(57)【要約】【課題】プロジェクタの筐体に組み込まれる投映ユニットの組立が完成した状態でロッドインテグレータの位置を調整することを可能にする。【解決手段】入射した照明光の照度分布を均一化して射出するロッドインテグレータ３６を内筒１２に収納する。外筒１１は、内部に収容した内筒１２を、光軸方向に移動可能に保持する。内筒１２の外壁面１２ａに光軸と垂直な方向に調整溝１３を設ける。外筒１１の外壁面１１ａにガイド孔１４を設ける。ガイド孔１４は、差し込まれた位置調整治具が中心位置を維持したまま回転可能となるように位置調整治具をガイドする。前記調整溝１３は、ガイド孔１４から差し込まれる位置調整治具の先端面の偏芯位置に設けられた凸部と係合する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を照射する光源の光軸上に設けられ、入射した光の照度分布を均一化して射出するロッドインテグレータと、
前記ロッドインテグレータを固定収納した内筒と、
前記内筒を前記光軸と平行な方向に直進移動可能に保持する外筒と、を備えたことを特徴とするインテグレータユニット。
【請求項２】
前記内筒は、前記光軸と垂直な方向で設けられた調整溝を外壁面に備え、
前記外筒は、前記光軸と垂直な方向から差し込まれる位置調整治具が中心位置を維持したまま回転可能に保持されるガイド孔を備えたことを特徴とする請求項１記載のインテグレータユニット。
【請求項３】
前記請求項１または２記載のインテグレータユニットを備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光源から照射された照明光の照度分布を均一化するインテグレータユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像が付与された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を用いたデジタルライトプロセシング（以下、ＤＬＰという）方式プロジェクタでは、光源装置から射出された光（照明光）を、照明光学系を通してＤＭＤに照射する。ＤＭＤは、光入射面（光変調領域あるいは画素領域とも呼ぶ。）に照射された光を、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射出する。ＤＭＤから射出された画像光は、投映光学系によってスクリーン上に投映される。
【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ロッドインテグレータやリレーレンズを配置する。下記特許文献１に示されるように、ロッドインテグレータとしては、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や、断面が矩形をした細長い柱状のプリズムがよく用いられる。ロッドインテグレータに入射した光は、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、ロッドインテグレータから射出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。
【０００４】
また、ＤＭＤの照明領域は、通常、ロッドインテグレータとＤＭＤとの間に設けられたリレーレンズによって、ロッドインテグレータの光射出面における光の像がＤＭＤ上で結像されることにより照明される領域となっている。
【０００５】
プロジェクタによる投映画像はより明るいことが好ましく、光源装置から射出された照明光がより効率良くＤＭＤの光変調領域全域に照射されることが望まれる。この要望を満たすために、ロッドインテグレータの位置調整を行うようにしたプロジェクタが下記特許文献２に示されている。ここでは、ロッドインテグレータは、位置調整された後、接着剤によって固定されている。
【特許文献１】特開２００４−３５４９２５号公報
【特許文献２】特開２００４−０８５７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＤＭＤに照射される照明光は、品質の良い画像をスクリーン上に表示させるために、照度分布が均一であるだけでなく、明るくなければならない。そのため、光源には、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。そして、その照明光は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。
【０００７】
ＤＬＰ光学系の場合、実機で投映を行わないと明るさなどの確認が行えない。しかし、前述の特許文献に開示されているように、従来のプロジェクタでは、ＤＭＤに照射される光束がＤＭＤの全面をカバーするようにロッドインテグレータを調整したとしても、調整後、接着剤等によってロッドインテグレータを固定するので、ロッドインテグレータを密封状態で固定したインテグレータユニットをプロジェクタに組み込んだ後で、ＤＭＤに照射される照明光がＤＭＤの全面をカバーしていないことや、ＤＭＤより広い範囲を照射していることが判明した場合、インテグレータユニットを分解して再度調整しなければならなかった。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するために、プロジェクタの筐体に組み込まれる投映ユニットの組立が完成した状態でロッドインテグレータの位置を調整することを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のインテグレータユニットは、照明光源の光軸上に配置されたロッドインテグレータを内筒に収納する。前記内筒は、前記光軸と平行な方向に移動可能となるように外筒に保持される。前記外筒の前記内筒を収容する外壁面にガイド孔を設ける。ガイド孔は、前記光軸と垂直な方向から位置調整治具を差し込めるように明けられ、差し込まれた位置調整治具が中心位置を維持したまま回転できるように保持する。
【００１０】
前記内筒の前記ロッドインテグレータを収納する外壁面の前記光軸と垂直な方向に調整溝が設けられ、調整溝は前記ガイド孔から差し込まれた位置調整治具の先端に設けられた凸部と係合する。前記凸部は前記位置調整治具の回転中心から外れた位置に設けられているので、前記位置調整治具が回転すると前記凸部は位置を変える。これによって、前記凸部と係合する前記調整溝は前記光軸の方向に移動させられることになり、前記内筒が光軸方向に移動する。
【００１１】
前記内筒には円筒周接面が設けられ、前記外筒に接触しで前記光軸方向に移動する。このとき、前記外筒に設けられたガイド突起が、前記内筒に設けられた案内溝に係合し、前記内筒の回転が阻止されて直進移動する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のインテグレータユニットによれば、組立が完成した状態のプロジェクタを、インテグレータユニットを分解することなく、ロッドインテグレータの位置の調整を行うことが可能であり、ロッドインテグレータから射出された照明光をＤＭＤの全域に、設計通りの位置に照射することができる。
【００１３】
また、内筒に円筒周接面を設け、外筒に対して円筒嵌合させ、案内溝によって直進させるようにすることで、ロッドインテグレータの光軸合わせを容易にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１において、プロジェクタ２は、筐体１１の前面に拡散透過型のスクリーン４が設けられ、その背面に形成された画像を前面側から観賞することができる。筐体３の内部には投映ユニット６が組み込まれている。投映ユニット６からは画像光が投映され、画像光はミラー８，９を反射してスクリーン４の背面側に結像する。プロジェクタ２は、テレビ信号の周波数を振り分けるチューナー回路、映像及び音声の再生用回路等が備えられ、大画面テレビジョンとして使用することができる。
【００１５】
図２において、投映ユニット６は、マイクロコンピュータ２０を備えた制御部２１と、光学系とからなる。光学系は、光源部２２，照明光学系２３，全反射プリズム２４，ＤＭＤ２６，投映光学系２７を備えている。投映ユニット６は、３色の画像光を１つのＤＭＤ２６で生成する単板式を採用している。制御部２１は、映像信号受信部６９に入力される映像信号に基づいて、投映ユニット６の各部を統括的に制御する。映像信号受信部６９には、チューナー回路や映像入力端子から、例えば、コンポジット信号やコンポーネント信号などの映像信号が入力される。
【００１６】
光源部２２は、光源３１と、この光源３１が放射する照明光を照明光学系２３に向けて反射するリフレクタ３２とからなる。光源３１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。照明光学系２３は、コンデンサレンズ３３，カラーホイール３４，ロッドインテグレータ３６，リレーレンズ３７，３８からなる。
【００１７】
カラーホイール３４は、光源部２２から放射されコンデンサレンズ３３によって集光された照明光束をＢ，Ｇ，Ｒの３色に時分割で分離する。カラーホイール３４は、略円板形状の基板に、Ｂ光のみを透過するＢフイルタ，Ｇ光のみを透過するＧフイルタ，Ｒ光のみを透過するＲフイルタの３色のフイルタを基板の回転中心からほぼ等距離に配置したものである。カラーホイール３４は、カラーホイール駆動部６１によって駆動され、その回転開始のタイミングや回転速度は、マイクロコンピュータ２０によって制御される。このカラーホイール３４が回転することにより、各色のフイルタが選択的に光路内に順次挿入される。これにより、照明光がＢ，Ｇ，Ｒの３色に時分割で色分離され、分離された各色の光が順次ＤＭＤ２６に向けて照射される。
【００１８】
ロッドインテグレータ３６は、カラーホイール３４で分離された各色の光束の密度を均一化することにより、ＤＭＤ２６の受光面の光強度分布を、その中心から周辺部まで均一にする。ロッドインテグレータ３６は、例えば、断面が矩形をした、ガラス製の角柱状のプリズムである。ロッドインテグレータ３６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３６を射出した光は、その照度が均一化された照明光となる。
【００１９】
リレーレンズ３７，３８は、ロッドインテグレータ３６を出射した照明光を全反射プリズム２４に中継する。全反射プリズム２４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２４ａが形成される。照明光は、反射面２４ａに対する入射角が臨界角よりも大きいため、反射面２４ａで全反射してＤＭＤ２６に入射する。
【００２０】
ＤＭＤ２６は、投映ユニット６に入力された映像信号に基づいて、マイクロコンピュータ２０に接続されたＤＭＤ駆動部６２によって駆動される。ＤＭＤ２６は、受光面に画素に対応する多数のミラー素子がマトリックス状に配列されている。各ミラー素子は、前記映像信号に基づいて、角度を変化させることにより、受光した照明光の反射方向を変化させる。画素を明るく表示させる場合には、ミラー素子をオン位置に変位させて受光した光をｏｎ光として投映光学系２７に向けて反射させる。他方、画素を暗く表示する場合には、ミラー素子をオフ位置に変位させて受光した光をｏｆｆ光として投映光学系２７から外れた方向に向けて反射させる。照明光は、投映光学系２７に向かうｏｎ光が集合した画像光に変調され、全反射プリズム２４を透過し、投映光学系２７に入射する。
【００２１】
投映光学系２７は、光軸上に配置された複数のレンズ群と、変倍や焦点調節を行うためのレンズ移動機構とを備えている。なお、図面上では、鏡筒４１内に１枚の投映レンズ４２を配置した形に簡略化している。ＤＭＤ２６によって生成された画像光は、投映光学系２７によってスクリーン４上に結像される。
【００２２】
照明光学系２３の光路と投映光学系２７の光路の内部には、第１可変絞り機構４３及び第２可変絞り機構４４がそれぞれ設けられている。第１可変絞り機構４３及び第２可変絞り機構４４は、照明光及び画像光の光量を調節することにより、スクリーン４に表示される画像の明るさを変化させる。
【００２３】
第１可変絞り機構４３は、駆動部６３によって駆動される。駆動部６３は、パルスモータあるいはＤＣモータを使用する。第１可変絞り機構４３と第２可変絞り機構４４は同じ構成であるが、第１可変絞り機構４３と比べて、第２可変絞り機構４４の方が絞り開口４８ａが小さい。すなわち、第１可変絞り機構４３と第２可変絞り機構４４は、絞り羽根４９が開放絞り位置にある時、照明光よりも画像光の方が光束の直径は小さくなる。
【００２４】
絞り制御部６４は、輝度レベル算出部６６，ＬＵＴ（ルックアップテーブルメモリ）６７，パルスカウンタ６８が設けられている。輝度レベル算出部６６は、受信した映像信号に基づいて各フレームの輝度レベルを算出する。輝度レベルは、例えば、フレームを構成する各画素の平均輝度を求めることにより算出される。つまり、白い部分が多いフレームは輝度レベルが高く、黒い部分が多いフレームは輝度レベルが低くなる。
【００２５】
ＬＵＴ６７には、算出されたフレームの輝度レベルに対応して、第１可変絞り機構４３及び第２可変絞り機構４４について、それぞれの絞り羽根の開放位置からの移動量が予め記憶されており、輝度レベルが高いほど絞り羽根４９の移動量は小さく、輝度レベルが低いほど絞り羽根４９の移動量は大きく設定されている。これは、輝度レベルが高い映像は、明るさを重視した方が白い部分など明るい部分がより輝くので、光量を多くする方がよいためである。また、輝度レベルが低い映像は、明るさを低下させた方が黒い部分が鮮やかに写るので、光量を少なくする方がよいためである。
【００２６】
図３および図４に示すように、ロッドインテグレータ３６は、遮光性を有する材質で形成された内筒１２に組み込まれ、内筒１２は外筒１１に収納されている。ロッドインテグレータ３６の入射面３６ａは、カラーホイール３４側に、射出面３６ｂは、リレーレンズ３７側に配置されて前記筐体３内に組み付けられる。
【００２７】
内筒１２には、外壁面１２ａの略中央に外筒１１内で内筒１２を移動させるための調整溝１３が設けられている。外筒１１の外壁面１１ａの前記調整溝１３に対応するところには、前記調整溝１３と係合する凸部６１を備えた位置調整治具１９の先端部１９ｂ（図５参照）が差し込まれるガイド孔１４が設けられ、その両サイドには内筒１２を固定するネジ１８と螺合するネジ孔１１ｄが設けられている。
【００２８】
また図６に示すように、内筒１２は、外筒１１の円筒内壁面１１ｂと周接して、ロッドインテグレータ３６が光軸精度を維持しながら光軸方向に移動可能とする円筒周接面１２ｂを備え、前記円筒周接面１２ｂには前記円筒内壁面１１ｂに設けられたガイド突起１１ｃと係合して内筒１２の回転を阻止する案内溝１２ｃが設けられている。この案内溝１２ｃによって内筒１２は外筒１１の中を回転することなく直進移動して、ロッドインテグレータ３６の相対位置を変えることができる。
【００２９】
次に、図２に戻って、上記実施形態の作用について説明する。投映ユニット６に映像信号が入力されると、マイクロコンピュータ２０は、各部を制御して、投映を開始する。ＤＭＤ駆動部６２は、映像信号に基づいてＤＭＤ２６を駆動する。このＤＭＤ２６の駆動タイミングに合わせて、カラーホイール駆動部６１はカラーホイール３４を回転させ、絞り制御部６４は駆動部６３を介して絞り制御を行う。
【００３０】
光源部２２が発した光はカラーホイール３４で各色に分割され時分割されて、ロッドインテグレータ３６の入射面３６ａに入射する。ロッドインテグレータ３６は入射面３６ａから入射した光を、その内部で全反射を繰り返すことによって光束の密度を均一化し、射出面３６ｂより射出する。射出された光は、リレーレンズ３７，３８を通って、全反射プリズム２４に入射し、反射面２４ａで反射してＤＭＤ２６を照射する。
【００３１】
このとき、ＤＭＤ２６に照射された光が、ＤＭＤ２６の全領域に過不足なく照射されれば問題はないが、ＤＭＤ２６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。このＤＭＤ２６を照射する範囲の大きさの調整は、照明光学系２３の中でのロッドインテグレータ３６の相対位置を調整することで行う。
【００３２】
投映ユニット６によってスクリーン４に調整用の画像を投映し、この画像を見ながらロッドインテグレータ３６の位置を調整する。図４に示したように、外筒１１に設けられた前記ガイド孔１４に位置調整治具１９の先端部１９ｂを差し込み、先端部１９ｂの端面に設けられた前記凸部６１を、内筒１２に設けられた前記調整溝１３に嵌合させる。
【００３３】
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、前記位置調整治具１９を回転させると、前記先端部１９ｂが外周を前記ガイド孔１４によってガイドされているので先端部１９ｂの軸中心で回転する。このとき、前記凸部１９ａは、前記位置調整治具１９の先端面の偏芯位置に設けられているので、前記ガイド孔１４の中心を軸に回転する。例えば、図７に示す（ａ）の状態からロッドインテグレータ３６をＡの方向に移動させる場合は、前記位置調整治具１９を反時計方向に回転させると、図７に示す（ｂ）の状態となる。このとき前記凸部１９ａは、α°回転するが、内筒１２は前述のように光軸方向に直進移動するので、調整溝１３はＢの方向にXだけ移動する。こうして内筒１２がＢの方向にXだけ移動するのでロッドインテグレータ３６もＢの方向にXだけ移動することになる。
【００３４】
また、図７に示す（ａ）の状態からロッドインテグレータ３６をＢの方向に移動させる場合は、前記位置調整治具１９を時計方向に回転させ、（ｃ）の状態とする。このとき前記凸部１９ａは、β°回転するが、調整溝１３はＣの方向にＹだけ移動する。こうして内筒１２がＣの方向にＹだけ移動するのでロッドインテグレータ３６もＣの方向にＹだけ移動することになる。こうしてロッドインテグレータ３６の位置調整が完了する。
【００３５】
上記実施形態では、位置調整治具の先端面に設けた凸部と係合する調整溝を内筒に設けたが、前記凸部は位置調整治具のどこに設けられていても良く、内筒に設けられる調整溝は、位置調整治具のどこに設けられた凸部と係合するようにしても良い。また、内筒に凸部を設け、位置調整治具に凹部を設けても良い。
【００３６】
上記実施形態では、画像表示パネルとしてＤＭＤを備えているが、反射型又は透過型の液晶表示パネルを備えたものでもよい。また、プロジェクタ２は、１枚の画像表示パネルを備えた単板式であるが、本発明は３枚の画像表示パネルを備えた三板式のプロジェクタに適用してもよい。
【００３７】
なお、上記実施形態では、変調素子としてＤＭＤを用いる場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、反射コーティングが施されたガラス板による中空ロッドあるいは柱状プリズムによる中実ロッドなど、インテグレータを使用したものであれば、適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を実施したプロジェクタの構成を示す斜視図である。
【図２】投映ユニットの構成を示す図である。
【図３】インテグレータ光学部の構成を示す分解斜視図である。
【図４】インテグレータ光学部の構成を示す断面図である。
【図５】位置調整治具の外観図である。
【図６】外筒と内筒の構成を示す断面図である。
【図７】位置調整治具による内筒の移動についての説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
２  プロジェクタ
４  スクリーン
６  投映ユニット
８，９  ミラー
１０  インテグレータユニット
１１  外筒
１１ｃ  ガイド突起
１２  内筒
１２ｂ  円筒周接面
１２ｃ  案内溝
１３  調整溝
１４  ガイド孔
１９  位置調整治具
１９ａ  凸部
１９ｂ  先端部
２３  照明光学系
２６  ＤＭＤ
２７  投映光学系
３４  カラーホイール
３６  ロッドインテグレータ
３７，３８  リレーレンズ
４２  投映レンズ
【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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