JP4715404B2 - ランプユニット取り付け機構およびそれを用いたプロジェクタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光を照明光学系で映像表示素子に照射し、映像表示素子で形成した光学像を投射レンズで拡大して投射するプロジェクタ装置（投射型映像表示装置ともいう）に係わり、特に照明光学系から投射レンズまでの光学素子を基体に搭載した光学ユニットに対して、光源として用いられるランプを収納したランプユニットを装着するランプユニット取り付け機構に関する。

プロジェクタ装置は、光源からの光を照明光学系で映像表示素子に照射し、映像表示素子で形成した光学像を投射レンズでスクリーンなどに拡大投射するものである。一般的に、例えば３つの映像表示素子を用いた３板式プロジェクタ装置では、光源からの光を映像表示素子に照射する照明光学系から投射レンズまでの光路に配設された光学素子は、一つの基枠（基体）上に搭載され、光学ユニットを構成している。そして、光源として用いられるランプは、リフレクタとともに収納ケースに収容され、このランプユニットが光学ユニットに装着されている。通常、ランプユニットは光学ユニットに対して着脱可能である。この種の技術は例えば特開平１０−１９７９５５号公報に記載されている。

ところで、プロジェクタ装置は、テレビ用途から業務用途まで幅広く使用されており、その用途に応じた設計開発がなされている。そのため近年では、多品種少量生産となり、短期開発が要求されている。これに対応するため、ランプユニットの共用化技術が例えば特開２００４−２９４６８３号公報で提案されている。

特開平１０−１９７９５５号公報 特開２００４−２９４６８３号公報

特開２００４−２９４６８３号公報では、背面投射型プロジェクタ装置の異なる機種の光学ユニットに対応するため、ランプを異なる複数の方向からランプ収納ケースに挿入できるように構成したランプユニットが記載されている。これにより、異なる機種間でのランプ収納ケースの共用化が可能となり、金型費用の低減や設計工数の低減を図っている。

ところで、一般的にプロジェクタ装置では、消費電力（定格ランプ電力）に依らずランプの外形がほぼ同等の大きさである。従って、異なる種類のランプが取り付け可能な共通のランプ収納ケースを用いる場合、意図しない光学ユニットとランプの組み立てが発生する恐れがある。誤った組合せ、例えば定格ランプ電力２００Ｗのランプが１６０Ｗ用のセットに設置されてしまうと、ランプの能力が十分発揮されずセットとしての性能も低下してしまう。また定格ランプ電力１６０Ｗのランプが２００Ｗ専用の光学ユニットに設置されてしまうと、ランプが破裂してしまう。

しかし、特開平１０−１９７９５５号公報では、上記したランプユニットと光学ユニットの誤った組合せ防止については言及されていない。

本発明の目的は、共用化を図りながらランプユニットと光学ユニットの誤った組合せを低減できるランプユニット取り付け機構およびそれを用いたプロジェクタ装置を提供することにある。

本発明の一実施の形態では、プロジェクタ装置の光学ユニットに収納される光源ユニットにおいて、光学ユニットに収納される際の位置決め穴を基準として複数の切欠可能な領域を有する。

共用化を図りながら、ランプユニットと光学ユニットの誤った組合せを低減するランプユニット取り付け機構およびそれを用いたプロジェクタ装置を実現することが可能である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、共通な機能を有する構成要素には同一符号を付して示し、また、煩雑さを避けるために、一度述べたものについてはその繰り返した説明を省略する。

図１から図７を用いて、第１の実施の形態を説明する。図１から順に説明する。図１は、第１の実施の形態に係わるプロジェクタ装置の概観斜視図である。図１に示すように、本実施の形態に係わるプロジェクタ装置１は、映像表示素子で形成した光学像（図示せず）を投射レンズ１０で外部のスクリーン（図示せず）に拡大投影するものである。

図１では、プロジェクタ装置の冷却のために、排気口２が投射レンズ１０と同じ正面側に、そしてその投射レンズ１０の左側部分に設けてあり、また図示しないが投射レンズ１０の左背面側に光源ランプ（後述する）の冷却用の吸気口が設けてある。その他、プロジェクタ装置１を制御するための操作ボタン５、図示しない映像表示素子を主に冷却するパネル吸気口４などがプロジェクタ装置１の外部に面して配置されている。

図２に、第１の実施の形態に係わるプロジェクタ装置の内部に配設されている光学ユニットに組み込まれた投射光学系の概略構成図を示す。図２において、１００はランプであり、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。ランプ１００は、円形または、多角形の出射開口を持つ少なくとも一つの反射鏡１０２を有し、反射鏡１０２とともに図示しないランプ収納ケースに収納されてランプユニット１１０を構成している。このランプユニット１１０からの光は映像表示素子である例えば液晶表示素子８１８、８１９、８２０を通過して投射レンズ１０に向かい、図示しないスクリーンへ投影される。なお、投射光学系とは、ランプユニット１１０から投射レンズ１０に至る光学系全体を指すものである。

ランプ１００から放射される光は例えば放物面の反射鏡１０２で反射されて光軸に平行となり、第１アレイレンズ８０３に入射される。第１アレイレンズ８０３は、入射した光をマトリックス状に配設された複数のレンズセルで複数の光に分割して、効率よく第２アレイレンズ８０４と偏光変換素子８０５を通過するように導く。即ち、第１アレイレンズ８０３はランプ１００と第２アレイレンズ８０４の各レンズセルとが互いに物体と像の関係（共役関係）になるように設計されている。第１アレイレンズ８０３と同様に、マトリックス状に配設された複数のレンズセルを持つ第２アレイレンズ８０４は、構成するレンズセルそれぞれが対応する第１アレイレンズ８０３のレンズセルの形状を液晶表示素子８１８、８１９、８２０に投影する。この時、偏光変換素子８０５で第２アレイレンズ８０４からの光は所定の偏光方向に揃えられ、そして、第１アレイレンズ８０３の各レンズセルの投影像は、それぞれ集光レンズ８０６、およびコンデンサレンズ８１３、８１４、第１リレーレンズ８１５、第２リレーレンズ８１６、第３リレーレンズ８１７により各液晶表示素子８１８、８１９、８２０上に重ね合わせられる。なお、第２アレイレンズ８０４とこれに近接して配設される集光レンズ８０６とは、第１アレイレンズ８０３と液晶表示素子８１８、８１９、８２０とが、互いに物体と像の関係（共役関係）になるように設計されているので、第１アレイレンズ８０３で複数に分割された光束は、第２アレイレンズ８０４と集光レンズ８０６によって、液晶表示素子８１８、８１９、８２０上に重畳して投影され、実用上問題のないレベルの均一性の高い照度分布の照明が可能となる。

その過程で、ダイクロイックミラー８１１により、例えばＢ光(青色帯域の光)は反射され、Ｇ光(緑色帯域の光)およびＲ光(赤色帯域の光)は透過されて２色の光に分離され、更に、Ｇ光とＲ光はダイクロイックミラー８１２によりＧ光とＲ光に分離される。例えば、Ｇ光はダイクロイックミラー８１２で反射され、Ｒ光はダイクロイックミラー８１２を透過して３色の光に分離される。この光の分離の仕方は種々考えられ、ダイクロイックミラー８１１でＲ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させてもよいし、Ｇ光を反射させ、Ｒ光及びＢ光を透過させてもよい。例として、Ｂ光はダイクロイックミラー８１１を反射して、反射ミラー８１０で反射され、コンデンサレンズ８１３を通してＢ光用の液晶表示素子８１８を透過して光合成プリズム８２１に入射される。ダイクロイックミラー８１１で透過されたＧ光及びＲ光の内、Ｇ光はダイクロイックミラー８１２で反射され、コンデンサレンズ８１４を通してＧ光用液晶表示素子８１９に入射され、この液晶表示素子８１９を透過して光合成プリズム８２１に入射される。Ｒ光はダイクロイックミラー８１２を透過し、第１リレーレンズ８１５で集光され、更に反射ミラー８０８で反射され、第２リレーレンズ８１６で更に集光され、反射ミラー８０９で反射された後、第３リレーレンズ８１７で更に集光されてＲ光用の液晶表示素子８２０に入射される。液晶表示素子８２０を透過したＲ光は光合成プリズム８２１に入射される。各液晶表示素子を透過したＢ光、Ｇ光、Ｒ光は、光合成プリズム８２１によってカラー映像として合成された後、例えばズームレンズであるような投射レンズ１０を通過し、図示しないスクリーンに到達する。液晶表示素子８１８、８１９、８２０上に光強度変調で形成された光学像は、投射レンズ１０によりスクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。

図２では、第１の光路（Ｂ光）と第２の光路（Ｇ光）にはリレーレンズは使用されていないが、第３の光路（Ｒ光）にはＢ光、Ｇ光と光路長を等しくするためのリレーレンズが使用されている。また、第１アレイレンズ８０３、第２アレイレンズ８０４、集光レンズ８０６等は所謂周知のオプティカルインテグレータを構成している。

点線で示されている２００は、光学ユニットの構造体（基枠）である光学ユニット筐体であり、光学ユニット筐体２００には、ランプユニット１１０からの光を液晶表示素子８１８、８１９、８２０上に照射する照明光学系（含色分離光学系）を成す第１アレイレンズ８０３、第２アレイレンズ８０４、偏光変換素子８０５、集光レンズ８０６、ダイクロイックミラー８１１、８１２、反射ミラー８０８、８０９、８１０、コンデンサレンズ８１３、８１４、リレーレンズ８１５、８１６、８１７等の光学素子が装着されている。そして、液晶表示素子８１８、８１９、８２０と投射レンズ１０は光合成プリズム８２１に装着されて、後述するプリズムユニット３１０とされた後に、光学ユニット筐体２００に装着される。また、ランプユニット１１０も光学ユニット筐体２００に装着される。なお、ダイクロイックミラー８１１、８１２はランプユニットからの略白色光を例えばＲ光、Ｇ光、Ｂ光の３色光に色分離する色分離光学系を構成するものである。

図３は、第１の実施の形態に係わる図２で述べた投射光学系が組み込まれた光学ユニットの概観斜視図である。図３に示すように、光学ユニット３００には、液晶表示素子８１８、８１９、８２０と投射レンズ１０を光合成プリズム８２１に装着したプリズムユニット３１０と、ランプユニット１１０が装着されている。図示されてないが、照明光学系を構成するその他の光学素子がさらに搭載されている。

図４は第１の実施の形態によるランプユニットの構成を示す分解斜視図である。図４に示すように、ランプユニット１１０は、光学ユニット側のランプケースＡ１２０と、リフレクタを有するランプ１００と、ランプ１００の背面側のランプケースＢ１３０を含む。ランプ１００がランプケースＡ１２０とランプケースＢ１３０とで挟持されて固定されている。そして、組み立てられたランプユニット１１０は、ランプケースＡ１２０に設けられた位置決め穴１４５、１４６を基準に複数（ここでは４箇所）の切欠部１４０（１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ）を用いて光学ユニット３００に装着される。装着方法の詳細は後述する。

一般的なプロジェクタ装置のランプは、定格ランプ電力（消費電力）に関わらず略同等の大きさなので、定格ランプ電力の異なる複数種類のランプをこのランプユニット１１０に取り付けることができる。そこで、ランプユニットと光学ユニットの所定組合せ以外の誤った組合せを防止するため、ランプケースＡ１２０に切欠可能な複数の切欠部１４０を備えている。つまり、複数の切欠部１４０の切欠（穴）の有無の組合せでランプを識別できるようにするためである（詳細は後述）。

図５はランプケースＡの詳細構成図で、（ａ）図はその斜視図、（ｂ）図はその上面図である。図５に示すように、ランプケースＡ１２０には、位置決め穴１４５、１４６を基準に所定の精度で複数（ここでは４箇所）の切欠部１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄが設けられている。各切欠部１４０ａ-ｄは、その領域周囲に沿って穴１４１がミシン目のように形成されており、隣接する穴１４１間のリブ１４２で連結されている。従って、例えばニッパーなどの切断工具を用いて該リブ１４２を切断することにより、４箇所の切欠部の内、所定の切欠部（少なくとも１つ以上）に穴を容易にあけることができる。また、ランプケースＡ１２０には、ランプユニットを光学ユニットに装着する際の基準穴となる位置決め穴１４５、１４６が設けられており、一方の位置決め穴１４６は光の光軸（図示せず）に直交する面に平行な方向に長い長穴とされている。これはランプユニットを光学ユニットに装着する際の位置決めを容易にするためである。なお、穴１４７はランプユニットを光学ユニットに固定するためのネジ（図示せず）用の挿入穴である。

図６は第１の実施の形態による光学ユニット筐体を示す概略斜視図である。図６において、２００Ａは光学ユニット３００の構造体（基枠）である光学ユニット筐体で、図６紙面右側がランプユニット１１０の装着側で、図６紙面左上側の凹部２７０がプリズムユニット３１０の装着部位である。以降の説明を容易とするために、図６では、図３とは１８０度回転させて図示している。ランプユニット１１０の装着側には、光学ユニット３００にランプユニット１１０を装着する際の位置決め用の突起である位置決めピン２０５が、ランプユニット１１０の位置決め面である面２５１と２５２上に、ランプユニット１１０側の位置決め穴１４５、１４６に対応して設けられている。位置決めピン１６０は、精度向上のために配置されている。また、ランプユニットと光学ユニットの所定組合せ以外の誤った組合せを防止するための識別用の突起であるピン２１０ｂ、２１０ｄが、同様に面２５１と２５２上に配設されている。ピン２１０は、その数と配置位置との組合せで、複数の組合せるランプ（ランプユニット）を識別するものである。ここでは、一つの例として、面２５１と面２５２にそれぞれ１つのピン２１０ｂと２１０ｄが図示しない光軸に対称に設けてある。勿論、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、種々に変形して用いることができることはいうまでもない。なお、穴２２０は、光学ユニットにランプユニットを装着する際の固定用ネジ穴である。

図７は、第１の実施の形態によるランプユニットと光学ユニット筐体の取り付け機構の詳細を示す斜視図である。

図７において、光学ユニット筐体２００Ａには識別用のピン２１０ｂと２１０ｄが設けてある。また、この光学ユニットに対応したランプを搭載するランプユニットのランプケースＡ１２０では、予め識別用のピン２１０ｂと２１０ｄにそれぞれ対応する切欠部１４０ｂと１４０ｄのリブ１４２が例えばニッパーで切断され、切欠部１４０ｂ、１４０ｄに穴が開けられている。そこで、光学ユニット筐体２００Ａの位置決めピン２０５をランプケースＡ１２０の位置決め穴１４５、１４６に挿入すれば、ピン２１０ｂと２１０ｄが切欠部１４０ｂと１４０ｄの穴に挿入されるので、正しく識別されて、所定のランプを搭載したランプユニットを光学ユニットに装着できることになる。なお、２３０はランプユニット１１０を光学ユニット筐体２００Ａに固定するネジである。

また、上記したランプユニットの切欠部の穴あけ作業はランプ組み立て時に行ってもよいが、ランプケースＡを成形する際に、組合せランプに応じた切欠部の穴あけしてもよい（これは例えばランプケースＡに付随する指定品名コードナンバーを用いて管理が可能）。このようにすれば、生産ラインでの工数を低減でき、コスト低減を図ることができる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、ここで穴形状やピンを切断する作業は成形メーカからの納入時に既になされており生産ラインで作業が増えるということはなく、ほとんど余分なコストアップはかからない。ランプユニット側に容易に切断可能な識別用の複数の切欠部１４０を設けたので、組合せる光学ユニットに対応したランプを搭載したランプユニットを組み立てる場合、該光学ユニットに設けられた定格ランプ電力の異なる複数種類のランプの一つを識別する識別ピンに応じて、前記切欠部に穴をあけることができる。従って、組み立てたランプユニットを対応する光学ユニットに装着する際、該識別ピンを該穴があけられた切欠部に挿入することができるので、正しく識別することができ、誤った組合せを防止することができる。これにともない、ランプユニットの収納ケースを複数機種で共用化することができ、金型費用の低減や設計工数の低減も図ることができる。さらに、共用化により量産効果でコストダウンも図ることもできる。

本実施の形態では、光学ユニット筐体に突起状のピンを設け、ランプユニットのランプケースＡに該ピンに対応する穴とすることができる切欠部を設けるようにしたが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。例えば、光学ユニット筐体に凹状の穴を設け、ランプケースＡに切欠部に代えて該穴に対応する突起とすることができる容易に切断可能な突起状のピンを設けるようにしてもよい。

第１の実施の形態では、ランプユニットの共用化について説明したが、以下、更に光学ユニット筐体の共用化も図った第２の実施の形態について説明する。

液晶表示素子のパネルサイズが同じであれば、例えば前面投射型プロジェクタでは投射光学系は共通に用いることができる。このような場合、光学ユニット筐体は共通に使用することが可能である。しかし、組合せるランプを識別するための識別用ピンを機種毎に応じて設ける必要がある。そのため、光学ユニット筐体の金型では、少なくとも識別用のピンの部分に対して交換可能な入れ駒として、機種毎の光学ユニット筐体を成形していた。これでは金型費用もかかり、また部品コスト低減もままならないことになる。第１の実施の形態では、光学ユニット筐体はこのような手法によったものである。

そこで、ランプユニットと同様に、光学ユニット筐体に識別用の切断可能（折取可能）な突起状のピンを複数設け、使用に際し、使用するランプに対応したピンのみを残すようにすれば、上記課題を解決することができる。

図８は第２の実施の形態による光学ユニット筐体を示す斜視図である。図８に示すように、光学ユニット筐体２００Ｂの面２５１、２５２には、位置決めピン２０５を基準に所定の精度で識別用の複数（ここでは４箇所）のピン２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄが設けられている。これらのピンは容易に例えばニッパーなどの切断工具を用いて切断できるような径を有している。

図９は、第２の実施の形態によるランプユニットと光学ユニット筐体の取り付け機構の詳細を示す斜視図である。以下では、第１の実施の形態とは異なる定格ランプ電力のランプを使用する場合について説明する。

本実施の形態では、使用するランプを識別するために、光学ユニット筐体２００Ｂに形成された識別用ピン２１０ａ〜２１０ｄの内、ピン２１０ａと２１０ｃを残し、他のピン２１０ｂと２１０ｄは切断している。そして、残した識別用のピン２１０ａと２１０ｃに対応して、ランプユニット１１０側では切欠部１４０ａと１４０ｃに穴があけられている。そこで、光学ユニット筐体２００Ｂの位置決めピン１６０をランプケースＡ１２０の位置決め穴１４５、１４６に挿入すれば、ピン２１０ａと２１０ｃが切欠部１４０ａと１４０ｃの穴に挿入されるので、正しく識別されて、所定のランプを搭載したランプユニットを光学ユニットに装着できることになる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて、光学ユニット筐体の共用化も可能となる。これにともない、光学ユニット筐体の金型費用の低減や設計工数の低減も図ることができる。さらに、共用化により量産効果でコストダウンも図ることもできる。

また、本実施の形態では、光学ユニット筐体に切り取り可能な突起状のピンを設け、ランプユニットのランプケースＡに切欠可能な切欠部を設けるようにしたが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。例えば、光学ユニット筐体に切欠可能な切欠部を設け、ランプケースＡに切り取り可能な突起状のピンを設けるようにしてもよい。

また、上記では、投射光学系が同じで光学ユニットが共用化可能であるとしたが、これに限定されるものではない。異なる液晶表示素子の異なるパネルサイズにも対応できるように、光学ユニット筐体に例えば複数の第１、第２アレイレンズ用の装着機構を設け、複数の投射光学系に対応させた共用化光学ユニット筐体にも好適に適用できることはいうまでもない。

以上では、組合せが正常な場合について説明したが、以下誤った組合せ例について述べる。

図１０は、ランプユニットと光学ユニット筐体の誤った組合せ例を示すものである。図１０において、例えば２１０Ｗ専用のランプ１００Ｃと組合せるべき２１０Ｗ専用の光学ユニット筐体２００Ｃは、識別用のピン２１０ｃと２１０ｄが切断され、ピン２１０ａ、２１０ｂが残されているものとする。この時、２００Ｗランプ１００Ｄのランプユニットを作業者が誤って取り付けようとしても、２００Ｗランプ１００Ｄ専用のランプケースＡは例えば切欠部１４０ｃのみ切り欠いて、他の異なるランプのランプユニットと識別するようにしておけば、この誤った組合せであるランプ１００Ｄは前記２１０Ｗ専用の光学ユニット筐体２００Ｃには装着できないこととなる。

正しい組合せを識別するため設けられる光学ユニット筐体とランプユニットのピンと切欠部の数は、第２の実施の形態ではそれぞれ４個としたがこれに限定されるものではなく、スペースが許す限り多くすることができ、ランプの種類に十分対応可能である。

第１の実施の形態に係わるプロジェクタ装置の概観斜視図である。 第１の実施の形態に係わる投射光学系の概略構成図である。 第１の実施の形態に係わる光学ユニットの概観斜視図である。 第１の実施の形態によるランプユニットの構成を示す分解斜視図である。 第１の実施の形態によるランプケースＡの詳細構成図である。 第１の実施の形態による光学ユニット筐体を示す概略斜視図である。 第１の実施の形態によるランプユニットと光学ユニット筐体の取り付け機構を示す斜視図である。 第２の実施の形態による光学ユニット筐体を示す斜視図である。 第２の実施の形態によるランプユニットと光学ユニット筐体の取り付け機構を示す斜視図である。 ランプユニットと光学ユニット筐体の誤った組合せ例を示す図である。

符号の説明

１・・・プロジェクタ装置、２・・・排気口、４・・・パネル吸気口、５・・・操作ボタン、１０・・・投射レンズ、１００・・・ランプ、１０２・・・反射鏡、１１０・・・ランプユニット、１２０・・・ランプケースＡ、１３０・・・ランプケースＢ、１４０・・・切欠部、１４１・・・穴、１４２・・・リブ、１４５、１４６・・・位置決め穴、１５０ａ・・・穴ａ、１５０ｂ・・・穴ｂ、１５０ｃ・・・穴ｃ、１５０ｄ・・・穴ｄ、２００・・・光学ユニット筐体、２０５・・・位置決めピン、２１０・・・ピン、２２０・・・穴、２３０・・・ネジ、２５１、２５２・・・面、２７０・・・凹部、３００・・・光学ユニット、３１０・・・プリズムユニット、８０３・・・第１アレイレンズ、８０４・・・第２アレイレンズ、８０５・・・偏光変換素子、８０６・・・集光レンズ、８０８、８０９、８１０・・・反射ミラー、８１１、８１２・・・ダイクロイックミラー、８１３、８１４・・・コンデンサレンズ、８１５・・・第１リレーレンズ、８１６・・・第２リレーレンズ、８１７・・・第３リレーレンズ、８１８、８１９、８２０・・・液晶表示素子、８２１・・・光合成プリズム

Claims (2)

1. 映像を投射するための光学系素子を収納する筐体を有するプロジェクタ装置に取り外し可能に収納される光源ユニットにおいて、
   ランプと、
   前記ランプを収納する収納ケースを備え、前記収納ケースは、
   前記筐体に収納する際に用いられる位置決め用穴と、
   前記位置決め用穴を基準に所定間隔で形成される複数の切欠可能領域を有し、
   前記切欠可能領域とは、複数の穴に囲まれた所定の形状を有する領域であり、
   隣接する前記複数の穴の間には、リブが形成される、光源ユニット。
2. ランプと、
   前記ランプを収納する収納ケースと、
   映像を投射するための光学素子を収納する筐体を備え、
   前記収納ケースは、前記筐体に収納する際に用いられる位置決め用穴と、前記位置決め用穴を基準に所定間隔で形成される複数の切欠可能領域を有し、
   前記筺体は、前記切欠可能領域の少なくとも一部に対応する位置にガイドピンを有し、
   前記切欠可能領域とは、複数の穴に囲まれた所定の形状を有する領域であり、
   隣接する前記複数の穴の間には、リブが形成される、プロジェクタ装置。

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