(57)【要約】【課題】  どのようなシチュエーションにおいても熱による光学性能劣化なく被写界深度を深くすることを可能にした投射表示装置を提供すること。【解決手段】  任意の画像を生成する為の画像生成手段と、画像を投射する為の投射光学手段と、画像生成手段から投射光学手段内の間で、通過する光の遮光量を可変とする投射系可変絞り手段と、前記画像生成手段への照射光量を可変とする照明系可変絞り手段と、を有する投射表示装置において、前記投射系可変絞り手段と照明系可変絞り手段とが連動して動作することを特徴とする。【選択図】  図１
2020166084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の画像を生成する為の画像生成手段と、
画像を投射する為の投射光学手段と、
前記画像生成手段から投射光学手段内の間で、通過する光の遮光量を可変とする投射系可変絞り手段と、
前記画像生成手段へ照明光を導くための照明光学系手段と、
前記照明光学系手段内に配置され、前記画像生成手段への照射光量を可変とする照明系可変絞り手段と、
を有する投射表示装置において、
前記投射系可変絞り手段と照明系可変絞り手段とが連動して動作することを特徴とする投射表示装置。
【請求項２】
前記投射系可変絞り手段の遮光量を検出する為の投射系可変絞り検出手段を有し、投射系可変絞り検出手段の検出結果を用いて照明系可変絞り手段を動作させることを特徴とする請求項１に記載の投射表示装置。
【請求項３】
前記照明系可変絞り手段を冷却する為の照明系可変絞り冷却手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投射表示装置。
【請求項４】
前記投射系可変絞り手段は光軸方向に移動可能に保持されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の投射表示装置。
【請求項５】
光を生成する光源手段と、
前記照明系可変絞り手段の遮光量を検出する為の照明系可変絞り検出手段と、
前記光源手段の発光強度を制御する光源制御手段を有する投射表示装置において、
投射系可変絞り検出手段と照明系可変絞り検出手段の少なくともどちらかの遮光量に応じて光源の発光強度を変動させることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の投射表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱対策技術に関し、特に可動絞りの熱対策技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、投射表示装置は、プロジェクションマッピングや曲面スクリーンの様に、平面以外へ投射されることが多い。また、平面への投射であっても、平面と投射光学系の光軸が垂直ではなく、角度をもって斜めから投射されることも多い。
【０００３】
上記の場合、投射対象すべてにフォーカスの合う画像を投射する為には、被写界深度が深い投射光学系が求められる。被写界深度を深くするためには、絞りで光束を遮光する（Ｆｎｏを暗くする）ことで実現できることが知られている。
【０００４】
特許文献１には、角度をもって斜めからスクリーンに投射される場合において、投射画面の台形補正量に応じて投射光学系近傍に配置した絞りの開閉を行い、被写界深度を深くして画面全体にフォーカスが合うようにした技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３７１７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１に開示された従来技術では、照明光学系のＦｎｏとかい離が生じ、可変絞りで遮光する光量（熱吸収）が増大し、昇温する。これにより、投射光学系は熱による構成部品の局所的な膨張が発生し、ベストピントの位置がずれてしまう等、光学性能が劣化する。高輝度の投射表示装置では、熱吸収が大きくなるため、近傍の構成部品の破損も考えられる。また、プロジェクションマッピングや曲面スクリーンなど、台形補正を必要としない場合に、被写界深度を深くすることができない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、どのようなシチュエーションにおいても熱による光学性能劣化なく被写界深度を深くすることを可能にした投射表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る投射表示装置は、
任意の画像を生成する為の画像生成手段と、
画像を投射する為の投射光学手段と、
画像生成手段から投射光学手段内の間で、通過する光の遮光量を可変とする投射系可変絞り手段と、
前記画像生成手段への照射光量を可変とする照明系可変絞り手段と、
を有する投射表示装置において、
前記投射系可変絞り手段と照明系可変絞り手段とが連動して動作することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、どのようなシチュエーションにおいても熱による光学性能劣化なく被写界深度を深くすることを可能にした投射表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の光学系を説明する全体図
【図２】本発明における投射光学系内絞り説明図
【図３】本発明における照明系光学内絞り説明図
【図４】本発明における投射光学系説明図
【図５】本発明における照明光学系内絞り冷却構成説明図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態にかかわる光源から投射光学系までの光学系全体を示す図である。0（Ａ）、（Ｂ）は図に示す座標の通り、作図方向が異なる。
【００１３】
光源ランプ１で生成された光は、２のコンデンサレンズＡを通り、画像生成素子１６へ均一に照明光を照射する為の、３のフライアイレンズＡ、５のフライアイレンズＢを透過する。４は光源ランプ１で生成された光の内、短波長のスペクトルを有する光をカットする為のＵＶカットフィルタ。６は光源ランプで生成された光の偏光をそろえるための偏光変換素子。７はコンデンサレンズＢ、１０はコンデンサレンズＣで画像生成素子１６のサイズに合わせて光束を調整する。８は光を折り返すための全反射ミラー。上記の光学系を合わせて照明光学系３９とし、照明光学系３９内に照明光学系絞り９が配置される。照明光学系絞り９は投射画像のコントラストを向上させるためにも使用可能である。
【００１４】
１１は白色光を緑、赤と青とに分割する為のダイクロイックミラー。ダイクロイックミラー１１は緑を透過、赤と青を反射する。１２は不要な波長帯域の光をカットする為のトリミングフィルタ。１３は赤の波長帯域の光の偏光を変換する為のカラーセレクト（波長選択性位相差フィルタ）。赤は赤青用プリズム１４、赤用検光素子１７を透過し、赤用画像生成素子１６Ｒに照射され任意の画像を生成する。青は赤青用プリズム１４で反射し、青用検光素子１５を透過し、青用画像生成素子１６Ｂに照射され任意の画像を生成する。生成された赤と青の任意の画像は赤青出射側偏光板１８を透過し、合成プリズム１９に照射される。ダイクロイックミラー１１を透過した緑は位相差フィルタ２０、偏光板２１を透過し、緑用プリズム２２で反射し、緑用検光素子２３を透過し、緑用画像生成素子１６Ｇに照射され任意の画像を生成する。生成された緑の任意の画像は緑用出側偏光板１８を透過し、合成プリズム１９に照射される。上記の光学系を合わせて色分離合成光学系４０とする。
【００１５】
合成プリズム１９で緑、赤、青の合成された画像は投射光学系３８を構成するレンズ２４、レンズ２５、レンズ２７、レンズ２８、レンズ２９、レンズ３０、レンズ３１、レンズ３２、レンズ３３、レンズ３４、レンズ３５、レンズ３６を透過して図示せぬスクリーンへ投射される。投射光学系３８内に投射光学系絞り３７が配置される。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態にかかわる投射光学系絞り３７を示す図である。
【００１７】
（Ａ）は投射光学系絞り３７を、（Ｂ）および（Ｃ）は、投射光学系絞り３７を分解した構成を示す。方向は各図の座標による。投射光学系絞り３７は内部に複数の遮光部材３７ｂを有し、遮光部材３７ｂは保持部材３７ｃによって保持される。遮光部材３７ｂはガイド溝３７ａに沿って移動可能で、駆動モータ３７ｄにより駆動する。遮光部材３７ｂは駆動モータ３７ｄにより遮光する内径の大きさを変化させることができる。遮光する内径の大きさの変化は、投射光学系絞りセンサ３７ｅにより検知することができる。
【００１８】
図３は、本発明の実施形態にかかわる照明光学系絞り９を示す図である。作図方向は（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）各図の座標による。
【００１９】
照明光学系絞り９は９ａ、９ｂの二枚の板金により遮光される。二枚の板金９ａ、９ｂは駆動モータ９ｃと駆動ギアユニット９ｆを介して移動可能に構成される。二枚の板金９ａ、９ｂの遮光度合いは、端検出スイッチ９ｅとフォトインタラプタセンサ９ｄにより検出可能である。
【００２０】
図４は、本発明の実施形態にかかわる投射光学系３８を示す図である。
【００２１】
レンズ２４はレンズ鏡筒３８ａに保持され、固定鏡筒３８ｌにビス固定される。レンズ２５、レンズ２６はレンズ鏡筒３８ｂに保持される。レンズ２７、レンズ２８、レンズ２９、レンズ３０はレンズ鏡筒３８ｃに保持される。投射光学系絞り３７はレンズ鏡筒３８ｄに保持される。レンズ３１はレンズ鏡筒３８ｅに保持される。レンズ３２はレンズ鏡筒３８ｆに保持される。レンズ鏡筒３８ｆ、３８ｅ、３８ｄ、３８ｃ、３８ｂ、３８ａは外径にコロ３８ｍを１２０°等分に３つずつ取り付けられる。レンズ鏡筒３８ｆ、３８ｅ、３８ｄ、３８ｃ、３８ｂ、３８ａは、コロ３８ｍをズームカム３８ｋのカム溝と、固定筒３８ｌの直進溝とに係合することで移動可能に保持される。ズームカム３８ｋに固定されたズームレバー３８ｎを回転することで、ズームカム３８ｋが回転し、カム溝に沿って各レンズ鏡筒を任意量、光軸方向に移動可能に構成される。
【００２２】
レンズ３３はレンズ鏡筒３８ｇに保持される。レンズ３４、レンズ３５、レンズ３６はレンズ鏡筒３８ｈに保持される。レンズ鏡筒３８ｇ、３８ｈは外径にコロ３８ｍを１２０°等分に３つずつ取り付けられる。レンズ鏡筒３８ｇ、３８ｈは、コロ３８ｍをフォーカスカム３８ｊのカム溝と、固定筒３８ｌの直進溝とに係合することで移動可能に保持される。フォーカスカム３８ｊに固定されたフォーカスレバー３８ｉを回転することで、フォーカスカム３８ｊが回転し、カム溝に沿って各レンズ鏡筒を任意量、光軸方向に移動可能に構成される。
【００２３】
図５は、本発明の実施形態にかかわる照明光学系内絞りの冷却構成を示す図である。
【００２４】
４１は投射光学系３８を保持し、光軸と垂直な方向に移動可能に保持するレンズシフト。４２は色分離合成光学系を内包する色分離合成ベースユニット。４３は照明光学系を内包する照明光学ベースユニット。４４は偏光変換素子６および、照明光学系絞り９の二枚の板金９ａ、９ｂに冷却風を送るためのシロッコファン。４５はシロッコファン４４からの冷却風を偏光変換素子６および照明光学系絞り９の二枚の板金９ａ、９ｂに導くためのダクトの一部を構成する冷却ダクト。図（Ｂ）は図（Ａ）の四角部を拡大し、冷却ダクト４５を取り外した図である。図（Ｂ）は冷却風が図示部４５の冷却入口に導かれることを示す。図（Ｃ）は図（Ｂ）から照明光学ベースユニットを外した図であり、冷却入口４５が偏光変換素子６および、照明光学系絞り９の二枚の板金９ａ、９ｂの位置と対応しており、冷却風がこれらを冷却することを示す。
【実施例１】
【００２５】
以下、図１から図４を参照して、本発明の第１の実施例について説明する。
【００２６】
平面以外や、平面に対して斜めに投射する場合など、投射対象すべてにフォーカスの合う画像を投射する為には、被写界深度が深い投射光学系が求められる。被写界深度を深くするためには、絞りで光束を遮光する（Ｆｎｏを暗くする）ことで実現できる。つまり、投射光学系３８内に配置される投射光学系絞り３７の絞り内径を小さくすることで実現できる。
【００２７】
しかし、投射光学系絞り３７の絞り内径を小さくした場合、照明光学系のＦｎｏとのかい離が生じ、投射光学系絞り３７での遮光量が増大する。遮光量が増大すると、発熱量も増大する為、投射光学系絞り３７近傍の温度が上昇する。温度上昇した場合、二つの懸念が生じる。
【００２８】
１つ目は、投射光学系絞り３７および周囲の部品が温度上昇により破損することである。特にプロジェクションマッピングやショーなどでは、高輝度の投射表示装置を利用する為、温度上昇は顕著である。遮光部材３７ｂ等は耐熱温度の高い部材によって構成することで対応可能であるが、投射光学系絞りセンサ３７ｅや駆動モータ３７ｄの電気部品は対応が必要である。
【００２９】
２つ目は、投射光学系絞り３７周囲の構成部品、光学部品が温度上昇により膨張し、光学性能が劣化することである。例えば、投射光学系絞り３７の近くにあるレンズ鏡筒３８ｅが温度上昇すると、部材が膨張することで保持するレンズ３１の光軸方向の位置が投射光学系絞り３７から見て遠ざかる方向に移動する。また、レンズ３１も膨張することで両凸レンズの各Ｒが小さくなる。この為、変化が生じる分、設計時の光学性能が達成できず、スクリーン上でのピントがずれたり、特に投射画面上の周辺部の画像劣化などが生じる。
【００３０】
上記現象は投射光学系のＦｎｏと、照明光学系のＦｎｏがかい離していることを起因とする為、照明光学系のＦｎｏを暗くすることで回避できる。具体的には投射光学系のＦｎｏと照明光学系のＦｎｏが近づくように照明光学系絞り９で遮光することで対応することができる。
【００３１】
被写界深度を深くするために、投射光学系絞り３７の絞りを調整する。この際、絞り度合いは投射光学系絞りセンサ３７ｅで検出する。あらかじめ、投射光学系絞り３７と照明光学系絞り９の開閉度合いの関係を記憶しておき、投射光学系絞りセンサ３７ｅの検出結果に基づき照明光学系絞り９を調整する。開閉度合いは、端検出スイッチ９ｅとフォトインタラプタセンサ９ｄで検出し、所定の開閉度合いを実現する。これにより、投射光学系絞り３７の温度上昇を回避し、熱による光学性能劣化なく被写界深度を深くすることが可能となる。
【実施例２】
【００３２】
以下、図１から図５を参照して、本発明の第２の実施例について説明する。
【００３３】
実施例１では投射光学系絞り３７での発熱分を照明光学系絞り９で遮光させるため、照明光学系絞り９の温度上昇が懸念される。照明光学系絞り９でも温度上昇が生じると投射光学系３８と同様に部品破損の懸念が生じる。しかし、上記の懸念は図５で示す通り、照明光学系絞り９に対して冷却を実施することで回避することができる。具体的には、照明光学系絞り９の遮光部である二枚の板金９ａ、９ｂに対して、シロッコファン４４からの冷却風を冷却ダクト４５を介して送風する。あらかじめ、照明光学系絞り９の開閉度合いに応じた送風量を決定しておけば、端検出スイッチ９ｅとフォトインタラプタセンサ９ｄで開閉度合いを検出することができるので、より最適な冷却が可能となる。
【００３４】
投射光学系３８は図４で示す通り、発熱部である投射光学系絞り３７の周囲をズームカム３８ｋや固定鏡筒３８ｌに囲まれており、冷却風を送ることが困難であるのに対して、照明光学系絞り９の周囲は冷却構成を構築しやすいというメリットもある。
【００３５】
上記により、投射光学系絞り３７および照明光学系絞り９の温度上昇を回避し、熱による光学性能劣化なく被写界深度を深くすることが可能となる。
【実施例３】
【００３６】
以下、図１から５を参照して、本発明の第３の実施例について説明する。
【００３７】
実施例１および実施例２において、被写界深度をより深くした場合、遮光量がより増大する為、発熱量も大きくなる。高輝度の投射表示装置では、発熱量が非常に大きいため、絞りおよび絞り周辺部の部品の許容温度に対して限度を超えてしまう可能性がある。
【００３８】
この場合、投射光学系絞り３７または照明光学系絞り９の絞り量に応じて光源ランプ１の発光強度を調整することで発熱量を低減することができる。
【００３９】
具体的には、あらかじめ投射光学系絞り３７または照明光学系絞り９の絞り量の限度値を決定しておく。投射光学系絞りセンサ３７ｅ、または端検出スイッチ９ｅとフォトインタラプタセンサ９ｄで検出した結果から、限度値を超えた場合は、所定量、光源ランプ１の発光強度を低下させる。
【００４０】
上記により、投射光学系絞り３７および照明光学系絞り９の温度上昇を回避し、熱による光学性能劣化なく被写界深度を深くすることが可能となる。
【００４１】
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。
【符号の説明】
【００４２】
１  光源ランプ、２  コンデンサレンズＡ、３  フライアイレンズＡ、
４  ＵＶカットフィルタ、５  フライアイレンズＢ、６  偏光変換素子、
７  コンデンサレンズＢ、８  全反射ミラー、９  照明光学系絞り、
１０  コンデンサレンズＣ、１１  ダイクロイックミラー、
１２  トリミングフィルタ、１３  カラーセレクト、１４  赤青用プリズム、
１５  青用検光素子、１６  画像生成素子、１７  赤用検光素子、
１８  赤青用出側偏光板、１９  合成プリズム、２０  位相差フィルタ、
２１  偏光板、２２  緑用プリズム、２３  緑用検光素子、
２４から３６  レンズ、３７  投射光学系絞り、３８  投射光学系、
３９  照明光学系、４０  色分離合成光学系、４１  レンズシフト、
４２  色分離合成ベースユニット、４３  照明光学ベースユニット、
４４  シロッコファン、４５  冷却ダクト、４６  冷却入口
【図１】
2020166084.tif 000003
【図２】
2020166084.tif 000004
【図３】
2020166084.tif 000005
【図４】
2020166084.tif 000006
【図５】
2020166084.tif 000007