(57)【要約】  【課題】  反射型ライトバルブへの照射光の利用効率の向上及び投影画像内での輝度の均一化を実現することができる光投射装置及びプロジェクタを提供する。  【解決手段】  プロジェクタ（光投射装置）１では、光の反射により画像を投射する反射型ライトバルブ（光反射素子）１１の反射面に対して斜めに光を照射する。反射型ライトバルブ１１の直前には凸レンズ（集光手段）１２を配置してあり、凸レンズ１２を通過して反射型ライトバルブ１１に到達するまでの複数の光路長の互いの差が小さくなる方向へ、凸レンズ１２の光軸をずらしてある。反射型ライトバルブ１１へ照射される光束内で光路長の違いが小さくなるので、反射面での照射光像の変形及び照射光の強度分布の不均一性が抑制され、照射光の利用効率の向上及び投影画像内での輝度の均一化が実現できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の照射面を有し、該照射面へ照射された光を反射して投射光を生成する光反射素子と、前記照射面へ光を照射する照射光学系とを備える光投射装置において、
前記照射光学系が前記照射面へ照射するための光を集光する集光手段を備え、
前記照射光学系の光軸に平行な前記照射光学系中での経路の内、前記反射面までの経路長が前記照射光学系の光軸上での経路長よりも長い経路の方向へ、前記集光手段の光軸を前記照射光学系の光軸から所定距離変位して前記集光手段を配置してあること
を特徴とする光投射装置。
【請求項２】
光の照射面を有し、該照射面へ照射された光を反射して投射光を生成する光反射素子と、前記照射面へ光を照射する照射光学系とを備える光投射装置において、
前記照射光学系の照射側と前記照射面との間に凸レンズを備え、
前記照射光学系の光軸に前記凸レンズの光軸が一致している場合に比べて、前記凸レンズを通過して前記照射面に到達するまでの複数の光路長の互いの差が小さくなる方向へ、前記凸レンズの光軸を前記照射光学系の光軸から所定距離変位して配置してあること
を特徴とする光投射装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光投射装置と、光源と、前記光投射装置が備える光反射素子が生成する投射光を外部へ投射する投射手段とを備え、
前記光反射素子は、生成する投射光で画像を形成する反射型ライトバルブである
ことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射された光を反射して投射光を生成する光反射素子を用いて光を投射する光投射装置、及び反射型ライトバルブを用いて投射光でなる画像を投影するプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
プレゼンテーション又は映像の映写の分野では、画像データに基づいた画像を外部のスクリーン等に対して拡大投影するプロジェクタが用いられている。特許文献１〜４には、種々のプロジェクタの構成が開示されている。
【０００３】
図４は、従来のプロジェクタの光学系の構成例を示す構成図である。プロジェクタは、光源２７と、照射された光を反射することによって画像を出射する反射型ライトバルブ２１と、反射型ライトバルブ２１へ光を照射する照射光学系と、反射型ライトバルブ２１が出射した画像を外部へ投射する投射光学系２４とを備えている。照射光学系は、光源２７が放射する光の分布を均一化するロッドインテグレータ２６、ロッドインテグレータ２６を通過した光を集光する第１の集光レンズ２５、集光レンズ２５からの光を反射して光路を屈曲させる反射鏡２３、反射鏡２３が反射した光を集光して反射型ライトバルブ２１へ照射する第２の集光レンズ２２を備えている。プロジェクタを構成する以上の各光学素子は光軸合わせが成されている。図４中には、光軸を一点鎖線で示し、光の方向を矢印で示している。
【０００４】
反射型ライトバルブ２１は、液晶パネル又はＤＭＤ（Didital Micromirror Device）等を用いて構成されている。反射型ライトバルブ２１が液晶パネルである場合、液晶パネルは、画像信号に応じて液晶パネル内の各画素での反射率を変化させ、画像信号に応じた反射率で各画素が光を反射することにより、反射光でなる画像を出射する。また反射型ライトバルブ２１がＤＭＤである場合、ＤＭＤは複数の微小ミラーを２次元的に配置してなる。ＤＭＤは、発光する画素に対応する微小ミラーは投射光学系２４の方向へ光を反射し、また非発光の画素に対応する微小ミラーは投射光学系２４へは入射しない方向へ光を反射するように、画像信号に応じて各微小ミラーが光を反射する方向を制御することによって、反射光でなる画像を投射光学系２４の方向へ出射する。投射光学系２４は、反射型ライトバルブ２１が出射した画像を外部へ投射し、外部のスクリーン等に画像が拡大投影される。また透過型のスクリーンの背面から画像を投射することによってスクリーンに画像を拡大投影する背面投射型のプロジェクタも実用化されている。
【０００５】
図４に示した構成例では、光源２７からの光路を反射鏡２３で屈曲させる構成を示しているが、光源２７からの光路を屈曲させずに光を反射型ライトバルブ２１へ照射する構成も多く用いられている。また図４では、単一の反射型ライトバルブ２１を備えた単板式のプロジェクタを示しており、この単板式のプロジェクタは、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）各色の画像を時分割で投射することによってカラー画像を投影する構成となっている。これに対して、ＲＧＢ各色用の反射型ライトバルブを夫々備えた３板式のプロジェクタも多く用いられており、この３板式のプロジェクタは、各色用の反射型ライトバルブで形成した各色の画像を合成してカラー画像として投射する構成となっている。
【特許文献１】特開２００２−２５０８９４号公報
【特許文献２】国際公開第００／７３８４４号パンフレット
【特許文献３】特開２００３−１８５９６４号公報
【特許文献４】特開２００４−２７９４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上の如き反射型ライトバルブを用いたプロジェクタでは、反射型ライトバルブに対して光を照射するための入射光軸と反射型ライトバルブで反射された反射光の出射光軸とが必要である。入射光軸を反射型ライトバルブの表面に対して垂直にした場合は、出射光軸も反射型ライトバルブの表面に対して垂直となって入射光軸と出射光軸とが重なるので、光学系を配置することが困難となる。従って、入射光軸の方向は反射型ライトバルブの表面の法線からある程度傾斜した方向にすることが多い。入射光軸を反射型ライトバルブの表面の法線から傾斜させた場合は、反射型ライトバルブへの照射光に含まれる光路長に差が生じる。
【０００７】
図５は、従来の反射型ライトバルブ２１へ照射される光束を示す模式図である。図５（ａ）は、反射型ライトバルブ２１へ照射される光束の光路を示し、図５（ｂ）は照射光が反射型ライトバルブ２１の表面で形成する照射光像を示す。図５（ａ）に示す如く、反射型ライトバルブの表面に対して光軸が鋭角をなす側の光路は、光軸上での光路よりも光路長が長くなり、反射型ライトバルブの表面に対して光軸が鈍角をなす側の光路は、光軸上での光路よりも光路長が短くなる。照射される光束の中で光路長が異なることにより、反射型ライトバルブの表面上での照射光像が光軸に垂直な形状から変形することとなる。反射鏡２３の形状は通常矩形であるので、光軸に垂直な照射光像は矩形であるが、反射型ライトバルブの表面上での照射光像は、図５（ｂ）にハッチングで示す如く台形等の形状へ変形する。反射型ライトバルブ２１は、通常は矩形の画像を出射する必要があるので、照射光像が台形等に変形した照射光の中に含まれる矩形状の部分光のみを画像を出射するために利用する。このため、反射型ライトバルブへ照射される光の利用効率が低いという問題がある。更に、照射光中で光路長が異なることにより、反射型ライトバルブ表面上での照射光の強度が不均一となり、プロジェクタが投影する画像内での輝度が不均一となるという問題がある。
【０００８】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、反射型ライトバルブ表面上での照射光像の変形が抑制されるように反射型ライトバルブへ光を照射することにより、照射光の利用効率の向上及び投影画像内での輝度の均一化を実現することができる光投射装置及びプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る光投射装置は、光の照射面を有し、該照射面へ照射された光を反射して投射光を生成する光反射素子と、前記照射面へ光を照射する照射光学系とを備える光投射装置において、前記照射光学系が前記照射面へ照射するための光を集光する集光手段を備え、前記照射光学系の光軸に平行な前記照射光学系中での経路の内、前記反射面までの経路長が前記照射光学系の光軸上での経路長よりも長い経路の方向へ、前記集光手段の光軸を前記照射光学系の光軸から所定距離変位して前記集光手段を配置してあることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、照射光を反射して投射する光反射素子の反射面に対して斜めに光を照射する構成となっている光投射装置は、光反射素子へ光を照射する照射光学系と、光反射素子へ照射するための光を集光する集光手段とを備え、照射光学系の光軸に平行な経路の内、光反射素子の反射面までの経路長が照射光学系の光軸上での経路長よりも長い経路の方向へ、集光手段の光軸を照射光学系の光軸から所定距離変位して配置してある。これにより、光反射素子へ光を照射するための光路が変更され、従来では照射光学系の光軸上での光路長よりも長くなっていた光路長が従来よりも短くなり、従来では照射光学系の光軸上での光路長よりも短くなっていた光路長が従来よりも長くなる。
【００１１】
本発明に係る光投射装置は、光の照射面を有し、該照射面へ照射された光を反射して投射光を生成する光反射素子と、前記照射面へ光を照射する照射光学系とを備える光投射装置において、前記照射光学系の照射側と前記照射面との間に凸レンズを備え、前記照射光学系の光軸に前記凸レンズの光軸が一致している場合に比べて、前記凸レンズを通過して前記照射面に到達するまでの複数の光路長の互いの差が小さくなる方向へ、前記凸レンズの光軸を前記照射光学系の光軸から所定距離変位して配置してあることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、照射光を反射して投射する光反射素子の反射面に対して斜めに光を照射する構成となっている光投射装置は、光反射素子へ光を照射する照射光学系を備え、更に光反射素子と照射光学系との間に凸レンズを備え、凸レンズを通過して照射面に到達するまでの複数の光路長の互いの差が小さくなる方向へ、凸レンズの光軸を照射光学系の光軸から所定距離変位して配置してある。
【００１３】
本発明に係るプロジェクタは、本発明に係る光投射装置と、光源と、前記光投射装置が備える光反射素子が生成する投射光を外部へ投射する投射手段とを備え、前記光反射素子は、生成する投射光で画像を形成する反射型ライトバルブであることを特徴とする。
【００１４】
また本発明においては、光反射素子としてＤＭＤ又は液晶パネル等の反射型ライトバルブを用いることにより、画像を外部へ投射するプロジェクタを実現する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にあっては、従来では照射光学系の光軸上での光路長よりも長くなっていた光路長が従来よりも短くなり、従来では照射光学系の光軸上での光路長よりも短くなっていた光路長が従来よりも長くなることにより、光反射素子へ照射される光束の中での光路長の差が小さくなる。従って、光反射素子の表面上での照射光像の変形が抑制されるので、矩形の投射光を光反射素子が生成するために利用できる照射光の割合が従来よりも大きくなり、光反射素子へ照射される光の利用効率を向上させることが可能となる。また、光反射素子へ照射される光束の中での光路長の違いが小さくなることにより、光反射素子の表面上での照射光の強度が従来よりも均一化される。
【００１６】
また本発明にあっては、通常の凸レンズの光軸を照射光学系の光軸から変位すことによって発明を実現しているので、コストを上昇させることなく、光反射素子へ照射される光の利用効率の向上と光反射素子の表面上での照射光の強度の均一化とを実現することができる。
【００１７】
更に本発明にあっては、反射型ライトバルブへ照射される光の利用効率が向上することにより、プロジェクタが投影する画像をより明るくすることが可能となり、また反射型ライトバルブの表面上での照射光の強度が従来よりも均一化されることにより、プロジェクタが投影する画像内での輝度を均一化させることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明の光投射装置であるプロジェクタ１の光学系の構成例を示す構成図である。プロジェクタ１は、光を放射する光源１７、光源１７が放射する光の分布を均一化するロッドインテグレータ１６、ロッドインテグレータ１６を通過した光を集光する集光レンズ１５、集光レンズ２５からの光を反射して光路を屈曲させる反射鏡１３、及び反射鏡１３が反射した光を集光する凸レンズ（集光手段）１２を備えている。更にプロジェクタ１は、凸レンズ１２が集光した光を照射され、照射光を反射して投射光を生成する反射型ライトバルブ（光反射素子）１１と、反射型ライトバルブ１１が出射した画像を外部へ投射する投射光学系（投射手段）１４とを備えている。反射型ライトバルブ１１は、反射面を有するＤＭＤ又は反射型液晶パネルであり、投射光でなる画像を形成する構成となっている。
【００１９】
ロッドインテグレータ１６、集光レンズ１５、及び反射鏡１３は、光軸合わせが成された本発明に係る照射光学系をなし、図１中には照射光学系の光軸を一点鎖線で示している。照射光学系の光軸は、反射型ライトバルブ１１の反射面の法線に対して所定角度傾斜するように設定されている。また凸レンズ１２は、凸レンズ１２の光軸を照射光学系の光軸から変位して配置してある。図１中には、凸レンズ１２の光軸を破線で示している。このため、光源１７が放射した光は、凸レンズ１２の直前までは照射光学系の光軸に沿って進み、凸レンズ１２によって光路を変更させられる。図１中には、プロジェクタ１が外部へ投射する投射光が光源１７で放射されてから投射光学系１４で投射されるまでの中心軸の光路を矢印で示している。
【００２０】
図２は、凸レンズ１２の配置を３次元的に示す模式図である。図中には、図１と同様に、照射光学系の光軸を一点鎖線で、凸レンズ１２の光軸を破線で、凸レンズ１２を通過した後の照射光の光路を実線で夫々示している。また反射型ライトバルブ１１の反射面の法線を二点鎖線で示している。また照射光学系の光軸に沿った光の照射方向、及び反射型ライトバルブ１１の反射面の法線方向を矢印で示している。照射光学系の光軸は、反射型ライトバルブ１１の反射面の法線に対して所定角度傾斜しているので、光軸に平行な照射光学系内の複数の経路では、反射鏡１３の表面から反射型ライトバルブ１１の反射面までの経路長が互いに異なっている。本発明では、照射光学系の光軸に直交する方向の内、反射型ライトバルブ１１の反射面の法線との間でなす角度が鋭角となる方向へ、凸レンズ１２の光軸を照射光学系の光軸から所定距離変位して配置してある。これによって、凸レンズ１２は、照射光学系の光軸に平行な照射光学系中での経路の内、反射鏡１３の表面から反射型ライトバルブ１１の反射面までの経路長が照射光学系の光軸上の経路長よりも長い経路の方向へ、照射光学系の光軸から変位している。図中には、凸レンズ１２の光軸を変位させた方向を白矢印で示している。
【００２１】
図３は、本発明において反射型ライトバルブ１１へ照射される光束を示す模式図である。図３（ａ）は、反射型ライトバルブ１１へ照射される光束の光路を示し、図３（ｂ）は照射光が反射型ライトバルブ１１の表面で形成する照射光像を示す。図３（ａ）に示す如く、本発明では、図５（ａ）に示した従来例では照射光学系の光軸上での光路よりも光路長が長くなっていた光路の方向へ凸レンズ１２の光軸を変位してある。図５（ａ）に示した従来例と比べて、従来では照射光学系の光軸上での光路よりも光路長が長くなっていた光路は、凸レンズ２２の光軸により近い中央部分を通過し、従来では照射光学系の光軸上での光路よりも光路長が短くなっていた光路は、凸レンズ１２の光軸からより離れた周辺部分を通過する。凸レンズ１２の厚みは周辺部分よりも中央部分の方が大きいので、従来では照射光学系の光軸上での光路よりも光路長が長くなっていた光路は、通過するレンズの部分の厚みが大きくなることによって光路長が従来よりも短くなる。また、凸レンズによる屈折角度は中央部分よりも周辺部分の方が大であるので、従来では照射光学系の光軸上での光路よりも光路長が短くなっていた光路は、従来よりも屈折角度が大きくなって反射型ライトバルブ１１表面の法線に対する傾斜角度がより大きくなり、反射型ライトバルブ１１表面までの光路長が従来よりも長くなる。
【００２２】
このように、従来では照射光学系の光軸上での光路長よりも長くなっていた光路長が従来よりも短くなり、従来では照射光学系の光軸上での光路長よりも短くなっていた光路長が従来よりも長くなる。即ち、凸レンズ１２は、凸レンズ１２の光軸が照射光学系の光軸に一致している場合に比べて、凸レンズ１２を通過して反射型ライトバルブ１１の反射面に到達するまでの複数の光路長の互いの差が小さくなるように配置してある。これにより、反射型ライトバルブ１１の表面上での照射光像の変形が抑制され、図３（ｂ）にハッチングで示す如く、反射鏡１３から照射される矩形の照射光が反射型ライトバルブ１１の表面上で従来よりもより矩形に近い形状の照射光像が形成される。反射型ライトバルブ１１の表面上での照射光像が従来よりも矩形に近くなるので、矩形の画像を反射型ライトバルブ１１が出射するために利用できる照射光の割合が従来よりも大きくなる。従って、本発明のプロジェクタ１は、反射型ライトバルブ１１へ照射される光の利用効率を向上させることが可能となり、投影画像をより明るくすることが可能となる。
【００２３】
また本発明では、反射型ライトバルブ１１へ照射される光束の中での光路長の違いが小さくなることにより、反射型ライトバルブ表面上での照射光の強度が従来よりも均一化される。従って、本発明のプロジェクタが投影する画像内での輝度を均一化させることができる。また、特殊な光学素子を用いることなく、通常の凸レンズ１２の光軸が変位することによって本発明を実現しているので、コストを上昇させることなくプロジェクタ１の能力を向上させることが可能である。
【００２４】
なお、本実施の形態においては、本発明に係る集光手段として凸レンズ１２を用いた形態を示したが、これに限るものではなく、レンズアレイ等のその他の光学素子を本発明に係る集光手段として用いた形態であってもよい。また本実施の形態においては、本発明に係る集光手段を照射光学系の照射側に配する形態を示したが、これに限るものではなく、光源１７とロッドインテグレータ１６との間の位置、又は集光レンズ１５の位置等、照射光が反射型ライトバルブ１１に照射されるまでのいずれの位置に本発明の集光手段を配置してある形態であってもよい。一般的には、照射光学系の光軸に平行な照射光学系中での経路の内、反射型ライトバルブ１１までの経路長が照射光学系の光軸上での経路長よりも長い経路の方向へ、本発明に係る集光手段の光軸を照射光学系の光軸から所定距離変位して配置することにより、照射光の利用効率の向上及び投影画像内での輝度の均一化を可能とした本発明を実現することができる。
【００２５】
また本実施の形態においては、ロッドインテグレータ１６、集光レンズ１５、及び反射鏡１３を用いて照射光学系を構成した例を示したが、これに限るものではなく、本実施の形態において示した構成は照射光学系の一構成例であり、光源１７からの光路を屈曲させずに光を反射型ライトバルブ１１へ照射する構成、又はより多くの光学素子を用いた構成等、照射光学系の構成は本実施の形態において示した構成例以外の構成であってもよい。また本発明に係る集光手段は、複数の光学素子を用いた構成であってもよい。
【００２６】
また本実施の形態においては、本発明のプロジェクタとして、単一の反射型ライトバルブ１１を用いた単板式のプロジェクタの例を示したが、これに限るものではなく、本発明にプロジェクタは、ＲＧＢ各色用の反射型ライトバルブを夫々備え、各色の画像を形成して合成する光学系を備えた３板式のプロジェクタであってもよい。
【００２７】
また本実施の形態においては、本発明の光投射装置は、外部のスクリーン等へ画像を投影するプロジェクタ１である形態を示しているが、これに限るものではなく、透過型のスクリーンを備え、スクリーンの背面から投射光学系１４で画像を投射することによってスクリーンに画像を拡大投影するリアプロジェクション方式の画像表示装置を構成する形態であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の光投射装置であるプロジェクタの光学系の構成例を示す構成図である。
【図２】凸レンズの配置を３次元的に示す模式図である。
【図３】本発明において反射型ライトバルブへ照射される光束を示す模式図である。
【図４】従来のプロジェクタの光学系の構成例を示す構成図である。
【図５】従来の反射型ライトバルブへ照射される光束を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  プロジェクタ（光投射装置）
１１  反射型ライトバルブ（光反射素子）
１２  凸レンズ（集光手段）
１３  反射鏡（照射光学系）
１４  投射光学系（投射手段）
１５  集光レンズ（照射光学系）
１６  ロッドインテグレータ（照射光学系）
１７  光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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