JP2009259582A - 光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】光源として物理的大きさを有する発光源からの光を小さな開口面積の導光装置に無駄なく入射することにより、表示素子に多くの光を照射できる光源装置を提供すると共に、その光源装置を備えた十分な明るさの画像を投影することができるプロジェクタを提供する。
【解決手段】本発明の光源装置は、発光源となる光源ランプ64と、この光源ランプ64を収納して当該光源ランプ64からの光を一方向に反射集光するリフレクタ65と、前記リフレクタ65の反射光の光路を変更する射出光補正手段132とを備え、前記射出光補正手段132は、前記リフレクタ132の開口部前方に配置され、前記リフレクタ132の中心軸に一致した中心軸であって円錐頂点をリフレクタ65側とする頂角の等しい円錐形状の入射面と出射面とを有している。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタに関するものである。

今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像、更にメモリカード等に記憶されている画像データによる画像等をスクリーンに投影する画像投影装置としてのデータプロジェクタが多用されている。

このデータプロジェクタは、メタルハライドランプや超高圧水銀ランプ等の小型高輝度の光源装置を内蔵し、この光源から射出された光をＤＭＤと呼ばれるマイクロミラー表示素子、または、液晶板に集光させ、スクリーン上にカラー画像を表示させるものである。

このようなプロジェクタは近年小型化されており、プロジェクタ筐体の小型化に応じて光源装置の小型化も進んでおり、また、光源装置からの射出光を効率よく利用するため多くの発明が提案されている。

そして、明るい画像を投影するために、光源装置における出射光の正面輝度、つまりリフレクタの中心線（光軸）に沿った方向に出射する光の輝度を高くする光源装置も提案されており、例えば特許文献１には、光源ランプからの光束を出射方向補正手段で光線の向きのバラツキを抑え、光軸の向きに近い光線を増やすものが提案開示されている。
特開２００５−２８３６１３号

本発明は、光源として物理的大きさを有する発光源からの光を小さな開口面積の導光装置に無駄なく入射することにより、表示素子に多くの光を照射できる光源装置を提供すると共に、その光源装置を備えた十分な明るさの画像を投影することができるプロジェクタを提供することを目的とするものである。

本発明の光源装置は、発光源と、この発光源を収納して当該発光源からの光を一方向に反射集光するリフレクタと、前記リフレクタの反射光の光路を変更する射出光補正手段とを備え、前記射出光補正手段は、前記リフレクタの開口部前方に配置され、前記リフレクタの中心軸に一致した中心軸であって円錐頂点をリフレクタ側とする頂角の等しい円錐形状の入射面と出射面とを有しているものである。

また、射出光補正手段は、入射面と出射面とを平行とする単一のメニスカス円錐レンズとする場合がある。

また、本発明の光源装置の射出光補正手段として、後方面を円錐形状の前記入射面として前方面を平面とする円錐凸レンズと、後方面を平面として前方面を円錐形状の前記出射面とする円錐凹レンズとを同軸に位置させる場合もある。

そして、上述の円錐凸レンズの前方面及び円錐凹レンズの後方面は、リフレクタの中心軸と直交する平面とされるものである。

さらに、上述の円錐凸レンズと円錐凹レンズとが光軸上に空間距離を持って配置されることもある。

また、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備え、前記光源装置は、上述したようなものを用いるものである。

本発明は、発光源から射出されてリフレクタで反射された光線を、射出光補正手段によって光軸付近に近づけることにより、多くの光を導光装置に入射し、より高い輝度が得られる光源装置を提供すると共に、その光源装置を備えた十分な明るさの画像を投影することができるプロジェクタを提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態の光源装置63は、発光源となる光源ランプ64と、この光源ランプ64を収納して当該光源ランプ64からの光を一方向に反射集光するリフレクタ65と、前記リフレクタ65の反射光の光路を変更する射出光補正手段132とを備え、前記射出光補正手段132は、前記リフレクタ65の開口部前方に配置され、前記リフレクタ65の中心軸に一致した中心軸であって円錐頂点をリフレクタ65側とする頂角の等しい円錐形状の入射面と出射面とを有しているものである。

そして、この光源装置63の射出光補正手段132としては、入射面と出射面とを平行とする単一のメニスカス円錐レンズであることもあり、また、後方面を円錐形状の前記入射面136として前方面を平面137とする円錐凸レンズ135と、後方面を平面140として前方面を円錐形状の前記出射面139とする円錐凹レンズ138とをリフレクタ65の中心軸と同軸に位置させ、円錐凸レンズ135の前方面及び円錐凹レンズ138の後方面は、リフレクタ65の中心軸と直交する平面とし、円錐凸レンズ135と円錐凹レンズ138とが光軸上に空間距離を持って配置されることもある。

そして、本発明のプロジェクタ10は、光源装置63と、光源側光学系62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備え、前記光源装置63は、上述のものを用いているものである。

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側板とされる前面板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、この前面板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。

また、本体ケースである上面板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また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、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が配置されているものである。

尚、図示しない本体ケースの側板である右側板14、及び、図１に示した側板である左側板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。

また、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。

また、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。

また、本体ケースの上面板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。

また、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63の光源ランプを点灯させ、更に、冷却ファン駆動制御回路43には、光源装置63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、また、タイマー等により光源装置63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が右側板14の近傍に配置され、筐体内を区画用隔壁120により背面板13側の吸気側空間室121と前面板12側の排気側空間室122とに気密に区画されている。そして、プロジェクタ10は、冷却ファンとするシロッコファンタイプのブロア110を有し、このブロア110は、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されているものである。

また、排気側空間室122内には、後述する光源ランプ及びリフレクタ並びに射出光補正手段を有した光源装置63と、光源装置63からの射出光をカラーホイール71に反射する第一反射ミラー72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73により回転されるカラーホイール71と、光学系ユニット70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。

そして、光学系ユニット70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、左側板15に沿って配置されているものである。

この照明側ブロック78は、光源装置63から射出されカラーホイール71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62の一部を備え、照明側ブロック78が有する光源側光学系62としては、カラーホイール71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75やライトトンネル75を透過した光を集光する集光レンズ等がある。

そして、この光源装置63は、図４に示すように、一端に発光源である光源ランプ64からの光を出射させる前面開口部131を有し、内面に前面開口部131に対して他端側に凹入する反射面66が形成されるとともに、他端の中心部にランプアクセス孔67が設けられたリフレクタ65と、このリフレクタ65の内部に内蔵するハロゲン等を用いた光源ランプ64とを有し、リフレクタ65の前面開口部131の前方には、図示しないがリフレクタ65の内部に冷却用の空気が流入可能な開口部を有したレンズ固定部材が配置され、このレンズ固定部材に射出光補正手段132となるレンズが固定されている。

また、リフレクタ65は、内面を半楕円面形状や非楕円面形状などの曲線を回転させた回転曲線面形状に形成され、リフレクタ65の内面となる反射面66は、真空蒸着法や、物理蒸着法またはプラズマ蒸着法等を用いて必要な可視光波長の光を反射して不必要な波長光を透過する反射フィルタが形成されている。また、この反射面66の曲率は、略楕円形状であるも、光源ランプ64から出射された光がリフレクタ65の反射面66により反射されて光源ランプ64自体を照射しない曲率で形成されている。

そして、リフレクタ65の他端の中央部に形成されたランプアクセス孔67は、従来の孔径よりも小さく、光源ランプ64より僅かに大きな直径で形成されており、ランプアクセス孔67に向かう光線を減らすと共に、リフレクタ65の反射面66で反射される光線を増やしているものである。

また、リフレクタ65の前面開口部131前方に配置された射出光補正手段132は、リフレクタ65の中心軸に一致した中心軸であって、円錐頂点をリフレクタ65側とする円錐形状の入射面となる円錐凸面133を有すると共に、この円錐凸面133の頂角と等しい頂角とされる円錐形状の円錐凹面134を出射面として有しており、入射面となる円錐凸面133を出射面となる円錐凹面134よりリフレクタ65側に位置させているものである。

また、この射出光補正手段132は、同軸で頂角の等しい円錐凸面133と円錐凹面134とを平行とする、単一のメニスカス円錐レンズとして形成されているものである。

更に、射出光補正手段132は、入射面となる円錐凸面133と、出射面となる円錐凹面134とを平行としていることから、この射出光補正手段132に入射された光線は、入射した方向と同一の方向とするように平行移動させられて出射されるものであり、入射面及び出射面は、リフレクタ65の中心軸（光軸）に一致した中心軸を有する円錐形状にあるため、射出光補正手段132を透過した光は、リフレクタ65の中心軸の方向に平行移動され、中心軸の近傍に集光されるものである。

従って、ランプアクセス孔67近傍の曲率を回転楕円曲面の曲率よりも小さくしたリフレクタ65を用いた場合や、回転楕円面のリフレクタ65において光源ランプ64をリフレクタ65の近接焦点位置よりもリフレクタ65の内側に位置させる場合など、ランプアクセス孔67近傍での反射光が光源ランプ64に照射されないように光源装置63を形成した場合、ランプアクセス孔67近傍で反射された光線は光軸中心と平行に近く、且つ、焦点位置が遠くなる為に口径の小さなライトトンネル75に入射されない光線となるが、リフレクタ65の前面開口部131前方に射出光補正手段132を配置することにより、この光線は、メニスカス円錐レンズの入射面である円錐凸面133に入射されて光軸中心側に屈折し、メニスカス円錐レンズの出射面である円錐凹面134から光軸側に平行移動した状態で出射されて光軸近傍に集光され、ライトトンネル75に入射されることとなる。

そして、射出光補正手段132となるメニスカス円錐レンズを出射した光線は、導光装置としてのライトトンネル75に入射し、ライトトンネル75に入射した光線は、ライトトンネル75の側面で反射を繰り返すことによって、均一な光線束とされるものである。

このように、入射面と出射面の二つの面（円錐凸面133、円錐凹面134）で光線を屈折させたことにより、光線が光源ランプ64にあたらないように避けて進む光をライトトンネル75に入射させることができ、ライトトンネル75においても光軸と平行に近い光線の光量が増加した光線束として出射することができる。これにより、この光源装置63をプロジェクタ10の光源とすると、投影レンズの開口数を小さくできると共に、投影画像解像度の向上、投影レンズ構成の簡易化ができるものである。

又、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75から射出された光の向きを変更する第二反射ミラー74と、この第二反射ミラー74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62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の背面板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。

更に、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。

本発明の実施形態とした光源装置63では、リフレクタ65の中心軸に一致した中心軸であって円錐頂点をリフレクタ65側とする頂角の等しい円錐形状の入射面及び出射面を有する射出光補正手段132を用いることにより、発光源となる光源ランプ64から射出され、リフレクタ65で反射された光線を光軸付近に近づけつつ、光軸の向きに近い光線を増やすことが可能な光源装置63を提供することができるものである。

また、射出光補正手段132となるメニスカス円錐レンズは、図４では、入射側の円錐凸面133と射出側の円錐凹面134とを平行とした単一レンズとして組立を容易としているも、必ずしも単一レンズに限る必要はないものである。

例えば、図５に示すように、射出光補正手段132を、後方面を円錐形状の入射面136とし前方面を平面137とする円錐凸レンズ135と、後方面を平面140として前方面を円錐形状の出射面139とする円錐凹レンズ138とを用いて構成してもよい。この際に、円錐凸レンズ135及び円錐凹レンズ138をリフレクタ65の中心軸と同軸に空間距離を持って配置させると共に、円錐凸レンズ135を円錐凹レンズ138よりもリフレクタ65側に位置させるものである。

また、円錐凸レンズ135の前方面及び円錐凹レンズ138の後方面は、リフレクタ65の中心軸（光軸）と直交する平面137,140とされるものである。
このように、円錐凸レンズ135と円錐凹レンズ138とに分けて射出光補正手段132を形成すれば、射出光補正手段132の成形製造が容易となる。

また、このように円錐凸レンズ135と円錐凹レンズ138とがリフレクタ65の中心軸（光軸）上に空間距離を持って配置することにより、少ない材料で、二つの円錐面（入射面136、出射面139）の空間距離を長くするなどの調整ができるものである。また、二つの円錐面136,139の距離を長くすることによって、光線を光軸付近に近づける事が可能であり、光軸付近に光線を集光させる場合、光線の向きも光軸に近づけやすくなるものである。

尚、円錐凸レンズ135の前方面とする平面137と円錐凹レンズ138の後方面とする平面140の両平面137,140を平行平面としつつリフレクタ65の中心軸に対して僅かに傾けることもある。この場合は、射出光補正手段132に入射する光線束の光軸と射出光補正手段132から射出される光線束の光軸とが僅かにずれることとなり、リフレクタ65の中心軸とライトトンネル75の中心軸が僅かにずれている場合の微調整が可能となる。

そして、本発明のプロジェクタ10は、光源装置63と、光源側光学系62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備え、光源装置63は、上述したようなものを用いることによって、十分な明るさの画像を投影することができるプロジェクタ10を提供することができるものである。

尚、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板を取り除いた上面図。 本発明の実施例に係る光源装置の断面図。 本発明の実施例に係る光源装置の断面図。

符号の説明

10 プロジェクタ
11 上面板 12 前面板
13 背面板 14 右側板
15 左側板
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 62 光源側光学系
63 光源装置 64 光源ランプ
65 リフレクタ 66 反射面
67 ランプアクセス孔 70 光学系ユニット
71 カラーホイール 72 第１反射ミラー
73 ホイールモータ 74 第２反射ミラー
75 ライトトンネル 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
131 前面開口部 132 射出光補正手段
133 円錐凸面 134 円錐凹面
135 円錐凸レンズ
136 入射面 137 平面
138 円錐凹レンズ
139 出射面 140 平面

Claims (6)

1. 発光源と、この発光源を収納して当該発光源からの光を一方向に反射集光するリフレクタと、前記リフレクタの反射光の光路を変更する射出光補正手段とを備え、前記射出光補正手段は、前記リフレクタの開口部前方に配置され、前記リフレクタの中心軸に一致した中心軸であって円錐頂点をリフレクタ側とする頂角の等しい円錐形状の入射面と出射面とを有していることを特徴とする光源装置。
2. 前記射出光補正手段は、前記入射面と出射面とを平行とする単一のメニスカス円錐レンズであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記射出光補正手段は、後方面を円錐形状の前記入射面として前方面を平面とする円錐凸レンズと、後方面を平面として前方面を円錐形状の前記出射面とする円錐凹レンズとを同軸としていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 前記円錐凸レンズの前方面及び円錐凹レンズの後方面は、前記リフレクタの中心軸と直交する平面であることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記円錐凸レンズと円錐凹レンズとが光軸上に空間距離を持って配置されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光源装置。
6. 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備え、
   前記光源装置は、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の光源装置であることを特徴とするプロジェクタ。

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