JP2015092264A - 画像投影装置および光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】装置の投影面に対して直交する方向の長さを、従来よりも短くすることができる画像投影装置を提供する。
【解決手段】光源と、光源から光を受けて像を生成するＤＭＤ１２などの画像生成素子と、光源からの光を画像生成素子に照射する照明ユニット２０と、複数の透過型の屈折光学素子を備える第１光学系７０と、第１光学系の出射光の光路上に配置され、反射型の光学素子を備える第２光学系４０とを有し、画像生成素子に生成された像と共役な像を投影画像として拡大投影する投影光学系とを備えたプロジェクタ１などの画像投影装置において、光源、照明ユニット２０および第１光学系７０を、投影画像の面と平行な方向に直列に並べて配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタなどの画像投影装置に関するものである。

従来から、パソコンなどからの画像データに基づいて画像を生成する画像生成素子としてのＤＭＤ（Digital Mirror Device）と、この画像生成素子に光源からの光を照射する照射ユニットと、画像生成素子と照射ユニットとによって生成された光像を投影面に結像するための投影光学系とを備えた画像投影装置が知られている（例えば、特許文献１）。

具体的には、ＤＭＤの画像生成面に対して平行に進む光源からの光を、折り返しミラーなどの照明光学系でＤＭＤの画像生成面に向けて折り返して、ＤＭＤの画像生成面に照射する。ＤＭＤ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、光源からの光を投影光学系に向けて反射し、「ＯＦＦ」のときは、光源からの光を、装置内部に設けた光吸収体に向けて反射する。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、光像を生成することができる。ＤＭＤにより生成された光像は、投影光学系を通って、投影面に結像される。

また、特許文献２、３には、投影光学系を、複数のレンズからなる第１光学系と、凹面鏡などを備えた第２光学系とで構成した画像投影装置が記載されている。特許文献２、３記載の画像投影装置は、第１光学系で、第１光学系と第２光学系との間に画像生成素子で生成された光像に共役な中間光像を形成し、第２光学系で中間光像に共役な像を、投影面に拡大投影する。このように、投影光学系を構成することにより、至近距離投影を実現することができる。

図１７は、特許文献２に記載の画像投影装置の使用例を示す図である。
図１７に示すように、特許文献２の画像投影装置は、画像生成素子１２により生成された光像は、投影面（スクリーン）１０１に対して直交する方向に進んで、第１光学系７０を通過し、第２光学系たる凹面鏡４２により反射されて、投影面に投射される。

図１７に示すように、通常、画像投影装置は、投影面１０１に対して対向配置した机１００などの上に載せて使用される。また、使用者が使用する机や椅子なども投影面１０１に対して対向配置されている。特許文献２に記載のように、画像生成素子１２、照明ユニット２０、第１光学系７０が、投影面１０１に投影される投影画像の面に対して直交する方向に直列に並べて配置されている画像投影装置１Ａは、投影画像の面に対して直交する方向（図中Ｘ方向）に長くなる。このように、画像投影装置１Ａが投影画像の面に対して直交する方向に長いと、投影面１０１に対して直交する方向に画像投影装置１Ａの設置スペースが取られてしまう。その結果、狭い室内においては、投影面１０１に対して直交する方向に十分なスペースが取れず、使用者が使用する机や椅子の配置スペースが限られてしまい、利便性が損なわれるという課題があった。なお、上記および以降において、直列に並べて配置とは、ある光学素子や、複数の光学素子からなる光学系の出射光の光路上に別の光学素子や複数の光学素子からなる別の光学系の入射面が配置されていることである。

特許文献３には、図１８に示すように、画像生成素子１２、照明ユニット２０および第１光学系７０が、投影画像の面に対して平行な方向に直列に並べられた画像投影装置が記載されている。この画像投影装置は、画像生成素子１２から第１光学系７０まで投影面１０１に対して直交の方向よりも平行な方向に大きく進んできた光像は、第２光学系に配置された折り返しミラー４１で投影面に対して直交する方向に折り返された後、凹面鏡４２で反射して投影面１０１に投射する。

この特許文献３においては、画像生成素子１２、照明ユニット２０、第１光学系７０が投影画像の面に対して平行（図中Ｙ方向）な方向に直列に並ぶように配置されるので、特許文献２に比べて、画像投影装置の投影面に対して直交する方向（Ｘ方向）の長さを短くすることができる。しかし、図１８に示すように、光源６０が、他のユニット（画像生成素子１２、照明ユニット２０、第１光学系７０）に対して直交する方向に並べて配置されているため、画像投影装置の投影面１０１に対して直交する方向の長さを十分に短くすることができない。

また、上述では、画像投影装置を机１００などの上に載せて使用する場合について説明したが、画像投影装置を天井などに吊り下げて使用する場合においても、画像投影装置が投影面１０１に対して直交する方向の長いと、次のような理由で利便性が損なわれる。すなわち、天井に画像投影装置を設置するときに、天井に配置された照明器具などと干渉する場合があり、画像投影装置の設置場所が限られてしまい、利便性が損なわれる。

本発明は以上の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、装置の投影面に対して直交する方向の長さを、従来よりも短くすることができる画像投影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、光源と、上記光源から光を受けて像を生成する画像生成素子と、上記光源からの光を上記画像生成素子に照射する照明ユニットと、複数の透過型の屈折光学素子を備える第１光学系と、該第１光学系の出射光の光路上に配置され、反射型の光学素子を備える第２光学系とを有し、上記画像生成素子に生成された像と共役な像を投影画像として拡大投影する投影光学系とを備えた画像投影装置において、上記光源、上記照明ユニットおよび上記第１光学系を、上記投影画像の面と平行な方向に並べて配置したことを特徴とするものである。

本発明によれば、光源、照明ユニットおよび第１光学系を、上記投影画像の面と平行な方向に並べて配置することで、光源、照明ユニット、画像生成素子および第１光学系のいずれかが、投影画像の面に対して直交する方向に並べて配置する画像投影装置に比べて、装置の投影画像の面に対して直交する方向の長さを短くすることができる。これにより、装置を投影画像の面に対して直交する方向に短くすることができる。このように、装置を投影画像の面に対して直交する方向に短くすることができるので、装置の設置スペースが投影画像の面に対して直交する方向に取られるのを抑制することができる。これにより、画像投影装置を机などの上に載せて使用する場合、狭い室内においても装置が、机や椅子の配置の邪魔になるのを抑制することができる。また、画像投影装置を天井などに吊り下げて使用する場合、画像投影装置を天井に設置するときに、天井に配置された照明器具などと干渉するのを抑制することができ、所定の位置に画像投影装置を設置することができる。これにより、利便性の高い画像投影装置を提供することができる。

本実施形態のプロジェクタから投影面までの光路図。 同プロジェクタの構成を示す概略斜視図。 同プロジェクタの要部外観斜視図。 画像生成ユニットの斜視図。 光源ユニットの概略斜視図。 プロジェクタ１の底面を示す斜視図。 光源交換蓋を装置から取り外した様子を示す斜視図。 照明ユニットに配置される光学部品を示す概略斜視図。 照明ユニットと画像生成ユニットと第１光学系ユニットの投影レンズユニットとを示す斜視図。 第１光学系ユニットを、照明ユニットと画像生成ユニットとともに示す斜視図。 図１０のＡ−Ａ断面図。 第２光学系ユニットを、第１光学系ユニット、照明ユニット、画像生成ユニットとともに示す斜視図。 第２光学系ユニットが保持する第２光系を、投影レンズユニットと照明ユニットと画像生成ユニットとともに示す斜視図。 第１光学系から投影面までの光路を示す斜視図。 装置内の各ユニットの配置関係を示した模式図。 本実施形態のプロジェクタの使用例を示す図。 従来のプロジェクタの使用例を示す図。 図１７とは異なる従来のプロジェクタの使用例を示す図。 本実施形態のプロジェクタの変形例を示す図。 本実施形態のプロジェクタの別の使用例を示す図。

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から投影面１０１までの光路図であり、図２はプロジェクタ１の構成を示す概略斜視図であり、図３は、プロジェクタ１の要部外観斜視図である。なお、以下の説明では、投影面１０１の法線方向をＸ方向、投影面の短軸方向（上下方向）をＹ方向、投影面１０１の長軸方向（水平方向）をＺ方向とする。

図１乃至図３に示すように、プロジェクタ１は、画像生成素子としてのＤＭＤ１２（Digital Mirror Device）を備えた画像生成ユニット１０と、光源６１を備えた光源ユニット６０と、光源６１からの光を、折り返してＤＭＤ１２に照射して光像を生成する照明ユニット２０と、画像を投影面１０１に投影するための投影光学系とを有している。投影光学系は、屈折光学系を少なくとも一つ含み、正のパワーを有する共軸系の第１光学系ユニット３０と、正のパワーを有する反射面を少なくとも一つ含んだ第２光学系ユニット４０とで構成されている。

図４は、画像生成ユニット１０の斜視図である。
図に示すように画像生成ユニット１０は、ＤＭＤ１２が装着されるＤＭＤボード１１を備えている。ＤＭＤ１２は、マイクロミラーが格子状に配列された画像生成面を上向きにしてＤＭＤボード１１に設けられたソケット１１ａに装着されている。ＤＭＤボード１１には、ＤＭＤミラーを駆動するための駆動回路などが設けられている。ＤＭＤボード１１のＤＭＤ１２が装着される箇所は、貫通しており、ＤＭＤ１２を冷却するための冷却手段としてのヒートシンク１３が、不図示の貫通孔を介してＤＭＤ１２の裏面（画像生成面と反対側の面）に当接している。また、ヒートシンク１３は、固定板１４によりＤＭＤボード１１のソケット１１ａが設けられた面と反対側の面に加圧され、固定板１４がＤＭＤボード１１にネジ１５で４箇所固定されることで、ヒートシンク１３は、ＤＭＤボード１１に固定されている。

図５は、光源ユニット６０の概略斜視図である。
光源ユニット６０は、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６１が装着される光源ブラケット６２を備えている。この光源ブラケット６２には、電源ユニット８０（図１５参照）に接続された不図示の電源側コネクタと接続するコネクタ部６２ａが設けられている。

また、光源ユニット６０には、図示しないリフレクタなどが保持されたホルダ６４を有しており、ホルダ６４は、光源ブラケット６２にネジ止めされている。ホルダ６４には、３箇所、後述する照明ユニット２０の照明ブラケット２６に位置決めするため光源位置決め部６４ａ１〜６４ａ３が設けられている。ホルダ６４の上面に設けられた光源位置決め部６４ａ３は、突起形状であり、ホルダ６４の光源ブラケット６２側に設けられた２つの光源位置決め部６４ａ１,６４ａ２は、穴形状となっている。照明ユニット２０の照明ブラケット２６には、ホルダ６４の上面に設けられた突起状の光源位置決め部６４ａ３が嵌合する穴形状の光源被位置決め部２６ａ３と、ホルダ６４の光源ブラケット６２側に設けられた２つの穴形状の光源位置決め部６４ａ１,６４ａ２が嵌合する突起状の２個の光源被位置決め部２６ａ１,２６ａ２とを有している（図９参照）。そして、ホルダ６４の３つの光源位置決め部６４ａ１〜６４ａ３が、照明ユニット２０の照明ブラケット２６に設けられた３箇所の光源被位置決め部２６ａ１〜２６ａ３に嵌合することで、光源ユニット６０は、照明ユニット２０に位置決め固定される。また、光源ユニット６０は、装置本体の裏面から着脱可能に構成されている。

図６は、プロジェクタ１の底面５３を示す斜視図であり、図７は、光源交換蓋５４を装置から取り外した様子を示す斜視図である。
図６に示すように、プロジェクタ１の底面には、光源交換蓋５４が設けられており、光源交換蓋５４には、回転レバー５４ａが設けられている。回転レバー５４ａを回転すると、光源交換蓋５４と装置本体との固定が解除され、光源交換蓋５４が、装置本体から取り外し可能となる。光源交換蓋５４を取り外すと、光源ユニット６０の光源ブラケット６２の光源６１が装着された側と反対側の面が露出する。光源ブラケット６２には、取っ手部６５が、光源ブラケット６２に対して回動自在に取り付けられている。

光源ユニット６０を装置本体から取り出すときは、取っ手部６５を回動させて取っ手部６５を掴んで図中手前側へ引き出すことで、光源ユニット６０は、装置本体から取り外される。そして、新品の光源ユニット６０を装置本体に装着すると、コネクタ部６２ａが装置本体の不図示の電源側コネクタと接続し、ホルダ６４の３つの光源位置決め部６４ａ１〜６４ａ３が、照明ユニット２０の照明ブラケット２６に設けられた光源被位置決め部２６ａに嵌合し、光源ユニット６０が装置本体に位置決めされる。そして、光源交換蓋５４を底面に取り付ける。光源交換蓋５４には、光源ユニット６０を装置本体側へ押し込む押し込み部（不図示）が設けられており、光源ユニット６０が、装置本体に正しく装着されていないときは、光源交換蓋５４を底面に取り付ける際に上記押し込み部で光源ユニット６０を押し込むことで、光源ユニット６０が正しく装置本体に装着される。そして、回転レバー５４ａを回転させて、光源交換蓋５４を底面に固定させる。

また、底面５３には、３箇所脚部５５が設けられており、この脚部５５を回転させることで、底面からの突出量が変更され、高さ方向（Ｙ方向）の調整を行うことができるようになっている。

次に、照明ユニット２０について説明する。
図８は、照明ユニット２０に配置される光学部品を示す概略斜視図であり、図９は、照明ユニット２０と画像生成ユニット１０と第１光学系ユニット３０の投影レンズユニット３１とを示す斜視図である。
照明ユニット２０は、カラーホイール２１、ライトトンネル２２、２枚のリレーレンズ２３、シリンダミラー２４、凹面ミラー２５を有しており、これらは、照明ブラケット２６に保持されている。また、照明ブラケット２６には、図９に示すように、ＤＭＤ１１のマイクロミラーが「ＯＦＦ」のときに光が照射されるＯＦＦ光板２７も備えている。

図２に示すように、照明ブラケット２６の下面には、ＤＭＤ１１が露出するための照射用貫通孔２６ｄが設けられている。画像生成ユニット１０は、ネジにより照明ブラケット２６に位置決め固定される。

また、図９に示すように、照明ブラケット２６の上面２６ｂの４角付近には、第１光学系ユニット３０をネジ止めするためのネジが貫通する貫通孔２６ｃ１〜２６ｃ４が設けられている（図９では、２６ｃ１と２６ｃ２とが図示されている）。また、ＯＦＦ光板２７配置側の貫通孔２６ｃ１,２６ｃ２に隣接して、第１光学系ユニット３０を照明ユニット２０に位置決めするための位置決め孔２６ｅ１,２６ｅ２が設けられている。また、照明ブラケット２６の上面２６ｂの貫通孔２６ｃ１,２６ｃ２の間は、第２光学系ユニット４０を、第１光学系ユニット３０にネジ止めする際に邪魔とならないように切り欠いている。カラーホイール２１配置側の位置決め孔２６ｅ１は、位置決めの主基準であり、丸穴形状となっており、カラーホイール２１配置側と反対側の位置決め孔２６ｅ２は、位置決めの従基準であり、Ｚ方向に延びる長穴となっている。また、貫通孔２６ｃ１〜２６ｃ４の周囲は、照明ブラケット２６の上面２６ｂよりも突出しており、第１光学系ユニット３０をＹ方向に位置決めするための位置決め突起２６ｆとなっている。位置決め突起２６ｆを設けずに、Ｙ方向の位置精度を高める場合、照明ブラケット２６の上面全体の平面度を高める必要があり、コスト高になる。一方、位置決め突起２６ｆを設けることで、位置決め突起２６ｆの部分だけ、平面度を高めればよいので、コストを抑えて、Ｙ方向の位置精度を高めることができる。

また、照明ユニット２０には、カラーホイール２１、ライトトンネル２２などの光学系部品を覆う、照明カバー２８も有している。

カラーホイール２１は、円盤形状のものであり、カラーモータ２１ａのモータ軸に固定されている。カラーホイール２１には、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。光源ユニット６０のホルダ６４に設けられた不図示のリフレクタにより集光された光は、出射窓６３を通って、カラーホイール２１の周端部に到達した光を、カラーホイール２１の回転により時分割でＲ、Ｇ，Ｂの光に分離する。

カラーホイール２１により分離された光は、ライトトンネル２２へ入射する。ライトトンネル２２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２２に入射した光は、ライトトンネル２２内周面で複数回反射しながら、均一な面光源にされてリレーレンズ２３へ向けて出射する。

ライトトンネル２２を抜けた光は、２枚のリレーレンズ２３を透過し、シリンダミラー２４、凹面ミラー２５により反射され、ＤＭＤ１２の画像生成面上に集光して結像される。

ＤＭＤ１２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、光源６１からの光を第１光学系７０（図１参照）に向けて反射し、「ＯＦＦ」のときは、光源６１からの光を、照明ユニット２０に設けられたＯＦＦ光板２７（図９参照）に向けて反射する。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、光像を生成することができる。

不図示のＯＦＦ光板２７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。

図１０は、第１光学系ユニット３０を、照明ユニット２０と画像生成ユニット１０とともに示す斜視図である。
図１０に示すように、第１光学系ユニット３０は、複数のレンズで構成された第１光学系７０（図１参照）を保持した投影レンズユニット３１と、この投影レンズユニット３１を保持するレンズホルダー３２とを有している。レンズホルダー３２には、４つの脚部３２ａ１〜３２ａ４が設けられており、各脚部３２ａ１〜３２ａ４には、照明ブラケット２６にねじ止めされるためのネジ穴が形成されている。

図１１は、図１０のＡ−Ａ断面図である。
図１１に示すように、ＯＦＦ光板２７側の脚部３２ａ１,３２ａ２（図３参照）には、被位置決め突起３２ｂ１,３２ｂ２が、設けられている。そして、図中右側の被位置決め突起３２ｂ１は、照明ブラケット２６の上面２６ｂに設けられた位置決めの主基準である丸穴形状の位置決め孔２６ｅ１に、図中左側の被位置決め突起３２ｂ２は、位置決めの従基準である長穴形状の位置決め孔２６ｅ２にそれぞれ挿入されて、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向の位置決めがなされる。そして、照明ブラケット２６上面２６ｂに設けられた貫通孔２６ｃ１〜２６ｃ４にネジ３７を挿入し、レンズホルダー３２に設けられたネジ穴にネジ３７をねじ止めすることで、第１光学系ユニット３０が照明ユニット２０に位置決め固定される。

また、先の図１０に示すように、投影レンズユニット３１には、フォーカスギヤ３６が設けられており、フォーカスギヤ３６には、アイドラギヤ３５が噛み合っている。アイドラギヤ３５には、レバーギヤ３４が噛み合っており、レバーギヤ３４の回転軸には、フォーカスレバー３３が固定されている。フォーカスレバー３３の先端部分は、先の図６に示すように、装置本体から露出している。

フォーカスレバー３３を動かすと、レバーギヤ３４、アイドラギヤ３５を介して、フォーカスギヤ３６が回動する。フォーカスギヤ３６が回動すると、投影レンズユニット３１内の第１光学系７０を構成する複数のレンズが、それぞれ所定の方向へ移動し、投影画像のピントが調整される。

また、図１０,図１１に示すように、第１光学系ユニット３０には、４箇所、第２光学系ユニット４０を第１光学系ユニット３０にネジ止めするためのネジ４８が貫通するネジ貫通孔３２ｃ１〜３２ｃ４を有している（図１０では、３個のネジ貫通孔が図示されており、各ネジ貫通孔３２ｃ１〜３２ｃ４には、ネジ４８を貫通させた様子が示されている。）。また、各ネジ貫通孔３２ｃ１〜３２ｃ４の周囲は、レンズホルダー３２の面から突出した第２光学系ユニット位置決め突起３２ｄ１〜３２ｄ４が形成されている（図１０では、３２ｄ１〜３２ｄ３が図示されている）。

図１２は、第２光学系ユニット４０を、第１光学系ユニット３０、照明ユニット２０、画像生成ユニット１０とともに示す斜視図であり、図１３は、第２光学系ユニット４０が保持する第２光系を、投影レンズユニット３１と照明ユニット２０と画像生成ユニット１０とともに示す斜視図である。
第２光学系ユニット４０は、第２光学系を構成する折り返しミラー４１と、凹面状の曲面ミラー４２とを保持している。また、曲面ミラー４２に反射した光像を透過するとともに、装置内の光学系部品を防塵するための透過ガラス５１も保持している。折り返しミラー４１と透過ガラス５１は、ミラーブラケット４３に保持されており、曲面ミラー４２は、自由ミラーブラケット４４に保持されている。ミラーブラケット４３、自由ミラーブラケット４４は、ミラーホルダー４５に保持されている。

折り返しミラー４１は、板バネ状のミラー押さえ部材４６によりＺ方向両端が、ミラーブラケット４３に押し付けられることにより、ミラーブラケット４３に位置決め固定されている。折り返しミラー４１のＺ方向の一方側端部には、２個のミラー押さえ部材４６により固定されており、他方側端部には、１個のミラー押さえ部材４６により固定されている。

透過ガラス５１も、Ｚ方向両端が、板バネ状のガラス押さえ部材４７によりミラーブラケット４３に押し付けられることにより、ミラーブラケット４３に位置決め固定されている。透過ガラス５１は、Ｚ方向両端それぞれ１個のガラス押さえ部材４７により固定されている。

曲面ミラー４２は、透過ガラス５１側端部の略中央部が、板バネ状の自由ミラー押さえ部材４９により自由ミラーブラケット４４に押し付けられ、第１光学系側が、ネジにより自由ミラーブラケット４４に固定されている。

ミラーホルダー４５の下面には、第１光学系ユニット３０にネジ止めするための筒状形状のネジ止め部４５ａ１〜４５ａ４が形成されている（ネジ止め部４５ａ１、４５a２は、図１２参照。ネジ止め部４５ａ３は、図２参照）。第２光学系ユニット４０は、第１光学系ユニット３０のレンズホルダー３２に設けられた各ネジ貫通孔３２ｃ１〜３２ｃ４にネジ４８を貫通させ、各ネジ止め部４５ａ１〜４５ａ４にネジ４８をネジ止めすることにより、第１光学系ユニット３０にネジ止めされる。このとき、第２光学系ユニット４０のミラーホルダー４５の下面が、レンズホルダー３２の第２光学系ユニット位置決め突起３２ｄ１〜３２ｄ４と当接して、第２光学系ユニット４０は、Ｙ方向に位置決めされて固定される。

図１４は、第１光学系７０から投影面１０１（スクリーン）までの光路を示す斜視図である。
第１光学系７０を構成する投影レンズユニット３１を透過した光像は、折り返しミラー４１と曲面ミラー４２との間で、ＤＭＤ１２で生成された光像に共役な中間像を形成する。この中間像は、折り返しミラー４１と曲面ミラー４２との間に曲面像として結像される。次に、光像は、凹面状の曲面ミラー４２に入射し、曲面ミラー４２により中間像を「さらに拡大した画像」にして投影面１０１に投影結像する。

このように、投影光学系を、第１光学系７０と、第２光学系とで構成し、第１光学系７０と第２光学系の曲面ミラー４２との間に中間像を形成し、曲面ミラー４２で拡大投影することで、投影距離を短くでき、狭い会議室などでも使用することができる。

曲面ミラー４２の光を反射する面は、球面、回転対称非球面、自由曲面形状などにすることができる。

図１５は、装置内の各ユニットの配置関係を示した模式図である。
図に示すように、画像生成ユニット１０、照明ユニット２０、第１光学系ユニット３０、第２光学系ユニット４０は、投影面の短軸方向であるＹ方向に積層配置されており、光源ユニット６０は、画像生成ユニット１０、照明ユニット２０、第１光学系ユニット３０、第２光学系ユニット４０が積層された積層体に対して投影面の長軸方向であるＺ方向に配置されている。

このように、各ユニットを配置することにより、光源６１から出射した光は、投影面と平行なＺ方向へ移動し、照明ユニット２０のシリンダミラー２４と凹面ミラーとにより投影面と平行なＹ方向に折り返されて、ＤＭＤ１２へ入射する。

そして、図１に示すように、ＤＭＤ１１で生成された光像は、投影面と平行なＹ方向に移動して、複数の光学レンズで構成された第１光学系７０を透過して、第２折り返しミラー４１へ入射する。第２折り返しミラー４１に入射した光は、投影面に直交するＺ方向に折り返された後、曲面ミラー４２により折り返され、投影面１０１へ照射される。このように、第２光学系を折り返しミラー４１と曲面ミラー４２とで構成することで、投影面１０１と平行な第１光学系７０を通過してきた光を、投影面１０１に向けて投射することができる。

図１６は、本実施形態のプロジェクタ１の使用例を示す図であり、図１７、図１８は、従来のプロジェクタ１Ａの使用例を示す図である。
図１６〜図１８に示すように、プロジェクタ１は、例えば会議室などで使用する場合、プロジェクタ１をテーブル１００に置いてホワイトボードなどの投影面１０１に画像を投影して使用される。

図１７に示すように、従来のプロジェクタ１Ａは、ＤＭＤ１２（画像生成素子）、照明ユニット２０、第１光学系７０が、投影画像の面に対して直交する方向に直列に並べて配置されているため、プロジェクタ１Ａの投影面に対して直交する方向（Ｘ方向）に長くなり、プロジェクタ１Ａが、投影面１０１に対して直交する方向にスペースをとってしまう。投影面１０１に投影された画像を見る人が座る椅子や、使用する机は、一般的に投影面に対して直交する方向に配置するため、プロジェクタが、投影面に対して直交する方向にスペースを取ると、それだけ、椅子の配置スペースや机の配置スペースが制限されて、利便性が悪い。

図１８に示すプロジェクタ１Ｂは、ＤＭＤ１２（画像生成素子）、照明ユニット２０、第１光学系７０が、投影画像の面と平行に直列に並べて配置されている。よって、図１７に示すプロジェクタ１Ｂに比べて、投影面１０１に対して直交する方向の長さを短くすることができる。しかしながら、図１８に示すプロジェクタ１Ｂは、光源６１の出射面が、照明ユニット２０に対して投影画像の面に対して直交する方向に向けて配置されているため、プロジェクタの投影面１０１に対して直交する方向の長さを十分に短くすることができない。

一方、本実施形態においては、光源ユニット６０、画像生成ユニット１０、照明ユニット２０および第１光学系ユニット３０と、折り返しミラー４１とを、投影画像の面に対して平行な方向に直列に並べて配置している。なお、ここでいう「投影画像の面に対して平行な方向に直列」とは、各ユニットが一直線状に並べて配置している構成に限られるものではない。ここで言う「投影画像の面に対して平行な方向に直列」とは、隣接するユニットに対して投影画像の面に対して平行な方向であるＹ方向およびＺ方向のいずれかに直列に並んで配置された構成を意味している。よって、本実施形態の画像生成ユニット１０、照明ユニット２０および第１光学系ユニット３０と、折り返しミラー４１とが、投影画像の面に対して平行な方向であるＹ方向に直列に並べ、光源ユニット６０と照明ユニット２０とが、投影画像の面に対して平行な方向であるＺ方向に直列に並べた構成も、上記の「投影画像の面に対して平行な方向に直列」に並べた構成である。このように、光源ユニット６０、画像生成ユニット１０、照明ユニット２０および第１光学系ユニット３０と、折り返しミラー４１とを、投影画像の面に対して平行な方向に直列に並べて配置したので、図１６に示すように、プロジェクタ１の長さを投影面１０１に対して直交する方向（Ｘ方向）に短くすることができる。これにより、プロジェクタ１が椅子の配置スペースや机の配置スペースの阻害となるのを抑制することができ、利便性の高いプロジェクタ１を提供することができる。

また、本実施形態においては、先の図１５に示すように、光源ユニット６０の上方に、光源６１やＤＭＤ１１に電力を供給するための電源ユニット８０が積層配置されている。これにより、プロジェクタ１をＺ方向にも短くすることも可能である。
また、本実施形態においては、Ｚ方向に光が照射されるよう、光源６１を配置しているが、図１９に示すように、Ｙ方向に光が照射されるよう、光源６１を配置してもよい。この場合、Ｙ方向に出射した光源６１からの光は、折り返しミラー４１でＺ方向に折り返す。その後の光路は、上述したとおりである。このような構成でも、光源６１から折り返しミラー４１までの光路は、投影面１０１と平行になり、光源ユニット６０は、画像生成ユニット１０、照明ユニット２０、第１光学系ユニット３０、第２光学系ユニット４０が、投影面に対して平行な方向に直列に配置され、プロジェクタ１が投影面１０１に対して直交する方向（Ｘ方向）に長くなるのを抑制することができる。

図２０は、本実施形態のプロジェクタの別の使用例について説明する図である。
図２０に示すように、本実施形態のプロジェクタ１は、天井１０５に吊り下げて使用することもできる。この場合も、本実施形態のプロジェクタ１は、投影面１０１に対して直交する方向に短いので、天井１０５にプロジェクタ１を設置する際、天井１０５に配置された照明器具１０６に干渉することなく、設置することができる。

また、本実施形態においては、第２光学系を折り返しミラー４１と曲面ミラー４２とで構成しているが、第２光学系を曲面ミラー４２のみで構成してもよい。また、折り返しミラー４１は、平面ミラーでも正の屈折力を持ったミラーでも負の屈折力を持ったミラーでもよい。また、本実施形態においては、曲面ミラー４２として凹面ミラーを用いているが、凸面ミラーを用いることもできる。この場合は、第１光学系７０と曲面ミラー４２との間で中間像を形成しないように第１光学系７０を構成する。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の（１）〜（３）の態様毎に特有の効果を奏する。
（１）
光源６１と、上記光源から光を受けて像を生成するＤＭＤ１２などの画像生成素子と、上記光源６１からの光を上記画像生成素子に照射する照明ユニット２０と、複数の透過型の屈折光学素子を備える第１光学系７０と、第１光学系の出射光の光路上に配置され、反射型の光学素子を備える第２光学系とを有し、上記画像生成素子に生成された像と共役な像を投影画像として拡大投影する投影光学系とを備えたプロジェクタ１などの画像投影装置において、上記光源６０、上記照明ユニット２０および上記第１光学系７０を、上記投影画像の面と平行な方向に並べて配置した。
かかる構成を備えることで、装置を投影画像の面に対して直交する方向に短くすることができる。このように、装置を投影画像の面に対して直交する方向に短くすることができるので、装置の設置スペースが投影画像の面に対して直交する方向に取られるのを抑制することができる。これにより、画像投影装置を机などの上に載せて使用する場合、狭い室内においても装置が、机や椅子の配置の邪魔になるのを抑制することができる。また、画像投影装置を天井などに吊り下げて使用する場合、画像投影装置を天井に設置するときに、天井に配置された照明器具などと干渉するのを抑制することができ、所定の位置に画像投影装置を設置することができる。これにより、利便性の高い画像投影装置を提供することができる。

（２）
また、上記（１）に記載の態様の画像投影装置において、画像生成素子の画像生成面に対して平行に光源６１からの光が出射するように光源ユニット６０を構成した。かかる構成とすることで、図１８に示す構成のように折り返しミラーなどを設ける必要が無くなり、部品点数を減らすことができ、装置を安価にすることができる。また、先の図１５に示すように、光源ユニット６０の上部のスペースに電源ユニット８０を配置することができる。

（３）
また、上記（１）または（２）に記載の態様の画像投影装置において、投影光学系は、第１光学系７０を備えた第１光学系ユニット３０と、第２光学系を備えた第２光学系ユニット４０とで構成されており、画像生成素子、光源ユニット６０および第１光学系ユニット４０を照明ユニット２０に位置決め固定し、第２光学系ユニット４０を、第１光学系ユニット３０に位置決め固定した。
かかる構成とすることで、実施形態で説明したように、光源６１から第１光学系７０までの光路が、投影面１０１と平行になる構成にすることができる。

１：プロジェクタ
１０：画像生成ユニット
１１ａ：ソケット
１１：ＤＭＤボード
１２：ＤＭＤ
１３：ヒートシンク
１４：固定板
２０：照明ユニット
２１：カラーホイール
２２：ライトトンネル
２３：リレーレンズ
２４：シリンダミラー
２５：凹面ミラー
２６：照明ブラケット
２６ａ１〜２６ａ３：光源被位置決め部
２６ｃ１〜２６ｃ４：貫通孔
２６ｄ：照射用貫通孔
２６ｅ１,２６ｅ２：位置決め孔
２６ｆ：位置決め突起
２７：ＯＦＦ光板
２８：照明カバー
３０：第１光学系ユニット
３１：投影レンズユニット
３２：レンズホルダー
３２ａ１〜３２ａ４：脚部
３２ｂ１〜３２ｂ４：被位置決め突起
３２ｃ１〜３２ｃ４：ネジ貫通孔
３２ｄ１〜３２ｄ４：第２光学系ユニット位置決め突起
３３：フォーカスレバー
３４：レバーギヤ
３５：アイドラギヤ
３６：フォーカスギヤ
４０：第２光学系ユニット
４１：折り返しミラー
４２：曲面ミラー
４３：ミラーブラケット
４４：自由ミラーブラケット
４５：ミラーホルダー
４５ａ１〜４５ａ４：ネジ止め部
４６：ミラー押さえ部材
４７：ガラス押さえ部材
４９：自由ミラー押さえ部材
５１：透過ガラス
５４：光源交換蓋
６０：光源ユニット
６１：光源
６２：光源ブラケット
６４：ホルダ
６４ａ１〜６４ａ３：光源位置決め部
６５：取っ手部
７０：第１光学系
８０ 電源ユニット
１００：テーブル
１０１：投影面

特開２００８−１３４４３２号公報 特開２００８−２５０２７７号公報 特開２０１０−２０３４４号公報

本発明は、プロジェクタなどの画像投影装置および光学ユニットに関するものである。

本発明は以上の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、装置の投影面に対して直交する方向の長さを、従来よりも短くすることができる画像投影装置および光学ユニット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、画像を投影するための投影光学部を備えた画像投影装置において、前記投影光学部は、複数のレンズを備える第１光学系と、第１ミラーと、第２ミラーと、透過板と、ミラーホルダーとを備える第２光学系ユニットとを備え、前記第１ミラーは、前記第１光学系の出射光の光路上に配置され、前記第２ミラーは、前記第１ミラーからの反射光の光路上に配置され、前記透過板は、前記第２反射ミラーからの反射光の光路上に配置され、少なくとも前記第１ミラーと前記透過板とは、前記ミラーホルダーに保持された第１のブラケットに保持されていることを特徴とするものである。

本実施形態のプロジェクタから投影面までの光路図。 同プロジェクタの構成を示す概略斜視図。 同プロジェクタの要部外観斜視図。 画像生成ユニットの斜視図。 光源ユニットの概略斜視図。 プロジェクタ１の底面を示す斜視図。 光源交換蓋を装置から取り外した様子を示す斜視図。 照明ユニットに配置される光学部品を示す概略斜視図。 照明ユニットと画像生成ユニットと第１光学系ユニットの投影レンズユニットとを示す斜視図。 第１光学系ユニットを、照明ユニットと画像生成ユニットとともに示す斜視図。 図１０のＡ−Ａ断面図。 第２光学系ユニットを、第１光学系ユニット、照明ユニット、画像生成ユニットとともに示す斜視図。 第２光学系ユニットが保持する第２光系を、投影レンズユニットと照明ユニットと画像生成ユニットとともに示す斜視図。 第１光学系から投影面までの光路を示す斜視図。 装置内の各ユニットの配置関係を示した模式図。 本実施形態のプロジェクタの使用例を示す図。 従来のプロジェクタの使用例を示す図。 光源と照明ユニットとを投影面に対して直交する方向に配置したプロジェクタの使用例を示す図。 本実施形態のプロジェクタの変形例を示す図。 本実施形態のプロジェクタの別の使用例を示す図。

図１６は、本実施形態のプロジェクタ１の使用例を示す図であり、図１７は、従来のプロジェクタ１Ａの使用例を示す図であり、図１８は、光源６０と照明ユニット２０とを投影名１０１に対して直交する方向に並べて配置したプロジェクト１Ｂの使用例を示す図である。

Claims (3)

1. 光源と、
   上記光源から光を受けて像を生成する画像生成素子と、
   上記光源からの光を上記画像生成素子に照射する照明ユニットと、
   複数の透過型の屈折光学素子を備える第１光学系と、該第１光学系の出射光の光路上に配置され、反射型の光学素子を備える第２光学系とを有し、上記画像生成素子に生成された像と共役な像を投影画像として拡大投影する投影光学系とを備えた画像投影装置において、
   上記光源、上記照明ユニットおよび上記第１光学系を、上記投影画像の面と平行な方向に並べて配置したことを特徴とする画像投影装置。
2. 請求項１の画像投影装置において、
   上記画像生成素子の画像生成面に対して平行に上記光源からの光が出射するように上記光源ユニットを構成したことを特徴とする画像投影装置。
3. 請求項１または２の画像投影装置において、
   上記投影光学系は、上記第１光学系を備えた第１光学系ユニットと、上記第２光学系を備えた第２光学系ユニットとで構成されており、
   上記画像生成素子、上記光源ユニットおよび上記第１光学系ユニットを上記照明ユニットに位置決め固定し、
   上記第２光学系ユニットを、上記第１光学系ユニットに位置決め固定したことを特徴とする画像投影装置。

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