JP4502339B2 - 位置決め保持機構を有する画像投影装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は位置決め保持機構を有する画像投影装置に関し、特に、液晶素子などを画像変調手段とする複数の画像投影装置を同時使用して投写画面を重畳若しくは接続して投影するに際して、これらの複数の画像投影装置を位置決め配置するための位置決め保持機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、複数の画像投影装置を同時使用して投写画面を重畳若しくは接続して投影するに際して、天井吊り下げフレームにプロジェクター台数分設けた調整固定部に対し、複数のプロジェクターをそれぞれ固定し、ベース部材を介して調整を行い、天井から吊り下げて、スタック状態で使用するのが一般であった。この際、プロジェクターのそれぞれのレンズシフト量を調整し台形ひずみを除去した状態で、スクリーン上の画像位置の上下、左右、画像回転(傾斜)調整を行い画像を重畳し、高輝度の画像投影を行う画像投影装置として製品化されている。
しかしながら、小型のプロジェクターは絶対光量不足からスタッキング使用されないのが一般で、「スタック」は大光量の大型機を専用調整機能付ラックに組付けて行うものであった。
【0003】
図5、図6、図7に、このような従来例示す。
図5は従来のスタック状態で、300はプロジェクターで、レンズシフト機構を有する。301はフレーム、301aはフレームの穴部、302は調整固定部のフレーム係合部、303はプロジェクター保持棚部、304はスイング調整ダイアルである。
同図で2台のプロジェクター300はプロジェクター保持棚部303に固定保持され、プロジェクター保持棚部303は調整固定部のフレーム係合部302にてフレームと結合し、2台の投影光軸の平行を調整すべくレンズ方向上下(仰角、俯角)と画像回転(傾斜)調整される。
さらに、それぞれのプロジェクターはプロジェクター保持棚部303のスイング調整ダイアル304をまわすことにより不図示の棚面回転調整が可能で、これにより画面左右方向に画像を移動調整する構成である。この構成は設置台の上において仰角投影する場合に見られる例である。
【0004】
図6において、400は天井取付け金具で、図7のごとく図5に示した構成を天井取付けし俯角投影に用いる場合に用いる。天井取付け金具400はフレーム300の穴部301aに接続固定し、固定穴401にて天井にボルト固定する。
いずれの場合もスクリーン中心から光軸が遠いものほどレンズシフト量が大きくなりスクリーンの正対からの移動方向と同一方向に適宜レンズシフトすることで投射画像位置を一致させる。
同様にして画像のレンズシフト移動方向を上記設定の逆にすることで画像を2つ隣接接続し画角を拡大した投影をする場合にも図示したようなフレームへの組付け構成をとるのが一般的である。
尚、左右への画像接続では当然レンズシフト方向は左右方向も必要となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術においては、つぎのような点に問題を有している。
上記従来の技術においては、大光量大型画像投影装置を専用調整機能付ラックに組付ける構成となっていたため、安価に量産することができず、また、専用調整機能付ラックがスタック台数分必要となり高価となる。
また、機器の寸法に加え専用調整機能付ラックの厚みが加算されるため、スタックにおける光軸の平行距離が大きくなり、画像の重畳のためのレンズシフト量の差が増加する。このため、同じスタック可能台数を同一投射距離で得るために、イメージサークルの不要な増大をまねき、光学性能の悪化とレンズ重量/寸法の増大をもたらすこととなり、それによって、スタックでの画像一致度が劣化し、高品位な高輝度画像が得にくいという問題を生じる。また、同一の画質を得るのに必要なレンズの仕様が高度なものとなり、レンズ構成が複雑化し、高価格化が不可避となる。
一方、投射レンズのイメージサークル寸法を一定とした場合には、同一投射距離においてのスタック可能台数が減少し、同一スタック台数においては、より遠距離での投射にしか対応できなくなる。
安価で光学系部材の小型化が容易な小型パネルをライトバルブとして採用した画像投影装置構成に従来構成を適用した場合、本体の小型低価格化とラック等の割高なオプション価格が不釣合いでシステムとしての価格バランスが悪く、組付けにも工具が必要で時間がかかるため実用性がない。
上記従来の技術においては、以上のような点に問題があった。
【0006】
ところで、近年ポータブルプロジェクターに於いてスタッキング使用に効果的な大光量光学系が実現し、合計2000ANSIlm以上での画像投射が可能とはなったが、従来の「スタック」構成方法の有する上記したような問題から、このような小型プロジェクターを用いた場合においても、単体での可搬性、操作簡便性に見合ったスタック使用をする上で問題があった。
【0007】
そこで、本発明は、上記従来技術における課題を解決し、少量生産による高価なラック部材を用いることなく、同一位置決め手段構成部分を有する機器を、連続的かつ直接的に位置決めし、保持することが可能な位置決め保持機構を有する画像投影装置を提供することを目的としている。
【0008】
本発明は、上記課題を達成するため、位置決め保持機構を有する画像投影装置を、つぎの(1)〜()のように構成したことを特徴とするものである。
(1)本発明の画像投影装置は、少なくとも二つの画像投影装置を重ねて連結するに当たり、これらの二つの画像投影装置における一方の画像投影装置と他方の画像投影装置とを相互に位置決めして保持する位置決め保持機構を有する画像投影装置であって、
前記位置決め保持機構は、
前記一方の画像投影装置と他方の画像投影装置とのそれぞれにおける上面または下面のいずれか一方の面の、前記画像投影装置に備えられた投射レンズの光軸上に設けられた位置決め基準ザグリおよび長穴ザグリと、前記投射レンズの光軸から離れた位置に設けられた逃げ穴ザグリと、
前記上面または下面のいずれか他方の面の、前記位置決め基準ザグリ、前記長穴ザグリ、前記逃げ穴ザグリに対応する位置に設けられた調整ネジ座と、
前記位置決め基準ザグリに対応する前記調整ネジ座にねじ込み固定されるネジ部および前記位置決め基準ザグリに挿入される軸先端嵌合径部が形成された係合部材と
前記逃げ穴ザグリに対応する前記調整ネジ座にねじ込み固定されるネジ部および前記逃げ穴ザグリに挿入される軸先端嵌合径部が形成された係合部材と、
前記長穴ザグリに対応する前記調整ネジ座にねじ込み固定されるネジ部および前記長穴ザグリに挿入される軸先端嵌合径部が形成され、該軸先端嵌合径部が前記ネジ部に対して偏芯している偏芯係合部材と、
を備えており、
前記位置決め基準ザグリに対応する前記係合部材の回転により前記画像投影装置における投影光軸の上下方向の調整が行われ、
前記逃げ穴ザグリに対応する前記係合部材の回転により前記画像投影装置における投射画像の回転方向の調整が行われ、
前記長穴ザグリに対応する前記偏芯係合部材の回転により前記画像投影装置における投影光軸の左右方向の調整が行われることを特徴としている。
)本発明の画像投影装置は、該画像投影装置を構成する液晶パネル2インチ以下のパネルで形成されていることを特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】
上記した構成を採ることにより、同一位置決め手段構成部分を有する機器の連続的かつ直接的な位置決め保持が可能となる。
複数画像投影装置を別の結合用構造部材に対して組付けることなしに、直接位置決め保持し、複数の画像投影装置間での光軸間距離を近接させることが可能となる。特に、液晶パネルサイズを小型のもの、例えば、液晶パネルとしてコスト的に優れた2インチ以下の高画素数小型パネルを採用することで、スタック設置を容易におこなうことができ、重量負荷の軽減化、機構の簡素化、機器スペースの効率化、低価格化等が可能な最適な構成を得ることができる。また、位置決め保持結合した装置間の相対姿勢、角度調整等を、別の大きな部品等を追加なしに行うことが可能となる。
【0010】
一般に、パネルサイズを大きくすることで、液晶パネルは開口率が上がり明るさが改善するが、2インチを越えるパネルは材料どりによるコスト上昇の割りに、開口率の改善量が減じるため、本体の適用効果が生かしきれなくなる。
また、大光量でのスタックのため、多板式光学系を採用するとき、最低2インチ以下のパネルでないと、可搬(ポータブル)プロジェクタとして構成するのが困難である。
また、特別な補強部材、材質や構造部材を外部構造体として用いる必要性がなく、画像投影装置の外装構造自体を利用して、複数の機器を相互に連結使用することができるため、パネル対角寸法の約3乗に比例して生じる機器構造部分への強度負荷を減じることが可能となる。
また、実用面では、ポータブルプロジェクターを本体のみ、もしくは最小の結合アクセサリだけでスタック使用可能にし、スタックセットアップも容易に行えるので、設置要員1名で、通常の電源環境さえあれば大光量大画面投影設備を移動設置使用できる。
小会議室でそれぞれ常用する小型画像投影装置を複数台集め、大会議室でスタックして大画面での投影を行う、といった使用方法が容易に可能となり、大画面での稼働率が低い使用者が、高価な大光量大型画像投影を別途購入する必要等をなくすことができる。
【0011】
【実施例】
図1は実施例1に用いられる可変シフト画像投影装置の概略図で、クロスダイクロイックプリズム使用の3板方式での基本レイアウトを色分解部を略し、レンズ光軸と同一平面内に光軸を持つクロスダイクロイックプリズム中央チャンネル主体に示した構成図である。また、ここでは、その液晶パネルサイズが2インチ以下のものが用いられている。
同図において、
100は本件実施例で用いられる画像投影装置筐体、
101はいわゆるキーストン調整用の接地足部、
130はIR−UVカット(コールド)フィルタ、
140は2枚のフライアイレンズで構成したインテグレータ、
141は凸レンズ、
142は凸レンズ、
150は入射側偏光板、
160は透過型液晶ライトバルブユニット、
161はクロスダイクロイックプリズム、
170は投射レンズ、
171はレンズシフト量調整つまみ
180は照明光軸、
181は投射レンズ光軸、
190は光学ベース部材、
200はスクリーン、
210は光源ランプ、
220は放物面反射鏡、
である。
【0012】
以下、図1に基づいて、この実施例1に用いられる可変シフト画像投影装置について説明する。
光源210の光束は放物面反射鏡220にて略平行光となり、IR−UVカットフィルタ130にて可視光線以外の不要光が除去され、公知のフライアイタイプインテグレータ140にて照明強度が均一化され凸レンズ141,142にて照明条件を調整し偏光板150を介して液晶ライトバルブユニット160の光透過部分を必用十分な余裕をもって照明し、その照明光束を出射側に不図示の偏光板を有する液晶ライトバルブによって変調し、クロスダイクロイックプリズム161にて色合成した光束を光軸シフト量をつまみ171にて可変調整可能な投影レンズ170でスクリーン200の上に変調された画像を結像する構成である。
【0013】
投射レンズ170の光軸181は図示せぬレンズ平行シフト機構のシフト量調整つまみ171の作動により上下に移動可能で、図では照明光軸180より上方にシフトした(ライズした)状態を示している。
これにより、投射画像は正面やや上方に設置したスクリーン200に台形ひずみなしで投射される。
なお、投射レンズは歪曲ひずみが1%より十分小さくなるよう留意して設計されたものが必要なのは勿論である。
これら光学要素の内入射側の偏光板150、液晶ライトバルブユニット160、クロスダイクロイックプリズム161及び投射レンズ162は金属ダイキャストの光学ベース190に対して位置決め固定されている。
【0014】
図2は、本実施例の画像投影装置の位置決め保持機構を説明するための図であり、(a)はその平面図、(b)は側面図(c)は下面図である。
同図において102は位置決め基準ザグリ、103は長穴ザグリ、104は逃げ穴ザグリ、105は調整ネジ座、181は投射レンズ光軸である。
位置決め基準ザグリ102、長穴ザグリ103は光軸上にあって機器筐体の上カバー部材に設けられている。逃げ穴ザグリ104は機器重心位置を考慮し光軸より離反した位置で同じく機器筐体の上カバー部材に設けられている。それぞれのザグリ形状中心を上面から透視した位置に機器筐体の下カバー部材に設けた調整ネジ座105が配置されている。
キーストン調整用の接地足部101は筐体下面にあって不図示の軸ネジ部の回転にて筐体から伸長可能で、設置場所の傾斜を補正して機器筐体を水平に設置するのに用いる。
【0015】
図3は本実施例(図2の画像投影装置)のスタック状態を示す図である。
同図において、100は図2に示した同一の画像投影装置(ここでは2台連結)、110は係合部材(無偏芯)、120は偏芯係合部材である。
各係合部材は機器筐体の下カバー部材に設けた調整ネジ座105にねじ込み固定する。
スタック上側の機器のキーストン調整用の接地足部101は不図示であるが、脱着可能としてスタック時に実際にはずしてもよい。係合部材を3個所に固定した後あらかじめ最大シフト量まで上方に画像をシフトし、スクリーンに正対させキーストン調整し、水平に設置済みの第一の機器筐体上面に乗せる。
乗せる際には、位置決め基準ザグリ102と逃げ穴ザグリ104に対応する調整ネジ座105には係合部材110が、長穴ザグリ103に対応する調整ネジ座105(形状は3個所とも同じ)には偏芯係合部材120が取付けて設置する。
尚、レンズシフト調整つまみは不図示となっている。
【0016】
つぎに、各係合部の機能について以下に説明する。
図4は、図3に示した係合部の詳細を示す図である。
同図において、
第一係合部は位置決め基準ザグリ102による係合部、
第二係合部は位置決め逃げ穴ザグリ104による係合部、
第三係合部は位置決め長穴ザグリ103による係合部、を示している。
また対応するザグリ部の上面視図にて係合部材のザグリへの挿入/嵌合部の断面をハッチングを施し示している。
ここで、106は調整ネジ座105の嵌合ザグリ径部分、107は調整ネジ座のネジ部、111は軸先端R部、112は軸先端嵌合径部、113は操作ローレット部、114は調整ネジ座嵌合部、115はネジ部、でありeは第三係合部の偏芯係合部材120における軸先端嵌合径部112のネジ部115に対する偏芯量を示している。
【0017】
3つの係合部は、それぞれ係合部材110および120のネジ部を筐体下カバーの調整ネジ座105に対しネジ込み、ネジ部115の付根に設けた調整ネジ座嵌合部114が調整ネジ座105の嵌合ザグリ径部分106と嵌合状態で使用することで軸位置精度を確保している。
また、この嵌合部により係合部材のぐらつきが減じ、2つの投影画像の機器の設置環境における振動による揺らぎを防止する。
調整ネジ座嵌合部114の下部には調整時に手動で回動する際の操作性を考慮し、ローレットをきった大径部分である操作ローレット部113があり、その下には上カバーに設けた3種のザグリ102,103,104に挿入される軸先端嵌合径部112とスタック時の重量を支持する突き当て部である軸先端R部111が設けてあり基準ザグリ102と長穴ザグリ103にたいして嵌合し位置決めされる。
位置決め逃げ穴ザグリ104による第二係合部は突き当てによる重量支持にのみ寄与するべく遊び嵌合となっている。
長穴ザグリ103との嵌合部は軸先端嵌合径部112が偏芯量eだけ偏芯させてある。
【0018】
先に述べた如く、あらかじめ最大シフト量まで上方に画像をシフトし、スクリーンに正対させキーストン調整し、水平に設置済みの第一の機器筐体上面に2台目を乗せたのち、第一の投影画像を投射位置基準として2台目の画像を投射する。
3つの係合部がそれぞれ図示のごとく係合した状態にて、第一係合部の係合部材110の操作ローレット部113を回動することで、機器のレンズ側(前側)を上下させ、投影光軸の上下方向の平行調整を行う。
第二係合部は係合部材110の操作ローレット部113を回動することで、機器のスクリーン平行面内での回動を行い、投影画像の回転方向の水平出しを行う。
第三係合部は係合部材120の操作ローレット部113を回動することで、機器を微少揺動させ、位置決め長穴ザグリ103を回転中心とした投影光軸回転を行い、投影光軸の左右方向の平行調整を行う。
ネジ部の偏芯部調整時の回動により機器の後部も上下動するが調整範囲は180度以内であるので実質微少である。厳密な調整にはこの偏芯調整を行った後に第一係合部にて上下調整を行い、最後に第二係合部にて画像の水平出しを行うとよい。
【0019】
この際、他の調整との独立性を得るには、第二係合部を第一、もしくは第三係合部と光軸に対し直交する軸上に配置するとともに、偏芯調整部の係合部材のみ、ねじ込み固定せず軸方向位置一定の回転可能支持方法で支持すればよい。
回転可能支持方法としては、ネジ部115のかわりに軸部にv溝をつけ下面カバーの軸部挿入穴にクリックバネ手段を設るなどして挿入後ある程度抜け止される機構にするだけで良く、極論すればネジ部115をまったく無くしてしまった偏芯係合部材を2台を重ねるときに両者に差込み重畳するだけでも軸方向位置固定での回動が可能である。
【0020】
以上光軸の平行出し調整が済んだ後ピントを再チェックし、ズームレンズであればズームにて画面サイズを一致させしかるのちに2台目の画像投影装置の投射画像をシフトして画像を重ねることでスタック調整ができる。
以上、2台のスタックの場合を説明したが、このあとn台目を同様の手順で積重ねられることは容易に想像されるので詳細説明は略す。何台スタック可能かどうかは、スクリーンへの正対精度、レンズの歪曲ひずみの小ささで決る。
また、キーストン足105の接地部形状を、係合部材110,120のものと同様に構成するか、係合部110,120自体をキーストン足105と兼用して、下面の支持構造を簡素化しても良い。
【0021】
上記プロジェクター構成例として透過型3板液晶式でクロスダイクロイックプリズムを色光の合成に用いた一般的例を示したが、本実施例に関る画像投影装置としてはこのタイプに限る物でない。
本実施例に使用可能な画像投影装置構成例としては、色合成系にクロスダイクロイックプリズムを用いないで公知のL字型ダイクロイックプリズムを用い、3枚のパネルをコの字でなくZ字型に配置する構成を適用し、色合成系にクロスダイクロイックプリズムを用いないで公知のミラー順次方式ダイクロイックミラーを用い、3枚のパネルをコの字でなくZ字型に配置する構成としてもよい。
また、L字型ダイクロイックプリズムを複数のダイクロイックプリズム、ミラーに分離した構成としてもよく、あるいは、上記例にて更にマイクロレンズ付き液晶パネルを用いて構成してもよい。
反射型液晶方式、ILA方式、DLP方式の画像投影装置を用いた場合なども、本実施例に関る画像投影装置としての機能は同一であり、どの方式であってもよい。
さらに、画像素子を用いたプロジェクターにて全有効画素数より少ない画素を用いて全画面域を表示し余裕画素部分を表示域の位置調整に用い、表示域外を全黒表示することで、固定シフト量でレンズ固定されたプロジェクターであっても、歪曲が少ない場合(もしくはズームレンズで歪曲量が正負反転する領域を用いる場合)、スタック状態で使用しても、性能を損なうことなく使用することがてきる。
ここで、余裕画素数から決る最大表示域位置調整量から最大デジタルシフト量が決り、スタック可能台数と完全重畳可能投影距離が決るが、上記した構成でスタックし、さらに画像素子の対角寸方を小型にしたシステム構成にすることで、本実施の形態で述べたように投影光軸の軸間距離の縮小ができ、いずれの画像投影方式と機械/光学的レンズシフトもしくはデジタル画像シフトとの組み合せによっても、対応することが可能である。
【0022】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明によると、少量生産による高価なラック部材を用いることなく、同一位置決め手段構成部分を有する機器を、連続的かつ直接的に位置決めし、保持することが可能となる。特に、液晶パネルとしてコスト的に優れた小型パネルを採用することで、スタック設置を容易におこなうことができ、重量負荷の軽減化、機構の簡素化、機器スペースの効率化、低価格化等が可能な最適な構成を得ることができる。
また、本発明によると、位置決め保持結合した装置間の相対姿勢、角度調整等を、別の大きな部品等を追加なしに行うことが可能となる。
また、本発明によると、特別な補強部材、材質や構造部材を外部構造体として用いる必要性がなく、画像投影装置の外装構造自体を利用して、複数の機器を相互に連結使用することができるため、パネル対角寸法の約3乗に比例して生じる機器構造部分への強度負荷を減じることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における可変シフト画像投影装置の構成例を示す概略図。
【図2】本実施例の画像投影装置の位置決め保持機構を説明するための図であり、(a)はその平面図、(b)は側面図(c)は下面図。
【図3】本発明の実施例における画像投影装置のスタック状態を示す図。
【図4】本発明の実施例のスタック状態における係合部を詳細に示す図。
【図5】従来例の画像投影装置におけるスタック状態を示す図。
【図6】従来例の天井取付け金具を示す図。
【図7】従来例の天井取付けスタック状態を示す図。
【符号の説明】
100:プロジェクター筐体
101:接地足部
102:基準ザグリ
103:長穴ザグリ
104:逃げ穴ザグリ
105:調整ネジ座
106:嵌合ザグリ径部分
107:調整ネジ座のネジ部
110:係合部材
111:軸先端R部
112:軸先端嵌合径部
113:操作ローレット部
114:調整ネジ座嵌合部
115:ネジ部
120:偏芯係合部材
130:IR−UVカット(コールド)フィルタ
140:2枚のフライアイレンズで構成したインテグレータ
141:凸レンズ
142:凸レンズ
150:入射側偏光板
160:液晶ライトバルブユニット
161:クロスダイクロイックプリズム
170:投射レンズ
171:レンズシフトつまみ
180:照明光軸
181:投影レンズ光軸
190:光学ベース部材
200:スクリーン
210:光源ランプ
220:放物面反射鏡

Claims (2)

  1. 少なくとも二つの画像投影装置を重ねて連結するに当たり、これらの二つの画像投影装置における一方の画像投影装置と他方の画像投影装置とを相互に位置決めして保持する位置決め保持機構を有する画像投影装置であって、
    前記位置決め保持機構は、
    前記一方の画像投影装置と他方の画像投影装置とのそれぞれにおける上面または下面のいずれか一方の面の、前記画像投影装置に備えられた投射レンズの光軸上に設けられた位置決め基準ザグリおよび長穴ザグリと、前記投射レンズの光軸から離れた位置に設けられた逃げ穴ザグリと、
    前記上面または下面のいずれか他方の面の、前記位置決め基準ザグリ、前記長穴ザグリ、前記逃げ穴ザグリに対応する位置に設けられた調整ネジ座と、
    前記位置決め基準ザグリに対応する前記調整ネジ座にねじ込み固定されるネジ部および前記位置決め基準ザグリに挿入される軸先端嵌合径部が形成された係合部材と
    前記逃げ穴ザグリに対応する前記調整ネジ座にねじ込み固定されるネジ部および前記逃げ穴ザグリに挿入される軸先端嵌合径部が形成された係合部材と、
    前記長穴ザグリに対応する前記調整ネジ座にねじ込み固定されるネジ部および前記長穴ザグリに挿入される軸先端嵌合径部が形成され、該軸先端嵌合径部が前記ネジ部に対して偏芯している偏芯係合部材と、
    を備えており、
    前記位置決め基準ザグリに対応する前記係合部材の回転により前記画像投影装置における投影光軸の上下方向の調整が行われ、
    前記逃げ穴ザグリに対応する前記係合部材の回転により前記画像投影装置における投射画像の回転方向の調整が行われ、
    前記長穴ザグリに対応する前記偏芯係合部材の回転により前記画像投影装置における投影光軸の左右方向の調整が行われることを特徴とする画像投影装置。
  2. 前記画像投影装置は、該画像投影装置を構成する液晶パネル2インチ以下のパネルで形成されていることを特徴とする請求項1に記載の画像投影装置。
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