JP2003057514A - ロッドインテグレータおよびこれを用いた照明光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ロッドインテグレータを中実のガラス製ロッド
プリズムと内面に反射コートが施された中空プリズムを
組み合わせて構成することで、ロッドプリズムの光射出
端面のキズや塵埃の像が画像表示素子の素子面に形成さ
れるのを防止するとともに、内部を通過する間に光量が
減衰するのを防止する。 【解決手段】ロッドプリズム１２は断面矩形状の棒状の
ガラスロッドからなり、一方中空プリズム１３は一面に
反射コートが施された４枚のガラス板を反射コート面が
内側となるようにして断面矩形の箱状に接着形成された
ものであり、ロッドプリズム１２の一方の端部が中空プ
リズム１３内に若干挿入されるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光束に
対し、光軸と垂直な面内における光束密度の均一化を図
りうるロッドインテグレータおよびこれを用いた照明光
学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば投射型ビデオプロジェ
クタ装置等においては、液晶パネル等の画像表示素子を
均一に照明するため、照明用光源と画像表示素子との間
に光束密度均一化手段を設ける構成とされているものが
多い。

【０００３】この光束密度均一化手段の代表的なものと
してロッドインテグレータが知られている。従来のロッ
ドインテグレータは、例えば特開平9-33881号公報や特
開平11-326727号公報に記載されたものが知られてお
り、これらは例えば図６に示すようなガラス製の中実な
棒状ロッドプリズム１００として形成されている。この
ロッドプリズム１００は、例えば図７に示すように、光
源部１０１Ａから直接またはリフレクタ１０１Ｂにより
反射されて入射された光ビームを内壁面において複数回
全反射させながら、その光射出端に導くようになってお
り、これによりその光射出端では光軸と直交する平面内
において光束密度分布が略均一とされるようになってい
る。この後、光束密度が均一化された照明光は凸レンズ
１０２によって平行光束とされ、例えば液晶パネル等の
画像表示素子１０３にバックライト光として照射され、
これにより画像情報を担持した光束は投写レンズ１０４
により、図示されないスクリーン上に照射される。

【０００４】ところで、このような照明光学系において
は、ロッドプリズム１００の光射出端面と画像表示素子
１０３の素子面とが光学的に共役関係を有するように構
成され、ロッドプリズム１００の光射出端面のキズや塵
埃が画像表示素子１０３の素子面上に結像されてしま
う。この素子面上でのキズや塵埃の像が画像表示素子１
０３で表示された画像に重畳され、スクリーン上に例え
ば５０倍程度以上に拡大されて投写される。上記ロッド
プリズム１００の光射出端面上でのキズや塵埃を完全に
排除することは困難なことから、このようなロッドプリ
ズム１００を用いた場合にはどうしてもスクリーン上で
の画質の劣化が避けられないという問題があった。

【０００５】このような問題を解決するために、図８に
示すような内面を鏡面とした中空プリズム１０５が知ら
れている。すなわち、この中空プリズム１０５は例えば
４枚の長方形状のガラス板材の一面に反射コートを施
し、この反射コート面が内側となるようにして断面矩形
の箱体状に接着組立てすることにより形成されている。
この中空プリズム１０５では光源側から入射した光束が
プリズム内壁面の鏡面で複数回反射されて光射出端まで
導かれるが、この光射出端には、前述したロッドプリズ
ム１００のようにキズや塵埃付着の原因となる端面が存
在しないのでこの光射出端位置と共役関係にある画像表
示素子の素子面上にキズや塵埃の像が形成されることが
ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな中空プリズム１０５では上述したロッドプリズム１
００の側面における全反射とは異なり、反射コートによ
り鏡面とされた内壁面における反射によっており、この
ような内壁面における反射コートは反射率を１００％と
することが難しいため、この内壁面で複数回反射を繰返
した場合には、光射出端に到達した光の光量が大幅に低
下してしまう。

【０００７】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
ので、プリズムの光射出端面のキズや塵埃の像が画像表
示素子の素子面に形成されるのを防止できるとともに、
内部を通過する間に光量が減衰するのを防止し得るロッ
ドインテグレータおよびこれを用いた照明光学系を提供
することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のロッドインテグ
レータは、光源からの光束を入射され、光束の密度を均
一化して射出するロッドインテグレータにおいて、光束
入射側に位置し、一端に入射した光源からの光束を側面
において全反射させながら他端に導く、中実な棒状の第
１部材と、光束射出側に位置し、一端に入射した該第１
部材からの光束を鏡面反射させながら他端に導き、この
他端から外部へ射出させる中空の第２部材を備え、前記
第１部材の他端から射出された光束のうち略全光束が前
記第２部材の一端に入射するように、これら２つの部材
が組み合わせられていることを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明の照明光学系は、上述したロ
ッドインテグレータと、このロッドインテグレータに入
射する光束を射出する照明用光源とを備えたことを特徴
とするものである。

【００１０】この場合において、ロッドインテグレータ
は、基板と弾性を有する押圧部材からなる保持機構によ
り位置決め固定されることが望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係るロ
ッドインテグレータおよび照明光学系について図面を用
いて説明する。

【００１２】図１は、本実施形態に係るロッドインテグ
レータを示す概略斜視図である。このロッドインテグレ
ータ１１は中実のガラス製ロッドプリズム１２と内面に
反射コートが施された中空プリズム１３を組み合わせて
構成されたものである。すなわち、ロッドプリズム１２
は断面矩形状の棒状のガラスロッドからなり、一方中空
プリズム１３は一面に反射コートが施された４枚のガラ
ス板を反射コート面が内側となるようにして断面矩形の
箱状に接着形成されたものであり、ロッドプリズム１２
の一方の端部が中空プリズム１３内に若干挿入されるよ
うに構成されている。

【００１３】また、このロッドインテグレータ１１は例
えば前述した図７の照明光学系において、ロッドプリズ
ム１００に代えて配されるものであり、光源側にロッド
プリズム１２が、画像表示素子側に中空プリズム１３が
それぞれ位置するように配される。なお、中空プリズム
１３はロッドプリズム１２に比べて短い長さとされてい
る。

【００１４】このように配されたロッドインテグレータ
１１においては、図２に示すように光源１０１から出力
された光束が光源側に配されたロッドプリズム１２の光
入射端１４に入射する。この光束は、ロッドプリズム１
２の光入射端１４に様々な角度で入射するから、ロッド
プリズム１２の内壁面１５への入射角度および反射角度
も様々であり（ただしガラスと空気の界面で全反射がお
きる入射角度とされている）、このロッドプリズム１２
から射出された光束は中空プリズム１３に入射し、中空
プリズム１３の内壁の反射面１７において、ロッドプリ
ズム１２の側面における反射と同様にして反射され中空
プリズム１３の光射出端１６から外部に射出される。こ
のロッドインテグレータ１１は、前述したロッドプリズ
ム１００等と同様に内壁面における反射態様が様々とさ
れているため光束が光射出端１６から射出される際に
は、光軸の垂直断面における光束密度の均一化が図られ
る。

【００１５】このように構成された結果、本実施形態の
ロッドインテグレータ１１においては、光射出端１６が
中空とされているので、この光射出端１６と共役な位置
関係にある画像表示素子１０３の素子面上に、従来技術
におけるキズや塵埃の像が形成されるおそれがない。ま
た、側壁面１２での光束反射効率が略１００％となるロ
ッドプリズム１２の長さがロッドインテグレータ１３の
全長のうち大きな割合を占めているので中空プリズム１
３のみを用いた従来技術に比べて光量の減衰を抑制する
ことができる。

【００１６】なお、中空プリズム１３の長さはできるだ
け短くすることが望ましいが、ロッドプリズム１２の光
射出端面上のキズや塵埃等の影響が画像表示素子１０３
の素子面上に及ばない程度の長さを確保する必要があ
る。

【００１７】図３は、このロッドインテグレータ１１を
光学系の所定位置に保持するためのロッド保持機構２０
を示す概略斜視図である。すなわち、このロッド保持機
構２０は、ロッドインテグレータ１１を載設した状態で
このロッドインテグレータ１１を位置決めするプレート
部材２１および位置決めされたロッドインテグレータ１
１を上方から押圧してその位置において上下方向に固定
する押圧部材３１を備えている。

【００１８】プレート部材２１は中央部長手方向に伸び
る溝部２２を有しており、ロッドインテグレータ１１の
長手方向一辺を真下にし、この一辺を挟む２つの側面が
この溝部２２に嵌合するように構成されている。またこ
のロッドインテグレータ１１は、溝部２２に設置された
状態でその長手方向の移動が規制されるようになってい
る。すなわち、その一方の端部である中空プリズム１３
の光射出端１６の壁面の一部が、上記溝部２２から立ち
上がったつき当て面２３に当接するようになっており、
一方、この状態でロッドプリズム１２の光入射端面１４
は、このプレート部材２１に取り付けられる押え板２５
（図４（Ａ）参照）により他端方向に付勢されるように
なっている。

【００１９】この押え板２５は図４（Ａ）に示すように
断面Ｌ字形状とされており、立設された壁部２６の略中
央部に、上記ロッドプリズム１２の光入射端面１４より
も一回り小さい矩形状の孔部２７が穿設されており、一
方、底壁部２８にこの押え板２５をプレート部材２１に
ネジ止めするための複数個のネジ孔２９が形成されてい
る。

【００２０】この押え板２５がプレート部材２１にネジ
によって固定された際には、所定位置に位置決めされた
ロッドインテグレータ１１の光入射端面１４の縁部が、
この押え板２５の孔部２７の縁部により支持されるよう
に構成されている。

【００２１】また、上述した押圧部材３１はロッドイン
テグレータ１１の上面の４点において上方から弾性力に
よって押圧する押圧部３２と、この押圧部３２と接合さ
れると共に、この押圧部３２をプレート部材２１の溝部
２２の底面に固定する断面コ字状の固定部３３からなっ
ている（図４（Ｂ）参照）。

【００２２】上記押圧部３２は長手方向の両端部が中央
部分よりも下降するように構成され、この両端部は各々
２叉となっており、これら２叉となった各先端部分の中
央に下面において凸部となる突起部３４が形成されてい
る。ロッドインテグレータ１１が所定位置にセットさ
れ、この押圧部材３１の固定部３３がプレート部材２１
の底面に固定された際には、押圧部材３１の押圧部３２
の両端部が自らの弾性力によりロッドインテグレータ１
１を下方に付勢する。これによりロッドインテグレータ
１１の上下方向の移動が規制される。

【００２３】このとき、ロッドインテグレータ１１と押
圧部材３１の押圧部３２との接触部分は前述した４つの
突起部３４であり、これら両者は４つの突起部３４にお
いて点接触状態となっている。このように点接触状態と
しているのは、ロッドインテグレータ１１の側壁面で光
反射が行われる際に、この反射状態を変更するような外
壁面への部材接触の面積をできるだけ小さくするための
もので、特にロッドプリズム１２の内壁面においては光
反射がガラスと空気の境界における全反射によって行わ
れるので、押え部材３１との接触は点接触が望ましい。

【００２４】なお、このロッド保持機構は、光源１０１
と凸レンズ１０２との間の所定位置にロッドインテグレ
ータ１００を設置するように取り付けられる。

【００２５】また、ロッドプリズム１２と中空プリズム
１３との組合せは、図２に示す態様に限られるものでは
なく、例えば図５（Ａ）や図５（Ｂ）に示すようにロッ
ドプリズム１２の外径に比べ、中空プリズム１３の内径
が大きくなるように形成されていてもよい。また、図５
（Ｃ）に示すようにロッドプリズム１２の外径が中空プ
リズム１３の内径に比べて大きくなるように形成されて
いてもよい。なお、ロッドプリズム１２の光射出端と中
空プリズム１３の光入射端との間が空いている場合に
は、外部からの光が中空プリズム１３内に入射しないよ
う適当な遮光マスクをこれら２つのプリズム１２，１３
の間の所定位置に配設することが望ましい。

【００２６】さらに、上記中空プリズム１３の形成材料
はガラスに限られるものではなく、金属等により形成し
てもよく、この場合には、内壁面となる面を予め鏡面加
工することにより形成してもよい。

【００２７】また、上記実施形態においては、この中空
プリズム１３を４枚の板材によって構成しているが、２
つの断面Ｌ字状の部材を組合せて構成してもよいことは
勿論である。要は、内壁面を光反射面として形成するこ
とができれば、元の部材の形状はどのようなものであっ
てもよい。さらに、上記実施形態においては、画像表示
素子の形状に合わせて、ロッドプリズム１２および中空
プリズム１３を断面矩形としているが、これをその他の
形状、例えば断面円形とすることも勿論可能であり、こ
の場合にも本発明の作用効果を奏することができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明のロッドインテグレータおよび照
明光学系においては、画像表示素子側には中空プリズム
が配され、光射出端が中空とされているので、この光射
出端と共役な位置関係にある画像表示素子の素子面上
に、従来技術において問題となっていたキズや塵埃の像
が形成されるおそれがない。また、側壁面での光束反射
効率が略１００％となるロッドプリズムの長さがロッド
インテグレータの全長のうち大きな割合を占めているの
で中空プリズムのみを用いた従来技術に比べて光量の減
衰を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかるロッドインテグレー
タを示す斜視図

【図２】図１に示すロッドインテグレータの作用を示す
図

【図３】本発明の実施形態にかかるロッドインテグレー
タを保持するロッド保持機構を示す斜視図

【図４】図３に示すロッド保持機構の構成部材である押
え板（Ａ）、および押え部材（Ｂ）を示す斜視図

【図５】図１に示すロッドインテグレータとはプリズム
の組合せ態様が異なるロッドインテグレータを示す概略
図

【図６】ロッドプリズムのみからなるロッドインテグレ
ータを示す斜視図

【図７】ロッドプリズムを用いた照明光学系の一例を示
す概略図

【図８】中空プリズムの一例を示す概略図

【符号の説明】

１１ ロッドインテグレータ １２ ロッドプリズム １３ 中空プリズム １４ 光入射端 １５ 内壁面 １６ 光射出端 １７ 反射面 ２１ プレート部材 ２２ 溝部 ２３ つき当て面 ２５ 押え板 ２６ 壁部 ２７ 孔部 ２８ 底壁部 ２９ ネジ孔 ３１ 押圧部材 ３２ 押圧部 ３３ 固定部 ３４ 突起部 １００ ロッドプリズム １０１ 光源 １０１Ａ 光源部 １０１Ｂ リフレクタ １０２ 凸レンズ １０３ 画像表示素子 １０４ 投写レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H042 AA02 AA19 AA28 2H043 AE17 AE22 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束を入射され、光束の密度
   を均一化して射出するロッドインテグレータにおいて、 光束入射側に位置し、一端に入射した光源からの光束を
   側面において全反射させながら他端に導く、中実な棒状
   の第１部材と、 光束射出側に位置し、一端に入射した該第１部材からの
   光束を鏡面反射させながら他端に導き、この他端から外
   部へ射出させる中空の第２部材を備え、 前記第１部材の他端から射出された光束のうち略全光束
   が前記第２部材の一端に入射するように、これら２つの
   部材が組み合わせられていることを特徴とするロッドイ
   ンテグレータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のロッドインテグレータ
   と、このロッドインテグレータに入射する光束を射出す
   る照明用光源とを備えたことを特徴とする照明光学系。
3. 【請求項３】 前記ロッドインテグレータは、基板と弾
   性を有する押圧部材からなる保持機構により位置決め固
   定されてなることを特徴とする請求項２記載の照明光学
   系。