JP2008293733A - ライトガイドおよび画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミキシングされなかった迷光を光変調素子に到達させないライトガイド、および、それを搭載する画像投影装置を提供する。
【解決手段】複数の反射部材を筒状につなげ、かつ上記反射部材の反射面を内側に向けることで筒内部を形成し、光を上記筒内部を介して出射させているライトトンネルＬＴにおいて、光の入射する筒の一端である入射端ＩＰおよび光の出射する筒の一端である出射端ＯＰのうち、少なくとも一方が、先細っているライトガイド。
【選択図】図１

Description

本発明はライトガイド、およびそれを搭載するプロジェクタ（画像投影装置）に関するものである。

画像投影装置の一例であるプロジェクタには、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device；米国テキサスインスツルメンツ社製）等の光変調素子に入射する光の光強度分布を均一にするライトトンネル（ライトガイド）が搭載されている。かかるライトトンネルは、特許文献１に記載のプロジェクタにも搭載されているように、ほとんどのプロジェクタに搭載されている。

そして、このライトトンネルの形状としては、特許文献１に記載のプロジェクタのようにテーパ状になったものや、図９に示すように四角柱状でかつ筒状になったものなどがある（なお、黒抜き矢印は光の進行方向を示す）。詳説すると、図１０に示すようなライトトンネルｌｔは、４枚の板状のミラーガラスｍｇのミラー面ｍｆを内側にし、各ミラーガラスｍｇの端部（ただし、長手方向に沿う端部）を貼り合わすことで筒状にしている。

そして、筒状の内部の一端（入射端ｉｐ）から、ランプの光が入射する。すると、この筒の内部において、光が複数回反射し（光がミキシングされ）、筒他端（出射端ｏｐ）から出射する光は、光強度を一定にする。

特開２００５−２９２５６１号公報

ただし、このようなライトトンネルｌｔの場合、入射端ｉｐにおけるミラーガラスｍｇの端部ｅｄが比較的厚い。すると、ランプからの光は、筒の内部だけでなく、かかる端部ｅｄにも入射する。このような端部ｅｄに入射する光は、筒の内部に入射する光とは異なり、ミキシングされない。そのため、この光の光強度は、ミキシングされた光の光強度とは異なる。

また、筒の内部に入射した光の全てがミキシングするわけではなく、一部の光はミラーガラスｍｇのミラー面ｍｆを透過し、ミラーガラスｍｇの内部を進行する。すなわち、筒の内部に入射した光の一部が、ミラーガラスｍｇの端部ｅｄに入射する光と同様に、ミキシングされない。そして、かかるようにしてミキシングされなかった光は、迷光とも呼ばれ、光変調素子に到達した場合に、プロジェクタの画像品質に悪影響を与える。

そこで、本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、迷光を光変調素子に到達させないライトトガイド、および、それを搭載する画像投影装置を提供することにある。

ライトガイドは、複数の反射部材を筒状につなげ、かつ反射部材の反射面を内側に向けることで筒内部を形成し、光を筒内部を介して出射させている。そして、かかるライトガイドでは、光の入射する筒の一端である入射端および光の出射する筒の一端である出射端のうち、少なくとも一方が、先細っている。

例えば、入射端が先細っていれば、迷光の原因となる入射端を通じて出射端に向かう光の発生は減少する。また、出射端が先細っていれば、先細っているがゆえに、この出射端から迷光が出射しにくい。

なお、出射端を形成する複数の反射部材の少なくとも１つの端部の厚みが、反射部材の最大の厚みよりも薄くなっていれば、ライトガイドの出射端は先細ることになる。詳説すると、以下の条件式（１）が満たされていると望ましい。
Ｗout＜Ｄ … 条件式（１）
ただし、
Ｄ ：反射部材の最大の厚み
Ｗout：先細っている出射端を形成する複数の反射部材の出射側面が、反射部材の厚 み方向に沿って有する長さ
である。

また、入射端を形成する複数の反射部材の少なくとも１つの端部の厚みが、反射部材の最大の厚みよりも薄くなっていれば、ライトガイドの入射端は先細ることになる。詳説すると、以下の条件式（２）が満たされていると望ましい。
Ｗin＜Ｄ … 条件式（２）
ただし、
Ｄ ：反射部材の最大の厚み
Ｗin：先細っている入射端を形成する複数の反射部材の入射側面が、反射部材の厚み 方向に沿って有する長さ
である。

なお、先細り方の一例としては、先細っている出射端を形成する複数の反射部材の端部（出射端部）、および先細っている入射端を形成する複数の反射部材の端部（入射端部）、の少なくとも一方には、反射部材の反射面に対して鋭角に傾斜した傾斜面が含まれていれば望ましい。

または、反射部材の非反射面には、少なくとも１個以上の段差が形成されており、その段差を境に並列する低段の一面と高段の一面とにおいて、低段の一面が、先細っている出射端を形成する複数の反射部材の端部、および先細っている入射端を形成する複数の反射部材の端部、の少なくとも一方に含まれていれば望ましい。

なお、出射端を形成する複数の反射部材の出射側面において、上記条件式（１）を満たす出射側面は、少なくとも１面存在していればよい。

また、入射端を形成する複数の反射部材の入射側面において、上記条件式（２）を満たす入射側面は、少なくとも１面存在していればよい。

そして、以上のライトガイドを備える画像投影装置も本発明といえる。

本発明によれば、ライトガイドの入射端が先細っていれば、光を反射部材内に進入させないようにすることで、迷光の発生を抑制する。また、ライトガイドの出射端が先細っていれば、反射部材内を通過する光の出射を抑制することで、迷光の発生を抑制する。

［実施の形態１］
実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、便宜上、部材符号、ハッチング等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、黒抜き矢印は光の進行方向を示す。

図８は、プロジェクタ（画像投影装置）４９の構成図である。この図に示すように、プロジェクタ４９は、ランプ３１、カットフィルタ３２、カラーホイール３３、ライトトンネル（ライトガイド、インテグレータロッド）ＬＴ、平面ミラー３４、集光レンズ３５、光変調素子３６、および投影光学系３７を含んでいる。

ランプ３１は、光を発するものであれば、特に限定されない。例えば、水銀ランプであっても、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）モジュールであってもよい。なお、図中のランプ３１は、ガラス製のバルブ３１ａと、バルブ３１ａの発する光を反射かつ集光させるリフレクタ３１ｂと、を含んでいる。

カットフィルタ３２は、ランプ３１からの出射光を受光できる位置にあり、受けた光を透過させることで、光変調素子３６に悪影響を与える波長域の光をカットするものである。なお、カットフィルタ３２とランプ３１との間に、照明光学系が配置されていてもよい。

カラーホイール３３は、赤色、緑色、青色、および透明のフィルタを周方向に並べることで、ホイール状になったものである。そして、カラーホイール３３は、カットフィルタ３２からの出射光を受光できる位置にあり、各フィルタを通過させることで光の色を変化させている。

ライトトンネルＬＴは、筒状の部材であり、カラーホイール３３からの出射光を受光できる位置にある、そして、ライトトンネルＬＴは、筒内部を形成するミラー面（反射面）ＭＦによって、光を複数回反射させることで（ミキシングされることで）、光度を均一化させて出射させている（詳細については後述）。

なお、ライトトンネルＬＴに進行してくる光は束状になっており、ライトトンネルＬＴの筒内部（トンネル）に入射するだけでなく、ライトトンネルＬＴを形成するミラーガラスＭＧの端部ＥＤ（入射端部）にも入射する（後述の図１参照）。また、トンネル内を進行する光の一部はミラー面ＭＦを透過して、ミラーガラスＭＧ内部を進行する。

平面ミラー３４は、ライトトンネルＬＴからの出射光を受光し、かつ反射させることで、ランプ３１から投影光学系３７に至るまでの光路を折り曲げている。具体的には、平面ミラー３４は、ライトトンネルＬＴからの出射光を反射させて、集光レンズ３５に導いている。

集光レンズ３５は、ライトトンネルＬＴからの光を、光変調素子３６に向けて集光させる。なお、集光される光の光束幅は、光変調素子３６の受光面よりも若干大きくなっている。

光変調素子３６は、集光レンズ３５を介して進行してくる光を、画像データ等に基づき変調するものである（変調された光を画像光と称す）。なお、光変調素子としては、例えば、ＤＭＤや液晶素子が挙げられる。

投影光学系３７は、複数のレンズ等の光学素子を含んでいる。そして、かかる投影光学系３７は、光変調素子３６からの画像光を、不図示のスクリーンに向けて発散させながら投影する。

そして、以上のようなプロジェクタ４９では、ランプ３１のバルブ３１ａが光を発し、その光はリフレクタ３１ｂによって集光されつつ、カットフィルタ３２およびカラーフィルタ３３を通過し、ライトトンネルＬＴの入射端ＩＰに入射する。そして、ライトトンネルＬＴに入射した光は出射端ＯＰから出射後、平面ミラー３４を介して集光レンズ３５に到達する。集光レンズ３５は、到達した光を集光させながら光変調素子３６に導き、光変調素子３６は入射する光を変調させて投影光学系３７へ導く。その結果、投影光学系３７から、スクリーンに画像が投影される。

ここで、以上のようなプロジェクタ４９におけるライトトンネルＬＴについて、図１を用いて詳説する。ライトトンネルＬＴは４枚のミラーガラス（反射部材）ＭＧを含んでおり、各ミラーガラスＭＧは短手および長手を規定できる板状（例えば、矩形の板状）になっている。

そして、ライトトンネルＬＴは、４枚のミラーガラスＭＧ（ＭＧ１〜ＭＧ４）の長手同士を貼り合わせることで筒状になっている。詳説すると、２枚のミラーガラスＭＧ１・ＭＧ２が互いの長手方向を同方向にしつつ平行に対向することで、それらのミラーガラスＭＧ１・ＭＧ２の長手の端部ＥＤが同方向に向くようになる。

さらに、かかる長手の端部ＥＤに、残りの２枚のミラーガラスＭＧ３・ＭＧ４のミラー面（裏面、反射面）ＭＦが対向するように配置できる。そして、このミラー面ＭＦと長手の端部ＥＤとが貼り合うことで、４枚のミラーガラスＭＧで筒状のライトトンネルＬＴが完成する。

つまり、ミラーガラスＭＧのミラー面ＭＦが内側に向くことで、ライトトンネルＬＴの内部（筒内部）が形成されている。なお、ライトトンネルＬＴの一端はランプ３１に向いており、他端は平面ミラー３４に向いている。そのため、光は、ライトトンネルＬＴの一端（入射端ＩＰ）から入射し、トンネル（筒内部）を経て、他端（出射端ＯＰ）から出射する。

かかるようなライトトンネルＬＴでは、出射端ＯＰを形成するミラーガラスＭＧの厚みがその他の部分（例えば、ライトトンネルＬＴの長手における中心付近）を形成するミラーガラスＭＧの厚みよりも薄くなっている。

例えば、図１および図２（図１の拡大図）に示すように、出射端ＯＰを形成する各ミラーガラスＭＧの端部（出射端部）ＥＤが先細っている（テーパ状になっている）。詳説すると、出射端ＯＰから長手方向に沿ってある程度離れた位置までに相当する非ミラー面ＮＦ（表面、非反射面；後述の図３参照）の一部が傾斜することで、ミラーガラスＭＧの端部ＥＤが先細っている（ミラーガラスＭＧにおける長手方向での一端が先細っている）。

このようになっていると、出射端ＯＰを形成するミラーガラスＭＧの端部ＥＤの厚みは、ミラーガラスＭＧの板厚（最大厚等）よりも薄くなる。すなわち、ミラーガラスＭＧの板厚方向に沿う端部ＥＤの長さが比較的短くなり、その端部ＥＤに含まれる一面（出射側面ＥＦout）の面積が小さくなる。そして、これは以下の条件式（１）によって表現できる。

Ｗout＜Ｄ … 条件式（１）
ただし、
Ｄ ：ミラーガラスＭＧの最大の厚み
Ｗout：先細っている出射端ＯＰを形成する複数のミラーガラスＭＧの
出射側面ＥＦoutが、ミラーガラスＭＧの厚み方向に沿って有する長さ
である。

この条件式（１）が満たされていると、出射側面ＥＦoutの面積が小さくなり、それに起因して、以下の効果が生じる。

上述したように、ライトトンネルＬＴを形成するミラーガラスＭＧの端部ＥＤ（入射端ＯＰを形成する端部ＥＤ）にも光は入射したり、トンネル内を進行する光の一部はミラー面ＭＦを透過して、ミラーガラスＭＧ内部を進行する。すると、かかる光は、ライトトンネルＬＴの内部にてミキシングされないため、ミキシングされた光とは異なる光強度を有することになる。

その上、この光は、出射端ＯＰを通じて外部に進行する（かかるように進行する光を迷光と称する）。このように進行する迷光がミキシングされた光と交わり合うと、光変調素子３６に到達する光の光強度分布にむらが生じる。すると、このむらがスクリーンに投影される画像に悪影響を及ぼす。

しかしながら、出射端ＯＰを形成するミラーガラスＭＧの端部ＥＤに含まれる一面（出射側面ＥＦout）の面積が小さければ、その小さな面積に起因して、出射側面ＥＦoutを通じて出射する光量は減少する。すなわち、迷光の量が減少する。そのため、スクリーンに投影される画像の品位は劣化せず、プロジェクタ４９の画質品位は向上することになる。

また、ミラーガラスＭＧの傾斜面ＳＦから進行する迷光は、ライトトンネルＬＴにてミキシングされた光とは異なる方向に進みやすい。例えば、図３（図２のＡ−Ａ’線矢視断面図）に示すように、ライトトンネルＬＴにてミキシングされた光は、通常、ライトトンネルＬＴの長手方向に沿うように進む（矢印Ｐ参照）。

しかし、ミラーガラスＭＧの傾斜面ＳＦを透過する迷光は、屈折し、ライトトンネルＬＴの長手方向から乖離する方向に進みやすい（矢印Ｑ参照）。そのため、かかる迷光は、光変調素子３６に到達しない。すると、光変調素子３６に到達する光の光強度分布にむらが生じにくくなる。

［その他の実施の形態］
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

例えば、実施の形態１では、各ミラーガラスＭＧにおける長手方向の一方の端部ＥＤがテーパ状になっており、そのテーパ状の端部ＥＤが環状につながることで、ライトトンネルＬＴの出射端ＯＰが形成されていた。しかし、これに限定されることはない。

図４に示すように、段差ＤＲの形成されたミラーガラスＭＧで、ライトトンネルＬＴが形成されてもよい。詳説すると、各ミラーガラスＭＧは、長手方向において板厚の異なった部分を並列させることで、段差ＤＲを生じさせている。特に、薄い板厚部分が出射端ＯＰ側、厚い板厚部分が入射端ＩＰ側に位置することで、出射端ＯＰを形成するミラーガラスＭＧの端部ＥＤの厚みは薄くなる。

つまり、このようなライトトンネルＬＴであっても、実施の形態１でのライトトンネルＬＴ同様に、出射端ＯＰを形成するミラーガラスＭＧの端部ＥＤは、ミラーガラスＭＧの板厚（厚い方の板厚部分）よりも短くなり、出射側面ＥＦ_OUTの面積が小さくなる。そのため、この出射側面ＥＦ_OUTを通じて出射する迷光の光量は減少し、スクリーンに投影される画像の品位は劣化しない。

また、ライトトンネルＬＴにおいて、傾斜面ＳＦまたは段差ＤＲ等の加工の施される箇所は、出射端ＯＰに限定されるものではない。すなわち、図５に示すように、出射端ＯＰおよび入射端ＩＰを形成するミラーガラスＭＧの端部ＥＤに傾斜面ＳＦ等の加工が施されていてもよい。すなわち、以下の条件式（２）が満たされているとよい。

Ｗin＜Ｄ … 条件式（２）
ただし、
Ｄ ：ミラーガラスＭＧの最大の厚み
Ｗin：先細っている入射端ＩＰを形成する複数のミラーガラスＭＧの
入射側面ＥＦinが、ミラーガラスＭＧの厚み方向に沿って有する長さ
である。

このようになっていると、入射端ＩＰを形成するミラーガラスＭＧの端部ＥＤに入射するカラーホイール３３からの光量は少なくなる。そのため、迷光も発生しにくくなる。つまり、ライトトンネルＬＴにおいて、入射端ＩＰおよび出射端ＯＰのうち、少なくとも一方が、先細っていればよい。

また、以上の説明では、先細った出射端ＯＰを形成する複数のミラーガラスＭＧにおける４個の端部ＥＤの全てに加工が施されていた。しかし、これに限定されるものではない。すなわち、図６に示すように、出射端ＯＰを形成する４個のミラーガラスＭＧの端部ＥＤのうち、少なくとも１個の端部ＥＤの厚みが、ミラーガラスＭＧの厚みよりも薄くなっていればよい。

また同様に、入射端ＩＰが先細っている場合、その入射端ＩＰを形成する４個のミラーガラスＭＧの端部ＥＤのうち、少なくとも１個の端部ＥＤの厚みが、ミラーガラスＭＧの厚みよりも薄くなっていればよい。

詳説すると、出射端ＯＰを形成する複数のミラーガラスＭＧの出射側面ＥＦoutにおいて、上記条件式（１）を満たす出射側面ＥＦoutは、少なくとも１面存在していればよい。また同様に、入射端ＩＰを形成する複数のミラーガラスＭＧの入射側面ＥＦinにおいて、上記条件式（２）を満たす入射側面ＥＦinは、少なくとも１面存在していればよい。

また、ライトトンネルＬＴにおける出射端ＯＰおよび入射端ＩＰの先細り方は特に限定されるものではない。例えば、図１に示すように、ミラーガラスＭＧの反射面ＭＦに対して鋭角に傾斜した傾斜面ＳＦが、出射端ＯＰに含まれていてもよい。

また、ミラーガラスＭＧの非ミラー面ＮＦに形成された段差ＤＲを境に並列する低段の一面ＬＦと高段の一面ＨＦとにおいて、低段の一面ＬＦが、出射端ＯＰに含まれていてもよい（なお、図７のように、入射端ＩＰおよび出射端ＯＰの双方が先細っている場合、低段の一面ＬＦは２面、高段の一面ＨＦは１面となるため、段差ＤＲは２個生じる）。

このようになっていれば、ライトトンネルＬＴとしての出射端ＯＰは、先細ることになるためである。もちろん、図１および図４のようにして、入射端ＩＰのみが先細っていてもよい。要は、入射端ＩＰおよび出射端ＯＰの少なくとも一方には、傾斜面ＳＦまたは低段の一面ＬＦが含まれていればよい。

なお、以上の傾斜面ＳＦおよび段差ＤＲの形成方法は種々あるが、例えば、各非ミラー面が、出射端ＯＰからある程度離れた位置から、出射端ＯＰを形成する端部ＥＤに向かって削り取られることで、かかる非ミラー面ＮＦの一部が傾斜したり、段差ＤＲを有したりするようになる。また、金型成型でミラーガラスＭＧが形成されていても構わない。

は、ライトトンネルの斜視図である。 は、図１のライトトンネルの部分拡大図である。 は、図２のＡ−Ａ’線矢視断面図であり、光路を示した光路図でもある。 は、図１の他の一例を示すライトトンネルの斜視図である。 は、両端に加工を施したライトトンネルの斜視図である。 は、ライトトンネルの出射端の一例を示す斜視図である。 は、図５の他の一例を示すライトトンネルの斜視図である。 は、プロジェクタの構成図である。 は、従来のライトトンネルの斜視図である。 は、図９のライトトンネルの部分拡大図である。

符号の説明

ＬＴ ライトトンネル（ライトガイド）
ＩＰ ライトトンネルの入射端
ＯＰ ライトトンネルの出射端
ＭＧ ミラーガラス（反射部材）
ＥＤ ミラーガラスの端部
ＥＦ ミラーガラスの端部に含まれる側面
ＥＦin ライトトンネルの入射端を形成するミラーガラスの端部に含まれる側面
ＥＦout ライトトンネルの出射端を形成するミラーガラスの端部に含まれる側面
ＳＦ ミラーガラスの端部に含まれる傾斜面
ＭＦ ミラーガラスのミラー面（反射面）
ＮＦ ミラーガラスの非ミラー面
ＤＲ ミラーガラスの非反射面における段差
ＨＦ 非ミラー面において段差を境に隣り合った面のうち高段の一面
ＬＦ 非ミラー面において段差を境に隣り合った面のうち低段の一面
３１ ランプ（光源）
３３ カラーホイール
３４ 平面ミラー
３５ 集光レンズ
３６ 光変調素子
３７ 投影光学系
４９ プロジェクタ（画像投影装置）

Claims (8)

1. 複数の反射部材を筒状につなげ、かつ上記反射部材の反射面を内側に向けることで筒内部を形成し、光を上記筒内部を介して出射させているライトガイドにあって、
   光の入射する筒の一端である入射端および光の出射する筒の一端である出射端のうち、少なくとも一方が、先細っているライトガイド。
2. 以下の条件式（１）を満たす請求項１に記載のライトガイド；
   Ｗout＜Ｄ … 条件式（１）
   ただし、
   Ｄ ：上記反射部材の最大の厚み
   Ｗout：先細っている出射端を形成する複数の反射部材の出射側面が、反射部材の厚 み方向に沿って有する長さ
   である。
3. 以下の条件式（２）を満たす請求項１または２に記載のライトガイド；
   Ｗin＜Ｄ … 条件式（２）
   ただし、
   Ｄ ：上記反射部材の最大の厚み
   Ｗin：先細っている入射端を形成する複数の反射部材の入射側面が、反射部材の厚み 方向に沿って有する長さ
   である。
4. 先細っている出射端を形成する複数の反射部材の端部、および先細っている入射端を形成する複数の反射部材の端部、の少なくとも一方には、
   上記反射部材の反射面に対して鋭角に傾斜した傾斜面が含まれている請求項２または３に記載のライトガイド。
5. 上記反射部材の非反射面には、少なくとも１個以上の段差が形成されており、上記段差を境に並列する低段の一面と高段の一面とにおいて、
   上記低段の一面が、先細っている出射端を形成する複数の反射部材の端部、および先細っている入射端を形成する複数の反射部材の端部、の少なくとも一方に含まれている請求項２または３に記載のライトガイド。
6. 上記の出射端を形成する複数の反射部材の出射側面において、上記条件式（１）を満たす出射側面は、少なくとも１面存在している請求項２〜５のいずれか１項に記載のライトガイド。
7. 上記の入射端を形成する複数の反射部材の入射側面において、上記条件式（２）を満たす入射側面は、少なくとも１面存在している請求項３〜６のいずれか１項に記載のライトガイド。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のライトガイドを備える画像投影装置。

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