JP2008009217A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランプからの出射光の焦点位置のずれを随時補正することが出来る光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置１は、ランプ１２が取り付けられたランプカートリッジ１１を備える。ランプ１２からの出射光を均一化するロッドインテグレータ１７を備える。ランプカートリッジ１１と、ロッドインテグレータ１７との間に配置され、出射光を屈折させ出射光の焦点位置を調整する光学部材１３を備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、光源装置に関し、特にランプの製造誤差による焦点位置のずれを補正する光源装置に関する。

ランプから出射された光が集光される位置（焦点位置）に、光（輝度分布）を均一化するロッドインテグレータ（ライトトンネル）の入射口が配置された光源装置が提案されている。

ランプカートリッジに取り付けられたランプの製造誤差などにより、ランプカートリッジを交換する際に、ランプからの出射光の焦点位置がロッドインテグレータの入射口の中心からずれることが考えられる。そのため、焦点位置の調整が必要となる。

特許文献１は、焦点位置の調整のために、ランプとリフレクタとを接着する前に、スクリーンに照射した照度を測定して、最適な焦点位置を調整する光源装置を開示する。
特開２００３−２９３３８号公報

しかし、特許文献１の光源装置は、ランプとリフレクタの接着の際に、加熱や乾燥の手順が必要であり手間がかかる上、接着後の調整は出来ない。そのため、ランプカートリッジ交換の際の焦点位置調整には適当でない。

したがって本発明の目的は、ランプからの出射光の焦点位置のずれを随時補正することが出来る光源装置を提供することである。

本発明に係る光源装置は、ランプが取り付けられたランプカートリッジと、ランプからの出射光を均一化するロッドインテグレータと、ランプカートリッジと、ロッドインテグレータとの間に配置され、出射光を屈折させ出射光の焦点位置を調整する光学部材とを備える。

好ましくは、光学部材は、厚さ一定のフィルタと、フィルタを保持するホルダとを有する。

さらに好ましくは、ホルダは、出射光のフィルタへの入射角を変えるため１軸または２軸中心に回転可能な状態で、フィルタを保持する。

また、好ましくは、ホルダは、出射光のフィルタへの入射角を変えるため１軸中心に回転可能な状態で、フィルタを保持し、ランプカートリッジは、その１軸と平行な方向に移動可能な状態で保持される。

また、好ましくは、光学部材は、厚さが一定に変化するプリズムと、プリズムを保持するホルダとを有する。

さらに好ましくは、ホルダは、出射光のプリズムへの入射角を変えるため１軸または２軸中心に回転可能な状態で、プリズムを保持する。

また、好ましくは、ホルダは、プリズムを複数有し、複数のプリズムは、ランプの光軸中心にそれぞれ独立して回転可能な状態で保持される。

また、好ましくは、光学部材における出射光を屈折させる部材は、紫外線、熱線の少なくとも一方をカットするコーティングが施されている。

また、好ましくは、ランプからの出射光は平行光であり、光学部材は平行光を集光する集光レンズであり、集光レンズは、平行光の方向と垂直な平面上を移動可能な状態で保持される。

以上のように本発明によれば、ランプからの出射光の焦点位置のずれを随時補正することが出来る光源装置を提供することができる。

以下、第１実施形態について、図を用いて説明する。プロジェクタ表示装置は光源装置１と、コリメータレンズ等の第１光学系１９と、画像形成装置としてのＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）２１と、ＤＭＤ２１に表示された画像をスクリーン２３上で結像させるための第２光学系（投影レンズ、不図示）と、反射ミラー２２、スクリーン２３とを有する。光源装置１から照射された光であって第１光学系１９を介して、ＤＭＤ２１に入射した光のうち、表示に必要な光は、第２光学系（投影レンズ）により結像可能な光束となり、反射ミラー２２に反射し、スクリーン２３に結像される（図７参照）。本実施形態では、ＤＭＤ２１を使った反射による画像形成装置の形態を説明するが、透過型または反射型液晶を使った画像形成装置であってもよい。

第１実施形態におけるプロジェクタ表示装置の光源装置１は、ランプ１２が取り付けられたランプカートリッジ１１、焦点位置調整部１３、及びロッドインテグレータ（ライトトンネル）１７を備える（図１、図２、図８参照）。なお、図２は、焦点位置調整部１３のホルダ１３ｂを省略している。また、図１、２は、ランプカートリッジ１１を省略している。

方向を説明するために、ランプカートリッジ１１に取り付けられたランプ１２からの出射光であってロッドインテグレータ１７で均一化された光が照射される方向に垂直な水平方向を第１方向ｘ、第１方向ｘと直交する鉛直方向を第２方向ｙ、第１方向ｘ、第２方向ｙに垂直な水平方向（ランプ１２、及びロッドインテグレータ１７の光軸Ｏと平行な方向）を第３方向ｚとして説明する。

ランプ１２から照射された光は、ロッドインテグレータ１７の入射口に集光される。ロッドインテグレータ１７を介して輝度分布が均一化された光は、第１光学系１９に向けて出射される。

ランプ１２と、ロッドインテグレータ１７の入射口の間には、焦点位置調整部（光学部材）１３が配置される。焦点位置調整部１３は、厚さ一定の矩形または円形板状部材のフィルタ１３ａと、フィルタ１３ａを保持するホルダ１３ｂとを有する。フィルタ１３ａは、ＩＲ（熱線）カット、及びＵＶ（紫外線）カットのコーティングが施された保護ガラスである。第１実施形態では、他の光学部品よりも光源（ランプ１２）に近く（前段）にフィルタ１３ａが設けられるため、光源から離れた位置（後段）にフィルタ１３ａを設ける形態に比べて、赤外線や紫外線を初期段階でカットするので、赤外線や紫外線による装置の劣化する部分を少なくすることが可能になる。

ランプ１２から出射された光は、フィルタ１３ａにより屈折せしめられる。フィルタ１３ａを第３方向ｚに垂直に配置した場合、フィルタ１３ａによる屈折量と厚さを考慮して、ランプ１２からの出射光の焦点位置が、焦点位置調整部１３が無い形態に比べて（図３参照）、第３方向ｚに変位するため、ロッドインテグレータ１７の入射口を第３方向ｚにずらす必要がある（図１参照）。なお、図３は、ランプカートリッジ１１を省略している。

ホルダ１３ｂは、ランプ１２からの出射光のフィルタ１３ａへの入射角を変えるため１軸または２軸中心に回転可能な状態で、フィルタ１３ａを保持する。具体的には、フィルタ１３ａを第１方向ｘに平行な第１軸ａｘ１を中心に回転、及び第２方向ｙに平行な第２軸ａｘ２を中心に回転可能な状態で保持する。フィルタ１３ａを、第３方向ｚと垂直な状態（図１参照）から変えて、第１軸ａｘ１を中心に回転させた場合（図２参照）は、ランプ１２から出射された光の焦点位置を第２方向ｙにずらすことが可能になり、第２軸ａｘ２を中心に回転させた場合は、ランプ１２から出射された光の焦点位置を第１方向ｘにずらすことが可能になる。図２は、フィルタ１３ａを、第１軸ａｘ１を中心に回転させて、ランプ１２からの出射光の焦点位置を第２方向ｙで且つ下方向にずらした状態を示す。

フィルタ１３ａを第１軸ａｘ１または第２軸ａｘ２を中心に回転させた場合、ランプ１２からの出射光の焦点位置は、第２方向ｙまたは第１方向ｘに移動するだけでなく、第３方向ｚも移動する。そのため、ランプカートリッジ１１が第３方向ｚに移動可能な状態で保持されてもよい（保持部材は不図示）が、第３方向ｚの移動量は微少でありその影響は少ない。

ランプカートリッジ１１を交換した際、ランプカートリッジ１１に取り付けられたランプ１２の製造誤差などにより出射光の焦点位置が、任意の位置（ロッドインテグレータ１７の入射口中心など）からｘｙ平面上にずれることが考えられる。ランプ１２の出射光の焦点位置が任意の位置からずれると、スクリーン２３に投影される映像の最も明るい位置がスクリーン２３の中心からずれる（照度分布が均一化しない）。第１実施形態では、出射光の焦点位置が任意位置からｘｙ平面上にずれた場合でも焦点位置調整部１３のフィルタ１３ａを第１軸ａｘ１または第２軸ａｘ２を中心に回転させることにより焦点位置を第２方向ｙまた第１方向ｘに移動させ任意位置に変位させる（ずれを補正する）ことが可能であり、ランプカートリッジ１１を交換しても照度分布を均一化させることが可能になる。

例えば、ランプカートリッジ１１を交換した際、ランプ１２の焦点位置が任意位置に比べて第２方向ｙで且つ上方向にずれている場合には、フィルタ１３ａを第１軸ａｘ１を中心に、図２における左周りに回転させることにより、焦点位置を第２方向ｙで且つ下方向に移動させることが可能になり、これにより上方向のずれを相殺させることが可能になる。

また、この焦点位置調整は、随時行うことが可能であるし、即時に行うことが可能であるメリットを有する。

ランプカートリッジ１１を交換する際、ランプカートリッジ１１は、第１方向ｘに沿って移動せしめられる（第２方向ｙなど他の方向であってもよい）。このランプカートリッジ１１の移動動作を使って、ランプ１２の焦点位置を調整してもよい（図７参照）。具体的には、ランプカートリッジ１１の移動方向と同じ方向に、ランプ１２の焦点位置が移動せしめられる。例えば、ランプカートリッジ１１を第１方向ｘで且つ右方向に移動させた場合、ランプ１２の焦点位置も第１方向ｘで且つ右方向に移動せしめられる。これにより、第２軸ａｘ２を中心に回転させることによりランプ１２の焦点位置を第１方向ｘに移動させることと同じ効果が得られる。

次に第２実施形態について説明する。第１実施形態では、厚さ一定の矩形または円形板状部材のフィルタ１３ａを使用して、ランプ１２からの出射光の焦点位置を調整したが、第２実施形態では、厚さが一定に変化するプリズム１３ｃを使用して、ランプ１２からの出射光の焦点位置を調整する（図４参照）。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。プリズム１３ｃは、ＩＲカット、及びＵＶカットのコーティングが施された保護ガラスである。

焦点位置調整部１３は、ホルダ１３ｂ、及びプリズム１３ｃを有する。ホルダ１３ｂは、プリズム１３ｃを保持する。プリズム１３ｃは、第１方向ｘから見て、台形形状を有する。図４は、第１方向ｘから見て、上底が下底よりも短く、ランプ１２側の辺が第２方向ｙと平行な台形形状を有するプリズム１３ｃにより、ランプ１２からの出射光の焦点位置が、焦点位置調整部１３が無い場合に比べて、第２方向ｙで且つ下方向に移動せしめられる状態を示す。なお、プリズム１３ｃは、ホルダ１３ｂによって保持されるが、図４は、焦点位置調整部１３のホルダ１３ｂを省略している。また、図４は、ランプカートリッジ１１を省略している。プリズム１３ｃは、第３方向ｚから見て矩形または円形形状を有する。

第２実施形態において、ホルダ１３ｂは、ランプ１２からの出射光のプリズム１３ｃへの入射角を変えるため１軸または２軸中心に回転可能な状態で、プリズム１３ｃを保持してもよい。具体的には、プリズム１３ｃを第１方向ｘに平行な第１軸ａｘ１を中心に回転、及び第２方向ｙに平行な第２軸ａｘ２を中心に回転可能な状態で保持する。プリズム１３ｃを第２方向ｙに平行な第２軸ａｘ２を中心に回転可能な状態で保持することにより、ランプ１２の焦点位置を第１方向ｘに調整する形態に代えて、ランプカートリッジ１１の第１方向ｘの移動動作を使って、ランプ１２の焦点位置を第１方向ｘに調整する形態であってもよい。

次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、プリズム１３ｃを複数備える点で、第２実施形態と異なる。以下、第２実施形態と異なる点を中心に説明する。

焦点位置調整部１３は、第１、第２プリズム１３ｃ１、１３ｃ２、及び第１、第２ホルダ１３ｂ１、１３ｂ２を有する。第１、第２プリズム１３ｃ１、１３ｃ２は、第２実施形態におけるプリズム１３ｃと同じ第３方向ｚから見て円形形状を有するプリズムであるが、第１、第２ホルダ１３ｂ１、１３ｂ２によってそれぞれが独立してランプ１２の光軸Ｏを中心に回転可能な状態で保持される点で異なる（図５、６、９参照）。図５、６は、ランプカートリッジ１１を省略している。

第１、第２プリズム１３ｃ１、１３ｃ２は、第１方向ｘから見て、台形形状を有する。図５は、第１プリズム１３ｃ１が、第１方向ｘから見て、上底が下底よりも短く、ランプ１２側の辺が第２方向ｙと平行な台形形状を有する位置関係で第１ホルダ１３ｂ１により保持され、第２プリズム１３ｃ２が、第１方向ｘから見て、上底が下底よりも長く、ロッドインテグレータ１７側の辺が第２方向ｙと平行な台形形状を有する位置関係で、第２ホルダ１３ｂ２により保持される第１状態を示す。

第１状態では、第１プリズム１３ｃ１と、第２プリズム１３ｃ２を合わせた形状が、第１方向ｘからみて矩形形状となり、焦点位置調整においては第１実施形態におけるフィルタ１３ａと同じ効果を有する。

図６は、第１プリズム１３ｃ１が、第１状態と同じ位置関係で第１ホルダ１３ｂ１により保持され、第２プリズム１３ｃ２が、ランプ１２の光軸Ｏを中心に１８０度回転した位置関係（第２プリズム１３ｃ２が、第１方向ｘから見て、上底が下底よりも短く、ロッドインテグレータ１７側の辺が第２方向ｙと平行な台形形状を有する位置関係）で、第２ホルダ１３ｂ２により保持される第２状態を示す。

第２状態では、第１プリズム１３ｃ１による屈折と、第２プリズム１３ｃ２による屈折により、１つのプリズム１３ｃを使った第２実施形態に比べてより大きな変位量で焦点位置調整をすることが可能になる。

第３実施形態では、第１、第２プリズム１３ｃ１、１３ｃ２それぞれを、光軸Ｏを中心に回転移動させることにより、ランプ１２の焦点位置をｘｙ平面上に移動させることが可能になる。

第１〜第３実施形態では、ランプ１２からの出射光が、１点（焦点）に集光される形態であり、ランプ１２とロッドインテグレータ１７との間に、フィルタ（第１実施形態）、またはプリズム（第２、第３実施形態）を設けることにより、ランプ１２からの出射光の焦点位置を調整する形態を説明したが、ランプ１２からの出射光が、平行光である形態であってもよい。この場合、平行光を集光する集光レンズとロッドインテグレータ１７との間に、フィルタまたはプリズムが設けられる（不図示）。

また、ランプ１２からの出射光が平行光の場合は、フィルタやプリズムに代えて、平行光を集光する集光レンズで焦点位置を調整してもよい。この場合、集光レンズがｘｙ平面上に移動可能な状態でホルダ１３ｂにより保持され、集光される位置（焦点位置）が調整される（不図示）。

第１実施形態におけるフィルタが回転しない状態の側面図である。 第１実施形態におけるフィルタが回転した状態の側面図である。 焦点位置調整部がない形態の側面図である。 第２実施形態における側面図である。 第３実施形態における第１状態の側面図である。 第３実施形態における第２状態の側面図である。 プロジェクタ表示装置を示す斜視図である。 第１、第２実施形態における光源装置を示す斜視図である。 第３実施形態における光源装置を示す斜視図である。

符号の説明

１ 光源装置
１１ ランプカートリッジ
１２ ランプ
１３ 焦点位置調整部
１３ａ フィルタ
１３ｂ ホルダ
１３ｂ１、１３ｂ２ 第１、第２ホルダ
１３ｃ プリズム
１３ｃ１、１３ｃ２ 第１、第２プリズム
１７ ロッドインテグレータ
１９ 第１光学系
２１ ＤＭＤ
２２ 反射ミラー
２３ スクリーン
ａｘ１、ａｘ２ 第１、第２軸

Claims (9)

1. ランプが取り付けられたランプカートリッジと、
   前記ランプからの出射光を均一化するロッドインテグレータと、
   前記ランプカートリッジと、前記ロッドインテグレータとの間に配置され、前記出射光を屈折させ前記出射光の焦点位置を調整する光学部材とを備えたことを特徴とする光源装置。
2. 前記光学部材は、厚さ一定のフィルタと、前記フィルタを保持するホルダとを有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記ホルダは、前記出射光の前記フィルタへの入射角を変えるため１軸または２軸中心に回転可能な状態で、前記フィルタを保持することを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記ホルダは、前記出射光の前記フィルタへの入射角を変えるため１軸中心に回転可能な状態で、前記フィルタを保持し、
   前記ランプカートリッジは、前記１軸と平行な方向に移動可能な状態で保持されることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
5. 前記光学部材は、厚さが一定に変化するプリズムと、前記プリズムを保持するホルダとを有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
6. 前記ホルダは、前記出射光の前記プリズムへの入射角を変えるため１軸または２軸中心に回転可能な状態で、前記プリズムを保持することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記ホルダは、前記プリズムを複数有し、
   前記複数のプリズムは、前記ランプの光軸中心にそれぞれ独立して回転可能な状態で保持されることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
8. 前記光学部材における前記出射光を屈折させる部材は、紫外線、熱線の少なくとも一方をカットするコーティングが施されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
9. 前記ランプからの出射光は平行光であり、
   前記光学部材は前記平行光を集光する集光レンズであり、
   前記集光レンズは、前記平行光の方向と垂直な平面上を移動可能な状態で保持されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

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