JP2006126385A - Image projection device and prism unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像投影装置、特に、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）（テキサス・インスツルメンツ社商標）等の反射型表示素子を利用した画像投影装置、及びこれに用いるプリズムユニットに関する。 The present invention relates to an image projection apparatus, and more particularly to an image projection apparatus using a reflective display element such as a digital micromirror device (DMD) (trademark of Texas Instruments) and a prism unit used therefor.
ＤＭＤ等の反射型表示素子を利用した画像投影装置は、表示素子の表示領域に配列された画素を構成する光反射部材に照明光を入射するとともに、光反射部材をその偏向軸（回動軸）を中心に回動制御することで該部材の光反射面の向きを制御し、それにより表示領域から画像情報を含む光を反射させ、この反射光を投影光学系によりスクリーン等に投影するものである。 An image projection apparatus using a reflective display element such as a DMD makes illumination light incident on a light reflecting member that constitutes pixels arranged in a display area of the display element, and uses the light reflecting member as a deflection axis (rotation axis). ) To control the direction of the light reflecting surface of the member, thereby reflecting light including image information from the display area, and projecting the reflected light onto a screen or the like by a projection optical system It is.
このタイプの画像投影装置は、例えば、特開２００３−３２２８２２号公報や、米国特許第６，１８５，０４７ Ｂ１号等に開示されている。 This type of image projection apparatus is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-322822, US Pat. No. 6,185,047 B1, and the like.
これら特開２００３−３２２８２２号公報や、米国特許第６，１８５，０４７ Ｂ１号に開示された画像投影装置は、いずれも、基本的には、画素の角度変調により画像を表示する反射型表示素子、光源からの光を反射型表示素子の照明のために導く照明光学系、画像情報を含む反射型表示素子からの反射投影光を投影するための投影光学系及び照明光学系からの照明光を反射型表示素子へ導く一方、該反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を投影光学系へ導く、臨界角プリズムを有している。 All of these image projection apparatuses disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-322822 and US Pat. No. 6,185,047 B1 are basically reflective display elements that display an image by angle modulation of pixels. Illumination optical system for guiding light from the light source for illumination of the reflective display element, projection optical system for projecting reflected projection light from the reflective display element including image information, and illumination light from the illumination optical system A critical angle prism is provided that guides the reflected projection light including image information from the reflective display element to the projection optical system while guiding the reflective display element to the reflective display element.
これら画像投影装置のいずれにおいても、かかる臨界角プリズムとして、照明光を入射させる第１プリズムと反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を出射させる第２プリズムとを組み合わせ、両者の互いに対向する隣接面を臨界面としたプリズムユニットを採用している。 In any of these image projection apparatuses, the critical angle prism is a combination of a first prism that makes illumination light incident and a second prism that emits reflected projection light including image information from the reflective display element. A prism unit with the adjacent adjacent surface as a critical surface is used.
特開２００３−３２２８２２号公報に記載の画像投影装置では、第１プリズムに入射させた照明光を臨界面で反射型表示素子へ向け全反射させ、反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を該臨界面に透過させ、さらにそのまま第２プリズムを透過させて投影光学系に入射させる構成を採用している。 In the image projection apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-322822, the illumination light incident on the first prism is totally reflected toward the reflective display element at the critical plane, and the reflective projection includes image information from the reflective display element. A configuration is adopted in which light is transmitted through the critical surface, further transmitted through the second prism as it is, and incident on the projection optical system.
米国特許第６，１８５，０４７ Ｂ１号に開示された画像投影装置では、第１プリズムに入射させた照明光を第１プリズムの全反射面で臨界面へ向け全反射して該臨界面を透過させ、さらに第２プリズムを透過させて反射型表示素子へ入射させ、反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を該臨界面で全反射させ、第２プリズムから投影光学系へ入射させるようにしている。 In the image projection apparatus disclosed in US Pat. No. 6,185,047 B1, the illumination light incident on the first prism is totally reflected by the total reflection surface of the first prism toward the critical surface and transmitted through the critical surface. Then, the light is further transmitted through the second prism and incident on the reflective display element, and the reflected projection light including the image information from the reflective display element is totally reflected on the critical plane and incident on the projection optical system from the second prism. I am doing so.
ところで、かかる画像投影装置におけるＤＭＤ等の反射型表示素子は、一般にきわめて高速の信号処理により制御される。また、通常、反射型表示素子の駆動回路は回路基板に搭載されている。従って、安定した動作をさせるためには、反射型表示素子とその駆動回路基板はできるだけ一体的に配置することが望ましく、該基板面に反射型表示素子も搭載してしまうことが望ましい。 By the way, a reflective display element such as DMD in such an image projection apparatus is generally controlled by extremely high-speed signal processing. In general, the drive circuit for the reflective display element is mounted on a circuit board. Therefore, in order to perform a stable operation, it is desirable to arrange the reflective display element and its drive circuit board as integral as possible, and it is also desirable to mount the reflective display element on the substrate surface.
しかしながら、特開２００３−３２２８２２号公報に開示されたタイプの画像投影装置では、既述のとおり、照明光を臨界角プリズムの臨界面で反射型表示素子へ向け全反射させ、反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を該臨界面に透過させ、そのまま投影光学系に入射させる構成を採用しているから、表示素子の駆動回路基板が投影光学系の光軸方向と直交する方向に面状に延在するように配置されることになり、かかる駆動回路基板と投影光学系の配置関係のために、それだけ画像投影装置が大型化してしまう。 However, in the image projection apparatus of the type disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-322822, as described above, the illumination light is totally reflected toward the reflective display element at the critical surface of the critical angle prism, and is reflected from the reflective display element. The reflected projection light including the image information is transmitted through the critical plane and directly incident on the projection optical system, so that the drive circuit board of the display element is in a direction orthogonal to the optical axis direction of the projection optical system. It is arranged so as to extend in a planar shape, and the size of the image projection apparatus increases accordingly because of the arrangement relationship between the drive circuit board and the projection optical system.
この点、米国特許第６，１８５，０４７ Ｂ１号に開示された画像投影装置では、既述のとおり、第１プリズムに入射させた照明光を第１プリズムの全反射面で臨界面へ向け全反射して該臨界面を透過させ、反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を該臨界面で全反射させて投影光学系へ入射させるようにしているので、表示素子の駆動回路基板を照明光学系の光軸と投影光学系の光軸の双方に対し平行に延在するように配置することが可能であり、それだけ画像投影装置をコンパクト化できる。 In this regard, in the image projection device disclosed in US Pat. No. 6,185,047 B1, as described above, the illumination light incident on the first prism is totally directed toward the critical surface by the total reflection surface of the first prism. Reflecting and transmitting the critical surface and reflecting projection light including image information from the reflective display element is totally reflected by the critical surface and incident on the projection optical system. Can be arranged so as to extend in parallel to both the optical axis of the illumination optical system and the optical axis of the projection optical system, and the image projection apparatus can be made compact accordingly.
しかしながら、この画像投影装置では、表示素子の表示領域に対応させて正規の姿勢で画像投影するために、臨界角プリズムにおける臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と反射型表示素子の画素の偏向軸が４５度の角度をなすように臨界面と表示素子との相互配置関係が設定されている。
そのため、照明光と反射投影光とを有効に分離できる領域が制限され、明るい光学系を得難い。
However, in this image projection apparatus, in order to project an image in a normal posture corresponding to the display area of the display element, the projection of the normal of the critical plane in the critical angle prism onto the reflective display element surface and the reflective display element The mutual arrangement relationship between the critical plane and the display element is set so that the deflection axis of each pixel forms an angle of 45 degrees.
Therefore, a region where the illumination light and the reflected projection light can be effectively separated is limited, and it is difficult to obtain a bright optical system.
そこで本発明は、画素の角度変調により画像を表示する反射型表示素子、光源からの光を前記反射型表示素子の照明のために導く照明光学系、画像情報を含む前記反射型表示素子からの反射投影光を投影するための投影光学系及び前記照明光学系からの照明光を前記反射型表示素子へ導く一方、該反射型表示素子からの前記反射投影光を前記投影光学系へ導く臨界角プリズムを有する画像投影装置であって、全体をコンパクト化、小型化できるとともに、光学系を、照明光を有効に利用できる明るい光学系とすることができる画像投影装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a reflective display element that displays an image by angle modulation of a pixel, an illumination optical system that guides light from a light source for illumination of the reflective display element, and the reflective display element that includes image information. A projection optical system for projecting reflected projection light and a critical angle for guiding illumination light from the illumination optical system to the reflective display element while guiding the reflected projection light from the reflective display element to the projection optical system An object of the present invention is to provide an image projection apparatus having a prism, which can be reduced in size and size as a whole, and that the optical system can be a bright optical system that can effectively use illumination light. .
また、本発明は、かかる画像投影装置の臨界角プリズムとして採用でき、該画像投影装置の形成に採用できるプリズムユニットを提供することを課題とする。 Another object of the present invention is to provide a prism unit that can be used as a critical angle prism of such an image projection apparatus and can be used to form the image projection apparatus.
かかる課題を解決するため本発明は先ず次の画像投影装置を提供する。
（１）画像投影装置
画素の角度変調により画像を表示する反射型表示素子、光源からの光を前記反射型表示素子の照明のために導く照明光学系、画像情報を含む前記反射型表示素子からの反射投影光を投影するための投影光学系及び前記照明光学系からの照明光を前記反射型表示素子へ導く一方、該反射型表示素子からの前記反射投影光を前記投影光学系へ導く臨界角プリズムを有する画像投影装置であり、該臨界角プリズムは、前記照明光学系からの照明光を前記反射型表示素子へ向け全反射する一方、該反射型画像表示素子からの前記反射投影光を透過させる臨界面を有するとともに、該反射投影光を前記投影光学系へ向け偏向させる偏向反射面を有しており、前記臨界面の法線の前記反射型表示素子面への射影と該反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度が４５度より大きい画像投影装置。
In order to solve this problem, the present invention first provides the following image projection apparatus.
(1) Image Projection Device From a reflective display element that displays an image by angle modulation of pixels, an illumination optical system that guides light from a light source for illumination of the reflective display element, and the reflective display element that includes image information A projection optical system for projecting the reflected projection light and the critical light that guides the illumination light from the illumination optical system to the reflective display element while guiding the reflected projection light from the reflective display element to the projection optical system The critical angle prism totally reflects the illumination light from the illumination optical system toward the reflection type display element, while the reflected angle light from the reflection type image display element is reflected by the critical angle prism. A reflection reflecting surface for deflecting the reflected projection light toward the projection optical system, and projecting the normal of the critical surface onto the reflective display element surface and the reflection type Display element An image projection apparatus in which an angle formed by a deflection axis for angle modulation of the pixel is greater than 45 degrees.
ここで臨界角プリズムとは、プリズム内に、入射光の入射角によって該入射光を全反射又は透過させる臨界面を有するプリズムである。 Here, the critical angle prism is a prism having a critical surface that totally reflects or transmits the incident light depending on the incident angle of the incident light.
この画像投影装置によると、臨界角プリズムとして、照明光学系からの照明光を反射型表示素子へ向け全反射する一方、反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を透過させる臨界面を有するとともに、該反射投影光を投影光学系へ向け偏向させる偏向反射面を有するものを採用しているので、表示素子の駆動回路基板を照明光学系の光軸の全部或いは大部分と投影光学系の光軸の全部或いは大部分の双方に対し平行或いはほぼ平行に延在するように配置することが可能であり、それだけ画像投影装置をコンパクト化、小型化することができる。 According to this image projection apparatus, the critical surface is a critical angle prism that totally reflects the illumination light from the illumination optical system toward the reflective display element, and transmits the reflected projection light including image information from the reflective display element. And having a deflecting reflecting surface for deflecting the reflected projection light toward the projection optical system, the drive circuit board of the display element is connected to all or most of the optical axes of the illumination optical system and the projection optical system. It is possible to dispose the image projection apparatus so as to extend in parallel or substantially in parallel to both or all of the optical axes of the image projection apparatus.
また、この画像投影装置によると、臨界角プリズムにおける臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と該反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度が４５度より大きく設定されているから、それだけ光学系を、照明光を有効に利用できる明るい光学系として明るい投影画像を得ることができる。
臨界角プリズムにおける臨界面と反射型表示素子における画素の偏向軸とを平行に、すなわち、臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と、該反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度を９０度に設定すれば、一層照明光を有効利用できる明るい光学系を実現できる。
Further, according to this image projection apparatus, the angle formed by the projection of the normal of the critical plane of the critical angle prism onto the reflective display element surface and the deflection axis for angle modulation of the pixel in the reflective display element is greater than 45 degrees. Since the optical system is set large, a bright projection image can be obtained by using the optical system as a bright optical system that can effectively use illumination light.
The critical plane in the critical angle prism and the deflection axis of the pixel in the reflective display element are parallel, that is, the projection of the normal of the critical plane onto the reflective display element surface, and the angle modulation of the pixel in the reflective display element If the angle formed by the deflection axis is set to 90 degrees, a bright optical system that can effectively use illumination light can be realized.
前記反射型表示素子として、前記画素を配列した矩形の表示領域を有するものを採用でき、その場合、該表示領域の長辺又は短辺と前記臨界角プリズムにおける偏向反射面とを平行に設定することで、反射型表示素子、或いはさらにそれを搭載した基板を画像投影装置内で略水平或いは略垂直に配置することができ、それだけ部品のレイアウトが容易となり、装置の大型化を抑制することができる。 As the reflective display element, an element having a rectangular display area in which the pixels are arranged can be adopted. In this case, the long side or the short side of the display area and the deflection reflection surface of the critical angle prism are set in parallel. Thus, the reflective display element, or the substrate on which the reflective display element is mounted, can be arranged substantially horizontally or substantially vertically in the image projection apparatus, so that the layout of the parts can be facilitated and the enlargement of the apparatus can be suppressed. it can.
本発明にかかる画像投影装置で採用する前記臨界角プリズムとしては、照明光学系からの照明光を反射型表示素子へ向け全反射する一方、反射型画像表示素子からの画像情報を含む反射投影光を透過させる臨界面を有するとともに、該反射投影光を投影光学系へ向け偏向させる偏向反射面を有するものであればよいが、代表例として次のものを挙げることができる。 The critical angle prism employed in the image projection apparatus according to the present invention is a reflection projection light that totally reflects the illumination light from the illumination optical system toward the reflection type display element and includes image information from the reflection type image display element. May be used as long as it has a critical surface that transmits light and a deflecting reflecting surface that deflects the reflected projection light toward the projection optical system.
すなわち、第１プリズム及び第２プリズムからなるプリズムユニットで構成されており、該第１プリズムは、前記照明光学系からの照明光を入射させる第１入射面、前記臨界面及び該臨界面からの全反射光を出射させる第１出射面を有しており、該第２プリズムは、前記反射型表示素子から反射されて前記第１プリズムの前記臨界面を透過してくる前記反射投影光を入射させる第２入射面、該第２入射面から入射してくる該反射投影光を偏向させる前記偏向反射面及び該偏向反射面により反射され偏向された投影光を出射させる第２出射面を有しており、該第１プリズムの臨界面と該第２プリズムの第２入射面とが空気層を介して対向配置されている臨界角プリズムである。 That is, the prism unit includes a first prism and a second prism, and the first prism includes a first incident surface on which illumination light from the illumination optical system is incident, the critical surface, and the critical surface. The second prism has a first emission surface that emits totally reflected light, and the second prism is incident on the reflected projection light reflected from the reflective display element and transmitted through the critical surface of the first prism. A second incident surface for deflecting the reflected projection light incident from the second incident surface, and a second exit surface for emitting the projection light reflected and deflected by the deflection reflective surface. A critical angle prism in which a critical surface of the first prism and a second incident surface of the second prism are arranged to face each other with an air layer interposed therebetween.
本発明はまた、本発明に係る画像投影装置の臨界角プリズムとして採用でき、該画像投影装置の形成に採用できる次のプリズムユニットも提供する。
（２）プリズムユニット
第１プリズム及び第２プリズムからなり、該第１プリズムは、前記照明光学系からの照明光を入射させる第１入射面、前記臨界面及び該臨界面からの全反射光を出射させる第１出射面を有しており、該第２プリズムは、前記反射型表示素子から反射されて前記第１プリズムの前記臨界面を透過してくる前記反射投影光を入射させる第２入射面、該第２入射面から入射してくる該反射投影光を偏向させる前記偏向反射面及び該偏向反射面により反射され偏向された反射投影光を出射させる第２出射面を有しており、該第１プリズムの臨界面と該第２プリズムの第２入射面とが空気層を介して対向配置されているプリズムユニット。
The present invention also provides the following prism unit that can be employed as the critical angle prism of the image projection apparatus according to the present invention and can be employed to form the image projection apparatus.
(2) Prism unit comprising a first prism and a second prism, and the first prism is configured to receive a first incident surface on which illumination light from the illumination optical system is incident, the critical surface, and total reflected light from the critical surface. The second prism has a first light exit surface that emits light, and the second prism receives the reflected projection light that is reflected from the reflective display element and passes through the critical surface of the first prism. A second reflection surface for deflecting the reflected projection light incident from the second incident surface, and a second emission surface for emitting the reflected projection light reflected and deflected by the deflection reflection surface, A prism unit in which a critical surface of the first prism and a second incident surface of the second prism are arranged to face each other via an air layer.
以上説明したように本発明によると、画素の角度変調により画像を表示する反射型表示素子、光源からの光を前記反射型表示素子の照明のために導く照明光学系、画像情報を含む前記反射型表示素子からの反射投影光を投影するための投影光学系及び前記照明光学系からの照明光を前記反射型表示素子へ導く一方、該反射型表示素子からの前記反射投影光を前記投影光学系へ導く臨界角プリズムを有する画像投影装置であって、全体をコンパクト化、小型化できるとともに、光学系を、照明光を有効に利用できる明るい光学系とすることができる画像投影装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, a reflective display element that displays an image by angle modulation of pixels, an illumination optical system that guides light from a light source for illumination of the reflective display element, and the reflection that includes image information A projection optical system for projecting the reflected projection light from the type display element and the illumination light from the illumination optical system to the reflection type display element, while the reflected projection light from the reflection type display element is used as the projection optics Provided is an image projection apparatus having a critical angle prism that leads to a system, which can be made compact and compact as a whole, and that the optical system can be a bright optical system that can effectively use illumination light. be able to.
また、本発明によると、かかる画像投影装置の臨界角プリズムとして採用でき、該画像投影装置の形成に採用できるプリズムユニットを提供することができる。 In addition, according to the present invention, it is possible to provide a prism unit that can be employed as a critical angle prism of such an image projection apparatus and can be employed for forming the image projection apparatus.
以下、本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明に係る画像投影装置の１例Ａの概略構成を示す側面図であり、図２は図１に示す装置を図１において下方から見た底面図である。図３は図１に示す装置Ａにおける反射型表示素子１を下方から見て一部を示す図である。図１には光路も概略図示してある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an example A of an image projection apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a bottom view of the apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a part of the reflective display element 1 in the apparatus A shown in FIG. FIG. 1 also schematically shows the optical path.
図１、図２に示す画像投影装置Ａは、装置ケースＣに設置された反射型表示素子１、照明光学系２、臨界角プリズム３及び投影光学系４を含んでいる。
臨界角プリズム３は、後ほど説明するが、第１、第２のプリズムを組み合わせたプリズムユニットからなっているので、臨界角プリズム３については、以下、プリズムユニット３と称することがある。
An image projection apparatus A shown in FIGS. 1 and 2 includes a reflective display element 1, an illumination optical system 2, a critical angle prism 3, and a projection optical system 4 installed in an apparatus case C.
As will be described later, the critical angle prism 3 is composed of a prism unit in which the first and second prisms are combined. Therefore, the critical angle prism 3 may be referred to as a prism unit 3 hereinafter.
反射型表示素子１は本例ではＤＭＤであり、図３に示すように表示領域１１が長方形を呈している。反射型表示素子１は、その駆動回路１３を搭載した基板１４の下面に、基板１４と平行に水平配置されている。素子１の詳細については後述する。 The reflective display element 1 is a DMD in this example, and the display area 11 has a rectangular shape as shown in FIG. The reflective display element 1 is horizontally disposed in parallel with the substrate 14 on the lower surface of the substrate 14 on which the drive circuit 13 is mounted. Details of the element 1 will be described later.
照明光学系２は、光源装置２１、コンデンサーレンズ２２、カラーホイール２３、インテグレータロッド２４、リレー光学系２５及び折り返しミラー２６、２７を含んでいる。 光源装置２１は、白色光を発するランプ及びリフレクターを含んでおり、リフレクターはランプからの光を反射してコンデンサーレンズ２２へ向けほぼ平行光で出射させる回転放物面からなる反射面を有している。 The illumination optical system 2 includes a light source device 21, a condenser lens 22, a color wheel 23, an integrator rod 24, a relay optical system 25, and folding mirrors 26 and 27. The light source device 21 includes a lamp that emits white light and a reflector, and the reflector has a reflecting surface made of a rotating paraboloid that reflects light from the lamp and emits the light toward the condenser lens 22 as substantially parallel light. Yes.
光源装置２１から出射された平行光はコンデンサーレンズ２２により集光され、カラーホイール２３を透過してインテグレータロツド２４へその入射面より入射し、該ロッドの射出面で均一な照明光となる。 The parallel light emitted from the light source device 21 is collected by the condenser lens 22, passes through the color wheel 23, enters the integrator rod 24 from its incident surface, and becomes uniform illumination light on the exit surface of the rod.
インテグレータロツド２４の直前のカラーホイール２３は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）を透過させるカラーフィルターを有しており、該ホイールを回転させることにより、投影する色光が時間的に順次切り替わり、投影画像をカラー化できる。 The color wheel 23 immediately before the integrator rod 24 has a color filter that transmits R (red), G (green), and B (blue). By rotating the wheel, the color light to be projected is timed. The projection image can be colorized sequentially.
インテグレータロツド２４から出た光は、リレー光学系２５を経て、折り返しミラー２６、２７で順次折り返し反射され、プリズムユニット３を経て反射型表示素子１を照明する。
また、照明光学系２の光軸の大部分（光源装置２１から折り返しミラー２６に至るまでの部分）は表示素子１の表示面や基板１４と実質上平行である。
The light emitted from the integrator rod 24 passes through the relay optical system 25, is sequentially reflected by the folding mirrors 26 and 27, and illuminates the reflective display element 1 through the prism unit 3.
Further, most of the optical axis of the illumination optical system 2 (portion from the light source device 21 to the folding mirror 26) is substantially parallel to the display surface of the display element 1 and the substrate 14.
反射型表示素子１からの反射光のうち、ＯＮ光（画像投影のために画素から反射されてきた反射投影光）が、再びプリズムユニット３を経て投影光学系４に入射し、該光学系４から図示省略のスクリーンに画像投影される。 Of the reflected light from the reflective display element 1, ON light (reflected projection light reflected from the pixels for image projection) enters the projection optical system 4 again through the prism unit 3, and the optical system 4 Are projected onto a screen (not shown).
リレー光学系２５は、プリズムユニット３に貼り合わされたエントランスレンズ３０と共にインテグレータロッド２４の出射面の像を反射型表示素子１面に投影させ、該素子を均一に照明する。すなわち、インテグレータロッド２４の出射面は表示素子１の表示面と共役で、インテグレータロッド出射面の形状を表示素子１の表示領域１１と略相似形にすることにより、素子１を効率よく照明できるようにしてある。
また、２枚の折り返しミラー２６、２７を用いて、照明光の光路のレイアウトをコンパクト化してある。
折り返しミラー２６は、リレー光学系２５から射出する光軸上の光線を９０度方向に折り曲げ、その折り曲げられた光線を折り返しミラー２７は、さらに９０度方向に折り曲げている。そしてこの折り曲げられた光線は、エントランスレンズ３０にその光軸と一致するように入射する。かくして、光束が９０度で折り曲げられるとき、折り返しミラーサイズや折り曲げに要する空間をコンパクトに形成できる。このように、２枚のミラーで互いに９０度ずつ光路を折り曲げることにより、照明光の光路のコンパクト化及び自在なレイアウトを実現している。
The relay optical system 25 projects the image of the exit surface of the integrator rod 24 on the surface of the reflective display element 1 together with the entrance lens 30 bonded to the prism unit 3, and uniformly illuminates the element. That is, the output surface of the integrator rod 24 is conjugate with the display surface of the display element 1, and the shape of the integrator rod output surface is substantially similar to the display area 11 of the display element 1, so that the element 1 can be efficiently illuminated. It is.
In addition, the layout of the optical path of the illumination light is made compact by using two folding mirrors 26 and 27.
The folding mirror 26 bends the light beam on the optical axis emitted from the relay optical system 25 in the 90-degree direction, and the folding mirror 27 further bends the folded light beam in the 90-degree direction. Then, the bent light beam enters the entrance lens 30 so as to coincide with the optical axis. Thus, when the light beam is folded at 90 degrees, the size of the folding mirror and the space required for folding can be formed compactly. In this way, the optical path of the illumination light is made compact and a flexible layout is realized by bending the optical paths by 90 degrees with each other by two mirrors.
図４から図７はプリズムユニット３を示している。図４は図１に示す状態のプリズムユニット３をエントランスレンズ３０の側面を見る方向から見て示す図であり、光路も概略的に示してある。図５は図４に示すユニット３を図４に示す矢印（５）方向から見て示す図である。図６は図４に示すユニット３を図４に示す矢印（６）方向から見て示す図であり、さらに言えば、表示素子１面に垂直な方向から見て示す図である。図７は図６に示すユニット３を図６に示す矢印（７）方向から見て示す図である。 4 to 7 show the prism unit 3. FIG. 4 is a diagram showing the prism unit 3 in the state shown in FIG. 1 as viewed from the side of the entrance lens 30 and schematically shows the optical path. FIG. 5 shows the unit 3 shown in FIG. 4 as viewed from the direction of the arrow (5) shown in FIG. 6 is a diagram showing the unit 3 shown in FIG. 4 as viewed from the direction of the arrow (6) shown in FIG. 4, and more specifically, a diagram showing the unit 3 as viewed from the direction perpendicular to the display element 1 surface. FIG. 7 is a diagram showing the unit 3 shown in FIG. 6 as viewed from the direction of the arrow (7) shown in FIG.
このプリズムユニット３は、第１プリズム３１と第２プリズム３２を有している。
第１プリズム３１は、照明光学系２からの照明光を入射させる第１入射面３１１、臨界面３１２及び該臨界面からの全反射光を出射させる第１出射面３１３を有している。
The prism unit 3 includes a first prism 31 and a second prism 32.
The first prism 31 has a first incident surface 311 on which illumination light from the illumination optical system 2 is incident, a critical surface 312, and a first emission surface 313 that emits totally reflected light from the critical surface.
第２プリズム３２は、反射型表示素子１から反射されて第１プリズム３１の臨界面３１２を透過してくる画像情報を含む反射投影光を入射させる第２入射面３２１、該第２入射面から入射してくる該反射投影光を偏向させる偏向反射面３２２及び該偏向反射面により反射され偏向された光を投影光学系４へ向け出射させる第２出射面３２３を有している。 第１プリズム３１の臨界面３１２と第２プリズム３２の第２入射面３２１は、空気層ａを介して互いに平行に対向配置されている。 The second prism 32 is incident on the second incident surface 321 that receives reflected projection light including image information reflected from the reflective display element 1 and transmitted through the critical surface 312 of the first prism 31, and from the second incident surface. A deflecting / reflecting surface 322 for deflecting the incident reflected projection light and a second exit surface 323 for emitting the light reflected and deflected by the deflecting / reflecting surface toward the projection optical system 4 are provided. The critical surface 312 of the first prism 31 and the second incident surface 321 of the second prism 32 are arranged to face each other in parallel via the air layer a.
第1 プリズム３１の第１入射面３１１には既述のとおりエントランスレンズ３０が貼り合わされている。このレンズ３０は、照明光をテレセントリックにするため設けられている。レンズ３０に代えて第１プリズム３１の入射面３１１を曲面形成してエントランスレンズの機能を持たせてもよい。 As described above, the entrance lens 30 is bonded to the first incident surface 311 of the first prism 31. This lens 30 is provided to make the illumination light telecentric. Instead of the lens 30, the entrance surface 311 of the first prism 31 may be formed into a curved surface to have the function of an entrance lens.
照明光はエントランスレンズ３０を経て第１入射面３１１から第１プリズム３１に入射する。第１プリズムの臨界面３１２は、入射した照明光が全反射するように配置されており、照明光は臨界面３１２で反射されて第１出射面３１３から出射し、反射型表示素子１を照明する。 The illumination light enters the first prism 31 from the first incident surface 311 through the entrance lens 30. The critical surface 312 of the first prism is arranged so that the incident illumination light is totally reflected, and the illumination light is reflected by the critical surface 312 and emitted from the first emission surface 313 to illuminate the reflective display element 1. To do.
反射型表示素子１は、長方形の画像表示領域１１を有し、図３に示すように、この表示領域１１に画素１２を構成する光反射部材を配列したものである。各画素１２は矩形表示領域１１の長辺、短辺と４５度の角度をなす偏向軸（回動軸）１２１を有し、駆動回路１３からの指示により偏向軸１２１を中心に、軸両側にそれぞれ１２度ずつ回動可能であり、かかる角度変調により照明光の反射方向を偏向させて、画像情報を含む反射光（投影光）を提供できる。 The reflective display element 1 has a rectangular image display area 11, and as shown in FIG. 3, light reflecting members constituting pixels 12 are arranged in the display area 11. Each pixel 12 has a deflection axis (rotation axis) 121 that forms an angle of 45 degrees with the long side and the short side of the rectangular display region 11, and on both sides of the axis centering on the deflection axis 121 according to an instruction from the drive circuit 13. Each of them can be rotated by 12 degrees, and the reflection direction of the illumination light can be deflected by such angle modulation to provide reflected light (projection light) including image information.
画像表示状態にて画素で反射された光束、すなわち投影光は、第１プリズム３１の第１出射面３１３から再び第１プリズム３１に入射し、第１プリズム３１の臨界面３１２に到達する。このとき投影光は全反射条件を満たさない角度で臨界面３１２に入射するため、臨界面３１２を透過し、空気層ａを経て第２入射面３２１から第２プリズム３２に入射する。 The light beam reflected by the pixel in the image display state, that is, the projection light, enters the first prism 31 again from the first emission surface 313 of the first prism 31 and reaches the critical surface 312 of the first prism 31. At this time, since the projection light is incident on the critical surface 312 at an angle that does not satisfy the total reflection condition, the projection light passes through the critical surface 312 and enters the second prism 32 from the second incident surface 321 through the air layer a.
第２プリズム３２の偏向反射面３２２は、入射した投影光が全反射するように配置されており、投影光は反射面３２２で反射されて第２プリズムの第２出射面３２３から出射し、投影光学系４に入射し、図示省略のスクリーンに投影される。 The deflecting / reflecting surface 322 of the second prism 32 is arranged so that the incident projection light is totally reflected, and the projection light is reflected by the reflecting surface 322 and emitted from the second exit surface 323 of the second prism. The light enters the optical system 4 and is projected onto a screen (not shown).
本例では、第１プリズム３１及び第２プリズム３２は屈折率が約１．６６のガラス用いて形成してある。
そして、第１プリズム３１において、第１入射面３１１と臨界面３１２のなす角度は４４．３度であり、臨界面３１２と第１出射面３１３のなす角は２９度であり、第１入射面３１１にほぼ垂直に入射した照明光が臨界面３１２でほぼ全反射条件を満たすようになっている。
In this example, the first prism 31 and the second prism 32 are made of glass having a refractive index of about 1.66.
In the first prism 31, the angle formed by the first incident surface 311 and the critical surface 312 is 44.3 degrees, the angle formed by the critical surface 312 and the first output surface 313 is 29 degrees, and the first incident surface Illumination light incident substantially perpendicularly on 311 satisfies the total reflection condition at the critical surface 312.
また、第２プリズム３２において、第２入射面３２１と第２出射面３２３のなす角度は６９．９５度であり、第２出射面３２３と反射面３２２のなす角度は４５度であり、投影光が反射面３２２で全反射条件を満たすようになっている。 In the second prism 32, the angle formed by the second incident surface 321 and the second output surface 323 is 69.95 degrees, and the angle formed by the second output surface 323 and the reflective surface 322 is 45 degrees, and the projection light However, the reflection surface 322 satisfies the total reflection condition.
さらに、第１、第２のプリズム３１、３２は、第１出射面３１３と反射面３２２とが４５度の角度をなし、臨界面３１２と第２入射面３２１とが空気層ａを介して互いに平行に対向配置され、空気層ａの厚さが約８μｍとなるように、ビーズ、スペーサ等の間隔調整材を介して、有効光路外の領域で相互に接着され、組合わされている。 Further, in the first and second prisms 31 and 32, the first emission surface 313 and the reflection surface 322 form an angle of 45 degrees, and the critical surface 312 and the second incident surface 321 are mutually connected via the air layer a. They are arranged opposite to each other in parallel, and are bonded and combined with each other in a region outside the effective optical path via a spacing adjusting material such as beads and spacers so that the thickness of the air layer a is about 8 μm.
このため、投影光学系４の光軸は、かかるプリズムユニット３により丁度９０度曲げられる恰好となり、投影光学系４の光軸は表示素子１の表示面や基板１４と実質上平行となる。かくして、照明光学系２の光軸の大部分（光源装置２１から折り返しミラー２６に至るまでの部分）が表示素子１の表示面や基板１４と実質上平行であることと相まって、表示素子１と一体化した駆動回路基板１４を装置Ａの大型化を招くことなく、コンパクトに配置することができ、これにより装置Ａをそれだけコンパクト化、小型化できる。 Therefore, the optical axis of the projection optical system 4 is preferably bent by 90 degrees by the prism unit 3, and the optical axis of the projection optical system 4 is substantially parallel to the display surface of the display element 1 and the substrate 14. Thus, coupled with the fact that most of the optical axis of the illumination optical system 2 (portion from the light source device 21 to the folding mirror 26) is substantially parallel to the display surface of the display element 1 and the substrate 14, The integrated drive circuit board 14 can be arranged compactly without causing an increase in the size of the device A, whereby the device A can be made more compact and smaller.
また、プリズムユニット３において、空気層ａを厚さ一定の薄い層として臨界面３１２と第２入射面３２２とを平行に配置していることで、投影光学系４に与える該空気層ａによる収差の影響が小さく抑制されている。 In the prism unit 3, the air layer a is a thin layer having a constant thickness, and the critical surface 312 and the second incident surface 322 are arranged in parallel, so that aberration due to the air layer a given to the projection optical system 4 is achieved. The influence of is suppressed small.
第１プリズム３１及び第２プリズム３２の光学面以外の面（図４に示すイ’面、図７に示すロ’面等）は、迷光などが発生しないように粗面の状態で黒く塗装されているが、図４に示す第１プリズム３１のイ面と図７に示す第２プリズム３２のロ面については、研磨面とし、画像非表示状態での光束、すなわちオフ光をその面で反射させることにより、迷光の発生を防いでいる。 Surfaces other than the optical surfaces of the first prism 31 and the second prism 32 (a ′ surface shown in FIG. 4, a b ′ surface shown in FIG. 7, etc.) are painted black in a rough state so as not to generate stray light. However, the first surface of the first prism 31 shown in FIG. 4 and the second surface of the second prism 32 shown in FIG. 7 are polished surfaces, and the light beam in an image non-display state, that is, off-light is reflected by the surfaces. This prevents the generation of stray light.
また、画像投影装置Ａでは、画素偏向軸１２１と臨界面３１２が平行に設定されており、それにより照明光を効率よく表示素子１に導けるようにしてある。
図１０（Ｂ）は、既述の米国特許第６，１８５，０４７ Ｂ１号における従来のプリズムで、照明光が、画素偏向軸４５度の画素により偏向されて主光線が素子１の表示面に垂直な投影光（画像情報を含む表示素子からの反射光）となる場合の関係を示している。この場合、画素の偏向角（回動角）が１２度であるため、照明光を有効に伝達できるのは約Ｆ２．４までの光束である。
In the image projection apparatus A, the pixel deflection axis 121 and the critical plane 312 are set in parallel, so that illumination light can be efficiently guided to the display element 1.
FIG. 10B is a conventional prism in the aforementioned US Pat. No. 6,185,047 B1, in which illumination light is deflected by a pixel having a pixel deflection axis of 45 degrees, and a chief ray is incident on the display surface of the element 1. The relationship in the case of vertical projection light (reflected light from a display element including image information) is shown. In this case, since the deflection angle (rotation angle) of the pixel is 12 degrees, it is the luminous flux up to about F2.4 that can effectively transmit the illumination light.
さらに説明すると、この従来プリズムの臨界面は、投影光と照明光の分離の機能と投影光を折り曲げる機能を有するため、臨界面と画素偏向軸を平行にすると、投影光が斜め４５度方向に投影されることになる。このため、矩形の投影像の長辺が水平となるようにすると、表示素子が斜め４５度傾いた配置となってしまい、装置が複雑で大型化する。よって臨界面が画素偏向軸と４５度の角度をなすようにレイアウトされる。 To explain further, the critical surface of this conventional prism has a function of separating the projection light and illumination light and a function of bending the projection light. Therefore, when the critical surface and the pixel deflection axis are parallel, the projection light is inclined 45 degrees. Will be projected. For this reason, if the long sides of the rectangular projection image are made horizontal, the display elements are inclined by 45 degrees, which complicates and enlarges the apparatus. Therefore, the critical plane is laid out so as to form an angle of 45 degrees with the pixel deflection axis.
しかし、図１０（Ｂ）に示すように、Ｆ２．４の投影光が全反射するように臨界面を設定すると、図上、照明光の斜線部分が臨界面で全反射されなくなり、有効に照明光を伝達できなくなる。 However, as shown in FIG. 10B, when the critical plane is set so that the projection light of F2.4 is totally reflected, the hatched portion of the illumination light is not totally reflected by the critical plane in the figure, and the illumination is effectively performed. It becomes impossible to transmit light.
この点、本発明に係る画像投影装置Ａでは、投影光と照明光を分離する機能を有する面（臨界面３１２）と、投影光を折り曲げる機能を有する面（偏向反射面３２２）が、別の面になっていて、投影光と照明光の分離の臨界面３１２を画素偏向軸１２１と平行としても投影光を折り曲げる方向に影響しないし、投影光を折り曲げる反射面３２２の臨界条件も照明光に全く影響しない。よって、図１０（Ａ）に示すように、Ｆ２．４の照明光すべてを表示画素に伝達できる。かくして明るい光学系が実現され、明るい投影画像を得ることができる。 In this regard, in the image projection apparatus A according to the present invention, a surface having a function of separating projection light and illumination light (critical surface 312) and a surface having a function of bending the projection light (deflection reflection surface 322) are different. Even if the critical surface 312 for separating the projection light and the illumination light is parallel to the pixel deflection axis 121, it does not affect the direction in which the projection light is bent, and the critical condition of the reflection surface 322 for folding the projection light is also the illumination light. No effect at all. Therefore, as shown in FIG. 10A, all of the F2.4 illumination light can be transmitted to the display pixels. Thus, a bright optical system is realized, and a bright projected image can be obtained.
臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と、反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度が４５度をこえると、臨界面で全反射されないで損失する照明光成分が減少し、従来よりも有効に照明光を伝達できるようになる。
臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と、反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度は、７０度以上９０度以下であることが好ましい。臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と、反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度が７０度をこえると、照明光の損失はほとんど発生せずに、照明光と投影光との分離を充分に行うことができる。
臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と、反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度が９０度（臨界面と画素偏向軸とが平行）の場合は、上述のようにＦ２．４の光束（画素の偏向角が１２度の場合）に対して照明光と投影光とが完全に分離でき、光束の伝達ロスは生じない。
If the angle formed by the projection of the normal of the critical plane onto the reflective display element surface and the deflection axis for angle modulation of the pixel in the reflective display element exceeds 45 degrees, the illumination is lost without being totally reflected at the critical plane. The light component is reduced, and illumination light can be transmitted more effectively than before.
The angle formed by the projection of the normal of the critical plane onto the reflective display element surface and the deflection axis for angle modulation of the pixel in the reflective display element is preferably 70 degrees or more and 90 degrees or less. When the angle between the projection of the normal of the critical plane onto the reflective display element surface and the deflection axis for angle modulation of the pixel in the reflective display element exceeds 70 degrees, almost no loss of illumination light occurs. The illumination light and the projection light can be sufficiently separated.
When the angle between the projection of the normal of the critical plane onto the reflective display element surface and the deflection axis for angle modulation of the pixel in the reflective display element is 90 degrees (the critical plane and the pixel deflection axis are parallel) As described above, the illumination light and the projection light can be completely separated from the F2.4 light beam (when the deflection angle of the pixel is 12 degrees), and there is no transmission loss of the light beam.
画像投影装置Ａでは、投影光の偏向反射面３２２による全反射条件を優先するため、第２プリズム３２は比較的屈折率の高いガラスを用いて形成しているが、屈折率が１．５程度のガラスを用いて形成し、反射面３２２に銀などの反射コートを施してもよい。ただし、反射コートを施した場合は、反射率が１００％とならず、数％のロスが生じる。このロスを許容できるのであれば、屈折率が１．５程度のガラスを用いて形成してもよい。 In the image projection apparatus A, the second prism 32 is formed using glass having a relatively high refractive index in order to give priority to the total reflection condition by the deflecting reflection surface 322 of the projection light, but the refractive index is about 1.5. The reflective surface 322 may be provided with a reflective coating such as silver. However, when a reflective coat is applied, the reflectance does not reach 100%, and a loss of several percent occurs. If this loss can be tolerated, a glass having a refractive index of about 1.5 may be used.
また、表示素子１やその駆動回路基板１４のレイアウト上許容できるのであれば、投影光の折り曲げを９０度以上にして、比較的屈折率の低いガラスでも投影光の全反射条件を満たすように設定することができ、そうしてもよい。 If the layout of the display element 1 and its drive circuit board 14 is acceptable, the projection light should be bent at 90 degrees or more so that the total reflection condition of the projection light can be satisfied even with a glass having a relatively low refractive index. Can and may do so.
また、装置Ａでは、表示素子１が基板１４と平行に水平配置となっており、表示素子１の取付け調整のとき、プリズムユニット３の上方空間を利用して調整操作でき、作業がしやすくなっている。なお、画像投影装置全体のコンパクト化を達成できるのであれば、素子１は垂直配置でもよい。
＜第２実施形態＞
Further, in the device A, the display element 1 is arranged horizontally in parallel with the substrate 14, and when adjusting the mounting of the display element 1, the adjustment operation can be performed using the space above the prism unit 3, and the work becomes easy. ing. Note that the element 1 may be arranged vertically as long as the entire image projection apparatus can be made compact.
Second Embodiment
図８（Ａ）は本発明に係る画像投影装置の他の例Ｂを示している。図８（Ｂ）は装置Ｂにおけるプリズユユニットを図８（Ａ）に示す矢印（８）方向から見て示す図である。
この画像投影装置Ｂは、図１に示す画像投影装置Ａにおいて、照明光学系２に代えて、該照明光学系２の折り返しミラー２６、２７を１枚の折り返しミラー２８とした照明光学系２’を採用するとともに、プリズムユニット３に代えて臨界面の法線の表示素子１’への射影と画素偏向軸のなす角度が１５度であるプリズムユニット３’を採用しており、照明光学系２’の光軸と投影光学系４の光軸とが略角度９０度をなしている。
それ以外の点は装置Ａと実質上同じであり、装置Ａにおける部品、部分等と実質上同じ部品、部分等には装置Ａと同じ参照符号を付してある。
FIG. 8A shows another example B of the image projection apparatus according to the present invention. FIG. 8B is a diagram showing the preview unit in the apparatus B as seen from the direction of the arrow (8) shown in FIG.
This image projection apparatus B is an illumination optical system 2 ′ in which the folding mirrors 26 and 27 of the illumination optical system 2 are replaced with one folding mirror 28 in place of the illumination optical system 2 in the image projection apparatus A shown in FIG. In addition to the prism unit 3, a prism unit 3 ′ in which the angle between the projection of the normal of the critical plane onto the display element 1 ′ and the angle of the pixel deflection axis is 15 degrees is employed. The optical axis of 'and the optical axis of the projection optical system 4 form an approximate angle of 90 degrees.
The other points are substantially the same as those of the device A, and the same reference numerals as those of the device A are given to the same parts, portions and the like as those of the device A.
この装置Ｂのプリズムユニット３’は第１プリズム３１’と第２プリズム３２’とを組み合わせて構成されている。第１プリズム３１’及び第２プリズム３２’は、屈折率が約１．５７のガラスで形成されている。 The prism unit 3 'of the apparatus B is configured by combining a first prism 31' and a second prism 32 '. The first prism 31 'and the second prism 32' are made of glass having a refractive index of about 1.57.
第１プリズム３１’は、照明光学系２’からの照明光を入射させる第１入射面３１１’、臨界面３１２’及び該臨界面からの全反射光を出射させる第１出射面３１３’を有している。 The first prism 31 ′ has a first incident surface 311 ′ on which illumination light from the illumination optical system 2 ′ is incident, a critical surface 312 ′, and a first emission surface 313 ′ that emits totally reflected light from the critical surface. is doing.
第２プリズム３２’は、反射型表示素子１’から反射されて第１プリズム３１’の臨界面３１２’を透過してくる画像情報を含む反射投影光を入射させる第２入射面３２１’、該第２入射面から入射してくる該反射投影光を偏向させる偏向反射面３２２’及び該偏向反射面により反射され偏向された光を投影光学系４へ向け出射させる第２出射面３２３’を有している。
第１プリズム３１’の臨界面３１２’と第２プリズム３２’の第２入射面３２１’は、空気層ａ’を介して互いに平行に対向配置されている。
The second prism 32 ′ includes a second incident surface 321 ′ that receives reflected projection light including image information reflected from the reflective display element 1 ′ and transmitted through the critical surface 312 ′ of the first prism 31 ′. A deflecting / reflecting surface 322 ′ for deflecting the reflected projection light incident from the second entrance surface and a second emitting surface 323 ′ for emitting the light reflected and deflected by the deflecting / reflecting surface toward the projection optical system 4 are provided. is doing.
The critical surface 312 ′ of the first prism 31 ′ and the second incident surface 321 ′ of the second prism 32 ′ are arranged to face each other in parallel via the air layer a ′.
第１プリズム３１’において、第１入射面３１１’と臨界面３１２’のなす角度は約４６．２４度、臨界面３１２’と第１出射面３１３’のなす角は３１度であり，第１入射面３１１’にほぼ垂直に入射した照明光が臨界面３１２’でほぼ全反射条件を満たすようになっている。 In the first prism 31 ′, the angle formed between the first incident surface 311 ′ and the critical surface 312 ′ is about 46.24 degrees, and the angle formed between the critical surface 312 ′ and the first output surface 313 ′ is 31 degrees. Illumination light incident substantially perpendicularly to the incident surface 311 ′ satisfies the total reflection condition at the critical surface 312 ′.
第２プリズム３２’において，第２入射面３２１’と第２出射面３２３’のなす角度は６０．１７度で、第２出射面３２３’と反射面３２２’のなす角度は４５度でる。
さらに、第１プリズム３１’と第２プリズム３２’は、第１出射面３１１’と反射面３２２’が４５度の角度をなし、臨界面３１２’と第２入射面３２１’が互いに平行で、空気層ａ’の厚みが約８μｍとなるように、空気層ａ’にビーズやスぺ−サを介在させて有効光路外の領域で接着されて組み合わされている。
In the second prism 32 ′, the angle formed between the second incident surface 321 ′ and the second output surface 323 ′ is 60.17 degrees, and the angle formed between the second output surface 323 ′ and the reflective surface 322 ′ is 45 degrees.
Further, in the first prism 31 ′ and the second prism 32 ′, the first exit surface 311 ′ and the reflection surface 322 ′ form an angle of 45 degrees, the critical surface 312 ′ and the second entrance surface 321 ′ are parallel to each other, The air layer a ′ has a thickness of about 8 μm and is bonded to the air layer a ′ by interposing beads and a spacer in a region outside the effective optical path.
このため投影光学系４の光軸は、プリズムユニット３’により丁度９０度曲げられる恰好となり、投影光学系４の光軸は表示素子１’の表示面や基板１４と実質上平行となる。かくして、照明光学系２’の光軸の大部分（光源装置２１から折り返しミラー２８に至るまでの部分）が表示素子１’の表示面や基板１４と実質上平行であることと相まって、表示素子１’と一体化した駆動回路基板１４を装置Ｂの大型化を招くことなく、コンパクトに配置することができ、これにより装置Ｂをそれだけコンパクト化、小型化できる。 Therefore, the optical axis of the projection optical system 4 is preferably bent by 90 degrees by the prism unit 3 ′, and the optical axis of the projection optical system 4 is substantially parallel to the display surface of the display element 1 ′ and the substrate 14. Thus, coupled with the fact that most of the optical axis of the illumination optical system 2 ′ (portion from the light source device 21 to the folding mirror 28) is substantially parallel to the display surface of the display element 1 ′ and the substrate 14. The drive circuit board 14 integrated with 1 'can be arranged compactly without causing an increase in the size of the device B, whereby the device B can be made more compact and smaller.
装置Ｂでは、反射型表示素子１’の各画素は、矩形表示領域の長辺と４５度の角度をなす偏向軸を有しており、臨界面３１２’と画素偏向軸が平行でないため、照明光がすべて表示素子１’を照明しているわけではなく、また、一部の投影光が反射面３２２’で全反射条件を満たしておらず、光学系の光束伝達効率は装置Ａと比べると劣る。しかし、臨界面３１２’の法線の反射型表示素子１’面への射影と反射型表示素子１’における画素偏向軸とがなす角度を４５度より大きい７５度に設定してあり、それだけ、従来の画像投影装置と比べると、光学系を、照明光を有効に利用できる明るい光学系として明るい投影画像を得ることができる。 In the device B, each pixel of the reflective display element 1 ′ has a deflection axis that forms an angle of 45 degrees with the long side of the rectangular display region, and the critical plane 312 ′ and the pixel deflection axis are not parallel. Not all of the light illuminates the display element 1 ′, and some projection light does not satisfy the total reflection condition at the reflecting surface 322 ′, and the luminous flux transmission efficiency of the optical system is compared with that of the device A. Inferior. However, the angle formed by the projection of the normal line of the critical plane 312 ′ onto the reflective display element 1 ′ surface and the pixel deflection axis in the reflective display element 1 ′ is set to 75 degrees, which is greater than 45 degrees. Compared with a conventional image projection apparatus, a bright projection image can be obtained by using the optical system as a bright optical system that can effectively use illumination light.
また、装置Ｂでは、プリズムユニット３’を比較的コンパクトに形成でき、さらに、照明光の折り返しがしやすくなっており、折り返しミラーが１枚でもよいので、部品点数減となるうえ、光学系を光学ユニットとしてまとまりよくコンパクトにレイアウトできる利点もある。 Further, in the apparatus B, the prism unit 3 ′ can be formed relatively compact, and the illumination light can be easily folded back. Since only one folding mirror is required, the number of components is reduced, and the optical system is reduced. There is also an advantage that a compact and compact layout can be achieved as an optical unit.
＜第３実施形態＞
図９（Ａ）は本発明に係る画像投影装置の他の例Ｃを示している。図９（Ｂ）は装置Ｃにおけるプリズムユニットを図９（Ａ）に示す矢印（９）方向から見て示す図である。
この画像投影装置Ｃは、図１に示す画像投影装置Ａにおいて、照明光学系２に代えて、該光学系２おける折り返しミラー２６、２７を省いた照明光学系２”を採用するとともに、プリズムユニット３に代えてプリズムユニット３”を採用したものである。また反射型表示素子として表示素子１”を採用している。素子１”は画素偏向軸が矩形表示領域の長辺に対し平行である。
それ以外の点は装置Ａと実質上同じであり、装置Ａにおける部品、部分等と実質上同じ部品、部分等には装置Ａと同じ参照符号を付してある。
<Third Embodiment>
FIG. 9A shows another example C of the image projection apparatus according to the present invention. FIG. 9B is a diagram showing the prism unit in the device C as viewed from the direction of the arrow (9) shown in FIG. 9A.
This image projection apparatus C employs an illumination optical system 2 ″ in which the folding mirrors 26 and 27 in the optical system 2 are omitted instead of the illumination optical system 2 in the image projection apparatus A shown in FIG. Instead of 3, a prism unit 3 ″ is employed. Further, the display element 1 ″ is employed as the reflective display element. The element 1 ″ has a pixel deflection axis parallel to the long side of the rectangular display region.
The other points are substantially the same as those of the device A, and the same reference numerals as those of the device A are given to the same parts, portions and the like as those of the device A.
この装置Ｃのプリズムユニット３”は第１プリズム３１”と第２プリズム３２”とを組み合わせて構成されている。
第１プリズム３１”は、照明光学系２”からの照明光を入射させる第１入射面３１１”、臨界面３１２”及び該臨界面からの全反射光を出射させる第１出射面３１３”を有している。
The prism unit 3 ″ of the device C is configured by combining a first prism 31 ″ and a second prism 32 ″.
The first prism 31 ″ has a first incident surface 311 ″ for incident illumination light from the illumination optical system 2 ″, a critical surface 312 ″, and a first emission surface 313 ″ for emitting total reflected light from the critical surface. is doing.
第２プリズム３２”は、反射型表示素子１”から反射されて第１プリズム３１”の臨界面３１２”を透過してくる画像情報を含む反射投影光を入射させる第２入射面３２１”、該第２入射面から入射してくる該反射投影光を偏向させる偏向反射面３２２”及び該偏向反射面により反射され偏向された光を投影光学系４へ向け出射させる第２出射面３２３”を有している。
第１プリズム３１”の臨界面３１２”と第２プリズム３２”の第２入射面３２１”は、空気層ａ”を介して互いに平行に対向配置されている。
The second prism 32 ″ has a second incident surface 321 ″ that receives reflected projection light including image information reflected from the reflective display element 1 ″ and transmitted through the critical surface 312 ″ of the first prism 31 ″. A deflecting / reflecting surface 322 ″ for deflecting the reflected projection light incident from the second entrance surface and a second emitting surface 323 ″ for emitting the light reflected and deflected by the deflecting / reflecting surface toward the projection optical system 4 are provided. is doing.
The critical surface 312 ″ of the first prism 31 ″ and the second incident surface 321 ″ of the second prism 32 ″ are arranged opposite to each other in parallel via the air layer a ″.
この装置Ｃでは、プリズムユニット３”の第１プリズム３１”及び第２プリズム３２”は屈折率が約１．６４のガラスを用いて形成されている。
第１プリズム３１”とエントランスレンズ３０は貼り合わされておらず、第１入射面３１１”に対しエントランスレンズ３０を含む照明系が傾斜して配置されている。照明光学系２”の光軸と投影光学系４の光軸は平行である。
In the apparatus C, the first prism 31 ″ and the second prism 32 ″ of the prism unit 3 ″ are formed using glass having a refractive index of about 1.64.
The first prism 31 ″ and the entrance lens 30 are not bonded to each other, and the illumination system including the entrance lens 30 is inclined with respect to the first incident surface 311 ″. The optical axis of the illumination optical system 2 ″ and the optical axis of the projection optical system 4 are parallel.
第１プリズム３１”において、第１入射面３１１”と臨界面３１２”のなす角度は約３０度、臨界面３１２”と第１出射面３１３”のなす角は約３０度であり、第１入射面３１１”にほぼ垂直に入射した照明光が臨界面３１２”でほぼ全反射条件を満たすようになっている。 In the first prism 31 ″, the angle between the first incident surface 311 ″ and the critical surface 312 ″ is about 30 degrees, and the angle between the critical surface 312 ″ and the first output surface 313 ″ is about 30 degrees. Illumination light incident substantially perpendicular to the surface 311 ″ satisfies the total reflection condition at the critical surface 312 ″.
第２プリズム３２”において，第２入射面３２１”と第２出射面３２３”のなす角度は約６０度で、第２出射面３２３”と反射面３２２”のなす角度は４５度である。
さらに、第１プリズム３１”と第２プリズム３２”は、第１出射面３１１”と反射面３２２”が４５度の角度をなし、臨界面３１２”と第２入射面３２１”が互いに平行に空気層ａ”を介して配置されているとともに、該空気層の厚みが約８μｍとなるように、空気層にビーズやスペーサを介在させて有効光路外の領域で接着されて組み合わされている。
In the second prism 32 ″, the angle formed by the second incident surface 321 ″ and the second output surface 323 ″ is about 60 degrees, and the angle formed by the second output surface 323 ″ and the reflective surface 322 ″ is 45 degrees.
Further, in the first prism 31 ″ and the second prism 32 ″, the first emitting surface 311 ″ and the reflecting surface 322 ″ form an angle of 45 degrees, and the critical surface 312 ″ and the second incident surface 321 ″ are parallel to each other. In addition to being disposed through the layer a ″, the air layer is bonded and combined in an area outside the effective optical path with beads and spacers interposed therebetween so that the thickness of the air layer is about 8 μm.
このため投影光学系４の光軸は、プリズムユニット３”により丁度９０度曲げられる恰好となり、投影光学系４の光軸は表示素子１”の表示面や基板１４と実質上平行となる。かくして、照明光学系２”の光軸が表示素子１”の表示面や基板１４と実質上平行であることと相まって、表示素子１”と一体化した駆動回路基板１４を装置Ｃの大型化を招くことなく、コンパクトに配置することができ、これにより装置Ｃをそれだけコンパクト化、小型化できる。 For this reason, the optical axis of the projection optical system 4 is preferably bent by exactly 90 degrees by the prism unit 3 ″, and the optical axis of the projection optical system 4 is substantially parallel to the display surface of the display element 1 ″ and the substrate. Thus, coupled with the fact that the optical axis of the illumination optical system 2 ″ is substantially parallel to the display surface of the display element 1 ″ and the substrate 14, the drive circuit board 14 integrated with the display element 1 ″ can be enlarged. It is possible to arrange it compactly without incurring it, so that the device C can be made more compact and smaller.
また、反射型表示素子１”の各画素は，矩形の表示領域の長辺と平行の偏向軸を有し、さらに、臨界面３１２”を表示領域の長辺と平行に配置しているため、表示素子１”を効率よく照明できる。
投影光についても反射面３２２”での全反射条件を満たしており、装置Ａと同様に効率のよい光学系が実現されている。
さらに、この装置Ｃにおけるプリズムユニット３”はその構成からしてコンパクトに形成できる。
Further, each pixel of the reflective display element 1 ″ has a deflection axis parallel to the long side of the rectangular display region, and the critical plane 312 ″ is arranged in parallel to the long side of the display region. The display element 1 ″ can be illuminated efficiently.
The projection light also satisfies the total reflection condition on the reflection surface 322 ″, and an efficient optical system is realized in the same manner as the apparatus A.
Further, the prism unit 3 ″ in the apparatus C can be formed compactly due to its configuration.
なお、画像投影装置ＢやＣについても、本発明の課題を解決し、効果を達成できるのであれば、画像投影装置Ａに関連して説明した各種変形例と同様に各種変形例を採用できる。 As for the image projection apparatuses B and C, as long as the problems of the present invention can be solved and the effect can be achieved, various modifications can be adopted in the same manner as the various modifications described in relation to the image projection apparatus A.
本発明は、全体をコンパクト化、小型化できるとともに、光学系を、照明光を有効に利用できる明るい光学系とすることができる、反射型表示素子利用の画像投影装置の提供に適用でき、また、かかる画像投影装置実現のためのプリズムユニットの提供に適用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to the provision of an image projection apparatus using a reflective display element that can be made compact and small as a whole, and that the optical system can be a bright optical system that can effectively use illumination light. The present invention can be applied to the provision of a prism unit for realizing such an image projection apparatus.
Ａ、Ｂ、Ｃ 画像投影装置
１、１’、１” 反射型表示素子
１１ 表示素子の表示領域
１２ 画素
１２１ 偏向軸
１３ 駆動回路
１４ 基板
２、２’、２” 照明光学系
２１ 光源装置
２２ コンデンサーレンズ
２３ カラーホイール
２４ インテグレータロッド
２５ リレー光学系
２６、２７、２８ 折り返しミラー
３０ エントランスレンズ
４ 投影光学系
３、３’、３” プリズムユニット
３１、３１’、３１” 第１プリズム
３１１、３１１’、３１１” 第１入射面
３１２、３１２’、３１２” 臨界面
３１３、３１３’、３１３” 第１出射面
３２、３２’、３２” 第２プリズム
３２１、３２１’、３２１” 第２入射面
３２２、３２２’、３２２” 反射面
３２３、３２３’、３２３” 第２出射面
A, B, C Image projection device 1, 1 ', 1 "Reflective display element 11 Display area of display element 12 Pixel 121 Deflection shaft 13 Drive circuit 14 Substrate 2, 2', 2" Illumination optical system 21 Light source device 22 Condenser Lens 23 Color wheel 24 Integrator rod 25 Relay optical system 26, 27, 28 Folding mirror 30 Entrance lens 4 Projection optical system 3, 3 ', 3 "Prism unit 31, 31', 31" First prism 311, 311 ', 311 "First entrance surfaces 312, 312 ', 312" Critical surfaces 313, 313', 313 "First exit surfaces 32, 32 ', 32" Second prisms 321, 321', 321 "Second entrance surfaces 322, 322 ' 322 "reflective surface 323, 323 ', 323" second exit surface
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| EP2316052A1 (en) * | 2008-08-29 | 2011-05-04 | Ricoh Company, Ltd. | Image projecting device and prism |
| EP2316052A4 (en) * | 2008-08-29 | 2013-04-24 | Ricoh Co Ltd | Image projecting device and prism |
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