JP2011248174A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】光束による劣化を抑制した光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置３１は、光源と、光源を収納する光源用筐体６と、光源用筐体６に配置され、光源から射出された光束が透過する平行化レンズ３１３と、ガラス製である平行化レンズ３１３に形成されたアルミニウム等が蒸着等の反射膜８と、光源用筐体６に形成されたアルミニウム等の金属製の板材の遮光膜７を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光束を射出する光源装置、およびこの光源装置を備えたプロジェクターに関する。

従来、光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調して拡大投写するプロジェクターが知られている。近年、投写される画像のさらなる高輝度化が進み、光源装置として超高圧水銀ランプ等の高輝度の光源が用いられている。そして、光源を収納する光源用筐体には、光源からの高輝度の光束が照射されるため、光源用筐体の光劣化や熱劣化を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の光源装置は、光源と、光源から射出された光束を反射するリフレクターと、リフレクターから射出された光束の方向を揃える平行化レンズと、平行化レンズを保持する保持部材とを備えている。保持部材は、合成樹脂製の光源用筐体（保持部材本体）とその内側に配設された吸収部材とを有し、二重構造となっている。吸収部材は、アルミニウム等の金属板で形成され、光源用筐体の内側に対して光源からの光束を遮光するように構成されている。

特開２００６−１０６６５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、吸収部材によって光源用筐体の内側に光が照射されることが抑制されるとはいうものの、平行化レンズを保持している光源用筐体の部位には、平行化レンズからの光束が照射されることとなる。すなわち、光源から射出された光束のうち、光学的に制御できずに平行化レンズから迷光となる光束が光源用筐体に射出されることとなる。光源用筐体は、この迷光が照射されると、光劣化や熱劣化によって、材料の一部がガス状に浮遊したり、変形したりする恐れがある。光源用筐体が劣化すると、光源装置は、ガス状に浮遊した材料の一部が平行化レンズやリフレクターに付着することに伴う輝度低下や、平行化レンズの位置ずれによって光学特性の劣化が生じるという課題がある。また、迷光が光源用筐体に照射されるのを抑制するために、平行化レンズと光源用筐体との間にも吸収部材を配設する場合には、平行化レンズを精度良く光源用筐体に配置することが難しかったり、光源装置が大型化したりするという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る光源装置は、光源と、前記光源を収納する光源用筐体と、前記光源用筐体に配置され、前記光源から射出された光束が透過する光透過部材と、前記光源用筐体と前記光透過部材との間に介在する遮光膜と、を備えていることを特徴とする。

光透過部材としては、光源から射出された光束を光学的に処理する光学部品や、光源を保護したり、光源が破損した際に破損物の外部への飛散を防止したりするためのカバー部材等がある。この構成によれば、光源用筐体と光透過部材との間には、遮光膜が介在しているので、光源から射出された光束のうち、光学的に制御できずに迷光となって光透過部材から光源用筐体に向かう光束を遮光することが可能となる。
よって、光源用筐体は、光透過部材からの迷光の吸収に伴うガス発生や、熱変形等の劣化が抑制され、光源装置は、ガス状に浮遊した材料が光透過部材に付着することや、光源用筐体の変形による光透過部材の位置ずれ等が抑制される。また、遮光膜の厚みを薄く形成することで、光源用筐体に対する光透過部材の高い精度での配置が可能となる。
したがって、光源装置は、光源用筐体の劣化に伴う輝度低下や輝度ムラ等の劣化が抑制され、安定した光学特性を有する光束を長期に亘って射出することが可能となる。つまり、光源装置の長寿命化が図れる。

［適用例２］上記適用例に係る光源装置において、前記遮光膜は、前記光透過部材に形成された反射膜を有することが好ましい。

この構成によれば、光透過部材には、光源用筐体との間に遮光膜としての反射膜が設けられている。反射膜としては、例えば、蒸着やスパッタリング等の加工によって形成される金属膜等の薄膜がある。これによって、光透過部材からの迷光を反射膜が確実に反射し、光源用筐体に照射されることを抑制することが可能となる。よって、光源装置は、光源用筐体が光透過部材からの迷光による劣化が抑制され、安定した光学特性を有する光束を長期に亘って射出することが可能となる。

［適用例３］上記適用例に係る光源装置において、前記遮光膜は、前記光源用筐体に形成された光吸収膜を有することが好ましい。

この構成によれば、光源用筐体には、光透過部材との間に遮光膜としての光吸収膜が設けられている。光吸収膜としては、光束を吸収する材料を塗装や塗布加工等よって形成される塗膜等がある。これによって、光透過部材と光源用筐体との間に、光吸収膜を容易に介在させて迷光を吸収し、光源用筐体に照射されることを抑制することが可能となる。よって、光源装置は、光源用筐体が光透過部材からの迷光による劣化が抑制され、安定した光学特性を有する光束を長期に亘って射出することが可能となる。

［適用例４］本適用例に係るプロジェクターは、上記記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光束を変調する光変調装置と、前記光変調装置で変調された光束を投写する投写レンズと、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、プロジェクターは、前述した光源装置を備えているので、光源装置からの安定した光学特性を有する光束を変調し、長期に亘って画質や明るさが良好な画像を表示させることが可能となる。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図。 第１実施形態の光源装置の斜視図。 第１実施形態の光源装置の分解斜視図。 第１実施形態の平行化レンズ近傍の光源装置を模式的に示す部分断面図。 第２実施形態の平行化レンズ近傍の光源装置を模式的に示す部分断面図。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照して説明する。
本実施形態のプロジェクターは、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調してスクリーン等に拡大投写する。
図１は、本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、外装を構成する外装筐体２、制御部（図示省略）、光源装置３１を有する光学ユニット３、および光源装置３１や制御部に電力を供給する電源装置４等を備えている。なお、具体的な図示は省略したが、外装筐体２内には、プロジェクター１内部を冷却する冷却ファン等が配置されている。

制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、コンピューターとして機能するものであり、プロジェクター１の動作の制御、例えば、画像の投写に関わる制御等を行う。

光学ユニット３は、制御部による制御の下、光源装置３１から射出された光束を光学的に処理して投写する。
光学ユニット３は、図１に示すように、光源装置３１に加え、インテグレーター照明光学系３２、色分離光学系３３、リレー光学系３４、電気光学装置３５、投写レンズ３６、およびこれらの光学部品３１〜３６を光路上の所定位置に配置する光学部品用筐体５を備える。

光源装置３１は、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等からなる放電型の光源３１１、リフレクター３１２および光透過部材としての平行化レンズ３１３等を備え、光学部品用筐体５に着脱可能に構成されている。光源装置３１は、光源３１１から射出された光束をリフレクター３１２にて反射した後、平行化レンズ３１３よって射出方向を揃え、インテグレーター照明光学系３２に向けて射出する。光源装置３１については、後で詳細に説明する。

インテグレーター照明光学系３２は、第１レンズアレイ３２１、第２レンズアレイ３２２、偏光変換素子３２３、および重畳レンズ３２４を備える。
第１レンズアレイ３２１は、光源装置３１から射出された光束を複数の部分光束に分割する光学素子であり、光源装置３１から射出された光束の光軸Ｌに対して略直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えている。

第２レンズアレイ３２２は、第１レンズアレイ３２１と略同様の構成を有しており、重畳レンズ３２４とともに、第１レンズアレイ３２１から射出された部分光束を後述する液晶ライトバルブ３５１の表面に重畳させる。
偏光変換素子３２３は、第２レンズアレイ３２２から射出されたランダム偏光光を液晶ライトバルブ３５１で利用可能な略１種類の偏光光に揃える機能を有する。

色分離光学系３３は、２枚のダイクロイックミラー３３１，３３２、および反射ミラー３３３を備え、インテグレーター照明光学系３２から射出された光束を赤色光（以下「Ｒ光」という）、緑色光（以下「Ｇ光」という）、青色光（以下「Ｂ光」という）の３色の色光に分離する機能を有する。

リレー光学系３４は、入射側レンズ３４１、リレーレンズ３４３、および反射ミラー３４２，３４４を備え、色分離光学系３３で分離されたＲ光をＲ光用の液晶ライトバルブ３５１Ｒまで導く機能を有する。なお、光学ユニット３は、リレー光学系３４がＲ光を導く構成としているが、これに限らず、例えば、Ｂ光を導く構成としてもよい。

電気光学装置３５は、光変調装置としての液晶ライトバルブ３５１および色合成光学装置としてクロスダイクロイックプリズム３５２を備え、色分離光学系３３で分離された各色光を画像情報に応じて変調する。

液晶ライトバルブ３５１は、３色の色光毎に備えられており（Ｒ光用の液晶ライトバルブを３５１Ｒ、Ｇ光用の液晶ライトバルブを３５１Ｇ、Ｂ光用の液晶ライトバルブを３５１Ｂとする）、それぞれ透過型の液晶パネル、およびその両面に配置された入射側偏光板、射出側偏光板を有している。

液晶ライトバルブ３５１は、図示しない微小画素がマトリクス状に形成された矩形状の画素領域を有し、各画素が表示画像信号に応じた光透過率に設定され、画素領域内に表示画像を形成する。そして、色分離光学系３３で分離された各色光は、液晶ライトバルブ３５１にて変調された後、クロスダイクロイックプリズム３５２に射出される。

クロスダイクロイックプリズム３５２は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、２つの誘電体多層膜が形成されている。クロスダイクロイックプリズム３５２は、誘電体多層膜が液晶ライトバルブ３５１Ｒ，３５１Ｂにて変調された色光を反射し、液晶ライトバルブ３５１Ｇにて変調された色光を透過して、各色光を合成する。

投写レンズ３６は、複数のレンズを組み合わせた組レンズとして構成され、液晶ライトバルブ３５１にて変調され、クロスダイクロイックプリズム３５２にて合成された光をスクリーン上に拡大投写する。

電源装置４は、詳しい図示は省略するが、電源ブロックおよび光源装置３１を駆動する光源駆動ブロックを備え、制御部および光源３１１等の電子部品に電力を供給する。光源駆動ブロックは、光源装置３１に接続される出力コネクターを備え、この出力コネクターは、ケーブルを介して光学部品用筐体５に配置されている。

ここで、光源装置３１について、詳細に説明する。
図２〜図４は、光源装置３１を示す図である。具体的に、図２は、光源装置３１の斜視図、図３は、光源装置３１の分解斜視図、図４は、平行化レンズ３１３近傍の光源装置３１を模式的に示す部分断面図である。なお、図４は、後述するレンズ取付板３１４を省略した図であり、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際のものとは適宜異ならせてある。また、以下では、説明の便宜上、光源装置３１から光束が射出される方向を＋Ｘ方向、投写レンズ３６から画像光が投写される方向を＋Ｙ方向、Ｘ方向およびＹ方向に直交し、図２の図面視における上を＋Ｚ方向（上方向）として記載する。つまり、±Ｘ方向は、光軸Ｌ方向となる。

光源装置３１は、光源３１１、リフレクター３１２、平行化レンズ３１３に加え、図３に示すように、レンズ取付板３１４、入力コネクター３１５、光源用筐体６および遮光部材７（図４参照）を備えている。

平行化レンズ３１３は、図３、図４に示すように、光源用筐体６の光束射出側に配置され、光源３１１（図１参照）から射出された光束が透過する。
平行化レンズ３１３は、ガラス製であり、外形寸法が異なる小径部３１３１と大径部３１３２とを有して形成され、外形寸法が大径部３１３２より小さい小径部３１３１が光束入射側（−Ｘ側）に位置するように配置される。また、平行化レンズ３１３は、小径部３１３１の光束入射側の端面が凹状に形成された凹面３１３Ａ（図４参照）、および大径部３１３２の＋Ｙ側、−Ｙ側の端部が平坦に形成された平坦部３１３３（図３参照）を有している。

また、図４に示すように、小径部３１３１の外周面、大径部３１３２の外周面、および小径部３１３１と大径部３１３２とで段差となる段差面３１３Ｂには、遮光膜としての反射膜８が形成されている。反射膜８は、アルミニウムやクロム等が蒸着等によって形成された光束を反射する薄膜であり、その厚さは、反射膜８を含まない平行化レンズ３１３の寸法公差内に充分収まる寸法となるように形成されている。また、反射膜８は、蒸着に限らずスパッタリング加工等によって形成してもよく、複数の薄膜が積層された誘電体多層膜等であってもよい。

レンズ取付板３１４は、平行化レンズ３１３を光源用筐体６とで狭装する部材であり、ステンレス等のバネ性を有する板材で形成されている。レンズ取付板３１４は、図３に示すように、上下の端部がそれぞれ−Ｘ側に屈曲されており、この屈曲されている部位には、矩形状の角孔３１４１が形成されている。また、レンズ取付板３１４の中央部には、リフレクター３１２にて反射された光束が通過し、平行化レンズ３１３の大径部３１３２の外形寸法より小さな内径寸法の丸孔３１４２が形成されている。

入力コネクター３１５は、電源装置４と電気的に接続される接続部であり、図３に示すように、光源用筐体６の−Ｘ側に配置される。入力コネクター３１５は、ケーブルＣＡを介して光源３１１の図示しない電極に接続されている。入力コネクター３１５は、光源装置３１が光学部品用筐体５に挿着される際に、電源装置４の出力コネクターに接続される。

光源用筐体６は、光源３１１およびリフレクター３１２を内部に収納し、前述したように、平行化レンズ３１３および入力コネクター３１５が配置される。
光源用筐体６は、ガラスフィラーが含まれるポリフェニレンサルファイドや液晶ポリマー等の合成樹脂製であり、略直方体の箱状に形成されている。光源用筐体６の＋Ｘ側の壁面には、図３に示すように、平行化レンズ３１３の小径部３１３１が挿入される開口部６１が形成され、開口部６１の外側には、＋Ｘ方向に突出し、内径寸法が大径部３１３２の外形寸法より大きな筒状部６２が設けられている。そして、筒状部６２の内面には、平行化レンズ３１３を位置決めするための複数のリブ６３が設けられている。

また、光源用筐体６の筒状部６２の上下方向には、それぞれＸ−Ｙ平面に略沿う平坦面が形成されており、この平坦面には、レンズ取付板３１４の角孔３１４１が係止される係止部６４が設けられている。
平行化レンズ３１３は、小径部３１３１が開口部６１に挿入された後、レンズ取付板３１４が係止部６４に係止されて光源用筐体６に保持される。平行化レンズ３１３は、レンズ取付板３１４が係止部６４に係止される際に、レンズ取付板３１４によって押圧され、大径部３１３２がリブ６３に当接して、図４に示すように、光源用筐体６に位置決めされる。そして、反射膜８は、光源用筐体６と平行化レンズ３１３との間に介在することとなる。

遮光部材７は、アルミニウム等の金属製の板材で形成され、光源用筐体６の内側に配置されている。具体的に、遮光部材７は、詳細な図は省略するが、開口部６１の縁部から光源用筐体６の内面６Ａに沿い（図４参照）、リフレクター３１２の＋Ｘ側縁部の外側まで形成されている。なお、遮光部材７は、表面に黒色のアルマイト処理を施したり、腐食加工、エッチングなどによって表面を荒らしたりするように形成してもよい。

そして、光源３１１から射出された光束は、平行化レンズ３１３にて方向が揃えられて射出される一方、光源用筐体６に向かう光束は、遮光部材７および反射膜８によって遮光される。具体的に、図４に示すように、光源３１１から射出された光束のうち、光源用筐体６の内面６Ａに向かう光束Ｌ１は、遮光部材７に遮光される。そして、平行化レンズ３１３に入射する光束Ｌ２は、方向が揃えられて射出される一方、一部が光学的に制御できずに迷光となって光源用筐体６に向かうが、この迷光となる光束Ｌ３は、反射膜８によって反射される。

以上説明したように、本実施形態のプロジェクター１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）光源装置３１には、遮光部材７に加え、光源用筐体６と平行化レンズ３１３との間に反射膜８が設けられている。これによって、内面６Ａに向かう光束Ｌ１はもとより、平行化レンズ３１３から光源用筐体６に向かう光束Ｌ３を遮光することが可能となる。よって、光源用筐体６は、光束の吸収に伴うガス発生や、熱変形等の劣化が抑制され、光源装置３１は、ガス状に浮遊した材料が平行化レンズ３１３やリフレクター３１２に付着することや、光源用筐体６の変形による平行化レンズ３１３の位置ずれ等が抑制される。また、反射膜８の厚さは、反射膜８を含まない平行化レンズ３１３の寸法公差内に充分収まる寸法で形成されているので、反射膜８が介在しても、平行化レンズ３１３は、光源用筐体６に対して高精度の配置が可能となる。
したがって、光源装置３１は、光源用筐体６の劣化に伴う輝度低下や輝度ムラ等の劣化が抑制され、安定した光学特性を有する光束を長期に亘って射出することが可能となる。

（２）反射膜８は、アルミニウム等が蒸着等によって形成されているので、段差面３１３Ｂ等を有する形状であっても、小径部３１３１の外周面、大径部３１３２の外周面、および段差面３１３Ｂにムラ無く形成されることが可能となる。よって、光束Ｌ３の確実な遮光が可能になると共に、平行化レンズ３１３および光源用筐体６の設計自由度の向上や、平行化レンズ３１３および光源用筐体６の小型化、ひいては光源装置３１の小型化が図れる。

（３）平行化レンズ３１３と光源用筐体６との間に他の部品を配置することなく、平行化レンズ３１３からの光束Ｌ３を遮光できるので、部品点数の増加や、光源装置３１の大型化を抑制することが可能となる。

（４）光源用筐体６は、劣化が抑制されるので、使用される材料の選択肢が広がり、軽量化や低コスト化、成形の容易化を講じることが可能となる。

（５）プロジェクター１は、前述した光源装置３１を備えているので、光源装置３１からの安定した光学特性を有する光束を変調し、長期に亘って画質や明るさが良好な画像を表示させることが可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るプロジェクター１について、図面を参照して説明する。以下の説明では、第１実施形態のプロジェクター１と同様の構造および同様の部材には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
本実施形態のプロジェクター１は、第１実施形態の光源装置３１と構成の異なる光源装置１３１を備えている。

図５は、平行化レンズ１３１３近傍の光源装置１３１を模式的に示す部分断面図である。なお、図５は、図４と同様に、レンズ取付板３１４を省略した図であり、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際のものとは適宜異ならせてある。
光源装置１３１は、図５に示すように、第１実施形態の光源装置３１に対し、遮光部材７が削除されており、反射膜８が形成されていない平行化レンズ１３１３、および遮光膜としての光吸収膜９が形成された光源用筐体１６を備えている。

光吸収膜９は、光束を吸収する機能を有し、本実施形態では、銅、鉄及びマンガンの複合酸化物を含む絶縁性の黒色塗料（サンコート株式会社製の無機コート）が用いられている。また、この塗料は、紫外線に対しても効率よく遮光する機能を有している。

光吸収膜９は、図５に示すように、光源用筐体１６の内面１６Ａに加え、平行化レンズ１３１３に対向する面、具体的に、開口部６１の内周面、筒状部６２の内面、およびリブ６３の内面に形成されている。つまり、光吸収膜９は、光源用筐体１６と光透過部材としての平行化レンズ１３１３との間に介在されることとなる。また、光吸収膜９は、厚さが光吸収膜９を含まない光源用筐体１６の寸法公差内に充分収まる寸法となるように形成されている。

そして、光源３１１から射出された光束は、平行化レンズ１３１３にて方向が揃えられて射出される一方、光源用筐体１６に向かう光束は、光吸収膜９によって遮光される。具体的に、図５に示すように、光源３１１から射出された光束のうち、光源用筐体１６の内面１６Ａに向かう光束Ｌ１、および平行化レンズ１３１３から光源用筐体１６に向かう光束Ｌ３は、光吸収膜９によって吸収される。

以上説明したように、本実施形態のプロジェクター１によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
光源用筐体１６には、内面１６Ａに加え、平行化レンズ１３１３との間に光吸収膜９が設けられている。これによって、部品点数を増やすことなく簡素な構成で、光束が光源用筐体１６に照射されることを抑制することが可能となる。よって、光源用筐体１６の劣化を抑制しつつ、光源装置１３１の小型化、製造工程の簡略化や低コスト化がさらに図れる。

（変形例）
なお、前記実施形態は、以下のように変更してもよい。
前記実施形態の光源装置３１，１３１は、光透過部材として平行化レンズ３１３，１３１３を備えているが、平行化レンズ３１３，１３１３に限らず、他の光学部品や、光源３１１を保護したり、光源３１１が破損した際に破損物の外部への飛散を防止したりするためのカバー部材等を備えた光源装置にも適用できる。そして、この光透過部材と光源用筐体との間に遮光膜を介在するように構成してもよい。

前記実施形態の光源装置３１，１３１に反射膜８および光吸収膜９の双方を設けてもよい。例えば、第１実施形態の光源装置３１において、遮光部材７を削除し、光源用筐体６の内面６Ａ、あるいは内面６Ａおよび平行化レンズ３１３に対向する面に光吸収膜９を形成してもよい。また、第２実施形態の光源装置１３１において、平行化レンズ１３１３の小径部３１３１の外周面、大径部３１３２の外周面、および段差面３１３Ｂに反射膜８を設けてもよい。

前記実施形態のプロジェクター１は、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブ３５１を用いているが、反射型液晶ライトバルブを利用したものであってもよい。

前記実施形態の光源装置３１は、放電型の光源３１１を採用しているが、レーザーダイオード、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子、シリコン発光素子などの各種固体発光素子を用いた光源装置にも適用できる。

１…プロジェクター、３…光学ユニット、６，１６…光源用筐体、７…遮光部材、８…反射膜、９…光吸収膜、３１，１３１…光源装置、６１…開口部、６２…筒状部、６３…リブ、３１１…光源、３１２…リフレクター、３１３，１３１３…平行化レンズ、３５１，３５１Ｂ，３５１Ｇ，３５１Ｒ…液晶ライトバルブ。

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源を収納する光源用筐体と、
   前記光源用筐体に配置され、前記光源から射出された光束が透過する光透過部材と、
   前記光源用筐体と前記光透過部材との間に介在する遮光膜と、
   を備えていることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置であって、
   前記遮光膜は、前記光透過部材に形成された反射膜を有することを特徴とする光源装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の光源装置であって、
   前記遮光膜は、前記光源用筐体に形成された光吸収膜を有することを特徴とする光源装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置から射出された光束を変調する光変調装置と、
   前記光変調装置で変調された光束を投写する投写レンズと、
   を備えることを特徴とするプロジェクター。

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