JPH1195320A - プロジェクションシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子を受ける放電電極の温度が非常に高温に
なり、電極材料が蒸発しやすくなり、蒸発した電極材料
が、管壁に付着し、ランプからそとに取り出す光束の量
が減衰し、スクリーンの照度が低下し、さらに光源とし
てランプ寿命も非常に短くなるのを防止する。 【解決手段】 反射鏡１を回転対称体ではなく、樋型で
断面が放物線または楕円形状を有し、かつ放電ランプ２
のアーク軸を反射鏡１の樋軸方向に置き、しかも放物線
または楕円形状の焦点に位置させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は大画面上に表示投影
するためのプロジェクションシステムであって、特に、
プロジェクション用光源およびその反射鏡に特徴を備え
たプロジェクションシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のプロジェクションシステムの特に
光源部分の構成は、図９に示すように光輝度放電ランプ
９０を光の放射軸方向にアーク軸がくるように設置し、
かつその反射鏡９１は、アーク軸に対し回転対称体で構
成することが常であった。

【０００３】液晶プロジェクターでは表示デバイスのコ
ントラストを改善するために、平行光線を強く要求する
ため、光源部分は反射鏡のほぼ焦点に設置していた。

【０００４】方物面鏡で反射する場合は、焦点からきた
光は回転方物面体の軸に平行な光線として取り出すこと
が可能になる。すなわち点光源を反射鏡で平行面光源に
変換し、表示デバイスに照射していた。

【０００５】しかし、光源のアークが理想的な点光源で
あれば問題にならないのだが、アークの長さ９２が有限
であるため、焦点からはずれた所から発せられた光は、
反射鏡で反射後平行光からずれることになる。

【０００６】したがって、スクリーン上でコントラスト
を改善するために、投射レンズでそういった平行光から
ずれた光は、けられるように設計される。その結果、光
量が低下するため、スクリーン上での照度も低下するこ
とになる。

【０００７】したがって、近年とみに放電ランプの点光
源化の開発がプロジェクション用の光源のために促進さ
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、放電ラ
ンプの場合、放電電圧はアーク長に比例し、封入ガスの
ガス圧力の平方に比例しているため、点光源化を進める
と放電電圧が低下する。同一電力で点灯させるには、ア
ーク長が短くなると、ガス圧力を増加させる必要が生じ
る。しかし、点灯動作圧力が増加すると、点灯中の破損
の問題が大きな課題となる。

【０００９】さらに高輝度化のために、電力をあげる場
合も電圧を上げにくいために、電流を増加させることに
なるが、この場合は、電流を受けている放電電極の局所
的な温度上昇が大きく、電極材料の蒸発が促進され、バ
ルブ内面に付着し、黒化するという現象が生じ、光束減
衰が顕著となるという課題を有していた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明のプロジェクションシステムでは反射鏡の形
状を、放射光軸の垂直方向に関して樋型の形状にしその
幅が前記表示デバイスの幅とほぼ等しくしたことを特徴
とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下本発明のプロジェクションシステ
ムについて図１〜図４を用いて説明する。図２は、表示
デバイスとして液晶表示パネルを用いたプロジェクショ
ンシステムの一構成例を示しており、図１は本発明によ
る光源部分のランプと反射鏡の外観図を示したものであ
る。

【００１２】図２で簡単にプロジェクションの原理を説
明する。反射鏡１は、説明の容易化の為、仮に放物面鏡
で構成したものとする。２は光源である放電ランプを示
し、放電ランプ２から放射した光は、ダイクロイックミ
ラー３Ａで赤、青及び緑の光に分離し、表示デバイスで
ある液晶表示パネル４を透過し、ダイクロイックミラー
３Ｂを介して最終投射レンズ５によりスクリーン上に画
像を投影させる。通常光源として使用する放電ランプ
は、前記放物面鏡のほぼ焦点に設置する。

【００１３】本発明では図１に示すように、反射鏡１の
形状は、液晶表示パネル４に放射する放射光の光軸に垂
直の方向に対し樋型形状とした。

【００１４】光源として放電ランプ２を使用する場合、
放電電極７の放電電極軸６を反射鏡１の軸方向に揃え
る。また反射鏡１の開口部の大きさは、液晶表示パネル
４の大きさとほぼ同じか少し大きめに設計される。また
反射鏡１の幅も同様に、液晶表示パネル４の幅と同じ
か、少し大きめに設計する。

【００１５】図３に図１の構成を正面から見た図を、図
４に真横から見た図を示す。図１に示す反射鏡の形状
は、図３に示すように正面から見ると長方形、横からみ
ると図４のように放物線の形状を示している。

【００１６】放電ランプ４は、放電アークの軸を、反射
鏡１の樋型形状の軸に平行にし、放物線の焦点に位置す
るように設置する。このような構成を取れば、放電アー
クを線光源として利用するため、反射鏡１から出射され
る光源は、面上の光線として容易に取り出すことが可能
となる。

【００１７】以下に放電ランプからの光の放射される様
子を、もう少し詳しく述べる。反射鏡１の長手の軸方向
１２に合わせて、放電ランプのアークの軸を設置する。
このような構成にすると、放電ランプのアークの幅１０
が、実質液晶表示デバイス装置に対し平行光線として利
用出来る光線のアーク長になる。したがって、放電ラン
プのアーク長１１は、液晶表示デバイスの幅の長さで良
いことになる。

【００１８】このことは、従来のように高輝度化のため
にアーク長を１mm近傍のショートアーク化をする必要が
なく、液晶表示デバイスの幅の長さまで、アーク長を伸
ばして設計できることを意味する。１．３“対角のパネ
ルで、横幅は約２６mm程度であり、１〜３mmのアーク長
に比較して１桁長いアーク長でよい。

【００１９】放電ランプの放電電流密度ｊは、一般に
（１）式で決定される。 ｊ＝ｎe*μ*Ｅ ・・・・・（１） ここで、ｎeは電荷密度、μは移動度、Ｅは電界であ
る。

【００２０】また、ｎeは、高圧放電ランプにおいて
は、サハの式から、 ｎe 〜 Ｎ^（1/2) ・・・・・（２） μは、衝突断面積をＱとすると、 μ 〜 １／（Ｑ*Ｎ） ・・・・・（３） で表されるため、Ｅ＝Ｖ／ｄとすると電流密度ｊは、 ｊ 〜 １／（Ｎ＾(1/2)*ｄ） ・・・・・（４） で示されることになる。また、放電電圧Ｖは、 Ｖ 〜 Ｗ／ｊ 〜 Ｎ＾(1/2)*ｄ ・・・・・（５） で表される。ここで、Ｗはランプ入力電力、ｄはアーク
長である。

【００２１】したがって、本発明の構成を採用すると、
放電ランプのアーク長ｄ（１１）を従来の１桁近くも大
きく取れるために、放電電圧Ｖも大きくすることが可能
であり、逆に放電電流は小さく押さえることが可能にな
る。

【００２２】つまり、アーク長１１を極端に短くしてラ
ンプの動作圧力を増加させる必要が無いばかりか、放電
ランプの電流が小さくできるために、電流による放電電
極の劣化も大幅に改善することが可能になる。結果とし
て、ランプの寿命も大幅に伸ばすことが出来る。

【００２３】さらに、本発明による構成を取ると、従来
の回転対称面鏡から出た光のように円形状でなく、反射
鏡から放射された光は反射鏡を正面から見た時と同じ矩
形面状である。すなわち、従来では、表示パネルの矩形
形状に再度変換させる必要があり、その分効率を落とし
ていたが、本発明の構成を取れば、取り出した光そのも
のの形状を表示パネルとほぼ同等にすることが可能にな
り、効率低下を押さえることができる。

【００２４】以上説明してきたように、本発明のポイン
トは、放電ランプのアーク長１１を点光線として利用す
るのではなく、元々細いアークの幅１０を平行光線に変
換するアーク長として利用することにある。

【００２５】一般に、メタルハライドランプのアーク幅
に比較して、水銀ランプのアーク幅の方が細いため、本
発明の構成を取るときは、水銀ランプを採用するほうが
有利である。水銀ランプの場合、アークの幅は、約１mm
前後であるため、容易に従来の使用方法でのアーク長を
１mm程度の構成が容易に実現できる。

【００２６】またアークの幅が水銀ランプより太いメタ
ルハライドランプでも、動作圧力を低圧で使用すると、
アークの幅１０が細くなって行くため、システムの設計
自身容易になる。

【００２７】尚、本実施例でのプロジェクションシステ
ムの構成は、光源を放電ランプで説明したが、ハロゲン
ランプを光源として利用する場合でも同様な構成が可能
である。すなわち、液晶表示パネルの幅のタングステン
コイル長を有するハロゲンランプを設計すればよい。こ
の時は、コイルの巻き径が、実行的な光源の大きさとな
る。したがって、コイルの巻き径が小さくなるように作
成すればよく、１mm程度に設計することは、さほど難し
くない。

【００２８】（実施の形態２）実施の形態１では、放電
ランプのアークの軸を樋型形状の反射鏡の軸と平行にな
る構成を説明した。しかし、水平点灯する場合、水銀ラ
ンプでも、メタルハライドランプに於いても、図５に示
すようにアークが上方に向かって湾曲する。すなわち、
反射鏡１の焦点軸１３からそれることになり、表示デバ
イスに入力される平行光線と利用できる光束の低下を招
くことになる。

【００２９】実施の形態２では、このアーク湾曲を矯正
する方法の例を説明する。図６に説明するように、放電
電極の両側に磁石１４を設置し、アーク軸方向と平行に
なるように磁界を発生させる。すなわち、電界と磁界を
平行に作成する。このような構成を取れば、アーク軸と
は垂直成分を持って運動している電子は磁界に対し巻き
付くような動きをすることになり、アークの広がりも抑
制されることになる。

【００３０】こういう方式は従来から実験的にはなされ
ていた。回転対称体としての反射鏡を利用する場合、放
射光の放射経路に磁石１４を置く必要があって、光をけ
ってしまう事になっていたが、本発明の方式の反射鏡お
よび放電ランプの設置方式によれば、磁石によって、光
がけられる事はなくなる。したがって、効率よく光を取
り出すことが可能となる。しかも、磁石を反射鏡１の外
に設置出来るので、設置場所での温度の制約もかなり緩
和される。

【００３１】すなわち、ショートアークでの電極の封止
部８に磁石１４を設置することになるが、この場所では
５００〜６００℃の非常に高温となる。したがって、設
置する磁石のキュリー点が非常に高温である材料に限定
されることになる。

【００３２】それに比較して、本発明の方式を採用する
と、アーク長１１が長いために、電極温度も低下させる
ことが可能であるため、電極を封止している封止部８の
温度も、２００℃前後と非常に低温化することが可能に
なる。しかも、反射鏡でアーク部分と封止部分とが分離
出来るため、さらに封止部分の温度を下げることが出
来、磁石材料の選択の幅も増える。

【００３３】以上の二つの実施例では、表示デバイスを
液晶表示パネルを使用した例を上げたが、ＤＭＤ（digi
tal mirror device）等を用いた表示デバイスでも有効
であることは、容易に理解できる。

【００３４】尚、本方式を採用した時の問題点として、
放電ランプのアークの長手方向の輝度むらによりプロジ
ェクションスクリーン上での照度むらが発生するという
点が指摘される。しかし、最近の液晶プロジェクション
で一般的に採用されつつあるインテグレーター等の光学
デバイスを使用すると、上記の問題も容易に解決でき
る。

【００３５】実際インテグレーター光学系は、二つのレ
ンズを光源と表示デバイスとの間に設置し、第１の分割
したレンズで第２の対応する分割したレンズ上に光源を
結像させ、光源を多数を見かけ上作成する。

【００３６】この多数準備した光源から出た光でスクリ
ーン上に投射するとき、従来のようにスクリーン全面に
照射するのではなく、スクリーン上の分割した部分を照
射するように多数形成した光源の照射部分を担当させ
る。このような方式を採用するとアーク上の輝度むらが
表示デバイス上で均一化され、結果的にプロジェクショ
ンスクリーン上でも均一した照度分布が実現できる。

【００３７】以下に詳細を図７、図８を用いて説明す
る。図７に示すように、光源７１から放射した光は第１
レンズアレイ７２で第２レンズアレイ７３上に結像さ
せ、多数個の光源を作成している。第２レンズアレイ７
３では、それぞれが持つ光源の広がりをａ１に示すよう
に、フィールドレンズ７４の一部照射するように拡大さ
せる。フィールドレンズ７４で表示デバイス７５の一部
を照射させるように平行光になるように拡大していく光
束ａ１をｂ１のように収束させる。表示デバイス７５を
通過した光束ｂ１を投射レンズ５によってスクリーン７
６上の一部を照射させる。これを第２レンズアレイ７３
上に形成した多数の光源でスクリーン７６の全領域を照
射出来るように構成させる。

【００３８】こういった方式をとると、図８に示すよう
に、一つの光源でスクリーン全体に拡大して照射するよ
り、光源の輝度むらを大幅に改善できる。しかも、投射
レンズ５から拡大していく光の角度（スクリーン画角）
が、図８のような従来の方式より、図７の方式の方が小
さく出来るため、照射周辺での輝度低下も大幅に改善で
きる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明は、従来のプロジェ
クションシステムとは異なり、アーク長の長い放電ラン
プを使用することができる。このため、ショートアーク
を有する放電ランプのように放電電極を過酷な使用をす
る必要がなく放電ランプの寿命も飛躍的に伸ばす事が可
能になる。また、放電電極の封止部分の保持も、反射鏡
の外で設置する事になるため、冷却機構も簡略化でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の反射鏡と光源の簡
略図

【図２】本発明の液晶プロジェクションシステムの一例
を示す構成図

【図３】本発明の第１の実施の形態の構成を正面から見
た図

【図４】本発明の第１の実施形態の構成を横から見た図

【図５】本発明の第１の実施の形態で、放電ランプのア
ークが湾曲した場合を示した図

【図６】本発明の第２の実施の形態の反射鏡と光源の簡
略図

【図７】本発明の実施の形態で、光源の輝度むらを改善
する手法を示す図

【図８】プロジェクションシステムの光源からでた光の
広がりを示す図

【図９】従来の構成の反射鏡とランプを示す図

【符号の説明】

１ 反射鏡 ２ 放電ランプ（光源） ３ ダイクロイックミラー ４ 液晶表示パネル ５ 投射レンズ ６ 放電電極軸 ７ 放電電極 ８ 封止部 ９ 放電ランプ管体 １０ アーク幅 １１ アーク長 １２ 反射鏡の長手方向の軸 １４ 反射鏡の長手軸方向に磁界をかける磁石 ７１ 光源 ７２ 第１レンズアレイ ７３ 第２レンズアレイ ７４ フィールドレンズ ７６ スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 甲斐 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プロジェクション用の光源および前記光源
   からの光を反射する反射鏡からの光を変調する表示デバ
   イスと、前記表示デバイスで変調された光をスクリーン
   上へ投射する光学手段を備え、 前記光源からの光を前記表示デバイスに放射させる前記
   反射鏡の形状を、放射光軸の垂直方向に関して樋型の形
   状にしその幅が前記表示デバイスの幅とほぼ等しくした
   こと特徴とするプロジェクションシステム。
2. 【請求項２】樋型反射鏡の断面形状が、略方物線または
   略楕円であることを特徴とする請求項１記載のプロジェ
   クションシステム。
3. 【請求項３】光源の光放射部分を樋型反射鏡の焦点軸方
   向に設置し、線光源として利用していることを特徴とす
   る請求項１記載のプロジェクションシステム。
4. 【請求項４】プロジェクション用の光源が、放電ランプ
   またはハロゲンランプであることを特徴とする請求項１
   記載のプロジェクションシステム。
5. 【請求項５】放電ランプまたはハロゲンランプの電極の
   封止部が、反射鏡の外に設置されていることを特徴とす
   る請求項４記載のプロジェクションシステム。
6. 【請求項６】放電ランプの放電電極の封止部の両端に磁
   石が設置されていることを特徴とする請求項４記載のプ
   ロジェクションシステム。