JP3992991B2

JP3992991B2 - プロジェクタ

Info

Publication number: JP3992991B2
Application number: JP2002040139A
Authority: JP
Inventors: 昌彦山本
Original assignee: プラスビジョン株式会社
Priority date: 2002-02-18
Filing date: 2002-02-18
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2022-02-18
Also published as: JP2003241305A

Description

【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（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）を用いたＤＬＰ（ＤｉｇｉｔａｌＬｉｇｈｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）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で拡大投影して画像のカラー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第３、１２１、８４３号（平成８年１２月２６日出願、特願平８−３４７３３１号）に、ＤＬＰ方式プロジェクタの概要が開示されている。同特許の図１に示すように、光源からの白色光は楕円鏡５２によって反射され、その反射光は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ール５３によって順次ＲＧＢ色に変えられ、ＤＭＤ５６に入射される。ＤＭＤ５６は、ＲＧＢに同期して時分割駆動され、画像データに応じて反射された光は投影レンズ５７を介してスクリーン５８上に表示される。このようなカラー映像の投影は、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、液晶プロジェクタとの対比において、いわゆる単板式と呼ばれる。
【０００３】
ＤＬＰ方式に用いられるカラーホイールは、その外周にＲ／Ｇ／Ｂのカラーフィルターを配列し、一定速度で回転される。光源から発せられた白色光は、楕円鏡５２で反射された後、回転するカラーホイールを通過する。このとき、白色光は、Ｒ／Ｇ／Ｂ（／Ｗ）のカラーフィルターによってＲ、Ｇ、Ｂの波長を有する光に分別あるいは変換される。Ｒ、Ｇ、Ｂの光は時分割的にＤＭＤに照明され、そこで光学的な変調が行われ、スクリーン上へ投射画像が表示される。
【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は、光源とＤＭＤとの間にカラーホイールを挿入しそこを光が通過する構造であるため、どうしても光の損失が避けられず、時として投射された画像に十分な明るさを感じられないことがある。明るさを増すためには光源の出力を大きくすればよいが、そうすると、光源からの発熱も大きくなりこれを冷却するための冷却ファンの出力も大きくなり、結果としてプロジェクタが大きくなってしまう。
【０００５】
さらにカラーホイールは、カラー映像を表示するためには不可欠なものであるが、その一方において、グラフや文字等を白黒表示（あるいは階調表示）する場合には、カラーホイールの使用により却って明るさが犠牲になってしまうことがある。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決し、フルカラー表示と白黒表示とを選択可能なプロジェクタを提供することである。
さらに本発明の目的は、投射される画像の照度や色などのモードを選択することが可能なプロジェクタを提供することである。
さらに本発明の目的は、光源からの光をＲ、Ｇ、Ｂに分別する分別手段を移動可能することが可能なプロジェクタを提供することである。
【０００７】
【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、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別可能な分別手段と、分別された光を光学的に変調する変調手段と、変調された光を投射する投射手段と、前記分別手段を移動するための移動機構とを備える。移動機構は、前記分別手段を保持しかつ回転軸を中心に回転可能に支持されたホルダーと、前記ホルダーと係合するスイッチ部材とを有し、前記スイッチ部材を駆動することにより前記ホルダーを回転させ、前記分別手段への光源からの光の入射を可変する。
【０００８】
好ましくはホルダーは、第１の位置と第２の位置の間を移動可能であり、スプリング部材によって第１の位置または第２の位置に位置決め付勢される。これによって、ホルダーの的確な位置決めを行うことができる。
【０００９】
さらに、ホルダーは、第１の位置と第２の位置との間の第３の位置に位置決めされるようにしても良い。こうすることで、分別手段への光源からの光の入射度合いをより詳細に調整することができる。ホルダーが第１の位置にあるとき、前記分別手段には光源からの光が入射されない。このときプロジェクタは、白黒表示を行う。ホルダーが第３の位置にあるとき、前記分別手段には光源からの光の一部が入射される。このときプロジェクタは、カラー表示と白黒表示との中間の表示を行うことができる。
【００１０】
さらにスイッチ部材は、プロジェクタのケース面において摺動可能に配されるスライドスイッチを含むようにしても良いし、あるいは回転スイッチであっても良い。スイッチ部材は、ホルダーと一体に形成されてもよい。
【００１１】
本発明の第２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分別する分別手段と、分別された光を光学的に変調する変調手段と、変調された光を投射する投射手段と、前記分別手段を移動するための移動機構とを備え、移動機構は、前記分別手段を保持しかつ直線移動可能に支持されたホルダーと、前記ホルダーと係合するスイッチ部材とを有し、前記スイッチ部材の移動により前記ホルダーを直線移動させ、前記分別手段への光源からの光の入射を可変する。
【００１２】
好ましくはホルダーとスイッチ部材は、ラック歯車とピニオン歯車とを利用して係合される。あるいは、前記ホルダーは少なくとも２つの平行なスロットを有し、該スロット内に収容されるスライドピンによって案内されて直線移動するようにしても良い。
【００１３】
このように本発明によれば、プロジェクタに分別手段を移動させるための移動機構を設けたので、分別手段への光源からの光の入射量を調整することができ、これによって白黒表示やカラー表示、あるいはそれらの中間の色の表示を行うことが可能となる。特に、白黒表示の場合には、分別手段への光の入射が一切ないので、そこを通過する光の損失をなくすことが可能となるため、フルカラー表示に比べて格段に明るい白黒表示を提供することができる。
【００１４】
さらに移動機構のスイッチ部材をプロジェクタのケース面に配することにより、ユーザが適宜自由に表示モード（フルカラー、白黒、カラーと白黒の中間色など）を簡単に選択することができる。また、移動機構は機械的な構成によって達成可能であるためコストも安価であり、組立も容易であり、しかも部品点数が少なくてすむのでプロジェクタの小型化も可能である。
【００１５】
【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、光源としての放電ランプ６０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、放電ランプ６０からの光をＲＧＢに変換させるためにカラーホイール７０を回転させ、さらに、カラーホイール７０を水平または回転移動させるための移動機構を含む。位置検出センサ８０は、カラーホイール７０の位置を検出し、検出結果を制御部２０へ出力する。ＤＭＤ５０は、カラーホイール７０から順次ＲＧＢに変換された光を照明光学系９０を介して照射され、各画素に相当するスイッチングミラーを回転させてＲＧＢ光を反射する。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。
【００１６】
図２に図１の光学系の詳細を示す。光源としての放電ランプ６０は、楕円鏡６１に一体に取り付けられ、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。楕円鏡６１は、放電ランプ６０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の使用が望ましく、また漏れた可視光の遮光および赤外光の吸収のために楕円鏡の外側に黒色無機質顔料をコーテイングすることが望ましい。
【００１７】
ライトトンネル６２は、一定の長さを有する断面が矩形状の光伝送媒体であって、均一な光強度分布をもった光線を出射する。楕円鏡６１によって反射された収束光線は、ライトトンネル６２の入り口から所定の入射角で入射し、入射した光はライトトンネル内の屈折率の高い内壁を多重反射してその出口へ伝播される。ライトトンネル６２から出射される光の出射口径は、長辺と短辺の比が４：３（あるいは１６：９）である。
【００１８】
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、ライトトンネル６２からの出射光がほぼ垂直に入射するような位置関係に配置される。カラーホイール７０に入射された光は、順次Ｒ、Ｇ、Ｂの波長を有する光に変換（あるいは分別）される。照明光学系９０は、コンデンサレンズ９１と一対の反射鏡９２を含み、カラーホイール７０を透過したＲ、Ｇ、Ｂの光はコンデンサレンズ９１によって平行光線に変換されＤＭＤ５０を照射する。ＤＭＤ５０は、カラーホイール７０の回転、すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂへの変換と同期するタイミングで駆動され、各画素を構成するミラーは、ＲＧＢデジタル画像データに基づきＲ、Ｇ、Ｂ光を反射する。ＤＭＤ５０によりオン状態として反射されたＲ、Ｇ、Ｂ光は、投射光学系１００により拡大投射され、これによってスクリーン上に画像が形成される。
【００１９】
本実施の形態に係るプロジェクタにおいて、カラーホイール駆動部４０はカラーホイールを移動させるための移動機構を新規に含む。この移動機構によってカラーホイール７０を選択的な位置に移動させ、プロジェクタによる投射映像の表示に複数の表示モードを提供する。図３にカラーホイールとライトトンネルの出射口径との相対的な位置関係を示す。同図（ａ）は既存のプロジェクタと同様にライトトンネル６２からの出射光がすべてカラーホイール７０を通過しフルカラー表示をする状態を示す。同図（ｂ）はカラーホイール７０が移動され、ライトトンネルの出射光がカラーホイール７０に全く入射されず白黒表示をする状態を示す。同図（ｃ）はライトトンネルの出射光の一部がカラーホイール７０に入射しカラー表示と白黒表示の中間色の表示をする状態を示す。
【００２０】
図４に移動機構の詳細を示す。移動機構１１０は、カラーホイール７０を回転可能に支持するホルダー１２０と、ホルダー１２０を回転移動させるためのスライドスイッチ１３０と、ホルダー１２０を位置決めするためのスプリング１４０とを有する。ホルダー１２０は、プレート状の絶縁樹脂から形成され、そのほぼ中央部にはカラーホイール７０の回転軸７１を回転可能に支持する軸受け部（図中省略）を有し、カラーホイール７０を一体的に保持する構造になっている。カラーホイール７０はこの軸受け部を介してモータによって回転駆動される。
【００２１】
ホルダー１２０の一端部には回転軸１２１が設けられ、回転軸１２１はプロジェクタケース内のフレーム等に回転可能に支持される。回転軸１２１の近傍には、突出した円柱状のスライドピン１２２が形成され、スライドピン１２２はスライドスイッチ１３０の下部１３１に延在する半円状の凹部１３２内に回転可能に係合される。プロジェクタケースを構成するアッパーカバー（天面）１３３には直線状のスロットが形成され、スライドスイッチ１３０の下部１３１がスロット内に挿入され、スライドスイッチ１３０はアッパーカバー１３３の面上を直線的に摺動可能に取り付けられる。ホルダー１２０の他端部には、突出した円柱状のストッパー１２３が設けられ、ストッパー１２３はスプリング１４０と係合する。スプリング１４０はその両端１４１を固定することにより中央部に弾性変形可能なバネ部１４２を形成しており、このバネ部１４２がストッパー１２３と弾性的に係合する。ホルダー１２０の中央部には半円状の切欠部１２４が形成され、図４（ａ）に示すように、カラー表示を行うときにライトトンネル６２からの出射光がカラーホイール７０に入射され、それが遮断されないようになっている。
【００２２】
プロジェクタによりカラー表示を行うとき、図４（ａ）に示すようにスライドスイッチ１３０は最も右側の位置にある。このとき、スプリング１４０はホルダー１２０が時計方向に回転するようにバネ部１４２を介してストッパー１２３を付勢し、これによってスライドピン１２２がスライドスイッチの凹部１３２内に係止され、ホルダー１２０がカラー表示位置に位置決めされる。
【００２３】
スライドスイッチ１３０がアッパーカバー１３３上を左側に向けて移動されると、凹部１３２と係合するスライドピン１２２が反時計方向に回転され、ストッパー１２３がスプリング１４０の弾性力に抗しながらスプリング１４０のバネ部１４２上を移動する。スライドスイッチ１３０が最も左側の位置に到達すると、図４（ｂ）に示すように、スプリング１４０はホルダー１２０が反時計方向に回転するようにストッパー１２３を付勢し、スライドピン１２２は凹部１３２内に係止され、ホルダー１２０が白黒表示位置に位置決めされる。このとき、カラーホイール７０はライトトンネル６２からの出射光路から完全に外される。
【００２４】
このようにスライドスイッチ１３０を直線方向に移動させることで、ホルダー１２０を回転移動させ、カラーホイール７０をライトトンネル６２の光路から簡単に外すことが可能である。さらにスプリング１４０を用いることによって、ホルダー１２０を二者択一の位置に位置決め付勢することが可能となり、同時に、ユーザには、カラー表示か白黒表示かを選択する際に一定のバネ力によるクリック感を持たせることができる。
【００２５】
スプリング１４０は、図４(ｃ)に示すように、その中間部にストッパー１２３を係止させるための凹部１４３を形成することが可能である。ストッパー１２３が凹部１４３内に収容されるとき、ライトトンネル６２からの出射光の一部がカラーホイール７０を通過し（図３（ｃ）参照）、カラー表示と白黒表示の中間色の表示を得ることができる。
【００２６】
次に、移動機構の第２の例を図５に示す。本例は、カラーホイールを取り付けたホルダーの一部を直接プロジェクタのケース外に出したものである。ホルダー１５０は、回転軸１５１によって回転可能であるとともに、その先端にレバー１５２を有し、レバー１５２がケースの天面または底面１５３に形成されたスロット１５４から突出している。レバー１５２を直接に回転させることでカラーホイール７０及びホルダー１５０を回転移動させる。同図（ａ）がカラー表示の状態を示し、同図(ｂ)が白黒表示の状態を示す。尚、ホルダー１５０の他端部は図４で用いたスプリング１４０を用いてホルダー１５０を位置決め付勢することが望ましい。本例による移動機構では、直線移動するスライドスイッチが不要となり、備品点数を少なくし、小型化、低コスト化を図ることができる。
【００２７】
図６は図５を変形した第３の例である。本例では、ホルダー１６０の回転軸１６１をカラーホイール７０の回転軸よりも下部に設けている。こうすることで、ケース面１６３から突出するレバー１６２の回転ストロークが大きくなり、その結果レバー１６２の操作力を低減することができる。
【００２８】
図７は、ホルダー１７０を回転移動することなく直線移動させる第４の例である。ホルダー１７０の上下に一対の平行なスロット１７１を形成し、このスロット１７１内にスライドピンあるいは突起１７４が収容される。スライドピン１７４はケース内部に固定される。ケース面１７３から突出したレバー１７２を左右の直線方向に移動させることで、ホルダー１７０は、スロット１７１内のスライドピン１７４に案内されて直線移動する。
【００２９】
図８は移動機構の第５の例である。上述した第３、第４の移動機構の例では、ホルダーのレバー１６２、１７２をケース外に突出させたが、本例ではレバー１６２、１７２の先端にスライドスイッチ１８０を取り付ける。図８（ａ）、（ｂ）は、第３、第４の例にスライドスイッチを取り付けた例を示す。この場合、スライドスイッチ１８０の下部には、図４のときと同様に、ホルダーのスライドピンと係合する凹部を形成する。
【００３０】
図９に移動機構の第６の例を示す。本例は、カラーホイールの正面から移動操作するものであり、カラーホイール７０の移動にラックアンドピニオンギアを用いる。カラーホイール７０を一体に取り付けたホルダー１９０の一面にラック歯車１９１を設けるとともに、一対の平行なスロット１９２を形成する。スロット１９２内にはケース内に固定されたスライドピン１９３が摺動自在に収容される。回転スイッチ１９４は、回転軸１９５によって回転可能に支持され、かつラック歯車１９１と噛み合うピニオン歯車１９６を有する。回転スイッチ１９４には、ケース面１９７から突出するレバー１９８が設けられている。回転スイッチ１９４のレバー１９８を回転させることでホルダー１９０が直線移動される。本例では、回転スイッチ１９４の回転軸とカラーホイールの回転軸とは互いに直交し、ラックアンドピニオンギアを利用することでカラーホイールを正面から円滑に移動することができる。
【００３１】
図１０に移動機構の第７の例を示す。本例は、カラーホイールを側面から移動操作する。スライドスイッチの代わりにロッカースイッチ２０１を用いる。ホルダー２００についての回転移動は、上記第１ないし第６の例で用いた構成と同様である。ロッカースイッチ２０１は、ホルダー２００の一端に固定され、ケース面から突出するスイッチ面２０２のいずれか一方を押下することによってホルダー２００がカラー表示位置と白黒表示位置の間を回転移動する。ロッカースイッチ２０１の反転動作によってホルダー２００の側方からホルダーの位置の切替を簡単に行うことができる。
【００３２】
図１及び図２に示す位置検出センサ８０は、移動機構によって移動されたカラーホイール７０の位置を検出し、検出結果を制御部２０へ送る。上述したように、制御部２０は、カラーホイール７０の位置に応じてこれと同期したタイミングでＤＭＤ５０を制御する。位置検出センサ８０は、公知のセンサを用いることができ、例えば、カラーホイール７０の位置に応じてスイッチが機械的、光学的に開閉されるセンサ、あるいはカラーホイール７０の位置に応答して磁気や抵抗が可変するようなポテンショメータや磁気センサを用いることができる。
【００３３】
以上のように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。例えば、図４に示す板状のスプリングの代わりにコイルスプリングや他の形状のバネ部材を用いてホルダーを位置決め付勢することも可能である。ホルダーは、回転ホイールと一体に形成されても良いし、さらにスライドスイッチをホルダーと一体に形成しても良い。ライトトンネル６２は、カラーホイール７０の前方に位置するものに限らず、カラーホイール７０の後方に位置するようにしても良い。カラーホイール７０上に配されるＲＧＢのカラーフィルターは、Ｗ（ホワイト）を含むものであっても良い。その他、スライドスイッチ、回転スイッチ、ロッカースイッチ等の形状、材質は上記例に限られず設計事項に応じて適宜選択される。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくともＲ、Ｇ、Ｂの波長の光を分別す分別手段を移動するための移動機構を設けたことに、分別手段への光源からの光の入射を可変することが可能となり、これによってカラー表示のみならず、明るさを重視した白黒表示やカラーと白黒の中間色の表示をすることができる。さらに本発明の移動機構により、スイッチ部材をケース面に配することにより、ユーザが適宜自由に表示モード（フルカラー、白黒、カラーと白黒の中間色など）を簡単に選択することができる。また、移動機構は機械的な構成によって達成可能であるためコストも安価であり、組立も容易であり、しかも部品点数が少なくてすむのでプロジェクタの小型化も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係るプロジェクタの主要な構成を示すブロック図である。
【図２】図２は図１の光学系の構成を示す平面図である。
【図３】図３はカラーホイールとライトトンネルとの相対的な位置関係を示す図である。
【図４】図４は本発明よる移動機構を示す図であり、同図（ａ）はカラー表示の状態を示し、同図（ｂ）は白黒表示の状態を示し、同図（ｃ）はスプリングの変形例を示す図である。
【図５】図５は本発明の移動機構の第２の例を示し、同図（ａ）はカラー表示の状態を示し、同図（ｂ）は白黒表示の状態を示す。
【図６】図６は本発明の移動機構の第３の例を示し、同図（ａ）はカラー表示の状態を示し、同図（ｂ）は白黒表示の状態を示す。
【図７】図７は本発明の移動機構の第４の例を示し、同図（ａ）はカラー表示の状態を示し、同図（ｂ）は白黒表示の状態を示す。
【図８】図８は本発明の移動機構の第５の例を示す。
【図９】図９は本発明の移動機構の第６の例を示し、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は正面図である。
【図１０】図１０は本発明の移動機構の第７の例を示し、同図（ａ）はカラー表示の状態を示し、同図（ｂ）は白黒表示の状態を示す。
【符号の説明】
４０：カラーホイール駆動部、５０：ＤＭＤ、
７０：カラーホイール、８０：位置検出センサ、
１２０、１５０、１６０、１７０、１９０、２００：ホルダー
１３０、１８０：スライドスイッチ、１４０：スプリング

Claims

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別可能なカラーホイールと、
分別された光を光学的に変調する変調手段と、
変調された光を投射する投射手段と、
前記分別手段を移動するための移動機構とを備え、
前記移動機構は、前記カラーホイールと対向し前記カラーホイールを保持するプレート状のホルダーと、前記ホルダーと係合しかつプロジェクタのケース面に配されたスイッチ部材とを有し、前記ホルダーは、前記カラーホイールと対向し、前記カラーホイールの回転軸を支持する軸受け部と、前記カラーホイールの一部を露出する切欠き部とを有し、前記スイッチ部材を駆動することにより前記ホルダーを回転させ、前記ホルダーが第１の位置にあるとき前記光源からの光がカラーホイールに入射されず、前記ホルダーが第２の位置にあるとき、前記光源からの光が前記切欠き部を介してカラーホイールに入射され、
前記ホルダーは、一端部に回転軸を有し、他端部にストッパーを有し、前記ストッパーは、スプリング部材と係合し、スプリング部材のバネ力によって前記ホルダーを第１の位置または第２の位置に位置決め付勢する、
プロジェクタ。
前記ホルダーは、前記第１の位置と第２の位置との間の第３の位置に位置決めされ、前記ホルダーが前記第３の位置にあるとき、前記光源からの光の一部が前記カラーホイールに入射される、請求項１に記載のプロジェクタ。
プロジェクタはさらに、光源と前記カラーホイールの間にライトトンネルを含み、ライトトンネルから出射された光は、前記切欠き部を介してカラーホイールへ入射する、請求項１または２に記載のプロジェクタ。
前記ホルダーが前記第１の位置にあるとき、前記プロジェクタは白黒映像を表示する、請求項１ないし３いずれか１つに記載のプロジェクタ。
前記スイッチ部材は、前記プロジェクタのケース面において摺動可能なスライドスイッチを含む、請求項１ないし４いずれか記載のプロジェクタ。
前記スイッチ部材は、前記プロジェクタのケース面において回転されるスイッチを含む請求項１ないし４いずれか記載のプロジェクタ。
前記スイッチ部材は、前記ホルダーと一体に形成される請求項１ないし６いずれか記載のプロジェクタ。