JP2005321547A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトで耐久性の高い光源装置を提供する。
【解決手段】 中空モータ１８はブラシレス直流モータであり、略円筒状に形成された回転子２７と、略円筒状に形成され回転子２７の外側に配置された固定子２８とから構成される。回転子２７には、その回転軸線に沿って貫通する中空部３４が形成されている。この中空部３４内には、外周面１７ａが回転子２７の内周面２９ｂに固定されたフィルタ円板１７が配置される。照明光は、中空部３４内を偏心して通過し、フィルタ円板１７上に照射される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、フィルタ円板の回転に同期して色が異なる照明光を順次に出射させる光源装置に関するものである。

白色の照明光を発する光源を備え、分光透過特性が異なる複数のカラーフィルタを回転方向に配列したフィルタ円板を白色の照明光を横切るようにして回転させ、フィルタ円板の回転に同期して色が異なる照明光を順次に出射する光源装置が知られている。この光源装置は、出射した照明光を表示デバイスに照射して画像光とし、この画像光をスクリーン上に投射するカラー画像表示装置等に備えられている。

光源から発された白色の照明光は、それぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光を透過させるカラーフィルタを回転方向に配列したフィルタ円板に照射され、時分割で色分離されて３原色光とされるのが一般的である。各原色光はそれぞれ原色画像光とされてスクリーン上に投射されるが、この際、カラー画像として認識され得るためには、人の視認速度より十分早く各原色画像光が切り換わらなければならない。そのため、フィルタ円板は非常に高速で回転する。

フィルタ円板はモータの動力を利用して高速回転する。従来、フィルタ円板には、その中心部において、モータの回転軸に固定されるとともにフィルタを保持する保持部材が配置されるのが一般的であった（例えば、特許文献１、２、３参照）。

特開２００３−１６９３４６号公報 特開２００３−５７４２４号公報 特開平１１−２９５６２２号公報

しかしながら、フィルタ円板の中心部に保持部材を配置すると、フィルタ円板の径が大きくなる。また、フィルタ円板の所定領域に照明光を照射する光源や照明光を導く光学部材は、フィルタ円板の中心線から、より離れた位置に配置しなければならない。これらにより、光源装置は照明光の照射方向と直交する方向におけるサイズが大きくなり、光源装置を備える装置（例えば、カラー画像表示装置）の設計の自由度が制限されていた。さらに、従来の光源装置は耐久性が十分でなかった。

本発明では、光源からの照明光の照射方向と直交する方向におけるサイズが小さく、耐久性に優れた光源装置を提供することを目的とする。

本発明は、白色の照明光を発する光源を備え、分光透過特性が異なる複数のカラーフィルタを回転方向に配列したフィルタ円板を前記照明光を横切るように回転させ、フィルタ円板の回転に同期して色が異なる照明光を順次に出射させる光源装置に関し、前記照明光が中空モータの中空部内を偏心して通過するように中空モータを配設するとともに、この中空モータの回転子に中空部を遮るように前記フィルタ円板を固着したことを特徴とする。

前記中空モータの固定子を前記回転子の内周側に設けてもよいし、前記中空モータの固定子を前記回転子の外周側に設けてもよい。

前記フィルタ円板の入射面側に照明光を収斂させる光学系を、フィルタ円板の出射面側にフィルタ円板を透過した照明光を内面反射により混合して伝達するインテグレータを設け、前記インテグレータで伝達された照明光を前記回転子の回転に同期して色ごとの画像を表示する表示デバイスに照射することとすれば、光源装置が好適に用いられる。

本発明によれば、光源から発せられる白色の照明光が中空モータの中空部内を偏心して通過するように中空モータを配設するとともに、この中空モータの回転子に中空部を遮るようにフィルタ円板を固着するので、フィルタ円板の径を小さくすることができ、また、フィルタ円板の中心線からより近い位置に、光源や照明光を導く光学部材を配置することができる。これにより、光源装置は照明光の照射方向と直交する方向におけるサイズが小さくなり、この光源装置を備えるカラー画像表示装置等の装置の設計の自由度を大きくすることができる。また、フィルタ円板が安定して回転する中空モータの回転子に固着され、フィルタ円板が安定した回転を行うため、光源装置は耐久性に優れたものとなる。

［第１実施形態］
図１に示すように、プロジェクタ２は、光源装置３、インテグレータロッド４、リレーレンズ５、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム６、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）７、投影レンズ８から構成される。

光源装置３は、光源１４から発された白色光を時分割で色分離して３原色光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）とし、各原色光を順次インテグレータロッド４の入射面４ａに照射する。なお、光源装置３の詳細は後述する。インテグレータロッド４は、入射した各原色光を内部で全反射させ、ムラのない均一な光として出射する。インテグレータロッド４から出射した各原色光は、リレーレンズ５を透過して平行光とされ、ＴＩＲプリズム６の入射面１２ａに照射される。

ＴＩＲプリズム６は第１プリズム１２と第２プリズム１３とからなる。第１プリズム１２と第２プリズム１３との間にはエアギャップが設けられており、第１プリズム１２の入射面１２ａから入射した各原色光は反射面１２ｂで全反射してＤＭＤ７へと照射される。ＤＭＤ７には、一辺が１０数ミクロンのマイクロミラーがマトリクス状に多数配列されている。各マイクロミラーは、各原色光が第２プリズム１３を透過して投影レンズ８に入射するように反射するオン状態と、各原色光が光吸収体（図示なし）に入射するように反射するオフ状態とに切り替えられる。マイクロミラーがオン状態になる時間によって投影画像の１画素の輝度が決まる。各原色光は、ＴＩＲプリズム６、ＤＭＤ７を経ることで、画像情報を伴った原色画像光となる。投影レンズ８は、ＴＩＲプリズム６から出射された各原色画像光をスクリーン（図示なし）に投影する。スクリーン上では、各原色画像が高速に切り換えられ、カラー画像として認識される。

以下では、光源装置３の詳細について説明する。光源装置３は、光源１４、リフレクタ１５、コンデンサレンズ１６、フィルタ円板１７、中空モータ１８、モータ制御部１９、モータドライバ２０から構成される。光源１４は白色の照明光を発する。光源１４には、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ等が用いられる。リフレクタ１５は、その反射面１５ａが放物面形状であり、光源１４から発された照明光を反射して略平行光とする。コンデンサレンズ１６は、照明光を収斂させる光学系であり、リフレクタ１５に反射されて略平行光となった照明光を収束光とする。

図２に示すように、フィルタ円板１７は、それぞれ分光透過特性が異なるＲフィルタ２４、Ｇフィルタ２５、Ｂフィルタ２６を有している。各フィルタ２４、２５、２６は中心角度が１２０°の扇形状をした透明板であり、それぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光のみを透過させる。フィルタ円板１７は、各フィルタ２４、２５、２６を回転方向に配列し、各フィルタ２４、２５、２６の互いの側面を接着することで円盤状となっている。このフィルタ円板１７は、その中心部まで各フィルタ２４、２５、２６が配置されていることを特徴としている。

図２、図３に示すように、中空モータ１８は、回転子２７と固定子２８とから構成されたブラシレス直流モータである。回転子２７は、略円筒状に形成された回転子本体２９と、この回転子本体２９の外周面２９ａに所定間隔で設けられた永久磁石３１とからなる。固定子２８は、略円筒状に形成された固定子本体３０と、この固定子本体３０の内周面３０ａ近傍に設けられた巻線（図示なし）及び磁気素子（例えば、ホール素子）（図示なし）とからなる。固定子本体３０は、回転子本体２９の外周面２９ａに沿って配置されている。

回転子本体２９の外周面２９ａには、固定子本体３０の内周面３０ａに接するベアリング３２が設けられており、回転子２７が円滑に回転できるようになっている。このベアリング３２は、固定子本体３０の内周面３０ａ側に設けてもよい。

回転子２７には、その回転軸線に沿って貫通する中空部３４が形成されている。この中空部３４内にはフィルタ円板１７が配置される。フィルタ円板１７は、その中心線３３が回転子本体２９の回転軸線に一致するようにして、その外周面１７ａが回転子本体２９の内周面２９ｂに固着されている。これにより、フィルタ円板１７は回転子２７に保持される。なお、回転子２７の中空部３４が、中空モータ１８の中空部となる。

中空モータ１８は、コンデンサレンズ１６（図１参照）から出射された照明光が、フィルタ円板１７の中心線３３から径方向に少し離れたフィルタ円板１７上の所定領域に照射されるようにして、コンデンサレンズ１６とインテグレータロッド４（図１参照）との間に配置される。照明光がフィルタ円板１７上に照射される際には、照射光は回転子２７の中空部３４を通過する。

モータ制御部１９とモータドライバ２０は、中空モータ１８の駆動を制御する。回転子２７が固定子２８に対して回転すると、固定子本体３０に設けられた磁気素子（図示なし）が回転子本体２９の永久磁石３１の位置を検出し、検出信号をモータ制御部１９に送る。モータ制御部１９は、この検出信号から回転子２７の回転位置及び回転速度を算出し、この算出結果に基づいてモータドライバ２０に駆動信号を送る。モータドライバ２０は、モータ制御部１９からの駆動信号から算出された電流及び電圧を、固定子２８の巻線（図示なし）に与える。これにより、回転子２７は回転力を与えられ、設定された回転速度で回転を続ける。なお、中空モータ１８は、ＤＭＤ７と同期して駆動するようモータ制御部１９によって制御されている。

以下では、上記構成による作用について説明する。光源１４から発された照明光は、リフレクタ１５、コンデンサ１６を経て収束され、中空モータ１８の回転子２７に保持されたフィルタ円板１７の所定領域に照射される。

中空モータ１８の回転子２７は、固定子２８に対して一定速度で高速に回転しており、回転子２７に保持されたフィルタ円板１７も共に一定速度で高速に回転している。フィルタ円板１７に照射された照明光は、Ｒフィルタ２４、Ｇフィルタ２５、Ｂフィルタ２６を順に透過することで、それぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光の原色光となる。各原色光は、リレーレンズ５、ＴＩＲプリズム６を経てＤＭＤ７に照射される。各原色光はＤＭＤ７で画像情報を伴った光となり、投影レンズ８によりスクリーン上でカラー映像となる。

本例の光源装置３であれば、フィルタ円板１７がその外周部分のみ回転子２７に保持されるため、フィルタ円板１７の中心部まで各フィルタ２４、２５、２６を配置することができ、フィルタ円板１７の径を小さくすることができる。また、フィルタ円板１７の中心部まで各フィルタ２４、２５、２６を配置することができるので、フィルタ円板７の中心部から少しだけ離れた位置に照明光を照射することができ、光源１４やコンデンサレンズ１６等を中心線３３により近い位置に配置することができる。これらにより、光源装置３自身のサイズがフィルタ円板１７の径方向で小さくなり、光源装置３を備える装置の設計の自由度を増やすことができる。

また、中空モータ１８の回転子２７は固定子２８に対して安定した回転を行うため、フィルタ円板１７を正確に回転子２７に固定すれば、フィルタ円板１７も安定した回転を行う。これにより、フィルタ円板１７は耐久性に優れたものとなる。

［第２実施形態］
第１実施形態の光源装置３に用いられた中空モータ１８は、固定子２８が回転子２７の外側に位置していたのに対し、第２実施形態の光源装置に用いられる中空モータは、固定子が回転子の内側に位置している。以下では、中空モータと、この中空モータに保持されるフィルタ円板を中心に説明する。第２実施形態の説明において、第１実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。

図４に示すように、中空モータ３８は、回転子４７と固定子４８とから構成されたブラシレス直流モータである。回転子４７は、略円筒状に形成された回転子本体４９と、この回転子本体４９の内周面４９ａに所定間隔で設けられた永久磁石５１とからなる。回転子４７には、その回転中心線に沿って貫通する中空部５４が形成されている。この中空部５４内にはフィルタ円板１７が配置される。フィルタ円板１７は、その中心線５３が回転子本体４９の回転軸線に一致するようにして、その外周面１７ａが回転子本体４９の内周面４９ａに固定されている。これにより、フィルタ円板１７は回転子４７に保持される。

固定子４８は、略円筒状に形成され回転子本体４９の内周面４９ａに沿って設けられた固定子本体（固定部）５０と、この固定子本体５０の外周面５０ａに設けられた巻線（図示なし）及び磁気素子（例えば、ホール素子）（図示なし）とからなる。固定子４８には、その中心線に沿って貫通する中空部５５が形成されている。照明光がフィルタ円板１７上に照射される際には、照明光は固定子４８の中空部５５を通過する。なお、固定子４８の中空部５５が、中空モータ３８の中空部となる。

回転子本体４９の内周面４９ａには、固定子本体５０の外周面５０ａに接するベアリング５２が設けられており、回転子４７が円滑に回転できるようになっている。このベアリング５２は、固定子本体５０の外周面５０ａ側に設けてもよい。

第２実施形態の光源装置においても第１実施形態と同様、光源装置をフィルタ円板１７の径方向に小さくすることができ、光源装置を備える装置の設計の自由度を増すことができる。また、フィルタ円板１７は安定して回転するので耐久性に優れたものとなる。

なお、上記実施形態（第１実施形態及び第２実施形態）では、中空モータにブラシレス直流モータを用いたが、直流サーボモータ、シンクロナスモータ、インダクションモータ等のモータであってもよい。

上記実施形態では、フィルタ円板の外周面を回転子の内周面に直接固定することとしたが、フィルタ円板を保持する外枠を設け、この外枠を介して回転子に固定してもよい。

上記実施形態では、フィルタ円板は各原色光を透過させるフィルタにより３等分されていたが、いずれかのフィルタの面積が広いまたは狭いものであってもよい。また、３原色以外の色光、例えば白色光を透過させるフィルタを加えたものであってもよい。

上記実施形態では、表示デバイスとしてＤＭＤを用いたが、この替わりに反射型液晶素子等を用いてもよい。また、上記実施形態では、光源装置をプロジェクタに用いたが、プリンタ等に用いてもよい。

本発明の実施形態に係る光源装置を用いたプロジェクタの概略構成図である。 フィルタ円板及び中空モータの断面図である。 フィルタ円板及び中空モータを照明光進行方向下流側からみたときの斜視図である。 第２実施形態のフィルタ円板及び中空モータの断面図である。

符号の説明

３ 光源装置
１４ 光源
１７ フィルタ円板
１８ 中空モータ
２７ 回転子
２８ 固定子
３４ 中空部
３８ 中空モータ（第２実施形態）
４７ 回転子（第２実施形態）
４８ 固定子（第２実施形態）
５５ 中空部（第２実施形態）

Claims (3)

1. 白色の照明光を発する光源を備え、分光透過特性が異なる複数のカラーフィルタを回転方向に配列したフィルタ円板を前記照明光を横切るように回転させ、フィルタ円板の回転に同期して色が異なる照明光を順次に出射させる光源装置において、
   前記照明光が中空モータの中空部内を偏心して通過するように中空モータを配設するとともに、この中空モータの回転子に中空部を遮るように前記フィルタ円板を固着したことを特徴とする光源装置。
2. 前記中空モータの固定子が、前記回転子の外周側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記フィルタ円板の入射面側に照明光を収斂させる光学系が、フィルタ円板の出射面側にフィルタ円板を透過した照明光を内面反射により混合して伝達するインテグレータが設けられ、前記インテグレータで伝達された照明光が前記回転子の回転に同期して色ごとの画像を表示する表示デバイスに照射されることを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
   
   

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