JP5637459B2 - 投射光学装置および画像投影装置 - Google Patents
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Description
図1に示すように、プロジェクタ1の上面には、投影画像Pが出射する透過ガラス51が設けられており、透過ガラス51から出射した投影画像Pが、スクリーンなどの投影面101に投影される。
また、プロジェクタ1の上面には、ユーザがプロジェクタ1を操作するための操作部83が設けられている。また、プロジェクタ1の側面には、ピント調整のためのフォーカスレバー33が設けられている。
プロジェクタ1は、光源を備えた不図示の光源部と、光源からの光を用いて画像を形成する画像形成系Aとを有している。画像形成系Aは、画像形成素子としてのDMD12(Digital Mirror Device)を備えた画像形成部10と、光源からの光を、折り返してDMD12に照射して光像を生成する照明部20とで構成されている。また、画像を投影面101に投影するための投射光学装置としての投影光学系Bを有している。投影光学系Bは、透過型の屈折光学系を少なくとも一つ含み、正のパワーを有する共軸系の第1光学系70を備えた第1光学部30と、折り返しミラー41と正のパワーを有する曲面ミラー42とを備えた第2光学部40とで構成されている。
図3に示すように、画像形成部10、照明部20、第1光学部30、第2光学部40が、投影面および投影像の像面と平行な方向のうち図中Y方向に並べて配置されている。また、照明部20の図中右側には、光源部60が配置されている。
図4は、光源部60の概略斜視図である。
光源部60は、光源ブラケット62を有しており、光源ブラケット62の上部にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどの光源61が装着さている。また、光源ブラケット62には、電源部80(図14参照)に接続された不図示の電源側コネクタと接続するコネクタ部62aが設けられている。
図5は、照明部20に収納された光学系部品を、他の部とともに示す斜視図である。
図5に示すように、照明部20は、カラーホイール21、ライトトンネル22、2枚のリレーレンズ23、シリンダミラー24、凹面ミラー25を有しており、これらは、照明ブラケット26に保持されている。照明ブラケット26は、2枚のリレーレンズ23、シリンダミラー24、凹面ミラー25が収納される筐体状の部分261を有しており、この筐体状の部分261の4つの側面部のうち、図中右側のみ側面を有し、他の3面は、開口した形状となっている。そして、図中X方向の奥側の側面部開口には、OFF光板27(図6参照)が取り付けられており、図中X方向手前側の側面部開口には、いずれの図面にも図示されていないカバー部材が取り付けられる。これにより、照明ブラケット26の筐体状の部分261に収納される2枚のリレーレンズ23、シリンダミラー24、凹面ミラー25は、照明ブラケット26と、OFF光板27(図6参照)と、いずれの図面にも図示されていないカバー部材とにより覆われる。
照明ブラケット26の筐体状の部分261の上部には、図中Y方向に対して直交する上面26bが設けられている。この上面26bの4角には、第1光学部30をネジ止めするためのネジが貫通する貫通孔が設けられている(図6では、貫通孔26c1と26c2とが図示されており、残りの貫通孔については、不図示)。また、図中X方向手前側の貫通孔26c1,26c2に隣接して、第1光学部30を照明部20に位置決めするための位置決め孔26e1,26e2が設けられている。図中X方向手前側に設けられた2個の位置決め孔のうち、カラーホイール21配置側の位置決め孔26e1は、位置決めの主基準であり、丸穴形状となっており、カラーホイール21配置側と反対側の位置決め孔26e2は、位置決めの従基準であり、Z方向に延びる長穴となっている。また、各貫通孔26c1,26c2の周囲は、照明ブラケット26の上面26bよりも突出しており、第1光学部30をY方向に位置決めするための位置決め突起26fとなっている。位置決め突起26fを設けずに、Y方向の位置精度を高める場合、照明ブラケット26の上面全体の平面度を高める必要があり、コスト高になる。一方、位置決め突起26fを設けることで、位置決め突起26fの部分だけ、平面度を高めればよいので、コストを抑えて、Y方向の位置精度を高めることができる。
カラーホイール21は、円盤形状のものであり、カラーモータ21aのモータ軸に固定されている。カラーホイール21には、回転方向にR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)などのフィルタが設けられている。光源部60のホルダ64に設けられた不図示のリフレクタにより集光された光は、出射窓63を通って、カラーホイール21の周端部に到達する。カラーホイール21の周端部に到達した光は、カラーホイール21の回転により時分割でR、G,Bの光に分離される。
図8は、画像形成部10の斜視図である。
図8に示すように画像形成部10は、DMD12が装着されるDMDボード11を備えている。DMD12は、マイクロミラーが格子状に配列された画像生成面を上向きにしてDMDボード11に設けられたソケット11aに装着されている。DMDボード11には、DMDミラーを駆動するための駆動回路などが設けられている。DMDボード11の裏面(ソケット11aが設けられた面と反対側の面)には、DMD12を冷却するための冷却手段としてのヒートシンク13が固定されている。DMDボード11のDMD12が装着される箇所は、貫通しており、ヒートシンク13には、この不図示の貫通孔に挿入される突起部13a(図7参照)が形成されている。この突起部13aの先端は、平面状になっている。突起部13aを不図示の貫通孔に挿入して、DMD12の裏面(画像生成面と反対側の面)に突起部13a先端の平面部を当接させている。この平面部やDMD12の裏面のヒートシンク13が当接する箇所に弾性変形可能な伝熱シートを貼り付けて、突起部13aの平面部とDMD12の裏面との密着性を高めて、熱伝導性を高めてもよい。
図9は、第1光学部30を、照明部20と画像形成部10とともに示す斜視図である。
図9に示すように、第1光学部30は、照明部20の上方に配置されており、複数のレンズで構成された第1光学系70(図2参照)を保持した投影レンズ部31と、この投影レンズ部31を保持するレンズホルダー32とを有している。レンズホルダー32には、下方へ延びる4つの脚部32a1〜32a4が設けられており(図9には、脚部32a2,32a3のみ図示されている。脚部32a1は、図3参照、脚部32a4は、図5参照)、各脚部32a1〜32a4の底面には、照明ブラケット26にねじ止めされるためのネジ穴が形成されている。
図10に示すように、脚部32a1,32a2には、被位置決め突起32b1,32b2が、設けられている。そして、図中右側の被位置決め突起32b1は、照明ブラケット26の上面26bに設けられた位置決めの主基準である丸穴形状の位置決め孔26e1に、図中左側の被位置決め突起32b2は、位置決めの従基準である長穴形状の位置決め孔26e2にそれぞれ挿入されて、Z軸方向、X軸方向の位置決めがなされる。そして、照明ブラケット26上面26bに設けられた貫通孔26c1〜26c4にネジ37を挿入し、レンズホルダー32の各脚部32a1〜32a4に設けられたネジ穴にネジ37をねじ止めすることで、第1光学部30が照明部20に位置決め固定される。
図11は、第2光学部40が備える第2光学系を、投影レンズ部31と照明部20と画像形成部10とともに示す斜視図である。
図11に示すように、第2光学部40は、第2光学系を構成する折り返しミラー41と、凹面状の曲面ミラー42とを備えている。曲面ミラー42の光を反射する面は、球面、回転対称非球面、自由曲面形状などにすることができる
図12に示すように、第2光学部40は、曲面ミラー42から反射した光像を透過するとともに、装置内の光学系部品を防塵するための出射窓部としての透過ガラス51も備えている。
第1光学系70を構成する投影レンズ部31を透過した光束は、折り返しミラー41と曲面ミラー42との間で、DMD12で生成された画像に共役な中間像を形成する。この中間像は、折り返しミラー41と曲面ミラー42との間に曲面像として結像される。次に、中間像を結像した後の発散する光束は、凹面状の曲面ミラー42に入射し、収束光束になり、曲面ミラー42により中間像を「さらに拡大した画像」にして投影面101に投影結像する。
図に示すように、画像形成部10、照明部20、第1光学部30、第2光学部40は、投影面の短軸方向であるY方向に積層配置されており、光源部60は、画像形成部10、照明部20、第1光学部30、第2光学部40が積層された積層体に対して投影面の長軸方向であるZ方向に配置されている。このように、本実施形態においては、画像形成部10、照明部20、第1光学部30、第2光学部40および光源部が、投影画像および投影面101に対して平行な方向であるY方向またはZ方向に並べて配置されている。さらに具体的には、画像形成部10と照明部20とからなる画像形成系Aと、第1光学部30と第2光学部40とからなる投影光学系Bとが積層された方向に対して直交する方向に光源部60が画像形成系Aに連結されている。また、画像形成系Aと光源部60とは、ベース部材53に平行な同一の直線上に配置されている。また、画像形成系Aと投影光学系Bとは、ベース部材53に垂直な同一の直線上に配置され、ベース部材53側から、画像形成系A、投影光学系Bの順番で配置されている。これにより、装置の設置スペースが投影面101に投影された投影画像の面に対して直交する方向に取られるのを抑制することができる。これにより、画像投影装置を机などの上に載せて使用する場合、狭い室内においても装置が、机や椅子の配置の邪魔になるのを抑制することができる。
図15〜図17に示すように、プロジェクタ1は、例えば会議室などで使用する場合、プロジェクタ1をテーブル100に置いてホワイトボードなどの投影面101に画像を投影して使用される。
図18に示すように、本実施形態のプロジェクタ1は、天井105に吊り下げて使用することもできる。この場合も、本実施形態のプロジェクタ1は、投影面101に対して直交する方向に短いので、天井105にプロジェクタ1を設置する際、天井105に配置された照明器具106に干渉することなく、設置することができる。
図19に示すように、プロジェクタ1の底面を構成するベース部材53には、開閉カバー54が設けられており、開閉カバー54には、回転操作部54aが設けられている。回転操作部54aを回転すると、開閉カバー54と装置本体との固定が解除され、開閉カバー54が、装置本体から取り外し可能となる。また、ベース部材53の開閉カバー54のX方向に隣接する箇所には、電源吸気口56が設けられている。
開閉カバー54を取り外すと、図20に示すように、光源部60の光源ブラケット62の光源61が装着された側と反対側の面が露出する。光源ブラケット62には、取っ手部66が、光源ブラケット62に対して図中点線で示すO1を回転中心にして回動自在に取り付けられている。
図21に示すように、プロジェクタ1の側面の一方(図中左側)にプロジェクタ1内に外気を取り込むための開口した吸気口84が設けられており、プロジェクタ1の側面の他方(図中右側)にプロジェクタ1内の空気を排気する開口した排気口85が設けられている。また、排気口85と対向するように、排気ファン86が設けられている。
吸気ブロワ91は、吸気口84の下方に対向配置されており、吸気口84と対向する面から吸気口84を介して外気を吸気するとともに、吸気口と対向する面と反対側の面から装置内部の空気を吸気して、吸気ブロワ91の下方に配置された垂直ダクト92へ流入する。垂直ダクト92へ流入した空気は、下方へと移動し、垂直ダクト92の下方部で連結された水平ダクト93へ送れられる。
図23に示すように、透過ガラス51を通って装置内部に進入した外光は、曲面ミラー42に反射するなどにして、曲面ミラー42を保持する自由ミラーブラケット44、折り返しミラー41を保持するミラーブラケット43、自由ミラーブラケット44およびミラーブラケット43を保持するミラーホルダ45などに照射される。また、曲面ミラー42、折り返しミラー41、複数のレンズで構成された第1光学系70を通って、照明部20内に進入し、DMD12や凹面ミラー25を保持する遮光板263などに照射されるおそれもある。
図24は、実施例1のプロジェクタ1の透過ガラス51周辺の概略構成図である。
図24に示すように、実施例1においては、透過ガラス51に非可視光カット手段としての紫外線カットコート511と非可視光カット手段としての赤外線カットコート512とを施したものである。紫外線カットコート511は、透過ガラス51の投影画像透過面のうちスクリーン側(装置外側)の面に施されており、赤外線カットコート512は、透過ガラス51の投影画像透過面のうち曲面ミラー42(装置内側)の面に施されている。紫外線カットコート511および赤外線カットカート152は、蒸着法などにより透過ガラス51に形成される。
図26は、実施例2のプロジェクタ1の透過ガラス51周辺の概略構成図である。
図26に示す構成は、透過ガラス51の近傍に外光を遮蔽するシャッター部材180を設けたものである。
先の実施例1の構成では、赤外線カットコート512が外光の赤外線により加熱され、透過ガラス51が熱変形するおそれがある。透過ガラス51が熱変形により歪んでしまうと、良好な投影画像をスクリーンに投影できなくなる。そこで、この実施例2においては、透過ガラス51には、紫外線カットコート511のみを施し、赤外線の進入を、シャッター部材180で防ぐようにしたものである。
プロジェクタの電源がOFFの状態のときは、シャッター部材180は、図27(b)に示すように、遮光位置にあり外光の進入を防止している。プロジェクトの電源がONとなり、光源61がON(点灯)になると(S1のYES)、不図示の制御部は、不図示の駆動モータを駆動させて、シャッター部材180を遮光位置から図27(a)に示す退避位置へと移動させる(S2)。これにより、投影画像が、透過ガラス51を通ってスクリーンに投影することができる。透過ガラス51には、紫外線カットコート511が施されているので、スクリーンに画像投影中においても、装置内部への紫外線の進入を防止することができ、自由ミラーブラケット44、ミラーブラケット43、ミラーホルダ45、遮光板263などの劣化を抑制することができる。
(1)
DMD12などの画像生成部で生成された画像を、複数の光学素子および透過ガラス51などの出射窓を通過させてスクリーン101などの投影面に向けて投射する投影光学系Bなどの投射光学装置(本実施形態においては、第1光学部30および第2光学部40とで構成)において、可視光以外の光をカットして、可視光以外の光が装置内部に進入するのを防止する非可視光カット手段(本実施形態では、紫外線カットコート511および赤外線カットコート512)を備えた。
かかる構成を備えることで、実施形態で説明したように、装置内部部品の可視光以外の外光による悪影響を抑制することができる。また、可視光はカットしないので、投影面に投射する画像に影響が生じることなく、良好な画像を投影面に投射することができる。
上記(1)に記載の態様の投影光学系Bなどの投射光学装置において、非可視光カット手段を、透過ガラス51などの出射窓部の画像透過面に設ける、または、出射窓部の画像透過面に対向配置する。
かかる構成とすることで、可視光以外の外光が、装置内部に進入するのを防止することができる。
また、上記(1)または(2)に記載の態様の投影光学系Bなどの投射光学装置において、非可視光カット手段は、紫外線をカットする。
かかる構成を備えることで、樹脂製の装置内部部品の劣化を抑制することができる。
また、上記(1)乃至(3)いずれかに記載の態様の投影光学系Bなどの投射光学装置において、非可視光カット手段は、赤外線をカットする。
かかる構成を備えることで、装置内部部品の熱変形を抑制することができる。
また、上記(3)に記載の態様の投影光学系Bなどの投射光学装置において、透過ガラス51などの出射窓部の近傍に外光を遮蔽するシャッター機構を設けた。
かかる構成を備えることで、赤外線および紫外線を遮光することができるとともに、透過ガラスなどの出射窓部の熱変形を抑制することができる。
また、上記(1)乃至(5)いずれかに記載の態様の投射光学装置において、投影レンズと凹面ミラーとを備えた。
かかる構成を備えることで、投影面101に投影画像を拡大投影することができる。
光源61と、光源61からの光を用いて画像を形成するDMD12などの画像形成部と、複数の光学素子を備え、前記画像を投影面に向けて投射する投影光学系Bなどの投射光学部とを備えた画像投影装置において、上記投射光学部として、上記(1)乃至(6)いずれかに記載の態様の投射光学装置を用いた。
かかる構成を備えることで、装置内部部品の可視光以外の外光による悪影響を抑制することができる。
上記(7)に記載の態様のプロジェクタ1などの画像投影装置において、透過ガラス51などの出射窓部を、筐体の上面部に設けた。
かかる構成を備えることで、実施形態でも説明したように、投影面に対して直交する方向の長さを短くすることができる。
10:画像生成部
11a:ソケット
11:DMDボード
12:DMD
13:ヒートシンク
14:固定部材
20:照明部
21:カラーホイール
22:ライトトンネル
23:リレーレンズ
24:シリンダミラー
25:凹面ミラー
26:照明ブラケット
26a1〜26a3:光源被位置決め部
26c1〜26c4:貫通孔
26d:照射用貫通孔
26e1,26e2:位置決め孔
26f:位置決め突起
27:OFF光板
28:照明カバー
29:脚部
30:第1光学部
31:投影レンズ部
32:レンズホルダー
32a1〜32a4:脚部
32b1〜32b4:被位置決め突起
32c1〜32c4:ネジ貫通孔
32d1〜32d4:第2光学部位置決め突起
33:フォーカスレバー
34:レバーギヤ
35:アイドラギヤ
36:フォーカスギヤ
40:第2光学部
41:折り返しミラー
42:曲面ミラー
43:ミラーブラケット
44:自由ミラーブラケット
45:ミラーホルダー
45a1〜45a4:ネジ止め部
46:ミラー押さえ部材
47:ガラス押さえ部材
49:自由ミラー押さえ部材
51:透過ガラス
53:ベース部材
53c:光源部取り出し口
53d:切り欠き
53e:被引っ掛け部
54:開閉カバー
54a:回転操作部
60:光源部
61:光源
62:光源ブラケット
62a:コネクタ部
64:ホルダ
64a1〜64a3:光源位置決め部
64b:流入口
64c:排気口
65:ダクト部
65a:開口部
70:第1光学系
80:電源部
83:操作部
84:吸気口
85:排気口
86:排気ファン
91:吸気ブロワ
92:垂直ダクト
93:水平ダクト
94:排気ダクト
95:光源ブロワ
96:光源ダクト
100:テーブル
101:投影面
105:天井
106:照明器具
151:引っ掛け部
152:押圧突起
153a,153b,153c:爪部
154:外れ抑制突起
155:開口部
156:突き当て部
157:ベース面
161:ロック部
162,162a:鍔部
164:スロープ部
165:押圧部
171:電源側コネクタ
511:紫外線カットコート
511a:紫外線カットフィルム
512:赤外線カットコート
512a:赤外線カットフィルム
180:シャッター部材
263 遮光板
A:画像形成系
B:投影光学系
W:窓
Claims (4)
- 画像生成部で生成された画像を、複数の光学素子および出射窓部を通過させて投影面に向けて投射する投射光学装置において、
前記出射窓部の画像透過面の一方の面に紫外線をカットする紫外線カット手段を設け、前記画像透過面の反対側の面に赤外線をカットする赤外線カット手段を設けたことを特徴とする投射光学装置。 - 請求項1の投射光学装置において、
投影レンズと凹面ミラーとを備えたことを特徴とする投射光学装置。 - 光源と、
前記光源からの光を用いて画像を形成する画像形成部と、
複数の光学素子を備え、前記画像を投影面に向けて投射する投射光学部とを備えた画像投影装置において、
上記投射光学部として、請求項1または2の投射光学装置を用いたことを特徴とする画像投影装置。 - 請求項3の画像投影装置において、
前記出射窓部を、筐体の上面部に設けたことを特徴とする画像投影装置。
Priority Applications (2)
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