JPH11271706A - 照明光学系およびこれを用いたプロジェクタ装置 - Google Patents
照明光学系およびこれを用いたプロジェクタ装置Info
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- JPH11271706A JPH11271706A JP10095380A JP9538098A JPH11271706A JP H11271706 A JPH11271706 A JP H11271706A JP 10095380 A JP10095380 A JP 10095380A JP 9538098 A JP9538098 A JP 9538098A JP H11271706 A JPH11271706 A JP H11271706A
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Abstract
方向に対して傾くように配置し、かつ照明領域がこの映
像表示手段の形状と相応したものとなるように、インテ
グレータ板のレンズ素子の形状を調整することで、映像
表示手段を斜めから照明した場合にも、該映像表示手段
上での照明効率の低下を防止する。 【構成】 各フライアイ(インテグレータ板)11A、
11Bを構成する各レンズ素子の形状は、インテグレー
タ部11の光軸と液晶表示パネル23の法線を含む面お
よび各フライアイ11A、11Bの交線の延びる方向に
調整して、液晶表示パネル23への光束入射を斜めとし
た場合に、液晶表示パネル23上での照明領域が、この
液晶表示パネル23の有効領域よりも若干の余裕分を有
する程度のサイズとなるように構成されている。
Description
微小鏡面素子パネルなどの映像表示手段に表示された映
像をスクリーン上に拡大投影する照明光学系およびこれ
を用いたプロジェクタ装置に関し、詳しくは、該映像表
示手段を照明する光の照明均一化を図るためのインテグ
レータ部と該映像表示手段との相対位置関係およびそれ
らの構造の改良に関するものである。
て、液晶表示パネル上での照明ムラを解消するためにイ
ンテグレータを利用した光学系を用いる技術が従来から
知られている。
クタを用いた光源部の後段に、第1インテグレータ板
(一般には第2フライアイ等と称する)、第2インテグ
レータ板(一般には第1フライアイ等と称する)および
フィールドレンズをこの順に配置してなる。第1インテ
グレータ板は、液晶表示パネルと略相似形状とされた複
数のレンズ素子を二次元的に配列して構成されており、
また、光源部から射出される明るさムラの大きな光束
を、第1インテグレータ板のレンズ素子の数と同数の部
分光束に分割する。分割後の部分光束の明るさムラは、
分割前の光束に比較して小さい。この各部分光束は、第
2インテグレータ板とフィールドレンズにより各々被照
明領域方向に射出され、被照明領域上で互いに重畳する
ことになるので、明るさムラの小さな照明を実現するこ
とができる。
グレータを利用した光学系では、インテグレータ自体や
光路上に配設されるミラー、レンズなどの製造誤差によ
る影響を吸収できるような大きさの照明領域を確保する
設計とすることが望ましいものの、基本的には該照明領
域の形状を上述した液晶表示パネルよりも若干大きくす
る程度にとどめ、照明効率の低下を最小限にとどめるよ
うにすることが肝要である。
レンズは、液晶表示パネルに対し、その光軸と垂直な方
向にシフトして使用することが多いため、液晶側がテレ
セントリックな系となるように設計されることが一般的
であり、また、それに関連して、インテグレータを用い
た照明光学系も、光束が液晶表示パネルを透過した後テ
レセントリックとなるような系に設計することが一般的
であるが、このようにテレセントリックな系とした場合
には、上記投影レンズとして多くのレンズ枚数を要した
り、各レンズの径が大きくなってしまうなどの問題があ
り、装置の大型化やコストアップを招いてしまう。
インテグレータを用いた現行の照明光学系を、単純に液
晶表示パネルに対し全体を傾けて配置し、液晶表示パネ
ルから射出される光束を、その法線方向に対し所定の角
度をなすようにし、いわゆる非テレセントリックな系を
構成することが考えられる。
を、液晶表示パネルに対し単純に全体を傾けて配置した
場合には、上述した如く、上記第1インテグレータ板、
すなわち光源側のインテグレータ板の各レンズ素子が液
晶表示パネルと相似形状をなしているため、液晶表示パ
ネルに対し、インテグレータの光軸と液晶表示パネルの
法線を含む面および上記第1インテグレータ板により形
成される交線の延びる方向に照明領域が拡がってしま
い、照明効率を低下させることになる。
の微小鏡面素子を配列してなる微小鏡面素子パネル(D
MD)が注目されているが、この微小鏡面素子パネル
は、そのパネルの法線に対して所定角度をもって斜めか
ら光束を入射させることが必要とされており、したがっ
て映像表示手段としてこのような微小鏡面素子パネルを
用いた場合にも、上記液晶表示パネルを用いた場合と同
様に照明効率の低下が問題となる。
ので、インテグレータを用いた照明光学系からの光束を
映像表示手段に対し、その法線に対して斜めから入射さ
せた場合にも、該映像表示手段上での照明効率の低下を
防止しうる照明光学系およびプロジェクタ装置を提供す
ることを目的とするものである。
系は、光源部と、該光源部から射出された光の光量均一
化を図る、該光源部の光軸方向に配列された少なくとも
2枚のインテグレータ板よりなるインテグレータ部とを
備え、入射光を映像情報に応じて変調する映像表示手段
を照明する照明光学系において、前記インテグレータ部
の光軸を、前記映像表示手段への光束入射面の法線に対
して傾けるように設定し、かつ該インテグレータ部から
射出される光束が、該映像表示手段に照射された際に、
該光束による照明領域が該映像表示手段の形状と相応す
るように、該インテグレータ部の最も光源部に近い第1
インテグレータ板の各素子の形状を、該インテグレータ
部の光軸と前記法線を含む面および該第1インテグレー
タ板とにより形成される交線の延びる方向に調整してな
ることを特徴とするものである。
出する光源部と、該白色光の光量均一化を図る、該光源
部の光軸方向に配列された少なくとも2枚のインテグレ
ータ板よりなるインテグレータ部とを備え、該白色光を
青、緑、赤の各色光に分解する色分解光学部を介して、
該色光を映像情報に応じて変調する、各色光に対応して
設けられた3つの映像表示手段を照明する照明光学系に
おいて、前記インテグレータ部の光軸を、前記各映像表
示手段の光束入射面の法線に対して傾けるように設定
し、かつ該インテグレータ部から射出される光束が、該
各映像表示手段に照射された際に、該光束による照明領
域が該映像表示手段の形状と相応するように、該インテ
グレータ部の最も光源部に近い第1インテグレータ板の
各素子の形状を、該インテグレータ部の光軸と前記法線
を含む面および該第1インテグレータ板とにより形成さ
れる交線の延びる方向に調整してなることを特徴とする
ものである。
少なくとも2枚のインテグレータ板を互いに同一の形状
およびサイズとすれば、製造コストを低下できるので好
ましい。さらに、前記映像表示手段を液晶表示パネルあ
るいは微小鏡面素子パネルとすることが可能である。
した照明光学系から射出され、前記映像表示手段を透過
した光束を投影レンズによってスクリーン上に拡大投射
するように構成されたことを特徴とするものである。な
お、上述した「相応するように」とは、映像表示手段上
の照明領域の形状が映像表示手段(有効領域)と同一形
状となる場合の他、種々の製造誤差に伴う余裕分を持た
せるために該照明領域を誤映像表示手段の形状よりも若
干大きめに形成する場合も含むものとする。
図面を参照しつつ説明する。図2は、本実施形態による
投射型液晶プロジェクタ装置の構成を示す概略図であ
る。図2に示すように、本実施形態の投射型液晶プロジ
ェクタ装置は、光源部10と、この光源部10から発せ
られた白色光束をミキシングして、光量分布の均一化を
図るための、インテグレータ部11と、インテグレータ
部11により均一光とされた光束にカラー画像情報を担
持せしめてスクリーンに投射するための投射部12とか
らなる。
セノンランプやメタルハライドランプ等の放電管からな
る発光体10Aと、放物面鏡よりなるリフレクタ10B
とからなる。すなわち、放物面鏡よりなるリフレクタ1
0Bは、発光体10Aの発光源を焦点位置とするもので
あり、発光体10Aから発せられて光源部10の光軸L
Oの後方および外方へ向かう光束の一部を該光軸LOに略
平行な光束として反射させるものである。
の光束に対して作用する第2フライアイ(第1インテグ
レータ板)11Aと、第2フライアイ11Aの各レンズ
素子からの光束を、後述する液晶表示パネル上に重畳せ
しめる第1フライアイ(第2インテグレータ板)11B
と、凸のフィールドレンズ11Cとを備えてなる。な
お、上記2つのフライアイ11A、11Bは微小なレン
ズ素子を規則的に配列したものであって、その各レンズ
素子は液晶表示パネル23B、23G、23Rの有効領
域と相似形状に形成されている。
1により均一化された光束をB成分LBとGR成分L
G、LRとに分離するためのB/GR分離用ダイクロイ
ックミラー21と、ダイクロイックミラー21により分
離されたGR成分LG、LRを、G成分LGと、R成分
LRとに分離するためのG/R分離用ダイクロイックミ
ラー22と、B成分用の画像が表示される液晶表示パネ
ル23Bと、G成分用の画像が表示される液晶表示パネ
ル23Gと、R成分用の画像が表示される液晶表示パネ
ル23Rと、各液晶表示パネル23B、23G、23R
を透過して画像情報が担持された光束の成分LB、L
G、LRを合成する3色合成プリズム24と、3色合成
プリズム24により合成された光束をスクリーン(図示
せず)上に投射するための投影レンズ25とを備えてな
る。また、B/GR分離用ダイクロイックミラー21に
より分離されたB成分LBを液晶表示パネル23Bに向
けて反射する全反射ミラー27と、全反射ミラー27に
より反射されたB成分LBを平行光とするためのフィー
ルドレンズ28Bと、G/R分離用ダイクロイックミラ
ー22により分離されたG成分LGを平行光とするため
のフィールドレンズ28Gと、G/R分離用ダイクロイ
ックミラー22により分離されたR成分LRを液晶表示
パネル23Rに向けて反射するための全反射ミラー2
9、30と、G/R分離用ダイクロイックミラー22に
より分離されたR成分LRを平行光とするためのフィー
ルドレンズ28Rとを備えてなる。
おいては、3色合成プリズム24に至るまでの光路長は
R成分LRのみが異なるが、G/R分離用ダイクロイッ
クミラー22と全反射ミラー29との間にはフィールド
レンズ31が、全反射ミラー29と全反射ミラー30と
の間にはリレーレンズ32がそれぞれ配設されており、
このフィールドレンズ31とリレーレンズ32とによ
り、R成分LRの結像関係がB成分LBおよびG成分L
Gと見かけ上同等となるように補正されるものである。
また、上記3色合成プリズム24はクロスプリズムであ
り、B成分LBに対して反射するダイクロイック面24
Bと、R成分LRに対して反射するダイクロイック面2
4Rとを有するものである。
おいては、液晶表示パネル23B、23G、23Rを投
影レンズ25に対して、その光軸と垂直な方向にシフト
して用いることが多く、従来、この投影レンズ25の液
晶表示パネル23B、23G、23R側をテレセントリ
ックな系とし、また、照明光学系においても光束が液晶
表示パネル23B、23G、23Rを透過した後にテレ
セントリックとなるような系とすることが一般的であっ
たが、このようにテレセントリックな系とした場合に
は、上記投影レンズ25として多くのレンズ枚数が必要
とされ、また、各レンズの径も大きくなってしまう等と
いう不都合が生じる。
すように(一部の光学部材は省略されている)、光源部
10、インテグレータ部11およびフィールドレンズ2
8からなる照明光学系全体を上下方向に傾け(左右方向
には図2に示す如く傾いていない)、この光学系の光軸
X1が液晶表示パネル23(3つの液晶表示パネル23
B、23G、23Rを1枚の液晶表示パネルで代表させ
ている)の法線に対して、所定の角度をなすようにし、
照明光学系からの光束が液晶表示パネル23を通過した
後、その主光線が投影レンズ25の光軸X2に対して非
平行(非テレセントリック)で、この光軸X2に近づく
ようにして該投影レンズ25に入射するように構成して
いる。
数を削減したものとすることができ、また図示するよう
にテレセントリックな系とした場合のレンズサイズ(点
線で示されている)よりもその径を小さなものとするこ
とが可能となる。一方、上述したようなインテグレータ
部11を用いた照明光学系では、このインテグレータ部
11や、その他の光学部材の製造誤差による影響を吸収
するために、液晶表示パネル23B、23G、23R上
での照明領域を、この液晶表示パネル23B、23G、
23Rの有効領域の形状よりも若干余裕を持たせた大き
さとすることが望ましいものの、その余裕分は最小限に
とどめ、大きい照明効率を確保することが必要である。
たように、従来の照明光学系を液晶表示パネル23の法
線に対して所定角度傾ける簡易な構成としており、ま
た、前述したように、各フライアイ11A、11Bを構
成する各レンズ素子が液晶表示パネル23の有効領域と
相似形状をなしているため、液晶表示パネル23に対し
て、その照明領域が、インテグレータ部11の光軸と液
晶表示パネル23の法線を含む面および液晶表示パネル
23により形成される交線の延びる方向に拡がってしま
い、有効利用されない照明領域の割合が大きくなってし
まうことから、その照明効率が大幅に低下してしまう。
3の法線に対して傾けない場合には、図3の左図に示す
ように、液晶表示パネル23の有効領域RAよりも照明
領域RB 1が若干の余裕分だけ大きい形状とされているの
に対し、本実施形態の如く、照明光学系を液晶表示パネ
ル23の法線に対して傾けるようにした場合には、図3
の右図に示すように、液晶表示パネル23の有効領域R
Aよりも照明領域RB2が紙面上下方向(インテグレータ
部11の光軸と液晶表示パネル23の法線を含む面およ
び液晶表示パネル23により形成される交線の延びる方
向)に大きく拡がって照明効率を低下させてしまう。
アイ(インテグレータ板)11A、11Bを構成する各
レンズ素子の形状を、インテグレータ部11の光軸と液
晶表示パネル23の法線を含む面および各フライアイ1
1A、11Bにより形成される交線の延びる方向に調整
して、液晶表示パネル23への光束入射を斜めとした場
合に、液晶表示パネル23上での照明領域が、この液晶
表示パネル23の有効領域よりも若干の余裕分を有する
程度の形状となるようにしている。
る。図4(a)は液晶表示パネル23の有効領域の形状
であり、図4(b)は本実施形態のフライアイ11A、
11Bの形状を示すものである。上記照明光学系を、液
晶表示パネル23の長辺と平行な軸を回転軸として傾け
た場合には、この図4(b)に示すように、各フライア
イ11A、11Bの領域RC1を構成する各レンズ素子1
11Aを、該液晶表示パネル23の有効領域RAと相似
な形状に対して、その短辺の延びる方向に所定量だけ扁
平とした形状とすればよい。
23の長辺と平行な軸のみならず短辺と平行な軸をも回
転軸として傾けて、該液晶表示パネル23を照明するよ
うにした場合には、図4(C)に示すように各フライア
イ11A、11Bの領域RC2を構成する各レンズ素子1
11Bを、各々の方向への傾き角に応じた平行四辺形の
形状とすればよい。
行四辺形とした場合において、上述した光源部10の光
束断面形状(リフレクタ10Bの形状による)が略円形
をなしているため、図4(d)に示すように、各レンズ
素子111Cの形状は平行四辺形としつつ、その配列を
その列あるいは行毎にずらして全体の領域RC3が、上記
光束断面形状に近くなるようにして照明光の利用効率を
低下させないような構成とすることが望ましい。
ネルを用いた投射型液晶プロジェクタ装置に適用する場
合に限られるものではなく、その他の映像表示手段を用
いた各種プロジェクタ装置に適用することができる。例
えば、図5に示す如く、微小鏡面素子を配列してなる、
いわゆるDMD(デジタル・ミラー・デバイス)を映像
表示手段として用いたプロジェクタ装置にも適用するこ
とができる。
とインテグレータ部211からなる照明光学系をDMD
223に対し上下、左右両方向に傾けて配置し、照明光
L11を斜め方向からDMD223に照射し、このDMD
223において映像信号により変調された光束L12を投
影レンズ(図示せず)方向に反射せしめ、この後、この
映像情報を担持した光束L12を、スクリーン(図示せ
ず)上に拡大投射するように構成されている。
Aとリフレクタ210Bとから構成され、インテグレー
タ部211は2つのフライアイ(インテグレータ板)2
11A、211Bと2つのフィールドレンズ228A、
228Bから構成されており、各フライアイ211A、
211Bを構成する各レンズ素子は図4(C)もしくは
図4(d)に示されるような形状および配列とされてい
る。
いたプロジェクタ装置としては上述した実施形態のもの
に限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が
可能である。例えば、図2に示す投射型液晶プロジェク
タ装置ではカラー画像を形成するために3板式の液晶表
示パネルを搭載しているが、これに代えて単板式の液晶
表示パネルを搭載するようにしてもよく、この場合には
光源部からの光は単色光であってもよく、各色光の分離
光学系および合成光学系は不要となる。
つのフライアイ(インテグレータ板)およびこのフライ
アイを構成するレンズ素子を同一形状のものとしてお
り、これによりフライアイの製造コストを低下させるこ
とができるが、これら2つのフライアイ、およびこのフ
ライアイを構成するレンズ素子は互いに同一のものとせ
ずともよく、この場合には少なくとも最も光源側に位置
するフライアイが上述した本発明の構成要件を満たして
いればよい。また、図1、2、5において示されたレン
ズ系の構成はあくまで説明のための例示であり、レンズ
の種類、枚数等はその状況に応じて適宜変更し得る。
系によれば、照明光学系全体をその光軸が映像表示手段
の法線方向に対して傾くように配置し、映像表示手段を
斜めから照明するようにして、投影レンズの映像表示手
段側を非テレセントリックな系となるように構成してい
る。これにより、従来のものに比して別段の部材を追加
することなく、投影レンズのレンズ枚数を削減でき、ま
た各レンズを小径化することができ、装置のコンパクト
化、低コスト化を図ることができる。
束が、映像表示手段に照射された際に、該光束による照
明領域が、この映像表示手段の形状と相応するように、
インテグレータ部の光軸と映像表示手段の法線を含む
面、および光源部に近い第1インテグレータ板により形
成される交線の延びる方向において、このインテグレー
タ板の各レンズ素子の形状を調整するようにしているの
で、映像表示手段上での照明領域を、この映像表示手段
と略同等もしくは若干の余裕分を有する程度の形状とす
ることができ、この映像表示手段に対し上記照明光束を
斜めに入射せしめた場合にも、照明の利用効率が低下す
るのを防止することができる。
ェクタ装置においても、同様の作用効果を得ることがで
き、従来のものに比して、大きな構成変更を要すること
なく、照明光の利用効率を低下させることなく、装置の
コンパクト化、低コスト化を図ることができる。
図
クタ装置を示す概略平面図
明領域との形状関係を説明するための図
構成を説明するための図
明光学系を説明するための概略図
ータ板) 11B、211B 第1フライアイ(第2インテグレ
ータ板) 11C、28B、28G、28R、31、228A、2
28B フィールドレンズ 12 投射部 23、23B、23G、23R 液晶表示パネル 24 3色合成プリズム 25 投影レンズ 111A、111B、111C レンズ素子 223 DMD RA 液晶表示パネル(映像表示パネル)
の有効領域 RB1、RB2 照明領域 RC1、RC2、RC3 フライアイ(インテグレータ板)の
領域
Claims (10)
- 【請求項1】 光源部と、該光源部から射出された光の
光量均一化を図る、該光源部の光軸方向に配列された少
なくとも2枚のインテグレータ板よりなるインテグレー
タ部とを備え、入射光を映像情報に応じて変調する映像
表示手段を照明する照明光学系において、 前記インテグレータ部の光軸を、前記映像表示手段への
光束入射面の法線に対して傾けるように設定し、かつ該
インテグレータ部から射出される光束が、該映像表示手
段に照射された際に、該光束による照明領域が該映像表
示手段の形状と相応するように、該インテグレータ部の
最も光源部に近い第1インテグレータ板の各素子の形状
を、該インテグレータ部の光軸と前記法線を含む面およ
び該第1インテグレータ板とにより形成される交線の延
びる方向に調整してなることを特徴とする照明光学系。 - 【請求項2】 前記インテグレータ部を構成する少なく
とも2枚のインテグレータ板が互いに同一の形状および
サイズとされていることを特徴とする請求項1記載の照
明光学系。 - 【請求項3】 前記映像表示手段が液晶表示パネルであ
ることを特徴とする請求項1または2記載の照明光学
系。 - 【請求項4】 前記映像表示手段が微小鏡面素子パネル
であることを特徴とする請求項1または2記載の照明光
学系。 - 【請求項5】 請求項1から4のうちいずれか1項記載
の照明光学系を用いたプロジェクタ装置であって、該照
明光学系から射出され、前記映像表示手段を透過した光
束を投影レンズによってスクリーン上に拡大投射するよ
うに構成されてなることを特徴とするプロジェクタ装
置。 - 【請求項6】 白色光を射出する光源部と、該白色光の
光量均一化を図る、該光源部の光軸方向に配列された少
なくとも2枚のインテグレータ板よりなるインテグレー
タ部とを備え、該白色光を青、緑、赤の各色光に分解す
る色分解光学部を介して、該色光を映像情報に応じて変
調する、各色光に対応して設けられた3つの映像表示手
段を照明する照明光学系において、 前記インテグレータ部の光軸を、前記各映像表示手段の
光束入射面の法線に対して傾けるように設定し、かつ該
インテグレータ部から射出される光束が、該各映像表示
手段に照射された際に、該光束による照明領域が該映像
表示手段の形状と相応するように、該インテグレータ部
の最も光源部に近い第1インテグレータ板の各素子の形
状を、該インテグレータ部の光軸と前記法線を含む面お
よび該第1インテグレータ板とにより形成される交線の
延びる方向に調整してなることを特徴とする照明光学
系。 - 【請求項7】 前記インテグレータ部を構成する少なく
とも2枚のインテグレータ板が互いに同一の形状および
サイズとされていることを特徴とする請求項6記載の照
明光学系。 - 【請求項8】 前記各映像表示手段が液晶表示パネルで
あることを特徴とする請求項6または7記載の照明光学
系。 - 【請求項9】 前記各映像表示手段が微小鏡面素子パネ
ルであることを特徴とする請求項6または7記載の照明
光学系。 - 【請求項10】 請求項6から9のうちいずれか1項記
載の照明光学系を用いたプロジェクタ装置であって、該
照明光学系から射出された各色光を合成し、投影レンズ
によってスクリーン上に拡大投射するように構成されて
なることを特徴とするプロジェクタ装置。
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