JPWO2004012006A1 - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

本発明は、外部のスクリーンに画像を投射するプロジェクタであり、光学ユニット（１）において、液晶パネル（２２）（２３）（２４）は、その短辺がクロスプリズム（２５）によって合成される各色光の主光線で構成される平面と略々平行となるように配置される。液晶パネル（２２）（２３）（２４）の短辺側から伝送系ケーブル（３０）が引き出される。冷却ファン（４０）は、冷却風の吹出方向が液晶パネル（２２）（２３）（２４）の長辺方向と略々平行となるように配置される。

Description

本発明は、外部のスクリーン等に画像を投射することができるプロジェクタに関する。
本出願は、日本国において２００２年７月２６日に出願された日本特許出願番号２００２−２１８７３３を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することにより、本出願に援用される。

従来、カラー液晶プロジェクタのユニットとして、その内部光学系の構造がそれぞれ横型及び縦型のものがある。図１Ａに示すように横型としたプロジェクタ２００ａ、図１Ｂに示すように縦型としたプロジェクタ２００ｂは、いずれも、図示しない光源から発せられた白色光をダイクロイックミラー２０１によって赤、緑、青の３原色に分光した後、３つの液晶パネルを画像信号に基づいて変調し、その変調光を色合成した後、投影レンズ２０２により拡大投射してスクリーン上に表示する。
ここで、投影される現像画面Ｉのサイズを図示したようにＨ×Ｖとすれば、図１Ａ及び図１Ｂに示すダイクロイックミラー２０１の配設形態から、横型プロジェクタ２００ａの場合にはその筐体の奥行きと幅が現像画面Ｉの横方向寸法Ｈに関連して決定され、縦型プロジェクタ２００ｂの場合にはその筐体の奥行きと高さが現像画面Ｉの縦方向寸法Ｈに関連して決定される。液晶パネルのパネルの横方向の長さは、縦方向の長さよりも長いため、横型プロジェクタ２００ａの方が縦型プロジェクタ２００ｂよりも光源から発せられた白色光の分離合成用の光学系が大きくなり、コストアップの原因となる。特に、ビデオ映像投射に適合するアスペクト比が例えば１６：９の液晶パネル（ワイドパネル）を用いた場合、データ投射に適合するアスペクト比が４：３の液晶パネルと対角長が同じであっても、長辺方向が長くなるため、この問題はさらに顕著なものとなる。
ところで、プロジェクタユニットに関する問題として、そのサイズを小さくすることは重要であり、また、天吊り、床置きなどの設置形態のバリエーションに応えることも重要である。ユニットサイズを小さくするために縦型の光学系を採用すれば、高さ方向のサイズが大きくなるため、天吊り等への対応が難しくなる。逆に、横型の光学系を採用すれば、設置形態のバリエーションは増えるが、同じ液晶パネルを用いた場合、縦型よりもユニットサイズが大きくなってしまう。この問題は、上述したように、アスペクト比が例えば１６：９の液晶パネル（ワイドパネル）を用いた場合に特に顕著となる。
このように、従来のプロジェクタでは、縦型ユニット及び横型ユニットともに一長一短があり、いずれを採用するにしても不都合がある。

本発明の目的は、上述したような従来の技術が有する問題点を解消することができる新規なプロジェクタを提供することにある。
本発明の他の目的は、アスペクト比が例えば１６：９の液晶パネル（ワイドパネル）を用いた場合のユニットサイズを小さくするとともに、設置形態のバリエーションに応えることの可能なプロジェクタを提供することにある。
本発明に係るプロジェクタは、光源と、光源からの光を複数の色光に分解する光分解用ミラーと、光分解用ミラーによって分解された各色光をそれぞれ変調する複数の変調手段と、変調手段によって変調された色光を合成するプリズムと、プリズムによって合成された光を投影する投影手段とを有する光学系を備えている。このプロジェクタに用いられる変調手段は、アスペクト比がｎ：１（ｎ≧１．６）である略矩形形状とされ、当該変調手段の短辺がプリズムによって合成される各色光の主光線で構成される平面と略々平行となるように配置される。
本発明に係るプロジェクタでは、変調手段を駆動するための伝送系ケーブルが、当該変調手段の短辺側から引き出される。
このプロジェクタは、少なくとも変調手段を冷却するための冷却ファンを有し、冷却ファンは、冷却風の吹出方向が上記変調手段の長辺方向と略々平行となるように配置される。
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下において図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろう。

図１Ａ及び図１Ｂは、従来のプロジェクタを説明する斜視図であり、図１Ａは横型プロジェクタを示し、図１Ｂは縦型プロジェクタを示す。
図２は、透過型液晶パネルを用いたプロジェクタにおける縦型の光学ユニットの一例を示す側面図である。
図３Ａ〜図３Ｃは従来の横型の光学ユニットを説明する図であり、図３Ａは内部光学系が横型に配置されている例を示し、図３Ｂは液晶パネルの長辺がプリズムによって合成される各色光の主光線で構成される平面と略々平行となるように配置される状態を示し、図３Ｃは、現像画像の長辺方向にシェーディングが生じる例を示す。
図４Ａ〜図４Ｃは本発明に係る縦型の光学ユニットを説明する図であり、図４Ａは内部光学系が縦型に配置されている例を示し、図４Ｂは液晶パネルの短辺がプリズムによって合成される各色光の主光線で構成される平面と略々平行となるように配置される状態を示し、図４Ｃは現像画像の短辺方向にシェーディングが生じる例を示す。
図５は、奥行き方向の長さを短くするための光学ユニットの構成例を説明する斜視図である。
図６Ａは光学ユニットと冷却ファンとが横型の筐体に格納された状態を示す斜視図であり、図６Ｂは冷却ファンの送風経路を示す斜視図である。
図７は、従来の液晶パネルの内部配線を説明する図である。
図８は、本発明に係る液晶パネルの内部配線を説明する図である。
図９は、本発明に係る光学ユニットの他の例を示す側面図である。
図１０は、本発明に係る光学ユニットの他の例を示す側面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
この実施の形態は、本発明を、アスペクト比が例えば１６：９の液晶パネル（ワイドパネル）を用いるプロジェクタに適用したものである。なお、以下の説明では、データ投射に適合するアスペクト比が４：３の液晶パネルよりも横長であるアスペクト比がｎ：１（ｎ≧１．６）の液晶パネル、例えばアスペクト比が１６：１０、１６：９、２．３３：１等である液晶パネルをワイドパネルと定義して用いる。
典型的な透過型液晶パネルを用いたプロジェクタにおける光学ユニットの一例を図２に示す。図２に示す光学ユニット１において、ランプ１０から照射された照明光束は、リフレクタ（反射板）１１によって反射され、前方に射出される。その光は、フライアイインテグレータレンズ１２ａ，１２ｂにより均一化され、ＰＳコンバータ１３により光束の偏光方向が揃えられる。以上のように均一化され偏光方向の揃えられた照明光は、メインコンデンサレンズ１４により液晶に向けて集光される。
この時点で白色の照明光は、ダイクロイックミラー１５により分光され、透過方向に青色光、反射方向に黄色光と分けられる。さらに黄色光は、ダイクロイックミラー１６により反射方向の緑色光と透過方向の赤色光に分光される。このように、ダイクロイックミラー１５，１６によって、白色の照明光は、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の３原色に分光される。
青色照明光は、反射ミラー１７ａによって反射され、コンデンサレンズ１９ａによって集光されて青色用液晶パネル２２を照明する。この青色用液晶パネル２２の前後には、偏光板２０ａ，２１ａが青色用液晶パネル２２を挟み込むようにして離間して配置されており、青色用液晶パネル２２とともに照明光を変調して表示画像の青色成分を構成する。緑色照明光は、コンデンサレンズ１９ｂによって集光されて緑色用液晶パネル２３を照明する。この緑色用液晶パネル２３の前後には、偏光板２０ｂ，２１ｂが緑色用液晶パネル２３を挟み込むようにして離間して配置されており、緑色用液晶パネル２３とともに照明光を変調して表示画像の緑色成分を構成する。赤色照明光は、リレーレンズ１８ａ，１８ｂによって、緑色照明光、青色照明光との光路差を吸収され、反射ミラー１７ｂ，１７ｃによって反射され、コンデンサレンズ１９ｃによって集光されて赤色用液晶パネル２４を照明する。この赤色用液晶パネル２４の前後には、偏光板２０ｃ，２１ｃが赤色用液晶パネル２４を挟み込むようにして離間して配置されており、赤色用液晶パネル２４とともに照明光を変調して表示画像の赤色成分を構成する。
以上のようにして、３枚の液晶パネル２２，２３，２４によって変調されて構成された画像は、クロスプリズム２５によって合成されて白色に戻され、投影レンズ２６によって投射される。
なお、上述した光学ユニット１における液晶パネル２２，２３，２４の色配置は、ダイクロイックミラー１５，１６の配置を変えることで変更可能であり、上述の配置例に限定されるものではない。また、上述の説明では、便宜上、照明光学系についても説明したが、図２に示した構成例に限定されるものではない。
ところで、従来のプロジェクタの光学ユニット１００は、図３Ａに示すように、内部光学系が横型となるように地面に平行に配置されるのが一般的である。この場合、図３Ｂに示すように、クロスプリズム１２５により合成される各原色の主光線Ｒ，Ｇ，Ｂで構成される平面Ｐ_１と液晶パネル１２３の長辺Ｌ_１とが略々平行となっている。図示しないが、液晶パネル１２２，１２４についても、その長辺とクロスプリズム１２５により合成される各原色の主光線Ｒ，Ｇ，Ｂで構成される平面とが略々平行となる。なお、クロスプリズム１２５の断面サイズや投射光学系のサイズは、液晶パネル１２２，１２３，１２４の長辺の長さによって決定付けられる。
これに対して本発明に係る光学ユニット１では、図４Ａに示すように、内部光学系が縦型となるように地面に垂直に配置される。この場合、図４Ｂに示すように、クロスプリズム２５により合成される各原色の主光線Ｒ，Ｇ，Ｂで構成される平面Ｐ_２と液晶パネル２３の短辺Ｌ_２とが略々平行となっている。図示しないが、液晶パネル２２，２４についても、その短辺とクロスプリズム２５により合成される各原色の主光線Ｒ，Ｇ，Ｂで構成される平面とが略々平行となる。なお、クロスプリズム２５の断面サイズや投射光学系のサイズは、液晶パネル２２，２３，２４の短辺の長さによって決定付けられる。
図３と図４とを比較して分かるように、液晶パネル２２，２３，２４の短辺を基準に構成した図４の方が、光学系のサイズをより小さく構成可能である。これは、長辺Ｌ_１と短辺Ｌ_２の長さの差が大きいワイドパネルを用いた場合にメリットが大きくなる。
例えば、０．７型の液晶パネル同士で比較すると、アスペクト比が４：３である液晶パネルでは、長辺１４．３ｍｍ、短辺１０．８ｍｍであるが、アスペクト比が１６：９である液晶パネルでは、長辺１５．４ｍｍに対して短辺は８．６ｍｍになる。この場合、図３に示した横型の配置では、光学系のサイズが液晶パネル１２２，１２３，１２４の長辺の長さによって決定付けられるため、長辺１４．３ｍｍである０．７型４：３パネルに対して、長辺１５．４ｍｍである０．７型１６：９パネルでは、光学系のサイズが若干大きくなる。
これに対して、図４に示す本発明に係る縦型の配置では、光学系のサイズが液晶パネル２２，２３，２４の短辺の長さによって決定付けられるため、短辺１０．８ｍｍである０．７型４：３パネルに対して、短辺８．６ｍｍである０．７型１６：９パネルでは、光学系のサイズが小さくなる。具体的には、図３に示した横型の配置と比較して、長さで約１／２、面積で約１／４、体積で約１／８まで小型化することができる。
すなわち、アスペクト比が１６：９である液晶パネルの場合、光学系を縦型に構成した方が光学系のサイズを小さくできるメリットが大きい。光学系を小さく構成すれば、光学系に含まれる光学パーツも全て小型化が図れるため、全体としてのコストダウン幅は非常に大きくなる。特に、投影レンズは、イメージサークル、バックフォーカスともに小さくできるため、レンズを非常に小型化することができ、メリットは大きい。
以上のように、本発明では、クロスプリズム２５により合成される各原色の主光線Ｒ，Ｇ，Ｂで構成される平面と液晶パネル２２，２３，２４の短辺とが略々平行になるように構成することにより、光学ユニット１のサイズを従来と比較して非常に小さくすることができる。また、光学ユニット１の奥行き方向の長さを短くするために、例えば図５に斜視図を示すように、ランプ１０から照射された照明光束を反射ミラー２７によって９０度曲げるように構成してもよい。このようにして光学ユニット１を小型化することで、図６Ａに示すように、縦型の光学系でありながら、従来の横型プロジェクタのように投影レンズ２６を有する外筐体４２の垂直方向の高さより水平方向の幅が長く構成された横型の筐体に実装することができ、天吊り、床置きなどの設置形態のバリエーションに応えることが可能となる。このような縦型の光学系により従来の横型プロジェクタと略同一の高さとなる横型の筐体４１を実現するためには、１６：９のアスペクト比の液晶パネルではその対角を０．７型、すなわち０．７インチ以下とすることが好適である。その他のワイドパネルについてもその短辺側の寸法が０．７型、１６：９のアスペクト比の液晶パネルの短辺側寸法以下とすることが好適である。
ここで、図３Ａに示した横型の構成では、液晶パネル１２２，１２３，１２４の長辺からハーネスやフラットケーブル等の伝送系ケーブル１３０が引き出されているが、図４に示す本発明における縦型の配置では、液晶パネル２２，２３，２４の短辺から伝送系ケーブル３０が引き出されている。すなわち、従来の液晶パネルでは、図７に示すように、実際に光の照射される有効エリア１３１の周囲に、Ｐｒｅ−ｃｈａｒｇｅドライブ回路１３２、垂直方向シフトレジスタ回路１３３ａ，１３３ｂ、水平方向シフトレジスタ回路１３４及び水平方向垂直方向レベルシフタ１３５が設けられ、水平方向シフトレジスタ回路１３４及び水平方向垂直方向レベルシフタ１３５からの配線が、液晶パネルの長辺方向に設けられた電極１３６に接続されている。
これに対して、本発明における液晶パネルでは、図８に示すように、有効エリア３１の周囲に、Ｐｒｅ−ｃｈａｒｇｅドライブ回路３２、垂直方向シフトレジスタ回路３３ａ，３３ｂ、水平方向シフトレジスタ回路３４、水平方向レベルシフタ３５及び垂直方向レベルシフタ３６が設けられ、水平方向シフトレジスタ回路３４、水平方向レベルシフタ３５及び垂直方向レベルシフタ３６からの配線が、液晶パネルの短辺方向に設けられた電極３７に接続されている。
このように、本発明では、液晶パネル２２，２３，２４の短辺から伝送系ケーブル３０を引き出すように構成することで、伝送系ケーブル３０の引き回しが容易になる。また、短辺側に伝送ケーブル３０の電極３７を配置することにより、有効エリアの周囲に必要とされる短辺側の回路領域が小さくなり、液晶パネル２２，２３，２４の短辺側の寸法を短くすることができるため、光学ユニット１のサイズをさらに小型化できる。
このような縦型の光学系により従来の横型プロジェクタと略同一の高さとなる横型の筐体４１を実現した場合には、光学系を縦型とすることにより従来の横型光学系により占められていた空間を、有用な機構や回路を配置するための空間として利用することができる。
図３Ａに示した横型の構成では、光学系の高さを低く取るために、図のように冷却ファン１４０が配置されることが多いが、この場合、冷やすべき液晶パネル１２２，１２３，１２４周りの手前で冷却風の向きを９０度変更する必要がある。これに対して図４Ａに示す本発明における縦型の配置では、光学系の横に冷却ファン４０を配置しても光学系の高さに影響を与えることがない。したがって、冷却風の向きを大きく変えることなく冷やすべき液晶パネル２２，２３，２４の周りに導くことができ、冷却効率が向上する。この例においては、離間して配置された液晶パネル２２と一体の偏光板２０ａ，２１ａの間に冷却ファン４０により送風することにより、液晶パネル２２の両面及び偏光板２０ａ，２１ａの少なくとも片面が効率的に冷却される。勿論液晶パネル２２の片側のみに送風経路を形成するようにしてよい。他の液晶パネル２３，２４及び偏光板２０ｂ，２１ｂ，２０ｃについても同様である。
さらに、冷却ファン４０による液晶パネル２２，２３，２４の周りを冷却するとともに図６Ｂに示すように、冷却ファン４０の直線的な送風経路上に配置された冷却が必要な熱源となる回路部品を有する回路基板４３を同時に効率的に冷やすことができる。
また、図２に示した光学ユニット１において、ダイクロイックミラー１５，１６に入射する照明光の角度分布の差が原因で、スクリーンに投射された現像画面Ｉのうち、クロスプリズム２５により合成される各原色の主光線で構成される平面に平行な辺の両端で色むら（シェーディング）が生じる場合が多い。すなわち、図３に示した横型の構成では、液晶パネル１２２，１２３，１２４の長辺方向に、図４に示した本発明における縦型の構成では、液晶パネル２２，２３，２４の短辺方向に生じる場合が多い。ここで、長辺方向基準に構成された図３の光学ユニット１００では、図３Ｃに示すように、シェーディングが長さの長い長辺方向（左右方向）に生じるため、顕著に見えやすい特徴を持つ。これに対して、本発明に係る光学ユニット１では、図４Ｃに示すように、シェーディングが長さの短い短辺方向（上下方向）に生じるため、殆ど目立たなくなる。
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。
例えば、上述の実施の形態では、透過型の液晶パネルを用いるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、図９に示すように、反射型の液晶パネル５０，５１，５２を用いるようにしても構わない。この場合、反射型であるため、図２に示した偏光板２１ａ〜２１ｃの代わりにＰＢＳプリズム５３ａ〜５３ｃが用いられる。
また、図１０に示すように、クロスプリズム２５の代わりにフィリップスタイプのプリズム６３を用いるようにしても構わない。反射型の液晶パネル６０，６１，６２を用いる場合には、ＰＢＳプリズム６４とともに、図示のように構成することができる。

上述したように、本発明に係るプロジェクタによれば、変調手段の短辺がプリズムによって合成される各色光の主光線で構成される平面と略々平行となるように変調手段を配置することで、現像画像に生じるシェーディングを目立たなくすることができ、また、光学ユニットのサイズを従来と比較して非常に小さくすることができる。これにより、装置全体の小型化が可能となる。また、伝送系ケーブルを変調手段の短辺側から引き出すようにすることで、伝送系ケーブルの引き回しが容易となる。さらに、冷却ファンの冷却風の吹出方向を変調手段の長辺方向と略々平行となるように配置することで、冷却効率を向上させることができる。

Claims (7)

1. 光源と、上記光源からの光を複数の色光に分解する光分解用ミラーと、上記光分解用ミラーによって分解された各色光をそれぞれ変調する複数の変調手段と、上記変調手段によって変調された色光を合成するプリズムと、上記プリズムによって合成された光を投影する投影手段とを有する光学系を備えたプロジェクタにおいて、
   上記変調手段は、アスペクト比がｎ：１（ｎ≧１．６）である略矩形形状とされ、当該変調手段の短辺が上記プリズムによって合成される各色光の主光線で構成される平面と略々平行となるように配置されていることを特徴とするプロジェクタ。
2. 上記変調手段を駆動するための伝送系ケーブルが、当該変調手段の短辺側から引き出されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載のプロジェクタ。
3. 少なくとも上記変調手段を冷却するための冷却ファンを有し、上記冷却ファンは、冷却風の吹出方向が上記変調手段の長辺方向と略々平行となるように配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載のプロジェクタ。
4. 上記変調手段は、液晶パネルと、当該液晶パネルを挟み込むように離間して配置された偏光板とを有し、上記冷却ファンにより上記液晶パネルと上記偏光板との間に送風することにより上記変調手段を冷却することを特徴とする請求の範囲第３項記載のプロジェクタ。
5. 上記変調手段が配置された上記冷却ファンの直線的な送風経路に沿って回路基板が配置され、上記冷却ファンは、上記変調手段とともに上記回路基板を冷却することを特徴とする請求の範囲第３項記載のプロジェクタ。
6. 上記光学系は、上記投射手段を有する外筐面の垂直方向の高さより水平方向の幅が長く構成された横型の筐体に実装されることを特徴とする請求の範囲第３項記載のプロジェクタ。
7. 上記変調手段の有効画面の対角が０．７インチ以下であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のプロジェクタ。

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