JP4239107B2 - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードを用いた光源装置と、当該光源装置を用いたプロジェクタに関する。

今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ映像などをスクリーンに投影する画像投影装置としてビデオプロジェクタが多用されている。
このプロジェクタは、高輝度を有する超高圧水銀ランプやメタルハイランドランプが多用されているが、これらの発光体は、発熱量が大きいため冷却機構が複雑且つ大型化する欠点があった。このため、発熱量が比較的小さな発光ダイオード等を用いた小型のプロジェクタ用光源が提案されている。

例えば、特開２００３−５２８６号公報（特許文献１）では、発光ダイオードを各色毎に複数個並設して赤色、青色、緑色の光源を作り、この光源をダイクロイックプリズムの三辺に配置して各色の光を合成して白色光を作成し、プロジェクタの光源とする発明が提案されている。

この特許文献１においてダイクロイックプリズムは、赤色光源からの光を反射する赤色反射ミラーと青色のみを反射する青色反射ミラーを内部に配置して３色を合成し、光源が設置されていない面から光を射出する構成である。

又、このデータプロジェクタは光源装置からの光を導光ロッド等を通過させた後、レンズやミラーにより一般的にはＤＭＤと呼ばれるマイクロミラー表示素子に集光させ、この表示素子によりプロジェクタ装置の投影口に向けて反射させるオン状態の光の量によってスクリーン上にカラー画像を表示させるものである。
特開２００３−５２８６号公報

しかし、上述したようなダイクロイックプリズムを用いた光源装置では、ダイクロイックプリズム内に入射した光が分散したり、拡散したりすることにより迷光となり、ダイクロイックプリズムの射出面以外の外面から外部に漏れてしまうことがあり、これにより光利用効率が落ちることが問題となっている。

本発明は、上述したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、複数色の光源より射出された光を射出面と垂直な光軸方向に射出するダイクロイックプリズムの光利用効率を高くした光源装置と、当該光源装置を用いたプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明の光源装置(210)は、波長の異なる複数の光源と、各光源に対応した複数の入射面及び一つの射出面(74)を有し、各光源の光を合成して射出する略立方体形状のダイクロイックプリズム(70)とを備え、ダイクロイックプリズム(70)の射出面(74)と対向しない向きの入射面に、当該入射面に対応する光源の波長光を透過しその他の波長光を反射するフィルタを形成するとともに、ダイクロイックプリズム(70)の入射面(74)及び射出面以外の面には、所要箇所が所定の色の光を反射する反射フィルタか、またはダイクロイックプリズムの内部方向に対してミラー面を、形成しているものである。

又、各光源は赤色、青色、緑色の発光ダイオードである。

更に、ダイクロイックプリズム(70)の入射面及び射出面(74)以外の面は、所定の色の光を反射する反射フィルタと、全ての光を反射する反射ミラーとが組み合わされて形成されている場合もある。

そして、本発明のプロジェクタ(100)は、光源装置(210)と、光源側光学系(220)と、表示素子(230)と、投影側光学系(250)と、冷却ファン(190)と、ランプ電源回路(187)やプロジェクタ制御手段(181)とを備え、光源装置(210)としては、上述したようなものを用いるものである。

本発明によれば、複数色の光源より射出された光を射出面と垂直な光軸方向に射出するダイクロイックプリズムの光利用効率を高くした光源装置と、当該光源装置を用いたプロジェクタを提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態のプロジェクタ100は、光源装置210と、光源側光学系220と、表示素子230と、投影側光学系250と、冷却ファン190と、ランプ電源回路187やプロジェクタ制御手段181とを備えるものである。

そして、光源装置210は、波長の異なる複数の光源として第一光源、第二光源、第三光源を備え、各光源に対応した複数の入射面及び一つの射出面74を有し各光源の光を合成して射出する略立方体形状のダイクロイックプリズム70を備えるものである。

又、ダイクロイックプリズム70の入射面としては光軸と交差する面の一面を第一入射面71、光軸と平行な側面を第二入射面72及び第三入射面73とし、射出面74は第一入射面71と対向する面とし、第一入射面71の近傍に第一光源、第二入射面72の近傍に第二光源、第三入射面73の近傍に第三光源を配置するものである。

更に、ダイクロイックプリズム70の射出面74と対向しない向きの入射面に、当該入射面に対応する光源の波長光を透過しその他の波長光を反射するフィルタを形成するものであり、つまり、第一入射面71は第一光源の光を透過しその他の色の光を反射するフィルタで形成し、第二入射面72は第二光源の光を透過しその他の色の光を反射するフィルタで形成し、第三入射面73は第三光源の光を透過しその他の色の光を反射するフィルタで形成しているものである。

又、各光源は赤色、青色、緑色の発光ダイオードであり、複数の発光ダイオードを面上に配置しているものであり、ダイクロイックプリズム70の入射面及び射出面74以外の面にダイクロイックプリズム70の内部方向に対してミラー面を形成するものである。つまり、ダイクロイックプリズム70の上面75と下面76を全ての光を反射する反射ミラーにより形成しているものである。

以下、本発明の実施例を図に基づいて詳説する。本発明に係るプロジェクタは、プロジェクタ制御手段としてのマイクロコンピュータを内蔵し、図１に示すように、略直方体とされるケースの前面パネル120にはレンズカバー121を備えた投影口123を有し、ケースの上面パネル110には電源スイッチ111としてのキーや手動画質調整キー113、自動画質調整キー114、電源ランプインジケータ112、光源ランプインジケータ115、過熱インジケータ116などのキー及びインジケータ類、スピーカを内側に配置した拡声穴118や開閉蓋119を有し、図示しない背面パネルには電源コネクタやパーソナルコンピュータと接続するＵＳＢ端子、画像信号入力用のビデオ端子やミニＤ−サブ端子などの各種信号入力端子を有するプロジェクタ100である。

そして、上面の開閉蓋119の内部には、画質や画像の微調整及びプロジェクタ100の各種動作設定を行うサブキーを有し、図２に示すように、ケースの左側面パネル150には吸気口155が、図１に示すように、右側面パネル140には排気口145が設けられ、内部に冷却ファン190を有するものである。更に、左側面パネル150には、投影画像の大きさを変えるズームリング257や投影画像のピントを調節するフォーカスリング258等を有している。

又、底面パネルの前方には突出量を調整可能とした前足部材170を有し、底面パネルの後方左右には固定式の後足部材175を有し、前足部材170の突出量を調整してプロジェクタ100の前方高さを変化させ、スクリーンの高さにあわせた画像の投影を可能としているものである。

そして、このプロジェクタ100の内部には、図２に示したように、光源装置210、及び、光源側光学系220としての導光装置224や複数枚の光源側レンズ群226、１枚のミラー228を有するものである。

更に、ランプ電源回路187やプロジェクタ制御手段181を取り付けた回路基板180、光源装置210からの射出光を表示素子230に照射する光源側光学系220、及び、複数の画素を行方向及び列方向にマトリクス状に配列して入射した光の反射を制御することにより画像を表示する表示素子230、更に、表示素子230からの射出光をスクリーン等の投影面に投影する投影側光学系250である固定レンズ群253や可動レンズ群255を組み込んだプロジェクタ100である。

そして、表示素子230は、入射光を着色する手段を備えない表示素子230であり、本実施例では、一般にＤＭＤ（Digital Micromirror Device）と略称されるマイクロミラー表示素子を用いている。この表示素子230は、その正面方向に対して一方向に傾いた入射方向から入射した光を、複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより正面方向のオン状態光線と斜め方向のオフ状態光線とに分けて反射することにより画像を表示するものであり、一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより正面方向に反射するオン状態光線とし、他方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより斜め方向に反射してオフ状態光線とすると共に、このオフ状態光線を吸光板で吸収し、正面方向への反射による明表示と、斜め方向への反射による暗表示とにより画像を表示するものである。

そして、光源装置210は、図３及び図４に示すように、光源40をダイクロイックプリズム70の三方向に配置した構成である。この光源40は、第一光源、第二光源、第三光源とする赤色発光ダイオード群40R、青色発光ダイオード群40B、緑色発光ダイオード群40Gから構成されており、各色の発光ダイオード群は夫々プロジェクタ制御手段181により発光を時分割に制御されるものである。

又、本実施例においては、第一光源を赤色発光ダイオード群40R、第二光源を青色発光ダイオード群40B、第三光源を緑色発光ダイオード群40Gとして述べるが、当然これに限るものではない。又、発光ダイオードは面状に複数個配置することで発光ダイオード群としており、輝度を高くするためのものである。

尚、用いている発光ダイオードは、赤色の場合ピーク発光波長が６２０ｎｍ、青色の場合ピーク発光波長が４７０ｎｍ、緑色の場合はピーク発光波長が５５５ｎｍのものであるが、他の発光ダイオードを用いることも当然可能である。そして、フィルタは、光を透過する場合は少なくともこの所定の波長近傍の波長の光を透過するものとし、反射する場合は少なくともこの所定の波長近傍の波長の光を反射するものとする。

又、ダイクロイックプリズム70は、４つの直角二等辺三角柱形状のプリズムの頂点を組み合わせた直方体又は立方体形状であり、三つの面から入射した光を残る一面である射出面74より射出するものである。

そして、このダイクロイックプリズム70は、第一入射面71、第二入射面72、第三入射面73及び射出面74を有し、第一入射面71の近傍に第一光源を、第二入射面72の近傍に第二光源を、第三入射面73の近傍に第三光源を有し、第一入射面71は第一光源の光を透過しその他の色の光を反射するフィルタで形成され、第二入射面72は第二光源の光を透過しその他の色の光を反射するフィルタで形成され、第三入射面73は第三光源の光を透過しその他の色の光を反射するフィルタで形成されているものである。

即ち、射出面74と対向する面の近傍に赤色ダイオード群40Rを配置してこの面を第一入射面71とし、第一入射面に直交するように隣接して対向する二つの面である側面の近傍に各々青色ダイオード群40Bと緑色ダイオード群40Gを配置して青色ダイオード群40Bの近傍の側面を第二入射面72、緑色ダイオード群40Gの近傍の側面を第三入射面73とし、上部の面を上面75、下部の面を下面76とするものである。

この第一入射面71には、赤色ダイオード群40Rから射出された赤色光をダイクロイックプリズム70内に入射させるものであるため、赤色光のみ透過するフィルタを形成している。

又、第二入射面72には、青色ダイオード群40Bから射出された青色光をダイクロイックプリズム70内に青色光を入射させるため、青色光のみを透過し、第二入射面72の内側に一部の光が照射される赤色光を反射するフィルタを形成している。

そして、第三入射面73にも同様に、緑色光を透過し赤色光を反射するフィルタを形成している。又、射出面74はダイクロイックプリズム70内の光を全て射出する必要があるため、何らフィルタを形成しないようにしている。むろん全ての光を透過する透過フィルタを形成して射出面74を保護することもある。

又、このダイクロイックプリズムの第一入射面71と第二入射面72との交わる角部からダイクロイックプリズムの中心までの対角面である第一対角面77は、青色光は反射しその他の色は透過するものであるため、青色光のみを反射するフィルタで形成している。

そして、第一入射面71と第三入射面73との交わる角部からダイクロイックプリズムの中心までの対角面である第二対角面78は、緑色光は反射しその他の色は透過するものであるため、緑色光のみを反射するフィルタで形成している。

又、第二入射面72と射出面74との交わる角部からダイクロイックプリズムの中心までの対角面である第三対角面79は、第二対角面78と同様に緑色光は反射しその他の色は透過するものであるため、緑色光のみを反射するフィルタで形成している。そして、第三入射面73と射出面74との交わる角部からダイクロイックプリズムの中心までの対角面である第四対角面80は、第一対角面77と同様に青色光は反射しその他の色は透過するものであるため、青色光のみを反射するフィルタで形成している。

そして、ダイクロイックプリズム70の入射面71,72,73及び射出面以外の面である上面75と下面76は、ダイクロイックプリズム70内の光を全て反射する反射ミラーで形成している。

又、光源装置210からの射出光を表示素子230に入射させる光源側光学系220は、導光装置224や複数枚のレンズである光源側レンズ群226、及び、ミラー228で構成している。
この光源側光学系220の導光装置224は、射出側に入射面を対向させる位置として配置し、入射口から入射した光を射出口から均一な強度分布の光として射出するものである。

そして、ミラー228は、光源装置210から射出され、導光装置224と光源側レンズ群226とを透過した光を、表示素子230に向けて反射することにより表示素子230にその正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から光を投射するものである。

又、投影側光学系250は、固定レンズ群253を内蔵する固定鏡筒と、この固定鏡筒に係合され、回転操作により軸方向に進退移動可能とされる可動レンズ群255を内蔵する可動鏡筒とを備え、これらの鏡筒内に組み込まれた複数枚のレンズの組み合わせによりズームレンズを形成する投影側光学系250としているものである。

そして、図２に示した、回路基板180には、マイクロコンピュータによるプロジェクタ制御手段181が設けられ、このプロジェクタ制御手段181により、プロジェクタ内の各回路の動作制御を行い、画像データに合わせて各色の光源40の時分割発光を制御すると共に表示素子250の制御を行い、更に、冷却ファン190を冷却ファン190のファン形状及び配置などに合わせた定格速度で駆動させ、左側面パネル150の吸気口155から外気を取り入れ、右側面パネル140の排気口145から内部の空気を排出するものである。

このように、このプロジェクタ100は、光源装置210の光源40を時分割発光させ、この光をダイクロイックプリズム70により合成して一方向に射出させ、光源側光学系220の導光装置224により強度分布を均一にして、光源側光学系220としての光源側レンズ群226及びミラー228により表示素子230に向けて投射するものである。

そして、光源40の時分割発光の周期に同期させて表示素子230に各色の単色画像データを順次書込むことにより、表示素子230の正面方向に反射するオン状態光線により表示素子230に各色の単色画像を順次形成させ、表示素子230から順次射出する各色の単色画像光を、投影側光学系250のレンズ群253、255により拡大して投影面に投影するものであり、投影面に、各色の３色の単色画像が重なったフルカラー画像を表示するものである。

本実施例によれば、ダイクロイックプリズム70の第一入射面71、第二入射面72、第三入射面73に、入射させる所定の色の光を透過させその他の色は反射するフィルタを形成し、上面75及び下面76に光を全反射する反射ミラーを形成したことにより、各入射面からは所定波長の光だけがダイクロイックプリズム70の内部に入射されると共に、ダイクロイックプリズム70に入射した光が射出面74以外の面から外部に漏れることが無くなり、光利用効率が上がり、輝度の高い画像を提供することができる。また、透過する光は制限せず、第二入射面72と第三入射面73共に赤色光を反射するフィルタを形成しているだけとしてもよい。

次に、本発明の変形例について述べる。上述した実施例ではダイクロイックプリズム70の上面75、下面76は反射ミラーにより形成したが、各色の輝度の差を無くすため、輝度の高い色の光はその一部を透過させ、輝度の低い色を反射するフィルタで形成している。
このようにダイクロイックプリズム70の上面75、下面76を輝度の高い色はその一部を透過させ輝度の低い色を反射するフィルタで形成することにより、影画像の各色による輝度の差が無くなり、明瞭な投影画像を提供することができる。

更に、図５に示すように、ダイクロイックプリズム70の上面75及び下面76を形成するフィルタを分割し、射出面74と第三対角面79と第四対角面80の上部及び下部からなる面を全反射する反射ミラーで形成し、第一入射面71と第一対角面77と第二対角面78の上部及び下部からなる面を赤色光のみを反射するフィルタで形成し、第二入射面72と第一対角面77と第三対角面79の上部及び下部からなる面を青色光のみ反射するフィルタで形成し、第三入射面73と第二対角面78と第四対角面80の上部及び下部からなる面を緑色光のみ反射するフィルタで形成することもできる。

このようにダイクロイックプリズム70の各入射面の近くの上面75及び下面76を入射面に入射される光を反射するフィルタとし、射出面74近くの上下の面をフィルタと反射ミラーを合成した反射フィルタで形成することにより、輝度の均一化を実現でき、明瞭な投影画像を提供することができる。

尚、赤色、緑色、青色全ての反射フィルタを形成する場合に限ることなく、他の色に比較して輝度の低い発光ダイオードを用いる場合は、輝度が低くなる発光ダイオードの入射面の近くに位置する上部及び下部の面にだけ反射フィルタを形成することもあり、所要箇所に所定の色の光を反射するフィルタを形成すれば足りるものである。

又、上述した実施例及び変形例において、発光ダイオードの配置場所は自由に変えることができ、発光ダイオード群と記載したが、輝度の高い発光ダイオードを用いれば各色一個ずつとすることも可能であり、更に、配置する発光ダイオードの個数を色毎に変化させることで輝度の均一化を図ることもできる。また、上述した実施例及び変形例において、簡素化をはかるために第一入射面７１をフィルタでなく射出面７４と同じとしてもよい。また、ダイクロイックプリズム70の上面75と下面76を全ての光を反射する反射ミラーでなくてもよい。さらに、第一入射面71と第一対角面77と第二対角面78の上部及び下部からなる面を赤色光のみを反射するフィルタとしなくてもよい。

又、本発明は、以上の実施例に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。

本発明の実施例におけるプロジェクタの斜視図。 本発明の実施例におけるプロジェクタの上面板を取り除いた上面図。 本発明の実施例における光源装置の横方向の断面図。 本発明の実施例における光源装置の縦方向の断面図。 本発明の実施例の変形例における光源装置の横方向の断面図。

符号の説明

40 光源 40R 赤色発光ダイオード群
40B 青色発光ダイオード群 40G 緑色発光ダイオード群
70 ダイクロイックプリズム 71 第一入射面
72 第二入射面 73 第三入射面
74 射出面 75 上面
76 下面 77 第一対角面
78 第二対角面 79 第三対角面
80 第四対角面
100 プロジェクタ 110 上面パネル
111 電源スイッチ
112 電源ランプインジケータ 113 手動画質調整キー
114 自動画質調整キー 115 光源ランプインジケータ
116 過熱インジケータ 118 拡声穴
119 開閉蓋 120 前面パネル
121 レンズカバー 123 投影口
140 右側面パネル 145 排気口
150 左側面パネル 155 吸気口
170 前足部材 175 後足部材
180 回路基板 181 プロジェクタ制御手段
187 ランプ電源回路 190 冷却ファン
210 光源装置 220 光源側光学系
224 導光装置 226 光源側レンズ群
228 ミラー 230 表示素子
250 投影側光学系
253 固定レンズ群 255 可動レンズ群
257 ズームリング 258 フォーカスリング

Claims (6)

1. 波長の異なる複数の光源と、
   前記各光源に対応した複数の入射面及び一つの射出面を有し、前記各光源の光を合成して射出する略立方体形状のダイクロイックプリズムとを備え、
   前記ダイクロイックプリズムの射出面と対向しない向きの前記入射面に、当該入射面に対応する光源の波長光を透過しその他の波長光を反射するフィルタを形成するとともに、
   前記ダイクロイックプリズムの前記入射面及び前記射出面以外の面には、所要箇所に所定の色の光を反射する反射フィルタか、または前記ダイクロイックプリズムの内部方向に対して光を反射するミラー面を、形成していることを特徴とする光源装置。
2. 波長の異なる複数の光源と、
   前記各光源に対応した複数の入射面及び一つの射出面を有し、前記各光源の光を合成して射出する略立方体形状のダイクロイックプリズムとを備え、
   前記ダイクロイックプリズムの射出面と対向しない向きの前記入射面は、当該入射面に対応する光源の波長光を透過しその他の波長光を反射するフィルタが形成されているとともに、
   前記ダイクロイックプリズムの前記入射面及び前記射出面以外の面は、所定の色の光を反射する反射フィルタと、全ての光を反射する反射ミラーとが組み合わされて形成されていることを特徴とする光源装置。
3. 前記各光源は赤色、青色、緑色の発光ダイオードであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
4. 光源装置と、光源側光学系と、表示素子と、投影側光学系と、冷却ファンと、ランプ電源回路やプロジェクタ制御手段とを備え、
   前記光源装置は、波長の異なる複数の光源と、前記各光源に対応した複数の入射面及び一つの射出面を有し、前記各光源の光を合成して射出する略立方体形状のダイクロイックプリズムとを備え、
   前記ダイクロイックプリズムの射出面と対向しない向きの前記入射面に、当該入射面に対応する光源の波長光を透過しその他の波長光を反射するフィルタを形成するとともに、前記ダイクロイックプリズムの前記入射面及び前記射出面以外の面には、所要箇所に所定の色の光を反射する反射フィルタか、または前記ダイクロイックプリズムの内部方向に対して光を反射するミラー面を、形成していることを特徴とするプロジェクタ。
5. 光源装置と、光源側光学系と、表示素子と、投影側光学系と、冷却ファンと、ランプ電源回路やプロジェクタ制御手段とを備え、
   前記光源装置は、波長の異なる複数の光源と、前記各光源に対応した複数の入射面及び一つの射出面を有し、前記各光源の光を合成して射出する略立方体形状のダイクロイックプリズムとを備え、
   前記ダイクロイックプリズムの射出面と対向しない向きの前記入射面は、当該入射面に対応する光源の波長光を透過しその他の波長光を反射するフィルタが形成されているとともに、前記ダイクロイックプリズムの前記入射面及び前記射出面以外の面は、所定の色の光を反射する反射フィルタと、全ての光を反射する反射ミラーとが組み合わされて形成されていることを特徴とするプロジェクタ。
6. 前記各光源は赤色、青色、緑色の発光ダイオードであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のプロジェクタ。
   

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