JP2015011272A - 投射光学装置及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化を図りつつ、投射レンズ保持部の温度上昇を抑制し、投影画像の画質悪化を抑制できる。
【解決手段】画像生成部３０としてのＤＭＤ３３などで生成された画像を、投射レンズ保持部としてのレンズホルダ４１などによって保持された投射レンズ４４を介して投影面としてのスクリーンに向けて投射する投射光学装置において、投射レンズ保持部としてのレンズホルダ４１を覆って光を遮る遮光部としての遮光部材４５を備えた。
【選択図】図７

Description

本発明は、画像をスクリーン等の投影面に投射する投射光学装置及び画像投影装置に関するものである。

従来から、パソコンやビデオカメラ等からの画像データを基に、光源から出射される光を用いて画像生成部により画像を生成する。その画像を、レンズ及びミラーなどの複数の光学素子、および、複数枚の投射レンズを有する投射レンズ群の投射光学装置によってスクリーン等の投影面に投射して表示する画像投影装置が知られている。画像生成部は、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）を備えている。投影レンズ群は、投射レンズ保持部のレンズホルダによって保持されている。

特許文献１には、光源からの白色光をカラーホイールによってＲＧＢに分光されて画像生成部のＤＭＤへ導かれ、ＤＭＤによって変調信号に応じて画像が生成され、その画像を投影光学装置としての投射光学部の投射レンズ群で拡大投射する画像投影装置が記載されている。

従来の画像投影装置における投射光学部の一例を、図を用いて以下に説明する。
図９は、従来の画像投影装置の投射光学部１００における光路の様子を示す概略斜視図である。図９に示すように、光源（不図示）からの光Ｌ１は、回転するカラーホイール（不図示）を通り、時分割でＲ、Ｇ、Ｂの光に分離される。このカラーホイールは、円盤形状のものであり、モータ（不図示）のモータ軸に固定され、回転方向にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）などのフィルタが設けられている。カラーホイールにより分離された光は、ライトトンネル１０１へ入射する。ライトトンネル１０１は、四角筒形状であり、その内周面が鏡面となっている。ライトトンネル１０１に入射した光は、ライトトンネル１０１内周面で複数回反射しながら、均一な面光源にされて２枚のリレーレンズ１０２へ向けて出射する。２枚のリレーレンズ１０２を透過し、平面ミラー１０３、凹面ミラー１０４により反射され、ＤＭＤ１０５に導光される。ＤＭＤ１０５によって変調信号に応じて画像が生成される。生成された画像の光は、複数枚の投射レンズを保持する投射レンズ保持部としてのレンズホルダ１０６の入射口から投射レンズ群に入射され拡大投射される。

上記光源は直進性の高いものを使用することが望ましいがコスト高になる。そのため、直進性の低い低コストの光源を使用している。図９に示すように、光源からの光Ｌ１は、カラーホイールを介してライトトンネル１０１の入射口の入射面に対して角度をもって入射する。この入射光はライトトンネル１０１の内周面の鏡面で複数回反射されながら均一な面光源にされ、２枚のリレーレンズ１０２を透過している。リレーレンズ１０２ではライトトンネル１０１に入射した際の角度を解消できず、リレーレンズ１０２を透過した光は平面ミラー１０３に角度をもって入射していた。この角度をもった光は、平面ミラー１０３での当初の反射方向からずれて反射し、当初の反射方向に配置されている凹面ミラー１０４に向かわずに凹面ミラー１０４に隣接するレンズホルダ１０６の照射箇所１０７に向かっていた。照射箇所１０７に向かった光Ｌ２は、ＤＭＤ１０５に達しない光であり、画像を生成しない光である。この光Ｌ２を不使用光という。平面ミラー１０３によって反射され凹面ミラー１０４によって当初の反射方向に反射された光Ｌ３は、ＤＭＤ１０５に導光され、画像生成のために使用される。この光Ｌ３を使用光という。レンズホルダ１０６の照射箇所１０７では、不使用光Ｌ２の赤外成分によって加熱され温度上昇が始まる。この結果、レンズホルダ１０６が熱膨張し、保持している投射レンズの位置が投射方向に変動することで、焦点距離が変動する。また、レンズホルダ１０６の熱が、投射レンズに伝わり、投射レンズが熱変形する虞がある。これらにより、投射レンズから出射した画像の光は、狙いの投射方向から外れた方向に進み、スクリーン等の投影面上における投影画像の歪み等となって画質を悪化させていた。図９に示す従来例の画像投影装置と上記特許文献１の画像投影装置とは、カラーホイールの設置位置やリレーレンズの枚数で、互いの構成が異なるが、低コスト化を図ったことによって生じる上記課題は上記特許文献１の画像投影装置でも同様に生じる課題である。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、低コスト化を図りつつ、投射レンズ保持部の温度上昇を抑制し、投影画像の画質悪化を抑制できる投射光学装置及び投影画像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、画像生成部で生成された画像を、投射レンズ保持部によって保持された投射レンズを介して投影面に向けて投射する投射光学装置において、前記投射レンズ保持部を覆って光を遮る遮光部を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、低コスト化を図りつつ、投射レンズ保持部の温度上昇を抑制し、投影画像の画質悪化を抑制できるという特有な効果が得られる。

本実施形態に係るプロジェクタ１を示す斜視図である。 本実施形態に係るプロジェクタ１を示す右側面図である。 （ａ）外装カバーを外したプロジェクタ１の内部構成と配置を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の太線枠で囲まれた部分の斜視図である。 図３の断面線の横断面図である。 図３の断面線の縦断面図である。 リレーレンズ周辺の拡大斜視図である。 （ａ）は実施例の投射光学部４０を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）中の点線で囲んだ箇所の拡大図であり、（ｃ）は斜視図である。 （ａ）は変形例の投射光学部４０を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）中の点線で囲んだ箇所の拡大図である。 従来の画像投影装置の投射光学部１００における光路の様子を示す概略斜視図である。

以下、本発明が適用される画像投影装置としてのプロジェクタ１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクタ１を示す斜視図である。図２は右側面図である。図１及び図２に示すように、プロジェクタ１の上面には、ユーザがプロジェクタ１を操作するための操作ボタン等の操作部１１が設けられている。また、スクリーン２００に映し出されている投影画面を拡大したり、縮小したりするズームレバー１２が設けられている。プロジェクタ１の正面には、装置電源を供給するためのＡＣインレット１３、パソコンやビデオカメラ等の外部機器と接続するための外部入力端子１４、投影画像の光を出射する投射レンズ１５、装置環境の照度を検出するセンサ１６などが設けられている。プロジェクタ１における外装カバーの右側面には、冷却用の空気を取り入れる吸気口１７が設けられている。この吸気口１７から外気を吸気する。吸引された外気は、熱源の光源や駆動基板へ移動しながら光源や駆動基板を冷却する。その後、排気ファン（不図示）により排気口（不図示）から排気される。

図３（ａ）は外装カバーを外したプロジェクタ１の内部構成と配置を示す斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）の太線枠で囲まれた部分の斜視図である。図４は図３の横断面図であり、図５は図３の縦断面図である。図６はリレーレンズ周辺の拡大斜視図である。
図３〜図５に示すように、プロジェクタ１は、光源２１の光をＤＭＤ３３に導く照明光学部２０と、光源２１からの光を用いて画像を生成する画像生成部３０と、投影画像を出射する投射光学装置としての投射光学部４０とを有している。照明光学部２０は、光源２１、カラーホイール２２、ライトトンネル２３、２枚のリレーレンズ２４（図６参照）を有している。そして、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどの光源２１からの光は、図４の矢印で示すように、回転するカラーホイール２２を通ることにより時分割でＲ、Ｇ、Ｂの光に分離される。このカラーホイール２２は、円盤形状のものであり、モータ２５のモータ軸に固定され、回転方向にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）などのフィルタが設けられている。カラーホイール２２により分離された光は、ライトトンネル２３へ入射する。ライトトンネル２３は、四角筒形状であり、その内周面が鏡面となっている。ライトトンネル２３に入射した光は、ライトトンネル２３の内周の鏡面で複数回反射しながら、均一な面光源にされて２枚のリレーレンズ２４へ向けて出射する。図４の矢印で示すように、２枚のリレーレンズ２４を透過し、平面ミラー３１、凹面ミラー３２により反射され、画像生成部３０のＤＭＤ３３の画像生成面上に集光して結像される。

ここで、ＤＭＤ３３の画像生成面には、可動式の複数のマイクロミラーが格子状に配列されている。各マイクロミラーは、鏡面をねじれ軸周りに所定角度傾斜させることができ、「ＯＮ」と「ＯＦＦ」の２つの状態を持たせることができる。マイクロミラーが「ＯＮ」のときは、照明光学部２０からの光を投射光学部４０の投射レンズに向けて反射する。「ＯＦＦ」のときは、照明ブラケットなどの側面に保持されたＯＦＦ光板（不図示）に向けて光源２１からの光を反射する。従って、各ミラーを個別に駆動することにより、画像データの画素ごとに光の投射を制御することができ、画像を生成することができる。なお、ＯＦＦ光板（不図示）に向けて反射された光は、熱となって吸収され外側の空気の流れで冷却される。また、２枚のリレーレンズ２４は、図６に示すように、板バネ状のレンズ押さえ部材２６により両端がレンズブラケット２７の突き当て面２７ａに押し付けられることにより、位置決め保持されている。

パソコンやビデオカメラ等から入力される映像データを基に映像を生成し、その映像を表示装置に表示したり、図１に示すプロジェクタ１として、図２の投影面であるスクリーン２００等に投影表示したりする。プロジェクタ１として広く知られた液晶プロジェクタは、近来、液晶パネルの高解像化、光源ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化などが進んでいる。また、画像表示素子であるＤＭＤを利用した小型で、軽量なプロジェクタ１が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広く利用されるようになってきている。光源２１からの光が、照明光学部２０内で、照射された白色光をカラーホイール２２によってＲＧＢに分光されて、画像生成部３０のＤＭＤ３３へ導かれ、変調信号に応じて画像形成するＤＭＤ３３とその画像を投射光学部４０で拡大投射する。

（実施例）
次に、上記実施形態におけるプロジェクタ１における投射光学部４０の実施例について説明する。
図７（ａ）は、本実施例の投射光学部４０を示す側面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）中に点線で囲まれた箇所の部分拡大図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）の斜視図である。図７（ａ）に示すように、投射光学部４０のレンズホルダ４１には、フォーカスギヤ４２が長穴４３から露出して設けられており、フォーカスギヤ４２にアイドラギヤ（不図示）が噛み合っている。アイドラギヤには、レバーギヤ（不図示）が噛み合っており、レバーギヤの回転軸には、図１のズームレバー１２が固定されている。ズームレバー１２の先端部分は、図１に示すように装置本体から露出している。ズームレバー１２を動かすと、レバーギヤ、アイドラギヤを介して、フォーカスギヤ４２が長穴４３の穴縁に沿って回動する。フォーカスギヤが回動すると、投射光学部４０内の光学系を構成する複数の投射レンズ４４が、それぞれ所定の方向（図７（ａ）の双方向矢印Ａ）へ移動し、投影画像の大きさが調整される。図７（ｂ）に示すように、レンズホルダ４１の外周面には、レンズホルダ４１の厚み方向で形成される少なくとも２つの第１段差部４１ａ及び第２段差部４１ｂが互いに隣り合って設けられている。第１段差部４１ａは、レンズホルダ４１の厚み方向に対し直交する方向である投射方向において投射光学部４０の投射側に設けられ、第２段差部４１ｂは、投射方向において第１段差部４１ａの上流側に設けられている。遮光部としての遮光部材４５は筒状をなし、段差部４１ａの端面や段差面に、遮光部材４５の厚み方向に対し直交する方向の一方の端部の端面や内周面を、例えば接着剤を用いた接合等で接合させて設けられている。遮光部材４５が、レンズホルダ４１の外周面全体を覆うように設けられている。これにより、比較的に安価な光源を用いたことで生じた光が、レンズホルダ４１に照射されることを防ぐことができる。よって、レンズホルダ４１の温度上昇を抑制できる。

また、遮光部材４５の内周面がレンズホルダ４１の第１段差部４１ａにおける段差面に沿って延びるように形成される。この結果、レンズホルダ４１の第２段差部４１ｂの段差面と遮光部材４５の内周面との間には、第１段差部４１ａの段差面と第２段差部４１ｂの段差面との間の段差に相当する間隙を有する空気層４６が形成される。光源からの光、あるいは光源以外からの光を含む光Ｌ４が遮光部材４５の外周面に照射されると、その照射箇所では輻射熱Ｈ１が発生する。その発生した輻射熱Ｈ１が、放射熱Ｈ２として、遮光部材４５の内部を伝熱し、遮光部材４５の内周面及び外周面、かつ遮光部材４５の厚み方向に対し直交する方向の他方の端部における端面から、遮光部材４５の周囲へ放出される。これらの放射熱Ｈ２のうち、遮光部材４５の内周面から放出される放射熱Ｈ２が、熱伝導性の低い空気層４６によって、第２段差部４１ｂの段差面に伝熱し難くなっている。遮光部材４５のように空気層４６を形成したことで、レンズホルダ４１に対する断熱性が高くなっている。これにより、遮光部材で生じた輻射熱がレンズホルダ４１に伝熱してしまう事態を抑制することができる。
よって、低コスト化を図りつつ、レンズホルダの温度上昇を抑制でき、投射レンズの熱変形や焦点距離の変動を抑制することで、投射レンズの投影画像の画質悪化を抑制できる。また、投影面に投射する画像に影響が生じることなく、良好な画像を投影面に投射することができる。

なお、遮光部材４５は、レンズホルダ４１とは別体のものであるが、レンズホルダ４１と一体に形成された構成にしてもよい。また、遮光部材４５は、輻射熱が発生し難い材料である樹脂などで形成することが好ましい。これにより、遮光部材４５に光が照射されたとしても輻射熱が発生し難く、投射レンズ４４へ伝わる熱を減らせる。更に、遮光部材４５の材料を金属で形成することが好ましい。金属の遮光部材４５では、遮光部材自体の伝熱効果が高くなり、遮光部材４５で発生した輻射熱が遮光部材４５の全体に拡がる。これにより、遮光部材４５で発生した輻射熱を遮光部材４５の外周全面から放出でき、投射レンズ４４へ伝わる熱を減らせる。

（変形例）
次に、上記実施形態におけるプロジェクタ１における投射光学部４０の変形例について説明する。
図８は、本変形例の投射光学部４０を示す側面図である。本変形例の投射光学部４０における遮光部としての遮光部材４７は、焼結金属又はセラミックで形成されている。焼結金属やセラミックは、焼結体と呼ばれるもので、内部に空隙（空間）４７ａを多く有する多孔質物である。本変形例でも上記実施例と同様にレンズホルダ４１の外周面全体を空気層４６を介して覆っており、レンズホルダ４１に光Ｈ４が照射することを防ぐことができる。よって、レンズホルダ４１の温度上昇を抑制できる。また、遮光部材４７を焼結金属やセラミックで形成することで遮光部材４７に断熱性をもたせている。具体的には、光が照射された照射箇所では、輻射熱Ｈ１が発生する。その発生した輻射熱Ｈ１は、遮光部材４７の内部へ伝熱し始める。焼結金属やセラミックの内部には、空隙（空間）４７ａが多く点在している。その空隙４７ａは、熱伝導性が低いので、輻射熱Ｈ１がこれらからなる遮光部材４７の内部を伝熱し難くなっている。そのため、遮光部材４７の内周面側に到達する輻射熱Ｈ１が少なくなり、空気層４６へ放出される放射熱Ｈ２が減る。これにより、上記空気層４６の高い断熱性とともに、遮光部材で生じた輻射熱がレンズホルダ４１に伝熱してしまう事態を抑制することができる。
よって、低コスト化を図りつつ、レンズホルダの温度上昇をより一層抑制でき、投射レンズの投影画像の画質悪化を抑制でき、投影面に投射する画像に影響が生じることなく、良好な画像を投影面に投射することができる。

なお、上記実施形態では、投射レンズが投影面に対向する装置の正面側に設けられている、いわゆる横型のプロジェクタの場合について説明したが、本発明は、他の構成や他の方式のプロジェクタにも適用できる。例えば、投射レンズが装置の上面に設けられ、投射レンズからの画像光を曲面ミラーで反射させて投影面に投射する、いわゆる縦型のプロジェクタにも適用できる。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様１）
画像生成部で生成された画像を、投射レンズ保持部によって保持された投射レンズを介して投影面に向けて投射する投射光学装置において、投射レンズ保持部を覆って光を遮る遮光部を備えた。
これによれば、上記実施形態について説明したように、遮光部としての遮光部材４５又は遮光部材４７によって投射レンズ保持部としてのレンズホルダ４１を覆うことにより、比較的に安価な光源を用いたことで生じる光や光源以外からの光が、レンズホルダ４１に照射されることを防ぐことができる。この結果、低コスト化を図りつつ、光の赤外成分によるレンズホルダ４１の温度上昇を抑制でき、レンズホルダ４１や投射レンズ４４の熱変形を防ぐことができる。投影面としてのスクリーン２００に投射する画像に影響が生じることなく、良好な画像を投影面に投射することができる。
（態様２）
（態様１）において、遮光部は、投射レンズ保持部から離間して設けられている。これによれば、上記実施形態の実施例について説明したように、遮光部としての遮光部材４５に光が照射され遮光部材４５の温度が上昇し始めても、遮光部材４５と投射レンズ保持部としてのレンズホルダ４１との間に形成された空気層４６は断熱性を有しているので、遮光部材４５に光が照射したことで生じた輻射熱がレンズホルダ４１に伝熱し難い。これにより、遮光部材の温度上昇を抑制でき、レンズホルダ４１や投射レンズ４４の熱変形を防ぐことができる。
（態様３）
（態様１）又は（態様２）において、遮光部は、樹脂で形成する。これによれば、上記実施形態の実施例について説明したように、樹脂は光が照射されても輻射熱は発生し難い。このため、遮光部としての遮光部材４５に光が照射されたとしても輻射熱が発生し難く、投射レンズ４４へ伝わる熱を減らせる。
（態様４）
（態様１）又は（態様２）において、遮光部は、金属で形成する。これによれば、上記実施形態の実施例について説明したように、遮光部としての遮光部材４５で発生した輻射熱を遮光部材４５の外周全面から放出でき、投射レンズ４４へ伝わる熱を減らせる。
（態様５）
（態様１）又は（態様２）において、遮光部は、焼結体で形成する。これによれば、上記実施形態の変形例について説明したように、内部に空隙を多く有する多孔質物である焼結体で、遮光部としての遮光部材４７を形成することで、遮光部材４７に断熱性をもたせている。これにより、遮光部材４７で生じた輻射熱をレンズホルダ４１へ放射される事態を抑制できる。よって、レンズホルダ４１の温度上昇を抑制することができる。
（態様６）
（態様５）において、焼結体は、焼結金属、あるいはセラミックである。これによれば、上記変形例について説明したように、焼結体としての焼結金属あるいはセラミックで遮光部としての遮光部材４７を形成されることで、遮光部材４７の内部に多くの空隙を形成し、熱伝導性の低い空隙によって遮光部材４７で生じた輻射熱を伝熱し難くできる。これにより、遮光部材４７で生じた輻射熱をレンズホルダ４１へ放射される事態を抑制できる。よって、レンズホルダ４１の温度上昇を抑制することができる。
（態様７）
光源２１と、光源２１からの光を用いて画像を生成する画像生成部３０と、複数の光学素子を備え、画像を投影面に向けて投射する投射光学部４０とを備えた画像投影装置のプロジェクタ１において、上記投射光学部として、（態様１）〜（態様６）のいずれかの投射光学装置を用いたことを特徴とする。これによれば、上記実施形態について説明したように、画像を生成する光以外の光による投影画像の画質悪化を抑制できる。

１ プロジェクタ
１１ 操作部
１２ ズームレバー
１３ ＡＣインレット
１４ 外部端子
１５ 投射レンズ
１６ センサ
１７ 吸気口
２０ 光源部
２１ 光源
２２ カラーホイール
２３ モータ
２４ ライトトンネル
２５ リレーレンズ
２６ レンズ押さえ部材
２７ レンズブラケット
２７ａ 突き当て面
３０ 画像生成部
３１ 平面ミラー
３２ 凹面ミラー
３３ ＤＭＤ
４０ 投射光学部
４１ レンズホルダ
４１ａ 第１段差部
４１ｂ 第２段差部
４２ フォーカスギヤ
４３ 長穴
４４ 投射レンズ
４５ 遮光部材
４６ 空気層
４７ 遮光部材
４７ａ 空隙
１００ 投射光学部
１０１ ライトトンネル
１０２ リレーレンズ
１０３ 平面ミラー
１０４ 凹面ミラー
１０５ ＤＭＤ
１０６ レンズホルダ
１０７ 照射箇所
２００ スクリーン

特開２００８−０５１９１９号公報

Claims (7)

1. 画像生成部で生成された画像を、投射レンズ保持部によって保持された投射レンズを介して投影面に向けて投射する投射光学装置において、
   前記投射レンズ保持部を覆って光を遮る遮光部を備えたことを特徴とする投射光学装置。
2. 請求項１記載の投射光学装置において、
   前記遮光部は、前記投射レンズ保持部から離間して設けられていることを特徴とする投射光学装置。
3. 請求項１又は２に記載の投射光学装置において、
   前記遮光部は、樹脂で形成することを特徴とする投射光学装置。
4. 請求項１又は２に記載の投射光学装置において、
   前記遮光部は、金属で形成することを特徴とする投射光学装置。
5. 請求項１又は２に記載の投射光学装置において、
   前記遮光部は、焼結体で形成することを特徴とする投射光学装置。
6. 請求項５記載の投射光学装置において、
   前記焼結体は、焼結金属、あるいはセラミックであることを特徴とする投射光学装置。
7. 光源と、前記光源からの光を用いて画像を生成する画像生成部と、複数の光学素子を備え、前記画像を投影面に向けて投射する投射光学部とを備えた画像投影装置において、
   上記投射光学部として、請求項１〜６いずれかの投射光学装置を用いたことを特徴とする画像投影装置。

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