JP2011186284A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成、容易な作業でダイクロイックミラーの傾斜角が調整可能なプロジェクターを提供する。
【解決手段】プロジェクターは、光源と、光源から射出された光束のうちＧ光を反射し、Ｒ光を透過して入射する光束を分離するＧ光反射ダイクロイックミラー３３２と、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２を収納する光学部品用筐体４と、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２の一端を保持し、光軸Ｌに対して略垂直に延びる回転軸６Ｊを中心にして光学部品用筐体４に回転可能に支持される保持部材６と、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２にて分離された光束を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する光学装置と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像光を投写するプロジェクターに関する。

光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光学装置、およびその画像光を投写する投写レンズを備えたプロジェクターが知られている。プロジェクターは、この光学装置や投写レンズに加え、複数の光学部品、およびこれらの光学部品を光路上の所定位置に配置する光学部品用筐体を備えている。光学部品としては、光源から射出された光束を反射および透過によって複数の色光に分離するダイクロイックミラーや、分離された色光を反射する反射ミラー等がある。そして、照度ムラや色ムラ等を抑制し、画質の良好な投写画像を得るために、光学装置に効率良く、均一に光束を導くよう光軸に対する反射ミラーの傾斜角を調整可能とする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の技術は、反射ミラーの背面側を保持する保持部材を有している。この保持部材には、反射ミラーの反対側に膨出する球面状の膨出部が設けられている。また、光学部品用筐体には、膨出部が係合する凹部が形成されている。保持部材に保持されている反射ミラーは、膨出部が凹部を摺動するように回動されて傾斜角が調整される。

特開２００４−２０５７１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、反射ミラーに適用することはできるが、反射ミラーの傾斜角を調整することでは、光学装置に効率よく光束を導くことができず、ダイクロイックミラーの調整が必要とされる光学系の場合、保持部材が透過光を遮ってしまうため、ダイクロイックミラーには、適用できないという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るプロジェクターは、光源と、前記光源から射出された光束のうち所定の色光を反射し、前記所定の色光と異なる色光を透過して前記光束を分離するダイクロイックミラーと、前記ダイクロイックミラーを収納する光学部品用筐体と、前記ダイクロイックミラーの一端を保持し、前記光束の光軸に対して略垂直に延びる回転軸を中心にして前記光学部品用筐体に回転可能に支持される保持部材と、前記ダイクロイックミラーにて分離された光束を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する光学装置と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、保持部材は、ダイクロイックミラーの一端を保持しているので、ダイクロイックミラーの光束が入射する領域外を保持部材が保持するように構成することができる。そして、保持部材は、光軸に対して略垂直に延びる回転軸を中心にして光学部品用筐体に回転可能に支持されている。これによって、簡素な構成、およびダイクロイックミラーを回転させるという容易な作業で、光軸に対するダイクロイックミラーの角度を調整し、ダイクロイックミラーが反射する色光、および透過する色光を効率よく光学装置に導くことができる。よって、プロジェクターは、輝度ムラや色ムラ等を抑制し、良好な画質の画像光を投写することが可能となる。

［適用例２］上記適用例に係るプロジェクターにおいて、前記回転軸は、前記ダイクロイックミラーが前記光軸に対して所定の傾斜角で傾斜した状態における、前記ダイクロイックミラーと前記光軸との交点を通り、前記ダイクロイックミラーに直交する仮想平面上に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、ダイクロイックミラーは、設計上において設定された所定の傾斜角で傾斜した状態を基準状態として回転されることによって、傾斜角が変更される。そして、回転軸は、この基準状態におけるダイクロイックミラーと光軸との交点を通り、ダイクロイックミラーに直交する仮想平面上に設けられている。つまり、ダイクロイックミラーは、基準状態から正逆回転において、仮想平面に対して対称の軌跡を有することとなる。これによって、ダイクロイックミラーによって反射される光束も対称に反射されるので、ダイクロイックミラーの角度調整が行い易くなる。また、回転軸がこの仮想平面上に設けられていない場合に比べ、回転によるダイクロイックミラーの移動量を小さく形成できるので、調整後のダイクロイックミラーを固定する構造の簡素化や、光学部品用筐体の小型化が図れる。

本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図。 本実施形態のＧ光反射ダイクロイックミラーを下部筐体に組み込んだ斜視図。 本実施形態の下部筐体からＧ光反射ダイクロイックミラーを分解した斜視図。 本実施形態の基準状態におけるＧ光反射ダイクロイックミラーを示す平面図。 本実施形態の保持部材を示す斜視図。 図４における回転軸近傍の拡大図。 本実施形態のＧ光反射ダイクロイックミラーの傾斜角および上下方向に対する傾斜の調整方法を説明する図。

以下、本実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照して説明する。
本実施形態のプロジェクターは、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成し、その画像光をスクリーン等に投写する。
図１は、本実施形態のプロジェクター１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、外装を構成する外装筐体２、光源装置３１を有する光学ユニット３、制御部、光源装置３１や制御部に電力を供給する電源装置およびプロジェクター１内部を冷却する冷却ファン等（いずれも図示省略）を備えている。

制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、コンピューターとして機能するものであり、プロジェクター１の動作の制御、例えば、画像の投写に関わる制御等を行う。

光学ユニット３は、制御部による制御の下、光源装置３１から射出された光束を光学的に処理し、画像情報に応じた画像光を形成して投写する。
図１に示すように、光学ユニット３は、光源装置３１に加え、照明光学装置３２、色分離光学装置３３、光学装置３４、投写レンズ３５、およびこれらの光学部品３１〜３５を光路上の所定位置に配置する光学部品用筐体４を備える。

光源装置３１は、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等からなる放電型の光源３１１およびリフレクター３１２等を備える。そして、光源装置３１は、光源３１１から射出された光束をリフレクター３１２によって射出方向を揃え、照明光学装置３２に向けて射出する。

照明光学装置３２は、第１レンズアレイ３２１、第２レンズアレイ３２２、偏光変換素子３２３、および重畳レンズ３２４を備える。
第１レンズアレイ３２１は、マトリクス状に配列された複数の小レンズを有して構成されており、光源装置３１から射出された光束を複数の光束に分割する。第２レンズアレイ３２２は、第１レンズアレイ３２１と略同様の構成を有しており、重畳レンズ３２４とともに、光束を後述する反射型の光変調装置３４２の表面に略重畳させる。
偏光変換素子３２３は、第２レンズアレイ３２２から射出されたランダム偏光光を光変調装置３４２で利用可能な略１種類の偏光光に揃える機能を有する。

色分離光学装置３３は、クロスダイクロイックミラー３３１、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２、および反射ミラー３３３，３３４を備え、照明光学装置３２から射出された光束を赤色光（以下「Ｒ光」という）、緑色光（以下「Ｇ光」という）、青色光（以下「Ｂ光」という）の３色の色光に分離する機能を有する。

クロスダイクロイックミラー３３１は、Ｂ光反射ダイクロイックミラー３３１Ｂ、およびＧＲ光反射ダイクロイックミラー３３１ＧＲがＸ字状に配置されて構成されている。クロスダイクロイックミラー３３１は、照明光学装置３２から射出された光束のうち、Ｂ光をＢ光反射ダイクロイックミラー３３１Ｂにて反射し、Ｇ光およびＲ光をＧＲ光反射ダイクロイックミラー３３１ＧＲにて反射して、入射する光束を分離する。

Ｂ光反射ダイクロイックミラー３３１Ｂにて反射されたＢ光は、反射ミラー３３３によって反射され、後述する電気光学装置３４０Ｂに射出される。一方、ＧＲ光反射ダイクロイックミラー３３１ＧＲによって反射されたＧ光およびＲ光は、反射ミラー３３４によって反射された後、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２に入射する。

Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、反射ミラー３３４によって反射された光束の光軸Ｌに対して傾斜して配置される。そして、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、反射ミラー３３４によって反射されたＧ光およびＲ光のうち、Ｇ光を反射し、Ｒ光を透過して入射する光束を分離する。
そして、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２にて反射されたＧ光は、後述する電気光学装置３４０Ｇに射出され、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２を透過したＲ光は、後述する電気光学装置３４０Ｒに射出される。

また、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、電気光学装置３４０Ｇに光束を効率良く導くために、光軸Ｌに対する傾斜角が調整された後に、光学部品用筐体４に固定される。このＧ光反射ダイクロイックミラー３３２の固定構造については、あとで詳細に説明する。

光学装置３４は、３色の色光毎に備えられた電気光学装置３４０（Ｒ光用の電気光学装置を３４０Ｒ、Ｇ光用の電気光学装置を３４０Ｇ、Ｂ光用の電気光学装置を３４０Ｂとする）、および色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム３４４を備え、色分離光学装置３３で分離された各色光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する。

電気光学装置３４０は、反射型偏光板３４１、反射型の光変調装置３４２および偏光板３４３を備える。

反射型偏光板３４１は、ガラス基板上にアルミニウム等からなる微細な線状リブを平行に多数配列したワイヤグリッド型の構成になっている。そして、反射型偏光板３４１は、線状リブの延出方向に対して垂直な偏光方向の偏光光を透過し、線状リブの延出方向に平行な偏光方向の偏光光を反射する。

反射型偏光板３４１は、入射する色光の光軸に対して略４５°の傾斜で配置されている。反射型偏光板３４１は、入射した光束のうち、偏光変換素子３２３で揃えられた偏光光と略同一の偏光方向の偏光光を透過させ、透過する偏光光に直交する偏光方向の偏光光を反射させる。なお、反射型偏光板３４１の光路前段側に位相差板を配置し、反射型偏光板３４１が偏光変換素子３２３で揃えられた偏光光と異なる偏光方向の偏光光を透過させるように構成してもよい。

光変調装置３４２は、反射型偏光板３４１を透過した光束の光軸に対して略直交するように配置される。光変調装置３４２は、対向する基板間に液晶層が挟持された構造を有しており、いわゆるＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）で構成されている。そして、一方の基板であるシリコン基板上には、スイッチング素子が接続された反射画素電極がマトリクス状に形成され、他方の基板（透明基板）には、対向電極が形成されている。

光変調装置３４２は、制御部からの駆動信号に応じて反射画素電極と対向電極との間に電圧が印加され、液晶の配向状態が制御される。そして、光変調装置３４２は、反射型偏光板３４１を透過した偏光光の偏光方向を変調し、反射型偏光板３４１に向けて反射する。光変調装置３４２にて変調され、反射型偏光板３４１に向けて反射された光束は、偏光変換素子３２３で揃えられた偏光光に直交する偏光方向を有する偏光光のみが反射型偏光板３４１にて反射される。

偏光板３４３は、反射型偏光板３４１にて反射された偏光光と同一方向の偏光方向の偏光光を透過させる。すなわち、偏光板３４３は、反射型偏光板３４１にて反射された光束に所望の偏光光以外の偏光成分が含まれた場合であっても、所望以外の偏光成分を除去し、画像のコントラスト向上に寄与する。

クロスダイクロイックプリズム３４４は、電気光学装置３４０にて変調された各色光を合成してカラー画像を表す画像光を形成する。クロスダイクロイックプリズム３４４は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、２つの誘電体多層膜が形成されている。クロスダイクロイックプリズム３４４は、誘電体多層膜が電気光学装置３４０Ｒ，３４０Ｂにて変調されたＲ光、Ｂ光を反射し、電気光学装置３４０Ｇにて変調されたＧ光を透過して、各色光を合成する。

投写レンズ３５は、複数のレンズを組み合わせた組レンズとして構成され、光学装置３４にて形成された画像光をスクリーン上に拡大投写する。

光学部品用筐体４は、一方に開口部を有し、前述した光学部品を収納する下部筐体５（図２に一部を示す）と、この開口部を閉塞する図示しない上部筐体とを備えて構成されている。Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２、反射ミラー３３３，３３４等の光学部品は、下部筐体５に形成された溝に側端部が挿入されて固定され、光学装置３４および投写レンズ３５は、保持部材等を介して下部筐体５にネジ固定される。

ここで、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２の固定構造について、詳細に説明する。
Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、前述したように、光軸Ｌに対して傾斜して配置されている。そして、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、設計上において設定された所定の傾斜角で傾斜した状態を基準状態として正逆回転されることによって、傾斜角が変更されるように構成されている。

図２〜図４は、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２および下部筐体５の一部を示す図である。具体的に、図２は、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２を下部筐体５に組み込んだ斜視図、図３は、下部筐体５からＧ光反射ダイクロイックミラー３３２を分解した斜視図、図４は、基準状態におけるＧ光反射ダイクロイックミラー３３２を示す平面図である。

なお、以下では、説明の便宜上、反射ミラー３３４によって反射された光束の進行方向を＋Ｘ方向、Ｘ方向に直交し、図２の図面視における上方を＋Ｚ方向（上方向）、Ｘ方向およびＺ方向に直交し、図２の図面視における右方を＋Ｙ方向として記載する。つまり、±Ｘ方向は、光軸Ｌ方向となる。

Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、透明基板上に、Ｇ光を反射し、Ｒ光を透過する誘電体多層膜が形成された光学部品であり、図２、図３に示すように、平面視矩形状に形成されている。そして、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、下端中央部が保持部材６に保持されて下部筐体５に配置される。

図５は、保持部材６を示す斜視図である。
保持部材６は、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２の光束が入射する領域外を保持するように形成され、図５に示すように、直方体状のガイド部６１、およびガイド部６１の下面から円柱状に突出する軸部６２を有している。ガイド部６１の上面には、長手方向に沿って窪む挿入溝６１１が形成されている。そして、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、端部が挿入溝６１１に挿入され、接着剤によって保持部材６に固定される。

下部筐体５は、図２、図３に示すように、水平面に略沿うように形成された底面部５１と、底面部５１の端縁から起立する側面部５２とを有している。そして、対向する側面部５２の内面には、それぞれ上下方向に沿って窪む溝部５２１が設けられ、対向する溝部５２１の間の底面部５１には、軸穴５１１が設けられている。溝部５２１および軸穴５１１は、それぞれがＧ光反射ダイクロイックミラー３３２の側端部、保持部材６の軸部６２が遊嵌状態で挿入可能に形成されている。

保持部材６が取り付けられたＧ光反射ダイクロイックミラー３３２は、側端部が溝部５２１に挿入され、保持部材６の軸部６２が軸穴５１１に挿入されて下部筐体５に配置される。そして、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、上下方向に延出し、軸部６２の中心となる回転軸６Ｊを中心として回転可能に下部筐体５に支持される。つまり、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、光軸Ｌに対して略垂直に延びる回転軸６Ｊを中心として回転可能に支持される。

Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、基準状態において、図４に示すように、側端部が、溝部５２１の内面から接着可能な隙間を有して離間し、時計回り（図４の図面視におけるＣＷ方向）、および反時計回り（図４の図面視におけるＣＣＷ方向）に回転可能になっている。そして、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、回転軸６Ｊを中心に側端部が溝部５２１の内面に当接するまで回転可能となる。

図６は、図４における回転軸６Ｊ近傍の拡大図である。
回転軸６Ｊは、図６に示すように、基準状態におけるＧ光反射ダイクロイックミラー３３２と光軸Ｌとの交点Ｋを通り、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２に直交する仮想平面ＶＳ上に設けられている。

Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、図６に示すように、基準状態において、回転軸６Ｊ方向から見て光軸Ｌに対して鋭角となる傾斜角θを有して配置される。そして、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、ＣＷ方向に回転されると、傾斜角θが大きくなり、ＣＣＷ方向に回転されると傾斜角θが小さくなる。そして、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２によって反射される光束は、傾斜角θに応じた方向に反射される。そして、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、基準状態から正逆回転において、仮想平面ＶＳに対して対称の軌跡を有することとなる。

また、図示は省略するが、保持部材６の軸部６２は、軸穴５１１に対して遊嵌状態で挿入されるので、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、撓まない範囲において、上下方向に対する傾斜の調整も可能となる。

ここで、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２が固定される手順について説明する。
Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、傾斜角θおよび上下方向に対する傾斜が調整された後に、下部筐体５に接着固定される。
図７は、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２の傾斜角θおよび上下方向に対する傾斜の調整方法を説明する図である。

Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、図７に示すように、上端が治具１０に保持され、治具１０の回転、移動によって傾きが調整される。具体的に、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、反射される光束が観察されながら、治具１０が回転軸６Ｊを中心として回転されることによって、傾斜角θの調整が行われる。

同様に、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、反射される光束が観察されながら、治具１０がＧ光反射ダイクロイックミラー３３２に対して略直交する正逆方向に移動することによって、上下方向に対する傾斜の調整が行われる。

そして、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、傾斜角θおよび上下方向に対する傾斜が調整された後、側端部が溝部５２１に接着されて下部筐体５に固定される。
このように、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、一端が保持部材６に保持されて回転可能に光学部品用筐体４に配置され、光軸Ｌに対する傾斜が調整される。

以上説明したように、本実施形態のプロジェクター１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）保持部材６を備えるという簡素な構成、およびＧ光反射ダイクロイックミラー３３２を回転させるという容易な作業で、光軸Ｌに対するＧ光反射ダイクロイックミラー３３２の傾斜角θを調整し、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２が反射するＧ光、および透過するＲ光を効率よく電気光学装置３４０に導くことができる。よって、プロジェクター１は、輝度ムラや色ムラ等を抑制し、良好な画質の画像光を投写することが可能となる。

（２）Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、基準状態から正逆回転において、仮想平面ＶＳに対して対称の軌跡を有している。これによって、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２によって反射される光束も対称に反射されるので、傾斜角θの調整が行い易くなる。また、回転軸６Ｊがこの仮想平面ＶＳ上に設けられていない場合に比べ、回転によるＧ光反射ダイクロイックミラー３３２の移動量を小さく形成できるので、溝部５２１を形成して接着固定するという簡単な構造で、調整後のＧ光反射ダイクロイックミラー３３２を固定することができると共に、光学部品用筐体４の小型化が図れる。

（３）Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２は、軸部６２が軸穴５１１に遊嵌状態で挿入されているので、上下方向における傾斜においても、調整が可能となる。よって、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３３２が反射するＧ光、および透過するＲ光をさらに効率よく電気光学装置３４０に導くことができる。

（変形例）
なお、前記実施形態は、以下のように変更してもよい。
前記実施形態では、凸部となる軸部６２が保持部材６に形成され、凹部となる軸穴５１１が下部筐体５に形成されているが、保持部材６に凹部を形成し、この凹部に係合する凸部を下部筐体５に形成し、保持部材６が回転可能に下部筐体５に支持されるように構成してもよい。

前記実施形態のプロジェクター１は、反射型の光変調装置３４２を用いているが、透過型の光変調装置を利用したものであってもよい。

保持部材６と同様に、反射ミラー３３３を保持する部材を設け、この部材が下部筐体５に回転可能に支持されるように構成してもよい。

前記実施形態の光源装置３１は、放電型の光源３１１を採用しているが、レーザーダイオード、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子、シリコン発光素子などの各種固体発光素子で構成してもよい。

１…プロジェクター、３…光学ユニット、４…光学部品用筐体、５…下部筐体、６…保持部材、６Ｊ…回転軸、３４…光学装置、６２…軸部、３１１…光源、３３２…Ｇ光反射ダイクロイックミラー、３４０，３４０Ｒ，３４０Ｇ，３４０Ｂ…電気光学装置、３４１…反射型偏光板、３４２…光変調装置、３４３…偏光板、３４４…クロスダイクロイックプリズム、５１１…軸穴、５２１…溝部、Ｋ…交点、Ｌ…光軸、ＶＳ…仮想平面、θ…傾斜角。

Claims (2)

1. 光源と、
   前記光源から射出された光束のうち所定の色光を反射し、前記所定の色光と異なる色光を透過して前記光束を分離するダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーを収納する光学部品用筐体と、
   前記ダイクロイックミラーの一端を保持し、前記光束の光軸に対して略垂直に延びる回転軸を中心にして前記光学部品用筐体に回転可能に支持される保持部材と、
   前記ダイクロイックミラーにて分離された光束を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する光学装置と、
   を備えることを特徴とするプロジェクター。
2. 請求項１に記載のプロジェクターであって、
   前記回転軸は、前記ダイクロイックミラーが前記光軸に対して所定の傾斜角で傾斜した状態における、前記ダイクロイックミラーと前記光軸との交点を通り、前記ダイクロイックミラーに直交する仮想平面上に設けられていることを特徴とするプロジェクター。

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