JP2006138918A - プロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源から出射された光を連続的に時分割する色分解多面鏡を有するプロジェクタ装置を提供する。
【解決手段】 回転多面鏡１１が各反射面にそれぞれに異なる分光反射特性を有し、白色光源１から光変調素子７までの間には色フィルタ５を置かず、光変調素子７からの反射光が投影レンズ８から射出する位置にこの回転多面鏡１１を置き、回転多面鏡１１を回転させることで、投影レンズ８から射出した光束をスクリーン方向に偏向走査し、スクリーン上に２次元の像を形成することにより、回転多面鏡１１に色フィルタ５と偏向走査ユニットの両方の機能を持たせプロジェクタ装置全体としての部品点数の低減に大きく寄与にできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プロジェクタ装置に関し、特に、光源から出射された光を連続的に時分割する色分解多面鏡を有するプロジェクタ装置に関する。

ＴＶ画像やパソコン出力をスクリーンに投影するプロジェクタで、画像の形成に使われる光変調素子としては、透過型の液晶パネル、反射型のマイクロミラー素子などがある。液晶パネルは、出力する画像のパターンに応じて濃度すなわち光の透過率または反射率が変化する。マイクロミラー素子は、出力する画像のパターンに応じて微小ミラーの角度を変え、各画素の反射方向を変化させ、投影レンズに入射する反射像の画素ごとに明暗を付けることで、像全体としての濃淡を形成する。

一般的にプロジェクタで使われる液晶パネルやマイクロミラー素子では、画像形成に必要な数の画素すなわち液晶セルや微小ミラーが２次元に配列されている。微小ミラーを２次元で配列したマイクロミラー素子としてはＤＭＤが知られている。

これら光変調素子は、画素を２次元に配列させることで、画像全体を一度に生成している。しかし、高画質を得るためには画素数を多くする必要があり、光学系が大きくなることや、製造上の問題でコストが上がることなどの課題もある。

これに対して、画素を１次元又は細長く配列させ、生成された１次元または細長い画像をガルバノミラーなどの偏向走査装置でスキャンすることにより、スクリーン上に所望の２次元画像を形成するプロジェクタ装置がある。

プロジェクタでカラー画像を投影する方法として、次の２つの方法が知られている。

一つは、ランプ等の白色光源を、複数のプリズムなどで構成される色分解光学系で３原色（赤・緑・青）の各色ごとに光路を分割し、それぞれの色に対応した光変調素子に照射し、各色の画像は複数のプリズムなどで構成される色合成光学系で合成された後、スクリーン上にカラー投影する。

もう一つは、ランプ等の白色光源を、円板状の色フィルタ（カラーホイール、カラーディスクなど）を回転させて時分割で３原色に分光し、順次、各色を一つの光変調素子に照射し、光変調素子を透過または反射した各色の光をそのままスクリーンに投影する。スクリーン上では、各色の画像が順次に投影されるが、視覚的な蓄積作用によって、各色が合成されたカラー画像として観察される。

本発明は、白色光源を時分割で３原色に分光し、画素が１次元に配置、または細長く配列された光変調素子に、各色を順次に照射する方式のプロジェクタ装置に関わる。一般的に知られている１次元の反射型光変調素子を用いたプロジェクタの基本構成を図６から図８に示す。

図６、７、及び８は、それぞれ１次元の反射型光変調素子を用いたプロジェクタの断面図、平面図、斜視図を表している。光源ランプ１から発光された光は、放物面反射鏡２などでほぼ並行な光束となり、矩形のアパーチャ３などで整形され、１枚から２枚の平凸シリンダレンズ（４ａ、４ｂ）などで構成されるコンデンサ光学系４で一方向のみに集光され、画素を１次元に配列、または細長く配列した光変調素子７を照射する。このコンデンサ光学系４と光変調素子７の間には、円板状の色フィルタ５が配置されている。

色フィルタ５の回転によって、３原色を順次に照射された光変調素子７からの反射光は、投影レンズ８によってスクリーン上に結像されるが、光変調素子７で形成される１次元像を２次元像に、または細長い像を通常の矩形の像にするため、平面鏡を往復回転させるガルバノミラー９などの偏向走査ユニットを用いる。投影レンズ８から射出した光束は、この偏向走査ユニットによって、スクリーン方向に折り返されると同時に、スクリーン上を走査する。スクリーンは図示されていないが図７の右方向にあり、投影レンズ８からの光束は、ガルバノミラー９の往復回転によって、図７の上下方向にスクリーン上で走査される。

図９及び１０に示すように、色フィルタ５は、それぞれが赤、緑、青の各色の何れかを透過する部分（５ａ、５ｂ、５ｃ）で構成され、駆動モータ６によって回転することで、時分割的に色分解する。

特許文献１では、部品点数が少ないにも拘わらず、高精度で、かつ中間階調をも十分に表示することができる高品質の画像を得ることができるプロジェクタ装置が提案されている。

特許文献２では、複数色の色分離フィルタの光透過領域を少なくとも固定した光透過基板を回転駆動可能にモータに取り付けることにより、簡単な構成で、風切り音を抑え、回転ムラの少ない回転型カラーディスクおよびそれを用いた映像表示装置が提案されている。

特許文献３では、複数の色領域に分割された円盤状カラーフィルタと、これを回転させるモータとで構成されるカラーホイールにおいて、高速回転時、及び高温時においても正確に円盤状カラーフィルタの位置検出が可能なカラーホイールが提案されている。

特許文献４では、装置を大型化することなく、また、発光体の大きさや状態に関係なく空間光変調素子の時間開口率を高く設定することを可能とすることにより、色純度と効率の高い色順次表示をすることを可能とした画像表示装置、及びこの画像表示装置を用いた投写型画像表示装置が提案されている。

特許文献５では、プロジェクタの小型化を図るため、環状のカラーフィルタを用い、フレーム順次で３色の単色映像を形成し、その中心に傾けて配置した反射鏡と、反射鏡の反射光を受ける反射型映像素子と、投写レンズとを設けて投影スクリーンに投射するプロジェクタが提案されている。

特許文献６では、本体装置側が駆動エネルギーの消費を少なくする動作モードならば、装着されているアクセサリー装置や交換レンズ側も駆動エネルギーの消費を少なくする動作モードにして、システムとして省エネルギー駆動を実現することのできるアクセサリー装置、交換レンズ、カメラシステムが提案されている。
特開２００１−１７４７７５号公報 特開２００１−２８１５６２号公報 特開２００１−３３７３９０号公報 特開２００１−１３１６８７号公報 特開２０００−２８９６０号公報 特開２０００−１７１８９３号公報

しかし、上記の発明は、以下の問題を有している。

１次元または細長い配列の光変調素子７を用いたプロジェクタでは、図１０に示すように、使用される部分は、色フィルタ５のうちごく限られた狭い範囲１０のみとなる。しかし、使用する範囲１０は光変調素子の画素配列方向に応じて一方向に長くなるため、円板状の色フィルタの外径を充分に大きくする必要がある。

本発明は、従来円板状の色フィルタに代わる、色分解の機能を持った偏向走査ユニットを用いることで、プロジェクタ装置の分品点数を減らし、小型化と同時にコストダウンを図ったプロジェクタ装置を提案することを目的としている。

請求項１記載の発明は、白色光を放射する光源と、前記光源の放射光を集めて略単一の光束を形成する集光手段と、前記集光手段によって形成された前記光束を用いて矩形の照明スポットを形成する第１の照明系と、画像を変調する光変調素子と、前記照明スポットを通過する光を集光して前記光変調素子を照明する照明光を形成する第２の照明系と、前記光変調素子によって変調された前記画像を回転型多面鏡に投射する投射レンズとを有するプロジェクタ装置において、前記光変調素子によって変調された前記画像を各色光に分光し、かつ反射させてスクリーンに投影する前記回転型多面鏡を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のプロジェクタ装置において、前記回転型多面鏡の各面が特定の波長以外の光を吸収する吸収型フィルタからなることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のプロジェクタ装置において、前記回転型多面鏡の各面が特定の波長の光を反射し、特定の波長以外の光を透過する反射型フィルタからなることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載のプロジェクタ装置において、前記回転型多面鏡が赤、青、緑の３原色に分光することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載のプロジェクタ装置において、前記回転型多面鏡が六面体であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項４記載のプロジェクタ装置において、前記回転型多面鏡が十二面体であることを特徴とする。

本発明は、回転多面鏡が各反射面にそれぞれに異なる分光反射特性を有し、白色光源から光変調素子までの間には色フィルタを置かず、光変調素子からの反射光が投影レンズから射出する位置にこの回転多面鏡を置き、回転多面鏡を回転させることで、投影レンズから射出した光束をスクリーン方向に偏向走査し、スクリーン上に２次元の像を形成することにより、回転多面鏡に色フィルタと偏向走査ユニットの両方の機能を持たせプロジェクタ装置全体としての部品点数の低減に大きく寄与にできる。

以下に本発明を適用した一実施形態の構成を及び動作について説明する。

図１及び２は、本実施形態に係る回転多面鏡を用いたプロジェクタ装置の平面図及び斜視図を表している。光源ランプ１から発光された白色光は、放物面反射鏡２などでほぼ並行な光束となり、矩形アパーチャ３などで整形され、１枚から２枚の平凸シリンダレンズ（４ａ、４ｂ）などで構成されるコンデンサ光学系４で一方向のみに集光され、画素を１次元に配列、または細長く配列した光変調素子７を照射する。

光変調素子７からの反射光が投影レンズ８から射出する位置に回転多面鏡を置く。この多面鏡)を回転させることで、投影レンズ８から射出した光束をスクリーン方向に偏向走査し、スクリーン上に２次元の像を形成する。

この多面鏡１１は、従来のプロジェクタ装置におけるガルバノミラー等の偏向走査ユニットが配置された個所に置かれている。また、本実施形態では、図１と図２に示すように、従来の円板状の色フィルタなどが不要となっている。

図３及び４は、本実施形態に係る多面鏡１１の斜視図及び平面図を表している。図３に示すように、本実施形態に係る色分解機能を持つ多面鏡１１は駆動装置１２によって回転する。また、図４に示すように、この多面鏡１１にはＲ、Ｇ、Ｂの各色を反射させる面があり、回転位置に応じて、Ｒ、Ｇ、Ｂの何れかの光のみを反射させる。

なお、本実施形態における色分解機能を持つ多面鏡１１としては、最も一般的な赤(Ｒ)・緑(Ｇ)・青(Ｂ)の３原色に分光するものを用いたが、２色または４色以上に分光するものでも原理的には同様である。本実施形態においては、多面鏡を６面体としているが、反射面が色数の倍数となっていれば良いので、３原色に色分解する場合は６の倍数、例えば１２面体の柱状でも良い。

また、透過する光の波長を選択する色フィルタ部材には、吸収型と反射型がある。

吸収型フィルタは、ガラス板やフィルムなどの透明媒質に、特定の波長の光のみを吸収する材料を混合して作られ、その材料が吸収する波長以外の光は透過する。吸収型フィルタは、比較的に安いコストで製造でき、他の光学部材との接合も容易である。具体的には、反射部材の表面に吸収型フィルタ部材を貼り付けることで作られている。色選択性を持った回転多面鏡であることの利点の他に、吸収型フィルタであるために製造コストが安くなる利点がある。

反射型フィルタは、ガラスなどの透明基板上に、屈折率と厚みの異なる複数の薄膜を組み合わせて蒸着コートして作られ、特定の波長の光のみが反射し、それ以外の波長の光は透過する。透過光を利用するときは「ダイクロイック・フィルタ」とも呼ばれ、反射光を利用するときは「ダイクロイック・ミラー」とも呼ばれる。反射型フィルタは、薄膜の組み合わせを最適化することで、波長選択性に優れた色フィルタが可能となる。具体的には、反射部材の表面に色選択性のある多層薄膜を蒸着コートすることで作られている。色選択性を持った回転多面鏡であることの利点の他に、波長選択性に優れるという利点がある。

図５は、本実施形態に係る色分解機能を持つ多面鏡１１の入射面を表している。多面鏡１１の柱状の入射面は、実際に使用される範囲１０に近い形状となるため、従来の円盤状の色フィルタの実際に使用される範囲１０（図９及び１０に示す）と比較し、無駄が少なく、ユニットとしても小型化される。

なお、白色光とは、赤(Ｒ)・緑(Ｇ)・青(Ｂ)などの単色光を複数含み、単色光よりも波長域が広い光をさす。色フィルタとは、白色光を入射させ、Ｒ・Ｇ・Ｂなどの単色光を選択的に射出する光学素子であって、白色光を選択的に単色光に分けることを色分解、分光などとも呼ぶ。

本実施形態に係るプロジェクタ装置の平面図である。 本実施形態に係るプロジェクタ装置の斜視図である。 本実施形態に係る多面鏡の斜視図である。 本実施形態に係る多面鏡の上面図である。 本実施形態に係る多面鏡の側面図である。 従来のプロジェクタ装置の断面図である。 従来のプロジェクタ装置の平面図である。 従来のプロジェクタ装置の斜視図である。 従来の円形型フィルタの斜視図である。 従来の円形型フィルタの正面図である。

符号の説明

１ 光源（ランプ）
２ 反射板
３ 矩形アパーチャ
４ コンデンサレンズ系
４ａ、４ｂ 平凸シリンダレンズ
５ 円形型フィルタ
５ａ、５ｂ、５ｃ 各色の透過部分
６ 色フィルタ駆動装置
７ 色変調素子
８ 投影レンズ
９ 偏光走査装置（ガルバノミラー）
１０ 色フィルタの使用範囲
１１ 偏光走査装置（多面鏡色フィルタ）
１２ 駆動装置

Claims (6)

1. 白色光を放射する光源と、前記光源の放射光を集めて略単一の光束を形成する集光手段と、前記集光手段によって形成された前記光束を用いて矩形の照明スポットを形成する第１の照明系と、画像を変調する光変調素子と、前記照明スポットを通過する光を集光して前記光変調素子を照明する照明光を形成する第２の照明系と、前記光変調素子によって変調された前記画像を回転型多面鏡に投射する投射レンズとを有するプロジェクタ装置において、
   前記光変調素子によって変調された前記画像を各色光に分光し、かつ反射させてスクリーンに投影する前記回転型多面鏡を有することを特徴とするプロジェクタ装置。
2. 前記回転型多面鏡の各面が特定の波長以外の光を吸収する吸収型フィルタからなることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ装置。
3. 前記回転型多面鏡の各面が特定の波長の光を反射し、特定の波長以外の光を透過する反射型フィルタからなることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ装置。
4. 前記回転型多面鏡が赤、青、緑の３原色に分光することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のプロジェクタ装置。
5. 前記回転型多面鏡が六面体であることを特徴とする請求項４記載のプロジェクタ装置。
6. 前記回転型多面鏡が十二面体であることを特徴とする請求項４記載のプロジェクタ装置。

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