JP3900350B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一端面から入射した光を内面反射させて他端面から出射するロッドを備えたロッド型のインテグレータを備えた投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パソコンやビデオカメラ等からの画像データを基に、液晶又はＤＭＤ（デジタル・マイクロ・デバイス）等の電気光学装置により形成した画像をスクリーンに投射するプロジェクタ等の投射型表示装置がある。この種の投射型表示装置において、出射光束の照度分布均一化のための手段として、ロッドインテグレータ方式が知られている。この方式は、ガラスロッド等のロッドの一方の端面から入射した光を、ロッド内部で内面反射させ、出射面から出射させる。このロッドインテグレータの効果は、ロッド内での内面反射の回数、光源のＦ値等により増減し、ロッド断面積を小さくする、ロッドの長さを長くする、光源のＦ値を小さく設定することが知られている。
【０００３】
このロッドインテグレータ方式では、照明光の平行性を上げやすく、液晶パネル等の電気光学装置の小型化に対応し易い。このロッド型インテグレータに用いられるロッドとしては、ガラスロッド等の中実タイプのロッド、及び内面を鏡面とした中空タイプのロッドが採用されている。ガラスロッド等の中実タイプのロッドによれば、ロッド内の内面反射における反射率をほぼ１００％とすることができるので、中空タイプのものよりも光を効率的に利用することができることが知られている。
【０００４】
ところで、上述した中実ロッドの場合、ロッドの側面に汚れや傷がつくと、ロッド内の全反射条件が乱れ、その部分で光が漏れてしまうため、光利用効率が低下するという問題がある。また、ロッドの出射面と、液晶パネル等の電気光学装置との間には集光レンズ等の光学部品が介在し、ロッドの出射面と液晶パネルとはこの光学部品により共役関係にあるので、ロッドの出射面に塵埃等が付着すると、塵埃等が付着した像が電気光学装置の位置で結像され、さらにはスクリーン上に結像されてしまう。
【０００５】
この問題を解消するために、中実ロッドの側面部分を筒状体で構成したカバー部材で覆い、さらに、中実ロッドの入射面及び／又は出射面に透明部材を設けることが知られている（特許文献１）。この場合、中実ロッドの側面がカバー部材で覆われているので、ロッド側面への塵埃等の侵入も低減でき、従って、中実ロッドの内面反射における全反射を維持することができ、光利用効率の低下を防ぐことができる。
【０００６】
この特許文献１には、出射面側に透明部材が設けられていることにより、共役関係にある液晶パネル上で塵埃等の像が結像されないので、スクリーン面上に塵埃等の像が結像されることを防止でき、また、ロッド側面への塵埃等の侵入も防止することができ、光利用効率の向上が図れると説明されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２２８５４１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に示される装置においては、中実ロッドをカバー部材に対して、極力接触させない状態で保持するものとしているが、ねじを用いて固定しているため、依然として、このねじが点接触している部分で光が抜けるため、光利用効率が低下する。また、特に、同公報の図６に示される実施例構成では、中実ロッドの出射側端面にカバー部材内の空隙が位置しているため、該出射側端面にねじ締め時に発生した塵埃等が付着することがあり、その場合、その塵埃等の像が電気光学装置の位置で結像されて投射映像を劣化してしまう。
【０００９】
また、同公報の図８に示される実施例構成では、中実ロッドの出射側端面に集光レンズが接合されたものとなっているが、この端面は焦点面となるべき面であるので、ここに集光レンズが接合されるのは不都合であり、また、図１２に示される実施例構成では、トンネルロッドの出射側端面に集光レンズが接合されたものとなっているが、この場合の出射側焦点面はトンネルロッド端面よりも内側位置になり、その長さ分は無駄なロッドとなる。さらには、中実ロッド又はトンネルロッドの軸方向前後に配置される光学部品との相対位置関係、特に、センター合わせが矩形の保持部のため容易でなく、また、光束により過熱され易い中実ロッドをカバー部材でもって覆った構成であるため、中実ロッド全体の冷却を十分に行えないといった問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題を解消するものであり、ロッド型のインテグレータでの光量損失が少なく、しかも、塵埃等による投射映像の劣化を低減でき、さらには、ロッド又はトンネルロッドの軸方向前後に配置される光学部品との相対位置関係の保持を容易に行え、かつ、ロッド又はトンネルロッドの冷却を容易に行える投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、ランプと、ランプからの光が一端入射面から入射し、内面反射して導光され、他端出射面から出射するガラス材質の中実ロッドからなるロッド型のインテグレータと、このインテグレータから出射された光が照射される被照射面を有する画像形成のための電気光学装置と、この電気光学装置により変調された前記光の画像をスクリーンに投射して表示する光学部品とを備えた投射型表示装置であって、前記中実ロッドは、断面矩形状であり、その出射面及び入射面に、中実ロッドと同等の線膨張係数を有する材質でなる一定厚みの平行ガラスプレートが光透過型樹脂で接合されており、この平行ガラスプレートは、前記中実ロッドの外形よりも突出した円形のフランジ状突出部を有し、その光軸を中実ロッドの光軸と合わせ、このフランジ状突出部をインテグレータ固定のための保持構造体に保持させたものである。
【００１２】
上記構成によれば、入射光を内面反射して導光する中実ロッドの外周面には保持部材が接触することなく空気層のみが接した状態とすることができるので、中実ロッド外部に光が漏出する損失が殆どなくなり、ロッド型のインテグレータでの光利用効率が低下することがない。また、中実ロッドの出射面に塵埃等が付着すると、その像が電気光学装置の位置で結像されて投射映像を劣化させる要因になるが、中実ロッドの出射面に平行ガラスプレートが接合されているので、投射映像の劣化は殆どないものとなる。
さらにまた、中実ロッドとこれに接合される平行ガラスプレートとは同等の線膨張係数を有するので、温度上昇により接合面に応力が発生することが抑止される。また、中実ロッドと平行ガラスプレートとの光軸を合わせ、平行ガラスプレートは円形のフランジ状突出部を有しているので、このフランジ状突出部をロッド型インテグレータ固定のための保持構造体に保持させるとき、インテグレータの前後の光軸を持つ光学部品との相対位置決め、特に、センター軸合わせやインテグレータの角度合わせを容易に行える。また、中実ロッドの両端に円形のフランジ状突出部を持つ平行ガラスプレートを設けた構成であるので、インテグレータが高温になる環境であっても通風し易い構成となり、インテグレータ全体を容易に冷却することができる。
【００１３】
また、請求項２の発明は、ランプと、ランプからの光が一端入射面から入射し、内面反射して導光され、他端出射面から出射するロッド型のインテグレータと、このインテグレータから出射された光が照射される被照射面を有する画像形成のための電気光学装置と、この電気光学装置により変調された前記光の画像をスクリーンに投射して表示する光学部品とを備えた投射型表示装置であって、前記ロッドは、その出射面及び入射面に、ガラスプレートが接合されており、このガラスプレートは、前記ロッドの外形よりも突出した円形又は一部が円弧を成すフランジ状突出部を有し、その光軸をロッドの光軸と合わせ、このフランジ状突出部をロッド型インテグレータ固定のための保持部とし、前記インテグレータが、中空で内面を鏡面としたライトトンネル構成とされ、その入射面及び出射面にガラスプレートを密着固定されることで、ライトトンネル内部を密閉構造としたものである。
この構成によれば、温度上昇による接合面応力発生抑止作用の点を除いて請求項１とほぼ同様の作用効果が得られる。
【００１４】
また、入射光をライトトンネル構成の中空内面の鏡面にて反射して導光する。中実ロッドの内面反射による導光の場合に比べて僅かに反射効率の点で劣る点を除いて、請求項２とほぼ同様の作用効果が得られる他、ライトトンネル内部の防塵作用が得られ、さらには、ライトトンネル構成の全長を有効に利用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態に係る投射型表示装置について図面を参照して説明する。図１は一実施形態による投射型表示装置（一般に画像表示プロジェクタと称される）の主として光学系を示し、図２及び図３は同装置の光学系に用いられるロッド型のインテグレータを示す。この投射型表示装置は、投射エンジンとして、光源であるランプ１と、画像を形成するためのＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の電気光学装置２と、それにより形成された画像を基にランプ１からの光を変調してスクリーン３に投影して表示させるための画像投影光学系４とを備えている。この画像投影光学系４は、ランプ１側から順に光軸に沿って、ＲＧＢ色に対応した回転カラーホイール５と、ランプ１からの光を凝縮均一化するための中実ロッドからなるロッド型インテグレータ６と、レンズ７と、ミラー８と、集光用リレーレンズ９と、投影レンズ１０とから成る光学部品を備えている。
【００１６】
ロッド型インテグレータ６は、断面矩形状のガラス材質の中実ロッドから成り、ランプ１からの光が入射される一端側の入射焦点面６ａと、内面反射を繰り返して導光するロッド本体部６ｂと、導光された光を外部に出射する他端側の出射焦点面６ｃとからなる。このインテグレータ６は、比較的短い光路長でもって凝縮・均一化された光を得るために用いられ、光路長を短縮して画像投影光学系をコンパクトにする。出射焦点面６ｃは、レンズ７の焦点面とされている。
【００１７】
さらに、ロッド型インテグレータ６は、入射焦点面６ａ及び出射焦点面６ｃに中実ロッドと同等の屈折率、かつ、線膨張係数を有する材質でなる一定厚みの平行ガラスプレート１１が光透過型樹脂で接合されている。光透過型樹脂としては、ガラスと同等の屈折率を有するＵＶ硬化型接着剤を用いる。この平行ガラスプレート１１は、中実ロッドの外形よりも突出した円形のフランジ状突出部１１ａを有する。このフランジ状突出部１１ａはインテグレータ固定のための保持部となる。つまり、インテグレータ６は、フランジ状突出部１１ａを投射エンジンのフレーム１２に保持させることで固定され、インテグレータ６のロッド本体部６ｂの外周面は空気層にのみ接した状態となる。インテグレータ６のロッド本体部６ｂの光軸と円形フランジ状突出部１１ａの光軸とは一致するようにしている。
【００１８】
電気光学装置２の画像形成面は、インテグレータ６からの出射光がレンズ７、ミラー８、及びリレーレンズ９を介して照射される被照射面となる。画像形成面は矩形状であり、この形状に合わせてインテグレータ６の断面は矩形状とされている。この被照射面での反射により変調された光が投影レンズ１０を経てスクリーン３に投射され、これにより画像表示がなされる。反射ミラー８は、ランプ１からの光を反射して電気光学装置２へ到る光路を折曲げることにより、画像投影光学系をコンパクトにする。
【００１９】
図４は、インテグレータ６の出射焦点面６ｃに接合される平行ガラスプレート１１の構成を示す。平行ガラスプレート１１において、円形のフランジ状突出部１１ａの直径Ｄは、出射焦点面６ｃでの最大出射角θ（インテグレータ６の臨界角で決まる）とレンズ７のＦナンバーとから決まり、出射焦点面６ｃからの光束がフランジ状突出部１１ａの外周端面により影響を受けないような大きさとされる。また、平行ガラスプレート１１の厚みｔについては、インテグレータ６の矩形対角寸法と電気光学装置２の同寸法との比、つまり拡大率から決まり、平行ガラスプレート１１のインテグレータ６接合面とは反対側面に塵埃等が付着しても、その面が焦点面である出射焦点面６ｃから厚みｔだけ離れていることにより、電気光学装置２上に照射された塵埃の像がピンボケとなって影響がほとんど無くなる程度のものとすればよい。
【００２０】
上記のように構成された本実施形態の投射型表示装置においては、入射光を内面反射して導光するインテグレータ６の中実ロッドの外周面には保持部材が接触することなく空気層のみが接しており、従来のねじで点接触保持しているものに比べても、光が中実ロッドの外部に漏出する損失が殆どなくなる。このため、インテグレータ６での光利用効率が低下することがなくなる。また、中実ロッドの出射側焦点面６ｃに塵埃等が付着すると、その像が電気光学装置２の位置で結像されて投射映像を劣化させるが、中実ロッドの出射側焦点面６ｃに平行ガラスプレート１１が接合されているので、出射側焦点面６ｃに塵埃等が付着することはなく、平行ガラスプレート１１の外面に塵埃等が付着したとしても、その位置は焦点面から外れているので、電気光学装置２での像はピンボケとなり、投射映像の劣化への影響は殆どないものとなる。また、フランジ状突出部１１ａがたとえ汚れたとしても、映像を劣化させることはないので、インテグレータ６の取り扱い・ハンドリングが容易である。さらには、中実ロッドとこれに接合される平行ガラスプレート１１とは同等の線膨張係数を有するので、温度上昇があっても、両者の接合面に応力が発生することがない。
【００２１】
図５は、ロッド型のインテグレータの保持構成を示す。インテグレータ６は、平行ガラスプレート１１のフランジ状突出部１１ａが投射エンジンのフレーム１２（保持構造体）の半円弧状凹部１２ａ内に載置され、その上方からカバー等（不図示）が装着されることにより保持・固定される。半円弧状凹部１２ａの円弧は、フランジ状突出部１１ａの円弧と同一曲率に構成されている。
【００２２】
ここに、平行ガラスプレート１１の円形フランジ状突出部１１ａの光軸とインテグレータ６の中実ロッドの光軸とは一致し、また、インテグレータ６の前後の光軸を持つ光学部品が投射エンジンのフレーム１２の適宜の位置に配置される（図示略）。このため、少ない機構部品でもって、半円弧状凹部１２ａにフランジ状突出部１１ａを保持させることで、容易にインテグレータ６と各光学部品の相対位置決め（センター軸合わせ）を行うことができる。しかも、フランジ状突出部１１ａを軸回りに回転調整することで、インテグレータ６の中実ロッドを所望の角度に容易に設定（角度合わせ）することができる。また、インテグレータ６が中実ロッドの両端に円形のフランジ状突出部１１ａを持つので、インテグレータ６が高温になる環境であっても、容易に通風し易い構成とすることで、インテグレータ全体を冷却することができる。
【００２３】
図６は、投射型表示装置の他の実施形態による画像投影光学系のライトトンネル構成を示す。本実施形態では、先の実施形態におけるロッド型のインテグレータ６の中実ロッドに代えて、中空で内面を鏡面としたライトトンネル１６を用いている。ライトトンネル１６の入射焦点面６ａ及び出射焦点面６ｃに平行ガラスプレート１１を密着固定し、ライトトンネル１６の内部を密閉構造としている。平行ガラスプレート１１は、先の実施形態と同等の構成でよい。
【００２４】
この実施形態においては、入射光はライトトンネル１６の中空内面の鏡面にて反射して導光され、中実ロッドの内面反射による導光の場合に比べて僅かに反射効率で劣る点を除いて上記実施形態と同等の作用効果が得られる。また、ライトトンネル１６内部の防塵にもなり、また、ライトトンネル１６の全長を有効に利用できる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能であり、例えば、先の実施形態においては、ロッド型のインテグレータの中実ロッドの入射側及び出射側の両端面に平行ガラスプレートを接合したものを示したが、平行ガラスプレートは入射側のものは省略し、出射側端面にだけ設けたものであっても、一応の所期の作用効果は達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る投射型表示装置の主として光学系の構成図。
【図２】 （ａ）は同装置の光学系に用いられるロッド型インテグレータの側面図、（ｂ）はその正面図。
【図３】 同ロッド型インテグレータの斜視図。
【図４】 ロッド型インテグレータの出射焦点面に接合される平行ガラスプレートの構成図。
【図５】 ロッド型インテグレータの保持構成を示す斜視図。
【図６】 （ａ）は他の実施形態による投射型表示装置の光学系に用いられるライトトンネルの側断面図、（ｂ）はその正面図。
【符号の説明】
１ ランプ
２ 電気光学装置
３ スクリーン
４ 画像投影光学系
６ 中実ロッドからなるロッド型のインテグレータ
６ａ 入射焦点面
６ｂ ロッド本体部
６ｃ 出射焦点面
７ レンズ
１０ 投影レンズ
１１ 平行ガラスプレート
１１ａ フランジ状突出部
１２ 投射エンジンのフレーム（保持構造体）
１６ ライトトンネル

Claims (2)

1. ランプと、ランプからの光が一端入射面から入射し、内面反射して導光され、他端出射面から出射するガラス材質の中実ロッドからなるロッド型のインテグレータと、このインテグレータから出射された光が照射される被照射面を有する画像形成のための電気光学装置と、この電気光学装置により変調された前記光の画像をスクリーンに投射して表示する光学部品とを備えた投射型表示装置であって、
   前記中実ロッドは、断面矩形状であり、その出射面及び入射面に、中実ロッドと同等の線膨張係数を有する材質でなる一定厚みの平行ガラスプレートが光透過型樹脂で接合されており、
   この平行ガラスプレートは、前記中実ロッドの外形よりも突出した円形のフランジ状突出部を有し、その光軸を中実ロッドの光軸と合わせ、
   このフランジ状突出部をインテグレータ固定のための保持構造体に保持させたことを特徴とする投射型表示装置。
2. ランプと、ランプからの光が一端入射面から入射し、内面反射して導光され、他端出射面から出射するロッド型のインテグレータと、このインテグレータから出射された光が照射される被照射面を有する画像形成のための電気光学装置と、この電気光学装置により変調された前記光の画像をスクリーンに投射して表示する光学部品とを備えた投射型表示装置であって、
   前記ロッドは、その出射面及び入射面に、ガラスプレートが接合されており、
   このガラスプレートは、前記ロッドの外形よりも突出した円形又は一部が円弧を成すフランジ状突出部を有し、その光軸をロッドの光軸と合わせ、
   このフランジ状突出部をロッド型インテグレータ固定のための保持部とし、
   前記インテグレータが、中空で内面を鏡面としたライトトンネル構成とされ、その入射面及び出射面にガラスプレートを密着固定されることで、ライトトンネル内部を密閉構造としたことを特徴とする投射型表示装置。

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