JP2008145580A - Optical system for projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源より入射された光の色を少なくともR(赤)、G(緑)、B(青)の波長を有する光に分離するカラーホイールを備えた投影装置用光学系に関する。 The present invention relates to an optical system for a projection apparatus including a color wheel that separates the color of light incident from a light source into light having wavelengths of at least R (red), G (green), and B (blue).
例えば投射型プロジェクタに代表される投影装置は、映画館における上映用、会議等におけるプレゼンテーション用として広く普及されている。近年では、各家庭内において大画面でのシネマ鑑賞を楽しみたいという要望や、少人数で行われる小ミーティングにおいてプロジェクタを活用したい等の要請があることから、投射型プロジェクタの小型化が消費者から強く要求されている。 For example, projection apparatuses represented by projection type projectors are widely used for screening in movie theaters and for presentations in conferences. In recent years, there has been a demand for enjoying cinema viewing on a large screen in each home, and there is a demand for utilizing a projector in a small meeting with a small number of people. There is a strong demand.
デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を用いたデジタルライトプロセッサ(DLP:DLPはテキサスインスツルメンツ社の登録商標)方式を採用すれば、照明光学系をシンプルに構成することができるので、プロジェクタを小型化することができる。そのため、近年ではDLP方式を採用したプロジェクタが増加してきている。DMD素子を使用するDLP方式を採用したプロジェクタは、カラーホイールによって順次にカラーフィルターを高速回転することにより、デジタル的な画像表現が可能となる。 If a digital light processor (DLP: DLP is a registered trademark of Texas Instruments Inc.) system using a digital micromirror device (DMD) is adopted, the illumination optical system can be configured simply, so that the projector can be miniaturized. Can do. Therefore, in recent years, projectors adopting the DLP method are increasing. A projector adopting the DLP method using a DMD element can digitally express images by sequentially rotating the color filter at a high speed by a color wheel.
図7は、カラーホイールを備えた従来の投影装置を概略的に示す図である。図8は、図7に示されるカラーホイールの正面図である。 FIG. 7 is a diagram schematically showing a conventional projection apparatus provided with a color wheel. FIG. 8 is a front view of the color wheel shown in FIG.
図7に示されるように、従来の投影装置100には、放電ランプ11と、放電ランプ11からの放射光L1を集光光L2として出射する楕円面反射鏡12とよりなる光源1と、光源1より入射された光をR、G、Bの波長を有する透過光L3に分離するカラーホイール3と、カラーホイールを透過した各色の透過光L3が入射される光入射面41を備えたライトガイド4と、よりなる投影装置用光学系60が搭載されている。
As shown in FIG. 7, the
従来の投影装置100においては、光源1の放電ランプ11から放射された光L1が、楕円面反射鏡12で反射して集光光L2となり、防爆ガラス2を透過した集光光L2が回転するカラーホイール3におけるカラーフィルタR,G,Bを透過して、赤、緑、青の各色の透過光L3が所定の時間間隔を置いて順番に出射され、ライトガイド4の光入射面41上に集光する。ライトガイド4の内部に入射した光は、ライトガイド4内部の側壁43で反射を繰り返して断面照度分布を均一化させ、光出射面42から出射される。ライトガイド4を透過した光L4は、リレーレンズ5(51,52,53)で屈折し、リレーミラー6で反射することによって反射型映像素子7を照明する。反射型映像素子7は、投射型画像表示装置の入力映像信号に応じて光を変調又はスイッチングして映像光L5を反射する。映像光L5は、投写レンズ8を通じて不図示のスクリーンに投影され、拡大された像をスクリーン上に映し出す。
In the
従来の投影装置100においては、カラーホイール3の回転により、反射型映像素子7にはR、G、Bの各色に分離された光が順次に照明される。カラーホイールの色に同期して、反射型映像素子7にはその色に対応する映像信号が入力される。このようにして、スクリーン上にはR、G、Bの各色の映像が順次に映し出される。色の変調周期が十分に早ければ、観測者にはフルカラーの映像として認識される。
しかしながら、上記したような従来の投影装置100によれば、スクリーン上に映し出される映像にチラツキを生じる、所謂フリッカー現象が発生することが判明した。このようなフリッカー現象は、光源1である放電ランプ11が寿命末期を迎えたときに通常は生じるものであって、電極間に形成される放電アークが不安定になることに起因して発生するものである。而して、従来の投影装置100においては、光源1である放電ランプ11の積算点灯時間が比較的短いにも係らず、上記したフリッカー現象が発生するという問題があった。
However, according to the
上記したように、光源1の放電ランプ11の積算点灯時間が比較的短いにも係らずフリッカー現象が生じる原因については、定かではないが、以下のように考えられる。
As described above, although the cumulative lighting time of the
図9は、従来の投影装置に搭載された投影装置用光学系について、構成を概略的に示すと共に、カラーホイールによって反射された光が進む光路を概念的に示す。図9(b)は図9(a)の要部を拡大して示す。図9において、実線は楕円面反射鏡により出射された集光光L2を示し、破線はカラーホイールからの反射光L6を示す。図10は、従来の投影装置用光学系の光源に使用されている放電ランプからの放射光L1の分光強度と波長との関係を示すと共に、カラーフィルターにおける透過率と波長との関係について示す。図10において、縦軸左側は透過率(単位:パーセント(%))、縦軸右側は分光強度の相対値、横軸は波長(単位:ナノメートル(nm))、破線は放電ランプからの放射光L1の分光強度と波長との関係、実線はカラーフィルターにおける光透過率と波長との関係を示す。 FIG. 9 schematically shows a configuration of a projection apparatus optical system mounted on a conventional projection apparatus and conceptually shows an optical path along which light reflected by a color wheel travels. FIG. 9B is an enlarged view of the main part of FIG. In FIG. 9, the solid line indicates the condensed light L2 emitted by the ellipsoidal reflecting mirror, and the broken line indicates the reflected light L6 from the color wheel. FIG. 10 shows the relationship between the spectral intensity and the wavelength of the radiated light L1 from the discharge lamp used in the light source of the conventional optical system for the projection apparatus, and the relationship between the transmittance and the wavelength in the color filter. In FIG. 10, the left side of the vertical axis represents transmittance (unit: percent (%)), the right side of the vertical axis represents the relative value of spectral intensity, the horizontal axis represents wavelength (unit: nanometer (nm)), and the broken line represents radiation from the discharge lamp. The relationship between the spectral intensity of the light L1 and the wavelength, and the solid line indicate the relationship between the light transmittance and the wavelength in the color filter.
図9(a)に示されるように、従来の投影装置用光学系60の光源1は、放電ランプ11と、放電ランプ11の周囲を取囲んで配置され、放電ランプ11から放射された光を集光する楕円面反射鏡12とよりなる。図9(b)に示されるように、放電ランプ11は、発光管111の内部に一対の電極112が対向して配置されると共に、発光物質としての水銀が0.15mg/mm3以上封入され、図10に示されるように、370nm〜600nmの可視波長域における放射強度が大きいものである。図9(b)に示されるように、一対の電極112は、軸部112Aと、軸部112Aの先端に連続して軸部112Aよりも大径となるよう形成された電極本体部112Bとを各々備えている。各々の電極本体部112Bの先端には、対向する他の電極本体部112Bに向けて伸びる突起部112Cが形成されている。各々の電極本体部112Bに形成された突起部112Cは、各々の電極本体部112B間で良好に放電アークを形成するために必須の構成である。
As shown in FIG. 9A, the
図9(a)に示されるように、従来の投影装置に搭載された投影装置用光学系60においては、楕円面反射鏡12により集光された集光光L2がカラーホイール3に入射され、カラーフィルタによってR、G、Bの各色が透過光としてライトガイド4の光入射面41に入射される。そして、図10に示されるように、青色光を分離するカラーフィルタBは、波長400〜500nmの光は透過するが他の波長域の光は透過させず、緑色光を分離するカラーフィルタGは、波長500〜600nmの光は透過するが他の波長域の光は透過させず、赤色光を分離するカラーフィルタRは、波長600nm以上の光は透過するが他の波長域の光は透過させないものである。
As shown in FIG. 9A, in the projection apparatus
従って、例えば放電ランプから放射された500nm以上の波長域の光は、青色光を分離するカラーフィルタBによって一部が反射されることにより、反射光L6が図9に示されるような光路を経由して光源1(放電ランプ11)に照射されることになる。そして、図9(b)に示されるように、放電ランプ11の電極112において、電極本体部112Bの先端側に形成された突起部112Cに上記の反射光L6が照射されることにより、突起部112Cが高温状態になって溶融変形することになる。上記したように、対向する各々の電極本体部112B間で良好に放電アークを形成するためには、電極本体部112Bの突起部112Cが必須の構成である。従って、突起部112Cが溶融変形した場合には、各々の電極本体部112B間で形成される放電アークが不安定となって、上記したフリッカー現象が引き起こされるものと考えられる。
Therefore, for example, a part of the light having a wavelength range of 500 nm or more emitted from the discharge lamp is reflected by the color filter B that separates the blue light, so that the reflected light L6 passes through the optical path as shown in FIG. Then, the light source 1 (discharge lamp 11) is irradiated. Then, as shown in FIG. 9B, in the
以上から、本発明は、投影装置用光学系に搭載された放電ランプの積算点灯時間が比較的短いにも係らず、アークが不安定になることに起因して投影装置においてフリッカー現象が発生することを防止することにより、高画質の映像を提供することが可能な投影装置用光学系を提供することを目的とする。 As described above, according to the present invention, the flicker phenomenon occurs in the projection apparatus due to the arc becoming unstable although the integrated lighting time of the discharge lamp mounted in the optical system for the projection apparatus is relatively short. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optical system for a projection apparatus that can provide a high-quality image by preventing this.
上記したような課題を解決するため、本発明の投影装置用光学系は、発光管内に配置された一対の電極の各々が、電極本体部と電極本体部の先端側に設けられた突起部とを備える放電ランプと、放電ランプから放射された光を反射する反射鏡とよりなる光源と、入射された光の色を少なくともR(赤)、G(緑)、B(青)の波長を有する光にそれぞれ分離するカラーホイールと、を備えた投影装置用光学系であって、
その光軸を含む平面で切断した断面において、電極間の中心位置を(A)とし、電極間の中心位置(A)から光軸に直交する方向に引いた直線と反射鏡とが交わる交点を(B)とし、反射鏡の第1焦点を(C)とし、反射鏡の第2焦点を(D)とし、光軸とカラーホイールのカラーフィルタとが交わる交点を(E)とすると共に、前記(A)および前記(B)を結ぶ直線(AB)と前記(B)および前記(C)を結ぶ直線(BC)との2直線でなす角ABCをθ1とし、前記(B)および前記(D)を結ぶ直線(BD)と前記(B)および前記(E)を結ぶ直線(BE)との2直線でなす角DBEをθ3としたとき、
前記光源およびカラーホイールは、0.30≦θ3/θ1≦1.31の関係を満たすような位置関係を有して配置されていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, an optical system for a projection apparatus according to the present invention includes a pair of electrodes arranged in an arc tube, each of an electrode main body and a protrusion provided on the distal end side of the electrode main body. A light source comprising a discharge lamp comprising: a reflector that reflects light emitted from the discharge lamp; and a color of incident light having wavelengths of at least R (red), G (green), and B (blue) An optical system for a projection apparatus, each having a color wheel that separates light;
In the cross-section cut along the plane including the optical axis, the center position between the electrodes is (A), and the intersection point where the straight line drawn from the center position (A) between the electrodes in the direction perpendicular to the optical axis and the reflecting mirror intersect. (B), the first focal point of the reflecting mirror is (C), the second focal point of the reflecting mirror is (D), the intersection point of the optical axis and the color filter of the color wheel is (E), and An angle ABC formed by two straight lines connecting a straight line (AB) connecting (A) and (B) and a straight line (BC) connecting (B) and (C) is θ1, and (B) and (D ) And a straight line (BD) connecting the straight line (BE) connecting (B) and (E), and an angle DBE formed by two straight lines (BE) is θ3,
The light source and the color wheel are arranged to have a positional relationship that satisfies a relationship of 0.30 ≦ θ3 / θ1 ≦ 1.31.
さらに、前記投影装置用光学系は、前記θ1と前記θ3とが等しいことを特徴とする。 Furthermore, the optical system for the projection apparatus is characterized in that the θ1 and the θ3 are equal.
本発明の投影装置用光学系によれば、上記のような構成を備えていることから、一対の電極の各々に照射される前記反射光線の光束量が概ね均等になるため、放電ランプにおいて、積算点灯時間が比較的短いにも係らず各々の突起部が溶融変形することが抑制され、放電ランプの積算点灯時間が比較的長くなっても、突起部が所期の形状を維持し続けることにより放電アークが安定する。従って、本発明の投影装置用光学系を搭載した投影装置においては、フリッカー現象が生じる問題を解消することができる。 According to the optical system for a projection device of the present invention, since the configuration as described above is provided, the amount of the reflected light beam applied to each of the pair of electrodes is approximately equal. Even though the integrated lighting time is relatively short, it is possible to prevent each projection from melting and deforming, and even if the cumulative lighting time of the discharge lamp is relatively long, the projection continues to maintain the desired shape. This stabilizes the discharge arc. Therefore, in the projection apparatus equipped with the optical system for the projection apparatus of the present invention, the problem that the flicker phenomenon occurs can be solved.
図1は、本発明の投影装置用光学系の構成を概略的に示す図である。図7に示される構成と同一の構成については図示を省略している。図2は、図1に示される投影装置に搭載された光源のうち、放電ランプの電極の構成を概略的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an optical system for a projection apparatus according to the present invention. Illustration of the same configuration as that shown in FIG. 7 is omitted. FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the electrodes of the discharge lamp among the light sources mounted on the projection apparatus shown in FIG.
図1に示されるように、本発明に係る投影装置用光学系10は、集光光L2を出射する光源1と、光源1からの集光光L2が進む方向に配置された防爆部材2と、防爆部材2を透過した光が入射されて、赤、緑、青の3色の何れかを順次に透過させるカラーホイール3と、カラーホイール3を透過した各色の透過光L3が入射される光入射面41を備えたライトガイド4と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
光源1は、放射光L1を出射する放電ランプ11と、放電ランプ11から放射された放射光L1を集光光L2として出射する楕円面反射鏡12とを備えている。放電ランプ11は、石英ガラスなどよりなる発光管111を備え、発光管111の内部空間において、タングステンよりなる一対の電極112が対向して配置されている。図2に示されるように、各々の電極112は、円柱状の軸部112Aと、軸部112Aの先端側に連続して軸部112Aの外径よりも大きい外径を有するよう形成された円柱状の電極本体部112Bとを備えている。各々の電極本体部112Bの先端部には、電極本体部112Bの外径よりも小さい外径を有し、他の電極本体部112Bに向けて伸びる突起部112Cが各々形成されている。さらに、各々の電極本体部112Bの後端寄りの外周には、タングステン素線を巻き回すことにより、コイル部112Dが形成されている。
The
楕円面反射鏡12は、石英ガラスよりなり、前方側開口121および後方側開口122が形成されて全体として椀形状を有しており、光軸Xを中心とした回転楕円面形状の光反射面を備えている。光反射面123には、放電ランプから放射される可視光を反射するよう、例えばチタニア(TiO2)とシリカ(SiO2)の層を多層に積層されてなる誘電体多層膜が形成されている。楕円面反射鏡12の後方側開口122を有する首部124には、耐熱衝撃に優れると共に電気的絶縁性を有するセラミックよりなるベース部材13が取付けられており、放電ランプ11の一方の封止部113に取付けられた金属製の口金14が、ベース部材13より楕円面反射鏡12の外部に突出している。楕円面反射鏡12の材質は、石英ガラスに限らず、他のガラス材料を用いることもできるし、アルミニウム等の金属を用いることもできる。
The
防爆部材2は、放電ランプ11が点灯時に万が一破裂した場合において、発光管111又は楕円面反射鏡12の破片が光源の光出射方向に位置する他の光学部材に向けて飛散することを防止するためのものであり、例えば石英ガラスよりなる板状構造である。防爆部材2は、光源から出射された集光光L2を放電ランプに向けて反射することを回避するため、光軸Xに直交する直線に対して傾斜するように配置されている。
The explosion-proof member 2 prevents the fragments of the
カラーホイール3は、上記の図8に示したように、赤色光を透過するカラーフィルタR、緑色光を透過するカラーフィルタG、青色光を透過するカラーフィルタBが周方向に順次に並ぶよう配置されている。カラーホイール3は、後述するように、楕円面反射鏡12の第2焦点位置Dよりも光源1寄りに配置されている。カラーホイール3を所定の回転駆動手段により高速で回転させると、カラーフィルタの回転に同期して透過光L3の色が赤色、緑色、青色に順次に切り替り、ライトガイド4の光入射面41に対して赤色、緑色、青色の各色の光が送り込まれる。
As shown in FIG. 8, the color wheel 3 is arranged so that the color filter R that transmits red light, the color filter G that transmits green light, and the color filter B that transmits blue light are sequentially arranged in the circumferential direction. Has been. As will be described later, the color wheel 3 is disposed closer to the
ライトガイド4は、カラーホイール3を透過した各色の透過光L3が入射する光入射面41となる開口と、断面照度分布が均一化された光を出射する光出射面42となる開口を備えた四角筒状構造であり、光入射面41となる開口が楕円面反射鏡の第2焦点位置に配置されている。カラーホイールを透過した各色の透過光L3は、ライトガイド4の光入射面41から入射され、ライトガイド4の側壁43の内面で反射を繰り返し、断面照度分布が均一された光束L4として光出射面42から出射される。
The light guide 4 includes an opening serving as a
図3は、本発明の投影装置用光学系における光源とカラーホイールとの位置関係を概念的に示し、投影装置用光学系10を大地に対して直交すると共に光軸Xを含む平面によって切断した断面を示す。なお、図3においては、放電ランプおよびライトガイドについては図示を省略している。
FIG. 3 conceptually shows the positional relationship between the light source and the color wheel in the optical system for a projector according to the present invention, and the optical system for a
本発明の投影装置用光学系10は、放電ランプ11の電極間の中心位置Aが楕円面反射鏡12の第1焦点位置Cよりもカラーホイール3寄りに配置され、カラーホイール3が楕円面反射鏡12の第2焦点位置Dよりも光源1寄りに配置されている。カラーホイール3が楕円面反射鏡12の第2焦点位置Dよりも光源1寄りに配置されるのは、ライトガイド4の光入射面41を小さくするため楕円面反射鏡12の第2焦点位置Dにライトガイド4の光入射面41を配置することが好ましいからである。尚、カラーホイール3を楕円面反射鏡12の第2焦点位置よりもライトガイド4側に配置しても良い。
In the
図3の断面に示されるように、本発明の投影装置用光学系10は、放電ランプ11の電極間の中心位置をAとし、電極間の中心位置Aから光軸Xに直交する方向に引いた直線と楕円面反射鏡12とが交わる交点をBとし、楕円面反射鏡12の第1焦点位置をCとし、さらに、楕円面反射鏡の第2焦点位置をDとし、光軸Xとカラーホイール3のカラーフィルタとが交わる交点をEとしたとき、AおよびBを結ぶ直線とBおよびCを結ぶ直線との2直線でなす角ABC(θ1)が、BおよびDを結ぶ直線とBおよびEを結ぶ直線との2直線でなす角DBE(θ3)に概ね等しくなるよう、放電ランプ11、楕円面反射鏡12、カラーホイール3が配置されている。
As shown in the cross section of FIG. 3, the
ここで、上記放電ランプの電極間の中心位置Aは、以下のように決定される。図2に示されるように、対向する一対の電極112の各々が備える突起部112Cの各々を結ぶ最短直線Kを引き、その最短直線Kの中点を電極間の中心位置Aとする。
Here, the center position A between the electrodes of the discharge lamp is determined as follows. As shown in FIG. 2, the shortest straight line K connecting each of the
また、図1に示されるように、光源1により出射される光線L2の光路上(楕円面反射鏡12とカラーホイール3との間)に、石英ガラスよりなる防爆部材2が配置されている場合、また、図示されてないが、カラーホイール3においてライトガイド4と対向する側の面に蒸着面が形成されている場合には、そうでない場合に比べて光路長が長くなることが一般的に知られている。詳細には、光源1より出射される光線L2の光路上に防爆部材2が配置されていない場合(または、カラーホイール3における光源1に対向する側の面に蒸着面が形成されている場合)の光路長をR1とし、これとは逆に、光源1より出射される光線L2の光路上に防爆部材2が配置されている場合(または、カラーホイール3におけるライトガイド4に対向する側の面に蒸着面が形成されている場合)の光路長をR2とし、光路長の差をΔR(=R2−R1)とすると、ΔRは下記の数式1の関係が成り立つことが一般に知られている。tは防爆部材2またはカラーホイール3の厚みであり、nは防爆部材2またはカラーホイール3の屈折率である。
(数式1)
ΔR=(1−1/n)×t [単位:ミリメートル(mm)]
Further, as shown in FIG. 1, an explosion-proof member 2 made of quartz glass is disposed on the optical path of the light beam L <b> 2 emitted from the light source 1 (between the
(Formula 1)
ΔR = (1-1 / n) × t [unit: millimeter (mm)]
すなわち、光源1により出射される光線L2の光路上に防爆部材2が配置されている場合において、楕円面反射鏡12の第2焦点位置をD´とし、光軸Xとカラーホイール3とが交わる交点をE´とし、それとは逆に、光源1により出射される光線L2の光路上に防爆部材2が配置されていない場合において、楕円面反射鏡12の第2焦点位置をDとし、光軸Xとカラーホイール3とが交わる交点をEとすると、DおよびEの位置は下記の数式2および3に示される関係に基いて決定されることになる。
(数式2)
D=D´−ΔR
(数式3)
E=E´−ΔR
更に、カラーホイールの蒸着面がライトガイドと対向する側に形成されている場合には、数式2および3のΔRにカラーホイールの厚みによる光路長の伸びも含ませる。
That is, when the explosion-proof member 2 is disposed on the optical path of the light beam L2 emitted from the
(Formula 2)
D = D′−ΔR
(Formula 3)
E = E′−ΔR
Further, in the case where the vapor deposition surface of the color wheel is formed on the side facing the light guide, the optical path length elongation due to the thickness of the color wheel is included in ΔR in Equations 2 and 3.
本発明の投影装置用光学系10における光源1とカラーホイール3との位置関係について、具体的な数値例を以下に示す。放電ランプ11の電極間の中心位置Aと楕円面反射鏡12の第1焦点位置Cとの離間距離ACは0.01mm〜0.3mm範囲である。光軸Xとカラーホイール3とが交わる交点Eと楕円面反射鏡12の第2焦点位置Dとの離間距離DEは0.1mm〜5mmの範囲である。
Specific numerical examples of the positional relationship between the
なお、本発明の投影装置用光学系10の楕円面反射鏡12は、石英ガラスまたは金属を所定の形状になるよう例えば金型などで成型することにより製造されている。しかしながら、実際に製造された楕円面反射鏡は、例えば第1焦点位置Cなどが、設計された楕円面反射鏡12とは微妙に異なっていることがあり得る。従って、上記のθ1とθ3とは、楕円面反射鏡12において製造上の誤差が生じることを考慮して、両角の値が完全一致する場合のみでなく、以下の数式4の条件を満たす場合を含む。本発明者らは、後述する実験を行うことにより、数式4の数値範囲を満たすことによって電極本体部に設けられた突起部112Cが溶融変形することを回避できることを確認している。
(数式4)
0.30≦θ3/θ1≦1.31
In addition, the
(Formula 4)
0.30 ≦ θ3 / θ1 ≦ 1.31
図4は、本発明の投影装置用光学系において、カラーフィルタを透過することなくカラーフィルタによって反射された光が光源に向けて進む光路を概念的に示す。図4において、実線は楕円面反射鏡12から出射される集光光L2を、破線はカラーホイールからの反射光L6を示す。
FIG. 4 conceptually shows an optical path in which light reflected by the color filter travels toward the light source without passing through the color filter in the optical system for a projection apparatus of the present invention. In FIG. 4, the solid line indicates the condensed light L2 emitted from the
本発明の投影装置用光学系10によれば、光源1とカラーホイール3とが、上記のθ1とθ3とが概ね等しくなる位置関係を満たすよう配置されているので、図4に示されるように、カラーフィルタR,G,Bによって反射された反射光L6が、放電ランプ11の発光管111内で対向する一対の電極112間に形成された放電アークに戻り、各々の電極本体部112Bに設けられた各々の突起部112Cに照射されることがない。そのため、放電ランプ11の積算点灯時間が比較的短いにも係らず各々の電極本体部112Bに設けられた突起部112Cが溶融変形する、という不具合が生じることが抑制される。その結果、放電ランプ11の積算点灯時間が比較的長くなっても、各々の突起部112Cが所期の形状を維持し続けることにより放電アークが安定するため、投影装置においてフリッカー現象が生じる問題を解消することができる。この理由は、以下のように考えられる。
According to the
図5は、本発明の投影装置用光学系に係る効果が得られる理由を概念的に示す。実線は、放電ランプ11の電極間の中心位置Aが楕円面反射鏡12の第1焦点Cに一致している場合においてAから放射された光線の経路を示し、破線は、放電ランプ11の電極間の中心位置Aが楕円面反射鏡12の第1焦点Cから離間している場合においてAから放射された光線の経路を示す。Mは楕円面反射鏡12上のB点において楕円面反射鏡12に接するよう引いた接線であり、Nは接線Mに直交する法線である。
FIG. 5 conceptually shows the reason why the effect of the optical system for a projection apparatus of the present invention is obtained. The solid line indicates the path of the light beam emitted from A when the center position A between the electrodes of the
図5の実線で示されるように、放電ランプ11の電極間の中心位置Aが第1焦点位置Cに一致している場合には、第1焦点位置Cから放射された光線L1が楕円面反射鏡12に対して入射角がCBNとなるよう入射され、入射角CBNに等しい反射角NBDを有するよう楕円面反射鏡12によって反射された集光光L2が第2焦点位置Dに集光される。
As indicated by the solid line in FIG. 5, when the center position A between the electrodes of the
一方、図5の破線で示されるように、放電ランプ11の電極間の中心位置Aを第1焦点位置Cよりもカラーホイール3寄りに配置した場合には、電極間の中心位置Aから放射された光線L1´が楕円面反射鏡12に対して入射角がABNとなるよう入射され、入射角ABNに等しい反射角NBEを有するよう楕円面反射鏡12によって反射された集光光L2´が出射される。ここで、破線で示される集光光L2´は、入射角ABNの大きさが前記入射角CBNに比して角ABCに相当する分だけ小さく、従って、反射角NBEの大きさも前記反射角NBDに比して角ABCに相当する分だけ小さくなり、楕円面反射鏡12の第2焦点位置Dよりも光源1寄りの位置Eに集光される。
On the other hand, when the center position A between the electrodes of the
従って、本発明に係る投影装置用光学系においては、集光光L2´が集光する位置E(すなわち、楕円面反射鏡12の第2焦点位置Dに比して、角ABCの大きさに相当する分だけ光源1寄りの位置)にカラーホイール3の蒸着面を配置させることにより、楕円面反射鏡12から出射される集光光L2´がカラーホイール3に対して入射角BEXで入射されると共に、入射角BEXに等しい反射角FEXを有するようカラーホイール3によって反射された光線L6が電極間の中心位置Aに集光されることになる。これにより、本発明に係る投影装置用光学系においては、一対の電極112に設けられた各々の突起部112Cの何れか一方に光線L6が偏って照射されることがなく、各々の突起部112Cが溶融変形するおそれを解消できるものと考えられる。
以上から、本発明に係る投影装置用光学系においては、各々の突起部112Cが所期の形状を維持し続けて放電アークが安定するため、投影装置においてフリッカー現象が生じる問題を解消することができるものと考えられる。
Therefore, in the optical system for a projector according to the present invention, the angle ABC is larger than the position E where the condensed light L2 ′ is collected (that is, the second focal position D of the ellipsoidal reflecting mirror 12). By disposing the vapor deposition surface of the color wheel 3 at a position corresponding to the
As described above, in the optical system for a projection apparatus according to the present invention, each
<実験例1>
以下に、本発明の効果を確認するために行った第1の実験例について説明する。
図1に示す構成に従って、本発明の実施例に係る投影装置用光学系を作製した。この投影装置用光学系においては、放電ランプの電極間の中心位置をAとし、電極間の中心位置Aから光軸Xに直交する方向に引いた直線と楕円面反射鏡とが交わる交点をBとし、楕円面反射鏡の第1焦点をCとし、楕円面反射鏡の第2焦点をDとし、光軸Xとカラーホイールとが交わる交点をEとしたとき、AおよびBを結ぶ直線とBおよびCを結ぶ直線との2直線でなす角ABC(θ1)の値と、BおよびDを結ぶ直線とBおよびEを結ぶ直線との2直線でなす角DBE(θ3)の値とが概ね一致するよう、放電ランプ11、楕円面反射鏡12、カラーホイール3が配置されている。
<Experimental example 1>
Below, the 1st experiment example performed in order to confirm the effect of this invention is demonstrated.
An optical system for a projection apparatus according to an example of the present invention was produced according to the configuration shown in FIG. In this optical system for a projection apparatus, the center position between the electrodes of the discharge lamp is A, and the intersection point where the straight line drawn in the direction orthogonal to the optical axis X from the center position A between the electrodes and the ellipsoidal reflector intersects B. Where the first focal point of the ellipsoidal reflector is C, the second focal point of the ellipsoidal reflector is D, and the intersection point of the optical axis X and the color wheel is E, and the straight line connecting A and B and B And the value of the angle ABC (θ1) formed by two straight lines connecting the straight lines connecting C and C and the value of the angle DBE (θ3) formed by two straight lines connecting the straight lines connecting B and D and B and E substantially coincide with each other. The
実施例の投影装置用光学系は、以下の仕様を有している。
楕円面反射鏡12は、第1焦点距離が8.1mm、第2焦点距離が64.1mmである。放電ランプ11は、発光管111内に0.16mg/mm3の水銀が封入され、電極間距離が1.0mmである。防爆ガラス2は厚み2.8mmで楕円面反射鏡12の前方側開口121から15.9mm離れた位置において、光軸Xに直交する直線に対して10°傾斜した状態で光軸Xと交差するよう配置されている。カラーホイール3は、楕円面反射鏡12の前方側開口121から26.6mm離れた位置において蒸着面は光源側で、光軸Xと直交するよう配置されている。放電ランプ11の電極間の中心位置Aと楕円面反射鏡12の第1焦点位置Cとの離間距離ACは0.1mmである。光軸Xとカラーホイール3とが交わる交点Eと楕円面反射鏡の第2焦点位置Dとの離間距離DEは1.3mmである。実施例の投影装置用光学系は、角ABC(θ1)は0.396°、角DBE(θ3)は0.304°であり、θ1の値とθ3の値とが概ね一致している。
The optical system for a projection apparatus according to the example has the following specifications.
The
上記角DBE(θ3)の値が異なる他は上記した実施例に係る投影装置用光学系と同じ構成・仕様を有する比較例に係る投影装置用光学系を3種類作製した。比較例1の投影装置用光学系は、θ3が0.05°である。比較例2の投影装置用光学系は、θ3が0.57°である。比較例3の投影装置用光学系は、θ3が0.84である。すなわち、比較例1ないし3の投影装置用光学系は、θ1の値とθ3の値とが概ね一致する実施例の投影装置用光学系と異なり、θ1の値とθ3の値とが大きく相違している。 Three types of optical systems for the projection apparatus according to the comparative example having the same configuration and specifications as those of the optical system for the projection apparatus according to the above-described example are manufactured except that the value of the angle DBE (θ3) is different. In the optical system for the projection apparatus of Comparative Example 1, θ3 is 0.05 °. In the optical system for a projection apparatus of Comparative Example 2, θ3 is 0.57 °. In the optical system for the projection apparatus of Comparative Example 3, θ3 is 0.84. That is, the optical system for the projection apparatus of Comparative Examples 1 to 3 is different from the optical system for the projection apparatus in the example in which the value of θ1 and the value of θ3 substantially match, and the value of θ1 and the value of θ3 are greatly different. ing.
上記した実施例の投影装置用光学系および比較例1ないし3の投影装置用光学系について、放電ランプの外に電極に入射する光線を受光する様に光ファイバーを利用した受光装置を配置して、カラーフィルタR,G,Bによって放電ランプ11方向に反射された反射光L6のうち、楕円面反射鏡12の前方側開口121側に位置する電極(前方側の電極)および楕円面反射鏡12の後方側開口122側に位置する電極(後方側の電極)に照射される光束量を測定した。その結果を図6に示す。
Regarding the optical system for the projection apparatus of the above-described embodiment and the optical system for the projection apparatus of Comparative Examples 1 to 3, a light receiving device using an optical fiber is disposed outside the discharge lamp so as to receive the light incident on the electrode, Of the reflected light L6 reflected in the direction of the
図6は、放電ランプ11からの放射光L1の全光束量を1としたときの電極112に照射される光束量の相対値と、角DBE(θ3)との関係を示す図である。図6において、縦軸は電極112に照射される光束量の相対値を示し、横軸は角DBE(θ3)(単位:°(度))の値を示す。図6において、実線は前方側の電極に照射される光束量の相対値を示し、破線は後方側の電極に照射される光束量の相対値を示す。
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the relative value of the amount of light beam applied to the
図6に示されるように、比較例1の投影装置用光学系は、前方側の電極に照射される光束量の相対値が0.024であったのに対し、後方側の電極に照射される光束量の相対値が0.107であった。また、比較例2の投影装置用光学系は、前方側の電極に照射される光束量の相対値が0.108であったのに対し、後方側の電極に照射される光束量の相対値が0.031であった。さらに、比較例3の投影装置用光学系は、前方側の電極に照射される光束量の相対値が0.160であったのに対し、後方側の電極に照射される光束量の相対値が0.013であった。 As shown in FIG. 6, in the optical system for the projection apparatus of Comparative Example 1, the relative value of the amount of light beam applied to the front electrode was 0.024, whereas the rear electrode was irradiated. The relative value of the luminous flux was 0.107. Further, in the optical system for the projection apparatus of Comparative Example 2, the relative value of the luminous flux irradiated to the front electrode was 0.108, whereas the relative value of the luminous flux irradiated to the rear electrode. Was 0.031. Furthermore, in the optical system for the projection apparatus of Comparative Example 3, the relative value of the light flux irradiated to the front electrode was 0.160, whereas the relative value of the light flux irradiated to the rear electrode. Was 0.013.
この実験結果に示されるように、θ1の値とθ3の値とが大きく相違する比較例1ないし3の投影装置用光学系によれば、前方側の電極或いは後方側の電極の何れかに照射される反射光L6の光束量が大きいため、対向する電極本体部のうちの何れかに設けられた突起部が溶融変形するおそれがあり、放電ランプの電極間に形成される放電アークが不安定になるおそれを解消できないと考えられる。従って、比較例1ないし3の投影装置用光学系を搭載した投影装置においては、フリッカー現象が生ずる問題を解消できないものと考えられる。 As shown in the experimental results, according to the optical system for the projection apparatus of Comparative Examples 1 to 3 in which the value of θ1 and the value of θ3 are greatly different, either the front electrode or the rear electrode is irradiated. Since the amount of reflected light L6 is large, there is a risk that the protrusions provided on any of the opposing electrode main body portions melt and deform, and the discharge arc formed between the electrodes of the discharge lamp is unstable. It is considered that the risk of becoming a problem cannot be resolved. Therefore, it is considered that the problem that the flicker phenomenon occurs cannot be solved in the projection apparatus equipped with the optical system for the projection apparatus of Comparative Examples 1 to 3.
これに対し、実施例の投影装置用光学系においては、前方側の電極に照射される光束量および後方側の電極に照射される光束量の相対値は共に0.05程度であった。この実験結果に示されるように、θ1の値とθ3の値とが概ね一致する実施例の投影装置用光学系によれば、前方側の電極或いは後方側の電極の何れかに対して反射光L6が偏って照射されることがなく、各々の電極に対して照射される光束量が均等になるため、対向する電極本体部のうちの何れかに設けられた突起部が溶融変形するおそれがなく、放電ランプの電極間に形成される放電アークが不安定になるおそれを解消できるものと考えられる。従って、実施例の投影装置用光学系を搭載した投影装置においては、フリッカー現象が生ずる問題を解消できるものと考えられる。 On the other hand, in the optical system for a projection apparatus according to the example, the relative values of the light flux applied to the front electrode and the light flux applied to the rear electrode were both about 0.05. As shown in the experimental results, according to the optical system for the projection apparatus of the example in which the value of θ1 and the value of θ3 substantially coincide with each other, the reflected light is applied to either the front side electrode or the rear side electrode. Since L6 is not irradiated unevenly and the amount of light beam irradiated to each electrode is uniform, there is a possibility that the protrusion provided on one of the opposing electrode main body portions melts and deforms. It is considered that the possibility that the discharge arc formed between the electrodes of the discharge lamp becomes unstable can be eliminated. Therefore, it is considered that the problem that causes the flicker phenomenon can be solved in the projection apparatus equipped with the optical system for the projection apparatus of the embodiment.
<実験例2>
以下に、本発明の効果を確認するために行った第2の実験例について説明する。角DBE(θ3)の数値を除けば実験例1と同様の構成・仕様を有する6種類の投影装置用光学系(実施例1〜6とする)を各々について10個ずつ計60個作製した。実施例1〜6の投影装置用光学系の各々は、以下の表1に示されるように、θ1の値が0.396で共通するが、θ3の値が0.05、0.12、0.30、0.52、0.57、0.84と各々相違している。
<Experimental example 2>
Below, the 2nd experiment example performed in order to confirm the effect of this invention is demonstrated. Except for the numerical value of the angle DBE (θ3), six types of optical systems for projectors (referred to as Examples 1 to 6) having the same configuration and specifications as those of Experimental Example 1 were produced, 60 in total, 60 in total. As shown in Table 1 below, each of the optical systems for the projection apparatus of Examples 1 to 6 has a common value of θ1 of 0.396, but the value of θ3 is 0.05, 0.12, 0. .30, 0.52, 0.57, and 0.84, respectively.
実施例1〜6の投影装置用光学系の各々について、放電ランプ11を所定時間点灯させた後、電極112に設けられた突起部112Cが溶融変形するかを目視して確認した。その結果を表1に示す。
For each of the optical systems for the projection apparatus of Examples 1 to 6, the
表1において、「○」は突起部112Cが溶融変形しなかったことを示し、「×」は突起部112Cが溶融変形したことを示す。表1に示されるように、θ3/θ1の値が上記した数式4の範囲内である実施例2〜4の投影装置用光学系は、電極112に設けられた突起部112Cが溶融変形することがなかった。その一方で、θ3/θ1の値が数式4の範囲外である実施例1、5、6の投影装置用光学系は、電極112に設けられた突起部112Cが溶融変形していた。この実験結果から、θ3/θ1の値が数式4の範囲内にある投影装置用光学系においては、一対の電極112の各々に照射される前記反射光線L6の光束量が概ね均等になるため、突起部112Cが溶融変形しなかったものと考えられる。その一方で、θ3/θ1の値が数式4の範囲外にある投影装置用光学系においては、何れか一方の電極に照射される前記反射光線L6の光束量が偏っていたので突起部112Cが溶融変形したものと考えられる。
In Table 1, “◯” indicates that the
なお、本発明の投影装置用光学系における本質的構成でない構成については、上記したような構成に限らず、適宜変更することが可能である。例えば、光源に備える反射鏡は、楕円面反射鏡に限らず、放電ランプからの放射光を反射鏡の光軸に平行な光として反射する放物面反射鏡を使用することもできる。光源に放物面反射鏡を使用する場合は、放物面反射鏡から出射された反射光の進む光路上に、レンズなどの光学部材を配置することにより、放物面反射鏡から出射された平行光をライトガイドの光入射面に集光させることになる。 The configuration that is not essential in the optical system for a projection apparatus according to the present invention is not limited to the configuration described above, and can be changed as appropriate. For example, the reflecting mirror provided in the light source is not limited to the ellipsoidal reflecting mirror, and a parabolic reflecting mirror that reflects the emitted light from the discharge lamp as light parallel to the optical axis of the reflecting mirror can also be used. When a parabolic reflector is used as the light source, an optical member such as a lens is placed on the optical path along which the reflected light emitted from the parabolic reflector travels, and is emitted from the parabolic reflector. The parallel light is condensed on the light incident surface of the light guide.
1 光源
11 放電ランプ
111 発光管
112 電極
112A 軸部
112B 電極本体部
112C 突起部
112D コイル部
12 楕円面反射鏡
121 前方側開口
122 後方側開口
2 防爆ガラス
3 カラーホイール
R カラーフィルタ
G カラーフィルタ
B カラーフィルタ
4 ライトガイド
41 光入射面
42 光出射面
43 側壁
5 リレーレンズ
6 リレーミラー
7 反射型映像素子
8 投射型画像表示装置
A 放電ランプの電極間の中心位置
B 電極間の中心位置から光軸に直交する方向に引いた直線と楕円面反射鏡とが交わる交点
C 楕円面反射鏡の第1焦点位置
D 楕円面反射鏡の第2焦点位置
E 光軸とカラーホイールとが交わる交点
X 光軸
DESCRIPTION OF
Claims (2)
その光軸を含む平面で切断した断面において、電極間の中心位置を(A)とし、電極間の中心位置(A)から光軸に直交する方向に引いた直線と反射鏡とが交わる交点を(B)とし、反射鏡の第1焦点を(C)とし、反射鏡の第2焦点を(D)とし、光軸とカラーホイールのカラーフィルタとが交わる交点を(E)とすると共に、前記(A)および前記(B)を結ぶ直線(AB)と前記(B)および前記(C)を結ぶ直線(BC)との2直線でなす角ABCをθ1とし、前記(B)および前記(D)を結ぶ直線(BD)と前記(B)および前記(E)を結ぶ直線(BE)との2直線でなす角DBEをθ3としたとき、
前記光源およびカラーホイールは、0.30≦θ3/θ1≦1.31の関係を満たすような位置関係を有して配置されていることを特徴とする投影装置用光学系。 Each of the pair of electrodes arranged in the arc tube includes a discharge lamp including an electrode main body portion and a protrusion provided on the tip side of the electrode main body portion, and a reflecting mirror that reflects light emitted from the discharge lamp. An optical system for a projection apparatus, comprising: a light source comprising: a color wheel that separates the color of incident light into light having wavelengths of at least R (red), G (green), and B (blue). ,
In the cross-section cut along the plane including the optical axis, the center position between the electrodes is (A), and the intersection point where the straight line drawn from the center position (A) between the electrodes in the direction perpendicular to the optical axis and the reflecting mirror intersect. (B), the first focal point of the reflecting mirror is (C), the second focal point of the reflecting mirror is (D), the intersection point of the optical axis and the color filter of the color wheel is (E), and An angle ABC formed by two straight lines connecting a straight line (AB) connecting (A) and (B) and a straight line (BC) connecting (B) and (C) is θ1, and (B) and (D ) And a straight line (BD) connecting the straight line (BE) connecting (B) and (E), and an angle DBE formed by two straight lines (BE) is θ3,
An optical system for a projection apparatus, wherein the light source and the color wheel are arranged so as to satisfy a relationship of 0.30 ≦ θ3 / θ1 ≦ 1.31.
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