JP2017111303A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投射レンズの性能の劣化を防止しつつ、照明の効率低下や機構の複雑化を防止できる画像投影装置を提供すること。
【解決手段】画像投影装置１００は、照明光を射出する照明光学系２０と、投影光を形成する反射型液晶素子４０と、投影光を対象に投影する結像光学系１０と、結像光学系１０に対して反射型液晶素子４０を移動させることにより投影位置を調整する第１調整部５ａと、反射型液晶素子４０の移動に対応させて照明光学系２０の軸光ＳＡ１をシフトさせる第２調整部５０とを備える。第２調整部５０が反射型液晶素子４０の移動に対応させて照明光学系２０の光軸ＳＡ１をシフトさせるので、第１調整部５ａによって反射型液晶素子４０を移動させても、反射型液晶素子４０での照明位置のずれが生じることを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、投影像の投影位置を調整可能な画像投影装置に関する。

従来からホワイトボードに画面を投影しながら会議や講義を行うことが一般的に行われている。近年では、プロジェクターからスクリーンまでの距離を非常に短くできる短焦点型のプロジェクターが実用化されている（特許文献１，２等参照）。この種の短焦点型のプロジェクターは、会議や講義で多用されている。
なお、投影面近傍にあってゼスチャーを行う手その他の物体を検出するため、投射レンズを撮像レンズとしても用いることが行われている（特許文献３参照）。

従来のプロジェクターでは、そのわずかな移動によって投影画面の位置がずれてしまう。特に短焦点タイプのプロジェクターの場合、非常に広角に画像を投影するためプロジェクターのわずかな移動によって投影画面の位置が大きくずれてしまう。会議室に設置してあるホワイトボードの高さは製品によって異なる場合が多い。投影している画面のサイズと位置とを調整したい場面において、プロジェクター本体の向きを上下左右に移動させて投影画面の位置を調整することは非常に手間が掛かる。

これに対し、投射倍率に応じて投射画像の位置を調整するプロジェクターであって、投射レンズの前に配置した透明平板を傾斜させたり、表示素子を投射レンズに対して光軸垂直方向に移動させたりすることによって、投射画像の位置を変位させるものが公知となっている（上記特許文献１参照）。その他、ミラーを除いた投射レンズの一部を光軸垂直方向に移動させることによって、投射画像の位置を変位させるものも公知となっている（上記特許文献２参照）。

しかしながら、投射レンズの前に透明平板を配置する場合、投射レンズの性能が劣化し、表示素子を投射レンズに対して光軸垂直方向に移動させる場合、照明光学系による照明領域を本来の必要以上に広げなければ、表示素子での照明位置又は光軸のずれが生じて照明効率が低下してしまう。また、投射レンズの一部を光軸垂直方向に移動させる場合、結像の精度維持が容易でなく、移動機構も複雑なものとなる。

特開２００８−１８５７０９号公報 特開２０１０−１２２５７３号公報 特開２０１５−６４５５０号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、投射レンズの性能の劣化を防止しつつ、照明の効率低下や機構の複雑化を防止できる画像投影装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像投影装置は、照明光を射出する照明部と、照明光を受けて投影光を形成する画像表示素子と、投影光を対象に投影する結像光学系と、結像光学系に対して画像表示素子を移動させることにより投影位置を調整する第１調整部と、画像表示素子の移動に対応させて照明部の光軸をシフトさせる第２調整部と、を備える。

上記画像投影装置では、第２調整部が画像表示素子の移動に対応させて照明部の光軸をシフトさせるので、第１調整部によって画像表示素子を移動させても、画像表示素子での照明位置又は領域のずれが生じることを防止でき、照明領域の拡大による照明効率の低下を抑えつつ輝度斑その他の画像劣化を防止できる。
なお、第１調整部によって画像表示素子を結像光学系に対して移動させることによって、結像の劣化を防止しつつ投影位置を簡易に変更することができる。

本発明の具体的な側面では、上記画像投影装置において、画像表示素子は、照明光を反射することによって投影光を形成する反射型の表示素子である。反射型の表示素子の場合、画像表示素子と照明部とを一体的に移動させることが必ずしも容易でなく、これらを一体的に移動させると照明位置が却ってずれる可能性もあり、第１調整部と第２調整部とが連動しつつも独立して存在することが望ましい。

本発明の別の側面では、結像光学系を介して対象からの被写体光を受ける撮像素子と、照明光を画像表示素子に導くとともに、投影光を結像光学系に導き、被写体光を撮像素子に導く偏光ビームスプリッターと、画像表示素子の移動に対応させて撮像素子を移動させる第３調整部とを備える。この場合、第３調整部によって画像表示素子と撮像素子とを配置に関して連動させることができるので、撮像位置を投影位置に対応させてこれらの間にずれが生じることを防止でき、投影像や付加画像に欠け等が生じることを防止できる。
なお、対象からの被写体光を結像光学系を介して撮像素子で受けるので、投影像を高精度で撮影することができる。

本発明のさらに別の側面では、第１調整部は、画像表示素子を光軸に垂直な方向に移動させる。この場合、投影位置を投影の対象であるスクリーン上で１次元的又は２次元的に移動させることができる。

本発明のさらに別の側面では、第３調整部は、撮像素子を光軸に垂直な方向に移動させる。この場合、撮像位置を投影の対象であるスクリーン上で１次元的又は２次元的に移動させることができる。

本発明のさらに別の側面では、第２調整部は、光軸に略垂直な状態に配置可能な平行平板と、当該平行平板を光軸を横切る回転軸のまわりに回転させる回転機構とを有する。この場合、照明部の光軸を簡易に平行にシフトさせることができる。

本発明のさらに別の側面では、第２調整部は、光軸に対して傾斜した状態で配置される折返しミラーと、当該折返しミラーを反射面の法線方向に移動させる移動機構とを有する。この場合、照明部の光軸を簡易に平行にシフトさせることができる。

本発明のさらに別の側面では、第２調整部は、第１調整部の動作と連動する連動機構を含む。この場合、第１調整部と第２調整部とを個別に動作させる必要が無くなり、投影位置を調整する操作が簡易となる。なお、連動機構には、第１調整部と第２調整部とに個別のアクチュエーターを設けて、共通の制御部による管理下でこれらアクチュエーターを動作させる場合を含む。

本発明のさらに別の側面では、第３調整部は、第１調整部の動作と連動する連動機構を含む。この場合、第１調整部と第３調整部とを個別に動作させる必要が無くなり、投影位置及び撮像位置を調整する操作が簡易となる。

第１実施形態の画像投影装置の光学的な概略構成を説明する図である。 第１実施形態の画像投影装置の概略の機能ブロック図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１調整部を説明する平面図及び側面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第２調整部を説明する平面図及び側面図である。 第２調整部による光軸のシフトを説明する図である。 （Ａ）は、反射型液晶素子による投影範囲と撮像素子による撮像範囲との関係を説明する概念図であり、（Ｂ）は、反射型液晶素子の表示面と照明領域との関係を説明する概念図である。 第２実施形態の画像投影装置における第２調整部を説明する平面図である。 第３実施形態の画像投影装置における第２調整部を説明する平面図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第１実施形態の画像投影装置について説明する。

図１及び２に示す第１実施形態の画像投影装置１００は、画像の投影だけでなく投影像等の撮影を可能にするものである。つまり、画像投影装置１００は、プロジェクター又は投影装置に撮像装置としての機能を組み込んだものとなっている。

図１に示すように、画像投影装置１００は、光学系部分１Ａとして、結像光学系１０と、照明光学系２０と、偏光ビームスプリッター３０と、反射型液晶素子４０と、撮像素子６０とを備える。また、図２に示すように、画像投影装置１００は、駆動部分１Ｂとして、照明部７１と、画像表示部７２と、撮像部７４と、記憶部７５と、制御部７８とを備える。図１に示す光学系部分１Ａにおいて、結像光学系１０と、照明光学系２０と、偏光ビームスプリッター３０と、反射型液晶素子４０とによって、プロジェクターを構成している。また、結像光学系１０と、偏光ビームスプリッター３０と、撮像素子６０とによって、撮像装置を構成している。
この画像投影装置１００は、外部装置であるパーソナルコンピューター２００と接続可能になっており、パーソナルコンピューター２００との間で画像信号等の授受が可能になっている。
なお、駆動部分１Ｂにおいて、照明部７１と、画像表示部７２と、撮像部７４とは、光学系部分１Ａを構成する光学的部品を一部に含んでおり、光学系部分１Ａと一部共通するものとなっている。

結像光学系１０は、反射型の画像表示素子である反射型液晶素子４０から得られる像を拡大してホワイトボードその他の被投影面であるスクリーンＳＣ上に投影する。この結果、スクリーンＳＣ上には、反射型液晶素子（画像表示素子）４０に形成された画像に対応する投影像が形成される。結像光学系１０は、複数のレンズ群からなり、詳細な説明は省略するが、フォーカシングのために一部のレンズ群を光軸ＳＡ方向に移動させることができる。また、結像光学系１０は、変倍機能を有していてもよい。
なお、結像光学系１０は、反射型液晶素子４０からの反射光を投影光Ｋ１として対象であるスクリーンＳＣ上に投影又は結像させる光学系と、対象であるスクリーンＳＣ上に形成された投影像及びその周辺からの光を被写体光Ｋ２として撮像素子６０上に結像又は投影させる光学系とを兼用するものとなっている。

照明光学系２０は、光源色を時系列的に切り換えるタイプの光学系であり、３つの光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、合成系２２と、フィールドレンズ２３とを備える。３つの光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂをそれぞれ射出する。各光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、図示を省略するが、例えばレーザーダイオード（ＬＤ）、ＬＥＤ等の発光素子を複数組み合わせた発光素子アレイと、発光素子アレイからの照明光を重畳させつつ射出するレンズとを有する。発光素子としてＬＤを用いる場合、各光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃからは、偏光方向の揃った照明光を射出させることができるが、光の損失を許容するならば、偏光方向を揃える必要はない。なお、偏光方向が揃っていない場合、例えば合成系２２とフィールドレンズ２３との間に偏光変換素子を配置して照明光の偏光方向が揃うようにすることもできる。合成系２２は、赤（Ｒ）の光源２１ａからの赤色の照明光Ｋｒを反射するとともに他の色の照明光を透過させる第１ダイクロイックミラー２２ａと、緑（Ｇ）の光源２１ｂからの緑色の照明光Ｋｇを反射するとともに青（Ｂ）の光源２１ｃからの青色の照明光Ｋｂを透過させる第２ダイクロイックミラー２２ｂとを備える。フィールドレンズ２３は、第１ダイクロイックミラー２２ａから射出される各色の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを収束させつつ偏光ビームスプリッター３０に入射させる。

画像投影装置１００は、照明光学系２０に付随する部分として、平行平板５１と折返しミラー５２とを備える。これらの平行平板５１と折返しミラー５２とは、第２調整部５０の一部となっている。第２調整部５０は、詳細は後述するが、反射型液晶素子４０等の移動に対応させて照明光学系２０の射出側において光軸ＳＡ１をシフトさせる。

偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）３０は、一対の光透過性を有する直角プリズムを貼り合わせたものであり、貼合わせ面において、一方の直角プリズムのうち結像光学系１０の光軸ＳＡに対して４５°傾いた斜面には、照明光学系２０から入射した特定方向の直線偏光（具体的にはＳ偏光）を選択的に反射し直交方向の直線偏光（具体的にはＰ偏光）を選択的に透過させる偏光分離膜からなる偏光分離面３１が形成されている。偏光ビームスプリッター３０は、照明光学系２０から射出された第１の偏光であるＳ偏光の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを偏光分離面３１において反射させ、後述する反射型液晶素子４０に入射させる。また、偏光ビームスプリッター３０は、この反射型液晶素子４０から射出された第２の偏光（第１の偏光と直交する偏光）であるＰ偏光の変調光を透過させ、投影光Ｋ１として結像光学系１０に入射させる。
なお、偏光ビームスプリッター３０は、結像光学系１０から逆進する第１の偏光であるＳ偏光の被写体光Ｋ２を反射し、後述する撮像素子６０に入射させる。つまり、偏光ビームスプリッター３０は、照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを反射型液晶素子４０に導き、投影光Ｋ１を結像光学系１０に導き、かつ、被写体光Ｋ２を撮像素子６０に導く。

反射型液晶素子４０は、結像光学系１０の光軸ＳＡを含んで偏光分離面３１の法線に平行に延びる基準面上において、偏光ビームスプリッター３０を挟んで結像光学系１０の反対側であって反射方向Ｄ１と直交する透過方向Ｄ２に配置されている。なお、基準面は、紙面に沿って延びるＸＹ面に平行な面である。反射型液晶素子４０は、照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを受けて画像となる投影光Ｋ１を形成する画像表示素子であり、特に空間的な反射率を変化させることによって照明光から投影光を形成する点で光変調素子と言える。反射型液晶素子（画像表示素子）４０は、片面に画像形成用の表示面４０ａを有する板状の電子部品からなる。この反射型液晶素子４０は、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）とも称されるマイクロディスプレイであり、シリコンチップの表面に直接回路が形成され透明対向基板との間に液晶層を挟み込んだものである。反射型液晶素子４０は、液晶層に対し駆動信号に応じた電圧が画素毎に印加されると、液晶分子の配列を変化させることで照明光を変調し、反射によって所望の画像を表示するものである。この際、偏光分離面３１を基準とする第１の偏光であるＳ偏光を照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂとして反射型液晶素子４０に入射させることにより、偏光分離面３１を基準とする第２の偏光であるＰ偏光が反射型液晶素子４０で投影光Ｋ１として反射され、偏光ビームスプリッター３０を通過して結像光学系１０に入射する。なお、反射型液晶素子４０で変調されなかった光は、偏光ビームスプリッター３０によって遮断される。

撮像素子６０は、光軸ＳＡを含む基準面上において、偏光ビームスプリッター３０を挟んで照明光学系２０の反対側の反射方向Ｄ１に配置される。撮像素子６０は、スクリーンＳＣ上の投影像を含む被写体像を撮像するＣＭＯＳ型のイメージセンサーである。撮像素子６０は、結像光学系１０から見て反射型液晶素子４０と共役な配置となっている。これにより、撮像素子６０の光電変換部である撮像面６０ａ上には、結像光学系１０によって形成されたスクリーンＳＣ上の画像又はスクリーンＳＣ上及びその周辺の画像が殆どフォーカスズレや収差のない状態で結像される。つまり、撮像素子６０の撮像面６０ａ上には、撮像光学系としても用いられる結像光学系１０によって、スクリーンＳＣ上の投影画像等が精密に縮小投影される。撮像素子６０によってカバーされる画角又は面積は、投影像を包括する領域からの情報を広く取り込むべく、反射型液晶素子４０によってスクリーンＳＣ上に投影される投影像（又はその表示範囲）の画角又は面積よりも広くなっている。つまり、撮像素子６０に設けた矩形の撮像面６０ａの対角方向の長さは、反射型液晶素子４０に設けた矩形の表示面４０ａの対角方向の長さよりも、所定以上長くなっている。
なお、撮像素子６０と偏光ビームスプリッター３０との間には偏光フィルター６１が配置されている。この偏光フィルター６１は、例えば照明光学系２０からの照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂの一部（偏光の乱れたもの等）が撮像素子６０に入射するといった迷光による画像劣化を防止している。
撮像素子６０は、上述のＣＭＯＳ型のイメージセンサーに限るものでなく、ＣＣＤその他を適用したものであってもよい。

以上で説明した反射型液晶素子４０は、可動型支持部７２ｇに支持された状態で光軸ＳＡ１に垂直な±Ｘ方向と±Ｚ方向とに移動可能になっており、画像の投影範囲又は投影位置の調整が可能になっている。この際、反射型液晶素子４０の変位に連動して対応関係を維持するように、可動型支持部７６ｇ，７８ｇに支持された平行平板５１の姿勢が変化するとともに折返しミラー５２が移動する。
また、撮像素子６０は、可動型支持部７４ｇに支持された状態で光軸ＳＡ１に垂直な±Ｙ方向及び±Ｚ方向に移動可能になっており、画像の撮像範囲又は撮像位置の調整が可能になっている。撮像素子６０の移動方向及び移動量は、反射型液晶素子４０の移動方向及び移動量に関連したものとなっている。
反射型液晶素子４０に付随する可動型支持部７２ｇと、撮像素子６０に付随する可動型支持部７４ｇと、照明光学系２０に付随する光学素子５１，５２及びその可動型支持部７６ｇ，７８ｇとは、後述する調整機構２の一部となっている。

図２を参照して、照明部７１は、図１に示す３つの光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃ等からなる照明光学系２０を一部として含むとともに、これらを駆動する光源駆動回路７１ｂを備える。この光源駆動回路７１ｂにより、制御部７８からの指令に基づいて３つの光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃを周期的に順次点灯させることができる。つまり、照明部７１は、３つの異なる波長帯域の光である赤、緑、及び青の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを制御部７８の制御下で時系列的に出射する。ここで、赤、緑、及び青を一組とする照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂの時系列的な点灯動作、つまり異なる波長帯域の光についての１回ずつの点灯動作を光源の１サイクルと呼び、この１サイクルは、光学系部分１Ａによるカラー画像の投影の１フレームに相当するものとなっている。

画像表示部７２は、図１に示す反射型液晶素子４０のほかに、画像処理部７２ａと、可動型支持部７２ｇとを有する。

画像処理部７２ａは、制御部７８からの指令に基づいて反射型液晶素子４０を適宜動作させるが、その際、制御部７８から受け取った映像信号又は画像信号に対して必要な画像処理を施して反射型液晶素子４０に画像処理後の画像の表示動作を行わせる。画像処理部７２ａは、例えば投影画像について台形歪を補正することができ、投影画像の階調、色バランス等を補正することもできる。なお、画像表示部７２による表示動作は、照明部７１の点灯動作と同期をとったものとなっており、光源の１サイクルを構成する赤、緑、及び青の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂ（つまり光源色）に対応させて、各色の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂに照らされる反射型液晶素子４０の表示状態を赤、緑、及び青に対応するものに順次切り替える。この結果、結像光学系１０を介してスクリーンＳＣ上にカラーの投影像が形成される。
画像表示部７２を構成する可動型支持部７２ｇと、駆動部７９ｂとは、反射型液晶素子４０を２次元的に移動させて位置調整を行うための第１調整部５ａとして機能する。第１調整部５ａは、照明光学系２０に付随する第２調整部５０等とともに調整機構２を構成するが、その詳細は後述する。

撮像部７４は、図１に示す撮像素子６０のほかに、画像処理部７４ａと、可動型支持部７４ｇとを有する。
撮像部７４を構成する可動型支持部７４ｇと、駆動部７９ｂとは、撮像素子６０を２次元的に移動させて位置調整を行うための第３調整部５ｂとして機能する。第３調整部５ｂは、画像表示部７２側の可動型支持部７２ｇ等とともに調整機構２を構成する。

画像処理部７４ａは、制御部７８からの指令に基づいて撮像素子６０を適宜動作させる。画像処理部７４ａは、撮像素子６０によって検出したデジタル画素信号を制御部７８へ出力したり、制御部７８から撮像素子６０を駆動するための電圧や、クロック信号、トリガー信号等の供給を受けたりすることによって、撮像素子６０に検出動作又は撮像動作を行わせている。この際、画像処理部７４ａは、撮像素子６０から受け取った撮像信号に対して必要な画像処理を施して制御部７８に出力する。画像処理部７４ａは、例えば撮影画像について台形歪を補正することができ、撮影画像の階調、色バランス等を補正することもできる。なお、撮像部７４による撮影の露光時間は、スクリーンＳＣの明るさ等の条件に応じて適宜設定されるが、画像表示部７２による表示動作が赤、緑、及び青を順次切り替えるものであることから、これに応じて光源又は表示動作の１サイクルを単位として露光時間が設定される。このように、光源又は表示動作のｎサイクル（ｎは自然数）を露光時間とすることにより、撮影画像のカラーバランスが崩れることを防止できる。

制御部７８は、これに組み込まれたプログラムや不図示の操作部からの指示に基づいて、照明部７１、画像表示部７２、撮像部７４等の動作を管理しており、これらを統括的に動作させることができる。制御部７８は、例えば外部から入力されたビデオ信号その他の画像信号又は画像データに基づいて画像表示部７２に対して駆動信号や画像信号を出力し、反射型液晶素子４０に表示動作を行わせる。また、制御部７８は、撮像部７４から得た撮像信号又は撮像データを記憶部７５に保管したり、対応する表示をディスプレイ７７に行わせたりすることもできる。この際、制御部７８は、撮像部７４から得た撮像信号又は撮像データに基づいてインタラクティブな動作を可能にする。具体的には、制御部７８は、撮像データに基づいてスクリーンＳＣの周辺にいる発表者の手の動きの方位や速度を感知することができ、発表者の手の動きが投影像又は投影画面のページを進ませることを指示するものであれば、投影像又は投影画面のページを進ませるなどのインタラクティブな表示動作を可能にする。その他、制御部７８は、オペレーターの支持を受け付けて、調整機構２の動作を制御する。具体的には、制御部７８は、第１調整部５ａにより反射型液晶素子４０を適宜スライド移動させる。つまり、画像を投射しつつその投射位置を上下左右に連続的又は段階的にシフトさせることができる。この際、調整機構２は、反射型液晶素子４０のスライド移動に対応させて、第２調整部５０の連動機構４により照明光学系２０の射出側において光軸ＳＡ１をシフトさせるとともに、第３調整部５ｂの連動機構３により撮像素子６０をスライド移動させる。

図３（Ａ）及び３（Ｂ）を参照して、反射型液晶素子４０を支持しつつ移動させるための第１調整部５ａ（図２参照）のうち、可動型支持部７２ｇについて説明する。可動型支持部７２ｇは、反射型液晶素子４０等を収納する枠部９０に組み付けられている。枠部９０を構成する枠状の基材９１とこれを上側から覆う蓋部９２とによって形成される空間内には、反射型液晶素子４０を支持する可動部材９３ａのほか、図示を省略するが偏光ビームスプリッター３０等が保持されている。可動部材９３ａは、基材９１に形成された溝９１ｇと蓋部９２に形成された溝９２ｇとに案内されて横のＸ方向に摺動する。可動部材９３ａは、付勢部材９１ｉによって＋Ｘ方向に付勢されつつ、駆動部７９ｂ（図２参照）によって進退動作する押圧部材９４ａとともに−Ｘ方向に移動する。つまり、可動部材９３ａは、押圧部材９４ａによって±Ｘ方向の所望の位置に移動させることができる。
蓋部９２は、駆動部７９ｂ（図２参照）又は手動によって動作する複数の昇降部９５によって上下のＺ方向に変位するので、蓋部９２に吊持された可動部材９３ａも±Ｚ方向に変位する。つまり、可動部材９３ａは、昇降部９５によって±Ｚ方向の所望の位置に移動させることができる。
結果的に、反射型液晶素子４０を支持する可動部材９３ａは、±Ｘ方向及び±Ｚ方向に独立して２次元的に移動可能となっており、反射型液晶素子４０を光軸ＳＡ１に垂直な面内で偏光ビームスプリッター３０や結像光学系１０に対して２次元的に移動させることができる。

反射型液晶素子４０は、可動板９３ｂを介して可動部材９３ａに支持されている。可動板９３ｂの裏面からは可動部材９３ａを貫通して回転軸９３ｄが延びており、回転軸９３ｄの先端にはダイヤル９３ｅが設けられている。ダイヤル９３ｅを回転させることにより、反射型液晶素子４０の回転軸９３ｄの周りの回転姿勢を調整して固定することができる。なお、ダイヤル９３ｅに代えてモーターその他のアクチュエーターを用いることができ、反射型液晶素子４０の回転調整を制御部７８による管理下で電動にて行うことができる。

一方、撮像素子６０を支持しつつ移動させるための第３調整部５ｂ（図２参照）のうち、可動型支持部７４ｇ（図１参照）は、詳細な説明を省略するが、第１調整部５ａの可動型支持部７２ｇと同様の構造を有する。可動型支持部７４ｇにより、撮像素子６０を支持する上記した可動部材９３ａと同様の可動部材（不図示）は、±Ｙ方向及び±Ｚ方向に独立して２次元的に移動可能となっており、撮像素子６０を光軸ＳＡ１に垂直な面内で偏光ビームスプリッター３０や結像光学系１０に対して２次元的に移動させることができる。この際、上記した押圧部材９４ａと同様の押圧部材（不図示）によって反射型液晶素子４０と撮像素子６０とを一括してそれぞれ±Ｘ方向と±Ｙ方向とに同一量だけ移動させることができる。反射型液晶素子４０と撮像素子６０との移動量を一致させるため、機械的な機構を用いる場合、押圧部材９４ａを例えば楔型の部材とするとともに、圧電型その他のアクチュエーターによって反射型液晶素子４０を支持する可動部材９３ａと、撮像素子６０を支持する可動部材（不図示）との間に楔型の押圧部材９４ａを進退させるといった手法が可能である。ここで、楔型の押圧部材９４ａとアクチュエーターとは連動機構３を構成する。一方、昇降部９５によって反射型液晶素子４０と撮像素子６０とを一括して±Ｚ方向に同一量だけ移動させることができる。つまり、反射型液晶素子４０を支持する可動部材９３ａと、撮像素子６０を支持する可動部材（不図示）とは、蓋部９２に吊持されており、蓋部９２とともに±Ｚ方向に同一量だけ移動する。

図４（Ａ）及び４（Ｂ）を参照して、照明光学系２０の射出側において光軸ＳＡ１をシフトさせる第２調整部５０について説明する。第２調整部５０は、平行平板５１と、これを回転可能に支持する回転機構である可動型支持部７６ｇと、折返しミラー５２と、これをスライド移動可能に支持する移動機構である可動型支持部７８ｇとを備える。

可動型支持部７６ｇは、平行平板５１を挟むように設けた一対の支柱９６ａを有し、これら支柱９６ａの上端に設けた軸受部９６ｂによって平行平板５１を回転軸ＡＸのまわりに回転可能に支持する。回転軸ＡＸは、平行平板５１の上下の中央を貫通してＸ方向に延びており、平行平板５１の上部は、付勢部材９６ｕと押圧部材９６ｄとに挟まれている。ここで、押圧部材９６ｄは、図３（Ａ）に示す第１調整部５ａの可動部材９３ａに連結された不図示のリンク機構から延びており、連動機構４を構成する。平行平板５１は、押圧部材９６ｄの±Ｙ方向の変位に伴って回転し、そのＸ方向から見た傾き姿勢、つまり光軸ＡＳ０に対する傾き角θが変化する。可動型支持部７６ｇによって、平行平板５１の光軸ＡＳ０に対する傾きθを変化させることにより、平行平板５１の射出側において、光軸ＳＡ１を元の光軸ＡＳ０に対してＺ方向に関してシフト量δ１だけ移動させることができる。
ここで、第２調整部５０による光軸ＳＡ１のＺ方向に関するシフト量δ１は、第１調整部５ａによる反射型液晶素子４０のＺ方向の移動量と略一致している。シフト量δ１を適切にするため、押圧部材９６ｄと可動部材９３ａとの間のリンク機構が適宜調整される。なお、このようなリンク機構に代えて第２調整部５０用に独自のアクチュエーターを設けて押圧部材９６ｄを直接的に動作させることができる。この場合、押圧部材９６ｄによる光軸ＳＡ１のシフト量δ１を、駆動部７９ｂによる可動部材９３ａ又は反射型液晶素子４０のＺ方向の移動量と一致させるべく、第２調整部５０用のアクチュエーターの駆動量を調整する必要がある。

図５は、平行平板５１の傾き角θと光軸ＳＡ１のシフト量δ１との関係を説明する図である。平行平板５１の傾き角θは、照明光Ｋの入射角φ１に対応し、平行平板５１の屈折率ｎが分かれば屈折角φ２も分かる。さらに、平行平板５１の厚みをｔとすると、平行平板５１の傾き角θの関数として、屈折率ｎや厚みｔから、元の光軸ＡＳ０に対する光軸ＳＡ１のシフト量δ１が分かる。以下の表１は、光軸ＳＡ１のシフト量δ１の試算値を示す。
〔表１〕

なお、具体的な作製例では、透過効率を考慮して平行平板５１の傾き角θが４５°以下の範囲で動作するように調整した。

図４（Ａ）等に戻って、可動型支持部７８ｇは、折返しミラー５２の下端を支持する支持台９８ａを有し、この支持台９８ａに設けたスライド機構９８ｂによって折返しミラー５２を±Ｙ方向に沿ってスライド移動可能に支持する。折返しミラー５２の下部は、付勢部材９８ｕと押圧部材９８ｄとに挟まれている。ここで、押圧部材９８ｄは、図３（Ａ）に示す第１調整部５ａの可動部材９３ａに連結された不図示のリンク機構から延びており、連動機構４を構成する。折返しミラー５２は、押圧部材９８ｄの±Ｙ方向の変位に伴ってスライド移動する。つまり、折返しミラー５２は、押圧部材９８ｄの変位に応じて反射面５２ａの法線方向（成分として）に移動し、折返しミラー５２の射出側において、光軸ＳＡ１を元の光軸ＡＳ０に対してＹ方向に関してシフト量δ２だけ移動させることができる。
ここで、第２調整部５０による光軸ＳＡ１のＹ方向に関するシフト量δ２は、第１調整部５ａによる反射型液晶素子４０のＸ方向の移動量と略一致している。シフト量δ２を適切にするため、押圧部材９８ｄと可動型支持部７２ｇとの間のリンク機構が適宜調整される。なお、このようなリンク機構に代えて第２調整部５０用に独自のアクチュエーターを設けて押圧部材９８ｄを直接的に動作させることができる。この場合、押圧部材９８ｄによる光軸ＳＡ１のシフト量δ２を、駆動部７９ｂによる反射型液晶素子４０のＸ方向の移動量と一致させるべく、第２調整部５０用のアクチュエーターの駆動量を調整する必要がある。

図６（Ａ）は、反射型液晶素子４０の表示面４０ａに対応する投影範囲と撮像素子６０の撮像面６０ａに対応する撮像範囲との関係を説明する概念図である。不図示のスクリーン上において、撮像素子６０による撮像範囲又は撮像位置ＡＲ２は、反射型液晶素子４０による投影範囲又は投影位置ＡＲ１よりも広くなっており、撮像素子６０によって投影像だけでなくその周辺の付加画像を撮影することができる。具体的には、反射型液晶素子４０のサイズが０．６５インチの場合、撮像素子６０のサイズは、２／３型以上とする。
図示の例では、投影位置ＡＲ１の中心ＣＴ１と撮像位置ＡＲ２の中心ＣＴ２とが一致し、結像光学系１０の光軸ＳＡから両中心ＣＴ１，ＣＴ２までのシフト量ｄ１，ｄ２は互いに等しくなっている。さらに、調整機構２の連動機構３によって、反射型液晶素子４０による投影位置ＡＲ１と撮像素子６０による撮像位置ＡＲ２とを例えば縦位置に関して連動させることができる。具体的には、反射型液晶素子４０の±Ｘ方向のスライド移動によって投影位置ＡＲ１を上下の±Ｘ方向に適当な範囲で移動させることができ、この場合、投影位置ＡＲ１のＸ方向の移動量ＤＰ１と撮像位置ＡＲ２のＸ方向の移動量ＤＰ２とを一致させることができる。つまり、連動による移動後の投影位置ＡＲ１及び撮像位置ＡＲ２のシフト量ｄ１'，ｄ２'も互いに等しくなっている。
なお、詳細な説明を省略するが、昇降部９５を介して蓋部９２を昇降させることで、反射型液晶素子４０と撮像素子６０とをＺ方向（すなわち横位置）の移動量に関して連動させ移動量を一致させることができる。つまり、反射型液晶素子４０による投影位置ＡＲ１を撮像素子６０による撮像位置ＡＲ２がカバーする状態を保ちつつ、投影位置ＡＲ１と撮像位置ＡＲ２とをスクリーンＳＣ上でＸ軸又はＺ軸に沿って２次元的に移動させることができる。
具体的な作製例では、反射型液晶素子４０の移動量と、撮像素子６０の移動量とが、１ステップ当たり０．１ｍｍで等しいとした。投影倍率を１００倍とすると、１ステップ０．１ｍｍの移動は、画面の移動量に換算して１０ｍｍとなり、微調整の幅としては適当といえる。また、反射型液晶素子４０の移動量の最大値と、撮像素子６０の移動量の最大値とをそれぞれ２ｍｍ（±１ｍｍ）以下とした。この場合、画面の移動量に相当する投影位置ＡＲ１や撮像位置ＡＲ２の変動幅は、２００ｍｍ以下となり、十分な調整量と言える。また、反射型液晶素子４０等の移動量を２ｍｍ以下とすることで光学系の大型化も避けられる。

図６（Ｂ）は、反射型液晶素子４０の表示面４０ａと、この位置における照明光Ｋの照明領域との関係を説明する概念図である。調整機構２の連動機構４を設けていることにより、実線で示す表示面４０ａに対しては、第２調整部５０が動作して一点鎖線で示す照明領域ＩＡ１が対応しており、破線で示す表示面４０ａに対しては、第２調整部５０が動作して二点鎖線で示す照明領域ＩＡ２が対応している。図からも明らかなように、移動の前後において表示面４０ａの中心と照明領域ＩＡ１，ＩＡ２の中心とが略一致した状態が維持されている。つまり、反射型液晶素子４０の表示面４０ａは、反射型液晶素子４０が±Ｘ方向に移動しても全照明光Ｋによって斑なく照明されている。なお、以上は、図面上下のＸ方向に関しての説明であったが、図面左右のＺ方向に関しても同様であり、反射型液晶素子４０の表示面４０ａは、反射型液晶素子４０がＸ方向又はＺ方向に２次元的に移動しても全照明光Ｋによって斑なく照明される。

本実施形態の画像投影装置１００では、第２調整部５０が反射型液晶素子（画像表示素子）４０の移動に対応させて照明光学系２０の光軸ＳＡ１をシフトさせるので、第１調整部５ａによって反射型液晶素子４０を移動させても、反射型液晶素子４０での照明位置又は領域のずれが生じることを防止でき、光利用効率の低下を抑えることができる。具体的には、照明領域ＩＡ１，ＩＡ２の拡大による照明効率の低下を抑えつつ、輝度斑その他の画像劣化を防止できる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の画像投影装置について説明する。なお、第２実施形態の画像投影装置は第１実施形態の画像投影装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

図７は、第２実施形態の画像投影装置に組み込んだ第２調整部５０を説明する図である。この場合、第２調整部５０は、折返しミラー５２と、これをスライド移動可能に支持する可動型支持部７８ｇと、平行平板５３と、これを回転可能に支持する回転機構である可動型支持部１７６ｇとを備える。折返しミラー５２及び可動型支持部７８ｇの機能は、第１実施形態の場合と同様である。平行平板５３及び可動型支持部１７６ｇの構造及び機能は、第１実施形態の平行平板５３及び可動型支持部７６ｇと略同様である。すなわち、可動型支持部７６ｇは、平行平板５１をＹ方向に延びる回転軸ＡＸのまわりに回転可能に支持する。平行平板５３は、不図示の押圧部材の変位に伴って回転し、光軸に対する傾き角が変化する。可動型支持部１７６ｇによって、平行平板５３の傾き角θを変化させることにより、平行平板５３の射出側において、光軸ＳＡ１を元の光軸ＡＳ０に対してＺ方向に関して所望量だけ移動させることができる。平行平板５３の回転は、反射型液晶素子４０のＺ方向の移動に対応したものとなっており、照明位置又は領域のずれが生じることを防止している。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態の画像投影装置について説明する。なお、第３実施形態の画像投影装置は第１又は第２実施形態の画像投影装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態等と同様である。

図８は、第３実施形態の画像投影装置に組み込んだ第２調整部５０を説明する図である。この場合、第２調整部５０は、第１の平行平板５１と、これを回転可能に支持する可動型支持部７６ｇと、折返しミラー５２と、第２の平行平板５３と、これを回転可能に支持する回転機構である可動型支持部２７６ｇとを備える。第１の平行平板５１及び可動型支持部７６ｇの機能は、第１実施形態の場合と同様である。折返しミラー５２は、本実施形態の場合、移動しない。第２の平行平板５３及び可動型支持部２７６ｇの機能は、第１実施形態の折返しミラー５２及び可動型支持部７８ｇと類似するが、具体的な手法が異なる。すなわち、可動型支持部２７６ｇは、図４（Ａ）等に示す可動型支持部７６ｇと類似する構造を有し、平行平板５１をＺ方向に延びる回転軸ＡＸのまわりに回転可能に支持する。平行平板５３は、不図示の押圧部材の変位に伴って回転し、光軸に対する傾き角が変化する。可動型支持部２７６ｇによって、平行平板５３の傾き角θ'を変化させることにより、平行平板５３の射出側において、光軸ＳＡ１を元の光軸ＡＳ０に対してＹ方向に関して所望量だけ移動させることができる。平行平板５３の回転は、反射型液晶素子４０のＸ方向の移動に対応したものとなっており、照明位置又は領域のずれが生じることを防止している。

以上、実施形態に係る光源装置等について説明したが、本発明に係る光源装置等は、上記のものには限られない。例えば、上記実施形態では、反射型液晶素子４０等の移動量と、第２調整部５０による光軸ＳＡ１のシフト量を略一致させることが前提となっているが、正確な一致は不要であり、特に照明領域ＩＡ１が表示面４０ａよりも所定のマージンで広ければ、例えば反射型液晶素子４０の移動量を連続的として光軸ＳＡ１のシフトをステップ変化させることもできる。

また、上記実施形態では、反射型液晶素子４０の例えばＸ方向の移動量と、第２可動部材９３ａに支持された撮像素子６０のＹ方向の移動量とを正確に一致させているが、両移動量に差を設けることもできる。すなわち、反射型液晶素子４０の移動量を連続的として撮像素子６０の移動量をステップ変化させることもできる。

上記第１実施形態では、平行平板５１と折返しミラー５２とによって光軸ＳＡ１を２軸でシフトさせたが、平行平板５１又は折返しミラー５２の一方のみを回転又は移動させる１軸のシフトに制限することもできる。

撮像素子６０による撮像位置ＡＲ２は、反射型液晶素子４０による投影位置ＡＲ１よりも広くなっているが、撮像位置ＡＲ２の輪郭形状は、投影位置ＡＲ１の輪郭形状と相似的なものに限らず様々な形状とできる。

例えば、偏光ビームスプリッター３０と撮像素子６０との間にはレンズを配置することができる。この場合、撮像素子６０の撮像面６０ａ上での像のサイズが反射型液晶素子４０の表示面４０ａ上に形成される像のサイズと若干異なるが、この場合、撮像面６０ａのサイズを調整して投影像や周辺の付加画像を漏れなく撮影できるようにする。

また、撮像素子６０を光軸ＳＡに沿って単独で移動させることもできる。この場合、投影像のフォーカス状態を変化させることなく、撮像素子６０によって検出される被写体像のフォーカス状態を変化させることができる。

以上では、画像投影装置１００のスローレシオについて説明していないが、画像投影装置１００のスローレシオＴｒは、１．０以下であることを前提としている。例えばスローレシオＴｒが０．２の場合、投影距離２０ｍｍであっても、画面高さの変動が約５６ｍｍとなって、反射型液晶素子（画像表示素子）４０を結像光学系１０に対して移動させて投影位置ＡＲ１を簡易に変更する使用形態が必須的になる。

また、以上では、照明光学系２０を３つの色の異なる光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃで構成したが、照明光学系２０を白色光源から構成することもできる。この場合、３つの色に切り替え可能なカラーフィルターを設け、カラーフィルターの切り替えに対応して反射型液晶素子４０で各色の画像表示を切り換えることになる。

また、照明光学系２０は、励起光源で蛍光体を照明して蛍光を得るようなものであってもよい。すなわち、例えば励起光源からの励起光を受けて赤色の光を発光する蛍光体、緑色の光を発光する蛍光体、青色の光を発光する蛍光体を環状に形成した蛍光体ホイールを用いることができる。

１Ａ…光学系部分、 １Ｂ…駆動部分、 ２…調整機構、 ３，４…連動機構、 ５ａ…調整部、 ５ｂ…調整部、 １０…結像光学系、 ２０…照明光学系、 ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…光源、 ３０…偏光ビームスプリッター、 ４０…反射型液晶素子、 ４０ａ…表示面、 ５０…調整部、 ５１，５３…平行平板、 ５２…折返しミラー、 ６０…撮像素子、 ６０ａ…撮像面、 ７１…照明部、 ７２…画像表示部、 ７２ｇ，７４ｇ，７６ｇ，７８ｇ…可動型支持部、 ７４…撮像部、 ７８…制御部、 ７９ｂ…駆動部、 ９３ａ…可動部材、 ９３ｂ…可動板、 ９４ａ…押圧部材、 ９５…昇降部、 ９６ｄ…押圧部材、 ９６ｕ…付勢部材、 ９８ｂ…スライド機構、 ９８ｄ…押圧部材、 ９８ｕ…付勢部材、 １００…画像投影装置、 １７６ｇ，２７６ｇ…可動型支持部、 ＡＲ１…投影位置、 ＡＲ２…撮像位置、 ＡＳ０…光軸、 ＡＸ…回転軸、 ＩＡ１，ＩＡ２…照明領域、 Ｋ…照明光、 Ｋ１…投影光、 Ｋ２…被写体光、 ＳＡ，ＳＡ１…光軸

Claims (9)

1. 照明光を射出する照明部と、
   照明光を受けて投影光を形成する画像表示素子と、
   投影光を対象に投影する結像光学系と、
   前記結像光学系に対して前記画像表示素子を移動させることにより投影位置を調整する第１調整部と、
   前記画像表示素子の移動に対応させて照明部の光軸をシフトさせる第２調整部と、を備えることを特徴とする画像投影装置。
2. 前記画像表示素子は、照明光を反射することによって投影光を形成する反射型の表示素子であることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記結像光学系を介して対象からの被写体光を受ける撮像素子と、照明光を前記画像表示素子に導くとともに、投影光を前記結像光学系に導き、被写体光を前記撮像素子に導く偏光ビームスプリッターと、前記画像表示素子の移動に対応させて前記撮像素子を移動させる第３調整部とを備えることを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載の画像投影装置。
4. 前記第１調整部は、前記画像表示素子を光軸に垂直な方向に移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像投影装置。
5. 前記第３調整部は、前記撮像素子を光軸に垂直な方向に移動させることを特徴とする請求項３に記載の画像投影装置。
6. 前記第２調整部は、光軸に略垂直な状態に配置可能な平行平板と、当該平行平板を光軸を横切る回転軸のまわりに回転させる回転機構とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像投影装置。
7. 前記第２調整部は、光軸に対して傾斜した状態で配置される折返しミラーと、当該折返しミラーを反射面の法線方向に移動させる移動機構とを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像投影装置。
8. 前記第２調整部は、前記第１調整部の動作と連動する連動機構を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像投影装置。
9. 前記第３調整部は、前記第１調整部の動作と連動する連動機構を含むことを特徴とする請求項３及び５のいずれか一項に記載の画像投影装置。

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