JP2005215356A - プロジェクタ及び光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放物面リフレクタを有する光源装置を備えたプロジェクタにおいて、電気光学変調装置に照射される照明光束の平行度を向上させることができ、もって画像品質を向上させることのできるプロジェクタを提供する。
【解決手段】 放物面リフレクタ１１４及び放物面リフレクタ１１４の焦点近傍に配置された発光管１１２を含む光源ランプ並びにこの光源ランプを固定するための光源ランプ用筐体を有する光源装置１１０Ａと、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、重畳レンズ１５０とを有する照明装置１００Ａと、この照明装置１００Ａからの光を画像情報に応じて変調する液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、これら液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにより変調された光を投写する投写光学系６００とを備えたプロジェクタにおいて、光源ランプ用筐体のフロントガラスとして凸レンズ１１９Ａを用いたことを特徴とするプロジェクタ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プロジェクタ及び光源装置に関する。

図６は、従来のプロジェクタの光学系を示す図である。このプロジェクタ８００は、図６に示すように、照明装置８０２と、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、投写光学系６００とを備え、照明装置８０２からの照明光束を、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにより画像情報に応じて変調し、これらの変調光束を投写光学系６００によりスクリーンＳＣＲなどの投写面上に投写することにより画像表示を実現している（例えば、特許文献１参照。）。

このプロジェクタ８００においては、照明装置８０２は、被照明領域側に略平行な照明光束を射出する光源装置８１０と、光源装置８１０からの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ８２０と、第１レンズアレイ８２０の複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ８３０と、第２レンズアレイ８３０からの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズ８５０とを有している。

このプロジェクタ８００においては、光源装置８１０として、プロジェクタの小型化を図ることが容易な楕円面リフレクタを有する光源装置、すなわち、楕円面リフレクタ８１４と、楕円面リフレクタ８１４の第１焦点近傍に発光中心を有する発光管８１２と、楕円面リフレクタ８１４からの集束光を略平行な照明光束に変換する平行化レンズ８１８とを有する光源装置を用いている。

図７は、このような従来のプロジェクタにおける問題点を説明するために示す図である。このプロジェクタ８００は、図７に示すように、発光管８１２から射出される光や楕円面リフレクタ８１４で反射される光のうち照明光軸に近い光は、発光管８１２の端部（図７の位置Ａ）で蹴られてしまい、その分光の利用効率が低下（２〜５％程度）してしまったり、迷光レベルが大きくなって画像品質が劣化してしまったりするという問題があった。

図８は、従来の他のプロジェクタの光学系を示す図である。このプロジェクタ９００は、図８に示すように、従来のプロジェクタ８００における光源装置８１０を、放物面リフレクタを有する光源装置９１０に代えたものである。すなわち、従来の他のプロジェクタ９００においては、光源装置９１０として、放物面リフレクタ９１４と、この放物面リフレクタ９１４の焦点近傍に発光中心を有する発光管９１２とを有する光源装置９１０を用いている。

この従来の他のプロジェクタ９００によれば、従来のプロジェクタ８００における問題点を効果的に解決することができる。図９は、このような従来の他のプロジェクタの効果を説明するために示す図である。すなわち、従来の他のプロジェクタ９００によれば、発光管９１２から射出される光や放物面リフレクタ９１４で反射される光のうち照明光軸に近い光も、発光管９１２で蹴られてしまうことがなくなり、その結果、光の利用効率が低下してしまったり迷光レベルが大きくなって画像品質が劣化してしまったりすることが効果的に抑制されるようになる。

特開２０００−３４７２９３号公報（図１１及び図１４）

しかしながら、従来の他のプロジェクタ９００においては、放物面リフレクタ９１４を用いているため、放物面リフレクタ９１４からの照明光束はそのまま略平行光として第１レンズアレイ９２０に向かって進行する。このため、第１レンズアレイ９２０の大きさが、楕円面リフレクタを用いたプロジェクタの場合よりは、大きくなってしまうために、第１レンズアレイから電気光学変調装置としての液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに向かって進行する照明光束の集束角度が大きくなってしまう。その結果、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに照射される照明光束の平行度が低下し、ひいては画像品質が低下し易くなるという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、放物面リフレクタを有する光源装置を備えたプロジェクタにおいて、電気光学変調装置に照射される照明光束の平行度を向上させることができ、もって画像品質を向上させることのできるプロジェクタ及びこれに用いる光源装置を提供することを目的とする。

（１）本発明のプロジェクタは、放物面リフレクタ及びこの放物面リフレクタの焦点近傍に配置された発光管を含む光源ランプ並びにこの光源ランプを固定するための光源ランプ用筐体を有する光源装置と、この光源装置からの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイと、この第１レンズアレイの複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイと、この第２レンズアレイからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズとを有する照明装置と、
この照明装置からの光を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、
この電気光学変調装置により変調された光を投写する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、
前記光源ランプ用筐体のフロントガラスとして凸レンズを用いたことを特徴とする。

このため、本発明のプロジェクタによれば、放物面リフレクタからの照明光束は光源ランプ用筐体のフロントガラスとして用いた凸レンズによって一旦集束光に変換され、この集束光が第１レンズアレイに向かって照射されるようになるため、第１レンズアレイの大きさをより小さくすることができるようになる。このため、第１レンズアレイから電気光学変調装置に向かって進行する照明光束の集束角度を小さくすることができる。その結果、電気光学変調装置に照射される照明光束の平行度を向上させることが可能になり、ひいては画像品質を向上させることが可能になる。

また、本発明のプロジェクタによれば、光源ランプ用筐体のフロントガラスを凸レンズとしている。この場合、光源ランプ用筐体のフロントガラスは通常光源ランプの極近傍に配置されているために、凸レンズから第１レンズアレイまでの距離を比較的長く取ることができるようになる。その結果、凸レンズのパワーをそれ程大きくすることなく第１レンズアレイの大きさを小さくするができるようになり、そのため、凸レンズを設けることによって新たに発生することになる収差（球面収差、色分離など）を比較的小さなものとすることができる。

（２）上記（１）に記載のプロジェクタにおいては、前記凸レンズは、光入射面が凸面であり、光射出面が平面であることが好ましい。

本発明のプロジェクタにおいては、光射出面が凸面である凸レンズを用いることによっても、上記した優れた効果を得ることができるが、このように光入射面が凸面である凸レンズを用いることにより、仮に発光管が破裂した場合であっても、その破片が凸面に衝突する際にこの凸面の作用によって、光入射面が平面である場合に比べて衝突力を緩和することができる。このため、防爆性の高いプロジェクタとなる。
また、光入射面が凸面である凸レンズを用いることにより、光射出面が凸面である凸レンズを用いる場合に比べて、凸レンズから第１レンズアレイまでの距離をより長く取ることができるようになる。

（３）上記（１）又は（２）に記載のプロジェクタにおいては、前記凸レンズの焦点距離は、前記凸レンズと前記電気光学変調装置との間の間隔よりも大きい値に設定されていることが好ましい。

このように構成することにより、凸レンズのパワーを比較的小さなものにすることによって、上記した収差（球面収差、色分離など）を比較的小さなものに抑制しながら、第１レンズアレイの大きさを十分に小さくすることが可能になる。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載のプロジェクタにおいては、前記電気光学変調装置は、マイクロレンズアレイ付きの液晶表示装置であることが好ましい。

電気光学変調装置の中でも、マイクロレンズアレイ付きの液晶表示装置は、照射される照明光束の平行度として高い平行度が要求される。このため、このようなマイクロレンズアレイ付きの液晶表示装置を備えたプロジェクタに本発明を適用した場合の効果は特に大きなものとなる。

（５）本発明の光源装置は、上記（１）〜（４）のいずれかに記載のプロジェクタに用いるための光源装置であって、放物面リフレクタ及びこの放物面リフレクタの焦点近傍に配置された発光管を含む光源ランプ並びにこの光源ランプを固定するための光源ランプ用筐体を有し、この光源ランプ用筐体のフロントガラスとして凸レンズを用いたことを特徴とする。

このため、本発明の光源装置を備えることによって、電気光学変調装置に照射される照明光束の平行度を向上させることができ、もって画像品質を向上させることのできるプロジェクタを提供することが可能となる。

以下、本発明が適用されたプロジェクタ及び光源装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係るプロジェクタの光学系を示す図である。なお、以下の説明においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれｚ方向（図１における照明光軸方向）、ｘ方向（図１における紙面に平行かつｚ軸に直交する方向）及びｙ方向（図１における紙面に垂直かつｚ軸に直交する方向）とする。

本発明の実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａは、図１に示すように、照明装置１００Ａと、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、投写光学系６００とを備えている。照明装置１００Ａは、被照明領域側に略平行な照明光束を射出する光源装置１１０Ａと、光源装置１１０Ａからの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイ１２０と、第１レンズアレイ１２０の複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイ１３０と、第２レンズアレイ１３０からの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズ１５０とを有している。

このプロジェクタ１０００Ａにおいては、光源装置１１０Ａとして、放物面リフレクタ１１４及び放物面リフレクタ１１４の焦点近傍に配置された発光管１１２を含む光源ランプ（図示せず。）並びにこの光源ランプを固定するための光源ランプ用筐体（図示せず。）を有する光源装置を用いている。

図２及び図３は、実施形態１に係るプロジェクタの効果を説明するために示す図である。なお、図３においては、第１レンズアレイ１２０及び第２レンズアレイ１３０における各小レンズについては、偏心を省略して示している。また、偏光変換素子１４０の偏光分離面において反射された偏光についての光線軌跡は省略している。また、ダイクロイックミラー２１０，２２０についても省略している。さらにまた、液晶表示装置としては、緑用の液晶表示装置４００Ｇを代表して示している。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａにおいては、光源装置１１０Ａに放物面リフレクタ１１４を用いている。このため、図２に示すように、発光管１１２から射出される光や放物面リフレクタ１１４で反射される光のうち照明光軸に近い光も、発光管１１２に蹴られてしまうことがなくなり、その結果、光の利用効率が低下してしまったり迷光レベルが大きくなって画像品質が劣化してしまったりすることが効果的に抑制されるようになる。

また、実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａにおいては、光源ランプ用筐体のフロントガラスとして凸レンズ１１９Ａを用いている。このため、図３に示すように、放物面リフレクタ１１４からの照明光束は光源ランプ用筐体のフロントガラスとしての凸レンズ１１９Ａによって一旦集束光に変換され、この集束光が第１レンズアレイ１２０に向かって照射されるようになるため、第１レンズアレイ１２０の大きさをより小さくすることができるようになる。このため、第１レンズアレイから液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに向かって進行する照明光束の集束角度を小さくすることができる。その結果、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに照射される照明光束の平行度を向上させることが可能になり、ひいては画像品質を向上させることが可能になる。

また、実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａにおいては、光源ランプ用筐体のフロントガラスとして凸レンズ１１９Ａを用いている。このため、凸レンズ１１９Ａから第１レンズアレイ１２０までの距離を比較的長く取ることができるようになる。その結果、凸レンズ１１９Ａのパワーをそれ程大きくすることなく第１レンズアレイ１２０の大きさを小さくするができ、そのため、凸レンズ１１９Ａを設けることによって新たに発生することになる収差（球面収差、色分離など）を比較的小さなものとすることができるという効果もある。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａにおいては、凸レンズ１１９Ａとして、光入射面が凸面であり、光射出面が平面である凸レンズを用いている。
本発明のプロジェクタにおいては、光射出面が凸面である凸レンズ（実施形態２及び実施形態３参照。）を用いることによっても、上記した優れた効果を得ることができるが、このように光入射面が凸面である凸レンズを用いることにより、さらに防爆性に優れたプロジェクタとすることができる。すなわち、仮に発光管が破裂した場合であっても、その破片がフロントガラスの凸面に衝突する際に、この凸面の作用によって、光入射面が平面である場合に比べて衝突力を緩和することができるのである。
また、光入射面が凸面である凸レンズを用いることにより、光射出面が凸面である凸レンズを用いる場合に比べて、凸レンズから第１レンズアレイまでの距離をより長く取ることができるようになる。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａにおいては、凸レンズ１１９Ａの焦点距離は、凸レンズ１１９Ａと液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間の間隔よりも大きい値に設定されている。このため、凸レンズ１１９Ａのパワーを比較的小さなものにすることによって、上記した収差（球面収差、色分離など）を比較的小さなもの抑制しながら、第１レンズアレイ１２０の大きさを十分に小さくすることが可能になる。

実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａは、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとして、マイクロレンズアレイ付きの液晶表示装置を用いている。電気光学変調装置の中でも、マイクロレンズアレイ付きの液晶表示装置は、照射される照明光束の平行度として高い平行度が要求される。このため、このようなマイクロレンズアレイ付きの液晶表示装置を備えたプロジェクタに本発明を適用した場合の効果は特に大きなものとなる。

［実施形態２］
図４は、本発明の実施形態２に係るプロジェクタの光学系を示す図である。
実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂは、図４に示すように、実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａとは、光源装置の構成が異なっている。
すなわち、実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂにおいては、光源装置として、光源ランプ用筐体のフロントガラスとして光入射面が平面であり光射出面が凸面である凸レンズ１１９Ｂを用いた光源装置１１０Ｂを用いている。

このように、実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂは、実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａとは、光源装置の構成が異なるが、実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａの場合と同様に、光源装置として、放物面リフレクタ１１４及び放物面リフレクタ１１４の焦点近傍に配置された発光管１１２を含む光源ランプ（図示せず。）並びにこの光源ランプを固定するための光源ランプ用筐体（図示せず。）を有し、この光源ランプ用筐体のフロントガラスとして凸レンズ１１９Ｂを用いた光源装置１１０Ｂを用いているため、放物面リフレクタ１１４からの照明光束は凸レンズ１１９Ｂによって一旦集束光に変換され、この集束光が第１レンズアレイ１２０に向かって照射されるようになるため、第１レンズアレイ１２０の大きさをより小さくすることができるようになる。このため、実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａの場合と同様に、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに照射される照明光束の平行度を向上させることが可能になり、ひいては画像品質を向上させることが可能になる。

また、実施形態２に係るプロジェクタ１０００Ｂによれば、光源ランプ用筐体のフロントガラスを凸レンズ１１９Ｂとしているために、実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａの場合と同様に、凸レンズ１１９Ｂから第１レンズアレイ１２０までの距離を比較的長く取ることができるようになる。その結果、凸レンズ１１９Ｂのパワーをそれ程大きくすることなく第１レンズアレイ１２０の大きさを小さくするができるようになり、そのため、凸レンズ１１９Ｂを設けることによって新たに発生することになる収差（球面収差、色分離など）を比較的小さなものとすることができる。

［実施形態３］
図５は、本発明の実施形態３に係るプロジェクタの光学系を示す図である。
実施形態３に係るプロジェクタ１０００Ｃは、図５に示すように、実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａとは、光源装置の構成が異なっている。
すなわち、実施形態３に係るプロジェクタ１０００Ｃにおいては、光源装置として、光源ランプ用筐体のフロントガラスとして光入射面及び光射出面のいずれもが凸面である凸レンズ１１９Ｃを用いた光源装置１１０Ｃを用いている。

このように、実施形態３に係るプロジェクタ１０００Ｃは、実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａとは、光源装置の構成が異なるが、光源装置として、放物面リフレクタ１１４及び放物面リフレクタ１１４の焦点近傍に配置された発光管１１２を含む光源ランプ（図示せず。）並びにこの光源ランプを固定するための光源ランプ用筐体（図示せず。）を有し、この光源ランプ用筐体のフロントガラスとして凸レンズ１１９Ｃを用いた光源装置１１０Ｃを用いているため、実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａの場合と同様に、放物面リフレクタ１１４からの照明光束は凸レンズ１１９Ｃによって一旦集束光に変換され、この集束光が第１レンズアレイ１２０に向かって照射されるようになるため、第１レンズアレイ１２０の大きさをより小さくすることができるようになる。このため、実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａの場合と同様に、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに照射される照明光束の平行度を向上させることが可能になり、ひいては画像品質を向上させることが可能になる。

また、実施形態３に係るプロジェクタ１０００Ｃによれば、光源ランプ用筐体のフロントガラスを凸レンズ１１９Ｃとしているために、実施形態１に係るプロジェクタ１０００Ａの場合と同様に、凸レンズ１１９Ｃから第１レンズアレイ１２０までの距離を比較的長く取ることができるようになる。その結果、凸レンズ１１９Ｃのパワーをそれ程大きくすることなく第１レンズアレイ１２０の大きさを小さくするができるようになり、そのため、凸レンズ１１９Ｃを設けることによって新たに発生することになる収差（球面収差、色分離など）を比較的小さなものとすることができる。

以上、本発明のプロジェクタ及び光源装置を上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）上記各実施形態のプロジェクタ１０００Ａ〜１０００Ｃは透過型のプロジェクタであるが、本発明は反射型のプロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶表示装置等のように光変調手段としての電気光学変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型液晶表示装置のように光変調手段としての電気光学変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクタにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタと同様の効果を得ることができる。

（２）上記各実施形態のプロジェクタ１０００Ａ〜１０００Ｃは、電気光学変調装置としてマイクロレンズ付きの液晶表示装置を用いているが、本発明はこれに限られない。電気光学変調装置としては、一般に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロレンズを備えていない液晶表示装置やマイクロミラー型光変調装置などを利用してもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。

この他、本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクタにも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクタにも適用できることはいうまでもない。

実施形態１に係るプロジェクタの光学系を示す図。 実施形態１に係るプロジェクタの効果を説明するために示す図。 実施形態１に係るプロジェクタの効果を説明するために示す図。 実施形態２に係るプロジェクタの光学系を示す図。 実施形態３に係るプロジェクタの光学系を示す図。 従来のプロジェクタの光学系を示す図。 従来のプロジェクタの問題点を説明するために示す図。 従来の他のプロジェクタの光学系を示す図。 従来の他のプロジェクタの効果を説明するために示す図。

符号の説明

８００，９００，１０００Ａ，１０００Ｂ，１０００Ｃ…プロジェクタ、１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，８０２，９０２…照明装置、１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，８１０，９１０…光源装置、１１２，８１２，９１２…発光管、１１４，９１４…放物面リフレクタ、８１４…楕円面リフレクタ、１２０…第１レンズアレイ、１３０…第２レンズアレイ、１４０…偏光変換素子、１５０…重畳レンズ、２００…色分離光学系、３００…リレー光学系、４００…液晶表示装置、４００Ｒ…赤色光用の液晶表示装置、４００Ｇ…緑色光用の液晶表示装置、４００Ｂ…青色光用の液晶表示装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写光学系、ＳＣＲ…スクリーン

Claims (5)

1. 放物面リフレクタ及びこの放物面リフレクタの焦点近傍に配置された発光管を含む光源ランプ並びにこの光源ランプを固定するための光源ランプ用筐体を有する光源装置と、この光源装置からの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する第１レンズアレイと、この第１レンズアレイの複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第２レンズアレイと、この第２レンズアレイからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズとを有する照明装置と、
   この照明装置からの光を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、
   この電気光学変調装置により変調された光を投写する投写光学系とを備えたプロジェクタにおいて、
   前記光源ランプ用筐体のフロントガラスとして凸レンズを用いたことを特徴とするプロジェクタ。
2. 請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
   前記凸レンズは、光入射面が凸面であり、光射出面が平面であることを特徴とするプロジェクタ。
3. 請求項１又は２に記載のプロジェクタにおいて、
   前記凸レンズの焦点距離は、前記凸レンズと前記電気光学変調装置との間の間隔よりも大きい値に設定されていることを特徴とするプロジェクタ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
   前記電気光学変調装置は、マイクロレンズアレイ付きの液晶表示装置であることを特徴とするプロジェクタ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクタに用いるための光源装置であって、放物面リフレクタ及びこの放物面リフレクタの焦点近傍に配置された発光管を含む光源ランプ並びにこの光源ランプを固定するための光源ランプ用筐体を有し、
   この光源ランプ用筐体のフロントガラスとして凸レンズを用いたことを特徴とする光源装置。