JP2006106357A - 光源ユニット及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】光源からの光の利用効率を低下させずに光源ユニットを小型化する。
【解決手段】光源ユニット２は、放射光を出射する発光部４０を有するランプ４と、光軸上に配設され、発光部４０から出射される光の一部を屈折させて導光ロッド３の入射面３ａに集光する凸レンズ６と、少なくとも、発光部４０から当該発光部４０に対して凸レンズ６と反対の側に出射される光の一部を反射させて凸レンズ６または導光ロッド３に入射させるリフレクタ５とを備える。ランプ４は、発光部４０から出射されて凸レンズ６に入射する光線よりもリフレクタ５側から発光部４０内に電極を案内する２つの電極導入部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を出射する光源ユニットと、この光源ユニットを備えるプロジェクターとに関する。

従来より、スクリーンに画像を表示する装置としてプロジェクターがある。このプロジェクターは、光源ユニットから出射された光をカラーホイールに通した後、導光ロッドに入射させて均一な強度分布の光とし、マイクロミラー素子や液晶表示素子などで画素ごとに光量を切り換えて映写することにより、スクリーン上に画像を表示するようになっている。

このようなプロジェクターの光源ユニットは、図４（ａ）に示すように、光を照射するランプ１００と、ランプ１００からの光の一部を反射させて導光ロッド１０１に入射させるリフレクタ１０２と、ランプ１００からの光の一部を集光して導光ロッド１０１に入射させる環状レンズ１０３とを備えている（例えば、特許文献１参照）。更に、ランプ１００は、球状の発光部１０４と、光軸方向に沿って電極を発光部１０４に案内する２つの電極導入部１０５，１０５とを備えている。なお、図４（ａ）では、カラーホイールの図示を省略している。

ところで、上記のような光源ユニットは、プロジェクター全体を小型化する観点から、小さい方が好ましい。一方、光源ユニットのランプ１００は、光量確保の観点から、一定以上の大きさでなければならない。そのため、光源ユニットを小型化するには、ランプ１００の大きさを維持してリフレクタを小型化する必要がある。
特開平６−５１４０１号公報

しかしながら、ランプ１００の大きさを維持してリフレクタ１０２を単純に小型化すると、図４（ｂ）に示すように、リフレクタ１０２で反射して導光ロッド１０１に向かう光のうち、ランプ１００の電極導入部１０５や発光部１０４で遮られる光線の割合が大きくなってしまうため、光の利用効率が悪くなる。

本発明の課題は、光源からの光の利用効率を低下させずに光源ユニットを小型化することができる光源ユニット及びプロジェクターを提供することである。

請求項１記載の発明は、光源ユニットにおいて、
発光部から放射光を出射するランプと、
光軸上に配設され、前記発光部から出射される光の一部を屈折させて所定の領域内に集光するレンズと、
前記発光部の表面のうち、前記レンズと反対側の領域に沿って設けられ、前記発光部から出射される光の一部を反射させて前記レンズまたは前記所定の領域内に入射させるリフレクタとを備え、
前記発光部から前記レンズの周縁部への入射光線によって囲まれる領域よりも前記リフレクタ側の位置から前記発光部内に電極を案内する２つの電極導入部を有することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、リフレクタは発光部の表面のうち、レンズと反対側の領域に沿って設けられているので、リフレクタでの反射光は発光部の内部を通過してからレンズまたは前記所定の領域に向かう。従って、発光部がリフレクタ及び前記所定の領域の間の光線を遮ることがない。
また、ランプの２つの電極導入部は、発光部からレンズの周縁部への入射光線で囲まれる領域よりもリフレクタ側の位置から発光部に電極を案内するので、発光部及び前記所定の領域の間の光線と、リフレクタ及び前記所定の領域の間の光線とを遮ることがない。
よって、従来と異なり、光源からの光の利用効率を低下させずに光源ユニットを小型化することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の光源ユニットにおいて、
前記リフレクタには、放熱用のフィンが設けられていることを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、リフレクタには放熱用のフィンが設けられているので、発光部からリフレクタに伝わった熱はフィンによって大気に逃がされる。従って、リフレクタと発光部とが近接している場合であっても、発光部からの熱によってリフレクタが変形するのを防止することができる。
なお、フィンはリフレクタの表面のうち、反射面以外の領域に設けられることが好ましい。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光源ユニットにおいて、
前記電極導入部は、前記光軸に対して垂直な方向に延在していることを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明と同様の効果を得ることができる。

請求項４記載の発明は、プロジェクターにおいて、
請求項１〜３の何れか一項に記載の光源ユニットと、
前記光軸方向に延在し、前記所定の領域に配設された一端面から内部に入射した光を周面で反射しつつ他端面から出射する導光ロッドと、
前記導光ロッドから出射される光をスクリーン上に投射する光学素子群とを備えることを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
なお、光学素子群に含まれる光学素子としては、例えばレンズやミラー、いわゆるマイクロミラー素子、液晶表示素子などを用いることができる。

請求項１記載の発明によれば、従来と異なり、光源からの光の利用効率を低下させずに光源ユニットを小型化することができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、発光部からの熱によってリフレクタが変形するのを防止することができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明と同様の効果を得ることができる。
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るプロジェクター１の概略構成を示す図である。
この図に示すように、プロジェクター１は、導光ロッド３の入射面３ａに光を入射させる光源ユニット２を備えている。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、本発明に係る光源ユニット２は、互いに連結されたランプ４及びリフレクタ５と、光軸Ｋに中心軸が一致するようリフレクタ５に対向して配設された凸レンズ６とを備えている。

ランプ４は、白色の放射光を出射する超高圧水銀灯であり、球状の発光部４０を備えている。この発光部４０には、発光部４０の内部に電極を案内する２つの電極導入部４１，４１が接続されている。これら電極導入部４１，４１は、図２（ａ）に示すように、発光部４０から凸レンズ６の周縁部への入射光線によって囲まれる領域よりもリフレクタ５の側の位置から発光部４０に向かう方向、本実施の形態においては、光軸Ｋと垂直な方向に延在している。

リフレクタ５は、略半球状の内周面を有しており、発光部４０の表面のうち、凸レンズ６と反対側の領域に沿って配設されている。このリフレクタ５は、発光部４０から出射される光の一部を反射させて凸レンズ６または導光ロッド３に入射させるようになっている。リフレクタ５の裏面、つまり反射面と反対側の面には、放熱用のフィン４２が設けられている。なお、発光部４０やリフレクタ５が十分に冷却可能である場合には、フィン４２は設けられていなくても良い。

凸レンズ６は、本発明におけるレンズであり、発光部４０から出射される光の一部を、本発明における所定の領域としての導光ロッド３の入射面３ａに集光するようになっている。

なお、図２（ａ），（ｂ）では、凸レンズ６は光を１点に集光しているが、導光ロッド３の入射面３ａに光を入射させれば良く、必ずしも１点に集光する必要はない。

導光ロッド３は、透明な角柱であり、光軸Ｋに沿って配設されている。この導光ロッド３は、図１に矢線で示すように、入射面３ａからの入射光を導光ロッド３の側面と外気層との界面で全反射させながら光軸方向に導き、均一な強度分布の光束として出射面３ｂから出射するようになっている。なお、このような導光ロッド３としては、内周面全体に反射膜が設けられた角筒を用いることとしても良い。

導光ロッド３と光源ユニット２との間には、カラーホイール７が配設されている。
カラーホイール７は、図３に示すように、円形の回転板であり、周方向に並べられた赤、緑、青の３色のカラーフィルタ７０，７１，７２を有している。このカラーホイール７は、回転中心を光軸Ｋの側方にずらして配置されている。

導光ロッド３の側方には、本発明における光学素子群として、レンズ１０、マイクロミラー素子（Digital Micromirror Device）１１及びレンズ１２が光軸Ｋに沿って順に配設されている。

レンズ１０は、導光ロッド３からの出射光をマイクロミラー素子１１に投射するものである。なお、図１ではレンズ１０を単レンズとして図示しているが、複数枚のレンズからなることとしても良い。

マイクロミラー素子１１は、複数のマイクロミラーによって表示画像の１つ１つの画素を形成し、これらマイクロミラーの傾き方向を切り換えることで画素の明暗を切り換えて画像を映写するものである。

マイクロミラーは、アルミニウム片などの極薄金属片で形成されており、縦横の幅が１０μｍ〜２０μｍとなっている。これらのマイクロミラーは、行方向及び列方向にマトリックス状に配列形成されたＣＭＯＳ等の複数のミラー駆動素子（図示せず）の上にそれぞれ設けられている。

ミラー駆動素子は、図示しない制御装置から入力される画像データに基づいてマイクロミラーを基準面に対し±１０°程度の傾き角で傾動させるようになっている。
なお、以上のようなマイクロミラー素子１１としては、例えば特開２００３−１４９５９９号公報に開示のもの等、従来より公知のものを用いることができる。

レンズ１２は、マイクロミラー素子１１からの反射光を拡大してスクリーン（図示せず）に投射するものである。なお、図１ではレンズ１２を単レンズとして図示しているが、複数枚のレンズからなることとしても良い。

続いて、画像を表示する際のプロジェクター１の動作について説明する。
まず、光源ユニット２が光を出射するとともに、カラーホイール７が高速で回転駆動することにより、赤、緑、青に着色された光が順次マイクロミラー素子１１に投射される。

このとき、図２に示すように、リフレクタ５は発光部４０の表面に沿って設けられているので、リフレクタ５での反射光は発光部４０の内部を通過してから凸レンズ６または導光ロッド３に向かう。そのため、リフレクタ５及び導光ロッド３の入射面３ａの間の光線は発光部４０によって遮られることがない。また、ランプ４の２つの電極導入部４１，４１はそれぞれ光軸Ｋと垂直な方向に延在しているので、発光部４０及び導光ロッド３の入射面３ａの間の光線と、リフレクタ５及び導光ロッド３の入射面３ａの間の光線とは電極導入部４１，４１によって遮られることがない。また、リフレクタ５にはフィン４２が設けられているので、発光部４０からリフレクタ５に伝わった熱はフィン４２から大気に逃がされる。

次に、前記制御装置が赤、緑、青の光の投射周期に同期して前記ミラー駆動素子に赤、緑、青の画像データを順次入力することにより、レンズ１２を介してマイクロミラー素子１１に赤、緑、青の画像を順次映写させる。これにより、前記スクリーン上で各色の画像が合成され、カラー画像が表示される。

以上のプロジェクター１によれば、発光部４０及び導光ロッド３の入射面３ａの間の光線と、リフレクタ５及び導光ロッド３の入射面３ａの間の光線とが電極導入部４１，４１で遮られるのを防止することができるので、従来と異なり、発光部４０からの光の利用効率の低下を防止することができる。従って、ランプ４からの光の利用効率を低下させずに光源ユニット２を小型化することができる。更に、光源ユニット２を小型化することで、プロジェクター１を小型化することもできる。

また、発光部４０からリフレクタ５に伝わった熱をフィン４２によって大気に逃がすことができるので、リフレクタ５の変形を防止することができる。

なお、上記の実施の形態においては、プロジェクター１をいわゆるデータプロジェクターとして説明したが、ＯＨＰ（オーバー・ヘッド・プロジェクター）やフィルム映写機など、他のプロジェクターとしても良い。

また、マイクロミラー素子１１によって表示画像の画素の明暗を切り換えることとして説明したが、透過型の液晶表示素子などによって切り換えることとしても良い。このような液晶表示素子としては、従来より公知のものを用いることができる。

また、本発明におけるレンズを凸レンズ６であることとして説明したが、環状レンズとしても良い。

また、光軸の通過面が防爆ガラスで形成された、いわゆるランプハウスの中に光源ユニット２を配設することにより、発光部４０が破裂したときの破片の飛散を防ぐこととしても良い。更に、前記防爆ガラスをレンズ状に形成することにより、ランプハウスの側面を凸レンズ６として用いることとしても良い。この場合には、凸レンズ６とランプハウスとを別々に設ける必要がないため、ランプハウスに起因するプロジェクター１の大型化を防止することができる。

本発明に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 本発明に係る光源ユニットから導光ロッドへの光路を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 カラーホイールの正面図である。 （ａ）は従来の光源ユニットから導光ロッドへの光路を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光源ユニットのリフレクタを単純に小型化した場合の光路を示す図である。

符号の説明

１ プロジェクター
２ 光源ユニット
３ａ 導光ロッドの入射面（所定の領域）
４ ランプ
５ リフレクタ
６ 凸レンズ（レンズ）
４０ 発光部
４１ 電極導入部
４２ フィン

Claims (4)

1. 発光部から放射光を出射するランプと、
   光軸上に配設され、前記発光部から出射される光の一部を屈折させて所定の領域内に集光するレンズと、
   前記発光部の表面のうち、前記レンズと反対側の領域に沿って設けられ、前記発光部から出射される光の一部を反射させて前記レンズまたは前記所定の領域内に入射させるリフレクタとを備え、
   前記ランプは、
   前記発光部から前記レンズの周縁部への入射光線によって囲まれる領域よりも前記リフレクタ側の位置から前記発光部内に電極を案内する２つの電極導入部を有することを特徴とする光源ユニット。
2. 請求項１記載の光源ユニットにおいて、
   前記リフレクタには、放熱用のフィンが設けられていることを特徴とする光源ユニット。
3. 請求項１または２記載の光源ユニットにおいて、
   前記電極導入部は、前記光軸に対して垂直な方向に延在していることを特徴とする光源ユニット。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の光源ユニットと、
   前記光軸方向に延在し、前記所定の領域内に配設された一端面から内部に入射した光を周面で反射しつつ他端面から出射する導光ロッドと、
   前記導光ロッドから出射される光をスクリーン上に投射する光学素子群とを備えることを特徴とするプロジェクター。

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