JP2005043653A

JP2005043653A - 投射装置

Info

Publication number: JP2005043653A
Application number: JP2003277470A
Authority: JP
Inventors: Koji Watanabe; 孝司渡邉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】照明範囲調整後の分解や、部品交換によって照明範囲が変化しない構成を持ったプロジェクターの照明光学系構成。
【解決手段】複数の屈折力を持ったレンズを１つの支持枠に取り付ける構成とし、その中の少なくともひとつのレンズを光軸に鉛直な平面内の直交する方向に移動可能な構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネルなどの表示デバイス装置を、照明光学系によって照射し、表示デバイス装置の表示像を投射レンズにて拡大投射するプロジェクター装置に関するものであり、屈折レンズをシフトする事により表示デバイス部の照明位置を調整する機構に関するものである。

従来から超高圧水銀ランプなどの高輝度光源を用い、複眼レンズ、ミラー、偏光板などを用いた照明光学系によって液晶パネルを照明し、液晶パネルに表示された映像を投射レンズによってスクリーンに拡大投影される液晶プロジェクターが知られている。近年、表示デバイスの小型化や、高精細化、投射画像の高照度化により、照明光学系に求められる精度が高精度なものになってきており、ランプからの光を照明光学系によって無駄なく表示デバイスを照明するために光学素子を調整することは必須となっている。

光学素子を調整する機構に関しては、光学素子を調整し固定する構造や（例えば、特許文献１参照。）、調整構造（例えば、特許文献２及び３参照。）が知られている。
特開２００１−２２８８０３号公報特開２０００−２３１０７８号公報特開２００２−２３２６２号公報

しかしながら、従来からの調整構造では対応が取れないほどの高精度な調整が求められてきているが、調整構造だけではなく調整後の不具合点にも対応する課題が求められている。

特許文献１で表記されているような構成では、第１カバーと第２カバーに各々光学素子が保持された状態になった構成であるが、調整後に何らかの要因で不具合がおき、第１カバーもしくは第２カバーを取り外し修正を行った場合には、第１カバー及び第２カバーが元の位置に戻ることがなく再調整を余儀なくされてしまう。第１カバーと第２カバーの材質を変えた場合には、材質による強度の違い、線膨張係数の違いにより、常温で調整されたときと投射装置を長時間使用したときに、第１カバーと第２カバーで変位量が異なるために調整ズレがおきてしまう。

また、特許文献２では、調整機構が、光学素子を保持するユニット基台とユニットカバーに調整ねじを設けて調整する構造であるが、何らかの不具合でユニットカバーをはずし、元に戻したときには調整位置がはずす前と同じ状態に戻ることはなく、照明光学系がずれてしまい再調整が必要となる。

特許文献３では、光学素子が、ひとつの支持体に保持された構成になっており、その中で調整レンズを保持枠に入れ、保持枠を支持体に調整後接着することを特徴としている。この方法であると表示デバイスに不具合があり交換したときには、表示デバイスの機差や取付誤差により、照明光学系の照明範囲が表示デバイスの所定の位置に照射されずに、投射画像に色むらやかげりが発生してしまう事が起こる場合があるが、前述したように調整光学素子が接着により固定されているので再調整することが不可能である。

本発明では前記課題を解決するために、投射装置の照明機構部のひとつの支持体に複数の屈折する光学素子を保持する構成とし、光軸に鉛直な面内で２つの直交する方向に可動する機構を有したレンズ保持部材に、そのなかのひとつのレンズを保持し、レンズ保持部材を支持体に固定し、光源からの光を表示デバイスの所定の位置に導くようにレンズ保持部材を作動し調整する構成としている。

また、本発明の他の態様は、光源からの照射光を用いて表示デバイス上の表示画像を投射光学系を介して投射面上に投射する投射装置において、前記照射光を屈折させる光学素子を複数保持する第１の鏡枠と、前記第１の鏡枠に対して少なくとも１つの前記光学素子を光軸に略垂直な平面内で移動させる移動手段と、を有する投射装置である。

以上、本発明を整理して要約すれば以下の構成に集約できる。

（１）光源からの照射光を用いて、表示デバイス上の表示画像を投射光学系を介して投射面上に投射する投射装置において、複数の光学素子からなり屈折力を有する光学素子全てが第１の鏡枠に保持された構成であって、少なくともひとつの屈折レンズを保持する構造体は光軸に鉛直な平面内の直交する２つの方向に移動可能な構成を有し、前記第１の鏡枠に固着されたことを特徴とした投射装置。

（２）前記投射装置において、前記移動可能とした構成を有した屈折レンズを保持する機構以外の光学素子を第１の鏡枠から離脱させない手段を有した第２の鏡枠が前記第１の鏡枠に固着されていることを特徴とした前記（１）記載の投射装置。

（３）前記投射装置において、前記第１の鏡枠と前記第２の鏡枠の材質が異なることを特徴とした前記（１）または（２）記載の投射装置。

（４）前記投射装置において、前記第１の鏡枠の材質の引張許容応力が前記第２の鏡枠の引張許容応力より大きいことを特徴とした前記（３）記載の投射装置。

（５）前記投射装置において、前記第１の鏡枠の材質の線膨張係数が前記第２の鏡枠の線膨張係数より小さいことを特徴とした前記（３）記載の投射装置。

（６）光源からの照射光を用いて表示デバイス上の表示画像を投射光学系を介して投射面上に投射する投射装置において、前記照射光を屈折させる光学素子を複数保持する第１の鏡枠と、前記第１の鏡枠に対して少なくとも１つの前記光学素子を光軸に略垂直な平面内で移動させる移動手段と、を有することを特徴とした投射装置。

以上の説明から、照明光学系の屈折力を持った光学素子を１つの支持枠内に保持する構成とし、調整機構を有した光学素子を、屈折力を持った光学素子を保持する支持枠に構成した事ことで、照明系を調整された照明光学系ユニットにおいて、何らかの不具合のある素子などがあった場合、例えばレンズ内ゴミや偏光板の劣化などで、蓋をはずす必要が出てきたときに調整ズレが起こらない照明光学系を構成することが可能となった。液晶表示装置の交換が必要となった場合には、液晶表示装置の取付誤差で従来のものとの誤差が大きく照明範囲や色むらが許容できなかった場合には、再度コンデンサーレンズ、リレーレンズを移動させ調整することが可能であり、再調整可能な照明光学系ユニットを構成することが可能となった。

また、支持枠と蓋の材質を異ならせた場合に、強度の違いや線膨張係数の違いで、調整された光学素子が変動してしまい照明系の校正が崩れてしまうことを無くすことが可能となった。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１と図２を用いて本発明の形態を説明する。図１は、本発明の照明光学系の構成の斜視図である。図２は、調整機構の斜視図を示している。

先ず、一般的な液晶プロジェクターの内部に構成されている照明光学系、合成光学系及び投射光学系を説明する。

ランプバーナー１はランプハウジング２の内部に挿入され、不図示の電気回路によって点灯する。ランプハウジング２の曲面は、ランプハウジング２前面からの光線が略平行光束になるように設定されている。

ランプから射出された白色光は、第１フライアイレンズ３を透過し、第１反射鏡５によって反射し第２フライアイレンズ４を透過する。第２フライアイレンズ４を透過した光のなかで不要となる光束は、マスク９によって遮光される。光束は、ＰＳ変換素子６を透過する際に偏光が行われ偏光の向きを一定方向に統一され、コンデンサーレンズ７に到達する。透過してきた光線は、ランプハウジング２から照射された光線を積分し、光路内の光束が均等になるように設計されている。

第１のダイクロイックミラー８には、分光透過膜がコーティングされ、青系の光線が反射し、それ以外の光線が透過し分光される。

分割された青系の光は第２反射鏡１１に反射し、コンデンサーレンズ１８、偏光板２３を透過し、青表示用の透過型液晶表示装置２６に到達する。

一方、第１のダイクロイックミラー８を透過した光線は、第２のダイクロイックミラー１２に到達する。

第２のダイクロイックミラー１２は、緑系の光を反射し、それ以外の光線を透過する性質の反射膜をコーティングしてあり、到達した光線を分光する。

分光された緑系の光線はコンデンサーレンズ１９と、偏光板２０を透過し、緑表示用の透過型液晶表示装置２５に到達する。

一方、第２のダイクロイックミラー１２を透過した赤系の光線のみが、第１のリレーレンズ１０を透過し、反射鏡３３にて光軸を９０度折り曲げ第２のリレーレンズ１５を透過し、反射鏡３４にて光軸を９０度曲げ、コンデンサーレンズ２１を透過し、偏光板２２を透過し、赤表示用の透過型液晶表示装置２４に到達する。

各々の透過型液晶表示装置（２４，２５，２６）には液晶プロジェクター内部の回路（不図示）が接続され、映像出力装置（不図示）からの信号を処理し、液晶プロジェクター内部の回路（不図示）によって処理された信号によって映像を表示する。

液晶表示装置を透過した光線は、合成光学系３２によって、青・緑・赤に分光された光線が合成され、投射レンズ３１に導かれる。合成光学系３２の構成には、次のようなタイプのものがあり、一般的に用いられているクロスダイクロプリズムや、４つのピースで構成され各面にダイクロイック膜を形成した三角プリズム、または３つのピースによって構成され各面にダイクロイック膜を形成した三角プリズムであり、いずれも青・緑・赤に分光された光線を合成する構造となっている。

投射レンズ３１は、複数の凸レンズ、凹レンズの構成により、合成光学系３２を透過した光線を拡大してスクリーン上に投影する。また、複数の凸レンズや凹レンズを移動させる構成を取ることによって拡大率を変化させるズームレンズとして構成させることも可能である。

本発明は、上記のように構成された照明光学系のなかで、フライアイレンズ（３，４）、コンデンサーレンズ（１８，１９，２１）、第１のリレーレンズ１０を支持枠１００に位置決め挿入し、反射鏡（５，３３，３４）、ダイクロイックミラー（８，１２）の当接面を支持枠１００に設け、反射鏡（５，３３，３４）、第１，第２ダイクロイックミラー（８，１２）の裏面から支持枠１００に押接させるバネを有し、マスク９、ＰＳ変換素子６を位置決めする手段を支持枠１００に有し、ＰＳ変換素子６とマスク９を押圧し、固定するバネを構成している。

透過型液晶表示装置（２４，２５，２６）が取付板を介してクロスダイクロプリズム４０（不図示）に固定され、クロスダイクロプリズム４０（不図示）を保持するプリズムベース４１（不図示）は、支持枠１００に位置決め固定されている。プリズムベース４１（不図示）には投射レンズ３１を位置決め取り付けられている。

支持枠１００に保持されているこれらの光学素子は、各々取付位置に設計値からの誤差を持って取り付いているのが実情であり、これらの誤差によってランプバーナー１から射出された光が透過型液晶表示装置の所定の位置に投射されないといった事がおきている。これらの誤差による照射位置の調整を行うためにコンデンサーレンズ７と、第２のリレーレンズ１５を光軸に鉛直面で２方向移動によって合成されたベクトルで移動させる。

コンデンサーレンズ７は、ベース７１に取り付けられた光軸と鉛直な面の画面垂直方向に移動可能なプレート７２とプレート７２に取り付けられた光軸と鉛直な面の画面水平方向に移動可能なプレート７３、コンデンサーレンズ７を押える押え板７４からなる調整機構に取り付けられている。

ベース７１とプレート７２はネジによって固定される。プレート７２の両脇は、支持枠１００と嵌合しており、プレート７２は画面垂直方向のみ可動する。

プレート７３は、ベース７１を挟みプレート７２にネジ止めされている。プレート７３は、プレート７２の長穴７２ａに嵌合する曲げ部７３ａを有しており、プレート７２の長穴７２ａは画面水平方向に形成され、プレート７３の曲げ部７３ａが穴に沿って可動することによりプレート７３が画面水平方向のみに可動する。

プレート７３は、コンデンサーレンズ７と当接するエッジ部７３ｂを有しており、押え板７４とでコンデンサーレンズ７を挟みこみ固定している。

ベース７１は、取付部７１ａで支持枠１００と当接し、ネジ固着されている。

これらの構成によりプレート７２は画面垂直方向、プレート７３は画面水平方向に移動可能な構成となり、これらの合成された移動によりコンデンサーレンズ７が光軸に鉛直な面で任意の位置に移動し固定可能となり、ランプバーナー１からの光を透過型液晶素子の所定の位置に照射可能となる。

コンデンサーレンズ７を移動させ照射位置を移動させた場合は、青光路、緑光路、赤光路とも同様に移動してしまうために特定の光路の照射位置が所定の位置になかった場合には調整を追い込むことが不可能である。特に赤光路は、第１リレーレンズ１０、第２リレーレンズ１５、反射鏡３３，３４を用いて光路を回しこんで透過型液晶表示装置に光を到達させているために第１リレーレンズ１０、第２リレーレンズ１５、反射鏡３３，３４の取付位置誤差によって照明位置が青光路、緑光路と異なった方向にずれてしまう事も有り得る。

第２のリレーレンズ１５は、ベース１５１に取り付けられた光軸と鉛直な面の画面垂直方向に移動可能なプレート１５２とプレート１５２に取り付けられた光軸と鉛直な面の画面水平方向に移動可能なプレート１５３、プレート１５３には押えバネ部１５３ａとリレーレンズ当接部１５３ｂが形成されプレート１５３に第２のリレーレンズ１５が取り付けられている。

ベース１５１とプレート１５２はネジによって固定される。プレート１５２の両脇は、支持枠１００と嵌合しており、プレート１５２は画面垂直方向のみ可動する。

プレート１５３は、ベース１５１を挟みプレート１５２にネジ止めされている。プレート１５３は、プレート１５２の長穴１５２ａに嵌合する曲げ部１５３ｃを有しており、プレート１５２の長穴１５２ａは画面水平方向に形成され、プレート１５３の曲げ部１５３ｃが穴に沿って可動することによりプレート１５３が画面水平方向のみに可動する。

ベース１５１は、取付部１５１ａで支持枠１００と当接し、ネジ固着されている。

これらの構成によりプレート１５２は画面垂直方向、プレート１５３は画面水平方向に移動可能な構成となり、これらの合成された移動により第２のリレーレンズ１５が光軸に鉛直な面で任意の位置に移動し固定可能となり、第２のダイクロイックミラー１２で分光された赤成分の光を透過型液晶素子の所定の位置に照射可能となる。

上記実施例では、赤光路にリレーレンズ群を用いた光学系について説明を行ったが、第１のダイクロイックミラー８に赤反射の分光透過膜をコーティングし、赤系の光線が反射し、それ以外の光線が透過し分光するように構成した場合には、リレーレンズには青系の光が透過するようになり、上記同様にリレーレンズを移動させれば、青用の透過型液晶表示装置に到達する光りの照明範囲を移動させ、調整する事が可能である。

支持枠１００の所定の位置に配された各光学素子は、バネなどで位置決め固定されている。ただし、押し付け固定しているのみのため、逆さにし、振動・落下衝撃を受けた時には脱落してしまう危険性がある。また、光路中からの光が漏れるために投射装置本体内に余計な光が回り込み投射装置本体の隙間から漏れた光が外部へ照射してしまう。

これらの抜け止め、落下防止、光洩れ防止のため支持枠１００には、蓋１０１がネジ止めされている。蓋１０１には、フライアイレンズ（３，４）、コンデンサーレンズ（１８，１９，２１）、第１のリレーレンズ１０、反射鏡（５，３３，３４）、ダイクロイックミラー（８，１２）から離れた位置に当接面を設け、通常はこれらの光学素子と当接することが無いように設定されている。蓋１０１にはコンデンサーレンズ７の調整機構及び、リレーレンズ１５の調整機構が当たらないように開口部１０１ａ，１０１ｂが設けられており、コンデンサーレンズ７の調整機構及び、リレーレンズ１５の調整機構のネジ部が蓋１０１と当接することなく、突出する構造となっている。

次に調整方法について説明する。

蓋１０１から突出したコンデンサーレンズ７の調整機構の止めビスを緩めた状態で、先ず画面縦方向の照射位置を所定の位置になるように調整する。工具用のランプバーナーを点灯させ、青光路、赤光路を遮光状態に、緑光路からの光のみを投射レンズ３１を介して投影させる。投射映像内で画面縁にかげりなどが無いようにプレート７１の工具穴７１ｂ（不図示）に調整工具を挿入し、先ずコンデンサーレンズ７を縦方向に移動させ、照射位置が所定の位置になったところでビスで固定をする。次に画面横方向を調整するためにプレート７２の長穴７２ａに調整工具を挿入し、コンデンサーレンズ７を横方向に移動させ照射位置が所定の位置になったところでビスで固定を行う。

次に赤光路の遮光状態を解除し赤光路と緑光路の合成された投射映像を表示させる。この状態において画面内に色むらや画面縁のかげりがなければリレーレンズ１５の調整機構の止めビスを本締し、固定する。色むらやかげりがあった場合には、先ずリレーレンズ１５を縦方向に調整するために、プレート１５２の調整穴１５２ｂに調整工具を挿入し調整を行う、所定の位置（色むらや縦方向のかげりがない状態）に調整しビスで固定をする。次にプレート１５２の長穴１５２ａに調整工具を挿入し、リレーレンズ１５を横方向に移動させ、画面全体で色むらやかげりがない状態に調整を行い所定の位置で固定し、ビス止めを行う。最後に青光路の遮光状態を解除し、全体の色むらなどをチェックし終了となる。

支持枠１００と蓋１０１を異材質で構成した場合には、支持枠１００の材質の引張許容応力値を蓋１０１の材質の引張許容応力値より大きい材質で構成する。また、線膨張係数の違う材質を用いた場合においては、支持枠１００の材質の線膨張係数を蓋１０１の材質の線膨張係数よりも小さい材質で構成する。

本発明の実施例を示す光学装置の斜視図本発明の実施例を示す調整構造の斜視図本発明の実施例を示す調整構造の斜視図

符号の説明

１ランプバーナー
２ランプハウジング
３第１フライアイレンズ
４第２フライアイレンズ
５第１反射鏡
６ＰＳ変換素子
７コンデンサーレンズ
８第１ダイクロイックミラー
９マスク
１０第１リレーレンズ
１１第２反射鏡
１２第２ダイクロイックミラー
１５第２リレーレンズ
１８コンデンサーレンズ
１９コンデンサーレンズ
２０偏光板
２１コンデンサーレンズ
２２偏光板
２３偏光板
２４赤用透過型液晶表示装置
２５緑用透過型液晶表示装置
２６青用透過型液晶表示装置
３１投射レンズ
３２合成光学系
３３反射鏡
３４反射鏡
７１ベース
７２プレート
７３プレート
７４押え板
１００支持枠
１０１蓋
１５１ベース
１５２プレート
１５３プレート

Claims

光源からの照射光を用いて、表示デバイス上の表示画像を投射光学系を介して投射面上に投射する投射装置において、複数の光学素子からなり屈折力を有する光学素子全てが第１の鏡枠に保持された構成であって、少なくともひとつの屈折レンズを保持する構造体は光軸に鉛直な平面内の直交する２つの方向に移動可能な構成を有し、前記第１の鏡枠に固着されたことを特徴とした投射装置。
前記投射装置において、前記移動可能とした構成を有した屈折レンズを保持する機構以外の光学素子を第１の鏡枠から離脱させない手段を有した第２の鏡枠が前記第１の鏡枠に固着されていることを特徴とした請求項１記載の投射装置。
前記投射装置において、前記第１の鏡枠と前記第２の鏡枠の材質が異なることを特徴とした請求項１または２記載の投射装置。
前記投射装置において、前記第１の鏡枠の材質の引張許容応力が前記第２の鏡枠の引張許容応力より大きいことを特徴とした請求項３記載の投射装置。
前記投射装置において、前記第１の鏡枠の材質の線膨張係数が前記第２の鏡枠の線膨張係数より小さいことを特徴とした請求項３記載の投射装置。
光源からの照射光を用いて表示デバイス上の表示画像を投射光学系を介して投射面上に投射する投射装置において、前記照射光を屈折させる光学素子を複数保持する第１の鏡枠と、前記第１の鏡枠に対して少なくとも１つの前記光学素子を光軸に略垂直な平面内で移動させる移動手段と、を有することを特徴とした投射装置。