JP2006113255A

JP2006113255A - プロジェクタ装置の光学系およびプロジェクタ装置

Info

Publication number: JP2006113255A
Application number: JP2004299967A
Authority: JP
Inventors: Eisaku Shoji; 英策庄司
Original assignee: NEC Viewtechnology Ltd
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】ＤＭＤからの画像生成に有効な光線以外の不要光が、広がり角に沿って投写レンズに入射される場合に、その不要光を遮蔽する手段を有するプロジェクタ装置の光学系とプロジェクタ装置を提供する。
【解決手段】広がり角に沿って入射された不要光は主として投写レンズを構成するレンズの広がり角に沿った所定の範囲の周縁領域を通過するので、投写レンズに入射した不要光の画像のコントラストに対する影響を緩和するために、投写レンズを構成するレンズ３２、３３の不要光通過領域への遮蔽用墨塗り３４の実施や、レンズ枠に設けた張り出し部、レンズ枠に取り付けた遮蔽板といった遮蔽手段を設けることによって、レンズ周縁部の不要光が取り除かれて入射光がスクリーンへと投写される。
【選択図】図３

Description

本発明はプロジェクタ装置の光学系およびプロジェクタ装置に関し、特に投写レンズに入射された不要光を遮蔽する手段を有するプロジェクタ装置の光学系およびプロジェクタ装置に関する。

液晶技術やＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）技術の急速な進展に伴うプロジェクタの小型化・高性能化により、画像投射を目的とするプロジェクタの用途も拡大し、家庭内でのディスプレイ型テレビに代わる大型の表示装置としても注目されている。特にＤＬＰ方式のプロジェクタは高画質、高輝度であることから急速に増加している。

マイクロミラーのスイッチングにより映像の制御を行なうＤＬＰ方式のプロジェクタの場合、マイクロミラーの回転時やミラーカバーなどからの反射により発生した迷光が投写レンズに入光して投写画面内あるいは画面外の直近に現れ、コントラストの低下および画質の劣化を引き起こすことがある。

正反射成分による迷光を減少させてコントラストを改善するために、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ^TM、以下ＤＭＤと称する）の反射面における位置情報を、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光線とＤＭＤ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を作り出す入射側レンズ群と、フーリエ変換面の近傍に配置されＯＮ状態のマイクロミラー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と、変形絞りを透過した光をスクリーンへ出射する出射側レンズ群とを備える画像表示装置が開示されている（特許文献１）。
特開２００３−３２２８２２号公報

しかし、特許文献１に記載の画像表示装置では、変形絞りがフーリエ変換面の近傍に配置されているので、マイクロミラーからの反射光以外の光線を除去して迷光を減少させることができるが、同時に画像生成に有効な正反射成分も除去されてしまうという問題点がある。

本発明の目的は、ＤＭＤからの画像生成に有効な光線以外の不要光が、広がり角に沿って投写レンズに入射される場合に、その不要光を遮蔽する手段を有するプロジェクタ装置の光学系とプロジェクタ装置を提供することにある。

本発明のプロジェクタ装置の光学系は、
反射型光変調素子であるＤＭＤを搭載し、そのＤＭＤで形成された画像情報が投写レンズを経由して投射面に投写されるプロジェクタ装置の光学系において、投写レンズを構成するレンズの周縁部の所定の領域からの光線の投射を遮断する遮蔽手段が設けられていることを特徴とする。

投写レンズが複数のレンズで構成され、レンズの少なくとも１個のレンズ周縁部の所定の領域に遮蔽用黒塗りが施されていてもよく、投写レンズを構成するレンズを収納して保持するレンズ枠に、収納されたレンズの周縁部の所定の領域からの光線の投射を遮断するための張り出し部が形成されていてもよく、投写レンズを構成するレンズを収納して保持するレンズ枠に、収納されたレンズの周縁部の所定の領域からの光線の投射を遮断するための遮蔽板が取り付けられていてもよく、レンズの周縁部の所定の領域は、ＤＭＤから画像情報として投射面へ投写される光線以外の不要光が存在する周縁部の領域であってもよい。

プロジェクタ装置の光学系は、発光体で構成される光源、光源が第１の焦点に配置されている楕円面反射鏡、楕円面反射鏡からの反射光が集光される位置にカラーセグメントが位置し、集光された光を複数の色に時分割するカラーホイール、カラーホイールからの光を入射端面で受け、輝度分布を均一化した光を出射する四角柱のロッドインテグレータ、複数のマイクロミラーの回転制御によって反射位置の制御を行なうＤＭＤ表示部、ロッドインテグレータからの出射光をＤＭＤ表示部に集光するためのコンデンサレンズ、ＤＭＤ表示部によって反射された画像を投射面に投写するための投写レンズ、を有していてもよい。

本発明のプロジェクタ装置は、
上述のプロジェクタ装置の光学系を備え、ＤＭＤで形成された画像情報が投写レンズを経由して投射面に投写される。

投写レンズを構成するレンズの周縁部の所定の領域からの光線の投射を遮断する遮蔽手段が設けられているので、所定の領域に存在するＤＭＤから画像情報として投射面へ投写される光線以外の不要光が遮断される。

本発明により、ＤＭＤから反射された画像生成に有効な光線以外の不要光を除去することができるので、より明暗のはっきりした高コントラストの画像を表示できるという効果が得られる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の反射型光変調素子であるＤＭＤを搭載した画像表示装置の光学系を示す模式的構成図である。画像表示装置であるプロジェクタ装置１の光学系２は、発光体で構成される光源１１、光源１１が第１の焦点に配置されている楕円面反射鏡１２、光源１１の楕円面反射鏡１２からの反射光を集光する集光レンズ１３、集光レンズ１３の集光点に回転するカラーセグメントが位置するように配置され、楕円面反射鏡１２からの光を複数の色に時分割するカラーホイール１４、カラーホイール１４からの光を入射端面で受け、輝度分布を均一化した光を出射する四角柱のロッドインテグレータ１５、複数のマイクロミラーの回転制御によって反射位置の制御を行なうＤＭＤ（デジタルマイクロデバイス）表示部２０、ロッドインテグレータ１５からの出射光をＤＭＤ表示部２０に集光するための第１のコンデンサレンズ１６、第２のコンデンサレンズ１７、光軸の方向を所定の角度でＤＭＤ表示部２０に変換する反射ミラー１８、第３のコンデンサレンズ１９、ＤＭＤ表示部２０によって反射された画像をスクリーン４０に投写するための投写レンズ３０を有する。

楕円面反射鏡１２の第２の焦点の位置にカラーホイール１４を配置できれば集光レンズ１３はなくてもよく、ロッドインテグレータ１５はミラーを４枚組み合わせたライトトンネルであってもよい。またコンデンサレンズ１６、１７、１９と反射ミラー１８の構成はこれに限定されるものではなく、ロッドインテグレータ１５からの出射光を効率よくＤＭＤ表示部２０の全面に所定の角度で投射できる構成であればよい。

本発明はＤＭＤ表示部２０を用いたプロジェクタ装置１の光学系２において、画像生成に有効な光線以外の不要光による迷光を除去することにより、画像のコントラスト向上を図ることを目的としており、除去の方法としては、投写レンズ３０内にあるレンズまたは、レンズ枠に光を遮蔽する構造を設けることを特徴としている。

図２は投写レンズに入光する不要光の発生の仕組みを説明するための模式図である。ＤＭＤ表示部２０には複数のマイクロミラー２１がマトリックス状に配置されており、それぞれが入射光の色に対応してＯＮ−ＯＦＦに対応する傾斜角度に回転してその位置に対応する所望の色を投写レンズに反射光として出射しているが、ここでは符号Ａで示すＯＮ状態のマイクロミラー２１ａと符号Ｂで示すＯＦＦ状態のマイクロミラー２１ｂとが図示されている。入射光２３はマイクロミラー２１ａがＯＮ状態のときにＤＭＤ表示面の法線方向に反射光２４が出射されるように所定の傾斜角度でＤＭＤ表示面に入射する。

符号ＡのＯＮ状態のマイクロミラー２１ａからはＤＭＤ表示面の法線方向に反射光２４ａが出射され投写レンズ３０に入射する。符号ＢのＯＦＦ状態のマイクロミラー２１ｂからは入射光２３の方向と反対の方向に反射光２４ｂが出射され投写レンズ３０には入射しない。マイクロミラー２１が短時間であるがＯＮとＯＦＦとの間で回転しているので、回転している間のマイクロミラー２１の反射光の一部は、短時間ではあるが図２のマイクロミラー２１ｃを反射点とする破線のように投写レンズ３０に対して斜めに入射して迷光の原因となるが、図２のようにレンズ内部およびレンズ間でさらに周縁方向に移動する。

また、迷光発生の原因の一つにミラーカバー２２からの反射があるので例として符号Ｄ、Ｅの位置で反射が行われた場合の入射光２３と出射光２４の状態を示している。ミラーカバー２２の符号Ｄの位置で反射された入射光２３はミラーカバー２２の法線を挟んで対称の方向に反射されるので図示のように投写レンズ３０には入射しない。一方、ミラーカバー２２の符号Ｅの位置で反射された入射光２３はミラーカバー２２の法線を挟んで対称の方向に反射されるが反射位置が図２の右側に寄っているので図示のように投写レンズ３０の図２の左側に入射する。このように、ＤＭＤ表示部２０の表面と平行な面から反射された光は通常投写レンズ３０の図２の左側に入射する。

正規光以外の反射光２４は、入射光２３が一定の角度でＤＭＤ表示部２０に入射するので広がり角に沿ってレンズの周縁部の中の一定の領域を通過することとなる。

図３は、本発明の第１の実施の形態の投写レンズの内部構造を示す模式的斜視図である。上述のように不要光はレンズ内の周縁部の一定の領域に存在しているので、ＤＭＤ表示部２０から画像情報としてスクリーン４０へ投写される光線以外の不要光を、第１のレンズ３２および第２のレンズ３３に図３に黒色で示すような、ほぼＤ字形の遮蔽用墨塗りを施して遮蔽する。図３では絞り３１を挟んだ第１のレンズ３２および第２のレンズ３３に遮蔽用墨塗り３４を施すこととしているがこれに限定されるものではなく、いずれかの片方のレンズに遮蔽を行なってもよく、レンズの数も２枚に限定されるものではないので、迷光によるコントラストへの影響の状態に対応して１枚以上のレンズに遮蔽を行なえばよく、遮蔽用墨塗り３４の形状や大きさも迷光の範囲に対応させて行なえばよい。

図４は、本発明の第２の実施の形態の投写レンズの内部構造を示す模式的斜視図である。第１の実施の形態では、投写レンズ３０を構成するレンズに遮蔽手段としての遮蔽用墨塗りを行なっていたが、第２の実施の形態では、第２レンズ３３を保持するレンズ枠３５に遮蔽手段としての張り出し部３６がレンズ枠３５と一体になって設けられている。

図５は、本発明の第３の実施の形態の投写レンズの内部構造を示す模式的斜視図である。第１の実施の形態では投写レンズ３０を構成するレンズに遮蔽手段としての遮蔽用墨塗り３４を行ない、第２の実施の形態では第２レンズ３３を保持するレンズ枠３５に遮蔽手段としての張り出し部３６を設けていたが、第３の実施の形態では第２レンズ３３を保持するレンズ枠３５に遮蔽手段としての遮蔽板３７を取り付けている。

本発明では、上述のように、投写レンズ３０に入射した不要光の画像のコントラストに対する影響を緩和するために、レンズへの遮蔽用墨塗り３４、レンズ枠３５に設けた張り出し部３６、レンズ枠３５に取り付けた遮蔽板３７といった遮蔽手段でレンズ周縁部の不要光を取り除く。この場合、遮蔽部分の面積が増えれば増えるほど多くの不要光を取り除くことになりコントラストは向上する。画像を形成するための有効光は主としてレンズの中央部分から入射されるので周縁部の及ぼす影響は少ないが、周縁部を過剰に遮蔽すると有効光の明るさまでもが減少してしまうので、明るさの減少が許容できる範囲で不要光を取り除くように遮蔽手段の形状を決定する必要がある。

次に、本発明のプロジェクタ装置の光学系とプロジェクタ装置との動作について説明する。楕円面反射鏡１２の第１の焦点に配置された光源１1から出射された光は、楕円面反射鏡１２によってその第２の焦点に集光される。楕円面反射鏡１２の第２の焦点には、ロッドインテグレータ１５の入射端面が配置され、カラーホイール１４によって選択された色のみが矩形形状の入射端面からロッドインテグレータ４に入射される。この場合、図１に示すように集光レンズ１３を用いて楕円面反射鏡１２の反射光を集光してもよい。ロッドインテグレータ１５に入射された光は、ロッドインテグレータ１５の側面で複数回反射されることによって平均化され、出射端面では、面内でほぼ平均的な強度分布を持った光となる。ロッドインテグレータ１５の出射端面から出射された光は、コンデンサレンズ１６、１７、１９によってＤＭＤ表示部２０へと集光される。その間、反射ミラー１８によって光軸の向きを変えることで、装置の縮小化を図ることができる。ＤＭＤ表示部２０では、デジタル情報によって、マイクロミラーを回転させて画像情報を形成し、その画像情報光が投写レンズ３０に入射し、投写レンズ３０では、投写レンズ３０に入射した不要光の画像のコントラストに対する影響を緩和するために、レンズへの遮蔽用墨塗り３４、レンズ枠３５に設けた張り出し部３６、レンズ枠３５に取り付けた遮蔽板３７といった遮蔽手段でレンズ周縁部の不要光が取り除かれてスクリーン４０へと投写される。

本発明の実施の形態の反射型光変調素子であるＤＭＤを搭載した画像表示装置の光学系を示す模式的構成図である。投写レンズに入光する不要光の発生の仕組みを説明するための模式図である。本発明の第１の実施の形態の投写レンズの内部構造を示す模式的斜視図である。本発明の第２の実施の形態の投写レンズの内部構造を示す模式的斜視図である。本発明の第３の実施の形態の投写レンズの内部構造を示す模式的斜視図である。

符号の説明

１プロジェクタ装置
２光学系
１１光源
１２楕円面反射鏡
１３集光レンズ
１４カラーフィルタ
１５ロッドインテグレータ
１６第１のコンデンサレンズ
１７第２のコンデンサレンズ
１８反射ミラー
１９第３のコンデンサレンズ
２０ＤＭＤ表示部
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃマイクロミラー
２２ミラーカバー
２３入射光
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ反射光
３０投写レンズ
３１絞り
３２第１のレンズ
３３第２のレンズ
３４遮蔽用墨塗り
３５レンズ枠
３６張り出し部
３７遮蔽板

Claims

反射型光変調素子であるＤＭＤを搭載し、該ＤＭＤで形成された画像情報が投写レンズを経由して投射面に投写されるプロジェクタ装置の光学系において、
前記投写レンズを構成するレンズの周縁部の所定の領域からの光線の投射を遮断する遮蔽手段が設けられていることを特徴とするプロジェクタ装置の光学系。
前記投写レンズが複数のレンズで構成され、前記レンズの少なくとも１個のレンズ周縁部の所定の領域に遮蔽用黒塗りが施されている、請求項１に記載のプロジェクタ装置の光学系。
前記投写レンズを構成する前記レンズを収納して保持するレンズ枠に、収納された前記レンズの周縁部の所定の領域からの光線の投射を遮断するための張り出し部が形成されている、請求項１に記載のプロジェクタ装置の光学系。
前記投写レンズを構成する前記レンズを収納して保持するレンズ枠に、収納された前記レンズの周縁部の所定の領域からの光線の投射を遮断するための遮蔽板が取り付けられている、請求項１に記載のプロジェクタ装置の光学系。
前記レンズの周縁部の所定の領域は、前記ＤＭＤから画像情報として前記投射面へ投写される光線以外の不要光が存在する周縁部の領域である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプロジェクタ装置の光学系。
前記プロジェクタ装置の光学系は、
発光体で構成される光源、
前記光源が第１の焦点に配置されている楕円面反射鏡、
前記楕円面反射鏡からの反射光が集光される位置にカラーセグメントが位置し、集光された光を複数の色に時分割するカラーホイール、
前記カラーホイールからの光を入射端面で受け、輝度分布を均一化した光を出射する四角柱のロッドインテグレータ、
複数のマイクロミラーの回転制御によって反射位置の制御を行なうＤＭＤ表示部、
前記ロッドインテグレータからの出射光を前記ＤＭＤ表示部に集光するためのコンデンサレンズ、
前記ＤＭＤ表示部によって反射された画像を前記投射面に投写するための投写レンズ、を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプロジェクタ装置の光学系。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプロジェクタ装置の光学系を備え、前記ＤＭＤで形成された画像情報が前記投写レンズを経由して投射面に投写されるプロジェクタ装置。