JP2011070087A - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラー機構部においてアームの長さを短縮しミラーを小型化することで投写型映像表示装置の小型化、軽量化を図ること。
【解決手段】投写型映像表示装置１は、液晶パネル１１からの映像光束を拡大出射する複数のレンズ群からなる投写レンズ１３と、投写レンズ１３から出射された映像光束を反射して投写面へ投写する反射ミラー１４と、反射ミラーの反射方向が所定の方向となるよう回転駆動する回転機構５とを備える。投写レンズ１３のうち出射側レンズ１３１には映像光束の通過しない領域が切り取られて生じた空間（カット領域１０）を有し、回転機構５をカット領域に配置する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、映像表示素子に形成された映像を投写面であるスクリーンやボードに斜め方向から投写して拡大表示する投写型映像表示装置に関する。

液晶パネル等の映像表示素子に形成された映像を投写面であるスクリーンやボード等に拡大表示する投写型映像表示装置においては、投写面で十分な大きさの拡大像が得られるようにすることは勿論であるが、プレゼンターの影が投写面に映らないことやプレゼンターの目に直接拡大映像光が入らないことが要求される。そのため、映像表示装置と投写面との距離を短縮した映像表示装置が製品化されている。この投写光学系では、投写面に対して斜め方向から拡大映像光が入射するように構成されている。さらに、光路折り返し用の反射ミラーを映像表示装置と投写面の間に設け、背面投写型とすることで見かけ上の投写距離を短縮した映像表示装置も知られている。

例えば特許文献１に記載のプロジェクタ（投写型映像表示装置）では、装置本体の投写レンズからの投写光を反射するミラーと、ミラーを回転可能とするためにミラー機構部を設けている。このミラー機構部は、ミラーに対するプロジェクタ本体からの投写光の投写角度が所定の角度となるように、プロジェクタ本体を固定部に固定している。さらに、フロント投写（スクリーンに直接投写）する場合には、前記ミラー機構部にプロジェクタ本体を収納する構成としている。

特開２００６−２５９２５２号公報

上記特許文献１に記載されるような反射ミラーを用いる投写型映像表示装置では、次のような課題がある。投写型映像表示装置にミラーを回転するミラー機構部を設ける場合、ミラー機構部（回転軸）は投写レンズからの投写光領域の外側の位置、具体的には装置筐体の下部に収納されることが多い。ミラー機構部はアームにてミラーを支持し、映像投写時にはミラーを投写レンズの前方に所定の投写角度となるように設置する。一方ミラー収納時には、ミラーが筐体や投写レンズと干渉させないために、アームの長さを少なくとも筐体の高さ以上としなければならなかった。このようにアームの長さに下限値が存在するので、投写レンズからミラーまでの距離及びミラーのサイズにも下限があり、投写型映像表示装置の小型化、軽量化が困難であった。また、ミラーのサイズを小さくできないため、ミラー駆動に必要な駆動トルクも低減できないという課題があった。

本発明はかかる課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、ミラー機構部においてアームの長さを短縮しミラーを小型化することで投写型映像表示装置の小型化、軽量化を図ることである。

本発明は、映像表示素子に形成された映像を投写面に斜め方向から投写して拡大表示する投写型映像表示装置において、映像表示素子からの映像光束を拡大出射する複数のレンズ群からなる投写レンズと、投写レンズから出射された映像光束を反射して投写面へ投写する反射ミラーと、反射ミラーの反射方向が所定の方向となるよう回転駆動する回転機構とを備え、投写レンズのうち出射側レンズには映像光束の通過しない領域が切り取られて生じた空間（以下、カット領域）を有し、回転機構をカット領域に配置したことを特徴とする。

また、反射ミラーを支持するミラー支持板と、ミラー支持板を回転機構の回転軸に連結するアームとを備え、回転軸を投写レンズのカット領域に配置した。

ここに、投写レンズのカット領域は、出射側レンズの下半分が切り取られて生じた空間を含み、出射側レンズは、映像表示面有効領域の縦横比とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状とする。

本発明によれば、反射ミラーのアームの長さが短縮し反射ミラーを小型化することにより、投写型映像表示装置を小型化、軽量化することができる。

本発明による投写型映像表示装置の一実施例を示す外観斜視図で、反射ミラーを開いた状態を示す図。 本発明による投写型映像表示装置の一実施例を示す外観斜視図で、反射ミラーを閉じた状態を示す図。 本実施例の投写型映像表示装置の内部構成を示す要部断面図で、反射ミラーを開いた状態を示す図。 本実施例の投写型映像表示装置の内部構成を示す要部断面図で、反射ミラーを閉じた状態を示す図。 本実施例における投写光学系の一構成例を示す断面図であり、レンズ構成と光線追跡結果を示す図。 本発明の投写型映像表示装置の他の実施例（直投型モード）を示す要部断面図。

図１Ａと図１Ｂは、本発明による投写型映像表示装置の一実施例を示す外観斜視図であり、図１Ａは反射ミラーを開いた状態を、図１Ｂは反射ミラーを閉じた状態を示す。

投写型映像表示装置１は、反射型あるいは透過型の液晶パネル等の映像表示素子に形成された映像を光路折り返し用の平面ミラーにて反射させ、投写面であるスクリーンやボードに斜め方向から拡大投写する装置である。映像表示素子は、微小ミラーを複数個配列した構造の素子（Digital Micromirror Device、米国テキサス・インスツルメンツ社の商標）でも良い。筐体２には、投写光学系、照明光学系、回路部品等の主要部品を収納している。筐体２の上側には、光路折り返し用の反射ミラーを支持するミラー支持板３を備える。ミラー支持板３はアーム４にて筐体２に連結され、回転機構５により筐体２に対し開閉可能とされている。

図２Ａと図２Ｂは、本実施例の投写型映像表示装置の内部構成を示す要部断面図であり、図２Ａは反射ミラーを開いた状態、図２Ｂは反射ミラーを閉じた状態を示す。これらの図では筐体２を省略している。

投写光学系は、図示しない光源、映像表示面である液晶パネル１１、クロスプリズム１２、複数個のレンズ群からなる投写レンズ１３、及び反射ミラー１４などで構成される。投写レンズ１３のうち、出射側のレンズを出射レンズ１３１と呼ぶことにする。出射レンズ１３１から出射された映像光束１５ａ〜１５ｂは、反射ミラー１４にて反射されて映像光束１６ａ〜１６ｂとなって、図示しない投写面（スクリーン）に斜め方向に拡大投写される。反射ミラー１４はミラー支持板３にて支持される。回転機構５は回転軸６を中心にモータとギア列によりアーム４（反射ミラー１４）を回転駆動し、映像光束１６ａ〜１６ｂの投写方向が所定の方向となるように調整する。

ここで投写レンズ１３の配置と形状は、光軸に対して軸非対称とすることで、斜め投写によって発生する歪みを補正する。また、出射側の２個のレンズ１３１，１３２については、出射する映像光束１５ａ〜１５ｂが通過しない領域（図面ではレンズ下半分の部分）を切り取った形状としている。この切り取って生じた空間を「カット領域１０」と呼ぶことにする。

このような反射ミラー１４を用いる投写方式では、反射ミラー１４により映像光束を折り返して投写面に斜め方向から投写できるので、装置から投写面までの見かけの投写距離を大幅に低減できる。また、回転機構５による反射ミラー１４の角度調整により、投写面上の映像の表示位置を任意に可動できる。ここに反射ミラー１４のサイズ（投写に寄与する有効面積）は、出射レンズ１３１から出射される映像光束１５ａ〜１５ｂの広がりに合わせて決定される。つまり、出射レンズ１３１から反射ミラー１４までの距離Ｄ１が大きいほど反射ミラー１４のサイズも大きくしなければならず、装置が大型化してしまう。

本実施例の装置では、反射ミラー１４のサイズを小さくするため、出射レンズ１３１から反射ミラーまでの距離Ｄ１を短くするような構造とした。両者間の距離Ｄ１を短くするにはアーム４の長さＤ２（回転軸６からミラー支持板３の下端までの距離）を短くすれば良い訳であるが、図２Ｂのように反射ミラー１４を閉じた状態では、反射ミラー１４がレンズ群１３（あるいはこれを収納する筐体２の上面）と干渉する恐れがある。よって、アーム４の長さＤ２は、レンズ群１３を乗り越えるだけの寸法Ｈを確保しなければならない。そこで本実施例では、前記した出射レンズ１３１，１３２のカット領域１０に着目し、回転機構５および回転軸６をそのカット領域１０に配置することで、長さＤ２の短いアーム４でもレンズ群１３を乗り越えることができるようにした。そして、アーム４の長さを、回転軸６から筐体２の上面までの距離にほぼ等しくした。これにより出射レンズ１３１から反射ミラーまでの距離Ｄ１が短くなり、反射ミラー１４のサイズ（有効面積）を大幅に小さくすることができる。

具体的な改善効果を述べると、回転軸６を投写レンズ１３の前側に配置した従来例に比べて、筐体サイズは奥行き方向に約４０ｍｍ短縮する（従来例３４３ｍｍ→本実施例３０３ｍｍ）。あるいは、回転軸６を投写レンズ１３の下側または上側に配置した従来例に比べて、筐体サイズは高さ方向に約３５ｍｍ短縮する（従来例１５３ｍｍ→本実施例１１８ｍｍ）。

図３は、本実施例における投写光学系の一構成例を示す断面図であり、レンズ構成と光線追跡結果を示す。

投写光学系は、液晶パネル１１、クロスプリズム１２、および投写レンズ１３で構成される。投写レンズ１３は１６枚のレンズ群Ｌ１〜Ｌ１６で構成し、このうち４枚のレンズＬ３，Ｌ１１，Ｌ１５，Ｌ１６はプラスチック製の非球面レンズである。またレンズＬ１５，Ｌ１６は、図２Ａのレンズ１３２，１３１に相当する。斜め投写を実現するため、これらの複数のレンズ１３により共有される光軸２０は、液晶パネル１１とクロスプリズム１２から出射される映像光束２１の中心軸よりも上方にシフトして配置する。また最終段の出射レンズＬ１６は、斜め投写によって発生する台形歪みや超広角化に伴う収差の補正を行う。

図３の光線追跡で示されるように、クロスプリズム１２から出射される映像光束２１は、徐々に上方に方向を変え、出射側のレンズＬ１５（１３２），Ｌ１６（１３１）においては、出射する映像光束２２ａ〜２２ｂのほとんどが前記光軸２０よりも上側を通過する。つまり、出射レンズＬ１５，Ｌ１６においては、映像光束が通過するレンズの有効領域は光軸２０の上側の領域であり、映像光束が通過しない光軸２０の下側の領域は結像性能に寄与しない無効部分と言える。そこで、この無効部分を切り取ったレンズ形状とする。これにより、出射レンズＬ１５，Ｌ１６の下部に生じた空間（カット領域１０）に前記した回転機構５および回転軸６を配置する。なお出射レンズＬ１５，Ｌ１６の形状は、映像表示面有効領域の縦横比（アスペクト比）とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状とすることで、結像性能を低下させる不要光を遮蔽する効果もある。

本実施例のレンズ構成は一例であり、レンズ枚数と形状はこれに限定するものではない。また、投写レンズのうち出射側最終段の２個のレンズＬ１５，Ｌ１６についてレンズの下半分を切り取る形状としたが、これに限定するものではない。例えば、手前のレンズＬ１４，Ｌ１３，・・・においても映像光束が通過しない領域が存在するので、これらの無効部分を切り取ることも可能である。これにより、カット領域１０がさらに拡大するので、回転機構５および回転軸６を容易に収納することができる。投写型映像表示装置を小型化することができる。

以上のように、本実施例によれば、出射レンズの無効部分を切り取って生じたカット領域に、回転機構と回転軸とを配置することにより、アームの長さを短縮し反射ミラーのサイズを小型化することができる。その結果、投写型映像表示装置の小型化、軽量化を図ることができる。さらに電動で反射ミラーを駆動させる場合には、アームの長さと回転部の重量を小さくすることで回転に必要な駆動トルクを低減することができ、回転機構をより安価に実現することができる。

図４は、本発明の投写型映像表示装置の他の実施例を示す要部断面図である。本実施例は、図１Ｂや図２Ｂのように反射ミラー１４（ミラー支持板３）を筐体２の上面に収納した状態で、すなわち反射ミラー１４を用いずに、映像を投写面（スクリーン）に直接投写できるようにしたものである（直投型モード）。そのために、出射レンズ１３１の前方にあるアーム４の一部に開口部７を設けて、出射レンズ１３１から出射された映像光束１５ａ〜１５ｂが、開口部７を介してアーム４により遮蔽されずにそのまま直進するようにした。投写光学系のレンズ構成は図２Ｂと同様である
この構造によれば、前記図２Ａに示した反射ミラーを用いた反射型モードとともに使用することで、２つのモード（反射型、直投型の２ｗａｙモード）を適宜切替えることができ、投写型映像表示装置の利便性を高めることができる。

１…投写型映像表示装置、
２…筐体、
３…ミラー支持板、
４…アーム、
５…回転機構、
６…回転軸、
７…開口部、
１０…カット領域、
１１…液晶パネル、
１２…クロスプリズム、
１３…投写レンズ、
１４…反射ミラー、
１５ａ〜１５ｂ，１６ａ〜１６ｂ，２１，２２ａ〜２２ｂ…映像光束、
２０…光軸、
１３１，１３２…出射レンズ、
Ｌ１〜Ｌ１６…レンズ群。

Claims (5)

1. 映像表示素子に形成された映像を投写面に斜め方向から投写して拡大表示する投写型映像表示装置において、
   前記映像表示素子からの映像光束を拡大出射する複数のレンズ群からなる投写レンズと、
   該投写レンズから出射された映像光束を反射して投写面へ投写する反射ミラーと、
   該反射ミラーの反射方向が所定の方向となるよう回転駆動する回転機構とを備え、
   前記投写レンズのうち出射側レンズには映像光束の通過しない領域が切り取られて生じた空間（以下、カット領域）を有し、前記回転機構を該カット領域に配置したことを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 請求項１に記載の投写型映像表示装置において、
   前記反射ミラーを支持するミラー支持板と、
   該ミラー支持板を前記回転機構の回転軸に連結するアームとを備え、
   前記回転軸を前記投写レンズのカット領域に配置したことを特徴とする投写型映像表示装置。
3. 請求項２に記載の投写型映像表示装置において、
   前記回転機構は、前記反射ミラーを回転駆動して当該装置の筐体の上面に収納可能であり、
   前記アームの長さは、前記回転軸から前記筐体の上面までの距離にほぼ等しくしたことを特徴とする投写型映像表示装置。
4. 請求項３に記載の投写型映像表示装置において、
   前記アームには映像光束を通過させる開口部を設け、
   前記反射ミラーを前記筐体の上面に収納した状態で、前記投写レンズから出射された映像光束を前記アームに設けた開口部を介して直接前記投写面へ投射することを特徴とする投写型映像表示装置。
5. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の投写型映像表示装置において、
   前記投写レンズのカット領域は、前記出射側レンズの下半分が切り取られて生じた空間を含み、
   該出射側レンズは、映像表示面有効領域の縦横比とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状とすることを特徴とする投写型映像表示装置。

Images