JPH0954279A

JPH0954279A - 投写装置

Info

Publication number: JPH0954279A
Application number: JP7205716A
Authority: JP
Inventors: Eimei Miyashita; 栄明宮下
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】投写装置に於いて、簡単な構成で、被照射領
域の中心部から周縁部に向かって、照度を違和感無く低
下させる。【解決手段】投写装置は、光源1と表示パネル7との間
に、一対のレンズアレイ体3、5を配備する。各レンズア
レイ体3、5は、光源1からの光束を収束して、表示パネ
ル7の被照射領域の中央部に集光領域Ｈを形成する凸面
レンズ部4を具え、該集光領域Ｈは被照射領域の４０±
３０％の面積を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネル等に表
示された画像を、スクリーンに投影する投写装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、大画面映像を表示する装置と
して、液晶パネル等に表示された画像を、強力な光で照
明し、スクリーン上に投写するプロジェクタのような投
写装置が知られている。このような装置に於いては、か
かる強力な光を発生し、かつスクリーン上の照度のバラ
付きを小さくするために、図８に示すようなインテグレ
ータ照明と呼ばれる光発生装置を用いた投写装置が提案
されている(特開平５−３４６５５７号参照)。これは、
メタルハライドランプのような光源(１)の前に、第１と
第２のレンズアレイ体(３)(５)を互いに対向させて具え
る。レンズアレイ体(３)(５)は、複数の凸面レンズ(40)
を光源(１)の光軸に直交する面に沿って配列している。
被照射物である表示パネル(７)と、一方のレンズアレイ
体(５)の間に凸レンズ(90)を配備する。表示パネル(７)
には、通常液晶パネルが用いられる。光源(１)からの光
束は、両レンズアレイ体(３)(５)、凸レンズ(90)を通過
して表示パネル(７)を照射し、表示パネル(７)の画像
は、光束に照らされてスクリーン(図示せず)に映し出さ
れる。

【０００３】光源(１)は凹面鏡(10)に囲まれ、光源(１)
から発射された光は、凹面鏡(10)に反射されて光束とな
る。光束は光軸近傍の光束密度が高く、凹面鏡(10)に反
射された当初は、明るさむらを生じている。ところが、
第１レンズアレイ体(３)の凸面レンズ(40)により集光さ
れ、かつ凸面レンズ(40)と同数の部分光束に分割され
て、明るさむらは小さくなる。各部分光束は、第２レン
ズアレイ体(５)により表示パネル(７)まで有効に伝達さ
れ、かつ凸レンズ(90)により重畳されるので、表示パネ
ル(７)上の照度のバラ付きを小さくできる。実際上は、
表示パネル(７)の周縁部の照度は、中心部の照度に比べ
７５％程度になり、看者には被照射領域の照度は略均一
化されているように見える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記光発生装置を用い
た投写装置では、被照射領域の照度は略均一であり、照
射せんとする画像が、コンピュータグラフィックのよう
に画面全体に亘って濃淡の少ない画像である場合には有
効である。しかし、画面の隅部を、画面の中心部と略同
一の照度とすると、照射する画像がビデオ画像等の場合
は、遠近感がなくなり、却って不自然に見えることがあ
る。かかる問題を解決するために、図９に示す光発生装
置も提案されている(特開平３−１１１８０６号参照)。
これは、光源(１)の前に、前後に延びたレンズ体(９)
(９)を複数重ねたレンズ群を配備し、光軸近傍のレンズ
体(９)の長さを、光軸から離間した箇所に位置するレン
ズ体(９)よりも短く形成する。レンズ群の光源(１)側の
端面を、光源(１)に対して凹状に湾曲するように設けた
ものである。光軸から離間する位置に配備したレンズ体
(９)を通過する光束は、レンズ体(９）が長いために照
度が弱められ、表示パネル（７)の中心部から離間した
箇所を照射する。これにより、照度を表示パネル(７)の
中心部から周縁部に向かって減少させる。

【０００５】しかし、このような複数のレンズ体(９)を
設けようとすると、製造コストが高くなり、実際に量産
することは困難である。出願人は、ビデオ画像の照射実
験を幾度も試み、照射画面の周縁部の照度が、中心部に
対して、４５％程度の照度であれば、遠近感を得ること
ができ、実用上問題がないことを見出すに至った。この
場合、図７に示すケーラー照明を用いた投写装置でも、
被照射領域の中心部から、周縁部に向かって照度が低下
する効果が得られるが、後記するように被照射領域の周
縁部が暗くなり過ぎ、実用的ではない。本発明は、簡単
な構成で、被照射領域の中心部から周縁部に向かって、
照度を違和感無く低下させることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】投写装置の各レンズアレイ
体(３)(５)は、光源(１)からの光束の一部を収束して、
表示パネル(７)の被照射領域の中央部に、被照射領域の
４０±３０％の面積を有する集光領域Ｈを形成する凸面
レンズ部(４)を光軸を中心として具えている。

【０００７】

【作用及び効果】凸面レンズ部(４)により、光束の一部
は収束されて、表示パネル(７)の被照射領域の中央部に
集光領域Ｈを形成する。該集光領域Ｈは被照射領域の４
０±３０％の面積を有する。凸面レンズ部(４)により収
束されなかった光束は、凸面レンズ部(４)を通過して、
集光領域Ｈの外側、即ち照射画面の周縁部を照射する。
出願人の実験及びシュミレーションでは、集光領域Ｈが
被照射領域の４０±３０％の面積を有するときには、照
射画面の周縁部の照度が、中心部に対して、４５％程度
の照度となることが確認されている。上記の如く、被照
射領域の中心部に対する周縁部の照度が、この程度であ
れば、実用上問題はない。従って、本発明の内容では、
簡易な構成でビデオ画像を実用上支障なく照射すること
ができ、投写装置の簡素化、ひいては装置の製造コスト
の低減に繋がる。

【０００８】

【発明の実施の形態】

(第１例)以下、本発明の一実施例につき、図面を用いて
詳述する。図１に示すように、投写装置は従来と同様
に、光源(１)の光軸上に、互いに対向した２枚のレンズ
アレイ体(３)(５)及び液晶パネルから成る表示パネル
(７)を具える。光源(１)は発光効率と色再現性に鑑みて
メタルハライドランプが用いられ、光源(１)からの光
は、凹面鏡(10)により平行光となって出射される。両レ
ンズアレイ体(３)(５)はともに、光軸を中心として多数
の凸面レンズ(40)を、光軸に直交する面内に配備した凸
面レンズ部(４)を有する。両レンズアレイ体(３)(５)
は、矩形状で透明ガラス又は透明樹脂から形成される。

【０００９】光源(１)側のレンズアレイ体(３)の裏面に
は、波長が概ね７００nm以上の赤外線を反射する薄膜(3
1)、表示パネル(７)側のレンズアレイ体(５)の裏面に
は、波長が概ね４００nm以下の紫外線を反射する薄膜(5
0)が夫々形成されている(図１０参照)。図２に示すよう
に、２枚のレンズアレイ体(３)(５)は、隅部が金属製の
フレーム(８)の切欠き(80)に嵌まって、フレーム(８)に
保持されている。これにより、両レンズアレイ体(３)
(５)の間隔は、厳密に一定に保たれる。凸面レンズ部
(４)を構成する各凸面レンズ(40)は、図３に拡大して示
すように、正面ハニカム形状に形成されている。ハニカ
ム形状に形成したのは、高精度レンズの製造上の理由に
よるものであるから、これは矩形状でもよい。

【００１０】図１では、表示パネル(７)側のレンズアレ
イ体(５)から表示パネル(７)までの距離をＬ２、光源
(１)側のレンズアレイ体(３)から表示パネル(７)までの
距離をＬ１、表示パネル(７)の被照射領域の縦長さをＤ
１、その中央部である領域Ｈの径をＤ２とする(図４参
照)。レンズアレイ体(３)(５)は、光源(１)側のレンズ
アレイ体(３)の凸面レンズ部(４)に入射した光束が、表
示パネル(７)側のレンズアレイ体(５)の凸面レンズ部
(４)にて収束するように、間隔が設定される。また、光
源(１)からの光束の内、光源(１)側のレンズアレイ体
(３)の凸面レンズ部(４)の中央部に入射した光束は、表
示パネル(７)側のレンズアレイ体(５)の凸面レンズ部
(４)により、表示パネル(７)の中央部である集光領域Ｈ
を照射する。レンズアレイ体(３)(５)の凸面レンズ部
(４)の周縁部に入射した光束は、一部は集光領域Ｈを照
射し、残りの光束は被照射領域内で、集光領域Ｈより外
側の領域Ｊを照射する。従って、領域Ｊは領域Ｈよりも
暗く、領域Ｈから領域Ｊに掛けて照度が小さくなる効果
が得られる。表示パネル(７)に表わされる画像がビデオ
画像等の場合は、この効果により遠近感を得ることがで
きる。

【００１１】光束がこのような光路を辿るためには、光
源(１)側及び表示パネル(７)側の凸面レンズ部(４)を夫
々構成する凸面レンズ(40)の焦点距離Ｆ１、Ｆ２及び有
効径d１、d２は、以下の関係式を満たす必要がある。こ
こで有効径とは六角形である凸面レンズ(40)の対角線長
さを指す。この関係式は、米国特許２１８６１２３号に
開示されているものであり、周知の式である。

【数１】Ｆ１＝Ｌ１＊(Ｌ１−Ｌ２)／Ｌ２Ｆ２＝Ｌ２＊(Ｌ１−Ｌ２)／Ｌ１ d１＝Ｄ２＊(Ｌ１−Ｌ２)／Ｌ２ d２＝Ｄ２＊(Ｌ１−Ｌ２)／Ｌ１

【００１２】ここで、出願人は上記Ｌ１、Ｌ２、Ｄ１、
Ｄ２の値として、夫々Ｌ１＝１９０mm、Ｌ２＝１８３m
m、Ｄ１＝８０mm、Ｄ２＝４０mmを提案している。この
値を上記の式に代入すると、Ｆ１＝７.２７mm、Ｆ２＝
６.８２mm、d１＝１.５３mm、d２＝１.４７mmとなる。
Ｌ１とＬ２の値の差が小さいので、Ｆ１とＦ２、d１とd
２の値は近似したものとなる。特に凸面レンズ(40)の有
効径の差は、レンズ設計時の誤差程度の差であり、この
程度の差では、両レンズアレイ体(３)(５)の凸面レンズ
部(４)を共通化しても、表示パネル(７)上の照度分布に
影響が少ない。従って、出願人は両レンズアレイ体(３)
(５)を共通の形状としている。

【００１３】また、レンズアレイ体(３)(５)の厚みを３
mmとすると、レンズアレイ体(３)(５)を収容するフレー
ム(８)の厚みは１０mm程度となる。本実施例に於いて
は、赤外線及び紫外線を反射する薄膜(31)(50)が、レン
ズアレイ体(３)(５)裏面に形成されているので、従来の
ようにフィルタを設ける必要がない。即ち、従来の装置
に比べ小型化できる。出願人は、図１に示す装置を用い
て、被照射領域の照度分布を測定し(図５(a)参照)、ビ
デオ画像を見る際には、領域Ｈに対する領域Ｊの照度
が、最低４５％程度であれば実用上支障ないことを確認
している。尚、図５に於いて、Ｘ方向とは被照射領域の
横長方向を示す。この照度比率は、領域Ｈの面積を、被
照射領域の面積の４０±３０％に設けることで達成でき
ることが、実験及びシュミレーションにより確認されて
いる。

【００１４】(第２例)図６は、上記の投写装置を周知の
液晶プロジェクタに応用した例を示す側面図である。装
置本体(２)の前方には、スクリーン(６)が設けられ、装
置本体(２)の前端部には、スクリーン(６)に対向して投
写レンズ(20)が設けられている。光源(１)から投射レン
ズ(３)に達するまでの光路上には、前記レンズアレイ体
(３)(５)の他に、光路に対して４５゜傾いて設けられた
４枚のダイクロイックミラー(60)(61)(62)(63)、Ｒ、
Ｇ、Ｂの３原色に対応した３つの表示パネル(７)(70)(7
1)と各表示パネルに対向したコンデンサレンズ(72)(72)
(72)、２枚の全反射ミラー(64)(65)が、周知の如く上下
２段に亘って設けられている。下段には後方から前方に
向かって、レンズアレイ体(３)(５)、ダイクロイックミ
ラー(60)(61)、表示パネル(70)、全反射ミラー(65)が設
けられている。上段には後方から前方に向かって、全反
射ミラー(64)、表示パネル(７)、ダイクロイックミラー
(62)(63)が設けられている。

【００１５】光源(１)からの光束は、前記の如く、レン
ズアレイ体(３)(５)の裏面に形成された薄膜(31)(50)に
より紫外線と赤外線が反射されて(図１０参照)、４００
〜７００nmの波長を有する白色光となってレンズアレイ
体(３)(５)を通過する。ダイクロイックミラー(60)で６
００nm以上の波長を有する赤色光が反射され、該反射光
は全反射ミラー(64)で反射されて、赤色光用の表示パネ
ル(７)を照射する。一方、ダイクロイックミラー(60)を
通過した光束は、ダイクロイックミラー(61)により５０
０〜５８０nm以上の緑色光が反射され、該反射光は緑色
光用の表示パネル(71)を照射する。また、ダイクロイッ
クミラー(61)を通過した光束は、青色光用の表示パネル
(70)を照射した後に、全反射ミラー(65)により反射され
て、ダイクロイックミラー(63)に達する。赤色光用と緑
色光用の表示パネル(７)(71)を通過した光束は、ダイク
ロイックミラー(62)により合成され、ダイクロイックミ
ラー(63)に入射する。ダイクロイックミラー(63)にて、
赤、青、緑の各光に対応した画像が合成され、投写レン
ズ(20)によりスクリーン(６)に照射される。

【００１６】図６に示す装置から、レンズアレイ体(３)
(５)を除去して、代わりに赤外線と紫外線を反射するフ
ィルタ(11)を設けた投写装置は、ケーラー照明と呼ばれ
る、従来から提案されているものである(図７参照)。出
願人は、かかるケーラー照明を用いた投写装置で、被照
射領域の中央部と周縁領域の照度を測定したところ、照
度分布は図５(b)に示すようなグラフを描くことがわか
った。即ち、周縁領域の照度は、中心部領域の照度に比
較して２０％以下であり、実用的でないことが判明し
た。

【００１７】このように周縁領域に比べて、非常に明る
い中心部をホットスポットと呼ぶ。かかるホットスポッ
ト対策として、光源(１)のランプ表面をフッ酸系溶液に
て腐食し、細かな凹凸を設けて、発する光を散乱する所
謂フロスト加工を施すことが行なわれる。しかし、該フ
ロスト加工を施しても、周縁領域の照度は、中心部領域
の照度に比較して３５％程度となる。出願人は、ビデオ
画像の照射実験を幾度も試み、前記の如く、照射画面の
周縁部の照度が、中心部に対して、最低４５％程度であ
れば、遠近感を得ることができ、実用上問題がないこと
を見出すに至った。従って、本実施例に於ける投写装置
では、従来のケーラー照明を用いた装置に対し、フィル
タ(11)に代えて、レンズアレイ体(３)(５)を配備する簡
単な構成で、被照射領域の中心部から周縁部に向かっ
て、照度を実用上支障無く低下させることができる。

【００１８】本実施例では、レンズアレイ体(３)(５)の
膨らみは、光源(１)側を向いているが、膨らみ方向は本
実施例とは逆でもよい。また、レンズアレイ体(５)の前
方に、集光性改善の為、図１２に示すような凸レンズ(9
0)を設けても、更には図１１に示すように、凸レンズと
レンズアレイ体(５)を一体に設けてもよい。

【００１９】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】投写装置の光発生装置の構成を示す側面図であ
る。

【図２】(a)はフレームに支持されたレンズアレイ体の
正面図、(b)は同上の側面図である。

【図３】図２のＡ部の拡大図である。

【図４】表示パネルの被照射領域を示す正面図である。

【図５】(a)は本実施例の投写装置を用いたときの照度
分布を示すグラフ、(b)は従来のケーラー照明を用いた
投写装置の照度分布を示すグラフである。

【図６】図１の光発生装置を液晶プロジェクタに応用し
た装置を示す側面図である。

【図７】従来のケーラー照明を用いた液晶プロジェクタ
を示す側面図である。

【図８】従来のインテグレータ照明を用いた投写装置を
示す側面図である。

【図９】従来の他の投写装置を示す図である。

【図１０】レンズアレイ体に薄膜を形成した状態を示す
断面図である。

【図１１】一方のレンズアレイ体を凸レンズと一体に形
成した状態を示す側面図である。

【図１２】レンズアレイ体の前方に凸レンズを配備した
状態を示す側面図である。

【符号の説明】

(１) 光源 (３) レンズアレイ体 (４) 凸面レンズ部 (５) レンズアレイ体 (７) 表示パネル (40) 凸面レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源(１)と、光源(１)に対向して光軸と
略直交する面内に配備された複数のレンズアレイ体(３)
(５)と、レンズアレイ体(３)(５)を通過した光束により
照射される表示パネル(７)を具えた投写装置に於いて、各レンズアレイ体(３)(５)は、光源(１)からの光束の一
部を収束して、表示パネル(７)の被照射領域の中央部
に、被照射領域の４０±３０％の面積を有する集光領域
Ｈを形成する凸面レンズ部(４)を光軸を中心として具え
たことを特徴とする投写装置。
【請求項２】各レンズアレイ体(３)(５)の凸面レンズ
部(４)は互いに同一形状に形成され、凸面レンズ部(４)
を構成する各凸面レンズ(40)は正面ハニカム状に設けら
れた請求項１に記載の投写装置。