けて出射される。ON状態のマイクロミラーMRで反射したON光L2は第1プリズムP1の照明光反射面11を透過した後に入射面25から第2プリズムP2に入射する。第2プリズムP2に入射したON光L2はOFF光反射面21を透過して入射面33から第3プリズムP3に入射する。第3プリズムP3に入射したON光L2は出射面32から投影光学系LNに向けて出射される。これにより、ON状態のマイクロミラーMRで反射したON光L2は第1プリズムP1、第2プリズムP2及び第3プリズムP3の順に透過する。 In the optical unit PU of the present embodiment, the illumination light L1 incident on the first prism P1 from the
一方、OFF状態のマイクロミラーMRで反射したOFF光L3は第1プリズムP1の照明光反射面11を透過して第2プリズムP2に入射する。そして、第2プリズムP2に入射したOFF光L3はOFF光反射面21で反射して出射面24から第2プリズムP2の外部へ出射される。第2プリズムP2の外部へ排出されたOFF光L3は光吸収部材PTにより吸収される。 On the other hand, the OFF light L3 reflected by the micromirror MR in the OFF state passes through the illumination
本実施形態でも第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第1プリズムP1及び第2プリズムP2は第3プリズムP3の出射面32に対して画像投影側に突出していない。これにより、Y方向に移動する投影光学系LNのレンズ51、52と光学ユニットPUとの干渉を防止することができる。したがって、投影光学系LNによる投影画像の上下シフトを容易に行うことができる。 In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, the first prism P1 and the second prism P2 do not protrude toward the image projection side with respect to the
本発明は、マイクロミラーの駆動を2軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイスを有する光学ユニット及びそれを備えたプロジェクターに利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an optical unit having a digital micromirror device that drives a micromirror with respect to two axes, and a projector including the optical unit.
PJ プロジェクター
LN 投影光学系
PU 光学ユニット
PT 光吸収部材
DP デジタル・マイクロミラー・デバイス
DS 画像表示面
MR マイクロミラー
MS 画素反射面
NR 法線ベクトル
NR1 成分ベクトル
CG カバーガラス
P1 第1プリズム
P2 第2プリズム
P3 第3プリズム
L1 照明光
L2 ON光(投影光)
L3 OFF光(不要光)
AX1 照明光の光軸
AX2 投影光(ON光)の光軸
AX3 OFF光の光軸
MS1 基準平面
MS2 ON反射面
MS3 OFF反射面
PL1 第1平面
PL2 第2平面
1 光源
2 照明光学系
3 制御部
4 アクチュエーター
11 照明光反射面
21 OFF光反射面
51、52、71 レンズ
AX 光軸
SC スクリーンPJ Projector LN Projection optical system PU Optical unit PT Light absorbing member DP Digital micromirror device DS Image display surface MR Micromirror MS Pixel reflection surface NR Normal vector NR1 Component vector CG Cover glass P1 First prism P2 Second prism P3 Third prism L1 Illumination light L2 ON light (projection light)
L3 OFF light (unnecessary light)
AX1 Optical axis of illumination light AX2 Optical axis of projection light (ON light) AX3 Optical axis of OFF light MS1 Reference plane MS2 ON reflection surface MS3 OFF reflection surface PL1 First plane
Claims (8)
照明光を前記デジタル・マイクロミラー・デバイスに導く第1プリズムと、
OFF状態の前記マイクロミラーで反射されたOFF光を反射するとともにON状態の前記マイクロミラーで反射されたON光を透過するOFF光反射面を有する第2プリズムと、
第2プリズムから出射されたON光が入射して投影側に射出する第3プリズムと、
を備えた光学ユニットであって、
各前記マイクロミラーはOFF光の光軸がON光の光軸と照明光の光軸とを含む第1平面に対して離れる方向にOFF光を反射し、第2プリズムが第1平面に対してOFF光の光軸が配される一方の第1領域と他方の第2領域とを有し、
第1平面上を始端とする前記OFF光反射面の外向きの法線ベクトルをON光の光軸に垂直な第2平面に投影した成分ベクトルの終端が第2領域に配されることを特徴とする光学ユニット。On the image display surface composed of a plurality of micromirrors, the inclination of the surface of each micromirror is ON / OFF controlled to form an image by modulating the intensity of the illumination light, and each micromirror that is ON / OFF controlled is driven. A digital micromirror device that performs two axes,
A first prism for guiding illumination light to the digital micromirror device;
A second prism having an OFF light reflecting surface that reflects OFF light reflected by the micromirror in the OFF state and transmits ON light reflected by the micromirror in the ON state;
A third prism in which ON light emitted from the second prism is incident and emitted to the projection side;
An optical unit comprising:
Each of the micromirrors reflects OFF light in a direction in which the optical axis of OFF light is away from the first plane including the optical axis of ON light and the optical axis of illumination light, and the second prism is relative to the first plane. Having one first region where the optical axis of the OFF light is arranged and the other second region;
An end of a component vector obtained by projecting an outward normal vector of the OFF light reflecting surface starting from the first plane onto a second plane perpendicular to the optical axis of the ON light is disposed in the second region. An optical unit.
θa≧θ1≧θb−1.5・・・(1)
θe−15≦φ≦θe+15・・・(2)
ただし、
θa=sin-1(1/n)−sin-1{sin(α+θF−2・β)/n}
θb=sin-1(1/n)−sin-1〈sin[cos-1{cosα・cos(2・γ)}−θF]/n〉
θe=tan-1{sin(2・γ)/tanα}
θF=sin-1(1/2・F)
であり、
α:前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの入射光の光軸と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
β:ON状態の前記マイクロミラーの法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
γ:OFF状態の前記マイクロミラーの法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
n:第2プリズムの屈折率、
F:Fナンバー、
θ1:前記OFF光反射面の法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
φ:前記成分ベクトルと第1平面との成す角度、
である。The optical unit according to claim 1, wherein the following conditional expressions (1) and (2) are satisfied.
θa ≧ θ1 ≧ θb−1.5 (1)
θe−15 ≦ φ ≦ θe + 15 (2)
However,
θa = sin −1 (1 / n) −sin −1 {sin (α + θF−2 · β) / n}
θb = sin −1 (1 / n) −sin −1 <sin [cos −1 {cos α · cos (2 · γ)} − θF] / n>
θe = tan −1 {sin (2 · γ) / tan α}
θF = sin −1 (1/2 · F)
And
α: an angle formed by an optical axis of incident light of the digital micromirror device and a normal line of the digital micromirror device,
β: angle formed between the normal line of the micromirror in the ON state and the normal line of the digital micromirror device,
γ: an angle formed between the normal line of the micromirror in the OFF state and the normal line of the digital micromirror device,
n: refractive index of the second prism,
F: F number,
θ1: an angle formed between a normal line of the OFF light reflecting surface and a normal line of the digital micromirror device;
φ: angle formed by the component vector and the first plane,
It is.
以下の条件式(3)を満たすことを特徴とする請求項2に記載の光学ユニット。
θc≧θ2≧θd・・・(3)
ただし、
θc=sin-1(1/n1)+sin-1{sin(α−θF−2・β)/n1}
θd=sin-1(1/n1)−sin-1{sin(α−θF)/n1}
θF=sin-1(1/2・F)
であり、
n1:第1プリズムの屈折率、
θ2:前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線と前記照明光反射面の法線との成す角度、
である。The first prism has an illumination light reflecting surface that reflects the illumination light, and ON light is transmitted through the illumination light reflecting surface,
The optical unit according to claim 2, wherein the following conditional expression (3) is satisfied.
θc ≧ θ2 ≧ θd (3)
However,
θc = sin −1 (1 / n1) + sin −1 {sin (α−θF−2 · β) / n1}
θd = sin −1 (1 / n1) −sin −1 {sin (α−θF) / n1}
θF = sin −1 (1/2 · F)
And
n1: refractive index of the first prism,
θ2: an angle formed between the normal line of the digital micromirror device and the normal line of the illumination light reflecting surface,
It is.
以下の条件式(3)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光学ユニット。
θc≧θ2≧θd・・・(3)
ただし、
θc=sin-1(1/n1)+sin-1{sin(α−θF−2・β)/n1}
θd=sin-1(1/n1)−sin-1{sin(α−θF)/n1}
θF=sin-1(1/2・F)
であり、
α:前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの入射光の光軸と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
β:ON状態の前記マイクロミラーの法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
n1:第1プリズムの屈折率、
F:Fナンバー、
θ2:前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線と前記照明光反射面の法線との成す角度、
である。The first prism has an illumination light reflecting surface that reflects the illumination light, and ON light is transmitted through the illumination light reflecting surface,
The optical unit according to claim 1, wherein the following conditional expression (3) is satisfied.
θc ≧ θ2 ≧ θd (3)
However,
θc = sin −1 (1 / n1) + sin −1 {sin (α−θF−2 · β) / n1}
θd = sin −1 (1 / n1) −sin −1 {sin (α−θF) / n1}
θF = sin −1 (1/2 · F)
And
α: an angle formed by an optical axis of incident light of the digital micromirror device and a normal line of the digital micromirror device,
β: angle formed between the normal line of the micromirror in the ON state and the normal line of the digital micromirror device,
n1: refractive index of the first prism,
F: F number,
θ2: an angle formed between the normal line of the digital micromirror device and the normal line of the illumination light reflecting surface,
It is.
前記マイクロミラーで反射したON光は第2プリズム、第1プリズム及び第3プリズムの順に透過することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の光学ユニット。Illumination light emitted from the first prism is guided to the micromirror via the second prism,
5. The optical unit according to claim 1, wherein the ON light reflected by the micromirror is transmitted in the order of the second prism, the first prism, and the third prism.
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