(57)【要約】【課題】インテグレーターの位置ずれに対するマージンが大きく、光源からの光の損失の少ないプロジェクタを提供する。【課題手段】回転楕円面鏡６１および放電ランプ６２を含む光源６０と、光源６０からの光を入射し、これを少なくともＲ、Ｇ、Ｂの波長を有する光にそれぞれ分離可能なカラーホイール７０と、カラーホイール７０によって分離されたＲ、Ｇ、Ｂの光を入射する入射面を有し、入射面は先端から形成された凹部８１内に形成され、入射面に反射防止膜が形成されたインテグレーター８０と、インテグレーター８０からの光を光学的に変調するＤＭＤと、ＤＭＤによって変調された光を投射する光学系を含む投射手段とを備えたプロジェクタ。【選択図】  図２
2004219787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
光源からの光を入射し、入射された光を伝送する光伝送部材と、
前記光伝送部材によって伝送された光を変調する変調手段と、
前記変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備え、
前記光伝送部材は、光の入射位置に、反射防止膜によって覆われた面と、この面と垂直に交差する少なくとも一つの反射面とを含む、プロジェクタ。
【請求項２】
前記光伝送部材の反射防止膜は、矩形状の平面を含み、前記反射面は前記区形状の平面の各辺から垂直方向に延在する、請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記反射面は、金属の表面である、請求項１または２に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
光源と、
光源からの光を入射し、これを少なくともＲ、Ｇ、Ｂの波長を有する光にそれぞれ分離可能な分離手段と、
前記分離手段によって分離されたＲ、Ｇ、Ｂの光を入射する入射面を有し、該入射面は先端から窪んだ位置に形成され、前記入射面に反射防止膜が形成された光伝送部材と、
前記光伝送部材からの光を変調する変調手段と、
前記変調手段によって変調された光を投射する投射手段と、
を備えたプロジェクタ。
【請求項５】
前記光伝送部材の前記入射面の周囲に反射膜が形成される、請求項４に記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記光伝送部材は、インテグレーターであり、その先端から一定の深さの空洞が形成され、該空洞の底面に入射面が形成されている、請求項４または５に記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記光伝送部材は、インテグレーターであり、その先端に凹部が形成され、前記凹部の少なくとも底面に反射防止膜が形成され、前記凹部の底面と隣接する面に反射膜が形成される、請求項４に記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記光伝送部材は、前記分離手段から１ｍｍ以内に位置決めされ、前記入射面に照射される光のスポット径は、５φ以下である、請求項４ないし７いずれかに記載のプロジェクタ。
【請求項９】
前記分離手段はカラーホイールを含み、前記光源からの光はカラーホイールの面上に点集光される、請求項８に記載のプロジェクタ。
【請求項１０】
光源と、
光源からの光を入射し、これを少なくともＲ、Ｇ、Ｂの波長を有する光にそれぞれ分離可能な分離手段と、
軸方向の先端に金属製部材を有し、前記金属製部材が前記先端よりも突出し、突出した部分の内壁に反射面が形成され、かつ前記先端の面に反射防止膜が形成された光伝送部材と、
前記光伝送部材からの光を変調する変調手段と、
前記変調手段によって変調された光を投射する投射手段と、
を備えたプロジェクタ。
【請求項１１】
前記金属製部材の内壁面が反射面として機能する、請求項１０に記載のプロジェクタ。
【請求項１２】
前記金属製部材の内壁面に反射膜がコーティングされる、請求項１１に記載のプロジェクタ。
【請求項１３】
前記光伝送部材は、断面が矩形状のインテグレーターを含み、前記金属製部材は中空のキャップであり、前記インテグレーターの先端からキャップが突出するように前記インテグレーターの先端がキャップ内に挿入される、請求項１０ないし１２いずれかに記載のプロジェクタ。
【請求項１４】
前記光源は放電ランプおよび放電ランプからの光を反射するリフレクターを含み、前記変調手段は半導体ミラー素子を含む、請求項１ないし１３いずれか記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタに関し、特に、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：ＤＬＰはテキサスインスツルメンツ社の登録商標）方式のプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＬＰ方式プロジェクタは、半導体素子からなるＤＭＤに光を照射し、その反射光をレンズ等で拡大投影して画像表示を行うものである。本出願人により先に出願された特許文献１の図１に示すように、光源からの光が回転楕円面鏡５２によって反射され、その反射光がＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを配列した円盤状のカラーホイール５３によって順次ＲＧＢ光に変換され、ＤＭＤ５６に入射される。ＤＭＤ５６は、画像データに基づきＲＧＢ光に同期して時分割駆動され、それらの反射光が投影レンズ５７を介してスクリーン５８上に順次表示される。このようなカラー映像表示は、一枚のカラーホイールを用いてカラー表示を行うことから、いわゆる単板式光学系とも呼ばれている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３、１２１、８４３号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のプロジェクタには次のような課題がある。図５（ａ）に単板式光学系の斜視図を示し、図５（ｂ）にその断面図を示す。光源２００は、回転楕円面鏡２０１とその光軸上に取り付けられた放電ランプ２０２とを含む。放電ランプ２０２からの光は、カラーホイール２１０の面上にフォーカスされ、そこでＲＧＢの各波長の光に分離され、それらの光はインテグレーター２２０に順次入射される。
【０００５】
図６にカラーホイールの一構成例を示す。カラーホイール２１０は、その外周にＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを配列し、その中心部２１１がモータによって一定速度で回転される。放電ランプ２０２からのカラーホイール２１０への入射光のスポット径２１２は、できるだけ小さく制限されることが望ましい。カラーホイール２１０においてスポット径２１２がＲ、Ｇ、Ｂの各境界にまたがるとき、ＲＧＢの純粋な波長の光が分離されず、Ｒ＋Ｇ、Ｇ＋Ｂ、Ｂ＋Ｒの混合された波長が生成されてしまう。このため出来るだけスポット径２１２をできるだけ小さく制限することが望ましく、カラーホイール２１０はリフレクター２０１の焦点距離近傍に配置される。
【０００６】
インテグレーター２２０は、カラーホイール２１０と近接して位置決めされ、カラーホイール２１０からのＲＧＢ光を入射する。入射光は、内部で全反射を繰り返され、その出射面から照度分布が均一な光となって出射される。インテグレーター２２０の入射面には、反射防止膜２２１が蒸着され、入射光が入射面で反射されるのを抑制し、光が損失されるのを防いでいる。
【０００７】
光源は点光源に近い程、集光効率は良く、従ってインテグレーター２２０の先端または入射面は、カラーホイール２１０に近接配置される。このため、インテグレーター２２０の先端または入射面に、非常に小さなスポット径の光が照射される。尚、光源の焦点をカラーホイールに合わせることが望ましいが、光源のずれなどで、インテグレーターの先端または入射面に焦点が合ったり、また光源のずれがなくとも、焦点は点というより幅をもって構成されるためインテグレーターの先端または入射面に焦点と同じ程度の非常に小さなスポット径の光が照射されてしまう。インテグレーター２２０の先端または入射面は、カラーホイール２１０に近接される。しかしながら、入射面である反射防止膜２２１に非常に小さなスポット径の光が照射されると、反射防止膜２２１が局所的に加熱され、その熱により反射防止膜２２１が焼損したりあるいは変質してしまう虞がある。また、反射防止膜２２１上にごみ等の異物が付着されていると、異物の焼損によりインテグレーター２２０までが溶融し、損傷してしまうことがある。インテグレーター２２０や反射防止膜２２１の焼損あるいは劣化が生じると、入射面におけるＲＧＢ光の損失が増加され、結果として光源からの光の有効利用効率が低下し、プロジェクタによって投影される画像の明るさも低下してしまう。
【０００８】
他方、インテグレーター２２０をカラーホイール２１０から一定距離以上離し、インテグレーター２２０の入射面への入射光のスポット径を大きくして熱の発生を低減させることも考えられるが、その分だけ光路長が長くなってしまうとともに、スポット径が入射面の大きさ内に収まるようにインテグレーター２２０をカラーホイール２１０に対して精度よく位置決めをしなければならない。仮に、インテグレーター２２０がカラーホイール２１０から離れすぎてしまうと、入射光のスポット径が入射面のサイズよりも大きくなってしまい、光の一部がインテグレーター２２０に入射されず、光源からの光の有効利用率が低下してしまう。
【０００９】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決し、インテグレーターの性能を維持し、かつ光損失の少ないプロジェクタを提供することを目的とする。
さらに本発明は、インテグレーターの位置ずれのマージン（許容範囲）の大きなプロジェクタを提供することを目的とする。
さらに本発明は、光源からの光の有効利用効率を改善したプロジェクタを提供することを目的とする。
さらに本発明は、長時間の使用に耐え、かつ投影画像の明るさの劣化を抑制するプロジェクタを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプロジェクタは、光源と、光源からの光を入射し、入射された光を伝送する光伝送部材と、前記光伝送部材によって伝送された光を変調する変調手段と、前記変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備え、前記光伝送部材は、光の入射位置に、反射防止膜によって覆われた面と、この面と垂直に交差する少なくとも一つの反射面とを含むものである。これにより、光伝送部材の入射面に照射される光のスポット径を大きくなり、照射面積が増加されるため、入射面上の反射防止膜の熱的な損傷（溶融、焦げ付き等による劣化を防止することができる。さらに、光伝送部材の位置が多少ずれて、入射光のスポット径が入射面のサイズよりも大きくなったとしても、入射面からはみ出した光は反射面によって反射されて入射面に導かれるので、光の損失を極力防ぐことができる。
【００１１】
他の発明に係るプロジェクタは、光源と、光源からの光を入射し、これを少なくともＲ、Ｇ、Ｂの波長を有する光にそれぞれ分離可能な分離手段と、前記分離手段によって分離されたＲ、Ｇ、Ｂの光を入射する入射面を有し、該入射面は先端から窪んだ位置に形成され、前記入射面に反射防止膜が形成された光伝送部材と、前記光伝送部材からの光を変調する変調手段と、前記変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備える。好ましくは、光伝送部材の前記入射面の周囲に反射膜が形成される。これにより、光伝送部材がカラーホイールに対して位置ずれを生じたときでも、入射面よりも広がった入射光がその周囲の反射膜に反射されて、入射面へ導かれる。このため、光源からの光の損失が、光伝送部材の位置ずれに対して極力低減される。
【００１２】
好ましくは光伝送部材は、ロッド状のインテグレーターである。そして、その先端から一定の深さの空洞（凹部あるいは窪み）形成され、該空洞の底面に入射面が形成されている。空洞は、インテグレーターを削りだすことによって形成することが可能である。
【００１３】
好ましくは光伝送部材は、前記カラーホイールから１ｍｍ以内に位置決めされ、前記入射面に照射される光のスポット径は、５φ以下である。また、好ましくは、光源からの光はカラーホイールの面上に点集光される。
【００１４】
本発明の他のプロジェクタは、光源と、光源からの光を入射し、これを少なくともＲ、Ｇ、Ｂの波長を有する光にそれぞれ分離可能なカラーホイールと、先端に金属製部材（好ましくは金属製のキャップ）を有し、前記金属製部材が前記先端よりも突出した内壁面を有し、かつ前記先端の面に反射防止膜が形成された光伝送部材と、前記光伝送部材からの光を光学的に変調する変調手段と、前記変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えるものである。
【００１５】
金属製のキャップの内壁面は、それを鏡面状態に仕上ることで反射面あるいは反射膜として機能させることができる。鏡面状態に仕上ることが困難なとき、あるいは不十分なときには、キャップの内壁面には反射膜をコーテイングするようにしてもよい。
【００１６】
光伝送部材は、ロッド状のインテグレーターを含み、金属製のキャップは中空であり、インテグレーターの先端がキャップ内に挿入され、インテグレーターの先端からキャップが突出しているように構成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るＤＬＰ方式プロジェクタの主要な構成を示すブロック図である。プロジェクタ１は、画像信号１１を入力し、これをＤＭＤと同じ画素数のＲＧＢデジタル画像データに変換する前処理部１０と、前処理部１０からのデジタル画像データに基づきＤＭＤ５０の駆動を制御するとともにランプ駆動回路３０及びカラーホイール駆動部４０等の制御を行う制御部２０とを有する。ランプ駆動回路３０は、光源６０の放電ランプの起動及び起動後の放電ランプのＡＣ駆動を制御する。カラーホイール駆動部４０は、カラーホイール７０を回転させ、光源６０からの光をＲＧＢに分離させる。ＤＭＤ５０は、各画素に相当するミラー素子を含み、インテグレーター８０および照明光学系９０を介して照射されたＲＧＢ光をミラー素子により反射させる。投射光学系１００は、ＤＭＤ５０からの反射光を拡大投射しスクリーン上に画像を表示させる。
【００１８】
図２に光源からインテグレーターに至る光学系を示す。光源６０は、回転楕円面鏡６１とその光軸に取り付けられた放電ランプ６２とを含む。放電ランプ６２は、例えばキセノンアークショートランプ、メタルハライドランプ、あるいは超高圧水銀ランプなどが用いられる。回転楕円面鏡６１は、放電ランプ６２からの可視光を反射し赤外光を透過するようなダイクロックミラーやコールドミラーが用いられる。回転楕円面鏡６１の焦点距離上にカラーホイール７０が配され、放電ランプ６２からの光がカラーホイール７０の面上に結像される。
【００１９】
カラーホイール７０は、薄いガラス円盤状にＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを配列し、そこを透過する光の波長を選択する（基本構成は図６と同様である）。カラーホイール７０は、カラーホイール駆動部４０によって一定速度で回転され、入射された光を順次Ｒ、Ｇ、Ｂの波長を有する光に変換（あるいは分離）する。
【００２０】
カラーホイール７０からのＲ、Ｇ、Ｂ光は、インテグレーター８０に入射される。インテグレーター８０は、石英や石英ガラスのような耐熱部材から構成される直方体状のロッドインテグレーターである。インテグレーター８０は、カラーホイール７０からの光がほぼ垂直に入射されるように、かつカラーホイール７０に近接するように位置決めされる。好ましくは、インテグレーター８０は、カラーホイール７０から１ｍｍ以内の位置に配される。
【００２１】
インテグレーター８０は、軸方向に一定の長さを有し、矩形状の入射面および出射面を有する。カラーホイール７０からの光は、インテグレータ−８０の入射面に所定の入射角で入射され、入射光はその内部において多重反射されその出射面に伝播され、そこから均一な光強度分布をもった光線が出射される。インテグレーター８０の出射面のアスペクト比（水平方向の辺と垂直長辺と辺の比）が４：３あるいは１６：９である。
【００２２】
インテグレーター７０の先端には、凹部若しくは空洞８１が形成される。図３にインテグレーターを軸方向の中心に沿って切断したときの断面図を示す。凹部８１は、四角形状の溝もしくは窪みであり、先端の表面８２よりも一回り小さく表面８２から深さｄを有する。深さｄは、好ましくはインテグレーター８０の軸方向の長さをＬとしたとき、ｄ＝０．１Ｌである。凹部８１は、表面８２と平行な底面８３と、底面８３の各辺（周囲）から垂直に表面８２までに延在する４つの内壁８４とによって規定される。底面８３の表面には、反射防止膜（斜線部）８５がコーテイングされ、４つの内壁８４にはＡｌ等の金属からなる反射膜（斜線部）８６がコーテイングされる。反射防止膜８５は、公知のものを用いることができ、多層反射防止膜であってもよい。
【００２３】
凹部８１の底面８３若しくは反射防止膜８５が、インテグレーター８０の入射面となる。この入射面は、先端の表面８２から距離ｄだけ離間されているため、反射防止膜８５への入射光のスポット径Ｓ（図２（ａ）参照）は、凹部８１がないときと比べて大きくなる。言い換えれば、スポット径Ｓは、先端の表面８２における径よりも距離ｄの分だけ広がり、反射防止膜８５上における照射面積が増加される。このため、反射防止膜８５における入射光による局所的な発熱が抑制され、反射防止膜８５の焼損したり、あるいは熱による膜の劣化や損傷を抑制することができる。
【００２４】
上述したようにインテグレーター８０の表面８２がカラーホイール７０から一定の距離になるように位置決めされる。このとき、仮にインテグレーター８０がカラーホイール７０から位置ずれし、カラーホイール７０から距離ｄ１（ｄ１＞ｄ）だけ離れてしまった場合、入射光のスポット径がその距離ｄ１に応じて広がり、凹部８１の入射面（反射防止膜）８５の面積を超えることになる。この場合、入射面８５からはみ出した光は、凹部８１の内壁８４の反射膜８６に反射されて入射面８５に入射される。このため、インテグレーター８０がラーホイール７０に対して多少の位置ずれがあったとしても、光源６０からの光の有効利用効率の低下を極力防止することができる。
【００２５】
このようにインテグレーター８０の先端に凹部、空洞もしくは窪みを形成することにより、インテグレーター８０がカラーホイール７０に対して位置ずれを生じたときでも、カラーホイール７０からの光を効率よくインテグレーター８０内に入射させることができ、同時にインテグレーター８０の熱による損傷、劣化を抑制し、インテグレーター８０の性能を維持しつつ寿命の長期化を図ることができる。
【００２６】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、図３と同様の光学系を示す図であり、図３と同一部分については同一番号を付してある。本実施の形態に係るインテグレーター１１０は、従来の図５に示すような断面矩形を有するロッド状のインテグレーターの先端１１１に、金属製のキャップ１１２を取り付けたものである。インテグレーター１１０の先端の表面１１１には、反射防止膜がコーティングされる。金属製のキャップ１１２は、内部が空洞の筒状の直方体であり、好ましくは、Ａｌやステンレスにより形成される。キャップ１１２の内径は、インテグレーター１１０の外形寸法よりも若干大きめであり、インテグレーター１１０の先端１１１がキャップ１１２内に挿入される。キャップ１１２の寸法精度を良くすることで、インテグレーター１１０の先端１１１を嵌合状態で保持することができる。あるいは、インテグレーター１１０の保持をより確実にするために両者の間に緩衝材を挿入しても良い。
【００２７】
キャップ１１２の先端は、インテグレーター１１０の先端１１１より距離ｄだけ突出し、言い換えれば、キャップ１１２の内壁１１３が距離ｄだけ残る位置までインテグレーター１１０の先端１１１がキャップ１１２内に挿入される。こうすることでインテグレーター１１０は、第１の実施の態様のときの窪みあるいは凹部と均等な窪みまたは凹部を有することとなる。凹部の形状はキャップ１１２の内壁１１３によって規定される。キャップ１１２の露出された内壁１１３、すなわち距離ｄに相当する内壁１１３を鏡面状態に加工しておくことで、内壁１１３を反射鏡として利用することができる。あるいは内壁１１３に反射膜をコーテイングするものであっても良い。第２の実施の形態によるインテグレーター１１０は、第１の実施の形態によるインテグレーター８０と基本的に同一の作用効果をもたらすものである。
【００２８】
第２の実施形態によるインテグレーター１１０の場合、従来のインテグレーターにキャップを取り付けるだけで、位置ずれに強く、しかも反射防止膜の劣化、損傷を抑制したインテグレーターを構成することができ、非常に有益である。なお、キャップは金属製の部材を用いたが、これ以外の部材を用い内壁に反射膜を蒸着やその他の手段によって形成するものであっても良い。
【００２９】
上記実施の態様では、インテグレーターの先端に矩形状の凹部を形成したが、必ずしもそのような形状に限定されるものではない。例えば、凹部の形状は、カラーホイールからのスポット径に応じて円形状の窪みであってもよいし、それ以外の形状であってもう良い。また、インテグレーター１１０に取り付けるキャップ１１２の内壁１１３によって規定される窪みあるいは凹部の形状も、矩形状に限るものではない。さらにインテグレーターは、断面が矩形状のものを例にしたが、これ以外に断面が円形状あるいは楕円状のものであっても良い。
【００３０】
上記実施の態様は、ＤＬＰ方式のプロジェクタを例に説明したが、勿論、これ以外の液晶デバイスを用いたプロジェクタや、リア投射型のプロジェクタ等に広く適用することができる。
【００３１】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、インテグレーターを含む光伝送部材の先端に凹部を設け、凹部内に反射防止膜を形成するようにしたので、光伝送部材に位置ずれが生じたときでも、光伝送部材の熱による損傷、劣化を極力防止し、その性能を維持しつつ寿命の長期化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられるプロジェクタの構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に係るプロジェクタの光学系を示し、図２（ａ）はその斜視図を示し、図２（ｂ）は断面図を示す。
【図３】図２に示すインテグレーターを軸方向の中心に沿って切断したときの断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係るプロジェクタの光学系を示し、図４（ａ）はその斜視図を示し、図４（ｂ）は断面図を示す。
【図５】従来のプロジェクタの光学系を示し、図５（ａ）はその斜視図を示し、図５（ｂ）は断面図を示す。
【図６】カラーホイールの一構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
１０：前処理部、          ２０：制御部、
３０：ランプ駆動回路、    ４０：カラーホイール駆動部、
５０：ＤＭＤ、            ６０：光源ランプ、
７０：カラーホイール、    ８０：インテグレーター、
８１：凹部（窪み）、        ８２：先端の表面、
８３：底面、              ８４：内壁、
８５：反射防止膜、        ８６：反射膜
【図１】
2004219787.tif 000003
【図２】
2004219787.tif 000004
【図３】
2004219787.tif 000005
【図４】
2004219787.tif 000006
【図５】
2004219787.tif 000007
【図６】
2004219787.tif 000008