(57)【要約】【課題】横長のアスペクト比に対応して、入射光の取り込みを改善するインテグレーターを提供する。【課題手段】ロッド状のインテグレーター１０は、入射面１２、出射面１４、側面１６、上面１８および底面１９によって囲まれた石英ガラスから構成される。出射面１４の短辺をａ、長辺をｂとするとき、入射面１２は、その短辺ａを直径とする円に形成される。上面１８および底面１９は互いに平行であり、かつ出射面１４から入射面１２に向けてそれぞれ水平に延びる。側面１６は、出射面１４、上面１８および底面１９と直交し、境界線Ｌ１から入射面１２の形状に合わせて湾曲するテーパー面１６ａが形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形状の入射面と、照明領域に対応する出射面とを有するインテグレーター。
【請求項２】
前記出射面は、矩形状である請求項１に記載のインテグレーター。
【請求項３】
前記出射面のアスペクト比をｍ対ｎ（ｍは横方向の長さ、ｎは縦方向の長さ）とするとき、前記入射面は直径ｍの円である、請求項２に記載のインテグレーター。
【請求項４】
前記入射面は、直径ｎの円である、請求項２に記載のインテグレーター。
【請求項５】
前記出射面の対角線の長さをｃとするとき、前記入射面は、直径ｄの円である、請求項２に記載のインテグレーター。
【請求項６】
前記入射面と前記出射面との間にテーパーが形成されている、請求項１ないし５いずれかに記載のインテグレーター。
【請求項７】
前記入射面と前記出射面との間に湾曲面が形成されている、請求項１ないし５いずれかに記載のインテグレーター。
【請求項８】
前記入射面は楕円を含む、請求項１ないし７いずれかに記載のインテグレーター。
【請求項９】
前記入射面は、その軸方向に一定の距離だけ同一サイズの領域を含む、請求項１ないし８いずれかに記載のインテグレーター。
【請求項１０】
前記アスペクト比は、１６：９である、請求項１ないし９いずれかに記載のインテグレーター。
【請求項１１】
請求項１ないし１０いずれかのインテグレーターと、前記インテグレーターの入射面に光を入射する光源と、前記インテグレーターの出射面から出射された光を変調する変調手段と、前記変調手段によって変調された光と投射する投射手段と、を有するプロジェクタ。
【請求項１２】
前記プロジェクタは、前記インテグレーターからの光をＲＧＢの波長の光に分離するカラーホイールを含む、請求項１１に記載のプロジェクタ。
【請求項１３】
前記プロジェクタは、前記光源からの光をＲＧＢの波長の光に分離するカラーホイールを含み、前記カラーホイールからのＲＧＢ光が前記インテグレーターに入射される、請求項１１に記載のプロジェクタ。
【請求項１４】
前記変調手段は、ＤＭＤまたは液晶デバイスにより光の変調を行う請求項１１ないし１３いずれかに記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタに関し、特に、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式のプロジェクタに用いられる光インテグレーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＬＰ方式プロジェクタは、半導体素子からなるＤＭＤに光を照射し、その反射光をレンズで拡大投影して画像のカラー表示を行うものである。例えば本出願人により出願された特許文献１に、ＤＬＰ方式プロジェクタの概要が開示されている。同特許の図１に示すように、光源からの白色光は楕円鏡５２によって反射され、その反射光はＲ／Ｇ／Ｂのカラーフィルターを配列した円盤状のカラーホール５３によって順次ＲＧＢ色に変えられ、ＤＭＤ５６に入射される。ＤＭＤ５６は、ＲＧＢに同期して時分割駆動され、画像データに応じて反射された光は投影レンズ５７を介してスクリーン５８上に表示される。このようなカラー映像の投影は、一枚のカラーホイールを用いてカラー表示を行うことからいわゆる単板式と呼ばれる。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３、１２１、８４３号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のプロジェクタには、次のような課題がある。光源からの光は、リフレクターによって反射され、その光はインテグレーターに入射される。インテグレーターは、入射光を均一な強度の光線束としてカラーホイールに出射する。ところが、図９に示すように、インテグレーターのアスペクト比が１６：９のように横長になると、光源からの入射光９０のスポット径の一部９１がインテグレーターの入射面９２よりも大きくなってしまい（黒く塗られた部分）、その光９１がインテグレーターに入射されず、光の利用効率が低下してしまう。これにより、プロジェクタの投射映像も暗くなってしまう。他方、光源からの入射光のすべてを包含するようにインテグレーターを大きくすると、インテグレーターの出射面から出射される光線束のサイズも大きくなってしまい、ＲＧＢを配列したカラーホイールのスポーク時間（角度）が大きくなってしまう。スポーク時間は、ＲＧＢのフィルターの境界であり、この部分は白色の表示に使用することができるが、ＲＧＢの３原色を長時間使用するうえで、この角度は小さいことが望ましい。
【０００５】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決し、横長のアスペクト比に対応して入射光の取り込みを行うことができるインテグレーターを提供することを目的とする。
さらに本発明の目的は、スポークタイムを小さくしカラーホイールの有効効率を改善するインテグレーターを提供する。
さらに本発明の目的は、光の利用効率を改善し、明るい映像を投射することが可能なインテグレーターおよびそれを用いたプロジェクタを提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインテグレーターは、円形状の入射面と、照射領域に対応する出射面とを有する。出射面は、好ましくは矩形状であり、前記出射面のアスペクト比をｍ対ｎ（ｍは横方向の長さ、ｎは縦方向の長さ）とするとき、前記入射面は直径ｍの円である。好ましくは、前記入射面は、直径ｎの円である。好ましくは、前記出射面の対角線の長さをｃとするとき、前記入射面は、直径ｄの円である。好ましくは、前記入射面と前記出射面との間にテーパーあるいは湾曲面が形成されている。入射面は、楕円状であってもよい。アスペクト比は好ましくは１６：９である。インテグレーターの入射面を円形状とすることで、光源からの光を効率よく取り込むことができ、光の利用効率も改善することができる。
【０００７】
本発明に係るプロジェクタは、上述したインテグレーターと、前記インテグレーターの入射面に光を入射する光源と、前記インテグレーターからの光を変調する変調手段と、前記変調手段によって変調された光と投射する投射手段とを有する。好ましくは、前記変調手段は、前記インテグレーターからの光をＲＧＢの波長の光に分離するカラーホイールを含む。好ましくは、変調手段は、ＤＭＤまたは液晶デバイスにより光の変調を行う。
【０００８】
本発明に係るインテグレーターの前にカラーホイールを配置した場合、インテグレーターの入射面（入射開口）が矩形のときと比べて、そのスポークタイムを小さくすることができ、カラーホイールの利用効率を向上させることができる。このように本発明に係るインテグレーターは、カラーホイールをより効率的に、言い換えるならより長時間ＲＧＢの３原色を利用できるようにし入射面を円形状にし、その出射面（出射開口）をデジタルミラーデバイスの照射領域に対応した矩形とするものである。また、カラーホイールを後方に配置した場合には、出射面はそのまま矩形とし、入射面はより多くの光を取り込むために大きな径を有する円形状とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るインテグレーターの構成を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は上面図、同図（ｄ）は斜視図である。
【００１０】
ロッド状のインテグレーター１０は、入射面（入射開口）１２、出射面（出射開口）１４、側面１６、上面１８および底面１９によって囲まれた光学部材から構成される。光学部材は、例えば石英ガラスが用いられる。
【００１１】
入射面１２と出射面１４はそれぞれ平行であり、出射面１４の短辺をａ、長辺をｂとするとき、入射面１２は、その短辺ａを直径とする円に形成される。上面１８および底面１９は互いに平行であり、かつ出射面１４から入射面１２に向けてそれぞれ水平に延びる。側面１６は、出射面１４、上面１８および底面１９と直交し、さらに境界線Ｌ１において湾曲面１６ａに接続される。湾曲面１６ａは入射面１２の形状に合わせて湾曲される。このようにインテグレーター１０は、その入射面１２の円の直径が、出射面１４の短辺ａに一致するように形成されている。
【００１２】
図２に第２の実施の形態に係るインテグレーターの構成を示す。ロッド状のインテグレーター２０は、入射面２２、出射面２４、側面２６、上面２８および底面２９によって囲まれた光学部材から構成される。入射面２２は、その円の直径が出射面２４の長辺ｂとなるように形成される。一対の側面２６は互いに平行であり、かつ出射面２４から入射面２２に向けてそれぞれ水平に延びる。上面２８および底面２９は、境界線Ｌ２までは出射面２４および側面２６と直交し、境界線Ｌ２から入射面２２に向けて直径ｂの円に合うような湾曲面２８ａ、２９ａが形成される。本実施の形態に係るインテグレーター２０は、その入射面２２の円の直径が、出射面２４の長辺ｂに一致するように形成されておる。入射面２２は、第１の実施の形態のインテグレーター１０の入射面１２よりもサイズが大きい。
【００１３】
図３に第３の実施の形態に係るインテグレーターの構成を示す。第３の実施の形態に係るインテグレーター３０は、その入射面３２の円の直径が、出射面３４の対角線ｃに等しい。側面３６、上面３８および底面３９は、出射面３４から直交する方向に境界線Ｌ３まで延び、そこから入射面３２の円に合うような湾曲面３６ａが形成される。
【００１４】
図４に第４の実施の形態に係るインテグレーターの構成を示す。第４の実施の形態に係るインテグレーター４０は、その入射面４２の直径が一定となるフラット領域４２ａを有しており、この点が第３の実施の形態に係るインテグレーター３０と構成を異にする。
【００１５】
上述した第１ないし第４の実施の形態に係るインテグレーターは、例えば、丸い棒状の石英ガラスを用意しこれを削り出し加工することで形成される。
【００１６】
図５にインテグレーターの入射面と入射光の強度との関係を示す。縦軸は入射光強度を示し、横軸は入射光の中心からの距離を示す。円形状のスポット径を有する入射光線の場合、その中心の入射光強度がもっとも高くなり、その中心から遠ざかるに従い光強度が低下する。
【００１７】
第１の実施の態様のインテグレーター１０のように、入射面１２の径を、出射面の短辺ａに一致させたとき、距離ａで示す範囲の光強度の光が入射され、距離ａよりも大きい範囲の光は入射されない。従って、第１の実施の態様では、中心部の光強度の強い光を入射させることで、光の利用効率の低下を抑制し、明るい照明を行うことができる。さらに、図６（ａ）に示すように、放電ランプ６０からの光をカラーホイール６２を介してインテグレーター１０に入射させる場合、インテグレーター１０の入射面１２を半径の小さな円形にすることで、図６（ｂ）に示すように、従来のような矩形状の入射面を有するインテグレーターと比べて、カラーホイール６２のスポークタイムをθ２からθ１減少させることができ（図の斜線部分）、より広い範囲で効率よくカラーホイール６２を利用することができる。
【００１８】
第２の実施態様のインテグレーター２０のように、入射面２２の径を、出射面２４の長辺ｂに一致させたとき、距離ｂで示す範囲の光強度の光が入射される。これにより、第１の実施の態様のインテグレーター１０よりもさらに多くの光が入射される。また、第１の実施の態様と同様に、スポークタイムを小さくすることができる。
【００１９】
第３の実施態様のインテグレーター３０のように、入射面３２の円の径を、出射面３４の対角線ｃに一致させたとき、距離ｃで示す範囲の光強度の光が入射される。これにより、図７に示すように、放電ランプ６０からの光をインテグレーター３０を介してカラーホイール６２に入射させる場合、入射光の大部分の光が無駄なくインテグレーター３０の入射面３４に入射され、従来の矩形状の入射面を有するインテグレーターと比べて、その入射光量を増加させることができる。
【００２０】
このようにインテグレーターの入射面を円形状にすることで、円形状のスポット径を有する入射光を効率よくインテグレーターに取り込むことができ、従来のインテグレーターと比較して光の利用効率を改善し、かつインテグレーターにより明るい照明を行うことができる。
【００２１】
次に、第３の実施の態様に係るインテグレーター３０をプロジェクタの光学系に適用した例を図８に示す。図８は、ＤＬＰ方式プロジェクタの主要な構成を示すブロック図である。プロジェクタ１００は、画像信号１０１を入力しＤＭＤと同じ画素数のＲＧＢデジタル画像データに変換する前処理部１１０と、前処理部１１０からのデジタル画像データに基づきＤＭＤ１５０の駆動を制御するとともにランプ駆動回路１３０及びカラーホイール駆動部１４０等の制御を行う制御部１２０とを有する。ランプ駆動回路１３０は、光源としての放電ランプ１６０の起動及び起動後の放電ランプのＡＣ駆動を制御する。カラーホイール駆動部１４０は、放電ランプ１６０からの光をＲＧＢに変換させるためにカラーホイール１７０を回転させる。ＤＭＤ１５０は、カラーホイール１７０から順次ＲＧＢに変換された光を照明光学系１８０を介して照射され、各画素に相当するスイッチングミラーを回転させてＲＧＢ光を反射する。投射光学系１９０は、ＤＭＤ１５０からの反射光を拡大投射しスクリーン上に画像を表示させる。
【００２２】
放電ランプ１６０は、例えば、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀ランプ等が用いられる。放電ランプ１６０は、例えば回転楕円面鏡などのリフレクターに取り付けられ、その発光点はリフレクターの焦点位置に一致される。放電ランプ１６０からの光は、リフレクターによって集光され、円形状のスポット径を有する入射光となってインテグレーター３０に入射される。また、入射光の最小スポット径は、放電ランプの電極間の距離、すなわちアーク長によって決定される。
【００２３】
放電ランプ１６０からの光が集光される位置近傍にインテグレーター３０が配置される。インテグレーター３０は、その出射面３４のアスペクト比を１６：９とし、その入射面３２に放電ランプ１６０からの集光された光を入射する。インテグレーター３０の位置を適宜調整することで、入射面３２に集光される光のスポット径の大きさを調整することが可能である。好ましくは、初期設定時には、集光された光のスポット径と、入射面３２の対角線ｃの径とを一致させておく。これにより、大部分の光をインテグレーター３０に取り込むことが出来る。さらに、放電ランプ１６０の経年変化等によりアーク長が延び、そのスポット径が大きくなったとしても、入射面３２がスポット径に対応して円形状であるため、入射光の多くをインテグレーター３０内に取り込むことができる。このようなインテグレーター３０を用いることにより、明るい映像を投射することが可能となる。
【００２４】
カラーホイール１７０は、カラーホイール駆動部１４０によって一定速度で回転され、インテグレーター３０からの出射光がほぼ垂直に入射するような位置関係に配置される。カラーホイール１７０は、ＲＧＢの光を透過するカラーフィルターを含み、入射された光は、カラーフィルターによって順次Ｒ、Ｇ、Ｂの波長帯を有する光に変換（あるいは分別）される。ＲＧＢのカラーフィルターの境界に照射された光は、スポーク時間（角度）として白色光の表示に用いられるが、本実施の形態に係るインテグレーターは、入射面（入射開口）を円形状としそのサイズを必要以上大きくしなくてもすむため、スポーク時間も小さくすることができる。
【００２５】
照明光学系１８０は、カラーホイール１７０を透過したＲ、Ｇ、Ｂの光をＤＭＤ１５０に照射する。ＤＭＤ１５０は、カラーホイール１７０の回転、すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂへの変換と同期するタイミングで駆動され、各画素を構成するミラーは、ＲＧＢデジタル画像データに基づきＲ、Ｇ、Ｂ光を反射する。ＤＭＤ１５０によりオン状態として反射されたＲ、Ｇ、Ｂ光は、投射光学系１９０により拡大投射され、これによってスクリーン上に画像が形成される。
【００２６】
以上のように本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００２７】
例えば、インテグレーターの入射面は、円に限らず、楕円状であっても良い。さらに、出射面のアスペクト比は、１６：９以外であっても良い。例えば４：３であっても良い。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、インテグレーターの入射面を円形状とすることで、光源からの光を効率よくインテグレーターに取り込むことができる。特に、横長のアスペクト比のインテグレーターの場合には顕著な効果が得られる。また、このようなインテグレーターをプロジェクタの光学系に用いることで、スポークタイムを小さくし、ＲＧＢの波長の光の利用効率を改善した鮮明な映像を投射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るインテグレーターの構成を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は上面図、同図（ｄ）は斜視図である。
【図２】第２の実施の形態に係るインテグレーターの構成を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は上面図、同図（ｄ）は斜視図である。
【図３】第３の実施の形態に係るインテグレーターの構成を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は上面図、同図（ｄ）は斜視図である。
【図４】第４の実施の形態に係るインテグレーターの構成を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は上面図、同図（ｄ）は斜視図である。
【図５】インテグレーター入射面と入射光の強度との関係を示す図である。
【図６】第１の実施の形態に係るインテグレーターを照明光学系に適用した例を示し、同図（ａ）はカラーホイールの後方にインテグレーターを配置させた例を示し、同図（ｂ）はそのときのスポークタイムの減少を示す。
【図７】第３の実施の形態に係るインテグレーターを照明光学系に適用した例を示し、インテグレーターをカラーホイールの前方に配置させた例を示す。
【図８】本発明のプロジェクタの構成を示すブロック図である。
【図９】インテグレーターと入射光のスポット径との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０：インテグレーター
１２、２２、３２、４２：入射面
１４、２４、３４、４４：出射面
１６、２６、３６、４６：側面
１８、２８、３８、４８：上面
１９、２９、３９、４９：底面
ａ：短辺    ｂ：長辺    ｃ：対角線
１００：プロジェクタ
【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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