JP5146566B2 - 投写装置およびプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、画像を投写する画像投写装置およびプロジェクタに関する。

従来、カラー画像を拡大投写して表示するプロジェクタの光源は、例えば超高圧水銀ランプのように、発光スペクトルの帯域が広く、発光出力が高い放電ランプを採用し、下記の特許文献１のように、カラーフィルタを時分割で切替えることにより、放電ランプの発光スペクトルの中から所定の波長のみを抽出したり、特許文献２のように、波長選択可能な光学部品により、各色の成分を有する波長領域の光のみを抽出して、各色光の光束を発生させていた。

特開２０００−２２７７８２号公報 特開平１０−１７１０４５号公報

しかしながら、従来の方法では、光源が発する発光スペクトルの内、抽出して使用する波長領域は、色光の光束を発生させる帯域に限られるため、使用しない領域の光が無駄になり、光源を効率的に使うことができなかった。更に、光源は、使用しない領域の光も合わせて発光させるため、高輝度な色光を得るためには、高出力で発光させる必要があり、他方で、使用しない領域の光エネルギーは、各光学部品の内部で熱エネルギーに変換されるため、光源および各光学部品の周辺を常に冷却させる必要があった。

上記した課題を解決するために、本発明の投写装置は、光束を射出する光源装置と、入射した当該光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置と、当該光学像を投写する投写光学系とを備えた投写装置であって、それぞれ異なる色光を発する複数の光源と、前記複数の光源の中から、前記光束を射出する光源を所定の位置に交互に案内することにより、前記光束の色光を切替える色光切替え部と、前記案内された一方の前記光源を発光させると共に、他方の前記光源を消光させる発光制御部と、前記切替えられた色光に応じて、前記画像情報を生成する画像情報生成部とを備えることを特徴とする。
この発明によれば、複数の光源の中から光束を射出する光源を交互に切替えるため、光束を射出する光源のみを発光させると共に、光束を射出しない光源を消光させることが可能になり、光束を射出する光源に電力が集中的に供給されるため、高輝度な発光が可能で、光源を効率的に使える。更に、不要な帯域の発光が抑制されるため、不要な光による発熱を抑制できる。

本発明では、前記色光切替え部は、前記光源を往復動で所定の位置に順次案内する直線案内部を備えても良く、また、前記光源を巡回動作で所定の位置に順次案内する回動案内部を備えても良い。

本発明では、前記所定の位置は、前記光変調装置の入射側の略光軸上であることが好ましい。
本発明によれば、発光する光源を、光変調装置の入射側の光軸上に移動させることから、光源の光軸と光変調装置の光軸とを光学部品等により合致させることなく、光源からの光を光変調装置に入射できるため、光学部品を低減できる。

本発明では、前記複数の光源は、少なくとも赤の色光、緑色の色光および青色の色光を発することが好ましい。
本発明によれば、３原色によるカラー画像を投写できる。

本発明では、前記光源は、半導体発光素子であることが好ましく、前記半導体発光素子は、半導体発光ダイオードであっても良く、また、半導体レーザであっても良い。

本発明では、前記光源は、入射した光を所定の領域に導いて射出する導光体を具備することが好ましい。
本発明によれば、光源から発した光を発散させることなく、領域を限定して効率的に照射できる。

本発明では、前記色光切替え部は、前記色光に応じて規定されたタイミングに従い、前記光束を照射する色光を切替えることが好ましく、緑色の色光の光束が照射される時間は、他の色光の光束が照射されるそれぞれの時間よりも長いことが好ましい。
本発明によれば、人間の目の特性に応じた色バランスを調整できる。
そして、前述の投写装置をプロジェクタに適用することにより、低消費電力化および小型化に対応できる。

本発明の実施形態１に係るプロジェクタの概略構成を示す図。 本発明の実施形態１に係る光源を切替えるタイミングチャート。 本発明の実施形態２に係るプロジェクタの概略構成を示す図。 本発明の実施形態２に係る回転案内部および光源部の側面図および正面図。 本発明の実施形態２に係る光源を切替えるタイミングチャート。

以下、本発明の実施形態について、投写装置を具備するプロジェクタを用いて説明する。
（実施形態１）

＜全体構成＞
図１は、この発明の実施形態１としてのプロジェクタ１の概略構成を示す図である。このプロジェクタ１は、光源装置１０と、色光切替え部２０と、光変調装置３０と、画像情報生成部４０と、画像信号処理部５０と、発光制御部６０と、発光電源供給部６５と、投写光学系７０とを備える。この中で、光源装置１０は、光源部８０と均一照明光学系１５とを備え、平行な光束を射出する。また、色光切替え部２０は、直線案内部９０と、変位拡大部９２と、光源選択部２５とを備え、光源装置１０から射出する光束の色光を切替える。

光源部８０は、３原色の光源、即ち、赤の色光を発する光源（Ｒ）８２と、緑の色光を発する光源（Ｇ）８４と、青の色光を発する光源（Ｂ）８６とを有する。これらの光源８２〜８６は、半導体発光素子、具体的には、各色を発光する半導体発光ダイオード１１０（図４）で構成されている。また、それぞれの光源８２〜８６には、反射鏡１１５（図４）が具備されることにより、光源８２〜８６から発した光は一方の側に放射される。更に、この光源部８０は、変位拡大部９２を介して、直線案内部９０と連接されている。尚、半導体発光素子は、単色の半導体発光ダイオード１１０に限定されず、３原色を集積して形成した半導体発光ダイオード（３ｉｎ １ｃｈｉｐ ＬＥＤ）も採用できる。更に、半導体発光ダイオードに限定されず、例えば、半導体レーザも採用でき、これらが混在していても良い。

均一照明光学系１５は、図示は略すが、例えば、フライアイレンズにより、入射した光を、強度分布が略均一で略平行な光束に変換して射出する。また、この均一照明光学系１５と光変調装置３０の光軸は、略一致するように配置され、この光軸上に移動した光源（Ｇ）８４の光束は、均一照明光学系１５から平行に射出された後、光変調装置３０に入射する。

光源選択部２５は、光源装置１０の光源８２〜８６の内、色光を発する光源を所定のタイミング毎に選択すると共に、選択した光源に応じた電気信号を生成して、直線案内部９０、発光制御部６０および画像情報生成部４０に送る。光源を選択するタイミングと電気信号については後述する。

直線案内部９０は、例えば、ピエゾ素子（ＰＺＴ）によるアクチュエータで構成され、光源選択部２５からの電気信号に応じて直線方向に移動する。尚、このピエゾ素子を２層に積層して、２層の中から駆動するピエゾ素子を選択することにより、３箇所の停止位置を設定できる。また、この直線案内部９０には、変位拡大部９２と、この変位拡大部９２を介して前記した光源部８０が付加されている。この変位拡大部９２は、直線案内部９０の移動量、即ち変位を、「てこ」の原理により機械的に拡大する機能を有する（かかる変位拡大部についての詳細は、例えば、特開２００５−８６８８１号広報を参照）。このような構成により、直線案内部９０は、光源選択部２５の指示に応じて、前記した光源８２〜８６の何れか一方を、均一照明光学系１５の光軸上に移動できる。

発光制御部６０は、光源選択部２５からの電気信号に応じて、光源８２〜８６の内、色光を発する光源を発光させると共に、その他の光源を消光させる。具体的には、発光電源供給部６５からの電源を、発光させる光源のみに限定して供給する。

画像信号処理部５０は、画像入力端子５５から入力した画像信号を、ＡＤ変換処理により、赤、緑および青の画像信号に分離可能なデジタル画像信号に変換する。変換したデジタル画像信号は、画像情報生成部４０に送る。

画像情報生成部４０は、画像信号処理部５０から送られたデジタル画像信号の中から、光源選択部２５が選択した光源の色に応じた画像信号を抽出して、２値の信号で構成される画像情報を生成し、光変調装置３０に送る。

光変調装置３０は、具体的な図示は省略するが、内部に透過型の液晶パネル（ライトバルブ）を有し、均一照明光学系１５から入射した光束を、画像情報生成部４０が生成した画像情報に応じて変調して光学像を形成する。ここで、入射する光束は、選択された光源の色光であることに加え、画像情報は、選択された光源の色に応じた画像信号であるため、形成された光学像は、入力した画像信号が示す画像を、選択された光源の色で色分離した画像になる。

投写光学系７０は、光変調装置３０で形成された光学像を拡大投写して、スクリーン７５上に大画面画像を形成する。即ち、このスクリーン７５上には、光源選択部２５が選択した光源の色による単色の画像が常に表示される。

このプロジェクタ１は、ハードウェア資源として図示を略したＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ等の電子デバイスを備える。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された基本制御プログラムなどの各種プログラム及びデータを読み込み、これらの各種プログラム及びデータをＲＡＭ内に設けられるメインメモリ領域に展開して実行し、プロジェクタ１が備える各部の制御を実行している。また、前記した光源選択部２５、発光制御部６０、画像信号処理部５０および画像情報生成部４０は、これらのハードウェア資源と、ＲＡＭやＲＯＭ等に記憶された種々のソフトウェアとが有機的に協働することにより、それぞれの機能を実現している。

＜色光切替え部の作用＞
次に、色光切替え部２０による光源の切替え動作について、図２を参照して説明する。この図２は、光源を切替えるタイミングを説明するタイミングチャートである。このタイミングチャートは、横軸を時間軸として、上から、クロック出力（ＣＬＫ）、光源８２〜８６の各発光タイミング、ピエゾ素子の駆動タイミングおよび光源部８０から射出される光束の色と強度を示す。本実施形態１において、光源の切替え動作は、ＣＰＵが内蔵するクロックのクロック出力を基準に動作する。

ここで、例えば、光源部８０の光源８２〜８６が前記した図１に示すように、下から光源（Ｂ）８６、光源（Ｇ）８４、光源（Ｒ）８２の順に積層され、光源（Ｇ）８４が光源選択部２５で選択されている状態の場合、所定のクロック出力をトリガーとして、光源選択部２５は、光源部８０を下方向に移動させるべく、所定の信号を直線案内部９０に対して送る。この信号を受け、直線案内部９０は、一方の方向に移動させるパルス（ＰＺＴ駆動パルス）をピエゾアクチュエータに送り、光源部８０は下方に移動する。この結果、光源（Ｒ）８２が均一照明光学系１５の光軸上に配置される。加えて、光源選択部２５は、光源（Ｒ）８２を点灯させるべく、所定の信号を発光制御部６０に対して送る。この信号を受け、発光制御部６０は、発光電源供給部６５からの電源を、光源（Ｒ）８２のみに対して送る。この結果、光源装置１０は、赤色の光束を射出する。従って、前記した画像情報生成部４０および光変調装置３０の機能により、赤色の画像がスクリーン７５に投写され、この状態は、所定の時間（Ｔ１）に渡り継続される。

続いて、所定の時間（Ｔ１）の経過を示すクロック出力を受け、直線案内部９０は、他方の方向に移動させるパルスを生成してピエゾアクチュエータに送り、光源部８０は上方に移動して、光源（Ｇ）８４が均一照明光学系１５の光軸上に配置される。また、発光制御部６０は、光源（Ｒ）８２に対する電源供給を休止すると共に、発光電源供給部６５からの電源を、光源（Ｇ）８４のみに対して送る。また、光源装置１０から射出される色光の光束が完全に切替わるまでの間は、光束の射出強度は低下する。この僅かな時間を利用して、画像情報生成部４０は、光変調装置３０の液晶パネルの表示を書換える。この結果、緑色の画像がスクリーン７５に投写され、この状態は、所定の時間（Ｔ２）に渡り継続される。

同様にして、青色の画像がスクリーン７５に所定の時間（Ｔ３）に渡り投写され、再度、緑色の画像がスクリーン７５に所定の時間（Ｔ４）に渡り投写されて１サイクル（Ｔ０）が終了する。

このようにして、スクリーン７５上の画像を、２０μ秒以内に赤、緑、青、緑、赤、緑・・・・と連続して順次切替えることにより、このスクリーン７５の観賞者は、これら時分割で投写される単色画像が合成され、カラー画像として認識できることが知られている。

また、１サイクル（Ｔ０）における、それぞれの所定の時間は、次のような関係にある。
（Ｔ２＋Ｔ４）＞Ｔ１＝Ｔ３

即ち、赤色の光束が射出される時間（Ｔ１）と、青色の光束が射出される時間（Ｔ３）とは等しく、かつ、これらは、緑色の光束が射出される時間（Ｔ２＋Ｔ４）よりも短い。この結果、人間の目に見え難い緑色の単色画像は、他の単色画像よりも長い時間表示されるため、このプロジェクタ１は、赤色、緑色および青色の３原色が調和された明るいカラー画像を表示できる。また、このプロジェクタ１は、光源に半導体発光ダイオード１１０を使用して、必要な色を必要な時間だけ発光させるため、冷却部が不要で小型化した投写装置、例えば、手で保持して投射できる携帯型プロジェクタに好適である。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について、図３を参照して説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同一な部分については、同一符号を付してその説明を省略するまたは簡略する。この図３は、本実施形態２におけるプロジェクタ１の概略構成を示す図である。前記した実施形態１では、光源部８０を直線案内部９０により一軸の直線方向に移動させることにより、光源選択部２５で選択された光源を、均一照明光学系１５の光軸上に案内した。

これに対して、本実施形態２では、光源部８０を回動して案内する回動案内部の一形態である回転案内部９５を採用して、光源部８０を一方向に回転させることにより、光源選択部２５で選択された光源を、均一照明光学系１５の光軸上に案内する。

図４は、回転案内部９５および光源部８０の側面図および正面図である。回転案内部９５は、パルスモータ１００で構成される。また、光源部８０は、回転筐体８８と、導光体１２０と、各色の半導体発光ダイオード１１０と、前記各半導体発光ダイオード１１０に対応した反射鏡１１５とで構成される。

回転筐体８８は、回転軸方向の一方の側がパルスモータ１００の回転シャフト１０５の端部と接続されると共に、回転軸方向の他方の側には、光源である半導体発光ダイオード１１０と、反射鏡１１５とが、回転した際の均一照明光学系１５の光軸の軌跡１４０上に等間隔で配置されている。また、それぞれの光源の間は、光源の射出領域を限定させるべく仕切板（１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ）で区切られ、回転筐体８８において光が放射される側の面には、透明板１２５が接着されている。尚、この透明板１２５の光源側には、円錐状の入射口に入射した光を所定の領域のみに限定して均一な強度で射出する導光体１２０が、それぞれの光源に対向して接着されている。

この導光体１２０により、半導体発光ダイオード１１０において発光され、反射鏡１１５により導光体１２０に向かって放射された光は、導光体１２０に入射されると共に、前記した光軸の軌跡１４０に沿って接着された導光体１２０の射出部から、強度分布が均一な光の帯として射出される。尚、各色の射出領域は均等ではなく、緑色の光源の射出領域が、他の光源の射出領域よりも広くなるように配置されている。具体的には、赤色と青色の射出領域を示す角度は、それぞれ１００度であるのに対して、緑色の射出領域を示す角度は、１６０度である。回転案内部９５により回転する半導体発光ダイオード１１０に対する電源の供給方法は、例えば、電磁誘導による無線給電方法を採用できる。

図５は、本実施形態２において、光源を切替えるタイミングを説明するタイミングチャートである。このタイミングチャートは、横軸をパルスモータ１００の回転角度として、上から、光源８２〜８６の各発光タイミングおよび光源部８０から射出される光束の色と強度を示す。本実施形態２において、光源の切替え動作は、パルスモータ１００の回転角度を基準に動作する。

ここで、例えば、図３に示すように、光源（Ｂ）８６が光源選択部２５で選択されている状態の場合、所定のタイミングをトリガーとして、光源選択部２５は、光源部８０の回転筐体８８を時計方向（θ方向）に移動させるべく所定の信号を回転案内部９５に対して送る。この信号を受け、回転案内部９５は、時計の方向に移動させるパルスを生成して、パルスモータ１００に送り、光源部８０は時計方向に所定の回転速度で回転する。この結果、均一照明光学系１５の光軸が仕切板１３０Ａ上に来た状態を原点（０度）即ち、開始点として、以降は、発光制御部６０により光源（Ｒ）８２のみに対して電源が供給されるため、光源（Ｒ）８２からの赤色の光が均一照明光学系１５に入射する。この結果、光源装置１０は、赤色の光束を射出する。従って、画像情報生成部４０および光変調装置３０の機能により、赤色の画像がスクリーン７５に投写され、この状態は、所定の時間（Ｔｒ）に渡り継続される。

次に、所定の時間（Ｔｒ）が経過する直前に、発光制御部６０は、次の光源である光源（Ｇ）８４に対して電源を供給する。所定の時間（Ｔｒ）を越えた直後に、光源部８０の回転角度は１００度を越え、以降は、光源（Ｇ）８４からの緑色の光が均一照明光学系１５に所定の時間（Ｔｇ）に渡り入射する。なお、光源（Ｒ）８２に対する電源の供給は、光源部８０の回転角度が１００度を越えた直後に休止される。このようにして、スクリーン７５上の画像を、２０μ秒以内に赤、緑、青、赤、緑、青・・・・と連続して順次切替えることにより、実施形態１と同様に、スクリーン７５の観賞者に対してカラー画像として認識させることができる。

以上、本発明を図示した実施形態に基づいて説明したが、本発明は、本実施形態１および２に限定されるものではなく、以下に述べるような変形例も想定できる。
（１）光変調装置３０は、透過型のライトバルブに限定されず、反射型液晶素子であるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いた方法であっても良く、また、マイクロミラーを用いたＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）による変調方法であっても良い。
（２）光源部８０は、赤、青および緑の光源に限らず、例えば白色のように、他の色光を発する光源を更に有しても良い。

１…プロジェクタ、１０…光源装置、１５…均一照明光学系、２０…色光切替え部、２５…光源選択部、３０…光変調装置、４０…画像情報生成部、５０…画像信号処理部、５５…画像入力端子、６０…発光制御部、６５…発光電源供給部、７０…投写光学系、７５…スクリーン、８０…光源部、８２〜８６…光源、８８…回転筐体、９０…直線案内部、９２…変位拡大部、９５…回転案内部、１００…パルスモータ、１０５…回転シャフト、１１０…半導体発光ダイオード、１１５…反射鏡、１２０…導光体、１２５…透明板、１３０…仕切板、１４０…光軸の軌跡。

Claims (11)

1. 光束を射出する光源装置と、前記光束の色光を切替える色光切替え部と、入射した当該光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置と、当該光学像を投写する投写光学系とを備え、
   前記光源装置は、
   それぞれ異なる色光を発する複数の光源と、
   前記複数の光源にそれぞれ対応して設けられ、前記光源から射出された光を導いて射出領域から射出する複数の導光体と、を有する光源部を備え、
   前記色光切替え部は、
   前記光源部を巡回動作させ、前記複数の光源に対応した前記射出領域を前記光源装置から光束を射出させるための所定の位置に順次案内する回動案内部を備え、
   前記案内された射出領域に対応する前記光源を発光させると共に、他の前記光源を消光させる発光制御部と、
   前記切替えられた色光に応じて、前記画像情報を生成する画像情報生成部と、をさらに備え、
   前記複数の光源は、前記色光切替え部による巡回動作が行なわれた際の前記所定の位置の軌跡上に等間隔で配置され、
   前記複数の導光体の射出領域は、前記色光切替え部による巡回動作が行なわれた際の前記所定の位置の軌跡上に、所定の色の光源に対応した射出領域が他の色の光源に対応した射出領域よりも広くなるように配置されていることを特徴とする投写装置。
2. 請求項１に記載の投写装置において、
   前記導光体は入射した光を前記射出領域から均一な強度で射出するように構成されていることを特徴とする投写装置。
3. 請求項１または２に記載の投写装置において、
   前記光源装置は均一照明光学系を備え、前記均一照明光学系には前記導光体から射出された光が入射し、前記均一照明光学系から射出した光が前記光源装置から射出することを特徴とする投写装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投写装置において、
   前記所定の位置は、前記光変調装置の入射側の略光軸上であることを特徴とする投写装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投写装置において、
   前記複数の光源は、少なくとも赤の色光、緑色の色光および青色の色光を発することを特徴とする投写装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投写装置において、
   前記光源は、半導体発光素子であることを特徴とする投写装置。
7. 請求項６に記載の投写装置において、
   前記半導体発光素子は、半導体発光ダイオードであることを特徴とする投写装置。
8. 請求項６に記載の投写装置において、
   前記半導体発光素子は、半導体レーザであることを特徴とする投写装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の投写装置において、
   前記色光切替え部は、前記色光に応じて規定されたタイミングに従い、前記光束を照射する色光を切替えることを特徴とする投写装置。
10. 請求項９に記載の投写装置において、
    緑色の色光の光束が照射される時間は、他の色光の光束が照射されるそれぞれの時間よりも長いことを特徴とする投写装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の投写装置を具備するプロジェクタ。

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