JPH06331986A - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶プロジェクタの光源光の集光効率を改善
する。 【構成】 液晶プロジェクタは光源１と液晶パネル４と
プロジェクションレンズ系７とから構成されている。光
源１はリフレクタ２に収容されたランプ３から構成され
ている。液晶パネル４は透過型であり光源１からの光束
中に配置されている。プロジェクションレンズ系７は液
晶パネル４に表示された画像を前方に拡大投射する。光
源１と液晶パネル４との間に補助反射手段１０が介在し
ている。この補助反射手段１０は中央窓部１１を有して
おり液晶パネル４に入射する有効平行光束を選択的に通
過させる。又周辺反射部１２を備えており液晶パネル４
から外れる非有効平行光束を選択的に逆反射させリフレ
クタ２に戻して有効光束に転換する。

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５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１１０に沿って光源１０１と液晶パネル１０２
とプロジェクションレンズ系１０３とを順に配列した構
造を有する。光源１０１を構成するランプ１０４から出
た光はリフレクタ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
ズ系１０３を介してスクリーン１０９上に拡大投影され
る。なお、光源１０１とコンデンサレンズ１０６の間に
はフィルタ１１４が挿入されており、光源光に含まれる
不要な赤外線及び紫外線を除去する。

【０００３】液晶プロジェクタでは、光源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
物により隔てられたり、光路から外れた方向に進む為、
プロジェクションレンズ系１０３にまで到達する事がで
きない。従って、光源１０１からの照明光は主として平
行光線が画像の投影に寄与する。

【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、放物面等の形
状を有する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、それでもランプには
配光分布等があり光源光の利用効率はたかだか６０％で
ある。画像プロジェクションに主として寄与する平行光
成分はさらにその半分の３０％にも達していない。さら
に、平行光であっても液晶パネルの有効表示領域に入射
する量は限られている。この為、従来の液晶プロジェク
タでは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。

【０００５】引き続き従来の光源構造の課題を詳述す
る。最近の液晶プロジェクタの光源には例えばメタルハ
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１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６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。例えば
このランプはアーク形状が直径１mmで長さが５mmの円筒
形を有する。今仮に、放物面を有するリフレクタ１０５
の焦点がランプ１０４の前側輝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前側輝点から放射した光
はリフレクタ１０５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かう平行光束１１
１となる。一方、後側輝点から出た光はリフレクタ１０
５により反射されても平行光束とはならず斜めに放射さ
れた斜行光束１１２になってしまう。この中には有効成
分も含まれるが全てをプロジェクションレンズ系まで導
く事は困難である。又、現状ではランプの配光分布があ
る為無効光束１１３が非常に多く含まれる。

【０００６】加えて、図７に示す様に平行光束であって
も液晶パネルの照明に寄与しない無効成分が含まれてい
る。図示する様に、放物面を有するリフレクタ１０５か
ら放射された平行光束は円形断面積を有する。一方光路
に介在する液晶パネル１０２は一般に矩形形状を有して
おり前述した円形断面積に含まれる。従って、平行光束
であっても円形断面周辺に位置する部分は液晶パネル１
０２の表示領域を照明する事なく通過してしまう。液晶
パネル１０２の寸法が小さくなる程この非有効平行光束
の量が増え、光源光の利用効率がさらに悪くなる。

【０００７】図８は楕円リフレクタと球面リフレクタを
組み合わせる事により光源光の利用効率を高めた構造を
示す。但し、このダブルミラー構造は液晶プロジェクタ
用光源ではなく、光ファイバ用光源に用いられるもので
ある。図示する様に、楕円リフレクタ２０１の焦点位置
にランプ２０２が配置されている。楕円リフレクタ２０
１の前方には球面リフレクタ２０３が対向配置されてお
り、その中心部には円形開口２０４が形成されている。
ランプ２０２から放射した光は楕円リフレクタ２０１に
より反射され円形開口２０４を通って光軸２０５の前方
所定位置２０６に収束される。又、ランプ２０２から直
接前方に放射された光は球面ミラー２０３により反射逆
進した後、楕円リフレクタ２０１により反射され前方所
定位置２０６に収束される。このダブルミラー構造は１
点に光を集める必要のある光ファイバ用光源としては好
適であるが、液晶プロジェクタの様に光路の長い光学系
には適用できない。又、ランプの配光分布の関係から球
面リフレクタ２０３に直接入射する光量は少ないので、
液晶プロジェクタの光源として用いても所望の集光効果
を得る事はできない。

【０００８】

【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。特
に非有効平行光束を有効平行光束に転換する事を目的と
する。さらには、非有効斜行光束も有効光束に転換する
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、リフレクタに収容されたランプ
からなる光源と、その光束中に配置された透過型の液晶
パネルと、これに表示された画像を前方に拡大投写する
プロジェクションレンズ系とを備えている。本発明の特
徴事項として、中央窓部と周辺反射部を有する補助反射
手段が該光源と該液晶パネルとの間に介在している。前
記中央窓部は該液晶パネルに入射する有効平行光束を選
択的に透過させる。一方、前記周辺反射部は該液晶パネ
ルから外れる非有効平行光束を選択的に逆反射させ該リ
フレクタに戻して有効光束に転換する。具体的には、前
記補助反射手段は該液晶パネルの形状に相似な矩形中央
窓部と、光束断面積を包含する円形周辺反射部を有する
平面ミラー部材からなる。あるいは、液晶パネルと光源
との間に挿入されたフィルタを利用する事もできる。即
ち、前記補助反射手段は該フィルタにパタニング形成さ
れた反射膜で構成する事も可能である。

【０００９】一般に前記補助反射手段と該液晶パネルと
の間にコンデンサレンズが挿入されている。該コンデン
サレンズに対して前記補助反射手段及び該光源の位置を
適切に設定する事により、非有効平行光束に加えて非有
効斜行光束も有効光束に転換する事が可能である。

【００１０】

【作用】本発明によれば光源と液晶パネルとの間に補助
反射手段が介在している。この補助反射手段は中央窓部
と周辺反射部を有する。中央窓部は該液晶パネルに入射
する有効平行光束をそのまま通過させる。この有効平行
光束は全平行光束の内比較的内側に位置する部分であ
る。一方、前記周辺反射部は該液晶パネルから外れる非
有効平行光束を逆反射させ該リフレクタに戻す。この非
有効平行光束は全平行光束の内比較的外側に位置する部
分である。該リフレクタは例えば放物反射面を有してお
り逆進した外側平行光束を再び反射して内側平行光束に
転換する。この様に本発明では補助反射手段を巧みに利
用して外側平行光束を内側平行光束に転換し光源光の有
効利用を図っている。加えて、該コンデンサレンズに対
して補助反射手段及び光源の位置を適切に設定する事に
より、非有効平行光束のみならず非有効斜行光束も有効
光束に転換する事が可能である。

【００１１】

【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
タの第１実施例を示す模式図である。図示する様に本液
晶プロジェクタは光源１を備えている。光源１はリフレ
クタ２とその中に収容されたランプ３とから構成されて
いる。本例ではリフレクタ２はコールドミラーからなり
放物反射面を有する。ランプ３は放物反射面の焦点位置
に配置されている。光源１からの光束中には透過型の液
晶パネル４が配置されている。この液晶パネル４は例え
ば高密度高精細の画素を含むアクティブマトリクス型で
ある。液晶パネル４の両側には一対の偏光板５，６が貼
着されている。液晶パネル４の前方にはプロジェクショ
ンレンズ系７が配置されており、液晶パネル４に表示さ
れた画像を前方に拡大投射する。加えて、液晶パネル４
と光源１の間にはコンデンサレンズ８が介在している。
又光源１の前面にはフィルタ９が挿入されている。かか
る構成において、ランプ３から出た光はリフレクタ２に
より平行光束及び近平行光束として出射されフィルタ９
を通過する。このフィルタ９は光源光に含まれる不要な
赤外線及び紫外線を除去する為のものである。フィルタ
９を通過した平行光束はコンデンサレンズ８により集光
され一方の偏光板６で偏光された後液晶パネル４を照明
する。その後他方の偏光板５を介してプロジェクション
レンズ系７の入射瞳に入り、拡大投射されてスクリーン
面（図示せず）に結像される。

【００１２】本発明の特徴事項として、光源１と液晶パ
ネル４との間に補助反射手段１０が介在している。補助
反射手段１０は中央窓部１１と周辺反射部１２を有す
る。中央窓部１１は液晶パネル４に入射する有効平行光
束を選択的に通過させる。この有効平行光束は光源１か
ら放射される全平行光の内比較的内側に位置する光線１
３からなる。一方、周辺反射部１２は該液晶パネル４か
ら外れる非有効平行光束を選択的に逆反射させリフレク
タ２に戻して有効光束に転換する。この非有効平行光束
は光源１から放射される全平行光の内比較的外側に位置
する光線１４を含んでいる。図示する様に外側光線１４
は周辺反射部１２によって反射された後逆進してリフレ
クタ２の放物反射面に戻る。点線で示す様に、ここで再
び折り返し反射され有効平行光束に転換される。図１の
幾何学的関係から明らかな様に、逆進した外側光線１４
はリフレクタ２の折り返し反射により内側光線１５に転
換される。この内側光線１５は液晶パネル４を直接照明
する有効平行光束である。

【００１３】図２は上述した補助反射手段１０の具体的
な構成例を示す平面図である。この具体例では、補助反
射手段１０は平面ミラー部材１６から構成されている。
この平面ミラー部材１６は液晶パネルの外形形状に相似
な矩形中央窓部１１と、リフレクタからの光束断面積を
包含する円形周辺反射部１２とを備えている。本図から
容易に理解できる様に、放物反射面を有するリフレクタ
から放出された光束は所定の円形断面積を有する。一
方、液晶パネルは一般に矩形形状を有し全面に均一な照
明光を受ける為、円形光束断面積の中央に配置される。
即ち、液晶パネルの外形は円形断面に包含されており、
平行光束であっても比較的外側の光線は液晶パネルに入
射しない。この点本発明によれば、外側の非有効平行光
束が補助反射手段による逆進反射及びリフレクタによる
折り返し反射により内側の有効平行光束に変換される。
特に、補助反射手段１０の中央窓部１１の形状を液晶パ
ネルの外形形状と相似的に一致させる事により外側の非
有効平行光束を略完全に逆進反射する事が可能である。

【００１４】図３は補助反射手段の他の具体例を示して
おり、（Ａ）は平面形状を表わし（Ｂ）は断面形状を表
わしている。本例では、補助反射手段１０はフィルタ９
に直接パタニング形成された反射膜１７からなる。この
フィルタ９は図１に示した様に光源１の前面に装着され
たものであり光源光に含まれる不要な赤外線及び紫外線
を吸収する為に用いられている。このフィルタ９に反射
膜１７を直接形成する事により部品点数を削減できる。
図３に示す様に反射膜１７は中央窓部１１を囲む様にパ
タニング形成されている。なお本例ではフィルタ９は矩
形形状を有するがこれに限られるものではなく円形フィ
ルタを用いても良い事はいうまでもない。

【００１５】図４は本発明にかかる液晶プロジェクタの
第２実施例を示す模式図である。基本的には図１に示し
た第１実施例と同一の構造を有しており、対応する部分
には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。
異なる点は、コンデンサレンズ８に対して補助反射手段
１２及び光源１の位置を適切に設定し、非有効斜行光束
も有効光束に転換している事である。なお、平行光束に
ついては図１の関係がそのまま成立しており、外側の非
有効平行光束は内側の有効平行光束に転換される。ここ
では斜行光束の有効化について特に説明を加える。ラン
プ３は例えばアークが直径１mmで長さが５mmの円筒形を
有している。放物反射面を有するリフレクタ２の焦点は
ランプ３の前側輝点及び後側輝点の丁度中間に来る様に
位置決めされている。ランプ３の中心部から放射した光
はリフレクタ２により反射され平行光線１８となって液
晶パネル４を照明する。なお平行光線１８より外側の平
行光線については補助反射手段１０の周辺反射部１２に
より逆進反射され内側平行光線に転換される。一方、例
えばランプ３の前側輝点から発射した光は点線で示す様
にリフレクタ２で反射された後斜行光線１９となって前
方に放射される。仮に補助反射手段１０がないとする
と、斜行光線１９はコンデンサレンズ８を通過した後液
晶パネル４に入射可能である。しかしながら、液晶パネ
ル４を通過した後の斜行光線１９はプロジェクションレ
ンズ系７に入らない。これに対して補助反射手段１０を
介在させた場合には、ランプ３の例えば前側輝点から放
出された光はリフレクタ２及び周辺反射部１２により繰
り返し反射され斜行光線２０となって前方に放出され
る。この斜行光線２０はコンデンサレンズ８を通過した
後液晶パネル４を通ってプロジェクションレンズ系７の
入射瞳に入る事ができる。この為の条件として、コンデ
ンサレンズ８の焦点距離ｆを考慮した位置関係に、補助
反射手段１０及び光源１を設置すれば良い。本実施例で
は平行光束に加えて斜行光束も有効化している。この為
実際のモデルを想定したシミュレーション結果によれば
光源光の集光率が従来の３５％から５０％まで改善でき
る事が明らかになった。

【００１６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、中
央窓部と周辺反射部を有する補助反射手段を光源と液晶
パネルとの間に介在させている。中央窓部は液晶パネル
に入射する有効平行光束を通過させる一方、周辺反射部
は液晶パネルから外れる非有効平行光束を逆反射させリ
フレクタに戻して有効光束に転換する。かかる構成によ
り光源光の集光効率が従来に比べて顕著に改善できると
いう効果が得られる。さらに、コンデンサレンズに対し
て補助反射手段及び光源の位置を適切に設定する事によ
り、非有効平行光束に加えて非有効斜行光束も有効光束
に転換する事が可能でありさらに集光効率が改善できる
という効果がある。

【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第１実施例
を示す模式図である。

【図２】補助反射手段の具体例を示す平面図である。

【図３】補助反射手段の他の具体例を示す模式図であ
る。

【図４】本発明にかかる液晶プロジェクタの第２実施例
を示す模式図である。

【図５】従来の液晶プロジェクタの構成を示す模式図で
ある。

【図６】従来の光源の一例を示す模式図である。

【図７】従来の液晶プロジェクタの課題を説明する為の
模式図である。

【図８】従来の光源の他の例を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ リフレクタ ３ ランプ ４ 液晶パネル ７ プロジェクションレンズ系 ８ コンデンサレンズ ９ フィルタ １０ 補助反射手段 １１ 中央窓部 １２ 周辺反射部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リフレクタに収容されたランプからなる
   光源と、その光束中に配置された透過型の液晶パネル
   と、これに表示された画像を前方に拡大投写するプロジ
   ェクションレンズ系とを備えた液晶プロジェクタにおい
   て、 中央窓部と周辺反射部を有する補助反射手段が該光源と
   該液晶パネルとの間に介在しており、 前記中央窓部は該液晶パネルに入射する有効平行光束を
   選択的に通過させ、 前記周辺反射部は該液晶パネルから外れる非有効平行光
   束を選択的に逆反射させ該リフレクタに戻して有効光束
   に転換する事を特徴とする液晶プロジェクタ。
2. 【請求項２】 前記補助反射手段と該液晶パネルとの間
   にコンデンサレンズが挿入されており、該コンデンサレ
   ンズに対して前記補助反射手段及び該光源の位置を適切
   に設定し、非有効平行光束に加えて非有効斜行光束も有
   効光束に転換す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】 前記補助反射手段は、該液晶パネルの形
   状に相似な矩形中央窓部と、光束断面積を包含する円形
   周辺反射部を有する平板ミラー部材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。
4. 【請求項４】 該液晶パネルと該光源との間にフィルタ
   が挿入されており、前記補助反射手段は該フィルタにパ
   タニング形成された反射膜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。