JP4675339B2 - ロッドホルダ及び投写型映像表示装置 - Google Patents

ロッドホルダ及び投写型映像表示装置 Download PDF

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Description

この発明は、テーパ型ロッドインテグレータを保持するためのロッドホルダ及びこれを備えた投写型映像表示装置に関する。
近年、投写型映像表示装置において、LED等の光源から出射される光の分散角低減及び光照射面内での輝度の不均一低減のためにテーパ型ロッドインテグレータを用いる照明系を搭載することが試みられている。そして、前記テーパ型ロッドインテグレータを保持するためのロッドホルダが提案されている(特許文献1参照)。
特開2004−94115号公報
しかしながら、上記従来のロッドホルダでは、テーパ型ロッドインテグレータにおいてその形状に十分な精度が確保されていない場合にはテーパ型ロッドインテグレータの光軸中心を照明光軸に一致させることができないなどの不具合が生じることがある。また、上記従来のロッドホルダは、テーパ型ロッドインテグレータの光出口側と光入口側の2ヶ所を保持する部位を有して当該テーパ型ロッドインテグレータを保持するものであるが、前記2ヶ所の保持部位は筒状部材の内部での加工形成となるため、その精度確保も容易ではないと考えられる。
この発明は、上記の事情に鑑み、ロッドホルダ自身における精度の確保が比較的容易であり、また、テーパ型ロッドインテグレータにおいてその形状に十分な精度が確保されていない場合でもテーパ型ロッドインテグレータの光軸中心を照明光軸に極力一致させることができるようにすることを目的とする。
この発明のロッドホルダは、上記の課題を解決するために、光入口面と光出口面のうち一方が大きく他方が小さいテーパ型ロッドインテグレータを位置決めしつつ保持するロッドホルダであって、前記大きな面の側を位置決めして保持する第1開口が形成された第1枠状部を有する固定側支持部材と、照明光軸に平行に形成されたガイド部と、前記ガイド部に沿って移動可能に設けられるスライド支持部材と、を備えており、前記スライド支持部材は前記テーパ型ロッドインテグレータの胴体部の途中箇所の形状及び大きさに対応した第2開口が形成された第2枠状部を有しており、前記胴体部の途中箇所の位置で前記胴体部の途中箇所が前記第2開口にて位置決めされて保持されることを特徴とする。
上記の構成のロッドホルダは、第1枠状部を有する固定側支持部材とガイド部と第2開口を有する第2枠状部とから成っており、従来のロッドホルダのごとく筒状部材の内部においてロッド保持部位が加工形成されるものではないから、ロッドホルダ自身においてその精度を確保することが比較的容易である。また、前記スライド支持部材は前記ガイド部によって照明光軸に平行にスライドしてその第2開口によって前記テーパ型ロッドインテグレータの胴体部の途中箇所を位置決めして保持するから、テーパ型ロッドインテグレータにおいてその形状に十分な精度が確保されていない場合でもテーパ型ロッドインテグレータの光軸中心を照明光軸に極力一致させることが可能であり、更に、保持においてガタツキが生じるのを極力防止できる。
上記構成のロッドホルダにおいて、他のロッド状の光インテグレータの一端側又は光路を所定角度変更するプリズムの一端側が前記固定側支持部材にて保持されるように構成されていてもよい。
これら構成のロッドホルダにおいて、前記テーパ型ロッドインテグレータから出射される光の偏光方向を揃える偏光変換装置が前記固定側支持部材にて保持されるように構成されていてもよい。
また、この発明の投写型映像表示装置は、光源と、前記光源から出射された光が入射されるテーパ型ロッドインテグレータと、前記テーパ型ロッドインテグレータを保持するための上述したいずれかのロッドホルダと、照射された光を変調するライトバルブと、前記ライトバルブからの映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。
この発明のロッドホルダは、従来のロッドホルダのごとく筒状部材の内部においてロッド保持部位が加工形成されるものではないから、ロッドホルダ自身における精度確保が比較的容易である。また、テーパ型ロッドインテグレータにおいてその形状に十分な精度が確保されていない場合でもテーパ型ロッドインテグレータの光軸中心を照明系の光軸中心に極力一致させることができる。また、このようにテーパ型ロッドインテグレータの光軸中心を照明系の光軸中心に極力一致させることにおいて、組立作業者は特段の熟練を要さないなどの効果も奏する。
以下、この発明の実施例を図1乃至図14に基づいて説明していく。
図1は投写型映像表示装置の光学系を例示した説明図である。この投写型映像表示装置は、3つの照明装置51R,51G,51Bを備える。各照明装置51は、光源としてのLED(発光ダイオード)11と、テーパ型ロッドインテグレータ(以下、テーパロッドという)12と、直方体形状ロッドインテグレータ(以下、延長ロッドという)13と、を備える。そして、各照明装置51の光出口側にライトバルブとしての液晶表示パネル1R,1G,1Bが配置される。
前記LED11は、LEDチップ11aとヒートシンク(放熱板)11bとから成る。照明装置51RにおけるLEDチップ11aは赤色光を出射し、照明装置51GにおけるLEDチップ11aは緑色光を出射し、照明装置51BにおけるLEDチップ11aは青色光を出射する。
各照明装置51から出射された各色光が各色用の液晶表示パネル1R,1G,1Bを透過することによって各色映像光が生成される。そして、各色映像光はクロスダイクロイックプリズム2(クロスダイクロイックミラーでもよい)によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は投写レンズ3によって投写される。
前記液晶表示パネル1R,1G,1Bは例えば4:3或いは16:9といったアスペクト比を有する。延長ロッド13の光出口面は前記液晶表示パネル1R,1G,1Bと同一或いは略同一のアスペクト比を有していてもよい。また、テーパロッド12の光出口面は延長ロッド13の光入口面と同一或いは略同一のアスペクト比を有していてもよい。前記テーパロッド12はその全側面である四面においてテーパを有するものでもよいし、そのうちの二面においてテーパを有する(他の二面は平行)ものでもよい。前記四面においてテーパを有する場合、テーパロッド12の光出口面及び光入口面を同じアスペクト比とすることができる。高い加工精度で得られたテーパロッド12であれば、当該テーパロッド12の光出口面の中心と光入口面の中心とを結ぶ線はテーパロッド12の光軸に一致し且つ前記光出口面及び光入口面は前記光軸に直交する。
図2及び図3はロッドホルダ20を示した斜視図である。ベースプレート21上にはガイド凸部22が照明装置51における照明光軸と平行な方向に形成されている。更に、前記ベースプレート21上には固定側支持部材23が設けられている。固定側支持部材23は断面略L字形状を有しており、その立上部(第1枠状部)には第1開口23aが形成されている。また、固定側支持部材23の土台部にはねじ挿通穴が形成されており、ベースプレート21に形成されているねじ穴に前記ねじ挿通穴からねじが挿入されて前記ねじ穴に螺合されることにより、固定側支持部材23がベースプレート21に固定される。
前記第1開口23aは、テーパロッド12の光出口面(大きな面)の形状及び大きさ並びに延長ロッド13の光入口面の形状及び大きさに一致又は略一致している。一例として、図4に示すように、テーパロッド12の光出口面よりも延長ロッド13の光入口面が幾分大きくされている場合、これに対応させて前記第1開口23aに大開口部と小開口部とを存在させて段部を形成し、当該段部を延長ロッド13の光入口面の当たりとしている。勿論、前記段部を有さずに延長ロッド13とテーパロッド12を直接的に接触させることとしてもよい。また、延長ロッド13とテーパロッド12とを接触させずに幾分の隙間が形成されるような開口形状、具体的にはテーパロッド12の光出口面の縁部分が当たる当たり部を有する形状を前記第1開口23aに持たせてもよい。また、テーパロッド12の光出口面の縁近傍に対面する箇所に例えば、片凸レンズの縁部分に相当する形状を有する光学素子を介在(透明接着剤で接着してもよい)させてもよい。
更に、ベースプレート21上にスライド支持部材24を設けることができる。このスライド支持部材24は断面略L字形状を有しており、その立上部(第2枠状部)には第2開口24aが形成されている。また、スライド支持部材24の土台部の底面中央には、前記ガイド凸部22によってガイドされるガイド凹部24bが形成されている。ガイド凸部22とガイド凹部24bとの嵌まりにおいては、ガタツキは極力生じないのがよい。スライド支持部材24がガイド凹部24bにガイドされる状態では、その立状部(第2枠状部)と固定側支持部材23の立状部(第1枠状部)とは平行に対面する。更に、スライド支持部材24の土台部には長穴形状のねじ挿通穴が形成されており、ベースプレート21に形成されているねじ穴に前記ねじ挿通穴からねじが挿入されて前記ねじ穴に螺合されることにより、スライド支持部材24をベースプレート21に固定することができる。
第2開口24aは、テーパロッド12の光入口面よりも大きくて光出口面よりは小さく、テーパロッド12の胴体部の途中箇所の断面形状に一致した形状及び大きさを有している。第2開口24aの中心と第1開口23aの中心とを結ぶ線(以下、開口中心線という)は、前記ガイド凸部22のガイド方向線に対して平行としている。また、第1開口23aの面及び第2開口24aの面は前記ガイド凸部22のガイド方向線に直交する。更に、前記開口中心線と前記ガイド凸部22のガイド方向線とを通る面はベースプレート21に直交する。第2開口24a内にテーパロッド12の光入口側を通し、スライド支持部材24を前記ガイド凸部22に沿って移動させると、図3に示しているように、スライド支持部材24は所定の位置で止まる(スライド不可状態となる)。なお、この止まり位置に対応して前記ベースプレート21に前記ねじ穴が形成されているのであるが、誤差の発生を考慮して、先述のごとく、スライド支持部材24には長穴形状のねじ挿通穴を形成している。
ところで、テーパロッド12の加工精度が低い場合、例えば、テーパロッド12の光軸に対してその光出口面が直交していない場合には、図5に示すように、テーパロッド12は、その光出口面が延長ロッド13の光入口面に対して斜めになって配置されなければならない。すなわち、このように斜めに配置しないとテーパロッド12の光軸と延長ロッド13の光軸とを一致させることができない。
仮に、図6に示すように、テーパロッド12を、その光出口面が延長ロッド13の光入口面に接して配置するような組み付けを行うこととすると、テーパロッド12の光軸と延長ロッド13の光軸とを一致させることができない。これに対し、スライド支持部材24をガイド凸部22にてガイドさせる構成であれば、図7に示すように、テーパロッド12の光軸に対してその光出口面が直交していない場合でもガイド凸部22を基準にしてテーパロッド12の側面が前記第2開口24aにて左右方向(ガイド方向と垂直な方向)に押されつつテーパロッド12は位置決めされるから、テーパロッド12の光軸と延長ロッド13の光軸とを一致させることができる。また、テーパ角度に多少のバラツキがある場合、先述の特許文献1のロッドホルダでは、ガタツキが生じたり、テーパロッドの光入口面とLEDとの間の距離が変化したりしてしまうが、本願のロッドホルダであれば、スライド支持部材24の止まり位置が幾分変わるだけであり、従来のロッドホルダにおける上述した問題も生じないことになる。なお、別言すれば、テーパロッド12の加工精度が十分に確保されているならば延長ロッド13とテーパロッド12とを透明接着剤で接着(一体化)した後で投写型映像表示装置内に配置することも考えられるのであるが、テーパロッド12の加工精度が十分でないような場合における上述したような光軸ずれを補償するためには、延長ロッド13とテーパロッド12とを接着しないで投写型映像表示装置内に配置する構成とするのが望ましい。また、本願構成であれば、従来のロッドホルダに比べて、ロッドホルダ自身における精度確保が比較的容易である。
図8は他の照明装置52を示した説明図である。この照明装置52は、テーパロッド12′と延長ロッド13との間に偏光変換装置40を備える。偏光変換装置40は二組の偏光変換部を備える。偏光変換部は偏光ビームスプリッタを二つ並べた構造、或いは一つの偏光ビームスプリッタと当該偏光ビームスプリッタからの光を反射する反射部材とを並べた構造を有する。そして、一つの偏光ビームスプリッタの光出射側又は前記反射部材の光出射側のいずれかに位相差板(1/2λ板)を備えており、一方の偏光光を他方の偏光光に変換することによって偏光方向を揃える。テーパロッド12′はテーパロッド12においてその光出口面の所定方向の寸法(この例では横寸法)が略半分とされた形状を有するものに相当する。
図9は前記照明装置52におけるロッドホルダ20′を示した斜視図である。基本的な構成は先述したロッドホルダ20と同じである。図10はロッドホルダ20′の断面図である。ロッドホルダ20′における固定側支持部材23は、ロッドホルダ20における固定側支持部材23よりも厚みを厚くしてあり、第1開口23aにおける大開口部の厚み(奥行き)は偏光変換装置40の厚みよりも厚くなっている。この大開口部にて偏光変換装置40を保持するとともに延長ロッド13の光入口面を支持している。なお、かかる構成においても、テーパロッド12′と偏光変換装置40とを、更には延長ロッド13をも透明接着剤で固定(一体化)した後で投写型映像表示装置内に配置することも考えられるのであるが(これら光学素子の加工精度が十分である場合)、テーパロッド12等の加工精度が十分でないような場合における上述したような光軸ずれを補償するためには、これら光学素子(ロッド等)を互いに接着しないで投写型映像表示装置内に配置する構成とするのがよい。
なお、スライド支持部材24はテーパロッド12の素材(例えば、ガラス)よりも硬度が低く、耐熱性を有する樹脂や金属等の素材(光源点灯によって上昇するテーパロッド12の温度に耐えることができればよい)によって形成することができる。勿論、スライド支持部材24の硬度がテーパロッド12の素材(例えば、ガラス)よりも高い構成を排除するものではない。また、熱膨張によってテーパロッド12がLED11側に延びた場合に、スライド支持部材24の立上部が前記延び方向に傾く(変形する)とともに収縮したとき(元に戻ったとき)に復元できる(傾きが元に戻る)程度の弾性(厚み)を当該立上部に持たせてもよい。
また、第2開口24aがテーパロッド12(12′)の胴体部の途中箇所の断面に対応した形状及び大きさを有する例として、当該第2開口24aがテーパロッド12の胴体部の途中箇所の断面形状に一致した形状及び大きさを有する例を挙げたが、これに限るものではない。テーパロッド12(12′)からの光損失を小さくするためには、テーパロッド12(12′)と第2開口24aとの接触面積を可及的に小さくすることが望ましく、第2開口24aが面でテーパロッド12(12′)を支持するよりも、線支持(線接触)、点支持(点接触)する方が、テーパロッド12(12′)内部の反射特性を維持することができる。従って、図11(a)乃至(c)に示すように、第2開口24aが曲線部或いは凸部(半円状に限らない)を有してテーパロッド12(12′)を点で支持するような形状についても、テーパロッド12(12′)の胴体部の途中箇所の断面形状に対応した形状及び大きさを有することに含まれるものとする。以上のことは第1開口23aについてもいえる。図11(d)は、前記曲線部或いは凸部に相当する円弧形状の板ばね47にてテーパロッド12の胴体部の途中箇所の側面を点で支持する構成例を示している。この場合、第2開口24a自体は前記胴体部の途中箇所よりも大きく形成される。また、テーパロッド12に対する4側面固定支持(4側面非弾性的支持)の観点から前記板ばね47としては十分に硬い(こわさが大である)ものを採用することになるが、テーパロッド12が熱膨張したときの力を受けて変形する(逃げる)程度の硬さを有するものとする。図11(d)におけるばね付きの第2開口24aも、テーパロッド12(12′)の胴体部の途中箇所の断面形状に対応した形状及び大きさを有することに含まれる。
勿論、テーパロッド12(12′)についても、断面が四角形に限られるものではなく、四隅をカットした八角形状などの形状を有する場合もある。また、テーパロッドとしては、透明体(ガラス等)からなるものに限らず、中空構造(内面がミラー面)のものも含まれる。
また、固定側支持部材23に、前記テーパロッド12(12′)や延長ロッド13、更には偏光変換装置40を固定する機構を設けてもよい。例えば、図12に示すように、ねじ45にてテーパロッド12の大きな面(光出口面)の側を側方から押さえる。この場合、第1開口23aは前記大きな面よりも大きく形成されることになり、前記大きな面の位置決め基準面は、図12において第1開口23aにおける左側の縁及び下側の縁となる。また、この場合においては、第1開口23aと第2開口24aの中心同士を結ぶ線(開口中心線)は、前記テーパロッド12(12′)の光出口面の中心と光入口面の中心とを結ぶ線(ロッド中心線)に対して幾分ずれる。この場合、設計上のテーパロッド12の配置位置(位置決め位置)におけるロッド中心線の真下にガイド凸部22を形成するのが望ましい。なお、ねじ45によるテーパロッド12への過剰な押圧を回避するために、例えば、弾性部材(コイルばね、板ばね、ゴム等)をねじ45の先端と光出口面との間に介在させ、当該弾性部材による略一定の押圧力にてテーパロッド12を支持固定することとしてもよい。また弾性部材に代えて板部材を介在させてもよい。前記ねじ45や弾性部材や板部材による押圧支持は偏光変換装置40等に対しても行うことができる。また、図11(d)に示したばね付き開口を第1開口23aにも適用することができる。また、図13に示すように、固定側支持部材23にてプリズム41の一端側を支持することもできる。プリズム41を設ける場合には照明光軸を例えば90°変更することができる。また、同じく図13に示すように、固定側支持部材23とスライド支持部材24とは平行に対面する構造に限られるものではない。
また、固定側支持部材23の立状部は4辺を有した四角枠形状を成するものに限るわけではない。例えば、図14に示すようにコ字形状の部材と可動部材46とから成る構成も採用できる。図14において、前記コ字形状の部材における右立状部と下片部とが位置決め基準面を成し、左立状部は前記可動部材46を支持する。この左立状部にはねじ穴が形成されている。また、可動部材46には横方向に長い長穴が形成されている。可動部材46を図の右側に移動させてその右縁にてテーパロッド12の光出口面を側方から押さえつつ図示しないねじを前記長穴を通して前記ねじ穴に螺合させることでテーパロッド12の光出口面が位置決め保持されることになる。
また、上記の例では、スライド支持部材24の土台部の底面中央に前記ガイド凸部22にガイドされるガイド凹部24bを形成したが、凸と凹の関係を逆にしてもよいものである。また、ガイド押部24bとガイド凸部22を二組以上形成してもよいものである。
また、上記の例では、誘電体多層膜を用いた偏光変換装置40を配置する例を示したが、ワイヤーグリッドを用いた偏光変換装置を配置する構成としてもよい。この場合、ワイヤーグリッドを用いた偏光変換装置の面の大きさとテーパロッドの光出口面の大きさは同じ又は略同じとされる。
また、上記の例では、3板式の投写型映像表示装置を示したが、単板式の投写型映像表示装置においても本願のロッドホルダを適用することができる。勿論、光を変調するライトバルブは透過型の液晶パネルに限らず、反射型の液晶パネルを用いてもよいし、微小ミラーを多数配置して成るライトバルブを用いてもよいものである。また、テーパロッド12の大きな面を光入口面とし、小さな面を光出口面とする場合もあり得る。
また、上記の例では、図3に示しているように、テーパロッド12を支持する固定側支持部材23の支持点とスライド支持部材24の支持点との間の距離(A)と、ベースプレート21に固定側支持部材23を固定するねじの中心点とベースプレート21にスライド支持部材24を固定するねじの中心点との間の距離(B)とは異なっている(A>B)。熱膨張によってテーパロッド12がLED(光源)側に伸張する場合を想定すると、テーパロッド12における前記距離A相当部分の伸長量と、ベースプレート21における前記距離B相当部分の伸長量とができるだけ同じになるように、これらテーパロッド12とベースプレート21の各々の線膨張係数を選定する(例えば、線膨張係数を互いに異ならせておく)のが望ましい。勿論、前記支持点間の距離(A)と前記中心点間の距離(B)とが同じ距離となるような配置としてもよく、この場合には、これらテーパロッド12とベースプレート21の線膨張係数を互いに等しくしうる。また、A<Bとなる構成もあり得る。テーパロッド12とベースプレート21とにおける温度上昇時の各々の温度が相違するのであれば、そのことを加味して線膨張係数を選定する。テーパロッド12として透明ガラスを採用する場合と透明樹脂を採用する場合とでは、それぞれ線膨張係数は異なる。同様に、ベースプレート21として、樹脂を採用する場合、金属を採用する場合、セラミックを採用する場合では、それぞれ線膨張係数は異なる。また、上記の例では、光源にLEDを用いた投写型映像表示装置を示したが、光源としてレーザーダイオードを用いてもよい。
この発明の実施形態の投写型映像表示装置の光学系の一例を示した説明図である。 この発明の実施形態のロッドホルダを例示した斜視図である。 図2に示すロッドホルダにおいてスライド支持部材を装着した状態を示した斜視図である。 図2に示したロッドホルダの断面図である。 加工精度が低いテーパロッドにおいてその光出口面が延長ロッドの光入口面に対して斜めになって配置されなければならない場合を示した説明図である。 図5に示した想定において、テーパロッドがその光出口面を延長ロッドの光入口面に接して配置されるためにテーパロッドの光軸と延長ロッドの光軸とが一致しない場合を示した説明図である。 図5に示した想定において、図2のロッドホルダを用いることで、テーパロッドの光軸に対してその光出口面が直交していない場合でも、テーパロッドの光軸と延長ロッドの光軸とを一致させることができることを示した説明図である。 照明装置の他の例を示した説明図である。 図8に示す照明装置に適用することができるロッドホルダを示した斜視図である。 図9に示したロッドホルダの断面図である。 同図(a)乃至(d)はそれぞれスライド支持部材の第2開口の形状例を示した説明図である。 テーパロッドの大きな面の側をねじで保持することができる構成を示した説明図である。 プリズムを固定側支持部材にて保持する例を示した説明図である。 固定側支持部材の他の例を示した説明図である。
符号の説明
1 液晶表示パネル
2 クロスダイクロイックプリズム
3 投写レンズ
11 LED
12,12′ テーパ型ロッドインテグレータ(テーパロッド)
13 直方体形状ロッドインテグレータ(延長ロッド)
20,20′ ロッドホルダ
22 ガイド部材
23 固定側支持部材
24 スライド支持部材
51,52 照明装置

Claims (4)

  1. 光入口面と光出口面のうち一方が大きく他方が小さいテーパ型ロッドインテグレータを位置決めしつつ保持するロッドホルダであって、
    ベースプレートと、
    前記ベースプレートに設けられ、前記大きな面の側を位置決めして保持する第1開口が形成された第1枠状部を有する固定側支持部材と、
    前記ベースプレートに設けられ、照明光軸に平行に形成された凸部又は凹部を有するガイド部と、
    前記ガイド部に沿って移動可能に設けられ、前記テーパ型ロッドインテグレータの胴体部の途中箇所の形状及び大きさに対応した第2開口が形成された第2枠状部を有するスライド支持部材と、を備えており、
    前記スライド支持部材は、前記凸部又は凹部に対応した凹部又は凸部を有し、前記凸部又は凹部と係合して移動し、前記胴体部の途中箇所を位置決めすると共に前記小さな面の側が自由端となるように保持することを特徴とするロッドホルダ。
  2. 請求項1に記載のロッドホルダにおいて、他のロッド状の光インテグレータの一端側又は光路を所定角度変更するプリズムの一端側が前記固定側支持部材にて保持されるように構成されたことを特徴とするロッドホルダ。
  3. 請求項1又は請求項2に記載のロッドホルダにおいて、前記テーパ型ロッドインテグレータから出射される光の偏光方向を揃える偏光変換装置が前記固定側支持部材にて保持されるように構成されたことを特徴とするロッドホルダ。
  4. 光源と、前記光源から出射された光が入射されるテーパ型ロッドインテグレータと、前記テーパ型ロッドインテグレータを保持するための請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のロッドホルダと、照射された光を変調するライトバルブと、前記ライトバルブからの映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
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