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JP5035633B2 - 導光装置及びプロジェクタ - Google Patents

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Description

本発明は、導光装置及び該導光装置を備えたプロジェクタに関するものである。
今日、パーソナルコンピュータの画面に表示される画像やビデオ信号の画像、更にはメモリカードなどに記憶されている画像データによる画像などをスクリーンに投影するデータプロジェクタが多用されている。
データプロジェクタは、多くの場合、メタルハライ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を備えた光源装置を用い、光源装置から射出された光をカラーホイールのカラーフィルタにより3原色の光とし、導光装置等を備えた光源側光学系により液晶やDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)と呼ばれる表示素子に照射し、表示素子の透過光又は反射光をズーム機能を備えた投影側光学系とされるレンズ群を介してスクリーンに投影する構造とされている。
この光源側光学系の導光装置は、カラーホイールを透過した光線束の強度を均一化するものであり、光源装置からの射出光の光軸上であって、カラーホイールの射出面と導光装置の入射口が対向するように配置され、一般的には、内面を反射面とした四枚のミラー板の稜線を接着剤によって固定することによって形成したライトトンネルや直方体形状のガラスロッドが用いられるものである。この導光装置に関しては様々な提案がなされているが、入射口及び射出口の形状は表示素子の形状に合わせた横長の長方形状とされている(例えば、特許文献1)。
特開2007−65148号公報
近年のプロジェクタは、小型化及び薄型化が図られているため、プロジェクタの内部に収納している各種装置も小さく形成する必要があり、円板形状のカラーホイールも小さくする必要がある。しかしながらカラーホイールを導光装置の入射口の形状に合わせて小さく形成した場合、導光装置の入射口の形状が長方形状であるためスポーク角度が大きくなるという問題点があった。
ここでスポーク(spoke)とは、カラーホイールが回転している場合に色の境界が光線束を横切っている間の領域のことをいい、このスポークを透過する光であるスポーク光は二色が混じり合っているため、プロジェクタの投影においては利用することができない。又、スポーク角度とはカラーホイールの色の境界が光線束に掛かり始めた時から掛かり終わるまでの角度をいうが、導光装置との関係におけるスポーク角度は、カラーホイールの色の境界が導光装置に掛かり始めた時から掛かり終わるまでの角度のことをいい、以下の説明においてもカラーホイールの色の境界が導光装置に掛かり始めたときから掛かり終わるまでの角度のことをスポーク角度と呼ぶ。
このスポーク角度は、カラーホイールと導光装置の入射口の形状によって決まるものであり、スポーク角度が大きくなると、カラーホイールが一回転するごとに利用できる単色光の領域が少なくなり、投影画像の明度が落ちるという問題点がある。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、カラーホイールを小さくしてもスポーク角度を小さく保つことができる導光装置と、該導光装置を備え明度の高い画像を投影可能なプロジェクタとを提供することを目的としている。
本発明の導光装置は、延長線が所定の一点で互いに交わる二本の斜線と、該二本の斜線と交わる二本の平行な直線とに囲まれ、少なくとも、前記二本の斜線によって形成される斜辺部と、前記平行な直線による長短二本の直線によって形成される平行辺部とによる入射口を有し、前記平行辺部は長辺部及び短辺部とされ、前記入射口は、前記平行辺部の長辺部両端と前記斜辺部との間に直線部を有した六角形とされ、該直線部は前記長辺部と直交し、且つ、該長辺部と前記斜辺部の間を繋ぐ二本の直線によって形成されていることを特徴とするものである。
又、前記入射口は、遮光マスクの開口によって形成されていることを特徴とするものである。
更に、前記入射口は、前記直線部の相互の長さが等しく、且つ、前記斜辺部の相互の長さが等しいことを特徴とするものである。
そして、断面が横長長方形状の内部空間を有するライトトンネルを備えることを特徴とするものである。
又、断面が前記入射口と同一形状とされる内部空間を有するライトトンネルを備えることもある。
そして、本発明のプロジェクタは、光源装置、カラーホイールと、導光装置と、表示素子と、投影側光学系とを有し、プロジェクタ制御手段を備え、前記導光装置は、上述したような導光装置とされるものである。
又、前記導光装置は、斜辺部の延長線が交わる所定の一点が、カラーホイールの回転中心軸の位置に位置するようにプロジェクタ内に組み込まれているものである。
本発明によれば、カラーホイールを小さくしてもスポーク角度を小さく保つことができる導光装置と、該導光装置を備え明度の高い画像を投影可能なプロジェクタとを提供することを目的としている。
本発明を実施するための最良の形態のプロジェクタ10は、光源装置63、カラーホイール68と、導光装置75と、表示素子51と、投影側光学系90とを有し、プロジェクタ制御手段を備えるものである。
そして、この導光装置75は、延長線が所定の一点で互いに交わる二本の斜線と、該二本の斜線と交わる二本の平行な直線とに囲まれ、少なくとも、前記二本の斜線によって形成される斜辺部と、前記平行な直線による長短二本の直線によって形成される平行辺部とによる入射口を有するものである。
又、入射口は、遮光マスク72の開口72aによって形成され、前記斜辺部と、前記平行辺部とに囲まれた等脚台形形状とされているものである。
又、導光装置75は、斜辺部の延長線が交わる所定の一点が、カラーホイール68の回転中心軸の位置に位置するようにプロジェクタ10内に組み込まれているものである。
以下、本発明の実施例を図に基づいて詳説する。本発明の実施例に係るプロジェクタ10は、図1に示すように、略直方体形状であって、本体ケースの前方の側板とされる前面パネル12の側方に投影口を覆うレンズカバー19を有すると共に、この前面パネル12には複数の排気孔17を設けている。更に、図示しないがリモートコントローラからの制御信号を受信するIr受信部を備えている。
又、本体ケースである上面パネル11にはキー/インジケータ部37を設けるものであり、このキー/インジケータ部37には、電源スイッチキーや電源のオン又はオフを報知するパワーインジケータ、投影のオン、オフを切りかえる投影スイッチキー、光源装置や表示素子又は制御回路等が過熱したときに報知をする過熱インジケータ等のキーやインジケータを設けるものである。
更に、本体ケースの背面には、背面パネルにUSB端子や画像信号入力用のD−SUB端子、S端子、RCA端子等を設ける入出力コネクタ部及び電源アダプタプラグ等の各種端子20を設けているものである。
尚、図示しない本体ケースの側板である右側パネル14、及び、図1に示した側板である左側パネル15には、各々複数の吸気孔18を設けているものである。
そして、このプロジェクタ10のプロジェクタ制御手段は、図2に示すように、制御部38、入出力インターフェース22、画像変換部23、表示エンコーダ24、表示駆動部26等を有するものであって、入出力コネクタ部21から入力された各種規格の画像信号は、入出力インターフェース22、システムバス(SB)を介して画像変換部23で表示に適した所定のフォーマットの画像信号に統一するように変換された後、表示エンコーダ24に送られるものである。
又、表示エンコーダ24は、送られてきた画像信号をビデオRAM25に展開記憶させた上でこのビデオRAM25の記憶内容からビデオ信号を生成して表示駆動部26に出力するものである。
そして、表示エンコーダ24からビデオ信号が入力される表示駆動部26は、送られてきた画像信号に対応して適宜フレームレートで空間的光変調素子(SOM)である表示素子51を駆動するものであり、光源装置63から射出された光線束を光源側光学系を介して表示素子51に入射することにより、表示素子51の反射光で光像を形成し、投影側光学系とする投影系レンズ群を介して図示しないスクリーンに画像を投影表示するものであり、この投影側光学系の可動レンズ群97は、レンズモータ45によりズーム調整やフォーカス調整のための駆動が行われるものである。
又、画像圧縮伸長部31は、画像信号の輝度信号及び色差信号をADTC及びハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮して着脱自在な記録媒体とされるメモリカード32に順次書き込む記録処理や、再生モード時はメモリカード32に記録された画像データを読み出し、一連の動画を構成する個々の画像データを1フレーム単位で伸長して画像変換部23を介して表示エンコーダ24に送り、メモリカード32に記憶された画像データに基づいて動画等の表示を可能とするものである。
そして、制御部38は、プロジェクタ10内の各回路の動作制御を司るものであって、CPUや各種セッティング等の動作プログラムを固定的に記憶したROM及びワークメモリとして使用されるRAM等により構成されている。
又、本体ケースの上面パネル11に設けられるメインキー及びインジケータ等により構成されるキー/インジケータ部37の操作信号は、直接に制御部38に送出され、リモートコントローラからのキー操作信号は、Ir受信部35で受信され、Ir処理部36で復調されたコード信号が制御部38に送られるものである。
尚、制御部38にはシステムバス(SB)を介して音声処理部47が接続されており、音声処理部47はPCM音源等の音源回路を備え、投影モード及び再生モード時には音声データをアナログ化し、スピーカ48を駆動して拡声放音させることができるものである。
又、この制御部38は、電源制御回路41を制御しており、この電源制御回路41は、ランプスイッチキーが操作されると光源装置63の放電ランプを点灯させる。更に、冷却ファン駆動制御回路43には、光源装置63等に設けた複数の温度センサによる温度検出を行わせて、冷却ファンの回転速度を制御させ、又、タイマー等によりプロジェクタ本体の電源OFF後も冷却ファンの回転を持続させるものであり、更に、温度センサによる温度検出の結果によってはプロジェクタ本体の電源をOFFにする等の制御も行うものである。
そして、これらのROM、RAM、ICや回路素子は、図3に示す主制御基板としての制御回路基板103や電源回路ブロック101に組み込まれ、制御系の主制御基板とした制御回路基板103と電力系の電源回路ブロック101等が取付けられる光源制御回路基板102とを分けて形成しているものである。
このプロジェクタ10の内部構造は、図3に示したように、電源回路ブロック101等を取付けた光源制御回路基板102を右側パネル14の近傍に配置し、筐体内を区画用隔壁120により背面パネル13側の吸気側空間室121と前面パネル12側の排気側空間室122とに気密に区画している。そして、冷却ファンとするシロッコファンタイプのブロア110を、吸込み口111が吸気側空間室121に位置し排気側空間室122と吸気側空間室121の境界に吐出口113が位置するように配置しているものである。
又、排気側空間室122内には、楕円球面形状の上下を平面形状に切り欠いたリフレクタと、このリフレクタの内部に内蔵するハロゲン等を用いた放電ランプとを有した光源装置63と、光源装置63からの射出光の光軸方向を変換する第一反射ミラー67と、赤色、緑色、青色のカラーフィルタを備えホイールモータによって回動されるカラーホイール68と、冷却フィンとヒートパイプで形成された排気温低減装置114とが配置されているものである。
又、光学系ユニット65は、光源装置63の近傍に位置する照明側ブロックと、表示素子51を備えた画像生成ブロックと、投影側光学系90を備えた投影側ブロックとの三つのブロックから構成され、左側パネル15に沿って配置されているものである。
照明側ブロックは、光源装置63から射出されカラーホイール68によって着色された光を画像生成ブロックが備える表示素子51に導光する光源側光学系の一部を備え、照明側ブロックが有する光源側光学系としては、カラーホイール68のフィルタを透過した光を均一な強度分布の光束とするライトトンネル71及び遮光マスク72を備えた導光装置75と、導光装置75から射出される光線束を集光する集光レンズ等がある。
このカラーホイール68は、扇形形状のカラーフィルタが周方向に並設されたものであり、光源装置63からの射出光に着色をして導光装置75に着色光を射出するものである。ここで、カラーホイール68において、カラーホイール68が回転している場合に色の境界が光線束を横切っている間の領域のことをスポーク(spoke)といい、このスポークを透過する光であるスポーク光は二色が混じり合っているため、プロジェクタの投影においては利用することができない。従って、カラーホイール68の色の境界が導光装置75に掛かり始めた時から掛かり終わるまでの角度のことをスポーク角度と呼ぶ。
そして、本実施例における導光装置75は、図4に示すように、内面を反射面とする中空直方体形状のライトトンネル71と、台形状の開口72aを有しライトトンネル71の入射側端面71fに近接するように配置された遮光マスク72とを備えるものである。
このライトトンネル71は、一面を反射面とした長方形の四枚のミラー板を有し、これらのミラー板の長手方向の稜線部を接着固定することによって中空直方体形状に形成されて直方体形状の内部空間を有したものであり、内面を反射面とし、横長長方形状の入射側端面71f及び射出側端面を有するものである。
又、遮光マスク72は、導光装置75の入射口を形成する方形状の板であって等脚台形形状の入射口とされる開口72aを有したものであり、ライトトンネル71の入射側端面71fに近接するように配置され、上述した光源装置63から射出されカラーホイール68を透過した光線束の中で光軸に近い有効光となる光をライトトンネル71内に入射させ、不要光となるスポーク光や拡散光等を遮断するものである。
そして、導光装置75の入射口とされる遮光マスク72の開口72aは、延長線が所定の一点で互いに交わる二本の斜線と、この二本の斜線と交わる長短二本の平行な直線とに囲まれ、二本の斜線によって形成される部分を斜辺部とし、平行な直線による長短二本の直線である長辺部及び短辺部によって形成される部分を平行辺部とするものであり、斜辺部を形成する二本の斜線の延長線が交わる所定の一点は、カラーホイール68の回転中心軸位置に位置するように形成されているものである。
即ち、この遮光マスク72における開口72aの斜辺部は、カラーホイール68が回転した場合において、カラーホイール68の色の境目がライトトンネル71の上下のミラー板における入射側端面71fの中心点に掛かり始める位置に形成された斜線と掛かり終わる位置に形成された斜線とから形成されるものである。
この遮光マスク72は、ライトトンネル71の入射側端面71fに近接して配置されることにより、斜辺部の一部がライトトンネル71の入射側端面71fの一部を塞いでおり、上述した光源装置63から射出されカラーホイール68を透過した円形の光線束の中で光軸から離れた一部を遮光することによりスポーク角度を小さくしているものである。
そして、画像生成ブロックは、図3に示したように、ライトトンネル71から射出された光の向きを変更する第二反射ミラー70と、この第二反射ミラー70により反射した光を表示素子51に集光させる複数枚のレンズで形成した光源側レンズ群83及び光源側レンズ群83を透過した光を表示素子51に所定の角度で照射する照射ミラー84等を光源側光学系として有し、更に、表示素子51とするDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を備えている。尚、この表示素子51の背面パネル13側には表示素子51を冷却するための表示素子冷却装置53が配置され、表示素子51が高温となることを防止している。
投影側ブロックは、表示素子51で反射されて画像を形成する光をスクリーンに放出する投影側光学系90のレンズ群を有し、投影側光学系90としては、固定鏡筒に内蔵する固定レンズ群93と可動鏡筒に内蔵する可動レンズ群97とを備えてズーム機能を備えた可変焦点型レンズとしているものであり、レンズモータにより可動レンズ群97を移動させてズーム調整やフォーカス調整を可能としているものである。
本実施例における導光装置75は、直方体形状のライトトンネル71の入射側端面71fに近接させて遮光マスク72を配置しているが、この遮光マスク72を配置しなかった場合、スポーク角度は、図5に示したように、カラーホイール68の回転中心軸上からライトトンネル71におけるカラーホイール68の回転中心軸側に位置するミラー面の上下に引いた直線によって決まる角度θ′となる。しかし、本実施例の導光装置75では等脚台形形状の開口72aを有した遮光マスク72をライトトンネル71の入射側端面71fに近接させて配置しているため、スポーク角度は、カラーホイール68の回転中心軸上からライトトンネル71の上下ミラー板における入射側端面71fの中心に引いた直線によって決まる角度θとなる。よってθ′−θによって導き出される角度の分スポーク角度が小さくなるため、カラーホイールのカラーフィルタを透過する光の中で有効光となる光が増加し、これにより単色光の光量を増加させることができ、よって、明度の高い画像を投影可能なプロジェクタ10を提供できるものである。
又、遮光マスク72は、上述したように光源装置63から射出されカラーホイール68を透過した円形の光線束の中で光軸から離れた一部を遮光しているが、カラーホイール68を透過した光線束は光軸から離れるにしたがって密度が小さくなくるため、光軸から離れた位置を遮光したとしても光量を大きく低減させることはなく、スポーク光を効率よく遮光することによって増える光量の方が大きくなる。
更に、近年のプロジェクタ10は、小型化・薄型化が図られているめカラーホイール68を小型化する必要があるが、カラーホイール68を小型化した場合、カラーホイール68の中心から導光装置75の入射口までの距離が近くなるため、スポーク角度が大きくなるという問題が発生してしまうが、本実施例における導光装置75を用いることによりスポーク角度を小さく保つことができ、光量を保ったままでカラーホイール68を小型化することができ、よって、プロジェクタ10の小型化・薄型化を図ることもできる。
尚、図6に示すように、カラーホイール68の半径方向に対してライトトンネル71を傾けて配置する場合においても、斜辺部及び平行辺部によって囲まれた入射口において、平行辺部の短辺部及び長辺部の傾きをライトトンネル71の傾きと同一とする、つまり、ライトトンネルの側面の傾きと短辺部及び長辺部の傾きが同一となる台形形状の入射口とすることにより、上述した実施例と同様の効果が得られる導光装置75を提供できるものである。
更に、本発明の変形例について述べる。本変形例における入射口とする遮光マスク72の開口72aは、図7、図8に示すように、平行辺部を形成する長辺部の両端と斜辺部との間に直線部を有した六角形とされ、この直線部は、平行辺部の長辺部と直交し、且つ、長辺部と斜辺部の間を繋ぐ二本の直線によって形成されるものであり、直線部の相互の長さが等しく、且つ、斜辺部の相互の長さが等しいものである。つまり、直線部の相互の長さ及び斜辺部の相互の長さを等しくすることにより、入射口は、平行辺部の短辺部及び長辺部の中点を繋ぐ中心線に対して対称の形状とされるものである。
本変形例によれば、遮光マスク72の開口72aを六角形とすることにより、上述した実施例と同様にスポーク角度θを小さく抑えることができると共に、カラーホイール68を透過した光線束がライトトンネル71のミラー板の入射側端面71fに位置する縁面に照射されることにより発生する拡散光がライトトンネル71内に入射されることを防止できるため、明瞭で明度の高い画像を投影できるものである。
尚、このように入射口の形状を六角形とする場合において、ライトトンネル71をカラーホイール68の半径方向に対して傾けて配置する場合には、図9に示すように、平行辺部の傾きをライトトンネル71の傾きと同一に形成することで同様の効果を得ることができる。
又、更に別の変形例として、図10、図11に示すように、ライトトンネル71を入射側端面71f及び射出側端面の形状が遮光マスク72の開口72aと同様の形状となるように、つまりライトトンネル71の断面形状を遮光マスク72の開口72aと同様の形状に形成することもある。このようにライトトンネル71の断面形状を遮光マスク72の開口72aと同様の形状に形成することにより、遮光マスク72によって変形した光線束をその変形された形状のままで均一化を図ることができるため、ライトトンネル71の射出側端面から射出される光線束の強度が安定し、よって、輝度ムラや明度のムラのない画像を投影可能なプロジェクタ10を提供できる。
更に、上述した実施例及び変形例においては、導光装置75をライトトンネル71と遮光マスク72から形成しているが、ガラスロッドと遮光マスク72から導光装置75を形成することもでき、この場合においても同様の作用効果を得ることができるものである。
このように、ライトトンネル71又はガラスロッドの入射側端面71fに延長線が所定の一点で交わる二本の斜辺部を有した開口72aを備える遮光マスク72を近接させて配置し、この二本の斜辺部を有する射出口を備えた導光装置75とすることにより、カラーホイール68によるスポーク角度を斜辺部により小さくすることができ、両斜辺部の延長交点をカラーホイール68の回転中心軸の位置と一致させることによりスポーク角度を最小とすることができるものである。
又、この入射口の形状は等脚台形形状とする場合、及び等脚台形の底辺に矩形を付加した六角形形状とすることにより、プロジェクタ10内の室内形状に合わせてカラーホイール68と組み合わせる導光装置75を小型とし、導光装置75に入射する光量の減少量を少なくしつつ、スポーク角度を小さくして一定速度で回転するカラーホイール68を透過する原色光の入射時間を長くすることによって、導光装置75を透過する光量を増やすことができる。
そして、ライトトンネル71やガラスロッドを従来と同様に直方体形状として直方体の導光路を形成する場合は、遮光マスク72の開口72aを台形等の形状とするのみで容易にスポーク角度を小さくすることのできる導光装置75を製造することができるも、導光路の断面形状を台形等とするライトトンネル71やガラスロッドとすることによってもスポーク角度を小さくすることのできる導光装置75とすることができるものである。
尚、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。
本発明の実施例に係るプロジェクタの外観を示す斜視図。 本発明の実施例に係るプロジェクタの機能回路ブロックを示す図。 本発明の実施例に係るプロジェクタの上面パネルを取り除いた上面図。 本発明の実施例に係る導光装置の斜視図。 本発明の実施例に係る導光装置及びカラーホイールを入射側から見た正面図。 本発明の実施例においてライトトンネルをカラーホイールの半径に対して傾けて配置した場合の導光装置及びカラーホイールを入射側から見た正面図。 本発明の変形例に係る導光装置の斜視図。 本発明の変形例に係る導光装置及びカラーホイールを入射側から見た正面図。 本発明の変形例においてライトトンネルをカラーホイールの半径に対して傾けて配置した場合の導光装置及びカラーホイールを入射側から見た正面図。 本発明の他の変形例に係る導光装置の斜視図。 本発明の他の変形例に係る導光装置及びカラーホイールを入射側から見た正面図。
符号の説明
10 プロジェクタ 11 上面パネル
12 前面パネル 13 背面パネル
14 右側パネル 15 左側パネル
17 排気孔 18 吸気孔
19 レンズカバー 20 各種端子
21 入出力コネクタ部 22 入出力インターフェース
23 画像変換部 24 表示エンコーダ
25 ビデオRAM 26 表示駆動部
31 画像圧縮伸長部 32 メモリカード
35 Ir受信部 36 Ir処理部
37 キー/インジケータ部 38 制御部
41 電源制御回路 43 冷却ファン駆動制御回路
45 レンズモータ 47 音声処理部
48 スピーカ 51 表示素子
53 表示素子冷却装置 63 光源装置
65 光学系ユニット 67 第一反射ミラー
68 カラーホイール 70 第二反射ミラー
71 ライトトンネル 71f 入射側端面
72 遮光マスク 72a 開口
75 導光装置 83 光源側レンズ群
84 照射ミラー 90 投影側光学系
93 固定レンズ群 97 可動レンズ群
101 電源回路ブロック 102 電源制御回路基板
103 制御回路基板 110 ブロア
111 吸込み口 113 吐出口
114 排気温低減装置 120 区画用隔壁
121 吸気側空間室 122 排気側空間室

Claims (7)

  1. 延長線が所定の一点で互いに交わる二本の斜線と、該二本の斜線と交わる二本の平行な直線とに囲まれ、少なくとも、前記二本の斜線によって形成される斜辺部と、前記平行な直線による長短二本の直線によって形成される平行辺部とによる入射口を有し、
    前記平行辺部は長辺部及び短辺部とされ、前記入射口は、前記平行辺部の長辺部両端と前記斜辺部との間に直線部を有した六角形とされ、該直線部は前記長辺部と直交し、且つ、該長辺部と前記斜辺部の間を繋ぐ二本の直線によって形成されていることを特徴とする導光装置。
  2. 前記入射口は、遮光マスクの開口によって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の導光装置。
  3. 前記入射口は、前記直線部の相互の長さが等しく、且つ、前記斜辺部の相互の長さが等しいことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の導光装置。
  4. 断面が横長長方形状の内部空間を有するライトトンネルを備えることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれかに記載の導光装置。
  5. 断面が前記入射口と同一形状とされる内部空間を有するライトトンネルを備えることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれかに記載の導光装置。
  6. 光源装置、カラーホイールと、導光装置と、表示素子と、投影側光学系とを有し、プロジェクタ制御手段を備え、
    前記導光装置は、請求項1乃至請求項のいずれかに記載の導光装置であることを特徴とするプロジェクタ。
  7. 前記導光装置は、斜辺部の延長線が交わる所定の一点が、カラーホイールの回転中心軸の位置に位置するようにプロジェクタ内に組み込まれていることを特徴とする請求項に記載のプロジェクタ。
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