JP5383630B2 - 画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像投射装置に関する。

特許文献１は、光源から射出される光の光路を折り曲げ、光源から射出される光の光路に対して投射レンズの光路を上側に配置すると共に、投射レンズをシフト機構により上下方向にシフト可能にした画像投射装置を開示している。

特許第３３３９５０４号公報

このように光路が折れ曲がり、投射レンズのシフト機構を有する従来の画像投射装置は、筺体の上下方向の長さ（高さ）が大きくなりやすく小型化が困難であった。また、投射レンズとシフト機構は固定板に固定され、固定板の下端が画像投射装置の筺体の底板に固定される場合には固定板の上下方向の長さ（高さ）が大きくなって固定板は水平方向に傾斜しやすい。この結果、投射レンズの像面の変動などによって投射画質が低下するおそれがあった。

そこで、本発明は、小型で優れた特性を有することが可能な画像投射装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の画像投射装置は、原画を表示する画像表示素子と、光源からの光が通過する第１の光路を偏向して第２の光路を形成する第１の偏向手段と、前記第２の光路を偏向して第３の光路を形成する第２の偏向手段と、前記画像表示素子と該画像表示素子から出射し前記第１、２の偏向手段を通過した光を被投射面に投射する投射レンズを、前記投射レンズの光軸に直交する上下方向にシフトさせるシフト機構と、前記画像表示素子、前記第１の偏向手段および前記第２の偏向手段を収納し、上側の面と下側の面のうち前記第１の光路よりも前記第３の光路に近い方の面を設置面とした筺体と、前記投射レンズと前記シフト機構が固定され、前記筺体の設置面側の端部において前記筺体に固定されている固定板と、を有し、前記シフト機構は、前記第１の光路上に配置されたレンズの光軸上を通る光線が前記第２の偏向手段により偏向された後の光路を基準にして、前記投射レンズを前記設置面側に対応する方向にシフト可能なシフト量よりも、前記設置面側の反対側に対応する方向にシフト可能なシフト量の方が大きくなるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、小型で優れた特性を有することが可能な画像投射装置を提供することができる。

本実施形態の画像投射装置を投射台に据え置きした場合の光路図である。 図１に示す画像投射装置を天井から吊り下げた場合の光路図である。 図１に対応する実施例１の画像投射装置の光路図である。 図１に対応する実施例２の画像投射装置の光路図である。

図１は、本実施形態の画像投射装置（投射型表示装置）が投射台８に設置された場合の光路図である。図１において、１は光源ランプである。２は光源ランプ１から出た光が通過する、水平方向に延びる第１の光路である。３は画像投射装置の筺体である。

４は第１の光路２を９０度偏向して（折り曲げて）垂直方向に延びる第２の光路５を形成する第１の偏向手段である。６は第２の光路５を９０度偏向して（折り曲げて）水平方向に延びる第３の光路７を形成する第２の偏向手段である。なお、第１の偏向手段４と第２の偏向手段６による折り曲げ角度は９０度に限定されない。

なお、本実施形態においては、第１の光路２と第３の光路７は平行であり、第１の光路２と第３の光路７のそれぞれは第２の光路５と垂直であり、第２の光路５は上下方向に延びている。

第１の偏向手段４と第２の偏向手段６による光束偏向方法は、ミラーや偏光分離膜などを利用した反射を使用することができる。第２の偏向手段６は第１の偏向手段４の筺体３の設置面側に配置されている。

図１においては、筺体３の設置面３ａは筺体３の底板の投射台８側の面（底面）である。図１においては、筺体３の設置面側は下側であり、筺体３の設置面側と反対側は上側であるが、後述する図２では筺体３が上下逆に天井に固定されるので筺体３の設置面に関する上下関係は逆転する。

光源ランプ１からの光束は第１の光路２を通り、第１の偏向部材４により下方向に反射されて第２の光路５を通り、更に、第２の反射部材６により反射されて第３の光路７を通過して投射レンズ（投射光学系）１０に入射する。

画像投射装置は、原画を表示する不図示の画像表示素子を更に有し、投射レンズ１０は、画像表示素子と第３の光路７を通過した映像光を被投射面（スクリーン）１２に投射する。

投射レンズ１０は、シフト機構１１にシフト可能に構成されている。シフト機構１１は、投射レンズ１０の光軸に直交する方向のうち少なくとも被投射面１２の縦方向に対応する（図１の）上下方向に投射レンズ１０をシフトさせる。シフト機構１１と投射レンズ１０は固定板９に固定されている。固定板９はその下側の端部９ａにおいて筺体３の下部の外装（設置面３ａまたはこれに固定された部材）に固定されている。

筺体３には不図示の画像表示素子、第１の偏向手段４、第２の偏向手段６が収納されているが、投射レンズ１０は一部が筺体３から突出している。また、固定板９やシフト機構１１も筺体３内に収納されていなくてもよい。

従来は、光源ランプ１が重いなどの理由から第１の光路２が第３の光路７よりも筐体３の設置面側に配置されていたが、本実施形態では、第３の光路７の方が第１の光路２よりも筐体３の設置面側に配置されている。

この結果、投射レンズ１０が筐体３の下部に配置され、固定板９の下側の端部９ａと投射レンズ１０の光軸までの距離Ｄを従来よりも短くすることができるので画像形成装置を上下方向（高さ方向）に小型にすることができる。例えば、図１に示すように、投射レンズ１０の上部のハッチングしたスペースＶを筺体３から除去して筺体３を小型にしたり、更なる機能を与える部材をスペースＶに搭載してスペースＶの有効利用を図ったりすることができる。

また、固定板９の上下方向の長さ（高さ）が小さくなるのでコストダウンを図ることができる。

更に、固定板９を上下方向の長さ（高さ）を小さくすることによって固定板９が水平方向（図１の左右方向）に傾斜しにくくなる。このため、投射レンズ１０の重量によって固定板９が傾斜して不図示の画像表示素子表示面と投射レンズ１０の像面が変動したり、画像表示素子とこれを照明する不図示の照明光学系が傾斜したりすることを少なくすることができる。被投射面１２における画質を維持することができるので、画像投射装置の光学特性を維持することができる。

シフト機構１１のシフト方向である上下方向のうち、筺体３の設置面側に対応する下方向に投射レンズ１０をシフト可能なシフト量Ｓ２と、筺体３の設置面側とは反対側に対応する上方向に投射レンズ１０をシフト可能なシフト量Ｓ１と、を考える。この場合、上方向のシフト量Ｓ１と下方向のシフト量Ｓ２は同一（Ｓ１＝Ｓ２）でもよいが、シフト量Ｓ１がシフト量Ｓ２よりも大きくてもよい。後者の場合には、筐体３の高さを小さくすることができるという効果が得られると共に、固定板９をシフト量Ｓ２の減少に伴って短くすることができるのでコストダウンと光学特性の維持を図ることができる。

また、第１の光路２と筺体３の設置面３ａとの間に入出力端子１３ａが実装されたインターフェース基板１３とメイン基板１４を更に有している。これにより、筐体内のデッドスペースを減らして筺体３の内部空間を有効利用し、筐体３の小型化を図ることができる。入出力端子１３ａにはインターフェースコネクタが接続可能であり、被投射面１２に投射される画像情報を含む各種の信号を送受信することができる。

図２は、画像投射装置を天井１６から吊り下げた場合の光路図である。画像投射装置を天井１６から吊り下げる場合には筐体３を上下逆にし、筐体３の底面（または設置面）に図２に示す天吊り金具１５を取り付け、天井１６に天吊り金具１５を固定する。

この場合、上述した効果に加えて、筐体３を支える剛性の高い天吊り金具１５の近傍に固定板９を配置することができるので投射レンズ１０の倒れによる画像劣化を更に抑えることができ、画像形成装置の光学特性を向上することができる。

更に、インターフェース基板１３が天吊り金具１５の近くに配置されているので入出力端子１３ａに接続されたケーブル１８を最短で天吊り金具１５に這わせることができる。ケーブル１８の長さが短くなるのでノイズによる影響を低減して画像投射装置の電気的特性と投射画像の画質を維持することができる。また、ケーブル１８をカバー部材１７で覆う場合にカバー部材１７の大きさを小さくすることができ、カバー部材１７による保護が容易になる。

図１及び図２では、固定板９は端部９ａが筺体３の外装３ａにネジ止めされているが、更に、固定板９の筺体３の設置面側と反対側においても筺体３に固定されるようにして固定板９の倒れ防止効果を高めてもよい。固定方法は、固定板９と筺体３の一方にボスを設けて他方にこれと係合する凹部を設けてもよいし、ネジによる固定であってもよい。

また、固定板９は、後述するように、一又は複数の光学部材（例えば、プリズム）と更に接続していてもよい。

以下、第１の光路２、第２の光路５、第３の光路７に配置される光学系の例について説明する。

図３は、図１に対応する、実施例１の画像投射装置の具体的な光路図である。図中、２１は光源、２２は光源２１からの光を図３の左側に反射すると共にほぼ平行光に変換する（放物面）リフレクタであり、光源２１とリフレクタ２２が図３の光源ランプ１に対応する。光源２１は、例えば、白色光を発する。

第１の光路２には反射型液晶パネル２９を均一にケーラー照明する照明光学系が配置されている。照明光学系は、第１のフライアイレンズ２３ａ、第２のフライアイレンズ２３ｂ、偏光変換素子２４、コンデンサレンズ２５ａ、２５ｂを有する。

第１のフライアイレンズ２３ａには、パネルと相似形状の矩形レンズがマトリクス状に配置されている。第２のフライアイレンズ２３ｂは、第１フライアイレンズ２３ａの個々のレンズに対応するレンズを有する。第１、第２のフライアイレンズ２３ａ、２３ｂは光束を分割して反射型液晶パネル２９を均一に照明するための二次光源を形成する。偏光変換素子２４は、光源２１からの無偏光光を特定の偏光方向を有する直線偏光（例えば、Ｐ偏光）に変換する。

２６は偏向部材４に対応するミラーであり、２７は偏光ビームスプリッタ（プリズム）、２８は偏光ビームスプリッタ２７の偏光分離膜である。２９は原画を形成する画像表示素子であり、入射光の偏光状態を変更（変調）して反射して画像を表示する反射型液晶パネルから構成されている。なお、本実施例において、固定板９には偏光ビームスプリッタ２７が更に固定されてもよい。

第１の光路２において、光源２１からの光はリフレクタ２２で反射されて略平行光となり、第１、第２のフライアイレンズ２３ａ、２３ｂを透過して偏光変換素子２４でＰ偏光に変換され、コンデンサレンズ２５ａ、２５ｂにより収斂されてミラー２６に至る。

ミラー２６を反射された収斂光は第２の光路５を通り、偏光ビームスプリッタ２７に入射する。偏光分離膜２８は、収斂光（例えば、Ｐ偏光）を透過し、反射型液晶パネル２９によって反射された変調光（例えば、Ｓ偏光）を投射レンズ１０に向けて反射する。投射レンズ１０は第３の光路７を通過した光を被投射面１２に画像が投射される。投射レンズ１０はシフト機構１１によって上下方向に移動可能に構成されている。

図４は、図１に対応する実施例２の画像投射装置の具体的な光路図である。図中、２１〜２５ｂは図３と同様である。３６はダイクロイックミラー、３７は青・赤色用の偏光ビームスプリッタ（プリズム）、３８は緑色用の偏光ビームスプリッタ（プリズム）、３９は緑の波長帯域の光を反射し、赤及び青の波長帯域の光を透過する色合成プリズム（合成光学系）である。

４１、４２は偏光板、４３は赤光の偏光方向を９０度回転させる波長選択性位相板である。４５ａは赤用の１／４λ板であり、４６ｃは赤色用の反射型液晶パネルである。４５ｂは青用の１／４λ板であり、４６ｂは青色用の反射型液晶パネルである。４５ｃは緑用の１／４λ板であり、４６ｃは緑色用の反射型液晶パネルである。波長選択性位相板４３と１／４λ板４５ａ、４５ｂ、４５ｃによって色光毎にＰ偏光またはＳ偏光に変換される。

ダイクロイックミラー３６は、照明光学系（２３ａ〜２５ｂ）からの白色光を、第１の色光（例えば、緑光）を透過し、第２及び第３の色光（例えば、赤光及び青光）を反射することによって分離する。第２及び第３の色光の光路は第２の光路５と考えることができる。

偏光ビームスプリッタ３８はダイクロイックミラー３６を透過した第１の色光（例えば、Ｐ偏光）を透過して反射型液晶パネル４６ｃに到達させる。反射型液晶パネル４６ｃで反射された第１の色光（例えば、Ｓ偏光）は、偏光ビームスプリッタ３８で反射されて色合成プリズム３９に到達するが、この反射光の光路は第２の光路５と考えることができる。

偏光ビームスプリッタ３７は、ダイクロイックミラー３６で反射された第２の色光（例えば、Ｓ偏光）を反射して反射型液晶パネル４６ａに到達させる。反射型液晶パネル４６ａで反射された第２の色光（例えば、Ｐ偏光）は、偏光ビームスプリッタ３７を透過して色合成プリズム３９に到達する。偏光ビームスプリッタ３７は、ダイクロイックミラー３６で反射された第３の色光（例えば、Ｐ偏光）を透過して反射型液晶パネル４６ｂに到達させる。反射型液晶パネル４６ｂで反射された第３の色光（例えば、Ｓ偏光）は、偏光ビームスプリッタ３７で反射されて色合成プリズム３９に到達する。

色合成プリズム３９は、第１〜第３の色光を合成して投射レンズ１０に導く。色合成プリズム３９から射出される光の光路は第３の光路７である。投射レンズ１０は、合成された第１〜第３の色光を被投射面１２に投射する。投射レンズ１０はシフト機構１１によって上下方向に移動可能に構成されている。

本実施例では、固定板９の代わりに固定板９Ａを使用している。もちろん、固定板９Ａの代わりに固定板９を使用してもよい。固定板９には投射レンズ１０とそのシフト機構が固定されているが、固定板９Ａにはこれらに加えて偏光ビームスプリッタ（プリズム）３７、３８と色合成プリズム３９を更に固定している。

複数のプリズムの位置関係がずれると反射型液晶パネル４６ａ〜４６ｃの表示画素ずれや光学部品の倒れによって解像度が低下し、画質が劣化する。固定板９Ａは複数のプリズム同士の位置関係を維持することにより光軸ずれを防ぎ、高画質を実現している。更に、固定板９Ａと筐体３の設置面３ａとの距離が近くなるように配置されているので固定板９Ａの倒れによって光学性能を劣化させることがない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本実施例の画像投射装置はプロジェクタなどの用途に適用することができる。

２ 第１の光路
３ 筺体
５ 第２の光路
７ 第３の光路
９、９Ａ 固定板
１０ 投射レンズ
１１ シフト機構
１２ 被投射面（スクリーン）
２９、４６ａ〜４６ｃ 液晶表示パネル（画像表示素子）

Claims (4)

1. 原画を表示する画像表示素子と、
   光源からの光が通過する第１の光路を偏向して第２の光路を形成する第１の偏向手段と、
   前記第２の光路を偏向して第３の光路を形成する第２の偏向手段と、
   前記画像表示素子と該画像表示素子から出射し前記第１、２の偏向手段を通過した光を被投射面に投射する投射レンズを、前記投射レンズの光軸に直交する上下方向にシフトさせるシフト機構と、
   前記画像表示素子、前記第１の偏向手段および前記第２の偏向手段を収納し、上側の面と下側の面のうち前記第１の光路よりも前記第３の光路に近い方の面を設置面とした筺体と、
   前記投射レンズと前記シフト機構が固定され、前記筺体の設置面側の端部において前記筺体に固定されている固定板と、
   を有し、
   前記シフト機構は、前記第１の光路上に配置されたレンズの光軸上を通る光線が前記第２の偏向手段により偏向された後の光路を基準にして、前記投射レンズを前記設置面側に対応する方向にシフト可能なシフト量よりも、前記設置面側の反対側に対応する方向にシフト可能なシフト量の方が大きくなるように構成されていることを特徴とする画像投射装置。
2. 前記筺体の設置面には天吊り金具が取り付け可能に構成され、
   前記画像投射装置は前記第１の光路と前記筺体の設置面との間に入出力端子が実装されたインターフェース基板を更に有することを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記入出力端子を覆うカバー部材を更に有することを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
4. 前記画像投射装置は、プリズムを更に有し、
   前記プリズムは前記固定板に更に固定されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の画像投射装置。