(57)【要約】【課題】複数の光源を使用した投写型表示装置において、テーパロッドインテグレータを保持部材に接着する際に、接着部材による光の吸収に起因する照度の低下を抑制する。【解決手段】複数の光源と、表示デバイス部と、複数の光源の出力光を合成する光合成部と、光合成部の出力光を表示デバイス部に伝搬し、色処理を行う集光・色処理部と、表示デバイスの出力光により映像を投写する投写部とを備えた投写型表示装置であって、光合成部は四角形状の入射端面１４１および出射端面１４２を結合する四面がテーパ面１４５、１４６および平行面１４３、１４４であるテーパロッドインテグレータ１４を備え、テーパロッドインテグレータ１４を平行面１４３または平行面１４４の少なくともいずれかにおいて保持台４３に接着する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、表示デバイスと、前記複数の光源の出力光を合成する光合成手段と、前記光合成手段の出力光を前記表示デバイスに伝搬する集光手段と、前記表示デバイスの出力光により映像をスクリーンに投写する投写手段とを備えた投写型表示装置であって、前記光合成手段は四角形状の入射端面および出射端面を結合する四面がテーパ面および平行面であるテーパロッドインテグレータを備え、前記テーパロッドインテグレータを前記平行面において保持部材に接着することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記投写型表示装置の動作時に一部の領域が接着部材の軟化点より高い高温部となる前記テーパロッドインテグレータの前記平行面において、前記高温部を除いた領域に接着箇所を設けることを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記投写型表示装置の動作時に一部の領域がスクリーンに投影されて映り込み部となる前記テーパロッドインテグレータの前記平行面において、前記映り込み部を除いた領域に接着箇所を設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記平行面において前記接着箇所を二個所備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記保持部材は放熱構造を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項６】
前記保持部材は、テーパロッドインテグレータを前記保持部材に押圧する押圧部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光体としての光源およびテーパロッドインテグレータを備えたプロジェクター等の投写型表示装置に関し、特に、テーパロッドインテグレータの保持技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、大画面の映像を得るための装置として、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）や液晶等の画像表示デバイスを使って光源ランプからの光を映像信号で変調して光学像を形成して照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写するプロジェクター等の投写型表示装置が知られている。
【０００３】
２灯式、１チップＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（登録商標）型の投写型表示装置では、カラーホイールによる色順次照明が必要であり、光利用率の向上のためには、光束をカラーホイール上で収束させ、複数の色が混合照明される時間を抑制する必要がある。これに対し、照度ムラ、色ムラ、および照明ロスを抑制する目的で、従来、テーパロッドインテグレータ（以下、単に「インテグレータ」ともいう）を使用する方法が提案されている。テーパロッドインテグレータは、ロッドの中心軸方向（長手方向）にテーパ構造を備えており、出射光を絞り込み、照明ロスを低減することができる。テーパロッドインテグレータの保持方法に関しては、保持部材に接着する方法が従来行われている。この場合、インテグレータは接着部材が付着した場所で屈折率が変化し、全反射の損失が増加して投写型表示装置の照度が低下するため、接着箇所にミラー反射面または反射層を設ける方法が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平１１−３２６７２７号公報
【特許文献２】特開２００６−２３４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、複数の光源を備えた投写型表示装置の用途の拡大に伴い、近年、高輝度・高効率および省電力、低コスト化の要求が高まっている。これに対応するためには、光源から発射された光の利用効率を高めるとともに、光学システムの構造を簡素化することが必要である。特に、インテグレータを保持部材に接着して保持する場合、接着箇所にミラー反射面または反射層を設ける従来の方法は、インテグレータの保持構造が複雑になるため、品質、製造およびコスト面の改善が課題となっている。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するものであり、複数の光源を使用した投写型表示装置において、インテグレータの保持に関し、接着部に特段の付加的な構造を設けることなくインテグレータ出射光の照度の低下を抑制し、高品質、低コストで生産性に優れた投写型表示装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明の投写型表示装置は、複数の光源と、表示デバイスと、複数の光源の出力光を合成する光合成手段と、光合成手段の出力光を表示デバイスに伝搬する集光手段と、表示デバイスの出力光により映像をスクリーンに投写する投写手段とを備えた投写型表示装置であって、光合成手段は四角形状の入射端面および出射端面を結合する四面がテーパ面および平行面であるテーパロッドインテグレータを備え、テーパロッドインテグレータを平行面において保持部材に接着することを特徴とする。
【０００７】
このような構成により、テーパロッドインテグレータを平行面において保持部材に接着することが可能となる。光学システム上、平行面はテーパ面に比べ、光線の反射回数が少ない。そこで、平行面に接着箇所を設けることにより、テーパ面に較べて接着箇所における光束の吸収量を小さくすることができる。これにより、テーパロッドインテグレータの保持部材への接着に起因する照度の低下を抑制することができる。また、この方法を実施するにあたり、構造面で特別の措置を講ずる必要がない。これにより、テーパロッドインテグレータの保持構造を簡略化し、高品質、低コストで生産性に優れた投写型表示装置を実現することができる。
【０００８】
また、本発明の投写型表示装置では、投写型表示装置の動作時に一部の領域が接着部材の軟化点より高い高温部となるテーパロッドインテグレータの平行面において、高温部を除いた領域に接着箇所を設ける。このような構成により、テーパロッドインテグレータの一部が接着部材の軟化点より高温になっても接着部材が軟化することがなく、接着の信頼性を高めることができるほか、テーパロッドインテグレータの接着に係わる許容温度を高めることができる。これにより、テーパロッドインテグレータの保持構造を簡略化し、高品質、低コストで生産性に優れた投写型表示装置を実現することができる。
【０００９】
また、本発明の投写型表示装置では、投写型表示装置の動作時に一部の領域がスクリーンに投影されて映り込み部となるテーパロッドインテグレータの平行面において、映り込み部を除いた領域に接着箇所を設ける。このような構成により、テーパロッドインテグレータの平行面に接着箇所がスクリーンに映り込む領域があっても、それに影響されることなく、テーパロッドインテグレータにより照度の低下を抑制した良質の画像を投写することができる。これにより、テーパロッドインテグレータの保持構造を簡略化し、高品質、低コストで生産性に優れた投写型表示装置を実現することができる。
【００１０】
また、本発明の投写型表示装置では、平行面において接着箇所を二個所備える。このような構成により、テーパロッドインテグレータの保持強度を高めることができ、衝撃等に対し、耐久性の高い、高品質、低コストで生産性に優れた投写型表示装置を実現することができる。
【００１１】
また、本発明の投写型表示装置では、保持部材は放熱構造を備える。このような構成により、テーパロッドインテグレータの放熱機能を高めることが可能となる。したがって、投写型表示装置の設置温度を高めることができ、多用途、高品質、低コストで生産性に優れた投写型表示装置を実現することができる。
【００１２】
また、本発明の投写型表示装置では、保持部材は、テーパロッドインテグレータを保持部材に押圧する押圧部材を備える。このような構成により、押圧部材によりテーパロッドインテグレータを保持部材に押圧し、固定することが可能となる。したがって、機械的強度の高い、高品質、低コストで生産性に優れた投写型表示装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の構成によれば、テーパロッドインテグレータを保持部材に接着して保持する構造を備えた投写型表示装置において、特段の付加的な構造を設けることなく接着箇所における光の吸収を低減することが可能となり、接着部材による光の吸収に起因するロッドインテグレータの照度の低下を抑制し、高品質、低コストで生産性に優れた投写型表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。
【００１５】
（実施の形態）
まず、図１を用いて、本発明の実施の形態における投写型表示装置における光学システムの概要について簡単に説明する。図１は、本発明の実施の形態における投写型表示装置（以下、「本装置１」と略記する）の光学システム２の概略の構成を示す斜視図である。
【００１６】
本装置１における光学システム２は、２個のランプ１１、１２からの出力光を合成する光合成手段としての光合成部３０、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）などの画像表示素子を備えた表示デバイス部５０、光合成部３０からの出力光を表示デバイス部５０に伝搬する集光および色処理を行う集光・色処理部４０、および表示デバイス部５０からの出力光により映像を投写する投写手段としての投写部６０を備えている。
【００１７】
光学システム２は光軸を共有する一組の対向する２個のランプ１１、１２を備え、ランプ１１には断面形状が楕円面である凹面鏡１１ａの内部に光源としての発光管１１ｂが配設されている。ランプ１２も同様である。発光管１１ｂには超高圧水銀灯を使用し、凹面鏡１１ａには、ガラス製機材の内面に赤外光を透過させ可視光を反射させる誘電体光学多層膜が形成されている。
【００１８】
以下、光学システム２の主要な構成および機能について述べる。
【００１９】
光学システム２は、２灯式１チップＤＬＰプロジェクターの光学システムを示す。
【００２０】
発光管１１ｂからの白色光は、凹面鏡１１ａで集光された後、合成ミラー１３によって折り返され、相互に重ならない収束光としてテーパロッドインテグレータ１４に入射する。テーパロッドインテグレータ１４に入射した光束は、内部で多重反射により部分光束に分割・重畳され、出射面で均一化される。テーパロッドインテグレータ１４の構成及び機能については、後述する。
【００２１】
カラーホイール１５は、赤、青、緑のフィルタで構成される。テーパロッドインテグレータ１４からの光束は、カラーホイール１５を通過することにより、赤、青、緑の色光に分離され、順次色が切り替えられる色順次照明となる。カラーホイール１５の各フィルタ角度は、ランプ１１、１２の発光特性に合わせて決定する。
【００２２】
カラーホイール１５を通過した光束は、リレーレンズ１６、反射ミラー１７、１８、フィールドレンズ１９によりＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム２１に入射し、ＤＭＤ素子２０を照明する。ＤＭＤ素子２０で変調されたＯＮ画素の光のみが投写レンズ２２に入射し、ＤＭＤ素子２０上の画像がスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。
【００２３】
１チップＤＬＰ方式では、カラーホイール１５による色順次照明が必要であり、光の利用効率を高めるためには、光束をカラーホイール１５上で収束させ、複数の色が混合照明される時間を抑制する必要がある。これに対する措置として、本装置１では光学システム２に、テーパロッドインテグレータ１４を使用し、カラーホイール１５上の光束径を小さくして混合時間を抑制している。
【００２４】
図２は、本装置１のテーパロッドインテグレータ１４の機能を示す説明図である。
【００２５】
テーパのないロッドインテグレータにより２灯の光を合成する場合、ロッドの出射側の光学系の取り込み角度内に十分な光束が入らない。これに対して、テーパロッドインテグレータ１４は、図２に示すように、ランプ１１、１２から発する光の合成角θ１が大きくなる方向にのみテーパ構造を備えたテーパロッドインテグレータ１４を使用すると、テーパ面により照明光の角度変換を行い、２灯の合成角θ１の光束を入射端面２３から取り込み、出射端面２４における取り込み角度θ２と整合を取ることができる。これにより、２灯から発せられる光束をすべて取り込み、集光・色処理部４０（図１）から表示デバイス部５０（図１）に進行させることができる。
【００２６】
図３は、本装置１に搭載された光学システム２を構成する主要な機構部品に関する主要配置図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。本装置１は、筺体７０の内部に光学システム２を構成する主要な機構部品である光合成部３０および投写部６０が、図３に示すように配置されている。
【００２７】
つぎに、本発明の構成上の特徴であるテーパロッドインテグレータ１４の保持に係わる構成について、図４〜７を用いて説明する。図４は、本装置１の光合成部３０に関する一部拡大斜視図、図５および図６は、本装置１のテーパロッドインテグレータ１４の保持に係わる構成を示す拡大斜視図および断面図を示し、図７は、本装置１のテーパロッドインテグレータ１４の保持方法を模式的に示す斜視図、側面図および断面図である。
【００２８】
まず、図４に示すように、光学システム２の光合成部３０にはインテグレータユニット４１が配設されている。図５は、インテグレータユニット４１の詳細な構成を示す拡大斜視図であり、図６は、図５におけるＡ矢視断面図である。
【００２９】
図５、図６に示すように、インテグレータユニット４１は、ユニット基板４２、保持台４３および取付け板４４を備えている。保持台４３は、ネジ等（図示せず）によりユニット基板４２に固定され、テーパロッドインテグレータ１４が取付け板４４により保持台４３にネジ４５、４６で固定されている。取付け板４４はバネ性を備えており、押圧部材として突起部４４ａ、４４ｂによりテーパロッドインテグレータ１４を保持台４３に付勢している。また、テーパロッドインテグレータ１４と保持台４３との間には二つの接着箇所Ｐ１およびＰ２（図６のＣ矢視部）において接着部材（図示せず）が間挿されており、テーパロッドインテグレータ１４は接着部材および押圧部材４４により機械的に押圧し、接着されている。なお、保持台４３は、保持部４７および放熱部４８により構成され、テーパロッドインテグレータ１４の温度が上昇した場合の冷却機能を備えている。
【００３０】
つぎに、図７により、テーパロッドインテグレータ１４の詳細な保持方法について説明する。図７（ａ）は、テーパロッドインテグレータ１４の形状を示し、図７（ｂ）は、図５におけるＢ矢視におけるテーパロッドインテグレータ１４の保持方法を示す模式的な側面図であり、図７（ｃ）は、図７（ｂ）のＸＸ断面図である。
【００３１】
図７（ａ）に示すように、テーパロッドインテグレータ１４は、四角形状の入射端面１４１および出射端面１４２と、入射端面１４１および出射端面１４２を結合する四つの側面１４３、１４４、１４５、１４６により構成される。そのうち側面１４３および側面１４４は対向する平行面を、側面１４５および側面１４６はテーパ状に対向するテーパ面をそれぞれ構成している。換言すると、テーパロッドインテグレータ１４は、長方形の入射端面１４１および出射端面１４２を結合する四面のうち、入射端面１４１および出射端面１４２の短辺側に対応する二面はテーパ面を構成し、長辺側に対応する二面は平行面を構成する。
【００３２】
また、本装置１では、テーパロッドインテグレータ１４の平行面１４３、１４４のうち一方の面、例えば、側面１４４において、テーパロッドインテグレータ１４と保持台４３とを接着する。図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、接着部材４９ａ、４９ｂによりテーパロッドインテグレータ１４の接着を行い、保持台４３との接着箇所を二個所としている。
【００３３】
平行面１４３、１４４に較べてテーパ面１４５、１４６は広範囲の光束を合成することができるため、テーパロッドインテグレータ１４の内部での光の反射回数が多い。したがって、テーパ面１４５、１４６において接着を行うと、屈折率が変化し光束の反射特性が変化する接着箇所において影響を受ける（吸収される）光束の量が、平行面１４３、１４４に較べて大きくなる。これに対し、本装置１におけるテーパロッドインテグレータ１４の保持構造は、反射回数の少ない長辺側の面、例えば、側面１４４において二個所に接着部材を使用して保持台４３に接着し、テーパロッドインテグレータ１４の保持を行うため、テーパ面１４５、１４６に較べて接着箇所における光束の吸収量を小さくすることができる。したがって、テーパロッドインテグレータ１４の保持台４３への接着に起因する照度の低下を抑制することができる。また、この方法を実施するにあたり、構造面で特別の措置を講ずる必要がない。これにより、テーパロッドインテグレータ１４の保持構造を簡略化し、高品質、低コストで生産性に優れた投写型表示装置を実現することができる。
【００３４】
さらに、図７（ｂ）に示すように、本装置１では、動作時にテーパロッドインテグレータ１４の入射端面１４１から距離Ｌ１に至る一部の領域が接着部材４９ａ、４９ｂの軟化点より高い高温部１４ａとなるため、テーパロッドインテグレータ１４の平行面、例えば側面１４４において、高温部１４ａを除いた領域に接着部材４９ａを配設する接着箇所Ｐ１も設ける。これにより、テーパロッドインテグレータ１４の一部の領域が接着部材４９ａの軟化点より高温になっても接着部材４９ａが軟化することがなく、接着の信頼性を高めることができるほか、テーパロッドインテグレータ１４の接着に係わる許容温度を高めることができる。これにより、テーパロッドインテグレータ１４の保持構造を簡略化し、高品質、低コストで生産性に優れた投写型表示装置を実現することができる。
【００３５】
また、本装置１では、動作時にテーパロッドインテグレータ１４の出射端面１４２から距離Ｌ２に至る一部の領域に接着箇所があると、その部分がスクリーンに投影されて映り込み部１４ｂとなるので、テーパロッドインテグレータ１４の平行面１４４において、映り込み部１４ｂを除いた領域に接着箇所Ｐ２を設ける。これにより、テーパロッドインテグレータ１４の平行面１４４に接着箇所の映り込み部１４ｂがあっても、それに影響されることなく、テーパロッドインテグレータ１４により照度の低下を抑制した良質の画像を投写することができる。これにより、テーパロッドインテグレータ１４の保持構造を簡略化し、高品質、低コストで生産性に優れた投写型表示装置を実現することができる。
【００３６】
テーパロッドインテグレータ１４の長さが、例えば７４ｍｍの場合、高温部１４ａおよび映り込み部１４ｂの事例としては、例えば、入射端面１４１から５ｍｍ程度の領域が高温部となり、出射端面から１５ｍｍ程度の領域が映り込み部１４ｂとなる。
【００３７】
以上の通り、本実施の形態による装置１によれば、テーパロッドインテグレータ１４を平行面１４４において保持台４３に接着するので、テーパ面に較べて接着箇所Ｐ１、Ｐ２における光束の吸収量を小さくすることができる。これにより、テーパロッドインテグレータ１４の保持台４３への接着に起因する照度の低下を抑制することができる。また、この方法を実施するにあたり、構造面で特別の措置を講ずる必要がない。これにより、テーパロッドインテグレータの保持構造を簡略化し、高品質、低コストで生産性に優れた投写型表示装置を実現することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、平行面の一方の面１４４においてテーパロッドインテグレータ１４と保持台４３との接着を行っているが、これに限らない。平行面の他の面１４３または平行面の両面１４３、１４４において接着する方法も可能であることは、言うまでもない。
【００３９】
また、本実施の形態においては、光軸を共有する一組の対向する２個の光源を使用しているが、対向する２個の光源を二組以上備え、または３個以上の光源数であっても、同様の考え方に基づいて投写型表示装置を構成することができることは、言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、テーパロッドインテグレータを備えた投写型表示装置に広く利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態における投写型表示装置の要部の概略を示す斜視図
【図２】同装置のテーパロッドインテグレータの機能を示す説明図
【図３】同装置の光学システムに関する主要配置図
【図４】同装置の光合成部に関する一部拡大斜視図
【図５】同装置のテーパロッドインテグレータの保持に係わる構成を示す拡大斜視図
【図６】同装置のテーパロッドインテグレータの保持に係わる構成を示す断面図
【図７】同装置のテーパロッドインテグレータの保持方法を模式的に示す斜視図、側面図および断面図
【符号の説明】
【００４２】
１    投写型表示装置（本装置）
２    ２灯合成光学システム（光学システム）
１１，１２    ランプ
１１ａ    凹面鏡
１１ｂ    発光管
１３    合成ミラー
１４    テーパロッドインテグレータ
１４ａ    高温部
１４ｂ    映り込み部
１５    カラーホイール
１６    リレーレンズ
１７，１８    反射ミラー
１９    フィールドレンズ
２０    ＤＭＤ素子
２１    ＴＩＲプリズム
２２    投写レンズ
２３，１４１    入射端面
２４，１４２    出射端面
３０    光合成部
４０    集光・色処理部
４１    インテグレータユニット
４２    ユニット基板
４３    保持台（保持部材）
４４    取付け板
４４ａ，４４ｂ    突起部
４５，４６    ネジ
４７    保持部
４８    放熱部
４９ａ，４９ｂ    接着部材
５０    表示デバイス部
６０    投写部
７０    筺体
７０ａ，７０ｂ，７０ｃ    脚部
１４３，１４４    平行面（側面）
１４５，１４６    テーパ面（側面）
θ１，θ２    光束の角度
Ｐ１，Ｐ２    接着箇所
【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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