JP2005107062A - プロジェクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】 従来よりもさらに薄型化を実現することが可能なプロジェクタを提供する。
【解決手段】 本発明に係るプロジェクタ100は、光源ランプユニット110と、光源ランプユニット110からの光で変調手段を照明する照明光学系120と、変調手段130と、変調手段130によって変調された光を投影可能な投影レンズ系140と、これらの光源、変調手段および投影レンズ系を収容可能なハウジングケース200、210と、投影レンズ系140を収容位置または投影位置に移動させる移動手段150とを備えている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、投影画像を形成するためのプロジェクタに関し、特にDMD(Digital Mirror Device)等の空間光変調装置を用いたDLP(Digital Light Processing:DLPはテキサス・インスツルメンツ社の登録商標)方式のプロジェクタに関する。
DLP方式を利用したプロジェクタは、例えば特許文献1に開示されている。図7(a)は、従来のDLP方式のプロジェクタの光学系を上方からみたときの平面図である。同図に示すように、放電ランプ10からの光は楕円鏡12によって反射され、その反射光はライトトンネル14によって光強度を均一化され、カラーホイール16に入射される。カラーホイール16は、その外周にR、G、B(またはWを含む)のカラーフィルタを配列し、その中心が図示しないモータによって回転される。ライトトンネル14からの出射光は、カラーホイール16に入射され、そこで、R、G、Bの波長帯の光が選別される。カラーホイール16からの光は、コンデンサレンズ18、第1のミラー20、第2のミラー22によって反射され、DMD24を照射する。DMD24の各画素は、カラーホイール16に同期して駆動され、画像データに応じて照射された光を変調し、変調された光は投影レンズ26により拡大され、スクリーン上にカラー映像が表示される。
特開2003−241305号
しかしながら上記従来のプロジェクタには次のような課題がある。DMD24は、2次元アレイ状に配列された複数の半導体ミラーを有し、各半導体ミラーが各画素を形成する。各半導体ミラーは、画像データの値に応答して第1の傾斜位置または第2の傾斜位置に置かれる。半導体ミラーが第1の傾斜位置にあるとき、そこで反射された光が投影レンズ26に入射される光をオン光とし、第2の傾斜位置にあるときにそこで反射された光が投影レンズ26に入射されない光をオフ光とする。
図7(b)は、図7(a)に示すDMD24と投影レンズ26を水平方向から見たときの模式図である。上記したように、DMD24で反射されたオン光を投影レンズ26に導くために、投影レンズ26の光軸O1は、DMD24の中心を通る光軸O2よりも上方に距離Sだけオフセットされなければならない。つまり、照明光学系すなわち第2のミラー22からの光30は、DMD24の下方から一定の入射角にて入射され、オン光32が投影レンズ26に導かれ、オフ光34が投影レンズ26より外側に導かれるようにしている。例えば、DMDの大きさが0、7インチであるとき、投影レンズ26は約7.11mmの距離Sをオフセットしなければならない。このオフセット距離Sのため、プロジェクタを薄型化することが困難となっていた。
本発明は、上記従来の課題を解決し、従来よりもさらに薄型化を実現することが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
さらに本発明は、光学系のレイアウトを改善することにより小型化、軽量化が可能であり、かつ冷却高率の優れたプロジェクタを提供することを目的とする。
本発明に係るプロジェクタは、光源と、光源からの光を変調する変調手段と、変調手段によって変調された光を投影可能な投影レンズ系と、これらの光源、変調手段および投影レンズ系を収容可能なハウジングケースと、投影レンズ系を第1の位置または第2の位置に移動させる移動手段とを備え、投影レンズ系が第1の位置に移動されたとき投影レンズ系はハウジング内に収容され、投影レンズ系が第2の位置に移動されたとき投影レンズ系は変調手段からの光を投影するものである。
好ましくは移動手段は、投影レンズ系を第1の位置から第2の位置へ付勢するための第1の付勢手段と、投影レンズ系を第1の位置に係止するための係止手段と、係止手段の係止を解除するための係止解除手段とを有する。
好ましくは移動手段は、ハウジングケースの上面を覆うカバーを含み、投影レンズ系が第1の位置にあるときカバーはハウジングケースの収容された位置にあり、投影レンズ系が第2の位置にあるときカバーはハウジングケースから突出した位置にある。
好ましくは移動手段は、カバーをハウジングから突出させる方向に付勢するための第2の付勢手段と、カバーをハウジングケースの収容された位置に係止する第2の係止手段と、第2の係止手段によって係止されたカバーの係止を解除する第2の係止解除手段とを有する。また移動手段は、撮影レンズ系を第2の位置に向けてガイドし位置決めするガイド部材を有する。
好ましくは移動手段は、撮影レンズ系が第1の位置から第2の位置へ向けて移動するとき、その移動速度を抑制するためのダンパー部材を含む。
他の発明に係るプロジェクタは、第1の方向に向けて光を発する光源と、第1の方向の光を反射する反射部材を含む照明光学系と、照明光学系からの光を変調する変調手段と、第1の方向と平行な第2の方向の光軸を有し変調手段によって変調された光を第2の方向に向けて投影する投影手段とを有する。
好ましくは光源と、投影手段との間に冷却装置が配置され、該冷却装置は少なくとも光源の冷却を行う。好ましくは照明光学系は、光源からの光を垂直方向に反射する第1の反射ミラーと、第1の反射ミラーからの光入射する光伝送部材と、光伝送部材からの光を所定の波長帯に分別するダイクロイックフィルターと、ダイクロイックフィルターからの光を変調手段へ向けて反射する第2の反射ミラーとを含む。
好ましくは光源、照明光学系および投影手段によって構成される光学系がコ字型である。またプロジェクタはさらに、投影手段をその光軸と垂直方向に昇降可能な昇降手段を含むものでもよい。
本発明のプロジェクタによれば、撮影手段をハウジングケース内に収容させるための第1の位置と、変調手段からの光の投影を行うための第2の位置との間で移動できるようにしたので、プロジェクタの薄型化、小型化を実現することができる。さらに、光学系をコ字型にし、その中央に冷却装置を置くことで、ハウジングケース内にスペースを有効利用しつつ小型化を実現することができる。また、中央の位置に冷却装置を配置することで各部を効率よく冷却することも可能となる。
以下、本発明に係るプロジェクタを実施するための最良の形態として図1を参照して説明する。図1は本発明のプロジェクタの特徴を示すブロック図である。プロジェクタ100は、図1(a)に示すように、光源ユニット110と、光源ユニットからの光を入射する照明光学系120と、照明光学系120からの光を変調する変調手段130と、変調された光を投影する投影レンズ系140と、投影レンズ系140を移動する移動手段150とを含んで構成される。
本発明の主たる特徴は、移動手段150によって投影レンズ系140の位置を可変にしたことである。投影レンズ系140の位置を可変にすることで、プロジェクタ100の不使用時に投影レンズ系140をハウジングケース内の収容位置に移動させ、使用時には収容位置から投影位置へ投影レンズ系140を移動させ変調手段からの光を投影可能にする。これによって、従来、光学系の制限によってプロジェクタの小型化が困難であったが、投影レンズ系の位置を可変にすることで、光学系の条件を満足しつつハウジングケース内のスペースを有効に活用したプロジェクタを提供することができる。
本発明のもう一つの特徴は、図1(b)に示すように、光源ランプユニット10からの光をコ字型の光学系によって投影するようにしたことで、省スペース化に対応した小型のプロジェクタを提供することである。さらに、図1(c)に示すように、コ字型の光学系の中央部に冷却装置60を配置させることで、光源ランプユニット110を効率よく冷却することができる。勿論、冷却装置160は、光源ランプユニット110以外の照明光学系120や変調手段130等を冷却することができる。
次に本発明の第1の実施例に係るプロジェクタを説明する。図2(a)は、プロジェクタのハウジングケースの上面を切り取ったときの内部配置を示す図であり、図2(b)は図2(a)のA−A線矢視断面図であり投影レンズ系が収容位置にある状態を示し、図2(c)は投影レンズ系が投影位置にある状態を示している。
図2に示すように、本実施例に係るプロジェクタ100は、下部ハウジングケース200と、下部ハウジングケース200と摺動可能に組み合わせられる上部ハウジングケース210とを有する。上部および下部ハウジングケースにより形成された内部空間に光源ユニット110、照明光学系120、変調手段130、投影レンズ系140、移動手段150、冷却装置160およびその他の電子部品等が配置される。
光源ランプユニット110は、高圧水銀ランプ等の放電ランプと、放電ランプから発せられた光を集光しS1方向へ向けて反射する回転楕円面鏡等のリフレクターとを有している。S1方向はリフレクターの光軸に等しい。
照明光学系120は、光源ランプユニット110からの光を垂直方向に反射する平板ミラー121と、平板ミラー121からの反射光を入射しほぼ均一強度の光線束を出射するライトトンネル122と、ライトトンネル122の出口付近に配置されR、G、B(またはW)の光を分離するカラーホイール123と、カラーホイール123によって分離された光を変調手段130へ反射する第1、第2の凹面鏡124、125とを含んでいる。カラーホイール123は、円周方向にR、G、B(ホワイト(W)を含むこともある)のカラーフィルターを配列した円盤であり、その中心が図示しないモータによって回転される。カラーフィルターに入射した光は、R、G、B(またはW)の波長帯の光となって時分割的に出射される。
第1および第2の凹面鏡124、125によって反射された光は、変調手段130に供給される。本実施例では、変調手段として、DMDが用いられる。DMDは、0.7インチサイズの半導体ミラー素子をアレイ状に配列し、ここに光が照射される。
投影レンズ系140は、DMD130に近接されるコンデンサレンズや拡大された投影画像を形成するためのレンズ等を含み、これらのレンズを一つの筐体141内に配置させている。これらのレンズ系の光軸はS2であり、光源ユニット110の光軸S1と平行である。図2(b)に示すように、投影レンズ系140は、下部ハウジングケース200の主面201に当接した収容位置と、図2(c)に示すように下部ハウジングケース200の主面201から上方へ突出した投影位置との間を移動することができる。投影レンズ系140が投影位置にあるとき、DMD130によって反射されたオン光が投影レンズ系140に向かい、スクリーン上に投影画像が形成される。
本実施例に係る移動手段150は、下部ハウジングケース200の主面201に対して垂直方向に投影レンズ系140を昇降させる。投影レンズ系140の筐体141の両側に水平方向に延びる一対のフランジ142、143が形成されている。フランジ142、143は筐体141と一体であってもよい。フランジ142、143には、円形状の貫通孔142a、143aが形成され、この貫通孔142a、143a内にはガイドピン144、145が挿入される。ガイドピン144、145の一端144a、145aは、下部ハウジングケース200の主面201に固定されており、他端144b、145bは貫通孔よりも十分大きな径のストッパーが形成されている。
また、ガイドピン144、145の周囲に、かつ主面201とフランジ142、143の間にコイル状のスプリング146、147が巻回され、これによって、フランジ142、143、すなわち筐体141が常時下部ハウジングケース200から遠ざかる方向に付勢される。
下部ハウジングケース200には、フランジ143と係止可能な係止部148が設けられている。係止部148は水平方向に移動することができ、係止部148がフランジ143と係止しているとき、筐体141はスプリング146、147に抗して下部ハウジングケース200の収容位置に固定されている(図2(b)の状態)。係止部148を右方向へ移動させフランジ143との係止を解除すると、スプリング146、147のばね力によって筐体141がハウジングケース200の主面201から上方に移動を開始する。筐体141は、ガイドピン144、145に沿ってガイドされながら上方に移動し、ガイドピン144、145の他端144b、145bがフランジ142、143の面と当接したとき移動が停止される(図2(c)の状態)。ガイドピンの他端144b、145bは、貫通孔142a、143aの径よりも大きく筐体141を位置決めするためのストッパーとして働く。
上部ハウジングケース210は、投影レンズ系140と接続されるようにし、投影レンズ系140がスプリング146、147によって上昇されると、それと連動して上昇される。
投影レンズ系140を収容位置へ収容させる場合には、上部ハウジングケース210をスプリング146、147に抗するように押下する。上部ハウジングケース210を介して筐体141がガイドピン144、145に沿って下部ハウジングケース200の主面201に接近する方向に移動する。上部ハウジングケース210の端部211が下部ハウジングケース200の受け部202に当接したとき、筐体141のフランジ143が係止部148と係合可能な位置となる。再び係止部148をフランジ143に係止するように移動させることで筐体141を収容位置に停止させる。
図2(a)に示すように、光源ランプユニット110からの光は、S1方向に進み、平板ミラー121によって直角に折り曲げられ、この光は第1および第2の凹面鏡124、125を介してDMD130にて反射され、そしてS1と平行な光軸S2を有する投影レンズ系140によって投影される。このように、光源ユニット110、照明光学系120および投影レンズ系140によってコ字型の光学系が形成される。
コ字型の光学系の中央に配置される冷却装置160は、2つのシロッコファン162、164を有している。一方のシロッコファン162は、下部ハウジングケース200の主面201に取り付けられ、排気口162aが光源ランプユニット110に向けられている。下部ハウジングケース200の前面には、複数のスリット状の開口203が形成され、上部ハウジングケース210が上方に突出したとき、開口203から吸気された外気がシロッコファン162に取り込まれ、排気口162aから強制的に排気される。
他方のシロッコファン164は、上部ハウジングケース210に取り付けられ、上部ハウジングケース210と連動して位置を可変する。上部ハウジングケース210の上面には複数の貫通するスリット状の開口(図示省略)が形成され、該開口から吸気された外気は、シロッコファン164によって取り込まれ、その排気口164aから排気されるようになっている。
第1の実施例では、投影レンズ系140の移動をスプリングを利用して機械的に昇降させる例を示したが、これ以外にも、ギアやリンク等の機構を用いて撮影レンズ系140の昇降を行うようにしてもよい。さらに、スプリングによるばね力以外に、電動モータを用いて機構を駆動するようにしてもよい。あるいは、ステッピングモータを用いることで、撮影レンズ系140の昇降の位置を正確に制御するようにしてもよい。
次に本発明の第2の実施例について説明する。図3は、第2の実施例に係るプロジェクタの斜視図であり、図3(a)は投影レンズ系が収容位置にある状態を示し、図3(b)は投影レンズ系が投影位置に突出した状態を示している。
本実施例に係るプロジェクタ300は、下部ハウジングケース310と、下部ハウジングケース310に組み合わされる上部ハウジングケース320と、下部ハウジングケース310から上方に突出可能なカバー330とを有している。
カバー330の前面には、スライドカバー332が設けられ、スライドカバー332を水平方向にスライドさせると投影レンズ系のレンズが露出される。同時に、カバー332の投影レンズ系の出射口近傍に形成された開口332aが露出される(図3(b)を参照)。また、カバー330の前面には水平方向に離間する複数のスリット状の開口334が形成されている。カバー330の上面には、投影レンズ系による焦点位置を調整するための回転ツマミ336が露出され、かつ、メッシュ状の開口338が形成されている。
上部ハウジングケース320の上面には、押下ボタン322が設けられている。押下ボタン322を押下すると、カバー330を収容位置に係止していた係止部が解除され、カバー330が上昇される。そのときの状態が図3(b)である。
これらハウジングケース内には、図2に示した各構成部材が配置されている。第1の実施例では、投影レンズ系140の移動と連動して上部ハウジングケース210を移動させたが、第2の実施例では、投影レンズ系の移動とは独立した移動機構によりカバー330を昇降させる。
図4(a)は、カバー330を昇降させるための昇降機構を示す平面図、図4(b)はその正面図である。図4に示すように、投影レンズ系140の両側には、一対の昇降機構400が配置される。昇降機構400は一本のシャフト500によって連結され、これによって一対の昇降機構400の動きが同期される。一対の昇降機構400は、上記したカバー330に接続され、カバー330の昇降を行う。
図5は、昇降機構の側面図を示し、図5(a)は昇降機構が降下された位置にある状態を示し、図5(b)は昇降機構が上昇した位置にある状態を示している。
昇降機構400は、板状のフレーム410と、カバー330に接続される昇降部材420と、昇降部材420に連結される扇型の第1の回動部材430と、昇降部材420の昇降速度を制限するためのダンパー440と、ダンパー440および昇降部材420に連結される扇型の第2の回動部材450と、スプリング460によって付勢される駆動部材470とを含んで構成される。
昇降部材420の各端部には水平方向に延在する長穴421、422が形成され、中央部には垂直方向に延在する長穴423が形成されている。長穴421には連結ピン424が挿入され、連結ピン424は第1の回動部材430の下端部に結合されている。長穴422には連結ピン425が挿入され、連結ピン425は第2の回動部材450の下端部に結合されている。長穴423には連結ピン426が挿入され、連結ピン426はフレーム410に結合されている。さらに、昇降部材420は、カバー330に連結されるカバー連結部材428を含んでいる。
第1の回動部材430は、フレーム410に接続された回転軸432を支点に回動可能であり、支点432はシャフト500が接続されている。第1の回動部材430の上端部には連結ピン434を介して駆動部材470に接続されている。同時に、連結ピン434にはスプリング460の一端が接続されており、スプリング460のばねにより、駆動部材470および第1の回動部材430は方向Fに常時付勢される。
駆動部材470の先端部は、連結ピン472を介して第2の回動部材450の上端部に接続されている。第2の回動部材450は、フレーム410に接続された回転軸452を支点に回動可能である。また、第2の回動部材450の外周454には歯型が形成され(図示省略)、この歯型はダンパー440と歯合する。
次に昇降動作について説明する。図4に示すように、ユーザーによって押下ボタン322が押下されると、カバー330への係合が解除され、カバー330は上昇を開始する。このとき、投影レンズ系140とカバー330とは、図6(a)に示すような関係、つまり、投影レンズ系140の上下の係合部480、482の内、下側の係合部480がカバー330の係合部490に当接している。従って、投影レンズ系140は、第1の実施例のときと同様にコイルバネのバネ力によって上昇されることになるが、その上昇速度は、カバー330の移動速度によって規制されことになる。
カバー330への係止が解除されると、コイルスプリング460の付勢によって駆動部材470が方向Fへ移動を開始し、同時に第1の可動部材430が回転軸432を支点に回転をする。第1の回動部材430の回転により長穴411の連結ピン414を介して昇降部材420が上昇する。昇降部材420は、垂直方向の長穴413内を移動する連結ピン416によってガイドされながら垂直方向に上昇する。同時に、第2の回動部材450が回転軸を支点に回転する。このとき、第2の回動部材450はダンパー440と歯合しているため、第2の回動部材450の回転速度は抑制され、急速に回動せず、徐々に回動する。この結果、カバー330は下部ハウジングケース310からゆっくりとした速度で持ち上げられる。
昇降部材420は、連結ピンが長穴413の下端に当接したとき、上昇を停止する。このとき、図5(b)に示すように、カバー連結部材428が最上位置まで上昇されている。また、このとき投影レンズ系140の上側の係合部480にカバー330の係合部490が当接している。投影レンズ系140は、ここには図しないが、第1の実施例のときと同様に所定の位置に位置決めされる。図6(b)に示すような係合関係をもつことにより、カバー330に多少の振動が与えられても、係合部490は投影レンズ系140の係合部480、482のギャップ間にあるため、投影レンズ系140に与える影響を防止することができる。
以上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。
上記実施例では、変調手段にDMDを用いた例を示したが、これに限らず、変調手段に液晶デバイスを用いるものであってもよい。さらに、上記実施例の移動手段の構成や照明光学系の構成は一例であって、これに限定されるものではない。さらに、投影レンズ系は、変調手段からの光を投影する機能を備えていれば良く、複数のレンズを有するものや単体のレンズを有するものであっても良い。さらに、投影レンズ系のすべてを移動させる以外に、その一部を移動させるものであってもよい。
本発明は、DLP方式によるプロジェクタ、液晶方式によるプロジェクタ等において利用することができ、特に、携帯用に小型化、薄型化するプロジェクタにおいて有効に利用することができる。
本発明の実施形態に係るプロジェクタの特徴を説明する図である。 本発明の第1の実施例に係るプロジェクタの構成を示す図である。 本発明の第2の実施例に係るプロジェクタを示し、図3(a)はカバーが収容位置にある状態を示し、図3(b)はカバーが投影位置にある状態を示す。 図4(a)は第2の実施例に係る昇降機構の平面図、図4(b)はその正面図である。 図5(a)は第2の実施例に係る昇降機構が降下した状態にあるときの側面図、図5(b)は昇降機構が上昇した状態にあるときの側面図である。 投影レンズ系とカバーとの係合関係を説明する図である。 従来のプロジェクタの構成を示す図である。
符号の説明
100:プロジェクタ、 110:光源ランプユニット
120:照明光学系、 130:変調手段
140:投影レンズ系、 150:移動手段
160:冷却装置 200:下部ハウジングケース
210:上部ハウジングケース 300:プロジェクタ
310:下部ハウジングケース 320:上部ハウジングケース
322:押下ボタン 330:カバー
400:昇降機構

Claims (13)

  1. 光源と、光源からの光を変調する変調手段と、変調手段によって変調された光を投影可能な投影レンズ系と、これらの光源、変調手段および投影レンズ系を収容可能なハウジングケースと、投影レンズ系を第1の位置または第2の位置に移動させる移動手段とを備え、
    投影レンズ系が第1の位置に移動されたとき投影レンズ系はハウジング内に収容され、投影レンズ系が第2の位置に移動されたとき投影レンズ系は変調手段からの光を投影する、プロジェクタ。
  2. 移動手段は、投影レンズ系を第1の位置から第2の位置へ付勢するための第1の付勢手段と、投影レンズ系を第1の位置に係止するための係止手段と、係止手段の係止を解除するための係止解除手段とを有する、請求項1に記載のプロジェクタ。
  3. 移動手段は、ハウジングケースの上面を覆うカバーを含み、投影レンズ系が第1の位置にあるときカバーはハウジングケースの収容された位置にあり、投影レンズ系が第2の位置にあるときカバーはハウジングケースから突出した位置にある、請求項1または2に記載のプロジェクタ。
  4. 移動手段は、カバーをハウジングから突出させる方向に付勢するための第2の付勢手段と、カバーをハウジングケースの収容された位置に係止する第2の係止手段と、第2の係止手段によって係止されたカバーの係止を解除する第2の係止解除手段とを有する、請求項1ないし3いずれかに記載のプロジェクタ。
  5. 移動手段は、撮影レンズ系を第2の位置に向けてガイドし位置決めするガイド部材を有する、請求項1ないし4いずれかに記載のプロジェクタ。
  6. 移動手段は、撮影レンズ系が第1の位置から第2の位置へ向けて移動するとき、その移動速度を抑制するためのダンパー部材を含む、請求項1ないし4いずれかに記載のプロジェクタ。
  7. 第1の方向に向けて光を発する光源と、第1の方向の光を反射する反射部材を含む照明光学系と、照明光学系からの光を変調する変調手段と、第1の方向と平行な第2の方向の光軸を有し変調手段によって変調された光を第2の方向に向けて投影する投影手段とを有する、プロジェクタ。
  8. 光源と、投影手段との間に冷却装置が配置され、該冷却装置は少なくとも光源の冷却を行う、請求項7に記載のプロジェクタ。
  9. 照明光学系は、光源からの光を垂直方向に反射する第1の反射ミラーと、第1の反射ミラーからの光入射する光伝送部材と、光伝送部材からの光を所定の波長帯に分別するダイクロイックフィルターと、ダイクロイックフィルターからの光を変調手段へ向けて反射する第2の反射ミラーとを含む、請求項7または8に記載のプロジェクタ。
  10. 光源、照明光学系および投影手段によって構成される光学系がコ字型である、請求項7ないし9いずれかに記載のプロジェクタ。
  11. プロジェクタはさらに、投影手段をその光軸と垂直方向に昇降可能な昇降手段を含む、請求項7ないし10いずかに記載のプロジェクタ。
  12. 投影手段が上方へ移動されたとき、投影手段によって変調手段からの光の投影が行われる、請求項7ないし11いずれかに記載のプロジェクタ。
  13. 変調手段は、DMDまたは液晶素子を含む、請求項1ないし12いずれかに記載のプロジェクタ。
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