(57)【要約】【課題】光源の全光量を活かせ、かつ反射面での光量の低下を防ぐ。【解決手段】プロジェクタに用いられる照明光学系は、光源、反射板、ロッドインテグレータ２４、及びリレーレンズ３２等から構成されており、ロッドインテグレータ２４の出射口２９の面の像をリレーレンズ３２によりＤＭＤの反射面１７に結像して、反射面１７の有効反射領域３４を照明する。ロッドインテグレータ２４とリレーレンズ３２とには、移動手段３８が連係している。移動手段３８は、ロッドインテグレータ２４とリレーレンズ３２との両方を、互いの間隔が異なるように照明光の光軸３７の方向に連係して移動させる。これにより、反射面１７において結像状態を保ったまま照明範囲３３が可変される。【選択図】 図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源から放たれる照明光の光束が入射口から出射口に向けて導光されるロッドインテグレータと、投影画像を表示する画像表示素子と、前記出射口から出射される光束を前記画像表示素子の表示面に結像して照明を行うリレーレンズと、前記ロッドインテグレータと前記リレーレンズとの両方を互いの間隔が異なるように前記照明光の光軸方向に連係して移動させる移動手段と、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
前記移動手段は、
前記リレーレンズを保持する第１保持枠、及び前記ロッドインテグレータを保持する第２保持枠にそれぞれ設けられた第１、及び第２カムピンと、
前記第１カムピンが係合し前記光軸方向に変位をもつ第１カムと、前記第２カムピンが係合し前記光軸方向に変位をもつ第２カムとを有する移動板と、
前記光軸方向に沿って形成され、かつ前記第１、及び第２カムピンがそれぞれ係合する第１、及び第２直進ガイド開口を有するベースと、で構成されており、
前記移動板を前記ベースに対して移動させることで、前記ロッドインテグレータと前記リレーレンズとの両方を連係して移動させることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示素子の表示面を照明する照明光学系を備えたプロジェクタに関し、さらに詳しくは、ロッドインテグレータとリレーレンズとを有する照明光学系を備えたプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）チップを利用したプロジェクタが知られている。ＤＭＤチップは、一方の面（反射面）に複数個の偏向可能な極小なミラーを設け、前記一方の面に背向する他方の面には各ミラーを駆動させるためのスイッチング素子が設けられ、これらをワンチップに集積してなっている。各ミラーは、投影画像の各画素に対応しており、マトリックス状に一定のピッチに配列されており、各々独立にオン−オフ位置に駆動されて反射する角度が偏向され、オン位置になったときに照明光学系からの入射光をスクリーンに向けて投影する。ＤＭＤチップとしては、ＳＶＧＡ、ＸＧＡ等の解像度に応じてパネルサイズ、つまり反射面の有効反射領域を変えたものが複数用意されている。
【０００３】
照明光学系は、例えば光源、集光手段、ロッドインテグレータ、及びリレーレンズ等から構成されており、ロッドインテグレータの出射面の像をリレーレンズによりＤＭＤの反射面に結像して、反射面の有効反射領域を照明する。この照明光学系としては、ＤＭＤチップのサイズ、すなわち有効反射領域に応じて照明範囲が決められたものが使用されている。
【０００４】
ＤＭＤチップのサイズに係わらず、照明光学系を兼用することが望まれている。兼用する場合には、照明光学系の照明範囲をＤＭＤチップのサイズに応じて変える必要がある。この装置としては、リレーレンズを構成する正の屈折力を有する第１ａレンズ群１９と、負の屈折力を有する第２ａレンズ群２０との間隔を変えることで照明範囲を変える照明光学系（特許文献１）や、ロットインテグレータの入出射面に、大きさの異なる開口部材を選択的に設けることで照明範囲を変える投写型表示装置（特許文献２）等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９６５３８号公報（段落［００３６］、図４）
【特許文献２】特開２００５−７０２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の発明では、第１ａレンズ群１９を光軸方向に動かして照明範囲を変えているため、照明範囲の大きさを調整する分の僅かな移動量では問題はないが、ＤＭＤチップのサイズに応じた大きさに照明範囲を変える分の大きな移動量では像面位置が大きくずれる。これにより、照明範囲の輪郭がぼやけて周辺部が暗くなる。周辺部を損失光として扱うように照明範囲を広げて使う場合には、反射面での光量が低下する。また、特許文献２に記載の発明では、サイズの異なる開口部材毎で、ロッドインテグレータに装着したときの光量が変わるため、光源の全光量を活用できない場合がある。
【０００７】
本発明は、前述した問題点を解決するためになされたものであり、光源の光量をフルに使え、かつ反射面での光量の低下を抑えることができるプロジェクタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明のプロジェクタでは、光源と、光源から放たれる光束が入射口から出射口に向けて導光されるロッドインテグレータと、投影画像を表示する画像表示素子と、前記ロッドインテグレータの出射口から出射される光束を前記画像表示素子の表示面に結像して照明を行うリレーレンズと、前記ロッドインテグレータとリレーレンズとの両方を互いの間隔が異なるように光軸方向にそれぞれ連係して移動させる移動手段と、を備えたものである。
【０００９】
画像表示素子としては、ＤＭＤや液晶表示パネル等を用いることができる。
【００１０】
移動手段としては、リレーレンズを保持する第１保持枠、及び前記ロッドインテグレータを保持する第２保持枠にそれぞれ設けられた第１、及び第２カムピンと；前記第１カムピンが係合し前記光軸方向に変位をもつ第１カムと、前記第２カムピンが係合し前記光軸方向に変位をもつ第２カムとを有する移動板と；前記第１、及び第２カムピンが係合し前記光軸方向に沿って形成されている第１、及び第２直進ガイド開口を有するベースと；で構成し、前記移動板を前記ベースに対して移動させることで、前記ロッドインテグレータと前記リレーレンズとの両方を連係して移動させるように構成するのが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の照明光学系では、ロッドインテグレータとリレーレンズとの両方を、互いの間隔が異なるように光軸方向にそれぞれ連係して移動させる移動手段を設けたから、結像状態を保ったまま照明範囲を変更することができる。これにより、従来技術と比較して、光源の全光量を活用することができ、また、照明範囲の光量が低下することを極力抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のプロジェクタの概略を示す説明図である。
【図２】リレーレンズとインテグレータとの間隔を変えることで、ＤＭＤの反射面を照明する照明光学系の照明範囲が変わる様子を概略的に示した説明図である。
【図３】移動手段を示す斜視図である。
【図４】移動手段を示す分解斜視図である。
【図５】移動手段を示す断面図である。
【図６】移動板の調整作業、及び調整完了後の固定作業を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施例であるプロジェクタ１０は、図１に示すように、照明光学系１１、全反射プリズム１２、ＤＭＤ１３、投映レンズ１４を保持するレンズ鏡筒１５、及び、絞り機構１６等で構成されており、照明光学系１１でＤＭＤ（画像表示素子）１３の反射面（表示面）１７を照明し、ＤＭＤ１３から出射する画像光を、投映レンズ１４によりスクリーン１８上に投映する。
【００１４】
照明光学系１１は、光源２０、リフレクタ２１、カットフィルタ２２、カラーホイール２３、ロッドインテグレータ２４、リレーレンズ３２、及び反射ミラー２７からなる。光源２０としては、例えば、キセノン管や水銀灯などの白色光源が使用される。カットフィルタ２２は、光源から発せられる紫外線と赤外線とをカットし、可視光線のみを通過させる。リフレクタ２１は、光源２０からの光束をロッドインテグレータ２４の入射口２８に集光する。
【００１５】
カラーホイール２３は、光源２０からの照明光を、Ｂ、Ｇ、Ｒ（赤、緑、青）の各フィルタを透過させ、各色の光を生成する。各色の光像は、ロッドインテグレータ２４の入射口２８に形成される。
【００１６】
ロッドインテグレータ２４は、カラーホイール２３で分離された各色の光束の密度を均一化するものである。ロッドインテグレータ２４に入射した光束は、その内部で全反射を繰り返して重畳される。これにより、ロッドインテグレータ２４を射出した光は、その照度が均一化された照明光となり、ＤＭＤ１３の反射面１７の光強度分布を、その中心から周辺部まで均一にする。
【００１７】
リレーレンズ３２は、２つのレンズ群２５，２６で構成されており、ロッドインテグレータ２４の出射口２９を出射した照明光を、反射ミラー２７を介して全反射プリズム１２に中継する。全反射プリズム１２は、例えば、同じ屈折率の２つの三角プリズムを、エアギャップを挟んで対向配置し、それら２つの三角プリズムの対向配置した面に反射面３０が形成される。
【００１８】
ＤＭＤ１３は、複数個の偏向可能な極小なミラーを反射面１７に設け、反射面１７に背向する裏面３１に各ミラーを駆動させるためのスイッチング素子を設けたワンチップの集積回路となっている。各ミラーは、投影画像の各画素に対応しており、マトリックス状に一定のピッチに配列されており、各々独立にオン−オフ位置に駆動されて反射する角度が偏向され、オン位置になったときに照明光学系からの入射光をスクリーン１８に向けて投影する。このＤＭＤ１３は、ＳＶＧＡ、ＸＧＡ等の解像度に応じて反射面１７の有効反射領域を変えたものが複数用意されている。
【００１９】
ＤＭＤ１３は、入射光を画素単位で２方向（オン／オフ）に反射し、全反射プリズム１２はこのうちのオン位置のときの反射光（オン光）を反射面３０で反射して絞り機構１６を介して投映レンズ１４に入射させ、投映レンズ１４がスクリーン１８に、反射面１７で作った投影画像を投影する。
【００２０】
リレーレンズ３２は、ロッドインテグレータ２４の出射口２９における光像をＤＭＤ１３の反射面１７に結像する。照明光学系１１の照明範囲３３は、図２に示すように、ＤＭＤ１３の有効反射領域３４と同じにするのが望ましいが、一般的に、各色の位置ズレ等を考慮して有効反射領域３４と相似で、かつ有効反射領域３４よりも僅かに大きくしてある。この図２では、図１で説明した反射ミラー２７、及び全反射プリズム１２を省略して、ＤＭＤ１３の反射面１７を仮想的に記載している。
【００２１】
ロッドインテグレータ２４は、両端に入射口２８と出射口２９とを有する断面矩形をしたガラス製の角柱状のプリズムになっている。光源からの照明光は、入射口２８に入射する。入射口２８と出射口２９とは同じサイズになっており、入射口２８と出射口２９との中心３５がリレーレンズ３２の光軸３６に一致するようにロッドインテグレータ２４が配されている。勿論、リレーレンズ３２は、光軸３６が照明光の光軸３７に一致するように配されている。なお、ロッドインテグレータ２４としては、反射コーティングが施されたガラス板を、その反射面が内側となるように矩形状に組み合わせた中空ロッドのタイプを用いても良い。
【００２２】
ロッドインテグレータ２４とリレーレンズ３２とには、移動手段３８が連係している。移動手段３８は、ロッドインテグレータ２４とリレーレンズ３２とを照明光の光軸３７の方向に互いの間隔が変わるように同時に移動する。ロッドインテグレータ２４とリレーレンズ３２との間隔を変えることで、結像状態を保ったまま照明範囲３３が拡縮する。これにより、例えばチップサイズが大きいＤＭＤ１３を用いる場合には、面積が大きい有効反射領域３４ａに応じた照明範囲３３ａに変更することができる。
【００２３】
移動手段３８は、図３に示すように、ベース４０、移動板４１、ロッドインテグレータ保持部４２、及びリレーレンズ保持部４３とで構成されている。移動板４１は、ベース４０に対して照明光の光軸３７に直交する方向（以下、「直交方向」と称す」）に移動自在に支持されている。この移動板４１には、リレーレンズ保持部４３を光軸３７の方向に移動させるための第１カム４５と、ロッドインテグレータ保持部４２を光軸３７の方向に移動させるための第２カム４６とがそれぞれ設けられている。
【００２４】
第１カム４５は、図４及び図５に示すように、光軸３７の方向で対峙する一対のカム面４７，４８を持っている。これらのカム面４７，４８の形状は、直交方向への変位に対して光軸３７の方向に変位する滑らかな連続曲線、あるいは直線と曲線との組合せ曲線の形状になっている。第２カム４６も、光軸３７の方向で対峙するカム面４９，５０を持っている。これらのカム面４９，５０も直交方向への変位に対して光軸３７の方向に変位する滑らかな連続曲線、あるいは直線と曲線との組合せ曲線の形状になっており、間隔が異なるように移動させるために、第１カム４５のカム面４７，４８の変位とは異なっている。つまり、第１，及び第２カム４５，４６には、照明範囲３３を可変する成分、すなわち、リレーレンズ３２の変倍と、その変倍に伴う像面位置の補正とを行う成分が含まれており、これにより、リレーレンズ３２とロッドインテグレータ２４とは、照明範囲３３を可変しながら反射面１７に結像する像面位置を一定に保つ位置に連続的に移動される。
【００２５】
リレーレンズ保持部４３は、第１保持枠５１、第１カムピン５２、及び一対の上・下板５３，５４を有している。第１保持枠５１は、円筒状をしており、内部でリレーレンズ３２を保持する。第１カムピン５２は、第１保持枠５１と上板５３との間に設けられている。一対の上・下板５３，５４は、ベース４０の厚み分の間隔離して第１カムピン５２にそれぞれ固定されている。
【００２６】
第１カムピン５２は、第１カム４５に挿通されて周面がカム面４７，４８に係合する。下板５４は、ベース４０の底６２に摺動して、第１保持枠５１がベース４０から抜けることを防止する。
【００２７】
ベース４０には、光軸３７の方向に直線的に延びた第１直進ガイド溝５９と第１直進ガイド開口６３とが設けられている。第１カムピン５２のうちの上板５３と下板５４との間にある部位（ガイドピン部）５５は、第１直進ガイド開口６３の内壁のうちの直交方向で対峙する左・右内壁面６４，６５に係合する。上板５３は、矩形状になっており、直交方向で対峙する左・右端面５７，５８が第１直進ガイド溝５９の左・右内壁面６０，６１に係合して第１保持枠５１の回転止めの作用をする。
【００２８】
ロッドインテグレータ保持部４２は、リレーレンズ保持部４３と略同じ構成になっており、第２保持枠７０、第２カムピン７１、及び一対の上・下板７２，７３を有している。第２保持枠７０は、断面矩形をしており、内部でロッドインテグレータ２４を保持する。第２カムピン７１は、第２保持枠７０と上板７２との間に設けられている。第２カムピン７１には、上・下板７２，７３がベース４０の厚み分の間隔離して固定されている。下板７３は、ベース４０の底６６に摺動して、第２保持枠７０がベース４０から抜け出ることを防止する。第２カムピン７１は、第２カム４６に挿通されて周面がカム面４９，５０に係合する。
【００２９】
ベース４０には、光軸３７の方向に直線的に延びた第２直進ガイド溝７５と、第２直進ガイド開口７６とが設けられている。第２直進ガイド溝７５には、直交方向で対峙する左・右端面７９，８３に、上板７２の左右端面７７，７８が係合している。また、第２直進ガイド開口７６のうちの直交方向で対峙する左・右内壁面６７，６８には、第２カムピン７１のうちの上板７２の下板７３との間にある部位（ガイドピン部）７４が係合している。
【００３０】
移動板４１は、ベース４０に上面に一段凹ました設けた凹面４０ａに挿入されており、光軸３７の方向の両端４１ａ，４１ｂが、凹面４０ａのうちの光軸３７の方向で対峙する両端内壁４０ｂ，４０ｃに当接して両端内壁４０ｂ，４０ｃにより直交方向への移動がガイドされている。なお、移動板４１の両端４１ａ，４１ｂのうちの何れか一方の端を当接させてガイドしてもよい。
【００３１】
移動板４１を直交方向に移動させると、第１カムピン５２が第１カム４５と第１直進ガイド開口６３との交点に誘導されて光軸３７の方向に移動し、またこれと同時に、第２カムピン７１が第２カム４６と第２直進ガイド開口７６との交点に誘導されて光軸３７の方向に移動する。これにより、リレーレンズ３２とロッドインテグレータ２４との両方が互いの間隔が変わるように光軸３７の方向に連係して移動して、ＤＭＤ１３の反射面１７を照明する照明範囲３３が結像状態を保ったまま可変される。
【００３２】
プロジェクタ１０の組立作業では、照明光学系１１の照明範囲３３を、ＤＭＤ１３の有効反射領域３４に合わせる作業を行う。この作業は、図６に示すように、偏心ドライバ８０を使用する。偏心ドライバ８０は、先端に突起８１と偏心胴部８２とをもっている。突起８１は、偏心ドライバ８０の柄と同軸上に設けられ、偏心胴部８２は、円柱状になっており、その軸上から偏心した位置に設けられている。移動板４１には、偏心胴部８２が挿入される被挿入穴８４が、また、ベース４０には、被挿入穴８４を介して突起８１が挿入される治具挿入孔８５がそれぞれ設けられている。突起８１を治具挿入孔８５に挿入し、偏心ドライバ８０を回転することで、偏心胴部８２が偏心して被挿入穴８４の内壁を押すため、移動板４１が直交方向に移動する。その後、固定ビス８７を、移動板４１に設けた長穴開口８８に挿入してベース４０に設けたネジ穴８９に締め付けることで、移動板４１をベース４０に対して固定することができる。
【００３３】
また、プロジェクタ１０の組立最終での検査結果に応じて照明範囲を再調整する必要がある。この場合、固定ビス８７を緩めて偏心ドライバ８０を用いて移動板４１を移動するだけで照明範囲を微調整することが可能となる。これにより、従来、ロッドインテグレータを保持する保持枠を分解して再度調整するような面倒な作業が必要なく、よって生産効率をあげることができる。なお、偏心ドライバ８０を用いた手作業での調整ではなく、移動板を自動的に予め決めた移動してこの位置で自動的に固定する自動調整機を用いて行うようにしてもよい。
【００３４】
なお、上記実施形態のプロジェクタは、１つのＤＭＤチップとカラーホイール（３色円盤）の併用で色彩を表現する1チップ式として説明しているが、本発明ではこれに限らず、カラーホイールを省略し、赤色光（Ｒ）／緑色光（Ｇ）／青色光（Ｂ）用の３つのＤＭＤチップを利用する3チップ式を用いても良い。
【００３５】
さらに、画像表示素子として、投影画像を表示する反射面（表示面）をもつＤＭＤチップを用いているが、代わりに、投影画像を表示する表示面をもつ反射型あるいは透過型の液晶表示パネルを用いても良い。
【００３６】
また、上記各実施形態では、移動板４１を直交方向に移動させているが、この方向に限らず、照明光の光軸３７に交差する交差方向（斜め方向を含む）に移動させるようにしてもよい。また、移動板４１を光軸３７の方向に移動させるように構成してもよい。
【００３７】
さらに、リレーレンズ３２を２つのレンズ群２５，２６で構成しているが、代わりに、３つ以上のレンズ群で構成してもよく、また、１つのレンズ群、又は単体のレンズで構成してもよい。
【００３８】
さらに、断面円形のロッドインテグレータを用いても良い。この場合、ロッドインテグレータの入射口と出射口とに矩形枠を設ければよい。円形のロッドインテグレータを用いると、ロッドインテグレータ保持部材とリレーレンズ保持部材とを断面円形の筒で作れるため、コンパクト化を図ることができる。この場合、移動手段としては、カム筒、及びカム筒の回転を内面、又は外面で支持する直進ガイド筒とから構成することができる。カム筒には、周方向の三分割位置に、ロッドインテグレータ用のカム面と、リレーレンズ用とのカム面をそれぞれ形成する。また、直進ガイド筒には周方向の三分割位置に、光軸方向に平行な直進ガイド開口を設ける。
【００３９】
ロッドインテグレータ保持部材、及びリレーレンズ保持部材に、周方向の三分割位置にそれぞれカムフォロワを設ける。ロッドインテグレータ保持部材のカムフォロワを直進ガイド開口とロッドインテグレータ用カム面とに係合させ、また、リレーレンズ保持部材のカムフォロワを直進ガイド開口とリレーレンズ用カム面に係合させる。このように構成すれば、カム筒を直進ガイド筒に対して光軸中心に回転させることで、リレーレンズとロッドインテグレータとが互いの間隔が異なるようにそれぞれ光軸方向に移動して照明範囲を変更することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  プロジェクタ
４０  ベース
４１  移動板
４５  第１カム
４６  第２カム
５２  第１カムピン
５１  第１保持枠
６３  第１直進ガイド開口
７０  第２保持枠
７１  第２カムピン
７６  第２直進ガイド開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011002700.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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