JP2020122874A - Optical unit and image projection device - Google Patents
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Abstract
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。
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.
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.
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,
[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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
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
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
[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
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
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
[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
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
光源10は、図1と同様に、白色光の照明光L0を発生する。
The
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
[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
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
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
Claims (10)
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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019014702A JP2020122874A (en) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | Optical unit and image projection device |
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Cited By (2)
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 |
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 |
-
2019
- 2019-01-30 JP JP2019014702A patent/JP2020122874A/en active Pending
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