JP2007271656A - 導光装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 光源装置からの光を無駄なくマイクロミラーに照射することが可能であり、且つ、マイクロミラーの形状にあった光を射出可能な導光装置と、当該導光装置を用いたプロジェクタを提供すること。
【解決手段】 入射口246と出射口247とを備えた四角柱形状の筒状とされる反射面241の内部空間を導光路とし、入射口246を略正方形とすると共に出射口247を横長の長方形とし、出射口247の長辺である一辺と入射口246の対向する辺の間には屈折面248を有し、入射口246の屈折面248が近接した一辺から導光路の中間部までは導光路を狭くする傾斜面245を備え、傾斜面245の端部から出射口247の一辺までは導光路の幅を一定とする平面とされている導光装置224である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、導光装置及び当該導光装置を用いたプロジェクタに関する。

今日、パーソナルコンピュータの画面表示画像やビデオ画像、更にメモリカード等に記憶されている画像データによる画像等をスクリーンに投影する画像投影装置としてのプロジェクタが多用されている。このプロジェクタは現在液晶表示素子を用いたものと、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いたものがある。

液晶表示素子を使用するプロジェクタとしては、特開平９−３３８８１号公報（特許文献１）では、光源部から種々の角度で射出された光線束を光源側光学系であるガラスロッド、及び２つの凸レンズからなる集束レンズにより、均一で小径且つ略平行な光線束とし、偏光方向整列素子に入射し、偏光方向整列素子から射出した光をダイクロイックミラーや反射ミラーを介して液晶表示素子に照射し、投影側光学系より画像を投影する発明が提案されている。

又、ＤＭＤを用いたプロジェクタは、メタルハイランドランプや超高圧水銀ランプ等の小型高輝度の光源を内蔵し、光源からの光を順次赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタを用いて赤、緑、青の光とし、レンズによりＤＭＤに集光させ、ＤＭＤによりプロジェクタ装置の投影口に向けて反射させる光の量によりスクリーン状にカラー画像を表示させるものである。

このＤＭＤとは、微小なミラーセルを制御信号により揺動させ、反射光の方向を制御し、光源側光学系により表示素子に入射された光を投影側光学系である投影レンズの方向に反射するオン状態光と光吸収板の方向に反射するオフ状態光とし、赤色光、緑色光、青色光の光をオン状態とする時間を制御してスクリーンにカラー画像を投影するものである。

このようなＤＭＤを用いたプロジェクタの場合、光源装置のリフレクタから射出される光はＤＭＤの形状に近い形状であることが好ましい。しかし、光源装置からの光をＤＭＤの形状に近いものとするためには、リフレクタを改良する必要があるが、コスト的に及び技術的に困難である。

そこで、光源側光学系にライトトンネルや導光ロッド等の導光装置を用いて光源装置のリフレクタからの射出光を均一で方形状の光線束とし、この光線束をＤＭＤに照射している。

そして現在では、プロジェクタは小型化の要望が強く、小型のＤＭＤなどを使用することによってプロジェクタ本体の小型化をはかる動きがある。
この小型のＤＭＤのサイズに合わせた小型の導光装置を用いると、導光装置の入射面も小さくなり、光源装置からの射出光をリフレクタにより小さな入射面に入射させるために正しく集光しなければ効率的にＤＭＤに光源装置からの光を照射することが困難であった。

又、逆にライトトンネルの入射口の大きさをリフレクタにより集光される集光形状の大きさに合わせると、ライトトンネルから出射した光がＤＭＤのサイズより大きくなり、ライトトンネルを透過した光を光源側レンズ群によりＤＭＤに集光させなければ投影画像の明るさが落ち、明るい室内等では鮮明な画像が得られなくなることになる。

このため、図６に示すように、ライトトンネルの入射口側を広くし、出射口側が狭くなるように反射面に角度を設けた角錐台形状の導光装置とすることも提案されている。
しかし、このような角錐台形状のライトトンネルの場合、反射面の傾きの角度をγ、リフレクタから導光装置に入射した光の光軸に対する入射角をθａとすると、θａの角度で入射した光は反射面で反射するとき、θａ＋２γの角度となり光軸からの開き角が大きくなり、更に、対抗する面により反射を繰り返した場合は、角度が更に増大し、出射口から出射される光が大きく拡散することとなる。
特開平９−３３８８１号公報

前述のように、導光装置を用いる場合、光源装置のリフレクタからの光線束は極力１点に集光することが好ましい。
しかし、実際には広がった円形状に集光されるため、この光を全て導光装置に入射しようとすると導光装置が大型となり、導光装置を小型化しようとするとリフレクタからの光を全て入射することが困難となり、無駄な光を発生させることがある。
又、角錐台形状とした導光装置では、出射口から出射された光が拡散するため、ライトトンネルとＤＭＤとの間に配置するレンズ群との組み合わせ条件が困難となる問題があった。

本発明は、上述したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、光源装置のリフレクタから射出された光線束を無駄なく取り込むことが可能であり、且つ、マイクロミラーの形状にあった光を射出可能な導光装置と、当該導光装置を用いたプロジェクタを提供することを目的としている。

本発明の導光装置(224)は、入射口(246)と出射口(247)とを備えた四角柱形状の筒状とされる反射面(241)の内部空間を導光路とし、入射口(246)を略正方形とすると共に出射口(247)を横長の長方形とし、出射口(247)の長辺である一辺と入射口(246)の対向する辺の間には屈折面(248)を有し、入射口(246)の屈折面(248)が近接した一辺から導光路の中間部までは導光路を狭くする傾斜面(245)を備え、傾斜面(245)の端部から出射口(247)の一辺までは導光路の幅を一定とする平面とされているものである。

そして、外形が直方体形状で内部が空洞の筒型のライトトンネル(240)を有し、このライトトンネル(240)の内表面に反射面(241)を形成し、ライトトンネル(240)の一端を入射口(246)とし、他端を出射口(247)とするものである。
更に、このライトトンネル(240)の内部に、第一ガラスロッド(242)と第二ガラスロッド(243)とを配置するものとし、第一ガラスロッド(242)は直角三角柱形状とし、第二ガラスロッド(243)は第一ガラスロッド(242)より屈折率が大きく、背面には傾斜面(245)を有する略直角三角柱形状とするものである。

そして、第一ガラスロッド(242)と第二ガラスロッド(243)は斜辺面を対向接着させて屈折面(248)を成形しており、第一ガラスロッド(242)の底面を入射口(246)とし、第二ガラスロッド(243)の底面を出射口(247)とするものである。
又、ライトトンネル(240)の内部に配置するガラスロッドを１個とし、略直角三角柱形状のガラスロッドのみをライトトンネル(240)の内部に配置し、空気層とガラスロッドの斜辺面とで屈折面(248)を成形すると共に、ガラスロッドの底面を出射口(247)とし、当該ガラスロッドの背面には傾斜面(245)を形成してライトトンネル(240)の略正方形の空間を入射口(246)とすることもある。

そして、筒状のライトトンネル(240)を設けることなく、直角三角柱形状の第一ガラスロッド(242)と略直角三角柱形状の第二ガラスロッド(243)とを用い、第二ガラスロッド(243)は第一ガラスロッド(242)より屈折率が大きく、背面には傾斜面(245)を有し、第一ガラスロッド(242) の斜辺面と第二ガラスロッド(243)の斜辺面とを対向接着させて屈折面(248)を成形し、第一ガラスロッド(242)の底面を入射口(246)とし、第二ガラスロッド(243)の底面を出射口(247)とすると共に、第一ガラスロッド(242)の斜辺面及び底面を除く平面と第二ガラスロッド(243)の斜辺面及び底面を除く平面に反射面(241)を形成することもある。

又、屈折面(248)よりも入射口(246)側の導光路の屈折率をｎ１とし、屈折面(248)よりも出射口(247)側の導光路の屈折率をｎ２としたとき、式（５）を満足し、傾斜面(245)で反射された光は屈折面(248)で反射されて出射口(247)から射出されることを特徴とするものである。

又、直角三角柱形状で三角形断面を相似とする２つのガラスロッドであって、底面を正方形とする第一ガラスロッド(261)と、底面を横長の長方形とする第二ガラスロッド(262)とを有し、当該第一ガラスロッド(261)と第二ガラスロッド(262)の内部が導光路とされ、第一ガラスロッド(261)は第二ガラスロッド(262)より大きく成形され、第二ガラスロッド(262)の屈折率ｎ２は第一ガラスロッド(261)の屈折率ｎ１より大きく、第一ガラスロッド(261)と第二ガラスロッド(262)は斜辺面を対向接着させて屈折面(248)を成形しており、第一ガラスロッド(261)の斜辺面における頂角側端部が第二ガラスロッド(262)の斜辺面における底辺側端部に一致し、第一ガラスロッド(261)の底面を入射口(246)、第二ガラスロッド(262)の底面を出射口(247)とし、式（７）を満足させることもある。

更に、直角三角柱形状で三角形断面を相似とする２つのガラスロッドであって、底面を正方形とする第一ガラスロッド(261)と、底面を横長の長方形とする第二ガラスロッド(262)とを有し、第一ガラスロッド(261)と第二ガラスロッド(262)は斜辺面を対向接着させて屈折面(248)を成形し、第一ガラスロッド(261)の斜辺面における頂角側端部が第二ガラスロッド(262)の斜辺面における底辺側端部に一致させる場合には、式（８）を満足するようにすることもある。

又、本発明のプロジェクタ(100)は、光源装置(210)と、光源側光学系(220)と、投影画像を生成する表示素子(230)と、投影画像を投影する投影側光学系(250)と、プロジェクタ制御手段(181)とを備え、光源側光学系(220)は、カラーホイール(221)と、導光装置(224)と、光源側レンズ群（226）と、ミラー(228)とを備え、この導光装置(224)が、前述のように、入射口(246)と出射口(247)とを備えた四角柱形状の筒状とされた反射面(241)の内部空間を導光路とし、入射口(246)を略正方形とすると共に出射口(247)を横長の長方形とし、出射口(247)の長辺である一辺と入射口(246)の対向する辺の間には屈折面(248)を有し、入射口(246)の屈折面(248)が近接した一辺から導光路の中間部までは導光路を狭くする傾斜面(245)を備え、傾斜面(245)の端部から出射口(247)の一辺までは導光路の幅を一定とする平面とされているものである。
そして、このプロジェクタ(100)において、上述したような種々の導光装置(224)を有しているときもある。

本発明によれば、光源装置のリフレクタから射出された光線束を無駄なく取り込むことが可能であり、且つ、マイクロミラーの形状にあった光を射出可能な導光装置と、当該導光装置を用いたプロジェクタを提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態のプロジェクタ100は、光源装置210と、光源側光学系220と、投影画像を生成するマイクロミラー等の表示素子230と、投影画像を投影する投影側光学系250と、プロジェクタ制御手段181とを備え、光源側光学系220は、カラーホイール221と、導光装置224と、光源側レンズ群226と、ミラー228とを備えている。

そして、導光装置224は、直角三角柱形状の第一ガラスロッド242と略直角三角柱形状の第二ガラスロッド243とを有し、第二ガラスロッド243は第一ガラスロッド242より屈折率が大きく、背面には傾斜面245と同様な傾斜を有し、第一ガラスロッド242と第二ガラスロッド243は斜辺面を対向接着させて屈折面248を成形しており、第一ガラスロッド242の底面を入射口246とし、第二ガラスロッド243の底面を出射口247とすることにより、この第一ガラスロッド242と第二ガラスロッド243とによる略四角柱形状の導光路を形成しているものである。

又、入射口246の屈折面248が近接した一辺から導光路の中間部までは導光路を狭くする傾斜面245を備え、傾斜面245の端部から出射口247の一辺までは導光路の幅を一定とする平面とされている。これにより、入射口246は略正方形であり、出射口247は横長の長方形とする導光装置224としているものである。

又、外形が直方体形状で内部が空洞の筒型のライトトンネル240を有し、ライトトンネル240の内表面には反射面241を備え、ライトトンネル240の筒の一端を入射口246とし、他端を出射口247としている。そして、この筒の内部に上述した第一ガラスロッド242と第二ガラスロッド243が配置している。

そして、屈折面248よりも入射口246側の導光路を形成する第一ガラスロッド242の屈折率をｎ１とし、屈折面248よりも出射口247側の導光路を形成する第二ガラスロッド243の屈折率をｎ２としたとき、式（５）を満足し、傾斜面245で反射された光は屈折面248で反射されて出射口247から射出されるものである。

尚、導光装置の全長は３０ｍｍ〜３５ｍｍに成型しているものである。
本最良の形態によれば、入射口246の形状が略正方形であるため光源装置のリフレクタから射出された光線束を無駄なく取り込むことが可能であり、且つ、出射口247の形状が横長の長方形であるためマイクロミラー表示素子230の形状にあった光を射出することが可能である。

本発明に係るプロジェクタは、プロジェクタ制御手段としてのマイクロコンピュータを内蔵し、図１に示すように、略直方体とされるケースの前面パネル120にはレンズカバー121を備えた投影口123を有し、ケースの上面パネル110には電源スイッチ111としてのキーや手動画質調整キー113、自動画質調整キー114、電源ランプインジケータ112、光源ランプインジケータ115、過熱インジケータ116などのキー及びインジケータ類、スピーカを内側に配置した拡声穴118や開閉蓋119を有し、図示しない背面パネルには電源コネクタやパーソナルコンピュータと接続するＵＳＢ端子、画像信号入力用のビデオ端子やミニＤ−サブ端子などの各種信号入力端子を有するプロジェクタ100である。

そして、上面の開閉蓋119の内部には、画質や画像の微調整及びプロジェクタ100の各種動作設定を行うサブキーを有し、ケースの左側面パネルには吸気口が、右側面パネル140には排気口145が設けられ、内部に冷却ファンを有するものである。

又、底面パネルの前方には突出量を調整可能とした前足部材170を有し、底面パネルの後方左右には固定式の後足部材175を有し、前足部材170の突出量を調整してプロジェクタ100の前方高さを変化させ、スクリーンの高さにあわせた画像の投影を可能としているものである。

そして、このプロジェクタ100の内部には、図２に示すように、超高圧水銀ランプなどの放電ランプ211を内蔵する光源装置210、及び、光源側光学系220としてカラーホイール221や導光装置224、複数枚の光源側レンズ群226と１枚のミラー228を有するものである。

更に、ランプ電源回路187やプロジェクタ制御手段181を取り付けた回路基板180、光源装置210からの射出光を表示素子230に照射する光源側光学系220、及び、複数の画素を行方向及び列方向にマトリクス状に配列して入射した光の反射を制御することにより画像を表示する表示素子230、更に、表示素子230からの射出光をスクリーン等の投影面に投影する投影側光学系250である固定レンズ群253や可動レンズ群255を組み込んだプロジェクタ100である。

この回路基板180には、マイクロコンピュータによるプロジェクタ制御手段181が設けられ、この制御手段181により、プロジェクタ内の各回路の動作制御を行い、電源スイッチ111がオン状態とされると光源装置210の放電ランプ211を点灯させると共に、冷却ファン190を放電ランプ211の出力や冷却ファン190のファン形状及び配置などに合わせた定格速度で駆動させ、左側面パネル150の吸気口155から外気を取り入れ、右側面パネル140の排気口145から内部の空気を排出しつつプロジェクタ100をスタンバイ状態とするものである。

そして、放電ランプ211の温度が所定温度に上昇して発光が安定すると、画像信号の入力による画像の投影を可能とするものである。
又、電源スイッチ111がオフ状態とされると放電ランプ211を消灯すると共に、タイマーにより数分間程度の所定時間だけ冷却ファン190の駆動を持続させてプロジェクタ100の内部を冷却した後に全ての動作を停止させる等の制御も行うものである。

そして、表示素子230は、カラーフィルターのような入射光を着色する手段を備えない表示素子230であり、この実施例では、一般にＤＭＤ（Digital Micromirror Device）と略称されるマイクロミラー表示素子230を用いている。このマイクロミラー表示素子230の横と縦の比は、通常４対３とされている。

このマイクロミラー表示素子230は、その正面方向に対して一方向に傾いた入射方向から入射した光を、前記複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより正面方向のオン状態光線と斜め方向のオフ状態光線とに分けて反射することにより画像を表示するものであり、一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより正面方向に反射するオン状態光線とし、他方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより斜め方向に反射してオフ状態光線とすると共に、このオフ状態光線を吸光板で吸収し、正面方向への反射による明表示と、斜め方向への反射による暗表示とにより画像を表示するものである。

そして、光源装置210は、内部に放電ランプ211を備え、内面が反射面とされる楕円球面形状のリフレクタと、このリフレクタの前方にリフレクタ前方の開口を塞ぐように防爆面が設置されるものであり、放電ランプ211はランプ電源回路187から電源を供給可能に導線により接続され、放電ランプ211が発光してリフレクタの反射面により反射して、光源装置210の前方に光を照射するものである。

又、光源装置210からの射出光をマイクロミラー表示素子230に入射させる光源側光学系220は、カラーホイール221や導光装置224、複数枚のレンズである光源側レンズ群226、及び、ミラー228で構成している。このカラーホイール221は薄肉円盤状であり、光源装置210からの射出光を順次着色するためのカラーフィルターを平面上に有している。

そして導光装置224は、カラーホイール221の射出側に入射面を対向させる位置として配置し、入射口から入射した光を導光装置224の内周面の反射面により反射しながら導いて射出面から均一な強度分布の光として射出するものである。
この導光装置224から射出する光はその後の光源側光学系を介してマイクロミラー表示素子230に照射されるため、マイクロミラー表示素子230の大きさ、形状に適した光を射出する必要がある。

本実施例の導光装置224は直方体形状であり、図３に示すように、外形が直方体形状で内部を空洞とする筒型のライトトンネル240と、直角三角柱形状の第一ガラスロッド242と、第一ガラスロッド242より屈折率の大きい略直角三角柱形状の第二ガラスロッド243とを有している。

このライトトンネル240は、外形状が上面と下面と左右の両側面からなる直方体で内部が空洞の筒状体であり、内部の空洞を導光路としている。この導光路を成形するため、ライトトンネル240の筒の内表面には内表面に当たった光を全反射させるための反射面241を備えており、ライトトンネル240の筒の一端が入射口246とされ、他端を出射口247とされている。

又、屈折率の異なる第一ガラスロッド242と第二ガラスロッド243を有し、第一ガラスロッド242及び第二ガラスロッド243は直角三角形状の斜辺面を対向させて接着されており、この接着面で屈折面248を成形している。なお、接着に用いる接着剤（層）の屈折率は、第一ガラスロッド242又は第二ガラスロッド243のどちらか一方の屈折率と同じである。又、第一ガラスロッド242の底面は入射口246とされ、第二ガラスロッド243の底面は出射口247とされている。そして、この入射口246と出射口247の間の内部空間を導光路としており、光源装置210のリフレクタにより反射された光源装置210からの光線束を導光するものである。

そして、入射口246の屈折面248が近接した一辺から導光路の中間部までは導光路を狭くする傾斜面245を備え、傾斜面245の端部から出射口247の一辺までは導光路の幅を一定とする平面としている。これにより、入射口246は正方形であるが、出射口247は横長の長方形とすることができ、射出される光線束も横長の方形状となる。

このように、筒状のライトトンネル240の内部に第一ガラスロッド242と第二ガラスロッド243を有し、このライトトンネル240の下面は、第二ガラスロッド243と同様に傾斜面245と上面と平行な面とを有しており、入射口246が正方形であり、出射口247が横長の長方形としているものである。

従って、この導光装置224の入射口246は正方形としているために光源装置210のリフレクタで反射された円形状の光線束を十分取り込むことができ、出射口247は横長の長方形としているためマイクロミラー表示素子230の形状に近い長方形の光線束を射出することになり、光源装置210からの光を無駄なくマイクロミラー表示素子230に射出することが可能となる。

即ち、この導光装置224では、図４に示すように、入射口246より入射した光は、まず第一ガラスロッド242に入射し、その後、屈折面248より第二ガラスロッド243に入射する。このとき第二ガラスロッド243の方が屈折率が高いため、光の角度は僅かに下側に屈折する。そして、ライトトンネル240の反射面241で全反射し、第一ガラスロッド242と第二ガラスロッド243の屈折面248に対して臨界角以上の角度で光が照射すると反射して再びライトトンネル240の内壁に向かい、臨界角以下の場合は透過して第一ガラスロッド242に入射する。

このように、ライトトンネル240の傾斜面245に反射した光は、傾斜面245の光軸に対する傾斜角であるαの２倍の角度がプラスされて反射するも、第一ガラスロッド242と第二ガラスロッド243の屈折面248が傾斜面245よりも大きな角度βで光軸と交わっており、この屈折面248で反射されるため、水平面に対する角度は緩やかになって出射口247より出射されることになる。
従って、当該導光装置224では、出射先の拡散が少なく、光源側レンズ群226によって効率的にマイクロミラー表示素子230へ平行光として照射集光させることができる。

そして、光源側光学系220のミラー228は、光源装置210から射出され、ライトトンネル224とカラーホイール221と光源側レンズ群226とを透過した光を、マイクロミラー表示素子230に向けて反射することによりマイクロミラー表示素子230にその正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から光を投射するものである。

又、投影側光学系250は、固定レンズ群253を内蔵する固定鏡筒と、この固定鏡筒に係合され、回転操作により軸方向に進退移動可能とされる可動レンズ群255を内蔵する可動鏡筒とを備え、これらの鏡筒内に組み込まれた複数枚のレンズの組み合わせによりズームレンズを形成する投影側光学系250としているものである。

このように、このプロジェクタ100は、光源装置210から光を一方向に射出させ、光源側光学系220のカラーホイール221を高速で回転駆動させることにより、光源装置210から光源側光学系220に入射した光を、カラーホイール221により順次着色し、さらに導光装置224により強度分布を均一にして、光源側光学系220としての光源側レンズ群226及びミラー228によりマイクロミラー表示素子230に向けて投射することができるものである。

そして、電源投入時から所定時間が経過して光源装置210からの光が安定すると、カラーホイール221を透過することで着色された各色の光の投射周期に同期させてマイクロミラー表示素子230に各色の単色画像データを順次書込むことにより、マイクロミラー表示素子230の正面方向に反射するオン状態光線によりマイクロミラー表示素子230に各色の単色画像を順次形成させ、マイクロミラー表示素子230から順次射出する各色の単色画像光を、投影側光学系250のレンズ群253、255により拡大して投影面に投影するものであり、投影面に、各色の３色の単色画像が重なったフルカラー画像を表示するものである。

又、この導光装置224に入射した、傾斜面245で反射された光を全て屈折面248で全反射させる導光装置224としては、傾斜面245の水平面に対する角度をα、屈折面248の水平面に対する角度をβ、入射光の光軸に対する最大角をθ１、最大角θ１で第二ガラスロッド243に入射した光が傾斜面245で反射し再び屈折面248に照射した時の屈折面248の垂線と当該反射光の間でなす角をθ、屈折面248の臨界角をθｍａｘ、第一ガラスロッド242の屈折率をｎ１、第二ガラスロッド243の屈折率をｎ２、入射口246の高さをＨ１、出射口247の高さをＨ２としたとき、以下の条件を満たすものである。

θ１の角度で導光装置224に入射した光が屈折面248の垂線となす角度は式（１）であり、この光が屈折面248に入射して屈折した場合にこの光と屈折面248の垂線とでなす角の角度は式（２）となるため、θは式（３）のようになる。

又、θｍａｘは第一ガラスロッド242と第二ガラスロッド243の屈折率より求められ、式（４）となる。

よって、式（５）を満たすことにより、導光装置224に入射した光を全て屈折面248で全反射することになる。

又、Ｈ１：Ｈ２は４：３となっており、つまり、出射口247は横と高さの比が４：３となっているものである。これにより、表示素子の形状に近い光線束を射出することができる。
更に、第二ガラスロッド243の水平面の長さを式（６）としている。これにより、傾斜面245で反射された光は一旦屈折面248で反射され入射角θ１よりも小さい角度とされて出射口247より射出するため、出射口247より射出する光線束の拡散幅を小さくすることができる。

尚、この導光装置224は第一ガラスロッド242と第二ガラスロッド243を上下逆に設置してもよい。つまり、屈折面は出射口の長辺となる上下いずれかの一辺と対角線上にある入射口の一辺との間で形成し、入射口の屈折面が近接する辺から傾斜面を形成して導光路を狭くし、出射口側のガラスロッドの屈折率を大きくすれば足りるものである。

更に、本実施例では第一ガラスロッド及び第二ガラスロッドをライトトンネル224内に配置しているが、入射口側に位置するガラスロッドを取り除いて、第二ガラスロッド243と同様のガラスロッドとライトトンネル224内の空気層とで導光装置224を形成し、ガラスロッドの斜辺面により屈折面を成型することもある。

そして、ライトトンネル224の内面に反射面を設けた場合について述べたが、第一ガラスロッド242と第二ガラスロッド243とにより直方体の導光路を形成し、第一ガラスロッド242の斜辺面及び底面と第二ガラスロッド243の斜辺面及び底面を除く平面に反射面を形成すればライトトンネル224を使用せずに同様の効果が得られる導光装置を提供できる。この場合は、ライトトンネル224が無くなる分、導光装置一回り小さくできる。

又、ライトトンネルの全長は３０ｍｍ〜３５ｍｍ程であり、従来のプロジェクタで用いているライトトンネルと同様のサイズであるため、そのまま交換することができる。

本実施例によれば、ライトトンネルの入射口は正方形としたことで、光源装置のリフレクタから射出される円形状の光線束を無駄なく取り込むことが可能であり、出射口は長方形となっているため、マイクロミラーの形状に合った光を射出することができる。そして、従来の導光装置を本実施例の導光装置に取換えるだけで光源装置からの光を無駄なく利用でき、明るい投影画像を投影可能なプロジェクタを提供することができる。

又、本発明の他の実施例の導光装置224としては、図５に示すように、屈折率が異なり直角三角柱形状であって三角形断面が相似する第一ガラスロッド261と第二ガラスロッド262であり、且つ、第一ガラスロッド261はその底面が正方形であって、底面を横長の長方形とする第二ガラスロッド262よりも大きくした２つのガラスロッドを有し、第一ガラスロッド261と第二ガラスロッド262の内部を導光路するものがある。

そして、この第一ガラスロッド261及び第二ガラスロッド262は直角三角形状の斜辺面を対向させて接着されており、この接着面で屈折面248を成形している。尚、接着に用いる接着剤（層）の屈折率は、第一ガラスロッド242又は第二ガラスロッド243のどちらか一方の屈折率と同じである。又、第一ガラスロッド261の斜辺面における頂角側端部が第二ガラスロッド262の斜辺面における底辺側端部に一致させ、よって、第一ガラスロッド261の斜辺面の一部が第二ガラスロッド262の斜辺面の頂角側端部より突出した形状としている。

そして、これら斜辺面を対向させて接着したガラスロッド261,262を、中空の保持部材263の内部で狭持している。更に、第一ガラスロッド261の底面部を入射口246とし、第二ガラスロッド262の底面部を出射口247としている。この時、入射口246は正方形形状であり、出射口247は長方形形状となっている。これにより、入射口246より入射する光線束は正方形であるが、出射口247より射出される光線束は横長の方形状となる。

この導光装置224では、入射口246より入射した光は、まず第一ガラスロッド261に入射し、その後、屈折面248より第二ガラスロッド262に入射する。このとき第二ガラスロッド262の方が屈折率が高いため、光の角度は僅かに下側に屈折する。そして、第二ガラスロッド262と保持部材263の接続面で全反射し、第一ガラスロッド242と第二ガラスロッド243の屈折面248に再度照射する。この時、臨界角以上の角度で光が照射すると屈折面248で再び反射し、臨界角以下の場合は透過して第一ガラスロッド242に入射する。そして、屈折面248で反射した光は反射を繰り返しながら緩やかな角度の光線束となって出射口247より射出される。

このように導光装置224内で反射を繰り返すことにより射出される光線束の拡散幅が小さくなり、表示素子の形状に近い光線束を拡散幅の小さな光線束として射出することが可能となる。

又、この導光装置224に入射し、第二ガラスロッド262と保持部材263との接続面で反射されて屈折面248に照射した光を全て屈折面248で全反射させる導光装置224としては、屈折面248の水平面に対する角度をβ、入射光の光軸に対する最大角をθ１、最大角θ１で第二ガラスロッド243に入射した光が再び第二ガラスロッド262と保持部材263との接続面で反射して屈折面248に照射した時の屈折面248の垂線と当該反射光との間でなす角をθ、第一ガラスロッド242の屈折率をｎ１、第二ガラスロッド243の屈折率をｎ２としたとき、式（７）を満たすものである。

この式を満たすことにより、第二ガラスロッド262と保持部材263との接続面で反射されて屈折面248に照射した光を全て屈折面248で全反射させることができるため、導光装置224から射出される光線束の拡散幅を小さくでき、表示素子の形状に近い形状の光線束を射出することができる。又、三角断面が相似の２つのガラスロッドを組み合わせて製造するため、導光装置224の製造が容易となる。

又、この導光装置224において、図５の波線に示すような、θ１の角度で導光装置224に入射し、第二ガラスロッド262の斜辺面と接触していない第一ガラスロッド261の斜辺面に照射されるような光の場合、第一ガラスロッド261で反射してθ１＋２βの角度で屈折面248に照射されるため、第二ガラスロッド262から第一ガラスロッド261に透過してしまうことがある。しかし、式（８）を満足するような屈折率を持つガラスロッドを用いることにより、第二ガラスロッド262の導光路内で全反射させることが可能となる。

このような導光装置224を用いることにより、出射口247より射出するときに角度が大きすぎてその後の光学系で利用できないような光線束を無くすことができ、製造が容易であると共に、光源装置210からの光を無駄なく利用することが可能となる。

尚、本発明は、以上の実施例の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。

本発明の実施例のプロジェクタの斜視図。 本発明の実施例のプロジェクタの上面を取り除いた斜視図。 本発明の実施例の導光装置の斜視図。 本発明の実施例の導光装置の縦断面図。 本発明のその他の実施例の導光装置の縦断面図。 従来のライトトンネルの一例を示す図。

符号の説明

100 プロジェクタ 110 上面パネル
111 電源スイッチ 112 電源ランプインジケータ
113 手動画質調整キー 114 自動画質調整キー
115 光源ランプインジケータ 116 加熱インジケータ
118 拡声穴 119 開閉蓋
120 前面パネル 121 レンズカバー
123 投影口 130 後面パネル
140 右側面パネル 145 排気口
150 左側面パネル 155 吸気口
160 底面パネル 170 前足部材
175 後足部材 180 回路基板
181 プロジェクタ制御手段 187 ランプ電源回路
190 冷却ファン 210 光源装置
211 放電ランプ 220 光源側光学系
221 カラーホイール
224 導光装置 226 光源側レンズ群
228 ミラー 230 マイクロミラー表示素子
240 ライトトンネル 241 反射面
242,261 第一ガラスロッド 243,262 第二ガラスロッド
245 傾斜面 246 入射口
247 出射口 248 屈折面
250 投影側光学系 251 保持部材
253 固定レンズ群 255 可動レンズ群

Claims (15)

1. 入射口と出射口とを備えた四角柱形状の筒状を形成する反射面の内部を導光路とし、
   前記入射口を略正方形とすると共に前記出射口を横長の長方形とし、
   前記出射口の長辺である一辺と前記入射口の対向する辺の間には屈折面を有し、
   前記入射口の屈折面が近接した一辺から前記導光路の中間部までは導光路を狭くする傾斜面を備え、
   前記傾斜面の端部から出射口の一辺までは導光路の幅を一定とする平面とされていることを特徴とする導光装置。
2. さらに、外形が直方体形状で内部が空洞の筒型のライトトンネルを有し、
   ライトトンネルの内表面には前記反射面を備え、
   前記ライトトンネルの一端を前記入射口とし、
   他端を前記出射口としたことを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
3. 直角三角柱形状の第一ガラスロッドと略直角三角柱形状の第二ガラスロッドとを有し、
   第二ガラスロッドは第一ガラスロッドより屈折率が大きく、第二ガラスロッドの背面には前記導光路を狭くする傾斜面としての傾斜面を有し、
   前記第一ガラスロッドと第二ガラスロッドは斜辺面を対向接着させて前記屈折面を成形しており、
   前記第一ガラスロッドの底面を前記入射口とし、
   前記第二ガラスロッドの底面を前記出射口としていることを特徴とする請求項２に記載の導光装置。
4. 略直角三角柱形状のガラスロッドを有し、
   前記ガラスロッドの底面は前記出射口に位置し、
   空気層と前記ガラスロッドの斜辺面とで前記屈折面を成形すると共に、当該ガラスロッドの背面には前記導光路を狭くする傾斜面としての傾斜面を有していることを特徴とする請求項２に記載の導光装置。
5. 直角三角柱形状の第一ガラスロッドと略直角三角柱形状の第二ガラスロッドとを有し、
   第二ガラスロッドは第一ガラスロッドより屈折率が大きく、第二ガラスロッドの背面には前記導光路を狭くする傾斜面としての傾斜面を有し、
   前記第一ガラスロッドと第二ガラスロッドは斜辺面を対向接着させて前記屈折面を成形しており、
   前記第一ガラスロッドの底面を前記入射口とし、
   前記第二ガラスロッドの底面を前記出射口とすると共に、第一ガラスロッドの斜辺面及び底面を除く平面と第二ガラスロッドの斜辺面及び底面を除く平面に前記反射面を形成していることを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
6. 前記屈折面よりも入射口側の導光路の屈折率をｎ１とし、屈折面よりも出射口側の導光路の屈折率をｎ２としたとき、式（５）を満足し、前記傾斜面で反射された光は屈折面で反射されて出射口から射出されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の導光装置。
   

   
7. 直角三角柱形状で三角形断面を相似とする２つのガラスロッドであって、底面を正方形とする第一ガラスロッドと、底面を横長の長方形とする第二ガラスロッドとを有し、当該第一ガラスロッドと第二ガラスロッドの内部が導光路とされ、
   前記第一ガラスロッドは前記第二ガラスロッドより大きく成形され、
   前記第二ガラスロッドの屈折率ｎ２は前記第一ガラスロッドの屈折率ｎ１より大きく、
   前記第一ガラスロッドと第二ガラスロッドは斜辺面を対向接着させて屈折面を成形しており、
   前記第一ガラスロッドの斜辺面における頂角側端部が前記第二ガラスロッドの斜辺面における底辺側端部に一致し、
   前記第一ガラスロッドの底面を入射口、前記第二ガラスロッドの底面を出射口とし、式（７）を満足していることを特徴とする導光装置。
   

   
8. 直角三角柱形状で三角形断面を相似とする２つのガラスロッドであって、底面を正方形とする第一ガラスロッドと、底面を横長の長方形とする第二ガラスロッドとを有し、当該第一ガラスロッドと第二ガラスロッドの内部が導光路とされ、
   前記第一ガラスロッドは前記第二ガラスロッドより大きく成形され、
   前記第二ガラスロッドの屈折率ｎ２は前記第一ガラスロッドの屈折率ｎ１より大きく、
   前記第一ガラスロッドと第二ガラスロッドは斜辺面を対向接着させて屈折面を成形しており、
   前記第一ガラスロッドの斜辺面における頂角側端部が前記第二ガラスロッドの斜辺面における底辺側端部に一致し、
   前記第一ガラスロッドの底面を入射口、前記第二ガラスロッドの底面を出射口とし、式（８）を満足していることを特徴とする導光装置。
   

   
9. 光源装置と、
   光源側光学系と、
   投影画像を生成する表示素子と、
   投影画像を投影する投影側光学系と、
   プロジェクタ制御手段とを備え、
   前記光源側光学系は、カラーホイールと、導光装置と、光源側レンズ群と、反射ミラーとを備え、
   前記導光装置は、
   入射口と出射口とを備えた四角柱形状の筒状を形成する反射面の内部を導光路とし、
   前記入射口を略正方形とすると共に前記出射口を横長の長方形とし、
   前記出射口の長辺である一辺と前記入射口の対向する辺の間には屈折面を有し、
   前記入射口の屈折面が近接した一辺から前記導光路の中間部までは導光路を狭くする傾斜面を備え、
   前記傾斜面の端部から出射口の一辺までは導光路の幅を一定とする平面とされていることを特徴とするプロジェクタ。
10. 外形が直方体形状で内部が空洞の筒型のライトトンネルを有し、
    ライトトンネルの内表面には前記反射面を備え、
    前記ライトトンネルの一端を前記入射口とし、
    他端を前記出射口としたことを特徴とする請求項９に記載のプロジェクタ。
11. 直角三角柱形状の第一ガラスロッドと略直角三角柱形状の第二ガラスロッドとを有し、
    第二ガラスロッドは第一ガラスロッドより屈折率が大きく、第二ガラスロッドの背面には前記導光路を狭くする傾斜面としての傾斜面を有し、
    前記第一ガラスロッドと第二ガラスロッドは斜辺面を対向接着させて前記屈折面を成形しており、
    前記第一ガラスロッドの底面を前記入射口とし、
    前記第二ガラスロッドの底面を前記出射口としていることを特徴とする請求項１０に記載のプロジェクタ。
12. 略直角三角柱形状のガラスロッドを有し、
    前記ガラスロッドの底面は前記出射口に位置し、
    空気層と前記ガラスロッドの斜辺面とで前記屈折面を成形すると共に、当該ガラスロッドの背面には前記導光路を狭くする傾斜面としての傾斜面を有していることを特徴とする請求項１０に記載のプロジェクタ。
13. 直角三角柱形状の第一ガラスロッドと略直角三角柱形状の第二ガラスロッドとを有し、
    第二ガラスロッドは第一ガラスロッドより屈折率が大きく、第二ガラスロッドの背面には前記導光路を狭くする傾斜面としての傾斜面を有し、
    前記第一ガラスロッドと第二ガラスロッドは斜辺面を対向接着させて前記屈折面を成形しており、
    前記第一ガラスロッドの底面を前記入射口とし、
    前記第二ガラスロッドの底面を前記出射口とすると共に、第一ガラスロッドの斜辺面及び底面を除く平面と第二ガラスロッドの斜辺面及び底面を除く平面に前記反射面を形成していることを特徴とする請求項９に記載のプロジェクタ。
14. 前記屈折面よりも入射口側の導光路の屈折率をｎ１とし、屈折面よりも出射口側の導光路の屈折率をｎ２としたとき、式（５）を満足し、前記傾斜面で反射された光は屈折面で反射されて出射口から射出されることを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載のプロジェクタ。
    

    
15. 光源装置と、
    光源側光学系と、
    投影画像を生成する表示素子と、
    投影画像を投影する投影側光学系と、
    プロジェクタ制御手段とを備え、
    前記光源側光学系は、カラーホイールと、導光装置と、光源側レンズ群と、反射ミラーとを備え、
    前記導光装置は、
    直角三角柱形状で三角形断面を相似とする２つのガラスロッドであって、底面を正方形とする第一ガラスロッドと、底面を横長の長方形とする第二ガラスロッドとを有し、当該第一ガラスロッドと第二ガラスロッドの内部が導光路とされ、
    前記第一ガラスロッドは前記第二ガラスロッドより大きく成形され、
    前記第二ガラスロッドの屈折率ｎ２は前記第一ガラスロッドの屈折率ｎ１より大きく、
    前記第一ガラスロッドと第二ガラスロッドは斜辺面を対向接着させて屈折面を成形しており、
    前記第一ガラスロッドの斜辺面における頂角側端部が前記第二ガラスロッドの斜辺面における底辺側端部に一致し、
    前記第一ガラスロッドの底面を入射口、前記第二ガラスロッドの底面を出射口とし、式（７）を満足していることを特徴とするプロジェクタ。
    

    

Images