JP2006259550A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 投写用レンズの交換を可能としたプロジェクタを提供する。
【解決手段】 このプロジェクタは、筐体１と、照明光学系２と、リレーレンズ３と、投写用交換レンズ４とを備えている。筐体１の内部には、リレーレンズ３が収納されている。投写用交換レンズ４は、筐体１に対して着脱可能なように取り付けられている。照明光学系２は、投写されるべき光学像をリレーレンズ３に向けて出射する構成となっている。リレーレンズ３は、照明光学系２から出射された光学像を投写用交換レンズ４に転送できる位置に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタに関するものである。

プロジェクタとしては、従来から、液晶プロジェクタやＤＬＰプロジェクタなどの各種のものが知られている。

プロジェクタには、一般に、結像系と照明系の２つの光学系がある。これら２つの光学系の間には、フィールドレンズが配置され、これらによって光学像の伝搬がなされている。

反射型光変調素子を用いたプロジェクタでは、照明光学系の光路を結像光学系の光路の間に通している。これにより、コンパクトな設計が可能である。このような反射型光学系を採用するためには、結像光学系におけるバックフォーカスを大きくとる必要がある。

ところが、結像光学系の設計において、そのＦナンバーを保ったまま、広い画角でかつ大きいバックフォーカスを達成することは難しい。このような光学系を達成するためには、レンズ枚数の増加もしくはレンズ径の増大を伴い、コスト増に繋がるという問題もある。

また、照明光学系における映像表示素子で結像された光学像は、結像光学系の入射瞳に転送される。この時に、結像光学系から映像表示素子を見込んだ方向余弦の値が小さいほど光束のロスが少なくなる。特に、映像表示素子が、液晶などの複屈折をもつものであると、入射角度によりリタデーションが変わってくるために、方向余弦の値が大きいと、拡大された像の品質を悪くする。よって、結像光学系は、映像表示素子側において、なるべくテレセントリック性を持たすことが望ましい。

しかしながら、結像光学系において、テレセントリック性を持たし、かつ、バックフォーカスをあげることは、さらにその設計を困難にしてしまう。

そこで、本発明者が種々検討したところ、結像光学系を、投写用レンズとリレーレンズとに分けることによって、これらの問題を解決しうるという知見を得た。さらに、本発明者は、このような構成を採用することによって、投写用レンズを交換可能にできるという知見を得た。

従来は、下記特許文献１及び２に記載されているように、リレーレンズを用いたプロジェクタが提案されている。しかしながら、これらには、投写用レンズを交換可能とするという構成は記載されていない。
特開２０００−１５５２８８号公報 特開２００２−１６２６８８号公報

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものである。本発明は、投写用レンズの交換を可能としたプロジェクタを提供することを主な目的としている。

請求項１に記載のプロジェクタは、筐体と、投写用交換レンズと、リレーレンズと、照明光学系とを備えている。前記筐体の内部には、前記リレーレンズが収納されている。前記投写用交換レンズは、前記筐体に対して着脱可能なように取り付けられている。前記照明光学系は、投写されるべき光学像を前記リレーレンズに向けて出射する構成となっている。前記リレーレンズは、前記照明光学系から出射された光学像を前記投写用交換レンズに転送できる位置に配置されている。

投写用交換レンズに転送された光学像は、プロジェクタの外部（例えばスクリーン面）に投写される。

ここで、本明細書においては、「レンズ」という語は、単レンズとレンズ群の両方の意味を含むものとする。

請求項２に記載のプロジェクタは、請求項１に記載のものにおいて、前記リレーレンズを、前記投写用交換レンズの側において略テレセントリックとしたものである。

リレーレンズを、投写用交換レンズの側において略テレセントリックとすることにより、異なる投写用交換レンズの間において入射瞳の位置が異なっていても、ほぼ同じ大きさの光学像が投写用交換レンズに転送される。

請求項３に記載のプロジェクタは、請求項２に記載のものにおいて、前記リレーレンズが、さらに照明光学系の側においても略テレセントリックとなっているものである。

リレーレンズが、照明光学系の側においても略テレセントリックとなっていると、リレーレンズから投写用交換レンズ（つまり結像光学系）が受け取る光束（光学像を形成するための光束）のロスが少なくなる。

請求項４に記載のプロジェクタは、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロジェクタであって、さらに、交換レンズ情報取得手段と、光学像周辺光量調整手段とを備えており、前記交換レンズ情報取得手段は、前記交換レンズが前記筐体に装着されたときに、前記交換レンズの情報を取得する構成となっており、前記光学像周辺光量調整手段は、前記交換レンズ情報取得手段によって取得された交換レンズ情報に基づいて、前記照明光学系から出射される光学像の輝度を調整する構成となっているものである。このプロジェクタによれば、交換レンズの種類に応じた適切な光量の光学像を交換レンズに送ることができる。

請求項１記載の発明によれば、リレーレンズから投写用交換レンズに転送された光学像を、プロジェクタの外部（例えばスクリーン面）に投写することができる。

また、この発明によれば、投写用交換レンズを交換することができるので、異なる倍率や特性のレンズを、用途に応じて交換して使用することができる。したがって、個々の投写用交換レンズに求められる機能が少なくなり、その設計を単純化することができる。

すると、投写用交換レンズの軽量化や小型化が容易となり、この投写用交換レンズを取り付けた状態でのプロジェクタの重量や体積を小さくし、その設置や搬送を容易にすることができる。

さらに、投写用交換レンズの設計が単純になると、投写用交換レンズを安価に提供することも可能となる。

また、本発明のプロジェクタにおいては、リレーレンズを用いているために、投写用交換レンズのバックフォーカスを大きくする必要がない。したがって、投写用交換レンズの設計をさらに単純化することができ、投写用交換レンズの軽量化や低コスト化を図ることが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、投写用交換レンズの側において、リレーレンズを略テレセントリックとすることにより、異なる投写用交換レンズの間において入射瞳の位置が異なっていても、ほぼ同じ大きさの光学像を投写用交換レンズに転送することができる。したがって、投写用交換レンズの設計において、入射瞳の位置の自由度が上がり、設計を容易とすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、前記リレーレンズが、さらに照明光学系の側においても略テレセントリック、つまり、小さい方向余弦の値となっている。リレーレンズが、照明光学系の側においても略テレセントリックとなっていると、リレーレンズから投写用交換レンズ（つまり結像光学系）が受け取る光束（光学像を形成するための光束）のロスを少なくすることができる。特に、照明光学系に含まれる映像表示素子が、液晶などの複屈折を持つものであると、入射角度によりリタデーションが変わってくる。しかしながら、照明光学系の側においても略テレセントリックとすることにより、照明光学系からリレーレンズへの入射角度があまり変化しないので、投写用交換レンズで拡大された像の品質を向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、交換レンズの種類に応じた適切な光量の光学像を交換レンズに送ることができ、スクリーンに投写される映像の輝度を、適切に設定することができる。したがって、交換レンズを交換しても、品質の良い画像を投写することができる。

（実施形態の構成）
本発明に係るプロジェクタの一実施形態を、図１に基づいて説明する。このプロジェクタは、筐体１と、照明光学系２と、リレーレンズ３と、投写用交換レンズ４と、制御部５とを主要な構成として備えている。

筐体１は、内部に収納空間を有し、かつ、投写用交換レンズ４を着脱自在に取り付けることができるように構成されている。この実施形態では、筐体１の内部に、照明光学系２とリレーレンズ３と制御部５とが収納されている。

投写用交換レンズ４は、筐体１に対して着脱可能なように取り付けられている。投写用交換レンズ４を筐体１に着脱自在に取り付けるための構造としては、例えば一眼レフカメラにおける構造を用いることができる。

投写用交換レンズ４は、必要な画角やＦナンバー等の特性を備えている。また、異なる特性を有する複数の投写用交換レンズ４が別途用意されていることが好ましい。

照明光学系２は、投写されるべき光学像をリレーレンズ３に向けて出射する構成となっている。照明光学系２は、投写されるべき光学像を形成するための映像表示素子（図示せず）を備えている。映像表示素子としては、例えば液晶であるが、これに限らず、ＤＬＰに用いられるＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス）など、各種のものを用いることができる。また、照明光学系２自体としても、既存の各種の照明光学系を用いることができる。

リレーレンズ３は、照明光学系２から出射された光学像を投写用交換レンズ４に転送できる位置に配置されている。リレーレンズ３は、瞳を転送するためのフィールドレンズ（図示せず）を備えている。リレーレンズ３は、絞りを挟んで物体側と像側でレンズデータが対称なガウスタイプのものが好ましいが、これには限られない。

リレーレンズ３は、投写用交換レンズ４及び照明光学系２の両側において、略テレセントリックとされている。ただし、テレセントリックであることは必須ではない。

制御部５は、照明光学系における映像表示素子の動作を制御し、所望の光学像を生成する機能、及び、照明光学系の動作に必要な電力供給を行う機能を有している。

この実施形態の制御部５は、映像信号入力手段５１と、画像処理回路５２と、映像表示素子ドライブ回路５３と、光源制御回路（光学像周辺光量調整手段に対応）５４と、レンズ検出回路（交換レンズ情報取得手段に対応）５５と、マイコン５６と、制御パネル５７と、バスライン５８とを備えている。これらの各要素の詳細は、プロジェクタの動作において説明する。

（実施形態の動作）
次に、本実施形態に係るプロジェクタの動作を説明する。まず、制御部５からの指令及び電力供給に基づいて、照明光学系２において、所望の光学像が生成される。生成された光学像は、リレーレンズ３に転送される。リレーレンズ３に転送された光学像は、さらに、投写用交換レンズ４に転送される。投写用交換レンズ４に転送された光学像は、このレンズ４によって必要な倍率まで拡大されて、スクリーンＳに投写される。レンズ交換に伴う、制御部５の詳しい動作は、後述する。

本実施形態のプロジェクタによれば、投写用交換レンズ４を交換することができるので、異なる倍率や特性の投写用レンズを、用途に応じて交換して使用することができる。したがって、投写用交換レンズ（結像光学系）の設計を単純化することができる。

すると、投写用交換レンズ４の軽量化や小型化が容易となり、この投写用交換レンズ４を取り付けた状態でのプロジェクタの重量や体積を小さくし、その設置や搬送を容易にすることができるという利点がある。

さらに、投写用交換レンズ４の設計が単純になると、投写用交換レンズ４を安価に提供することも可能となる。

また、本実施形態のプロジェクタにおいては、リレーレンズ３を用いているために、投写用交換レンズのバックフォーカスを大きくする必要がない。したがって、投写用交換レンズ４の設計をさらに単純化することができ、投写用交換レンズ４の軽量化や低コスト化を図ることが可能となる。

さらに、投写用交換レンズ４の側において、リレーレンズ３を略テレセントリックとすることにより、異なる投写用交換レンズの間において入射瞳の位置が異なっていても、ほぼ同じ大きさの光学像を投写用交換レンズ４に転送することができる。したがって、投写用交換レンズ４の設計において、入射瞳の位置の自由度が上がり、設計を容易とすることができる。なお、光軸に対して±５°程度の範囲であれば、テレセントリック性が崩れていても、実際上はほとんど支障を生じないと考えられる。

さらに、リレーレンズ３が、さらに照明光学系２の側においても略テレセントリックとなっている場合には、フレアやモアレなどを低減することができ、投写用交換レンズ４で拡大された光学像の品質を向上させることができる。

さらに、通常の結像光学系において、照明光学系２の側におけるテレセントリック性を実現するためには、結像光学系に求められる他の特性（例えば画角やＦナンバー）との両立が求められる。すると、結像光学系の設計が困難になる。これに対して、本実施形態では、リレーレンズ３を用いているので、リレーレンズ３にテレセントリック性を付与することにより、照明光学系２の側におけるテレセントリック性を容易に実現することができるという利点がある。また、結像光学系において求められる画角などの特性は、投写用交換レンズ４とリレーレンズ３との組み合わせによって、比較的に容易に実現することができる。

さらに、リレーレンズ３を両側テレセントリックとすることにより、物体側及び像側において、光線の方向余弦値が極めて小さいかゼロとなる。すると、投写用交換レンズ４の３次収差の値を余り崩すことがないという利点がある。

さらに、本実施形態では、リレーレンズ３を用いているために、投写用交換レンズ４の３次収差をリレーレンズ３で相殺するように設計することができる。すると、投写用交換レンズ４の設計がさらに容易となり、像品質の良い結像光学系の設計が容易になるという利点もある。

さらに、本実施形態のプロジェクタでは、交換レンズ４の種類に応じて、交換レンズ４へ出射する光学像の輝度を調節することができる。以下、図２を参照しながら、交換レンズ４を交換した場合の動作を詳しく説明する。

（ステップＳａ−１）
まず、操作者が、交換レンズ４を、筐体１に装着する。また、制御パネル５７により、電源のオンや、プロジェクタへの種々の指示を行う。

（ステップＳａ−２）
ついで、レンズ検出回路５５は、交換レンズの種類を検出する。具体的な検出方法の例は、実施例２として後述する。

レンズ検出回路５５により取得された、交換レンズの種類の情報（以下「識別情報」という）は、バスライン５８を介してマイコン５６に送られる。

（ステップＳａ−３）
マイコン５６は、交換レンズの識別情報に応じた、当該交換レンズに関する諸情報（例えば開口数や倍率など）をメモリから取得する。このメモリは、例えば、マイコン５６に備えられたＲＯＭやＲＡＭであってもよいし、マイコン５６の外部に備えられた記憶装置であってもよい。

（ステップＳａ−４）
さらに、マイコン５６は、前記のように取得した、交換レンズに関する諸情報に基づいて、必要な制御指令を生成する。この制御指令は、交換レンズ４に送られる光学像の光量（明るさ）を適切なレベルとするための指令である。例えば、交換レンズ４の画角が小さいときは、光量を少なくする指令とし、画角が大きいときは、光量を多くする指令とする。ついで、マイコン５６は、生成された制御指令を光源制御回路５４に送る。

（ステップＳａ−５）
ついで、光源制御回路５４は、マイコン５６から送られた制御指令に基づいて光源２２を発光させる。光源２２からは、適切な光量の光を出射することができる。出射された光は、インテグレータレンズ２３を介して映像表示素子２８に達する。

一方、映像表示素子２８には、映像信号入力手段５１、画像処理回路５２、映像表示素子ドライブ回路５３を介して、コンポーネント映像信号（例えばＲＧＢ信号）が送られ、必要な画像が形成される。これにより、映像表示素子２８は、光源２２からの光をＲＧＢの三色で空間変調し、光学像を生成することができる。生成された光学像は、交換レンズ４を介してスクリーンＳに投写される。

ここで、本実施形態においては、交換レンズ４の種類に応じた適切な光量の光学像を交換レンズ４に送っているので、スクリーンＳに投写される映像の輝度を、自動的に、適切に設定することができる。したがって、本実施形態のプロジェクタによれば、交換レンズ４を交換しても、品質の良い画像を投写することができるという利点がある。

プロジェクタの使用が終われば、制御パネル５７によってプロジェクタの電源をオフとする。

（実施例１）
次に、前記実施形態における光学系の構成を具体化した実施例１を図３に示す。実施形態の構成要素に対応する部分には、実施形態の説明と同じ符号を付している。

この実施例の光学系では、照明光学系２は、単板式の、反射型映像表示素子２８を用いて光学像を形成している。また、この照明光学系２は、光源２２と、インテグレータレンズ２３と、コンデンサーレンズ２４とを備えている。このような構成の照明光学系２はよく知られているので詳細な説明は省略する。

また、この実施例では、リレーレンズ３が、ガウスタイプとされている。さらに、この実施例では、リレーレンズ３が、光学像を転送するためのフィールドレンズ３１を備えている。

（実施例２）
次に、前記実施形態におけるレンズ検出回路（交換レンズ情報取得手段）の具体的な構成例を、実施例２として、図４を参照しながら説明する。

この例では、交換レンズ４の側面に、複数の突起４１が形成されている（図４（ａ）参照）。また、筐体１の内部には、複数のスイッチ５５１が配置されている。スイッチ５５１は、レンズ検出回路５５の一部をなすものである。

交換レンズ４を筐体１に挿入した後（図４（ｂ）参照）、さらに、固定のために交換レンズ４を回転させる（図４（ｃ）参照）。すると、交換レンズ４の突起４１により、いずれかの（図示例では二つの）スイッチ５５１がオンとなる。交換レンズ４の種類により、突起４１の配置や数を異ならせておけば、いずれのスイッチ５５１がオンになったか（あるいはオフのままか）に応じて、交換レンズ４の種類を判別することができる。

異なる種類の交換レンズ４の例を図５及び図６に示す。図５の例では、突起４１により、図中において手前側の一つのスイッチ５５１のみがオンとなっている。図６の例では、突起４１により、図中において奥側の一つのスイッチ５５１のみがオンとなっている。このようなオン状態を検知することにより、前記の通り、交換レンズ４の種類を判別できる。

なお、スイッチ５５１や突起４１の数は、単数でも複数でも良い。これらの数を増やすことにより、識別できる交換レンズ４の数を増やすことができる。

また、前記実施例２では、突起４１とスイッチ５５１を用いているが、これには限られない。例えば、交換レンズ４にスリットを形成し、筐体１側に配置したフォトセンサでスリットの数を検知する構成であってもよい。要するに、レンズ検出回路（交換レンズ情報取得手段）としては、適宜な手段で交換レンズ４の種類を識別できるものであればよい。

なお、本発明は、上記した実施形態及び実施例に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種々変更を加え得るものである。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタの概略的な構成を示すブロック図である。 交換レンズを交換した場合の動作を説明するためのフローチャートである。 実施例１におけるプロジェクタの光学系を説明するための説明図である。 実施例２におけるプロジェクタにおいて交換レンズの種類を識別するための動作を説明するための説明図であって、図（ａ）は交換レンズの挿入前、図（ｂ）は挿入後、図（ｃ）は交換レンズを回転させた状態を示す図である。 他の種類の交換レンズを筐体に取り付けた状態を示す説明図である。 他の種類の交換レンズを筐体に取り付けた状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 筐体
２ 照明光学系
２２ 光源
２３ インテグレータレンズ
２４ コンデンサーレンズ
２８ 映像表示素子
３ リレーレンズ
３１ フィールドレンズ
４ 投写用交換レンズ
４１ 突起
５ 制御部
５１ 映像信号入力手段
５２ 画像処理回路
５３ 映像表示素子ドライブ回路
５４ 光源制御回路（光学像周辺光量調整手段）
５５ レンズ検出回路（交換レンズ情報取得手段）
５６ マイコン
５７ 制御パネル
５８ バスライン

Claims (4)

1. 筐体と、照明光学系と、リレーレンズと、投写用交換レンズとを備えており、
   前記筐体の内部には、前記リレーレンズが収納されており、
   前記投写用交換レンズは、前記筐体に対して着脱可能なように取り付けられており、
   前記照明光学系は、投写されるべき光学像を前記リレーレンズに向けて出射する構成となっており、
   前記リレーレンズは、前記照明光学系から出射された光学像を前記投写用交換レンズに転送できる位置に配置されている、
   ことを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記リレーレンズは、前記投写用交換レンズの側において略テレセントリックであることを特徴とする、請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記リレーレンズは、さらに前記照明光学系の側においても略テレセントリックであることを特徴とする、請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロジェクタであって、
   さらに、交換レンズ情報取得手段と、光学像周辺光量調整手段とを備えており、
   前記交換レンズ情報取得手段は、前記交換レンズが前記筐体に装着されたときに、前記交換レンズの情報を取得する構成となっており、
   前記光学像周辺光量調整手段は、前記交換レンズ情報取得手段によって取得された交換レンズ情報に基づいて、前記照明光学系から出射される光学像の明るさを調整する構成となっていることを特徴とするプロジェクタ。
   

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