JP2003513323A - ビデオプロジェクタ用投射の光学システム - Google Patents
ビデオプロジェクタ用投射の光学システムInfo
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Abstract
Description
Device)技術に基づくビデオプロジェクタ用の光学的な投射(illumination、照
射、投光、放射)のシステムに関する。
はますます普及している。特に、そのシステムによって、特に画像そのものの明
るさ(輝度)および解像度に関して優れた画像品質が得られ、例えば映像管(ki
nescope)を用いた装置と比較して小さいプロジェクタ・サイズが得られる。
具えている。そのミラーは、1辺がマイクロメートル・サイズ、例えば16μm
であり、各ミラーは、投射される画像の要素(画像エレメント)即ちピクセルに
関連付けられて設けられている。上述のミラーは、対角線(diagonal)の周りに
小さな角度、例えば±10度だけ回転でき、その双方向の回転は、ミラーの下に
位置しかつその回転軸について互いに反対の(対向)位置にある2つの電極によ
って形成される。従って、そのミラーが“休止(rest)”状態にあるとき、即ち
2つの電極のいずれによっても引きつけられないとき、その光は、ミラー平面の
垂線に対して約20度の角度でそのミラーに当たる。ミラーが一方向に回転した
場合、反射光線は、投影レンズにおいて影響を与えない偏向を受け、従ってスク
リーンに送られることはない。従って、対応するピクセルは“オフ”状態となる
。反対方向の回転が生じた場合は、ピクセルは“オン”状態となる。その理由は
、反射光が、投影レンズに影響を与えて、スクリーンに送られるからである。
リのセルが、画像の各ピクセルに対応付けられていて、ミラー回転を生じさせる
電極を方向付けるための情報を含んでいる。反射光がたとえ常に同じ強度を有す
る場合でも、ピクセルが“オン”状態を維持する時間(期間)が変化して、人間
の目によって生じる積分作用によって輝度(luminosity)変化の効果が得られる
。ビデオプロジェクタは、ほんの1つのDMD装置を含んでいてもよく、その場
合、そのミラーは3原色、即ち赤、緑および青によって順次照射される。その3
原色は、発光ランプの光を、少なくとも3つのセグメントに分離された、カラー
・ホイールと呼ばれる回転ホイール(輪)に送ることによって得られる。各原色
は、ダイクロイック・フィルタ(dichroic filter、干渉フィルタ)で、即ち3
原色の1つに関連する波長に関して選択的なダイクロイック・フィルタで構成さ
れている。ホイール回転によって、光ビームがDMD装置に送られ、異なる3つ
の全ての色が順次得られる。その反対に、3つのDMD装置を有するビデオプロ
ジェクタの場合は、発光ランプの光はプリズムによって3原色に分離され、各色
は異なる1つのDMD装置に送られる。
要である。その理由は、ビデオプロジェクタそのものの寸法形状(ディメンショ
ン)と利用手順の双方がそれによって決まるからである。
は、垂直なスクリーン22への正面投影のために水平位置にビデオプロジェクタ
21が配置されているものとしてプロットされており、従って、上述の図は、上
述のビデオプロジェクタ21の上面図に相当する。このような前提は、特に断ら
ない限り、後の全ての図面に適用される。さらに、図面を明瞭にするために、様
々な図面において、同じ参照番号で示されたブロックは同じ機能を有する。参照
番号1は、パラボラ・リフレクタ(放物線形反射器)を有する発光ランプを示し
ている。番号2は、直方体の光学的グラス(ガラス)からなる一体的(integrat
ing、一体化)ロッド(棒)4の入射部に光を集束する(その焦点を形成する)
非球面集光レンズ(aspheric condenser、非球面コンデンサ)を示しており、そ
の機能は発光ランプ1からの均一な(一様な)光ビームによって得られる。一体
的ロッド4の前にはカラー・ホイール3が設けられており、上述のように、カラ
ー・ホイール3によって、図1の例のように、ほんの1つのDMD装置を用いた
ビデオプロジェクタにおけるその複数のダイクロイック・フィルタを通してそれ
ぞれの色が再生される。幾つかの事例では、発光ランプ1からカラー・ホイール
3までの距離(部分)は、反射光線が周囲の空間に拡がって周囲を照射するのを
防ぐための図示されていない集光器(collector)で密閉されている。一体的ロ
ッド4からの出射光は、レンズ・システムによって、特定の事例では、リレー(
中継)レンズとして知られている、まとめて参照番号5で示されている3つの集
束レンズによって集められる。上述のレンズ5は、ミラー6およびプリズム7と
ともに、発光ランプ1によって放射された光を、番号9で示された画像マイクロ
フォーム(microform)装置、即ちDMD装置に向けて伝搬する。焦点が合わせ
られた画像がその装置上に形成され、その画像は一体的ロッド4の出射部におけ
る画像が拡大されたものである。この投射の図は、画像マイクロフォーム装置9
上に焦点が形成されるもので、重要な(critical)またはアッベ(Abbe)の投射
(illumination)として知られている。発光ランプ1から画像マイクロフォーム
装置9までの光路(光学的経路)は2つの偏向を受ける。第1の偏向はミラー6
の反射面によるものであり、第2の偏向はプリズム7によるものである。プリズ
ム7は、その光ビームを、画像マイクロフォーム装置9用の製造業者の仕様によ
る要求に従って画像マイクロフォーム装置9に向けて約20度の角度で伝搬する
。プリズム7は、例えばTIR(Total Internal Reflection)等の一般的プリ
ズムであり、即ちそのプリズムを参照番号8で示された第2のプリズムから分離
する約10μmの空気層の存在によって、全反射で作用する。上述のプリズム8
は、画像マイクロフォーム装置9の表面上でマイクロミラーから到来する光ビー
ムを、参照番号10で示された投影レンズに向けて偏向し、その投影レンズは画
像を垂直のスクリーン22上に投影する。
ている。上述の発光ランプ1の投射軸に沿って方向付けられた第1のセグメント
(線分)ABは、上述の投射ランプ1と同一線上にある点Aから始まって、ミラ
ー面6と同一線上にある点Bに達する。上述の第1のセグメントABは、図1a
のP1で示された第1の平面上にある。図1aにおいて、その光路の基本的透視
図はビデオプロジェクタ21内のものであることを述べておく。
上向きに偏向され、プリズム7上に位置する第2の平面P2に関連する点Cに達
し、そこから画像マイクロフォーム装置9の表面に関連する点Dに反射される。
上述のように、画像は、画像マイクロフォーム装置9によって光ビームを変調す
ることによって形成される。最後に、上述の変調された光ビームは、投影レンズ
10の直接的外部の点Eに達し、即ち投影軸の一部である投影セグメントDEを
特定する点Eに達する。セグメントDEの延長線はスクリーン22に達する。
メントの代わりに長方形状の上面図において傾斜して現れる。上述の偏向は、非
常に重要なもので、図1に示されていない関連する大きい体積のパイロット・カ
ード(手段)を保持する(bear)任意の大きなサイズの構成部品、例えばプリズ
ム7および8および画像マイクロフォーム装置9が、セグメントABおよび/ま
たは一体的ロッド4に沿って光ビームの光路に干渉するのを防ぐ。
おいて使用される。その理由は、発光ランプ1の投射軸が水平でありかつ投影軸
に実質的に垂直であり、従って、ビデオプロジェクタ21を直立状態に配置して
、投影レンズ10が画像を上向きに送るようにし、発光ランプ1の位置を変える
ことなく、図1に示された位置において放熱(熱の放散)用の最適状態に配置さ
れ、ビデオプロジェクタ21の長いサービス寿命が保証される。
トABの上または付近のいずれかに配置された大きなサイズの構成部品のために
全体の寸法形状が、特に上述の高さが、大き過ぎるという欠点を有する。
基本図が示されている。各点ABB’CDEを通って延びる点線によって表され
た光路は、参照番号6’、6’’、6’’’でそれぞれ示された3つの反射面に
よって偏向され、面6’、6’’は光路を下向きに反射する。一方、面6’’’
はそれを上向きに反射する。お分かりのように、光路の展開は、より大きい構成
部品に対して干渉の問題が生じないように行われる。それによって、図1の解決
策についてより制限された高さ寸法形状が得られる。このシステムでは、既知の
コーラー(Kohler)構成による画像マイクロフォーム装置9の代わりに、投影レ
ンズ10の入射部上に光ビームが集束される。反射面6’’’は、画像マイクロ
フォーム装置9に送られる光ビームの正しい角度投影(angle shot)を形成する
。それによって、図1のプリズム7と8の双方が必要でなくなる。参照番号5で
示された1組の3つのレンズまたはリレー・レンズによって画像の焦点合わせが
行われる。
グメントABと一致するランプ軸が水平であるがセグメントDEで示された投影
軸に実質的に垂直でないためである。従って、ビデオプロジェクタ31が、ミラ
ー後方投影に必要な直立状態で配置された場合は、ランプ軸は上向きに傾斜され
、その場合、ランプは光学的放熱を保証できず、寿命が結果として相当短くなる
であろう。
点が合せられる)画像がより小さいことによる。その理由は、画像マイクロフォ
ーム装置9からの光線が収束する光線であって、画像マイクロフォーム装置9か
らの光ビームの一部が失われるので、投影レンズ10は垂直に移動できないから
である。その結果、画像位置は、スクリーン上で調整できず、即ちいわゆる垂直
オフセットを行うことができない。
のサイズが大きいことであり、全ての可能な構成で(正面(前面)投影、天井投
影、後方投影で)ビデオプロジェクタを使用し直立画像位置(いわゆるオフセッ
ト)を調整することができないことである。特に、40’’(インチ)より大き
いスクリーンを有するテレビジョン装置において広く使用されるミラー後方投影
において、ビデオ・プロジェクタは、直立状態で配置され、光ビームを上向きに
ミラーに送り、そのミラーはスクリーン上に後方に反射し、そのランプの冷却問
題が生じる。
の構成で利用可能なビデオプロジェクタの製造を可能にするビデオプロジェクタ
用の光学的な投射のシステムを実現することである。
要な部分を形成する請求の範囲の特徴を含む光学的な投射のシステムを実現する
ことである。
説明および図面から明らかになる。
ロジェクション)用投射の光学システムが示されている。前述と同様に、図1お
よび図2のブロック中の参照番号と同じ番号をもったブロックは先に述べた機能
と同じ機能を実行する。
びる点線によって概略的に示された光路(通路)を有し、これは面P1に対して
垂直に配置されたミラーのような第1の反射面11により第1の偏向を受ける。
従って、セグメントABおよびBB’は共に水平面と平行で、図2aの斜視図に
示された面P1中にある。光路の第2の偏向は上方に傾斜した第2の反射面によ
って行われ、図3では、その水平面への投影はセグメントの代わりに長方形によ
って表されている。
ズ10の面P2に到達し、これによってプリズム7およびその関連する駆動カー
ド(駆動手段、driving card)を具えた画像マイクロフォーム装置9を挿入する
のを可能にしている。前述のようにこれらの成分は全体的にかなりの大きさの寸
法をもっている。この例では、実際には上述の成分は、現在は投影軸によって特
定される寸法に関してビデオプロジェクタ41の反対側にある一体的ロッド4の
ような下側のスペースに嵩高の成分が存在しないことにより容易に配置される。
それによって上記成分は光路のいずれの部分とも交叉(交差)することはない。
これとは逆に小さい垂直寸法をもった投影レンズ10は光学軸を飛び越え、それ
によって全ビデオプロジェクタ41を小さな垂直寸法をもつように製造すること
ができる。
グメントB’Cの上方への傾斜を制限されたものにすることができ、ビデオプロ
ジェクタ41の垂直寸法を大幅に減少させることができる。
Rプリズム7によって与えられる。このプリズムはセグメントCDによって表さ
れる正しい傾斜をもって光ビームを画像マイクロフォーム装置9に送る。図1に
示すように、プリズム8は画像マイクロフォーム装置9からの光ビームを投影レ
ンズ10に送る。
って行われる偏向により、セグメントDEが関連する投影軸は水平面と平行にな
り且つ発光ランプ1の投影軸に関連するセグメントABと実質的に垂直になる。
上述の説明に従って、ビデオプロジェクタ41をミラーバック投影(ミラー後方
投影:mirror back projection)用に垂直位置で使用することができる。さらに
、面P1上の光学軸の投影は、面P1上で交叉点XでセグメントDEの投影と交
叉するセグメントABにより、閉じられたライン(閉ライン)を形成する。これ
によって、図4の閉じられたパスはBB’CDXによって示される。従って、ビ
デオプロジェクタ41の寸法はセグメントDEに沿う投影軸の方向に制限された
ものになる。
番号5によって表される3個の集中(集束)レンズ(リレー・レンズ)によって
画像マイクロフォーム装置9上に集束される。画像マイクロフォーム装置9上に
現れる画像は充分に大きく、投影レンズ10の入力(入射位置)に到達する光線
は発散したものであるので、スクリーン22上の画像センタリング(オフセット
)を確実に行うように上記投影レンズ10を小さい距離、±6mm垂直方向にシ
フトさせることができる。
オプロジェクタの製造が可能になることが明らかであり、これは任意の構成に使
用することができる。
れているが、このシステムは、図4に示されているビデオプロジェクタ51用に
示されているように、2個のDMDまたは3個のDMD装置を使用したビデオプ
ロジェクタでも使用することができる。
らず、プリズム7からの光ビームは参照番号12によって示されるプリズムによ
ってその3原色成分、即ち赤、緑、青に分離される。これらの3原色の各色は3
個の画像マイクロフォーム装置9、9’、9’’の1つに正しい入射角で送られ
、プリズム12に反射して戻される。プリズム12は光ビームをリセットしてそ
れをプリズム7および8を経由して投影レンズ10に送る。
を排除して、アッベの構成によるDMD装置を使用したビデオプロジェクタの製
造が可能になるという効果が得られる。これにより制限された水平および垂直寸
法をもったビデオプロジェクタの製造が可能になるという効果が得られ、ランプ
によって投射されるビームおよび特に一体的ロッドがプリズムおよびDMD装置
の制御電子装置の近傍に位置するのを防止し、むしろ特にビデオプロジェクタに
よって与えられるスペース内の一体的ロッドおよびDMD装置は、投影方向によ
って特定される軸に関して正反対側に配置される。
ン)構成においても使用できるという効果がある。
た上述の投影システムについて多くの変更が可能なことは当業者には明らかであ
る。また、本発明の実際の動作において、成分の形状、寸法はしばしば上述のも
のとは異なることがあり、また技術的に等価な要素と置換可能であることは明ら
かである。
成することもできる。これによると、可視光線を越える波長、特に赤外線をもっ
た光線を除去して光加熱効果を減少させることができ、その結果DMD装置に到
達する熱の量が少なくなり、冷却が少なくて済む。
図1の投射システムの光路の概略的透視図を示している。
ステムの光路の概略斜視図を示す。
Claims (15)
- 【請求項1】 第1の光学軸(AB)上に光ビームを照射する発光ランプ(
1)と、第2の光学軸(DE)に沿う上記光ビームと交叉する投影レンズ(10
)とを含み、 上記第1の光学軸(AB)と第2の光学軸(DE)は互いに実質的に平行でな
く且つそれぞれ第1の面(P1)と第2の面(P2)に関連しており、 上記光ビームは、この光ビームを第1の面(P1)から第2の面(P2)にシ
フトする光学偏向手段(6;11、11’)と上記光ビームを第1の光学軸(A
B)から第2の光学軸(DE)にシフトする光学処理手段(7、8、9;7、8
、9、12、9’、9’’、9’’’)とによって光学軸に沿って案内され、 上記光学処理手段(7、8、9;7、8、9、12、9’、9’’、9’’’
)は画像形成装置(9)を含み、 上記第1の面(P1)上の光路の幾何学的投影は閉じられたパス(BB’CD
X)を構成することを特徴とする、ビデオプロジェクタ用投射システム。 - 【請求項2】 第1の面(P1)上の第1の光学軸(AB)と第2の光学軸
(DE)の投射は上記閉じられたパス(BB’CDX)に関連する交叉点(X)
をもつことを特徴とする、請求項1に記載のビデオプロジェクタ用投射システム
。 - 【請求項3】 上記交叉点(X)は上記第1の面(P1)上の投影レンズ(
10)の投影に関連していることを特徴とする、請求項2に記載のビデオプロジ
ェクタ用投射システム。 - 【請求項4】 上記光ビームは、光学処理手段(7、8、9;7、8、9、
12、9’、9’’、9’’’)を通過する画像形成装置(9;9’、9’’、
9’’’)上に集束されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の
ビデオプロジェクタ用投射システム。 - 【請求項5】 第1の面(P1)上で伸びる光路の部分には少なくとも反射
面(11)が設けられていることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記
載のビデオプロジェクタ用投射システム。 - 【請求項6】 上記反射面(11)はコールド・ミラー形式のものであるこ
とを特徴とする、請求項5に記載のビデオプロジェクタ用投射システム。 - 【請求項7】 第1の面(P1)上で伸びる光路の部分には少なくとも第2
の反射面(11’)が設けられていることを特徴とする、請求項5に記載のビデ
オプロジェクタ用投射システム。 - 【請求項8】 第1の面(P1)は第2の面(P2)の下に配置されており
、第1の光学軸(AB)は第2の光学軸(DE)の下、特に投影レンズ(109
の下を通過することを特徴とする、請求項1に記載のビデオプロジェクタ用投射
システム。 - 【請求項9】 上記投影レンズ(10)は小さい距離垂直方向にシフト可能
であることを特徴とする、請求項1に記載のビデオプロジェクタ用投射システム
。 - 【請求項10】 光学処理手段(7、8、9;7、8、9、12、9’、9
’’、9’’’)は幾つかの画像形成装置(9’、9’’、9’’’)を含むこ
とを特徴とする、請求項1乃至9のいずれかに記載のビデオプロジェクタ用投射
システム。 - 【請求項11】 光学的処理手段は色分離用プリズム(12)を含むことを
特徴とする、請求項10に記載のビデオプロジェクタ用投射システム。 - 【請求項12】 画像形成装置(9;9’、9’’、9’’’)はDMD装
置(ディジタル・マイクロミラー装置)によって得られることを特徴とする請求
項1乃至11のいずれかに記載のビデオプロジェクタ用投射システム。 - 【請求項13】 上記光ビームは光学処理手段(7、8、9;7、8、9、
12、9’、9’’、9’’’)およびレンズ(5)によって臨界投射ダイアグ
ラムまたはアッベ(Abbe)のダイアグラムに従って画像形成装置(9’、9’’
、9’’’)上に集束されることを特徴とする、請求項4に記載のビデオプロジ
ェクタ用投射システム。 - 【請求項14】 第1の光学軸(AB)に沿って光ビームを照射する発光ラ
ンプ(1)と、第2の光学軸(DE)に沿う上記光ビームと交叉する投影レンズ
(10)と、光ビームを光路内で案内するための光学偏向手段(6;11、11
’)および光学処理手段(7、8、9;7、8、9、12、9’、9’’、9’
’’)を含み、 発光ランプ(1)と第1の偏向面(11)との間に形成される第1の光学軸(
AB)に沿う光ビームは投影レンズ(10)によって飛び越えさせられることを
特徴とする、ビデオプロジェクタ用投射システム。 - 【請求項15】 第1の光学軸(AB)に沿って光ビームを照射する発光ラ
ンプ(1)と、第2の光学軸(DE)に沿う上記光ビームと交叉する投影レンズ
(10)とを含み、 ビデオプロジェクタは第1の光学軸(AB)と、ビデオプロジェクタ(41、
51)の寸法に関して第2の光学軸(DE)によって特定される軸に沿う実質的
に正反対側の位置に配置された画像マイクロフォーム装置(9)とをもつことを
特徴とする、ビデオプロジェクタ用投射システム。
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