JP6236781B2 - ライトトンネル、及び画像照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ライトトンネル、及び画像照射装置に関する。

従来より、パソコンやビデオカメラ等からの画像データをもとに、光源から出射される光を用いて画像形成部において投影用の画像を生成し、生成した画像をスクリーンなどの被照射面に照射して表示する画像照射装置が知られている。画像照射装置においては、大画面に画像を投影できること、及び画像照射装置と、被照射面との間の距離を可能な限り短くできることが望まれており、短投影距離に対応した画像照射装置が開示されている。

画像照射装置には、光源から照射された光が、画像形成素子へと至るまでの経路にはライトトンネルが設けられている。ライトトンネルは光源からの光の照度分布を均一化する。ライトトンネルは、光を反射するガラスを中空となるようボックス状に組み合わせることで構成されており、ライトトンネル内の中空の空間を反射しながら光が進行していく。

ライトトンネルにあっては、このように内部空間内を進行する光以外にも、例えばラオとトンネルの各開口における端面などから画像形成素子へと反射される迷光が発生する場合がある。こうした迷光が画像形成素子へと入射すると、想定される光以外が入ることによって画像の品質に影響を及ぼすため好ましくない。そこで、特許文献１には、ライトトンネル出射側端面を、遮光性を有する光学薄膜でコーティングする構成が開示されている。この場合、出射側端面で反射する迷光を抑制することができるようになるため、出射側端面からの迷光を抑制することができる。

しかしながら、上記従来の技術にあっては、ライトトンネルの出射側端面から画像形成素子に入り込む迷光には有効であるものの、光源からの光がライトトンネルの外周などに反射して画像形成素子に映りこむ迷光には対処できていない。こうした迷光も同様に画像品質の低下の原因となってしまうものである。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ライトトンネルの迷光をより効果的に抑制することのできるライトトンネルを提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ハウジングと、前記ハウジングに保持され、複数の光を反射する板状部材を筒形状に組み合わせて構成された筒形状構成物とを有するライトトンネルであって、前記筒形状構成物は、光が入射する入射開口部と、前記光が出射する出射開口部と、前記出射開口部における前記板状部材の各端面から構成される出射側端面と、を備え、前記筒形状構成物の外周面、及び前記出射側端面は、前記ハウジングに保持され、前記ハウジングの外周面、及び前記ハウジングにおける前記出射側端面を保持する箇所には、それぞれ光を吸収する膜が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ライトトンネルの迷光をより効果的に抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態のプロジェクタの斜視図である。 図２は、実施形態のプロジェクタの側面図である。 図３は、実施形態の光学装置、及び光源装置を示す内部断面図である。 図４は、実施形態のライトトンネルの構成を示す斜視図である。 図５は、実施形態のライトトンネルに形成された光学薄膜の構成を示す斜視図である。 図６は、実施形態のライトトンネルの構成を示す斜視図である。 図７は、実施形態のライトトンネルに形成された光学薄膜の構成を示す斜視図である。 図８は、従来のライトトンネルの構成を示す図である。 図９は、従来のライトトンネルの有効表示エリアと投射エリアとの関係を示す図である。 図１０は、従来のライトトンネルの有効表示エリアと投射エリアとの関係を示す図である。

まず始めに、従来のライトトンネルを使用した場合の課題について説明する。図８に一般的なライトトンネル５０の構成例を示す。図８（ａ）に示されているライトトンネル５０は、図８（ｂ）に示す長方形のガラス板５２を４枚組み合わせて構成された角筒である。図８（ｂ）に示すように、ライトトンネル５０を構成している各ガラス板５２の一方の主面５２ｂには誘電体多層膜、又は銀蒸着膜などの高反射特性を持った膜が成膜されており、各ガラス板５２は主面５２ｂが互いに対面する向きで組み合わされている。すなわち、ライトトンネル５０の内面には誘電体多層膜、又は銀蒸着膜が形成されている。

ライトトンネル５０の一方の入射開口５１からライトトンネル５０内に入射した光は、主面５２ｂによって複数回反射されながらライトトンネル５０の内部空間内を進行し、他方の出射開口５４から出射される。ライトトンネル５０を通過する光の輝度分布は、光が反射を繰り返しながら内部空間内を進行する間に均一化される。

しかし、入射開口５１からライトトンネル５０内に光が入射する際、ライトトンネル５０の内部空間のみでなく、該ライトトンネル５０の端面にも光が入射し、入射した光は反対側の端面から出射する。なお、ライトトンネル５０の端面とは、入射開口５１、又は出射開口５４の周囲のガラス板５２の端面を意味し、入射側端面５３と、出射側端面５５とが存在する。

したがって、ライトトンネル５０の出射側の端面から出射された光が迷光となって映像品質に影響を与える場合がある。以下、図９を参照して具体的に説明する。図９は、ライトトンネル５０から出射された光（照明光）の画像形成素子６０に対する照射状態を模式的に示した図である。また、光源はリフレクタを備えており、ライトトンネル５０の入射開口５１、及び入射側端面５３は、光源から発せられた照明光がリフレクタによって集光される焦点近傍に配置されている。

また、ライトトンネル５０と画像形成素子６０との間には、ライトトンネル５０から出射された照明光を画像形成素子６０の表面に集光させる不図示のレンズが介在している。

図９において鎖線で示されたエリア７０は、画像形成素子６０の有効表示エリアである。また、有効表示エリア７０を内包するドットで示されたエリア７１は、ライトトンネル５０の出射開口から出射された光の照射エリア（以下「第一照射エリア７１」）である。さらに、第一照射エリア７１の外側の斜線で示されたエリア７２は、ライトトンネル５０の出射側端面５５から出射された光の照射エリア（以下「第二照射エリア７２」）である。

有効表示エリア７０を全体的に照明すべく、第一照射エリア７１は、有効表示エリア７０よりも若干大きく設定されている。すなわち、第一照射エリア７１は、有効表示エリア７０に対して所定のマージンを有しており、画像形成素子６０の有効表示エリア７０は、ライトトンネル５０の出射開口５４から出射された光によって過不足なく照明される。したがって、第二照射エリア７２に照射される光（ライトトンネル５０の出射側端面から出射された光）は画像形成に寄与しない不要光（迷光）である。

ここで、迷光が第二照射エリア７２に照射されていることは、ライトトンネル５０の出射側端面５５の像が画像形成素子６０の表面に結像されていることでもある。この結果、画像形成素子６０の表面に結像された出射側端面５５の像が投写映像の周囲に投影され映像品質を悪化させる。映像品質は、画像形成素子６０の表面に結像される出射側端面５５の像が大きいほど悪化する。

続いて図１０は、ライトトンネル５０とは別の構成のライトトンネル（図示せず）を使用した場合において、出射された光（照明光）によって画像形成素子６０を照明した場合の照明光の照射状態を模式的に示した図である。図１０中に鎖線で示されたエリアは、画像形成素子６０の有効表示エリア２０である。また、有効表示エリア２０を内包するドットで示されたエリア２１は、ライトトンネル３０の出射開口１７から出射された光の照射エリア（以下「第一照射エリア２１」）である。さらに、第一照射エリア２１の外側の斜線で示されたエリア２２は、ライトトンネル３０の出射側端面１３から出射された光の照射エリア（以下「第二照射エリア２２」）である。

図１０においては、第一照射エリア２１と図９における第一照射エリア７１とは同一面積を有する。すなわち、有効表示エリア２０に対して所定のマージンを有する第一照射エリア２１が確保され、有効表示エリア２０は隈なく照明される。

一方、図１０に示されている第二照射エリア２２は、図９に示されている第二照射エリア７２よりも小さい。すなわち、このライトトンネルを用いた場合に画像形成素子６０上に結像される像の大きさは、ライトトンネル５０を用いた場合に結像される出射側端面５５の像の大きさよりも小さい。したがって、出射側端面による結像を可能な限り小さくすることが、迷光に起因する画像品質の低下を抑制することにつながる。

以下、本発明が適用される画像照射装置としてのプロジェクタの実施形態について説明する。図１はプロジェクタ１の斜視図、図２は、プロジェクタ１の側面図である。なお、図２ではプロジェクタ１の照射レンズ１０から発した照射光が被照射面であるスクリーン２に照射されている状態が示されている。

また、図３は、配置された光学装置３、及び光源装置４の断面図である。

図３に示されるように、光学装置３は、照明機構３ａ、及び照射機構３ｂを備える。光学装置３は、カラーホイール５、ライトトンネル６、リレーレンズ７、平面ミラー８、凹面ミラー９を備えている。また、光学装置３には、ＤＭＤ素子によって形成された画像形成部１１が設けられている。

円盤状のカラーホイール５は、光源装置４からの白色光を単位時間毎にＲＧＢの各色が繰り返す光に変換してライトトンネル６に向けて出射する。ライトトンネル６は、板ガスを張り合わせて筒状に構成されており、カラーホイール５から出射された光をリレーレンズ７へと導出する。リレーレンズ７は、二枚のレンズを組み合わせて構成されており、ライトトンネル６から出射される光の軸上色収差を補正しつつ集光する。平面ミラー８、及び凹面ミラー９は、リレーレンズ７により出射される光を反射して、画像形成部１１へと案内して、集光させる。画像形成部１１は、複数のマイクロミラーからなる矩形状のミラー面を有し、映像や画像のデータに基づいて各マイクロミラーが時分割駆動されることにより、所定の画像データを形成するように照射光を加工して反射するＤＭＤ素子（画像形成素子）を備えている。

また、光源装置４は、高圧水銀ランプを光源として備えている。光源装置４は光学装置３の照明機構３ａに向けて白色光を照射する。照明機構３ａ内においては、光源装置４から照射された白色光がＲＧＢに分光され、画像形成部１１へと導出される。そして、画像形成部１１は、変調信号に応じて画像形成を行い、照射機構３ｂが形成された画像を拡大照射する。

また、図３で示される画像形成部１１の図中手前側となる鉛直方向上方には、画像形成部１１に入射した光のうち、照射光としては使用しない不要な光を受光するＯＦＦ光板が設けられている。画像形成部１１に光が入射すると、ＤＭＤ素子の働きにより時分割で映像データに基づいて複数のマイクロミラーが作動し、このマイクロミラーによって使用する光は照射レンズ１０へと反射され、捨てる光はＯＦＦ光板へと反射される。画像形成部１１では、照射画像に使用する光は照射機構３ｂへと反射され、複数の照射レンズ１０を通って拡大され、拡大された映像光が照射される。

次に、ライトトンネル６の詳細な構成について図４、図５を用いて説明する。図４に示されるように、ライトトンネル６は、板状部材である４枚の長方形のガラス板１２を組み合わせて構成された角筒形状のものである。なお、板状部材としては、光を反射せることのできる他の素材を用いてもよい。ライトトンネル６を構成している各ガラス板１２の主面には不図示の誘電体多層膜、又は銀蒸着膜が成膜されており、各ガラス板１２は誘電体多層膜が対面する向きで組み合わされている。すなわち、ライトトンネル６の内面には誘電体多層膜、又は銀蒸着膜が形成されている。また、ライトトンネル６は、出射開口１７、及び入射開口１８が形成されている。入射開口１８は、光源装置４から照射された光が入射する。入射した光は、ガラス板１２によって囲まれることによって構成されるライトトンネル６の内部空間内を反射しながら進行する。内部空間内を進行した光は、出射開口１７から出射されて、ライトトンネル６外へと出る。出射開口１７におけるガラス板１２の端面によって、出射側端面１３が構成されている。また、入射開口１８におけるガラス板１２の端面によって、入射側端面１９が構成されている。

また図５に示されるように、ライトトンネル６の出射側端面１３と、ライトトンネル６外周には、無機物からなり、可視光の波長である４００［ｎｍ］−６５０［ｎｍ］よりも大きな高さのある凹凸を備える薄膜である光学薄膜１４が形成されている。すなわち、ガラス板１２の主面とは反対側のガラス板１２が互いに対向しない面にはそれぞれ光学薄膜１４が形成されている。具体的には、光学薄膜１４としては単層の金属膜材料が蒸着されている。そして、この光学薄膜１４によってライトトンネル６の出射側端面１３とライトトンネル６外周の可視光を吸収することができる。たとえば、無機物としてアクター社のアクターブラックを用いれば可視光を９８％程度吸収できる。光学薄膜１４のライトトンネル６への形成は、周知の成膜技術、例えば、蒸着を用いることができる。

なお、光学薄膜１４は、ライトトンネル６の入射側端面１９に形成してもよい。光学薄膜１４は、無機質の金属膜により構成された単層膜である。無機質な膜で構成することで、アウトガスが発生しにくく、高温で使用される光学部品類を汚すことがなく、部材の劣化を抑制することができるようになる。

また、光学薄膜１４としては、光源に含まれる広多波域の光の、迷光となる不用光を吸収できる特性を生かし、可視光以外にも紫外光、近赤外光、中赤外光、遠赤外光なども吸収できるものであることが望ましい。また、光学薄膜１４は、太陽光熱吸収特性９８％±１％、放射率１１％±２％の特性をもち、３５０度程度の耐熱性を兼ね備えた膜を蒸着により形成されたものであることが望ましい。このように光学薄膜１４を構成することで、不用光による熱の吸収や、放熱を効率的に行うことができるようになり、ライトトンネル６の発熱や発火、経時劣化を抑制することができるようになる。

なお、ライトトンネル６としては、上述のようにガラス板１２を組み合わせたものをそのまま使用する場合に加え、図６、７に示すように、ライトトンネル６をハウジング１６によって保持した状態で使用する場合もある。ハウジング１６は、ライトトンネル６を内部に保持することができるように筒状に形成された部材である。この場合は、ガラス板１２の主面とは反対側の面に、光学薄膜１４が形成されるのではなく、ハウジング１６の外周面に光学薄膜１４が形成される。この場合も含めて、ライトトンネル６の外周面に光学薄膜１４が形成されていることを意味する。

１ プロジェクタ
２ スクリーン
３ 光学装置
３ａ 照明機構
３ｂ 照射機構
４ 光源装置
５ カラーホイール
６ ライトトンネル
７ リレーレンズ
８ 平面ミラー
９ 凹面ミラー
１０ 照射レンズ
１１ 画像形成部
１２ ガラス板
１３ 出射側端面
１４ 光学薄膜
１６ ハウジング
１７ 出射開口
１８ 入射開口
１９ 入射側端面
２０ 有効表示エリア
２１ 第一照射エリア
２２ 第二照射エリア
３０ ライトトンネル
５０ ライトトンネル
５１ 入射開口
５２ ガラス板
５２ｂ 主面
５３ 入射側端面
５４ 出射開口
５５ 出射側端面
６０ 画像形成素子
７０ 有効表示エリア
７１ 第一照射エリア
７２ 第二照射エリア

特開２００９−０８６４３５号公報

Claims (7)

1. ハウジングと、前記ハウジングに保持され、複数の光を反射する板状部材を筒形状に組み合わせて構成された筒形状構成物とを有するライトトンネルであって、
   前記筒形状構成物は、
   光が入射する入射開口部と、
   前記光が出射する出射開口部と、
   前記出射開口部における前記板状部材の各端面から構成される出射側端面と、
   を備え、
   前記筒形状構成物の外周面、及び前記出射側端面は、前記ハウジングに保持され、
   前記ハウジングの外周面、及び前記ハウジングにおける前記出射側端面を保持する箇所には、それぞれ光を吸収する膜が形成されている
   ことを特徴とするライトトンネル。
2. 前記膜は、可視光の波長よりも大きな高さの凹凸を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のライトトンネル。
3. 前記膜は、前記板状部材の互いに対向しない面側に形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のライトトンネル。
4. 前記膜は、無機質の金属により構成された単層膜である
   ことを特徴とする請求項１に記載のライトトンネル。
5. 前記膜は、波長が４００［ｎｍ］−６５０［ｎｍ］の可視光に対する吸収率が９８％以上の素材で形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のライトトンネル。
6. 前記膜は、太陽光熱吸収特性９８％±１％、放射率１１％±２％の特性をもち、３５０度の耐熱性を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のライトトンネル。
7. 光を照射する光源装置と、
   光源装置から照射された光を均一化して、画像形成素子へと導く複数の板状部材を組み合わして構成されたライトトンネルと、
   前記ライトトンネルを通過した光が導かれ、画像を形成する画像形成素子と、
   を備えた画像照射装置であって、
   前記ライトトンネルは、
   光が入射する入射開口部と、
   前記光が出射する出射開口部と、
   前記出射開口部における前記板状部材の各端面から構成される出射側端面と、
   を備え、
   前記ライトトンネルの外周面、及び前記出射側端面は、ハウジングに保持され、
   前記ハウジングの外周面、及び前記ハウジングにおける前記出射側端面を保持する箇所には、それぞれ光を吸収する膜が形成されている
   ことを特徴とする画像照射装置。

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