JP2007033499A

JP2007033499A - カラーホイール装置

Info

Publication number: JP2007033499A
Application number: JP2005212356A
Authority: JP
Inventors: Takashi Watanabe; 貴志渡辺
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】投写型画像表示装置のカラーホイールが非常に高速で回転するためにモーター側の軸受けの負荷が大きく、また、光源より受ける照射光による熱がカラーフィルタより回転軸を通じてモーターに伝導し、性能及び耐久性に悪影響を与えている。
【解決手段】モータ３６の回転軸及びカラーホイール３２のそれぞれに、各々の回転中心に関して回転対称に、かつ相互に間隙を開けて対面し合うカプラ面でＮ極とＳ極とが回転方向に交互に配列された磁気カプラユニット３８，３９をそれぞれ固着し、前記カプラ面相互間に生じる磁力によりモータ３６の回転を非接触でカラーホイール３２に伝達する。
【選択図】図２

Description

本発明は、照明光学系から入力された光をDMD（ＤＭＤ：ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）などの空間光変調素子（ＳＬＭ：ＳｐａｔｉａｌＬｉｇｈｔＭｏｄｕｌａｔｏｒ）によって光変調して画像光をスクリーンに投影させる投射型映像装置における複数種類のカラーフィルタを具備するカラーホイールとそれを駆動するモータで構成する光学エンジンに関するものである。

照明光学系から出力される照明光を、ＤＭＤで受光してこれを光変調することにより画像光を生成し、生成された画像光を投映光学系を介してスクリーンに投映させる投写型画像表示装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。ＤＭＤは、受光し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変位する光反射角可変ミラー素子（以下、単にミラー素子という）をマトリックス状に多数個配列したものである。このＤＭＤは、映像信号に応じて駆動され、画素を明るく表示させる場合にはミラー素子をオン位置に移動し、暗く表示させる場合にはミラー素子をオフ位置に移動する。こうして照明光の反射方向を制御することで、映像信号に応じた光変調を行う。

上記のような投写型画像表示装置には、一般的に単板式プロジェクタ方式が用いられており、時分割による混色を利用した色順次方式によりＤＭＤの各ミラー素子に対応する画素単位で赤・青・緑のデータによりアドレス指定される。
この色順次方式実現のため少なくとも３つ以上の色領域を有するカラーフィルタを実装するカラーホイールが駆動用のモータと回転軸を介して接続されており、データに同期してそれぞれの色がＤＭＤに入射される割合を制御する機構を有している。
特開２００２−３５０７７５号公報

しかしながら、カラーホイールが非常に高速で回転するため、カラーホイールの重量によりモータ側の軸受けの負荷が大きく、また、光源より受ける照射光による熱がカラーフィルタより回転軸を通じてモータに伝導し、性能及び耐久性に悪影響を与えている。

モータを小型化すると前記軸受けへの悪影響が増加するため装置全体の小型化が困難である。

前記軸受けへ悪影響のため、耐久性のある高価なモータを使用した場合、装置全体のコストダウンが困難である。

モータの回転軸及びフィルタ円盤のそれぞれに、各々の回転中心に関して回転対称に、かつ相互に間隙を開けて対面し合うカプラ面でN極とS極とが回転方向に交互に配列された磁気カプラユニットをそれぞれ固着し、前記カプラ面相互間に生じる磁力によりモータの回転を非接触でフィルタ円盤に伝達する。

モータの駆動軸とフィルタ円盤の回転中心とを同軸上に配置するとともに、モータの駆動軸とフィルタ円盤のそれぞれに同軸に回転するように固着され、互いに対面し合う第一及び第二のファンと、これらのファンを共通に覆うケースとを設け、第一のファンの回転が前記ケース内の流体を介して第二のファンに伝達する。

前記流体が空気であり、前記ケースには、第一のファンが回転したときにケース外から空気を取り入れる吸気孔と、第二のファンが回転したときにケース外に空気を排出する排気孔とが設けられ、前記排出孔から排出された空気を前記光源に吹きつけて冷却する。

モータの軸受けに与える負荷を軽減し、また、光源からの熱伝導を抑えることでモータの耐久性が向上する。

前記効果により小型のモータを装置に適用することができ、装置全体の小型化が可能となる。

前記効果により比較的に安価なモータを装置に適用することができコストダウンが可能となる。

図１は、投写型画像表示装置１５の構成を概略的に示す構成図である。投写型画像表示装置１５は、光源装置５、ロッドインテグレーター７、２枚のリレーレンズ８，９、反射ミラー１０、全反射プリズム１１、ＤＭＤ１２、投映光学系１３から構成される。

光源装置５は、光源から発せられた白色光を時分割で色分離して３原色光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）とし、各原色光を順次ロッドインテグレーター７に照射する。光源装置５の詳細は後述する。

ロッドインテグレータ７は、入射した各原色光を内部で全反射させ、ムラのない均一な光として出射する。ロッドインテグレータ７から出射した各原色光は、リレーレンズ８，９を透過して平行光とされ、反射ミラー１０により光軸ＬＡが９０°屈曲させて全反射プリズム１１に入射される。

全反射プリズム１１は、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１１ａが形成され、反射ミラー１０からの入射光は反射面１１ａで全反射してＤＭＤ１２へ入射する。他方、ＤＭＤ１２で反射した反射光は反射面１１ａを透過する。

ＤＭＤ１２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、映像信号に基づいて、その角度が変化されることにより、受光した照明光の反射方向を変化させる。画素を明るく表示させる場合には、ミラー素子をオン位置に変位させて受光した光をｏｎ光として投映光学系１３に向けて反射させる。他方、画素を暗く表示する場合には、ミラー素子をオフ位置に変位させて受光した光をｏｆｆ光として投映光学系１３から外れた方向に向けて反射させる。画像光は、投映光学系１３に向かうｏｎ光の集合により構成される。

投映光学系１３は、鏡筒内に、投映レンズ、変倍や焦点調節を行うためのレンズ移動機構、絞り機構などを組み込んだものであり、ＤＭＤ１２によって生成された画像光をスクリーン１４上に結像する。

光源装置５は、光源部１，コンデンサレンズ４，カラーホイール１６，モータ６からなる。
光源部１は、光源２とリフレクタ３とからなる。光源２としては、例えば、キセノン管や水銀灯などの白色光源が使用される。リフレクタ３は、放物線状の反射面を持ち光源２から発せられた白色光を反射して略平行光とする。
カラーホイール１６は、光源部１から放射されコンデンサレンズ４によって集光された照明光束をＢ，Ｇ，Ｒの３色に時分割で分離する。カラーホイール１６は、略円板形状の基板に、Ｂ光のみを透過するＢフイルタ，Ｇ光のみを透過するＧフイルタ，Ｒ光のみを透過するＲフイルタの３色のフイルタを基板の回転中心からほぼ等距離に配置したものである。このカラーホイール１６がモータ６からの動力により駆動され回転することにより、各色のフイルタが選択的に光路内に順次挿入される。これにより、照明光がＢ，Ｇ，Ｒの３色に時分割で色分離され、分離された各色の光が順次ＤＭＤ１２に向けて照射される。

本発明における請求項１、２の実施形態の概略図を図２，図３に示す。
カラーホイール３２はその回転方向にＲＧＢ３種類のカラーフィルタ３１を２組ずつ中心角約６０°で扇状に略円板形状の基板に埋め込む形で配置されており、その中心には円筒状で底面を備えた形状のカラーホイール側ホルダー４０が中心を重ねて固着されている。カラーホイール側ホルダー４０には、薄い円柱状の２極マグネットであるカラーホイール側磁気カプラユニット３９と互いの中心位置を合わせてネジ等の手段で固着されている。カラーホイール３２は、保持台３４に対して回転するためのネジ等で固定されたカラーホイール側回転軸４４を有し、カラーホイール側回転軸４４は保持台３４の内部に設けられた保持台内軸受け４１に取り付けられて回転する構造となっている。また、カラーホイール側磁気カプラユニット３９にはその側面近傍に磁気センサー３３が設けられており、照射光の光路３５がカラーフィルタR，G，B３１のうちどれを貫通しているかを検出し、図示しないＤＭＤの制御ユニットに個々のマイクロミラーの制御情報として伝達される。

一方、モータ３６のモータ側回転軸４３には、カラーホール側ホルダー４０と同一の形状をしたモータ側ホルダー３７がネジ等の手段で固着されている。モータ側ホルダー３７には、カラーホール側磁気カプラユニット３９と同一の薄い円柱状で２極マグネットであるモータ側磁気カプラユニット３８がネジ等の手段により固定されており、モータ３６の回転によりモータ側磁気カプラユニット３８が回転する構造となる。
カラーホイール側磁気カプラユニット３９とモータ側磁気カプラユニット３８はその中心を同軸上に配置され、その軸とは直交して互いに対面しているカプラ面にＮ極とＳ極が回転方向に２極配列されて、カプラ面相互間に生じるマグネットの磁力によりモータ３６の回転を非接触でカラーホイール３２に伝達することが可能となり、カラーホイール３２の重量及び照射光の熱伝導によるモータ内軸受け４２の負荷が軽くなる。

本発明における請求項１，３の実施形態の概略図を図４，５に示す。
カラーホイール５２はその回転方向にＲＧＢ３種類のカラーフィルタ５１を２組ずつ中心角約６０°で扇状に略円板形状の基板に埋め込む形で配置されており、その中心には円筒状で底面を備えた形状のカラーホイール側ホルダー６０が中心を重ねて固着されている。カラーホイール側ホルダー６０には、薄い円柱状の１２極マグネットであるカラーホイール側磁気カプラユニット５９と互いの中心位置を合わせてネジ等の手段で固着されている。カラーホイール５２は、保持台５４に対して回転するためのネジ等で固定されたカラーホイール側回転軸６１を有し、カラーホイール側回転軸６１は保持台５４の内部に設けられた保持台内軸受け６４に取り付けられて回転する構造となっている。また、カラーホイール側磁気カプラユニット５９にはその側面近傍に磁気センサー５３が設けられており、照射光の光路５５がカラーフィルタR，G，B５１のうちどれを貫通しているかを検出し、図示しないＤＭＤの制御ユニットに個々のマイクロミラーの制御情報として伝達される。

一方、モータ５６のモータ側回転軸６３には、カラーホール側ホルダー６０と同一の形状をしたモータ側ホルダー５７がネジ等の手段で固着されている。モータ側ホルダー５７には、カラーホール側磁気カプラユニット５９と同一の薄い円柱状の１２極マグネットであるモータ側磁気カプラユニット５８がネジ等の手段により固定されている。
カラーホイール側磁気カプラユニット５９とモータ側磁気カプラユニット５８は互いの回転軸が間隔を開けて平行となるように配置され、相互に間隔を開けて対面し合うカプラ面を各々の磁気カプラユニットの外周面とすることで、前記カプラ面相互間に生じるマグネットの磁力によりモータ５６の回転を非接触でカラーホイール５２に伝達することが可能となり、カラーホイール５２の重量及び照射光の熱伝導によるモータ内軸受け６２の負荷が軽くなる。ここで、各々の磁気カプラユニットについて、互いに接触しないためには前記回転軸同士の間隔未満の等しい直径をもつ円盤であることが条件となる。

本発明における請求項４の実施形態の概略図を図６に示す。
前記と同様の構造を持つカラーホイール７０は、カラーホイール側ファン８０と中心を合わせる形でネジ等の手段で固定されている。カラーホイール７０は、保持台７４に対して回転できるようにネジ等の手段で固定されたカラーホイール側回転軸７２を有し、カラーホイール側回転軸７２は保持台７４の内部に設けられた保持台内軸受け７３に取り付けられて回転する構造となっている。これにより、カラーホイール側ファン８０の回転とともにカラーホイール７０が回転する構造になっている。

一方、モータ７６は、モータ側回転軸７８の先端にモータ側ファン７５の中心部がネジなどの手段により固定されており、モータ７６の回転とともにモータ側ファン７５が回転する構造となっている。なお、モータ側ファン７５は前記カラーホイール側ファン８０とともに円柱状の密閉容器であるカップリングユニット７１の内部に収納されお互いの中心を同軸上に向かい合わせて配置される。

カップリングユニット７１の内部に媒体Ａ７９として空気を充填した場合、モータ側ファン７５の回転により発生する風圧による作用でカラーホイール側ファン８０も同時に回転する。これにより、モータ７６の回転を非接触でカラーホイール７０に伝達することが可能となり、カラーホイール７０の重量及び照射光の熱伝導によるモータ内軸受け７７の負荷が軽くなる。

カップリングユニット７１の内部に媒体Ａ７９として作動油を充填した場合、モータ側ファン７５の回転により発生する油圧による作用でカラーホイール側ファン８０も同時に回転する。これにより、前記と同様にモータ内軸受け７７の負荷が軽くなる。

本発明における請求項５の実施例の概略図を図７に示す。
前記の媒体Ａ７９として空気を充填した場合において、カップリングユニット７１においてモータ側回転軸７８が貫通している壁面に吸引ダクト８１を設け、一方、カラーホイール側回転軸７２が貫通している壁面に排出ダクト８２を設け、カップリングユニット７１の内部と外気の出入りができるようにする。さらに、排出ダクト８２は、その管の先端をリフレクタ８３内にある光源８４に向ける形で配置する。これにより、モータ側ファン７５が回転することにより吸引ダクト８１より吸引された空気がカラーホイール側ファン８０の回転により排出ダクト８２より排出されて、光源８４に風を当てることで冷却を行い、照射光の熱伝導によるモータ内軸受け７７の負荷が軽くなる。

以下では図１に基づき上記構成による作用について説明する。
光源２より発せられた白色の照明光は、リフレクタ３、コンデンサレンズ４を経て集光されカラーホイール１６の各フィルタに順次照射する。モータ６はカラーホイール１６に動力を機械的な接続なしで伝達し、これを回転させる。

各フィルタ上に照射した白色の照明光は、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタを順に透過し、それぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光の原色光として各フィルタから出射し、ロッドインテグレーター７、２枚のリレーレンズ８，９、反射ミラー１０を経て全反射プリズム１１に入射しＤＭＤ１２により照射される。各原色光はＤＭＤ１２で画像情報を伴った光となり、投映光学系１３によりスクリーン１４上でカラー映像となる。

上記の実施形態では表示デバイスとしてＤＭＤを用いたが、この替わりに反射型液晶素子等を用いてもよい。また、上記実施形態では、カラーホイールをプロジェクタに用いたが、異なる色の光を印画紙に照射するプリンタ等に用いてもよい。

本発明における装置全体の概略図である。本発明における磁気カプラユニットを並列に配置した場合のカラーホイール装置の全体図である。本発明における磁気カプラユニットを並列に配置した場合のカラーホイール装置の構造図である。本発明における磁気カプラユニットを縦列に配置した場合のカラーホイール装置の全体図である。本発明における磁気カプラユニットを縦列に配置した場合のカラーホイール装置の構造図である。本発明におけるファンを用いた場合のカラーホイール装置の構造図である。本発明におけるファンを用いた場合のカラーホイール装置に光源の冷却用ダクトを追加した場合の構造図である。

符号の説明

１５投写型画像表示装置
１４スクリーン
１光源部
１１全反射プリズム
１１ａ反射面
１２ＤＭＤ
１３投写光学系
２光源
３リフレクタ
４コンデンサレンズ
５光源装置
１６カラーホイール
７ロッドインテグレーター
８，９リレーレンズ
６モータ
１０反射ミラー
３２、５２カラーホイール
３１、５１カラーフィルタ
３９、５９カラーホイール側磁気カプラユニット
４０、６０カラーホイール側ホルダー
３３、５３磁気センサー
３５、５５光路
３６、５６モータ
３８、５８モータ側磁気カプラユニット
３７、５７モータ側ホルダー
３４、５４保持台
４４，６１カラーホイール側回転軸
４３、６３モータ側回転軸
４１，６４保持台内軸受け
４２，６２モータ内軸受け
７０カラーホイール
７５モータ側ファン
８０カラーホイール側ファン
７６モータ
７８モータ側回転軸
７２カラーホイール側回転軸
７１カップリングユニット
７４保持台
７３保持台内軸受け
７７モータ内軸受け
７９媒体Ａ
８１吸引ダクト
８２排出ダクト
８３リフレクタ
８４光源

Claims

透過色光が互いに異なる複数種類のカラーフィルタを回転方向に配列したフィルタ円盤とモータを備え、モータの駆動により光源からの白色光の光路内を横切るように前記フィルタ円盤を回転して色順次式にカラー照明光を生成するカラーホイール装置において、
前記モータの回転軸及びフィルタ円盤のそれぞれに、各々の回転中心に関して回転対称に、かつ相互に間隙を開けて対面し合うカプラ面でN極とS極とが回転方向に交互に配列された磁気カプラユニットをそれぞれ固着し、前記カプラ面相互間に生じる磁力によりモータの回転を非接触でフィルタ円盤に伝達することを特徴とするカラーホイール装置。
前記モータの回転軸とフィルタ円盤の回転中心とが同軸上に配置され、前記カプラ面がモータの回転軸と直行して互いに対面し合うことを特徴とするカラーホイール装置。
前記モータの回転軸とフィルタ円盤の回転中心とが間隔を開けて互いに平行となるように配置されるとともに、各々の磁気カプラユニットが前記間隔未満の等しい直径をもつ円盤で構成され、前記カプラ面が各々の磁気カプラユニットの外周面となることを特徴とするカラーホイール装置。
透過色光が互いに異なる複数種類のカラーフィルタを回転方向に配列したフィルタ円盤とモータを備え、モータの駆動により光源からの白色光の光路内を横切るように前記フィルタ円盤を回転して色順次式にカラー照明光を生成するカラーホイール装置において、
前記モータの駆動軸とフィルタ円盤の回転中心とを同軸上に配置するとともに、モータの駆動軸とフィルタ円盤のそれぞれに同軸に回転するように固着され、互いに対面し合う第一及び第二のファンと、これらのファンを共通に覆うケースとを設け、第一のファンの回転が前記ケース内の流体を介して第二のファンに伝達されるようにしたことを特徴とするカラーホイール装置。
前記流体が空気であり、前記ケースには、第一のファンが回転したときにケース外から空気を取り入れる吸気孔と、第二のファンが回転したときにケース外に空気を排出する排気孔とが設けられ、前記排出孔から排出された空気を前記光源に吹きつけて冷却に用いるようにしたことを特徴とする請求項４記載のカラーホイール装置。