JP2011028271A - 調整可能なプロジェクタディスプレイ用収束機構 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はプロジェクタ用の光エンジンを提供する。
【解決手段】本発明のプロジェクタ用光エンジンは、白色光を受けて青色光、緑色光、赤色光に分光するプリズムと、前記青色光、緑色光、赤色光を受け、調整、反射し、これに応じて前記光をスクリーンに投射して画像生成するイメージングデバイスを有する複数のチャンネルサブアセンブリとを備え、少なくとも前記チャンネルサブアセンブリのうち２つが、収束機構を有し、前記２つのイメージングデバイス各々の方向付けを調整し、前記スクリーンに投射される画像の収束補正をする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、２００９年７月２３日に出願した米国特許出願第１２／５０８，１５４号の一部継続出願に相当するものである。本発明は、カラー分割・収束プリズム（color splitting-converging prisms）を有する光エンジン（ライトエンジン）を組込んだデジタルプロジェクタに関し、とりわけデジタルプロジェクタのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）サブアセンブリの位置調整を行う可調式収束機構に関する。

従来のカラーデジタルプロジェクタは、ランプと、照明システムと、カラー分離−再結合光エンジン（a color splitting-recombing light engine）とで形成される。光エンジンの光学機能は、均一照明光を赤／緑／青（ＲＧＢ）のチャンネル（周波数帯）に分割することであり、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）やＤＭＤ(デジタルマイクロミラーデバイス)等のイメージングデバイスや光学パネル上に３つのチャンネルを結合し、さらに、この３つのチャンネル全てを再結合して、投影レンズを介してスクリーンに投影させる単一照明光ビームに変える。

ＤＭＤは、多数の超小型（ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ）ミラーで形成され、各ミラーはａ＋−１２°の角度で独立して反射することで光を調整する。ＤＭＤの設計には、プロジェクタで最大光スループットとしてf/# 2.4-2.5を有するライトコーン（光錐）の創造が必要とされる。プリズム（例えばフィリップスプリズム（登録商標）、プランビコン（ｐｌｕｍｂｉｃｏｎ）など）にこのような３つのDMDを使用すると、f/2.4の白色ライトコーンを赤、緑、青色光に分光することができる。それぞれの色は、DMDで個別に調整され、プリズムで再結合される。

赤、緑、青DMDのポジションは、出力画像の正確な色収束に重要である。理想的な画像をえるためには、赤、緑、青DMD各々からの同一ピクセルは100%オーバーラップしなければならない。通常の使用環境では、収束は環境の変化、振動などにより（マイクロメートルのオーダーで）左右される可能性があり、容認できない分光がなされる可能性がある。しかしながら、従来のプロジェクタで使用される光エンジンは、プロジェクタ内の深い位置にあり、それゆえアクセスするのが困難であり、この分野のサービス人員が収束補正をするのが困難で時間のかかるものとなっている。

特表２００５−５２６４６８号公報

したがって、本発明は、光エンジンにアクセスする必要のない調整可能な収束機構を提供することを目的とする。

本発明の構成によれば、調整可能な収束機構は、デジタルプロジェクタにおける光エンジンの少なくとも２つのDMDサブアセンブリのポジションを調整するものとして提供される。

これらについては、他の構造とその利点と共に、以下により詳しく説明する。この文書中の一部を構成する添付図面を参照されたい。なお、この文書全体を通じて、同じ数字を付したものは、同じ部品・部位を示している。

従来技術にいうデジタルプロジェクタである。 従来技術にいう、プランビコン（ｐｌｕｍｂｉｃｏｎ）プリズムとＤＭＤを使用した光エンジンを再現概要図である。 実施例にいう、２つのチャンネル上の作動収束機構と結合させた光エンジンの斜視図である。 図３に示した光エンジンの１つのチャンネルの分解組立図である。 図４に示した１つのチャンネルの背面立面図である。 図６は、その部分拡大図である。 図７Ａは、従来技術にいう光エンジンの断面図である。図７Ｂは、図３から図６の実施例にいうところの光エンジンの断面図である。 本発明の実施例にいう、２つのチャンネル上の作動収束機構の斜視図である。 図９Ａは、図８に示した作動式収束機構の１つのチャンネル上における、ソケット装着プレート（socket mounting plate）と固定式ステージフレーム、フローティングプレートの斜視図である。図９Ｂは、その断面図である。 図１０Ａは、図８、図９に示した手動収束機構のねじ穴補償機(thread compensator)およびくさび機構の側面図である。図１０Ｂは、その断面図である。

図１は、ＵＶフィルタ（４）を通して照明装置（２）に透射されるライトコーン（３）を生み出すキセノンランプとパラボラ反射機（１）よりなる、代表的なプロジェクタを示したものである。このプロジェクタは、インテグレータロッドとテレセントリック光学系レンズを備えている。光エンジン（５）は、３つのプリズム素子と、それぞれイメージングデバイス（１０）を備える赤色（９）、緑色（８）、青色（７）各チャンネルのサブアセンブリと、カラー集散プリズム（典型的には、プランビコン（ｐｌｕｍｂｉｃｏｎ）プリズム）をもつ。プリズム素子は、白色光を青色光、緑色光、赤色光に分光するためのダイクロイックコーティングがなされている。そして、各色は、それぞれ、ＤＭＤのようなイメージングデバイス（１０）で個別に調整される。実施例では、イメージングデバイス（１０）は、ＤＭＤである。従って、本明細書では、イメージングデバイス（１０）についての記載は、その一例であるＤＭＤ（１０）に代替えて説明する。ＤＭＤ（１０）は、上述の通り、概ね多数の超小型（ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ）ミラーにより構成され、ａ＋−１２°の角度でそれぞれのミラーを独立して反射することによって光を調整する、電気機構装置である。それぞれのＤＭＤ（１０）は、プリズムにより再収束された調整光を反射する。調整光は、射光レンズによりスクリーンに投射され画像生成する。

実施例では、収束機構は、ユニットが誤収束した場合に、カラーチャンネルのフィールド拝謁に用いられる。つまり、図３に示すように、光エンジン（５）の３つのチャンネル中、第３のチャンネルに適応可能な２つのチャンネルの位置調整に、２つの作動機構が用いられる。実施例では、赤色チャンネルのサブアセンブリー（９）が固定化されており、緑色チャンネルのサブアセンブリ（８）及び青色チャンネルのサブアセンブリ（７）が作動収束機構（１２）と共に提供される。

図３で示すように、青色（７）及び緑色（８）の各チャンネルのアセンブリは可動要素と固定要素を持ち、可動要素を動かすための固定要素中のモータと、それぞれ結合している。モータは、高精度ステッパーモータやピエゾ作動装置でよいが、これに限られない。センサーを用いてもよい。

固定要素は、ＤＭＤ孔と前面エア冷却チャンネル（ｆｒｏｎｔ ａｉｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ）（１４）と、ＤＭＤ（１０）、ＰＣＢアセンブリ（１５）、ソケット装着プレート（１６）、固定ステージフレーム（１７）により構成される。ソケット装着プレート（１６）はプリズム（図３〜図６で図示せず）上に位置している。２つの直立調整モータ（１３Ｖ）と水平調整モータ（１３Ｈ）が、ソケット装着プレートに載せられており、ＤＭＤ（１０）や構成要素を収容するフローティングプレート（１８）の位置を調整する。

図５、６に示されるように、フローティングプレート（１８）は、リーフスプリング（１９）を有しており、これは、反発を最小限にするために固定ステージフレーム（１７）の内表面に接している。モータ軸（２０）は、固定ステージフレームの穴を通って、フローティングプレート（１８）の孔を挿通している。それぞれの軸（２０）は、異なる位置にあり、一方のねじ穴は（例えば、Ｍ２．５×０．４５）、フローティングプレート（１８）の中を通っている、他方のねじ穴は（例えば、Ｍ３×０．５）、ねじ穴補償機（２１）と結合されており、ねじ穴補償機（２１）は、常時、固定ステージフレーム（１７）をリーフスプリング（１９）に引き付けている。好適には、２つのねじ穴は、同タイプ（右手と左手のごとく）であり、両者は、異なる位置にある。軸（２０）を１回転させることにより、固定ステージフレーム（１７）と可動フローティングプレート（１８）間の相対位置調整ができる。このことは、例えば、１９９７年１月２１日付の米国特許５，５９６，４０４号にあるように、位置の違い（例えば、０．５−０．４５＝０．０５）によりもたらされる。

ＤＭＤ（１０）の方向を調整するため、技術者がユーザインターフェイス（ＵＩ）上で直接ボタンを操作し、または遠隔操作する。これにより、モータ（１３）を制御する入力信号を与える。垂直移動においては、モータ（１３Ｖ）が、フローティングプレート（１８）を上下移動させる。これに対し、水平移動においては、モータ（１３Ｈ）が、フローティングプレート（１８）を左右に移動させる。フローティングプレート（１８）を回転させるためには、モータ（１３Ｖ）は反対方向に稼動する。

図３〜図６に示される構成のさらなる利点は、図７Ｂに示されるように、図７Ａに示される従来技術の構成に比べて、よりスペースが生じることである。このスペースでは、ＤＭＤ（１０）の前面を冷却できる。その結果、ＤＭＤ（１０）とプリズムが、従来技術に比べて温度変化の影響を受けにくい。特に、ソケット装着プレート（１６）がＰＣＢアセンブリ（１５）の反対側面に位置し、図７Ａの従来の光エンジンの構成に比べプリズムからより離れている。それゆえ、ＰＣＢアセンブリ（１５）とプリズム間のスペースがより大きく、エア冷却チャンネル用のスペースができる。

図８の構成に関して、青色（７）及び緑色（８）のチャンネルアセンブリは、図３〜図６で採られる構成中のモータ（１３）に換えて、ねじ穴補償機（２１）を調整する手動調整スクリュー（３０）と、フローティングプレート（１８）とそれに搭載されたＤＭＤアセンブリの位置を調整後に固定するウェッジ固定機構（３２）とにより提供される。図８の手動収束機構の構成は、光エンジンの先端から容易にアクセスできる。

図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ及び図１０Ｂに示されるように、ウェッジ固定機構（３２）は、ウェッジ駆動ブロック（３６）と固定軸（３４）とを組み合わせて提供される。ウェッジ駆動ブロック（３６）は、軸周りのウェッジ被駆動ブロック（３８）に交互に作用し、フローティングプレート（１８）に対して小さな圧力を加えることで調整でき、一度固定されるとしっかりと維持する。ウェッジ駆動ブロック（３６）は、異なる回転方向により提供される（すなわち、一端が時計回りであり、他端が反時計回りである）。駆動ブロック（３６）は、固定軸（３４）が回転するとき反対方向に動き、それぞれの被駆動ブロック（３８）にバランスよく力が加わるようになる。それゆえ、被駆動ブロック（３８）は、フローティングプレート（１８）に均等の力を加えている。

本発明の多くの特徴と利点は、明細書に記載されており、請求項に全てが含まれている。例えば、実施例はＤＭＤの収束機構と関連するが、その原理は、さらに進んでＬＣＤ、ＬＣｏＳや他の類似技術に応用され、多くの改良例や変形例が当業者に容易に理解され、本発明が本明細書の構成に限定されるものではないことが明白である。したがって、全ての適切な変容例及び均等物の構成は、本特許請求の範囲に含まれるものである。

Claims (22)

1. プロジェクタ用の光エンジンであって、
   白色光を受けて青色光、緑色光、赤色光に分光するプリズムと、
   前記青色光、緑色光、赤色光を受け、調整、反射し、これに応じて前記光をスクリーンに投射して画像生成するイメージングデバイスを有する複数のチャンネルサブアセンブリとを備え、
   少なくとも前記チャンネルサブアセンブリのうち２つが、収束機構を有し、前記２つのイメージングデバイス各々の方向付けを調整し、前記スクリーンに投射される画像の収束補正をする、光エンジン。
2. 前記２つのチャンネルサブアセンブリが、第３のチャンネルサブアセンブリのイメージングデバイスと関係付けられた、前記２つのイメージングデバイスの各々の方向付けを調整する作動機構を備えている、請求項１に記載の光エンジン。
3. 前記２つのチャンネルサブアセンブリが緑色光、青色光のチャンネルサブアセンブリである、請求項２に記載の光エンジン
4. 前記イメージングデバイスがデジタルマイクロミラーデバイスである、請求項２に記載の光エンジン。
5. 前記チャンネルサブアセンブリの各々が、複数の固定要素を備え、少なくとも１つの可動要素が前記イメージングデバイスを有しており、複数のモータが前記固定要素上に位置して前記可動要素を駆動することを特徴とする、請求項１に記載の光エンジン。
6. 前記モータが高精度ステッパーモータである、請求項５に記載の光エンジン。
7. 前記モータがピエゾアクチュエイタである、請求項５に記載の光エンジン。
8. 前記少なくとも１つの可動要素がフローティングプレートであって、固定要素が、プリズムに取り付けられて前記モータのそれぞれを支えている取付プレートを備え、前記ソケット装着プレートに取り付けられて前記フローティングプレートを取り巻いている固定ステージフレームとを備える、請求項５に記載の光エンジン。
9. 前記モータが、前記フローティングプレートの垂直方向の回転を調整する２つの直立調整モータと、水平方向の調整をする水平調整モータを備える、請求項８に記載の光エンジン。
10. 前記フローティングプレートが、反発を最小限にするため、前記固定ステージフレームの内表面に接している複数のリーフスプリングを有する、請求項９に記載の光エンジン。
11. 前記モータが、ねじ山つき軸を有し、その軸が前記固定ステージフレームを通り前記フローティングプレートのねじ穴に挿通している、請求項１０に記載の光エンジン。
12. 前記モータ軸が、２つの差動ねじ山を有し、その一端が前記フローティングプレートに挿通し、他端が前記リーフスプリングに対して前記固定ステージフレームに引き付けているねじ穴補償機に挿通している、請求項１１に記載の光エンジン。
13. 前記２つのねじ山が、同タイプであるが、位置が異なり、これにより前記各軸のそれぞれの回転で固定ステージフレームとフローティングプレート間の相対位置の調整できる、請求項１２に記載の光エンジン。
14. 前記の２つのチャンネルサブアセンブリが、第３のチャンネルサブアセンブリのイメージングデバイスと関係付けられた、前記２つのイメージングデバイスの各々の方向付けを調整する手動機構により提供される、請求項１に記載の光エンジン。
15. 前記チャンネルサブアセンブリの各々が、複数の固定要素を有しており、少なくとも１つの可動要素が前記固定要素上に位置して、複数の手動調整スクリューが前記固定要素に据え付けられ、前記の少なくとも１つの可動要素と、この可動要素の位置を固定する複数のウェッジ固定機構を駆動する、請求項１に記載の光エンジン。
16. 前記複数のウェッジ固定機構が、２つのウェッジ駆動ブロックと結合されている固定軸を有し、前記ウェッジ駆動ブロックが、それぞれのウェッジ被駆動ブロックを交互に駆動して、前記の少なくとも１つの可動要素に小さな圧力を加えて調整することができ、複数の固定要素と対応して前記の少なくとも１つの可動要素を固定する、請求項１５に記載の光エンジン。
17. 前記固定軸と前記ウェッジ駆動ブロックが、一端のねじ山と、他端のねじ山とで提供され、各被駆動ブロックに対して均等な力を加えるために固定軸が回転するとき、前記駆動ブロックが反対方向に動く、請求項１６に記載の光エンジン。
18. 前記の少なくとも１つの可動要素がフローティングプレートであり、前記固定要素が、プリズムに取り付けられて前記モータの各々を支えている取付プレートと、前記ソケット装着プレートに取り付けられて前記フローティングプレートを取り巻く固定ステージフレームとを備える、請求項１５に記載の光エンジン。
19. 前記フローティングプレートが、反発を最小限にするために前記固定ステージフレームの内表面に接している複数のリーフスプリングを備える、請求項１８に記載の光エンジン。
20. 前記手動調整スクリューが、前記固定ステージフレームを通って前記フローティングプレート中のねじ穴に挿通したねじ山を備える、請求項１９に記載の光エンジン。
21. 前記のねじ山つき軸が、２つの差動ねじ山を有し、その一端が前記フローティングプレートに挿通し、他端が前記固定ステージフレームを前記リーフスプリングに引き付けているねじ穴補償機に挿通している、請求項１９に記載の光エンジン。
22. 前記２つのねじ山が、同タイプであるが、位置が異なり、これにより前記各軸のそれぞれの回転で固定ステージフレームとフローティングプレート間の相対位置の調整ができる、請求項２１に記載の光エンジン。