JP7171180B2

JP7171180B2 - 投射型表示装置

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Publication number: JP7171180B2
Application number: JP2017230832A
Authority: JP
Inventors: 崇池上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2037-11-30
Also published as: JP2019101184A

Description

本発明は、投射型表示装置に関する。

近年、プロジェクター（投射型表示装置）は、任意の投射距離や明るさの異なる環境で使用するために、交換式の投射レンズが用いられる。交換式の投射レンズには、超短焦点レンズ（レンズ径大）や超望遠レンズ（投射レンズの全長大）などの重量が大きいものがある。

また、プロジェクターは、投射像をスクリーン等の被投射面の所望の位置に調整するために投射レンズを支持しているレンズシフト機構が備わっているものがある。レンズシフト機構は、投射レンズをプロジェクターの光束に対して直角方向に移動することができる。プロジェクターは、投射レンズをプロジェクターの光束に対して直角方向に移動する（レンズシフト）ことで、プロジェクターの設置位置と投射像の大きさを維持しながら投射像の位置を調整することが可能となる。

上記のように、重量が大きい投射レンズをプロジェクターに搭載すると、投射レンズを支持しているレンズシフト機構に過剰な負荷がかかり、安定してレンズシフトすることが出来なくなる可能性がある。特許文献１には、投射レンズの重量をセンサーで測定し、測定した重量に適したレンズシフト駆動制御をすることによって安定してレンズシフトすることを可能にする方法が提案されている。

特開２０１３―２５０２８７号公報

プロジェクターには、液晶パネルやデジタルミラーデバイスなどの表示素子が設置されており、投射レンズは表示素子に対して精度よく配置されていなければならない。理想的には、表示素子で反射した光束の光軸と投射レンズの中心軸が平行であることが求められる。投射レンズが表示素子に対して傾くと、投射レンズから出射される光束の焦点が被投射面からずれてしまい画像劣化を招く可能性がある。

上記のように、重量が大きい投射レンズをプロジェクターに搭載すると、レンズシフト機構や外装筐体が変形し、投射レンズが表示素子に対して傾きやすくなってしまう。そのため、投射レンズの重量に起因した表示素子に対する投射レンズの傾きによる画像劣化を招く可能性がある。

そこで、本発明は、重量が大きい投射レンズを投射型表示装置に高精度に設置し、かつ高精度にレンズシフトを可能にした投射型表示装置を提供することを目的とする。

本発明の投射型表示装置は、画像を表示する投射型表示装置であって、光変調素子と、前記光変調素子からの光を前記被投射面に投射する投射光学系を、前記投射光学系の光軸に沿った方向における第１位置で保持し、前記光軸と交わる方向における前記投射光学系の位置を調整することが可能な第１シフト部と、前記投射光学系を、前記光軸に沿った方向において前記第１位置とは異なる第２位置で保持し、前記光軸と交わる方向における前記投射光学系の位置を調整することが可能な第２シフト部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、重量が大きい投射レンズを投射型表示装置に高精度に設置し、かつ高精度にレンズシフトを可能にした投射型表示装置を提供することができる。

第１実施形態の投射型表示装置を示した図である。第１実施形態のレンズシフト部を示した図である。投射型表示装置と被投射面と焦点深度の関係を示した図である。第２実施形態の投射型表示装置を示した図である。第２実施形態の投射型表示装置を示した図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
第１実施形態の投射型表示装置について図１および図２を用いて説明する。図１は、投射型表示装置１００を示した図である。図２は、レンズシフト部を示した図である。

投射型表示装置１００は、光源１０３、色分離合成部１０４を備える。図１に示した光源１０３から出射された光は、不図示の照明光学系を介し、所定の偏光方向を有する光に変換され、色分離合成部１０４に入射する。ダイクロイックミラー１０５は、赤色光（Ｒ）と青色光（Ｂ）を反射し、緑色光（Ｇ）を透過する。λ／２板１０６はＰ偏光をＳ偏光に変換する。緑色用偏光ビームスプリッタ１０７はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。カラーセレクト１０８はＳ偏光の赤色光（Ｒ）、Ｐ偏光の青色光（Ｂ）を作るものである。赤青用偏光ビームスプリッタ１０９は、Ｓ偏光の赤色光（Ｒ）を反射し、Ｐ偏光の青色光（Ｂ）を通過させる事により色分離を行う。色分離合成部１０４は、光変調素子として緑色光用の反射型液晶パネル１１０１、赤色光用の反射型液晶パネル１１０２、青色光用の反射型液晶パネル１１０３を備える。また、それぞれの反射型液晶パネルの入射面側には、緑色光用のλ／４板１１１１、赤色光用のλ／４板１１１２、青色光用のλ／４板１１１３を備える。

赤色光用の反射型液晶パネル１１０２、赤色光用のλ／４板１１１２は赤色光用の保持板１１２２によって保持され、赤青用偏光ビームスプリッタ１０９に接着されている。同様に、青色光用の反射型液晶パネル１１０３、青色光用のλ／４板１１１３は、青色光用の保持板１１２３によって保持され、赤青用偏光ビームスプリッタ１０９に接着されている。緑色光用の反射型液晶パネル１１０１、緑色光用のλ／４板１１１１は緑色光用の保持板１１２１によって保持され、緑色用偏光ビームスプリッタ１０７に接着されている。

色分離合成部１０４は、赤色光、緑色光、青色光を合成するための合成用ビームスプリッタ１１３を備える。合成用ビームスプリッタ１１３は、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムに代用可能なものである。合成用ビームスプリッタ１１３は、プリズムベース１１４に接着保持されている。緑色用偏光ビームスプリッタ１０７は、合成用ビームスプリッタ１１３に対して、緑色用ガラス板１１５１を介して接着され保持されている。同様に、赤青用偏光ビームスプリッタ１０９は、合成用ビームスプリッタ１１３に対して、赤青用ガラス板１１５２を介して接着され保持されている。

合成用ビームスプリッタ１１３は、入射した３色の変調光を合成して、投射レンズ１０２（投射光学系）に導く。投射レンズ１０２は、合成された３色の変調光をスクリーンなどの被投射面１１６に投射する。これにより、入力映像信号に対応する投射画像が被投射面１１６上に表示される。投射レンズ１０２は、第１レンズシフト部１０１１と、第２レンズシフト部１０１２により被投射面１１６がはる面と平行な方向に移動可能なように保持されている。投射レンズ１０２は、投射レンズの光軸に沿った方向において第１位置で第１レンズシフト部１０１１によって保持される。また、投射レンズ１０２は、投射レンズの光軸に沿った方向において第１位置とは異なる第２位置で第２レンズシフト部１０１２によって保持される。ここでは、第２レンズシフト部１０１２は、投射レンズの光軸に沿った方向において第１レンズシフト部１０１１よりも被投射面側に設けられている。

図２に示すように、第１レンズシフト部１０１１は、第１固定板１０１１ａ、第１上下駆動用シフト板１０１１ｂ、第１左右駆動用シフト板１０１１ｃと駆動機構１２１からなる。図２に示すように駆動機構１２１は、上下用駆動機構１２１ａと左右用駆動機構１２１ｂを含む。図２に示すように上下用駆動機構１２１ａは、モーター１２１１から伝達された回転トルクがギヤ１２１２、リードスクリュ１２１３に伝達しコマ１２１４へ直線方向の力に変換され、第１上下駆動用シフト板１０１１ｂを直線運動させる構成をとる。リードスクリュ１２１３は、第１左右駆動用シフト板１０１１ｃに固定された軸受１２１５に両端を支持されている。図２に示すように左右用駆動機構１２１ｂも上下用駆動機構１２１ａと同様に、第１固定板１０１１ａに固定され、コマ１２１４の直線運動を第１左右駆動用シフト板１０１１ｃに伝える構成になっている。このように、第１レンズシフト部１０１１は、投射レンズ１０２の光軸と交わる方向に投射レンズ１０２を移動させることが可能である。より望ましくは、第１レンズシフト部１０１１は、投射レンズ１０２の光軸に垂直な方向に投射レンズ１０２を移動させる。第２レンズシフト部１０１２も同様に、第２固定板１０１２ａ、第２上下駆動用シフト板１０１２ｂ、第２左右駆動用シフト板１０１２ｃと上下用駆動機構１２１ａ、左右用駆動機構１２１ｂからなる。第２レンズシフト部１０１２もまた、投射レンズ１０２の光軸と交わる方向に投射レンズ１０２を移動させることが可能である。より望ましくは、第２レンズシフト部１０１２は、投射レンズ１０２の光軸に垂直な方向に投射レンズ１０２を移動させる。第１レンズシフト部１０１１および第２レンズシフト部は、投射型表示装置に設けられた制御部（不図示）によって動作が制御される。

さらに、第１レンズシフト部１０１１が投射レンズ１０２を移動させる方向と、第２レンズシフト部１０１２が投射レンズ１０２を移動させる方向とは、互いに平行であってもよい。また、第１レンズシフト部１０１１が投射レンズ１０２を移動させる方向と、第２レンズシフト部１０１２が投射レンズ１０２を移動させる方向は、それぞれ重力方向とのなす角度を２０度以内とすることができる。また、第１レンズシフト部１０１１が投射レンズ１０２を移動させる方向と、第２レンズシフト部１０１２が投射レンズ１０２を移動させる方向との両方が重力方向と平行であってもよい。

投射レンズ１０２は、図１に示すように投射レンズ１０２の第１フランジ１０２１が第１レンズシフト部１０１１の第１上下駆動用シフト板１０１１ｂに固定される。また、投射レンズ１０２は投射レンズ１０２の第２フランジ１０２２が第２レンズシフト部１０１２の第２上下駆動用シフト板１０１２ｂに固定される。このように、投射レンズ１０２は、レンズシフト部によって保持される。第１実施形態の投射型表示装置は、第２レンズシフト部１０１２は投射型表示装置１００の内部に設置されている。投射型表示装置１００は、設置足１１７を介して、設置面１１８に設置される。

従来の投射型表示装置は、第２レンズシフト部１０１２が無く第１レンズシフト部１０１１のひとつのみで投射レンズ１０２を保持する構成であった。従来の構成では、投射レンズ１０２の重量が大きかったり、投射レンズ１０２の重心が投射型表示装置１００から離れる方向かつ被投射面１１６に近づく方向に位置したりした場合に、第１レンズシフト部１０１１が変形してしまうおそれがあった。第１レンズシフト部１０１１が変形すると、緑色光用の反射型液晶パネル１１０１、赤色光用の反射型液晶パネル１１０２、青色光用の反射型液晶パネル１１０３に対して投射レンズ１０２が傾いてしまい、解像劣化を招くおそれがあった。

第１実施形態の投射型表示装置１００は、投射レンズ１０２を第１レンズシフト部１０１１と第２レンズシフト部１０１２の二か所で保持する。こうすることで、第１実施形態の投射型表示装置１００は、重量が大きい投射レンズ１０２を投射型表示装置１００に高精度に設置し、かつ高精度にレンズをシフトすることができる。

さらに第１実施形態の投射型表示装置１００は、第１レンズシフト部１０１１と第２レンズシフト部１０１２を連動して駆動することで、投射レンズ１０２の傾きを調整することができる。第１レンズシフト部１０１１と第２レンズシフト部１０１２で投射レンズ１０２を大まかな位置に調整した後に、第１レンズシフト部１０１１または第２レンズシフト部１０１２の一方を固定し、一方を微調駆動する。このように、第１レンズシフト部１０１１または第２レンズシフト部１０１２の駆動を変えることで、合成用ビームスプリッタ１１３から出射された光束の光軸と投射レンズ１０２の中心軸（光軸）を平行に近づけることが可能となる。

さらに第１実施形態の投射型表示装置１００は、第１レンズシフト部１０１１と第２レンズシフト部１０１２の少なくとも一方を駆動することで、投射レンズ１０２を任意の傾きに調整することができる。そのため、第１実施形態の投射型表示装置１００は、任意形状の被投射面１１６に対して投射レンズ１０２を最適な傾きに調整することができる。

具体的には、図３に示した曲面形状の被投射面１１６に画像を投影する場合に、投射レンズ１０２の傾きを調整する。図３（ａ）は、投射レンズ１０２の焦点深度１２０の範囲から被投射面１１６の上部がはみ出てしまい、被投射面１１６の上部が解像できていない状態を示している。この状態から投射レンズ１０２の焦点深度１２０の中に曲面形状の被投射面１１６に合わせるとき、従来の投射型表示装置では図３（ｂ）のように投射型表示装置１００を斜めに設置し直さなければならなかった。しかし、投射型表示装置１００は例えば２０ｋｇ以上の重量がある場合があるため、ユーザが投射型表示装置１００の傾きを調整することは困難であった。

図３（ｃ）に示すように、第１実施形態の投射型表示装置１００は、第１レンズシフト部１０１１と第２レンズシフト部１０１２の少なくとも一方を駆動することで投射レンズ１０２の傾きを調整する。投射型表示装置１００は、投射レンズ１０２の傾きを変えることにより、投射レンズ１０２の焦点深度１２０に被投射面１１６を入れる光学的な調整ができる。つまり、第１実施形態の投射型表示装置１００を用いることで、従来のように投射型表示装置の全体の傾きを調整する必要がなくなる。

また、投射型表示装置（プロジェクター）の使用状況は多様化が進んでおり、被投射面１１６の動きに合わせて画像を移動させて投射する場合がある。被投射面１１６が動く例として、プロジェクションマッピングで人や動物に投影する場合や、車載した投射型表示装置で車が走行している時に凸凹の道路に投影する場合が挙げられる。被投射面１１６が動くと焦点深度１２０から被投射面１１６が外れ、解像劣化を招くおそれがある。従来の投射型表示装置は、第１レンズシフト部１０１１を１つだけ備える。従来の投射型表示装置は、第１レンズシフト部１０１１を動かすことで投射レンズ１０２を被投射面１１６に合わせて駆動することは可能であったが、被投射面１１６の傾きに合わせて投射する画像の傾きを調整することはできなかった。第１実施形態の投射型表示装置１００は、第１レンズシフト部１０１１または第２レンズシフト部１０１２を連動駆動することで、投射レンズ１０２の位置と傾きを調整することができる。投射型表示装置１００は、被投射面１１６に合わせて投射レンズ１０２の焦点深度１２０を調整することができる。その結果、被投射面１１６が動いても、それに合わせて投射する画像を移動調整する事で解像劣化を低減することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の投射型表示装置１０１を説明する。図４および図５は、第２実施形態の投射型表示装置１０１を示している。第２実施形態の投射型表示装置１０１は、投射型表示装置の外部に第２レンズシフト部１０１２を着脱可能にオプション化した実施形態である。なお、第２実施形態の投射型表示装置１０１の光源１０３から合成用ビームスプリッタ１１３までの光が通過する構成は、第１実施形態の投射型表示装置１００と同様であるので、説明を省略する。

図４に示すように、第２実施形態の投射レンズ１０２は、第１レンズシフト部１０１１および第２レンズシフト部１０１２により被投射面１１６の平面と平行な方向に移動できるように保持されている。第１レンズシフト部１０１１は、図２に示した第１実施形態の第１レンズシフト部１０１１と同様に、第１固定板１０１１ａ、第１上下駆動用シフト板１０１１ｂ、第１左右駆動用シフト板１０１１ｃと駆動機構１２１からなる。第２レンズシフト部１０１２も同様に、第２固定板１０１２ａ、第２上下駆動用シフト板１０１２ｂ、第２左右駆動用シフト板１０１２ｃと駆動機構１２１からなる。第２実施形態の投射レンズ１０２は、投射レンズ１０２の第１フランジ１０２１が第１上下駆動用シフト板１０１１ｂに固定され、投射レンズ１０２の第２フランジ１０２２が第２上下駆動用シフト板１０１２ｂに固定される形で保持される。また、投射レンズ１０２は、投射レンズの光軸に沿った方向において第１位置とは異なる第２位置で第２レンズシフト部１０１２によって保持される。ここでは、第２レンズシフト部１０１２は、投射レンズの光軸に沿った方向において第１レンズシフト部１０１１よりも被投射面側に設けられている。

第２実施形態の投射型表示装置１０１の第２レンズシフト部１０１２は、投射型表示装置１０１の外部に着脱可能に設置されている。第２レンズシフト部１０１２は、第２固定板１０１２ａの一部である第２固定板の土台部１０１２ｄは固定ビス１１９により投射型表示装置１０１に固定される。投射型表示装置１０１は、設置足１１７を介して、設置面１１８に設置される。

第２実施形態の投射型表示装置１０１は、投射レンズ１０２を第１レンズシフト部１０１１と第２レンズシフト部１０１２の二か所で保持する。こうすることで、第２実施形態の投射型表示装置１０１は、重量が大きい投射レンズ１０２を投射型表示装置１０１の本体に対し高精度に設置（位置決め）し、かつ被投射面１１６に対しても高精度にレンズシフトすることができる。第１レンズシフト部１０１１および第２レンズシフト部は、投射型表示装置に設けられた制御部（不図示）によって動作が制御される。

また、第２レンズシフト部１０１２を投射型表示装置１０１の外部に着脱可能に設置しオプション化する構成にすることで、投射型表示装置１０１自体の構成を小さくすることができる。投射レンズ１０２が交換可能に構成される場合はレンズ（光学系）の重さや長さが交換する投射レンズ１０２のスペックによって変更になることが想定される。交換する投射レンズ１０２の重量が大きい場合や長さが短い場合は、投射レンズ１０２を第１レンズシフト部１０１１のみによって倒れなく保持することができるため、２点で支持する必要はない。投射型表示装置１０１は、図５に示すように固定ビス１１９を外し、投射型表示装置１０１から第２レンズシフト部１０１２を取り外すことで、投射型表示装置１０１の全体の構成を小さくすることができる。投射型表示装置１０１に取り付けられる投射レンズ１０２の重量が大きい場合には、第２レンズシフト部１０１２を取り付ける事で投射型表示装置１０１本体に対し高精度に位置決めし、被投射面１１６に対しても高精度にレンズシフトすることができる。

上述の何れの実施形態の投射型表示装置は、緑色光用の反射型液晶パネル１１０１、赤色光用の反射型液晶パネル１１０２、青色光用の反射型液晶パネル１１０３を光変調素子として用いた投射型表示装置について説明した。しかしながら、本発明の投射型表示装置は、光変調素子としてデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等の他の光変調素子を用いてもよい。

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。

１００投射型表示装置
１０２投射レンズ
１０１１第１レンズシフト部
１０１２第２レンズシフト部

Claims

画像を表示する投射型表示装置であって、
光変調素子と、
前記光変調素子からの光を被投射面に投射する投射光学系を、前記投射光学系の光軸に沿った方向における第１位置で保持し、前記光軸と交わる方向における前記投射光学系の位置を調整することが可能な第１シフト部と、
前記投射光学系を、前記光軸に沿った方向において前記第１位置とは異なる第２位置で保持し、前記光軸と交わる方向における前記投射光学系の位置を調整することが可能な第２シフト部を備えることを特徴とする投射型表示装置。
前記第１シフト部は、前記光軸に垂直な方向に前記投射光学系を移動させることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
前記第２シフト部は、前記光軸に垂直な方向に前記投射光学系を移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型表示装置。
前記第１シフト部が前記投射光学系を移動させる方向と、前記第２シフト部が前記投射光学系を移動させる方向とが、互いに平行であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の投射型表示装置。
前記第１シフト部が前記投射光学系を移動させる方向と重力方向とのなす角度と、前記第２シフト部が前記投射光学系を移動させる方向と重力方向とのなす角度のいずれもが、２０度以内であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の投射型表示装置。
前記第１シフト部が前記投射光学系を移動させる方向と、前記第２シフト部が前記投射光学系を移動させる方向との両方が、重力方向と平行である、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の投射型表示装置。
前記第１シフト部と前記第２シフト部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記光変調素子に対して前記光軸が垂直になるように前記第１シフト部および前記第２シフト部の少なくとも一方を制御して前記光軸と交わる方向に前記投射光学系を移動させることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の投射型表示装置。
前記第２シフト部は、前記投射型表示装置に着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の投射型表示装置。
前記第２シフト部は、前記光軸に沿った方向において前記第１シフト部よりも被投射面側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の投射型表示装置。
前記光変調素子からの光を前記被投射面に投射する前記投射光学系を備えることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の投射型表示装置。