(57)【要約】【課題】ランプの設置角度に自由度があるＤＬＰ方式のプロジェクタを提供すること【解決手段】ランプ２と、コリメータレンズ１１と、Ｒ、Ｇ、Ｂの光に分離するカラーホイール１２と、非共軸レンズ１３と、ロッド型のインテグレータ１４と、ダブレットレンズ１５と、ミラー１６と、リレーレンズ１７と、リレーレンズ１７からの出射光を画像光に変調する画像生成素子３と、画像生成素子３からの画像光を投射するプロジェクションレンズ４とを有する光学エンジン５を備え、非共軸レンズ１３の出射光の光軸に対してランプ２の出射光の光軸を傾斜させ、ランプ２は、ランプ２以外の光学エンジン５の高さの範囲内に配置する構成とする。【選択図】図３
2008134432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプと、
該ランプからの出射光を平行光にするコリメータレンズと、
該コリメータレンズからの出射光を時分割でＲ、Ｇ、Ｂの光に分離するカラーホイールと、
該カラーホイールからの出射光を屈折させるとともに集光させる、入射面が平面の非共軸レンズと、
該非共軸レンズからの出射光の焦点を入射面とし、入射光を面状の光にして出射するロッド型のインテグレータと、
該インテグレータからの出射光を拡大するダブレットレンズと、
該ダブレットレンズからの出射光を反射するミラーと、
該ミラーからの反射光を拡大するリレーレンズと、
複数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御でき、前記リレーレンズからの出射光を画像光に変調するデジタルミラーデバイスと、
該デジタルミラーデバイスからの画像光を投射するプロジェクションレンズとを有する光学エンジンを備えたプロジェクタであって、
前記非共軸レンズの出射光の光軸に対して前記ランプの出射光の光軸を傾斜させ、
前記ランプは、前記ランプ以外の前記光学エンジンの高さの範囲内に配置されることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
ランプと、入射光を面状の光にして出射するインテグレータと、入射光を画像光に変調する画像生成素子とを有する光学エンジンを備えたプロジェクタにおいて、
前記ランプと前記インテグレータとの間の光路上に非共軸レンズを設け、該非共軸レンズの出射光の光軸に対して前記ランプの出射光の光軸を傾斜させることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】
前記ランプは、前記光学エンジンの高さが低くなるように配置されることを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記非共軸レンズは、前記非共軸レンズからの出射光の焦点が前記インテグレータの入射面と重なるように集光させる形状であることを特徴とする請求項２又は３記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記ランプと前記非共軸レンズとの間の光路上に、時分割でＲ、Ｇ、Ｂの光に分離するカラーホイールを設けたことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記ランプと前記カラーホイールとの間の光路上にコリメータレンズを設けたことを特徴とする請求項５記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記非共軸レンズの入射面が平面であることを特徴とする請求項６記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記画像生成素子は、複数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御できるデジタルミラーデバイスであることを特徴とする請求項２〜７の何れかに記載のプロジェクタ。
【請求項９】
前記光学エンジンはさらに、前記インテグレータからの出射光を拡大するダブレットレンズと、該ダブレットレンズからの出射光を反射するミラーと、該ミラーからの反射光を拡大するリレーレンズと、前記画像生成素子からの画像光を投射するプロジェクションレンズとを備え、
前記ランプは、前記ランプ以外の前記光学エンジンの高さの範囲内に配置されることを特徴とする請求項２〜８の何れか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、ＤＬＰ（Digital Light Processing）（登録商標）方式のプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、パソコンやビデオカメラ等からの画像データを基に、ランプから出射される光を用いて画像生成素子により画像を形成し、その画像をスクリーン等に投影させるプロジェクタが知られている。
【０００３】
この種のプロジェクタの一方式として、多数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御できるＤＭＤ（Digital Mirror Device）（登録商標）を用いて、画像をスクリーン上に投影するＤＬＰ方式がある。
【０００４】
このＤＬＰ方式のプロジェクタは、スクリーン上に投影する画像に基づいて、ＤＭＤの各ミラー素子を個別に、照明光をプロジェクションレンズに入射させる方向、又は入射させない方向、の２つの方向の何れかに駆動することで、画像をスクリーン上に投影する。
【０００５】
スクリーン上には、プロジェクションレンズに入射された照明光による画像が投影される。周知のように、ＤＬＰ方式のプロジェクタでは、ＤＭＤにおけるミラー素子の総数がスクリーン上に投影される画像の画素数である。ＤＭＤのミラー素子は微小であり、例えば２０ｍｍ×３５ｍｍのエリアであれば２３０万個配列することができる。したがって、ミラー素子の総数がより多いＤＭＤを用いることで、光学系のサイズの大型化を抑え、より画素数の多い、高精細な画像をスクリーン上に投影できる。
【０００６】
また、ＤＬＰ方式のプロジェクタでは、光源からプロジェクションレンズまでの光路に複数の光学部品、例えばカラーホイール、インテグレータ、レンズ、ミラー、ＤＭＤが配置されている。そして、光学部品の種類やその配置は、目的によって様々なものが提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、反射型表示素子と、その正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から反射型表示素子に向けて照明光を投射する光源系と、反射型表示素子から出射した画像光を投影面に投影する投影系と、反射型表示素子の前面側に配置され、光源系及び投影系に対向する面から入射した照明光を反射型表示素子の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して反射型表示素子に入射させ、反射型表示素子から出射した画像光を投影系に入射させるとともに、光源系からの照明光のうち、光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光を、投影系による画像光の投影方向以外の方向に出射する中継レンズとを備えた投影型表示装置が開示されている。
【０００８】
また例えば、特許文献２には、光源と、光源から出射した光を時分割でＲ、Ｇ、Ｂの光に分離するカラーホイールと、カラーホイールを出射した光を集光して平行光とする集光ロッドとを有し、ＰＳ分離合成素子は、集光ロッドを出射した光を変換し、該変換した光をＤＬＰ素子に入射させるＤＬＰプロジェクタ装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−９９６６９号公報
【特許文献２】特開２００５−１２８１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、ＤＬＰ方式のプロジェクタにおいては、特許文献１や特許文献２のように、ランプからミラーまでは直線上に配置されるのが一般的である。したがって、それらの部品の設置角度に自由度はない。光学系においてはランプが大きなスペースを占めるので、ランプの設置角度に自由度がないということは、ランプ周りのスペースを有効に活用できないということであり、ランプの大きさによって光学系の高さが高くなる。光学系の高さはプロジェクタの筐体の高さに影響するので、製品の高さが高くなるという問題がある。
【００１０】
本発明は、ランプの設置角度に自由度があるＤＬＰ方式のプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、ランプと、入射光を面状の光にして出射するインテグレータと、入射光を画像光に変調する画像生成素子とを有する光学エンジンを備えたプロジェクタにおいて、
前記ランプと前記インテグレータとの間の光路上に非共軸レンズを設け、該非共軸レンズの出射光の光軸に対して前記ランプの出射光の光軸を傾斜させることを特徴とするものである。
【００１２】
上記のプロジェクタにおいて、製品の薄型化の観点から、前記ランプは、前記光学エンジンの高さが低くなるように配置されることが望ましい。
【００１３】
また上記のプロジェクタにおいて、光効率を向上させる観点から、前記非共軸レンズは、前記非共軸レンズからの出射光の焦点が前記インテグレータの入射面と重なるように集光させる形状であることが望ましい。
【００１４】
また上記のプロジェクタにおいて、色ムラを少なくする観点から、前記ランプと前記非共軸レンズとの間の光路上に、時分割でＲ、Ｇ、Ｂの光に分離するカラーホイールを設けることが望ましい。
【００１５】
また上記のプロジェクタにおいて、カラーホイールの光透過率を向上させる観点から、前記ランプと前記カラーホイールとの間の光路上にコリメータレンズを設けることが望ましい。
【００１６】
また上記のプロジェクタにおいて、レンズ内で扱いやすい平行光を保つ観点から、前記非共軸レンズの入射面が平面であることを特徴とする請求項６記載のプロジェクタ。
【００１７】
また上記のプロジェクタにおいて、前記画像生成素子は、複数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御できるデジタルミラーデバイスを採用することができる。
【００１８】
また上記のプロジェクタにおいて、前記光学エンジンはさらに、前記インテグレータからの出射光を拡大するダブレットレンズと、該ダブレットレンズからの出射光を反射するミラーと、該ミラーからの反射光を拡大するリレーレンズと、前記画像生成素子からの画像光を投射するプロジェクションレンズとを備え、
前記ランプは、前記ランプ以外の前記光学エンジンの高さの範囲内に配置されることが望ましい。製品をより薄型化するためである。
【００１９】
本発明を具体化すると、
ランプと、
該ランプからの出射光を平行光にするコリメータレンズと、
該コリメータレンズからの出射光を時分割でＲ、Ｇ、Ｂの光に分離するカラーホイールと、
該カラーホイールからの出射光を屈折させるとともに集光させる、入射面が平面の非共軸レンズと、
該非共軸レンズからの出射光の焦点を入射面とし、入射光を面状の光にして出射するロッド型のインテグレータと、
該インテグレータからの出射光を拡大するダブレットレンズと、
該ダブレットレンズからの出射光を反射するミラーと、
該ミラーからの反射光を拡大するリレーレンズと、
複数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御でき、前記リレーレンズからの出射光を画像光に変調するデジタルミラーデバイスと、
該デジタルミラーデバイスからの画像光を投射するプロジェクションレンズとを有する光学エンジンを備えたプロジェクタであって、
前記非共軸レンズの出射光の光軸に対して前記ランプの出射光の光軸を傾斜させ、
前記ランプは、前記ランプ以外の前記光学エンジンの高さの範囲内に配置される構成となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、非共軸レンズを用いることにより、ランプの設置角度に自由度をもたせることができる。したがって、ランプ周りのスペースを有効に活用でき、他の部品の配置も考慮すれば設計の自由度が上がる。そして、ランプを上方向に傾斜させてランプをランプ以外の光学エンジンの高さの範囲内に配置すれば、ランプの大きさが光学エンジンの高さに影響せず、製品の高さを低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、プロジェクタの外観を示す斜視図であり、図２は、図１のプロジェクタの光学エンジンの構成を示す一部破断した平面図である。プロジェクタ１は、パソコンやビデオカメラ等からの画像データを基に、ランプ２から出射される光を用いて画像生成素子３により画像を形成し、その画像をプロジェクションレンズ４を通してスクリーン等に投影させる装置である。図中、一点鎖線は光路を示している。
【００２２】
プロジェクタ１は、ランプ２と、画像生成素子３及びプロジェクションレンズ４を含む画像投射光学系１０とから構成される光学エンジン５を備える。光学エンジン５は筐体２０で覆われている。
【００２３】
ランプ２は、楕円面形状のリフレクタと、その第１焦点に画像投射用の光を出射する光源とを有している。リフレクタとしては、放物面鏡や楕円面鏡などを用いることができる。光源としては、例えば白色光を出射するものが用いられ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどを用いることができる。
【００２４】
画像投射光学系１０は、ランプ２からの光を用いて画像を形成し、その画像を投射するものであり、上述の画像生成素子３及びプロジェクションレンズ４に加え、コリメータレンズ１１と、カラーホイール１２と、非共軸レンズ１３と、インテグレータ１４と、ダブレットレンズ１５と、ミラー１６と、リレーレンズ１７とを備えている。
【００２５】
画像生成素子３は、光を反射することにより画像を形成する素子であり、それによって入射光を画像光に変調する。画像生成素子３は回路基板１８上に設けられている。この画像生成素子３としては、多数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御できるＤＭＤを用いることが望ましい。
【００２６】
プロジェクションレンズ４は、画像生成素子３により反射された光、すなわち画像生成素子３からの画像光を投射するレンズ群であり、筐体２０に設けられた開口２１に臨む位置に配置されている。レンズ群とすることにより、ＲＧＢの各色光の色収差等に起因する投影画像の不鮮明さを防止している。
【００２７】
コリメータレンズ１１は、ランプ２からの出射光を平行光にするものであり、ランプ２の第２焦点付近に配置されている。コリメータレンズ１１を設けることにより、平行光がカラーホイール１２に入射するので、カラーホイール１２の透過率を向上させる目的でその表面に形成されたコーティングに一定の角度で光を入射させることができ、透過率が向上する。なお、コリメータレンズ１１は必ずしも必要ではない。コリメータレンズ１１を設けない場合は、ランプ２の第２焦点付近に非共軸レンズ１３の入射面が位置するように配置することが光効率を向上させる点から望ましい。
【００２８】
カラーホイール１２は、その回転方向にＲ、Ｇ、Ｂのフィルタが配列されてなる略円盤形状のものであり、回転軸１１ａを軸心として回転し、コリメータレンズ１１からの出射光を時分割でＲ、Ｇ、Ｂの光に分離する。なお、カラーホイール１２は、インテグレータ１４の直後に設けてもよい。
【００２９】
非共軸レンズ１３は、カラーホイール１２からの出射光を屈折させて出射するレンズである。非共軸レンズ１３は、ランプ２とインテグレータ１４との間の光路上に設ければ、少なくともその役割を果たすことができるが、インテグレータ１４の直前に設けることが望ましい。そして、非共軸レンズ１３の出射光を集光させるようにすれば、インテグレータ１４の入射面に焦点を合わせることができ光効率が向上する。
【００３０】
さらに、非共軸レンズ１３の入射面は平面であることが好ましい。コリメータレンズ１１で平行にされた光が非共軸レンズ１３に入射するので、入射面を平面にすることによりレンズ内での屈折も平行光となり扱いやすいからである。
【００３１】
なお、非共軸レンズ１３はインテグレータ１４と一体にしてもよい。そうすれば、非共軸レンズ１３とインテグレータ１４との間で生じる光のロスもなくなり、製造コストも削減できる。
【００３２】
非共軸レンズ１３の具体的な形状としては、例えば、円柱をその側面のみを通る平面で斜めに切り、円柱の底面を凸状にした形状とすることができる。この形状によれば、入射光を屈折させるとともに集光させる、入射面が平面の非共軸レンズ１３となる。
【００３３】
インテグレータ１４は、入射光を均一化し面状の光にして出射するものであり、非共軸レンズ１３からの出射光の焦点を入射面とし、入射光を面状の光にして出射するロッド型とすることが好ましい。ロッドとしては、ガラスロッドなどの中実タイプのロッド、又は内面を鏡面とした中空タイプのロッドを採用できる。中実タイプのロッドによれば、ロッド内の内面反射における反射率をほぼ１００％とすることができるので、中空タイプのものよりも光効率が良い。
【００３４】
ダブレットレンズ１５は、インテグレータ１４からの出射光を拡大する２枚のレンズからなる。なお、ダブレットレンズ１５に代えて１枚のレンズや３枚以上のレンズ群を用いてもよい。ミラー１６は、ダブレットレンズ１５からの出射光を反射するものであり、光路を曲げることによって画像投射光学系１０をコンパクトにしている。リレーレンズ１７は、ミラー１６からの反射光を拡大するレンズである。
【００３５】
ここで、ダブレットレンズ１５及びリレーレンズ１７を用いてインテグレータ１４からの面状の出射光が画像生成素子３を覆う大きさに拡大されているので、どちらか一方のレンズをなくし、他方のレンズのみでその役割をはたすようにしてもよい。
【００３６】
図３は、光学エンジン５を図２の矢印Ａ方向に見た正面図である。非共軸レンズ１３の出射光の光軸に対してランプ２の出射光の光軸が上方向に傾斜している。すなわち、ランプ２及びコリメータレンズ１１が上方向に傾斜して配置されている。図３に示すように、光学エンジン５において最も低い位置にあるのはミラー１６であり、最も高い位置にあるのはプロジェクションレンズ４であるので、光学エンジン５の高さＨ１は、ミラー１６の下端からプロジェクションレンズ４の上端までの高さとなる。
【００３７】
一方、図４は、コリメータレンズ１１及び非共軸レンズ１３をもたない比較例の光学エンジン５’の正面図であり、従来品の一例である。図４において図３と同じ部品については同符号を付してその詳細な説明を省略する。図４に示すように、ランプ２からミラー１６までの光軸が直線になるように各部品が配置されている。光学エンジン５’において最も低い位置にあるのはランプであり、最も高い位置にあるのはプロジェクションレンズ４であるので、光学エンジン５’の高さＨ２は、ランプ２の下端からプロジェクションレンズ４の上端までの高さとなる。
【００３８】
図３と図４とを比べると明らかなように、本発明の光学エンジン５の高さＨ１は、比較例の光学エンジン５’の高さＨ２よりも低くなっている。その差Ｈ３は、図４に示すように、ランプ２の下端からミラー１６の下端までの高さとなる。
【００３９】
このように、光学エンジン５、５’においては、ランプ２が大きなスペースを占めるので、比較例のようにランプ２からミラー１６までを直線上に配置するということは、ランプ２が大きくなれば光学エンジン５’の高さが高くなるということである。光学エンジンの高さが高くなれば、プロジェクタの筐体２０の高さもその分だけ高くなり、つまり製品の高さもその分だけ高くなる。
【００４０】
それに対して本発明の光学エンジン５のように、ランプ２を上方向に傾斜させて適切に配置すれば、ランプ２をランプ２以外の光学エンジンの高さの範囲内に配置することができる。したがって、ランプ２の大きさが光学エンジン５の高さに影響せず、筐体２０の高さにも影響せず、製品の高さを低く抑えることができる。
【００４１】
また、非共軸レンズ１３の向きを変えるという簡単な設計変更により、ランプ２の設置角度を自由に変えることができる。それにより、ランプ２周りのスペースを有効に活用でき、他の部品の配置も考慮すれば設計の自由度が上がる。例えば、筐体２０内の空きスペースにランプ２を配置することが考えられ、上述したようにランプ２を上方向に傾斜させるだけでなく、スペースが許せば、横方向や下方向に傾斜させることも考えられる。光学エンジン５の高さが低くなるようにランプ２を配置するのであれば、上方向に傾斜させるだけでなく、斜め上方向に傾斜させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、ＤＬＰ方式のプロジェクタに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】プロジェクタの外観を示す斜視図である。
【図２】図１のプロジェクタの光学エンジンの構成を示す一部破断した平面図である。
【図３】光学エンジンを図２の矢印Ａ方向に見た正面図である。
【図４】コリメータレンズ及び非共軸レンズをもたない比較例の光学エンジンの正面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    プロジェクタ
２    ランプ
３    画像生成素子
４    プロジェクションレンズ
５    光学エンジン
１１    コリメータレンズ
１２    カラーホイール
１３    非共軸レンズ
１４    インテグレータ
１５    ダブレットレンズ
１６    ミラー
１７    リレーレンズ
【図１】
2008134432.tif 000003
【図２】
2008134432.tif 000004
【図３】
2008134432.tif 000005
【図４】
2008134432.tif 000006