JP2010160476A - 投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 種々の調整を必要とせず、容易な操作で画像を投影することのできる投影装置を提供する。
【解決手段】 画像Ｐを投影する光学系を備える投影ユニットと、投影ユニットを収容する筐体４と、筐体４が備える投影窓８から画像Ｐを投影する投影面Ｇまでの距離を規定する距離基準面及び筐体４を設置するときに使用する第１の設置面として機能する筐体４に設けられた第１の面と、前記第１の面と直交し、筐体４を設置するときに使用する第２の設置面として機能する筐体４に設けられた第２の面とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像を投影する投影装置に関するものである。

装置の設置面に画像を投影することができる画像投影装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−３１０１９４号公報

ところで、特許文献１に記載の画像投影装置は、投影画像を反射させるミラーや、当該ミラーを支持するヒンジを備えていることにより、画像の投影サイズを変更するにはミラー角度やヒンジ高さの調整を行う必要があると共に、装置内に収容された光学系のフォーカス調整を行う必要があるため操作が煩雑であった。

本発明の課題は、種々の調整を必要とせず、容易な操作で画像を投影することのできる投影装置を提供することである。

本発明の投影装置は、画像を投影する光学系を備える投影ユニットと、前記投影ユニットを収容する筐体と、前記筐体が備える投影窓から前記画像を投影する投影面までの距離を規定する距離基準面及び前記筐体を設置するときに使用する第１の設置面として機能する前記筐体に設けられた第１の面と、前記第１の面と直交し、前記筐体を設置するときに使用する第２の設置面として機能する前記筐体に設けられた第２の面とを備えることを特徴とする。

また、本発明の投影装置は、画像を投影する光学系を備える投影ユニットと、前記投影ユニットを収容する筐体とを備え、前記投影ユニットは、前記画像を投影する投影面に投影された画像に対して、前記筐体に近い１辺を固定して拡大縮小処理を行うことを特徴とする。

本発明の投影装置によれば、種々の調整を必要とせず、容易な操作で画像を投影することができる

実施の形態に係るプロジェクタの外観を示す斜視図である。 実施の形態に係るプロジェクタの画像投影時の第１の状態を示す斜視図である。 実施の形態に係るプロジェクタの画像投影時の第２の状態を示す斜視図である。 実施の形態に係る投影ユニットの内部の構成を示す断面図である。 実施の形態に係るプロジェクタの画像投影時の拡大縮小処理を示す斜視図である。 第２の実施の形態に係る投影ユニットの内部の構成を示す断面図である。 第２の実施の形態に係るプロジェクタの構成を示すブロック図である 第２の実施の形態に係るプロジェクタの画像投影時の状態を示す斜視図である。 第３の実施の形態に係るプロジェクタの画像投影時の第１の状態を示す斜視図である。 第３の実施の形態に係るプロジェクタの画像投影時の第２の状態を示す斜視図である。 他の投影ユニットの内部の構成を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る投影装置について説明する。図１は、この実施の形態に係る投影装置としてのプロジェクタ２の外観を示す斜視図である。図１に示すように、プロジェクタ２は、金属やプラスチックからなる筐体４を備え、筐体４の前面６には、筐体４に内蔵された投影ユニット８０（図４参照）の投影窓８が設けられている。また、プロジェクタ２の上面１０には、電源スイッチ１２や各種機能の設定を行うための操作部１４が設けられている。なお、筐体４の側面には各種入力端子や冷却風の通気口等（不図示）が設けられている。

図２は、プロジェクタ２により画像の投影を行っているときの第１の状態を示す斜視図である。図２に示すように、プロジェクタ２は、筐体４の上面１０に対向する面である下面が水平面Ｇに接するように直立して設置されている。また、筐体４の前面に設けられた投影窓から、投射光が斜め下方に投射され、水平面Ｇ上に投影画像Ｐが投影されている。なお、水平面Ｇは机の表面等の水平あるいは略水平な面である。

ここで、筐体４の下面は、筐体４を設置するときに使用する設置面として機能すると共に、筐体４の前面６に設けられた投影窓８から、投影画像Ｐの投影面である水平面Ｇまでの距離を規定する距離基準面としても機能する。即ち、筐体４が下面を下にして水平面Ｇ上に設置されることにより、筐体４の正面６に設けられた投影窓８から載置面Ｇまでの距離が一義的に決定される。また、このとき、距離基準面としての筐体４の下面と、投影画像Ｐが投影される投影面としての水平面Ｇとは互いに平行になっている。このようにして、プロジェクタ２による画像の投影距離が一義的に決定されることにより、後述する投影ユニット８０内の光学部材は、当該投影距離だけ離れた位置において鮮明な投影画像を結像できるように、投影ユニット８０内において所定の位置にあらかじめ固定されている。

図３は、この実施の形態に係る投影装置としてのプロジェクタ２により画像の投影を行っているときの第２の状態を示す斜視図である。図３に示すように、プロジェクタ２は、筐体４の前面６に対向する面である後面が水平面Ｇに接すると共に、下面が水平面Ｇに垂直な面である壁面Ｈに接するようにして設置されている。また、筐体４の前面に設けられた投影窓から、投射光が斜め上方に投射され、壁面Ｈ上に投影画像Ｐが投影されている。

ここで、筐体４の後面は、筐体４を設置するときに使用する設置面として機能しており、下面は、筐体４の前面６に設けられた投影窓８から、投影画像Ｐの投影面である壁面Ｈまでの距離を規定する距離基準面として機能する。即ち、筐体４が後面を下にして水平面Ｇ上に設置されると共に、下面が壁面Ｈに接するようにして設置されることにより、筐体４の正面６に設けられた投影窓８から壁面Ｈまでの距離が一義的に決定される。また、このとき、距離基準面としての筐体４の下面と、投影画像Ｐが投影される投影面としての壁面Ｈとは互いに平行になっている。このように、筐体４を水平面Ｇ上に設置して画像を壁面Ｈ上に投影する場合にも、画像の投影距離が一義的に決定される。

図４は、この実施の形態に係るプロジェクタ２が備える投影ユニット８０の内部の構成を示す断面図である。ここで、投影ユニット８０は、投影レンズ群９０及びミラー９２を含む斜め投射系のユニットである。なお、図４は、投影ユニット８０の前方、即ちプロジェクタ２の筐体４の前面側から見た断面図である。投影光を発光する光源としてのＬＥＤ８２から射出された投影光は、集光レンズ群８４によって平行光に変換された後にＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）８６に入射し、入射光の進行方向に対して４５°の角度で設けられた偏光分離膜８６ａに照射される。照射された投影光のうち、Ｓ偏光のみが偏光分離膜８６ａによって反射され、ＰＢＳ８６の下面から下方に向かって射出された後に、ＰＢＳ８６の下方に設置された画像表示部としてのノーマリブラックタイプのＬＣＯＳ（反射型液晶素子）８８に入射する。一方、偏光分離膜８６ａを透過したＰ偏光は、黒色処理等の無反射処理が施されたＰＢＳ８６の側面に入射して吸収される。

ＬＣＯＳ８８に入射した光は、ＬＣＯＳ８８により反射され、ＰＢＳ８６に再度入射する。ここで、ＬＣＯＳ８８を構成する図示しない液晶層は、電圧が印加されると入射光に対して位相板として機能する。従って、ＬＣＯＳ８８から射出する光のうち、液晶層により電圧が印加された画素領域を透過した光はＳ偏光からＰ偏光に変換される。一方、ＬＣＯＳ８８から射出する光のうち、液晶層により電圧が印加されていない画素領域を透過した光はＳ偏光のまま進行する。

ＬＣＯＳ８８から射出してＰＢＳ８６に再度入射した光のうち、ＬＣＯＳ８８の電圧が印加された画素領域を透過したＰ偏光のみが偏光分離膜８６ａを透過し、Ｓ偏光と分離される。当該Ｐ偏光は、ＰＢＳ８６から上方へ向かって射出された後に、投影用光学像を投影するための投影レンズ群９０、及び投影レンズ群９０から射出された光学像の投影方向を偏向させるためのミラー９２を介して投影ユニット８０から射出されて、プロジェクタ２の筐体４の前面６に設けられた投影窓８を介して投影される。

ここで、ミラー９２は、投影面に投影される投影画像Ｐに対して台形補正を施すことができるように、所定の曲率を有する曲面ミラーから構成されている。また、投影ユニット８０内の投影光学系を構成するすべての光学部材は、投影ユニット８０に対して固定されている。上述のように、この実施の形態に係るプロジェクタ２においては、プロジェクタ２を水平面Ｇ上に設置したときに画像の投影距離が一義的に定まるため、当該投影距離だけ離れた位置において鮮明な投影画像を結像できるように、投影ユニット８０内の光学部材を所定の位置にあらかじめ固定しておくことができる。

次に、図５を用いてこの実施の形態に係る投影装置による投影画像サイズの拡大縮小処理について説明する。図５は、プロジェクタ２よって投影されている画像に拡大縮小処理が実行されているときの状態を示す図である。図５に示すように、投影面Ｇ上に投影されている投影画像Ｐが拡大または縮小される場合には、投影画像Ｐの筐体４にもっとも近い一辺が固定されて行われる。このようにして画像の拡大縮小が行われることにより、必要とされる画像の投影領域を最小にすることができる。即ち、このプロジェクタ２によれば、机の表面等の画像の投影領域が比較的狭い面に画像を投影する場合が多いため、このようにして投影画像Ｐの拡大縮小を行うことにより、むやみに画像の投影領域が拡大することを防止できる。また、拡大縮小の基準となる位置を使用者が容易に認識することができるため使用者にとっても扱いやすくなる。

ここで、投影画像Ｐの拡大縮小は、投影ユニット８０のＬＣＯＳ８８上に表示される画像が、投影画像Ｐの上述の一辺に対応する一辺が固定された状態で、縦横比を保ちながら拡大縮小されることによって行われる。投影ユニット８０内に収容されている光学部材はすべて投影ユニット８０に対して固定されているため、このような電気的制御によって投影画像Ｐの拡大縮小が行われる。

なお、この発明の実施の形態に係るプロジェクタ２は、投影ユニット８０に替えて、図６に示す他の投影ユニット１８０を備えていてもよい。この投影ユニット１８０は、ユニット内に画像表示部として透過型の液晶ディスプレイを備えているが、この点以外は投影ユニット８０と同様の構成を備えている。従って、投影ユニット１８０の説明においては、投影ユニット８０と同一の構成については説明を省略する。また、投影ユニット１８０の説明においては、投影ユニット８０と同一の構成には同一の符号を付して行なう。

図６は、投影ユニット１８０の内部の構成を示す断面図である。なお、図６は、投影ユニット１８０を横方向、即ちプロジェクタ２の筐体４の側面側から見たときの断面図である。図６に示すように、矩形状の断面を有するユニット１８０には、下方からＬＥＤ８２、集光レンズ群８４、投影光のＰ偏光成分のみを透過する第１偏光板１８２、画像表示素子としてのＬＣＤ（透過型の液晶ディスプレイ）１８４、投影光のＳ偏光成分のみを透過する第２偏光板１８６、投影レンズ群９０、及びミラー９２が配置されている。

ＬＥＤ８２から上方へ発光され、集光レンズ群８４により平行光に変換された無偏光である投影光は、第１偏光板１８２によってＰ偏光の直線偏光に変換された後に、ＬＣＤ１８４に入射する。ここで、ＬＣＤ１８４を構成する画素領域の中で、電圧が印加されていない画素領域を透過した光はＰ偏光からＳ偏光に変換される。一方、電圧が印加された画素領域を透過した光は偏光特性に変化が生じず、Ｐ偏光のまま射出される。Ｐ偏光とＳ偏光の混合光となってＬＣＤ１８４から射出された投影光は、Ｓ偏光のみが第２偏光板１８６を透過して投影レンズ群９０に入射する。投影レンズ群９０から射出された投影光は、曲面ミラーから構成されたミラー９２に反射して投影方向が偏向されると共に、投影画像の台形補正が施されて投影ユニット１８０の投影窓１８８から投射される。

なお、上述の投影ユニット８０と同様に、投影ユニット１８０内の投影光学系を構成するすべての光学部材も、投影ユニット１８０に対して固定されている。上述のように、この実施の形態に係るプロジェクタ２においては、プロジェクタ２を水平面Ｇ上に設置したときに画像の投影距離が一義的に定まるため、当該投影距離だけ離れた位置において鮮明な投影画像を結像できるように、投影ユニット１８０内の光学部材を所定の位置にあらかじめ固定しておくことができる。

この実施の形態に係る投影装置によれば、筐体が備える設置面を使用して水平面上に設置することにより、筐体が備える投影窓から画像を投影する投影面までの距離が一義的に決定されるため、投影ユニットが備える光学系の光学部材を、投影ユニットに対してすべて固定して配置することができる。従って、フォーカス調整用の機構等を設ける必要がなく、投影ユニット、ひいては投影装置の機構を単純化して、軽量化、小型化、コスト削減等を実現することができる。また、可動部が存在しないため、投影光学系の精度低下を防止して信頼性を向上させることができると共に、装置の使用時にフォーカス調整等の操作をすることなく鮮明な画像を投影することができるため、操作性が格段に向上する。

また、この実施の形態に係る投影装置によれば、投影ユニットが、投影された画像に対して、投影装置の筐体に近い１辺を固定して拡大縮小処理を行うため、投影画像のサイズを容易に変更することができると共に、必要とされる画像の投影領域を最小にすることができる。

以上より、この実施の形態に係る投影装置によれば、種々の調整を必要とせず、容易な操作で画像を投影することができる。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態に係る第２の投影装置について説明する。図７は、この実施の形態に係る第２の投影装置としてのプロジェクタ１０２の概略構成を示すブロック図であり、図８は、プロジェクタ１０２により画像の投影を行っているときの状態を示す斜視図である。図７に示すように、プロジェクタ１０２は、各部の機能を統括的に制御する制御部１０４と、上述のプロジェクタ２が備える投影ユニット８０と同一の構成を有する投影ユニット１０６とを備えると共に、プロジェクタ１０２の筐体１２０の正面に設けられた撮像窓１２２（図８参照）を介して入射する光を撮像する撮像ユニット１０８を備えている。また、プロジェクタ１０２は、撮像ユニット１０８において撮像された画像に基づいて画像を投影する投影領域を決定する投影領域決定部１１０を備えている。

図８に示すように、撮像ユニット１０８は、筐体１２０の正面に設けられた撮像窓１２２から、投影ユニット１０６によって投影される投影画像の投影領域を含めた前方領域Ｆを撮像する。投影領域決定部１１０は、撮像された画像に基づいて画像を投影する投影領域を決定する。例えば、図８に示すように、プロジェクタ１０２が机の表面上に設置されており、投影領域が机の形状（端部）によって制限される場合には、投影領域決定部１１０は、筐体１２０の前方領域Ｆを撮像した撮像画像に基づいて、投影画像Ｐの投影領域が机の表面から逸脱しないように投影領域を決定する。

投影領域が決定されると、制御部１０４は、投影ユニット１０６に対して制御信号を送信し、当該投影領域内に収まるように投影画像Ｐを投影するように指示する。即ち、投影ユニット１０６は、ＬＣＯＳ８８に表示される画像を適切なサイズで表示し、当該投影領域に収まるよう電気的に画像サイズを制御する。なお、以上のような画像サイズの決定処理は、投影画像Ｐの投影の前に行ってもよいし、投影画像Ｐの投影と同時、即ち、図８に示すように、図中の点線で示す始めに投影された投影画像Ｐのサイズを実線で示す補正後のサイズに変更するような処理を行ってもよい。

この実施の形態に係る投影装置によれば、投影面を撮像する撮像ユニットと、撮像ユニットにより撮像された投影面の撮像画像を用いて、投影ユニットにより画像を投影することのできる投影領域を決定する投影領域決定部とを備え、投影ユニットが、決定された投影領域内に画像の投影を行うため、机の表面等の投影領域が制限された投影面に対して最適化された画像サイズで投影画像の投影を行うことができる。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態に係る第３の投影装置について説明する。図９は、この実施の形態に係る第３の投影装置としてのプロジェクタ２０２により画像の投影を行っているときの第１の状態を示す斜視図である。図９に示すように、プロジェクタ２０２は、金属やプラスチックからなる筐体２０４を備え、筐体２０４の上部には、電源スイッチや各種機能の設定を行うための操作部等が設けられた上面２０６と、上方に向かって開閉自在に設けられたカバー２０８とが設けられている。プロジェクタ２０２の使用時に、自動または手動によってカバー２０８を回転軸２１０回りに所定の角度だけ回転させることによって開放させ、カバー２０８の下方側に設置されたミラー２１２を露出させる。なお、当該角度は予め決定された角度であって変更されるものではない。カバー２０８が開放されると、筐体２０４の第２の上面２１４の中央に設けられた投影窓２１６が露出する。プロジェクタ２０２は、筐体２０４の内部に図示しない投影ユニットを有しており、当該投影ユニットから投影される投影画像Ｐは、投影窓２１６を透過後にミラー２１２において反射し、筐体２０４が設置されている水平面Ｇ上に投影される。

プロジェクタ２０２は、筐体２０４の上面２０６に対向する面である下面が、水平面Ｇに接するようにして水平面Ｇ上に設置されている。ここで、当該下面は、筐体２０４を設置するときに使用する設置面として機能すると共に、筐体２０４の投影窓２１６から、投影画像Ｐの投影面である水平面Ｇまでの距離を規定する距離基準面としても機能する。即ち、筐体２０４が下面を下にして水平面Ｇ上に設置されることにより、筐体２０４の投影窓２１６から水平面Ｇまでの距離が一義的に決定される。また、このとき、距離基準面としての筐体２０４の下面と、投影画像Ｐが投影される投影面としての水平面Ｇとは互いに平行になっている。このようにして、プロジェクタ２０２による画像の投影距離が一義的に決定されることにより、筐体２０４内に収容された上述の投影ユニットの光学部材は、当該投影距離だけ離れた位置において鮮明な投影画像を結像できるように、当該投影ユニット内において所定の位置にあらかじめ固定される。

図１０は、この実施の形態に係る投影装置としてのプロジェクタ２０２により画像の投影を行っているときの第２の状態を示す斜視図である。図１０に示すように、プロジェクタ２０２は、筐体２０４の後面が水平面Ｇに、下面が水平面Ｇに垂直な面である壁面Ｈに接するようにして設置されている。また、筐体２０４に設けられた投影窓２１６から投射された投影画像Ｐは、筐体２０４のカバー２０８に設けられたミラー２１２（図１０において不図示）において反射した後に壁面Ｈ上に投影されている。

ここで、筐体２０４の後面は、筐体２０４を設置するときに使用する設置面として機能しており、下面は、筐体２０４の投影窓２１６から、画像の投影面である壁面Ｈまでの距離を規定する距離基準面として機能している。即ち、筐体２０４が後面を下にして水平面Ｇ上に設置されると共に、下面が壁面Ｈに接するようにして設置されることにより、筐体２０４に設けられた投影窓２１６から壁面Ｈまでの距離が一義的に決定される。また、このとき、距離基準面としての筐体２０４の下面と、画像が投影される投影面としての壁面Ｈとは互いに平行になっている。このように、筐体２０４を水平面Ｇ上に設置して画像を壁面Ｈ上に投影する場合にも、画像の投影距離が一義的に決定される。

この実施の形態に係る投影装置によれば、種々の調整を必要とせず、容易な操作で画像を投影することができる。

なお、上述の各実施の形態に係る投影ユニットにおいては、所定の曲率を有する曲面ミラーから構成されており、かつ図６に示すような凹面形状の反射面を有するミラー９２を備えているが、ミラー９２に代えて、自由曲面ミラーから構成され、かつ凹面形状の反射面を有するミラーを備えるようにしてもよい。

また、ミラー９２に代えて、自由曲面ミラーから構成され、かつ図１１に示すような凸面形状の反射面を有するミラー１００を備えるようにしてもよい。この凸面ミラー１００を備えた場合には、中間像を形成する必要のある凹面ミラー９２を備える場合と比較して、中間像形成のための機構等を設ける必要がなく、投影ユニット、ひいては投影装置の軽量化、小型化、コスト削減等を実現することができる。

また、投影ユニット内の投影光学系を構成する光学部材の少なくとも一面が自由曲面により構成されていてもよい。この場合には、投影ユニット内の投影光学系を構成するすべての光学部材が投影ユニットに対して固定されているため、自由曲面を有する光学部材の精度低下を防止することができ、容易に歪曲のない投影画像を形成することができる。

２，１０２，２０２…プロジェクタ、４，１２０，２０４…筐体、８，２１６…投影窓、
８０，１８０…投影ユニット、１２２…撮像窓、２１２…ミラー、Ｆ…前方領域、Ｇ…水
平面、Ｈ…壁面、Ｐ…投影画像

Claims (9)

1. 画像を投影する光学系を備える投影ユニットと、
   前記投影ユニットを収容する筐体と、
   前記筐体が備える投影窓から前記画像を投影する投影面までの距離を規定する距離基準面及び前記筐体を設置するときに使用する第１の設置面として機能する前記筐体に設けられた第１の面と、
   前記第１の面と直交し、前記筐体を設置するときに使用する第２の設置面として機能する前記筐体に設けられた第２の面とを備えることを特徴とする投影装置。
2. 画像を投影する光学系を備える投影ユニットと、
   前記投影ユニットを収容する筐体とを備え、
   前記投影ユニットは、
   前記画像を投影する投影面に投影された画像に対して、前記筐体に近い一辺を固定して拡大縮小処理を行うことを特徴とする投影装置。
3. 前記拡大縮小処理は、画像信号を処理することにより行うことを特徴とする請求項２記載の投影装置。
4. 前記投影面を撮像する撮像ユニットと、
   前記撮像ユニットにより撮像された前記投影面の撮像画像を用いて、前記投影ユニットにより前記画像を投影することのできる投影領域を決定する投影領域決定部とを備え、
   前記投影ユニットは、
   前記投影領域内に前記画像を投影することを特徴とする請求項２または３記載の投影装置。
5. 前記筐体は、
   前記筐体が備える投影窓から前記画像を投影する投影面までの距離を規定する距離基準面及び前記筐体を設置するときに使用する第１の設置面として機能する前記筐体に設けられた第１の面と、
   前記第１の面と直交し、前記筐体を設置するときに使用する第２の設置面として機能する前記筐体に設けられた第２の面とを備えることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の投影装置。
6. 前記光学系を構成する光学部材は、
   前記画像を投影している状態において、前記投影ユニットに対してすべて固定されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の投影装置。
7. 前記筐体は、
   前記画像の投影時に前記距離基準面と前記投影面とが平行となるように設置されることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の投影装置。
8. 前記投影ユニットは、投影レンズ及びミラーを含む斜め投射系の光学系を有し、
   前記光学系を構成する光学部材の少なくとも一面は、自由曲面であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の投影装置。
9. 前記光学系を構成するミラーの反射面は、凸面かつ自由曲面であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の投影装置。

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