JP2013148719A - ロッドインテグレータ装着ユニット及び投写型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない部品点数により容易かつ確実に、ロッドの出射端面に対する防塵構造を形成する。
【解決手段】断面が矩形であるロッド２と、出射端面を突出させてロッドを保持するロッドホルダ３と、ロッドホルダの出射側先端領域に設けられロッドの一側面である基準側面に対向するロッド当接基準面１３と、ロッドを付勢して基準側面をロッド当接基準面に押圧するロッドバネ１４と、一辺開放の矩形切欠きを有する板状であって、基準側面に開放辺を対応させて矩形切欠きをロッドインテグレータと嵌合させて装着されたアパーチャ部材１５と、ロッドホルダの先端部に装着され出射端面の側方領域を包囲する側壁を有する防塵筐筒と、防塵筐筒の開口部に装着されたカバーガラスとを備える。ロッド当接基準面、アパーチャ部材、防塵筐筒、及びカバーガラスの組み合わせによりロッドの出射端面の周囲に封鎖空間が形成される。
【選択図】図１１

Description

本発明は、ロッドインテグレータを光束の伝播経路に装着するための保持構造を有するユニットに関し、特に、出射端面における防塵性能を向上させたロッドインテグレータ装着ユニット、およびこれを備えた投写型画像表示装置に関する。

ロッドインテグレータは、ビデオプロジェクタ等の投写型画像表示装置に広く用いられる。投写型画像表示装置では、光源からの光を液晶パネルや、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）等からなる画像表示素子（空間光変調素子）により変調して画像光を形成し、スクリーン上に投写表示する。明るさにむらのない投写画像光を形成するためには、光軸に垂直な面内における強度分布が均一な光束を画像表示素子に導く必要がある。しかし、一般的には、光源が発する光束には中央部と周辺部とで大きな強度差が存在する。ロッドインテグレータは、このような光源からの光束の強度分布を均一化するために用いられる。

ロッドインテグレータは一般的に、ガラス製の中実なロッドプリズムにより構成される。光源からの光は収束光束として入射端面に導かれ、ロッドインテグレータの内部に入射した後、入射角に応じた回数だけ側面で反射される。側面での光の反射は、ガラスと空気の屈折率の差による全反射により行われる。これにより、ロッドインテグレータ内を伝播する間に、入射前の光束の中央部の光と周辺部の光が混じり合い、出射端面上において均一な強度分布を持った光束となる。

このようなロッドインテグレータでは、特に、出射端面に付着する埃等の異物が、正常な機能を損なう原因となる。すなわち、照明光学系においては、ロッドインテグレータの出射端面と画像表示素子の表示面とが、光学的に共役関係を有するように構成される。そのため、ロッドインテグレータの出射端面の塵埃の像が画像表示素子の表示面上に結像される。この表示面上での塵埃の像が、画像表示素子で形成された画像に重畳され、スクリーン上に拡大されて投写される。このようなロッドインテグレータの出射端面上での塵埃は、完全に排除することが困難であったため、スクリーン上での画質の劣化が避けられないという問題があった。

このような問題を解決するために、特許文献１には、矩形断面を有する中実のガラス製ロッドプリズムと、内面に反射コートが施された中空プリズムを組み合わせて構成されたロッドインテグレータが開示されている。中空プリズムは、反射コートが施された４枚のガラス板を反射コート面が内側となるようにして接合し、断面矩形の箱状に形成されたものである。ロッドプリズムの出射面側の端部が、中空プリズム内に若干挿入されるように構成される。結局、このロッドインテグレータの出射端面は中空プリズムにより形成されることになり、全ガラス製のロッドインテグレータのような、塵埃付着の原因となる出射端面が存在しない形態となる。従って、出射端面の位置と共役関係にある画像表示素子の素子面上に、塵埃の像が形成されることが回避される。

また、特許文献２には、ロッドプリズムの出射端面の周囲に密閉空間を形成する密閉機構を備えることにより防塵効果を得る構成が開示されている。すなわち、ロッドプリズムの出射端面の近傍は、鏡筒内に収容される。ロッドプリズムと鏡筒の接合部分での密閉機構として、鏡筒の内部に、ロッドプリズムを取り囲みロッドプリズムと交差する向きの部分を有する、薄い２枚の板状の密閉部材が配置される。２枚の板状の密閉部材は、直交する２辺の内周縁を有しており、２つの直交内周縁を組み合わせて矩形内周縁を形成するようにして用いられる。形成される矩形内周縁が、ロッドプリズムの出射端面近傍の側面に密接するように、２枚の密閉部材が装着される。鏡筒の内面には、ロッドプリズムの側面と交差するフランジ面が形成され、密閉部材の板表面は、このフランジ面に密接し、かつ２枚の密閉部材の板表面の一部が互いに重畳する状態となる。

この構成によれば、板状の密閉部材によって、鏡筒の内部がロッドプリズムの出射端面側と入射端面側とに仕切られる。出射端面側は、レンズ、鏡筒、密閉部材およびロッドプリズムの側面により、密閉空間が形成され、ロッドプリズムの出射端面は全体が密閉空間内に密封される。したがって、出射端面に塵埃等の異物が付着すること防止される。

また、特許文献３には、ロッドインテグレータの光出射面を密閉した状態で保持するロッドインテグレータホルダが開示されている。このホルダは、ロッドインテグレータを挿入して保持する筒状のケース部と、このケース部の一端部に設けられた鍔状密閉用壁部とで構成されている。鍔状密閉用壁部をレンズ鏡胴の一端部に当接させることにより、レンズ鏡胴とケース部との間の空間が密閉され、ロッドインテグレータの出射端面に対する防塵効果が得られる。

特開２００３−５７５１４号公報 特開２００３−１５６６６９号公報 特開２００４−２１２８１６号公報

しかし、特許文献１に開示された出射端面を中空プリズムにより形成する構成は、防塵構造を提供するものではなく、別途、防塵構造が必要である。

また、特許文献２に開示された密閉機構は、２枚の板状の密閉部材を用いるため、装着時の取り扱いや、位置決めが煩雑である。

さらに、特許文献３に開示された密閉機構は、筒状のケース部の内周面と、ロッドインテグレータ表面の間を密着させることが困難である問題がある。すなわち、密着させるような寸法にすると、筒状内にロッドインテグレータを挿入することが困難になるからである。そのため、ケース部の内周面とロッドインテグレータ表面の間の間隙を通じて塵埃が侵入する惧れがあり、ロッドインテグレータの出射端面を包囲する空間は、十分に密閉されたものとは言えない。

従って、本発明は、少ない部品点数により容易かつ確実に、ロッド出射端面に対する防塵構造が形成されるロッドインテグレータ装着ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のロッドインテグレータ装着ユニットは、光軸に直交する断面が矩形であ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その出射端面を突出させて保持するロッドホルダと、前記ロッドホルダの出射側先端領域に設けられ前記ロッドインテグレータの一側面である基準側面に対向するロッド当接基準面と、前記ロッドインテグレータを付勢して前記基準側面を前記ロッド当接基準面に押圧するロッドバネと、一辺が開放された矩形切欠きを有する板状であって、前記基準側面に開放辺を対応させて前記矩形切欠きと前記ロッドインテグレータを嵌合させて装着されたアパーチャ部材と、前記ロッドホルダの先端部に装着され、前記出射端面の側方領域を包囲する側壁を有する防塵筐筒と、前記防塵筐筒の前面開口部に装着されたカバーガラスとを備え、前記ロッド当接基準面、前記アパーチャ部材、前記防塵筐筒、及び前記カバーガラスの組み合わせにより前記ロッドインテグレータの前記出射端面の周囲に封鎖空間が形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、ロッド当接基準面とアパーチャ部材により、ロッドインテグレータの四辺の側面に対する密着構造が形成されて、出射端面の周囲の領域の封鎖空間とロッドホルダ側の空間との間の遮蔽が十分になされ、高い防塵効果が得られる。しかも、アパーチャ部材は１枚のみでよいため、少ない部品点数により低コストで防塵構造が得られ、製造時の工程も簡単である。

実施の形態１におけるロッドインテグレータ装着ユニットの構成を示す斜視図 同ユニットの正面図 同ユニットの平面図 同ユニットの右側面図 同ユニットの図３のＡ―Ａ線に沿った断面図 同ユニットの先端部近傍の構造を防塵筐筒を除去した状態で示す斜視図 同ユニットの図６の状態に対応する正面図 同ユニットの図６の状態に対応する平面図 同ユニットの図６に示す構造からロッドを除去した状態を示す斜視図 同ユニットに用いられるロッドバネを示す斜視図 同ユニットの図９に示す構造にアパーチャ部材が装着された状態を示す斜視図 同ユニットに用いられるアパーチャ部材を示す正面図 同ユニットに用いられる防塵筐筒を示す斜視図 同防塵筐筒の断面図 実施の形態２における画像表示装置の構成を概念的に示す平面図

本発明のロッドインテグレータ装着ユニットは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。

ずなわち、前記アパーチャ部材は、前記ロッドインテグレータの出射端面よりも後退した位置に装着されていることが好ましい。

また、前記ロッドインテグレータは長方形断面を有し、その長辺に対応する側面を前記基準側面として配置されていることが好ましい。

また、前記アパーチャ部材は少なくとも１個のねじにより前記ロッドホルダに固定され、前記矩形切欠きの内周端縁と前記ロッドインテグレータの側面との係合により前記アパーチャ部材が位置決めされていることが好ましい。

本発明の投写型画像表示装置は、光源装置と、空間光変調素子と、前記光源装置からの光を前記空間光変調素子へ導光する照明光学系と、前記空間光変調素子から射出された画像をスクリーンに投射する投射光学系とを備え、前記照明光学系が、上記いずれかの構成のロッドインテグレータ装着ユニットを含んた構成とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１におけるロッドインテグレータ装着ユニットの構成を、図１に斜視図で示す。同ユニットの正面図（図１の左側から見た図）を図２に、平面図を図３に、右側面図を図４に示す。図４の側面図に対応する断面図、すなわち、図３のＡ―Ａ線に沿った断面図を図５に示す。

このユニットは、図１、図３、図５等に示すように、ロッドプリズムからなる第１、第２ロッドインテグレータ１、２を、光軸方向に整列させて連結し、ロッドホルダ３により保持することにより構成されている。それにより、第１ロッドインテグレータ１（以下の記載では「第１ロッド１」と略記する）の入射端面（第１入射端面１ａ）から導入した光束を合成して、第２ロッドインテグレータ２（以下の記載では「第２ロッド２」と略記する）の出射端面２ｂから出射させるように構成されている。

第１、第２ロッド１、２の形状は、図３及び図５に示されるように、その長手方向の光軸に直交する断面が矩形状である。図５に示すように、第１、第２ロッド１、２は、端面を互いに当接させて装着されている。第１ロッド１の右端面が第１入射端面１ａを構成し、第２ロッド２の右端面が第２入射端面２ａを構成し、同左端面が出射端面２ｂを構成している。図３に示すように、第１、第２ロッド１、２の幅は同一である。一方、高さについては、図５に示すように、第２ロッド２の高さが、第１ロッド１の高さの２倍である。従って、第２入射端面２ａの上半部は、第１ロッド１の上面から突出した段差を形成している。

図１、図３に示すように、第１、第２ロッド１、２の上部には、それぞれプリズムホルダ４、５が設けられ、三角プリズム対６、７がそれぞれ保持されている。本実施の形態の特徴には直接の関係がない構成であるため詳細な説明は省略するが、三角プリズム対６、７を介して、４つの光源からの光束が第１、第２ロッド１、２に入射し伝搬して、出射端面２ｂから出射するように構成されている。

すなわち、第１ロッド１の左右側方に各々配置された２つの光源（図示せず）からの光束は、対応する三角プリズム対６の各々に入射し、光路が直角に曲げられて第１入射端面１ａから第１ロッド１に入射する。第１ロッド１を伝搬した光束は、第２入射端面２ａの下半分の領域から第２ロッド２に入射する。一方、第２ロッド２の左右側方に各々配置された２つの光源（図示せず）からの光束は、対応する三角プリズム対７の各々に入射し、光路が直角に曲げられて第２入射端面２ａの上半分（段差部）の領域から第２ロッド２に入射する。この光束と、第１ロッド１を介して入射し伝播する光束とは、第２ロッド２を伝搬する間に合成され、出射端面２ｂから出射する。

本実施の形態は、第２ロッド２の出射端面２ｂの近傍の構成に特徴を有する。なお、以下の記載では、ロッドホルダ３の両端部のうち、出射端面２ｂに対応する側を先端側として説明する。ロッドホルダ３の先端部には、防塵筐筒８が装着されている。防塵筐筒８を除去した状態のロッドホルダ３の先端部近傍の構造を、図６に斜視図で示す。図６に対応する正面図を図７に、平面図を図８に示す。図５〜図８に示すように、第２ロッド２は、出射端面２ｂをロッドホルダ３の先端の先端面３ａから突出させて保持されている。

図５に示すように、防塵筐筒８により、ロッドホルダ３の先端部に閉鎖空間が形成されている。すなわち、防塵筐筒８は、ロッドホルダ３から突出した出射端面２ｂの側部領域を包囲する側壁を形成し、その前面開口部にはカバーガラス９が装着されている。カバーガラス９は、第２ロッド２の出射端面２ｂに対向し、出射光束を透過させる。防塵筐筒８には、図１、図２等に示すように、ロッドホルダ３側の端部にフランジ１０が設けられ、フランジ１０がロッドホルダ３の端面に固定されている。カバーガラス９は、カバーガラス抑えばね１１により、防塵筐筒８の先端部に固定されている。

図６に示すように、ロッドホルダ３は、先端面３ａを有するとともに、その周囲に、先端面３ａよりも少し後退した防塵筐筒取付面３ｂが形成されている。防塵筐筒取付面３ｂには、防塵筐筒８のフランジ１０がねじにより固定されている。

図６の状態から第２ロッド２を除去したロッドホルダ３の先端部近傍の構造を、図９の斜視図に示す。この図に示されるように、ロッドホルダ３には上部が開放されたロッド装着凹部１２が設けられ、第２ロッド２が上方から装着されている。従って、第２ロッド２は、底面がロッド装着凹部１２の底面により支持され、側面をロッド装着凹部１２の内壁面（側壁）に対向させて保持されている。

ロッド装着凹部１２の一方の側壁には、出射側の先端領域に位置させてロッド当接基準面１３が設けられている。このロッド当接基準面１３に対して、図６〜図８に示すように、第２ロッド２の側面が当接している。従って、第２ロッド２は、出射端面２ｂの近傍の側面の部位が、ロッド当接基準面１３により位置決めされている。このように位置決めされる側の第２ロッド２の側面を、以下の説明では基準側面２ｃと称する。ロッドホルダ３にはロッドバネ１４が固定されており、第２ロッド２はロッドバネ１４により付勢されて、底面がロッド装着凹部１２の底面に押圧され、基準側面２ｃがロッド当接基準面１３に押圧されて密着している。

ロッドバネ１４の形状を、図１０に示す。ロッドバネ１４には、固定部１４ａ、１４ｂ、及び押圧部１４ｃ、１４ｄが設けられている。固定部１４ａ、１４ｂがねじによりロッドホルダ３に固定され、押圧部１４ｃ、１４ｄが、各々第２ロッド２の上面及び側面に当接して、第２ロッド２をロッドホルダ３に向かって弾性的に押圧している。これにより、第２ロッド２が位置決めされ、また、上述のように、基準側面２ｃがロッド当接基準面１２に密着する。

図６に示したロッドホルダ３の先端面３ａには、図１１に示すようにアパーチャ部材１５が取付けられている。アパーチャ部材１５は、図１２に示すように、矩形切欠き１６を有する板状である。矩形切欠き１６の一辺は解放されて開放辺１６ａを形成している。開放辺１６ａを第２ロッド２の基準側面２ｃの辺に対応させて矩形切欠き１６と第２ロッド２を嵌合させることにより、アパーチャ部材１５が装着されている。従って、矩形切欠き１６の他の三辺を形成するアパーチャ部材１５の内周端縁が、第２ロッド２の基準側面２ｃ以外の側面に密着している。アパーチャ部材１５には、ねじ装着孔１７が設けられ、この部分でねじ（図示せず）により先端面３ａに固定されている。

以上のようなロッドホルダ３の先端部に、図１等に示したように防塵筐筒８が装着される。防塵筐筒８の構造を図１３に斜視図で示す。断面形状を図１４に示す。これらの図に示すように、防塵筐筒８の内腔は、両端で開口した略円筒状の内周面により形成され、前面開口部に、カバーガラス９（図１、２、５等参照）を装着するためのカバーガラス嵌合部１８が設けられている。防塵筐筒８の後端部には、ロッドホルダ３の先端面３ａ（図６〜９参照）、及びアパーチャ部材１５が収容されるアパーチャ部材収容部１９が設けられている。防塵筐筒８の前面部の外周上下には、カバーガラス抑えばね１１を固定するためのばね保持突起２０が設けられている。

以上のように、ロッド当接基準面１３、アパーチャ部材１５、防塵筐筒８、及びカバーガラス９が組み合わさって、第２ロッド２の出射端面２ｂの周囲の領域に封鎖空間が形成されている。また、ロッド当接基準面１３とアパーチャ部材１５により、第２ロッド２の４方の側面に対する密着構造が形成されて、出射端面２ｂの周囲の領域の封鎖空間と、ロッドホルダ３側の空間との間の遮蔽がなされている。

しかもアパーチャ部材１５は、出射端面２ｂよりも後退した位置に装着されているので、ロッド当接基準面１３とアパーチャ部材１５による密封部分から出射端面２ｂまでの距離が確保されている。これにより、例え密封部分からの若干の塵埃の侵入があった場合であっても、出射端面２ｂまでは到達し難い効果が得られる。

アパーチャ部材１５は１枚のみでよいため、少ない部品点数により低コストで出射端面２ｂに対する防塵構造が得られる。また、アパーチャ部材１５が、一辺の開放辺１６ａを有する矩形切欠き１６をロッド側面に嵌合させる構成であることにより、装着時の位置決め等の取り扱いが容易であり、簡素な工程により確実に装着可能である。

第２ロッド２の断面は、垂直方向が水平方向よりも長い縦長の長方形となっている。これに対して、ロッド当接基準面１３は側部に配置されているので、第２ロッド２は、断面形状の長辺に対応する側面がロッド当接基準面１３に当接する配置となる。従って、アパーチャ部材１５は、矩形切欠き１６の開放辺１６ａが長辺に対応することになり、第２ロッド２に対して横方向に装着される際には、短辺に沿って挿入されることになる。これにより、挿入距離が短く、装着操作が容易になる。

また、アパーチャ部材１５は、ねじ装着孔１７において１個のねじのみによりロッドホルダ３に固定されている。従って、それ以外の部分では、矩形切欠き１６の内周端縁と第２ロッド２の側面との係合によりアパーチャ部材１５が位置決めされている。これにより、アパーチャ部材１５を装着する際の位置決め、及びねじによる固定が簡単であり、製造工程を容易にする効果が得られる。

なお、上記実施の形態では、４個の光源からの光束を合成する２本のロッドインテグレータを有するロッドインテグレータ装着ユニットの構成を例として示したが、本発明の効果はこれに限られずに得られる。すなわち、１本のロッドインテグレータを有するユニットであっても、あるいは光源数に限られず、ロッドインテグレータの出射端面の防塵を必要とするあらゆる構成に、本発明の構成を適用可能である。

＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成を、図１５に示す。この画像表示装置は、本発明の実施の形態の構成を有するロッドインテグレータ２１を用いて構成されている。

光源装置２２からの出力光は、ロッドインテグレータ２１の入射端面に集光されて入射する。ロッドインテグレータ２１からは、照度が均一化された光束が出射される。ロッドインテグレータ２１からの出射光は、リレーレンズ２３、フィールドレンズ２４、プリズム２５を経て、空間光変調素子であるＤＭＤ２６に入射する。ロッドインテグレータ２１の出射面形状がＤＭＤ２６上に転写され、効率よく均一に集光できるように、リレー光学系が構成されている。

ＤＭＤ２６は微小ミラーを２次限的に配置して構成され、入射光の反射状態を制御する。各ミラーは、映像入力信号に応じてその傾きを変化させることで、空間変調された画像光を形成する。ＤＭＤ２６から出射する画像光は、投写レンズ２７によりスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

図では光源装置２２を簡略化して記載したが、例えば、光源装置２２は赤、緑、青の色光を時分割で発光するように構成される。ＤＭＤ２６の各ミラーは、光源装置２２からの色光の変化と同期させて、赤、緑、青の映像入力信号に応じて制御され、各色光ごとの画像光を形成する。

本発明のロッドインテグレータ装着ユニットによれば、少ない部品点数により容易かつ確実に、ロッド出射端面に対する防塵構造が形成され、画像表示装置の光学系等に好適である。

１ 第１ロッドインテグレータ
１ａ 第１入射端面
２ 第２ロッドインテグレータ
２ａ 第２入射端面
２ｂ 出射端面
２ｃ 基準側面
３ ロッドホルダ
３ａ 先端面
４、５ プリズムホルダ
６、７ 三角プリズム対
８ 防塵筐筒
９ カバーガラス
１０ フランジ
１１ カバーガラス抑えばね
１２ ロッド装着凹部
１３ ロッド当接基準面
１４ ロッドバネ
１５ アパーチャ部材
１６ 矩形切欠き
１６ａ 開放辺
１７ ねじ装着孔
１８ カバーガラス嵌合部
１９ アパーチャ部材収容部
２０ ばね保持突起

Claims (5)

1. 光軸に直交する断面が矩形であ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その出射端面を突出させて保持するロッドホルダと、
   前記ロッドホルダの出射側先端領域に設けられ前記ロッドインテグレータの一側面である基準側面に対向するロッド当接基準面と、
   前記ロッドインテグレータを付勢して前記基準側面を前記ロッド当接基準面に押圧するロッドバネと、
   一辺が開放された矩形切欠きを有する板状であって、前記基準側面に開放辺を対応させて前記矩形切欠きと前記ロッドインテグレータを嵌合させて装着されたアパーチャ部材と、
   前記ロッドホルダの先端部に装着され、前記出射端面の側方領域を包囲する側壁を有する防塵筐筒と、
   前記防塵筐筒の前面開口部に装着されたカバーガラスとを備え、
   前記ロッド当接基準面、前記アパーチャ部材、前記防塵筐筒、及び前記カバーガラスの組み合わせにより前記ロッドインテグレータの前記出射端面の周囲に封鎖空間が形成されていることを特徴とするロッドインテグレータ装着ユニット。
2. 前記アパーチャ部材は、前記ロッドインテグレータの出射端面よりも後退した位置に装着されている請求項１に記載のロッドインテグレータ装着ユニット。
3. 前記ロッドインテグレータは長方形断面を有し、その長辺に対応する側面を前記基準側面として配置されている請求項１に記載のロッドインテグレータ装着ユニット。
4. 前記アパーチャ部材は少なくとも１個のねじにより前記ロッドホルダに固定され、前記矩形切欠きの内周端縁と前記ロッドインテグレータの側面との係合により前記アパーチャ部材が位置決めされている請求項１に記載のロッドインテグレータ装着ユニット。
5. 光源装置と、空間光変調素子と、前記光源装置からの光を前記空間光変調素子へ導光する照明光学系と、前記空間光変調素子から射出された画像をスクリーンに投射する投射光学系とを備え、
   前記照明光学系が、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロッドインテグレータ装着ユニットを含んで構成されている投写型画像表示装置。

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