JP2010286631A - インテグレータ装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】光入射面の位置を動かすことなく光出射面の位置を調節可能とする。
【解決手段】インテグレータ装置３０は、柱状プリズム２５とホルダ３１と保持枠３２とから構成される。柱状プリズム２５が挿入されたホルダ３１は、バネ５４によって光出射面３４側に付勢され、光入射面３３の中心を球心とする凸の部分球面状に形成された当接面４２が、当接面４２と同一形状で凹の球面に形成された保持枠３２の受け面６０に摺動自在に支持される。保持枠３２の光出射面３４側にはバネ付勢された押圧ピン４６，４７とイモネジ４８，４９がホルダ３１を挟むように設けられ、光出射面３４の位置調節を行う。ホルダ３１は、光入射面３３の中心を支点として光出射面３４側が揺動自在となり、光出射面３４の位置が調節されても光入射面３３の位置は変わらない。
【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装置及び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、光源装置から出射された光（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出射する。ＤＭＤから出射された画像光は、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光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、光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。光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、出射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。

光インテグレータの光出射面における光の像は光インテグレータとＤＭＤとの間に設けられたリレーレンズによってＤＭＤ上に結像される。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。下記特許文献２には、光インテグレータを光軸方向に移動させる構造により光インテグレータのＤＭＤに対する距離を微調節して過不足なくＤＭＤの全域を照射するようにしたインテグレータ装置が示されている。

特開２００４−３５４９２５号公報 特開２００８−２４９７４７号公報

しかしながら、前述の特許文献２記載の方法は、光インテグレータから出射される光線の中心がＤＭＤの中心に照射されていることが前提であり、光インテグレータから出射される光線の中心がＤＭＤの中心からずれている場合は、光インテグレータから出射される光線がＤＭＤの全域を過不足なくカバーするように調節することはできなかった。ここで光インテグレータの出射光の中心をＤＭＤの中心に一致させる手段として、光インテグレータを光軸と垂直な方向に移動させて調節することも考えられるが、この方法では光インテグレータの光入射面に入射する光線の中心が光入射面の中心からずれてしまうので、入射光の光量損失が生じる。

本発明は上記問題に鑑み、光源から入射される光線の中心と光インテグレータの光入射面の中心とを一致させるとともに、光インテグレータから出射された光がＤＭＤの全域を過不足なくカバーするように調節可能にしたインテグレータ装置及びプロジェクタを提案する。

本発明によるインテグレータ装置は、光源からの照明光を入射端面から受け入れ、入射した照明光の照度分布を内部反射の繰り返しにより均一化して出射端面から出射する光インテグレータと、前記入射端面の中心が照明光軸上に位置するように前記光インテグレータを保持する保持枠と、前記保持枠に設けられ、前記入射端面の中心を支点として前記出射端面が揺動自在となるように前記光インテグレータを支持する揺動支持手段と、前記光インテグレータの前記任意の方向への揺動量を調節する調節手段と、を備えたことを特徴とする。

前記光インテグレータを中空部内に一体的に収容して保持するホルダを備え、前記揺動支持手段は前記ホルダを介して光インテグレータを揺動自在に支持するようにすると良い。前記保持枠は、入射端面側から出射端面側にわたって前記ホルダを内部に収容する筒状部を有し、前記揺動支持手段は、前記筒状部の入射端面側に設けられた受け部と、前記筒状部の出射端面側に設けられ前記ホルダを前記出射端面側に付勢する付勢部材とからなり、前記調節手段は前記筒状部の出射端面側に設けられているようにすると良い。

前記ホルダの入射端面側に入射端面の中心を球心とする部分球面状の当接面を形成する。前記当接面の半径より小さい半径の円形開口を有する凹部を前記筒状部の入射端面側に形成し、前記円形開口の開口縁を前記受け部として、前記付勢部材によって付勢された前記ホルダの当接面を摺接させるようにすると良い。あるいは、前記円形開口の開口縁に代わって、前記入射端面の中心を球心とする部分球面状の受け面を設けるようにしても良い。

前記調節手段は、前記筒状部に組込まれ、前記光軸と略垂直な面内で直交する２つの軸方向に前記ホルダをそれぞれ付勢する一対のバネと、前記筒状部の出射端面側の２個所にねじ込まれ、そのねじ込み量に対応してホルダを前記一対のバネの付勢方向に抗して移動させる一対の調節ネジとからなるようにすると良い。本発明によるプロジェクタは前記インテグレータ装置を備えるようにすると良い。

本発明によるインテグレータ装置は、簡単な構成でありながら、光インテグレータの光入射面に対して入射光の位置がずれることがなく、光インテグレータから出射された光をＤＭＤの全域に過不足なく照射させることができるので、光源の光量損失がない。

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模式図である。 インテグレータ装置の構成を示す分解斜視図である。 インテグレータ装置の断面図である。 インテグレータ装置を入射面側から見た図である。 調節装置を示す図である。 押圧ピンの構成を示す図である。 位置調節を説明するための投映画像の模式図である。 位置調節を説明するための別の投映画像の模式図である。 別のインテグレータ装置の断面図である。 反射筒の構成を示す斜視図である。 保持枠の別の実施形態を示す図である。

図１に示すように、プロジェクタ１０は、略直方体をした筐体１１に、光源装置１２、照明光学系１３、全反射プリズム１４、デジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤという。）１５が収容されたケース１６と、ケース１６に取り付けられた投映レンズ装置１７とを備える。ケース１６は収容された各光学装置や投映レンズ装置１７の光学精度が確保されるように、強度的に十分な板厚を有するとともに強固に筐体１１に固定されている。

なお、投映レンズ装置１７はケース１６ではなく別の強固な取り付け部材に固定するようにしても良い。電源スイッチ（図示せず）がオンされると光源装置１２から照明光が放射される。放射された照明光は照明光学系１３を透過して全反射プリズム１４に入射し、ＤＭＤ１５に表示された画像が投映レンズ装置１７によってスクリーン１８に投映される。投映された画像は、筐体１１に設けられたズームスイッチ（図示せず）によって拡大縮小が行われ、フォーカススイッチ（図示せず）によってピント調節が行われる。

図２に示すように、光源装置１２は、光源ランプ２１と、光源ランプ２１が放射する照明光を照明光学系１３に向けて反射するリフレクタ２２とから構成され、照明光学系１３は、柱状プリズム（光インテグレータ）２５と、柱状プリズム２５の光入射面（入射端面）３３（図３参照）にリフレクタ２２から放射される照明光を集光させる集光レンズ２３，Ｂ，Ｇ，Ｒの３色のフイルタが等分配置されたカラーホイール２４と、リレーレンズ２６，２７と、光軸の向きを変えるミラー２８とを備える。

ＤＭＤ１５は、３色の画像光を１つで生成する単板式を採用している。ＤＭＤ１５は入力された映像信号に基づいて画像光を生成し、生成された画像光は投映レンズ装置１７によってスクリーン１８上に投映される。なお、光源ランプ２１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が、これらの構成については周知技術であるから詳細説明を省略する。また、前記ミラー２８は２枚設けてもよく、その場合、１枚をリレーレンズ２６と２７の間に配置しても良い。

図３及び図４に示すように、インテグレータ装置３０は、柱状プリズム（光インテグレータ）２５と、柱状プリズム２５を収容固定するホルダ３１と、ホルダ３１を揺動自在に支持する保持枠３２とを有する。柱状プリズム２５の一方の端面は光源ランプ２１からの照明光を受け入れる光入射面３３、他方の端面は光出射面（出射端面）３４となり、光入射面３３から入射した照明光は外周面の内面３５で全反射を繰り返し照度分布を均一化して光出射面３４から出射する。ホルダ３１には照明光軸（以下、光軸という）４０に沿って長孔（中空部）４１が形成され、柱状プリズム２５が装着される。長孔４１は柱状プリズム２５より僅かに大きく形成され、両端の開口部には隣合う２面にリブ７４，７５が形成され（図４，５参照）、柱状プリズム２５を挟んでリブ７４，７５と対向する隙間に板バネ７６，７７が差し込まれる。これによって柱状プリズム２５は長孔４１の壁面との間に僅かな空間が確保される。

ホルダ３１は、装着された柱状プリズム２５の光入射面３３の中心を球心とする凸の球面状に形成された当接面４２が外壁面４３の光入射面３３側に設けられ、調節装置（調節手段）４５のイモネジ（調節ネジ、調節手段）４８，４９（図６参照）とバネ（調節手段）６６に付勢された押圧ピン４６，４７の先端が当接する調節面５０が光出射面３４側の外壁面４３に等間隔で４つ形成されている。また、光出射面３４側の端面には、バネ受け板５２を固定するネジ孔５３が設けられている。ホルダ３１が保持枠３２に挿入された後にバネ（揺動支持手段、付勢部材）５４が保持枠３２に装着され、バネ受け板５２がネジ孔５３と螺合するネジ５５によってホルダ３１に固定される。

保持枠３２は、光軸４０に沿った長手方向に形成された筒状部３８に光入射面３３側から光出射面３４側に亘ってホルダ３１を収容する長孔（収容空間）５８が形成され、光入射面３３側に当接面４２と同じ半径の球面状に形成された受け面（揺動支持手段、受け部）６０を備える。受け面６０とバネ５４とで揺動支持手段が構成され、ホルダ３１が光入射面３３の中心を支点として揺動自在に保持枠３２に支持される。光出射面３４側には調節装置４５が設けられる。保持枠３２の中央部分には取付孔６２が形成されたフランジ部６３が設けられ、フランジ部６３が設けられた取付孔６２に挿通されるネジ（図示せず）によって前記ケース１６に強固に固着される。

図６及び図７に示すように、調節装置４５は、前記筒状部３８に組込まれ、光軸４０と略垂直な面内で直交する２つの軸方向で一対の押圧ピン４６，４７を介してホルダ３１を付勢する一対のバネ６６と、ホルダ３１を挟むように保持枠３２にねじ込まれた一対のイモネジ４８，４９とによって構成される。押圧ピン４６，４７は、ピンケース６５にバネ６６とともに封入され蓋部材６７によって閉じられる。押圧ピン４６，４７はバネ６６によって付勢されピンケース６５から先端が突出する。保持枠３２の光出射面３４側の外周面には２つの装着孔６８と２つのネジ孔６９が前記４つの調節面５０にそれぞれ１つづつ対応するように９０°間隔で形成され、装着孔６８とネジ孔６９とがホルダ３１を挟んで対向配置される。

押圧ピン４６が封入されたピンケース６５は装着孔６８に圧入され、押圧ピン４６，４７の先端が調節面５０に当接する。ネジ孔６９にネジ込まれたイモネジ４８，４９は先端が調節面５０に当接し、そのねじ込み量に対応してホルダ３１を一対のバネ６６の付勢力に抗して移動させる。ホルダ３１は、光入射面３３側に設けられた当接面４２がバネ５４の付勢力によって受け面６０に押し付けられ、光入射面３３の中心を支点として光出射面３４側が揺動自在に支持され、調節装置４５によって光出射面３４の位置が移動されても光入射面３３の中心点の位置は変わらない。

次に、上記実施形態の作用について説明する。プロジェクタ１０は電源スイッチがオンされるとマイクロコンピュータにより各部を制御し投映を開始する。ＤＭＤ１５は映像信号に基づいて駆動され、ＤＭＤ１５の駆動タイミングに合わせてカラーホイール２４が回転する。光源装置１２が発した光は集光レンズ２３で集光され、カラーホイール２４で各色に時分割されて柱状プリズム２５の光入射面３３の中心に入射する。柱状プリズム２５は光入射面３３から入射した光を外周面の内面３５で全反射させ、全反射を繰り返すことによって光束の密度を均一化して光出射面３４より出射する。出射された光はリレーレンズ２６，２７を通って全反射プリズム１４に入射し反射面で反射されてＤＭＤ１５を照射する。

このとき、ＤＭＤ１５に照射された光が、ＤＭＤ１５に正しく照射されれば問題はないが、図８，９に示すようにＤＭＤ１５の正しい位置７０からずれていると斜線で示す範囲が照射されず画像が欠けてしまうことになるとともに、照明光が無駄になり照度が落ちてしまう。そこで投映レンズ装置１７からスクリーン１８に調節用の画像を投映し、この画像を見ながら調節装置４５によってホルダ３１の位置、即ち、柱状プリズム２５の光出射面３４の位置を調節する。

図８に示すように、投映画像７１が上下方向にずれてしまい上辺部分が欠けた場合は、イモネジ４８を回してホルダ３１を上下方向に移動させて光出射面３４の位置を移動させる。投映画像７１が正しい位置７０となるまで前記イモネジ４８を回し、前記光出射面３４の位置調節を行う。また、図９に示すように、投映画像７２が斜め方向にずれて右辺と下辺が欠けた場合は、イモネジ４８を回してホルダ３１を上下方向に移動させるとともに、イモネジ４９を回してホルダ３１を左右方向に移動させる。投映画像７２が正しい位置７０となるまでイモネジ４８，４９を回して光出射面３４の位置調節を行う。光出射面３４の位置調節を行っても光入射面３３の位置は変わらないので、光源装置１２からの光は光入射面３３へ正しく入射され、光量損失は生じない。

次に、別の実施形態について説明するが、光インテグレータが柱状プリズム２５から反射筒８１に変更された以外は、前記実施形態と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。図１０に示すように、インテグレータ装置８０は、反射筒８１を備える。反射筒８１の一方の開口端が光入射端（入射端面）８３、他方の開口端が光出射端（出射端面）８４となり、光入射端８３から入射した光は反射筒８１の内面に形成された反射面８５で全反射を繰り返し、繰り返し反射されることによって光量が均一化され光出射端８４から出射される。

図１１に示すように、反射筒８１は、４枚の長方形ミラー８６を長手方向が接触するようにして形成され、中空部の内壁が反射面８５となるように反射面８５を内側にして矩形に組み合わされて形成される。長方形ミラー８６はガラスやプラスチックの基板に真空蒸着あるいはスパッタによって反射層をコートしたものであるが、反射層を化学メッキなどによって形成したものであっても良い。

次に、第３の実施形態について説明する。図１２に示すように、保持枠９０は揺動支持手段の一方を構成する受け部（前記実施形態では受け面６０）が異なっている以外は保持枠３２と同じであるから、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。保持枠９０は、光入射側端面９１に前記当接面４２の半径より小さい寸法の半径の円筒面９２を有する凹部９３が形成される。光入射側端面９１に形成された凹部９３の円形の開口縁（揺動支持手段、受け部）９４に、当接面４２がバネ５４によって圧接され、ホルダ３１が保持枠９０に支持される。

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、１枚の画像表示パネルを備えた単板式に限ることはなく３枚の画像表示パネルを備えた三板式であってもよい。

１０ プロジェクタ
１２ 光源装置
１３ 照明光学系
１４ 全反射プリズム
１５ ＤＭＤ
１６ ケース
１７ 投映レンズ装置
２５ 柱状プリズム（光インテグレータ）
３０ インテグレータ装置
３１ ホルダ
３２，９０ 保持枠
３３ 光入射面（入射端面）
３４ 光出射面（出射端面）
３５ 外周面の内面
３８ 筒状部
４０ 光軸（照明光軸）
４１ 長孔（中空部）
４２ 当接面
４３ 外壁面
４５ 調節装置（調節手段）
４６，４７ 押圧ピン
４８，４９ イモネジ（調節ネジ、調節手段）
５０ 調節面
５２ バネ受け板
５３ ネジ孔
５４ バネ（揺動支持手段、付勢部材）
５５ ネジ
５８ 長孔（収容空間）
６０ 受け面（揺動支持手段、受け部）
６２ 取付孔
６３ フランジ部
６５ ピンケース
６６ バネ（調節手段）
６７ 蓋部材
６８ 装着孔
６９ ネジ孔
７４，７５ リブ
７６，７７ 板バネ
８１ 反射筒（光インテグレータ）
８３ 光入射端（入射端面）
８４ 光出射端（出射端面）
８５ 反射面
８６ 長方形ミラー
９１ 光入射側端面
９２ 円筒面
９３ 凹部
９４ 開口縁（揺動支持手段、受け部）

Claims (7)

1. 光源からの照明光を入射端面から受け入れ、入射した照明光の照度分布を内部反射の繰り返しにより均一化して出射端面から出射する光インテグレータと、
   前記入射端面の中心が照明光軸上に位置するように前記光インテグレータを保持する保持枠と、
   前記保持枠に設けられ、前記入射端面の中心を支点として前記出射端面が揺動自在となるように前記光インテグレータを支持する揺動支持手段と、
   前記光インテグレータの前記任意の方向への揺動量を調節する調節手段と、
   を備えたことを特徴とするインテグレータ装置。
2. 前記光インテグレータを中空部内に一体的に収容して保持するホルダを備え、前記揺動支持手段は前記ホルダを介して光インテグレータを揺動自在に支持することを特徴とする請求項１記載のインテグレータ装置。
3. 前記保持枠は、入射端面側から出射端面側にわたって前記ホルダを内部に収容する筒状部を有し、
   前記揺動支持手段は、前記筒状部の入射端面側に設けられた受け部と、前記筒状部の出射端面側に設けられ前記ホルダを前記出射端面側に付勢する付勢部材とからなり、
   前記調節手段は、前記筒状部の出射端面側に設けられていることを特徴とする請求項２記載のインテグレータ装置。
4. 前記ホルダは、入射端面側に、前記入射端面の中心を球心とする部分球面状の当接面が形成され、
   前記受け部は、前記入射端面の中心を半径の中心として前記当接面の半径より小さい半径で形成された円形開口を有する凹部の開口縁であり、前記付勢部材によって付勢された前記ホルダの当接面が摺接することを特徴とする請求項３記載のインテグレータ装置。
5. 前記ホルダは、前記入射端面側に、入射端面の中心を球心とする部分球面状の当接面が形成され、
   前記受け部は、前記当接面と同じ半径で形成された部分球面状の受け面であり、前記付勢部材によって付勢された前記ホルダの当接面が摺接することを特徴とする請求項３記載のインテグレータ装置。
6. 前記調節手段は、前記筒状部に組込まれ、前記光軸と略垂直な面内で直交する２つの軸方向に前記ホルダをそれぞれ付勢する一対のバネと、前記筒状部の出射端面側の２個所にねじ込まれ、そのねじ込み量に対応してホルダを前記一対のバネの付勢方向に抗して移動させる一対の調節ネジとからなることを特徴とする請求項４又は５記載のインテグレータ装置。
7. 前記請求項１〜６のいずれかに記載のインテグレータ装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
   

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