(57)【要約】【課題】性能及び製作容易性を確保したまま画像投射装置の小型化を図る。【解決手段】画像投射装置は、光源と、上記光源側から入射される光から画像を生成して反射させる画像生成部と、上記光源側から入射される光を上記画像生成部に向けて透過させ、上記画像生成部により反射されて再入射される光を全反射させるプリズムと、上記光源及び上記プリズムの間に配置され、上記光源側から入射される光を反射させる反射面と、上記反射面により反射された光を上記プリズム側に透過させる透過面とを有するリレーレンズと、上記プリズムにより全反射された光を拡大透過させる投射レンズ部と、を有する。【選択図】図１
2013083710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源側から入射される光から画像を生成して反射させる画像生成部と、
前記光源側から入射される光を前記画像生成部に向けて透過させ、前記画像生成部により反射されて再入射される光を全反射させる直角プリズムと、
前記光源及び前記直角プリズムの間に配置され、前記光源側から入射される光を反射させる反射面と、前記反射面により反射された光を前記直角プリズム側に透過させる透過面とを有するリレーレンズと、
前記直角プリズムにより全反射された光を拡大透過させる投射レンズ部と、
を備えることを特徴とする、画像投射装置。
【請求項２】
前記リレーレンズは、前記光源側から入射される光を透過させる第１透過面と、前記第１透過面により透過された光を反射する第１反射面と、前記第１反射面により反射される光をさらに反射させる第２反射面と、前記第２反射面により反射される光を前記直角プリズム側に透過させる第２透過面とを有することを特徴とする、請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記リレーレンズの前記第２透過面は、前記第１透過面の光軸に対して偏心配置されることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記画像生成部は、前記光軸に対して垂直に配置されることを特徴とする、請求項３に記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記リレーレンズは、高分子化合物により一体形成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像投射装置の小型化、低価格化、及び高性能化が進んでいる。例えば、特許文献１には、１つのプリズムと１つのリレーレンズとを用いて、画像表示素子を照明するための光学系を構成した投射型表示素子が開示されている。この投射型表示素子は、リレーレンズのカット面とプリズムの全反射面とを特殊な接着剤で接着することにより形成されるレンズ一体型プリズムが用いられる。かかる構成により、２つのプリズムを用いる構成よりも小型化を実現している。
【０００３】
また、特許文献２には、偏光ビームスプリッタの代わりに臨界角プリズムを採用した反射型プロジェクタが開示されている。この反射型プロジェクタは、略平行配置された２つのリレーレンズと、偏光子と、１つのプリズムとが用いられる。偏光ビームスプリッタを使用する場合には、偏光成分の透過／反射特性の低下を防止するために、偏光ビームスプリッタに入射する光の平行性を高精度に確保する。これに対し、上記特許文献２に記載の反射型プロジェクタの構成によれば、偏光ビームスプリッタの代わりに臨界角プリズムを利用するため、高精度な光の平行性を確保する必要がない。このため、全体サイズの大型化、コスト高を抑えたまま反射型プロジェクタの性能を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０８６７４号公報
【特許文献２】特開平１１−２７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載の構成では、リレーレンズとプリズムとを特殊な接着剤で接着するため、製作容易性が低下する。また上記特許文献２に記載の構成では、偏光を用いるため、偏光効率に応じた光量の低下が生じる。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、性能及び製作容易性を確保したまま小型化を図ることのできる、新規かつ改良された画像投射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、光源と、上記光源側から入射される光から画像を生成して反射させる画像生成部と、上記光源側から入射される光を上記画像生成部に向けて透過させ、上記画像生成部により反射されて再入射される光を全反射させるプリズムと、上記光源及び上記プリズムの間に配置され、上記光源側から入射される光を反射させる反射面と、上記反射面により反射された光を上記プリズム側に透過させる透過面とを有するリレーレンズと、上記プリズムにより全反射された光を拡大透過させる投射レンズ部と、を有することを特徴とする画像投射装置が提供される。
【０００８】
かかる構成により、リレーレンズの反射面において、光は反射されてリレーレンズ内部を進行する。このように、屈曲光学系を有する上記構成によれば、リレーレンズ内部で光を反射させることにより、リレーレンズ前後に配置される光学系の配置自由度が高まる。従って、装置の全体サイズを小さくすることができる。
【０００９】
また上記リレーレンズは、上記光源側から入射される光を透過させる第１透過面と、上記第１透過面により透過された光を反射する第１反射面と、上記第１反射面により反射される光をさらに反射させる第２反射面と、上記第２反射面により反射される光を上記プリズム側に透過させる第２透過面とを有するようにしてもよい。
【００１０】
また上記リレーレンズの上記第２透過面は、上記第１透過面の光軸に対して偏心配置されてもよい。
【００１１】
また上記画像生成部は、上記光軸に対して垂直に配置されてもよい。
【００１２】
また上記リレーレンズは、高分子化合物により一体形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、性能及び製作容易性を確保したまま画像投射装置の小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像投射装置の概略的な構成図である。
【図２】同実施形態にかかる画像投射装置の構成による全体サイズの縮小効果について説明するための説明図である。
【図３】同実施形態に係る画像投射装置の構成による配置自由度増大効果、コスト低減効果について説明するための説明図である。
【図４】同実施形態に係る画像投射装置の構成によるＤＭＤ面での照度均一化効果について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
まず、図１を参照しながら、本発明の一実施形態に係る画像投射装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像投射装置の概略的な構成図である。
【００１７】
また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成を、必要に応じてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）１ｒ、ＬＥＤ１ｇ、ＬＥＤ１ｂのように区別する。ここでは、ＬＥＤ１ｒは赤色ＬＥＤであり、ＬＥＤ１ｇは緑色ＬＥＤであり、ＬＥＤ１ｂは青色ＬＥＤである。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、ＬＥＤ１ｒ、ＬＥＤ１ｇ、ＬＥＤ１ｂなどを特に区別する必要が無い場合には、単にＬＥＤ１と称する。
【００１８】
画像投射装置１００は、ＬＥＤ１と、コリメータ部２と、ダイクロイックフィルタ３と、フライアイレンズ４と、リレーレンズ５と、直角プリズム７と、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）８と、投射レンズ部９と、を有する。
【００１９】
ＬＥＤ１は、光を生成投射する光源である。画像投射装置１００は、赤色の光源であるＬＥＤ１ｒ、緑色の光源であるＬＥＤ１ｇ、及び青色の光源であるＬＥＤ１ｂを有する。この光源であるＬＥＤ１から発された光は、コリメータ部２に入射される。
【００２０】
コリメータ部２は、ＬＥＤ１から発された光を並行光線にしてダイクロイックフィルタ３に入射させる。このコリメータ部２は、ＬＥＤ１ｒ、ＬＥＤ１ｇ、ＬＥＤ１ｂのそれぞれに設けられる。コリメータ部２ｒは、ＬＥＤ１ｒから発された赤色光を並行光線にする。コリメータ部２ｇは、ＬＥＤ１ｇから発された緑色光を並行光線にする。またコリメータ部２ｂは、ＬＥＤ１ｂから発された青色光を並行光線にする。コリメータ部２ｒ、コリメータ部２ｇ、及びコリメータ部２ｂは、それぞれ複数のレンズを含んでもよい。コリメータ部２ｒ、コリメータ部２ｇ、及びコリメータ部２ｂから出射される光は、それぞれダイクロイックフィルタ３に入射される。
【００２１】
ダイクロイックフィルタ３は、コリメータ部２ｒ、コリメータ部２ｇ、及びコリメータ部２ｂから入射される光を合成する。ダイクロイックフィルタ３において合成された光は、フライアイレンズ４に入射される。
【００２２】
フライアイレンズ４は、複数のレンズが並べられた構造をしているレンズ体である。フライアイレンズ４は、主に光を効率よく照射面へ導くとともに、照射面での光の均一性を得ることを目的に使用される。フライアイレンズにより混合された光は、リレーレンズ５に入射される。
【００２３】
リレーレンズ５は、光源１側から入射される光をＤＭＤ８に結像させる。リレーレンズ５は、２つの透過面と２つの反射面とを有する反射偏心光学系である。リレーレンズ５は、光源１側から入射される光を透過させる第１透過面５１と、第１透過面５１を介して透過される光を反射させる第１反射面５３と、第１反射面により反射された光をさらに反射させる第２反射面５５と、第２反射面５５により反射される光を直角プリズム７側に透過させる第２透過面５７とを有する。このリレーレンズ５は、光源１側から入射される光をリレーレンズ５内部で２度反射させた後、直角プリズム７の全反射角よりも小さい角度で直角プリズム７の斜面に入射するように設計される。また、このリレーレンズ５は、直角プリズム７の斜面に入射して透過される光が、ＤＭＤ８に例えば２４°の傾きで入射されるように設計される。このように、リレーレンズ５内部で光線を反射させることにより、光路長を長くすることができる。このため、画像投射装置１００の横幅（図１においては、ＬＥＤ１ｇの左端からＤＭＤ８の右端までの距離に応じた長さ）を小さくすることができる。また、リレーレンズ５内部で光線を反射させることにより、フライアイレンズ４の配置自由度が増す。このため、画像投射装置１００の縦幅（図１においては、リレーレンズの下端から投射レンズ部９の上端までの距離に応じた長さ）を小さくすることができる。
【００２４】
リレーレンズ５の第２透過面５７は、第１透過面５１の光軸に対して偏心配置されることが好ましい。これにより、ＤＭＤ８が上記光軸に対して垂直に配置されたまま、所望の光学系を構成することができる。ここで、第２透過面５７は、チルト方向に偏心されるとともに、シフト方向にも偏心される。このとき、第２透過面５７は、直角プリズム７の斜面７１と略平行に配置されてよい。また、第２透過面５７のうち投射レンズ部９と近い側ほど、第２透過面５７と直角プリズム７の斜面７１との間の距離が狭くなるように、第２透過面５７のチルト角度は決められてよい。またリレーレンズ５の第１透過面５１の光軸が、フライアイレンズ４の光軸と一致するようにリレーレンズ５は配置されてよい。このリレーレンズ５は、例えば高分子化合物により一体形成されてよい。このようにリレーレンズ５を一体構造化することにより、レンズ間の配置を精密調整しなくてもよくなる。このため、レンズ間の配置誤差により性能が低下することを低減することができる。例えばここで用いられる高分子化合物の一例としては、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ  ｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）樹脂、ＰＣ（ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ）樹脂などが挙げられる。
【００２５】
直角プリズム７は、光源１側からリレーレンズ５を介して入射される光をＤＭＤ８に向けて透過させるとともに、ＤＭＤ８により反射されて再入射される光を９０°曲げて全反射させる。直角プリズムの斜面７１は、リレーレンズ５から入射される光をＤＭＤ８に向けて透過させるとともに、ＤＭＤ８により反射されて再入射される光を全反射させる。すなわち、リレーレンズ５からこの斜面７１に入射される光は、斜面７１の全反射角より小さい角度で斜面７１に入射される。またＤＭＤ８により反射されて直角プリズム７に再入射される光は、斜面７１の全反射角より大きい角度で斜面７１に入射される。この斜面７１において全反射された光は、投射レンズ部９に入射される。
【００２６】
ＤＭＤ８は、入射された光から画像を生成して反射する画像生成部の一例である。ＤＭＤ８は、多数の微小鏡面（マイクロミラー）が平面に配列された表示素子である。このＤＭＤ８に含まれるそれぞれのマイクロミラーは、下部に設けられた電極が駆動されることによりマイクロミラーの角度がＯＮとＯＦＦの状態のいずれかに切替えられる。上記にて、リレーレンズ５は、直角プリズム７の斜面に入射して透過される光が、ＤＭＤ８に２４°の傾きで入射されるように設計されることとした。２４°の傾きで入射され、それぞれのマイクロミラーにより反射される光は、マイクロミラーがＯＮのときには斜面７１の全反射角より大きい角度で斜面７１に入射して全反射される。またそれぞれのマイクロミラーにおいて反射された光は、マイクロミラーがＯＦＦの時には斜面７１の全反射角より小さい角度で斜面７１に入射、或いは斜面７１に入射しない。ＤＭＤ８のマイクロミラー下部に設けられた電極は、画像情報に従って駆動される。かかる構成により、ＤＭＤ８は、画像を生成することができる。このＤＭＤ８は、リレーレンズ５の第１透過面５１の光軸（すなわちフライアイレンズ４の光軸）と垂直に配置することができる。ＤＭＤ８をフライアイレンズ４の光軸と垂直に配置することができることによって、画像投射装置１００のケース作成及び組立が容易となる。
【００２７】
投射レンズ部９は、直角プリズム７により全反射された光を拡大透過させる。投射レンズ部９は、入射された光をスクリーン（図示せず）上に集光させる。
【００２８】
以上、本発明の一実施形態に係る画像投射装置１００の構成について説明した。ここで繰り返しとはなるが、画像投射装置１００における光の経路についてまとめておく。画像投射装置１００においてＬＥＤ１の発する光は、コリメータ部２を介してダイクロイックフィルタ３に入射され、ダイクロイックフィルタ３において合成される。その後、フライアイレンズ４に入射される光はフライアイレンズ４において混合されてリレーレンズ５に入射される。リレーレンズ５の第１入射面５１から入射された光は、リレーレンズ５の内部において、第１反射面５３と第２反射面５５とで反射される。第２反射面５５で反射された光は、第２透過面５７により直角プリズム７側に出射される。このとき、第２透過面５７は、第２透過面５７から出射される光が、ＤＭＤ８のＯＮ状態のマイクロミラーにより反射されたときに直角プリズム７の斜面７１に全反射角以上の角度で入射するように設計される。従って、ＤＭＤ８のＯＮ状態のマイクロミラーにより反射された光は、直角プリズム７の斜面７１において全反射され、投射レンズ部９に入射される。投射レンズ部９に入射された光は拡大透過され、スクリーンにおいて結像される。
【００２９】
ここで、図２〜図４を参照しながら、同実施形態に係る画像投射装置の構成による効果について説明する。図２は、同実施形態にかかる画像投射装置の構成による全体サイズの縮小効果について説明するための説明図である。図３は、同実施形態にかかる画像投射装置の構成による配置自由度増大効果、コスト低減効果について説明するための説明図である。図４は、同実施形態に係る画像投射装置の構成によるＤＭＤ面での照度均一化効果について説明するための説明図である。
【００３０】
上述の通り、本実施形態に係る画像投射装置１００は、リレーレンズ５の内部にて光を反射させる屈曲光学系となっている。このため、ＬＥＤ１、コリメータ２、ダイクロイックフィルタ３、及びフライアイレンズ４の配置の自由度が高まる。従って、ＬＥＤ１、コリメータ２、ダイクロイックフィルタ３、及びフライアイレンズ４を、スクリーン側、すなわち図２の上部に近づけて配置することができる。このため、装置の全体サイズを縮小することができる。図２においては、比較のため、屈曲光学系ではない比較例としての画像投射装置２００が示される。この画像投射装置２００と比較して、画像投射装置１００は、ＬＥＤ１、コリメータ２、ダイクロイックフィルタ３、及びフライアイレンズ４が上部に配置されている。このため、画像投射装置１００の縦幅Ｓ１は、画像投射装置２００の縦幅Ｓ２よりも短くすることができる。
【００３１】
また、同じ光路長を得ようとした場合の装置の横幅は、屈曲光学系とした画像投射装置１００の方が画像投射装置２００よりも小さくすることができる。図２の例を用いて説明すると、画像投射装置１００の横幅Ｓ３は、画像投射装置２００の横幅Ｓ４よりも小さくすることができる。これにより、画像投射装置１００は、装置の全体サイズを小さくすることができる。
【００３２】
このとき図３を参照するとより明らかなように、リレーレンズ５の内部にて光を反射させる屈曲光学系とすることによって、フライアイレンズ４から直角プリズム７までの光路の設計自由度が高まる。これによりリレーレンズ５以前の光学系、例えばフライアイレンズ４の配置の自由度を高めることができる。
【００３３】
また、リレーレンズ５は、２つの透過面と２つの反射面とを有する一体構造である。かかる構成により、リレーレンズ５を樹脂成形材料などを用いて製作することができる。このため、リレーレンズ５の低価格化を実現することができる。また一体構造であるため、リレーレンズ間における配置誤差を気にしなくてよい。
【００３４】
また、図４には、ＤＭＤ８における照度が示される。ここで示されるように、レンズの各面を非球面化することにより、ＤＭＤ８における照度が均一化され、性能が向上することがわかった。ＤＭＤ８における照度が均一化されることにより、スクリーンに照射される画像光の照度も均一化される。
【００３５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３６】
例えば、上記実施形態では、リレーレンズ５は２つの反射面を有することとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、リレーレンズ５は、１つの反射面を有してもよい。或いはリレーレンズ５は、３以上の反射面を有してもよい。また、上記実施形態では、光源にＬＥＤを用いたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、光源は、レーザであってもよい。または、ここで用いられる光源は、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、又は超高圧水銀ランプなどのランプであってもよい。
【００３７】
一般的なランプを用いる場合には、例えばライトトンネルとカラーホイールを用いて照明光学系を構成することができる。このときランプはライトトンネル入口に光を集光し、ライトとライトトンネルとの間にカラーホイールが配置される。ライトトンネルを伝搬した光は、リレーレンズに入射されてＤＭＤを照明することができる。
【００３８】
また上記実施形態では、画像生成部の一例としてＤＭＤが挙げられた。しかし、本発明はかかる例に限定されない。例えば、画像生成部は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）などの反射型表示素子であってよい。
【符号の説明】
【００３９】
１００      画像投射装置
１          ＬＥＤ
２          コリメータ部
３          ダイクロイックフィルタ
４          フライアイレンズ
５          リレーレンズ
５１        第１透過面
５３        第１反射面
５５        第２反射面
５７        第２透過面
７          直角プリズム
８          ＤＭＤ（画像生成部）
９          投射レンズ部
【図１】
2013083710.tif 000003
【図２】
2013083710.tif 000004
【図３】
2013083710.tif 000005
【図４】
2013083710.tif 000006