JP2006133357A

JP2006133357A - 照明装置およびそれを用いたプロジェクタ

Info

Publication number: JP2006133357A
Application number: JP2004320163A
Authority: JP
Inventors: Akio Ishii; 章夫石井; Shuri Sekiguchi; 修利関口; Tatsuya Kono; 達也河野; Mitsuhiro Wada; 充弘和田
Original assignee: Plus Vision Corp
Current assignee: Plus Vision Corp
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】カラードラム状のカラーホイールと光源とを効率よく配置させることができ、かつ、これらの冷却効率の優れた照明装置およびこれを用いたプロジェクタを提供する。
【解決手段】本発明に係る照明装置１００は、モータ１４０と、モータ１４０によって回転されるドラム状の回転面を有し、当該回転面にカラーパターン領域１２２が形成されたカラーホイール１２０と、モータ１４０によって回転されるファン部１３０と、カラーホイール１２０の回転面の内側に配されたランプカートリッジ１１０とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロジェクタに関し、特に、プロジェクタの照明装置に関する。

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、回転するカラーホイールを利用して光源からの光を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またはＷのフィルタを配列した透過型が一般的であるが、これ以外にも、ドラム型の回転面を有するカラーホイールが開発されている。

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型の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

プロジェクタの場合、より明るい映像を表示するために光源の出力が大きくなりがちである。それに伴い、光源から発生される熱も大きくなるため、冷却ファンを用いて光源を冷却しなければならない。また、プロジェクタが小型化されると、光源とカラードラムとが距離的に近接して配置され、光源からの熱がカラードラムに影響を及ぼすおそれがある。これを避けるために、カラードラムを冷却ファンで冷却する必要があるが、そうすると、光源とカラードラムの双方を冷却ファンで冷却するためのモータが必要となる。その結果、複数のモータを配するペースが必要となり、効率のよい実装が妨げられてしまうという課題がある。さらに、複数のモータを駆動すると騒音の問題もある。

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、ドラム型のカラーホイールと光源とを効率よく配置させることができ、かつ、これらの冷却効率の優れた照明装置およびこれを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。
さらに本発明は、小型化、低コスト化、省電力化を図ることができるプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、モータと、モータによって回転されるドラム状の回転面を有し、当該回転面にカラーパターン領域が形成されたカラーホイールと、前記モータによって回転されるファンと、カラードラムの回転面の内側に配され回転面を照射する光源とを有する。

好ましくは、カラーホイールおよびファンは、モータの回転軸方向に積層され、光源の少なくとも一部は、カラーホイールおよびファンの内側に形成された内部空間に配される。

好ましくは、ファンがモータによって回転されたとき、内部空間内の空気が外部へ排出される。ファンは、例えば軸流ファンまたはシロッコファンを用いることができる。軸流ファンは、回転軸方向に空気を排気することが可能であり、シロッコファンは、回転軸方向と垂直方向に空気を排気することが可能である。

さらに好ましくは、カラーホイールの回転面の外側に、カラーパターン領域を透過した光を入射する光学部材が配されている。光学部材は、例えば、ライトトンネル、光インテグレータを用いることができる。

さらに本発明に係るプロジェクタは、上記した特徴を備えた照明装置と、照明装置からの光を変調する光変調手段と、変調された光を投影する投影手段とを有する。また、好ましくは照明装置はユニット化され、プロジェクタに取り付けまたは取り外しが可能である。

本発明に係る照明装置によれば、ドラム状の回転面を有するカラーホイール内に光源を配し、かつカラーホイールとファンとを単一のモータによって同時に回転できるようにしたので、カラーホイール、ファンおよび光源を高密度に実装することができる。また、カラーホイールとファンの駆動を単一のモータで行うことで、モータ数を削減でき、省スペース化および騒音の低減を実現することができる。

以下、本発明に係るＤＬＰ方式の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、プロジェクタを底面側から見た斜視図である。同図に示すように、プロジェクタ１０の前面１２には、拡大された投影映像を形成するための投影レンズ１４と、内部の暖気を外部へ排気するための複数のスリットを含む排気口１６とが形成されている。プロジェクタの底面１８には窓が形成され、これを開閉するための開閉フレーム２０が取り付けられる。開閉フレーム２０は、後述するように、内部に取り付けられたランプカートリッジを交換するときに、底面１８から取り外される。好ましくは、開閉フレーム２０は、開閉つまみ２２を操作することで、底面１８に固定され、または、底面１８から取り外されるように構成される。

図２（ａ）は、プロジェクタ１０の内部に取り付けられた照明装置の構成を示す断面図である。照明装置１００は、開閉フレーム２０の裏面に取り付けられたランプカートリッジ１１０と、ドラム状の回転面を備えたカラーホイール１２０（図２（ｂ）を参照）と、カラーホイール１２０に結合されたファン部１３０と、モータ１４０とを含んでいる。

ランプカートリッジ１１０は、開閉フレーム２０にネジ等によって固定された筐体１１１を有し、筐体１１１の内部にリフレクタ１１２と放電ランプ１１３とを備えている。さらに開閉フレーム２０には、ランプカートリッジ側のコネクタ１１４が固定され、コネクタ１１４は放電ランプ１１３の電極に電気的に接続されている。コネクタ１１４は、プロジェクタ本体側に取り付けられた本体側コネクタ１１５に取り外し可能に挿入され、本体側コネクタ１１５は電源ライン１１６を介して電源等の内部回路に電気的に接続される。

プロジェクタ内部において、開閉フレーム２０と対向する位置に内部フレーム１５０が配され、内部フレーム１５０上にモータ１４０が固定されている。内部フレーム１５０と開閉フレーム２０との間に、カラーホイール１２０とファン部１３０とが配されている。

ファン部１３０は、環状部材の内部に複数の羽根１３２を備えた軸流ファンから構成される。ファン部１３０は、環状のカプラー１４２を介してモータ１４０の回転軸に連結されている。軸流ファンを用いることで、羽根１３２が回転されたとき、モータの回転軸方向に気流Ｗを生じさせることができる。

カラーホイール１２０は、環状部材であって、その周方向の回転面にカラーパターン領域１２２が形成されている。カラーパターン領域１２２は、例えば、透明な環状部材に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色を透過するカラーフィルタを貼り付けることによって形成される。あるいは、予め色が付けられた色ガラスを用いることもできる。

カラーホイール１２０は、ファン部１３０と等しい外径を有し、両者の外周端は接合部１３４を介して接着剤等により接着され、モータの回転軸方向に積層されるように一体化されている。ファン部１３０とカラーホイール１２０によって中空の内部空間Ｓが形成され、この内部空間Ｓ内の略中央にランプカートリッジ１１０が配される。このとき、リフレクタ１１２の光軸は、カラーホイール１２０のカラーパターン領域１２２の中央付近となるように位置決めされる。ランプカートリッジ１１０は、筐体１１１の約半分以上を内部空間Ｓ内に収容させている。好ましくは、筐体１１１が内部空間Ｓ内にほぼ完全に収容されるようにしてもよい。この状態で、内部空間Ｓは、環状のカプラー１４２の空間Ｓ１を介して外部に連通されている。

カラーホイール１２０のカラーパターン領域１２２の外側にライトトンネル１６０が配されている。ライトトンネル１６０の光軸は、リフレクタ１１２の光軸と一致し、カラーパターン領域１２２を透過した光がライトトンネル１６０の入射面１６２に入射され、出射面１６４から均一な強度の光線束が出射されるようになっている。

図３は、プロジェクタの光学系を示す図である。プロジェクタによる投影動作が行われるとき、放電ランプ１１３が点灯されるとともに、カラーホイール１２０およびファン部１３０がモータ１４０によって一定速度にて回転方向Ｐに回転される。放電ランプ１１３から発せられた光は、回転するカラーパターン領域１２２にほぼ垂直に入射され、そこで、Ｒ、Ｇ、Ｂのフィルタによって分離される。カラーパターン領域１２２を透過したＲ、Ｇ、Ｂ光は、ライトトンネル１６０により均一化され、さらに第１のコンデンサレンズ１７０、第１の折り返し平面ミラー１７２、第２の折り返し球面ミラー１７４、第２のコンデンサレンズ１７６を介してＤＭＤ１８０のアクティブなミラー面を照明する。ＤＭＤ１８０のミラーアレイによって反射されたオン光は、投射レンズ１９０により拡大され、スクリーン上にカラー映像が表示される。

投影動作中、放電ランプ１１３およびリフレクタ１１２により内部空間Ｓ内の温度が上昇する。内部空間Ｓに滞留された熱は、カラーホイール１２０とともに回転するファン部１３０の羽根１３２により空間Ｓ１を介して気流Ｗとなって外部へ排出される。これにより、内部空間Ｓが冷却され、放電ランプ１１３に安定動作を行わせることができる。なお、放電ランプとして、例えば、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等を用いることができる。

また、寿命等により放電ランプ１１３を交換する必要が生じたとき、開閉フレーム２０をプロジェクタの裏面１８から取り外すとともに、コネクタ１１５からコネクタ１１４が抜き取られる。そして、ランプカートリッジ１１０の筐体１１１が開閉フレーム２０から取り外され、新たなランプカートリッジの筐体１１１がネジ等によって再び開閉フレーム２０に固定され、これがプロジェクタ内に装着される。

このように本実施例によれば、カラーホイール１２０とファン部１３０によって形成された内部空間Ｓ内に、ランプカートリッジ１１０を収容するようにしたので、高密度実装が可能となり、従来の円板状のカラーホイールを用いたときと比較して、照明装置を非常に小型化することができる。さらに、モータ１４０を兼用してファン部１３０とカラーホイール１２０とを回転させるため、モータ数を低減することができ、その結果、省スペース、省電力および省コスト化を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。図４は、第２の実施例に係る照明装置を示し、第１の実施例と同一構成については同一参照番号を付してある。第２の実施例に係る照明装置１０２は、第１の実施例がファン部に軸流ファンを用いるのに対し、シロッコファン２００を用いている。同図に示すように、カラーホイール１２０と略等しい外径を有するシロッコファン２００が、接合部２０２を介してカラーホイール１２０に接着剤等により固定され、モータの回転軸方向に積層されるように両者が一体化されている。シロッコファン２００は、環状部材の内壁に複数の羽根２０４を有し、羽根２０４がモータ１４０によって回転される構造になっている。また、環状部材の外壁には、羽根２０４によって生じた気流を外部へ排出するための排出口２０６が形成されている。これにより、羽根２０４が回転すると、内部空間Ｓの流体が排出口２０６から排出される。

第２の実施例では、ランプカートリッジ１１０により暖められた内部空間Ｓの熱気がシロッコファン２００の排出口２０６からモータ回転軸と直角方向へ排出させるようにしたので、例えば、図１に示すようにプロジェクタの側面２１０にスリット状の排出孔２１２を形成し、シロッコファンからの排気を直接外部へ導かせることができる。

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。

第１、第２の実施例で用いた軸流ファンおよびシロッコファンの大きさ、形状等は、設計に応じて適宜変更することができる。また、軸流ファンやシロッコファンを複数段重ねるものであっても良い。さらに、カラーホイール１２０のカラーパターン領域に形成されるカラーパターンは、Ｒ、Ｇ、Ｂに限らず、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗ(白色)を透過するようなカラーフィルタであっても良い。

さらに上記実施例では、カラーホイール１２０の回転面は円形状であるが、例えば図５に示すような多角形状のカラーホイール２３０を用意し、その各面２３２にカラーフィルタを形成するようにしてもよい。図５では、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーパターンが３組形成されている。

さらに第１、第２の実施例では、カラーホイール内の内部空間にランプカートリッジが収容されるようにしたが、例えば図６(ａ)に示すように、カラーホイール２４０の内部空間Ｓ内に、ランプカートリッジ１１０とライトトンネル１６０とが収容されるように配置させてもよい。さらに、図６(ｂ)に示すように、カラーホイールの入射側と出射側のそれぞれにライトトンネル１６０、１６６を配するようにしてもよい。また、中空のライトトンネルの代わりに、中実の光インテグレータを用いることも可能である。

さらに、光変調装置として、ＤＭＤのような反射型光変調装置の他に、液晶のような透過型光変調装置を用いることも可能である。さらに、単一のモータによってカラーホイールとファン部を回転させるようにしたが、モータとの連結方法は、上記実施例の他にも公知の手段を用いることが可能である。例えば、モータの回転軸にファン部およびカラーホイールとを直接連結するようにしてもよいし、モータの回転軸との間にギヤやベルトなどの部品が介在されるようにしてもよい。

本発明に係る照明装置およびプロジェクタは、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。

本発明のプロジェクタの底面側から見た外観斜視図である。図２（ａ）は、本発明の第１の実施例に係る照明装置の概略断面図、図２(ｂ)はカラーホイールおよびファン部の斜視図である。プロジェクタの光学系を示す図である。図４(ａ)は、本発明の第２の実施例に係る照明装置の概略断面図、図４(ｂ)はカラーホイールおよびファン部の斜視図である。カラーホイールの他の例を示す図である。プロジェクタの他の例を示す図である。従来のカラードラムの構成例を示す図である。従来のカラードラムの構成例を示す図である。従来のカラードラムの構成例を示す図である。

符号の説明

１０：プロジェクタ２０：開閉フレーム
１００：照明装置１１０：ランプカートリッジ
１２０：カラーホイール１２２：カラーパターン領域
１３０：ファン部１３２：羽根
１３４：接合部１４０：モータ
１４２：カプラー１５０：内部フレーム
２００：シロッコファン２０４：羽根
２０６：排出口２３０、２４０：カラーホイール

Claims

モータと、
モータによって回転されるドラム状の回転面を有し、当該回転面にカラーパターン領域が形成されたカラーホイールと、
前記モータによって回転されるファンと、
カラードラムの回転面の内側に配され、回転面に対し光を照射する光源と、
を有する照明装置。
前記カラーホイールおよび前記ファンは、モータの回転軸方向に積層され、前記光源の少なくとも一部は、カラーホイールおよびファンの内側に形成された内部空間に配される、請求項１に記載の照明装置。
前記ファンがモータによって回転されたとき、前記内部空間内の空気が外部へ排出される、請求項１に記載の照明装置。
前記カラーホイールの回転面の外側に、回転面を透過した光を入射する光学部材が配されている、請求項１ないし３いずれか１つに記載の照明装置。
前記ファンは、軸流ファンを含む、請求項１ないし４いずれか１つに記載の照明装置。
前記ファンは、シロッコファンを含む、請求項１ないし４いずれか１つに記載の照明装置。
請求項１ないし６いずれか１つに記載の照明装置と、
照明装置からの光を変調する光変調手段と、
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。
前記照明装置は、プロジェクタの一面に形成された窓を開閉する開閉フレームを含み、前記光源は、前記開閉フレームに取り付けられている、請求項７に記載のプロジェクタ。