JP3985431B2

JP3985431B2 - Optical integrator

Info

Publication number: JP3985431B2
Application number: JP2000175376A
Authority: JP
Inventors: 努吉川
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2000-06-12
Filing date: 2000-06-12
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2020-06-12
Also published as: JP2001359026A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光束の強度分布を均一化する光インテグレータに関し、より詳しくは、インテグラルロッドにより強度分布を均一化する光インテグレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源からの光を空間変調素子で変調し、変調後の光を投射することにより画像をスクリーン上に表示する投射型の画像表示装置がある。明るさにむらのない画像を表示するためには、空間変調素子に強度が均一な光束を導く必要があるが、多くの場合、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。このため、光源からの光束の強度分布を変換して均一な強度分布とする光インテグレータが用いられる。
【０００３】
光インテグレータにはいくつかの種類があるが、インテグラルロッドと呼ばれるものが最も簡素な構成であり、多用されている。インテグラルロッドは、透明なガラスで作製された多角柱状の素子であり、一方の端面から入射した光束を側面で反射しながら他方の端面に導いて出射させる。側面での光の反射にはガラスと空気の屈折率の差による全反射を利用するのが一般的である。
【０００４】
光源からの光は収束光束として入射端面に導かれ、インテグラルロッドの内部に入った後、入射角に応じた回数だけ側面で反射される。このため、出射端面から発散光束として出射する光は入射前の中央部の光と周辺部の光が混じり合った状態となって、均一な強度分布となる。インテグラルロッドから出射した光束は、コンデンサレンズによって空間変調素子上に集光される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、インテグラルロッドは保護のために中空のケースに収容されるが、入射端面と出射端面は外部に露出した状態とされる。このため、使用中に入射端面や出射端面に埃等の異物が付着することがある。入射端面に付着した異物は光束の一部を遮ることになるが、光束の強度分布はその後に均一化されるため、表示する画像に異物の影響が現れることはない。ところが、出射端面と変調光学素子はコンデンサレンズに関して互いに共役な位置にあるから、出射端面に付着した異物は変調光学素子上に明瞭な影を形成し、表示する画像上にも明瞭な影となって現れる。したがって、出射端面の清掃が必要である。
【０００６】
明るい画像を表示するために、光源としては高出力のものが用いられる。このため、インテグラルロッドは高温になり、時に破損することもある。破損を防止するために、インテグラルロッドは耐熱性ガラスで作製されることが多い。しかし、耐熱性ガラスは高価である上、加工が難しく、装置の製造コストの上昇を招いている。
【０００７】
高温による破損を防止するために、ケースの内部に空気を流通させて、インテグラルロッドを冷却することも行われている。しかし、ケースの内部に空気を流通させると、空気中の異物がインテグラルロッドの側面に付着することがある。側面に付着した異物は全反射に悪影響を及ぼして、光量の低下を招く。
【０００８】
側面の外面に金属等の蒸着により反射膜を設けて、反射膜によって光を反射するようにすれば、側面に異物が付着しても問題は生じない。しかし、反射膜を設けると、インテグラルロッド製造の工程数が増して、コストが上昇する。
【０００９】
本発明は、これら諸問題に鑑みてなされたもので、インテグラルロッドの材料が特に耐熱性に優れていなくてもよく、しかも、その出射端面に異物の付着し難い光インテグレータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、入射端面から入射した光束を側面で反射して出射端面から出射させるインテグラルロッドと、入射端面と出射端面が露出するようにインテグラルロッドを収容するケースと、ケースの内部に空気を供給してインテグラルロッドを空冷する給気装置とを備える光インテグレータにおいて、ケースが、供給された空気を高速の気流としてインテグラルロッドの出射端面近傍に排出する排気部を有するものとする。
【００１１】
この光インテグレータは、インテグレータロッドの冷却のためにケース内に空気を供給するものであるが、冷却に用いた空気を高速の気流としてインテグラルロッドの出射端面近傍に排出する。排出された高速の気流は、インテグラルロッドの出射端面に付着した異物の除去に利用することができる。
【００１２】
ここで、ケースが、排気部として、給気装置からの空気の供給路の断面積よりも内部の断面積が小さく、先端がインテグラルロッドの出射端面に向いたノズルを有する構成とするとよい。ノズル内部の断面積は空気の供給路の断面積よりも小さいから、ノズルを通る空気は高速の気流となる。ノズルの先端は出射端面に向かっており、高速の気流は出射端面に吹き付ける。したがって、出射端面に付着している異物は吹き飛ばされて除去される。なお、ノズルは出射端面から出射する光束を遮らない位置に配置しておく。
【００１３】
ケースが、排気部として、給気装置からの空気の供給路の断面積よりも断面積の小さい間隙をインテグラルロッドの側面との間に形成する開口を、インテグラルロッドの出射端面近傍に有する構成としてもよい。ケースの開口はインテグラルロッドの出射端面近傍に位置して、自己の縁とインテグラルロッドの側面との間に間隙を形成する。この間隙の断面積は空気の供給路の断面積よりも小さいから、これを通過する空気は高速の気流となる。高速の気流となった空気はインテグラルロッドの出射端面の傍らを通過して出射端面の表面付近を負圧にし、出射端面に付着している異物を吸い取って除去する。
【００１４】
上記の光インテグレータは、ケースがインテグラルロッドの入射端面近傍に開口を有し、給気装置がケースの内部のインテグラルロッドの入射端面近傍に配置されて、ケースの開口を介して外部の空気を吸入する構成とすることができる。このようにすると、給気装置がケースに収容され、また、ケースの開口が空気の供給路となるから、全体が小型になる。
【００１５】
ケースが、給気装置から空気を供給される部位と排気部との間に、給気装置から空気を供給される部位よりも断面積が小さく、供給された空気を高速の気流としてインテグラルロッドの側面に沿って進行させる絞り部を有するようにしてもよい。この構成では、インテグラルロッドの出射端面の異物だけでなく、側面に付着した異物も除去することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光インテグレータの実施形態について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態の光インテグレータ１の構成を図１に模式的に示す。光インテグレータ１は、インテグラルロッド１１、ケース１２、給気装置１８を備えている。
【００１７】
インテグラルロッド１１は透明なガラスで作製されており、断面が長方形の四角柱である。後述するように、インテグラルロッド１１は空冷されるため、材料であるガラスは特に耐熱性の高いものではない。インテグラルロッド１１の一方の端面１１ａは光束を入射させる入射端面であり、他方の端面１１ｂは光束を出射させる出射端面である。入射端面１１ａには不図示の光源より収束光束Ｌ１が導かれる。入射端面１１ａからインテグラルロッド１１の内部に入射した光束は、側面１１ｃで何度も全反射されながら出射端面１１ｂに導かれ、出射端面１１ｂから発散光束Ｌ２として出射する。
【００１８】
側面１１ｃでの反射の回数は入射角に応じて相違するため、入射前の光束Ｌ１の各部位の光がインテグラルロッド１１の内部で混じり合うようになり、光源からの光束Ｌ１の強度分布が均一でなくても、インテグラルロッド１１から出射する光束Ｌ２の強度分布は均一になる。強度分布が均一になった光束Ｌ２は、用途に応じて、発散光束のまま、または平行光束もしくは収束光束とされて、照射対象面に導かれる。
【００１９】
ケース１２は、入射端面１１ａと出射端面１１ｂのみが露出するように、インテグラルロッド１１を収容する。ケース１２は、円筒状の鏡筒１３、円形の２つの平板１４、１５、およびノズル１６で構成されている。鏡筒１３はインテグラルロッド１１と同じ長さを有し、平板１４、１５は鏡筒１３の両端部に隙間なく固定されている。平板１４、１５はインテグラルロッド１１の断面と合同な長方形の開口を有しており、インテグラルロッド１１の入射端面１１ａ側の端部と出射端面１１ｂ側の端部は、側面１１ｃが開口の縁に密接するように平板１４、１５にそれぞれ取り付けられている。
【００２０】
ノズル１６は平板１５に取り付けられており、その先端は出射端面１１ｂに向かっている。ノズル１６は全体が出射光束Ｌ２の外に位置しており、出射光束Ｌ２を遮ることはない。
【００２１】
給気装置１８はパイプ１９によって鏡筒１３に接続されている。給気装置１８はファンまたはポンプとそれらを駆動するモータより成り、パイプ１９を介して空気Ａ１をケース１２の内部に供給する。パイプ１９は平板１４の近くに取り付けられており、空気はインテグラルロッド１１の入射端面１１ａ側の端部に供給される。供給された空気はインテグラルロッド１１を冷却しながら平板１５に向かって進み、ノズル１６を通って外部に排出される。
【００２２】
ノズル１６の内部の断面積はパイプ１９の内部の断面積の数分の１以下であり、ノズル１６を通る空気の速度はパイプ１９内での速度の数倍になる。つまり、ノズル１６は排気Ａ２を高速の気流とする。
【００２３】
高速の気流となってノズル１６から出た排気Ａ２は、インテグラルロッド１１の出射端面１１ｂに吹き付ける。したがって、出射端面１１ｂに埃等の異物が付着していてもその異物は吹き飛ばされることになり、出射端面１１ｂは異物の付着がない状態に保たれる。
【００２４】
鏡筒１３は内側に突出した部位１３ａを有しており、ケース１２の内部の断面積はインテグラルロッド１１の入射端面１１ａから出射端面１１ｂまでの全範囲わたって一様ではない。鏡筒１３の突出部１３ａとこれに対向するインテグラルロッド１１の中央部との間の断面積は、空気が供給される部位の断面積よりも小さく、突出部１３ａとインテグラルロッド１１の間を通る空気は供給直後の空気よりも高速になる。高速の気流となった空気はインテグラルロッド１１の側面１１ｃに沿って進み、突出部１３ａよりも平板１５側の断面積の大きい空間に達した後も、側面１１ｃに沿って進む。
【００２５】
側面１１ｃに異物が付着していたときでも、その異物は高速の気流となった空気により吹き飛ばされて、空気と共にノズル１６から排出される。したがって、インテグラルロッド１１の側面１１ｃの大部分は異物の付着がない状態に保たれ、側面１１ｃは光を良好に全反射することができる。
【００２６】
給気装置１８から供給される空気のケース１２内での圧力損失を抑えるために、突出部１３ａと平板１４側の部位の間および突出部１３ａと平板１５側の部位の間は、いずれも傾斜面とされている。なお、本実施形態ではノズル１６を平板１５に取り付けているが、ノズル１６を鏡筒１３の平板１５近傍部位に取り付けるようにしてもよい。
【００２７】
第２の実施形態の光インテグレータ２の構成を図２に模式的に示す。この光インテグレータ２は、上記の光インテグレータ１からノズル１６を省略するとともに、鏡筒１３および平板１５の形状を変更したものである。鏡筒１３の突出部１３は平板１５にまで達しており、ケース１２の内部の平板１５の近傍には断面積の大きい空間は存在しない。
【００２８】
出射端面１１ｂ側から見たケース１２およびインテグラルロッド１１を図３に示す。平板１５はインテグラルロッド１１の断面よりも少し大きい長方形の開口を有しており、インテグラルロッド１１の端部の側面１１ｃと平板１５の開口の縁の間には間隙１７が形成されている。間隙１７の面積はパイプ１９の内部の断面積の数分の１以下であり、間隙１７を通る空気の速度はパイプ１９内での速度の数倍になる。つまり、間隙１７は排気Ａ２を高速の気流とする。
【００２９】
高速の気流となって間隙１７から出た排気Ａ２は、出射端面１１ｂの傍らを通って出射端面１１ｂの表面付近を負圧Ａ３とする。したがって、出射端面１１ｂに異物が付着していてもその異物は排気Ａ２で吸い取られることになり、出射端面１１ｂは異物の付着がない状態に保たれる。
【００３０】
インテグラルロッド１１の側面１１ｃが、鏡筒１３の突出部１３ａとの間を通る高速の気流によって異物が付着していない状態に保たれることは、光インテグレータ１と同様である。なお、ここでは間隙１７をインテグラルロッド１１の全周に形成する構成としたが、平板１５と３以下の側面１１ｃとの間に間隙１７を形成するようにしてもよい。平板１５と１の側面１１ｃとの間に間隙１７を形成した例を図４に示す。
【００３１】
第３の実施形態の光インテグレータ３の構成を図５に模式的に示す。この光インテグレータ３は、光インテグレータ２の平板１４を省略するとともに、給気装置１８としてファン１８ａおよびおモータ１８ｂをケース１２の内部に備えたものである。
【００３２】
ファン１８ａは入射端面１１ａ側の端部近傍に、インテグラルロッド１１を取り囲むようにして配置されている。モータ１８ｂはファン１１ａをインテグラルロッド１１の回りに回転させて、鏡筒１３の端部の大きな開口から空気Ａ１を吸入させる。
【００３３】
他の構成は光インテグレータ２と同様であり、重複する説明は省略する。なお、ノズル１６を有する第１の実施形態の光インテグレータ１も、供給装置１８をこのような構成とすることができる。
【００３４】
本発明の光インテグレータを投射型の画像表示装置に適用した第４の実施形態について説明する。本実施形態の画像表示装置４の概略構成を図６に示す。画像表示装置４は、光源４１、リフレクタ４２、光インテグレータ４３、コンデンサレンズ４４、ミラー４５、空間変調素子４６、および投射光学系４７を備えている。
【００３５】
光源４１は、メタルハライドランプ等の高出力のアーク放電ランプであり、強度の高い白色光を発する。リフレクタ４２は回転楕円鏡である。光源４１はリフレクタ４２の第１焦点上に配置されており、光源４１が発する光はリフレクタ４２で反射されて、その第２焦点に収束する収束光束とされる。ただし、反射後の光束の強度分布は、光源４１のアークの構造により、均一にはならない。
【００３６】
光インテグレータ４３は第１〜第３の実施形態の光インテグレータ１〜３のいずれかである。なお、図６では、ケース１２、給気装置１８等を省略してインテグラルロッド１１のみを示している。インテグラルロッド１１は、リフレクタ４２の光軸がその中心を通り、入射端面１１ａがリフレクタ４２の第２焦点上に位置するように配置されている。リフレクタ４２からの収束光束は入射端面１１ａから入射して、インテグラルロッド１１によって強度分布が均一な光束とされる。
【００３７】
コンデンサレンズ４４は、インテグラルロッド１１の出射端面１１ｂから出射する強度分布が均一な発散光束を集光して、空間変調素子４６の全面に導く。インテグラルロッド１１の出射端面１１ｂと空間変調素子４６は供役である。ミラー４５は、装置構成を小型化するために設けられたもので、コンデンサレンズ４４から空間変調素子４６に至る光路を折曲げる。
【００３８】
空間変調素子４６は、角度可変の微小なミラー素片が２次元に多数配列されたデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。ＤＭＤの各ミラー素片は、その角度によって、入射光を２方向のどちらかに択一的に反射する。各ミラー素片の角度は映像信号に応じて個別に制御され、ＤＭＤが１方向に反射した光束が映像を表すものとなる。
【００３９】
投射光学系４７は空間変調素子４６からの映像を表す光束を投射してスクリーンＳ上に結像させる。なお、図６では、空間変調素子４６からスクリーンＳに至る光路が、インテグラルロッド１１からの光路およびミラー４５からの光路と同一平面上にあるように表現しているが、実際には、空間変調素子４６は映像を表す光束が図６の紙面に対して垂直方向に進むように配置されており、投影光学系４７やスクリーンＳもそれに対応して配置されている。
【００４０】
インテグラルロッド１１の出射端面１１ｂと空間変調素子４６が供役であるため、出射端面１１ｂに異物が付着すると、その異物が空間変調素子４６上に結像して明確な影を形成し、その影がスクリーンＳ上に明瞭に現れることになるが、前述のように、インテグラルロッド１１の出射端面１１ｂは異物の付着がない状態に保たれるから、そのような事態は生じない。また、インテグラルロッド１１の側面１１ｃも異物の付着がない状態に保たれるから、側面１１ｃの全反射の能力が低下することはなく、常に明るい像を提供することができる。
【００４１】
【発明の効果】
インテグラルロッドを収容するケースに、供給された空気を高速の気流としてインテグラルロッドの出射端面近傍に排出する排気部を設けた本発明の光インテグレータでは、出射端面に付着した異物が排気によって除去されるから、断面内のどこにも異物による欠けのない光束を常に提供することができる。したがって、例えば投射型の画像表示装置の照明光学系として用いれば、影のない良好な画像を表示することが可能である。出射端面の清掃作業も不要であり、使い勝手のよい光インテグレータとなる。
【００４２】
ケースが、排気部として、給気装置からの空気の供給路の断面積よりも内部の断面積が小さく、先端がインテグラルロッドの出射端面に向いたノズルを有する構成では、出射端面に付着している異物を確実に除去することができる。
【００４３】
ケースが、排気部として、給気装置からの空気の供給路の断面積よりも断面積の小さい間隙をインテグラルロッドの側面との間に形成する開口を、インテグラルロッドの出射端面近傍に有する構成では、ケースがきわめて簡素になり、高い製造効率を維持することができる。
【００４４】
ケースがインテグラルロッドの入射端面近傍に開口を有し、給気装置がケースの内部のインテグラルロッドの入射端面近傍に配置されて、ケースの開口を介して外部の空気を吸入する構成では、光インテグレータ全体としての小型化が容易である。
【００４５】
ケースが、給気装置から空気を供給される部位と排気部との間に、給気装置から空気を供給される部位よりも断面積が小さく、供給された空気を高速の気流としてインテグラルロッドの側面に沿って進行させる絞り部を有する構成では、インテグラルロッドの側面に付着した異物も除去されるから、全反射への悪影響によって光量が低下するのを防止することができる。光量低下の防止のためにインテグラルロッドの側面に反射膜を設ける必要もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の光インテグレータの構成を模式的に示す断面図。
【図２】第２の実施形態の光インテグレータの構成を模式的に示す断面図。
【図３】インテグラルロッドの出射端面側から見た第２の実施形態の光インテグレータの正面図。
【図４】第２の実施形態の光インテグレータの変形例を示す正面図。
【図５】第３の実施形態の光インテグレータの構成を模式的に示す断面図。
【図６】第４の実施形態の投射型画像表示装置の構成を模式的に示す図。
【符号の説明】
１、２、３光インテグレータ
１１インテグラルロッド
１２ケース
１３鏡筒
１３ａ鏡筒突出部（絞り部）
１４平板
１５平板
１６ノズル
１７間隙
１８給気装置
１８ａファン
１８ｂモータ
１９パイプ
４１光源
４２リフレクタ
４３光インテグレータ
４４コンデンサレンズ
４５ミラー
４６空間変調素子
４７投射光学系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical integrator that makes the intensity distribution of a light beam uniform, and more particularly to an optical integrator that makes the intensity distribution uniform using an integral rod.
[0002]
[Prior art]
There is a projection-type image display device that displays an image on a screen by modulating light from a light source with a spatial modulation element and projecting the modulated light. In order to display an image with uniform brightness, it is necessary to guide a light beam having a uniform intensity to the spatial modulation element. In many cases, however, the light beam emitted from the light source has a large intensity difference between the central part and the peripheral part. Exists. For this reason, an optical integrator is used which converts the intensity distribution of the light beam from the light source into a uniform intensity distribution.
[0003]
There are several types of optical integrators, but what is called an integral rod has the simplest configuration and is widely used. The integral rod is a polygonal column-shaped element made of transparent glass, and guides the light beam incident from one end surface to the other end surface to be emitted while reflecting the light from the side surface. In general, the total reflection due to the difference in refractive index between glass and air is used for reflection of light on the side surface.
[0004]
The light from the light source is guided to the incident end face as a convergent light beam, enters the inside of the integral rod, and then is reflected on the side face by the number of times corresponding to the incident angle. For this reason, the light emitted from the emission end face as a divergent light beam is in a state in which the light at the central part and the light at the peripheral part before the incident are mixed with each other, resulting in a uniform intensity distribution. The light beam emitted from the integral rod is condensed on the spatial modulation element by the condenser lens.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Normally, the integral rod is housed in a hollow case for protection, but the incident end face and the exit end face are exposed to the outside. For this reason, foreign substances such as dust may adhere to the incident end face and the outgoing end face during use. The foreign matter adhering to the incident end face blocks a part of the light beam, but the intensity distribution of the light beam is made uniform thereafter, so that the influence of the foreign matter does not appear in the displayed image. However, since the output end face and the modulation optical element are in a conjugate position with respect to the condenser lens, the foreign matter adhering to the output end face forms a clear shadow on the modulation optical element, and also becomes a clear shadow on the displayed image. Appear. Therefore, the emission end face needs to be cleaned.
[0006]
In order to display a bright image, a high output light source is used. For this reason, the integral rod becomes hot and sometimes breaks. In order to prevent breakage, the integral rod is often made of heat resistant glass. However, heat-resistant glass is expensive and difficult to process, resulting in an increase in the manufacturing cost of the apparatus.
[0007]
In order to prevent breakage due to high temperature, air is circulated inside the case to cool the integral rod. However, when air is circulated inside the case, foreign matter in the air may adhere to the side surface of the integral rod. Foreign matter adhering to the side surface adversely affects total reflection, leading to a decrease in the amount of light.
[0008]
If a reflective film is provided on the outer surface of the side surface by vapor deposition of metal or the like and light is reflected by the reflective film, no problem occurs even if foreign matter adheres to the side surface. However, if a reflective film is provided, the number of steps for manufacturing the integral rod increases and the cost increases.
[0009]
The present invention has been made in view of these various problems, and it is an object of the present invention to provide an optical integrator in which the material of the integral rod does not have to be particularly excellent in heat resistance, and foreign matter hardly adheres to the emission end face. Objective.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, an integral rod that reflects a light beam incident from an incident end face on the side surface and exits from the exit end face, and the integral rod is accommodated so that the incident end face and the exit end face are exposed. In an optical integrator including a case and an air supply device that supplies air to the inside of the case to air-cool the integral rod, the case discharges the supplied air as a high-speed air flow near the exit end surface of the integral rod. It shall have an exhaust part.
[0011]
This optical integrator supplies air into the case for cooling the integrator rod, and the air used for cooling is discharged as a high-speed air flow near the exit end face of the integral rod. The discharged high-speed airflow can be used for removing foreign substances adhering to the exit end face of the integral rod.
[0012]
Here, it is preferable that the case has a configuration in which the case has a nozzle having an inner cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the air supply path from the air supply device and having a tip facing the emission end face of the integral rod as the exhaust part. Since the cross-sectional area inside the nozzle is smaller than the cross-sectional area of the air supply path, the air passing through the nozzle becomes a high-speed air flow. The tip of the nozzle faces the exit end face, and a high-speed air stream is blown onto the exit end face. Accordingly, the foreign matter adhering to the emission end face is blown off and removed. The nozzle is arranged at a position that does not block the light beam emitted from the emission end face.
[0013]
The case has an opening in the vicinity of the exit end face of the integral rod that forms a gap between the side surface of the integral rod as an exhaust portion and a gap smaller than the cross-sectional area of the air supply path from the air supply device. It is good also as a structure. The opening of the case is located in the vicinity of the exit end face of the integral rod, and forms a gap between its own edge and the side surface of the integral rod. Since the cross-sectional area of the gap is smaller than the cross-sectional area of the air supply path, the air passing through the gap becomes a high-speed air flow. The air that has become a high-speed air flow passes by the exit end face of the integral rod, creates a negative pressure in the vicinity of the exit end face, and sucks and removes foreign matter adhering to the exit end face.
[0014]
In the above-mentioned optical integrator, the case has an opening near the incident end face of the integral rod, and the air supply device is arranged near the incident end face of the integral rod inside the case. Can be configured to inhale. If it does in this way, since an air supply apparatus is accommodated in a case and the opening of a case becomes an air supply path, the whole becomes small.
[0015]
The integral rod has a small cross-sectional area between the part where the air is supplied from the air supply device and the exhaust part, compared to the part where the air is supplied from the air supply device. You may make it have a diaphragm | diaphragm | restriction part made to advance along the side surface. In this configuration, not only foreign matter on the exit end face of the integral rod but also foreign matter attached to the side surface can be removed.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an optical integrator of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration of the optical integrator 1 of the first embodiment is schematically shown in FIG. The optical integrator 1 includes an integral rod 11, a case 12, and an air supply device 18.
[0017]
The integral rod 11 is made of transparent glass and is a quadrangular prism having a rectangular cross section. As will be described later, since the integral rod 11 is air-cooled, the material glass is not particularly high in heat resistance. One end surface 11a of the integral rod 11 is an incident end surface that allows a light beam to enter, and the other end surface 11b is an output end surface that emits the light beam. A convergent light beam L1 is guided to the incident end face 11a from a light source (not shown). The light beam that has entered the integral rod 11 from the incident end surface 11a is guided to the output end surface 11b while being totally reflected by the side surface 11c many times, and is emitted from the output end surface 11b as a divergent light beam L2.
[0018]
Since the number of reflections on the side surface 11c differs depending on the incident angle, the light of each part of the light beam L1 before the incident is mixed inside the integral rod 11, and the intensity distribution of the light beam L1 from the light source is Even if it is not uniform, the intensity distribution of the light beam L2 emitted from the integral rod 11 is uniform. The light beam L2 having a uniform intensity distribution is guided to the irradiation target surface as a divergent light beam, or a parallel light beam or a convergent light beam, depending on the application.
[0019]
The case 12 accommodates the integral rod 11 so that only the incident end face 11a and the outgoing end face 11b are exposed. The case 12 includes a cylindrical barrel 13, two circular flat plates 14 and 15, and a nozzle 16. The lens barrel 13 has the same length as that of the integral rod 11, and the flat plates 14 and 15 are fixed to both ends of the lens barrel 13 without a gap. The flat plates 14 and 15 have a rectangular opening congruent with the cross section of the integral rod 11, and the end portion on the incident end surface 11 a side and the end portion on the output end surface 11 b side of the integral rod 11 are open on the side surface 11 c. The flat plates 14 and 15 are respectively attached so as to be in close contact with the edges.
[0020]
The nozzle 16 is attached to the flat plate 15, and the tip thereof is directed to the emission end face 11b. The entire nozzle 16 is located outside the outgoing light beam L2, and does not block the outgoing light beam L2.
[0021]
The air supply device 18 is connected to the lens barrel 13 by a pipe 19. The air supply device 18 includes a fan or a pump and a motor that drives them, and supplies air A1 to the inside of the case 12 through a pipe 19. The pipe 19 is attached near the flat plate 14, and air is supplied to the end of the integral rod 11 on the incident end face 11 a side. The supplied air advances toward the flat plate 15 while cooling the integral rod 11, and is discharged to the outside through the nozzle 16.
[0022]
The cross-sectional area inside the nozzle 16 is less than a fraction of the cross-sectional area inside the pipe 19, and the velocity of the air passing through the nozzle 16 is several times the velocity inside the pipe 19. That is, the nozzle 16 uses the exhaust A2 as a high-speed air flow.
[0023]
Exhaust gas A <b> 2 emitted from the nozzle 16 as a high-speed air current is blown to the emission end face 11 b of the integral rod 11. Therefore, even if foreign matter such as dust adheres to the emission end face 11b, the foreign matter is blown away, and the emission end face 11b is kept in a state where no foreign matter adheres.
[0024]
The lens barrel 13 has an inwardly projecting portion 13a, and the cross-sectional area inside the case 12 is not uniform over the entire range from the incident end face 11a to the exit end face 11b of the integral rod 11. The cross-sectional area between the protruding portion 13a of the lens barrel 13 and the central portion of the integral rod 11 facing this is smaller than the cross-sectional area of the portion to which air is supplied, and between the protruding portion 13a and the integral rod 11. The air passing through becomes faster than the air immediately after supply. The air that has become a high-speed air flow travels along the side surface 11c of the integral rod 11, and travels along the side surface 11c even after reaching a space having a larger cross-sectional area on the flat plate 15 side than the protrusion 13a.
[0025]
Even when foreign matter is attached to the side surface 11c, the foreign matter is blown away by the air that has become a high-speed air stream and discharged from the nozzle 16 together with the air. Therefore, most of the side surface 11c of the integral rod 11 is kept in a state where no foreign matter adheres to it, and the side surface 11c can totally reflect light satisfactorily.
[0026]
In order to suppress the pressure loss of the air supplied from the air supply device 18 in the case 12, both the protrusion 13a and the portion on the flat plate 14 side and the protrusion 13a and the portion on the flat plate 15 side are inclined. It is considered as a surface. In the present embodiment, the nozzle 16 is attached to the flat plate 15, but the nozzle 16 may be attached to a portion near the flat plate 15 of the lens barrel 13.
[0027]
The configuration of the optical integrator 2 of the second embodiment is schematically shown in FIG. The optical integrator 2 is obtained by omitting the nozzle 16 from the optical integrator 1 and changing the shapes of the lens barrel 13 and the flat plate 15. The protruding portion 13 of the lens barrel 13 reaches the flat plate 15, and there is no space having a large cross-sectional area in the vicinity of the flat plate 15 inside the case 12.
[0028]
FIG. 3 shows the case 12 and the integral rod 11 viewed from the emission end face 11b side. The flat plate 15 has a rectangular opening slightly larger than the cross section of the integral rod 11, and a gap 17 is formed between the side surface 11 c at the end of the integral rod 11 and the edge of the opening of the flat plate 15. . The area of the gap 17 is less than a fraction of the cross-sectional area inside the pipe 19, and the velocity of air passing through the gap 17 is several times the velocity in the pipe 19. That is, the gap 17 makes the exhaust A2 a high-speed air flow.
[0029]
Exhaust gas A2 that has exited from the gap 17 as a high-speed air flow passes through the side of the emission end face 11b and has a negative pressure A3 near the surface of the emission end face 11b. Therefore, even if foreign matter adheres to the emission end face 11b, the foreign matter is sucked out by the exhaust A2, and the emission end face 11b is kept in a state where no foreign matter adheres.
[0030]
It is the same as the optical integrator 1 that the side surface 11c of the integral rod 11 is kept in a state in which no foreign matter is attached by a high-speed airflow passing between the protruding portion 13a of the lens barrel 13. Here, the gap 17 is formed on the entire circumference of the integral rod 11, but the gap 17 may be formed between the flat plate 15 and the three or less side faces 11 c. FIG. 4 shows an example in which a gap 17 is formed between the flat plate 15 and the side surface 11c of one.
[0031]
FIG. 5 schematically shows the configuration of the optical integrator 3 according to the third embodiment. In this optical integrator 3, the flat plate 14 of the optical integrator 2 is omitted, and a fan 18 a and a motor 18 b are provided inside the case 12 as an air supply device 18.
[0032]
The fan 18a is disposed in the vicinity of the end on the incident end face 11a side so as to surround the integral rod 11. The motor 18b rotates the fan 11a around the integral rod 11 and sucks air A1 through a large opening at the end of the lens barrel 13.
[0033]
Other configurations are the same as those of the optical integrator 2, and a duplicate description is omitted. Note that the optical integrator 1 according to the first embodiment having the nozzle 16 can also have such a configuration of the supply device 18.
[0034]
A fourth embodiment in which the optical integrator of the present invention is applied to a projection-type image display device will be described. FIG. 6 shows a schematic configuration of the image display device 4 of the present embodiment. The image display device 4 includes a light source 41, a reflector 42, an optical integrator 43, a condenser lens 44, a mirror 45, a spatial modulation element 46, and a projection optical system 47.
[0035]
The light source 41 is a high-power arc discharge lamp such as a metal halide lamp, and emits white light with high intensity. The reflector 42 is a spheroid mirror. The light source 41 is disposed on the first focal point of the reflector 42, and the light emitted from the light source 41 is reflected by the reflector 42 to be a convergent light beam that converges to the second focal point. However, the intensity distribution of the reflected light flux is not uniform due to the arc structure of the light source 41.
[0036]
The optical integrator 43 is any one of the optical integrators 1 to 3 of the first to third embodiments. In FIG. 6, only the integral rod 11 is shown with the case 12, the air supply device 18 and the like omitted. The integral rod 11 is arranged so that the optical axis of the reflector 42 passes through the center thereof and the incident end face 11 a is positioned on the second focal point of the reflector 42. The convergent light beam from the reflector 42 is incident from the incident end face 11 a and is made into a light beam having a uniform intensity distribution by the integral rod 11.
[0037]
The condenser lens 44 condenses a divergent light beam having a uniform intensity distribution emitted from the emission end face 11 b of the integral rod 11 and guides it to the entire surface of the spatial modulation element 46. The exit end face 11b of the integral rod 11 and the spatial modulation element 46 serve. The mirror 45 is provided to reduce the size of the apparatus, and bends the optical path from the condenser lens 44 to the spatial modulation element 46.
[0038]
The spatial modulation element 46 is a digital micromirror device (DMD) in which a large number of angle-variable minute mirror elements are two-dimensionally arranged. Each mirror element of the DMD selectively reflects incident light in one of two directions depending on its angle. The angle of each mirror element is individually controlled according to the video signal, and the light flux reflected in one direction by the DMD represents the video.
[0039]
The projection optical system 47 projects a light beam representing an image from the spatial modulation element 46 to form an image on the screen S. In FIG. 6, the optical path from the spatial modulation element 46 to the screen S is expressed so as to be on the same plane as the optical path from the integral rod 11 and the optical path from the mirror 45. The modulation element 46 is arranged so that a light beam representing an image travels in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 6, and a projection optical system 47 and a screen S are also arranged correspondingly.
[0040]
Since the exit end face 11b of the integral rod 11 and the spatial modulation element 46 serve, if a foreign object adheres to the exit end face 11b, the foreign object forms an image on the spatial modulation element 46 to form a clear shadow. Although the shadow appears clearly on the screen S, as described above, since the exit end face 11b of the integral rod 11 is kept in a state where no foreign matter is attached, such a situation does not occur. In addition, since the side surface 11c of the integral rod 11 is also kept in a state where no foreign matter is attached, the total reflection ability of the side surface 11c is not deteriorated, and a bright image can always be provided.
[0041]
【The invention's effect】
In the optical integrator of the present invention, in which the exhaust rod that discharges the supplied air as a high-speed air flow to the vicinity of the exit end face of the integral rod is provided in the case that accommodates the integral rod, foreign matter adhering to the exit end face is removed by exhaust. Therefore, it is possible to always provide a luminous flux free from any chipping caused by foreign matter anywhere in the cross section. Therefore, for example, when used as an illumination optical system of a projection-type image display device, it is possible to display a good image without a shadow. There is no need to clean the exit end face, and the light integrator is easy to use.
[0042]
In the case where the case has a configuration in which the cross-sectional area of the case is smaller than the cross-sectional area of the air supply path from the air supply device and has a nozzle whose tip faces the emission end face of the integral rod as an exhaust part, the case adheres to the emission end face. It is possible to reliably remove the foreign matter.
[0043]
The case has an opening in the vicinity of the exit end face of the integral rod that forms a gap between the side surface of the integral rod as an exhaust portion and a gap smaller than the cross-sectional area of the air supply path from the air supply device. In the configuration, the case becomes very simple and high production efficiency can be maintained.
[0044]
In the configuration in which the case has an opening in the vicinity of the incident end face of the integral rod, and the air supply device is disposed in the vicinity of the incident end face of the integral rod inside the case, and sucks external air through the opening of the case. It is easy to downsize the entire optical integrator.
[0045]
The integral rod has a small cross-sectional area between the part where the air is supplied from the air supply device and the exhaust part, compared to the part where the air is supplied from the air supply device. In the configuration having the stop portion that travels along the side surface, foreign matter adhering to the side surface of the integral rod is also removed, so that it is possible to prevent the light amount from being reduced due to an adverse effect on total reflection. There is no need to provide a reflective film on the side of the integral rod in order to prevent a decrease in the amount of light.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an optical integrator according to a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an optical integrator according to a second embodiment.
FIG. 3 is a front view of an optical integrator according to a second embodiment, viewed from the emission end face side of the integral rod.
FIG. 4 is a front view showing a modification of the optical integrator of the second embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an optical integrator according to a third embodiment.
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a configuration of a projection type image display apparatus according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3 Optical integrator 11 Integral rod 12 Case 13 Lens barrel 13a Lens barrel protrusion (aperture part)
14 flat plate 15 flat plate 16 nozzle 17 gap 18 air supply device 18a fan 18b motor 19 pipe 41 light source 42 reflector 43 optical integrator 44 condenser lens 45 mirror 46 spatial modulation element 47 projection optical system

Claims

An integral rod that reflects the light beam incident from the incident end face on the side surface and exits from the exit end face, a case that houses the integral rod so that the incident end face and the exit end face are exposed, and air is supplied to the inside of the case In an optical integrator comprising an air supply device for air-cooling an integral rod,
An optical integrator characterized in that the case has an exhaust part for discharging the supplied air as a high-speed air flow in the vicinity of the exit end face of the integral rod.

The case has, as an exhaust portion, a nozzle having an inner cross-sectional area smaller than a cross-sectional area of an air supply path from an air supply device and having a tip directed toward an emission end face of an integral rod. The optical integrator described in 1.

The case has an opening in the vicinity of the exit end surface of the integral rod that forms a gap between the side surface of the integral rod and the side surface of the integral rod as an exhaust portion that has a smaller sectional area than the sectional area of the air supply path from the air supply device. The optical integrator according to claim 1.

The case has an opening in the vicinity of the incident end face of the integral rod, and the air supply device is disposed in the vicinity of the incident end face of the integral rod inside the case, and sucks external air through the opening of the case. The optical integrator according to claim 1.

The integral rod has a cross-sectional area that is smaller than the part where the air is supplied from the air supply device between the part to which the air is supplied from the air supply device and the exhaust part. The optical integrator according to claim 1, further comprising a stop portion that advances along the side surface of the optical integrator.