説明

プロジェクタ

【課題】 ランプ光源を用いた場合にも、輝度値を利用した信号処理を最小限としつつ、高輝度で自然なホワイトバランスを達成することができるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】
レンズ45bを光軸に沿って変位させることにより、液晶パネル51b及び51rの画像形成領域上における青色光LBや赤色光LRの照度は変化せず一定であるのに対して、液晶パネル51gの画像形成領域上における緑色光LGの照度は変化させることが可能となっている。従って、各液晶パネル51b,51r,51gを通過して合成され投射レンズ70によってスクリーン上に投影される画像のホワイトバランスを調整することができる。この際、レンズ45bの移動が連続的でなく段階的であるので、液晶パネル51gの画像形成領域上における緑色光LGの照度も段階的に変化する。よって、画像のホワイトバランスも連続的ではなく、段階的に調整される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶パネル等の光変調装置を用いて画像を投射するプロジェクタに関する。
【背景技術】
【0002】
従来のプロジェクタに組み込まれる液晶パネル用の照明装置として、白色光源からの光源光を3色に分解し、そのうち赤色の照明光路上にリレー光学系を配置して、残りの緑色及び青色に対する光路長の差を補償するものが存在する(特許文献1、2、3参照)。これらのうち、1つの照明装置では、リレー光学系を4つのレンズで構成し、中央側の一方のレンズに対して長孔及び調整ビスからなる調整機構を設けることによって、このレンズを光路に対し直交する垂直面内で上下左右に移動可能にしている(特許文献3参照)。
【0003】
また、別の液晶パネル用の照明装置として、白色光源からの光源光を3色に分解し、そのうち青色の照明光路上にリレー光学系を配置して、残りの2色に対する光路長の差を補償するものが存在する(特許文献4参照)。このプロジェクタでは、リレー光学系を構成する3つのレンズのうち、中央のレンズを例えば光軸方向に移動可能にして、液晶パネルに対する照明領域の大きさを拡大・縮小できるようにし、青色光の有効な活用を図っている。
【0004】
また、別の液晶パネル用の照明装置として、白色光源からの光源光を3色に分解し、そのうち緑色の照明光路上にリレー光学系等の導光手段を配置して、残りの2色に対する光路長の差を補償するものが存在する(特許文献5参照)。
【特許文献1】特開平10−171045号公報
【特許文献2】特開2003−287804号公報
【特許文献3】特開平11−242184号公報
【特許文献4】特開平11−64977号公報
【特許文献5】WO94/22042号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、赤色の照明光路上にリレー光学系を配置する照明装置では、光源として例えば高圧水銀ランプ等を用いている関係上、赤色が他の色に比較して相対的に弱くなり、ホワイトバランスを適切に調整できない場合がある。このような場合、液晶パネルに入力すべき画像信号の輝度値を調整する信号処理によってホワイトバランスを達成することも可能であるが、画像の明るさやコントラストを低下させてしまうという問題がある。
【0006】
また、赤色光路に設けたレンズを光路に対し直交する垂直面内で移動可能にした照明装置では、液晶パネルの照射領域に適切に照明光を入射させることができるだけである。
【0007】
また、青色光路に設けたレンズを光軸方向に移動可能にした照明装置では、光量が不足し易い青色光の損失を少なくすることができ、照明光の無駄を防止することができるが、高圧水銀ランプ等の発光特性に起因するホワイトバランスの偏りを積極的に解消することができない。
【0008】
また、緑色の照明光路上にリレー光学系を配置する照明装置では、高圧水銀ランプ等の発光特性に起因して、ホワイトバランスが製品ごとに大きくばらつく場合が多く、液晶パネルに入力すべき画像信号の輝度値を大きく調整する信号処理が必要となる。
【0009】
そこで、本発明は、高圧水銀ランプ等のようなスペクトル特性にバラツキのあるランプ光源を用いた場合にも、輝度値を利用した信号処理を最小限としつつ、高輝度で自然なホワイトバランスを達成することができるプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは、(a)照明光を射出する照明装置と、(b)照明装置から射出された照明光から青色光、赤色光、及び緑色光を分岐して、青色光及び赤色光を第1及び第2光路にそれぞれ導く色分離光学系と、(c)第1乃至第3光路上にそれぞれ配置され、青色光、赤色光、及び緑色光によってそれぞれ照明される第1乃至第3光変調装置とを備えたプロジェクタであって、(bー1)照明装置から第3光変調装置までの距離は、照明装置から第1光変調装置までの距離及び照明装置から第2光変調装置までの距離よりも長く、(b−2)第3光路には、光入射側に配置される第1のレンズと、光射出側に配置される第2のレンズと、前記第1及び第2のレンズの間に配置される第3のレンズとを有するリレー光学系が設けられ、(b−3)第3のレンズが、当該第3のレンズを第3光路の光軸に沿って位置決めする際の基準となる基準部を有しており、(bー4)色分離光学系が、基準部を係止することによって第3のレンズを第3光路上で位置決めする固定部を有し、基準部を固定部に係止する際の組み合わせ方によって、第3のレンズの光軸方向の位置を段階的に調整可能である。
【0011】
上記プロジェクタでは、緑色光用の第3光路上にリレー光学系を配置するので、緑色光のロスが生じ易いが、緑色光の光量が多いランプ光源では、自然なホワイトバランスを達成する上でむしろ有利な影響を与えることになる。ここで、緑色光は視感度が比較的高いので、ホワイトバランスに与える影響が大きいが、リレー光学系を構成する第3のレンズの光軸方向の位置を段階的に調整可能としているので、目標とするホワイトバランスを達成できるように第3のレンズを適宜移動させることによって、緑色光の第3光変調装置上における照度をほぼ目標値に調整することができる。なお、第3のレンズは、リレー光学系において中央側に配置されるものであり、このような第3のレンズを光軸方向に移動させても、第3光変調装置上における照度分布に影響が生じにくい。また、第3のレンズの段階的的位置調整では、ホワイトバランスの精密な調整は困難であるが、第3光変調装置等に供給する画像信号の輝度値を調整する信号処理を併用してより精密なホワイトバランスを達成することもでき、この場合、画像の明るさやコントラストの低下を抑えることができる。
【0012】
また、本発明の具体的側面又は態様では、上記プロジェクタにおいて、基準部が、第3のレンズの光学的対称点から光軸方向に関して所定距離だけずれた位置に配置される。この場合、第3のレンズの入出射面を反転させることで、第3のレンズに対する基準部の光軸方向の位置が変化し、第3のレンズによる集光状態を2段階で変更することができる。
【0013】
また、本発明の具体的側面では、第3のレンズが、緑色光を入射させるレンズ本体と、当該レンズ本体を保持するとともに基準部を設けたホルダとを有し、ホルダが、レンズ本体の入出射面を反転させた一対の状態で、当該レンズ本体を基準部を介して固定部に対して位置決めすることができる。この場合、固定部に対してホルダを取り付ける際に、ホルダの表裏入れ替えるだけで、第3のレンズの位置を2段階で変更することができる。
【0014】
また、本発明の具体的側面では、以上の基準部が、第3のレンズの光学的対称点から光軸方向に関して所定間隔だけ離れた位置に設けられた複数の基準部材を有する。この場合、複数の基準部材の何れを使用して第3のレンズを固定部に取付けるかによって、第3のレンズの光軸方向の位置が多段階で変化し、第3のレンズによる集光状態を多段階で変更することができる。
【0015】
また、本発明の別の具体的側面では、固定部が、第3光路上で所定間隔だけ離れた位置に設けられている複数の固定部材を有する。この場合、基準部を介して複数の固定部材の何れに第3のレンズを取付けるかによって、第3のレンズの光軸方向の位置が多段階で変化し、第3のレンズによる集光状態を多段階で変更することができる。
【0016】
また、本発明の別の具体的側面では、基準部と固定部とが、互いに嵌合可能な形状を有し、当該嵌合によって互いに位置決めされる。この場合、簡単な機構で精密な位置決めが可能である。
【0017】
また、本発明の別の具体的側面では、照明装置が、光源として高圧水銀ランプを有する。この場合、緑色光の光量が赤光や青色光に比較して多くなる傾向があるので、第3のレンズを光軸方向に移動させる緑色光の照明範囲の設定等によって光量損失が生じても、ホワイトバランスの調整にとって不利には働かない。また、高圧水銀ランプの場合、緑色光は相対的に視感度が大きく、緑色光の相対的光量にバラツキがあり、第3光変調装置の透過率もバラツキやすいが、第3のレンズの段階的位置調整によってホワイトバランスをほぼ目標値に設定することができ、画像の明るさやコントラストを犠牲にする必要がない。
【0018】
また、本発明の別の具体的側面では、青色光、赤光、及び緑色光を第1乃至第3変調装置によって変調することによって得た各色の像光を合成する光合成光学系と、当該光合成光学系から射出される合成光を投射する投射光学系とをさらに備える。この場合、光合成光学系によって合成したカラー画像を投射光学系によって所望のサイズでスクリーン上に投射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。以下の説明においては、光の進行方向に平行な軸をZ軸とし、これと直交する2つの軸をX軸、Y軸とする。また、光の進行方向とは逆の方向を正の方向(+Z方向)とし、光の進行方向を負の方向(−Z方向)とする。
【0020】
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係るプロジェクタの全体構造を説明する図である。このプロジェクタ10は、照明光を発生する光源装置20と、光源装置20からの照明光を均一化する均一化光学系30と、均一化光学系30を経た照明光を赤・緑・青の3色に分割する色分離光学系40と、色分離光学系40から射出された各色の照明光によって照明される光変調部50と、光変調部50からの各色の変調光を合成するための光合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム60と、クロスダイクロイックプリズム60を経た像光をスクリーン(不図示)に投射するための投射光学系である投射レンズ70とを備える。このうち、光源装置20及び均一化光学系30は、均一化された照明光を色分離光学系40に射出する照明装置である。
【0021】
ここで、光源装置20は、略点状の発光体であるランプ本体21と、ランプ本体21から射出される光源光をコリメートするパラボラ形状の凹面鏡22とを備える。ここで、ランプ本体21は、例えば高圧水銀ランプ等のランプ光源からなり、略白色の光源光を発生する。また、凹面鏡22は、ランプ本体21から放射される光線を反射して、平行光束として均一化光学系30に入射させる。なお、パラボラ形状の凹面鏡22に代えて、球面や楕円面など、パラボラ形状ではない凹面鏡を用いても良い。このような、凹面鏡を用いた場合は、凹面鏡22と均一化光学系30との間に平行化レンズを配置すれば、光源装置20から平行光束を射出することが可能となる。
【0022】
均一化光学系30は、波面分割用の一対のフライアイ光学系31,32と、波面分割光を重ね合わせるための重畳レンズ33と、照明光を所定の偏光成分に変換する偏光変換部材34とを備える。一対のフライアイ光学系31,32は、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって、光源装置20からの照明光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材34は、フライアイ光学系31,32から射出した照明光を一種類の偏光光(例えば図1の紙面に垂直なS偏光成分のみ)に変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ33は、偏光変換部材34を経た照明光を全体として適宜収束させて、光変調部50に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、両フライアイ光学系31,32と重畳レンズ33とを経た照明光は、以下に詳述する色分離光学系40を経て、光変調部50を構成する各色の光変調装置すなわち各色の液晶パネル51b,51r,51gの画像形成領域を均一に重畳照明する。
【0023】
色分離光学系40は、第1及び第2ダイクロイックミラー41a,41bと、反射ミラー42a,42b,42cと、フィールドレンズ43r,43bと、第1〜第3のレンズ45a,45b,45cとを備える。第1ダイクロイックミラー41aは、赤・緑・青(R・G・B)の3色のうち青色光LBを反射し、緑色光LGと赤色光LRとを透過させる。また、第2ダイクロイックミラー41bは、入射した緑色光LG及び赤色光LRのうち赤色光LRを反射し緑色光LGを透過させる。この色分離光学系40において、光源装置20及び均一化光学系30からの照明光は、まず第1ダイクロイックミラー41aに入射する。第1ダイクロイックミラー41aで反射された青色光LBは、第1光路OP1に導かれ、反射ミラー42aを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ43bに入射する。また、第1ダイクロイックミラー41aを透過して第2ダイクロイックミラー41bで反射された赤色光LRは、第2光路OP2に導かれフィールドレンズ43rに入射する。さらに、第2ダイクロイックミラー41bを通過した緑色光LGは、第3光路OP3に導かれ、反射ミラー42b,42cを間に介してレンズ45a,45b,45cを通過する。これらのレンズ45a,45b,45cからなるリレー光学系は、光源装置20から各色の液晶パネル51b,51r,51gまでの光路の距離が最も長い緑色の第3光路OP3に配置されている。このリレー光学系は、第1のレンズ45aの像を、第2のレンズ45bを介して、ほぼそのまま第3のレンズ45cに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。
【0024】
光変調部50は、3色の照明光LB,LR,LGがそれぞれ入射する3つの液晶パネル51b,51r,51gと、各液晶パネル51b,51r,51gを挟むように配置される3組の偏光フィルタ52b,52r,52gとを備える。ここで、例えば青色光LB用の液晶パネル51bと、これを挟む一対の偏光フィルタ52b,52bとは、照明光を2次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、赤色光LR用の液晶パネル51rと対応する偏光フィルタ52r,52rも、液晶ライトバルブを構成し、緑色光LG用の液晶パネル51gと、偏光フィルタ52g,52gも、液晶ライトバルブを構成する。
【0025】
光変調部50において、第1光路OP1に導かれた青色光LBは、フィールドレンズ43bを介して液晶パネル51bの被照射面に入射する。第2光路OP2に導かれた赤色光LRは、フィールドレンズ43rを介して液晶パネル51rの被照射面に入射する。第3光路OP3に導かれた緑色光LGは、レンズ45a,45b,45cを介して液晶パネル51gの被照射面に入射する。各液晶パネル51b,51r,51gは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光型の光変調装置であり、各液晶パネル51b,51r,51gにそれぞれ入射した各色光LB,LR,LGは、各液晶パネル51b,51r,51gに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ52b,52r,52gによって、各液晶パネル51b,51r,51gに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル51b,51r,51gから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。
【0026】
クロスダイクロイックプリズム60は、光合成部材であり、青色光反射用の反射膜(例えば誘電体多層膜)61と緑色反射用の反射膜(例えば誘電体多層膜)62とを直交させた状態で内蔵するものである。このクロスダイクロイックプリズム60は、液晶パネル51bからの青色光LBを反射膜61で反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル51rからの緑色光LRを反射膜61,62を介して直進・射出させ、液晶パネル51gからの緑色光LGを反射膜62で反射して進行方向左側に射出させる。このようにクロスダイクロイックプリズム60で合成された像光は、投射レンズ70を経て適当な拡大率でスクリーン(不図示)にカラー画像として投射される。
【0027】
図2は、図1に示すプロジェクタ10のうち、第3光路OP3における光束の集光発散状態等を説明する図であり、より具体的には、色分離光学系40における緑色光LGのみの光量調整法を説明する図である。図2(a)は、当初の標準的な状態を示し、図2(b)は、リレー光学系45a,45b,45cのうち中央のレンズ45bを光軸方向すなわち第3光路OP3に沿って変位させた状態を示す。図2(c)は、液晶パネル51gの画像形成領域IFA(図中一点鎖線で囲まれた斜線部)と、図2(a)の状態の照明領域ILAaと、図2(b)の状態の照明領域ILAbとを比較する図である。
【0028】
図2(a)に示す状態では、均一化光学系30から射出され、レンズ45a,45b,45cを通過した緑色光LGによって、図2(c)中二点鎖線で示すように液晶パネル51gの画像形成領域IFAが均一に照明される。
【0029】
一方、図2(b)に示す状態でも、均一化光学系30から射出され、レンズ45a,45b,45cを通過した緑色光LGによって液晶パネル51gの画像形成領域IFAが均一に照明されるが、レンズ45bの位置が均一化光学系30側に近づくことにより、図2(a)に示す状態の照明領域ILAaよりもひとまわり大きな照明領域ILAbが形成される。照明領域ILAaの光量と、照明領域ILAbの光量はほぼ同一であるため、液晶パネル51gの画像形成領域IFA上における緑色光LGの照度は、図2(a)の状態よりも図2(b)の状態の方が低くなる。なお、図2(b)において、点線で示すレンズは、図2(a)における変位前のレンズ45bの位置を示す。
【0030】
以上から明らかなように、レンズ45bを光軸に沿って変位させることにより、液晶パネル51gの画像形成領域上における緑色光LGの照度を変化させることができる。つまり、液晶パネル51b及び51rの画像形成領域上における青色光LBや赤色光LRの照度は変化せず一定であるのに対して、液晶パネル51gの画像形成領域上における緑色光LGの照度は変化させることが可能となっている。従って、各液晶パネル51b,51r,51gを通過して合成され投射レンズ70によってスクリーン上に投影される画像のホワイトバランスを調整することができる。この際、レンズ45bの移動が連続的でなく段階的であるので、液晶パネル51gの画像形成領域上における緑色光LGの照度も段階的に変化する。よって、画像のホワイトバランスも連続的ではなく、段階的に調整される。そこで、レンズ45bの移動によってホワイドバランスを段階的に調整することに加え、液晶パネル51gに供給する画像信号の輝度値を電気信号処理によって微調整することで、ホワイトバランスをより理想的な状態に近づけることができる。この場合、レンズ45bの移動によってホワイドバランスを段階的に調整しているため、電気信号処理のみによってホワイトバランスを調整する場合に比べて、電気信号処理によるホワイトバランスの調整量を少なくすることができる。よって、電気信号処理の調整による画像の明るさやコントラストの低下を抑えることができる。
【0031】
一般に、緑色光LGは、視感度が比較的高いので、ホワイトバランスに与える影響が大きい。また、高圧水銀ランプからなるランプ本体21を備える光源装置20は、緑色光LGの相対的光量にバラツキが生じやすい。本実施形態では、緑色の第3光路OP3に配置されたレンズ45bの変位を利用して液晶パネル51gの画像形成領域上における緑色光LGの照度を調整するようにしているので、プロジェクタ10のホワイトバランスを効率良く調整することが可能である。なお、高圧水銀ランプの場合、緑色光LGの光量が青色光LBや赤色光LRの光量に比較して多くなる傾向があるので、レンズ45bの変位によって照明領域が拡大することで多少の光量損失が生じても、ホワイトバランスの調整にとって不利には働かない。
また、ホワイトバランスに影響を与える原因としては、ランプの相対的光量のバラツキの他、液晶パネル51gの特性のばらつきや、ダイクロイックミラー41a,41b及びクロスダイクロイックプリズムの波長選択特性のバラツキなども考えられるが、本実施形態のプロジェクタによれば、緑色光LGの光量にバラツキを生じさせる各種要因にかかわらず、プロジェクタ10のホワイトバランスをほぼ目標値に設定することができ、その際、画像の明るさやコントラストを犠牲にすることもない。
【0032】
図3は、色分離光学系40、光変調部50、クロスダイクロイックプリズム60等の具体的な固定を説明する斜視図である。ベース部材80上には、色分離光学系40等を構成するダイクロイックミラー41a,41b、レンズ45a,45b,45c、反射ミラー42a,42b,42c等がアライメントされた状態で固定されている。また、このベース部材80には、マウント部材81が固定されており、このマウント部材81を介して、クロスダイクロイックプリズム60、光変調部50等からなるプリズムユニット85と、投射レンズ70とが、アライメントされた状態で支持されている。レンズ45bについては、後述するように、その組み立て時に光軸方向(Z軸方向)の取付け位置を段階的に調節することができるようになっている。なお、図3に示したXYZの3軸は、このレンズ45b付近の光路について示したものである。
【0033】
図4は、レンズ45bの構造を説明する側面図である。また、図5(a)は、レンズ45bの取付け状態を説明する平面図であり、図5(b)は、その取付け状態を説明する側面図である。
【0034】
図からも明らかなように、レンズ45bは、緑色光が入射するレンズ本体47と、レンズ本体47を保持する矩形のホルダ48とを備える。このホルダ48の側壁46aには、レンズ45bを位置決めするための基準部である一対の基準部材49,49が形成されている。両基準部材49,49は、同一形状の直方体状突起であり、ホルダ48の対向する側壁46aの同じ高さ位置に形成されている。
【0035】
ここで、Z方向すなわち光軸OA方向に関して、レンズ45bの光学的対称点SPの位置と、基準部材49の中心の位置とは、所定距離dだけ離れている。これは、後述するように、レンズ45bを光軸OA方向に関して裏返すことによって、レンズ本体47の光軸OA上の相対位置を2段階で変化させることができるようにしたものであり、結果的にレンズ本体47の相対位置は、光軸OA方向に距離2d変化することになる。
【0036】
図5(a)、(b)に示すように、レンズ45bは、シャーシ91の溝CAの側壁にガイドされるように嵌め込まれた状態で保持されており、ホルダ48の側壁46a,46aから突起する一対の基準部材49,49は、シャーシ91に形成された凹部である一対の固定部材92,92に嵌め込まれてこれらに係止される。これにより、レンズ45bすなわちレンズ本体47がXYZの各方向に関してアライメントされ、レンズ45bを第3光路OP3上の適正な位置に配置することができる。レンズ45bは、組み立てに際しての調整後に、基準部材49,49と固定部材92,92との間に例えば接着剤を満たすことによって、シャーシ91に対して恒久的に固定される。接着剤の代わりにネジ等を用いた場合、基準部材49,49をシャーシ91に対して分離可能に固定することができる。なお、レンズ45bを嵌め込むシャーシ91は、図3に示すベース部材80の一部となっている。
【0037】
図6は、レンズ45bの位置変更方法を概念的に説明する図である。図6(a)及び(b)は、位置変更前のレンズ本体47の状態を説明する側面図及び平面図であり、図6(c)及び(d)は、位置変更後のレンズ本体47の状態を説明する側面図及び平面図である。図6(a)及び(b)に示す場合、レンズ本体47は、シャーシ91に設けた固定部材92,92に嵌合する基準部材49,49よりも−Z側つまり光源装置20側にある。この際のレンズ本体47の中心位置を第1位置とする。次に、レンズ45bを裏表反転させてシャーシ91に取り付け、図6(c)及び(d)に示す状態とする。図6(c)及び(d)に示す場合、レンズ本体47は、シャーシ91に設けた固定部材92,92に嵌合する基準部材49,49よりも+Z側つまり液晶パネル51g側にある。この際のレンズ本体47の中心位置を第2位置とする。
【0038】
以上をまとめると、シャーシ91に対するレンズ45bの取付け方向を入れ替えることにより、レンズ本体47をシャーシ91に対してZ軸方向の第1位置と第2位置とのいずれかに変位させることができる。これにより、液晶パネル51gの画像形成領域上における緑色光LGの照度を2段階で変化させることができ、投射画像のホワイトバランスを2段階で調節することができる。
【0039】
以下、本実施形態に係るプロジェクタ10の動作について説明する。光源装置20からの照明光は、均一化光学系30を経て均一化されその偏光方向が揃えられた後、色分離光学系40に設けた第1及び第2ダイクロイックミラー41a,41bによって3つの色光に分離され、対応する液晶パネル51b,51r,51gに各色光LB,LR,LGとしてそれぞれ入射する。各液晶パネル51b,51r,51gは、外部からの画像信号によって変調されて2次元的屈折率分布を有しており、各色光LB,LR,LGを2次元空間的に画素単位で変調する。このように、各液晶パネル51b,51r,51gで変調された各色光LB,LR,LGすなわち像光は、クロスダイクロイックプリズム60で合成された後、投射レンズ70に入射する。投射レンズ70に入射した像光は、不図示のスクリーンに投影される。なお、本プロジェクタでは、色分離光学系40等の組み立て時に、液晶パネル51gの画像形成領域上における緑色光LGの照度を2段階で変化させるので、熱的影響を受けやすいNDフィルタを用いることなく、各液晶パネル51b,51r,51gを所望のバランスで照明することができる。よって、各液晶パネル51b,51r,51gを通過して合成され投射レンズ70によってスクリーン上に投影されるカラー画像のホワイトバランスを簡易に調整することができる。
【0040】
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態のプロジェクタについて説明する。第2実施形態のプロジェクタは、第1実施形態のプロジェクタをリレー光学系の位置調整方法に関して変更したものであり、特に説明しない部分については、第1実施形態と同様の構成となっているものとする。
【0041】
図7は、リレー光学系を構成するレンズ45bの取付け状態を説明する平面図である。なお、第1実施形態と同一の部分については同一の符号を付して説明を省略する。この場合、シャーシ91に第1の凹部である第1固定部材92,92とともに、第2の凹部である第2固定部材192,192を形成している。これにより、レンズ45bの向きを反転させることなく、レンズ本体47をZ軸方向に変位させることができる。
【0042】
図8は、レンズ45bの位置変更方法を概念的に説明する図である。図8(a)及び(b)は、位置変更前においてレンズ本体47が第1位置にある状態を説明する側面図及び平面図である。また、図8(c)及び(d)は、位置変更後においてレンズ本体47が第2位置にある状態を説明する側面図及び平面図であり、図8(e)及び(f)は、位置変更後のレンズ本体47が第3位置にある状態を説明する側面図及び平面図であり、図8(g)及び(h)は、位置変更後のレンズ本体47が第4位置にある状態を説明する側面図及び平面図である。
【0043】
図8(a)等に示すように、レンズ本体47が第1位置にある状態は、図6(a)等に対応するものであり、レンズ45bは、シャーシ91に設けた第1固定部材92,92によって固定されており、レンズ本体47は、基準部材49,49よりも−Z側にアライメントされて保持される。また、図8(c)等に示すように、レンズ本体47が第2位置にある状態は、図6(c)等に対応するものであり、レンズ45bは、シャーシ91に設けた第1固定部材92,92によって固定されており、レンズ本体47は、基準部材49,49よりも+Z側にアライメントされて保持される。
【0044】
図8(e)等に示すように、レンズ本体47が第3位置にある場合、レンズ45bは、シャーシ91に設けた第2固定部材192,192によって固定されており、レンズ本体47は、基準部材49,49よりも−Z側にアライメントされて保持される。また、図8(g)等に示すように、レンズ本体47が第4位置にある場合、レンズ45bは、シャーシ91に設けた第2固定部材192,192によって固定されており、レンズ本体47は、基準部材49,49よりも+Z側にアライメントされて保持される。
【0045】
以上をまとめると、シャーシ91に対するレンズ45bの取付け方向を入れ替えたり、第1固定部材92,92と第2固定部材192,192の何れを用いるかを切り替えたりすることにより、レンズ本体47をZ軸方向の第1位置から第4位置のいずれかに段階的に変位させることができる。これにより、液晶パネル51gの画像形成領域上における緑色光LGの照度を4段階で変化させることができ、投射画像のホワイトバランスを4段階で調節することができる。なお、以上の第1から第4位置は、等間隔とすることもできるが、第1位置と第4位置の間隔は、第1位置と第2位置の間隔よりも大又は小とするといった変形も可能である。
【0046】
〔第3実施形態〕
以下、第3実施形態のプロジェクタについて説明する。第3実施形態のプロジェクタは、第1実施形態のプロジェクタをリレー光学系の位置調整方法に関して変更したものであり、特に説明しない部分については、第1実施形態と同様の構成となっているものとする。
【0047】
図9は、リレー光学系を構成するレンズ245bの構造を説明する側面図であり、図10は、レンズ245bの取付け状態を説明する平面図である。なお、第1実施形態と同一の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【0048】
この場合、レンズ245bのホルダ48の対向する側壁46aには、レンズ本体47の中心から光軸OA方向に大きくずれた第1基準部材249,249と、レンズ本体47の中心から光軸OA方向に少しずれた第2基準部材349,349とが設けられている。第1基準部材249の中心の位置は、レンズ245bの光学的対称点SPの位置からZ軸方向に距離d1だけ離れている。また、第2基準部材349の中心の位置は、光学的対称点SPの位置からZ軸方向に距離d2だけ離れている。この結果、レンズ245bを光軸OA方向に関して裏返すことによって、レンズ本体47の光軸OA上の相対位置を2段階で変化させることができ、結果的にレンズ本体47の相対位置は、光軸OA方向に距離(d1+d2)/2変化することになる。
【0049】
また、この場合、シャーシ91に第1固定部材92,92とともに、第2〜第4固定部材292,292,392,392,492,492をZ軸方向に等間隔で形成している。これにより、レンズ245bの向きを反転させることなく、レンズ本体47をZ軸方向に3段階で変位させることができる。
【0050】
図11は、レンズ245bの位置変更方法を概念的に説明する図である。図11(a)及び(b)は、位置変更前においてレンズ本体47が第1位置にある状態を説明する側面図及び平面図である。また、図11(c)及び(d)は、位置変更後においてレンズ本体47が第2位置にある状態を説明する側面図及び平面図であり、図11(e)及び(f)は、位置変更後のレンズ本体47が第3位置にある状態を説明する側面図及び平面図であり、図11(g)及び(h)は、位置変更後においてレンズ本体47が第4位置にある状態を説明する側面図及び平面図である。さらに、図12(a)及び(b)は、位置変更後においてレンズ本体47が第5位置にある状態を説明する側面図及び平面図であり、図12(c)及び(d)は、位置変更後においてレンズ本体47が第6位置にある状態を説明する側面図及び平面図である。
【0051】
図11(a)等に示すように、レンズ本体47が第1位置にある場合、レンズ245bは、シャーシ91に設けた第1及び第2固定部材92,292によって固定されており、レンズ本体47は、両基準部材249,349よりも−Z側にアライメントされて保持される。また、図11(c)等に示すように、レンズ本体47が第2位置にある場合、レンズ245bは、シャーシ91に設けた第1及び第2固定部材92,292によって固定されており、レンズ本体47は、両基準部材249,349よりも+Z側にアライメントされて保持される。
【0052】
図11(e)等に示すように、レンズ本体47が第3位置にある場合、レンズ245bは、シャーシ91に設けた第2及び第3固定部材292,392によって固定されており、レンズ本体47は、両基準部材249,349よりも−Z側にアライメントされて保持される。また、図11(g)等に示すように、レンズ本体47が第4位置にある場合、レンズ245bは、シャーシ91に設けた第2及び第3固定部材292,392によって固定されており、レンズ本体47は、両基準部材249,349よりも+Z側にアライメントされて保持される。
【0053】
図12(a)等に示すように、レンズ本体47が第5位置にある場合、レンズ245bは、シャーシ91に設けた第3及び第4固定部材392,492によって固定されており、レンズ本体47は、両基準部材249,349よりも−Z側にアライメントされて保持される。また、図12(c)等に示すように、レンズ本体47が第6位置にある場合、レンズ245bは、シャーシ91に設けた第3及び第4固定部材392,492によって固定されており、レンズ本体47は、両基準部材249,349よりも+Z側にアライメントされて保持される。
【0054】
以上をまとめると、シャーシ91に対するレンズ245bの取付け方向を入れ替えたり、第1〜第4固定部材92,292,392,492の何れの組み合わせを用いるかを切り替えたりすることにより、レンズ本体47をZ軸方向の第1位置から第6位置のいずれかに段階的に変位させることができる。これにより、液晶パネル51gの画像形成領域上における緑色光を緑色光の照度を6段階で変化させることができ、投射画像のホワイトバランスを6段階で調節することができる。
【0055】
なお、この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【0056】
上記実施形態のプロジェクタ10では、光源装置20として高圧水銀ランプを用いているが、高圧水銀ランプの代わりに、メタルハライドランプ等他のランプを用いることもできる。この場合も、緑色光用の光路に配置されるレンズの位置を、上記基準部材49,249,349と、固定部材92,192,292,392,492との組み合わせによって段階的に調節することができ、上記ランプ光源からの照明光のホワイトバランスを適宜調整することができる。
【0057】
また、色分離光学系40を構成するレンズ45bを固定するためのホルダ48の形状や、基準部材49,249,349の形状も、レンズ本体47の位置合わせに適した任意の形状とすることができ、基準部材49,249,349等の形状に固定部材92,192,292,392,492を適合させることになる。例えば、基準部材49,249,349を溝若しくは凹部とした場合、固定部材92,192,292,392,492をリブ若しくは凸部とする。また、固定部材92,192等は、シャーシ91内壁に形成した溝状のものとすることができる。
【0058】
また、基準部材49,249,349や固定部材92,192,292,392,492の配置間隔や個数等も、レンズの位置調整量や調整段階数等に関する仕様に応じて適宜変更することができる。なお、基準部材49,249,349のレンズ本体47の光学的対称点SPを通る主平面に設けることもできるが、この場合、レンズを裏返しても位置が変化せず、液晶パネル51gの画像形成領域上における緑色光の照度をほとんど変化させることができなくなる。
【0059】
また、レンズ45bのホルダ48ではなく、レンズ本体47に直接、基準部材49,249,349を形成することもできる。この場合、レンズ本体47を例えばプラスチックレンズで形成し、レンズ本体47の成形時にレンズの縁に上記基準部材49,249,349と同様の基準部材を設ける。
【0060】
また、レンズ45bに代えて、或いはレンズ45bとともに、他のレンズ45a等を光軸方向に段階的に変位させることもできる。
【0061】
また、光源装置20からの光を複数の部分光束に分割するため、2つのフライアイ光学系31,32を用いていたが、この発明は、このようなフライアイ光学系すなわちレンズアレイを用いないプロジェクタにも適用可能である。さらに、フライアイ光学系31,32をロッドインテグレータに置き換えることもできる。
【0062】
また、上記プロジェクタ10において、光源装置20からの光を特定方向の偏光とする偏光変換部材34を用いていたが、この発明は、このような偏光変換部材34を用いないプロジェクタにも適用可能である。
【0063】
また、上記第1実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含むライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。反射型プロジェクタの場合、ライトバルブは液晶パネルのみによって構成することが可能であり、一対の偏光板は不要である。なお、光変調装置は液晶パネル等に限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。
【0064】
また、プロジェクタとしては、投写面を観察する方向から画像投写を行う前面プロジェクタと、投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行う背面プロジェクタとがあるが、図1に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0065】
【図1】第1実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。
【図2】(a)は、プロジェクタの第3光路の光束を示し、(b)は、中央のレンズを第3光路に沿って変位させた状態を示す。(c)は、液晶パネルの画像形成領域と、(a)の状態の照明領域と、(b)の状態の照明領域とを比較する図である。
【図3】色分離光学系、光変調部等の具体的な固定を説明する斜視図である。
【図4】レンズ45bの構造を説明する側面図である。
【図5】(a)(b)は、レンズの取付けを説明する平面図及び側面図である。
【図6】(a)〜(b)は、レンズの位置変更方法を説明する図である。
【図7】第2実施形態のレンズの取付けを説明する平面図である。
【図8】(a)〜(h)は、レンズの位置変更方法を説明する図である。
【図9】第3実施形態のレンズの構造を説明する図である。
【図10】第3実施形態のレンズの取付けを説明する平面図である。
【図11】(a)〜(h)は、レンズの位置変更方法を説明する図である。
【図12】(a)〜(d)は、レンズの位置変更方法を説明する図である。
【符号の説明】
【0066】
10…プロジェクタ、 20…光源装置、 30…均一化光学系、 34…偏光変換部材、 40…色分離光学系、 41a…第1ダイクロイックミラー、 41b…第2ダイクロイックミラー、 42a,42b,42c…反射ミラー、 43b,43r…フィールドレンズ、 45a,45b,45c,245b…リレー光学系を構成するレンズ、 47…レンズ本体、 48…ホルダ、 49,249,349…基準部材、 50…光変調部、 51b,51r,51g…液晶パネル、 52b,52r,52g…偏光フィルタ、 60…クロスダイクロイックプリズム、 61,62…反射膜、 70…投射レンズ、 80…ベース部材、 91…シャーシ、 92,192,292,392,492…固定部材、 LG…緑色光、 LR…赤色光、 LR…緑色光、 OA…光軸、 OP1…第1光路、 OP2…第2光路、 OP3…第3光路

【特許請求の範囲】
【請求項1】
照明光を射出する照明装置と、
前記照明装置から射出された照明光から青色光、赤色光、及び緑色光を分岐して、前記青色光、赤色光、緑色光を、それぞれ第1乃至第3光路にそれぞれ導く色分離光学系と、
前記第1乃至第3光路上にそれぞれ配置され、前記青色光、赤色光、及び緑色光によってそれぞれ照明される第1乃至第3光変調装置と、
を備えたプロジェクタであって、
前記照明装置から前記第3光変調装置までの距離は、前記照明装置から前記第1光変調装置までの距離及び前記照明装置から前記第2光変調装置までの距離よりも長く、
前記第3光路には、光入射側に配置される第1のレンズと、光射出側に配置される第2のレンズと、前記第1及び第2のレンズの間に配置される第3のレンズとを有するリレー光学系が設けられ、
前記第3のレンズは、当該第3のレンズを前記第3光路の光軸に沿って位置決めする際の基準となる基準部を有しており、
前記色分離光学系は、前記基準部を係止することによって前記第3のレンズを前記第3光路上で位置決めする固定部を有し、前記基準部を前記固定部に係止する際の組み合わせ方によって、前記第3のレンズの光軸方向の位置を段階的に調整可能であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項2】
前記基準部は、前記第3のレンズの光学的対称点から光軸方向に関して所定距離だけずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項1記載のプロジェクタ。
【請求項3】
前記第3のレンズは、前記緑色光を入射させるレンズ本体と、当該レンズ本体を保持するとともに前記基準部を設けたホルダとを有し、前記ホルダは、前記レンズ本体の入出射面を反転させた一対の状態で、当該レンズ本体を前記基準部を介して前記固定部に対して位置決めすることを特徴とする請求項2記載のプロジェクタ。
【請求項4】
前記基準部は、前記第3のレンズの光学的対称点から光軸方向に関して所定間隔だけ離れた位置に設けられた複数の基準部材を有することを特徴とする請求項1記載のプロジェクタ。
【請求項5】
前記固定部は、前記第3光路上で所定間隔だけ離れた位置に設けられている複数の固定部材を有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項6】
前記基準部と前記固定部とは、互いに嵌合可能な形状を有し、当該嵌合によって互いに位置決めされることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項7】
前記照明装置は、光源として高圧水銀ランプを有することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項8】
前記青色光、赤色光、及び緑色光を前記第1乃至第3変調装置によって変調することによって得た各色の像光を合成する光合成光学系と、当該光合成光学系から射出される合成光を投射する投射光学系とをさらに備える請求項1から請求項8のいずれか一項記載のプロジェクタ。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
照明光を射出する照明装置と、
前記照明装置から射出された照明光から青色光、赤色光、及び緑色光を分岐して、前記青色光、赤色光、緑色光を、それぞれ第1乃至第3光路にそれぞれ導く色分離光学系と、
前記第1乃至第3光路上にそれぞれ配置され、前記青色光、赤色光、及び緑色光によってそれぞれ照明される第1乃至第3光変調装置と、
を備えたプロジェクタであって、
前記照明装置から前記第3光変調装置までの距離は、前記照明装置から前記第1光変調装置までの距離及び前記照明装置から前記第2光変調装置までの距離よりも長く、
前記第3光路には、光入射側に配置される第1のレンズと、光射出側に配置される第2のレンズと、前記第1及び第2のレンズの間に配置される第3のレンズとを有するリレー光学系が設けられ、
前記第3のレンズは、当該第3のレンズを前記第3光路の光軸に沿って位置決めする際の基準となる基準部を有しており、
前記色分離光学系は、前記基準部を係止することによって前記第3のレンズを前記第3光路上で位置決めする固定部を有し、前記基準部を前記固定部に係止する際の組み合わせ方によって、前記第3のレンズの光軸方向の位置を段階的に調整可能であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項2】
前記基準部は、前記第3のレンズの光学的対称点から光軸方向に関して所定距離だけずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項1記載のプロジェクタ。
【請求項3】
前記第3のレンズは、前記緑色光を入射させるレンズ本体と、当該レンズ本体を保持するとともに前記基準部を設けたホルダとを有し、前記ホルダは、前記レンズ本体の入出射面を反転させた一対の状態で、当該レンズ本体を前記基準部を介して前記固定部に対して位置決めすることを特徴とする請求項2記載のプロジェクタ。
【請求項4】
前記基準部は、前記第3のレンズの光学的対称点から光軸方向に関して所定間隔だけ離れた位置に設けられた複数の基準部材を有することを特徴とする請求項1記載のプロジェクタ。
【請求項5】
前記固定部は、前記第3光路上で所定間隔だけ離れた位置に設けられている複数の固定部材を有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項6】
前記基準部と前記固定部とは、互いに嵌合可能な形状を有し、当該嵌合によって互いに位置決めされることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項7】
前記照明装置は、光源として高圧水銀ランプを有することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項8】
前記青色光、赤色光、及び緑色光を前記第1乃至第3変調装置によって変調することによって得た各色の像光を合成する光合成光学系と、当該光合成光学系から射出される合成光を投射する投射光学系とをさらに備える請求項1から請求項のいずれか一項記載のプロジェクタ。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate

【図10】
image rotate

【図11】
image rotate

【図12】
image rotate


【公開番号】特開2006−78625(P2006−78625A)
【公開日】平成18年3月23日(2006.3.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−260562(P2004−260562)
【出願日】平成16年9月8日(2004.9.8)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】