JP2007232762A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類のプロジェクタを開発する際に光学系の設計変更を最小限にすることができるプロジェクタを提供する。
【解決手段】プロジェクタ１は、カラーホイール１２を通過する光の光軸が通る位置に開口部２を形成してある遮光部１３を備える。プロジェクタ１は、開口部２の位置を、カラーホイール１２の外周の範囲よりも内側にしてあり、開口部２の形状を、光軸に対してカラーホイール１２の回転軸とは反対側に矩形の一辺を向けて、当該一辺をカラーホイール１２の回転軸と同軸の弧状等の凸状にした形状にしてある。カラーホイール１２の外側を通った光が開口部２を通過することを防止しながら、光軸の位置を変更せずに開口部２の範囲を広げることが可能となり、開口部２の形状が互いに異なる複数種類のプロジェクタ１を開発する際の光学系の設計変更を最小限にすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源が発光する光を用いて画像を投影するプロジェクタに関し、より詳しくは、光源が発光する光を導くロッドインテグレータに余分な光が入射されることを防止する遮光部材を備えるプロジェクタに関する。

プレゼンテーション又は映像の映写の分野では、外部へ光を投射することによって外部のスクリーン又は壁等に画像を投影するプロジェクタが用いられている。このようなプロジェクタは、液晶パネル又はＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の画像デバイス上に画像データに基づいた画像を形成し、画像デバイスで反射又は画像デバイスを透過した光を外部へ投射することにより、色又は強度が空間的に変調された光の像でなる画像を投影する構成となっている。またプロジェクタには、外部のスクリーン又は壁等に対して前面から画像を投影するフロントプロジェクション型のプロジェクタとは別に、画像投影用のスクリーンを備え、スクリーンの背面から画像を投影するリアプロジェクション型のプロジェクタも利用されている。このようなプロジェクタがカラー画像を投影する方式には、赤緑青の３色の画像を時分割で順に投影することによってカラー画像を投影する方式がある。

図５は、時分割でカラー画像を投影する従来のプロジェクタの光学系の構成例を示す構成図である。プロジェクタは、光源３１と、赤緑青の夫々の光を透過させる３色のフィルタで回転軸回りに分割された円盤状のカラーホイール３２と、光源３１が発光してカラーホイール３２を通過した光の分布を均一化するロッドインテグレータ３４と、ロッドインテグレータ３４を通過した光を集光するリレーレンズ３５と、リレーレンズ３５からの光を反射して光路を屈曲させるミラー３６と、画像を形成してミラー３６からの光を反射する画像デバイス３７と、画像デバイス３７が反射した光を外部へ投射する投射レンズ３８とを備えている。プロジェクタを構成する以上の各光学素子は光軸合わせが成されている。図５中には、光軸を一点鎖線で示し、光の方向を矢印で示している。プロジェクタは、回転するカラーホイール３２に光源からの光を通過させることにより、３色の光を時分割で生成し、カラーホイール３２を通過した光を画像デバイス３７へ照射することにより、３色の光を時分割で画像デバイス３７へ照射し、画像デバイス３７で反射した光を投射する。画像デバイス３７はカラーホイール３２の回転に同期して各色用の画像を形成し、各色の画像が時分割で投影される。プロジェクタが投影する画像を目視した利用者は、時分割で投影された３色の画像を合わせてカラー画像であると認識する。またプロジェクタには、３色のフィルタに加えて、白色光を透過させる白色フィルタを有するカラーホイール３２等、様々な構成のカラーホイール３２を備えたものがある。白色フィルタを有するカラーホイール３２を用いたプロジェクタでは、３色の光に加えて白色光が時分割で投射されるので、投影する画像の明るさが向上する。特許文献１には、インテグレータを備えたプロジェクタの例が開示されている。

カラーホイール３２で色を時分割された光は、ロッドインテグレータ３４を通過して画像デバイス３７に入射される。カラーホイール３２の外側を通った光がロッドインテグレータ３４に入射した場合は、色を時分割されていない光が画像デバイス３７に照射され、色が乱れた画像が投影されることとなる。このため、プロジェクタは、光源３１が発光してカラーホイール３２の外側を通った光がロッドインテグレータ３４に入射することを防止する遮光部材３３を備えている。図６は、遮光部材３３を光源３１側から見た模式図である。図中の破線は、遮光部材３３よりも奥に位置するロッドインテグレータ３４を示し、二点鎖線は、遮光部材３３よりも手前に位置するカラーホイール３２を示す。

図６に示すカラーホイール３２は、３色のフィルタと白色フィルタとを備える４色のカラーホイール３２である。遮光部材３３は、光が通過する開口部３３１を形成しており、開口部３３１はカラーホイール３２及びロッドインテグレータ３４の範囲内に位置している。開口部３３１を通過した光はロッドインテグレータ３４に入射され、開口部３３１を通過しない光は遮光部材３３に遮光されてロッドインテグレータ３４には入射できない。開口部３３１はカラーホイール３２の範囲内に位置しているので、カラーホイール３２の外側を通った光は開口部３３１を通過してロッドインテグレータ３４に入射できない。このような遮光部材を備えたプロジェクタの例が特許文献２及び特許文献３に開示されている。

回転するカラーホイール３２の各フィルタの境目部分が開口部３３１の前に位置する間は、２色が混色した光が開口部３３１へ入射するので、この間に開口部３３１へ入射する光は各色の画像を投影するためには利用できない。開口部３３１が配置された位置がカラーホイール３２の回転軸に近いほど、回転するカラーホイール３２の各フィルタの境目部分が開口部３３１の前に位置する時間の割合がより長くなって光の利用効率が低下するので、開口部３３１が形成されている位置は、カラーホイール３２の回転軸からより離れていることが望ましい。また、プロジェクタが備える画像デバイス３７は、プロジェクタが投影すべき画像に合わせた形状を有しており、画像デバイス３７へ照射すべき光が通過する開口部３３１の形状も、画像デバイス３７の形状に合わせた形状となっている。例えば、プロジェクタが４：３のアスペクト比の画像を投影するプロジェクタである場合は、画像デバイス３７は４：３のアスペクト比を有し、開口部３３１も４：３のアスペクト比を有する。
特開２００４−２７２１１１号公報 特開２００５−７０２７１号公報 特開２００４−１７０６１５号公報

ところで、画像のアスペクト比は種々の値が用いられており、一般的には４：３のアスペクト比と、より横長の１６：９のアスペクト比とが多く用いられている。従来、４：３のアスペクト比の画像を主に投影すべくアスペクト比が４：３の画像デバイス３７を備えたプロジェクタ、及び１６：９のアスペクト比の画像を主に投影すべくアスペクト比が１６：９のワイド型の画像デバイス３７を備えたプロジェクタ等の複数種類のプロジェクタが用いられている。ワイド型の画像デバイス３７を備えたプロジェクタは、遮光部材３３が有する開口部３３１の形状も、アスペクト比が１６：９のワイド型であることが望ましい。

しかしながら、光学系の光軸を変更せずに開口部３３１の形状を横長にしてプロジェクタを構成した場合は、開口部３３１の一辺の位置がカラーホイール３２の外周の範囲に近づき過ぎることとなり、特にカラーホイール３２の外周に近い開口部３３１の隅の部分から、カラーホイール３２の外側を通った光がロッドインテグレータ３４へ入射してしまうという問題がある。また、開口部３３１の一辺の位置をカラーホイール３２の外周の範囲から遠ざけようとしてプロジェクタの光学系の光軸をカラーホイール３２の回転軸により近い位置に配置してプロジェクタを構成する場合は、プロジェクタの光学系を改めて設計し直す必要があり、コストが上昇するという問題がある。またこの場合は、開口部３３１が配置される位置がカラーホイール３２の回転軸に近くなるので、光の利用効率が低下するという問題がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光軸を変更せずに遮光部材の開口部の範囲を広げることができる構成とすることにより、複数種類のプロジェクタを開発する際に光学系の設計変更を最小限にすることができるプロジェクタを提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、遮光部材上での開口部の位置をカラーホイールの回転軸から従来よりも離れた位置にすることによって、光の利用効率を向上させたプロジェクタを提供することにある。

本発明に係るプロジェクタは、光源と、該光源が発光した光を通過させる回転可能な円盤状のカラーホイールと、該カラーホイールを通過する光の光軸が通る位置に開口部を形成してあり、該開口部を通過する光の周囲の光を遮光する遮光部材と、前記開口部を通過した光が入射し、光強度分布を調整した光を出射するロッドインテグレータとを備え、該ロッドインテグレータが出射した光を用いて画像を投影するプロジェクタにおいて、前記開口部は、矩形の一辺を凸状にした形状に形成されてあり、前記遮光部材は、前記開口部の凸状にした一辺を前記光軸に対して前記カラーホイールの回転軸とは反対側に向けて、前記開口部を、前記カラーホイールの外周の前記光軸に平行に延長した面よりも内側の位置に形成してあることを特徴とする。

本発明においては、カラーホイールを通過する光の光軸が通る位置に開口部を形成してある遮光部を備え、開口部を通過した光の光強度分布をロッドインテグレータで調整した光を用いて画像を投影するプロジェクタは、カラーホイールの外周を光軸に平行に延長した面よりも内側の位置に開口部を形成してあり、開口部の形状を、光軸に対してカラーホイールの回転軸とは反対側に矩形の一辺を向けて当該一辺を凸状にした形状にしてある。カラーホイールの外周を光軸に平行に延長した面から開口部の端までの距離が他の部分よりも極端に短くなる部分がなく、カラーホイールの外側を通った光が開口部を通過してロッドインテグレータへ入射することを防止しながら、カラーホイールの外周を光軸に平行に延長した面へ近づけて開口部を形成したプロジェクタの構成が可能となる。

本発明に係るプロジェクタは、光源と、該光源が発光した光を通過させる回転可能な円盤状のカラーホイールと、該カラーホイールを通過する光の光軸が通る位置に開口部を形成してあり、該開口部を通過する光の周囲の光を遮光する遮光部材と、前記開口部を通過した光が入射し、光強度分布を調整した光を出射するロッドインテグレータとを備え、該ロッドインテグレータが出射した光を用いて画像を投影するプロジェクタにおいて、前記遮光部材は、前記開口部を、前記カラーホイールの外周の前記光軸に平行に延長した面よりも内側の位置に形成してあり、前記開口部は、前記光軸に対して前記カラーホイールの回転軸とは反対側に矩形の一辺を向けて当該一辺を前記カラーホイールの外周と同軸の弧状にした形状に形成されてあることを特徴とする。

本発明においては、カラーホイールを通過する光の光軸が通る位置に開口部を形成してある遮光部を備え、開口部を通過した光の光強度分布をロッドインテグレータで調整した光を用いて画像を投影するプロジェクタは、カラーホイールの外周を光軸に平行に延長した面よりも内側の位置に開口部を形成してあり、開口部の形状を、光軸に対してカラーホイールの回転軸とは反対側に矩形の一辺を向けて当該一辺をカラーホイールの外周と同軸の弧状にした形状にしてある。カラーホイールの外周を光軸に平行に延長した面から開口部の端までの距離が他の部分よりも極端に短くなる部分がなく、カラーホイールの外側を通った光が開口部を通過してロッドインテグレータへ入射することを防止しながら、カラーホイールの外周を光軸に平行に延長した面へ開口部の端を近づけて開口部の範囲を広げたプロジェクタの構成が可能となる。

本発明にあっては、カラーホイールの外側を通った光が開口部を通過してロッドインテグレータへ入射することを防止しながら、カラーホイールの外周を光軸に平行に延長した面へ近づけて開口部を形成したプロジェクタの構成が可能であるので、遮光部材上での開口部の位置を従来よりもカラーホイールの回転軸からより離れた位置にすることによって、光の利用効率が向上して、投影する画像の明るさを向上させたプロジェクタを実現することが可能となる。

また本発明にあっては、カラーホイールの外側を通った光が開口部を通過してロッドインテグレータへ入射することを防止しながら、カラーホイールの外周を光軸に平行に延長した面へ開口部の端を近づけて開口部を形成する範囲を広げたプロジェクタの構成が可能となるので、遮光部材に形成してある開口部の形状が互いに異なる複数種類のプロジェクタを開発する場合でも、光軸の位置を互いに異ならせる必要がなく、光学系の設計変更を最小限に抑えて、低コストで複数種類のプロジェクタを開発することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明のプロジェクタ１の光学系の構成例を示す構成図である。プロジェクタ１は、光源１１、光源１１が発光する光を通過させるカラーホイール１２、カラーホイール１２を通過した光の一部を通過させる開口部２を有する遮光部材１３の開口部２を通過した光の分布を均一化するロッドインテグレータ１４、ロッドインテグレータ１４を通過した光を集光する一又は複数のリレーレンズ１５、リレーレンズ１５が集光した光を通過させる開口部材１９、開口部材１９を通過した光を反射して光路を変えるミラー１６、ミラー１６が反射した光を照射され、画像を形成して光を反射するＤＭＤ１７、及びＤＭＤ１７が反射した光を外部へ投射する投射レンズ１８を備えている。プロジェクタ１を構成する各部分は光軸合わせがなされており、図１中には光軸を一点鎖線で示している。

光源１１は、メタルハライドランプ又は超高圧水銀ランプ等の放電ランプで構成され、白色光を発光する。カラーホイール１２は、円盤の中心軸周りに夫々に固有の色の光を透過させる複数のフィルタを配して構成されており、中心軸を回転軸として回転する。光源１１からの白色光が回転するカラーホイール１２を通過することによって、複数色の光が時分割で生成される。遮光部材１３は、カラーホイール１２を通過した光の一部を開口部２から通過させ、開口部２を通過する光の周囲の光を遮光することにより、カラーホイール１２の外側を通った光がロッドインテグレータ１４へ入射することを防止する。ロッドインテグレータ１４は、開口部２を通過した光が入射され、入射した光を内面で多数回反射させて光強度分布を均一に調整した光を出射する。ＤＭＤ１７は、夫々が画像中の画素に対応する多数の微小ミラーを２次元的に配置してなり、発光する画素に対応する微小ミラーが投射レンズ１８の方向へ光を反射し、また非発光の画素に対応する微小ミラーが投射レンズ１８へは入射しない方向へ光を反射することにより、投射レンズ１８の方向への反射光の有無で２次元の画像を形成する。ＤＭＤ１７の多数の微小ミラーにより画像を形成する部分の形状は、アスペクト比が１６：９のワイド型に形成されている。

回転するカラーホイール１２を白色光が通過して各色の光が生成し、生成した光の光強度分布をロッドインテグレータ１４が調整し、ＤＭＤ１７は各色の光に対応する画像を形成し、画像を形成したＤＭＤ１７からの光を投射レンズ１８によって外部へ投射することにより、プロジェクタ１は、各色の光の像でなる画像を外部のスクリーン又は壁等に投影する。カラーホイール１２の回転に応じて各色の画像が時分割で順に投影され、使用者にはカラー画像として認識される。

図２は、遮光部材１３を光源１１側から見た模式図である。図中の破線は、遮光部材１３よりも奥に位置するロッドインテグレータ１４を示し、二点鎖線は、遮光部材１３よりも手前に位置する４色のカラーホイール１２を示す。遮光部材１３は、光が通過する開口部２を形成してあり、開口部２は、光軸を含み、カラーホイール１２の外周を光軸に平行に延長した面よりも内側の位置に形成されている。この位置に開口部２が形成されているので、開口部２を通過してロッドインテグレータ１４へ入射する光は、カラーホイール１２を通過した光となり、カラーホイール１２の外側を通った光は遮光部材１３で遮光されてロッドインテグレータ１４へは入射しない。また開口部２の形状は、光軸に対してカラーホイール１２の回転軸とは反対側に矩形の一辺２１を向けて一辺２１をカラーホイール１２の外周と同軸の弧状にした形状に形成されてある。

図３は、遮光部材１３が形成してある開口部２の形状の例を示した模式図である。図３中には、開口部２の形状を実線で示してある。開口部２は、アスペクト比が１６：９であるＤＭＤ１７の形状に合わせるべく、図３中に破線で示したアスペクト比が４：３の形状と光軸を同一にしながら、アスペクト比が４：３の形状の範囲から広げて図３中に一点鎖線で示したアスペクト比が１６：９の形状へ近づけた形状となっている。開口部２の一辺２１をカラーホイール１２の外周と同軸の弧状に形成してあることにより、カラーホイール１２の外周を光軸に平行に延長した面から一辺２１までの距離を短くしながらも、図３中に一点鎖線で示したアスペクト比が１６：９の形状の隅の部分のような、カラーホイール１２の外周を光軸に平行に延長した面から一辺２１までの距離が他の部分よりも極端に短くなる部分がない。カラーホイール１２の外側を通った光は、カラーホイール１２の外周を光軸に平行に延長した面から一辺２１までの距離が極端に短くなった部分から入射し易いので、この部分がないことで、カラーホイール１２の外側を通った光が開口部２を通過してロッドインテグレータ１４へ入射することを防止することは可能である。即ち、本発明では、カラーホイール１２の外側を通った光が開口部２を通過してロッドインテグレータ１４へ入射することを防止しながら、カラーホイール１２の外周を光軸に平行に延長した面へ一辺２１を近づけて開口部２の範囲を広げた構成とすることができる。

以上に示した如く、本発明においては、ＤＭＤ１７の形状をワイド型にする場合等、遮光部材１３に形成してある開口部２の形状を広げた構成に変更する場合でも、光軸の位置を変更せずにプロジェクタ１を構成することができる。従って、アスペクト比が４：３のＤＭＤ１７を備えたプロジェクタ１とアスペクト比が１６：９のワイド型のＤＭＤ１７を備えたプロジェクタ１とを開発する場合のように、遮光部材１３に形成してある開口部２の形状が互いに異なる複数種類のプロジェクタ１を開発する場合でも、光軸の位置を互いに異ならせる必要がないので、光学系の設計変更を最小限に抑えて、低コストで複数種類のプロジェクタ１を開発することが可能となる。また開口部２の位置がカラーホイール１２の回転軸に近くなるように光学系を設計する必要がないので、プロジェクタ１の光利用効率が低下することはない。

また本発明においては、カラーホイール１２の外側を通った光が開口部２を通過してロッドインテグレータ１４へ入射することを防止しながら、カラーホイール１２の外周を光軸に平行に延長した面へ一辺２１を近づけて開口部２を形成することができるので、遮光部材１３は開口部２を従来よりもカラーホイール１２の回転軸からより離れた位置に形成することが可能となる。従って、本発明では、光の利用効率を向上させて、投影する画像の明るさを向上させたプロジェクタ１を実現することが可能となる。

なお、以上の実施の形態においては、開口部２の一辺２１をカラーホイール１２の外周と同軸の弧状に形成した形態を示したが、本発明はこれに限るものではなく、開口部２の一辺２１を凸状に形成した形状であれば、他の形状に形成した形態であってもよい。図４は、開口部２の形状の他の例を示す模式図である。図４（ａ）に示した例では、光軸に対してカラーホイール１２の回転軸とは反対側に向けた一辺２１が折れ線で凸状に形成されている。また図４（ｂ）に示した例では、光軸に対してカラーホイール１２の回転軸とは反対側に向けた一辺２１が多角形状に凸に形成されている。これらのように、光軸に対してカラーホイール１２の回転軸とは反対側に向けた一辺２１を凸状にした形状に開口部２を形成した形態であっても、カラーホイール１２の外周を光軸に平行に延長した面から一辺２１までの距離が他の部分よりも極端に短くなる部分がなく、カラーホイール１２の外側を通った光が開口部２を通過してロッドインテグレータ１４へ入射することを防止しながら、カラーホイール１２の外周を光軸に平行に延長した面へ一辺２１を近づけて開口部２を形成することができる。

また本実施の形態においては、プロジェクタ１は４色のカラーホイール１２を備えた形態を示したが、これに限るものではなく、プロジェクタ１は３色又は５色以上のカラーホイール１２を備えた形態であってもよい。また本実施の形態においては、プロジェクタ１は画像を形成する画像デバイスとしてＤＭＤ１７を備えた形態を示したが、これに限るものではなく、プロジェクタ１は液晶パネル等の時分割で各色用の画像を形成できるその他の画像デバイスを備えた形態であってもよい。また本実施の形態においては、本発明のプロジェクタ１は、外部のスクリーン又は壁等へ画像を投影するフロントプロジェクション方式の形態を示したが、これに限るものではなく、図示しない透過型のスクリーンを備え、スクリーンの背面から投射レンズ１８で光を投射することによってスクリーンに画像を投影するリアプロジェクション方式の形態であってもよい。

本発明のプロジェクタの光学系の構成例を示す構成図である。 遮光部材を光源側から見た模式図である。 遮光部材が形成してある開口部の形状の例を示した模式図である。 開口部の形状の他の例を示す模式図である。 時分割でカラー画像を投影する従来のプロジェクタの光学系の構成例を示す構成図である。 遮光部材を光源側から見た模式図である。

符号の説明

１ プロジェクタ
１１ 光源
１２ カラーホイール
１３ 遮光部材
１４ ロッドインテグレータ
１７ ＤＭＤ
１８ 投射レンズ
２ 開口部
２１ 一辺

Claims (2)

1. 光源と、該光源が発光した光を通過させる回転可能な円盤状のカラーホイールと、該カラーホイールを通過する光の光軸が通る位置に開口部を形成してあり、該開口部を通過する光の周囲の光を遮光する遮光部材と、前記開口部を通過した光が入射し、光強度分布を調整した光を出射するロッドインテグレータとを備え、該ロッドインテグレータが出射した光を用いて画像を投影するプロジェクタにおいて、
   前記開口部は、矩形の一辺を凸状にした形状に形成されてあり、
   前記遮光部材は、前記開口部の凸状にした一辺を前記光軸に対して前記カラーホイールの回転軸とは反対側に向けて、前記開口部を、前記カラーホイールの外周の前記光軸に平行に延長した面よりも内側の位置に形成してあること
   を特徴とするプロジェクタ。
2. 光源と、該光源が発光した光を通過させる回転可能な円盤状のカラーホイールと、該カラーホイールを通過する光の光軸が通る位置に開口部を形成してあり、該開口部を通過する光の周囲の光を遮光する遮光部材と、前記開口部を通過した光が入射し、光強度分布を調整した光を出射するロッドインテグレータとを備え、該ロッドインテグレータが出射した光を用いて画像を投影するプロジェクタにおいて、
   前記遮光部材は、前記開口部を、前記カラーホイールの外周の前記光軸に平行に延長した面よりも内側の位置に形成してあり、
   前記開口部は、前記光軸に対して前記カラーホイールの回転軸とは反対側に矩形の一辺を向けて当該一辺を前記カラーホイールの外周と同軸の弧状にした形状に形成されてあること
   を特徴とするプロジェクタ。

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