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JP2020122874A - Optical unit and image projection device - Google Patents

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JP2020122874A
JP2020122874A JP2019014702A JP2019014702A JP2020122874A JP 2020122874 A JP2020122874 A JP 2020122874A JP 2019014702 A JP2019014702 A JP 2019014702A JP 2019014702 A JP2019014702 A JP 2019014702A JP 2020122874 A JP2020122874 A JP 2020122874A
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JP
Japan
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light
image forming
forming element
image
prism
Prior art date
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Pending
Application number
JP2019014702A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
賢治 池應
Kenji Ikeo
賢治 池應
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Publication of JP2020122874A publication Critical patent/JP2020122874A/en
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Abstract

To provide an optical unit that can monitor optical positional deviation that may occur during image projection, and an image projection device.SOLUTION: An optical unit 1B comprises: an image forming element 40 that reflects illumination light L0 to be spatially modulated to form an image; and a projection optical system 50 that emits the light from the image forming element 40 to the outside to project the image formed by the image forming element 40. The image forming element 40 includes a plurality of mirrors M that can be individually held at a first angular position for reflecting the illumination light L0 to be incident on the projection optical system 50 and a second angular position different from the first angular position. The optical unit 1B further includes a light receiving unit 60 that receives return light Lr that reaches the image forming element 40 from the outside through the projection optical system 50 and is reflected by the mirror M held at the second angular position in the image forming element 40.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、スクリーンなどの投射面に画像を投射する光学ユニットおよび画像投射装置に関する。 The present disclosure relates to an optical unit and an image projection device that project an image on a projection surface such as a screen.

特許文献1は、複数の照明光源を有するDMD照明システムを開示する。各照明光源は、マイクロミラーアレイのそれぞれの位置に対応してデジタルマイクロミラーデバイス上に光を導いて、マイクロミラーアレイからの反射光をシステム外部に投射するように位置決めされる。 Patent Document 1 discloses a DMD illumination system having a plurality of illumination light sources. Each illumination light source is positioned to direct light onto a digital micromirror device corresponding to a respective position of the micromirror array and project reflected light from the micromirror array out of the system.

特許文献2は、DMDを用いて視線追跡を可能にしたニアアイディスプレイを開示する。 Patent Document 2 discloses a near-eye display that enables eye tracking using a DMD.

米国特許第9658447号明細書US Patent No. 9658447 米国特許出願公開第2014/0306878号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2014/0306878

本開示は、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを監視できる光学ユニットを提供する。また本開示は、こうした光学ユニットを用いた画像投射装置を提供する。 The present disclosure provides an optical unit capable of monitoring an optical displacement that may occur during image projection. The present disclosure also provides an image projection apparatus using such an optical unit.

本開示は、画像を投射する画像投射装置において照明光に基づき該画像を生成する光学ユニットを提案する。前記光学ユニットは、前記照明光を空間変調するように反射して画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子で形成された画像を投射するように、前記画像形成素子からの光を外部に出射する投射光学系と、を備える。前記画像形成素子は、前記照明光を前記投射光学系に入射させるように反射する第1角度位置または該第1角度位置とは異なる第2角度位置に個別に保持可能な複数のミラーを備える。前記光学ユニットはさらに、外部から前記投射光学系を通過して前記画像形成素子に到達し、前記画像形成素子において第2角度位置に保持されたミラーによって反射した戻り光を受光する受光部を備える。 The present disclosure proposes an optical unit that generates an image based on illumination light in an image projection device that projects an image. The optical unit externally reflects light from the image forming element so as to project an image formed by the image forming element by reflecting the illumination light so as to spatially modulate the image and forming an image. And a projection optical system that emits light to the. The image forming element includes a plurality of mirrors that can be individually held at a first angular position that reflects the illumination light so as to enter the projection optical system or at a second angular position that is different from the first angular position. The optical unit further includes a light receiving unit that receives the return light that has passed through the projection optical system from the outside to reach the image forming element and is reflected by the mirror held at the second angular position in the image forming element. ..

また本開示に係る画像投射装置は、上記光学ユニットと、前記照明光を発生する光源と、を備える。 An image projection apparatus according to the present disclosure includes the above optical unit and a light source that generates the illumination light.

本開示に係る光学ユニットによると、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを監視することができる。 According to the optical unit according to the present disclosure, it is possible to monitor an optical displacement that may occur during image projection.

実施形態1に係る画像投射装置の一例を示す構成図Configuration diagram showing an example of an image projection apparatus according to the first embodiment DMDを構成するミラーの角度状態を示す説明図Explanatory drawing which shows the angular state of the mirror which comprises DMD. プリズムユニットの一例を示す外観図External view showing an example of a prism unit 画像投射装置の動作を示す説明図Explanatory diagram showing the operation of the image projection device 位相差センサの一例を示す構成図Configuration diagram showing an example of a phase difference sensor 実施形態3に係る画像投射装置の一例を示す構成図Configuration diagram showing an example of an image projection apparatus according to a third embodiment

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、あるいは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。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed description of well-known matters or duplicate description of substantially the same configuration may be omitted. This is for avoiding unnecessary redundancy in the following description and for facilitating understanding by those skilled in the art.

なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、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ない。 It should be noted that the applicant provides the accompanying drawings and the following description for those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and is not intended to limit the subject matter described in the claims by these. ..

(実施形態1)
以下、図1〜図6を用いて本開示の実施形態1を説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, Embodiment 1 of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

[1−1.構成]
図1は、実施形態1に係る画像投射装置1の一例を示す構成図である。ここでは、画像投射装置1の一例として、カラーホイールを用いた光時分割方式の単板式プロジェクタについて説明する。
[1-1. Constitution]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of the image projection apparatus 1 according to the first embodiment. Here, as an example of the image projection apparatus 1, a light time division type single plate projector using a color wheel will be described.

画像投射装置1は、光源ユニット1Aと、光学ユニット1Bとを備える。光源ユニット1Aは、光源10と、カラーホイール20と、ロッドインテグレータ21と、レンズ11,22,23,24とを備える。光学ユニット1Bは、プリズムユニット30と、画像形成素子40と、駆動部41と、投射光学系50と、駆動部51と、受光部60と、制御部70などを備える。画像投射装置1の外部には、投射光学系50の光軸に沿って投射される画像を表示するための投射面、例えば、スクリーンSCが設けられる。 The image projection device 1 includes a light source unit 1A and an optical unit 1B. The light source unit 1A includes a light source 10, a color wheel 20, a rod integrator 21, and lenses 11, 22, 23 and 24. The optical unit 1B includes a prism unit 30, an image forming element 40, a driving unit 41, a projection optical system 50, a driving unit 51, a light receiving unit 60, a control unit 70, and the like. A projection surface, for example, a screen SC, for displaying an image projected along the optical axis of the projection optical system 50 is provided outside the image projection device 1.

光源10は、例えば、レーザダイオード(LD)、発光ダイオード(LED)、白熱ランプ、放電ランプなどで構成され、白色光の照明光L0を発生する。光源10は、蛍光体など、各種の波長変換素子を含んでもよい。レンズ11は、光源10からの照明光L0を集光し、カラーホイール20に供給する。 The light source 10 includes, for example, a laser diode (LD), a light emitting diode (LED), an incandescent lamp, a discharge lamp, and the like, and emits white illumination light L0. The light source 10 may include various wavelength conversion elements such as a phosphor. The lens 11 collects the illumination light L0 from the light source 10 and supplies it to the color wheel 20.

カラーホイール20は、円板状の透明な基板20bと、基板20bの表面に形成された誘電体多層膜20aと、基板20bを回転させるモータ20cなどで構成される。誘電体多層膜20aは、円周方向に沿って、予め定めた角度範囲、例えば、約0度〜約120度の範囲に渡って形成された赤色透過フィルタと、予め定めた角度範囲、例えば、約120度〜約240度の範囲に渡って形成された緑色透過フィルタと、予め定めた角度範囲、例えば、約240度〜約360度の範囲に渡って形成された青色透過フィルタとを含む。基板20bがモータ20cによって回転すると、光源10からの白色照明光L0は、赤色透過フィルタ、緑色透過フィルタ、青色透過フィルタを時間順に通過して、赤色照明光、緑色照明光、青色照明光が時分割に生成される。これらの照明光L0は、カラー画像表示のための光の三原色として機能する。カラーホイール20を出射した照明光は、ロッドインテグレータ21に入射する。 The color wheel 20 includes a disk-shaped transparent substrate 20b, a dielectric multilayer film 20a formed on the surface of the substrate 20b, a motor 20c for rotating the substrate 20b, and the like. The dielectric multilayer film 20a includes a red transmission filter formed over a predetermined angular range, for example, a range of about 0 degrees to about 120 degrees, and a predetermined angular range, for example, along the circumferential direction. It includes a green transmission filter formed over a range of about 120 degrees to about 240 degrees and a blue transmission filter formed over a predetermined angle range, for example, a range of about 240 degrees to about 360 degrees. When the substrate 20b is rotated by the motor 20c, the white illumination light L0 from the light source 10 passes through the red transmission filter, the green transmission filter, and the blue transmission filter in time order, and the red illumination light, the green illumination light, and the blue illumination light are timed. Generated in divisions. These illumination lights L0 function as the three primary colors of light for displaying a color image. The illumination light emitted from the color wheel 20 enters the rod integrator 21.

ロッドインテグレータ21は、例えば、ガラスなどの透明材料からなる中実ロッド、または内面ミラーを有する中空ロッドで構成され、カラーホイール20からの照明光L0を多重反射させて光強度分布を均一化する機能を有する。ロッドインテグレータ21を出射した照明光は、レンズ22,23,24を通過し、例えば、コリメートされた照明光L0に変換される。 The rod integrator 21 is composed of, for example, a solid rod made of a transparent material such as glass, or a hollow rod having an inner mirror, and has a function of multiply reflecting the illumination light L0 from the color wheel 20 to make the light intensity distribution uniform. Have. The illumination light emitted from the rod integrator 21 passes through the lenses 22, 23, 24 and is converted into, for example, collimated illumination light L0.

プリズムユニット30は、一例として、複数の三角柱状のプリズム31,35を含む。図1では、2つの三角柱状のプリズム31,35を模式的に図示しているが、プリズムユニット30はこれに限らず、種々の多角形状のプリズムを3つ以上含んでもよい。プリズム31は、カラーホイール20からの照明光L0が内部に入射する面31a、内部に入射した照明光L0を全反射する面31b、およびこの面31bで全反射した照明光L0が通過する面31cなどを有する。プリズム31を出射した照明光L0は、画像形成素子40に入射する。プリズム35およびプリズムユニット30の詳細については後述する。 The prism unit 30 includes, for example, a plurality of prisms 31 and 35 each having a triangular prism shape. Although two triangular prisms 31 and 35 are schematically illustrated in FIG. 1, the prism unit 30 is not limited to this, and may include three or more prisms of various polygonal shapes. The prism 31 has a surface 31a through which the illumination light L0 from the color wheel 20 is incident, a surface 31b that totally reflects the illumination light L0 that is incident inside, and a surface 31c through which the illumination light L0 that is totally reflected by this surface 31b passes. And so on. The illumination light L0 emitted from the prism 31 enters the image forming element 40. Details of the prism 35 and the prism unit 30 will be described later.

画像形成素子40は、例えば、DMD(digital micromirror device)で構成してもよく、プリズム31からの照明光L0を時分割で空間変調する光変調素子として機能する。画像形成素子40には、第1角度位置または該第1角度位置とは異なる第2角度位置に個別に制御可能な複数の可動式ミラーがマトリクス状に配置される。個々のミラーは、原則として画像の1画素に対応する。 The image forming element 40 may be configured by, for example, a DMD (digital micromirror device), and functions as a light modulation element that spatially modulates the illumination light L0 from the prism 31 in a time division manner. In the image forming element 40, a plurality of movable mirrors that can be individually controlled at a first angular position or a second angular position different from the first angular position are arranged in a matrix. Each mirror in principle corresponds to one pixel of the image.

駆動部41は、画像形成素子40の位置を電気的に調整する機能を有し、例えば、光軸に対して平行な位置決め、及び/又は、光軸に対して垂直な位置決めが可能になる。 The drive unit 41 has a function of electrically adjusting the position of the image forming element 40, and can perform positioning parallel to the optical axis and/or positioning perpendicular to the optical axis, for example.

図2は、DMDを構成するミラーの角度状態を示す説明図である。ここでは、TRP(Tilt and Roll Pixel)方式のDMDについて例示する。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing the angular state of the mirrors that make up the DMD. Here, a DMD of the TRP (Tilt and Roll Pixel) system will be exemplified.

DMDは、空間光変調面Pmの水平方向Dx及び垂直方向Dyにおいてマトリクス状に配置された複数のミラーMを備える。TRP方式のDMDでは、各ミラーMは、軸Dx周りのチルトと軸Dy周りのロールの二軸回転的に駆動可能であり、図2(A)に示すON状態と、図2(B)に示すOFF状態とのいずれかに切り替わる。即ち、ミラーMの法線方向Dnは、同一平面内で変位しない。 The DMD includes a plurality of mirrors M arranged in a matrix in the horizontal direction Dx and the vertical direction Dy of the spatial light modulation surface Pm. In the TRP DMD, each mirror M can be driven in a biaxial rotation of a tilt around the axis Dx and a roll around the axis Dy, and the ON state shown in FIG. 2A and the state shown in FIG. It switches to any of the OFF states shown. That is, the normal direction Dn of the mirror M is not displaced in the same plane.

図2(A)に示すように、ON状態においてミラーMは、空間光変調面Pmの垂直方向Dyに対して傾いて、水平方向Dxとは平行になるように駆動される。このときミラーMの法線方向Dnは、空間光変調面Pmの法線方向Dzに対して+Dy側に傾いて、第1角度位置になる。一方、図2(B)に示すように、OFF状態においてミラーMは、空間光変調面Pmの水平方向Dxに対して傾いて、垂直方向Dyとは平行になるように駆動される。このときミラーMの法線方向Dnは、空間光変調面Pmの法線方向Dzに対して+Dx側に傾いて、第2角度位置になる。 As shown in FIG. 2A, in the ON state, the mirror M is tilted with respect to the vertical direction Dy of the spatial light modulation surface Pm and is driven so as to be parallel to the horizontal direction Dx. At this time, the normal direction Dn of the mirror M is inclined to the +Dy side with respect to the normal direction Dz of the spatial light modulation surface Pm, and is at the first angular position. On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the OFF state, the mirror M is tilted with respect to the horizontal direction Dx of the spatial light modulation surface Pm and is driven so as to be parallel to the vertical direction Dy. At this time, the normal direction Dn of the mirror M is inclined to the +Dx side with respect to the normal direction Dz of the spatial light modulation surface Pm, and is at the second angular position.

図2(A)では、ミラーMに入射する照明光L0に応じたON光L1を例示している。ON光L1は、ON状態のミラーMが照明光L0を反射することにより生成され、投射画像として利用される。また、図2(B)では、図2(A)と同様の照明光L0に応じたOFF光L2を例示している。OFF光L2は、OFF状態のミラーMが照明光L0を反射することにより生成されるが、投射画像としては利用されない。こうしてDMDには、画像信号に応じてON状態のミラーMとOFF状態のミラーMが混在することになる。 In FIG. 2A, the ON light L1 corresponding to the illumination light L0 incident on the mirror M is illustrated. The ON light L1 is generated by the mirror M in the ON state reflecting the illumination light L0, and is used as a projection image. In addition, in FIG. 2B, the OFF light L2 corresponding to the illumination light L0 similar to that in FIG. 2A is illustrated. The OFF light L2 is generated by the mirror M in the OFF state reflecting the illumination light L0, but is not used as a projection image. Thus, in the DMD, the mirror M in the ON state and the mirror M in the OFF state are mixed according to the image signal.

TRP方式のDMDにおいて、ミラーMに入射する照明光L0、ON光L1およびOFF光L2が同一平面上ではない立体的な位置関係の光路になるため、広い角度差(例えば17°)が得られ、光の取り込み範囲を拡大できる。 In the TRP DMD, since the illumination light L0, the ON light L1 and the OFF light L2 incident on the mirror M have a three-dimensional optical path that is not on the same plane, a wide angle difference (for example, 17°) can be obtained. , The light capturing range can be expanded.

図1に戻って、個々のミラーMのON状態またはOFF状態は、制御部70によって個別に制御され、カラーホイール20の回転位置と同期しながら光源10からの照明光を画像信号に応じて空間変調することによって、カラー画像が形成できる。画像形成素子40を出射した光は、プリズムユニット30に再び入射し、プリズム31の面31cおよび面31bを通過する。 Returning to FIG. 1, the ON state or the OFF state of each mirror M is individually controlled by the control unit 70, and the illumination light from the light source 10 is spatially adjusted according to the image signal in synchronization with the rotation position of the color wheel 20. By modulating, a color image can be formed. The light emitted from the image forming element 40 enters the prism unit 30 again, and passes through the surfaces 31c and 31b of the prism 31.

プリズム35は、プリズム31を通過した光が内部に入射する面、内部に入射した光が投射光学系50に向けて通過する面、および光軸から側方に位置する面などを有する。プリズム35とプリズム31の間には空隙が設けられる。プリズム35を出射した光のうち、図2に示したON光L1は、投射光学系50に入射する。一方、図2に示したOFF光L2は、投射光学系50に入射しないように、例えば、光ダンパによって吸収される。 The prism 35 has a surface on which the light passing through the prism 31 is incident, a surface on which the light incident on the inside passes toward the projection optical system 50, a surface located laterally from the optical axis, and the like. An air gap is provided between the prism 35 and the prism 31. Of the light emitted from the prism 35, the ON light L1 shown in FIG. 2 enters the projection optical system 50. On the other hand, the OFF light L2 shown in FIG. 2 is absorbed by, for example, an optical damper so as not to enter the projection optical system 50.

投射光学系50は、複数のレンズ素子および絞り等で構成され、画像形成素子40からのON光L1をスクリーンSCに向けて拡大して投射する。投射光学系50は、スクリーンSCでのピントを調整するフォーカス機構、スクリーンSCでの像面湾曲量を調整する像面湾曲補正機構、スクリーンSCの画像の倍率を調整するズーム機構などを備える。これらの機構は、投射光学系50を構成するレンズ素子の少なくとも一部を光軸に沿って変位させる。こうしたレンズ素子の位置調整は、手動で行ってもよく、あるいはモータを含む駆動部51を用いて電気的に行ってもよい。投射光学系50を出射したON光L1は、スクリーンSCに投射される。なお、投射光学系50とスクリーンSCとの間には、平面ミラー、曲面ミラー、ハーフミラー、透明窓などが存在してもよい。 The projection optical system 50 includes a plurality of lens elements, a diaphragm, and the like, and magnifies and projects the ON light L1 from the image forming element 40 toward the screen SC. The projection optical system 50 includes a focus mechanism that adjusts the focus on the screen SC, a field curvature correction mechanism that adjusts the amount of field curvature on the screen SC, a zoom mechanism that adjusts the magnification of the image on the screen SC, and the like. These mechanisms displace at least a part of the lens elements forming the projection optical system 50 along the optical axis. The position adjustment of the lens element may be performed manually, or may be performed electrically by using the driving unit 51 including a motor. The ON light L1 emitted from the projection optical system 50 is projected on the screen SC. A plane mirror, a curved mirror, a half mirror, a transparent window, etc. may exist between the projection optical system 50 and the screen SC.

スクリーンSCに投射された光の一部はスクリーンSCで反射し、戻り光Lrとなって、光軸に沿って逆方向に進行し、投射光学系50およびプリズム31,35を再び通過して画像形成素子40に到達する。画像形成素子40には、第1角度位置、即ち、ON状態のミラーMと、第2角度位置、即ち、OFF状態のミラーMとが混在している。戻り光LrがON状態のミラーMに入射すると、光源10に向かう方向に反射する。一方、戻り光LrがOFF状態のミラーMに入射すると、光軸に対して交差する方向に反射して軸外光線となり、プリズム31,35を通過する。 A part of the light projected on the screen SC is reflected by the screen SC and becomes return light Lr, which travels in the opposite direction along the optical axis, passes through the projection optical system 50 and the prisms 31 and 35 again, and forms an image. The forming element 40 is reached. In the image forming element 40, the first angular position, that is, the mirror M in the ON state and the second angular position, that is, the mirror M in the OFF state are mixed. When the return light Lr enters the mirror M in the ON state, it is reflected in the direction toward the light source 10. On the other hand, when the return light Lr enters the mirror M in the OFF state, the return light Lr is reflected in a direction intersecting the optical axis and becomes an off-axis light ray, which passes through the prisms 31 and 35.

受光部60は、軸外光線として反射した戻り光Lrを受光する。受光部60の前方には、例えば、スクリーンSCと受光部60の受光面が共役となるように結像レンズ61が設けられる。この場合、受光部60の受光面は、戻り光Lrのうち画像形成素子40を介して入射する光に基づいてスクリーンSC上の投射画像に対応する像が結像される。受光部60は、戻り光Lrの空間分布を検出する撮像センサ、例えば、1次元イメージセンサまたは2次元イメージセンサを含んでもよい。受光部60は、戻り光Lrの全体強度を検出するポイントセンサを含んでもよい。結像レンズ61は、画像形成素子40と受光部60を共役にしてもよいし、可変の合焦機能を有してもよい。該合焦機能は、制御部70によって制御されてもよい。 The light receiving unit 60 receives the return light Lr reflected as an off-axis light ray. In front of the light receiving unit 60, for example, an imaging lens 61 is provided so that the screen SC and the light receiving surface of the light receiving unit 60 are conjugated. In this case, on the light receiving surface of the light receiving unit 60, an image corresponding to the projection image on the screen SC is formed based on the light of the return light Lr that is incident through the image forming element 40. The light receiving unit 60 may include an image sensor that detects the spatial distribution of the return light Lr, for example, a one-dimensional image sensor or a two-dimensional image sensor. The light receiving unit 60 may include a point sensor that detects the overall intensity of the return light Lr. The imaging lens 61 may conjugate the image forming element 40 and the light receiving unit 60, or may have a variable focusing function. The focusing function may be controlled by the control unit 70.

制御部70は、例えば、マイコン、DSP、FPGA、ASIC等の種々の半導体集積回路で構成してもよい。制御部70は、予め設定されたプログラムに従って、光源10、カラーホイール20、駆動部41、駆動部51、受光部60などの各種コンポーネントおよび装置全体の動作を制御する。 The control unit 70 may be configured by various semiconductor integrated circuits such as a microcomputer, DSP, FPGA, ASIC and the like. The control unit 70 controls the operation of various components such as the light source 10, the color wheel 20, the driving unit 41, the driving unit 51, the light receiving unit 60, and the entire device according to a preset program.

制御部70は、受光部60の受光結果に基づいて、投射光学系50及び画像形成素子40の少なくとも一方の位置ずれを示すずれ量を算出する演算部71を含んでもよい。受光部60の受光面における投射画像に対応した像の強度分布は、後述するように該位置ずれに応じて変動する。このことから、ずれ量の一例として、演算部71は、受光部60からの信号に基づいて、スクリーンSCに対して光軸方向に沿った投射画像のデフォーカス量または像面湾曲量を算出してもよい。演算部71はまた、受光部60からの信号に基づいて、スクリーンSCに対して光軸方向に直交する方向に沿った投射画像の偏差量を算出してもよい。 The control unit 70 may include a calculation unit 71 that calculates a shift amount indicating a positional shift of at least one of the projection optical system 50 and the image forming element 40 based on the light reception result of the light receiving unit 60. The intensity distribution of the image corresponding to the projection image on the light receiving surface of the light receiving unit 60 varies according to the positional deviation, as described later. From this, as an example of the shift amount, the calculation unit 71 calculates the defocus amount or the field curvature amount of the projection image along the optical axis direction with respect to the screen SC, based on the signal from the light receiving unit 60. May be. The calculation unit 71 may also calculate the deviation amount of the projection image along the direction orthogonal to the optical axis direction with respect to the screen SC, based on the signal from the light receiving unit 60.

図3は、プリズムユニット30の一例を示す外観図であり、図3(A)は平面図、図3(B)は斜視図、図3(C)は正面図、図3(D)は側面図である。プリズムユニット30は、プリズム31,33,34で構成される。図1に示したプリズム35は、2つのプリズム33,34に対応する。 FIG. 3 is an external view showing an example of the prism unit 30. FIG. 3(A) is a plan view, FIG. 3(B) is a perspective view, FIG. 3(C) is a front view, and FIG. 3(D) is a side view. It is a figure. The prism unit 30 is composed of prisms 31, 33 and 34. The prism 35 shown in FIG. 1 corresponds to the two prisms 33 and 34.

プリズム31は、光源10からの照明光が内部に入射する面31aと、内部に入射した照明光を全反射する面31bと、面31bで全反射した照明光が通過する面31cとを有する。図3の例において、各々の面31a、31b、31cは、画像形成素子40の水平方向Xと平行である。また面31a、31bは、画像形成素子40の垂直方向Yおよび法線方向Zに対して傾斜する。一方、面31cは、画像形成素子40の垂直方向Yと平行であり、法線方向Zと直交する。 The prism 31 has a surface 31a on which the illumination light from the light source 10 enters, a surface 31b that totally reflects the illumination light that enters the interior, and a surface 31c through which the illumination light totally reflected on the surface 31b passes. In the example of FIG. 3, each surface 31a, 31b, 31c is parallel to the horizontal direction X of the image forming element 40. The surfaces 31a and 31b are inclined with respect to the vertical direction Y and the normal direction Z of the image forming element 40. On the other hand, the surface 31c is parallel to the vertical direction Y of the image forming element 40 and orthogonal to the normal direction Z.

プリズム33は、プリズム31の面31bを通過したON光L1が内部に入射する面33aと、内部に入射したON光L1が通過し、画像形成素子40からの戻り光Lrが全反射する面33bと、全反射した戻り光Lrが外部に向けて通過する面33cとを有する。面33aは面31bと平行であり、面33bは面34aと平行である。面33cは、垂直方向Yと平行であり、各方向X,Zおよび各面31b,31c,33a,33bに対して傾いている。 The prism 33 has a surface 33a on which the ON light L1 that has passed through the surface 31b of the prism 31 enters, and a surface 33b on which the ON light L1 that has entered the inside passes and the return light Lr from the image forming element 40 is totally reflected. And a surface 33c through which the totally reflected return light Lr passes toward the outside. The surface 33a is parallel to the surface 31b, and the surface 33b is parallel to the surface 34a. The surface 33c is parallel to the vertical direction Y and is inclined with respect to the respective directions X and Z and the surfaces 31b, 31c, 33a and 33b.

プリズム34は、プリズム33の面33bを通過したON光L1が内部に入射し、スクリーンSCからの戻り光Lrが通過する面34aと、内部に入射したON光L1が通過し、スクリーンSCからの戻り光Lrが通過する面34bとを有する。面34bは面31cと平行である。面31bと面33aとの間には僅かな空隙が設けられ、面33bと面34aとの間には僅かな空隙が設けられる。面33cは、面33bで全反射した戻り光Lrの光軸に対して垂直となるように設計される。なお理解容易のため、OFF光L2については図示を省略している。 The ON light L1 that has passed through the surface 33b of the prism 33 is incident on the inside of the prism 34, and the surface 34a through which the return light Lr from the screen SC passes and the ON light L1 that is incident inside passes through the prism 34 and The surface 34b through which the return light Lr passes. The surface 34b is parallel to the surface 31c. A slight gap is provided between the surfaces 31b and 33a, and a slight gap is provided between the surfaces 33b and 34a. The surface 33c is designed to be perpendicular to the optical axis of the return light Lr totally reflected by the surface 33b. For ease of understanding, illustration of the OFF light L2 is omitted.

受光部60および結像レンズ61は、面33cに対向するように配置される。このような配置によると、TRP方式のDMDにおいて、ON/OFFが切り替わる最中にもON光L1およびOFF光L2が受光部60に入射しないようにすることができる。 The light receiving unit 60 and the imaging lens 61 are arranged so as to face the surface 33c. With such an arrangement, in the TRP DMD, it is possible to prevent the ON light L1 and the OFF light L2 from entering the light receiving unit 60 even during the ON/OFF switching.

[1−2.動作]
次に本実施形態に係る画像投射装置1の動作について説明する。図4は、画像投射装置1の動作を示す説明図であり、図4(A)は理想的な場合を示し、図4(B)は投射画像にずれが発生している場合を示す。
[1-2. motion]
Next, the operation of the image projection device 1 according to this embodiment will be described. 4A and 4B are explanatory diagrams showing the operation of the image projection apparatus 1. FIG. 4A shows an ideal case, and FIG. 4B shows a case where a deviation occurs in the projected image.

光源10から供給される照明光L0は、ロッドインテグレータ21などの作用により、均一な強度分布を有する。こうした照明光L0は、プリズムユニット30を経由して画像形成素子40に入射し、画像信号に応じて空間変調される。図4では、画像信号として、白レベル1で黒レベル0のコントラスト100%を示す市松模様であるテストパターンを例示しているが、他のテストパターンでも構わない。 The illumination light L0 supplied from the light source 10 has a uniform intensity distribution due to the action of the rod integrator 21 and the like. The illumination light L0 enters the image forming element 40 via the prism unit 30 and is spatially modulated according to the image signal. In FIG. 4, as the image signal, a test pattern that is a checkered pattern showing a contrast of 100 at white level 1 and at black level 0 is illustrated, but other test patterns may be used.

画像形成素子40から出射したON光L1は、プリズムユニット30を経由して投射光学系50によってスクリーンSCに投射される。スクリーンSCで反射した戻り光Lrは、投射光学系50およびプリズムユニット30を再び通過して、画像形成素子40に入射する。画像形成素子40には、ON状態のミラーMとOFF状態のミラーMとが混在している。 The ON light L1 emitted from the image forming element 40 is projected onto the screen SC by the projection optical system 50 via the prism unit 30. The return light Lr reflected by the screen SC passes through the projection optical system 50 and the prism unit 30 again, and enters the image forming element 40. In the image forming element 40, the mirror M in the ON state and the mirror M in the OFF state are mixed.

理想的な場合は、図4(A)に示すように、スクリーンSCにおいて、白レベル1で黒レベル0のコントラスト100%を示す市松模様が表示される。白レベル1の画素に対応する戻り光Lrは、ON状態のミラーMによって光源10に向かう方向に反射し、受光部60には入射しない。黒レベル0の画素に対応する戻り光Lrは、理想的には存在しない。従って、受光部60では、全面に渡って黒レベル0の強度分布が検出される。なお、OFF状態のミラーMによって反射したOFF光L2は、結像させた場合、白黒反転した市松模様を示す。 In an ideal case, as shown in FIG. 4A, a checkerboard pattern showing a contrast of 100 at white level 1 and at black level 0 is displayed on the screen SC. The return light Lr corresponding to the pixel of white level 1 is reflected by the mirror M in the ON state toward the light source 10 and does not enter the light receiving unit 60. The return light Lr corresponding to the black level 0 pixel ideally does not exist. Therefore, the light receiving unit 60 detects the intensity distribution of the black level 0 over the entire surface. The OFF light L2 reflected by the mirror M in the OFF state shows a checkered pattern with black and white reversal when it is imaged.

一方、投射画像にずれが発生している場合は、図4(B)に示すように、スクリーンSCにおいて、図4(A)の場合よりも低いコントラストの市松模様になり、一例として、白レベル0.9で黒レベル0.1のコントラスト80%を示す市松模様が表示される。白レベル0.9の画素に対応する戻り光Lrは、ON状態のミラーMによって光源10に向かう方向に反射し、受光部60には入射しない。黒レベル0.1の画素に対応する戻り光Lrは、OFF状態のミラーMによって反射し、受光部60に入射する。このとき受光部60では、一例として、白レベル0.1で黒レベル0の市松模様を示す強度分布が検出される。なお、OFF状態のミラーMによって反射したOFF光L2は、結像させた場合、白黒反転した市松模様を示す。OFF状態のミラーMによって反射した戻り光Lrも、白黒反転した市松模様を示す。 On the other hand, when the projection image is displaced, as shown in FIG. 4(B), the screen SC has a checkered pattern with a lower contrast than that in the case of FIG. 4(A). A checkerboard pattern showing a contrast of 80% at a black level of 0.1 is displayed at 0.9. The return light Lr corresponding to the pixel having the white level of 0.9 is reflected by the mirror M in the ON state toward the light source 10 and does not enter the light receiving unit 60. The return light Lr corresponding to the pixel having the black level of 0.1 is reflected by the mirror M in the OFF state and enters the light receiving unit 60. At this time, the light receiving unit 60 detects, for example, an intensity distribution showing a checkerboard pattern with a white level of 0.1 and a black level of 0. The OFF light L2 reflected by the mirror M in the OFF state shows a checkered pattern with black and white reversal when it is imaged. The return light Lr reflected by the mirror M in the OFF state also shows a black and white checkered pattern.

こうして受光部60で全面黒以外の強度分布が検出された場合、画像形成素子40、プリズムユニット30および投射光学系50の間で光軸方向の位置ずれまたは光軸方向に垂直な位置ずれが発生したものと推測できる。そこで、受光部60で全面黒の強度分布が検出されるように、制御部70によるフィードバック制御が行われる。例えば、制御部70は、駆動部41を制御して画像形成素子40の位置を調整してもよい。または、制御部70は、駆動部51を制御して、投射光学系50を構成するレンズ素子の少なくとも一部の位置を調整してもよい。この際、制御部70は、受光部60の検出結果に基づき、演算部71として各種ずれ量を適宜、算出して、フィードバック制御に用いることができる。演算部71は、戻り光Lrによる白黒反転した市松模様における白レベルの大きさをずれ量として算出してもよい。 In this way, when the light receiving unit 60 detects an intensity distribution other than black on the entire surface, a displacement in the optical axis direction or a displacement in the optical axis direction occurs between the image forming element 40, the prism unit 30, and the projection optical system 50. You can guess that you did. Therefore, feedback control is performed by the control unit 70 so that the light receiving unit 60 detects the intensity distribution of the entire black. For example, the controller 70 may control the driver 41 to adjust the position of the image forming element 40. Alternatively, the control unit 70 may control the drive unit 51 to adjust the position of at least a part of the lens elements forming the projection optical system 50. At this time, the control unit 70 can appropriately calculate various deviation amounts as the calculation unit 71 based on the detection result of the light receiving unit 60 and use them for feedback control. The calculation unit 71 may calculate the magnitude of the white level in the checkered pattern in which the return light Lr is inverted in black and white as the deviation amount.

[1−3.効果等]
本実施形態に係る光学ユニット1Bは、照明光L0を空間変調するように反射して画像を形成する画像形成素子40と、画像形成素子40で形成された画像を投射するように、画像形成素子40からの光を外部に出射する投射光学系50とを備える。画像形成素子40は、照明光L0を投射光学系50に入射させるように反射する第1角度位置または該第1角度位置とは異なる第2角度位置に個別に保持可能な複数のミラーMを備える。光学ユニット1Bはさらに、外部から投射光学系50を通過して画像形成素子40に到達し、画像形成素子40において第2角度位置に保持されたミラーMによって反射した戻り光Lrを受光する受光部60を備える。
[1-3. Effect, etc.]
The optical unit 1B according to the present embodiment includes an image forming element 40 that reflects the illumination light L0 so as to spatially modulate it to form an image, and an image forming element that projects the image formed by the image forming element 40. And a projection optical system 50 that emits light from the outside. The image forming element 40 includes a plurality of mirrors M that can individually hold the illumination light L0 at a first angular position that reflects the illumination light L0 so as to enter the projection optical system 50 or at a second angular position that is different from the first angular position. .. The optical unit 1B further receives the return light Lr that passes through the projection optical system 50 from the outside to reach the image forming element 40 and is reflected by the mirror M held at the second angular position in the image forming element 40. 60 is provided.

以上の構成によると、スクリーンSCに投射された光の一部が反射して、投射光学系50を逆行して画像形成素子40に到達し、第2角度位置のミラーMによって反射した戻り光Lrを受光部60で受光することができる。これにより、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを監視できる。 According to the above configuration, a part of the light projected on the screen SC is reflected, goes backward through the projection optical system 50, reaches the image forming element 40, and is returned by the mirror M at the second angular position. Can be received by the light receiving unit 60. As a result, it is possible to monitor the optical displacement that may occur during image projection.

本実施形態に係る光学ユニットは、画像形成素子40と投射光学系50との間に設けられ、画像形成素子40において第2角度位置に保持されたミラーMによって反射した戻り光Lrを受光部60に導光するプリズムユニット30をさらに備えてもよい。 The optical unit according to the present embodiment is provided between the image forming element 40 and the projection optical system 50, and receives the return light Lr reflected by the mirror M held at the second angular position in the image forming element 40, the light receiving unit 60. A prism unit 30 that guides light to the light may be further included.

これにより、スクリーンSCからの戻り光Lrが効率よく検出できる。 Thereby, the return light Lr from the screen SC can be efficiently detected.

本実施形態に係る光学ユニットにおいて、プリズムユニット30は、第1プリズム31および第2プリズム33を含んでもよい。第1プリズム31は、照明光L0を画像形成素子40に向けて全反射する面31bを有してもよい。第2プリズム33は、画像形成素子40において第1角度位置に保持されたミラーMによって反射した光が通過し、かつ、投射光学系50からの戻り光Lrが透過して画像形成素子40において第2角度位置に保持されたミラーMによって反射した戻り光Lrが全反射する面33bを有してもよい。 In the optical unit according to this embodiment, the prism unit 30 may include a first prism 31 and a second prism 33. The first prism 31 may have a surface 31b that totally reflects the illumination light L0 toward the image forming element 40. The light reflected by the mirror M held at the first angular position in the image forming element 40 passes through the second prism 33, and the return light Lr from the projection optical system 50 passes through the second prism 33. It may have a surface 33b on which the return light Lr reflected by the mirror M held at the two-angle position is totally reflected.

これにより、スクリーンSCからの戻り光Lrが効率よく検出できる。 Thereby, the return light Lr from the screen SC can be efficiently detected.

本実施形態に係る光学ユニットは、受光部60の受光結果に基づいて、投射光学系50及び画像形成素子40の少なくとも一方の位置ずれを示すずれ量を算出する演算部71をさらに備えてもよい。 The optical unit according to the present embodiment may further include a calculation unit 71 that calculates a shift amount indicating a positional shift of at least one of the projection optical system 50 and the image forming element 40 based on the light reception result of the light receiving unit 60. ..

これにより、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを定量的に監視できる。 As a result, it is possible to quantitatively monitor the optical displacement that may occur during image projection.

本実施形態に係る光学ユニットは、前記ずれ量に基づいて、投射光学系50の少なくとも一部及び/又は画像形成素子40の位置を調整する駆動部41,51をさらに備えてもよい。 The optical unit according to the present embodiment may further include drive units 41 and 51 that adjust the positions of at least a part of the projection optical system 50 and/or the image forming element 40 based on the shift amount.

これにより、光学的な位置ずれを迅速に解消できる。 As a result, it is possible to quickly eliminate the optical displacement.

本実施形態に係る光学ユニットにおいて、受光部60は、戻り光Lrの空間分布に応じた画像を撮像する撮像センサを含んでもよい。 In the optical unit according to the present embodiment, the light receiving section 60 may include an image sensor that captures an image according to the spatial distribution of the return light Lr.

これにより、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを高精度で監視できる。 As a result, it is possible to monitor with high accuracy the optical displacement that may occur during image projection.

本実施形態に係る光学ユニットにおいて、画像形成素子40は、TRP方式のDMDを含んでもよい。 In the optical unit according to the present embodiment, the image forming element 40 may include a TRP DMD.

これにより、高品質の投射画像を生成できる。 Thereby, a high quality projection image can be generated.

本実施形態に係る画像投射装置は、上述した光学ユニットと、照明光L0を発生する光源10と、を備えてもよい。 The image projection apparatus according to this embodiment may include the above-described optical unit and the light source 10 that generates the illumination light L0.

これにより、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを監視できる。 As a result, it is possible to monitor the optical displacement that may occur during image projection.

(実施形態2)
以下、図5を用いて本開示の実施形態2を説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG.

[2−1.構成]
本実施形態に係る画像投射装置は、図1に示した画像投射装置1と同様な構成を有しており、受光部60として位相差センサを使用している。
[2-1. Constitution]
The image projection apparatus according to this embodiment has the same configuration as the image projection apparatus 1 shown in FIG. 1, and uses a phase difference sensor as the light receiving unit 60.

図5は、位相差センサの一例を示す構成図であり、図5(A)は後デフォーカス状態、図5(B)は合焦状態、図5(C)は前デフォーカス状態を示す。この位相差センサは、一対の集光レンズ62a,62bと、一対のイメージセンサ63a,63bとを含む。集光レンズ62a,62bは、結像レンズ61の光軸に対して両側に変位するように設けられ、図5(B)に示す合焦状態において、検出面Pdとイメージセンサ63a,63bの受光面とが共役になるように設計される。イメージセンサ63aは、集光レンズ62aによって集光された光の強度分布を検出する。イメージセンサ63bは、集光レンズ62bによって集光された光の強度分布を検出する。 5A and 5B are configuration diagrams showing an example of the phase difference sensor. FIG. 5A shows a rear defocus state, FIG. 5B shows a focused state, and FIG. 5C shows a front defocus state. The phase difference sensor includes a pair of condenser lenses 62a and 62b and a pair of image sensors 63a and 63b. The condenser lenses 62a and 62b are provided so as to be displaced on both sides with respect to the optical axis of the imaging lens 61, and in the in-focus state shown in FIG. 5B, the detection surface Pd and the image sensors 63a and 63b receive light. It is designed to be conjugate with the surface. The image sensor 63a detects the intensity distribution of the light condensed by the condenser lens 62a. The image sensor 63b detects the intensity distribution of the light condensed by the condenser lens 62b.

[2−2.動作]
図5(B)に示す合焦状態では、結像レンズ61によって結像された像は検出面Pdと一致しており、この像が集光レンズ62a,62bによってイメージセンサ63a,63bにそれぞれ結像される。このとき演算部71によって光強度分布のピーク間の距離DBが計測される。
[2-2. motion]
In the in-focus state shown in FIG. 5B, the image formed by the image forming lens 61 coincides with the detection surface Pd, and this image is formed on the image sensors 63a and 63b by the condenser lenses 62a and 62b, respectively. To be imaged. At this time, the calculation unit 71 measures the distance DB between the peaks of the light intensity distribution.

図5(A)に示す後デフォーカス状態では、結像レンズ61によって結像された像は検出面Pdから後方にシフトしており、集光レンズ62a,62bによって結像される像は互いに遠ざかる。このとき演算部71によって光強度分布のピーク間の距離DAが計測され、距離DAは距離DBより大きくなる。 In the post-defocus state shown in FIG. 5A, the image formed by the image forming lens 61 is shifted rearward from the detection surface Pd, and the images formed by the condenser lenses 62a and 62b move away from each other. .. At this time, the calculation unit 71 measures the distance DA between the peaks of the light intensity distribution, and the distance DA becomes larger than the distance DB.

図5(C)に示す前デフォーカス状態では、結像レンズ61によって結像された像は検出面Pdから前方にシフトしており、集光レンズ62a,62bによって結像される像は互いに接近する。このとき演算部71によって光強度分布のピーク間の距離DCが計測され、距離DCは距離DBより小さくなる。 In the front defocus state shown in FIG. 5C, the image formed by the image forming lens 61 is shifted forward from the detection surface Pd, and the images formed by the condenser lenses 62a and 62b are close to each other. To do. At this time, the calculation unit 71 measures the distance DC between the peaks of the light intensity distribution, and the distance DC becomes smaller than the distance DB.

[2−3.効果等]
こうして光強度分布のピーク間の距離を計測することによって検出面Pdを基準としたデフォーカス量が算出できる。また結像レンズ61によって検出面PdとスクリーンSCとが共役であるため、スクリーンSCに投射された画像のデフォーカス量が検出できる。
[2-3. Effect, etc.]
By measuring the distance between the peaks of the light intensity distribution in this way, the defocus amount based on the detection surface Pd can be calculated. Further, since the detection surface Pd and the screen SC are conjugated by the imaging lens 61, the defocus amount of the image projected on the screen SC can be detected.

本実施形態において、受光部60は、投射面に投射された画像のデフォーカス量を検出する位相差センサを含んでもよい。 In the present embodiment, the light receiving unit 60 may include a phase difference sensor that detects the defocus amount of the image projected on the projection surface.

これにより、投射画像のデフォーカス量を高精度で監視できる。 This makes it possible to monitor the defocus amount of the projected image with high accuracy.

(実施形態3)
以下、図6を用いて本開示の実施形態3を説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, Embodiment 3 of the present disclosure will be described with reference to FIG. 6.

実施形態1,2に係る画像投射装置1と同様の構成、動作の説明は適宜、省略して、本実施形態に係る画像投射装置を説明する。 Description of the same configuration and operation as those of the image projection apparatus 1 according to the first and second embodiments will be appropriately omitted, and the image projection apparatus according to the present embodiment will be described.

[3−1.構成]
図6は、実施形態3に係る画像投射装置100の一例を示す構成図である。ここでは、画像投射装置100の一例として、光の三原色ごとに3つの画像形成素子を使用した三板式プロジェクタについて説明する。
[3-1. Constitution]
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of the image projection apparatus 100 according to the third embodiment. Here, as an example of the image projection apparatus 100, a three-plate projector using three image forming elements for each of the three primary colors of light will be described.

画像投射装置100は、光源ユニット100Aと、光学ユニット100Bとを備える。光源ユニット100Aは、光源10と、レンズ24とを備える。光学ユニット100Bは、プリズムユニット80と、画像形成素子40B,40R,40Gと、投射光学系50と、駆動部51と、受光部60B,60G,60R(不図示)と、制御部70などを備える。画像投射装置1の外部には、スクリーンSCが設けられる。 The image projection device 100 includes a light source unit 100A and an optical unit 100B. The light source unit 100A includes the light source 10 and the lens 24. The optical unit 100B includes a prism unit 80, image forming elements 40B, 40R and 40G, a projection optical system 50, a drive unit 51, light receiving units 60B, 60G and 60R (not shown), a control unit 70 and the like. .. A screen SC is provided outside the image projection device 1.

光源10は、図1と同様に、白色光の照明光L0を発生する。 The light source 10 generates the illumination light L0 of white light, as in FIG.

画像形成素子40B,40R,40Gは、図1に示した画像形成素子40と同じ構成、例えば、DMDを有し、第1角度位置または該第1角度位置とは異なる第2角度位置に個別に制御可能な複数の可動式ミラーがマトリクス状に配置される。画像形成素子40Rは赤色光を空間変調する機能を有し、画像形成素子40Bは青色光を空間変調する機能を有し、画像形成素子40Gは緑色光を空間変調する機能を有する。画像形成素子40B,40R,40Gには、図1に示した駆動部41と同じ構成を有する駆動部(不図示)が個別に設けられ、画像形成素子40B,40R,40Gの各位置が電気的に調整可能である。 The image forming elements 40B, 40R, and 40G have the same configuration as that of the image forming element 40 shown in FIG. 1, for example, DMD, and are individually arranged at a first angular position or a second angular position different from the first angular position. A plurality of controllable movable mirrors are arranged in a matrix. The image forming element 40R has a function of spatially modulating red light, the image forming element 40B has a function of spatially modulating blue light, and the image forming element 40G has a function of spatially modulating green light. The image forming elements 40B, 40R, 40G are individually provided with a drive unit (not shown) having the same configuration as the drive unit 41 shown in FIG. 1, and the respective positions of the image forming elements 40B, 40R, 40G are electrically connected. It is adjustable to.

プリズムユニット80は、一例として、三角柱状のプリズム81,82,83,85および四角柱状のプリズム84を含む。プリズム81は、光源10からの照明光L0を反射し、プリズム82に供給する。 The prism unit 80 includes, for example, triangular prisms 81, 82, 83, 85 and a quadrangular prism 84. The prism 81 reflects the illumination light L0 from the light source 10 and supplies it to the prism 82.

プリズム82は、青反射のダイクロイックミラーを有し、内部に入射した照明光L0のうち青色光のみを反射し、赤色光および緑色光を通過させてプリズム83に供給する。プリズム82によって取り出された青色光は、画像形成素子40Bに入射する。プリズム82は、画像形成素子40Bによって空間変調された青色光を投射光学系50の光軸に沿って反射させる。 The prism 82 has a blue-reflecting dichroic mirror, reflects only blue light of the illumination light L0 entering the inside, passes red light and green light, and supplies them to the prism 83. The blue light extracted by the prism 82 enters the image forming element 40B. The prism 82 reflects the blue light spatially modulated by the image forming element 40B along the optical axis of the projection optical system 50.

プリズム83は、赤反射のダイクロイックミラーを有し、内部に入射した赤色光および緑色光のうち赤色光のみを反射し、緑色光を通過させてプリズム84に供給する。プリズム83によって取り出された赤色光は、画像形成素子40Rに入射する。プリズム83は、画像形成素子40Rによって空間変調された赤色光を投射光学系50の光軸に沿って反射させる。 The prism 83 has a red-reflecting dichroic mirror, reflects only the red light of the red light and the green light incident inside, passes the green light, and supplies the green light to the prism 84. The red light extracted by the prism 83 enters the image forming element 40R. The prism 83 reflects the red light spatially modulated by the image forming element 40R along the optical axis of the projection optical system 50.

プリズム84は、内部に入射した緑色光を画像形成素子40Rに入射させ、画像形成素子40Gによって空間変調された緑色光を投射光学系50の光軸に沿って伝達する。 The prism 84 makes the green light that has entered the inside enter the image forming element 40R, and transmits the green light spatially modulated by the image forming element 40G along the optical axis of the projection optical system 50.

画像形成素子40B,40R,40Gによって個別に空間変調された青色光、赤色光および緑色光は、プリズム82において合成され、プリズム81,85を通過して投射光学系50に入射する。投射光学系50は、合成された青色光、赤色光および緑色光をスクリーンSCに向けて拡大して投射する。 The blue light, the red light, and the green light spatially modulated individually by the image forming elements 40B, 40R, and 40G are combined in the prism 82, pass through the prisms 81 and 85, and enter the projection optical system 50. The projection optical system 50 magnifies and projects the combined blue light, red light, and green light toward the screen SC.

スクリーンSCに投射された光の一部はスクリーンSCで反射し、戻り光Lrとなって、光軸に沿って逆方向に進行し、投射光学系50およびプリズムユニット80を再び通過して色分解され、画像形成素子40B,40R,40Gに到達する。画像形成素子40B,40R,40Gには、図2に示したように、第1角度位置、即ち、ON状態のミラーMと、第2角度位置、即ち、OFF状態のミラーMとが混在している。戻り光LrがON状態のミラーMに入射すると、光源10に向かう方向に反射する。一方、戻り光LrがOFF状態のミラーMに入射すると、光軸に対して交差する方向に反射して軸外光線となる。 A part of the light projected on the screen SC is reflected by the screen SC and becomes return light Lr, which travels in the opposite direction along the optical axis, passes through the projection optical system 50 and the prism unit 80 again, and undergoes color separation. Then, the image forming elements 40B, 40R, 40G are reached. As shown in FIG. 2, the image forming elements 40B, 40R, and 40G have a mixture of a mirror M in a first angular position, that is, an ON state, and a mirror M in a second angular position, that is, an OFF state. There is. When the return light Lr enters the mirror M in the ON state, it is reflected in the direction toward the light source 10. On the other hand, when the return light Lr enters the mirror M in the OFF state, it is reflected in a direction intersecting the optical axis and becomes an off-axis light ray.

受光部60Bは、画像形成素子40Bによって軸外光線として反射した青色戻り光Lrを受光する。受光部60Gは、画像形成素子40Bによって軸外光線として反射した緑色戻り光Lrを受光する。また画像形成素子40Rによって軸外光線として反射した赤色戻り光Lrを受光する受光部60R(不図示)も設けられる。各受光部の前方には、スクリーンSCと受光部の受光面が共役となるように結像レンズ(不図示)が設けられる。 The light receiving unit 60B receives the blue return light Lr reflected by the image forming element 40B as an off-axis light beam. The light receiving unit 60G receives the green return light Lr reflected by the image forming element 40B as an off-axis light beam. Further, a light receiving portion 60R (not shown) that receives the red return light Lr reflected as an off-axis ray by the image forming element 40R is also provided. An imaging lens (not shown) is provided in front of each light receiving unit so that the screen SC and the light receiving surface of the light receiving unit are conjugated.

各受光部は、それぞれ実施形態1,2の受光部60と同様に構成できる。 Each light receiving unit can be configured similarly to the light receiving unit 60 of the first and second embodiments.

制御部70は、実施形態1と同様に、予め設定されたプログラムに従って、光源10、カラーホイール20、画像形成素子40B,40R,40G用の駆動部、駆動部51、受光部などの各種コンポーネントおよび装置全体の動作を制御する。 Similar to the first embodiment, the control unit 70, according to a preset program, various components such as the light source 10, the color wheel 20, the driving units for the image forming elements 40B, 40R, and 40G, the driving unit 51, the light receiving unit, and the like. Controls the operation of the entire device.

[3−2.動作]
次に本実施形態に係る画像投射装置100の動作について説明する。画像投射装置100は、3つの画像形成素子40B,40R,40Gの各々において、光の三原色ごとに実施形態1の画像形成素子40と同様な動作を行う。また実施形態1,2と同様に、各受光部で全面黒の強度分布が検出されるように、制御部70によるフィードバック制御が行われる。制御部70は、演算部71として機能し、各受光部の受光結果に基づいて、画像形成素子40B,40R,40Gに関するずれ量を算出してもよい。一例として、演算部71は、各受光部からの信号に基づいて、各色の投射画像のデフォーカス量または像面湾曲量を算出してもよい。演算部71はまた、各受光部からの信号に基づいて、各色の投射画像の偏差量を算出してもよい。
[3-2. motion]
Next, the operation of the image projection apparatus 100 according to this embodiment will be described. The image projection apparatus 100 performs the same operation as that of the image forming element 40 of the first embodiment for each of the three image forming elements 40B, 40R, and 40G for each of the three primary colors of light. Further, similarly to the first and second embodiments, the feedback control is performed by the control unit 70 so that the intensity distribution of the entire surface black is detected by each light receiving unit. The control unit 70 may function as the calculation unit 71, and may calculate the shift amount regarding the image forming elements 40B, 40R, and 40G based on the light reception result of each light receiving unit. As an example, the calculation unit 71 may calculate the defocus amount or the field curvature amount of the projection image of each color based on the signal from each light receiving unit. The calculation unit 71 may also calculate the deviation amount of the projection image of each color based on the signal from each light receiving unit.

[3−3.効果等]
本実施形態によると、三板式プロジェクタにおいても画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを監視できる。
[3-3. Effect, etc.]
According to the present embodiment, it is possible to monitor an optical displacement that may occur during image projection even in a three-plate type projector.

本実施形態において、画像形成素子として、照明光L0のうち青色光、赤色光および緑色光をそれぞれ空間変調する3つの画像形成素子40B,40R,40Gが設けられてもよい。また受光部として、戻り光Lrのうち青色戻り光、赤色戻り光および緑色戻り光をそれぞれ受光する3つの受光部60B,60G,60Rが設けられてもよい。 In the present embodiment, as the image forming elements, three image forming elements 40B, 40R, 40G that spatially modulate blue light, red light, and green light of the illumination light L0 may be provided. Further, as the light receiving unit, three light receiving units 60B, 60G, and 60R may be provided that respectively receive the blue return light, the red return light, and the green return light of the return light Lr.

これにより、青色光、赤色光および緑色光について、画像投射時に発生し得る光学的な位置ずれを監視できる。 This makes it possible to monitor the optical misalignment of blue light, red light, and green light that may occur during image projection.

(他の実施形態)
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、実施形態1〜3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、適宜、変更、置換、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記各実施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。そこで、以下、他の実施形態を例示する。
(Other embodiments)
As described above, the first to third embodiments have been described as examples of the technique disclosed in the present application. However, the technique of the present disclosure is not limited to this, and is also applicable to the embodiment in which changes, replacements, additions, omissions, etc. are appropriately made. Further, it is also possible to combine the constituent elements described in each of the above-described embodiments to form a new embodiment. Therefore, other embodiments will be exemplified below.

上記の各実施形態では、画像形成素子40,40B,40R,40Gの一例として、TRP方式のDMDを例示したが、種々の空間光変調素子、例えばVSP(Voltage Scalable Pixel)方式のDMDを使用してもよい。 In each of the above-described embodiments, the TRP DMD is illustrated as an example of the image forming elements 40, 40B, 40R, and 40G, but various spatial light modulators, for example, VSP (Voltage Scalable Pixel) DMDs are used. May be.

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、添付図面および詳細な説明を提供した。 As described above, the embodiments have been described as examples of the technology according to the present disclosure. To that end, the accompanying drawings and detailed description are provided.

したがって、添付図面およ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。そのため、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。 Therefore, among the components described in the accompanying drawings and the detailed description, not only the components essential for solving the problem but also the components not essential for solving the problem in order to exemplify the above technology Can also be included. Therefore, it should not be immediately recognized that the non-essential components are essential by the fact that the non-essential components are described in the accompanying drawings and the detailed description.

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、種々の変更、置換、付加、省略などを行うことができる。 Further, since the above-described embodiments are for exemplifying the technique of the present disclosure, various changes, substitutions, additions, omissions, etc. can be made within the scope of the claims or the scope of equivalents thereof.

本開示は、画像を投射する画像投射装置、例えば、プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ等において適用可能である。 The present disclosure can be applied to an image projection device that projects an image, such as a projector or a head-up display.

1,100 画像投射装置
1A,100A 光源ユニット
1B,100B 光学ユニット
10 光源
20 カラーホイール
21 ロッドインテグレータ
11,22,23,24 レンズ
30,80 プリズムユニット
31,33〜35,81〜85 プリズム
40,40B,40R,40G 画像形成素子
41 駆動部
50 投射光学系
51 駆動部
60,60B,60G 受光部
61 結像レンズ
70 制御部
71 演算部
L0 照明光
L1 ON光
L2 OFF光
Lr 戻り光
SC スクリーン
1,100 Image projection apparatus 1A, 100A Light source unit 1B, 100B Optical unit 10 Light source 20 Color wheel 21 Rod integrator 11, 22, 23, 24 Lens 30, 80 Prism unit 31, 33-35, 81-85 Prism 40, 40B , 40R, 40G image forming element 41 driving unit 50 projection optical system 51 driving unit 60, 60B, 60G light receiving unit 61 imaging lens 70 control unit 71 calculation unit L0 illumination light L1 ON light L2 OFF light Lr return light SC screen

Claims (10)

画像を投射する画像投射装置において照明光に基づき該画像を生成する光学ユニットであって、
前記照明光を空間変調するように反射して画像を形成する画像形成素子と、
前記画像形成素子で形成された画像を投射するように、前記画像形成素子からの光を外部に出射する投射光学系と、を備え、
前記画像形成素子は、前記照明光を前記投射光学系に入射させるように反射する第1角度位置または該第1角度位置とは異なる第2角度位置に個別に保持可能な複数のミラーを備え、
外部から前記投射光学系を通過して前記画像形成素子に到達し、前記画像形成素子において第2角度位置に保持されたミラーによって反射した戻り光を受光する受光部をさらに備える、光学ユニット。
An optical unit that generates an image based on illumination light in an image projection device that projects an image,
An image forming element that reflects the illumination light so as to spatially modulate it to form an image,
A projection optical system that emits light from the image forming element to the outside so as to project an image formed by the image forming element,
The image forming element includes a plurality of mirrors that can be individually held at a first angular position that reflects the illumination light so as to enter the projection optical system or a second angular position that is different from the first angular position,
The optical unit further comprising a light receiving unit that receives the return light that has passed through the projection optical system from the outside to reach the image forming element and is reflected by a mirror held at the second angle position in the image forming element.
前記画像形成素子と前記投射光学系との間に設けられ、前記画像形成素子において第2角度位置に保持されたミラーによって反射した戻り光を前記受光部に導光するプリズムユニットをさらに備える請求項1記載の光学ユニット。 The prism unit is further provided between the image forming element and the projection optical system, and further includes a prism unit that guides return light reflected by a mirror held at a second angular position in the image forming element to the light receiving unit. 1. The optical unit according to 1. 前記プリズムユニットは、第1プリズムおよび第2プリズムを含み、
前記第1プリズムは、前記照明光を前記画像形成素子に向けて全反射する面を有し、
前記第2プリズムは、前記画像形成素子において第1角度位置に保持されたミラーによって反射した光が通過し、かつ、前記投射光学系からの戻り光が透過して前記画像形成素子において第2角度位置に保持されたミラーによって反射した戻り光が全反射する面を有する、請求項2記載の光学ユニット。
The prism unit includes a first prism and a second prism,
The first prism has a surface that totally reflects the illumination light toward the image forming element,
In the second prism, the light reflected by the mirror held at the first angle position in the image forming element passes, and the return light from the projection optical system transmits to the second angle in the image forming element. The optical unit according to claim 2, wherein the optical unit has a surface on which return light reflected by a mirror held in a position is totally reflected.
前記受光部の受光結果に基づいて、前記投射光学系及び前記画像形成素子の少なくとも一方の位置ずれを示すずれ量を算出する演算部をさらに備える請求項1記載の光学ユニット。 The optical unit according to claim 1, further comprising a calculation unit that calculates a shift amount indicating a positional shift of at least one of the projection optical system and the image forming element based on a light reception result of the light receiving unit. 前記ずれ量に基づいて、前記投射光学系の少なくとも一部及び/又は前記画像形成素子の位置を調整する駆動部をさらに備える請求項2記載の光学ユニット。 The optical unit according to claim 2, further comprising a drive unit that adjusts the position of at least a part of the projection optical system and/or the image forming element based on the shift amount. 前記受光部は、戻り光の空間分布に応じた画像を撮像する撮像センサを含む請求項1記載の光学ユニット。 The optical unit according to claim 1, wherein the light receiving unit includes an image sensor that captures an image according to a spatial distribution of return light. 前記受光部は、投射面に投射された画像のデフォーカス量を検出する位相差センサを含む請求項1記載の光学ユニット。 The optical unit according to claim 1, wherein the light receiving unit includes a phase difference sensor that detects a defocus amount of an image projected on a projection surface. 前記画像形成素子は、TRP方式のDMDを含む請求項1記載の光学ユニット。 The optical unit according to claim 1, wherein the image forming element includes a TRP DMD. 前記画像形成素子として、前記照明光のうち青色光、赤色光および緑色光をそれぞれ空間変調する3つの画像形成素子が設けられ、
前記受光部として、前記戻り光のうち青色戻り光、赤色戻り光および緑色戻り光をそれぞれ受光する3つの受光部が設けられる請求項1記載の光学ユニット。
As the image forming element, three image forming elements for spatially modulating blue light, red light, and green light of the illumination light are provided,
The optical unit according to claim 1, wherein the light receiving unit is provided with three light receiving units that respectively receive blue return light, red return light, and green return light of the return light.
請求項1〜8のいずれかに記載の光学ユニットと、
前記照明光を発生する光源と、を備える画像投射装置。
An optical unit according to any one of claims 1 to 8,
An image projection apparatus comprising: a light source that generates the illumination light.
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WO2024075748A1 (en) * 2022-10-05 2024-04-11 パナソニックIpマネジメント株式会社 Prism group and projection-type video display device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11914278B2 (en) 2021-05-28 2024-02-27 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Prism block and projection display apparatus
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