JP4281729B2 - プロジェクタ - Google Patents
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Description
図18は、従来のプロジェクタ900における回転プリズム960の回転速度を示す図である。
また、従来のプロジェクタ900においては、極めて短い周期で回転プリズムの回転速度を変化させることが必要であるため、回転プリズムを駆動するためのモータの回転速度を頻繁に加速及び減速する必要が生じ、消費電力が高くなってしまうという問題があった。
この場合、照明光束が電気光学変調装置の画像形成領域における他方方向中央部を通過するときには、照明光束の光透過率が低くなり、照明光束が電気光学変調装置の画像形成領域における他方方向両端部を通過するときには、照明光束の光透過率が高くなるように制御が行われることになる。
この場合、前記偏光板は、前記偏光方向制御部材の光射出面に配設されていることが好ましい。または、前記電気光学変調装置の光入射面側に配置され、前記電気光学変調装置へ入射する照明光束の偏光方向を揃える入射側偏光板を、前記偏光板として用いることも好ましい。
まず、実施形態1に係るプロジェクタ1000について、図1を用いて説明する。
図1は、実施形態1に係るプロジェクタ1000を説明するために示す図である。図1(a)はプロジェクタ1000の光学系を上面から見た図であり、図1(b)はプロジェクタ1000の光学系を側面から見た図であり、図1(c)は第1レンズアレイ120の正面図であり、図1(d)は光透過率制御部材700上における照明状態を示す図であり、図1(e)は液晶装置400R上における照明状態を示す図である。
なお、以下の説明においては、互いに直交する3つの方向をそれぞれz軸方向(図1(a)における照明光軸100ax方向)、x軸方向(図1(a)における紙面に平行かつz軸に直交する方向)及びy軸方向(図1(a)における紙面に垂直かつz軸に直交する方向)とする。
楕円面リフレクタ114は、発光管112の一方の封止部に挿通・固着される筒状の首状部と、発光管112から放射された光を第2焦点位置に向けて反射する反射凹面とを有している。
このような補助ミラー116を用いることにより、発光管112から楕円面リフレクタ114とは反対側(被照明領域側)に向かって放射される光が、補助ミラー116によって発光管112に向けて反射される。補助ミラー116によって反射された光は、発光管112から楕円面リフレクタ114へと放射され、さらに楕円面リフレクタ114の反射凹面で反射されて第2焦点位置に集束されることとなり、発光管112から楕円面リフレクタ114に向かって直接放射される光と同様に、楕円面リフレクタ114の第2焦点位置に集束させることができる。
すなわち、第1レンズアレイ120における第1小レンズ122は、照明装置100から射出される照明光束を、液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域Sにおける縦横方向のうち、x軸方向に沿った横方向については画像形成領域Sの全体を、y軸方向に沿った縦方向についてはその画像形成領域Sの約50%を照明するような断面形状を有する照明光束(図1(e)参照。)とするように、縦方向に圧縮された「y軸方向に沿った縦寸法:x軸方向に沿った横寸法=1:4の長方形」からなる平面形状を有している。
偏光変換素子140は、光源装置110からの照明光束に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分を照明光軸100axに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸100axに平行な方向に反射する反射層と、偏光分離層を透過した一方の直線偏光成分と反射層で反射された他方の直線偏光成分とのうちいずれか一方の直線偏光成分に揃えるように偏光変換する位相差板とを有している。
なお、光透過率制御部材700についての詳細は後述する。
なお、回転プリズム770についての詳細は後述する。
液晶装置400R,400G,400Bは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、入射側偏光板から射出された1種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
液晶装置400R,400G,400Bとしては、「y軸方向に沿った縦寸法:x軸方向に沿った横寸法=9:16の長方形」の平面形状を有するワイドビジョン用の液晶装置を用いている。
クロスダイクロイックプリズム500から射出されたカラー画像は、投写光学系600によって拡大投写され、スクリーンSCR上で大画面画像を形成する。
以下、実施形態1に係るプロジェクタ1000における回転プリズム770及び光透過率制御手段について詳細に説明する。
図2は、回転プリズム770の回転と液晶装置400R,400G,400B上の照明状態との関係を示す図である。図2(a)は回転プリズム770を回転軸772に沿って見たときの断面図であり、図2(b)は回転プリズム770を照明光軸100axに沿って見たときの図であり、図2(c)は液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域S上における照明光束Lの照射状態を示す図である。
実施形態1に係るプロジェクタ1000は、照明光束の走査速度が液晶装置400R,400G,400Bにおける画像形成領域S上で変化することに起因して発生する照度差を軽減するように照明光束の光透過率を変化させる光透過率制御手段を備えている。また、光透過率制御手段は、光透過率制御部材700と、光透過率制御部材700の光透過率を制御する光透過率制御回路740とを有している。以下、光透過率制御部材700及び光透過率制御回路740について、図3〜図8を用いて説明する。
なお、図3(e)において、回転プリズム面に照明光軸100axが垂直に入射するときの回転プリズム770の傾き角θを「傾き角θ=0°」とする(以下この明細書において同じとする。)。
偏光方向制御部材710は、2枚の透明なガラス基板712,714の間に透明電極716,718、遮光板720及びスペーサ722が配設され、さらに液晶724が内部に密閉封入された構成を有している。
偏光板730は、偏光方向制御部材710の光射出面側のガラス基板714に配設され、縦方向(y軸方向)の偏光成分を有する照明光束を透過する機能を有している。
Lが液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域Sにおける縦方向(y軸方向
)中央部を通過するときには、光透過率制御部材700における光透過率を低くするよう
に偏光方向制御部材710に印加される電圧の制御を行い、照明光束Lが液晶装置400
R,400G,400Bの画像形成領域Sにおける縦方向(y軸方向)両端部を通過する
ときには、光透過率制御部材700における光透過率を高くするように偏光方向制御部材
710に印加される電圧の制御を行う機能を有している。すなわち、光透過率制御回路7
40は、照明光束Lの移動速度(走査速度)が液晶装置400R,400G,400Bに
おける画像形成領域S上で変化することに起因して発生する照度差を軽減させるように、
偏光方向制御部材710に印加される電圧を調整し、光透過率制御部材700における光
透過率を制御する機能を有している。
本発明のプロジェクタにおいては、照明光束が通過する光路中であればいずれの場所に偏光方向制御部材を配置することもできる。しかしながら、各第1小レンズ122及び液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域Sと光学的に略共役な位置においては照明光束の断面積が小さくなっているため、上記したように、この場所に偏光方向制御部材710を配置することにより、偏光方向制御部材710の大きさを小さくすることができ、製造コストを低減することができる。
段は、光透過率制御部材700及び光透過率制御部材700の光透過率を制御する光透過
率制御回路740を有しているため、上記のような照度差を軽減するように照明光束の光
透過率を正確に制御することが容易に実現可能となる。
図9は、実施形態2に係るプロジェクタ1002を説明するために示す図である。なお、図9において、図8と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図10は、実施形態3に係るプロジェクタ1004を説明するために示す図である。図10(a)はプロジェクタ1004の光学系を上面から見た図であり、図10(b)はプロジェクタ1004の光学系を側面から見た図である。図10(c)は遮光部材780の正面図であり、図10(d)は光透過率制御部材702Rの正面図である。
図11は、実施形態4に係るプロジェクタ1006の光学系を示す図である。図11(a)はプロジェクタ1006の光学系を上面から見た図であり、図11(b)はプロジェクタ1006の光学系を側面から見た図である。
すなわち、実施形態4に係るプロジェクタ1006においては、色分離導光光学系202として、各液晶装置400R,400G,400B上で光照射領域と光非照射領域とがスクロールされる方向をすべて同一の方向とするために、ダブルリレー光学系190を用いている。
ダイクロイックミラー260を透過した緑色光成分及び青色光成分のうち緑色光成分は、ダイクロイックミラー262によって反射され、フィールドレンズ176Gを通過して緑色光用の液晶装置400Gに達する。一方、ダイクロイックミラー260を透過した青色光成分は、ダイクロイックミラー262を透過し、ダブルリレー光学系190を通過して青色光用の液晶装置400Bに達する。液晶装置400R,400G,400Bの各色光の光路前段に設けられたフィールドレンズ176R,176G,198は、第2レンズアレイ130から射出された各部分光束を、各主光線に対して略平行な光束に変換するために設けられている。
知センサの出力信号に基づいて、光透過率制御部材700における光透過率を制御する光
透過率制御回路を備える構成としているが、実施形態2に係るプロジェクタ1002の場
合と同様に、画像処理回路からの同期信号に基づいて、光透過率制御部材700における
光透過率を制御する光透過率制御回路を備える構成としてもよい。
図12は、実施形態5に係るプロジェクタ1008の光学系を示す図である。図12(a)はプロジェクタ1008の光学系を上面から見た図であり、図12(b)はプロジェクタ1008の光学系を側面から見た図である。
すなわち、実施形態5に係るプロジェクタ1008においては、照明装置100Bとして、ロッドインテグレータ光学系を用いている。
インテグレータロッド160の光射出面は、縦方向に圧縮された「y軸方向に沿った縦寸法:x軸方向に沿った横寸法=1:4の長方形」からなる平面形状を有している。
図13は、実施形態6に係るプロジェクタ1010の光学系を示す図である。図13(a)はプロジェクタ1010の光学系を上面から見た図であり、図13(b)はプロジェクタ1010の光学系を側面から見た図である。
すなわち、実施形態6に係るプロジェクタ1010においては、回転プリズム770は、インテグレータロッド160の光射出面及び液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域S(図14(c)参照。)と光学的に略共役な位置に配置されている。また、それに伴い、光透過率制御部材700は、フィールドレンズ790と回転プリズム770との間の位置で、インテグレータロッド160の光射出面及び液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域Sと光学的に略共役な位置から少し離れた位置に配置されている。
回転プリズム770は、液晶装置400R,400G,400Bの画面書込み走査に同期して、一定の速度で回転するように構成されている。このため、照明光軸100Bax上におけるインテグレータロッド160の光射出面の仮想中心点の像Pから射出される光は、図14(a)〜図14(c)に示すように、回転プリズム770が回転すると、回転プリズム770の光通過面によって所定の屈折を受ける。その結果、液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域Sにおいては、画面書込み走査に同期して、光照射領域と光非照射領域とが順次スクロールされるようになる。
図15及び図16は、実施形態7に係るプロジェクタ1012を説明するために示す図である。図15(a)はプロジェクタ1012の光学系を上面から見た図であり、図15(b)はプロジェクタ1012の光学系を側面から見た図である。図15(c)は偏光方向制御部材710を横から見た断面図である。図16(a)〜図16(d)は、偏光方向制御部材710における液晶724に電圧が印加されたときの偏光方向制御部材710から射出される照明光束の偏光方向の変化を説明するために示す図である。なお、図16(a)〜図16(c)において、偏光方向制御部材710から液晶装置400R,400G,400Bにおける入射側偏光板420R,420G,420Bまでの光路に配置される光学要素については、図示を省略している。また、図16(a)〜図16(c)中に示す丸で囲った矢印は、紙面に平行な偏光成分を示している。
なお、偏光方向制御部材710は、図15(c)に示すように、実施形態1で説明したものと同一であるため、詳細な説明は省略する。
本発明のプロジェクタにおいては、照明光束が通過する光路中であればいずれの場所に偏光方向制御部材を配置することもできる。しかしながら、各第1小レンズ122及び液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域と光学的に略共役な位置においては照明光束の断面積が小さくなっているため、上記したように、この場所に偏光方向制御部材710を配置することにより、偏光方向制御部材710の大きさを小さくすることができ、製造コストを低減することができる。
なお、偏光方向制御部材710は、液晶装置400R,400G,400Bの近傍(フィールドレンズ244,246,248と入射側偏光板420R,420G,420Bとの間の位置)に配置されていることもまた好ましい。
Claims (12)
- 照明光束を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り変調された照明光束を投写する投写光学系と、
前記電気光学変調装置の画像形成領域における一方方向については画像形成領域の全体を、他方方向については画像形成領域の一部を照明するような、前記他方方向に圧縮された断面形状を有する照明光束を射出する照明装置と、
一定の速度で回転して、前記照明装置からの照明光束を、前記電気光学変調装置の画像形成領域における前記他方方向に沿って走査する回転プリズムとを備えるプロジェクタであって、
前記照明光束の走査速度が前記電気光学変調装置における画像形成領域上で変化することに起因して発生する照度差を軽減するように、前記照明光束の前記画像形成領域上の位置に応じて、照明光束の光透過率を変化させる光透過率制御手段をさらに備えることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1に記載のプロジェクタにおいて、
前記光透過率制御手段は、光透過率制御部材及び前記光透過率制御部材の光透過率を制御する光透過率制御回路を有することを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項2に記載のプロジェクタにおいて、
前記電気光学変調装置は液晶装置であり、
前記照明光束を略1種類の直線偏光に揃える偏光変換素子をさらに備え、
前記光透過率制御部材は、前記光透過率制御回路からの制御に応じて前記略1種類の直線偏光の偏光方向を制御する偏光方向制御部材と、前記偏光方向制御部材から射出された照明光束のうち一方の偏光成分のみを透過する偏光板とを有することを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項3に記載のプロジェクタにおいて、
前記偏光板は、前記偏光方向制御部材の光射出面に配設されていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項3に記載のプロジェクタにおいて、
前記電気光学変調装置の光入射面側に配置され、前記電気光学変調装置へ入射する照明光束の偏光方向を揃える入射側偏光板を、前記偏光板として用いたことを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項2〜5のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記回転プリズムの回転状態を検知する回転状態検知センサをさらに備え、
前記光透過率制御回路は、前記回転状態検知センサの出力信号に基づいて、前記光透過率制御部材における光透過率を制御することを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項2〜5のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
画像情報の処理を行う画像処理回路をさらに備え、
前記回転プリズムは、前記画像処理回路からの同期信号に基づいて、一定の速度で回転するように構成され、
前記光透過率制御回路は、前記画像処理回路からの同期信号に基づいて、前記光透過率制御部材における光透過率を制御することを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項2〜7のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記照明装置は、発光管及びリフレクタを有し被照明領域側に照明光束を射出する光源装置、前記光源装置から射出される照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の第1小レンズを有する第1レンズアレイ、前記第1レンズアレイの前記複数の第1小レンズに対応する複数の第2小レンズを有する第2レンズアレイ並びに前記第2レンズアレイの前記複数の第2小レンズから射出される各部分光束を前記光透過率制御部材で重畳させるための重畳レンズを有する照明装置であり、
前記第1小レンズは、前記他方方向に圧縮された平面形状を有することを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1〜7のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記照明装置は、発光管及び楕円面リフレクタを有し被照明領域側に集束性の照明光束を射出する光源装置並びに前記光源装置からの照明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を有する照明装置であり、
前記インテグレータロッドの光射出面は、前記他方方向に圧縮された平面形状を有することを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1〜9のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記回転プリズムは、前記電気光学変調装置の前記画像形成領域と光学的に略共役な位置に配置されていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項3〜5のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記偏光方向制御部材は、前記電気光学変調装置の前記画像形成領域と光学的に略共役な位置に配置されていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項11に記載のプロジェクタにおいて、
前記偏光方向制御部材は、照明光束の断面形状を整形するための遮光部材としての機能をさらに有することを特徴とするプロジェクタ。
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