JP2007086274A

JP2007086274A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP2007086274A
Application number: JP2005273410A
Authority: JP
Inventors: Kunizaemon Koike; 邦左エ門小池
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】軽量かつ簡易な構造によって投射方向を可変とした投射型表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】筐体１１ａに対し、反射ミラー４１及び投射レンズ４２を、反射ミラー４１に入射される光ＩＬの光軸（φ軸）周りと、反射ミラー４１に入射される光ＩＬと反射ミラー４１から出射される光ＲＬとに直交する軸（θ軸）周りに回動させることにより、投射レンズ４２による投射方向を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、投射型表示装置に関し、特に投射方向を変更可能とした投射型表示装置に関する。

近年、例えば会議におけるプレゼンテーション用など、複数人が同時に見ることが可能な大画面表示を可能とする画像表示装置として、投射型表示装置が広く使用されている。投射型表示装置は、光源からの光を、光変調装置である例えば液晶パネル等により画像として変調し、投射レンズを介してスクリーン等の表示手段に投射して画像を表示するものである。

このような投射型表示装置を用いる場合において、複数の観察者がスクリーンに対して前後方向に並んでいる場合、後方に位置する観察者は、前方に位置する観察者の頭部によってスクリーンが隠されてしまうため、投射画像の下方部分を見ることができないことがある。そこで、特開平５−１００３１１号公報に開示されているような、投射レンズを光変調装置であるライトバルブ（液晶パネル）に対して、ライトバルブ面に平行に移動させることによって、スクリーン上において投射画像を上下に移動させることが可能な投射型表示装置が知られている。特開平５−１００３１１号公報に開示されている投射型表示装置を用いることにより、一時的に投射画像を本来の位置であるスクリーンに対して、上方に移動させることにより、後方の観察者からも投射画像の下方部分を見ることができるようにすることが可能となる。
特開平５−１００３１１号公報

しかしながら、特開平５−１００３１１号公報に開示されている投射型表示装置においては、投射レンズを液晶パネルに対して移動させるため、投射レンズのレンズ径を大径化しなければならない。このため、投射型表示装置は重く、また高価なものになってしまうと言う問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、軽量かつ簡易な構造によって投射方向を可変とした投射型表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る投射型表示装置は、光源と、該光源からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段により変調された光を反射する反射手段と、該反射手段により反射された光を表示手段に拡大して投射する光学レンズを備えた投射手段と、該投射手段により投射される光の方向を可変とするために前記反射手段及び前記投射手段を回動させる投射方向変更手段とを有することを特徴とする。

本発明のこのような構成によれば、投射型表示装置の投射方向を、軽量かつ簡易な構造によって可変とすることが可能となる。

また、本発明は、前記反射手段及び前記投射手段は、前記投射方向変更手段によって、前記反射手段に入射される光の光軸を回動中心として回動されることが好ましい。

また、本発明は、前記反射手段及び前記投射手段は、前記投射方向変更手段によって、前記反射手段に入射される光の光軸及び前記反射手段から出射される光の光軸に直交する軸と平行な軸を回動中心として回動されることが好ましい。

また、本発明は、前記反射手段及び前記投射手段は、前記投射方向変更手段によって、前記反射手段に入射される光の光軸を回動中心として回動され、かつ前記反射手段に入射される光の光軸及び前記反射手段から出射される光の光軸に直交する軸と平行な軸を回動中心として回動されることが好ましい。

また、本発明は、前記投射方向変更手段は、電動モータを用いて構成されることが好ましい。

また、本発明は、前記投射方向変更手段は、電磁ソレノイドを用いて構成されることが好ましい。

また、本発明は、前記投射手段により投射される光の方向は、前記投射型表示装置の使用開始時に前記投射方向変更手段によって所定の方向に変更されることが好ましい。

このような構成によれば、投射型表示装置の使用者が、投射型表示装置を間違った方向に向けて設置してしまうことがないという効果が得られる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本実施形態の投射型表示装置１１の光学系の概略構成を示す説明図である。

本実施形態の投射型表示装置１１は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に光変調手段である透過型の液晶ライトバルブ１２、１３、１４を備えた３板式の投射型カラー表示装置である。投射型表示装置１１は、表示手段であるスクリーン６０の投射面６０ａ上に画像を投射して表示する。なお、下記において、図示しない観察者は、投射面６０ａに投射された画像を、投射面６０ａに対して投射型表示装置１１と同方向から観察する。

投射型表示装置１１は、筐体１１ａと、投射光学系４０と、投射方向変更手段である駆動部５０を備えている。投射光学系４０は、筐体１１ａに、駆動部５０を介して回動可能に支持されている。また、筐体１１ａ内には照明装置２０と、色分離合成光学系３０とが配設されている。

照明装置２０は、光源１５と、２つのフライアイレンズ１６、１７と、偏光変換装置１８とを有する。光源１５は、高圧水銀ランプ或いはメタルハライドランプ等のランプ２０ａと、ランプ２０ａからの光Ｌ（以下、「光源光Ｌ」と称す。）を反射するリフレクタ２０ｂとを有する。また、光源光Ｌの照度分布を被照明領域である液晶ライトバルブ１２、１３、１４において均一化させるために、２つのフライアイレンズ１６、１７が設けられている。各フライアイレンズ１６、１７は、二次元に配置された複数個のレンズによってそれぞれ構成されている。こうして、液晶ライトバルブ１２、１３、１４は、光源光Ｌでフライアイレンズ１６、１７によって均一な照度で照明されるようになっている。また、偏光変換装置１８は、フライアイレンズ１７側に設けられた図示しない偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称す。）と、ＰＢＳアレイによって反射された偏光の偏光方向を変換する図示しない１／２波長板とを有し、光源光Ｌの光強度を損なうことなく光の偏光方向を一方向に揃えるものである。

色分離合成光学系３０は、２つのダイクロイックミラー２１、２２と、３つの反射ミラー２３、２４、２５と、３つのリレーレンズ２６、２７、２８と、３つの液晶ライトバルブ１２、１３、１４と、クロスダイクロイックプリズム２９とを有する。

ダイクロイックミラー２１、２２は、例えばガラス基板に所定の波長選択性を持つ誘電体多層膜を積層したものである。ダイクロイックミラー２１は、光源光Ｌのうちの赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧと青色光ＬＢを反射するようになっている。また、ダイクロイックミラー２２は、ダイクロイックミラー２１で反射された緑色光ＬＧと青色光ＬＢのうち、緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過するようになっている。

これにより、色分離合成光学系３０では、照明装置２０から入射する光源光Ｌのうち、赤色光ＬＲは、ダイクロイックミラー２１を透過した後、反射ミラー２３で反射されて赤色光用の液晶ライトバルブ１２に入射される。緑色光ＬＧは、ダイクロイックミラー２１で反射された後、ダイクロイックミラー２２で反射されて緑色光用の液晶ライトバルブ１２に入射される。青色光ＬＢは、ダイクロイックミラー２１で反射された後、ダイクロイックミラー２２を透過し、３つのリレーレンズ２６〜２８と２つの反射ミラー２４、２５からなるリレー系を経て、青色光用の液晶ライトバルブ１４に入射される。

光変調装置としての液晶ライトバルブ１２〜１４は、本実施形態では、アクティブマトリクス型の透過型液晶ライトバルブでそれぞれ構成されており、画像信号に基づいて駆動回路によりそれぞれ駆動されるようになっている。液晶ライトバルブ１２〜１４は、それぞれの色に対応する画像を表示する。これにより、液晶ライトバルブ１２、１３及び１４を、それぞれ通過する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢが変調される。

クロスダイクロイックプリズム２９は、直角プリズムが貼り合わされた構造となっており、十字状に直交する２つのミラー面の一方には、赤色光ＬＲを反射するとともに緑色光ＬＧを透過する誘電体多層膜が、その他方には、青色光ＬＢを反射するとともに緑色光ＬＧを透過する誘電体多層膜がそれぞれ形成されている。そして、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの３つの色光が、クロスダイクロイックプリズム２９によって合成されてカラー画像を表わす光ＩＬが形成される。本実施形態の投射型表示装置１１においては、光ＩＬは、色分離合成光学系３０のクロスダイクロイックプリズム２９から投射光学系４０に向かって出射される。

投射光学系４０は、反射手段である反射ミラー４１と、光学レンズを備えた投射手段である投射レンズ４２とを有する。反射ミラー４１は、平面鏡であり、クロスダイクロイックプリズム２９から出射される光ＩＬを受けるように配設されている。通常使用時においては、反射ミラー４１は、反射面への光ＩＬの入射角が４５度となるように配設される。色分離合成光学系３０により形成されたカラー画像を表す光ＩＬは、反射ミラー４１に入射される。光ＩＬは、反射ミラー４１によって反射され、光ＲＬとして投射レンズ４２に向かって出射される。投射レンズ４２は、反射ミラー４１から出射された光ＲＬを受け、かつ光ＲＬを拡大して投射面６０ａへ投射するような位置関係で配設されている。光ＲＬは、投射レンズ４２に入射され、投射レンズ４２を介して、スクリーン６０の投射面６０ａ上に拡大されて投射される。

また、投射光学系４０の近傍に、投射方向変更手段である回動部５０が配設される。回動部５０は、投射光学系４０の反射ミラー４１及び投射レンズ４２を、筐体１１ａに対して、一体として反射ミラー４１に入射される光ＩＬの光軸（以下、φ軸と称する。）周りに回動させるφ軸回動機構５１を有する。また、回動部５０は、投射光学系４０の反射ミラー４１及び投射レンズ４２を、筐体１１ａに対して、それぞれ反射ミラー４１に入射される光ＩＬと反射ミラー４１から出射される光ＲＬとに直交する軸（以下、θ軸と称する。）周りに回動させるθ軸回動機構５２を有する。

反射ミラー４１と投射レンズ４２とを、筐体１１ａに対して回動させる回動部５０について以下に説明する。図２は、反射ミラー４１と、投射レンズ４２とが回動部５０によって回動される様子を説明する説明図である。

φ軸回動機構５１は、φ軸回動テーブル７１、支持アーム７２、φ軸駆動モータ７３及び駆動ベルト７４を有する。φ軸回動テーブル７１は、筐体１１ａの一壁面に配設された、φ軸周りに回動可能な回動部材である。φ軸回動テーブル７１は、φ軸を中心とした貫通孔が形成されている。また、φ軸回動テーブル７１の回動部には、支持アーム７２がφ軸と平行に延出するように取り付けられている。また、筐体１１ａには、例えばステッピングモータからなるφ軸駆動モータ７３が固定されている。φ軸駆動モータ７３の出力軸は、φ軸回動テーブル７１の回動部に駆動ベルト７４を介して接続されている。

一方、支持アーム７２には、θ軸回動機構５２が設けられている。θ軸回動機構５２は、反射ミラー支持部８１と、投射レンズ支持部８２と、θ軸駆動モータ８３と、駆動ベルト８４、８５を有する。反射ミラー支持部８１は、支持アーム７２上に設けられた、θ軸周りに回動可能な回動部材である。この回動部材には、反射ミラー４１が固定される。また、投射レンズ支持部８２は、支持アーム７２上に配設された、θ軸周りに回動可能な回動部材である。投射レンズ支持部８２には、投射レンズ４２が固定される。反射ミラー支持部８１と、投射レンズ支持部８２とは、θ軸周りにそれぞれ別個に回動可能である。また、支持アーム７２には、例えばステッピングモータからなるθ軸駆動モータ８３が固定されている。θ軸駆動モータ８３の出力軸は、反射ミラー支持部８１及び投射レンズ支持部８２のそれぞれの回動部に、駆動ベルト８４及び８５を介して接続されている。θ軸駆動モータ８３の出力軸の回転は、反射ミラー支持部８１及び投射レンズ支持部８２にそれぞれ異なる減速比で伝えられる。本実施形態においては、反射ミラー支持部８１の回動角度に対する投射レンズ支持部８２の回動角度の比が２となる用に設定されている。例えば、投射レンズ支持部８２が１０度回動された場合、反射ミラー支持部８１は同方向に５度回動される。このため、常に反射ミラー４１から出射される光ＲＬの光軸と、投射レンズ４２の光軸とが一致する。

投射型表示装置１１の使用開始時である電源投入時及び、通常使用時においては、φ軸回動機構５１及びθ軸回動機構５２は、投射レンズ４２によって投射される光の方向が、所定の方向となる位置を原点位置として位置決めされる。所定の方向とは、例えば、反射ミラー４１に入射される光ＩＬの光軸と反射ミラー４１から出射される光ＲＬの光軸とが直交し、かつ投射レンズ４２から投射される光の光軸が投射面６０ａと略直交する位置である。

上記の構成を有する投射型表示装置１１は、以下の作用を有する。クロスダイクロイックミラー２９から出射された光ＩＬは、φ軸回動テーブル７１の中心に形成された貫通孔を通って反射ミラー４１へ入射され、反射ミラー４１へ入射された光ＩＬは、反射ミラー４１から投射レンズ４２へ光ＲＬとして出射される。また、反射ミラー４１及び投射レンズ４２は、φ軸回動テーブル７１に、支持アーム７２と反射ミラー支持部８１と投射レンズ支持部８２とを介して、φ軸周りに一体に回動可能に支持されている。このため、φ軸駆動モータ７３の出力軸を回動することにより、反射ミラー４１と投射レンズとは、筐体１１ａに対して、φ軸周りに一体に回動する。したがって、投射型表示装置１１を、φ軸が水平かつθ軸が鉛直となるように設置した場合、投射レンズ４２により投射される画像は、投射面６０ａを含む平面上において、上下方向（図２の矢印Ａ１の方向）に移動する。また、反射ミラー４１と、投射レンズ４２とは、θ軸周りに回動可能に支持されている。ここで、θ軸駆動モータ８３によって回動される、反射ミラーと４１と投射レンズ４２との回動角度の比は１対２である。よって、反射ミラー４１から出射される光ＲＬの光軸は、投射レンズ４２の光軸と常に一致する。したがって、θ軸駆動モータ８３の出力軸を回動することにより、投射レンズ４２により投射される画像は、投射面６０ａを含む平面上において左右方向（図２の矢印Ａ２の方向）に移動する。

上述の作用を有する投射型表示装置１１によれば、以下のような効果が得られる。図３は、投射型表示装置１１による画像の投射の様子を側面から見た説明図である。図４は、投射型表示装置１１によって投射面６０ａに表示される画像の様子を説明する説明図である。例えば、図３（ａ）に示すように、複数人の観察者がスクリーン６０の投射面６０ａに対して前後方向に並んで投射型表示装置１１により投射される画像を観察する場合、後方に位置する観察者ＰＢには、前方に位置する観察者ＰＦの頭部によって投射面６０ａの下方が遮られることにより死角ＢＡが生じる。この場合、後方に位置する観察者ＰＢから観察される投射面６０ａは、図４（ａ）に示すように、画像１００の下方が、前方に位置する観察者ＰＦの頭部によって遮られてしまう。

このように、通常使用時において、後方に位置する観察者ＰＢから、投射面６０ａに表示される画像１００の一部が見られない場合、本実施形態に係る投射型表示装置１１は、画像１００を投射面６０ａを含む平面上において一時的に移動させることができる。図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、観察者ＰＢから画像１００の下方が見られない場合は、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、画像１００を、投射面６０ａを含む平面上において一時的に観察者から見て上方に移動させる。これにより、後方に位置する観察者ＰＢからも、画像１００の下方を観察することが可能となる。また例えば、図示しないが室内において観察者の前方に床面から天井を貫く柱があるような場合、図４（ｂ）に示す画像１００ａのように画像を観察者から見て上方だけではなく右方又は左方に移動させることにより、観察者から画像全体を観察することが可能となる。したがって、例えば、投射型表示装置１１を会議におけるプレゼンテーションに使用すれば、参加者全員が画像全体を見ることができるようにすることが可能となる。

また、電源投入時は、反射ミラー４１及び投射レンズ４２の回動位置は必ず原点位置に位置決めされているため、スクリーン６０に対して使用者が間違えた方向に投射型表示装置１１を設置してしまうことがない。

なお、本実施形態に係る投射型表示装置１１は、反射ミラー４１及び投射レンズ４２を、φ軸とθ軸の２軸周りに回動させる構成としているが、例えばφ軸周りのみに回動させる構成としてもよく、また、θ軸周りにのみ回動させる構成としてもよい。

また、本実施形態においては、φ軸駆動モータ７３及びθ軸駆動モータ８３としてステッピングモータを使用しているが、サーボモータを使用してもよい。また、反射ミラー４１及び投射レンズ４２の回動を、電磁ソレノイドによって行ってもよい。この場合、投射面６０ａを含む平面上における画像１００の表示位置は、上下及び左右方向についてそれぞれ２位置から選ぶこととなる。例えばこの場合、電磁ソレノイドによって駆動される投射レンズ４２の回動角度を、投射レンズ４２の画角のおよそ半分となる角度だけ回動するように設定すればよい。

本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記の本実施形態の投射型表示装置１１は、光変調手段として透過型の液晶ライトバルブ１２〜１４を用いた透過型の投射型表示装置であるが、本発明は反射型のライトバルブを用いた反射型の投射型表示装置にも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶ライトバルブ等の光変調手段が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型液晶表示装置のように光変調手段が光を反射するタイプであることを意味している。反射型の投射型表示装置にこの発明を適用した場合にも、透過型の投射型表示装置と同様の効果を得ることができる。
また、上記の本実施形態の投射型表示装置１１は、光変調手段として液晶ライトバルブ１２〜１４を用いているが、本発明はこれに限られない。光変調手段としては、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置などを利用してもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）（Texas Instruments社の登録商標）を用いることができる。

投射型表示装置の光学系の概略構成を示す説明図である。反射ミラーと、投射レンズとが回動部によって回動される様子を説明する説明図。投射型表示装置による画像の投射の様子を右側面から見た説明図である。。投射型表示装置によって投射面に表示される画像の様子を説明する説明図である。

符号の説明

１１投射型表示装置、１１ａ筐体、１２〜１４液晶ライトバルブ、１５光源、１６、１７フライアイレンズ、１８光変換装置、２０照明装置、２１、２２ダイクロイックミラー、２３〜２５反射ミラー、２６〜２８反射ミラー、クロスダイクロイックプリズム２９、３０色分離合成光学系、４０投射光学系、４１反射ミラー、４２投射レンズ、５０回動部、５１ φ軸回動機構、５２ θ軸回動機構、６０スクリーン、６０ａ投射面

Claims

光源と、
該光源からの光を変調する光変調手段と、
該光変調手段により変調された光を反射する反射手段と、
該反射手段により反射された光を表示手段に拡大して投射する光学レンズを備えた投射手段と、
該投射手段により投射される光の方向を可変とするために前記反射手段及び前記投射手段を回動させる投射方向変更手段とを有することを特徴とする投射型表示装置。
前記反射手段及び前記投射手段は、前記投射方向変更手段によって、前記反射手段に入射される光の光軸を回動中心として回動されることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
前記反射手段及び前記投射手段は、前記投射方向変更手段によって、前記反射手段に入射される光の光軸及び前記反射手段から出射される光の光軸に直交する軸と平行な軸を回動中心として回動されることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
前記反射手段及び前記投射手段は、前記投射方向変更手段によって、前記反射手段に入射される光の光軸を回動中心として回動され、かつ前記反射手段に入射される光の光軸及び前記反射手段から出射される光の光軸に直交する軸と平行な軸を回動中心として回動されることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
前記投射方向変更手段は、電動モータを用いて構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
前記投射方向変更手段は、電磁ソレノイドを用いて構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
前記投射手段により投射される光の方向は、前記投射型表示装置の使用開始時に前記投射方向変更手段によって所定の方向に変更されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の投射型表示装置。