JP3090139B1 - プロジェクタ用光学系 - Google Patents
プロジェクタ用光学系Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
- G03B21/14—Details
- G03B21/28—Reflectors in projection beam
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
Abstract
【要約】
【課題】 本発明は、大型化を招くことなく、高コント
ラストでゴーストのない投影画像が得られるプロジェク
タ用光学系を提供することを目的とする。 【解決手段】 画像の各画素と対応するように、微小な
ミラー素子が一平面内で規則的に配列され、各々の該ミ
ラー素子が、入力される映像信号に応じて、オン状態ま
たはオフ状態をとることにより、照明光を投影光学系の
光軸方向また前記光軸方向とは異なる方向に択一的に反
射するＤＭＤと、前記ＤＭＤと前記投影光学系の間に配
置されており、照明光を反射して前記ＤＭＤに導くとと
もに、前記ＤＭＤで反射された光を透過する第１の面を
有するプリズムとを備えたプロジェクタ用光学系におい
て、前記プリズムは、第１の面を透過された光のうち、
前記オン状態のミラー素子により反射された光を透過
し、オフ状態のミラー素子により反射された光を反射す
る第２の面を有する構成とする。
ラストでゴーストのない投影画像が得られるプロジェク
タ用光学系を提供することを目的とする。 【解決手段】 画像の各画素と対応するように、微小な
ミラー素子が一平面内で規則的に配列され、各々の該ミ
ラー素子が、入力される映像信号に応じて、オン状態ま
たはオフ状態をとることにより、照明光を投影光学系の
光軸方向また前記光軸方向とは異なる方向に択一的に反
射するＤＭＤと、前記ＤＭＤと前記投影光学系の間に配
置されており、照明光を反射して前記ＤＭＤに導くとと
もに、前記ＤＭＤで反射された光を透過する第１の面を
有するプリズムとを備えたプロジェクタ用光学系におい
て、前記プリズムは、第１の面を透過された光のうち、
前記オン状態のミラー素子により反射された光を透過
し、オフ状態のミラー素子により反射された光を反射す
る第２の面を有する構成とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プロジェクタ用光
学系に関し、特に映像信号に応じて照射光の反射角度を
変化させ、信号光のみを投影光学系方向に反射させ得る
多数の光反射角可変ミラー素子を備えたデジタル・マイ
クロミラー・デバイス（以下、ＤＭＤと称する）を搭載
してなるプロジェクタ用光学系に関するものである。
学系に関し、特に映像信号に応じて照射光の反射角度を
変化させ、信号光のみを投影光学系方向に反射させ得る
多数の光反射角可変ミラー素子を備えたデジタル・マイ
クロミラー・デバイス（以下、ＤＭＤと称する）を搭載
してなるプロジェクタ用光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、高精細画像の要求の高まりに伴
い、プロジェクタの分野においても、光学系のサイズを
大型化することなく画素数を飛躍的に増大させる技術の
開発が要望されている。このような要望に鑑み、ＤＭＤ
を用いたプロジェクタが開発されている。
い、プロジェクタの分野においても、光学系のサイズを
大型化することなく画素数を飛躍的に増大させる技術の
開発が要望されている。このような要望に鑑み、ＤＭＤ
を用いたプロジェクタが開発されている。
【０００３】このＤＭＤは、映像信号により回転角を変
えることができる高反射率の矩形状の微小なミラー素子
を、半導体技術を用いてシリコンメモリーチップ上に形
成してなるものである。ＤＭＤを用いたプロジェクタ
は、上記ミラー素子の回転角を変えることで照明光の反
射方向を制御し、所望の反射光のみをスクリーン上に集
束させて所望の映像の投影を可能としている。
えることができる高反射率の矩形状の微小なミラー素子
を、半導体技術を用いてシリコンメモリーチップ上に形
成してなるものである。ＤＭＤを用いたプロジェクタ
は、上記ミラー素子の回転角を変えることで照明光の反
射方向を制御し、所望の反射光のみをスクリーン上に集
束させて所望の映像の投影を可能としている。
【０００４】図７にプロジェクタ用光学系におけるＤＭ
Ｄの原理を示す。ＤＭＤ１０１の各素子がオン状態であ
る場合の光の進行の様子を（ａ）に、同じくオフ状態で
ある場合の光の進行の様子を（ｂ）に示す。（ａ）に示
すように、入出力分離プリズム系１０２を介してＤＭＤ
１０１のオン状態の各素子１０１ａに入射された照明光
は、略投影光学系１０３の光軸Ａｘ方向へ反射される
（以下、この反射光をオン光ということにする）。この
オン光は、投影光学系１０３によりスクリーン上に投影
される。投影光学系１０３によりスクリーン上に投影さ
れる光の光路を以下有効光路ということにする。
Ｄの原理を示す。ＤＭＤ１０１の各素子がオン状態であ
る場合の光の進行の様子を（ａ）に、同じくオフ状態で
ある場合の光の進行の様子を（ｂ）に示す。（ａ）に示
すように、入出力分離プリズム系１０２を介してＤＭＤ
１０１のオン状態の各素子１０１ａに入射された照明光
は、略投影光学系１０３の光軸Ａｘ方向へ反射される
（以下、この反射光をオン光ということにする）。この
オン光は、投影光学系１０３によりスクリーン上に投影
される。投影光学系１０３によりスクリーン上に投影さ
れる光の光路を以下有効光路ということにする。
【０００５】尚、入出力分離プリズム系１０２は、面１
０２ａで入射角度の違いを利用して照明光を反射してＤ
ＭＤ１０１に導くとともに、ＤＭＤ１０１からの反射光
を透過することにより入出力光を分離する。
０２ａで入射角度の違いを利用して照明光を反射してＤ
ＭＤ１０１に導くとともに、ＤＭＤ１０１からの反射光
を透過することにより入出力光を分離する。
【０００６】一方、オン状態とは回転角の異なるオフ状
態の各素子１０１ｂに入射された照明光は、（ｂ）に示
すようにオン光とは異なる方向へ反射される（以下、こ
の反射光をオフ光ということにする）。
態の各素子１０１ｂに入射された照明光は、（ｂ）に示
すようにオン光とは異なる方向へ反射される（以下、こ
の反射光をオフ光ということにする）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プロジェクタ用光学系においては、図７（ｂ）に示すよ
うなオフ光が投影光学系に入射してしまう場合がある。
このような光は、有効光路を辿り、スクリーン上に本来
の像とは別の像（ゴースト）を形成したり、投影画面の
コントラストを低下させたりする。
プロジェクタ用光学系においては、図７（ｂ）に示すよ
うなオフ光が投影光学系に入射してしまう場合がある。
このような光は、有効光路を辿り、スクリーン上に本来
の像とは別の像（ゴースト）を形成したり、投影画面の
コントラストを低下させたりする。
【０００８】図８に、オフ光が投影光学系に入射してし
まう例を示す。図８には、ＤＭＤ１０１の位置Ｐ２１、
Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４からのオフ光の進行の様子を示
す。投影光学系１０３は各ミラー素子からのオン光が入
射されるように配置されている。しかし、投影光学系１
０３の位置においては、左側の位置Ｐ２１からのオフ光
１０５と、右側の位置Ｐ２４からオン光１０４とが完全
には分離されておらず、オン光１０４を取り込む投影光
学系１０３は同時にオフ光１０５を取り込むことにな
る。
まう例を示す。図８には、ＤＭＤ１０１の位置Ｐ２１、
Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４からのオフ光の進行の様子を示
す。投影光学系１０３は各ミラー素子からのオン光が入
射されるように配置されている。しかし、投影光学系１
０３の位置においては、左側の位置Ｐ２１からのオフ光
１０５と、右側の位置Ｐ２４からオン光１０４とが完全
には分離されておらず、オン光１０４を取り込む投影光
学系１０３は同時にオフ光１０５を取り込むことにな
る。
【０００９】図９に、図８とは異なる従来例を示す。こ
の例においては、図８の光学系での問題点を解決すべ
く、投影光学系１０３とＤＭＤ１０１の間隔を長くとっ
ている。この光学系においては、投影光学系１０３の位
置において、位置Ｐ２１からのオフ光１０５と位置Ｐ２
４からのオン光１０４は完全に分離され、オフ光が投影
光学系１０３に入射することはない。しかしながら、こ
のような構成は、光学系の大型化を招く。
の例においては、図８の光学系での問題点を解決すべ
く、投影光学系１０３とＤＭＤ１０１の間隔を長くとっ
ている。この光学系においては、投影光学系１０３の位
置において、位置Ｐ２１からのオフ光１０５と位置Ｐ２
４からのオン光１０４は完全に分離され、オフ光が投影
光学系１０３に入射することはない。しかしながら、こ
のような構成は、光学系の大型化を招く。
【００１０】本発明は、上記問題点を鑑みて、大型化を
招くことなく、高コントラストでゴーストのない投影画
像が得られるプロジェクタ用光学系を提供することを目
的とする。
招くことなく、高コントラストでゴーストのない投影画
像が得られるプロジェクタ用光学系を提供することを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、画像の各画素と対応する
ように、微小なミラー素子が一平面内で規則的に配列さ
れ、各々の該ミラー素子が、入力される映像信号に応じ
て、回転角の異なる二つの状態をとることにより、照明
光を第１または第２の方向に択一的に反射するデジタル
・マイクロミラー・デバイスと、入射する光を投影する
投影光学系と、前記デジタル・マイクロミラー・デバイ
スと前記投影光学系の間に配置されており、無偏光状態
の照明光を全反射して前記デジタル・マイクロミラー・
デバイスに導くとともに、前記デジタル・マイクロミラ
ー・デバイスで反射された光を透過する第１の面を有す
るプリズムとを備え、第１の方向が前記プリズムを透過
して前記投影光学系に向かう方向であるプロジェクタ用
光学系において、前記プリズムは、第１の面を透過され
た光のうち、前記デジタル・マイクロミラー・デバイス
で第１の方向に反射された光を透過し、第２の方向に反
射された光を反射する第２の面を有する構成とする。
に、請求項１に記載の発明は、画像の各画素と対応する
ように、微小なミラー素子が一平面内で規則的に配列さ
れ、各々の該ミラー素子が、入力される映像信号に応じ
て、回転角の異なる二つの状態をとることにより、照明
光を第１または第２の方向に択一的に反射するデジタル
・マイクロミラー・デバイスと、入射する光を投影する
投影光学系と、前記デジタル・マイクロミラー・デバイ
スと前記投影光学系の間に配置されており、無偏光状態
の照明光を全反射して前記デジタル・マイクロミラー・
デバイスに導くとともに、前記デジタル・マイクロミラ
ー・デバイスで反射された光を透過する第１の面を有す
るプリズムとを備え、第１の方向が前記プリズムを透過
して前記投影光学系に向かう方向であるプロジェクタ用
光学系において、前記プリズムは、第１の面を透過され
た光のうち、前記デジタル・マイクロミラー・デバイス
で第１の方向に反射された光を透過し、第２の方向に反
射された光を反射する第２の面を有する構成とする。
【００１２】図１は、上記プリズムの構成例を示す断面
図である。プリズム５０内において、５１を第１の面、
５２を第２の面とする。第１の面、第２の面５２は、薄
い空気層と接するため、入射角によって光を反射または
透過させる。また、５３をＤＭＤ配置面とする。
図である。プリズム５０内において、５１を第１の面、
５２を第２の面とする。第１の面、第２の面５２は、薄
い空気層と接するため、入射角によって光を反射または
透過させる。また、５３をＤＭＤ配置面とする。
【００１３】図１のような光学系において、例えば、Ｄ
ＭＤの位置Ｐ１で反射され、位置Ｐ２でプリズム５０に
入射し、第２の面５２の位置Ｐ３で反射または透過され
る光線Ｋが存在するとする。このとき、光線Ｋの位置Ｐ
１における出射角をθ1、位置Ｐ２でのプリズム５０へ
の入射角をθ2、位置Ｐ３での第２の面への入射角をθ3
とする。また、プリズム５０のｅ線の屈折率をｎeとす
る。このとき、第２の面の投影光学系の光軸Ａｘに対す
る角度をαとして第１の方向に反射された光を透過し、
第２の方向に反射された光を反射するようなαの条件式
を算出する。
ＭＤの位置Ｐ１で反射され、位置Ｐ２でプリズム５０に
入射し、第２の面５２の位置Ｐ３で反射または透過され
る光線Ｋが存在するとする。このとき、光線Ｋの位置Ｐ
１における出射角をθ1、位置Ｐ２でのプリズム５０へ
の入射角をθ2、位置Ｐ３での第２の面への入射角をθ3
とする。また、プリズム５０のｅ線の屈折率をｎeとす
る。このとき、第２の面の投影光学系の光軸Ａｘに対す
る角度をαとして第１の方向に反射された光を透過し、
第２の方向に反射された光を反射するようなαの条件式
を算出する。
【００１４】第２の面５２で、光線Ｋが全反射される場
合、次式が成り立つ。 ｎesinθ3≧１ ・・・（１） 三角形の内角の和はπであるという関係より次式が成り
立つ。 θ3＝π／２＋θ2−α ・・・（２） （１）式に（２）式を代入すると、次式が導かれる。 sin（π／２＋θ2−α）≧１／ｎe π／２＋θ2−α≧sin-1（１／ｎe） α≦π／２−sin-1（１／ｎe）＋θ2 ・・・（３） （３）式を満たす光線Ｋは第２面５２で全反射される。
（３）式は、光線が全反射される条件なので、反対に光
線が透過される条件は以下のようになる。 α＞π／２−sin-1（１／ｎe）＋θ2 ・・・（４） （４）式を満たす光線Ｋは第２面５２で透過される。
合、次式が成り立つ。 ｎesinθ3≧１ ・・・（１） 三角形の内角の和はπであるという関係より次式が成り
立つ。 θ3＝π／２＋θ2−α ・・・（２） （１）式に（２）式を代入すると、次式が導かれる。 sin（π／２＋θ2−α）≧１／ｎe π／２＋θ2−α≧sin-1（１／ｎe） α≦π／２−sin-1（１／ｎe）＋θ2 ・・・（３） （３）式を満たす光線Ｋは第２面５２で全反射される。
（３）式は、光線が全反射される条件なので、反対に光
線が透過される条件は以下のようになる。 α＞π／２−sin-1（１／ｎe）＋θ2 ・・・（４） （４）式を満たす光線Ｋは第２面５２で透過される。
【００１５】次に光線Ｋについて考える。図２にＤＭＤ
からプリズムに入射する入射面における光路を模式的に
示す。各ミラー素子からの反射光は中心光を中心とし
て、所定の広がりを有する状態で反射される。この広が
りを、±θ1aとする。尚、ここでθ1aは正の値とする。
オン状態のミラー素子５３ａからの反射光は中心光Ｋa1
が光軸Ａｘに沿うように反射されるので、光軸Ａｘに対
して±θ1aの範囲内に広がりを有する状態で反射され
る。
からプリズムに入射する入射面における光路を模式的に
示す。各ミラー素子からの反射光は中心光を中心とし
て、所定の広がりを有する状態で反射される。この広が
りを、±θ1aとする。尚、ここでθ1aは正の値とする。
オン状態のミラー素子５３ａからの反射光は中心光Ｋa1
が光軸Ａｘに沿うように反射されるので、光軸Ａｘに対
して±θ1aの範囲内に広がりを有する状態で反射され
る。
【００１６】一方、オフ状態のミラー素子５３ｂからの
反射光は中心光Ｋb1が光軸に対して所定の角度を有する
ように反射され、この中心光に対して±θ1aの広がりを
有する状態で反射される。反射ミラー素子のオン状態と
オフ状態の挟角を２ｘとすると（この場合、反射ミラー
がミラー面に対して±ｘの回転角を有する状態がそれぞ
れオン状態またはオフ状態となる）、オフ光の中心光Ｋ
b1の光軸Ａｘに対する傾きは４ｘとなる。よって、オフ
光は、光軸Ａｘに対して４ｘ±θ1aの範囲内に広がりを
有する状態で反射される。
反射光は中心光Ｋb1が光軸に対して所定の角度を有する
ように反射され、この中心光に対して±θ1aの広がりを
有する状態で反射される。反射ミラー素子のオン状態と
オフ状態の挟角を２ｘとすると（この場合、反射ミラー
がミラー面に対して±ｘの回転角を有する状態がそれぞ
れオン状態またはオフ状態となる）、オフ光の中心光Ｋ
b1の光軸Ａｘに対する傾きは４ｘとなる。よって、オフ
光は、光軸Ａｘに対して４ｘ±θ1aの範囲内に広がりを
有する状態で反射される。
【００１７】第２面においては、その目的から、オン光
である光線Ｋは透過され、オフ光である光線Ｋは反射さ
れるように傾きが設定される必要がある。すなわち、オ
ン光の最もオフ光よりの光線は透過され（図２において
は光線Ｋa2）、オフ光の最もオン光よりの光線（図２に
おいては光線Ｋb2）は反射されるように傾きを設定すれ
ばよい。オン光の最もオフ光よりの光線が透過される場
合は、全てのオン光が透過されることになり、オフ光の
最もオン光よりの光線が反射される場合は、全てのオフ
光が反射されることになるからである。
である光線Ｋは透過され、オフ光である光線Ｋは反射さ
れるように傾きが設定される必要がある。すなわち、オ
ン光の最もオフ光よりの光線は透過され（図２において
は光線Ｋa2）、オフ光の最もオン光よりの光線（図２に
おいては光線Ｋb2）は反射されるように傾きを設定すれ
ばよい。オン光の最もオフ光よりの光線が透過される場
合は、全てのオン光が透過されることになり、オフ光の
最もオン光よりの光線が反射される場合は、全てのオフ
光が反射されることになるからである。
【００１８】図２において、光線Ｋa2の反射ミラー素子
での反射角はθ1aとなる。この光線Ｋa2のプリズム５０
への入射角をθ2aとする。また、光線Ｋb2の反射ミラー
素子での反射角をθ1b、プリズム５０への入射角をθ2b
とする。
での反射角はθ1aとなる。この光線Ｋa2のプリズム５０
への入射角をθ2aとする。また、光線Ｋb2の反射ミラー
素子での反射角をθ1b、プリズム５０への入射角をθ2b
とする。
【００１９】光線Ｋa2が第２の面５２で透過されるため
には、（４）式を満たせばよい。すなわち（４）式のθ
2としてθ2aを代入した次式を満たせばよい。 α＞π／２−sin-1（１／ｎe）＋θ2a ・・・（４ａ）
には、（４）式を満たせばよい。すなわち（４）式のθ
2としてθ2aを代入した次式を満たせばよい。 α＞π／２−sin-1（１／ｎe）＋θ2a ・・・（４ａ）
【００２０】光線Ｋb2が第２の面５２で反射されるため
には、（３）式を満たせばよい。すなわち（３）式のθ
2としてθ2bを代入した次式を満たせばよい。 α≦π／２−sin-1（１／ｎe）＋θ2b ・・・（３ａ）
には、（３）式を満たせばよい。すなわち（３）式のθ
2としてθ2bを代入した次式を満たせばよい。 α≦π／２−sin-1（１／ｎe）＋θ2b ・・・（３ａ）
【００２１】以下、（４ａ）式、（３ａ）式におけるθ
2a、θ2bを光学系のパラメータで表す。
2a、θ2bを光学系のパラメータで表す。
【００２２】反射光の広がりを表すθ1aは投影光学系の
ＦＮｏ．に依存する値であり、投影光学系のＦＮｏ．を
Ｆとすると以下の関係式が成り立つ。 sinθ1a＝１／（２Ｆ） ・・・（５） また、スネルの式より次式が成り立つ。 sinθ1a＝ｎesinθ2a ・・・（６） （５）式、（６）式より次式が導かれる。 θ2a＝sin-1（１／２ｎeＦ） ・・・（７）
ＦＮｏ．に依存する値であり、投影光学系のＦＮｏ．を
Ｆとすると以下の関係式が成り立つ。 sinθ1a＝１／（２Ｆ） ・・・（５） また、スネルの式より次式が成り立つ。 sinθ1a＝ｎesinθ2a ・・・（６） （５）式、（６）式より次式が導かれる。 θ2a＝sin-1（１／２ｎeＦ） ・・・（７）
【００２３】θ1bは先述のように、以下の関係式を満た
す。 θ1b＝４ｘ−θ1a ・・・（８） （８）式に（５）式の関係を代入すると、次式が導かれ
る。 θ1b＝４ｘ−sin-1（１／２Ｆ） ・・・（９） また、スネルの式より以下の式が成り立つ。 sinθ1b＝ｎesinθ2b ・・・（１０） （９）式、（１０）式より次式が導かれる。 θ2b＝sin-1〔（１／ｎe）sin｛４ｘ−sin-1（１／２Ｆ）｝〕・・（１１）
す。 θ1b＝４ｘ−θ1a ・・・（８） （８）式に（５）式の関係を代入すると、次式が導かれ
る。 θ1b＝４ｘ−sin-1（１／２Ｆ） ・・・（９） また、スネルの式より以下の式が成り立つ。 sinθ1b＝ｎesinθ2b ・・・（１０） （９）式、（１０）式より次式が導かれる。 θ2b＝sin-1〔（１／ｎe）sin｛４ｘ−sin-1（１／２Ｆ）｝〕・・（１１）
【００２４】請求項２に記載の発明は、第２の面の光軸
に対する傾きαが（４ａ）式、（３ａ）式を満たすもの
なので、上記で説明したように、第２面において、オン
光は透過され、オフ光は反射される。尚、（４ａ）式、
（３ａ）式におけるα2a、θ2bは、それぞれ（７）式、
（１１）式で表されるものである。
に対する傾きαが（４ａ）式、（３ａ）式を満たすもの
なので、上記で説明したように、第２面において、オン
光は透過され、オフ光は反射される。尚、（４ａ）式、
（３ａ）式におけるα2a、θ2bは、それぞれ（７）式、
（１１）式で表されるものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】〈第１の実施形態〉図３は、本発
明に係るプロジェクタ用光学系の第１の実施形態を示す
水平断面図である。このプロジェクタ用光学系は、照明
光学系１と、入出力分離プリズム系２と、ＤＭＤ３と、
投影光学系４とを備えてなる。
明に係るプロジェクタ用光学系の第１の実施形態を示す
水平断面図である。このプロジェクタ用光学系は、照明
光学系１と、入出力分離プリズム系２と、ＤＭＤ３と、
投影光学系４とを備えてなる。
【００２６】上記照明光学系１は、白色光を発光する光
源１１と、回転楕円面鏡であるリフレクター１２と、平
行変換レンズ１３と、ミラー１４と、コンデンサーレン
ズ１５からなる。照明光学系１においては、光源１１か
らの光をリフレクター１２で反射させて平行変換レンズ
１３で平行光に変換させ、さらにミラー１４で反射させ
た後コンデンサーレンズ１５で集光させて入出力分離プ
リズム系２に入射させるようになっている。
源１１と、回転楕円面鏡であるリフレクター１２と、平
行変換レンズ１３と、ミラー１４と、コンデンサーレン
ズ１５からなる。照明光学系１においては、光源１１か
らの光をリフレクター１２で反射させて平行変換レンズ
１３で平行光に変換させ、さらにミラー１４で反射させ
た後コンデンサーレンズ１５で集光させて入出力分離プ
リズム系２に入射させるようになっている。
【００２７】図４に、図３のプロジェクタ用光学系の入
出力分離プリズム系２のみを示す。入出力分離プリズム
系２は、３つの多面体プリズム２１、２２、２３からな
る。四角柱状のプリズム２２は薄い空気層を介して面２
２ａが三角柱状のプリズム２１の面２１ｂと対向するよ
うに配されている。三角柱状のプリズム２３は、薄い空
気層を介して面２３ａがプリズム２１の面２１ｂと対向
するように、面２３ｂがプリズム２２の面２２ｂと対向
するように配されている。プリズム２２の面２２ｃと、
プリズム２３の面２３ｃは同一平面を形成する。面２１
ｂは、面２１ａから入射される照明光を全反射させてＤ
ＭＤ３に導き、ＤＭＤ３からの反射光を透過させるよう
な傾きを有する。
出力分離プリズム系２のみを示す。入出力分離プリズム
系２は、３つの多面体プリズム２１、２２、２３からな
る。四角柱状のプリズム２２は薄い空気層を介して面２
２ａが三角柱状のプリズム２１の面２１ｂと対向するよ
うに配されている。三角柱状のプリズム２３は、薄い空
気層を介して面２３ａがプリズム２１の面２１ｂと対向
するように、面２３ｂがプリズム２２の面２２ｂと対向
するように配されている。プリズム２２の面２２ｃと、
プリズム２３の面２３ｃは同一平面を形成する。面２１
ｂは、面２１ａから入射される照明光を全反射させてＤ
ＭＤ３に導き、ＤＭＤ３からの反射光を透過させるよう
な傾きを有する。
【００２８】図３に戻って、ＤＭＤ３は、基板上に極め
て多数のミラー素子（矩形状のアルミニウムの鏡）が配
列されたミラー面を備えてなり、このミラー面を構成す
る各ミラー素子の反射方向を各々独立して二方向に切り
替え得るように構成されている。この反射方向の切り替
えは、上記各ミラー素子を画素としてＤＭＤ３に入力さ
れる映像信号のオンオフ制御により行われるようになっ
ている。
て多数のミラー素子（矩形状のアルミニウムの鏡）が配
列されたミラー面を備えてなり、このミラー面を構成す
る各ミラー素子の反射方向を各々独立して二方向に切り
替え得るように構成されている。この反射方向の切り替
えは、上記各ミラー素子を画素としてＤＭＤ３に入力さ
れる映像信号のオンオフ制御により行われるようになっ
ている。
【００２９】上記各ＤＭＤ３のミラー面からの反射光の
うち、信号光となるオン状態のミラー素子からの反射光
であるオン光は、入出力分離プリズム系２を透過された
後、投影光学系４により、前方のスクリーン上に投影さ
れるようになっている。この投影光学系４は、複数のレ
ンズ（図３においては、最前部及び最後部のレンズ４
１、４２のみを示す）よりなる。
うち、信号光となるオン状態のミラー素子からの反射光
であるオン光は、入出力分離プリズム系２を透過された
後、投影光学系４により、前方のスクリーン上に投影さ
れるようになっている。この投影光学系４は、複数のレ
ンズ（図３においては、最前部及び最後部のレンズ４
１、４２のみを示す）よりなる。
【００３０】上記のように、本プロジェクタ用光学系
は、ＤＭＤ３を一つのみ用いた構成となっている。この
光学系をカラー画像投影用に用いる場合には、照明光学
系１内にカラーホイールを設け、このホイールの駆動に
より赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の三色の光が
時系列で順番にＤＭＤ３に入射するようにすればよい。
この場合、ＤＭＤ３では各色の映像信号に対応させて制
御がなされるようにする。
は、ＤＭＤ３を一つのみ用いた構成となっている。この
光学系をカラー画像投影用に用いる場合には、照明光学
系１内にカラーホイールを設け、このホイールの駆動に
より赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の三色の光が
時系列で順番にＤＭＤ３に入射するようにすればよい。
この場合、ＤＭＤ３では各色の映像信号に対応させて制
御がなされるようにする。
【００３１】以下、ＤＭＤ３のミラー面からの反射光に
ついて説明する。説明をわかりやすくするため、図３に
おいては、ミラー面を形成するミラー素子のうちＰ１
１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４にあるミラー素子からの反
射光を模式的に図示する。Ｐ１１からの反射光について
は、オン光とオフ光を示し、その他Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ
１４からの反射光については、オフ光のみを示す。
ついて説明する。説明をわかりやすくするため、図３に
おいては、ミラー面を形成するミラー素子のうちＰ１
１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４にあるミラー素子からの反
射光を模式的に図示する。Ｐ１１からの反射光について
は、オン光とオフ光を示し、その他Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ
１４からの反射光については、オフ光のみを示す。
【００３２】ＤＭＤ３のミラー面への光入射は、上記照
明光学系１から光路分離プリズム系２を介して行われる
が、その際、投影光学系４の光軸Ａｘと所定角度をなす
方向からミラー面へ光が入射するようになっている。
明光学系１から光路分離プリズム系２を介して行われる
が、その際、投影光学系４の光軸Ａｘと所定角度をなす
方向からミラー面へ光が入射するようになっている。
【００３３】上記ミラー面を構成する各ミラー素子は、
ＤＭＤ３に入力される映像信号のうち該ミラー素子に対
応する画素信号がオンのときには入射光を略投影光学系
４の光軸Ａｘ方向に反射させる。一方、オフのときには
入射光を光軸Ａｘを挟んで所定方向に反射させる。
ＤＭＤ３に入力される映像信号のうち該ミラー素子に対
応する画素信号がオンのときには入射光を略投影光学系
４の光軸Ａｘ方向に反射させる。一方、オフのときには
入射光を光軸Ａｘを挟んで所定方向に反射させる。
【００３４】オフ光が投影光学系４に入射されると、こ
の光により投影画面上にゴーストが形成されたり、コン
トラストが低下することになる。本実施形態において
は、オフ光が投影光学系４に入射されないように、投影
光学系４に入射しうるオフ光の光路を偏向する面２２ｂ
を入出力プリズム系２に設けた構成としている。
の光により投影画面上にゴーストが形成されたり、コン
トラストが低下することになる。本実施形態において
は、オフ光が投影光学系４に入射されないように、投影
光学系４に入射しうるオフ光の光路を偏向する面２２ｂ
を入出力プリズム系２に設けた構成としている。
【００３５】面２２ｂは、オフ光を全反射させるととも
に、オン光を透過させるように形成されている。具体的
には、面２２ｂの光軸Ａｘに対する傾きα（図４参照）
は、条件式（３ａ）及び条件式（４ａ）を満たすように
形成されている。
に、オン光を透過させるように形成されている。具体的
には、面２２ｂの光軸Ａｘに対する傾きα（図４参照）
は、条件式（３ａ）及び条件式（４ａ）を満たすように
形成されている。
【００３６】このような構成により、面２２ｂに入射さ
れるオフ光（例えばＰ１１及びＰ１２からのオフ光）は
面２２ｂで反射され有効光路外に排出される。面２２ｂ
に入射されないオフ光（例えばＰ１３、Ｐ１４からのオ
フ光）はもともと有効光路外にあるので偏向する必要は
ない。また、面２２ｂに入射されるオン光は透過され
る。以上説明したように、本実施形態においては、入出
力分離プリズム系２に面２２ｂを設けただけの簡素で小
型な構成で、オフ光が投影光学系４に入射することを防
止できる。よって、ゴーストのない、高いコントラスト
の投影画像が得られる。
れるオフ光（例えばＰ１１及びＰ１２からのオフ光）は
面２２ｂで反射され有効光路外に排出される。面２２ｂ
に入射されないオフ光（例えばＰ１３、Ｐ１４からのオ
フ光）はもともと有効光路外にあるので偏向する必要は
ない。また、面２２ｂに入射されるオン光は透過され
る。以上説明したように、本実施形態においては、入出
力分離プリズム系２に面２２ｂを設けただけの簡素で小
型な構成で、オフ光が投影光学系４に入射することを防
止できる。よって、ゴーストのない、高いコントラスト
の投影画像が得られる。
【００３７】〈第２の実施形態〉本実施形態のプロジェ
クタ用光学系は、第１の実施形態とは入出力分離プリズ
ム系２の構成が異なるだけなのでこの部分のみ説明す
る。図５に、本実施形態のプロジェクタ用光学系の入出
力分離プリズム系２を含む一部分の断面図を示す。
クタ用光学系は、第１の実施形態とは入出力分離プリズ
ム系２の構成が異なるだけなのでこの部分のみ説明す
る。図５に、本実施形態のプロジェクタ用光学系の入出
力分離プリズム系２を含む一部分の断面図を示す。
【００３８】入出力分離プリズム２は、３つのプリズム
２４、２５、２６からなる。三角柱状のプリズム２５は
薄い空気層を介して面２５ａが三角柱状のプリズム２４
の面２４ｂと対向するように配されている。三角柱状の
プリズム２６は、薄い空気層を介して面２６ａがプリズ
ム２４の面２４ｂと対向するように、面２６ｂがプリズ
ム２５の面２５ｂと対向するように配されている。
２４、２５、２６からなる。三角柱状のプリズム２５は
薄い空気層を介して面２５ａが三角柱状のプリズム２４
の面２４ｂと対向するように配されている。三角柱状の
プリズム２６は、薄い空気層を介して面２６ａがプリズ
ム２４の面２４ｂと対向するように、面２６ｂがプリズ
ム２５の面２５ｂと対向するように配されている。
【００３９】面２４ｂは、面２４ａから入射される照明
光を全反射させてＤＭＤ３に導き、ＤＭＤ３からの反射
光を透過させるような傾きを有する。面２５ｂは、オフ
光を全反射させるとともに、オン光を透過させるように
形成されている。具体的には、面２５ｂの光軸Ａｘに対
する傾きαは、条件式（３ａ）及び条件式（４ａ）を満
たすように形成されている。
光を全反射させてＤＭＤ３に導き、ＤＭＤ３からの反射
光を透過させるような傾きを有する。面２５ｂは、オフ
光を全反射させるとともに、オン光を透過させるように
形成されている。具体的には、面２５ｂの光軸Ａｘに対
する傾きαは、条件式（３ａ）及び条件式（４ａ）を満
たすように形成されている。
【００４０】全てのオフ光は、一旦プリズム２５の面２
５ｂに入射されるが、上記のような構成によりオフ光は
面２５ｂで反射される。また、面２５ｂに入射されるオ
ン光は、面２５ｂを透過され、全てのオン光はプリズム
２６の面２６ｃから入出力分離プリズム系２の外部に放
出される。そして、投影光学系４に入射される。
５ｂに入射されるが、上記のような構成によりオフ光は
面２５ｂで反射される。また、面２５ｂに入射されるオ
ン光は、面２５ｂを透過され、全てのオン光はプリズム
２６の面２６ｃから入出力分離プリズム系２の外部に放
出される。そして、投影光学系４に入射される。
【００４１】本実施形態においては、面２５ｂにおいて
全てのオフ光が有効光路からかけ離れた方向へ反射され
る。よって、投影光学系４を透過するオフ光を排除する
だけでなく、投影光学系４の脇からスクリーン方向に向
かうオフ光をも排除するので、ゴーストののらない非常
に高いコントラストの投影画像が得られる。
全てのオフ光が有効光路からかけ離れた方向へ反射され
る。よって、投影光学系４を透過するオフ光を排除する
だけでなく、投影光学系４の脇からスクリーン方向に向
かうオフ光をも排除するので、ゴーストののらない非常
に高いコントラストの投影画像が得られる。
【００４２】〈第３の実施形態〉本実施形態のプロジェ
クタ用光学系は、第１の実施形態とは入出力分離プリズ
ム系２の構成が異なるだけなのでこの部分のみ説明す
る。図６（ａ）に、本実施形態のプロジェクタ用光学系
の入出力分離プリズム系２を含む一部分の断面図を示
す。
クタ用光学系は、第１の実施形態とは入出力分離プリズ
ム系２の構成が異なるだけなのでこの部分のみ説明す
る。図６（ａ）に、本実施形態のプロジェクタ用光学系
の入出力分離プリズム系２を含む一部分の断面図を示
す。
【００４３】入出力分離プリズム２は、３つのプリズム
２７、２８、２９からなる。四角柱状のプリズム２８は
薄い空気層を介して面２８ａが三角柱状のプリズム２７
の面２７ｂと対向するように配されている。四角柱状の
プリズム２９は、薄い空気層を介して面２９ａがプリズ
ム２７の面２７ｂと対向するように、面２９ｂがプリズ
ム２８の面２８ｂと対向するように配されている。
２７、２８、２９からなる。四角柱状のプリズム２８は
薄い空気層を介して面２８ａが三角柱状のプリズム２７
の面２７ｂと対向するように配されている。四角柱状の
プリズム２９は、薄い空気層を介して面２９ａがプリズ
ム２７の面２７ｂと対向するように、面２９ｂがプリズ
ム２８の面２８ｂと対向するように配されている。
【００４４】面２７ｂは、面２７ａから入射される照明
光を全反射させてＤＭＤ３に導き、ＤＭＤ３からの反射
光を透過させるような傾きを有する。面２８ｂは、オフ
光を全反射させるとともに、オン光を透過させるように
形成されている。具体的には、面２８ｂの光軸Ａｘに対
する傾きαは、条件式（３ａ）及び条件式（４ａ）を満
たすように形成されている。さらに、条件式（４ａ）で
規定される下限値に程近い傾きαを有するように構成さ
れている。
光を全反射させてＤＭＤ３に導き、ＤＭＤ３からの反射
光を透過させるような傾きを有する。面２８ｂは、オフ
光を全反射させるとともに、オン光を透過させるように
形成されている。具体的には、面２８ｂの光軸Ａｘに対
する傾きαは、条件式（３ａ）及び条件式（４ａ）を満
たすように形成されている。さらに、条件式（４ａ）で
規定される下限値に程近い傾きαを有するように構成さ
れている。
【００４５】上記のような構成とすることにより、面２
８ｂでは、オフ光が反射されるだけでなく、オン光の散
乱光が反射され完全に有効光路外に排出される。オン光
の散乱光とは、図２においてオン状態のミラー素子から
の反射光でθ1aより大きい反射角で出射される光であ
る。散乱光は、ＤＭＤ３の構造の問題により生じてしま
う光である。例えばＤＭＤ３のミラー素子間の数ミクロ
ンの隙間に入り込み、そこから出射されるような光であ
ったり、各ミラー素子のくぼみで反射されるような光で
あったりする。各ミラー素子の反射面を完全な平面に構
成することは不可能であり、中央部にくぼみが生じてし
まう場合がある。
８ｂでは、オフ光が反射されるだけでなく、オン光の散
乱光が反射され完全に有効光路外に排出される。オン光
の散乱光とは、図２においてオン状態のミラー素子から
の反射光でθ1aより大きい反射角で出射される光であ
る。散乱光は、ＤＭＤ３の構造の問題により生じてしま
う光である。例えばＤＭＤ３のミラー素子間の数ミクロ
ンの隙間に入り込み、そこから出射されるような光であ
ったり、各ミラー素子のくぼみで反射されるような光で
あったりする。各ミラー素子の反射面を完全な平面に構
成することは不可能であり、中央部にくぼみが生じてし
まう場合がある。
【００４６】図６（ｂ）にオン光の散乱光の光路を様子
を示す。図６（ｂ）においては、Ｐ１３で反射されるオ
ン光のみを示す。オフ光よりの散乱光６２は、面２８ｂ
で全反射されることにより有効光路外に排出される。一
方、光軸Ａｘを挟んで散乱光６２とは逆側に発生する散
乱光６１は、面２７ｂで反射される。
を示す。図６（ｂ）においては、Ｐ１３で反射されるオ
ン光のみを示す。オフ光よりの散乱光６２は、面２８ｂ
で全反射されることにより有効光路外に排出される。一
方、光軸Ａｘを挟んで散乱光６２とは逆側に発生する散
乱光６１は、面２７ｂで反射される。
【００４７】本実施形態においては、オフ光が完全に有
効光路外へ排除され、かつオン光の散乱光も有効光路外
へ排除される。よって、エッジのはっきりした投影画像
が得られる。ゴーストのない、高いコントラストの投影
画像が得られることは勿論である。
効光路外へ排除され、かつオン光の散乱光も有効光路外
へ排除される。よって、エッジのはっきりした投影画像
が得られる。ゴーストのない、高いコントラストの投影
画像が得られることは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】本発明によると、投影光学系にオフ光が
入射されることを防止することができる。よって、ゴー
ストのない高いコントラストの投影画像が得られる。そ
の上、プリズムに第２の面を設けるだけの簡素な構成
で、上記効果が得られるので、光学系の大型化、または
高コスト化を招くことはない。
入射されることを防止することができる。よって、ゴー
ストのない高いコントラストの投影画像が得られる。そ
の上、プリズムに第２の面を設けるだけの簡素な構成
で、上記効果が得られるので、光学系の大型化、または
高コスト化を招くことはない。
【００４９】さらに、第２の面の角度を工夫することに
より、散乱光が投影光学系に入射されることを防止する
ことができる。このように構成することにより、よりコ
ントラストの高い投影画像を得ることができる。
より、散乱光が投影光学系に入射されることを防止する
ことができる。このように構成することにより、よりコ
ントラストの高い投影画像を得ることができる。
【図１】本発明のプリズムの構成例を示す断面図。
【図２】ＤＭＤからの反射光のプリズムへの入射面付近
の光路の様子を示す図。
の光路の様子を示す図。
【図３】第１の実施形態のプロジェクタ用光学系の水平
断面図。
断面図。
【図４】第１の実施形態のプロジェクタ用光学系のプリ
ズム系の詳細図。
ズム系の詳細図。
【図５】第２の実施形態のプロジェクタ用光学系の一部
分の断面図。
分の断面図。
【図６】第３の実施形態のプロジェクタ用光学系の一部
分の断面図であり、（ａ）ではオフ光の光路を示し、
（ｂ）では散乱光の光路を示す。
分の断面図であり、（ａ）ではオフ光の光路を示し、
（ｂ）では散乱光の光路を示す。
【図７】ＤＭＤの原理を説明するための図であり、
（ａ）ではオン状態を示し、（ｂ）ではオフ状態を示
す。
（ａ）ではオン状態を示し、（ｂ）ではオフ状態を示
す。
【図８】従来のプロジェクタ用光学系の一例を示す図。
【図９】従来のプロジェクタ用光学系の他の例を示す
図。
図。
１ 照明光学系 ２ 入出力分離プリズム系 ３ ＤＭＤ ４ 投影光学系 １１ 光源 １２ リフレクター １５ コンデンサーレンズ ２１、２２、２３ 多面体プリズム ２１ｂ 第１の面 ２２ｂ 第２の面 ２４、２５、２６ 多面体プリズム ２４ｂ 第１の面 ２５ｂ 第２の面 ２７、２８、２９ 多面体プリズム ２７ｂ 第１の面 ２８ｂ 第２の面 ５０ プリズム ５１ 第１の面 ５２ 第２の面 ５３ ＤＭＤ配置面 Ａｘ 投影光学系の光軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 26/08 G02B 27/18
Claims (2)
- 【請求項１】 画像の各画素と対応するように、微小な
ミラー素子が一平面内で規則的に配列され、各々の該ミ
ラー素子が、入力される映像信号に応じて、回転角の異
なる二つの状態をとることにより、照明光を第１または
第２の方向に択一的に反射するデジタル・マイクロミラ
ー・デバイスと、 入射する光を投影する投影光学系と、 前記デジタル・マイクロミラー・デバイスと前記投影光
学系の間に配置されており、無偏光状態の照明光を全反
射して前記デジタル・マイクロミラー・デバイスに導く
とともに、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで
反射された光を透過する第１の面を有するプリズムとを
備え、 第１の方向が前記プリズムを透過して前記投影光学系に
向かう方向であるプロジェクタ用光学系において、 前記プリズムは、第１の面を透過された光のうち、前記
デジタル・マイクロミラー・デバイスで第１の方向に反
射された光を透過し、第２の方向に反射された光を反射
する第２の面を有することを特徴とするプロジェクタ用
光学系。 - 【請求項２】 前記プリズムは複数の多面体のプリズム
部材からなり、第２の面は空気層と接する前記プリズム
部材の一つの面であり、投影光学系のＦＮｏ．をＦ、前
記プリズム部材のｅ線の屈折率をｎe、デジタル・マイ
クロミラー・デバイスの異なる二つの状態のミラー素子
の挟角を２ｘとすると、第２の面の前記投影光学系の光
軸に対する角度αは、 π／２−sin-1（１／ｎe）＋sin-1（１／２ｎeＦ）＜α α≦π／２−sin-1（１／ｎe）＋sin-1〔（１／ｎe）si
n｛４ｘ−sin-1（１／２Ｆ）｝〕 を満たすことを特徴とする請求項１に記載のプロジェク
タ用光学系。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP11057982A JP3090139B1 (ja) | 1999-03-05 | 1999-03-05 | プロジェクタ用光学系 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11057982A JP3090139B1 (ja) | 1999-03-05 | 1999-03-05 | プロジェクタ用光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3090139B1 true JP3090139B1 (ja) | 2000-09-18 |
| JP2000258703A JP2000258703A (ja) | 2000-09-22 |
Family
ID=13071230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11057982A Expired - Fee Related JP3090139B1 (ja) | 1999-03-05 | 1999-03-05 | プロジェクタ用光学系 |
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| US (1) | US6454417B1 (ja) |
| JP (1) | JP3090139B1 (ja) |
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| JP3562513B2 (ja) * | 2002-01-25 | 2004-09-08 | ソニー株式会社 | 画像表示装置 |
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| US6960416B2 (en) * | 2002-03-01 | 2005-11-01 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for controlling etch processes during fabrication of semiconductor devices |
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| JP2003295110A (ja) | 2002-04-03 | 2003-10-15 | Mitsubishi Electric Corp | 画像表示装置 |
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