JP2011164611A - プロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】画面素子の位置選定に対する自由度を広げることができるプロジェクターを提供する。
【解決手段】プロジェクターは、光源と、該光源から出射された光を照明する照明部と、該照明部から照明された光を受けて映像を具現し、前記照明部の光軸と異なる軸に中心が位置する画面素子と、を含む構成とした。前記画面素子は、前記照明部の光軸の上方に配置され、更に、前記画面素子は、オフセットが1%〜200%となるように配置される。
【選択図】図1

Description

本発明は、画面素子の位置選定に対する自由度を広げることができるプロジェクターに関するものである。
近年、大画面の高画質画像を具現する装置として、液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display)、プラズマディスプレイ(Plasma Display Panel)及びプロジェクターのような投射表示装置(Projection Display System)などが用いられている。
一般に、プロジェクターの光学系は、照明系と投射系とに分けられる。
照明系は、ランプ(lamp)からの光を、光トンネルであるインテグレータ(Integrator)やFEL(Fly Eye Lens)を通して小さい大きさのイメージャ(imager)に均一に照射する役割を果たす。
そして、投射系は、照明系を通して各パネルに照明光を入射させ、イメージャを大きく拡大してスクリーンに結像させる役割を果たす。
本発明は、光源と、前記光源から出射された光を照明する照明部と、前記照明部から照明された光を受けて映像を具現し、前記照明部の光軸と異なる軸に中心が位置する画面素子と、を含んで構成されたプロジェクターを提供する。
本発明は、光源と、前記光源から出射された光を一定の方向に平行に進行させるコリメーションレンズと、前記コリメーションレンズの光を前記画面素子に均一に入射されるように作るFEL(Fly Eye Lens)と、前記FELを通過した光を上向きに偏向させて照明し、前記FELの光軸に垂直でない第1及び第2辺と、前記第1及び第2辺に連結される第3及び第4辺とを有し、前記第3辺及び第4辺のそれぞれと前記第1辺とは鋭角で連結され、前記第3辺及び第4辺のそれぞれと前記第2辺とは鈍角で連結されるプリズムと、前記プリズムから照明された光を受けて映像を具現し、前記照明部の光軸と異なる軸に中心が位置する画面素子と、を含んでなるプロジェクターを提供する。
本発明のプロジェクターによると、画面素子に光が上向き照明されるように光学系を構成するため、画面素子の位置選定に対する自由度が広くなり、設計者が所望の位置に画面素子を配置することが可能になる。
本発明によるプロジェクターを示す概略構成図である。 本発明によるプロジェクターの一例を示す概略構成図である。 本発明によるプロジェクターの上向き照明による画面素子の位置を説明するための概略的な概念図である。 本発明によるプロジェクターの上向き照明による画面素子の位置を説明するための概略的な概念図である。 本発明によるプロジェクターの光学素子をPBS(Polarizing Beam Splitter)にした場合に光が進行する経路を説明するための概略的な概念図である。 本発明の第1実施例によるプロジェクターの概略構成図である。 本発明の第1実施例によるプロジェクターのプリズムを透過する前後の光の角度分布を示す図である。 本発明の第1実施例によるプロジェクターのプリズムを透過する前後の光の角度分布を示す図である。 本発明の第1実施例によるプロジェクターに適用されたプリズムを説明するための図である。 本発明の第1実施例によるプロジェクターに適用されたプリズムを説明するための図である。 本発明の第1実施例によるプロジェクターに適用されたプリズムを説明するための図である。 本発明の第2実施例によるプロジェクターを示す概略構成図である。 本発明の第3実施例によるプロジェクターを示す概略構成図である。 本発明の第4実施例によるプロジェクターを示す概略構成図である。 本発明の第4実施例に適用されたFELの部分断面図である。 本発明の第4実施例によるプロジェクターのFELを透過する前後の光の角度分布を示す図である。 本発明の第4実施例によるプロジェクターのFELを透過する前後の光の角度分布を示す図である。 本発明の第4実施例によるプロジェクターの他の例を説明するための概略構成図である。 本発明の第5実施例によるプロジェクターを示す概略構成図である。 本発明の第5実施例に適用された光ガイドブロックの概略斜視図である。 本発明の第2実施例によるプロジェクターの変形例を示す概略構成図である。
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について説明する。
図1は、本発明によるプロジェクターを示す概略構成図である。
本発明によるプロジェクターは、光源100と、光源100から出射された光を照明する照明部200と、照明部200の光を透過させる光学素子300と、光学素子300を透過した光を受けて映像を具現し、照明部200の光軸Aと異なる軸に中心Bが位置する画面素子500と、を含んで構成される。
光学素子300は、照明部200からの光を透過させ、画面素子500から反射された光をプロジェクターの投射部に反射させる機能を果たす。
したがって、光学素子300は、照明部と投射部の光を分離する素子と定義することができる。
例えば、光学素子300は、PBS(Polarizing Beam Splitter)とすることができる。
また、画面素子500は、LCOS(Liquid Crystal On Silicon)またはDMD(Digital Mirror Device)のような反射型画面素子または透過型画面素子とすることができる。
そして、照明部200は、光源100から出射された光を画面素子500に上向きに照明することによって、該照明部200の光軸Aと異なる軸に画面素子500の中心Bが位置することを許容し、よって、画面素子の中心Bと照明部200の光軸Aとを一致させずに済む。
したがって、本発明のプロジェクターは、画面素子に光が上向きに照明されるように光学系を構成することによって、画面素子の位置選定に対する自由度が広くなり、設計者が所望の位置に画面素子を配置することが可能になる。
ここで、画面素子500は、照明部200の光軸Aの上方に配置される。
図2は、本発明によるプロジェクターの一例を示す概略構成図である。
同図のプロジェクターは、照明部200からこの照明部200の光軸よりも上方の領域に光を照明することから、光の照明される上方の領域に画面素子500を配置させることができ、よって、照明部200の光軸Aと画面素子500の中心Bとは一致していない。
ここで、照明部200は、光源100から出射された光を一定の方向に平行に進行させるコリメーションレンズ(Collimation lens)210と、コリメーションレンズ210の光を画面素子500に均一に入射されるように作るインテグレータ(Integrator)220と、インテグレータ220から出射された光を画面素子500に集光させるレンズ群230と、を含んで構成される。
ここで、コリメーションレンズ210は、光源100から出射された光を平行にさせて集光し、該集光された光がインテグレータ220に入射させるように、第1及び第2コリメーションレンズ211,212で構成することが好ましい。
そして、第1及び第2コリメーションレンズ211,212を通してインテグレータ220に入射された光は、画面素子500の形態でないから、インテグレータ220は、第1及び第2コリメーションレンズ211,212を通して入射された光を、画面素子500の形態(例えば、矩形のビーム)にさせ、均一な光量で画面素子500に入射させる。
また、レンズ群230は、第1及び第2照明用レンズ231,232で構成することができる。
図3A及び図3Bは、本発明によるプロジェクターの上向き照明による画面素子の位置を説明するための概略的な概念図である。
前述したように、画面素子500の位置は照明部の光軸と相関する。
すなわち、画面素子500の中心Bが照明部の光軸Aと異なる軸に位置するように画面素子500を照明部に対して配置する。
ここで、画面素子500は、オフセット(Offset)が1%〜200%となるように配置されることが好ましい。
ここで、オフセットは、照明部の光軸Aから画面素子500の中心Bまでの距離d1を、画面素子500のアクティブ領域(Active area)AAの半分(Half)で除算した百分率として定義される。
例えば、図3Aに示すように、照明部の光軸Aから画面素子500の中心Bまでの距離d1が画面素子500のアクティブ領域の半分と同一であれば、画面素子500は、オフセットが100%となるように位置しているものである。
そして、図3Bに示すように、照明部の光軸Aから画面素子500の中心Bまでの距離d2が、画面素子500のアクティブ領域の半分よりも小さいと、画面素子500は、オフセットが100%以下になるように位置しているものである。
また、図示してはいないが、照明部の光軸Aから画面素子500の中心Bまでの距離が、画面素子500のアクティブ領域の半分よりも大きいと、画面素子500は、オフセットが100%以上になるように位置しているものである。
図4は、本発明によるプロジェクターの光学素子をPBSにした場合に光が進行される経路を説明するための概略的な概念図である。
照明部200の光aは、PBS301を透過して画面素子500に入射される。
そして、画面素子500は、照明部200の光aを映像の具現された光とし、該映像の具現された光はPBS301から反射されて投射部600を通してスクリーンに投射される。
図5は、本発明の第1実施例によるプロジェクターを示す概略構成図である。
本発明のプロジェクターで上向き照明する方法には様々なものがあり、下記の実施例では、上向き照明するためのプロジェクターの構成について説明する。
本発明の第1実施例によるプロジェクターは、プリズム350を用いて照明部から画面素子に光を上向き照明するように光学系を構成している。
したがって、このプロジェクターは、光源100と、光源100から出射された光を一定の方向に平行に進行させるコリメーションレンズ211,212と、コリメーションレンズ211,212の光を画面素子500に均一に入射されるように作るFEL 221と、FEL 221を通過した光を上向きに偏向させて画面素子500に照明するプリズム350と、を含んで構成される。
ここで、FEL 221は、等価の機能を行う光部品に取り替えても良い。
要するに、第1実施例のプロジェクターは、照明部内にプリズム350を設け、このプリズム350により光源100から出射された光を上向きに偏向させて画面素子500に入射されるように構成したものである。
すなわち、図6Aに示すように、FEL 221を通過した光は、左右−上下対称の形状とされ、光軸を基準に対称な光の角度が分布する。
そして、図6Bに示すように、プリズム350を通過した光は、プリズム350による偏向効果から、光軸を基準に上向きに移動した光の角度が分布する。
ここで、光が移動する角度は、プリズムの角度により定められ、上向き照明の度合によってプリズムの角度が決定される。
そして、プリズム350とPBS 301との間及びPBS 301と画面素子500との間のそれぞれには、照明レンズ233,234を介在することができる。
図7A乃至図7Cは、本発明の第1実施例によるプロジェクターに適用されたプリズムを説明するための図である。
プリズムは、くさび形状を有するもので、図7Aに示すように、入射される光及び出射される光を屈折させて上向き照明する構造、図7Bに示すように、出射される光を屈折させて上向き照明する構造、及び、図7Cに示すように、入射される光を屈折させて上向き照明する構造のうちいずれかとする。
図7Aの構造では、入射される光及び出射される光を屈折させて上向き照明するために、プリズムの入射面と出射面が所定角度θ1,θ2で傾斜しており、図7Bの構造では、出射される光を屈折させて上向き照明するために、プリズムの出射面が所定角度θ3で傾斜しており、図7Cの構造では、入射される光を屈折させて上向き照明するために、プリズムの入射面が所定角度θ4で傾斜している。
そして、図7Aのプリズムは、照明部の光軸に垂直でない2辺を持つ。
さらにいうと、このプリズムは、FELの光軸に垂直でない第1及び第2辺とこれら第1及び第2辺に連結される第3及び第4辺とを有し、第3辺及び第4辺のそれぞれと第1辺とは鋭角で連結され、第3辺及び第4辺のそれぞれと第2辺は鈍角で連結される構造とされている。
図8は、本発明の第2実施例によるプロジェクターを示す概略構成図である。
第2実施例によるプロジェクターは、2個の照明レンズの光軸を移動させて画面素子に光を上向き照明するように光学系を構成している。
したがって、このプロジェクターは、光源100と、光源100から出射された光を一定の方向に平行に進行させるコリメーションレンズ211,212と、コリメーションレンズ211,212の光を画面素子500に均一に入射されるように作るFEL 221と、FEL 221の光軸と異なる光軸をそれぞれ有し、FEL 221を通過した光を画面素子500に上向き照明する第1及び第2照明レンズ235,236と、を含んで構成される。
すなわち、第2実施例によるプロジェクターは、第1及び第2照明レンズ235,236のそれぞれの光軸を、FEL 221の光軸とずれるように移動させて、FEL 221を通過した光が画面素子500に上向き照明されるように構成したものである。
ここで、第1照明レンズ235の光軸はFEL 221の光軸よりも上方にし、第2照明レンズ236の光軸は第1照明レンズ235の光軸よりも上方にすることで、FEL 221を通過した光は、第1照明レンズ235で上向きにされ、第1照明レンズ235を通過した光は第2照明レンズ236で上向きにされる。
本実施例ては第1及び第2照明レンズ235,236のような2個の照明レンズをプロジェクターに適用したが、少なくとも一つの照明レンズをプロジェクターに適用すればいい。
図9は、本発明の第3実施例によるプロジェクターを示す概略構成図である。
第3実施例によるプロジェクターは、第1実施例によるプロジェクターにおいて光源100、コリメーションレンズ211,212及びFEL 221の第1光軸を、照明レンズ233の第2光軸からチルト(Tilt)させて上向き照明するように構成したものである。
このプロジェクターにおいて、光源100から出射された光はコリメーションレンズ211,212及びFEL 221を通して第1光軸方向に進行し、照明レンズ233からはチルトしている第2光軸方向に進行して画面素子500に上向き照明される。
第2及び第3実施例のプロジェクターは、追加部品なしに光軸移動またはチルトを用いて照明系が上向き照明できるようにする。
一方、本発明の第3実施例は、図1のプロジェクターの構成において、照明部が、光源100から出射された光を一定の方向に平行に進行させるコリメーションレンズ211,212と、コリメーションレンズ211,212の光を画面素子500に均一に入射されるように作るFEL 221と、光源100、コリメーションレンズ211,212及びFEL 221の光軸からチルトしている照明レンズ233と、で構成される。
照明レンズ233は、FEL 221とPBS 301との間に配置される。
また、PBS 301と画面素子500との間に照明レンズ234を介在することができる。
図10は、本発明の第4実施例によるプロジェクターを示す概略構成図である。
本発明の第4実施例によるプロジェクターは、光源100及びコリメーションレンズ211,212の光軸がFEL 222の光軸からチルトしており、FEL 222は、入射面に設けられて、入射された光を出射面に集光するマイクロレンズと、出射面に設けられて、集光された光を光軸から上向きに進行させるマイクロレンズと、を含む。
したがって、コリメーションレンズ211,212を通過した光は、FEL 222で上向きにされて画面素子500に照明される。
ここで、光源100及びコリメーションレンズ211,212の光軸とFEL 222の光軸を同一に整列することができる。
そして、FEL 222は、図11に示すように、光入射面及び光出射面の断面が鋸歯状に形成されている。この光入射面及び光出射面の断面は、それぞれのマイクロレンズの各断面によって鋸歯状になる。
また、図12Aに示すように、FEL 222に入射される前の光の角度分布は、FEL 222の光軸に対して、光源100及びコリメーションレンズ211,212の光軸がチルトしていることから、左側に分布しているが、図12Bに示すように、FEL 222を通過した光の角度分布は、光軸に対して上向きにされて右側に分布することとなる。
また、図13に示すように、光源100の中心を、コリメーションレンズ211,212の光軸よりも上方に配置させることで、光を画面素子500に上向き照明することができる。
図14は、本発明の第5実施例によるプロジェクターを示す概略構成図である。
本発明の第5実施例によるプロジェクターは、光ガイドブロック(Light Guide Block)600を用いて画面素子500に上向き照明する。
光ガイドブロック600は、光源100と照明レンズ621,622との間に整列され、光ガイドブロック600の光軸と照明レンズ621,622の光軸とをずらして整列させる。
ここで、光ガイドブロック600の入口に光源100から出射された光が入射され、光ガイドブロック600の出口から抜け出た光が、照明レンズ621,622及びPBS 301を通して画面素子500に上向き照明される。
照明レンズ621,622は、光ガイドブロック600の出口から抜け出た光をPBS 301に集光させる。
そして、光ガイドブロック600は、四角形の貫通孔が形成されている四角筒形に製作されるもので、4枚のミラーを付着して形成することもでき、ガラスまたは透明体で形成することもできる。
光ガイドブロック600をガラスまたは透明体で製作した場合、ブロックの屈折率が空気よりも大きいから、その差によって光は内部全反射されてガイドされる。
そして、光ガイドブロック600は、光を、画面素子500のアクティブ領域の形状と同一な四角形のビームにさせる。
また、図16のプロジェクターは、上記の第2実施例によるプロジェクターの変形例で、光源100と照明レンズ621,622との間に、光源100から出射された光を集光させる第1及び第2集光レンズ611,612と、第1及び第2集光レンズ611,612で集光された光を、画面素子500の形状と同一の形状にさせる光ガイドブロック600と、を介在し、また、光ガイドブロック600の光軸と照明レンズ621,622の光軸とをずらして整列させてなる。
このプロジェクターでも、第1及び第2集光レンズ611,612で光源100から出射された光を光ガイドブロック600に集光させ、光ガイドブロック600にガイドされた光を照明レンズ621,622でPBS 301を通して画面素子500に上向き照明する。
そして、PBS 301と画面素子500との間には、照明レンズ623を介在することができる。
以上では本発明の具体的な実施例を説明してきたが、本発明の技術思想の範囲内で様々な変形及び修正が可能であるということが当業者には明らかであり、よって、これら変形及び修正も添付の特許請求の範囲に属することは当然である。

Claims (18)

  1. 光源と、
    前記光源から出射された光を照明する照明部と、
    前記照明部から照明された光を受けて映像を具現し、前記照明部の光軸と異なる軸に中心が位置する画面素子と、
    を含んでなるプロジェクター。
  2. 前記画面素子は、前記照明部の光軸の上方に配置されている、請求項1に記載のプロジェクター。
  3. 前記画面素子は、オフセットが1%〜200%となるように配置される、請求項2に記載のプロジェクター。
  4. 前記画面素子は、反射型画面素子または透過型画面素子である、請求項1に記載のプロジェクター。
  5. 前記照明部の光を前記画面素子に透過させるPBSをさらに含む、請求項1に記載のプロジェクター。
  6. 前記照明部は、
    前記光源から出射された光を一定の方向に平行に進行させるコリメーションレンズと、
    前記コリメーションレンズの光を前記画面素子に均一に入射されるように作る光部品と、
    前記光源、コリメーションレンズ及び光部品の光軸からチルトしている少なくとも一つの照明レンズと、
    から構成される、請求項1に記載のプロジェクター。
  7. 前記照明部の光を前記画面素子に透過させるPBSをさらに含み、
    前記照明レンズは、第1及び第2照明レンズからなり、
    前記第1照明レンズは、前記光部品と前記PBSとの間に配置され、
    前記第2照明レンズは、前記PBSと前記画面素子との間に配置される、請求項6に記載のプロジェクター。
  8. 前記照明部は、FELを含み、
    前記FELは、
    入射面に形成されて、入射された光を出射面に集光するマイクロレンズと、
    出射面に形成されて、集光された光を光軸から上向きにして進行させるマイクロレンズと、を含む、請求項1に記載のプロジェクター。
  9. 前記照明部は、前記光源から出射された光を一定の方向に平行に前記FELに進行させるコリメーションレンズをさらに含み、
    前記光源及び前記コリメーションレンズの光軸が前記FELの光軸からチルトしている、請求項8に記載のプロジェクター。
  10. 前記照明部は、前記光源から出射された光を一定の方向に平行に前記FELに進行させるコリメーションレンズをさらに含み、
    前記光源の中心が前記コリメーションレンズの光軸よりも上方に位置している、請求項9に記載のプロジェクター。
  11. 前記照明部は、前記光源から出射された光を一定の方向に平行に前記FELに進行させるコリメーションレンズをさらに含み、
    前記光源及び前記コリメーションレンズの光軸と前記FELの光軸が同一である、請求項8に記載のプロジェクター。
  12. 前記照明部は、
    前記光源から出射された光を一定の方向に平行に進行させるコリメーションレンズと、
    前記コリメーションレンズの光を前記画面素子に均一に入射されるように作るFELと、
    前記FELを通過した光を上向きに偏向させて画面素子に照明するプリズムと、
    を含んでなる、請求項1に記載のプロジェクター。
  13. 前記プリズムは、
    入射される光及び出射される光を屈折させて上向き照明する構造、出射される光を屈折させて上向き照明する構造、及び入射される光を屈折させて上向き照明する構造のうちいずれかである、請求項12に記載のプロジェクター。
  14. 前記プリズムは、前記照明部の光軸に垂直でない2辺を有する、請求項12に記載のプロジェクター。
  15. 前記照明部は、
    前記光源から出射された光を一定の方向に平行に進行させるコリメーションレンズと、
    前記コリメーションレンズの光を前記画面素子に均一に入射されるように作るFELと、
    前記FELの光軸と異なる光軸をそれぞれ有し、前記FELを通過した光を画面素子に上向き照明する第1及び第2照明レンズと、
    を含んでなる、請求項1に記載のプロジェクター。
  16. 前記照明部は、
    前記光源から出射された光を受けて前記画面素子の形状と同一の光形状にさせる光ガイドブロックと、
    前記光ガイドブロックの光軸とずれている光軸を有する照明レンズと、
    を含んでなる、請求項1に記載のプロジェクター。
  17. 前記照明部は、前記光源から出射された光を前記光ガイドブロックに集光させるように前記光源と前記光ガイドブロックとの間に配置される第1及び第2集光レンズをさらに含む、請求項16に記載のプロジェクター。
  18. 光源と、
    前記光源から出射された光を一定の方向に平行に進行させるコリメーションレンズと、
    前記コリメーションレンズの光を前記画面素子に均一に入射されるように作るFELと、
    前記FELを通過した光を上向きに偏向させて照明し、前記FELの光軸に垂直でない第1及び第2辺と、前記第1及び第2辺に連結される第3及び第4辺とを有し、前記第3辺及び第4辺のそれぞれと前記第1辺とは鋭角で連結され、前記第3辺及び第4辺のそれぞれと前記第2辺とは鈍角で連結されるプリズムと、
    前記プリズムから照明された光を受けて映像を具現し、前記照明部の光軸と異なる軸に中心が位置する画面素子と、
    を含んでなるプロジェクター。
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