JP4148161B2

JP4148161B2 - プロジェクタ

Info

Publication number: JP4148161B2
Application number: JP2004061138A
Authority: JP
Inventors: 浩士阿部
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2024-03-04
Also published as: JP2005250163A

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、その回転プリズムの動作精度を向上させ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て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回転させるモータのアウターロータの中央部に球面状の膨出面を形成し、前記膨出面と前記角柱プリズムの端面が対向配置されてそれらの隙間に接着剤が充満されて両者が固定されており、前記膨出面の上部又は中腹部に一様な幅及び深さの環状溝を形成し、該溝に接着剤を充満したものである。

これによれば、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、アウターロータと角柱プリズムとの組み立て時、角柱プリズムの端面をアウターロータの膨出面に対向配置して膨出面と端面とを接着剤で固定する際、角柱プリズムの端面と膨出面との微小隙間に入る接着剤を角柱プリズムの回転方向でほぼ均一化できる。このため、接着剤の不均一分布に起因する角柱プリズムの振れ回りが抑制され、上記スクロールが安定する。また、角柱プリズムの固定面が膨出面ゆえに、角柱プリズムの回転中心軸に対する倒れ精度の調整も容易に行える。

また、前記膨出面の上部又は中腹部に一様な幅及び深さの環状溝を形成し、該溝に接着剤を充満することで、アウターロータと角柱プリズムの固着力を向上させることができる。
さらに、前記アウターロータの周囲に前記アウターロータの振れ回りを調整する質量を取り付ける質量取付部を備えていることが好ましい。これによれば、アウターロータが振れ回りを起こしている場合に、質量取付部に適切な質量を取り付けることで、その振れ回りを抑制または解消することができる。

また、上記プロジェクタにおいて、前記アウターロータを板金で形成するか、前記アウターロータの前記角柱プリズム取り付け面側をプラスチックで形成するのが好ましい。これらにより、前記膨出面や前記突起を備えたアウターロータを低コストで成形できる。

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いる。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となっており、その長手方向軸心を中心に回転するように構成されている。

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いる。

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、角柱プリズム７７０とそれを回転駆動するモータとからなる回転プリズムアッセンブリ８００について説明する。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。図４に示すように、角柱プリズム７７０は断面が正方形の正四角柱であり、プロジェクタの下ケース９００等に固定されるベース８９０に取り付けられたモータ８５０によって回転駆動される。モータ８５０はコイル部８６１を有したステータ８６０とステータ８６０によって回転されるアウターロータ８７０とを有している。角柱プリズム７７０は、その角柱軸心を中心に回転できるよう、角柱プリズム７７０の端面７７１がアウターロータ８７０に固定されて配置されている。なお、ここでモータ８５０はその駆動回路が構成された回路基板８８０を介してベース８９０にネジ固定されているが、その固定はネジ固定に限らず任意の方法で行ってよい。

上記のように、角柱プリズム７７０はアウターロータ８７０に固定されて回転することで、液晶表示装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ上で前述したスクロールを発生させる作用をしている。従って、角柱プリズム７７０の回転軸の位置精度を向上させることや、角柱プリズム７７０の振れ回りを抑制することが極めて重要となる。そのためここでは、角柱プリズム７７０とアウターロータ８７０とを次のような方法により固定している。

図５はアウターロータ８７０の一例を示す斜視図である。ここでは、円盤状のアウターロータ８７０の中央部を球面状に膨出させた膨出面８７１に形成し、その周囲を平坦面８７２としている。アウターロータ８７０はまた、角柱プリズム７７０を位置決め支持する突起を角柱プリズム７７０が固定されるべき位置に合わせて備えている。ここでは、角柱プリズム７７０の隣り合う２面を位置決めする突起として、直交する２つのリブ８７３，８７３を平坦面８７２に立設している。このリブ８７３の形状や個数は任意に決定してよいが、膨出面８７１への接着剤の塗布および角柱プリズム７７０の倒れ精度調整が可能な構成とする。アウターロータ８７０はさらに、その平坦面８７２に角柱プリズム７７０の振れ回りを調整する質量を取り付ける質量取付部としての凹部８７４を備えてもよい。凹部８７４の数や設置位置もまた任意に決定してよいが、ここでは、リブ８７３を設けたことに伴う振れ回りの影響を考慮して、リブ８７３とほぼ対称な位置に凹部８７４を設けている。

図６はアウターロータ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６に示されるように、角柱プリズム７７０は接着剤８１０によりアウターロータ８７０に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。角柱プリズム７７０のアウターロータ８７０への取り付けは次のようにして行う。まず、アウターロータ８７０の膨出面８７１が上側となるようにしてモータ８５０を平置または平らに支持する。次に、膨出面８７１の頂部から接着剤８１０を流し落としてそれを膨出面８７１の全体に行き渡らせる。その後、リブ８７３をガイドとして角柱プリズム７７０の端面７７１を膨出面８７１の頂部に当接させる。そして、角柱プリズム７７０のさらに正確な位置決めおよび倒れ精度調整を行った後、接着剤８１０に紫外線を照射してそれを硬化させる。あるいはまた、平置したアウターロータ８７０の膨出面８７１の頂部に角柱プリズム７７０の端面７７１を当接させた状態で、それら膨出面８７１と端面７７１との間に接着剤８１０を充填した後、角柱プリズム７７０のさらに正確な位置決めおよび倒れ精度調整を行い、その後、充填された接着剤８１０に紫外線を照射してそれを硬化させるようにしてもよい。これらにより、角柱プリズム７７０がアウターロータ８７０に位置決め固定された図６に示すような状態となる。

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できる。また、リブ８７３をガイドとして利用しているため、角柱プリズム７７０の取り付けおよび位置決めが容易となるとともに、取り付け精度も向上する。

また、リブ８７３を設けたことに起因してアウターロータ８７０の振れ回りが生じている場合には、凹部８７４に適切な質量の部材または物質を接着剤等で取り付けることで、アウターロータ８７０の振れ回りを解消することが可能となる。

図７はアウターロータの別の例を示す斜視図である。これは図７に示すように、アウターロータ８７０の膨出面８７１の上部又は中腹部の周囲に、一様な幅及び深さの環状溝８７５からなる接着剤溜まりを備えたものである。この溝８７５に接着剤８１０を充満させることで、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の均一化及び角柱プリズム７７０とアウターロータ８７０との固着力が改善される。

ところで、アウターロータ８７０は板金の成形により製作でき、その場合、リブ８７３や凹部８７４は、板金の切り起こしを利用して形成できる。また、アウターロータ８７０の角柱プリズム７７０取り付け面側をプラスチック素材とし、膨出面８７１、リブ８７３、凹部８７４、溝８７５等を射出成形を利用して形成してもよい。このような板金成形やプラスチックの射出成形によりアウターロータ８７０をより安価に得ることができる。なお、アウターロータ８７０に形成した膨出面８７１、リブ８７３、凹部８７４、並びに溝８７５は、必ずしもそれら全てが備わっている必要はなく、それらを任意に組み合わせて備えるようにしても良い。

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。

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。角柱プリズムを駆動させるモータのアウターロータの一例を示す斜視図。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。アウターロータの別の例を示す斜視図。

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、８７１…アウターロータの膨出面、８７２…アウターロータの周囲平坦面、８７３…リブ、８７４…凹部、８７５…環状溝、８８０…回路基板、８９０…ベース、９００…下ケース、１０００，１０００Ａ…プロジェクタ。

Claims

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て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回転させるモータのアウターロータの中央部に球面状の膨出面を形成し、前記膨出面と前記角柱プリズムの端面が対向配置されてそれらの隙間に接着剤が充満されて両者が固定されており、
前記膨出面の上部又は中腹部に一様な幅及び深さの環状溝を形成し、該溝に接着剤を充満したことを特徴とするプロジェクタ。
請求項１記載のプロジェクタにおいて、
前記角柱プリズムを駆動するモータのアウターロータの周囲に突起を備え、その突起により前記角柱プリズムを前記アウターロータに対して位置決めしていることを特徴とするプロジェクタ。
請求項１または２のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記アウターロータの周囲に前記アウターロータの振れ回りを調整する質量を取り付ける質量取付部を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
請求項１ないし３のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記アウターロータを板金で形成したことを特徴とするプロジェクタ。
請求項１ないし３のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記アウターロータの前記角柱プリズム取り付け面側をプラスチックで形成したことを特徴とするプロジェクタ。