CN108292085B

CN108292085B - 投影仪装置

Info

Publication number: CN108292085B
Application number: CN201680070158.3A
Authority: CN
Inventors: 野边地秀纪; 片山猛; 久保田直人
Original assignee: Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2016-01-08
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2021-04-09
Anticipated expiration: 2036-01-08
Also published as: WO2017119121A1; JP6608960B2; US10481477B2; CN108292085A; US20190011820A1; JPWO2017119121A1

Abstract

在投影仪装置(100)的照明光学***中，具有：棒状透镜(4)，使入射到微镜器件(9)的来自灯(1a、1b)的照明光的照度均匀化；以及多个遮光板(3a、3b)，遮挡照明光中的不入射到棒状透镜的无用光。关于多个遮光板，在棒状透镜的入射侧，在棒状透镜的光轴方向上设置预定的间隙(d)而配置各遮光板。关于各遮光板的开口部(31a、31b)，配置于射出侧的遮光板相比于配置于入射侧的遮光板，照明光的通过面积形成为更小。

Description

投影仪装置

技术领域

本发明涉及投射图像的投影仪装置，特别是涉及与光源的高亮度化对应的光学部件的结构。

背景技术

已知一种投影仪装置，使来自光源的照明光聚光而通过色环(color wheel)，照射到作为光调制元件的数字微镜器件(DMD)而生成图像光，并通过投射镜头投射到屏幕等。在该情况下，需要使从光源射出的照明光经由色环而高效地入射到DMD。

一般而言，从光源射出的照明光是圆形形状，为了使其与DMD的矩形形状匹配，在光源的后面配置四棱柱状的导光体(棒状透镜)。但是，在从光源射出的照明光中存在不入射到导光体的光，这些光成为无用光，有时对投射的图像造成恶劣影响。因此，提出了在导光体的入射面或者射出面附近具备遮挡无用光的遮光板的结构。

例如在专利文献1中提出了如下结构：通过在导光体(棒状积分仪)的射出面附近配置具备菱形的开口的遮光板(掩模板)，抑制无用光(有害光)。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2006-65202号公报

发明内容

在投影仪装置中，要求投射图像的高亮度化和高清晰化，为了实现这个要求，必须增大光源的发光强度，但相伴于此，通过导光体(棒状透镜)的光量增加。在该情况下，不入射到导光体的无用光的光量也当然会增加。其结果，遮挡无用光的遮光板受到的光能增加，对遮光板造成各种损伤。例如，有时发生遮光板的温度上升而材料的退火软化特性降低所致的变形、析出物的碳化所致的变色和材料温度上升、材料内部的气泡的膨胀所致的膨胀等异常。由此，成为利用遮光板得不到预定的遮光效果而无用光增加从而对投射图像造成恶劣影响，并且使装置内部的其它光学部件的性能劣化的原因。

作为对策，即使在遮光板的材料中选择热传导性良好并且耐热性高的材料，它们的性能也有界限，在推进高亮度化方面成为障碍。关于遮光板的形状，在使遮光板的面积增加时，被照射无用光的区域集中于导光体的附近，所以不是很有效。另外，在使遮光板的板厚增加时，在温度上升后的稳定状态下散热效果的改善量少。在以上述专利文献1为首的以往技术中，并未特别提出这样的针对遮光板的温度上升的有效对策。

本发明是鉴于上述课题而完成的，提供一种即使增大光源的发光强度也能够将遮光板的温度上升抑制到容许范围内的投影仪装置。

为了解决所述课题，本发明提供一种投影仪装置，具备：光源，产生照明光；照明光学***，使来自所述光源的照明光聚光；微镜器件，通过使多个镜元件变位而对所述照明光进行光调制来生成图像光；以及投射镜头，投射所述图像光，所述投影仪装置的特征在于，所述照明光学***具有：棒状透镜，使入射到所述微镜器件的照明光的照度均匀化；以及多个遮光板，遮挡所述照明光中的不入射到所述棒状透镜的无用光，关于所述多个遮光板，在所述棒状透镜的入射侧，设置预定的间隙而配置有各遮光板。

根据本发明，即使增大光源的发光强度也能够将遮光板的温度上升抑制到容许范围内，对投影仪装置的高亮度化的实现和可靠性的提高作出贡献。

附图说明

图1是示出投影仪装置的内部结构的立体图。

图2是示出投影仪装置的光学***的结构的俯视图。

图3是示出遮光板和棒状透镜附近的结构的立体图。

图4是示出遮光板的形状和配置的图。

图5是示意性地说明利用2张遮光板的温度上升的降低效果的图。

图6是示出遮光板的形状的变形例的图。

(符号说明)

1a、1b：放电灯(光源)；2a、2b：镜(mirror)；3、3a、3b、3a’：遮光板；4：棒状透镜(导光体)；5：色环；6、6’：中继透镜；7：镜；8：TIR(内部全反射)棱镜；9：数字微镜器件(DMD)；10：光源单元；20：光学引擎；30：投射镜头；31、31a、31b：开口部；32：倾斜面；40：电源单元；100：投影仪装置。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施例。此外，在各图中，对同一部分附加同一符号，说明过一次的部分省略重复的说明。

图1是示出投影仪装置的内部结构的立体图，示出将上罩拆下的状态。投影仪装置100具备：收纳灯的光源单元10；棒状透镜、色环等照明光学***和生成图像光的数字微镜器件(DMD)等光学引擎20；投射图像光的投射镜头30；以及电源单元40。另外，具备：向光源单元10、光学引擎20输送冷却风的吸气风扇、排气风扇等冷却单元；对电源单元40、光源单元10、光学引擎20、冷却单元等进行控制的控制部。以下，以光源单元和照明光学***的结构为中心进行说明。

图2是示出投影仪装置的光学***的结构的俯视图。在光源单元10中，将成为光源的2个放电灯1a、1b相向地配置，产生照明光。在放电灯1a、1b中，例如使用超高压汞灯等，从而能够高效地产生高亮度的照明光。产生的照明光通过具有旋转椭圆面、旋转抛物面的反射面的反射器而被高效地聚光。此外，光源不限于放电灯1a、1b，例如还能够使用LED光源、激光光源。

从2个放电灯1a、1b(以下简称为“灯”)射出的照明光分别被镜2a、2b反射并合成而向图中的上方向行进，供给到光学引擎20。这样，在本实施例中，为了实现高亮度而成为具备2个灯1a、1b的结构，但当然也可以由1个灯或者3个以上的灯构成。或者，也可以仅使多个灯中的1个点亮。

由镜2a、2b反射的照明光入射到通过多重反射而使照明光的照度均匀化的棒状透镜(导光体)4。此时，通过在棒状透镜4的入射面侧配置遮光板3，遮挡来自镜2a、2b的照明光中的不入射到棒状透镜4的无用光。即，其原因为，在使无用光直接传播时，对投射图像造成恶劣影响，并且导致装置内的各部件的温度上升、塑料部件等的劣化等，使装置的性能和可靠性降低。在本实施例中，作为遮光板3，设置有多张遮光板(在以下的例子中示出2张的情况)。在遮光板3的中央部具有使光向棒状透镜4通过的开口部，其周围是遮挡光的遮光部。遮光板3的详情后述。

棒状透镜4例如由玻璃的四棱柱或者将4张反射镜贴合而成的中空的元件构成，其射出面的截面形状被设定为与作为光调制元件的数字微镜器件(DMD)9的纵横比相同。在棒状透镜4内照明光被反射多次，在其射出面中成为与DMD9相似且均匀的强度的光分布。

在棒状透镜4的射出面侧，配置有作为旋转式的滤色器的色环5。该色环5是在圆周(旋转)方向上配置有6种扇状的透射型的滤色器(例如R(红)、G(绿)、B(蓝)、C(青)、Y(黄)、W(白))的结构。或者，该色环5也可以是包括R、G、B的3种滤色器。通过使色环5旋转，从棒状透镜4射出的照明光按照时间序列被分割为6色(R、G、B、C、Y、W)的光。

从色环5射出的各色光经由中继透镜6、6’和镜7、以及TIR棱镜(内部全反射棱镜)8，被照射到DMD9上。此时，中继透镜6、6’发挥如下作用：防止从色环5射出的光发散，并且在DMD9的面上扩大在色环5的射出面中成为均匀的光分布。TIR棱镜8使入射的光全反射而导入到DMD9。

数字微镜器件(DMD)9是通过使二维状地排列的多个镜元件分别变位(倾斜)从而对照明光进行光调制来生成图像光的设备。各个镜元件的倾斜有开(ON)状态和关(OFF)状态，在开状态下使照明光向投射镜头30反射(白图像)，在关状态下使照明光向投射镜头30以外进行反射(黑图像)。另外，通过使开/关状态的时间变化，能够使图像具有灰度。

DMD9通过投影仪装置100的控制部，与上述色环5的旋转取得同步，由此针对从色环5射出的各色光的每一个，生成基于图像信号的图像光。由DMD9生成的图像光相对TIR棱镜8而成为不满足全反射角的角度，所以透射TIR棱镜8，入射到投射镜头30。之后，图像光通过投射镜头30而被扩大投射到屏幕等而显示。

图3是示出遮光板3和棒状透镜4附近的结构的立体图。在本实施例中，作为遮光板3具备2张遮光板3a、3b(根据需要，分别区分为“第1遮光板”、“第2遮光板”)。从灯1a和灯1b射出的照明光分别被镜2a、2b反射而合成，按照第1遮光板3a、第2遮光板3b的顺序通过而入射到棒状透镜4。在棒状透镜4的射出侧配置有色环5。这些镜2a、2b、遮光板3a、3b、棒状透镜4、以及色环5被安装到共同的底座。此外，这些部件在位置精度等中没有问题的情况下，也可以是独立的底座。

在此，2张遮光板3a、3b与棒状透镜4的光轴方向大致正交，并且为了提高散热性，在光轴方向上设置预定的间隙而配置各遮光板3a、3b。另外，在各遮光板3a、3b中，在与棒状透镜4的入射面对应的位置具有开口部31，其周围是遮挡来自镜2a、2b的不需要的照明光(无用光)的遮光部。如后所述，2张遮光板3a、3b的开口部31的通过面积不同，形成为使第2遮光板3b(射出侧)小于第1遮光板3a(入射侧)。

通过这样具备2张遮光板，能够用2张来分担来自镜2a、2b的无用光的照射。其结果，每1张遮光板1的热容量减少，能够抑制遮光板的温度上升。此外，在本实施例中，说明如上所述2张遮光板3a、3b与棒状透镜4的光轴方向大致正交的结构，但也可以是以下(1)～(4)中的任意结构：

(1)使遮光板3a、3b大致平行并且与棒状透镜4的光轴方向大致正交地配置；

(2)使遮光板3a、3b大致平行并且与棒状透镜4的光轴方向非正交地配置；

(3)使遮光板3a、3b非平行并且使遮光板3a或者3b中的任意遮光板与棒状透镜4的光轴方向大致正交地配置；

(4)使遮光板3a、3b非平行并且与棒状透镜4的光轴方向非正交地配置。

在成为上述(2)、(3)、(4)的结构的情况下，相比于(1)能够进一步降低从遮光板3a、3b向灯1a、1b的返回光，能够抑制灯温度上升。

遮光板3a、3b的材料优选为例如铝材。其理由在于，比热、热传导率优良，能够使由照明光产生的发热迅速地扩散/散热到遮光板整体。另外，为了避免与温度上升相伴的变色(析出物)、膨胀，相比于合金组成(例如Al-Mg)，也更优选Al单一组成(纯铝、纯度99％以上)。但是，如果由于遮光板而存在照明光的返回光，则入射到灯1a、1b而导致温度上升，所以至少关于入射侧的遮光板3a，需要降低照明光的反射率。为此，有效的是对遮光板的表面实施使反射率降低的加工(例如喷射加工、磨边加工、防蚀铝处理等)而设为粗面状态。而且，在使向灯1a、1b的照明光的反射降低的情况下，对遮光板3b也实施设为粗面状态的加工。

在此，具体地说明利用粗面加工的反射率降低的效果。示出波长频带800～300nm中的反射率的测定值。

[比较例]Al-Mg合金(A5052)、无粗面加工

反射率25.5～8.0％(平均值17.7％)

[实施例]纯Al(A1050)、有喷射加工

反射率0.87～0.61％(平均值0.8％)

这样，通过将遮光板3的材料变更为纯铝，而且实施喷射加工，平均反射率能够从约18％降低至约1％。其结果，能够抑制灯1a、1b的温度上升。

图4是示出遮光板3的形状和配置的图，(a)是装置俯视图(遮光板的侧面图)，(b)是装置侧面图(遮光板的正面图)。

(a)示出遮光板3a、3b的侧面形状，2张遮光板3a、3b在棒状透镜4的入射侧以与光轴方向大致正交的方式配置，使前端折弯成L字状且用螺丝固定到底座。2张遮光板3a、3b通过隔开间隙d，从而使利用冷却风的散热性优良。关于遮光板3a、3b的厚度，考虑照射所致的温度上升，使第1遮光板3a比第2遮光板3b更厚。

(b)示出遮光板3a、3b的外形形状，是四边形形状(梯形形状)，在中央部具有各自的开口部31a、31b。开口部31a、31b在此为正方形，关于其大小W，使第2遮光板3b小于第1遮光板3a。即，在从入射侧观察时，是在第1开口部31a内可以看到第2开口部31b的周边部的状态。此外，关于第2遮光板3b的外形，由于无用光的照射区域不同，所以无需设为与第1遮光板3a相同的形状。另外，也可以考虑向底座的安装难易性，而设为将外形的一部分切除而成的半片状。

图5是示意性地说明利用2张遮光板的温度上升的降低效果的图。针对棒状透镜4，配置有具有开口部31a、31b的2张遮光板3a、3b。当示出尺寸的一个例子时，棒状透镜4的尺寸是wo＝7mm，遮光板3a、3b的板厚是ta＝2mm、tb＝1mm，间隙d＝3.5mm。开口部31a、31b的尺寸是wa＝11.9mm、wb＝8.6mm。棒状透镜4的截面和开口部31a、31b都为正方形。

在该情况下，在图中照明光从下方入射，例如具有图示那样的光量分布。照明光中的能够入射到棒状透镜4的光是能够通过第2开口部31b的中央部Po的光量。其以外的照明光被第1遮光板3a或者第2遮光板3b遮挡。在该例子中，使第1开口部31a和第2开口部31b的尺寸成为wa>wb的关系，所以能够使Pa的部分分担照射到第1遮光板3a的光量，能够使Pb的部分分担照射到第2遮光板3b的光量。与所分担的光量Pa、Pb相伴的发热分别在第1遮光板3a和第2遮光板3b内扩散，并且通过冷却风而被散热。

即，相比于以往的仅使用1张遮光板的情况，通过使用2张遮光板，每1张的发热量降低。通过与照明光的光量分布匹配地将开口部的尺寸和遮光板的板厚设定为最佳，能够使第1遮光板3a和第2遮光板3b的发热量(或者温度上升)大致相等。另外，对2张遮光板3a、3b设置有间隙d，所以利用冷却风的散热作用不会比单独的遮光板的情况差。其结果，与1张遮光板的情况相比，能够减少遮光板的温度上升。

图6是示出遮光板的形状的变形例的图。在该例子中，在第1遮光板3a’中，在开口部31a的周围的遮光部形成有向入射侧成为凹状的倾斜面32。如果在第1遮光板3a’中所照射的无用光向灯1a、1b侧反射，则成为由于返回光而使灯劣化的原因。因此，通过如遮光板3a’那样形成凹状的倾斜面32，返回光脱离光轴方向而返回到灯的光量减少，能够防止灯的劣化。关于遮光板3a’那样的倾斜面32的形成，能够通过光圈加工等而容易地制作。此外，关于第2遮光板3b，仅将被照射无用光的开口部31b的周围区域设为倾斜面即可。而且，如果对遮光板的表面实施喷射加工、磨边加工、防蚀铝处理等而降低照明光的反射率，则能够使向灯的返回光进一步减少。

根据本实施例，即便增大灯的发光强度，也能够将遮光板的温度上升抑制到容许值以内。例如，在仅使用1张遮光板的情况下温度上升有时达到约290℃，但通过使用2张遮光板能够使温度上升降低到230℃程度，能够抑制到容许温度以下。这些对投影仪装置的高亮度化的实现和可靠性的提高作出贡献。

以上，说明了本发明的实施例，但本发明不限于此，能够在不改变其要旨的范围中实施。例如，虽然以使用2张遮光板的情况为例子进行了说明，但当然也可以是增加到3张以上的结构。通过增加张数，能够进一步抑制遮光板的温度上升。另外，与来自光源的照明光的强度和分布匹配地，适当决定各遮光板的形状、尺寸等即可。

Claims

1.一种投影仪装置，具备：

光源，产生照明光；

照明光学***，使来自所述光源的照明光聚光；

微镜器件，通过使多个镜元件变位而对所述照明光进行光调制来生成图像光；以及

投射镜头，投射所述图像光，

所述投影仪装置的特征在于，

所述照明光学***具有：

棒状透镜，使入射到所述微镜器件的照明光的照度均匀化；以及

多个遮光板，遮挡所述照明光中的不入射到所述棒状透镜的无用光，

关于所述多个遮光板，在所述棒状透镜的入射侧，设置预定的间隙而配置有各遮光板，

关于所述多个遮光板中的至少配置于最靠入射侧的遮光板，表面被加工为粗面状态并具有低反射率，

配置于最靠入射侧的遮光板比其它遮光板厚，

所述多个遮光板具有使所述照明光通过所述棒状透镜的各个开口部，

配置于最靠入射侧的遮光板的开口部的尺寸比其它遮光板的开口部的尺寸大。

2.一种投影仪装置，具备：

光源，产生照明光；

照明光学***，使来自所述光源的照明光聚光；

投射镜头，投射所述图像光，

所述投影仪装置的特征在于，

所述照明光学***具有：

关于所述多个遮光板，各遮光板的入射侧的表面被加工为粗面状态并具有低反射率，

配置于最靠入射侧的遮光板比其它遮光板厚，

3.根据权利要求1或者2所述的投影仪装置，其特征在于，

关于所述多个遮光板中的至少配置于最靠入射侧的遮光板，将所述开口部的周围设为倾斜面。

4.根据权利要求1或者2所述的投影仪装置，其特征在于，

使用铝单一组成作为所述多个遮光板的材料。