(57)【要約】【課題】  ＤＭＤのオフ状態の反射光の影響を適切に除外することができるプロジェクタを提供する。【解決手段】  プロジェクタは、光源から入射された光をオン状態またはオフ状態の角度でＤＭＤ１５０と、前面１６０、前面１６０と対向する後面１６２、および前面と後面とを連結する複数の側面１６４、１６６、１６８、１７０とを有し、後面１６２がＤＭＤ１５０に対向するように配され、光源からの入射光が前面１６０から入射され、ＤＭＤ１５０からの反射光が後面１６２から入射されるコンデンサレンズ１３０と、ＤＭＤ１５０からの反射光を拡大する投影レンズ１２０とを有する。オフ状態の反射光Ｐ２がコンデンサレンズ１３０の左側面１６８で反射されるとき、左側面１６８に傾斜部または湾曲部を設け、反射光Ｐ２の反射角を制御する。【選択図】    図３
2006058714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から入射された光を少なくとも第１の角度または第２の角度で反射するマイクロミラーデバイスと、
前面、前面と対向する後面、および前面と後面とを連結する複数の側面とを有し、後面がマイクロミラーデバイスに対向するように配され、光源からの入射光が前面から入射され、マイクロミラーデバイスからの反射光が後面から入射されるコンデンサレンズと、
マイクロミラーデバイスからの反射光を拡大する投影レンズとを有し、
マイクロミラーデバイスの第２の角度の反射光がコンデンサレンズ内で反射される面に傾斜部または湾曲部が設けられる、プロジェクタ。
【請求項２】
前記第２の反射光がコンデンサレンズ内で反射される面は、コンデンサレンズの側面である、請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
コンデンサレンズの複数の側面に傾斜部または湾曲部が設けられる、請求項１または２に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
第２の角度の反射光が前記傾斜部または湾曲部で反射されたとき、第２の角度の反射光が投影レンズに入射されないように、前記傾斜部または湾曲部の傾斜角または曲率が設定される、請求項１、２または３に記載のプロジェクタ。
【請求項５】
第２の角度の反射光が前記傾斜部または湾曲部で反射され、その第２の角度の反射光が投影レンズに入射されたとき、第２の反射光による結像位置は、第１の角度の反射光による画像表示エリアから離れた位置にある、請求項１、２、３または４に記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記コンデンサレンズ、前記マイクロミラーデバイスおよび投影レンズが光学ユニットに一体に取り付けられている、請求項１、２、３、４または５に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＭＤ（Digital Micro-Mirror Device）を用いたプロジェクタに関し、特に、プロジェクタの光学系の迷光対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型プロジェクタは、液晶素子やＤＭＤ等の空間変調デバイスを用い、光源からの光を変調させ、スクリーン上へカラー画像の表示を行うものである。
【０００３】
出願人は、例えば特許文献１等にＤＬＰ方式のプロジェクタを開示している。図７は、ＤＬＰ方式のプロジェクタの一構成例を示す図である。同図において、４００は白色光源のアーク（発光点）、４１０は集光ミラーとしての楕円ミラー、４２０は輪帯部分が光の三原色（赤、緑、青）に分割された回転可能なカラーフィルタ、４３０は光学部品であるライトトンネル、４４０はコンデンサレンズ、４５０は折り返しミラーとしての平面ミラー、４６０は第２の折り返しミラーとしての球面ミラー、４７０は後述する反射表示手段としてのＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）、４８０はＤＭＤの前面に配される第２のコンデンサレンズ、４９０は投影レンズである。
【０００４】
ＤＭＤ４７０は、非特許文献１に記載されているように、２次元的に配列した各ピクセルが微小なミラーから構成され、各ピクセルの直下に配置されたメモリー素子による静電界作用によって微小ミラーの傾きを制御し、反射光の反射角度を変化させることで、オン／オフ状態を作る反射形表示素子である。ピクセルがオフ状態では、ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影レンズに入射せず、ピクセルがオン状態では、ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影レンズに入射してスクリーンに画像を形成するように光学系部品が配置されている。なお、各ピクセルの微小ミラーのオン時の傾き角は、ＤＭＤの光線の入射面に対して１０から１２度程度と決められている。
【０００５】
また、特許文献２は、正反射成分による迷光を減少し、コントラストを改善するために、ＤＭＤ１１の反射面における位置情報を、ＯＮ状態のマイクロミラー１１Ｂで反射した光線とＤＭＤ１１の光軸とのなす広がり角情報に変換したフーリエ変換面１２Ａを作り出す入射側レンズ群と、フーリエ変換面１２Ａの近傍に配置され、ＯＮ状態のマイクロミラー１１Ｂからの反射光以外の光線を広がり角情報にしたがって遮蔽除去する変形絞り１２Ｂと、変形絞り１２Ｂを透過した光をスクリーン１３へ出射する出射側レンズ群とを投影レンズが備える構成を開示している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２６８０１０号
【特許文献２】特開２００３−３２２８２２号
【非特許文献１】「光学」、Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．６、ｐ３１３〜３１４、１９９６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
投射された画像のコントラストや品位を向上させるためには、ＤＭＤで反射されたオフ状態の光がスクリーン上に投射されないように工夫する必要がある。オフ状態の光は、ＤＭＤの前面に配されたコンデンサレンズによって、望ましくない方向に反射されることがあり、この一部が迷光としてスクリーン上に表示されると、投射画像にノイズまたはチラツキなどを生じさせてしまう。特に、黒画面を表示させたときに、迷光がスクリーンの画像表示エリアの左側面および下面に生じることがあった。これを回避するため、従来では、コンデンサレンズ内でオフ状態の光が照射または反射される領域に、黒色顔料などを用いたマスク塗装を行っていた。
【０００８】
図８は、従来のコンデンサレンズであり、図８(ａ)は上面図、図８（ｂ）は正面図、図８（ｃ）は側面図である。コンデンサレンズ５００は、前面５１０と、前面５１０に対向する後面５２０と、これらを連結する側面５３０、５３２、５３４、５３６を有している。コンデンサレンズの後面５２０に対向してＤＭＤ５４０が配されている。図示しない光源からの入射光が、コンデンサレンズ５００の前面５１０から入射され、内部を透過してＤＭＤ５４０を照明し、オン状態の反射光Ｐ１はコンデンサレンズ５００を介して投影レンズに入射され、そこで拡大される。一方、オフ状態の反射光Ｐ２は、反射光Ｐ１と異なる方向に反射され、コンデンサレンズ５００の側面５３４を照射する。このため、側面５３４の所定の領域には、斜め方向に延在するマスク塗装５５０（図中のハッチング領域）が設けられている。さらに、オフ状態の反射光Ｐ２は、コンデンサレンズ５００の前面の上端部および左端部をも照射するため、この部分にもマスク塗装５５２（図中のハッチング領域）が設けられている。これにより、ＤＭＤ５４０からのオフ状態の反射光Ｐ２は、マスク塗装５５０、５５２で吸収されるため、コンデンサレンズ５００の外部へ出射されないようになっている。
【０００９】
しかしながら、コンデンサレンズの前面５１０は、透過コーティングを施した曲面であり、この部分へのマスク塗装５５２は、乗りが良くない。さらに、そのようなマスク塗装５５０、５５２をした部分には、反射光Ｐ２の照射により高温に晒されるため、その塗装が一層剥れ易くなってしまうという問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、上記従来の問題を解決し、ＤＭＤのオフ状態の反射光の迷光を適切に防止することができるプロジェクタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るプロジェクタは、光源から入射された光を少なくとも第１の角度または第２の角度で反射するマイクロミラーデバイスと、前面、前面と対向する後面、および前面と後面とを連結する複数の側面とを有し、後面がマイクロミラーデバイスに対向するように配され、光源からの入射光が前面から入射され、マイクロミラーデバイスからの反射光が後面から入射されるコンデンサレンズと、マイクロミラーデバイスからの反射光を拡大する投影レンズとを有し、マイクロミラーデバイスの第２の角度の反射光がコンデンサレンズ内で反射面に傾斜部または湾曲部が設けられている。
【００１２】
好ましくは、第２の反射光（オフ状態の光）がコンデンサレンズ内で反射される面は、コンデンサレンズの側面である。また、コンデンサレンズの複数の側面に、傾斜部または湾曲部が設けるようにしてもよい。
【００１３】
好ましくは、第２の角度の反射光が前記傾斜部または湾曲部で反射されたるき、第２の角度の反射光が投影レンズに入射されないように、前記傾斜部または湾曲部の傾斜角または曲率が設定される。
【００１４】
さらに好ましくは、第２の角度の反射光が前記傾斜部または湾曲部で反射され、その第２の角度の反射光が投影レンズに入射されたとき、第２の反射光による結像位置は、第１の角度の反射光による画像表示エリアから離れた位置にあるようにしてもよい。これにより、実質的にコンデンサレンズからの迷光を防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るプロジェクタによれば、コンデンサレンズの側面に、傾斜部または湾曲部を設け、マイクロミラーデバイスの第２の角度（オフ状態）の光の反射角を傾斜部または湾曲部で制御するようにしたので、コンデンサレンズによる迷光を効果的に防止することができる。これにより、プロジェクタによる投射画像の品位やコントラストを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係るプロジェクタは、ＤＭＤを用いたＤＬＰ方式の投射型プロジェクタにおいて実施される。以下、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、本実施例のプロジェクタにおいて用いられる光学ユニットの構成を示す斜視図である。光学ユニット１００は、ケース体１１０と、そこに取り付けられる投影レンズ１２０およびコンデンサレンズ１３０とを有する。ケース体１１０の前方に円形状の開口１１２が形成され、この開口１１２内に投影レンズ１２０が配される。投影レンズ１２０は、例えば、ネジ１１４によってケース体１１０に固定することができる。
【００１８】
コンデンサレンズ１３０は、例えば平凸レンズの一部を切り出して形成することができ、コンデンサレンズ位置決めフレーム１４０に接着剤等で固定される。位置決めフレーム１４０は、その底面がケース体１１０にネジ１４２などによって固定される。ネジ１４２は、位置決めフレーム１４０を固定するとともに、その位置調整を兼ねている。
【００１９】
ケース体１１０の後方には矩形状の開口１１６が形成されている。開口１１６内には、ＤＭＤ１５０が接着剤等により固定される。
【００２０】
図２(ａ)は、コンデンサレンズの上面図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は側面図である。コンデンサレンズ１３０は、湾曲した凸状の曲面を有する前面１６０と、前面１６０に対向する後面１６２と、前面１６０および後面１６２を連結する４つの側面、すなわち、右側面１６４、下側面１６６、左側面１６８、上側面１７０とを有している。コンデンサレンズ１３０の後面１６２は、平坦な面であり、ＤＭＤ１５０と略平行に対向するように位置決めされている。
【００２１】
図２(ａ)に示すように、コンデンサレンズ１３０を上方から見たとき、ＤＭＤ１５０のほぼ中心を通る線Ｃに関し、対向する右側面１６４と左側面１６８とが非対称となっている。すなわち、右側面１６４は、平坦な面であるのに対し、左側面１６８は凸状の湾曲面となっている。また、上下方向において対向する上側面１７０は、平坦な面であり、下側面１６６は、湾曲している。下側面１６６の湾曲は、図１に示す位置決めフレーム１４０の湾曲部１４４に対応しており、この湾曲を用いてコンデンサレンズ１３０の位置決めが行われる。
【００２２】
次に、本実施例のコンデンサレンズを使用したときのＤＭＤからのオフ状態の反射光の光路について説明する。図３(ａ)は、本実施例のコンデンサレンズを用いたときの光路を示し、図３（ｂ）は従来のコンデンサレンズを用いたときの光路を示している。従来のコンデンサレンズ１３０ａは、左側面１６８ａが平坦な面を有しており、それ以外の形状は、本実施例のコンデンサレンズ１３０と同様である。
【００２３】
ＤＭＤ１５０のオン状態のミラーの傾斜角は入射面に対し１０〜１２度である。このオン状態のミラーで反射された光Ｐ１は、投影レンズ１２０に入射され、そこで拡大されスクリーン上に投射画像を形成する。一方、オフ状態のミラーは、オン状態のミラーの傾斜角とは異なるため、そこで反射された光Ｐ２は、反射光Ｐ１と異なる方向に進行する。すなわち、反射光Ｐ２は、コンデンサレンズ１３０の後面１６２から入射し、内部を透過し、左側面１６８、１６８ａを照射する。従来のコンデンサレンズ１３０ａの場合、左側面１６８ａの反射光Ｐ２の照射領域には、従来の図８で説明したようにマスク塗装が施されているため、反射光Ｐ２がマスク塗装によって吸収され、コンデンサレンズ１３０ａから出射されない。しかし、熱等の要因によってマスク塗装が剥離すると、反射光Ｐ２が左側面１６８ａで反射される。左側面１６８ａにおける反射光Ｐ２の入射角をθ１のとき、出射角はθ１に等しく、コンデンサレンズ１３０ａと投影レンズ１２０との距離Ｌが接近している場合、および投影レンズ１２０の開口径Ｗが大きい場合には、反射光Ｐ２が投影レンズ１２０に入射し、それが迷光としてスクリーン上の画像表示エリア内に結像されてしまう。
【００２４】
本実施例のコンデンサレンズ１３０を用いた場合、その左側面１６８には凸状の湾曲面が形成されている。このため、ＤＭＤ１５０のオフ状態の反射光Ｐ２が左側面１６８に入射する入射角をθとすると、θ＜θ１にすることができる。換言すれば、反射光Ｐ２を左側面１６８において、より大きな角度を付けて反射させることができる。コンデンサレンズ１３０と投影レンズ１２０までの距離Ｌ、および投影レンズ１２０の開口径Ｗが従来と同一である仮定としたとき、左側面１６８で反射された反射光Ｐ２は、コンデンサレンズ１３０の前面１６０から出射されるが、投影レンズ１２０には入射されず、スクリーン上の画像表示エリアへの迷光を防止することができる。従って、従来のように、左側面１６８に反射防止用のマスク塗装をする必要がなくなり、コンデンサレンズ１３０の製造を容易にし、かつコストを低減することができる。
【００２５】
次に、コンデンサレンズの左側面１６８の湾曲面の形状について説明する。湾曲面の曲率半径をＲとしたとき、好ましくは、曲率半径Ｒの範囲を、ｒ１＜Ｒ＜ｒ２にすることができる。ｒ１は、反射光Ｐ２が投影レンズ１２０に入射されたとしても、反射光Ｐ２がスクリーン上の画像表示エリアから十分離れた位置に結像させる大きさである。一方、ｒ２は、反射光Ｐ２が投影レンズ１２０に入射されないような大きさである。
【００２６】
図４に示すように、曲率半径Ｒがｒ２であるとき、反射光Ｐ２の反射角はθｒ２であり、反射光Ｐ２は投影レンズ１２０に入射されない。従って、スクリーンＳ上に迷光は生じない。曲率半径Ｒがｒ１であるとき、反射光Ｐ２の反射角はθｒ１となり、反射光Ｐ２’が投影レンズ１２０へ入射されるが、反射光Ｐ２’のスクリーンＳ上への結像点Ｑを、オン状態の反射光による画像表示エリアＡから離間させ、迷光があったとしても投射画像に深刻な影響を与えないようにする。
【００２７】
次に、第２の実施例に係るコンデンサレンズについて説明する。図５(ａ)は、コンデンサレンズの上面図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）は側面図である。第２の実施例に係るコンデンサレンズ２００は、凸状の湾曲した面を有する前面２１０と、前面２１０に対向する平坦な面を有する後面２１２と、右側面２１４、下側面２１６、左側面２１８、上側面２２０とを有している。第１の実施例のコンデンサレンズは、左側面１６８が湾曲面を有しているが、第２の実施例のコンデンサレンズ２００は、左側面２１８が傾斜面を有している。傾斜面を有することで、ＤＭＤ１５０のオフ状態の反射光Ｐ２の光路が、投影レンズ１２０に入射されないようにし、または、投影レンズ１２０に入射されたとしても、スクリーン上の画像表示エリアＡから十分に離れるようにする。
【００２８】
さらに第２の実施例では、コンデンサレンズ２００の上側面２２０にも傾斜面を設けている。ＤＭＤのオフ状態の反射光は、上側面２２０にも照射されることがあり、従来の手法では、この部分にもマスク塗装を施していたため、このマスク塗装をなくすため同様の考えにより傾斜面を設けている。
【００２９】
なお、上記第１、第２の実施例では、コンデンサレンズの左側面や上側面に湾曲部または傾斜部を形成する例を示したが、必ずしも、そのような側面に限定されるべきではないことに注意すべきである。要は、ＤＭＤのオフ状態の反射光がコンデンサレンズ内を進行するとき、その反射光がコンデンサレンズ内において反射される面に、湾曲部や傾斜部を形成し、コンデンサレンズから出射される反射光の光路を調整すればよい。また、湾曲部や傾斜部が形成される面は、単数とは限らず、複数の面であってもよい。さらに、その面のすべてに湾曲部や傾斜部が形成される必要ななく、その面の一部に形成されるものであってもよい。さらに、傾斜部や湾曲部の形状、角度、曲率半径等を示す具体的な数値は、当業者であれば、適宜、最適な値を選択することが可能である。
【００３０】
図６は、本実施例の光学ユニットを適用したプロジェクタの構成を示す図である。プロジェクタ３００は、光源３１０と、光源３１０の周囲に取り付けられた反射鏡（リフレクタ）３１２とを有する。光源３１０は、光源駆動回路３３４からの駆動信号に応答して点灯する。光源３１０の光放出開口には、レンズ３１４が配されている。レンズ３１４の焦点に、ライトトンネル３１６の光入射面が配され、ライトトンネル３１６を通過した光の強度が均一化される。プロジェクタの小型化を図るため、光源３１０の光軸が、投影方向と平行になるように設定されている。すなわち、光源３１０からの光は、ミラー３１８によって直交する方向に反射され、その光がライトトンネル３１６に導かれている。
【００３１】
ライトトンネル３１６の光出射端には、カラーホイール３２０が設けられている。カラーホイール３２０は、公知のように、モータによって回転される円盤を有し、円盤の周方向に赤、緑、青の光を透過させるフィルターが形成されている。ライトトンネル３１６からの光線束は、回転するフィルターに入射され、カラーホイール３２０から順次、赤、緑、青の光が取り出される。
【００３２】
カラーホイール３２０の光出射面側には、第１のコンデンサレンズ３２２が配される第１のコンデンサレンズ３２２から連続して出射される赤、緑、青の光は、さらに、第１の折り返しミラー３２４および第２の折り返しミラー３２６により光軸を調整され、第２のコンデンサレンズ３２８を介してＤＭＤ３３０に入射される。
【００３３】
第２のコンデンサレンズ３２８は、前述したように、その側面に湾曲部または傾斜部を形成している。第２のコンデンサレンズ３２８は、第２の折か返しミラー３２６と対向面が凸状面であり、凸レンズの球面の一部を矩形状に削り取った形状をしている。前面の曲率は、表面反射によるハレーションが少なくなるように設計されている。
【００３４】
ＤＭＤ３３０は、画像処理回路基板３３６から供給される画像信号に基づき、各ミラーをオン状態またはオフ状態に可変する。画像信号は、テレビ受像機からの画像信号、ＤＶＤ等の再生装置からの画像信号、コンピュータ装置からの画像信号なでである。
【００３５】
ＤＭＤ３３０からのオン状態の反射光は、第２のコンデンサレンズ３２８を透過し、投影レンズ３３２により拡大されてスクリーン上に投射される。また、オフ状態の光は、前述したように、投影レンズ３３２に入射されないか、入射されたとしても画像表示エリアから離間される。これにより、投射画像のコントラストを向上させ、かつ、高品位の映像を投射することができる。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【００３７】
上記実施例では、光変調素子としてＤＭＤを用いた例を示したが、これ以外の光変調素子、例えば液晶素子などを利用したプロジェクタであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係るプロジェクタは、前面投射型あるいは背面投射型のプロジェクタにおいて利用することができる。また、背面投射型プロジェクタは、例えば、リアプロジェクションテレビとして利用するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例に係るプロジェクタに用いられる光学ユニットの斜視図である。
【図２】図２(ａ)は、コンデンサレンズの上面図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は側面図である。
【図３】ＤＭＤのオフ状態の反射光の光路を説明する図であり、図３（ａ）は本実施例のコンデンサレンズを用いたとき、図３(ｂ)は従来のコンデンサレンズを用いたときを示している。
【図４】コンデンサレンズの左側面の曲率半径の範囲を説明する図である。
【図５】第２の実施例に係るコンデンサレンズを示し、図５(ａ)は、コンデンサレンズの上面図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）は側面図である。
【図６】本実施例のプロジェクタの構成を示す図である。
【図７】従来のプロジェクタの光学系を示す図である。
【図８】従来のコンデンサレンズであり、図８(ａ)は、コンデンサレンズの上面図、図８（ｂ）は正面図、図８（ｃ）は側面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００：光学ユニット              １１０：ケース体
１２０：投影レンズ                １３０：コンデンサレンズ
１４０：位置決めフレーム          １５０、３３０：ＤＭＤ
１６０、２１０：前面              １６２、２１２：後面
１６４、２１４：右側面            １６６、２１６：下側面
１６８、２１８：左側面            １７０、２２０：上側面
２００：コンデンサレンズ          ３００：プロジェクタ
【図１】
2006058714.tif 000003
【図２】
2006058714.tif 000004
【図３】
2006058714.tif 000005
【図４】
2006058714.tif 000006
【図５】
2006058714.tif 000007
【図６】
2006058714.tif 000008
【図７】
2006058714.tif 000009
【図８】
2006058714.tif 000010