JP2009020202A - 導光装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 取込む光量を増やすことができると共に光軸と平行に近い光線束に矯正して射出できる導光装置と該導光装置を備えたプロジェクタを提供する
【解決手段】 プロジェクタ10は、光源装置63と、光源側光学系66と、表示素子51と、投影側光学系90と、プロジェクタ制御手段とを有し、光源側光学系66には導光装置とするライトトンネル71を備え、このライトトンネル71は、導光路が矩形の断面を有し、導光路の第一と第二の側面の間隔が出射面側で入射面側よりも広くされていると共に、入射面71aと出射面71bとが非平行であり、第一側面板74が第二側面板75よりも基本軸方向に長く、第一側面板74を出射面71bと直角とし、第二側面板を出射面71bと鋭角としているものであり、入射面71aへの入射光の光軸Yに垂直な入射面形状と出射面71bの垂直方向から見た出射面形状とが同一とするものである。
【選択図】 図４

Description

本発明は、導光装置及び当該導光装置を用いたプロジェクタに関する。

今日、パーソナルコンピュータの画面に表示される画像やビデオ信号の画像、更にはメモリカードなどに記憶されている画像データによる画像などをスクリーンに投影するデータプロジェクタが多用されている。

データプロジェクタは、多くの場合、メタルハイランドランプや超高圧水銀ランプなどの小型高輝度の放電ランプを備えた光源装置を用い、光源装置から射出された光をカラーフィルタにより３原色の光として光源側光学系により液晶やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）と呼ばれる表示素子に照射し、表示素子の透過光又は反射光をズーム機能を備えた投影側光学系とされるレンズ群を介してスクリーンに投影する構造とされている。

このようなデータプロジェクタにおいて、光源装置から射出された光の強度を均一化するためにライトトンネルや導光ロッド等の導光装置が用いられている。一般的な導光装置は、入射面と出射面を平行とした直方体形状のものであり、入射した光は光軸となす角度を入射時と同一に保ったままで出射面より射出される。このような導光装置の場合、光軸と大きな角度をなして導光装置に入射した光は、導光装置から射出した後に拡散するため収束面積が大きく、その後の光学系で光束面積を小さくするために大きく収束させる必要があった。

そこで、特開２００７−６５１４８号公報（特許文献１）では、導光装置の出射面を入射面よりも小さく形成し、導光装置からの射出光の光束面積が拡散しないようにすることで不要光を削減し、光源装置からの射出光の利用効率を上げる提案がなされている。
特開２００７−６５１４８号公報

上述したような入射面よりも出射面を小さく形成した導光装置は、光源装置からの光を多く取り入れ小さな範囲に光を収束させることができるが、導光装置の側面が入射面から出射面に向けて斜めに形成されているため、側面に反射した光は、光軸となす角度を大きくされて射出されることになる。

よって、小さな範囲に収束した光であっても光軸となす角度が大きいため、その後の光学系で拡散光となって投影に利用できない不要光となることがあった。このため、これらの光を投影に利用可能な光とするためには、光軸となす角度を矯正するため他の光学系を配置する必要があり、光学系の複雑化を引き起こす原因となっていた。

又、導光装置の入射面と出射面が平行なため、導光装置の光軸と平行になるように光源装置からの光を入射させる必要があり、導光装置の入射面に対して光軸が垂直となるように光を入射させる必要があり、光源装置の配置場所が限定され、又、導光装置に向けて光源装置の射出光を反射するために反射鏡等を配置する必要があり、プロジェクタの小型化の足枷となっていた。

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、取込む光量を増やすことができると共に光軸と平行に近い光線束に矯正して射出できる導光装置と該導光装置を備えたプロジェクタを提供することを目的としている。

本発明の導光装置は、導光路が矩形の断面を有し、導光路の第一と第二の側面の間隔が出射面側で入射面側よりも広くされていると共に、入射面と出射面とが非平行であることを特徴とするものである。

第一の側面が第二の側面よりも前記導光路の軸方向に長く、該第一の側面を前記出射面と直角とし、前記第二の側面を出射面と鋭角としていることを特徴とするものである。

又、第一の側面が第二の側面よりも前記導光路の軸方向に長く、該第一の側面と第二の側面が共に前記出射面と鋭角であることを特徴とすることもある。

そして、前記入射面への入射光の光軸に垂直な入射面形状と出射面の垂直方向から見た出射面形状とが同一であることを特徴とするものである。

更に、前記第二の側面の入射面側端部から外方に向かう第三の側面を有し、該第二の側面と第三の側面とは鈍角で交わっていることを特徴とするものである。

又、上面を形成する上面板と、底面を形成する底面板と、第一の側面を形成する第一側面板と、第二の側面を形成する第二側面板とで導光路を形成する中空のライトトンネルであることを特徴とするものである。

尚、前記導光路が中実の導光ロッドであることを特徴とすることもある。

そして、前記上面及び／又は底面が前記出射面に対して鋭角であることを特徴とすることもある。

又、本発明のプロジェクタは、光源装置と、光源側光学系と、表示素子と、投影側光学系と、プロジェクタ制御手段とを有し、前記光源側光学系には導光装置を備え、該導光装置は、入射面に入射される入射光の光軸が導光装置の側面と交差するように配置された請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の導光装置であることを特徴とするものである。

本発明によれば、取込む光量を増やすことができると共に光軸と平行に近い光線束に矯正して射出できる導光装置と該導光装置を備えたプロジェクタを提供することができる。

本発明のプロジェクタ10は、光源装置63と、光源側光学系66と、表示素子51と、投影側光学系90と、プロジェクタ制御手段とを有し、光源側光学系66には導光装置を備えるものである。

この導光装置は、導光路が矩形の断面を有した中空の楔形形状であって、導光装置の軸である基本軸Xに垂直な出射面71b及び出射面71bと非平行な入射面71aとを有し、導光路の左右側面の間隔が出射面71b側で入射面71a側よりも広く形成され、出射面71bと接する一辺である上辺と入射面71aと接する一辺である下辺と長側辺及び傾斜側辺とから形成される４角形の上面を形成する上面板72及び底面を形成する底面板73と、上面板72の長側辺と底面板73の長側辺との間に垂直に配置された第一の側面を形成する第一側面板74と、上面板72の傾斜側辺と底面の傾斜側辺との間に垂直に配置された第二の側面を形成する第二側面板75とを備え、夫々の板の稜線が接着固定されて組み合わさっており、基本軸Xに対して斜めの方向から光が入射され、基本軸Xと平行に近い光に矯正して光を射出するものである。

そして、入射面71aへの入射光の光軸Yに垂直な入射面形状と出射面71bの垂直方向から見た出射面形状とが同一とされているものである。

以下、本発明の実施例を図に基づいて詳説する。本発明の一つの実施例に係るプロジェクタ10は、図１に示すように、略直方体形状であって、本体ケースの前方のパネルとされる前面パネル12の側方に投影口を覆うレンズカバー19を有すると共に、この前面パネル12には複数の排気孔17を設けている。更に、図示しないがリモートコントローラからの制御信号を受信するＩｒ受信部を備えている。

又、本体ケースである上面パネル11にはキー／インジケータ部37を設けるものであり、このキー／インジケータ部37には、電源スイッチキーや電源のオン又はオフを報知するパワーインジケータ、光源装置のランプを点灯させるランプスイッチキー及びランプの点灯を表示するランプインジケータ、光源装置等が過熱したときに報知をする過熱インジケータ等のキーやインジケータを設けるものである。

更に、本体ケースの背面には、背面パネルにＵＳＢ端子や画像信号入力用のＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、ＲＣＡ端子等を設ける入出力コネクタ部及び電源アダプタプラグ等の各種端子20を設けているものである。

尚、図示しない本体ケースの側パネルである右側パネル、及び、図１に示した側パネルである左側パネル15の下部近傍には、各々複数の吸気孔18を設けているものである。

そして、このプロジェクタ10の制御回路は、図２に示すように、制御部38、入出力インターフェース22、画像変換部23、表示エンコーダ24、表示駆動部26等を有するものであって、入出力コネクタ部21から入力された各種規格の画像信号は、入出力インターフェース22、システムバス（ＳＢ）を介して画像変換部23で表示に適した所定のフォーマットの画像信号に統一するように変換された後、表示エンコーダ24に送られるものである。

又、表示エンコーダ24は、送られてきた画像信号をビデオＲＡＭ25に展開記憶させた上でこのビデオＲＡＭ25の記憶内容からビデオ信号を生成して表示駆動部26に出力するものである。

そして、表示エンコーダ24からビデオ信号が入力される表示駆動部26は、送られてくる画像信号に対応して適宜フレームレートで空間的光変調素子（ＳＯＭ）である表示素子51を駆動するものであり、光源装置63から射出された光線束を光源側光学系を介して表示素子51に入射することにより、表示素子51の反射光で光像を形成し、投影側光学系とする投影系レンズ群を介して図示しないスクリーンに画像を投影表示するものであり、この投影側光学系の可動レンズ群97は、レンズモータ45によりズーム調整やフォーカス調整のための駆動が行われるものである。

又、画像圧縮伸長部31は、画像信号の輝度信号及び色差信号をＡＤＴＣ及びハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮して着脱自在な記録媒体とされるメモリカード32に順次書き込む記録処理や、再生モード時はメモリカード32に記録された画像データを読み出し、一連の動画を構成する個々の画像データを1フレーム単位で伸長して画像変換部23を介して表示エンコーダ24に送り、メモリカード32に記憶された画像データに基づいて動画等の表示を可能とするものである。

そして、制御部38は、プロジェクタ10内の各回路の動作制御を司るものであって、ＣＰＵや各種セッティング等の動作プログラムを固定的に記憶したＲＯＭ及びワークメモリとして使用されるＲＡＭ等により構成されている。

又、本体ケースの上面パネル11に設けられるメインキー及びインジケータ等により構成されるキー／インジケータ部37の操作信号は、直接に制御部38に送出され、リモートコントローラからのキー操作信号は、Ｉｒ受信部35で受信され、Ｉｒ処理部36で復調されたコード信号が制御部38に送られるものである。

尚、制御部38にはシステムバス（ＳＢ）を介して音声処理部47が接続されており、音声処理部47はＰＣＭ音源等の音源回路を備え、投影モード及び再生モード時には音声データをアナログ化し、スピーカ48を駆動して拡声放音させることができるものである。

又、この制御部38は、電源制御回路41を制御するものであり、ランプスイッチキーが操作されると電源制御回路41により光源装置の放電ランプを点灯させ、更に、冷却ファン駆動制御回路43には、光源装置等に設けた複数の温度センサによる温度検出を行わせて、冷却ファンの回転速度を制御させ、又、タイマー等により光源装置のランプ消灯後も冷却ファンの回転を持続させるものであり、更に、温度センサによる温度検出の結果によっては光源装置を停止してプロジェクタ本体の電源をＯＦＦにする等の制御も行うものである。

そして、これらのＲＯＭ、ＲＡＭ、ＩＣや回路素子は、図３に示す主制御基板としての制御回路基板103に取付けられたものであり、電力系の電源制御回路41はランプ電源回路ブロック101に組み込まれ、制御系の主制御基板とした制御回路基板103と電力系のランプ電源回路ブロック101等が取付けられる電源制御回路基板102とを分けて形成しているものである。

このプロジェクタ10の内部構造は、図３に示したように、ランプ電源回路ブロック101等を取付けた電源制御回路基板102を右側パネル14の近傍に配置し、筐体内を区画用隔壁120により背面パネル13側の吸気側空間室121と前面パネル12側の排気側空間室122とに気密に区画している。そして、冷却ファンとするシロッコファンタイプのブロア110を、吸込み口111が吸気側空間室121に位置し、排気側空間室122と吸気側空間室121の境界に吐出口113が位置するように配置しているものである。

又、排気側空間室122内には、楕円球面形状の上下を平面形状に切り欠いたリフレクタと、このリフレクタの内部に内蔵するハロゲン等を用いた放電ランプとを有した光源装置63と、光源装置63からの射出光をカラーホイール68に反射する第一反射ミラー67と、赤色光、緑色光、青色光とするカラーフィルタを周囲に設けてホイールモータ69により回転されるカラーホイール68と、光学系ユニット65の照明側ブロック78と、冷却フィンとヒートパイプで形成された排気温低減装置114とを配置しているものである。尚、光源装置63は光軸となす角度が３０度の光が最大有効光角度である。

そして、光学系ユニット65は、光源装置63の近傍に位置する照明側ブロック78と、画像生成ブロック79と、投影側ブロック80との３つのブロックから構成され、左側パネル15に沿って配置されているものである。

照明側ブロック78は、光源装置63から射出されカラーホイール85によって着色された光を画像生成ブロック79が備える表示素子51に導光する光源側光学系66の一部を備え、照明側ブロック78が有する光源側光学系66としては、カラーホイール68のフィルタを透過した光を均一な強度分布の光束とする導光装置としてのライトトンネル71やライトトンネル71を透過した光を集光する集光レンズ等がある。

このライトトンネル71は、図４に示すように、導光路が矩形の断面を有した中空の楔形形状であって、ライトトンネル71の軸である基本軸Xに垂直な出射面71b及び出射面71bと非平行な入射面71aとを有し、導光路の左右側面の間隔が出射面71b側で入射面71a側よりも広く形成され、出射面71bと接する一辺である上辺と入射面71aと接する一辺である下辺と長側辺及び傾斜側辺とから形成される４角形の上面を形成する上面板72及び底面を形成する底面板73と、上面板72の長側辺と底面板73の長側辺との間に垂直に配置された第一の側面を形成する第一側面板74と、上面板72の傾斜側辺と底面の傾斜側辺との間に垂直に配置された第二の側面を形成する第二側面板75とを備え、夫々の板の稜線が接着固定されて組み合わさっており、基本軸Xに対して斜めの方向から光が入射され、基本軸Xと平行に近い光に矯正して光を射出するものである。

又、入射面71aは、第一側面板74となす角度が鋭角、第二側面板75となす角度が鈍角となるように傾けて形成され、出射面71bは、第一側面板74となす角度が直角、第二側面板75となす角度が鋭角となるように形成され、第一側面板74が第二側面板75よりも導光路の軸方向に長く形成されたものである。

更に、入射面71aへの入射光の光軸Yに垂直な入射面形状と出射面71bの垂直方向から見た出射面形状とが同一とされているものである。

そして、光源装置63からの光は第一反射ミラー67及びカラーホイール68を介してライトトンネル71に入射されるも、光路を折り曲げる第一反射ミラー67と白色光を着色するカラーホイール68を省略して光源装置63とライトトンネル71の光路を模式的に示した図５に示すように、光源装置63から射出された光線束は、その光軸Yを第一側面板74と交差するように基本軸Xに対して斜め横方向からライトトンネル71内に入射され、ライトトンネル71の内部で反射を繰り返すことによって拡散角度を小さく矯正されて出射面71bから外部に射出されるものである。

又、本実施例におけるライトトンネル71では、上面板72及び底面板73の幅は５ｍｍ、第一側面板74の幅は４ｍｍ、長さは３０ｍｍ、第二側面板75の幅は４ｍｍとし、第二側面板75と基本軸Xとの間でなす角度は５度とされており、入射光の光軸Yと基本軸Xのなす角度は１４度とされている。

そして、図６（ａ）に示すように、光源装置63の最大有効光角度である光軸Yとなす角度が３０度の光が第二側面板75に近い方向からライトトンネル71に入射した場合には、基本軸Xとの角度が４４度の光となるが、第二側面板75に反射する度に１０度ずつ角度が矯正されるため２回の反射で２０度矯正され、基本軸Xとでなす角度は２４度となって出射面71bから射出される。

又、図６（ｂ）に示すように、光軸Yとなす角度が２６度の光がライトトンネル71に入射した場合には、基本軸Xとの角度が４０度で入射されることになるが、第二側面板75に反射して矯正されるため２回の反射で２０度矯正され、基本軸Xとなす角度は２０度となって出射面71bから射出される。同様に、図６（ｃ）に示すような光軸Yとなす角度が１６度の光は、第二側面板75に一回反射することで基本軸Xとなす角度を１０度矯正されて、基本軸Xとなす角度が２０度の光として射出されることになる。

このように、入射光の中で基本軸Xとなす角度が大きい光ほど第二側面板75に反射する回数が増えることにより矯正角度も大きくなるため、ライトトンネル71から射出される光線束の拡散角度は小さく、密度が高い光線束が射出されることになる。尚、第一側面板74と近い方向から入射する光については述べていないが、第一側面板74側から入射する光の中で光軸Yとなす角度が最大の３０度である光がライトトンネル71に入射した場合でも、基本軸Xとなす角度は１６度であり基本軸Xと平行に近い光であり、基本軸Xと平行に近い光として射出されるものである。

そして、画像生成ブロック79は、図３に示したように、ライトトンネル71から射出された光の向きを変更する第二反射ミラー70と、この第二反射ミラー70により反射した光を表示素子51に集光させる複数枚のレンズで形成した光源側レンズ群83及び光源側レンズ群83を透過した光を表示素子51に所定の角度で照射する照射ミラー84等を光源側光学系66として有し、更に、表示素子51とするＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を備えている。尚、この表示素子51の背面パネル13側には表示素子51を冷却するための表示素子冷却装置53が配置され、表示素子51が高温となることを防止している。

又、投影側ブロック80は、表示素子51で反射されて画像を形成する光をスクリーンに放出する投影側光学系90のレンズ群を有し、投影側光学系90としては、固定鏡筒に内蔵する固定レンズ群93と可動鏡筒に内蔵する可動レンズ群97とを備えてズーム機能を備えた可変焦点型レンズとしているものであり、レンズモータにより可動レンズ群97を移動させてズーム調整やフォーカス調整を可能としているものである。

本実施例によれば、導光装置を、導光路断面を矩形とし、導光路の左右側面の間隔が出射面71b側で入射面71a側よりも広くすると共に、入射面71aと出射面71bとを非平行とすることにより、入射可能な入射光の量を増やすことができる。

又、導光装置を、第一側面板74が第二側面板75よりも導光路の軸方向に長く、第一側面板74を出射面71bと直角とし、第二側面板75を出射面71bと鋭角とすることで、導光装置内に入射した光と導光装置の軸である基本軸Xとなす角度を小さくすることができ、出射光の光束密度を大きくすることができる。

更に、入射面71aへの入射光の光軸Yに垂直な入射面形状と出射面71bの垂直方向から見た出射面71b形状とを同一とすることにより、入射光と射出光の形状は同一となるため、射出光の強度の均一化を図ることができる。

そして、このような導光装置をプロジェクタ10に備えることにより拡散光が減るため、拡散光を除去するためのレンズを減らすことができ、プロジェクタの小型化が可能となると共に、輝度ムラやゴースト等の少ない投影画像を提供することができる。

ところで光源装置63は、放電ランプを備えており、この放電ランプの発光部は点では無く、球形状であるため、光源装置63からの射出光は点でなく、焦点を中心とした球形状に収束している。このため、光源装置63の焦点に収束した光線束が有効光となるように導光装置と光源装置63或いは第一反射ミラー67の位置関係を調整した場合、焦点からずれた位置に収束した光線束が不要光となることがある。

このため、本変形例の導光装置としては、図７に示すように、ライトトンネル71の第二側面板75の入射面71a側端部から外方に向かう第三の側面とする第三側面板76を有し、第二側面板75とを第三側面板76とは鈍角として交わらせているものである。

このように、第二側面板75の入射面71a側端部から斜め外方に向かって第三側面板76を配置することにより、焦点からずれた位置に収束する光線束もライトトンネル71の内部に入射させることができるため、光源装置63から射出された光の利用効率が高くなる。

又、上述した実施例及び変形例においては、第二側面板75のみを基本軸Xに対して傾斜させているが、第一側面板74も出射面71bとなす角度が鋭角となるように傾斜させることによって、基本軸Xとより平行に近く密度も高い光線束を射出することができるようになる。同様に、上面板72及び底面板73を出射面71bとなす角度が鋭角となるように斜めに形成することにより、縦方向の光が基本軸Xとなす角度を小さくすることもできる。

尚、上述の実施例及び変形例においては、導光装置としてライトトンネル71を用いているが、同形状の中実の導光ロッドとすることで同一の作用効果を得ることができる。

又、本発明は、以上の実施例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。

本発明の実施例に係るプロジェクタの外観を示す斜視図。 本発明の実施例に係るプロジェクタの機能回路ブロックを示す図。 本発明の実施例に係るプロジェクタの上面パネルを取り除いた上面図。 本発明の実施例に係るライトトンネルを上方から見た断面図及び入射面と出射面の正面図。 本発明の実施例に係るライトトンネル内での導光を表す概念図。 本発明の実施例に係るライトトンネル内での導光を表す概念図。 本発明の他の実施例に係るライトトンネルを上方から見た断面図。

符号の説明

10 プロジェクタ 11 上面パネル
12 前面パネル 13 背面パネル
14 右側パネル 15 左側パネル
17 排気孔 18 吸気孔
19 レンズカバー 20 各種端子
21 入出力コネクタ部 22 入出力インターフェース
23 画像変換部 24 表示エンコーダ
25 ビデオＲＡＭ 26 表示駆動部
31 画像圧縮伸長部 32 メモリカード
35 Ｉｒ受信部 36 Ｉｒ処理部
37 キー／インジケータ部 38 制御部
41 電源制御回路 43 冷却ファン駆動制御回路
45 レンズモータ 47 音声処理部
48 スピーカ 51 表示素子
53 表示素子冷却装置 63 光源装置
65 光学系ユニット 66 光源側光学系
67 第一反射ミラー 68 カラーホイール
69 ホイールモータ 70 第二反射ミラー
71 ライトトンネル 71a 入射面
71b 出射面 72 上面板
73 底面板 74 第一側面板
75 第二側面板 76 第三側面板
78 照明側ブロック 79 画像生成ブロック
80 投影側ブロック 83 光源側レンズ群
84 照射ミラー 90 投影側光学系
93 固定レンズ群 97 可動レンズ群
101 ランプ電源回路ブロック 102 電源制御回路基板
103 制御回路基板 110 ブロア
111 吸込み口 113 吐出口
114 排気温低減装置 120 区画用隔壁
121 吸気側空間室 122 排気側空間室

Claims (9)

1. 導光路が矩形の断面を有し、導光路の第一と第二の側面の間隔が出射面側で入射面側よりも広くされていると共に、入射面と出射面とが非平行であることを特徴とする導光装置。
2. 第一の側面が第二の側面よりも前記導光路の軸方向に長く、該第一の側面を前記出射面と直角とし、前記第二の側面を出射面と鋭角としていることを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
3. 第一の側面が第二の側面よりも前記導光路の軸方向に長く、該第一の側面と第二の側面が共に前記出射面と鋭角であることを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
4. 前記入射面への入射光の光軸に垂直な入射面形状と出射面の垂直方向から見た出射面形状とが同一であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の導光装置。
5. 前記第二の側面の入射面側端部から外方に向かう第三の側面を有し、該第二の側面と第三の側面とは鈍角で交わっていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の導光装置。
6. 上面を形成する上面板と、底面を形成する底面板と、第一の側面を形成する第一側面板と、第二の側面を形成する第二側面板とで導光路を形成する中空のライトトンネルであることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の導光装置。
7. 前記導光路が中実の導光ロッドであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の導光装置。
8. 上面及び／又は底面が前記出射面に対して鋭角であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の導光装置。
9. 光源装置と、光源側光学系と、表示素子と、投影側光学系と、プロジェクタ制御手段とを有し、
   前記光源側光学系には導光装置を備え、該導光装置は、入射面に入射される入射光の光軸が導光装置の側面と交差するように配置された請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の導光装置であることを特徴とするプロジェクタ。

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