JP2009175585A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】交流点灯ランプを備えたプロジェクタにおいて、ランプが発光した光の利用効率を向上する技術を提供する。
【解決手段】プロジェクタ１０は、放電ランプ２２に接続されたＺ軸移動機構部６０を備え、Ｚ軸駆動部３５の制御により放電ランプ２２の駆動周波数に同期させて、放電ランプ２２を前後方向に所定量だけ移動させる。これによって、プロジェクタ１０における発光ポイントの位置が一定となり、光学システム５０の開口部における光束の断面形状が一定となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタに係り、特に交流駆動するランプを備えたプロジェクタに関する。

プロジェクタが備えるランプには、高圧水銀ランプ等のような放電ランプが採用されている。放電ランプは、駆動方式の観点では直流駆動タイプのランプ（以下「直流点灯ランプ」という）と交流駆動タイプ（以下「交流点灯ランプ」という）の２種類に分類される。

図５は、直流点灯ランプと交流点灯ランプの構造を模式的に示している。図５（ｂ）に示すように、直流点灯ランプでは電流が一方向に流れるため、電極消耗を防ぐ目的から電流を受ける側の電極（陽極）を大きくする必要がある。一方、図５（ａ）に示すように、交流点灯ランプは、二つの電極間を電流が交互に流れるため、二つの電極形状が同一となっている。このような構造の違いによって、一般には交流点灯ランプは、直流点灯ランプと比べて、バルブ内の容積を小さくでき、ランプ内部の圧力を上げることが可能となる。そしてその結果、発光ポイントであるアーク部分（アーク電極）を小さくでき、光学ユニットへの取り込み効率が向上する。

また、ランプ寿命の観点において、交流点灯ランプでは、発光ポイントが２箇所交互に変わるのに対して、直流点灯ランプでは陽極側のアーク電極に固定されている。その結果、一般には、交流点灯ランプの寿命の方が長い。また、交流点灯ランプでは、駆動周波数を変えることでアーク電極の摩耗と成長をある程度制御可能なため、この観点でも、交流点灯ランプは寿命を長くできる。

ところで、放電ランプでは、上述のように使用によって電極が摩耗するため発光ポイントがずれてくる。放電ランプの光を取り込む光学ユニットは固定されているのが一般であり、発光ポイントがずれることで光の取り込み効率が低下することがある。そこで、電極の摩耗で発光ポイントに生じたズレを補正する技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術では、ランプユニットから放射された光の一部を、ランプユニットと光学ユニットの経路途上に設けられたビームスプリッターで分離して、分離した光の強度を計測することで、ずれを検知して、放電ランプをずれに応じて移動させている。
特開２００４−２３９９３３号公報

ところで、上記特許文献１に開示の技術にあっては、適用対象が直流点灯ランプであり交流点灯ランプには適用できない。直流点灯ランプの場合、使用によって発光ポイントは徐々に後方の口金側に遷移していくため、それにあわせて発光ポイントをずらせば比較的容易にずれを補正できた。しかし、交流点灯ランプの場合、二つの発光ポイントの中心はずれないで二つの電極間隔が広がっていくことから、上記技術が適用できず別の技術が求められていた。

本発明の目的は、このような課題に鑑みなされたものであって、交流点灯ランプから出力される光の利用効率を向上させたプロジェクタを提供することにある。

本発明に係る装置は、プロジェクタに関する。このプロジェクタは、交流駆動する放電ランプと、当該放電ランプの駆動周波数に同期して、二つの電極の配置方向に前記放電ランプを移動させるランプ移動手段と、を有する。
また、前記ランプ移動手段は、前記放電ランプを前記二つの電極の間隔以下の移動量で前記駆動周波数に同期させて移動させてもよい。
また、前記ランプ移動手段は、リニア振動アクチュエータであってもよい。
また、当該プロジェクタの使用によって生じる、前記二つの電極の位置のズレを検知する検知手段を有し、前記ランプ移動手段は、前記ズレを補正する機能を備えてもよい。
本発明の別の態様もプロジェクタに関する。このプロジェクタは、交流駆動する放電ランプの光を変調して所望の映像を出力する光変調手段と、前記放電ランプの光を集光して前記光変調手段へ放射する集光手段と、前記放電ランプの交流駆動にともなう発光ポイントの電極間の移動により生じる、前記集光手段の入射側の開口部における前記放電ランプの光束の大きさの変化を減少させる調整手段と、を有する。
また、当該プロジェクタの使用により生じる発光ポイントのズレを検知する検知手段を有し、前記調整手段は、前記検知手段において検知したズレを反映させて、前記集光手段の入射側の開口部における前記放電ランプの光束の大きさの変化を減少させてもよい。
本発明の更に別の態様もプロジェクタに関する。このプロジェクタは、楕円状の反射鏡と、前記反射鏡の焦点領域に交流駆動する放電ランプと、前記反射鏡から照射された前記放電ランプの光を所定の光変調手段へ集光する集光手段と、前記放電ランプの交流駆動に伴う前記反射鏡に対する前記放電ランプの発光ポイントの、前記反射鏡の焦点からのズレを減少するように調整する調整手段と、を備える。

本発明によれば、交流点灯ランプの駆動周波数に応じて、発光ポイントのズレの影響を減少させることができることから、交流点灯ランプから出力される光の利用効率を向上させたプロジェクタを提供できる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に「実施形態」という。）を、図面を参照して具体的に説明する。以下に説明する実施形態では、光源部に交流点灯ランプを備えるプロジェクタにあって、交流点灯ランプが発光する周波数にあわせて、交流点灯ランプを前後方向に移動させる。つまり、二つの電極間を交互に移動する発光ポイントに応じて、交流点灯ランプを移動させることで、光源部（ランプユニット）から出力される光の経路が変化してしまうことを抑制する。

まず、交流点灯ランプの特徴について簡単に説明する。交流点灯ランプは、楕円状の反射鏡の焦点部分に発光ポイントが位置するように設置される。そして、反射鏡から出力した光は、所定の光学ユニットにより集光され、光変調手段に投射される。光変調手段で表示すべき画像映像が反映された光が、投影システムにより拡大されて外部のスクリーンに投射される。上述したように、交流点灯ランプでは、発光ポイントが二つのアーク電極を交互に移動する。アーク電極間の距離は、数ｍｍ程度であるが、発光ポイントがずれる。近年のプロジェクタにあっては、１ｍｍ程度のアーク電極間となっている交流点灯ランプが採用されるケースが多い。そして従来は、交流点灯ランプの光を取り込む光学システムの開口部を、そのズレを考慮して大きくする必要があったり、開口部における取り込み効率の低下を考慮した設計を行ったりしていた。

そこで、以下に示すように本実施形態のプロジェクタでは、発光ポイントが光学システムに対して一定となるように駆動周波数にあわせて交流点灯ランプを移動させる構成とした。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施形態に係るプロジェクタ１０の構成を模式的に示した図である。このプロジェクタ１０は、ＤＬＰ（Digital Light Processing；登録商標）方式であって、ＲＧＢの３色のカラーフィルタ（カラーホイール４０）にて時分割し合成して所望の色を出力する。具体的には、プロジェクタ１０は、光源部２０と、駆動制御システム３０と、光学システム５０と、投影システム５５とを備える。

光源部２０は、放電ランプ２２と、放電ランプ２２からの光を反射する楕円状の反射鏡２１と、放電ランプ２２を前後方向に移動可能なＺ軸移動機構部６０とを備える。ここで、放電ランプの光の照射方向（図示左側方向）を前方とする。そして、放電ランプ２２は、Ｚ軸移動機構部６０によってその発光ポイントが反射鏡２１の焦点部分に位置するように配置されている。

放電ランプ２２は、交流点灯ランプであり、第１のアーク電極部２３及び第２のアーク電極部２４を備え、後述するランプ駆動部３４により交流駆動する。つまり、発光ポイントが、駆動周波数に応じて第１のアーク電極部２３及び第２のアーク電極部２４を交互に移動する。駆動周波数は、９０〜２００Ｈｚ程度である。

第１のアーク電極部２３と第２のアーク電極部２４との間隔（以下、「電極間隔Ｌ」という）は、ここでは１ｍｍである。図２は、放電ランプ２２の輝度分布を計測した結果を示したものであり、第１のアーク電極部２３及び第２のアーク電極部２４を高輝度部として外側が低輝度部となる、略楕円形の輝度分布を示している。

Ｚ軸移動機構部６０は、後述するＺ軸駆動部３５によって、放電ランプ２２の駆動周波数に同期させて、放電ランプ２２を前後方向に移動させる。つまり、ランプ移動手段として機能するとともに、別の観点では、集光手段である光学システム５０の入射側の開口部における光束の大きさの変化を減少させる調整手段として機能する。図３は、Ｚ軸移動機構部６０による放電ランプ２２の移動を模式的に例示した図である。より具体的には、発光ポイントが第１のアーク電極部２３であるときは（図３（ｂ））、放電ランプ２２を所定量Xだけ後方に移動させ、発光ポイントが第２のアーク電極部２４であるときは（図３（ａ））、放電ランプ２２を所定量Xだけ前方に移動させる。つまり、Ｚ軸移動機構部６０は、反射鏡２１に対して発光ポイントが最適な位置となるように放電ランプ２２の位置を制御する。より具体的には、発光ポイントが反射鏡２１の焦点部分に位置するように、またはズレが生じる場合であっても、そのズレが減少するように制御がなされる。なお、放電ランプ２２の移動させる所定量Xについては、後述するが、電極間隔L以下（X≦L）であり、図３ではＸ＝Ｌの例を示している。

Ｚ軸移動機構部６０として、電磁駆動によるリニア振動アクチュエータを用いることができる。一般的な放電ランプ２２は、重量が５〜１０ｇであり、公知のリニア振動アクチュエータを用いることで、放電ランプ２２を９０〜２００Ｈｚ程度の周期で適正に駆動できる。さらに、放電ランプ２２の大きさや駆動周波数によっては、圧電素子によるアクチュエータや超音波式のアクチュエータなどを適用することができる。

駆動制御システム３０は、主制御部３１と、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）３２と、カラーホイール駆動部３３と、ランプ駆動部３４と、Ｚ軸駆動部３５と、カラーホイール４０とを備えている。主制御部３１は、駆動制御システム３０の各構成要素を統括的に制御している。

ＤＭＤ３２は、半導体素子からなる多数のマイクロミラーをマトリックス状に配列した表示素子の一種であり、色変調手段として機能し、カラーホイール４０を透過してきた光を反射させ、投影システム５５からスクリーンに投射して画像表示を行う。

カラーホイール４０は、ＲＧＢの３色のカラーフィルタを備えており、カラーホイール駆動部３３は、カラーホイール４０が一定の高速度で回転するように制御する。光源部２０から出力された光は、カラーホイール４０を透過して、光学システム５０に入力する。

ランプ駆動部３４は、光源部２０の放電ランプ２２の起動や起動後の交流駆動を制御する。放電ランプ２２の駆動周波数は、一定であってもよいし、変化させてもよい。駆動周波数を変化させることで、第１のアーク電極部２３や第２のアーク電極部２４の摩耗及び成長を制御でき、ランプ寿命を延ばすことができる。

Ｚ軸駆動部３５は、ランプ駆動部３４が制御する放電ランプ２２の駆動周波数に同期させて、Ｚ軸移動機構部６０の動作を制御する。なお、Ｚ軸移動機構部６０の動作制御は、放電ランプ２２の駆動が安定状態になったときに開始してもよい。

光学システム５０は、オプティカルインティグレータともいい、ロッドレンズやマルチレンズによって構成される。光学システム５０に入射した光は、光束の各角度成分が混ぜ合わさり出力側（ＤＭＤ３２側）の開口部においては、照度むらや色むら、アークによるちらつきなどが低減されて、ＤＭＤ３２に照射される。そして、その光は、ＤＭＤ３２において所望の色に変調されて投影システム５５から外部のスクリーンなどに投射される。

ところで、反射鏡２１からの光束の断面は円である。一方、光変調手段であるＤＭＤ３２は矩形である。プロジェクタ１０が液晶パネル方式であっても同様に光変調手段（液晶パネル）は矩形である。そこで、ＤＭＤ３２に対して有効に光を照射するために、ＤＭＤ３２の形状に合わせた断面を有するロッドレンズが光学システム５０として用いられる。光学システム５０に入射した光は、光束の各角度成分が混ぜ合わさり出力側の開口部においては、照度むらや色むら、アークによるちらつきなどが低減される。したがって、Ｚ軸移動機構部６０による放電ランプ２２の移動に伴ってちらつきが発生した場合であっても、光が光学システム５０を透過することで、そのちらつきが解消される。

上述のように、従来の交流点灯ランプでは発光ポイントが前後する。このため、光学システム５０の入力側の開口部では、駆動周波数に応じて光束の断面の形状が大きくなったり小さくなったりする。したがって、光学システム５０の開口部の大きさは、大きな断面形状に合わせる必要がある。小型化のために小さな断面形状に合わせた場合には、光学システム５０における光の集光効率（利用効率）が低下してしまう。

そこで、上述したように、Ｚ軸移動機構部６０により放電ランプ２２を駆動周波数に応じて所定量Ｘだけ前後に移動させ、発光ポイントを一定にすることで、光学システム５０の入射側の開口部における光の断面形状（大きさ）を一定にすることができる。より具体的には、小さい断面形状に合わせて開口部を設計することができる。

そして、放電ランプ２２の移動させる所定量Ｘが電極間隔Ｌと等しければ、光の断面形状を一定にすることができる。また、所定量Ｘが電極間隔Ｌ未満であっても、第１のアーク電極部２３と第２のアーク電極部２４との中心を基準に、放電ランプ２２を移動させることで、大きい側の光束の断面形状の大きさを小さくできる。つまり、開口部の大きさを小さくできる。所定量Ｘが、電極間隔Ｌの半分程度（Ｌ／２）であれば、光学システム５０の小型化の効果が十分に得られる。また、最適な発光ポイントは、放電ランプ２２が最も前方に移動した位置でも、最も後方に移動した位置でも、さらに、中間の位置でも適宜設定することが可能である。なお、移動量（所定量Ｘ）が電極間隔Ｌより短い場合は、中間位置が好ましい。

以上、本実施形態によれば、上述のように、放電ランプ２２の移動量（所定量Ｘ）が電極間隔Ｌであれば、発光ポイントのズレをなくすことができるため、後述する光学システム５０の開口部における光束領域（光束の断面形状）を小さくできる。その結果、ズレを想定した大きさにする必要がなく、光学システム５０の開口部を小さくできる。つまり、光学システム５０を小型化することができる。

また、集光効率を向上させることで、プロジェクタ１０の輝度性能を向上させることができる。また、別の観点では、集光効率を向上させることができるため、放電ランプ２２に要求される輝度を小さくできるので、消費電力の低減や、放電ランプ２２自体の小型化も可能となる。放電ランプ２２の消費電力を低減することにより、冷却装置（図示せず）を小型化や熱を考慮した設計の自由度があがる。

また、従来は、光の集光効率の観点から、一般に寿命が長いとされるアーク長（電極間隔Ｌ）が長い放電ランプ２２が避けられていたが、本実施形態では、アーク長が長い放電ランプ２２でも利用でき、放電ランプ２２の交換スパンを長期化させることができる。

（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施形態に係るプロジェクタ１１０の構成を模式的に示した図である。第１の実施形態のプロジェクタ１０と異なる構成は、光学システム５０の入射側の開口部の外縁部分に設けた光センサ５１およびその光センサ５１の信号を検知するセンサ検知部３６にある。なお、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

放電ランプ２２の第１のアーク電極部２３及び第２のアーク電極部２４は、一般には上述のように使用により摩耗する。これにより、発光ポイントが初期の位置からずれてくる。より具体的には、第１のアーク電極部２３と第２のアーク電極部２４の電極間隔Lが広がってくる。その場合、光学システム５０の入射側の開口部における、光束の断面が大きくなる可能性がある。そこで、光学システム５０の外縁部分に設けられた光センサ５１（センサ検知部３６）が、光を検知したら、第１のアーク電極部２３及び第２のアーク電極部２４に摩耗が発生したと判断して、センサ検知部３６は主制御部３１を介してＺ軸駆動部３５に対して、Ｚ軸移動機構部６０の移動量（所定量Ｘ）を増加するように指示する。

この移動量（所定量Ｘ）を増加させる補正は、例えば、プロジェクタ１１０の起動時の初期化のタイミングで実行してもよいし、使用時間の積算値が所定時間（例えば、使用１００時間毎）を経過したタイミングで実行してもよい。使用時間の積算値は、電源がオンとなっている時間を、主制御部３１が計測し記憶する構成とすればよい。

以上、本実施形態によれば、使用により第１のアーク電極部２３及び第２のアーク電極部２４が摩耗して発光ポイントが初期の位置からずれても、そのずれを適切に補正できるので、光学システム５０における集光効率の低下を回避できる。その結果、放電ランプ２２をより長く使用することができる。

以上、本発明を実施形態を基に説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、使用による第１のアーク電極部２３及び第２のアーク電極部２４が摩耗は、ある程度予測可能であるので、光センサ５１を設けずに使用時間の積算値のみを基準として、移動量（所定量Ｘ）を補正してもよい。また、放電ランプ２２に印加される電圧を基準に、移動量（所定量Ｘ）を補正してもよい。

第１の実施形態に係るプロジェクタの構成を模式的に示した図である。 第１の実施形態に係るプロジェクタの放電ランプの輝度分布を計測した結果を示した図である。 第１の実施形態に係るプロジェクタのＺ軸移動機構部による放電ランプの移動を模式的に例示した図である。 第２の実施形態に係るプロジェクタの構成を模式的に示した図である。 一般的な直流点灯ランプと交流点灯ランプの構造を模式的に示した図である。

符号の説明

１０ プロジェクタ
２０ 光源部
２１ 反射鏡
２２ 放電ランプ
２３ 第１のアーク電極部
２４ 第２のアーク電極部
３０ 駆動制御システム
３１ 主制御部
３２ ＤＭＤ
３３ カラーホイール駆動部
３４ ランプ駆動部
３５ Ｚ軸駆動部
３６ センサ検知部
４０ カラーホイール
５０ 光学システム
５１ 光センサ
５５ 投影システム
６０ Ｚ軸移動機構部

Claims (7)

1. 交流駆動する放電ランプと、
   当該放電ランプの駆動周波数に同期して、二つの電極の配置方向に前記放電ランプを移動させるランプ移動手段と、
   を有することを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記ランプ移動手段は、前記放電ランプを前記二つの電極の間隔以下の移動量で前記駆動周波数に同期させて移動させることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記ランプ移動手段は、リニア振動アクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクタ。
4. 当該プロジェクタの使用によって生じる、前記二つの電極の位置のズレを検知する検知手段を有し、
   前記ランプ移動手段は、前記ズレを補正する機能を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
5. 交流駆動する放電ランプの光を変調して所望の映像を出力する光変調手段と、
   前記放電ランプの光を集光して前記光変調手段へ放射する集光手段と、
   前記放電ランプの交流駆動にともなう発光ポイントの電極間の移動により生じる、前記集光手段の入射側の開口部における前記放電ランプの光束の大きさの変化を減少させる調整手段と、
   を有することを特徴とするプロジェクタ。
6. 当該プロジェクタの使用により生じる発光ポイントのズレを検知する検知手段を有し、
   前記調整手段は、前記検知手段において検知したズレを反映させて、前記集光手段の入射側の開口部における前記放電ランプの光束の大きさの変化を減少させることを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
7. 楕円状の反射鏡と、
   前記反射鏡の焦点領域に交流駆動する放電ランプと、
   前記反射鏡から照射された前記放電ランプの光を所定の光変調手段へ集光する集光手段と、
   前記放電ランプの交流駆動に伴う前記反射鏡に対する前記放電ランプの発光ポイントの、前記反射鏡の焦点からのズレを減少するように調整する調整手段と、
   を備えることを特徴とするプロジェクタ。

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