JP7796896B2 - Projection-type image display device - Google Patents
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Description
本開示は、プリズム群、及びそれを備える投写型映像表示装置に関する。 This disclosure relates to a prism group and a projection-type image display device equipped with the same.
従来、本体内部に撮像素子を有し、投影用光を投写対象物に投写する投影光学系と、投写対象物からの外部光を利用して撮像素子に結像する撮像光学系と、を共に備える投写型映像表示装置が知られていた。このような投写型映像表示装置は、投写対象物に対して映像を投写するとともに、投写された映像を撮像する機能を有する。この種の投写型映像表示装置として、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。 Projection-type image display devices have been known in the past that have both a projection optical system with an image sensor built into the main body that projects projection light onto a projection target, and an imaging optical system that uses external light from the projection target to form an image on the imaging sensor. Such projection-type image display devices have the function of projecting an image onto the projection target and capturing the projected image. One example of this type of projection-type image display device is described in Patent Document 1.
特許文献1に記載のプロジェクタ(投写型映像表示装置)は、光源からの照明光を光変調素子に導くと共に、光変調素子で反射された光を投影光学系へ出力するTIRプリズムが設けられている。発光素子から発された光は、投射レンズを介してTIRプリズムに入射し、TIRプリズムの反射面で反射して出射し、撮像素子上で結像する。The projector (projection-type image display device) described in Patent Document 1 is equipped with a TIR prism that guides illumination light from a light source to a light modulation element and outputs light reflected by the light modulation element to a projection optical system. Light emitted from a light-emitting element enters the TIR prism via a projection lens, is reflected by the reflective surface of the TIR prism, and is then imaged on an imaging element.
特許文献1に記載のプロジェクタでは、TIRプリズムが照明光と、投影光と、撮像光との光路分岐素子として用いられている。当該TIRプリズムを構成する2つのプリズムの境界面は、投影光を透過してスクリーン上に結像すると同時に、スクリーンからの光を反射させて撮像光として撮像素子に向けて出射する。このようなプリズム構成では、プリズム境界面において、撮像光が反射するとともに、投影光の一部も反射することとなる。そのため、投影光にロスが生じることによって明るさが低下する問題がある。また、投影光の光量を維持するために、取り込む撮像光の光量を制限することとなる。したがって、撮像の感度が制限され、特に、暗い環境においては、十分な撮像感度を得ることが困難である。 In the projector described in Patent Document 1, a TIR prism is used as an optical path branching element for illumination light, projection light, and imaging light. The interface between the two prisms that make up the TIR prism transmits the projection light to form an image on the screen, while simultaneously reflecting light from the screen and emitting it as imaging light toward the imaging element. With this type of prism configuration, the prism interface reflects not only the imaging light but also a portion of the projection light. This results in a loss of projection light, resulting in a decrease in brightness. Furthermore, in order to maintain the amount of projection light, the amount of imaging light taken in is limited. This limits imaging sensitivity, making it difficult to achieve sufficient imaging sensitivity, especially in dark environments.
このように、プリズムから出射する光に影響することなく、プリズムから出射する光と対向して伝搬する光を取り込む要望がある。 In this way, there is a demand to capture light propagating in the opposite direction to the light exiting the prism without affecting the light exiting the prism.
そこで、本開示の目的は、このような状況を鑑みてなされたものであって、プリズムから出射する光に影響することなく、プリズムから出射する光と対向して伝搬する光を取り込むことができるプリズム群、及びそれを備える投写型映像表示装置を提供することにある。 The purpose of this disclosure has been made in consideration of these circumstances, and is to provide a group of prisms that can capture light propagating in the opposite direction to the light emitted from the prism without affecting the light emitted from the prism, and a projection-type image display device equipped with the same.
前記目的を達成するために、本開示に係るプリズム群は、照明光を反射して後方側の光変調素子へ導くとともに、光変調素子で反射した光を透過して前方側へ導くプリズム群であって、第1プリズム面を有し、照明光を受光する第1のプリズムと、第1のプリズムの前方側に配置され、第1プリズム面とエアギャップを介して対向に配置された第2プリズム面を有する第2のプリズムと、第3プリズム面を有する第3のプリズムと、第1のプリズムと、第2のプリズムと、第3のプリズムとを、第1光軸に対して、第1の位置と第2の位置との間で移動可能に支持する支持部材と、を備え、第1の位置において、第1のプリズムは、受光した照明光を第1プリズム面で光変調素子へ反射し、光変調素子で反射されて生成した第1の光を第1プリズム面で透過して前方側へ出射し、第2のプリズムは、第1のプリズムから入射した第1の光を、第2プリズム面で透過して第1光軸に沿って前方側へ出射し、第2の位置において、第3のプリズムは、第1光軸に沿って後方側に向かって伝搬される第2の光を受光し、受光した第2の光の少なくとも一部を第3プリズム面で反射し、第1光軸とは別の第2光軸に沿って第3のプリズムから出射するように偏向させる。 In order to achieve the above-mentioned objective, the prism group according to the present disclosure is a prism group that reflects illumination light and guides it to a light modulation element on the rear side, and transmits light reflected by the light modulation element and guides it forward, and includes a first prism having a first prism surface and receiving the illumination light; a second prism having a second prism surface arranged on the front side of the first prism and facing the first prism surface via an air gap; a third prism having a third prism surface; a support member that supports the first prism, second prism, and third prism so that they can move between a first position and a second position relative to a first optical axis; and at a first position, the first prism reflects the received illumination light at the first prism surface to the light modulation element, and transmits the first light generated by reflection at the light modulation element through the first prism surface to emit it forward, the second prism transmits the first light incident from the first prism through the second prism surface to emit it forward along a first optical axis, and at the second position, the third prism receives the second light propagating rearward along the first optical axis, and reflects at least a part of the received second light at the third prism surface to deflect it to emit it from the third prism along a second optical axis different from the first optical axis.
本開示の一態様に係るプリズム群によれば、プリズムから出射する光に影響することなく、プリズムから出射する光と対向して伝搬する光を取り込むことができる。 A prism group according to one aspect of the present disclosure can capture light propagating in the opposite direction to the light exiting the prism without affecting the light exiting the prism.
本開示の第1態様によれば、照明光を反射して後方側の光変調素子へ導くとともに、光変調素子で反射した光を透過して前方側へ導くプリズム群であって、第1プリズム面を有し、照明光を受光する第1のプリズムと、第1のプリズムの前方側に配置され、第1プリズム面とエアギャップを介して対向に配置された第2プリズム面を有する第2のプリズムと、第3プリズム面を有する第3のプリズムと、第1のプリズムと、第2のプリズムと、第3のプリズムとを、第1光軸に交差する方向において、第1の位置と第2の位置との間で移動可能に支持する支持部材と、を備え、第1の位置において、第1のプリズムは、受光した照明光を第1プリズム面で光変調素子へ反射し、光変調素子で反射されて生成した第1の光を第1プリズム面で透過して前方側へ出射し、第2のプリズムは、第1のプリズムから入射した第1の光を、第2プリズム面で透過して第1光軸に沿って前方側へ出射し、第2の位置において、第3のプリズムは、第1光軸に沿って後方側に向かって伝搬される第2の光を受光し、受光した第2の光の少なくとも一部を第3プリズム面で反射し、第1光軸とは別の第2光軸に沿って第3のプリズムから出射するように偏向させる、プリズム群を提供する。 According to a first aspect of the present disclosure, a prism group that reflects illumination light and guides it to a rearward light modulation element and transmits light reflected by the light modulation element and guides it forward includes a first prism having a first prism surface and receiving the illumination light, a second prism having a second prism surface disposed forward of the first prism and facing the first prism surface via an air gap, a third prism having a third prism surface, and a support member that supports the first prism, the second prism, and the third prism so that they can move between a first position and a second position in a direction intersecting a first optical axis, and the first position In the arrangement, a first prism reflects received illumination light at the first prism surface to a light modulation element, and transmits first light generated by reflection at the light modulation element through the first prism surface to emit it forward; a second prism transmits the first light incident from the first prism through the second prism surface to emit it forward along a first optical axis; and a third prism, at a second position, receives second light propagating rearward along the first optical axis, reflects at least a part of the received second light at the third prism surface, and deflects it to emit it from the third prism along a second optical axis different from the first optical axis.
この態様によれば、プリズムから出射する光に影響することなく、プリズムから出射する光と対向して伝搬する光を取り込むことができる。 According to this aspect, it is possible to capture light propagating in the opposite direction to the light exiting the prism without affecting the light exiting the prism.
本開示の第2態様によれば、第1の位置と第2の位置との間での移動を駆動する駆動部を更に備える、第1態様に記載のプリズム群を提供する。 According to a second aspect of the present disclosure, there is provided a prism group as described in the first aspect, further comprising a drive unit for driving the movement between the first position and the second position.
本開示の第3態様によれば、第2光軸に沿って第3のプリズムから出射された第2の光の少なくとも一部は、撮像光学系に入射し、撮像光学系は、撮像素子を含み、第2の光の少なくとも一部を撮像素子に結像させるように構成され、支持部材は、撮像光学系を、第1のプリズムと第2のプリズムと第3のプリズムとともに移動するように支持している、第1又は第2態様に記載のプリズム群を提供する。 According to a third aspect of the present disclosure, there is provided a prism group as described in the first or second aspect, in which at least a portion of the second light emitted from the third prism along the second optical axis is incident on an imaging optical system, the imaging optical system includes an imaging element and is configured to image at least a portion of the second light on the imaging element, and a support member supports the imaging optical system so as to move together with the first prism, the second prism, and the third prism.
本開示の第4態様によれば、第3プリズム面は、第1の光の波長領域において、第1プリズム面と異なる反射率を有する、第1から第3態様のいずれか1つに記載のプリズム群を提供する。 According to a fourth aspect of the present disclosure, there is provided a prism group described in any one of the first to third aspects, wherein the third prism surface has a reflectivity different from that of the first prism surface in the wavelength region of the first light.
本開示の第5態様によれば、支持部材は、第1光軸に直交する面において、第1のプリズムと第2のプリズムと第3のプリズムとを、第1の位置と第2の位置との間で移動可能に支持するように構成されている、第1から第4態様のいずれか1つに記載のプリズム群を提供する。 According to a fifth aspect of the present disclosure, there is provided a prism group described in any one of the first to fourth aspects, wherein the support member is configured to support the first prism, the second prism, and the third prism so that they can be moved between a first position and a second position in a plane perpendicular to the first optical axis.
本開示の第6態様によれば、支持部材は、第1光軸に直交する面における照明光の伝搬方向に交差するように、第1のプリズムと第2のプリズムと第3のプリズムとを、第1の位置と第2の位置との間で移動可能に支持するように構成されている、第5態様に記載のプリズム群を提供する。 According to a sixth aspect of the present disclosure, there is provided a prism group as described in the fifth aspect, in which the support member is configured to support the first prism, the second prism, and the third prism movably between a first position and a second position so as to intersect with the propagation direction of the illumination light in a plane perpendicular to the first optical axis.
本開示の第7態様によれば、第2光軸は、第1光軸に直交する面にある、第1から第6態様のいずれか1つに記載のプリズム群を提供する。 According to a seventh aspect of the present disclosure, there is provided a prism group described in any one of the first to sixth aspects, wherein the second optical axis is in a plane perpendicular to the first optical axis.
本開示の第8態様によれば、第3のプリズムは、第2の光を第3のプリズム内で複数回内部反射し、第2光軸は、第1光軸に直交する面における照明光の伝搬方向に交差するように配置されている、第7態様に記載のプリズム群を提供する。 According to an eighth aspect of the present disclosure, there is provided a prism group as described in the seventh aspect, wherein the third prism internally reflects the second light multiple times within the third prism, and the second optical axis is arranged to intersect the propagation direction of the illumination light in a plane perpendicular to the first optical axis.
本開示の第9態様によれば、第3のプリズムは、第1のプリズムの前方側に配置され、第1プリズム面と第3プリズム面とが接合されている、第1から第8態様のいずれか1つに記載のプリズム群を提供する。 According to a ninth aspect of the present disclosure, there is provided a prism group described in any one of the first to eighth aspects, in which the third prism is arranged forward of the first prism, and the first prism surface and the third prism surface are joined together.
本開示の第10態様によれば、第3のプリズムは、第1のプリズムの前方側に配置され、第3のプリズムと第1のプリズムとの間に配置された第4のプリズムを更に含み、第4のプリズムは、第4プリズム面と、第4プリズム面と角度を成す第5プリズム面と、を有し、第4プリズム面と第1プリズム面とが接合され、第5プリズム面と第3プリズム面とが接合されるように構成されている、第1から第9態様のいずれか1つに記載のプリズム群を提供する。 According to a tenth aspect of the present disclosure, there is provided a prism group described in any one of the first to ninth aspects, wherein the third prism is disposed forward of the first prism and further includes a fourth prism disposed between the third prism and the first prism, the fourth prism having a fourth prism surface and a fifth prism surface that forms an angle with the fourth prism surface, and wherein the fourth prism surface and the first prism surface are bonded together, and the fifth prism surface and the third prism surface are bonded together.
本開示の第11態様によれば、第3のプリズムは、第5のプリズムと第6のプリズムとを含み、第5のプリズムと第6のプリズムとは、互いに隣接するプリズム面を有し、隣接するプリズム面は、平行な間隙を隔てて対向に配置されている、第1から第10態様のいずれか1つに記載のプリズム群を提供する。 According to an eleventh aspect of the present disclosure, there is provided a group of prisms described in any one of the first to tenth aspects, wherein the third prism includes a fifth prism and a sixth prism, the fifth prism and the sixth prism have adjacent prism faces, and the adjacent prism faces are arranged opposite each other with a parallel gap between them.
本開示の第12態様によれば、第2プリズム面は、反射防止膜が施され、反射防止膜は、第1の光に対し、96%以上の透過率を有する、第1から第11態様のいずれか1つに記載のプリズム群を提供する。 According to a twelfth aspect of the present disclosure, there is provided a group of prisms described in any one of the first to eleventh aspects, wherein the second prism surface is coated with an anti-reflection coating, and the anti-reflection coating has a transmittance of 96% or more for the first light.
本開示の第13態様によれば、第3プリズム面は、可視域部分反射コートが施され、可視域部分反射コートは、可視域の光に対し、50%以上の反射率を有する、第1から第12態様のいずれか1つに記載のプリズム群を提供する。 According to a thirteenth aspect of the present disclosure, there is provided a prism group described in any one of the first to twelfth aspects, wherein the third prism surface is coated with a visible partial reflective coating, and the visible partial reflective coating has a reflectivity of 50% or more for light in the visible range.
本開示の第14態様によれば、第3プリズム面は、赤外域部分反射コートが施され、赤外域部分反射コートは、赤外域の光に対し、50%以上の反射率を有する、第1から第12態様のいずれか1つに記載のプリズム群を提供する。 According to a fourteenth aspect of the present disclosure, there is provided a prism group described in any one of the first to twelfth aspects, wherein the third prism surface is coated with an infrared partial reflection coating, and the infrared partial reflection coating has a reflectivity of 50% or more for light in the infrared range.
本開示の第15態様によれば、第3のプリズムは、プリズム面であって、第2の光の少なくとも一部を内部反射する2つ以上の反射面を有し、反射面の少なくとも1つは、第2の光の少なくとも一部を全反射させるように構成されている、第1から第14態様のいずれか1つに記載のプリズム群を提供する。 According to a fifteenth aspect of the present disclosure, there is provided a group of prisms described in any one of the first to fourteenth aspects, wherein the third prism has a prism surface having two or more reflective surfaces that internally reflect at least a portion of the second light, and at least one of the reflective surfaces is configured to totally reflect at least a portion of the second light.
本開示の第16態様によれば、第3のプリズムは、プリズム面であって、第2の光の少なくとも一部を内部反射する2つ以上の反射面を有し、反射面の少なくとも1つは、第2の光の少なくとも一部の内部反射する方向に向けて凹面の形状を有する、第1から第15態様のいずれか1つに記載のプリズム群を提供する。 According to a sixteenth aspect of the present disclosure, there is provided a group of prisms described in any one of the first to fifteenth aspects, wherein the third prism has a prism surface having two or more reflective surfaces that internally reflect at least a portion of the second light, and at least one of the reflective surfaces has a concave shape facing the direction of internal reflection of at least a portion of the second light.
本開示の第17態様によれば、第3のプリズムは、第2の光の少なくとも一部を透過して第3のプリズムから出射する第6プリズム面を有し、第6プリズム面は、第2の光の少なくとも一部の第3のプリズムから出射する方向に向けて凸面の形状を有する、第1から第16態様のいずれか1つに記載のプリズム群を提供する。 According to a 17th aspect of the present disclosure, there is provided a prism group described in any one of the first to sixteenth aspects, wherein the third prism has a sixth prism surface that transmits at least a portion of the second light and emits it from the third prism, and the sixth prism surface has a convex shape facing the direction in which at least a portion of the second light emits from the third prism.
本開示の第18態様によれば、第2の光の少なくとも一部が第3のプリズム内にて中間像を形成するように構成されている、第1から第17態様のいずれか1つに記載のプリズム群を提供する。 According to an 18th aspect of the present disclosure, there is provided a prism group described in any one of the 1st to 17th aspects, configured so that at least a portion of the second light forms an intermediate image within the third prism.
本開示の第19態様によれば、可視域の照明光を供給する照明光学系と、第1から第18態様のいずれか1つに記載のプリズム群を含むプリズム部材と、照明光学系により供給され、プリズム部材により導かれて入射した光を空間的に変調し、映像情報に応じた投影光を生成する1つ又は複数の光変調素子と、前記プリズム群から前記第1光軸に沿って出射した第1の光を拡大投写して映像を表示する投影光学系と、前記プリズム群から前記第2光軸に沿って出射した第2の光の少なくとも一部を受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、を備える、投写型映像表示装置を提供する。 According to a 19th aspect of the present disclosure, there is provided a projection-type image display device comprising: an illumination optical system that supplies illumination light in the visible range; a prism member including a prism group described in any one of the first to eighteenth aspects; one or more light modulation elements that spatially modulate the light supplied by the illumination optical system and guided by the prism member to enter the projection light in accordance with image information; a projection optical system that displays an image by magnifying and projecting the first light emitted from the prism group along the first optical axis; and an image sensor that receives at least a portion of the second light emitted from the prism group along the second optical axis and converts it into an electrical image signal.
本開示の第20態様によれば、1つ又は複数の光変調素子は第1光軸に対して固定位置に配置されている、第19態様に記載の投写型映像表示装置を提供する。 According to a 20th aspect of the present disclosure, there is provided a projection-type image display device as described in the 19th aspect, in which one or more light modulation elements are arranged in a fixed position relative to the first optical axis.
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。 In addition, by appropriately combining any of the various embodiments described above, the effects of each can be achieved.
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 The following describes the embodiments in detail, with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed explanations than necessary may be omitted. For example, detailed explanations of matters that are already well known or duplicate explanations of substantially identical configurations may be omitted. This is to avoid unnecessary redundancy in the following explanation and to make it easier for those skilled in the art to understand.
なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供するものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。また、各図においては、説明を容易なものとするため、各要素を誇張して示している。 The accompanying drawings and the following description are provided to enable those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and are not intended to limit the subject matter described in the claims. Also, in each drawing, the dimensions of each element are exaggerated for ease of explanation.
《実施の形態》
以下、本開示の実施の形態に係るプリズム群、及びそれを備える投写型映像表示装置について、図1乃至図10Bを参照しながら説明する。本開示に係るプリズム群を適用した投写型映像表示装置として、1つの光変調素子を備える単板式の投写型映像表示装置(実施の形態1)及び3つの光変調素子を備える3板式の投写型映像表示装置(実施の形態2)を説明する。
<Embodiment>
Prism groups according to embodiments of the present disclosure and projection-type image display devices including the same will be described below with reference to Figures 1 to 10B. As projection-type image display devices to which the prism groups according to the present disclosure are applied, a single-panel projection-type image display device including one light modulation element (Embodiment 1) and a three-panel projection-type image display device including three light modulation elements (Embodiment 2) will be described.
(実施の形態1)
<投写型映像表示装置>
以下において、本開示の実施の形態に係る実施例1の投写型映像表示装置600の構成について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本開示の実施の形態1の投写型映像表示装置600の全体構成を示す概略図である。また、図1の(a)及び(b)は、図示X-Z面において投写型映像表示装置600の全体構成を示す概略図である。図1の(c)は、図1の(a)の左側、すなわち、図1の(a)の+Z側から-Z方向に向かって見たプリズム群300及び撮像光学系360を示す概略図である。図2は、図1の投写型映像表示装置600のプリズム群300の例示的な構成を示す斜視図である。
(Embodiment 1)
<Projection-type image display device>
The configuration of a projection-type image display device 600 according to Example 1 of the present disclosure will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of the projection-type image display device 600 according to Example 1 of the present disclosure. Also, FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams illustrating the overall configuration of the projection-type image display device 600 on the illustrated X-Z plane. FIG. 1C is a schematic diagram illustrating the prism group 300 and the imaging optical system 360 as viewed from the left side of FIG. 1A, i.e., from the +Z side of FIG. 1A toward the -Z direction. FIG. 2 is a perspective view illustrating an exemplary configuration of the prism group 300 of the projection-type image display device 600 of FIG. 1.
図1の投写型映像表示装置600は、照明光を供給する照明光学系200と、投影撮像光学系500と、を備える。図1の(b)に示すように、照明光学系200は、光源ユニット20と、アフォーカルレンズ31,32と、拡散板41と、λ/4板42と、コンデンサレンズ33,34,35と、ダイクロイックミラー45と、ロッドインテグレータ46と、蛍光体ホイール50と、カラーホイール60と、照明光リレー光学系を構成するレンズ73,74,75と、を含む。 The projection-type image display device 600 in Figure 1 comprises an illumination optical system 200 that supplies illumination light, and a projection imaging optical system 500. As shown in Figure 1(b), the illumination optical system 200 includes a light source unit 20, afocal lenses 31 and 32, a diffuser plate 41, a λ/4 plate 42, condenser lenses 33, 34, and 35, a dichroic mirror 45, a rod integrator 46, a phosphor wheel 50, a color wheel 60, and lenses 73, 74, and 75 that constitute an illumination light relay optical system.
<照明光学系の構成>
照明光学系200において、光源ユニット20は、例えば、複数の半導体レーザ(LD)又は発光ダイオード(LED)によって構成される。本実施の形態では、青色光を出射する半導体レーザ素子21を使用することができる。半導体レーザ素子21から出射される青色光は、波長が455nm付近であって、映像光として用いられるとともに、蛍光体ホイール50の蛍光体を励起するための励起光としても用いられる。半導体レーザ素子21から発された青色光は、図示-X方向に出射され、コリメートレンズ22によってコリメートされた後、アフォーカルレンズ31及び32によって集束され、拡散板41を透過してダイクロイックミラー45に入射する。
<Configuration of illumination optical system>
In the illumination optical system 200, the light source unit 20 is configured, for example, with a plurality of semiconductor lasers (LDs) or light-emitting diodes (LEDs). In this embodiment, a semiconductor laser element 21 that emits blue light can be used. The blue light emitted from the semiconductor laser element 21 has a wavelength of approximately 455 nm and is used as image light as well as excitation light for exciting the phosphors in the phosphor wheel 50. The blue light emitted from the semiconductor laser element 21 is emitted in the −X direction in the figure, collimated by the collimating lens 22, and then focused by the afocal lenses 31 and 32. The blue light passes through the diffuser plate 41 and enters the dichroic mirror 45.
本実施の形態において、光源ユニット20から出射される光は、例えば、S偏光の青色光であって、ダイクロイックミラー45は、S偏光の青色光を反射し、P偏光の青色光及びその他の色光は透過することができる。ダイクロイックミラー45で反射された青色光は、略-Z方向に進み、λ/4板42を通過して、レンズ33、44で集光されて蛍光体ホイール50に入射し、蛍光体ホイール50の蛍光体を励起して発光させる。 In this embodiment, the light emitted from the light source unit 20 is, for example, S-polarized blue light, and the dichroic mirror 45 reflects the S-polarized blue light while transmitting P-polarized blue light and other colored light. The blue light reflected by the dichroic mirror 45 travels approximately in the -Z direction, passes through the λ/4 plate 42, and is focused by lenses 33 and 44 before entering the phosphor wheel 50, where it excites the phosphors in the phosphor wheel 50 to emit light.
蛍光体ホイール50は、回転することにより、蛍光体層の異なるセグメントが入射した青色光によって励起され、例えば、黄色域の発光成分光、緑色域の発光成分光等を含む蛍光を発生することができる。また、λ/4板42を通過した青色光の一部が蛍光体ホイール50により反射されて、λ/4板42を再度通過することで、P偏光の青色成分光となり、ダイクロイックミラー45を透過する。ダイクロイックミラー45を透過した青色成分光及び各色域の発光成分光は、略Z方向に進み、コンデンサレンズ35を経てカラーホイール60に入射する。 When the phosphor wheel 50 rotates, different segments of the phosphor layer are excited by the incident blue light, generating fluorescence containing, for example, yellow and green emission component light. Furthermore, a portion of the blue light that passes through the λ/4 plate 42 is reflected by the phosphor wheel 50 and passes through the λ/4 plate 42 again, becoming P-polarized blue component light, which then passes through the dichroic mirror 45. The blue component light and emission component light of each color range that passes through the dichroic mirror 45 travels in approximately the Z direction, passes through the condenser lens 35, and enters the color wheel 60.
カラーホイール60は、蛍光体ホイール50と同期回転するよう制御され、異なるセグメントの透過特性によって入射した光を分光する。同期回転する蛍光体ホイール50とカラーホイール60とによって生成される光は、赤色、緑色、青色、黄色等を含む各色域の成分光が時分割で出射されるように、ロッドインテグレータ46に入射し、ここで均一化される。The color wheel 60 is controlled to rotate synchronously with the phosphor wheel 50, and splits the incident light according to the transmission characteristics of the different segments. The light generated by the synchronously rotating phosphor wheel 50 and color wheel 60 enters the rod integrator 46, where it is homogenized, so that the component light of each color gamut, including red, green, blue, yellow, etc., is emitted in a time-division manner.
ロッドインテグレータ46から出射された光は、照明光リレー光学系を構成するレンズ73,74,75を透過したのち、照明光学系200から出射され、時間平均としては白色光の照明光Lsとなって投影撮像光学系500に入射する。 The light emitted from the rod integrator 46 passes through lenses 73, 74, and 75 that constitute the illumination light relay optical system, and then is emitted from the illumination optical system 200, becoming white light illumination light Ls on a time average, which enters the projection imaging optical system 500.
<投影撮像光学系の構成>
図1の(a)及び図1の(c)に示すように、投影撮像光学系500は、プリズム群300と、撮像光学系360と、光変調素子400と、投影光学系420と、を備える。光変調素子400は、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD:(Digital Mirror Device))を用いて構成することができる。投影光学系420は、投射レンズを備え、投影光Lpを、スクリーンや立体物等の投写対象物450に拡大投写して映像を表示することができる。撮像光学系360は、本実施の形態では、図1の(c)に示すように、複数のレンズからなる撮像リレー光学系361と撮像素子365とによって構成することができる。一方、投影光Lpと対向して伝搬する外部光Liの一部からなる撮像光Limは、撮像光学系360に入射し、撮像リレー光学系361により、撮像素子365に結像することができる。撮像素子365は、受光した撮像光を電気的な画像信号に変換する。なお、本明細書では、投影光Lpは、「第1の光」と称し、外部光Liは、「第2の光」と称す場合がある。
<Configuration of Projection Imaging Optical System>
As shown in FIGS. 1A and 1C , the projection imaging optical system 500 includes a prism group 300, an imaging optical system 360, a light modulation element 400, and a projection optical system 420. The light modulation element 400 can be configured using a digital micromirror device (DMD). The projection optical system 420 includes a projection lens and can enlarge and project projection light Lp onto a projection target 450 such as a screen or a three-dimensional object to display an image. In this embodiment, the imaging optical system 360 can be configured with an imaging relay optical system 361 including multiple lenses and an imaging element 365, as shown in FIG. 1C . Meanwhile, imaging light Lim, which is a portion of external light Li propagating in the opposite direction to the projection light Lp, enters the imaging optical system 360 and can be imaged on the imaging element 365 by the imaging relay optical system 361. The image sensor 365 converts the received image light into an electrical image signal. In this specification, the projection light Lp may be referred to as the “first light” and the external light Li may be referred to as the “second light.”
プリズム群300の構成について、図2を参照して説明する。本実施の形態では、図2に示すように、プリズム群300は、プリズムユニット350と、支持部材370とによって構成されている。プリズムユニット350は、プリズム310と、プリズム320と、プリズム330とによって構成されている。なお、プリズムユニット350は、3つのプリズム310,320,330による一体構成を有してもよく、個々のプリズムと隣接するプリズムとの間に間隙を設けて分離した構成を有してもよい。プリズムユニット350の構成について、後段において詳述する。また、本明細書では、プリズム310と、プリズム320と、プリズム330とは、それぞれ、「第1のプリズム」と、「第2のプリズム」と、「第3のプリズム」を称す場合がある。The configuration of prism group 300 will be described with reference to FIG. 2. In this embodiment, as shown in FIG. 2, prism group 300 is composed of prism unit 350 and support member 370. Prism unit 350 is composed of prism 310, prism 320, and prism 330. Prism unit 350 may be an integrated configuration of three prisms 310, 320, and 330, or may be configured with each prism separated by a gap between adjacent prisms. The configuration of prism unit 350 will be described in detail later. Furthermore, in this specification, prism 310, prism 320, and prism 330 may be referred to as the "first prism," the "second prism," and the "third prism," respectively.
図2に示すように、投影光学系420を構成する投射レンズ421は、プリズム群300の前方側(図示+X側)に配置され、投影光軸Oa1(本明細書において、「第1光軸」をも称す)を中心に配置された複数のレンズを含むことができる。光変調素子400は、プリズム群300の後方側(図示-X側)に配置され、プリズム群300を挟んで、投射レンズ421に対向して配置されている。本実施の形態では、投影光学系420と光変調素子400とは、投影光軸Oa1に対して固定位置に配置され、プリズムユニット350は、支持部材370によって、投影光軸Oa1に交差する方向において、投写位置P1と撮像位置P2との間で移動可能に支持されている。図2は、プリズムユニット350が投写位置P1にある状態を示している。投写位置P1及び撮像位置P2のプリズム群300の配置については後段において詳述する。なお、本明細書では、投写位置P1は、「第1の位置」と称し、撮像位置P2は、「第2の位置」と称す場合がある。As shown in FIG. 2, the projection lens 421 constituting the projection optical system 420 is disposed in front of the prism group 300 (the +X side in the figure) and may include multiple lenses centered about the projection optical axis Oa1 (also referred to as the "first optical axis" in this specification). The light modulation element 400 is disposed behind the prism group 300 (the -X side in the figure) and faces the projection lens 421 across the prism group 300. In this embodiment, the projection optical system 420 and the light modulation element 400 are disposed in fixed positions with respect to the projection optical axis Oa1, and the prism unit 350 is supported by a support member 370 so that it can move between the projection position P1 and the imaging position P2 in a direction intersecting the projection optical axis Oa1. FIG. 2 shows the prism unit 350 at the projection position P1. The arrangement of the prism group 300 at the projection position P1 and the imaging position P2 will be described in detail later. In this specification, the projection position P1 may be referred to as a "first position," and the imaging position P2 may be referred to as a "second position."
支持部材370は、図2に示すように、Y方向に沿って平行に配置された2本のガイドレール371と、ガイドレール371上を摺動可能な載置面372とを含む。プリズムユニット350は、載置面372の上面側に取り付けられ、本実施の形態では、ガイドレール371に沿った並進運動で投写位置P1と撮像位置P2との間で移動するように構成されている。また、本実施の形態では、載置面372の上面に撮像光学系360が更に配置され、支持部材370は、撮像光学系360を、プリズムユニット350とともに移動するように支持している。2, the support member 370 includes two guide rails 371 arranged parallel to each other in the Y direction, and a mounting surface 372 that can slide on the guide rails 371. The prism unit 350 is attached to the upper surface of the mounting surface 372, and in this embodiment, is configured to move between the projection position P1 and the imaging position P2 by translational motion along the guide rails 371. In this embodiment, the imaging optical system 360 is further arranged on the upper surface of the mounting surface 372, and the support member 370 supports the imaging optical system 360 so that it moves together with the prism unit 350.
撮像光学系360は、結像光学系として構成され、撮像光として外部光の少なくとも一部を取り入れて、撮像素子に結像させる。本実施の形態では、撮像光学系360は、受光した撮像光を撮像素子365に縮小結像させる縮小結像光学系とした構成例を示しているが、本開示はこれに限定されない。撮像光学系360は、例えば、撮像光を撮像素子において縮小結像させるように構成されてもよく、等倍結像させるように構成されてもよい。 The imaging optical system 360 is configured as an imaging optical system that takes in at least a portion of external light as imaging light and forms an image on the imaging element. In this embodiment, the imaging optical system 360 is shown as a reduced imaging optical system that reduces the imaging light received and forms a reduced image on the imaging element 365, but the present disclosure is not limited to this. The imaging optical system 360 may be configured, for example, to reduce the imaging light on the imaging element, or to form an image at the same magnification.
本実施の形態では、支持部材370により支持されているプリズムユニット350及び撮像光学系360の移動は、駆動部375によって駆動される。駆動部375は、図示のように、モータ376と、モータ376に連結されたシャフト377と、それぞれのガイドレール372上を摺動可能な一対のベアリング部材378とによって構成することができる。駆動部375は、投影光軸Oa1に対して固定位置に配置された支持台379に取り付けられ、ベアリング部材378を介して載置面372に接続されて、投写位置P1と撮像位置P2との間で、プリズムユニット350及び撮像光学系360の移動を駆動する。In this embodiment, the movement of the prism unit 350 and the imaging optical system 360 supported by the support member 370 is driven by a drive unit 375. As shown, the drive unit 375 can be configured with a motor 376, a shaft 377 connected to the motor 376, and a pair of bearing members 378 that can slide on the respective guide rails 372. The drive unit 375 is attached to a support base 379 that is arranged in a fixed position relative to the projection optical axis Oa1, and is connected to the mounting surface 372 via the bearing members 378, and drives the movement of the prism unit 350 and the imaging optical system 360 between the projection position P1 and the imaging position P2.
具体的には、駆動部375が動作するとき、モータ376の駆動によりシャフト377が回転する。ベアリング部材378は、シャフト372の回転によりガイドレール371に沿って摺動可能に構成されている。ベアリング部材378の移動に伴い、支持部材370の載置面372上に支持されているプリズムユニット350及び撮像光学系360は、ガイドレール373に沿って移動することができる。支持台379は、駆動部375のモータ376とシャフト377との連結部、及びシャフト377の先端部、並びに支持部材370のガイドレール371を支持する。また、図2に示すように、投写位置P1において、照明光Ls(図2に示さず)がプリズム群300を介して光変調素子400に入射し、光変調素子400からの投影光Lpがプリズム群300を介して投射レンズ421へ出射するように、支持台379には、光変調素子400に対応する位置において、光が通過する開口部373が設けられている。なお、支持部材370の載置面372にも同様に光が通過する開口部(図示せず)を設けることができる。 Specifically, when the drive unit 375 operates, the shaft 377 is rotated by the drive of the motor 376. The bearing member 378 is configured to be able to slide along the guide rail 371 as the shaft 372 rotates. As the bearing member 378 moves, the prism unit 350 and imaging optical system 360 supported on the mounting surface 372 of the support member 370 can move along the guide rail 373. The support base 379 supports the connection between the motor 376 and shaft 377 of the drive unit 375, the tip of the shaft 377, and the guide rail 371 of the support member 370. 2, the support base 379 is provided with an opening 373 through which light passes, at a position corresponding to the light modulation element 400, so that at projection position P1, illumination light Ls (not shown in FIG. 2) enters the light modulation element 400 via the prism group 300, and projection light Lp from the light modulation element 400 is emitted to the projection lens 421 via the prism group 300. Note that a similar opening (not shown) through which light passes can also be provided on the mounting surface 372 of the support member 370.
また、本開示に係る駆動部375は上記の構成に限定されない。駆動部375は、他の従来知られている駆動機構の構成を採用することができ、本明細書では更なる詳細な説明を省略する。また、プリズムユニット350の移動は、駆動部375によって駆動することに限定されない。例えば、支持部材370に操作レバーを設けることで、手動によってプリズムユニット350を移動させることもできる。 Furthermore, the drive unit 375 according to the present disclosure is not limited to the above configuration. The drive unit 375 may adopt the configuration of other conventionally known drive mechanisms, and further detailed description will be omitted in this specification. Furthermore, the movement of the prism unit 350 is not limited to being driven by the drive unit 375. For example, the prism unit 350 can be moved manually by providing an operating lever on the support member 370.
また、図2では、プリズムユニット350は、支持部材370により、並進運動により、投写位置P1と撮像位置P2との間で移動可能に支持されているが、本開示はこれに限定されない。例えば、支持部材370は、回転軸(図示せず)を含むことができ、例えば、プリズムユニット350は、回転運動、スイング等の曲線運動により、投写位置P1と撮像位置P2との間で移動可能に支持されてもよい。2, the prism unit 350 is supported by the support member 370 so that it can move between the projection position P1 and the imaging position P2 by translational motion, but the present disclosure is not limited to this. For example, the support member 370 may include a rotation axis (not shown), and the prism unit 350 may be supported so that it can move between the projection position P1 and the imaging position P2 by curvilinear motion such as rotational motion or swing.
プリズム群300が投写型映像表示装置600の機器内部における位置、及び、投写位置P1と撮像位置P2とにおいてプリズム群300の配置について図3A及び図3Bを参照して説明する。 The position of the prism group 300 within the projection-type image display device 600 and the arrangement of the prism group 300 at the projection position P1 and the imaging position P2 are explained with reference to Figures 3A and 3B.
<投写位置及び撮像位置のプリズム群の配置>
図3Aは、図1の投写型映像表示装置600の投射レンズ421の外側から見た機器内部の配置図であって、投写位置P1のプリズム群300の配置を示す図である。図3Bは、図1の投写型映像表示装置600の投射レンズ421の外側から見た機器内部の配置図であって、撮像位置P2のプリズム群300の配置を示す図である。
<Arrangement of Prism Groups at Projection Position and Imaging Position>
Fig. 3A is a diagram showing the internal layout of the projection-type image display device 600 of Fig. 1 as viewed from outside the projection lens 421, illustrating the layout of the prism group 300 at projection position P1. Fig. 3B is a diagram showing the internal layout of the projection-type image display device 600 of Fig. 1 as viewed from outside the projection lens 421, illustrating the layout of the prism group 300 at imaging position P2.
図1の投影光学系420側、すなわち、図1の上方から、-X方向に向かって見たとき、投写型映像表示装置600の筐体600Aの内部において、プリズム群300は、投影光学系420の投射レンズ421の下方に位置し、光変調素子400が概ね投射レンズ421の中央に対応する位置、すなわち、投影光軸Oa1が通過する位置に配置されている。 When viewed from the projection optical system 420 side of Figure 1, i.e., from above in Figure 1, in the -X direction, inside the housing 600A of the projection type image display device 600, the prism group 300 is located below the projection lens 421 of the projection optical system 420, and the light modulation element 400 is positioned at a position roughly corresponding to the center of the projection lens 421, i.e., at a position where the projection optical axis Oa1 passes.
プリズム群300が図3Aに示す投写位置P1にあるとき、照明光学系200から出射された照明光Lsは、折り返しミラー47によって偏向され、リレーレンズ群48を通して、図示Y-Z面におけるDs方向に沿って伝搬され、プリズム310のプリズム面312からプリズム群300に入射する。入射した照明光Lsは、プリズム310で反射したのち、光変調素子400に入射する。図3Aに示すように、プリズム群300が投写位置P1にあるとき、プリズム320は、光変調素子400の前方に位置する。このとき、プリズム320は投影光軸Oa1が通過する位置にある(図2参照)。光変調素子400からのDMD-ON光(図2に示す投影光Lp)は、プリズム320を透過して、投影光軸Oa1に沿って図示+X方向に出射し、投射レンズ421に入射する。投影光学系420は、投射レンズ421を通って導入された投影光Lpを投写対象物450に拡大投写して映像を表示する。一方、DMD-OFF光Lf(図3Aに示す)は偏向されて投影光から除外される。 When the prism group 300 is at the projection position P1 shown in FIG. 3A, the illumination light Ls emitted from the illumination optical system 200 is deflected by the folding mirror 47, propagates through the relay lens group 48 along the Ds direction in the Y-Z plane shown in the figure, and enters the prism group 300 from the prism surface 312 of the prism 310. The incident illumination light Ls is reflected by the prism 310 and then enters the light modulation element 400. As shown in FIG. 3A, when the prism group 300 is at the projection position P1, the prism 320 is positioned in front of the light modulation element 400. At this time, the prism 320 is positioned so that the projection optical axis Oa1 passes through it (see FIG. 2). The DMD-ON light (projection light Lp shown in FIG. 2) from the light modulation element 400 passes through the prism 320, exits along the projection optical axis Oa1 in the +X direction shown in the figure, and enters the projection lens 421. The projection optical system 420 displays an image by enlarging and projecting the projection light Lp introduced through the projection lens 421 onto the projection object 450. On the other hand, the DMD-OFF light Lf (shown in FIG. 3A) is deflected and excluded from the projection light.
次に、プリズム群300が撮像位置P2に移動したとき、図3Bに示すように、プリズム330は、光変調素子400の前方に位置する。このとき、プリズム330は投影光軸Oa1が通過する位置にある(図6参照)。投写対象物450から投射レンズ421を通って図示-X方向に向かって伝搬される外部光Liは、投影光軸Oa1に沿って図示-X方向にプリズム330に入射し、プリズム330内で反射されて偏向され、外部光Liの一部からなる撮像光Limは撮像光軸Ob1に沿ってプリズム330から出射する。出射された撮像光Limは、撮像光学系360に入射し、撮像素子365に結像を形成する。 Next, when the prism group 300 moves to the imaging position P2, as shown in FIG. 3B, the prism 330 is positioned in front of the light modulation element 400. At this time, the prism 330 is located at a position where the projection optical axis Oa1 passes through (see FIG. 6). External light Li propagating from the projection object 450 through the projection lens 421 in the -X direction as shown is incident on the prism 330 along the projection optical axis Oa1 in the -X direction as shown, and is reflected and deflected within the prism 330, and imaging light Lim, which is a portion of the external light Li, is emitted from the prism 330 along the imaging optical axis Ob1. The emitted imaging light Lim enters the imaging optical system 360 and forms an image on the imaging element 365.
このように、プリズム群300が投写位置P1において、光変調素子400からの投影光Lpを投影光軸Oa1に沿って投影光学系420へ導き、撮像位置P2において、投影光学系420から投影光軸Oa1に沿って入射した外部光Liの少なくとも一部を撮像光学系360に導入する。プリズム群300が投写位置P1と撮像位置P2との間で移動することによって、同軸構成の投影と撮像とを分離して実現することができる。これによって、プリズムから出射する投影光に影響することなく、投影光と対向して伝搬する外部光を取り込むことができる。投影と撮像との同軸構成により、撮像光学系による結像を利用して投影光学系の光学調整や投射位置調整等を便利に行うことができ、優れた投影の実現を確保することができる。また、投影光の光量を低減させることなく、必要に応じて十分な外部光を取り込むことができるため、撮像感度を向上させることができる。In this way, at projection position P1, the prism group 300 guides projection light Lp from the light modulation element 400 along the projection optical axis Oa1 to the projection optical system 420. At imaging position P2, it introduces at least a portion of external light Li incident from the projection optical system 420 along the projection optical axis Oa1 into the imaging optical system 360. By moving the prism group 300 between projection position P1 and imaging position P2, coaxial projection and imaging can be achieved separately. This allows external light propagating in the opposite direction to the projection light to be captured without affecting the projection light emitted from the prism. The coaxial configuration of projection and imaging allows convenient optical adjustment of the projection optical system and projection position adjustment, etc., using the imaging by the imaging optical system, ensuring excellent projection. Furthermore, sufficient external light can be captured as needed without reducing the amount of projection light, thereby improving imaging sensitivity.
投写型映像表示装置600の機器内部において、投射レンズ421はバックフォーカスを短く設計した方が装置のより小型化、低コスト化が可能となるため、投影光学系420とプリズム群300の投写プリズム320のプリズム面322(図1参照)とは干渉しない範囲で極力近接して構成されている。そのため、投影光Lpの出射方向である、図3A又は図3Bに示すX方向において、筐体600A内部の空間が少なく、設計上光学部品等の配置も制限される。 Inside the projection-type image display device 600, the projection lens 421 is designed to have a short back focus, which allows for a more compact and cost-effective device. Therefore, the projection optical system 420 and the prism surface 322 of the projection prism 320 of the prism group 300 (see Figure 1) are configured as close as possible to each other without interfering with each other. As a result, there is little space inside the housing 600A in the X direction shown in Figure 3A or 3B, which is the emission direction of the projection light Lp, and the placement of optical components, etc. is also limited by design.
本開示に係る投写型映像表示装置600において、支持部材370(図2に示す)は、投影光軸Oa1に直交する面(図示Y-Z面)において、プリズムユニット350を投写位置P1と撮像位置P2との間で移動可能に支持することができる。また、投影光学系から図示-X方向に入射した外部光Liを、プリズム群300内で反射して偏向させることによって、投影光軸Oa1に直交する面(図示Y-Z面)にある撮像光軸Ob1(本明細書において、「第2光軸」をも称す)に沿って、撮像光学系360に導入することができる。これによって、プリズム群300は、投影光学系と干渉することなく容易に機器内部に組み込むことができるとともに、投写位置P1と撮像位置P2との間で移動することができる。なお、ここで、「Oa1に直交する面」とは、「Oa1に実質的に直交する面」を意味する。In the projection-type image display device 600 according to the present disclosure, the support member 370 (shown in FIG. 2) can support the prism unit 350 so that it can move between the projection position P1 and the imaging position P2 in a plane perpendicular to the projection optical axis Oa1 (the Y-Z plane in the figure). Furthermore, external light Li incident from the projection optical system in the -X direction in the figure can be reflected and deflected within the prism group 300, thereby being introduced into the imaging optical system 360 along the imaging optical axis Ob1 (also referred to herein as the "second optical axis") in the plane perpendicular to the projection optical axis Oa1 (the Y-Z plane in the figure). This allows the prism group 300 to be easily incorporated into equipment without interfering with the projection optical system, and to be moved between the projection position P1 and the imaging position P2. Here, "plane perpendicular to Oa1" means "plane substantially perpendicular to Oa1."
また、実際の投写型映像表示装置は、投射レンズ421から見たときに、図3A又は図3Bに示すように、Y-Z面において、プリズム群300に入射する照明光Lsは、図示右下から、筐体600Aの長辺に対して斜め約45度のDs方向に伝搬され、プリズム群300に入射するように設計されている。これは、光変調素子400としてのDMDの微小ミラーの回転軸が45度傾いて設けられていることに起因している。そのため、プリズム群300のプリズム310のプリズム面312が、照明光Lsの伝搬方向Dsに対して概ね直交するように配置されている。このような配置では、図示のように、投写型映像表示装置600の機器内部において、Y-Z面における照明光Lsの伝搬方向Dsにおいては空間が少ない。 In addition, as shown in Figures 3A and 3B, an actual projection-type image display device is designed so that, when viewed from the projection lens 421, illumination light Ls incident on the prism group 300 in the Y-Z plane propagates from the bottom right in the direction Ds, which is approximately 45 degrees diagonal to the long side of the housing 600A, and enters the prism group 300. This is because the rotation axis of the micromirrors of the DMD serving as the light modulation element 400 is tilted at 45 degrees. Therefore, the prism surface 312 of the prism 310 of the prism group 300 is arranged so that it is approximately perpendicular to the propagation direction Ds of the illumination light Ls. With this arrangement, as shown in the figure, there is little space within the projection-type image display device 600 in the propagation direction Ds of the illumination light Ls in the Y-Z plane.
本実施の形態において、支持部材370は、Y-Z面において、照明光Lsの伝搬方向Dsに交差する移動方向Dmにおいて、プリズムユニット350を投写位置P1と撮像位置P2との間で移動可能に支持するように構成することができる。また、外部光Liを、プリズム群300内において複数回内部反射させることによって、照明光Lsの伝搬方向Dsに交差する撮像光軸Ob1に沿って導くことができる。これによって、投写型映像表示装置600の機器内部のスペースを有効に利用することができ、装置をコンパクトに構成することができる。更に、本実施の形態では、図示のように、支持部材370は、プリズムユニット350をY-Z面における照明光Lsの伝搬方向Dsに概ね直交する移動方向Dmにおいて、投写位置P1と撮像位置P2との間で移動可能に支持するように構成されている。また、撮像光軸Ob1もまた、Y-Z面における照明光Lsの伝搬方向Dsに概ね直交する方向に位置している。これによって、装置全体を小型化することができる。In this embodiment, the support member 370 can be configured to support the prism unit 350 movably between the projection position P1 and the imaging position P2 in the movement direction Dm that intersects the propagation direction Ds of the illumination light Ls in the Y-Z plane. Furthermore, by internally reflecting the external light Li multiple times within the prism group 300, it can be guided along the imaging optical axis Ob1 that intersects the propagation direction Ds of the illumination light Ls. This allows for efficient use of the internal space of the projection-type image display device 600, resulting in a compact device configuration. Furthermore, in this embodiment, as shown in the figure, the support member 370 is configured to support the prism unit 350 movably between the projection position P1 and the imaging position P2 in the movement direction Dm that is generally perpendicular to the propagation direction Ds of the illumination light Ls in the Y-Z plane. Furthermore, the imaging optical axis Ob1 is also positioned in a direction that is generally perpendicular to the propagation direction Ds of the illumination light Ls in the Y-Z plane. This allows for the overall device to be compact.
本実施の形態では、プリズム310とプリズム320とは、同時に移動するように構成されている。後段で詳細に説明するように、プリズム310とプリズム320とは、プリズム面311とプリズム面321とにおいて、平行なエアギャップを介して対向に配置され、いわゆるTIR(Total Internal Reflection)プリズムを構成している。プリズム310とプリズム320とは、同時に移動することによって、間に安定なエアギャップを容易に維持し、安定な投影を確保することができる。 In this embodiment, prisms 310 and 320 are configured to move simultaneously. As will be explained in detail later, prisms 310 and 320 are arranged opposite each other at prism surfaces 311 and 321 with a parallel air gap between them, forming a so-called TIR (Total Internal Reflection) prism. By moving prisms 310 and 320 simultaneously, a stable air gap can be easily maintained between them, ensuring stable projection.
また、本実施の形態では、プリズムユニット350は、3つのプリズム310,320,330による一体構成を有することができる。これによって、安定なプリズム構成を実現するとともに、投写位置P1と撮像位置P2との間の移動量を短縮することができる。また、前述したように、撮像光学系360は、縮小結像光学系光学系として構成することができる。これによって、プリズム群300とともに容易に移動することができる。 In addition, in this embodiment, the prism unit 350 can have an integrated configuration of three prisms 310, 320, and 330. This allows for a stable prism configuration and shortens the amount of movement between the projection position P1 and the imaging position P2. As mentioned above, the imaging optical system 360 can be configured as a reduced imaging optical system. This allows for easy movement together with the prism group 300.
更に、照明光Lsがリレーレンズ群48を通して、図示Y-Z面におけるDs方向にプリズム群300に入射するとき、プリズム310のプリズム面312において、照明光入射ビームスポットSOを形成する。照明光の入射ビームスポットSOの直径は、図3Aに示すように、プリズム320の幅wよりも大きくてもよい。ここで、プリズム320の幅wは、プリズム310のプリズム面312に平行の面におけるプリズム320の長さであって、図示Y方向におけるプリズム320の長さを示している。照明光Lsは、プリズム面312に入射した後、リレーレンズ群48によりプリズム群300内で更に収束して光変調素子400に入射することができる。このように、プリズム320は、照明光Lsの入射ビームスポットSOよりも小さい幅wを有して構成することができる。これによって、プリズム群300をコンパクトに設計できるとともに、投写位置P1と撮像位置P2との間の移動量を短縮することができる。Furthermore, when illumination light Ls passes through the relay lens group 48 and enters the prism group 300 in the direction Ds in the illustrated Y-Z plane, it forms an illumination light incident beam spot SO on the prism surface 312 of the prism 310. The diameter of the illumination light incident beam spot SO may be larger than the width w of the prism 320, as shown in FIG. 3A. Here, the width w of the prism 320 is the length of the prism 320 on a plane parallel to the prism surface 312 of the prism 310, and indicates the length of the prism 320 in the illustrated Y direction. After entering the prism surface 312, the illumination light Ls can be further converged within the prism group 300 by the relay lens group 48 and then enter the light modulation element 400. In this way, the prism 320 can be configured with a width w smaller than the illumination light Ls incident beam spot SO. This allows for a compact design of the prism group 300 and shortens the amount of movement between the projection position P1 and the imaging position P2.
<プリズム群による投影光及び外部光の伝搬>
プリズム群300が投写位置P1にあるときの投影光の伝搬を図4及び図5を参照して説明する。図4は、本開示の実施の形態に係る投写位置P1のプリズム群300による投影光の伝搬を示す斜視図である。図5は、図4の投写位置P1のプリズム群300による投影光の伝搬を示す側面図である。
<Propagation of projected light and external light through a group of prisms>
The propagation of projection light when the prism group 300 is at the projection position P1 will be described with reference to Figures 4 and 5. Figure 4 is a perspective view showing the propagation of projection light by the prism group 300 at the projection position P1 according to an embodiment of the present disclosure. Figure 5 is a side view showing the propagation of projection light by the prism group 300 at the projection position P1 in Figure 4.
図4に示すように、プリズム群300が投写位置P1にあるとき、第2のプリズム320は、光変調素子400の前方に、投影光軸Oa1が通過する位置にある。照明光Lsは、第1のプリズム310に入射する。 As shown in Figure 4, when the prism group 300 is at the projection position P1, the second prism 320 is located in front of the light modulation element 400, at a position where the projection optical axis Oa1 passes. The illumination light Ls is incident on the first prism 310.
図5に示すように、プリズム310とプリズム320とは、略三角柱のプリズムで構成することができる。プリズム310は、プリズム面312とプリズム面311とを有し、プリズム320は、プリズム面321とプリズム面322とを有する。本実施の形態では、プリズム320は、プリズム310の前方側(図示+X側)に配置されている。プリズム310のプリズム面311とプリズム320のプリズム面321とは、エアギャップを介して平行に対向して配置され、TIRプリズムを構成することによって、プリズム面311において、照明光Lsを全反射させることができる。照明光Lsは、プリズム面312を透過して臨界角以上の入射角度でプリズム面311に入射し、全反射して光変調素子400に入射する。なお、本明細書では、プリズム面311は「第1プリズム面」と称し、プリズム面321は「第2プリズム面」と称す場合がある。As shown in FIG. 5, prism 310 and prism 320 can be configured as approximately triangular prisms. Prism 310 has prism surface 312 and prism surface 311, and prism 320 has prism surface 321 and prism surface 322. In this embodiment, prism 320 is disposed on the front side (the +X side in the figure) of prism 310. Prism surface 311 of prism 310 and prism surface 321 of prism 320 are disposed parallel to and opposite each other with an air gap between them, forming a TIR prism, which allows illumination light Ls to be totally reflected at prism surface 311. Illumination light Ls passes through prism surface 312 and enters prism surface 311 at an incident angle greater than or equal to the critical angle, where it is totally reflected and enters light modulation element 400. In this specification, prism surface 311 may be referred to as the "first prism surface," and prism surface 321 may be referred to as the "second prism surface."
光変調素子400として用いられるDMDは、照明光Lsに含まれる各色域の成分光を、映像信号に基づいて変調し、画素毎に投影光LpとなるDMD-ON光、又はDMD-OFF光Lfに振り分ける。投影光Lpは、投影光軸Oa1に沿って+X方向に出射され、DMD-OFF光Lfは投影光軸Oa1から偏向されて除去される。投影光Lpは、プリズム面311を透過してプリズム320のプリズム面321に到達する。プリズム面321は、反射防止膜が施され、投影光Lpを96%以上の透過率で透過することができる。プリズム面321を透過した投影光Lpは、プリズム面322から出射し、投影光軸Oa1に沿って前方側の投射レンズ421に入射する。 The DMD used as the light modulation element 400 modulates the component light of each color gamut contained in the illumination light Ls based on a video signal, and distributes it for each pixel into DMD-ON light or DMD-OFF light Lf, which becomes projection light Lp. Projection light Lp is emitted in the +X direction along the projection optical axis Oa1, while DMD-OFF light Lf is deflected away from the projection optical axis Oa1 and removed. Projection light Lp passes through prism surface 311 and reaches prism surface 321 of prism 320. Prism surface 321 is coated with an anti-reflection coating, allowing projection light Lp to transmit with a transmittance of 96% or more. Projection light Lp that passes through prism surface 321 exits from prism surface 322 and enters the front projection lens 421 along the projection optical axis Oa1.
次に、プリズム群300が撮像位置P2にあるときの外部光の伝搬を図6及び図7を参照して説明する。図6は、本開示の実施の形態に係る撮像位置P2のプリズム群300による外部光の伝搬を示す斜視図である。図7は、図6の撮像位置P2のプリズム群300による外部光の伝搬を示す側面図である。Next, the propagation of external light when the prism group 300 is at the imaging position P2 will be described with reference to Figures 6 and 7. Figure 6 is a perspective view showing the propagation of external light through the prism group 300 at the imaging position P2 according to an embodiment of the present disclosure. Figure 7 is a side view showing the propagation of external light through the prism group 300 at the imaging position P2 in Figure 6.
図6に示すように、プリズム群300が投写位置P2にあるとき、第3のプリズム330は、光変調素子400の前方に、投影光軸Oa1が通過する位置にある。このとき、投射レンズ421を通って図示-X方向に向かって伝搬される外部光Liは、投影光軸Oa1に沿って図示-X方向にプリズム330に入射し、プリズム330内で反射して偏向される。 As shown in Figure 6, when the prism group 300 is at the projection position P2, the third prism 330 is located in front of the light modulation element 400, at a position where the projection optical axis Oa1 passes through. At this time, external light Li propagating through the projection lens 421 in the -X direction as shown enters the prism 330 in the -X direction as shown along the projection optical axis Oa1, and is reflected and deflected within the prism 330.
図7に示すように、プリズム330は、プリズム面331,332,333,334を有する。以下、プリズム330内の光の伝搬を説明しやすくするために、プリズム面331,332,333,334は、それぞれ「第1反射面331」、「第2反射面332」、「第3反射面333」、「出射面334」と称す。また、本明細書では、プリズム面331は、「第3プリズム面」と称し、プリズム面334は、「第6プリズム面」と称す場合がある。 As shown in Figure 7, prism 330 has prism surfaces 331, 332, 333, and 334. Hereinafter, to make it easier to explain the propagation of light within prism 330, prism surfaces 331, 332, 333, and 334 will be referred to as the "first reflecting surface 331," "second reflecting surface 332," "third reflecting surface 333," and "exit surface 334," respectively. Furthermore, in this specification, prism surface 331 may be referred to as the "third prism surface," and prism surface 334 may be referred to as the "sixth prism surface."
本実施の形態では、プリズム330は、プリズム310の前方側(図示+X側)に配置され、第1反射面331とプリズム面311とが接合することによって、プリズム330とプリズム310とは一体に形成することができる。第1反射面331とプリズム面311とを接合することによって、プリズム群300内に迷光の発生を抑制するとともに、プリズム面の間に間隙の存在により生じる二重像を防止し、撮像の精度を確保することができる。また、プリズム330は、プリズム310と一体に形成されることによって、コンパクトで安定したプリズム群300を構成することができる。しかし、本開示はこれに限定されない。用途に応じて、例えば、プリズム330は、プリズム310と分離して構成することができる。In this embodiment, prism 330 is disposed on the forward side (+X side in the figure) of prism 310, and by bonding first reflecting surface 331 to prism surface 311, prism 330 and prism 310 can be formed as a single unit. Bonding first reflecting surface 331 to prism surface 311 suppresses the generation of stray light within prism group 300 and prevents double images caused by gaps between prism surfaces, ensuring imaging accuracy. Furthermore, by forming prism 330 integrally with prism 310, a compact and stable prism group 300 can be formed. However, the present disclosure is not limited to this. Depending on the application, for example, prism 330 can be configured separately from prism 310.
本実施の形態では、プリズム330とプリズム320とは、隣接に配置されている。これによって、コンパクトなプリズム群300を構成できるとともに、投写位置P1と撮像位置P2との間の移動量を短縮することができる。また、プリズム330とプリズム320とは、隣接のプリズム面において接合して一体に形成されてもよく、間隙を隔てて分離して配置されてもよい。また、第3のプリズム330は、第1のプリズム310及び第2のプリズム320と異なるガラス素材、又は樹脂素材を採用して作製することができる。樹脂製の光学部品が優れた加工性を有するため、複雑な幾何形状の光学面を有するプリズム部材を低コストで作製できる利点がある。 In this embodiment, prism 330 and prism 320 are arranged adjacent to each other. This allows for the construction of a compact prism group 300 and the reduction in the amount of movement between projection position P1 and imaging position P2. Furthermore, prism 330 and prism 320 may be integrally formed by joining adjacent prism surfaces, or may be arranged separated by a gap. Furthermore, third prism 330 can be manufactured using a different glass material or resin material from that used for first prism 310 and second prism 320. Resin optical components have excellent processability, which offers the advantage of enabling prism components with optical surfaces of complex geometric shapes to be manufactured at low cost.
なお、図4又は図7は、プリズム330の第2反射面332とプリズム320のプリズム面322とが高さを揃って同一の面にあるように構成されているように示しているが、本開示はこれに限定されない。プリズム330とプリズム320とは、図示X方向の厚さ、又は図示Y方向の幅、又は図示Z方向の長さにおいて、互いに異なる、任意の寸法で構成することができる。4 and 7 show the second reflecting surface 332 of prism 330 and the prism surface 322 of prism 320 as being configured to be at the same height and on the same plane, but the present disclosure is not limited to this. Prism 330 and prism 320 can be configured with any dimensions that are different from each other in thickness in the illustrated X direction, width in the illustrated Y direction, or length in the illustrated Z direction.
投写対象物(図示せず)から投射レンズ421を通って投影光軸Oa1に沿って-X方向にプリズム330に入射した外部光Liは、第1反射面331においてビームスポットS1を形成する。 External light Li that passes through the projection lens 421 from the projection object (not shown) and enters the prism 330 in the -X direction along the projection optical axis Oa1 forms a beam spot S1 on the first reflecting surface 331.
本実施の形態では、第1反射面331は、部分反射コートが施され、入射した外部光Liの少なくとも一部が部分反射コートにより内部反射し、第2反射面332に到達する。一方、第1反射面331を透過した光Lifは、プリズム310を透過してプリズム群を通過する。In this embodiment, the first reflecting surface 331 is coated with a partial reflection coating, and at least a portion of the incident external light Li is internally reflected by the partial reflection coating and reaches the second reflecting surface 332. Meanwhile, the light Lif transmitted through the first reflecting surface 331 passes through the prism 310 and passes through the group of prisms.
本実施の形態では、第2反射面332は、入射した外部光Liの少なくとも一部を全反射させるように構成することができる。これによって、効率よく外部光を利用することができる。第1反射面331で反射した外部光Liの少なくとも一部は、臨界角以上の入射角度で第2反射面332に入射し、第2反射面332でビームスポットS2を形成し、全反射して第3反射面333に入射する。In this embodiment, the second reflecting surface 332 can be configured to totally reflect at least a portion of the incident external light Li. This allows for efficient use of external light. At least a portion of the external light Li reflected by the first reflecting surface 331 is incident on the second reflecting surface 332 at an angle of incidence greater than or equal to the critical angle, forms a beam spot S2 on the second reflecting surface 332, and is totally reflected and incident on the third reflecting surface 333.
第2反射面332で全反射して第3反射面333に入射した外部光Liの少なくとも一部は、第3反射面333でビームスポットS3を形成して更に内部反射し、撮像光Limが撮像光軸Ob1に沿って出射面334から出射され、撮像光学系360に導入され、撮像素子365に結像する。 At least a portion of the external light Li that is totally reflected by the second reflecting surface 332 and incident on the third reflecting surface 333 forms a beam spot S3 on the third reflecting surface 333 and is further reflected internally, and the imaging light Lim is emitted from the exit surface 334 along the imaging optical axis Ob1, introduced into the imaging optical system 360, and imaged on the imaging element 365.
このように、本実施の形態において、外部光Liは、プリズム330内で3回内部反射することで偏向され、投影光軸Oa1に実質的に直交するY-Z面にあり、且つY-Z面における照明光の伝搬方向Ds(図3A及び図3Bに示す)に交差する撮像光軸Ob1に沿って、撮像光学系360に導入することができる。 In this way, in this embodiment, the external light Li is deflected by three internal reflections within the prism 330 and can be introduced into the imaging optical system 360 along the imaging optical axis Ob1, which is in the Y-Z plane substantially perpendicular to the projection optical axis Oa1 and intersects the propagation direction Ds of the illumination light in the Y-Z plane (shown in Figures 3A and 3B).
なお、本開示は、プリズム330が含むプリズム面(反射面)の数、又は外部光Liがプリズム330内で反射する回数を限定しない。プリズム330は、更に多くのプリズム面を有してもよく、外部光Liは、プリズム330内の他のプリズム面で更に反射してもよい。また、本実施の形態では、プリズム330は、外部光Liの少なくとも一部が、第2反射面332で全反射して第3反射面333に入射するように構成されているが、本開示はこれに限定されない。外部光Liの少なくとも一部は、第2反射面332において一部が内部反射して第3反射面333に入射してもよい。 Note that the present disclosure does not limit the number of prism surfaces (reflective surfaces) included in prism 330 or the number of times external light Li is reflected within prism 330. Prism 330 may have more prism surfaces, and external light Li may be further reflected by other prism surfaces within prism 330. Furthermore, in this embodiment, prism 330 is configured so that at least a portion of external light Li is totally reflected by second reflective surface 332 and incident on third reflective surface 333, but the present disclosure is not limited to this. At least a portion of external light Li may be partially internally reflected by second reflective surface 332 and incident on third reflective surface 333.
また、第1反射面331に施された部分反射コートは、可視域部分反射コートであってもよく、赤外域部分反射コートであってもよい。可視域部分反射コートは、例えば、波長が400nm-700nmの可視域の光に対し、50%以上の反射率を有して外部光の少なくとも一部を反射させることができる。赤外域部分反射コートが施された場合は、例えば、波長が750nm以上の赤外域の光に対し、50%以上の反射率を有して外部光を反射させることができる。赤外線を利用した撮像は、全く明かりのない場所で動作の検知又は追跡することに利用することができ、夜間撮影や暗視型監視カメラなどで活用されている。 The partial reflective coating applied to the first reflective surface 331 may be a visible range partial reflective coating or an infrared range partial reflective coating. A visible range partial reflective coating can reflect at least a portion of external light, for example, with a reflectance of 50% or more for light in the visible range with a wavelength of 400 nm to 700 nm. When an infrared range partial reflective coating is applied, it can reflect external light with a reflectance of 50% or more for light in the infrared range with a wavelength of 750 nm or more. Infrared imaging can be used to detect or track motion in places with no light at all, and is used in night photography and night-vision surveillance cameras.
図4及び図5を参照して説明したように、投写位置P1では、投影光Lpは、投影光軸Oa1に沿って、第1のプリズム310のプリズム面311、第2のプリズム320のプリズム面321を順に透過して、プリズム面322から投射レンズ421に出射する。一方、図6及び図7に示す撮像位置P2では、外部光Liは、投影光軸Oa1に沿って―X方向に進み、第3のプリズム330のプリズム面331に入射する。投影光Lpはプリズム面331には入射しない。そのため、例えば、プリズム面331は、投影光Lpの波長領域において、第1のプリズム310のプリズム面311、及び/又は第2のプリズム320のプリズム面321とは異なる反射率を有するように構成することができる。 As described with reference to Figures 4 and 5, at projection position P1, projection light Lp passes through prism surface 311 of first prism 310 and prism surface 321 of second prism 320 in that order along projection optical axis Oa1, and is emitted from prism surface 322 to projection lens 421. On the other hand, at imaging position P2 shown in Figures 6 and 7, external light Li travels in the -X direction along projection optical axis Oa1 and is incident on prism surface 331 of third prism 330. Projection light Lp does not enter prism surface 331. Therefore, for example, prism surface 331 can be configured to have a reflectivity different from that of prism surface 311 of first prism 310 and/or prism surface 321 of second prism 320 in the wavelength range of projection light Lp.
例えば、外部光Liを受光するプリズム面331に可視域部分反射コートが施されたとき、仮に可視域の投影光Lpがプリズム面331に入射した場合、当該可視域部分反射コートの反射特性により一部が反射されるため、出射される投影光Lpにはロスが生じる。本実施の形態では、プリズムユニット350が投写位置P1と撮像位置P2との間で移動することによって、投影光Lpがプリズム面331を透過して出射することを回避することができ、投影光Lpに影響することなく、効率よく外部光Liを取り入れることができる。For example, if a visible partial reflective coating is applied to the prism surface 331 that receives external light Li, and if visible projection light Lp enters the prism surface 331, some of the light will be reflected due to the reflective characteristics of the visible partial reflective coating, resulting in a loss of the emitted projection light Lp. In this embodiment, by moving the prism unit 350 between the projection position P1 and the imaging position P2, it is possible to prevent the projection light Lp from passing through the prism surface 331 and emitting it, and external light Li can be efficiently taken in without affecting the projection light Lp.
また、第3のプリズム330と第2のプリズム320とは、隣接のプリズム面が接合した単一のプリズムとして構成することができる。当該単一のプリズムは、第1のプリズム310と隣接するプリズム面において、投影光Lpが透過する一方の領域と外部光Liを受光する他方の領域とを形成し、2つの領域が投影光Lpの波長領域において異なる反射率を有するように構成することができる。これによって、プリズムユニット350が投写位置P1と撮像位置P2との間で移動することで、投影光Lpが外部光Liを受光する領域を透過して出射することを回避することができ、投影光Lpに影響することなく、効率よく外部光Liを取り入れることができる。 The third prism 330 and the second prism 320 can also be configured as a single prism with adjacent prism surfaces joined together. This single prism can be configured so that, on the prism surface adjacent to the first prism 310, one region transmits the projection light Lp and the other region receives the external light Li, with the two regions having different reflectivities in the wavelength range of the projection light Lp. This prevents the projection light Lp from passing through the region that receives the external light Li and emitting it, allowing the external light Li to be efficiently introduced without affecting the projection light Lp, by moving the prism unit 350 between the projection position P1 and the imaging position P2.
以上、3つのプリズムにより構成されたプリズム群300を説明したが、本開示はこれに限定されない。以下、プリズム群300の変形例について、図8A及び図8Bを参照して説明する。図8Aは、本開示の実施の形態の変形例1に係るプリズム群300aであって、撮像位置P2のプリズム群300aによる外部光の伝搬を示す側面図である。図8Bは、本開示の実施の形態の変形例2に係るプリズム群300bであって、撮像位置P2のプリズム群300bによる外部光の伝搬を示す側面図である。なお、プリズム群300aとプリズム群300bは、第1のプリズム及び第2のプリズムの構成、並びに投写位置P1における投影光の伝搬は、プリズム群300と同様であるため、図示及び説明を省略する。While the prism group 300 composed of three prisms has been described above, the present disclosure is not limited thereto. Below, modified examples of the prism group 300 will be described with reference to FIGS. 8A and 8B. FIG. 8A is a side view of the prism group 300a according to Modification 1 of the embodiment of the present disclosure, showing the propagation of external light through the prism group 300a at the imaging position P2. FIG. 8B is a side view of the prism group 300b according to Modification 2 of the embodiment of the present disclosure, showing the propagation of external light through the prism group 300b at the imaging position P2. Note that the configurations of the first and second prisms of the prism group 300a and the prism group 300b, as well as the propagation of projected light at the projection position P1, are similar to those of the prism group 300, and therefore will not be illustrated or described here.
(本実施の形態の変形例1)
図8Aに示すプリズム群300aは、第3のプリズム330aがプリズム340aとプリズム340bとによって構成されている点でプリズム群300と異なる。なお、本明細書では、プリズム340aは、「第5のプリズム」と称し、プリズム340bは、「第6のプリズム」と称す場合がある。
(Variation 1 of the present embodiment)
8A differs from prism group 300 in that third prism 330a is composed of prisms 340a and 340b. In this specification, prism 340a may be referred to as the "fifth prism" and prism 340b may be referred to as the "sixth prism."
図8Aに示すように、プリズム群300aにおいて、プリズム330aを構成するプリズム340aとプリズム340bとは、互いに隣接するプリズム面343a,343bを有する。プリズム340aのプリズム面343aと、プリズム340bのプリズム面343bとは、平行な間隙を隔てて対向に配置されている。 As shown in Figure 8A, in prism group 300a, prisms 340a and 340b that make up prism 330a have adjacent prism surfaces 343a and 343b. Prism surface 343a of prism 340a and prism surface 343b of prism 340b are arranged opposite each other with a parallel gap between them.
プリズム群300aにおいて、-X方向にプリズム330aに入射した外部光Liは、第1反射面341aにおいてビームスポットS1aを形成する。第1反射面341aに施された部分反射コートによって、入射した外部光Liの少なくとも一部が内部反射して、第2反射面342aに到達してビームスポットS2aを形成する。続いて、外部光Liの少なくとも一部が第2反射面342aで内部反射して、プリズム面343a,343bを透過したのち、第3反射面344bに到達する。第3反射面344bにおいて、ビームスポットS3aを形成して更に内部反射し、撮像光Limaが撮像光軸Ob1に沿って出射面345bから出射される。 In the prism group 300a, external light Li incident on prism 330a in the -X direction forms a beam spot S1a on the first reflecting surface 341a. Due to the partially reflective coating applied to the first reflecting surface 341a, at least a portion of the incident external light Li is internally reflected, reaches the second reflecting surface 342a, and forms a beam spot S2a. Subsequently, at least a portion of the external light Li is internally reflected by the second reflecting surface 342a, passes through prism surfaces 343a and 343b, and then reaches the third reflecting surface 344b. At the third reflecting surface 344b, it forms a beam spot S3a and is further internally reflected, and imaging light Lima is emitted from the exit surface 345b along the imaging optical axis Ob1.
プリズム群300aにおいて、プリズム330aを構成するプリズム340bは、プリズム340aと分離して構成されているため、プリズム340aとは異なるガラス素材、又は樹脂素材を採用して作製することができる。したがって、第3のプリズム330を分離して形成することによって、自由度の高い材料選択ができ、例えば、高い加工性を有する樹脂製プリズムで構成することができる。なお、第3のプリズム330は、用途に応じて、3つ以上の複数のプリズムで構成することも可能である。 In prism group 300a, prism 340b, which constitutes prism 330a, is constructed separately from prism 340a, and can therefore be made using a different glass or resin material than prism 340a. Therefore, by forming third prism 330 separately, a high degree of freedom in material selection is possible, and for example, it can be constructed from a resin prism, which is highly processable. Note that third prism 330 can also be constructed from three or more prisms depending on the application.
(本実施の形態の変形例2)
図8Bに示すプリズム群300bは、プリズム310と、プリズム330bとの間に、第4のプリズム340cを備えている点でプリズム群300と異なる。なお、図8Bは、プリズム330bが、1つのプリズムで構成されるように示しているが、本開示はこれに限定されない。プリズム330bは、図8Aに示すプリズム330aと同様に、複数のプリズムによって構成することができる。
(Variation 2 of the present embodiment)
Prism group 300b shown in Fig. 8B differs from prism group 300 in that it includes a fourth prism 340c between prism 310 and prism 330b. Note that Fig. 8B shows prism 330b as being composed of a single prism, but the present disclosure is not limited thereto. Prism 330b can be composed of multiple prisms, similar to prism 330a shown in Fig. 8A.
図8Bに示すように、プリズム群300bの第4のプリズム340cは、プリズム面341cとプリズム面342cを有する。プリズム面341cとプリズム面342cとは、頂角Aを成して交差している。本実施の形態では、プリズム面341cは、プリズム310のプリズム面311と接合され、プリズム面342cは、プリズム330bのプリズム面331bと接合することができる。なお、これに限定されないが、本実施の形態において、図示のように、第4のプリズム340cは、楔形状を有する。プリズム面341cとプリズム面342cとは、好ましくは、2度から10度の頂角Aを成し、本実施の形態において、約3度の頂角Aを成している。なお、本明細書では、プリズム面341cは「第4プリズム面」と称し、プリズム面342cは「第5プリズム面」と称す場合がある。As shown in FIG. 8B, fourth prism 340c of prism group 300b has prism surface 341c and prism surface 342c. Prism surface 341c and prism surface 342c intersect at apex angle A. In this embodiment, prism surface 341c can be bonded to prism surface 311 of prism 310, and prism surface 342c can be bonded to prism surface 331b of prism 330b. Although not limited thereto, in this embodiment, fourth prism 340c has a wedge shape as shown. Prism surface 341c and prism surface 342c preferably form an apex angle A of 2 to 10 degrees, and in this embodiment, the apex angle A is approximately 3 degrees. In this specification, prism surface 341c may be referred to as the "fourth prism surface," and prism surface 342c may be referred to as the "fifth prism surface."
プリズム群300bにおいて、-X方向にプリズム330bに入射した外部光Liは、第1反射面331bにおいてビームスポットS1bを形成する。第1反射面331bの部分反射コートによって、入射した外部光Liの少なくとも一部が内部反射して、第2反射面332bに到達してビームスポットS2bを形成する。続いて、外部光Liが第2反射面332bで内部反射し、第3反射面333bに到達する。第3反射面333bにおいてビームスポットS3bを形成して更に内部反射し、撮像光Limbが撮像光軸Ob1に沿って出射面334bから出射される。 In prism group 300b, external light Li incident on prism 330b in the -X direction forms a beam spot S1b on first reflecting surface 331b. Due to the partially reflective coating on first reflecting surface 331b, at least a portion of the incident external light Li is internally reflected, reaching second reflecting surface 332b and forming beam spot S2b. Next, external light Li is internally reflected by second reflecting surface 332b and reaching third reflecting surface 333b. It forms beam spot S3b on third reflecting surface 333b and is further internally reflected, and imaging light Limb is emitted from exit surface 334b along imaging optical axis Ob1.
比較するために、図8Bには、図7に示すプリズム群300において、外部光Liがプリズム330の第3反射面333(図8Bには示さず)に形成したビームスポットS3も示している。図示のように、プリズム群300bにおいて、外部光Liがプリズム330bの第3反射面333bで形成したビームスポットS3bは、ビームスポットS3よりも小さい。また、ビームスポットS3bの中心位置は、ビームスポットS3の中心位置に比べ、投影光軸Oa1側に距離Dだけ近接している。このように、外部光がプリズム群300内での伝搬光路に比べ、外部光がプリズム群300b内での伝搬光路が短縮されていることが分かる。For comparison, Figure 8B also shows beam spot S3 formed by external light Li on the third reflecting surface 333 (not shown in Figure 8B) of prism 330 in the prism group 300 shown in Figure 7. As shown, in prism group 300b, beam spot S3b formed by external light Li on the third reflecting surface 333b of prism 330b is smaller than beam spot S3. Furthermore, the center position of beam spot S3b is closer to the projection optical axis Oa1 by a distance D than the center position of beam spot S3. As such, it can be seen that the propagation optical path of external light within prism group 300b is shorter than the propagation optical path of external light within prism group 300.
プリズム群300bにおいて、外部光Liがプリズム330bの第3反射面333bに形成されるビームスポットS3bがこのように変化したのは、第4のプリズム340cが設けられているためである。図8Bに示すように、プリズム310は、プリズム面311と、投影光軸Oa1に垂直な底面313とが角度α1を成して構成されている。当該角度α1は、光変調素子400としてのDMDの特性によって制限されている。図7に示すプリズム群300において、プリズム310のプリズム面311と、プリズム330の第1反射面331とが接合している。そのため、プリズム330の第1反射面331と投影光軸Oa1との成す角度が制限され、それによって、外部光Liが第1反射面331での反射角度が制限される。そこで、図8Bに示すプリズム群300bにおいて、楔形状の第4のプリズム340cを設けることによって、図7のプリズム群300に比べ、第1反射面331bと投影光軸Oa1との成す角度βを、楔形状の第4のプリズム340cの頂角Aの角度だけ増加させ、外部光Liが第1反射面331bでの反射角度を調整することができる。これによって、プリズム群をよりコンパクト化することができるとともに、プリズム群内における外部光の伝搬光路長を調整することで、自由度の高い光学系設計を実現することができる。In the prism group 300b, the beam spot S3b formed by the external light Li on the third reflecting surface 333b of the prism 330b changes in this manner because of the presence of the fourth prism 340c. As shown in FIG. 8B, the prism 310 is configured such that the prism surface 311 and the base surface 313, which is perpendicular to the projection optical axis Oa1, form an angle α1. This angle α1 is limited by the characteristics of the DMD as the light modulation element 400. In the prism group 300 shown in FIG. 7, the prism surface 311 of the prism 310 is joined to the first reflecting surface 331 of the prism 330. This limits the angle between the first reflecting surface 331 of the prism 330 and the projection optical axis Oa1, thereby limiting the reflection angle of the external light Li at the first reflecting surface 331. Therefore, by providing a wedge-shaped fourth prism 340c in the prism group 300b shown in Fig. 8B, the angle β formed between the first reflecting surface 331b and the projection optical axis Oa1 can be increased by the apex angle A of the wedge-shaped fourth prism 340c, compared to the prism group 300 in Fig. 7, and the reflection angle of the external light Li at the first reflecting surface 331b can be adjusted. This makes it possible to make the prism group more compact, and by adjusting the propagation path length of the external light within the prism group, it is possible to realize an optical system design with a high degree of freedom.
(第3のプリズムのプリズム面の曲率設計)
図9A及び図9Bを参照して、本開示の実施の形態に係る第3のプリズム330の反射面及び出射面に曲率を持たせた場合を説明する。図9Aは、本開示の実施の形態に係るプリズム群300(図9Aの(a))と、プリズム群300c(図9Aの(b))とによる外部光の伝搬及び結像を示す図である。図9Bは、本開示の実施の形態に係るプリズム群300(図9Bの(a))と、プリズム群300d(図9Bの(b))とによる外部光の伝搬及び結像を示す図である。図9A及び図9Bは、理解を容易にするために、外部光Liが第3のプリズム内の屈曲光路をX-Y面で直線に展開して光の伝搬の態様を示している。なお、プリズム群300cとプリズム群300dは、第1のプリズム及び第2のプリズムの構成、並びに投写位置P1における投影光の伝搬は、プリズム群300と同様であるため、図示及び説明を省略する。
(Curvature Design of the Prism Surface of the Third Prism)
9A and 9B , a case where the reflecting surface and the exit surface of the third prism 330 according to the embodiment of the present disclosure are provided with curvature will be described. FIG. 9A is a diagram illustrating the propagation and imaging of external light by the prism group 300 ( FIG. 9A (a)) and the prism group 300c ( FIG. 9A (b)) according to the embodiment of the present disclosure. FIG. 9B is a diagram illustrating the propagation and imaging of external light by the prism group 300 ( FIG. 9B (a)) and the prism group 300d ( FIG. 9B (b)) according to the embodiment of the present disclosure. For ease of understanding, FIGS. 9A and 9B illustrate the propagation of light by expanding the curved optical path of external light Li within the third prism into a straight line in the XY plane. The prism group 300c and the prism group 300d have the same configurations of the first and second prisms and the same propagation of the projection light at the projection position P1 as the prism group 300, and therefore will not be illustrated or described.
前述したように、外部光Liは、第3のプリズム330の第1反射面331においてビームスポットS1を形成し、少なくとも一部が内部反射して、第2反射面332に到達してビームスポットS2を形成し、更に内部反射して第3反射面333に到達し、ビームスポットS3を形成して内部反射したのち、出射面334から出射される(図6,7を参照)。図9Aの(a)及び図9Bの(a)に示すように、本開示の実施において、投写対象物450(図1に示す)から反射され、-X方向に伝搬する外部光Liは、投影光学系420を通過してプリズム群300に入射する。このとき、投影光学系420により、外部光Liの一部が収束してビームスポットS1を形成した後、収束してビームスポットS2を形成する。第2反射面332で反射した後、外部光Liの一部が更に収束し、投影光学系420を構成するレンズ系に対して、プリズム群300内において、投写面と共役な位置に中間像Msが形成される。本実施の形態において、当該中間像Msは、第2反射面332と第3反射面333との間の光路に形成されている。外部光Liの一部は、中間像Mを形成した後、第3反射面333に向かって進むにつれて、光束が徐々に広がり、第3反射面333にビームスポットS3を形成する。そして、外部光Liの一部は第3反射面333で出射面334に向かって反射し、撮像光Limが撮像光軸Ob1に沿って出射面334を透過してプリズム330から出射され、撮像光学系360に入射し、撮像素子360に結像する。As described above, external light Li forms a beam spot S1 on the first reflecting surface 331 of the third prism 330, is at least partially internally reflected, reaches the second reflecting surface 332 and forms beam spot S2, is further internally reflected, reaches the third reflecting surface 333, forms beam spot S3, and is then internally reflected before being emitted from the exit surface 334 (see Figures 6 and 7). As shown in Figures 9A(a) and 9B(a), in an implementation of the present disclosure, external light Li reflected from the projection target 450 (shown in Figure 1) and propagating in the -X direction passes through the projection optical system 420 and enters the prism group 300. At this time, a portion of the external light Li converges through the projection optical system 420 to form beam spot S1, and then converges again to form beam spot S2. After being reflected by the second reflecting surface 332, a portion of the external light Li further converges, and an intermediate image Ms is formed within the prism group 300 at a position conjugate to the projection surface with respect to the lens system that constitutes the projection optical system 420. In this embodiment, the intermediate image Ms is formed on the optical path between the second reflecting surface 332 and the third reflecting surface 333. After forming the intermediate image M, a portion of the external light Li gradually expands as the light beam travels toward the third reflecting surface 333, forming a beam spot S3 on the third reflecting surface 333. Then, a portion of the external light Li is reflected by the third reflecting surface 333 toward the exit surface 334, and imaging light Lim passes through the exit surface 334 along the imaging optical axis Ob1, is emitted from the prism 330, enters the imaging optical system 360, and is imaged on the image sensor 360.
図9Aの(b)に示すプリズム群300cは、図9Aの(a)のプリズム群300と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。本実施の形態では、プリズム群300cにおいて、第3のプリズム330cの第3反射面333cは、外部光Liの当該第3反射面333cでの内部反射する方向に向けて凹面の形状C1を有するように構成することができる。当該凹面の形状C1は、正のパワーを有する凹面鏡として反射されて出射する撮像光を収束させることができる。このように、プリズム330cの第3反射面333cに曲率を持たせることにより、外部光Liがプリズム群300c内の広がりを抑制し、よって、出射する撮像光Limcの光束の広がりを規定することができる。そのため、撮像光Limcを結像させる撮像光学系360cは、図9Aの(a)示す撮像光学系360よりも、光学部品の口径が小さく、薄型の光学部品を利用して構成することができる。これによって、図示のように、プリズム330cから出射されてから、撮像素子365までの撮像光Limcの伝搬光路長を、プリズム群300により出射された撮像光Limの伝搬光路長よりも、距離d1だけ短縮することができる。したがって、撮像光学系をコンパクト化にすることができる。In the prism group 300c shown in FIG. 9A(b), elements similar to those in the prism group 300 in FIG. 9A(a) are designated by the same reference numerals, and their description will be omitted. In this embodiment, in the prism group 300c, the third reflecting surface 333c of the third prism 330c can be configured to have a concave shape C1 facing the direction in which the external light Li is internally reflected by the third reflecting surface 333c. The concave shape C1 can converge the reflected and emitted imaging light as a concave mirror with positive power. In this way, by imparting a curvature to the third reflecting surface 333c of the prism 330c, the spread of the external light Li within the prism group 300c is suppressed, thereby defining the spread of the luminous flux of the emitted imaging light Limc. 9A(a) 的光学部件的径小,可以使用厚度小的厚度。 As a result, as shown in the figure, the optical path length of the imaging light Limc from the prism 330c to the imaging element 365 can be shortened by a distance d1 compared to the optical path length of the imaging light Lim emitted by the prism group 300. Therefore, the imaging optical system can be made compact.
次に、図9Bの(b)に示すプリズム群300dは、図9Bの(a)のプリズム群300と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。本実施の形態では、プリズム群300dにおいて、第3のプリズム330dの出射面334dは、外部光Liの撮像素子365へ出射する方向に向けて凸面の形状C2を有するように構成することができる。当該凸面の形状C2は、正のパワーを有する凸レンズとして出射される撮像光を収束させることができる。このように、プリズム330dの出射面334dに曲率を持たせることにより、出射する撮像光Limdの光束の広がりを規定することができる。そのため、撮像光学系360dは、図9Bの(a)示す撮像光学系360よりも、光学系の部品点数が削減できる。これによって、図示のように、プリズム330dから出射されてから、撮像素子365までの撮像光Limdの伝搬光路長を、プリズム群300により出射された撮像光Limの伝搬光路長よりも、距離d2だけ短縮することができる。したがって、撮像光学系の更なるコンパクト化が可能となる。Next, in the prism group 300d shown in FIG. 9B(b), elements similar to those in the prism group 300 in FIG. 9B(a) are designated by the same reference numerals, and their description will be omitted. In this embodiment, in the prism group 300d, the exit surface 334d of the third prism 330d can be configured to have a convex shape C2 facing the direction in which the external light Li is emitted to the imaging element 365. This convex shape C2 can converge the emitted imaging light as a convex lens with positive power. In this way, by imparting a curvature to the exit surface 334d of the prism 330d, the spread of the luminous flux of the emitted imaging light Limd can be defined. Therefore, the imaging optical system 360d can reduce the number of optical components compared to the imaging optical system 360 shown in FIG. 9B(a). As a result, as shown in the figure, the propagation optical path length of the imaging light Limd from being emitted from the prism 330d to the imaging element 365 can be shortened by a distance d2 compared to the propagation optical path length of the imaging light Lim emitted by the prism group 300. Therefore, it is possible to further compactify the imaging optical system.
また、本開示は、第3のプリズムの1つのプリズム面に曲率を持たせることに限定されない。第3のプリズムの複数のプリズム面に曲率を持たせることもできる。このように、撮像光学系をコンパクトに構成することができ、装置全体を更に小型化しやすくすることができる。 Furthermore, the present disclosure is not limited to providing curvature to one prism surface of the third prism. It is also possible to provide curvature to multiple prism surfaces of the third prism. In this way, the imaging optical system can be configured compactly, making it easier to further miniaturize the entire device.
(実施の形態2)
<投影撮像光学系>
本開示の実施の形態2の投写型映像表示装置の投影撮像光学系500Aについて図10A及び図10Bを参照して説明する。
(Embodiment 2)
<Projection imaging optical system>
A projection imaging optical system 500A of a projection display device according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 10A and 10B. FIG.
実施の形態2に係る投写型映像表示装置は、3板式の投写型映像表示装置であって、照明光学系と投影撮像光学系とを備える。照明光学系が既によく知られている構成であるため、図10A及び図10Bは、照明光学系を図示せず、投影撮像光学系500Aのみを示している。図10Aは、本開示の実施の形態2の投写型映像表示装置の投影撮像光学系500Aの構成を示す概略図であって、X-Y面において投影撮像光学系500Aの構成を示す図である。図10Bは、本開示の実施の形態2の投写型映像表示装置の投影撮像光学系500Aの構成を示す概略図であって、X-Z面において投影撮像光学系500Aの構成を示す図である。 The projection-type image display device according to the second embodiment is a three-panel projection-type image display device, and includes an illumination optical system and a projection-image capturing optical system. Because the illumination optical system is a well-known configuration, FIGS. 10A and 10B do not show the illumination optical system, and only show the projection-image capturing optical system 500A. FIG. 10A is a schematic diagram showing the configuration of the projection-image capturing optical system 500A of the projection-type image display device according to the second embodiment of the present disclosure, illustrating the configuration of the projection-image capturing optical system 500A in the X-Y plane. FIG. 10B is a schematic diagram showing the configuration of the projection-image capturing optical system 500A of the projection-type image display device according to the second embodiment of the present disclosure, illustrating the configuration of the projection-image capturing optical system 500A in the X-Z plane.
図10A及び図10Bに示すように、投影撮像光学系500Aは、プリズム部材380を備えている。プリズム部材380は、本開示の実施の形態に係るプリズム群300Aと色分離合成プリズム300Bとによって構成されている。プリズム群300Aは、色分離合成プリズム300Bの前方側(図示+X側)に位置している。照明光学系からの各色域の照明光LsAは、プリズム群300Aの第1のプリズム310Aで全反射して、色分離合成プリズム300Bに入射する。 As shown in Figures 10A and 10B, the projection imaging optical system 500A includes a prism member 380. The prism member 380 is composed of a prism group 300A according to an embodiment of the present disclosure and a color separation/combining prism 300B. The prism group 300A is located in front of the color separation/combining prism 300B (the +X side in the figure). The illumination light LsA of each color gamut from the illumination optical system is totally reflected by the first prism 310A of the prism group 300A and enters the color separation/combining prism 300B.
色分離合成プリズム300Bは、投影光学系420A側から投影光軸Oa1に沿って順に配置されたプリズム300B1,300B2,300B3を含む。色分離合成プリズム300Bによって、入射してきた照明光に含まれる各色域の光が色分離されて、3つの対応する光変調素子401,402,403に別々に導かれる。それぞれの光変調素子401,402,403は、投影光軸Oa1に対して固定位置に配置され、入射される各色域の光を映像信号に基づいて変調し、変調した各色域の光成分を、再び色分離合成プリズム300Bの3つのプリズムのそれぞれに反射する。 The color separation/combining prism 300B includes prisms 300B1, 300B2, and 300B3 arranged in sequence along the projection optical axis Oa1 from the projection optical system 420A side. The color separation/combining prism 300B separates the light of each color gamut contained in the incident illumination light and directs it separately to three corresponding light modulation elements 401, 402, and 403. Each light modulation element 401, 402, and 403 is positioned in a fixed position relative to the projection optical axis Oa1, modulates the incident light of each color gamut based on a video signal, and reflects the modulated light components of each color gamut back to each of the three prisms of the color separation/combining prism 300B.
色分離合成プリズム300Bは、それぞれのプリズム内でDMDに反射された投影光(DMD-ON光)を光軸Oに導いて再度色合成し、合成した投影光LpAを投影光軸Oa1に沿って+X方向に出射する。投影しない光(DMD-OFF光、図示せず)は投影光軸Oa1から偏向されて除去される。投影光LpAは、色分離合成プリズム300Bから出力され、前方側のプリズム群300Aに入射する。 The color separation/combining prism 300B guides the projection light (DMD-ON light) reflected by the DMD within each prism to the optical axis O, where it combines the colors again and emits the combined projection light LpA in the +X direction along the projection optical axis Oa1. Light that is not projected (DMD-OFF light, not shown) is deflected away from the projection optical axis Oa1 and removed. The projection light LpA is output from the color separation/combining prism 300B and enters the front group of prisms 300A.
プリズム群300Aは、前述した実施例1に係るプリズム群300と同様な構成を有する。ここで詳細な説明を省略する。 Prism group 300A has a configuration similar to that of prism group 300 according to Example 1 described above. Detailed explanation will be omitted here.
投写位置P1において、投影光LpAは、プリズム群300Aの第1のプリズム310Aと第2のプリズム320Aとを順に透過して、投影光軸Oa1に沿って出射し、投影光学系420Aへ伝搬される。投影光学系420Aは、プリズム群300Aから投影光軸Oa1に沿って出射した投影光LpAを投写対象物450Aに拡大投写して映像を表示する。At projection position P1, projection light LpA passes through first prism 310A and second prism 320A of prism group 300A in order, exits along projection optical axis Oa1, and propagates to projection optical system 420A. Projection optical system 420A enlarges and projects projection light LpA, which has exited from prism group 300A along projection optical axis Oa1, onto projection target 450A to display an image.
一方、撮像位置P2において、投写対象物450Aから図示-X方向に反射された外部光LiAは、投影光学系420Aから入射し、投影光軸Oa1に沿って-X方向に向かって伝搬され、プリズム群300Aの第3のプリズム330Aに入射する。第3のプリズム330Aにおいて、外部光LiAの少なくとも一部は、複数回内部反射したのち、第3のプリズム330Aから撮像光軸Ob1に沿って出射される。プリズム群300Aから撮像光軸Ob1に沿って出射した撮像光LimAは、図示+Y方向に進み、撮像光学系360に導入され、撮像素子365に結像する。 Meanwhile, at imaging position P2, external light LiA reflected from projection object 450A in the -X direction enters projection optical system 420A, propagates in the -X direction along projection optical axis Oa1, and enters third prism 330A of prism group 300A. In third prism 330A, at least a portion of external light LiA is internally reflected multiple times and then emitted from third prism 330A along imaging optical axis Ob1. Imaging light LimA emitted from prism group 300A along imaging optical axis Ob1 travels in the +Y direction, is introduced into imaging optical system 360, and is imaged on image sensor 365.
このように、プリズム群300Aが投写位置P1において、光変調素子401,402,403からの投影光LpAを投影光軸Oa1に沿って投影光学系420Aへ導き、撮像位置P2において、投影光学系420Aから投影光軸Oa1に沿って入射した外部光LiAの一部からなる撮像光LimAを撮像光学系360に導入する。プリズム群300Aが支持部材(図示せず)によって投写位置P1と撮像位置P2との間で移動可能に支持され、プリズム群300Aから出射する投影光に影響することなく、投影光と対向して伝搬する外部光を取り込むことができる。 In this way, at projection position P1, prism group 300A guides projection light LpA from light modulation elements 401, 402, and 403 along projection optical axis Oa1 to projection optical system 420A, and at imaging position P2, guides imaging light LimA, which is a portion of external light LiA incident from projection optical system 420A along projection optical axis Oa1, to imaging optical system 360. Prism group 300A is supported by a support member (not shown) so that it can move between projection position P1 and imaging position P2, and can capture external light propagating in the opposite direction to the projection light without affecting the projection light emitted from prism group 300A.
また、プリズム群300Aは、投影光軸Oa1に実質的に直交するY-Z面において移動するように構成することができる。投影光学系から図示-X方向に入射した外部光LiAは、プリズム330A内で複数回内部反射することによって、投影光軸Oa1に実質的に直交するY-Z面にある撮像光軸Ob1に沿って撮像光学系360に導入することができる。更に、撮像光学系360は、縮小結像光学系として構成され、プリズム群300Aとともに投写位置P1と撮像位置P2との間で移動することができる。これによって、前述したように、プリズム群300Aは、容易に機器内部への組み込むことができ、投写型映像表示装置の小型化を容易にすることができる。 Furthermore, the prism group 300A can be configured to move in the Y-Z plane substantially perpendicular to the projection optical axis Oa1. External light LiA incident from the projection optical system in the illustrated -X direction can be introduced into the imaging optical system 360 along the imaging optical axis Ob1 in the Y-Z plane substantially perpendicular to the projection optical axis Oa1 by being internally reflected multiple times within the prism 330A. Furthermore, the imaging optical system 360 is configured as a reduced imaging optical system and can move between the projection position P1 and the imaging position P2 together with the prism group 300A. As a result, as described above, the prism group 300A can be easily incorporated into equipment, facilitating the miniaturization of projection-type image display devices.
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記各々の実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。 As mentioned above, the above embodiments have been described as examples of the technology disclosed in this application. However, the technology in this disclosure is not limited to these and can also be applied to embodiments in which modifications, substitutions, additions, omissions, etc. are made. It is also possible to combine the components described in each of the above embodiments to create new embodiments.
なお、本開示は各々のプリズムの形状又は構成を限定しない。例えば、プリズム群を構成する各々のプリズムは、用途に応じて、任意の形状で構成することができ、任意の数のプリズム面を含んでもよく、複数のプリズムによって構成されてもよい。 Note that this disclosure does not limit the shape or configuration of each prism. For example, each prism constituting a prism group can be configured in any shape depending on the application, may include any number of prism surfaces, or may be composed of multiple prisms.
また、上記実施の形態において、第3のプリズムのプリズム面に曲率を持たせる場合について、凹面又は凸面を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、第3のプリズムの1つ又は複数のプリズム面は、自由曲面形状を有するように構成されてもよい。 In addition, in the above embodiment, the prism surface of the third prism is described as being concave or convex, but the present disclosure is not limited to this. For example, one or more prism surfaces of the third prism may be configured to have a free-form surface shape.
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。したがって、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 As stated above, the embodiments have been described as examples of the technology disclosed herein. For this purpose, the accompanying drawings and detailed description have been provided. Therefore, the components described in the accompanying drawings and detailed description may include not only components essential for solving the problem, but also components that are not essential for solving the problem in order to exemplify the above technology. Therefore, the fact that these non-essential components are described in the accompanying drawings or detailed description should not be interpreted as immediately indicating that these non-essential components are essential.
本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。そのような変更、及び異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。While this disclosure has been fully described in connection with preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, various modifications are possible within the scope of the claims. Such modifications, as well as embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments, are also within the technical scope of this disclosure.
本開示は、プリズムに適用可能であり、各種の投写型映像表示装置に適用可能である。 This disclosure is applicable to prisms and various projection-type image display devices.
200 照明光学系
20 光源ユニット
21 半導体レーザ素子
22 コリメートレンズ
31,32 アフォーカルレンズ
33,34,35 コンデンサレンズ
41 拡散板
42 λ/4板
45 ダイクロイックミラー
46 ロッドインテグレータ
50 蛍光体ホイール
60 カラーホイール
73,74,75 照明光リレー光学系を構成するレンズ
47 ミラー
48 リレーレンズ群
300,300a,300b,300c,300d,300A プリズム群
300B 色分離合成プリズム
310 第1のプリズム
320 第2のプリズム
330,330a,330b,330c,330d 第3のプリズム
340a,340b,340c プリズム
350 プリズムユニット
360 撮像光学系
361 撮像リレー光学系
365 撮像素子
370 支持部材
371 ガイドレール
372 載置面
373 開口部
375 駆動部
376 モータ
377 シャフト
378 ベアリング部材
379 支持台
380A プリズム部材
400,401,402,403 光変調素子(DMD)
420,420A 投影光学系
450,450A 投写対象物
500,500A 投影撮像光学系
Ls,LsA 照明光
Lp,LpA 投影光
Li,LiA 外部光
Lim,LimA 撮像光
S0,S1,S2,S3 ビームスポット
Lf DMD-OFF光
Oa1 投影光軸
Ob1 撮像光軸
Ds 照明光伝搬方向
Dm プリズム群移動方向
Ms 中間像
600 投写型映像表示装置
600A 投写型映像表示装置の筐体
200 Illumination optical system 20 Light source unit 21 Semiconductor laser element 22 Collimating lens 31, 32 Afocal lens 33, 34, 35 Condenser lens 41 Diffuser plate 42 λ/4 plate 45 Dichroic mirror 46 Rod integrator 50 Phosphor wheel 60 Color wheel 73, 74, 75 Lenses constituting illumination light relay optical system 47 Mirror 48 Relay lens group 300, 300a, 300b, 300c, 300d, 300A Prism group 300B Color separation/combining prism 310 First prism 320 Second prism 330, 330a, 330b, 330c, 330d Third prism 340a, 340b, 340c Prism 350 Prism unit 360 Imaging optical system 361 Imaging relay optical system 365 Imaging element 370 Support member 371 Guide rail 372 Mounting surface 373 Opening 375 Driving unit 376 Motor 377 Shaft 378 Bearing member 379 Support base 380A Prism member 400, 401, 402, 403 Light modulation element (DMD)
420, 420A Projection optical system 450, 450A Projection target object 500, 500A Projection imaging optical system Ls, LsA Illumination light Lp, LpA Projection light Li, LiA External light Lim, LimA Imaging light S0, S1, S2, S3 Beam spot Lf DMD-OFF light Oa1 Projection optical axis Ob1 Imaging optical axis Ds Illumination light propagation direction Dm Prism group movement direction Ms Intermediate image 600 Projection type image display device 600A Housing of projection type image display device
Claims (20)
第1光軸の後方側に配置され、入射した光を空間的に変調し、映像情報に応じた投影光を生成する1つ又は複数の光変調素子と、
前記第1光軸の前方側に配置され、入射した光を拡大投写して映像を表示する投影光学系と、
前記照明光を反射して前記光変調素子へ導くとともに、前記光変調素子で反射した光を透過して前記投影光学系へ導くプリズム群を含むプリズム部材と、
を備え、
前記プリズム群は、
第1プリズム面を有し、照明光を受光する第1のプリズムと、
前記第1のプリズムの前記前方側に配置され、前記第1プリズム面とエアギャップを介して対向に配置された第2プリズム面を有する第2のプリズムと、
第3プリズム面を有する第3のプリズムと、
前記第1のプリズムと、前記第2のプリズムと、前記第3のプリズムとを、前記第1光軸に交差する方向において、第1の位置と第2の位置との間で移動可能に支持する支持部材と、
を備え、
前記第1の位置と前記第2の位置との間で移動する方向に、前記第2のプリズムと前記第3のプリズムとが並んで配置され、
前記第1の位置において、
前記第1のプリズムは、受光した照明光を前記第1プリズム面で前記光変調素子へ反射し、前記光変調素子で反射されて生成した第1の光を前記第1プリズム面で透過して前記前方側へ出射し、前記第2のプリズムは、前記第1のプリズムから入射した前記第1の光を、前記第2プリズム面で透過して前記第1光軸に沿って前記前方側へ出射し、
前記第2の位置において、
前記第3のプリズムは、前記第1光軸に沿って前記後方側に向かって伝搬される第2の光を受光し、受光した前記第2の光の少なくとも一部を前記第3プリズム面で反射し、前記第1光軸とは別の第2光軸に沿って前記第3のプリズムから出射するように偏向させる、
投写型映像表示装置。 an illumination optical system that supplies illumination light in the visible range;
one or more light modulation elements arranged on the rear side of the first optical axis, which spatially modulate incident light and generate projection light according to image information;
a projection optical system disposed in front of the first optical axis and configured to enlarge and project incident light to display an image;
a prism member including a group of prisms that reflect the illumination light and guide it to the light modulation element, and transmit the light reflected by the light modulation element and guide it to the projection optical system ;
Equipped with
The prism group is
a first prism having a first prism surface and configured to receive the illumination light;
a second prism disposed on the front side of the first prism and having a second prism surface disposed opposite to the first prism surface via an air gap;
a third prism having a third prism surface;
a support member that supports the first prism, the second prism, and the third prism so as to be movable between a first position and a second position in a direction intersecting the first optical axis;
Equipped with
the second prism and the third prism are arranged side by side in a direction of movement between the first position and the second position,
In the first position,
the first prism reflects the received illumination light to the light modulation element at the first prism surface, and transmits first light generated by reflection at the light modulation element through the first prism surface and emits it toward the front side; the second prism transmits the first light incident from the first prism through the second prism surface and emits it toward the front side along the first optical axis;
In the second position,
the third prism receives second light propagating toward the rear side along the first optical axis, reflects at least a portion of the received second light by the third prism surface, and deflects the second light so as to be emitted from the third prism along a second optical axis different from the first optical axis;
Projection-type image display device .
請求項1に記載の投写型映像表示装置。 further comprising a drive unit for driving the movement between the first position and the second position;
2. The projection type image display device according to claim 1.
前記支持部材は、
前記撮像光学系を、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムと前記第3のプリズムとともに移動するように支持している、
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 an imaging optical system configured to receive at least a portion of the second light emitted from the third prism and form an image;
The support member is
the imaging optical system is supported so as to move together with the first prism, the second prism, and the third prism;
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 the third prism surface has a reflectance different from that of the first prism surface in the wavelength region of the first light;
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
前記第1光軸に直交する面において、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムと前記第3のプリズムとを、前記第1の位置と前記第2の位置との間で移動可能に支持するように構成されている、
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 The support member is
a support structure configured to support the first prism, the second prism, and the third prism so as to be movable between the first position and the second position in a plane perpendicular to the first optical axis;
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
前記第1光軸に直交する面における前記照明光の伝搬方向に交差するように、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムと前記第3のプリズムとを、前記第1の位置と前記第2の位置との間で移動可能に支持するように構成されている、
請求項5に記載の投写型映像表示装置。 The support member is
the first prism, the second prism, and the third prism are supported movably between the first position and the second position so as to intersect with a propagation direction of the illumination light in a plane orthogonal to the first optical axis;
6. The projection type image display device according to claim 5.
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 the second optical axis is in a plane perpendicular to the first optical axis;
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
前記第2光軸は、前記第1光軸に直交する面における前記照明光の伝搬方向に交差するように配置されている、
請求項7に記載の投写型映像表示装置。 the third prism internally reflects the second light multiple times within the third prism;
the second optical axis is disposed so as to intersect with the propagation direction of the illumination light in a plane perpendicular to the first optical axis;
8. The projection type image display device according to claim 7.
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 the third prism is disposed on the front side of the first prism, and the first prism surface and the third prism surface are cemented together;
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
前記第3のプリズムと前記第1のプリズムとの間に配置された第4のプリズムを更に含み、
前記第4のプリズムは、第4プリズム面と、前記第4プリズム面と角度を成す第5プリズム面と、を有し、前記第4プリズム面と前記第1プリズム面とが接合され、前記第5プリズム面と前記第3プリズム面とが接合されるように構成されている、
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 the third prism is disposed on the front side of the first prism;
further comprising a fourth prism disposed between the third prism and the first prism;
The fourth prism has a fourth prism surface and a fifth prism surface that forms an angle with the fourth prism surface, and is configured so that the fourth prism surface and the first prism surface are joined together, and the fifth prism surface and the third prism surface are joined together.
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
前記第5のプリズムと前記第6のプリズムとは、互いに隣接するプリズム面を有し、
前記隣接するプリズム面は、平行な間隙を隔てて対向に配置されている、
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 the third prism includes a fifth prism and a sixth prism,
the fifth prism and the sixth prism have prism surfaces adjacent to each other,
The adjacent prism surfaces are arranged opposite each other with a parallel gap therebetween.
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
前記反射防止膜は、前記第1の光に対し、96%以上の透過率を有する、
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 the second prism surface is coated with an anti-reflection film;
the anti-reflection film has a transmittance of 96% or more with respect to the first light;
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
前記可視域部分反射コートは、可視域の光に対し、50%以上の反射率を有する、
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 the third prism surface is coated with a visible partial reflection coating;
The visible light partial reflective coating has a reflectance of 50% or more for light in the visible light range.
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
前記赤外域部分反射コートは、赤外域の光に対し、50%以上の反射率を有する、
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 the third prism surface is coated with an infrared partial reflection coating;
The infrared partial reflective coating has a reflectance of 50% or more for light in the infrared range.
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
前記反射面の少なくとも1つは、前記第2の光の少なくとも一部を全反射させるように構成されている、
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 the third prism has a prism surface having two or more reflective surfaces that internally reflect at least a portion of the second light;
At least one of the reflective surfaces is configured to totally reflect at least a portion of the second light.
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
前記反射面の少なくとも1つは、前記第2の光の少なくとも一部の前記内部反射する方向に向けて凹面の形状を有する、
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 the third prism has a prism surface having two or more reflective surfaces that internally reflect at least a portion of the second light;
At least one of the reflecting surfaces has a concave shape toward the direction of the internal reflection of at least a portion of the second light.
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
前記第6プリズム面は、前記第2の光の少なくとも一部の前記第3のプリズムから出射する方向に向けて凸面の形状を有する、
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 the third prism has a sixth prism surface that transmits at least a portion of the second light and causes the second light to exit the third prism;
the sixth prism surface has a convex shape in a direction in which at least a part of the second light is emitted from the third prism.
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 At least a portion of the second light is configured to form an intermediate image within the third prism.
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2.
前記プリズム群から前記第2光軸に沿って出射した前記第2の光の少なくとも一部を受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子、
を備える、
請求項1又は2に記載の投写型映像表示装置。 moreover ,
an image pickup element that receives at least a portion of the second light emitted from the prism group along the second optical axis and converts the received light into an electrical image signal;
Equipped with
3. The projection type image display device according to claim 1 or 2 .
請求項19に記載の投写型映像表示装置。 the one or more light modulation elements are disposed at fixed positions relative to the first optical axis;
20. The projection type image display device according to claim 19.
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