JP2000194069A - プロジェクタの光源アライニング装置 - Google Patents

プロジェクタの光源アライニング装置

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JP2000194069A
JP2000194069A JP10368883A JP36888398A JP2000194069A JP 2000194069 A JP2000194069 A JP 2000194069A JP 10368883 A JP10368883 A JP 10368883A JP 36888398 A JP36888398 A JP 36888398A JP 2000194069 A JP2000194069 A JP 2000194069A
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武博 岡田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランプ発光管をアライメント固定するストレ
ート光学系において、2灯合成に最適なアライメント装
置を提供する。 【解決手段】 凹面反射鏡2と、発光管1と、第1、第
2つのレンズアレイ7、8と、レンズアレイの各セルに
対応して一体的に設けた矩形または円形のアパーチャグ
リル18と、非球面の補正レンズ5をストレート光学系
として一定の距離及び軸ずらしをしながら固定台に保持
する構成。

Description

【発明の詳細な説明】
【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29
a,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1
0)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5〜1
0%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5〜1
0%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2
6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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 凹面反射鏡と、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、さら
    に、前記反射鏡の略第2の焦点位置近傍に集光する光束
    大の開口を有するスリット板を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. 【請求項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. 【請求項3】 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2記載
    のプロジェクタの光源アライニング装置。
  4. 【請求項4】 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3記載のプロジェクタの光源アライニング
    装置。
  5. 【請求項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. 【請求項6】 凹面反射鏡と、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、さらに、前記第
    2のレンズアレイに各レンズに対応した複数の開口を有
    するアパーチャーグリルを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. 【請求項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. 【請求項8】 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7記載のプロジェクタの光源アライニング装
    置。
  9. 【請求項9】 反射鏡の略第2の焦点位置近傍に集光す
    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. 【請求項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. 【請求項11】 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で形成したことを特徴とする請求項
    10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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