JPH11184009A - 光源装置およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源からの光の損失を最小限に抑え、光源か
らの光の利用効率を高める。 【解決手段】 光源４と、この光源４からの光を前方に
向けて反射するリフレクタ５と、光源４の前方に配置さ
れ、光源４およびリフレクタ５からの光を集光する集光
レンズ７と、この集光レンズ７の前方に配置され、集光
レンズ７によって集光しきれずに拡散する光を集光する
導光ダクト８とを備えた。したがって、光源４で発生し
た光のうち、リフレクタ５で反射されずに直接集光レン
ズ７に入射した光の一部が、集光レンズ７によって集光
しきれずに拡散しても、この拡散した光を導光ダクト８
で集光するので、光源４からの光の損失を最小限に抑
え、光源４からの光の利用効率を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光源装置および
プロジェクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像を拡大投影するプロジェクタ
においては、光源からの光を液晶表示素子に照射し、こ
の液晶表示素子に表示された画像を投影レンズによって
拡大投影する液晶プロジェクタが知られている。この液
晶プロジェクタでは、光源と、この光源からの光を前方
に向けて反射するリフレクタと、光源およびリフレクタ
からの光を集光する集光レンズとによって、光源装置が
構成され、この光源装置の集光レンズによって集光され
た光を液晶表示素子に照射することにより、この液晶表
示素子に表示された画像を投影レンズで拡大投影してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな液晶プロジェクタでは、光源装置が光源およびリフ
レクタからの光を集光レンズで集光して液晶表示素子に
照射する構成であるから、光源で発生した光のうち、リ
フレクタで反射されずに直接集光レンズに入射した光の
一部が、集光レンズによって集光しきれずに拡散されて
しまい、その分、光源からの光の利用効率が低下すると
いう問題がある。このような問題は、液晶表示素子に表
示された画像を投影レンズで拡大投影する際、輝度の低
下を招き、明るい投影画像を得ることができないという
問題を引き起こす。

【０００４】この発明の課題は、光源からの光の損失を
最小限に抑え、光源からの光の利用効率を高めることで
あり、これにより輝度の低下を防ぎ、明るい投影画像を
得ることができるようにすることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
光源と、この光源からの光を前方に向けて反射するリフ
レクタと、光源の前方に配置され、光源およびリフレク
タからの光を集光する集光レンズと、この集光レンズの
前方に配置され、集光レンズによって集光しきれずに拡
散する光を集光する導光ダクトとを具備したことを特徴
とする。したがって、この発明によれば、光源で発生し
た光のうち、リフレクタで反射されずに直接集光レンズ
に入射した光の一部が、集光レンズによって集光しきれ
ずに拡散しても、この拡散した光を導光ダクトで集光す
るので、光源からの光の損失を最小限に抑え、光源から
の光の利用効率を高めることができる。

【０００６】また、請求項３記載の発明は、光源と、こ
の光源からの光を前方に向けて反射するリフレクタと、
光源の前方に配置され、光源およびリフレクタからの光
を集光する集光レンズと、この集光レンズの前方に配置
され、集光レンズによって集光しきれずに拡散する光を
集光する導光ダクトと、集光レンズおよび導光ダクトに
よって集光された光が照射され、光の３原色の何れかの
色の光を選択して透過する回転フィルタと、この回転フ
ィルタで選択された色の光を平行光に変換するフレネル
レンズと、回転フィルタで選択された色の光がフレネル
レンズで変換されて平行光として照射される透過型の画
像表示手段と、この画像表示手段で得られた画像を拡大
投影する投影レンズとを具備したことを特徴とする。

【０００７】したがって、この発明によれば、請求項１
記載の発明と同様、光源で発生した光のうち、リフレク
タで反射されずに直接集光レンズに入射した光の一部
が、集光レンズによって集光しきれずに拡散しても、こ
の拡散した光を導光ダクトで集光するので、光源からの
光の損失を最小限に抑え、光源からの光の利用効率を高
めることができ、しかも集光レンズおよび導光ダクトに
よって集光された光を回転フィルタに照射し、この回転
フィルタで選択された光の３原色の何れかの色の光をフ
レネルレンズによって平行光に変換して透過型の画像表
示手段に照射するので、輝度の高い明るいカラー画像を
投影することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を参照して、こ
の発明を液晶プロジェクタに適用した一実施形態につい
て説明する。図１は液晶プロジェクタの内部構造示した
断面図であり、図２はその外観正面図である。この液晶
プロジェクタは、装置本体１を備えている。この装置本
体１の内部における中間部は、図１に示すように、光学
系と電子回路系とを仕切る仕切壁２が形成されている。
この仕切壁２の上側における装置本体１内には、光源装
置３が設けられている。光源装置３は、光源４と、この
光源４からの光を前方に向けて反射するリフレクタ５
と、光源４の前方に配置された赤外線フィルタ６と、赤
外線フィルタ６の前方に配置された集光レンズ７と、こ
の集光レンズ７の前方に配置された導光ダクト８とを備
え、光源４、リフレクタ５、赤外線フィルタ６、および
集光レンズ７が装置本体１内に設けられた光源室９内に
設けられた構成になっている。

【０００９】光源４は、ハロゲンランプなどからなり、
光源室９内に取り付けられたソケット１０に取り付けら
れている。リフレクタ５は、その反射面が放物曲面に形
成され、その焦点位置に光源４が配置され、この光源４
からの光を光軸Ｏに平行な光として反射するように構成
され、ソケット１０および光源室９の内面に取り付けら
れている。赤外線フィルタ６は、光源４およびリフレク
タ５からの光のうち、赤外線成分の光を反射し、それ以
外の光を透過するものであり、その外周部が光源室９の
内面に取り付けられている。集光レンズ７は、光源４お
よびリフレクタ５からの光を集光するものであり、その
外周部が光源室９の内面に取り付けられている。

【００１０】導光ダクト８は、集光レンズ７によって集
光しきれずに拡散する光を集光するためのものであり、
集光レンズ７側に位置する後端側（図１では左端側）の
内径が前端側（同図では右端側）の内径よりも大きいテ
ーパ状をなすほぼ円錐形の筒状に形成され、そのテーパ
状の内面が反射面に形成され、その外周部が取付部材１
１によって装置本体１内に取り付けられている。この導
光ダクト８の反射面は、アルミや銀などの金属膜でも良
く、また反射光率の高い誘電体多層膜でも良い。なお、
集光レンズ７の屈折率が大きい場合には光成分が分離し
てしまうが、このような場合には導光ダクト８の反射面
を拡散反射面にしておくことにより、光の乱反射によっ
て光成分が混ざり合い光成分の分離が緩和されるように
しても良い。また、導光ダクト８は、その内面が直線的
なテーパ状に形成されているが、内側に湾曲した曲面、
または外側に湾曲した曲面、あるいは内側に湾曲した曲
面と外側に湾曲した曲面とを組み合わせた曲面で形成し
たも良い。

【００１１】また、装置本体１内における光源装置３の
前方および下側外周には、色分解装置１２が設けられて
いる。この色分解装置１２は、モータユニット１３と回
転フィルタ１４とを備えている。モータユニット１３
は、モータ部１５と駆動伝達部１６とからなっている。
駆動伝達部１６は、モータ部１５の出力軸に設けられた
駆動歯車１７と、この駆動歯車１７に噛み合って回転す
る従動歯車１８と、この従動歯車１８の回転軸１９を回
転自在に軸支する軸受２０とからなり、モータ部１５の
回転に応じて回転軸１９が回転するように構成されてい
る。なお、駆動伝達部１６内には、潤滑用のグリスが充
填されている。

【００１２】一方、回転フィルタ１４は、図３に示すよ
うに、ダイクロイックミラーからなる円板であり、１２
０°ごとに３つの領域１４ａ〜１４ｃに分けられ、各領
域１４ａ〜１４ｃがそれぞれ異なる波長の光、例えば赤
波長、青波長、緑波長の光の３原色の何れかを透過する
ように形成されており、その中心部が従動歯車１８の回
転軸１９に取り付けられ、モータ部１５の回転によって
回転するように構成されている。この場合、回転フィル
タ１４は、その一部が常に導光ダクト８の前方、つまり
集光レンズ７の焦点位置の近傍に位置し、集光レンズ７
によって集光された光の照射領域１４ｄが図３に網かけ
円で示す領域になるように配置されている。このため、
モータユニット１３は、取付板２１に取り付けられ、こ
の取付板２１が装置本体１内に光軸Ｏと平行に設けられ
たガイドレール２２に沿って調節可能にビス２３によっ
て取り付けられ、その取付位置を調節することにより、
回転フィルタ１４の光軸方向の位置調節ができるように
構成されている。

【００１３】さらに、装置本体１内における回転フィル
タ１４の前方には、取付筒２４が設けられており、この
取付筒２４内に鏡筒２５が移動可能に設けられている。
そして、この鏡筒２５内には、回転フィルタ１４側から
順に、フレネルレンズ２６、偏光フィルタ２７、透過型
の液晶表示素子２８、および投影レンズ２９が取り付け
られている。フレネルレンズ２６は、回転フィルタで選
択された色の光を光軸Ｏとほぼ平行な光に変換するもの
であり、アクリル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（Ｐ
Ｃ）などの合成樹脂からなり、その中心部から周辺部に
向かうに従って次第に屈折率が大きくなるように形成さ
れている。偏光フィルタ２７は、フレネルレンズ２６を
透過した平行光のうち、特定の偏光成分の光のみを透過
するものである。透過型の液晶表示素子２８は、透明な
電極基板間に液晶を封入したものであり、回転フィルタ
１４の回転に同期して回転フィルタ１４の各領域１４ａ
〜１４ｃに応じた画像、例えば赤用、青用、緑用の各画
像を順次表示するように構成されている。投影レンズ２
９は、液晶表示素子２８に表示された各画像をカラー画
像として拡大投影するものであり、単レンズまたは複数
のレンズによって構成されている。

【００１４】なお、装置本体１内における仕切壁２の下
側には、電源回路や制御回路、駆動回路などの電子回路
を構成する各種の電子部品（図示せず）が設けられてい
る。また、装置本体１内の仕切壁２には、第１開口部２
ａが光源４およびリフレクタ５に対応して設けられてい
るとともに、第２開口部２ｂがフレネルレンズ２６、偏
光フィルタ２７、および液晶表示素子２８に対応して設
けられいる。そして、第１、第２開口部２ａ、２ｂに対
応する仕切壁２上には、第１ファン３０および第２ファ
ン３１がそれぞれ設けられている。第１、第２ファン３
０、３１は、それぞれ装置本体１の下部に設けられた通
気孔１ａから外気を導入して、電子回路を冷却するとと
もに、その外気を仕切壁２の上側の装置本体１内に送り
込んで光源装置３および鏡筒２５内の液晶表示素子２８
などを冷却した後、装置本体１の上部に設けられた排出
孔１ｂから外部に排出するように構成されている。

【００１５】このような液晶プロジェクタでは、光源４
が点灯して光を発生すると、その光の一部がリフレクタ
５によって反射されて前方の赤外線フィルタ６を介して
集光レンズ７に照射されるとともに、他の光が直接前方
の赤外線フィルタ６を介して集光レンズ７に照射され
る。このとき、光源４およびリフレクタ６からの光のう
ち、赤外線などの熱をもつ光が赤外線フィルタ６によっ
てカットされて集光レンズ７に入射する。そして、集光
レンズ７に入射した光は、この集光レンズ７によって導
光ダクト８内を通り抜けて回転フィルタ１４の照射領域
１４ａに集光される。このとき、光源４から直接赤外線
フィルタ６を介して集光レンズ７に照射された光のう
ち、集光レンズ７で集光しきれずに拡散した光は、導光
ダクト８の内面の反射面で反射され、回転フィルタ１４
の照射領域１４ａに集光される。

【００１６】このようにして、回転フィルタ１４に光が
集光されたときには、モータユニット１３のモータ部１
５によって回転フィルタ１４が一定の速度で回転し、回
転フィルタ１４の３つの領域１４ａ〜１４ｃが順次移動
しているので、各領域１４ａ〜１４ｃに応じた波長の
光、例えば赤波長、青波長、緑波長の各色の光が順次選
択されて透過する。そして、回転フィルタ１４で選択さ
れた色の光は、前方のフレネルレンズ２６に入射し、こ
のフレネルレンズ２６によって光軸Ｏにほぼ平行な光に
変換されて偏光フィルタ２７に入射する。偏光フィルタ
２７に入射した光は、偏光フィルタ２７によって特定の
偏光成分の光のみが選択されて透過し、液晶表示素子２
８に入射する。このとき、液晶表示素子２８は電子回路
の駆動手段（図示せず）によって回転フィルタ１４の回
転に同期して駆動され、これにより回転フィルタ１４の
各領域１４ａ〜１４ｃに応じた画像、例えば赤用、青
用、緑用の各画像を順次表示する。これにより、液晶表
示素子２８に表示された各画像に応じて光が透過し、こ
の液晶表示素子２８で得られた各画像が投影レンズ２９
によってカラー画像として拡大投影される。

【００１７】ここで、この液晶プロジェクタの動作を図
１の要部部品だけを抽出した図４を参照して、更に詳細
に説明する。光源４から放射されてリフレクタ５で反射
された最外周の光線Ａは、集光レンズ７で集光され、図
示の焦点位置に集光された後、拡散して回転フィルタ１
４の光線使用範囲（照射領域１４ｄ）の最外周部に達す
る。これにより光線使用範囲で光線Ａが回転フィルタ１
４に照射されるため、回転フィルタ１４が回転して色が
切り替わる際には、少しづつ色が切り替わり、液晶表示
素子２８の各色のデータも少しづつ余裕をもって切り替
わる。また、徐々に色が切り替わるため、色の切り替わ
り時にちらつきの発生が抑えられる。そして、光線Ａは
フレネルレンズ２６によって集光され、液晶表示素子２
８の集光位置２８ａに集光される。

【００１８】一方、光源４から放射されて直接集光レン
ズ７に入射した光線Ｂは、従来、集光しきれずに拡散し
て捨てられいた光であるが、導光ダクト８によって回転
フィルタ１４の光線使用範囲内に達する。これにより、
従来捨てられていた光を有効に利用することができる。
また、光線Ｂは、フレネルレンズ２６によって集光さ
れ、液晶表示素子２８の集光位置２８ａに集光され、光
線Ａと同じ位置で重なることになり、このため液晶表示
素子２８に対する照射量が増すことになる。さらに、他
の光線、例えばリフレクタ５で反射された他の光線Ｃ
と、リフレクタ５で反射されずに直接集光レンズ７に入
射した他の光線Ｄとも、図４に示す光路を経て液晶表示
素子２８の他の集光位置２８ｂに集光されて互いに重な
ることになり、このため照射量にむらが生じない。な
お、集光レンズ７から図４に示した焦点位置に集光した
後、拡散して回転フィルタ１４に照射するのは、集光レ
ンズ７から回転フィルタ１４までの距離を適当な距離に
伸ばして光線Ｂのような光をより多く拾えるようにし、
かつ光線使用範囲で光が回転フィルタ１４に照射される
ようにするためである。

【００１９】このように、この液晶プロジェクタでは、
光源４で発生した光のうち、リフレクタ５で反射されず
に直接集光レンズ７に入射した光の一部が、集光レンズ
７によって集光しきれずに拡散しても、この拡散した光
を導光ダクト８で集光するので、光源４からの光の損失
を最小限に抑え、光源４からの光の利用効率を高めるこ
とができ、しかも集光レンズ７および導光ダクト８によ
って集光された光を回転フィルタ１４の回転によって光
の３原色の何れかの色の光を選択して透過し、この透過
した光をフレネルレンズ２６によって平行光に変換して
透過型の液晶表示素子２８に照射するので、輝度の高い
明るいカラー画像を投影することができる。

【００２０】また、この液晶プロジェクタでは、集光レ
ンズ７の焦点位置の近傍に回転フィルタ１４の一部を位
置させているので、光の照射領域１４ｄを小さくするこ
とができ、これにより回転フィルタ１４全体を小さくす
ることができ、ひいては装置全体の小型化を図ることが
できる。この場合、回転フィルタ１４を回転させるモー
タユニット１３が取付板２１に取り付けられ、この取付
板２１が装置本体１内に設けられたガイドレール２２に
光軸Ｏと平行に調節可能に取り付けられているので、集
光レンズ７の焦点位置に対する回転フィルタ１４の位置
調節が簡単にできる。

【００２１】なお、上記実施形態では、リフレクタ５の
反射面を放物曲面に形成し、その焦点位置に光源４を配
置したが、これに限らず、焦点位置よりもリフレクタ５
側に光源４を配置して反射光をある程度集光させるよう
にしても良く、また反射面を楕円曲面に形成して反射光
を集光させるようにしても良い。また、上記実施形態で
は、画像表示手段として液晶表示素子２８を用いた液晶
プロジェクタに適用した場合について述べたが、これに
限らず、画像表示手段として、画像が表示されたフィル
ムを用いたプロジェクタにも適用することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、光源およびリフレクタからの光を集光する
集光レンズによって集光する際、リフレクタで反射され
ずに直接集光レンズに入射した光の一部が、集光レンズ
によって集光しきれずに拡散しても、この拡散した光を
導光ダクトで集光するので、光源からの光の損失を最小
限に抑え、光源からの光の利用効率を高めることができ
る。請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明
と同様、集光レンズによって集光しきれずに拡散した光
を導光ダクトで集光するので、光源からの光の損失を最
小限に抑え、光源からの光の利用効率を高めることがで
き、しかも集光レンズおよび導光ダクトによって集光さ
れた光を回転フィルタに照射し、この回転フィルタで選
択された光の３原色の何れかの色の光をフレネルレンズ
によって平行光に変換して透過型の画像表示手段に照射
するので、輝度の高い明るいカラー画像を投影すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を液晶プロジェクタに適用した一実施
形態の内部構造を示した断面図。

【図２】図１の外観正面図。

【図３】図１の回転フィルタを示した正面図。

【図４】図１の要部部品のみを抽出した概略構成図。

【符号の説明】

３ 光源装置 ４ 光源 ５ リフレクタ ７ 集光レンズ ８ 導光ダクト １４ 回転フィルタ ２６ フレネルレンズ ２８ 液晶表示素子 ２９ 投影レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ｆ２１Ｖ 13/04 Ｆ２１Ｖ 13/04 Ｃ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 この光源からの光を前方に向けて反射するリフレクタ
   と、 前記光源の前方に配置され、前記光源および前記リフレ
   クタからの光を集光する集光レンズと、 この集光レンズの前方に配置され、前記集光レンズによ
   って集光しきれずに拡散する光を集光する導光ダクトと
   を具備したことを特徴とする光源装置。
2. 【請求項２】前記導光ダクトは、前記集光レンズ側に位
   置する後端側の内径が前端側の内径よりも大きいテーパ
   状に形成され、その内面が反射面に形成されていること
   を特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 【請求項３】光源と、 この光源からの光を前方に向けて反射するリフレクタ
   と、 前記光源の前方に配置され、前記光源および前記リフレ
   クタからの光を集光する集光レンズと、 この集光レンズの前方に配置され、前記集光レンズによ
   って集光しきれずに拡散する光を集光する導光ダクト
   と、 前記集光レンズおよび前記導光ダクトによって集光され
   た光が照射され、光の３原色の何れかの色の光を選択し
   て透過する回転フィルタと、 この回転フィルタで選択された色の光を平行光に変換す
   るフレネルレンズと、 前記回転フィルタで選択された色の光が前記フレネルレ
   ンズで変換されて平行光として照射される透過型の画像
   表示手段と、 この画像表示手段で得られた画像を拡大投影する投影レ
   ンズとを具備したことを特徴とするプロジェクタ。
4. 【請求項４】前記導光ダクトは、前記集光レンズ側に位
   置する後端側の内径が前端側の内径よりも大きいテーパ
   状に形成され、その内面が反射面に形成されていること
   を特徴とする請求項３記載の光源装置。
5. 【請求項５】前記画像表示手段は、透過型の液晶表示素
   子であることを特徴とする請求項３記載の光源装置。