JP3781742B2 - ロッドインテグレータ保持機構および投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、投写型表示装置に関し、特に、均一の照明光を得るためのロッドインテグレータの保持機構と、その保持機構を有する投写型表示装置に関する。

従来より、赤、緑、青の各色光を時分割に取り出して投写する基本構造を持つ時分割方式の画像投写装置が存在している。例えば、特許文献１に開示されているように、半導体メモリーセル上に各々の傾きが制御可能な数十万のミラーエレメントを取り付けたデジタルミラーデバイス（以下、「ＤＭＤ」という）を利用し、各ミラーエレメントの傾きを制御して反射状態を制御し、画像を形成するＤＭＤプロジェクターが知られている。

図７はＤＭＤプロジェクターの構造を示す図である。このＤＭＤプロジェクターは、光源１から出射した光を反射鏡２で反射し、反射した光を集光レンズ３により、赤、緑、青の光を選択的に通過させるカラーフィルターが組み合わされたカラーホイール１０の一点に集光させ、その通過光をロッドインテグレータ４で均一化し、光学系５で平行光束としてＴＩＲプリズム６を介してＤＭＤ７に照射し、その反射光である画像光をズーム投写レンズ８を介して図示しないスクリーン上に投影するものである。

ロッドインテグレータ４は、直方体のプリズムを用いたものと、４枚のガラス板を接着剤で張り合わせてトンネル状に形成したライトトンネルと呼ばれるものに大別できる。両方ともその断面は基本的には長方形であり、ＤＭＤの形状と相似形であるのが基本的な断面形状である。

図８は、ライトトンネルのロッドインテグレータの形状、構造を示す図である。ライトトンネル２０は、銀やアルミなどで反射コートを施した４枚のガラス板を反射コート面を内側にして紫外線硬化型接着剤（以下、「ＵＶ接着剤」という）２１で張り合わせてトンネル状に構成している。

ところでロッドインテグレータ２０は、入射した照明光の光強度分布を均一化して外部に出射させる機能を有する。この機能は入射した照明光がロッドインテグレータの内部で多重反射することによりその光強度分布を均一化するものである。このように照明光が直接にロッドインテグレータの内部で多重反射を繰り返して進むことから、内部の反射率が１００％でない場合には反射損失が生じこの損失は熱になる。

よって、ロッドインテグレータの耐熱性や冷却方法が重要になる。冷却方法としては強制空冷が行われるのが一般的である。また、ロッドインテグレータは強度的にはプリズムの方がライトトンネルよりも優れているが、コスト的にはその逆である。

次に、ロッドインテグレータを装置内の保持部等に保持するための従来の保持機構について説明する。
ロッドインテグレータを保持するための中空部材の両端に、ロッドインテグレータの断面より若干大きな開口部を有する耐熱性のマスクを取り付け、前記両端の開口部を貫通するようにロッドインテグレータを配置し、中空部材の側部に設けた開口からロッドインテグレータの側面に光軸と垂直方向の付勢力を加える板バネを取り付けることにより、前記ロッドインテグレータを固定する保持機構が特許文献２に開示されている。また、ロッドインテグレータの側面が当接する接触面を有する保持部材と、ロッドインテグレータを前記接触面に圧接するための球面状の凸部を有する板ばねとからなり、前記板ばねの凸部のみで前記ロッドインテグレータを前記保持部材に固定する保持機構が特許文献３に開示されている。

図９は、ロッドインテグレータの保持機構の他の例を示す図である。耐熱プラスチック製の中空のホルダ２３にロッドインテグレータ２０を挿入するとともに、ロッドインテグレータ２０の隣り合う２面と中空の内壁との間に形成されている間隙に２つの板バネ２２を挿入することにより、板バネ２２によりロッドインテグレータ２０を他の隣り合う２面に荷重を加えてホルダ２３の内壁に押し付けて固定する構成の保持機構である。

特開平１０−７８５５０号公報 特開平８−２２７０３４号公報 特開２００２−１３１８４０号公報

上述した従来のロッドインテグレータの保持機構においては、何れも板バネを用いてロッドインテグレータに光軸と直角方向の荷重をかけ押し付けて保持するように構成されている。また、ロッドインテグレータの反射面の反射率は１００％未満であるので、入射した照明光の反射しない分は熱損失となってロッドインテグレータ自体の温度を上昇させる。特に、光源に高出力のランプを使用する場合には、その温度は百数十度程度にもなり、従来よりロッドインテグレータを冷却しながら使用する構成が採用されている。

ところが、ロッドインテグレータの冷却が不十分であるとロッドインテグレータの温度が高くなり、ロッドインテグレータの光軸と直角方向の前記板バネの荷重による歪みも加わって、ロッドインテグレータの光学特性に悪影響を与える。
更に、ロッドインテグレータをライトトンネルとする場合は、ライトトンネルを構成する４枚の反射コート付きガラス板は各々がＵＶ接着剤で貼り付けられており、ＵＶ接着剤の耐熱温度が百数十度程度であり、ライトトンネルの冷却が不十分であるとライトトンネルの温度がＵＶ接着剤の耐熱温度前後あるいはそれ以上に達することがある。ライトトンネルの温度が高温になるとライトトンネルを構成する４枚のガラス板同士の接着強度が弱くなり、且つライトトンネルには板バネによる荷重がかけられているから、ガラス板の面へ加わる垂直な方向の力とガラス板同士の接着強度が低下によりライトトンネル自体が崩壊するおそれがある。

このように、従来のロッドインテグレータの保持機構では板バネによる加重と光源ランプからの熱により光学特性に影響を与えるとともに、使用中にロッドインテグレータが崩壊する等、装置の信頼性上の問題があった。

（発明の目的）
本発明は、上記問題点にかんがみてなされたもので、本発明の目的は、耐熱性に優れ信頼性を向上させたロッドインテグレータ保持機構を提供し、さらに、このロッドインテグレータ保持機構を具備し信頼性を向上させた投写型表示装置を提供することにある。

ロッドインテグレータの隣り合う２つの面を、互いに直角な面を具備する保持部材に取り付ける。さらに、２枚の断面がＬ字状の部材を用い、これらを前記ロッドインテグレータの隣り合う２つの面とは別の２つの面にそれぞれ取り付ける。さらに、前記２枚のＬ字状の部材は前記互いに直角な面を具備する保持部材に取り付ける。以上のようにして、ロッドインテグレータを保持する。このとき、ロッドインテグレータの４つの面は、すべて粘着剤を使用し、前記互いに直角な面を具備する保持部材と前記２枚のＬ字状の部材に取り付けることが望ましい。さらに、前記２枚のＬ字状の部材は、前記互いに直角な面を具備する保持部材にネジで取り付けられることが望ましい。

ロッドインテグレータが複数個の部材より構成されている場合には、前記複数個の部材は接着剤で取り付けられる。この接着剤の耐熱温度よりも、前記粘着剤の耐熱温度の方が高いのが望ましい。

本発明のロッドインテグレータ保持機構によれば、ロッドインテグレータの保持にバネを使用していないので、ロッドインテグレータに必要以上の加重が加わることがなく、光学特性への影響が殆どなく、また、ロッドインテグレータが百数十度以上の高度になっても、ロッドインテグレータが崩壊することがないロッドインテグレータの保持機構が実現できる。

また、直角な面を有する保持部材と、前記保持部材に取り付けられる２枚のＬ字状の部材とにより、ロッドインテグレータの４面を全て粘着剤により取り付けるように構成することにより、製造上、不可避的に生じるロッドインテグレータの公差を吸収することが可能である。

更に、ロッドインテグレータを取り付けるための粘着剤として柔らかい粘着剤を用いることにより、ロッドインテグレータとの熱膨張係数の差が存在したとしても、該熱膨張係数の差を当該粘着剤が吸収しロッドインテグレータに対する変形等の影響を抑制することが可能である。特に、ロッドインテグレータとしてライトトンネルを使用する場合は、ライトトンネルを構成する複数のガラス板の接着剤との熱膨張係数差をも効果的に吸収しライトトンネルへの影響を防止することが可能である。

本発明のロッドインテグレータ保持機構をＤＭＤプロジェクター等の投写型表示装置に適用することによりロッドインテグレータの耐熱性が向上し投写型表示装置の信頼性が改善される。

以下、本発明のロッドインテグレータ保持機構および投写型表示装の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明におけるロッドインテグレータ保持機構の一実施の形態の斜視図であり、図２は本実施の形態の分解図である。また、図３は本実施の形態のライトトンネルホルダの斜視図である。
本実施の形態はロッドインテグレータとしてライトトンネルを使用した例を示しており、ライトトンネル２０は、図２からも分かるように従来の技術で説明した図８に示す構造と同様である。つまり、ライトトンネル２０は、銀やアルミなどで反射コートを施した４枚の短冊状のガラス板をコート面を内側にしてＵＶ接着剤で張り合わせてトンネル状に構成されている。

また、本実施の形態のライトトンネルホルダ３１は、図３に示すようにライトトンネル２０をその２面で保持するように、直角な面を具備する保持部材３１を備える。つまり、光路方向に形成されライトトンネル２０の長さに対応する長さを有し、長さ方向に直角な方向の断面が略Ｌ字形状をなし、その内側にライトトンネル２０の２面に対応する直角な面を有するライトトンネル保持部３１−１及び３１−２と、前記ライトトンネル保持部３１−１及び３１−２の端部からその長さ方向と直角方向に張り出し、前記端部にライトトンネル２０の開口に対応する開口部を有する円状又は半円状等のフランジ部３１−３と、を備える金属製の一体構造でなる。なお、ライトトンネルホルダ３１の各部に形成されている突起部及び穴部は、ライトトンネルホルダ３１をカラーホイール１０側（左側）と光学系５側（右側）の間に装着し固定する際に使用されるそれぞれ位置決め用及びネジ止め用の形状部である。また、ライトトンネル保持部３１−１及び３１−２の直角な面に形成された小さい４つの円形開口は後述する保持金具の取り付け用のネジ穴である。

本実施の形態では、ライトトンネル２０はその隣り合う２つの面が粘着剤によりライトトンネルホルダ３１のライトトンネル保持部３１−１に取り付けられ、また、ライトトンネル２０の前記隣り合う２つの面とは別の２つの面が粘着剤により２枚のＬ字状の部材である保持金具３２に取り付けられ、さらに、保持金具３２はライトトンネルホルダ３１のライトトンネル保持部３１−１にネジ３３によりネジ止めされる。つまり、ライトトンネル２０の隣り合う２面はライトトンネルホルダ３１に粘着剤で固定され、他の２面はライトトンネルホルダ３１に保持金具３２を介して間接的に固定される。

保持金具３２には、ライトトンネル保持部３１−１とのネジ止めのため長穴３４が設けられており、この長穴３４を介し、ライトトンネル保持部３１−１の前記ネジ穴にネジ３３を螺合することにより保持金具３２とライトトンネルホルダ３１とを固定する。長穴３４の使用によってライトトンネル２０の形状のばらつき（公差）やライトトンネルホルダ３１の公差を吸収して、ライトトンネル２０をライトトンネルホルダ３１に固定することが可能となる。

このライトトンネルの保持機構では、従来のようにライトトンネル２０の面に垂直方向に押しつける力が働いていない。従来は意図的にライトトンネル２０の面に垂直方向に力を与えていたが、本実施の形態ではライトトンネル２０を保持する時に、ライトトンネル２０の面に垂直な方向に力を加えないことを特徴としている。

ライトトンネル２０が加熱されて高温になったときや加熱と冷却とが繰り返される状況においては、ライトトンネル２０を構成する４枚のガラス板を保持するＵＶ接着剤は軟化や劣化が生じる。従来のようにライトトンネルの面に垂直な方向に力を加えて保持する方法では、ＵＶ接着剤の軟化や劣化が生じる状態では加わる力によりライトトンネル２０は容易に崩壊する。これはライトトンネル２０を形成するために使用するＵＶ接着剤の耐熱温度の向上に限界があるし、ライトトンネル２０の構造上、ガラス板同士の接着面積を広くして接着強度を増加することも困難であるからである。

一方、本実施の形態のライトトンネル２０の保持機構では、ライトトンネル２０の面に垂直方向に力を加えていないし、ライトトンネル保持部３１−１及び保持金具３２とライトトンネル２０との接着に、ＵＶ接着剤よりも耐熱温度が高く、且つ柔らかい粘着剤の使用が可能であり、相互の接着面積も広くできるので、従来のようなライトトンネル２０の崩壊は生じない。

ここで、柔らかな粘着剤を使用する利点について説明すると、ライトトンネル２０が装置の電源のＯＮ／ＯＦＦなどにより加熱／冷却を繰り返すような場合、ライトトンネル２０のガラス材と接着剤（粘着剤）との熱膨張係数の差がライトトンネル２０を変形させる原因となり、この変形が引き金となりライトトンネル２０が崩壊する場合もある。よって、この熱膨張係数の差による変形を吸収するために、柔らかい粘着剤を用いることが有効である。

ライトトンネル２０の４つの面を全て粘着剤によりライトトンネルホルダ３１と固定することができれば好適であるが、そのためにはライトトンネル２０とライトトンネルホルダ３１との隙間（構造によっては段差）をゼロにする必要がある。しかしながら、ライトトンネル２０の断面形状には製造上公差が必ず存在し、これをゼロにすることは事実上不可能である。本実施の形態では公差を吸収しライトトンネル２０の４つの面を粘着剤で固定させるために、保持金具３２を用い、保持金具３２とライトトンネルホルダ３１とはネジ止めするように構成し、実質的にライトトンネル２０の４つの面を全て粘着剤によりライトトンネルホルダ３１と固定することを可能としている。

次に、本発明による前記実施の形態のより詳細な構成、製法及び動作について図面を参照して詳細に説明する。

ライトトンネル２０は、板厚１．１ｍｍのガラス板の片面に銀コ―トを施した４枚の板をＵＶ接着剤２１でトンネル状に固定して構成した。ここでライトトンネル２０は、断面形状（外寸）が横７．２ｍｍ、縦６．２ｍｍ、長さ２０ｍｍであり、ＵＶ接着剤２１の塗布位置は、例えば図８に示すように若干ずらして隣接配置したガラス板の段差部分の位置とした。

ライトトンネルホルダ３１はアルミ合金製とし、図３に示すようにライトトンネル保持部３１−１にはライトトンネル２０と接着する接着面４０、４１を設け、フランジ部３１−２にはライトトンネル２０の端部を付き当てるため、前記開口部の周囲に形成した付き当て面４２を設けている。ライトトンネルホルダ３１の材質は放熱の観点から熱伝導率が高い材料がよく、また、加工精度や組立精度からは金属が良い。アルミ合金はこの両方の観点から選ばれている。他の材料としては、例えばステンレスに変更してもその基本機能は実現可能である。

接着面４０には、ライトトンネル２０の光軸方向と直角な断面の長辺を含む面（横７．２ｍｍの面）が配置され、接着面４１には同断面の短辺を含む面が接着される。ライトトンネル２０とライトトンネルホルダ３１とを接着するための粘着剤としてはシリコン系の粘着剤を用いた。粘着剤は適度な柔らかさを持ち、ライトトンネル２０の接着に使用しているＵＶ接着剤よりもはるかに高い耐熱温度（２８０℃）を有している。この粘着剤の耐熱温度はＵＶ接着剤２１の耐熱温度１２０℃よりも１６０℃も高い。この粘着剤をライトトンネルホルダ３１の接着面４０、４１に塗布し、ライトトンネル２０を押し当てて荷重を加えながら固定する。このとき、ライトトンネル２０の端部の断面を押し当て面４２に押し当てながら、接着面４０、４１の方向に滑らせながら固定する。

図４は本発明のライトトンネル保持機構におけるネジ止め前の断面図であり、図５は本発明のライトトンネル保持機構におけるネジ止め後の断面図である。

２つの保持金具３２は、厚さ０．５ｍｍ、ライトトンネル２０の略光軸方向の長さを有し、長さ方向と直角な方向の断面がＬ字状のアルミ合金製でなり、保持金具３２の前記断面がＬ字状の一方の内面に粘着剤を塗布し、ライトトンネル保持部３１−１（又は３１−２）のライトトンネル２０と反対側に形成された位置決め用の盛り上がりの面と、ライトトンネル保持部３１−１（又は３１−２）に貼り付けているライトトンネル２０の外面に取り付ける。

ライトトンネル２０が取り付けられたライトトンネル保持部３１−１、３１−２に対し、２つの保持金具３２を取り付けるとき、図４に示すように、保持金具３２にＡ方向とＢ方向の力を加え、保持金具３２をライトトンネル２０とライトトンネルホルダ３１の両方に密着させる。ここで、Ａ方向はネジ止めの方向、Ｂ方向は保持金具３２をライトトンネル２０に固定させる方向である。この工程によりライトトンネル２０の外形断面に公差があってもその公差は吸収できる。

保持金具３２を密着させた後に、ネジ３３により保持金具３２をライトトンネル保持部３１−１（又は３１−２）に固定する。他方の保持金具３２についても同じ工程の取り付け固定を繰り返すことにより、図５に示すようにライトトンネル２０の最後の面が粘着剤でライトトンネルホルダ３１のライトトンネル保持部３１−２（又は３１−１）に固定する。

このようにしてライトトンネル保持部３１−１及び３１−２及び２つの保持金具３２の４面の粘着面５０、５１、５２、５３によりライトトンネル２０は保持され、更にライトトンネル２０の隣り合う２つの面が粘着剤で固定された保持金具３２は、ライトトンネルホルダ３１のライトトンネル保持部３１−１及び３１−２にネジ３３によりネジ止めされる。

本発明における保持機構では、板バネを使用しないのでライトトンネル２０の面に垂直な方向に力が加わらず、かつ、ライトトンネル２０とライトトンネルホルダ３１、保持金具３２との粘着剤の耐熱温度をライトトンネル２０を構成するＵＶ接着剤２１の耐熱温度よりも高くすることが可能である。

したがって、ライトトンネル２０はＵＶ接着剤２１の耐熱温度以上になってもライトトンネルホルダ３１や保持金具３２による保持が良好に維持され、応力が加わらないのでライトトンネル２０が崩壊に至るのを防止できる。

図６は、本発明によるライトトンネル保持機構を具備する投写型表示装置を示す図である。光源１から出射した光を反射鏡２で反射し、反射光は集光レンズ（図示せず）により、赤、緑、青の光を選択的に通過させるカラーフィルターが組み合わされたカラーホイール１０の一点に集光され、その通過光は、ライトトンネル保持部とフランジ部とからなり直角な面を有するライトトンネルホルダ３１に、ネジ３３により２枚のＬ字状の部材である保持金具３２で取り付けたライトトンネル２０で均一化され、光学系５で平行光束としてＴＩＲプリズム６を介して画像表示素子（図示せず）に照射され、その反射光である画像光をズーム投写レンズ８を介してスクリーン上に投影される。

投写型表示装置の光源１として出力２２０ＷのＵＨＰランプを用いており、この場合、ライトトンネル２０は適切に冷却されないと最高温度は約１５０℃以上になり従来構造ではライトトンネルの崩壊に繋がる。本投写型表示装置のライトトンネル保持機構によればライトトンネルの崩壊は生じないので、信頼性に優れた投写型表示装置が実現される。

本発明は、ＤＭＤプロジェクター等の投写型表示装置におけるロッドインテグレータの保持機構に適用できる。

本発明のライトトンネル保持機構の斜視図である。 本発明のライトトンネル保持機構の分解図である。 本発明のライトトンネルホルダの斜視図である。 本発明のライトトンネル保持機構のネジ止め前の断面図である。 本発明のライトトンネル保持機構のネジ止め後の断面図である。 本発明のライトトンネル保持機構を具備する投写型表示装置を示す図である。 ＤＭＤプロジェクターの構成を示す概略図である。 ライトトンネルの構成を示す図である。 従来のライトトンネル保持機構を示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ 反射鏡
３ 集光レンズ
４ ロッドインテグレータ
５ 光学系
６ ＴＩＲプリズム
７ ＤＭＤ
８ 投写レンズ
１０ カラーホイール
２０ ライトトンネル
２１ ＵＶ接着剤
２２ 板バネ
２３ ホルダ−
３１ ライトトンネルホルダ
３２ 保持金具
３３ ネジ
４０、４１ 接着面
４２ 付き当て面
５０、５１、５２、５３ 粘着面

Claims (8)

1. ロッドインテグレータの隣り合う２つの面を、直角な面を具備する保持部材に取り付け、２枚のＬ字状の部材を前記隣り合う２つの面とは別の２つの面にそれぞれ取り付け、前記２枚のＬ字状の部材は前記直角な面を具備する保持部材に取り付けることを特徴とするロッドインテグレータ保持機構。
2. 前記ロッドインテグレータの隣り合う２つの面を、前記直角な面を具備する保持部材に粘着剤で取り付けることを特徴とする請求項１記載のロッドインテグレータ保持機構。
3. 前記２枚のＬ字状の部材を前記隣り合う２つの面とは別の２つの面にそれぞれ粘着剤で取り付けることを特徴とする請求項１記載のロッドインテグレータ保持機構。
4. 前記２枚のＬ字状の部材は前記直角な面を具備する保持部材にネジで取り付けることを特徴とする請求項１記載のロッドインテグレータ保持機構。
5. 前記ロッドインテグレータは複数個の部材から構成され、前記複数個の部材は接着剤で保持されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかの請求項記載のロッドインテグレータの保持機構。
6. 前記ロッドインテグレータの隣り合う２つの面を、前記直角な面を具備する保持部材に粘着剤で取り付け、前記粘着剤の耐熱温度は、ロッドインテグレータを構成する部材を保持するために用いられている接着剤の耐熱温度よりも高いことを特徴とする請求項５記載のロッドインテグレータ保持機構。
7. 前記２枚のＬ字状の部材を前記隣り合う２つの面とは別の２つの面にそれぞれ粘着剤で取り付け、前記粘着剤の耐熱温度は、ロッドインテグレータを構成する部材を保持するために用いられている接着剤の耐熱温度よりも高いことを特徴とする請求項５記載のロッドインテグレータの保持機構。
8. 請求項１ないし請求項７の何れかの請求項記載のロッドインテグレータの保持機構を具備することを特徴とする投写型表示装置。
   

Images