JP2004258402A

JP2004258402A - カラーホイールおよび投射装置

Info

Publication number: JP2004258402A
Application number: JP2003049875A
Authority: JP
Inventors: Kimihide Takeda; 公秀武田
Original assignee: Tamron Co Ltd
Current assignee: Tamron Co Ltd
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】簡単な構成で光源の熱線による光学要素の特性劣化を防止できること。
【解決手段】光源１と、光学要素であるライトトンネル４との間の光路Ｌには、カラーホイール３が設けられる。カラーホイール３は、熱吸収ガラス上に各色の光透過性の誘電多層膜を形成したものである。カラーホイール３は、熱吸収ガラスが光源１の光の熱線を吸収し、回転しながら放熱する。この際、光源１の光はカラーホイール３の常に同じ部分に当たらず、カラーホイール３の一部に光が当たっているにすぎないため、回転中の光が当たっていないときに放熱できる。このため、放熱効率を高めることができる。また、光路Ｌ上に別途、熱吸収フィルターを設置しなくてもよいため、部品点数を削減できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カラーホイールおよび画像を投射するプロジェクタ等の投射装置に関し、特に、光源からの熱線を吸収して後段側への伝達を防止できる熱吸収手段を備えたカラーホイールおよび投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来の投射装置の一例を示す構成図である。この投射装置は、液晶プロジェクタであり、白色の光源１と、光源１の周囲に配置した断面が楕円形状のリフレクター２とを有し、この光源１の光路Ｌ上には、熱吸収フィルター９０１、カラーホイール９０２、ライトトンネル４、集光レンズ５、表示デバイス６、投射レンズ８が配置されている。熱吸収フィルター９０１は、熱吸収ガラスで構成されており、光路上に配置される。また、この熱吸収フィルター９０１の光軸側方には、熱吸収フィルター９０１の冷却用のファン９０３が設置されている。
【０００３】
カラーホイール９０２は、赤、緑、青のカラーフィルターをディスク状のガラスにセグメント毎に分割形成した構成である。このカラーホイール９０２は、中央がモータ７に軸支され、このモータ７により回転する。通常、単板式（１枚の表示デバイス６を用いる方式）の場合、このカラーホイール９０２が用いられる。ライトトンネル４は、入射面４ａから入射した光を出射面４ｂに達するまでに、出射面４ｂ上にて輝度分布を略均一化させる。集光レンズ５は、ライトトンネル４から出射した光を集光し、表示デバイス６の画角に応じた照射面積まで拡大する。
【０００４】
表示デバイス６は、液晶表示パネルから構成され、ライトトンネル４から出射した輝度が均一な光の透過状態を制御する。なお、表示デバイス６から先の光路Ｌ上には、所定のレンズから構成した投射レンズ８が配置される。
【０００５】
液晶プロジェクタ等の投射装置では、強出力の光源１としてハロゲンランプ等を用いることが多く、光源１から放射された熱線を表示デバイス６が受けて加熱されると機能が劣化する。同様に、ライトトンネル４等の光学部品は、特性が劣化する。これを防止するため、上記従来の投射装置９００では、光源１とカラーホイール９０２の間に熱吸収フィルター９０１を配置し、光源１の熱線をこの熱吸収フィルター９０１で吸収し、後方の光学系に悪影響を与えないようにしている。また、熱吸収フィルター９０１により吸収された熱が効率的に外部に放出されるよう、ファン９０３により熱吸収フィルター９０１を積極的に冷却するようにしたものもある。なお、図示しないが、この熱吸収フィルター９０１を透明容器内に収納すると共に、容器内部に冷媒を流す技術も知られている。
【０００６】
また、プラスチックレンズを用いた光学系を用いる場合は、光源１の光の紫外線によりレンズの白濁や硬化等の劣化をもたらすことが知られている。図１０は、従来の投射装置の別の例を示す構成図である。このような劣化を防止するため、従来の投射装置９５０では、図１０に示すように、熱吸収フィルター９０１と共に紫外線吸収フィルター９０４を設置し、レンズ光学系に至る前の段階で悪影響を及ぼすような紫外線をカットするようにしている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１５８１５２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の投射装置９００では、熱吸収フィルター９０１を光源１とカラーホイール９０２との間に設置しているため、部品点数が増加するという問題点がある。また、光源１の熱線に起因した過熱により熱吸収フィルター９０１が破損するという問題点がある。特に、最近の小型化されたプロジェクタでは、リフレクター２に楕円鏡を用いる場合が多く、そのような場合、熱吸収フィルター９０１を第２焦点の近くに配置しなければならないため、前記熱集中の問題がより深刻になる。
【０００９】
また、紫外線吸収フィルター９０４を併用する場合でも、同一部分に長時間紫外線を照射することになれば、紫外線吸収フィルター９０４自体の劣化が避けられないため、紫外線が集中的に照射される事態を回避する必要がある。
【００１０】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、簡単な構成で光源の熱線による光学要素の特性劣化を防止できるカラーホイールおよび投射装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかるカラーホイールは、光源からの光軸上に一部が位置する回転自在なカラーホイールにおいて、前記光源からの熱線を吸収する熱吸収ガラスからなる熱吸収ディスクと、前記熱吸収ディスクの面上に形成され、複数色のセグメントに分割されたカラーフィルター層と、前記熱吸収ディスクを回転させる回転手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
この請求項１の発明によれば、光源からの光は、回転するカラーホイールを透過するが、カラーホイールを構成する熱吸収ディスクが光源の光の熱線を吸収し、回転しながら放熱する。即ち、光源の光はカラーホイールの常に同じ部分に当たっているのではなく、カラーホイールの一部に光が当たっているにすぎないため、回転中の光が当たっていないときに放熱することができる。このため、放熱効率が高まり、熱吸収ディスクの過熱を防止できる。また、別途、熱吸収フィルターを設置しなくてもよいため、部品点数を少なくできる。
【００１３】
また、請求項２の発明にかかるカラーホイールは、請求項１に記載の発明において、前記熱吸収ディスクの面上に、光源からの紫外線を吸収する紫外線吸収層を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この請求項２の発明によれば、紫外線吸収層を設けることで、紫外線吸収層より以降の光学要素にプラスチック材料を用いた場合でも、これらが紫外線により劣化することがない。また、カラーホイールに紫外線吸収層を設けることで、同じ部分に集中的に紫外線が照射されるのを防止できるので、紫外線吸収フィルター自体の劣化も抑制できる。
【００１５】
また、請求項３の発明にかかるカラーホイールは、請求項１に記載の発明において、前記熱吸収ディスクの一方の面に形成される、複数色のセグメントに分割されたカラーフィルター層と、前記熱吸収ディスクの他方の面に形成される、光源からの紫外線を吸収する紫外線吸収層とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４の発明にかかる投射装置は、光源と、前記光源の光路上に一部が位置するよう設けられるものであり、前記光源からの熱線を吸収する熱吸収ガラスからなる熱吸収ディスクと、前記熱吸収ディスクの面上に形成され、複数色のセグメントに分割されたカラーフィルター層と、前記熱吸収ディスクを回転させる回転手段とによりなるカラーホイールと、前記光路のカラーホイール後段に配置されるライトトンネルと、前記ライトトンネルから出射した光を調整して光制御手段に照射するレンズと、前記レンズを介して入射される光に対し、カラーによる色表示を行い出射させる表示デバイスと、前記表示デバイスから出射された光を投射する投射レンズとを備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５の発明にかかる投射装置は、請求項４に記載の発明において、前記カラーホイールの面に対して送風を行うファンを設けたことを特徴とする。
【００１８】
この請求項５の発明によれば、ファンによりカラーホイールを冷却することにより、カラーホイールを積極的に冷却できるようになる、このため、光学要素の過熱を確実に防止できる。また、より強い光源を用いることができる。
【００１９】
また、請求項６の発明にかかる投射装置は、請求項４または５に記載の発明において、前記熱吸収ディスクの面上に、光源からの紫外線を吸収する紫外線吸収層を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この請求項６の発明によれば、紫外線吸収フィルターを設けることで、紫外線吸収フィルターより、後段の光学要素に対する紫外線をカットできるようになる。例え、光学要素にプラスチック材料を用いても、これらが紫外線により劣化することがない。
【００２１】
また、請求項７の発明にかかる投射装置は、請求項４または５に記載の発明において、前記光源と前記カラーホイールとの間に、前記光源からの紫外線を吸収する紫外線吸収フィルターを設けたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるカラーホイールおよび投射装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。以下、投射装置として、単板式の液晶表示デバイスを用いた液晶プロジェクタを例に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかる投射装置を示す構成図である。この投射装置１００は、白色の光源１と、光源１の周囲に配置した断面が楕円形状のリフレクター２とを有し、この光源の光路上には、カラーホイール３、ライトトンネル（ライトロッド）４、集光レンズ５、表示デバイス６が配置されている。光源１は、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等からなる。光源１の発光管は石英ガラスからなり、その中央には略球状の楕円形状の発光部が設けられている。発光部の内部には、金属ハロゲン化物が封入されている。金属ハロゲン化物は、例えば沃化ジスプロシウム、沃化ネオジム、あるいは沃化セシウムである。さらに、発光部には上記の金属ハロゲン化物と共に、バッファガスとしての水銀および始動用補助ガスとしてのアルゴンも封入されている。
【００２４】
カラーホイール３は、赤、緑、青のカラーフィルターにより３セグメントのディスク形状のホイールである。あるいは、これに白色光を得るための光透過フィルターを加えた４セグメントのディスク形状のホイールである。このカラーホイール３は、中央がモータ７に軸支され、このモータ７により回転する構成である。通常、単板式（１枚の表示デバイス６を用いる方式）の場合にカラーホイール３が用いられる。なお、カラーホイール３は、スーパースクローリング（ＳＳＲ）方式のものでもよい。光源１の光路Ｌ上には、モータ７による回転により周期的に各色のフィルターが位置することになる。即ち、このカラーホイール３により極めて短い一定時間毎に色が切り替わることになる。
【００２５】
図２は、図１に示したカラーホイールを示す一部断面図である。カラーホイール３は、熱吸収ガラス３１上に各色の光透過性の誘電多層膜３２を形成した構成である。このように、カラーホイール３は、円形の熱吸収ガラス３１上に各色の誘電多層膜３２を形成したものである。図中では誘電多層膜３２は、説明のため便宜上、厚く表している。ここで、熱吸収ガラス３１の薄膜形成面が光源１と反対側となるように位置させるのが好ましい。誘電多層膜３２に光源１の熱線が直接照射されないようにするためである。しかし、熱線の量や熱吸収ガラス３１の厚さ等の諸条件により誘電多層膜３２が光源１側に位置するようにしてもよい。
【００２６】
図３は、カラーホイールの他の構成例を示す一部断面図である。同図に示すように、カラーホイール３は、熱吸収ガラス３１の一方の面に各色の誘電多層膜３２を形成し、熱吸収ガラス３１の他方の面に紫外線吸収ガラス３５を形成する積層構成としてもよい。
【００２７】
紫外線吸収ガラス３５は、図に示したように、熱吸収ガラス３１に対して光源１と反対側に位置しているが、光源側に位置してもよい。紫外線吸収ガラス３５と熱吸収ガラス３１は、接着剤により接合する。
【００２８】
図４は、カラーホイールの他の構成例を示す一部断面図である。図４（ａ）に示すように、紫外線吸収ガラス３５に代えて、紫外線吸収膜３６を形成するようにしてもよい。また、図４（ｂ）に示すように、熱吸収ガラス３１を基板として、その表面に紫外線吸収膜３６を積層し、さらに、紫外線吸収膜３６の表面に各色の誘電多層膜３２を形成するようにしてもよい。この場合、蒸着膜プロセスにより連続的に膜形成できるので、カラーホイール３を製造しやすくなる。
【００２９】
図５は、カラーホイールの他の構成例を示す一部断面図である。図５（ａ）に示すように、光源１側から熱吸収ガラス３１、紫外線吸収ガラス３５、熱吸収ガラス３１、各色の誘電多層膜３２の順番に積層形成してもよい。また、図５（ｂ）に示すように、光源１側から熱吸収ガラス３１、誘電多層膜３２、熱吸収ガラス３１の順番に積層形成してもよい。このようにすれば、熱吸収能力が向上する。さらに、図５（ｃ）に示すように、光源１側から熱吸収ガラス３１、各色の誘電多層膜３２、紫外線吸収ガラス３５の順番に積層形成してもよい。このようにすれば、誘電多層膜３２を紫外線吸収ガラス３５で保護できる。即ち、これら熱吸収ガラス３１、誘電多層膜３２、紫外線吸収ガラス３５の積層順番は適宜決定することができ、各組合せそれぞれに特有の効果が得られる。
【００３０】
図１に戻り説明すると、ライトトンネル４は、略長方形の筒状に形成されてなる例えばロッドインテグレータ等であり、入射面４ａから入射した光を出射面４ｂに達するまでに、出射面４ｂ上にて輝度分布が略均一化させる。集光レンズ５は、ライトトンネル４から出射した光を集光し、光制御手段である表示デバイス６の画角に応じた照射面積まで拡大させる。表示デバイス６は、カラーホイール３を透過した際のカラーに同期した投射用の表示制御を行う液晶表示パネルによって構成されており、ライトトンネル４から出射した輝度が均一な光の透過を制御する。なお、ここでは、表示デバイス６として透過型の液晶表示パネルを例示したが、このほか、反射型の液晶表示パネルやＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ：テキサスインスツルメンツ社商標）等を用いることもできる。なお、表示デバイス６から先の光路Ｌ上には、スクリーンに投射するための投射レンズ８が配置される。
【００３１】
次に、以上説明した実施の形態１にかかる投射装置１００の動作を説明する。光源１は、ハロゲンランプ等の極めて強い光を発するものであり、この光源１からの熱線が、リフレクター２で反射して前方に照射される。照射光はカラーホイール３を透過してライトトンネル４の入射面４ａに入射する。そして、このライトトンネル４の出射面４ｂから出射した光は、集光レンズ５を通り、表示デバイス６に照射される。そして、投射レンズ８から外部のスクリーン等に投射される。ここで、リフレクター２により反射した光源１の光には、強度の熱線が含まれており、熱線の多くはカラーホイール３の熱吸収ガラス３１により吸収される。
【００３２】
ここで、カラーホイール３は、モータ７により所定角速度で回転しており、この回転しているカラーホイール３（熱吸収ガラス３１）に対しては、光源１からの熱線が照射される。しかしながら、カラーホイール３の回転に伴い、この熱線は、熱吸収ガラス３１の同一面に連続的に照射されず、常に照射面が移動する。このため、従来のように熱吸収フィルターの同一部分に熱線を連続的に照射する場合に比べて、熱吸収ガラス３１に対する負荷が軽減される。また、従来の熱吸収フィルターと本発明の熱吸収ガラス３１とが同じ厚さの場合は、本発明にかかる熱吸収ガラス３１のほうが薄くできる。これは、カラーホイール３の回転により一旦吸収した熱を、熱線照射がされていないときに回転しながら放熱できるからである。
【００３３】
また、上記投射装置１００の構成では、従来のように別途熱吸収フィルターを設置する必要がないため、部品点数を少なくできる。さらに、放熱効率の向上は次のような利点をもたらす。まず、従来のように熱吸収フィルターの冷却用のファンの設置を不要にできる。このため、製品コストや消費電力を削減できる等の効果がある。また、ファンの送風に起因して埃やごみが光学要素に付着するのを防止できる。次に、カラーホイール３で熱吸収を十分に行うことで、光路Ｌ上でカラーホイール３の後段に配置された光学要素の冷却が不要または簡単にできる。
【００３４】
さらに、紫外線吸収ガラス３５を併用することで、光学要素にプラスチック系のものを用いても、これらを劣化させたりすることがない。また、熱吸収ガラス３１で熱線を十分に吸収するので、紫外線吸収ガラス３５の熱容量は小さいものでも構わない。また、熱吸収タイプのガラスを用いたので、反射タイプのガラスのように、光線の入射角度による効率の依存性を少なくできる。
【００３５】
（実施の形態２）
図６は、この発明の実施の形態２にかかる投射装置を示す構成図である。この実施の形態２にかかる投射装置２００では、同図に示すように、紫外線吸収ガラス２０１（または紫外線吸収フィルター２０１）を光源１と、カラーホイール３との間に介在させた構成である。その他の構成は図１に示した実施の形態１の投射装置１００（紫外線吸収手段を設けていないものを含む）と同じであるからその説明を省略する。紫外線吸収ガラス２０１をこの位置に設けることで、光源１の光に含まれる紫外線を吸収し、この紫外線吸収ガラス２０１以降の光学要素に紫外線が照射されないようにする。
【００３６】
これにより、カラーホイール３に対して紫外線が照射されるのが防止され、各色のフィルターの劣化を防止できる。また、熱吸収ガラス３１に代えてプラスチック等からなる熱吸収板を用いた場合、熱吸収板の劣化を防止することもできる。
【００３７】
（実施の形態３）
図７は、この発明の実施の形態３にかかる投射装置を示す構成図である。この投射装置３００は、実施の形態１に示した投射装置１００にファン３０１を設置した構成である。その他の構成は実施の形態１にかかる投射装置１００と同じであるからその説明を省略する。この投射装置３００では、カラーホイール３の面に垂直な方向に送風できるように、ファン３０１を設置している。ファン３０１の送風は、回転しているカラーホイール３の面に対して行われ、回転中に光源１からの光が照射されていない部分３ａを冷却する。
【００３８】
ファン３０１を追加することで、カラーホイール３の放熱効率が飛躍的に向上するから、例えば光源１をより強いものにできるし、熱吸収ガラス３１の熱容量を小さくできる。また、図８は、図７に示した投射装置の別の例を示す構成図である。この図に示すように、投射装置３５０に、紫外線吸収ガラス２０１を追加配置してもよい。この場合、カラーホイール３側に紫外線吸収ガラス３５、あるいは紫外線吸収膜３６を設けなくてよい。
【００３９】
以上、本発明の一実施形態を図面に沿って説明した。しかしながら本発明はこの実施の形態に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基づいてその変更、改良等が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によるカラーホイールおよび投射装置によれば、光源の熱線をカラーホイールが吸収して後段に配置された光学要素に伝えず、加熱による光学要素の特性劣化を防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかる投射装置を示す構成図である。
【図２】図１に示したカラーホイールを示す一部断面図である。
【図３】カラーホイールの他の構成例を示す一部断面図である。
【図４】カラーホイールの他の構成例を示す一部断面図である。
【図５】カラーホイールの他の構成例を示す一部断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２にかかる投射装置を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３にかかる投射装置を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態３にかかる投射装置の別の例を示す構成図である。
【図９】従来の投射装置の一例を示す構成図である。
【図１０】従来の投射装置の別の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１光源
２リフレクター
３カラーホイール
４ライトトンネル
５集光レンズ
６表示デバイス
８投射レンズ
３１熱吸収ガラス
３２誘電多層膜
３５紫外線吸収ガラス
１００投射装置

Claims

光源からの光軸上に一部が位置する回転自在なカラーホイールにおいて、
前記光源からの熱線を吸収する熱吸収ガラスからなる熱吸収ディスクと、
前記熱吸収ディスクの面上に形成され、複数色のセグメントに分割されたカラーフィルター層と、
前記熱吸収ディスクを回転させる回転手段と、
を備えたことを特徴とするカラーホイール。
前記熱吸収ディスクの面上に、光源からの紫外線を吸収する紫外線吸収層を備えたことを特徴とする請求項１に記載のカラーホイール。
前記熱吸収ディスクの一方の面に形成される、複数色のセグメントに分割されたカラーフィルター層と、
前記熱吸収ディスクの他方の面に形成される、光源からの紫外線を吸収する紫外線吸収層と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のカラーホイール。
光源と、
前記光源の光路上に一部が位置するよう設けられるものであり、前記光源からの熱線を吸収する熱吸収ガラスからなる熱吸収ディスクと、前記熱吸収ディスクの面上に形成され、複数色のセグメントに分割されたカラーフィルター層と、前記熱吸収ディスクを回転させる回転手段とによりなるカラーホイールと、
前記光路のカラーホイール後段に配置されるライトトンネルと、
前記ライトトンネルから出射した光を調整して光制御手段に照射するレンズと、
前記レンズを介して入射される光に対し、カラーによる色表示を行い出射させる表示デバイスと、
前記表示デバイスから出射された光を投射する投射レンズと、
を備えたことを特徴とする投射装置。
前記カラーホイールの面に対して送風を行うファンを設けたことを特徴とする請求項４に記載の投射装置。
前記熱吸収ディスクの面上に、光源からの紫外線を吸収する紫外線吸収層を備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の投射装置。
前記光源と前記カラーホイールとの間に、前記光源からの紫外線を吸収する紫外線吸収フィルターを設けたことを特徴とする請求項４または５に記載の投射装置。