JP4650336B2 - プロジェクタ及びプロジェクタの製造方法 - Google Patents
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Description
プロジェクタにおいては、電気光学変調装置の画像形成領域を正確に照明できないと、投写面に投写される投写画像の明るさが低下してしまったり投写画像の縁に影ができてしまったりする。そこで、照明光学系や色分離導光光学系における光学要素自体の寸法誤差や取付精度等を考慮して、画像形成領域に照射される照明光の照明領域には、その周囲に一定の照明マージンを設けている。そして、電気光学変調装置の画像形成領域が照明マージンも含めた照明領域の範囲内に確実に入るように設計を行っている。
近年、プロジェクタの低コスト化のため、電気光学変調装置を小型化したいという要望が高まっている。電気光学変調装置を小型化すると画像形成領域の大きさも小さくなるため、画像形成領域の大きさに合わせて照明領域の大きさを小さくする必要がある。
この問題は、電気光学変調装置を小型化する場合だけに限らず、電気光学変調装置を大型化する場合にも同様に発生する問題でもある。
このとき、照明領域の大きさは、第1レンズアレイの第1小レンズの大きさに、第2レンズアレイの第2小レンズの焦点距離f1に対する重畳光学系の焦点距離f3の比(=f3/f1(拡大率))を乗じたものとなるため、本発明のプロジェクタによれば、適切な光学レンズを光路内に配置して光学レンズ固定装置によって固定することにより、照明領域の大きさを適切な大きさに調整することができる。
しかしながら、このような場合には、上記のように構成することにより、相対的に長い波長の光は、相対的に短い波長の光よりも、パワーの大きいレンズを通過することになるため、屈折のしにくさが補償され、相対的に長い波長の光が入射する場合と相対的に短い波長の光が入射する場合とで、画像形成領域に照射される照明領域の大きさを同じにすることができるようになる。
このため、各色光に対応する電気光学変調装置毎に、同じ大きさの照明領域が形成されることになり、色光毎の照明状態が均一になり、色むらが低減し色再現性が向上する。
さらには、前記第1レンズアレイと透光部材及び透光部材と前記第2レンズアレイとをそれぞれ接合するための接着剤も、前記第1レンズアレイ及び前記第2レンズアレイとほぼ等しい屈折率を有することが好ましい。
図1は、実施形態1に係るプロジェクタ1000の光学系を示す図である。
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における照明光軸100ax方向)、x軸方向(図1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。
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、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板とを有している。
なお、ここでは図示を省略したが、重畳光学系150において、第1レンズアレイ120によって分離された複数の部分光束における第1の色光を第1の電気光学変調装置400Rの画像形成領域に重畳させる重畳レンズ160と第1の光学レンズ170とで構成される重畳光学系を、第1の重畳光学系といい、第1レンズアレイ120によって分離された複数の部分光束のうち第2の色光及び第3の色光を第2の電気光学変調装置400G及び第3の電気光学変調装置の画像形成領域に重畳させる重畳レンズ160と第2の光学レンズ180とで構成される重畳光学系を、第2の重畳光学系という。
集光レンズ300Rは、第1の光学レンズ170からの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。他の第2の電気光学変調装置400G及び第3の電気光学変調装置400Bの光路前段に配設される集光レンズ300G,300Bも、集光レンズ300Rと同様に構成されている。
第1〜第3の電気光学変調装置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る。例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像情報に応じて、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。
この場合、第1の光学レンズ170として選択されたレンズと同一形状のレンズを、第2の光学レンズ180として選択して配置するのがよい。
図4は、実施形態2に係るプロジェクタ1002の光学系を示す図である。なお、図4において、図1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5は、実施形態3に係るプロジェクタ1004の光学系を示す図である。なお、図5において、図1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6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。なお、図6において、図1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。
しかしながら、このような場合において、実施形態4に係るプロジェクタ1006によれば、赤色光は、第2の光学レンズ180Aよりもパワーの大きな(屈折力の大きな)第1の光学レンズ170Aを通過することになるため、緑色光に対する赤色光の屈折のしにくさが補償され、相対的に長い波長の光が入射する場合と相対的に短い波長の光が入射する場合とで、画像形成領域に照射される照明領域の大きさを同じにすることができるようになる。
このため、各色光に対応する電気光学変調装置400R,400G,400B毎に、同じ大きさの照明領域が形成されることになり、色光毎の照明状態が均一になり、色むらが低減し色再現性が向上する。
図7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。なお、図7において、図1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。
このような方法とすることにより、電気光学変調装置の大きさが大幅に変更されたとしても、光学レンズと共に重畳レンズも交換することによって、重畳光学系によって生成される照明領域の大きさを大幅に変更し、光学レンズによって照明領域の大きさを微調整することができるため、電気光学変調装置変更前の照明光学系をそのまま使用することができるようになる。
(4)上記各実施形態のプロジェクタ1000〜1008は、3つの電気光学変調装置を備えるいわゆる3板式のプロジェクタであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、1つ、2つ又は4つ以上の電気光学変調装置を備えるプロジェクタに本発明を適用することも可能である。すなわち、光源装置からの光を複数の部分光束に分割し、分割された部分光束を被照明領域で重畳する重畳光学系を備えるプロジェクタに本発明を適用することが可能である。
(5)上記各実施形態のプロジェクタ1000〜1008は透過型のプロジェクタであるが、これに限定されるものではない。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、透過型の電気光学変調装置等のように光変調手段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、反射型電気光学変調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。反射型のプロジェクタにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタと同様の効果を得ることができる。
Claims (13)
- 照明光束を射出する光源装置と、
前記光源装置からの照明光束を複数の部分光束に分割する複数の第1小レンズを有する第1レンズアレイと、
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レンズアレイと、
前記第2レンズアレイからの各部分光束を被照明領域上で重畳する重畳レンズと、
前記重畳レンズによって重畳された光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って変調された光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタであって、
前記重畳レンズと前記電気光学変調装置との間の光路に配置される光学レンズをさらに備え、
前記重畳レンズと前記光学レンズとで構成される重畳光学系の焦点距離は、前記重畳レンズのみの焦点距離とは異なり、
前記重畳レンズと前記光学レンズとで構成される前記重畳光学系の焦点位置は、前記重畳レンズのみの焦点位置と同一であ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、
前記重畳レンズからの光を第1の色光と第2の色光及び第3の色光とに分離する第1ダイクロイックミラーと、前記第1ダイクロイックミラーからの第2の色光及び第3の色光を第2の色光と第3の色光とに分離する第2ダイクロイックミラーとを有する色分離導光光学系と、
前記電気光学変調装置として、前記第1の色光〜第3の色光をそれぞれ変調する第1の電気光学変調装置〜第3の電気光学変調装置と、
前記第1の電気光学変調装置〜第3の電気光学変調装置によって変調された色光を合成し前記投写光学系へと射出する色合成光学系と、
前記光学レンズとして、前記第1ダイクロイックミラーと前記第1の電気光学変調装置との間に配置される第1の光学レンズと、前記第1ダイクロイックミラーと前記第2ダイクロイックミラーとの間に配置される第2の光学レンズとを備え、
前記重畳レンズと前記第1の光学レンズとで構成される第1の重畳光学系の焦点距離は、前記重畳レンズのみの焦点距離とは異なり、前記重畳レンズと前記第1の光学レンズとで構成される前記第1の重畳光学系の焦点位置は、前記重畳レンズのみの焦点位置と同一であり、
前記重畳レンズと前記第2の光学レンズとで構成される第2の重畳光学系の焦点距離は、前記重畳レンズのみの焦点距離とは異なり、前記重畳レンズと前記第2の光学レンズとで構成される前記第2の重畳光学系の焦点位置は、前記重畳レンズのみの焦点位置と同一であ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、
前記第1の光学レンズ及び前記第2の光学レンズのうち少なくとも1つは、凸メニスカスレンズであ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、
前記第1の光学レンズ及び前記第2の光学レンズのうち少なくとも1つは、2枚以上のレンズからなる複合レンズであ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、
前記第1の光学レンズ及び前記第2の光学レンズは、同一形状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、
前記第1の光学レンズ及び前記第2の光学レンズのうち、相対的に長い波長の色光が通過する光路に配置されるレンズのパワーは、相対的に短い波長の色光が通過する光路に配置されるレンズのパワーよりも大きいことを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のプロジェクタにおいて、
前記第1レンズアレイ及び前記第2レンズアレイは、一体化されていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のプロジェクタにおいて、
前記第1レンズアレイと前記第2レンズアレイとの間に、前記第1レンズアレイからの光を前記第2レンズアレイに導くための透光部材を有し、前記第1レンズアレイ及び前記第2レンズアレイが前記透光部材を介して接合されていることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のプロジェクタにおいて、
前記光源装置は、楕円面リフレクタと、前記楕円面リフレクタの第1焦点近傍に発光中心を有する発光管と、前記楕円面リフレクタで反射された集束光を前記第1レンズアレイに向けて射出する凹レンズとを有することを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項9に記載のプロジェクタにおいて、
前記発光管には、前記発光管から被照明領域側に射出される光を前記楕円面リフレクタに向けて反射する反射手段が設けられていることを特徴とするプロジェクタ。 - 照明光束を射出する光源装置と、
前記光源装置からの照明光束を複数の部分光束に分割する複数の第1小レンズを有する第1レンズアレイと、
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レンズアレイと、
前記第2レンズアレイからの各部分光束を被照明領域上で重畳する重畳レンズと、
前記重畳レンズによって重畳される光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って変調された光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクタの製造方法であって、
前記重畳レンズとともに重畳光学系を構成し、前記重畳レンズの焦点距離と前記重畳光学系の焦点距離とは異なるとともに、前記重畳レンズの焦点位置と前記重畳光学系の焦点位置とは同一となる光学レンズとして、焦点距離が異なる複数種類の光学レンズを準備する工程と、
前記焦点距離が異なる複数種類の光学レンズの中からいずれかを選択して配置するか又は前記焦点距離が異なる複数種類の光学レンズのいずれも配置しないことによって、前記重畳光学系から射出される光の照明領域の大きさが前記電気光学変調装置の画像形成領域の大きさに適合するように、前記重畳光学系の焦点距離を調整する工程とを含むことを特徴とするプロジェクタの製造方法。 - 請求項11に記載のプロジェクタの製造方法において、
前記重畳光学系の焦点距離を調整する工程の前に、
前記重畳レンズとして、焦点位置が略同一で焦点距離が異なる複数種類の重畳レンズを準備する工程と、
前記焦点距離が異なる複数種類の重畳レンズの中から前記重畳レンズとしていずれかを選択して配置することによって、前記重畳レンズから射出される光の照明領域の大きさが前記電気光学変調装置の画像形成領域の大きさに適合するように、前記重畳光学系の焦点距離を粗調整する工程とをさらに含み、
前記重畳光学系の焦点距離を調整する工程は、前記重畳光学系から射出される光の照明領域の大きさが前記電気光学変調装置の画像形成領域の大きさに適合するように、前記重畳光学系の焦点距離を微調整することを特徴とするプロジェクタの製造方法。 - 請求項11又は請求項12に記載のプロジェクタの製造方法において、
前記プロジェクタは、前記重畳レンズからの光を第1の色光と第2の色光及び第3の色光とに分離する第1ダイクロイックミラーと前記第1ダイクロイックミラーからの第2の色光及び第3の色光を第2の色光と第3の色光とに分離する第2ダイクロイックミラーとを有する色分離導光光学系と、前記電気光学変調装置として前記第1の色光〜第3の色光をそれぞれ変調する第1の電気光学変調装置〜第3の電気光学変調装置と、前記第1の電気光学変調装置〜第3の電気光学変調装置によって変調された色光を合成し前記投写光学系へと射出する色合成光学系とを備えるプロジェクタであって、
前記焦点距離が異なる複数種類の光学レンズを準備する工程として、
前記重畳レンズとともに第1の重畳光学系を構成し、前記重畳レンズの焦点距離と前記重畳光学系の焦点距離とは異なるとともに、前記重畳レンズの焦点位置と前記第1の重畳光学系の焦点位置とは同一となる第1の光学レンズとして、焦点距離が異なる複数種類の第1の光学レンズを準備する工程と、
前記重畳レンズとともに第2の重畳光学系を構成し、前記重畳レンズの焦点距離と前記重畳光学系の焦点距離とは異なるとともに、前記重畳レンズの焦点位置と前記第1の重畳光学系の焦点位置とは同一となる第2の光学レンズとして、焦点距離が異なる複数種類の第2の光学レンズを準備する工程とを含み、
前記重畳光学系の焦点距離を調整する工程として、
前記焦点距離が異なる複数種類の第1の光学レンズの中からいずれかを選択して配置するか又は前記焦点距離が異なる複数種類の第1の光学レンズのいずれも配置しないことによって、前記第1の重畳光学系から射出される光の照明領域の大きさを前記第1の電気光学変調装置の画像形成領域の大きさに適合するように、前記第1の重畳光学系の焦点距離を調整する工程と、
前記焦点距離が異なる複数種類の第2の光学レンズの中からいずれかを選択して配置するか又は前記焦点距離が異なる複数種類の第2の光学レンズのいずれも配置しないことによって、前記第2の重畳光学系から射出される光の照明領域の大きさを前記第2の電気光学変調装置及び/又は前記第3の電気光学変調装置の画像形成領域の大きさに適合するように、前記第2の重畳光学系の焦点距離を調整する工程とを含むことを特徴とするプロジェクタの製造方法。
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