(57)【要約】【課題】被照明光学系内の反射面に対する照明光の入射角を調整すること。【解決手段】  光源と集光光学系とを有する第１の光学系と、レンズ面を備える光学部材を有する第２の光学系と、前記第１の光学系と前記第２の光学系とを支持する支持部材とを備え、前記光学部材は、前記光源から出射された光をレンズ面から入射し、入射した光をライトバルブへ出射し、前記支持部材は、前記光学部材に備わるレンズ面の略曲率中心を通る軸を回転軸として前記第１の光学系と前記第２の光学系とを回動可能に支持する。【選択図】図２
2013015569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と集光光学系とを有する第１の光学系と、
レンズ面を備える光学部材を有する第２の光学系と、
前記第１の光学系と前記第２の光学系とを支持する支持部材とを備え、
前記光学部材は、前記光源から出射された光をレンズ面から入射し、入射した光をライトバルブへ出射し、
前記支持部材は、前記光学部材に備わるレンズ面の略曲率中心を通る軸を回転軸として前記第１の光学系と前記第２の光学系とを回動可能に支持する
ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の光学ユニットにおいて、
前記光学部材は反射部を有し、前記回転軸は前記反射部の反射面に平行である
ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光学ユニットにおいて、
前記支持部材は、前記支持部材と前記第２の光学系とを固定するための第１の穴および第２の穴を有し、前記第１の穴は、前記回転軸に相当する位置に設けられ、前記第２の穴は、該第２の穴および前記第１の穴間の距離を半径とする円の円弧状に設けられる
ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記レンズ面は自由曲面レンズである
ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記入射面は軸対称レンズを形成することを特徴とする光学ユニット。  
【請求項６】
請求項５に記載の光学ユニットにおいて、
前記軸対称レンズは、シリンドリカルレンズであることを特徴とする光学ユニット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記第２の光学系はさらに、反射型の前記ライトバルブを含む
ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学ユニットを搭載する
ことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ユニットおよびプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
光源からの光束を集光レンズを用いて集光し、全反射プリズム内部で全反射させて被照明部材を照明する表示光学装置が知られている（特許文献１参照）。このような構成では、光源や集光レンズの取り付け精度のばらつきに起因して全反射プリズム内部の反射面に対する照明光の入射角がずれると、該全反射プリズムでの全反射が不完全となってしまう。全反射が不完全になる場合は、照明光量の低下や照明ムラの発生要因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−５１２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、被照明光学系を構成する全反射プリズム内部の反射面に対する照明光の入射角の調整は、装置を一度組み立ててしまうと再調整が困難という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による光学ユニットは、光源と集光光学系とを有する第１の光学系と、レンズ面を備える光学部材を有する第２の光学系と、前記第１の光学系と前記第２の光学系とを支持する支持部材とを備え、前記光学部材は、前記光源から出射された光をレンズ面から入射し、入射した光をライトバルブへ出射し、前記支持部材は、前記光学部材に備わるレンズ面の略曲率中心を通る軸を回転軸として前記第１の光学系と前記第２の光学系とを回動可能に支持することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、被照明光学系内の反射面に対する照明光の入射角を適切に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施の形態によるプロジェクタの光学ユニットの要部構成を説明する断面図である。
【図２】集光レンズ側ユニットと全反射プリズム側ユニットとを連結する連結部材を説明する平面図である。
【図３】連結部材に対して全反射プリズム側ユニットを回動させる状態を説明する平面図である。
【図４】図３の場合における光学ユニットの断面図である。
【図５】連結部材に対して全反射プリズム側ユニットを回動させる状態を説明する平面図である。
【図６】図５の場合における光学ユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態によるプロジェクタの光学ユニット１の要部構成を説明する断面図である。本実施形態では、プロジェクタが不図示のスクリーンへ画像などを投映する。図１において、プロジェクタは、集光レンズ側ユニット１０と、全反射プリズム側ユニット２０とを有する。
【０００９】
集光レンズ側ユニット１０は、Ｇ色ＬＥＤ光源１１と、集光レンズ１２と、Ｒ色ＬＥＤ光源１３と、集光レンズ１４と、Ｂ色ＬＥＤ光源１５と、集光レンズ１６と、ダイクロイックプリズム１７とを含む。
【００１０】
Ｇ色ＬＥＤ光源１１はＧ色光を発する。集光レンズ１２は、Ｇ色ＬＥＤ光源１１からのＧ色光を集光してダイクロイックプリズム１７へ入射させる。Ｒ色ＬＥＤ光源１３はＲ色光を発する。集光レンズ１４は、Ｒ色ＬＥＤ光源１３からのＲ色光を集光してダイクロイックプリズム１７へ入射させる。Ｂ色ＬＥＤ光源１５はＢ色光を発する。集光レンズ１６は、Ｂ色ＬＥＤ光源１５からのＢ色光を集光してダイクロイックプリズム１７へ入射させる。
【００１１】
ダイクロイックプリズム１７は、Ｇ色光を透過して全反射プリズム側ユニット２０側へ射出する。また、ダイクロイックプリズム１７は、Ｒ色光を反射面１７ａで反射して全反射プリズム側ユニット２０側へ射出する。ダイクロイックプリズム１７はさらに、Ｂ色光を反射面１７ｂで反射して全反射プリズム側ユニット２０側へ射出する。本実施形態では、Ｇ色ＬＥＤ光源１１、Ｒ色ＬＥＤ光源１３、およびＢ色ＬＥＤ光源１５が３原色光源を構成する。各色の光源が時分割で発光することにより、後述する反射型表示素子２２を色順次に照明する。
【００１２】
全反射プリズム側ユニット２０は、全反射プリズム２１と、反射型表示素子２２と、投映レンズ群２４と、反射ミラー２５とを含む。全反射プリズム２１は、二つのプリズムが組み合わされたものであり、二つのプリズム間には空気層が存在する。そのため、入射光が所定の角度以上でプリズムに入射すると、プリズムと空気層との界面である反射面２１ｂで全反射が生じる。全反射プリズム２１は、集光レンズ側ユニット１０から入射された３原色光を反射面２１ｂで全反射して反射型表示素子２２へ向けて射出する。全反射プリズム２１は、反射型表示素子２２からの反射光（変調光）を透過して投映レンズ群２４へ向けて射出する。投映レンズ群２４から射出された投映光束は、反射ミラー２５によって折り曲げられる。これにより、不図示のスクリーンにフルカラー像が投映される。
【００１３】
反射型表示素子２２は、たとえば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）によって構成される。ＤＭＤは、画素に対応する可動微小鏡面（マイクロミラー）を二次元に配列したものである。マイクロミラーに設けられる電極を駆動することにより、照明光を全反射プリズム側ユニット２０へ向けて反射する状態と、照明光を内部の吸収体へ向けて反射する状態とを切替える。各マイクロミラーを個別に駆動することにより、表示画素ごとに照明光の反射を制御する。
【００１４】
一般に、ＤＭＤは照明光を外部へ反射する状態と、照明光を内部へ吸収する状態との２値制御であるが、これら２値状態を高速で切替え、反射状態と吸収状態との時間比率を制御するパルス幅変調(ＰＷＭ)によって濃淡を表現する。上述した３原色光源によって色順次で照明することにより、１個の反射型表示素子を用いてフルカラー像の投映を行う。なお、反射型表示素子２２と全反射プリズム側ユニット２０の間には、反射型表示素子２２を保護する保護カバー２３が設けられている。
【００１５】
プロジェクタが投映する画像信号は、不図示の外部機器からプロジェクタへ供給される。
【００１６】
本実施形態は、集光レンズ側ユニット１０と全反射プリズム側ユニット２０との間の位置関係を調整するための調整機構に特徴を有するので、以降の説明はこの点を中心に行う。
【００１７】
図２は、集光レンズ側ユニット１０と全反射プリズム側ユニット２０とを連結する連結部材３０を説明する平面図である。図２において、集光レンズ側ユニット１０および全反射プリズム側ユニット２０に対して紙面上側から連結部材３０をねじ止め固定する。ねじ４１、ねじ４２、およびねじ４３は、それぞれ集光レンズ側ユニット１０の筐体上面に設けられたねじ穴（不図示）と螺合する。集光レンズ側ユニット１０は、ねじ４１〜ねじ４３によって連結部材３０に取り付けられる。
【００１８】
ねじ４４およびねじ４５は、それぞれ全反射プリズム側ユニット２０の筐体上面に設けられたねじ穴（不図示）と螺合する。全反射プリズム側ユニット２０は、ねじ４４およびねじ４５によって連結部材３０に取り付けられる。ここで、連結部材３０においてねじ４５が貫通する穴３１は、他のねじ４１〜ねじ４４が貫通する丸穴と異なる長穴である。
【００１９】
長穴３１は、ねじ４４およびねじ４５間の距離を半径とする円の円弧状に設けられている。この長穴３１を有することにより、連結部材３０に対して全反射プリズム側ユニット２０がねじ４４を回転軸として回動可能に構成される。回動範囲は長穴３１の上記円弧の長さによって決まり、本例の場合の長穴３１の長さは、たとえば３０度の回動角が得られるように、円周の１／１２に構成されている。
【００２０】
また、全反射プリズム側ユニット２０において（図１）、上記集光レンズ側ユニット１０からの３原色光を入射する面２１ａが球面レンズで構成される。レンズのパワーは、照明光（３原色光）が適切に反射型表示素子２２を照明するように構成される。上記回転軸が上記レンズ２１ａ（図１）のレンズの曲率中心に相当するようにねじ４４（図２）の位置を決めておくことで、連結部材３０（すなわち集光レンズ側ユニット１０）に対して全反射プリズム側ユニット２０を回動させても、上記集光レンズ側ユニット１０から入射される３原色光は、常にレンズ面２１ａの曲率中心へ向かうこととなる。
【００２１】
図２において、回動範囲の中心はねじ４２とねじ４４とを結ぶ直線上にあり、この直線に対して上方１５度から下方１５度までが回動範囲である。なお、ねじ４２とねじ４４とを結ぶ直線と、図１においてダイクロイックプリズム１７からレンズ面２１ａへ向かう線（一点鎖線）とは略平行になるように構成されている。
【００２２】
図３は、連結部材３０（すなわち集光レンズ側ユニット１０）に対して全反射プリズム側ユニット２０を回動させる状態を説明する平面図である。図３において、ねじ４４およびねじ４５を緩めた状態で全反射プリズム側ユニット２０を矢印方向に回動させる。これにより、ねじ４５の位置が長穴３１の中を下方へ移動する。図４は、図３の場合における光学ユニットの断面図である。図４において、全反射プリズム側ユニット２０の筐体の当接部２６が集光レンズ側ユニット１０の筐体に当接するまで回動されている。図４によれば、集光レンズ側ユニット１０からの３原色光が、図１の場合に比べて入射面２１ａの上方から入射されるので、集光レンズ側ユニット１０と全反射プリズム側ユニット２０との間の位置関係が変化しているのがわかる。具体的には、全反射プリズム内部の反射面２１ｂに対する３原色光の入射角が異なる。しかしながら、上述したように、入射された３原色光はレンズ面２１ａのレンズの曲率中心へ向かうので、集光レンズ側ユニット１０と全反射プリズム２０の入射面２１ａとの光学的関係は維持される。
【００２３】
図５は、連結部材３０（すなわち集光レンズ側ユニット１０）に対して全反射プリズム側ユニット２０を他の向きへ回動させる状態を説明する平面図である。図５において、ねじ４４およびねじ４５を緩めた状態で全反射プリズム側ユニット２０を矢印方向に回動させる。これにより、ねじ４５の位置が長穴３１の中を上方へ移動する。図６は、図５の場合における光学ユニットの断面図である。図６において、全反射プリズム側ユニット２０の筐体の当接部２７が集光レンズ側ユニット１０の筐体に当接するまで回動されている。図６によれば、集光レンズ側ユニット１０からの３原色光が、図１の場合に比べてレンズ面２１ａの下方から入射されるので、集光レンズ側ユニット１０と全反射プリズム側ユニット２０との間の位置関係が変化しているのがわかる。具体的には、全反射プリズム内部の反射面２１ｂに対する３原色光の入射角が異なる。しかしながら、この場合にも入射された３原色光はレンズ面２１ａのレンズの曲率中心へ向かうので、集光レンズ側ユニット１０と全反射プリズム２０のレンズ面２１ａとの光学的関係は維持される。
【００２４】
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）プロジェクタの光学ユニット１は、ＬＥＤ光源１１、１３、１５、集光レンズ１２、１４、１６、およびダイクロイックプリズム１７を有する集光レンズ側ユニット１０と、集光レンズ側ユニット１０からの照明光で照明される全反射プリズム２１を有する全反射プリズム側ユニット２０と、全反射プリズム側ユニット２０を集光レンズ側ユニット１０に対して回動可能に支持する連結部材３０と、を備え、全反射プリズム２１は、集光レンズ側ユニット１０からの照明光を、レンズを形成する入射面２１ａから入射し、該入射光を反射面２１ｂで反射して反射型表示素子２２へ導き、連結部材３０は、全反射プリズム２１のレンズ面２１ａの略曲率中心を通る軸を回転軸（ねじ４４）として集光レンズ側ユニット１０に対して全反射プリズム側ユニット２０を回動可能に支持するように構成した。これにより、集光レンズ側と全反射プリズム２１のレンズ面２１ａとの光学的関係を維持したままで、全反射プリズム２１内の反射面２１ｂに対する照明光の入射角を調整できる。光学ユニット１の組み立て時の調整はもちろん、組み立て後や保守時の再調整も容易である。
【００２５】
（２）上記（１）の光学ユニット１において、連結部材３０は、全反射プリズム側ユニット２０と固定するための第１の穴および第２の穴３１を有し、第１の穴は、回転軸に相当する位置（ねじ４４）に設けられ、第２の穴３１は、該第２の穴３１および第１の穴（ねじ４４）間の距離を半径とする円の円弧状に設けられるようにしたので、連結部材３０（すなわち集光レンズ側ユニット１０）に対して全反射プリズム側ユニット２０を回動させた場合に、穴３１を貫通するねじ４５によって回動が妨げられない。
【００２６】
（３）上記（３）の光学ユニット１において、全反射プリズム側ユニット２０はさらに、反射型表示素子２２を含むように構成したので、全反射プリズム側ユニット２０に含まない場合に比べて、組み立て作業を簡単にすることができる。
【００２７】
（変形例１）
上述した説明では、光源からの光を変調する変調素子（ライトバルブとも呼ばれる）として反射型表示素子２２を採用し、該反射型表示素子２２としてＤＭＤを使用する例を説明した。ＤＭＤの代わりに、反射型液晶パネル（ＬＣＯＳ）を用いて構成してもよい。
【００２８】
（変形例２）
集光レンズ側ユニット１０からの３原色光を入射する全反射プリズム側ユニット２０の入射面２１ａを球面レンズで構成するように説明したが、シリンドリカルレンズでもよい。シリンドリカルレンズとは、円筒型の一部を有する形状をしており、円筒の軸を含む面で切ると断面は平面になっており、円筒軸に対して直交する面で切ると断面は屈折力を有する曲面を持つレンズである。ここで、レンズ面２１ａにシリンドリカルレンズの屈折力を有する方向が光学ユニットを回転させる方向と同じになるように配置する。すなわちシリンドリカルレンズの軸が図２の紙面垂直方向になるように配置する。そして、上記回転軸がシリンドリカルレンズの曲率中心を通過する軸に相当するようにねじ４４（図２）の位置を決めておく。このような構成にすることで、連結部材３０（すなわち集光レンズ側ユニット１０）に対して全反射プリズム側ユニット２０を回動させても、上記集光レンズ側ユニット１０から入射される３原色光は、常にレンズ面２１ａの曲率中心へ向かうこととなる。この結果、集光レンズ側ユニット１０と全反射プリズム２０のレンズ面２１ａとの光学的関係が維持される。またシリンドリカルレンズの他に、自由曲面レンズやトーリックレンズ、アナモルフィックレンズ等の軸対称なレンズをレンズ面に配置しても、集光レンズ側ユニット１０と全反射プリズム２０のレンズ面２１ａとの光学的関係が維持される。
【００２９】
（変形例３）
連結部材３０を全反射プリズム側ユニット２０の上記実施形態と異なる面へ取り付けることにより、全反射プリズム側ユニット２０が集光レンズ側ユニット１０に対して回動する向きを異ならせてもよい。変形例３では、回転軸がレンズ面２１ａの曲率中心を通るようにねじの位置を決めるとともに、該回転軸を全反射プリズム２１の反射面２１ｂと平行に構成しておく。これにより、集光レンズ側ユニット１０から入射される３原色光が、常にレンズ面２１ａのレンズの曲率中心へ向かうように回動させることができる。この結果、集光レンズ側ユニット１０と全反射プリズム２０のレンズ面２１ａとの光学的関係が維持される。
【００３０】
以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。また、上記実施形態に各変形例の構成を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１…光学ユニット
１０…集光レンズ側ユニット
１１、１３、１５…ＬＥＤ光源
１２、１４、１６…集光レンズ
１７…ダイクロイックプリズム
２０…全反射プリズム側ユニット
２１…全反射プリズム
２１ａ…レンズ面
２１ｂ…反射面
２２…反射型表示素子
３０…連結部材
３１…長穴
４１〜４５…ねじ
【図１】
2013015569.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2013015569.tif 000006
【図５】
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【図６】
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