(57)【要約】  プロジェクタ装置（１００）の照明光学系には、マイクロミラーデバイス（９）に入射するランプ（１ａ，１ｂ）からの照明光の照度を均一化するロッドレンズ（４）と、照明光のうちロッドレンズに入射しない不要光を遮断する複数の遮光板（３ａ，３ｂ）を有する。複数の遮光板はロッドレンズの入射側において、ロッドレンズの光軸方向に各遮光板を所定の間隙（ｄ）を設けて配置する。各遮光板の開口部（３１ａ，３１ｂ）は、照明光の通過面積が入射側よりも出射側に配置した遮光板がより小さくなるよう形成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を発生する光源と、前記光源からの照明光を集光する照明光学系と、複数のミラー素子を変位させることで前記照明光を光変調して画像光を生成するマイクロミラーデバイスと、前記画像光を投射する投射レンズとを備えるプロジェクタ装置において、  前記照明光学系は、前記マイクロミラーデバイスに入射する照明光の照度を均一化するロッドレンズと、前記照明光のうち前記ロッドレンズに入射しない不要光を遮断する複数の遮光板を有し、  前記複数の遮光板は前記ロッドレンズの入射側において、各遮光板を所定の間隙を設けて配置したことを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプロジェクタ装置において、  前記複数の遮光板は前記照明光を前記ロッドレンズへ通過させるそれぞれの開口部を有し、  前記各遮光板の開口部の面積は異なり、前記照明光の通過面積は入射側よりも出射側に配置した遮光板がより小さくなるよう形成したことを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のプロジェクタ装置において、  前記複数の遮光板のうち少なくとも最も入射側に配置した遮光板は、表面が粗面状態に加工され低反射率を有することを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のプロジェクタ装置において、  前記複数の遮光板は、各遮光板の入射側の表面が粗面状態に加工され、低反射率を有することを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項５】
請求項２に記載のプロジェクタ装置において、  前記複数の遮光板のうち少なくとも最も入射側に配置した遮光板は、前記開口部の周囲を傾斜面としたことを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項６】
請求項１に記載のプロジェクタ装置において、  前記複数の遮光板の材料として、アルミニウム単一組成を用いたことを特徴とするプロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、画像を投射するプロジェクタ装置に係り、特に、光源の高輝度化に対応した光学部品の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】  光源からの照明光を集光してカラーホイールを通過させ、光変調素子であるデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）に照射して画像光を生成し、投射レンズによりスクリーン等に投射するプロジェクタ装置が知られる。この場合、光源から出射した照明光をカラーホイールを介してＤＭＤに効率良く入射させる必要がある。【０００３】  一般に光源から出射される照明光は円形状であり、これをＤＭＤの矩形状に合わせるために、光源の後に四角柱状の導光体（ロッドレンズ）が配置される。しかし、光源から出射される照明光のうちで導光体に入射しない光が存在し、これらの光は不要光となって投射する画像に悪影響を与える場合がある。そこで、導光体の入射面又は出射面近傍に不要光を遮断する遮光板を備えた構成が提案されている。【０００４】  例えば特許文献１では、導光体（ロッドインテグレータ）の出射面近傍に菱形の開口を備えた遮光板（マスク板）を配置することで、不要光（有害光）を抑制する構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−６５２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  プロジェクタ装置には投射画像の高輝度化と高精細化が要求され、これを実現するためには光源の発光強度を増大させねばならないが、それに伴い導光体（ロッドレンズ）を通る光量が増加する。その場合、導光体に入射しない不要光の光量も当然ながら増加する。その結果、不要光を遮断する遮光板の受ける光エネルギーが増加し、遮光板に様々なダメージを与えることになる。例えば、遮光板の温度が上昇して材料の焼鈍軟化特性が低下することによる変形、析出物の炭化による変色と材料温度上昇、材料内部の気泡の膨張による膨れ等の異常が発生することがある。これにより、遮光板による所定の遮光効果が得られず、不要光が増加することで投射画像に悪影響を与え、また装置内部のその他の光学部品の性能を劣化させる原因となる。【０００７】  対策として、遮光板の材料に、熱伝導性が良くかつ耐熱性の高い材料を選択するとしても、それらの性能には限界があり、高輝度化を進める上での障害となる。遮光板の形状に関しては、遮光板の面積を増加させることは、不要光が照射される領域が導光体の近傍に集中していることから余り効果的でない。また、遮光板の板厚を増加させることは、温度上昇後の定常状態においては放熱効果の改善量は少ないものであった。このような遮光板の温度上昇に対する有効な対策については、上記特許文献１をはじめ従来技術では特に提案されていない。【０００８】  本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光源の発光強度を増大しても、遮光板の温度上昇を許容範囲内に抑えることのできるプロジェクタ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  前記課題を解決するために、本発明は、照明光を発生する光源と、前記光源からの照明光を集光する照明光学系と、複数のミラー素子を変位させることで前記照明光を光変調して画像光を生成するマイクロミラーデバイスと、前記画像光を投射する投射レンズとを備えるプロジェクタ装置において、前記照明光学系は、前記マイクロミラーデバイスに入射する照明光の照度を均一化するロッドレンズと、前記照明光のうち前記ロッドレンズに入射しない不要光を遮断する複数の遮光板を有し、前記複数の遮光板は前記ロッドレンズの入射側において、前記ロッドレンズの光軸方向に各遮光板を所定の間隙を設けて配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、光源の発光強度を増大しても、遮光板の温度上昇を許容範囲内に抑えることができ、プロジェクタ装置の高輝度化の実現と信頼性の向上に寄与するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】プロジェクタ装置の内部構成を示す斜視図。
【図２】プロジェクタ装置の光学系の構成を示す上面図。
【図３】遮光板とロッドレンズ近傍の構成を示す斜視図。
【図４】遮光板の形状と配置を示す図。
【図５】２枚の遮光板による温度上昇の低減効果を模式的に説明する図。
【図６】遮光板の形状の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、各図においては、同一部分には同一符号を付し、一度説明したものについては重複する説明を省略する。
【００１３】  図１は、プロジェクタ装置の内部構成を示す斜視図であり、上カバーを外した状態を示す。プロジェクタ装置１００は、ランプを収納する光源ユニット１０、ロッドレンズやカラーホイールなどの照明光学系と画像光を生成するデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）などの光学エンジン２０、画像光を投射する投射レンズ３０、及び電源ユニット４０を備える。そして、光源ユニット１０や光学エンジン２０に冷却風を送る吸気ファンや排気ファンなどの冷却ユニット、電源ユニット４０や光源ユニット１０、光学エンジン２０や冷却ユニット等を制御する制御部を備える。以下、光源ユニットと照明光学系の構成を中心に説明する。
【００１４】  図２は、プロジェクタ装置の光学系の構成を示す上面図である。光源ユニット１０には、光源となる２個の放電ランプ１ａ，１ｂを対向させて配置し、照明光を発生させる。放電ランプ１ａ，１ｂには、例えば、超高圧水銀ランプ等を使用することで、高輝度の照明光を効率良く発生できる。発生された照明光は、回転楕円面や回転放物面の反射面を有するリフレクタにより効率良く集光される。なお、光源は放電ランプ１ａ，１ｂに限らず、例えばＬＥＤ光源やレーザー光源を使用することもできる。
【００１５】  ２個の放電ランプ１ａ，１ｂ（以下、単に「ランプ」と呼ぶ）から出射された照明光は、それぞれのミラー２ａ，２ｂにより反射され、合成されて図面の上方向に進行し、光学エンジン２０へ供給される。このように本実施例では、高輝度を実現するために２個のランプ１ａ，１ｂを備える構成としたが、もちろん、１個のランプあるいは３個以上のランプで構成しても構わない。あるいは、複数個のランプのうち１個のみを点灯させてもよい。
【００１６】  ミラー２ａ，２ｂで反射された照明光は、多重反射により照明光の照度を均一化するロッドレンズ（導光体）４に入射する。その際、ロッドレンズ４の入射面側に遮光板３を配置することで、ミラー２ａ，２ｂからの照明光のうち、ロッドレンズ４に入射しない不要光を遮断するようにしている。すなわち、不要光をそのまま伝播させると、投射画像に悪影響を及ぼし、また装置内の各部品の温度上昇やプラスチック部品等の劣化等をもたらし、装置の性能と信頼性を低下させるからである。本実施例では遮光板３として、複数枚の遮光板を設けている（以下の例では、２枚の場合を示す）。遮光板３の中央部には光をロッドレンズ４へ通過させる開口部を有し、その周囲は光を遮断する遮光部となっている。遮光板３の詳細は後述する。
【００１７】  ロッドレンズ４は、例えば、硝子の四角柱、又は反射ミラーを４枚貼り合わせた中空の素子で構成されており、その出射面の断面形状は、光変調素子であるデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）９のアスペクト比と同一となるように設定されている。ロッドレンズ４内では照明光は複数回反射され、その出射面では、ＤＭＤ９に相似で均一な強度の光分布となる。
【００１８】  ロッドレンズ４の出射面側には、回転式の色フィルタであるカラーホイール５が配置されている。このカラーホイール５は、円周（回転）方向に６種類の扇状の透過型のカラーフィルタ（例えば、Ｒ(赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｃ（シアン）、Ｙ（黄）、Ｗ（白）)を配置したものである。あるいはこのカラーホイール５は、Ｒ、Ｇ、Ｂからなる３種類のカラーフィルタとしてもよい。カラーホイール５を回転することで、ロッドレンズ４から出射した照明光は、時系列的に６色（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｃ、Ｙ、Ｗ）の光に分割される。
【００１９】  カラーホイール５から出射した各色光は、リレーレンズ６，６’とミラー７、及びＴＩＲプリズム（内部全反射プリズム）８を経て、ＤＭＤ９上に照射される。その際リレーレンズ６，６’は、カラーホイール５から出射した光の発散を防ぐとともに、カラーホイール５の出射面で均一になった光分布を、ＤＭＤ９の面上に拡大する働きをする。ＴＩＲプリズム８は、入射した光を全反射させてＤＭＤ９へと導く。
【００２０】  デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）９は、２次元状に配列した複数のミラー素子を個々に変位（傾き）させることで、照明光を光変調して画像光を生成するデバイスである。各々のミラー素子の傾きはオン状態とオフ状態があり、オン状態では照明光を投射レンズ３０に向けて反射し（白画像）、オフ状態では照明光を投射レンズ３０以外に反射する（黒画像）。また、オン／オフ状態の時間を変化させることにより、画像に階調を持たせることができる。
【００２１】  ＤＭＤ９は、プロジェクタ装置１００の制御部により、上記したカラーホイール５の回転と同期が取られており、これにより、カラーホイール５から出射された各色光毎に、画像信号に基づいた画像光を生成する。ＤＭＤ９で生成された画像光は、ＴＩＲプリズム８に対し全反射角を満たさない角度となるため、ＴＩＲプリズム８を透過し、投射レンズ３０に入射する。その後画像光は、投射レンズ３０によりスクリーン等へ拡大投射され表示される。
【００２２】  図３は、遮光板３とロッドレンズ４近傍の構成を示す斜視図である。本実施例では、遮光板３として２枚の遮光板３ａ，３ｂを備えている（必要に応じ、それぞれ「第１の遮光板」、「第２の遮光板」と区別する）。ランプ１ａとランプ１ｂから出射された照明光は、それぞれミラー２ａ，２ｂで反射されて合成され、第１の遮光板３ａ、第２の遮光板３ｂの順に通過してロッドレンズ４へ入射する。ロッドレンズ４の出射側にはカラーホイール５が配置されている。これらのミラー２ａ，２ｂ、遮光板３ａ，３ｂ、ロッドレンズ４、及びカラーホイール５は、共通の台座に取り付けられている。なお、これらの部品は、位置精度等に問題ない場合は、別々の台座でも構わない。
【００２３】  ここに２枚の遮光板３ａ，３ｂは、ロッドレンズ４の光軸方向に略直交するとともに、放熱性を高めるため各遮光板３ａ，３ｂを光軸方向に所定の間隙を設けて配置している。そして各遮光板３ａ，３ｂには、ロッドレンズ４の入射面に対応する位置に開口部３１を有し、その周囲はミラー２ａ，２ｂからの不要な照明光（不要光）を遮断する遮光部となっている。後述するように、２枚の遮光板３ａ，３ｂの開口部３１の通過面積は異なり、第１の遮光板３ａ（入射側）よりも第２の遮光板３ｂ（出射側）が小さくなるように形成している。
【００２４】  このように遮光板を２枚備えることで、ミラー２ａ，２ｂからの不要光の照射を２枚で分担させることができる。その結果、遮光板１枚当たりの熱容量が減少し、遮光板の温度上昇を抑えることができる。なお本実施例においては、上記のように２枚の遮光板３ａ，３ｂがロッドレンズ４の光軸方向に略直交する構成を説明するが、  (１)遮光板３ａ，３ｂを略平行かつロッドレンズ４の光軸方向に略直交し配置する、  (２)遮光板３ａ，３ｂを略平行かつロッドレンズ４の光軸方向に非直交し配置する、  (３)遮光板３ａ，３ｂを非平行かつ遮光板３ａまたは３ｂのいずれかをロッドレンズ４の光軸方向に略直交し配置する、  (４)遮光板３ａ，３ｂを非平行かつロッドレンズ４の光軸方向に非直交し配置する、のいずれであっても良い。上記（２）,（３）,（４）の構成にした場合、（１）よりも更に遮光板３ａ,３ｂからのランプ１ａ,１ｂへの戻り光を低減でき、ランプ温度上昇を抑制できる。
【００２５】  遮光板３ａ，３ｂの材料は、例えばアルミニウム材が好適である。その理由は比熱や熱伝導率に優れ、照明光により生じた発熱を遮光板全体に迅速に拡散／放熱できるからである。また、温度上昇に伴う変色（析出物）や膨れを回避するためにも、合金組成（例えばＡｌ−Ｍｇ）よりもＡｌ単一組成（純アルミニウム、純度９９％以上）が好ましい。ただし、遮光板により照明光の戻り光があるとランプ１ａ，１ｂに入射して温度上昇を招くので、少なくとも入射側の遮光板３ａについては照明光の反射率を低くする必要がある。そのために、遮光板の表面に反射率を低下させる加工（例えばブラスト加工、エッジング加工、アルマイト処理等）を施して粗面状態にすることが有効である。更にランプ１ａ，１ｂへの照明光の反射を低減させる場合は、遮光板３ｂにも粗面状態にする加工を施す。
【００２６】  ここで、粗面加工による反射率低減の効果を具体的に説明する。波長帯域８００〜３００ｎｍでの反射率の測定値を示す。  ［比較例］Ａｌ−Ｍｇ合金（Ａ５０５２）、粗面加工なし            反射率２５．５〜８．０％（平均値１７．７％）  ［実施例］純Ａｌ（Ａ１０５０）、ブラスト加工あり            反射率０．８７〜０．６１％（平均値０．８％）このように、遮光板３の材料を純アルミニウムに変更し、さらにブラスト加工を施すことで、平均反射率は約１８％から約１％まで低減することができる。その結果、ランプ１ａ，１ｂの温度上昇を抑えることができる。
【００２７】  図４は、遮光板３の形状と配置を示す図で、（ａ）は装置上面図（遮光板の側面図）、（ｂ）は装置側面図（遮光板の正面図）である。
【００２８】  （ａ）は遮光板３ａ，３ｂの側面形状を示し、２枚の遮光板３ａ，３ｂはロッドレンズ４の入射側に光軸方向に略直交するよう配置し、先端をＬ字状に折り曲げて台座にねじ止め固定する。２枚の遮光板３ａ，３ｂは間隙ｄを隔てることで冷却風による放熱性を良くする。遮光板３ａ，３ｂの厚さは照射による温度上昇を考慮し、第１の遮光板３ａを第２の遮光板３ｂよりも厚くしている。
【００２９】  （ｂ）は遮光板３ａ，３ｂの外形形状を示すが、四辺形状（台形状）とし、中央部にはそれぞれの開口部３１ａ，３１ｂを有する。開口部３１ａ，３１ｂはここでは正方形とし、その大きさＷは、第１の遮光板３ａよりも第２の遮光板３ｂを小さくしている。すなわち、入射側から見て、第１の開口部３１ａ内に第２の開口部３１ｂの周辺部が見える状態となる。なお、第２の遮光板３ｂの外形については、不要光の照射領域が異なるため、第１の遮光板３ａと同じ形状にする必要がない。また、台座への取り付け易さを考慮し、外形の一部を切除した半片状としてもよい。
【００３０】  図５は、２枚の遮光板による温度上昇の低減効果を模式的に説明する図である。ロッドレンズ４に対して、開口部３１ａ，３１ｂを有する２枚の遮光板３ａ，３ｂを配置している。寸法の一例を示すと、ロッドレンズ４のサイズｗｏ＝７ｍｍ、遮光板３ａ，３ｂの板厚はｔａ＝２ｍｍ、ｔｂ＝１ｍｍ、間隙ｄ＝３．５ｍｍである。開口部３１ａ，３１ｂのサイズはｗａ＝１１．９ｍｍ、ｗｂ＝８．６ｍｍである。ロッドレンズ４の断面と開口部３１ａ，３１ｂはいずれも正方形とする。
【００３１】  この場合、図面下方から照明光が入射し、例えば図示するような光量分布を有している。照明光のうち、ロッドレンズ４に入射できるのは第２の開口部３１ｂを通過できる中央部Ｐｏの光量である。それ以外の照明光は第１の遮光板３ａ、または第２の遮光板３ｂにて遮断される。この例では、第１の開口部３１ａと第２の開口部３１ｂのサイズをｗａ＞ｗｂの関係としているので、第１の遮光板３ａに照射される光量はＰａの部分、第２の遮光板３ｂに照射される光量はＰｂの部分に分担させることができる。分担された光量Ｐａ，Ｐｂに伴う発熱は、それぞれ第１の遮光板３ａと第２の遮光板３ｂ内に拡散するとともに、冷却風により放熱される。
【００３２】  すなわち、従来の１枚のみ遮光板を用いる場合と比較し、２枚の遮光板を用いることで、１枚当たりの発熱量が低減する。照明光の光量分布に合わせ、開口部のサイズと遮光板の板厚を最適に設定することで、第１の遮光板３ａと第２の遮光板３ｂの発熱量（または温度上昇）をほぼ同等にすることができる。また、２枚の遮光板３ａ，３ｂには間隙ｄを設けているので、冷却風により放熱作用は単独の遮光板の場合に劣らないものとなる。その結果、遮光板の温度上昇は、１枚の遮光板の場合と比べ低減させることができる。
【００３３】  図６は、遮光板の形状の変形例を示す図である。この例では第１の遮光板３ａ’において、開口部３１ａの周囲の遮光部に入射側に凹状となる傾斜面３２を形成している。第１の遮光板３ａ’において照射された不要光をランプ１ａ，１ｂ側に反射すると、戻り光によりランプを劣化させる原因となる。そこで遮光板３ａ’のように凹状の傾斜面３２を形成することで、戻り光は光軸方向から逸れてランプに戻る光量が減少し、ランプの劣化を防止できる。遮光板３ａ’のような傾斜面３２の形成は、絞り加工等により容易に作成することができる。なお、第２の遮光板３ｂについては、不要光が照射される開口部３１ｂの周囲領域のみ傾斜面とすればよい。さらに、遮光板の表面にブラスト加工やエッジング加工、アルマイト処理等を施して照明光の反射率を下げるようにすれば、ランプへの戻り光をより減少させることができる。
【００３４】  本実施例によれば、ランプの発光強度を増大させても、遮光板の温度上昇を許容値以内に抑えることができる。例えば、１枚の遮光板のみを用いた場合には温度上昇が約２９０℃に達することがあったが、２枚の遮光板を用いることで温度上昇を２３０℃程度に低減させることができ、許容温度以下に抑えることが可能となった。これらは、プロジェクタ装置の高輝度化の実現と信頼性の向上に寄与するものである。
【００３５】  以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲で実施することができる。例えば、遮光板を２枚用いる場合を例に説明したが、３枚以上に増やした構成でも良いことは言うまでもない。枚数を増やすことで、遮光板の温度上昇をより抑えることができる。また、各遮光板の形状・寸法等は光源からの照明光の強度と分布に合わせて適宜決定すればよい。
【符号の説明】
【００３６】  １ａ，１ｂ：放電ランプ（光源）、  ２ａ，２ｂ：ミラー、  ３，３ａ，３ｂ，３ａ’：遮光板、  ４：ロッドレンズ（導光体）、  ５：カラーホイール、  ６，６’：リレーレンズ、  ７：ミラー、  ８：ＴＩＲ（内部全反射）プリズム、  ９：デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）、  １０：光源ユニット、  ２０：光学エンジン、  ３０：投射レンズ、  ３１，３１ａ，３１ｂ：開口部、  ３２：傾斜面、  ４０：電源ユニット、  １００：プロジェクタ装置。
【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】
2017119121.tif 000008
【国際調査報告】
2017119121.tif 000009
2017119121.tif 000010
2017119121.tif 000011
2017119121.tif 000012