JPH116980A

JPH116980A - 投写装置

Info

Publication number: JPH116980A
Application number: JP9159070A
Authority: JP
Inventors: Eimei Miyashita; 栄明宮下
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】投写装置の光源の利用効率を高める。【解決する手段】複数の光源１の光を合成して照射面
６に投写する投写装置であって、各光源１は、一つの光
源１に対して一つの凹面反射鏡２を有し、照射面６に対
する各光源１の入射角は照射面６の法線ｎに対して２〜
８゜傾斜している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来か
ら、大画面映像を表示する装置として、液晶パネルに表
示された画像を強力な光で照明し、スクリーン上に投写
する液晶プロジェクタのような投写装置が知られてい
る。この種投写装置の光源は、光源の入力を増やすこと
が比較的安価である２５０〜４００Ｗランプが広く採用
されている。しかし、入力の大きなランプは一般に寿命
が短く、又、寿命との関係でアーク長を短くできないた
め集光効率が悪く、更に発熱量が大きいため大型の冷却
ファンを必要とし、冷却ファンのノイズが大きい問題が
ある。光利用効率について、現在主流の２５０Ｗランプ
を使用している液晶プロジェクタの利用効率は僅か約
２.５％ルーメン／Ｗ(2.0 ANSI Lumens/W)である。更
に、映写中にランプが切れた場合、ランプ交換のため映
写を中断せざるを得ない。本発明は、複数個のランプを
用いることにより、上記問題を解決できる投写装置を明
らかにするものである。

【０００３】

【課題を解決する手段】本発明の投写装置は、複数の光
源(１)の光を合成して照射面(６)に投写する投写装置で
あって、各光源(１)は、一つの光源(１)に対して一つの
凹面反射鏡(２)を有し、照射面(７)に対する各光源(１)
の光軸は照射面(６)の法線ｎに対して２〜８゜傾斜して
いる。

【０００４】

【作用及び効果】光源(１)を複数とするため、光源に入
力の小さいランプを用いることができる。一般に入力の
小さいランプは、入力の大きいランプよりも寿命が長い
ため、１つのランプに対する交換の頻度が小さくなる。
又、複数のランプを用いることにより、１つのランプが
切れても、多少暗くなるが映写を続行することができ、
映写中断の不都合は解消される。更に、入力の小さいラ
ンプは、アーク長を短くすることができるため集光効率
を高めることができる。又、入力の小さいランプは、発
熱量も小さいので、冷却ファンは小型のもので済み、運
転音を低くできる。

【０００５】

【実施の形態】第１実施例(図１) 図１は、ケーラー照明光学系での実施例を示している。
実施例の光源はメタルハライドランプであって、凹面反
射鏡(２)の軸心上にて該凹面反射鏡(２)内の軸心上に位
置し、照射面(６)側に集光レンズ(100)を配備してい
る。凹面反射鏡(２)は放物面鏡であって、光源(１)から
の光を平行光として反射させる。両光源(１)の光軸は照
射面(６)の法線ｎに対して２〜８゜対称的に傾いて照射
面(６)上の１点で交わり、照射面(６)上の共通の範囲を
照射する様に配備されている。照射面(６)は液晶パネル
であって、該パネルを通過した光は、パネル前方の投写
レンズを通ってスクリーン(何れも図示せず)に投写され
る。

【０００６】図１では、解り易くするために照射面(６)
の法線ｎに対して光源(１)の光軸の傾きを実際より大き
く描いているため、凹面反射鏡(２)(２)どうしは離れて
いるが、実際は、凹面反射鏡(２)(２)は干渉し合う。こ
のため、図６に示す如く、隣合う凹面反射鏡(２)(２)の
各相手凹面反射鏡(２)との当接縁(21)は、隣り合う２つ
の光軸の中間を通る仮想平面で切断され、曲線状の切断
端面どうしが当接している。上記凹面反射鏡(２)は、均
一形状に製作後、干渉部分を切断してもよく或いは、最
初から図６(ａ)、(ｂ)の最終形状に成形してもよい。２
つの光源(１)(２)の光軸を照射面(６)の法線ｎに対して
２〜８゜傾けた理由は、２゜以下であると、凹面反射鏡
(２)(２)どうしの干渉が大きくなり過ぎ、８゜以上であ
ると、パネル前方の投写レンズを外れる光量が多くなっ
て、集光率が悪くなる。

【０００７】第２実施例(図２) 以下の第２〜第８実施例は、照射面(６)の中央部と周縁
部の明るさの差の小さいインテグレータ照明光学系での
実施例である。図２に示す様に、２つの光源(１)(１)の
光軸は、図１と同様に液晶パネルである照射面(６)上の
１点で交わり、照射面(６)の法線ｎに対して前記同様の
理由により２〜８゜対称的に傾いている。各光源(１)に
は、放物面鏡である凹面反射鏡(２)(２)が前記第１実施
例と同様に配備されている。光源(１)と照射面(６)との
間には、光源(１)から遠ざかる方に順に、第１、第２レ
ンズアレイ体(３)(５)及び集光レンズ(100)が配備され
る。両レンズアレイ体(３)(５)は透明ガラス又は透明樹
脂にて形成され、図３に示す如く、例えば横に５列、縦
に５列、計２５個の凸面レンズ(31)(51)を、光軸に直交
する面内に配列して形成されている。

【０００８】両レンズアレイ体(３)(５)は、縦横の中心
線が交わるレンズアレイ体の中心を光軸が通る様に配備
され、第１レンズアレイ体(３)と第２レンズアレイ体
(５)の間隔は、光源(１)側の第１レンズアレイ体(３)の
凸面レンズ(31)に入射した光束が、第２レンズアレイ体
(５)の凸面レンズ(51)にて収束するように設定される。
公知の如く、第１レンズアレイ体(３)の各凸面レンズ(3
1)からの出射光は、第２レンズアレイ体(５)の凸面レン
ズ群の内、対向する凸面レンズ(51)にのみ入射し、第２
レンズアレイ体(５)の各凸面レンズ(51)からは照射面
(６)上の共通範囲に照射される。

【０００９】第３実施例(図４) 図４は、凹面反射鏡(２)に楕円反射鏡を用いた実施例で
ある。２つの光源(１)(１)の光軸は、図１と同様に液晶
パネルである照射面(６)上の１点で交わり、照射面(６)
の法線ｎに対して前記同様の理由により２〜８゜対称的
に傾いている。各光源(１)には、楕円面鏡である凹面反
射鏡(２)(２)が前記第１実施例と同様に配備されてい
る。光源(１)と照射面(６)との間には、光源(１)から遠
ざかる方に順に、第１、第２レンズアレイ体(３)(５)が
配備される。

【００１０】両レンズアレイ体(３)(５)は、前記同様に
して２５個の凸面レンズ(31)(51)を、光軸に直交する面
内に配列して形成されているが、楕円面鏡である凹面反
射鏡(２)からの反射光は、平行光ではなく収束光である
ため、光源(１)側の第１レンズアレイ体(３)に比べて、
第２レンズアレイ体(５)は小さく形成され、又、第２実
施例では必要であった集光レンズ(100)は不要である。
第１レンズアレイ体(３)と第２レンズアレイ体(５)の間
隔は、光源(１)側の第１レンズアレイ体(３)の凸面レン
ズ(31)に入射した光束が、第２レンズアレイ体(５)の凸
面レンズ(51)にて収束するように設定される。

【００１１】第４実施例(図８、図９) 前記第２、第３実施例において、第２レンズアレイ体
(５)の出射側に偏光変換素子板(７)を設けたものであ
る。偏光変換素子板(７)は、内部に偏光分離膜(40)を具
えたプリズム合成体であるＰＢＳ(４)と、内部に反射膜
(80)を具えたプリズム合成体であるミラー体(８)とから
なる対を基本構成単位とし、複数の対を第２レンズアレ
イ体(５)に対向させている。第２レンズアレイ体(５)を
構成する各凸レンズ(51)には、偏光変換素子板(７)の一
対の基本構成単位が対向する。又、各ミラー体(８)の前
面に、λ／２波長板(82)が設けられ、各ＰＢＳ(４)の後
面に部分遮光板(81)が設けられている。

【００１２】光源(１)からの光は、第１、第２レンズア
レイ体(３)(５)により集光された後に、部分遮光板(81)
に遮られて、偏光変換素子板(７)のＰＢＳ(４)のみに入
射する。ＰＢＳ(４)に入射した光は、Ｐ波のみ通過を許
され、Ｓ波は反射される。Ｓ波はミラー体(８)の反射膜
(80)に反射されて、λ／２波長板(82)に入射し、該λ／
２波長板(82)により偏光面が回転され、Ｐ波に変換され
る。このようにして、偏光変換素子板(７)を通過する光
は、全てＰ波に変換される。又。ＰＢＳ(４)を通過する
Ｐ波にλ／２波長板(82)を用いれば、全ての光はＳ波に
変換される。液晶パネルの照射面(６)は、液晶分子の配
列方向に対向する偏光だけが、照射面(６)を通過するか
ら、通過する偏光をＰ波とすれば、全ての光が照射面
(６)を通過することになり、集光効率を大幅に高めるこ
とができる。

【００１３】第５実施例(図１０) 前記第２、第３実施例において、第２レンズアレイ体
(５)の入射側に偏光変換素子板(７)を設けたものであ
る。偏光変換素子板(７)の構成、作用は前記第４実施例
と同様であるので、第４実施例と同じ符号を付すこと
で、説明に代える。図１０の場合、第２レンズアレイ体
(５)は偏光変換素子板(７)の出射側に位置しているか
ら、光源(１)からの不定偏光は、第１レンズアレイ体
(３)のみを通過して、偏光変換素子板(７)に達する。従
って、不定偏光の屈折量は小さく、偏光光であるＰ波及
びＳ波は偏光変換素子板(７)内の光路を正確に辿る。そ
の結果、投写手段が照射面(６)の照射範囲を一様に照射
できる。

【００１４】又、補助偏光手段たるλ／２波長板(82)
は、第２レンズアレイ体(５)と偏光変換素子板(７)の間
に位置するから、λ／２波長板(82)は第２レンズアレイ
体(５)の入射側の平坦面に貼り付けることができる。一
般に偏光変換素子板(７)に比して、第２レンズアレイ体
(５)は安価であり、第２レンズアレイ体(５)上の誤った
位置にλ／２波長板(82)を取り付けても、その交換に対
する損失は小さくなる。

【００１５】第６実施例(図１１) 図２の実施例において、一方の光源(１)の光を全反射ミ
ラー(64)を介して照射面(６)に照射するものである。照
射面(６)の一点で交わる２つの光源(１)(１)の光軸は、
照射面(６)の法線ｎに対して夫々２〜８゜対称的に傾い
ている。上記図１１の実施例の場合、効率のよい大型円
形反射鏡を用いて、光源(１)の中心付近の明るい光を照
射できる。又、２つの光源(１)(１)の凹面反射鏡(２)
(２)の干渉を避けことができるため、図６(ａ)、(ｂ)に
示す様に、凹面反射鏡(２)を特殊な形状にする必要はな
い。

【００１６】第７実施例(図１２) ３枚の全反射ミラー(63)(64)(65)と３枚のダイクロイッ
クミラー(903)(904)(905)を組込んだ投写装置である。
装置本体(900)の前方には、スクリーン(図示せず)が設
けられ、装置本体(900)の前端部には、レンズ群からな
る投写レンズ(902)がスクリーンに対向して設けられて
いる。装置本体(900)の後端部には、前記第２実施例と
同様にして２つの光源(１)(１)が設けられている。光源
(１)(１)から投写レンズ(902)に達するまでの光路上に
は、光路に対して４５゜傾いた３枚のダイクロイックミ
ラー(903)(904)(905)、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に対応した
３つの液晶パネル(60)(61)(62)及び３枚の全反射ミラー
(63)(64)(65)が、公知の如く配備されている。２つの光
源(１)に対応して凹面反射鏡(２)、各光軸上に第１レン
ズアレイ体(３)、第２レンズアレイ体(５)、集光レンズ
(100)が配備され、光軸の成す角度は４〜１６゜であ
る。これは、前記第１、第２、第３実施例での２つの光
軸間の成す角度４〜１６゜(照射面(６)の法線ｎに対す
る２つの光源(１)(２)の光軸の成す角度が２〜８゜であ
るから)と同じである。

【００１７】ダイクロイックミラー(903)で赤色光のみ
が通過し、該通過光は全反射ミラー(64)で反射されて、
赤色光用の液晶パネル(60)を照射する。一方、ダイクロ
イックミラー(903)により反射された光束は、ダイクロ
イックミラー(904)により緑色光が反射され、該反射光
は緑色光用の液晶パネル(61)を照射する。又、ダイクロ
イックミラー(904)を通過した光束は、ダイクロイック
ミラー(905)及び全反射ミラー(65)により反射された後
に、青色光用の液晶パネル(62)を照射する。赤色光用、
緑色光用、青色光用の液晶パネル(60)(61)(62)を通過し
た光束は、色合成プリズム(901)に入射し、該色合成プ
リズム(901)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(902)によりスクリーン(図示せ
ず)に照射される。

【００１８】第８実施例(図１３) ４枚のダイクロイックミラ(903)(904)(905)(906)と３枚
の全反反射ミラー(63)(64)(65)を組込んだ投写装置であ
る。光源(１)(１)から投写レンズ()に達するまでの光路
上には、光路に対して４５゜傾いて４枚のダイクロイッ
クミラー(903)(904)(905)(906)と、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色
に対応した３つの表示パネル(60)(61)(62)と、３枚の全
反射ミラー(63)(64)(65)が公知の如く配備されている。
２つの光源(１)に対応して凹面反射鏡(２)、各光軸上に
第１レンズアレイ体(3)、第２レンズアレイ体(５)、集
光レンズ(100)が配備され、光軸の成す角度は４〜１６
゜である。

【００１９】ダイクロイックミラー(903)で赤色光のみ
が通過して全反射ミラー(64)で赤色光用の表示パネル(6
0)を照射する。一方、ダイクロイックミラー(903)で反
射された光束は、ダイクロイックミラー(904)により緑
色光が反射され、該反射光は緑色光用の表示パネル(61)
を照射する。又、ダイクロイックミラー(904)を通過し
た光束は、青色光用の表示パネル(62)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(906)に達する。赤色光用と緑色光用の表示パネル
(60)(61)を通過した光束は、ダイクロイックミラー(90
5)により合成され、ダイクロイックミラー(906)に入射
する。ダイクロイックミラー(906)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(902)によ
りスクリーンに照射される。

【００２０】第９実施例(図５) 第１実施例乃至第８実施例において、２つの光源(１)
(１)を、両光源(１)(１)を同時又は任意に切れ替えて一
灯のみ点灯させることのできるランプ制御部(300)に連
繋した実施例である。図５に示す如く、ＡＣ電源コンセ
ント(301)、主電源回路(302)をＯＮすると、ランプ制御
回路(303)、タイマー(304)に通電される。ランプ選択ス
イッチ(305)はノーマルスイッチとエコノミースイッチ
を具えている。ノーマルスイッチをＯＮすると、ランプ
制御回路が駆動、リレー(306)(307)が動作し、ランプバ
ラスト(308)、(309)に通電して２つの光源(１)(１)が点
灯する。ランプ選択スイッチ(305)のエコノミースイッ
チをＯＮすると、ランプ制御回路(303)が駆動と、各光
源のタイマー(304)によって光源別に点灯時間が積算さ
れた点灯時間の少ない光源側のリレー(306)又は(307)が
動作し、ランプバラスト(308)又は(309)の何れかに通電
して、点灯積算時間の少ない方の光源(１)を点灯させ
る。

【００２１】上記の如く、第１乃至第９実施例では、２
つの光源(１)(１)を用いるため、１つの光源の場合に比
べて、入力の小さいランプを用いることができる。一般
に入力の小さいランプは、入力の大きいランプよりも寿
命が長いため、１つのランプに対する交換の頻度が小さ
くなる。又、複数のランプを用いることにより、１つの
ランプが切れても、多少暗くなるが映写を続行すること
ができ、映写中断の不都合は解消される。更に、入力の
小さいランプは、アーク長を短くすることができるため
集光効率を高めることができる。

【００２２】近時、１００Ｗのショートアークランプと
偏光変換素子板を組合せた液晶投写装置が商品化されて
６.５％ルーメン／Ｗ(6.5ANSl Lumens/W)の高効率と４
０００時間以上のランプの長寿命が実現されている。本
発明にこの１００Ｗのショートアークランプと偏光変換
素子板の組合せを採用することにより、１３００ＡＮＳ
Ｉ(6.5%ルーメン/W、6.5ANSI Lumens/W)の高輝度液晶投写装
置を実現できる。

【００２３】他の実施例上記第１〜第９実施例では、光源(１)は２つであった
が、これに限定されることはなく、光源(１)を３以上の
複数とすることもできる。例えば、上下に２個づつ、計
４個の光源を用いる場合、各光源の凹面反射鏡(２)は、
図７に示す如く、隣合う２つの相手凹面反射鏡(２)との
当接縁(21)(21)を凹面反射鏡(２)の正面からみて９０゜
になる様にカットすれば、干渉を避けることができる。

【００２４】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】ケーラー照明での実施例を示す説明図である。

【図２】インテグレータ照明光学系で放物面鏡と集光レ
ンズ(100)を用いた実施例の説明図である。

【図３】レンズアレイ体の斜面図である。

【図４】表示パネルの被照射領域を示す正面図である。

【図５】光源切換え制御回路のブロック図である。

【図６】ａは２光源の場合の凹面反射鏡図の正面図、ｂ
は側方向から見た断面図である。

【図７】ａは４光源の場合の凹面反射鏡図の正面図、ｂ
は側方向から見た断面図である。

【図８】第２レンズアレイ体の出射側に偏光変換素子板
を設けた断面図である。

【図９】偏光変換素子板の斜面図である。

【図１０】第２レンズアレイ体の入射側に偏光変換素子
板を設けた断面図である。

【図１１】一方の光源を反射ミラーで反射させ場合の説
明図である。

【図１２】３枚の全反射ミラーと３枚のダイクロイック
ミラーを使用した投写装置の説明図である。

【図１３】３枚の全反射ミラーと４枚のダイクロイック
ミラーを使用した投写装置の説明図である。

【符号の説明】

(１) 光源 (２) 凹面反射鏡 (３) 第１レンズアレイ体 (５) 第２レンズアレイ体 (６) 照射面 (７) 偏光変換素子板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光源(１)の光を合成して照射面
(６)に投写する投写装置であって、各光源(１)は、一つ
の光源(１)に対して一つの凹面反射鏡(２)を有し、照射
面(６)に対する各光源(１)の光軸は照射面(６)の法線ｎ
に対して２〜８゜傾斜している投写装置。
【請求項２】一対の光源(１)(１)の光を複数の全反射
ミラー、複数のダイクロイックミラー、投写レンズを経
てスクリーンに投写する投写装置であって、各光源(１)
は、一つの光源(１)に対して一つの凹面反射鏡(２)を有
し、隣合う光源の光軸の成す角度は、４〜１６゜である
投写装置。
【請求項３】凹面反射鏡(２)は放物面反射鏡であり、
該各光源(１)の照射面(６)側には光源(１)から遠ざかる
方へ順に、第１レンズアレイ体(３)、第２レンズアレイ
体(５)及び集光レンズ(100)が配備され、第１レンズア
レイ体(３)及び第２レンズアレイ体(５)は、複数の凸面
レンズ(31)(51)が光軸に直交する面に沿って配列して形
成されている請求項１又は２に記載の投写装置。
【請求項４】凹面反射鏡(２)は楕円面反射鏡であり、
該各光源(１)の照射面(６)側には光源(１)から遠ざかる
方へ順に、第１レンズアレイ体(３)、第２レンズアレイ
体(５)が配備され、第１レンズアレイ体(３)及び第２レ
ンズアレイ体(５)は、複数の凸面レンズ(31)(51)が光軸
に直交する面に沿って配列して形成されている請求項１
又は２に記載の投写装置。
【請求項５】隣合う凹面反射鏡(２)(２)の各相手凹面
反射鏡(２)との当接縁は、隣り合う２つの光軸の中間を
通る仮想平面内で曲線状に接する様に形成されている請
求項１乃至４の何れかに記載の投写装置。
【請求項６】複数の光源(１)の内、少なくとも１つの
光源からの光は、全反射ミラー(64)によって屈曲して照
射面(６)に入射している請求項１乃至５の何れかに記載
の投写装置。
【請求項７】第２レンズアレイ体(５)の入射側又は出
射側の何れかに一方に偏光変換素子板(７)を設けている
請求項１乃至６の何れかに記載の投写装置。
【請求項８】各光源(１)(１)は、全ての光源の点灯と
任意の１つの光源(１)のみを点灯させる切換え機能を有
する制御部(300)に連繋されている請求項１乃至７の何
れかに記載の投写装置。
【請求項９】制御部(300)は、各光源(１)に対する点
灯時間積算機能を有しており、点灯時、点灯積算時間の
少ないランプを自動選択して点灯させることのできる請
求項８に記載の投写装置。