(57)【要約】【課題】ＳＣＲ技術を適用したプロジェクタにおいて、配置スペースの小型化を可能とする。【解決手段】本発明のプロジェクタは、光源装置から射出された光の照度分布を均一化して光射出面から射出するためのロッドインテグレータを備えている。このロッドインテグレータの光入射面と光射出面とは、互いに平行でない２つの面上にそれぞれ配置されている。光源装置は、ロッドインテグレータの光入射面に向けて集光光を射出するように配置されるとともに、集光光がロッドインテグレータの光入射面における開口近傍で集束するように配置されている。【選択図】　　　　図１
2004021198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を投写するプロジェクタであって、
集光光を射出する光源装置と、
前記光源装置から射出され、光入射面から入射した光の照度分布を均一化して光射出面から射出するためのロッドインテグレータと、
前記ロッドインテグレータの光射出面に近接して配置されたカラーホイールと、
前記カラーホイールを介して前記ロッドインテグレータから射出された光が入射し、該光を、与えられた画像信号に応じて反射して画像を表す画像光として射出する反射型光変調装置と、を備え、
前記カラーホイールは、所望の色光を透過し他の色光を反射する反射型色フィルタが、前記ロッドインテグレータから射出された光を複数の色光に区分して透過するようにスパイラル状に複数形成され、該カラーホイールが前記中心軸に平行な回転軸を中心に回転することにより、前記カラーホイールを透過する光に含まれる複数の色光の区分領域が循環的に変化するように構成されており、
前記ロッドインテグレータの前記光入射面と前記光射出面とは、互いに平行でない２つの面上にそれぞれ配置されており、
前記ロッドインテグレータの光入射面には、該光入射面に垂直な中心軸を略中心とする開口を有し、該開口の外周側に、前記カラーホイールで反射され、前記ロッドインテグレータ内を前記光射出面側から前記光入射面側に戻る光を反射する反射面を有する反射ミラーを有しており、
前記光源装置は、前記ロッドインテグレータの光入射面に向けて前記集光光を射出するように配置されるとともに、前記集光光が前記光入射面における前記開口近傍で集束するように配置されている、プロジェクタ。
【請求項２】
前記２つの面は互いに垂直である請求項１記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記ロッドインテグレータは、中空の内側面を有し、前記光入射面から入射した光を前記内側面で反射させながら前記光射出面へ導き、該光射出面から射出される光の照度分布をほぼ均一化する、請求項１または請求項２記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記ロッドインテグレータは、前記光入射面から入射した光を、媒質の屈折率の差による内部全反射により光射出面へ導き、該光射出面から射出される光の照度分布をほぼ均一化する、請求項１または請求項２記載のプロジェクタ。
【請求項５】
請求項４記載のプロジェクタであって、
前記ロッドインテグレータは、
略矩形状の光入射面と光射出面を有する四角柱状のロッドと、
互いに直角をなす２つの直角面を有し、一方の直角面が前記ロッドの光入射面と貼り合わされており、他方の直角面に前記反射ミラーが形成されている直角プリズムとを有する、プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像を投写表示するプロジェクタ（投写型表示装置）に関し、特に、光の照度分布を均一にすることが可能なロッドインテグレータを備えたプロジェクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プロジェクタでは、光源装置から射出された光（照明光）によって、光変調装置（電気光学装置とも呼ぶ。）の光入射面（光照射面とも呼ぶ。）が照明される。光変調装置の光入射面から入射した光は、画像信号（画像情報）に応じて変調され、光変調装置から画像を表す画像光として射出される。そして、光変調装置から射出された画像光を、投写光学系を介してスクリーン上に投写することにより画像が表示される。
【０００３】
光変調装置としては、変調した画像光が反射光として光入射面から射出するタイプの反射型光変調装置と、変調した画像光が透過光として光入射面と反対側の光射出面から射出するタイプの透過型光変調装置とがある。反射型光変調装置の例としては、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ、ＴＩ社の商標）のようなマイクロミラー型光変調装置や、反射型液晶パネル等があげられる。透過型光変調装置の例としては、透過型液晶パネルがあげられる。なお、ＤＭＤは、液晶パネルに比べて光照射面に照射された光の利用効率が高い。
【０００４】
１つの光変調装置を利用するプロジェクタ（「単板式プロジェクタ」とも呼ばれる。）では、例えば、次のようにしてカラー表示を実現することができる。すなわち、照明光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色に対応する３つの色フィルタを有するカラーホイールに入射させて、照明光に含まれるＲＧＢ３原色の光を順に循環的に透過して射出させる。光変調装置の光入射面には、カラーホイールから射出された３原色の光が順に照射される。光変調装置では、光入射面から順に入射する光を、その光の色に対応する色信号に基づいて変調することにより、それぞれの色信号に対応する色成分の画像光を生成する。生成された各色の画像光の表す画像（以下、「色成分画像」とも呼ぶ。）を順に投写する。順に投写された３つの色成分画像は、人間の目の残像効果によって合成されて１つのカラー画像として見えることになる。
【０００５】
なお、このように、ＲＧＢ３原色の光に対応する色成分画像を順に表示させることによるカラー画像の表示を、「時分割表示」あるいは「フィールドシーケンシャル表示」とも呼ぶ。
【０００６】
ここで、上記フィールドシーケンシャル表示の場合、カラーホイールを透過できない色の光が無駄となる。例えば、Ｒ光が透過されるときにはＧ光及びＢ光が、Ｇ光が透過されるときにはＢ光及びＲ光が、Ｂ光が透過されるときにはＲ光及びＧ光が無駄になる。このため、光源装置から射出された光が照明光として十分に利用されず利用効率の点で問題がある。
【０００７】
このような問題を解決して光の利用効率を向上させる方法が、ＳＯＣＩＥＴＹ　ＦＯＲ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＩＳＰＬＡＹ　２００１　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ　ＤＩＧＥＳＴ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ　ＰＡＰＥＲＳ・Ｖｏｌｕｍｅ　ＸＸＸＩＩ（ｐａｇｅ　１０７６　）に記載されたＳｅｑｕｅｎｔｉａｌ　Ｃｏｌｏｒ　Ｒｅｃａｐｔｕｒｅａｎｄ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ：　Ａ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｓｃｒｏｌｌｉｎｇ　Ｃｏｌｏｒ（Ｄ．　Ｓｃｏｔｔ　Ｄｅｗａｌｄ，　Ｓｔｅｖｅｎ　Ｍ．　Ｐｅｎｎ，　ａｎｄ　Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｄａｖｉｓ）で提案されている。
【０００８】
図６は、上記文献において説明されているＳＣＲ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ　Ｃｏｌｏｒ　Ｒｅｃａｐｔｕｒｅ）技術を用いたプロジェクタの要部を示す概略平面図である。このプロジェクタ１０００（以下、「ＳＣＲプロジェクタ」と呼ぶ。）は、光源装置１００と、ＳＣＲ用のロッドインテグレータ２００（以下、「ＳＣＲインテグレータ」と呼ぶ。）と、ＳＣＲ用のカラーホイール３００（以下、「ＳＣＲホイール」と呼ぶ。）と、リレー光学系４００と、反射ミラー５００と、フィールドレンズ６００と、ＤＭＤ７００と、投写レンズ（投写光学系）８００とを、システム光軸１０００ａｘに沿って順に配置して構成されている。なお、以下では、図６に示すように、光源装置１００から反射ミラー５００までの各構成要素が並ぶシステム光軸１０００ａｘの方向をｘ方向と規定し、ＤＭＤ７００から投写レンズ８００までの各構成要素が並ぶシステム光軸１０００ａｘの方向をｙ方向と規定する。
【０００９】
光源装置１００は、回転楕円面形状の反射面を有する楕円リフレクタ１１０と、メタルハライドランプや高圧水銀灯などの高圧放電灯が利用される光源ランプ１２０とで構成される。なお、光源装置１００の中心軸１００ａｘおよびＳＣＲインテグレータ２００の中心軸２００ａｘは、システム光軸１０００ａｘに一致するように配置されている。光源ランプ１２０は、楕円リフレクタ１２０の第１焦点Ｆ１に配置され、光源装置１００から射出される光は、楕円リフレクタ１２０の第２焦点Ｆ２で集束する集光光となる。ＳＣＲインテグレータ２００は、その光入射面２０２の中心（中心軸２００ａｘ上の点）が楕円リフレクタ１１０の第２焦点Ｆ２となるように配置される。このような構成とすることにより、光源装置１００から射出された集光光を、ＳＣＲインテグレータ２００の光入射面２０２から内部に効率よく入射するようにすることができる。なお、光源装置としては、回転放物面形状の反射面を有するリフレクタを用いたものを用いるようにしてもよい。ただし、この場合、射出される光が略平行な光となるため、光を集光するためにレンズを用いる必要がある。
【００１０】
なお、光入射面２０２における光源ランプ１２０のアーク像の大きさ（横方向または縦方向の大きさ）をＤＡとし、ＳＣＲインテグレータ２００の光入射面２０２上で結像される像（以下、「２次光源像」と呼ぶ）の大きさ（横方向または縦方向の大きさ）をＤＳＰとし、楕円リフレクタ１１０の第１および第２焦点距離をｆ１，ｆ２とすると、２次光源像の大きさＤＳＰは、以下の式で表される。
【００１１】
ＤＳＰ＝ＤＡ・ｆ２／ｆ１　…（１）
【００１２】
上記（１）式からわかるように、第１焦点距離ｆ１または第２焦点距離ｆ２の異なる楕円リフレクタを適宜利用することにより、２次光源像の大きさを調整することが可能である。
【００１３】
ＳＣＲインテグレータ２００の光入射面２０２から内部に入射した光は、内部で反射しながら光射出面２０４から射出する。ＳＣＲインテグレータ２００は、内部で反射を繰り返すことにより、光入射面２０２から入射した光の照度分布が一様でない場合においても、照度分布が一様な光に変換して光射出面から射出する機能を有している。
【００１４】
図７は、ＳＣＲインテグレータ２００を示す説明図である。図７（Ｂ）はＳＣＲインテグレータ２００の平面図を示し、図７（Ａ）は光入射面２０２側の側面図を示し、図７（Ｃ）は光射出面２０４側の側面図を示している。ＳＣＲインテグレータ２００は、光入射面２０２および光射出面２０４が略矩形状の輪郭を有する四角柱状の透光性ロッドである。
【００１５】
このＳＣＲインテグレータ２００は、内部全体が透光性部材で形成されており、光入射面２０２から入射した光を、ロッド側面の境界における媒質の屈折率の差による内部全反射により光射出部へ導き、光射出面２０４から射出される光の照度分布をほぼ均一化する機能を有している。
【００１６】
透光性光射出面２０４の輪郭形状は、通常、ＤＭＤ７００の光入射面を照明する光の照明効率を考慮して、この光入射面に相似な形状とされる。例えば、ＤＭＤ７００の光入射面のアスペクト比（縦横比）は、約４：３あるいは約１６：９であるので、光射出面２０４の輪郭形状も同様に約４：３あるいは約１６：９となるように構成されている。
【００１７】
なお、ＳＣＲインテグレータとしては、ライトトンネルとも呼ばれる内側面が反射面で覆われた中空のロッドインテグレータを用いることも可能である。すなわち、このＳＣＲインテグレータとしては、少なくとも、光入射面から入射した光の照度分布が一様でない場合においても、その光を反射させながら光射出面に導き、光の照度分布が一様な光に変換して光射出面から射出する機能を有しているロッドインテグレータであればよい。
【００１８】
ＳＣＲインテグレータ２００の光入射面２０２の外側には、光入射面２０２と接する側を反射面とする反射ミラー２０６が形成されている。この反射ミラー２０６には、光入射面２０２に垂直な中心軸２００ａｘを中心とする円系の開口部２０６ａが形成されている。開口部２０６ａを通過する光のみが光入射面２０２からＳＣＲインテグレータ２００の内部に入射可能である。
【００１９】
従って、上記（１）式で表される２次光源像の大きさＤＳＰは、開口部２０６ａを効率良く通過して光入射面２０２からＳＣＲインテグレータ２００に入射するように、開口部２０６ａの大きさよりも小さくなるように設定されることが好ましい。なお、反射ミラー２０６における光の反射機能については、後でさらに説明する。
【００２０】
開口部２０６ａの大きさは、光源装置１００からＳＣＲインテグレータ２００内に入射させる光の入射効率と、後述する反射ミラー２０６における光の反射効率とを考慮して適宜設定される。通常、開口部２０６ａの開口径は、反射ミラー２０６の長手方向の大きさに対して１／３程度の大きさに設定される。
【００２１】
反射ミラー２０６は、開口部２０６ａに対応する部分を除く光入射面２０２上にアルミニウム膜、銀膜等を形成することにより形成される。また、誘電体多層膜（コールドミラー等）を蒸着することによっても形成可能である。また、ＥＳＲフィルム（３Ｍ社製）を貼り付けることによっても形成可能である。なお、平板状の透明体（例えばガラス板）にアルミニウム膜、銀膜、誘電体多層膜、ＥＳＲフィルム等を選択的に形成したものを、光入射面２０２に近接配置したり、貼り合わせたりすることも可能である。
【００２２】
図６のＳＣＲインテグレータ２００の光射出面２０４から射出された光は、ＳＣＲホイール３００に入射する。
【００２３】
図８は、ＳＣＲホイール３００を示す説明図である。ＳＣＲホイール３００は、回転軸３２０を中心に図示しないモータによって回転可能に構成された円板状のフィルタ面３１０を有している。フィルタ面３１０には、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）それぞれの色フィルタの境界線（図中実線で示す曲線）が、フィルタ面３１０上における回転軸３２０上の中心点を中心にアルキメデスのスパイラルを形成するように配列形成されている。Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの色フィルタは、それぞれ対応する色光を透過し、他の色光を反射するフィルタである。これらの色フィルタは、それぞれ対応するダイクロイック膜をフィルタ面３１０上にコーティングすることにより形成される。
【００２４】
ＳＣＲホイール３００は、フィルタ面３１０がＳＣＲインテグレータ２００の光射出面２０４に平行に近接配置される。
【００２５】
ＳＣＲインテグレータ２００の光射出面２０４から射出される光は、図８に破線で示したように、ある時間タイミングにおいて複数の色フィルタに入射し、それぞれ対応する色光のみを透過し、他の色光を反射する。
【００２６】
図９は、ＳＣＲホイール３００で反射された光について示す説明図である。例えば、ＳＣＲインテグレータ２００の光射出面２０４から射出されてＳＣＲホイール３００のフィルタ面３１０上に形成されたＲ光透過フィルタ３１０Ｒに入射した光のうち、Ｒ光は透過され、Ｇ光およびＢ光は反射されて光射出面２０４からＳＣＲインテグレータ２００の内部に再び入射する。
【００２７】
この反射されたＧ光およびＢ光（以下、「ＧＢ光」と呼ぶ。）は、ＳＣＲインテグレータ２００の内部で反射を繰り返しながら光入射面２０２の方向へ戻る。光入射面２０２上には、反射ミラー２０６が形成されているので、光入射面２０２に到達したＧＢ光は、反射ミラー２０６の開口部２０６ａを通過する一部のＧＢ光を除いて反射ミラー２０６で反射される。
【００２８】
反射ミラー２０６で反射されたＧＢ光はＳＣＲインテグレータ２００の内部を反射しながら光射出面２０４の方向へ進み、光射出面２０４から射出されて、再度ＳＣＲホイール３００に入射する。再度ＳＣＲホイール３００に入射したＧＢ光が、透過可能な色フィルタ、例えば、Ｇ光ならばＧ光透過フィルタ３１０Ｇ、Ｂ光ならばＢ光透過フィルタ３１０Ｂに入射した場合には、ＳＣＲホイール３００を通過して照明光として利用可能となる、一方、再度ＳＣＲホイール３００に入射したＧＢ光は、透過不可のフィルタ、すなわち、Ｒ光透過フィルタ３１０Ｒに入射した場合には、再び反射されて、透過可能なフィルタに入射して有効な光として利用されるまでＳＣＲインテグレータ２００内を繰り返し往復することになる。
【００２９】
なお、上述の説明は最初にＲ光フィルタ３１０Ｒに入射する光の場合を例に説明しているが、他のＧ光透過フィルタ３１０ＧあるいはＢ光透過フィルタ３１０Ｂに最初に入射する光においても同様である。
【００３０】
以上説明したように、ＳＣＲプロジェクタ１０００では、ＳＣＲホイール３００で反射されて有効に利用されなかった光を再利用することが可能となる。従って、フィールドシーケンシャル表示において発生していたカラーホイールによる光の無駄を抑制して、光源装置１００から射出された光を効率良く利用することが可能である。なお、このように光を再利用する技術を、「ＳＣＲ技術」と呼んでいる。
【００３１】
図６のリレー光学系４００は、ＳＣＲホイール３００を通過したＳＣＲインテグレータ２００の光射出面２０４における光の像を、ＤＭＤ７００の光入射面７０２を少なくとも含む領域上で所定の結像倍率で結像する機能を有しており、少なくとも１以上のレンズにより構成することができる。
【００３２】
ここで、ＳＣＲホイール３００のフィルタ面３１０はＳＣＲインテグレータ２００の光射出面２０４に近接配置されているので、リレー光学系４００は、ＳＣＲホイール３００を通過した光の像を所定の結像倍率で結像すると考えてもよい。なお、照明領域として結像される像（以下、「照明領域の像」とも呼ぶ。）の大きさ（横方向または縦方向の大きさ）ＤＡは、ＳＣＲインテグレータ２００の光射出面の大きさ（横方向または縦方向の大きさ）をＤＩとし、結像倍率をｋｓとすると、以下の式で表される。
【００３３】
ＤＡ＝ＤＩ・ｋｓ　…（２）
【００３４】
なお、所定の結像倍率ｋｓは、ＤＭＤ７００の光照射面を効率よく照明するように、照明領域の像の大きさ（横方向または縦方向の大きさ）ＤＡが光入射面７０２の大きさにほぼ等しくなるように設定される。通常、結像倍率ｋｓは、約１．５倍〜約２．５倍の範囲で設定される。
【００３５】
反射ミラー５００は、リレー光学系４００から射出された光がフィールドレンズ６００を介してＤＭＤ７００に入射するように反射する。
【００３６】
ＤＭＤ７００は、光入射面７０２から入射する光を、与えられた画像信号（画像情報）に応じて各画素に対応するマイクロミラーで反射することにより、画像を表す画像光を投写レンズ８００の方向に射出する機能を有する反射方向制御型光変調装置（マイクロミラー型光変調装置）である。ＤＭＤ７００の光入射面７０２から射出される画像光は、フィールドレンズ６００及び投写レンズ８００を介して投写される。これにより、画像光の表す画像が投写表示される。
【００３７】
なお、反射ミラー５００からＤＭＤ７００までのシステム光軸１０００ａｘは、ＤＭＤ７００の上述の反射方向を制御する機能上の制約のために、ＤＭＤ７００から投写レンズ８００までのシステム光軸１０００ａｘに対して所定の傾きを有することが要求される。このため、反射ミラー５００は、リレー光学系４００から射出される光の中心軸を反射して、ＤＭＤ７００から投写レンズ８００までのシステム光軸１０００ａｘに対して所定の傾きを有するように配置されている。ただし、反射ミラー５００は、光源装置１００からリレー光学系４００までの光学系の配置によっては、省略することも可能である。また、反射ミラー５００は、必ずしも１枚である必要はなく、複数枚の反射ミラーを組み合わせて構成することも可能である。
【００３８】
ここで、「ＤＭＤ７００の光入射面７０２」は、照射された光を画像光として利用可能な領域、すなわち、上述の各画素に対応するマイクロミラーが形成されている領域を示す。
【００３９】
また、「所定の傾き」は、利用するデバイスに応じて適宜決定されものであり、以下の説明では特に問題ではないため、説明を省略する。
【００４０】
ところで、図１０は、ＤＭＤ７００の光入射面７０２を少なくとも含む領域上で結像される光の像を模式的に示す説明図である。ＳＣＲインテグレータ２００の光射出面２０４から射出される光は、図８に破線で示したように、あるタイミングにおいて複数の色フィルタに入射する。従って、ＳＣＲホイール３００を通過して結像される光の像は、図１０に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂの複数の色光の領域に区分される。また、ＳＣＲホイール３００の回転に応じて、各色フィルタの境界は放射方向に移動するので、これに応じて、ＳＣＲホイール３００を通過した結像される光の像において、Ｒ，Ｇ，Ｂの複数の色光に区分されている領域のパターンは、例えば、図１０（Ａ）および（Ｂ）に示すように、例えば、表示タイミングＴ＝０における状態から、表示タイミングＴ＝１における状態へと変化する。なお、表示タイミングとは、表示画像のデータを更新する単位時間を示している。
【００４１】
従って、ある表示タイミングにおいて、ＤＭＤ７００の各画素には、その画素に照射されている光の色に応じた色成分画像に相当する画像信号を供給する必要がある。照明される光の色のパターンは、例えば、ＳＣＲホイールの回転に応じて変化するようにＳＣＲホイール３００上に設けられた図示しない基準点の位置に応じて一義的に決定することが可能である。図示しない画像処理回路では、この基準点の位置を観測することにより対応する光の色のパターン情報を求めて、このパターン情報に応じて各画素の画像信号を生成して、ＤＭＤ７００に供給する。
【００４２】
以上のようにして、ＳＣＲプロジェクタ１０００では、各画素に、照射される光の色に応じた色成分画像を表示する。そして、表示された各画素の色成分画像が人間の目の残像効果によって合成されて１つのカラー画像として見えることになる。
【００４３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ＳＣＲプロジェクタ１０００では、図６に示したように、光源装置１００から反射ミラー５００までの各構成要素が、直線状のシステム光軸１０００ａｘに沿ってｘ方向に順に配置されている。このため、光源装置１００から反射ミラー５００までの各構成要素が配置された方向（ｘ方向）の配置スペースが、ＤＭＤ７００から投写レンズ８００までの各光性要素が配置された方向（ｙ方向）の配置スペースに比べて、かなり大きくなる傾向にある。そこで、光源装置１００から反射ミラー５００までの配置スペースを小さくすることが望まれている。
【００４４】
図１１は、光源装置１００から反射ミラー５００までの配置スペースを小さくしたＳＣＲプロジェクタの一例を示す概略平面図である。光源装置１００から反射ミラー５００までの配置スペースを小さくするには、図１１のプロジェクタ１０００Ａに示すように、光源装置１００から射出される光が−ｙ方向に進むように、ＳＣＲインテグレータ２００の中心軸２００ａｘに対して、光源装置１００の中心軸１００ａｘが、ＳＣＲインテグレータ２００の光入射面２０２側でほぼ垂直に交わるように配置する。そして、光源装置１００から射出される光が、ＳＣＲインテグレータ２００の光入射面２０２の方向にほぼ垂直に折り曲げられるように、ＳＣＲインテグレータ２００の光入射面２０２の前に、反射ミラー１５０を配置すればよい。
【００４５】
しかしながら、このプロジェクタ１０００Ａにおいて配置される反射ミラー１５０は、光源装置１００から射出される光の集光角に依存してかなり大きなサイズとなる。このように、使用する部品が大きくなることは、部品コストや配置スペース等の観点から望ましくない。
【００４６】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、光の照度分布を均一にすることが可能なロッドインテグレータを備え、ＳＣＲ技術を適用したプロジェクタにおいて、配置スペースの小型化を可能とする技術を提供することを目的とする。
【００４７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明は、画像を投写するプロジェクタであって、
集光光を射出する光源装置と、
前記光源装置から射出され、光入射面から入射した光の照度分布を均一化して光射出面から射出するためのロッドインテグレータと、
前記ロッドインテグレータの光射出面に近接して配置されたカラーホイールと、
前記カラーホイールを介して前記ロッドインテグレータから射出された光が入射し、該光を、与えられた画像信号に応じて反射して画像を表す画像光として射出する反射型光変調装置と、を備え、
前記カラーホイールは、所望の色光を透過し他の色光を反射する反射型色フィルタが、前記ロッドインテグレータから射出された光を複数の色光に区分して透過するようにスパイラル状に複数形成され、該カラーホイールが前記中心軸に平行な回転軸を中心に回転することにより、前記カラーホイールを透過する光に含まれる複数の色光の区分領域が循環的に変化するように構成されており、
前記ロッドインテグレータの前記光入射面と前記光射出面とは、互いに平行でない２つの面上にそれぞれ配置されており、
前記ロッドインテグレータの光入射面には、該光入射面に垂直な中心軸を略中心とする開口を有し、該開口の外周側に、前記カラーホイールで反射され、前記ロッドインテグレータ内を前記光射出面側から前記光入射面側に戻る光を反射する反射面を有する反射ミラーを有しており、
前記光源装置は、前記ロッドインテグレータの光入射面に向けて前記集光光を射出するように配置されるとともに、前記集光光が前記光入射面における前記開口近傍で集束するように配置されていることを特徴とする。
【００４８】
本発明のプロジェクタは、光源装置から射出された光の照度分布を均一化して光射出面から射出するためのロッドインテグレータとして、ロッドインテグレータの光入射面に、光源装置から射出される集光光の中心軸を略中心とする開口を有し、開口の外周側に、カラーホイールで反射され、ロッドインテグレータ内を前記光射出面側から光入射面側に戻る光を反射する反射面を有する反射ミラーを有しているものを適用しており、ＳＣＲ技術を用いたプロジェクタを構成している。また、ロッドインテグレータの前記光入射面と前記光射出面とは、互いに平行でない２つの面上にそれぞれ配置されており、光源装置は、ロッドインテグレータの光入射面に向けて集光光を射出するように配置されるとともに、集光光が光入射面の開口近傍で集束するように配置されている。これにより、従来例のＳＣＲ技術を用いたプロジェクタのように、直線状のシステム光軸に沿って順に配置されている各構成要素のうち、光源装置の配置位置を、直線状に並ぶ他の構成要素とは、異なった位置に配置を変更することができる。これにより、プロジェクタを構成する各構成要素の配置スペースの小型化が可能となる。しかも、従来例で説明したようなサイズの大きな反射ミラーを用いる必要もない。
【００４９】
上記構成において、前記２つの面は互いに垂直であることが好ましい。
【００５０】
こうすれば、より効果的な配置スペースの小型化が可能である。
【００５１】
なお、前記ロッドインテグレータは、中空の内側面を有し、前記光入射面から入射した光を前記内側面で反射させながら前記光射出面へ導き、該光射出面から射出される光の照度分布をほぼ均一化するものでもよい。
【００５２】
また、前記ロッドインテグレータは、前記光入射面から入射した光を、媒質の屈折率の差による内部全反射により光射出部へ導き、該光射出部から射出される光の照度分布をほぼ均一化するものでもよい。
【００５３】
なお、媒質の屈折率の差による内部全反射によるロッドインテグレータは、
略矩形状の光入射面と光射出面を有する四角柱状のロッドと、
互いに直角をなす２つの直角面を有し、一方の直角面が前記ロッドの光入射面と貼り合わされており、他方の直角面に前記反射ミラーが形成されている直角プリズムとを有することが好ましい。
【００５４】
上記構成によれば、ロッドインテグレータの光入射面と光射出面とが互いに平行でない２つの面を形成しているロッドインテグレータを容易に構成することができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
Ａ．実施例：
図１は、本発明の実施例に係るＳＣＲプロジェクタを示す概略平面図である。ＳＣＲプロジェクタ１０００Ｂは、従来例で説明したＳＣＲプロジェクタ１０００Ａ（図１１）と同様に、光源装置１００の配置位置を変更するとともに、ＳＣＲインテグレータ２００をＳＣＲインテグレータ２００Ｂに置き換えた点に特徴を有している。なお、実施例のＳＣＲプロジェクタ１０００Ｂは、以上の特徴点を除いて、従来例と全く同じであるので、以下では、ＳＣＲインテグレータ２００Ｂおよび光源装置１００の配置位置について特に説明を加える。
【００５６】
図２は、ＳＣＲインテグレータ２００Ｂを示す説明図である。図２（Ａ）の斜視図に示すように、ＳＣＲインテグレータ２００Ｂは、光入射面２１２および光射出面２１４が略矩形状の輪郭を有し、内部全体が透光性部材で形成された四角柱状の透光性ロッド２１０と、直角プリズム２２０とで構成されている。直角プリズム２２０の直角をなす２つの直角面２２２，２２４の一方の直角面２２４が透光性ロッド２１０の光入射面２１２に貼り合されている。他方の直角面２２２がＳＣＲインテグレータ２００Ｂの光入射面となる。この光入射面に相当する直角面２２２と光射出面２１４とは、互いに垂直な面を形成している。
【００５７】
この直角面２２２の外側には、直角面２２２と接する側を反射面とする反射ミラー２２８が形成されている。この反射ミラー２２８には、直角面２２２に垂直なＳＣＲインテグレータ２００Ｂの中心軸２００Ｂａｘを中心とする円形の開口部２２８ａが形成されている。この反射ミラー２２８が本発明の反射ミラーに相当する。また、２つの直角面２２２，２２４に挟まれた斜面２２６の外側にも、斜面２２６と接する側を反射面とする反射ミラー２３０が形成されている。なお、この斜面２２６は、２つの直角面２２２，２２４に対して４５度傾斜している。
【００５８】
なお、反射ミラー２２８は、開口部２２８ａに対応する部分を除く直角面２２２上にアルミニウム膜、銀膜等を形成することにより形成される。また、誘電体多層膜（コールドミラー等）を蒸着することによっても形成可能である。また、ＥＳＲフィルム（３Ｍ社製）を貼り付けることによっても形成可能である。なお、平板状の透明体（例えばガラス板）にアルミニウム膜、銀膜、誘電体多層膜、ＥＳＲフィルム等を選択的に形成したものを、光入射面２０２に近接配置したり、貼り合わせたりすることも可能である。
【００５９】
また、反射ミラー２３０も、反射ミラー２２８と同様に形成することができる。
【００６０】
光源装置１００は、図１に示すように、光源装置１００の中心軸１００ａｘが、直角面２２２に垂直な中心軸２００Ｂａｘと一致するように配置されている。また、光源装置１００の楕円リフレクタ１１０の第２焦点Ｆ２がＳＣＲインテグレータ２００Ｂの光入射面である直角面２２２の中心（中心軸２００Ｂａｘ上の点）に位置するように配置されている。これにより、光源装置１００から射出された光は、ＳＣＲインテグレータ２００Ｂの光入射面である直角面２２２から内部に効率よく入射するように、直角面２２２のほぼ中心（中心軸２００Ｂａｘ上の点）でほぼ集束するような集光光とされる。
【００６１】
直角プリズム２２０は、一方の直角面２２２から直角プリズム２２０に入射した光を、反射ミラー２３０によって反射して他方の直角面２２４を介して透光性ロッド２１０の光入射面２１２から入射させる機能を有している。従って、図２（Ｂ）のＳＣＲインテグレータ２００Ｂの概略平面図に示すように、光源装置１００から射出され、直角プリズム２２０の一方の直角面２２２から入射した光（例えば、図中破線で示す。）は、反射ミラー２３０によって直角プリズム２２０の他方の直角面２２４に向けて反射される。反射ミラー２３０で反射されて他方の直角面２２４から射出された光は、透光性ロッド２１０の光入射面２１２から透光性ロッド２１０内に入射する。
【００６２】
また、ＳＣＲホイール３００で反射されて、光射出面２１４から透光性ロッド２１０内に入射した光（例えば、図中実線で示す。）は、従来例でも説明したように、透光性ロッド２１０内で反射されながら光入射面２１２から射出される。光入射面２１２から射出された光は、直角プリズム２２０の他方の直角面２２４から直角プリズム２２０内に入射する。直角プリズム２２０に入射した光は、反射ミラー２３０によって一方の直角面２２２の方向に向けて反射される。直角面２２２上には、反射ミラー２２８が形成されているので、直角面２２２に到達した光は、反射ミラー２２８の開口部２２８ａを通過する一部の光を除いて反射ミラー２２８によって反射され、再びＳＣＲインテグレータ２００Ｂを通過して光射出面２１４から射出される。
【００６３】
なお、透光性ロッド２１０は、従来のＳＣＲインテグレータ２００と同様に、光入射面２１２から入射した光を反射させながら光射出面２１４に導き、照度分布の均一でない光を照度分布の均一な光に変換する。
【００６４】
以上説明したように、ＳＣＲインテグレータ２００Ｂは、照度分布の均一でない光を照度分布が均一な光に変換する本来の機能に加えて、光入射面から入射した光の進行方向を異なった方向に変更する機能を有している。本例では、光入射面である直角プリズム２２０の直角面２２２に垂直に入射する光（−ｙ方向に進む光）を反射してほぼ垂直な方向に進む光（＋ｘ方向に進む光）に変更する。この光の進行方向を変更する機能により、従来例のＳＣＲプロジェクタ１０００（図６）のように、光源装置１００から反射ミラー５００までの各構成要素が直線状のシステム光軸１０００ａｘに沿ってｘ方向に順に配置される構成ではなく、従来例のＳＣＲプロジェクタ１０００Ａ（図１１）と同様に、光源装置１００の中心軸１００ａｘ（光源装置１００からＳＣＲインテグレータ２００Ｂまでのシステム光軸１０００ａｘ）が、ＳＣＲインテグレータ２００から反射ミラー５００までのシステム光軸１０００ａｘに対してほぼ垂直に交わるように配置することができる。この結果、従来例のＳＣＲプロジェクタ１０００において問題となっていた光源装置１００から反射ミラー５００までの各構成要素が配置された方向（ｘ方向）の配置スペースを小さくすることが可能となる。また、従来例のプロジェクタ１０００Ａにおいて問題となっていた大きなサイズの反射ミラーを用いる必要もない。
【００６５】
なお、本例のＳＣＲインテグレータ２００Ｂを構成する直角プリズム２２０の斜面２２６上には、反射ミラー２３０が形成されているが、必ずしも反射ミラー２３０は必ずしも必要ではない。直角プリズム２２０の斜面２２４に入射する光源装置１００から射出された集光光の入射角が、斜面２２６における全反射条件を満足するものであれば、反射ミラー２３０を省略することが可能である。また、全反射条件を反俗しない入射角の光があっても、その光が反射されないことによる光の損失が問題とならない場合にも反射ミラー２３０を省略することができる。
【００６６】
以上の説明からわかるように、ＳＣＲインテグレータ２００Ｂの反射ミラー２２８の反射面が本発明の第１の反射面に相当し、反射ミラー２３０の反射面が第２の反射面に相当する。
【００６７】
Ｂ．変形例：
なお、本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６８】
Ｂ１．変形例１：
図３は、変形例としてのＳＣＲインテグレータ２００Ｃの一部を示す概略斜視図である。
【００６９】
このＳＣＲインテグレータ２００Ｃは、実施例におけるＳＣＲインテグレータ２００Ｂ（図２）のように、透光性ロッド２１０に直角プリズム２２０を貼り合せるのではなく、これと同じ外形を有する透光性ロッド２１０Ｃを一体的に形成したものである。また、こうして形成された透光性ロッド２１０の、ＳＣＲインテグレータ２００Ｂの光入射面である直角プリズム２２０の一方の直角面２２２に対応する位置に反射ミラー２２８を形成し、直角プリズム２２０の斜面２２６に対応する位置に反射ミラー２３０を形成したものである。
【００７０】
本変形例のＳＣＲインテグレータ２００Ｃを、実施例のＳＣＲインテグレータ２００Ｂと置き換えても、実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
【００７１】
Ｂ２．変形例２：
図４は、他の変形例としてのＳＣＲインテグレータ２００Ｄの一部を示す概略斜視図である。
【００７２】
このＳＣＲインテグレータ２００Ｄも、実施例におけるＳＣＲインテグレータ２００Ｂ（図２）と同様な外形を有している。ただし、以下に示す点で実施例のＳＣＲインテグレータ２００および第１の変形例のＳＣＲインテグレータ２００Ｃと異なっている。
【００７３】
図５は、図４に一点鎖線で示すように切断されたＳＣＲインテグレータ２００Ｄのうち、矢印Ａ方向側の部分２１０Ｄを示す概略斜視図と、矢印Ｂ方向側の部分２２０Ｄを示す概略斜視図である。図５（Ａ）および図（Ｂ）に示すように、このＳＣＲインテグレータ２００Ｄの内部は中空となっており、図示しない光射出面は、そのまま開口されている。各内側面全体には反射ミラーが形成されており、内側面全体が光の反射面となる。ただし、光の入射面に相当する面には、実施例の開口部２２８ａ（図２）と同様な開口部２２８Ｄａが形成されている。
【００７４】
図５（Ａ）に示した部分２１０Ｄは、実施例のＳＣＲインテグレータ２００Ｂにおける透光性ロッド２１０に対応する部分（以下、この部分を「インテグレータ部」とも呼ぶ。）であり、図５（Ｂ）に示した部分２２０Ｄは、実施例のＳＣＲインテグレータ２００Ｂにおける直角プリズム２２０、並びに、直角プリズム２２０の一方の直角面２２２上に形成された反射ミラー２２８および斜面２２６上に形成された反射ミラー２３０に対応する部分（以下、この部分を「光路変更部」とも呼ぶ。）である。なお、インテグレータ部２１０Ｄは、光路変更部２２０Ｄから入射した光を内側面で反射させながら図示しない光射出面に導き、照度分布が均一でない光を均一な照度分布に変換して射出する。
【００７５】
本変形例のＳＣＲインテグレータ２００Ｄを、実施例のＳＣＲインテグレータ２００Ｂと置き換えても、実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
【００７６】
Ｂ３．変形例３：
上記実施例のＳＣＲインテグレータ２００Ｂにおいて、直角プリズム２２０の部分を、変形例３のＳＣＲインテグレータ２００Ｄの光路変更部２２０Ｄ（図５（Ｂ））に置き換えることも可能である。また、ＳＣＲインテグレータ２００Ｂの透光性ロッド２１０の部分を、変形例３のＳＣＲインテグレータ２００Ｄのインテグレータ部２１０Ｄ（図５（Ａ））に置き換えることも可能である。
【００７７】
Ｂ４．変形例４：
上記実施例および変形例では、ロッドインテグレータの光入射面と光射出面とが、互いに垂直な面を形成する場合を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、互いに平行でない面を形成するものであってもよい。
【００７８】
Ｂ５．変形例５：
上記実施例では、反射型光変調装置としてＤＭＤを備えているプロジェクタを例に説明しているが、例えば、１つの反射型液晶パネルを備えるプロジェクタにも本発明を適用することが可能であり、種々の反射型変調装置を利用したプロジェクタにも本発明を適用することが可能である。
【００７９】
Ｂ６．変形例６：
上記実施例や変形例では、ＳＣＲ技術を利用したプロジェクタを例に説明しているが、これを利用しないプロジェクタにも本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るＳＣＲプロジェクタを示す概略平面図である。
【図２】ＳＣＲインテグレータ２００Ｂを示す説明図である。
【図３】変形例としてのＳＣＲインテグレータ２００Ｃの一部を示す概略斜視図である。
【図４】他の変形例としてのＳＣＲインテグレータ２００Ｄの一部を示す概略斜視図である。
【図５】図４に一点鎖線で示すように切断されたＳＣＲインテグレータ２００Ｄのうち、矢印Ａ方向側の部分２１０Ｄを示す概略斜視図と、矢印Ｂ方向側の部分２２０Ｄを示す概略斜視図である。
【図６】ＳＣＲ技術を用いたプロジェクタの要部を示す概略平面図である。
【図７】ＳＣＲインテグレータ２００を示す説明図である。
【図８】ＳＣＲホイール３００を示す説明図である。
【図９】ＳＣＲホイール３００で反射された光について示す説明図である。
【図１０】ＤＭＤ７００の光入射面７０２を少なくとも含む領域上で結像される光の像を模式的に示す説明図である。
【図１１】光源装置１００から反射ミラー５００までの配置スペースを小さくしたＳＣＲプロジェクタの一例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１０００…プロジェクタ（ＳＣＲプロジェクタ）
１０００Ａ…プロジェクタ（ＳＣＲプロジェクタ）
１０００Ｂ…プロジェクタ（ＳＣＲプロジェクタ）
１０００ａｘ…システム光軸
１００…光源装置
１００ａｘ…中心軸
１１０…楕円リフレクタ
１２０…光源ランプ
２００…ＳＣＲインテグレータ（ＳＣＲ用のインテグレータロッド）
２００ａｘ…中心軸
２０２…光入射面
２０４…光射出面
２０６…反射ミラー
３００…ＳＣＲホイール（ＳＣＲ用のカラーホイール）
３１０…フィルタ面
３１０Ｒ…Ｒ光透過フィルタ
３１０Ｇ…Ｇ光透過フィルタ
３１０Ｂ…Ｂ光透過フィルタ
３２０…回転軸
４００…リレー光学系
５００…反射ミラー
６００…フィールドレンズ
７００…ＤＭＤ
７００ａｘ…中心軸
７０２…光入射面
８００…投写レンズ（投写光学系）
２００Ｂ…ロッドインテグレータ（ＳＣＲインテグレータ）
２００Ｂａｘ…中心軸
２１０…透光性ロッド
２１２…光入射面
２１４…光射出面
２２０…直角プリズム
２２２，２２４…直角面
２２６…斜面
２２８…反射ミラー
２２８ａ…開口部
２００Ｃ…ロッドインテグレ−タ（ＳＣＲインテグレータ）
２１０Ｃ…透光性ロッド
２００Ｄ…ロッドインテグレ−タ（ＳＣＲインテグレータ）
２１０Ｄ…部分
２２０Ｄ…部分
２２８Ｄａ…開口部
【図１】
2004021198.tif 000003
【図２】
2004021198.tif 000004
【図３】
2004021198.tif 000005
【図４】
2004021198.tif 000006
【図５】
2004021198.tif 000007
【図６】
2004021198.tif 000008
【図７】
2004021198.tif 000009
【図８】
2004021198.tif 000010
【図９】
2004021198.tif 000011
【図１０】
2004021198.tif 000012
【図１１】
2004021198.tif 000013