JP4694806B2

JP4694806B2 - リアプロジェクタ

Info

Publication number: JP4694806B2
Application number: JP2004254804A
Authority: JP
Inventors: 悟川合
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2024-09-01
Also published as: JP2006071939A

Description

本発明は、スクリーンの背面側から投映された画像を前面側から観察するように構成されたリアプロジェクタに関するものである。

近年、大型画面を有する表示装置として、筐体に組み込まれたリアスクリーンと、白色光源から画像光を生成するプロジェクタユニットと、プロジェクタユニットを出射した画像光をスクリーンに向けて反射する背面鏡とを備え、リアスクリーン上に画像を拡大投映するリアプロジェクタが注目されている。画像を拡大して投映する方式は、レンズからスクリーンまでの投映距離を変更することで画像の投映倍率を容易に変更することができるが、表示倍率を高めるために投映距離を大きくすることは装置の大型化を招くため、表示倍率の高さと装置の小型化・薄型化を両立させることが課題となっている。

特許文献１には、プロジェクタユニットに設けられる投映レンズを略Ｖ字状に折り曲げることにより、投映レンズの長さによる厚み方向の寸法の増大を抑え、薄型化を図ったリアプロジェクタが記載されている。また、特許文献２には。折り曲げたレンズの前群と後群とが物理的に干渉することを防ぐために、投映レンズの折り曲げ角度を略直角にし、プロジェクタユニットを筐体の底面に対して傾斜させることにより投映レンズの仰角を確保し、背面鏡の傾斜角度を抑えて薄型化を実現したリアプロジェクタが記載されている。
特開２０００−１８７２７４号公報特開２００２−１０７６６３号公報

しかしながら、特許文献２記載のリアプロジェクタは、背面鏡の向きを鉛直に近づけるためにプロジェクタユニットを傾斜させているため、筐体のスクリーンより下側に位置するハカマと呼ばれる部分が大きくなってしまう問題がある。

本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、投映レンズの長さによる厚みの増大が防止でき、プロジェクタユニットを水平に設けることによりハカマ部分の寸法の増大を抑えたリアプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、光源からの照明光を画像光に変換する光変換手段及び前記画像光を結像させる投映光学系を有するプロジェクタユニットと、前記投映光学系により結像された画像がその背面側から投映されるスクリーンと、前記投映光学系から前記スクリーンまでの光路間に設けられ、前記投映光学系からの画像光を前記スクリーンに向けて反射する背面鏡とを備えたリアプロジェクタにおいて、前記プロジェクタユニットは、前記スクリーンの背面側下方の水平な基準平面上において、その長手方向が前記スクリーンと平行且つ水平な方向に一致するように設けられ、前記光変換手段は、前記光源からの照明光を前記基準平面と平行に進行させて前記投映光学系まで導く光路を形成する複数の光学部材から構成され、前記投映光学系は、前記スクリーン側に設けられた第１レンズ群と、前記光変換手段側に設けられた第２レンズ群と、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に設けられ、互いの法線が同一平面に属さないように傾斜された２つの反射面により前記画像光の光路をそれぞれ折り曲げる折り曲げ光学系とを備えていることを特徴とする。

前記折り曲げ光学系は、画像光を前記基準平面と平行に且つ直角に折り曲げる第１光路折り曲げミラーと、前記第１光路折り曲げミラーからの画像光を鋭角に折り曲げる第２光路折り曲げミラーとからなることを特徴とする。

また、前記光変換手段は、前記光源から出射した照明光の均一性を高める照明光学系と、照明光を色分離する色分離光学系と、色分離された照明光を変調して各色の画像光を生成する複数の画像表示パネルと、各色の画像光を色合成する色合成光学系とから構成されることを特徴とする。

また、前記光源は前記基準平面と平行な方向に照明光を出射することを特徴とする。

本発明によれば、投映光学系に設けられた２つの反射面により、前群と後群とを物理的に干渉させずに、投映レンズから画像光を出射させる方向を背面鏡の傾斜角度に応じて適宜変更できるようになり、光変換手段の各光学部材を配列させる基準平面をリアプロジェクタの筐体の底面（水平面）と平行にすることができるから、リアプロジェクタの筐体のハカマを小さくすることが可能となる。

また、折り曲げ光学系を２つの平面鏡で構成することにより、プリズムを用いる場合と比較してコストを抑えることができる。また、三色分離合成系を有する液晶プロジェクタ等では、大きい光路長を要する照明光学系をスクリーンと平行に設けることができるから、プロジェクタユニットの長手方向をスクリーンの水平方向に一致させることにより、プロジェクタユニットを筐体にコンパクトに組み込むことができる。プロジェクタユニットの長手方向をスクリーンの水平方向に一致させる場合においては、投映光学系の内部に１枚のミラーのみを備えていると、画像光の出射角度を変更することに伴ってミラーと液晶パネルの相対位置が変わると、画像がスクリーン上で回転してしまうためこれを修正する必要があるが、本発明ではその必要がなく手間がかからない。また、前記光源から前記基準平面と平行な方向に照明光を出射させることにより、水平方向に長辺を有する一般的な形状のスクリーンを備えたリアプロジェクタに対し、水平設置に好適な光源が使用されるプロジェクタユニットをコンパクトに組み込むことができる。

図１において、リアプロジェクタ１０は、画像が投映される透過型のリアスクリーン１１と、照明光から画像光を生成して出射するプロジェクタユニット１２と、プロジェクタユニット１２から出射した画像光をリアスクリーン１１に向けて反射する背面鏡１３とを備えている。図２において、プロジェクタユニット１２及び背面鏡１３は筐体１４の内部に設けられ、筐体１４の開口部にリアスクリーン１１が設けられている。リアスクリーン１１は、水平方向に長辺を有する矩形状をしている。リアスクリーン１１にはその裏側から画像光が照射され、投映された画像は表側から鑑賞される。背面鏡１３は、上辺が長く、下辺が短い台形状をしており、リアスクリーン１１に対して傾斜している。背面鏡１３は、プロジェクタユニット１２の上方に位置しており、プロジェクタユニット１２から出射する画像光の中心がリアスクリーン１１とその中心で直交するように傾斜角度が決められている。

図３において、プロジェクタユニット１２は、高輝度の白色照明光を放射する光源１９と、光源１９からの照明光に対し、その均一性を高めて照度分布のフラットな照明光に変換する照明光学系２１と、白色光の色分離と色合成を行う色分離合成光学系２２と、反射型の液晶表示パネル２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂと、リアスクリーン１１に画像光を結像させる投映レンズ２４とを備えている。

光源１９は、例えば、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプが使用され、放射された白色光は反射傘によりほぼ平行な光となって照明光学系２１に入射する。光源１９は、図１に示す光源収納部２０に収納されており、光源収納部２０には、光源１９を冷却するファン１２ａと、通風口１２ｂが設けられている。なお、プロジェクタユニット１２には、液晶表示パネル２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを冷却するファン１２ｃも設けられている。照明光学系２１は、フライアイレンズ２５，２６と、偏光変換素子２７とを備え、光源１９からの白色光の照度を均一にし、偏光方向を揃えた照明光に変換する。偏光変換がなされた照明光は、コンデンサレンズ２８，２９により集光され、色分離合成光学系２２に入射する。

色分離合成光学系２２は、ダイクロイックミラー３０と、第１の偏光ビームスプリッタ（以下、第１ＰＢＳ）３１と、第２の偏光ビームスプリッタ（以下、第２ＰＢＳ）３２と、色合成プリズム３３とを備えている。これらの各光学部材は、所定の基準平面Ｐ１上に配列されている。ダイクロイックミラー３０は、照明光学系２１から入射した白色の照明光を青色光（Ｂ光）と、赤色光（Ｒ光）と緑色光（Ｇ光）の混色光であるイエロー光（Ｙ光）とに分離する。Ｂ光は、ダイクロイックミラー３０を透過して直進し、Ｙ光はダイクロイックミラー３０で反射されて垂直に折り曲げられる。

第１ＰＢＳ３１及び第２ＰＢＳ３２は、２つの三角プリズムを組み合わせて直方体形状に構成され、２つの三角プリズムの接合面には、入射した光の偏光特性に応じてその光を反射又は透過する偏光膜３１ａ，３１ｂが設けられている。第１ＰＢＳ３１は、ダイクロイックミラー３０を透過したＢ光を反射してその光路を直角に折り曲げ、液晶表示パネル２３Ｂに入射させる。液晶表示パネル２３Ｂは、入射したＢ照明光に対し、画像情報に応じて偏光特性を画素レベルで変調し、Ｂ画像光を生成する。Ｂ画像光は、液晶表示パネル２３Ｂにより偏光特性が変えられているので、第１ＰＢＳ３１の偏光膜３１ａを透過し、色合成プリズム３３に入射する。

第２ＰＢＳ３２には、ダイクロイックミラー３０を反射したＹ光が入射する。なお、ダイクロイックミラー３０に入射するＹ光は、ダイクロイックミラー３０と第２ＰＢＳ３２の間に設けられた波長選択性を有する偏光変換素子（図示なし）により、Ｒ光とＧ光のいずれか一方の偏光特性が予め変えられている。これにより、第２ＰＢＳ３２に入射したＹ光は偏光膜３２ａによりＲ光が透過し、Ｇ光が反射される。偏光膜３２ａを透過したＲ光は液晶表示パネル２３Ｒに入射し、偏光膜３２ａを反射したＧ光は液晶表示パネル２３Ｇに入射する。

液晶表示パネル２３Ｒ，２３Ｇは、それぞれ入射したＲ光，Ｇ光に対して画像情報に基づいた変調を行い、赤色の画像光、青色の画像光を生成する。液晶表示パネル２３Ｒを出射したＲ光は、第２ＰＢＳ３２に入射する。液晶表示パネル２３Ｒによって偏光特性が変えられたＲ光は、偏光膜３２ａを反射し、色合成プリズム３３に入射する。また、液晶表示パネル２３Ｇによって偏光特性が変えられたＧ光は、偏光膜３２ａを透過し、色合成プリズム３３に入射する。

色合成プリズム３３は、液晶表示パネル２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂからそれぞれ入射するＲ光，Ｇ光，Ｂ光を合成する。色合成プリズム３３は、２つの直角プリズムを組み合わせて構成され、このプリズムの接合面にダイクロイック膜３３ａが設けられている。ダイクロイック膜３３ａは、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過するので、互いに直角な２つの光路から入射したＲ光，Ｇ光，Ｂ光は投映レンズ２４に向かって出射する。

投映レンズ２４は、前群レンズ３６と後群レンズ３７，３８とからなる。前群レンズ３６は、色合成プリズム３３よりもスクリーン側に設けられている。後群レンズ３７，３８は、色合成プリズム３３と第１ＰＢＳ３１、色合成プリズム３３と第２ＰＢＳ３２の間にそれぞれ設けられている。すなわち、色合成プリズム３３は投映レンズ２４の内部に設けられている。このような構成は、色合成プリズム３３及び第１ＰＢＳ３１，第２ＰＢＳ３２によって液晶表示パネル２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂからの光路長分だけ投映レンズ２４に長大なバックフォーカスが必要となることをなくし、投映レンズ２４を設計しやすい構造にするためのものである。

前群レンズ３６は、第１レンズ群４０，２枚の光路折り曲げミラー４１，４２，第２レンズ群４３からなる。第２レンズ群４３は、色合成プリズム３３から出射する画像光の進路と平行な光軸を有しており、後群レンズ３８の光軸と一致している。光路折り曲げミラー４１，４２は、それぞれ平面鏡からなり、互いの反射面の法線が同一平面に属さないねじれの関係にあるように傾斜しており、第１レンズ群４０と第２レンズ群４３の間に設けられている。光路折り曲げミラー４１（第１光路折り曲げミラー）は、色合成された画像光の入射軸と出射軸を含む面が基準平面Ｐ１と平行になるように、光路を直角に折り曲げる。

光路折り曲げミラー４２（第２光路折り曲げミラー）は、色合成された画像光の入射軸と出射軸を含む面が、基準平面Ｐ１とリアスクリーン１１の投映面とにそれぞれ垂直になるように光路を鋭角に折り曲げる。第２レンズ群４３は、背面鏡１３と対面する向きに設けられている。なお、第１レンズ群４０と第２レンズ群４３の間隔を小さくするために、第２レンズ群４３の集光作用によって画像光の光束径を小さくし、光路折り曲げミラー４１、４２をできる限り小さくすることが好ましい。

図４（ａ）において、リアプロジェクタ１０は、プロジェクタユニット１２の内部の各光学部材が配列された基準平面Ｐ１が筐体１４の底面１４ｂと平行である。従って、筐体１４の前面において、リアスクリーン１１より下部のハカマ部分の寸法Ｌ１は、側面視したときの形状が略矩形であるプロジェクタユニット１２の縦の長さとほぼ等しくなる。一方、図４（ｂ）に示すリアプロジェクタ５０は、斜めに配置されたプロジェクタユニット５１を有している。プロジェクタユニット１２と、プロジェクタユニット５１の大きさが同等であれば、リアプロジェクタ５０のハカマ部分の寸法Ｌ２は、Ｌ１よりも大きくなる。すなわち、プロジェクタユニット１２は、基準平面Ｐ１が筐体１４の底面１４ｂとともに水平面と平行であることにより、筐体１４の全体的な寸法を小さくでき、リアプロジェクタ１０が大型化しない。

リアプロジェクタ１０では、投映レンズ２４の内部に設けられた２枚の光路折り曲げミラー４１，４２の傾斜角度を調整することにより、第１レンズ群４０の向きのみを適宜変更できるので、プロジェクタユニット１２を図４（ａ）に示す水平な姿勢に保つことができ、図４（ｂ）に示すように傾斜させる必要がない。例えば、光路折り曲げミラー４１，４２と、第１レンズ群４０をユニット化し、第１レンズ群４０が画像光を出射する角度に応じて光路折り曲げミラー４１，４２傾斜角度を調整したものを複数パターン予め製作しておけば、照明光学系２１や色分離合成光学系２２に同一の部品によって構成されたプロジェクタユニット１２を使用して、投映倍率が異なる（投映距離が異なる）リアプロジェクタを容易に製造できる。また、プロジェクタユニット１２の外部にミラーを設けることにより、画像光をプロジェクタユニット１２の外部で複数回反射させ、例えば画像光の光路をＺ字状にすることで、投映距離をさらに大きくすることも可能となる。

なお、上述の実施形態においては、三板式の液晶型リアプロジェクタについてのみ説明しているが、本発明はこれに限定されず、単板式プロジェクタや、液晶表示パネルと異なる画像表示装置を利用したその他のプロジェクタ、照明光学系２１や色分離合成光学系２２等が異なる構成とされた光変換手段を備えたプロジェクタに適用できる。また、投映レンズ２４の内部で光路を２回折り曲げる光路折り曲げミラー４２の代わりにプリズムを用いてもよい。

リアプロジェクタの主要な構成を示す斜視図である。リアプロジェクタの断面図である。プロジェクタユニットの内部の構成を示す斜視図である。プロジェクタユニットの姿勢による筐体の大きさの違いを示した説明図である。

符号の説明

１０リアプロジェクタ
１１リアスクリーン
１２プロジェクタユニット
１３背面鏡
２１照明光学系
２２色分離合成光学系
２４投映レンズ
３６前群レンズ
３７，３８後群レンズ
４０第１レンズ群
４１，４２光路折り曲げミラー
４３第２レンズ群

Claims

光源からの照明光を画像光に変換する光変換手段及び前記画像光を結像させる投映光学系を有するプロジェクタユニットと、前記投映光学系により結像された画像がその背面側から投映されるスクリーンと、前記投映光学系から前記スクリーンまでの光路間に設けられ、前記投映光学系からの画像光を前記スクリーンに向けて反射する背面鏡とを備えたリアプロジェクタにおいて、
前記プロジェクタユニットは、前記スクリーンの背面側下方の水平な基準平面上において、その長手方向が前記スクリーンと平行且つ水平な方向に一致するように設けられ、
前記光変換手段は、前記光源からの照明光を前記基準平面と平行に進行させて前記投映光学系まで導く光路を形成する複数の光学部材から構成され、
前記投映光学系は、前記スクリーン側に設けられた第１レンズ群と、前記光変換手段側に設けられた第２レンズ群と、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に設けられ、互いの法線が同一平面に属さないように傾斜された２つの反射面により前記画像光の光路をそれぞれ折り曲げる折り曲げ光学系とを備えていることを特徴とするリアプロジェクタ。
前記折り曲げ光学系は、画像光を前記基準平面と平行に且つ直角に折り曲げる第１光路折り曲げミラーと、前記第１光路折り曲げミラーからの画像光を鋭角に折り曲げる第２光路折り曲げミラーとからなることを特徴とする請求項１記載のリアプロジェクタ。
前記光変換手段は、前記光源から出射した照明光の均一性を高める照明光学系と、照明光を色分離する色分離光学系と、色分離された照明光を変調して各色の画像光を生成する複数の画像表示パネルと、各色の画像光を色合成する色合成光学系とから構成されることを特徴とする請求項１又は２記載のリアプロジェクタ。
前記光源は、前記基準平面と平行な方向に照明光を出射することを特徴とする請求項１ないし３にいずれか１つ記載のリアプロジェクタ。