(57)【要約】【課題】投射画像の輝度低下及び反射型変調素子の照明効率の低下を生じることなく、画像の投射範囲を平行移動させる。【解決手段】反射型画像投射装置は、反射型変調素子７によって変調した画像光を投射レンズ９を用いてスクリーン等に投射する。投射レンズ９は、その光軸に対して垂直な面にシフト可能に保持されている。第１のフィールドレンズ６は、反射型変調素子７の反射光を入射光から分離する機能を有している。すなわち光源光は、第１のフィールドレンズ６で作用を受けて反射型変調素子７へ入射する。反射型変調素子７では、その入射光を画像信号に応じて変調して反射させる。反射光は再び第１のフィールドレンズ６で作用を受ける。ここで、第１のフィールドレンズ６によって発生する収差を吸収し、かつ反射型変調素子７で反射した反射光を投射レンズ９で取り込みやすくなるように屈折させる第２のフィールドレンズ８を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を発する光源と、該光源からの照明光を画像に応じて変調して反射させる反射型変調素子と、該反射型変調素子により反射された光を被投射面に投射する投射レンズとを備える反射型画像投射装置において、該反射型画像投射装置は、前記反射型変調素子へ入射する前記照明光と該反射型変調素子で反射した反射光との両方が作用を受ける光路上に設けられた第１のフィールドレンズと、該第１のフィールドレンズと前記投射レンズとの間の光路上に設けられた第２のフィールドレンズとを有し、前記投射レンズは、該投射レンズの光軸に垂直な方向にシフト可能に保持され、該反射型画像投射装置は、前記投射レンズをシフトさせる投射レンズシフト手段をさらに備えることを特徴する反射型画像投射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の反射型画像投射装置において、前記第２のフィールドレンズは、単レンズ、または複数枚のレンズによるレンズ群により構成されていることを特徴とする反射型画像投射装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の反射型画像投射装置において、前記投射レンズは、該投射レンズの光軸に垂直な平面内において２軸方向に自在にシフト可能に構成されていることを特徴とする反射型画像投射装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１に記載の反射型画像投射装置において、前記投射レンズは、瞳位置を変化させずに投射倍率を変化させることが可能なズームレンズであることを特徴とする反射型画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型画像投射装置、より詳細には、投射画像をスクリーンに対して平行な方向にシフト可能なプロジェクタ等の画像投射装置に関し、特に、反射型の光変調素子を用いた反射型画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型の光変調素子を使用した反射型画像投射装置において、投射画像をスクリーンに対して平行な方向にシフトできるようにした構成が開示されている。
例えば、特許文献１には、投射画像をスクリーンに対して平行な方向にシフト可能な液晶プロジェクタが開示されている。ここに開示される液晶プロジェクタは、光源からの平行光束を透過型の液晶表示パネルに入射させて変調し、透過光を集光レンズおよび投射レンズを介してスクリーン上に投射するように構成されている。
上記特許文献１では、集光レンズおよび投射レンズは、一体として光軸と直交する一次元方向に平行移動できるようにレンズ移動機構に組み付けられており、これらのレンズの移動調整により装置本体を移動させずに、かつ、投射画像を歪ませずにその投射範囲をスクリーンに対して平行な方向にシフトさせることができる。
【０００３】
また特許文献２では、光源部からの照明光を画像に応じて変調して反射させる反射型変調素子を用い、反射型変調素子で反射させた光を投影レンズにて投影する反射型画像投影装置において、反射型変調素子の前に配置されたフィールドレンズを、投射レンズと連動させてシフトすることにより、投射レンズでの集光効率の低下を図るようにした構成が開示されている。
【特許文献１】特開平５−２７３２４号公報
【特許文献２】特開平１１−３２７０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
反射型の変調素子を用いる場合には、原則として変調素子に対して斜め方向から照明光を入射させ、照明光の入射光路とは異なる方向に反射された光を投射レンズに入射させる配置が採用される。このため、上記特許文献１に開示されるような構成で投射レンズを移動させるのみでは、変調素子の反射光が投射レンズに対して効率よく取り込まれず、投射される画像の輝度が低下し、あるいは画像の一部が欠落するといった問題が生じる。
【０００５】
また、上記特許文献２のように、フィールドレンズと投射レンズを連動させてシフトするようなシステムでは、フィールドレンズが動いたときに、反射型の変調素子に結像させる照明領域がフィールドレンズの動きとともに動いてしまう。このときに、より光効率を上げるために、反射型変調素子を照明する最低限のサイズで照明領域を設定する昨今のシステムでは、フィールドレンズが動くことで、反射型変調素子の有効エリアから照明領域がずれてしまい、スクリーン上で画像の一部が欠落するか、もしくは極端に暗くなるといった問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、反射型変調素子を用いた反射型画像投射装置において、投射画像の輝度の低下や反射型変調素子の照明効率の低下を生じさせることなく、投射画像を歪ませずに平行移動させることができるようにした反射型画像投射装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の技術手段は、照明光を発する光源と、光源からの照明光を画像に応じて変調して反射させる反射型変調素子と、反射型変調素子により反射された光を被投射面に投射する投射レンズとを備える反射型画像投射装置において、反射型画像投射装置は、反射型変調素子へ入射する照明光と反射型変調素子で反射した反射光との両方が作用を受ける光路上に設けられた第１のフィールドレンズと、その第１のフィールドレンズと投射レンズとの間の光路上に設けられた第２のフィールドレンズとを有し、上記の投射レンズは、投射レンズの光軸に垂直な方向にシフト可能に保持され、反射型画像投射装置は、投射レンズをシフトさせる投射レンズシフト手段をさらに備えることを特徴としたものである。
【０００８】
第２の技術手段は、上記第１の技術手段において、上記第２のフィールドレンズが、単レンズ、または複数枚のレンズによるレンズ群により構成されていることを特徴としたものである。
【０００９】
第３の技術手段は、上記第１または第２の技術手段において、上記の投射レンズが、該投射レンズの光軸に垂直な平面内において２方向に自在にシフト可能に構成されていることを特徴としたものである。
【００１０】
第４の技術手段は、上記第１ないし第３のいずれか１の技術手段において、上記の投射レンズが、瞳位置を変化させずに投射倍率を変化させることが可能なズームレンズであることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、反射型変調素子への入射光と反射光とが作用する光路上に設けられた第１のフィールドレンズと、第１のフィールドレンズと投射レンズとの間の光路上に設けられた第２のフィールドレンズとを配することにより、投射レンズのシフトにより投射範囲を移動させた際にも、反射型変調素子からの反射光を投射レンズに対して効率よく入射させることができる。従って、投射画像の輝度を低下させることなく、また反射型変調素子の照明効率を低下させることなく、画像を歪ませずにその投射範囲を平行移動させることができる。
【００１２】
また、フィールドレンズの設計上、投射レンズ近傍の第２のフィールドレンズが１枚のレンズでは、投射レンズの取り込みやスクリーンへの結像の精度が充分でないときは、第２のフィールドレンズを複数枚から構成されるレンズ群とすることで、反射型変調素子からの反射光を効率よく取り込み、スクリーンへの結像を精度の良いものにすることができる。
【００１３】
また、投射レンズが、その光軸に垂直な平面内において２方向に自在にシフト可能に構成されることにより、投射画像を上下・左右と自在に移動させることが可能となり、反射型画像投射装置の設置の自由度が広がるとともに、スクリーンに対して画像を投射するときに、反射型画像投射装置本体のセッティング時の微調整といったものが不必要になり、セッティングを簡単に行うことが可能となる。
【００１４】
また、上記の投射レンズを、瞳位置を変化させずに投射倍率を変化させることが可能なズームレンズとすることにより、反射型画像投射装置とスクリーンとの距離を変化させずに投射範囲のサイズを調整することができ、装置の設置位置が任意に選択できない場合にも、投射サイズを容易に調整することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の反射型画像投射装置の一実施形態の構成を説明するための図で、図中、１はランプ、２はカラーホイール、３はロッド、４は第１のコンデンサレンズ、５は第２のコンデンサレンズ、６は第１のフィールドレンズ、７は反射型変調素子、８は第２のフィールドレンズ、９は投射レンズである。
【００１６】
図１に示されるように、本実施形態の反射型画像投射装置の光学系は、照明光を発する光源であるランプ１と、時分割で色分離するカラーフィルタを有するカラーホイール２と、反射型変調素子７の照明光を均一にするロッド３と、反射型変調素子７を最適に照明するために光源光を屈折させる第１及び第２のコンデンサレンズ４，５と、反射型変調素子７への入射光及びその反射光を互いに分離する第１のフィールドレンズ６と、第１のフィールドレンズ６で作用を受けた入射光を画像信号に応じて変調して反射させる上記の反射型変調素子７と、第１のフィールドレンズ６によって発生する収差を吸収し、かつ反射型変調素子７で反射した反射光を投射レンズ９で取り込みやすくなるように屈折させる第２のフィールドレンズ８と、第２のフィールドレンズ８で作用を受けた光をスクリーンに結像させる複数のレンズ群からなる投射レンズ９から構成される。そして投射レンズ９は、その光軸に対して垂直な面にシフト可能に保持されている。
【００１７】
反射型変調素子７の一例として、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）素子を用いることができる。ＤＭＤ素子は、微小なマイクロミラーを格子状に配置した素子であり、ピクセルを構成する微小なマイクロミラーを多数（例えば数十万枚）ワンチップに集積し、個々のマイクロミラーを制御して光の反射方向を切り替える。そしてこのときに、マイクロミラーを１秒間に数千回の速度で動作させることによって画像を描くものである。
【００１８】
図２は、フィールドレンズを用いた光学系とその作用を模式的に示す図で、本発明に適用されるフィールドレンズの光学系を図２（Ａ）に、従来一般的なフィールドレンズによる光学系を図２（Ｂ）に示すものである。図２において、６，６´はフィールドレンズ、７は反射型変調素子である。
【００１９】
反射型変調素子７で反射した光は、広がりを持った光となってフィールドレンズ６（６´）に入射し、像を結ぶ。ここで図２（Ｂ）に示すように、従来の方式では、反射型変調素子７から反射された光は投射レンズ９に入射するときに、非常に大きな収差と角度とを持って入射することになる。この状態で、投射画像を平行移動させるために投射レンズ９をその光軸に垂直方向へシフトさせた場合、投射レンズ９では光が十分に取り込めずに投射画像に陰りができる。また、たとえ投射レンズ９が全ての光をうまく取り込むことができ、また投射レンズ９で収差を吸収するような設計にしているとしても、レンズシフトに伴う投射レンズ９の位置変化によってうまく収差を吸収しきれなくなり、レンズシフトの位置に応じて画面のピントに不具合が生じる。
【００２０】
本発明の実施形態では、上記の不具合を解消するために、図２（Ａ）に示すように第２のフィールドレンズ８を投射レンズ９の前に設ける、すなわち、第１のフィールドレンズ６と投射レンズ９との間の光路上に第２のフィールドレンズ８を設けることにより、第１のフィールドレンズ６による収差を除去し、かつ投射レンズ９がシフトしても光の取り込みの損失が生じないようにすることができる。すなわち、第２のフィールドレンズ８を設けることにより、反射型変調素子７の反射光が投射レンズ９に対して効率よく取り込まれるため、ランプ電力も削減でき装置の省電力化を図ることができる。
【００２１】
なお、第２のフィールドレンズ８は、単レンズで構成してもよく、または複数枚のレンズによるレンズ群により構成してもよい。例えば、スクリーンへの結像系の設計上、投射レンズ９の近傍の第２のフィールドレンズ８が１枚では収差を吸収しきれない場合や、投射レンズ９での光の取り込みに支障をきたすような場合には、第２のフィールドレンズ８として複数枚から構成されるレンズ群を配置し、この第２のフィールドレンズ８によって反射型変調素子７の近傍の第１のフィールドレンズ６による収差を除去し、なおかつ投射レンズ９がシフトしても光の取り込みの損失が生じないようにすることができる。
【００２２】
図３は、本発明の反射型画像投射装置の投射レンズを、その光軸に対して垂直な平面内でシフト可能とするシフト機構（本発明のシフト手段に該当する）の構成例を示す図で、シフト機構の斜視概略図を図３（Ａ）に、シフト機構の側面概略図を図３（Ｂ）に、シフト機構のもう一方の側面概略図を図３（Ｃ）示すものである。図３において、１０は操作用スティック、１１はシフト板、１２はシフト板把持部（回転移動でシフト板がシフトするときの回転中心軸）、１３はユニット取り付け板、１４は投射レンズをシフト板に取り付けるための取り付け板、１５はスティックホルダ、１６はスライドスリットである。
【００２３】
シフト機構は、スクリーン等の被投射面に投射画像を投射するときに、使用者が所望の位置に画像を投射できるように、投射レンズ９をシフトさせるための構成を実現するものである。
図３において、投射レンズ９は、取り付け板１４によってシフト板１１に取り付けられている。シフト板１１は、投射レンズ９の光軸に垂直な面方向に自在にシフトできるように構成され、投射レンズ９は、シフト板１１のシフト動作とともに変位する。また、ユニット取り付け板１３は、プロジェクタのメカユニットに固定されている。
【００２４】
ユニット取り付け板１３には、スティックホルダ１５が設けられ、このスティックホルダ１５は、使用者が操作可能な操作用スティック１０を揺動可能に保持している。操作用スティック１０は、スティックホルダ１５から、シフト板１１に設けられた貫通孔を通って投射レンズ９の配設側へ延びている。投射レンズ９の配設側で、使用者は、操作用スティック１０を操作することができ、スティックホルダ１５の部分を支点として、投射レンズ９の光軸に直交する任意の方向に向かって、操作用スティック１０を傾けることができる。
【００２５】
操作用スティック１０は、シフト板１１の貫通孔の内壁面に当接しており、操作用スティック１０が任意の方向に傾けられるとき、操作用スティック１０が傾けられた方向に従ってシフト板１１がシフトする。すなわち、操作用スティック１０は、スティックホルダ１５の部分を支点とし、シフト板１１に当接する部分を作用点として揺動動作する部材である。
【００２６】
シフト板１１には、スライドスリット１６が設けられ、そのスライドスリット１６にシフト板把持部１２が挿通されている。シフト板把持部１２は、一端がユニット取り付け板１３に固定されて、スライドスリット１６に挿通されて延びるシャフト状の部材である。
【００２７】
使用者は、操作用スティック１０を任意の方向に傾けてその方向にシフト板１１（すなわち投射レンズ９）を変位させようとする。このときに、スライドスリット１６のスリット長軸方向にシフト板１１を変位させようとする場合は、スライドスリット１６の長軸方向にシフト板把持部１２がスライドしながら、シフト板１１がシフトする。
また、スライドスリット１６の長軸の直交方向にシフト板１１を変位させようとする場合は、シフト板１１がシフト板把持部１２の周りを回転し、かつその変位方向に応じて、シフト板把持部１２がスライドスリット１６のスリット長軸方向に変位する。
【００２８】
スライドスリット１６の長軸方向を、投射画像の横方向（水平方向）に一致させておくことにより、使用者は、投射画像を縦横・上下方向に容易に移動させることができる。
また、縦横・上下のみならず、使用者が操作用スティックを斜め方向に傾けることにより、その方向に応じてシフト板１１がシフトして、投射レンズ９による投射画像を平行移動させることができる。この場合は、上記の縦横・上下の２軸の変位が合成されたものとみなすことができる。
すなわち、上記のようなシフト機構により、投射レンズ９は、その光軸に垂直な平面内において２軸方向に自在にシフト可能に構成されていることになる。２軸にシフト可能とすることにより、投射レンズにより投射する投射画像を任意の方向に平行移動させることができる。
【００２９】
以上のような構成により、スクリーン等の被投射面上に投射される画像を歪ませることなく、その投射画像を上下・左右の任意の方向にシフトさせることができる。
なお、投射する画像サイズを調整可能とするためには、投射レンズ９として、反射型変調素子７側の瞳位置をほぼ変化させずに投射倍率を変化させることが可能なズームレンズを用いることが望ましい。投射画像のサイズがスクリーンのサイズに適合しない場合には、投射レンズ９をズームさせて投射倍率を変化させ、サイズが適合するように調整することができる。これにより、例えば、スクリーンの位置が固定されていて、かつその正面に反射型画像投射装置を配置できないような場合にも、投射範囲を任意にシフトさせてスクリーン上に画像を投射することができる。また、スクリーンと反射型画像投射装置との距離が自由に設定できない場合でも、その距離に応じて投射レンズ９の倍率を変化させることにより、スクリーンのサイズに適合した投射画像を投射することができる。
【００３０】
なお、投射レンズ９をシフトさせるシフト手段の他の例として、投射レンズ９の光軸に対して垂直な面における直交する２軸方向（例えば画像の水平・垂直方向）に一致するようにそれぞれガイドを設け、電動モーターを使ったり、人力によってギアを回す等の手段で力を伝達させて、投射レンズ９を２軸にシフト可能とすることができる。また、上記のように２軸方向に沿って投射レンズ９がシフトするような機構ではなく、投射レンズ９の光軸に対して垂直な平面内を、投射レンズ９がバネで押さえつけられながら自在にスライドするような機構などを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の反射型画像投射装置の一実施形態の構成を説明するための図である。
【図２】フィールドレンズを用いた光学系とその作用を模式的に示す図である。
【図３】本発明の反射型画像投射装置の投射レンズを、その光軸に対して垂直な平面内でシフト可能とするシフト機構の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…ランプ、２…カラーホイール、３…ロッド、４…第１のコンデンサレンズ、５…第２のコンデンサレンズ、６…第１のフィールドレンズ、７…反射型変調素子、８…第２のフィールドレンズ、９…投射レンズ、１０…操作用スティック、１１…シフト板、１２…シフト板把持部、１３…ユニット取り付け板、１４…取り付け板、１５…スティックホルダ、１６…スライドスリット。
【図１】
2006106189.tif 000003
【図２】
2006106189.tif 000004
【図３】
2006106189.tif 000005