JP2013061375A - Image display device - Google Patents
Image display device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013061375A JP2013061375A JP2011197905A JP2011197905A JP2013061375A JP 2013061375 A JP2013061375 A JP 2013061375A JP 2011197905 A JP2011197905 A JP 2011197905A JP 2011197905 A JP2011197905 A JP 2011197905A JP 2013061375 A JP2013061375 A JP 2013061375A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image display
- light
- relay lens
- lens
- display device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 117
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 89
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 26
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 7
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Projection Apparatus (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
本発明は、画像を拡大してスクリーンに表示する画像表示装置に関するものであって、詳しくは、照明光学系の光利用効率が高く、縦置き可能な画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an image display apparatus that enlarges an image and displays it on a screen, and more particularly, to an image display apparatus that has a high light utilization efficiency of an illumination optical system and that can be placed vertically.
一般的にプロジェクタと称されている画像表示装置は、画像表示素子の違いによって、CRTプロジェクタ、液晶プロジェクタ、DMD(Digital Micromirror Device)プロジェクタなどがある。上記DMDは、2次元的に配置された複数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾斜角度を変化させて反射光をオン・オフすることで投射画像を形成する反射型画像表示素子である。本発明に係る画像表示装置は、画像表示素子として上記DMDのような反射型画像表示素子を備えている。反射型画像表示素子を備えた画像表示装置であって本発明に係る画像表示装置に関連のある公知の技術として、以下に述べる特許文献1、特許文献2に記載されている技術がある。 Image display devices generally referred to as projectors include CRT projectors, liquid crystal projectors, DMD (Digital Micromirror Device) projectors, and the like, depending on image display elements. The DMD is a reflective image display element that has a plurality of micromirrors arranged two-dimensionally, and forms a projected image by turning on and off reflected light by changing the tilt angle of each micromirror. is there. The image display apparatus according to the present invention includes a reflective image display element such as the DMD as an image display element. As a known technique related to the image display apparatus according to the present invention, which is an image display apparatus provided with a reflective image display element, there are techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 described below.
特許文献1には、ランプ光源、カラーフィルタ、コンデンサレンズ、平面ミラー、球面ミラー、反射型画像表示素子であるDMDからなる照明光学系を有し、この照明光学系に係るランプ光源の光軸とコンデンサレンズの光軸が、同軸もしくは並行であって偏心していない画像表示装置が記載されている。 Patent Document 1 has an illumination optical system composed of a lamp light source, a color filter, a condenser lens, a plane mirror, a spherical mirror, and a DMD which is a reflective image display element, and an optical axis of the lamp light source according to this illumination optical system. An image display device is described in which the optical axis of the condenser lens is coaxial or parallel and is not decentered.
特許文献2に記載されている画像表示装置も、特許文献1の画像表示装置とほぼ同じ構成を備えており、照明光学系からの光が、投射光学系を介して被投射面(例えばスクリーン)に投射されるよう構成されており、DMDの画像形成面と被投射面が並行関係となるものである。 The image display device described in Patent Literature 2 also has substantially the same configuration as the image display device of Patent Literature 1, and light from the illumination optical system is projected onto a projection surface (for example, a screen) via the projection optical system. The image forming surface of the DMD and the projection surface are in a parallel relationship.
上記従来から知られている画像表示装置は、一般的に、装置本体を机上等の所定の高さに設置して使用する。設置箇所から室内の側壁と平行の被投射面に画像を投射して表示する。装置の設置場所の高さは、投射された画像が見る人の視界と同じくらいの高さか、多少低いくらいの高さである。このとき画像表示装置の投射光学系の光軸は、被投射面に対して略垂直になる。 The above-described conventionally known image display apparatuses are generally used by installing the apparatus main body at a predetermined height such as a desk. An image is projected and displayed on the projection surface parallel to the indoor side wall from the installation location. The height of the installation location of the apparatus is as high as the projected image is as high as the viewer's field of view or slightly lower. At this time, the optical axis of the projection optical system of the image display apparatus is substantially perpendicular to the projection surface.
上記のような一般的な使用態様において、画像表示装置の内部に備えられている反射型画像表示素子の画像形成面の法線は、投射レンズの光軸と平行になる。従って、反射型画像表示素子の画像形成面は、被投射面と平行である。 In the general usage mode as described above, the normal line of the image forming surface of the reflective image display element provided in the image display device is parallel to the optical axis of the projection lens. Accordingly, the image forming surface of the reflective image display element is parallel to the projection surface.
また、被投射面上の投射画像の位置を調整するために、画像表示装置を傾けることもある。この場合、投射レンズの光軸は被投射面の法線に対して多少の傾きを持つ状態になる。この傾きによって形成される被投射面の法線(被投射面の法線方向を基準とした場合の法線)と、投射レンズの光軸が成す角は鋭角である。本明細書において、投射レンズの光軸と、被投射面との間に上記の位置関係が成り立つ画像表示装置を「横型プロジェクタ」という。 Further, the image display device may be tilted in order to adjust the position of the projected image on the projection surface. In this case, the optical axis of the projection lens has a slight inclination with respect to the normal line of the projection surface. The angle formed by the normal of the projection surface formed by this inclination (the normal when the normal direction of the projection surface is used as a reference) and the optical axis of the projection lens is an acute angle. In this specification, an image display device in which the above positional relationship is established between the optical axis of the projection lens and the projection surface is referred to as a “horizontal projector”.
上記のような横型プロジェクタは、表示画像の大きさを確保するためには、画像表示装置本体と被投射面との距離をある程度設ける必要があり、この被投射面との距離の確保が、フロント投射型の画像表示装置の設置に関する制約条件の一つとなる。 The horizontal projector as described above needs to provide a certain distance between the image display device main body and the projection surface in order to ensure the size of the display image. This is one of the restrictions on the installation of the projection type image display device.
また、被投射面から遠すぎると画像を見えにくくなるため、画像を見る人はできるだけ被投射面の近くに寄ろうとする。そのために、上記のような横型プロジェクタは、設置場所と被投射面との間に、画像を見る人が存在する場合がある。すなわち、投射光の光路上に障害物となりうる「人」が存在することになるので、「人の影」によって投射光が邪魔をされて画像が見えにくくなることがある。また、講演等で使用するときは、講演者は画像表示装置と対面する状態になるので、投射光により眩しい状態になる。 Moreover, since it becomes difficult to see an image if it is too far from the projection surface, a person viewing the image tries to be as close to the projection surface as possible. For this reason, in the horizontal projector as described above, there may be a person who sees an image between the installation location and the projection surface. That is, since there is a “person” that can be an obstacle on the optical path of the projection light, the projection light is obstructed by the “person's shadow” and the image may be difficult to see. In addition, when used in a lecture or the like, the speaker is in a state of facing the image display device, and thus is dazzled by the projected light.
これらの課題を解決するものとして、近年では、投射レンズの短焦点化と広角化を図り、至近距離からの画像投射を可能にする画像表示装置が開発されている。画像表示装置と被投射面との距離を近づけることができると、上記のように人影によって投射光が邪魔されることが無くなり、また、講演者が眩しく感じることも無くなる。 In order to solve these problems, in recent years, an image display device has been developed that can project an image from a very short distance by shortening and widening a projection lens. If the distance between the image display device and the projection surface can be reduced, the projection light is not obstructed by the human shadow as described above, and the speaker does not feel dazzling.
近年では、より至近距離の被投射面に大型の画像を表示させることができる「超至近投射方式」を採用する画像表示装置が開発されている。超至近距離投射方式の画像表示装置は、投射レンズから出射した光を自由曲面ミラーで反射させて、画像を被投射面へ投射するものである。平面ミラーではなく自由曲面ミラーを用いるのは、投射レンズから出射した光を平面ミラーで反射させた場合は、特定の角度以外では、投射画像に台形歪みなどが生じるからである。この投射レンズと自由曲面ミラーを合わせて投射光学系という。 In recent years, an image display apparatus has been developed that employs an “ultra-close-up projection method” that can display a large image on a projection surface at a closer distance. The image display apparatus of a very close distance projection system reflects light emitted from a projection lens by a free-form surface mirror and projects an image onto a projection surface. The reason why the free-form surface mirror is used instead of the plane mirror is that when the light emitted from the projection lens is reflected by the plane mirror, trapezoidal distortion or the like occurs in the projected image except for a specific angle. The projection lens and the free-form surface mirror are collectively referred to as a projection optical system.
画像表示装置の性能を示す指標の一つに、至近距離からの投射の度合いを示す「スローレシオ(Throw Ratio)」がある。スローレシオは投射画像の対角サイズを、画像表示装置から被投射面までの距離で割った値である。従って、スローレシオが小さい画像表示装置ほど、被投射面までの距離が短くても、所定の大きさの画像を投射することができる。 One index indicating the performance of the image display device is “Throw Ratio” indicating the degree of projection from a close range. The slow ratio is a value obtained by dividing the diagonal size of the projected image by the distance from the image display device to the projection surface. Therefore, an image display device having a smaller slow ratio can project an image of a predetermined size even when the distance to the projection surface is short.
ここで、超至近距離投射が可能な画像表示装置の使用態様について、図24を用いて説明する。図24に示すように、超至近距離投射が可能な画像表示装置であるプロジェクタ100と被投射面であるスクリーン200の距離は至近であるから、観察者300は、プロジェクタ100の背面側に位置することになる。このとき、プロジェクタ100の設置面を位置Aとすると、観察者300の視界にプロジェクタ100の本体が入り込んで邪魔になる。そこでプロジェクタ100の設置位置は、図24の位置Bに示すように、スクリーンよりも下の位置が望ましい。例えば、プロジェクタ100を床に直接おけばよい。 Here, the usage mode of the image display apparatus capable of ultra-short distance projection will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 24, since the distance between the projector 100 that is an image display device capable of ultra-short distance projection and the screen 200 that is the projection surface is very close, the observer 300 is located on the back side of the projector 100. It will be. At this time, if the installation surface of the projector 100 is a position A, the main body of the projector 100 enters the field of view of the observer 300 and becomes an obstacle. Therefore, the installation position of the projector 100 is desirably a position below the screen, as indicated by a position B in FIG. For example, the projector 100 may be placed directly on the floor.
プロジェクタ100を床において、至近かつ上方にあるスクリーン200に画像を投射すると、スクリーン200の下端(床側)への投射光の入射角と、スクリーン200の上端(天井側)への投射光の入射角が大きく異なる状態になる。すなわち、スクリーン200の上端への入射角が大きく、スクリーン200の下端への入射角は小さくなる。入射角が大きいスクリーン200の上端に投射された光は、天井の方向に反射される割合が増え、観察者300側に向かう光の割合が小さくなるため、スクリーン200の上側の画像が暗くなる。 When an image is projected on the screen 200 close to and above the projector 100 on the floor, the incident angle of the projection light to the lower end (floor side) of the screen 200 and the incidence of the projection light to the upper end (ceiling side) of the screen 200 The corners are greatly different. That is, the incident angle to the upper end of the screen 200 is large, and the incident angle to the lower end of the screen 200 is small. The light projected on the upper end of the screen 200 having a large incident angle increases in the ratio of being reflected toward the ceiling, and the ratio of the light toward the viewer 300 is reduced, so that the image on the upper side of the screen 200 becomes dark.
つまり、超至近距離投射方式の画像表示装置は、被投射面上の画像に明るさのムラが生じることがある。言い換えれば、超至近距離投射方式の画像表示装置は、画像を投射するための光学系、特に照明光学系における光利用効率の向上が課題となる。 That is, in the image display apparatus of the very close distance projection method, brightness unevenness may occur in the image on the projection surface. In other words, the image display apparatus of the very close range projection system has a problem of improving the light use efficiency in an optical system for projecting an image, particularly in an illumination optical system.
照明光学系における光利用効率を向上させるには、投射レンズの光軸と、反射型画像表示素子の法線の位置関係が重要となる。投射レンズの光軸が反射型画像表示素子の法線に対して傾いていると、投射画像の片一方だけぼけた画像になるなどの不具合が生じるからである。よって、反射型画像表示素子と投射レンズの配置と位置調整は、慎重に行う必要がある。 In order to improve the light utilization efficiency in the illumination optical system, the positional relationship between the optical axis of the projection lens and the normal line of the reflective image display element is important. This is because if the optical axis of the projection lens is tilted with respect to the normal line of the reflective image display element, there is a problem that only one side of the projection image becomes blurred. Therefore, it is necessary to carefully arrange and position the reflective image display element and the projection lens.
また、照明光学系からの光の光利用効率を向上させるには、投射レンズの光軸がずれないように、投射レンズが堅牢に固定されている必要がある。投射レンズは複数のレンズを組み合わせて構成されている。この複数のレンズは鏡筒に納められて画像表示装置の所定の位置関係に固定される。鏡筒を画像表示装置の筐体に固定するとき、鏡筒が傾かないように調整する必要がある。 Further, in order to improve the light utilization efficiency of light from the illumination optical system, the projection lens needs to be firmly fixed so that the optical axis of the projection lens does not shift. The projection lens is configured by combining a plurality of lenses. The plurality of lenses are housed in a lens barrel and fixed to a predetermined positional relationship of the image display device. When fixing the lens barrel to the housing of the image display device, it is necessary to adjust the lens barrel so that it does not tilt.
また、長期間にわたり画像表示装置を使用しても、衝撃や振動などの外的要因や、鏡筒を含めた各部材の自重などの内的要因によって、鏡胴や、その内部の投射レンズの光軸に傾きが生じないようにしなければならない。このように、画像表示装置の照明光学系における光利用効率を向上させるためには、画像表示装置の組立工程における精度と、投射レンズを備えた鏡胴の長期使用に対する堅牢性が必要となる。 Even if the image display device is used for a long time, the lens barrel and the projection lens inside the lens barrel are affected by external factors such as impact and vibration, and internal factors such as the weight of each member including the lens barrel. It is necessary to prevent the optical axis from tilting. As described above, in order to improve the light use efficiency in the illumination optical system of the image display device, accuracy in the assembly process of the image display device and robustness against long-term use of the lens barrel including the projection lens are required.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、照明光学系の光利用効率を向上させることで、縦置きも可能な画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an image display apparatus that can be placed vertically by improving the light utilization efficiency of an illumination optical system.
本発明は画像表示装置に関するものであって、光源と、光源から出射される光を集光する集光器と、集光器の近傍に入射端を有する光ミキシング素子と、集光器と光ミキシング素子の間に配置され、光ミキシング素子に入射される光に時分割で色要素を重畳するカラーフィルタと、2次元的に配置された複数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾き角度をオン状態とオフ状態で変化させることにより反射光の出射をオン・オフさせる反射型画像表示素子と、光ミキシング素子の出射端から反射型画像表示素子までの間に配置されている第1リレーレンズおよび第2リレーレンズ、第1折り返しミラー及び第2折り返しミラーと、からなる照明光学系と、反射型画像表示素子を構成する複数の微小ミラーのうちオン状態にある微小ミラーからの反射光を被投射面に投射する投射光学系と、を有し、反射型画像表示素子が有する表示面と被投射面との成す角が略直交しており、第1リレーレンズが光源と光ミキシング素子が成す光軸に対してチルトしていることを最も主な特徴とする。 The present invention relates to an image display device, and relates to a light source, a light collector for collecting light emitted from the light source, a light mixing element having an incident end near the light collector, a light collector, and a light. A color filter that is arranged between the mixing elements and superimposes color elements on the light incident on the light mixing element in a time-sharing manner and a plurality of two-dimensionally arranged micro mirrors, and the inclination of each micro mirror A reflective image display element that turns on and off the emission of reflected light by changing the angle between an on state and an off state, and a first disposed between the emission end of the optical mixing element and the reflective image display element. An illumination optical system including a relay lens, a second relay lens, a first folding mirror, and a second folding mirror, and a minute mirror in an on state among a plurality of minute mirrors constituting a reflective image display element A projection optical system that projects the reflected light onto the projection surface, the angle formed by the display surface of the reflective image display element and the projection surface is substantially orthogonal, and the first relay lens is the light source And tilting with respect to the optical axis formed by the optical mixing element.
本発明によれば、照明系の光利用効率が高く、照明系及び投射レンズ設置が安定な、例えば縦型の画像表示装置を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light utilization efficiency of an illumination system is high, for example, a vertical type image display apparatus with stable illumination system and projection lens installation can be obtained.
以下、本発明に係る画像表示装置の実施例について図面を用いながら説明する。図1は、本発明に係る画像表示装置の例である縦型プロジェクタの構成を示す概要図である。符号1は縦型プロジェクタ本体(以下「プロジェクタ1」という。)を、符号14は投射面の例であるスクリーンを表している。以下の説明において、水平面内の一方向をx軸、これに直交する水平面内の一方向をz軸、x軸にもz軸にも直交する垂直方向の軸をy軸とする。また、x軸周りの回転をα、y軸周りの回転をβ、z軸周りの回転をγとして表記する。 Embodiments of an image display apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a vertical projector that is an example of an image display device according to the present invention. Reference numeral 1 denotes a vertical projector body (hereinafter referred to as “projector 1”), and reference numeral 14 denotes a screen as an example of a projection surface. In the following description, it is assumed that one direction in the horizontal plane is the x axis, one direction in the horizontal plane orthogonal to the z axis is the z axis, and the vertical axis orthogonal to both the x axis and the z axis is the y axis. Further, the rotation around the x axis is expressed as α, the rotation around the y axis as β, and the rotation around the z axis as γ.
図1において、プロジェクタ1は、白色光源である光源2と、光源2から出射された光を集光するランプリフレクタ3と、光源2の飛散を防ぐ防爆ガラス4と、光源2からの光を赤・緑・青の光に時分割で変換する回転するカラーフィルタであるカラーホイール5と、ランプリフレクタ3によって集光された光の光量分布を一様にする光ミキシング素子である照明均一化素子6と、第1リレーレンズ7と、第2リレーレンズ8と、第1折り返しミラー9と、第2折り返しミラー10と、反射型画像表示素子であるDMD11と、投射レンズ12と、自由曲面ミラー13と、を有してなる。 In FIG. 1, a projector 1 includes a light source 2 that is a white light source, a lamp reflector 3 that collects light emitted from the light source 2, an explosion-proof glass 4 that prevents scattering of the light source 2, and red light from the light source 2. A color wheel 5 that is a rotating color filter that converts green and blue light in a time-sharing manner, and an illumination uniformizing element 6 that is an optical mixing element that makes the light quantity distribution of the light collected by the lamp reflector 3 uniform. A first relay lens 7, a second relay lens 8, a first folding mirror 9, a second folding mirror 10, a DMD 11 that is a reflective image display element, a projection lens 12, and a free-form surface mirror 13. , Has.
また、プロジェクタ1は、図1にて図示した以外にも、冷却ファン、ランプ駆動手段、DMD駆動手段、各種光学素子の保持部等を備えている。ここで、光源2から第2折り返しミラー10までを照明光学系という。また、投射レンズ12と自由曲面ミラー13を合わせて投射光学系という。 The projector 1 includes a cooling fan, a lamp driving unit, a DMD driving unit, a holding unit for various optical elements, and the like in addition to those illustrated in FIG. Here, the light source 2 to the second folding mirror 10 are referred to as an illumination optical system. The projection lens 12 and the free-form surface mirror 13 are collectively referred to as a projection optical system.
光源2から出射された白色光は、ランプリフレクタ3によって集光される。ランプリフレクタ3は、楕円体の外形を有してなり、その楕円体の第1焦点に相当する位置に光源2が配置され、第2焦点に相当する位置に照明均一化素子6の入口(入射端)が配置されている。従って、光源2から出射された光は、照明化均一素子6の入射端に集光される。 White light emitted from the light source 2 is collected by the lamp reflector 3. The lamp reflector 3 has an outer shape of an ellipsoid, the light source 2 is disposed at a position corresponding to the first focal point of the ellipsoid, and the entrance (incident incident) of the illumination uniformizing element 6 at a position corresponding to the second focal point. End) is arranged. Accordingly, the light emitted from the light source 2 is collected at the incident end of the illumination uniform element 6.
光源2と照明均一化素子6の間には、防爆ガラス4とカラーホイール5が配置されている。光源2から出射された白色光のうち、紫外線(UV)及び赤外線(IR)は、防爆ガラス4に設けられたUVカットフィルターとIRカットフィルターによって遮断される。防爆ガラス4を通過した光は、カラーホイール5によって、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の三色の光に、時分割処理で変換される。これらの色要素が重畳された光は、照明均一化素子6に入射されて、その内部で多数回の反射をし、空間的な強度分布が均一な光になる。 An explosion-proof glass 4 and a color wheel 5 are disposed between the light source 2 and the illumination uniformizing element 6. Of the white light emitted from the light source 2, ultraviolet rays (UV) and infrared rays (IR) are blocked by a UV cut filter and an IR cut filter provided on the explosion-proof glass 4. The light that has passed through the explosion-proof glass 4 is converted by the color wheel 5 into light of three colors, for example, red (R), green (G), and blue (B), in a time-sharing process. The light on which these color elements are superimposed is incident on the illumination uniformizing element 6 and is reflected a number of times inside the light uniformizing element 6 to be a light having a uniform spatial intensity distribution.
照明均一化素子6を通過した光は第1リレーレンズ7と、第2リレーレンズ8を経て、第1折り返しミラー9と第2折り返しミラー10で反射されてDMD11に到達する。
第2リレーレンズ8を通過した照明光は、DMD11の上方を通り、傾けて設置されている第1折り返しミラー9によって斜め上方に反射され、この反射光はさらに第2折り返しミラー10により斜め下方のDMD11に向けて反射される。
The light that has passed through the illumination uniformizing element 6 passes through the first relay lens 7 and the second relay lens 8, is reflected by the first folding mirror 9 and the second folding mirror 10, and reaches the DMD 11.
The illumination light that has passed through the second relay lens 8 passes above the DMD 11 and is reflected obliquely upward by the first folding mirror 9 that is installed at an angle. The reflected light is further obliquely lowered by the second folding mirror 10. Reflected toward DMD 11.
照明均一化素子6の出射端面とDMD11の画像形成面が共役の関係となるように、第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8、及び第2折り返しミラー10のパワー配置を調整する。本実施例に係るプロジェクタ1は、上記のように、光路を3次元的に折り返すことで、全体の小型化を図っている。 The power arrangement of the first relay lens 7, the second relay lens 8, and the second folding mirror 10 is adjusted so that the exit end face of the illumination uniformizing element 6 and the image forming surface of the DMD 11 have a conjugate relationship. As described above, the projector 1 according to the present embodiment reduces the entire size by folding the optical path three-dimensionally.
DMD11は、微小なミラーアレイからなる反射型画像表示素子であって、一辺が10μm前後の正方形のミラーが配列されてなる素子である。DMD11の微小ミラーの配列数によって、投射される画像の解像度が決定される。例えば、投射画像の解像度をXGAにするのであれば、1024×768画素(或いはピクセル)に相当する微小ミラーが配置されているDMD11を用いることとなる。また、投射画像の解像度を、WXAGAにするのであれば、1280×768画素(或いはピクセル)に相当する微小ミラーが配置されているDMD11を用いる。なお、XGAとは、「Extended Graphics Array」の略である。また、WXGAとは「Wide XGA」の略である。 The DMD 11 is a reflective image display element composed of a minute mirror array, and is an element in which square mirrors with sides of around 10 μm are arranged. The resolution of the projected image is determined by the number of micromirrors arranged in the DMD 11. For example, if the resolution of the projected image is set to XGA, the DMD 11 in which minute mirrors corresponding to 1024 × 768 pixels (or pixels) are arranged is used. In addition, if the resolution of the projected image is WXAGA, the DMD 11 in which a minute mirror corresponding to 1280 × 768 pixels (or pixels) is arranged is used. XGA is an abbreviation for “Extended Graphics Array”. WXGA is an abbreviation for “Wide XGA”.
DMD11が備える微小ミラーは、正方形の対角線を回転軸として回転可能な構成を有している。微小ミラーの回転角度は±10°から±12°である。例えば微小ミラーが+12°の回転をした状態で当該ミラーによって反射される光を「ON光」とし、画像形成に寄与するように構成し、微小ミラーが−12°の回転をした状態で当該ミラーによって反射される光を「OFF光」として、画像形成には寄与せずに、黒表示とするように構成する。つまり、DMD11による「ON光」は上方に進み、第2折り返しミラー10の側方を通って投射レンズ12に入射するように各光学素子が配置されている。 The micromirror included in the DMD 11 has a configuration that can rotate around a square diagonal line as a rotation axis. The rotation angle of the micromirror is ± 10 ° to ± 12 °. For example, the light reflected by the mirror when the micromirror is rotated by + 12 ° is set to “ON light” to contribute to image formation, and the micromirror is rotated by −12 °. The light reflected by the light is “OFF light” and does not contribute to image formation and is configured to display black. That is, each optical element is arranged so that “ON light” by the DMD 11 travels upward and enters the projection lens 12 through the side of the second folding mirror 10.
すなわち、ON光のとき、DMD11の微小ミラーで反射された光は、投射レンズ12の入射瞳に入り、投射レンズ12を経て自由曲面ミラー13で反射されて、スクリーン14に到達する。一方、OFF光のときは、DMD11の微小ミラーで反射された光は、投射レンズ12の入射瞳に入ることはできず、DMD11の近傍に設けてあるOFF光処理用の吸収部材(図示せず)に到達する。このように、DMD11の微小ミラーの回転を制御することで、表示画像に必要な投射光を投射光学系を介して、スクリーン14に投射することができる。 That is, when the light is ON, the light reflected by the micromirror of the DMD 11 enters the entrance pupil of the projection lens 12, is reflected by the free-form surface mirror 13 through the projection lens 12, and reaches the screen 14. On the other hand, in the case of OFF light, the light reflected by the micromirror of the DMD 11 cannot enter the entrance pupil of the projection lens 12, and is an OFF light processing absorbing member (not shown) provided near the DMD 11. ). In this way, by controlling the rotation of the micro mirror of the DMD 11, it is possible to project the projection light necessary for the display image onto the screen 14 via the projection optical system.
ここでDMD11について説明をする。図2は、DMD11の概要を表した図である。図2(a)はDMD11を上から見た平面図、図2(b)はDMD11の画像表示領域の一部拡大図、図2(c)は、DMD11の側面図、図2(d)は、DMD11における画像投射光の反射の様子を表す図、である。 Here, the DMD 11 will be described. FIG. 2 is a diagram showing an outline of the DMD 11. 2A is a plan view of the DMD 11 as viewed from above, FIG. 2B is a partially enlarged view of the image display area of the DMD 11, FIG. 2C is a side view of the DMD 11, and FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a state of reflection of image projection light in DMD 11.
図2(a)に示すように、DMD11の外観は矩形であって、複数の微小ミラーを配列してなる画像表示領域110を備えている。画像表示領域110の一部の領域110aを拡大した図を図2(b)に示す。 As shown in FIG. 2A, the appearance of the DMD 11 is rectangular, and includes an image display area 110 formed by arranging a plurality of micromirrors. An enlarged view of a part of the image display area 110 is shown in FIG.
図2(b)に示すように、一部画像表示領域110aを拡大すると、複数の微小ミラー110が配列されている。微小ミラー110は、正方形であって、1つの微小ミラー110が投射光によって表示される画像の1画素に相当する。微小ミラー110の配列周期を画素ピッチPという。画素ピッチPは例えば、約10μmである。画像表示領域110の対角線の長さによって、投射画像の表示サイズが決定される。 As shown in FIG. 2B, when the partial image display area 110a is enlarged, a plurality of micromirrors 110 are arranged. The micromirror 110 is square, and corresponds to one pixel of an image displayed by one micromirror 110 by projection light. The arrangement period of the micromirrors 110 is referred to as a pixel pitch P. The pixel pitch P is, for example, about 10 μm. The display size of the projected image is determined by the length of the diagonal line of the image display area 110.
図2(b)において、微小ミラー110は隙間なく配置されているように表されているが、実際の微小ミラーのサイズは画素ピッチPよりも若干小さい。画素ピッチPに対する実際のミラーサイズを開口率という。各微小ミラー110は、その対角線を回転軸として回転することができる。微小ミラー110の回転方向は、回転軸に対して時計方向をプラスとし反時計方向をマイナスとする。また回転角度は±10°から±12°である。 In FIG. 2B, the micromirrors 110 are shown as being arranged without a gap, but the actual size of the micromirrors is slightly smaller than the pixel pitch P. The actual mirror size with respect to the pixel pitch P is referred to as the aperture ratio. Each micromirror 110 can rotate about its diagonal line as a rotation axis. The rotation direction of the micromirror 110 is positive with respect to the rotation axis and negative with respect to the counterclockwise direction. The rotation angle is ± 10 ° to ± 12 °.
DMD11の上面側には、図2(c)に示すように、保護ガラス112が配置されている。この保護ガラス112は、微小ミラー110の表面に埃等が付着することを防ぐためのものである。 A protective glass 112 is disposed on the upper surface side of the DMD 11 as shown in FIG. This protective glass 112 is for preventing dust and the like from adhering to the surface of the micromirror 110.
図2(d)に示すように、微小ミラー111は、対角線を回転軸として時計方向と反時計方向に回転することができる。微小ミラー111aは、時計方向に回転しているので、反射された光はON光となって、図示しない投射レンズの入射瞳に向かう。微小ミラー111bは、反時計方向に回転しているので、反射された光はOFF光となって、図示しない投射レンズの入射瞳には向かわず、吸収部材に向かう。 As shown in FIG. 2D, the micro mirror 111 can rotate clockwise and counterclockwise with the diagonal line as the rotation axis. Since the micromirror 111a rotates in the clockwise direction, the reflected light becomes ON light and travels toward the entrance pupil of a projection lens (not shown). Since the micromirror 111b rotates counterclockwise, the reflected light is turned off and does not go to the entrance pupil of the projection lens (not shown) but goes to the absorbing member.
次に光源2およびランプリフレクタ3について説明をする。光源2は、管球形状の高圧水銀ランプが好ましい。また、ハロゲンランプであってもよい。ランプリフレクタ3は楕円体であって、楕円の二つの焦点の一方に、光源2を設置し、他方の焦点に、照明均一化素子6の入射端を設置する。光源2の出力は例えば、180W−260W(ワット)前後のものを用いる。光源2の出力が高いほど、明るい投射画像を得ることができる。 Next, the light source 2 and the lamp reflector 3 will be described. The light source 2 is preferably a tube-shaped high-pressure mercury lamp. Moreover, a halogen lamp may be used. The lamp reflector 3 is an ellipsoid, and the light source 2 is installed at one of the two focal points of the ellipse, and the incident end of the illumination uniformizing element 6 is installed at the other focal point. For example, the output of the light source 2 is about 180 W to 260 W (watts). The higher the output of the light source 2, the brighter the projected image can be obtained.
光源2に水銀ランプを用いた場合、破裂することがあり得る。光源2が破裂してもガラス片が内部に飛散しないように、ランプリフレクタ3の前面には防爆ガラス4が設置される。防爆ガラス4は、例えば40mm角で厚みが3mm前後の硼珪酸ガラスであって、光源2の光軸に対して例えば10°傾けて設置する。防爆ガラス4を光源2の光軸に対して傾けて設置する理由は、防爆ガラス4によって反射した光が戻り光となって、光源2の位置で焦点を結ばないようにするためであって、このような戻り光があると光源2の寿命が短くなるからである。 When a mercury lamp is used as the light source 2, it may burst. An explosion-proof glass 4 is installed on the front surface of the lamp reflector 3 so that the glass pieces do not scatter inside even if the light source 2 is ruptured. The explosion-proof glass 4 is, for example, a borosilicate glass having a 40 mm square and a thickness of around 3 mm, and is installed at an angle of 10 ° with respect to the optical axis of the light source 2. The reason why the explosion-proof glass 4 is installed to be inclined with respect to the optical axis of the light source 2 is to prevent the light reflected by the explosion-proof glass 4 from being returned light and focusing at the position of the light source 2. This is because the life of the light source 2 is shortened when such return light is present.
また防爆ガラス4には、赤外線(IR)カットフィルター、紫外線(UV)カットフィルターの多層膜を施す。またランプリフレクタ3はハウジングに納められており、防爆のために、目の細かい金属のメッシュでハウジングを覆っても良い。プロジェクタ1において光源2は消耗品であるから、使用時間が数千時間を超えたあたりで明るさが低減する。光源2の交換が必要になったときは、光源2を含むランプハウジング(ユニット)ごと交換することになる。 The explosion-proof glass 4 is provided with a multilayer film of an infrared (IR) cut filter and an ultraviolet (UV) cut filter. The lamp reflector 3 is housed in a housing, and the housing may be covered with a fine metal mesh for explosion prevention. Since the light source 2 is a consumable item in the projector 1, the brightness is reduced when the usage time exceeds several thousand hours. When the light source 2 needs to be replaced, the lamp housing (unit) including the light source 2 is replaced.
図3において、光源2とランプリフレクタ3の概要を示す。図3(a)は、光源2とランプリフレクタ3からなるランプハウジング30の正面図、図3(b)は、ランプハウジング30の側面図である。 In FIG. 3, the outline of the light source 2 and the lamp reflector 3 is shown. FIG. 3A is a front view of the lamp housing 30 including the light source 2 and the lamp reflector 3, and FIG. 3B is a side view of the lamp housing 30.
光源2は紫外線から可視光線、そして赤外線まで広い範囲の光を放射するが、出射された光のうち、紫外線と赤外線は上記の防爆ガラス4によって、光源2から出射された直後でカットされ、残りの可視光域の光がカラーホイール5によって色付けされる。 The light source 2 emits light in a wide range from ultraviolet rays to visible rays and infrared rays. Of the emitted light, the ultraviolet rays and infrared rays are cut by the explosion-proof glass 4 immediately after being emitted from the light source 2, and the rest. The light in the visible light region is colored by the color wheel 5.
次に、照明均一化素子6について説明する。図4は、照明化均一素子6の概要を示す斜視図である。図4に示すように照明均一化素子6は、四枚の板状のミラーを、ミラー面が内側に向くように張り合わせて形成されたものである。 Next, the illumination uniformizing element 6 will be described. FIG. 4 is a perspective view showing an outline of the illumination uniform element 6. As shown in FIG. 4, the illumination uniformizing element 6 is formed by bonding four plate-like mirrors so that the mirror surface faces inward.
照明均一化素子6を構成する各ミラーは、耐熱性に優れた接着剤などを用いて貼り合わされている。照明均一化素子6は、長ければ長いほど内面での反射回数が増え、入射された光の配光分布を均一にすることができる。しかし、照明均一化素子6を長くすると、照明光学系全体が大きくなり、プロジェクタ1の筐体の大きさに影響を与えることとなる。よって、均一化の度合いと照明光学系の大きさは、トレードオフの関係にある。本発明に係る照明均一化素子6の長さは20mmから30mmであって、25mmが最適である。 Each mirror which comprises the illumination uniformization element 6 is bonded together using the adhesive agent etc. excellent in heat resistance. The longer the illumination uniformizing element 6 is, the more the number of reflections on the inner surface is, and the light distribution of incident light can be made uniform. However, if the illumination uniformizing element 6 is lengthened, the entire illumination optical system becomes large, which affects the size of the housing of the projector 1. Therefore, the degree of uniformity and the size of the illumination optical system are in a trade-off relationship. The length of the illumination uniformizing element 6 according to the present invention is 20 mm to 30 mm, and 25 mm is optimal.
DMD11に対角線サイズが0.65インチであって、画素ピッチPが10.8μmであるものを採用したとする。このときの照明均一化素子6の内寸は、6mm×3mm程度である。照明均一化素子6に用いるミラーの反射率は98%(波長420nm〜680nm)以上が好ましい。 Assume that the DMD 11 has a diagonal size of 0.65 inches and a pixel pitch P of 10.8 μm. The inner dimension of the illumination uniformizing element 6 at this time is about 6 mm × 3 mm. The reflectance of the mirror used for the illumination uniformizing element 6 is preferably 98% (wavelength 420 nm to 680 nm) or more.
また照明均一化素子6に用いるミラーはAg、Alなどの金属膜を真空蒸着などによってガラス面に成膜したものである。この場合、金属膜でなく、誘電体多層膜であってもよい。照明均一化素子6を構成する各々の板の厚みは1mm前後である。照明均一化素子6は、ライトトンネル、ライトパイプ、ロッドレンズ、ロッドインテグレータなどとも呼ばれる。 In addition, the mirror used for the illumination uniformizing element 6 is formed by forming a metal film such as Ag or Al on the glass surface by vacuum deposition or the like. In this case, a dielectric multilayer film may be used instead of the metal film. The thickness of each plate constituting the illumination uniformizing element 6 is around 1 mm. The illumination uniformizing element 6 is also called a light tunnel, a light pipe, a rod lens, a rod integrator, or the like.
照明均一化素子6は、ミラー板を張り合わせたもの以外のもの、例えば、ガラス柱でもよい。この場合は、ガラス柱内面の全反射を用いることになるため、反射膜の作製は不要となる。 The illumination uniformizing element 6 may be a thing other than the one in which the mirror plate is laminated, for example, a glass column. In this case, since the total reflection of the inner surface of the glass column is used, it is not necessary to produce a reflective film.
光源2から出射され、ランプリフレクタ3によって集光された光は、配光分布を有している。従って、そのままスクリーン14に投射すると明るさムラが生じ、例えば、スクリーン14の中心領域の画像は明るく、周辺の画像は暗くなる。照明均一化素子6は、このような明るさムラを防ぐために用いられる部材であって、その原理はカレードスコープと同様である。照明均一化素子6に適当な角度で入射した光は、内面のミラーで複数回反射を繰り返し、光を折りたたむように重ね合わされる。 The light emitted from the light source 2 and collected by the lamp reflector 3 has a light distribution. Therefore, if the projection is performed on the screen 14 as it is, unevenness in brightness occurs. For example, the image in the center area of the screen 14 is bright and the surrounding images are dark. The illumination uniformizing element 6 is a member used to prevent such brightness unevenness, and its principle is the same as that of the kaleidoscope. Light incident on the illumination uniformizing element 6 at an appropriate angle is repeatedly reflected by an inner surface mirror a plurality of times, and is superimposed so as to fold the light.
本実施例に係るプロジェクタ1の照明光学系を構成する光学素子は、図1に示したように3次元的に配置されている。このため、照明均一化素子6を光軸に対して回転させて配置している。ここで、照明均一化素子6の回転について説明をする。図5は照明均一化素子6をz軸方向からみた平面図であって、γが−11.42°の状態を例示している。 The optical elements constituting the illumination optical system of the projector 1 according to the present embodiment are three-dimensionally arranged as shown in FIG. For this reason, the illumination uniformizing element 6 is arranged so as to rotate with respect to the optical axis. Here, the rotation of the illumination uniformizing element 6 will be described. FIG. 5 is a plan view of the illumination uniformizing element 6 viewed from the z-axis direction, and illustrates a state where γ is −11.42 °.
次に、本実施例に係るプロジェクタ1が備えるカラーホイール5について図6を用いて説明をする。図6(a)は、カラーホイール5をz軸方向から見た平面図である。図6(b)は、カラーホイール5をx軸方向から見た平面図である。図6(a)に示すように、カラーホール5は、円板51を円グラフのように複数の領域に分け、それぞれの領域に異なる多層膜を蒸着することで異なる色を着色してなる。カラーホイール5が有する色は、基本的には、赤(R)、緑(G)、青(B)であるが、図6(a)に示すように、白(W)を加えてもよい。白(W)は、多層膜を形成しない領域である。なお、カラーホイール5に白(W)を設ける理由は、明るさ増大のためである。またカラーホイール5に、色再現性を高めるための黄(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)などを加えることもある。 Next, the color wheel 5 provided in the projector 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a plan view of the color wheel 5 viewed from the z-axis direction. FIG. 6B is a plan view of the color wheel 5 viewed from the x-axis direction. As shown in FIG. 6A, the color hole 5 is formed by dividing the disc 51 into a plurality of regions like a pie chart and coloring different colors by depositing different multilayer films in the respective regions. The colors of the color wheel 5 are basically red (R), green (G), and blue (B), but white (W) may be added as shown in FIG. . White (W) is a region where a multilayer film is not formed. The reason why white (W) is provided on the color wheel 5 is to increase the brightness. Further, yellow (Y), magenta (M), cyan (C), or the like may be added to the color wheel 5 in order to improve color reproducibility.
カラーホイール5は、光源2から出射された光から必要なスペクトルを分離させる色分離手段である。カラーホイール5を構成する円板51は、例えば直径40mm程度、厚み1mm程度のガラスに、各色のフィルターを設けたものである。各色領域は物理的に分離されている。 The color wheel 5 is a color separation unit that separates a necessary spectrum from the light emitted from the light source 2. The disc 51 constituting the color wheel 5 is a glass having a diameter of about 40 mm and a thickness of about 1 mm provided with filters of each color. Each color region is physically separated.
またカラーホイール5は、図6(b)に示すように円盤51の回転中心にモータ52の回転軸が結合されて、高速で回転するように構成されている。回転速度は数千rpm(round per minute)から1万rpm前後である。カラーホイール5には図示しないセンサがつけられており、各色の位置情報を把握することができる構成を備えている。このセンサとDMD11の回転制御を同調させることで、表示画像を形成させることができる。 Further, as shown in FIG. 6B, the color wheel 5 is configured such that the rotation shaft of the motor 52 is coupled to the center of rotation of the disk 51 and rotates at a high speed. The rotation speed is from several thousand rpm (round per minute) to around 10,000 rpm. The color wheel 5 is provided with a sensor (not shown) and has a configuration capable of grasping position information of each color. A display image can be formed by synchronizing the rotation control of the sensor and the DMD 11.
従って、カラーホイール5は、時分割(フィールドシーケンシャル)で各色を生成している。DMD11が有する微小ミラー110の応答速度は高速であるため、フィールドシーケンシャルでカラー画像の形成をしても問題は生じない。また、ランプリフレクタ3によって集光される途中の光(のスポット)は、常に同じ位置に当るように構成されている。図6(a)において符号53は、上記光スポットを示している。 Therefore, the color wheel 5 generates each color by time division (field sequential). Since the response speed of the micromirror 110 included in the DMD 11 is high, there is no problem even if a color image is formed in a field sequential manner. Moreover, the light (spot) in the middle of being condensed by the lamp reflector 3 is configured to always hit the same position. In FIG. 6A, reference numeral 53 indicates the light spot.
次に、本実施例に係るプロジェクタ1の照明光学系を形成する第1折り返しミラー9と、第2折り返しミラー10について説明をする。第1折り返しミラー9は平面鏡であって、第2折り返しミラー10は凹面鏡である。第2折り返しミラー10の曲率半径は−75mmである。また、第1折り返しミラー9は3次元的に傾いており、例えば、αが−35.45°、βが−2.17°、γが18°の傾きを有してなる。また第2折り返しミラー10も3次元的に傾いており、例えば、αが94°、βが17.64の傾きを有してなる。 Next, the first folding mirror 9 and the second folding mirror 10 that form the illumination optical system of the projector 1 according to the present embodiment will be described. The first folding mirror 9 is a plane mirror, and the second folding mirror 10 is a concave mirror. The radius of curvature of the second folding mirror 10 is −75 mm. Further, the first folding mirror 9 is tilted three-dimensionally. For example, α has a tilt of −35.45 °, β has a tilt of −2.17 °, and γ has a tilt of 18 °. The second folding mirror 10 is also tilted three-dimensionally. For example, α has a tilt of 94 ° and β has a tilt of 17.64.
次に、本発明に係る画像表示装置が備える照明光学系の構成について、さらに説明をする。図7は、プロジェクタ1が備える照明光学系の一部を示す概要図であって、光源2から照明均一化素子6までの配置を表している。すでに説明をしたとおり、ランプリフレクタ3は楕円体であり、第一焦点に相当する位置に光源2が設置され、第二焦点に相当する位置に照明均一化素子6の入射端が設置されている。光源2と照明均一化素子6の入射端との間には、防爆ガラス4とカラーホイール5が設置されている。 Next, the configuration of the illumination optical system included in the image display apparatus according to the present invention will be further described. FIG. 7 is a schematic diagram showing a part of the illumination optical system provided in the projector 1, and shows the arrangement from the light source 2 to the illumination uniformizing element 6. As already described, the lamp reflector 3 is an ellipsoid, and the light source 2 is installed at a position corresponding to the first focal point, and the incident end of the illumination uniformizing element 6 is installed at a position corresponding to the second focal point. . Between the light source 2 and the incident end of the illumination uniformizing element 6, an explosion-proof glass 4 and a color wheel 5 are installed.
防爆ガラス4とカラーホイール5は、y軸に対してチルトした状態で配置されている。このチルトによって、防爆ガラス4とカラーホイール5の表面や裏面から反射された光が光源2への戻り光となることを防ぐことができる。防爆ガラス4とカラーホイール5のチルトは、数度から10°程度である。また、光源2から出射されて、ランプリフレクタ3により集光される光の角度(照明角S)は約60°である。また図7において、光源2、ランプリフレクタ3、照明均一化素子6が成す光軸はz軸方向において揃っている。 The explosion-proof glass 4 and the color wheel 5 are arranged in a tilted state with respect to the y-axis. This tilt can prevent the light reflected from the front and back surfaces of the explosion-proof glass 4 and the color wheel 5 from returning to the light source 2. The tilt of the explosion-proof glass 4 and the color wheel 5 is about several degrees to 10 degrees. The angle of light emitted from the light source 2 and collected by the lamp reflector 3 (illumination angle S) is about 60 °. In FIG. 7, the optical axes formed by the light source 2, the lamp reflector 3, and the illumination uniformizing element 6 are aligned in the z-axis direction.
次に、本実施例に係るプロジェクタ1が備える照明光学系の構成において、照明均一化素子6と、第1リレーレンズおよび第2リレーレンズの関係について説明をする。図8は、照明均一化素子6と、第1リレーレンズ7、第2リレーレンズ8の配置を示す概要図である。図8において、第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8は、z軸(光軸)方向の位置は異なるが、x軸方向とy軸方向の座標は同じである。従って共軸である。第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8のz軸の光軸Bは、照明均一化素子6のz軸の光軸Aに対してシフトしている。 Next, in the configuration of the illumination optical system included in the projector 1 according to the present embodiment, the relationship between the illumination uniformizing element 6, the first relay lens, and the second relay lens will be described. FIG. 8 is a schematic diagram showing the arrangement of the illumination uniformizing element 6, the first relay lens 7 and the second relay lens 8. In FIG. 8, the first relay lens 7 and the second relay lens 8 have different positions in the z-axis (optical axis) direction, but the coordinates in the x-axis direction and the y-axis direction are the same. It is therefore coaxial. The z-axis optical axis B of the first relay lens 7 and the second relay lens 8 is shifted with respect to the z-axis optical axis A of the illumination uniformizing element 6.
第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8のシフト量は、照明均一化素子6を基準として、Δx・Δyとして表すと、例えば、Δxは−1.469mm、Δyは−1.370mmである。 When the shift amounts of the first relay lens 7 and the second relay lens 8 are expressed as Δx · Δy with respect to the illumination uniformizing element 6, for example, Δx is −1.469 mm and Δy is −1.370 mm.
プロジェクタ1から出射された光によって、スクリーン14に投射される画像を明るくするには、照明光学系の光利用効率を向上させる必要がある。ここで照明光学系の光利用効率を定義する。光利用効率は、照明均一化素子6から出射された光のうち、投射レンズ(の入射瞳)に到達する光の割合によって表すものとする。よって、照明均一化素子6から出射された光を100%としたときの投射レンズ(の入射瞳)に到達する光をパーセンテージで表しても良い。 In order to brighten the image projected on the screen 14 with the light emitted from the projector 1, it is necessary to improve the light utilization efficiency of the illumination optical system. Here, the light use efficiency of the illumination optical system is defined. The light use efficiency is represented by the ratio of light reaching the projection lens (its entrance pupil) out of the light emitted from the illumination uniformizing element 6. Therefore, the light reaching the projection lens (its entrance pupil) when the light emitted from the illumination uniformizing element 6 is taken as 100% may be expressed as a percentage.
この光利用効率の見積りは光線追跡計算ソフトを用いたシミュレーション実験により行なうことができる。照明均一化素子6の出射端から出射する光線を一定数として、投射レンズの入射瞳に到達する光線本数を算出する。これによって、光利用効率を算出することができる。 The estimation of the light use efficiency can be performed by a simulation experiment using a ray tracing calculation software. The number of light rays reaching the entrance pupil of the projection lens is calculated with a constant number of light rays emitted from the exit end of the illumination uniformizing element 6. Thereby, the light use efficiency can be calculated.
すでに説明をした通り、照明光学系を構成する第1折り返しミラー9と第2折り返しミラー10によって、DMD11の画像形成面に到達する光は3次元的に折り返されている。このような照明光学系においてDMD11に効率よく光を照射させるには、第1リレーレンズ7と、第2リレーレンズ8を共軸にするよりもチルトさせる方が好ましい。 As already described, the light reaching the image forming surface of the DMD 11 is folded three-dimensionally by the first folding mirror 9 and the second folding mirror 10 constituting the illumination optical system. In such an illumination optical system, in order to efficiently irradiate light to the DMD 11, it is preferable to tilt the first relay lens 7 and the second relay lens 8 rather than coaxially.
そこで、本実施例に係るプロジェクタ1においては、第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8の光軸を、光源2と照明均一化素子6が形成する光軸に対して、チルト偏心させている。x軸とy軸に対して第1リレーレンズ7をチルト偏心させた場合の、光利用効率の値を表1に示す。 Therefore, in the projector 1 according to the present embodiment, the optical axes of the first relay lens 7 and the second relay lens 8 are tilted eccentrically with respect to the optical axis formed by the light source 2 and the illumination uniformizing element 6. . Table 1 shows values of light utilization efficiency when the first relay lens 7 is tilted decentered with respect to the x-axis and the y-axis.
(表1)
(Table 1)
表1に示すように、第1リレーレンズ7をチルトさせないときの光利用効率に比べて、第1リレーレンズ7のαを1°、またはβを−1°のチルトをさせると光利用効率が向上する。さらにαを1°、かつ、βを−1°のチルトをさせた状態においては、αとβを単独でチルトさせたときよりも光利用効率が高くなる。 As shown in Table 1, when the first relay lens 7 is tilted by 1 ° or β by −1 °, the light utilization efficiency is higher than the light utilization efficiency when the first relay lens 7 is not tilted. improves. Further, in the state where α is tilted by 1 ° and β is tilted by −1 °, the light utilization efficiency is higher than when α and β are tilted alone.
図1に戻る。DMD11の画像形成面は、zx面と平行である。投射レンズ12の光軸はy軸と平行であって、DMD11の画像形成面と垂直関係にある。スクリーン14は、yz面と平行であって、DMD11の画像形成面とスクリーン14は直交する関係にある。
また、投射レンズ12の光軸とスクリーン14の表示面は平行であるから、プロジェクタ1を設置する場所は、zx面と平行関係にある場所となる。そうすると、プロジェクタ1の投射光の光軸と、被投射面であるスクリーン14は平行関係にある。このような位置関係となる画像表示装置を縦型プロジェクタという。なお、従来の横型プロジェクタは、投射レンズの光軸とスクリーンは垂直関係になる。
Returning to FIG. The image forming surface of the DMD 11 is parallel to the zx plane. The optical axis of the projection lens 12 is parallel to the y axis and is perpendicular to the image forming surface of the DMD 11. The screen 14 is parallel to the yz plane, and the image forming surface of the DMD 11 and the screen 14 are orthogonal to each other.
Further, since the optical axis of the projection lens 12 and the display surface of the screen 14 are parallel, the place where the projector 1 is installed is a place that is parallel to the zx plane. Then, the optical axis of the projection light of the projector 1 and the screen 14 that is the projection surface are in a parallel relationship. An image display device having such a positional relationship is called a vertical projector. In the conventional horizontal projector, the optical axis of the projection lens and the screen are in a vertical relationship.
ここで、従来の横型プロジェクタと、本発明に係る縦型プロジェクタの設置態様の違いによるスクリーンとの距離の差を、図9を用いて説明する。図9(a)は従来のプロジェクタ100の設置状態を側面から見た例を示す平面図である。図9(b)は本実施例に係るプロジェクタ1(縦型)の設置状態を側面から見た例を示す図である。 Here, a difference in distance between a conventional horizontal projector and a screen due to a difference in installation mode of the vertical projector according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9A is a plan view showing an example in which the installation state of the conventional projector 100 is viewed from the side. FIG. 9B is a diagram illustrating an example in which the installation state of the projector 1 (vertical type) according to the present embodiment is viewed from the side.
図9(a)に示すように、プロジェクタ100の筐体の後端部からスクリーン14の画像投射面までの距離をD1とする。また、図9(b)に示すように、プロジェクタ1の筐体の後端部からスクリーン14の画像投射面までの距離をD2とする。D1とD2とを比較すると、D1>D2の関係になる。すなわち、縦型であるプロジェクタ1の方がスクリーンまでの距離が短くなる。つまり、縦型であるプロジェクタ1の方がスローレシオを小さくすることできる。 As shown in FIG. 9A, the distance from the rear end of the housing of the projector 100 to the image projection surface of the screen 14 is D1. Further, as shown in FIG. 9B, the distance from the rear end of the housing of the projector 1 to the image projection surface of the screen 14 is D2. When D1 and D2 are compared, D1> D2. In other words, the vertical projector 1 has a shorter distance to the screen. That is, the projector 1 which is a vertical type can reduce the slow ratio.
次に、本発明に係る画像表示装置の使用態様における特徴について、図10を用いて説明する。図10は、図1に示したプロジェクタ1をz軸方向からみた図である。図10において、プロジェクタ1は、DMD11の画像形成面に垂直な方向がy軸と平行である。また、投射レンズ12の光軸もy軸に平行である。これらは互いに平行であるが、DMD11の画像形成面の中心と、投射レンズ12の光軸はx方向にΔsだけシフト偏心している。 Next, features of the usage mode of the image display apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram of the projector 1 shown in FIG. 1 as viewed from the z-axis direction. In FIG. 10, in the projector 1, the direction perpendicular to the image forming surface of the DMD 11 is parallel to the y axis. The optical axis of the projection lens 12 is also parallel to the y axis. Although these are parallel to each other, the center of the image forming surface of the DMD 11 and the optical axis of the projection lens 12 are decentered by Δs in the x direction.
また、プロジェクタ1の別の使用態様の例を図11に示す。図11は、図1に示したプロジェクタ1をz軸方向からみた平面図である。図11において、プロジェクタ1は、DMD11の表示面に垂直な方向がy軸と平行であり、投射レンズ12の光軸もy軸に平行である。これらは互いに平行であるが、DMD11の画像形成面の中心と、投射レンズ12の光軸はx方向にシフト偏心している。また、投射レンズ12と自由曲面ミラー13の間に平面ミラー15を置き、自由曲面ミラー13の取り付け位置を図10とは反対側にすることで、投射方向を反対にすることができる。このように、本実施例に係るプロジェクタ1は、自由曲面ミラー13の取り付け位置を変更することで、プロジェクタ1の設置方向を変更することなく、画像の投射方向を変更することができる。 An example of another usage mode of the projector 1 is shown in FIG. FIG. 11 is a plan view of the projector 1 shown in FIG. 1 viewed from the z-axis direction. In FIG. 11, in the projector 1, the direction perpendicular to the display surface of the DMD 11 is parallel to the y axis, and the optical axis of the projection lens 12 is also parallel to the y axis. Although these are parallel to each other, the center of the image forming surface of the DMD 11 and the optical axis of the projection lens 12 are shifted in the x direction. Further, by placing the plane mirror 15 between the projection lens 12 and the free-form surface mirror 13 and mounting the free-form surface mirror 13 on the side opposite to that in FIG. 10, the projection direction can be reversed. Thus, the projector 1 according to the present embodiment can change the projection direction of the image without changing the installation direction of the projector 1 by changing the mounting position of the free-form curved mirror 13.
次に、投射光学系を構成する投射レンズ12および鏡胴120をプロジェクタ1に固定する方法の例について、図12を用いて説明する。図12は、プロジェクタ1の投射光学系近傍をz軸方向からみた一部拡大図である。図12において、投射レンズ12を含む鏡胴120は、プロジェクタ1の本体側面に、複数のネジ20によって固定されている。投射レンズ12は、複数のレンズを有してなるから、プロジェクタ1の光利用効率を向上させるには、DMD11と投射レンズ12との距離Dと、投射レンズ12(の光軸)自体の傾き、光軸のDMD11の表示面に対する傾き等が重要な要素となる。 Next, an example of a method for fixing the projection lens 12 and the lens barrel 120 constituting the projection optical system to the projector 1 will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a partially enlarged view of the vicinity of the projection optical system of the projector 1 as seen from the z-axis direction. In FIG. 12, the lens barrel 120 including the projection lens 12 is fixed to the side surface of the main body of the projector 1 with a plurality of screws 20. Since the projection lens 12 includes a plurality of lenses, in order to improve the light use efficiency of the projector 1, the distance D between the DMD 11 and the projection lens 12, the inclination of the projection lens 12 (its optical axis) itself, The inclination of the optical axis with respect to the display surface of the DMD 11 is an important factor.
DMD11と投射レンズ12との距離Dは、プロジェクタ1の本体(筐体)の作製精度によって決定されるので、鏡胴120をプロジェクタ1に固定するときに、スペーサを用いて微調整を行う。この微調整によって、光軸の傾き調整を行うこともできる。なお、DMD11自体の傾きについても、DMD11を固定する際にスペーサを用いることで行うことができる。 Since the distance D between the DMD 11 and the projection lens 12 is determined by the production accuracy of the main body (housing) of the projector 1, fine adjustment is performed using a spacer when the lens barrel 120 is fixed to the projector 1. By this fine adjustment, the tilt of the optical axis can be adjusted. The inclination of the DMD 11 itself can also be performed by using a spacer when fixing the DMD 11.
鏡胴120はアルミニウムなどの金属を素材とする部材である。また、投射レンズ12はガラスを素材とする部材である。よって複数枚のレンズを備える鏡胴120は重い部材である。従来の横型のプロジェクタであれば、鏡胴120は重力に逆らう方向に突出する形で固定されるので、投射レンズ12(の光軸)は重力によってズレてくる虞がある。 The lens barrel 120 is a member made of a metal such as aluminum. The projection lens 12 is a member made of glass. Therefore, the lens barrel 120 including a plurality of lenses is a heavy member. In the case of a conventional horizontal projector, the lens barrel 120 is fixed so as to protrude in a direction against gravity, so that the projection lens 12 (its optical axis) may be displaced due to gravity.
そのため、従来の横型プロジェクタのように設置する場合、ネジ20に対する荷重の係り方が固定位置によって異なり、鏡胴120に傾きが生じやすくなる。また組付けの際には光軸が合っていても、プロジェクタ装置1を長期使用することで経年劣化が生じ、投射レンズ12の固定位置にずれが生じて光軸がずれることが想定される。また、プロジェクタ1を搬送する際、光軸の垂直方向への振動や衝撃によって、投射レンズの光軸がずれることも想定される。 For this reason, when the projector is installed like a conventional horizontal projector, the manner in which the load is applied to the screw 20 differs depending on the fixing position, and the lens barrel 120 tends to be inclined. In addition, even when the optical axes are aligned, it is assumed that the projector device 1 will deteriorate over time by using the projector device 1 for a long time, and the optical axis will be shifted due to a shift in the fixed position of the projection lens 12. Further, when the projector 1 is transported, it is assumed that the optical axis of the projection lens is shifted due to vibration or impact in the vertical direction of the optical axis.
本実施例に係るプロジェクタ1は、すでに説明をしたとおり、投射レンズを縦型の設置形態で用いるものである。これによって、投射レンズ12の光軸が重力方向(y軸方向)になる。そのため、投射レンズ12の長手方向に重力による荷重が係ることになる。すなわち、投射レンズ12を保持する鏡胴120が設置されるプロジェクタ1の側面がxz平面と平行になるため、鏡胴120によるプロジェクタ1への荷重は均一に係る。また、DMD11についても、DMD11の裏面が平坦であり精度が高ければ、置くだけで重力に対して安定な配置とすることができる。このように、本実施例に係るプロジェクタ1は、鏡胴120をプロジェクタ1の本体側面にネジ20によって固定するだけで、DMD11と投射レンズ12の光軸調整が容易にでき、かつ、調整された状態を安定して維持することができ、また、長期の使用に対しても堅牢なものを得ることができる。 As already described, the projector 1 according to the present embodiment uses the projection lens in a vertical installation form. As a result, the optical axis of the projection lens 12 becomes the gravity direction (y-axis direction). For this reason, a load due to gravity is applied in the longitudinal direction of the projection lens 12. That is, since the side surface of the projector 1 on which the lens barrel 120 holding the projection lens 12 is installed is parallel to the xz plane, the load on the projector 1 by the lens barrel 120 is uniformly related. Also, regarding the DMD 11, if the back surface of the DMD 11 is flat and has high accuracy, the DMD 11 can be placed stably with respect to gravity only by being placed. As described above, in the projector 1 according to the present embodiment, the optical axis of the DMD 11 and the projection lens 12 can be easily adjusted and adjusted simply by fixing the lens barrel 120 to the side surface of the main body of the projector 1 with the screw 20. The state can be stably maintained, and a robust product can be obtained even for long-term use.
このように、本発明に係る画像表示装置によれば、照明光学系の光利用効率が高く、照明光学系及び投射光学系を安定した状態で使用することができる縦型の画像表示装置を得ることができる。 As described above, according to the image display device of the present invention, a vertical image display device is obtained in which the light use efficiency of the illumination optical system is high and the illumination optical system and the projection optical system can be used in a stable state. be able to.
次に、本発明に係る画像表示装置の別の実施形態について説明する。すでに説明をした実施例においては、プロジェクタ1が有する第1リレーレンズ7をチルトさせることで、照明光学系の光利用効率を向上させることができる。そこで、本実施例については、第2リレーレンズ8をチルトさせて、照明光学系の光利用効率を向上させることができる旨について、説明をする。 Next, another embodiment of the image display device according to the present invention will be described. In the embodiment described above, the light use efficiency of the illumination optical system can be improved by tilting the first relay lens 7 of the projector 1. Therefore, in this embodiment, the fact that the light use efficiency of the illumination optical system can be improved by tilting the second relay lens 8 will be described.
既に説明をした実施例と同様に、ソフトウェアを用いたシミュレーション実験により、第1リレーレンズ7のチルトをα=1°、β=−1°として、第2リレーレンズ8のαとβのチルトを変化させたときの、光利用効率について表2に示す。
(表2)
Similar to the embodiment already described, the tilt of the first relay lens 7 is set to α = 1 ° and β = −1 °, and the α and β tilts of the second relay lens 8 are set by simulation experiments using software. Table 2 shows the light utilization efficiency when changed.
(Table 2)
表2において、第1リレーレンズ7のチルトを光利用効率が高いα=1°、β=−1°とした場合、最も光利用効率が高くなる第2リレーレンズ8のチルトは、β=1°の場合である。また、表2の結果から、第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8の、αとβの符号が逆になるとき、光利用効率が高くなることが分かる。すなわち、第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8のチルトが逆向きに設定されるとき、光利用効率が高くなる。 In Table 2, when the tilt of the first relay lens 7 is α = 1 ° and β = −1 ° where the light utilization efficiency is high, the tilt of the second relay lens 8 that exhibits the highest light utilization efficiency is β = 1. This is the case. In addition, it can be seen from the results in Table 2 that the light utilization efficiency increases when the signs of α and β of the first relay lens 7 and the second relay lens 8 are reversed. That is, when the tilts of the first relay lens 7 and the second relay lens 8 are set in opposite directions, the light use efficiency is increased.
図13は、第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8に対して、表1および表2において示した「光利用効率が最も高くなるチルト」を設定した状態の例を示す概略図である。図13はy軸方向からみた(すなわち上面からみた)、照明均一化素子6と、第1リレーレンズ7と、第2リレーレンズ8の配置を表している。図13に示すように、照明均一化素子6の光軸Aと、第1リレーレンズ7および第2リレーレンズ8の光軸Bは、x軸方向にシフトしている。 FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of a state in which the “tilt with the highest light utilization efficiency” shown in Tables 1 and 2 is set for the first relay lens 7 and the second relay lens 8. FIG. 13 shows the arrangement of the illumination uniformizing element 6, the first relay lens 7, and the second relay lens 8 as viewed from the y-axis direction (that is, viewed from the upper surface). As shown in FIG. 13, the optical axis A of the illumination uniformizing element 6 and the optical axes B of the first relay lens 7 and the second relay lens 8 are shifted in the x-axis direction.
また、第1リレーレンズ7は、βが反時計方向にチルトし、第2リレーレンズ8は、βが時計方向にチルトしている。 Further, the first relay lens 7 has β tilted counterclockwise, and the second relay lens 8 has β tilted clockwise.
このように、本実施例に係るプロジェクタ1において、第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8をそれぞれ、所定の方向に所定のチルトをすると、光利用効率を向上させることができる。 As described above, in the projector 1 according to the present embodiment, when the first relay lens 7 and the second relay lens 8 are respectively tilted in a predetermined direction, the light use efficiency can be improved.
次に、第1リレーレンズ7および第2リレーレンズ8のさらに別の実施例について説明をする。図13に示すように、第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8において、照明均一化素子6に近い面を第1面r1とし、反対側の面を第2面r2とした場合、硝材の屈折率を考慮すると、第1リレーレンズ7のr1・r2・厚み・直径の各要素と、第2リレーレンズ8のr1・r2・厚み・直径の各要素との関係において、それぞれのr1非球面係数α04の値を、表3のように設定することが望ましい。 Next, still another embodiment of the first relay lens 7 and the second relay lens 8 will be described. As shown in FIG. 13, in the first relay lens 7 and the second relay lens 8, when the surface close to the illumination uniformizing element 6 is the first surface r1, and the opposite surface is the second surface r2, the glass material In consideration of the refractive index, each of the r1 aspherical surfaces in the relationship between the r1, r2, thickness, and diameter elements of the first relay lens 7 and the r1, r2, thickness, and diameter elements of the second relay lens 8. It is desirable to set the value of the coefficient α04 as shown in Table 3.
硝材の屈折率(nd)は1.51680である。また、別の硝材を用いて、屈折率(nd)が1.52307であってもよい。屈折率が多少異なるため、表3に示すように、曲率半径等を変えることが好ましいが、変えなくても光利用効率に大きな影響は生じない。また、硝材が異なっても表1、2に示した傾向は保存されるので問題は生じない。
(表3)
The refractive index (nd) of the glass material is 1.51680. Moreover, a refractive index (nd) may be 1.52307 using another glass material. Since the refractive index is slightly different, it is preferable to change the radius of curvature as shown in Table 3, but even if it is not changed, the light utilization efficiency is not greatly affected. Even if the glass materials are different, the tendency shown in Tables 1 and 2 is preserved, so that no problem occurs.
(Table 3)
次に、第1リレーレンズ7および第2リレーレンズ8のチルト偏心を保持する方法について、図14を用いて説明する。第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8の形状は、光軸に対して回転対称である。図14は、第1リレーレンズ7のチルト偏心を保持する実施例について、図示している。第2リレーレンズ8のチルト偏心を保持する方法についても、同様の方法を用いることができる。 Next, a method for maintaining the tilt eccentricity of the first relay lens 7 and the second relay lens 8 will be described with reference to FIG. The shapes of the first relay lens 7 and the second relay lens 8 are rotationally symmetric with respect to the optical axis. FIG. 14 illustrates an embodiment in which the tilt eccentricity of the first relay lens 7 is maintained. A similar method can be used for the method of maintaining the tilt eccentricity of the second relay lens 8.
すでに説明をしたとおり、第1リレーレンズ7をチルトさせることで光利用効率を向上させることができる。そこで、図14に示すように、第1リレーレンズ7を所定のチルト状態で固定するレンズ保持部1aを用いる。レンズ保持部1aは、プロジェクタ1の筐体の一部に形成してもよいし、モールド形成による別部材として形成したものを筐体の内部に固定したものでもよい。 As already described, the light use efficiency can be improved by tilting the first relay lens 7. Therefore, as shown in FIG. 14, a lens holding portion 1a that fixes the first relay lens 7 in a predetermined tilt state is used. The lens holding portion 1a may be formed on a part of the casing of the projector 1, or may be formed as a separate member formed by molding and fixed inside the casing.
レンズ保持部1aには、第1リレーレンズ7の大きさに合わせた溝150を形成する。この溝150をx軸方向およびy軸方向の最適なチルト(αとβ)を維持できる傾きをもって形成する。図14に例示した溝150は、βのチルトを設定したものである。 The lens holding portion 1a is formed with a groove 150 that matches the size of the first relay lens 7. The groove 150 is formed with an inclination capable of maintaining an optimum tilt (α and β) in the x-axis direction and the y-axis direction. The groove 150 illustrated in FIG. 14 has a β tilt set.
第1リレーレンズ7は、βのみではなく、αのチルトによっても光利用効率が向上する。そこで、図15に示すように、レンズ保持部1aは、y軸に直交する軸に対して所定の角度だけ傾けた深さ方向に溝150を形成すればよい。図15は、レンズ保持部1aをx軸方向からみた断面の例である。図15において、溝150は、y軸に直交する軸に対してx軸方向のαの最適なチルトを設定するように形成されている。このように、第1リレーレンズ7を固定する溝150を、最適なαとβになるように予め形成しておくことで、プロジェクタ1の光利用効率を向上させることができる。 The first relay lens 7 improves the light utilization efficiency not only by β but also by tilt of α. Therefore, as shown in FIG. 15, the lens holding portion 1a may be formed with a groove 150 in a depth direction inclined by a predetermined angle with respect to an axis orthogonal to the y-axis. FIG. 15 is an example of a cross section of the lens holding portion 1a viewed from the x-axis direction. In FIG. 15, the groove 150 is formed so as to set an optimal tilt of α in the x-axis direction with respect to an axis orthogonal to the y-axis. In this way, the light use efficiency of the projector 1 can be improved by forming the grooves 150 for fixing the first relay lens 7 in advance so as to have optimum α and β.
第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8を所定のチルトを保持して固定する方法の別の例について、図16を用いて説明する。図16において、符号20は、プロジェクタ1の内部に設置するフレームの例を示す。フレーム20は、第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8およびDMD11の設置面を一体化した部材である。フレーム20には、第1リレーレンズ7を固定するためのレンズ保持部1aと、第2リレーレンズ8を固定するためのレンズ保持部1bと、DMD11の設置面が一体に形成されている。 Another example of a method for fixing the first relay lens 7 and the second relay lens 8 while maintaining a predetermined tilt will be described with reference to FIG. In FIG. 16, reference numeral 20 indicates an example of a frame installed inside the projector 1. The frame 20 is a member in which the installation surfaces of the first relay lens 7, the second relay lens 8, and the DMD 11 are integrated. In the frame 20, a lens holding portion 1 a for fixing the first relay lens 7, a lens holding portion 1 b for fixing the second relay lens 8, and an installation surface of the DMD 11 are integrally formed.
第1リレーレンズ7と第2リレーレンズ8のチルトの精度は、フレーム20の精度に依存するが、プロジェクタ1の筐体の一部を用いて保持部1aおよび1bを形成するよりも、フレーム20を用いた方が安定した精度を維持できる。またフレーム20によって、DMD11との位置の精度も向上する。 Although the tilt accuracy of the first relay lens 7 and the second relay lens 8 depends on the accuracy of the frame 20, the frame 20 can be used rather than forming the holding portions 1 a and 1 b using a part of the housing of the projector 1. Stable accuracy can be maintained by using. The frame 20 also improves the accuracy of the position with the DMD 11.
このように、第1リレーレンズ7および第2リレーレンズ8とDMD11との位置精度を、一体化されている部材(フレーム20)によって維持することができるのは、本発明に係る画像表示装置が縦型設置可能なものだからである。 As described above, the positional accuracy of the first relay lens 7 and the second relay lens 8 and the DMD 11 can be maintained by the integrated member (frame 20). This is because it can be installed vertically.
次に、第1リレーレンズ7の実施例について説明をする。本実施例は、第1リレーレンズ7を非球面レンズとするものである。第1リレーレンズ7を非球面化することによる光利用効率の変化について、表4に示す。
(表4)
Next, an example of the first relay lens 7 will be described. In this embodiment, the first relay lens 7 is an aspheric lens. Table 4 shows changes in light utilization efficiency caused by making the first relay lens 7 aspherical.
(Table 4)
表4は、第1リレーレンズ7の第二面r2(図13参照)を非球面化したときの、非球面係数4次(α04)と光利用効率との関係について示している。表4に基づいて、横軸を非球面係数とし、縦軸を光利用効率として2次曲線で近似したグラフを図17に示す。図17から明らかなように、第1リレーレンズ7の第二面r2を非球面化するための、4次の非球面係数の最適値は約0.00014である。このように、本実施例に係るプロジェクタ1において、第1リレーレンズ7を非球面化することにより光利用効率を向上させることができる。 Table 4 shows the relationship between the aspheric coefficient fourth order (α04) and the light utilization efficiency when the second surface r2 (see FIG. 13) of the first relay lens 7 is aspherical. Based on Table 4, a graph in which the horizontal axis is an aspheric coefficient and the vertical axis is light utilization efficiency is approximated by a quadratic curve. As is apparent from FIG. 17, the optimum value of the fourth-order aspheric coefficient for asphericalizing the second surface r2 of the first relay lens 7 is about 0.00014. Thus, in the projector 1 according to the present embodiment, the light use efficiency can be improved by making the first relay lens 7 aspherical.
次に、第2リレーレンズ8の実施例について説明をする。本実施例は、第2リレーレンズ8を非球面レンズとするものである。第2リレーレンズ8を非球面化することによる光利用効率の変化について、表5に示す。
(表5)
Next, an example of the second relay lens 8 will be described. In this embodiment, the second relay lens 8 is an aspheric lens. Table 5 shows changes in light utilization efficiency caused by making the second relay lens 8 aspherical.
(Table 5)
表5は、第2リレーレンズ8の第二面r2を非球面化したときの、非球面係数4次(α04)と光利用効率との関係について示している。表5に基づいて、横軸を非球面係数とし、縦軸を光利用効率として2次曲線で近似したグラフを図18に示す。図18から明らかなように、第2リレーレンズ8の第二面r2を非球面化するための、4次の非球面係数の最適値は約−0.000035である。このように、本実施例に係るプロジェクタ1において、第2リレーレンズ8を非球面化することにより光利用効率を向上させることができる。 Table 5 shows the relationship between the aspherical coefficient fourth order (α04) and the light utilization efficiency when the second surface r2 of the second relay lens 8 is aspherical. Based on Table 5, a graph in which the horizontal axis is an aspheric coefficient and the vertical axis is light utilization efficiency is approximated by a quadratic curve. As apparent from FIG. 18, the optimum value of the fourth-order aspheric coefficient for asphericalizing the second surface r2 of the second relay lens 8 is about −0.000035. Thus, in the projector 1 according to the present embodiment, the light use efficiency can be improved by making the second relay lens 8 aspherical.
次に、第2折り返しミラー10の実施例について説明をする。本実施例は、第2折り返しミラー10を非球面にするものである。第2折り返しミラー10を非球面化することによる光利用効率の変化について、表6に示す。
(表6)
Next, an embodiment of the second folding mirror 10 will be described. In this embodiment, the second folding mirror 10 is aspherical. Table 6 shows changes in light utilization efficiency caused by making the second folding mirror 10 aspherical.
(Table 6)
表6は、第2折り返しミラー10を非球面化したときの、非球面係数4次(α04)および非球面係数6次(α06)と光利用効率との関係について示している。第2折り返しミラー10は凹面鏡であって、曲率半径は−75mmである。 Table 6 shows the relationship between the aspherical coefficient fourth order (α04) and the aspherical coefficient sixth order (α06) and the light utilization efficiency when the second folding mirror 10 is aspherical. The second folding mirror 10 is a concave mirror, and the radius of curvature is −75 mm.
表6に基づいて、横軸を4次の非球面係数とし、縦軸を光利用効率として2次曲線で近似したグラフを図19に示す。また、表6に基づいて、横軸を6次の非球面係数とし、縦軸を光利用効率として2次曲線で近似したグラフを図20に示す。図19および図20に示した結果から、第2折り返しミラー10に対して、4次と6次の非球面を導入することで、光利用効率を向上させることができる。 Based on Table 6, a graph in which the horizontal axis is a fourth-order aspheric coefficient and the vertical axis is light utilization efficiency is approximated by a quadratic curve is shown in FIG. Further, based on Table 6, a graph in which the horizontal axis is a sixth-order aspheric coefficient and the vertical axis is light utilization efficiency is approximated by a quadratic curve is shown in FIG. From the results shown in FIG. 19 and FIG. 20, the light utilization efficiency can be improved by introducing fourth-order and sixth-order aspheric surfaces to the second folding mirror 10.
次に本発明に係る画像表示装置が備える照明光学系の実施例についてさらに説明をする。DMD11が有する画像表示領域の中心をx軸・y軸・z軸の(0、0、0)とした場合の、照明光学系を構成する主要な部材の最適な座標を表7に示す。
(表7)
Next, examples of the illumination optical system provided in the image display apparatus according to the present invention will be further described. Table 7 shows the optimal coordinates of the main members constituting the illumination optical system when the center of the image display area of the DMD 11 is (0, 0, 0) of the x axis, the y axis, and the z axis.
(Table 7)
次に、本発明に係る画像表示装置が備える投射光学系の実施例について説明をする。図21は、投射光学系を構成する投射レンズ12と自由曲面ミラー13、および平面ミラー15の例を示す概略図である。図21において、照明光学系は省略している。 Next, examples of the projection optical system provided in the image display apparatus according to the present invention will be described. FIG. 21 is a schematic diagram illustrating an example of the projection lens 12, the free-form surface mirror 13, and the plane mirror 15 that constitute the projection optical system. In FIG. 21, the illumination optical system is omitted.
図21に示すように、投射レンズ12と自由曲面ミラー13との間に平面ミラー15を配置している。自由曲面ミラー13の形状は例えば15次の係数で表される。スクリーン14上での投射画像のサイズは40インチから80インチ程度である。画面サイズの変化は、プロジェクタ1とスクリーン14との距離を変更することによって行う。例えば、プロジェクタ1をスクリーン14に近づけると画面サイズは小さくなり、遠ざけると画面サイズは大きくなる。 As shown in FIG. 21, a plane mirror 15 is disposed between the projection lens 12 and the free-form surface mirror 13. The shape of the free-form curved mirror 13 is represented by a 15th-order coefficient, for example. The size of the projected image on the screen 14 is about 40 inches to 80 inches. The screen size is changed by changing the distance between the projector 1 and the screen 14. For example, when the projector 1 is brought closer to the screen 14, the screen size becomes smaller, and when the projector 1 is moved away from the screen 14, the screen size becomes larger.
上記にて説明をした照明光学系を備えたプロジェクタ1のDMD11の画像形成面における光量分布の例を図22に示す。この光量分布は、光線追跡によるシミュレーション実験で求めたものである。DMD11の光量分布位置は、長手方向のマイナス方向がスクリーン14を正面から見て左方向、長手方向のプラス方向が右方向、短手方向のマイナス方向がスクリーン14を正面から見て上方向,短手方向のプラス方向が下方向にそれぞれ対応する。 An example of the light amount distribution on the image forming surface of the DMD 11 of the projector 1 provided with the illumination optical system described above is shown in FIG. This light quantity distribution is obtained by a simulation experiment by ray tracing. The light quantity distribution position of the DMD 11 is such that the minus direction in the longitudinal direction is the left direction when the screen 14 is viewed from the front, the plus direction in the longitudinal direction is the right direction, the minus direction in the short direction is the upward direction and the short direction when the screen 14 is viewed from the front. The positive direction of the hand direction corresponds to the downward direction.
図22中、点線112で囲まれた領域がDMD11の画像表示領域に相当する有効領域である。光量分布は領域内最大光量を1すなわち100%として規格化して表示している。図22に示すように、DMD11の有効領域112内での規格化光量分布の最小値は76%以上になっている。また、中心付近から同じ等高線の領域が広がっており、均一に照明されていることが分かる。ちなみに、人間の目は、50%の光量分布があっても、その違いをほとんど感じることができないから、上記のような光量分布の最小値76%は何ら問題にならない。 In FIG. 22, an area surrounded by a dotted line 112 is an effective area corresponding to the image display area of the DMD 11. The light amount distribution is normalized and displayed with the maximum light amount in the region being 1, that is, 100%. As shown in FIG. 22, the minimum value of the normalized light amount distribution in the effective area 112 of the DMD 11 is 76% or more. Moreover, it can be seen that the same contour line area extends from the vicinity of the center and is illuminated uniformly. Incidentally, even if there is a light amount distribution of 50%, the human eye can hardly feel the difference, so the minimum value 76% of the light amount distribution as described above is not a problem.
次に、本発明に係る画像表示装置からの投射光によるスクリーン上での光量分布の例を、図23に示す。すでに説明をした光学系と投射光学系を備えたプロジェクタ1を用いて、対角約84インチのスクリーンに全白の画像を投射したものである。最大値を1として規格化している。画面中央は光量が均一な領域が広がっているが、周辺に行くに従って光量が低下していることが分かる。 Next, an example of the light amount distribution on the screen by the projection light from the image display device according to the present invention is shown in FIG. Using the projector 1 having the optical system and the projection optical system that have already been described, a white image is projected on a screen having a diagonal of about 84 inches. The maximum value is normalized as 1. In the center of the screen, a region with a uniform amount of light spreads, but it can be seen that the amount of light decreases as it goes to the periphery.
以上のように、本発明に係る画像表示装置は、照明光学系を構成するリレーレンズを光軸に対してチルトさせ、第二面r2を非球面化し、さらに折り返しミラーを非球面化することで、照明光学系の光利用効率を向上させることができ、これによって、光量分布が均一な投射光を出射することができる。 As described above, the image display device according to the present invention tilts the relay lens constituting the illumination optical system with respect to the optical axis, aspherical the second surface r2, and aspherical the folding mirror. The light utilization efficiency of the illumination optical system can be improved, and thereby, the projection light with a uniform light amount distribution can be emitted.
1 プロジェクタ
2 光源
3 ランプリフレクタ
5 カラーホイール
6 照明均一化素子
7 第1リレーレンズ
8 第2リレーレンズ
11 DMD
12 投射レンズ
13 自由曲面ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Projector 2 Light source 3 Lamp reflector 5 Color wheel 6 Illumination equalization element 7 1st relay lens 8 2nd relay lens 11 DMD
12 Projection lens 13 Free-form surface mirror
Claims (7)
前記光源から出射される光を集光する集光器と、
前記集光器の近傍に入射端を有する光ミキシング素子と、
前記集光器と前記光ミキシング素子の間に配置され、前記光ミキシング素子に入射される光に時分割で色要素を重畳するカラーフィルタと、
2次元的に配置された複数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾き角度をオン状態とオフ状態で変化させることにより反射光の出射をオン・オフさせる反射型画像表示素子と、
前記光ミキシング素子の出射端から前記反射型画像表示素子までの間に配置されている第1リレーレンズおよび第2リレーレンズ、第1折り返しミラー及び第2折り返しミラーを有してなる照明光学系と、
前記反射型画像表示素子を構成する複数の微小ミラーのうちオン状態にある微小ミラーからの反射光を被投射面に投射する投射光学系と、を有し、被投射面に画像を投射する画像表示装置であって、
前記反射型画像表示素子が有する表示面と前記被投射面との成す角が,略直交しており、
前記第1リレーレンズが、前記光源と前記光ミキシング素子が成す光軸に対してチルトしている画像表示装置。 A light source;
A condenser for condensing the light emitted from the light source;
An optical mixing element having an incident end in the vicinity of the condenser;
A color filter disposed between the condenser and the light mixing element, and superimposing color elements in time division on the light incident on the light mixing element;
A reflective image display element having a plurality of micromirrors arranged two-dimensionally and turning on and off the reflected light by changing the tilt angle of each micromirror between an on state and an off state;
An illumination optical system including a first relay lens and a second relay lens, a first folding mirror, and a second folding mirror disposed between an emission end of the optical mixing element and the reflective image display element; ,
A projection optical system that projects reflected light from a micromirror in an on state among a plurality of micromirrors constituting the reflective image display element, and projects an image on the projection surface A display device,
The angle formed between the display surface of the reflective image display element and the projected surface is substantially orthogonal,
The image display device in which the first relay lens is tilted with respect to an optical axis formed by the light source and the light mixing element.
前記第2折り返しミラーの反射面が非球面形状であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の画像表示装置。 ,
The image display device according to claim 1, wherein a reflection surface of the second folding mirror has an aspherical shape.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011197905A JP2013061375A (en) | 2011-09-12 | 2011-09-12 | Image display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011197905A JP2013061375A (en) | 2011-09-12 | 2011-09-12 | Image display device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013061375A true JP2013061375A (en) | 2013-04-04 |
Family
ID=48186115
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011197905A Pending JP2013061375A (en) | 2011-09-12 | 2011-09-12 | Image display device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013061375A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017170001A1 (en) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Image projection device |
CN113874773A (en) * | 2019-05-17 | 2021-12-31 | 富士胶片株式会社 | Projection lens and projection device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004184626A (en) * | 2002-12-02 | 2004-07-02 | Minolta Co Ltd | Projection image display apparatus |
EP1453324A2 (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-01 | LG Electronics, Inc. | Projection-type display optical system |
JP2006139055A (en) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Mitsubishi Electric Corp | Projection type display device |
JP2007212748A (en) * | 2006-02-09 | 2007-08-23 | Ricoh Co Ltd | Optical system and image display device |
JP2011059317A (en) * | 2009-09-09 | 2011-03-24 | Mitsubishi Electric Corp | Projection display device |
JP2011090061A (en) * | 2009-10-20 | 2011-05-06 | Topcon Corp | Scanning type display device optical system and scanning type display device |
-
2011
- 2011-09-12 JP JP2011197905A patent/JP2013061375A/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004184626A (en) * | 2002-12-02 | 2004-07-02 | Minolta Co Ltd | Projection image display apparatus |
EP1453324A2 (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-01 | LG Electronics, Inc. | Projection-type display optical system |
JP2004258666A (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Lg Electron Inc | Projection display optical system |
JP2006139055A (en) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Mitsubishi Electric Corp | Projection type display device |
JP2007212748A (en) * | 2006-02-09 | 2007-08-23 | Ricoh Co Ltd | Optical system and image display device |
JP2011059317A (en) * | 2009-09-09 | 2011-03-24 | Mitsubishi Electric Corp | Projection display device |
JP2011090061A (en) * | 2009-10-20 | 2011-05-06 | Topcon Corp | Scanning type display device optical system and scanning type display device |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017170001A1 (en) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Image projection device |
CN113874773A (en) * | 2019-05-17 | 2021-12-31 | 富士胶片株式会社 | Projection lens and projection device |
US12222636B2 (en) | 2019-05-17 | 2025-02-11 | Fujifilm Corporation | Projection lens and projection device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6007478B2 (en) | Image display device | |
CN1742228B (en) | rear projection monitor | |
US6805447B2 (en) | Rear projection display device and projecting method used for the same | |
JP3121843B2 (en) | Image display device | |
US7667893B2 (en) | Microlens front projection screen | |
CN110383833B (en) | Image display device | |
JP5849614B2 (en) | Image display device | |
JP6083149B2 (en) | Image display device | |
JP5648616B2 (en) | Image display device | |
CN101191988A (en) | Projector | |
CN1926468B (en) | Flat valley fresnel lens for a display device | |
JP2008076524A (en) | Video display device | |
JP2008070694A (en) | Projection system | |
JP4967247B2 (en) | Image display device and screen used therefor | |
JP2013064876A (en) | Image display device | |
JP2013061375A (en) | Image display device | |
JP5168386B2 (en) | Image display device and screen used therefor | |
WO2006011218A1 (en) | Fresnel optical element, display screen and, projection type display device | |
JP6658543B2 (en) | Optical unit and projector having the same | |
JP2014098818A (en) | Image projection device | |
JP3515972B2 (en) | Projection device | |
JP6167492B2 (en) | Image display device | |
JP5975089B2 (en) | Projection optical system and image display device | |
WO2005040912A1 (en) | Rear projection display | |
JP2016186659A (en) | Projection optical system and image display device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140812 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150526 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150527 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20151006 |