WO2017119121A1 - プロジェクタ装置 - Google Patents

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light shielding
shielding plate
illumination
rod lens
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秀紀 野辺地
片山　猛
直人 久保田
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日立マクセル株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • H04N9/3114—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying the colours sequentially, e.g. by using sequentially activated light sources by using a sequential colour filter producing one colour at a time
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    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3152—Modulator illumination systems for shaping the light beam

Definitions

  • the present invention relates to a projector device that projects an image, and more particularly, to a configuration of an optical component that supports high brightness of a light source.
  • a projector device that collects illumination light from a light source, passes through a color wheel, irradiates a digital mirror device (DMD) that is a light modulation element to generate image light, and projects the image light onto a screen or the like by a projection lens is known.
  • DMD digital mirror device
  • the illumination light emitted from the light source needs to be efficiently incident on the DMD through the color wheel.
  • the illumination light emitted from the light source is circular, and in order to match this with the rectangular shape of the DMD, a rectangular columnar light guide (rod lens) is disposed after the light source.
  • a rectangular columnar light guide (rod lens) is disposed after the light source.
  • a configuration has been proposed in which a light shielding plate that blocks unnecessary light is provided near the incident surface or the exit surface of the light guide.
  • Patent Document 1 proposes a configuration that suppresses unnecessary light (harmful light) by arranging a light shielding plate (mask plate) having a rhombus opening in the vicinity of an exit surface of a light guide (rod integrator). Yes.
  • Projector devices are required to increase the brightness and definition of projected images.
  • the light emission intensity of the light source must be increased, but the amount of light passing through the light guide (rod lens) increases accordingly. To do.
  • the amount of unnecessary light that does not enter the light guide naturally increases.
  • the light energy received by the light shielding plate that blocks unnecessary light increases, causing various damage to the light shielding plate.
  • abnormalities such as deformation due to the temperature of the light shielding plate rising and deterioration of the annealing softening property of the material, discoloration due to carbonization of precipitates and material temperature increase, and swelling due to expansion of bubbles inside the material may occur. .
  • the predetermined light-shielding effect by the light-shielding plate cannot be obtained, and unnecessary light increases, thereby adversely affecting the projected image and causing the performance of other optical components inside the apparatus to deteriorate.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a projector device that can suppress the temperature rise of the light shielding plate within an allowable range even if the light emission intensity of the light source is increased.
  • the present invention provides a light source that generates illumination light, an illumination optical system that collects illumination light from the light source, and light modulation of the illumination light by displacing a plurality of mirror elements.
  • a projection lens that projects the image light, and the illumination optical system is a rod lens that equalizes the illuminance of the illumination light incident on the micromirror device.
  • a plurality of light shielding plates that block unnecessary light that does not enter the rod lens among the illumination light, and the light shielding plates shield each light in the optical axis direction of the rod lens on the incident side of the rod lens.
  • the plate is arranged with a predetermined gap.
  • the temperature rise of the light shielding plate can be suppressed within an allowable range, which contributes to realization of high brightness and improvement of reliability of the projector device.
  • the perspective view which shows the internal structure of a projector apparatus.
  • the top view which shows the structure of the optical system of a projector apparatus.
  • the perspective view which shows the structure near a light-shielding plate and a rod lens.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an internal configuration of the projector apparatus, and shows a state where an upper cover is removed.
  • the projector device 100 includes a light source unit 10 that houses a lamp, an illumination optical system such as a rod lens and a color wheel, an optical engine 20 such as a digital mirror device (DMD) that generates image light, a projection lens 30 that projects image light, And a power supply unit 40.
  • a cooling unit such as an intake fan or an exhaust fan that sends cooling air to the light source unit 10 or the optical engine 20, a control unit that controls the power supply unit 40, the light source unit 10, the optical engine 20, the cooling unit, or the like.
  • the configuration of the light source unit and the illumination optical system will be mainly described.
  • FIG. 2 is a top view showing the configuration of the optical system of the projector apparatus.
  • the light source unit 10 two discharge lamps 1a and 1b serving as light sources are arranged facing each other to generate illumination light.
  • the discharge lamps 1a and 1b for example, an ultra-high pressure mercury lamp or the like can be used to efficiently generate high-intensity illumination light.
  • the generated illumination light is efficiently collected by a reflector having a reflection surface such as a spheroid or a paraboloid.
  • the light source is not limited to the discharge lamps 1a and 1b, and for example, an LED light source or a laser light source can be used.
  • Illumination light emitted from two discharge lamps 1a and 1b (hereinafter simply referred to as “lamps”) is reflected by the respective mirrors 2a and 2b, synthesized, and travels upward in the drawing, so that the optical engine 20 Supplied to.
  • the two lamps 1a and 1b are provided in order to realize high luminance.
  • the lamp may be constituted by one lamp or three or more lamps. Alternatively, only one of the plurality of lamps may be turned on.
  • the illumination light reflected by the mirrors 2a and 2b is incident on a rod lens (light guide) 4 that equalizes the illuminance of the illumination light by multiple reflection.
  • the light shielding plate 3 is arranged on the incident surface side of the rod lens 4 so that unnecessary light that does not enter the rod lens 4 out of the illumination light from the mirrors 2a and 2b is blocked. That is, if unnecessary light is propagated as it is, it adversely affects the projected image, causes temperature rise of each component in the apparatus, deteriorates plastic parts, etc., and decreases the performance and reliability of the apparatus.
  • a plurality of light shielding plates are provided as the light shielding plate 3 (in the following example, the case of two is shown).
  • the central portion of the light shielding plate 3 has an opening that allows light to pass to the rod lens 4, and the periphery thereof is a light shielding portion that blocks light. Details of the light shielding plate 3 will be described later.
  • the rod lens 4 is composed of, for example, a glass square column or a hollow element in which four reflection mirrors are bonded together, and the cross-sectional shape of the exit surface thereof is a digital mirror device (DMD) 9 which is a light modulation element.
  • DMD digital mirror device
  • the aspect ratio is set to be the same.
  • the illumination light is reflected a plurality of times, and the light exit surface has a light distribution similar to the DMD 9 and having a uniform intensity.
  • a color wheel 5 that is a rotary color filter is disposed on the exit surface side of the rod lens 4.
  • the color wheel 5 has six fan-shaped transmission type color filters (for example, R (red), G (green), B (blue), C (cyan), Y (yellow)) in the circumferential (rotation) direction. , W (white)).
  • the color wheel 5 may be three types of color filters composed of R, G, and B.
  • Each color light emitted from the color wheel 5 is irradiated on the DMD 9 through the relay lenses 6 and 6 ′, the mirror 7, and the TIR prism (internal total reflection prism) 8.
  • the relay lenses 6 and 6 ′ function to prevent the light emitted from the color wheel 5 from diverging and to expand the uniform light distribution on the surface of the DMD 9 on the emission surface of the color wheel 5.
  • the TIR prism 8 totally reflects incident light and guides it to the DMD 9.
  • the digital mirror device (DMD) 9 is a device that generates image light by optically modulating illumination light by individually displacing (tilting) a plurality of mirror elements arranged two-dimensionally.
  • the inclination of each mirror element has an on state and an off state. In the on state, the illumination light is reflected toward the projection lens 30 (white image), and in the off state, the illumination light is reflected outside the projection lens 30 (black image). ). Further, gradation can be given to the image by changing the time of the on / off state.
  • the DMD 9 is synchronized with the rotation of the color wheel 5 described above by the control unit of the projector device 100, thereby generating image light based on the image signal for each color light emitted from the color wheel 5. To do. Since the image light generated by the DMD 9 has an angle that does not satisfy the total reflection angle with respect to the TIR prism 8, the image light passes through the TIR prism 8 and enters the projection lens 30. Thereafter, the image light is enlarged and projected onto a screen or the like by the projection lens 30 and displayed.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a configuration in the vicinity of the light shielding plate 3 and the rod lens 4.
  • two light shielding plates 3a and 3b are provided as the light shielding plate 3 (differentiated from “first light shielding plate” and “second light shielding plate”, respectively, as necessary).
  • the illumination lights emitted from the lamp 1a and the lamp 1b are reflected and combined by the mirrors 2a and 2b, respectively, pass through the first light shielding plate 3a and the second light shielding plate 3b in this order, and enter the rod lens 4.
  • a color wheel 5 is disposed on the exit side of the rod lens 4.
  • These mirrors 2a and 2b, light shielding plates 3a and 3b, rod lens 4 and color wheel 5 are mounted on a common base. Note that these parts may be separate pedestals if there is no problem in positional accuracy or the like.
  • the two light shielding plates 3a and 3b are substantially orthogonal to the optical axis direction of the rod lens 4, and the light shielding plates 3a and 3b are arranged with a predetermined gap in the optical axis direction in order to improve heat dissipation.
  • Each of the light shielding plates 3a and 3b has an opening 31 at a position corresponding to the incident surface of the rod lens 4, and the periphery of the light shielding plates 3a and 3b shields unnecessary illumination light (unnecessary light) from the mirrors 2a and 2b. It has become.
  • the passage areas of the openings 31 of the two light shielding plates 3a and 3b are different, and the second light shielding plate 3b (exit side) is smaller than the first light shielding plate 3a (incident side). Forming.
  • the two light shielding plates 3a and 3b are substantially orthogonal to the optical axis direction of the rod lens 4 as described above.
  • the light shielding plates 3a and 3b are arranged substantially parallel and substantially orthogonal to the optical axis direction of the rod lens 4.
  • the light shielding plates 3a and 3b are arranged substantially parallel and non-orthogonal to the optical axis direction of the rod lens 4.
  • the light shielding plates 3a and 3b are non-parallel, and either the light shielding plate 3a or 3b is arranged substantially orthogonal to the optical axis direction of the rod lens 4.
  • the light shielding plates 3a and 3b are arranged non-parallel and non-orthogonal to the optical axis direction of the rod lens 4. Either may be sufficient.
  • the return light from the light shielding plates 3a and 3b to the lamps 1a and 1b can be further reduced than in (1), and the lamp temperature rise can be suppressed.
  • the material of the light shielding plates 3a and 3b is preferably an aluminum material, for example.
  • the reason is that the specific heat and thermal conductivity are excellent, and the heat generated by the illumination light can be quickly diffused / heat dissipated throughout the light shielding plate.
  • an Al single composition pure aluminum, purity 99% or more
  • an alloy composition eg, Al—Mg
  • the light shielding plate 3b is also processed to be rough.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams showing the shape and arrangement of the light shielding plate 3, wherein FIG. 4A is a top view of the device (side view of the light shielding plate), and FIG. 4B is a side view of the device (front view of the light shielding plate).
  • (A) shows the side shape of the light shielding plates 3a and 3b, and the two light shielding plates 3a and 3b are arranged on the incident side of the rod lens 4 so as to be substantially orthogonal to the optical axis direction, and the tips are bent in an L shape. Secure to the base with screws.
  • the two light shielding plates 3a and 3b are separated from each other by a gap d to improve heat dissipation by cooling air.
  • the thickness of the light shielding plates 3a and 3b is set so that the first light shielding plate 3a is thicker than the second light shielding plate 3b in consideration of the temperature rise due to irradiation.
  • (B) shows the outer shape of the light shielding plates 3a and 3b, but has a quadrilateral shape (trapezoidal shape) and has openings 31a and 31b at the center.
  • the openings 31a and 31b are square here, and the size W of the openings 31a and 31b is smaller than that of the first light-shielding plate 3a. That is, when viewed from the incident side, the periphery of the second opening 31b can be seen in the first opening 31a.
  • the 2nd light-shielding plate 3b since the irradiation area
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the effect of reducing the temperature rise by the two light shielding plates.
  • Two light shielding plates 3a and 3b having openings 31a and 31b are arranged with respect to the rod lens 4.
  • the size wo of the rod lens 4 is 7 mm
  • tb 1 mm
  • the gap d 3.5 mm.
  • the cross section of the rod lens 4 and the openings 31a and 31b are both square.
  • illumination light enters from the lower side of the drawing and has, for example, a light quantity distribution as shown in the figure.
  • what can enter the rod lens 4 is the amount of light at the central portion Po that can pass through the second opening 31b.
  • Other illumination light is blocked by the first light shielding plate 3a or the second light shielding plate 3b.
  • the amount of light irradiated to the first light shielding plate 3a is a portion of Pa, the second light shielding plate.
  • the amount of light irradiated to 3b can be shared by the portion Pb. Heat generated by the shared light amounts Pa and Pb is diffused into the first light shielding plate 3a and the second light shielding plate 3b, respectively, and is radiated by the cooling air.
  • the heat generation amount per sheet is reduced by using two light shielding plates.
  • the heat generation amount (or temperature rise) of the first light-shielding plate 3a and the second light-shielding plate 3b is substantially equal by setting the size of the opening and the thickness of the light-shielding plate optimally according to the light quantity distribution of the illumination light. Can be.
  • the gap d is provided between the two light shielding plates 3a and 3b, the heat radiation action is not inferior to that of a single light shielding plate by the cooling air. As a result, the temperature rise of the light shielding plate can be reduced compared to the case of a single light shielding plate.
  • FIG. 6 is a view showing a modification of the shape of the light shielding plate.
  • an inclined surface 32 having a concave shape on the incident side is formed in the light shielding portion around the opening 31a. If the unnecessary light irradiated on the first light shielding plate 3a 'is reflected to the lamps 1a and 1b, the return light causes the lamp to deteriorate. Therefore, by forming the concave inclined surface 32 like the light shielding plate 3a ', the amount of return light deviating from the optical axis direction and returning to the lamp is reduced, and the deterioration of the lamp can be prevented.
  • the inclined surface 32 such as the light shielding plate 3a 'can be easily formed by drawing or the like.
  • the 2nd light-shielding plate 3b what is necessary is just to make an inclined surface only the surrounding area of the opening part 31b irradiated with unnecessary light.
  • the surface of the light shielding plate is subjected to a blasting process, an edging process, an alumite process or the like to reduce the reflectance of the illumination light, the return light to the lamp can be further reduced.
  • the temperature rise of the light shielding plate can be suppressed within an allowable value.
  • the temperature rise may reach about 290 ° C., but by using two light shielding plates, the temperature rise can be reduced to about 230 ° C., It became possible to keep below the allowable temperature.
  • the Example of this invention was described, this invention is not limited to this, It can implement in the range which does not change the meaning.
  • the configuration may be increased to three or more. By increasing the number, the temperature rise of the light shielding plate can be further suppressed. Further, the shape, size, etc. of each light shielding plate may be appropriately determined according to the intensity and distribution of illumination light from the light source.
  • 1a, 1b discharge lamp (light source), 2a, 2b: mirror, 3, 3a, 3b, 3a ′: light shielding plate, 4: Rod lens (light guide), 5: Color wheel, 6, 6 ': Relay lens, 7: Mirror, 8: TIR (total internal reflection) prism, 9: Digital mirror device (DMD), 10: light source unit, 20: Optical engine, 30: Projection lens 31, 31a, 31b: openings, 32: inclined surface, 40: power supply unit, 100: Projector apparatus.
  • DMD Digital mirror device

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Abstract

プロジェクタ装置（１００）の照明光学系には、マイクロミラーデバイス（９）に入射するランプ（１ａ，１ｂ）からの照明光の照度を均一化するロッドレンズ（４）と、照明光のうちロッドレンズに入射しない不要光を遮断する複数の遮光板（３ａ，３ｂ）を有する。複数の遮光板はロッドレンズの入射側において、ロッドレンズの光軸方向に各遮光板を所定の間隙（ｄ）を設けて配置する。各遮光板の開口部（３１ａ，３１ｂ）は、照明光の通過面積が入射側よりも出射側に配置した遮光板がより小さくなるよう形成する。

Description

プロジェクタ装置
　本発明は、画像を投射するプロジェクタ装置に係り、特に、光源の高輝度化に対応した光学部品の構成に関する。
　光源からの照明光を集光してカラーホイールを通過させ、光変調素子であるデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）に照射して画像光を生成し、投射レンズによりスクリーン等に投射するプロジェクタ装置が知られる。この場合、光源から出射した照明光をカラーホイールを介してＤＭＤに効率良く入射させる必要がある。
　一般に光源から出射される照明光は円形状であり、これをＤＭＤの矩形状に合わせるために、光源の後に四角柱状の導光体（ロッドレンズ）が配置される。しかし、光源から出射される照明光のうちで導光体に入射しない光が存在し、これらの光は不要光となって投射する画像に悪影響を与える場合がある。そこで、導光体の入射面又は出射面近傍に不要光を遮断する遮光板を備えた構成が提案されている。
　例えば特許文献１では、導光体（ロッドインテグレータ）の出射面近傍に菱形の開口を備えた遮光板（マスク板）を配置することで、不要光（有害光）を抑制する構成が提案されている。
特開２００６－６５２０２号公報
　プロジェクタ装置には投射画像の高輝度化と高精細化が要求され、これを実現するためには光源の発光強度を増大させねばならないが、それに伴い導光体（ロッドレンズ）を通る光量が増加する。その場合、導光体に入射しない不要光の光量も当然ながら増加する。その結果、不要光を遮断する遮光板の受ける光エネルギーが増加し、遮光板に様々なダメージを与えることになる。例えば、遮光板の温度が上昇して材料の焼鈍軟化特性が低下することによる変形、析出物の炭化による変色と材料温度上昇、材料内部の気泡の膨張による膨れ等の異常が発生することがある。これにより、遮光板による所定の遮光効果が得られず、不要光が増加することで投射画像に悪影響を与え、また装置内部のその他の光学部品の性能を劣化させる原因となる。
　対策として、遮光板の材料に、熱伝導性が良くかつ耐熱性の高い材料を選択するとしても、それらの性能には限界があり、高輝度化を進める上での障害となる。遮光板の形状に関しては、遮光板の面積を増加させることは、不要光が照射される領域が導光体の近傍に集中していることから余り効果的でない。また、遮光板の板厚を増加させることは、温度上昇後の定常状態においては放熱効果の改善量は少ないものであった。このような遮光板の温度上昇に対する有効な対策については、上記特許文献１をはじめ従来技術では特に提案されていない。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光源の発光強度を増大しても、遮光板の温度上昇を許容範囲内に抑えることのできるプロジェクタ装置を提供することである。
　前記課題を解決するために、本発明は、照明光を発生する光源と、前記光源からの照明光を集光する照明光学系と、複数のミラー素子を変位させることで前記照明光を光変調して画像光を生成するマイクロミラーデバイスと、前記画像光を投射する投射レンズとを備えるプロジェクタ装置において、前記照明光学系は、前記マイクロミラーデバイスに入射する照明光の照度を均一化するロッドレンズと、前記照明光のうち前記ロッドレンズに入射しない不要光を遮断する複数の遮光板を有し、前記複数の遮光板は前記ロッドレンズの入射側において、前記ロッドレンズの光軸方向に各遮光板を所定の間隙を設けて配置したことを特徴とする。
　本発明によれば、光源の発光強度を増大しても、遮光板の温度上昇を許容範囲内に抑えることができ、プロジェクタ装置の高輝度化の実現と信頼性の向上に寄与するものとなる。
プロジェクタ装置の内部構成を示す斜視図。 プロジェクタ装置の光学系の構成を示す上面図。 遮光板とロッドレンズ近傍の構成を示す斜視図。 遮光板の形状と配置を示す図。 ２枚の遮光板による温度上昇の低減効果を模式的に説明する図。 遮光板の形状の変形例を示す図。
　以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、各図においては、同一部分には同一符号を付し、一度説明したものについては重複する説明を省略する。
　図１は、プロジェクタ装置の内部構成を示す斜視図であり、上カバーを外した状態を示す。プロジェクタ装置１００は、ランプを収納する光源ユニット１０、ロッドレンズやカラーホイールなどの照明光学系と画像光を生成するデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）などの光学エンジン２０、画像光を投射する投射レンズ３０、及び電源ユニット４０を備える。そして、光源ユニット１０や光学エンジン２０に冷却風を送る吸気ファンや排気ファンなどの冷却ユニット、電源ユニット４０や光源ユニット１０、光学エンジン２０や冷却ユニット等を制御する制御部を備える。以下、光源ユニットと照明光学系の構成を中心に説明する。
　図２は、プロジェクタ装置の光学系の構成を示す上面図である。光源ユニット１０には、光源となる２個の放電ランプ１ａ，１ｂを対向させて配置し、照明光を発生させる。放電ランプ１ａ，１ｂには、例えば、超高圧水銀ランプ等を使用することで、高輝度の照明光を効率良く発生できる。発生された照明光は、回転楕円面や回転放物面の反射面を有するリフレクタにより効率良く集光される。なお、光源は放電ランプ１ａ，１ｂに限らず、例えばＬＥＤ光源やレーザー光源を使用することもできる。
　２個の放電ランプ１ａ，１ｂ（以下、単に「ランプ」と呼ぶ）から出射された照明光は、それぞれのミラー２ａ，２ｂにより反射され、合成されて図面の上方向に進行し、光学エンジン２０へ供給される。このように本実施例では、高輝度を実現するために２個のランプ１ａ，１ｂを備える構成としたが、もちろん、１個のランプあるいは３個以上のランプで構成しても構わない。あるいは、複数個のランプのうち１個のみを点灯させてもよい。
　ミラー２ａ，２ｂで反射された照明光は、多重反射により照明光の照度を均一化するロッドレンズ（導光体）４に入射する。その際、ロッドレンズ４の入射面側に遮光板３を配置することで、ミラー２ａ，２ｂからの照明光のうち、ロッドレンズ４に入射しない不要光を遮断するようにしている。すなわち、不要光をそのまま伝播させると、投射画像に悪影響を及ぼし、また装置内の各部品の温度上昇やプラスチック部品等の劣化等をもたらし、装置の性能と信頼性を低下させるからである。本実施例では遮光板３として、複数枚の遮光板を設けている（以下の例では、２枚の場合を示す）。遮光板３の中央部には光をロッドレンズ４へ通過させる開口部を有し、その周囲は光を遮断する遮光部となっている。遮光板３の詳細は後述する。
　ロッドレンズ４は、例えば、硝子の四角柱、又は反射ミラーを４枚貼り合わせた中空の素子で構成されており、その出射面の断面形状は、光変調素子であるデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）９のアスペクト比と同一となるように設定されている。ロッドレンズ４内では照明光は複数回反射され、その出射面では、ＤＭＤ９に相似で均一な強度の光分布となる。
　ロッドレンズ４の出射面側には、回転式の色フィルタであるカラーホイール５が配置されている。このカラーホイール５は、円周（回転）方向に６種類の扇状の透過型のカラーフィルタ（例えば、Ｒ(赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｃ（シアン）、Ｙ（黄）、Ｗ（白）)を配置したものである。あるいはこのカラーホイール５は、Ｒ、Ｇ、Ｂからなる３種類のカラーフィルタとしてもよい。カラーホイール５を回転することで、ロッドレンズ４から出射した照明光は、時系列的に６色（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｃ、Ｙ、Ｗ）の光に分割される。
　カラーホイール５から出射した各色光は、リレーレンズ６，６’とミラー７、及びＴＩＲプリズム（内部全反射プリズム）８を経て、ＤＭＤ９上に照射される。その際リレーレンズ６，６’は、カラーホイール５から出射した光の発散を防ぐとともに、カラーホイール５の出射面で均一になった光分布を、ＤＭＤ９の面上に拡大する働きをする。ＴＩＲプリズム８は、入射した光を全反射させてＤＭＤ９へと導く。
　デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）９は、２次元状に配列した複数のミラー素子を個々に変位（傾き）させることで、照明光を光変調して画像光を生成するデバイスである。各々のミラー素子の傾きはオン状態とオフ状態があり、オン状態では照明光を投射レンズ３０に向けて反射し（白画像）、オフ状態では照明光を投射レンズ３０以外に反射する（黒画像）。また、オン／オフ状態の時間を変化させることにより、画像に階調を持たせることができる。
　ＤＭＤ９は、プロジェクタ装置１００の制御部により、上記したカラーホイール５の回転と同期が取られており、これにより、カラーホイール５から出射された各色光毎に、画像信号に基づいた画像光を生成する。ＤＭＤ９で生成された画像光は、ＴＩＲプリズム８に対し全反射角を満たさない角度となるため、ＴＩＲプリズム８を透過し、投射レンズ３０に入射する。その後画像光は、投射レンズ３０によりスクリーン等へ拡大投射され表示される。
　図３は、遮光板３とロッドレンズ４近傍の構成を示す斜視図である。本実施例では、遮光板３として２枚の遮光板３ａ，３ｂを備えている（必要に応じ、それぞれ「第１の遮光板」、「第２の遮光板」と区別する）。ランプ１ａとランプ１ｂから出射された照明光は、それぞれミラー２ａ，２ｂで反射されて合成され、第１の遮光板３ａ、第２の遮光板３ｂの順に通過してロッドレンズ４へ入射する。ロッドレンズ４の出射側にはカラーホイール５が配置されている。これらのミラー２ａ，２ｂ、遮光板３ａ，３ｂ、ロッドレンズ４、及びカラーホイール５は、共通の台座に取り付けられている。なお、これらの部品は、位置精度等に問題ない場合は、別々の台座でも構わない。
　ここに２枚の遮光板３ａ，３ｂは、ロッドレンズ４の光軸方向に略直交するとともに、放熱性を高めるため各遮光板３ａ，３ｂを光軸方向に所定の間隙を設けて配置している。そして各遮光板３ａ，３ｂには、ロッドレンズ４の入射面に対応する位置に開口部３１を有し、その周囲はミラー２ａ，２ｂからの不要な照明光（不要光）を遮断する遮光部となっている。後述するように、２枚の遮光板３ａ，３ｂの開口部３１の通過面積は異なり、第１の遮光板３ａ（入射側）よりも第２の遮光板３ｂ（出射側）が小さくなるように形成している。
　このように遮光板を２枚備えることで、ミラー２ａ，２ｂからの不要光の照射を２枚で分担させることができる。その結果、遮光板１枚当たりの熱容量が減少し、遮光板の温度上昇を抑えることができる。なお本実施例においては、上記のように２枚の遮光板３ａ，３ｂがロッドレンズ４の光軸方向に略直交する構成を説明するが、
  (１)遮光板３ａ，３ｂを略平行かつロッドレンズ４の光軸方向に略直交し配置する、
  (２)遮光板３ａ，３ｂを略平行かつロッドレンズ４の光軸方向に非直交し配置する、
  (３)遮光板３ａ，３ｂを非平行かつ遮光板３ａまたは３ｂのいずれかをロッドレンズ４の光軸方向に略直交し配置する、
  (４)遮光板３ａ，３ｂを非平行かつロッドレンズ４の光軸方向に非直交し配置する、
のいずれであっても良い。上記（２）,（３）,（４）の構成にした場合、（１）よりも更に遮光板３ａ,３ｂからのランプ１ａ,１ｂへの戻り光を低減でき、ランプ温度上昇を抑制できる。
　遮光板３ａ，３ｂの材料は、例えばアルミニウム材が好適である。その理由は比熱や熱伝導率に優れ、照明光により生じた発熱を遮光板全体に迅速に拡散／放熱できるからである。また、温度上昇に伴う変色（析出物）や膨れを回避するためにも、合金組成（例えばＡｌ－Ｍｇ）よりもＡｌ単一組成（純アルミニウム、純度９９％以上）が好ましい。ただし、遮光板により照明光の戻り光があるとランプ１ａ，１ｂに入射して温度上昇を招くので、少なくとも入射側の遮光板３ａについては照明光の反射率を低くする必要がある。そのために、遮光板の表面に反射率を低下させる加工（例えばブラスト加工、エッジング加工、アルマイト処理等）を施して粗面状態にすることが有効である。更にランプ１ａ，１ｂへの照明光の反射を低減させる場合は、遮光板３ｂにも粗面状態にする加工を施す。
　ここで、粗面加工による反射率低減の効果を具体的に説明する。波長帯域８００～３００ｎｍでの反射率の測定値を示す。
  ［比較例］Ａｌ－Ｍｇ合金（Ａ５０５２）、粗面加工なし
            反射率２５．５～８．０％（平均値１７．７％）
  ［実施例］純Ａｌ（Ａ１０５０）、ブラスト加工あり
            反射率０．８７～０．６１％（平均値０．８％）
このように、遮光板３の材料を純アルミニウムに変更し、さらにブラスト加工を施すことで、平均反射率は約１８％から約１％まで低減することができる。その結果、ランプ１ａ，１ｂの温度上昇を抑えることができる。
　図４は、遮光板３の形状と配置を示す図で、（ａ）は装置上面図（遮光板の側面図）、（ｂ）は装置側面図（遮光板の正面図）である。
　（ａ）は遮光板３ａ，３ｂの側面形状を示し、２枚の遮光板３ａ，３ｂはロッドレンズ４の入射側に光軸方向に略直交するよう配置し、先端をＬ字状に折り曲げて台座にねじ止め固定する。２枚の遮光板３ａ，３ｂは間隙ｄを隔てることで冷却風による放熱性を良くする。遮光板３ａ，３ｂの厚さは照射による温度上昇を考慮し、第１の遮光板３ａを第２の遮光板３ｂよりも厚くしている。
　（ｂ）は遮光板３ａ，３ｂの外形形状を示すが、四辺形状（台形状）とし、中央部にはそれぞれの開口部３１ａ，３１ｂを有する。開口部３１ａ，３１ｂはここでは正方形とし、その大きさＷは、第１の遮光板３ａよりも第２の遮光板３ｂを小さくしている。すなわち、入射側から見て、第１の開口部３１ａ内に第２の開口部３１ｂの周辺部が見える状態となる。なお、第２の遮光板３ｂの外形については、不要光の照射領域が異なるため、第１の遮光板３ａと同じ形状にする必要がない。また、台座への取り付け易さを考慮し、外形の一部を切除した半片状としてもよい。
　図５は、２枚の遮光板による温度上昇の低減効果を模式的に説明する図である。ロッドレンズ４に対して、開口部３１ａ，３１ｂを有する２枚の遮光板３ａ，３ｂを配置している。寸法の一例を示すと、ロッドレンズ４のサイズｗｏ＝７ｍｍ、遮光板３ａ，３ｂの板厚はｔａ＝２ｍｍ、ｔｂ＝１ｍｍ、間隙ｄ＝３．５ｍｍである。開口部３１ａ，３１ｂのサイズはｗａ＝１１．９ｍｍ、ｗｂ＝８．６ｍｍである。ロッドレンズ４の断面と開口部３１ａ，３１ｂはいずれも正方形とする。
　この場合、図面下方から照明光が入射し、例えば図示するような光量分布を有している。照明光のうち、ロッドレンズ４に入射できるのは第２の開口部３１ｂを通過できる中央部Ｐｏの光量である。それ以外の照明光は第１の遮光板３ａ、または第２の遮光板３ｂにて遮断される。この例では、第１の開口部３１ａと第２の開口部３１ｂのサイズをｗａ＞ｗｂの関係としているので、第１の遮光板３ａに照射される光量はＰａの部分、第２の遮光板３ｂに照射される光量はＰｂの部分に分担させることができる。分担された光量Ｐａ，Ｐｂに伴う発熱は、それぞれ第１の遮光板３ａと第２の遮光板３ｂ内に拡散するとともに、冷却風により放熱される。
　すなわち、従来の１枚のみ遮光板を用いる場合と比較し、２枚の遮光板を用いることで、１枚当たりの発熱量が低減する。照明光の光量分布に合わせ、開口部のサイズと遮光板の板厚を最適に設定することで、第１の遮光板３ａと第２の遮光板３ｂの発熱量（または温度上昇）をほぼ同等にすることができる。また、２枚の遮光板３ａ，３ｂには間隙ｄを設けているので、冷却風により放熱作用は単独の遮光板の場合に劣らないものとなる。その結果、遮光板の温度上昇は、１枚の遮光板の場合と比べ低減させることができる。
　図６は、遮光板の形状の変形例を示す図である。この例では第１の遮光板３ａ’において、開口部３１ａの周囲の遮光部に入射側に凹状となる傾斜面３２を形成している。第１の遮光板３ａ’において照射された不要光をランプ１ａ，１ｂ側に反射すると、戻り光によりランプを劣化させる原因となる。そこで遮光板３ａ’のように凹状の傾斜面３２を形成することで、戻り光は光軸方向から逸れてランプに戻る光量が減少し、ランプの劣化を防止できる。遮光板３ａ’のような傾斜面３２の形成は、絞り加工等により容易に作成することができる。なお、第２の遮光板３ｂについては、不要光が照射される開口部３１ｂの周囲領域のみ傾斜面とすればよい。さらに、遮光板の表面にブラスト加工やエッジング加工、アルマイト処理等を施して照明光の反射率を下げるようにすれば、ランプへの戻り光をより減少させることができる。
　本実施例によれば、ランプの発光強度を増大させても、遮光板の温度上昇を許容値以内に抑えることができる。例えば、１枚の遮光板のみを用いた場合には温度上昇が約２９０℃に達することがあったが、２枚の遮光板を用いることで温度上昇を２３０℃程度に低減させることができ、許容温度以下に抑えることが可能となった。これらは、プロジェクタ装置の高輝度化の実現と信頼性の向上に寄与するものである。
　以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲で実施することができる。例えば、遮光板を２枚用いる場合を例に説明したが、３枚以上に増やした構成でも良いことは言うまでもない。枚数を増やすことで、遮光板の温度上昇をより抑えることができる。また、各遮光板の形状・寸法等は光源からの照明光の強度と分布に合わせて適宜決定すればよい。
　１ａ，１ｂ：放電ランプ（光源）、
　２ａ，２ｂ：ミラー、
　３，３ａ，３ｂ，３ａ’：遮光板、
　４：ロッドレンズ（導光体）、
　５：カラーホイール、
　６，６’：リレーレンズ、
　７：ミラー、
　８：ＴＩＲ（内部全反射）プリズム、
　９：デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）、
　１０：光源ユニット、
　２０：光学エンジン、
　３０：投射レンズ、
　３１，３１ａ，３１ｂ：開口部、
　３２：傾斜面、
　４０：電源ユニット、
　１００：プロジェクタ装置。

Claims (6)

  1. 　照明光を発生する光源と、前記光源からの照明光を集光する照明光学系と、複数のミラー素子を変位させることで前記照明光を光変調して画像光を生成するマイクロミラーデバイスと、前記画像光を投射する投射レンズとを備えるプロジェクタ装置において、
    　前記照明光学系は、前記マイクロミラーデバイスに入射する照明光の照度を均一化するロッドレンズと、前記照明光のうち前記ロッドレンズに入射しない不要光を遮断する複数の遮光板を有し、
    　前記複数の遮光板は前記ロッドレンズの入射側において、各遮光板を所定の間隙を設けて配置したことを特徴とするプロジェクタ装置。
  2. 　請求項１に記載のプロジェクタ装置において、
    　前記複数の遮光板は前記照明光を前記ロッドレンズへ通過させるそれぞれの開口部を有し、
    　前記各遮光板の開口部の面積は異なり、前記照明光の通過面積は入射側よりも出射側に配置した遮光板がより小さくなるよう形成したことを特徴とするプロジェクタ装置。
  3. 　請求項１に記載のプロジェクタ装置において、
    　前記複数の遮光板のうち少なくとも最も入射側に配置した遮光板は、表面が粗面状態に加工され低反射率を有することを特徴とするプロジェクタ装置。
  4. 　請求項１に記載のプロジェクタ装置において、
    　前記複数の遮光板は、各遮光板の入射側の表面が粗面状態に加工され、低反射率を有することを特徴とするプロジェクタ装置。
  5. 　請求項２に記載のプロジェクタ装置において、
    　前記複数の遮光板のうち少なくとも最も入射側に配置した遮光板は、前記開口部の周囲を傾斜面としたことを特徴とするプロジェクタ装置。
  6. 　請求項１に記載のプロジェクタ装置において、
    　前記複数の遮光板の材料として、アルミニウム単一組成を用いたことを特徴とするプロジェクタ装置。
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