JP2007178766A

JP2007178766A - プロジェクタ

Info

Publication number: JP2007178766A
Application number: JP2005377867A
Authority: JP
Inventors: Susumu Takahashi; 進高橋
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】出射絞りと点光源とを十分に近接させて、収差の低減、集光レンズの小径化を図り、全体として小型化を図りつつ、明るい投影映像を得る。
【解決手段】励起光Ｌを伝播する光ファイバ４の端面４ｂに配置され、励起光Ｌにより励起されて蛍光Ｌ_１を発光する蛍光発光体９を備える点光源２０と、該点光源２０から発せられた蛍光Ｌ_１を集光する集光光学系１０と、該集光光学系１０により集光された蛍光Ｌ_１を反射して映像信号を重畳する反射型表示素子１１と、該反射型表示素子１１により映像信号を重畳された蛍光Ｌ_２を絞る出射絞り１２とを備え、該出射絞り１２および点光源２０が、集光光学系１０の前側焦点面近傍に並んで配置されているプロジェクタ１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタに関するものである。

従来、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のような反射型表示素子と集光レンズとを光軸方向に並べて配列し、集光レンズの前側焦点位置に開口絞りと照明光絞りとを光軸に直交する方向に並べて配列したプロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、照明光絞りを配置せず、光源から発せられた照明光を光学系により集光することにより、集光レンズの焦点面にランプ光源像を結像させて点光源を構成したプロジェクタも開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平８−２５１５２０号公報特開平８−２０１７５５号公報

これらのプロジェクタは、基本的に、ランプ光源を楕円鏡および光学系によって集光することにより構成した点光源、あるいは、楕円鏡の焦点位置に配置された照明光絞りにより構成した点光源からの照明光をミラーによって集光レンズに入射させるよう偏向するものである。このため、照明光の光路上に配置されるミラーは、焦点面上に並んで配置されている開口絞りから出射される光を遮らない大きさおよび位置に設定する必要がある。

しかしながら、現実的には、比較的大きなミラーを配置する必要があり、照明光絞りと開口絞りとの間隔あるいは、ランプ光源像と開口絞りとの間隔をある程度大きく確保しなければならないという不都合がある。
すなわち、これらの間隔を大きくすると、集光レンズに対して入射および出射する照明光の光軸の偏心量が大きくなるために、収差が大きくなるという問題がある。また、間隔をあけた光軸に沿って集光レンズに対して入射および出射される照明光をできるだけ多く回収するために、集光レンズの径を大きくしなければならないという不都合もある。

また、ランプ光源を用いて高輝度の点光源を得ようとする場合、ランプ光源が大型化するとともに、該ランプ光源の発熱を抑えるための冷却ファン等の付帯機器も大型化し、プロジェクタ全体が大型化する不都合もある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、出射絞りと点光源とを十分に近接させて、収差の低減、集光レンズの小径化を図り、全体として小型化を図りつつ、明るい投影映像を得ることができるプロジェクタを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、励起光を伝播する光ファイバの端面に配置され、前記励起光により励起されて蛍光を発光する蛍光発光体を備える点光源と、該点光源から発せられた蛍光を集光する集光光学系と、該集光光学系により集光された蛍光を反射して映像信号を重畳する反射型表示素子と、該反射型表示素子により映像信号を重畳された蛍光を絞る出射絞りとを備え、該出射絞りおよび前記点光源が、前記集光光学系の前側焦点面近傍に並んで配置されているプロジェクタを提供する。

本発明によれば、光ファイバを介して伝播されてきた励起光を光ファイバの端面から出射させると、光ファイバの端面に配置された蛍光発光体が励起されて蛍光が発光される。点光源は集光光学系の前側焦点面近傍にに配置されているので、蛍光は集光光学系を通過させられることにより略平行光となって反射型表示素子に入射される。反射型表示素子においては、点光源からの蛍光が反射される際に、該蛍光に映像信号が重畳される。そして、映像信号が重畳された略平行光の蛍光は、再度集光光学系を通過させられることにより集光され、焦点面近傍に配置されている出射絞りを通過させられた後に、外部に投影されることになる。

この場合において、本発明によれば、光ファイバは、数μｍ〜数１０μｍ程度の極めて細い外径寸法を有し、かつ、蛍光発光体は極めて高い強度の蛍光を発生するので、外径寸法が小さく高輝度の点光源が構成される。これにより、大きな光源で発生させた照明光を集光レンズに入射させるためのミラーのような比較的大きな部品を光路上に配置する必要がなく、光ファイバの端面を集光レンズの焦点面に直接配置しても、出射絞りから出射される光が遮られない。

したがって、集光光学系の前側焦点面近傍に配置されている出射絞りと点光源とを相互に限りなく近接させることができる。その結果、集光光学系の光軸に対して、点光源からの蛍光の入射光軸および出射絞りへの蛍光の出射光軸の偏心量を十分に小さく低減することができ、集光光学系の小径化および収差の低減を図ることができる。

上記発明においては、前記蛍光発光体が、白色蛍光を発光することとしてもよく、前記蛍光発光体が、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色以上の蛍光を発光することとしてもよい。４色以上の蛍光を発光させることとすれば、色の再現性をより向上することができる。

また、上記発明においては、前記反射型表示素子が、ディジタルマイクロミラーデバイスまたは反射型液晶表示素子であることが好ましい。このようにすることで、反射型表示素子により光路が折り返されるので、プロジェクタヘッドの全長を低減することができる。また、ディジタルマイクロミラーデバイスにより、高速に変化する映像信号を照明光に重畳することができる。

本発明によれば、出射絞りと点光源とを十分に近接させて、収差の低減、集光レンズの小径化を図り、全体として小型化を図りつつ、明るい投影映像を得ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタについて、図１および図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るプロジェクタ１は、図２に示されるように、光源装置２と、プロジェクタヘッド３と、これら光源装置２およびプロジェクタヘッド３を接続する柔軟な光ファイバ４とを備えている。

光源装置２は、レーザ光源５と、該レーザ光源５から発せられるレーザ光（励起光）Ｌを集光するカップリングレンズ６とを備えている。レーザ光源５は作動により発熱するので、光源装置２には、例えば、空気流Ｇによる強制冷却を行うための冷却ファン７が設けられている。また、光源装置２側には後述するプロジェクタヘッド３のディジタルマイクロミラーデバイス１１を制御する制御装置８が備えられている。

前記光ファイバ４は、例えばマルチモードファイバであって、前記カップリングレンズ６によるレーザ光Ｌの集光位置に一端４面ａが配置され、他端面４ｂが、前記プロジェクタヘッド３に配置されている。
プロジェクタヘッド３内に配置される光ファイバ４の端面４ｂには、レーザ光Ｌにより励起されて白色光Ｌ_１を発光する蛍光発光体９が配置されている。これにより、光ファイバ４の端面４ｂの位置に、白色光Ｌ_１を発光する極めて小径の点光源２０が構成されるようになっている。

また、プロジェクタヘッド３内には、点光源２０から発せられた白色光Ｌ_１を集光する集光レンズ（集光光学系）１０と、該集光レンズ１０により略平行光に変換された白色光Ｌ_１を反射するディジタルマイクロミラーデバイス１１と、前記点光源２０と並んで配置された出射絞り１２とが備えられている。点光源２０および出射絞り１２は、集光レンズ１０の前側焦点面に並んで配置されている。

ディジタルマイクロミラーデバイス１１は、配線１３により制御装置８に接続されており、制御装置８から送られてくる映像信号に応じてオンオフされる複数のマイクロミラー（図示略）を備えている。各マイクロミラーは、オン状態とオフ状態とで白色光Ｌ_１の反射方向を異ならせるように傾斜角度を切り替えられることにより、反射する白色光Ｌ_２に映像信号を重畳させることができるようになっている。

このように構成された本実施形態に係るプロジェクタ１の作用について説明する。
本実施形態に係るプロジェクタ１によれば、光源装置２のレーザ光源５から発せられたレーザ光Ｌが、光ファイバ４を介してプロジェクタヘッド３に伝播される。プロジェクタヘッド３においては、光ファイバ４の端面４ｂから出射される際にレーザ光Ｌによって蛍光発光体９が励起され、白色光Ｌ_１が発せられる。光ファイバ４の端面４ｂに配置された蛍光発光体８により構成される点光源２０は、集光レンズ１０の前側焦点面に配置されているので、点光源２０から出射された白色光Ｌ_１は、集光レンズ１０を透過することによって略平行光に変換されて、ディジタルマイクロミラーデバイス１１に入射される。

ディジタルマイクロミラーデバイス１１は、制御装置８から送られてくる映像信号に応じたパターンで各マイクロミラーをオンオフさせているので、該ディジタルマイクロミラーデバイス１１において反射される白色光Ｌ_２には、マイクロミラーのパターンに応じた映像信号が重畳されて略平行光のままで反射され、再度、集光レンズ１０を通過させられる。
集光レンズ１０を通過した映像信号が重畳された白色光Ｌ_２は、集光レンズ１０によって集光され、集光レンズ１０の前側焦点面に配置されている出射絞り１２を通過させられる。これにより、プロジェクタヘッド３の外部に配置されている任意の投影面に、ディジタルマイクロミラーデバイス１１により表示された映像が投影されることになる。

本実施形態に係るプロジェクタ１によれば、光ファイバ４とその端面４ｂに配置される蛍光発光体９とにより極めて微小で、かつ、高輝度の点光源２０を構成しているので、該点光源２０を集光レンズ１０の光軸に直交する方向に出射絞り１２に近接させても、出射絞り１２から出射される白色光Ｌ_２が点光源２０によって遮られないようにすることができる。その結果、点光源２０と出射絞り１２とを近接させて配置することが可能となり、集光レンズ１０に対する白色光Ｌ_１，Ｌ_２の入射および出射光軸の偏心量を低減することができる。したがって、偏心が大きくなることにより生ずる収差の発生を抑制し、歪みのない映像を投影することができるという利点がある。

また、点光源３０と出射絞り１２とを近接させて配置することで、集光レンズ１０の径を小径化することができる。その結果、プロジェクタヘッド３を細く構成することができる。したがって、自動車等の狭い室内においても、プロジェクタヘッド３を邪魔にならないように配置することができる。
さらに、本実施形態によれば、ディジタルマイクロミラーデバイス１１により白色光Ｌ_１，Ｌ_２の光路を折り返しているので、集光レンズ１０を共用でき、光学部品の部品点数を削減してコストを低減できるとともに、プロジェクタヘッド３の光軸方向の長さ寸法を短縮することもできる。

また、視聴環境に配置されるプロジェクタヘッド３を光源装置２から切り離し、光ファイバ４および配線１３により接続することとしたので、発熱源および騒音源となる光源装置２を視聴環境の外部に配置することが可能となる。その結果、光源装置２による視聴環境におけるＳ／Ｎ比の低下や温度上昇を防止することができる。特に、車載式のプロジェクタ１として使用する場合に、騒音源および発熱源となる光源装置２を室外のトランクルーム等に配置することが可能となり、狭く閉じた室内における視聴環境の向上を図ることができる。

また、柔軟な光ファイバ４および配線１３により光源装置２とプロジェクタヘッド３とを接続することにより、プロジェクタヘッド３の取り回しを容易にし、取り付けの自由度を向上することができる。また、視聴者が、投影面に合わせて、プロジェクタヘッド３の位置および姿勢を自由に調節することができるという利点もある。

なお、本実施形態に係るプロジェクタ１においては、反射型表示装置としてディジタルマイクロミラーデバイス１１を例示したが、これに代えて、反射型液晶表示装置を採用することとしてもよい。点光源２０と出射絞り１２とを近接させることができるため、画素表面の傾斜角度が変化しない反射型液晶表示装置によっても、上記と同等の構成を採用することができる。

また、蛍光発光体９として、白色光Ｌ_１を発光するものを例示したが、ＲＧＢ３色の可視光に変換するものを採用し、これらの蛍光発光体９に対し、それぞれレーザ光Ｌを供給する３個のレーザ光源５および３本のシングルモードファイバまたはマルチモードファイバ４を用意することにしてもよい。これにより、ディジタルマイクロミラーデバイス１１の全てのマイクロミラーをＲＧＢ３色のそれぞれに対して用いることが可能となり、高精細の映像信号を蛍光に重畳することができる。なお、この場合には、レーザ光源５の切替と制御装置８によるディジタルマイクロミラーデバイス１１に表示する映像の切替とを同期させて行う必要がある。また、ＲＧＢ３色に加えて他の色を発光させることとしてもよく、このようにすることで色再現性の向上を図ることができる。

また、図４に示すように、集光レンズ１０に代えて、入射面１５ａと反射面１５ｂに結像作用を有するプリズム１５を採用してもよい。このようにすることで、光路を折り畳むことができるので、さらにコンパクト化を図ることができる。図４においては、点光源２０と出射絞り１２とは紙面に直交する方向にずれた位置に配置されている。
また、上記入射面１５ａおよび反射面１５ｂの結像作用を大きくすることにより、前側焦点面をプリズム１５に近接させることが可能となり、よりコンパクトな構成のプロジェクタヘッド３を構成することができる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタのプロジェクタヘッドを模式的を示す図である。図１のプロジェクタヘッドを有するプロジェクタを模式的に示す全体構成図である。図１のプロジェクタヘッドの変形例を模式的に示す図である。

符号の説明

Ｌレーザ光（励起光）
Ｌ_１，Ｌ_２白色光（蛍光）
１プロジェクタ
４光ファイバ
４ｂ端面
９蛍光発光体
１０集光レンズ（集光光学系）
１１ディジタルマイクロミラーデバイス（反射型表示素子）
１２出射絞り
２０点光源

Claims

励起光を伝播する光ファイバの端面に配置され、前記励起光により励起されて蛍光を発光する蛍光発光体を備える点光源と、
該点光源から発せられた蛍光を集光する集光光学系と、
該集光光学系により集光された蛍光を反射して映像信号を重畳する反射型表示素子と、
該反射型表示素子により映像信号を重畳された蛍光を絞る出射絞りとを備え、
該出射絞りおよび前記点光源が、前記集光光学系の前側焦点面近傍に並んで配置されているプロジェクタ。
前記蛍光発光体が、白色蛍光を発光する請求項１に記載のプロジェクタ。
前記蛍光発光体が、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色以上の蛍光を発光する請求項１に記載のプロジェクタ。
前記反射型表示素子が、ディジタルマイクロミラーデバイスである請求項１から請求項３のいずれかに記載のプロジェクタ。
前記反射型表示素子が、反射型液晶表示素子である請求項１から請求項３のいずれかに記載のプロジェクタ。