(57)【要約】【課題】画像投影装置において、照明光のディストーションを最小限に抑え、光の利用効率を向上し、明るい投影画像を形成する。【解決手段】光学系は、光源部１１、光源光を色分解するカラーホイール１２、ロッドインテグレータ１３、照明レンズ群１４、照明光を反射させるとともに集光させるレンズ型ミラー１５、フィールドレンズ１６、空間光変調素子であるＤＭＤ１７、投影レンズ１８によって構成されている。照明レンズ群１４とフィールドレンズ１６の間に配置されたレンズパワーを有するレンズ型ミラー１５により、レンズパワーを分散し、照明系のディストーションを軽減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、該光源部からの光束を通過させ照明光を生成する照明光学系と、制御信号に応じて前記照明光の反射特性が変化する空間光変調素子と、該空間光変調素子で反射した映像光をスクリーンに投影する投影手段とを備えた画像投影装置であって、前記光源部と前記空間光変調素子の間に曲面を有し且つ裏面に金属蒸着を施したレンズ型ミラーを配置することを特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像投影装置において、前記レンズ型ミラーの前記光源部側の面が凸面形状を有し、金属蒸着面が平面を有することを特徴とする画像投影装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像投影装置において、前記レンズ型ミラーの前記光源部側の面が平面形状を有し、金属蒸着面が凸面形状を有することを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調素子を用いた画像投影装置に関し、さらに詳しくは、光源と空間光変調素子との間にレンズ型ミラーを配置することで、光の利用損失が向上し明るい投影画像が得られる画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像投影装置に使用される空間光変調素子の一つとして、多数の微小なミラーを２次元的に規則的に配列したデジタル・マイクロミラー・デバイス（以下、ＤＭＤという）が知られている。
図４は、ＤＭＤの画素の構造を示す斜視図であって、ＤＭＤを構成する個々の画素は、外部からの制御信号に応じて、画素の対角方向を回転軸として±１０度または±１２度の角度で傾斜角を変化させることができる可動ミラーになっている。そして、ＤＭＤは、図４に示される２つの状態をそれぞれ「ＯＮ状態」及び「ＯＦＦ状態」とし、照明光の反射方向を変化させることによって映像を作り出している。
【０００３】
従来、ＤＭＤを画像投影装置に応用する方法としては、例えば「プロジェクタ用光学系」（特許文献１参照）、「画像表示装置」（特許文献２参照）等が知られているが、代表的な従来例として平面ミラーを用いた光学系の構成及び動作について説明する。
図５は、従来の画像投影装置における光学系を示す平面図、図６は、従来の画像投影装置の光学系を示す斜視図である。
図５、図６に示す従来の画像投影装置の光学系は、光源部２１、光源部２１からの光を色分解するカラーホイール２２、光源光のムラを無くし均一にするロッドインテグレータ２３、光源部からの光束を通過させ照明光を生成する照明レンズ群２４、照明光を反射させるとともに集光させる平面ミラー２５、フィールドレンズ２６、空間光変調素子であるＤＭＤ２７、ＤＭＤ２７が反射した映像光をスクリーンに映し出す投影レンズ２８によって構成されている。
【０００４】
光源部２１で生成された光束は、カラーホイール２２、ロッドインテグレータ２３、照明レンズ群２４を通過して、平面ミラー２５によって反射され、フィールドレンズ２６に導かれる。フィールドレンズ２６は、照明光をＤＭＤ２７に導くとともに、ＤＭＤ２７からのＯＮ状態の光を投影レンズ２８に導く役目を有している。ＤＭＤ２７で反射された映像光は、フィールドレンズ２６を透過し、投影レンズ２８によってスクリーンに映像が映し出される。
【０００５】
ＤＭＤを駆動する駆動回路は、デジタル信号処理によりＤＭＤ２７の各ミラーを制御するものであって、ＤＭＤ２７の背面に配置されている。
ＤＭＤ２７は極めて高速な信号処理により制御されており、装置の安定動作のため、駆動回路とＤＭＤ２７を一体に配置することが望ましい。
【０００６】
図７は、従来の画像投影装置の光学系におけるＤＭＤ面上の照明分布をシミュレーションした結果を示す図である。
ＤＭＤ２７面における照明分布は、ＤＭＤの矩形に合わせて極力ディストーションを小さく設計することが望ましいが、光学系を小型化することとのバランスで、どうしても少ない光学要素でレンズパワーをかけなければならないが、従来の光学系では、ディストーション及び照度分布の均一性という面で満足すべき良好な結果が得られていない。
【特許文献１】特許第３０６５０５８号
【特許文献２】特許第３１２１８４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記した従来の画像投影装置は、光学系の小型化を図り、光路長を短くしようとすると、照明レンズ群に光学的な負担がかかるため、レンズパワーをかけなければならず、ひいては照明光のディストーションを増大させ、光の利用効率を劣化させるという問題があった。
【０００８】
また、レンズパワーを分散させる方法として、特許文献２のように、折り曲げミラーに凹面鏡を利用することも提案されているが、凹面ミラーはその製造工程の複雑さから高価であり、コストアップになるという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、小型で高輝度、かつ高画質の画像投影装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の技術手段は、光源部と、該光源部からの光束を通過させ照明光を生成する照明光学系と、制御信号に応じて前記照明光の反射特性が変化する空間光変調素子と、該空間光変調素子で反射した映像光をスクリーンに投影する投影手段とを備えた画像投影装置であって、前記光源部と前記空間光変調素子の間に曲面を有し且つ裏面に金属蒸着を施したレンズ型ミラーを配置することを特徴とする。
【００１１】
第２の技術手段は、第１の技術手段の画像投影装置であって、前記レンズ型ミラーの前記光源部側の面が凸面形状を有し、金属蒸着面が平面を有することを特徴とする。
【００１２】
第３の技術手段は、第１の技術手段の画像投影装置であって、前記レンズ型ミラーの前記光源部側の面が平面形状を有し、金属蒸着面が凸面形状を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光源部と空間光変調素子との間、特に照明レンズ群とフィールドレンズとの間にレンズ型ミラーを配置することで、レンズパワーの分散が可能となり、照明光のディストーションを最小限に抑えることができる。
また、光の利用効率が向上し、安価、小型でありながら、スクリーン上に明るい投影画像を形成する画像投影装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、画像投影装置において、照明光のディストーションを最小限に抑え、光の利用効率を向上し、明るい投影画像を形成することを目的とし、そのため画像投影装置の光学系は、光源部、光源光を色分解するカラーホイール、光源光のムラをなくし均一にするロッドインテグレータ、光束を通過させ照明光を生成する照明レンズ群、照明光を反射させるとともに集光させるミラー、フィールドレンズ、空間光変調素子であるＤＭＤ、ＤＭＤが反射した映像光をスクリーンに映し出す投影レンズによって構成されており、前記ミラーは照明レンズ群とフィールドレンズの間に設置されたレンズパワーを有するレンズ型ミラーであることにより、レンズパワーを分散し、照明系のディストーションを軽減し、空間光変調素子面上の照度分布を均一化する。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明の実施例における画像投影装置の光学系を図１〜図３に基づいて説明する。
図１は、本発明の画像投影装置の光学系を示す平面図、図２は、本発明の画像投影装置の光学系を示す斜視図である。
本発明の実施例における画像投影装置の光学系は、光源部１１、光源部１１からの光を色分解するカラーホイール１２、光源光のムラをなくし均一にするロッドインテグレータ１３、光源部からの光束を通過させ照明光を生成する照明レンズ群１４、照明光を反射させるとともに集光させるレンズ型ミラー１５、フィールドレンズ１６、空間光変調素子であるＤＭＤ１７、ＤＭＤが反射した映像光をスクリーンに映し出す投影レンズ１８によって構成されている。
【００１６】
これらの構成要素は、次のような関係に従って配置されている。
光源部１１と投影レンズ１８は、図１に示す平面図上で互いの光軸が概ね直角となるよう配置されている。ＤＭＤ１７は、投影レンズ１８の光軸に対して、その光軸が平行となるよう配置され、ＤＭＤ１７の背面にはＤＭＤの駆動回路が配置されている。
【００１７】
光源部１１には、集光手段として楕円リフレクターを使用し、楕円リフレクターの集光位置には、光の三原色を含むカラーフィルタを回転させながら切り替えていくカラーホイール１２を配置しており、カラー画像を表示することを可能としている。光源部１１の集光手段は、楕円リフレクターのほか、放物リフレクターやコンデンサレンズの組み合わせ等によって実現してもよい。
また、カラーホイール１２は、ロッドインテグレータ１３の出射部などに配置してもよい。
【００１８】
光源部１１の光軸は、投影レンズ１８の光軸に対して必ずしも完全に直角とする必要はない。光路全体の占有スペースを考えると、多少の傾斜角を設けた方がよい場合もあり、本実施例においては、図１に示すように光源部１１の光軸を投影レンズ１８の光軸に対して８５度として、光源部１１が他に比べて突起しないようにしている。
【００１９】
ロッドインテグレータ１３の出射面は、照明レンズ群１４、レンズ型ミラー１５及びフィールドレンズ１６によってＤＭＤ１７面上に結像するように設計される。この場合、ロッドインテグレータ１３の出射面の矩形をいかにディストーションなくＤＭＤ１７面上に結像させるかが、光の利用効率を左右する。
本発明では、照明レンズ群１４とフィールドレンズ１６の間にレンズパワーを有するレンズ型ミラー１５を配置することにより、レンズパワーを分散することができ、照明系のディストーションを軽減することが可能となる。
【００２０】
図３は、本発明の画像投影装置における光学系のＤＭＤ面上の照明分布をシミュレーションした結果を示す図である。
照明レンズ群１４とフィールドレンズ１６の間に配置するレンズ型ミラー１５によってレンズパワーを分散することにより、従来の光学系に比べディストーションの減少が可能となった。また、水平方向の照明分布の均一性も向上し、全体として光利用効率の向上を図ることが可能となる。
【００２１】
レンズ型ミラー１５は、通常の平凸レンズの一面を金属蒸着することにより作成可能であり、比較的安価に手に入れることができる。
以上の実施例において、照明光学系にロッドインテグレータを用いた例を述べてきたが、インテグレータとしてはフライアイレンズ等の素子を使用してもよい。また、画面の均一性が問題にならなければ、インテグレータを使用しなくてもよい。
また、空間光変調素子に関しては、ＤＭＤ以外にも反射型液晶等の素子を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の画像投影装置の光学系を示す平面図である。
【図２】本発明の画像投影装置の光学系を示す斜視図である。
【図３】本発明の画像投影装置の光学系におけるデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）面上の照明分布をシミュレーションした結果を示す図である。
【図４】ＤＭＤの画素の構造を示す斜視図である。
【図５】従来の画像投影装置の光学系を示す平面図である。
【図６】従来の画像投影装置の光学系を示す斜視図である。
【図７】従来の画像投影装置の光学系におけるＤＭＤ面上の照明分布をシミュレーションした結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１…光源部、１２…カラーホイール、１３…ロッドインテグレータ、１４…照明レンズ群、１５…レンズ型ミラー、１６…フィールドレンズ、１７…ＤＭＤ、１８…投影レンズ、２１…光源部、２２…カラーホイール、２３…ロッドインテグレータ、２４…照明レンズ群、２５…平面ミラー、２６…フィールドレンズ、２７…ＤＭＤ、２８…投影レンズ。
【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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【図６】
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【図７】
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