JP4775635B2 - カラーホイール及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、カラーホイールと当該カラーホイールを用いたパーソナルコンピュータ等の画像情報に基づいて画像を投影するプロジェクタ装置に関する。

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、高輝度の光源が用いられ、メタルハイランドランプや超高圧水銀ランプなどの小型高輝度の放電ランプにリフレクタとしての凹面反射鏡を取り付けたランプユニットをプロジェクタの光源装置としてプロジェクタに組み込むことが多い。

そして、このランプユニットでは、回転放物線状のリフレクタ又は回転楕円面状のリフレクタを用いたものが多く用いられ、リフレクタの楕円焦点に高輝度の放電ランプを設置し、前方及び後方に向けて射出された光をこの回転放物線又は回転楕円面のリフレクタで反射させ、ライトトンネルや導光ロッドに集光するものとしている。

そして、超高圧水銀ランプなどの高輝度の放電ランプを内蔵した光源装置からの光を、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタからなり、毎秒１２０回の回転速度で回転するカラーホイールを用いて赤色、緑色、青色の光とし、この赤色、緑色、青色の光を導光ロッド等を通した後、レンズにより一般的には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。

又、このプロジェクタでは、プロジェクタ本体の上面パネルに設けられるキースイッチを操作することにより、又はリモートコントローラのスイッチを操作することにより、画面の大きさや明るさ、更には色合いなど、種々の設定を行って使用者の好みに合わせた美麗な画像を投影することができるようにされている。

そして、明るさや色合い、コントラストなどの調整設定は、本体に設けられたキースイッチやリモートコントローラのキースイッチを操作すると共に、メニュー画面をスクリーンに投影し、各種パラメータなどを投影表示させて調整内容の確認を行いつつ設定操作が行えるようにされている。

このようなプロジェクタのカラーホイールとしては、従来より様々な種類のカラーホイールが用いられている。例えば、図８に示すように、扇形の赤色フィルタ221R``（Ｒ：Ｒｅｄ）、扇形の緑色フィルタ221G``（Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）、扇形の青色フィルタ221B``（Ｂ：Ｂｌｕｅ）を夫々円盤状に並べたものがある。しかし、このようなカラーホイール221``を用いた場合、赤色フィルタ221R``、緑色フィルタ221G``、青色フィルタ221B``をすべて使用して作る白色の輝度が低くなってしまう。

そこで、特開２００３―３３７２１９号公報（特許文献１）では、図９に示すように、赤色フィルタ221R`、緑色フィルタ221G`、青色フィルタ221B`の三つのフィルタに加え白色（透明）フィルタ221W`（Ｗ：Ｗｈｉｔｅ）を持つようにしている。こうすることにより白色を投影したときの輝度を図８のカラーホイール221``を用いた場合よりも大きくしている。

このような白色フィルタを備えたカラーホイール221`を使用したプロジェクタの各色別の輝度について図１０に示す。
図１０において、W`は白色、Y`は黄色（Ｙｅｌｌｏｗ）、C`は水色（Ｃｙａｎ）、G`は緑色、M`は紫色（Ｍａｇｅｎｔａ）、R`は赤色、B`は青色を表す。
この図１０に示すように白色以外の色の輝度に対して白色の輝度が非常に大きいため、白色と同時に他の色を用いると、白色以外の色は暗く濁って見えてしまう。つまり白色フィルタ221W`を追加することにより白色は明るくなるものの、それ以外の色は暗くなり、その結果、画質を著しく低下させてしまっている。

そして今度は、図９に示す白色フィルタを備えたカラーホイール221`を使用プロジェクタに使用し、投影時には白色フィルタ221W`を使用しないで輝度を測定した場合、図１１に示すように、夫々の色はきれいになるが輝度は落ちてしまう。これは白色フィルタがないカラーホイール221``を用いる場合よりも輝度が低い。
特開２００３―３３７２１９号公報

上述のような輝度の低下は映画等のように多色を投影する場合は問題とならないが、プレゼンテーション等のように、用いる色は少なく、文字をはっきり読み取れることが重要である場合は、白色以外の色が暗くなり見難くなるため文字を読み取りにくいといった問題点があった。

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、安定した色合いと輝度を提供できるカラーホイールとすることができると共にプレゼンテーション等に適したプロジェクタを提供することを目的としている。

本発明のカラーホイールは、円盤形状で円の中心を軸にして回転し、扇形の少なくとも３色の有色フィルタが周方向に隣接して配置され、前記有色フィルタは、各前記有色フィルタに各々白色フィルタ部を点在させたものであることを特徴とするものである。

また、前記有色フィルタの各面積に対する前記白色フィルタ部の面積比は、フィルタ毎で異なることを特徴とするものである。
また、前記点在した白色フィルタ部の点在間隔は、０．０１ｍｍ〜１ｍｍであることを特徴とするものである。
また、前記有色フィルタとして３色の異なる有色フィルタを備え、各前記有色フィルタは赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタであることを特徴とするものである。

そして、本発明のプロジェクタは、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、カラーホイールと、更に、ランプ電源回路やプロジェクタ制御手段とを備え、前記カラーホイールは、円盤形状で円の中心を軸にして回転し、扇形の少なくとも３色の有色フィルタが周方向に隣接して配置され、前記有色フィルタは、各前記有色フィルタに各々白色フィルタ部を点在させたものであることを特徴とするものである。
そして、有色フィルタによるカラーホイールとしては、前述のフィルタを用いるものである。

本発明によれば、安定した色合いと輝度を提供できるカラーホイールとすることができると共にプレゼンテーション等に適し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、カラーホイール221と、更に、ランプ電源回路187やプロジェクタ制御手段181とを備えたプロジェクタであって、カラーホイール221は、赤色フィルタ221Rと、緑色フィルタ221Gと、青色フィルタ221Bとを備え、赤色フィルタ221R及び緑色フィルタ221G並びに青色フィルタ221Bは点在した白色フィルタ部221Wを有するものである。

そして、赤色フィルタ221Rと、緑色フィルタ221Gと、青色フィルタ221Bの面積に対する白色フィルタ部221Wの各面積は、投影時に白色を作る上での混合比より算出してフィルタ毎に任意の面積を用いて配置しているものである。この点在している白色フィルタ部221Wの点在間隔は０．０１ｍｍ〜１ｍｍとしている。

本最良の実施の形態によれば、赤色、緑色、青色の各フィルタ221R,221G,221Bに白色フィルタ部221Wを点在させることにより、各色を投影するときの輝度を高くすることができ、よってプレゼンテーション等に適した、文字がはっきり読み取れるプロジェクタを提供できる。

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、ケースの左側面パネルには吸気口が、右側面パネル140には排気口145が設けられ、内部に冷却ファンを有するものである。
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に示すように、超高圧水銀ランプなどの放電ランプ211を内蔵する光源装置210、及び、光源側光学系220としてカラーホイール221や導光ロッド224、照明側光学系として複数枚の光源側レンズ群226と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。

この回路基板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、電源スイッチ111がオン状態とされると光源装置210の放電ランプ211を点灯させると共に、冷却ファン190を放電ランプ211の出力や冷却ファン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しつつプロジェクタ100をスタンバイ状態とするものである。

そして、放電ランプ211の温度が所定温度に上昇して発光が安定すると、画像信号の入力による画像の投影を可能とするものである。
又、電源スイッチ111がオフ状態とされると放電ランプ211を消灯すると共に、タイマーにより数分間程度の所定時間だけ冷却ファン190の駆動を持続させてプロジェクタ100の内部を冷却した後に全ての動作を停止させる等の制御も行なうものである。

そして、表示素子230は、カラーフィルターのような入射光を着色する手段を備えない表示素子230であり、この実施例では、一般にＤＭＤと略称されるマイクロミラー表示素子230（Digital Micromirror Device）を用いている。

このマイクロミラー表示素子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、前記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、内部に放電ランプ211を備え、内面が反射面とされる楕円球面形状のリフレクタと、このリフレクタの前方にリフレクタ前方の開口を塞ぐように防爆面が設置されるものであり、放電ランプ211はランプ電源回路187から電源を供給可能に導線により接続され、放電ランプ211が発光してリフレクタの反射面により反射して、光源装置210の前方に光を照射するものである。

又、光源装置210からの射出光をマイクロミラー表示素子230に入射させる光源側光学系220は、カラーホイール221や導光ロッド224、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。
このカラーホイール221は薄肉円盤状であり、光源装置210からの射出光を順次着色するためのカラーフィルターを平面上に有し、導光ロッド224は、光源装置210からの射出光の強度分布を均一にするためのものである。

そして、カラーホイール221は、図３に示すように、円盤形状で円の中心を軸にして回転し、扇状の少なくとも３色の有色フィルタ221Bが周方向に並べて設けられた回転板であり、その中心が光源装置210からの射出光の光路の側方に配置されたホイールモータ222のモータ軸に固定され、カラーホイール221の周方向の一部を光源装置210からの射出光の光路に介在させるように配置するものである。

又、導光ロッド224は、カラーホイール221の射出側に入射面を対向させる位置として配置し、入射面から入射した光をロッド内周面の反射膜により反射しながら導いて射出面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、光源側光学系220のミラー228は、光源装置210から射出され、導光ロッド224とカラーホイール221と光源側レンズ群226とを透過した光を、マイクロミラー表示素子230に向けて反射することによりマイクロミラー表示素子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。

このように、このプロジェクタ100は、光源装置210から光を一方向に射出させ、光源側光学系220のカラーホイール221を高速で回転駆動させることにより、光源装置210から光源側光学系220に入射した光を、カラーホイール221により順次着色し、さらに導光ロッド224により強度分布を均一にして、光源側光学系220としてのレンズ及びミラー228によりマイクロミラー表示素子230に向けて投射することができるものである。

そして、電源投入時から所定時間が経過して光源装置210からの光が安定すると、カラーホイールを透過することで着色された各色の光の投射周期に同期させてマイクロミラー表示素子230に各色の単色画像データを順次書込むことにより、マイクロミラー表示素子230の正面方向に反射するオン状態光線によりマイクロミラー表示素子230に各色の単色画像を順次形成させ、マイクロミラー表示素子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。

そして、本実施例のカラーホイール221は、図３に示すように、扇状の有色フィルタとして赤色フィルタ221Rと、緑色フィルタ221Gと、青色フィルタ221Bとが周方向に並べて設けられた回転板であり、赤色フィルタ221Rは図４に示すように、通常の赤色のみで構成するフィルタ部分に円形の白色フィルタ（透明）部221Wを点在させて成形しており、透過光は赤色と白色が一定の割合で混ざったものとなる。そして、緑色フィルタ221G、青色フィルタ221Bも同様に、図５、図６に示すように、通常の緑色のみ及び青色のみで構成するフィルタ部分に円形の白色フィルタ部221Wを点在させて成形している。

又、赤色フィルタ221Rと、緑色フィルタ221Gと、青色フィルタ221Bの各面積に対する白色フィルタ部221Wの面積比は、フィルタ毎に異なっている。これは、投影時に白色を作る上での混合比より算出してフィルタ毎に任意の面積を用いて成型されているものである。又、隣り合う白色フィルタ部221Wの間隔は必要十分な細かさである必要があり、０．０１ｍｍ〜１ｍｍ程度に成形してある。

次に、本実施例のカラーホイール221を用いたプロジェクタ100の投影時の各色の輝度と、従来の図９に示すような、扇形の赤色フィルタ221R`、扇形の緑色フィルタ221G`、扇形の青色フィルタ221B`、扇形の白色フィルタ221W`を並べて円盤状にしたカラーホイール221’を用いたプロジェクタの投影時の各色の輝度を比較する。

図７は本実施例のカラーホイール221を使用した場合のプロジェクタの色別の輝度について表しており、図１０は従来のカラーホイール221`を用いた場合の色別の輝度を表している。図７において、Wは白色、Yは黄色（Ｙｅｌｌｏｗ）と白色の混合、Cは水色（Ｃｙａｎ）と白色の混合、Gは緑色と白色の混合、Mは紫色（Ｍａｇｅｎｔａ）と白色の混合、Rは赤色と白色の混合、Bは青色と白色の混合を表す。又、図１０において、W`は白色、Y`は黄色（Ｙｅｌｌｏｗ）、C`は水色（Ｃｙａｎ）、G`は緑色、Mは紫色（Ｍａｇｅｎｔａ）、R`は赤色、B`は青色を表す。

そして、図７と図１０を比較すると、白色の輝度は同等であるが、白色以外の輝度は本実施例のカラーホイール221を用いたプロジェクタ100で投影した場合の方が従来のものより全て倍以上の輝度となっている。

よって、色純度よりも輝度を重要視するような場合には本実施例のカラーホイール221を用いた方が有用である。例えば、プレゼンテーション用途の場合では文字をはっきり読み取れることが重要である。従来例では色の付いた文字は暗いために読み取り難い等の問題があったが、本実施例のカラーホイール122を使用すると文字は明るく読み取れることになり、プレゼンテーション用途としては本実施例のカラーホイール122の方が適していることが見て取れる。

尚、本実施例で用いたカラーホイール221の図では白色フィルタ部221Wを円形に表しているが、円形に限らず、多角形などの形状として微少な白色フィルタ部221Wを点在させることも可能である。又、細い線状の白色フィルタ部221Wとして縞模様や、市松模様等を用いることもできる。このような場合においても、赤色フィルタ221Rと、緑色フィルタ221Gと、青色フィルタ221Bの各面積に対する白色フィルタ部221Wの面積比は異なる。

又、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタの透過率を自由に設定できるようにすることでも同様の効果を得ることできる。この場合、投影時に白色を作る上での混合比より適値を算出して、フィルタ毎の透過率をこの算出した値に対応する任意の値にすることで輝度を変化させることが可能なためである。

本実施例によれば、白色フィルタ部を赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタに成型したカラーホイール221を用いることにより、色の付いた文字等でも明るくはっきりと見えるため、プレゼンテーション用途に適した文字がはっきり読み取れるプロジェクタを提供できる。

又、前記実施例のカラーホイールは、有色フィルタとして赤色フィルタと緑色フィルタと青色フィルタのみを使用しているも、有色フィルタとしては、黄色フィルタ、水色フィルタ、紫色フィルタを用いる場合や、これら黄色フィルタ、水色フィルタ、紫色フィルタを適宜赤色フィルタや緑色フィルタと青色フィルタに加えて４色乃至６色の有色フィルタを備えるカラーホイールとすることも有る。
尚、本発明は、以上の実施例の形態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。

本発明の実施例のプロジェクタの斜視図。 本発明の実施例のプロジェクタの上面を取り除いた斜視図。 本発明の実施例のカラーホイールの正面図。 本発明の実施例の赤色フィルタの拡大図。 本発明の実施例の緑色フィルタの拡大図。 本発明の実施例の青色フィルタの拡大図。 本発明の実施例のカラーホイールの輝度分布を示す図。 従来のカラーホイールの正面図。 従来の白色フィルタ部を有するカラーホイールの正面図。 従来の白色フィルタ部を有するカラーホイールの輝度分布を示す図。 従来の白色フィルタ部を有するカラーホイールの輝度分布を示す図。

符号の説明

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 加熱インジケータ
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 130 後面パネル
140 右側面パネル 145 排気口
150 左側面パネル 155 吸気口
160 底面パネル 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
211 放電ランプ 220 光源側光学系
221 カラーホイール 221R 赤色フィルタ
221G 緑色フィルタ 221B 青色フィルタ
221W 白色フィルタ部 222 ホイールモータ
224 導光ロッド 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

Claims (8)

1. 円盤形状で円の中心を軸にして回転し、
   扇形の少なくとも３色の有色フィルタが周方向に隣接して配置され、
   前記有色フィルタは、各前記有色フィルタに各々白色フィルタ部を点在させたものであることを特徴とするカラーホイール。
2. 前記有色フィルタの各面積に対する前記白色フィルタ部の面積比は、フィルタ毎で異なることを特徴とする請求項１に記載のカラーホイール。
3. 前記点在した白色フィルタ部の点在間隔は、０．０１ｍｍ〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカラーホイール。
4. 前記有色フィルタとして３色の異なる有色フィルタを備え、各前記有色フィルタは赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のカラーホイール。
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、カラーホイールと、更に、ランプ電源回路やプロジェクタ制御手段とを備え、
   前記カラーホイールは、円盤形状で円の中心を軸にして回転し、扇形の少なくとも３色の有色フィルタが周方向に隣接して配置され、
   前記有色フィルタは、各前記有色フィルタに各々白色フィルタ部を点在させたものであることを特徴とするプロジェクタ。
6. 前記有色フィルタの各面積に対する前記白色フィルタ部の面積比が異なることを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
7. 前記点在した白色フィルタ部の点在間隔は、０．０１ｍｍ〜１ｍｍであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプロジェクタ。
8. 前記有色フィルタとして３色の異なる有色フィルタを備え、各前記有色フィルタは赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタであることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のプロジェクタ。
   

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