JP2004151657A

JP2004151657A - Projector and optical apparatus

Info

Publication number: JP2004151657A
Application number: JP2002319782A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takeda; 高司武田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2004-05-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projector or the like which uses a solid light emitting element as a light source and can produce a bright projected image. <P>SOLUTION: The projector is equipped with a light source 102 to supply light, a spatial light modulating apparatus 104 to modulate the light from the light source 102 in accordance with the image signal, and a projection lens 105 to project the light modulated by the spatial light modulating apparatus 104. The spatial light modulating apparatus 104 is a tilt mirror device. In the spatial light modulating apparatus 104, when the plane including the normal line N1 in a first reflection position and the normal line N2 in a second reflecting position of a reflecting plane 104a and including the optical axis AX of the projection lens 105 is denoted as a first plane PL1 while the plane perpendicular to the first plane PL1 and including the optical axis AX is denoted as a second plane PL2, the size P2 of the entrance pupil ENP of the projection lens 105 along the second plane PL2 is larger than the size P1 of the entrance pupil ENP of the lens in the direction along the first plane PL1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタ及び光学装置、特に、光源部として固体発光素子を用いるプロジェクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタは、コンピュータ等の画像供給装置から供給された画像信号に応じて画像を表す光（投写光）を投写することにより、画像を表示する画像表示装置である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
プロジェクタの光源部としては、古くはハロゲンランプ、近年は超高圧水銀ランプが主として用いられている。近年、光源部の主流となっている超高圧水銀ランプは、明るく高輝度な光を供給できる。しかし、超高圧水銀ランプは、大型で重い駆動回路を必要とする。このため、プロジェクタ本体の小型化、軽量化の妨げとなる。
【０００４】
発光ダイオード素子（以下「ＬＥＤ」という。）又は半導体レーザ等の固体発光素子は超小型、超軽量である。固体発光素子の発光効率は著しく進歩してきているため、固体発光素子はプロジェクタの光源部として好適な素子である。特に、固体発光素子は、配列する自由度が大きいので、光利用効率を向上させることができる。例えば、配列する固体発光素子の数を多くすれば、光量を増加させ、明るい投写像を得ることができる。
【０００５】
また、プロジェクタの空間光変調装置として、ティルトミラーデバイスを用いることができる。ティルトミラーデバイスは、複数の可動ミラー素子を有する。可動ミラー素子は、第１の反射位置と第２の反射位置とを択一的に移動できる。例えば、可動ミラー素子が第１の反射位置のとき、光源部からの光を投写レンズの方向（ＯＮの状態）へ反射する。また、可動ミラー素子が第２の反射位置のときに、光源部からの光を投写レンズ以外の方向（ＯＦＦの状態）へ反射して廃棄する。可動ミラー素子を画像信号に応じて移動させることで、光源部からの光を変調することができる（例えば、特許文献１参照。）。なお、固体発光素子とティルトミラーデバイスとを組み合わせたプロジェクタは従来知られていない。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第８６７２０２号明細書
【０００７】
図１３は、ティルトミラーデバイスのＯＮの状態の反射光を示す。複数の固体発光素子であるＬＥＤからなる光源部１０００からの照明光Ｌｉｎは、照明レンズ１００１を透過して空間光変調装置であるティルトミラーデバイス１００２（図１４）に入射する。図１３では、簡単のためティルトミラーデバイス１００２（図１４）が有する複数の可動ミラー素子１００２ａのうちの１つを示す。可動ミラー素子１００２ａが第１の反射位置にあるときは、照明光Ｌｉｎは、投写レンズ１００３の方向へＯＮ光Ｌｏｎとして反射される。ＯＮ光Ｌｏｎは、スクリーン１００４に投写される。このとき、可動ミラー素子１００２ａの傾き角度に制限があること、照明光ＬｉｎとＯＮ光Ｌｏｎとを空間的に分離することから適正に変調（ＯＮ又はＯＦＦ）される入射光Ｌｉｎのｘｚ面内における拡がり角度αは所定範囲内に制限される。
【０００８】
図１４は、ティルトミラーデバイス１００２をスクリーン１００４側（ｚ軸の正方向側）から見た図である。ティルトミラーデバイス１００２は長方形形状を有する。これに対して、投写レンズ１００３の瞳は投写レンズ１００３の光軸ＡＸに対して回転対称な円形形状を有する。便宜上、投写レンズ１００３とその瞳とを同一の符号を用いて説明を行う。
【０００９】
光源部１０００からの照明光Ｌｉｎは、ティルトミラーデバイス１００２によりＯＮ光ＬｏｎとＯＦＦ光（不図示）とに分離されることで変調される。なお、以下、図１４中の矢印で示す入射光Ｌｉｎが分離、変調される方向をスイッチング方向ＳＷ１と呼ぶ。また、スイッチング方向ＳＷ１に垂直な方向を非スイッチング方向ＳＷ２と呼ぶ。長方形のティルトミラーデバイス１００２からの反射光を全てスクリーン１００４へ導くためには、投写レンズ１００３の円形の瞳の大きさは長方形のティルトミラーデバイス１００２からのＯＮ光Ｌｏｎを全て拾えることが望ましい。また、光量を増やすためには、光源部１０００の領域は可能な限り大きくとることが望ましい。
【００１０】
しかしながら、投写レンズ１００３の瞳が円形であること、及びティルトミラーデバイス１００２が分離、変調できる光の拡がり角度αが決まってしまうこと等の制約により、光源部１０００の最大の大きさは、図１４で示す半径ｒの円形の領域となってしまう。光源部１０００の大きさが制限されてしまうので、さらに光量を増加させることが困難となり問題である。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、固体発光素子を光源とし、明るい投写像を得ることができるプロジェクタ及び光学装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光を供給する光源部と、前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、前記空間光変調装置によって変調された光を投写する投写レンズと、を有し、前記空間光変調装置は、第１の反射位置と第２の反射位置とを択一的に選択可能な反射平面部を有するティルトミラーデバイスであって、前記反射平面部が前記第１の反射位置にあるときの前記反射平面部の法線と、前記反射平面部が前記第２の反射位置にあるときの前記法線とを含む面で、かつ前記投写レンズの光軸を含む面を第１の平面と、前記第１の平面に垂直で、かつ前記投写レンズの光軸を含む面を第２の平面とそれぞれしたとき、前記投写レンズの前記第２の平面に沿った方向の入射瞳の大きさは、前記第１の平面に沿った方向の前記入射瞳の大きさよりも大きいことを特徴とするプロジェクタを提供できる。これにより、より多くの光を投写レンズが取り込むことができるため、明るい投写像を得られる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記投写レンズは、前記第２の平面に沿った方向の入射瞳に入射する有効光線の通過する領域以外が削られ、前記第１の平面に沿った方向より前記第２の平面に沿った方向の径が大きいレンズ素子を備えたことが望ましい。これにより、入射瞳以外の領域（有効光線（映像表示に寄与しない光線）が通過しない領域）を削り取ることにより、照明光学系を入射瞳の隣接した位置に置け、照明効率が上がると同時に、小型化でき、投写レンズを軽量化できる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記投写レンズは、複数のレンズ素子からなり、前記第１の平面に沿った方向より前記第２の平面に沿った方向の径が大きい写レンズは、光の入射側に配置されることが望ましい。これにより、投写レンズが複数枚のレンズ素子から構成される場合、照明レンズの配置に影響のある入射側のレンズのみ削ることにより、上記と同様に照明光学系を入射瞳の隣接した位置に置け、照明効率が上がると同時に、小型化でき、投写レンズを軽量化できる。また、後述するように、投写レンズの射出側レンズ群を円形とし、そのレンズ群のみでフォーカシングをする手段をとる場合、光軸方向に移動する手段としてそのレンズ群のみをスクリュー上の機構によって回すことにより光軸方向に移動できる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源部は所定領域内に配列された複数の固体発光素子を有し、前記固体発光素子が配列されている前記所定領域の前記第２の平面に平行な方向の大きさは、前記第１の平面に沿った方向の大きさよりも大きいことが望ましい。これにより、より多くの固体発光素子を配列できるため、光量を増加させることができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記固体発光素子は、前記投写レンズの入射側のレンズ径の短軸側に近接して配置されることが望ましい。これにより、光源部を投写レンズの入射瞳に隣接することができるため効率向上を図ることができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源部からの光を、集光、反射させる集光反射部材を前記投写レンズ入射側の径の短軸側に近接して配置することが望ましい。これにより、上述のレンズ形状におけるレンズ径の短い方向（第１の平面に沿った方向）に隣接して照明レンズのレンズ素子、又は反射鏡を設置することにより、上述のように光源部を隣接して配置する場合と同様に、照明効率（光利用効率）を向上できる。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記投写レンズの前記入射瞳は楕円形状を有し、前記楕円形状の長軸の方向は前記第２の平面に沿った方向であり、前記楕円形状の短軸の方向は前記第１の平面に沿った方向であることが望ましい。これにより、空間光変調装置が光源部からの光を分離、変調する方向に垂直な方向では、投写レンズの入射瞳を大きくすることができる。このため、より多くの光を投写することができる。
【００１９】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記投写レンズは複数のレンズ素子からなり、前記空間光変調装置からの光が入射する側の前記投写レンズのレンズ素子は、前記投写レンズの前記入射瞳と相似形の楕円形状であることが望ましい。円形形状のレンズ素子において楕円形状の入射瞳を形成するには、楕円形状の入射瞳を包含する大きさの円形形状のレンズ素子の一部を遮光することが考えられる。この場合、大きな口径を有する円形形状のレンズ素子が必要となってしまう。これに対して、本発明の好ましい態様では、必要な大きさのレンズ素子のみで楕円形状の入射瞳を形成できる。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記投写レンズにおいて、フォーカシング時に投写レンズを回転させずに光軸と略平行に可動する機構を有することが望ましい。一般に、「第１の平面に沿った方向」と「第２の平面に沿った方向」の入射瞳径の異なる投写レンズにおいては、回転機構の光軸移動によるフォーカシングは、投写レンズが回転してしまうため、良好なフォーカシングが非常に困難である。これに対して、本態様では、投写レンズの回転機構を伴わずに、光軸と略平行にレンズを移動できるため、フォーカシングが可能となる。
【００２１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光軸と略平行に可動する機構は、リニアスライダであることが望ましい。これにより、容易にレンズを直線移動することができる。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記空間光変調装置からの光を射出する側の前記投写レンズのレンズ素子は光軸に回転対称な形状であり、前記投写レンズは、前記回転対称な形状を有するレンズ素子を光軸に沿って移動させることで、前記空間光変調装置からの光を所定面に合焦させることが望ましい。これにより、楕円形状の瞳が固定しているので、光量を損失することなく合焦できる。
【００２３】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光源部は、第１の波長領域の光を供給する第１光源部と、前記第１の波長領域と異なる第２の波長領域の光を供給する第２光源部とからなり、前記第１光源部は、前記反射平面部が前記第１の反射位置にあるときは、前記反射平面部への入射光を前記投写レンズの方向に反射し、前記反射平面部が前記第２の反射位置にあるときは、前記入射光を前記投写レンズ以外の方向に反射するような位置に設けられ、前記第２光源部は、前記反射平面部が前記第１の反射位置にあるときは、前記入射光を前記投写レンズ以外の方向に反射し、前記反射平面部が前記第２の反射位置にあるときは、前記入射光を前記投写レンズの方向に反射するような位置に設けられていることが望ましい。これにより、高い自由度で光源部を配置できる。
【００２４】
また、本発明の好ましい態様によれば、光を供給する光源部と、前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、前記変調された光を所定面へ結像させる結像レンズと、を有し、前記空間光変調装置は、第１の反射位置と第２の反射位置とを択一的に選択可能な反射平面部を有するティルトミラーデバイスであって、前記反射平面部が前記第１の反射位置にあるときの前記反射平面部の法線と、前記反射平面部が前記第２の反射位置にあるときの前記法線とを含む面で、かつ前記投写レンズの光軸を含む面を第１の平面と、前記第１の平面に垂直で、かつ前記投写レンズの光軸を含む面を第２の平面とそれぞれしたとき、前記結像レンズの前記第２の平面に沿った方向の入射瞳の大きさは、前記第１の平面に沿った方向の前記入射瞳の大きさよりも大きいことを特徴とする光学装置を提供できる。これにより、明るい光学像を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタ１００の概略構成を示す。本実施形態では、光源部１０２と投写レンズ１０５との構成に技術的特徴がある。まず、プロジェクタ１００全体について説明する。
【００２６】
光源部１０２は、所定領域内に配列された複数の固体発光素子であるＬＥＤ１０１を有する。複数のＬＥＤ１０１は、赤色光（以下、「Ｒ光」という）用と、緑色光（以下、「Ｇ光」という）用と、青色光（以下、「Ｂ光」という）用との複数のＬＥＤからなる。光源部１０２からの照明光は、照明レンズ１０３へ入射する。照明レンズ１０３は、光源部１０２からの光を効率良く空間光変調装置１０４へ導く。空間光変調装置１０４は、光源部１０２からの光を画像信号に応じて変調するティルトミラーデバイスである。なお、従来のティルトミラーデバイスの例の一つは、テキサスインスツルメンツ社のＤＭＤである。ＤＭＤはテキサスインスツルメンツ社の登録商標である。
【００２７】
空間光変調装置１０４は、第１の反射位置と第２の反射位置とを択一的に選択可能な反射平面部１０４ａを有する。反射平面部１０４ａが第１の反射位置にあるときは、光源部１０２からの光は投写レンズ１０５の方向へ反射される。反射平面部１０４ａが第２の反射位置にあるときは、光源部１０２からの光は投写レンズ１０５以外の方向へ反射されて廃棄される。
【００２８】
上記構成において、映像の１フレーム間で、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用のＬＥＤ１０１を順次点灯させて空間光変調装置１０４を照明する。Ｒ光とＧ光とＢ光とを順次投写して、全体として白色の投写画像を得るためには、Ｇ光の光束量を全体の光束量に対して６０％から８０％程度にする必要がある。このため、Ｒ光用、Ｂ光用、及びＧ光用の各ＬＥＤを同数量ずつ配列した場合は、Ｇ光用のＬＥＤの点灯時間を、Ｒ光用、Ｂ光用のＬＥＤの点灯時間よりも長くすることが望ましい。そして、観察者は、肉眼でＲ光とＧ光とＢ光とを積分した状態で認識できる。これにより、スクリーン１０６上にフルカラー像を投写する。
【００２９】
次に、本実施形態の特徴的な構成について説明する。まず、図１において、反射平面部１０４ａが第１の反射位置にあるときの反射平面部１０４ａの法線Ｎ１と、反射平面部１０４ａが第２の反射位置にあるときの反射平面部１０４ａの法線Ｎ２とを含む面で、かつ投写レンズ１０５の光軸ＡＸを含む面を第１の平面ＰＬ１（図２）と、第１の平面ＰＬ１に垂直で、かつ投写レンズ１０５の光軸ＡＸを含む面を第２の平面ＰＬ２（図２）とそれぞれする。光軸ＡＸとは、光源部１０２と空間光変調装置１０４と投写レンズ１０５の光軸系からなる。
【００３０】
図２は、空間光変調装置１０４をスクリーン１０６側から見た図である。簡単のため、照明レンズ１０３と投写レンズ１０５の記載を省略する。投写レンズ１０５の第２の平面ＰＬ２に沿った非スイッチング方向ＳＷ２の入射瞳ＥＮＰの大きさＰ２は、第１の平面ＰＬ１に沿ったスイッチング方向ＳＷ１の入射瞳の大きさＰ１よりも大きい。これにより、スイッチング方向ＳＷ１においては分離、変調を確実に行いつつ、より多くの光を投写することができる。ここで、入射瞳ＥＮＰは、投写レンズ１０５の絞りＳＴＰ（図１）の空間光変調装置１０４側から見た像である。
【００３１】
投写レンズ１０５の入射瞳ＥＮＰの形状をさらに説明する。入射瞳ＥＮＰは、楕円形状を有する。楕円形状の長軸Ｐ２の方向は第２の平面ＰＬ２に沿った方向であり、楕円形状の短軸Ｐ１の方向は第１の平面ＰＬ１に沿った方向である。これにより、非スイッチング方向ＳＷ２では、投写レンズ１０５の入射瞳ＥＮＰを大きくすることができる。このため、より多くの光を投写することができる。
【００３２】
また、光源部１０２の複数のＬＥＤ１０１（図２では省略）が配列されている所定領域２００の第２の平面ＰＬ２に平行な非スイッチング方向ＳＷ２の大きさＬＳ２は、第１の平面ＰＬ１に沿ったスイッチング方向ＳＷ１の大きさＬＳ１よりも大きい。これにより、より多くのＬＥＤ１０１を配列できるため、光量を増加させることができる。好ましくは、所定領域２００は、楕円形状であることが望ましい。
【００３３】
さらに、固体発光素子である複数のＬＥＤ１０１は、投写レンズ１０５入射側のレンズ径の小さい側の鏡筒１０５ｆに近接して配置されることが望ましい。これにより、光源部１０２を投写レンズ１０５の入射瞳ＥＮＰに隣接することができるため効率向上を図ることができる。
【００３４】
また、投写レンズ１０５は、複数のレンズ素子から構成されている。図１では、そのうちの空間光変調装置１０４からの光が入射する側のレンズ素子Ｌｆと、空間光変調装置１０４からの光を射出する側のレンズ素子Ｌｒとのみを示し、その他のレンズ素子を省略する。空間光変調装置１０４からの光が入射する側のレンズ素子Ｌｆは、投写レンズ１０５の入射瞳ＥＮＰと相似形の楕円形状を有する。必要な大きさのレンズ素子のみで、遮光等を行わずに楕円形状の入射瞳ＥＮＰを形成できる。楕円形状のレンズ素子Ｌｆは、例えば、モールド加工などで製造することができる。さらに、楕円形状の入射瞳ＥＮＰを円形のレンズ素子でカバーする場合、円形のレンズ素子の直径は、楕円の長軸の長さ以上の大きさが必要となる。大きな直径を有する円形のレンズ素子は、光源部１０２と空間的に干渉してしまう。本実施形態では、レンズ素子Ｌｆ自体の形状を楕円形状としているため、上述の投写レンズ１０５との干渉を防止できる。光源部１０２や投写レンズ１０５等を斜め方向から見た様子を図３に示す。
【００３５】
さらに、投写レンズ１０５は、第２の平面ＰＬ２に沿った方向の入射瞳に入射する有効光線の通過する領域以外が削られ、第１の平面ＰＬ１に沿った方向より第２の平面ＰＬ２に沿った方向の径が大きいレンズ素子Ｌｆを備えたことが望ましい。これにより、入射瞳ＥＮＰ以外の領域（有効光線（映像表示に寄与しない光線）が通過しない領域）を削り取ることにより、照明レンズ１０３を入射瞳ＥＮＰの隣接した位置に配置でき、照明効率が上がると同時に、小型化でき、投写レンズ１０５の軽量化を図れる。
【００３６】
また、上述のように、投写レンズ１０５は、複数のレンズ素子Ｌｆ、Ｌｒからなり、第１の平面ＰＬ１に沿った方向より第２の平面ＰＬ２に沿った方向の径が大きい投写レンズＬｆは、光の入射側のレンズ鏡筒１０５ｆに配置されることが望ましい。これにより、投写レンズ１０５が複数枚のレンズ素子から構成される場合、照明レンズ１０３の配置に影響のある入射側のレンズ素子Ｌｆのみ削ることにより、上記と同様に照明レンズ１０３を入射瞳ＥＮＰの隣接した位置に置け、照明効率が上がると同時に、小型化でき、投写レンズ１０５を軽量化できる。また、後述するように、投写レンズ１０５の出射側レンズ群を円形とし、そのレンズ群のみでフォーカシングをする手段をとる場合、光軸ＡＸ方向に移動する手段としてそのレンズ群のみをスクリュー上の機構によって回すことにより光軸ＡＸ方向に移動できる。
【００３７】
空間光変調装置１０４からの光を射出する側のレンズ素子Ｌｒは光軸ＡＸに回転対称な形状である。投写レンズ１０５は、回転対称な形状を有するレンズ素子Ｌｒを光軸ＡＸに沿って移動させることで、空間光変調装置１０４からの光を所定面であるスクリーン１０６に合焦させる。レンズ素子Ｌｒの移動は、不図示の繰り出し機構により行う。合焦時には、レンズ素子Ｌｒが移動し、レンズ素子Ｌｆは固定されている。これにより、合焦時に、楕円形状の入射瞳ＥＮＰが固定しているので、光量を損失することなく合焦できる。
【００３８】
また、フォーカシング時のレンズ移動機構の他の例を図７に基づいて説明する。好ましくは、投写レンズ１０５において、フォーカシング時に投写レンズ１０５を回転させずに光軸ＡＸと略平行に可動する機構を有することが望ましい。一般に、「第１の平面ＰＬ１に沿った方向」と「第２の平面ＰＬ２に沿った方向」の入射瞳径の異なる投写レンズ１０５においては、投写レンズ１０５全体を回転させて繰り出すと、非対称な形状を有するレンズ素子も回転してしまう。このため、回転機構により投写レンズ１０５の光軸ＡＸ方向の移動によるフォーカシングは非常に困難である。これに対して、フォーカシング時に投写レンズ１０５を回転させずに光軸ＡＸと略平行に可動する機構によれば、投写レンズ１０５の回転機構を伴わずに、光軸ＡＸと略平行に投写レンズ１０５を移動できるため、フォーカシングが可能となる。
【００３９】
具体的には、図７（ａ）に示すように、光軸ＡＸと略平行に投写レンズ１０５を可動する機構は、リニアスライダ１１０であることが望ましい。これにより、容易に投写レンズ１０５を直線移動することができる。なお、図７（ａ）、（ｂ）では簡単のため、投写レンズ１０５のみの構成を示し、その他の部分は省略する。リニアスライダ１１０は、投写レンズ１０５の光が射出する側の径の大きい鏡筒１０５ｒの外周に設けられている。図７（ｂ）は、光軸ＡＸに垂直な断面の構成を示す図である。光が射出する側の鏡筒１０５ｒの外周にはリニアスライダ１１０に嵌合する嵌合部１１０Ｇが設けられている。これにより、正確、かつ容易に光軸ＡＸに沿って投写レンズ１０５を移動できる。
【００４０】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るプロジェクタ４００の概略構成を示す図である。本実施形態は、２つの光源部を有する点が上記第１実施形態と異なる。上記第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第１光源部１０２ＲＢは、第１の波長領域の光を供給するＲ光用ＬＥＤ１０１ＲとＢ光用ＬＥＤ１０１Ｂとを有する。第２光源部１０２Ｇは、第１の波長領域と異なる第２の波長領域の光を供給するＧ光用ＬＥＤ１０１Ｇを有する。
【００４１】
次に、各ＬＥＤの点灯時間とタイミングについて説明する。上述したようにＲ光とＧ光とＢ光とを順次投写して、全体として白色の投写画像を得るためには、Ｇ光の光束量を全体の光束量に対して６０％から８０％程度にする必要がある。各色光のＬＥＤを同一出力のものを同一数量設けると、Ｇ光の光束量が不足してしまう。このため、図５（ａ）に示すように、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇの点灯時間ＧＴを、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒの点灯時間ＲＴとＢ光用ＬＥＤ１０１Ｂの点灯時間ＢＴよりも長くする。
【００４２】
また、Ｒ光用ＬＥＤ１０１ＲとＧ光用ＬＥＤ１０１ＧとＢ光用ＬＥＤ１０１Ｂとの数量配分によっては、Ｇ光の光束量を全体の６０％から８０％程度にするため、Ｇ光の階調表現時間ＧＫを、Ｒ光階調表現時間ＲＫ及びＢ光階調表現時間ＢＫよりも長くしても良い。この場合、図５（ｂ）に示すように、映像の階調をｎビット（ｎは正の整数）で表現すると、Ｇ光階調表現時間ＧＫの単位ビットの長さとＲ光又はＢ光の階調表現時間ＲＫ、ＢＫの単位ビットの長さとは異なる。さらに、例えば、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇを、Ｒ光用ＬＥＤ１０１ＲやＢ光用ＬＥＤ１０１Ｂよりも多く配置する場合、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇの点灯時間は、他のＬＥＤ１０１Ｒ、１０１Ｂの点灯時間と同程度又はそれ以下に短くすることもできる。
【００４３】
また、第１光源部１０２ＲＢは、反射平面部１０４ａが第１の反射位置にあるときは、反射平面部１０４ａへの入射光を投写レンズ１０５の方向に反射し、反射平面部１０４ａが第２の反射位置にあるときは、入射光を投写レンズ１０５以外の方向に反射するような位置に設けられている。第２光源部１０２Ｇは、反射平面部１０４ａが第１の反射位置にあるときは、入射光を投写レンズ１０５以外の方向に反射し、反射平面部１０４ａが第２の反射位置にあるときは、入射光を投写レンズ１０５の方向に反射するような位置に設けられている。
【００４４】
即ち、Ｇ光を投写レンズ１０５の方向へ導くときの反射平面部１０４ａの反射位置（第２の反射位置）と、Ｒ光又はＢ光を投写レンズ１０５の方向へ導くときの反射平面部１０４ａの反射位置（第１の反射位置）とは反対の位置状態である。このため、図５の駆動極性反転時間に示すように、反射平面部１０４ａのための駆動極性は、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇと、Ｒ光用ＬＥＤ１０１Ｒ又はＢ光用ＬＥＤ１０１Ｂとで反転させている。本実施形態のように、光源部の配置の自由度が高ければ、簡易な構成で良好なカラーバランスの投写像を得ることができる。
【００４５】
図６は、図２と同様に空間光変調装置１０４をスクリーン１０６側から見た図である。本実施形態においても、投写レンズ１０５の入射瞳ＥＮＰは、楕円形状を有する。また、光源部１０２ＲＢの複数のＲ光用ＬＥＤ１０１Ｒ及びＢ光用ＬＥＤ１０１Ｂ（図６では省略）が配列されている所定領域５００ＲＢの第２の平面ＰＬ２に平行な非スイッチング方向ＳＷ２の大きさＬＳ２は、第１の平面ＰＬ１に沿ったスイッチング方向ＳＷ１の大きさＬＳ１よりも大きい。同様に、Ｇ光用ＬＥＤ１０１Ｇ（図６では省略）が配列されている所定領域５００Ｇの第２の平面ＰＬ２に平行な非スイッチング方向ＳＷ２の大きさＬＳ２は、第１の平面ＰＬ１に沿ったスイッチング方向ＳＷ１の大きさＬＳ１よりも大きい。これにより、より多くの各色用ＬＥＤ１０１Ｒ、１０１Ｂ、１０１Ｇを配列できるため、光量を増加させることができる。好ましくは、所定領域５００ＲＢ、５００Ｇは、楕円形状であることが望ましい。
【００４６】
（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態に係るプロジェクタ８００の概略構成を示す図である。上記第２実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、光源部１０２ＲＢ、１０２Ｇからの光を、集光させる集光反射部材である照明レンズ８０３を投写レンズ１０５の入射側の径の小さい側の鏡筒１０５ｆに近接して配置している。
【００４７】
図９は、空間光変調装置１０４側から投写レンズ１０５を見た図である。第１の平面ＰＬ１に沿った方向に図９で示すような照明レンズ８０３を配置することにより、上述のように光源部１０２ＲＢ、１０２Ｇを鏡筒１０５ｆに隣接して配置する場合と同様に、照明効率（光利用効率）を向上できる。
【００４８】
（第４実施形態）
図１０は、本発明の第４実施形態に係るプロジェクタ９００の概略構成を示す図である。上記第２実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、光源部１０２ＲＢ、１０２Ｇは空間光変調装置１０４と略同一平面上に配置されている。そして、投写レンズ１０５の入射側の径の小さい側の鏡筒１０５ｒの近傍に反射鏡９０３が配置されている。反射鏡９０３は、光源部１０２ＲＢ、１０２Ｇからの光を、空間光変調装置１０４上に集光させるような曲率半径を有する集光反射部材である。
【００４９】
図１１は、空間光変調装置１０４側から投写レンズ１０５を見た図である。第１の平面ＰＬ１に沿った方向に図１１で示すような反射鏡９０３を配置することにより、上述のように光源部１０２ＲＢ、１０２Ｇを鏡筒１０５ｆに隣接して配置する場合と同様に、照明効率（光利用効率）を向上できる。
【００５０】
（第５実施形態）
図１２は、本発明の第５実施形態に係る光学装置の例であるプリンタ６００の概略構成を示す図である。光源部６０１からの光は、反射型のティルトミラーデバイスである空間光変調装置６０２に入射する。空間光変調装置６０２は、不図示の制御部からの信号に基づいて、光のＯＮ又はＯＦＦにより感光ドラム６０３上に光を反射させる。光源部６０１と空間光変調装置６０２と結像レンズＩＬとは、上記第１実施形態から第４実施形態における光源部と空間光変調装置と投写レンズと同様の構成を有する。
【００５１】
感光ドラム６０３の表面は、予め帯電ロール６０４の負電荷により均一な負の静電気を帯びている。そして、光が照射された感光ドラム６０３上の部分（画像に相当する部分）だけ負の電荷が弱まる。これにより、感光ドラム６０３上に静電潜像（プリントイメージ）が形成される。次に、負に帯電されたトナーは、感光ドラム６０３上の負の電荷が弱い部分に引きつけられて、感光ドラム６０３上にトナー像を形成する。感光ドラム６０３に密着した用紙Ｐの裏側から転写ロール６０５により正の電荷が与えられる。これにより、トナーは用紙Ｐに転写される。そして、用紙Ｐから正の電荷が奪われると用紙Ｐが感光ドラム６０３から剥離する。用紙Ｐの転写されたトナーは、定着部であるヒートロール６０６の熱で溶ける。同時に、プレッシャーロール６０７で圧力を受けて用紙Ｐに定着される。感光ドラム６０３表面に残った残留トナーは、クリーニングブレード６０８により掃き落とされる。そして、感光ドラム６０３は帯電ロール６０４により、電気的に均一に負に帯電される。この一連の手順を繰り返して用紙Ｐに印字することができる。これにより、光源部６０１からの光を効率良く感光ドラム６０３に照射できる。この結果、Ｓ／Ｎ比が高くノイズの少ない印字を行うことができる。なお、上記各実施形態において、光源部である固体発光素子にＬＥＤを用いて説明したが、半導体レーザやエレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子を固体発光素子として用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図２】上記第１実施形態の光源部と投写レンズの入射瞳を示す図。
【図３】上記第１実施形態に係るプロジェクタの斜視図。
【図４】本発明の第２実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図５】（ａ）、（ｂ）はＬＥＤの点灯時間とタイミングを示す図。
【図６】上記第２実施形態の光源部と投写レンズの入射瞳を示す図。
【図７】リニアスライダの概略構成を示す図。
【図８】本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図９】上記第３実施形態の投写レンズ近傍の構成を示す図。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図１１】上記第４実施形態の投写レンズ近傍の構成を示す図。
【図１２】本発明の第５実施形態に係るプリンタの概略構成を示す図。
【図１３】空間光変調装置による変調を説明する図。
【図１４】光源部と投写レンズの入射瞳を示す図。
【符号の説明】
１００プロジェクタ、１０１発光素子、１０２光源部、１０３照明レンズ、１０４空間光変調装置、１０４ａ反射平面部、１０５投写レンズ、Ｎ１Ｎ２法線、ＳＴＰ絞り、ＬｆＬｒレンズ素子、ＡＸ光軸、１０６スクリーン、ＥＮＰ入射瞳、ＳＷ１スイッチング方向、ＳＷ２非スイッチング方向、２００所定領域、４００プロジェクタ、１０２ＲＢ１０２Ｇ光源部、１０１Ｒ１０１Ｂ１０１Ｇ発光素子、５００ＲＢ５００Ｇ所定領域、６００プリンタ、６０１光源部、６０２ティルトミラーデバイス、６０３感光ドラム、６０４帯電ロール、６０５転写ロール、６０６ヒートロール、６０７プレッシャーロール、６０８クリーニングブレード、Ｐ用紙、１０５ｆ入射側の鏡筒、１０５ｒ射出側の鏡筒、１１０リニアスライダ、８００プロジェクタ、８０３照明レンズ、９００プロジェクタ、９０３反射鏡[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projector and an optical device, and more particularly to a projector using a solid-state light emitting element as a light source.
[0002]
[Prior art]
A projector is an image display device that displays an image by projecting light (projection light) representing an image according to an image signal supplied from an image supply device such as a computer.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As a light source unit of a projector, a halogen lamp has been used in the past, and an ultra-high pressure mercury lamp has been mainly used in recent years. In recent years, ultra-high pressure mercury lamps, which have become the mainstream of light source units, can supply bright and high-intensity light. However, ultra-high pressure mercury lamps require large and heavy drive circuits. This hinders downsizing and weight reduction of the projector main body.
[0004]
A solid-state light-emitting element such as a light-emitting diode element (hereinafter, referred to as “LED”) or a semiconductor laser is ultra-small and ultra-light. Since the luminous efficiency of the solid state light emitting device has been remarkably improved, the solid state light emitting device is suitable as a light source unit of a projector. In particular, since the solid-state light-emitting elements have a large degree of freedom in arrangement, light use efficiency can be improved. For example, if the number of arranged solid-state light-emitting elements is increased, the amount of light can be increased and a bright projected image can be obtained.
[0005]
Further, a tilt mirror device can be used as the spatial light modulator of the projector. The tilt mirror device has a plurality of movable mirror elements. The movable mirror element can selectively move between a first reflection position and a second reflection position. For example, when the movable mirror element is at the first reflection position, the light from the light source unit is reflected in the direction of the projection lens (ON state). When the movable mirror element is at the second reflection position, the light from the light source unit is reflected in a direction other than the projection lens (OFF state) and discarded. By moving the movable mirror element according to the image signal, light from the light source unit can be modulated (for example, see Patent Document 1). A projector combining a solid state light emitting device and a tilt mirror device has not been known.
[0006]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 8,672,202
[0007]
FIG. 13 shows reflected light in the ON state of the tilt mirror device. Illumination light Lin from a light source unit 1000 composed of LEDs as a plurality of solid state light emitting elements is transmitted through an illumination lens 1001 and is incident on a tilt mirror device 1002 (FIG. 14) as a spatial light modulator. FIG. 13 shows one of a plurality of movable mirror elements 1002a included in the tilt mirror device 1002 (FIG. 14) for simplicity. When the movable mirror element 1002a is at the first reflection position, the illumination light Lin is reflected toward the projection lens 1003 as ON light Lon. The ON light Lon is projected on the screen 1004. At this time, there is a limitation on the tilt angle of the movable mirror element 1002a, and the spatial separation of the illumination light Lin and the ON light Lon causes the incident light Lin appropriately modulated (ON or OFF) in the xz plane. The spread angle α is limited to a predetermined range.
[0008]
FIG. 14 is a view of the tilt mirror device 1002 as viewed from the screen 1004 side (the positive side of the z-axis). The tilt mirror device 1002 has a rectangular shape. On the other hand, the pupil of the projection lens 1003 has a circular shape that is rotationally symmetric with respect to the optical axis AX of the projection lens 1003. For convenience, the projection lens 1003 and its pupil will be described using the same reference numerals.
[0009]
The illumination light Lin from the light source unit 1000 is modulated by being separated into ON light Lon and OFF light (not shown) by the tilt mirror device 1002. Hereinafter, a direction in which the incident light Lin indicated by an arrow in FIG. 14 is separated and modulated is referred to as a switching direction SW1. A direction perpendicular to the switching direction SW1 is referred to as a non-switching direction SW2. In order to guide all the reflected light from the rectangular tilt mirror device 1002 to the screen 1004, it is desirable that the size of the circular pupil of the projection lens 1003 be able to pick up all ON light Lon from the rectangular tilt mirror device 1002. In order to increase the amount of light, it is desirable that the area of the light source unit 1000 be as large as possible.
[0010]
However, the maximum size of the light source unit 1000 is limited due to restrictions such as that the pupil of the projection lens 1003 is circular and that the spread angle α of light that can be separated and modulated by the tilt mirror device 1002 is determined as shown in FIG. Is a circular area having a radius r. Since the size of the light source unit 1000 is limited, it is difficult to further increase the light amount, which is a problem.
[0011]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a projector and an optical device that can obtain a bright projected image by using a solid-state light emitting element as a light source.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to an embodiment of the present invention, there is provided a light source unit that supplies light, a spatial light modulator that modulates light from the light source unit according to an image signal, and the spatial light. A projection lens for projecting the light modulated by the modulation device, wherein the spatial light modulation device has a reflection plane portion that can selectively select a first reflection position and a second reflection position. A tilt mirror device, wherein the normal to the reflection plane when the reflection plane is at the first reflection position, and the normal to the reflection plane when the reflection plane is at the second reflection position. And the plane including the optical axis of the projection lens is defined as a first plane, and the plane perpendicular to the first plane and including the optical axis of the projection lens is defined as a second plane. The size of the entrance pupil of the projection lens in a direction along the second plane Can provide a projector which being larger than the size of the entrance pupil of the along the first planar direction. Thereby, more light can be taken in by the projection lens, and a bright projection image can be obtained.
[0013]
According to a preferred aspect of the present invention, in the projection lens, a region other than a region through which an effective ray incident on an entrance pupil in a direction along the second plane passes is cut off, and the projection lens extends along the first plane. It is desirable to provide a lens element having a larger diameter in the direction along the second plane than in the direction. Thus, the area other than the entrance pupil (the area through which the effective light rays (rays not contributing to image display) do not pass) is cut off, so that the illumination optical system can be placed adjacent to the entrance pupil, thereby increasing the illumination efficiency and miniaturizing. And the weight of the projection lens can be reduced.
[0014]
According to a preferred aspect of the present invention, the projection lens includes a plurality of lens elements, and has a diameter larger in a direction along the second plane than in a direction along the first plane. It is desirable to be arranged on the light incident side. Accordingly, when the projection lens is composed of a plurality of lens elements, the illumination optical system can be placed at a position adjacent to the entrance pupil in the same manner as described above by shaving only the lens on the entrance side that affects the arrangement of the illumination lens. In addition, the lighting efficiency can be increased, and at the same time, the size can be reduced and the projection lens can be reduced in weight. As will be described later, when the exit side lens group of the projection lens is circular and focusing means is used only with the lens group, only the lens group is turned by a mechanism on a screw as means for moving in the optical axis direction. This allows the optical axis to move in the optical axis direction.
[0015]
According to a preferred aspect of the present invention, the light source unit has a plurality of solid state light emitting devices arranged in a predetermined region, and the light source unit is arranged on the second plane of the predetermined region in which the solid state light emitting devices are arranged. It is desirable that the size in the parallel direction is larger than the size in the direction along the first plane. As a result, more solid state light emitting elements can be arranged, so that the amount of light can be increased.
[0016]
According to a preferred aspect of the present invention, it is preferable that the solid-state light-emitting element is disposed close to a short axis side of a lens diameter on an incident side of the projection lens. This allows the light source unit to be adjacent to the entrance pupil of the projection lens, thereby improving efficiency.
[0017]
According to a preferred aspect of the present invention, it is preferable that a light-collecting / reflecting member for condensing and reflecting the light from the light source unit is disposed close to the minor axis side of the diameter on the incident side of the projection lens. Accordingly, by installing the lens element of the illumination lens or the reflecting mirror adjacent to the direction in which the lens diameter is short in the above-described lens shape (the direction along the first plane), the light source unit is adjacent to the lens element as described above. As in the case of disposing them, the lighting efficiency (light use efficiency) can be improved.
[0018]
According to a preferred aspect of the present invention, the entrance pupil of the projection lens has an elliptical shape, and a direction of a major axis of the elliptical shape is a direction along the second plane, and It is desirable that the direction of the minor axis is a direction along the first plane. Accordingly, the entrance pupil of the projection lens can be increased in a direction perpendicular to the direction in which the spatial light modulator separates and modulates the light from the light source unit. For this reason, more light can be projected.
[0019]
Further, according to a preferred aspect of the present invention, the projection lens includes a plurality of lens elements, and a lens element of the projection lens on a side on which light from the spatial light modulator enters is the entrance pupil of the projection lens. An elliptical shape similar to the above is desirable. In order to form an elliptical entrance pupil in a circular lens element, it is conceivable to shield a part of a circular lens element large enough to include the elliptical entrance pupil. In this case, a circular lens element having a large aperture is required. On the other hand, in a preferred embodiment of the present invention, an elliptical entrance pupil can be formed only by a lens element having a required size.
[0020]
According to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the projection lens has a mechanism that can be moved substantially parallel to the optical axis without rotating the projection lens during focusing. In general, in a projection lens having different entrance pupil diameters in the “direction along the first plane” and the “direction along the second plane”, focusing by moving the optical axis of the rotation mechanism rotates the projection lens. Therefore, good focusing is very difficult. On the other hand, in the present embodiment, the lens can be moved substantially parallel to the optical axis without involving the rotation mechanism of the projection lens, so that focusing becomes possible.
[0021]
According to a preferred aspect of the present invention, it is preferable that the mechanism that is movable substantially in parallel with the optical axis is a linear slider. Thus, the lens can be easily linearly moved.
[0022]
According to a preferred aspect of the present invention, a lens element of the projection lens on the side from which the light from the spatial light modulator is emitted has a shape rotationally symmetric with respect to an optical axis, and the projection lens has the rotational symmetry. It is desirable that the light from the spatial light modulator be focused on a predetermined surface by moving a lens element having a shape along the optical axis. Thus, since the elliptical pupil is fixed, focusing can be performed without losing the light amount.
[0023]
According to a preferred aspect of the present invention, the light source unit supplies a first light source unit that supplies light in a first wavelength region, and supplies light in a second wavelength region different from the first wavelength region. A second light source section, wherein the first light source section reflects light incident on the reflection plane section in a direction of the projection lens when the reflection plane section is at the first reflection position; When the reflection plane portion is at the second reflection position, the reflection plane portion is provided at a position where the incident light is reflected in a direction other than the projection lens. When the reflection position is at the reflection position, the incident light is reflected in a direction other than the projection lens, and when the reflection plane portion is at the second reflection position, the incident light is reflected in the direction of the projection lens. It is desirable to be provided in such a position. Thereby, the light source unit can be arranged with a high degree of freedom.
[0024]
Further, according to a preferred aspect of the present invention, a light source unit that supplies light, a spatial light modulator that modulates light from the light source unit according to an image signal, and forms an image of the modulated light on a predetermined surface An image forming lens, wherein the spatial light modulator is a tilt mirror device having a reflection plane portion that can selectively select a first reflection position and a second reflection position, A projection plane including a normal line of the reflection plane portion when the reflection plane portion is at the first reflection position and the normal line when the reflection plane portion is at the second reflection position; When the plane including the optical axis of the lens is defined as a first plane and the plane including the optical axis of the projection lens is defined as a second plane perpendicular to the first plane and the second plane is defined as the second plane, The size of the entrance pupil in the direction along the second plane is the size of the entrance pupil in the direction along the first plane. Greater than the size of the entry morphism pupil can be provided an optical device characterized by. Thereby, a bright optical image can be obtained.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(1st Embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a projector 100 according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, the configuration of the light source unit 102 and the projection lens 105 has a technical feature. First, the entire projector 100 will be described.
[0026]
The light source unit 102 includes a plurality of solid state light emitting devices (LEDs) 101 arranged in a predetermined area. The plurality of LEDs 101 are a plurality of LEDs for red light (hereinafter, referred to as “R light”), for green light (hereinafter, referred to as “G light”), and for blue light (hereinafter, referred to as “B light”). Consists of Illumination light from the light source unit 102 enters the illumination lens 103. The illumination lens 103 efficiently guides light from the light source unit 102 to the spatial light modulator 104. The spatial light modulator 104 is a tilt mirror device that modulates light from the light source unit 102 according to an image signal. One example of a conventional tilt mirror device is a Texas Instruments DMD. DMD is a registered trademark of Texas Instruments.
[0027]
The spatial light modulator 104 has a reflection plane portion 104a that can select one of a first reflection position and a second reflection position. When the reflection plane part 104a is at the first reflection position, light from the light source part 102 is reflected toward the projection lens 105. When the reflection plane part 104a is at the second reflection position, the light from the light source part 102 is reflected in a direction other than the projection lens 105 and is discarded.
[0028]
In the above configuration, the spatial light modulator 104 is illuminated by sequentially turning on the LEDs 101 for R light, G light, and B light during one frame of an image. In order to sequentially project the R light, the G light, and the B light to obtain a white projected image as a whole, the light flux of the G light needs to be about 60% to 80% of the total light flux. is there. Therefore, when the same number of LEDs for R light, B light, and G light are arranged, the lighting time of the LED for G light is set to be shorter than the lighting time of the LEDs for R light and B light. It is also desirable to make it longer. Then, the observer can recognize with the naked eye the R light, the G light, and the B light in an integrated state. Thus, a full-color image is projected on the screen 106.
[0029]
Next, a characteristic configuration of the present embodiment will be described. First, in FIG. 1, a normal line N1 of the reflection plane portion 104a when the reflection plane portion 104a is at the first reflection position and a normal line N1 of the reflection plane portion 104a when the reflection plane portion 104a is at the second reflection position. A plane including the line N2 and including the optical axis AX of the projection lens 105 includes a first plane PL1 (FIG. 2) and a plane perpendicular to the first plane PL1 and including the optical axis AX of the projection lens 105. The surfaces are defined as a second plane PL2 (FIG. 2). The optical axis AX includes an optical axis system of the light source unit 102, the spatial light modulator 104, and the projection lens 105.
[0030]
FIG. 2 is a diagram of the spatial light modulator 104 viewed from the screen 106 side. For simplicity, the description of the illumination lens 103 and the projection lens 105 is omitted. The size P2 of the entrance pupil ENP in the non-switching direction SW2 along the second plane PL2 of the projection lens 105 is larger than the size P1 of the entrance pupil in the switching direction SW1 along the first plane PL1. This allows more light to be projected while reliably performing separation and modulation in the switching direction SW1. Here, the entrance pupil ENP is an image of the stop STP (FIG. 1) of the projection lens 105 as viewed from the spatial light modulator 104 side.
[0031]
The shape of the entrance pupil ENP of the projection lens 105 will be further described. The entrance pupil ENP has an elliptical shape. The direction of the major axis P2 of the elliptical shape is a direction along the second plane PL2, and the direction of the minor axis P1 of the elliptical shape is a direction along the first plane PL1. Thus, the entrance pupil ENP of the projection lens 105 can be increased in the non-switching direction SW2. For this reason, more light can be projected.
[0032]
Further, the size LS2 of the non-switching direction SW2 parallel to the second plane PL2 of the predetermined area 200 in which the plurality of LEDs 101 (omitted in FIG. 2) of the light source unit 102 are arranged is along the first plane PL1. It is larger than the size LS1 of the switching direction SW1. Thereby, since more LEDs 101 can be arranged, the amount of light can be increased. Preferably, the predetermined area 200 has an elliptical shape.
[0033]
Further, it is desirable that the plurality of LEDs 101, which are solid-state light-emitting elements, be arranged close to the lens barrel 105f on the side where the lens diameter is smaller on the incident side of the projection lens 105. This allows the light source unit 102 to be adjacent to the entrance pupil ENP of the projection lens 105, thereby improving efficiency.
[0034]
Further, the projection lens 105 is composed of a plurality of lens elements. FIG. 1 shows only the lens element Lf on the side where the light from the spatial light modulator 104 is incident and the lens element Lr on the side where the light from the spatial light modulator 104 is emitted. Omitted. The lens element Lf on which light from the spatial light modulator 104 is incident has an elliptical shape similar to the entrance pupil ENP of the projection lens 105. An elliptical entrance pupil ENP can be formed only by a lens element having a required size without performing light shielding or the like. The elliptical lens element Lf can be manufactured by, for example, molding. Furthermore, when the elliptical entrance pupil ENP is covered with a circular lens element, the diameter of the circular lens element needs to be larger than the length of the major axis of the ellipse. A circular lens element having a large diameter spatially interferes with the light source unit 102. In the present embodiment, since the shape of the lens element Lf itself is an elliptical shape, interference with the projection lens 105 described above can be prevented. FIG. 3 shows the light source unit 102, the projection lens 105, and the like viewed from an oblique direction.
[0035]
Further, the projection lens 105 is cut away from a region other than a region where an effective light ray entering the entrance pupil in the direction along the second plane PL2 passes, and is along the second plane PL2 from the direction along the first plane PL1. It is desirable to provide a lens element Lf having a large diameter in the tilted direction. Thus, by shaving off an area other than the entrance pupil ENP (an area through which an effective light ray (a light ray not contributing to image display) does not pass), the illumination lens 103 can be arranged at a position adjacent to the entrance pupil ENP. At the same time, the size can be reduced, and the weight of the projection lens 105 can be reduced.
[0036]
Further, as described above, the projection lens 105 includes the plurality of lens elements Lf and Lr, and has a larger diameter in the direction along the second plane PL2 than in the direction along the first plane PL1. It is desirable to be arranged in the lens barrel 105f on the light incident side. Accordingly, when the projection lens 105 is composed of a plurality of lens elements, only the entrance-side lens element Lf that affects the arrangement of the illumination lens 103 is cut off, so that the illumination lens 103 is moved to the entrance pupil ENP in the same manner as described above. Since they can be placed adjacent to each other, the lighting efficiency can be increased, the size can be reduced, and the weight of the projection lens 105 can be reduced. As will be described later, when the exit lens group of the projection lens 105 is circular and focusing is performed by only the lens group, only the lens group is moved on the optical axis AX by a mechanism on a screw. Can be moved in the direction of the optical axis AX.
[0037]
The lens element Lr that emits light from the spatial light modulator 104 has a shape that is rotationally symmetric with respect to the optical axis AX. The projection lens 105 focuses the light from the spatial light modulator 104 on the screen 106, which is a predetermined surface, by moving the lens element Lr having a rotationally symmetric shape along the optical axis AX. The movement of the lens element Lr is performed by a feeding mechanism (not shown). At the time of focusing, the lens element Lr moves and the lens element Lf is fixed. Thus, at the time of focusing, since the elliptical entrance pupil ENP is fixed, focusing can be performed without loss of light amount.
[0038]
Another example of the lens moving mechanism during focusing will be described with reference to FIG. Preferably, it is desirable that the projection lens 105 has a mechanism that is movable substantially parallel to the optical axis AX without rotating the projection lens 105 during focusing. In general, in the projection lenses 105 having different entrance pupil diameters in the “direction along the first plane PL1” and the “direction along the second plane PL2”, when the entire projection lens 105 is rotated and extended, it is asymmetric. The lens element having the shape also rotates. Therefore, focusing by moving the projection lens 105 in the direction of the optical axis AX by the rotation mechanism is very difficult. On the other hand, according to the mechanism that moves the projection lens 105 substantially in parallel with the optical axis AX without rotating the projection lens 105 during focusing, the projection lens 105 is substantially parallel to the optical axis AX without the rotation mechanism of the projection lens 105. Can be moved, so that focusing can be performed.
[0039]
Specifically, as shown in FIG. 7A, it is desirable that the mechanism for moving the projection lens 105 substantially parallel to the optical axis AX be a linear slider 110. Thus, the projection lens 105 can be easily linearly moved. 7A and 7B show only the configuration of the projection lens 105 for simplicity, and the other parts are omitted. The linear slider 110 is provided on the outer periphery of the large-diameter barrel 105r on the side where the light from the projection lens 105 exits. FIG. 7B is a diagram illustrating a configuration of a cross section perpendicular to the optical axis AX. A fitting portion 110G fitted to the linear slider 110 is provided on the outer periphery of the lens barrel 105r on the side from which light is emitted. Thus, the projection lens 105 can be accurately and easily moved along the optical axis AX.
[0040]
(2nd Embodiment)
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector 400 according to the second embodiment of the present invention. This embodiment differs from the first embodiment in that it has two light source units. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. The first light source unit 102RB includes an R light LED 101R and a B light LED 101B that supply light in a first wavelength range. The second light source unit 102G includes a G light LED 101G that supplies light in a second wavelength region different from the first wavelength region.
[0041]
Next, the lighting time and timing of each LED will be described. As described above, in order to sequentially project the R light, the G light, and the B light to obtain a white projected image as a whole, the luminous flux of the G light is about 60% to 80% of the total luminous flux. Need to be If the same number of LEDs for each color light are provided with the same output, the luminous flux amount of the G light becomes insufficient. For this reason, as shown in FIG. 5A, the lighting time GT of the G light LED 101G is made longer than the lighting time RT of the R light LED 101R and the lighting time BT of the B light LED 101B.
[0042]
In addition, depending on the quantity distribution of the R light LED 101R, the G light LED 101G, and the B light LED 101B, the G light gradation expression time GK is set to 60% to 80% of the entire G light. , R light gradation expression time RK and B light gradation expression time BK. In this case, as shown in FIG. 5B, when the gradation of the image is represented by n bits (n is a positive integer), the length of the unit bit of the G light gradation expression time GK and the R light or B light It is different from the unit bit length of the gradation expression time RK, BK. Further, for example, when the LED 101G for G light is disposed more than the LED 101R for R light and the LED 101B for B light, the lighting time of the LED 101G for G light is approximately equal to or shorter than the lighting time of the other LEDs 101R and 101B. It can be shorter.
[0043]
Further, when the reflection plane portion 104a is at the first reflection position, the first light source 102RB reflects the light incident on the reflection plane portion 104a in the direction of the projection lens 105, and the reflection plane portion 104a When in the reflection position, it is provided at a position where incident light is reflected in a direction other than the projection lens 105. The second light source unit 102G reflects the incident light in a direction other than the projection lens 105 when the reflection plane unit 104a is at the first reflection position, and when the reflection plane unit 104a is at the second reflection position, It is provided at a position where incident light is reflected in the direction of the projection lens 105.
[0044]
That is, the reflection position (second reflection position) of the reflection plane portion 104a when guiding the G light toward the projection lens 105, and the reflection position of the reflection plane portion 104a when guiding the R light or the B light toward the projection lens 105. This is a position opposite to the reflection position (first reflection position). For this reason, as shown in the drive polarity inversion time in FIG. 5, the drive polarity for the reflection plane portion 104a is inverted between the G light LED 101G and the R light LED 101R or the B light LED 101B. As in the present embodiment, if the degree of freedom in the arrangement of the light source unit is high, a projected image with good color balance can be obtained with a simple configuration.
[0045]
FIG. 6 is a view of the spatial light modulator 104 viewed from the screen 106 side, similarly to FIG. Also in the present embodiment, the entrance pupil ENP of the projection lens 105 has an elliptical shape. The size LS2 of the non-switching direction SW2 parallel to the second plane PL2 of the predetermined region 500RB in which the plurality of R light LEDs 101R and the B light LEDs 101B (omitted in FIG. 6) of the light source unit 102RB are arranged is: The size LS1 of the switching direction SW1 along the first plane PL1 is larger than the size LS1. Similarly, the size LS2 of the non-switching direction SW2 parallel to the second plane PL2 of the predetermined area 500G in which the G light LEDs 101G (omitted in FIG. 6) are arranged is the switching direction along the first plane PL1. The size of SW1 is larger than LS1. Thereby, since more LEDs 101R, 101B, and 101G for each color can be arranged, the amount of light can be increased. Preferably, predetermined regions 500RB and 500G are desirably elliptical.
[0046]
(Third embodiment)
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector 800 according to the third embodiment of the invention. The same parts as those in the above-described second embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In the present embodiment, the illumination lens 803, which is a condensing and reflecting member that condenses the light from the light source units 102RB and 102G, is disposed close to the lens barrel 105f on the smaller diameter side on the incident side of the projection lens 105. I have.
[0047]
FIG. 9 is a diagram of the projection lens 105 viewed from the spatial light modulator 104 side. By arranging the illumination lens 803 as shown in FIG. 9 in a direction along the first plane PL1, similarly to the case where the light source units 102RB and 102G are arranged adjacent to the lens barrel 105f as described above, the illumination is performed. Efficiency (light use efficiency) can be improved.
[0048]
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector 900 according to the fourth embodiment of the invention. The same parts as those in the above-described second embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In the present embodiment, the light source units 102RB and 102G are arranged on substantially the same plane as the spatial light modulator 104. Then, a reflecting mirror 903 is arranged near the lens barrel 105r on the side of the projection lens 105 on the smaller diameter side on the incident side. The reflecting mirror 903 is a condensing and reflecting member having a radius of curvature such that light from the light source units 102RB and 102G is condensed on the spatial light modulator 104.
[0049]
FIG. 11 is a view of the projection lens 105 viewed from the spatial light modulator 104 side. By arranging the reflecting mirror 903 as shown in FIG. 11 in the direction along the first plane PL1, the illumination is performed in the same manner as when the light source units 102RB and 102G are arranged adjacent to the lens barrel 105f as described above. Efficiency (light use efficiency) can be improved.
[0050]
(Fifth embodiment)
FIG. 12 is a diagram illustrating a schematic configuration of a printer 600 that is an example of an optical device according to a fifth embodiment of the present invention. Light from the light source unit 601 enters a spatial light modulator 602 which is a reflection type tilt mirror device. The spatial light modulator 602 reflects light on the photosensitive drum 603 by turning light on or off based on a signal from a control unit (not shown). The light source unit 601, the spatial light modulator 602, and the imaging lens IL have the same configuration as the light source unit, the spatial light modulator, and the projection lens in the first to fourth embodiments.
[0051]
The surface of the photosensitive drum 603 is uniformly charged with negative static electricity by the negative charge of the charging roll 604 in advance. Then, only the portion on the photosensitive drum 603 (the portion corresponding to the image) irradiated with the light weakens the negative charge. As a result, an electrostatic latent image (print image) is formed on the photosensitive drum 603. Next, the negatively charged toner is attracted to a portion of the photosensitive drum 603 where the negative charge is weak, and a toner image is formed on the photosensitive drum 603. A positive charge is applied by the transfer roll 605 from the back side of the paper P that is in close contact with the photosensitive drum 603. As a result, the toner is transferred to the paper P. Then, when the positive charge is taken from the sheet P, the sheet P is separated from the photosensitive drum 603. The toner transferred to the paper P is melted by the heat of the heat roll 606 serving as a fixing unit. At the same time, pressure is applied to the sheet P by the pressure roll 607. The residual toner remaining on the surface of the photosensitive drum 603 is swept off by the cleaning blade 608. The photosensitive drum 603 is electrically negatively charged uniformly by the charging roll 604. This series of steps can be repeated to print on the paper P. Accordingly, the light from the light source unit 601 can be efficiently radiated to the photosensitive drum 603. As a result, printing with a high S / N ratio and low noise can be performed. In each of the above embodiments, the solid-state light-emitting element serving as the light source section is described using an LED. However, a semiconductor laser or an electroluminescent (EL) element may be used as the solid-state light-emitting element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projector according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a light source unit and an entrance pupil of a projection lens according to the first embodiment.
FIG. 3 is a perspective view of the projector according to the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a projector according to a second embodiment of the invention.
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing lighting times and timings of LEDs.
FIG. 6 is a diagram illustrating a light source unit and an entrance pupil of a projection lens according to the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a linear slider.
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector according to a third embodiment of the invention.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration near a projection lens according to the third embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a projector according to a fourth embodiment of the invention.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration near a projection lens according to the fourth embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating a schematic configuration of a printer according to a fifth embodiment of the invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating modulation by a spatial light modulator.
FIG. 14 is a diagram showing a light source unit and an entrance pupil of a projection lens.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 100 projector, 101 light emitting element, 102 light source section, 103 illumination lens, 104 spatial light modulator, 104a reflection plane section, 105 projection lens, N1 N2 normal, STP stop, Lf Lr lens element, AX optical axis, 106 screen, ENP entrance pupil, SW1 switching direction, SW2 non-switching direction, 200 predetermined area, 400 projector, 102RB 102G light source section, 101R 101B 101G light emitting element, 500RB 500G predetermined area, 600 printer, 601 light source section, 602 tilt mirror device, 603 photosensitive Drum, 604 charging roll, 605 transfer roll, 606 heat roll, 607 pressure roll, 608 cleaning blade, P paper, 105f incident side lens barrel, 105r emission side lens barrel, 110 linear Slider, 800 projector, 803 illumination lens, 900 projector, 903 reflector

Claims

光を供給する光源部と、
前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
前記空間光変調装置によって変調された光を投写する投写レンズと、を有し、
前記空間光変調装置は、第１の反射位置と第２の反射位置とを択一的に選択可能な反射平面部を有するティルトミラーデバイスであって、
前記反射平面部が前記第１の反射位置にあるときの前記反射平面部の法線と、前記反射平面部が前記第２の反射位置にあるときの前記法線とを含む面で、かつ前記投写レンズの光軸を含む面を第１の平面と、前記第１の平面に垂直で、かつ前記投写レンズの光軸を含む面を第２の平面とそれぞれしたとき、
前記投写レンズの前記第２の平面に沿った方向の入射瞳の大きさは、前記第１の平面に沿った方向の前記入射瞳の大きさよりも大きいことを特徴とするプロジェクタ。A light source unit for supplying light,
A spatial light modulator that modulates light from the light source unit according to an image signal,
And a projection lens for projecting light modulated by the spatial light modulator,
The spatial light modulation device is a tilt mirror device having a reflection plane portion that can selectively select a first reflection position and a second reflection position,
A normal including the reflection plane when the reflection plane is at the first reflection position, and a surface including the normal when the reflection plane is at the second reflection position, and When a plane including the optical axis of the projection lens is defined as a first plane, and a plane perpendicular to the first plane and including the optical axis of the projection lens is defined as a second plane,
The projector according to claim 1, wherein a size of the entrance pupil of the projection lens in a direction along the second plane is larger than a size of the entrance pupil in a direction along the first plane.

前記投写レンズは、
前記第２の平面に沿った方向の入射瞳に入射する有効光線の通過する領域以外が削られ、前記第１の平面に沿った方向より前記第２の平面に沿った方向の径が大きいレンズ素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。The projection lens is
A lens other than a region through which an effective ray incident on the entrance pupil in the direction along the second plane passes, and a diameter in the direction along the second plane is larger than that in the direction along the first plane. The projector according to claim 1, further comprising an element.

前記投写レンズは、複数のレンズ素子からなり、
前記第１の平面に沿った方向より前記第２の平面に沿った方向の径が大きい投写レンズは、光の入射側に配置されることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ。The projection lens includes a plurality of lens elements,
The projector according to claim 2, wherein the projection lens having a diameter larger in a direction along the second plane than in a direction along the first plane is arranged on a light incident side.

前記光源部は所定領域内に配列された複数の固体発光素子を有し、
前記固体発光素子が配列されている前記所定領域の前記第２の平面に略平行な方向の大きさは、前記第１の平面に沿った方向の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。The light source unit has a plurality of solid state light emitting devices arranged in a predetermined area,
The size of the predetermined area where the solid state light emitting elements are arranged in a direction substantially parallel to the second plane is larger than a size in a direction along the first plane. The projector according to 1.

前記固体発光素子は、前記投写レンズ入射側のレンズ径の短軸側に近接して配置されることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。5. The projector according to claim 4, wherein the solid-state light-emitting element is arranged close to a short axis side of a lens diameter on an incident side of the projection lens.

前記光源部からの光を、集光、反射させる集光反射部材を前記投写レンズ入射側の径の短軸側に近接して配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクタ。The light-collecting / reflecting member for condensing and reflecting the light from the light source unit is disposed close to a short axis side of the diameter of the incident side of the projection lens. The projector according to the item.

前記投写レンズの前記入射瞳は楕円形状を有し、
前記楕円形状の長軸の方向は前記第２の平面に沿った方向であり、前記楕円形状の短軸の方向は前記第１の平面に沿った方向であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。The entrance pupil of the projection lens has an elliptical shape,
The direction of a major axis of the elliptical shape is a direction along the second plane, and a direction of a minor axis of the elliptical shape is a direction along the first plane. The projector as described.

前記投写レンズは複数のレンズ素子からなり、
前記空間光変調装置からの光が入射する側の前記投写レンズのレンズ素子は、前記投写レンズの前記入射瞳と相似形の楕円形状であることを特徴とする請求項７に記載のプロジェクタ。The projection lens includes a plurality of lens elements,
8. The projector according to claim 7, wherein a lens element of the projection lens on a side on which light from the spatial light modulator is incident has an elliptical shape similar to the entrance pupil of the projection lens. 9.

前記投写レンズにおいて、フォーカシング時にレンズを回転させずに光軸と略平行に可動する機構を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のプロジェクタ。The projector according to any one of claims 1 to 8, wherein the projection lens has a mechanism that moves substantially parallel to an optical axis without rotating the lens during focusing.

前記光軸と略平行に可動する機構は、リニアスライダであることを特徴とする請求項９に記載のプロジェクタ。The projector according to claim 9, wherein the mechanism that moves substantially parallel to the optical axis is a linear slider.

前記空間光変調装置からの光を射出する側の前記投写レンズのレンズ素子は光軸に回転対称な形状であり、
前記投写レンズは、前記回転対称な形状を有するレンズ素子を光軸に沿って移動させることで、前記空間光変調装置からの光を所定面に合焦させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のプロジェクタ。The lens element of the projection lens on the side that emits light from the spatial light modulator has a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis,
The said projection lens focuses the light from the said spatial light modulator to a predetermined surface by moving the lens element which has the said rotationally symmetric shape along an optical axis, The Claims 1-8 characterized by the above-mentioned. The projector according to claim 1.

前記光源部は、第１の波長領域の光を供給する第１光源部と、前記第１の波長領域と異なる第２の波長領域の光を供給する第２光源部とからなり、
前記第１光源部は、前記反射平面部が前記第１の反射位置にあるときは、前記反射平面部への入射光を前記投写レンズの方向に反射し、前記反射平面部が前記第２の反射位置にあるときは、前記入射光を前記投写レンズ以外の方向に反射するような位置に設けられ、
前記第２光源部は、前記反射平面部が前記第１の反射位置にあるときは、前記入射光を前記投写レンズ以外の方向に反射し、前記反射平面部が前記第２の反射位置にあるときは、前記入射光を前記投写レンズの方向に反射するような位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプロジェクタ。The light source unit includes a first light source unit that supplies light in a first wavelength region, and a second light source unit that supplies light in a second wavelength region different from the first wavelength region,
The first light source unit, when the reflection plane unit is at the first reflection position, reflects light incident on the reflection plane unit in the direction of the projection lens, and the reflection plane unit is configured to reflect the second plane light. When in the reflection position, provided at a position to reflect the incident light in a direction other than the projection lens,
The second light source section reflects the incident light in a direction other than the projection lens when the reflection plane section is at the first reflection position, and the reflection plane section is at the second reflection position. The projector according to claim 1, wherein the projector is provided at a position where the incident light is reflected in a direction of the projection lens.

光を供給する光源部と、
前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
前記変調された光を所定面へ結像させる結像レンズと、を有し、
前記空間光変調装置は、第１の反射位置と第２の反射位置とを択一的に選択可能な反射平面部を有するティルトミラーデバイスであって、
前記反射平面部が前記第１の反射位置にあるときの前記反射平面部の法線と、前記反射平面部が前記第２の反射位置にあるときの前記法線とを含む面で、かつ前記投写レンズの光軸を含む面を第１の平面と、前記第１の平面に垂直で、かつ前記投写レンズの光軸を含む面を第２の平面とそれぞれしたとき、
前記結像レンズの前記第２の平面に沿った方向の入射瞳の大きさは、前記第１の平面に沿った方向の前記入射瞳の大きさよりも大きいことを特徴とする光学装置。A light source unit for supplying light,
A spatial light modulator that modulates light from the light source unit according to an image signal,
An imaging lens for imaging the modulated light on a predetermined surface,
The spatial light modulation device is a tilt mirror device having a reflection plane portion that can selectively select a first reflection position and a second reflection position,
A normal including the reflection plane when the reflection plane is at the first reflection position, and a surface including the normal when the reflection plane is at the second reflection position, and When a plane including the optical axis of the projection lens is defined as a first plane, and a plane perpendicular to the first plane and including the optical axis of the projection lens is defined as a second plane,
The optical device according to claim 1, wherein a size of the entrance pupil of the imaging lens in a direction along the second plane is larger than a size of the entrance pupil in a direction along the first plane.