JP3730978B2 - ランプユニットおよび投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学機器などに用いる光源装置であって、この光源装置を備えたランプユニットおよびランプユニットを備えた投写型表示装置に関する。

光学機器の１つの例として投写型表示装置を考える。従来、赤、緑、青の各色光を時分割に取り出して投写する基本構造を持つ時分割方式投写型表示装置が存在している。この装置は、半導体メモリーセル上に各々の傾きが制御可能な数十万のミラーエレメントを取り付けたデジタルミラーデバイス（以下、ＤＭＤと称する）を利用し、各ミラーエレメントの傾きを制御して反射状態を制御し、画像を形成するＤＭＤプロジェクターが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

すなわち、図１に示すように、このＤＭＤプロジェクターは、光源1から出射した光を反射鏡２で反射し、赤、緑、青の光を選択的に通過させるカラーフィルターが組み合わされたカラーホイール９の一点に集光レンズ３で集光させ、その通過光をロッドインテグレータ４で均一化し、光学系５で平行光束としてＴＩＲプリズム６を介してＤＭＤ７に照射し、その反射光である画像光を、ズーム投写レンズ８を介してスクリーン上に投影することを特徴としている。この投写型表示装置において、ロッドインテグレータ４で照明光を均一化するためには、光源１の光軸とロッドインテグレータ４の光軸とを一致させる必要があった。そのため、光源１と反射鏡２を一体化させ、かつ、平面内でその位置を調整できる構造が必要であった。

この調整機能を省く技術として、ランプユニットに光学ユニットに対するランプの位置決め手段を設けた構成をとることにより、ランプからの光を光学ユニット内の所定の位置に正しく集光させるというものが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、ランプを確実に光軸上の所定位置に配置することを可能にした技術が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。この技術は、ランプリフレクタに位置合わせ用基準面を設けていることが特徴である。

特開平１０−０７８５５０号公報（[０００５]、第１図） 特開平１１−０７２８４４号公報（請求項１、第３図） 特開平１１−３１１８３５号公報（請求項１、第６図）

ところが、上述した従来の技術では、次のような問題がある。第１の問題点は、ランプユニットを取り付ける毎に、ランプユニットの位置調整が必要なためランプ交換作業が負担になってしまうという点である。この調整を行わないと、ＤＭＤプロジェクターではロッドインテグレータへの光源からの照明光の入射位置が変わってしまい、照明光の均一性が損なわれてしまう。この結果、スクリーン上の画像は輝度ムラや色ムラが生じてしまう。また、液晶プロジェクターの場合でも、同様にスクリーン上の画像は輝度ムラや輝度低下が生じてしまい問題であった。

第２の問題点は、特許文献２で開示された技術も特許文献３で開示された技術も、リフレクタの外周部の縁を基準にしているが、ランプ自体はリフレクタの内側に位置決めされて作り込まれているので、ランプ光軸と光学系光軸がずれてしまう点である。つまり、基準面や基準位置を設けて高精度にランプユニットを作り上げても、ランプユニットの位置の微調整が必要になってしまう。よって、ランプ交換毎に調整しなければならないという問題があった。

本発明は、上記問題点にかんがみてなされたもので、スクリーン上の画像の輝度低下や輝度ムラが生じないランプユニットを提供することにある。また、このランプユニットを有した投写型表示装置を提供するものである。

本発明は、光源ランプと光源からの光を反射するリフレクタとリフレクタ保持部材とランプハウジングを有するランプユニットにおいて、前記リフレクタの開口部が円形であり、前記リフレクタの開口部の内径部を位置決め基準とすることを基本とする。前記リフレクタ保持部材には、斜面が形成された同心円状の突起を有しており、この突起の斜面部と前記リフレクタの開口部の内径部とが接触する構造を有する。ここで、前記突起の最大外径は前記リフレクタの開口部よりも大きいことが特徴である。

さらに、本発明において、前記リフレクタ保持部材には円錐状の空洞を有する位置決め部を有し、この円錐状の空洞の高さは開口部の直径の３倍以上であることが特徴となる。前記円錐状の空洞は、前記リフレクタの開口部をなす平面と平行な他の平面上に２つ存在し、１つの円錐状の空洞の開口部形状は円であり、他の円錐状の空洞の開口部形状は長穴であり、この長穴の長辺の方向は前記リフレクタの開口部をなす平面と平行である。

さらに、本発明において、前記リフレクタ保持部材には前記斜面が形成された同心円状の突起の中心と同じ中心の円形開口部を有することを特徴とし、さらに、前記斜面が形成された同心円状の突起の中心と同じ中心の円形開口部および円錐面部を有することが特徴である。この円錐面部には、放射状に開けられた穴を有することも特徴となる。

また、本発明において、前記リフレクタ保持部材には、その外周部に前記リフレクタに対する回転防止機構を有し、あるいは、前記リフレクタ保持部材には、その外周部に前記リフレクタカバーに対する回転防止機構を有する。また、前記リフレクタ保持部材と前記リフレクタを光源ランプの光軸方向に押し付ける押付部材を有し、これは板バネまたは棒バネまたは細工バネであることが特徴となる。

本発明のランプユニットによれば、リフレクタの開口部内径を基準面としたことにより、スクリーン上の画像の輝度低下や輝度ムラが生じないランプユニットを得ることができる。また、このランプユニットを有した投写型表示装置を提供することもできる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図２には本発明におけるランプユニットの斜視図を示し、図３には本発明におけるランプユニットの断面図を示す。

本発明におけるランプユニット１０は、主に光源ランプ１２、リフレクタ１３、リフレクタ保持部材１１、リフレクタカバー１４から構成されている。リフレクタ１２は楕円面鏡であり、光源ランプ１２はリフレクタ１３の光軸１５と一致するようにリフレクタ１３に固着され、リフレクタ１３の第一焦点に光源ランプ１２のアーク部が配置されている。このとき、リフレクタ１３の円形開口部の内径が基準となって光源ランプ１２がリフレクタ１３に固着される。リフレクタ１３にはリフレクタ保持部材１１が取り付けられる。このときも、リフレクタ１３の円形開口部の内径が基準となってリフレクタ保持部材１１がリフレクタ１３に設置される。

リフレクタ保持部材１１には、円錐状の空洞を有する光学ユニット位置決め部１６ａ、１６ｂがリフレクタ保持部材１１と一体成形されている。光学ユニット位置決め部１６ａ、１６ｂは、ランプユニット１０を光学ユニットに取り付けるときの基準となる。ここで、リフレクタ１３を基準に光源ランプ１２とリフレクタ保持部材１１がそれぞれ取り付けられ、リフレクタ保持部材１１には光学ユニット位置決め部１６ａ、１６ｂが一体成形されているので、光源ランプ１２は光学ユニットに対し正確に位置決めできることになる。

次に、本発明の実施形態の動作について説明する。図４は本発明によるランプユニットのリフレクタ保持部材の斜視図、図５は本発明によるランプユニットのリフレクタ保持部材の側面図、図６は本発明によるランプユニットのリフレクタ保持部材の正面図である。

リフレクタ保持部材１１には、リフレクタ位置決め部２３（図３）と光学ユニット位置決め部１６ａ、１６ｂを有している。リフレクタ位置決め部２３は斜面が形成された同心円状の突起部のことであり、光学ユニット位置決め部１６ａ、１６ｂとは円錐状の空洞を有する２つの筒状の部位のことである。リフレクタ位置決め部２３と光学ユニット位置決め部１６ａ、１６ｂは一体成形されている。光学ユニット位置決め部１６ａ、１６ｂはリフレクタ位置決め部２３の中心を基準面（基準軸）として作成している。

図７は図５中のＡ部の拡大図であり、リフレクタ位置決め部２３の斜面形状を説明するための図でもある。リフレクタ位置決め部２３の最大外径Ｒｍａｘ（φ49.2ｍｍ）は、リフレクタ１３の内径（φ48.1ｍｍ）よりも大きく、最小径Ｒｍｉｎはリフレクタ１３の内径よりも小さい。また、斜面部４０の角度θは３０度である。このため、リフレクタ位置決め部２３の先端部分は、リフレクタ１３の中に確実に入り込むことができる。さらに、リフレクタ１３は斜面部４０の途中位置で確実に固定される。このとき、リフレクタ１３の円形開口部の中心とリフレクタ位置決め部２３の中心は一致する。リフレクタ１３の円形開口部に公差がある場合でも、リフレクタ１３の円形開口部の中心とリフレクタ位置決め部２３の中心は一致することには変わりがないので、リフレクタ１３の円形開口部に平行な面上での位置が高精度に定められる。

リフレクタ１３の円形開口部に垂直な方向の精度は、リフレクタ１３の円形開口部の公差やリフレクタ位置決め部２３の公差に応じて変動する。輝度低下や照度ムラは、光源ランプの位置がリフレクタ１３の円形開口部に平行な方向には非常に敏感であるが、垂直な方向（光軸方向）に関しては鈍感である。よって、本発明におけるリフレクタ位置決め部２３はリフレクタ１３の円形開口部に垂直な方向の精度は犠牲になるが、一番敏感なパラメータであるリフレクタ１３の円形開口部に平行な方向では高精度を保つことができる。

また、図６において、光学ユニット位置決め部１６ａの底面は、外径（Ｒ）φ１０ｍｍ、内径φ7.0ｍｍの円であるが、光学ユニット位置決め部１６ｂの底面は、リフレクタの開口部をなす平面と平行な方向の内径（Ｌ）が１３ｍｍ、リフレクタの開口部をなす平面と垂直な方向の内径（ＲＢ）（図５）が７ｍｍの長穴である。これは、リフレクタの開口部をなす平面と平行な方向の公差を吸収するための処置である。

他方、光学ユニット位置決め部１６ａ、１６ｂにあけられた円錐状の空洞の勾配は２度であり、深くなるほど狭くなっている。これは、図１１に示すように、光学ユニット６０に設けられた位置決め基準のスタッド５０に容易に挿入できるための工夫である。光学ユニット位置決め部１６ａ、１６ｂの高さＨと光学ユニット位置決め部１６ａの底面の中心は、リフレクタ位置決め部２３の中心を基準に一体成形されている。

よって、光学ユニット位置決め部１６ａの底面の中心が光学ユニット６０の面内方向に対する光源ランプ１２の平面内位置決め基準として、また、光学ユニット位置決め部１６ａの高さＨが光学ユニット６０の垂直方向に対する光源ランプ１２の垂直方向位置決め基準として働く。さらに、本発明の実施の形態においては、高さＨは２６ｍｍである。よって、倒れ防止のため、円錐状空洞の高さＨは底面部直径の３倍以上であることが必要であるが、この条件も満足している。

さらに、図２に示すように、リフレクタ保持部材１１には一体成形により平行ツメ部２２が設けられている。平行ツメ部２２には、リフレクタ１３に対する回転防止機構としての作用と、リフレクタカバー１４に対する回転防止機構としての作用とがある。リフレクタ１３の外径形状には直線になっている領域がある。この直線になっている領域部をその外側から平行ツメ部２２に覆うことにより、リフレクタ保持部材１１はリフレクタ１３に対して回転できない構造になる。また、リフレクタカバー１４にも、平板状（突起状）のツメ受け部１８を設ける。このツメ受け部１８を平行ツメ部２２で挟むようにすることにより、リフレクタ保持部材１１はリフレクタカバー１４に対して回転できない構造を得ることができる。

さらに、図3に示すようにリフレクタ保持部材１１には、リフレクタ位置決め部２３の中心と同じ中心の円形開口部１７および円錐面部２０（図４）が設けられている。円形開口部１７の直径は２８ｍｍであり、この位置には耐熱ガラス製の防爆ガラス３１がある。円錐面部２０は冷却風の流れ（図２中のＡ）を疎外しないように、円錐状の形状をしている。円錐状の形状ではなく、例えば円柱状の形状であると、冷却風の流れが円柱状の平面部で疎外されて冷却が不十分になってしまうので問題である。円錐面部２０には、多数のランプ冷却用穴２１を設けてある。ランプ冷却用穴２１は光源ランプ１２の光軸１５に向かって放射状に開けられていることを特徴とする。光源ランプ１２の陰極部２４に向かって放射状に開けられていることが望ましい。

図８には、本発明におけるランプユニットの正面図を示した。図８中のＢ範囲に冷却風が当たるので、Ｂ範囲にあるランプ冷却用穴２１から冷却風が入り、光源ランプ１２を冷却した冷却風はＢ範囲にないランプ冷却用穴２１から排出される。よって、放射状に冷却用の穴を開けることにより、この穴から入った冷却風が光源ランプ１２に当たって光源ランプ１２を効率よく冷却できる。つまり、光源ランプ１２の信頼性が向上し、ランプ寿命も延びることになる。ランプ冷却用穴２１が放射状にない場合には、冷却風が光源ランプ１２に効果的に当たらないので冷却効率が下がってしまう。一方、ランプユニットには吸気口３４が設けられており、吸気口３４からも冷却風を取りこむことができる。取りこまれた冷却風はリフレクタ１３の外側部を冷却する。リフレクタ１３の外側部を冷却した冷却風は排気口３３から排出される。

図９には本発明におけるランプユニットの上面図を示し、図１０には本発明におけるランプユニットの側面図を示した。リフレクタ１３は、押付部材３０によって、リフレクタ保持部材１１とリフレクタカバー１４によって挟まれるようになっている。これは、押付部材３０によって光源ランプ１２の光軸方向に互いに押しつけられた結果である。さらに、押付部材３０はネジ３２によりリフレクタ保持部材１１に固定され、押し付け効果が持続できる構造になっている。

本発明における実施の形態においては、押付部材３０によってリフレクタ保持部材１１、リフレクタ１３、リフレクタカバー１４の３者が固定されているが、リフレクタ保持部材１１とリフレクタ１３のみでも押付部材３０を用いて両者同士を固定できる。ここで用いた押付部材３０は板状であるが、この形状は板状でなくても、例えば、棒状の構造物あるいは棒バネでも構わない。あるいは、細工バネと呼ばれる構造物でも構わない。光源ランプ１２の光軸方向に力が加わる構造をとることが重要である。

図１１は、本発明のランプユニットを搭載する投写型表示装置を示したものである。ランプユニット１０が光学ユニット６０に対して、上方よりほぼ垂直に降下させることにより両者は接合する。ランプユニット１０に設けられた光学ユニット位置決め部１６ａ、１６ｂが、光学ユニット６０に設けられたスタッド５０を包み込むように両者のはめ合い構造にて実装される。光学ユニット位置決め部１６ｂの上部に設けてある止めネジ３６（図９）を締めることにより、光学ユニット６０とランプユニット１０の接合は完全になる。また、ランプユニット１０には電源コネクタ３５（図１０）があり、これも光学ユニット６０側にある受側電源コネクタ（図示せず）とはめ合いで結合している。この電源コネクタ３５を通して光源ランプ１２に電力が供給される。

そして、光源ランプ１２から出射した光をリフレクタ１３で反射し、赤、緑、青の光を選択的に通過させるカラーフィルターが組み合わされたカラーホイール５１の一点に集光させ、その通過光をロッドインテグレータボックス５７の中にあるライトトンネル（図示せず）で均一化し、ミラー５８により光路を変更する。光路変更後の照明光は光学系５２で平行光束としてＴＩＲプリズム５３を介してＤＭＤ５４に照射し、その反射光である画像光をズーム投写レンズ５５を介してスクリーン（図示せず）上に投影することを特徴としている。

また、冷却風取り入れ口５６より冷却風が、図３に示すように、ランプユニット１０に設けてあるランプ冷却用穴２１と吸気口３４に入り、光源ランプ１２やリフレクタ１３を適切に冷却する。この冷却によって光源ランプ１２の寿命が延びる。特に、放射状に設けられたランプ冷却用穴２１からの冷却風が、光軸上の陰極部２４付近を狙ったように入り込んでその周辺部分を局所的に冷却する作用による所が大きい。

以上説明したように、この投写型表示装置においては、本発明によるランプユニット１０を用いているので、光源ランプ１２との光軸合わせなどが不要となり、組立後の検査工程、調整工程、出荷検査工程などの検査時間を短縮するという効果が得られた。また、ランプユニットの光軸ズレの問題が解消できたので、画像の輝度低下や照度ムラが生じない投写型表示装置を得ることができた。

本発明は、投写型表示装置のような光源ランプを用いた電子機器において、スクリーン上の画像の輝度低下や照度ムラが生じないランプユニットと、このランプユニットを有した投写型表示装置の提供が可能になった。

ＤＭＤプロジェクタの光学系の概略図である。 本発明におけるランプユニットの斜視図である。 本発明におけるランプユニットの断面図である。 本発明におけるランプユニットのリフレクタ保持部材の斜視図である。 本発明におけるランプユニットのリフレクタ保持部材の側面図である。 本発明におけるランプユニットのリフレクタ保持部材の平面図である。 図５中のＡ部の拡大図である。 本発明におけるランプユニットの正面図である。 本発明におけるランプユニットの上面図である。 本発明におけるランプユニットの側面図である。 本発明におけるランプユニットを搭載する投写型表示装置の説明図である。

符号の説明

１ 光源
２ 反射鏡
３ 集光レンズ
４ ロッドインテグレータ
５ 光学系
６ ＴＩＲプリズム
７ ＤＭＤ
８ ズーム投写レンズ
９ カラーホイール
１０ ランプユニット
１１ リフレクタ保持部材
１２ 光源ランプ
１３ リフレクタ
１４ リフレクタカバー
１５ 光軸
１６ａ、１６ｂ 光学ユニット位置決め部
１７ 円形開口部
１８ ツメ受け部
２０ 円錐面部
２１ ランプ冷却用穴
２２ 平行ツメ部
２３ リフレクタ位置決め部
２４ 陰極部
３０ 押付部材
３１ 防爆ガラス
３２ ネジ
３３ 排気口
３４ 吸気口
３５ 電源コネクタ
３６ 止めネジ
４０ 斜面部
５０ スタッド
５１ カラーホイール
５２ 光学系
５３ ＴＩＲプリズム
５４ ＤＭＤ
５５ ズーム投写レンズ
５６ 冷却風取り入れ口
５７ ロッドインテグレータボックス
５８ ミラー
６０ 光学ユニット

Claims (14)

1. 光源ランプと光源からの光を反射するリフレクタとリフレクタ保持部材を有するランプユニットにおいて、前記リフレクタ保持部材は位置決め部を有し、前記リフレクタの開口部が円形であり、前記リフレクタの開口部の内径部分と前記位置決め部とが接触していることを特徴とするランプユニット。
2. 前記位置決め部は、同心円状に斜面が形成された突起を有していることを特徴とする請求項１記載のランプユニット。
3. 前記突起の最大外径は、前記リフレクタの開口部よりも大きいことを特徴とする請求項２記載のランプユニット。
4. 前記リフレクタ保持部材には、円錐状の空洞を有する他の位置決め部を有することを特徴とする請求項１または２記載のランプユニット。
5. 前記円錐状の空洞において、この空洞の高さは開口部の直径の３倍以上であることを特徴とする請求項４記載のランプユニット。
6. 前記円錐状の空洞は、前記リフレクタの開口部をなす平面と平行な他の平面上に２つ存在し、１つの円錐状の空洞の開口部形状は円であり、他の円錐状の空洞の開口部形状は長穴であり、前記長穴の長辺の方向は前記リフレクタの開口部をなす平面と平行であることを特徴とする請求項４または５記載のランプユニット。
7. 前記リフレクタ保持部材には、前記斜面が形成された同心円状の突起の中心と同じ中心の円形開口部を有することを特徴とする請求項１乃至４記載のランプユニット。
8. 前記リフレクタ保持部材には、前記斜面が形成された同心円状の突起の中心と同じ中心の円形開口部および円錐面部を有することを特徴とする請求項１乃至４記載のランプユニット。
9. 前記円錐面部には、放射状に開けられた穴を有することを特徴とする請求項８記載のランプユニット。
10. 前記リフレクタ保持部材には、その外周部に前記リフレクタに対する回転防止機構を有することを特徴とする請求項１記載のランプユニット。
11. 少なくともリフレクタカバーを持つランプユニットにおいて、前記リフレクタ保持部材には、その外周部に前記リフレクタカバーに対する回転防止機構を有することを特徴とする請求項１記載のランプユニット。
12. 前記リフレクタ保持部材と前記リフレクタを光源ランプの光軸方向に押し付ける押付部材を有することを特徴とする請求項１記載のランプユニット。
13. 前記押付部材は、板バネまたは棒バネまたは細工バネであることを特徴とする請求項１２記載のランプユニット。
14. 請求項１乃至１３に記載のランプユニットを具備したことを特徴とする投写型表示装置。
    

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