JP3291418B2

JP3291418B2 - 投写装置

Info

Publication number: JP3291418B2
Application number: JP20571595A
Authority: JP
Inventors: 栄明宮下; 弘樹木場; 真一奥野; 淳三島; 美穂岩城
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 2002-06-10
Anticipated expiration: 2015-08-11
Also published as: JPH0954369A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネル等に表
示された画像を、スクリーンに投影する投写装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、大画面映像を表示する装置と
して、液晶パネル等に表示された画像を、強力な光で照
明し、スクリーン上に投写するプロジェクタのような投
写装置が知られている。このような装置に於いては、か
かる強力な光を発生し、かつスクリーン上の照度のバラ
付きを小さくするために、図８に示すインテグレータ照
明と呼ばれる光発生装置を用いた投写装置が提案されて
いる(特開平５−３４６５５７号参照)。これは、メタル
ハライドランプのような光源(１)の前に、第１と第２の
レンズアレイ体(３)(５)を互いに対向させて具える。レ
ンズアレイ体(３)(５)は、複数の凸面レンズ(40)を、光
源(１)の光軸に直交する面に沿って配列している。被照
射物である表示パネル(７)と、一方のレンズアレイ体
(５)の間に凸レンズ(90)を配備する。表示パネル(７)に
は、通常液晶パネルが用いられる。光源(１)からの光束
は、両レンズアレイ体(３)(５)、凸レンズ(90)を通過し
て表示パネル(７)を照射し、表示パネル(７)の画像は、
光束によりスクリーン(図示せず)に映し出される。

【０００３】光源(１)は凹面鏡(10)に囲まれ、光源(１)
から発射された光は、凹面鏡(10)に反射されて光束とな
る。光束は光軸近傍の光束密度が高く、凹面鏡(10)に反
射された当初は、明るさむらを生じている。ところが、
第１レンズアレイ体(３)の凸面レンズ(40)により集光さ
れ、かつ凸面レンズ(40)と同数の部分光束に分割され
て、明るさむらは小さくなる。各部分光束は、第２レン
ズアレイ体(５)により表示パネル(７)まで有効に伝達さ
れ、かつ凸レンズ(90)により重畳されるので、表示パネ
ル(７)上の照度のバラ付きを小さくできる。実際上は、
表示パネル(７)の周縁部の照度は、中心部の照度に比べ
７５％程度になり、看者には被照射領域の照度は略均一
化されているように見える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記光発生装置を用い
た投写装置では、図４(b)に一点鎖線で示すように表示
パネル(７)の被照射領域の照度の略均一を確保するため
に、被照射領域の１２０％程度の広い領域の照度を略均
一にする必要がある。換言すれば、収束された光束の全
てが、表示パネル(７)上を照射するのではないので、光
利用効率、即ち照射した光束の内、実際に表示パネルを
照射する割合が低下する。このため、光源(１)には、必
要以上の強い光を発するランプが必要とされていた。ま
た、斯種投写装置では、光源(１)からの光路上に、照明
光の波長に含まれている不要な熱線及び紫外線を除去す
る為に、フィルタを設けることが多い。即ち、フィルタ
を設ける為のスペースが必要であるから、この点で装置
の小型化が困難である。

【０００５】更に、画面の隅部を、画面の中心部と略同
一の照度にすると、照射する画像がビデオ画像等の場合
は、遠近感がなくなり、却って不自然に見えることがあ
る。かかる問題を解決するために、図９に示す光発生装
置も提案されている(特開平３−１１１８０６号参照)。
これは、光軸を含む垂直面内に複数のレンズ体(９)(９)
を重ねて配備してレンズ群を構成し、光軸近傍のレンズ
体(９)の長さを、光軸から離間した箇所に位置するレン
ズ体(９)よりも短く形成する。このレンズ群の光源(１)
側の端面を、光源(１)に対し凹状に湾曲するように設け
たものである。光軸から離間する位置に配備したレンズ
体(９)を通過する光束は、レンズ体(９)が長いために照
度が弱められ、表示パネル(７)の中心部から離間した箇
所を照射する。これにより、照度を表示パネル(７)の中
心部から周縁部に向かって減少させる。しかし、このよ
うな複数のレンズ体(９)を設けようとすると、製造コス
トが高くなり、実際に量産することは困難である。この
場合、図７に示すケーラー照明を用いた投写装置でも、
被照射領域の中心部から、周縁部から向かって照度が低
下する効果が得られるが、後記するように被照射領域の
周縁部が暗くなり過ぎ、実用的ではない。本発明は、簡
単な構成で、被照射領域の中心部から周縁部に向かっ
て、照度を違和感無く低下させることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】投写装置の各レンズアレイ
体(３)(５)は、光源(１)からの光束を収束し、光軸を中
心として設けられた凸面レンズ部(４)と、該凸面レンズ
部(４)の外側からレンズアレイ体(３)(５)の周縁部に向
かって延び、光束の通過を許す非集光部（３０）を一体
に具え、凸面レンズ部（４)は、透過する光束が表示パ
ネル(７)の被照射領域の中心部を照射し、非集光部(30)
は透過する光束が被照射領域の周縁部を照射する位置
に、夫々形成されている。また、一方のレンズアレイ体
の裏面に、赤外線を反射する薄膜(31)を形成し、他方の
レンズアレイ体の裏面に紫外線を反射する薄膜(50)を形
成している。

【０００７】

【作用及び効果】凸面レンズ部(４)を通過した光束は、
集光されて表示パネル(７)の被照射領域の中心部を照射
し、非集光部(30)を通過した光束は、直進して被照射領
域の周縁部を照射する。非集光部(30)を通過した光束
は、集光されていないので、凸面レンズ部(４)を通過し
た光束よりも照度が小さい。このように、被照射領域の
照射箇所に応じて、照度の異なる光束を照射すること
で、中心部から周縁部に向かって実用上支障がない程度
に、照度が小さくなる効果を、簡易な構成で得ることが
できる。その結果、投写装置の製造コストの低下が図れ
る。また、従来の投写装置では、被照射領域の照度の分
布を略均一にするために、本来の被照射領域より広い範
囲の領域の照度の分布を略均一になるように、レンズア
レイ体を設計する必要があり、光利用効率が低下してい
た。然るに、本発明の目的は、被照射領域の周縁部の照
度を中心部の照度よりも、違和感なく低下することにあ
るから、被照射領域は従来の装置よりも小さくて済む。
そのため光利用効率が向上する。更に、レンズアレイ体
(３)(５)の裏面に、赤外線及び紫外線を除去する薄膜(3
1)(50)を形成しているから、従来のように、レンズアレ
イ体(３)(５)とは別にフィルタを設ける必要がなく、装
置の小型化が図れる。

【０００８】

【発明の実施の形態】

(第１例)以下、本発明の一実施例につき、図面を用いて
詳述する。図１に示すように、投写装置は従来と同様
に、光源(１)の光軸上に、互いに対向した２枚のレンズ
アレイ体(３)(５)及び液晶パネルから成る表示パネル
(７)を具える。光源(１)は発光効率と色再現性に鑑みて
メタルハライドランプが用いられ、光源(１)からの光
は、凹面鏡(10)により平行光となって出射される。両レ
ンズアレイ体(３)(５)は、ともに光軸を中心として、多
数の凸面レンズ(40)を光軸に直交する面内に配備した凸
面レンズ部(４)と、該凸面レンズ部(４)の外側からレン
ズアレイ体(３)(５)の周縁部に向かって延びる板状の非
集光部(30)を一体に具える。凸面レンズ部(４)は、凸面
レンズ部(４)は、多数の凸面レンズ(40)を集めて、外周
が光軸を中心とした円を描くように形成されている。両
レンズアレイ体(３)(５)は矩形状で、透明ガラス又は透
明樹脂から形成され、非集光部(30)は入射した光束をそ
のまま通す。

【０００９】光源(１)側のレンズアレイ体(３)の裏面に
は、波長が概ね７００nm以上の赤外線を反射する薄膜(3
1)が、表示パネル(７)側のレンズアレイ体(５)の裏面に
は、概ね４００nm以下の波長の紫外線を反射する薄膜(5
0)が夫々形成されている(図１０参照)。図２に示すよう
に、２枚のレンズアレイ体(３)(５)は、各非集光部(30)
の隅部が金属製のフレーム(８)の切欠き(80)に嵌まっ
て、フレーム(８)に保持されている。これにより、両レ
ンズアレイ体(３)(５)の間隔は、厳密に一定に保たれ
る。凸面レンズ部(４)を構成する凸面レンズ(40)は、図
３に拡大して示すように、正面ハニカム形状に形成され
ている。ハニカム形状に形成したのは、高精度レンズの
製造上の理由によるものであるから、これは矩形状でも
よい。

【００１０】図１では、表示パネル(７)側のレンズアレ
イ体(５)から表示パネル(７)までの距離をＬ２、光源
(１)側のレンズアレイ体から表示パネル(７)までの距離
をＬ１、表示パネル(７)の被照射領域の縦長さをＤ１、
その中央部領域Ｈの径をＤ２とする。レンズアレイ体
(３)(５)は、光源(１)側のレンズアレイ体(３)の凸面レ
ンズ部(４)に入射した光束が、表示パネル(７)側の凸面
レンズ部(４)にて収束するように、間隔が設定される。
また、光源(１)からの光束の内、光源(１)側のレンズア
レイ体(３)の凸面レンズ部(４)の中央部に入射した光束
は、表示パネル(７)側のレンズアレイ体(５)の凸面レン
ズ部(４)により、表示パネル(７)の中央部領域Ｈを照射
する。凸面レンズ部(４)の周縁部に入射した光束は、一
部は中央部領域Ｈを照射し、残りの光束は被照射領域内
で、中央部領域Ｈより外側の領域Ｊを照射する。

【００１１】レンズアレイ体(３)(５)の凸面レンズ部
(４)の外側である非集光部(30)を通過した光は、直進し
て領域Ｊを照射する。非集光部(30)は入射した光束をそ
のまま通すから、領域Ｊではレンズアレイ体(５)の凸面
レンズ部(４)の周縁部からの分散光と、非集光部(30)を
通過した光束が重なる。従って、領域Ｊは領域Ｈよりも
暗く、領域Ｈから領域Ｊに掛けて照度が小さくなる効果
が得られる。非集光部(30)からの光と、凸面レンズ部
(４)の周縁部からの分散光が重なることにより、色む
ら、照度むらが軽減される。表示パネル(７)に表わされ
る画像がビデオ画像等の場合は、この効果により遠近感
を得ることができる。

【００１２】光束がこのような光路を辿るためには、光
源(１)側及び表示パネル(７)側の凸面レンズ部(４)を夫
々構成する凸面レンズ(40)の焦点距離Ｆ１、Ｆ２及び有
効径d１、d２は、以下の関係式を満たす必要がある。こ
こで有効径とは六角形である凸面レンズ(40)の対角線長
さを指す。この関係式は、米国特許２１８６１２３号に
開示されているものであり、周知の式であるから、詳細
な記載は省略する。

【数１】Ｆ１＝Ｌ１＊(Ｌ１−Ｌ２)／Ｌ２Ｆ２＝Ｌ２＊(Ｌ１−Ｌ２)／Ｌ１ d１＝Ｄ２＊(Ｌ１−Ｌ２)／Ｌ２ d２＝Ｄ２＊(Ｌ１−Ｌ２)／Ｌ１

【００１３】ここで、出願人は上記Ｌ１、Ｌ２、Ｄ１、
Ｄ２の値として、夫々Ｌ１＝１９０mm、Ｌ２＝１８３m
m、Ｄ１＝８０mm、Ｄ２＝４０mmを提案している。この
値を上記の式に代入すると、Ｆ１＝７.２７mm、Ｆ２＝
６.８２mm、d１＝１.５３mm、d２＝１.４７mmとなる。
Ｌ１とＬ２の値の差が小さいので、Ｆ１とＦ２、d１と
ｄ２の値は近似したものとなる。特に凸面レンズ（４
０）の有効径の差は、レンズ設計時の誤差程度の差であ
り、この程度の差では、両レンズアレイ体(３)(５)の凸
面レンズ部(４)を共通化しても、表示パネル(７)上の照
度分布に影響が少ない。従って、出願人は両レンズアレ
イ体(３)(５)を共通の形状としている。

【００１４】また、非集光部(30)の厚みを３mmとする
と、レンズアレイ体(３)(５)を収容するフレーム(８)の
厚みは１０mm程度となる。本実施例に於いては、赤外線
及び紫外線を反射する薄膜(31)(50)が、レンズアレイ体
(３)(５)裏面に形成されているので、従来のようにフィ
ルタを設ける必要がない。即ち、従来の装置に比べ小型
化できる。出願人は、図１に示す装置を用いて、照度分
布を測定し(図５(a)参照)、ビデオ画像を見る際には、
領域Ｈに対する領域Ｊの照度が、最低５５％程度でも実
用上支障なく、遠近感が得られることを確認している。
尚、図５に於いて、Ｘ方向とは被照射領域の横長方向を
示す。この照度比率は、レンズアレイ体(３)(５)の表面
積に対する凸面レンズ部(４)の面積を、４０±２０％に
設けることで達成できることも、実験及びシュミレーシ
ョンにより確認されている。

【００１５】(第２例)図６は、上記の投写装置を周知の
液晶プロジェクタに応用した例を示す側面図である。装
置本体(２)の前方には、スクリーン(６)が設けられ、装
置本体(２)の前端部には、スクリーン(６)に対向して投
写レンズ(20)が設けられている。光源(１)から投射レン
ズ(３)に達するまでの光路上には、前記レンズアレイ体
(３)(５)の他に、光路に対して傾いた４枚のダイクロイ
ックミラー(60)(61)(62)(63)、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に対
応した３つの表示パネル(７)(70)(71)と各表示パネルに
対向したコンデンサレンズ(72)(72)(72)及び２枚の全反
射ミラー(64)(65)が、周知の如く上下２段に亘って設け
られている。下段には後方から前方に向かって、レンズ
アレイ体(３)(５)、ダイクロイックミラー(60)(61)、表
示パネル(70)、全反射ミラー(65)が設けられている。上
段には後方から前方に向かって、全反射ミラー(64)、表
示パネル(７)、ダイクロイックミラー(62)(63)が設けら
れている。

【００１６】光源(１)からの光束は、前記の如く、レン
ズアレイ体(３)(５)の裏面に形成された薄膜(31)(50)に
より紫外線と赤外線が反射されて(図１０参照)、４００
〜７００nmの波長を有する白色光となってレンズアレイ
体(３)(５)を通過する。ダイクロイックミラー(60)で６
００nm以上の波長を有する赤色光が反射され、該反射光
は全反射ミラー(64)で反射されて、赤色光用の表示パネ
ル(７)を照射する。一方、ダイクロイックミラー(60)を
通過した光束は、ダイクロイックミラー(61)により５０
０〜５８０nm以上の緑色光が反射され、該反射光は緑色
光用の表示パネル(71)を照射する。また、ダイクロイッ
クミラー(61)を通過した光束は、青色光用の表示パネル
(70)を照射した後に、全反射ミラー(65)により反射され
て、ダイクロイックミラー(63)に達する。赤色光用と緑
色光用の表示パネル(７)(71)を通過した光束は、ダイク
ロイックミラー(62)により合成され、ダイクロイックミ
ラー(63)に入射する。ダイクロイックミラー(63)にて、
赤、青、緑の各光に対応した画像が合成され、投写レン
ズ(20)によりスクリーン(６)に照射される。

【００１７】図６に示す装置から、レンズアレイ体(３)
(５)を除去して、代わりに赤外線と紫外線を反射するフ
ィルタ(11)を設けた投写装置は、ケーラー照明と呼ばれ
る、従来から提案されているものである(図７参照)。出
願人は、かかるケーラー照明を用いた投写装置で、被照
射領域の中央部と周縁領域の照度を測定したところ、照
度分布は図５(b)に示すようなグラフを描くことがわか
った。即ち、周縁領域の照度は、中心部領域の照度に比
較して２０％以下であり、実用的でないことが判明し
た。このように周縁領域に比べて、非常に明るい中心部
をホットスポットと呼ぶ。かかるホットスポット対策と
して、光源(１)のランプ表面をフッ酸系溶液で腐食し、
細かな凹凸を設け、発生する光を分散させる所謂フロス
ト加工を施すことが行なわれる。しかし、該フロスト加
工を施しても、周縁領域の照度は、中心部領域の照度に
比較して３５％程度となる。本実施例では、上記の如
く、周縁領域の照度は、中心部領域の照度に比較して最
低５５％程度となる。従って、簡単な構成で、被照射領
域の中心部から周縁部に向かって、照度を違和感無く低
下させることができる。

【００１８】本実施例では、レンズアレイ体(３)(５)の
膨らみは、光源(１)側を向いているが、膨らみ方向は本
実施例とは逆でもよい。また、レンズアレイ体(５)の前
方に、集光性改善のために、図１２に示すような凸レン
ズ(90)を設けても、更には図１１に示すように、凸レン
ズとレンズアレイ体(５)を一体に設けてもよい。

【００１９】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】投写装置の光発生装置の構成を示す側面図であ
る。

【図２】(a)はフレームに支持されたレンズアレイ体の
正面図、(b)は同上の側面図である。

【図３】図２のＡ部の拡大図である。

【図４】(a)は表示パネルの被照射領域を示す正面図、
(b)は従来のインテグレータ照明の被照射領域を示す正
面図である。

【図５】(a)は本実施例の投写装置を用いたときの照度
分布を示すグラフ、(b)は従来のケーラー照明を用いた
ときの照度分布を示すグラフである。

【図６】図１の光発生装置を液晶プロジェクタに応用し
た装置を示す側面図である。

【図７】従来のケーラー照明を用いた液晶プロジェクタ
を示す側面図である。

【図８】従来のインテグレータ照明を用いた投写装置を
示す側面図である。

【図９】従来の他の投写装置を示す図である。

【図１０】レンズアレイ体に薄膜を形成した状態を示す
断面図である。

【図１１】一方のレンズアレイ体を凸レンズと一体に形
成した状態を示す側面図である。

【図１２】レンズアレイ体の前方に凸レンズを配備した
状態を示す側面図である。

【符号の説明】

(１) 光源 (３) レンズアレイ体 (４) 凸面レンズ部 (５) レンズアレイ体 (７) 表示パネル (30) 非集光部 (31) 薄膜 (40) 凸面レンズ (50) 薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三島淳大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者岩城美穂大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (56)参考文献特開平７−181392（ＪＰ，Ａ) 特開平５−134230（ＪＰ，Ａ) 特開平７−174974（ＪＰ，Ａ) 特開平４−234016（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/00 G02B 27/18 G02F 1/13 505 G02F 1/13357

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源(１)と、光源(１)に対向して光軸と
略直交する面内に配備された複数のレンズアレイ体(３)
(５)と、レンズアレイ体(３)(５)を通過した光束により
照射される表示パネル(７)を具えた投写装置に於いて、各レンズアレイ体(３)(５)は、光源(１)からの光束を収
束し、光軸を中心として設けられた凸面レンズ部(４)
と、該凸面レンズ部(４)の外側からレンズアレイ体(３)
(５)の周縁部に向かって延び、光束の通過を許す非集光
部(30)を一体に具え、凸面レンズ部(４)は、透過する光
束が表示パネル(７)の被照射領域の中心部を照射し、非
集光部(30)は透過する光束が被照射領域の周縁部を照射
する位置に、夫々形成されたことを特徴とする投写装
置。
【請求項２】凸面レンズ部(４)は、レンズアレイ体
(３)(５)の４０±２０％の面積を有する請求項１に記載
の投写装置。
【請求項３】一方のレンズアレイ体の裏面に、赤外線
を反射する薄膜(31)を形成し、他方のレンズアレイ体の
裏面に紫外線を反射する薄膜(50)を形成する請求項１に
記載の投写装置。
【請求項４】各レンズアレイ体(３)(５)の凸面レンズ
部(４)は互いに同一形状に形成され、凸面レンズ部(４)
を構成する各凸面レンズ(40)は正面ハニカム状に設けら
れた請求項１に記載の投写装置。