JPH05303143A

JPH05303143A - プロジェクタの照明装置

Info

Publication number: JPH05303143A
Application number: JP4110250A
Authority: JP
Inventors: Masami Himuro; 昌美氷室
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1993-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶プロジェクタなどのプロジェクタに使用
される照明装置において、プロジェクタの投写レンズを
小型化できるようにする。【構成】点光源１１からの光を平行光線とし、この平
行光線を透過原版１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂに照射し、こ
の透過原版を通過した光線をスクリーンに投写させるプ
ロジェクタの照明装置において、点光源１１の後方に配
置したパラボラ反射鏡２と、平行光線出力部を除く点光
源１１の前方に配置した球面反射鏡３とで、点光源１１
からの光を平行光線にすると共に、パラボラ反射鏡２と
して、平行光線の所要照明径とほぼ等しい開口径で集光
効率５０％になる焦点距離とし、球面反射鏡３として、
平行光線の所要照明径よりも若干大きい径の球面鏡とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶パネルなどの透過
原版を使用してスクリーン上に画像を投写させるプロジ
ェクタに使用される照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、投写型のカラー画像表示装置とし
て、液晶パネルを使用した液晶プロジェクタと称される
ものが開発されている。この液晶プロジェクタは、キセ
ノンランプなどの光源からの光を光学部材により平行光
線とした後、ダイクロイックミラーにより赤色光，緑色
光及び青色光の３色に色分解し、分解したそれぞれの色
の光路に液晶パネルを配置する。そして、それぞれの光
路の液晶パネルに、投写する映像の赤色画像，緑色画像
及び青色画像を形成させて、各光路の光線を赤色像光，
緑色像光及び青色像光にした後、それぞれの像光をダイ
クロイックミラーにより合成し、合成光を投写レンズを
介してスクリーンに拡大投写させるものである。

【０００３】ここで、図２に具体的な液晶プロジェクタ
の構成の一例を示すと、図中１０は液晶プロジェクタ全
体を示し、このプロジェクタ１０はメタルハライドラン
プなどの光源１１からの光を、反射鏡３０により平行光
線とし、この平行光線を照明光として第１のダイクロイ
ックミラー１３に入射させる。そして、この第１のダイ
クロイックミラー１３で光源１１からの光から緑色成分
を直進させ、他の色成分を９０°曲折させる。そして、
曲折された色成分を第２のダイクロイックミラー１４に
入射させる。この第２のダイクロイックミラー１４で
は、緑色成分が除去された色成分から赤色成分を９０°
曲折させ、残りの青色成分を直進させる。

【０００４】そして、第１のダイクロイックミラー１３
で分離された緑色成分を、ミラー１７で９０°曲折させ
た後、投写させるカラー画像の緑色成分が表示される緑
色用液晶パネル１９Ｇを透過させ、透過により形成され
た緑色像光を第３のダイクロイックミラー１５に入射さ
せる。また、第２のダイクロイックミラー１４で分離さ
れた赤色成分を、投写させるカラー画像の赤色成分が表
示される赤色用液晶パネル１９Ｇを透過させ、透過によ
り形成された赤色像光を第３のダイクロイックミラー１
５に入射させる。そして、第３のダイクロイックミラー
１５で、赤色用液晶パネル１９Ｇを透過した光と、緑色
用液晶パネル１９Ｇを透過した光とを合成し、合成光を
第４のダイクロイックミラー１６に入射させる。さら
に、第２のダイクロイックミラー１４で分離された青色
成分を、投写させるカラー画像の青色成分が表示される
青色用液晶パネル１９Ｂを透過させ、透過により形成さ
れた青色像光をミラー１８で９０°曲折させた後、第４
のダイクロイックミラー１６に入射させる。そして、第
４のダイクロイックミラー１６で、第３のダイクロイッ
クミラー１５からの赤色成分と緑色成分との合成光と、
青色用液晶パネル１９Ｂを透過した青色成分の光とを合
成し、３原色が合成されたカラー像光を投写レンズ２０
に入射させる。

【０００５】そして、投写レンズ２０から出力される像
光をスクリーン（図示せず）に到達させ、スクリーン上
にカラー画像を表示させる。

【０００６】なお、構成が簡単な液晶プロジェクタで
は、１枚の液晶パネルにカラー画像を表示させて、光源
からの光を色分解させずにこの１枚の液晶パネルに入射
させ、１枚の液晶パネルの透過光を直接スクリーンに表
示させるものもある。

【０００７】このように構成したことで、従来のＣＲＴ
を使用したプロジェクタのように、画像表示部自体が光
源を兼ねたものとは異なり、画像表示部である液晶パネ
ルと光源とが別体であるため、光源の明るさに対応した
高輝度な画像が得られると共に、液晶パネルにより解像
度が決まるため、高輝度且つ高解像度の画像を投写する
ことが可能になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
プロジェクタに使用される光源としては、平行光線を得
るために輝点径が小さい点光源が使用され、メタルハラ
イドランプやキセノンランプの適用が考えられる。ここ
で、理想的には完全な点光源であることが、平行光線を
得るための条件であり、輝点径が１ｍｍ程度のキセノン
ランプを使用することが好ましいが、種々の制約により
輝点径が３ｍｍ程度のメタルハライドランプを使用する
ことが多々ある。

【０００９】この比較的輝点径が大きいメタルハライド
ランプを光源として使用した場合には、集光器（反射鏡
３０）での輝点倍率の問題から、投写レンズの口径を光
源の輝点サイズの最大長と集光器の倍率の積と等しくす
る設計が最適で、それ以上にしても投写光量は増加しな
いが、逆に小さくした場合には投写光量が低下してしま
う。

【００１０】ここで、従来の集光器の構成例を図３に示
すと、図中１１はメタルハライドランプなどの光源を示
し、この光源１１からの光を反射鏡３０で平行光線とし
て液晶パネル１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂを透過させ、液晶
パネル１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂに表示される像ｍをスク
リーン（図示せず）に拡大投写するものである。ここで
は、反射鏡３０として、光源１１から液晶パネル側を向
いて後方になる位置に後部球面反射鏡３１を配し、平行
光線が出力される部分を除く前方に、後部球面反射鏡３
１よりも径の大きな前部反射鏡３２を配する。

【００１１】このとき、例えば後部球面反射鏡３１とし
て直径１００ｍｍとし、前部球面反射鏡３２として直径
１２０ｍｍとし、前部球面反射鏡３２の平行光線が出力
される開口部を直径８０ｍｍとする。そして、この直径
８０ｍｍの開口部に凹レンズ３３を配置し、この凹レン
ズ３３で反射鏡３０から出力される光を平行光線とす
る。

【００１２】そして、この反射鏡３０から出力される平
行光線を、フィールドレンズ３４に入射させ、このフィ
ールドレンズ３４で絞られた光を液晶パネル１９Ｒ，１
９Ｇ，１９Ｂに入射させ、液晶パネル１９Ｒ，１９Ｇ，
１９Ｂを透過した光を投写レンズ（図示せず）により投
写させる。ここで、フィールドレンズ３４として例えば
焦点距離１００ｍｍの凸レンズを使用し、液晶パネル１
９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂとして表示画像の対角線が３イン
チのサイズのものを使用する。

【００１３】なお、この図３では、ダイクロイックミラ
ーなどの分光手段は省略してあり、各色の液晶パネル１
９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂを同じ光学系として示している。
また、図３において、後部球面反射鏡３１の後方に破線
で示すものが、輝点の仮想位置である。

【００１４】この図３に示す従来の構成の場合には、光
源１１の前部の反射鏡３２があるために、平行光線の照
度が増大し、効率の良い照明光が得られるが、投写レン
ズとして非常に口径の大きなものを必要とする不都合が
あった。即ち、光源１１の輝点の拡散径（輝点の拡大
像）は図３にｘ₁，ｘ₂として示すように形成される。
ここで、フィールドレンズ３４に入射するまでは拡散径
ｘ₁が拡がり、フィールドレンズ３４を通過後の輝点の
拡散径ｘ₂は一定で、投写レンズの口径を拡散径ｘ₂と
することで、投写される像光の照度が最大になる。

【００１５】このような構成において、集光効率を例え
ば８０％程度と高くした場合には、凹レンズ３３を含む
反射鏡３０の総合的な焦点距離が短くなるため、フィー
ルドレンズ３４を通過後の輝点の拡散径ｘ₂のサイズが
非常に大きくなってしまう。例えば、図３の例では液晶
パネル１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂを透過した拡散径ｘ₂の
サイズは、液晶パネル１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂに表示さ
れる像ｍのサイズとほぼ等しい。従って、従来はこのよ
うな反射鏡を使用して集光効率を高くすると、投写レン
ズの口径を大きくする必要があった。

【００１６】なお、図３の構成では、光源の輝点径がメ
タルハライドランプのように大きいと、口径食などが発
生して投写光の照度が減少する不都合があり、この構成
では輝点径が小さいキセノンランプを使用するのが一般
的である。

【００１７】本発明はかかる点に鑑み、この種のプロジ
ェクタに使用される照明装置において、プロジェクタの
投写レンズを小型化できるようにすることを目的とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、例えば図１に
示すように、点光源１１からの光を平行光線とし、この
平行光線を透過原版１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂに照射し、
この透過原版を通過した光線をスクリーンに投写させる
プロジェクタの照明装置において、点光源１１の後方に
配置したパラボラ反射鏡２と、平行光線出力部を除く点
光源１１の前方に配置した球面反射鏡３とで、点光源１
１からの光を平行光線にすると共に、パラボラ反射鏡２
として、平行光線の所要照明径と等しい開口径で集光効
率５０％になる焦点距離とし、球面反射鏡３として、平
行光線の所要照明径よりも若干大きい径の球面鏡とした
ものである。

【００１９】また、この場合に点光源１１からの光がパ
ラボラ反射鏡２と球面反射鏡３とで形成された平行光線
を、フィールドレンズ３４を介して透過原版１９Ｒ，１
９Ｇ，１９Ｂに照射するようにしたものである。

【００２０】

【作用】本発明によると、光源の輝点の拡散径（輝点の
拡大像）が小さくなり、照明光の照度が最大になる投写
レンズの口径が小さくなり、小径の投写レンズを使用し
て照度の高い画像を投写することが可能になる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図１を参照して
説明する。この図１において、図２及び図３に対応する
部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。

【００２２】本例においては、スクリーンに投写像を表
示させる液晶プロジェクタ用の照明装置としたもので、
図１にその光学系の要部を示す。図１において、１は反
射装置を示し、この反射装置１はメタルハライドランプ
よりなる点光源１１を中心に配置し、光源１１よりも後
方（投写レンズと反対側）をパラボラ反射鏡２とし、光
源１１よりも前方（投写レンズ側）の照明光出力部を除
く部分を球面反射鏡３としてある。ここで、パラボラ反
射鏡２は、照明光として出力させる平行光線の直径と等
しい径（ここでは８０ｍｍとする）で形成され、集光効
率が５０％になると共に比較的長い焦点距離とする。例
えば、焦点距離Ｆをパラボラ反射鏡２の径（８０ｍｍ）
の約１／４とする。このパラボラ反射鏡２によると、鏡
面が放物面とされているので、中央の光源１１からの光
が反射により平行光線になる。また、球面反射鏡３は、
照明光として出力させる平行光線の直径より若干大きい
径（好ましくは平行光線の直径の１．１倍〜１．５倍，
ここでは約１．２倍の１００ｍｍとする）の球面鏡と
し、光源１１から球面反射鏡３に向かう光を、そのまま
同じ方向に反射させる。

【００２３】そして、この反射装置１により平行光線と
されて球面反射鏡３の前方の開口部から出力された照明
光を、フィールドレンズ３４に入射させ、このフィール
ドレンズ３４で絞られた光を液晶パネル１９Ｒ，１９
Ｇ，１９Ｂに入射させ、液晶パネル１９Ｒ，１９Ｇ，１
９Ｂを透過した光を投写レンズ（図示せず）により投写
させる。ここで、フィールドレンズ３４として例えば焦
点距離１００ｍｍの凸レンズを使用し、液晶パネル１９
Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂとして表示画像の対角線が３インチ
のサイズのものを使用する。なお、図１において、パラ
ボラ反射鏡２の後方に破線で示すものが、輝点の仮想位
置である。

【００２４】その他の部分は、従来例として図２及び図
３に示した液晶プロジェクタと同様に構成する。

【００２５】本例の構成の場合には、光源１１の前部の
球面反射鏡３があるために、平行光線の照度が増大し、
効率の良い照明光が得られる。例えば、上述した構成に
よると、パラボラ反射鏡２単体だけでは集光効率で５０
％あるのに、反射装置１の総合的な集光効率は８０％以
上になる。そして、光源１１の輝点の拡散径（輝点の拡
大像）が図１にｙ₁，ｙ₂として示すように小径にな
る。即ち、フィールドレンズ３４に入射するまでは拡散
径ｙ₁が拡がるが、この拡散径ｙ₁の拡がる角度は、パ
ラボラ反射鏡２の中心と光源１１の輝点径とを結ぶ線で
決まる。従って、輝点径が数ｍｍ程度であればフィール
ドレンズ３４を通過後の輝点の拡散径ｙ₂を小さくする
ことが可能になる。そして、この輝点の拡散径ｙ₂を投
写レンズの口径にすることで、投写される像光の照度が
最大になるので、投写レンズの口径を従来よりも大幅に
小さくすることができる。例えば、図３に示す従来例と
比較すると、照明光の照度が同じで投写レンズの口径を
約１／２にすることができる。

【００２６】このような投写レンズの口径を小さくする
ことができる効果は、液晶プロジェクタに適用して特に
顕著な効果がある。即ち、図２に示したような３板３原
色分解合成方式の液晶プロジェクタの場合には、ダイク
ロイックミラーなどで光源側からの平行光線を色分解し
てから液晶パネルに入射させる必要があるので、分光手
段などを配置するために光源から液晶パネルまでの光路
を比較的長くする必要があり、反射装置１からフィール
ドレンズ３４までの距離が長くなる。従って、輝点の拡
散径ｙ₁の拡がる角度が大きいと、フィールドレンズ３
４を通過後の輝点の拡散径ｙ₂も非常に大きくなってし
まうが（図３の状態）、本例の構成では反射装置１から
フィールドレンズ３４までの距離が長くても、フィール
ドレンズ３４を通過後の輝点の拡散径ｙ₂を小さくする
ことができ、投写レンズの口径を小さくすることができ
る。

【００２７】また、このように輝点の拡散径ｙ₂を小さ
く抑えることができることで、メタルハライドランプや
ハロゲンランプなどの比較的輝点径の大きい光源を使用
しても、輝点の拡散径ｙ₂が大きくなることはなく、メ
タルハライドランプなどの比較的輝点径の大きい光源を
使用しても良好な特性が確保される。

【００２８】なお、上述実施例では液晶プロジェクタに
適用したが、他の方式のプロジェクタの照明装置にも適
用できることは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】本発明によると、光源の輝点の拡散径
（輝点の拡大像）が小さくなり、照明光の照度が最大に
なる投写レンズの口径が小さくなり、小径の投写レンズ
を使用して照度の高い画像を投写することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】液晶プロジェクタの一例を示す断面図である。

【図３】従来のプロジェクタ用照明装置の一例を示す構
成図である。

【符号の説明】

１反射装置２パラボラ反射鏡３球面反射鏡１１光源１９Ｒ，１９Ｂ，１９Ｇ液晶パネル３４フィールドレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】点光源からの光を平行光線とし、該平行
光線を透過原版に照射し、該透過原版を通過した光線を
スクリーンに投写させるプロジェクタの照明装置におい
て、上記点光源の後方に配置したパラボラ反射鏡と、上記平
行光線出力部を除く上記点光源の前方に配置した球面反
射鏡とで、上記点光源からの光を平行光線にすると共
に、上記パラボラ反射鏡として、上記平行光線の所要照明径
とほぼ等しい開口径で集光効率約５０％になる焦点距離
とし、上記球面反射鏡として、上記平行光線の所要照明径より
も若干大きい径の球面鏡としたプロジェクタの照明装
置。
【請求項２】上記点光源からの光が上記パラボラ反射
鏡と上記球面反射鏡とで形成された上記平行光線を、フ
ィールドレンズを介して上記透過原版に照射するように
した請求項１記載のプロジェクタの照明装置。