JP2011221277A - 照明装置及びそれを有する画像投射装置 - Google Patents

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

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。

特開２００２−０９０７０５号公報 特開２００９−０２５３６７号公報 特開２００９−０４３５３９号公報

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。

本発明の実施例１の画像投射装置の光学構成を示す平面図 実施例１に係るコントラストマスク周辺の分解斜視図 実施例１に係るコントラストマスク周辺の斜視図 実施例２に係るマスクホルダを示す図 実施例３に係るコントラストマスクを示す図

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。

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。

［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。

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

Claims (6)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。