JP2007316318A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型・軽量化と、大画面から小画面までの画像投影とを両立し、消費電力を低減する。
【解決手段】画像投影装置本体１０３の光源ユニット１０４に加えて、本体１０３に着脱可能な光源ユニット１０１を設ける。モバイル利用時や小人数の画像観察時には、光源ユニット１０１を外して使用し、会議室での使用や大人数での観察時には光源ユニット１０１を接続して使用する。光源ユニットからの光は、反射ミラー１０５、集光レンズ１０６、偏光子１０７を透過し、透過型液晶ライトバルブ１０８に入射する。画像信号により液晶が制御され、偏光の変化により画像が形成され、投影レンズ１１１によりスクリーン１１２上に拡大画像が投影される。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯可能な画像投影装置に関し、特に小型・軽量化を実現しつつ、利用状況に合わせて、照明光量の選択と低消費電力を実現する画像投影装置に関する。

画像投影装置は会議室等の特定場所での利用から、携帯用や、より小型な機器への組み込み用等、多岐にわたる。特に携帯用等の小型画像投影装置では、利用環境の変化（明るさの変化、外光の影響、色合いの変化等）や投影画像の変化（プレゼンテーション、動画、カラー化）により投影光量や色合いの調整が必要とされ、また投影画像の大きさの要求も様々である。

従来、単一光源を用いた画像投影装置で所望の画像を投影する場合には光源を調整する必要があり、出力の大きい光源を利用した場合には電力消費量が大きく、大型化し、明るすぎる問題が生じる。また、出力の小さい光源を利用した場合には、状況によって暗すぎたり、所望の色合いが達成できない等の問題があった。

そこで、光源の背後に補助光源を配置し、光源の隙間から補助光源により照明を行う装置（例えば、特許文献１を参照）、あるいは、補助光源により、投影型といわゆるヘッドマウント型表示の切り替えを行う装置（例えば、特許文献２を参照）が提案されている。

特開２００６−３７９９号公報 特開２００２−５２６７９１号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、隙間の部分の光でしか利用することができず、利用効率が悪く、光学系が複雑になる。また、光源の設置場所が一箇所に限られるため構成の自由度が少ない。特許文献２は投影方式の切り替え技術であり、投影画像の光源を調整できない。

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたものであり、
本発明の目的は、小型・軽量化と、大画面から小画面までの画像投影とを両立した低消費電力の画像投影装置を提供することにある。

本発明（請求項１）では、複数の光源により画像投影を実現する構成とし、複数の光源部の一部を着脱可能な構成とする。光源の着脱により、光量の選択、消費電力量の選択、再現色の選択の少なくともいずれかの機能を果たす。着脱可能な光源は一または複数であり、最小光源数の構成時に装置が最小の体積となることが望ましい。

本発明（請求項２）では、光源部と伝達光学系の一部が一体となって着脱可能に構成する。伝達光学系として、たとえば集光レンズ・ミラー、反射ミラー、カラーフィルタ等を選択することが可能である。またこれらは初期に軸あわせ等がなされており、装着時に調整なしで装置に組み込める形態であることが望ましい。

本発明（請求項３）では、光源と光源用の電源が一体となって着脱可能に構成する。これらは処理手段により制御され、光源が制御される。さらに集光レンズ・ミラー等が一体となって構成され、電源はバッテリーで構成され、装置が電源に接続時には充電可能な構造であることが望ましい。

本発明（請求項４）では、着脱可能な光源が白色光源、またはＲＧＢ各色が一体で構成された光源によって構成される。白色光源は白色ＬＥＤで構成され、一体光源は３色ＬＥＤで構成され、あるいは３色ＬＤで構成される素子を用いる。着脱可能な光源は同一出力である必要はなく、出力ごとに光源を切り替えるかあるいは着脱可能な光源数により出力を切り替えるか、または両方を利用する構成が可能である。

本発明（請求項５）では、着脱可能な光源が波長分布の異なる発光ダイオードあるいはレーザダイオードで構成され、各素子ごとに着脱可能に構成する。各素子として単一の光源素子を選択可能であり、素子ごとに複数の光源で構成することも可能である。これは波長の異なる発光素子の組み合わせ、あるいは白色光源素子と組み合わせて利用することも可能である。

本発明（請求項６）では、着脱可能な素子を４種類以上の波長帯域で構成する。たとえば中心波長の異なるＬＥＤ、ＬＤ等で構成する。さらに白色光源と組み合わせて各素子を構成することも可能である。

本発明（請求項７）では、着脱可能な素子と素子挿入時に光学素子の一部が移動手段により移動する。素子挿入時にミラーが回転移動することにより、複数の光源を組み合わせる構成が実現できる。移動手段として、ばねやガイド等機械的移動手段を用いる。また移動手段は複数素子を組み合わせて移動可能であり、複数の移動手段の配置も可能である。

本発明（請求項８）では、光源以外の光伝達手段の一部を複数の光源で共有する。光伝達手段はミラー、均一光学系、偏光変換光学系、偏光子等を利用可能である。これら共有する素子は同一の光路を利用する必要はなく、光軸の異なる配置も可能である。

本発明（請求項１）によれば、複数の光源で画像投影装置を構成し、光源の一部を着脱可能に構成することにより、必要十分な強度の光源の選択が可能となる。これにより必要以上の強度の光源による視認性の低下が抑制され、光源を外すことによる小型化、軽量化、低消費電力が実現可能となる。また着脱により、本体の構成を大幅に変更することなく、より大画面や明るい画像の形成が可能となる。また、特定状況（たとえば外部プレゼンテーション利用時）では一部光源を外し、あるいは小型で低消費電力の光源をつけるといった利用法を選択し、他の状況（たとえば会議室の多数のメンバーでの会議）ではすべての光源をつけ、あるいは高出力の光源をつけるといった利用状況ごとの装置仕様の変更が可能となる。このように、必要な光源を選択することにより、携帯性に優れ、安価な装置となる。さらに、光源の選択により光源の均一度やコントラストの調整が可能となり、より均一度が高い光源構成あるいはコントラストが高い光源構成、またはより軽量な光源構成等、利用状況による仕様選択も可能となる。さらに光源が着脱可能であるので、光源の不具合発生時の光源の交換が容易であり、予備光源による対応も可能となる。

本発明（請求項２）によれば、光学系を光源と一体として着脱可能な構成とすることにより、光源組み込み時の位置ずれの補正が可能となり、より簡単に着脱機構を実現できる。光学系を前もって調整配置することにより、さらに簡単に着脱可能となる。光学系も同時に着脱することにより、光源の最小構成時には、より小型・軽量化が実現できる。また同時に組み込む光学素子の選択により、より均一なシステム、高コントラストなシステム等の光学特性の選択を着脱可能な素子構成により実現可能となる。

本発明（請求項３）によれば、電源部を光源と同時に着脱することにより、最小構成時の小型・軽量化が可能となる。さらに光源に合わせた電源を用意することにより、光源部の選択幅が広くなる。さらにバッテリーの搭載により、バッテリー利用時の連続使用時間が増加し、たとえば高出力光源と大容量バッテリーの搭載等、利用状況に合わせた選択が可能となる。

本発明（請求項４）によれば、着脱可能な光源を白色光源とすることにより、光源素子の着脱時に色再現範囲等の変化が少なく、光源の強度のみの選択が容易になり、簡易な構成となる。複数の着脱構造を有する場合には同一構造の光源のため、着脱位置に制限がなく、自由度の高い構成が可能となる。さらに複数の同一色光源を用いることにより、一部の光源の不具合時に画像が現れない等の問題にも対応可能となる。

本発明（請求項５）によれば、異なる波長分布を有する複数の着脱可能な光源で構成することにより、色再現範囲の選択が可能となる。これにより、素子ごとに最適化した光学系を同時に配置することにより光学特性の最適化が可能となる。さらにカラーフィルタ等を配置することにより色調整範囲を素子ごとに調整可能となる。また単一光源を利用することにより、一部素子が損傷したときに簡単に素子の交換が可能となる。

本発明（請求項６）によれば、通常の画像投影装置では、ＲＧＢの三原色により画像を形成しているが、さらに異なる波長分布の第４の光源を着脱可能に構成することにより、色再現範囲を拡張できる。また、高出力時に第４の光源を接続するなど、利用状況に応じて選択可能である。

本発明（請求項７）によれば、光源着脱時に本体の光学系を移動させることにより、未使用光源の光学系が利用されず、光学系の効率の低下を防止できる。また、着脱光源素子の構造に応じて光学系の配置を変化させることにより、素子の特性に合わせた光学システムを最適に配置できる。また、特定位置に光源が挿入された場合にのみ移動するような光学系を選択でき、システム仕様を種々変更できる。

本発明（請求項８）によれば、複数の光源を利用し、光学系の一部を共有することにより、安価なシステムを構成できる。特に携帯型のシステムは小型化が重要な要素であり、光学系の一部を共有することにより、小型で光源の着脱が可能となる。

以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。

実施例１：
図１は、本発明の実施例１の画像投影装置を示す。図１において、１０１は光源ユニット、１０２は複数の光源、１０３は画像投影装置本体、１０４は白色ＬＥＤ（発光ダイオード）光源ユニット、１０５は反射ミラー、１０６は集光レンズ、１０７は偏光子、１０８は透過型液晶ライトバルブ、１０９はカラーフィルタ、１１０は検光子、１１１は投影レンズ、１１２はスクリーンである。

実施例１では、画像投影装置本体１０３に対して、着脱可能な光源ユニット１０１を接続して使用する。着脱可能な光源ユニット１０１は着脱部のコネクターにより本体１０３と電気的に接続され、本体１０３側の電源から光源ユニット１０１に電力が供給され、本体１０３と光源ユニット１０１間には、制御信号線等が接続されている。

着脱可能な光源ユニット１０１には複数の光源１０２が設けられている。複数の光源１０２として、例えば白色ＬＥＤ光源等を利用することにより小型集積化できる。本体１０３側にも同様の白色ＬＥＤ光源ユニット１０４を設ける。着脱可能な光源ユニット１０１を接続しない場合には、光源ユニット１０４を利用する。

光源ユニット１０４からの光は、反射ミラー１０５、集光レンズ１０６、偏光子１０７を透過し、一方向の光のみが透過型液晶ライトバルブ１０８に入射する。透過型液晶ライトバルブ１０８はカラーフィルタ１０９を画素ごとに交互に配置し、フィルターの位置に応じた画像信号により液晶を制御し、カラーの色再現を行う。液晶の後に検光子１１０を配置し、液晶による偏光の変化により画像を形成し、投影レンズ１１１によりスクリーン１１２上に拡大画像を投影する。

本実施例では、例えばモバイル利用時や小人数の画像観察時には、着脱可能な光源ユニット１０１を外して使用する。また、会議室での使用や大人数での観察時には、光源ユニット１０１を接続して使用する。このように、本実施例では光源ユニット１０１の利用方式を適宜選択することができる。これにより、光源ユニットを外すことにより、携帯時にそのサイズが小さくなり、またその重さも軽くなり、低消費電力を実現できる。特にバッテリー駆動の場合には、低消費電力のため長時間の使用が可能となる。なお、本実施例では、透過型液晶を用いた単板方式の画像投影方式を一例に説明したが、本発明は３板方式や反射方式を用いたシステムにも適用できる。

実施例２：
図２は、本発明の実施例２の画像投影装置を示す。実施例２では、光源ユニット２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃはそれぞれ投影装置本体２０６に着脱可能である。各光源ユニット（２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ）は、光源２０２、反射ミラー２０３、フィールドレンズ２０４、偏光分離ミラー２０５から構成され、これらが一体となって着脱される構成を採る。

投影装置本体２０６は、複数の光源ユニット（２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ）の着脱を選択することにより、光量を選択できる。これら光源ユニットからの光は各ユニットに配置された偏光分離ミラー２０５により一方向の偏光成分のみに分離され透過型液晶ライトバルブ２０７に入射する。液晶ライトバルブ２０７の各画素ごとに配置されたカラーフィルタ２０８により透過光の色を選択し、液晶ライトバルブ２０７の信号処理により各画素ごとの透過光の偏光を制御し、液晶ライトバルブ２０７と検光子２０９によりカラー画像が形成される。このカラー画像を投影レンズ２１０によりスクリーン２１１に投影することで拡大画像を形成する。

本実施例では、着脱可能な光源ユニットの一部を外すことにより、小型・軽量化を実現できる。また、各光源ユニットは同一のものである必要はなく、さらに複数の光源ユニットの追加も可能である。これら着脱可能な光源ユニットは初期に位置調整されていて、複雑な調整なしに容易に光強度の調整が可能となる。

実施例３：
図３は、本発明の実施例３の画像投影装置を示す。実施例３では、着脱可能な光源ユニット３０１ａ、３０１ｂにおいて、各光源３０１に対応してバッテリー３０２を設ける。各バッテリー３０２により光源３０１が駆動され、本体３０３の制御部３０４により光源が制御される。また、複数の光源ユニット３０１ａ、３０１ｂも同時に本体３０３の制御部３０４により制御される。通常、バッテリー駆動型の画像投影装置においては、バッテリーの重量が携帯時の大きな障害となっていたが、本発明ではバッテリーを光源と同時に着脱することで、必要な光量に応じたバッテリーを搭載することが可能となり、また駆動時間と光量のユーザによる選択が可能となる。

実施例４：
図４は、本発明の実施例４の画像投影装置を示す。実施例４では、着脱可能な光源ユニット４０１ａが白色ＬＥＤ光源４０２ａ（またはＲＧＢ各色が一体で構成された光源）によって構成される。白色ＬＥＤ光源４０２ａを用い、投影装置本体４０３の画像投影システム４０４（実施例１）によりスクリーン４０５上に拡大画像が投影される。

また、着脱可能な光源４０２ａを、白色ＬＥＤでかつ照度の高いＬＥＤユニット４０１ｂと交換することで、より高輝度な投影画像を形成することができる。さらに、同一波長分布の光源を用いることにより、着脱による光学系の収差を低減し、色変化の少ない画像を所望の強度に選択して利用できる。

実施例５：
図５は、本発明の実施例５の画像投影装置を示す。実施例５の画像投影装置は、３板式の透過液晶を用いたシステムである。着脱可能な光源５０２ｒ１、ｒ２、ｒ３、５０２ｇ１、ｇ２、ｇ３、５０２ｂ１、ｂ２、ｂ３は、ＲＧＢ各色のＬＥＤまたはレーザダイオードで構成され、各色ごとに異なる着脱位置５０１ｒ、５０１ｇ、５０１ｂに配置される。各色の光源からの光は、プリズム５０４ｇ、フィールドレンズ５０５ｇ、偏光子５０６ｇを透過して重ね合わせられ、透過型液晶ライトバルブ５０７ｇに入射する。各色の光はクロスダイクロイックプリズム５０８でさらに合成され、検光子５０９を通過した光により画像が形成され、投影レンズ５１０によりスクリーン５１１上に投影画像が形成される。

このように、本実施例では、各色ごとに光源を着脱することにより光源配置の自由度が増し、また接続する光源ユニット数や光源ユニットの光学特性等を選択することにより、投影画像の均一性やコントラストを調整できる。

実施例６：
図６は、本発明の実施例６の画像投影装置を示す。実施例６は、マイクロマシン技術による空間光変調素子によって画像形成を実現する方式の実施例である。この方式は通称ＤＬＰ方式（ＤＬＰ：Digital Light Processing、米国テキサスインスツルメンツ社で開発された投射型映像表示方法）と呼ばれ、例えば１３μｍ四方の小型の鏡（ＤＭＤ、ディジタル・マイクロミラー・デバイス）を数百万個敷き詰めた表示素子の各々の鏡の向きが映像信号に基づいて制御され、光源からの光が反射されて映像がスクリーンに投射される。

この種の映像投射装置は、図６（ａ）に示すように、ロッドインテグレータ６０５、コンデンサレンズ６０６、光路調整プリズム６０７、ＤＭＤ素子６０８、投射レンズ６０９から構成される。これにより拡大投影像をスクリーン６１０上に形成する。

光源はＲＧＢ色に対応したＬＥＤ光源６０１ｒ、６０２ｇ、６０２ｂ（第１〜第３の光源）で構成され、これらは特定波長の選択的反射ミラー６１１により各色が同軸に調整される。ここで、着脱可能な光源ユニット６０２は、特定の波長分布を有するＬＥＤ光源６０１ｘ（第４の光源）とする。例えば、ＬＥＤ光源６０１ｘとして、図６（ｂ）に示すようなＲＧＢと異なる波長領域を有する光源を利用する。このような光源を用いることで色の再現範囲を広げることができる。

着脱可能な構造により、ユーザニーズに応じて第４の光源を利用するか否かの選択が可能となる。第４の光源を利用しない場合には小型・軽量化が実現でき、消費電力が低減される。本発明はＤＬＰを用いた画像投影方式に限定されず、時系列に点灯する光源とそれに同期したライトバルブを用いることで各種方式に利用可能である。さらに光源数は４個に限定されず、さらに異なる波長分布を有する５個以上の光源も利用可能である。また、ＲＧＢ光源のいずれかを異なる波長分布の光源と交換することにより、異なる色範囲を再現できる投影装置として利用可能となる。これにより、例えば外部環境に応じて投影する画像の画質を選択をするなど利用者による選択が可能となる。

実施例７：
図７は、本発明の実施例７の画像投影装置を示す。実施例７では、画像投影装置本体７０１に、固定の光源ユニット７０２が配置され、偏光分離ミラー７０４により一方向の偏光成分のみが画素ごとにカラーフィルタ７０７を配置した透過型液晶ライトバルブ７０６に照明され、また着脱可能な光源ユニット７０３ａ、７０３ｂが図示するように本体７０１に設けられ、光源ユニット７０３ａ、７０３ｂの光路中には、回転移動可能な偏光分離ミラー７０５が配置されている。

偏光分離ミラー７０５は、着脱可能な光源ユニット７０３ａ、７０３ｂが本体７０１に挿入されたときのみ、光源ユニットからの光を透過型液晶ライトバルブ７０６側に導くよう、突起部７０８により機械的に偏光分離ミラー７０５が移動される構造となっている。これにより、光源ユニット７０３ａ、ｂが挿入された場合のみ偏光分離ミラー７０５が挿入され、光源を挿入しない場合には光路中に余計な光学系が挿入されず、エネルギーの損失を抑制できる。上記した偏光分離ミラー７０５の移動は回転機構に限定されず、平行移動や上下移動等による移動も可能であり、またその移動も偏光分離ミラーに限定されず、プリズムや均一光学系等各種の素子を用いることも可能である。

実施例８：
図８は、本発明の実施例８の画像投影装置を示す。実施例８では、共有光学系として中空ロッドインテグレータとフィールドレンズを用いたＤＬＰ方式の投影システムに適用した実施例である。

着脱可能な光源８０１は複数の３色光源から構成され、すべての光は集光レンズ８０２により共通のロッドインテグレータ８０３に集光される。ロッドインテグレータ８０３内では光は壁面で多重反射し、すべての光源の光が積算され、出射位置で均一な強度分布となる。着脱可能な光源８０１は小型で近接されて配置されることが望ましく、小型光源としては３色のＬＥＤやＬＤを利用できる。均一化された光はフィールドレンズ８０４を介して、ＤＬＰ８０５面上に均一な強度分布となるように照射される。ここで光源は３色の各色ごとに時系列で順次点灯し、ＤＬＰに形成される色ごとの画像信号と同期をとるように形成される。これにより時系列で順次、色ごとの画像をスクリーン８０６上に拡大投影する。

このように、同一のロッドインテグレータを用いることにより、着脱可能な光源の挿入有無にかかわらず、本体の光学系の位置調整なしに、安定した画像を形成することが可能となる。さらに各光源ごとに均一化光学系を配置する場合に比較して小型化・軽量化が可能となる。本発明はインテグレータ素子の共有に限定されず、ミラー、レンズ、偏光分離素子、偏光変換素子、カラーフィルタ等の共有も可能である。

本発明の実施例１の画像投影装置を示す。 本発明の実施例２の画像投影装置を示す。 本発明の実施例３の画像投影装置を示す。 本発明の実施例４の画像投影装置を示す。 本発明の実施例５の画像投影装置を示す。 本発明の実施例６の画像投影装置を示す。 本発明の実施例７の画像投影装置を示す。 本発明の実施例８の画像投影装置を示す。

符号の説明

１０１ 光源ユニット
１０２ 複数の光源
１０３ 画像投影装置本体
１０４ 白色ＬＥＤ光源ユニット
１０５ 反射ミラー
１０６ 集光レンズ
１０７ 偏光子
１０８ 透過型液晶ライトバルブ
１０９ カラーフィルタ
１１０ 検光子
１１１ 投影レンズ
１１２ スクリーン

Claims (8)

1. 複数の光源と、光伝達手段と、入射される光を画像信号に応じて変調する空間光変調手段と、前記空間変調手段によって変調された光を投射する投射手段を有し、前記複数の光源の少なくとも一部が着脱可能であることを特徴とする画像投影装置。
2. 前記光源と伝送光学系の一部が一体となって着脱可能であることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
3. 前記光源と電源部が着脱可能であることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
4. 前記光源は、白色光源またはＲＧＢ各色が一体で構成された光源であることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
5. 前記複数の光源の少なくとも一部は波長分布の異なる発光ダイオードまたはレーザダイオードで構成されていることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
6. 前記光源として、波長がそれぞれ異なる４種類以上の光源を用いることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
7. 前記光伝達手段を所定位置に移動させる位置移動手段を備え、前記光源が挿入された際に前記光伝達手段を前記所定位置に移動させることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
8. 前記複数の光源は前記光伝達手段の一部を共有することを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。

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