(57)【要約】【課題】多灯光源の各光束をメインロッドに導く複数のサブロッドの位置決めが正確にでき、組み立てが簡単であり、集光光の合成効率の全反射率低下ロスを最小限に抑え、かつ保持信頼性を向上するロッドインテグレータの位置決め方法を提供する。【解決手段】ロッドインテグレータの位置決め方法は、サブロッド２ａ〜２ｄの出射面の鋭角部が、メインロッド１の接合面中心側にくるよう配置し、入射面は互いに離れる方向に保持部３、保持具４により保持され、サブロッドの突き当て部７を見通すための見通し穴５を有し、該穴５からサブロッド２ａ〜２ｄの鋭角部が正確に当接するよう位置決めし、メインロッド１及び、サブロッド２ａ〜２ｄはバネ６、１２ａ〜１２ｄ及び、特定の接着範囲内で接着固定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインロッドインテグレータと多灯光源の各光束を前記メインロッドインテグレータに導く複数のサブロッドインテグレータとを位置決めするロッドインテグレータの位置決め方法であって、
前記メインロッドインテグレータ及び前記各サブロッドインテグレータは、前記各サブロッドインテグレータの出射面が、前記メインロッドインテグレータの入射面と平行になるよう保持具を用いて保持され、全反射率の低下に影響の少ない所で前記保持具に接着することを特徴とするロッドインテグレータの位置決め方法。
【請求項２】
各サブロッドインテグレータは入射面、出射面、入射面に垂直に入射した光が反射される斜面、及び、前記３面と直交する２側面からなる三角柱形状をなすガラスプリズムであることを特徴とする請求項１記載のロッドインテグレータの位置決め方法。
【請求項３】
各サブロッドインテグレータは、入射面、出射面、入射面に垂直に入射した光が反射される斜面、その斜面に対向し平行な位置に形成された斜面、及び、前記４面と直交する２側面からなる角柱形状をなすガラスプリズムであることを特徴とする請求項１記載のロッドインテグレータの位置決め方法。
【請求項４】
各サブロッドインテグレータは、その出射面の鋭角部が、メインロッドインテグレータの入射面中心側にくるよう、その入射面が互いに離れる方向に保持具を用いて保持されることを特徴とする請求項２または３記載のロッドインテグレータの位置決め方法。
【請求項５】
各サブロッドインテグレータは、メインロッドインテグレータの入射面中心側にくる出射面の鋭角部を形成する２面のうちの出射面ではない方の面と、前記鋭角部を形成する２面に直交している鋭角を挟む２面のうちの一面を位置決め基準面とすることを特徴とする請求項４記載のロッドインテグレータの位置決め方法。
【請求項６】
メインロッドインテグレータ及びサブロッドインテグレータの、入射面、出射面、及び、斜面を除く面を接着することを特徴とする請求項２または３記載のロッドインテグレータの位置決め方法。
【請求項７】
入射面、出射面、及び、斜面を除く面の入射面近傍を接着位置とすることを特徴とする請求項６記載のロッドインテグレータの位置決め方法。
【請求項８】
メインロッドインテグレータ及びサブロッドインテグレータの、入射幅の２／３の高さから入射角で追跡した光線が側面側と交わる位置と入射面までの間で接着することを特徴とする請求項７記載のロッドインテグレータの位置決め方法。
【請求項９】
メインロッドインテグレータ及びサブロッドインテグレータの保持具への保持は、金属バネによって固定をすることを特徴とする請求項１記載のロッドインテグレータの位置決め方法。
【請求項１０】
メインロッドインテグレータの保持部と、複数のサブロッドインテグレータの保持部と、を備えた保持具であって、
前記各保持部は、前記各サブロッドインテグレータの出射面が、前記メインロッドインテグレータの入射面と平行になるように、かつ、前記各サブロッドインテグレータの出射面側鋭角部が、前記メインロッドインテグレータの入射面中心側にくるよう、その入射面が互いに離れる方向に保持及び接合され、
前記保持具は、前記各サブロッドインテグレータの出射面側鋭角部の突き当て部を見通すための穴が穿設されていることを特徴とするロッドインテグレータの保持具。
【請求項１１】
複数の光源と、複数のサブロッドインテグレータと、画像表示素子と、メインロッドインテグレータと、前記メインロッドインテグレータからの光を画像表示素子に導く光学系と、前記画像表示素子上の画像を拡大投写可能な投写レンズと、
前記複数のサブロッドインテグレータと前記メインロッドインテグレータとの位置決めを行う請求項１０記載の保持具とを備えた投写型画像表示装置。
【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ロッドインテグレータの位置決め方法、その方法を実施するための保持具及びそれを備えた投写型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に投写型画像表示装置では、光源装置から出射された光（照明光）により、例えばデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等の光変調装置を照明する。光変調装置は、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出射する。投写光学系は、光変調装置から射出された画像光をスクリーン上に投写することにより画像を表示する。
【０００３】
このような投写型画像表示装置では、光源装置から光変調装置までの照明光学系の光路中にロッドインテグレータを配置することで、光源からの集光光を入射し光束の密度を均一化している。
【０００４】
また、光変調装置の照明領域は、ロッドインテグレータと変調装置との間に設けられたリレーレンズ（リレー光学系）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光変調装置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】
投写型画像表示装置の投影画像は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効率よく光変調装置の光変調領域全域に照射されることが望まれる。すなわち、ロッドインテグレータの保持において、光効率ロスを抑える為、正確な位置決めおよび保持信頼性が要求される。
【０００６】
ロッドインテグレータの保持方法において、図８に示すように、ロッドインテグレータ８１の反射層８２と保持部材８３の接触面８４との間を接着剤８５で接着固定する方法（先行文献１参照）や図９に示すように、保持部材９３にロッドインテグレータ９１を当接させた状態で板バネ９２を保持部材９３に固定する方法（先行文献２参照）、及び図１０に示すように、内筒１０１に収容されたロッドインテグレータ１０２を外筒１０３にネジ１０４で固定する方法（例えば先行文献３）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３２６７２７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３１８４０号公報
【特許文献３】特開２００９−１９２５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、投写型画像表示装置の高輝度化の為に、多灯の光源装置を用いる構成が提案されている。その光源装置は、それら複数の光源装置からの光束を合成する為、メインロッドインテグレータ（メインロッド）と、多灯光源の各光束をメインロッドに導く複数のサブロッドインテグレータ（サブロッド）を備えた構成となっている。
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成で保持されるロッドインテグレータは一体物であり、前記メインロッドと、サブロッドのように、複数本のロッドから成るロッドインテグレータの保持方法については提案されていない。
【００１０】
本発明は、上記従来提案されていない複数本で構成されるロッドインテグレータの保持構造であり、集光光の合成効率の全反射率低下ロスを最小限に抑えつつ、保持信頼性を向上するロッドインテグレータの位置決め方法、その方法を実施するための保持具及びそれを備えた投写型画像表示装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するため、本発明のロッドインテグレータの位置決め方法は、メインロッドインテグレータと多灯光源の各光束を前記メインロッドインテグレータに導く複数のサブロッドインテグレータとを位置決めするロッドインテグレータの位置決め方法であって、前記メインロッドインテグレータ及び前記各サブロッドインテグレータは、前記各サブロッドインテグレータの出射面が、前記メインロッドインテグレータの入射面と平行になるよう保持具を用いて保持され、全反射率の低下に影響の少ない所で前記保持具に接着することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のロッドインテグレータの保持具は、メインロッドインテグレータの保持部と、複数のサブロッドインテグレータの保持部と、を備えた保持具であって、前記各保持部は、前記各サブロッドインテグレータの出射面が、前記メインロッドインテグレータの入射面と平行になるように、かつ、前記各サブロッドインテグレータの出射面側鋭角部の一方が、前記メインロッドインテグレータの入射面中心側にくるよう、その入射面が互いに離れる方向に保持し、前記保持具は、前記各サブロッドインテグレータの出射面側鋭角部の突き当て部を見通すための穴が穿設されていることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、本発明の投写型表示装置は、複数の光源と、複数のサブロッドインテグレータと、画像表示素子と、メインロッドインテグレータと、前記メインロッドインテグレータからの光を画像表示素子に導く光学系と、前記画像表示素子上の画像を拡大投写可能な投写レンズと、前記複数のサブロッドインテグレータと前記メインロッドインテグレータとの位置決めを行う前記ロッドインテグレータの保持具とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のロッドインテグレータの位置決め方法および保持構造によれば、前記サブロッドの位置決めが正確に行え、かつ、組み立てが簡単に行える。
【００１５】
また、集光光の合成効率の全反射率低下ロスを最小限に抑えつつ、保持信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるロッドインテグレータの保持装置の構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態のサブロッド保持具部分の構成図
【図３】本発明の第１の実施の形態のサブロッド保持具部分の底面図
【図４】本発明の第１の実施の形態のメインロッド及びサブロッドの接着範囲を説明するための図
【図５】本発明の第１の実施の形態のサブロッドが三角プリズムの場合の接着範囲を説明するための図
【図６】本発明の第２の実施形態を示す投写型画像表示装置の構成図
【図７】光源部の斜視図
【図８】従来のロッドインテグレータの保持方法を説明するための図
【図９】従来のロッドインテグレータの保持方法を説明するための図
【図１０】従来のロッドインテグレータの保持方法を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施の形態１）
以下本発明を実施するための第一の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態である複数本で構成されるロッドインテグレータの保持具の斜視図で、図１（ｂ）は同正面図である。図２（ａ）は、ガイド光学部材であるサブロッドの保持具４部分の上面図、図２（ｂ）は同下面図である。また、矢印Ａは入射光、矢印Ｂは出射光を示す。
【００１８】
第１の実施形態は、図にはない光源からの光は複数の矢印Ａ方向からサブロッドに入射し、サブロッドで反射された後、メインロッドに導かれ合成された後、均一で強力な光を発することを可能とするものである。
【００１９】
図１に示すように、メインロッド１はメインロッド保持部３で保持される。ガイド光学部材であるサブロッド２ａ〜２ｄはその出射面が当該サブロッド２ａ〜２ｄの長手方向に対して所定の角度を有している。その鋭角となっている部分（鋭角部）の一方が、それぞれメインロッド１の入射面中心であるサブロッドの突き当て部７にくるようにし、各入射面は互いに離れる方向になるよう、サブロッド保持具４で保持され、メインロッド保持部３とサブロッド保持具４は位置決めピン等を介し接合される。
【００２０】
サブロッド２ａ〜２ｄの位置決めは、突き当て部７において、各サブロッドの鋭角部を形成する出射面を除く２面の基準面８ａ〜８ｄ及び、基準面９ａ〜９ｄを基準としてなされる。すなわち、各サブロッドは、サブロッド保持具４の各サブロッドの基準面８ａ〜８ｄに接する保持面１０ａ〜１０ｄ、および、基準面９ａ〜９ｄに接する保持面１１ａ〜１１ｄに保持される。この理由は、サブロッド２ａ〜２ｄ各々の寸法がばらついた場合でも、サブロッドの突き当て部７を正確に位置決めする為である。
【００２１】
また、サブロッド保持具４には見通し穴５が穿設されており、サブロッドの突き当て部７を見通すことが可能であり、サブロッド２ａ〜２ｄの組み立ての際にサブロッドの突き当て部７の合成状態を目視確認できるので、組み立て作業が簡単に行える。
【００２２】
次に、メインロッド１及び、サブロッド２ａ〜２ｄの固定方法について、図１、図２及び図３、図４を参照して説明する。
【００２３】
図３は、サブロッド２ａ〜２ｄ及びサブロッド保持具４部分をメインロッド１側から見た底面図である。図４（ａ）は、メインロッド１の保持具４との接着に良好な範囲を示す図、図４（ｂ）はサブロッド２ａ〜２ｄの保持具４との接着に良好な範囲を示した図、図４（ｃ）はＣＣ’断面を示す図、図４（ｄ）はメインロッド１及びサブロッド２ａ〜２ｄの開口幅に対する光強度の分布を示すグラフである。
【００２４】
メインロッド１及び、サブロッド２ａ〜２ｄの固定は、図１及び図３に示す、メインロッドバネ（金属バネ）６及び、サブロッドバネ（金属バネ）１２ａ〜１２ｄと、図４に示すメインロッド接着範囲１３及び、サブロッド接着範囲１４への接着剤塗布により行う。ここで、接着を行うことで、メインロッド１及び、サブロッド２ａ〜２ｄの保持強度を保つ事ができ、信頼性が向上する。接着はガラス境面との屈折率差を利用する。全反射ができず、光を吸収してしまう懸念があるが、耐振動性等を考慮すると皆無とすることは困難である。
【００２５】
一方、光の全反射を利用して光を伝搬するガイド手段は全反射を繰り返すことでその中での光密度は均一化されて来るため、前記固定の為の接着は均一化される前の光密度の低い入射面近傍で行うことが望ましい。
【００２６】
更に、メインロッド１及び、サブロッド２ａ〜２ｄの接着範囲の設定方法を図４（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。ここでは、サブロッド２ａ〜２ｄの接着範囲の設定方法について具体的に説明するが、メインロッド１の接着範囲１３も同様に設定できる。
【００２７】
空気の屈折率をｎ0、サブロッドの屈折率をｎ1とし、入射角θａの入射光をサブロッドに入れた場合、サブロッド内での光線角度θｇは、スネルの法則より以下の式で表される。
【００２８】
θｇ＝ｓｉｎ-1（（ｎ0ｓｉｎθａ）／ｎ1）・・・（１）
図４（ｂ）での方向では、入射光は斜面１５の角度設定で有効範囲が変化するので、ここで定義することを避け、ＣＣ’断面に示す側面１６、１７上への２σの位置からの入射位置を求め、その位置から開口１８までのｌｓの範囲を接着範囲とした。
【００２９】
ｌｓ＝σｃｏｓθｇ／２ｓｉｎθｇ・・・（２）
光源からの光の分布は光源によっても変わるが、前記複数の光学素子の伝搬によっての低下を考慮し、強度分布を正規分布として扱っている。また、周知の通り正規分布の３σで９９．７％を包含しているので、これを全高全幅とした場合２σは全高×２／３、全幅×２／３となるので、（２）は以下のようにも出来る。
【００３０】
ｌｓ＝（２／３）ｈｃｏｓθｇ／２ｓｉｎθｇ・・・（３）
メインロッドの接着範囲はサブロッドに比べると均一性が高くなっている。及びストレートであり斜面がない、もしくは斜面の傾斜が少ないことでサブロッドほどの極端な制約範囲を設ける必要はないが、入射側のほうが均一性が低いことは同様であるので、上記と同じ様にして定めた入射側に接着位置を設けるべきである。
【００３１】
また、ここではサブロッドの入射面、出射面は平行としたが、入射面、出射面が直交する関係にある場合でも同様に設定できる。
【００３２】
尚、本実施の形態では、サブロッド２が４本の場合を例としたが、その他の数でもよい。
【００３３】
また、本実施の形態では、メインロッド保持部３とサブロッド保持具４は別部品であるが、一体化してもよい。
【００３４】
また、本実施の形態では、メインロッド１及びサブロッド２ａ〜２ｄの第一の保持方法をバネとしたが、例えばネジ止めでもよい。
【００３５】
また、ここではサブロッドを平行な入射面、出射面とそれぞれに対し斜めに配置された平行な２つの傾斜面を備えたガラスプリズムとしたが、図５のサブロッドが三角プリズムの場合の接着範囲を説明するための図にあるように斜面１９が１つの三角プリズム２１でも同様に入射面２０近傍での接着が望ましく、図４（ｃ）と同じく定めたｌｓ範囲とすることが望ましいことは言う迄もない。
【００３６】
以上説明した通り、本実施の形態のロッドインテグレータの位置決め方法および保持構造によれば、各サブロッドの隣り合う２面の位置決め基準面８ａ〜８ｄおよび９ａ〜９ｄを基準面としてサブロッド保持具４に保持することで、サブロッド２ａ〜２ｄ各々の寸法がばらついた場合でも、サブロッドの突き当て部７を正確に位置決めが行え、サブロッド保持具４に穿設された見通し穴５よりサブロッドの突き当て部７を見通すことができるので、組み立て作業が簡単に行え、メインロッド１の接着範囲１３及び、サブロッド２ａ〜２ｄの接着範囲１４内で接着することで、低下ロスを最小限に抑えつつ、保持信頼性が向上する。
【００３７】
（実施の形態２）
以下本発明を実施するための第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
図６は投写型画像表示装置の構成図、図７は光源部の斜視図である。
【００３９】
第１の光源部２２は管球内において電極間に放電を行うことでプラズマを生じせしめ高輝度な光を発する放電ランプ２３、楕円形状の反射面を備えたリフレクタ２４とからなり、前記リフレクタ２４は一方の焦点を放電ランプ２３の発光部に有し、サブロッド２ｂの入射面２５ｂに集光された光は垂直に入射する。同様に、第２の光源部２６においても同じ機能を備えた放電ランプ２７、リフレクタ２８とからなり、前記リフレクタ２８も一方の焦点を放電ランプ２７の発光部に有し、サブロッド２ｄの入射面２５ｄに集光された光は垂直に入射する。同様に、第３の光源部２９においても同じ機能を備えた放電ランプ３０、リフレクタ３１とからなり、前記リフレクタ３１も一方の焦点を放電ランプ３０の発光部に有し、サブロッド２ａの入射面２５ａに集光された光は垂直に入射する。同様に、第４の光源部３２においても同じ機能を備えた放電ランプ３３、リフレクタ３４とからなり、前記リフレクタ３４も一方の焦点を放電ランプ３３の発光部に有し、サブロッド２ｃの入射面２５ｃに集光された光は垂直に入射する。
【００４０】
第１の実施の形態と同様に、サブロッド２ａ〜２ｄは、入射光は斜面により反射せしめられ各基準光軸はメインロッド１の入射面３５に垂直に入射する。
【００４１】
このようにしてメインロッド１に入射した光は内部反射を繰り返してメインロッド１の出射面３６では均一な光を出射することが出来る。
【００４２】
出射面３６から出射された光はリレーレンズ３７、３８、３９により導かれ、入射偏光板４０を透過後、画像表示素子である液晶パネル４１に入射する。液晶パネル４１は２次元的に配列された画素毎に外部信号により独立して制御可能である。液晶パネル４１を透過した光は出射側偏光板４２に至る。前記液晶パネル４１の各画素では入射される光の偏光方向を９０゜変更する、あるいはしないことを制御し、出射側偏光板を透過できるか吸収されて熱に変わるか選別される。ここを透過した光は投写レンズ４３に入射し図にはないスクリーンに投写される。
【００４３】
このとき、メインロッド出射面３６の像が液晶パネル４１の有効部にリレーレンズ３７、３８、３９で転写されることから、メインロッド出射面３６は均一に発光している必要がある。一方、ロッドインテグレータは全反射で光を送る作用をすることから、光量を均一に得るためには全反射を阻害する要因が有れば極力取り除く必要がある。よって、実施の形態１にあるように全反射を阻害するロッドインテグレータ接着部はここでも同様に性能に影響を与えにくい部分に設定する必要がある。
【００４４】
上記サブロッド２ａ〜２ｄ、メインロッド１は実施の形態１同様に機構的支持及び、接着により固定されている。
【００４５】
上記においては画像表示素子として液晶パネルを用いたが、反射型デバイスであるＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）、反射型液晶デバイスでも応用可能であることは言うまでもない。
【００４６】
本実施の形態では光源を放電ランプ、楕円形状の反射面を備えたリフレクタで構成したが、放電ランプ、放物面あるいは焦点距離の長い楕円面、集光レンズで構成することも可能である。
【００４７】
サブロッド２ａ〜２ｄの入射面の向きを変更することで光源の大きさが大きな場合でも干渉無く配置することが可能となる。
【００４８】
本実施の形態では光源を放電ランプとしたが、ＬＥＤなど別の光源であっても応用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明にかかるロッドインテグレータの位置決め方法および保持構造は、複数本のロッドから成るロッドインテグレータの組み立てが正確に行え、合成効率の全反射率低下ロスを抑えることが可能であるので、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ロッドインテグレータ及びロッドインテグレータを備えた投写型画像表示装置等に非常に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１  メインロッド
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  サブロッド
３  メインロッド保持部
４  サブロッド保持具
５  見通し穴
６  メインロッドバネ
７  サブロッドの突き当て部
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ  サブロッド基準面
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ  サブロッド基準面
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  サブロッド２ａ〜２ｄの基準面８ａ〜８ｄに対応する保持面
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ  サブロッド２ａ〜２ｄの基準面９ａ〜９ｄに対応する保持面
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ  サブロッドバネ
１３  メインロッド１の接着範囲
１４  サブロッド２ａ〜２ｄの接着範囲
１５  サブロッド２ａ〜２ｄの斜面
１６、１７  サブロッド２ａ〜２ｄの側面
１８  開口
１９  三角プリズムの斜面
２０  三角プリズムの入射面
２１  三角プリズム
２２  第１の光源部
２３  放電ランプ
２４  リフレクタ
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ  サブロッド２ａ〜２ｄの入射面
２６  第２の光源部
２７  放電ランプ
２８  リフレクタ
２９  第３の光源部
３０  放電ランプ
３１  リフレクタ
３２  第４の光源部
３３  放電ランプ
３４  リフレクタ
３５  メインロッド１の入射面
３６  メインロッド１の出射面
３７  リレーレンズ
３８  リレーレンズ
３９  リレーレンズ
４０  入射偏光板
４１  液晶パネル
４２  出射側偏光板
４３  投写レンズ
【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】
2012068277.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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