(57)【要約】【課題】照明系を幾何学的に集約かつ耐熱性を高めて、コンパクトでかつ明るく鮮明な投影像を形成できる電子デバイスプロジェクタを提供すること【解決手段】ＤＭＤを使用して映像を形成するプロジェクタにおいて、光束均一化光学部材の前方に、３群３枚構成又は２群２枚構成の第１コンデンサーレンズを設置したことを特徴とする電子デバイスプロジェクタ。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＭＤを使用して映像を形成するプロジェクタにおいて、光束均一化光学部材の前方に、３群３枚構成又は２群２枚構成の第１コンデンサーレンズを設置したことを特徴とする電子デバイスプロジェクタ。
【請求項２】
前記第１コンデンサーレンズのうちの少なくとも一枚のレンズが、ｎｄ≧１．７８の高屈折率ガラスレンズである請求項１に記載の電子デバイスプロジェクタ。
【請求項３】
前記第１コンデンサレンズの少なくとも一面が、非球面である請求項１に記載の電子デバイスプロジェクタ。
【請求項４】
前記電子デバイスプロジェクタが、第１コンデンサーレンズの前方に第２コンデンサーレンズを配置し、前記第１コンデンサーレンズと前記第２コンデンサーレンズの間に、第１ミラー及びその前方の第２ミラーが設置されている請求項１に記載の電子デバイスプロジェクタ。
【請求項５】
前記第１ミラー及び第２ミラーが、銀ミラー及び保護膜を設けている請求項４に記載の電子デバイスプロジェクタ。
【請求項６】
前記第１ミラーが、平面ミラーまたは球面ミラーである請求項４に記載の電子デバイスプロジェクタ。
【請求項７】
前記第２ミラーが、平面ミラーである請求項４に記載の電子デバイスプロジェクタ。
【請求項８】
前記第１ミラーが、水平な入射光束を、水平面内で７０°≦θｈ≦１１０°、垂直面内で下降方向４０°≦θｐ≦５０°屈折させて前記第２ミラーに入射させる請求項４に記載の電子デバイスプロジェクタ。
【請求項９】
前記第２コンデンサレンズが、１群１枚構成であって、その少なくとも一面が、非球面である請求項４に記載の電子デバイスプロジェクタ。
【請求項１０】
前記第２コンデンサレンズが、樹脂レンズである請求項９に記載の電子デバイスプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術的分野】
本発明は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を使用して映像を形成するプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来技術】
現在、液晶プロジェクタの一般的な表示パネルは、ビジネス用としては３板式の液晶パネル又は単板式のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏ  ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）が利用されている。ＤＭＤの照明系は、偏光変換素子を必要とせず、また部品点数が少なく構成できる。従って、ＤＭＤを使用して映像を形成するプロジェクタ構造は、シンプル化が容易であり、かつコンパクト化を計ることについても、３板式液晶パネルと比較して有利である。
【０００３】
最近のＤＬＰ（  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ）の構成において、照明系内のＤＭＤ等の映像光束形成手段と投射レンズの間にＴＩＲプリズム（  Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｐｒｉｓｍ  ）が  配置される。ＴＩＲプリズムは、２つのプリズムを数ミクロンのエアギャップを設けて一体化し、該エアギャップを形成する面に、一つの光束を臨界角条件を満たして反射させ、他の光束を臨界角内で入射させて透過させることによって、ＤＭＤの入射角及び反射角を直角に近くして、ＤＬＰのコンパクト化を実現させるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
従来のミラー反射方式の照明系では、照明光量を多くして投影像を明るくしようとすると、ミラーやコンデンサーレンズによる光束のケラレによって照度ムラが生じ好ましくない。しかし、ＴＩＲプリズムは、プリズムの全反射を利用しており、上述した照明ムラの影響を受け難い設計が可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１５６６０２号（全体）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載された電子デバイスプロジェクタの照明系においては、図８に示すように、光源ランプ部２５０から放射され棒レンズ２９０を透過した照明光束は、単レンズの第１集光レンズ３００、ミラー３１０、単レンズの第２集光レンズ３２０を介してＴＩＲプリズム系３３０に入射する。ＴＩＲプリズム系３３０から射出された照明光束はＤＭＤ３５０に入射して、映像光束として反射される。映像光束は、再びＴＩＲプリズム系３３０に入射して、投射レンズ３７０によってスクリーン３８０上に結像する。
投射レンズ３７０の光学系においては、光源ランプ部２５０からＴＩＲプリズム系３３０までの光路が長く、電子デバイスプロジェクタのコンパクト化の妨げとなっている。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、従来の電子デバイスプロジェクタの上述した問題に鑑みてなされたものであって、照明系を幾何学的に集約かつ耐熱性を高めて、コンパクトでかつ明るく鮮明な投影像を形成できる電子デバイスプロジェクタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決する手段】
本発明は、ＤＭＤを使用して映像を形成するプロジェクタにおいて、光束均一化光学部材の前方に、３群３枚構成又は２群２枚構成の第１コンデンサーレンズを設置したことを特徴とする電子デバイスプロジェクタである。
【０００９】
本発明の実施態様は、以下のとおりである。
請求項２に記載の実施態様は、前記第１コンデンサーレンズのうちの少なくとも一枚のレンズが、高屈折率・高耐熱性ガラスレンズである。このように構成することにより、集光効率を高めることができる他に、第１コンデンサーレンズの耐熱性を高め、高熱を発生する輝度の高い光源ランプを採用できる。
請求項３に記載の実施態様は、前記高屈折率・高耐熱性ガラスレンズの一面が、非球面である。このように構成することによって、集光を効率的に行いかつＤＭＤ上を均一な光束によって照明することができる。
【００１０】
請求項４に記載の実施態様は、前記電子デバイスプロジェクタが、第１コンデンサーレンズの前方に第２コンデンサーレンズを配置し、前記第１コンデンサーレンズと前記第２コンデンサーレンズの間に、第１ミラー及びその前方の第２ミラーが設置されている。このように構成することによって、照明系を屈折させて光学系全体をコンパクト化し、また湿度や衝撃に強い電子デバイスプロジェクタを構成することができる。
【００１１】
請求項５に記載の実施態様は、前記第１ミラー及び第２ミラーが、銀ミラー及び保護膜を設けている。このように構成することによって、第１ミラー及び第２ミラーの光量損失がアルミミラー方式に比較して著しく減少し、さらに電子デバイスプロジェクタの照明系がコンパクトになり、また湿度や衝撃に強い電子デバイスプロジェクタを構成することができる。
【００１２】
請求項６に記載の実施態様は、前記第１ミラーが、平面ミラーまたは球面ミラーである。このように構成することによって、特に第１ミラーが球面の場合は、照明系による光量損失が著しく減少する。また、実施態様のように第１ミラーが平面の場合には、特に照明系の光学的調整が容易になり、かつ衝撃に強い電子デバイスプロジェクタを構成することができる。
請求項７に記載の実施態様は、前記第２ミラーが、平面ミラーである。このように構成することによって、さらに照明系の光学的調整が容易になりかつ衝撃に強い電子デバイスプロジェクタを構成することができる。
【００１３】
請求項８に記載の実施態様は、前記第１ミラーが、水平な入射光束を、水平面内で７０°≦θｈ≦１１０°、垂直面内で下降方向４０°≦θｐ≦５０°屈折させて前記第２ミラーに入射させる。このように構成することによって、電子デバイスプロジェクタを形成するハウジング内の無駄な空間が少なくなり、かつ照明系がコンパクトになり、使い勝手のよい電子デバイスプロジェクタを構成することができる。
【００１４】
請求項９に記載の実施態様は、前記第２コンデンサレンズが、１群１枚構成であって、その少なくとも一面が、非球面である。このように構成することによって、集光を効率的に行いかつＤＭＤ上を均一な光束によって照明することができる。
【００１５】
請求項１０に記載の実施態様は、前記第２コンデンサレンズが、樹脂レンズである。このように構成することによって、製造コストを低減させ、集光を効率的に行いかつＤＭＤ上を均一な光束によって照明することができる。
【００１６】
【実施の形態】
本発明の第１実施形態の電子デバイスプロジェクタを図に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態の電子デバイスプロジェクタの光学平面図である。図２は、本発明の第１実施形態の電子デバイスプロジェクタの光源・コンデンサレンズ領域の光学側面図である。図３は、本発明の第１実施形態の電子デバイスプロジェクタのＤＭＤ領域の光学平面図である。図４は、本発明の第１実施形態のライトトンネルの斜視図である。
なお、以下の説明において「前方」とは、照明光束の進行方向を示すこととする。
【００１７】
電子デバイスプロジェクタ１０の光源は、図１に示すように、現在主流の高圧水銀ランプを筆頭にメタルハライドやキセノンランプである放電型バルブ１２を有する。放電バルブ１２の周囲及び後方に配置されたリフレクター１４は、楕円鏡であるコールドミラーである。放電型バルブ１２の前方には、リフレクター１４の開口の全面を被うプロテクショングラス１６が取り付けられ、放電型バルブ１２が万が一破裂した場合の安全性を確保する。
【００１８】
プロテクショングラス１６の前方には、ＩＲカットフィルター２０が配置され、放電型バルブ１２から放出される赤外光をカットし、その前方に配置される各光学部品の熱的負荷を軽減させる。ＩＲカットフィルター２０は、反射型または吸収型の両方が利用でき、また吸収型ＩＲカットフィルターの表面に反射膜を形成したハイブリッド型ＩＲカットフィルターも利用可能である。さらに、吸収型ＩＲカットフィルターの表面にＵＶカットコートを形成したハイブリッド型ＵＶカットフィルターも利用可能である。
【００１９】
ＩＲカットフィルター２０の前方には、コンバージョンレンズ２１が配置される。コンバージョンレンズ２１は、リフレクター１４から反射された照明光束をライトトンネル３０に適切な入射角度で入射させ、照明系全体の明るさを（ＮＡ値）を最適化する。コンバージェンスレンズ２１は、必ずしも必要な構成部品ではなく、リフレクター１４の形状等の光利用効率を重視した設計によって十分な照明光量が得られるのであれば、特に必要はない。
【００２０】
コンバージェンスレンズ２１の前方に、カラーホイール２２が配置される。カラーホイール２２は、回転しながらＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の光を時間差をもって決められた順序で透過させる。カラーホイール２２を駆動させるためのモーター２４は、小型アウターローター型の多極タイプが望ましい。カラーホイール２２は、電子デバイスプロジェクタ１０からの投影総光量を増すために、各透過セグメント（図示せず）にＲＧＢのフィルター（図示せず）のみならず、無色透明部が設ける場合もある。
【００２１】
カラーホイール２２の直前に、照明光束を均一化するための直方体形のライトトンネル３０が設置される。ライトトンネル３０は、内面反射面が直方体の４側面と一致するように形成される。ライトトンネル３０は、光軸方向の長さが長い程射出光束の均一性は増す。ライトトンネル３０は、ガラスロッドであってよい。ライトトンネル３０の入射面３２は、リフレクター１４の形成する楕円形の第二焦点（図示せず）近傍に配置される。
【００２２】
放電型バルブ１２は現実的に完全な点光源とは成り得ず、少なくともコンマ数ｍｍのアークギャップを持つ。従って、ライトトンネル３０の入射面３２付近には一定容積の光源スポットが形成され、ライトトンネル３０に大量な照明を入射させるために、入射面３２の入射開口エリア（クリアアパチャー径）を十分大きくする必要がある。ライトトンネル３０内では、入射した光束が側面によって繰り返し反射され、射出面３４からその照明光束を射出する。入射光束の発散角度と射出光束の発散角度は原則として同一である。
【００２３】
ライトトンネル３０は、図４に示すように、断面積が照明光束が進むに連れて拡大する角錐形、すなわち対向する反射面が角度ｒ１、ｒ２だけ発散方向に傾斜するように形成することもできる。角錐形ライトトンネル３０は、射出光束の発散角度が入射角度より大きくなり、このことによって照明効率を高めることができる場合がある。
一方、上述した角錐形ライトトンネルと直方体形ライトトンネルにおいて、射出光束に同等の均一性を得る場合、直方体形ライトトンネルは、角錐形ライトトンネルよりも短くすることができる。ライトトンネル３０が短いことは、電子デバイスプロジェクタのコンパクト化を実現するため望ましいことである。
【００２４】
ライトトンネル３０の前方に、第１コンデンサレンズ４０が配置される。第１コンデンサレンズ４０は、電子デバイスプロジェクタ１０のコンパクト化のために光軸方向の寸法及び焦点距離が短いことが望ましい。
第１実施形態の第１コンデンサレンズ４０は、第１レンズ４２、第２レンズ４４、第３レンズ４６からなる３群３枚レンズであり、以下の光学データを有する。
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第１コンデンサレンズ４０の第１レンズ４２は、高屈折率ガラスを採用して高い屈折力を得るとともに、耐熱性も高めている。
【００２５】
第１コンデンサレンズ４０の前方に、第１ミラー５０が配置される。第１ミラー５０は、図１及び図３に示すように、水平に入射した照明光束を平面において直角（θｈ）に屈折させ、かつ４５°（θｐ）下向きに傾斜させて反射するように配置される。第１ミラー５０は、反射率が９５％以上確保できるような銀ミラーである。銀ミラーは、アルミ膜反射ミラーと比較すると、５％以上反射率が高い。
【００２６】
第１ミラー５０の前方下方に、平面鏡であり銀ミラーである第２ミラー５２が配置される。第２ミラー５２は、電子デバイスプロジェクタ１０の光学系において最も低い位置に配置される光学部材である。第２ミラー５２は、図５に示すように、第２ミラー５２の前方上方に配置される第２コンデンサレンズ６０及びＴＩＲプリズム６２の入射角度を所定のものにするために、水平線ｌに対しライトトンネル３０方向に約７°傾斜している。
【００２７】
第２コンデンサレンズ６０は、耐熱樹脂製非球面レンズである。該非球面を示す式は、光軸に垂直な高さをＨ、面頂を原点としたときの高さＨにおける光軸方向の変位量をＸ（Ｈ）、近軸曲率半径をＲ、円錐係数をε、ｎ次の非球面係数をＡｎとしたとき、次の式で表される。
Ｘ（Ｈ）＝（Ｈ２／Ｒ）／｛１＋［１−（１＋ε）・（Ｈ２／Ｒ２）］１／２｝
＋Ａ４Ｈ４＋Ａ６Ｈ６＋Ａ８Ｈ８
である。各面の非球面係数等の光学データは以下のとおりである。
【００２８】
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【００２９】
ＴＩＲプリズム６２は、図５及び図６に示すように、ＢＫ７等の硝材からなる第１プリズム７１及び第２プリズム７２で構成されている。内面反射は全反射であり、反射による光量損失がなく、プリズムによる色変化及び色収差の発生がない利点を有する。第１プリズム７１及び第２プリズム７２は、相対向する平面７１−１，７２−１が、数ミクロンのエアギャップを設けて配置され、その面の周辺部で互いに接着されている。
【００３０】
平面７１−１，７２−１は、ＤＭＤ８０の入射面８２に対し約３３°傾斜して設けられる。ＤＭＤ８０の入射面８２に平行に第１プリズム７１に入射した照明光束は、平面７１−１によって全反射され、ＤＭＤ８０の入射面８２に入射角約３３°で入射し、ＤＭＤ８０の入射面８２から垂直方向に反射され、平面７１−１及び平面７２−１を透過し、第２プリズム７２から射出される。
【００３１】
ＴＩＲプリズムズム６２から射出された映像情報を有する映像光束は、投射レンズ８８を透過してスクリーン（図示せず）方向に投射される。
【００３２】
第２実施形態の第１コンデンサレンズ１００は、図２に示すように、第１レンズ１０２、第２レンズ１０４からなる２群２枚レンズであり、以下の光学データを有する。
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第２実施形態の第１コンデンサレンズ１００は、２群２枚構成であり、第１実施形態の第１コンデンサーレンズ４０（３群３枚構成）と比較して、前方に短く構成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の電子デバイスプロジェクタの光学平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の電子デバイスプロジェクタの光源・コンデンサレンズ領域の光学側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の電子デバイスプロジェクタのＤＭＤ領域の光学平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態のライトトンネルの斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態のＴＩＲプリズム・投射レンズ領域の斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態のＴＩＲプリズムの平面図である。
【図７】本発明の第２実施形態のコンデンサレンズの光学平面図である。
【図８】従来技術の電子デバイスプロジェクタの光学平面図である。
【符号の説明】
１０          電子デバイスプロジェクタ
１２          放電型バルブ
１４          リフレクター
１６          プロテクショングラス
２０          ＩＲカットフィルター
２１          コンバージョンレンズ
２２          カラーホイール
２４          モーター
３０          ライトトンネル
３２          入射面
３４          射出面
４０          第１コンデンサレンズ
４２          第１レンズ
４４          第２レンズ
４６          第３レンズ
５０          第１ミラー
５２          第２ミラー
６０          第２コンデンサレンズ
６２          ＴＩＲプリズム
７０          第１プリズム
７２          第２プリズム
８０          ＤＭＤ
８８          投射レンズ
【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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【図８】
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