JP3864051B2 - 一体型反射投影システム - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は一体型反射投影ディスプレーシステムに関する。特に、本発明は、専用投影光学系、およびこの光学系と連動して最高の表示性能を出すだけでなく必要なキーストン補正を行うのに最適化された一体型スクリーンを調整する、薄型一体型反射投影システムに関する。
【０００２】
電子またはビデオ表示システムは、ビデオまたは電子的に生成された画像を呈示できるデバイスである。家庭用娯楽、宣伝、テレビ会議、計算、データ会議、あるいはグループプレゼンテーションなどいずれで使用する場合でも、適切なビデオ表示デバイスに対する需要が存在する。
【０００３】
ビデオ表示デバイスを選択する上で画像品質が非常に重要な要因であることに変わりはない。しかし、より大きな画像を提供できる表示デバイスのニーズが高まるにつれて、コストやデバイスサイズ、また重量といった要因がきわめて重要な要素になりつつある。グループプレゼンテーションや対話式プレゼンテーションには、表示システムは大きい方が望ましい。また特に家庭やオフィスなど、大型のハウジングやキャビネットを置くスペースのないところでは、表示システムキャビネットのサイズが重要な要素になっている。携帯してプレゼンテーションを行ったり、壁掛式のプレゼンテーションの場合では、表示システムの重量もまた重要な要素である。
【０００４】
現在、最も一般的なビデオ表示デバイスは、通常テレビとして認知されている一般的なＣＲＴモニターである。ＣＲＴデバイスは、小〜中サイズの画像が要求される用途では比較的安価である（画像サイズは、従来より、長方形画面の対角線寸法に沿って測定される）。しかし、画像サイズが大きくなるに従って、大型ＣＲＴモニターの大きさと重量が厄介な問題になり、これらのモニターの使用と配置を極度に制限してしまう。また、画面サイズの大きくなるに連れて画面の曲率の問題が出てくる。最後に、大型のＣＲＴモニターは大量の電力を消費し、電磁放射を発生する。
【０００５】
従来のＣＲＴモニターに代わる１つの選択肢は、リア投影テレビである。リア投影テレビは、一般に、画面の裏側に投影するために大型ハウジング内に収容された投影機構またはエンジンを含んでいる。逆投影画面は、この投影装置と観察者が画面の反対側に来るよう設計される。この画面は、観察者に伝送画像を向けるために光透過特性を有する。
【０００６】
その性格から、リア投影システムは、画面の後ろに、画像ビームの拡散に必要な投影容積を収容するための空間を必要とする。背景および周囲反射光がリア投影された画像をひどく劣化させることがあるので、ハウジングまたはキャビネットがこの投影容積を囲んでいるのが一般である。このハウジングは、光路を折り曲げ、またハウジングの深さを減らすために単一または複数のミラーを含む場合がある。「画面背後」に空間が必要なため、リア投影ディスプレーは壁掛けにはできない。
【０００７】
新しい種類のビデオプレゼンテーションシステムは、いわゆる薄型プラズマディスプレーを含む。プラズマディスプレーは、比較的薄型（約７５〜１００ｍｍ）のキャビネットを実現でき、一体型コンパクトパッケージの画像ディスプレーとして壁掛けできることに注目が払われてきた。しかし、現時点において、プラズマディスプレーは高コストの上に、低輝度（約２００〜４００ｃｄ／ｍ^２の範囲）などの欠点があり、また修理も困難である。プラズマディスプレーパネルは重く（８０〜１００ｌｂｓ、３６〜４５ｋｇ）、それを掛ける壁は構造的補強を要する。
【０００８】
新しい用途ではそれほどの関心を集めてこなかった従来型ビデオプレゼンテーションデバイスが反射投影システムである。反射投影システムは、投影装置と観察者が画面と同じ側にくるシステムである。反射投影システムは、画像が透過されるのでなく観衆へと反射されることから、リア投影システムにはなかった光学系や構成上の様々な課題を持つ。反射投影システムの例は、会議室や飛行機のキャビンなどでの携帯型フロントプロジェクターと反射投影スクリーンの使用である。
【０００９】
フロントプロジェクターの利点のひとつは、投影エンジンのサイズである。電子フロントプロジェクターは従来、テーブルまたはベンチ上でプロジェクターが占有する面積を記述するのに使用される用語である「底面積」を最小にするよう設計されてきた。携帯型フロントプロジェクターは、重量が約１０〜２０ｌｂｓ．（４．５〜９ｋｇ）のものが考案されている。
【００１０】
しかし、反射投影システムは従来、プロジェクターやプレゼンターが画像を遮ってしまうことや、画像の明るさが劣っていること、画像が歪むこと、そしてセットアップが難しいことなどの要因によって、新しい対話式用途には不向きであると考えられてきた。
【００１１】
従来の電子フロントプロジェクターは、物理的障害なしに画像を拡大するのに必要な投影容積を提供できる空間を必要とするのが一般である。画像は壁などの大きくクリアな平らな面に投影できるが、別途スクリーンを使用した方がより優れた画像品質が得られる。図１と２は、従来の反射投影システムを示している。プロジェクター１０は、テーブルなどの高架面上に配置されて、スクリーンまたは投影面２０上に画像を投影する。電子プロジェクターの使用に慣れた者は、スクリーンの通常の軸より下にプロジェクターを傾けると画像の形状がゆがむこと、いわゆるキーストン効果を知っている。新しい電子プロジェクターのほとんどは、限られた度合いのキーストン補正機能を有する。しかし、図２で理解されるように、プロジェクターの配置により観衆の視線が妨害される場合が依然としてある。
【００１２】
もっと重要なのが、適切な画像サイズを得るため、そしてまたピント合わせの限界によって、プロジェクター１０がスクリーン２０の前に一定の「投影ゾーン」を必要とすることである。表Ａは、現在市販されているいくつかの一般的な電子プロジェクターの公表仕様をリストしている。
【００１３】
【表１】

【００１４】
投影距離とは、投影レンズから投影スクリーンまでの距離として定義される。投影率とは通常、スクリーンの対角線に対する投影距離の比率として定義される。一覧に挙げた各プロジェクターの最短投影距離は１メートルである。４０〜６０インチ（１〜１．５メートル）のより大きな画像を得るには、ほとんどのプロジェクターの場合、壁またはスクリーンからもっと離して、少なくとも８〜１２フィート（約２．５〜３．７メートル）離して配置する必要がある。
【００１５】
スクリーンの前にこの「投影ゾーン」が存在することで、観察者は、投影画像と細かくやり取りすることができない。プレゼンターは画像に近づくと、投影を遮ってスクリーンに影を落としてしまうのである。
【００１６】
従来の一体型プロジェクターでは、プロジェクターの配置を変える毎に行う焦点合せなどの光学調整と、前部のサポートレッグを上げるなどの機械調整を必要とする。ラップトップコンピュータとの接続などの電子的接続は、プロジェクターに直接なされるのが一般であり、このためプレゼンターがすぐにプロジェクターにアクセスできるようにすること、あるいはプレゼンターが事前に必要な配線を行うことが必要となる。
【００１７】
フロントプロジェクターのもう一つの問題点は、周囲光による干渉である。従来のフロントプロジェクターでは、投影光の大部分が散乱され、観衆のもとには反射が帰ってこない。この光の損失は、画像の明るさの低下をもたらす。その結果、非常に反射能の高いスクリーンが望まれる。しかし、スクリーンの反射能が高くなればなるほど、周囲光源による投影画像の劣化も大きくなる。３５ｍｍ写真カラースライドプレゼンテーションシステムなどの高品質投影システムを観るとき、現在のソリューションはすべての周囲光を消そうとすることである。いくつかの非常にクリティカルな観察状況においては、プロジェクター自体から出る光の再反射を制御する試みさえなされてきた。
【００１８】
この周囲光の問題を「単方向反射」で解決しようとしたスクリーン設計者もいる。つまり、投影スクリーンがプロジェクター方向から発する入射光の反射を最大化する一方、プロジェクターから発していない光は吸収しようとするものである。しかし、携帯プロジェクターは実際に携帯されるものであり、また様々な投影距離と投影角度で使用されるものであるため、すべての考え得るプロジェクター位置と光学特性についてスクリーンを最適化することは非常に困難であることが判明した。
【００１９】
その他の選択肢は、専用投影施設を設計することである。こうした設計では、プロジェクターやスクリーンの位置、さらにはプロジェクターの光学特性を厳密に制御およびキャリブレーションする専用会議室が必要となる。構造要素を使用して、選択したプロジェクターを天井から吊るしてもよい。こうしたシステムは、キャリブレーションがなされると、恒久的に設置される。こうした施設は高コストで携帯性も失われることがある。
【００２０】
フロントプロジェクターによって最適な性能を阻害するもう一つの問題は、キーストン効果である。プロジェクターがスクリーンの中心からずれて配置されると、キーストーニングが発生する。キーストーニングは、長方形または正方形の画像の投影がキーストン、つまり上下の各辺が平行だがその長さが異なる四辺形、に似た画像となる、特定の画像ひずみのことである。
【００２１】
キーストーニングを低減するための方法もまた、スクリーンに対するプロジェクターの位置に依存している。キーストン補正は、光学的方法および電子的方法で実現してもよい。ＬＣＤイメージャ内の大きなキーストン補正では、電子的方法では画素配列がずれるとピクセレーションひずみが発生することがあるため、現時点では光学的方法の方が望ましい。現在、出願人の知るかぎり、市販の携帯電子フロントプロジェクターで利用できる光学的キーストン補正は１０〜２０°である。
【００２２】
効率的な空間利用、軽量、および低価格を提供する大画面ビデオプレゼンテーションシステムのニーズは依然存在する。こうしたシステムでは、できれば室内照明条件で明るく高品位な画像を提供しなければならない。
【００２３】
発明の要約
本発明の実施形態は、制御・電源回路を有する光学的エンジンと小型ビデオ表示デバイスを提供するための専用投影スクリーンを組み込んだ反射投影表示システムを含む。投影エンジンは、周囲光や見る角度に敏感な環境の中で最適な光学性能を発揮するための最適化反射パターンを有する高利得投影スクリーンに結合される。この投影エンジンの構成部品は、スクリーンにピボット接続された収納式アーム内にモジュール配置される。このアームは、スクリーン装置への正確な位置合せを提供し、この結果、スクリーンに対して光学的にも機械的にも反復的に正確に調整される。投影ウォールシステムは、開の投影位置と閉の収納位置とを有する。その構造は非常に平らで軽量で、深さは３インチ（７．５ｃｍ）未満、重量は２５ポンド（１１キログラム）未満である。釣り合いの取れたキーストン補正機能を有する完全オフセット投影ヘッドの使用で、アームがプレゼンターの頭より上に突き出て、シャープで障害物のない投影ゾーンを提供できる。
【００２４】
本発明に基づく一体型反射投影ディスプレーの例は、反射投影スクリーン、フラット投影スクリーンに連結されたピボットアーム、収納位置と投影位置とを有するアーム、そしてそのアームに連結された反射投影ヘッドを含む。アームが投影位置にくると、反射投影ヘッドはフロント投影スクリーンに対して所定の位置にくる。
【００２５】
この投影ヘッドは、２２°より大きいかそれとほぼ等しい機械式な軸外れキーストン補正補償を有する投影光学系、高々８００ｍｍの投影距離、そして高々１の投影距離／画面対角線長の比率を含む。
【００２６】
反射投影スクリーンは垂直に段階状の反射分布を持ち、投影位置から発した光線がスクリーンの垂直軸に直角に、所定の方向に投影スクリーンから反射されるのが一般である。水平方向では、スクリーンは水平な分布を持ち、構成は水平軸に対して所定の照明の拡散にそって反射されるのが一般である。
【００２７】
反射投影ディスプレーはさらに、モジュール式の電子モジュールと映像モジュールを別個に含んでいてもよい。映像モジュールは投影ヘッドの中に配置しても構わず、また電子モジュールは旋回アームに配置される。
【００２８】
電子モジュールはハニカム構造で囲んでも構わない。冷却ファンは冷却空気流を発生し、またハニカム構造は中空構造部分に冷却流を通す。ハニカムは熱交換器として働き、プロジェクターが出す熱は冷却流によって対流により放散される。ハニカム構造はまたＥＭＩ／ＲＦＩシールドとして働く。隔室のサイズ、材料の厚み、そしてハニカム構造の向きは、不要な高い電磁周波数を減衰させるよう調整される。
【００２９】
他の実施形態では、反射投影ディスプレーは、イメージング構成要素からリモートに配置された光源とフレキシブル照明用導波管を含む。この照明用導波管は次に、光源を投影ヘッド内のイメージング構成要素に光学的に連結する。また他の実施形態では、反射投影ディスプレーシステムが、フレーム内に配置されたＣＰＵとデジタル注釈構成要素を含んでいてもよい。
【００３０】
発明の詳細な説明
本発明の好適実施形態は、光学エンジンを組み込み、モジュラー構造の制御・電源回路と小型軽量のビデオ表示デバイスを提供するための専用投影スクリーンとを有する反射投影システムを含む。図３〜６は、本発明に基づく一体型反射投影システムの第１の実施形態を示す。
【００３１】
反射投影システム１００は、フレーム１０４に取り付けられた専用高利得投影スクリーン１０２を含む。投影ヘッド１０６は、アーム１０８により、ヒンジユニット１１０においてフレーム１０４の中央の一番高い部分にピボットで取り付けられる。アーム１０８は９０°回転して、投影ヘッド１０６が閉位置、つまり収納位置から、開位置、つまり投影位置に旋回できるようにしてもよい。
【００３２】
スクリーン１０２は投影ヘッドに光学的に連結される。スクリーン１０２は、フレーム１０４上に延びる柔軟な材料であっても、あるいは剛直な部品であっても構わない。他の実施形態では、スクリーンとフレームの両方が一体成形シートでできている。スクリーン１０２は、消去可能なホワイトボードとして使用できるように、積層または特殊コーティングを含んでいても構わない。
【００３３】
フレーム１０４は、システムの他の構成要素を含み、またそれらを支持している。フレーム１０４は、内蔵型スピーカー１１２、入出力ジャック１１３、そして制御パネル１１４などの他の構成要素を収納するものであっても構わない。この実施形態では、投影システム１１０、アーム１０８、およびフレーム１０４の機械的基盤には、アルミニウム、マグネシウム、またはプラスチック複合材料などの軽量材料が含まれる。従って、投影システム全体が比較的軽量にできている（２０〜２５ポンド、９〜１１キログラム）。
【００３４】
この実施形態では、アーム１０８は剛直で中空である。アーム１０８は、硬質なプラスチックのケースに囲まれたダイカストのアルミニウムまたはマグネシウム、あるいはその他の適切な材料を含んでいる。フレーム１０４の上端と中央部で、ヒンジユニット１０により、投影アーム１０８とヘッド１０６が閉（収納）位置と開（使用）位置との間を旋回できる。図４は、閉位置、つまり収納位置にある投影システム１００を示している。使用しないときは、アーム１０８は、フレーム１０４とほぼ平行になるよう閉位置に保持でき、このためフレーム１０４の前のスペースで移動する物体の障害とならない。このアームは図では観衆左の位置に曲げられているが、このシステムでは、アームと投影ヘッドの収納を観衆右の位置にするようにも構成できる。収納位置が選択できることは、システム設置前に投影エリアにある障害物を避けるのに役立つかもしれない。アーム１０８が回転できることは、収納位置で約２〜３インチ（５〜７．５ｃｍ）となる投影システムの最小厚さに貢献している。
【００３５】
システム１００では、投影ヘッド１０６が、動作モードまたは投影モードで、光学スクリーン１０２に対して正確にピボット位置合せされた状態で配置されるようにしている。システム１００では、使用位置は、スクリーンに直角のアーム角度にあり、一般にスクリーンより上にくる。しかし、他の実施形態は、他の所定の位置の周囲にデザインしても構わない。この２つの位置の間の移動は、手で補助しても構わないし、あるいはモーター駆動にしても構わない。
【００３６】
本実施形態では、ヒンジユニット１１０の内部にある電動モータ１１６がアーム１０８の動きを制御する。モータ１１６は、デタント、オーバセンタカム（バネ式）、またはその他の信頼性の高い繰り返し可能な位置決めを提供する適切なタイプによって、ＡＣ駆動、ＤＣ駆動、あるいは手動駆動してもよい。モータ１１６は、アーム１０８、そして投影ヘッド１０６を正確で反復可能な閉／開位置に正確に位置決めするために２つのリミットセンサースイッチを有する精密誘導ギア駆動モータである。
【００３７】
アーム１０８の動きとプロジェクターシステム１００の各機能は、制御パネル１１４、遠隔制御（図示されていない）、またはその他の制御機構で制御してもよい。投影システム１００のアーム１０８は単一点でピボットで固定されているが、明細書を読んだ当業者は、様々な種類の連動／旋回機構が本発明の精神の範囲内で具現化できることをすぐに知るだろう。他の実施形態では、ヘッドとアームが他のヒンジまたは伸縮的な動きを含んでいても構わず、またアームはフレームの他の部分または壁や柱に連結しても構わない。
【００３８】
図１４〜１７に関してより詳細に説明されるように、システム１００は、スクリーン１０２に対してヘッド１０６の正確な位置決めにより投影エンジンの連結を最適化して、高コントラスト、明るさの向上、画像の均一性、最適な画像位置、およびシャープな焦点合せを提供する。投影エンジンの光学的パラメータは公知であり、互換性を得るため選択され、また使用位置におけるプロジェクターヘッド１０６の正確な位置は公知でありあらかじめ決定されていることから、例示したスクリーン１０２は、周囲光による干渉を低減しながらも観衆には最大の照明を提供するよう設計および最適化することができる。
【００３９】
アクティブなときには、投影システム１００は複数の光線１６２を有する光束を生成する。スクリーンがｚ平面を画成する座標系について、各光線１６２は、水平のｘ平面と垂直なｙ平面の両方に沿って構成要素を含む。スクリーン１０２への各光束１６２の入射の角度は、Ｆ／＃などのプロジェクターの光学的特性、およびスクリーン１０２に対する投影ヘッド１０６の位置に依存する。
【００４０】
図１４は、垂直軸光路図の側面立面図であり、投影システム１００から発せられる光束１６２の反射を示している。点６０は、投影ヘッド１０６が「使用」位置にあるときの投影レンズ１４０（図６に図示）の理想的な点源の公知の正確な位置である。スクリーン上の光束１６２の入射角度は、正のｘ方向に沿って増加する（図１４の方向軸を参照）。
【００４１】
従来型のスクリーンでは、光線１６２はそれぞれその入射角度に従って反射される。特にシステム１００のシャープな投影角度では、結果として得られる光パターンが分散され、光線の一部だけが観衆に到達する。入射角度の段階的増加を補償するために、スクリーン１０２は、スクリーン１０２上の各点の予測入射角度で投影光線１６２を受け、垂直な平面にほぼ垂直な角度でこの光線を反射する向きに置かれた垂直な段階状反射パターンを含む。光束１６２は、観衆の予測位置に対応することから、垂直に直角に近い向に反射される。観衆が異なる位置にくると予想される他の実施形態では、異なる反射パターンが具現化されても構わない。
【００４２】
図１５は、点１６４からきた光の水平分布の頂面図である。観衆が水平に分布すると予想されるので、スクリーンの水平反射パターンが水平方向により広い照明拡散を提供するよう構成される。
【００４３】
図１６は、投影スクリーン１０４の垂直断面の拡大図である。図１７は、スクリーンの水平断面の拡大平面図である。この投影スクリーンは積層材料を含む。スクリーン１０４は、第１線形フレネルレンズ要素１７０、第２線形フレネル要素１７２、および反射構成要素１７４を含む。第１と第２のスペーサー要素１７１と１７３は、それぞれ、フレネル要素１７０と１７２との間、そして第２のフレネル要素１７２と反射要素１７４との間に配置してもよい。線形フレネルレンズ要素１７０と１７２は、それぞれ、平面側１７６と１７８とプリズム側１８０と１８２を含む。第１フレネル要素１７０は、その平面側１７６上に薄い等方性拡散層１８４を含む。拡散層１８４は受像面として機能する。プリズム側１８０は、段階状パターンで水平に走る複数の線形溝１８６を含む。溝１８６は、垂直な光拡散を制御するよう設計される。レンズ中心は、投影スクリーンの上端近くに配置される。
【００４４】
第２線形フレネルレンズ要素１７２のプリズム側１８２は、第１フレネルレンズ要素１７０の複数の溝１８６に面する複数の垂直溝１８８（図１７）を含む。第２線形フレネルレンズ要素１７２は、スクリーンの中心まで延びる垂直な線上に配置されたレンズ中心を有する。第２フレネル要素１７２の平面な表面１７８は、観衆の方向に光を反射する垂直な線形構造を持った後部リフレクタを有する。構造化された後部リフレクタ１７４の溝は、レンズ状の構造などの円筒形状を有するのが望ましく、あるいは円筒形状に近似する微小な小平面の反復的な溝パターンであっても構わない。後部リフレクタ１７４の入射面１７５は、画面利得の量と所望の画面外観のタイプによって鏡面であっても構わないし、あるいは反射拡散するものであっても、メタリックであっても、あるいは白のコーティングを施したものでも構わない。第２の線形フレネル要素１７２は、構造化された後部リフレクタ１７４とともに、スクリーンの前に水平に位置付けられた観衆を収容するために水平方向に拡散する光分布の制御を提供する。あるいは、このリフレクタ構造体１７４は、平面１７８に型押しされ、スクリーン要素の数を減らす。
【００４５】
スクリーンの他の実施形態は、３Ｍの積層フィルム技術を含んでいてもよい。
【００４６】
図５でもわかる通り、投影システム１００は、投影ヘッド１０６をスクリーン１０２に対して極端な角度に、そして至近距離に配置し、それによってプレゼンターが妨害となる可能性を最小化する。完全オフセット投影アーム１０８の端に光学ヘッド１０６を配置することで、ユニークな機械的および光学的な課題が提示された。約７ポンド（３．２ｋｇ）と最軽量かつ最小の従来の携帯型プロジェクターでも、構造部品上に不平衡ひずみを及ぼしていた可能性がある。光学的には、画像のピントを合わせるだけでも必要な投影距離は、ロングアームを必要としたであろうし、構造体に対しててこ増幅された応力をさらに生じたであろう。構造的に正常であっても、このシステムは、深刻なキーストンひずみのある比較的小さな画像を投影したことでであろう。
【００４７】
電子的な光学エンジンは、映像・電子構成部品を含む。図６にさらに示すように、投影システム１００では、アーム１０８は、外部のプラスチックシェル１１８に囲まれた剛直な中空構造体である。このアーム１０８の構造体はアームチェンバー１２２を定義し、制御・電源回路モジュール１１８と映像モジュール１２０がモジュール式に別個に配置できるようになっている。この制御・電源回路モジュール１１８は、制御基盤、安定器、およびその他の電子構成部品を含む。これらの電子要素は、内部の様々な電源・データ接続によって内部的に接続されている。映像モジュール１２０は、光源、投影光学系、カラーホイール、およびイメージャを含む。投影システムの構成部品をアームとフレームに沿って分布することにより、ヒンジとアームに加わる荷重が小さくなる。また、より小さなプロジェクターヘッドサイズが可能になる。明細書を読んだ当業者は、本発明の他の実施形態の中で様々なモジュラー構成が可能であることを認識するだろう。たとえば、他の選択肢として、回路モジュールの構成部品をフレーム１０４の中に配置しても構わない。
【００４８】
従来のプロジェクターデザインでは、ランプと電子構成部品との間のＥＭクロストークを低減し無線周波数の閉じ込めを得るために、ＥＭＩ／ＦＲＩ遮蔽が必要となる。アーム１０８の中に電子構成部品を別々に配置するにより、ＥＭＩ／ＲＦＩ干渉が低減する。さらに、例示したシステム１００では、電源・制御回路モジュール１１８は、複数の六角形の隔室を含むハニカム構造１２４で囲まれている。ハニカム構造体は、電源・電子回路モジュール１１８を取り囲み、ＥＭＩ／ＲＦＩ遮蔽特性と熱管理特性の両方を提供する。図１８と１９は、ハニカム構造体１２４の詳細を示している。本書に参照として組み込まれた表題「プロジェクター用ハニカム光・熱トラップ」の同時係属および同時譲渡された米国特許出願Ｎｏ．０８／８８３，４４６に記載されている通り、六角形の隔室の形状、向き、厚さ、およびサイズが特定の電磁周波数を弱めるよう調整してもよい。この実施形態では、六角形の隔室１２５は、アーム１０８に沿って全般として長手方向に位置合せされ、高い電磁周波数を減衰するために所定の角度φに向けられる。ハニカム構造体１２４は、０．２５〜０．０６２５インチ（０．６３５〜０．１５９ｃｍ）の隔室サイズＳ、０．００２インチ（０．００５ｃｍ）のフォイル厚さＴ、および耐食コーティングを有するアルミニウム製の六角コアである。各電子構成部品とハニカム構造体１２４との物理的な分離は、他の従来のコーティングまたは遮蔽の必要性を減らすのに十分な減衰を提供する。
【００４９】
本構成はまた、効率的な熱管理システムを提供する。吸気口１２６は、ヒンジユニット１１０のハウジングにある。投影ヘッド１０６にあるファン１３０は、中空投影アーム１０８の内部を通って吸気口１２６から空気を吸い込み、その中の電子・電源部品１１８を冷却する。空気は排気口１２７から投影ヘッド１０６を出る。空気はまた投影ヘッド１０６から吸い込まれる。冷却用空気の流れはまた、プロジェクターヘッド１０６内の構成部品の冷却に使用してもよく、あるいは別の冷却用空気流または熱管理要素を使用してもよい。
【００５０】
また、ハニカム構造体１２４の向きは、電子モジュール１１８によって生成される熱エネルギーを吸収するための対流型ヒートシンクとして機能するよう設計され、ファン１３０で吸い込まれた冷却用空気の流れの中へと対流により熱を移転する。ハニカム構造体は、空気流をデリケートな構成部品の上に通す向きに置かれる。ハニカム構造体１２４の各部分は、空気流を様々な構成部品に向けるために様々な傾斜角度φを持っていてもよい。チャンバー１２２は、また、ランプと電子回路の冷却の両方を行うための高効率熱交換器として働くよう、それぞれ外部フィンまたは内部フィン１２７と１２８を含んでいても構わない。ハニカム構造体１２４により冷却用空気の流れを内部フィン１２８の中へ向けられるのでより良い対流冷却が可能となり、低ＣＦＭファン１３０の使用または自然発生の対流の使用を可能にしている。アームとハニカム構造体により提供される冷却構成はまた、非常に低い電力消費と低可聴ノイズを実現する。
【００５１】
市販の電子フロントプロジェクターは、指定の投影距離（ＴＤ）で指定の画面の対角線長（Ｄ）を投影するよう設計されている。プロジェクターの投影率（ＴＲ）は、画面の対角線長に対する投影距離の比率として定義される。倍率は、画面の対角線長／イメージャの対角線長として測定される。光学的にいって、投影システム１００の投影ヘッド１０６の障害のない構成では、画像が、（１）短い投影距離、（２）高倍率、（３）大きなキーストン補正、の３つの非常に厳しい要件を同時に考慮することが必要である。画像のシャドーイングを最小限にするために、本実施形態では、プロジェクターヘッド１０６が２２°以上の投影角度に置かれ、アームの長さが約３６インチ（９１．４ｃｍ）となっている。スクリーン１０２は、４２〜６０インチ（１０７〜１５２ｃｍ）の間のスクリーン対角線を有する。従って、例示した表示システム１００の設計目標は、（１）投影距離＜８００ｍｍ、（２）拡大倍率＞５０Ｘ、そして（３）投影角度のキーストン補正＞２２°、を含むものであった。
【００５２】
図６を参照して、投影ヘッド１０６は、ランプユニット１３２、イメージャまたは光弁１３４、集光光学系１３６、カラーホイール１３８、集光ミラー１３９、および投影レンズ１４０を含む。投影ヘッドはまた、分極コンバータ（分極回転イメージャ用）、赤外・紫外線吸収または反射フィルター、おそらくランプ交換装置と連結された他の光源、およびその他の光学部品（図示されていない）を含んでいても構わない。ランプユニット１３２は、リフレクタ１３１とランプ１３３を含む。リフレクタ１３１は、ランプ１３３によって発せられた光をカラーホイールによって集中させる。この光束は、集光光学系１３６と集光ミラーによって集光される。ここで集光された光束は、集光ミラーで反射され、反射型イメージャ１３４の方へ向けられ、その結果、光を投影レンズ１４０の上に反射する。
【００５３】
ランプユニット１３２は、楕円１３１と、オランダ国アイントホーフェンのフィリップス社製Ｐｈｉｌｉｐｓ ＵＨＰタイプやドイツ国ベルリンのオスラム社製ＯＳＲＡＭ ＶＩＰ−２７０などの高輝度アーク放電ランプ１３３とを含む。ハロゲン化金属ランプまたはハロゲンランプなどの他の適切な電球およびランプ装置を使用してもよい。
【００５４】
本実施形態では、イメージャ１３４は、テキサス州ダラスのテキサスインスツルメンツ社製のものなど、対角線長が２２ｍｍの単一ＸＧＡデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を含む。カラーホイール１３８は、投影イメージ内に１６７０万色を発生する回転赤／緑／青（ＲＧＢ）カラーシーケンシャルディスクである。他の実施形態においては、カラーホイールとイメージャ１３４は、液晶ＲＧＢカラーシーケンシャルシャッターや、反射または透過液晶ディスプレー（ＬＣＤ）イメージャなどの各種の適切な構成で置換しても構わない。明細書を読んだ当業者は、本発明の精神に従って、他の光学的な構成部品および構成が可能なことをすぐに認識するだろう。
【００５５】
イメージャ１３４とランプ１３２は、ファン１３０で生じた空気流で冷却してもよい。本実施形態の構成の更なる熱的利点は、ランプなどのより暖かい構成部品が冷却空気流の経路の端部にあり、ランプの高熱がデリケートな電子部品に影響するのを防止することである。
【００５６】
従来のプロジェクターレンズは、表示システム１００の各同時要件の達成には適していないことが判明した。その結果、本発明は、小さなＦ数と大きな視野を持つ３５ｍｍカメラレンズから投影レンズへの革新的変換によってこの問題に対応する。投影レンズ１４０は、約１４〜２０ｍｍの焦点距離とｆ／２．８またはそれ以下の速度を持つ。適切なレンズとしては、日本国のニコン製のＮｉｋｏｎ １８ｍｍ．ｆ／２．８Ｄ Ｎｉｋｋｏｒ、あるいは日本国のキャノン製のＣａｎｏｎ Ｐｈｏｔｏ ＥＦ １４ｍｍ．Ｆ／２．８Ｌ ＵＳＭを含む。
【００５７】
２２°キーストン補正を提供するため、光弁中心が投影レンズ中心から投影角度に等しい量だけ移動される。このように大きな度合いのキーストン補正が可能なのは、投影角度が公知で反復性があるためである。２２°を超える投影角度では、投影レンズが、９０°を超えるフルフィールドカベレージ角度を持つよう選択される。他の実施形態では、さらに大きなキーストン補正が可能であり、それによって、より短い投影アームの使用が可能になる。キーストン補正機能は、光学系だけに限定する必要はない。キーストン補正された光学系、電子的なキーストン補正手段、およびスクリーンの傾きを組み合わせることにより適切なイメージを達成できる。他の実施形態では、スクリーンは、アームが開位置に配置されたときに傾斜投影位置に達するようモータ駆動しても構わない。
【００５８】
図７は、本発明の第２の実施形態を示している。参照数字の同じ最後の２桁は、すべての実施形態の類似要素を示している。光エンジンのサイズをさらに小さくして、投影ヘッド２０６とアーム２０８のサイズと重量を減らすために、ランプ２３２とファン２３０がヒンジユニット２１０またはフレーム２０４の中に配置される。電源・電子構成部品２１８は、フレーム２０４の中とスクリーン２０２の背後にある。シーケンシャルカラーホイール２３８、投影レンズ２４０、および集光ミラー２３９を含む集光光学系２３６が、投影ヘッド２０６内に残る。フレキシブル照明用導波管は投影アーム２０８の中を通され、ランプまたは光源２３２からの照明を集光光学系２３６に連結する。ランプ２３２は照明導波管２４２の入口開口部２４４の中へ光を集中する。この光は、照明用導波管２４２によって出口開口部２４５へと伝送され、そこでカラーホイール１３８を通じて集光光学系２３６と２３９に向けられる。本実施形態では、照明導波管２４２は、日本国の住友スリーエム製のスポットライトタイプのＬＦ９０ＦＢとカリフォルニア州アーヴィンのＬｕｍｅｎｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｒｐ．製のＳｔａｙ−Ｆｌｅｘ ｔｙｐｅ ＳＥＬ ４００などの固体大型コアプラスティック光ファイバーである。
【００５９】
システム２００の冷却は、システム１００とは反対の方向に実行される。この冷却機構またはファン２３０は、投影ヘッド２０６にある吸気口２２６から空気を吸い込み、ヒンジユニット２１０上の排気２２７から空気を排出する。
【００６０】
図８は、本発明に基づいた投影システム３００の第３実施形態を示す。投影システム３００は、ピボットアーム３０８のスパン中央に沿って取り付けられた投影ヘッド３０６を含む。投影ヘッド３０６は、システム１００内の投影ヘッド１０６によく似ている。投影ヘッド３０６の投影レンズで投影された画像は、ミラーまたは反射面３４６からスクリーン３０２上に反射される。光学システム３００の構成は、同一アーム長さを保持しながらも投影距離および倍率の増加を可能にするか、あるいはより短いピボットアームで同一の投影距離および倍率を可能にする。
【００６１】
図９は、本発明に基づく投影システム４００の第４の実施形態であり、スクリーン４０２、フレーム４０４、投影ヘッド４０６、およびアーム４０８を有する。この投影システム４００の投影ヘッド４０６は、透過カラーホイール４３８と集光光学系４３６と光学的に位置合せされたランプ４３２を含む。カラーホイール４３８と集光光学系４３６の中を通過した後、光束は反射イメージャ４３４の上に集中され、これは、その結果、逆焦点投影レンズ４４０の方へ光束を向ける。プロジェクターシステム４００は、モジュール式の電源・システム電子回路４１８と、イメージャ４３４用の別のモジュール式ドライバー基板とを含む。
【００６２】
図１０は、本発明に基づく投影システム５００の第５の実施形態を示している。投影システム５００では、電源用電子回路５１９は、フレーム５０４の中に配置される。ヒンジ５１０は、プロジェクターヘッド５０６を保持するアーム５０８をフレーム５０４に結合する。電子制御基板５５０は、アーム５０８の中に配置される。投影ヘッド５０６は、ランプユニット５３２、偏光子５３５、光学系５３６、透過ＬＣＤイメージャ５３４、そして投影レンズ５４０を含み、これらはすべて真っ直ぐな光路の中に位置合せされている。ファン５３０は換気を提供する。図１１に示すように、アーム５０８は、右側または左側に収納できるように±９０°の回転ができるようにしても構わない。
【００６３】
図１２と１３は、本発明の投影システムの多機能性を示している。図１２は、本発明に基づく投影システム６００と、スタイラス６５３などの入力デバイスとを含んだデジタルホワイトボードシステム６０１を示している。投影システム６００は、注釈システム６５２用の集積回路とＵＶ式、ＩＲ式、レーザ式、またはその他のタイプのセンサー６５４を含む。センサー６５４は、スクリーンの表面上でスタイラス６５３の移動を追跡するようキャリブレーションされる。スタイラス６５３も同様に、追跡を補助し、電子回路６５２とのタイミングまたは制御信号を調整するための送信機またはセンサー、あるいはその両方を含んでいても構わない。スクリーン６０２は、消去可能なホワイトボードとして使用できるようコーティングしてもよい。集積電子回路６５２はＣＰＵを含んでいてもよい。
【００６４】
図１３は、本発明に従った投影システム７００を含むテレビ会議またはデータ会議システム７０１を示している。ＣＭＯＳまたはＣＣＤカメラなどのカメラ７５６が、投影ヘッド７０６またはフレーム７０４上に取り付けられる。カメラ７５６は、プレゼンターを取ったり、またはスクリーン７０２上に置かれた文書を取ったりできるようピボット式にしてもよい。あるいは、プレゼンターとスクリーンに他のカメラを向けても構わない。また、スクリーンは、消去可能なホワイトボードとして使えるようコーティングしてもよい。カメラ７５６は、フレーム７０４に内蔵されたＣＰＵ７５８に直接結合される。マイクロホン７６０もまた、フレーム７０４の中に配置される。チューナー、ネットワークカード、サウンドカード、ビデオカード、通信デバイス、およびその他などの追加電子モジュールは、フレーム７０４の中の配置してもよい。
【００６５】
明細書を読んだ当業者は、本発明の要素を別々に、あるいは１つのシステムの中に組み合わせて、テレビ会議、データ会議、および電子ホワイトボード機能、さらに軽量コンパクトな表示システムがその利便性を発揮するその他の機能を提供できることをすぐに理解するだろう。
【００６６】
本発明のシステムは所定の投影位置において投影画像を最適化するよう設計されるため、光学系、機構、または電子回路への設定調整は不要であり、最適な画面上の性能が一貫して提供される。システム１００の一体構造は、より簡単な収納と携帯性を提供し、従来型プロジェクターの使用にかかわるケーブル配線や位置決めを回避する。
【００６７】
当業者は、本発明が様々な種類の光学部品と一緒に使用できることを理解する。本発明は好適な実施形態を参照して説明されたが、本発明は本発明の精神から逸脱することなく他の特定の形で具現化しても構わない。その結果、明細書で説明および図示した実施形態が単に例示として挙げられたものであり、本発明の範囲を限定するものであるとみなしてはならないことを理解する必要がある。他の変更と修正は本発明の精神と範囲に従って行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の投影デバイスとスクリーンの構成を示す斜視図である。
【図２】 図１に示す構成の側面立面図である。
【図３】 本発明に基づいた一体型反射投影システムが使用位置、つまり投影位置にあるときの斜視図である。
【図４】 図３に示す一体型反射投影システムが閉位置、つまり収納位置にあるときの斜視図である。
【図５】 図３に示す一体型反射投影システムが使用位置、つまり投影位置にあるときの立面側面図である。
【図６】 図３に示す一体型反射投影システムのアームおよび投影ヘッドの第１の実施形態の概略側面断面図である。
【図７】 図３に示す一体型反射投影システムのアームおよび投影ヘッドの第２の実施形態の概略側面断面図である。
【図８】 本発明に基づいた一体型反射投影システムの第３の実施形態が使用位置、つまり投影位置にある場合の立面側面図である。
【図９】 本発明に基づく一体型反射投影システムのアームおよび投影ヘッドの第４実施形態の概略側面断面図である。
【図１０】 本発明に基づく一体型反射投影システムのアームおよび投影ヘッドの第５実施形態の概略側面断面図である。
【図１１】 図１０に示す一体型反射投影システムの頂面図である。
【図１２】 本発明に基づく一体型反射投影システムの第６実施形態の斜視図である。
【図１３】 本発明に基づく一体型反射投影システムの第７実施形態の斜視図である。
【図１４】 本発明に基づく制御光分布反射投影スクリーンの垂直反射パターンの立面側面図である。
【図１５】 図１４に示す反射投影システムの水平反射パターンの平面図である。
【図１６】 本発明に基づく制御光分布反射投影スクリーンの垂直断面図である。
【図１７】 図１６に示す反射投影スクリーンの水平断面図である。
【図１８】 図３に示す一体型反射投影システムのハニカム構造の一部の斜視図である。
【図１９】 図１８に示すハニカム構造の一部の詳細平面図である。

Claims (10)

1. ａ）反射投影スクリーン（１０２）と、
   ｂ）前記投影スクリーンに連結され、収納位置と使用位置とを有する可動アーム（１０８）であって、当該可動アームが、前記反射投影スクリーンの上端部分を前記反射投影ヘッドに連結する旋回アームからなるものと、
   ｃ）前記可動アームに連結された反射投影ヘッド（１０６）であって、前記アームが前記使用位置にあるときには、前記反射投影スクリーンに対して所定の投影位置にある反射投影ヘッド（１０６）とを備え、
   前記投影スクリーンが、前記所定の位置で前記投影ヘッドから発する光線（１６２）を反射することを特徴する、一体型反射投影ディスプレー（１００）。
2. 光源（２３２）とフレキシブル照明用導波管（２４２）とを更に備え、前記投影ヘッドが前記光源に前記フレキシブル照明用導波管によって光学的に連結された映像構成部品（２３８、２３６、２３９、２３４、２４０）を含むことを特徴する、請求項１記載の反射投影ディスプレー。
3. 電子モジュール（１１８）と映像モジュール（１２０）とを更に備え、前記映像モジュールが前記電子モジュールとは別体にモジュールとして配置されることを特徴する、請求項１または２記載の反射投影ディスプレー。
4. 前記電子モジュールがハニカム構造体（１２４）によって囲まれていることを特徴する、請求項３記載の反射投影ディスプレー。
5. 冷却用の流れを生成する冷却ファン（１３０）を更に備え、前記可動アームが細長い中空構造を有し、前記ハニカム構造体が前記中空構造体の中に冷却流を流すことを特徴する、請求項４記載の反射投影ディスプレー。
6. ＣＰＵ（６５２）を更に含むことを特徴する、請求項１〜５のいずれか１項記載の反射投影ディスプレー。
7. 請求項１〜６のいずれか１項記載の反射投影ディスプレーを含むことを特徴する、デジタル注釈システム（６０１）。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の前記反射投影ディスプレーを含むことを特徴する、テレビ会議システム（７０１）。
9. 前記投影ヘッドが、
   ａ）２２°より大きいかそれとほぼ等しい機械的な軸外れキーストン補正補償と、
   ｂ）多くとも１の映写距離／画面の対角線長率と、
   を備える投影光学を含むことを特徴する、請求項１〜８のいずれか１項記載の反射投影ディスプレー。
10. 投影光学は、多くとも８００ｍｍの映写距離をさらに備えることを特徴する、請求項９記載の反射投影ディスプレー。

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