【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタに関し、特に、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：ＤＬＰはテキサスインスツルメンツ社の登録商標）方式のプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＬＰ方式プロジェクタは、半導体素子からなるＤＭＤに光を照射し、その反射光をレンズ等で拡大投影して画像表示を行うものである。本出願人により先に出願された特許文献１の図１に示すように、放電ランプからの光が回転楕円面鏡５２によって反射され、その反射光がＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを配列した円盤状のカラーホイール５３によって順次ＲＧＢ光に変換され、ＤＭＤ５６に入射される。ＤＭＤ５６は、画像データに基づきＲＧＢ光に同期して時分割駆動され、それらの反射光が投影レンズ５７を介してスクリーン５８上に順次表示される。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３、１２１、８４３号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のプロジェクタには次のような課題がある。放電ランプは、その発光点が回転楕円面鏡等の反射鏡の焦点位置にくるように位置決めされ、反射鏡で反射された光は、ライトトンネルや光インテグレーター等の光伝送部材に入射されそこから均一な強度の光線束となって出力される。プロジェクタの使用が長期にわたると、放電ランプの電極が摩耗し、これにより電極間のアーク長が長くなる。アーク長が変化すると、放電ランプの発光点（電極間のほぼ中央）が当初の位置からずれ、その結果、光伝送部材の入射光の最適なスポット径も狂ってしまうことがある。例えば、入射光のスポット径が光伝送部材の入射口のサイズよりも大きくなってしまうと、入射光がすべて光伝送部材に入射されなくなってしまう。また、振動や衝撃等により放電ランプの発光点が光軸と直交する方向にずれた場合にも、同様に入射光の一部が光伝送部材に入射されないことがある。こうした事態は、放電ランプの光の利用効率の低下を招くものである。
【０００５】
また、図６に示すように、ＳＣＲ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｌｏｒ Ｒｅｃａｐｔｕｒｅ）カラーホイールによりフルカラー表示を行う場合、回転楕円面鏡３００の焦点位置上に、アパーチャー付きのライトトンネル３１０が配置される。ライトトンネル３１０は、矩形状の断面を有する中空のガラス部材であって、入射口３１１からの光を出射口３１２から均一な強度光線束として出射する。
入社口３１１には、中心にアパーチャー３１３が形成された部材３１４が取り付けられ、その部材３１４の裏面は反射膜がコーディングされている。放電ランプからの光は、アパーチャー３１４を介してライトトンネル３１０内に入射される。ＳＣＲカラーホイール３２０は、複数組のＲＧＢのダイクロイックコーティングが中心から半径方向にスパイラル状に延びている。ライトトンネル３１０の出射口３１２から光線束がＳＣＲカラーホイール３２０に入射されると、ＳＣＲカラーホイール３２０によってＲＧＢの帯状の光が透過され、そこを透過されなかった波長の光は、出射口３１２からライトトンネル３１０内に入射され、この光３１５はアパーチャー３１３の部材３１４の裏面において反射され、再びＳＣＲカラーホイール３２０に入射される。部材３１４による反射効率を高めるためには、そのアパーチャー３１３の径を小さくする必要があり、入射光のスポット径が大きくなってしまうと、その一部の光しかアパーチャー３１３を通過されず、光の利用効率が低下してしまう。これにより、プロジェクタによる投射映像の明るさも低下してしまう。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決し、放電ランプの経時変化に伴う光軸からのずれを補正することが可能な照明光学系を提供することを目的とする。
さらに本発明は、最適なスポット径の光を得ることができる照明光学系を提供することを目的とする。
さらに本発明は、放電ランプの光利用効率の低下を防止することが可能な照明光学系を提供することを目的とする。
さらに本発明は、上述した照明光学系を用いることで明るい映像を投射することが可能なプロジェクタを提供することを目的とする
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る照明光学系は、放電ランプと、前記放電ランプからの光を反射する反射部材と、前記反射部材からの反射光に基づき前記放電ランプの位置を検出するための検出信号を出力する検出手段と、前記検出手段からの検出信号に基づき前記放電ランプの位置を制御する制御手段とを有する。これにより、放電ランプの経時変化等により放電ランプの発光点の光軸からオフセット（ずれ）たときに、その位置を可変することで、放電ランプから反射部材を介して集光される集光位置を所望の位置に調整することができる。光の集光位置を可変することで、その光のスポット径を最適なサイズに調整することができる。
【０００８】
好ましくは検出手段は、反射部材からの光の一部を分離するビームスプリッターと、ビームスプリッターによって分離された光を受光する受光手段とを有し、受光手段は、受光した光に応答する電気信号を前記検出信号として出力する。受光手段は、光センサを含み、光センサは複数の受光エリアを有し、各受光エリアからそれぞれ受光に応じた電気信号が出力される。さらに好ましくは複数の受光エリアは、それぞれ等しい受光面積を有し、各受光エリアがその中心に関して点対称に配される。また複数の受光エリアの中心が反射部材の光軸に一致する。
【０００９】
好ましくは制御手段は、放電ランプを前記反射部材の少なくとも光軸方向に移動させるためのアクチェーターを含む。アクチェーターは、放電ランプを光軸方向と直交する面内において移動させるものであっても良い。すなわち、放電ランプが３軸方向に移動される。好ましくは、制御手段は、複数の受光エリアからの電気信号に基づき放電ランプの光軸からのずれを判定し、その判定結果に基づきアクチェーターの駆動を制御する。さらに、制御手段は、複数の受光エリアからの電気信号に基づき各受光エリアの合計の照射面積の値を算出し、この算出値が予め定められた閾値よりも大きいと判定したときは、アクチェーターを駆動させ、算出値が減少するように放電ランプを光軸方向に移動させる。これにより、放電ランプのアーク長が変化したときあるいはアークの位置が変化したとき、その変化分に対する調整が行われる。
【００１０】
さらに照明光学系は、反射部材によって反射された光を伝送する光伝送部材を有することができる。例えば、所定のアスペクト比の入射口を有するライトトンネルまたは光インテグレーターである。ライトトンネルは、その入射口にアパーチャーが形成された部材を含み、該部材の裏面は反射鏡として機能するものであっても良い。
【００１１】
本発明に係るプロジェクタは、上述した本発明に係る照明光学系と、前記照明光学系からの光を変調する変調手段と、前記変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを有するものである。
【００１２】
好ましくは変調手段は、ＤＭＤであるが、それ以外に液晶デバイスを用いてもよい。プロジェクタはさらに、照明光学系と変調手段の間に回転可能に配置されたカラーホイールを含み、カラーホイールは、照明光学系からの光を少なくともＲ、Ｇ、Ｂ波長帯の光に分離する。さらに、カラーホイールによって反射された光は、前記ライトトンネル内に戻されそこで反射されて再び前記カラーホイールへ入射されるようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る照明光学系の構成を示す図、図２はその斜視図である。
本実施の形態に係る照明光学系は、放電ランプの光軸のずれを補正する機能を有することを主な特徴とする。図１において、照明光学系１０は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の３軸方向に移動可能な放電ランプ２０と、放電ランプ２０からの光を反射する反射鏡３０と、反射鏡３０によって集光された光線束を入射するライトトンネル４０と、反射鏡３０とライトトンネル４０との間に配置されるビームスプリッター５０と、ビームスプリッター５０によって反射された一部の光を受光するフォトセンサー６０と、フォトセンサー６０からの位置検出信号６１を受け取り放電ランプ２０の位置の判定及び制御を行う制御部７０と、制御部７０からの制御信号７１を受けて放電ランプ２０をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に駆動するランプバーナ駆動部８０とを有する。
【００１４】
放電ランプ２０は、例えば、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀ランプ等が用いられる。放電ランプ２０は、石英ガラス管内に１対の電極を有し、１対の電極は反射鏡３０の光軸方向に一致される。１対の電極間のほぼ中央がアークの発光点２１とみなすことができる。放電ランプ２０の一端部２２は、ランプバーナ駆動部８０に固定される。ランプバーナ駆動部８０は、３軸方向に移動可能なアクチュエータを含む。アクチュエータは、図３に示すように、放電ランプ２０の一端部２１を支持する支持台１００と、該支持台１００に螺合されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向のリードネジ１０２と、リードネジ１０２の一端に結合されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向のステッピングモータ１０４とを含み、各ステッピングモータ１０４を駆動することによりリードネジ１０２を回転させ、支持台１００、すなわち放電ランプ２０をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させることができる。なお、図１（ｂ）に示すように、Ｚ軸は光軸方向、Ｙ軸はＸ軸に直角でありかつ鉛直方向（図面において上下方向）、Ｘ軸はＹ軸およびＺ軸に直角な方向（図面において左右方向）である。
【００１５】
反射鏡３０は、例えば回転楕円面鏡から構成される。反射鏡３０の中心部には円形状の開口３１が形成され、この開口３１内に放電ランプ２０の一端部２２が挿入される。開口３１は、一端部２２よりも大きい径を有する。放電ランプ２０は、その両電極間のほぼ中心位置、言い換えればアークの発光点２１が反射鏡３０の焦点位置に一致するように配置される。放電ランプ２０から発光された光は、反射鏡３０によって反射され、その反射光は第２の焦点位置に向けて集光される。
【００１６】
反射鏡３０からの光が焦点を結ぶ位置近傍にライトトンネル４０が配置される。ライトトンネル４０は、その軸方向と直交する断面が矩形状を有する中空のガラス部材であり、入射口４１、出射口４２、それらの間の光伝送部分４３とを有する。ライトトンネル４０の軸方向の中心は、反射鏡３０の光軸と一致する。反射鏡３０から反射された光は、入射口４１を介して光伝送部分４３の内壁で多重反射され、出射口４２からほぼ均一な強度の光線束が出射される。出射口４２からの光線束は、そのアスペクト比に応じた大きさの光となって所望の領域を照射する。なお、ライトトンネル４０は、その入射口４１にアパーチャー付き反射板を含むものであってもよいし、これ以外にも、ロッド状の光インテグレーター等やその他の光伝送部材を用いることができる。
【００１７】
反射鏡３０とライトトンネル４０との間に所定の角度に傾斜されたビームスプリッター５０が介在される。ビームスプリッター５０は、公知のように入射光線束を二つに分ける光学素子である。反射鏡３０からの光は、その大部分がビームスプリッター５０を透過してライトトンネル４０に入射されるが、残り数％の光がビームスプリッター５０によって反射され、フォトセンサー６０に受光される。
【００１８】
フォトセンサー６０は、例えば、２次元的な受光面を有するＣＣＤ面センサーであり、受光した光を電気信号に変換し、放電ランプ２０の位置を検出するための位置検出信号として該電気信号を制御部７０に出力する。制御部７０は、フォトセンサー６０からの位置検出信号をモニターすることで、放電ランプ２０の位置ずれの調整、言い換えれば、反射鏡３０からの反射光が集光される位置を調整する。フォトセンサー６０は、図４に示すように、４つに分割された受光エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを有し、これらの受光エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄはそれぞれ等しい正方形状の受光面積を有し、その中心Ｍに関して点対称である。受光エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれの照射された照射面積および／または照射強度に応じた電子信号を発生しし、該電気信号はさらにデジタル信号に変換される。制御部７０は、各受光エリア毎の電気信号から放電ランプ２０の光軸からのずれを判定する。
【００１９】
放電ランプ２０が正しい位置、すなわち、放電ランプ２０の発光点２１が反射鏡３０の焦点に一致しているとき、図４（ａ）に示すように、受光エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ上の照射光６１の中心６２が受光エリアの中心Ｍに一致するように初期設定がなされる。この中心Ｍは、反射鏡３０の光軸に一致するものである。照射光６１の中心６２がフォトセンサーの中心Ｍに一致しているとき、各受光エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの等しい面積に光が照射されている。各受光エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの照射面積すなわち画素数から、“（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）＝０”が成立する。ａ、ｂ、ｃ、ｄは、各受光エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの受光面積に相当し、これはフォトセンサー６０からの位置検出信号から算出される。
【００２０】
図４（ｂ）に示すように、照射光６１の中心６２がフォトセンサー６０の中心Ｍからオフセットされたとき、“（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）＝０”は成立しない。
その結果、制御部７０は、放電ランプ２０が、Ｘおよび／またはＹ方向にオフセットされていると判定する。そして、上記式が成立するようにランプバーナ駆動部８０の駆動制御を行い、照射光６１の中心６２が光軸（中心Ｍ）に一致するように放電ランプ２０のＸ、Ｙ方向の位置が補正される。これにより、ライトトンネル４０の入射口４１のほぼ中心に一致するようなスポット径を有する光が入射される。
【００２１】
図４（ｃ）に示すように、照射光６３の中心がフォトセンサー６０の中心Ｍに一致していたとしても、その照射光６３のスポット径が一定以上の大きさを有する場合には、放電ランプ２０がＺ軸方向（光軸方向）にずれていると判定する。
Ｚ軸方向のずれは、例えば、放電ランプ２０の長期使用によりその電極が消耗し、その結果、アーク長が長くなり、発光点２１の位置が変化することによって起こる。
【００２２】
制御部７０は、図４（ａ）に示す状態、すなわち放電ランプが正しい位置にあるときの受光エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの受光面積の合計（照射された画素数）を最適値とし、図４（ｃ）に示すような大きなスポット径を有する照射光６３のときの各受光エリアの受光面積の合計Ｐ（Ｐ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）が閾値Ｓよりも大きいか否かを判定する（Ｐ＞Ｓ）。この閾値Ｓは、最適値そのものであってもよいし、その最適値に許容値を加えた値としてもよい。
【００２３】
合計Ｐが閾値Ｓよりも大きいと判定したときは、制御部７０は照射光６３のスポット径が最小となるようにランプバーナ駆動部８０を制御する。つまり、各受光エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの受光面積の合計Ｐが最小となるような制御をする。これにより、放電ランプ２１の発光点２１が焦点にほぼ一致される。
【００２４】
本実施の形態によれば、放電ランプの経時変化、あるいは衝撃や振動などの外的な力等により放電ランプ２０の発光点２１が光軸からずれたとき、このずれを判定し、ずれを補正するように放電ランプ２０の位置を調整することで、放電ランプの光利用効率の低下を防止することができる。さらに、放電ランプ２０の位置を可変することで、ライトトンネル４０へ入射される光の最適なスポット径を調整することができる。
【００２５】
特に、ＳＣＲカラーホイールに用いられるライトトンネルの場合、図６に示したように、その入射口に円形状のアパーチャー付きの光学部材が設けられるが、入射光のスポット径をアパーチャー径よりも常に小さくなるような制御をすることで、入射光が遮断されることなくライトトンネルへ入射させることができる。
【００２６】
さらに、ライトトンネルの代わりに、中実の光学部材、例えば、ロッド状の光インテグレータを用いる場合、光インテグレータの入射面へのスポット径が小さくその照射面積が小さすぎると、照射部分の局所的な発熱により光インテグレータの入射面が熱により劣化したり損傷してしまうことがある。そこで、入射光のスポット径が、一定の照射面積よりも大きくなるように調整することが望ましい。
【００２７】
さらに、ライトトンネルや他の光伝送部材の入射口のアスペクト比が、４：３あるいは１６：９で構成されている場合、入射光のスポット径が、そのアスペクト比内に収まるような最適な大きさに調整することが可能となる。
【００２８】
次に、本発明による照明光学系をプロジェクタに適用した例を説明する。図５は、ＤＬＰ方式プロジェクタの構成を示すブロック図である。プロジェクタ２００は、画像信号２０１を入力し、これをＤＭＤと同じ画素数のＲＧＢデジタル画像データに変換する前処理部２１０と、前処理部２１０からのデジタル画像データに基づきＤＭＤ２５０の駆動を制御するとともにランプ駆動回路２３０及びカラーホイール駆動部２４０等の制御を行う制御部２２０とを有する。ランプ駆動回路２３０は、光源２６０の放電ランプの起動及び起動後の放電ランプのＡＣ駆動を制御する。ライトトンネル２７０は光源２６０からの光をＳＣＲカラーホイール２８０へ伝送する。光源２６０およびＳＣＲライトトンネル２７０は、第１の実施の形態に係る照明光学系１０に相当する。カラーホイール駆動部２４０は、ＳＣＲカラーホイール２８０を回転させ、光源２６０からの光をＲＧＢに分離させる。ＤＭＤ２５０は、各画素に相当するミラー素子を含み、ライトトンネル２７０および光学系２９０を介して照射されたＲＧＢ光をミラー素子により反射させる。投射光学系３００は、ＤＭＤ２５０からの反射光を拡大投射しスクリーン上に画像を表示させる。
【００２９】
本発明による照明光学系１０をＤＬＰ方式のプロジェクタに適用した場合、光源２６０からの光が有効に利用され、明るい投射映像を映し出すことができる。特に、光の利用効率の高いＳＣＲカラーホイールと併合することで、光利用効率をさらに改善させることが可能である。
【００３０】
本発明による照明光学系をＤＬＰ方式のプロジェクタに適用した例を説明したが、勿論、これ以外に液晶デバイスを用いたプロジェクタや、リア投射型のプロジェクタ等に広く適用することができる。
【００３１】
上記実施の態様では、ランプバーナ駆動部８０のアクチェーターにステッピングモータとリードネジを組み合わせた例を示したが、これ以外の機構によりアクチェーターを構成してもよい。さらに、放電ランプの位置を検出するためにＣＣＤ面センサーを用いたが、他のセンサーを用いるものであっても良い。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【発明の効果】
本発明の照明光学系によれば、放電ランプの位置を検出し、その位置が所定の位置、例えば光軸からずれている場合には、放電ランプの位置ずれを調整するようにしたので、放電ランプの経時変化やそれ以外の振動や衝撃等の外的な力により引き起こされる放電ランプの位置ずれを適宜修正することができ、その結果、放電ランプの光の利用効率が低下することを防止することができる。さらに、このような照明光学系をプロジェクタに適用することで、長期間使用しても、投射映像の明るさが低下せず、しかも、プロジェクタを携帯したときに生じる振動や衝撃があっても放電ランプが光軸からずれない耐久性のあるプロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る照明光学系の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る照明光学系の斜視図である。
【図３】ランプバーナ駆動部の構成を示す平面図である。
【図４】フォトセンサーの構成を示す図である。
【図５】本発明に係るプロジェクタの構成を示すブロック図である。
【図６】ＳＣＲカラーホイールを用いたときのプロジェクタの光学系の一部を示す図である。
【符号の説明】
１０：照明光学系 ２０：放電ランプ
３０：反射鏡 ４０：ライトトンネル
５０：ビームスプリッター ６０：フォトセンサー
７０：制御部 ８０：ランプバーナ駆動部
２１０：前処理部、 ２２０：制御部、
２３０：ランプ駆動回路、 ２４０：カラーホイール駆動部、
２５０：ＤＭＤ、 ２６０：光源ランプ、
２７０：ライトトンネル ２８０：ＳＣＲカラーホイール[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projector, and more particularly, to a DLP (Digital Light Processing) using DMD (Digital Mirror Device): DLP is a trademark of Texas Instruments.
[0002]
[Prior art]
The DLP type projector irradiates light to a DMD made of a semiconductor element, and enlarges and projects the reflected light with a lens or the like to display an image. As shown in FIG. 1 of Patent Document 1 previously filed by the present applicant, light from a discharge lamp is reflected by a spheroid mirror 52, and the reflected light is arranged with R, G, and B color filters. The light is sequentially converted into RGB light by the disk-shaped color wheel 53 and is incident on the DMD 56. The DMD 56 is time-divisionally driven in synchronization with the RGB light based on the image data, and the reflected light is sequentially displayed on a screen 58 via a projection lens 57.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3,121,843
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional projector has the following problems. The discharge lamp is positioned so that its emission point is located at the focal point of a reflecting mirror such as a spheroidal mirror, and the light reflected by the reflecting mirror is incident on an optical transmission member such as a light tunnel or an optical integrator and from there. It is output as a light beam with uniform intensity. Prolonged use of the projector wears the electrodes of the discharge lamp, thereby increasing the arc length between the electrodes. When the arc length changes, the light emitting point (approximately the center between the electrodes) of the discharge lamp deviates from the initial position, and as a result, the optimal spot diameter of the incident light of the optical transmission member may be deviated. For example, if the spot diameter of the incident light becomes larger than the size of the entrance of the optical transmission member, all the incident light will not be incident on the optical transmission member. Also, when the light emitting point of the discharge lamp is shifted in a direction orthogonal to the optical axis due to vibration, impact, or the like, a part of the incident light may not similarly enter the optical transmission member. Such a situation causes a reduction in the light use efficiency of the discharge lamp.
[0005]
As shown in FIG. 6, when performing full-color display using an SCR (Sequential Color Recovery) color wheel, a light tunnel 310 with an aperture is arranged on the focal point of the spheroidal mirror 300. The light tunnel 310 is a hollow glass member having a rectangular cross section, and emits light from the entrance 311 from the exit 312 as a uniform intensity light beam.
A member 314 having an aperture 313 formed in the center is attached to the entrance 311, and a reflection film is coded on the back surface of the member 314. Light from the discharge lamp enters the light tunnel 310 via the aperture 314. The SCR color wheel 320 has a plurality of sets of RGB dichroic coatings spirally extending radially from the center. When a light beam enters the SCR color wheel 320 from the exit 312 of the light tunnel 310, RGB band-shaped light is transmitted by the SCR color wheel 320, and light of a wavelength not transmitted therethrough is emitted from the exit 312. The light 315 enters the light tunnel 310, is reflected on the back surface of the member 314 of the aperture 313, and enters the SCR color wheel 320 again. In order to increase the reflection efficiency of the member 314, it is necessary to reduce the diameter of the aperture 313. If the spot diameter of the incident light increases, only a part of the light passes through the aperture 313, and Usage efficiency is reduced. As a result, the brightness of the image projected by the projector also decreases.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide an illumination optical system capable of correcting a deviation from an optical axis due to a temporal change of a discharge lamp.
Another object of the present invention is to provide an illumination optical system capable of obtaining light having an optimum spot diameter.
Another object of the present invention is to provide an illumination optical system capable of preventing a reduction in light use efficiency of a discharge lamp.
A further object of the present invention is to provide a projector capable of projecting a bright image by using the above-mentioned illumination optical system.
[Means for Solving the Problems]
An illumination optical system according to the present invention outputs a discharge lamp, a reflection member that reflects light from the discharge lamp, and a detection signal for detecting a position of the discharge lamp based on light reflected from the reflection member. A detection unit; and a control unit that controls a position of the discharge lamp based on a detection signal from the detection unit. Thus, when the discharge lamp is offset (shifted) from the optical axis of the light emitting point of the discharge lamp due to a temporal change of the discharge lamp or the like, the position of the light emitting point is changed, thereby condensing the light from the discharge lamp via the reflecting member. Can be adjusted to a desired position. By changing the light condensing position, the spot diameter of the light can be adjusted to an optimum size.
[0008]
Preferably, the detecting means has a beam splitter for separating a part of the light from the reflecting member, and a light receiving means for receiving the light separated by the beam splitter, and the light receiving means has an electric signal responsive to the received light. Is output as the detection signal. The light receiving means includes an optical sensor, and the optical sensor has a plurality of light receiving areas, and each light receiving area outputs an electric signal corresponding to the received light. More preferably, the plurality of light receiving areas have the same light receiving area, and the light receiving areas are arranged point-symmetrically with respect to the center. The centers of the plurality of light receiving areas coincide with the optical axis of the reflection member.
[0009]
Preferably, the control means includes an actuator for moving the discharge lamp in at least an optical axis direction of the reflection member. The actuator may move the discharge lamp in a plane orthogonal to the optical axis direction. That is, the discharge lamp is moved in three axial directions. Preferably, the control means determines the deviation of the discharge lamp from the optical axis based on the electric signals from the plurality of light receiving areas, and controls the driving of the actuator based on the determination result. Further, the control means calculates the value of the total irradiation area of each light receiving area based on the electric signals from the plurality of light receiving areas, and when it is determined that the calculated value is larger than a predetermined threshold, the actuator is actuated. The discharge lamp is driven, and the discharge lamp is moved in the optical axis direction so that the calculated value decreases. Thus, when the arc length of the discharge lamp changes or the position of the arc changes, adjustment is made for the change.
[0010]
Further, the illumination optical system can include a light transmission member that transmits light reflected by the reflection member. For example, a light tunnel or a light integrator having an entrance having a predetermined aspect ratio. The light tunnel may include a member having an aperture formed at an entrance thereof, and a back surface of the member may function as a reflecting mirror.
[0011]
The projector according to the present invention includes the illumination optical system according to the present invention described above, a modulation unit that modulates light from the illumination optical system, and a projection unit that projects light modulated by the modulation unit. is there.
[0012]
Preferably, the modulation means is a DMD, but other than that, a liquid crystal device may be used. The projector further includes a color wheel rotatably disposed between the illumination optical system and the modulation means, and the color wheel separates light from the illumination optical system into light of at least the R, G, and B wavelength bands. Further, the light reflected by the color wheel may be returned to the light tunnel, reflected there, and incident again on the color wheel.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an illumination optical system according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view thereof.
The main feature of the illumination optical system according to the present embodiment is to have a function of correcting a shift of the optical axis of the discharge lamp. In FIG. 1, an illumination optical system 10 includes a discharge lamp 20 movable in three X, Y, and Z axes, a reflecting mirror 30 that reflects light from the discharge lamp 20, and light collected by the reflecting mirror 30. A light tunnel 40 for receiving the reflected light beam, a beam splitter 50 disposed between the reflecting mirror 30 and the light tunnel 40, a photo sensor 60 for receiving a part of light reflected by the beam splitter 50, A control unit 70 that receives a position detection signal 61 from the sensor 60 and determines and controls the position of the discharge lamp 20, and drives the discharge lamp 20 in the X, Y, and Z axis directions by receiving a control signal 71 from the control unit 70. And a lamp burner driving section 80.
[0014]
As the discharge lamp 20, for example, a xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, or the like is used. The discharge lamp 20 has a pair of electrodes in a quartz glass tube, and the pair of electrodes coincides with the direction of the optical axis of the reflecting mirror 30. The approximate center between the pair of electrodes can be regarded as the light emitting point 21 of the arc. One end 22 of the discharge lamp 20 is fixed to a lamp burner driving unit 80. The lamp burner driving section 80 includes an actuator movable in three axial directions. As shown in FIG. 3, the actuator includes a support 100 supporting one end 21 of the discharge lamp 20, X, Y, and Z-axis lead screws 102 screwed to the support 100, and one end of the lead screw 102. And the stepping motors 104 in the X, Y, and Z directions coupled to each other. By driving each of the stepping motors 104, the lead screw 102 is rotated, and the support 100, that is, the discharge lamp 20 is moved in the X, Y, and Z directions. Can be moved to As shown in FIG. 1B, the Z axis is the direction of the optical axis, the Y axis is a direction perpendicular to the X axis and a vertical direction (vertical direction in the drawing), and the X axis is a direction perpendicular to the Y axis and the Z axis. (Left-right direction in the drawing).
[0015]
The reflecting mirror 30 is formed of, for example, a spheroid mirror. A circular opening 31 is formed in the center of the reflecting mirror 30, and one end 22 of the discharge lamp 20 is inserted into the opening 31. The opening 31 has a larger diameter than the one end 22. The discharge lamp 20 is arranged so that the center position between the two electrodes, that is, the light emitting point 21 of the arc coincides with the focal position of the reflecting mirror 30. The light emitted from the discharge lamp 20 is reflected by the reflecting mirror 30, and the reflected light is collected toward the second focal position.
[0016]
A light tunnel 40 is arranged near a position where light from the reflecting mirror 30 is focused. The light tunnel 40 is a hollow glass member having a rectangular cross section orthogonal to the axial direction, and has an entrance 41, an exit 42, and a light transmission portion 43 therebetween. The axial center of the light tunnel 40 coincides with the optical axis of the reflecting mirror 30. The light reflected from the reflecting mirror 30 is multiple-reflected on the inner wall of the light transmission portion 43 via the entrance 41, and a light beam having substantially uniform intensity is emitted from the exit 42. The light beam from the light exit 42 becomes light having a size corresponding to the aspect ratio and irradiates a desired area. Note that the light tunnel 40 may include a reflector with an aperture at the entrance 41, and other than this, a rod-shaped optical integrator or other optical transmission members can be used.
[0017]
A beam splitter 50 inclined at a predetermined angle is interposed between the reflecting mirror 30 and the light tunnel 40. The beam splitter 50 is an optical element that splits an incident light beam into two as is well known. Most of the light from the reflecting mirror 30 passes through the beam splitter 50 and enters the light tunnel 40, but the remaining few percent of the light is reflected by the beam splitter 50 and received by the photosensor 60.
[0018]
The photo sensor 60 is, for example, a CCD surface sensor having a two-dimensional light receiving surface, converts received light into an electric signal, and controls the electric signal as a position detection signal for detecting the position of the discharge lamp 20. Output to the unit 70. The control unit 70 monitors the position detection signal from the photosensor 60 to adjust the displacement of the discharge lamp 20, in other words, to adjust the position where the reflected light from the reflecting mirror 30 is collected. As shown in FIG. 4, the photosensor 60 has four divided light receiving areas A, B, C, and D, and these light receiving areas A, B, C, and D are equal in square light receiving area. And is point symmetric about its center M. The light receiving areas A, B, C, and D generate electronic signals corresponding to the respective irradiated areas and / or irradiation intensities, and the electric signals are further converted to digital signals. The controller 70 determines the deviation of the discharge lamp 20 from the optical axis from the electric signal for each light receiving area.
[0019]
When the discharge lamp 20 is at the correct position, that is, when the light emitting point 21 of the discharge lamp 20 is coincident with the focal point of the reflecting mirror 30, as shown in FIG. Initial setting is performed so that the center 62 of the irradiation light 61 coincides with the center M of the light receiving area. The center M coincides with the optical axis of the reflecting mirror 30. When the center 62 of the irradiation light 61 coincides with the center M of the photosensor, the light is irradiated on the same area of each of the light receiving areas A, B, C, and D. “(A + c) − (b + d) = 0” is established from the irradiation area of each of the light receiving areas A, B, C, and D, that is, the number of pixels. a, b, c, and d correspond to the light receiving areas of the light receiving areas A, B, C, and D, respectively, and are calculated from the position detection signals from the photo sensor 60.
[0020]
As shown in FIG. 4B, when the center 62 of the irradiation light 61 is offset from the center M of the photosensor 60, “(a + c) − (b + d) = 0” does not hold.
As a result, the control unit 70 determines that the discharge lamp 20 is offset in the X and / or Y directions. Then, the drive control of the lamp burner driving unit 80 is performed so that the above equation is satisfied, and the position of the discharge lamp 20 in the X and Y directions is corrected so that the center 62 of the irradiation light 61 coincides with the optical axis (center M). Is done. As a result, light having a spot diameter substantially coincident with the center of the entrance 41 of the light tunnel 40 is incident.
[0021]
As shown in FIG. 4C, even if the center of the irradiation light 63 coincides with the center M of the photosensor 60, when the spot diameter of the irradiation light 63 has a certain size or more, the discharge is performed. It is determined that the lamp 20 is displaced in the Z-axis direction (optical axis direction).
The displacement in the Z-axis direction occurs, for example, when the electrodes of the discharge lamp 20 are worn out due to long-term use, resulting in a longer arc length and a change in the position of the light emitting point 21.
[0022]
The control unit 70 sets the total value (the number of irradiated pixels) of the light receiving areas A, B, C, and D when the discharge lamp is at the correct position in the state shown in FIG. It is determined whether or not the sum P (P = a + b + c + d) of the light receiving areas of the respective light receiving areas when the irradiation light 63 has a large spot diameter as shown in FIG. 4C is larger than the threshold value S (P> S). ). This threshold value S may be the optimum value itself or a value obtained by adding an allowable value to the optimum value.
[0023]
When determining that the total P is larger than the threshold value S, the control unit 70 controls the lamp burner driving unit 80 so that the spot diameter of the irradiation light 63 is minimized. That is, control is performed so that the total P of the light receiving areas of the light receiving areas A, B, C, and D is minimized. As a result, the light emitting point 21 of the discharge lamp 21 substantially coincides with the focal point.
[0024]
According to the present embodiment, when the light emitting point 21 of the discharge lamp 20 deviates from the optical axis due to a temporal change of the discharge lamp or an external force such as shock or vibration, the deviation is determined and the deviation is corrected. By adjusting the position of the discharge lamp 20 in such a manner, it is possible to prevent the light use efficiency of the discharge lamp from lowering. Further, by changing the position of the discharge lamp 20, the optimum spot diameter of the light incident on the light tunnel 40 can be adjusted.
[0025]
In particular, in the case of a light tunnel used for an SCR color wheel, as shown in FIG. 6, an optical member with a circular aperture is provided at the entrance, but the spot diameter of the incident light is always smaller than the aperture diameter. By performing such control, incident light can be made to enter the light tunnel without being blocked.
[0026]
Furthermore, when a solid optical member, for example, a rod-shaped optical integrator is used instead of the light tunnel, if the spot diameter on the incident surface of the optical integrator is too small and its irradiation area is too small, the local area of the irradiation part may be locally reduced. The incident surface of the optical integrator may be deteriorated or damaged by heat due to heat generation. Therefore, it is desirable to adjust the spot diameter of the incident light so as to be larger than a certain irradiation area.
[0027]
Furthermore, when the aspect ratio of the entrance of the light tunnel or other light transmission member is configured to be 4: 3 or 16: 9, the optimum size is such that the spot diameter of the incident light falls within the aspect ratio. Can be adjusted.
[0028]
Next, an example in which the illumination optical system according to the present invention is applied to a projector will be described. FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the DLP projector. The projector 200 receives the image signal 201 and converts the signal into RGB digital image data having the same number of pixels as the DMD. The projector 200 controls the driving of the DMD 250 based on the digital image data from the preprocessing unit 210. The control unit 220 controls the lamp driving circuit 230 and the color wheel driving unit 240. The lamp driving circuit 230 controls activation of the discharge lamp of the light source 260 and AC driving of the discharge lamp after the activation. Light tunnel 270 transmits light from light source 260 to SCR color wheel 280. The light source 260 and the SCR light tunnel 270 correspond to the illumination optical system 10 according to the first embodiment. The color wheel driving unit 240 rotates the SCR color wheel 280 to separate the light from the light source 260 into RGB. The DMD 250 includes a mirror element corresponding to each pixel, and reflects the RGB light emitted through the light tunnel 270 and the optical system 290 by the mirror element. The projection optical system 300 enlarges and projects the reflected light from the DMD 250 to display an image on a screen.
[0029]
When the illumination optical system 10 according to the present invention is applied to a DLP-type projector, light from the light source 260 is effectively used, and a bright projection image can be displayed. In particular, by combining with an SCR color wheel having a high light use efficiency, the light use efficiency can be further improved.
[0030]
Although the example in which the illumination optical system according to the present invention is applied to a DLP type projector has been described, it is needless to say that the present invention can be widely applied to a projector using a liquid crystal device, a rear projection type projector, and the like.
[0031]
In the above embodiment, the example in which the stepper motor and the lead screw are combined with the actuator of the lamp burner driving unit 80 has been described. However, the actuator may be configured by other mechanisms. Further, although a CCD surface sensor is used to detect the position of the discharge lamp, another sensor may be used.
[0032]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications may be made within the scope of the present invention described in the appended claims. Deformation and modification are possible.
【The invention's effect】
According to the illumination optical system of the present invention, the position of the discharge lamp is detected, and when the position is deviated from a predetermined position, for example, the optical axis, the position deviation of the discharge lamp is adjusted. Displacement of the discharge lamp caused by an external force such as aging of the lamp or other vibration or impact can be appropriately corrected, thereby preventing the light use efficiency of the discharge lamp from being reduced. be able to. Furthermore, by applying such an illumination optical system to a projector, the brightness of the projected image does not decrease even when the projector is used for a long time. A durable projector in which the lamp does not shift from the optical axis can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an illumination optical system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of an illumination optical system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view illustrating a configuration of a lamp burner driving unit.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a photosensor.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a projector according to the invention.
FIG. 6 is a diagram showing a part of an optical system of a projector when an SCR color wheel is used.
[Explanation of symbols]
10: Illumination optical system 20: Discharge lamp 30: Reflector 40: Light tunnel 50: Beam splitter 60: Photo sensor 70: Control unit 80: Lamp burner driving unit 210: Pre-processing unit, 220: Control unit
230: lamp driving circuit, 240: color wheel driving unit,
250: DMD, 260: light source lamp,
270: Light tunnel 280: SCR color wheel
