(57)【要約】【課題】光入射面の位置を変えずに光出射端を移動させて、出射された照明光がＤＭＤの全域を過不足なくカバーするように調節可能にしたプロジェクタ用インテグレータ装置を提案する。【解決手段】インテグレータ装置２０は、略集光された照明光が入射する光入射面４１と入射した照明光を外周面の内面で繰り返し全反射させて出射する光出射面とが形成された柱状プリズム２４と、柱状プリズム２４を支持するとともに光軸３０と平行に蟻溝３１が形成された支持枠３２と、一方の開口端が光出射面と嵌合して光入射端となり他方の開口端が光出射端４７となる反射鏡筒２５と、蟻溝３１と嵌合する台形レール３３を有し反射鏡筒２５を光軸３０上で直進移動自在に支持する反射鏡筒ホルダ３４と、反射鏡筒２５から出射された照明光をＤＶＤの画像表示領域に過不足なく照射させるリレーレンズ２８，２９とから構成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの照明光の光軸上に設けられ、略集光した照明光が入射する光入射面と、入射した照明光が出射する光出射面とが両端面に形成された柱状プリズムと、
前記柱状プリズムを支持する支持装置と、
前記支持装置に前記照明光軸上で直進移動自在に支持されるとともに、両端に設けられた開口端の一方が前記光出射面と嵌合して前記柱状プリズムからの照明光が入射され、中空部の内壁が反射面となって前記開口端の他方から照明光を出射させる反射鏡筒と、
前記反射鏡筒から出射された照明光を画像形成手段の画像表示領域に過不足なく照射させるリレー光学系と、
を備えたことを特徴とするプロジェクタ用インテグレータ装置。
【請求項２】
前記柱状プリズムの光出射面と前記反射鏡筒の一方の開口との間には所定の隙間が形成され、前記反射鏡筒は前記隙間の範囲内で前記照明光軸と直交する方向に移動自在に支持されたことを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ用インテグレータ装置。
【請求項３】
前記柱状プリズムは、前記支持装置に前記照明光軸と平行に直進移動自在に支持されたことを特徴とする請求項１または２記載のプロジェクタ用インテグレータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光源から放射された照明光が入射され、入射した照明光の照度分布を均一化して出射するプロジェクタ用インテグレータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像が付与された照明光をスクリーンに投映してスクリーン上で画像を表示するプロジェクタとして、光変調装置であるデジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤという）を用いたものが知られている。このＤＭＤを用いたＤＬＰ（デジタルライトプロセシング）方式のプロジェクタでは、光源装置から出射された照明光が、照明光学系を通してＤＭＤの光入射面（光変調領域あるいは画素領域とも呼ぶ。）に照射され、ＤＭＤは照射された照明光を画像信号（画像情報）に応じて変調し画像を表す画像光として出射する。ＤＭＤから出射された画像光は、投映レンズによってスクリーン上に投写される。
【０００３】
このようなプロジェクタでは、通常、光源装置からＤＭＤまでの間の照明光学系の光路中に光インテグレータやリレーレンズを配置する。光インテグレータとしては、矩形断面の細長い柱状プリズムや、反射コーティングが施されたガラス板を、その反射面を内側にして矩形状に組み合わせた中空の反射鏡筒が用いられる。光インテグレータに入射した照明光は、内面での全反射を繰り返すことによって照度分布が均一化され、出射するときには照度分布が均一な光束となり、リレーレンズ（リレー光学系）等を介してＤＭＤに照射される。光インテグレータの光出射面における照明光の像は光インテグレータとＤＭＤとの間に設けられたリレーレンズによってＤＭＤ上に結像される。ＤＭＤ上に結像される照明光はＤＭＤの全域を照射することが重要で、ＤＭＤの全域を超えて照射すれば照明光が無駄になり照度が落ちてしまい、全域を照射できなければ照射されなかった部分の画像が欠けてしまうことになる。
【０００４】
前記柱状プリズムは光射出面にキズや塵埃がある場合これがＤＭＤ上に結像され、数倍、数十倍に拡大されてスクリーン上に投写される。これらのキズや塵埃を完全に排除することは困難であり、どうしてもスクリーン上での画質の劣化が避けられない。また、前記中空の反射鏡筒は、キズや塵埃の問題はないが、反射面が全反射ではなく反射コートによる鏡面反射であるため、反射率を１００％とすることが難しく反射を繰り返す度に光量が低下するので、光インテグレータの全長に亘って反射が繰り返されると光射出端から出射されるときには光量の大幅低下が生じてしまう。この問題を解決するために光入射側に柱状プリズムを配置し、光出射側に反射鏡筒を配置した光インテグレータが下記特許文献１記載されている。また、下記特許文献２には、柱状プリズムと反射鏡筒とを隙間なく接続させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０５７５１４号公報
【特許文献２】特開２００４−０６１８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、光インテグレータは光出射面（光出射端）から出射された照明光がＤＭＤの光入射面に過不足なく照射されることが必要であり、そのために光インテグレータを移動させて光出射面の位置を調節しなければならないが、光出射面の位置を調節すると一緒に光入射面の位置も変わってしまい光入射面が最適位置からずれてしまう。これによって入射光の光量に損失が生じてしまうが、前記特許文献１，２記載の発明による光インテグレータはこの問題を解決していない。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑み、光源に対する光入射面の位置を変えずに結像面に対する光出射面を移動させて、光インテグレータから出射された照明光がＤＭＤの全域を過不足なくカバーするように調節可能にしたプロジェクタ用インテグレータ装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるプロジェクタ用インテグレータ装置は、光源からの照明光の光軸上に設けられ、略集光した照明光が入射する光入射面と、入射した照明光が出射する光出射面とが両端面に形成された柱状プリズムと、前記柱状プリズムを支持する支持装置と、前記支持装置に前記照明光軸上で直進移動自在に支持されるとともに、両端に設けられた開口端の一方が前記光出射面と嵌合して前記柱状プリズムからの照明光が入射され、中空部の内壁が反射面となって前記開口端の他方から照明光を出射させる反射鏡筒と、前記反射鏡筒から出射された照明光を画像形成手段の画像表示領域に過不足なく照射させるリレー光学系と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記柱状プリズムの光出射面と前記反射鏡筒の一方の開口との間には所定の隙間が形成され、前記反射鏡筒は前記隙間の範囲内で前記照明光軸と直交する方向に移動自在に支持されるようにすると良い。前記柱状プリズムは、前記支持装置に前記照明光軸と平行に直進移動自在に支持されるようにすると良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるプロジェクタ用インテグレータ装置は、光インテグレータの光入射（面）側を柱状プリズム、光出射（端）側を反射鏡筒で構成し、光源光の集光点近傍に光入射面を固定するとともに反射鏡筒を光軸に沿って移動可能な構成とすることで、光源の入射位置を最適に保ったまま出射された照明光をＤＭＤの全域に過不足なく照射させることができるので、光量損失が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を実施したプロジェクタを示す斜視図である。
【図２】プロジェクタ光学的構成を示す模式図である。
【図３】インテグレータ装置の斜視外観図である。
【図４】光軸に垂直な面の断面図である。
【図５】光軸に沿った断面図である。
【図６】照明光の照射範囲がＤＭＤの画像表示領域より広い場合の説明図である。
【図７】照明光の照射範囲がＤＭＤの画像表示領域より狭い場合の説明図である。
【図８】偏芯ピンによる調節溝の位置調節を説明するための図である。
【図９】光出射端側への調節を説明するための図である。
【図１０】光入射端側への調節を説明するための図である。
【図１１】別の実施形態のインテグレータ装置の図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１３】図１２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図１４】ＤＭＤの画像表示領域に対して照明光の照射範囲が上下にずれたときの説明図である。
【図１５】照明光の照射範囲が斜めにずれたときの説明図である。
【図１６】調節用工具による光出射端の位置調節を示す図である。
【図１７】調節用工具を示す図である。
【図１８】柱状プリズムを移動可能にしたインテグレータ装置の図である。
【図１９】図１８のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に示すように、プロジェクタ１０は、略直方体をした筐体１１に、光源装置１２、照明光学系１３、全反射プリズム１４、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（画像形成手段）１５が収容されたケース１６と、ケース１６に取り付けられた投映レンズ装置１７とを備える。ケース１６は収容された各光学装置や投映レンズ装置１７の光学精度が確保されるように、強度的に十分な板厚を有するとともに強固に筐体１１に固定されている。なお、投映レンズ装置１７はケース１６ではなく別の強固な取り付け部材に固定するようにしても良い。電源スイッチ（図示せず）がオンされると光源装置１２から照明光が放射され、放射された照明光が照明光学系１３を透過して全反射プリズム１４に入射し、ＤＭＤ１５の画像表示領域１９（図６参照）に表示された画像を投映レンズ装置１７によってスクリーン１８に投映する。投映された画像は、筐体１１に設けられたズームスイッチ（図示せず）によって拡大縮小が行われ、フォーカススイッチ（図示せず）によってピント調節が行われる。
【００１３】
図２に示すように、光源装置１２は、光源ランプ２１と、光源ランプ２１が放射した照明光を照明光学系１３に向けて反射するリフレクタ２２とから構成され、照明光学系１３は、前記照明光の照明光軸（以下、単に光軸という）３０上に配置された光インテグレータである柱状プリズム２４及び反射鏡筒２５と、柱状プリズム２４の光入射面４１（図５参照）に光源装置１２から放射された照明光を略集光させて照射するコンデンサレンズ２６と、Ｂ，Ｇ，Ｒの３色のフイルタが等分配置されたカラーホイール２７と、リレーレンズ（リレー光学系）２８，２９と、光軸の向きを変えるミラー３９とを備える。ＤＭＤ１５は、３色の画像光を１つで生成する単板式を採用している。ＤＭＤ１５は入力された映像信号に基づいて画像光を生成し、生成された画像光は投映レンズ装置１７によってスクリーン１８上に投映される。なお、光源ランプ２１には、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の高輝度放電ランプを用いるのが一般的であるが、これらの構成については周知技術であるから詳細説明を省略する。また、前記ミラー３９は２枚設けてもよく、その場合、１枚をリレーレンズ２８と２９の間に配置しても良い。
【００１４】
図３〜図５に示すように、本発明によるプロジェクタ用インテグレータ装置（以下、単にインテグレータ装置という）２０は、柱状プリズム２４及び反射鏡筒２５と、柱状プリズム２４を支持するとともに光軸３０と平行に蟻溝３１が形成された支持枠（支持装置）３２と、蟻溝３１と嵌合する台形レール３３を有し反射鏡筒２５を光軸３０上で直進移動自在に支持する反射鏡筒ホルダ３４と、反射鏡筒２５から出射された照明光をＤＶＤ１５の画像表示領域１９に過不足なく照射させるリレーレンズ２８，２９とから構成される。支持枠３２には光軸３０と直交する方向に回転中心軸を有する調節軸３５が回転自在に埋設され、調節軸３５の先端には偏芯ピン３６が中心軸からずれた位置に形成されている。反射鏡筒ホルダ３４には光軸３０と直交する方向に長く形成された調節溝３７が形成され、調節溝３７に偏芯ピン３６が係合する。
【００１５】
柱状プリズム２４は、光軸３０上に配置され、略集光した照明光が入射する光入射面４１と、入射した照明光を外周面の内面４２で繰り返し全反射させて照度分布を均一化し、均一化した照明光を出射する光出射面４３とが両端面に形成される。反射鏡筒２５は、４枚の長方形ミラー４４の長手方向を接触させ反射面４５を内側にして矩形に組み合わされ、中空部の内壁が反射面４５となるように筒状に形成される。両端に設けられた開口端の一方は光出射面４３と嵌合して柱状プリズム２４からの照明光が入射される光入射端４６となる。他方の開口端は、入射した照明光が出射させる光出射端４７となる。長方形ミラー４４はガラスやプラスチックの基板に真空蒸着あるいはスパッタによって反射層をコートしたものであっても良いし、反射層を化学メッキなどによって形成したものであっても良い。
【００１６】
次に、上記実施形態の作用について説明する。プロジェクタ１０は電源スイッチがオンされるとマイクロコンピュータにより各部を制御し投映を開始する。ＤＭＤ１５は映像信号に基づいて駆動され、ＤＭＤ１５の駆動タイミングに合わせてカラーホイール２７が回転する。光源装置１２が発した照明光はコンデンサレンズ２６で集光され、カラーホイール２７で各色に時分割されて柱状プリズム２４の光入射面４１の略中心に入射する。柱状プリズム２４は光入射面４１から入射した照明光を外周面の内面４２で全反射させ、全反射を繰り返すことによって光束の密度を均一化して光出射面４３より出射する。出射された照明光はリレーレンズ２８，２９を通って全反射プリズム１４に入射し、全反射プリズム１４の反射面で反射してＤＭＤ１５の画像表示領域１９を照射する。
【００１７】
このとき、リレーレンズ２８，２９より出射された照明光が、画像表示領域１９の全領域に過不足なく照射されれば問題はないが、図６に示すように画像表示領域１９の全域を超えて（５０で示す範囲）照射していれば照明光が無駄になり照度が落ちてしまうし、また、図７に示すように、前記全域を照射できなければ（５１で示す範囲）照射されなかった部分の画像が欠けてしまうことになる。この画像表示領域１９を照射する範囲は、投映レンズ装置１７からスクリーン１８に調節用の画像を投映し、投映した画像を見ながら調節軸３５を回転させ、支持枠３２に対する反射鏡筒ホルダ３４の位置、即ち、反射鏡筒２５の光出射端４７の位置を移動させることで調節することができる。
【００１８】
図８に示すように、支持枠３２に設けられた調節軸３５の溝３８（図４参照）にマイナスドライバを差し込んで、偏芯ピン３６側から見て時計回りの方向に回すと調節溝３７が光入射端４６側に移動し、反時計回りの方向に回すと調節溝３７が光出射端４７側に移動する。調節溝３７によって反射鏡筒ホルダ３４が光軸３０上を直進移動するので光出射端４７の位置がＤＭＤ１５側へ移動する。光出射端４７から出射した照明光がリレーレンズ２８，２９によってＤＭＤ１５を照射する範囲が、図６に示すように、画像表示領域１９の全域を超えているときは、図９に示すように、調節軸３５を反時計回りの方向に回わすと、偏芯ピン３６が左に（例えば、α°）回転して調節溝３７を光出射端４７側にＸだけ移動させる。これによって、光出射端４７から画像表示領域１９までの距離が短くなり、画像表示領域１９への照射範囲５０が狭くなるので、画像表示領域１９の範囲に一致させるように調節することができる。
【００１９】
また、光出射端４７から出射した照明光がリレーレンズ２８，２９によってＤＭＤ１５を照射する範囲が、図７に示すように、画像表示領域１９の全域が照射されず画像の一部が欠けてしまうようなときは、図１０に示すように、調節軸３５を時計回りの方向に回わして偏芯ピン３６を右に（例えば、β°）回転させ調節溝３７を光入射端４６側にＹだけ移動させる。これによって、光出射端４７から画像表示領域１９までの距離が長くなって、画像表示領域１９への照射範囲５１が広くなるので、画像表示領域１９の範囲に一致させるように調節することができる。このように、インテグレータ装置２０から出射される照明光の照射範囲をＤＭＤ１５の画像表示領域１９に対して過不足なく調節することができ、しかも、光入射面４１の位置を変えることがないので光源装置１２からの照明光に光量損失を生じさせることがない。
【００２０】
次に、別の実施形態について説明するが、前記実施形態と同じものは同じ符号を付して説明を省略する。図１１〜１３に示すように、インテグレータ装置６０は、前記柱状プリズム２４及び前記反射鏡筒２５と、反射鏡筒２５が収容され固定されるとともに光軸３０と平行に形成された台形レール６２を有する反射鏡筒ホルダ６１と、台形レール６２と係合して反射鏡筒ホルダ６１を光軸３０と平行な第1の方向に移動自在に支持する蟻溝６３が形成された第１の支持板６４と、第１の支持板６４に形成された台形レール６５と係合する蟻溝６６が形成され第１の支持板６４を光軸３０と垂直な第２の方向に移動自在に支持する第２の支持板６７と、第２の支持板６７が固定された第３の支持板６８と、第３の支持板６８を光軸３０と前記第２の方向の両方に対して垂直な第３の方向に移動自在に支持する第４の支持板６９と、第４の支持板６９と柱状プリズム２４とが固定された支持台（支持装置）７０と、リレーレンズ２８，２９と、から構成される。
【００２１】
支持台７０は柱状プリズム２４の光入射面４１上に入射光の集光点がくるようにケース１６に固定され、柱状プリズム２４の光出射面４３と反射鏡筒２５の光入射端４６との嵌合は全周に所定の隙間をもって配置される。反射鏡筒ホルダ６１には光軸３０と垂直な方向に長い調節溝７１が形成され、第１の支持板６４に設けられた調節軸３５の先端に形成された偏芯ピン３６と係合する。第１の支持板６４には光軸３０と平行な方向に長い調節溝７３が形成され、第２の支持板６７に設けられた調節軸７２の先端に形成された偏芯ピン７４と係合する。また、第３の支持板６８と第４の支持板６９はピニオンとラックによる移動ステージを構成し、第３の支持板６８に設けられた調節ノブ７６を回すと第４の支持板６９に対して第３の支持板６８が前記第3の方向に移動する。
【００２２】
なお、移動ステージの構成は、ピニオンとラックに代わってボールネジとナットでも良く、調節ノブ７６を第４の支持板６９に設けるようにしても良い。また、第１の方向，第２の方向の調節を偏芯ピン３６，７４と調節溝７１，７３を移動させる構成とし、第３の方向の調節を移動ステージによる構成としたが、第３の方向の移動を偏芯ピンと調節溝による構成としても良く、あるいは、それぞれ第１の方向、第２の方向、第３の方向へ移動する３つの移動ステージを用いた構成としても良い。
【００２３】
図６に示すように光出射端４７から出射した照明光の照射範囲５０が画像表示領域１９の全域を超えているときや、図７に示すように照射範囲５１が前記全域より狭いときは、調節軸３５を回して反射鏡筒ホルダ６１を前記第1の方向に移動させ、光出射端４７の位置を調節する。また、図１４に示すように、光出射端４７から出射した照明光の照射範囲５２が画像表示領域１９に対して上下方向（前記第２の方向）にずれているときには、前記調節軸７２を回して第１の支持板６４を前記第２の方向に移動させて反射鏡筒ホルダ６１を（前記第２の方向に）調節することができる。図１５に示すように、照明光の照射範囲５３が画像表示領域１９に対して斜め方向にずれているときには、前記調節軸７２による前記第２の方向の調節を行うと同時に、前記移動ステージの調節ノブ７６を回して第３の支持板６８を前記第３の方向へ移動させて調節することができる。
【００２４】
図１６に示すように、第１の支持板６４及び第２の支持板６７に、調節軸３５及び７２を装着せず、それぞれの装着孔８１及び８２に、調節用工具８５（図１７参照）の先端部８６を差し込み、先端部８６に形成された偏芯ピン８７（図１７参照）を、調節溝７１，７３に係合させてから調節用工具８５を回して、反射鏡筒ホルダ６１及び第１の支持板６４を前記第１及び第２の方向にそれぞれ移動させて、光出射端４７の位置を調節するようにしても良い。
【００２５】
また、図１８及び図１９に示すように、柱状プリズム２４をプリズムホルダ９１に装着させる構成としても良い。プリズムホルダ９１には台形レール９２が設けられ、支持枠９３に形成された蟻溝３１と係合し、光軸３０上で直進移動自在に支持される。プリズムホルダ９１には光軸３０と直交する方向に長く形成された調節溝９４が形成され、支持枠９３に埋設された調節軸３５の先端に形成された偏芯ピン３６と係合する。これによって、柱状プリズム２４は光軸３０上で直進移動自在となり、インテグレータ装置９０がケース１６に固定された後であっても、光入射面４１の位置を調節して入射光の集光点の位置を再度調節することが可能となる。
【００２６】
前記実施形態のプロジェクタは、単板式のＤＭＤを用いたが、３枚の画像表示パネルを備えた３板式であっても良く、画像形成装置としてＤＭＤの代わりに反射型又は透過型の液晶表示パネルを用いても良い。
【符号の説明】
【００２７】
１０  プロジェクタ
１２  光源装置
１３  照明光学系
１４  全反射プリズム
１５  ＤＭＤ
１７  投映レンズ装置
１８  スクリーン
１９  画像表示領域
２０，６０，９０  インテグレータ装置
２４  柱状プリズム
２５  反射鏡筒
２８，２９  リレーレンズ（リレー光学系）
３０  光軸
３１，６３，６６  蟻溝
３２，９３  支持枠（支持装置）
３３，６２，６５，９２  台形レール
３４，６１  反射鏡筒ホルダ
３５，７２  調節軸
３６，７４  偏芯ピン
３７，７１，７３，９４  調節溝
３８  溝
３９  ミラー
４１  光入射面
４２  外周面の内面
４３  光出射面
４４  長方形ミラー
４５  反射面
４６  光入射端
４７  光出射端
６４  第１の支持板
６７  第２の支持板
６８  第３の支持板
６９  第４の支持板
７０  支持台
７６  調節ノブ
８５  調節用工具
８６  先端部
８７  偏芯ピン
９１  プリズムホルダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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