(57)【要約】【課題】光源からの光の利用効率を低下させずに光源ユニットを小型化する。【解決手段】光源ユニット２は、放射光を出射するランプ４と、光軸Ｋ上に配設された環状レンズ６と、ランプ４から出射される光の一部を反射させて環状レンズ６に入射させるリフレクタ５とを備える。環状レンズ６は、リフレクタ５で反射した光の少なくとも一部を屈折させて導光ロッド３の入射面に入射させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射光を出射するランプと、
光軸上に配設された環状の光屈折手段と、
前記ランプから出射される光の一部を反射させて前記光屈折手段に入射させるリフレクタとを備え、
前記光屈折手段は、前記リフレクタで反射した光の少なくとも一部を屈折させて所定の領域内に入射させることを特徴とする光源ユニット。
【請求項２】
請求項１記載の光源ユニットにおいて、
前記リフレクタは、前記ランプから出射される光の一部を反射させて前記光屈折手段に入射させるとともに、他の一部を反射させて前記所定の領域内に集光することを特徴とする光源ユニット。
【請求項３】
請求項１または２記載の光源ユニットにおいて、
前記光屈折手段は、環状レンズであり、
この環状レンズの中心軸は、光軸に一致していることを特徴とする光源ユニット。
【請求項４】
請求項３記載の光源ユニットにおいて、
前記環状レンズは、前記ランプから入射面に入射する光を屈折させて前記所定の領域内に集光することを特徴とする光源ユニット。
【請求項５】
請求項１または２記載の光源ユニットにおいて、
前記光屈折手段は、前記リフレクタとの対向面が凹んだ環状凹面鏡であり、
この環状凹面鏡の中心軸は、光軸に一致していることを特徴とする光源ユニット。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の光源ユニットと、
前記光軸方向に延在し、前記所定の領域内に配設された一端面から内部に入射した光を周面で反射しつつ他端面から出射する導光ロッドと、
前記導光ロッドから出射される光をスクリーン上に投射する光学素子群とを備えることを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を出射する光源ユニットと、この光源ユニットを備えるプロジェクターとに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スクリーンに画像を表示する装置としてプロジェクターがある。このプロジェクターは、光源ユニットから出射された光をカラーホイールに通した後、導光ロッドに入射させて均一な強度分布の光とし、マイクロミラー素子や液晶表示素子などで画素ごとに光量を切り換えて映写することにより、スクリーン上に画像を表示するようになっている。
【０００３】
このようなプロジェクターの光源ユニットは、図５（ａ）に示すように、光を照射するランプ１００と、ランプ１００からの光の一部を反射させて導光ロッド１０１に入射させるリフレクタ１０２と、ランプ１００からの光の一部を集光して導光ロッド１０１に入射させる環状レンズ１０３とを備えている（例えば、特許文献１参照）。更に、ランプ１００は、球状の発光部１０４と、光軸方向に沿って電極を発光部１０４に案内する２つの電極導入部１０５，１０５とを備えている。なお、図５（ａ）では、カラーホイールの図示を省略している。
【０００４】
ところで、上記のような光源ユニットは、プロジェクター全体を小型化する観点から、小さい方が好ましい。一方、光源ユニットのランプ１００は、光量確保の観点から、一定以上の大きさでなければならない。そのため、光源ユニットを小型化するには、ランプ１００の大きさを維持してリフレクタを小型化する必要がある。
【特許文献１】特開平０６−５１４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ランプ１００の大きさを維持してリフレクタ１０２を単純に小型化すると、図５（ｂ）に示すように、リフレクタ１０２で反射して導光ロッド１０１に向かう光のうち、ランプ１００の電極導入部１０５で遮られる光線の割合が大きくなってしまうため、光の利用効率が悪くなる。
【０００６】
本発明の課題は、光源からの光の利用効率を低下させずに光源ユニットを小型化することができる光源ユニット及びプロジェクターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、光源ユニットにおいて、
放射光を出射するランプと、
光軸上に配設された環状の光屈折手段と、
前記ランプから出射される光の一部を反射させて前記光屈折手段に入射させるリフレクタとを備え、
前記光屈折手段は、前記リフレクタで反射した光の少なくとも一部を屈折させて所定の領域内に入射させることを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、ランプから出射された光のうち、リフレクタで反射した光の一部が光屈折手段で屈折して所定の領域内に入射する、つまり光屈折手段を経由して所定の領域内に入射するので、ランプの電極導入部が光軸方向に突出している場合でも、従来と異なり、リフレクタで反射して前記所定の領域内に向かう光のうち、ランプの電極導入部で遮られる光の割合が小さくなる。従って、光源からの光の利用効率を低下させずに光源ユニットを小型化することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光源ユニットにおいて、
前記リフレクタは、前記ランプから出射される光の一部を反射させて前記光屈折手段に入射させるとともに、他の一部を反射させて前記所定の領域内に集光することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、光屈折手段によって集光される光と、リフレクタによって集光される光とが前記所定の領域内に入射するので、光屈折手段によって集光される光のみが入射する場合と比較して、光の利用効率を高めることができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光源ユニットにおいて、
前記光屈折手段は、環状レンズであり、
この環状レンズの中心軸は、光軸に一致していることを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の光源ユニットにおいて、
前記環状レンズは、前記ランプから入射面に入射する光を屈折させて前記所定の領域内に集光することを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、ランプからの光と、リフレクタからの光とが環状レンズによって前記所定の領域内に集光されるので、リフレクタからの光のみが集光される場合と比較して、光の利用効率を高めることができる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の光源ユニットにおいて、
前記光屈折手段は、前記リフレクタとの対向面が凹んだ環状凹面鏡であり、
この環状凹面鏡の中心軸は、光軸に一致していることを特徴とする。
請求項５記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００１５】
請求項６記載の発明は、プロジェクターにおいて、
請求項１〜５の何れか一項に記載の光源ユニットと、
前記光軸方向に延在し、前記所定の領域内に配設された一端面から内部に入射した光を周面で反射しつつ他端面から出射する導光ロッドと、
前記導光ロッドから出射される光をスクリーン上に投射する光学素子群とを備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
なお、光学素子群に含まれる光学素子としては、例えばレンズやミラー、いわゆるマイクロミラー素子、液晶表示素子などを用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、光源からの光の利用効率を低下させずに光源ユニットを小型化することができる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、光屈折手段によって集光される光のみが入射する場合と比較して、光の利用効率を高めることができる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明と同様の効果を得ることができる。
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、リフレクタからの光のみが集光される場合と比較して、光の利用効率を高めることができる。
【００１９】
請求項５記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明と同様の効果を得ることができる。
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るプロジェクター１の概略構成を示す図である。
この図に示すように、プロジェクター１は、導光ロッド３の入射面に光を入射させる光源ユニット２を備えている。
【００２１】
本発明に係る光源ユニット２は、互いに連結されたランプ４及びリフレクタ５と、光軸Ｋに中心軸が一致するよう、リフレクタ５に対向して配設された環状レンズ６とを備えている。
【００２２】
ランプ４は、放射光を出射するものであり、球状の発光部４０と、光軸方向に沿って電極を発光部４０に案内する２つの電極導入部４１，４１とを備えている。なお、本実施の形態においては、ランプ４は超高圧水銀灯であり、白色光を出射するようになっている。
【００２３】
リフレクタ５は、略回転放物面状の内周面で光を反射させるものであり、ランプ４の発光部４０を内部に収容するよう配設されている。このリフレクタ５は、図２に示すように、第１屈折領域５０と第２屈折領域５１とを備えている。
【００２４】
第２屈折領域５１は、図２（ａ），（ｄ）に１点鎖線で示すように、ランプ４から出射される光の一部を反射させて環状レンズ６における後述の第１屈折領域６０に入射させるようになっている。第１屈折領域５０は、図２（ｂ），（ｄ）に点線で示すように、ランプ４から出射される光の他の一部を反射させて導光ロッド３の入射面に集光するようになっている。
【００２５】
環状レンズ６は、本発明における光屈折手段であり、図２，３に示すように、内周部が空洞の凸レンズとなっている。この環状レンズ６は、第１屈折領域６０と第２屈折領域６１とを備えている。
【００２６】
第１屈折領域６０は、環状レンズ６の外周縁に位置しており、図２（ａ），（ｄ）に１点鎖線で示すように、リフレクタ５の第２屈折領域５１で反射した光を屈折させて導光ロッド３の入射面に集光するようになっている。第２屈折領域６１は、第１屈折領域６０に内接しており、図２（ｃ），（ｄ）に２点鎖線で示すように、ランプ４から出射される光の一部を屈折させて導光ロッド３の入射面に集光するようになっている。
【００２７】
なお、環状レンズ６の光学面には、回折構造や反射防止膜が設けられることとしても良い。また、図２（ａ）〜（ｄ）では、環状レンズ６が光を１点に集光しているが、導光ロッド３の入射面に光を入射させれば、必ずしも１点に集光する必要はない。
【００２８】
導光ロッド３は、透明な角柱であり、図１に示すように、光軸Ｋに沿って配設されている。この導光ロッド３は、図中に矢線で示すように、入射面からの入射光を導光ロッド３の周面と外気層との界面で全反射させながら光軸方向に導き、均一な強度分布の光束として出射面から出射するようになっている。なお、このような導光ロッド３としては、内周面全体に反射膜が設けられた角筒を用いることとしても良い。
【００２９】
導光ロッド３と光源ユニット２との間には、カラーホイール７が配設されている。
カラーホイール７は、図４に示すように、円形の回転板であり、周方向に並べられた赤、緑、青の３色のカラーフィルタ７０，７１，７２を有している。このカラーホイール７は、回転中心を光軸Ｋの側方にずらして配置されている。なお、カラーホイール７は導光ロッド３とレンズ１０の間に配置されてもよい。
【００３０】
導光ロッド３の側方には、レンズ１０、マイクロミラー素子（Digital Micromirror Device）１１及びレンズ１２が光軸Ｋに沿って順に配設されている。
【００３１】
レンズ１０は、導光ロッド３からの出射光をマイクロミラー素子１１に投射するものである。なお、図１ではレンズ１０を単レンズとして図示しているが、複数枚のレンズからなることとしても良い。
【００３２】
マイクロミラー素子１１は、複数のマイクロミラーによって表示画像の１つ１つの画素を形成し、これらマイクロミラーの傾き方向を切り換えることで画素の明暗を切り換えて画像を映写するものである。マイクロミラーは、アルミニウム片などの極薄金属片で形成されており、縦横の幅が１０μｍ〜２０μｍとなっている。これらのマイクロミラーは、行方向及び列方向にマトリックス状に配列形成されたＣＭＯＳ等の複数のミラー駆動素子（図示せず）の上にそれぞれ設けられている。ミラー駆動素子は、図示しない制御装置から入力される画像データに基づいてマイクロミラーを基準面に対し±１０°程度の傾き角で傾動させるようになっている。
【００３３】
なお、以上のようなマイクロミラー素子１１としては、例えば特開２００３−１４９５９９号公報に開示のもの等、従来より公知のものを用いることができる。
【００３４】
レンズ１２は、マイクロミラー素子１１からの反射光を拡大してスクリーン（図示せず）に投射するものである。なお、図１ではレンズ１２を単レンズとして図示しているが、複数枚のレンズからなることとしても良い。
【００３５】
続いて、画像を表示する際のプロジェクター１の動作について説明する。
まず、光源ユニット２が光を出射するとともに、カラーホイール７が高速で回転駆動することにより、赤、緑、青に着色された光が順次マイクロミラー素子１１に投射される。
【００３６】
このとき、図２（ａ）に示すように、ランプ４から出射されてリフレクタ５の第２屈折領域５１に入射した光は、当該第２屈折領域５１で反射された後、環状レンズ６の第１屈折領域６０によって導光ロッド３の入射面に集光される。つまり、ランプ４から出射された光の一部は、環状レンズ６を経由して導光ロッド３の入射面に入射する。また、図２（ｂ）に示すように、ランプ４から出射されてリフレクタ５の第１屈折領域５０に入射した光は、当該第１屈折領域５０によって反射され、導光ロッド３の入射面に集光される。また、図２（ｃ）に示すように、ランプ４から出射されて環状レンズ６の第２屈折領域６１に入射した光は、当該第２屈折領域６１によって導光ロッド３の入射面に集光される。
【００３７】
次に、前記制御装置が赤、緑、青の光の投射周期に同期して前記ミラー駆動素子に赤、緑、青の画像データを順次入力することにより、レンズ１２を介してマイクロミラー素子１１に赤、緑、青の画像を順次映写させる。これにより、前記スクリーン上で各色の画像が合成され、カラー画像が表示される。
【００３８】
以上のプロジェクター１によれば、ランプ４から出射された光の一部が環状レンズ６を経由して導光ロッド３の入射面に入射するので、ランプ４の電極導入部４１が発光部４０より光軸方向に突出していても、従来と異なり、リフレクタ５で反射して導光ロッド３の入射面に向かう光のうち、ランプ４の電極導入部４１で遮られる光の割合が小さくなる。従って、ランプ４からの光の利用効率を低下させずに光源ユニット２を小型化することができる。
【００３９】
また、環状レンズ６によって集光される光と、リフレクタ５の第１屈折領域５０によって集光される光とが導光ロッド３の入射面に入射するので、環状レンズ６によって集光される光のみが入射する場合と比較して、光の利用効率を高めることができる。
【００４０】
また、環状レンズ６がランプ４からの光を第２屈折領域６１によって集光するとともに、リフレクタ５からの光を第１屈折領域６０によって集光するので、リフレクタ５からの光のみを集光する場合と比較して、光の利用効率を高めることができる。
【００４１】
なお、上記の実施の形態においては、プロジェクター１をいわゆるデータプロジェクターとして説明したが、ＯＨＰ（オーバー・ヘッド・プロジェクター）やフィルム映写機など、他のプロジェクターとしても良い。
【００４２】
また、リフレクタ５の第２屈折領域５１で反射した光を環状レンズ６によって導光ロッド３の入射面に集光することとして説明したが、リフレクタ５との対向面が凹んだ環状凹面鏡によって集光することとしても良い。このような凹面反射鏡としては、反射領域に応じて光学特性を変化させたものを用いることができる。この凹面反射鏡によれば、リフレクタ５の第２屈折領域５１を経由してランプ４から環状凹面鏡の一部の反射領域に入射した光と、直接ランプ４から環状凹面鏡の他の一部の反射領域に入射した光とを、それぞれ導光ロッド３の入射面に集光させることができる。
【００４３】
また、本発明における光屈折手段を、内周部が空洞の環状レンズ６として説明したが、内周部が平板状のレンズとしても良い。
【００４４】
また、マイクロミラー素子１１によって表示画像の画素の明暗を切り換えることとして説明したが、透過型の液晶表示素子などによって切り換えることとしても良い。このような液晶表示素子としては、従来より公知のものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
【図２】光源ユニットから導光ロッドへの光路を示す図である。
【図３】環状レンズの正面図である。
【図４】カラーホイールの正面図である。
【図５】（ａ）は従来の光源ユニットから導光ロッドへの光路を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光源ユニットのリフレクタを単純に小型化した場合の光路を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１                プロジェクター
２                光源ユニット
３                導光ロッド
４                ランプ
５                リフレクタ
６                環状レンズ（光屈折手段）
【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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