JP4670358B2

JP4670358B2 - 導光部材保持装置及び投射装置

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Publication number: JP4670358B2
Application number: JP2005009459A
Authority: JP
Inventors: 哲之吉田; 充紀植田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2025-01-17
Also published as: JP2006195382A

Description

本発明は、光源から出射された表示光を均一化して導光する導光部材保持装置及びこの導光部材保持装置を備えるプロジェクタ等の投射装置に関する。

例えば、プロジェクタには、小型で高容量の表示光を出射し、また発熱量も小さな発光素子を光源として用いる照明ユニットが備えられる。プロジェクタは、照明ユニットが、赤色発光素子を光源として液晶パネルに赤色光を供給して赤色画像を生成させる第１照明ユニットと、緑色発光素子を光源として液晶パネルに緑色光を供給して緑色画像を生成させる第２照明ユニットと、青色発光素子を光源として液晶パネルに青色光を供給して青色画像を生成させる第３照明ユニットとを備える。

プロジェクタは、上述した赤色画像と緑色画像と青色画像とをクロスプリズムに供給して合成画像を生成し、この合成画像を投射レンズを有する光学系を介してスクリーンに投射してカラー表示が行われるようにする。プロジェクタにおいては、各照明ユニットが、点光源に近い各発光素子からの出射光を液晶パネルの画面サイズまで拡げかつ適切なＦナンバーで画像の投射が行われるようにするために適宜の導光機構が設けられている。

導光機構には、一般に導光特性に優れた透明なアクリル樹脂等の合成樹脂材やガラス材によって形成された導光部材が備えられる。導光部材は、断面寸法が小さな第１端面を発光素子と対向させて入射面とするとともに断面寸法が大きな第２端面を液晶パネルと対向させて出射面として構成される。導光部材は、適宜の導光部材保持装置によって発光素子と液晶パネルとの間に配置されて、発光素子から出射された表示光を入射面から入射するとともに内部において全反射させながら出射面側へと導光して液晶パネルに供給する。

従来の導光部材１００は、図９に示すように全体が角錐形状を呈して形成されるとともに、相対する斜面に保持用の凸部１０１、１０１が一体に形成されていた。導光部材１００は、保持用の凸部１０１を図示しない保持筒部材に対して内部空間部に形成した嵌合部に嵌合させて組み合わせ、入射面１０２を発光素子と対向させるとともに出射面１０３を液晶パネルの背面と対向させて配置される。導光部材１００は、発光素子から出射された表示光を入射面１０２から入射するとともに内部において全反射させながら出射面１０３側へと導光し、この出射面１０３から液晶パネルへと供給する。しかしながら、かかる導光部材１００においては、入射面１０２から入射された表示光が凸部１０１においてその一部が外部へと露光することにより出射面１０３からの出射光量が低下し、導光効率が悪いといった問題があった。

また、従来の他の導光部材１１０としては、図１０に示すように全体が角錐形状を呈して形成され、相対する斜面を例えばゴム等の摩擦力の大きな保持シート１１１、１１１を有する保持部材１１２、１１２によって挟み込むようにし、これら保持部材１１２、１１２を介して入射面１１３を発光素子と対向させるとともに出射面１１４を液晶パネルの背面と対向させて配置される。かかる導光部材１１０においては、単純な形状であり入射面１１３から入射された表示光が内部で全反射しながら出射面１１４へと導光されるが、保持シート１１１が圧接した部位で臨界角特性が変化することでその一部が外部へと露光することにより出射面１１４からの出射光量が低下し、導光効率が悪くなってしまうといった問題があった。

特許文献１には、導光部材（ライトガイド）が熱膨張した場合でも、その軸心の移動を抑制するライトガイド保持機構が開示されている。ライトガイド保持機構は、底壁に開口を設けた外筒内にライトガイドを収納し、このライトガイドの先端側を外筒の開口部に組み付ける中間リングとコイルスプリングと支持板と板バネとからなる構造体によって保持する。ライトガイド保持機構は、コイルスプリングの弾性力によってライトガイドを外筒の底壁に押圧させるとともに回転力も作用させ、ライトガイドの大面積側端面の近傍において各稜線部が底壁に形成した開口部の枠壁で保持されるようにする。

特開２０００−１１１７７４号公報

上述した特許文献１のライトガイド保持機構においては、ライトガイドが径方向の熱膨張を生じても回転方向の変位によって吸収されるとともに長さ方向の熱膨張を生じても各弾性部材によって吸収される。また、ライトガイド保持機構においては、ライトガイドが大面積側端面の近傍において各稜線部を外筒の底壁に形成した開口部の枠壁で保持することから、接触面積の小さな保持部位を構成して外部への露光が抑制されるようになる。

しかしながら、かかる特許文献１のライトガイド保持機構においては、ライトガイドが小面積側において斜面を中間リングの内周部によって保持される構造であることから、この保持部位における光量損失が低減されない。また、ライトガイド保持機構においては、稜線部の保持構造が表示光の入射面の近傍であることから、外部への露光を抑制して導光効率を向上させる作用はほとんど期待されない。さらに、ライトガイド保持機構においては、上述したように多数の構成部材を有する複雑な機構であり、部材費や組立工数が増えてコストがアップするとともに大型化する。

導光部材保持装置においては、表示光を内部で内面での臨界角特性により全反射を繰り返しながら導光する導光部材を、振動や衝撃に対しても保持部材によって確実に保持させることが必要である。導光部材保持装置においては、導光部材と保持部材との接触面積を極力小さくすることによって、接触部位における光量損失を抑制して導光効率を向上させることが必要である。導光部材保持装置においては、面倒な調整操作を不要として導光部材を精密に位置決めして組み合わすことが必要である。導光部材保持装置においては、簡易な構造によって導光部材の熱膨張に対しても光軸のズレを防止して高精度の導光を行うことが必要である。従来の導光部材保持装置においては、上述した厳しい要求仕様を全て達成し得ないことから、もっぱら導光部材を確実に保持することが主体となり、導光効率の向上が図られていなかった。

したがって、本発明は、高導光効率、構造と組立の簡易化、強度の向上等を図る導光部材保持装置を提供することを目的とする。また、本発明は、充分な光量による投射が行われる小型で高精度の投射装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成する本発明にかかる導光部材保持装置は、導光部材と、第１ホルダ手段と、第２ホルダ手段とを備える。導光部材保持装置は、導光部材が、透光材によって全体角錐状に形成され、断面寸法が小さな第１端面を光源と対向させる入射面とするとともに断面寸法が大きな第２端面を表示部と対向させる出射面として構成する。導光部材保持装置は、第１ホルダ手段が、一方の開口部側が導光部材の入射面の対角長よりも大径でかつ他方の開口部側が出射面の対角長よりも小径とされた円形若しくは多角形断面の導光部材保持空間部が設けられる。導光部材保持装置は、第２ホルダ手段が、導光部材の出射面の外周縁部位を係止して外方に臨ませることにより、表示部と対向させる表示光出射開口部が設けられる。導光部材保持装置は、第１ホルダ手段と第２ホルダ手段とが、導光部材保持空間部と表示光出射開口部との軸線を一致させて組み合わされる。導光部材保持装置は、第１ホルダ手段と第２ホルダ手段との間に、導光部材が長さ方向に挟持されるとともに各稜線部を第１ホルダ手段に設けた導光部材保持空間部の内周壁によって保持されて組み合わされる。

以上のように構成された導光部材保持装置においては、導光部材が、入射面を例えば発光素子等の光源と対向させるとともに出射面を例えば液晶パネル等の表示部と対向させて配置される。導光部材保持装置においては、導光部材が、光源から出射された表示光を入射面から入射するとともに内部において内面での臨界角特性により全反射させて出射面側へと導光して表示部に供給する。導光部材保持装置においては、第１ホルダ手段の導光部材保持空間部に嵌合される導光部材が、導光部材保持空間部の内周壁に各稜線部が長さ方向の所定位置で突き当たって嵌め合わされた状態となる。導光部材保持装置においては、導光部材が、第１ホルダ手段に対して嵌合方向に抜け止めされるとともに、各稜線部における最小接触面積の略点接触状態を以って保持される。導光部材保持装置においては、第１ホルダ手段に対して第２ホルダ手段が、表示光出射開口部の開口縁で導光部材の出射面の外周縁部位を係止するようにして組み合わされる。

導光部材保持装置においては、導光部材の各稜線部を第１ホルダ手段によって保持することから、導光部材の内部を全反射させながら導光される表示光の保持部位における露光を抑制して光量損失を低減する。導光部材保持装置においては、導光部材の出射面の外周縁部位を第２ホルダ手段によって保持することから、表示光出射開口部から表示部に対して有効に表示光を供給する。導光部材保持装置においては、導光部材に生じる熱膨張による寸法変化も、第１ホルダ手段の導光部材保持空間部の内周壁に対する各稜線部の突き当たり位置の変化により吸収され光軸のズレの発生が防止される。

また、上述した目的を達成する本発明にかかる投射装置は、赤色発光素子を光源として第１液晶パネルに赤色光を供給する赤色光導光ユニットと、緑色発光素子を光源として第２液晶パネルに緑色光を供給する緑色光導光ユニットと、青色発光素子を光源として第３液晶パネルに青色光を供給する青色光導光ユニットと、第１液晶パネル乃至第３液晶パネルに表示される赤色画像と緑色画像及び青色画像を合成するプリズムと、このプリズムからの合成画像をスクリーンに投射してカラー表示させる光学系とを備える。投射装置は、各色光導光ユニットが、それぞれ導光部材と、第１ホルダ手段と、第２ホルダ手段とを備える。各導光部材は、透光材によって全体角錐状に形成され、断面寸法が小さな第１端面をそれぞれ相対する各発光素子と対向させて入射面とするとともに断面寸法が大きな第２端面をそれぞれ相対する各液晶パネルと対向させて出射面とし、各発光素子から出射された表示光を入射面から入射するとともに内部において内面での臨界角特性により全反射させて出射面に導光して各液晶パネルに供給する。各第１ホルダ手段は、一方の開口部側が導光部材の入射面の対角長よりも大径でかつ他方の開口部側が出射面の対角長よりも小径とされた円形若しくは多角形断面の導光部材保持空間部が設けられる。各第２ホルダ手段は、導光部材の出射面の外周縁部位を係止して外方に臨ませることにより、それぞれ相対する各液晶パネルと対向させる表示光出射開口部が設けられる。各色光導光ユニットは、各導光部材が、導光部材保持空間部と表示光出射開口部との軸線を一致させて組み合わせた各第１ホルダ手段と各第２ホルダ手段との間に、長さ方向に挟持されるとともに各稜線部を第１ホルダ手段に設けた導光部材保持空間部の内周壁により保持されて組み合わされる。

以上のように構成された投射装置においては、各色光導光ユニットが、それぞれの導光部材を、入射面を発光素子と対向させるとともに出射面を液晶パネルと対向させて配置する。投射装置においては、各色光導光ユニットにおいて、それぞれの導光部材が発光素子から出射された表示光を入射面から入射するとともに内部において全反射させながら出射面側へと導光して液晶パネルへと供給する。投射装置においては、各液晶パネルに表示される赤色画像と緑色画像及び青色画像をプリズムで合成し、合成画像を光学系を介してスクリーンに投射することによってカラー表示を行う。

投射装置においては、各色光導光ユニットが、第１ホルダ手段の導光部材保持空間部に嵌合される導光部材をこの導光部材保持空間部の内周壁に各稜線部が長さ方向の所定位置で突き当たって嵌め合わされた状態とする。投射装置においては、各色光導光ユニットが、導光部材を第１ホルダ手段に対して嵌合方向に抜け止めするとともに、各稜線部における最小接触面積の略点接触状態を以って保持する。投射装置においては、第１ホルダ手段に対して組み合わされる第２ホルダ手段が、表示光出射開口部の開口縁において導光部材の出射面の外周縁部位を係止する。

投射装置においては、各色光導光ユニットが、導光部材の各稜線部を第１ホルダ手段によって保持するように構成することから、導光部材の内部を全反射しながら導光される表示光の保持部位における露光を抑制して光量損失が低減されるようになる。したがって、投射装置においては、各液晶パネルに対して表示光が効率的に供給され、高輝度の画像をスクリーンに投射する。投射装置においては、各色光導光ユニットが、導光部材の出射面の外周縁部位を第２ホルダ手段によって保持することから、表示光出射開口部から表示部に対して有効に表示光を供給する。投射装置においては、各色光導光ユニットが、導光部材に生じる熱膨張による寸法変化も、第１ホルダ手段の導光部材保持空間部の内周壁に対する各稜線部の突き当たり位置の変化により吸収され光軸のズレの発生が防止されることで、色むら等の無い高精度の画像をスクリーンに投射する。

本発明にかかる導光部材保持装置によれば、第１ホルダ手段によって導光部材の各稜線部を保持することで、保持部位における光量損失が低減され表示部に対して表示光を効率よく供給することが可能となる。導光部材保持装置によれば、導光部材の熱膨張による寸法変化を第１ホルダ手段の導光部材保持空間部の内周壁に対する各稜線部の突き当たり位置の変化によって吸収することで、表示部に対して表示光を精度よく供給する。導光部材保持装置によれば、第１ホルダ手段と第２ホルダ手段とによって導光部材を位置決めすることから、構造が簡易であり組立や調整工程の簡易化が図られるようになる。

また、本発明にかかる投射装置によれば、第１ホルダ手段によって導光部材の各稜線部を保持することで保持部位における光量損失が低減された色光導光ユニットを備えることで、各液晶パネルに対して表示光が効率よく供給されて高輝度のカラー画像をスクリーンに投射することが可能となる。投射装置によれば、色光導光ユニットが、第１ホルダ手段と第２ホルダ手段とによって導光部材を位置決めするとともに導光部材の熱膨張による寸法変化を第１ホルダ手段の導光部材保持空間部の内周壁に対する各稜線部の突き当たり位置の変化によって吸収することから、色むらや色ズレ等の無い高精度の画像をスクリーンに投射することが可能となる。投射装置によれば、構造が簡易であり組立や調整工程の簡易化を図った色光導光ユニットを備えることによって、小型化と低コスト化が図られるようになる。

以下、本発明の実施の形態として示す導光部材保持装置（以下、保持装置と略称する）１及びこの保持装置１を備えるプロジェクタ（投射装置）２について、図面を参照して詳細に説明する。保持装置１は、図１に示すように導光部材３と、第１ホルダ手段を構成する第１ホルダ部材４及びブラケット部材５と、第２ホルダ手段を構成する第２ホルダ部材６と、第２ホルダ部材６をブラケット部材５に固定する取付ねじ７等の部材によって構成される。保持装置１は、それぞれ詳細を後述するプロジェクタ２の光学部に搭載されて、赤色光導光ユニット８Ｒと、緑色光導光ユニット８Ｇと、青色光導光ユニット８Ｂとを構成する。なお、保持装置１は、かかるプロジェクタ２の各色導光ユニットばかりでなく、各種光学機器の導光部に用いられることは勿論である。

導光部材３は、従来の導光部材１００、１１０と同様に導光特性に優れた透明なアクリル樹脂等の透明合成樹脂材やガラス材等の透光材が用いられ、図４に示すように所定の長さを有する全体角錐状に形成される。導光部材３は、断面寸法が小さな第１端面が光源と対向されて表示光を内部に入射させる入射面１１とされるとともに、断面寸法が大きな第２端面が表示部と対向されて表示光を供給する出射面１２として構成される。導光部材３は、入射面１１から入射された表示光を出射面１２に向かって内部で導光するが、表示光を各内面での臨界角特性によって全反射させながら導光することによって出射面１２から均一な状態で出射させる。導光部材３は、詳細を後述するように第１ホルダ部材４によって、各稜線部１３ａ〜１３ｄ（以下、個別に説明する場合を除いて稜線部１３と総称する。）をそれぞれ軸方向の２位置で保持される。

第１ホルダ部材４は、図１及び図３に示すように合成樹脂材によって所定の長さを有する全体略円筒形に成形される。第１ホルダ部材４は、軸方向に貫通する内孔が導光部材３の入射面１１の対角長よりも大径とされるとともに出射面１２の対角長よりも小径とされて形成され、導光部材３を嵌合して保持する円錐形状の導光部材保持空間部１４を構成する。第１ホルダ部材４は、導光部材保持空間部１４の一方開口部側の内周壁が導光部材３の各稜線部１３を保持する第１保持部１５を構成する。第１ホルダ部材４は、第１保持部１５と対向する導光部材保持空間部１４の他方開口部に全周に亘って内方へと突出するフランジ状の凸部１６が一体に形成され、この凸部１６の内周壁が導光部材３の各稜線部１３を保持する第２保持部１７を構成する。

すなわち、第１保持部１５は、導光部材３の軸方向の第１位置において、各稜線部１３を通過する第１の外周円を構成する所定の内径を以って第１ホルダ部材４に形成される。第２保持部１７も、導光部材３の軸方向において第１位置よりも小径となる第２位置において、各稜線部１３を通過する第２外周円を構成する内径を以って第１ホルダ部材４に形成される。

第１ホルダ部材４には、第１保持部１５側から入射面１１を嵌合端として導光部材３が導光部材保持空間部１４内に組み付けられる。導光部材３は、第２保持部１７から嵌合端の入射面１１側を貫通させて第１ホルダ部材４の導光部材保持空間部１４内に嵌合されるが、図１に示すように入射面１１から所定の長さ位置において各稜線部１３が第２保持部１７に突き当たるとともに、この突き当て位置から所定の間隔において各稜線部１３に第１保持部１５が突き当てられる。導光部材３は、出射面１２が第１保持部１５から所定の突出量を以って位置される。

第１ホルダ部材４は、上述したように軸方向の異なる位置で、第１保持部１５と第２保持部１７とによって各稜線部１３を保持することで、導光部材３が軸線を固定されて組み合わされるようにする。第１ホルダ部材４は、熱膨張によって導光部材３に径方向や長さ寸法の寸法変化が生じた場合でも、導光部材保持空間部１４内において導光部材３の回転動作やスライド動作を許容することでその寸法変化を吸収して光軸変化が生じないようにする。

なお、第１ホルダ部材４は、合成樹脂材によって成形することで、上述した導光部材３の回転動作やスライド動作に際して各稜線部１３からの削りカスの発生を防止するとともに導光部材３の損傷を防止する。第１ホルダ部材４は、後述する第２ホルダ部材６に対していわゆる緩衝構造を介して組み合わされる場合に、熱伝導率の大きなアルミ材等の金属材によって形成するようにしてもよい。

また、第１ホルダ部材４は、上述したように導光部材保持空間部１４を円錐形状の空間部として構成したが、かかる形状に限定されるものでは無い。第１ホルダ部材４は、第１保持部１５と第２保持部１７とが導光部材３の各稜線部１３に突き当てられる構造であればよく、多角形状の空間部であってもよい。さらに、第１ホルダ部材４は、導光部材３の軸方向の異なる２位置を第１保持部１５と第２保持部１７とによって保持するようにしたが、例えば第１保持部１５が各稜線部１３を軸方向にある程度の領域を保持するテーパ付きとされることで第２保持部１７を設けないようにしてもよい。

第１ホルダ部材４は、取付部材を構成するブラケット部材５に組み合わされる。ブラケット部材５は、アルミ材等の金属材や合成樹脂材によって形成され、図１及び図３に示すように第１ホルダ部材４を嵌め合わせる凹陥部１８が主面に開口させて形成した受け部１９と、この受け部１９を一体に立設するとともにプロジェクタ２への取付部を構成する台座部２０とから構成される。ブラケット部材５は、凹陥部１８の底壁１８ａに第１ホルダ部材４の導光部材保持空間部１４から突出する導光部材３の先端部を貫通させるガイド孔２１が形成されている。

ブラケット部材５には、凹陥部１８内に第１ホルダ部材４が凸部１６を形成した側から組み合わされ、底壁１８ａをストッパとしてこれに突き当てて収納する。ブラケット部材５は、凹陥部１８内において第１ホルダ部材４の外周部と凸部１６とを精密に位置決めするようにして組み合わせることにより、第１ホルダ部材４によって保持される導光部材３の位置調整操作を不要とする。すなわち、ブラケット部材５は、後述するように第２ホルダ部材６が組み合わされるとともに、プロジェクタ２への取付部材を構成する。ブラケット部材５は、第１ホルダ部材４を精密に組み付けることによって、各部材に対して導光部材３が精密に位置決めされるようにする。

ブラケット部材５には、第１受け部１９に凹陥部１８を挟んで一対の取付孔２２が形成されている。ブラケット部材５は、導光部材３を組み合わせた第１ホルダ部材４を組み合わせた状態で第１受け部１９に当てがわれた第２ホルダ部材６を取付孔２２にねじ込む取付ねじ７によって固定する。なお、ブラケット部材５は、必要に応じて取付孔２２の数を増やしたり、一部を位置決めのための凸部や凹部を形成するようにしてもよい。

第２ホルダ部材６は、ある程度の弾性を有する合成樹脂材によって成形され、図１乃至図３に示すように、導光部材３の出射面１２を外方に臨ませる表示光出射開口部２４を構成する角筒状の保持筒部２３と、この保持筒部２３の開口縁に形成した係止部２５と、保持筒部２３の係止部２５と対向する側において一体に形成された取付フランジ部２６とから構成される。第２ホルダ部材６は、表示光出射開口部２４がその開口寸法を導光部材３の出射面１２の外形寸法とほぼ同等に形成される。

第２ホルダ部材６は、ブラケット部材５と組み合わされた状態において係止部２５に導光部材３の出射面１２が突き当てられ、上述した第１ホルダ部材４との間で導光部材３を軸方向に挟持する。第２ホルダ部材６は、係止部２５が、図２に示すように表示光出射開口部２４の各コーナ部位にそれぞれ内方へとわずかに突出ようにして一体に形成された筋交い壁によって構成する。各係止部２５ａ〜２５ｄは、保持筒部２３内に収納された導光部材３に対して、各コーナ部位を係止して出射面１２を表示光出射開口部２４から外方に臨ませる。

第２ホルダ部材６は、係止部２５によって出射面１２の各コーナ部を塞ぐことから、これらコーナ部において出射光量を損失させる。しかしながら、第２ホルダ部材６は、表示画像において最も影響が少ないコーナ部の出射光量をわずかに損失させることで、実用上まったく問題は無い。なお、第２ホルダ部材６においては、表示光出射開口部２４の４箇所のコーナ部に係止部２５（２５ａ〜２５ｄ）を形成したが、３箇所であってもよい。

図５に示した他の第２ホルダ部材３０は、表示光出射開口部２４の開口縁に、係止部３１が全周に亘って一体に形成される。第２ホルダ部材３０は、導光部材３が出射面１２の外形寸法を表示部の有効面積よりも大きな場合に、出射面１２の外周縁を全域に亘って係止されることにより導光部材３がより安定した状態に保持されるようにする。第２ホルダ部材３０は、導光部材３の出射面１２が１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度の外形寸法の場合に、係止部３１によって外周縁から０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲で係止されるようにする。

第２ホルダ部材６には、図２に示すように取付フランジ部２６に、表示光出射開口部２４を挟んでブラケット部材５の受け部１９に形成した取付孔２２と対応する一対の取付孔２７が形成されている。第２ホルダ部材６は、図１に示すように取付フランジ部２６を受け部１９と対向させてブラケット部材５に組み合わされる。第２ホルダ部材６は、取付フランジ部２６の各取付孔２７が受け部１９側の相対する取付孔２２と軸線を一致させた状態で取付ねじ７がねじ込まれることによってブラケット部材５と一体化される。

第２ホルダ部材６は、この場合に、取付フランジ部２６と受け部１９との間に適宜の間隔ｆ（図１参照）が設定されるようにする。第２ホルダ部材６は、取付ねじ７をねじ込むにしたがって係止部２５を介して出射面１２を押圧される導光部材３が第１ホルダ部材４側に押し付けられることにより、各稜線部１３に対して第１保持部１５と第２保持部１７とがより強く食い込む状態となって確実な保持が行われるようにする。

第２ホルダ部材６は、上述したように弾性を有する合成樹脂材によって成形されることで、取付ねじ７のねじ込み操作にしたがって取付フランジ部２６に弾性力が蓄勢される。第２ホルダ部材６は、この弾性力が導光部材３を第１ホルダ部材４側に付勢させることによって、各稜線部１３に対する第１保持部１５と第２保持部１７との保持状態が維持されるようにする。なお、かかる弾性力については、例えば取付ねじ７に組み付けたコイルスプリングによっても得ることが可能である。コイルスプリングは、取付ねじ７の頭部と取付フランジ部２６との間に組み付けたり、取付フランジ部２６と受け部１９との間に組み付けられる。

保持装置１は、第１ホルダ部材４に対して導光部材３が、その入射面１１側から導光部材保持空間部１４内に嵌合される。保持装置１は、第１ホルダ部材４をブラケット部材５の凹陥部１８内に組み合わすことにより、導光部材３の入射面１１側がガイド孔２１を貫通してブラケット部材５から突出させるようにする。なお、保持装置１は、ブラケット部材５に対して予め一体化された第１ホルダ部材４に対して導光部材３を組み合わせるようにしてもよい。

保持装置１は、第１ホルダ部材４から出射面１２側を突出させた導光部材３を保持筒部２３内に嵌合して、第２ホルダ部材６がブラケット部材５に組み合わされる。保持装置１は、位置合わせされた第２ホルダ部材６側の取付孔２７とブラケット部材５側の取付孔２２とに取付ねじ７のねじ込み操作が行われる。保持装置１は、取付ねじ７をねじ込むにしたがって第２ホルダ部材６側の表示光出射開口部２４の各コーナ部に形成した係止部２５が出射面１２を押圧することで、導光部材３が第１ホルダ部材４の導光部材保持空間部１４内に押し込まれる。

保持装置１は、第１ホルダ部材４に形成した第１保持部１５と第２保持部１７とが、導光部材３の各稜線部１３を軸方向に離間した２位置で当接することで、導光部材３が最小限の接触面積でガタ付き防止されて第１ホルダ部材４に保持される。保持装置１は、導光部材３が、入射面１１側の各稜線部１３を第１保持部１５と第２保持部１７とによって保持されるとともに出射面１２を係止部２５によって係止されることで、第１ホルダ部材４と第２ホルダ部材６との間で挟持される。

保持装置１は、導光部材３の入射面１１を発光素子等の光源に対向させるとともに、出射面１２を液晶パネル等の表示部に対向させてブラケット部材５の台座部２０がプロジェクタ２に設置される。保持装置１は、導光部材３が、光源から出射された表示光を入射面１１から入射させ、内部で全反射を繰り返しながら導光されることによって均一化した状態で出射面１２から出射する。

保持装置１は、上述した構成から第１ホルダ部材４によって最小限の接触面積で導光部材３を保持することで保持部位における光量損失の低減が図られ、表示光を出射面１２から表示部に効率的に供給する。保持装置１は、第２ホルダ部材６によって最も影響の小さな出射面１２のコーナ部位を係止することで表示部の輝度のバラツキの発生を低減する。

保持装置１においては、表示光を導光することで導光部材３の温度が高くなって熱膨張を生じることがある。保持装置１においては、ブラケット部材５等を高熱伝導率材であるアルミ材等によって効率的な放熱が行われるように構成されるが、導光部材３に熱膨張による寸法変化が生じる。保持装置１は、上述したように第２ホルダ部材６がブラケット部材５に対して弾性力を蓄勢した状態で組み合わされて第１ホルダ部材４との間で導光部材３を挟持することで、導光部材３の軸方向の寸法変化を吸収する。また、保持装置１は、第１ホルダ部材４が第１保持部１５と第２保持部１７とによって導光部材３の各稜線部１３を保持する構造であることから、導光部材３の軸方向の移動を許容して径方向の寸法変化を吸収する。保持装置１は、熱膨張による寸法変化が生じても、光軸のズレが生じることなく導光部材３を保持する。

保持装置１においては、上述したようにそれぞれが簡易な形状である導光部材３と第１ホルダ部材４とブラケット部材５と第２ホルダ部材６と取付ねじ７等を構成部材とする。保持装置１においては、導光部材３が面倒な光軸の調整操作等を不要にして組み合わされる。したがって、保持装置１は、部材費や組立工数の低減が図られることで、低コスト化が図られるようになる。

以上のように構成された保持装置１は、図６及び図７に示したプロジェクタ２に用いられる。プロジェクタ２は、小型で発熱量が小さな発光素子から出射される表示光を導光部材３によって効率的に透過型液晶パネルに導光して、液晶パネルの画像をスクリーン上に拡大表示する。プロジェクタ２は、図６に示すように中心部５０ａの周囲に互いに直交して一体に形成された第１辺部５０ｂ乃至第４辺部５０ｅを有する十字状のベース５０を備える。プロジェクタ２は、ベース５０の中心部５０ａにクロスプリズム（ダイクロイックプリズム）５１を配置するとともに、第１辺部５０ｂ上に投影部５２を配置する。プロジェクタ２は、ベース５０の第２辺部５０ｃ乃至第４辺部５０ｅに、それぞれ上述した保持装置１によって構成された赤色光導光ユニット８Ｒと緑色光導光ユニット８Ｇと青色光導光ユニット８Ｂとを配置する。

プロジェクタ２は、クロスプリズム５１の出射面５１ａに対向して投影部５２を配置する。プロジェクタ２は、クロスプリズム５１の第１入射面５１ｂと赤色光導光ユニット８Ｒとの間に位置して第１液晶パネル５３Ｒを配置し、第２入射面５１ｃと緑色光導光ユニット８Ｇとの間に第２液晶パネル５３Ｇを配置し、第３入射面５１ｄと青色光導光ユニット８Ｂとの間に第３液晶パネル５３Ｂを配置する。

プロジェクタ２は、ベース５０の第２辺部５０ｃ上に、赤色光導光ユニット８Ｒを挟んで第１液晶パネル５３Ｒと対向して赤色表示光を出射する赤色光源ユニット５４Ｒを配置する。プロジェクタ２は、ベース５０の第３辺部５０ｄ上に、緑色光導光ユニット８Ｇを挟んで第２液晶パネル５３Ｇと対向して緑色表示光を出射する緑色光源ユニット５４Ｇを配置する。プロジェクタ２は、ベース５０の第４辺部５０ｅ上に、青色光導光ユニット８Ｂを挟んで第３液晶パネル５３Ｂと対向して青色表示光を出射する青色光源ユニット５４Ｂを配置する。

プロジェクタ２は、赤色光源ユニット５４Ｒから出射された赤色表示光を赤色光導光ユニット８Ｒにより第１液晶パネル５３Ｒに供給し、この第１液晶パネル５３Ｒによって赤色画像を生成する。プロジェクタ２は、緑色光源ユニット５４Ｇから出射された緑色表示光を緑色光導光ユニット８Ｇにより第２液晶パネル５３Ｇに供給し、この第２液晶パネル５３Ｇによって緑色画像を生成する。プロジェクタ２は、青色光源ユニット５４Ｂから出射された青色表示光を青色光導光ユニット８Ｂにより第３液晶パネル５３Ｂに供給し、この第３液晶パネル５３Ｂによって青色画像を生成する。

プロジェクタ２は、クロスプリズム５１が、第１液晶パネル５３Ｒによって生成された赤色画像を９０°屈折させて投影部５２に導く。プロジェクタ２は、クロスプリズム５１が、第２液晶パネル５３Ｇによって生成された緑色画像を直進させて投影部５２に導く。プロジェクタ２は、クロスプリズム５１が、第３液晶パネル５３Ｂによって生成された青色画像を９０°屈折させて投影部５２に導く。プロジェクタ２は、クロスプリズム５１において赤色画像と緑色画像と緑色画像とを合成してカラー画像を生成し、このカラー画像を投影部５２に供給する。プロジェクタ２は、投影部５２によってカラー画像を図示しないスクリーンに投影する。

プロジェクタ２には、詳細を省略するが各液晶パネル５３に所定の画像を供給する画像供給部や電源部等が備えられる。プロジェクタ２は、投影部５２が、詳細を省略するが投影レンズやアイリス機構或いはフォーカス機構を備えている。プロジェクタ２は、ベース５０が熱伝導率が良好でかつ機械的剛性を有するアルミダイキャスト等によって形成される。プロジェクタ２には、ベース５０の適宜の位置に放熱ファン５５が設けられている。

プロジェクタ２は、上述したように赤色光導光ユニット８Ｒと緑色光導光ユニット８Ｇと青色光導光ユニット８Ｂとが保持装置１によって構成され、また赤色光源ユニット５４Ｒと緑色光源ユニット５４Ｇと青色光源ユニット５４Ｂも基本的な構成を同等とする。

図７に示した緑色光導光ユニット８Ｇと緑色光源ユニット５４Ｇとを参照して各導光ユニット８と光源ユニット５４の構成について代表符号を付して説明する。光源ユニット５４は、発光素子５６と、この発光素子５６を搭載した配線基板５７を支持してベース５０の各辺部上に取り付けられたブラケット部材５８と、発光素子５６から発生した熱を放熱するヒートシンク５９等から構成される。なお、光源ユニット５４は、発光素子５６として赤色光源ユニット５４Ｒに赤色発光素子５６Ｒが、緑色光源ユニット５４Ｇに緑色発光素子５６Ｇが、青色光源ユニット５４Ｂに青色発光素子５６Ｂが用いられることは勿論である。

導光ユニット８は、上述したように導光部材３が第１ホルダ部材４に保持され、この第１ホルダ部材４がブラケット部材５に組み合わされている。導光ユニット８は、ガイド孔２１から突出された導光部材３の入射面１１を光源ユニット５４の発光素子５６の出射面と対向させて、ブラケット部材５がベース５０上に固定される。導光ユニット８は、第２ホルダ部材６の表示光出射開口部２４に臨ませられた導光部材３の出射面１２が液晶パネル５３と対向される。導光ユニット８は、上述したように、発光素子５６から出射された表示光を導光部材３に入射させ、この導光部材３において均一な状態にして液晶表示パネル５３に供給する。

上述したプロジェクタ２においては、クロスプリズム５１を中心として、液晶パネル５３と導光ユニット８と光源ユニット５４とからなる各色画像生成部と、投影部５２とを互いに直交する十字状に配置したが、かかる構成に限定されるものでは無い。図８に第２の実施の形態として示したプロジェクタ６０は、変形六角形状のベース６１を備えており、このベース６１上に各色画像生成部がクロスプリズム５１を挟んで投影部５２と対向する領域に互いに平行状態で配置されて構成される。なお、プロジェクタ６０は、各部の基本的な構成を上述したプロジェクタ２と同等とすることから、対応する部位に同一符号を付して詳細な説明を省略する。

プロジェクタ６０は、プロジェクタ２と同等に、緑色光導光ユニット８Ｇが投影部５２及びクロスプリズム５１と同一光軸上に位置して配置されている。プロジェクタ６０は、緑色光導光ユニット８Ｇと平行に配置された赤色光導光ユニット８Ｒに対して、導光部材３Ｒの出射面１２に対向して直角プリズム６２Ｒを配置する。プロジェクタ６０は、導光部材３Ｒの出射面１２から出射された表示光が直角プリズム６２Ｒによって９０°屈折されて第１液晶パネル５３Ｒに供給されるようにする。

同様にして、プロジェクタ６０は、青色光導光ユニット８Ｂが緑色光導光ユニット８Ｇを挟んで赤色光導光ユニット８Ｒと対向して平行に配置され、その導光部材３Ｒの出射面１２に対向して直角プリズム６２Ｂを配置する。プロジェクタ６０は、導光部材３Ｂの出射面１２から出射された表示光が直角プリズム６２Ｂによって９０°屈折されて第３液晶パネル５３Ｂに供給されるようにする。

プロジェクタ６０は、赤色光源ユニット５４Ｒから出射された赤色表示光を赤色光導光ユニット８Ｒと直角プリズム６２Ｒとにより第１液晶パネル５３Ｒに供給し、この第１液晶パネル５３Ｒによって赤色画像を生成する。プロジェクタ６０は、緑色光源ユニット５４Ｇから出射された緑色表示光を緑色光導光ユニット８Ｇにより第２液晶パネル５３Ｇに直接供給し、この第２液晶パネル５３Ｇによって緑色画像を生成する。プロジェクタ６０は、青色光源ユニット５４Ｂから出射された青色表示光を青色光導光ユニット８Ｂと直角プリズム６２Ｂとにより第３液晶パネル５３Ｂに供給し、この第３液晶パネル５３Ｂによって青色画像を生成する。プロジェクタ６０は、クロスプリズム５１において赤色画像と緑色画像と緑色画像とを合成してカラー画像を生成し、このカラー画像を投影部５２に供給してカラー画像をスクリーンに投影する。

なお、上述したプロジェクタ２、６０は、光源として発光素子を用いたが、発光素子に限定されず適宜の発光体を光源として用いて導光ユニットを介して導光するようにしてもよいことは勿論である。

実施の形態として示す導光部材保持装置の断面図である。同導光部材保持装置の正面図である。同導光部材保持装置の分解斜視図である。導光部材の斜視図である。他の導光部材保持装置の正面図である。実施の形態として示すプロジェクタの光学部の一部切欠き平面図である。同プロジェクタの要部断面図である。他のプロジェクタの光学部の一部切欠き平面図である。従来の導光部材の斜視図である。従来の他の導光部材の斜視図である。

１導光部材保持装置（保持装置）、２プロジェクタ、３導光部材、４第１ホルダ部材、５ブラケット部材、６第２ホルダ部材、７取付ねじ、８導光ユニット、８Ｒ赤色光導光ユニット、８Ｇ緑色光導光ユニット、８Ｂ青色光導光ユニット、１１入射面、１２出射面、１３稜線部、１４導光部材保持空間部、１５第１保持部、１７第２保持部、１８凹陥部、２１ガイド孔、２３保持筒部、２４表示光出射開口部、２５係止部、３０保持装置、３１係止部、５０ベース、５１クロスプリズム、５２投影部、５３液晶パネル、５４光源ユニット、５６発光素子、６０プロジェクタ

Claims

透光材によって全体角錐状に形成され、断面寸法が小さな第１端面を光源と対向させて入射面とするとともに断面寸法が大きな第２端面を表示部と対向させて出射面とし、上記光源から出射された表示光を上記入射面から入射するとともに内部において内面での臨界角特性により全反射させて上記出射面側へと導光して上記表示部に供給する導光部材と、
一方の開口部側が上記導光部材の上記入射面の対角長よりも大径でかつ他方の開口部側が上記出射面の対角長よりも小径とされた円形若しくは多角形断面の導光部材保持空間部が設けられた第１ホルダ手段と、
上記導光部材の上記出射面の外周縁部位を係止して外方に臨ませることにより、上記表示部と対向させる表示光出射開口部が設けられた第２ホルダ手段とを備え、
上記導光部材が、上記導光部材保持空間部と上記表示光出射開口部との軸線を一致させて組み合わせた上記第１ホルダ手段と上記第２ホルダ手段との間に、長さ方向に挟持されるとともに各稜線部を上記第１ホルダ手段に設けた上記導光部材保持空間部の内周壁により保持されて組み合わされる導光部材保持装置。
上記第１ホルダ手段が、厚み方向に貫通する上記導光部材保持空間部を形成した筒状のホルダ部材と、このホルダ部材を組み合わす嵌合部が形成されるとともに上記第２ホルダ手段を組み合わせて固定する固定部が形成されたブラケット部材とから構成される請求項１に記載の導光部材保持装置。
上記第１ホルダ手段が、上記導光部材保持空間部の内周壁に形成されて、上記導光部材の各稜線部を長さ方向に離間した少なくとも２位置でそれぞれ保持する第１保持部と第２保持部とを有する請求項１に記載の導光部材保持装置。
上記第２ホルダ手段が、上記表示光出射開口部において上記導光部材の上記出射面の少なくとも各コーナ部を係止して外方に臨ませる請求項１に記載の導光部材保持装置。
上記第２ホルダ手段が、上記第１ホルダ手段に対して弾性力を蓄勢した状態で組み合わされる請求項１に記載の導光部材保持装置。
赤色発光素子を光源として第１液晶パネルに赤色光を供給する赤色光導光ユニットと、緑色発光素子を光源として第２液晶パネルに緑色光を供給する緑色光導光ユニットと、青色発光素子を光源として第３液晶パネルに青色光を供給する青色光導光ユニットと、上記第１液晶パネル乃至上記第３液晶パネルに表示される赤色画像と緑色画像及び青色画像を合成するプリズムと、このプリズムからの合成画像をスクリーンに投射してカラー表示させる光学系とを備え、
上記各色光導光ユニットが、
透光材によって全体角錐状に形成され、断面寸法が小さな第１端面をそれぞれ相対する上記各発光素子と対向させて入射面とするとともに断面寸法が大きな第２端面をそれぞれ相対する上記各液晶パネルと対向させて出射面とし、上記各発光素子から出射された表示光を上記入射面から入射するとともに内部において内面での臨界角特性により全反射させて上記出射面側へと導光して上記各液晶パネルに供給する導光部材と、
一方の開口部側が上記導光部材の上記入射面の対角長よりも大径でかつ他方の開口部側が上記出射面の対角長よりも小径とされた円形若しくは多角形断面の導光部材保持空間部が設けられた第１ホルダ手段と、
上記導光部材の上記出射面の外周縁部位を係止して外方に臨ませることにより、それぞれ相対する上記各液晶パネルと対向させる表示光出射開口部が設けられた第２ホルダ手段とを備え、
上記各導光部材が、上記導光部材保持空間部と上記表示光出射開口部との軸線を一致させて組み合わせた上記各第１ホルダ手段と上記各第２ホルダ手段との間に、長さ方向に挟持されるとともに各稜線部を上記第１ホルダ手段に設けた上記導光部材保持空間部の内周壁により保持されて組み合わされて構成される投射装置。
上記各色光導光ユニットが、厚み方向に貫通する上記導光部材保持空間部を形成した筒状のホルダ部材と、このホルダ部材を組み合わす嵌合部が形成されるとともに上記第２ホルダ手段を組み合わせて固定する固定部が形成されたブラケット部材とから構成された上記第１ホルダ手段を有する請求項６に記載の投射装置。
上記各色光導光ユニットが、上記表示光出射開口部において上記導光部材の上記出射面の少なくとも各コーナ部を係止して外方に臨ませる上記第２ホルダ手段を有する請求項６に記載の投射装置。