JP4697542B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタに関する。

今日、パーソナルコンピュータの表示画面画像やビデオ画像等をスクリーンに投影する画像投影装置としてデータ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近傍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やライトトンネル等の導光装置を通した後、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。

そして、例えば特開平１１−２８１９１８号公報（特許文献１）では、導光部材の枠を内枠と外枠の２重に形成し、内枠で可視光を反射導光し、赤外線などの不要な光は内枠を透過させて外枠で吸収し、又、不要光を除去するために遮光板を導光部材の射出口近傍に配置する提案がなされている。

このような、プロジェクタでは表示素子に照射する光ができる限り表示素子の形状と同一であることが好ましい。しかし、実際には表示素子は非常に小さいものであるため、表示素子の形状よりやや大きな形状の光が照射されることになる。又、ミラーで斜めの角度から表示素子に光を照射するため、表示素子に照射される光線束の断面形状は歪んだ方形状となっていた。

そして、このようなことが原因となって、表示素子に照射された光線束は、表示素子を保護する枠等にも照射される不要光が発生し、枠等に反射した光が投影画像として投影されてしまうため、暗状態時には面外ゴーストといわれる通常の長方形の投影画像枠の外に更に別の投影画像枠が発生するといった問題が発生していた。

このような問題点を解決するために、例えば特開２００６−１１０６５号公報（特許文献２）では、表示素子であるＤＭＤにカバーを設け、このカバーで不要光を除去することで投影画像の画質の向上を図る提案がなされている。
特開平１１−２８１９１８号公報 特開２００６−１１０６５号公報

しかしながら、上述したようなＤＭＤにカバーを設けるような技術では、不要光を除去するために新たな部品が必要となり、且つ、非常に精密な組立作業の追加が要求され、コストの増加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、暗状態時における面外ゴースト等を削減可能で良質な画像を投影可能なプロジェクタを提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係るプロジェクタは、光源装置と、光源側光学系と、投影画像を生成する表示素子と、投影画像を投影する投影側光学系と、プロジェクタ制御手段とを備え、前記光源側光学系は、カラーホイールと、導光装置と、光源側レンズ群と、反射ミラーとを備え、前記導光装置は、一端を入射口とし、他端を射出口とする導光部材により表示素子に射出光の光線束を所定の角度で斜め方向から入射させる光を均一な強度分布の光とし、前記導光部材の少なくとも射出口近傍に遮光板を有し、当該遮光板は導光部材の端部形状に近似した大きさ及び形状の開口部を有し、前記遮光板の開口部が、前記斜め方向から前記表示素子に照射されて表示素子の周縁の枠で反射された光が前記表示素子の画像形成部前方を横切らない方向に反射される枠の二辺に挟まれる隅に対応する一箇所のみ直角である歪んだ方形形状であることを特徴とする。
そして、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記遮光板は、金属で形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記遮光板は、反射防止塗装がなされていることを特徴とする。
本発明に請求項４に係るプロジェクタは、光源装置と、光源側光学系と、投影画像を生成する表示素子と、投影画像を投影する投影側光学系と、プロジェクタ制御手段とを備え、前記光源側光学系は、カラーホイールと、導光装置と、光源側レンズ群と、反射ミラーとを備え、前記導光装置は、一端を入射口とし、他端を射出口とする導光部材を有して表示素子に射出光の光線束を所定の角度で斜め方向から入射させる光を均一な強度分布の光とし、前記導光部材の断面が、前記斜め方向から前記表示素子に照射されて表示素子の周縁の枠で反射された光が前記表示素子の画像形成部前方を横切らない方向に反射される枠の二辺に挟まれる隅に対応する一箇所のみ直角である歪んだ方形形状であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、前記開口部又は導光部材断面が略矩形であって、前記直角の隅の対角の隅を鋭角とし、鋭角に隣接する２つの隅が鈍角とされていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明において、前記導光部材は、ライトトンネル又は導光ロッドであることを特徴とする。

本発明によれば、暗状態時における面外ゴースト等を削減可能で良質な画像を投影可能な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、投影画像を生成する表示素子230と、投影画像を投影する投影側光学系250と、プロジェクタ制御手段181とを備え、光源側光学系220は、カラーホイール221と、導光装置224と、光源側レンズ群226と、ミラー228とを備えている。

又、導光装置224は、一端を入射口とし、他端を射出口とする導光部材と、導光部材の入射口近傍に配置され光源装置210からの射出光の内で不要となる光を遮光し、又、射出口近傍に配置され導光部材の射出口で拡散する光を遮光する２つの遮光板242を有し、当該遮光板242は導光部材の端部形状に近似した大きさ及び形状の開口部245を有し、当該開口部245の形状が歪んだ方形形状とされるものである。

このように遮光板242の開口部245の形状を歪んだ方形形状とすることで、導光装置224からの射出光の断面が歪んだ方形形状となり、よって表示素子230の枠に照射されて面外ゴーストを生じさせる不要光を除去することができる。これにより不要光となる光を容易に遮光できる導光装置と、当該導光装置を用いることで暗状態時における面外ゴースト等を削減可能で良質な画像を投影可能なプロジェクタ100を提供することができる。

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、ケースの左側面パネル150には吸気口155が、図示しない右側面パネルには排気口が設けられ、内部に冷却ファン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や導光装置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（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、マイクロミラーが整列配置された画像形成部の周縁を枠により保護されており、右枠と下枠に表示素子230を制御する電気回路や電気系統が保持されている。このため右枠と下枠の面積は他の枠に比べて大きく形成されている。

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、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から電力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や導光装置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ている。

又、図３に示すように、導光装置224と光源側レンズ群226とミラー228と表示素子230はユニットとしてプロジェクタ100の筐体内に配置されており、導光装置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。又、導光装置224は導光部材の入射口近傍と射出口近傍に遮光板242を有している。

そして、ミラー228は、光源装置210から射出され、カラーホイール221と導光装置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。

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、さらに導光装置224のライトトンネル240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、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。

そして、本実施例の導光装置224は、図４に示すように、導光部材とするライトトンネル241と、２枚の遮光板242とを有している。ライトトンネル241は、外形が直方体形状であり、内部には直方体形状の空洞を有し、内面を反射面とした筒体であり、空洞の断面は長方形形状となっている。そして、一端を入射口とし、他端を射出口としている。

又、遮光板242は円盤形状でライトトンネル241の端部形状に近似した大きさ及び形状の開口部245を有しており、ライトトンネル241の入射口及び射出口の近傍に当該開口部245が位置するように配置されている。この遮光板242は、光源装置210から射出された光線束の内で不要光となるものをライトトンネル241の入射口近傍に配置された遮光板242で遮光し、ライトトンネル241の射出口で拡散した光線束をライトトンネル241の射出口近傍に配置された遮光板242で遮光することにより、不要光が表示素子230に照射するのを防いでいる。又、この遮光板242は金属により形成されており、耐熱性を有する黒い塗装がなされている。このように金属で形成することで耐熱性を有し、又、黒色等で反射防止塗装を施すことにより光が反射するのを防いでいる。

又、遮光板242が有する開口部245は、図５に示すように、光源装置210からの射出光の入射側から見て開口部の左下の隅である角dを直角に、この角dの対角となる右上の隅である角bを鋭角に、この角bと隣接する２つの隅である角a,cが鈍角となるように、右辺bcと上辺acを斜めに形成している。

ここで、従来の断面矩形の導光部材により矩形の光線束を導光装置224を介して表示素子230に照射した光が投影画像として投影されるまでの光の流れについて図６を用いて説明する。まず、図６（ａ）に示すように、光源装置210から射出された光は導光装置224の入射口に位置する遮光板242の開口部245より入射して導光装置224の射出口より射出する。この時の光線束の形状は略長方形形状である。

次に、図６（ｂ）に示すように、導光装置224から射出された光線束は光源側レンズ群226で上下左右を反転され、更にミラー228により左右を反転させられて表示素子230に照射される。つまり、図６（ａ）における導光装置224から射出した光線束が、図６（ｂ）では上下が反転した光線束となる。又、ミラー228から斜めに光線束が入射するため断面が歪んだ方形形状の光線束となる。

そして、図６の（ｂ）及び図７に示すように、表示素子230に光を照射すると、画像形成部のみでなく面積が大きく形成された右枠232及び下枠231に歪んだ方形状の光の一部が照射されることになる。

又、図６（ｃ）に示すように、表示素子230から反射した光は上下左右を反転して投影画像として投影される。つまり、図６（ｂ）における光線束の枠である辺abと辺dcが反転した形状となる。ここで、図６（ｂ）と図６（ｃ）において左右の辺が反転していないのは、現実の映像は反転しているも、図６（ｂ）は表示素子230の前方からプロジェクタ100の後方を向く方向としてみた図であり、図６（ｃ）はプロジェクタの側から正面スクリーン方向を見ているために視点の方向が前後逆向きであって、左右が反転しているためである。

このため、図７における表示素子230の下枠231と右枠232の枠外により反射された映像を形成しない光がその後の投影側光学系250において完全に除去できず、そのまま一部が投影側光学系250を通過して投影画像として表示されてしまい、図８に示すように、暗状態時の投影画像の投影枠外に面外ゴーストといわれる薄明るい陰が発生していた。

しかし、本実施例の導光装置224のように、遮光板242の開口部245を歪んだ方形状に形成することで、導光装置224より射出された光線束の形状は歪んだ方形状とすることにより、図９に示すように、表示素子230の右枠232と下枠231に照射されていた不要光を削減することができる。これにより、図１０に示すように、投影画像においても面外ゴーストA,Bを削減することができる。

本実施例によれば、面外ゴーストの発生位置と対応する射出光を遮光板242で除去するように開口部245を歪んだ方形状に形成し、歪んだ光線束を射出することで、暗状態時の面外ゴースト等を削減することができ、よって、良質な投影画像を投影可能なプロジェクタを提供することができる。

又、上述した実施例においては、遮光板242の開口部245の形状を変化させることで不要光を除去していたが、図１１、図１２に示すように、ライトトンネル241の断面形状を歪んだ方形形状とすることでも不要光を除去することが可能である。つまり、ライトトンネル241の断面の左下の隅である角dが直角に、角dの対角の隅である角bが鋭角に、角dと近接する２つの隅である角a,cが鈍角になるよう、右側面板247と上面板246を斜めに形成するものである。

このようにライトトンネル241を形成することで、図９に示すように、表示素子230の右枠232と下枠231に照射された光を除去することができ、投影画像においても図１０に示すように、面外ゴーストを削減することができる。よって、良質な投影画像を投影可能なプロジェクタ100を提供できる。

又、これまで導光部材としてライトトンネルを用いていたが当然導光ロッドを用いることも可能である。更に、面外ゴーストの発生位置と対応する遮光板の開口部の辺やライトトンネルの面を、一隅を直角とし、直角とした隅と対向する隅を鋭角とするように変形させることで面外ゴーストの削減を行ってきたが、面外ゴーストが発生していない開口部の辺やライトトンネルの面を変形させ、面外ゴーストを発生させる不要光が表示素子の面積の広い右枠や下枠に照射されないようにミラーで光線束の照射位置を調整することでも面外ゴーストを除去することが可能である。

更に、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。

本発明に係るプロジェクタの斜視図。 本発明に係るプロジェクタの内部説明図。 本発明に係る導光装置を備える光源側光学系のユニットの説明図。 本発明に係る導光装置の斜視図。 本発明に係る導光装置を示す正面概要図。 本発明に係る導光装置を用いた光線束による光の照射状態を説明する概略図。 表示素子と表示素子に照射される光線束の状態を示す図。 投影画像と光線束の関係の説明図。 本発明に係る導光装置による表示素子に照射される光線束の状態を示す図。 本発明に係る導光装置による投影画像と光線束の関係を示す図。 本発明に係る導光装置の他の実施例を示す斜視図。 本発明に係る導光装置のその他の実施例を示す正面図。

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
224 導光装置 226 光源側レンズ群
228 ミラー 230 表示素子
231 下枠 232 右枠
241 ライトトンネル 242 遮光板
245 開口部 246 上面板
247 右側面板
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. 光源装置と、
   光源側光学系と、
   投影画像を生成する表示素子と、
   投影画像を投影する投影側光学系と、
   プロジェクタ制御手段とを備え、
   前記光源側光学系は、カラーホイールと、導光装置と、光源側レンズ群と、反射ミラーとを備え、
   前記導光装置は、
   一端を入射口とし、他端を射出口とする導光部材により表示素子に射出光の光線束を所定の角度で斜め方向から入射させる光を均一な強度分布の光とし、
   前記導光部材の少なくとも射出口近傍に遮光板を有し、
   当該遮光板は導光部材の端部形状に近似した大きさ及び形状の開口部を有し、
   前記遮光板の開口部が、前記斜め方向から前記表示素子に照射されて表示素子の周縁の枠で反射された光が前記表示素子の画像形成部前方を横切らない方向に反射される枠の二辺に挟まれる隅に対応する一箇所のみ直角である歪んだ方形形状であることを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記遮光板は、金属で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記遮光板は、反射防止塗装がなされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 光源装置と、
   光源側光学系と、
   投影画像を生成する表示素子と、
   投影画像を投影する投影側光学系と、
   プロジェクタ制御手段とを備え、
   前記光源側光学系は、カラーホイールと、導光装置と、光源側レンズ群と、反射ミラーとを備え、
   前記導光装置は、
   一端を入射口とし、他端を射出口とする導光部材を有して表示素子に射出光の光線束を所定の角度で斜め方向から入射させる光を均一な強度分布の光とし、
   前記導光部材の断面が、前記斜め方向から前記表示素子に照射されて表示素子の周縁の枠で反射された光が前記表示素子の画像形成部前方を横切らない方向に反射される枠の二辺に挟まれる隅に対応する一箇所のみ直角である歪んだ方形形状であることを特徴とするプロジェクタ。
5. 前記開口部又は導光部材断面が略矩形であって、前記直角の隅の対角の隅を鋭角とし、鋭角に隣接する２つの隅が鈍角とされている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のプロジェクタ。
6. 前記導光部材は、ライトトンネル又は導光ロッドであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のプロジェクタ。
   

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