JP4024083B2

JP4024083B2 - プロジェクタ装置

Info

Publication number: JP4024083B2
Application number: JP2002153599A
Authority: JP
Inventors: 栄齋藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: JP2003344945A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタ装置、更に詳しくは、回転型カラーフィルタ等により時系列的にライトバルブに対する照明光を切り換える方式を有するプロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の一般的な反射型ライトバルブを使用したプロジェクタ装置の構成図であり、図５（Ａ）は平面から見た場合の光学系の構成を示す図、図５（Ｂ）は側面から見た場合の構成を示す図である。図５において、１は光源、２は紫外・赤外線カットフィルタ、３は第一コンデンサレンズ、５はカラーフィルタ、６はカラーフィルタモータ、８は第二コンデンサレンズ、９は第一レンズアレイ、１０は偏光変換素子を含む第二レンズアレイ、１１は第三コンデンサレンズ、１２は第四コンデンサレンズ、１３は第一偏光板（偏光子）、１４はＰＢＳ（ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＢｅａｍＳｐｌｉｔｔｅｒ：偏光ビームスプリッタ）プリズム、１５は反射型ライトバルブ、１６は第二偏光板（検光子）、１７は投射レンズである。
【０００３】
光源１の放物面鏡から反射されて出射された白色光は、紫外・赤外線カットフィルタ２を通過して、第一コンデンサレンズ３により、カラーフィルタモータ６によって回転可能なカラーフィルタ５に集光される。而して、カラーフィルタ５に集光された白色光は、カラーフィルタ５を通過時に、カラーフィルタ５の回転数に応じて赤、緑、青の三色の光に時系列的に分離される。赤、緑、青の三色に時系列的に分離された各色光は、更に、第二コンデンサレンズ８を透過して平行光に戻される。
【０００４】
平行光に戻された各色光は、第一レンズアレイ９、偏光変換素子を含む第二レンズアレイ１０、第三コンデンサレンズ１１、第四コンデンサレンズ１２、及び第一偏向板１３、ＰＢＳプリズム１４の作用を受けることにより、偏光され、かつ、屈折されて、反射型ライトバルブ１５に結像される。反射型ライトバルブ１５においては、詳細な説明は省略するが、カラーフィルタ５により時分割された赤、緑、青の各色光に対応した素子表示駆動がなされる。
【０００５】
ここで、第一レンズアレイ９と第二レンズアレイ１０は、一般に、画面内の輝度ムラを低減するために、所謂インテグレータ照明系と称されるマトリクス状に配列せしめられた複数個のレンズセルにより構成する。これによりカラーフィルタ５から出射された各色光を複数個の光束に分割して、第一レンズアレイ９と第二レンズアレイ１０とから出射させている。
【０００６】
而して、第一レンズアレイ９と第二レンズアレイ１０から出射された各レンズセル対応の複数個の各色光は、反射型ライトバルブ１５上に結像されて、反射型ライトバルブ１５上において、各レンズセル対応の結像光が混ぜ合わされることにより、画面内の輝度ムラを低減させることを可能としている。
【０００７】
ここに、各レンズアレイ９および１０の個々のレンズセル形状は、通常、焦点距離と反射型ライトバルブ１５の形状・サイズにより決定される矩形形状となっている。反射型ライトバルブ１５により反射された各色光は、ＰＢＳプリズム１４を透過した後、更に、第二偏光板１６を透過して投射レンズ１７に入射する。
【０００８】
さらに、投射レンズ１７に入射された各色光は、投射レンズ１７内において、レンズ群（図示せず）を透過して、画面表示するための所定の投影画角まで拡大されスクリーン（図示せず）等に投射される。以上が、反射型ライトバルブを使用した一般的なプロジェクタ装置である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来のようなプロジェクタ装置では、図５（Ｂ）に示すように、カラーフィルタ５が上方に突出するように垂直配置されているため、プロジェクタ装置を薄型化できないという問題が生じてしまう。現在のプロジェクタ市場では、例えば会議等におけるプレゼンテーション用途として、薄型でコンパクトタイプのものが求められているため、例えば、同用途用としてカラーフィルタの径を小さくする方法がとられている。ただし、カラーフィルタの径を小さくした場合、次に示すように、光の利用効率低下による照度低下や色純度の低下を招いてしまう。
【００１０】
図６に代表的なカラーフィルタ構成例を示す。通常、カラーフィルタはＲ（赤）Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のフィルタが配置される。またこの各色のフィルタが３の倍数で複数配置されることもある。さらに明るさを確保するために、３色のフィルタ間の所定部分に白色を入れる場合もある。ここで、第１コンデンサレンズ３で集光される光源のスポット径をｄ、そのスポット径ｄの中心を通る回転半径をｒとしたとき、例えば、１フレーム期間内にカラーフィルタを２回転させた場合の透過光の時間との関係は図７に示すごとくとなる。安定した光を供給できる期間をＴｍ、１フレーム期間をＴｖ、Ｒ／Ｇ／Ｂ間でスポットの移行にかかる期間をＴｓとする。このときＴｓは以下のように近似することができる。
【００１１】
【式１】

【００１２】
ここで、光源のスポット径ｄは、第一コンデンサレンズ３の前の光源（ランプ）１からの主光線軸の平行度の精度により影響を受ける。主光線軸の平行度は、光源１の反射鏡（リフレクタ）の形状等により決定されるが、スポット径ｄを充分に小さくするには限界がある。安定した光を透過できる期間Ｔｍを確保するためにＴｓを小さくしようとすると、スポット中心を通る回転径ｒを十分大きくとる必要がある。もしカラーフィルタ径を小さくし、回転径ｒを小さくすると、Ｔｍに対するＴｓの比率が大きくなり、明るさが落ちて色純度の低下をもたらすことになる。特に、高画質の映像を提供目的としたシアタ用プロジェクタ装置では、カラーフィルタの径を小さくすることなく、システムを薄型化できる構成が求められている。
【００１３】
また、前記のように、照度と色純度を確保するためには、コンデンサレンズで集光されるスポット径を精度よく小さく絞ることがかなり重要な比重を占めており、このための具体的改善方法も求められている。
【００１４】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、カラーフィルタの径を小さくすることなく、スポット径を最適化するとともに、システムの薄型化を可能としたプロジェクタ装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述のごとき課題を解決するための解決手段を提供するものであり、以下の技術手段から構成されている。第１の技術手段は、光源と、入射光を複数の周波数帯域の光に時系列で切り換えて出射させる光分離手段と、該光分離手段で分離された光をライトバルブに結像させる結像手段とを有するプロジェクタ装置であって、該プロジェクタ装置は、前記光源と光分離手段との間の光路上に、光源から出射した光を前記光分離手段に集光させる第一の集光手段を有し、前記光分離手段と前記結像手段との間の光路上に、該光分離手段を通過した光をライトバルブに結像可能な光となるように整えるための整光手段とを有し、前記第一の集光手段は、前記光分離手段側の光路上に第一の反射ミラーを有し、前記整光手段は、前記光分離手段側の光路上に第二の反射ミラーを有し、前記光分離手段として、複数色のフィルタを配置した透過型のカラーフィルタを回転させることによって入射光を時系列で切り替えて透過させる手段を用い、前記光源から出射した光の光軸に対して、前記カラーフィルタの回転軸を傾斜するように配置し、前記集光手段に入射する入射光の光軸中心と、前記整光手段を出射する出射光の光軸中心とが一致するように構成したことを特徴としたものである。
【００１７】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記集光手段及び前記整光手段は、光路を最適に設定可能なように角度調整機構を具備することを特徴とするプロジェクタ装置を特徴としたものである。
【００１８】
第３の技術手段は、第２の技術手段において、前記集光手段及び前記整光手段のそれぞれは、角度調整機構をそれぞれ有するコンデンサレンズと反射ミラーとから構成され、前記集光手段は、前記回転軸が傾斜して配置されたカラーフィルタに対して前記角度調整機構を用いて光路及び該カラーフィルタに対する集光状態を最適に設定し、前記整光手段は、前記角度調整機構を用いて前記分離手段を通過した光の光路を設定しその状態を整えることを特徴とするプロジェクタ装置を特徴としたものである。
【００１９】
第４の技術手段は、第２の技術手段において、前記集光手段及び前記整光手段のそれぞれは、角度調整機構を有するコンデンサレンズによって構成され、前記集光手段は、前記回転軸が傾斜して配置されたカラーフィルタに対して前記角度調整機構を用いて光路及び該カラーフィルタに対する集光状態を最適に設定し、前記整光手段は、前記角度調整機構を用いて前記分離手段を通過した光の光路を設定しその状態を整えることを特徴とするプロジェクタ装置を特徴としたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るプロジェクタ装置の実施形態について、添付された図面を参照しながら説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、従来例で説明した図６の要素と同様の機能を有する部分には同じ符号を付けるとともに、各実施形態を説明するための各図においても同様の要素には同じ符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
（第一の実施形態）
図１は、本発明に係るプロジェクタ装置の第一の実施形態を説明するための構成図であり、光学系構成の平面概略図を図１（Ａ）に、その側面概略図を図１（Ｂ）に、図１（Ｂ）におけるモータ部分を省略して見やすくした図を図１（Ｃ）に示すものである。図１において、４は第一反射ミラー、７は第二反射ミラーである。また、第一及び第二コンデンサレンズ３，８は、図示しない角度調整機構を有している。同時に第一及び第二反射ミラー４，７もその角度を調整するための角度調整機構を有している。その他図６と同様の機能を有する部分には、図６と同じ符号が付してある。
【００２３】
図１において、光源１の放物面鏡で反射され出射した白色光は、紫外・赤外線カットフィルタ２を通過して、第一コンデンサレンズ３と第一反射ミラー４によって、カラーフィルタモータ６により回転可能なカラーフィルタ５に集光される。すなわち、第一コンデンサレンズ３と第一反射ミラー４は、光分離手段であるカラーフィルタ５に対する光路及び集光状態を最適に設定する集光手段として機能し、第二コンデンサレンズ８と第二反射ミラー７は、カラーフィルタ５を通過した光を、反射型ライトバルブ１５に結像可能な光となるように整えるための整光手段として機能する。
【００２４】
本実施例は、薄型のプロジェクタ装置を得るために、カラーフィルタ５の回転軸が傾斜するように配置し、カラーフィルタ５とカラーフィルタモータ６よりなるユニットの垂直方向の高さが極力高くならないように構成している。この時、前述したように、カラーフィルタ５に集光された光源のスポット径を極力小さくする必要がある。そのために、例えば、図２に示すような調整機構を用いて第一コンデンサレンズ３及び第一反射ミラー４の角度を調整することにより、光路及びスポット径を最適値に設定可能となる。
【００２５】
図２は、第一，第二コンデンサレンズ３，８及び第一，第二反射ミラー４，７に備えられる角度調整機構を説明するための図で、コンデンサレンズ部と該角度調整機構の側断面図を図２（Ａ）に、コンデンサレンズ及び角度調整機構の正面図を図２（Ｂ）に示すものである。図２において、３１はコンデンサレンズ本体、３２はホルダ、３３は調整用ビス、３４は付勢用ばね、３５は固定支持部、３６は支持軸である。図２は、コンデンサレンズとその調整機構を例として示しているが、第一，第二ミラー４，７にも同様の調整機構を備えることができる。
【００２６】
図２（Ａ）に示すように、コンデンサレンズ本体３１は、例えば接着剤等を用いてホルダ３２に固定されている。ホルダ３２は調整用ビス３３によって固定支持部３５に取り付けられる。固定支持部３５は光学系の所定位置でホルダを保持するために固定された部材によりなる。調整ビス３４には付勢用バネ３４が取り付けられ、付勢用バネ３４がホルダ３２と固定支持部３５との間に配設される。ホルダ３２には、コンデンサレンズ本体３１を軸支する支持軸３６が設けられている。このような構成により、調整用ビス３３を回すと、支持軸３６を中心としてコンデンサレンズ本体３１が回動するため、コンデンサレンズ本体３１を任意の角度調整可能となる。
【００２７】
以上のような調整機構を用いて同様に第一反射ミラー４を調整することも可能であり、回転軸が傾斜したカラーフィルタ５に対する光路設定を可能とするとともに、カラーフィルタ５に集光された光源スポットを最適化することができる。而して、カラーフィルタ５に集光された白色光は、カラーフィルタ５を通過時に、カラーフィルタ５の回転数に応じて、赤、緑、青の三色の光に時系列的に分離される。分離された各色光は、更に第二反射ミラー７で反射し、第二コンデンサレンズ８を透過して平行光に戻される。このとき、第一コンデンサレンズ３と同様の調整機構を第２反射ミラー７及び／または第二コンデンサレンズ８に付与することによって、光路を最適に設定することができる。
【００２８】
第二コンデンサレンズ８で平行光に戻された各色光は、第一レンズアレイ９、偏光変換素子を含む第二レンズアレイ１０、第三コンデンサレンズ１１、第四コンデンサレンズ１２、第一偏光板１３、及びＰＢＳプリズム１４により、偏光され、かつ、屈折されて、反射型ライトバルブ１５に結像される。反射型ライトバルブ１５においては、詳細説明は省略するが、カラーフィルタ５により時分割された赤、緑、青の各色光に対応した素子表示駆動がなされる。
【００２９】
第一レンズアレイ９と第二レンズアレイ１０は、一般に、画面内の輝度ムラを低減するために、所謂インテグレータ照明系と称されるマトリクス状に配列させた複数個のレンズセルで構成することにより、カラーフィルタ５から出射した各色光を複数個の光束に分割して、第一レンズアレイ９と第二レンズアレイ１０とから出射させている。
【００３０】
而して、第一レンズアレイ９と第二レンズアレイ１０から出射した各レンズセル対応の複数個の各色光は、反射型ライトバルブ１５上に結像されて、反射型ライトバルブ１５上において、各レンズセル対応の結像光が混ぜ合わされることにより、画面内の輝度ムラを低減させることができる。
【００３１】
各レンズアレイ９，１０の個々のレンズセルの形状は、通常、焦点距離と反射型ライトバルブ１５の形状・サイズにより決定される矩形形状となっている。反射型ライトバルブ１５により反射された各色光は、ＰＢＳプリズム１４を透過した後、更に、第二偏光板１６を透過して投射レンズ１７に入射する。さらに、投射レンズ１７に入射した各色光は、投射レンズ１７内において、レンズ群（図示せず）を透過して、画面表示するための所定の投影画角まで拡大されスクリーン（図示せず）等に投射される。以上が、反射型ライトバルブを使用した本発明の第一の実施形態である。
【００３２】
本実施形態では、第一コンデンサレンズ３、第一反射ミラー４、カラーフィルタ５、第二反射ミラー７、及び第二コンデンサレンズ８のそれぞれの傾き角を最適化することにより、第一コンデンサレンズ３に入射する入射光の光軸中心と第二コンデンサレンズ８を出射した出射光の光軸中心とを概ね一致させることが可能となり、カラーフィルタ５の径を小さくしなくとも、システムの薄型化が可能となる。したがって、このような照明システムを採用することにより、市場で求められるコンパクトなプロジェクタ装置を供給できることになる。また、プロジェクタ装置を薄型化する上で、カラーフィルタの径を小さくする必要がないため、照度低下や色純度低下のない高画質の映像を供給可能となる。
【００３３】
（第二の実施形態）
図３は、本発明に係るプロジェクタ装置の第二の実施形態を説明するための構成図であり、光学系構成の平面概略図を図３（Ａ）に、その側面概略図を図３（Ｂ）に示すものである。図３において、図１と同様の機能を有する部分には、図１と同じ符号が付してある。本実施形態の基本的な構成は、第一の実施形態と同様であるが、第一の実施形態に比して反射ミラーを使用しないことと各コンデンサレンズ３，８を傾けない点が異なっている。本実施形態の構成は、カラーフィルタ５が、その屈折率の影響を無視できる程度の極薄板の場合に適用が可能である。
【００３４】
すなわち、本実施形態のプロジェクタ装置は、上述した実施形態１と同様にカラーフィルタ５の回転軸を傾斜させて、カラーフィルタ５及びカラーフィルタモータ６よりなるユニットの垂直方向の高さを抑えて装置の薄型化を実現する構成を有している。第一コンデンサレンズ３からの出射光軸は水平方向のまま設定されているため、カラーフィルタ５の表面に対して斜め方向から入射光が入射する。従って、カラーフィルタ５の屈折による光路の微小な変位が装置の精度に影響しないような極薄のカラーフィルタ５を用いることによって、本実施形態の装置が実現される。
【００３５】
（第三の実施形態）
図４は、本発明に係るプロジェクタ装置の照明システム構成の第三の実施形態を説明するための構成図であり、光学系構成の平面概略図を図４（Ａ）に、その側面概略図を図４（Ｂ）に、図４（Ｂ）におけるモータ部分を省略して見やすくした図を図４（Ｃ）に示すものである。図４において、図１と同様の機能を有する部分には、図１と同じ符号が付してある。本実施形態の基本的な構成は、第一の実施例と同じであるが、相違点は、カラーフィルタ５を水平に配置し、また各コンデンサレンズ３，８を傾けることなく構成している。
【００３６】
すなわち、第一コンデンサレンズ３からの出射光はその光軸が水平であり、この出射光を第一反射ミラー４によって下方に反射して、カラーフィルタ５に入射させる。カラーフィルタ５を出射した光束は、第二反射ミラー７で再び水平方向に反射し、第二コンデンサレンズ８に入射する。
【００３７】
本実施例は、カラーフィルタ５をほぼ水平に配置できることにメリットがあるが、第一コンデンサレンズ３入射までの光軸中心と第二コンデンサレンズ６出射後の光軸中心とが若干ずれることにより、装置の高さがその分増大するデメリットも生じる。
【００３８】
なお、以上に示した各実施形態においては、ライトバルブとして反射型を用いる場合を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、透過型ライトバルブを用いた光学系においても同様にして本発明に係わるプロジェクタ装置を構成することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明によるプロジェクタ装置によれば、光源から出射した光軸に対してカラーフィルタの回転軸を傾斜もしくは直交させて配置することにより装置の薄型化を図り、光路の設定及びカラーフィルタ上における集光スポットの最適化を実現するために、必要に応じてカラーフィルタ前後のコンデンサレンズ及び反射ミラーのいずれかまたは全てに角度調整機構を備えることによって、高画質の画像を表示し、かつ薄型のプロジェクタ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプロジェクタ装置の第一の実施形態を説明するための構成図である。
【図２】本発明の集光手段及び整光手段に備えられる角度調整機構を説明するための図である。
【図３】本発明に係るプロジェクタ装置の第二の実施形態を説明するための構成図である。
【図４】本発明に係るプロジェクタ装置の照明システム構成の第三の実施形態を説明するための構成図である。
【図５】従来の一般的な反射型ライトバルブを使用したプロジェクタ装置の構成図である。
【図６】代表的なカラーフィルタの構成例を示す図である。
【図７】１フレーム期間内にカラーフィルタを２回転させたときの透過光と時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…光源、２…紫外・赤外線カットフィルタ、３…第一コンデンサレンズ、４…第一反射ミラー、５…カラーフィルタ、６…カラーフィルタモータ、７…第二反射ミラー、８…第二コンデンサレンズ、９…第一レンズアレイ、１０…第二レンズアレイ、１１…第三コンデンサレンズ、１２…第四コンデンサレンズ、１３…第一偏光板、１４…ＰＢＳプリズム、１５…反射型ライトバルブ、１６…第二偏光板、１７…投射レンズ、３１…コンデンサレンズ本体、３２…ホルダ、３３…調整用ビス、３４…付勢用ばね、３５…固定支持部、３６…支持軸、ｄ…光源集光スポット径、ｒ…スポット中心を通る回転半径、Ｔｖ…１フレーム期間、Ｔｓ…各フィルタ間でスポットの移行にかかる期間、Ｔｍ…安定した光を透過できる期間、Ｒ１…一回転目の赤のフィルタ透過光変化、Ｇ１…一回転目の緑のフィルタ透過光変化、Ｂ１…一回転目の青のフィルタ透過光変化、Ｒ２…二回転目の赤のフィルタ透過光変化、Ｇ２…二回転目の緑のフィルタ透過光変化、Ｂ２…二回転目の青のフィルタ透過光変化。

Claims

光源と、入射光を複数の周波数帯域の光に時系列で切り換えて出射させる光分離手段と、該光分離手段で分離された光をライトバルブに結像させる結像手段とを有するプロジェクタ装置であって、
該プロジェクタ装置は、前記光源と光分離手段との間の光路上に、光源から出射した光を前記光分離手段に集光させる第一の集光手段を有し、前記光分離手段と前記結像手段との間の光路上に、該光分離手段を通過した光をライトバルブに結像可能な光となるように整えるための整光手段とを有し、前記第一の集光手段は、前記光分離手段側の光路上に第一の反射ミラーを有し、前記整光手段は、前記光分離手段側の光路上に第二の反射ミラーを有し、
前記光分離手段として、複数色のフィルタを配置した透過型のカラーフィルタを回転させることによって入射光を時系列で切り替えて透過させる手段を用い、前記光源から出射した光の光軸に対して、前記カラーフィルタの回転軸を傾斜するように配置し、
前記集光手段に入射する入射光の光軸中心と、前記整光手段を出射する出射光の光軸中心とが一致するように構成したことを特徴とするプロジェクタ装置。
請求項１に記載のプロジェクタ装置において、前記集光手段及び前記整光手段は、光路を最適に設定可能なように角度調整機構を具備することを特徴とするプロジェクタ装置。
請求項２に記載のプロジェクタ装置において、前記集光手段及び前記整光手段のそれぞれは、角度調整機構をそれぞれ有するコンデンサレンズと反射ミラーとから構成され、前記集光手段は、前記回転軸が傾斜して配置されたカラーフィルタに対して前記角度調整機構を用いて光路及び該カラーフィルタに対する集光状態を最適に設定し、前記整光手段は、前記角度調整機構を用いて前記分離手段を通過した光の光路を設定しその状態を整えることを特徴とするプロジェクタ装置。
請求項２に記載のプロジェクタ装置において、前記集光手段及び前記整光手段のそれぞれは、角度調整機構を有するコンデンサレンズによって構成され、前記集光手段は、前記回転軸が傾斜して配置されたカラーフィルタに対して前記角度調整機構を用いて光路及び該カラーフィルタに対する集光状態を最適に設定し、前記整光手段は、前記角度調整機構を用いて前記分離手段を通過した光の光路を設定しその状態を整えることを特徴とするプロジェクタ装置。