JP2009192555A - インテグレータユニット及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクタに組み込まれる投映ユニットの組立が完成した状態でインテグレータユニットを分解することなくロッドインテグレータの位置と角度を調整することを可能にする。
【解決手段】照明光の光軸上に配置され入射した光の照度分布を均一化して射出するロッドインテグレータ３５を内筒５１に収容する。内筒５１を光軸に対して回転可能に保持するとともに光軸と平行な方向に直進移動可能に保持する外筒５２を備える。外筒５２に設けられた貫通穴５８を通して固定ネジ５７を内筒５１のネジ穴５４に螺合させる。固定ネジ５７を操作して内筒５１を回転させ角度を調節する。外筒５２の外壁面５２ａに設けられたガイド穴５６から差し込まれた位置調整治具の凸部を、内筒５１に設けられた調整溝５３に嵌合させて内筒５１の位置を調節する。ロッドインテグレータ３５の位置調整が終了した後に固定ネジ５７を締めつけて内筒５１を外筒５２に固定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、照明光源から照射された照明光の照度分布を均一化するインテグレータユニット及びインテグレータユニットを備えたプロジェクタに関するものである。

画像が付与された光をスクリーンに投映してスクリーン上で画像を表示するプロジェクタとして、光変調装置であるデジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤという）を用いたものが知られている。このＤＭＤを用いたデジタルライトプロセシング（以下、ＤＬＰという）方式プロジェクタでは、光源装置から射出された光（照明光）を、照明光学系を通してＤＭＤに照射する。ＤＭＤは、光入射面（光変調領域あるいは画素領域とも呼ぶ。）に照射された光を、画像信号（画像情報）に応じて変調し、画像を表す画像光として射出する。ＤＭＤから射出された画像光は、投映光学系によってスクリーン上に投映される。

このようなプロジェクタでは、通常、光源装置からＤＭＤまでの間の照明光学系の光路中にロッドインテグレータやリレーレンズを配置する。下記特許文献１に示されるように、ロッドインテグレータとしては、反射コーティングが施されたガラス板を、その反射面が内側となるように矩形状に組み合わせた中空ロッドや、断面が矩形をした細長い柱状のプリズムがよく用いられる。ロッドインテグレータに入射した光は、内面での全反射を繰り返すことによって照度分布が均一化され、ロッドインテグレータから射出するときには照度分布が均一な光束となり、リレーレンズ（リレー光学系）等を介してＤＭＤに照射される。

また、ＤＭＤの照明領域は、通常、ロッドインテグレータとＤＭＤとの間に設けられたリレーレンズによって、ロッドインテグレータの光射出面における光の像がＤＭＤ上で結像されることにより照明される領域となっている。

プロジェクタによる投映画像はより明るいことが好ましく、光源装置から射出された照明光がより効率良くＤＭＤの光変調領域全域に照射されることが望まれる。この要望を満たすために、ロッドインテグレータの位置調整を行うようにしたプロジェクタが下記特許文献２に示されている。ここでは、ロッドインテグレータは、位置調整された後、接着剤によって固定されている。
特開２００４−３５４９２５号公報 特開２００４−０８５７８０号公報

ＤＭＤに照射される照明光は、品質の良い画像をスクリーン上に表示させるために、照度分布が均一であるだけでなく、明るくなければならない。そのため、光源には、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の高輝度放電ランプを用いるのが一般的である。そして、その照明光はＤＭＤの全域を照射することが重要で、ＤＭＤの全域を超えて照射すれば照明光が無駄になり照度が落ちてしまい、全域を照射できなければ照射されなかった部分の画像が欠けてしまうことになる。

ＤＬＰ光学系の場合、実機で投映を行わないと明るさなどの確認が行えない。しかし、前述の特許文献に開示されているように、従来のプロジェクタでは、ＤＭＤに照射される光束がＤＭＤの全面をカバーするようにロッドインテグレータを調整し固定するが、調整後にインテグレータユニットをプロジェクタに組み込んだとき、ＤＭＤに照射される照明光がＤＭＤの全面をカバーしていなかったり、ＤＭＤより広い範囲を照射していることがある。また、調整時にインテグレータユニットが回転し、インテグレータユニットから射出される矩形の光がＤＭＤの矩形と一致せず四隅が照射されないことがある。このような場合はインテグレータユニットを分解して再度調整しなければならなかった。

本発明は上記問題を解決するために、プロジェクタの筐体に組み込まれる投映ユニットの組立が完成した状態で、インテグレータユニットを分解することなく、インテグレータユニットから射出される矩形の照明光がＤＭＤと一致するようにロッドインテグレータの位置と角度を調節可能とすることを目的とする。

本発明のインテグレータユニットは、照明光を照射する光源の光軸上に配置され入射した光の照度分布を均一化して射出するロッドインテグレータを内筒に収容する。前記内筒を前記光軸に対して回転可能に保持するとともに前記光軸と平行な方向に直進移動可能に保持する外筒を備える。前記外筒に設けられた貫通穴を通して前記光軸と垂直な方向から差し込まれ前記光軸に対する回転角を調節する角度調節用操作部材を前記内筒に設ける。前記角度調節用操作部材は先端に設けられたネジ部が前記内筒に設けられたネジ穴と螺合して前記内筒に取り付けられ、前記内筒の位置が調整された後に締めつけられることによって前記内筒を前記外筒に固定する固定部材として作用する。

前記外筒には前記光軸と垂直な方向から位置調整治具が差し込まれるガイド穴が設けられ、位置調整治具が中心位置を維持したまま回転可能に保持される。前記内筒は前記光軸と垂直な方向で設けられた調整溝を外壁面に備え、該調整溝に前記位置調整治具の先端に設けられた凸部が係合する。前記凸部は前記位置調整治具の回転中心から外れた位置に設けられており前記位置調整治具が回転すると凸部は位置を変える。これによって凸部と係合する前記調整溝は前記光軸の方向に移動させられ前記内筒が光軸方向に移動する。

本発明のインテグレータユニットによれば、プロジェクタの筐体に組み込まれる投映ユニットの組立が完成した状態で、インテグレータユニットを分解することなく調節し、インテグレータユニットから射出される矩形の照明光をＤＭＤと完全に一致するように照射させることができる。

図１において、プロジェクタ１０は、筐体１１の前面に拡散透過型のスクリーン１２が設けられ、その背面に形成された画像を前面側から観賞することができる。筐体１１の内部には投映ユニット１３が組み込まれている。投映ユニット１３からは画像光が投映され、画像光はミラー１５，１６を反射してスクリーン１２の背面側に結像する。プロジェクタ１０は、テレビ信号の周波数を振り分けるチューナー回路、映像及び音声の再生用回路等が備えられ、大画面テレビジョンとして使用することができる。

図２において、投映ユニット１３は、マイクロコンピュータ２０を備えた制御部２１と、光学系とからなる。光学系は、光源部２２，照明光学系２３，全反射プリズム２４，ＤＭＤ２５，投映光学系２６を備えている。投映ユニット１３は、３色の画像光を１つのＤＭＤ２５で生成する単板式を採用している。制御部２１は、映像信号受信部２７に入力される映像信号に基づいて、投映ユニット１３の各部を統括的に制御する。映像信号受信部２７には、チューナー回路や映像入力端子から、例えば、コンポジット信号やコンポーネント信号などの映像信号が入力される。

光源部２２は、光源３１と、この光源３１が放射する照明光を照明光学系２３に向けて反射するリフレクタ３２とからなる。光源３１としては、例えば、キセノン管や水銀灯などの白色光源が使用される。照明光学系２３は、コンデンサレンズ３３，カラーホイール３４，ロッドインテグレータ３５，リレーレンズ３６，３７からなる。

カラーホイール３４は、光源部２２から放射されコンデンサレンズ３３によって集光された照明光束をＢ，Ｇ，Ｒの３色に時分割で分離する。カラーホイール３４は、略円板形状の基板に、Ｂ光のみを透過するＢフイルタ，Ｇ光のみを透過するＧフイルタ，Ｒ光のみを透過するＲフイルタの３色のフイルタを基板の回転中心からほぼ等距離に配置したものである。カラーホイール３４は、カラーホイール駆動部３８によって駆動され、その回転開始のタイミングや回転速度は、マイクロコンピュータ２０によって制御される。このカラーホイール３４が回転することにより、各色のフイルタが選択的に光路内に順次挿入される。これにより、照明光がＢ，Ｇ，Ｒの３色に時分割で色分離され、分離された各色の光が順次ＤＭＤ２５に向けて照射される。

ロッドインテグレータ３５は、カラーホイール３４で分離された各色の光束の密度を均一化することにより、ＤＭＤ２５の受光面の光強度分布を、その中心から周辺部まで均一にする。ロッドインテグレータ３５は、例えば、断面が矩形をした、ガラス製の角柱状のプリズムである。ロッドインテグレータ３５に入射した光束は、その内部で全反射を繰り返して重畳される。これにより、ロッドインテグレータ３５を射出した光は、その照度が均一化された照明光となる。

リレーレンズ３６，３７は、ロッドインテグレータ３５を出射した照明光を全反射プリズム２４に中継する。全反射プリズム２４は、例えば、エアギャップを挟んで同じ屈折率の２つの三角プリズムを対向配置し、それら２つの三角プリズムの対向配置された面に反射面２４ａが形成される。照明光は、反射面２４ａに対する入射角が臨界角よりも大きいため、反射面２４ａで全反射してＤＭＤ２５に入射する。

ＤＭＤ２５は、投映ユニット１３に入力された映像信号に基づいて、マイクロコンピュータ２０に接続されたＤＭＤ駆動部３９によって駆動される。ＤＭＤ２５は、受光面に画素に対応する多数のミラー素子がマトリックス状に配列されている。各ミラー素子は、前記映像信号に基づいて、角度を変化させることにより、受光した照明光の反射方向を変化させる。画素を明るく表示させる場合には、ミラー素子をオン位置に変位させて受光した光をｏｎ光として投映光学系２６に向けて反射させる。他方、画素を暗く表示する場合には、ミラー素子をオフ位置に変位させて受光した光をｏｆｆ光として投映光学系２６から外れた方向に向けて反射させる。照明光は、投映光学系２６に向かうｏｎ光が集合した画像光に変調され、全反射プリズム２４を透過し、投映光学系２６に入射する。

投映光学系２６は、光軸上に配置された複数のレンズ群と、変倍や焦点調節を行うためのレンズ移動機構とを備えている。なお、図面上では、鏡筒４１内に１枚の投映レンズ４２を配置した形に簡略化している。ＤＭＤ２５によって生成された画像光は、投映光学系２６によってスクリーン１２上に結像される。

照明光学系２３の光路と投映光学系２６の光路の内部には、第１可変絞り機構４３及び第２可変絞り機構４４がそれぞれ設けられている。第１可変絞り機構４３及び第２可変絞り機構４４は、それぞれの絞り径を調節することで照明光及び画像光の光量を調節し、スクリーン１２に表示される画像の明るさを変化させる。

第１可変絞り機構４３は、駆動部４５によって駆動される。駆動部４５は、パルスモータあるいはＤＣモータを使用する。第１可変絞り機構４３と第２可変絞り機構４４は同じ構成であるが、第１可変絞り機構４３の開放絞り径は、第２可変絞り機構４４の開放絞り径より大きく、それぞれの絞り径が開放絞り位置にある時は、画像光の光束の直径は照明光よりも小さくなる。

絞り制御部４６は、輝度レベル算出部４７，ＬＵＴ（ルックアップテーブルメモリ）４８，パルスカウンタ４９が設けられている。輝度レベル算出部４７は、受信した映像信号に基づいて各フレームの輝度レベルを算出する。輝度レベルは、例えば、フレームを構成する各画素の平均輝度を求めることにより算出される。つまり、白い部分が多いフレームは輝度レベルが高く、黒い部分が多いフレームは輝度レベルが低くなる。

ＬＵＴ４８には、算出されたフレームの輝度レベルに対応して、第１可変絞り機構４３及び第２可変絞り機構４４のそれぞれに対する絞り値が設定させており、輝度レベルが高いほど絞り径は大きく、輝度レベルが低いほど絞り径は小さい。このことは、輝度レベルが高い映像は明るさを重視した方が白い部分など明るい部分がより輝くので光量を多くし、輝度レベルが低い映像は明るさを抑えた方が黒い部分が鮮やかに写るので光量を少なくした方がよいためである。

図３に示すように、ロッドインテグレータ３５は内筒５１に収容され、内筒５１が外筒５２に組込まれてインテグレータユニット５０を構成し、照明光学系２３に配置される。図４〜６に示すように、内筒５１は遮光性を有する材質で形成され外壁面５１ａに調整溝５３とネジ穴５４が設けられている。外筒５２の外壁面５２ａの前記調整溝５３に対応する位置に前記調整溝５３と係合する凸部５５ａを備えた位置調整治具５５（図７参照）の先端部５５ｂが差し込まれるガイド穴５６が設けられ、その横に前記ネジ穴５４と螺合する固定ネジ（角度調節用操作部材、固定部材）５７が貫通する貫通穴５８が設けられている。貫通穴５８は固定ネジ５７の周囲に十分な隙間が確保されるように大きく設定されている。固定ネジ５７は前記外壁面５２ａに沿った湾曲面を有する座金５９を備え、座金５９によって貫通穴５８を覆っている。

次に、上記実施形態の作用について説明する。図２に戻って、投映ユニット１３に映像信号が入力されると、マイクロコンピュータ２０は、各部を制御して、投映を開始する。ＤＭＤ駆動部３９は、映像信号に基づいてＤＭＤ２５を駆動する。このＤＭＤ２５の駆動タイミングに合わせて、カラーホイール駆動部３８はカラーホイール３４を回転させ、絞り制御部４６は駆動部４５を介して絞り制御を行う。

光源部２２が発した光はカラーホイール３４で各色に時分割されてロッドインテグレータ３５の入射面３５ａに入射する。ロッドインテグレータ３５は入射面３５ａから入射した光を、その内部で全反射を繰り返すことによって光束の密度を均一化し、射出面３５ｂより射出する。射出された光はリレーレンズ３６，３７を通って全反射プリズム２４に入射し反射面２４ａで反射してＤＭＤ２５を照射する。

このとき、ＤＭＤ２５に照射された光が、ＤＭＤ２５の全領域に過不足なく照射されれば問題はないが、図８に示すようにＤＭＤ２５の全域２５ａより広い範囲２５ｂを照射すれば照明光が無駄になり照度が落ちてしまい、図９に示すようにＤＭＤ２５の全域２５ａより狭い範囲２５ｃを照射すれば照射されなかった部分の画像が欠けてしまうことになる。このＤＭＤ２５を照射する範囲の調整は、照明光学系２３の中でのロッドインテグレータ３５の相対位置を調整することで行う。

投映ユニット１３によってスクリーン１２に調整用の画像を投映し、この画像を見ながらロッドインテグレータ３５の位置を調整する。図６に示すように、外筒５２に設けられた前記ガイド穴５６に位置調整治具５５の先端部５５ｂを差し込み、先端部５５ｂの端面に設けられた凸部５５ａを、内筒５１に設けられた前記調整溝５３に嵌合させる。このとき前記固定ネジ５７は緩めた状態にしておく。

図１０〜図１２に示すように、前記位置調整治具５５を回転させると、前記先端部５５ｂは外周が前記ガイド穴５６によってガイドされているのでその位置で回転する。このとき前記凸部５５ａは、前記位置調整治具５５の先端面の偏芯位置に設けられているので、前記ガイド穴５６の中で円弧状に移動する。例えば、ロッドインテグレータ３５を調整溝５３が図１０に示す位置にある状態からＦの方向に移動させる場合は前記位置調整治具５５を反時計方向に回転させる。凸部５５ａがα°回転して調整溝５３をｘだけ移動させると調整溝５３は図１１に示す位置になる。こうして内筒５１がＦの方向にｘだけ移動するのでロッドインテグレータ３５もＦの方向にｘだけ移動することになる。ここで、内筒５１が前後に移動すると内筒５１に取り付けられた固定ネジ５７も移動するが、外筒５２に設けられた貫通穴５８は固定ネジ５７の移動に対して十分な隙間が設けられているため、内筒５１の移動によって固定ネジ５７が貫通穴５８の内壁に当接することはない。

また、図１０に示す位置からロッドインテグレータ３５をＨの方向に移動させる場合は、前記位置調整治具５５を時計方向に回転させさせる。凸部５５ａがβ°回転して調整溝５３をｙだけ移動させると調整溝５３は図１２に示す位置になる。こうして内筒５１がＨの方向にｙだけ移動するのでロッドインテグレータ３５もＨの方向にｙだけ移動することになる。このようにロッドインテグレータ３５の位置を移動させると前記ＤＭＤ２５までの距離が変化し、ロッドインテグレータ３５から射出された光のＤＭＤ２５を照射する範囲を調整することができる。

上記の調整によってスクリーン１２に投映された調整用の画像がＤＭＤ２５の全域２５ａと一致していた場合は調整完了となるが、図１３に示す画像２５ｄのように、投映された調整用の画像がＤＭＤ２５の全域２５ａに対して僅かに回転しズレてしまう場合がある。このときは、図１４に示すように、緩めてある固定ネジ５７を矢印Ｊで示すどちらかの方向に動かして内筒５１を回転させる。ここで外筒５２に設けられた貫通穴５８は固定ネジ５７の移動に対して十分に大きいため固定ネジ５７が貫通穴５８の内壁に当接することはない。こうしてロッドインテグレータ３５の位置調整が完了したら、固定ネジ５７を回して締めつけ内筒５１を外筒５２に固定する。

上記実施形態では、固定ネジ５７を締め付けると内筒５１が外筒５２に固定される構造としたが、固定ネジ５７が外筒５２を締め付けない構造にして、固定ネジ５７を内筒５１に固定された角度調整用操作部材としてのみ作用するようにしても良い。この場合は、別に固定用のネジを設けると良い。

上記実施形態では、画像表示パネルとしてＤＭＤを備えているが、反射型又は透過型の液晶表示パネルを備えたものでもよい。また、プロジェクタ１０は、１枚の画像表示パネルを備えた単板式であるが３枚の画像表示パネルを備えた三板式であってもよい。

上記実施形態では、変調素子としてＤＭＤを用いる場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、反射コーティングが施されたガラス板による中空ロッドあるいは柱状プリズムによる中実ロッドなど、インテグレータを使用したものであれば、適用することができる。

本発明を実施したプロジェクタの構成を示す斜視図である。 投映ユニットの構成を示す図である。 インテグレータユニットの構成を示す分解斜視図である。 インテグレータユニットの側面図である。 外筒のＡ−Ｃ断面と内筒の構成を示す図である。 図４のＤ−Ｅ断面と位置調整治具を示す図である。 位置調整治具の外観図である。 照明光が照射された調整用画像がＤＭＤの全域より広い範囲を示す図である。 照明光が照射された調整用画像がＤＭＤの全域より狭い範囲を示す図である。 位置調整治具の凸部と調整溝の位置を示す説明図である。 位置調整治具による内筒の移動についての説明図である。 位置調整治具による内筒の移動についての説明図である。 照明光が照射された調整用画像がＤＭＤの全域に対して傾いたことを示す図である。 固定ネジの構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ プロジェクタ
１２ スクリーン
１３ 投映ユニット
１５，１６ ミラー
２２ 光源部
２３ 照明光学系
２４ 全反射プリズム
２５ ＤＭＤ
２６ 投映光学系
３５ ロッドインテグレータ
３５ａ 入射面
３５ｂ 射出面
３６，３７ リレーレンズ
４２ 投映レンズ
５０ インテグレータユニット
５１ 内筒
５１ａ，５２ａ 外壁面
５２ 外筒
５３ 調整溝
５４ ネジ穴
５５ 位置調整治具
５５ａ 凸部
５５ｂ 先端部
５６ ガイド穴
５７ 固定ネジ（角度調節用操作部材、固定部材）
５８ 貫通穴
５９ 座金

Claims (5)

1. 照明光を照射する光源の光軸上に設けられ、入射した光の照度分布を均一化して射出するロッドインテグレータと、
   前記ロッドインテグレータを固定収容した内筒と、
   前記内筒を前記光軸に対して回転可能に保持するとともに前記光軸と平行な方向に直進移動可能に保持する外筒と、
   を備えたことを特徴とするインテグレータユニット。
2. 前記内筒は、前記外筒に設けられた貫通穴を通して前記光軸と垂直な方向から差し込まれ前記光軸に対する回転角を調節する角度調節用操作部材を備えたことを特徴とする請求項１記載のインテグレータユニット。
3. 前記角度調節用操作部材は、前記内筒に設けられたネジ穴と螺合して前記内筒を前記外筒に固定する固定部材であることを特徴とする請求項１または２記載のインテグレータユニット。
4. 前記内筒は、前記光軸と垂直な方向で設けられた調整溝を外壁面に備え、
   前記外筒は、前記光軸と垂直な方向から差し込まれる位置調整治具が中心位置を維持したまま回転可能に保持されるガイド穴を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインテグレータユニット。
5. 前記請求項１〜４のいずれかに記載のインテグレータユニットを備えたことを特徴とするプロジェクタ。

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