JP2011175131A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外装部材を補強することなく、吊り下げ使用時における画像投射装置の重量による投射位置のずれを回避する。
【解決手段】画像投射装置は、光源１からの光を光変調素子に導き、該光変調素子により変調された光を被投射面に投射する光学系α，β，５と、該光学系のうち少なくとも一部を収容するとともに保持する光学ボックス６と、該光学ボックスを収容する外装部材２１とを有する。光学ボックスは、ねじ７０ｂによって天吊り装置７０と接続される接続部６ａを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、天吊り装置と接続されて吊り下げ可能な液晶プロジェクタ等の画像投射装置に関する。

上記のような吊り下げ可能な画像投射装置は、例えば特許文献１にて開示されているように、該装置の外装ケースに埋め込まれたナットに天吊り装置に取り付けられたねじを締め込むことで、天吊り装置と接続される。

特開２０００−１２２１８０号公報

しかしながら、上記のような構成では、天吊り装置によって吊り下げられた画像投射装置の重量によって外装ケースに変形が生じることでスクリーン上での投射位置がずれる可能性がある。特に、複数台の画像投射装置により投射された複数の画像を繋ぎ合わせて１つの大画面画像を表示するような場合に、１つの画像投射装置による画像の投射位置がずれるだけでも良好な大画面画像を表示できなくなる。

外装ケース自体を補強したり外装ケースに補強板を取り付けたりして外装ケースの変形を防止することは可能である。しかし、画像投射装置は必ずしも天吊り使用されるとは限らず、むしろテーブル上に置いて使用される場合の方が多いため、上記のような補強構造が無駄になる可能性が高く、好ましくない。
本発明は、外装ケースを補強することなく、吊り下げ使用時における装置の重量による投射位置のずれを回避できるようにした画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての画像投射装置は、光源からの光を光変調素子に導き、該光変調素子により変調された光を被投射面に投射する光学系と、該光学系のうち少なくとも一部を収容するとともに保持する光学ボックスと、該光学ボックスを収容する外装部材とを有する。そして、光学ボックスは、天吊り装置と接続される接続部を有することを特徴とする。

本発明によれば、高い位置精度が要求される光学素子を保持するために高い強度を有する光学ボックスに接続部を設けて天吊り装置に接続するので、外装部材を補強することなく、吊り下げ使用時における装置の重量による投射位置のずれを回避できる。

本発明の実施例１であるプロジェクタの分解斜視図。 実施例１のプロジェクタの光学構成を示す側面図。 実施例１のプロジェクタと天吊り金具の分解斜視図。 実施例１の天吊り金具をプロジェクタに接続した状態を示す平面図。 実施例１の天吊り金具をプロジェクタに接続した状態を示す断面図（図４中のＡ−Ａ線での断面図）。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

（プロジェクタの全体構成）
図１には、本発明の実施例１である画像投射装置としての液晶プロジェクタの構成を示している。

この図において、１は光源ランプ（以下、単にランプという）であり、本実施例では、高圧水銀放電ランプが用いられている。ただし、光源ランプ１として、高圧水銀放電ランプ以外の放電型ランプ（例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ）を用いてもよい。
２はランプ１を保持するランプホルダ、３は防爆ガラス、４はガラス押えである。
αはランプ１からの光束を均一な明るさ分布を有する平行光束に変換する照明光学系である。βは照明光学系αからの光を色分解して、後述するＲ，Ｇ，Ｂの３色用の液晶パネル（光変調素子）に導き、さらに該液晶パネルからの光を色合成する色分解合成光学系である。
５は色分解合成光学系βからの光（画像）を図示しないスクリーン（被投射面）に投射する投射光学系を収容する投射レンズ鏡筒である。
６はランプ１、照明光学系αおよび色分解合成光学系β（すなわち、光源からの光を光変調素子に導き、該光変調素子により変調された光を被投射面に投射する光学系のうち少なくとも一部）を収容する光学ボックスである。光学ボックス６は、ランプ１、照明光学系αおよび色分解合成光学系βを位置決めした状態で保持する。投射レンズ鏡筒５は、光学ボックス６の外面に固定される。なお、本実施例では、投射レンズ鏡筒５が光学ボックス６の外面に固定され、ユーザによる取り外しができない場合について説明するが、投射レンズ鏡筒５としてユーザによる交換が可能であってもよい。
７は光学ボックス６内に収納された照明光学系αおよび色分解合成光学系βを覆うように光学ボックス６に蓋をするための光学ボックス蓋である。８は商用電源から各基板へのＤＣ電源を作り出すＰＦＣ電源基板、９は電源フィルタ基板、１０はＰＦＣ電源基板８とともに動作してランプ１を点灯駆動するバラスト電源基板である。
１１はＰＦＣ電源基板８からの電力により、液晶パネルの駆動とランプ１の点灯制御を行う制御基板である。１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ、後述する下部外装ケース（外装部材）２１の吸気口２１ａから空気を吸い込むことで、色分解合成光学系β内の液晶パネルや偏光板等の光学素子を冷却するための第１および第２光学系冷却ファンである。
１３は第１および第２光学系冷却ファン１２Ａ，１２Ｂからの空気を、色分解合成光学系β内の光学素子に導く第１ＲＧＢダクトである。

１４はランプ１に対して空気を吹き付けてランプ１を冷却するランプ冷却ファンである。１５はランプ冷却ファン１４を保持しつつ、ランプ冷却ファン１４からの空気をランプ１に導く第１ランプダクトである。１６はランプ冷却ファン１４を保持し、第１ランプダクト１５とともにダクトを構成する第２ランプダクトである。
１７は下部外装ケース２１に設けられた吸気口２１ｂから空気を吸い込み、ＰＦＣ電源基板８とバラスト電源基板１０内に空気を流通させることで、これらを冷却するための電源冷却ファンである。１８は排気ファンであり、ランプ冷却ファン１４からランプ１に送られてこれを冷却した後の高温の空気を、後述する第２側板２４に形成された排気口２４ａから排出する。

下部外装ケース２１は、その内側に、ランプ１、光学ボックス６および基板８〜１１等を収容する。２２は下部外装ケース２１に光学ボックス６等を収納した状態で蓋をするための上部外装ケースである。２３は第１側板であり、第２側板２４とともに外装ケース２１，２２により形成される側面開口を閉じる。下部外装ケース２１には、上述した吸気口２１ａ，２１ｂが形成されており、第２側板２４には上述した排気口２４ａが形成されている。下部外装ケース２１、上部外装ケース２２、第１側板２３および第２側板２４によって、該プロジェクタの筐体が構成される。

２５は各種信号を取り込むためのコネクタが搭載されたＩＦ基板であり、２６は第１側板２３の内側に取り付けられたＩＦ補強板である。
２７はランプ１を冷却した高温の空気を排気ファン１８まで導き、筐体内に該空気を拡散させないようにするための排気ダクトである。

２８はランプ蓋である。ランプ蓋２８は、下部外装ケース２１の底面に着脱可能に配置され、不図示のビスにより固定される。また、２９はセット調整脚である。セット調整脚２９は、下部外装ケース２１に固定されており、その脚部２９ａの高さを調整可能となっている。脚部２９ａの高さ調整により、プロジェクタの傾斜角度を調整できる。

３０は下部外装ケース２１の吸気口２１ａの外側に取り付けられる不図示のフィルタを保持するＲＧＢ吸気プレートである。
３１はプリズムベースである。プリズムベース３１は、光学ボックス６の一部をなし、前述したように色分解合成光学系βを光学ボックス６内において位置決めした状態で保持する。３２は色分解合成光学系βを構成する光学素子と液晶パネルを冷却するために、第１および第２光学系冷却ファン１２Ａ，１２Ｂからの空気を導くダクト形状部を有するボックスサイドカバーである。
３３はボックスサイドカバー３２と合わさってダクトを形成する第２ＲＧＢダクトである。
３４は色分解合成光学系β内に配置された液晶パネルから延びるフレキシブル基板が接続され、制御基板１１に接続されるＲＧＢ基板である。３５はＲＧＢ基板３４を保持するための保持板金である。

（光学構成）
次に、前述したランプ１、照明光学系α、色分解合成光学系βおよび投射レンズ鏡筒（投射光学系）５を含む光学系の構成について図２を用いて説明する。図２において、（Ａ）は光学系の水平断面を、（Ｂ）は垂直断面をそれぞれ示す。
同図において、４１は連続スペクトルで白色光を発光する放電発光管（以下、単に発光管という）である。４２は発光管４１からの光を所定の方向に集光する凹面鏡を有するリフレクタである。発光管４１とリフレクタ４２により光源ランプ１が構成される。
４３ａは図２（Ａ）に示す水平方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズセルを複数配列した第１シリンダアレイである。４３ｂは第１シリンダアレイ４３ａの個々のレンズセルに対応したシリンドリカルレンズセルを複数有する第２シリンダアレイである。４４は紫外線吸収フィルタである。４５は無偏光光を所定の偏光方向を有する偏光光に変換する偏光変換素子である。
４６は図２（Ｂ）に示す垂直方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されたフロントコンプレッサである。４７はランプ１からの光軸を、ほぼ９０度（より詳しくは８８度）折り曲げるための反射ミラーである。
４３ｃは垂直方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズセルを複数配列した第３シリンダアレイである。４３ｄは第３シリンダアレイ４３ｃの個々のレンズセルに対応したシリンドリカルレンズアレイを複数有する第４シリンダアレイである。
５０は色座標を所定値に調整するために特定波長域の色をランプ１に戻すためのカラーフィルタである。４８はコンデンサーレンズである。４９は垂直方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されたリアコンプレッサである。以上により、照明光学系αが構成される。

５８は青（Ｂ：例えば４３０〜４９５ｎｍ）と赤（Ｒ：例えば５９０〜６５０ｎｍ）の波長領域の光を反射し、緑（Ｇ：例えば５０５〜５８０ｎｍ）の波長領域の光を透過するダイクロイックミラーである。５９は透明基板に偏光素子を貼り付けたＧ用の入射側偏光板であり、Ｐ偏光光のみを透過する。６０は多層膜により構成された偏光分離面においてＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する第１偏光ビームスプリッタである。

６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂはそれぞれ、入射した光を反射するとともに画像変調する光変調素子（若しくは画像形成素子）としての赤用反射型液晶パネル、緑用反射型液晶パネルおよび青用反射型液晶パネルである。６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂはそれぞれ、赤用１／４波長板、緑用１／４波長板および青用１／４波長板である。
６４ａはＲ光の色純度を高めるためにオレンジ光をランプ１に戻すトリミングフィルタである。６４ｂは透明基板に偏光素子を貼り付けたＲＢ用入射側偏光板であり、Ｐ偏光のみを透過する。
６５はＲ光の偏光方向を９０度変換し、Ｂ光の偏光方向は変換しない色選択性位相差板である。６６は偏光分離面においてＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第２偏光ビームスプリッタである。
６８ＢはＢ用射出側偏光板（偏光素子）であり、Ｂ光のうちＳ偏光成分のみを整流する。６８ＧはＧ光のうちＳ偏光成分のみを透過させるＧ用出側偏光板である。６９はＲ光およびＢ光を透過し、Ｇ光を反射するダイクロイックプリズムである。

以上のダイクロイックミラー５８〜ダイクロイックプリズム６９により、色分解合成光学系βが構成される。

本実施例において、偏光変換素子４５はＰ偏光をＳ偏光に変換するが、ここでいうＰ偏光とＳ偏光は、偏光変換素子４５における光の偏光方向を基準として述べている。一方、ダイクロイックミラー５８に入射する光は、第１および第２偏光ビームスプリッタ６０，６６での偏光方向を基準として考え、Ｐ偏光光であるとする。すなわち、本実施例では、偏光変換素子４５から射出された光をＳ偏光光とするが、同じＳ偏光光をダイクロイックミラー５８に入射する場合はＰ偏光光として定義する。

（光学的作用）
次に、光学的な作用を説明する。発光管４１から発した光はリフレクタ４２により所定の方向に集光される。リフレクタ４２は放物面形状の凹面鏡を有し、放物面の焦点位置からの光は該放物面の対称軸に平行な光束となる。この平行光束は、第１シリンダアレイ４３ａに入射する。第１シリンダアレイ４３ａに入射した光束は、シリンダレンズセルの数に応じた複数の光束に分割されて集光され、垂直方向に並ぶ帯状の複数の光束となる。そして、これら複数の分割光束は、紫外線吸収フィルタ４４および第２シリンダアレイ４３ｂを経て、複数の光源像を偏光変換素子４５の近傍に形成する。

偏光変換素子４５は、偏光分離面と反射面と１／２波長板とを有する。複数の光束は、それぞれの列に対応した偏光分離面に入射し、これを透過するＰ偏光成分とここで反射するＳ偏光成分とに分割される。反射されたＳ偏光成分は反射面で反射し、Ｐ偏光成分と同じ方向に射出する。一方、偏光分離面を透過したＰ偏光成分は、１／２波長板を透過してＳ偏光成分と同じ偏光成分に変換される。こうして、同じ偏光方向を有する複数の光束が射出する。
偏光変換された複数の光束は、偏光変換素子４５から射出した後、フロントコンプレッサ４６で圧縮され、反射ミラー４７によって８８度反射され、第３シリンダアレイ４３ｃに入射する。
第３シリンダアレイ４３ｃに入射した光束は、シリンダレンズセルの数に応じた複数の光束に分割されて集光され、水平方向に並ぶ帯状の複数の光束となる。該複数の分割光束は、第４シリンダアレイ４３ｄおよびコンデンサーレンズ４８を介してリアコンプレッサ４９に入射する。

フロントコンプレッサ４６、コンデンサーレンズ４８およびリアコンプレッサ４９の光学作用によって、複数の光束によって形成される矩形像は互いに重なり合い、矩形の均一な明るさの照明エリアを形成する。この照明エリアに、反射型液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂが配置される。
偏光変換素子４５によってＳ偏光とされた光は、ダイクロイックミラー５８に入射する。

ダイクロイックミラー５８を透過したＧ光は、入射側偏光板５９に入射する。Ｇ光はダイクロイックミラー５８によって分解された後もＰ偏光（偏光変換素子４５を基準とする場合はＳ偏光）となっている。そして、Ｇ光は入射側偏光板５９から射出した後、第１偏光ビームスプリッタ６０に対してＰ偏光として入射し、その偏光分離面を透過してＧ用反射型液晶パネル６１Ｇへと至る。
ここで、該プロジェクタのＩＦ基板２５には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置８０が接続されている。制御基板１１は、画像供給装置８０から入力された画像情報に基づいて反射型液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂを駆動し、これらに各色用の原画を形成させる。これにより、各反射型液晶パネルに入射した光は、反射されるとともに原画に応じて変調される。画像供給装置８０とプロジェクタとにより画像表示システムが構成される。
Ｇ用反射型液晶パネル６１Ｇにおいては、Ｇ光が変調されて反射される。変調されたＧ光のうちＰ偏光成分は、再び第１偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＧ光のうちＳ偏光成分は、第１偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面で反射され、投射光としてダイクロイックプリズム６９に向かう。
このとき、すべての偏光成分をＰ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において、第１偏光ビームスプリッタ６０とＧ用反射型液晶パネル６１Ｇとの間に設けられた１／４波長板６２Ｇの遅相軸を所定の方向に調整する。これにより、第１偏光ビームスプリッタ６０とＧ用反射型液晶パネル６１Ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えることができる。
第１偏光ビームスプリッタ６０から射出したＧ光は、ダイクロイックプリズム６９に対してＳ偏光として入射し、該ダイクロイックプリズム６９のダイクロイック膜面で反射して投射レンズ鏡筒５へと至る。

一方、ダイクロイックミラー５８で反射したＲ光とＢ光は、トリミングフィルタ６４ａに入射する。Ｒ光とＢ光はダイクロイックミラー５８によって分解された後もＰ偏光となっている。そして、Ｒ光とＢ光は、トリミングフィルタ６４ａでオレンジ光成分がカットされた後、入射側偏光板６４ｂを透過し、色選択性位相差板６５に入射する。
色選択性位相差板６５は、Ｒ光の偏光方向のみを９０度回転させる作用を有し、これによりＲ光はＳ偏光として、Ｂ光はＰ偏光として第２偏光ビームスプリッタ６６に入射する。
Ｓ偏光として第２偏光ビームスプリッタ６６に入射したＲ光は、該第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射され、Ｒ用反射型液晶パネル６１Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２偏光ビームスプリッタ６６に入射したＢ光は、該第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過してＢ用反射型液晶パネル６１Ｂへと至る。

Ｒ用反射型液晶パネル６１Ｒに入射したＲ光は、画像変調されて反射される。画像変調されたＲ光のうちＳ偏光成分は、再び第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射されて光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＲ光のうちＰ偏光成分は、第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過して、投射光としてダイクロイックプリズム６９に向かう。

また、Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｂに入射したＢ光は、画像変調されて反射される。画像変調されたＢ光のうちＰ偏光成分は、再び第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＢ光のうちＳ偏光成分は、第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射して、投射光としてダイクロイックプリズム６９に向かう。

このとき、第２偏光ビームスプリッタ６６とＲ用，Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｒ，６１Ｂとの間に設けられた１／４波長板６２Ｒ，６２Ｂの遅相軸を調整することにより、Ｇ光の場合と同じように、Ｒ，Ｂ光それぞれの黒表示状態での調整を行うことができる。

こうして１つの光束に合成されて第２偏光ビームスプリッタ６６から射出したＲ光とＢ光は、射出側偏光板６８Ｂで検光されてダイクロイックプリズム６９に入射する。また、Ｒ光はＰ偏光のまま射出側偏光板６８Ｂを透過して、ダイクロイックプリズム６９に入射する。
射出側偏光板６８Ｂで検光されることにより、Ｂ光は、該Ｂ光が第２偏光ビームスプリッタ６６、Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｂおよび１／４波長板６２Ｂを通ることによって生じた無効な成分がカットされた光となる。

ダイクロイックプリズム６９に入射したＲ光とＢ光は、ダイクロイック膜面を透過して、該ダイクロイック膜面にて反射したＧ光と合成されて投射レンズ鏡筒５内の投射光学系に至る。そして、合成されたＲ，Ｇ，Ｂ光は、投射光学系によってスクリーン等の被投射面に拡大投影される。
図３、図４および図５には、上記のように構成されたプロジェクタを天井から吊り下げるための天吊り金具（天吊り装置）７０をプロジェクタに取り付ける構造を示している。
照明光学系αおよび色分解合成系βを収容するとともにこれらを高い位置精度で保持し、さらに投射レンズ鏡筒５が固定される光学ボックス６（プリズムベース３１を含む）は、外装下ケース２１に比べて高い強度を有する。そして、この光学ボックス６における複数箇所には、図３および図５に示すように、ねじ穴が形成された接続部としてのボス６ａが下部外装ケース２１に向かって延びるように形成されている。
一方、天吊り金具７０は、プロジェクタに接続されるベース板７０ａを含む。ベース板７０ａの複数箇所には、ねじ７０ｂが挿入される貫通穴７０ｃが形成されている。図４には、プロジェクタに接続された天吊り金具７０のベース板７０ａを上方（天井側）から見て示している。
図５に示すように、下部外装ケース２１の複数箇所には、ボス６ａの外径よりも大きな内径を有する開口２１ｃが形成されている。ボス６ａの先端面は、該開口２１ｃを通してプロジェクタの外面に露出している。本実施例では、ボス６ａの高さは、ボス６ａの先端面が、下部外装ケース２１の外面の高さと一致するように設定されている。ただし、ボス６ａの先端面が、下部外装ケース２１の外面から突出していてもよい。
天吊り金具７０のベース板７０ａは、ボス６ａの先端面に当接される。そして、ベース板７０ａの貫通穴７０ｃに挿入されたねじ７０ｂが、ボス６ａのねじ穴に締め込まれる。これにより、ボス６ａ（つまりは光学ボックス６、さらにはプロジェクタ）は、下部外装ケース２１を介することなくベース板７０ａ（つまりは天吊り金具７０）と接続される。
前述したように、光学ボックス６は、外装下ケース２１に比べて高い強度を有する。このため、この光学ボックス６に設けたボス６ａを、直接（下部外装ケース２１を介することなく）天吊り金具７０に接続することで、外装下ケース２１を補強することなく、吊り下げ使用時におけるプロジェクタの重量による画像投射位置のずれを回避できる。
なお、本実施例では、光学ボックス（６）に設けた接続部（ボス６ａ）を外装部材（外装下ケース２１）を介することなく天吊り装置（天吊り金具７０）に接続する場合について説明したが、接続部と天吊り装置との間に外装部材を挟み込んでもよい。この場合も、光学ボックスに設けた接続部が吊り下げ状態において画像投射装置の重量を支えることに代わりはないので、吊り下げ使用時における投射位置のずれを回避できる。
また、本実施例では、ボス６ａにねじ穴を形成した場合について説明したが、ボスにインサートナットを埋め込んでもよい。また、シャフトをボス６ａ内に挿入して、シャフトの端部をナットで締結してもよい。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記各実施例では光変調素子として液晶パネルを用いたプロジェクタについて説明したが、本発明は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等の他の光変調素子を用いたプロジェクタにも適用することができる。

投射位置のずれを抑えて吊り下げ使用可能な液晶プロジェクタ等の画像投射装置を提供できる。

５ 投射レンズ鏡筒
６ 光学ボックス
６ａ ボス
７０ 天吊り金具
７０ｂ ねじ
α 照明光学系
β 色分解合成光学系

Claims (2)

1. 光源からの光を光変調素子に導き、該光変調素子により変調された光を被投射面に投射する光学系と、
   該光学系のうち少なくとも一部を収容するとともに保持する光学ボックスと、
   該光学ボックスを収容する外装部材とを有し、
   前記光学ボックスは、天吊り装置と接続される接続部を有することを特徴とする画像投射装置。
2. 前記接続部は、前記外装部材に形成された開口を通して該装置の外面に露出し、前記外装部材を介さずに前記天吊り装置と接続されることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。