JP2001183742A - プロジェクタ装置及び光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投射像の照度を高めるとともに、プロジェク
タ装置を小型化する。 【解決手段】 複数の光源12を備え、これら光源12が照
射した光を楔型のプリズムを用いて光束の幅を狭める。
この光を照明光学系13の光学要素で案内し、３枚の液晶
パネルLCg で変調した後、投射光学系14からスクリーン
に投射する。光学要素を配置した平面Ａに対して直交す
る平面Ｂに、光源12を配置する。投射光学系14の鏡筒45
は、シフト機構54でシフト可能に支持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、光源が照
射した光を液晶パネルで変調して画像を投射するプロジ
ェクタ装置及び光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、光源が照射した光を液晶
パネルで変調して画像を投射するプロジェクタ装置が用
いられている。このプロジェクタ装置は、光源のランプ
が照射した白色光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３
色に色分解し、これら分解した色光を各色光毎に液晶パ
ネルで光変調した後にダイクロイックプリズムで合成
し、さらに投射レンズを介してスクリーンに投射し、カ
ラーの投射像を得るようになっている。また、光源のラ
ンプは、ハロゲンランプなどの白熱電球あるいはメタル
ハライドランプなどの放電ランプと、回転放物面状の鏡
面を備えたリフレクタやレンズなどとを組み合わせて構
成されている。

【０００３】そして、このようなプロジェクタ装置にお
いて、投射像の照度を高める手段として、光源の照度を
高める手段がある。この点、光源の照度を高める手段と
して、照度の大きいランプを用いる構成、あるいは、複
数のランプを用いる構成が考えられる。そして、これら
両者の構成を比較すると、同じ照度を得ようとする場
合、１個の大型のランプを用いるよりも、複数のランプ
を用いた方が、ランプの電源の大きさやコストの点で有
利である。

【０００４】この点、複数のランプを用いて投射光の照
度を高める構成として、例えば、特開平１１−１１９１
５１号公報に示されるように、複数のランプを並設する
とともに、各ランプから照射された光線の光束幅をプリ
ズムで絞る構成が知られている。

【０００５】また、一般に、プロジェクタ装置において
は、光源のランプを含む各種の光学要素は、投射レンズ
の光軸を含む所定の平面に沿って配置されている。そし
て、特開平１１−１１９１５１号公報の構成は、いわゆ
る横置き設置のプロジェクタ装置であり、投射レンズの
光軸を通る水平面上に、各光学要素とともに複数のラン
プが配置されている。

【０００６】また、従来、プロジェクタ装置は、投射像
の台形歪みの防止のため、使用に際して水平に設置する
必要がある。この点、投射レンズを上下方向に移動させ
るシフト機構を備えた構成では、このシフト機構が筐体
の前側部で上下に突出するため、筐体を水平にするため
に、筐体の後側下部に膨出部を形成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、光学要素が配置された面に沿って複数のランプ
を配置する構成では、光学要素を透過する投射光の光束
幅が、ランプの並設方向に拡幅するため、投射光が拡幅
した方向に各光学要素を大きく形成する必要がある。こ
の結果、プロジェクタ装置が設置方向である水平方向に
大型化し、設置面積が大きくなる問題を有している。特
に、各光学要素を配設方向である水平方向に大型化した
場合には、光学要素同士が互いに干渉しないように、光
学要素を配設方向に偏倚して配設する必要があり、この
偏倚量は投射レンズから離れるに従い累積するため、投
射光束の拡幅量以上に装置が大型化する問題を有してい
る。

【０００８】また、シフト機構を備えたプロジェクタ装
置では、筐体を水平にするために、筐体の後側下部に有
効に利用されない膨出部を形成する必要があり、装置の
小型化が困難になる問題を有している。

【０００９】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、照度を向上でき、また、小型化が可能なプロジェ
クタ装置及び光源装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のプロジェ
クタ装置は、それぞれ光を照射する複数の光源と、光を
変調する変調手段及び変調された光を投射する投射光学
系を含み、前記光源が照射した光を前記変調手段を介し
て前記投射光学系に導く光学要素とを具備し、前記光学
要素は、所定の平面に略沿って配置され、前記各光源
は、前記平面と交差する方向に並設されたものである。

【００１１】そして、この構成では、複数の光源を用
い、かつ、これら光源は、光学要素を配置した仮想的な
平面と交差する方向に並設したので、単一の大型の光源
を用いる構成や、光学要素を配置した仮想的な平面上に
複数の光源を配置する構成に比べ、装置が容易に小型化
される。

【００１２】請求項２記載のプロジェクタ装置は、それ
ぞれ光を照射する複数の光源と、光を変調する変調手段
及び変調された光を投射する投射光学系を含み、前記光
源が照射した光を前記変調手段を介して前記投射光学系
に導く光学要素と、前記投射光学系を所定方向に移動さ
せるシフト機構と、前記光源及び前記投射光学系の少な
くとも一部を収納する筐体とを具備し、前記光源は、前
記所定方向に並設されたものである。

【００１３】そして、この構成では、投射光学系を所定
方向に移動させるシフト機構を設けた構成で、複数の光
源を同じ所定方向に並設したので、筐体を設置時に水平
にするなどのために、シフト機構により生じる膨出部分
に対をなして形成される膨出部分に光源を配置すること
により、空間を有効に利用して、プロジェクタ装置の小
型化が可能になる。

【００１４】請求項３記載の光源装置は、所定の平面に
略沿って配置された光学要素を備える光学機器に備えら
れ、前記光学要素に光を照射する光源装置であって、前
記平面と交差する方向に並設され、それぞれ光を照射す
る複数の光源と、これら光源の照射する光の光束幅を絞
るプリズムとを具備したものである。

【００１５】そして、この構成では、複数の光源を用
い、かつ、これら光源は、光学要素を配置した仮想的な
平面と交差する方向に並設されるので、単一の大型の光
源を用いる構成や、光学要素を配置した仮想的な平面上
に複数の光源を配置する構成に比べ、光源装置を用いた
光学機器が容易に小型化される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のプロジェクタ装置
及び光源装置の一実施の形態を図面を参照して説明す
る。

【００１７】図１ないし図３において、10は光学機器と
してのプロジェクタ装置で、このプロジェクタ装置10
は、投写型表示装置、液晶投射装置、液晶プロジェクタ
装置などとも呼ばれるものであり、光源装置11を構成す
る複数個、本実施の形態では２個の光源12、複数の光学
要素で構成される照明光学系13及び投射光学系14、及び
これらを収納する筐体15などにて構成されている。そし
て、光源装置11は、２個の光源12のほか、２個のプリズ
ムを備え、各光源12は、光源本体21、リフレクタ22など
を備えている。また、照明光学系13は、プリズムＰ、イ
ンテグレータ光学系23a ，23b 、偏光発生手段24、第１
の集光レンズ25、第１ないし第４の反射ミラー31，32，
33，34、色分離手段としての第１及び第２のダイクロイ
ックミラーDM1 ，DM2 、複数の集光レンズ35，36，37、
中間レンズ系を構成する中間レンズ38，39、偏光発生手
段を構成する偏光板41，42，43、変調手段である表示パ
ネルとしての３枚の液晶パネルLCr ，LCg ，LCb 、及び
色合成手段としてのダイクロイックプリズムDXP などを
組み合わせた表示ユニットなどを備えている。また、投
射光学系14は、鏡筒45と、この鏡筒45を進退駆動させる
駆動装置46と、鏡筒45に収納された図示しない投射レン
ズとなどを備えている。さらに、筐体15は、各部材が収
納され取り付けられた第１基体51、第２基体52、及び筐
体本体53を備えている。さらに、このプロジェクタ装置
10は、鏡筒45を移動させるシフト機構54、各液晶パネル
LCr ，LCg ，LCb に対して取り付けられた冷却ファン5
5、制御回路、操作部、表示部、及び電源装置などを備
えている。

【００１８】なお、以下、このプロジェクタ装置10を水
平面上に配置し、かつ、投影面としてのスクリーンに対
向して配置した状態で、スクリーン側を前側とし、光源
12側を後側として説明する。

【００１９】そして、第１基体51は、例えばマグネシウ
ム合金などの金属などにて形成され、表示ユニットと、
投射光学系14が取り付けられている。

【００２０】また、第２基体52は、合成樹脂などにて形
成され、第１基体51に固定された断面略Ｕ字状の箱体
と、この箱体の一側の開口を覆う蓋体とを備え、全体と
して、光源21側から表示ユニットに連通して光源12の投
射光が通過する管体状に形成され、インテグレータ光学
系23a ，23b 、偏光発生手段24、第１の集光レンズ25、
第１および第２のダイクロイックミラーDM1 ，DM2 、４
枚の反射ミラー31，32，33，34、集光レンズ37、中間レ
ンズ38などが取り付けられているとともに、表示ユニッ
トの三方を囲み、各液晶パネルLCr ，LCg ，LCb に対向
して、集光レンズ35，36，37、中間レンズ39および偏光
板41，42，43などの光学要素が、仮想的な平面Ａ上に位
置して取り付けられている。また、表示ユニットの上側
に対応する位置には、表示ユニットを冷却する冷却手段
である冷却ファン55が取り付けられている。なお、本実
施の形態のプロジェクタ装置10は、側面視の投影面積よ
り平面視の投影面積の大きい、いわゆる横置き型であ
り、平面Ａは、水平面と平行になっている。

【００２１】また、筐体本体53は、これら第１基体51お
よび第２基体52を収納し、さらに、制御回路および電源
装置などを収納するとともに、外面に操作部および表示
部などが設けられている。

【００２２】そして、各光源12の光源本体21は、ハロゲ
ンランプなどの白熱電球あるいはメタルハライドランプ
などの放電ランプであり、この光源21の点状の発光部21
a から照射された白色光である光は、矩形状の開口部を
有する放物面状の鏡面を備えたリフレクタ22で反射さ
れ、それぞれプリズムＰで屈折されて、光軸に平行な光
とされ、第２基体52が構成する管体の一端から投射され
る。そして、各プリズムＰは、略楔状をなす楔状プリズ
ムで、すなわち、本実施の形態では、入射面と出射面が
矩形状をなし、光軸と直交する後方から見て台形状に形
成されている。また、プリズムＰに対向し、一枚の矩形
板状のフィルタＦが配置されている。

【００２３】さらに、２個の光源12は、筐体15の後端部
近傍で、幅方向の一側から他側に向かい、本実施の形態
では左側に位置して右側に向かい、さらに、光軸を挟
み、すなわち光軸の上下に位置して、光軸に対して若干
傾斜して配置されている。そして、これら２個の光源12
は、各光学要素が配置された平面Ａ上に並んで配置され
るのではなく、平面Ａと交差する第２の平面Ｂ上に位置
して配置されている。そして、本実施の形態では、この
第２の平面Ｂは、平面Ａと直交し、かつ、スクリーンＳ
と平行な垂直面であり、各光源12及びプリズムＰは、平
面Ａに対して面対称状に配置されている。

【００２４】そして、これら光源12から出射された投射
光がプリズムＰを介して入射するインテグレータ光学系
23a ，23b は、インテグレータレンズあるいはマルチレ
ンズなどとも呼ばれるレンズアレイであり、各液晶パネ
ルLCr ，LCg ，LCb と概ね同じ縦横比の正面視矩形状の
複数のレンズ要素をマトリクス状に配列し、光源12の投
射光をこれらレンズ要素に対応した数の光束に分割する
ようになっている。

【００２５】また、偏光発生手段24は、一方のインテグ
レータ光学系23b の前面側に積層などして設けられ、投
射光に含まれる異なる偏光方向の光を互いに分離する偏
光分離手段である偏光分離ユニットアレイと、互いに分
離された偏光光のいずれか一方の偏光方向を変換する偏
光変換手段としての選択位相差板とを備え、光源装置11
から出射されたランダムな偏光方向の投射光の偏光方向
を揃えるようになっている。すなわち、偏光分離ユニッ
トアレイには、全反射面と、蒸着などして形成された偏
光分離面とが左右方向に交互に光軸に対して４５度の入
射角を有して規則的に配置され、偏光分離ユニットアレ
イに入射した光は、偏光分離面を通過して直進するＰ波
（Ｐ偏光光束）と、偏光分離面で反射され、さらに全反
射面で反射されたＳ波（Ｓ偏光光束）とに分離されて、
選択位相差板に出射される。そして、この選択位相差板
には、例えばＰ波が出射される位置にのみλ／２位相差
板が配置され、偏光分離ユニットアレイから出射された
Ｐ波は、各λ／２位相差板を通過する際に偏光方向の回
転作用を受けてＳ波に変換される。このようにして、光
源装置11から出射されたランダムな偏光方向の投射光の
偏光方向は、例えばＳ波に揃えられて出射される。

【００２６】さらに、この光束が第１の反射ミラー31で
反射されて入射される第１のダイクロイックミラーDM1
は、投射光の光軸に対して例えば４５度傾斜して配置さ
れ、赤色光を透過して直進させ、青色光および緑色光を
側方に反射する。さらに、第１のダイクロイックミラー
DM1 の側方に第１のダイクロイックミラーDM1 と平行に
配置された第２のダイクロイックミラーDM2 は、青色光
を透過して直進させ、緑色光を前方に反射する。このよ
うにして、第１及び第２のダイクロイックミラーDM1 ，
DM2 により、赤緑青（ＲＧＢ）の３原色に色分離を行
う。

【００２７】そして、互いに色分離された色光である各
投射光の、インテグレータ光学系23a ，23b のレンズ要
素で分割された光束は、第１の集光レンズ25により、各
集光レンズ35，36，37に重畳されるように導かれ、これ
ら集光レンズ35，36，37などにより、液晶パネルLCr ，
LCg ，LCb に入射する光束が平行化される。さらに、青
色光Ｂについては、中間レンズ38，39により、光束を平
行化して液晶パネルLCb に導く。

【００２８】そして、互いに色分離されて平行化された
色光である各投射光は、それぞれガラス基板上に位相差
板と偏光板とを積層した偏光板41，42，43を通過して所
定の偏光方向に揃えられ、ダイクロイックプリズムDXP
の３方の光入射面に対向して支持された各液晶パネルLC
r ，LCg ，LCb に投射される。

【００２９】そして、各液晶パネルLCr ，LCg ，LCb
は、それぞれフレキシブル基板などを介して制御回路に
接続されて画素が制御され、偏光板41，42，43からの偏
光光に画像信号に応じた光変調を与える。そして、各液
晶パネルLCr ，LCg ，LCb を透過する際に光変調された
色光は、３方の光入射面からダイクロイックプリズムDX
P に入射される。このダイクロイックプリズムDXP は、
クロスプリズムなどとも呼ばれるもので、４個の直角プ
リズム同士の貼り合わせ面に、所定の光学特性を有する
光学膜である赤反射ダイクロイック面Drと青反射ダイク
ロイック面Dbとが、互いに直交するように形成されてい
る。すなわち、赤反射ダイクロイック面Drは、赤色光Ｒ
を反射し、これより波長の短い光、すなわち緑色光Ｇ及
び青色光Ｂを透過する。また、青反射ダイクロイック面
Dbは、青色光Ｂを反射し、これより波長の長い光すなわ
ち緑色光Ｇ及び赤色光Ｒを透過する。そこで、赤色光
は、赤反射ダイクロイック面Drで反射されて投射光学系
14に至り、青色光は青反射ダイクロイック面Dbで反射さ
れて投射光学系14に至り、また、緑色光は、両ダイクロ
イック面Dr，Dbを共に透過して投射光学系14に至り、色
合成される。そして、この投射光学系14により、投射光
がスクリーンに拡大して投射され、スクリーン上で投影
像（カラー画像）を構成する。

【００３０】そして、２個の光源12，12から照射された
光束は、赤緑青（ＲＧＢ）の３原色に色分離されるとと
もに、光束が１つに重ねられた状態で、各液晶パネルLC
r ，LCg ，LCb に入射する。例えば、緑色光Ｇとして分
離される光束は、図３に示すように、２個の光源12，12
から照射された光束が１つに重ねられた状態で、液晶パ
ネルLCg に入射するようになっている。

【００３１】なお、光学系を構成する各部材の一部、例
えば、各反射ミラー31，32，33，34と、インテグレータ
光学系23a ，23b となどは、ねじなどを備えた位置調整
装置により位置調整可能に支持され、投射光の光軸を変
位可能になっている。

【００３２】さらに、投射光学系14の鏡筒45は、筐体15
の前側部に設けられたシフト機構54により、筐体15に対
して上下方向に所定範囲で、例えば１〜２cm程度平行に
移動すなわちシフト可能に支持されており、原像すなわ
ち液晶パネルLCr ，LCg ，LCb に対する投射像の拡大比
に応じた移動量で、投射像の位置を移動できるようにな
っている。また、筐体15の筐体本体53の形状は、シフト
機構54の中立位置で、投射光学系14の光軸及び各光学要
素が配置された平面Ａが水平になるように形成されてい
る。

【００３３】そして、本実施の形態によれば、単一の大
型の光源を用いるのではなく、複数の光源12を用いたた
め、照度を向上できるとともに、消費電力は同一でも、
電源装置を小型化できる。さらに、これら複数の光源12
の光を複数の楔形のプリズムＰを並設して案内し光束幅
を狭めたため、円形状のレンズを用いる構成に比べて、
特に、照明光学系13のＦ値を大きくした際に、空間を有
効に利用でき、いわゆるデッドスペースを解消して、装
置を小型化できる。そして、照明光学系13のＦ値を大き
くすることにより、投射光学系14のＦ値を大きくするこ
とができ、特に、投射光学系14のＦ値が小さくなりやす
いマイクロプリズムを使用した構成において、有効に照
度を大きくできる。

【００３４】そして、これら複数の光源12は、光学要素
を配列した平面Ａと交差し、さらには直交する平面Ｂに
沿って並設したため、平面Ａ上で装置が要する面積すな
わち横置き時の設置面積の増加を抑制できる。この時、
装置は、光学要素の配列方向と異なる方向に大きくな
り、すなわち、高さ寸法が大きくなるが、光源12の投射
光束は光学要素を配列した平面Ａと交差する方向に拡幅
し、すなわち、高さ寸法の増加は光束の拡幅分で足り
る。そこで、光学要素の配列方向に沿って光学要素を配
置する構成に比べて、装置の体積の増加を抑制でき、装
置を小型化できる。

【００３５】また、投射光学系14を上下にシフトさせる
シフト機構54を備えた構成において、各光源12を平面Ａ
の上下、また、投射光学系14の光軸の上下に配置したた
め、筐体15を設置時に水平にするために、投射光学系14
の光軸よりも下方に位置して生じる空間を有効に利用し
て光源12を配置でき、装置を容易に小型化できる。すな
わち、プロジェクタ装置10は、投射像の台形歪みの防止
のため、使用に際して水平に設置する必要がある。その
ため、投射光学系14のシフト機構54を備えたプロジェク
タ装置10においては、上下に移動する鏡筒45を支持する
シフト機構54が筐体15の前側部で上下に突出し、筐体15
の前側部が持ち上げられることになる。そこで、図１に
示すように、シフト機構54に対応して筐体15の後側下部
に膨出部分60を設け、装置を水平にする必要があるが、
この膨出部分60を有効に利用されないいわゆるデッドス
ペースとせず、各光源12を上下に配置し、少なくとも一
方の光源12をこの膨出部分60に配置することにより、装
置の後側を持ち上げつつ、空間を有効に利用し、装置を
小型化できる。

【００３６】なお、上記の実施の形態では、光学要素を
配列した平面Ａを水平面とした、いわゆる横置型のプロ
ジェクタ装置10について説明したが、この構成に限られ
ず、平面Ａを水平面及びスクリーンに直交する垂直な平
面とし、平面視の投影面積より側面視の投影面積の大き
い、いわゆる縦置き型に適用することもできる。

【００３７】また、複数の光源12が配置される平面Ｂ
は、平面Ａに直交して配置するほか、傾斜して配置する
こともできる。さらに、２個の光源12は、平面Ａを中心
として対称に配置するほか、図４に示すように、非対称
に配置し、光軸方向に若干位置を異ならせて配置するこ
ともできる。そして、この構成では、光源12同士を近接
して配置することが可能になり、光源12の並設方向の寸
法を小さくすることができる。

【００３８】さらに、プロジェクタ装置10については、
種々の構成を採りうるもので、反射ミラー、集光レンズ
などは適宜の配置を採ることができる。また、表示パネ
ルは、液晶パネルLCr ，LCg ，LCb に限られるものでは
なく、他のデバイスを用いた表示パネルを用いることも
できる。そして、光学要素も、ダイクロイックプリズム
DXP に限られるものではなく、２枚の表示パネルを用い
る構成などでは、ダイクロイックミラーを用いることも
できる。

【００３９】

【発明の効果】請求項１記載のプロジェクタ装置によれ
ば、複数の光源を用い、かつ、これら光源は、光学要素
を配置した仮想的な平面と交差する方向に並設したた
め、単一の大型の光源を用いる構成や、光学要素を配置
した仮想的な平面上に複数の光源を配置する構成に比
べ、装置を容易に小型化できる。

【００４０】請求項２記載のプロジェクタ装置によれ
ば、投射光学系を所定方向に移動させるシフト機構を設
けた構成で、複数の光源を同じ所定方向に並設したた
め、筐体を設置時に水平にするなどのために、シフト機
構により生じる膨出部分に対をなして形成される膨出部
分に光源を配置することにより、空間を有効に利用し
て、プロジェクタ装置を小型化できる。

【００４１】請求項３記載の光源装置によれば、複数の
光源を用い、かつ、これら光源は、光学要素を配置した
仮想的な平面と交差する方向に並設されるため、単一の
大型の光源を用いる構成や、光学要素を配置した仮想的
な平面上に複数の光源を配置する構成に比べ、光源装置
を用いた光学機器を容易に小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプロジェクタ装置及び光源装置の一実
施の形態を示す側面図である。

【図２】同上プロジェクタ装置の平面図である。

【図３】同上プロジェクタ装置の緑色光の光路を示す説
明図である。

【図４】本発明の光源装置の他の実施の形態を示す一部
の説明図である。

【符号の説明】 10 光学機器としてのプロジェクタ装置 11 光源装置 12 光源 14 投射光学系 15 筐体 54 シフト機構 Ａ 平面 LCr ，LCg ，LCb 変調手段としての液晶パネル Ｐ プリズム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴 篤志 長野県諏訪市大字中洲4710番地 チノンテ ック株式会社内 Ｆターム(参考） 5G435 AA12 AA18 BB12 BB17 CC12 DD02 DD05 FF03 FF05 FF07 GG01 GG03 GG04 GG08 GG26 GG28 GG44 LL15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ光を照射する複数の光源と、 光を変調する変調手段及び変調された光を投射する投射
   光学系を含み、前記光源が照射した光を前記変調手段を
   介して前記投射光学系に導く光学要素とを具備し、 前記光学要素は、所定の平面に略沿って配置され、 前記各光源は、前記平面と交差する方向に並設されたこ
   とを特徴とするプロジェクタ装置。
2. 【請求項２】 それぞれ光を照射する複数の光源と、 光を変調する変調手段及び変調された光を投射する投射
   光学系を含み、前記光源が照射した光を前記変調手段を
   介して前記投射光学系に導く光学要素と、 前記投射光学系を所定方向に移動させるシフト機構と、 前記光源及び前記投射光学系の少なくとも一部を収納す
   る筐体とを具備し、 前記光源は、前記所定方向に並設されたことを特徴とす
   るプロジェクタ装置。
3. 【請求項３】 所定の平面に略沿って配置された光学要
   素を備える光学機器に備えられ、前記光学要素に光を照
   射する光源装置であって、 前記平面と交差する方向に並設され、それぞれ光を照射
   する複数の光源と、 これら光源の照射する光の光束幅を絞るプリズムとを具
   備したことを特徴とする光源装置。