JP2004145264A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高出力の光源ランプを使用している投射型表示装置において、装置の電源投入と共に内部温度が上昇しても、常に最適なフォーカスずれのない投射画像を得ることのできる投射型表示装置を提供する。
【解決手段】空間光変調素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、ＰＢＳ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、クロスダイクロイックプリズム１２を固定するため設けられた支持部材１１ａに投射レンズ１０を取り付けられるようにし、投射レンズ１０と支持部材１１ａとの間に支持部材１１ａより熱膨張係数の大きな支持部材１１ｂを設け投射レンズ１０を固定することで、投射型表示装置の光源ランプの発熱及び使用環境温度の変化による空間光変調素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃと投射レンズ１０との距離の変動を相殺し、常に最適なフォーカスずれのない投射画像を得ることができる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カラー投射表示装置は、白色光から３原色光に係るＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色光を分解して対応色の空間光変調素子に導き、当該空間光変調素子で映像信号に応じて光変調された色光を合成して投射レンズにて投射し、スクリーン上にカラー映像を表示させるものである。
【０００３】
光学機器において、使用環境温度変化により使用するレンズのフォーカス性能の低下を招くという問題があることが知られている。
更には、カラー投射表示装置は高出力の光源ランプを使用しており光学系に強力な光が照射されるため、投射表示装置の電源投入後に発生する投射表示装置の温度上昇につれて投射レンズを支持する支持部材の熱膨張が起こり、当該空間光変調素子と投射レンズとの距離が経時的に変化することにより、投射レンズのフォーカス性能の低下を招くという問題があった。
【０００４】
投射表示装置の動作時の温度変化に伴う投射レンズのフォーカス性能の低下を防止することができるビデオプロジェクタとして、特開平９−９０２７３号公報（特許文献１）にレンズフォーカシング装置が開示されている。ブラウン管（ＣＲＴ）に映出される画像を、投射レンズによりスクリーン上に拡大投射する投射型テレビジョンにおいて、投射レンズとＣＲＴとの空間を屈折率がＣＲＴのフェースガラスに近く且つ透明度の高い液体で充たし光学的に結合することで、投射レンズの一部を光軸方向に少量往復運動可能な構成とし、温度ドリフトに対するフォーカスの補正を行っている。
【０００５】
また、焦点補正機能を備えたレンズ抱持体が特開平８−１６０２７６号公報（特許文献２）に開示されている。これには、使用する環境の温度変化範囲が大きい光学機器において、まず受光体を持つ光学機器本体に固着された鏡筒を備えている。さらに、その筐体を取り囲むように前記受光体に焦点を合わせるためのレンズ系を支持する別の鏡筒を備えている。そして、鏡筒同士をその熱膨張係数よりも熱膨張係数が大きい連結部材で連結することにより、温度変化に起因する焦点ずれを補正するレンズ抱持体を提供するものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−９０２７３号公報
【特許文献１】
特開平８−１６０２７６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のようにカラー投射表示装置は高出力の光源ランプを使用しているため、装置周囲の環境温度変化よりむしろ内部の光源ランプが装置の電源投入と共に経時的に温度上昇し、装置内部の光学部材及び投射レンズを支持する支持部材の熱膨張が起こり、その結果空間光変調素子と投射レンズとの距離が経時的に変化し投射レンズのフォーカス性能の低下の主な原因となっているという投射表示装置の構成上特有の問題があった。
【０００８】
従って、投射表示装置において、前述の特開平８−１６０２７６号公報（特許文献２）に提案されているように、装置全体をレンズの抱持体に取り込む構成、及び前述の特開平９−９０２７３号公報（特許文献１）に提案されている光学部材の結合を改良する構成では、温度ドリフトに対するフォーカスの補正を行うことは困難である。
【０００９】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、高出力の光源ランプを使用している投射型表示装置において、投射型表示装置の動作時の光源ランプの発熱及び使用環境温度の変化による空間光変調素子と投射レンズとの距離の変動を相殺し、常に最適なフォーカスを得ることにより高品質な画像を投射できる投射型表示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】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の１）〜２）に記載の手段よりなる。
すなわち、
１）空間光変調素子（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）と、
投射レンズ（１０）と、
前記空間光変調素子（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）が固着され、入力画像が前記空間光変調素子（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）により光変調されて投射すべき光学映像とされた後、前記光学映像を前記投射レンズの入射側に導くための光学部材（１２）と、
第１の熱膨張係数を有する第１の支持部材（１１ａ）と、
前記第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有する第２の支持部材（１１ｂ）とを備え、
前記光学部材（１２）は、前記光学部材（１２）から前記投射レンズの入射側へ出射する光学映像を遮ることがない部分で前記第１の支持部材（１１ａ）の第１の端部に固定され、且つ前記光学部材に取り付けられた前記第１の支持部材の長手方向は前記投射レンズの光軸（１０ａ）と平行となる位置関係を有しており、
前記第２の支持部材（１１ｂ）の第１の端部は、前記第１の支持部材（１１ａ）の前記第１の端部に対向する位置にある第２の端部に固定され、
前記第２の支持部材（１１ｂ）の前記第１の端部に対向する位置にある第２の端部は、前記投射レンズの入射側端部（１０ｂ）に固定され、且つ前記投射レンズの光軸（１０ａ）と前記光学部材からの出射の光軸（１２ａ）とが平行となる位置関係を有しており、
前記第２の支持部材（１１ｂ）の前記第２の端部は、前記第１の支持部材（１１ａ）の前記第２の端部より前記光学部材（１２）側に位置しており、
前記第１の支持部材の前記第１の端部から前記第２の端部までの熱膨張量と、前記第２の支持部材の前記第１の端部から前記第２の端部までの熱膨張量とを相殺するようにしたことを特徴とする投射型表示装置。
２）前記光学映像が出射される前記光学部材（１２）の前記投射レンズ側端面（１２ｃ）から、前記第１の支持部材（１１ａ）の前記第２の端部と前記第２の支持部材（１１ｂ）の前記第１の端部とを固定した個所（１１ｃ）までの長さをＬ１とし、
前記第１の支持部材（１１ａ）の前記第２の端部と前記第２の支持部材（１１ｂ）の前記第１の端部とを固定した個所（１１ｃ）から、前記第２の支持部材の前記第２の端部に前記投射レンズの入射側端部（１０ｂ）を固定した個所（１１ｄ）までの長さをＬ２とし、
前記第１の熱膨張係数をｋ１とし、
前記第２の熱膨張係数をｋ２としたとき、
Ｌ１×ｋ１＝Ｌ２×ｋ２となるようにＬ１及びＬ２の長さを設定したことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の投射型表示装置の発明の実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。
図１（ａ）は、本実施例に適用される投射型表示装置の投射レンズの取り付け構造例を示したものである。アルミ合金から成る支持部材１１ａの第１の端部には、ＲＧＢ３枚の反射型空間光変調素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃを固着した３個の偏光ビームスプリッタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃとそれらを接着したクロスダイクロイックプリズム１２からなる光学部材が固着されている。
【００１２】
投射型表示装置に入力された映像信号は、図示しない周知の信号処理回路によりＲＧＢ信号に変換され、反射型空間光変調素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃに供給される。一方、図示しない光源からの白色光は、周知の色分解系の光学ブロックにより、ＲＧＢ色に分解され反射型空間光変調素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃに供給される。反射型空間光変調素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃで入力された映像信号に応じて変調されたＲＧＢ色光は、それぞれ偏光ビームスプリッタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃを透過してクロスダイクロイックプリズム１２に供給される。クロスダイクロイックプリズム１２では、この変調されたＲＧＢ色光を合成して投射映像光とし、出射光軸１２ａとして投射レンズ１０に出射する。
【００１３】
本実施例では、光源からの白色光をＲＧＢに分解し、ＲＧＢ各色に応じた反射型空間光変調素子を３枚使用する構成を説明したが、単板構成の投射型表示装置としてもよい。
また、通常出射光軸１２ａと投射レンズ１０の光軸１０ａとは一致している。しかしながら、投射型表示装置の設置状態によっては、投射レンズ１０をシフトすることにより投射する映像を補正することが行われる場合があるので、出射光軸１２ａと投射レンズ１０の光軸１０ａとは平行を保つように構成している。
【００１４】
図１（ｂ）のは同図（ａ）の断面図を示したもので、支持部材１１ａの第２の端部には、樹脂の支持部材１１ｂの第１の端部が固定されている。支持部材１１ｂの第２の端部には、投射レンズの入射側端部１０ｂが投射レンズの光軸１０ａと出射光軸１２ａとが平行になるように投射型表示装置前面方向から固定されている。
この時、スクリーンに投射された画像のフォーカスは、反射型空間光変調素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃからスクリーンまでの距離と投射レンズ１０の焦点距離とで規定され、温度変化によってこの両者の関係が変化することによりフォーカスずれが生じてくる。光学部材であるガラスの熱膨張係数は、アルミ合金やポリカーボネート樹脂に比較し十分小さいことが知られているので、上記構成の投射型表示装置においては、投射レンズ１０に対して投射光の光路上最終構成部品となるクロスダイクロイックプリズム１２の投射レンズ側端面１２ｃと投射レンズ１０との距離を投射型表示装置の温度変化に関わらず一定とすることで投射された画像のフォーカスを一定とすることができる。すなわち、前述の支持部材１１ａの第１の端部から前記第２の端部までの熱膨張量と、支持部材１１ｂの第１の端部から第２の端部までの熱膨張量とを相殺するように構成したことにより、投射された画像のフォーカスを一定とすることができる。
【００１５】
従って、上記構成において、光学部材の投射レンズ側端面１２ｃと、支持部材１１ａの第２の端部と第２の支持部材の第１の端部とを固定した個所１１ｃまでの長さをＬ１とし、支持部材１１ａの第２の端部と支持部材１１ｂの第１の端部とを固定した個所１１ｃから投射レンズ取り付け面１１ｄまでの長さをＬ２とし、支持部材１１ａのアルミ合金の熱膨張係数をｋ１、支持部材１１ｂの樹脂の熱膨張係数をｋ２とすると、Ｌ１×ｋ１＝Ｌ２×ｋ２　の関係となるように、Ｌ１とＬ２の長さ設定することにより、支持部材１１ａが熱によってＬ１×ｋ１だけ膨張しても、支持部材１１ｂもＬ２×ｋ２だけ伸びることにより、光学部材と投射レンズの距離は変化せず、投射された画像のフォーカスを一定とすることができる。
【００１６】
次に図２、図３は別実施例で図２（ａ）に光学部材と投射レンズ取り付けの概略構成図を、図２（ｂ）に組立図を、図３に断面図を示す。投射映像の光路は前述の実施例と同じである。
支持部材２１ａの第１の端部に光学部材を固着し、支持部材２１ａの第２の端部には光学部材側と反対の端面に、４本の突起２２が設けられている。支持部材２１ｂには前記のすべての突起２２が挿入される孔が空いているとともに、光学部材から遠い第１の端面付近で突起の先端が、光学部材と反対側からネジ２３によって固定される構造となっている。
上記支持部材２１ｂの第２の端面付近には投射レンズ２０を固定する為のフランジ２４が構成されており、支持部材２１ｂと投射レンズ２０は光学部材側からネジ止めされる。
【００１７】
以上説明した構成により、投射レンズの光軸２０ａとクロスダイクロイックプリズムの出射光軸１２ａとは平行を保ったまま、すべての部品は固定される。
投射レンズ２０に対して投射光の光路上最終構成部品となるクロスダイクロイックプリズム１２の投射レンズ側端面１２ｃから突起２２の先端までの長さＬ１、突起２２の先端から投射レンズ２０取り付けフランジ２４までの長さＬ２とする。支持部材２１ａのアルミ合金の熱膨張係数をｋ１、支持部材２１ｂの樹脂の熱膨張係数をｋ２とすると、Ｌ１×ｋ１＝Ｌ２×ｋ２　の関係となるように、Ｌ１とＬ２の長さ設定することにより、支持部材１が熱によってＬ１×ｋ１だけ膨張しても、支持部材２もＬ２×ｋ２だけ伸びる事により、光学部材と投射レンズの距離は変化せず、投射された画像のフォーカスを一定とすることができるのは前述の実施例と同じである。
【００１８】
偏光ビームスプリッタとそれらを接着したクロスダイクロイックプリズムから成る光学部材の熱膨張係数が無視できないほど大きな数値の場合、空間光変調素子から投射レンズまでの光学部材の熱膨張の値と、前述の光学部材の固定位置から突起２２の先端までの長さＬ１の熱膨張の値とを合計したものが、支持部材２１ｂの片方の端部から他方の端部までの長さＬ２における熱膨張の値で相殺される構成とすればよい。
【００１９】
各実施例に適用される光学部材と投射レンズとの支持部材であるが、剛性が高く熱による膨張が少ないことが望ましく、更には軽量化、生産時の生産性を考慮しアルミニウム合金を用いている。しかしながら、アルミニウム合金は応力集中を起こしやすくその結果クラックが発生する性質がある。このクラックが発生しやすい個所をハードスポットと呼んでいる。
このようなハードスポットの発生防止のため並びに鋳造性を向上させるため、各実施例では特に、Ｃｕを３％、Ｓｉを１１％、Ｍｇを０．２３％、Ｚｎを０．５％、Ｆｅを０．７５％、Ｍｎを０．２５％、Ｎｉを０．２％、Ｓｎを０．１％、Ｃｒを０．１％、Ｃａを０．００８％、Ｔｉを０．１％とし、残部がＡｌから成るアルミニウム合金を用いていており、線熱膨張率は２４×１０^−６のものを用いている
【００２０】
各実施例に適用されるポリカーボネート樹脂としては、投射レンズを支持することからシャーシ用の強度があり反りが低いものが適しており、ガラスを３０％充填した線熱膨張率５３×１０^−６のものを用いている。
なお、ポリカーボネート樹脂以外にも、ポリアセタール樹脂、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂並びにこれら樹脂にガラスを充填したものを用いてもよく、線熱膨張率は４０〜８０×１０^−６程度のものが適している。
【００２１】
各実施例では、反射型空間光変調素子を用いた投射型表示装置を説明したが、使用する空間光変調素子は、透過型の空間光変調素子、またＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）を用いてもよい。
【００２２】
各実施例では、投射型表示装置の使用状況として映画館のように観客の後方から頭越しに距離のあるスクリーンに投射したり、スクリーンの直後から投射して大型のテレビジョンとして用いたりするなど一台の投射型表示装置で使用状況が大きく異なる場合を想定している。従って焦点距離の異なる投射レンズを設定しておき使用状況に応じて交換する必要があること、更には、サービス性、組み立ての容易性も考慮して、投射レンズを投射型表示装置の前面から光軸と平行に空間光変調素子に向けて、予め設けられた投射レンズの支持機構に取り付けられるようしている。
リア投射型の投射型表示装置等、特に投射レンズ交換の必要がない装置では、投射レンズの取り付け方向はいずれの方向でもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、投射型表示装置では高出力の光源ランプを使用しているといういう投射型表示装置特有の機構を満足し、装置の電源投入後の温度変化並びに周囲環境温度に影響されることなく常に最適なフォーカスずれのない投射画像を得ることのできる投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に適用される投射型表示装置の光学部材及び投射レンズの取り付け例を示す概略構造図である。
【図２】本発明の他の実施例に適用される投射型表示装置の光学部材及び投射レンズの取り付け例を示す概略構造図である。
【図３】図２の構造を説明するための断面を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０…投射レンズ
１０ａ，２０ａ…投射レンズの光軸
１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ…支持部材
１２…クロスダイクロイックプリズム
１２ａ…クロスダイクロイックプリズムの出射光軸
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…反射型空間光変調素子
２２…突起
２３…ネジ
２４…取り付けフランジ

Claims (2)

1. 空間光変調素子と、
   投射レンズと、
   前記空間光変調素子が固着され、入力画像が前記空間光変調素子により光変調されて投射すべき光学映像とされた後、前記光学映像を前記投射レンズの入射側に導くための光学部材と、
   第１の熱膨張係数を有する第１の支持部材と、
   前記第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有する第２の支持部材とを備え、
   前記光学部材は、前記光学部材から前記投射レンズの入射側へ出射する光学映像を遮ることがない部分で前記第１の支持部材の第１の端部に固定され、且つ前記光学部材に取り付けられた前記第１の支持部材の長手方向は前記投射レンズの光軸と平行となる位置関係を有しており、
   前記第２の支持部材の第１の端部は、前記第１の支持部材の前記第１の端部に対向する位置にある第２の端部に固定され、
   前記第２の支持部材の前記第１の端部に対向する位置にある第２の端部は、前記投射レンズの入射側端部に固定され、且つ前記投射レンズの光軸と前記光学部材からの出射の光軸とが平行となる位置関係を有しており、
   前記第２の支持部材の前記第２の端部は、前記第１の支持部材の前記第２の端部より前記光学部材側に位置しており、
   前記第１の支持部材の前記第１の端部から前記第２の端部までの熱膨張量と、前記第２の支持部材の前記第１の端部から前記第２の端部までの熱膨張量とを相殺するようにしたことを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記光学映像が出射される前記光学部材の前記投射レンズ側端面から、前記第１の支持部材の前記第２の端部と前記第２の支持部材の前記第１の端部とを固定した個所までの長さをＬ１とし、
   前記第１の支持部材の前記第２の端部と前記第２の支持部材の前記第１の端部とを固定した個所から、前記第２の支持部材の前記第２の端部に前記投射レンズの入射側端部を固定した個所までの長さをＬ２とし、
   前記第１の熱膨張係数をｋ１とし、
   前記第２の熱膨張係数をｋ２としたとき、
   Ｌ１×ｋ１＝Ｌ２×ｋ２となるようにＬ１及びＬ２の長さを設定したことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。

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