JP2011221277A - 照明装置及びそれを有する画像投射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 照明光路に配置された遮光手段の昇温を軽減し、画像情報を良好に投射することができる照明装置を得ること。
【解決手段】 光源手段と、該光源手段から出射した光束を被照射面側に導光する照明光学系と、該照明光学系を収納する光学ボックスと、該光学ボックス内の照明光路に挿脱可能な遮光手段と、該遮光手段を保持する保持部材とを有する照明装置において、該遮光手段は入射光束を反射する遮光部を有し、該遮光部は波長550nmの光束に対する反射率が80%以上の金属材料より成り、該保持部材は該光学ボックス外に延出する放熱部を備えることを特徴とする照明装置。
【選択図】 図2
【解決手段】 光源手段と、該光源手段から出射した光束を被照射面側に導光する照明光学系と、該照明光学系を収納する光学ボックスと、該光学ボックス内の照明光路に挿脱可能な遮光手段と、該遮光手段を保持する保持部材とを有する照明装置において、該遮光手段は入射光束を反射する遮光部を有し、該遮光部は波長550nmの光束に対する反射率が80%以上の金属材料より成り、該保持部材は該光学ボックス外に延出する放熱部を備えることを特徴とする照明装置。
【選択図】 図2
Description
本発明は、照明装置及びそれを有する画像投射装置に関し、例えば画像表示素子(液晶パネル、ライトガイド等)に形成される画像を投射光学系でスクリーンに拡大投射するプロジェクタに好適なものである。
従来、画像表示素子(液晶パネル、ライトバルブ)に形成される画像を投射光学系でスクリーンに拡大投射する画像投射装置(プロジェクタ)が種々と提案されている。近年、画像投射装置は、高輝度な光源手段を利用することによって明るい投射画像が表示されるようになってきている。しかしながら、予め設定した画像寸法よりも小さな画像を投射すると、被投射面が明るくなりすぎてしまう。そこで、光量調整用の遮光材を照明光路に挿脱可能に配置した画像投射装置が知られている(特許文献1)。特許文献1のプロジェクタにおいては、偏光分離膜への入射光量を調節する遮光板を光束分割要素と偏光変換素子アレイとの間に配置している。
照明光路に遮光材が配置された画像投射装置においては、遮光材が光束を吸収することによって遮光材の温度が上昇する。このとき、遮光材の近傍に配置した光学部材の温度が上昇して、各光学部材の配置がずれてしまうため、投射画像の光学性能が劣化してしまう。
本発明は、照明光路に配置される遮光手段の昇温を軽減し、画像情報を良好に投射することができる照明装置及びそれを有する画像投射装置を提供することを目的としている。
本発明の照明装置は、光源手段と、該光源手段から出射した光束を被照射面側に導光する照明光学系と、該照明光学系を収納する光学ボックスと、該光学ボックス内の照明光路に挿脱可能な遮光手段と、該遮光手段を保持する保持部材とを有する照明装置において、該遮光手段は入射光束を反射する遮光部を有し、該遮光部は波長550nmの光束に対する反射率が80%以上の金属材料より成り、該保持部材は該光学ボックス外に延出する放熱部を備えることを特徴としている。
本発明によれば、照明光路に配置される遮光手段の温度上昇を軽減し、高画質の画像を投射することができる照明装置が得られる。
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明の照明装置は、高圧水銀放電ランプ等の光源手段Sと、光源手段Sから出射した光束を画像表示素子(液晶パネル)が配置されている被照射面側に導光する照明光学系αと、照明光学系αを収納する光学ボックス7とを有する。光学ボックス7内の照明光路に挿脱可能な遮光手段(コントラストマスク)37と遮光手段37を保持する保持部材(マスクホルダ)38とを有する。保持部材38は遮光手段37と別部材又は同一部材より成っている。
遮光手段37は、開口部37aと、通過光量を調整する遮光部37bとを有している。遮光部37bは波長550nmの光束に対する反射率が80%以上のアルミや銀等の金属材料より成っている。保持部材38は、遮光手段37が光学ボックス内の照明光学系の照明光路に挿入されたとき、光学ボックス外に延出する放熱部38bが設けられている。このとき放熱部38bによって遮光手段37が光束を吸収し、昇温したときの熱を光学ボックス外へ放熱している。保持部材38は90W/m・K以上の熱伝導率を有する材料より成っている。保持部材38を駆動する駆動手段37を有している。保持部材38に設けた放熱部388bは駆動手段39の駆動部39aと係合する被係合部38aを有している。光学ボックスの外側に配置されているランプ冷却ファン14の吸気面側に保持部材38の放熱部38bが配置されている。
本発明の画像投射装置(プロジェクタ)は照明装置からの光束で照明された画像表示素子(液晶パネル)と、画像表示素子で形成された画像を被照射面に投射する投射光学系を有している。これらの各部材は1つの筐体内に収納保持されている。
本発明の画像投射装置は、ランプ(光源手段)S、照明光学系α、色分解合成光学系β、投射レンズ鏡筒LB等が筐体内に収納されている。これらの部材が収納される筐体及び内部の構成については、例えば本出願人が出願した特許文献2や特許文献3等に開示しているものと略同様である。
[実施例1]
図1は本発明の画像投射装置の実施例1の光学構成の要部概略図である。図1において、Sは光源手段、αは照明光学系、βは色分解合成光学系、LBは投射レンズ鏡筒(投射光学系)である。これらの各部材は筐体(不図示)内に収納されている。光源手段Sと照明光学系αは照明装置の一部分を構成している。
図1は本発明の画像投射装置の実施例1の光学構成の要部概略図である。図1において、Sは光源手段、αは照明光学系、βは色分解合成光学系、LBは投射レンズ鏡筒(投射光学系)である。これらの各部材は筐体(不図示)内に収納されている。光源手段Sと照明光学系αは照明装置の一部分を構成している。
次に、本実施例の画像投射装置の光学的な作用を説明する。発光管41から発した光はリフレクタ42により所定の方向に集光される。リフレクタ42は放物面形状の凹面鏡を有し、放物面の焦点位置からの光は該放物面の対称軸に平行な光束となって出射する。但し、発光管41からの光源は理想的な点光源ではなく、有限の大きさを有しているので、集光する光束には放物面の対称軸に平行でない光の成分も多く含まれている。これらの光束は、防爆ガラス3を介し、第1シリンダアレイ43aに入射する。第1シリンダアレイ43aに入射した光束は、第1シリンダアレイ43aのシリンダレンズセルの数に応じた複数の光束に分割されて集光され、垂直方向に並ぶ帯状の複数の光束となって出射する。そして、これら複数の分割光束は、紫外線吸収フィルタ44及び第2シリンダアレイ43bを経て、複数の光源像を偏光変換素子45の近傍に形成する。
偏光変換素子45は、偏光分離面と反射面と1/2波長板とを有する。複数の光束は、それぞれの列に対応した偏光分離面に入射し、これを透過するP偏光成分とここで反射するS偏光成分とに分割される。反射されたS偏光成分は反射面で反射し、P偏光成分と同じ方向に射出する。一方、偏光分離面を透過したP偏光成分は、1/2波長板を透過してS偏光成分と同じ偏光成分に変換される。こうして、偏光変換素子45からは同じ偏光方向を有する複数の光束が射出する。偏光変換された複数の光束は、偏光変換素子45から射出した後、フロントコンプレッサ46で光束径が圧縮され、反射ミラー47によって反射され、第3シリンダアレイ43cに入射する。
第3シリンダアレイ43cに入射した光束は、シリンダレンズセルの数に応じた複数の光束に分割されて集光され、水平方向に並ぶ帯状の複数の光束となる。第3シリンダアレイ43cを通過した光束は、後述する構成より成るコントラストマスク(遮光部材)37が光路中に配置されているときは、一部の光束がコントラストマスク37で遮光され、残りの光束が第4シリンダアレイ43dに入射する。コントラストマスク37が光路中に配置されていないときは、第3シリンダアレイ43cを通過してきた光束は全て第4シリンダアレイ43dに入射する。第4シリンダアレイ43dを通過した光束はコンデンサーレンズ48を介してリアコンプレッサ49に入射する。
フロントコンプレッサ46、コンデンサーレンズ48及びリアコンプレッサ49の光学作用によって、複数の光束によって形成される矩形像は互いに重なり合い、色分解合成光学系β内に矩形の均一な明るさの照明エリアを形成する。そしてこの照明エリアに配置した赤色(R)、緑色(G)、青色(B)に対応した反射型液晶パネルを各々対応した色光で照明する。色分解合成光学系βは先の特許文献1で開示しているように、照明光学系αからの光束をR、G、Bの色光に分解する。そしてR、G、Bの色光で液晶表示素子を照明する。R、G、B用の液晶表示素子を照明し、各液晶表示素子で光変調を受けた光束は色分解合成光学系β内で合成されて、投射レンズ鏡筒LB内の投射光学系によってスクリーン面上に投射される。これによって画像をスクリーン面上に拡大投射している。
ここで、IF基板25には、パーソナルコンピュータ、DVDプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置80が接続されている。制御基板11は、画像供給装置80から入力された画像情報に基づいて色分解合成光学系β内に配置した反射型液晶パネルを駆動し、これらに各色用の原画を形成させる。これにより、各反射型液晶パネルに入射した光は、反射されるとともに原画に応じて変調(画像変調)される。画像供給装置80と画像投射装置(プロジェクタ)とにより画像表示システムが構成される。
次に本実施例の照明装置内に配置されているコントラストマスク(遮光手段)37及びその近傍の部材について説明する。図2は、本発明の画像投射装置に係るコントラストマスク(遮光手段)37周辺の分解斜視図である。コントラストマスク37は投射情報に応じて、例えば投射画像が予め設定した寸法より小さいときには照明光路内に配置される。
図2において36は第3シリンダアレイ43c、第4シリンダアレイ43dを接着剤で固定保持するレンズホルダである。コントラストマスク37は開口部37aを有し、開口径37aの大きさを適切に設定して第4シリンダアレイ43dに入射する光量を調節することで投射画像の明るさやコントラストを調節する。コントラストマスク37の開口径37aの周辺部37bは反射率が高い材料より成っている。
38はコントラストマスク37を保持するマスクホルダ(保持部材)である。39はマスクホルダ38を移動させるためのモータ等の駆動ユニット(駆動手段)である。40は駆動ユニット39を保持するための保持板金であり、筐体の一部を構成する光学ボックス蓋7に不図示のビスで固定されている。38aはマスクホルダ38に設けられたラック形状部(被係合部)である。39aは駆動ユニット39に搭載されている動力伝達するための平歯車(駆動部)である。ラック形状部38aは平歯車39aと噛合し、これにより駆動ユニット39からの動力が伝達され、マスクホルダ38は移動可能となっている。そして、マスクホルダ38によって保持されたコントラストマスク37は光学ボックス蓋7に設けられた孔7aおよびレンズホルダ36に設けられた孔36aを挿通され、照明光路内まで進入及び挿出することが出来るようになっている。38bは光学ボックス蓋7の外に延出することで放熱する保持部材38の一部に設けた放熱部である。
なお、本実施例では、コントラストマスク(遮光手段)37の開口部37aの周辺の周辺部37bを構成する材料に波長550nmで80%以上の反射率を有する高輝度アルミを用いている。コントラストマスク37と周辺部37bは同一材料より成っている。マスクホルダ38の材質に熱伝導率90W/m・K以上を有する材料、例えば、亜鉛合金を用いている。コントラストマスク37の反射率を波長550nmで80%以上にすることで、コントラストマスク37を照明光路内に配置したときに周辺部(遮光部)37bに入射する光束(入射光束)を反射しており、温度上昇を軽減している。一方、マスクホルダ38の材料の熱伝導率を90W/m・K以上にすることで、コントラストマスク37の周辺部37bで発生した熱を放熱部38bに伝えることができ、光学ボックス蓋7の外で効率良く放熱させている。実験した所、熱伝導率96W/m・Kの亜鉛合金は十分効果があった。
尚、本実施例において、コントラストマスク37の周辺部37bで反射した光束は周辺部37bの反射部の形状を適切に設定し(例えば傾けたり、曲率を付けること)、遮光手段37近傍に配置した光学性能に影響しない部材に入射させて吸収するようにしている。これによって、周辺部37bで反射した光束が光学性能に悪影響を与えないようにしている。
図3は、本発明の画像投射装置に係るコントラストマスク37の周辺の拡大図である。図3ではコントラストマスク37が照明光路内に進入している状態を示している。その際に、コントラストマスク37を保持するマスクホルダ38の一部の放熱部が光学ボックス蓋7の外に延出する。マスクホルダ38の延出したラック形状部38aおよび放熱部38b付近の昇温した空気は光学ボックスの外側に設けたランプ冷却ファン14により吸い込まれ、筐体外へ放出されることで、マスクホルダ38が放熱される。そのため、マスクホルダ38はコントラストマスク37を接触保持しているので、熱伝導により放熱することが出来る。
そうすることで、コントラストマスク37の昇温を抑えることが出来る。このためコントラストマスク37の周辺にある第3シリンダアレイ43c、第4シリンダアレイ43dをレンズホルダ36に対して固着している接着剤に対する熱の影響を軽減することができ、接着剤の剥がれを防止することができる。
[実施例2]
図4は、本発明の実施例2の画像投射装置に係るマスクホルダ(保持部材)の説明図である。90は光学ボックス蓋7の外に延出する面積を拡大させたマスクホルダである。90aは平歯車39aにより動力伝達されるラック形状部である。90bは光学ボックス蓋7の外に延出することで放熱する放熱部である。本実施例は実施例1のマスクホルダ38に比べ、マスクホルダ90の周辺部の面積を拡大させてマスクホルダ90の放熱部90aより放熱する量を拡大させることによりコントラストマスク37の昇温をさらに抑えるようにしている。
図4は、本発明の実施例2の画像投射装置に係るマスクホルダ(保持部材)の説明図である。90は光学ボックス蓋7の外に延出する面積を拡大させたマスクホルダである。90aは平歯車39aにより動力伝達されるラック形状部である。90bは光学ボックス蓋7の外に延出することで放熱する放熱部である。本実施例は実施例1のマスクホルダ38に比べ、マスクホルダ90の周辺部の面積を拡大させてマスクホルダ90の放熱部90aより放熱する量を拡大させることによりコントラストマスク37の昇温をさらに抑えるようにしている。
[実施例3]
図5は、本発明の実施例3の画像投射装置に係るコントラストマスクの説明図である。100はコントラストマスク作用とマスクホルダ作用を一体化にしたコントラストマスク(遮光手段)である。100aは駆動ユニット39に設けた平歯車(駆動部)39aにより動力伝達されるラック形状部(被係合部)である。100bは光学ボックス蓋7の外に延出することで放熱する放熱部である。100cは波長550nmで80%以上の反射率を有する反射部(遮光部)である。反射部100cには例えば、熱伝導率90W/m・K以上の材質であるアルミ合金を採用することで、コントラストマスク作用とマスクホルダ作用を一体化したコントラストマスク100を構成することができる。反射部100cの反射率を波長550nmで80%以上にすることで、コントラストマスク100の光入射部に当る光の量を大部分、反射することができるため、一般の材質より熱吸収を抑止することができる。一方、コントラストマスク100の材料であるアルミ合金は熱伝導率が90W/m・K以上の237W・m/Kであるため、亜鉛合金に比べ、さらに効率良く放熱させることが出来る。100dは開口部である。
図5は、本発明の実施例3の画像投射装置に係るコントラストマスクの説明図である。100はコントラストマスク作用とマスクホルダ作用を一体化にしたコントラストマスク(遮光手段)である。100aは駆動ユニット39に設けた平歯車(駆動部)39aにより動力伝達されるラック形状部(被係合部)である。100bは光学ボックス蓋7の外に延出することで放熱する放熱部である。100cは波長550nmで80%以上の反射率を有する反射部(遮光部)である。反射部100cには例えば、熱伝導率90W/m・K以上の材質であるアルミ合金を採用することで、コントラストマスク作用とマスクホルダ作用を一体化したコントラストマスク100を構成することができる。反射部100cの反射率を波長550nmで80%以上にすることで、コントラストマスク100の光入射部に当る光の量を大部分、反射することができるため、一般の材質より熱吸収を抑止することができる。一方、コントラストマスク100の材料であるアルミ合金は熱伝導率が90W/m・K以上の237W・m/Kであるため、亜鉛合金に比べ、さらに効率良く放熱させることが出来る。100dは開口部である。
以上の各実施例においてコントラストマスク(遮光手段)37は照明光学系αの光路中の他、投射レンズ鏡筒LBの投射光学系の光路中に例えば開口絞り又はその近傍に挿脱可能に配置しても同様の効果が得られる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
1 光源手段 7 光学ボックス蓋 37 遮光手段 37b 遮光部
38 保持部材 39 駆動ユニット α 照明光学系 β 色分解合成光学系
LB 投射光学系鏡筒
38 保持部材 39 駆動ユニット α 照明光学系 β 色分解合成光学系
LB 投射光学系鏡筒
Claims (6)
- 光源手段と、該光源手段から出射した光束を被照射面側に導光する照明光学系と、該照明光学系を収納する光学ボックスと、該光学ボックス内の照明光路に挿脱可能な遮光手段と、該遮光手段を保持する保持部材とを有する照明装置において、該遮光手段は入射光束を反射する遮光部を有し、該遮光部は波長550nmの光束に対する反射率が80%以上の金属材料より成り、該保持部材は該光学ボックス外に延出する放熱部を備えることを特徴とする照明装置。
- 前記保持部材と前記遮光手段は同一材料より成ることを特徴とする請求項1の照明装置。
- 前記保持部材を駆動する駆動手段を有し、前記放熱部は該駆動手段の駆動部と係合する被係合部を有することを特徴とする請求項1又は2の照明装置。
- 前記保持部材は90W/m・K以上の熱伝導率を有する材料より成ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項の照明装置。
- 前記光学ボックスの外側に設けられているランプ冷却ファンの吸気面側に前記保持部材の放熱部が配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項の照明装置。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の照明装置と、該照明装置からの光束で照明された画像表示素子と、該画像表示素子で形成された画像を被照射面に投射する投射光学系を有することを特徴とする画像投射装置。
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JP2010090226A JP2011221277A (ja) | 2010-04-09 | 2010-04-09 | 照明装置及びそれを有する画像投射装置 |
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Cited By (2)
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JP2019074686A (ja) * | 2017-10-18 | 2019-05-16 | キヤノン株式会社 | 投射型表示装置 |
US12019359B2 (en) | 2019-08-02 | 2024-06-25 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Light blocking member and projection video display device |
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2010
- 2010-04-09 JP JP2010090226A patent/JP2011221277A/ja active Pending
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