JP2006133356A - 照明光学系およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 ドラム型のカラーホイールにより複数の表示モードに対応することができる照明光学系およびそれを用いたプロジェクタを提供する。
【解決手段】 本発明に係る照明光学系１は、ドラム状の回転面３２を含み、当該回転面３２の回転軸方向Ｓに複数組のカラーパターン領域５０、５２を有するカラードラム３４を備えたカラーホイール装置３０と、複数組のカラーパターン領域５０、５２の中から選択された組のカラーパターン領域に光を入射させる第１の光学部材２０とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プロジェクタに関し、特に、プロジェクタに用いられるドラム型のカラーフィルタに関する。

ディジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micro-Mirror Device：以下、ＤＭＤという）を用いたディジタルライトプロセッシング（Digital Light Processing：以下、ＤＬＰ）方式によるプロジェクタが実用化されている。この方式では、光源からの光を回転するカラーホイールに利用してＲ、Ｇ、Ｂの３原色の光を分離し、Ｒ、Ｇ、Ｂ光を順次ＤＭＤに照明することでスクリーン上にカラー映像を表示している。

カラーホイールは、円盤状の周方向に、Ｒ、Ｇ、Ｂのフィルタを配列した透過型のものが一般的であるが、これ以外にも、ドラム型のカラーフィルタが開発されている。

例えば特許文献１は、カラードラム面を用いた投射光学系において、ドラム面に入射される光の入射角が３０度以下となるように、カラードラムに少なくとも６つのカラーバンドを配するものである。これにより、カラーシフトの影響を最小化し、カラードラムを用いたスクロール光学系から効率的に光を入射させると共に画質の低下を防止している。

特許文献２は、ロッドレンズから出射された光に対向するようにセルフィルタが円筒形に沿って配列されたスクロール部を備えた表示装置に関する。スクロール部は、図７に示すように、モータ４３２と、カプラ４３４を介してモータに連結されたカラードラム４３６とを有している。カラードラム４３６は、Ｒ、Ｇ、Ｂセルフィルタが円筒形に沿って直線状に配列されている。スクロール部に入射された光は、Ｒ、Ｇ、ＢセルフィルタによってＲ、Ｇ、Ｂに分離されるようになっている。

特許文献３は、図８に示すように、赤、緑及び青フィルターからなる回転自在な環状構造の色フィルタを用い、色フィルタの中心に反射鏡を設け、当該反射鏡によって光源からの光を反射型映像素子に照射するものである。これにより、プロジェクタの小型化を図っている。

特許文献４は、カラー投射システムにおいて、図９に示すように、赤、緑及び青色光を反射する６つのダイクロイックカラーセグメントをドラムの円筒面１２上にＲ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂの順序で有している反射カラードラムを開示している。

特開２００４−４７９７号 特開２００４−４４９３号 特開２０００−２８９６０号 特開２０００−５６３９４号

プロジェクタにおいて、投射する映像の種類に応じて、またはユーザの嗜好に応えられるように、複数の表示モードが備えられている。例えば、プレゼンテーションにおいて映像を表示する場合、必ずしも色彩に優れたカラー表示が必要となる訳ではなく、その代わりに明るい表示が望まれることがある。また、映画やハイビジョン放送などを表示する場合には、明るさよりも解像度や色合いを重視した表示が望まれることがある。

上記したカラードラム型のカラーフィルタを用いたプロジェクタでは、このような複数の表示モードを実現するための構成は何ら開示され、または示唆されていない。

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、ドラム型のカラーフィルタまたはカラーホイールにより複数の表示モードに対応することができる照明光学系およびそれを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明に係る光学系は、ドラム状の回転面を含み、当該回転面の回転軸方向に複数組のカラーパターン領域を有するドラム型のカラードラムと、
複数組のカラーパターン領域の中から選択された組のカラーパターン領域に光を入射させる第１の光学部材とを有する。

好ましくは、光学系はさらに、カラードラムと第１の光学部材との回転軸方向の相対的な位置を可変する可変手段を含む。光学系はさらに、選択されたカラーパターン領域から出射された光を入力する第２の光学部材とを有することができる。第１、第２の光学部材は、例えば、ライトトンネルまたは光インテグレータを含む。

また、複数組のカラーパターン領域は、赤色透過領域、緑色透過領域、および青色透過領域を有する第１組のカラーパターン領域と、赤色透過領域、緑色透過領域、青色透過領域、および白色透過領域を有する第２組のカラーパターン領域とを含む。好ましくはドラム状の回転面は、各面にカラーパターンを有する多角形の面であってもよい。

本発明に係るプロジェクタは、上記構成の光学系と、第１の光学部材に対し光を供給する光源と、カラードラムから出力された光を変調する変調手段と、変調された光を投影する投影手段とを有する。

好ましくは可変手段は、表示モードに応じてカラーホイールを軸方向に移動させるようにすることができる。プロジェクタはさらに、カラーホイールを回転駆動する駆動手段を含み、当該駆動手段は、表示モードに応じてカラーホイールの白色透過領域に光が入射されるようにカラーホイールを停止させることができる

また可変手段は、表示モードに応じてカラードラムを回転軸方向に移動させ、選択された組のカラーパターン領域に光を入射させる。さらに好ましくは第１の光学部材は、カラードラムの内側において回転面に略垂直に光を入射させ、第２の光学部材は、カラードラムの外側においてカラードラムからの光を入射する。

本発明の光学系によれば、カラードラムの回転面の軸方向に複数組のカラーパターン領域を配列させ、複数組のカラーパターン領域の中から選択された組のカラーパターン領域に光を入射させるようにしたので、複数組のカラーパターンに応じた光の波長を取り出すことが可能となる。また、このような光学系をプロジェクタに用いることで、複数の表示モードに対応した映像の表示を実現することができる。

以下、本発明に係る照明光学系およびこれを用いたプロジェクタの最良の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る照明光学系を示す図である。照明光学系１は、光源１０と、光源１０からの光を入射し均一な光線束の光を出射する第１のライトトンネル２０と、ドラム型のカラー回転面を備えたカラーホイール装置３０と、カラーホイール装置３０を透過した光を入射する第２のライトトンネル４０とを含んでいる。

光源１０は、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電ランプ１２と、放電ランプによって発光された光を集光する回転楕円面を有するリフレクタ１４とを有する。第１のライトトンネル２０は、光源１０の光軸上であってリフレクタ１４の焦点位置近傍にその入射面２２を位置させている。第１のライトトンネル２０は、内部が中空の立方体形状を有し、入射面２２から入射された光を内壁面で全反射させ出力端へ導く。出力端には、４５度方向に傾斜した反射ミラー２４が設けられ、反射ミラー２４から光軸と略垂直方向に均一な光強度の光線束が出射される。

カラーホイール装置３０は、ドラム状の回転面３２を有するカラードラム３４と、カラードラム３４の回転軸に連結されたモータ３６と、カラードラム３４およびモータ３６を保持するハウジング３８とを有している。カラードラム３４およびモータ３６は、光軸と平行な回転軸Ｓを有し、かつ、ハウジング３８内において回転軸方向Ｓに移動することができる。例えば、ハウジング３８に回転軸方向Ｓと平行なスリット状の溝３８ａを形成し、この溝３８ａ内に取り付けられた固定ネジ３８ｂによってモータ３６を所定位置に固定することができる。

カラードラム３４は、回転面３２の軸方向に、複数組のカラーパターン領域を有している。例えば、図２に示すように、回転面３２には、第１組のカラーパターン領域５０と、第２のカラーパターン領域５２とが形成されている。第１組のカラーパターン領域５０は、その周方向に、赤色（Ｒ）透過領域、緑色（Ｇ）透過領域および青色（Ｂ）透過領域からなるパターンを繰り返し配列している。また、第２組のカラーパターン領域５２は、その周方向に、Ｒ、Ｇ、Ｂの透過領域に加えて白色（Ｗ）の透過領域からなる、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗのパターンを繰り返し配列している。

カラードラムの回転面３２は、例えば透明なガラスまたはプラスチックから構成され、その上にカラーフィルタが貼り付けられる。カラーフィルタは、回転面３２の内側または外側に貼り付けることができる。カラーフィルタを貼り付ける以外にも、色ガラスを用いることでカラーパターン領域５０、５２を形成することができる。

第１のライトトンネル２０の出射面２４からの光は、回転面３２にほぼ垂直に入射される。カラードラム３４の回転軸方向Ｓの位置を選択することにより、第１のライトトンネル２０からの光は、第１組または第２組のいずれかのカラーパターン領域５０、５２に入射される。図１(ａ)は、第１組のカラーパターン領域５０が選択された例を示している。カラードラム３４からは、Ｒ、Ｇ、Ｂのパターンの光が順次出射される。図１（ｂ）は、第２組のカラーパターン領域５２が選択された例を示している。カラードラム３４からは、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗのパターンの光が順次出射される。

第２のライトトンネル４０は、カラードラム３４からの光が入射されるように第１のライトトンネル２０の出射面に対向して配されている。第２のライトトンネル４０からの光は、例えば、反射型光変調装置（たとえば、ＤＭＤ）や透過型光変調装置（例えば、液晶装置）へ出射される。

このように本実施例によれば、回転軸方向Ｓに複数組のカラーパターン領域５０、５２を配置したカラードラム３４を回転軸方向Ｓに移動させることで、光源からの光を所望の複数のカラーパターンの光に分離することができる。

図３および図４に、カラーホイール装置を移動するための他の機構を示す。例えば、図３に示すように、モータ３６がハウジング６０内に固定され、モータの回転軸６２を収容するような筒状の回転軸６４によってカラードラム３４が結合されている。回転軸６４には、スリット状の溝６６が形成され、溝６６内に挿入された固定ネジ６８によって回転軸６４と回転軸６２とが接続されるようになっている。図３(ａ)は、カラードラム３４がモータ３６から最も離間するように回転軸６４と回転軸６２とが固定されている。これにより、第２組のカラーパターン領域５２が選択され、そこに第１のライトトンネル２０からの光が入射されている。

図３(ｂ)は、カラードラム３４がモータ３６に最も接近するように回転軸６４と回転軸６２とが固定されている。これにより、第１組のカラーパターン領域５０が選択され、そこに第１のライトトンネル２０からの光が入射されている。

また、図４(ａ)、（ｂ）に示すように、固定ネジ６８を用いる代わりにガイドピン６８ａを用い、スリット状の溝６６の傾斜を利用して、モータ３６の回転方向に応じてカラードラム３４の位置を可変するようにしてもよい。例えば、モータ３６によりカラードラム３４を反時計方向に回転させることで、ガイドピン６８ａが溝６６によってガイドされながら、図４(ａ)に示すようにモータ３６から離間した位置へ移動される。他方、カラードラム３４を時計方向に回転させることで、図４（ｂ）に示すようにカラードラム３４がモータに接近する位置に移動される。

なお、カラードラムの回転軸方向Ｓへの移動方法は、上記した以外にも他の公知の技術を用いて実現することが更に可能である。また、カラードラム３４の回転面３２に形成されるカラーパターンの種類やサイズ等は、設計等に応じて適宜選択することができる。さらに、カラーパターン領域は、２組に限らず、それ以上であってもよい。また、第１のライトトンネル２０の代わりに光インテグレータを用いても良いし、単に、反射ミラーを配置するものであってもよい。

次に、上記実施例の照明光学系をプロジェクタに用いた場合を説明する。図５は、プロジェクタの電気的な構成を示すブロック図である。本実施例に係るプロジェクタ１００は、ユーザからの指示を受け取る入力インターフェース（Ｉ／Ｆ）１１０、映像データを入力する信号入力部１２０、入力した映像をＤＭＤフォーマットに変換しＤＭＤの駆動を行うＤＭＤ駆動部１３０、ＤＭＤフォーマットデータに基づきアレイ状に配されたミラー素子の傾きを可変させるＤＭＤ１４０、光源の放電ランプの点灯を制御するランプ駆動回路１５０、ランプ駆動回路１５０からの駆動信号により駆動される放電ランプ１６０、カラードラム３４を回転するためのモータ１８０を駆動するモータ駆動回路１７０、上記したカラーホイール装置内においてカラードラム３４の回転軸に接続されたモータ１８０、カラードラム３４を回転軸方向Ｓに移動するためのカラードラム駆動回路１９０、カラードラム３４を回転軸方向Ｓに移動する移動機構２００、カラードラム３４の回転軸方向Ｓの位置を検出する位置検出センサ２１０、および各部を制御する制御部２２０を有している。

本実施例において、カラードラム３４は、図６(ａ)、（ｂ）に示すように３組のカラーパターン領域５０、５２、５４を有している。第１組は、Ｒ、Ｇ、Ｂの繰り返しパターン領域５０を有し、第２組は、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗの繰り返しパターン領域５２を有し、そして第３組は、Ｒ、Ｇ、Ｒ、Ｂの繰り返しパターン領域５４を有する。第１組ないし第３組のパターン領域５０，５２、５４は、カラードラム３４の回転軸方向Ｓに配列されている。選択される組のカラーパターン領域に応じて、カラードラム３４の回転軸方向Ｓの位置が移動機構２００によって可変される。この際、位置検出センサ２１０のセンサ出力を参照してカラードラム３４が位置決めされる。

好ましくは、プロジェクタの表示モードに応じて第１組ないし第３組のいずれかの組が選択される。図６（ｃ）は、表示モードと選択されるカラーパターン領域との対応関係を示している。

プロジェクタは、複数の表示モードの切り替え機能を備えており、例えば、ユーザからの指示に応じて表示モードが切り替えられる。表示モードは、標準の明るさおよび色合いで表示する標準モード、明るさを重視する表示モード、色合いを重視する表示モード、白黒の表示モードとを含んでいる。

標準の表示モードが選択されたとき、第１組のカラーパターン領域５０が選択され、Ｒ、Ｇ、Ｂの光がＤＭＤ１４０を照明し、スクリーン上にカラー映像が投射される。明るさ重視の表示モードが選択されると、第２組のカラーパターン領域５２が選択され、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗの光がＤＭＤ１４０を照明する。第２組のカラーパターン領域５２は、Ｗ（白色）の透過領域を含んでいるため、スクリーン上の映像が幾分明るくなる。色合い重視の表示モードとして、例えば、赤が重視されるとき、第３組のカラーパターン領域５４が選択され、Ｒ、Ｇ、Ｒ、Ｂの光がＤＭＤ１４０を照明する。第３組のカラーパターン領域５４は、Ｒの透過領域の割合が多くなっているため、赤色が強調される。最後に、白黒の表示モードが選択されると、第２組のカラーパターン領域５２が選択され、かつ、Ｗ(白色)の透過領域に光源からの光が入射されるようにカラードラム３４が停止される。あるいは、白黒の表示モードの場合、カラードラム３４が光路上に位置しないように移動させるようにしてもよい。これにより、光の損出が最大限抑制される。

このようにカラードラムを回転軸方向に移動させるだけで、複数の表示モードを簡単な構成にて実現することができ、同時に、プロジェクタの低コスト化およびコンパクト化を促進することも可能である。

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。

上記実施例では、カラードラムは、透過型のカラーフィルタを用いて構成する例を示したが、反射型のカラーフィルタであってもよい。さらに、カラードラムの回転面は、必ずしも曲面または円筒面に限定されるものではなく、多角形上の面であってもよい。

本発明に係るプロジェクタは、ＤＬＰ方式の前面投射型プロジェクタや背面投射型プロジェクタにおいて利用される。また、ホームシアター用プロジェクタにおいても有用である。

本発明の実施例に係る照明光学系の構成を示し、図１(ａ)は第１組のカラーパターン領域が選択された状態を示し、図１(ｂ)は第２組のカラーパターン領域が選択された状態を示している。 カラードラムの構成を示す斜視図である。 カラーホイール装置を移動するための他の機構を示す図である。 カラーホイール装置を移動するための他の機構を示す図である。 プロジェクタの電気的な構成を示すブロック図である。 表示モードとカラーパターン領域との関係を示す図である。 従来のカラードラムを示す図である。 従来のカラードラムを示す図である。 従来のカラードラムを示す図である。

符号の説明

１：照明光学系 １０：光源
２０：第１のライトトンネル ２２：入射面
２４：反射ミラー（出射面） ３０：カラーホイール装置
３２：回転面 ３４：カラードラム
３６：モータ ３８：ハウジング
４０：第２のライトトンネル ５０：第１組のカラーパターン領域
５２：第２組のカラーパターン領域 ５４：第３組のカラーパターン領域

Claims (12)

1. ドラム状の回転面を含み、当該回転面の回転軸方向に複数組のカラーパターン領域を有するドラム型のカラードラムと、
   複数組のカラーパターン領域の中から選択された組のカラーパターン領域に光を入射させる第１の光学部材と、
   を有する光学系。
2. 光学系はさらに、カラードラムと第１の光学部材との回転軸方向の相対的な位置を可変する可変手段を含む、請求項１に記載の光学系。
3. 光学系はさらに、選択されたカラーパターン領域から出射された光を入力する第２の光学部材とを有する光学系。
4. 第１、第２の光学部材は、ライトトンネルまたは光インテグレータを含む、請求項１ないし３いずれか１つに記載の光学系。
5. 複数組のカラーパターン領域は、赤色透過領域、緑色透過領域、および青色透過領域を有する第１組のカラーパターン領域と、赤色透過領域、緑色透過領域、青色透過領域、および白色透過領域を有する第２組のカラーパターン領域とを含む、請求項１ないし４いずれか１つに記載の光学系。
6. ドラム状の回転面は、多角形の面を含み、各面にカラーフィルターが形成されている、請求項１ないし５いずれか１つに記載の光学系。
7. 請求項１ないし６いずれか１つに記載の光学系と、
   第１の光学部材に対し光を供給する光源と、
   カラードラムから出力された光を変調する変調手段と、
   変調された光を投影する投影手段と、
   を有するプロジェクタ。
8. 可変手段は、表示モードに応じてカラードラムを回転軸方向に移動させ、選択された組のカラーパターン領域に光を入射させる、請求項７に記載のプロジェクタ。
9. プロジェクタはさらに、カラードラムを回転駆動する駆動手段を含み、当該駆動手段は、表示モードに応じてカラードラムの白色透過領域に光が入射されるようにカラードラムを停止させる、請求項７に記載のプロジェクタ。
10. プロジェクタはさらに、白黒の表示モードのとき、カラードラムを回転軸方向に移動させ、第１の光学部材からの光がカラードラムに入射されないようにする、請求項７に記載のプロジェクタ。
11. 可変手段は、駆動手段によるカラードラムの回転方向に応じてカラードラムを回転軸方向に移動させる、請求項７に記載のプロジェクタ。
12. 第１の光学部材は、カラードラムの内側において回転面に略垂直に光を入射させ、第２の光学部材は、カラードラムの外側においてカラードラムからの光を入射する、請求項７ないし１１いずれか１つに記載のプロジェクタ。

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