JPH06118374A - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶プロジェクタ光源部の集光効率を高め輝
度改善を図る。 【構成】 液晶プロジェクタは、光軸５に沿って順に配
列された光源部１と液晶パネル２とプロジェクションレ
ンズ光学系３とを備えている。光源部１と液晶パネル２
の間にライトガイド部材１１が介在している。このライ
トガイド部材１１は、入射側から出射側に向ってテーパ
状に拡大する導光細管１２を束ねた集合体からなり、プ
ロジェクションに必要な平行光を得る事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は透過型の液晶パネルをラ
イトバルブとして用いる液晶プロジェクタに関する。よ
り詳しくは液晶パネルの照明構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３を参照して従来の液晶プロジェク
タの一般的な構成を簡潔に説明する。液晶プロジェクタ
は、光軸に沿って光源部１０１と液晶パネル１０２とプ
ロジェクションレンズ光学系１０３とを順に配列した構
造を有する。光源部１０１を構成するランプ１０４から
出た光は反射鏡１０５によって後方に放射される成分が
前方に集められ、コンデンサレンズ１０６に入射する。
コンデンサレンズ１０６は光をさらに集中して入射側偏
光板１０７を介し液晶パネル１０２へ導光する。導かれ
た光はシャッタあるいはライトバルブの機能を有する液
晶パネル１０２及び出射側偏光板１０８により画像に変
換される。表示された画像はプロジェクションレンズ光
学系１０３を介してスクリーン１０９上に拡大投影され
る。

【０００３】液晶プロジェクタでは、光源部１０１から
の光が光軸１１０に対して平行であればある程プロジェ
クションレンズ光学系１０３まで到達できる光量が増加
し、スクリーン１０９に映し出された画像の輝度が大き
くなる。光軸１１０に対して平行でない光線は光路中で
障害物により遮られたり、光路から外れた方向に進む
為、プロジェクションレンズ光学系１０３にまで到達す
る事ができない。従って、光源部１０１からの照明光は
可能な限り平行光線にする必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】液晶プロジェクタにお
いて有効に集光されるランプの光源光は、放物面等様々
な形状をした反射鏡（リフレクタ）を用いて投射方向に
指向させる工夫がなされている。しかしながら、それで
も光源光の利用効率はたかだか６０％であり、画像プロ
ジェクションに必要な光軸に対して平行な光成分はさら
にその半分の３０％にも達していない。不要な光は様々
な方向に散乱する為、リフレクタ形状の工夫だけで集光
効率を改善する事は難しい。この為、従来の液晶プロジ
ェクタでは投影スクリーンまで到達する光量は少なくな
り表示画像が暗いという課題がある。又、平行光により
投影された有効画像の上に、平行光以外の迷光が差し込
む為コントラストが低下するという課題がある。

【０００５】又、従来の液晶プロジェクタでは十分な平
行光照明が得られない関係から、液晶パネルに取り付け
られる偏光素子として比較的入射角依存性の少ない偏光
板を用いていた。しかしながら、偏光板の透過効率は約
３０％であり液晶パネルの入射側と出射側で２枚用いる
と透過光量が著しく減衰してしまうという課題がある。
偏光素子としては、偏光板の他に透過効率が約９０％の
偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）が知られている。しか
しながら、このＰＢＳは入射角依存性があり、平行光に
対してのみ良好な偏光特性を示す。従って、従来の照明
構造では、このＰＢＳを有効に活用する事ができなかっ
た。なお、ＰＢＳを投射型液晶表示装置に利用する例
が、例えば特開昭６３−１２３０１８号公報に開示され
ているが、これは反射型の液晶パネルに組み合わされる
ものであり一般的な透過型液晶パネルを利用した構造と
は異なる。

【０００６】さらに従来の光源部構造の問題点を詳述す
る。最近の液晶プロジェクタの光源には、メタルハライ
ドランプが使用されている。メタルハライドランプに限
らず、ランプから出る光は一点から放射される事はな
く、ランプのガラス管全体が発光する為、理想的な点光
源ではなく実際には面光源である。従来技術において
は、ランプから出る光を集める為様々な形状をしたリフ
レクタが利用されているが、これらは点光源を前提とし
て設計位置決めがなされているものが殆どであり、面光
源から出た光を設計通りに集光制御する事は困難であ
る。例えば、図１４に簡易的な例として互いに離間した
２点から光が放出されるランプの例を示している。今仮
に、反射鏡１０５がランプ１０４の前方側発光点に合わ
せて設計、位置決めがなされているとすると、当該発光
点から放射した光はリフレクタにより反射され、その方
向が光軸に平行となって設計通りランプ前方に向う有効
な光１１１となる。一方、後方側の発光点から出た光は
リフレクタにより反射されても平行光線とはならず斜め
に放射された斜行光線１１２になってしまう。これも有
効な光ではあるが全てをプロジェクションレンズ光学系
まで導く事は難しい。又、現状では無駄な無効成分１１
３が非常に多く含まれる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は光源光の有効利用を促進し液晶プロ
ジェクタの画像表示輝度を改善する事を目的とする。か
かる目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち、本
発明にかかる液晶プロジェクタは基本的な構成要素とし
て、光軸に沿って順に配列した光源部と液晶パネルとプ
ロジェクションレンズ光学系とを備えている。本発明の
特徴事項として、該光源部と液晶パネルの間にライトガ
イド部材が介在している。このライトガイド部材は、入
射側から出射側に向ってテーパ状に拡大する個々の導光
細管を束ねた集合体からなる。

【０００８】個々の導光細管は、例えばテーパのついた
円筒体あるい角筒体からなり、その内面に鏡面加工が施
されている。あるいは、導光細管はテーパのついた透明
円柱体又は透明角柱体からなりその外面に鏡面加工が施
されたものでも良い。これらの構造に代えて、テーパの
ついた光ファイバを束ねてライトガイド部材としても良
い。好ましくは、個々の導光細管の出射側端部にマイク
ロプリズムが設けられている。あるいは、導光細管の入
射側端部に集光用マイクロレンズが設けられている。

【０００９】好ましくは、前記光源部はランプと楕円反
射鏡の組み合わせから構成されている。又、液晶パネル
の両側に従来の偏光板に代え偏光ビームスプリッタを配
置する事ができる。

【００１０】本発明の一態様によれば、前記ライトガイ
ド部材は導光細管集合体の出射側端部外形が液晶パネル
の画面形状に対応した矩形である。この場合には、個々
の導光細管は入射側端面が真円形を有し出射側端面が拡
大偏平円形となる。又は、入射側端面が正方形であり出
射側端面が拡大長方形となる。あるいは、入射側端面が
正六角形であり出射側端面が拡大偏平六角形となる。

【００１１】

【作用】前述した様に、従来の液晶プロジェクタでは、
ランプと反射鏡等から構成されている光源部において、
平行光成分として有効に利用されていた光は光源光量の
約３０％にも達していない。そこで、本発明ではテーパ
状に拡大する導光細管を幾つも束ねライトガイド部材と
する。このライトガイド部材の小開口側をランプ側に配
置し、大開口側を投射側に向けて配置する。この様にす
ると、平行とは程遠い傾斜角で散乱していた為従来利用
されていなかった斜行成分が平行に近い角度に制御さ
れ、ライトガイド部材の出射側では平行光に近い成分と
して取り出す事ができる。ライトガイド部材の出射光線
は実質的に平行光に揃えられている為、従来損失となっ
ていた光の有効利用を図る事ができる。加えて、液晶パ
ネルに取り付けられていた偏光板の代わりに透過効率の
優れた偏光ビームスプリッタを採用する事が可能とな
り、プロジェクタとしての大幅な輝度改善が図れる。さ
らに、導光細管集合体の出射側端部外形を液晶パネルの
画面形状に対応した矩形とする事により、ライトガイド
部材に矩形変換機能を付与する事ができる。これによ
り、光源光のより一層効率的な利用を図る事が可能にな
る。

【００１２】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は、本発明にかかる液晶プロジェ
クタの基本的な構成例を示す模式的なブロック図であ
る。図示する様に、本液晶プロジェクタは光源部１と液
晶パネル２とプロジェクションレンズ光学系３とを光軸
５に沿って順に配列した構造を有する。光源部１は反射
鏡６とランプ７の組み合わせからなる。又、液晶パネル
２は例えばツイストネマティクモードのアクティブマト
リクス型液晶セルからなり、その両側には偏光板８，９
が装着されている。勿論、この偏光板に代えて偏光ビー
ムスプリッタを用いる事が可能である。プロジェクショ
ンレンズ光学系３を通過した光を画像として形成する為
にスクリーン１０が備えられている。

【００１３】本発明の特徴事項として、光源部１と液晶
パネル２との間にライトガイド部材１１が介在してい
る。このライトガイド部材１１は、入射側から出射側に
向ってテーパ状に拡大する導光細管１２を束ねた集合体
からなる。なお、ライトガイド部材１１の出射側には平
行化レンズ１３とコンデンサレンズ１４とが配置されて
いる。

【００１４】図２は、本発明の要部をなすライトガイド
部材１１の機能説明図である。光源部のランプ７から出
射した光はライトガイド部材１１を構成する個々の導光
細管１２の入射側端面に進入する。個々の導光細管に進
入した光は、夫々の細管中心軸に対して略平行な光とな
って出射側端部から取り出される。しかしながら、図示
の様にテーパの付された導光細管を束ねた場合には各細
管から出射した光が光学系全体の光軸５に対して若干傾
斜した出射角度を持つ事になる。従って、導光細管の取
り付け傾斜角度に見合った補正用の平行化レンズ１３を
ライトガイド部材１１の出射側に配置する事により、該
レンズ１３を通して光軸５に略平行な光を取り出す事が
できる。

【００１５】図３は１本の導光細管１２の構成例を示す
模式的な断面図である。この導光細管１２は内面１５を
鏡面加工した末広がりの円筒体１６からなる。円筒体１
６の入射側端部から進入した散乱光１７の光路が示され
ている。テーパ状円筒体１６の中心軸１８に対して所定
の角度で入射した光１７は、鏡面加工の施された内面１
５で反射を重ねる事により中心軸１８に対する傾斜角度
が次第に小さくなっていく。円筒体１５の長手寸法が十
分大きければ、出射側から出てくる光１９の中心軸１８
に対する傾斜角度は、略中心軸１８と平行に近くなるま
で緩和縮小される事になる。従って、光軸（図示せず）
に対する円筒体中心軸の傾きを小さくし且つ導光細管１
２の長手寸法を十分に確保すると、出射側から取り出さ
れる光１９は中心軸１８に対して略平行な光線として利
用する事ができる。例えば、導光細管１２の入射側開口
寸法を５mmに設定し、出射側開口寸法を２０mmに設定
し、長手寸法を１５０mmに設定した場合、中心軸１８に
対して入射光１７の傾斜角が６０°である時には、出射
光１９の傾斜角を１３．４°まで減少させる事ができ
る。

【００１６】図４は導光細管の他の構造例を示す模式的
な斜視図である。本例では導光細管がテーパの付いた角
筒体からなり、その内面に鏡面加工が施されている。図
３に示した円筒体に比べ、導光細管を束ねて集合体とし
た場合互いに面接触となる為隣接する細管の間に無効な
隙間がなくなる。

【００１７】図５は導光細管の別の例を示す模式的な斜
視図である。この例では導光細管がテーパの付いた透明
角柱体からなりその外面に鏡面加工が施されている。図
４に示した角筒体に比べ加工が容易になるという利点が
ある。

【００１８】図６は、さらに別の導光細管の構造例を示
す模式的な斜視図である。本例では、導光細管はテーパ
の付された透明円柱体からなりその外面に鏡面加工が施
されている。図５に示した角柱体に比べより加工が容易
になるという利点がある。但し、テーパの付された円柱
体を束ねた場合には角柱体と異なり隣接する導光細管の
間に隙間が生じる。

【００１９】図７は、本発明にかかる液晶プロジェクタ
に組み込まれるライトガイド部材の他の構成例を示す模
式的な斜視図である。本例では、個々の導光細管１２は
夫々、その出射側端部にウェッジ型のマイクロプリズム
２０を備えている。マイクロプリズム２０の頂角は光軸
に対する個々の導光細管１２の傾き角に応じて適切に設
定されている。かかる構成により、個々の導光細管毎に
精度良く出射光線を平行に制御する事ができる。即ち、
本例は図２に示した単体の平行化レンズ１３に代えて、
平行化用マイクロプリズムアレイを採用したものであ
る。

【００２０】図８は、本発明にかかる液晶プロジェクタ
に組み込まれるライトガイド部材のさらに他の構成例を
示す模式的な断面図である。図２に示した先の例では導
光細管の側面を互いに密着させて束ねていたが、本例で
は個々の導光細管１２の中心軸１８とプロジェクション
光学系の光軸５とが平行になる様に束ねている。従っ
て、隣接するテーパの付された導光細管の間に隙間２１
が生じる事になる。かかる構成では、各導光細管１２か
ら出射された光が略光軸５に対して平行となる為、先に
示した平行化レンズ１３や平行化マイクロプリズムアレ
イ等が不要になる。しかしながら、各導光細管１２の入
射側端部に集光用のマイクロレンズ２２を設ける必要が
ある。このマイクロレンズ２２は光源からの入射光１７
を導光細管の開口部に導き、隙間２１の部分に入らない
様にする機能を有する。

【００２１】図９は本発明にかかる液晶プロジェクタの
改良例を示す模式的なブロック図である。基本的には図
１に示した実施例と同一の構造を有しており、光軸に沿
って順に光源部５１、ライトガイド部材５２、液晶パネ
ル５３、プロジェクションレンズ光学系５４が配列され
ている。以下改良された点を列挙していく。先ず、ライ
トガイド部材５２を構成する個々の導光細管５５は、例
えばテーパの付いた光ファイバからなる。従って、ライ
トガイド部材５２は全体としてイメージガイドの機能を
果す。特に、導光細管集合体の出射側端部外形は、液晶
パネル５３の画面形状に対応した矩形となっており、本
例のライトガイド部材５２は矩形変換機能を有する。こ
れにより光源光をさらに有効に利用する事ができ、液晶
パネル５３に対する照射光量が一層増大する。

【００２２】液晶パネル５３の両側には、図１に示した
偏光板に代えて偏光ビームスプリッタ５６，５７が装着
されている。偏光ビームスプリッタは平行入射光に対し
て約９０％の透過効率を有しており明るいプロジェクシ
ョン画像を得る事ができる。なお、ライトガイド部材５
２と入射側偏光ビームスプリッタ５６との間にコンデン
サレンズ５８が介在している。

【００２３】本例においては、光源部５１は回転楕円反
射鏡５９と放電管ランプ６０の組み合わせからなる。前
述した様に、ライトガイド部材５２を用いた場合にはで
きる限り大量の光源光を入射開口に集める事が重要であ
り、必ずしも光源光自体が平行である必要はない。ライ
トガイド部材５２を通過する間に平行光に制御される。
従って、従来の放物面反射鏡に代え集光効率の優れた楕
円反射鏡５９を用いる事が有利である。楕円反射鏡は、
ランプ６０から発する光束を略全部ライトガイド部材５
２の入射開口に集光する事ができる。なお、光源部５１
とライトガイド部材５２の間には赤外線カットフィルタ
６１と紫外線カットフィルタ６２が介在している。

【００２４】図１０は矩形変換機能を有するライトガイ
ド部材５２の機能を説明する為の模式図である。中央部
にライトガイド部材５２の側面形状を示し、左部に入射
側端面外形を示し、右部に出射側端面外形を示す。図示
する様に、出射側端面外形６３は、辺比３対４の矩形を
有し、液晶パネルの画面形状に対応している。これと関
連して、個々の導光細管５５の出射側端面は拡大長方形
を有する。一方、その入射側端面は正方形を有する。か
かる構造により、ライトガイド部材５２から出射された
平行光は略全量が液晶パネルの有効画面に照射される。
一方、点線に示す様に従来の液晶プロジェクタでは、液
晶パネルの画面全体を照射するために外接円形状の出射
光スポット６４が必要となり非有効光束が２０〜３０％
含まれる事となる。一方、ライトガイド部材５２の入射
側端面外形６５は正方形である。その寸法は、光源部５
１から入射した光スポット６６を全て受光できる様に設
定されており全光源量をライトガイド部材５２内に導く
事ができる。なお図９に示した改良例ではリフレクタと
して楕円反射鏡を用いたが、必ずしもこれに限られるも
のではなく放物面反射鏡あるいは球面反射鏡を用いても
良い。何れにしても、リフレクタは回転体で構成されて
いるので反射光スポットは図１０に示した様に円形状と
なる。

【００２５】図１１はライトガイド部材の他の構成例を
示す模式図である。本例では個々の導光細管５５の入射
側端面は真円形であり、出射側端面は拡大偏平円形であ
る。かかる形状は導光細管５５として光ファイバを用い
る場合に適している。

【００２６】図１２はライトガイド部材のさらに別の構
成例を示す模式図である。本例では、導光細管５５の入
射側端面が正六角形であり、出射側端面が拡大偏平六角
形である。この様な構造は、例えばアルミニウム薄板等
をハニカム構造に組み合わせる事により実現可能であ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、光
源部とライトガイド部材入射面との間を完全に囲う事に
より、殆ど全ての光源光を平行光に近い状態でライトガ
イド部材の出口から取り出す事ができ、液晶プロジェク
タの輝度を大幅に改善する事ができるという効果があ
る。ライトガイド部材の出口から出射した光は殆ど平行
光である為、液晶パネルに取り付けられる偏光素子とし
て、従来の偏光板の代わりに透過効率の良い偏光ビーム
スプリッタを採用する事ができるという効果がある。
又、平行光である為プロジェクションレンズ光学系やさ
らにはスクリーンまで多量の光を導く事ができ一層の輝
度向上が図れるという効果がある。又、ランプと反射鏡
の相対的な位置ずれやランプ輝度分布の経時変化によっ
て光線方向が多少変化しても、ライトガイド部材出射側
ではその変化が緩和される。従って、ランプ取り付け位
置精度のばらつきに対して許容範囲が広がり位置ずれに
強い構造を得る事ができるという効果がある。さらに、
ランプ輝度分布の経時変化がある程度許容できるのでラ
ンプの耐用年数が延びるという効果がある。以上によ
り、ランプや反射鏡の歩留りが向上し製造コストを下げ
る事ができるという効果がある。さらには、矩形変換機
能を有するライトガイド部材を利用する事により、従来
無効画面に向けられていた不要な光成分を有効画面内に
導く事ができ一層の輝度改善を図る事ができるという効
果がある。なお、本発明は液晶プロジェクタに限らず、
ランプ光源を利用して画像を投射するプロジェクタ全般
に寄与する事が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶プロジェクタの基本的な構
成例を示す模式的なブロック図である。

【図２】本発明の要部をなすライトガイド部材の機能説
明図である。

【図３】ライトガイド部材を構成する導光細管の機能説
明図である。

【図４】導光細管の他の例を示す斜視図である。

【図５】導光細管の別の例を示す斜視図である。

【図６】導光細管のさらに別の例を示す斜視図である。

【図７】ライトガイド部材の他の例を示す斜視図であ
る。

【図８】ライトガイド部材の別の例を示す断面図であ
る。

【図９】本発明にかかる液晶プロジェクタの他の実施例
を示す模式的なブロック図である。

【図１０】図９に示した液晶プロジェクタに組み込まれ
るライトガイド部材の一例を示す模式図である。

【図１１】同じくライトガイド部材の他の例を示す模式
図である。

【図１２】同じくライトガイド部材のさらに別の例を示
す模式図である。

【図１３】従来の液晶プロジェクタの一例を示すブロッ
ク図である。

【図１４】従来の液晶プロジェクタに組み込まれる光源
部の作用を表わす光線図である。

【符号の説明】

１ 光源部 ２ 液晶パネル ３ プロジェクションレンズ光学系 ５ 光軸 ６ 反射鏡 ７ ランプ １０ スクリーン １１ ライトガイド部材 １２ 導光細管 １３ 平行化レンズ １４ コンデンサレンズ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸に沿って光源部と液晶パネルとプロ
   ジェクションレンズ光学系とを順に配列した液晶プロジ
   ェクタであって、 該光源部と液晶パネルの間にライトガイド部材が介在し
   ており、 該ライトガイド部材が、入射側から出射側に向ってテー
   パ状に拡大する導光細管を束ねた集合体からなる事を特
   徴とする液晶プロジェクタ。
2. 【請求項２】 前記導光細管は、テーパのついた円筒体
   からなり、その内面に鏡面加工が施されている事を特徴
   とする請求項１記載の液晶プロジェクタ。
3. 【請求項３】 前記導光細管は、テーパのついた角筒体
   からなり、その内面に鏡面加工が施されている事を特徴
   とする請求項１記載の液晶プロジェクタ。
4. 【請求項４】 前記導光細管は、テーパのついた透明円
   柱体からなり、その外面に鏡面加工が施されている事を
   特徴とする請求項１記載の液晶プロジェクタ。
5. 【請求項５】 前記導光細管は、テーパのついた透明角
   柱体からなり、その外面に鏡面加工が施されている事を
   特徴とする請求項１記載の液晶プロジェクタ。
6. 【請求項６】 前記導光細管は、テーパのついた光ファ
   イバからなる事を特徴とする請求項１記載の液晶プロジ
   ェクタ。
7. 【請求項７】 前記光源部は、ランプと楕円反射鏡とか
   らなる事を特徴とする請求項１記載の液晶プロジェク
   タ。
8. 【請求項８】 前記液晶パネルの両側に偏光ビームスプ
   リッタが配置している事を特徴とする請求項１記載の液
   晶プロジェクタ。
9. 【請求項９】 前記導光細管は、その出射側端部にマイ
   クロプリズムを備えている事を特徴とする請求項１記載
   の液晶プロジェクタ。
10. 【請求項１０】 前記導光細管は、その入射側端部に集
    光用マイクロレンズを備えている事を特徴とする請求項
    １記載の液晶プロジェクタ。
11. 【請求項１１】 前記ライトガイド部材は、導光細管集
    合体の出射側端部外形が該液晶パネルの画面形状に対応
    した矩形である事を特徴とする請求項１記載の液晶プロ
    ジェクタ。
12. 【請求項１２】 前記導光細管は、入射側端面が円形で
    あり出射側端面が拡大偏平円形である事を特徴とする請
    求項１１記載の液晶プロジェクタ。
13. 【請求項１３】 前記導光細管は、入射側端面が正方形
    であり出射側端面が拡大長方形である事を特徴とする請
    求項１１記載の液晶プロジェクタ。
14. 【請求項１４】 前記導光細管は、入射側端面が正六角
    形であり、出射側端面が拡大偏平六角形である事を特徴
    とする請求項１１記載の液晶プロジェクタ。
15. 【請求項１５】 前記プロジェクションレンズ光学系を
    通過した光を画像として形成するスクリーンを備えた事
    を特徴とする請求項１記載の液晶プロジェクタ。