JP2006065057A

JP2006065057A - プロジェクタ用光源装置

Info

Publication number: JP2006065057A
Application number: JP2004248449A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Miyata; 保幸宮田
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】プロジェクタの薄型化を図る。
【解決手段】第１反射ミラー２３をカラーホイール１９を透過する照明光軸の上流側に、第２反射ミラー２４をその照明光軸の下流側に配置し、これら第１及び第２の反射ミラー２３，２４によって照明光の照明光軸をクランク状に折り曲げる。この折り曲げられた照明光軸に対して、カラーホイール１９を、その基板１９ａの回転面が第２照明光軸Ｌ２に対してほぼ直交し、且つ、第１照明光軸Ｌ１及び第３照明光軸Ｌ３の少なくともいずれかと平行になるように配置する。この配置によって厚み方向におけるカラーホイール１９の幅を小さくし、カラーホイール１９の配置条件に起因する厚み方向の無駄なスペースを解消できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源装置に関し、更に詳しくは、光源からの照明光を横切るようにカラーフイルタを回転させて、順次に異なった色光を出射するプロジェクタ用光源装置に関するものである。

光源から放射された照明光を光変調して画像光を生成し、生成された画像光をスクリーンに投映するプロジェクタとして、画像光生成部にＤＭＤ（Digital Ｍicromirror Device ）を備えたＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のプロジェクタが提案されている（例えば、特許文献１）。ＤＭＤは、光源を備える照明部から出射された照明光を、投映光学系に向けて反射させるオン位置と、投映光学系から外れた方向に向けて反射させるオフ位置との間で可変する光反射角可変ミラー素子をマトリックス状に多数個配列したものである。画像を表示させる場合にはミラー素子をオン位置に、他方、画像を表示しない場合にはオフ位置に移動させて、照明光の反射方向を制御することにより、映像信号に応じた光変調を行う。

照明部において、図５に示すように、光源４６ａからの照明光の照射範囲の中心を通る軸（以下、照射光軸という）Ｌ０上には、ライトガイド４８や透過型のカラーホイール４９などが配置されている。ライトガイド４８は、入射面４８ａから入射した照明光を内面反射により混合しながら出射面４８ｂまで導いて出射させる。

カラーホイール４９は、円板４９ａに回転方向に沿って３つの領域が設けられている。各領域には、レッド（Ｒ），グリーン（Ｇ），ブルー（Ｂ）のうちの単色の光成分だけを通過させるダイクロイック膜（カラーフイルタ）が形成されている。この円板４９ａの中心部にはモータ４９ｂの軸が固定されており、その周辺部の所定位置には、ライトガイド４８によって混合された照明光が入射される。モータ４９ｂの駆動によって円板４９ａが回転すると、これに同期して、照明光が基板４９ａの３つの領域に順次入射されて３色の各光成分に分解され、時分割で各色光が出射される。このようなカラーホイール４９は、通常、円板４９ａの回転面が照射光軸Ｌ０に対してほぼ直交するように配置される。

特開２００２−２７７８２０号公報

しかしながら、上記カラーホイール４９は、その配置条件のために、円板４９ａの回転面で設置スペースを取り、プロジェクタ本体の厚み方向に無駄なスペースを発生させていた。これを解消するには、円板４９ａのサイズを小さくすることが考えられるが、そのサイズは、ライトガイド４８の出射面４８ｂの面積に対応しているため、無制限に小さくすることはできない。従って、カラーホイール４９のサイズが、プロジェクタ本体の薄型化を妨げる一因となっていた。

本発明は、厚み方向の無駄なスペースを解消し、プロジェクタ本体を薄型化できるプロジェクタ用光源装置を提供することを目的とする。

本発明のプロジェクタ用光源装置は、白色の照明光を放射する光源を備え、分光透過特性の異なる複数種類のカラーフイルタを回転方向に配列したフイルタ円板を照明光を横切るように回転させ、フイルタ円板の回転に同期して順次に異なった色光を出射するものであって、光源からの第一照明光軸を第一反射部材と第二反射部材でクランク状に折り曲げ、フイルタ円板の回転面が、第一反射部材と第二反射部材との間の第二照明光軸に対してほぼ直交し、且つ、第一照明光軸及び第二反射部材で折り曲げられた第三照明光軸の少なくともいずれかと平行であることを特徴とする。

第一照明光軸上に、光源からの照明光を内面反射により混合しながら出射端まで導いて出射させる導光部材を設けたことを特徴とする。また、光源は照明光を反射させるリフレクタを含み、装置本体の長手方向に対して第一照明光軸が傾けられ、装置本体の厚み方向におけるリフレクタの幅範囲内に、第一及び第二の反射部材が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、第一及び第二の反射部材によって光源からの第一照明光軸をクランク状に折り曲げるとともに、第一反射部材と第二反射部材との間の第二照明光軸に、第一照明光軸及び第三照明光軸の少なくともいずれかと平行になるようにフイルタ円板を配置するから、フイルタ円板の配置条件に起因する厚み方向の無駄なスペースを解消できる。また、リフレクタを装置本体の長手方向に対して傾けて厚み方向のおけるリフレクタの幅を小さくし、この幅範囲内に第一及び第二の反射部材を配置すれば、光源のサイズに応じた無駄なスペースが解消されて装置本体の厚みが最小限に抑えられる。

図１は、本発明を実施したプロジェクタ１の外観を示す。プロジェクタ１の前面には投映レンズ２が設けられ、投映レンズ２の前方に配置されたスクリーンに、投映レンズ２からの画像光が投映される。また、プロジェクタ１の上面には、ズームダイヤル４とピントダイヤル５とが設けられ、これらを操作して投映レンズ２の変倍やピント合わせを行うことができる。

図２は、プロジェクタ１の構成を示す概略図である。プロジェクタ１は、制御部１１、照明部（光源装置）１２、画像光生成部１３、投映レンズ２からなる。照明光学系を構成する照明部１２は、光源１６、コンデンサレンズ１７、ライトガイド１８、カラーホイール１９、リレーレンズ２０などからなり、画像光生成部１３は、全反射プリズム２１、ＤＭＤ２２からなる。このプロジェクタ１は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の画像光を１つのＤＭＤ２２で生成する単板式プロジェクタである。

制御部１１は、映像信号受信部２９に入力される映像信号に基づいて、プロジェクタ１の各部を統括的に制御するマイクロコンピュータ３０を備えている。映像信号受信部２９には、外部入力端子に接続されたチューナーやビデオプレーヤーなどから、コンポジット信号やコンポーネント信号などの映像信号が入力される。

光源１６は、キセノン管や水銀灯などの白色光源１６ａと、この白色光源１６ａからの光をコンデンサレンズ１７に向けて反射するリフレクタ１６ｂとからなる。

導光部材としてのライトガイド１８は、例えば、四角柱状のガラス製のロッド内部に万華鏡が形成されたものであり、コンデンサレンズ１７から入射面１８ａに入射した照明光を、内面反射によって混合し、出射面１８ｂから出射する。これにより、ＤＭＤ２２の受光面に入射する照明光のエネルギー分布が均一になる。

図３に示すように、カラーホイール１９は、円盤状の基板１９ａに、Ｒ光のみを透過して他の光を反射するＲフイルタ１９ｂ、Ｇ光のみを透過して他の光を反射するＧフイルタ１９ｃ、Ｂ光のみを透過して他の光を反射するＢフイルタ１９ｄの３色のカラーフイルタを、その回転方向に配列したものである。基板１９ａの中心部には、モータ１９ｅの支持軸が固定されている。モータ１９ｅは、カラーホイール駆動部３１によって駆動され、その回転開始のタイミングや回転速度は、マイクロコンピュータ３０によって制御される。カラーホイール１９は、フイルタ１９ｂ〜１９ｄの回転面が照明光の照明光軸に対してほぼ直交するように配置される。モータ１９ｅの駆動によってカラーホイール１９が回転すると、これに同期して、ライトガイド１８からの照明光が各色のフイルタ１９ｂ〜１９ｄに順次入射され、照明光がＢ，Ｇ，Ｒの３色の各光成分に時分割で分離される。なお、カラーフイルタの透過特性を予め考慮しておけば、その回転面を厳密に照明光軸と直交させなくても良い。

図２において、全反射プリズム２１は、リレーレンズ２０からＤＭＤ２２へ入射する入射光と、ＤＭＤ２２で反射された反射光とを分離する。全反射プリズム２１は、例えば、異なる屈折率を持つ２つの三角プリズムから構成されており、それら２つの三角プリズムの境界に反射面２１ａが形成される。入射光は、入射角が臨界角よりも大きいため、反射面２１ａで全反射してＤＭＤ２２へ入射する。他方、ＤＭＤ２２で反射した反射光は、その入射角が臨界角よりも小さいため、反射面２１ａを透過する。

ＤＭＤ２２は、映像信号受信部２９に入力された映像信号に基づいて、マイクロコンピュータ３０に接続されたＤＭＤ駆動部３２によって駆動される。ＤＭＤ２２は、受光面に画素に対応する多数のミラー素子がマトリックス状に配列されている。各ミラー素子は、前記映像信号に基づいて、角度を変化させることにより、受光した照明光の反射方向を変化させる。画素を表示させる場合には、ミラー素子をオン位置に変位させ、受光した光をオン光Ｌ４として投映レンズ２に向けて反射させる。他方、画素を表示しない場合には、ミラー素子をオフ位置に変位させ、受光した光をオフ光Ｌ５として投映レンズ２から外れた方向に向けて反射させる。画像光は、投映レンズ２に向かうオン光Ｌ４の集合により構成される。

投映レンズ２は、投映光学系として、図上、簡略化して示しているが、実際には、光軸上に配置された複数のレンズ群と、変倍や焦点調節を行うためのレンズ移動機構とからなる。ＤＭＤ２２によって生成された画像光は、投映レンズ２によってスクリーン１５上に結像される。

上記構成による画像光の投映動作について説明する。プロジェクタ１の電源を投入すると、白色光源１６ａが点灯されるとともに、ＤＭＤ２２が映像信号受信部２９に入力された映像信号に基づいて駆動され、カラーホイール１９がＤＭＤ２２の駆動タイミングに合わせて回転される。光源１６から照射された照明光は、コンデンサレンズ１７によって集光され、ライトガイド１８に入射される。ライトガイド１８を経てほぼ均一な強度になった照明光は、カラーホイール１９の各色のフイルタを通過してＲ，Ｇ，Ｂの３色の光成分に時分割で分離され、全反射プリズム２１に入射される。

全反射プリズム２１に入射された入射光は、反射面２１ａで反射され、ＤＭＤ２２に入射される。ＤＭＤ２２の受光面では、オン位置にあるミラー素子によって入射光がオン光Ｌ１として投映レンズ１４に向けて反射される。反射されたオン光Ｌ１（画像光）は、投映レンズ２を経てスクリーン１５上に投映される。

図４は、照明部１２の側面図を示す。本実施形態では、第１反射ミラー２３をカラーホイール１９を透過する照明光軸の上流側に、第２反射ミラー２４を照明光軸の下流側に配置し、これら第１及び第２の反射ミラー２３，２４によって照明光の照明光軸をクランク状に折り曲げる。ここで、光源１６からの照明光の照明光軸を第１照明光軸Ｌ１とし、第１反射ミラー２３と第２反射ミラー２４との間の照明光軸を第２照明光軸Ｌ２とし、第２反射ミラー２４で折り曲げられた照明光軸を第３照明光軸Ｌ３とする。この折り曲げられた照明光軸に対して、カラーホイール１９を、その基板１９ａの回転面が第２照明光軸Ｌ２に対してほぼ直交し、且つ、第１照明光軸Ｌ１及び第３照明光軸Ｌ３の少なくともいずれかと平行になるように配置する。この配置によって厚み方向におけるカラーホイール１９の幅を小さくし、その配置条件に起因する無駄なスペースが生じないようにしている。

また、本実施形態では、第１照明光軸Ｌ１をプロジェクタ本体１ａの長手方向Ｄ２に対して傾ける。この第１照明光軸Ｌ１を傾ける際、光源１６を長手方向Ｄ２に対して傾けて厚み方向Ｄ１におけるリフレクタ１６ｂの幅Ｗ１を小さくする。この小さくなった幅Ｗ１の範囲内に第１及び第２の反射ミラー２３，２４を配置することにより、光源１６のサイズに応じて厚み方向に無駄なスペースが生じても、プロジェクタ本体１ａの厚みを最小限に抑えられる。

リフレクタ１６ｂは、例えば、図４において、第１照明光軸Ｌ１が長手方向Ｄ２に対して１５°傾けられるような配置角度で配置されており、カラーホイール１９は、この第１照明光軸Ｌ１と平行に配置されている。第１反射ミラー２３は、第２照明光軸Ｌ２がカラーホイール１９の回転面と直交するように第１照明光軸Ｌ１を折り曲げる。

次に、上記構成の作用について説明する。白色光源１６ａが点灯されると、リフレクタ１６ｂによって照明光が反射され、第１照明光軸Ｌ１が長手方向Ｄ２に対して１５°傾けられる。コンデンサレンズ１７、ライトガイド１８を通過した照明光は、第１照明光軸Ｌ１が第１反射ミラー２３で折り曲げられて第２照明光軸Ｌ２に変化し、回転面が第１照明光軸Ｌ１と平行になるように配置されたカラーホイール１９に入射する。照明光は、カラーホイール１９のフイルタ１９ｂ〜１９ｄの面に対してほぼ直交して入射され、３色の光成分に時分割で分離される。カラーホイール１９によって色分離された照明光は、第２照明光軸Ｌ２が第２反射ミラー２４で折り曲げられて第３照明光軸Ｌ３に変化し、画像光生成部１３の全反射プリズム２１に入射される。

上記実施形態では、照明光軸を折り曲げる反射部材として反射ミラー２３，２４を使用したが、反射ミラーの代わりに、プリズムを使用しても良い。また、反射ミラーは２枚使用されたが、光源の輝度レベルや配置位置、リフレクタ及びカラーホイールの配置角度などに応じて、反射ミラーを２枚以上使用しても良い。

上記実施形態では、第１照明光軸Ｌ１を長手方向Ｄ２に対して傾けた場合、カラーホイール１９を、回転面が第１照明光軸Ｌ１と平行になるように配置したが、第３照明光軸Ｌ３と平行になるようにしても良い。

上記実施形態では、第１照明光軸Ｌ１を長手方向Ｄ２に対して傾けたが、長手方向Ｄ２と平行にしても良い。

上記実施形態では、ＤＭＤを使用したＤＬＰプロジェクタを例に説明したが、円盤状のカラーホイールを使用する全プロジェクタに本発明を適用することができる。

本発明のプロジェクタの外観図である。プロジェクタの構成を示す概略図である。カラーホイールの正面図である。照明部の側面図である。従来のプロジェクタの構成を示す概略図である。

符号の説明

１０プロジェクタ
１２照明部
１６ａ光源
１９カラーホイール
１９ａ基板
２３，２４第１及び第２の反射ミラー
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３第１、第２及び第３の照明光軸

Claims

白色の照明光を放射する光源を備え、分光透過特性の異なる複数種類のカラーフイルタを回転方向に配列したフイルタ円板を前記照明光を横切るように回転させ、フイルタ円板の回転に同期して順次に異なった色光を出射するプロジェクタ用光源装置において、
光源からの第一照明光軸を第一反射部材と第二反射部材でクランク状に折り曲げ、前記フイルタ円板の回転面が、前記第一反射部材と第二反射部材との間の第二照明光軸に対してほぼ直交し、且つ、前記第一照明光軸及び第二反射部材で折り曲げられた第三照明光軸の少なくともいずれかと平行であることを特徴とするプロジェクタ用光源装置。
前記第一照明光軸上に、光源からの照明光を内面反射により混合しながら出射端まで導いて出射させる導光部材を設けたことを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ用光源装置。
前記光源は前記照明光を反射させるリフレクタを含み、
装置本体の長手方向に対して前記第一照明光軸が傾けられ、装置本体の厚み方向における前記リフレクタの幅範囲内に、前記第一及び第二の反射部材が配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のプロジェクタ用光源装置。