JP3411830B2

JP3411830B2 - 反射型画像投影装置

Info

Publication number: JP3411830B2
Application number: JP21005298A
Authority: JP
Inventors: 隆之飯塚
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2003-06-03
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: JP2000047325A

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。

【０００３】集光レンズおよび投影レンズは、一体とし
て液晶表示パネルに対してテレセントリックなレンズ系
を構成しており、このレンズ系を光軸と直交する一次元
方向に平行移動することにより、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。

【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
ンズに入射させる必要がある。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、投影される画像の照度が低下し、あるいは画像の一
部が欠落するといった問題が生じる。また、投影レンズ
を移動させずに画像をシフトさせるためには、変調素子
をシフトさせてもよいが、この場合には照明光をも同時
に移動させなければならない。しかし、照明光を移動さ
せるために光源を移動させると、移動機構が大型化する
という問題がある。

【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、移動機構を大型化することなく、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】この発明にかかる反射型
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、反射型変調素子により反射された光をスクリーン上
に投影する反射型変調素子側にテレセントリックな投影
レンズと、投影レンズの絞り位置で、投影レンズの光軸
を境とする一方側に配置され、光源から発した照明光を
反射させて投影レンズを介して反射型変調素子に入射さ
せる反射部材と、反射型変調素子を光軸に対して垂直な
方向に移動可能に支持する第１の支持手段と、照明光を
反射型変調素子の移動に追随させるよう反射部材を回動
自在に支持する第２の支持手段とを備える。

【０００９】上記の構成によれば、第１の支持手段によ
り反射型変調素子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、第２の支持手段により支持さ
れる反射部材を反射型変調素子のシフトに応じて適宜回
動させることにより、照明光を反射型変調素子の移動に
追随させて効率よく入射させることが可能となる。

【００１０】光源は、投影レンズに対して反射型変調素
子と同一側に配置してもよいし、反射部材と同一側に配
置してもよい。前者の場合、照明光は、投影レンズを透
過して反射部材に達し、反射部材で反射され、再度投影
レンズを透過して反射型変調素子に入射する。後者の場
合、照明光は光軸に交差する方向から投影レンズを介さ
ずに反射部材に入射し、投影レンズを透過して反射型変
調素子に入射する。

【００１１】

【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２例説明する。図１および図２
は、第１の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が投影レンズの
具体的な構成を示すレンズ図である。

【００１２】図１に示すように、第１の実施形態の反射
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により反
射された光をスクリーン４上に投影する投影レンズ５
と、照明光を反射させて投影レンズ５を介して反射型変
調素子３に入射させる反射部材としての回動ミラー６と
を備えている。

【００１３】投影レンズ５は、反射型変調素子３側の瞳
が無限遠にある反射型変調素子３側にテレセントリック
なレンズであり、回動ミラー６は、投影レンズ５のスク
リーン４側の絞り位置で、投影レンズの光軸Ａｘを境と
する一方側、この例では図中上側に配置されている。

【００１４】光源部２は、投影レンズ５に対して反射型
変調素子３と同一側に配置されており、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、この平行光の光束径を変換す
るビームエキスパンダー２ｃとを備えている。

【００１５】また、光源部２から発する平行光である照
明光は、投影レンズ５側に向けて光軸Ａｘから離れる方
向に僅かに傾いている。この傾きにより、投影レンズ５
を透過した照明光は光軸の一方側、この例では図中上側
に収束し、回動ミラー６に入射する。回動ミラー６に入
射した照明光は、投影レンズ５側に反射されて再び投影
レンズ５を透過し、反射型変調素子３に入射する。この
とき投影レンズ５を射出して反射型変調素子３へ向かう
光は平行光であり、かつ、光源部２から投影レンズ５へ
向かう光と平行になる。

【００１６】反射型変調素子３は、光軸Ａｘに対して垂
直に配置されており、この素子で反射された光は、平行
状態を保ちつつ、入射光とは逆に投影レンズ５に向けて
光軸から離れるような傾きで投影レンズ５に入射する。
このとき、入射光が光軸Ａｘとなす角度と、反射光が光
軸Ａｘとなす角度の絶対値は等しい。したがって、反射
型変調素子３からの反射光は、絞り位置では光軸Ａｘを
境に回動ミラー６が設けられていない側、すなわち図中
下側を通ってスクリーン４に達し、画像を形成する。こ
の絞り位置で照明光と投影光とが分離される。

【００１７】反射型変調素子３とスクリーン４とが投影
レンズ５の光軸Ａｘに対して垂直に配置されているた
め、反射型変調素子３が図１に示すように光軸Ａｘに対
して偏心して配置されている場合にも、スクリーン４上
には歪みのない画像を投影することができる。

【００１８】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。

【００１９】第１の実施形態の装置１は、スクリーン４
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４に対して図中上下方向に平行移動させるた
め、反射型変調素子３を投影レンズ５の光軸と直交する
方向Ｙにシフトさせる第１の支持機構１０を備え、反射
型変調素子３のシフトに合わせて反射光の方向を変更す
るため、回動ミラー６を図１の紙面と垂直な回動軸回り
に回動可能に支持する第２の支持機構２０を備える。

【００２０】投影範囲をシフトさせるためには、反射型
変調素子３を光軸に直交する面内で平行移動させればよ
いが、反射型変調素子３のみを移動させると、照明光を
反射型変調素子３に有効に入射させることができない。
反射型変調素子３の移動範囲をカバーするように照明範
囲を広げることも考えられるが、これでは光源から発す
る光を有効に利用することができず、投影される画像が
暗くなる。そこで、反射型変調素子３のシフトに対応さ
せて、移動後の反射型変調素子３に照明光が効率よく入
射するよう回動ミラー６を回動調整する。

【００２１】これにより、反射型変調素子３の移動に追
随して照明光の方向を変更することができ、光源から発
する光を有効に利用しつつ、画像を歪ませずに投影範囲
をシフトさせることができる。例えば、反射型変調素子
３が図中実線で示す位置に配置されている場合、回動ミ
ラー６は光軸Ａｘに対してほぼ垂直に設定される。この
ときのスクリーン４へ向かう投影光は実線で示されてお
り、スクリーン４上での投影範囲はＲ1である。

【００２２】ここで、例えば投影範囲を図中下側にシフ
トさせるためには、第１の支持機構１０を操作して反射
型変調素子３を図中上側の破線で示す位置までシフトさ
せ、それに応じて第２の支持機構２０を操作して回動ミ
ラー６を図中実線で示した位置から破線で示す位置まで
反時計回りに回動させる。これにより、照明光および反
射型変調素子４で反射された投影光は、図中破線で示し
た経路を通り、スクリーン上での投影範囲はＲ2とな
り、シフト前の状態より投影範囲が図中下側にシフトす
る。

【００２３】一般に液晶プロジェクター等の投影装置で
は、スクリーン上に形成される画像の歪曲を防ぐため、
スクリーンと変調素子とを投影レンズの光軸に対して垂
直に設定する。そして、スクリーンを見上げ、あるいは
見下げる位置から画像を投影する場合には、変調素子は
光軸に対して偏心した位置に配置される。このような偏
心した配置では、光は投影レンズのほぼ半分程度の領域
を透過するのみで、他の領域は利用されていない。第１
の実施形態の光学系では、このような偏心配置の光学系
で利用されていなかった投影レンズの領域を光源部から
の照明光を導くために有効に利用することができる。

【００２４】図２は、第１の実施形態に用いられている
投影レンズ５の具体的な構成例を示すレンズ図である。
投影レンズ５は、反射型変調素子３側から順に、６枚構
成の第１郡Ｇ1と、２枚構成の第２群Ｇ2とが配列して構
成される。絞りは、第１群Ｇ1と第２群Ｇ2との間に位置
しており、この位置に回動ミラー６が配置されている。

【００２５】次に、第２の実施形態にかかる反射型投影
装置１ａの構成を図３に基づいて説明する。上述した第
１の実施形態の光学系は、投影レンズ５に対して光源部
２と反射型変調素子３とが同一側に配置されているた
め、光源部２との干渉、あいるは照明光の光路との干渉
を避けるために反射型変調素子３の移動範囲が限定され
る。そこで、第２の実施形態では、光源部７を、光軸に
交差する方向から投影レンズ５を介さずに回動ミラー６
に照明光を入射させる位置に配置している。他の構成は
第１の実施形態と同様である。

【００２６】第２の実施形態では、光源部７が高輝度ラ
ンプ７ａ、リフレクタ７ｂ、集光レンズ７ｃから構成さ
れ、投影レンズ５の絞り位置で光軸Ａｘを境とする一方
側に配置された回動ミラー６に対して収束光を入射させ
る。光源部７の光軸は、投影レンズ５の光軸に対してほ
ぼ垂直である。

【００２７】図３の配置によれば、光源部７から発した
照明光が回動ミラー６の位置で収束するよう入射し、こ
のミラーで反射されて投影レンズ５に入射する。投影レ
ンズ５を透過した照明光は、平行光として反射型変調素
子３に入射し、ここで反射されて再び投影レンズ５を透
過し、絞り位置では光軸Ａｘを境に回動ミラー６が設け
られていない側、すなわち図中下側を通ってスクリーン
４に達し、画像を形成する。ここで、例えば投影範囲を
図中下側にシフトさせるためには、第１の実施形態にお
けるのと同様に、第１の支持機構１０を操作して反射型
変調素子３を図中上側の破線で示す位置までシフトさ
せ、それに応じて第２の支持機構２０を操作して回動ミ
ラー６を図中実線で示した位置から破線で示す位置まで
反時計回りに回動させる。これにより、照明光および反
射型変調素子４で反射された投影光は、図中破線で示し
た経路を通り、シフト前の状態より投影範囲が図中下側
にシフトする。

【００２８】第２の実施形態によれば、反射型変調素子
３を移動させる際に光源部７や照明光との干渉を考慮す
る必要がなく、反射型変調素子３の移動範囲を広く確保
でき、スクリーン４上での画像形成位置の自由度を高め
ることができる。

【００２９】

【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、反射型変調素子を光軸に対して垂直にシフトさ
せることにより、画像を歪ませずにその投影範囲をシフ
トさせることができ、反射部材、投影レンズを介して照
明光を反射型変調素子に入射させることにより、反射部
材を回動させるのみで照明光を反射型変調素子に追随し
て移動させ、移動機構を大型化することなく、投影され
る画像の輝度を高く保ことができる。

【００３０】また、請求項２の構成によれば、照明光を
投影レンズを介して反射部材に導くことにより、投影レ
ンズに対して変調素子が偏心して配置された光学系でも
ともと利用されていなかった投影レンズの領域を、光源
部からの照明光を導くために有効に利用することができ
る。さらに、請求項３の構成によれば、照明光を光軸に
交差する方向から反射部材に入射させることにより、反
射型変調素子の移動範囲を広く確保でき、スクリーン上
での画像形成位置の自由度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１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の装置の投影レンズの具体例を示すレン
ズ図。

【図３】第２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。

【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スクリーン５投影レンズ６回動ミラー１０第１の支持機構２０第２の支持機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−100311（ＪＰ，Ａ) 特開平８−251520（ＪＰ，Ａ) 特開平４−86643（ＪＰ，Ａ) 特開平３−241312（ＪＰ，Ａ) 特開平８−271882（ＪＰ，Ａ) 特開平７−56133（ＪＰ，Ａ) 実開平２−75630（ＪＰ，Ｕ) 実開昭64−28067（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/00 - 21/30 G02F 1/13 G02F 1/1335 - 1/13363 G02B 27/18 H04N 5/74

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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
に投影する前記反射型変調素子側にテレセントリックな
投影レンズと、前記投影レンズの絞り位置で、前記投影レンズの光軸を
境とする一方側に配置され、前記光源から発した照明光
を反射させて前記投影レンズを介して前記反射型変調素
子に入射させる反射部材と、前記反射型変調素子を光軸に対して垂直な方向に移動可
能に支持する第１の支持手段と、照明光を前記反射型変調素子の移動に追随させるよう前
記反射部材を回動自在に支持する第２の支持手段とを備
えることを特徴とする反射型画像投影装置。
【請求項２】前記光源は、前記投影レンズに対して前
記反射型変調素子と同一側に配置され、照明光は、前記
投影レンズを透過して前記反射部材に達し、該反射部材
で反射され、再度前記投影レンズを透過して前記反射型
変調素子に入射す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。
【請求項３】前記光源は、前記光軸に交差する方向か
ら前記投影レンズを介さずに前記反射部材に照明光を入
射させる位置に配置されてい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。