JP2000206451A - 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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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
- G02B27/145—Beam splitting or combining systems operating by reflection only having sequential partially reflecting surfaces
-
- 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
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- G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
- G03B21/008—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using micromirror devices
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、不要光が投影光学系に入射される
ことをより確実に防止す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】 本発明のプロジェクタ用光学系において
は、デジタル・マイクロミラー・デバイスのオフ状態の
各ミラー素子から反射される不要光が入射されるプリズ
ムの側壁の外表面部分に、前記プリズムの屈折率と略同
等又はそれより大きい屈折率を有する可視光吸収部材が
その一つの面を密着させて貼り付けられている。前記部
材は、前記部材内部に入射された光が前記プリズムと密
着する面に再び到達されるまでに、前記部材内部で吸収
されるもしくは外部に排出されるように構成されてい
る。
ことをより確実に防止す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】 本発明のプロジェクタ用光学系において
は、デジタル・マイクロミラー・デバイスのオフ状態の
各ミラー素子から反射される不要光が入射されるプリズ
ムの側壁の外表面部分に、前記プリズムの屈折率と略同
等又はそれより大きい屈折率を有する可視光吸収部材が
その一つの面を密着させて貼り付けられている。前記部
材は、前記部材内部に入射された光が前記プリズムと密
着する面に再び到達されるまでに、前記部材内部で吸収
されるもしくは外部に排出されるように構成されてい
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、映像信号により傾きを変え
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。このＤＭＤを用いたプロジェク
タは、上記ミラー素子の傾き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。
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。このＤＭＤを用いたプロジェク
タは、上記ミラー素子の傾き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】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＤＭＤの各
ミラー素子は、映像信号に応じて、オン状態のときは投
影光学系の方向に光を反射させ、一方、オフ状態のとき
はこの投影光学系に入射しないように、オン状態のとき
とは傾きを変えて異なる方向に光を反射するようにして
いる。しかしながら、オフ状態のときのミラー素子から
の反射光は、プロジェクタの設計上の制約から、このＤ
ＭＤと投影光学系の間に介在するプリズム系を構成する
プリズムの側壁部に照射されるため、ここで反射された
光が投影光学系に入射してしまう場合がある。
ミラー素子は、映像信号に応じて、オン状態のときは投
影光学系の方向に光を反射させ、一方、オフ状態のとき
はこの投影光学系に入射しないように、オン状態のとき
とは傾きを変えて異なる方向に光を反射するようにして
いる。しかしながら、オフ状態のときのミラー素子から
の反射光は、プロジェクタの設計上の制約から、このＤ
ＭＤと投影光学系の間に介在するプリズム系を構成する
プリズムの側壁部に照射されるため、ここで反射された
光が投影光学系に入射してしまう場合がある。
【０００５】特に、このプリズムの外側が空気のように
屈折率の小さい物質の場合は、上記側壁部に照射される
光の大部分がプリズムの側壁部の内面で反射されるた
め、この二次反射光の光量は相当大きなものとなる。そ
して、投影光学系に入射する二次反射光（不要光）によ
り、スクリーン上に本来の像とは別の像（ゴースト）が
形成されるおそれがある。
屈折率の小さい物質の場合は、上記側壁部に照射される
光の大部分がプリズムの側壁部の内面で反射されるた
め、この二次反射光の光量は相当大きなものとなる。そ
して、投影光学系に入射する二次反射光（不要光）によ
り、スクリーン上に本来の像とは別の像（ゴースト）が
形成されるおそれがある。
【０００６】このような、プリズムの側壁部からの二次
反射光が投影光学系に入射することを防止するための手
法として、側壁部を拡散面とし、ここに入射する光を拡
散させる手法や、側壁部の外表面に黒色の塗装を行う、
光を吸収する誘電体薄膜を蒸着する、あるいは光を吸収
するような形状をもつ底面を有する部材を貼り付け、底
面部で光を吸収させて熱に変換する手法が考えられる。
反射光が投影光学系に入射することを防止するための手
法として、側壁部を拡散面とし、ここに入射する光を拡
散させる手法や、側壁部の外表面に黒色の塗装を行う、
光を吸収する誘電体薄膜を蒸着する、あるいは光を吸収
するような形状をもつ底面を有する部材を貼り付け、底
面部で光を吸収させて熱に変換する手法が考えられる。
【０００７】光を吸収するような形状をもつ底面を有す
る部材で光を吸収させ熱に変換する手法を採用している
ものとして、特開平９−９６８６７号公報で開示されて
いるプロジェクタ用光学系がある。この光学系は、櫛の
歯状の底面を有する放熱部材が、緩衝材を挟んでプリズ
ムの側壁と対向するように、かつ緩衝材に該底面が密着
されるように配設されてなる。この光学系においては、
底面の櫛の歯部の凹部に光を吸収させて熱に変換し、こ
の熱が放熱部材により放熱される。
る部材で光を吸収させ熱に変換する手法を採用している
ものとして、特開平９−９６８６７号公報で開示されて
いるプロジェクタ用光学系がある。この光学系は、櫛の
歯状の底面を有する放熱部材が、緩衝材を挟んでプリズ
ムの側壁と対向するように、かつ緩衝材に該底面が密着
されるように配設されてなる。この光学系においては、
底面の櫛の歯部の凹部に光を吸収させて熱に変換し、こ
の熱が放熱部材により放熱される。
【０００８】しかしながら、光を拡散させても、拡散光
の一部は投影光学系に入射してしまう。また、入射する
光を完全に吸収する黒色の薄膜を形成することは、現実
的には不可能であり、黒色薄膜を施しても吸収されない
光が投影光学系に入射してしまう場合がある。また、完
全に入射光を吸収できる複雑な形状の部材を製作するこ
とは困難で櫛の歯部の凸部近傍より、入射光の一部は反
射または拡散してしまう。
の一部は投影光学系に入射してしまう。また、入射する
光を完全に吸収する黒色の薄膜を形成することは、現実
的には不可能であり、黒色薄膜を施しても吸収されない
光が投影光学系に入射してしまう場合がある。また、完
全に入射光を吸収できる複雑な形状の部材を製作するこ
とは困難で櫛の歯部の凸部近傍より、入射光の一部は反
射または拡散してしまう。
【０００９】本発明は、上記問題点を鑑みて、不要光が
投影光学系に入射されることをより確実に防止するプロ
ジェクタ用光学系を提供することを目的とする。
投影光学系に入射されることをより確実に防止するプロ
ジェクタ用光学系を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、微小な光反射角可変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、照明光を異なる二方向のうちいずれか
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
の間に配置されているプリズムとを備えており、前記二
方向は、前記プリズムを透過して前記投影光学系に向か
う方向と、前記プリズムの側壁方向であるプロジェクタ
用光学系において、前記プリズムの前記側壁の外表面部
分に、前記プリズムと略同等又は前記プリズムより高い
屈折率を有する可視光吸収部材がその一つの面を密着さ
せて貼り付けられており、前記可視光吸収部材は、前記
可視光吸収部材内部に入射された光が、前記プリズムと
密着する面から前記可視光吸収部材外部に排出されない
ように構成されてなることを特徴とするものである。
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、微小な光反射角可変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、照明光を異なる二方向のうちいずれか
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
の間に配置されているプリズムとを備えており、前記二
方向は、前記プリズムを透過して前記投影光学系に向か
う方向と、前記プリズムの側壁方向であるプロジェクタ
用光学系において、前記プリズムの前記側壁の外表面部
分に、前記プリズムと略同等又は前記プリズムより高い
屈折率を有する可視光吸収部材がその一つの面を密着さ
せて貼り付けられており、前記可視光吸収部材は、前記
可視光吸収部材内部に入射された光が、前記プリズムと
密着する面から前記可視光吸収部材外部に排出されない
ように構成されてなることを特徴とするものである。
【００１１】上記構成においては、前記プリズムの前記
側壁の外表面部分に前記プリズムと略同等又は前記プリ
ズムより高い屈折率を有する可視光吸収部材が貼り付け
られているので、前記側壁部に入射された光は入射角度
によらず前記部材内部に入射される。前記部材内部に入
射された光は、可視光吸収部材で吸収され熱に変換され
るか、又は完全には吸収されない状態で外部へ排出され
る。尚、外部へ排出される際に、上記構成においては、
プリズムと密着している面から外部へ排出されることは
ない。具体的には、例えば前記可視光吸収部材は、部材
内部に入射した光が、プリズムと密着している面に再入
射する前に、部材内で完全に吸収されるような構成とす
る。したがって、プリズムに不要光が戻ること（投影光
学系に不要光が入射されること）が防止される。
側壁の外表面部分に前記プリズムと略同等又は前記プリ
ズムより高い屈折率を有する可視光吸収部材が貼り付け
られているので、前記側壁部に入射された光は入射角度
によらず前記部材内部に入射される。前記部材内部に入
射された光は、可視光吸収部材で吸収され熱に変換され
るか、又は完全には吸収されない状態で外部へ排出され
る。尚、外部へ排出される際に、上記構成においては、
プリズムと密着している面から外部へ排出されることは
ない。具体的には、例えば前記可視光吸収部材は、部材
内部に入射した光が、プリズムと密着している面に再入
射する前に、部材内で完全に吸収されるような構成とす
る。したがって、プリズムに不要光が戻ること（投影光
学系に不要光が入射されること）が防止される。
【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のプロジェクタ用光学系において、前記可視光吸収部材
は前記プリズムと密着する第１の面と、第１の面に対向
する第２の面を有し、前記プリズムの屈折率をｎ1、前
記可視光吸収部材の屈折率をｎ2、前記可視光吸収部材
の吸収係数をＫ、前記デジタル・マイクロミラー・デバ
イスの各ミラー素子より反射され前記プリズムの側壁に
入射される光の最小入射角をθ1とすると、第１の面と
第２の面の間隔ｔは、 ｔ≧〔１−｛（ｎ1／ｎ2）sinθ1｝2〕1/2／２Ｋ を満たすことを特徴とする。
のプロジェクタ用光学系において、前記可視光吸収部材
は前記プリズムと密着する第１の面と、第１の面に対向
する第２の面を有し、前記プリズムの屈折率をｎ1、前
記可視光吸収部材の屈折率をｎ2、前記可視光吸収部材
の吸収係数をＫ、前記デジタル・マイクロミラー・デバ
イスの各ミラー素子より反射され前記プリズムの側壁に
入射される光の最小入射角をθ1とすると、第１の面と
第２の面の間隔ｔは、 ｔ≧〔１−｛（ｎ1／ｎ2）sinθ1｝2〕1/2／２Ｋ を満たすことを特徴とする。
【００１３】図１は、前記可視光吸収部材の第１、第２
の面に垂直な平面での断面図であるとする。図１におい
て、可視光吸収部材５の底面（プリズム２２に密着する
第１の面）５ａの位置Ｐ１でプリズム２２から部材５に
入射し、上面（第２の面）５ｂの位置Ｐ２で反射され、
底面５ａの位置Ｐ３に向かう光が存在するとする。この
とき、位置Ｐ１における入射角をθ1、出射角をθ2、底
面５ａと上面５ｂの間隔（可視光吸収部材５の厚み）を
ｔ、可視光吸収部材５の吸収係数をＫ、Ｐ１とＰ２の距
離すなわちＰ２とＰ３の距離をＬとする。
の面に垂直な平面での断面図であるとする。図１におい
て、可視光吸収部材５の底面（プリズム２２に密着する
第１の面）５ａの位置Ｐ１でプリズム２２から部材５に
入射し、上面（第２の面）５ｂの位置Ｐ２で反射され、
底面５ａの位置Ｐ３に向かう光が存在するとする。この
とき、位置Ｐ１における入射角をθ1、出射角をθ2、底
面５ａと上面５ｂの間隔（可視光吸収部材５の厚み）を
ｔ、可視光吸収部材５の吸収係数をＫ、Ｐ１とＰ２の距
離すなわちＰ２とＰ３の距離をＬとする。
【００１４】位置Ｐ１より可視光吸収部材５内に入射し
た光が、位置Ｐ３に到達するまで（光路長２Ｌ）に吸収
される場合、次式が成り立つ。 １≦２ＬＫ ・・・（１） 尚、三角関数より次式が成り立つ。 Ｌ＝ｔ／cosθ2 ・・・（２） スネルの式より次式が成り立つ。 ｎ1sinθ1＝ｎ2sinθ2 sinθ2＝（ｎ1／ｎ2）sinθ1 ・・・（３） （２）、（３）式より次式が導かれる。 Ｌ＝ｔ／〔１−｛（ｎ1／ｎ2）sinθ1｝2〕1/2 ・・・（４） （１）式に（４）式を代入すると、次式が導かれる。 １≦２Ｋｔ／〔１−｛（ｎ1／ｎ2）sinθ1｝2〕1/2 ｔ≧〔１−｛（ｎ1／ｎ2）sinθ1｝2〕1/2／２Ｋ ・・・（５）
た光が、位置Ｐ３に到達するまで（光路長２Ｌ）に吸収
される場合、次式が成り立つ。 １≦２ＬＫ ・・・（１） 尚、三角関数より次式が成り立つ。 Ｌ＝ｔ／cosθ2 ・・・（２） スネルの式より次式が成り立つ。 ｎ1sinθ1＝ｎ2sinθ2 sinθ2＝（ｎ1／ｎ2）sinθ1 ・・・（３） （２）、（３）式より次式が導かれる。 Ｌ＝ｔ／〔１−｛（ｎ1／ｎ2）sinθ1｝2〕1/2 ・・・（４） （１）式に（４）式を代入すると、次式が導かれる。 １≦２Ｋｔ／〔１−｛（ｎ1／ｎ2）sinθ1｝2〕1/2 ｔ≧〔１−｛（ｎ1／ｎ2）sinθ1｝2〕1/2／２Ｋ ・・・（５）
【００１５】上記のように、位置Ｐ１より可視光吸収部
材５内に入射した光が、位置Ｐ３に到達するまで（光路
長２Ｌ）に吸収される場合、（５）式を満たす必要があ
る。（５）式は可視光吸収部材５の厚みｔの下限値を規
定している。（５）式より、厚みｔの下限値は入射角θ
1が小さいほど大きくなることがわかる。よって、可視
光吸収部材５の底面５ａより入射する光の最小入射角を
θ1として、（５）式を満たすような厚みｔを有するよ
うに可視光吸収部材５が形成されていれば、底面５ａか
らプリズム側に光が戻ることはない。
材５内に入射した光が、位置Ｐ３に到達するまで（光路
長２Ｌ）に吸収される場合、（５）式を満たす必要があ
る。（５）式は可視光吸収部材５の厚みｔの下限値を規
定している。（５）式より、厚みｔの下限値は入射角θ
1が小さいほど大きくなることがわかる。よって、可視
光吸収部材５の底面５ａより入射する光の最小入射角を
θ1として、（５）式を満たすような厚みｔを有するよ
うに可視光吸収部材５が形成されていれば、底面５ａか
らプリズム側に光が戻ることはない。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態について説明する。
形態について説明する。
【００１７】〈第１の実施形態〉図２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、光路分離プリズム系２と、ＤＭＤ３と、投影光学系
４とを備えてなる。
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、光路分離プリズム系２と、ＤＭＤ３と、投影光学系
４とを備えてなる。
【００１８】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で集光させて光路分離プリ
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で集光させて光路分離プリ
ズム系２に入射させるようになっている。
【００１９】上記光路分離プリズム系２は、空気層を介
して面２１ｂと面２２ａが対向するように接合されてい
る２つのプリズム２１、２２からなる。このような接合
により、光路分離プリズム系２は、プリズム２１の面２
１ａから入射される照明光をプリズム２１の面２１ｂで
全反射させ、ＤＭＤ３に入射させる。
して面２１ｂと面２２ａが対向するように接合されてい
る２つのプリズム２１、２２からなる。このような接合
により、光路分離プリズム系２は、プリズム２１の面２
１ａから入射される照明光をプリズム２１の面２１ｂで
全反射させ、ＤＭＤ３に入射させる。
【００２０】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３１を備えてなり、このミラー面３１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（挟角約２０
度）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ＤＭＤ
３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。上記各ＤＭＤ３のミラー面３１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
らの反射光は、光路分離プリズム系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射される
ようになっている。この投影光学系４は、複数のレンズ
（図２においては、最前部及び最後部のレンズ４１、４
２のみを示す）よりなる。
素子（矩形状のアルミニウムの鏡）が配列されたミラー
面３１を備えてなり、このミラー面３１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（挟角約２０
度）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ＤＭＤ
３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。上記各ＤＭＤ３のミラー面３１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
らの反射光は、光路分離プリズム系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射される
ようになっている。この投影光学系４は、複数のレンズ
（図２においては、最前部及び最後部のレンズ４１、４
２のみを示す）よりなる。
【００２１】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。
【００２２】以下、ＤＭＤ３のミラー面３１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、ミ
ラー面３１を形成するミラー素子のうち二つのミラー素
子３１ａ、３１ｂを模式的に図示する。ミラー素子３１
ａはオン状態にあり、ミラー素子３１ｂはオフ状態にあ
るものとする。
光について説明する。説明をわかりやすくするため、ミ
ラー面３１を形成するミラー素子のうち二つのミラー素
子３１ａ、３１ｂを模式的に図示する。ミラー素子３１
ａはオン状態にあり、ミラー素子３１ｂはオフ状態にあ
るものとする。
【００２３】ＤＭＤ３のミラー面３１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３１へ光が入射するようになって
いる。
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３１へ光が入射するようになって
いる。
【００２４】上記ミラー面３１を構成する各ミラー素子
の反射方向は、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投影光
学系４の光軸Ａｘ方向、オフのときにはプリズム２２の
側壁２２ｂ方向となるように設定されている。このた
め、不要光の何割かは、プリズム２２の側壁２２ｂに入
射することとなる。
の反射方向は、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投影光
学系４の光軸Ａｘ方向、オフのときにはプリズム２２の
側壁２２ｂ方向となるように設定されている。このた
め、不要光の何割かは、プリズム２２の側壁２２ｂに入
射することとなる。
【００２５】仮に、図３に示すように、この側壁２２ｂ
の外側が空気であるとすると、側壁２２ｂに入射した光
はここで全反射され、二次反射光となってプリズム２２
の前面２２ｃから前方へ射出されることとなる（図３に
おいては、ミラー素子３１ａ、３１ｂともにオフ状態で
あるとする）。したがって、このような構成のままで
は、上記二次反射光が投影光学系４により前方のスクリ
ーン上の予期しない位置に集束され、このスクリーン上
に本来の投影像とともに予期しない像（ゴースト）が映
し出されることとなる。
の外側が空気であるとすると、側壁２２ｂに入射した光
はここで全反射され、二次反射光となってプリズム２２
の前面２２ｃから前方へ射出されることとなる（図３に
おいては、ミラー素子３１ａ、３１ｂともにオフ状態で
あるとする）。したがって、このような構成のままで
は、上記二次反射光が投影光学系４により前方のスクリ
ーン上の予期しない位置に集束され、このスクリーン上
に本来の投影像とともに予期しない像（ゴースト）が映
し出されることとなる。
【００２６】そこで、本実施形態においては、上記プリ
ズム２２の側壁２２ｂの外表面部分に、不要光を吸収す
るための可視光吸収部材５が貼り付けられている（図２
参照）。可視光吸収部材５は、プリズム２２と略同等又
はそれより大きな屈折率を有するとともに可視光を吸収
する材質（例えばＮＤガラス）で形成され、その底面５
ａが側壁２２ｂの外表面に密着するように貼り付けられ
ている。可視光吸収部材５は、互いに平行な底面５ａと
上面５ｂを有する平板状の部材である。
ズム２２の側壁２２ｂの外表面部分に、不要光を吸収す
るための可視光吸収部材５が貼り付けられている（図２
参照）。可視光吸収部材５は、プリズム２２と略同等又
はそれより大きな屈折率を有するとともに可視光を吸収
する材質（例えばＮＤガラス）で形成され、その底面５
ａが側壁２２ｂの外表面に密着するように貼り付けられ
ている。可視光吸収部材５は、互いに平行な底面５ａと
上面５ｂを有する平板状の部材である。
【００２７】側壁２２ｂに到達する不要光は、可視光吸
収部材５の屈折率がプリズム２２の屈折率と同等又はそ
れより大きいため、この境界面で全反射されることなく
底面５ａより可視光吸収部材５に入射する。可視光吸収
部材５は、可視光吸収部材５内に入射する全ての光が、
上面５ｂから可視光吸収部材５の外部に排出されるか、
又は底面５ａから入射し上面５ｂで反射され再び底面５
ａに到達する光路内で吸収されるように構成されている
ものとする。具体的には、部材５の吸収係数Ｋと厚さｔ
が先述の条件式（５）を満たすような構成とする。
収部材５の屈折率がプリズム２２の屈折率と同等又はそ
れより大きいため、この境界面で全反射されることなく
底面５ａより可視光吸収部材５に入射する。可視光吸収
部材５は、可視光吸収部材５内に入射する全ての光が、
上面５ｂから可視光吸収部材５の外部に排出されるか、
又は底面５ａから入射し上面５ｂで反射され再び底面５
ａに到達する光路内で吸収されるように構成されている
ものとする。具体的には、部材５の吸収係数Ｋと厚さｔ
が先述の条件式（５）を満たすような構成とする。
【００２８】図２に示すようにプリズム２２の側壁２２
ｂが、ＤＭＤ３のミラー面３１に対して垂直である場
合、側壁２２ｂにおける不要光の入射角は０゜〜９０゜で
あるが、強い光量の不要光の入射角は５９．５゜〜７
０．５゜、やや弱い光量の不要光も含めた不要光の入射
角は５１．７゜〜８３．４゜となる。尚、ここでいう強
い光量の不要光とは、この不要光がスクリーン上に投影
された場合に、観察者にはっきりとゴーストが観察され
るような光のことをいう。また、やや弱い光量の不要光
とは、この不要光がスクリーン上に投影された場合に、
観察者にぼんやりとゴーストが観察され実際の画像のコ
ントラストの低下の原因となる光のことをいう。
ｂが、ＤＭＤ３のミラー面３１に対して垂直である場
合、側壁２２ｂにおける不要光の入射角は０゜〜９０゜で
あるが、強い光量の不要光の入射角は５９．５゜〜７
０．５゜、やや弱い光量の不要光も含めた不要光の入射
角は５１．７゜〜８３．４゜となる。尚、ここでいう強
い光量の不要光とは、この不要光がスクリーン上に投影
された場合に、観察者にはっきりとゴーストが観察され
るような光のことをいう。また、やや弱い光量の不要光
とは、この不要光がスクリーン上に投影された場合に、
観察者にぼんやりとゴーストが観察され実際の画像のコ
ントラストの低下の原因となる光のことをいう。
【００２９】よって、厚みｔの値が、最小入射角θ1と
して５９．５゜を代入した条件式（５）を満たす場合に
は、強い光量の不要光が投影光学系４に入射されること
を防止できる。同じく最小入射角θ1として５１．７゜
を代入した条件式（５）を満たす場合には、強い光量の
不要光は勿論のこと、弱い光量の不要光が投影光学系４
に入射されることを防止することができる。尚、厚みｔ
の値が大きいほど、投影光学系４に入射される不要光を
より低減させることが可能となるが、５１．７゜を代入
した条件式（５）の下限値程度の厚みｔであれば、十分
に観察者に観察され得るレベルの不要光を取り除くこと
ができる。
して５９．５゜を代入した条件式（５）を満たす場合に
は、強い光量の不要光が投影光学系４に入射されること
を防止できる。同じく最小入射角θ1として５１．７゜
を代入した条件式（５）を満たす場合には、強い光量の
不要光は勿論のこと、弱い光量の不要光が投影光学系４
に入射されることを防止することができる。尚、厚みｔ
の値が大きいほど、投影光学系４に入射される不要光を
より低減させることが可能となるが、５１．７゜を代入
した条件式（５）の下限値程度の厚みｔであれば、十分
に観察者に観察され得るレベルの不要光を取り除くこと
ができる。
【００３０】図２においては、プリズム２２の側壁２２
ｂが、ＤＭＤ３のミラー面３１に対して垂直であるプロ
ジェクタ用光学系を図示したが、側壁２２ｂはミラー面
３１に対して必ずしも垂直でなくてもよい。図４に、側
壁２２ｂが図２に示す状態よりも光軸Ａｘ側に略１０゜
傾いているプロジェクタ用光学系のプリズム系２、不要
光排出部材５、ＤＭＤ３を含む部分の水平断面図を示
す。
ｂが、ＤＭＤ３のミラー面３１に対して垂直であるプロ
ジェクタ用光学系を図示したが、側壁２２ｂはミラー面
３１に対して必ずしも垂直でなくてもよい。図４に、側
壁２２ｂが図２に示す状態よりも光軸Ａｘ側に略１０゜
傾いているプロジェクタ用光学系のプリズム系２、不要
光排出部材５、ＤＭＤ３を含む部分の水平断面図を示
す。
【００３１】この場合は、側壁２２ｂにおける強い光量
の不要光の入射角は４９．５゜〜６０．５゜、やや弱い
光量の不要光も含めた不要光の入射角は４１．７゜〜７
３．４゜となる。不要光の入射角の範囲が異なるので、
条件式（５）に代入する不要光の所望の低減レベルに応
じた最小入射角α1の値も、図２に示すプロジェクタ用
光学系とは異なる。図２に示すプロジェクタ用光学系と
同程度不要光を排除できる形状とする場合、部材５の厚
みｔの値は、図２に示すものよりも大きくなる。
の不要光の入射角は４９．５゜〜６０．５゜、やや弱い
光量の不要光も含めた不要光の入射角は４１．７゜〜７
３．４゜となる。不要光の入射角の範囲が異なるので、
条件式（５）に代入する不要光の所望の低減レベルに応
じた最小入射角α1の値も、図２に示すプロジェクタ用
光学系とは異なる。図２に示すプロジェクタ用光学系と
同程度不要光を排除できる形状とする場合、部材５の厚
みｔの値は、図２に示すものよりも大きくなる。
【００３２】上記構成においては、底面５ａから可視光
吸収部材５内に入射される不要光は全て、可視光吸収部
材５内で吸収されるか、上面５ｂから外部に放出され
る。よって、不要光が撮像光学系４に入射されることは
ほとんどない。尚、可視光部材５は、厚みｔ内で光を吸
収するため、黒い薄膜部分で光を吸収する場合と異な
り、大きな熱量がプリズムに伝達されることはない。し
かしながら、可視光吸収部材５内で発生した熱を放出す
るための機構があったほうがより望ましい。本実施形態
では、部材５で発生した熱を放出するための櫛形の放熱
部材７が部材５の上面５ｂに貼り付けられている。
吸収部材５内に入射される不要光は全て、可視光吸収部
材５内で吸収されるか、上面５ｂから外部に放出され
る。よって、不要光が撮像光学系４に入射されることは
ほとんどない。尚、可視光部材５は、厚みｔ内で光を吸
収するため、黒い薄膜部分で光を吸収する場合と異な
り、大きな熱量がプリズムに伝達されることはない。し
かしながら、可視光吸収部材５内で発生した熱を放出す
るための機構があったほうがより望ましい。本実施形態
では、部材５で発生した熱を放出するための櫛形の放熱
部材７が部材５の上面５ｂに貼り付けられている。
【００３３】〈第２の実施形態〉図５は、本発明に係る
プロジェクタ用光学系の第２の実施形態を示す水平断面
図であり、図６はその垂直断面図である。このプロジェ
クタ用光学系において、照明光学系１と、光路分離プリ
ズム系２と、投影光学系４は第１の実施形態と同様の構
成なので同一の符号を付して説明を省略する。
プロジェクタ用光学系の第２の実施形態を示す水平断面
図であり、図６はその垂直断面図である。このプロジェ
クタ用光学系において、照明光学系１と、光路分離プリ
ズム系２と、投影光学系４は第１の実施形態と同様の構
成なので同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】本プロジェクタ用光学系は、３つのＤＭＤ
３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ及び３色分解プリズム系６を備えてい
る点が第１の実施形態のものと異なる。３色分解プリズ
ム系６で３色に分離されたＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの光が、
対応するＤＭＤ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに与えられ、ここで形
成される各色の光学画像が、３色分解プリズム系６で合
成されて投影光学系４により前方スクリーン上に投射さ
れるように構成されている。
３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ及び３色分解プリズム系６を備えてい
る点が第１の実施形態のものと異なる。３色分解プリズ
ム系６で３色に分離されたＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの光が、
対応するＤＭＤ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに与えられ、ここで形
成される各色の光学画像が、３色分解プリズム系６で合
成されて投影光学系４により前方スクリーン上に投射さ
れるように構成されている。
【００３５】３色分解プリズム系６は、図６に示すよう
に、３つのプリズム６１、６２、６３が接合されてな
り、プリズム６１とプリズム６２の境界面にはＢの光の
みを反射するダイクロイック層６Ｂが介装されており、
プリズム６２とプリズム６３の境界面にはＲの光のみを
反射するダイクロイック層６Ｒが介装されている。これ
により、光路分離プリズム系２からの白色光を、Ｒ、
Ｇ、Ｂの３色の光に分解して各プリズム６２、６３、６
１の後方に配置されたＤＭＤ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに入射さ
せるようになっている。
に、３つのプリズム６１、６２、６３が接合されてな
り、プリズム６１とプリズム６２の境界面にはＢの光の
みを反射するダイクロイック層６Ｂが介装されており、
プリズム６２とプリズム６３の境界面にはＲの光のみを
反射するダイクロイック層６Ｒが介装されている。これ
により、光路分離プリズム系２からの白色光を、Ｒ、
Ｇ、Ｂの３色の光に分解して各プリズム６２、６３、６
１の後方に配置されたＤＭＤ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに入射さ
せるようになっている。
【００３６】上記各ＤＭＤ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂはいずれも
第１の実施形態のＤＭＤ３と同様の構成である。以下、
説明を簡単にするため、３つのＤＭＤ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ
のうちＤＭＤ３Ｇを代表させ、図５に基づいて説明す
る。図５に示すように、３色分解プリズム系６の前面６
ａ、後面６ｂ、ならびにＤＭＤ３Ｇのミラー面３１は、
投影光学系４の光軸Ａｘと直交している。上記照明光学
系１からＤＭＤ３Ｇのミラー面３１への光入射は、光路
分離プリズム系２、３色分解プリズム系６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
なす方向からプリズム系６の前面６ａおよび後面６ｂを
経てミラー面３１へ光が入射されるようになっている。
第１の実施形態のＤＭＤ３と同様の構成である。以下、
説明を簡単にするため、３つのＤＭＤ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ
のうちＤＭＤ３Ｇを代表させ、図５に基づいて説明す
る。図５に示すように、３色分解プリズム系６の前面６
ａ、後面６ｂ、ならびにＤＭＤ３Ｇのミラー面３１は、
投影光学系４の光軸Ａｘと直交している。上記照明光学
系１からＤＭＤ３Ｇのミラー面３１への光入射は、光路
分離プリズム系２、３色分解プリズム系６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
なす方向からプリズム系６の前面６ａおよび後面６ｂを
経てミラー面３１へ光が入射されるようになっている。
【００３７】上記ミラー面３１を構成する各ミラー素子
の反射方向は、第１の実施形態と同様である。よって、
ＤＭＤ３Ｇへの入力映像信号がオフ状態のミラー素子か
らの反射光のうちの何割かは、図示のように、３色分解
プリズム系６又は光路分離プリズム系２の側壁６ｃ、２
２ｂに入射することになる。この側壁６ｃ、２２ｂの外
側が空気であるとすると、図３を用いて説明した状況と
同様で、側壁６ｃ、２２ｂに入射した光がここで全反射
し、投影光学系４に入射し、ゴーストが映し出されてし
まうことになる。
の反射方向は、第１の実施形態と同様である。よって、
ＤＭＤ３Ｇへの入力映像信号がオフ状態のミラー素子か
らの反射光のうちの何割かは、図示のように、３色分解
プリズム系６又は光路分離プリズム系２の側壁６ｃ、２
２ｂに入射することになる。この側壁６ｃ、２２ｂの外
側が空気であるとすると、図３を用いて説明した状況と
同様で、側壁６ｃ、２２ｂに入射した光がここで全反射
し、投影光学系４に入射し、ゴーストが映し出されてし
まうことになる。
【００３８】本実施形態においても、第１の実施形態と
同様に、側壁６ｃ、２２ｂの外表面部分に、不要光を吸
収するための可視光吸収部材８がその底面８ａを密着さ
せて貼り付けられている。可視光吸収部材８は、プリズ
ム系２、６を形成する硝材と略同等又はそれより大きい
屈折率を有する材質で形成されている。可視光吸収部材
８は、不要光吸収部材５と同様に、その厚みｔが条件式
（５）を満たす構成とする。
同様に、側壁６ｃ、２２ｂの外表面部分に、不要光を吸
収するための可視光吸収部材８がその底面８ａを密着さ
せて貼り付けられている。可視光吸収部材８は、プリズ
ム系２、６を形成する硝材と略同等又はそれより大きい
屈折率を有する材質で形成されている。可視光吸収部材
８は、不要光吸収部材５と同様に、その厚みｔが条件式
（５）を満たす構成とする。
【００３９】また、第１の実施形態と同様に、部材８で
発生した熱を放出するための櫛形の放熱部材９が部材８
の上面８ｂに貼り付けられている。可視光吸収部材８内
に入射された不要光の外部へ排出されるまで、もしくは
可視光吸収部材８内で吸収されるまでの挙動は、第１の
実施形態の可視光吸収部材８内での挙動と同様であるの
で説明を省略する。
発生した熱を放出するための櫛形の放熱部材９が部材８
の上面８ｂに貼り付けられている。可視光吸収部材８内
に入射された不要光の外部へ排出されるまで、もしくは
可視光吸収部材８内で吸収されるまでの挙動は、第１の
実施形態の可視光吸収部材８内での挙動と同様であるの
で説明を省略する。
【００４０】
【発明の効果】本発明によると、プリズム側壁に入射し
た不要光が確実に外部に排出されるもしくは可視光吸収
部材内で吸収されるため、投影光学系に不要光が入射さ
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、
簡単な構成でかつ安価な部材をプリズムの側壁に貼り付
けるだけで、上記効果が得られることとなる。
た不要光が確実に外部に排出されるもしくは可視光吸収
部材内で吸収されるため、投影光学系に不要光が入射さ
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、
簡単な構成でかつ安価な部材をプリズムの側壁に貼り付
けるだけで、上記効果が得られることとなる。
【００４１】さらに、上記構成において、不要光は厚み
を有する可視光吸収部材内で熱に変換されるので、プリ
ズムに大きな熱負荷がかかることはない。本発明は、プ
リズムへの熱負荷を考慮した場合、光源の明るさが数百
ルーメンクラスの単板式のプロジェクタ用光学系におい
て特に有効であるが、放熱機構を設ければ、光源の明る
さが単板式のものより大きくなる例えば３板式のプロジ
ェクタ用光学系においても十分に有効である。
を有する可視光吸収部材内で熱に変換されるので、プリ
ズムに大きな熱負荷がかかることはない。本発明は、プ
リズムへの熱負荷を考慮した場合、光源の明るさが数百
ルーメンクラスの単板式のプロジェクタ用光学系におい
て特に有効であるが、放熱機構を設ければ、光源の明る
さが単板式のものより大きくなる例えば３板式のプロジ
ェクタ用光学系においても十分に有効である。
【図１】 不要光排出部材の上面と底面がなす角度の条
件を算出するために用いる図。
件を算出するために用いる図。
【図２】 第１の実施形態のプロジェクタ用光学系の水
平断面図。
平断面図。
【図３】 不要光の処理が未対策なプロジェクタ用光学
系の一部分の断面図。
系の一部分の断面図。
【図４】 プリズムの側壁がミラー面に対して垂直から
１０゜傾いているプロジェクタ用光学系の一部分の断面
図。
１０゜傾いているプロジェクタ用光学系の一部分の断面
図。
【図５】 第２の実施形態のプロジェクタ用光学系の水
平断面図。
平断面図。
【図６】 第２の実施形態のプロジェクタ用光学系の垂
直断面図。
直断面図。
１ 照明光学系 ２ 光路分離プリズム系 ３、３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ ＤＭＤ ４ 投影光学系 ５、８ 可視光吸収部材 ５ａ、８ａ 底面 ５ｂ、８ｂ 上面 ７、９ 放熱部材 ６ ３色分解プリズム系 １１ 光源 １２ リフレクター １５ コンデンサレンズ ２１、２２ プリズム ２２ｂ 側壁 ３１ ミラー面 ３１ａ、３１ｂ 反射ミラー素子 ６１、６２、６３ プリズム Ａｘ 投影光学系の光軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Claims (2)
- 【請求項１】 画像の各画素と対応するように、微小な
光反射角可変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、照明光を異なる二方向のうちいずれかの方向に択一
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いるプリズムとを備えており、 前記二方向は、前記プリズムを透過して前記投影光学系
に向かう方向と、前記プリズムの側壁方向であるプロジ
ェクタ用光学系において、 前記プリズムの前記側壁の外表面部分に、前記プリズム
と略同等又は前記プリズムより高い屈折率を有する可視
光吸収部材がその一つの面を密着させて貼り付けられて
おり、 前記可視光吸収部材は、前記可視光吸収部材内部に入射
された光が、前記プリズムと密着する面から前記可視光
吸収部材外部に排出されないように構成されてなること
を特徴とするプロジェクタ用光学系。 - 【請求項２】 前記可視光吸収部材は前記プリズムと密
着する第１の面と、第１の面に対向する第２の面を有
し、 前記プリズムの屈折率をｎ1、前記可視光吸収部材の屈
折率をｎ2、前記可視光吸収部材の吸収係数をＫ、前記
デジタル・マイクロミラー・デバイスの各ミラー素子よ
り反射され前記プリズムの側壁に入射される光の最小入
射角をθ1とすると、第１の面と第２の面の間隔ｔは、 ｔ≧〔１−｛（ｎ1／ｎ2）sinθ1｝2〕1/2／２Ｋ 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)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00867499A JP3191792B2 (ja) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | プロジェクタ用光学系 |
| US09/480,283 US6357878B1 (en) | 1999-01-18 | 2000-01-10 | Optical system for a projector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00867499A JP3191792B2 (ja) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | プロジェクタ用光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000206451A true JP2000206451A (ja) | 2000-07-28 |
| JP3191792B2 JP3191792B2 (ja) | 2001-07-23 |
Family
ID=11699491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00867499A Expired - Lifetime JP3191792B2 (ja) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | プロジェクタ用光学系 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6357878B1 (ja) |
| JP (1) | JP3191792B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002019027A1 (en) * | 2000-08-28 | 2002-03-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Projection video device |
| JP2002174795A (ja) * | 2000-09-20 | 2002-06-21 | Barco Nv | 空間光変調ユニットを有するプロジェクタ装置およびその冷却方法 |
| JP2002365722A (ja) * | 2001-06-07 | 2002-12-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 投射型画像表示装置 |
| JP2003005146A (ja) * | 2001-06-18 | 2003-01-08 | Sony Corp | 光変調装置および画像投射装置、ならびにそれらの冷却方法 |
| JP2005148464A (ja) * | 2003-11-17 | 2005-06-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 投写型画像表示装置 |
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