(57)【要約】【課題】光源２０から射出された光を効率よく画像形成部に伝送するプロジェクタ用光学系１５を提供することを目的とする。【解決手段】前記プロジェクタ用光学系１５を、光源２０とロッドインテグレータ２５とリレーレンズ４５と凸メニスカスレンズ４０で構成する。ロッドインテグレータ２５は、光源２０から射出された光を入射して、射出口２８から均一化した光束を射出すると共に、該射出口２８から戻ってきた光を反射するための反射面２６を入射側の面に備える。リレーレンズ４５は、射出口２８から射出した光の少なくとも一部を画像形成部に伝送する。凸メニスカスレンズ４０は、ロッドインテグレータ２５とリレーレンズ４５の間に設置され、リレーレンズ４５に取り込まれる光の角度より大きな角度で射出口２８から射出される光を射出口２８に向けて反射する反射部３５を周辺の少なくとも一部に備える。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光を投写用の画像を形成する画像形成部に伝送するプロジェクタ用光学系であって、
前記光源と、
該光源から射出された光を入射して、射出口から均一化した光束を射出すると共に、該射出口から戻ってきた光を反射するための反射面を前記入射側の面に備えたロッドインテグレータと、
前記射出口から射出した光の少なくとも一部を前記画像形成部に伝送するリレーレンズと、
前記ロッドインテグレータと前記リレーレンズの間に存在する凸メニスカスレンズであって、前記リレーレンズに取り込まれる光の角度より大きな角度で前記射出口から射出される光を前記射出口に向けて反射する反射部を周辺の少なくとも一部に備えた凸メニスカスレンズと
を備えたプロジェクタ用光学系。
【請求項２】
前記反射部は銀の膜である請求項１記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項３】
前記凸メニスカスレンズの前記ロッドインテグレータ側の面は、前記射出口の任意の一点を曲率半径の中心とする球面である請求項１記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項４】
前記射出口に面するカラーホイールを備えた請求項１記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項５】
前記カラーホイールは、前記射出口を、常に投写に使用される各色の領域に分割する請求項４記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項６】
光源から射出された光を投写用の画像を形成する画像形成部に伝送するプロジェクタ用光学系に装着される凸メニスカスレンズであって、
前記プロジェクタ用光学系は、前記光源と、該光源から射出された光を入射して、射出口から均一化した光束を射出すると共に、該射出口から戻ってきた光を反射するための反射面を前記入射側の面に備えたロッドインテグレータと、前記射出口から射出した光の少なくとも一部を前記画像形成部に伝送するリレーレンズとを備え、
前記ロッドインテグレータと前記リレーレンズの間に配置された場合に、前記リレーレンズに取り込まれる光の角度より大きな角度で前記射出口から射出される光を前記射出口に向けて反射する反射部を周辺の少なくとも一部に備えた凸メニスカスレンズ。
【請求項７】
前記反射部は銀の膜である請求項６記載の凸メニスカスレンズ。
【請求項８】
前記ロッドインテグレータ側の面は、前記射出口の任意の一点を曲率半径の中心とする球面である請求項６記載の凸メニスカスレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から射出された光を投写用の画像を形成する画像形成部に伝送するプロジェクタ用光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプロジェクタ用光学系では、光源から射出された光を、ロッドインテグレータで伝送し、更にリレーレンズを用いて画像形成部まで伝送していた。その際、ロッドインテグレータは、光源から射出された光を入射して、射出口から均一化した光束を射出するという機能を果たしていた。画像形成部には、液晶パネルを用いて画像を形成するものと、アレイ状に配置された微小な反射ミラーを電気的に制御するもの例えばＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ　共に米国ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社の商標）を用いて画像を形成するものとがあるが、画像形成部がＤＭＤを用いるものである場合は、ロッドインテグレータの入射口または射出口にカラーホイールを備えることで、特定の波長の光を選別してロッドインテグレータから射出していた。
【０００３】
また、ＳＣＲという方式も提案されている。ＳＣＲは、Ｒ，Ｇ，Ｂの渦巻状に配置されたカラーホイールをもっているが、カラーホイールのＲの部分では、赤の波長の光のみが透過され、青の波長の光や緑の波長の光は反射される。反射された青の波長の光や緑の波長の光は再度ロッドインテグレータ内で反射を繰り返す。反射された光がロッドインテグレータの光の入射側の面から射出されないように、光の入射側の面にはミラーが備えられている。
【０００４】
そして、青の波長の光や緑の波長の光がカラーホイールのＢの部分にくれば今度は青の波長の光が透過され、緑の波長の光が反射される。同様に、Ｇの部分に光が至ると、緑の波長の光のみ透過され、赤の波長の光や青の波長の光は反射される。このように構成することで、ＳＣＲでは光を有効に使うことが可能となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
無駄になる照明光を少なくして照明光の有効利用を図った技術として、被照明体に投射される照明光の投射範囲の設定を、その被照明体の横と縦とのサイズに応じて最適の設定を行うものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４２４１６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２３６３１７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リレーレンズには位置やサイズ上の制約があるため、ロッドインテグレータの射出口から射出した光のうち、射出角度が大きい光をリレーレンズで受けることができなかった。つまり、射出される光の全てを伝送可能な程度にリレーレンズの径を大きくすると、装置全体が看過できないほど大きくなりがちであった。
【０００８】
本発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、光源から射出された光を効率よく画像形成部に伝送するプロジェクタ用光学系を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決する本発明のプロジェクタ用光学系は、
前記光源と、
該光源から射出された光を入射して、射出口から均一化した光束を射出すると共に、該射出口から戻ってきた光を反射するための反射面を前記入射側の面に備えたロッドインテグレータと、
前記射出口から射出した光の少なくとも一部を前記画像形成部に伝送するリレーレンズと、
前記ロッドインテグレータと前記リレーレンズの間に存在する凸メニスカスレンズであって、前記リレーレンズに取り込まれる光の角度より大きな角度で前記射出口から射出される光を前記射出口に向けて反射する反射部を周辺の少なくとも一部に備えた凸メニスカスレンズと
を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、ロッドインテグレータの射出口から射出した光のうち、リレーレンズで受けることができなかった射出角度が大きい光を、凸メニスカスレンズの反射部で反射し、再度ロッドインテグレータ内に入射することが可能となる。ロッドインテグレータの入射側の面には反射面が備えられているので、ロッドインテグレータ内に入射した光はロッドインテグレータ内で反射を繰り返し、再度射出口から射出される可能性が高い。つまり、光源から射出された光を有効に使うことが可能になる。
【００１１】
本発明で使用される画像形成部は、液晶パネルを用いて画像を形成するものであっても、ＤＭＤを用いて画像を形成するものであってもよい。また、ロッドインテグレータとしては、４枚のガラス板を張り合わせ内面を銀でコーティングしたインテグレータ型を用いてもよいし、１つの直方体のガラス棒であるソリッド型を用いてもよい。
【００１２】
また、前記反射部は銀の膜であってもよい。
【００１３】
銀は反射率が高いので、ロッドインテグレータ内に反射される光が多くなる。また、膜であれば、メンテナンスも容易になる。
【００１４】
反射部には、銀の膜に限らず、反射率の高い材料を様々に用いることが可能である。例えば、金属は一般的に反射率が高いので、用いることが可能である。また、反射部は必ずしも膜にする必要はなく、凸メニスカスレンズに溶着して構成することができればよい。
【００１５】
前記凸メニスカスレンズの前記ロッドインテグレータ側の面は、前記射出口の任意の一点を曲率半径の中心とする球面であってもよい。
【００１６】
そのように構成すれば、反射部で反射した光が、再度ロッドインテグレータ内に入射する可能性が高くなる。
【００１７】
凸メニスカスレンズの大きさが同じぐらいであれば、曲率半径の中心となる射出口の任意の一点は、射出口の中心に近いほど、反射部で反射した光が、再度ロッドインテグレータ内に入射する可能性が高くなる。このような観点から、任意の一点は、射出口の外心や重心などであってもよい。
【００１８】
前記射出口に面するカラーホイールを備えていてもよい。
【００１９】
カラーホイールを備えることにより、ロッドインテグレータから射出される光の波長を選別することができるため、画像形成部としてＤＭＤを使用することが可能になる。
【００２０】
カラーホイールは、投写に使用される各色の領域に分割されており、かつ射出口前面に各色の領域が表われる瞬間があればよく、領域はどのような形であってもよい。例えば、カラーホイールが中心角をそれぞれ１２０度とする３つの扇形のＲＧＢ領域に分割されていてもよい。
【００２１】
前記カラーホイールは、前記射出口を、常に投写に使用される各色の領域に分割するものとして構成してもよい。各色の領域は、特定波長のみ透過／その他は反射というダイクロイックミラーで構成できる。
【００２２】
このように構成すれば、投写に使用される色の領域が射出口前面に常に存在するので、投写に使用される色の波長の光がカラーホイールを透過する可能性が常にあり、効率がよい。
【００２３】
このようなカラーホイールとしては、各色の領域がらせん状に形成されたものなどが考えられる。
【００２４】
また、本発明は上記凸メニスカスレンズとして構成しても良い。つまり、上記課題の少なくとも一部を解決する凸メニスカスレンズは、
光源から射出された光を投写用の画像を形成する画像形成部に伝送するプロジェクタ用光学系に装着される凸メニスカスレンズであって、
前記プロジェクタ用光学系は、前記光源と、該光源から射出された光を入射して、射出口から均一化した光束を射出すると共に、該射出口から戻ってきた光を反射するための反射面を前記入射側の面に備えたロッドインテグレータと、前記射出口から射出した光の少なくとも一部を前記画像形成部に伝送するリレーレンズとを備え、
前記ロッドインテグレータと前記リレーレンズの間に配置された場合に、前記リレーレンズに取り込まれる光の角度より大きな角度で前記射出口から射出される光を前記射出口に向けて反射する反射部を周辺の少なくとも一部に備えることを特徴とする。
【００２５】
凸メニスカスレンズとして構成しても、上記プロジェクタ用光学系の場合と同様の作用・効果が得られる。応用範囲もプロジェクタ用光学系の場合と同じく多様であり、同様の作用・効果が得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、以下の項目に分けて説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．構成：
Ａ２．光の伝送：
Ａ３．効果：
Ｂ．変形例：
【００２７】
Ａ．実施例：
Ａ１．構成：
図１は、プロジェクタ用光学系１５の全体構成図である。ＳＣＲの一部を模式的に示した。プロジェクタ用光学系１５は、光源２０，ロッドインテグレータ２５，カラーホイール３０，凸メニスカスレンズ４０，リレーレンズ４５で構成されている。メニスカスレンズとは、レンズの第１面と第２面の曲率が同符号（正負が同じ）であるレンズであり、凸メニスカスレンズ４０とは、焦点距離が共に正のメニスカスレンズのことである。ここでは、凸メニスカスレンズ４０のロッドインテグレータ２５側の面は、ロッドインテグレータ２５の射出口２８の中心を曲率半径ｒの中心とする球面となっている。
【００２８】
プロジェクタ用光学系１５の主な機能は、光源２０から射出された光の波長を選別しつつ画像形成装置であるＤＭＤ５５まで光を伝送することである。ＤＭＤ５５は、画素ごとに反射角度が変えられる多数のミラーで構成されており、この反射角を制御して投写される画像を形成する。
【００２９】
図１の一点鎖線は、光の伝送状態を表わしている。光源２０は入射口２７に光を集める構成となっている。射出口から射出される光には、射出角度の大きいもの，小さいものが混在する。射出角度が大きい光は反射部３５で反射され、ロッドインテグレータ２５内に至り、射出角度が小さい光はリレーレンズでＤＭＤ５５まで伝送される。
【００３０】
図２は、ロッドインテグレータ２５とカラーホイール３０の説明図である。ロッドインテグレータ２５は、４枚の長方形のガラス板を直角に張り合わせた形状をしており、内面はすべて銀の膜でコーティングされている。更に、入射側には正方形のガラス板が取り付けられ、光源２０から射出された光を入射するための、入射口２７が設けられている。入射側のガラス板内側は、銀の膜でコーティングされている（以下、この面を特に反射面２６とよぶ。）。射出側には、光を射出するための射出口２８が設けられている。射出口２８の中心は、射出口２８の対角線の交点である。
【００３１】
カラーホイール３０は、ミラー部３１と、軸部３２で構成されており、ミラー部３１は軸部３２を中心に回転する。ミラー部３１は、特定の波長の光だけを反射するミラーであるダイクロイックミラーで作成されており、射出口２８の前面で、赤の波長以外の光を反射するＲ部３３ａと、緑の波長以外の光を反射するＧ部３３ｂと、青の波長以外の光を反射するＢ部３３ｃが常に現れるように構成されている。また、Ｒ部３３ａ、Ｇ部３３ｂ、Ｂ部３３ｃの各境界３４は、白色光を透過するように構成しても良いし、全反射ミラーを設けて反射するようにしても良い。光が透過するように設定するか反射するように設定するかは、ＤＭＤ５５の駆動条件による。
【００３２】
図３は、カラーホイール３０のミラー部３１の正面図である。図２における２Ａ方向からみた状態を示した。ミラー部３１は矢印２Ａ方向からみると円形で、Ｒ部３３ａ部，Ｂ部３３ｃはミラー部３１の円の中心を中心に、らせん状に形成されている。Ｒ部３３ａとＧ部３３ｂとＢ部３３ｃは、ミラー部３１が回転しても、常に全色が射出口２８の前面にあらわれるよう設計されている。
【００３３】
図４は、凸メニスカスレンズ４０の正面図である。ロッドインテグレータ側からみた状態を示した。凸メニスカスレンズ４０は円形で、透光部３７と反射部３５で構成されている。透光部３７は円形で、反射部３５は透光部３７の周囲を環状に取り巻いている。透光部３７は、光を透過するが、反射部３５は銀の膜でコーティングされており、光を反射する。
【００３４】
Ａ２．光の伝送：
次に、プロジェクタ用光学系１５における光の伝送について説明する。図５は、ロッドインテグレータ２５とカラーホイール３０での光の伝送を示す説明図である。太線は赤の波長の光と青の波長の光が混合した光を表わし、二点鎖線は赤の波長の光を表わし、一点鎖線は青の波長の光を表わす。
【００３５】
光源２０から射出され、入射口２７からロッドインテグレータ２５内に入った光はロッドインテグレータ２５内で反射を繰り返し、射出口２８を出てカラーホイール３０に至る。赤の波長の光はＲ部３３ａから透過するが、青の波長の光はＲ部３３ａで反射し、再度ロッドインテグレータ２５内で反射を繰り返す。そして、再び射出口２８から出てカラーホイール３０に至る。今度はカラーホイール３０のＢ部３３ｃにきたので青の波長の光は透過する。
【００３６】
図６は、ロッドインテグレータ２５とカラーホイール３０と凸メニスカスレンズ４０での光の伝送を示す説明図である。二点鎖線は赤の波長の光を表わし、一点鎖線は青の波長の光を表わす。二点鎖線の光は、凸メニスカスレンズの透光部３７に至ったので、そのまま透過してリレーレンズ４５まで伝送される。
【００３７】
一方、一点鎖線の光は、凸メニスカスレンズの反射部３５に至ったので、反射部３５で反射し、再度カラーホイール３０のＢ部３３ｃを透過してロッドインテグレータ２５内に至る。そして、ロッドインテグレータ２５で反射を繰り返して射出口２８からロッドインテグレータ２５を出てカラーホイール３０のＢ部３３ｃを透過する。凸メニスカスレンズの透光部３７を透過した光は、図１で示したように、リレーレンズ４５によりＤＭＤ５５まで伝送される。
【００３８】
Ａ３．効果：
以上のプロジェクタ用光学系１５によると、次のような効果が得られる。まず、ロッドインテグレータ２５の射出口２８から射出した光のうち、リレーレンズ４５で受けることができない射出角度が大きい光を、凸メニスカスレンズ４０の反射部３５で反射し、再度ロッドインテグレータ２５内に入射することが可能となる。ロッドインテグレータ２５の入射側の面には反射面２６が備えられているので、ロッドインテグレータ２５内に入射した光はロッドインテグレータ２５内で反射を繰り返し、再度射出口２８から射出される可能性が高い。つまり、光源２０から射出された光を有効に使うことが可能になる。
【００３９】
また、ロッドインテグレータ２５側の面は、射出口２８の中心を曲率半径ｒの中心とする球面であるので、反射部３５で反射した光が、再度ロッドインテグレータ２５内に入射する可能性も高い。
Ｂ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、更に様々な形態で実施しうることは勿論である。例えば、カラーホイール３０は、Ｒ部３３ａ，Ｇ部３３ｂ，Ｂ部３３ｃだけでなく、白色光を透過する（または光を全反射する）部分を含んでらせん状に構成してもよい。また、カラーホイール３０を備えずに、画像形成部として液晶パネルとプリズムを組み合わせた装置を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】プロジェクタ用光学系１５の全体構成図である。
【図２】ロッドインテグレータ２５とカラーホイール３０の説明図である。
【図３】カラーホイール３０のミラー部３１の図２における２Ａ矢視図である。
【図４】凸メニスカスレンズ４０の正面図である。
【図５】ロッドインテグレータ２５とカラーホイール３０での光の伝送を示す説明図である。
【図６】ロッドインテグレータ２５とカラーホイール３０と凸メニスカスレンズ４０での光の伝送を示す説明図である。
【符号の説明】
２０…光源
２５…ロッドインテグレータ
２６…反射面
２７…入射口
２８…射出口
３０…カラーホイール
３１…ミラー部
３２…軸部
３４…境界
３５…反射部
３７…透光部
４０…凸メニスカスレンズ
４５…リレーレンズ
Ｒ…曲率半径
【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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