JP5019747B2

JP5019747B2 - プロジェクタ

Info

Publication number: JP5019747B2
Application number: JP2005377868A
Authority: JP
Inventors: 進高橋
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: JP2007178767A

Description

本発明は、プロジェクタに関するものである。

従来、キセノンランプ等の光源装置からの光を透過型液晶パネルのような表示素子に透過させることにより、あるいは、ディジタルマイクロミラーデバイスのような反射型表示素子に反射させることにより、光に映像信号を重畳させた後、投影レンズを介して映像を投影するプロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２４９４００号公報

しかしながら、キセノンランプ等の光源装置は、発熱により高温状態となるため、冷却ファン等により強制冷却する必要がある。このため、作動時に冷却ファンの回転音が騒音となってしまう不都合がある。また、冷却ファンにより光源装置から熱風が外部に放出されることとなる。

このため、例えば、車の室内のように狭く閉じた視聴空間においては、冷却ファンの騒音による映像用の音声のＳ／Ｎ比が著しく増大し、また、放出される熱風により室内温度が上昇してしまう問題がある。また、キセノンランプ等の光源装置のランプや冷却ファン、およびレンズ他の光学系を含め比較的多くのスペースを有するものを備えているため、プロジェクタが大型化し、狭い視聴空間に配置することが困難であるという問題もある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、光源装置の発生する騒音や熱風が視聴空間における視聴環境を低減する不都合の発生を未然に防止し、狭い視聴空間にも設置でき、快適な視聴環境を実現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している。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、照明光を発生する光源装置と、前記光源装置から発せられた照明光に映像信号を重畳する表示素子と、該表示素子により映像信号が重畳された照明光を投影する投影レンズとを有するプロジェクタヘッドと、これら光源装置とプロジェクタヘッドとを接続し、光源装置から発せられた照明光をプロジェクタヘッドに供給する光ファイバと、を備えたプロジェクタにおいて、前記光源装置はレーザ光源であり、前記光ファイバの端面から出射されるレーザ光を可視光に変換する蛍光発光体を備え、前記光ファイバに供給されるレーザ光に、前記表示素子の制御信号を載せる信号変調部と、前記プロジェクタヘッド内に設けられ、前記蛍光発光体で変換された可視光を分岐するハーフミラーと、前記ハーフミラーで分岐された前記光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子により変換された電気信号に基づいて前記表示素子に表示させる映像信号を生成する信号処理部と、を具備することを特徴とするプロジェクタを提供する。

本発明によれば、光源装置から発せられた照明光は光ファイバを介してプロジェクタヘッドに伝播される。プロジェクタヘッドにおいては、表示素子の作動により、伝播されて来た照明光に映像信号が重畳され、投影レンズにより外部に投影される。
この場合において、本実施形態によれば、プロジェクタヘッドが光源装置から分離されているので、光源装置をプロジェクタヘッドから離れた位置に配置することができる。発熱および騒音を発生する光源装置を、視聴空間に配置されるプロジェクタヘッドから離れた位置に配置することにより、視聴空間における騒音および温度上昇の問題を解消し、快適な視聴環境を実現することが可能となる。

また、本発明によれば、ランプ、光学系および冷却ファン等により大型になりやすい光源装置をプロジェクタヘッドから分離することで、プロジェクタヘッド自体を小型に構成できる。したがって、視聴空間には小型のプロジェクタヘッドを配置すれば足り、視聴空間が狭い場合においても大きな設置スペースを必要とすることがない。さらに、プロジェクタヘッドと光源装置とを柔軟な光ファイバにより接続することにより、光源装置に対するプロジェクタヘッドの自由な移動が許容され、取り回しや設置および投影箇所の変更を容易に行うことができる。

上記発明においては、前記光源装置がレーザ光源を備え、前記プロジェクタヘッドに、前記光ファイバの端面から出射されるレーザ光を可視光に変換する蛍光発光体が備えられていることとしてもよい。
このようにすることで、レーザ光源である光源装置から発せられたレーザ光が、光ファイバを介してプロジェクタヘッドに伝播されると、プロジェクタヘッド内に配置された蛍光発光体に、光ファイバの端面から出射されるレーザ光が入射され、可視光が出射される。そして、出射された可視光に表示素子により映像信号が重畳され、投影レンズにより外部に投影される。レーザ光を光ファイバ内に伝播させることにより、損失を低減して効率よく伝播できるとともに、プロジェクタヘッドにおいて高強度の可視光に変換することができ、明るい映像を投影することができる。

また、上記発明においては、前記蛍光発光体が、白色蛍光を発光することとしてもよく、前記蛍光発光体が、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色以上の蛍光を発光することとしてもよい。４色以上の蛍光を発光させることとすれば、色の再現性をより向上することができる。

また、上記発明においては、前記表示素子が、反射型表示素子であることとしてもよく、この場合、前記表示素子が、ディジタルマイクロミラーデバイスであることが好ましい。このようにすることで、反射型表示素子により光路が折り返されるので、プロジェクタヘッドの全長を低減することができる。また、ディジタルマイクロミラーデバイスにより、高速に変化する映像信号を照明光に重畳することができる。

また、上記発明においては、前記表示素子が、透過型表示素子であることとしてもよい。
このようにすることで、プロジェクタヘッドの全長は長くなるが、光ファイバの端面、表示素子および投影レンズを直線上に配置することができ、プロジェクタヘッドを細長く構成することができる。

本発明によれば、光源装置の発生する騒音や熱風が視聴空間における視聴環境を低減する不都合の発生を未然に防止し、狭い視聴空間にも設置でき、快適な視聴環境を実現することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタについて、図１を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るプロジェクタ１は、図１に示されるように、光源装置２と、プロジェクタヘッド３と、これら光源装置２およびプロジェクタヘッド３を接続する柔軟な光ファイバ４とを備えている。

光源装置２は、キセノンランプ５と、該キセノンランプ５から発せられる白色光Ｌを集光するカップリングレンズ６とを備えている。キセノンランプ５は作動により発熱するので、光源装置２には、例えば、空気流Ｇによる強制冷却を行うための冷却ファン７が設けられている。また、光源装置２側には後述するプロジェクタヘッド３の表示素子１０を制御する制御装置８が備えられている。

前記光ファイバ４はファイババンドルであって、前記カップリングレンズ６による白色光Ｌの集光位置に一端４面ａが配置され、他端面４ｂが、前記プロジェクタヘッド３に配置されている。
前記プロジェクタヘッド３は、前記光ファイバ４により伝播されてきた白色光Ｌを集光して略平行光に変換するコリメートレンズ９と、該コリメートレンズ９により略平行光に変換された白色光Ｌを透過させる透過型液晶表示素子１０と、該透過型液晶表示素子１０を透過した光を投影する投影レンズ１１と、該投影レンズ１１の焦点位置近傍に配置された絞り１２と、該絞り１２を透過した光を拡大する拡大光学系１３とを備えている。透過型液晶表示素子１０は、配線１４を介して前記制御装置８に接続されている。

このように構成された本実施形態に係るプロジェクタ１の作用について説明する。
本実施形態に係るプロジェクタ１によれば、光源装置２から発せられた白色光Ｌが、光ファイバ４を介してプロジェクタヘッド３に伝播される。プロジェクタヘッド３においては、光ファイバ４の端面４ｂから出射された白色光Ｌがコリメートレンズ９により略平行光とされた後に、透過型液晶表示素子１０を透過させられる。

透過型液晶表示素子１０は制御装置８から送られてくる制御信号により制御され、該制御信号に応じた映像を表示する。したがって、該透過型液晶表示素子１０を透過させられる白色光Ｌには、該透過型液晶表示素子１０により表示されている映像の映像信号が重畳される。そして、投影レンズ１１により集光され、絞り１２により輝度調整された後に、拡大光学系１３により拡大されて、プロジェクタヘッド３の外部に配置されている投影面Ｐに、透過型液晶表示素子１０により表示された映像が投影されることになる。

本実施形態に係るプロジェクタ１によれば、視聴環境に配置されるプロジェクタヘッド３を光源装置２から切り離し、光ファイバ４および配線１４により接続することとしたので、発熱源および騒音源となる光源装置２を視聴環境の外部に配置することが可能となる。その結果、光源装置２による視聴環境におけるＳ／Ｎ比の低下や温度上昇を防止することができる。特に、車載式のプロジェクタ１として使用する場合に、騒音源および発熱源となる光源装置２を室外のトランクルーム等に配置することが可能となり、狭く閉じた室内における視聴環境の向上を図ることができる。

また、プロジェクタヘッド３を光源装置２から分離することにより、プロジェクタヘッド３を小型に構成することができる。したがって、自動車等の狭い室内においても邪魔にならないように配置することができる。また、光ファイバ４および配線１４により光源装置２とプロジェクタヘッド３とを接続することにより、プロジェクタヘッド３の取り回しを容易にし、取り付けの自由度を向上することができる。また、視聴者が、投影面Ｐに合わせて、プロジェクタヘッド３の位置および姿勢を自由に調節することができるという利点もある。

なお、本実施形態に係るプロジェクタ１においては、光源装置２の光源としてキセノンランプ５を採用し、光ファイバ４としてファイババンドルを採用したが、これに代えて、図２に示されるように、レーザ光源１５を採用し、光ファイバ４としてマルチモードファイバを採用するとともに、光ファイバ４の端面４ｂの前方にレーザ光Ｌを可視光に変換する蛍光発光体１６を配置することとしてもよい。このようにすることで、高輝度のレーザ光Ｌをプロジェクタヘッド３まで伝播させ、プロジェクタヘッド３において可視光に変換するので、高輝度の照明光に映像信号を重畳して投影し、明るい投影画像を得ることができるという利点がある。また、プロジェクタヘッド３内に配される光ファイバ４端面４ｂの輝点を小さく明るくすることができ、プロジェクタヘッド３をさらに小型化することができる。

また、この場合に、蛍光発光体１６として、ＲＧＢ３色の可視光に変換するものを採用し、これらの蛍光発光体１６に対し、それぞれレーザ光Ｌを供給する３個のレーザ光源１５および３本のシングルモードファイバ４を用意することにしてもよい。これにより、透過型液晶表示素子１０の全ての画素をＲＧＢ３色のそれぞれに対して用いることが可能となり、高精細の映像信号を照明光に重畳することができる。なお、この場合には、レーザ光源１５の切替と制御装置８による透過型液晶表示素子１０に表示する映像の切替とを同期させて行う必要がある。また、ＲＧＢ３色に加えて他の色を発光させることとしてもよく、このようにすることで色再現性の向上を図ることができる。

さらに、上記実施形態においては、透過型液晶表示素子１０を採用したが、これに代えて、図３に示されるように、反射型の液晶表示素子１７あるいは、図４および図５に示されるように、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１８を採用してもよい。
図３〜図５に示されるように、反射型の表示素子１７，１８を用いることにより、光路を折り返すので、光路長を短縮することができ、光路長に沿う方向にプロジェクタヘッド３のさらなる小型化を図ることができるという利点がある。図３中、符号１９はハーフミラーである。

図４に示す例は、２個の三角プリズム２０，２１を対向させて配置し、ディジタルマイクロミラーデバイス１８と組み合わせて光路を折り返したものである。
また、図５に示す例は、図４のコリメートレンズ９，三角プリズム２０，２１および投影レンズ１１を一体のプリズム２２により構成したものである。光ファイバ４の端面４ｂから発せられたレーザ光Ｌは蛍光発光体１６を通過させられることにより蛍光を発生し、発生した蛍光はプリズム２２内に入射される。プリズム２２には反射コーティング２３が施されており、該反射コーティング２３において反射された蛍光は略平行光の形態で、ディジタルマイクロミラーデバイス１８に入射される。そして、ディジタルマイクロミラーデバイス１８によって映像信号を重畳された蛍光は、プリズム２２の凸面２２ａによって集光されつつ出射され、焦点位置に配置された絞り１２を介して外部に投影されることになる。このように構成することで、さらにコンパクトに構成することができる。

また、本実施形態においては、表示素子１０，１７，１８において映像信号を重畳させることなく、透過または反射させることにより、プロジェクタヘッド３を照明装置として利用することもできる。

また、本実施形態においては、光源装置２側に配置した制御装置８により、配線１４によって接続された表示素子１０，１７，１８を制御することとしたが、これに代えて、図６に示されるように、光ファイバ４を介して表示素子１０の制御信号を光信号として伝播させ、プロジェクタヘッド３において、光信号を電気信号に変換することとしてもよい。図６において、符号２４はレーザ光源１５から出射されるレーザ光Ｌに表示素子１０の制御信号を載せる信号変調装置２４であり、符号２５は、プロジェクタヘッド３内において、光ファイバ４の端面４ｂから出射された可視光を分岐するハーフミラーである。また、符号２６は、光信号を電気信号に変換する光電変換素子、符号２７は、光電変換素子２６により変換された電気信号に基づいて、表示素子１０に表示させる映像信号を生成する信号処理装置である。

この場合に、信号変調装置２４においては、照明用の励起光Ｌと次の照明用の励起光Ｌとの間に、表示素子１０の制御用の信号光を載せることとすればよい。制御用の信号光は照明用の励起光Ｌに対して十分に信号レベルを低くかつ短く設定でき、投影される映像に影響を与えないようにすることができる。

このようにすることで、光源装置２と表示素子１０とを接続する配線１４をなくし、該配線１４が長く引き回される場合における配線１４内の映像信号へのノイズの混入を防止することができる。さらに、プロジェクタヘッド３内に、光を電気エネルギに変換する変換装置（図示略）を備えることとすれば、プロジェクタヘッド３内における電力をも光源装置２から送る光により賄うことが可能となり、動力線を含むプロジェクタヘッド３への配線をなくすことができる。これにより、プロジェクタヘッド３の取り回しをさらに容易にすることができる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタの全体構成を模式的を示す図である。図１のプロジェクタの第１の変形例を模式的に示す全体構成図である。図１のプロジェクタの第２の変形例を模式的に示す全体構成図である。図１のプロジェクタのプロジェクタヘッドの変形例を示す拡大図である。図１のプロジェクタのプロジェクタヘッドの他の変形例を示す拡大図である。図１のプロジェクタの第３の変形例を模式的に示す全体構成図である。

符号の説明

Ｌ白色光、励起光（照明光）
１プロジェクタ
２光源装置
３プロジェクタヘッド
４光ファイバ
４ｂ端面
１０透過型液晶表示素子（表示素子：透過型表示素子）
１１投影レンズ
１５レーザ光源
１６蛍光発光体
１７反射型液晶表示素子（表示素子：反射型表示素子）
１８ディジタルマイクロミラーデバイス（表示素子：反射型表示素子）

Claims

照明光を発生する光源装置と、
前記光源装置から発せられた照明光に映像信号を重畳する表示素子と、該表示素子により映像信号が重畳された照明光を投影する投影レンズとを有するプロジェクタヘッドと、
これら光源装置とプロジェクタヘッドとを接続し、光源装置から発せられた照明光をプロジェクタヘッドに供給する光ファイバと、を備えたプロジェクタにおいて、
前記光源装置はレーザ光源であり、
前記光ファイバの端面から出射されるレーザ光を可視光に変換する蛍光発光体を備え、
前記光ファイバに供給されるレーザ光に、前記表示素子の制御信号を載せる信号変調部と、
前記プロジェクタヘッド内に設けられ、前記蛍光発光体で変換された可視光を分岐するハーフミラーと、
前記ハーフミラーで分岐された前記光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子により変換された電気信号に基づいて前記表示素子に表示させる映像信号を生成する信号処理部と、
を具備することを特徴とするプロジェクタ。
前記蛍光発光体が、白色蛍光を発光することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
前記蛍光発光体が、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色以上の蛍光を発光することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
前記表示素子が、透過型表示素子であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のプロジェクタ。