JP2006292903A - Light source device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高輝度の光源装置に関し、特に、液晶プロジェクタやDLPなどの光源に適した装置に関するものであり、尚詳しくは、放電ランプの集光装置及びこの集光装置を備えた放電ランプを内蔵するプロジェクタに関するものである。 The present invention relates to a high-intensity light source device, and more particularly to a device suitable for a light source such as a liquid crystal projector or a DLP, and more specifically, a discharge lamp condensing device and a discharge lamp including the condensing device. The present invention relates to a built-in projector.
今日、液晶やDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を用いた小型のプロジェクタが多用されるようになってきた。
このプロジェクタは、高輝度の光源が用いられ、メタルハイランドランプや高圧水銀ランプなどの小型高輝度の放電ランプにリフレクタとして凹面反射鏡を取り付けたランプユニットをプロジェクタに組み込むことが多い。
Today, small projectors using liquid crystals and DMDs (digital micromirror devices) have come to be widely used.
This projector uses a high-intensity light source and often incorporates a lamp unit in which a concave reflecting mirror is attached as a reflector to a small high-intensity discharge lamp such as a metal highland lamp or a high-pressure mercury lamp.
そして、このランプユニットでは、回転放物線状のリフレクタ又は回転楕円面状のリフレクタを用いたものが多く用いられ、リフレクタの楕円焦点に高輝度ランプを設置し、前方または後方に向けて射出された光をこの回転放物線又は回転楕円面のリフレクタで反射させ、ライトトンネルや導光ロッドに集光するものとしている。 In this lamp unit, a rotating parabolic reflector or a rotating ellipsoidal reflector is often used. A high-intensity lamp is installed at the elliptical focal point of the reflector, and light emitted toward the front or rear is used. Is reflected by the rotating parabola or the ellipsoidal reflector, and condensed on the light tunnel or the light guide rod.
また、プロジェクタを小型化するために、光源の輝度を高めつつ光源としてのランプユニットを小型化することが望まれ、集光率を高めるために、放電ランプの前方に反射板を配設し、放電ランプから前方に射出された光をこの前方の反射板により反射し、後方のリフレクタに再び戻すものも提案されている(例えば特許文献1)。 In order to reduce the size of the projector, it is desired to reduce the size of the lamp unit as the light source while increasing the luminance of the light source. In order to increase the light collection rate, a reflector is disposed in front of the discharge lamp, It has also been proposed that light emitted forward from the discharge lamp is reflected by the front reflector and returned to the rear reflector (for example, Patent Document 1).
この光源装置は、球面状の反射板を放電ランプの前方に配設するものであり、放電ランプから斜め前方に射出した光を反射し、その反射光を再度光源付近を通して後方のリフレクタに送り、後方のリフレクタにより反射して前方に射出させることとし、リフレクタによって前方に射出集光される光の量を多くすることにより、集光率を上げるようにするものである。
従来のリフレクタは、回転楕円面又は回転放物面の形状とされ、放電ランプからの光を平行又は収束させるために理想に近い形状とされているも、リフレクタの内面とする反射面の研磨が困難であり、高反射率とすることが困難なため、光源装置の小型化高効率化が困難であった。 A conventional reflector has a shape of a spheroid or a paraboloid, and has an ideal shape for collimating or converging light from a discharge lamp. Since it is difficult to achieve high reflectivity, it is difficult to reduce the size and increase the efficiency of the light source device.
本発明は、リフレクタの反射率を高くし、小型高輝度の照明装置を提供するものである。 The present invention provides a small and high-luminance lighting device by increasing the reflectance of a reflector.
本発明は、光源装置の照射方向を前方として、光源とする放電ランプ(11)における発光管部(13)の後方に配置されるリフレクタ(21)の内側形状を、真円の球面形状とするものである。
そして、この内側形状を真円球面とする球面リフレクタ(21)を放電ランプ(11)における輝点となる発光管部(13)の後方に配置すると共に、この球面リフレクタ(21)の前方に、前記球面リフレクタ(21)で反射された光を集光させる曲面とされた透過面を持つリング状の環状レンズ(31)を配置した光源装置(10)とするものである。
In the present invention, the inner shape of the reflector (21) disposed behind the arc tube portion (13) in the discharge lamp (11) serving as a light source with the irradiation direction of the light source device as the front is a perfect spherical spherical shape. Is.
Then, a spherical reflector (21) whose inner shape is a perfect spherical surface is disposed behind the arc tube portion (13) that becomes a bright spot in the discharge lamp (11), and in front of the spherical reflector (21), The light source device (10) includes a ring-shaped annular lens (31) having a curved transmission surface for condensing the light reflected by the spherical reflector (21).
なお、環状レンズ(31)は、光源の輝点中心を中心とする球面状のレンズ反射面を環状レンズ(31)の外縁面(39)又は内縁面(37)に有するものとし、曲面とされる透過面を環状レンズ(31)の前方側面(35)及び後方側面(33)の内の少なくとも前方側面(35)に形成し、輝点後方の球面リフレクタ(21)で反射した光が後方側面(33)から環状レンズ(31)に入射されて前方側面(35)から射出された際、環状レンズ(31)の中心軸上に環状レンズ(31)の透過光を集光する凸レンズ作用を備えた環状レンズ(31)とするものである。 The annular lens (31) has a spherical lens reflection surface centered on the center of the bright spot of the light source on the outer edge surface (39) or inner edge surface (37) of the annular lens (31), and is a curved surface. A light transmitting surface is formed on at least the front side surface (35) of the front side surface (35) and the rear side surface (33) of the annular lens (31), and the light reflected by the spherical reflector (21) behind the bright spot is the rear side surface. Convex lens action that condenses the transmitted light of the annular lens (31) on the central axis of the annular lens (31) when it enters the annular lens (31) from (33) and exits from the front side surface (35) The annular lens (31) is used.
そして、本発明は、光源装置(10)、光源側光学系、表示素子、投影側光学系、更に、電源回路やプロジェクタ制御回路を備えたプロジェクタ(50)であって、前記光源装置(10)は、光源と、前記光源の輝点後方に配置される内面が真円曲面とされる球面リフレクタ(21)と、前記球面リフレクタ(21)の前方であって光源の輝点前方に配置され、球面リフレクタ(21)で反射された光を透過させることにより集光させる曲面とされた透過面を持つリング状の環状レンズ(31)を有し、光源の輝点後方に配置される球面リフレクタ(21)の曲率中心は光源の輝点よりも前方とされ、前記輝点の前方に配置される環状レンズ(31)は、光源の輝点を中心とする球面状のレンズ反射面を有する装置とするものである。 The present invention provides a projector (50) including a light source device (10), a light source side optical system, a display element, a projection side optical system, and a power supply circuit and a projector control circuit, the light source device (10) Is a light source, a spherical reflector (21) whose inner surface disposed behind the luminescent spot of the light source is a rounded curved surface, and a front of the spherical reflector (21) and in front of the luminescent spot of the light source, A spherical reflector (31) having a ring-shaped annular lens (31) having a curved transmission surface that is condensed by transmitting the light reflected by the spherical reflector (21) and disposed behind the bright spot of the light source The center of curvature of 21) is forward of the bright spot of the light source, and the annular lens (31) disposed in front of the bright spot is a device having a spherical lens reflection surface centered on the bright spot of the light source. To do.
本発明は、球面リフレクタ21の形状精度を高め、反射率を高くして集光効率を向上させることができる。
また、光源装置10を小型化して小型のプロジェクタ50とすることができるものである。
The present invention can improve the shape accuracy of the
Further, the
球面リフレクタ21と、この球面リフレクタ21の中央を貫通する光源としての放電ランプ11とを有し、この放電ランプ11における発光管部13の後方に前記球面リフレクタ21を配置し、前記球面リフレクタ21の前方であって、中央に放電ランプ11の側管15を貫通させて発光管部13の前方に配置されるリング状の環状レンズ31を有し、この環状レンズ31は、前記球面リフレクタ21で反射された光を透過させて集光させる曲面とされた透過面と光源の輝点中心を中心とする球面状の反射面であるレンズ反射面とを備え、輝点前方に配置されるレンズ反射面は、環状レンズ31の内縁面37又は外縁面39に形成され、断面形状が曲面とされた透過面が環状レンズ31の前方側面35に形成されている光源装置10とするものである。
It has a
本発明に係る光源装置は、図1および図2に示すように、光源である放電ランプ11と、この放電ランプ11における発光管部13の後方に配置される球面リフレクタ21とを有し、ランプ電極であるランプ口金を端部に設けた側管15を球面リフレクタ21の中央であるリフレクタ基部から後方に突出させて放電ランプ11を球面リフレクタ21に固定しているものである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the light source device according to the present invention includes a
なお、図1における下方を光源装置10などの後方及び輝点である発光管部13の後方とし、図1における上方を光源装置10などの前方及び輝点である発光管部13の前方としている。
Note that the lower side in FIG. 1 is the rear side of the
そして、この光源装置10は、輝点後方に配置する球面リフレクタ21の前方であって放電ランプ11における発光管部13よりも前方に配置され、前記球面リフレクタ21で反射された光を透過させて集光させる曲面とされた透過面を持つリング状の環状レンズ31を更に有するものである。
The
また、この球面リフレクタ21の内面は、真円の球面形状とするものであり、放電ランプ11は球面リフレクタ21の光軸と並行となるように設置され、放電ランプ11の口金を球面リフレクタ21の後方に突出させるようにし、発光管部13を球面リフレクタ21の曲率中心よりも後方である球面リフレクタ21側に位置させて固定治具により固定しているものである。
The inner surface of the
更に、環状レンズ31は、図3に示すように、中央に透孔を有する環状に形成して放電ランプ11の側管15を通すことができるようにし、放電ランプ11の発光管部13や側管15を取り囲むようにして設置することを可能としている。
そして、この環状レンズ31の外縁面39と内縁面37は同心状の球面状として形成し、この環状レンズ31の前端とする前方側面35の断面形状を曲面とし、後端側の後方側面33を平面としている。
Further, as shown in FIG. 3, the
The
また、輝点後方に配置した球面リフレクタ21で反射され、後方側面33から環状レンズ31に入射されて前方側面35から射出されるように環状レンズ31を透過する光を、当該環状レンズ31の中心線方向へ収束させるように屈折させる曲面として前方側面35を形成しているものである。
Further, the light reflected by the
このように、環状レンズ31はその内縁面37を球面状としているため、この曲面の曲率中心に発光管部13の輝点中心を位置させると、放電ランプ11から前方方向に射出された光が内縁面37から環状レンズ31に入射されるときに入射光を屈折させずに環状リングの外縁面39に照射することができる。そして、この外縁面39を、内縁面37と同一中心を有する球面とすると共に、この外縁面39を反射面としてレンズ反射面を形成しているものである。
Thus, the
従って、外縁面39の曲率中心に放電ランプ11の輝点を位置させることにより、放電ランプ11から前方に射出された光をその往路と同じ復路として反射することができる。
このようにして、放電ランプ11から輝点前方に配置した環状レンズ31に入射された光は、再び輝点に戻り、放電ランプ11の後方に配置した球面リフレクタ21に向けて射出することができる。
Therefore, by positioning the bright spot of the
In this way, the light incident on the
そして、放電ランプ11の輝点後方に配置した球面リフレクタ21により反射された光は、球面リフレクタ21の前方に配置された環状レンズ31の透過面である後方側面33から環状レンズ31に入射され、曲面とされた透過面である前方側面35を透過することで屈折し、射出光が一定の領域に集光するように屈折させられて所定の方向に射出されるものである。
Then, the light reflected by the
このように、光源である放電ランプ11から前方に射出された光は、輝点前方に配置する環状レンズ31のレンズ反射面により光源に戻して後方へ射出して輝点後方の球面リフレクタ21に入射することができるため、輝点後方に配置する球面リフレクタ21に入射されない光を極めて少なくすることができる。
In this way, the light emitted forward from the
また、輝点後方の球面リフレクタ21は、内面を真円状とするものであるため、研磨制度を極めて容易に高めることができ、鏡面仕上げの精度を高くして高反射率のリフレクタとすることができる。
In addition, since the
更に、環状レンズ31を用いて、輝点後方に配置した球面リフレクタ21の反射光を屈折させて環状レンズ31の前方で集光させることにより、リフレクタを従来のように楕円球状とする必要が無く、より製造設計の容易で且つ高精度に研磨可能である真円の球面状とする球面リフレクタ21を輝点後方に配置して反射光を環状レンズ31の前方に集光させることができる。
Further, by using the
従って、光源装置10全体を小さいものとしながら、高効率の光源装置10を提供することができる。
なお、輝点前方に配置する環状レンズ31の球面状反射面とするレンズ反射面は、環状レンズ31の外縁面39でなく、環状レンズ31の内縁面37に形成することもある。
Therefore, it is possible to provide the highly efficient
Note that the lens reflecting surface that is the spherical reflecting surface of the
このように、内縁面37を球面状のレンズ反射面とする場合は、この内縁面37を半球形状とし、中央に側管15の外径に合わせた透孔を形成して内縁面37の曲率中心に輝点中心を位置させると、輝点中心から放電ランプ11の前方に射出される光の殆ど全てを放電ランプ11の後方に射出させるように反射することができる。
As described above, when the
また、輝点後方に配置する球面リフレクタ21の周囲前端を輝点前方に配置する環状レンズ31の後方側面33に接触させるようにし、この接触面上に放電ランプ11の輝点中心を位置させることにより、放電ランプ11の輝点中心から後方に射出される光を漏らすことなく輝点後方の球面リフレクタ21で反射して輝点前方に配置する環状レンズ31に入射することができる。
Also, the peripheral front end of the
従って、放電ランプ11の発する光を高い効率で環状レンズ31の前方側面35から射出することができる。
さらに、環状レンズ31としては、図4に示すように、内縁面37にレンズ反射面を形成し、外縁面39の形状を輝点後方の球面リフレクタ21よりも外方にはみ出す部分を取り除いた形とし、環状レンズ31における円周方向の直径をより小さくすることもある。
Therefore, the light emitted from the
Further, as shown in FIG. 4, the
この輝点前方に配置する環状レンズ31は、図5および図6に示すように、その内縁面37の曲率中心に放電ランプ11の輝点中心を位置させることにより、放電ランプ11から前方に射出された光の殆ど全てをその往路と同じ復路として反射することができる。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
このようにして、放電ランプ11から前方方向に射出された光は、再び光源に戻り、輝点の後方に位置する球面リフレクタ21に向けて射出され、輝点後方の球面リフレクタ21により反射された光は、輝点前方の環状レンズ31の透過面である後方側面33から環状レンズ31に入射され、環状レンズ31の内部を通過して次の透過面である前方側面35を透過するとき、この透過面が曲面とされているために射出光が一定の領域に集光するように屈折させられて所定の方向に射出されるものである。
In this way, the light emitted in the forward direction from the
なお、環状レンズ31の曲面とする透過面は、環状レンズ31の前端部の前方側面35のみでなく、図7に示すように、後端部の後方側面33も曲面として形成することもあり、これにより、射出光の屈折角を容易に調整して環状レンズ31の透過光を効果的に集光させることができる。
In addition, the transmission surface as the curved surface of the
また、後方側面33を曲面の透過面とする場合は、放電ランプ11からの光を漏らさないようにしつつ、輝点前方に配置する環状レンズ31の後方側面33と輝点後方に配置する球面リフレクタ21の周囲前端との間に僅かな間隙を形成することもできる。
Further, when the
そして、この光源装置10を組み込むプロジェクタとしては、図8に示すように、平面形状が矩形状をなすプロジェクタケースの内部に、光源装置10と、前記光源装置10からの射出光を前記表示素子に入射させる光源側光学系と、複数の画素を行方向及び列方向にマトリクス状に配列し、入射した光の射出を制御して画像を表示する図示していない表示素子と、前記表示素子からの射出光をスクリーン等の投影面に投影する投影側光学系であるレンズ群59とを配置するものである。
As a projector incorporating the
なお、このプロジェクタ50は、その両側面及び後面と底面とを構成するケース本体と、上面パネルと、前面パネルとを有するものである。
また、投影側光学系のレンズ群59による投影方向を投影面に合わせるプロジェクタケースの姿勢調整は、プロジェクタ50の前足部材の突出高さを調整することにより行なうことができるようにしているものである。
The
Further, the attitude adjustment of the projector case for adjusting the projection direction by the
一方、図に示さない表示素子は、カラーフィルターのような入射光を着色する手段を備えない表示素子であり、この実施例では、一般にDMDと略称されるマイクロミラー表示素子(Digital Micromirror Device)を用いている。 On the other hand, a display element not shown in the figure is a display element that does not have a means for coloring incident light such as a color filter. In this embodiment, a micromirror display element (Digital Micromirror Device) generally abbreviated as DMD is used. Used.
このマイクロミラー表示素子は、その正面方向に対して一方向に傾いた入射方向から入射した光を、前記複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより正面方向と斜め方向とに反射して画像を表示するものであり、一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより正面方向に反射し、他方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより斜め方向に反射し、正面方向への反射による明表示と、斜め方向への反射による暗表示とにより画像を表示するものである。 This micromirror display element reflects light incident from an incident direction tilted in one direction with respect to the front direction to display an image by switching the tilt direction of the plurality of micromirrors to a front direction and an oblique direction. The light incident on the micromirror tilted in one tilt direction is reflected in the front direction by this micromirror, and the light incident on the micromirror tilted in the other tilt direction is slanted by this micromirror. The image is displayed by the bright display by the reflection in the front direction and the dark display by the reflection in the oblique direction.
また、光源装置10からの射出光をマイクロミラー表示素子に入射させる光源側光学系は、導光ロッド51や複数枚のレンズで構成するレンズ群53、及び、図示しないカラーホイールやミラーで構成している。
このカラーホイールは、光源装置10からの射出光を赤、緑、青の3色に順次着色するためのカラーフィルターを円周上に有するものであり、導光ロッド51は、光源装置10からの射出光の強度分布を均一にするためのものであって、カラーホイールにより着色された光の強度分布を均一とするものである
In addition, the light source side optical system that makes the light emitted from the
This color wheel has a color filter on the circumference for sequentially coloring light emitted from the
そして、カラーホイールは、扇状の赤、緑、青の3色のカラーフィルターが周方向に並べて設けられた回転板であり、その中心が光源装置10からの射出光の光路の側方に配置されたカラーホイール回転モータの回転軸に固定され、ホイール周方向の一部を光源装置10からの射出光の光路に介在させるように配置するものである。
The color wheel is a rotating plate in which fan-shaped three color filters of red, green, and blue are arranged in the circumferential direction, the center of which is arranged on the side of the optical path of the emitted light from the
また、導光ロッド51は、カラーホイールの射出側に入射面を対向させる位置として配置し、入射面から入射した光をロッド内周面の反射膜により反射しながら導いて射出面から均一な強度分布の光として射出するものである。
In addition, the
そして、光源側光学系の図示しないミラーは、光源装置10からの射出光の光軸に対して所定角度斜めに傾けて、光源装置10から射出され、導光ロッド51とカラーホイールと光源側レンズとを透過した光をマイクロミラー表示素子に向けて反射し、その反射光をマイクロミラー表示素子にその正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から投射するものである。
Then, a mirror (not shown) of the light source side optical system is emitted from the
また、投影側光学系は、固定鏡筒と、この固定鏡筒に係合され、回転操作により軸方向に進退移動される可動鏡筒とを備え、これらの鏡筒内にそれぞれ複数枚のレンズを組み合わせて構成されたズームレンズとして組み込む可変焦点レンズ群59である。
The projection-side optical system includes a fixed lens barrel and a movable lens barrel that is engaged with the fixed lens barrel and is moved forward and backward in the axial direction by a rotation operation. A plurality of lenses are provided in each of the lens barrels. This is a variable
従って、このプロジェクタ50は、光源装置10から光を一方向に射出させ、光源側光学系のカラーホイールを高速で回転駆動させることにより、光源装置10から光源側光学系に入射した光を、カラーホイールにより赤、緑、青の3色に順次着色し、さらに導光ロッド51により強度分布を均一にして、光源側光学系としてのレンズ53及びミラーによりマイクロミラー表示素子に向けて投射するものである。
Accordingly, the
そして、赤色、緑色、青色の光の投射周期に同期させてマイクロミラー表示素子に赤、緑、青の単色画像データを順次書込むことにより、マイクロミラー表示素子に赤、緑、青の単色画像を順次形成させ、マイクロミラー表示素子から順次射出する赤、緑、青の単色画像光を、投影側光学系のレンズ群59により拡大して投影面に投影するものであり、投影面に、赤、緑、青の3色の単色画像が重なったフルカラー画像を表示するものである。
Then, by sequentially writing red, green, and blue single-color image data on the micromirror display element in synchronization with the red, green, and blue light projection periods, the red, green, and blue single-color images are displayed on the micromirror display element. Are sequentially formed, and the monochromatic image light of red, green, and blue sequentially emitted from the micromirror display element is enlarged and projected onto the projection plane by the
従って、小型高効率の光源装置10を組み込むことにより、プロジェクタ50も小型及び薄型とすることができるものである。
なお、本発明は、以上の実施例の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。
Therefore, the
In addition, this invention is not limited to the form of the above Example, A change and improvement are possible freely in the range which does not deviate from the summary of invention.
10 光源装置
11 放電ランプ 13 発光管部
15 側管
21 球面リフレクタ
31 環状レンズ
33 後方側面 35 前方側面
37 内縁面 39 外縁面
50 プロジェクタ
51 導光ロッド 53 光源側光学系レンズ群
59 投影側光学系レンズ群
DESCRIPTION OF
Claims (9)
光源としての放電ランプと、前記光源の輝点後方に配置されるリフレクタであって内面を真円曲面とされた球面リフレクタと、前記光源の輝点前方に配置され、前記球面リフレクタで反射された光を透過させて所定の方向に射出する曲面とされた透過面を持つリング状の環状レンズとを有することを特徴とする光源装置。 A light source device having an irradiation direction in front,
A discharge lamp as a light source, a reflector disposed behind the luminescent spot of the light source and having an inner circular surface, and a reflector disposed in front of the luminescent spot of the light source and reflected by the spherical reflector A light source device comprising: a ring-shaped annular lens having a transmissive surface that transmits light and emits the light in a predetermined direction.
前記光源装置は、放電ランプと、前記放電ランプの輝点後方に配置される球面リフレクタと、前記放電ランプの輝点前方に配置される環状レンズとを有し、
前記輝点前方に配置される環状レンズは、前記球面リフレクタで反射された光を透過させることにより所定の方向に射出する曲面とされた透過面と放電ランプの輝点を中心とする球面状のレンズ反射面とを備え、
前記輝点後方に配置される球面リフレクタは、その内面を真円曲面としてその曲率中心を前記放電ランプの輝点よりも前方としていること
を特徴とするプロジェクタ。 A projector including a light source device having an irradiation direction in front, a light source side optical system, a display element, a projection side optical system, and a power supply circuit and a projector control circuit;
The light source device includes a discharge lamp, a spherical reflector disposed behind the bright spot of the discharge lamp, and an annular lens disposed in front of the bright spot of the discharge lamp,
The annular lens disposed in front of the bright spot has a spherical surface centering on a transmission surface that is a curved surface that is emitted in a predetermined direction by transmitting the light reflected by the spherical reflector and the bright spot of the discharge lamp. A lens reflecting surface,
The projector according to claim 1, wherein the spherical reflector disposed behind the bright spot has an inner surface as a perfect circular curved surface and a center of curvature ahead of the bright spot of the discharge lamp.
A spherical lens reflecting surface in the annular lens is formed on an inner edge surface of the annular lens, and a curved transmission surface in the annular lens is formed on at least a front side surface of a front side surface and a rear side surface of the annular lens. The projector according to claim 8.
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