JP2006113469A - プロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プロジェクタは、光源と、光源の射出光束の照明光軸上に配置され、画像情報に応じた光学像を形成する光変調素子441と、光学像を拡大投射する投射レンズ3と、これらの間に入射光束を光学変換する光学変換素子443Bとを備える。光学変換素子443Bの光学変換領域は、光変調素子441から射出され、投射レンズ3から射出される光束の略全てが入射する形状で形成される。投射レンズ3のレンズ光軸Aは、光変調素子441の光学像形成領域の中心を通り照明光軸に平行な中心軸Cに平行にずれている。光学変換素子443Bの光学変換領域の中心を通り照明光軸に平行な中心軸Eは、中心軸Cに対するレンズ光軸Aのずれ方向に直交し中心軸Cを含む平面と、当該ずれ方向に直交しレンズ光軸Aを含む平面との間に位置付けられる。
【選択図】 図6
Description
また、画像として投射レンズ3から射出されない不要な光束が入射する領域を無くすために、偏光板を小型化しすぎると、画像として投射レンズ3から射出される有効な光束が、偏光板443の光束入射面でない端面に入射してしまう場合がある。この場合、当該端面に入射した有効な光束は、当該端面から意図しない方向に反射して投射レンズ3から投射されてしまうため、所望の投射画像外に予期しない像が映ってしまうという問題がある。
また、光学変換素子は、光変調素子および投射レンズの間に配置され、当該光学変換素子の光学変換領域が、光変調素子から射出され、投射レンズによって光学像として射出される光束の略全てが入射する形状で形成されている。さらに、光学変換素子の光学変換領域を通り、照明光軸に平行な光学変換素子の中心軸は、ずれ方向に直交し光変調素子の中心軸を含む平面と、当該ずれ方向に直交し投射レンズのレンズ光軸を含む平面とで挟まれる範囲内に位置付けられるように配置される。
ここで、ずれ方向とは、光変調素子の中心軸に対する投射レンズのレンズ光軸のずれ方向をいう。
なお、プロジェクタが、複数の光変調素子と、当該複数の光変調素子からの光束を合成する光合成装置を備えている場合には、投射レンズは、当該投射レンズのレンズ光軸を延長して、光合成装置から各光変調素子の配置方向に屈折させた延長線が、各光変調素子の中心軸に対して平行となり、かつ、当該各延長線と当該各中心軸とが一致しないように配置されている。また、ずれ方向は、それぞれの光変調素子の中心軸に対する、それぞれの光変調素子の配置方向に屈折させたレンズ光軸の延長線との各ずれ方向をいう。
従って、光学変換素子の端面に、投射レンズによって投射される光束が入射することを防ぎ、かつ、不要部分を削除して、光学変換素子の小型化を図ることができる。
L=d(tanθ1−tanθ2)/2 …(I)
すなわち、光変調素子の光束射出面から光学変換素子の光束射出面までの距離をdとし、光変調素子の光学像形成領域における前記ずれ方向の端部から射出される光束のうち、投射レンズの光入射面の投射領域における当該ずれ方向の端部を通る光束の光変調素子からの射出角をθ1とすると、この射出角θ1の光束を光学変換素子に有効に入射・変換させるには、光源装置から射出される光束の照明光軸方向から見て、光学変換素子を、画像形成領域に対して距離L1だけ前記ずれ方向に延出させればよく、この距離L1は、次式(II)で求められる。
なお、ここでいう射出角θ1は、より詳述すると、光変調素子の光学像形成領域におけるずれ方向の端部から射出される光束のうち、投射レンズの光入射面の投射領域における当該ずれ方向の端部を通る光束と、当該投射領域のずれ方向の端部を通り、照明光軸に平行な光束との交差角のうち、鋭角側の角度をいう。
L1=dtanθ1 …(II)
なお、ここでいう射出角θ2は、より詳述すると、光変調素子の光学像形成領域における前記ずれ方向と反対側の端部から射出される光束のうち、投射レンズの光入射面の投射領域における当該ずれ方向と反対側の端部を通る光束と、この光束と交差し照明光軸に平行な光束とから得られる角度のうち、鋭角側の角度をいう。
L2=dtanθ2 …(III)
L=(L1−L2)/2 …(IV)
すなわち、前記ずれ方向に直交し光変調素子の中心軸を含む平面から、前記ずれ方向に直交し投射レンズのレンズ光軸を含む平面に向かって、光学変換素子の光学変換領域の中心軸を距離Lだけずらして配置することにより、光変調素子の光学像形成領域から射出され、投射レンズの投射領域を透過し光学像として投射される光束の略全てを、光学変換素子の光学変換領域内に入射させることができ、かつ、光学変換素子の光学変換領域の前記ずれ方向の寸法を必要最小限とすることができる。
従って、光学変換素子の一層の小型化を図ることができるとともに、光学変換素子の製造コストを低減することができ、ひいては、プロジェクタの製造コストを低減することができる。
ここで、光変調素子が液晶パネルで構成されている場合では、液晶パネルに入射し、当該液晶パネルで変調された光束を選択的に透過する偏光膜または偏光板が必要である。このような場合に、本発明の光学変換素子を偏光膜または偏光板として構成することにより、当該偏光膜または偏光板を小型化することができる。従って、プロジェクタの小型化および製造コスト低減を一層促進することができる。
(1)プロジェクタの主な構成
図1は、本実施形態のプロジェクタ1を上方前面側から見た概要斜視図であり、図2は、図1の状態からアッパーケース21を外した分解斜視図である。
プロジェクタ1は、図1および図2に示すように、全体略直方体形状の外装ケース2と、光源から射出された光束を光学的に処理し、画像情報に応じた光学像を形成する光学ユニット4と、この光学ユニット4で形成された光学像を拡大投射する投射光学系としての投射レンズ3とを備えて構成されている。
なお、図2において、具体的な図示を省略するが、外装ケース2内の光学ユニット4以外の空間には、プロジェクタ1内で発生した熱を冷却する冷却装置と、プロジェクタ1全体を制御する制御基板と、冷却装置および制御基板等の電子部品に駆動電力を供給する電源装置等とが収納されている。
また、外装ケース2の背面(投射レンズ3による投射方向基端側の面)には、具体的な図示は省略するが、コンピュータ接続用の接続端子や、ビデオ入力端子、オーディオ機器接続端子等の各種の機器接続用端子、および、インレットコネクタ等が設けられている。このうち、機器接続用端子は、制御基板(図示省略)に接続され、当該機器接続用端子から入力する信号は、制御基板によって処理される。また、インレットコネクタは、電源ケーブルを介して、外部電源からプロジェクタ1に電力を供給する端子であり、電源装置(図示省略)と電気的に接続されている。
図3は、光学ユニット4を上方から見た全体斜視図である。また、図4は、光学ユニット4の光学系を示す模式図である。
光学ユニット4は、図3および図4に示すように、光源ランプ416から射出される光束の光軸として規定される照明光軸X(図3では図示省略)が設定され、インテグレータ照明光学系41と、色分離光学系42と、リレー光学系43と、光学装置44と、これら光学系41〜44を配置収納する光学部品用筐体45とを備えている。
具体的に、偏光変換素子414によって1種類の直線偏光に変換された各部分光は、重畳レンズ415によって、光学装置44の液晶パネル441R,441G,441B上にほぼ重畳される。直線偏光を変調するタイプの液晶パネルを用いたプロジェクタでは、1種類の直線偏光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源ランプ416からの光のほぼ半分を利用することができない。
そこで、偏光変換素子414を用いることにより、光源ランプ416からの射出光をほぼ1種類の直線偏光に変換し、光学装置44での光の利用効率を高めている。なお、このような偏光変換素子414は、例えば特開平8−304739号公報に紹介されている。
この際、色分離光学系42のダイクロイックミラー421では、インテグレータ照明光学系41から射出された光束の青色光成分が反射するとともに、赤色光成分と緑色光成分とが透過する。ダイクロイックミラー421によって反射した青色光は、反射ミラー423で反射し、フィールドレンズ418Bを通って青色用の液晶パネル441Bに達する。このフィールドレンズ418Bは、第2レンズアレイ413から射出された各部分光束をその照明光軸Xに対して平行な光束に変換する。他の液晶パネル441G,441Rの光入射側に設けられたフィールドレンズ418G,418Rも同様である。
なお、リレー光学系43には、3つの色光のうち、赤色光を通す構成としたが、これに限らず、例えば、青色光を通す構成としてもよい。
なお、射出側偏光板443の液晶パネル441に対する配置位置は、後に詳述する。
このうち、部品収納部材451は、光源装置411を収納する光源装置収納部4511と、光学部品412〜415,419,42,43を収納する光学部品収納部4512とで構成されている。
なお、固定板4511Bの一部は切欠かれており、この固定板4511Bと光源装置収納部4511に形成された開口部4511Aとにより、光源装置411の前方部分が閉塞状態となり、後方部分が吹き抜け状態となっている。
この光源装置411の前方部分における閉塞状態により、光源装置411から射出される光束を外部に漏洩することを防止することができ、後方部分における吹き抜け状態により、光源装置収納部4511内部に光源装置411から発生する熱が滞留しないような構造となっている。
図5は、光学装置44における液晶パネル441(441G)、射出側偏光板443、クロスダイクロイックプリズム444および投射レンズ3の配置位置を模式的に示す側面図である。また、図6は、図5の部分拡大図である。なお、図5および図6では、投射レンズ3を構成する複数のレンズを1枚のレンズとして模式的に示している。
光学装置44は、図5および図6に示すように、光源装置411から射出された光束の入射順に設けられた入射側偏光板442(図5および図6では図示省略)、液晶パネル441(図5および図6では、緑色光を変調する液晶パネル441Gのみを図示し、他の液晶パネル441R,441Bの図示を省略する)、射出側偏光板443およびクロスダイクロイックプリズム444を備えて構成されている。また、クロスダイクロイックプリズム444の光束射出側には、投射レンズ3が配置されている。
なお、投射レンズ3の投射領域とは、投射レンズ3の有効口径内の領域であって、液晶パネル441から射出され、所望の光学像として投射レンズ3から射出される光束が、当該投射レンズ3内を透過する領域をいう。また、投射レンズ3の呑み込み可能な光束とは、液晶パネル441から射出され、投射レンズ3の有効口径内に入射して、当該投射レンズ3から射出される光束をいう。一方、投射レンズ3に呑み込まれない光束とは、液晶パネル441から射出されるものの、投射レンズ3の有効口径内に入射せずに、当該投射レンズ3から射出されない光束をいう。
なお、クロスダイクロイックプリズム444の光束射出面のあおり方向の寸法(Y(+))方向の寸法)は、液晶パネル441から射出される光束のうち、投射レンズ3に呑み込まれない光束は当該光束射出面から射出されないような寸法とされ、クロスダイクロイックプリズム444の小型化が図られている。また、クロスダイクロイックプリズム444の光束入射面の中心軸Bと、液晶パネル441の中心軸Cとのずれ量は、投射レンズ3の周辺光量比によって決定されている。なお、このような液晶パネル441の中心軸Cに対するクロスダイクロイックプリズム444の中心軸Bのずれ量については、例えば特開2004−4666号公報に詳しく記載されている。
このうち、偏光膜443Bは、本発明の光学変換素子に相当し、入射側偏光板442の光束透過軸と直交する偏光軸を有する光束のみを透過させる。この偏光膜443Bの光束透過領域は、光学変換領域として構成され、この光学変換領域は、光束射出側から見て、液晶パネル441の画像形成領域を覆うように配置されている。
詳述すると、偏光膜443Bの中心位置は、中心軸Cおよびレンズ光軸Aのそれぞれと直交し、液晶パネル441の光束射出面から照明光軸X方向に、所定の距離だけ離れた直線S上に位置付けられる。
より具体的には、偏光膜443Bの中心位置は、直線Sと中心軸Cとの交点から、当該直線Sとレンズ光軸Aとの交点の間の範囲内に位置付けられる。この偏光膜443Bの中心位置を通り、かつ、照明光軸に平行な直線を、偏光膜443Bの中心軸Eとして、図6に示す。
すなわち、直線Sと中心軸Cとの交点から、直線Sとレンズ光軸Aとの交点に向かう方向(S(+)方向)は、照明光軸X方向から見て、あおり方向(Y(+)方向)と同一方向となる。
すなわち、液晶パネル441から投射レンズ3に入射する光束の光路に合わせて偏光膜443Bが配置されることとなるので、当該液晶パネル441の画像形成領域から射出された光束を、偏光膜443Bの光束入射面に有効に入射させることができる。従って、偏光膜443Bの光束入射面において、光束が入射しない領域を小さくすることができ、偏光膜443Bの小型化を促進することができる。
すなわち、液晶パネル441の画像形成領域から射出され、投射レンズ3によって呑み込み可能な光束のうち、当該画像形成領域のあおり方向の端部から、あおり方向に射出される光束、および、あおり方向と反対側の端部から、あおり方向と反対方向に射出される光束のそれぞれの最大射出角によって決定される。
なお、ここでいう光束の射出角は、液晶パネル441の画像形成領域から射出される光束の光路と、照明光軸Xに平行な光束の光路との交差角のうち、鋭角側の角度をいう。
液晶パネル441の画像形成領域におけるあおり方向の端部441Y1を通り、投射レンズ3の投射領域におけるあおり方向の端部に入射する光束は、図5および図6に示すように、S(+)方向の最も先端側に射出される光束の光路T1である。この光路T1と、端部441Y1を通り、かつ、中心軸Cに平行な直線C1との角度は、角度θ1で表される。この角度θ1が、画像形成領域の端部441Y1から、あおり方向に射出され、投射レンズ3によって呑み込み可能な光束の最大射出角度となる。
L1=dtanθ1 …(II)
L2=dtanθ2 …(III)
L=(L1−L2)/2 …(IV)
L=d(tanθ1−tanθ2)/2 …(I)
なお、次式(V)において、mは、液晶パネル441の画像形成領域のあおり方向の寸法を示す。
M=m+d(tanθ1+tanθ2) …(V)
なお、液晶パネル441Bの後段に配置された射出側偏光板443の偏光膜443Bに対しても、同様である。
本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
すなわち、偏光膜443Bの光学変換領域が、液晶パネル441の光学像形成領域から射出され、投射レンズ3の投射領域に入射して光学像として射出される光束の略全てが透過する形状で形成され、当該偏光膜443Bの中心位置を通る照明光軸Xに平行な中心軸Eが、液晶パネル441の中心軸Cを含み液晶パネル441の中心軸Cに対する投射レンズ3のレンズ光軸Aのずれ方向に直交する平面と、レンズ光軸Aを含み中心軸Cに対する当該レンズ光軸Aのずれ方向に直交する平面とに挟まれる範囲内に位置付けられていればよい。
このような場合、少なくとも、偏光膜443Bにおける液晶パネル441の中心軸Cに対する投射レンズ3のレンズ光軸Aのずれ方向、すなわち、あおり方向の寸法を小さくすることが可能となる。
なお、偏光膜443Bの中心軸Eを、液晶パネル441の中心軸Cからあおり方向に距離Lだけずらすように偏光膜443Bの中心位置を配置すれば、液晶パネル441から射出され、投射レンズ3に呑みこみ可能な光束の略すべてが入射する偏光膜443Bを、一層小型化することができる。
前記実施形態では、光変調素子として液晶パネルを用いていたが、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶以外の光変調素子を用いてもよい。
前記実施形態では、光学ユニット4が平面視略L字形状を有した構成を説明したが、これに限らず、例えば、平面視略U字形状を有した構成を採用してもよい。
Claims (3)
- 光源装置と、前記光源装置から射出される光束の照明光軸上に配置され、前記光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調素子と、前記光変調素子にて形成された光学像を拡大し、当該光学像を投射する投射レンズとを備えたプロジェクタであって、
前記光変調素子および前記投射レンズの間に配置され、入射光束の光学変換を行う光学変換領域を有する光学変換素子を備え、
前記光学変換素子の光学変換領域は、当該光変調素子から射出され、前記光学像として前記投射レンズから射出される光束の略全てが入射する形状で形成され、
前記光変調素子は、当該光変調素子の光学像形成領域の中心位置を通り前記照明光軸に平行な中心軸を有し、
前記投射レンズは、当該投射レンズのレンズ光軸が、前記光変調素子の中心軸に対して平行にずれるように配置され、
前記光学変換領域の中心位置を通り前記照明光軸に平行な中心軸は、前記光変調素子の中心軸に対する前記投射レンズのレンズ光軸のずれ方向に直交し前記光変調素子の中心軸を含む平面と、前記ずれ方向に直交し前記レンズ光軸を含む平面とに挟まれる範囲内に位置付けられていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1に記載のプロジェクタにおいて、
前記投射レンズは、前記光変調素子から射出し、前記光学像として投射される光束が透過する投射領域を有し、
前記光変調素子の光学像形成領域における前記ずれ方向の端部から射出される光束のうち、前記投射レンズの光入射面の投射領域における前記ずれ方向の端部を通る光束の前記光変調素子からの射出角をθ1とし、
前記光変調素子の光学像形成領域における前記ずれ方向と反対側の端部から射出される光束のうち、前記投射レンズの光入射面の投射領域における前記ずれ方向と反対側の端部を通る光束の前記光変調素子からの射出角をθ2とし、
前記光変調素子の光束射出面から前記光学変換素子の光射出面までの距離をdとした場合に、
前記光学変換素子の中心軸は、以下の式(I)で求められるLに相当する距離だけ、前記光変調素子の中心軸から前記ずれ方向にずれた位置に位置付けられていることを特徴とするプロジェクタ。
[数1]
L=d(tanθ1−tanθ2)/2 …(I) - 請求項1または請求項2に記載のプロジェクタにおいて、
前記光学変換素子は、前記光変調素子から射出された光束のうち、前記所定の方向の直線偏光を透過する偏光膜または偏光板であることを特徴とするプロジェクタ。
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