(57)【要約】【課題】アーク放電を光源として利用する光源装置において、アークの移動に伴う利用光束の低下を防止する。【解決手段】特定のレンズの光源像を撮影するＣＣＤカメラ１１が撮影した光源像を、光源像中心検出部１３ａにおいて光源中心の座標を検出し、この中心座標に基づいて、光源シフト量決定部１３ｃが光源シフトテーブル１３ｄを参照して光源シフト量を決定する。光源シフト量に基づきモータ制御部１４がモータ１５およびモータ１６を駆動し、光源駆動機構１２が光源をＸ軸とＹ軸方向にシフトさせる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電発光型のランプを光源とし、反射鏡とレンズアレイとを用いて均一な光束の平行光線を発生させる光源装置であって、
前記レンズアレイの特定のレンズの光源像を検知する光源像検知素子と、前記光源像検知素子を入力とする制御部と、
前記制御部によって制御され前記光源の位置をシフトする光源駆動機構と、を備え、
前記制御部は、前記光源像検知素子が検知した光源像の位置を所定の位置になるよう前記光源駆動機構を制御することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光源像検知素子はＣＣＤカメラであって、前記制御部は光源像の輪郭の略中心を光源像の位置として判断することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記光源像検知素子はＣＣＤカメラまたはフォトトランジスタアレイであって、前記制御部は光源像の輝度の最も高い位置を光源像の位置として判断とすることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
前記光源像検知素子は前記レンズアレイの外縁部のレンズの光源像を検知するように設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を映像信号で変調する光変調素子と、
前記光変調素子で変調された変調光を投射して表示する投射レンズと、
を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高圧水銀ランプを光源とする光源装置および投射型映像表示装置に関し、アーク放電の放電位置の移動に伴う光束の減少を抑制する技術に関わる。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタなどの投射型プロジェクタの光源として、高輝度、省電力、長寿命の放電発光型の超高圧水銀ランプが用いられている。
【０００３】
超高圧水銀ランプ（以下、単に「ランプ」とも記載する）は、水銀やハロゲン化化合物の混合蒸気中のアーク放電による発光を利用するものである。
【０００４】
光源装置としては、前述のアーク放電の中心を焦点として反射鏡で反射させ、レンズアレイや集光レンズを組み合わせて用いて投射型液晶パネル面の垂直方向に平行光線を照射するように構成される。
【０００５】
ランプのアークは、長年の使用により放電電極部が、部分的な溶融が発生して変形するとともに、高温度の蒸気の対流とも相まってアークの位置が移動する。
【０００６】
従って、ランプのアーク位置が反射鏡の焦点からずれると前述の平行光線として利用できる光束量が低下して、その結果、液晶パネルにおいて映像で変調され、スクリーンに投射される投射映像の輝度が低下する。
【０００７】
このような課題を解決する方法として、例えば特許文献１に示すものが提案されている。
【０００８】
特許文献１に示すものは、光源を試験点灯した場合に、アーク位置のずれが発生した場合には、ホルダーに装着したランプ装置本体を上下反対にした状態でホルダーに再取り付けすることで光利用効率が低下することを防止する光源装置の組み立て方法に関わるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１４１４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に示す方法では、光源装置の使用中にアークが移動した場合に対応ができない。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、光源の使用中にアークの移動が発生した場合にも、アークの移動による光利用効率が低下せず、安定した明るさの映像を投射できる光源装置および投射型映像表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の光源装置は、放電発光型のランプを光源とし、反射鏡とレンズアレイとを用いて均一な光束の平行光線を発生させる光源装置であって、レンズアレイの特定のレンズの光源像を検知する光源像検知素子と、光源像検知素子を入力とする制御部と、制御部によって制御され光源の位置をシフトする光源駆動機構と、を備え、制御部は、光源像検知素子が検知した光源像の位置を所定の位置になるよう光源駆動機構を制御することを特徴とする。
【００１３】
このような構成により、光源の使用中にアークの移動が発生した場合にも、アークの移動による光利用効率が低下せず、安定した明るさの映像を投射できる光源装置を提供することができる。
【００１４】
また本発明の光源装置では、光源像検知素子はＣＣＤカメラであって、制御部は光源像の輪郭の略中心を光源像の位置として判断してもよい。
【００１５】
このような構成により、アークが移動前の光源像の位置を記憶しておき、ＣＣＤカメラで撮影した光源像の位置から正確にアークの移動方向および移動量を検出することが可能となる。
【００１６】
また本発明の光源装置では、光源像検知素子はＣＣＤカメラまたはフォトトランジスタアレイであって、制御部は光源像の輝度の最も高い位置を光源像の位置として判断してもよい。
【００１７】
このような構成により、より簡単にアークの移動方向および移動量を検出することができる。
【００１８】
また本発明の光源装置では、光源像検知素子はレンズアレイの外縁部のレンズの光源像を検知するように設けてもよい。
【００１９】
このような構成により、光源からの光が弱く投射映像の明るさへの影響が比較的少ない位置に光源像検知素子を設置できるので、光源像検知素子による光路遮断の影響を最小限にとどめることができる。
【００２０】
本発明の投射型映像表示装置は、上記光源装置と、光源装置からの光を映像信号で変調する光変調素子と、光変調素子で変調された変調光を投射して表示する投射レンズと、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
このような構成により、光源の使用中にアークの移動が発生した場合にも、アークの移動による光利用効率が低下せず、安定した明るさの映像を投射できる投射型映像表示装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光源の使用中にアークの移動が発生した場合にも、アークの移動による光利用効率が低下せず、安定した明るさの映像を投射できる光源装置および投射型映像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態における光源装置が搭載される液晶プロジェクタの光学系の構成を示す図である。
【図２】同光源のアークの移動を示す図である。
【図３】同光源の光束分布を示す図である。
【図４】同光源装置の要部の構成を示す図である。
【図５】同全体構成を示すブロック図である。
【図６】同初期設定の動作を示すフローチャートである。
【図７】同通常動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明を楕円形反射鏡に適用した構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
なお、わかりやすくするために数値を例示して説明するが、本発明は、この数値には拘束されない。
【００２６】
（実施の形態）
まず図１を用いて本発明の実施の形態の投射型映像表示装置である液晶プロジェクタの光学系について説明する。
【００２７】
光源１（超高圧水銀ランプ）は、そのアーク放電の中心部がパラボラ反射鏡２の焦点Ｆになるよう配置される。アークの中心の光のパラボラ反射鏡２での反射は、反射鏡軸に平行な光線であり、第１のレンズアレイ３、第２のレンズアレイ４、集光レンズ５を経て、均一な平行光束６が光変調素子である透過型の液晶パネル７に照射され、液晶パネル７において映像により変調された変調光が投射レンズ８により拡大されてスクリーン（図示しない）に投射される。
【００２８】
次に、図２を用いてアーク放電の移動について説明する。図２は図１における光源１の拡大図である。図２（ａ）は正常な放電状態、図２（ｂ）はアーク放電の移動した状態を示している。
【００２９】
光源１は、石英管を球状に膨張させ、内部に混合蒸気を充填して電極対１ａを保持・封止した構成である。正常な放電状態では、アーク１ｂの中心Ｃ１は、電極対１ａの中心Ｆに略一致している。この電極対１ａの中心Ｆが前述のパラボラ反射鏡２の焦点である。
【００３０】
ところが前述の理由でアーク１ｃが図２（ｂ）で上方に移動した場合は、アーク１ｃの中心Ｃ２が電極対１ａの中心Ｆから離れる。すなわちアークの中心がパラボラ反射鏡２の焦点からずれて、図１で説明した、パラボラ反射鏡２の反射光が平行でなくなり、その結果、液晶パネル７に照射される光量が低下する。
【００３１】
図３は、図２の説明に対応した、図１に示す第２のレンズアレイ４の光源像を図面の右側から見た図である。図３（ａ）は正常な放電状態、図３（ｂ）はアーク放電の移動した状態におけるレンズアレイ４の個々のレンズの光源像を示している。
【００３２】
本実施の形態では、レンズアレイ３、４は、横８列、縦６列の合計４８個のレンズで構成されており、略３５ミリメートル角の寸法のものである。図３の中の複数の黒点は、それぞれレンズの中心を示している。理想的な光源像の形としては、レンズの中心の黒点に一致する点となるが、アークが広がりを持つため、光源像は広がりを持ち、図３はその輪郭を表現したものである。従って、実際の光源像は輪郭部の輝度が低く、中央部の輝度が高い光源像となる。
【００３３】
図３（ａ）に例示するように、アークが正常な場合は、光源像４ｂは、レンズの中心４ａを略中心とする輪郭を持つが、図３（ｂ）に示すように、アークが移動した場合は、光源像４ｃは、レンズの中心４ａと外れたものとなる。
【００３４】
次に、図４〜図８を用いて本発明の構成と動作について説明する。図４は、本実施の形態における投射型映像表示装置に使用される光源装置の要部の構成を示す図である。図１に示す符号と同一符号を付与した（符号１〜４）構成要素は、図１と同じなので説明を省略する。
【００３５】
ＣＣＤカメラ１１が、特定のレンズに対向して配置されている。特定のレンズとは、例えば図３の中心４ａを持つレンズである。ＣＣＤカメラ１１をレンズに対向して配置すると、ＣＣＤカメラ１１が配置されたレンズからの光路が遮断され、このレンズを透過した光は投射映像に寄与しない。そこで、ＣＣＤカメラ１１は、光源１からの光が弱く投射映像の明るさへの影響が比較的少ないレンズアレイ４の外縁部のレンズに対向させて配置するのが望ましい。
【００３６】
ＣＣＤカメラ１１もまた、周辺の他のレンズの光路を遮蔽しないように小型のもの、例えばＱＶＧＡ（３２０ドット×２４０ドット）のものを用いる。
【００３７】
光源駆動機構１２は、光源１を保持するとともに必要に応じて図４で上下方向（以下、「Ｙ軸方向」と表現）もしくは、図面で紙面に垂直方向（以下、「Ｘ軸方向」と表現）に光源を移動させる機構である。
【００３８】
図５は、本実施の形態における光源装置の全体構成を示すブロック図である。前述したＣＣＤカメラ１１が制御部１３に接続され、制御部１３の出力がモータ制御部１４に接続され、モータ制御部１４の指示で駆動されるＸ軸駆動モータ１５とＹ軸駆動モータ１６が前述の光源駆動機構１２を駆動とする構成である。
【００３９】
Ｘ軸駆動モータ１５とＹ軸駆動モータ１６は、例えばステッピングモータであり、両者の駆動により、光源１がＸ軸とＹ軸方向に移動する。
【００４０】
制御部１３は、マイクロコンピュータで構成され、光源像中心検出部１３ａと、中心座標記憶部１３ｂ、光源シフト量決定部１３ｃ、光源シフトテーブル１３ｄとを有する。
【００４１】
光源像中心検出部１３ａは、ＣＣＤカメラ１１が撮影した光源像から光源像の中心座標を、レンズの中心４ａ（図３）を原点にして求める。
【００４２】
光源像中心検出部１３ａが求めた中心座標は、中心座標記憶部１３ｂに記憶されるとともに光源シフト量決定部１３ｃに伝達される。光源シフト量決定部１３ｃは、伝達された中心座標に基づいて、光源シフトテーブル１３ｄを参照し、光源１のシフト量を決定する。
【００４３】
光源シフトテーブル１３ｄには、光源像の中心座標が所定の位置から外れた場合に、その偏差に応じて光源１をシフトするシフト量が、計算もしくは実験で求めたデータとして記憶されている。
【００４４】
次に、図３〜図５を参照しながら図６、図７のフローチャートを用いて動作を説明する。
【００４５】
図６は、光源装置の製造過程における初期設定の動作を示すフローチャートである。
【００４６】
ステップＳ１において、光源装置の各部の寸法のばらつきを吸収するための初期の調整が行われる。これは光源１を点灯し、光源１の位置を調整して図３（ａ）に示すような光源像が得られるように行う。次にステップＳ２において、ＣＣＤカメラ１１で撮影した光源像に基づいて、光源像中心検出部１３ａが光源の中心座標を求め、この求めた座標データが、ステップＳ３において、中心座標記憶部１３ｂに記憶される。
【００４７】
図７は、光源装置を利用している場合の制御部の通常動作を示すフローチャートである。
【００４８】
ステップＳ１１において、光源像中心検出部１３ａは、ＣＣＤカメラ１１が撮影した光源像から光源像の中心座標を求める。次にステップＳ１２において、光源シフト量決定部１３ｃは、求めた中心座標と初期設定において中心座標記憶部１３ｂに記憶された基準の座標との偏差Ｋを求め、偏差Ｋが所定値α以上であるかをチェックする。偏差Ｋが所定値α以下であれば（Ｎの場合）、とくになにもしないが、所定値以上（図３（ｂ）の状態）であれば（Ｙの場合）、次のステップＳ１３において、光源シフトテーブル１３ｄを参照し、光源１のシフト量を決定する。決定したシフト量はモータ制御部１４に伝達され、ステップＳ１４において、モータ制御部１４は、Ｘ軸駆動モータ１５とＹ軸駆動モータ１６を駆動して光源駆動機構１２が光源１を移動して、図３（ａ）に示すような光源像の位置に修正する。
【００４９】
図８は、本発明を楕円形反射鏡に適用した構成を示す図である。
【００５０】
光源２１は、楕円形反射鏡２２の第１の焦点Ｆ１に配置される。楕円形反射鏡２２の第２の焦点Ｆ２と焦点を共有する凸レンズ２３と、第１のレンズアレイ２４と、第２のレンズアレイ２５で構成される光源装置において、第２のレンズアレイ２５の特定のレンズに映る光源像を撮影するようにＣＣＤカメラ２６と、光源２１をシフトするための光源駆動機構２７を設け、さらに図５の構成にすることで、前述したパラボラ反射鏡を用いた光源装置と同様の機能を有する光源装置を実現できる。
【００５１】
以上説明したように、本発明の光源装置は、レンズの光源像の位置を所定の位置になるよう、光源をシフトさせる構成とすることにより、光源のアークが移動した場合でも、有効な光束を減少させることがない。したがって、この光源装置を搭載した投射型映像表示装置は、光源の使用中にアークの移動が発生した場合にも、アークの移動による光利用効率が低下せず、安定した明るさの映像を投射することができる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、光源像の座標を求める方法として、光源像の輪郭からその中心の座標を求める方法にしたが、光源像の輝度の最も高い位置を光源像の座標としてもかまわない。すなわち、光源像検知素子であるＣＣＤカメラ１１に替えて、例えば複数のホトトランジスタからなるトランジスタアレイを用いて、輝度の最高位置を求めるようにしてもよい。
【００５３】
また、本実施の形態では、ＣＣＤカメラ１１をレンズアレイ４、２４の外縁部のレンズに対向させて１個配置するとしたが、例えば外縁部の４隅のレンズに対向させて４個配置するようにしてもよい。これにより、アーク位置の移動量の検出精度をさらに上げることができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、投射型映像表示装置として光変調素子に光透過型の液晶パネルを使用した液晶プロジェクタを例に説明したが、光変調素子に光反射型のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）素子を使用したＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）プロジェクタであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、アーク放電を利用した光源装置および光源装置を搭載した投射型映像表示装置に幅広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１    光源
２    パラボラ反射鏡
３    第１のレンズアレイ
４    第２のレンズアレイ
５    集光レンズ
６    光束
７    液晶パネル
８    投射レンズ
１１    ＣＣＤカメラ（光源像検知素子）
１２    光源駆動機構
１３    制御部（ＣＰＵ）
１３ａ    光源像中心検出部
１３ｂ    中心座標記憶部
１３ｃ    光源シフト量決定部
１３ｄ    光源シフトテーブル
１４    モータ制御部
１５    Ｘ軸駆動モータ
１６    Ｙ軸駆動モータ
２１    光源
２２    楕円形反射鏡
２３    凸レンズ
２４    第１のレンズアレイ
２５    第２のレンズアレイ
２６    ＣＣＤカメラ（光源像検知素子）
２７    光源駆動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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