JP4003327B2 - プロジェクタの光源アライニング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶パネル等の映像を拡大投写する液晶プロジェクタの光源を製作するために用いる光源アライニング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からメタルハライド等の光源を使用して液晶パネルの映像を拡大投影する装置が発売されている。これは光源から発する光がミラ−等を経由して液晶パネルに集光され、投写レンズを通してスクリ−ンに写し出されるものである。
最近では明るい部屋でも大画面で投写映像が見られるように高輝度なものが登場し、光源であるメタルハライド等のランプも高出力化及び点光源化されて光学系の光利用率が向上してきた。
【０００３】
これらランプを用いた光学系としては一般に図５のような構成を用いることが多いが、それ以上に明るさを向上させるために、ランプを２灯以上にする光学系を持つプロジェクターも登場している。
これら２灯照明を示す投写光学系の基本構成として、例えば図６（ａ），（ｂ）に示す特開平５−２９３２０号公報や、図７に示す特開平５−４９５６９号公報が提案されている。
【０００４】
光源に用いる発光管２０を反射鏡２１に固定するには、発光管を３次元テーブルに保持して反射鏡の中でスクリーン輝度が最大になる所定の位置にアライメント固定するのが一般的である。
図８にそのランプアライメント装置の概要を示す。発光管２０は楕円または方物面の反射鏡２１の焦点近傍でアライニング固着させるため、Ｘ，Ｙ．Ｚ軸方向に微調できる３次元テーブル２２（詳細は図示せず）により保持される。
【０００５】
アライニングはプロジェクターなどの光学系とほぼ同一な部品で色分解系の部品を省いて直線状に部品を並べて行う場合が多い。
即ち、発光管からの光束はフィールドレンズ２３や画面を均一照明するためのインテグレーター機能を有する第１レンズアレイ２４と第２レンズアレイ２５（後述）から成る集光系部品を経て、液晶パネル２６または相当するアパーチャーに照明され、
スクリーンに拡大投影するための投射レンズ２７（プリズム２８を含む場合が多い）によりスクリーン上の輝度を計測しながら発光管の位置合せが行われる。第１、第２レンズアレイを用いた光学系での光源像の説明をすると、発光管からの光束は複数のレンズアレイで構成する第１レンズアレイ２４に入射し、多数の微小光束に分割する。
この光束はそれぞれ複数のレンズで構成した第２レンズアレイ２５の対応するレンズ上に収束する。第２レンズアレイ上には発光体による多数の像２９が形成される。第１、第２レンズアレイの形状は同一でも良い。
【０００６】
図９（ａ）（ｂ）（ｃ）にはランプ１本の場合で照明される照明系部分（ａ）、第２レンズアレイセル（ｂ）の出射側から見た発光体像（ｃ）を模式的に示す。また図１０にはランプ２本の場合（発光体２９ａ，ｂ）を示す。
ランプをアライニング固定する場合は前述のようにスクリーンの照度が最も高くなる位置にて行われるが、この時、第２レンズアレイの出射側から見た発光体像の最も取込めて均一になる位置（図９、図10）とほぼ一致している。
また、特開平５−２９３２０号公報や特開平５−４９５６９号公報の２点灯方式の場合も同じアライニング固定が従来採用されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、２点灯方式の場合の光学システムは図１０のように第２レンズアレイの右側にＡランプの発光体像２９ａが、左側にＢランプの発光体像２９ｂが形成されるのが一般的な最も効率の上がる照明のアーク像であるにもかかわらず、以前のアライニングではレンズアレイの中にそれぞれ光源像が形成されているだけで２灯並べる最適な照明かどうかはわからなかった。
そのために予め第１と第２のレンズアレイの軸ずらしを数ｍｍ行って擬似的にＡランプとＢランプの発光体像が重ならないようにしていたが、その位置が最適ではない場合が多かった。
その場合、実機に最適な（最も照度の高いアライニング）位置との差は５〜１０％程低下していた。
【０００８】
本発明は上記課題を解決し、２灯方式の光学システムを持つ液晶プロジェクターのランプアライメント装置においてストレートに部品を配置してもランプ発光管を凹面鏡にアライメント固定するのに最適なポジショニングができ、それが容易な方法で実現できる装置を提供するものである。
その場合、第２のレンズアレイに最適に（２つの像を各セル半分ずつ）アーク像を形成させることができ、その方法で製造したランプを用いれば従来のアライメント方法より明るさを５〜１０％ほど向上できるアライメント装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の液晶プロジェクタ等の光源アライニング装置は、楕円カーブの凹反射面を備えた反射鏡と、前記反射鏡の第１の焦点位置近傍に配置した発光管と、前記第１の焦点位置近傍に前記発光管を保持してＸＹＺ軸方向に動かす発光管支持台と、複数のレンズから構成され前記反射鏡からの反射光を複数の光束に分割する第１のレンズアレイと、複数のレンズから構成され前記第１のレンズアレイからの光を入射する第２のレンズアレイと、前記複数の光束を拡大投影するために液晶パネル大のアパーチャー、４角柱のプリズム、投写レンズ等から成る投影部材と、前記発光管、前記反射鏡、前記第１、第２のレンズアレイ、前記投影部材を保持する固定台とで構成する液晶プロジェクタ等の光源アライニング装置であって、前記反射鏡の略第２の焦点位置近傍には集光する光束大の矩形穴部または丸穴部を有するスリット板を付加する構成とした。
【００１０】
また、前記第２のレンズアレイには、各レンズの略半分または発光管略アーク像の大きさ以外を遮蔽するために レンズと同じ数の矩形または円形の開口部を有するアパーチャーグリルを一体的に設ける構成とした。
【００１１】
さらに、前記反射鏡と第１のレンズアレイまでの間に集光光を略平行光に補正する補正レンズを配設する構成とした。
さらに略平行光に補正する補正レンズは非球面のガラスまたはプラスチックにて成形すこ構成とした。
さらにアパーチャーグリルは第１のレンズアレイ前に板状の部材にて形成する構成とした。
【００１２】
スリット板を付加するために楕円鏡の第２焦点近傍にて折り返す２灯光学照明にて不要な光成分まで取込んだ状態でのアライメントを防止でき、事前に不要光をカットしたアライニング装置を提供できる。
また、第２レンズアレイの各セルにレンズと同じ数の矩形または円形の開口部を有するアパーチャーグリルを設けたことにより第２レンズアレイの各セルに光源像を正しく配置した状態での光をスクリーンまで到達させるアライメントが可能となる。
【００１３】
そのために、２灯合成時は均一にランプＡとランプＢの光源像を取込むことができるアライニング装置を提供できる。
また、平行光に補正する補正レンズにより楕円の集光光が略平行光になるために小型の光学部品にて構成できる。
【００１４】
さらに、その補正レンズを非球面にすることにより周辺から中心までレンズアレイ上に均一に光源像を結像させることができるため、２灯時の中央部セルからはみ出る口径触によるケラレを生じることのない装置を提供できる。
また、アパーチャーグリルがステンレスなどの板状の簡単な部品のため、ストレートアライメント機と実機との相関及び調整が容易に行える構成の装置を提供できる。
このように本発明は、２つのランプを用いた場合でも高効率な照明をする液晶プロジェクタなどのランプアライメント装置を得るものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明における第１の発明は、楕円カーブの凹反射面を備えた反射鏡と、前記反射鏡の第１の焦点位置近傍に配置した発光管と、前記第１の焦点位置近傍に前記発光管を保持してＸＹＺ軸方向に動かす発光管支持台と、複数のレンズから構成され前記反射鏡からの反射光を複数の光束に分割する第１のレンズアレイと、複数のレンズから構成され前記第１のレンズアレイからの光を入射する第２のレンズアレイと、前記複数の光束を拡大投影するために液晶パネル大のアパーチャー、４角柱のプリズム、投写レンズ等から成る投影部材と、前記発光管、前記反射鏡、前記第１、第２のレンズアレイ、前記投影部材を保持する固定台とで構成する液晶プロジェクタ等の光源アライニング装置であって、前記反射鏡の略第２の焦点位置近傍には集光する光束大の矩形穴部または丸穴部を有するスリット板を付加する構成としたため、例えば２灯照明のようにランプ２本の液晶プロジェクターの光学系にて、楕円鏡の第２焦点近傍にて折り返す２灯光学照明の不要な光成分まで取込んだ状態でのアライメントを防止でき、事前に不要光をカットしたアライニング装置を提供できる。
【００１６】
また、第２の発明は、楕円や方物の凹反射面を備えた反射鏡と、前記反射鏡の焦点位置近傍に配置した発光管と、前記焦点位置近傍に前記発光管を保持してＸＹＺ軸方向に動かす発光管支持台と、複数のレンズから構成され前記反射鏡からの反射光を複数の光束に分割する第１のレンズアレイと、複数のレンズから構成され前記第１のレンズアレイからの光を入射する第２のレンズアレイと、前記複数の光束を拡大投影するために液晶パネル大のアパーチャー、４角柱のプリズム、投写レンズ等から成る投影部材と、前記発光管、前記反射鏡、前記第１、第２のレンズアレイ、前記投影部材を保持する固定台とで構成する液晶であって、前記第２のレンズアレイには、各レンズの略半分または発光管の略アーク像の大きさ以外を遮蔽するために レンズと同じ数の矩形または円形の開口部を有するアパーチャーグリルを一体的に設ける構成としたため、第２レンズアレイの各セルにレンズと同じ数の矩形または円形の開口部を有するアパーチャーグリルにより第２レンズアレイの各セルに２灯照明の光源像を正しく配置した状態で、光をスクリーンまで到達させるアライメント装置を提供できる。
【００１７】
また、第３の発明は、楕円反射鏡の略第２の焦点位置近傍には集光する光束大の矩形穴部または丸穴部を有するスリット板を付加し、前記反射鏡と第１のレンズアレイまでの間に集光光を略平行光に補正する補正レンズを配設することにより、不要な光をカットした状態で楕円の集光光を略平行光にしてアライニングできるため、精度アップ及び装置を小型の光学部品にて構成することを可能とした。
【００１８】
また、第4の発明は略平行光に補正する補正レンズは非球面のガラスまたは非球面のプラスチックにて成形されることで、後述のように周辺から中心まで均一に光源像を結像させることができるため、２灯時の中央部セルからはみ出る口径触によるケラレを生じることのない装置を提供できる。さらに、アパーチャーグリルがステンレスなどの板状の簡単な部品で構成するため、ストレートアライメント機と実機との相関及び調整を板のみ微調で容易に行える構成の装置を提供できる。
以下、本発明の一実施例におけるプロジェクタの光源アライニング装置について図１〜図４及び図１１〜図１５を用いて説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例における液晶プロジェクタなどの光源アライニング装置全体を示す側面図、図１７は図１の平面図を示す。
図２は図１の反射鏡の第２焦点位置近傍に配置したスリット板形状を示す平面図で、図３は図１を構成するレンズアレイの（ａ）正面図、（ｂ）側面図、（Ｃ）下面図である。
また、図４は図３のレンズアレイの発光体像を示したモデル図である。
【００２０】
図１、図１７に示すように光源は発光管１を楕円型凹面反射鏡２の略第１の焦点位置近傍にセメントなどで固定される。
発光管１は３軸（ｘ，ｙ，ｚ）方向に微調できる市販の３軸可変装置３（詳細は図示せず）に着脱可能に保持され、略第２の焦点位置近傍に光束ができるような位置に固定される。この作業をアライニングと呼ぶ。
実際には図１、図１７のような光学系の光学部品をプロジェクターの光学部品の位置に合わせ（色分解部品を除く）、スクリーン上の照度バランスを見ながら最も照度が高くなる位置で固定される。
【００２１】
それぞれの光学部品は第２の焦点位置近傍に、所定の穴部４ａを設けたスリット板４、発散する光を略平行光にするコンデンサーレンズ５、液晶パネルの中央から周辺まで均一な照明にするためのレンズアレイ７、該レンズアレイ７に対応したレンズアレイ８、液晶パネルまたはそれに相当するアパーチャー９、プリズム１０、スクリーンに拡大投写する投写レンズ１１が、それぞれ保持台１２，１３，１４，１５により軸方向を合わせて固定台１６上に取り付く。
【００２２】
上記構成により、発光管１のアーク像が不要光をスリット板４の穴によりカットされた状態でレンズアレイ７の各セルに入射し、多数の微小光束に分割されレンズアレイ８の対応する各セル上に収束する。
後述のレンズアレイ７，８は同一形状でもよい。図４には第２レンズアレイの出射面側から見た発光体像を模式的に示したが、この場合後述する２灯照明に合わすためにランプとレンズアレイは所定の分Ａ寸法だけ光軸をずらしてあり（図1、図１７の実施例では３〜４ｍｍ）、２灯ともレンズアレイＢのセル内にアーク像が形成できるようにしてある。
【００２３】
（実施例２）
図１４は、図１の構成でレンズアレイ８に各レンズアレイと同じ数の矩形または円形の開口部を持つアパーチャーグリル１８をその前または後に保持した装置を示す（ａ）平面図 、（ｂ）正面図 、（ｃ）側面図である。
それぞれの光源のアライメント装置は実施例１とほぼ同等である。実施例１のように発光管のアーク像はレンズアレイ７によりレンズアレイ８に形成する。
アパーチャグリル１８の穴１８ａはアークを結ぶ位置のみ開口させているのでアーク大（矩形または円形）に絞り込んだアライニングが可能である。
アパーチャグリル１８の各レンズアレイのセルに対応して同一の矩形穴１８ａが設けられ、レンズアレイ８に保持部材１９により取り付けられる。
各セル穴１８ａの形状は図では矩形としたが、同じ位置に円形穴を開口しても同じ結果となった。このように光軸を所定の量だけずらしてあるため、レンズアレイ８の略半分だけ結像する。
【００２４】
上記構成により、前記アパーチャーグリル１８が無い場合のアライニングに較べ光利用率が５〜１０％程度向上した。
このことはランプ２本を用いた光学系において各セルの半分ずつを利用した最適なアライニングと言える。
【００２５】
発光体像を示す第２のレンズアレイを図４に示す。第１のランプのアーク像は各セルの左側に、第２のランプのアーク像は各セルの右側に規則正しく配列されたアライメントが達成された時、２灯合成時にスクリーン照度が最大となることは前述のように実証されている。
第２のレンズアレイに発光体像を並べる別の２灯合成の方式もこのアライメントが適応できる。
【００２６】
次に、上記アライメントを実施したランプを用いる代表的な２灯合成の光学構成について記す。
図１１は２灯合成の実施例で用いた光学系全体を示し、図１２はその中での２灯合成部のみを示す。
また、従来発想の２灯照明の例も図１６に示す。その２灯合成のアーク像を形成するモデル図を図１３に、また偏光変換を含めたアーク像のモデル図を図１５に示す。
【００２７】
従来の構成では、ランプ２０，２１（ａ：発光管、ｂ：反射鏡）を２灯並列にし、大きな２つのレンズアレイ２２，２３により発光体像を分割していたが、この場合アライニング装置も光学系も大きなものとなり実用的でなく、また左右ランプによってアライニングを変える必要があった。
しかし図１２，図１３に示す方式では、ランプ１Ａ，２Ａを合成プリズム３５により直角方向に光束を反射され、コリメーターレンズ２７により略平行光にして小型の第１のレンズアレイ２５に入射させ、前述のように発光体像を第２のレンズアレイ２６の各セルの左右に形成させるものである。
【００２８】
それ以降、色分離系であるミラー類２８、フィールドレンズ２９、合成プリズム３０、投写レンズ３１は従来のプロジェクター光学系とほぼ同等である。
このランプ１灯の発光体像の原理図は図９に示す通りで、図１３ではそれが２灯になっている。（発光体像：●、図１４の実施した第１及びアパーチャグリル付きレンズアレイブロックも参照のこと）
また、実施した２灯照明では第１レンズアレイと第２レンズアレイは同一のものを用いた。
さらに、図１５はレンズアレイ８の次の光路に偏光変換素子１７を通過した時の２灯状態のモデル図を示す。
図１５において、ランプＡ，Ｂそれぞれの光源像がさらに投写レンズ方向から見ると縦方向にＰＳ分割されるため、４個の発光体像がレンズアレイの１つのセル上に並んだ状態に見える。
その光はＰ，Ｓ波どちらかの振動方向の光に変換され液晶面に照明している。
【００２９】
（実施例３）
図１０（ａ），（ｂ）は図１の補正レンズ５を非球面にしない場合の第２のレンズアレイのアーク形状を示す。
この場合、各セルに結ぶアーク像は中心より周辺に行く程小さくなり、光が中心ではセルよりはみ出し気味で、周辺は取込み不足になる。
図４のように補正レンズ５の形状を所定の設計である非球面形状のものを使用すると効率が５〜１０％向上し、図４のような状態となり最適なアライニング装置を提供できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、スリット板を付加するために楕円型凹面鏡の第２焦点近傍で折り返す２灯光学照明において、不要な光成分まで取込んだ状態でのアライメントを防止でき、事前に不要光をカットしたアライニング装置を提供できる。
また、第２レンズアレイの各セルにレンズと同じ数の矩形または円形の開口部を有するアパーチャーグリルを設けたことにより第２レンズアレイの各セルに光源像を正しく配置した状態での光をスクリーンまで到達させるアライメントが可能となる。
そのために、２灯合成時は均一に第１のランプと第２のランプの光源像を取込むことができるアライニング装置を提供できる。
また、平行光に補正する補正レンズにより楕円の集光光が略平行光になるために小型の光学部品にて構成できる。
さらに、その補正レンズを非球面にすることにより周辺から中心までレンズアレイ上に均一に光源像を結像させることができるため、２灯時の中央部セルからはみ出る口径触によるケラレを生じることのない装置を提供できる。
また、アパーチャーグリルがステンレスなどの板状の簡単な部品のため、ストレートアライメント機と実機との相関及び調整が容易に行える構成の装置を提供できる。
以上のように、２つのランプを用いた場合でも高効率な照明をする液晶プロジェクタなどのランプアライメント装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるプロジェクタの光源アライニング装置の側面図
【図２】図１のスリット板形状を示す平面斜視図
【図３】図１のレンズアレイの（ａ）正面図と（ｂ）左側面図と（ｃ）右側面図
【図４】図１のレンズアレイの発光体像を示す平面図
【図５】従来の１灯光学レイアウトを示す平面図
【図６】従来の２灯光学レイアウトを示す平面図
【図７】従来の別の２灯光学レイアウトを示す平面図
【図８】従来のアライメント装置正面図
【図９】図５のレンズアレイを示す（ａ）斜視図と（ｂ）第１レンズアレイの正面図と（ｃ）第２レンズアレイと発光体を示す正面図
【図１０】補正レンズが非球面でない第２レンズアレイ上の発光体像を示す正面図
【図１１】本発明の装置でアライメントしたランプを用いた２灯光学レイアウトを示す平面図
【図１２】図１１の２灯合成部を示す平面図
【図１３】図１１の２灯合成部でアークの位置をモデル的に示した平面図
【図１４】図１のアパーチャーグリル及びレンズアレイを組み込んだ（ａ）平面図と（ｂ）正面図と（ｃ）側面図
【図１５】図１１の偏光変換部及び第２レンズアレイを示すモデル図
【図１６】従来の別の２灯光学レイアウトを示す平面図
【図１７】本発明の一実施例におけるプロジェクタの光源アライニング装置の平面図
【符号の説明】
１ 発光管
２ 反射鏡
４ スリット板
５ 非球面補正レンズ
７ 第１レンズアレイ
８ 第２レンズアレイ
１２〜１５ 保持台
１６ 固定台
１７ 偏光変換素子
１８ アパーチャグリル
２９ 発光体像
３５ 合成プリズム

Claims (11)

1. ２灯方式の光学システムを持つプロジェクタの光源アライニング装置であって、凹面反射鏡と、前記凹面反射鏡の第１の焦点位置近傍に配置した発光管と、前記発光管を保持してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に動かす発光管支持台と、前記凹面反射鏡からの反射光を複数の光束に分割する第１のレンズアレイと、前記第１のレンズアレイからの光を入射する第２のレンズアレイと、前記複数の光束を拡大投影する投影部材と、前記発光管、前記凹面反射鏡、前記第１、第２のレンズアレイ、前記投影部材を保持する固定台とで構成され、さらに、集光する光束大の開口を有するスリット板を前記凹面反射鏡の略第２の焦点位置近傍に配設したことを特徴とするプロジェクタの光源アライニング装置。
2. 投影部材が、少なくともアパーチャー、４角柱のプリズム、投写レンズから成り、それぞれ軸方向を合わせて固定台上に取り付けられることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタの光源アライニング装置。
3. スリット板の開口を、集光する光束大の矩形または円形の内いずれか一方としたことを特徴とする請求項１記載のプロジェクタの光源アライニング装置。
4. 凹面反射鏡と第１のレンズアレイ間に集光光を略平行光に補正する補正レンズを配設したことを特徴とする請求項１記載のプロジェクタの光源アライニング装置。
5. 補正レンズを非球面レンズとしたことを特徴とする請求項４記載のプロジェクタの光源アライニング装置。
6. ２灯方式の光学システムを持つプロジェクタの光源アライニング装置であって、凹面反射鏡と、前記凹面反射鏡の焦点位置近傍に配置した発光管と、前記発光管を保持してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に動かす発光管支持台と、前記凹面反射鏡からの反射光を複数の光束に分割する第１のレンズアレイと、前記第１のレンズアレイからの光を入射する第２のレンズアレイと、前記複数の光束を拡大投影する投影部材と、前記発光管、前記反射鏡、前記第１、第２のレンズアレイ、前記投影部材を保持する固定台とで構成され、さらに、各レンズアレイのセルに対応した複数の開口を有するアパーチャーグリルを前記第２のレンズアレイに一体的に取り付けたことを特徴とするプロジェクタの光源アライニング装置。
7. 投影部材が、少なくともアパーチャー、４角柱のプリズム、投写レンズから成り、それぞれ軸方向を合わせて固定台上に取り付けられることを特徴とする請求項６記載のプロジェクタの光源アライニング装置。
8. アパーチャーグリルの開口を、略アーク像の大きさ以外を遮蔽する矩形または円形の内いずれか一方としたことを特徴とする請求項６記載のプロジェクタの光源アライニング装置。
9. 凹面反射鏡の略第２の焦点位置近傍に設けられ、集光する光束大の矩形開口または円形開口の内いずれか一方を有するスリット板と、前記凹面反射鏡と第１のレンズアレイ間に集光光を略平行光に補正する補正レンズとを配設したことを特徴とする請求項８記載のプロジェクタの光源アライニング装置。
10. 補正レンズを非球面レンズとしたことを特徴とする請求項９記載のプロジェクタの光源アライニング装置。
11. アパーチャーグリルは第２のレンズアレイ前に板状の部材で形成したことを特徴とする請求項６項記載のプロジェクタの光源アライニング装置。

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