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