JP2008009201A

JP2008009201A - 投影装置

Info

Publication number: JP2008009201A
Application number: JP2006180605A
Authority: JP
Inventors: Shohei Matsuoka; 祥平松岡
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-17
Also published as: US20080002067A1

Abstract

【課題】小型化に寄与しつつもミラーのたわみに起因する結像性能の劣化を効果的に防ぐことができる投影装置を提供すること。
【解決手段】投影装置は、スクリーン下方に配設される投影光学系と、スクリーン上方に配設され、投影光学系から照射された光束を偏向してスクリーンに投影するミラーと、を有し、ミラーとスクリーンのなす角度αが以下の条件を満たす構成にした。
【数１】

ただし、Ｄはミラーにおけるスクリーンから最も遠い位置にある端部とスクリーン間の距離、Ｈはスクリーンの通常使用状態における鉛直方向の長さ、をそれぞれ表す。
【選択図】図２

Description

この発明は、表示体の表示画像をスクリーン上に斜めに投影する斜め投影型の投影装置に関する。

従来、表示体の表示画像を台形歪みを生じることなくスクリーン上に斜めに投影する斜め投影型の投影装置が知られている。このような斜め投影型の投影装置は、例えば、スクリーン背後から表示画像を投影し、該画像をスクリーン正面から観察することができるいわゆるリアプロジェクターを小型化する場合に非常に好適な構成とされる。なお、本明細書において単に投影装置と記した場合には、斜め投影型を指すものとする。

一般に投影装置は、投影画像を生成する投影光学系と、投影光学系から照射された光束を偏向してスクリーンに導くミラーとを有している。該装置を小型化するという観点からは、装置内部において、装置の接地面側換言すればスクリーンに投影された画像の下方側に上記投影光学系を設置し、装置の天板側換言すればスクリーンに投影された画像の上方側に上記ミラーを配設することが好ましい。このような投影装置は、例えば、以下の特許文献１に記載される。

特開２００５−４３６８１号公報

なお、以下の本文においては、投影装置を説明するにあたり、便宜上、該投影装置を接地面が地面に水平となるように設置した状態（通常使用状態）を基準として各方向を説明する。

ここで、特許文献１に例示される従来の投影装置では、装置の天板側にミラーを配設する際、スクリーンに対するミラーの傾き角度の調整が必要になる。そのため、一般的にミラーの水平方向両端は傾き調整用に加工されており、ミラー自体は水平方向に沿う端部で装置本体に固定されることが多い。

しかし、上記のようにしてミラーを固定すると、スクリーン面に直交する面での断面において、自重によるたわみが発生してしまう。また場合によっては、ミラーを加工した際に個体差が生じて固定前の段階で既に上記と同様のたわみが生じているおそれもある。該たわみを看過していては、ピントずれといった結像性能の劣化原因を招くことになる。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、小型化に寄与しつつもミラーのたわみに起因する結像性能の劣化を効果的に防ぐことができる投影装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の投影装置は、スクリーン下方に配設される投影光学系と、スクリーン上方に配設され、投影光学系から照射された光束を偏向してスクリーンに投影するミラーと、を有し、ミラーとスクリーンのなす角度αが以下の条件（１）を満たすことを特徴とする。

ただし、Ｄはミラーにおけるスクリーンから最も遠い位置にある端部とスクリーン間の距離、Ｈはスクリーンの通常使用状態における鉛直方向の長さ、をそれぞれ表す。

請求項１に記載の投影装置のように、上記条件（１）を満たすようにミラーを傾けて配置することにより、ピントずれを効果的に防ぐことができる。

また請求項２に記載の投影装置によれば、角度αがさらに以下の条件（２）、

を満たすことが望ましい。

さらに請求項３に記載の投影装置によれば、以下の条件（３）、

を満たすことが望ましい。条件（３）を満たすことにより、スクリーンにおいて上端よりも下端での像の鉛直方向への歪み量が大きくなる現象を抑え、表示画像全体の結像性能の維持を図ることができる。

請求項４に記載の投影装置によれば、通常使用状態における水平方向において、ミラーの一端は、スクリーン上端に近接配置することが好ましい。これにより、装置全体の小型化に寄与することができる。

上記のような構成は、投影光学系およびミラーがスクリーン背後に配設され、スクリーン背後から投影された像がスクリーン正面から観察される、いわゆるリアプロジェクターに好適である（請求項５）。

以上のように、本発明によれば、所定の条件を満たすように装置内におけるミラーを配設することにより、ピントずれを最小限に抑えて結像性能を良好に保つことができる。

図１は、通常使用状態における実施形態の投影装置１００の概略構成を示す図である。投影装置１００は、ハウジング５０内に、投影光学システム１０、ミラー２０、スクリーン３０を有する。なお図１に示すように、以下の説明では、通常使用状態における投影装置１００において、スクリーンの厚み方向をＸ方向、スクリーン５の鉛直方向をＹ方向、スクリーン５の水平方向をＺ方向という。また、Ｘ方向の長さを（装置あるいは各部材の）奥行、Ｙ方向の長さを（装置あるいは各部材の）高さ、Ｚ方向の長さを（装置あるいは各部材の）幅という。すなわち図１は、Ｘ−Ｙ平面での断面図である。

投影光学システム１０は、図示しないが、光源、液晶素子、複数のレンズ等からなる投影光学系を有する。投影光学システム１０から照射される光束は発散しつつハウジングの天板部に取り付けられたミラー２０に入射する。ミラー２０は、スクリーン３０と略同一の幅を持つ略矩形状を有している。ミラー２０は、Ｘ−Ｙ平面で所定量傾けられた状態でハウジング５０に取り付けられている。詳しくは、ミラー２０は、Ｚ方向に沿う一対の端部２０ａ、２０ｂがハウジング５０に固定されることにより取り付けられている。

ミラー２０で反射した光束は、スクリーン３０の背面３０ｂに像を投影する。投影された像は、スクリーン３０の前面３０ａを介して観察される。

本実施形態の投影装置１００は、ミラー２０のＸ−Ｙ平面でのたわみの量を有効に低減して、スクリーンの所定の場所に投影される像のピントずれを防止するために、以下のように構成される。

本実施形態の投影装置１００のような斜め投影型の装置の場合、上記ピントずれの量は、上記たわみに起因して発生するミラー２０の曲率Ｃと、ミラー２０で偏向されスクリーン上の所定の場所で点像を形成する光束（以下、説明の便宜上、光束成分という）がミラー２０に入射したときの径（光束成分径）の二乗と、の積で算出される。ただし、該光束成分径は、光束がスクリーンで形成する点像におけるＹ方向に対応する方向（図１中ｙで示す方向）での径をいう。従って、上記曲率Ｃおよびｙ方向の光束成分径の二乗を小さく抑えるように構成すれば、ピントずれが少なく結像性能が高い投影装置１００が提供されることになる。

なお、スクリーン３０で形成される点像は無数に存在する。従って、点像が形成される所定の場所が変われば光束成分径の二乗値も変化する。つまり、ピントずれの量は、スクリーン２０の場所により異なる。

図２は、投影装置１００の光学的配置を説明するためのＸ−Ｙ平面での断面図である。図２において、破線はミラー２０で反射する光束の光路を展開して示すものである。よって、部材１０’は、光路を展開したときにおける投影光学システム１０の配置を示す。

まず、ミラー２０の曲率Ｃについて検討する。ミラー２０が撓むことによって発生する曲率Ｃは、ミラー２０のｙ方向の長さＷとミラー２０の重量に比例する。図２に示すように、ミラー２０の長さＷは、ミラー２０とスクリーン３０がなす角度をαとすると、１／ｓｉｎαに比例する。また、ミラー２０の重量は、ミラー２０の長さＷに依存する、つまり１／ｓｉｎαに比例する。ここで投影装置１００において、ミラー２０は、スクリーン３０に対して上記角度αをなすように傾けて配置されていることを踏まえると、ミラー２０のたわみに起因する曲率Ｃは、長さＷに鉛直方向（Ｙ方向）にかかる力を乗じた値に比例することが分かる。つまり、

となり、曲率Ｃは、１／ｓｉｎαに比例することがわかる。

次にｙ方向の光束成分径について検討する。一般にミラーの撓みによって生じるピントずれ量は、ミラー２０で反射後スクリーンの最下部に入射する光束成分において最大になる。従って該光束成分におけるｙ方向の径を検討すれば、ピントずれ量を最小に抑える構成が導出される。そこで、ミラー２０で反射後スクリーンの最下部に入射する光束成分の中心線とミラー２０とがなす角度をβとする。図２より、光束成分径は、１／ｓｉｎβに比例することがわかる。

上記の検討に基づくと、スクリーン３０上の所定の場所におけるピントずれ量は、

に比例することがわかる。つまり、数８の値を小さくするように各部材を配置構成することにより、スクリーン上のいずれの場所においてもピントずれの少ない投影装置１００が提供される。

なお、投影装置１００は、必ずしも通常使用状態にあるわけではない。例えば、スクリーン３０が図１に示すＹ−Ｚ平面に対して傾いた状態で該装置１００を使用することも考えられる。上記のような使用状態では、ミラー２０がＸ−Ｚ平面（水平面）に対して略平行になる場合も考えられる。この場合、数７は以下の数９、

に変換され、数８は以下の数１０、

に変換される。つまり、ミラー２０がＸ−Ｚ平面に対して略平行な状態で投影装置１００を使用するときが最も大きくたわみが発生し、結果としてピントずれ量も大きく発生することがわかる。

ここで、実際の投影装置１００のサイズと、該サイズの装置１００においてピントずれが最小になる角度αとの組合せを複数サンプリングして直線近似した結果、ミラー２０がスクリーン３０に対してなす最適な角度αは、以下の数１１、数１２によって規定される。数１１は、スクリーン３０の高さがＨ、ハウジング５０の奥行がＤである投影装置について、通常使用状態で使用することを前提にしたときの最適な角度αである。数１２は、サイズを上記ＨおよびＤで規定される投影装置について、ミラー２０がＸ−Ｚ平面に対して略平行な状態で使用することを前提にしたときの最適な角度αである。

上記数１１および数１２より、実際にいかなる使用状態で投影装置１００が使用されても、ピントずれを小さく抑えることができるように、ミラー２０は角度αが以下の条件（１）を満たすように配置される。

さらに、数８と数１０を比較すると、ミラー２０がＸ−Ｚ平面に対して略平行な状態で使用される場合の方がピントずれ量は大きいことが分かる。そこで、ミラー２０は角度αがさらに以下の条件（２）を満たすように配置されるとよい。

また図２に示すように、Ｙ−Ｚ平面での断面において、最周辺光束成分の中心線Ｌ_Ｌに着目し、中心線Ｌ_ＬとＸ−Ｚ平面とがなす角度をΨ、中心線Ｌ_ＬとＹ−Ｚ平面（スクリーン３０）とがなす角度をθとする。ここで、角度Ψが９０度のとき奥行Ｄが最小になり投影装置１００の小型化が達成され、かつスクリーン３０上で非点収差が発生して像がＹ方向に延びる現象を有効に防止する効果が得られる。

角度Ψが９０度のとき、角度αと角度θの間には数１５に示す関係が成立する。また、スクリーンの高さＨは、以下の数１６で表される。

数１６は、以下の式（３）に変換される。

上記式（１）、（２）のみならず、式（３）も満たすように角度αを設定することにより、上記効果を奏することができる。

以上説明した実施形態の投影装置１００に関する具体的実施例を２例提示する。図２は実施例１の投影装置１００の光学的配置を示す図である。図３は実施例２の投影装置１００の光学的配置を示す図である。また、図４は、比較例として、既述の特許文献１に記載の投影装置と同一の構成における光学的配置を示す図である。

各実施例１、２および比較例の具体的数値構成を以下の表１に示す。なお、いずれの例の投影装置において使用されるミラーも厚みが3.00mm、比重が2.52g/cm³、ヤング率が800.00 10⁸N/m²である。また、各例において、スクリーン側のＦナンバは300を想定する。

表１に示すように、実施例１は上記式（１）を満たす。これに対して比較例は式（１）〜（３）のいずれも満たしていない。そのため、比較例に比べて、実施例１はたわみによる曲率Ｃ（＝１／Ｒ）が小さく、ピントずれ量が小さく抑えられていることが分かる。さらに、実施例２は上記式（１）〜（３）を全て満たす。よって、実施例２はより一層ピントずれ量が小さく抑えられていることが分かる。

本発明の実施形態の投影装置の概略構成を表す図である。実施例１の投影装置における各部材の光学的配置を示す図である。実施例２の投影装置における各部材の光学的配置を示す図である。比較例の投影装置における各部材の光学的配置を示す図である。

符号の説明

１０投影光学システム
２０ミラー
３０スクリーン
５０ハウジング
１００投影装置

Claims

スクリーン下方に配設される投影光学系と、
前記スクリーン上方に配設され、前記投影光学系から照射された光束を偏向して前記スクリーンに投影するミラーと、を有し、
前記ミラーと前記スクリーンのなす角度αが以下の条件、

ただし、Ｄは、前記ミラーにおける前記スクリーンから最も遠い位置にある端部と前記スクリーン間の距離、
Ｈは、前記スクリーンの通常使用状態における鉛直方向の長さ、をそれぞれ表す、
を満たすことを特徴とする投影装置。
請求項１に記載の投影装置において、
前記角度αがさらに以下の条件、

を満たすことを特徴とする投影装置。
さらに以下の条件、

を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投影装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の投影装置において、
通常使用状態における水平方向において、前記ミラーの一端は、前記スクリーン上端に近接配置していることを特徴とする投影装置。
前記投影光学系および前記ミラーは、前記スクリーン背後に配設され、前記スクリーン背後から投影された像が前記スクリーン正面から観察されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の投影装置。