JP4111152B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、電気光学変調装置への光照射をスクロールする回転プリズムを備えたプロジェクタに関する。

プロジェクタの画像形成に用いられている電気光学変調装置としての液晶表示装置は、ＣＲＴのようなインパルス型表示装置とは異なり、表示光が一フィールド間ホールドされ表示光の変化が段階状になるホールド型表示装置である。このため、いわゆる尾引き現象が生じて滑らかな動画表示が得られないという間題点がある（この尾引き現象については、例えば、非特許文献１参照。）。これに対して、液晶表示装置の光入射側に光シャッタを配置し、これらの光シャッタにより間欠的に光を遮断するようにして、上記尾引き現象を緩和して滑らかで良質な動画表示が得られるようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。
「ホールド型ディスプレイにおける動画表示の画質」（電子情報通信学会技報、ＥＩＤ９９−１０、第５５〜６０頁（１９９９−０６）） 特開２００２−１４８７１２号公報（図１〜図７）

しかしながら、光シャッタを利用したプロジェクタにおいては、光シャッタにより間欠的に光を遮断しているため、光利用効率が大幅に低下するという間題があった。
本発明は、光利用効率を大幅に低減させることなく滑らかで良質な動画表示を得るために、照明装置に回転プリズムを採用するとともに、その回転プリズムを適切な作用位置または非作用位置に設定できるプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明のプロジェクタは、照明装置と、前記照明装置から射出された照明光束を入射し画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置によって変調された光を投写する投写レンズとを備え、前記照明装置は、被照明領域側に照明光束を射出する光源装置と、前記照明光束を透過し前記電気光学変調装置上で光照射領域と光非照射領域とが前記電気光学変調装置の画面書込み周波数に同期して順次交互にスクロールされるように回転する角柱プリズムとを備えるものであり、前記角柱プリズムを取り付けて該プリズムを回転させるモータを移動可能に配置したことを特徴とする。

これによれば、角柱プリズムを光軸上の適切な位置に置くことで、電気光学変調装置の画像形成領域においては光照射領域と光非照射領域とが順次交互にスクロールされ、その結果、尾引き現象が緩和され、滑らかで良質な動画表示が、光利用率を高く維持したまま得られるプロジェクタとなる。また、静止画表示などの際には、モータを移動させて角柱プリズムを光軸外に置くことで、角柱プリズムを非作用状態にできる。
なお、前記モータは２次元方向に移動可能な２次元ステージ上に取り付けることが好ましい。これにより、角柱プリズムは２次元面上を任意の方向へ移動できる。

また、前記２次元ステージは、前記モータを取り付ける第１ステージ板と、第１ステージ板を支持する第２ステージ板と、前記第２ステージ板を支持する第１ベース板とを備え、前記第１ステージ板と前記第２ステージ板の側面であって互いに直交する関係にある側面をギアに形成し、各ギアとかみ合う第１および第２駆動源ギアをそれぞれ設け、前記第１駆動源ギアの回転を利用して前記第１ステージ板を一定方向に往復運動可能とし、前記第２駆動源ギアの回転を利用して前記第２ステージ板を前記一定方向と直交する方向に往復運動可能とするのが好ましい。この２次元ステージは構成が単純であり容易かつ安価に製作できる。なお、前記駆動源ギアに該ギアを回転させるアクチュエータを取り付けておくと、駆動源ギアを容易に駆動することができる。

さらに、前記２次元ステージを光軸に対して角度調整可能とすることが好ましい。これにより、モータの移動の自由度が高まり、角柱プリズムの位置決めが容易となる。この角度調整は、例えば、回動可能に配置した第２ベース板を備え、該第２ベース板に前記第１ベース板を取り付け、前記第２ベース板の回動を利用して前記２次元ステージの角度調整を行うことが好ましい。

なお、前記第１ステージ板、前記第２ステージ板、および第１ベース板は、板金またはプラスチックで形成するのが好ましい。

図１は、本発明の実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す構成図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図であり、図１（ｃ）はここで用いられているインテグレータロッドを説明するための斜視図である。また、図２は、本実施形態で採用されている角柱プリズムの回転と液晶表示装置上の照明状態との関係を示す図である。

このプロジェクタ１０００は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、照明装置１００と、照明装置１００からの照明光束を赤、緑および青の３つの色光に分離する色分離光学系２００と、色分離光学系２００で分離された３つの色光のそれぞれを画像情報に応じて変調する電気光学変調装置としての３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、これら３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂからの変調色光を合成するクロスダイクロイックプリズム５００と、クロスダイクロイックプリズム５００によって合成された光をスクリーンＳＣＲ等の投写面に投写する投写レンズ６００とを備えたプロジェクタである。

照明装置１００は、照明光を被照明領域側に集束光束として射出する光源装置１１０と、光源装置１１０からの光束が集束する位置近傍に光入射面を有し、光源装置１１０からの光束をより均一な強度分布を有する照明光束に変換するインテグレータロッド１２０と、インテグレータロッド１２０と色分離光学系２００との間に配置された第１のフィールドレンス７５０および第２のフィールドレンズ７５２と、これら第１のフィールドレンズ７５０と第２のフィールドレンズ７５２との間に配置され、光軸に垂直な回転軸７７２を有するとともに、その回転によって、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ上で光照射領域と光非照射領域とが液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画面書込み周波数に同期して上下方向に順次交互にスクロールされるように構成された角柱プリズム７７０とを有する照明装置である。なお、ここでは、光源装置１１０とインテグレータロッド１２０との間に赤外線反射板１１８が配置されているがそれは必ずしも必要なものではない。

光源装置１１０は、楕円面リフレクタ１１４、高圧水銀ランプ等からなる発光管１１２および光利用効率向上のための補助ミラー１１６を有する。また、角柱プリズム７７０は断面が正多角形の角柱（ここでは正四角柱）であり、３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと共役の位置に置かれて正常に作用する。この角柱プリズム７７０はモータによって回転駆動されるため、モータと一体の回転プリズムアッセンブリ８００となっている。回転プリズムアッセンブリ８００の角柱プリズム７７０は、その長手方向軸心を中心に回転するのが理想的である。回転プリズムアッセンブリ８００はまた、モータをｙ軸方向とｚ軸方向の２次元方向に移動可能に保持するモータホルダを備えている。この回転プリズムアッセンブリ８００については後述する。

色分離光学系２００は、ダイクロイックミラー７２０，７２４および７２８と、反射ミラー７２２，７２６，７３０および７３２、レンズ７３６および７５６等から構成される。そして例えば、赤色光は、ダイクロイックミラー７２０および７２８で反射され、さらに反射ミラー７３０および７３２で反射されて、液晶表示装置４００Ｒに入射する。緑色光は、ダイクロイックミラー７２０を透過し、反射ミラー７２２で反射され、ダイクロイックミラー７２４および７２８で反射されて、液晶表示装置４００Ｇに入射する。青色光は、ダイクロイックミラー７２０を透過し、反射ミラー７２２で反射され、ダイクロイックミラー７２４を透過し、反射ミラー７２６で反射されて、液晶表示装置４００Ｂに入射する。

照明装置１００は、角柱プリズム７７０を所定の速度で回転させることによって（図２（ａ））、照明光束が色分離光学系２００が構成する平面（図１のｘｚ平面）に対して直交する方向（図１のｙ軸方向）に沿ってスクロールされる。この結果、３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ上で、光照射領域と光非照射領域とが、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画面書込み周波数に同期して、色分離光学系２００が構成する平面（図１のｘｚ平面）に対して直交する方向（図１のｙ軸方向）に沿って、順次交互にスクロールされるように構成されている（図２（ｂ））。なお、３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ上で光照射領域と光非照射領域とがスクロールする方向は、３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂですべて同一である。

これにより、尾引き現象が緩和され、滑らかで良質な動画表示が得られるプロジェクタとなる。また、このプロジェクタ１０００によれば、１つの照明装置１００によって照明光束のスクロールを実現しているため、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂが３つ存在するにもかかわらず１つのスクロール機構で済み、プロジェクタの大型化を抑制することができるようになる。このため、プロジェクタ１０００は、その小型化も容易な構造となっている。しかも、光シャッタにより間欠的に光を遮断するようにしていないので、光利用効率も高く維持できる。

なお、尾引き現象を緩和して滑らかで良質な動画表示を得るためには、必ずしもすべての電気光学変調装置上で光照射領域と光非照射領域とがスクロールする方向（スクロール方向）が同一である必要はないが、このプロジェクタ１０００のように、スクロール方向をすべて同一とすることによって、３つの液晶表示装置間で同じような条件で光照射を行うことができ、さらに良質な動画表示を得ることができるようになる。

また、インテグレータロッド１２０の光射出面１２０oは、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにおける光照射領域の形状に対応して、色分離光学系２００が構成する平面に対して直交する方向（ｙ軸方向）に沿って圧縮された断面形状を有している。このため、アナモフィック光学系を用いなくとも、スクロール方向に圧縮された光照射領域と光非照射領域とが液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ上で順次交互にスクロールされるようになる。

さらに、インテグレータ光学系を２つのレンズアレイを利用して構成した図３に示す照明装置１００Ａを備えたプロジェクタ１０００Ａとしても、上記プロジェクタ１０００と同様の効果を得ることができる。この場合、照明装置１００Ａは、被照明領域側に略平行な集束光束を射出する光源装置１１０と、光源装置１１０からの照明光束を平行化する凹レンズ１３０と、凹レンズ１３０からの平行光束を複数の部分光束に分割するための小レンズを有する第１レンズアレイ１３２と、第１レンズアレイ１３２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１３４と、第２レンズアレイ１３４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１３８とを備える。照明装置１００Ａはまた、重畳レンズ１３８と色分離光学系２００との間に配置された第１のフィールドレンス７５０および第２のフィールドレンズ７５２と、これら第１のフィールドレンズ７５０と第２のフィールドレンズ７５２との間に配置され、光軸に垂直な回転軸７７２を有するとともに、その回転によって、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ上で光照射領域と光非照射領域とが液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画面書込み周波数に同期して順次交互にスクロールされるように構成された角柱プリズム７７０とを有する。この角柱プリズム７７０も、３つの液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと共役の位置に置かれて正常に作用する。

このプロジェクタ１０００Ａにおいては、第１レンズアレイ１３２の小レンズの断面形状は、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにおける光照射領域の形状に対応して、色分離光学系２００が構成する平面に対して直交する方向（ｙ軸方向）に沿って圧縮された断面形状としている。このため、アナモフィック光学系を用いなくとも、スクロール方向に圧縮された光照射領域と光非照射領域とが液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ上で順次交互にスクロールされるようになる。

次に、前述した回転プリズムアッセンブリ８００について詳細に説明する。図４は、本発明の実施形態に係る回転プリズムアッセンブリ８００を示す分解図である。回転プリズムアッセンブリ８００は図４に示すように、断面が正方形の正四角柱である角柱プリズム７７０、角柱プリズム７７０を固定して回転させるモータ８５０（ステータ８６０とアウターロータ８７０とを含む）、モータ８５０の駆動用回路基板８８０、モータ８５０を２次元方向に移動可能に保持するモーターホルダ８９０とが一体に組み付けられたものである。なおモーターホルダ８９０は、プロジェクタの下ケース９００等にねじ８９９等で固定される。

図５はモーターホルダ８９０の詳細説明図である。モーターホルダ８９０は、基本的に３枚の板材からなる。それらは、モータ８５０を固定し矢印Ａ方向（図１のｙ軸方向）に往復運動可能な第１ステージ板８９１、第１ステージ板８９１を支持し矢印Ｂ方向（図１のｚ軸方向）に往復運動可能な第２ステージ板８９２、第２ステージ板８９２を支持しプロジェクタの下ケース９００に固定される第１ベース板８９３である。従って、このモーターホルダ８９０はモータ８５０を２次元方向に移動できる２次元ステージとして作用する。

第１ベース板８９３の中央部には、第２ステージ板８９２および第１ステージ板８９１を貫通するピン８９３１が立設されており、また第２ステージ板８９２をＢ方向に移動可能に支持するアングル８９３２が四隅に設けられている。

第２ステージ板８９２の中央部には、この第２ステージ板８９２をＢ方向に移動可能に案内する案内溝８９２１が形成されており、また第１ステージ板８９１をＡ方向に移動可能に支持するアングル８９２２が案内溝８９２１を挟んで２個づつ４個設けられている。さらに、第２ステージ板８９２の矢印Ｂ方向に沿う側面にはネジ８９２３が形成されている。

第１ステージ板８９１の中央部には、この第１ステージ板８９１をＡ方向に移動可能に案内する案内溝８９１１が形成されており、またモータ８５０および回路基板８８０を取り付けるためのネジ穴８９１２が複数個（ここでは３個）設けられている。さらに、第１ステージ板８９１の矢印Ａ方向に沿う側面にはネジ８９１３が形成されている。

モーターホルダ８９０にはさらに、第１ステージ板８９１のギア８９１３および第２ステージ板８９２のギア８９２３にそれぞれかみ合う駆動源のギア、ここでは第１ウォームギア８９５と第２ウォームギア８９７がそれぞれ回転自在に備えられている。そして、それらのウォームギア８９５，８９７には、各ウォームギアを動作を容易にするためのアクチュエータ８９６，８９８が取り付けられている。なお、ウォームギア８９５，８９７にアクチュエータを設けずに、それをレンチ等を利用して回転させてもよい。

図６は図５で説明したモーターホルダ８９０にモータ８５０と角柱プリズム７７０を取り付けた状態の回転プリズムアッセンブル８００の斜視図である。ここで、第１ベース板８９３は、その底面８９３４とネジ穴８９３５を利用して下ケースに固定される。そして、第１ベース板８９３の立面８９３３に第２ステージ板８９２と第１ステージ板８９１が取り付けられて、それらが矢印Ｂ方向と矢印Ａ方向に移動可能な２次元ステージを構成している。さらに、第１ステージ板８９１にモータ８５０が取り付けられ、そのモータ８５０に角柱プリズム７７０が取り付けられている。従って角柱プリズム７７０は、モータ８５０のアウタロータ８７０の回転軸を中心に矢印Ｃ方向に回転可能となっている。このようにすることで、回転プリズムである角柱プリズム７７０の光軸に対する位置決め調整が可能となる。また、回転プリズムの作用を必要としない時には、角柱プリズム７７０を光軸上から外してモータ８５０を停止させておき、必要なときだけ角柱プリズム７７０を光軸上の作用位置に置いてそれを本来の目的のために使用するといった選択も可能となる。

図７は図６に対応する回転プリズムアッセンブリの他の例を示す斜視図である。この回転プリズムアッセンブリ８００Ａは、第１ベース板８９３を下ケースではなくて、下ケースに回動自在に取り付けた第２ベース板８９４に取り付けたもので、その他の点では回転プリズムアッセンブり８００と同じ構成になっている。第２ベース板８９４は、下ケースから突出したピン９０１を中心に矢印Ｄ方向に回転可能とされている。第２ベース板８９４にはまた、その回転を規制する案内溝８９４５が形成されていて、その案内溝８９４５にも下ケースから突出したピン９０２が配置されている。この回転プリズムアッセンブリ８００Ａは、回転プリズムアッセンブリ８００の作用に加えて、モーターホルダ８９０の光軸に対する角度が変えられるため、角柱プリズム７７０の回転軸の方向調整も可能となっている。

ここで、角柱プリズム７７０のモータ８５０への取り付け方法を簡単に説明しておく。図８はモータ８５０のアウターロータ８７０に角柱プリズム７７０を取り付けた状態を示す斜視図である。図８に示されるように、角柱プリズム７７０は中央部が球面状に膨出したアウターロータ８７０に接着剤８１０で固着されて取り付けられる。接着剤８１０としては紫外線硬化型接着剤または熱硬化型接着剤を利用するのが好ましい。このように、角柱プリズム７７０とアウターロータ８７０との固着を膨出面８７１を利用して行うことで、角柱プリズム７７０の端面７７１と膨出面８７１との間に充填される接着剤８１０を均一化することができる。これにより接着剤８１０の不均一分布に起因する角柱プリズム７７０の振れ回りを最小限にすることができる。また、膨出面８７１ゆえにそこに固定する角柱プリズム７７０の倒れ精度調整も自在に行うことが可能である。

ところで、上記モーターホルダ８９０の各ステージ板８９１，８９２や各ベース板８９３，８９４は板金やプラスチックを素材として製作することができ、それによってモーターホルダ８９０の低コスト化を図ることができる。

また、角柱プリズム７７０の光透過面には減反射膜を成膜するのが好ましい。それは、角柱プリズム７７０における光透過率が向上するため光利用効率の低下を最小限のものにすることができるとともに、迷光レベルが低減しコントラストが向上するからである。

以上、本発明のプロジェクタ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投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。

（２）上記各実施形態のプロジェクタは、電気光学変調装置として液晶表示装置を用いているが、本発明はこれに限られるものではない。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、マイクロミラー型光変調装置等を利用することもできる。

（３）また、上記実施形態で説明した２次元ステージの構成あるいはその２次元ステージを回転させる構成は、上記の例に限られるものではなく、同様の作用を果たす他の構成としてもよい。

本発明の実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す構成図。 図１の角柱プリズムの回転と液晶表示装置上の照明状態との関係を示す図。 本発明の他の実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す構成図。 本発明の実施形態に係る回転プリズムアッセンブリを示す分解図。 回転プリズムアッセンブリを構成するモーターホルダの詳細説明図。 組み立てた状態の回転プリズムアッセンブリの一例を示す斜視図。 組み立てた状態の回転プリズムアッセンブリの他の例を示す斜視図。 アウターロータに角柱プリズムを取り付けた状態を示す斜視図。

符号の説明

１００，１００Ａ…照明装置、１１０…光源装置、１１２…発光管、１１４…楕円面リフレクタ、１１６…補助ミラー、１２０…インテグレータロッド、１３０…平行化レンズ、１３２…第１レンズアレイ、１３４…第２レンズアレイ、１３６…偏光変換素子、１３８…重畳レンズ、２００…色分離光学系、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶表示装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写レンズ、７２０，７２４，７２８…ダイクロイックミラー、７２２，７２６，７３０，７３２…反射ミラー、７５０，７５２…フィールドレンズ、７７０…角柱プリズム、７７１…角柱プリズムの端面、７７２…角柱プリズムの回転軸、８００…回転プリズムアッセンブリ、８５０…モータ、８６０…ステータ、８７０…アウターロータ、８８０…回路基板、８９０…モーターホルダ、８９１…第１ステージ板、８９２…第２ステージ板、８９３…第１ベース板、８９４…第２べース板、８９３１…ピン、８９１１，８９２１、８９４５…案内溝、８９１３，８９２３…ギア、８９５…第１ウォームギア、８９７…第２ウォームギア、８９６，８９８…アクチュエータ、９００…下ケース、９０１、９０２…ピン、１０００，１０００Ａ…プロジェクタ。

Claims (8)

1. 照明装置と、前記照明装置から射出された照明光束を入射し画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置によって変調された光を投写する投写レンズとを備え、
   前記照明装置は、被照明領域側に照明光束を射出する光源装置と、前記照明光束を透過し前記電気光学変調装置上で光照射領域と光非照射領域とが前記電気光学変調装置の画面書込み周波数に同期して順次交互にスクロールされるように回転する角柱プリズムとを備えるものであり、
   前記角柱プリズムを取り付けて該プリズムを回転させるモータを移動可能に配置したことを特徴とするプロジェクタ。
2. 請求項１記載のプロジェクタにおいて、前記モータを２次元方向に移動可能な２次元ステージ上に取り付けたことを特徴とするプロジェクタ。
3. 請求項２記載のプロジェクタにおいて、前記２次元ステージは、前記モータを取り付ける第１ステージ板と、第１ステージ板を支持する第２ステージ板と、前記第２ステージ板を支持する第１ベース板とを備え、
   前記第１ステージ板と前記第２ステージ板の側面であって互いに直交する関係にある側面をギアに形成し、各ギアとかみ合う第１および第２駆動源ギアをそれぞれ設け、
   前記第１駆動源ギアの回転を利用して前記第１ステージ板を一定方向に往復運動可能とし、前記第２駆動源ギアの回転を利用して前記第２ステージ板を前記一定方向と直交する方向に往復運動可能としたことを特徴とするプロジェクタ。
4. 請求項３記載のプロジェクタにおいて、前記駆動源ギアに該ギアを回転させるアクチュエータを取り付けたことを特徴とするプロジェクタ。
5. 請求項２記載のプロジェクタにおいて、前記２次元ステージを光軸に対して角度調整可能としたことを特徴とするプロジェクタ。
6. 請求項５記載のプロジェクタにおいて、回動可能に配置した第２ベース板を備え、該第２ベース板に前記第１ベース板を取り付け、前記第２ベース板の回動を利用して前記２次元ステージの角度調整を行うことを特徴とするプロジェクタ。
7. 請求項３記載のプロジェクタにおいて、前記第１ステージ板、前記第２ステージ板、および前記第１ベース板が板金からなることを特徴とするプロジェクタ。
8. 請求項３記載のプロジェクタにおいて、前記第１ステージ板、前記第２ステージ板、および前記第１ベース板がプラスチックからなることを特徴とするプロジェクタ。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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