JPH09311292A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示素子を光束の有効利用を図りつつ適
切に照明し、スクリーン面上に良好なる画質で投影する
ことができるプロジェクターを得ること。 【解決手段】 光源からの光束の一部を集光反射面を介
して複数の２次光源像を形成する第１多眼式レンズに導
光し、該第１多眼式レンズにより形成された２次光源像
の近傍に第２多眼式レンズを配置し、該第２多眼式レン
ズからの光束で該２次光源像の位置近傍に前側焦点が位
置するように配置したコンデンサーレンズを介し、該コ
ンデンサーレンズからの光束で表示素子を照明し、該表
示素子に表示された画像情報を投影レンズで所定面上に
投影するプロジェクターにおいて、該第２多眼式レンズ
とコンデンサーレンズとの間であって該表示素子の光軸
上の一点を通過する軸上光束の該投影レンズの絞り径で
決定される有効光束の周部と該表示素子の最外部を通過
する軸外光束の該投影レンズの絞り径で決定される有効
光束の周部とが交差する位置近傍に絞りを配置している
こと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプロジェクターに関
し、特に被照射面（液晶表示素子）を光束の有効利用を
図りつつ、均一に照明し、被照射面に配置した表示素子
に表示した被投影画像を所定面上に明るくムラのない良
好なる画質で投影することができるようにしたものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より複数のカラー液晶（液晶表示素
子又は液晶ライトバルブ等）に表示されている画像情報
を光学的に重ね合わせて投影レンズによりスクリーン面
上に投影するようにしたカラー液晶プロジェクションが
種々と提案されている。

【０００３】図４は一般的なカラー液晶としての液晶表
示素子（４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ）に形成された画像を
スクリーン面（不図示）に投影するカラー液晶プロジェ
クターの一部分の要部概略図である。同図では、赤色
用，緑色用そして青色用の各液晶表示素子（４１Ｒ，４
１Ｇ，４１Ｂ）を光学的に合成して投影レンズ４８によ
って所定面上に投影する場合を示している。

【０００４】同図においては複数の２次光源像を形成す
るハエの眼レンズ等の２次光源形成手段（不図示）によ
って多眼式レンズ４２の近傍（入射瞳）に形成した複数
の２次光源からの白色光束を青色光反射ダイクロイック
ミラー４３と、緑色光反射ダイクロイックミラー４４に
よって３つの色光（青色光，緑色光，赤色光）に分割し
ている。そして分割した各色光でコンデンサーレンズ
（４５Ｂ，４５Ｇ，４５Ｒ）を介して青色用の液晶表示
素子４１Ｂ，緑色用の液晶表示素子４１Ｇ，赤色用の液
晶表示素子４１Ｒを照明している。

【０００５】そして青色用の液晶表示素子４１Ｂからの
青色光と緑色用の液晶表示素子４１Ｇからの緑色光を緑
色光反射ダイクロイックミラー４６で合成している。又
緑色光反射ダイクロイックミラー４６からの青色光と緑
色光と赤色用の液晶表示素子４１Ｒからの赤色光とを赤
色光反射ダイクロイックミラー４７で合成している。そ
して合成したこれらの各色光に基づく液晶表示素子（４
１Ｂ，４１Ｇ，４１Ｒ）に表示された画像情報を投影レ
ンズ４８によって所定面（スクリーン面）上に投影して
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４に示すカラー液晶
プロジェクターにおける色分解系と色合成系では光路を
稼ぐためにダイクロイックミラー及び全反射ミラーを用
いて光路を折り畳み、これによって装置全体のコンパク
ト化を図っている。

【０００７】従来より、液晶プロジェクターでは液晶表
示素子に表示した画像をスクリーン面上に投影すると
き、スクリーン上での明るさ及びムラ等の問題点が指摘
されている。この問題に対して液晶プロジェクター用の
照明光学系に多眼式レンズを用いて光源の色及び輝度ム
ラを極力抑えている。

【０００８】図４に示す従来の液晶プロジェクターにお
いて液晶表示素子に表示した画像情報を拡大・投影する
投影レンズに対して、スクリーン上の明るさに反映され
ない、つまり図４の点線で示す有効でない照明光束４９
までをも投影レンズ系４８に取り込んでしまうことがあ
った。この有効でない光線４９が液晶パネルを透過後、
色合成プリズム等の研磨面に大きな入射角で当たり、そ
こで全反射を起こしてゴーストとなって、スクリーン上
での映像に悪影響を及ぼすという問題点があった。

【０００９】又、液晶プロジェクターでは通常軸外の光
束を全て取り込むことはほとんどなく、レンズ鏡筒等で
光束を遮光している。このような、ケラレが存在する光
学系で、光源又は２次光源からの照明光束を被照射面を
照明する為の光束として全て取り込むと、色分解系や色
合成系を構成する上で図４で点線で示すような有効でな
い照明光束４９がコンデンサーレンズ４５Ｇと干渉して
くる場合があった。

【００１０】この干渉を避ける為には大きな空間を必要
とし、この結果、ダイクロイックミラー，コンデンサー
レンズ等の光学要素が大きくなり、色分解系と色合成系
が大型化してくるという問題点があった。

【００１１】本発明は、被照射面を照明する為の光学要
素を適切に設定することによって、装置全体の小型化を
図りつつ、被照射面を有効光束で効率的に、かつ輝度ム
ラ及び色ムラがなく、均一に照明し、又被照射面に設け
た被投影画像としての液晶表示素子に表示した画像情報
を所定面上に良好なる画質で投影することができるプロ
ジェクターの提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のプロジェクター
は、 (1-1) 光源からの光束の一部を集光反射面を介して複数
の２次光源像を形成する第１多眼式レンズに導光し、該
第１多眼式レンズにより形成された２次光源像の近傍に
第２多眼式レンズを配置し、該第２多眼式レンズからの
光束で該２次光源像の位置近傍に前側焦点が位置するよ
うに配置したコンデンサーレンズを介し、該コンデンサ
ーレンズからの光束で表示素子を照明し、該表示素子に
表示された画像情報を投影レンズで所定面上に投影する
プロジェクターにおいて、該第２多眼式レンズとコンデ
ンサーレンズとの間であって該表示素子の光軸上の一点
を通過する軸上光束の該投影レンズの絞り径で決定され
る有効光束の周部と該表示素子の最外部を通過する軸外
光束の該投影レンズの絞り径で決定される有効光束の周
部とが交差する位置近傍に絞りを配置していることを特
徴としている。

【００１３】特に、 (1-1-1) 前記絞りは前記表示素子の有効面と略相似形に
なっていること。

【００１４】(1-1-2) 前記集光反射面はパラボリック形
状をしていること。

【００１５】(1-1-3) 前記第１多眼式レンズと前記第２
多眼式レンズは複数の要素レンズを有し、これらの数は
互いに等しいこと。

【００１６】(1-1-4) 前記第２多眼式レンズは複数の要
素レンズを屈折力のある光学要素の少なくとも一方の面
に設けた構成より成っていること。等、を特徴としてい
る。

【００１７】(1-2) 光源からの光束の一部を集光反射面
を介して２次光源像を形成する第１レンズに導光し、該
第１レンズにより形成された２次光源像の近傍に第２レ
ンズを配置し、該第２レンズからの光束で該２次光源像
の位置近傍に前側焦点が位置するように配置したコンデ
ンサーレンズを介し、該コンデンサーレンズからの光束
で表示素子を照明し、該表示素子に表示された画像情報
を投影レンズで所定面上に投影するプロジェクターにお
いて、該第２レンズとコンデンサーレンズとの間であっ
て該表示素子の光軸上の一点を通過する軸上光束の該投
影レンズの絞り径で決定される有効光束の周部と該表示
素子の最外部を通過する軸外光束の該投影レンズの絞り
径で決定される有効光束の周部とが交差する位置近傍に
絞りを配置していることを特徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明のプロジェクターの
実施形態１の要部概略図である。

【００１９】同図において１は光源であり、照明光束を
供給するメタルハライドランプ等から成っている。２は
集光反射面であり、前記光源１からの光束を有効に利用
する為の楕円形状を有している。３は複数の２次光源像
を形成する為の第１多眼式レンズであり、例えば複数の
微小レンズを２次元的に配置したハエの眼レンズ（オプ
ティカルイングレータ）等から成っている。４は第２多
眼式レンズであり、その入射瞳位置近傍に第１多眼式レ
ンズ３により形成された２次光源像が位置するように配
置されている。第２多眼式レンズ４は第１多眼式レンズ
３と同様な構成より成っている。

【００２０】５は絞りであり、第２多眼式レンズ４から
の光束のうち後述するコンデンサーレンズ６に入射する
光束を制限している。６はコンデンサーレンズであり、
第２多眼式レンズ４の入射瞳に形成された２次光源像の
近傍に前側焦点が位置するように配置している。これに
よって２次光源からの光束がコンデンサーレンズ６から
射出するとき平行光束となるようにしている。７は被照
射面に配置した液晶表示素子（液晶パネル）である。

【００２１】本実施形態において以上の各要素１〜６は
照明光学系の各要素を構成している。

【００２２】８は照明光学系の光軸である。９は投影レ
ンズであり、液晶表示素子７に表示された画像情報をス
クリーン等の所定面１０上に投影している。

【００２３】本実施形態では光源１からの光束のうち一
部は直接、第１多眼式レンズ３に入射し、その他の一部
の光束は集光反射面２で集光反射して第１多眼式レンズ
３に入射させている。

【００２４】そして第１多眼式レンズ３の複数の要素レ
ンズ（微小レンズ）の数だけ２次光源像が第２多眼式レ
ンズの入射瞳面上に形成するようにして、第２多眼式レ
ンズ４を介した２次光源像からの光束でコンデンサーレ
ンズ６を介して被照射面としての液晶パネル７を照射し
ている。このとき第２多眼式レンズ４の入射瞳面上の２
次光源と投影レンズの射出瞳位置とが略共役関係となる
ようにしている。

【００２５】コンデンサーレンズ６の焦点距離ｆは第２
多眼式レンズ４の入射瞳位置（２次光源像が形成されて
いる位置に相当）からコンデンサーレンズ６の前側主点
位置までの距離と略等しくなるようにしている。

【００２６】このようにコンデンサーレンズ６の焦点距
離ｆを決定することによって、被照射面として液晶パネ
ル７を用いたときに該液晶パネル７をテレセントリック
に照明するようにしている。又投影レンズの射出瞳を無
限遠に設定し、これによって輝度・及び色ムラを抑えた
照明及び液晶パネルの投影を実現している。

【００２７】更に、液晶プロジェクター用の投影レンズ
では、一般に軸外光束をけることにより、収差を良い方
向へと調整したりする場合がある。この場合、図１のよ
うに、軸上光束に対して第２多眼式レンズ４の入射瞳面
上の２次光源像からの軸外の有効光束がしめる採光部分
ａが占める面積がケラレの分だけ小さくなる。実際にス
クリーン上の明るさとして反映されるのは、この採光部
分を占める光束である。

【００２８】この為、本実施形態では図１のように投影
レンズからの軸上有効光束と軸外有効光束とできまる位
置に絞り５を配置している。又、本実施形態のように照
射面が矩形をなす液晶パネル７の場合、パネル面の長辺
方向と短辺方向とでＦ値を変えて照明しているため、絞
り５の開口形状としては、液晶パネル７の照射面と、相
似形の矩形より構成している。それに伴って、第１及び
第２多眼式レンズ３，４の各要素レンズの形状も照射面
及び絞り５と相似形より構成している。

【００２９】このように本実施形態のプロジェクター
（カラー液晶プロジェクター）においてはスクリーン１
０上の明るさに反映されない光束を絞り５で遮断するこ
とによって、投影レンズに対して有効でない光束を遮断
し、例えば色合成プリブムの全反射によって発生するゴ
ーストを抑えると共に色分解・合成系等をコンパクトに
納めている。

【００３０】尚、本実施形態において第１，第２多眼式
レンズを通常のレンズ系（第１，第２レンズ）より構成
しても良い。

【００３１】図２は本発明のプロジェクターの実施形態
２の要部概略図である。同図において、図１で示した要
素と同一要素には同符番を付している。

【００３２】本実施形態は図１の実施形態１に比べて、 （ａ１）集光反射鏡２２がパラボリックな形状をしてお
り、光源１からの光束を反射させて光軸８に対して平行
に射出して第１多眼式レンズ３に入射させていること。

【００３３】（ａ２）第２多眼式レンズ２４を屈折力を
有する光学要素（例えばレンズやシリンドリカルレン
ズ，フレネルレンズ等）の少なくとも１つの面上に複数
の微小レンズ（要素レンズ）を形成した一体型の光学部
材より構成したこと。が異なっているだけであり、その
他の構成は同じである。

【００３４】第１多眼式レンズ３により第２多眼式レン
ズ２４の入射瞳に２次光源像を形成し、該２次光源像か
らの光束を該第２多眼式レンズ２４とコンデンサーレン
ズ６を介して被照射面（液晶パネル）をテレセントリッ
クな光束で照明している。又投影レンズの射出瞳が無限
遠に形成されるようにして実施形態１と同様の効果を得
ている。

【００３５】図３は本発明のプロジェクターの実施形態
３の要部概略図である。同図の液晶プロジェクターはカ
ラー液晶プロジェクターに適用したときを示している。

【００３６】同図において図１で示した要素と同一要素
には同符番を付している。図中６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは各々
コンデンサーレンズであり、各々図１のコンデンサーレ
ンズ６に相当している。７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは各々赤用，
緑用，青用の液晶表示素子であり、各々図１の液晶表示
素子７に相当しており、被投影画像が表示されている。

【００３７】３１ａ，３１ｂは各々反射ミラーである。
３２は青反射ダイクロイックミラーであり、青色光を反
射し、該青色光でミラー３１ｂとコンデンサーレンズ６
Ｂを介して青色用の液晶表示素子７Ｂを照明している。
３３は緑反射ダイクロイックミラーであり、緑色光を反
射し、該緑色光でコンデンサーレンズ６Ｇを介して緑色
用の液晶表示素子７Ｇを照明している。３４は緑反射ダ
イクロイックミラーである。

【００３８】赤色用の液晶表示素子７Ｒは青反射ダイク
ロイックミラー３２と緑反射ダイクロイックミラー３３
を通過した赤色光で照明している。３５は赤反射ダイク
ロイックミラーである。３６は投影レンズである。

【００３９】本実施形態では第１多眼式レンズ３によっ
て第２多眼式レンズ４の入射面に複数の２次光源像を形
成している。そして第２多眼式レンズ４の入射面に形成
された２次光源像からの白色光をダイクロイックミラー
（３２，３３）で赤，緑，青の色光に色分解し、これら
の赤，緑，青の各色光によりコンデンサーレンズ（６
Ｒ，６Ｇ，６Ｂ）を介して各々赤，緑，青色用の液晶表
示素子（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）を照明している。

【００４０】そしてこれらの各色光に基づく液晶表示素
子（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）の像をダイクロイックミラー
（３４，３５）を利用して光学的に合成して投影レンズ
３６によりスクリーン面（不図示）上に重ねて投影し、
カラー画像を得ている。

【００４１】本実施形態では以上のような照明装置によ
り液晶表示素子（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）を照明し、該液晶
表示素子（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）を投影レンズ３６でスク
リーン面上に投影することによって装置全体の小型化を
図りつつ、液晶表示素子を効率的にかつ、色ムラがない
ように均一に照明し、スクリーン面上に良好なるカラー
画像を投影している。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、被照射面
を照明する為の光学要素を適切に設定することによっ
て、装置全体の小型化を図りつつ、被照射面を有効光束
で効率的に、かつ輝度ムラ及び色ムラがなく、均一に照
明することのでき、又被照射面に設けた被投影画像とし
ての液晶表示素子に表示した画像情報を所定面上に良好
なる画質で投影することができるプロジェクターを達成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプロジェクターの実施形態１の要部概
略図

【図２】本発明のプロジェクターの実施形態２の要部概
略図

【図３】本発明のプロジェクターの実施形態３の要部概
略図

【図４】従来の液晶プロジェクターの一部分の要部概略
図

【符号の説明】

１ 光源 ２，２２ 集光反射面（リフレクター） ３ 第１多眼式レンズ ４，２４ 第２多眼式レンズ ５ 絞り ６，６Ｂ，６Ｇ，６Ｒ コンデンサーレンズ ７，７Ｂ，７Ｇ，７Ｒ 液晶表示素子 ８ 光軸 ９，３６ 投影レンズ ３１ａ，３１ｂ 反射ミラー ３２，３３，３４，３５ ダイクロイックミラー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束の一部を集光反射面を介
   して複数の２次光源像を形成する第１多眼式レンズに導
   光し、該第１多眼式レンズにより形成された２次光源像
   の近傍に第２多眼式レンズを配置し、該第２多眼式レン
   ズからの光束で該２次光源像の位置近傍に前側焦点が位
   置するように配置したコンデンサーレンズを介し、該コ
   ンデンサーレンズからの光束で表示素子を照明し、該表
   示素子に表示された画像情報を投影レンズで所定面上に
   投影するプロジェクターにおいて、該第２多眼式レンズ
   とコンデンサーレンズとの間であって該表示素子の光軸
   上の一点を通過する軸上光束の該投影レンズの絞り径で
   決定される有効光束の周部と該表示素子の最外部を通過
   する軸外光束の該投影レンズの絞り径で決定される有効
   光束の周部とが交差する位置近傍に絞りを配置している
   ことを特徴とするプロジェクター。
2. 【請求項２】 前記絞りは前記表示素子の有効面と略相
   似形になっていることを特徴とする請求項１のプロジェ
   クター。
3. 【請求項３】 前記集光反射面はパラボリック形状をし
   ていることを特徴とする請求項１又は２のプロジェクタ
   ー。
4. 【請求項４】 前記第１多眼式レンズと前記第２多眼式
   レンズは複数の要素レンズを有し、これらの数は互いに
   等しいことを特徴とする請求項１，２又は３のプロジェ
   クター。
5. 【請求項５】 前記第２多眼式レンズは複数の要素レン
   ズを屈折力のある光学要素の少なくとも一方の面に設け
   た構成より成っていることを特徴とする請求項１，２，
   ３又は４のプロジェクター。
6. 【請求項６】 光源からの光束の一部を集光反射面を介
   して２次光源像を形成する第１レンズに導光し、該第１
   レンズにより形成された２次光源像の近傍に第２レンズ
   を配置し、該第２レンズからの光束で該２次光源像の位
   置近傍に前側焦点が位置するように配置したコンデンサ
   ーレンズを介し、該コンデンサーレンズからの光束で表
   示素子を照明し、該表示素子に表示された画像情報を投
   影レンズで所定面上に投影するプロジェクターにおい
   て、該第２レンズとコンデンサーレンズとの間であって
   該表示素子の光軸上の一点を通過する軸上光束の該投影
   レンズの絞り径で決定される有効光束の周部と該表示素
   子の最外部を通過する軸外光束の該投影レンズの絞り径
   で決定される有効光束の周部とが交差する位置近傍に絞
   りを配置していることを特徴とするプロジェクター。