JP5651715B2

JP5651715B2 - 液晶プロジェクタ

Info

Publication number: JP5651715B2
Application number: JP2012556701A
Authority: JP
Inventors: 真朗乾; 信樹松井; 有紀松宮
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2031-02-09
Also published as: WO2012108018A1; JPWO2012108018A1

Description

本発明は液晶プロジェクタに関する。

画像を投射表示するための液晶プロジェクタにおいては、高画質を得るために精度の高いフォーカス性能が要求される。フォーカス性能は投射レンズのみならず、例えば液晶パネル周辺の構成要素にも依存している。温度変化により構成要素の位置が微妙に変わる場合には、使用開始時にユーザが手動でフォーカスを調整したとしても、その後の温度変化によりフォーカスずれが発生する。ユーザが簡単に再度のフォーカス調整を行える場合はまだ良い。しかし、大きな会場で使われるような天井取付け型の装置では、使用中のフォーカス調整は困難である。
特許文献１においては、プロジェクタにおける温度変化による投射レンズの焦点距離の変化を、伸縮部材の温度特性による伸縮で相殺する技術を開示している。

特開２０１０−２５６３９４号公報

液晶プロジェクタにおいては、エンジンボトムと称するベースに対して他の主な構成要素が取付けられ、位置決めされている。エンジンボトムの材料には、例えば不飽和ポリエステル樹脂が使用されている。鉄やアルミニウムをはじめとする材料による熱膨張係数の小さい金属ダイキャストを使えば、エンジンボトムの温度変化による伸縮は大幅に改善され、前記したフォーカスずれの問題は改善する。しかし、樹脂や板金と比較して金属ダイキャストは高価であり、量産性にも問題があって好ましくない。

特許文献１は、樹脂によるエンジンボトムを用いる際の問題点の解決方法に係る文献であり、温度補償効果が期待できると思われる。しかし、構造が複雑であり、使用する構成要素の寸法の公差を積み上げると温度補償効果にバラツキが出る恐れもある。樹脂によるエンジンボトムを用いた液晶プロジェクタにおいて、さらに簡素で低価格な構造によりフォーカスずれを低減する方法が望まれる。
本発明の目的は前記した問題に鑑み、温度変化に起因するフォーカスずれを低減した液晶プロジェクタを提供することにある。

前記課題を解決するため本発明は、画像を光学的に投射表示する液晶プロジェクタであって、
投射表示する画像を生成する液晶パネルと、該液晶パネルが生成した画像を外部に投射するための投射レンズと、該投射レンズと前記液晶パネルを含め前記液晶プロジェクタが有する構成要素を固定するための樹脂材料によるエンジンボトムと、該エンジンボトムに対して前記液晶パネルを固定するための第１の取付け部材と、前記エンジンボトムに対して前記投射レンズを固定するための第２の取付け部材と、前記投射レンズの光軸から見た位置が前記第１の取付け部材の近傍に位置する第３の取付け部材と、前記投射レンズの光軸から見た位置が前記第２の取付け部材の近傍に位置する第４の取付け部材と、前記第３の取付け部材と第４の取付け部材により前記エンジンボトムに固定される金属材料による伸縮防止部材を有することを特徴としている。

本発明によれば、温度変化に起因するフォーカスずれを低減した液晶プロジェクタを提供でき、液晶プロジェクタの基本性能の向上に寄与できるという効果がある。

液晶プロジェクタの光学エンジンのブロック図。液晶プロジェクタの投射レンズ付近の見取り図。クロスプリズム周辺の分解図。液晶プロジェクタの光学エンジンの第１の外観図。液晶プロジェクタの光学エンジンの第２の外観図。液晶プロジェクタの光学エンジンの第３の外観図。ブレケット周辺の平面図。ブラケットの取付け方法を示す第１の外観図。ブラケットの取付け方法を示す第２の外観図。ブラケットの取付け方法を示す第３の外観図。ブラケットの取付け方法を示す第４の外観図。

以下、本発明の実施例につき図面を用いて説明する。まず液晶プロジェクタの光学エンジンの全般的な構成を説明する。
図１は、液晶プロジェクタの光学エンジンのブロック図を示している。図１で、光源ユニット１０１は発光部である管球１０１ａと反射面としてのリフレクタ１０１ｂを含んでいる。楕円形状のリフレクタ１０１ｂの第１焦点位置に配置された管球１０１ａから出射された光束は、リフレクタ１０１ｂの第２焦点位置に集光するように前記反射面から反射される。光束サイズを縮小された集光光束は、平行化作用を有する凹レンズ１０２により平行光束に変換される。なお、リフレクタ１０１ｂを放物面形状とした場合は、平行化作用をするための凹レンズ１０２は不要となる。

凹レンズ１０２から出射された平行光束は、第１マルチレンズアレイ１０３ａの各セルレンズにより部分光束に分割されて、第１マルチレンズに対応した第２マルチレンズアレイ１０３ｂの各セルレンズ上に集光される。集光された各部分光束は、直線偏光化部１０４で一旦、振動方向が互いに直交する２つに直線偏光に分離され、さらに一方の直線偏光の振動方向を他方の振動方向に合わせることで、振動方向が一方向の直線偏光に変換される。直線偏光化部１０４を出射した各部分光束は、重畳レンズ１０５によりＲＧＢ各色用の液晶パネルユニット１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに重畳して照射される。なお、重畳レンズ１０５と液晶パネルユニット１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの間の光路には、光路を折り曲げるための反射ミラー１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄと、色分解光学部としてのダイクロイックミラー１０７ａと１０７ｂが設けられ、さらに各液晶パネルユニット１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの手前には、投射光束の主光線を平行化するコリメータレンズ１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂが配置される。緑色や青色よりも光路長の長い赤色の光路には、重畳した光束を赤色用の液晶パネルユニット１Ｒの位置に写像するためのリレーレンズ１０９と１１０が配置されている。

このようにして液晶パネルユニット１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに供給された管球１０１ａからの光束は、液晶パネルユニット１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの各々に別途供給される映像Ｒ信号、映像Ｇ信号、映像Ｂ信号のレベルに応じて液晶パネルを通過できる量を変化される。これにより、前記光束に映像信号の情報が与えられる。このために、液晶パネルユニット１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは液晶パネルのみならず、所定の振動方向の光束を通過させるための偏光板を備えている。
液晶パネルユニット１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを通過した各光束は、クロスプリズム２で互いに合成され、投射レンズ３を介して外部に設けられたスクリーン（図示せず）に前記映像信号に応じた映像を表示する。

以下、本実施例では前記したフォーカス性能について述べるため、液晶パネルユニット１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ、クロスプリズム２、投射レンズ３、及びその周辺について詳しく説明する。なお、１Ｒ，１Ｇ，１Ｇの液晶パネルユニットに共通する事項を述べる際は、単に液晶パネルユニット１と記すことがある。
図２は、液晶プロジェクタの投射レンズ３付近の見取り図である。ここでは、図１のブロック図に対して左側の側面より見た、液晶パネルユニット１（図示する都合上１Ｇのみを示す）、クロスプリズム２、投射レンズ３とこれらの周辺を示している。

液晶プロジェクタのベースであるエンジンボトム５（図中に右上から左下方向の斜線を付す）には、多くの構成要素が取付けられるが、構成要素によっては、他の構成要素を介してエンジンボトム５に取付けられる。
投射レンズ３は、ネジをはじめとする固定部材３２を用いてエンジンボトム５に取付けられ、固定される。
クロスプリズム２は、プリズムホルダ４（図中に左上から右下方向の斜線を付す）に対して固定される。プリズムホルダ４はエンジンボトム５に対して、まず基準ピン４２で位置決めされた後に、ネジをはじめとする固定部材４１を用いて固定される。即ち、クロスプリズム２は、プリズムホルダ４を介してエンジンボトム５に取付けられ、固定される。

なお、固定部材３２と４１につき、図面の煩雑化を避けるため図２では１個のみに符号を付している。固定部材３２は投射レンズ３の周辺部に４個程度、固定部材４１はプリズムホルダ４の周辺部に３個程度設けられることが多い。
液晶パネル１１を備える液晶パネルユニット１は取付け孔を有しており、クロスプリズム２が有するパネルブラケット２１（２１ａ，２１ｂ）が挿入されることでクロスプリズム２に取付けられ、固定される。即ち、液晶パネルユニット１は、パネルブラケット２１、クロスプリズム２、プリズムホルダ４を介してエンジンボトム５に取付けられ、固定される。

ここでフォーカスずれを起こさないためには、投射レンズ３と液晶パネル１１の光学的な距離を一定に保つことが重要である。現在使われている光学系では、前記距離が１μｍずれると、例えば１０ｃｍ程度の焦点距離のずれが発生することがあり、温度特性による前記距離の変化に対しては充分な配慮が必要である。

図３は、クロスプリズム２の周辺の分解図であり、図１の斜め左上方向から描いた図である。液晶パネルユニット１は、液晶パネル１１と偏光板１２を備える。クロスプリズム２は、プリズムホルダ４に固定される。クロスプリズム２の上下に有するパネルブラケット２１ａ，２１ｂが、液晶パネル１１の周辺の取付け孔（図３では液晶パネル１個当たり４箇所）に挿入され、液晶パネルユニット１をクロスプリズム２に固定する。プリズムホルダ４の周辺部には、ネジをはじめとする固定部材４１（図示せず）を通す取付け孔４１ａが設けられており、取付け孔４１ａを通して固定部材４１がプリズムホルダ４を先のエンジンボトム５に固定する。取付け孔４１ａは図３では１個のみ符号を付しているが、前記したようにプリズムホルダ４の周辺部に３個程度設けると良い。

なお、液晶パネル１１から上方に伸びる部材は、液晶パネル１１に映像信号を供給するためのフレキシブル基板である。パネルブラケット２１ａ，２１ｂは、液晶パネルユニット１が３個あるために計１２個の凸部が設けられているが、図３では他の構成要素の陰に入るものがあるため、計６個が描かれている。図面の煩雑化を避けるため、その一部のみに符号を付している。また、ブラケット６については後に詳しく説明するが、ここでは形状の一例と概略の位置を示している。

図４は、液晶プロジェクタの光学エンジンの第１の外観図であり、図３と同様な方向から描いている。液晶パネルユニット１を周辺に取付けたクロスプリズム２は、上方に外された状態となっている。
図５は、液晶プロジェクタの光学エンジンの第２の外観図であり、図３と同様な方向から描いている。図４とは異なり、液晶パネルユニット１を周辺に取付けたクロスプリズム２は、所定の取付け位置において、エンジンボトム５に取付けられている。このため、クロスプリズム２の上方にあるプリズムホルダ４が主に描かれている。

前記した温度変化によるフォーカスのずれは、液晶パネルユニット１と投射レンズ３の距離が、温度によって変化することに起因している。この距離をより具体的に定義すれば、図２の液晶パネル１１の表示面と投射レンズ３が含む後球レンズ３１の間の距離Ｐとなる。図２から分かるように、液晶パネル１１と投射レンズ３の距離Ｐは、主にパネルブラケット２１、プリズムホルダ４、エンジンボトム５の伸縮により変化する可能性がある。

クロスプリズム２と液晶パネルユニット１の相対的な位置は、パネルブラケット２１で規定されている。パネルブラケットは部品の体積が小さいこともあって、例えば鉄材を用いることができるため、温度変化に対する伸縮は殆ど問題にならない。これに対して、プリズムホルダ４やエンジンボトム５については、金属材料を用いるとコストや量産性で問題があり、さらには重量が増加する問題がある。このため、例えばポリフェニルエーテルとポリスチレンを含む樹脂や不飽和ポリエステルが使われることが多い。樹脂を使用する場合は、温度変化による伸縮が問題となる。特に、サイズの大きいエンジンボトム５の伸縮は、液晶パネルユニット１と投射レンズ３の距離Ｐを変化させて、使用中のフォーカスずれを引き起こす大きな要因となる。

図６は、液晶プロジェクタの光学エンジンの第１の外観図であり、先の図４や図５でも示されていたブラケット６の取付け方法も含め図示されている。なお、後記するようにブラケット６の形状は、図４や図５で示したものとはいくらか異なっている。本実施例においては、例えばステンレス材によるブラケット６を用いて、液晶パネルユニット１と投射レンズ３の距離の変化を低減することを一つの特徴としている。

図６でエンジンアッパーケース７は、エンジンボトム５の上側に取付けられるケースであって、例えばポリカーボネート樹脂で作られている。ブラケット６は、例えばネジをはじめとする取付け部材６１と６２によりエンジンボトム５に取付けられるが、ここでは取付け部材６１と６２は、ブラケット６とエンジンアッパーケース７を共締めする場合を示している。

投射レンズ３の光軸であるＺ軸上での（図２において矢印Ａで示す方向に見た場合の）構成要素の位置を説明する。取付け部材６１はＺ軸上から見て（矢印Ａで示す方向に見て）取付け部材４１または基準ピン４２と同じか近傍に設けられており、ブラケット６をエンジンボトム５に固定する。一方、取付け部材６２はＺ軸上から見て（矢印Ａで示す方向に見て）取付け部材３２への取付け位置と同じか近傍に設けられており、ブラケット６をエンジンボトム５に固定する。ブラケット６は例えばステンレス材で作られており、エンジンボトム５と比較して温度変化による伸縮は遥かに小さく、剛性は大きい。このため、温度が変化することによる液晶パネルユニット１と投射レンズ３の距離の変化は、ブラケット６の作用により大幅に低減される。これにより使用中にフォーカスがずれる問題は解消される。

次に、ブラケット６の取付け方法をさらに詳しく説明する。
図７は、ブラケット部の平面図であり、図６におけるブラケット６の真上から描いた図である。ブラケット６の断面を取る位置の関係で一部が実線で接続されていないが、実際には破線で示すように一体となっている。７１ａと７２ａは、先の取付け部材６１と６２がエンジンアッパーケース７と共締めされ、エンジンボトム５に固定されている時の取付け部材６１と６２の断面を示している。６１ａと６２ａは、先の取付け部材６１と６２が挿入される取付け孔であり、ブラケット６に設けられている。

ここでは、取付け部材６１と６２の断面７１ａと７２ａはほぼ円形である。一方、取付け孔６１ａと６２ａはほぼ四角形の孔であり、ブラケット６の長手方向に対して略４５度の角度で設けられている。これは、本実施例の一つの特徴であり、ブラケット６が液晶パネルユニット１と投射レンズ３の距離の変化を低減する効果を、いっそう高めるようにしている。その原理を下記に記す。

ブラケット６を取付ける際に、取付け部材６１を取付け孔６１ａに通して仮止めし、次に取付け部材６２を取付け孔６２ａに通して先のエンジンボトム５に仮止めした後、図中の矢印Ｂで示す方向に向け作業者がブラケット６に力を加える。この時、取付け部材６１が四角形をした取付け孔６１ａの二辺に当接するよう取付け部材６１を最初に締め込む。次に、再度矢印Ｂで示す方向に力を加えながら取付け部材６２を締め込むことで、取付け部材６２は四角形をした取付け孔６２ａの一辺と当接させることができる。使用中の温度変化については、多くの場合で温度上昇が問題である。前記したブラケット６の取付け孔６１ａと６２ａのピッチ寸法を設定することにより、使用中の温度上昇により液晶パネルユニット１と投射レンズ３の距離が増加する方向となる際に、取付け部材６２とブラケット６の取付け孔６２ａが強く噛み合うことで、前記した距離の増加を低減することができる。図７は、前記の場合の実施例を示している。
また、ピッチ寸法の設定により、温度下降時に液晶パネルユニット１と投射レンズ３の距離が減少することを低減することも可能であることはいうまでもない。

次に、ブラケット６の異なる例を説明する。
図８から図１１は、ブラケットの取付け方法を示す第１から第４の外観図である。いずれも液晶プロジェクタの外観図と、ブラケット６の拡大図の双方を示している。

図８は、先の図４と図５で示した液晶プロジェクタと同様なブラケット６を用いた例を示す。ブラケット６は、図６で示した二つの取付け部材６１と６２のみならず、さらに二つの取付け部材を用いて、プリズムホルダ４を共締めしながらエンジンボトム５に固定される。
図９は、二つの取付け部材を用いる例であるが、ブラケット６は、プリズムホルダ４を共締めしながらエンジンボトム５に固定される。

もちろん、ブラケット６は、これまでの例のように図の右手寄りに設けられるとは限らない。図１０においては、図６で示したブラケット６は、これまでの例とは逆に投射レンズ３を挟んで図の左手寄りに設けられている。もちろんブラケット６の形状は、図６のブラケット６と線対称な形状である。また、図１１においてブラケット６は２個のブラケット６ａと６ｂを有しており、図の右手寄りと左手寄りに設けられている。これにより、液晶パネルユニット１と投射レンズ３の距離の変化をいっそう低減している。

また、これまでの例のようにブラケット６を液晶プロジェクタの上部に設けられるとは限らない。投射レンズ３を挟んで下部に設けられても良い。さらに、一方向に長い形状に限らず、例えば平面材であっても良く、例えばプリズムホルダ４の上側をカバーする形状であっても良い。即ち、棒状の平面形状を有するブラケットに限定されない伸縮防止部材であって良い。
いずれの場合においても本実施例によれば、樹脂のエンジンボトムを用いた場合において、温度変化による液晶プロジェクタのフォーカスずれを低減できる。さらには、簡素で低価格な構造により前記目的を達成できるという効果がある。
ここまで示した実施形態は一例であって、本発明を限定するものではない。例えば、図１に示した光学系のブロック図、図２以降で示した見取り図や外観図において、異なる実施形態を考えることができる。このように、本発明の趣旨に基づきながら異なる実施形態を考えられるが、いずれも本発明の範疇にある。

１：液晶パネルユニット、２：クロスプリズム、３：投射レンズ、４：プリズムホルダ、５：エンジンボトム、６：ブラケット、７：エンジンアッパーケース、１１：液晶パネル、１２：偏光板、２１：プリズムブラケット、３１：後球レンズ、３２，４１，６１，６２：取付け部材、４２：基準ピン、６１ａ，６２ａ，７１ａ，７２ａ：取付け孔。

Claims

画像を光学的に投射表示する液晶プロジェクタであって、
投射表示する画像を生成する液晶パネルと、
該液晶パネルが生成した画像を外部に投射するための投射レンズと、
該投射レンズと前記液晶パネルを含め前記液晶プロジェクタが有する構成要素を固定するための樹脂材料によるエンジンボトムと、
該エンジンボトムに対して前記液晶パネルを固定するための第１の取付け部材と、
前記エンジンボトムに対して前記投射レンズを固定するための第２の取付け部材と、
前記投射レンズの光軸上の位置が前記第１の取付け部材の前記投射レンズの光軸上の位置の近傍に位置する第３の取付け部材と、
前記投射レンズの光軸上の位置が前記第２の取付け部材の前記投射レンズの光軸上の位置近傍に位置する第４の取付け部材と、
前記第３の取付け部材と第４の取付け部材により前記エンジンボトムに固定される金属材料による伸縮防止部材を有し、
前記伸縮防止部材は、前記エンジンボトムの異なる位置に取付けられる複数のブラケットを含むことを特徴とする液晶プロジェクタ。
請求項１に記載の液晶プロジェクタにおいて、
前記液晶パネルは映像赤信号、緑信号、青信号に応じた３個の液晶パネルを備え、
前記液晶プロジェクタは前記３個の液晶パネルが生成した画像を合成するクロスプリズムを備え、
前記液晶パネルは前記クロスプリズムを介して前記エンジンボトムに固定されることを特徴とする液晶プロジェクタ。
請求項１に記載の液晶プロジェクタにおいて、前記ブラケットは、棒状の平面形状を有することを特徴とする液晶プロジェクタ。
画像を光学的に投射表示する液晶プロジェクタであって、
投射表示する画像を生成する液晶パネルと、
該液晶パネルが生成した画像を外部に投射するための投射レンズと、
該投射レンズと前記液晶パネルを含め前記液晶プロジェクタが有する構成要素を固定するための樹脂材料によるエンジンボトムと、
該エンジンボトムに対して前記液晶パネルを固定するための第１の取付け部材と、
前記エンジンボトムに対して前記投射レンズを固定するための第２の取付け部材と、
前記投射レンズの光軸上の位置が前記第１の取付け部材の前記投射レンズの光軸上の位置の近傍に位置する第３の取付け部材と、
前記投射レンズの光軸上の位置が前記第２の取付け部材の前記投射レンズの光軸上の位置近傍に位置する第４の取付け部材と、
前記第３の取付け部材と第４の取付け部材により前記エンジンボトムに固定される金属材料による伸縮防止部材を有し、
前記伸縮防止部材は、前記エンジンボトムの異なる位置に取付けられる複数のブラケットを含み、
前記伸縮防止部材は、前記第３の取付け部材を通すための略四角形の第１の取付け孔と、前記第４の取付け部材を通すための略四角形の第２の取付け孔を有し、
第１の取付け孔と第２の取付け孔を結ぶ軸に対して略４５度傾いた方向に、前記第１及び第２の取付け孔の辺を有し、
前記第３及び第４の取付け部材は、前記略４５度傾いた辺に当接して取付けられることを特徴とする液晶プロジェクタ。