JP2012185479A - 投射型表示装置、携帯型電子機器およびデジタルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】従来より小型化された投射型表示装置を提供する。
【解決手段】複数の光源と、複数の光源から出射された各々の光束を画像形成手段を照明するための略平行光束とする集光レンズと、複数の光源の各々に対応する略平行光束を出射する色合成光学素子と、から成る光源部と、光源部からの略平行光束を全反射面により全反射させて画像形成手段に導く全反射プリズムと、全反射面を透過した画像形成手段からの反射光を投射面上に投射する投影レンズと、から成る投射型表示装置であって、光源部からの略平行光束が入射する、色合成光学素子の入射面と色合成光学素子の出射面と全反射プリズムの入射面とのうちの少なくとも一面は、画像形成手段の照射領域の輪郭形状と略一致するように光源部からの略平行光束を集光する自由曲面である投射型表示装置である。
【選択図】図３

Description

本発明は、投射型表示装置、携帯型電子機器およびデジタルカメラに関する。

マイクロミラーデバイスを用いた投写型表示装置が知られている。マイクロミラーデバイスは微少なミラーを二次元状に配列した反射型の表示素子であり、各ミラーの傾斜を個別に制御可能に構成されている。例えば特許文献１に記載されている投写型表示装置のように、カラーホイールにより赤、緑、青の各色光を時分割的に取りだしてマイクロミラーデバイスに照射し、その反射光をスクリーン等に投写することで、マイクロミラーデバイス上に形成されたＲＧＢ像を投写することができる。

特開２００５−６２５３０号公報

特許文献１に記載されている構成では、カラーホイールおよび全反射プリズムのために装置が大型化してしまうという問題があった。

請求項１に係る発明は、複数の光源と、複数の光源から出射された各々の光束を画像形成手段を照明するための略平行光束とする集光レンズと、複数の光源の各々に対応する略平行光束を出射する色合成光学素子と、から成る光源部と、光源部からの略平行光束を全反射面により全反射させて画像形成手段に導く全反射プリズムと、全反射面を透過した画像形成手段からの反射光を投射面上に投射する投影レンズと、から成る投射型表示装置であって、光源部からの略平行光束が入射する、色合成光学素子の入射面と色合成光学素子の出射面と全反射プリズムの入射面とのうちの少なくとも一面は、画像形成手段の照射領域の輪郭形状と略一致するように光源部からの略平行光束を集光する自由曲面であることを特徴とする投射型表示装置である。
請求項５に係る発明は、三色の光源と、三色の光源から出射された各々の光束をマイクロミラーデバイスを照明するための略平行光束とする集光レンズと、三色の光源の各々に対応する略平行光束を出射する色合成光学素子と、から成る光源部と、光源部からの略平行光束を全反射面により全反射させてマイクロミラーデバイスに導く全反射プリズムと、全反射面を透過したマイクロミラーデバイスからの反射光を投射面上に投射する投影レンズと、から成る投射型表示装置であって、光源部からの略平行光束が入射する全反射プリズムの入射面は、マイクロミラーデバイスの照射領域の輪郭形状と略一致するように光源部からの略平行光束を集光する自由曲面であることを特徴とする投射型表示装置である。
請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の投射型表示装置を有する携帯型電子機器である。
請求項１０に係る発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の投射型表示装置を有するデジタルカメラである。

本発明によれば、投射型表示装置を小型化することができる。

第１の実施の形態に係るプロジェクタ内蔵デジタルカメラの内部構造を正面から見た図である。 図１の断面Ｘにおけるプロジェクタモジュールの断面図である。 カメラ正面から見たプロジェクタモジュールの断面図である。 カメラ正面から見たプロジェクタモジュールの断面図である。 カメラ正面から見たプロジェクタモジュールの断面図である。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るプロジェクタ内蔵デジタルカメラの内部構造を正面から見た図である。カメラ本体１００は正面から見たときにほぼ矩形形状を呈する。カメラ本体１００の内部には、左側に電池室１０が、右側にカメラユニット２０がそれぞれ配置され、それらの間にプロジェクタモジュール３０が配置される。電池室１０には、例えばカメラ底面から電源電池が装填される。

カメラユニット２０は、屈曲式の撮影光学系、レンズバリア、撮像部などから構成される。撮影光学系は、複数のレンズや屈曲光学系であるミラー、光学式像振れ補正機構などを内蔵する。被写体からの光束は、カメラ本体正面に露出する対物レンズ２１ａに入射した後、ミラーで下方に折り曲げられ、レンズ群を透過した後、撮像部に入射する。

レンズバリアは、バリア駆動部２２ａにより駆動され、対物レンズ２１ａの前面を覆う保護位置と、対物レンズ２１ａから退避する退避位置とを取り得る。不図示の制御回路は、電源スイッチのオンに応答してレンズバリアを保護位置から退避位置に駆動し、電源オフに応答して保護位置に駆動する。

撮像部には、撮像素子や光学フィルタなどが設けられる。撮影光学系を通過した光束は、カメラ底部付近において撮像素子に受光されて光電変換され、その光電変換出力に種々の処理が加えられて画像データが生成される。画像データは、不図示のメモリカードに記録される。

カメラ本体１００の前面上部には、被写体に補助光を照射する発光部７０が設けられる。カメラ本体１００内部の電池室１０上部には、発光部７０を発光させるための電荷を蓄積する大容量のキャパシタ７１が配置されている。また、カメラ本体１００の中央下部には、三脚を固定するためのねじ穴が設けられた三脚固定部材５０と、投写時にカメラ本体１００から突出してカメラ本体１００の設置角度を調整可能なチルト部材６０とが配置されている。

（プロジェクタモジュール３０の説明）
図２は、図１の断面Ｘにおけるプロジェクタモジュールの断面図である。また図３は、カメラ正面から見たプロジェクタモジュールの断面図である。図２および図３に示すように、プロジェクタモジュール３０は、赤、緑、青の各色光を時分割的に出射する光源部３１と、全反射プリズム３２と、保護部材３３と、マイクロミラーデバイス３４と、投影レンズ３５と、ミラー３６と、開口絞り３７とを有する。

光源部３１は、時系列的に点灯される３つの高輝度ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂと、これらの高輝度ＬＥＤから出射された各々の光束をマイクロミラーデバイス３４を照射するための略平行光束とする集光レンズ３８と、各々の略平行光束を全反射プリズム３２に向けて出射するクロスダイクロプリズム３９と、から構成される。高輝度ＬＥＤ３１Ｒは赤色ＬＥＤであり、赤色の光束を出射する。同様に、高輝度ＬＥＤ３１Ｇは緑色ＬＥＤ、高輝度ＬＥＤ３１Ｂは青色ＬＥＤであり、それぞれ緑色、青色の光束を出射する。これらの高輝度ＬＥＤから出射された光束は、各々の高輝度ＬＥＤの前方に配置された集光レンズ３８により集光されて略平行光束となる。

なお、図３に示すように、これら３つの高輝度ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂと集光レンズ３８との距離は均等でなく、高輝度ＬＥＤ３１Ｒは０．４８ｍｍ、高輝度ＬＥＤ３１Ｇは０．３７ｍｍ、高輝度ＬＥＤ３１Ｂは０．２５ｍｍとなっている。これは、それぞれのＬＥＤからの光束の投影時に軸上色収差が現れないようにするためである。

集光レンズ３８から出射した３色のそれぞれの光束は、クロスダイクロプリズム３９により、全反射プリズム３２に向けて出射される。全反射プリズム３２は、第１プリズム３２ａと第２プリズム３２ｂとを０．０２ｍｍの間隔を空けて貼り合わせることにより構成されている。第１プリズム３２ａの光源部３１側の面４０は光源部３１から出射される略平行光束の入射面であり、マイクロミラーデバイス３４の表示領域の輪郭形状と略一致するように当該略平行光束を集光する自由曲面となっている。第２プリズム３２ｂの投影レンズ３５側の面４２は非球面となっており、マイクロミラーデバイス３４からの反射光は第２プリズム３２ｂから出射される際、この非球面により収差が補正される。

保護部材３３はマイクロミラーデバイス３４の表示面を保護するための透明な部材である。マイクロミラーデバイス３４は微少なミラーを二次元状に配列した反射型の表示素子である。なお本実施形態において、第１プリズム３２ａおよび第２プリズム３２ｂはそれぞれ屈折率が約１．５３０９の樹脂（例えば、シクロオレフィンポリマー）または硝材により構成されている。同様に、クロスダイクロプリズム３９は屈折率が約１．５１８７の、保護部材３３は屈折率が約１．５２の、集光レンズ３８は屈折率が約１．６２３１の、樹脂または硝材によりそれぞれ構成されている。また、マイクロミラーデバイス３４を構成する各ミラーは、反射面の傾斜角を＋１２度と−１２度とに設定可能である。

以上のようなプロジェクタモジュール３０を用いて、メモリカードに記憶されている画像データをカメラ本体１００の外部に投影することができる。カメラの制御回路は、投影対象の画像データをマイクロミラーデバイス３４に送り、表示面に表示させる。この状態で高輝度ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂをシーケンシャルに点灯すると、これらの高輝度ＬＥＤからの光束は集光レンズ３８を介してクロスダイクロプリズム３９に入射する。

クロスダイクロプリズム３９はこれらの光束を第１プリズム３２ａの面４０に向けて出射する。この略平行光束は自由曲面である面４０を介して全反射プリズム３２に入射し、全反射面４１により全反射して面４４から出射し、保護部材３３を介してマイクロミラーデバイス３４の表示面に入射する。その反射光像は面４４から全反射プリズム３２に入射し、全反射面４１を透過して非球面である面４２から出射する。その後、この反射光像は、投影レンズ３５、ミラー３６、および開口絞り３７を介してカメラ正面に投影される。

このプロジェクタモジュール３０は、例えば図１に示すカメラ本体１００のように、携帯型の電子機器に搭載可能に構成される。従って、プロジェクタモジュール３０には小型化することが求められる。本実施形態の光源部３１は、出射光軸４３がマイクロミラーデバイス３４の入射面（面４４）に対してマイクロミラーデバイス３４の方向（図３に矢印４６で示す方向）に約１０．５９度だけ傾くよう配置されている。

光源部３１からの出射光軸４３をこのように傾けると、全反射面４１により全反射された略平行光束の出射面（面４４）と全反射面４１とのなす頂角４５が、出射光軸４３とマイクロミラーデバイス３４の入射面（面４４）とが並行する場合と比べて小さくなる。その結果、全反射プリズム３２を、出射光軸４３とマイクロミラーデバイス３４の入射面（面４４）とが並行する場合と比べて小型化することができる。

上述した第１の実施の形態によるプロジェクタ内蔵デジタルカメラによれば、次の作用効果が得られる。
（１）光源部３１からのシーケンシャル光が入射する全反射プリズム３２の入射面４０を、マイクロミラーデバイス３４の表示面の輪郭形状と略一致するように光源部３１からのシーケンシャル光を集光する自由曲面とした。これにより、光源部３１と全反射プリズム３２との間に集光用のレンズを設ける場合に比べて、プロジェクタモジュール３０を小型化することができる。

（２）マイクロミラーデバイス３４からの反射光が出射する全反射プリズム３２の出射面４２を非球面にした。これにより、マイクロミラーデバイス３４からの反射光像の収差を投影レンズ３５で補正する場合に比べて、投影レンズ３５を構成するレンズの枚数を減らすことができ、プロジェクタモジュール３０を小型化することができる。

（３）光源部３１を、三色の高輝度ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂと、これらから出射された各々の光束をマイクロミラーデバイス３４を照明するための略平行光束とする集光レンズ３８と、高輝度ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂの各々に対応する略平行光束を出射するクロスダイクロプリズム３９と、により構成した。また、光源部３１を、光源部３１の出射光軸４３がマイクロミラーデバイス３４の入射面４０に対してマイクロミラーデバイス３４の方向に約１０．５９度傾くように配置した。更に、全反射プリズム３２の、全反射面４１により全反射された略平行光束の出射面４４と全反射面４１とのなす頂角４５を、出射光軸４３とマイクロミラーデバイス３４の入射面４４とが平行する場合と比べて小さくした。これにより、例えば光源部にカラーホイールが存在したり、出射光軸４３とマイクロミラーデバイス３４の入射面４４とが平行するような従来の構成に比べて、プロジェクタモジュール３０を小型化することができる。

（４）光源部３１において、各高輝度ＬＥＤからの光束を、まず集光レンズ３８により略平行光束にしてからクロスダイクロプリズム３９により光軸を合わせるようにした。これにより、照射光の利用効率が向上する。

（第２の実施の形態）
本発明を適用した第２の実施の形態のプロジェクタ内蔵デジタルカメラは、第１の実施の形態のプロジェクタ内蔵デジタルカメラと同様の構成を有するが、マイクロミラーデバイス３４の表示領域の輪郭形状と略一致するように当該略平行光束を集光する自由曲面を設けた位置が第１の実施の形態とは異なる。以下、この第２の実施の形態に係るプロジェクタ内蔵デジタルカメラについて説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同様の各部については、第１の実施の形態と同一の符号を付し説明を省略する。

図４は、第２の実施の形態に係るプロジェクタモジュールの、カメラ正面から見た断面図である。第１の実施の形態との違いは、クロスダイクロプリズム３９の出射面４７が自由曲面であり、第１プリズム３２ａの入射面４０が自由曲面ではない点である。このように、第１プリズム３２ａの入射面４０の代わりにクロスダイクロプリズム３９の出射面４７を自由曲面にし、クロスダイクロプリズム３９から出射する光束がこの自由曲面によりマイクロミラーデバイス３４の表示領域の輪郭形状と略一致するように集光される構成であっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（変形例１）
上述した第１の実施形態では、プロジェクタモジュール３０をデジタルカメラに搭載した例について説明した。本発明は、このようなプロジェクタモジュール３０をデジタルカメラ以外の携帯型電子機器に搭載した場合においても適用することが可能である。また、本発明を据置型の投射型表示装置に適用することも可能である。

（変形例２）
光源部３１が有する三色の光源は高輝度ＬＥＤ以外の光源であってもよい。

（変形例３）
三色の光束の光軸を合わせる光学部材として、クロスダイクロプリズム３９以外の光学部材を用いてもよい。例えばミラー等で同等の光学素子を構成してクロスダイクロプリズム３９の代わりに利用してもよい。またマイクロミラーデバイスの代わりにＬＣＯＳ等のカラー液晶を用いる場合は、光源部３１が三色の光を合成した白色光を出射するようにしてもよい。

（変形例４）
上述した第１の実施形態において提示した各光学部材の屈折率や角度等の数値は一例であり、これとは異なる数値とすることも可能である。

（変形例５）
上述した第１の実施形態では、第１プリズム３２ａの入射面４０を自由曲面にしていた。また、上述した第２の実施形態では、クロスダイクロプリズム３９の出射面４７を自由曲面としていた。図５に示すように、これらの各面の代わりにクロスダイクロプリズム３９の入射面（高輝度ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂの各々に相対する３つの面４８Ｒ、４８Ｇ、４８Ｂ）を自由曲面とし、これらの各面が、それぞれ高輝度ＬＥＤ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂから出射する光束をマイクロミラーデバイス３４の表示領域の輪郭形状と略一致するように集光する構成としてもよい。また、第１プリズム３２ａの入射面４０と、クロスダイクロプリズム３９の出射面４７と、クロスダイクロプリズム３９の入射面と、の全てを自由曲面にしてもよいし、いずれか２つの面（例えば、クロスダイクロプリズム３９の出射面４７と、クロスダイクロプリズム３９の入射面）を自由曲面にしてもよい。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１０…電池室、２０…カメラユニット、３０…プロジェクタモジュール、３１…光源部、３２…全反射プリズム、３２ａ…第１プリズム、３２ｂ…第２プリズム、３３…保護部材、３４…マイクロミラーデバイス、３５…投影レンズ、３６…ミラー、３７…開口絞り、３８…集光レンズ、３９…クロスダイクロプリズム、１００…カメラ本体

Claims (10)

1. 複数の光源と、前記複数の光源から出射された各々の光束を画像形成手段を照明するための略平行光束とする集光レンズと、前記複数の光源の各々に対応する前記略平行光束を出射する色合成光学素子と、から成る光源部と、
   前記光源部からの前記略平行光束を全反射面により全反射させて前記画像形成手段に導く全反射プリズムと、
   前記全反射面を透過した前記画像形成手段からの反射光を投射面上に投射する投影レンズと、
   から成る投射型表示装置であって、
   前記光源部からの前記略平行光束が入射する、前記色合成光学素子の入射面と前記色合成光学素子の出射面と前記全反射プリズムの入射面とのうちの少なくとも一面は、前記画像形成手段の照射領域の輪郭形状と略一致するように前記光源部からの前記略平行光束を集光する自由曲面であることを特徴とする投射型表示装置。
2. 請求項１に記載の投射型表示装置において、
   前記画像形成手段からの反射光が出射する前記全反射プリズムの出射面は、非球面であることを特徴とする投射型表示装置。
3. 請求項１または２に記載の投射型表示装置において、
   前記光源部は、前記光源部の出射光軸が前記画像形成手段の入射面に対して前記画像形成手段の方向に所定角傾くように配置され、
   前記全反射プリズムは、前記全反射面により全反射された前記略平行光束の出射面と前記全反射面とのなす頂角が、前記出射光軸と前記画像形成手段の入射面とが平行する場合と比べて小さいことを特徴とする投射型表示装置。
4. 請求項３に記載の投射型表示装置において、
   前記所定角は略１０°であり、前記頂角は略３２°であることを特徴とする投射型表示装置。
5. 三色の光源と、前記三色の光源から出射された各々の光束をマイクロミラーデバイスを照明するための略平行光束とする集光レンズと、前記三色の光源の各々に対応する前記略平行光束を出射する色合成光学素子と、から成る光源部と、
   前記光源部からの前記略平行光束を全反射面により全反射させて前記マイクロミラーデバイスに導く全反射プリズムと、
   前記全反射面を透過した前記マイクロミラーデバイスからの反射光を投射面上に投射する投影レンズと、
   から成る投射型表示装置であって、
   前記光源部からの前記略平行光束が入射する前記全反射プリズムの入射面は、前記マイクロミラーデバイスの照射領域の輪郭形状と略一致するように前記光源部からの前記略平行光束を集光する自由曲面であることを特徴とする投射型表示装置。
6. 請求項５に記載の投射型表示装置において、
   前記マイクロミラーデバイス画像形成手段からの反射光が出射する前記全反射プリズムの出射面は、非球面であることを特徴とする投射型表示装置。
7. 請求項５または６に記載の投射型表示装置において、
   前記光源部は、前記光源部の出射光軸が前記マイクロミラーデバイス画像形成手段の入射面に対して前記マイクロミラーデバイス画像形成手段の方向に所定角傾くように配置され、
   前記全反射プリズムは、前記全反射面により全反射された前記略平行光束の出射面と前記全反射面とのなす頂角が、前記出射光軸と前記マイクロミラーデバイス画像形成手段の入射面とが平行する場合と比べて小さいことを特徴とする投射型表示装置。
8. 請求項７に記載の投射型表示装置において、
   前記所定角は略１０°であり、前記頂角は略３２°であることを特徴とする投射型表示装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の投射型表示装置を有する携帯型電子機器。
10. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の投射型表示装置を有するデジタルカメラ。

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