JP2004151657A

JP2004151657A - プロジェクタ及び光学装置

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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

【課題】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等を提供すること。
【解決手段】光を供給する光源部１０２と、光源部１０２からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置１０４と、空間光変調装置１０４によって変調された光を投写する投写レンズ１０５とを有し、空間光変調装置１０４は、ティルトミラーデバイスであって、反射平面部１０４ａが第１の反射位置にあるときの法線Ｎ１と、第２の反射位置にあるときの法線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と、第１の平面ＰＬ１に垂直で、上記光軸ＡＸを含む面を第２の平面ＰＬ２とそれぞれしたとき、投写レンズ１０５の第２の平面ＰＬ２に沿った方向の入射瞳ＥＮＰの大きさＰ２は、第１の平面ＰＬ１に沿った方向の入射瞳ＥＮＰの大きさＰ１よりも大きい。
【選択図】図１

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。