JP2005326678A - カラーホイール - Google Patents

カラーホイール Download PDF

Info

Publication number
JP2005326678A
JP2005326678A JP2004145414A JP2004145414A JP2005326678A JP 2005326678 A JP2005326678 A JP 2005326678A JP 2004145414 A JP2004145414 A JP 2004145414A JP 2004145414 A JP2004145414 A JP 2004145414A JP 2005326678 A JP2005326678 A JP 2005326678A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
color
light
filter
holding
filters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004145414A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Watanabe
貴志 渡辺
Original Assignee
Fujinon Corp
フジノン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujinon Corp, フジノン株式会社 filed Critical Fujinon Corp
Priority to JP2004145414A priority Critical patent/JP2005326678A/ja
Publication of JP2005326678A publication Critical patent/JP2005326678A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

【課題】 フィルタを確実に保持するとともに、照明効率の低下を抑えたカラーホイールを提供する。
【解決手段】 カラーホイール17は、それぞれR光、G光、B光のみを透過させるRフィルタ24、Gフィルタ25、Bフィルタ26と、これらのフィルタ24、25、26を保持するフレーム23とから構成される。フレーム23は、ハブ33、リム34、ハブ33とリム34を連結する3本のスポーク35、36、37から構成される。各スポーク35、36、37は、フィルタ間の接合面27、28、29に沿って配置される。照射される白色光の集光角度をθ、各フィルタの厚みをtとするとき、各スポーク35、36、37は、その回転方向における幅Aが、「A≦2t・tan(θ/2)」を満たすよう形成される。
【選択図】 図2

Description

本発明は、照射される白色の照明光を時分割で色分離するカラーホイールに関するものである。
照射される白色の照明光を時分割で色分離し、異なる色の照明光を順次に出射するカラーホイールが知られている。このカラーホイールは、出射した照明光を表示デバイスに照射して画像光とし、この画像光をスクリーン上に投写するカラー画像装置等に備えられている。
カラーホイールは、分光透過特性が異なる複数のカラーフィルタと、これらのカラーホイールを回転方向に配列して保持するとともにモータの回転軸に固定された保持部材とから構成される。カラーホイールは非常に高速に回転し、各カラーフィルタには大きな遠心力が働くため、保持部材は各カラーフィルタを十分大きな保持力で保持しなければならない。
特許文献1に記載されたカラーホイールでは、各カラーフィルタが、円盤状の支持体(保持部材)の支持体表面に接着剤により接着される。
特開平10−48542号公報
しかし、上記のように、各カラーフィルタを接着剤で支持体表面に接着するだけでは、その接着力に限界があるため、遠心力に対して十分な保持力を発生させることができず、各カラーフィルタが支持体表面から離脱し破損するおそれがあった。
各カラーフィルタを確実に保持するためには、各カラーフィルタを外周側から保持することが望ましい。例えば、保持部材を、配列したカラーフィルタの中央部を保持するハブ、配列したカラーフィルタの外周面を保持するリム、ハブとリムとを連結しリムを安定して回転させる複数のスポークから構成することが考えられる。しかしながら、各カラーフィルタ及び保持部材が回転し、カラーフィルタ上に照射した白色の照明光が各カラーフィルタを順に透過する際、スポークが照明光を遮ってしまい、カラーフィルタから出射する照明光の照明効率が低下するという問題が生じる場合がある。
本発明では、各カラーフィルタを確実に保持するとともに、照明効率の低下を抑えたカラーホイールを提供することを目的とする。
本発明は、回転方向に配列して保持部材に保持されており、分光透過特性が異なり各々が扇形状をした複数のカラーフィルタを、集光する白色の照明光を横切るように回転させ、異なる色の照明光を順次出射するカラーホイールに関し、前記保持部材は、配列したカラーフィルタの中央部を保持する中央保持部、配列したカラーフィルタの外周面を保持する外周保持部、カラーフィルタ間の境界領域に沿ってカラーフィルタの出射側に配置され、前記中央保持部と前記外周保持部とを連結する複数の連結部、から構成され、前記白色の照明光の集光角度をθ、各カラーフィルタの厚みをtとするとき、前記連結部の回転方向における幅Aは、「A≦2t・tan(θ/2)」の条件を満たすことを特徴とする。
前記外周保持部は、その断面が略L字状になるよう形成され、各カラーフィルタの外周面を保持するとともに、各カラーフィルタの出射面の外周領域を保持することが好ましい。
本発明のカラーホイールによれば、各カラーフィルタを保持する保持部材は、配列したカラーフィルタの中央部を保持する中央保持部、配列したカラーフィルタの外周面を保持する外周保持部、カラーフィルタ間の境界領域に沿ってカラーフィルタの出射側に配置され、中央保持部と外周保持部とを連結する複数の連結部、から構成され、白色の照明光の集光角度をθ、各カラーフィルタの厚みをtとするとき、連結部の回転方向における幅Aは、「A≦2t・tan(θ/2)」の条件を満たすので、各連結部は、白色の照明光が各カラーフィルタを順に透過する際に、カラーフィルタ間の境界面(境界領域)が照明光を遮って影が生じる範囲内に配置されるため、各カラーフィルタを確実に保持するとともに、出射する照明光の照明効率の低下を抑えることができる。また、各カラーフィルタを確実に保持することができるため、各カラーフィルタの接合面の面積を小さくすることができ、カラーホイールのサイズを小さくすることができる。
図1に示すように、プロジェクタ2は、光源装置3、インテグレータロッド4、リレーレンズ5、TIR(Total Internal Reflection)プリズム6、DMD(Digital Micromirror Device)7、投映レンズ8から構成される。
光源装置3は、光源から発された白色光を時分割で色分離して3原色光(R光、G光、B光)とし、各原色光を順次インテグレータロッド4の入射面4aに照射する。光源装置3の詳細は後述する。
インテグレータロッド4は、入射した各原色光を内部で全反射させ、ムラのない均一な光として出射する。インテグレータロッド4から出射した各原色光は、リレーレンズ5を透過して平行光とされ、TIRプリズム6の入射面12aに照射される。
TIRプリズム6は第1プリズム12と第2プリズム13とからなる。第1プリズム12と第2プリズム13との間にはエアギャップが設けられており、第1プリズム12の入射面12aから入射した各原色光は反射面12bで全反射してDMD7へと照射される。DMD7には、一辺が10数ミクロンのマイクロミラーがマトリクス状に多数配列されている。各マイクロミラーは、各原色光が第2プリズム13を透過して投映レンズ8に入射するように反射するオン状態と、各原色光が光吸収体(図示なし)に入射するように反射するオフ状態とに切り替えられる。マイクロミラーがオン状態になる時間によって投映画像の1画素の輝度が決まる。各原色光は、TIRプリズム6、DMD7を経ることで、画像情報を伴った原色画像光となる。投映レンズ8は、TIRプリズム6から出射された各原色画像光をスクリーン(図示なし)に投映する。スクリーン上では、各原色画像が高速に切り換えられ、カラー画像として認識される。
光源装置3は、光源14、リフレクタ15、コンデンサレンズ16、カラーホイール17、モータ18から構成される。光源14は白色の照明光を発する。光源14には、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、LED等が用いられる。リフレクタ15は、その反射面15aが放物面形状であり、光源14から発された白色光を反射して略平行光とする。コンデンサレンズ16は、リフレクタ15に反射されて略平行光となった白色光を集光し収束光とする。
モータ18は、回転軸線まわりに回転するモータ軸部18aを有している。モータ軸部18aはカラーホイール17へモータ18の回転力を伝達する。なお、モータ18はDMD7と同期して駆動するように制御される。
図2、図3に示すように、カラーホイール17は、それぞれR光、G光、B光のみを透過させるRフィルタ24、Gフィルタ25、Bフィルタ26と、これらのフィルタ24、25、26を保持するフレーム(保持部材)23とから構成される。各フィルタ24、25、26は中心角度が120°の扇形状の透明板であり、各フィルタ24、25、26の側面が互いに接合されるとドーナツ状のディスク(図5参照)となる。Rフィルタ24とGフィルタ25との間には接合面(接合領域)27が形成され、Gフィルタ25とBフィルタ26との間には接合面28が形成され、Bフィルタ26とRフィルタ24との間には接合面29が形成される。各フィルタ24、25、26の入射面24a、25a、26aから白色光が順次入射し、出射面24b、25b、26b(図3参照)から各原色光が順次出射する。
図4に示すように、フレーム23は、ハブ(中央保持部)33、リム(外周保持部)34、ハブ33とリム34を連結する3本のスポーク(連結部)35、36、37から構成される。ハブ33は円盤状に形成されており、その中央部には、ネジ穴33aが形成されている。ハブ33は、ネジ39によりモータ軸部18aに固定される。リム34は、リング状に形成され、その断面がL字状になっている。3本のスポーク35、36、37は、それぞれ柱状に形成されており、一端がハブ33の外周縁に固定され、他端がリム34の内周縁に固定されている。各スポーク35、36、37は、その幅(回転方向における幅)が、後述する条件式の範囲内になるように形成されている。ハブ33、リム34、スポーク35、36、37は、一体に形成してもよいし、別々に形成した後に組み立ててもよい。
各フィルタ24、25、26をフレーム23に固定する際には、フレーム23の表面に接着剤を塗布し、その塗布面と各フィルタ24、25、26の出射面24b、25b、26bが対面するようにして、各フィルタ24、25、26をフレーム23に嵌め込む。図2、図3に示すように、各フィルタ24、25、26の出射面24b、25b、26bの中央部がハブ33に接着される。また、各フィルタ24、25、26の出射面24b、25b、26bの外周領域及び外周面24c、25c、26cがリム34に接着される。各フィルタ24、25、26の出射面24b、25b、26bの接合面27、28、29に沿った領域は各スポーク35、36、37に重なる。
モータ18及びカラーホイール17は、コンデンサレンズ16とインテグレータロッド4との間に配置される。カラーホイール17のフィルタ24、25、26上の所定領域には、コンデンサレンズ16によって集光され収束光となった照明光が照射される。この所定領域を照射領域41と呼ぶことにする。
以下では、フレーム23の各スポーク35、36、37の回転方向における幅について説明する。各スポーク35、36、37の回転方向における幅は、条件式によってその範囲が定められている。各スポーク35、36、37の回転方向における幅をAとおくと、条件式は、「A≦2t・tan(θ/2)」で表される。ただし、コンデンサレンズ16からの白色の照明光の集光角度をθとし、各フィルタ24、25、26の厚みをtとしている。ここで「集光角度」とは、白色の照明光を集光させるコンデンサレンズ16の光軸42を含む平面上において、照明光のうち最も外側の光線同士がなす角度である(図6参照)。
例えば、白色の照明光の集光角度θが70°、各フィルタ24、25、26の厚みtが1mmである場合には、各スポーク35、36、37は、その幅Aが1.4mm以下の長さとなるよう形成される。
図5〜図8を用いて、条件式の導出過程を説明する。図5は照明光が照射されながら回転する各フィルタ24、25、26(フレーム23は図示せず)を示しており、照明光の照射領域41内に入る直前の接合面27を実線で表し、照射領域41外へ出た直後の接合面27を二点鎖線で表している。接合面27が照射領域41内に含まれると、照明光の一部が接合面27に照射され、接合面27に照射された照明光は乱反射する。そのため、接合面27が照射領域41内に入ってから光軸42を横切るまでの間に、出射面24b上の領域43(図6参照)の一部には影が生じる。この領域43の回転方向における幅は「t・tan(θ/2)」と表すことができる。また、接合面27が光軸42を横切ってから照射領域41外へ出るまでの間に、出射面25b上の領域44(図7参照)の一部には影が生じる。この領域44の回転方向における幅は「t・tan(θ/2)」と表すことができる。
接合面27が照射領域41内に入ってから出るまでの間に、フィルタ24、25の出射面24b、25b上において、領域43と領域44を足し合わせた領域45(図8参照)の一部には影が生じることとなる。この領域45の回転方向における幅は「2t・tan(θ/2)」と表すことができる。
フィルタ24、25の出射面24b、25b上の領域45の一部に影が生じる現象は、構造上不可避なものである。そこで、この領域45内にスポーク35を配置すれば、スポーク35を設けることによって生じる照明光の照明効率の低下はごく僅かに抑えることができる。特に、接合面27が照射領域41内に入ってから出るまでの期間を、光源14から照明光を発せず照明光をフィルタ24、25に照射しないブランキング期間とする場合には、スポーク35を設けることによって生じる照明光の照明効率の低下は全くなくなる。
出射面24b、25b上の領域45内にスポーク35を配置するためには、スポーク35の回転方向における幅を、領域45の幅以下の長さにすればよく、上述した条件式が導出される。なお、条件式の導出過程の説明では、スポーク35を例に挙げて説明したが、スポーク36、37も同様である。
各スポーク35、36、37は、その幅Aが条件式を満たすように形成される。この条件式を満たす範囲内において幅Aを大きくするに従い、フレーム23が各フィルタ24、25、26を保持する保持力も大きくなる。なお、上述したブランキング期間を設けた場合には、照明効率の低下は全くなくなるため、「A=2t・tan(θ/2)」とすることが好ましい。
以下では、上記構成による作用について説明する。光源14から発された白色の照明光は、リフレクタ15、コンデンサ16を経て集光され、カラーホイール17の各フィルタ24、25、26上に順次照射する。各フィルタ24、25、26にはフレーム23を介してモータ18の回転力が伝達され、各フィルタ24、25、26は一定速度で高速に回転している。ここで、各フィルタ24、25、26は、リム34を有するフレーム23に外周側から保持されているため、各フィルタ24、25、26はフレーム23に確実に保持される。
各フィルタ24、25、26上に照射した白色の照明光は、Rフィルタ24、Gフィルタ25、Bフィルタ26を順に透過し、それぞれR光、G光、B光の原色光として各フィルタ24、25、26から出射する。この動作は高速で繰り返される。この際、フレーム22の各スポーク35、36、37が照明光の照射領域41を遮って移動する。しかし、各スポーク35、36、37は、接合面27、28、29が照明光を遮って影が生じる範囲内に配置されるため、出射する照明光の照射効率の低下はごく僅かに抑えられる。なお、上述したブランキング期間を設けた場合には、スポーク35を設けることによって生じる照明光の照明効率の低下は全くなくなる。
各フィルタ24、25、26から出射した各原色光は、リレーレンズ5、TIRプリズム6を経てDMD7に照射される。各原色光はDMD7で画像情報を伴った光となり、投映レンズ8によりスクリーン上でカラー映像となる。
なお、上記実施形態では、各フィルタは中心角度が120°の扇形状の透明板としたが、中心角度を変化させ、いずれかのフィルタの面積を広くまたは狭くしてもよい。また、3原色光以外の色光、例えば白色光を透過させるフィルタを加えたものであってもよい。なお、この場合には、各フィルタ間の接合面の場所が変化するのに応じてスポークを移動させたり、本数を増加させる必要がある。
上記実施形態では、表示デバイスとしてDMDを用いたが、この替わりに反射型液晶素子等を用いてもよい。また、上記実施形態では、カラーホイールをプロジェクタに用いたが、異なる色の光を印画紙に照射するプリンタ等に用いてもよい。
本発明の実施形態に係るカラーホイールを用いたプロジェクタの概略構成図である。 カラーホイールを入射面側から見た図である。 図2のIII −III 線に沿うカラーホイール及びモータの要部断面図である。 フレームを入射面側から見た図である。 フィルタ間の接合面が照明光の照射領域に入る瞬間及び照射領域から出る瞬間を示す図である。 図5のVI −VI 線に沿う断面図である。 図5のVII−VII線に沿う断面図である。 フィルタの出射面上においてスポークを配置することが可能な領域を示す図である。
符号の説明
17 カラーホイール
23 フレーム
24 Rフィルタ
25 Gフィルタ
26 Bフィルタ
27、28、29 接合面
35、36、37 スポーク
45 領域

Claims (2)

  1. 回転方向に配列して保持部材に保持されており、分光透過特性が異なり各々が扇形状をした複数のカラーフィルタを、集光する白色の照明光を横切るように回転させ、異なる色の照明光を順次出射するカラーホイールにおいて、
    前記保持部材は、配列したカラーフィルタの中央部を保持する中央保持部、配列したカラーフィルタの外周面を保持する外周保持部、カラーフィルタ間の境界領域に沿ってカラーフィルタの出射側に配置され、前記中央保持部と前記外周保持部とを連結する複数の連結部、から構成され、
    前記白色の照明光の集光角度をθ、各カラーフィルタの厚みをtとするとき、前記連結部の回転方向における幅Aは、「A≦2t・tan(θ/2)」の条件を満たすことを特徴とするカラーホイール。
  2. 前記外周保持部は、その断面が略L字状になるよう形成され、各カラーフィルタの外周面を保持するとともに、各カラーフィルタの出射面の外周領域を保持することを特徴とする請求項1記載のカラーホイール。
JP2004145414A 2004-05-14 2004-05-14 カラーホイール Pending JP2005326678A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004145414A JP2005326678A (ja) 2004-05-14 2004-05-14 カラーホイール

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004145414A JP2005326678A (ja) 2004-05-14 2004-05-14 カラーホイール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005326678A true JP2005326678A (ja) 2005-11-24

Family

ID=35473071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004145414A Pending JP2005326678A (ja) 2004-05-14 2004-05-14 カラーホイール

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005326678A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007316632A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Taida Electronic Ind Co Ltd カラーホイール及び該カラーホイールを用いる投影システム
CN106249373A (zh) * 2016-10-11 2016-12-21 中国人民解放军陆军军官学院 一种三基色滤光片
CN107817644A (zh) * 2017-12-13 2018-03-20 苏州佳世达光电有限公司 用于投影机的色轮

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007316632A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Taida Electronic Ind Co Ltd カラーホイール及び該カラーホイールを用いる投影システム
CN106249373A (zh) * 2016-10-11 2016-12-21 中国人民解放军陆军军官学院 一种三基色滤光片
CN107817644A (zh) * 2017-12-13 2018-03-20 苏州佳世达光电有限公司 用于投影机的色轮

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10317784B2 (en) Illumination device and image display apparatus
TWI448806B (zh) 螢光劑裝置及其所適用之光源系統及投影設備
JP5910554B2 (ja) 光源装置および表示装置
KR101114613B1 (ko) 광원에 레이저를 이용한 광원장치 및 프로젝터
JP5997077B2 (ja) 光源装置
US9448416B2 (en) Light source device and projection-type display device
US9977317B2 (en) Illumination system and projection device
US8926098B2 (en) Illumination system and projection apparatus
US9039187B2 (en) Illumination optical system and a projector using the same
US6921176B2 (en) Illuminating optical system, image display unit and method of illuminating space modulation element
JP6085025B2 (ja) 光源装置及び投写型映像表示装置
US9164274B2 (en) Wavelength conversion wheel module and illumination system
JP6238387B2 (ja) 光源装置およびプロジェクタ
EP2215846B1 (en) Illumination system, method of driving a light source in an illumination system and computer program
US9022580B2 (en) Illumination optical system and projector using the same
JP4159428B2 (ja) カラー投写型表示装置
US9435996B2 (en) Illumination optical system for beam projector
KR20110001875A (ko) 광원 장치 및 프로젝터
US9325955B2 (en) Light source apparatus and projector apparatus with optical system having reduced color irregularity
TWI258054B (en) Illumination system for videoprojector utilizing a plurality of DMD devices
JP5429079B2 (ja) 光源装置および投射型表示装置
US6443576B1 (en) Projector
JP3972680B2 (ja) 照明光学ユニット,液晶プロジェクタ
US8733942B2 (en) Illumination system and projector using the same
EP2778741B1 (en) Multi-colour illumination apparatus