JP6182986B2 - 画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像投射装置に関する。

画像投射装置として広く知られたプロジェクタは、近来、液晶パネルの高解像化、光源ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化などが進んでいる。また、画像表示素子としてＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等を利用した小型軽量な画像投射装置が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広くこれら画像投射装置が利用されるようになってきている。特に、フロントタイプのプロジェクタは携帯性が向上し、数人規模の小会議にも使われるようになってきている。

画像投射装置では、光源としてのランプからの光によって液晶パネルやＤＭＤ等の画像形成素子を照明し、該画像形成素子で画像変調された光をスクリーン等の被投射面に投射している。投射する画質に関して、限られた大きさで高輝度、高解像度な画質が要求され、また、投射時間によっても、その画質は一定品質を保持することが望まれている。

このような画質の高輝度化等の要求に対し、例えば、特許文献１には、高輝度で高精細な画像を達成するために、ランプを複数個使用し、画像調整工程を設けて位置合わせを行うプロジェクタの製造方法が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、画素の光強度プロファイルを、非矩形形状の画素プロファイルに変形させる画素プロファイル変形手段を備えることにより、画素のエッジ付近の相対光強度を減少させ、光軸シフトした場合の隣接画素間の重なりの影響を低減させ、画像の「鮮鋭性」と「面とエッジの滑らかさ」とを実現する投射画像表示装置が開示されている。

画像投射装置の起動後において、ランプによる光からの熱等により、レンズ、ミラー等の光学素子を保持する光学素子の保持部材が熱膨張し、その変形によってレンズ、ミラー等の光学素子位置がずれて、画像上で僅かな位置ずれや、画像上の一部に輝度低下や輝度ムラを起こすおそれがあった。

上記特許文献１、２の技術では、初期状態、初期画像に対して画像の調整を行っているが、起動後の変動に対しては、対応することができなかった。

そこで本発明は、画像投射装置の起動後における光学素子保持部材の変形を防止して、光学素子の位置ずれを抑制し、画像上の位置ずれや、輝度低下、輝度ムラの発生を抑制することができる画像投射装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る画像投射装置は、光を放射する光源と、画像を形成する画像表示素子と、前記光源からの光を用いて前記画像表示素子を照明する照明ユニットと、前記画像表示素子で形成された画像を被投射面に投射する投射ユニットと、を備えた画像投射装置であって、前記照明ユニットは、前記画像表示素子を照明するための複数の光学素子と、前記複数の光学素子を保持する複数の保持部および該複数の保持部を支持する板形状の基材部からなり、前記複数の光学素子を位置決めして保持する光学素子保持部材と、前記複数の光学素子および前記複数の保持部を覆うとともに、前記基材部と併せて前記複数の光学素子および前記複数の保持部を収容する照明光学筐体と、を備え、前記照明光学筐体は、前記光学素子保持部材よりも熱膨張率の低い材質からなり、前記複数の保持部の少なくとも１箇所が前記照明光学筐体の外部から該照明光学筐体に固定されているものである。

本発明によれば、光学素子保持部材の変形を防止して、光学素子の位置ずれを抑制し、画像上の位置ずれや輝度低下、輝度ムラの発生を抑制することができる。

（Ａ）本発明に係る画像投射装置の一実施形態を示す外観斜視図、（Ｂ）画像投射装置の側面図であって、被投射面への投射状態を示した図である。 （Ａ）画像投射装置の外装カバーを外した状態を示す斜視図、（Ｂ）（Ａ）の丸囲み部分の拡大構成図である。 照明ユニット、投射ユニット、および光源ユニットの断面図である。 （Ａ）光学エンジンの拡大斜視図、（Ｂ）照明ユニットの拡大斜視図、（Ｃ）投射ユニットの拡大斜視図である。 （Ａ）は照射ユニットの拡大斜視図、（Ｂ）照明光学筐体部分の拡大斜視図、（Ｃ）光学素子保持部材部分の拡大斜視図である。 （Ａ）光学素子を保持した光学素子保持部材の斜視図、（Ｂ）光学素子を保持した光学素子保持部材を（Ａ）とは異なる方向からみた斜視図である。 （Ａ）光学素子保持部材の斜視図、（Ｂ）光学素子保持部材の側面図である。 （Ａ）光学素子を保持した光学素子保持部材と照明光学筐体との組付けの説明図、（Ｂ）光学素子保持部材の組み付け後の照明光学筐体の斜視図、（Ｃ）（Ｂ）の丸囲み部分の拡大図である。 （Ａ）は光学素子を保持した光学素子保持部材を固定部材により照明光学筐体に固定する際の説明図、（Ｂ）光学素子保持部材の固定部材による固定時の照明光学筐体の斜視図、（Ｃ）（Ｂ）の丸囲み部分の拡大図である。 （Ａ）光学素子を保持した光学素子保持部材の斜視図、（Ｂ）（Ａ）の丸囲み部分の拡大図である。 （Ａ）光学素子を保持した光学素子保持部材と照明光学筐体との組付けの説明図、（Ｂ）（Ａ）の丸囲み部分の拡大図、（Ｃ）光学素子保持部材の組み付け後の照明光学筐体の斜視図、（Ｄ）（Ｃ）の丸囲み部分の拡大図である。 （Ａ）光学素子を保持した光学素子保持部材を固定部材により照明光学筐体に固定する際の説明図、（Ｂ）は光学素子保持部材の固定部材による固定時の照明光学筐体の斜視図である。

以下、本発明に係る構成を図１から図１２に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
本実施形態に係る画像投射装置は、光を放射する光源（光源ユニット４の光源）と、画像を形成する画像表示素子（画像表示素子ユニット１０のＤＭＤ素子１０ａ）と、光源からの光を用いて画像表示素子を照明する照明ユニット（照明ユニット３ａ）と、画像表示素子で形成された画像を被投射面（スクリーン１５）に投射する投射ユニット（投射ユニット３ｂ）と、を備えた画像投射装置（画像投射装置１）であって、照明ユニットは、画像表示素子を照明するための複数の光学素子（リレーレンズ７、平面ミラー８、凹面ミラー９）と、該複数の光学素子を位置決めして保持する光学素子保持部材（光学素子保持部材１１）と、該光学素子保持部材を、該光学素子保持部材が複数の光学素子を保持する側から覆う照明光学筐体（照明光学筐体１２）と、を備え、光学素子保持部材は、各光学素子を保持する複数の保持部（保持部１１ｂ）と、該複数の保持部を支持する基材部（基材部１１ａ）と、からなり、複数の保持部の少なくとも１箇所が照明光学筐体の外部から該照明光学筐体に固定されているものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。

図１（Ａ）は、画像投射装置の一実施形態を示す外観斜視図である。また、図１（Ｂ）は、画像投射装置の側面図であって、被投射面であるスクリーンへの投射状態を示した図である。

画像投射装置１は、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置やビデオカメラなどの撮像装置等から入力される映像データを基に映像を生成し、その映像をスクリーン１５に投影表示する装置（プロジェクタ）である。

図２（Ａ）は、画像投射装置１の外装カバー２を外した状態を示す斜視図である。また、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の丸囲み部分で示す光学エンジン３と光源ユニット４の拡大構成図である。図２に示すように、画像投射装置１は、光学エンジン３および光源ユニット４を備えている。また、図３は、光学エンジン３を構成する照射光学系を備えた照明ユニット３ａ、投射光学系を備えた投射ユニット３ｂ、および光源ユニット４の断面図である。

画像投射装置１においては、光源ユニット４の光源からの光（白色光）が光学エンジン３の照明ユニット３ａに照射される。照明ユニット３ａ内では、照射された白色光をＲＧＢに分光して、照射光学系により画像表示素子ユニット１０へ導き、変調信号に応じて画像形成する画像表示素子ユニット１０とその画像を投射ユニット３ｂの投射光学系によりスクリーン１５へ拡大投射する構成となっている。

光源ユニット４の光源としては、例えば、高圧水銀ランプを用いることができる。また、光学エンジン３の照明ユニット３ａは、光源から照射された光を分光するカラーホイール５と、カラーホイール５から出射した光を照射光学系に導くライトトンネル６と、照射光学系としてのリレーレンズ７、平面ミラー８および凹面ミラー９と、を備えている。また、照明ユニット３ａ内には、画像表示素子ユニット１０が設けられる。

照明ユニット３ａでは、先ず、光源からの白色光が、円盤状のカラーホイール５で単位時間毎にＲＧＢの各色が繰り返す光に変換され出射される。次いで、板ガラスを張り合わせて筒状に構成されたライトトンネル６に、カラーホイール５から出射された光が導かれ伝送される。

次いで、ライトトンネル６から出射された光は、２枚のレンズを組み合わせてなるリレーレンズ７により、光の軸上色収差を補正しつつ集光される。また、リレーレンズ７から出射される光は、平面ミラー８および凹面ミラー９によって反射されて、複数のマイクロミラーからなる略矩形のミラー面を有し、映像データに基づいて各マイクロミラーが時分割駆動されることにより、所定の映像を形成するように投射光を加工して反射する画像表示素子としてのＤＭＤ素子１０ａを備えた画像表示素子ユニット１０に集光される。

ＤＭＤ素子１０ａにより、時分割で映像データに基づいて、複数のマイクロミラーが使用する光は投射レンズへ反射され、捨てる光はＯＦＦ光板へ反射される。画像表示素子ユニット１０で使用する光は投射ユニット３ｂへ反射し、投射ユニット３ｂ内の複数の投射レンズを通り拡大された映像光はスクリーン１５上へ拡大投影される。

このような画像投射装置は、限られた大きさ、スペースで高輝度化、高解像度が望まれている。このため、同一の光源（ランプ）を用いた場合であっても、ランプからの光を極力集光かつ均一化して画像表示素子に照射することが要求されている。光源から画像表示素子までの光路の僅かなズレが、画像上での位置ズレや一部の低輝度化、および輝度ムラが発生する可能性があるため、上記の要求を満たすためには、内部のレンズやミラー等の光学素子の位置精度が重要であり、投射中のこれらの位置変動も抑制することが必要となっている。

図４（Ａ）は光学エンジン３の拡大斜視図、図４（Ｂ）は照明ユニット３ａの拡大斜視図、図４（Ｃ）は投射ユニット３ｂの拡大斜視図である。図４に示すように、光学エンジン３は、照明ユニット３ａと投射ユニット３ｂとが組み合わされてなるものである。

図５（Ａ）は照射ユニット３ａの拡大斜視図、図５（Ｂ）は照射ユニット３ａの照明光学筐体１２部分の拡大斜視図、図５（Ｃ）は照射ユニット３ａの光学素子保持部材１１部分の拡大斜視図である。図５に示すように、照射ユニット３ａは、照明光学筐体１２部分と光学素子保持部材１１部分とが組み合わされてなるものである。

図５（Ｃ）に示す光学素子保持部材１１は、各光学素子（照明光学系）をそれぞれ保持する形状を有した保持部１１ｂと、板形状を有し複数の保持部１１ｂを支持する基材部１１ａからなる部材であり、各保持部１１ｂに、各光学素子を取り付けて保持、位置決めがなされる。本実施形態では、光学素子として、２枚のリレーレンズ７、平面ミラー８、凹面ミラー９の４点の光学素子を保持している。

光学素子保持部材１１は、各光学素子の高い位置決め精度が要求される部材であるため、例えば、ＬＣＰ（液晶ポリマー）などの樹脂部材を用いて、基材部１１ａおよび各保持部１１ｂを一体としてモールド成形されてなる部材である。

また、照明光学筐体１２は、照明ユニット３ａの外装を囲う筐体であって、各光学素子を保持した光学素子保持部材１１を収容する。また、光源と照明光学系との光路上に設けられるカラーホイール５およびライトトンネル６を収容している。照明光学筐体１２は、例えば、マグネシウム合金などの金属部材からなる部材である。なお、照明光学筐体１２は、図５（Ｂ）においてカラーホイール５とその保持部、図示されていないライトトンネル６、およびヒートシンク１４を除く部分である。

図５（Ｂ）に示す照明光学筐体１２は、図５（Ｃ）に示す各光学素子を保持した光学素子保持部材１１を収容し、固定される。例えば、基材部１１ａの四隅に設けられた孔部に照明光学筐体１２側から取付部材（ネジなど）で固定がなされる。なお、突起部１２ａは、照明ユニット３ａの画像投射装置１の本体への取り付け部である。

図６（Ａ），（Ｂ）は各光学素子を保持した光学素子保持部材１１を２方向からみた斜視図である。本実施形態では、光学素子保持部材１１は、複数ある保持部１１ｂの少なくとも１箇所が照明光学筐体１２の外部から照明光学筐体１２に固定可能としたものである。

図６〜図９に示す例では、主に平面ミラー８を保持する位置の保持部１１ｂに３箇所のボス形状部１１ｃを設けている。上述のように、照明ユニット３ａ内部は、起動時は室温と同等であるが、稼働中は７０℃〜８０℃程度まで温度上昇する。そのため、主に樹脂で構成された光学素子保持部材１１は、稼働中に熱膨張する。

図７（Ａ）は光学素子保持部材１１の斜視図、図７（Ｂ）は光学素子保持部材１１の側面図である。図７に示す点線で囲む部分は、光学素子保持部材１１の保持部１１ｂを照明光学筐体１２の外部から固定しない場合において、熱膨張により矢印方向に変形しやすい箇所を示している。

点線で囲む位置の保持部１１ｂは、平面ミラー８と凹面ミラー９の一部を保持する箇所である。当該箇所は、保持部１１ｂの高さが高いため熱膨張による変形を生じやすく、この部分に熱膨張が生じると、稼働中において、平面ミラー８と凹面ミラー９の位置がずれる可能性がある。

そこで、本実施形態では、この変形し易い光学素子保持部材１１の支持部１１ｂに上部側へ突起するボス形状部１１ｃを設けたものである。このボス形状部１１ｃは、図７の例では、３箇所設けられ、照明光学筐体１２を組み付けた際に、照明光学筐体１２に設けた穴部から突起する長さを有している。

図８（Ａ）は各光学素子を保持した光学素子保持部材１１と照明光学筐体１２との組付けの様子を示す説明図である。図８（Ｂ）は光学素子保持部材１１の組み付け後の照明光学筐体１２の斜視図である。図８（Ｃ）は図８（Ｂ）の丸囲み部分の拡大図である。

図８（Ｃ）に示すように、照明光学筐体１２には貫通穴１２ｂが設けられており、光学素子保持部材１１の保持部１１ｂに設けられたボス形状部１１ｃが組付け後、照明光学筐体１２の外部に突出する構成となっている。図８の例では、照明光学筐体１２には３箇所のボス形状部１１ｃが挿通する貫通穴１２ｂと、その両脇にネジ穴１２ｃが設けられている。

図９（Ａ）は各光学素子を保持した光学素子保持部材１１を固定部材１３により照明光学筐体１２に固定する際の説明図である。図９（Ｂ）は光学素子保持部材１１の固定部材による固定時の照明光学筐体１２の斜視図である。図９（Ｃ）は図９（Ｂ）の丸囲み部分の拡大図である。

次いで、図９に示すように、ボス形状部１１ｃを挿通するための嵌合穴１３ａとネジ穴（締結穴）１３ｂとを設けた板状部材である固定部材１３を照明光学筐体１２に固定する。すなわち、照明光学筐体１２から突出したボス形状部１１ｃを固定部材１３の嵌合穴１３ａに挿通させた状態で、ネジ穴１３ｂに締結部材としてのネジ１３ｃを止めることで、光学素子保持部材１１のボス形状部１１ｃは、照明光学筐体１２の外部側から固定される。なお、固定部材１３は、例えば、マグネシウム合金などの金属部材からなる部材とすればよい。

上述のように、光学素子保持部材１１は熱膨張率の高い樹脂製であり、照明光学筐体１２は熱膨張率の低い金属製であるので、熱膨張率が高く変形しやすい光学素子保持部材１１を、熱膨張率が低く変形しにくい照明光学筐体１２に固定することで、光学素子保持部材１１の熱膨張による変形を抑制し、光学素子の位置変動を抑制することが可能となる。

したがって、稼働中に画像の位置ずれが発生することや、画像の一部に輝度低下、輝度ムラの発生することを抑制することができる。また、固定部材１３は板金とネジから構成されるので、低コストで実現することができる。

なお、保持部１１ｂの照明光学筐体１２の外側からの固定位置は、図７に示した点線で囲む場所に限られるものではなく、リレーレンズ７や凹面ミラー９を保持する保持部１１ｂにボス形状部１１ｃを設けて固定するようにしても良い。また、固定箇所は限られるものではなく、保持部１１ｂの複数位置で固定することも好ましい。

また、本実施形態では、固定部材１３による固定方向は、基材部１１ａが照明光学筐体１２に取付部材により取り付けされる方向（図８（Ａ）中の下側から）の反対側（図８（Ａ）中の上側から）である例を説明したが、固定方向はこれに限られるものではなく、例えば、照明光学筐体１２の側面側から保持部１１ｂを固定するものであっても良い。この場合も複数位置で固定することも好ましい。

＜第２の実施形態＞
以下、本発明に係る画像投射装置の他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は適宜省略する。

図１０（Ａ）は各光学素子を保持した光学素子保持部材１１の斜視図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の丸囲み部分の拡大図である。図１０（Ｂ）に示すように、保持部１１ｂに設けられた３箇所のボス形状部１１ｄの中央部にネジ穴（締結穴）１１ｅが設けられている。

図１１（Ａ）は各光学素子を保持した光学素子保持部材１１と照明光学筐体１２との組付けの様子を示す説明図である。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の丸囲み部分の拡大図である。図１１（Ｃ）は光学素子保持部材１１の組み付け後の照明光学筐体１２の斜視図である。図１１（Ｄ）は図１１（Ｃ）の丸囲み部分の拡大図である。

図１１に示すように、光学素子保持部材１１のボス形状部１１ｄは、照明光学筐体１２に設けられた穴部である嵌合穴１２ｄに組付け時に、突出せずに嵌合する長さとなっている。

図１２（Ａ）は各光学素子を保持した光学素子保持部材１１を固定部材により照明光学筐体１２に固定する際の説明図である。図１２（Ｂ）は光学素子保持部材１１の固定部材による固定時の照明光学筐体１２の斜視図である。

次いで、図１２に示すように、嵌合したボス形状部１１ｄの中央部に設けられたネジ穴１１ｅに固定部材としてのネジ（締結部材）１３ｃを締結することによって、光学素子保持部材１１の保持部１１ｂは、照明光学筐体１２の外部側から固定される。これにより、稼働中に画像の位置ずれが発生することや、画像の一部に輝度低下、輝度ムラの発生することを抑制することができる。また、固定部材をネジ１３ｃのみとしているので、さらに低コスト化を図ることができる。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

１ 画像投射装置
２ 外装カバー
３ 光学エンジン
３ａ 照明ユニット
３ｂ 投射ユニット
４ 光源ユニット
５ カラーホイール
６ ライトトンネル
７ リレーレンズ
８ 平面ミラー
９ 凹面ミラー
１０ 画像表示素子ユニット
１０ａ ＤＭＤ素子
１１ 光学素子保持部材
１１ａ 基材部
１１ｂ 保持部
１１ｃ，１１ｄ ボス形状部
１１ｅ ネジ穴
１２ 照明光学筐体
１２ａ 突起部
１２ｂ 貫通穴
１２ｃ ネジ穴
１２ｄ 嵌合穴
１３ 固定部材
１３ａ 嵌合穴
１３ｂ ネジ穴
１３ｃ ネジ
１４ ヒートシンク
１５ スクリーン

特開２０１１−２２１３８０号公報 特開２００３−２５９２５５号公報

Claims (7)

1. 光を放射する光源と、
   画像を形成する画像表示素子と、
   前記光源からの光を用いて前記画像表示素子を照明する照明ユニットと、
   前記画像表示素子で形成された画像を被投射面に投射する投射ユニットと、を備えた画像投射装置であって、
   前記照明ユニットは、
   前記画像表示素子を照明するための複数の光学素子と、
   前記複数の光学素子を保持する複数の保持部および該複数の保持部を支持する板形状の基材部からなり、前記複数の光学素子を位置決めして保持する光学素子保持部材と、
   前記複数の光学素子および前記複数の保持部を覆うとともに、前記基材部と併せて前記複数の光学素子および前記複数の保持部を収容する照明光学筐体と、を備え、
   前記照明光学筐体は、前記光学素子保持部材よりも熱膨張率の低い材質からなり、
   前記複数の保持部の少なくとも１箇所が前記照明光学筐体の外部から該照明光学筐体に固定されていることを特徴とする画像投射装置。
2. 前記光学素子保持部材は、前記複数の光学素子として、少なくともリレーレンズ、平面ミラー、凹面ミラーを保持し、
   前記平面ミラーの保持部が前記照明光学筐体の外部から固定されていることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記光学素子保持部材は、前記基材部が前記照明光学筐体に取付部材により取り付けされるとともに、前記保持部は、前記取付部材による取り付け位置の反対側から前記照明光学筐体に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像投射装置。
4. 前記光学素子保持部材は、複数の保持部でそれぞれ前記照明光学筐体の外部から該照明光学筐体に固定されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の画像投射装置。
5. 前記保持部は、ボス形状部を有し、
   該ボス形状部が前記照明光学筐体に設けられた穴部に挿通または嵌合した状態で固定部材により固定されることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の画像投射装置。
6. 前記ボス形状部は、前記照明光学筐体に設けられた前記穴部を挿通して突出し、
   前記固定部材は、前記ボス形状部を挿通する貫通穴と締結穴とを有する板状部材と、前記締結穴を止める締結部材からなることを特徴とする請求項５に記載の画像投射装置。
7. 前記ボス形状部は、中央部に締結穴を有するとともに、前記照明光学筐体に設けられた前記穴部に嵌合し、
   前記固定部材は、前記締結穴を止める締結部材であることを特徴とする請求項５に記載の画像投射装置。