JP3266854B2 - 反射型画像投影装置 - Google Patents

反射型画像投影装置

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JP3266854B2 JP13874198A JP13874198A JP3266854B2 JP 3266854 B2 JP3266854 B2 JP 3266854B2 JP 13874198 A JP13874198 A JP 13874198A JP 13874198 A JP13874198 A JP 13874198A JP 3266854 B2 JP3266854 B2 JP 3266854B2
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    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14Details
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B5/00Adjustment of optical system relative to image or object surface other than for focusing

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】この発明は、投影画像をスク
リーンに対して平行な方向にシフト可能な液晶プロジェ
クター等の画像投影装置に関し、特に、反射型の画像変
調素子を用いた反射型画像投影装置に関する。

【0002】

【従来の技術】特開平5−27324号公報には、投影
画像をスクリーンに対して平行な方向にシフト可能な液
晶プロジェクターが開示される。ここに開示される液晶
プロジェクターは、光源からの平行光束を透過型の液晶
表示パネルに入射させて変調し、透過光を集光レンズお
よび投影レンズを介してスクリーン上に投影するよう構
成されている。

【0003】集光レンズおよび投影レンズは、一体とし
て光軸と直交する一次元方向に平行移動できるようレン
ズ移動機構に組み付けられており、これらのレンズの移
動調整により本体を移動させずに、かつ、画像を歪ませ
ずにその投影範囲をスクリーンに対して平行な方向にシ
フトさせるようにしている。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の液晶プロジェクターに用いられている透過型の
液晶表示パネルでは、集積度が高まるにしたがい、光が
透過する部分の面積に対して駆動回路等を設ける不透過
部分の面積の比率が大きくなるため、同一サイズの変調
素子を用いて解像度を高めようとすると、光の利用効率
が低下するという問題がある。

【0005】光の利用効率を低下させずに解像度を高め
るためには、反射型の変調素子、例えば反射型の液晶表
示パネルや、独立して角度制御可能な微小ミラーが多数
二次元配置して構成されるディジタルマイクロミラーデ
バイス(DMD、日本テキサスインスツルメンツ(株)の
商標)等を利用すればよい。反射型の変調素子では、駆
動回路等を裏面に配置できるため、表面上では反射部分
の比率を高く保つことができるからである。

【0006】ただし、反射型の変調素子を用いる場合に
は、原則として変調素子に対して斜め方向から照明光を
入射させ、光源とは異なる方向に反射された光を投影レ
ンズに入射させる配置が採用される。このため、上記公
報に開示されるような機構で投影レンズを移動させるの
みでは、反射光が投影レンズに対して効率よく取り込ま
れず、投影される画像の輝度が低下し、あるいは画像の
一部が欠落するといった問題が生じる。

【0007】この発明は、上述した従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、画像を歪ませずにその投影
範囲をシフトさせることを前提とし、反射型の変調素子
を用いた場合にも、投影される画像の輝度を低下させず
に投影範囲をスクリーンに対して平行移動させることが
できる反射型画像投影装置を提供することを課題(目的)
とする。

【0008】

【課題を解決するための手段】この発明に係る反射型画
像投影装置は、照明光を発する光源と、光源からの照
明光を画像に応じて変調して反射させる反射型変調素子
と、前記反射型変調素子により反射された光をスクリー
ン上に投影する投影レンズと、前記光源から発して発散
光又は収束光として前記反射型変調素子へ向かう前記
明光および前記反射型変調素子からの反射光が入射する
位置に配置され、前記反射型変調素子からの反射を前記
投影レンズの前記反射型変調素子側の瞳に向けるコンデ
ンサレンズと、前記投影レンズを当該投影レンズの光軸
と直交する方向にシフト可能に支持する第1の支持手段
と、前記コンデンサレンズを前記第1の支持手段による
前記投影レンズのシフト方向と平行な方向にシフト可能
に支持する第2の支持手段と、前記コンデンサレンズの
シフト量をδ1、前記投影レンズのシフト量をδ2とし
て、前記光源から発して前記コンデンサレンズに入射す
る照明光が発散光である場合にはδ2>δ1、前記光源
から発して前記コンデンサレンズに入射する照明光が収
束光である場合にはδ2<δ1の関係を満たすように前
記第1の支持手段による前記投影レンズのシフトと前記
第2の支持手段による前記コンデンサレンズのシフトと
をリンクさせるリンク手段とを備えることを特徴とす
る。上記の構成によれば、第1の支持手段により投影レ
ンズをシフトさせることにより投影範囲をシフトさせる
ことができ、リンク手段が、第2の支持手段により支持
されるコンデンサレンズを投影レンズのシフトに応じて
適宜シフトさせることにより、投影レンズに対して反射
型変調素子からの反射光を効率よく入射させることが可
能となる。

【0009】また、第1、第2の支持手段による各レン
ズのシフトを連動させるためには、反射型変調素子から
の反射光が投影レンズの反射型変調素子側の瞳に効率よ
く取り込まれるように、投影レンズのシフトとコンデン
サレンズのシフトとをリンクさせ、一方の支持手段によ
る一方のレンズのシフトに応じて他方の支持手段によっ
て他方のレンズをシフトさせるリンク手段を備えること
が望ましい。

【0010】リンク手段としては、第1、第2の支持手
段を機械的に連動させる機構であってもよいし、コンピ
ュータのソフトウェアにより作動する制御回路として実
現されてもよい。第1、第2の支持手段としては、各レ
ンズを少なくとも一次元方向にシフト可能に保持するテ
ーブル機構と、テーブル機構を少なくとも一次元方向に
駆動する駆動手段とを備えることが望ましい。この場
合、リンク手段は、各駆動機構の駆動を制御する制御手
段に含まれる。また、各テーブル機構は、各レンズを二
次元方向にシフト可能に構成されてもよい。この場合、
駆動手段は、二次元方向にテーブル機構を駆動可能に構
成される。

【0011】リンク手段は、コンデンサレンズの倍率を
M、コンデンサレンズのシフト量をδ1、投影レンズの
シフト量をδ2として、 δ2=(1−M)δ1 の関係を満たすように各シフト機構を制御することがで
きる。例えば等倍のコンデンサレンズを利用する場合に
は、M=−1となり、投影レンズのシフト量δ2はコン
デンサレンズのシフト量δ1の2倍となる。両レンズの
シフト量は、コンデンサレンズに入射する照明光の発散
・収束の別により、その大小関係が逆転する。すなわ
ち、コンデンサレンズに入射する照明光が発散光である
場合には、コンデンサレンズの倍率Mが負の値となり、
δ2>δ1となるが、照明光が収束光として入射する場合
には、コンデンサレンズの倍率Mが正の値となり、δ2
<δ1となる。なお、投影される画像のサイズを調整可
能とするためには、投影レンズとして、反射型変調素子
側の瞳位置をほぼ変化させずに投影倍率を変化させるこ
とが可能なズームレンズを用いることが望ましい。

【0012】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる反射型画
像投影装置の実施形態を説明する。図1および図2は、
実施形態にかかる反射型画像投影装置を示し、図1が全
体構成を示す概略図、図2がシフト機構の一例を示す平
面図である。

【0013】図1に示されるように、実施形態の反射型
画像投影装置1の光学系は、照明光を発する光源部2
と、光源部2からの照明光を画像に応じて変調して反射
させる反射型変調素子3と、反射型変調素子3の手前に
配置されたコンデンサレンズ4と、反射型変調素子3に
より反射された光をスクリーン5上に投影する投影レン
ズ6とを備えている。

【0014】光源部2は、反射型変調素子3に対して光
を斜め方向から入射させるようその光軸が反射型変調素
子3に対して傾いて配置されている。これに対してコン
デンサレンズ4と投影レンズ6とは、いずれも光軸が反
射型変調素子3に対してほぼ垂直となるよう配置されて
いる。以下の説明では、コンデンサレンズ4と投影レン
ズ6との光軸を含む図1の紙面内でこれらの光軸と直交
する方向を上下方向、図1の紙面と垂直で光軸と直交す
る方向を左右方向と定義する。

【0015】光源部2は、キセノンランプ、ハロゲンラ
ンプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀灯等の高輝度
ランプ2aと、高輝度ランプ2aからの無指向性の光を
ほぼ平行光として反射型変調素子3側に向けるリフレク
タ2bと、この平行光を収束させて反射型変調素子3の
手前で二次光源を形成する光源用コンデンサレンズ2c
とを備えている。

【0016】反射型変調素子3は、反射型の液晶表示パ
ネルや、前述したディジタルマイクロミラーデバイス等
を用いることが可能であるが、この例では反射型の液晶
パネルを用いるものとする。反射型の液晶表示パネルで
は、駆動回路等は裏面に配置すれば足りるため、集積度
が高くなったとしても、光を反射させる部分の面積比率
を低下させる必要がなく、従来の透過型の液晶表示パネ
ルを用いる場合と比較して、同一サイズ、同一解像度で
あれば、光の利用効率を高めることができる。

【0017】コンデンサレンズ4は、光源部2から発し
て反射型変調素子3に入射する光と、反射型変調素子3
で反射されて投影レンズ6に入射する光とが透過する位
置に配置された正レンズである。そして、投影レンズ6
は、実際には複数のレンズ群から構成されるズームレン
ズであり、レンズ群間の距離を変化させることにより投
影倍率を変化させることができる。ここでは、投影レン
ズ6の反射型変調素子3側の瞳位置の変化を小さく抑え
るため、レンズ群の移動による絞り位置の変化が少ない
タイプのレンズが用いられている。

【0018】上記の構成によると、高輝度ランプ2aか
ら発した光はリフレクタ2bにより反射され、光源用コ
ンデンサレンズ2cを介して収束され、コンデンサレン
ズ4の手前で二次光源の像を形成する。ここから発散光
としてコンデンサレンズ4に入射した照明光は、コンデ
ンサレンズ4のパワーによりほぼ平行光に近い状態とさ
れて反射型変調素子3に入射する。そして、反射型変調
素子3で変調・反射された光は、再びコンデンサレンズ
4を透過して収束光となり、投影レンズ6を介してスク
リーン5上に画像を形成する。

【0019】実施形態の装置1は、スクリーン5に投影
される画像を歪めることなく、その投影範囲をスクリー
ン5に対して二次元方向に平行移動させるため、投影レ
ンズ6を当該投影レンズ6の光軸と直交する方向にシフ
トさせる第1の支持機構10を備え、投影レンズ6のシ
フトに合わせて反射光の方向を変更するため、コンデン
サレンズ4を当該コンデンサレンズ4の光軸と直交する
方向にシフトさせる第2の支持機構20を備える。投影
範囲をシフトさせるためには、投影レンズ6を光軸に直
交する面内で平行移動させればよいが、投影レンズ6の
みを移動させると、反射型変調素子3からの反射光を投
影レンズ6に対して有効に入射させることができない。
そこで、投影レンズ6のシフトに対応させて、移動後の
投影レンズ6の瞳に反射光が効率よく入射するようコン
デンサレンズ4をシフトさせることとしている。

【0020】両支持機構10,20は、モータ等の駆動
機構を備えた電気的に制御可能な機構であり、使用者が
操作する範囲シフトスイッチ30からの指令を受けた制
御回路(コンピュータ)40により制御される。範囲シフ
トスイッチ30には、上下左右に対応して4つのボタン
31〜34が設けられており、これらの一つを押すこと
により、押されたボタンの方向に応じてスクリーン5上
の画像の投影範囲をシフトさせるように第1、第2の支
持機構10,20を制御して投影レンズ6、コンデンサ
レンズ4をシフトさせる。すなわち、制御回路40は、
第1の支持機構10による投影レンズ6のシフト量に応
じてコンデンサレンズ4のシフト量を定め、第2の支持
機構20を作動させるリンク手段としての機能を備えて
いる。

【0021】投影レンズ6のシフト量とコンデンサレン
ズ4のシフト量との関係は、コンデンサレンズ4の倍率
により変化する。ここでコンデンサレンズ4の倍率を
M、コンデンサレンズ4のシフト量をδ1、投影レンズ
6のシフト量をδ2とすると、制御回路40は、 δ2=(1−M)δ1 の関係を満たすように各支持機構10,20を制御すれ
ばよい。例えば等倍のコンデンサレンズ4を利用する場
合には、M=−1となり、投影レンズ6のシフト量δ2
はコンデンサレンズ4のシフト量δ1の2倍となる。

【0022】第1の支持機構10は、具体的には、例え
ば図2に示されるように、投影レンズ6を二次元方向に
シフト可能に保持するテーブル機構11と、テーブル機
構11を二次元方向に駆動する駆動手段としてのモータ
12,13とを備える。テーブル機構11は、サイズの
異なる3つの矩形の第1、第2、第3の枠体14,1
5,16を備え、最も小さい第1の枠体14は第2の枠
体15の内部で図2中上下方向に移動可能であり、第2
の枠体15は最も大きい第3の枠体16の内部で図2中
左右方向に移動可能である。

【0023】投影レンズ6は、最も小さい第1の枠体1
4に固定され、最も大きい第3の枠体16は装置に固定
されている。第1の枠体14には、図中左右の辺の外側
に2つづつガイド部材14aが取り付けられている。ま
た、第2の枠体15の内側には、上下方向に沿って2本
のシャフト15aが架設されている。第1の枠体14
は、ガイド部材14aにシャフト15aを貫通させた状
態で支持されている。シャフト15aのうちの一方(図
中左側)にはネジ山が形成されており、これを貫通させ
るガイド部材14aには、このネジ山に螺合するネジ山
が形成されている。モータ12は、このネジ山が形成さ
れたシャフトを回転させることにより、第2の枠体15
に対して第1の枠体14を上下方向に平行移動させる。

【0024】第2の枠体15の図2中上下の辺の外側に
も、ガイド部材15bが取り付けられており、第3の枠
体16にはこれらを貫通するシャフト16aが架設され
ている。ここでも同様にシャフトのうちの一方にネジ山
が形成され、これがモータ13により回転駆動されるこ
とにより、第3の枠体16に対して第2の枠体15を左
右方向に平行移動させる。

【0025】コンデンサレンズ4をシフトさせる第2の
支持機構20も、図2に示した第1の支持機構10と同
様に構成されている。上記の構成によれば、範囲シフト
スイッチ30の各ボタン31〜34を押す毎に、第1、
第2の支持機構10,20が駆動されて投影レンズ6と
コンデンサレンズ4とをシフトさせ、スクリーン5上に
投影される画像を歪ませずに、その投影範囲を上下、左
右にシフトさせることができる。また、投影範囲のサイ
ズがスクリーン5のサイズに適合しない場合には、投影
レンズ6をズームさせて投影倍率を変化させ、サイズが
適合するよう調整することができる。

【0026】したがって、スクリーン5の位置が固定さ
れ、かつ、その正面に投影装置1を配置できないような
場合にも、投影範囲を任意にシフトさせてスクリーン5
上に画像を投影することができる。また、スクリーン5
と装置との距離が自由に設定できない場合でも、その距
離に応じて投影レンズ6の倍率を変更することにより、
スクリーン5のサイズに適合した範囲に画像を投影する
ことができる。

【0027】次に、第1、第2の支持機構により投影レ
ンズ6とコンデンサレンズ4とをシフトさせた場合の投
影範囲のシフトにつき、図3および図4に基づいて説明
する。図3は投影範囲の上下方向のシフトを示す光学系
の説明図、図4は投影範囲の左右方向のシフトを示す光
学系の説明図である。

【0028】投影レンズ6およびコンデンサレンズ4が
図3に実線で示した上下方向の基準位置に配置される場
合、光源部2側から入射した光は反射型変調素子3で反
射され、図中実線で示した経路でスクリーン5上の範囲
R1に画像を形成する。これに対して投影範囲を上側に
シフトさせるよう範囲シフトスイッチ30の上ボタン3
1を一定回数押すと、例えば投影レンズ6が図中破線で
示した位置まで上にシフトする。そして、この投影レン
ズ6のシフトと同時に、コンデンサレンズ4もそれに対
応して上側にシフトし、反射光が投影レンズ6に対して
効率よく入射するよう図中破線で示す位置に達する。こ
の状態では、反射型変調素子3で反射された光は図中破
線で示した経路でスクリーン5に達し、範囲R1より上
側にシフトした範囲R2に画像を形成する。

【0029】上記の上下方向の調整原理は、図4に示す
左右方向の調整についても共通である。図4は、図3の
光学系を上から見た平面図であり、図中の上方向が右、
下方向が左に相当する。左右方向については、投影レン
ズ6およびコンデンサレンズ4が図4に実線で示す基準
位置にある場合、光源部2の光軸と投影レンズ6、コン
デンサレンズ4の光軸が図4の紙面内で一致し、スクリ
ーン5上の画像はこれらの光軸との交点を中心とした対
称の範囲R3内に投影される。この状態から範囲シフト
スイッチ30の右ボタン33を一定回数押すと、例えば
投影レンズ6およびコンデンサレンズ4が図中破線で示
した位置まで右にシフトし、画像は、範囲R3より右側
にシフトした範囲R4に投影される。

【0030】なお、この例では、支持機構10,20が
各レンズを上下、左右の二次元方向にシフト可能として
おり、これにより投影範囲を上下、左右の二次元方向に
おいて移動可能としている。ただし、必ずしも二次元方
向にシフトさせる必要はなく、上下方向のみ、あるいは
左右方向のみシフトさせる構成としてもよい。また、支
持手段としては、上記のように電気的に制御可能な構成
のみでなく、使用者が手動で操作できる機構としてもよ
い。特に、シフト方向が一次元方向である場合には、両
支持手段を棒状のリンク部材で連結することにより、機
械的な構成でリンク手段を構成することもできる。さら
に、フォーカシング、ズーミングにより投影レンズ6の
反射型変調素子3側の瞳位置が光軸方向に移動する場合
には、その移動量に対応させ、反射光が瞳に入射するよ
うにコンデンサレンズ4のシフトとは独立して投影レン
ズ6の上下方向のシフト量を変化させるようにしてもよ
い。

【0031】

【発明の効果】以上説明したように、請求項1の構成に
よれば、反射型の変調素子の近傍にコンデンサレンズを
配置し、このコンデンサレンズを投影レンズのシフト量
に応じてシフトさせることにより、変調素子からの反射
光の方向を適宜変化させることができ、投影レンズのシ
フトにより画像の投影範囲を移動させた際にも、変調素
子からの反射光を投影レンズを対して効率よく入射させ
ることができる。したがって、投影される画像の輝度を
低下させず、あるいは画像の欠落を生じることなく、画
像を歪ませずにその投影範囲を任意に定めることができ
る。

【0032】また、請求項2の構成によれば、投影レン
ズをシフトさせる第1の支持手段と、コンデンサレンズ
をシフトさせる第2の支持手段とをリンク手段によりリ
ンクさせることにより、2つの支持手段をまとめて操作
することができ、これらを独立して操作するよりも調整
が容易である。請求項3の構成によれば、投影レンズお
よびコンデンサレンズを支持する各テーブル機構を駆動
手段により駆動することにより、各レンズの位置を手動
ではなく自動的に調整できる。また、駆動手段は、リン
ク手段を含む制御手段により制御されるため、各駆動手
段の駆動量を独立して設定する必要がなく、操作が容易
である。

【0033】請求項4の構成によれば、各レンズを光軸
に垂直な面内で二次元的にシフトさせることができるた
め、投影される画像の範囲を例えば上下方向のみでな
く、左右方向にも移動させることができる。請求項5の
構成によれば、コンデンサレンズの倍率に応じて両レン
ズのシフト量を簡単に関係づけることができ、かつ、変
調素子からの反射光を投影レンズに対して効率よく入射
させることができる。請求項6の構成によれば、装置と
スクリーンとの距離を変化させずに投影範囲のサイズを
調整することができ、装置の設置位置が任意に選択でき
ない場合にも、投影サイズを調整してスクリーンのサイ
ズに合わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】 この発明の実施形態にかかる反射型画像投影
装置の全体構成を示す概略図。

【図2】 図1の装置の支持機構の一例を示す平面図。

【図3】 図1の装置における投影範囲の上下方向のシ
フトを示す光学系の説明図。

【図4】 図1の装置における投影範囲の左右方向のシ
フトを示す光学系の説明図。

【符号の説明】

1 反射型画像投影装置 2 光源部 3 反射型変調素子 4 コンデンサレンズ 5 スクリーン 6 投影レンズ 10 第1の支持機構 20 第2の支持機構 40 制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03B 21/00 G02F 1/13 505 G02F 1/1335 520 G02F 1/13357

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】照明光を発する光源と、 該光源からの照明光を画像に応じて変調して反射させる
    反射型変調素子と、 前記反射型変調素子により反射された光をスクリーン上
    に投影する投影レンズと、 前記光源から発して発散光又は収束光として前記反射型
    変調素子へ向かう前記照明光および前記反射型変調素子
    からの反射光が入射する位置に配置され、前記反射型変
    調素子からの反射を前記投影レンズの前記反射型変調素
    子側の瞳に向けるコンデンサレンズと、 前記投影レンズを当該投影レンズの光軸と直交する方向
    にシフト可能に支持する第1の支持手段と、 前記コンデンサレンズを前記第1の支持手段による前記
    投影レンズのシフト方向と平行な方向にシフト可能に支
    持する第2の支持手段と 前記コンデンサレンズのシフト量をδ1、前記投影レン
    ズのシフト量をδ2として、前記光源から発して前記コ
    ンデンサレンズに入射する照明光が発散光である場合に
    はδ2>δ1、前記光源から発して前記コンデンサに入
    射する照明光が収束光である場合にはδ2<δ1の関係
    を満たすように前記第1の支持手段による前記投影レン
    ズのシフトと前記第2の支持手段による前記コンデンサ
    レンズのシフトとをリンクさせるリンク手段と を備える
    ことを特徴とする反射型画像投影装置。
  2. 【請求項2】前記リンク手段は、前記反射型変調素子か
    らの反射光が前記投影レンズの前記反射型変調素子側の
    瞳に効率よく取り込まれるように、前記投影レンズのシ
    フトと前記コンデンサレンズのシフトとをリンクさせる
    リンク手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の
    反射型画像投影装置。
  3. 【請求項3】前記第1,第2の支持手段は、前記各レン
    ズを少なくとも一次元方向にシフト可能に保持するテー
    ブル機構と、該テーブル機構を少なくとも前記一次元方
    向に駆動する駆動手段とを備え、前記リンク手段は、前
    記各駆動機構の駆動を制御する制御手段に含まれている
    ことを特徴とする請求項2に記載の反射型画像投影装
    置。
  4. 【請求項4】前記各テーブル機構は、前記各レンズを二
    次元方向にシフト可能であり、前記駆動手段は、前記二
    次元方向に前記テーブル機構を駆動可能であることを特
    徴とする請求項3に記載の反射型画像投影装置。
  5. 【請求項5】前記リンク手段は、前記コンデンサレンズ
    の倍率をM(前記光源から前記コンデンサレンズに入射
    する照明光が発散光である場合には負の値,前記光源か
    ら前記コンデンサレンズに入射する照明光が収束光であ
    る場合には正の値)として、 δ2=(1−M)δ1 の関係を満たすように前記各支持手段を制御することを
    特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の反射型画像
    投影装置。
  6. 【請求項6】前前記投影レンズは、瞳位置をほぼ変化さ
    せずに投影倍率を変化させることが可能なズームレンズ
    であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか記載の
    反射型画像投影装置。
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