WO2007074898A1

WO2007074898A1 - 投影装置

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Publication number: WO2007074898A1
Application number: PCT/JP2006/326227
Authority: WO
Inventors: Hidetaka Hoshino
Original assignee: Brother Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2007-07-05
Also published as: JP2007178945A

Abstract

　近接投影や広角投影の機能を有するＤＬＰ投影装置において、コンパクト化を実現する。　画像を投影するＤＬＰ投影装置Ａにおいて、２次元的に配置された多数の微小ミラー４１の傾きをそれぞれ変化させて反射光の出射角度を変化させる画像表示素子３２と、画像表示素子３２へ照明光を投射するための照明光学系３１と、この照明光学系３１から入射した照明光を画像表示素子３２へ出射するとともに、画像表示素子３２によって反射した光を入射し、この光を屈曲して出射するプリズム系３８と、プリズム系３８から出射した光を投影する投射光学系３３とを備え、この投射光学系３３は、この投射光学系３３内の光路を屈曲する反射ミラー５４を有する。

Description

明細書

投影装置

技術分野

[0001] 本発明は、投影装置の技術に関する。詳細には、 2次元的に配置された多数の微小ミラーの傾きをそれぞれ変化させて反射光の出射角度を変化させる画像表示素子 (たとえば、デジタルミラーデバイス)を用いて画像を投影する投影装置に関する。背景技術

[0002] 従来より、映像信号に基づいて光源の光を画素毎に変調し、変調した光をスクリーンなどに投影する投影装置が知られている。

[0003] 画素毎の変調として、液晶表示素子（以下、「LCD」と呼ぶ。）などの透過型素子により光源力もの光をこの LCDに透過させて変調するものやデジタルミラーデバイス（以下、「DMD」と呼ぶ。）などの反射率変調素子により光源力もの光をこの DMDに反射させて変調するものがある (たとえば、特許文献 1参照。 ) o

[0004] DMDを用いた投影装置（以下、「DLP (Digital Light Processing)投影装置」と呼ぶ。；)は、回転カラーホイールを通した光源からの光を反射し投射する構成であるため、 LCDを用いた投影装置のように 3原色それぞれに LCDを設けて LCDを透過した光をプリズムで合成して投射する構成に比べ、小型化及び軽量ィ匕が可能となる。

[0005] 従来の特許文献 1に示すような DLP投影装置を更に小型化するために、全反射 (T IR)プリズム方式の DLP投影装置が用いられるようになってきて、る。この全反射方式の DLP投影装置は、光源力もの照射光を DMDに導くとともに、 DMDによる反射光を投射光学系へ導くための TIRプリズム系を用いることにより、光学系のサイズを小さくして DLP投影装置の小型化を図っている (たとえば、特許文献 2参照)。

[0006] 特許文献 2に開示された全反射プリズム方式の DLP投影装置は、 TIRプリズム系を入射プリズムと出射プリズムとから構成し、照明光学系からの光を入射プリズムに入射後全反射して、出射プリズムに入射し、出射プリズムの一面に取り付けられた DM Dへ出射する。そして、 DMDで反射された光は、出射プリズムを透過して投射光学系により投影される。 [0007] このように DMDが TIRプリズム系に取り付けられて、るために、 DLP投影装置の小型化を図ることができる。また、全反射を出射プリズムで行うため、光エネルギー損失の低減を図ることができる。

特許文献 1：特開平 11― 239359号公報

特許文献 2 :特開 2002— 156602号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] ところで、投影装置にお!ヽては、机上投射などのように近接した面に画像を投影することができる投影装置が求められて！/、る。

[0009] し力しながら、従来の DLP投影装置では、投射光学系を出射プリズムからの出射光の光軸に沿って配置していたため、近接投影や広角投影を行おうとすると、投射光学系の全長が大きくなり、しかもレンズ径も大きくなる。

[0010] したがって、従来の DLP投影装置において近接投影や広角投影の機能を実現しようとすると、 DLP投影装置が大きくなつてしまうという問題があった。

課題を解決するための手段

[0011] 上記課題を解決するために、本発明の一つの観点によれば、画像を投影する投影装置において、 2次元的に配置された多数の微小ミラーの傾きをそれぞれ変化させて反射光の出射角度を変化させる画像表示素子と、前記画像表示素子へ照明光を投射するための照明光学系と、前記照明光学系から入射した照明光を前記画像表示素子へ出射するとともに、前記画像表示素子によって反射した光を入射し、この光を屈曲して出射するプリズム系と、前記プリズム系から出射した光を投影する投射光学系とを備え、前記投射光学系は、前記投射光学系の光路を屈曲する光学素子を有している。

[0012] このような構成にすれば、従来のように投射光学系をプリズム系からの出射光の光軸に沿って配置するのに比べ、投射光学系の全長が長くなることを抑えることができ、投影装置のコンパ外ィ匕を図ることができる。したがって、近接投影や広角投影が可能な投影装置を小型化が可能となる。

[0013] 前記照明光学系及び前記投射光学系は、前記画像表示素子における微小ミラーの前方側に配置されるようにしてもょ、。

[0014] このような構成にすれば、微小ミラーの前方に光学系部品を寄せて配置することができ、光学系の光路を微小ミラーの後方にも配置するのに比べ、光学系をコンパクトに配置することができる。また、画像表示素子の後方に光学系の光路がないため、画像表示素子を筐体の内部壁面に取り付けることができ、画像表示素子の取り付け構造が複雑にならなヽですむ。

[0015] また、前記プリズム系は、第 1プリズムと第 2プリズムとを備えるようにしている。ここで、第 1プリズムは、前記照明光学系から入射した照明光を透過させた後に所定の出射面から出射するプリズムである。また、第 2プリズムは、前記第 1プリズムから出射した照明光を取り込むとともに、この照明光を前記画像表示素子へ出射し、さらに前記画像表示素子で反射した光を入射し、この光を内部反射面で反射して、前記投射光学系に向けて出射するプリズムである。

[0016] このような構成にすれば、プリズムを使用しない系に比べ、光学系を小型にすることができる。

[0017] また、前記照明光学系の光路と前記投射光学系の光路とが同一平面上とならないように配置してもよい。

[0018] このような構成にすれば、光学系の光路を交差もしくは近接するように配置することができ、光学系全体をコンパクトに配置することができる。

[0019] また、前記プリズム系は、前記画像表示素子によって反射した光を 90° 以上で屈曲し、前記投射光学系の前記光学素子は、前記投射光学系の光路を 90° 以上で屈曲するようにしてもよい。

[0020] このような構成にすれば、光路を密集させることができ、光学系全体をさらにコンパタトに配置することができる。

[0021] また、前記照明光学系は、前記照明光学系の光路を屈曲する光学素子を有し、前記投射光学系からの投影方向を水平方向としたときに、鉛直方向から見て前記照明光学系と前記投射光学系とがー部重なるように配置されるようにしてもょヽ。

[0022] このような構成にすれば、光学系全体を効率よくコンパクトに配置することができる。

[0023] また、前記照明光学系における前記画像表示素子への入射光路と前記投射光学系の光路とが、それぞれ前記画像表示素子における前記多数の微小ミラーの回転軸に対して略垂直に配置されるようにしてもょ、。

[0024] このような構成にすれば、プリズム系の形状 (微小ミラーの軸方向の厚み）を可及的に/ J、さくすることができる。

[0025] また、前記照明光学系、前記プリズム系、前記画像表示素子及び前記投射光学系を収納する筐体と、前記照明光学系における前記屈曲位置よりも前の光路であって前記照明光学系における光源の光路と略平行の軸に対して前記筐体を回転可能に支持する支持部とを備えるようにしもてよ、。

[0026] このような構成にすれば、投影装置を回転軸中心に回転した場合であっても、光源の傾きを定格内に保つことができる。したがって、ランプの故障の可能性を低減することができる。

[0027] また、前記多数の微小ミラーは、前記画像表示素子における長方形状のミラー領域に配置され、前記ミラー領域の長辺と前記支持部の設置面とが略平行であるようにしてちよい。

[0028] このような構成にすれば、ミラー領域で反射された画像光をスクリーンに投射するための投射光学系の設計が容易になる。

[0029] また、前記投射光学系から投影される画像面と前記画像表示素子とが略平行であるようにしてちょい。

[0030] このような構成にすれば、ミラー領域によって画像光の中心が設置面と垂直となるように投射光学系を設計すればよぐ投射光学系の設計がさらに容易になる。

[0031] また、前記筐体の回転軸方向と前記投射光学系の投影方向とが略垂直を為し、前記筐体の回転軸と前記投射光学系の投影方向中心との交差位置を基準として前記筐体の回転軸方向の一方に前記照明光学系の光源を配置するとともに、前記筐体の回転軸方向の他方に前記画像表示素子を配置してもよ、。

[0032] このような構成にすれば、投影装置本の重心をこの交差位置或いはこの交差位置周辺に配置することができる。したがって、支持部との連結部がその交差位置或いはその近傍に配置することにより、投影装置を回転させるための力を低減させることができ、一方で支持部の設置面への設置面積を小さくすることができる。また、交差位置中心に光学系を配置しているため、コンパクトィ匕が可能となる。

[0033] また、前記投射光学系の最終段の投射レンズ又はその近傍の投射レンズにプラスチック製レンズを用いるようにしてもょ、。

[0034] このような構成にすれば、投影装置の軽量ィ匕を図ることができる。

発明の効果

[0035] 本発明によれば、投射光学系の光路を屈曲する光学素子 (たとえば、反射ミラー）を有しているので、従来のように投射光学系をプリズム系からの出射光の光軸に沿つて配置するのに比べ、投射光学系の全長が長くなることを抑えることができ、投影装置のコンパ外ィ匕を図ることができる。したがって、近接投影や広角投影が可能な投影装置を小型化が可能となる。

図面の簡単な説明

[0036] [図 1]本発明の一実施形態における DLP投影装置の外観構成図である。

[図 2]DLP投影装置の投射方向を説明するための図である。

[図 3]DLP投影装置の内部概略構成を示す図である。

[図 4]DLP投影装置における DMDの構成を示す図である。

[図 5]DLP投影装置における光学系の配置関係を説明するための図である。

[図 6]DLP投影装置における光学系の配置関係を説明するための図である。

[図 7]DLP投影装置におけるプリズム系と DMDとの関係を説明するための図である

[図 8]DLP投影装置における DMDと投射光学系との間の光路を説明するための図である。

[図 9]DLP投影装置の内部概略構成を示す透視斜視図である。

符号の説明

[0037] 1 投影装置本体

2 支持部

10 投影装置本体の筐体

11 出射口

12 投影装置本体の連結部 13 支持部の連結部

30 ランプ

31 照明光学系

32 マイクロミラーデノイス（DMD)

33 投射光学系

34 映像信号入力回路

35 画像処理回路

36 DMD駆動回路

37 ランプ駆動回路

38 全反射プリズム系

40 DMDのミラー領域

41 微小ミラー

50 第 1反射ミラー

54 第 2反射ミラー

56, 57, 58 投射レンズ

60 第 1プリズム

61 第 2プリズム

A DLP投影装置

L 投影部

P 操作パネル

U 制御ユニット

発明を実施するための最良の形態

[0038] 次に、発明の実施の形態を説明する。本発明に係る実施形態における投影装置は、壁面などのスクリーンへの画像の投射によって利用者力も見た視覚的な投影面 (スクリーン) Sに 2次元画像を表示する装置であり、画像表示素子であるデジタルミラーデバイス (DMD)を用いて画像を投影する DLP投影装置 Aである。以下、この DLP 投影装置 Aについて、図面を参照して具体的に説明する。

[0039] まず、 DLP投影装置 Aの外観構成について、図 1を用いて説明する。図 1は本発明の実施形態における DLP投影装置 Aの外観構成図であり、設置面である机上 Bに設定されている状態を示している。なお、図 1 (a)は正面斜め上方から見た DLP投影装置 Aの斜視図であり、図 1 (b)は後方斜め上方から見た DLP投影装置 Aの斜視図である。

[0040] DLP投影装置 Aは、投影装置本体 1と、この投影装置本体 1を回動可能に支持する支持部 2とを備えている。投影装置本体 1はその後部側面に支持部 2の先端の連結部 13と回動可能に連結するための連結部 12を設けており、この連結部 12, 13の中心を回転軸 Zの中心として投影装置本体 1が回動し、後述のようにその投影方向 Y を切り替えるようにしている。

[0041] 投影装置本体 1は、後述の投影部 Lや制御ユニット Uなどを筐体 10内部に収納している。また、図 1 (a)に示すように、各種制御を行うための制御パネル Pや、後述の投影部 Lからの投影光を出射する出射口 11などが筐体 10から露出している。

[0042] ここで、 DLP投影装置 Aは、図 2に示すように投影装置本体 1の回動方向によって机上投射、側壁面投射、天井投射できるように投影装置本体 1が支持部 2と連結されている。すなわち、図 2 (a)は、投影装置本体 1を机上投射の位置に設定し、机上の投影面 S1に画像を投射した様子を示す図であり、出射口 11は下方を向き、机上の投影面 S1に画像光が投射される。また、図 2 (b)は投影装置本体 1を側壁面投射の位置に設定し、側壁の投影面 S 2に画像を投射した様子を示す図であり、出射口 11 は側方を向き、側壁の投影面 S2に画像光が投射される。図 2 (c)は投影装置本体 1 を天井投射の位置に設定し、天井の投影面 S3に画像を投射した様子を示す図であり、出射口 11は上方を向き、天井の投影面 S3に画像光が投射される。

[0043] このように DLP投影装置 Aは、複数の方向に切り替えて投射可能に構成されて!ヽる。なお、複数の方向に切り替えて投射可能とする構成としては、上述のように回転させる構造ではなぐ投影装置本体 1と支持部 2とにそれぞれ嵌合部を設け、これらの嵌合部の嵌合方向によって複数の方向に投射可能に構成するようにしてもょ、。この点、本出願人が出願した特願 2005— 164445に詳細に記載しており、ここでは説明を省略する。また、本願における回転機構についても同様に、本出願人が出願した特願 2004 - 378858に詳細に記載しており、ここでは詳細な説明を省略してヽる [0044] 次に、 DLP投影装置 Aの内部概略構成を、図 3を用いて説明する。図 3は本実施形態にカゝかる DLP投影装置 Aの内部概略構成を示す図である。

[0045] 図 3に示すように、 DLP投影装置 Aは、制御パネル Pと、マイクロコンピュータ 39を有する制御ユニット Uと、光源としてのランプ 30と、照明光学系 31と、マイクロミラーデバイスである DMD32と、投射光学系（結像光学系） 33と、映像信号入力回路 34と、画像処理回路 35と、 DMD駆動回路 36と、ランプ駆動回路 37とを有する投影部 Lを備えており、これらは筐体 10に内蔵されている。なお、ランプ 30と照明光学系 31とで照明光学系 31という場合があるものとする。

[0046] 制御ユニット Uは、上述のようにマイクロコンピュータ 39と制御パネル Pと力も構成されている。制御パネル Pは、 DLP投影装置 Aにおいて使用者が操作可能な箇所、すなわち筐体 10の外壁面の適所に設けられている。また、マイクロコンピュータ 39は、画像処理回路 35やランプ駆動回路 37と接続されており、利用者の制御パネル Pの操作に応じて投影の作動制御や作動停止制御などの処理を行う。たとえば、利用者が制御パネル Pを操作して、画像表示を選択すると、マイクロコンピュータ 39は投影部 Lの画像処理回路 35やランプ駆動回路 37を制御して、投射光学系 33から画像光をスクリーン Sへ投影する。

[0047] ランプ 30と照明光学系 31との間には、図示しない回転カラーホイール (カラーフィルタ）が配置されており、この回転カラーホイールを回転させることにより、カラー画像をスクリーン (投影面） Sに投影可能にしている。また、照明光学系 31と DMD32との間、 DMD32と投射光学系 33との間には、後述のように全反射 (TIR)プリズム系 38 が配置されている

[0048] ランプ 30は、制御ユニット Uによって制御されたランプ駆動回路 37から出力される信号に基づいて、点灯駆動されて発光する。ランプ 30で発光された光は、回転カラ一ホイール (カラーフィルタ）を通り、照明光学系 31によって照明光として、全反射プリズム系 38を透過して DMD32に出射（照射）される。

[0049] 映像信号入力回路 34は、 DLP投影装置 A外力ゝら入力された映像信号を画像処理回路 35に入力する。画像処理回路 35は、マイクロコンピュータ 39による制御に基づいて、入力された映像信号に対し、信号の付加や変更などの加工を行う。このように加工された映像信号は、 DMD駆動回路 36に入力される。

[0050] DMD駆動回路 36は、 DMD32へ制御信号を出力し、 DMD32の表面に配置された多数の微小ミラー 41を駆動する。照明光学系 31からの照明光は、 DMD32の微小ミラー 41によって反射され、プリズム系 38へ入射される。プリズム系 38では、 DM D32によって反射した光を入射し、この光を屈曲して出射する。プリズム系 38からの出射光は、投射光学系 33を通って、投影面であるスクリーン Sに投影される。このように、 DMD32による反射を用いて映像がスクリーン Sに投影される構成となっている。

[0051] ところで、本実施形態における DMD32は、図 4 (a)に示すように、 DMD32表面上中央に配置された長方形状のミラー領域 40に 2次元的に多数の微小ミラー 41が配置されている。微小ミラー 41は、図 4 (b)に示すように、それぞれ DMD32表面 32aの平面を基準として ± 12° の間で傾斜可能に形成されており、 DMD駆動回路 36によつて微小ミラー 41毎に駆動される。すなわち、 DMD駆動回路 36は各微小ミラー 41 を輝度階調に応じた回数分のオン（ + 12° の傾斜角）、オフ（一 12° の傾斜角）を 3 原色毎に行い画像 1フレームを表現する。なお、微小ミラーはそれぞれ回転軸 Xを中心に ± 12° の傾斜角に移動するように構成されて、る。

[0052] 次に、投影装置本体 1の筐体 10内部に収納された投影部 Lの光学系の配置関係について説明する。図 5及び図 6は、ランプ 30、照明光学系 31、 DMD32、投射光学系 33、プリズム系 38の配置関係を説明するための図である。

[0053] 図 5 (a)は、 DLP投影装置 Aを机上 Bに設置し、投影装置本体 1を机上投射の位置に設定したとき（図 2 (a)参照）に、この投影装置本体 1を上方 (天井側)から見た場合の平面断面図であり、各光学部分を模式的に表したものである。この図 5 (a)に示すように、ランプ 30は連結部 12側右方に、照明光学系 31は連結部 12側中央に、 DM D32及びプリズム系 38は連結部 12側左方に、投射光学系 33は照明光学系 31から見て連結部 12に対して反対側に配置されている。

[0054] このように、本実施形態における DLP投影装置 Aは、光学系をバランスよく配置しており、また光学系をコンパクトに筐体 10内に収納している。以下、さらに詳しく投影部 Lの光学系の配置を説明する。図 5 (b)は、図 5 (a)において投影部 Lを Aの矢印方向から見たときの投影部 Lの断面図、図 5 (c)は、図 5 (a)において投影部 Lを Bの矢印方向から見たときの投影部 Lの断面図、図 6 (a)は投影装置本体 1が机上投射の位置に設定されているときの投影装置本体 1の正面透視図、図 6 (b)は投影装置本体 1が机上投射位置に設定されているときの投影装置本体 1の側面透視図である。

[0055] 図 6 (a)に示すように、投影装置本体 1は、筐体 10の回転軸 Z方向と投射光学系 33 の投影方向 Yとが略垂直となるように構成している。したがって、投影装置本体 1を回転させることによって、回転軸 Zの回転方向に沿ってスクリーン Sに画像を投影することがでさる。

[0056] また、机上投射の位置に設定された投影装置本体 1を正面から見た場合に、筐体 1 0の回転軸 Zと投射光学系 33の投影方向（投影光軸) Y中心との交差位置 Wを基準として筐体 10の回転軸 Z方向の一方（図 5 (a)における右側，図 6 (a)における左側）に照明光学系 31のランプ 30を配置するとともに、筐体 10の回転軸 Z方向の他方（図 5 (a)における左側，図 6 (a)における右側）に DMD32やプリズム系 38などを配置している。

[0057] このように、回転軸 Zと投影光軸 Yとの交差位置 Wを基準として左右にバランスよくランプ 30や DMD32などを配置して!/、るため、投影装置本体 1の重心をこの交差位置 W或いはこの交差位置 W周辺に配置することができる。したがって、支持部 2の連結部 13をその交差位置 W或いはその近傍に配置することにより、投影装置本体 1を回転させるための力を低減させることができ、一方で支持部 2の設置面への設置面積を小さくすることができる。また、交差位置 W中心に光学系を配置しているため、コンパクトイ匕が可能となる。

[0058] また、図 5 (a)に示すように、 DMD32におけるミラー領域 40の少なくとも長辺を、支持部 2の設置面 Bとほぼ平行になるように配置している。したがって、ミラー領域 40で反射された画像光をスクリーン Sに投射するための投射光学系 33の設計が容易になる。特に、たとえば、机上投影のときに、ミラー領域 40と設置面 Bとを平行にするように構成すれば、ミラー領域 40によって画像光の中心が設置面 Bと垂直となるように投射光学系 33を設計すればよぐ投射光学系 33の設計がさらに容易になる。特に、投影装置 Aを机上投影専用とした場合に、ミラー領域 40と設置面 Bとを平行にするように構成すれば、投射距離が一定になるため、投射光学系 33の設計がさらに容易になる。

[0059] ここで、照明光学系 31は、図 6 (a)に示すように、ランプ 30から出射し、カラーフィルタ（図示せず)を透過した照明光を中途部にて屈曲する光学素子としての第 1反射ミラー 50を設けている。すなわち、照明光学系 31は、ランプ 30からの照明光を入射するためのライトパイプ 51、このライトパイプ 51から出射された照明光を集光するために設けられるフレネルレンズなどのコンデンサレンズ 52、コンデンサレンズ 52で集光された照明光を中継するリレーレンズ 53、このリレーレンズ 53から出射される照明光を反射することにより屈曲させて DMD32へ出射する光学素子としての第 1反射ミラー 5 0などカゝら構成される。

[0060] そして、照明光学系 31における屈曲位置、すなわち第 1反射ミラー 50よりも前の光路であって照明光学系 31におけるランプ 30の光路 alと、投射光学系 33の最終段の投射レンズ 58の光路 b2とを略直交に交差するような配置としている。すなわち、投影装置本体 1を机上投射の位置に設定し、この投影装置本体 1をその正面側又は背面側力も見た場合に、投影装置本体 1における光学系の光路が輪を描くように配置するのである（図 5 (c) ,図 6 (a)にお!/ヽて、 al, a2, bl, b2力らなる光路）。

[0061] 言い換えれば、投射光学系 33からの投影方向 Yを水平方向となるように筐体 10を位置させたとき (すなわち、壁面投射の状態のとき）、鉛直方向から見て照明光学系 3 1と投射光学系 33とが一部重なるように配置しており、このように配置するために照明光学系 31の光路 al, a2と投射光学系 33の光路 bl, b2とが同一平面上とならないようにしている。したがって、光路を交差もしくは近接するように配置することができ、光学系全体をコンパクトに配置することができる。し力も、照明光学系 31の光路における一部の光路 alと投射光学系 33の光路における一部の光路 b2とを略直交に交差するように配置して、るために、光学系全体をさらに効率よくコンパクトに配置することができる。

[0062] また、図 5及び図 6に示すように、照明光学系 31における屈曲位置よりも前の光路であって照明光学系 31におけるランプ 30の光路 alが回転軸 Zと略平行な光路となるように光路 alを配置して、る。 [0063] したがって、投影装置本体 1が回転軸 Zを中心として回転した場合であっても、光路 alを略水平に保つことができる。 DLP投影装置のランプ 30は、一般にランプ光出射方向に対して平行に保つ必要がある。たとえば、 ± 15° 以内の傾斜に抑える必要があるランプがある。このようなランプをランプ 30として用いる場合、ランプ 30の光路 al と回転軸 Zとの交差角を 15° 以内とすることにより、投影装置本体 1を回転させた場合であっても、ランプ 30の傾きを定格内（± 15° の範囲）に保つことができる。

[0064] 従来の DLP投影装置における光学系の配置で机上投影から壁面投影などへ投影面を切り替えようとした場合、ランプ 30の故障の可能性が大き力つた。し力しながら、本実施形態における投影装置 Aでは、このように投影面を切り替えた場合であっても、ランプ 30は略水平に保たれるため、故障の可能性を低減することができる。

[0065] また、投射光学系 33は、投射光学系 33の光路を屈曲する光学素子としての第 2反射ミラー 54を有している。すなわち、投射光学系 33は、 DMD32により反射された光をプリズム系 38を介して入射する第 2リレーレンズ 55と、第 2反射ミラー 54と、投射レンズ 56, 57, 58とが順に配置されており、 DMD32により反射された光が第 2反射ミラー 54により反射されてその光路が屈曲するように構成されて！、る。

[0066] このように、第 2反射ミラー 54により投射光学系 33の中途部での光路を屈曲させているため、従来のように投射光学系を出射プリズム力の出射光軸に沿って配置するのに比べ、投射光学系の全長が長くなることを抑えることができ、投影装置本体 1のコンパクト化を図ることができる。したがって、近接投影や広角投影が可能な投影装置を小型化することが可能となる。

[0067] ここで、投射光学系 33における最終段の投射レンズ 58とその近傍の投射レンズ 57 には、プラスチック製レンズの広角レンズを採用している。このようにプラスチック製レンズを採用することにより投影装置本体 1の軽量ィ匕を図ることができる。すなわち、投射レンズの最終段近傍の広角レンズはサイズ的に大きくなるためガラス製レンズを用いると重くなる力投射レンズの最終段近傍は熱的に安定していることから重量が軽いプラスチック製レンズを用いることができ、これにより投影装置本体 1の軽量ィ匕を図ることができるのである。

[0068] また、 DMD32における微小ミラー 41の前方（DMD32におけるミラー領域 40配置側）には、照明光学系 31、プリズム系 38及び投射光学系 33が、 DMD32における微小ミラー 41の前方側に配置されている。すなわち、光学系の光路が微小ミラー 41の後側とならないように、照明光学系 31、プリズム系 38及び投射光学系 33を配置している。このように微小ミラー 41の前方に光学系部品を配置しているため、光学系の光路を微小ミラー 41の後方にも配置するのに比べ、光学系をコンパクトに配置することができる。また、 DMD32の後方に光学系の光路がないため、 DMD32を筐体 10の内部壁面に取り付けることができ、 DMD32の取り付け構造が複雑にならないですむ

[0069] ところで、プリズム系 38は、 R— TIRプリズムとも呼ばれ、第 1プリズム 60と第 2プリズム 61とから構成される。図 7に示すように、第 1プリズム 60は、照明光学系 31から入射した照明光を透過させた後、所定の出射面力出射するプリズムであり、第 2プリズム 61は、第 1プリズム 60から出射した照明光を取り込むとともに、この照明光を DMD 32へ出射し、さらに DMD32で反射した光を入射し、この光を内部の全反射面 61a で反射して、投射光学系 33に向けて出射するプリズムである。また、第 1プリズム 60と第 2プリズム 61との間にエアギャップを設けている。

[0070] 図 7に示すように、照明光学系 31からの照明光が第 1プリズム 60における入射臨界角よりも小さい角度で入射するように、第 1プリズム 60の入射面を形成しており、また第 1プリズム 60における出射臨界角よりも小さい角度で出射するように、第 1プリズム 60の出射面が形成されている。したがって、照明光学系 31からの照明光は、第 1プリズム 60の入射面から入射して出射面から出射する。すなわち、照明光は、第 1プリズム 60を透過して出射する。

[0071] 第 1プリズム 60を透過した照明光は第 2プリズム 61における入射臨界角よりも小さい角度で入射するように、第 2プリズム 61の入射面を形成しており、また第 2プリズム 61における出射臨界角よりも小さ!/、角度で出射するように、第 2プリズム 61の出射面が形成されている。したがって、第 1プリズム 60を透過した照明光は、第 2プリズム 61 の入射面から入射して出射面に出射する。

[0072] このように、照明光学系 31からの照明光は、第 1プリズム 60及び第 2プリズム 61を透過して DMD32のミラー領域 40を照射する。 DMD32のミラー領域 40の微小ミラ一 41は照明光を反射して、この反射光を第 2プリズム 61へ再度入射させる。第 2プリズム 61は、 + 12° に傾斜 (オン)させた微小ミラー 41からの光を全反射面 61aにより反射して、投射光学系 33への方向に出射する。一方、 12° 〖こ傾斜 (オフ）させた微小ミラー 41からの光は、全反射面 61aへ向力ことなぐ投射光学系 33への方向とは異なる方向へ出射される。

[0073] このように、プリズム系 38において、照明光学系 31から入射した照明光を DMD32 へ出射するとともに、 DMD32によって反射した光を入射し、この光を全反射により屈曲して出射するように構成しているため、金属ミラーや誘電体多層膜によるミラーに比べ、光エネルギーの損失の低下を防止することできる。

[0074] また、照明光学系 31における DMD32への入射光路 a2と投射光学系 33の光路 b 0とを、 DMD32における多数の微小ミラー 41の回転軸に対して略垂直に配置している。したがって、プリズム系の形状 (微小ミラー 41の軸方向の厚み）を可及的に小さくすることができる。その結果、投射光学系と照明光学系とをより近づけることができ、光学系をコンパクトにすることができる。

[0075] また、図 8に示すように、第 2プリズム 61の全反射面 61aによって屈曲する DMD32 からの出射光の屈曲角度を 90° 以上 (光路の角度が 90° 以下）に設定することにより、また、第 2反射ミラー 54による投射光学系 33の光路の屈曲角度を 90° 以上 (光路の角度が 90° 以下）に設定することにより、光路を密集させることができるので光学系全体をさらにコンパクトに配置することができる。なお、他の部品との関係から、屈曲は 90° 力 120° (光路の角度が 60° 力 90° )の範囲にすることが望ましい

[0076] ここで、 DLP投影装置 Aの内部概略構成を示す透視斜視図を図 9に示す。図 9 (a) は上部前側方力見た場合の投影装置本体 1の透視斜視図であり、図 9 (b)は下部後側方力も見た場合の投影装置本体 1の透視斜視図である。これらの図からもわかるように、本実施形態における DLP投影装置 Aは、省スペースで光学系をまとまりよく収糸内することができる。

[0077] 以上のように、本実施形態における DLP投影装置 Aは、 DMD32へ照明光を投射するための照明光学系 31と、この照明光学系から入射した照明光を DMD32へ出射するとともに、この DMD32によって反射した光を入射し、この光を屈曲して出射するプリズム系 38と、このプリズム系 38から出射した光を投影する投射光学系 33とを備えており、し力も、この投射光学系 33は、投射光学系 33の光路を屈曲する第 2反射ミラー 54を有しているので、従来のように投射光学系をプリズム系からの出射光の光軸に沿って配置するのに比べ、投射光学系の全長が長くなることを抑えることができ、 D LP投影装置 Aのコンパ外ィ匕を図ることができる。したがって、近接投影や広角投影が可能な DLP投影装置を小型化することが可能となる。

[0078] 以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。たとえば、照明光学系 31における光路の屈曲の回数を 2回以上行うようにしたり、或いは投射光学系 33における光路の屈曲の回数を 2回以上行うようにしてもよい。また、屈曲を行う光学素子として反射ミラーではなぐプリズムを用いることともできる。

産業上の利用可能性

[0079] 本発明は、近接投影や広角投影の機能を有する投影装置に適用することができる

Claims

請求の範囲

[1] 画像を投影する投影装置において、

2次元的に配置された多数の微小ミラーの傾きをそれぞれ変化させて反射光の出射角度を変化させる画像表示素子と、

前記画像表示素子へ照明光を投射するための照明光学系と、

前記照明光学系から入射した照明光を前記画像表示素子へ出射するとともに、前記画像表示素子によって反射した光を入射し、この光を屈曲して出射するプリズム系と、

前記プリズム系から出射した光を投影する投射光学系と、を備え、

前記投射光学系は、前記投射光学系の光路を屈曲する光学素子を有することを特徴とする投影装置。

[2] 前記照明光学系及び前記投射光学系は、前記画像表示素子における微小ミラーの前方側に配置された

ことを特徴とする請求項 1に記載の投影装置。

[3] 前記プリズム系は、

前記照明光学系から入射した照明光を透過させた後、所定の出射面から出射する第 1プリズムと、

前記第 1プリズム力出射した照明光を取り込むとともに、この照明光を前記画像表示素子へ出射し、さらに前記画像表示素子で反射した光を入射し、この光を内部反射面で反射して、前記投射光学系に向けて出射する第 2プリズムと、を有することを特徴とする請求項 1に記載の投影装置。

[4] 前記照明光学系の光路と前記投射光学系の光路とが同一平面上とならないように配置した

ことを特徴とする請求項 1に記載の投影装置。

[5] 前記プリズム系は、前記画像表示素子によって反射した光を 90° 以上で屈曲し、前記投射光学系の前記光学素子は、前記投射光学系の光路を 90° 以上で屈曲する

ことを特徴とする請求項 1に記載の投影装置。

[6] 前記照明光学系は、前記照明光学系の光路を屈曲する光学素子を有し、前記投射光学系からの投影方向を水平方向としたときに、鉛直方向から見て前記照明光学系と前記投射光学系とがー部重なるように配置された

ことを特徴とする請求項 5に記載の投影装置。

[7] 前記照明光学系における前記画像表示素子への入射光路と前記投射光学系の光路とが、それぞれ前記画像表示素子における前記多数の微小ミラーの回転軸に対して略垂直に配置されたことを特徴とする請求項 6に記載の投影装置。

[8] 前記照明光学系、前記プリズム系、前記画像表示素子及び前記投射光学系を収納する筐体と、

前記照明光学系における前記屈曲位置よりも前の光路であって前記照明光学系における光源の光路と略平行の軸に対して前記筐体を回転可能に支持する支持部と、を備えた

ことを特徴とする請求項 6に記載の投影装置。

[9] 前記多数の微小ミラーは、前記画像表示素子における長方形状のミラー領域に配置され、

前記ミラー領域の長辺と前記支持部の設置面とが略平行である

ことを特徴とする請求項 8に記載の投影装置。

[10] 前記投射光学系から投影される画像面と前記画像表示素子とが略平行であることを特徴とする請求項 9に記載の投影装置。

[11] 前記筐体の回転軸方向と前記投射光学系の投影方向とが略垂直を為し、前記筐体の回転軸と前記投射光学系の投影方向中心との交差位置を基準として前記筐体の回転軸方向の一方に前記照明光学系の光源を配置するとともに、前記筐体の回転軸方向の他方に前記画像表示素子を配置した

ことを特徴とする請求項 8に記載の投影装置。

[12] 前記投射光学系の最終段の投射レンズ又はその近傍の投射レンズにプラスチック製レンズを用いた

ことを特徴とする請求項 1に記載の投影装置。