(57)【要約】【課題】  小型・軽量化ならび高輝度化を図りながら調整ミラー角度の経時変化を簡易に防止でき、部品点数が少なく安価な投射型表示装置を提供することにある。【解決手段】  ミラーとの接触する部分の形状が球形状、又は円形状、又は円柱形状である固定部材を有する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を出射する光源と、
前記光源からの光束を複数色の光束に分離するダイクロイックミラーと、
前記複数色に対応して配置された複数個の映像表示素子と、
前記複数個の映像表示素子からの光束を合成する合成部と、
前記合成部からの光束を投射する投射レンズと、
前記ダイクロイックミラーと接触する面が球形状で形成され、前記ダイクロイックミラーを保持する第１の板バネとを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投射型表示装置であって、
前記ダイクロイックミラーで分離された光束を反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーと接触する面が球形状で形成され、前記反射ミラーを保持する第２の板バネを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の投射型表示装置であって、
前記第１及び第２の板バネは、球形状に代えて円形状であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の投射型表示装置であって、
少なくとも、前記光源が配置されたケースとを有し、
前記第1及び第２の板バネは、前記ケースに保持されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】
光束を出射する光源と、
前記光源からの光束を複数色の光束に分離するダイクロイックミラーと、
前記複数色に対応して配置された複数個の映像表示素子と、
前記複数個の映像表示素子からの光束を合成する合成部と、
前記合成部からの光束を投射する投射レンズと、
少なくとも、前記光源が配置されたケースであって、突起部と、前記ダイクロイックミラーと接触する円柱とが形成されたケースと、
前記ダイクロイックミラーを保持し、前記突起部と結合する切り欠き部が形成された第１の板バネとを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の投射型表示装置であって、
前記ダイクロイックミラーで分離された光束を反射する反射ミラーと、
前記ケースには、突起部と、前記反射ミラーと接触する円柱とが形成され、
前記反射ミラーを保持し、前記突起部と結合する切り欠き部が形成された第２の板バネを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項７】
請求項６に記載の投射型表示装置であって、
前記切り欠き部の大きさは、前記突起部の大きさよりも大であることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光束を映像表示素子（液晶パネル）に照射し、映像表示素子で形成された光学像を投射レンズで投射する投射型表示装置に係わり、特に照明光学部から投射レンズまでの光学素子を基体に搭載した光学ユニットに対して、照明光学ユニットのダイクロイックミラー、反射ミラーの調整機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平１１−２０２４０９号公報には、ミラーが保持されたコ字状のバネ性部材にネジを貫通させ、ネジを回すことでネジと当接したミラーを調整する構成が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２０２４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特開平１１−２０２４０９号公報では、ミラーを調整する際に撓む枠状部材のクリープ（長時間の応力負荷による変形）及びミラー角度の経時変化については何ら考慮されていない。
【０００５】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、小型・軽量化ならび高輝度化を図りながら調整ミラー角度の経時変化を簡易に防止でき、部品点数が少なく安価な投射型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一面は、ミラーとの接触する部分の形状が球形状、又は円形状、又は円柱形状である固定部材を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、小型・軽量化を図りながらミラー角度の経時変化を簡易に防止できる投射型表示装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、実施例を図面に基づいて説明する。なお、各図において、共通な機能を有する要素には同一符号を付して示し、また煩雑さを避けるために、一度説明したものについてはその説明を省略する。
【０００９】
ミラーの固定部材に、実施例１では、ミラーと接触する部分の形状が球形状又は円形状である板バネと光学ボトムケースを使用した場合について説明し、実施例２では、押圧部材と円柱を使用した場合について説明する。
【００１０】
図１、図２は、実施例１の投射型表示装置１の外観を示す斜視図で、図１は投射型表示装置１の正面側、図２は投射型表示装置１の背面側、ならび底面側を示す。
【００１１】
図１に示すように、投射型表示装置１では、投射レンズ１０と同じ方向、すなわち正面側に面して冷却用の吸排気口Ａ２が配置され、上面部には操作ボタン５が配置されている。また、図２に示すように、背面側に冷却用の吸排気口Ｂ３が設けてあり、底面部に面して冷却用のパネル吸気口４などが配置されている。投射型表示装置１は、操作ボタン５により投射型表示装置１外部から操作して、動作させる。動作時には投射レンズ１０よりスクリーン（図示せず）などに映像を投射して表示する。
【００１２】
図３は、図１、図２に示した実施例１に係わる投射型表示装置１の内部を示す斜視図である。図３において、投射型表示装置１の内部には、照明光学部から投射レンズまでの光学素子を基体に搭載した光学ユニット３００が設けてあり、筐体２００に搭載されている。
【００１３】
図４に、実施例１の光学ユニットの概略図を示す。図４において、光学ユニット３００は、大別して、光束を出射する光源１００、照明光学部１０１、色分離部１１０、リレー光学部１２０、合成部であるプリズム１５０、映像表示素子である液晶パネル１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ及び投射レンズ１０を含む。
【００１４】
照明光学部１０１は、光束の照度を均一化するインテグレータとしての第１のアレイレンズ１０２ａ及び第２のアレイレンズ１０２ｂと、光束の偏光方向を揃える偏光変換素子１０３と、集光レンズ（重畳レンズともいう）１０４とを有する。
【００１５】
色分離部１１０は、光源からの光束を３つの色光束に分離する第１及び第２のダイクロイックミラー１１２，１１３と、反射ミラー１１５とを有する。
【００１６】
リレー光学部１２０は、第１のリレーレンズ１０８と、第２リレーレンズ１０９と、２つの反射ミラー１１６，１１７とを有する。
【００１７】
プリズム１５０の近傍には、プリズム１５０を三方から囲むように、液晶パネル１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂとコンデンサレンズ１０５，１０６，１０７が配置され、プリズム１５０の残りの一方に投射レンズ１０が配置されている。
【００１８】
光源１００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、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。
【００１９】
光源１００からの光束は、第１のアレイレンズ１０２ａに入射される。第１のアレイレンズ１０２ａは、入射した光束をマトリックス状に配設された複数のレンズセルで複数の光束に分割して、効率よく第２のアレイレンズ１０２ｂと偏光変換素子１０３を通過するように導く。即ち、第１のアレイレンズ１０２ａは、光源１００と第２のアレイレンズ１０２ｂの各レンズセルとが互いに物体と像の関係（共役関係）になるように設計されている。第１のアレイレンズ１０２ａと同様に、マトリックス状に配設された複数のレンズセルを持つ第２のアレイレンズ１０２ｂは、形成するレンズセルそれぞれが対応する第１のアレイレンズ１０２ａのレンズセルの形状を液晶パネル１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂ（以下、疑義が生じない限り単に「液晶パネル１４０」と省略する）に投影する。
【００２０】
この時、偏光変換素子１０３で第２のアレイレンズ１０２ｂからの光束は所定の偏光方向に揃えられ、そして、第１のアレイレンズ１０２ａの各レンズセルの投影像は、それぞれ集光レンズ１０４、コンデンサレンズ１０５，１０６，１０７、およびリレー光学部１２０の第１のリレーレンズ１０８，第２のリレーレンズ１０９により液晶パネル１４０に重ね合わせられる。なお、第２のアレイレンズ１０２ｂとこれに近接して配設される集光レンズ１０４とは、第１のアレイレンズ１０２ａと液晶パネル１４０とが、互いに物体と像の関係（共役関係）になるように設計されているので、第１のアレイレンズ１０２ａで複数に分割された光束は、第２のアレイレンズ１０２ｂと集光レンズ１０４によって、液晶パネル１４０に重畳して投影され、均一性の高い照度分布を得る。
【００２１】
光源１００から出射した光束は、照明光学部１０１で光量分布が均一化された後、色分離部１１０である第１及び第２のダイクロイックミラー１１２，１１３によって３色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））に分離される。赤(Ｒ)の光束はリレー光学部１２０を通り、反射ミラー１１７で反射され、液晶パネル１４０Ｒに導かれ、緑（Ｇ）の光束は第２のダイクロイックミラー１１３で反射され、液晶パネル１４０Ｇに導かれ、第１のダイクロイックミラー１１２で分離された青（Ｂ）の光束は反射ミラー１１５で反射し、液晶パネル１４０Ｂに導かれる。
【００２２】
液晶パネル１４０（１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂ）を通過した３色の光束（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、合成部であるプリズム１５０で合成され、投射レンズ１０にてスクリーン（図示せず）等に投射される。
【００２３】
３色の光束（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は光束領域（ラスター）があり、液晶パネル１４０（１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂ）をそれぞれの光束が通過する際に、光学素子の成型ばらつき、光学部品の取り付け精度ばらつきなどの積み上げにより、パネル面上に光束領域が通過しない領域がある場合、液晶パネル面上を通過しない色が映像として表示されない。よって３色の光束（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光束領域を液晶パネル１４０（１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂ）のパネル全面上を通過するように３色の光束領域の位置を調整する必要がある。
【００２４】
反射ミラー１１７の角度を調整することでＲ光束の光束領域の位置を液晶パネル１４０Ｒ面上から外れないように調整し、第２のダイクロイックミラー１１３の角度を調整することによってＧ光束の光束領域の位置を液晶パネル１４０Ｇ面上から外れないように調整し、反射ミラー１１５の角度を調整することによってＢ光束の光束領域の位置を液晶パネル１４０Ｂ面上から外れないように調整し、３色の光束（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を映像として表示させる。
【００２５】
図５に、実施例１による３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光束領域を調整するためのミラー調整機構の上面図を示す。第２のダイクロイックミラー１１３は、その姿勢を決めるための保持部材であるミラーホルダ１６０Ａに保持され、ミラーホルダ１６０Ａは、ミラーの上部で光学ボトムケース（筐体）４００にネジ１５５ａで固定されている。また、反射ミラー１１５，１１７についても同様に、各反射ミラーの姿勢を決めている保持部材であるミラーホルダ１６０Ｂ，１６０Ｃに保持され、ミラーホルダ１６０Ｂ，１６０Ｃは光学ボトムケース４００にネジ１５５ｂ，１５５ｃで固定されている。
【００２６】
次に、実施例１の調整ミラーである第２のダイクロイックミラー１１３と反射ミラー１１５及び１１７の調整機構の詳細について説明する。これらの調整機構は同一であり、以下では、代表的に第２のダイクロイックミラー１１３の調整機構を用いて説明する。
【００２７】
図６は、実施例１のミラーホルダ１６０Ａと第２のダイクロイックミラー１１３の組み付けを底面側から見た拡大斜視図とミラーホルダ１６０Ａの上面図ならび側面図で、図６紙面左が斜視図、図６紙面右が上面図ならび側面図である。図７は、第２のダイクロイックミラー１１３を保持したミラーホルダ１６０Ａと光学ボトムケース４００の組み付けを示した斜視図とミラーホルダ１６０Ａの摺動方向を示した上面図で、図７紙面左が斜視図、図７紙面右が上面図である。図８は、第２のダイクロイックミラー１１３を光学ボトムケース４００とともに下側から保持する板バネの拡大斜視図と板バネと光学ボトムケース４００との組み付けを示した断面図である。図９は、第２のダイクロイックミラー１１３の調整機構の断面図と上面図で、図９紙面左が断面図、図９紙面右が上面図である。
【００２８】
図６のように、ミラーホルダ１６０Ａはバネ性をもったツメ形状１６０ａ１とミラーを傷つけないようなピン形状１６０ａ２を有しており、第２のダイクロイックミラー１１３をツメ形状１６０ａ１とピン形状１６０ａ２に挟み込み、第２のダイクロイックミラー１１３を保持する。
【００２９】
前記のように、ミラーホルダ１６０Ａで保持された第２のダイクロイックミラー１１３は、図７で示すように、光学ボトムケース４００に組み付けられ、光学ボトムケース４００に設置された板バネ１３０と光学ボトムケース４００上に設置された円柱形状４００ｂに第２のダイクロイックミラー１１３が挟まれ、保持される。このとき、光学ボトムケース４００上に設けられた突起形状４００ａは、ミラーホルダ１６０Ａに設けられたスリット１６０ａ３内に設置され、ネジ１５５ａを緩め、矢印Ａ１８０の向きにミラーホルダＡが摺動する。更に、ミラーホルダＡはネジ１５５ａを緩め、矢印Ｂ１９０のようにネジ１５５ａの軸を中心に回転摺動する。このとき回転量は突起形状４００ａとスリット１６０ａ３の干渉によって制御することができる。
【００３０】
図８は、板バネ１３０の拡大斜視図ならび板バネ１３０と光学ボトムケース４００との組み付けの断面図である。図８において、板バネ１３０に設けられた切り起し形状１３０ａと曲げ形状１３０ｂが光学ボトムケース４００の円柱形状４００ｂの下部に設けられた突起部４００ｃを挟み込み、切り起し形状１３０ａと曲げ形状１３０ｂが撓んだ際のバネ力と光学ボトムケース４００の壁面によって板バネ１３０は光学ボトムケース４００内に固定される。また、板バネ１３０の第２のダイクロイックミラー１１３と接触する部分の形状１３０ｃは、曲面である。例えば、この曲面を球形状とすることで、板バネ１３０と第２のダイクロイックミラー１１３は点接触に近い状態となる。すなわち、第２のダイクロイックミラー１１３に加わる反力が微小な範囲において加わるので、第２のダイクロイックミラー１１３の回転角度による板バネ１３０の反力の偏りが少なくなる。その他の例としては、回転楕円面、回転放物面でもよい。
【００３１】
図９のように、ミラーホルダ１６０Ａを矢印Ａ１８０の方向に調整すると、第２のダイクロイックミラー１１３はミラーホルダ１６０Ａと同様にネジ１５５ａの軸を中心に矢印Ａ１８０の方向に回転し、第２のダイクロイックミラー１１３の姿勢は板バネ１３０の球状の絞り形状１３０ｃと点接触し、保持される。第２のダイクロイックミラー１１３が矢印Ａ１８０の方向に調整すると、光束領域は水平方向に調整される。ミラーホルダ１６０Ａを矢印Ｂ１９０の方向に調整すると、第２のダイクロイックミラー１１３は矢印１９０ａの方向に調整され、このとき光束領域は、スクリーン上で垂直方向に調整される。
【００３２】
そして、３色の光束領域が液晶パネル１４０面上から外れないよう調整し、ネジ１５５ａにてミラーホルダ１６０Ａを再固定する。
【００３３】
板バネ１３０と第２のダイクロイックミラー１１３が実施例１のように点接触ではなく、面接触している場合、第２のダイクロイックミラー１１３の調整される角度によって、板バネ１３０の変形量が変わるため、第２のダイクロイックミラー１１３に加えられる反力が変わる。すなわち、第２のダイクロイックミラー１１３の回転が大きいほど第２のダイクロイックミラー１１３の回転を戻そうとする曲げモーメント、つまり、ミラーホルダ１６０Ａの第２のダイクロイックミラー１１３の保持部であるツメ形状１６０a１とピン形状１６０ａ２に加わる反力が大きくなる。
【００３４】
前記のように、ミラーホルダ１６０Ａのミラー保持部（ツメ形状１６０ａ１とピン形状１６０ａ２）に加わる反力が大きくなり、ミラーホルダ１６０Ａのミラー保持部がクリープ耐力を超えると、ミラーホルダ１６０Ａのミラー保持部にクリープ（長時間の応力負荷による変形）が発生する。ミラー保持部にクリープが発生すると第２のダイクロイックミラー１１３を保持できず、第２のダイクロイックミラー１１３の角度は、時間の経過とともに調整直後の角度を保てなくなる恐れがあり、光束領域が液晶パネル１４０面上から外れ、液晶パネル１４０面上から外れた色が映像として表示されなくなる。
【００３５】
一般的に、クリープを防止するには、ミラーホルダ１６０Ａのミラー保持部の強度を上げる、又はミラーホルダ１６０Ａの材質をステンレスなどの金属部材にし、クリープ耐力を大きくする必要がある。
【００３６】
しかし、図８のように板バネ１３０に球状の絞り加工１３０ｃをいれることで、板バネ１３０と第２のダイクロイックミラー１１３は点接触され、第２のダイクロイックミラー１１３に加わる反力が微小な範囲において加わるので、第２のダイクロイックミラー１１３の回転角度による板バネ１３０の反力の偏りが少なくすることで、ミラーホルダ１６０Ａのミラー保持部（ツメ形状１６０ａ１とピン形状１６０ａ２）に加わる板バネ１３０の反力の偏りも少なくなり、ミラーホルダ１６０Ａにクリープが発生しにくくなる。
【００３７】
つまり、ミラーホルダ１６０Ａのクリープによる第２のダイクロイックミラー１１３の調整角度の経時変化を防止することができる。
【００３８】
実施例１に示すように、調整するミラーを保持するための板バネに図８のような球状の形状を設けることによって、ミラーホルダのクリープに対する耐性が良くなることで、ミラーホルダの材質にモールド部材を使用できることや、ミラーホルダのミラー保持部形状などの、設計の自由度が広がる。
【００３９】
実施例１では、調整するミラーを保持するための板バネのミラーとの接触部分の形状を球状にし、ミラーの全回転方向に対するバネの反力を均一に近づけ、ミラーホルダのクリープ耐性を良くしたが、当然、ミラーの調整仕様（例えば１軸方向のみの調整）によっては、板バネのミラーとの接触部分の形状を円板状とし、円板の外周をミラーに接触させることにより、回転方向に対するミラーが受ける板バネの反力を均一にしてもよい。
【００４０】
実施例２は、ミラーを保持する押圧部材の形状によらず、ミラーの調整角度によるミラーに加わる反力の偏りを防止する構造としている。以下、実施例２を説明する。
【００４１】
図１０、図１１は、実施例２の押圧部材である板バネ１３０の形状とミラー調整機構を示したものである。実施例１と同様に、各３つのミラー１１３、１１４、１１５保持構造は同様であるため、第２のダイクロイックミラー１１３について説明する。
【００４２】
図１０に示すとおり、板バネ１３０に切り欠き形状１３０ｄを設け、光学ボトムケース４００の円柱形状４００ｂ下部の突起形状４００ｃを切り欠き形状１３０ｄ部に挿入し板バネ１３０を保持する。実施例２では、切り欠き形状１３０ｄの開口の大きさは、突起形状４００ｃの大きさよりも大となるように形成されている。このように切り欠き形状１３０ｄを形成することにより、板バネ１３０を第２のダイクロイックミラー１１３の回転と共に、回転可能としている。このとき、実施例１と同様に、板バネ１３０に設けられた切り起し１３０ａが切り欠き形状１３０ｄ部と反対側に設けられており、突起形状４００ｃに板バネ１３０の反力で負荷しており、バネ力は、板バネ１３０が容易に動く程度する。図１１のように、第２のダイクロイックミラー１１３が矢印Ａ１８０の方向に調整されると、板バネ１３０は、円柱形状４００ｂの軸を回転中心とし、第２のダイクロイックミラー１１３と同様の方向に回転するので、第２のダイクロイックミラー１１３の回転量にかかわらず、第２のダイクロイックミラー１１３に加わる板バネ１３０の反力は一定である。つまり、ミラーホルダ１６０Ａが第２のダイクロイックミラー１１３から受ける反力は略一定で第２のダイクロイックミラー１１３の調整量による反力の偏りは微小であるといえ、ミラーホルダ１６０Ａの第２のダイクロイックミラー１１３の保持部のクリープの発生を抑え、ミラー角度の経時変化を防止する効果がある。
【００４３】
さらに、上記で示した第２のダイクロイックミラー１１３の回転中心であるネジ１５５ａの軸と同心円上で光学ボトムケース４００に、上記で示したような、円柱形状４００ｂならび突起形状４００ｃを設ければ、板バネ１３０と第２のダイクロイックミラー１１３の回転のばらつきは少なくなり、第２のダイクロイックミラー１１３に加わる板バネ１３０の反力はより一定を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施例１の投射型表示装置の正面側から見た外観を示す斜視図。
【図２】実施例１の投射型表示装置の背面側および底面側から見た外観を示す斜視図。
【図３】実施例１の投射型表示装置の内部を示す斜視図。
【図４】実施例１の光学エンジンの内部を示す平面図。
【図５】実施例１のミラー調整機構の部分を拡大した平面図。
【図６】実施例１のミラー保持部を示した底面側から見た平面図と斜視図。
【図７】実施例１のミラー調整機構を示した斜視図。
【図８】実施例１の板バネ形状を示した斜視図と板バネの組み付けを示した斜視図。
【図９】実施例１のミラー保持部の断面図およびミラー調整機構の調整方向を示した平面図。
【図１０】実施例２の板バネ形状と板バネの組み付けを示した斜視図。
【図１１】実施例２のミラー調整機構を示した平面図。
【符号の説明】
【００４５】
１  投射型表示装置、２  吸排気口Ａ、３  吸排気口Ｂ、４  パネル吸気口、５  操作ボタン、１０  投射レンズ、１００  光源、１０１  照明光学部、１０２ａ  第１のアレイレンズ、１０２ｂ  第２のアレイレンズ、１０３  偏光変換素子、１０４  集光レンズ、１０５，１０６，１０７  コンデンサレンズ、１０８  第１のリレーレンズ、１０９  第２リレーレンズ、１１０  色分離部、１１２  第１のダイクロイックミラー、１１３  第２のダイクロイックミラー、１１５，１１６，１１７  反射ミラー、１２０  リレー光学部、１３０  板バネ、１３０ａ  切り起し、１３０ｂ  曲げ形状、１３０ｃ  絞り形状、１３０ｄ  切り欠き形状、１４０（１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂ）  液晶パネル、１５０  プリズム、１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ  ネジ、１６０Ａ、１６０Ｂ、１６０Ｃ  ミラーホルダ、１６０ａ１  ツメ形状、１６０ａ２  ピン形状、１６０ａ３  スリット、１８０  矢印Ａ、１９０  矢印Ｂ、１９０ａ  矢印Ｃ、２００  筐体、３００  光学ユニット、４００  光学ボトムケース、４００ａ  突起形状、４００ｂ  円柱形状、４００ｃ  突起形状。
【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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