JPH07218910A - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光散乱モード液晶パネルを用いた液晶プロジェ
クタにおいて、光学系のＦ値を大きくした場合にもスク
リーン上にランプの影を生じないようにして、高コント
ラスト比かつ品位の高い再生画像を得るようにするこ
と。 【構成】異なる焦点距離を組み合わせた放物面鏡からな
る第１リフレクタ１，ランプと液晶パネルの間の光軸外
に補助リフレクタ９及びランプの一方の先端の光軸上に
第２リフレクタ８を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶パネル上の画像を投
写レンズを用いてスクリーン上に投影して、拡大した画
像を得る液晶プロジェクタに関し、特に開口絞りを用い
て平行度の良いランプ光で光散乱モードの液晶パネルを
照明すると共に、投写光学系の口径比（Ｆ値）を大きく
することにより、高コントラストな画像を再生するのに
好適な液晶プロジェクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶プロジェクタはＴＮ（ツイス
トネマチック）液晶パネル，光散乱モード液晶パネルな
どを用いたものが知られており、例えば特開平４−１９
４９２１号公報に開示されたものがある。

【０００３】ＴＮ液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ
の構造の１例を図９に示す。この液晶プロジェクタはラ
ンプ１とランプリフレクタ２，液晶パネル３，投写レン
ズ４，スクリーン５から構成される。ランプ１から放出
された光束６は光軸に関して回転対称な放物面鏡のラン
プリフレクタ２で反射され平行な光束６１となりＴＮ型
液晶パネル３を照明する。液晶パネル３に再生された画
像は投写レンズ４により投影され、スクリーン５に拡大
した画像を表示する。

【０００４】光散乱モードの液晶パネルを用いた液晶プ
ロジェクタの構成の１例を図１１に示す。この液晶プロ
ジェクタは前記ＴＮ型液晶プロジェクタと同様にランプ
１とランプリフレクタ２，光散乱モード液晶パネル３
１，投写レンズ４，スクリーン５から構成される。ラン
プ１から放出された光束６は放物面鏡のランプリフレク
タ２により反射され、平行な光束６１となり光散乱モー
ド型の液晶パネル３１を照明する光となる。液晶パネル
３１上に再生された画像は投写レンズ４により投影さ
れ、スクリーン５に拡大した画像を表示する。光散乱モ
ード液晶パネルは供給した電圧に応じ、入射したランプ
光をそのまま透過あるいは広い範囲に散乱する。光散乱
モード液晶プロジェクタでスクリーン上に高いコントラ
ストの画像を再生するためには、液晶パネルを平行度の
良いランプ光で照明すること及び投写光学系に配置した
絞り４５によって液晶パネル３１からの散乱光と透過光
を選択し、散乱光がスクリーン５に投影されないように
する必要がある。

【０００５】前記液晶プロジェクタはランプ１と回転放
物面鏡のランプリフレクタ２を用いて、光軸に平行な光
束６１を得る。更に、コンデンサレンズ４１を用い、ラ
ンプ光束が最も細くなる位置すなわち、レンズ４１の焦
点面の近傍に配置した開口絞り４２によりランプ光束６
１の非平行光成分を遮断することによって、ランプ光の
平行度を良くする。前記ランプ光の平行度は開口絞り４
２の口径Ｄ１と凸レンズ（平行化レンズ）４３の焦点距
離ｆ１から決まる口径比（以下、照明光学系のＦ値（Ｆ
１＝ｆ１／Ｄ１）と呼ぶ）に依存する。そして、ランプ
光束６１は凸レンズ４３により平行な光束６８に変換さ
れ、液晶パネル３１を照明する。

【０００６】投写光学系は凸レンズ（フィールドレン
ズ）４４，絞り４５及び投写レンズ４から成り、絞り４
５は液晶パネル３１からの透過光をそのまま通過させ、
散乱光の大部分を遮断する。したがって、スクリーン上
に投影された画像の明部と暗部の明るさの比を表すコン
トラストは投写光学系の絞り４５の口径Ｄ２と凸レンズ
４４の焦点距離ｆ２から決まる投写光学系のＦ値（Ｆ２
＝ｆ２／Ｄ２）に依存する。

【０００７】このように絞りによって光散乱モード液晶
パネルからの光を選択し、スクリーン上にコントラスト
比が良好な画像を再生する光学系をシュリーレン光学系
と呼んでいる。

【０００８】上記した光散乱モードの液晶パネルを用い
る液晶プロジェクタは、ランプ光の半分以上を偏光板が
吸収してしまうＴＮ液晶プロジェクタに比べ、明るい画
像を再生できる特長がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図９，図１１
に示した従来の液晶プロジェクタにおいてはランプリフ
レクタ２の中央部にランプ１を配置しているために、ラ
ンプリフレクタ２で反射されたランプ光束のうち、光軸
付近の光束はランプのガラス管１１によって遮られてし
まい、照明光の中央部に影６２が発生する課題があっ
た。すなわち、図９，図１１中の斜線で示した領域６２
はランプ光束が他の部分より少ないため、暗くなり、い
わゆる影を生じてしまう。

【００１０】図１０（ａ）は図９に示した液晶プロジェ
クタのスクリーン上の影を示したもの、図１０（ｂ）は
スクリーン中央部のＸーＸ’方向の照度分布を示したも
のである。また、図１２，図１３は図１１に示した液晶
プロジェクタのスクリーン上の影の様子及びスクリーン
上水平方向のＸーＸ’の照度分布を示した図である。

【００１１】図９に示したＴＮ液晶プロジェクタはＦ値
の小さな光学系を使用するので、スクリーン中央部の影
は見えなかった。しかし、図１１に示した光散乱モード
の液晶プロジェクタにおいて高コントラストな画像を再
生するためには、前記したように液晶パネルを平行度の
良いランプ光で照明し、かつ液晶パネルからの散乱光の
大部分を投写光学系中の絞りで遮断するため、投写光学
系のＦ値を大きくする必要があった。ランプ光の平行度
を良くすることは開口絞り４２の開口径Ｄ１を小さく、
すなわち照明光学系４６のＦ値（Ｆ１＝ｆ１／Ｄ１）を
大きくすることである。また、投写光学系４７の絞り４
５の開口径を小さくすることは投写光学系のＦ値（Ｆ２
＝ｆ２／Ｄ２）を大きくすることである。照明光学系及
び投写光学系のＦ値を大きくすると、図１３（ａ）に示
したように前記のランプ影がスクリーン上にはっきりと
見えるようになり、スクリーンの中央部が暗くなる問題
があった。従って、光学系のＦ値をある値以下で使用せ
ざるを得ないため、光散乱モードの液晶プロジェクタの
コントラストが十分でない課題があった。

【００１２】一方、ランプの影の問題に対して、特開平
３−１９６１３４号公報において、ランプ，回転楕円面
鏡のランプリフレクタ，開口絞りを有する球面鏡，凸レ
ンズ，及び互いに略平行な２つの円錐面を持つ光屈折板
を具備した照明装置が提案されている。図１４に前記公
開公報の主な部分を示して、その動作を説明する。光屈
折板７の２つの円錐面により、ランプ光束６１の進行方
向は変えずに、光束を光軸側に変換し、光軸付近の影を
生じていた領域を低減しようとするものである。しか
し、この様な光屈折板により中央部の影を少なくするに
ために必要な光屈折板の中央部の板厚ｔを見積ったとこ
ろ、板厚を約５０ｍｍにする必要がある。従って、光屈
折板は厚く、大きなプリズム状なものとなり、高価なも
のとなる問題がある。また、ランプ１の中心と光屈折板
７の円錐面７１の頂点７２との間隔ｌは中心厚ｔよりも
大きい値に設定する必要があるので、距離ｌも非常に大
きな値となってしまい、影の除去が不十分となる問題も
ある。

【００１３】そこで、本発明は従来技術の問題点を改善
して、液晶パネルの照明光の光軸近傍の影を改善して、
特に光散乱モード液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ
の高コントラスト化を実現するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、ランプ，回転対称な放物面鏡からなる第
１のランプリフレクタ，ランプ光の進行方向を変更する
補助リフレクタを光軸外に、ランプの一方の封止部の先
端に回転対称な非球面あるいは２次曲面の形状を有する
第２のリフレクタを光軸上に具備する。

【００１５】第１のランプリフレクタ２は光軸の近傍と
光軸から離れた部分の焦点距離が異なる回転対称な放物
面２０，２１を組み合わせたものである。光軸近傍の放
物面鏡２０は該放物面鏡の焦点位置に配置したランプ１
から放出された光を光軸に平行な光束６１に変換する。
一方、光軸から離れた部分の放物面鏡２１で反射された
光は補助リフレクタ９により光軸上に設けた第２リフレ
クタの焦点近傍に集束する光束となる。前記光束は第２
リフレクタの焦点を通過した後、第２リフレクタ８で反
射され、光軸近傍において平行な光束６６になる。

【００１６】

【作用】上記構成によれば、ランプの一端に具備した第
２リフレクタによりランプリフレクタの周辺部で反射さ
れた光を光軸に対して平行な光束とするので、液晶パネ
ルを照明する光軸近傍のランプ光の影を改善でき、照明
光の均一性を改善できる。従って、光散乱モード液晶パ
ネルを用いた液晶プロジェクタにおいて、光学系のＦ値
を大きくすること、すなわち照明光の平行度改善と投写
光学系の絞りの開口部を小さくできるので、高コントラ
ストな画像が再生できる。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例である光散乱モ
ードの液晶パネルを１枚用いた液晶プロジェクタの構成
図である。図１に示した液晶プロジェクタはランプ１，
ランプリフレクタ２，開口絞り４２から成る照明光学系
４６と、液晶パネル３１と、絞り４５，投写レンズ４か
ら成る投写光学系４７と、スクリーン５から構成され
る。メタルハライドランプ，キセノンランプなどの高効
率なランプ１から放出された光束６はランプリフレクタ
２で反射され、照明光学系４６によって平行な光束６８
に変換され、光散乱モード液晶パネル３１を照明する。
光散乱モードの液晶パネル３１は液晶に印加した電圧に
応じて、液晶が透明（液晶パネルの入射光はそのまま透
過）あるいは白濁（入射光は広い範囲に散乱）する。液
晶パネル３１の透明な部分を透過した光は絞り４５の開
口部を通過し、投写レンズ４によりスクリーン５に投影
され、明るい画像となる。一方、液晶パネル３１の白濁
した部分に入射した光は広い範囲に散乱し、散乱光の大
部分は絞り４５により遮断されるので、絞り４５の開口
部を通過した一部の光のみが投写レンズ４により投影さ
れ、スクリーン５は暗くなる。上記のように光散乱モー
ド液晶プロジェクタは液晶パネルからの透過光と散乱光
を投写光学系内の絞りによって選択し、スクリーン上に
画像の明るい部分と暗い部分を再生するもので、光散乱
モード液晶パネル３１には例えば、ＰＤＬＣ（高分子分
散型液晶(Polymer Dispersed LiquidCrystal)）が用い
られる。

【００１８】次に、本発明の主要部である照明光学系４
６のランプ部を拡大して図２に示す。ランプ１，異なる
焦点距離を有する回転対称な放物面２０，２１を組み合
わせた第１のランプリフレクタ２，光軸外に補助リフレ
クタ９及び光軸上に配置した第２リフレクタ８から成
る。ランプ１から放出された光束６のうち光軸に近い部
分の放物面リフレクタ２０によって反射され光束は光軸
にほぼ平行な光束６１となり、液晶パネル３１（図示せ
ず）の画像表示面を照明する。光軸近傍の光束（図１，
図２の斜線で示した部分）はランプ１の電極を封止した
球形のガラス管１１により遮られるため、光束が他の部
分に比べ少なくなる。一方、光軸から離れた光束はリフ
レクタ２１で反射され補助リフレクタ９に向かう光束６
３となる。補助リフレクタ９より反射された光束は第２
リフレクタ８の方向に反射され、光軸上で収束する光束
６４，６５となる。

【００１９】第２リフレクタ８は回転対称な放物面鏡等
の２次曲面鏡あるいは非球面鏡をランプ１の先端に取付
けたものである。第２リフレクタ８の口径は液晶パネル
３１を照明するランプ光束６１を遮らないようにランプ
のガラス管１１（本実施例で使用したランプは約１１ｍ
ｍ）の直径にほぼ等しくする。補助リフレクタ９はラン
プ光束６４，６５を光軸上の第２リフレクタ８の焦点位
置に収束する。光束６４，６５は第２リフレクタ８の焦
点を通過した後、反射され、光軸の近傍に新たな平行光
束６６を得ることができる。従って、図１，図２中に斜
線で示したランプの影６２を小さな影６７に、影の断面
積を３０％以下に改善した。この結果、投写光学系，照
明光学系のＦ値を実用的に良好なコントラストの画像が
得られる７以上に設定しても、スクリーン上に影を生じ
ることなく、高品位で高いコントラストの画像を再生で
きるようにした。

【００２０】一方、図２では第２リフレクタ８の光軸近
傍は補助リフレクタ９により反射された光束６５の入射
角度の関係で一部影６７が残ってしまうが、図３に示し
た様に光軸方向に長くした補助リフレクタ９０を用い、
光６５の入射角度（光線６５の光軸に対する角度）を小
さくすることにより、更に光軸近傍の影６７を小さくで
きる。

【００２１】図４（a)は本実施例を適用した液晶プロジ
ェクタのスクリーン５上の影５２の様子を示したもので
ある。また、図４（ｂ）にスクリーン中央部のＸーＸ’
方向の照度分布を示した。光学系のＦ値を大きくした場
合にもランプ影によるスクリーン中央部の照度低下を少
なくし、照度分布の均一性を改善して、高品位な画像を
生できるようにした。

【００２２】なお、第２リフレクタ８は回転対称な放物
面鏡に限定されるものではなく、例えば球面鏡（曲率半
径ｒ）を用い、補助リフレクタ９から反射された光束を
光軸上の球面鏡中心からｒ／２の距離の点を通過するよ
うにしても、ほぼ光軸に平行な光束を得ることができる
ので、同様な効果が得られる。

【００２３】本発明の第２の実施例で用いる補助リフレ
クタ９１及びランプ部を図５に示す。補助リフレクタ９
１は複数の反射面を階段状に配置した回転対称なリフレ
クタからなるもので、リフレクタ２１から反射された光
束を第２リフレクタ９の焦点に収差なく集束することに
より、光軸に平行な光束６６を得る。他の動作は第１の
実施例と同じであるから説明を省略する。

【００２４】本発明の第３の実施例で用いる照明光学系
を図６に示す。なお、第１の実施例（図１，図２）と同
じものには同一の符号を付けた。第１の実施例と異なる
のは開口絞り４２のランプ光６１が入射する側に反射面
４８を設けたことであり、他は図１に示した第１の実施
例と同じである。図６に点線で示した光束６９はランプ
光束６１の内、反射面４８によって反射され、ランプ１
側に戻り、液晶パネル３１を照明するランプ光として再
利用される。従って、光学系の効率を改善でき、明るい
画像を再生できる。

【００２５】図７は本発明の第４の実施例の液晶プロジ
ェクタで用いるランプ部の構造図である。なお、図２と
同じものには同一な符号を付けた。図７においては第２
リフレクタ８１は液晶パネル31（図示せず）側に凸面を
有する回転対称な放物面鏡，球面鏡あるいは非球面鏡を
光軸上に具備したものである。第２リフレクタ８１の作
用は図２に示した第１の実施例と同様であり、第１リフ
レクタの光軸から離れた部分２１から反射された光束を
補助リフレクタ９及び第２リフレクタ８１によって反射
し、光軸近傍にほぼ平行な光束６６を得て、中央部の影
６２を小さな影６７に改善する。

【００２６】図８は本実施例に用いる第２リフレクタ８
をランプ１の一方の先端に保持，固定するための構造を
説明する図である。ランプ１は電極１２，１３をガラス
管１１の内部に封止し、ベース電極１５とリード線１４
に高圧電圧を引加して電極１２，１３間を放電させる。
第２リフレクタ８はランプ１の封止部１５との結合部８
２を有している。また、結合部８２はランプの封止部１
５を挿入する部分８３と電極のリード線１４を通すスリ
ット８４を設けてある。ランプの一方の封止部１５を第
２リフレクタ８の挿入部８３に入れ、所定な位置に第２
リフレクタ８配置し、セラミックス系接着材で固定して
使用する。

【００２７】以上の実施例は１枚の液晶パネルを用いた
液晶プロジェクタで説明したが、複数の液晶パネルを用
いる液晶プロジェクタにおいても同様に適用できる。ま
た、光散乱モードの液晶パネルを用いた液晶プロジェク
タに関して説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなくＴＮ液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ等に
も適用できることは明らかである。すなわちＴＮ液晶パ
ネルの場合には光散乱モード液晶パネルのようにコント
ラスト特性は投写光学系のＦ値に依存しないので、投写
光学系のＦ値を大きくする必要はない。しかし、ＴＮ液
晶パネル上に高コントラストな画像を再生するために
は、拡がりの小さな平行光で液晶パネルを照明する必要
があり、照明光学系のＦ値を大きくして光束の平行度を
改善する場合に本発明を適用できることは明らかであ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、特に光散乱モードの液
晶パネルを用いた液晶プロジェクタにおいて、照明光学
系及び投写光学系のＦ値を大きくしても、スクリーン上
にランプの影を生ずることなく、スクリーン上の照度分
布の均一性を改善でき、明るく、高コントラストな画像
を得られるので、実用的に見やすく品位の高い画像が再
生できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す液晶プロジェクタの
構造図である。

【図２】第１の実施例のランプ部及びその動作を説明す
る図である。

【図３】第１の実施例で用いる他のランプ部及びその動
作を説明する図である。

【図４】スクリーン上に投影されたランプ影を説明する
図及びスクリーン中央部の水平方向の照度分布を示す図
である。

【図５】第２の実施例のランプ部及びその動作を説明す
る図である。

【図６】第３の実施例のランプ部及びその動作を説明す
る図である。

【図７】第４の実施例のランプ部及びその動作を説明す
る図である。

【図８】本発明に用いる第２リフレクタの結合部を説明
する図である。

【図９】従来の液晶プロジェクタの動作を説明する図で
ある。

【図１０】従来の液晶プロジェクタのスクリーン上の影
を説明する図である。

【図１１】従来の液晶プロジェクタの動作を説明する図
である。

【図１２】従来の液晶プロジェクタのスクリーン上の影
を説明する図である。

【図１３】従来の液晶プロジェクタのスクリーン上の影
を説明する図である。

【図１４】従来の液晶プロジェクタの照明光学系を説明
する図である。

【符号の説明】

１…ランプ、 ２…第１のランプリフレクタ、 ３，３１…液晶パネル、 ４…投写レンズ、 ５…スクリーン、 ６…ランプ光束、 ８，８１…第２リフレクタ、 ９，９０，９１…補助リフレクタ、 １１…ランプガラス管、 ２０，２１…放物面鏡、 ４２，４５…絞り、 ４１，４３，４４…レンズ、 ４８…開口絞りに設けた反射面、 ６１，６６，６８…液晶パネルの照明光、 ６２，６７…ランプ光の影、 ５２…スクリーン上に投影されたランプの影。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ランプ，第１のランプリフレクタ，液晶パ
   ネル及び投写レンズから構成され、液晶パネルの画像を
   スクリーン上に投影する液晶プロジェクタにおいて、少
   なくとも前記ランプと液晶パネルの間にランプ光の一部
   を反射する補助リフレクタを光軸外に具備するととも
   に、前記補助リフレクタにより反射された光束を液晶パ
   ネル側に反射する第２のリフレクタを光軸上に具備した
   ことを特徴とする液晶プロジェクタ。
2. 【請求項２】ランプ，第１のランプリフレクタ，ランプ
   光の一部を遮断する開口絞り，液晶パネル及び投写レン
   ズから構成され、前記開口絞りの開口部を通過したラン
   プ光により液晶パネルを照明し、液晶パネルの画像をス
   クリーン上に投影する液晶プロジェクタにおいて、少な
   くとも前記ランプと開口絞りの間にランプ光の一部を反
   射する補助リフレクタを光軸外に具備するとともに、前
   記補助リフレクタにより反射された光束を開口絞り側に
   反射する第２のリフレクタを光軸上に具備したことを特
   徴とする液晶プロジェクタ。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２記載の液晶プロジ
   ェクタにおいて、第１のランプリフレクタは光軸に対し
   て回転対称な放物面鏡であり、該ランプリフレクタは光
   軸近傍の焦点距離と光軸から離れた部分の焦点距離が異
   なり、補助リフレクタは回転対称な曲面鏡あるいは多数
   の小さな反射面からなる複合反射面鏡，第２のリフレク
   タは回転対称な非球面鏡あるいは２次曲面鏡であること
   を特徴とする液晶プロジェクタ。
4. 【請求項４】請求項３記載の液晶プロジェクタにおい
   て、第２のリフレクタの開口部が液晶パネル側に向いて
   いることを特徴とする液晶プロジェクタ。
5. 【請求項５】請求項３記載の液晶プロジェクタにおい
   て、第２リフレクタの開口部が第１のランプリフレクタ
   側に向いていることを特徴とする液晶プロジェクタ。
6. 【請求項６】請求項１，２，３，４または５記載の液晶
   プロジェクおいて、入力信号に応じてランプ光を透過あ
   るいは散乱する光散乱モードの液晶パネルを具備したこ
   とを特徴とする液晶プロジェクタ装置。
7. 【請求項７】請求項２，３，４，５または６記載の液晶
   プロジェクタにおいて、前記開口絞りのランプ側の面に
   反射面を設け、前記ランプからの光束のうち開口部を通
   過する光束以外はランプ側に戻すようにしたことを特徴
   とする液晶プロジェクタ装置。
8. 【請求項８】請求項１，２，３，４，５，６または７記
   載の液晶プロジェクタにおいて、第２リフレクタをラン
   プの一方の端に挿入して保持する構造を具備したことを
   特徴とする液晶プロジェクタ装置。