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JP2006317979A - Image forming apparatus - Google Patents

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JP2006317979A
JP2006317979A JP2006213909A JP2006213909A JP2006317979A JP 2006317979 A JP2006317979 A JP 2006317979A JP 2006213909 A JP2006213909 A JP 2006213909A JP 2006213909 A JP2006213909 A JP 2006213909A JP 2006317979 A JP2006317979 A JP 2006317979A
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Japan
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reflecting mirror
image forming
optical system
glass substrate
forming element
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Application number
JP2006213909A
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Japanese (ja)
Inventor
Jun Ogawa
潤 小川
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Sharp NEC Display Solutions Ltd
Original Assignee
NEC Viewtechnology Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive image forming apparatus which can prevent degradation in the image contrast produced, when a DMD (digital micromirror device) is utilized as an image forming element. <P>SOLUTION: A glass substrate is provided between a 1st reflecting mirror 9a and a 2nd reflecting mirror 9b and a light source 5, a reflection-type image forming element 2 and the 1st reflection mirror 9a are closely sealed by the glass substrate and a cabinet 21 for a light source, while being separated from the 2nd reflecting mirror 9b. Thereby the deterioration of image, due to sticking of dirt and dust to the reflection type image forming element 2, is prevented and fogging of light which is produced, when the DMD is used as the image forming element is prevented and image of high contrast can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像形成装置の改良、特に、DMD(Digital Micromirror Device)を画像形成素子として利用した画像形成装置の改良に関する。   The present invention relates to an improvement of an image forming apparatus, and more particularly to an improvement of an image forming apparatus using a DMD (Digital Micromirror Device) as an image forming element.

近年のプロジェクター市場では、CRTプロジェクターに代わり、DMDプロジェクターで拡大投影する装置が現れ始めている。リアプロジェクターでは、その構造上、薄型・軽量の要求が高まりつつあり、また、フロント型のプロジェクターにおいても家庭用への展開として、部屋が小さくても拡大投写できるようにする必要性が出てきたのがその理由である。   In the projector market in recent years, instead of a CRT projector, an apparatus for enlarging and projecting with a DMD projector has started to appear. The demand for thin and lightweight rear projectors is increasing due to their structure, and there is a need for front projectors that can be enlarged and projected even in small rooms for home use. That is the reason.

近距離投写および広画角化のへの対応として、反射型結像光学系を用いる方法が特許文献1や、特許文献2に開示されている。反射型結像光学系には、色収差がない,光路の折り畳みが可能で小型化ができる,内面反射が少なく高いコントラストが得られる,簡単な構成で高い解像度が得られる等の多くの利点を持つことを利用して、様々な提案がなされている。   As countermeasures for short-distance projection and wide angle of view, methods using a reflective imaging optical system are disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2. The reflective imaging optical system has many advantages such as no chromatic aberration, foldable optical path and miniaturization, low internal reflection and high contrast, and high resolution with a simple configuration. Various proposals have been made using this fact.

また、本出願人らも特願2000−228798号として図6に一例を示すような反射型結像光学系を開示した。この結像光学系1は、図6に示されるように、画像形成素子2に凹面を向けた自由曲面形状を有する第1の反射鏡3aと、第1の反射鏡3aからの光束に凸面を向けた自由曲面形状を有する第2の反射鏡3bと、第2の反射鏡3bからの光束に凸面を向けた自由曲面形状を有する第3の反射鏡3cと、第3の反射鏡3cからの光束に凹面を向けた回転対称非球面形状を有する第4の反射鏡3dにより構成され、また、画像形成素子2を照らす照明光学系4はランプ5によって構成されている。   The present applicants also disclosed a reflective imaging optical system as shown in FIG. 6 as Japanese Patent Application No. 2000-228798. As shown in FIG. 6, the imaging optical system 1 includes a first reflecting mirror 3a having a free-form surface with a concave surface facing the image forming element 2, and a convex surface for the light flux from the first reflecting mirror 3a. A second reflecting mirror 3b having a free curved surface shape directed to, a third reflecting mirror 3c having a free curved surface shape having a convex surface directed to a light beam from the second reflecting mirror 3b, and a third reflecting mirror 3c A fourth reflecting mirror 3 d having a rotationally symmetric aspherical shape with a concave surface facing the light beam is formed, and an illumination optical system 4 that illuminates the image forming element 2 is formed by a lamp 5.

しかし、このような構成を適用すると、結像光学系1を構成する反射面に自由曲面形状を有する第3の反射鏡3cを利用する必要があるため、製造上の精度および装置への組込精度が比較的厳しい状況であった。   However, when such a configuration is applied, it is necessary to use the third reflecting mirror 3c having a free-form surface on the reflecting surface constituting the imaging optical system 1, so that the manufacturing accuracy and incorporation into the apparatus are possible. The accuracy was relatively severe.

また、DMDを画像形成素子2として利用した画像形成装置の場合では、画像形成素子2上の多数の微小ミラーの姿勢をディジタル制御し、ランプ5から照射される光束の一部を結像光学系1の光路に導くと共に光束の他部を結像光学系1の光路から外すことによって結像光学系1に導かれる光束に明暗を形成して画像を生成することになるが、本来であれば結像光学系1の光路から外されるべき光束の一部が迷走光となって結像光学系1に侵入する場合があり、光線のカブリによって画像コントラストの低下が生じ易くなるといった不都合が発生する問題がある。   In the case of an image forming apparatus using DMD as the image forming element 2, the postures of a large number of micromirrors on the image forming element 2 are digitally controlled, and a part of the light beam emitted from the lamp 5 is image forming optical system. When the light beam is guided to one optical path and the other part of the light beam is removed from the optical path of the imaging optical system 1, an image is generated by forming light and darkness in the light beam guided to the imaging optical system 1. A part of the light flux that should be removed from the optical path of the imaging optical system 1 may enter the imaging optical system 1 as stray light, and there is a problem that the image contrast tends to be lowered due to the fogging of the light. There is a problem to do.

PCT/JP96/01767公報PCT / JP96 / 01767 特開平10−111458公報JP-A-10-111458

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の不都合を解消し、小型で画角が広く画面上下方向の照度の均一性が高く、DMDを画像形成素子として利用する場合に生じる画像コントラストの低下を防止することのできる安価な画像形成装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prior art described above, reduce the image contrast that occurs when the DMD is used as an image forming element, and is compact and has a wide angle of view and high uniformity in the vertical direction of the screen. It is an object of the present invention to provide an inexpensive image forming apparatus that can be prevented.

本発明は、光源と、光源用筐体と、基板上に配設された微小ミラーの姿勢を制御し、前記光源から前記基板に照射される光束の一部を結像光学系に導くと共に前記光束の他部を前記結像光学系の光路から外すことにより前記結像光学系に導かれる光束に明暗を形成して画像を生成する反射型画像形成素子と、を備えた画像形成装置であり、前記目的を達成するため、特に、
前記結像光学系は、少なくとも、この結像光学系の入射部となる回転対称非球面形状を有する第1の反射鏡と、該第1の反射鏡から照射される光束を受ける回転対称非球面形状を有する第2の反射鏡と、ガラス基板とを有し、
前記ガラス基板は、前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡との間において、前記ガラス基板の面と主光路とが直交して設けられ、
前記光源、前記反射型画像形成素子、および前記第1の反射鏡が、前記ガラス基板および前記光源用筐体によって前記第2反射鏡と分離して密閉されていることを特徴とする構成を有する。
The present invention controls the attitude of a light source, a light source housing, and a micromirror disposed on a substrate, guides a part of a light beam emitted from the light source to the substrate, to an imaging optical system, and An image forming apparatus comprising: a reflective image forming element that generates an image by forming light and darkness in the light beam guided to the imaging optical system by removing the other part of the light beam from the optical path of the imaging optical system In order to achieve the above object, in particular,
The imaging optical system includes at least a first reflecting mirror having a rotationally symmetric aspherical shape that serves as an incident portion of the imaging optical system, and a rotationally symmetric aspherical surface that receives a light beam emitted from the first reflecting mirror. A second reflecting mirror having a shape and a glass substrate;
The glass substrate is provided between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror so that the surface of the glass substrate and the main optical path are orthogonal to each other,
The light source, the reflective image forming element, and the first reflecting mirror are separated and sealed from the second reflecting mirror by the glass substrate and the light source casing. .

基板上で姿勢を制御される微小ミラーに光源からの光束が照射され、明部に相当する状態、要するに、出射光が結像光学系に向かう状態に姿勢制御された微小ミラーからの反射光が結像光学系の光路に導かれ、また、これとは逆に、暗部に相当する状態、つまり、出射光が結像光学系に侵入しない状態に姿勢制御された微小ミラーからの反射光が結像光学系の光路から外される。
この結果、結像光学系に向かう光束の断面に画像となる明暗が形成され、この光束が、結像光学系の入射部である第1の反射鏡に照射され、更に、第1の反射鏡と第2の反射鏡との間に設けられたガラス基板を透過して第2の反射鏡に照射される。
この際、ガラス基板が、第1の反射鏡と第2の反射鏡との間で実質的な光学系の一部として機能するが、このガラス基板は第1の反射鏡から第2の反射鏡に至る主光路に対して直交して設置されているので、ガラス基板の設置による非点収差や内面反射等の悪影響を抑制することができる(段落0033参照)。
その後、第2の反射鏡に照射された光束は、この結像光学系を経て拡大され、最終的にスクリーン等に投影される。
このように、ガラス基板と光源用筐体とを利用して反射型画像形成素子を密閉することにより、反射型画像形成素子に対するゴミや埃の付着による画像の悪化を防止することができる(段落0032,0033参照)。
The light beam from the light source is irradiated on the micro mirror whose posture is controlled on the substrate, and the reflected light from the micro mirror whose posture is controlled in a state corresponding to the bright part, that is, the state where the emitted light is directed to the imaging optical system. Contrary to this, the reflected light from the micro mirror whose posture is controlled in a state corresponding to the dark part, that is, in a state where the emitted light does not enter the imaging optical system, is conversely guided. Removed from the optical path of the image optical system.
As a result, bright and dark images are formed in the cross section of the light beam traveling toward the imaging optical system, and this light beam is applied to the first reflecting mirror that is the incident portion of the imaging optical system. And is transmitted through a glass substrate provided between the second reflecting mirror and the second reflecting mirror.
At this time, the glass substrate functions as a part of a substantial optical system between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror. The glass substrate is changed from the first reflecting mirror to the second reflecting mirror. Therefore, adverse effects such as astigmatism and internal reflection caused by the glass substrate can be suppressed (see paragraph 0033).
Thereafter, the light beam applied to the second reflecting mirror is enlarged through this imaging optical system and finally projected onto a screen or the like.
As described above, by sealing the reflective image forming element using the glass substrate and the light source casing, it is possible to prevent image deterioration due to adhesion of dust and dust to the reflective image forming element (paragraph). 0032, 0033).

この画像形成装置の結像光学系は、前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡を含めて少なくとも4枚以上の反射鏡を有する構成とすることができる。   The image forming optical system of the image forming apparatus may include at least four reflecting mirrors including the first reflecting mirror and the second reflecting mirror.

また、ガラス基板は平面ガラス板で構成することが望ましい。
第1の反射鏡から第2の反射鏡に至る主光路に対して直交して設置されるガラス基板を精度の高い平面ガラスで形成することにより、非点収差や内面反射等の悪影響を最小限に抑制することができる(段落0033参照)。
The glass substrate is preferably composed of a flat glass plate.
By forming a glass substrate that is placed perpendicular to the main optical path from the first reflecting mirror to the second reflecting mirror with a highly accurate flat glass, adverse effects such as astigmatism and internal reflection are minimized. (See paragraph 0033).

本発明の画像形成装置は、第1の反射鏡と第2の反射鏡との間にガラス基板を配置し、光源、反射型画像形成素子、および第1の反射鏡を、ガラス基板および光源用筐体によって第2の反射鏡と分離して密閉するようにしているので、反射型画像形成素子に対するゴミや埃の付着による画像の悪化を防止し(段落0032,0033参照)、反射型画像形成素子を利用した画像形成装置、特に、DMD(Digital Micromirror Device)を利用した画像形成装置において、カブリのない高コントラストの画像を得ることができる。
しかも、ガラス基板は、第1の反射鏡と第2の反射鏡との間において主光路に対して直交して設けるようにしているので、非点収差や内面反射等の悪影響の原因となることがない(段落0033参照)。
In the image forming apparatus of the present invention, a glass substrate is disposed between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and the light source, the reflective image forming element, and the first reflecting mirror are used for the glass substrate and the light source. Since the casing is separated and sealed from the second reflecting mirror, image deterioration due to adhesion of dust and dirt to the reflective image forming element is prevented (see paragraphs 0032 and 0033), and reflective image formation is performed. In an image forming apparatus using an element, in particular, an image forming apparatus using a DMD (Digital Micromirror Device), a high-contrast image without fogging can be obtained.
In addition, the glass substrate is provided between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror so as to be orthogonal to the main optical path, which may cause adverse effects such as astigmatism and internal reflection. (See paragraph 0033).

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は本発明を適用した一実施形態の画像形成装置の内部構造について示した側面図、図2は図1の画像形成装置を右側から示した正面図、図3は図2の画像形成装置を上方から示した上面図であり、何れも光学系を構成する部品の位置関係を概念的に示した図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a side view showing an internal structure of an image forming apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied, FIG. 2 is a front view showing the image forming apparatus of FIG. 1 from the right side, and FIG. 3 is an image forming apparatus of FIG. FIG. 2 is a top view showing the position of the components constituting the optical system conceptually.

図1に示されるように、この実施形態の画像形成装置は、DMD(Digital Micromirror Device〔テキサス・インスツルメント社 商標〕)によって構成される反射型画像形成素子6を有し、この反射型画像形成素子6を照射するための照明光学系7と、反射型画像形成素子6によって反射された光束を受け入れて拡大する結像光学系8とを備える。   As shown in FIG. 1, the image forming apparatus of this embodiment includes a reflective image forming element 6 constituted by DMD (Digital Micromirror Device (trademark of Texas Instruments)). An illumination optical system 7 for irradiating the forming element 6 and an imaging optical system 8 that receives and expands the light beam reflected by the reflective image forming element 6 are provided.

照明光学系7は、図2および図3に示されるように、光源としてのアーク11aおよび楕円ミラー11bからなるランプ11と、ロッドレンズ12およびレンズ13,14,15,16と平面反射鏡17によって構成され、ランプ11のアーク11aより発せられた光束を楕円ミラー11bでロッドレンズ12の入射側開口12aに集光させ、レンズ13,14,15,16と平面反射鏡17とを介し、ロッドレンズ12の出射端12bの照度分布をその形状と共に反射型画像形成素子6に拡大照射するようになっている。   2 and 3, the illumination optical system 7 includes a lamp 11 composed of an arc 11a and an elliptical mirror 11b as a light source, a rod lens 12, lenses 13, 14, 15, and 16 and a plane reflecting mirror 17. The light beam emitted from the arc 11a of the lamp 11 is condensed on the incident side opening 12a of the rod lens 12 by the elliptical mirror 11b, and the rod lens is passed through the lenses 13, 14, 15, 16 and the plane reflecting mirror 17. The reflection image forming element 6 is enlarged and irradiated with the illuminance distribution of the 12 emission ends 12b together with the shape thereof.

この反射型画像形成素子6を構成するDMDは、その基板上に配設された多数の微小ミラーの姿勢をディジタル制御し、照明光学系7から基板に照射される光束の一部を結像光学系8の光路に導く一方、照明光学系7から照射される光束の他部を結像光学系8の光路から外すことにより結像光学系8に導かれる光束に明暗を形成して画像を生成する反射型画像形成素子である。   The DMD constituting the reflective image forming element 6 digitally controls the postures of a large number of micromirrors arranged on the substrate, and forms a part of the light beam irradiated onto the substrate from the illumination optical system 7 as image forming optics. While guiding the optical path of the system 8, the other part of the light beam irradiated from the illumination optical system 7 is removed from the optical path of the imaging optical system 8 to form an image by forming a light and dark in the light beam guided to the imaging optical system 8. The reflective image forming element.

具体的には、反射型画像形成素子6を構成するDMDの基板上には約50万個〜130万個ほどの微小ミラーが実装され、その各々が、DMDを駆動制御するマイクロプロセッサによって例えば±10°の範囲で傾斜するように姿勢制御され、+10°に姿勢制御された微小ミラーによって反射された光束が第1の反射鏡9aを入射部とする結像光学系8の光路に侵入して画像の明部を形成し、また、−10°に姿勢制御された微小ミラーによって反射された光束の大半は、結像光学系8の第1の反射鏡9aに入射しない方向に進路をずらされる。   Specifically, about 500,000 to 1.3 million micromirrors are mounted on the DMD substrate constituting the reflective image forming element 6, and each of them is, for example, ±± by a microprocessor that drives and controls the DMD. The light beam reflected by the micro mirror whose posture is controlled to be tilted within a range of 10 ° and whose posture is controlled to + 10 ° enters the optical path of the imaging optical system 8 having the first reflecting mirror 9a as the incident portion. Most of the light beam that forms the bright part of the image and is reflected by the micro mirror whose attitude is controlled to −10 ° is shifted in the direction in which it does not enter the first reflecting mirror 9a of the imaging optical system 8. .

つまり、+10°に姿勢制御された微小ミラーの部分が最終画像における白色部分であり、また、−10°に姿勢制御された微小ミラーの部分が最終画像における黒色部分である。このようにして多数のミラーの姿勢制御によって画像を形成する際、−10°に姿勢制御された微小ミラーによって反射された光束の一部が迷走して第1の反射鏡9aを始めとする結像光学系8の光路に侵入する場合があり、図6に示されるような従来の結像光学系1では、この迷走光がカブリとなって画像のコントラストの低下を招いていた。   That is, the part of the micro mirror whose attitude is controlled to + 10 ° is a white part in the final image, and the part of the micro mirror whose attitude is controlled to −10 ° is a black part in the final image. When an image is formed by controlling the postures of a large number of mirrors in this way, a part of the light beam reflected by the micro mirrors whose postures are controlled at −10 ° strays and the first reflecting mirror 9a and the like are connected. In some cases, the optical path of the image optical system 8 enters the optical path. In the conventional imaging optical system 1 as shown in FIG. 6, the stray light is fogged and the contrast of the image is lowered.

本実施形態の場合、反射型画像形成素子6上で+10°に姿勢制御された微小ミラーからの反射光を受ける結像光学系8は、図1に示される通り、反射型画像形成素子6に凹面を向けた回転対称非球面形状を有する第1の反射鏡9aと、第1の反射鏡9aに凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第2の反射鏡9bと、第2の反射鏡9bに凹面を向けた回転対称非球面形状を有する第3の反射鏡9cと、第3の反射鏡9cに凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第4の反射鏡9dとによって構成される。   In the case of the present embodiment, the imaging optical system 8 that receives the reflected light from the micromirror whose attitude is controlled to + 10 ° on the reflective image forming element 6 is connected to the reflective image forming element 6 as shown in FIG. A first reflecting mirror 9a having a rotationally symmetric aspherical shape facing the concave surface, a second reflecting mirror 9b having a rotationally symmetric aspherical shape facing the convex surface toward the first reflecting mirror 9a, and a second reflecting mirror A third reflecting mirror 9c having a rotationally symmetric aspherical shape with a concave surface facing 9b, and a fourth reflecting mirror 9d having a rotationally symmetric aspherical shape with a convex surface facing the third reflecting mirror 9c. .

つまり、図6に示した従来例の結像光学系1と比較すると、凸面の自由曲面形状を有する第3の反射鏡3cに代えて凹面の回転対称非球面形状を有する第3の反射鏡9cを用い、更に、凹面の回転対称非球面形状を有する第4の反射鏡3dに代えて凸面の回転対称非球面形状を有する第4の反射鏡9dを用いている点が相違する。   That is, as compared with the imaging optical system 1 of the conventional example shown in FIG. 6, the third reflecting mirror 9c having a concave rotationally symmetric aspherical shape instead of the third reflecting mirror 3c having a convex free-form surface. And a fourth reflecting mirror 9d having a convex rotationally symmetric aspheric shape is used instead of the fourth reflecting mirror 3d having a concave rotationally symmetric aspherical shape.

凸面の自由曲面形状を有する第3反射鏡3cに比べ、凹面の回転対称非球面形状を有する第3反射鏡9cの方が製造上の精度や装置への組込精度が緩和されるので、このようにして凹面の回転対称非球面形状を有する第3反射鏡9cを適用することにより、装置の製造コストが軽減されるといったメリットがある。   Compared to the third reflecting mirror 3c having a convex free-form surface shape, the third reflecting mirror 9c having a concave rotationally symmetric aspherical shape has a reduced manufacturing accuracy and accuracy of incorporation into the apparatus. Thus, by applying the third reflecting mirror 9c having a concave rotationally symmetric aspherical shape, there is an advantage that the manufacturing cost of the apparatus is reduced.

一方、凸面の第3の反射鏡3cに代えて凹面の第3の反射鏡9cを利用しているため、第3の反射鏡9cによる画像の拡大率は第3の反射鏡3cによる画像の拡大率に比べて劣るが、同時に、凹面の第4の反射鏡3dに代えて凸面の第4の反射鏡9dを利用しているので、最終的な画像の拡大率は図6の従来例に比べて遜色がなく、従来と同等の広画角化と装置の小型化が達成されている。   On the other hand, since the concave third reflecting mirror 9c is used instead of the convex third reflecting mirror 3c, the enlargement ratio of the image by the third reflecting mirror 9c is the enlargement of the image by the third reflecting mirror 3c. Although the ratio is inferior to the ratio, since the convex fourth reflecting mirror 9d is used instead of the concave fourth reflecting mirror 3d, the final image enlargement ratio is compared with the conventional example of FIG. As a result, the wide angle of view and the downsizing of the device have been achieved.

即ち、この実施形態の画像形成装置における結像光学系8は、反射型画像形成素子6に凹面を向けた回転対称非球面形状を有する第1の反射鏡9aと、第1の反射鏡9aに凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第2の反射鏡9bと、第2の反射鏡9bに凹面を向けた回転対称非球面形状を有する第3の反射鏡9cと、第3の反射鏡9cに凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第4の反射鏡9dとを備え、第1の反射鏡9aと第2の反射鏡9bとの間に、反射型画像形成素子6によって光路から外された光束の光路侵入を防止する絞り10が設けられたもので、第3の反射鏡9cを含め、反射型画像形成素子6の画像をスクリーン上に結像させるための結像光学系を構成する全ての反射鏡9a,9b,9c,9dが回転対称非球面形状の凹面鏡あるいは凸面鏡によって構成されており、この構成により、自由曲面形状を有する反射鏡を利用した場合と比べ、製造上の精度や装置への組込精度が緩和されて装置の製造コストが軽減されている。   That is, the imaging optical system 8 in the image forming apparatus of this embodiment includes a first reflecting mirror 9a having a rotationally symmetric aspherical shape with a concave surface facing the reflective image forming element 6, and a first reflecting mirror 9a. A second reflecting mirror 9b having a rotationally symmetric aspherical shape with a convex surface facing, a third reflecting mirror 9c having a rotationally symmetric aspherical shape with a concave surface facing the second reflecting mirror 9b, and a third reflecting mirror A fourth reflecting mirror 9d having a rotationally symmetric aspherical shape with a convex surface facing 9c, and is reflected from the optical path by the reflective image forming element 6 between the first reflecting mirror 9a and the second reflecting mirror 9b. An imaging optical system for forming an image of the reflective image forming element 6 on the screen, including the third reflecting mirror 9c, is provided with a stop 10 that prevents the removed light beam from entering the optical path. All the reflecting mirrors 9a, 9b, 9c, and 9d are rotationally symmetric aspherical shapes Consists of a concave mirror or a convex mirror, and this configuration reduces the manufacturing accuracy of the device and reduces the manufacturing cost of the device compared to the case of using a reflecting mirror having a free-form surface. Yes.

なお、各反射鏡の自由曲面形状は、例えば、面の深さをZ,円錐常数をk,光軸頂点での曲率をc,光軸からの高さをρ,補正係数をα(i=1,2,・・・,7,8),光軸頂点での曲率半径をr,深さZに直交する方向の座標の値をx,yとして、数1の式で示されるものを適用することができる。 The free-form surface shape of each reflector is, for example, the depth of the surface is Z, the cone constant is k, the curvature at the optical axis vertex is c, the height from the optical axis is ρ, and the correction coefficient is α i (i = 1, 2,..., 7, 8), where the radius of curvature at the apex of the optical axis is r, and the values of coordinates in the direction orthogonal to the depth Z are x and y, Can be applied.

Figure 2006317979
Figure 2006317979

更に、第1の反射鏡9aと第2の反射鏡9bとの間で主光線が交叉する位置(第1の反射鏡9aの焦点位置)には、主光路と直交するようにして本実施形態に固有の絞り10が設けられている。絞り10の周辺構造を拡大して図4に示す。   Further, in the present embodiment, the position where the principal ray intersects between the first reflecting mirror 9a and the second reflecting mirror 9b (the focal position of the first reflecting mirror 9a) is orthogonal to the main optical path. A diaphragm 10 is provided. FIG. 4 shows an enlarged view of the peripheral structure of the diaphragm 10.

この絞り10は、反射型画像形成素子6上で明部となる+10°の位置に姿勢制御された微小ミラーで反射されて第1の反射鏡9aに照射された光束の反射光が第2の反射鏡9bに向かうことは妨げないが、反射型画像形成素子6上で暗部となる−10°の位置に姿勢制御された微小ミラーから第1の反射鏡9aに迷走した光束が第1の反射鏡9aで反射されて生じた光束は、その光路が絞り10の内径から径方向外側に外れるため、この迷走光が第2の反射鏡9bに入ることを阻止(遮光)する。   The diaphragm 10 reflects the reflected light of the light beam reflected by the micro mirror whose posture is controlled at a position of + 10 ° which is a bright portion on the reflective image forming element 6 and applied to the first reflecting mirror 9a. The light beam straying to the first reflecting mirror 9a from the minute mirror whose posture is controlled at a position of −10 °, which is a dark portion on the reflective image forming element 6, is not disturbed, but is directed to the first reflecting mirror 9b. The light beam generated by being reflected by the mirror 9a deviates from the inner diameter of the diaphragm 10 to the outside in the radial direction, so that the stray light is blocked (shielded) from entering the second reflecting mirror 9b.

このようにして迷走光が除去される結果、第2の反射鏡9bに入射される光束は、反射型画像形成素子6上で明部となる+10°の位置に姿勢制御された微小ミラーで反射された光のみに制限され(他部は完全な暗部)、これまでに問題となっていた迷走光の侵入によるカブリの影響が除去され、第4の反射鏡9dからの最終的な出力光によってスクリーン(図示せず)上に投影される画像において、明快なコントラストを得ることが可能となる。   As a result of the stray light being removed in this way, the light beam incident on the second reflecting mirror 9b is reflected by a micro mirror whose posture is controlled at a position of + 10 ° which is a bright portion on the reflective image forming element 6. (The other part is a complete dark part), the influence of fog due to the invasion of stray light, which has been a problem until now, is removed, and the final output light from the fourth reflecting mirror 9d A clear contrast can be obtained in an image projected on a screen (not shown).

また、絞り10は第1の反射鏡9aと第2の反射鏡9bとの間の略中央に位置する主光線の交叉位置に設けられているので、反射型画像形成素子6から第1の反射鏡9aに至る光路に絞り10の外周部分が突出したり、第2の反射鏡9bから第3の反射鏡9cに至る光路に絞り10の外周部分が突出したりすることがなく、絞り10の設置によるケラレの発生を未然に防止することができる。
このように、絞り10を第1の反射鏡9aと第2の反射鏡9bとの間において主光線が交叉する位置に設けることで、絞り10の位置は、反射型画像形成素子6から第1の反射鏡9aに至る光路からも第2の反射鏡9bから第3の反射鏡9cに至る光路からも共に離れた位置となり、絞り10の設置によるケラレの発生が防止される。
In addition, since the diaphragm 10 is provided at the crossing position of the principal ray located substantially at the center between the first reflecting mirror 9a and the second reflecting mirror 9b, the first reflecting mirror 6 is reflected from the reflecting image forming element 6. The outer peripheral portion of the diaphragm 10 does not protrude in the optical path leading to the mirror 9a, and the outer peripheral portion of the diaphragm 10 does not protrude in the optical path leading from the second reflecting mirror 9b to the third reflecting mirror 9c. The occurrence of vignetting can be prevented in advance.
Thus, by providing the stop 10 at a position where the chief rays intersect between the first reflecting mirror 9a and the second reflecting mirror 9b, the position of the stop 10 is changed from the reflective image forming element 6 to the first. Both the optical path to the reflecting mirror 9a and the optical path from the second reflecting mirror 9b to the third reflecting mirror 9c are separated from each other, and the occurrence of vignetting due to the installation of the diaphragm 10 is prevented.

図5は本発明の画像形成装置をリアプロジェクターに適用した場合の一実施形態について簡略化して示した図である。ランプ11等を備えた照明光学系7の配列、DMDからなる反射型画像形成素子6の構成、および、第1の反射鏡9a,第2の反射鏡9b,第3の反射鏡9c,第4の反射鏡9dからなる結像光学系8の配列に関しては図1〜図3を参照して説明した前述の実施形態と実質的に同一であるが、第1の反射鏡9aと第2の反射鏡9bとの間の絞り10’が透明な平面ガラス基板上の遮光部によって構成され、この平面ガラス基板と光源用筐体21とによって、照明光学系7と反射型画像形成素子6および第1の反射鏡9aが、第2の反射鏡9b,第3の反射鏡9c,第4の反射鏡9dと分離して光源用筐体21内に密閉して配備されている点が前述の実施形態とは相違する。   FIG. 5 is a diagram schematically showing an embodiment in which the image forming apparatus of the present invention is applied to a rear projector. An arrangement of an illumination optical system 7 including a lamp 11 and the like, a configuration of a reflective image forming element 6 made of DMD, a first reflecting mirror 9a, a second reflecting mirror 9b, a third reflecting mirror 9c, and a fourth The arrangement of the imaging optical system 8 including the reflecting mirror 9d is substantially the same as that of the above-described embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3, but the first reflecting mirror 9a and the second reflecting mirror 9d are the same. A diaphragm 10 ′ between the mirror 9 b is constituted by a light-shielding part on a transparent flat glass substrate, and the flat glass substrate and the light source housing 21 make the illumination optical system 7, the reflective image forming element 6, and the first one. The above-described embodiment is that the reflecting mirror 9a is separated from the second reflecting mirror 9b, the third reflecting mirror 9c, and the fourth reflecting mirror 9d and is hermetically disposed in the light source casing 21. Is different.

つまり、図5の実施形態では、照明光学系7,反射型画像形成素子6,第1の反射鏡9aが、光源用筐体21と該光源用筐体21の一部を形成する前述の平面ガラス基板とによって完全に外部から密閉された構造であり、反射型画像形成素子6に対するゴミや埃の付着による画像の悪化を防止することができる。   That is, in the embodiment of FIG. 5, the illumination optical system 7, the reflective image forming element 6, and the first reflecting mirror 9 a form the light source casing 21 and a part of the light source casing 21 as described above. The structure is completely sealed from the outside by the glass substrate, and image deterioration due to adhesion of dust and dirt to the reflective image forming element 6 can be prevented.

この際、平面ガラス基板の素通し部分である絞り10’の内側部分が、第1の反射鏡9aと第2の反射鏡9bとの間で実質的な光学系の一部として機能するが、このガラス基板は精度の高い平面ガラスで形成され、しかも、第1の反射鏡9aから第2の反射鏡9bに至る主光路に対して直交して設置されているので、非点収差や内面反射等の悪影響は最小限に抑制することができる。
このように、絞りを形成した平面ガラス基板と光源用筐体21とを利用して反射型画像形成素子6を密閉することにより、ゴミや埃の侵入による画像の悪化を防止することができ、また、第1の反射鏡9aと第2の反射鏡9bとの間で実質的な光学系の一部として機能するガラス基板を精度の高い平面ガラスで形成し、しかも、第1の反射鏡9aから第2の反射鏡9bに至る主光路に対して直交して設置することで、非点収差や内面反射等の悪影響を最小限に抑制することができる。
At this time, the inner portion of the stop 10 ′, which is a through portion of the flat glass substrate, functions as a part of a substantial optical system between the first reflecting mirror 9a and the second reflecting mirror 9b. Since the glass substrate is formed of high-precision flat glass and is disposed perpendicular to the main optical path from the first reflecting mirror 9a to the second reflecting mirror 9b, astigmatism, internal reflection, etc. The adverse effects of can be minimized.
In this way, by sealing the reflective image forming element 6 using the flat glass substrate on which the diaphragm is formed and the light source casing 21, it is possible to prevent image deterioration due to intrusion of dust and dirt, In addition, a glass substrate that functions as a substantial part of the optical system is formed between the first reflecting mirror 9a and the second reflecting mirror 9b with a high-precision flat glass, and the first reflecting mirror 9a. By installing perpendicularly to the main optical path from to the second reflecting mirror 9b, adverse effects such as astigmatism and internal reflection can be minimized.

平面反射鏡18,19は結像光学系8の第4反射鏡9dから出力された光束を反射させてスクーン20上に投射するためのもので、全体の光路を折り畳むことにより、リアプロジェクターをコンパクトに構成するように配列されている。   The plane reflecting mirrors 18 and 19 are for reflecting the light beam output from the fourth reflecting mirror 9d of the imaging optical system 8 and projecting it onto the scoon 20. By folding the entire optical path, the rear projector can be made compact. Are arranged to configure.

本発明を適用した一実施形態の画像形成装置の内部構造について主要な部品の配列を示した側面図である。1 is a side view showing an arrangement of main parts of an internal structure of an image forming apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied. 同実施形態の画像形成装置の内部構造について主要な部品の配列を示した正面図である。FIG. 3 is a front view showing an arrangement of main components for the internal structure of the image forming apparatus according to the embodiment. 同実施形態の画像形成装置の内部構造について主要な部品の配列を示した上面図である。FIG. 3 is a top view showing an arrangement of main components for the internal structure of the image forming apparatus of the embodiment. 絞りの周辺構造を拡大して示した図である。It is the figure which expanded and showed the periphery structure of the aperture_diaphragm | restriction. 本発明を適用したリアプロジェクターの一実施形態について簡略化して示した図である。It is the figure which simplified and showed one Embodiment of the rear projector to which this invention is applied. 従来の反射型結像光学系の一例を示した概念図である。It is the conceptual diagram which showed an example of the conventional reflection type imaging optical system.

符号の説明Explanation of symbols

1 結像光学系
2 画像形成素子
3a 第1の反射鏡
3b 第2の反射鏡
3c 第3の反射鏡
3d 第4の反射鏡
4 照明光学系
5 ランプ
6 反射型画像形成素子(DMD)
7 照明光学系
8 結像光学系
9a 第1の反射鏡
9b 第2の反射鏡
9c 第3の反射鏡
9d 第4の反射鏡
10,10’ 絞り
11 ランプ
11a アーク(光源)
11b 楕円ミラー
12 ロッドレンズ
12a 入射側開口
12b 出射端
13,14,15,16 レンズ
17,18,19 平面反射鏡
20 スクリーン
21 光源用筐体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging optical system 2 Image forming element 3a 1st reflective mirror 3b 2nd reflective mirror 3c 3rd reflective mirror 3d 4th reflective mirror 4 Illumination optical system 5 Lamp 6 Reflective image forming element (DMD)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 Illumination optical system 8 Imaging optical system 9a 1st reflective mirror 9b 2nd reflective mirror 9c 3rd reflective mirror 9d 4th reflective mirror 10,10 'Aperture | stop 11 Lamp 11a Arc (light source)
11b Elliptical mirror 12 Rod lens 12a Incident side opening 12b Outgoing end 13, 14, 15, 16 Lens 17, 18, 19 Planar reflector 20 Screen 21 Light source casing

Claims (3)

光源と、光源用筐体と、基板上に配設された微小ミラーの姿勢を制御し、前記光源から前記基板に照射される光束の一部を結像光学系に導くと共に前記光束の他部を前記結像光学系の光路から外すことにより前記結像光学系に導かれる光束に明暗を形成して画像を生成する反射型画像形成素子と、を備えた画像形成装置であって、
前記結像光学系は、少なくとも、この結像光学系の入射部となる回転対称非球面形状を有する第1の反射鏡と、該第1の反射鏡から照射される光束を受ける回転対称非球面形状を有する第2の反射鏡と、ガラス基板とを有し、
前記ガラス基板は、前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡との間において、前記ガラス基板の面と主光路とが直交して設けられ、
前記光源、前記反射型画像形成素子、および前記第1の反射鏡が、前記ガラス基板および前記光源用筐体によって前記第2の反射鏡と分離して密閉されていることを特徴とする画像形成装置。
Controls the attitude of the light source, the housing for the light source, and the micromirrors disposed on the substrate, guides a part of the light beam emitted from the light source to the substrate to the imaging optical system, and the other part of the light beam An image forming apparatus comprising: a reflective image forming element that forms an image by forming light and dark in a light beam guided to the image forming optical system by removing from the optical path of the image forming optical system;
The imaging optical system includes at least a first reflecting mirror having a rotationally symmetric aspherical shape that serves as an incident portion of the imaging optical system, and a rotationally symmetric aspherical surface that receives a light beam emitted from the first reflecting mirror. A second reflecting mirror having a shape and a glass substrate;
The glass substrate is provided between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror so that the surface of the glass substrate and the main optical path are orthogonal to each other,
The light source, the reflective image forming element, and the first reflecting mirror are hermetically sealed separately from the second reflecting mirror by the glass substrate and the light source casing. apparatus.
請求項1に記載の画像形成装置であって、
前記結像光学系が、前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡を含めて少なくとも4枚以上の反射鏡を有することを特徴とする画像形成装置。
The image forming apparatus according to claim 1,
The image forming apparatus, wherein the imaging optical system includes at least four or more reflecting mirrors including the first reflecting mirror and the second reflecting mirror.
請求項1に記載の画像形成装置であって、
前記ガラス基板は平面ガラス板であることを特徴とする画像形成装置。
The image forming apparatus according to claim 1,
The image forming apparatus, wherein the glass substrate is a flat glass plate.
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