(57)【要約】【課題】装置と設置場所との設置面を広く取ったまま投射面に対して光軸を垂直に調整して斜めに入射し投射面の崩れを画像処理等で補正不要のプロジェクターを提供すること。【解決手段】プロジェクターは、画像投射用の光源と、画像を形成する画像形成素子と、画像形成素子の像を被投射面上に投射する投射光学系とを備える光学機構部を有し、光学機構部の一部が、光源の光束射出方向に平行な軸を中心に回転し、投射光学系の光軸方向と設置面との角度が調整される。【選択図】図１
2011180384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像投射用の光源と、画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子の像を被投射面上に投射する投射光学系とを備える光学機構部を有し、
前記光学機構部の一部が、前記光源の光束射出方向に平行な軸を中心に回転し、前記投射光学系の光軸方向と設置面との角度が調整されることを特徴とするプロジェクター。
【請求項２】
回転する前記光学機構部は、その機構のすべての構成要素であることを特徴とする請求項１記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記投射光学系は、光路分離素子から順に、レンズからなる第１光学系と、曲率を持った反射ミラーを含む第２光学系とからなることを特徴とする請求項１または２記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記投射光学系は、前記第１光学系と前記第２光学系との間に、前記画像形成素子の中間像を結像させ、該中間像を前記第２光学系によって拡大投影することを特徴とする請求項３記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記光学機構部に円筒形部分があり、該円筒形部分が回転機構の一部となっていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプロジェクター。
【請求項６】
前記円筒形状の内部に前記光源が配置されていることを特徴とする請求項５記載のプロジェクター。
【請求項７】
筐体内の電源および制御機構部などは該筐体に固定され、前記光学機構部が回転することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から射出された光を画像形成素子に照射し、投射光学系によって被投射面に画像形成素子の像を作るプロジェクターに関するものである。とくに、机に配置しても、壁に配置しても、壁に映し出せるプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の実施形態として、画像形成素子をレンズ系からなる第１光学系にて中間像をつくり、その中間像を凹面形状の反射ミラーによって、被投射面に拡大投影する投射光学系が示されている。しかし、実際にプロジェクターとして装置化され、装置を机に配置し壁面に像を投影する場合と、壁面に装置を配置し壁面に像を投影する場合とでの装置の構成については何ら開示されていない。
【０００３】
特許文献２では、特許文献１に示されているような凹面ミラーを用いた投射光学系を用いたプロジェクター装置が開示されている。プロジェクター装置内の光源の配置を、プロジェクター全体が据え置き配置、机上配置、天井配置、の際でも常に光源が水平方向に向くようにすることを特徴とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献２に示されているような筐体構成では、壁面にプロジェクターを貼り、同じ壁面に像を投射する場合、机上配置での設置面を壁面に貼り付けることになるが、その設置面の面積は狭いし、かつ筐体全体が壁から迫り出す形になるので重量バランスが悪いので、貼り付ける強度は相当強くないと壁面に貼り付けたプロジェクターは落ちてしまう。また、壁への設置面を広く取り、貼り付け面積を大きくするような筐体構造にすることによって貼り付ける強さを強くすることができるが、その場合、筐体全体が大きくならざるを得ない。
【０００５】
また、据え置き配置の際、投射する壁面、もしくはスクリーンに対し、据え置く机面が傾いていた場合、ミラーを用いて至近距離で投射するような光学系ではとくに、いわゆる像の台形ひずみと上下方向の片ボケが大きく出てしまう。特許文献２の筐体の構成だとプロジェクター筐体全体を傾け台形ひずみ、上下方向の片ボケ調整をしなければならない（図１参照）。
【０００６】
本発明の目的は、装置と設置場所との設置面を広く取ったまま投射面に対して光軸を垂直に調整することが出来、斜めに入射し台形歪などの投射面の崩れを画像処理等で補正する必要がないプロジェクターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、画像投射用の光源と、画像を形成する画像形成素子と、画像形成素子の像を被投射面上に投射する投射光学系とを備える光学機構部を有し、光学機構部の一部が、光源の光束射出方向に平行な軸を中心に回転し、投射光学系の光軸方向と設置面との角度が調整されることを特徴とするプロジェクターである。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のプロジェクターにおいて、回転する光学機構部は、その機構のすべての構成要素であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のプロジェクターにおいて、投射光学系は、光路分離素子から順に、レンズからなる第１光学系と、曲率を持った反射ミラーを含む第２光学系とからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のプロジェクターにおいて、投射光学系は、第１光学系と第２光学系との間に、画像形成素子の中間像を結像させ、該中間像を第２光学系によって拡大投影することを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載のプロジェクターにおいて、光学機構部に円筒形部分があり、該円筒形部分が回転機構の一部となっていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項５記載のプロジェクターにおいて、円筒形状の内部に光源が配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載のプロジェクターにおいて、筐体内の電源および制御機構部などは該筐体に固定され、光学機構部が回転することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、装置と設置場所との設置面を広く取ったまま投射面に対して光軸を垂直に調整することが出来、斜めに入射し台形歪などの投射面の崩れを画像処理等で補正する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態であるプロジェクターの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態である１軸方向に光学機構部を回転させることを示す図である。
【図３】本発明の実施形態であるプロジェクターを机の上に配置し壁に像を投影している様子を示した図である。
【図４】本発明の実施形態であるプロジェクターを用いて机上に像を投影している様子を示した図である。
【図５】本発明の実施形態であるプロジェクターを用いて、壁に筐体を貼り付けるなどして固定し、壁に像を投影している様子を示した図である。
【図６】机上設置の際のバランスを説明する図である。
【図７】投射像が台形形状になることを示す図である。
【図８】光学機構部の説明をする図である。
【図９】画像形成素子に反射型液晶素子を用いることを示す図である。
【図１０】画像形成素子に透過型液晶素子を用いることを示す図である。
【図１１】本発明の別の実施の形態を説明する図面である。
【図１２】本発明の別の実施の形態を説明する図面である。
【図１３】本発明の別の実施の形態と従来技術との対比を説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施の形態のプロジェクターの構成を示す図である。
プロジェクターは筐体からなり、筐体には光源や画像形成素子、レンズなどを含む光学機構部と、ランプを制御する電気回路部や画像入力端子、スイッチ、入力画像を制御する画像制御回路部などを含んだ制御機構部、及び筐体に対して光学機構部を１軸方向に回転させる回転機構部が搭載・内蔵されている。
【００１７】
光学機構部は、例えば、光源として白色ランプと、光強度を一様化する目的のロッドインテグレータと、カラー化するためのカラーホイールと、画像形成素子と、投射光学系からなり、投射光学系は、例えば、レンズからなる第１光学系と、曲面を持った反射ミラーを含む第２光学系からなる。
【００１８】
図１、図８を用いて光学機構部の説明をする。ランプは、楕円面形状のリフレクタと、その第１焦点に画像投射用の光を出射する光源とを有している。
リフレクタとしては、放物面鏡や楕円面鏡などを用いることができる。ランプから射出した光はロッドインテグレータに入射し、ロッドインテグレータによって被照明物への照明具合を調整される。ロッドインテグレータを射出した光は、白色の透過光をカラー化するカラーホイールを透過し、リレーレンズを通じて被照明物である画像形成素子に入射する。
【００１９】
図１、図８では画像形成素子は、多数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御し、入射光に対する射出光の方向を制御できるミラーデバイスを用いている。その場合、入射光方向と射出光方向を分離しなければならなく、図１、図８では入射光を、折り曲げミラーを用いて画像形成素子の斜め方向から入射させている。
画像形成素子から射出した光はレンズ系からなる第１光学系により、図１では図示されてはいないが、画像形成素子の中間像を作り、その中間像は、凹面ミラーからなる第２光学系により投射面上に像を結ぶ。なお、図１では、凹面ミラーと投射面の間の第２光学系内に折り返しミラーを配置し、投射する方向を変えている。
【００２０】
また、制御機構部は、ランプのＯＮ／ＯＦＦや、ランプの温度制御などを行うランプ制御回路や、入力画像によってカラーホイールと画像形成素子をコントロールし最適な画像を作り出す画像制御回路や、投射面の傾きなどにより投射画像が台形に変化してしまうのを画像処理により補正するなどする画像処理制御回路や、入力スイッチ回路や、様々な電源回路、またランプや画像形成素子を空冷するために配置されるファンを制御するファン制御回路などが含まれており、プロジェクター、及び出力画像をコントロールしている。
【００２１】
上記のように、光学機構部と制御機構部などが筐体に搭載・内蔵されているが、本実施の形態ではさらに、筐体に対して光学機構部を１軸方向に回転させる回転機構部が追加され、図２のように１軸方向に光学機構部を回転させ、例えば９０°回転させることが出来る。その際、回転する回転軸は、光源の中心から画像形成素子の中心までを結ぶ最短光線が光源から射出される光源光束射出方向に平行な軸に回転するものである。また、光源光束射出方向と、投射光学系の光軸とは、それぞれの方向に平行な面に投影したときに略垂直である。
【００２２】
また、図２では光学機構部のすべてを１軸方向に回転しているが、画像形成素子の形状に合わせた照明を作り出しているロッドインテグレータ以後の系が回転していればよく、ランプは回転せずに固定していてもかまわない。ただしその際は、回転するロッドインテグレータの中心を軸に光学機構部が回転し、かつ、その回転軸の延長線上に回転しないランプのアークが存在し、その回転軸に対称にリフレクタ形状が形成されていることが必須となる。
【００２３】
図３は本プロジェクターを机の上に配置し壁に像を投影している様子を示した図であり、図４は本プロジェクターを用いて机上に像を投影している様子を示した図であり、図５は本プロジェクターを用いて、壁に筐体を貼り付けるなどして固定し、壁に像を投影している様子を示した図である。
【００２４】
図３の投影の様子は一般的なプロジェクターの使い方である。とくに本実施の形態に挙げているプロジェクターは、凹面ミラーを用いて、レンズのみで投射系を構成したプロジェクターに比べて、広角に投影できるため、同じ投射サイズでも投射距離を短く投影できる。つまり、壁を投射面としたときに壁の近くにプロジェクターを置いて投影できるわけである。
そのことにより、上記の特許文献２の図１２にあるように、投射光学系の投射距離をプロジェクターの装置の高さでまかない、装置を立てることで机の上に大画面を投射できるようになる。しかし、上記の特許文献２の図１２のように、据え置き配置も机上設置も装置そのままで実現しようとすると、机上設置の際、装置と机との設置面が狭くバランスが悪いため倒れてしまう危険性がある（図６参照）。また、その面積を広く取ろうとすると装置の大型化を招いてしまう。
【００２５】
そのため、本実施の形態では、筐体に対して光学機構部が稼動であることにより、設置面と投射光学系の光軸、つまり投射方向を調整できるため、図３のような据え置き配置でも図４の机上設置でも、投射時にプロジェクター本体がバランスよく設置できるため、倒れてしまう危険性が少ない。また、そのためには、稼動する光学機構部以外の筐体内蔵物は稼動しないほうが、机上設置の際、重心が設置面に近くなり、よい。少なくとも上記制御機構部は、スイッチ等のヒューマンインターフェース部が含まれるため、稼動しないほうが、誤操作を招かずよい。
【００２６】
また、プロジェクター本体の外部からの映像・画像情報を入力する画像入力端子は、投射時は基本的に外部映像出力装置（例えばパーソナルコンピューター）と有線で接続されているため、筐体に対し稼動しないほうが、投射方向が変わっても入力端子位置はかわらないため、接続線がぶらぶらすることが少なく、また、万が一接続線に引っかかったりして接続線が引っ張られても、重心位置に近い稼動しない筐体側に設置してあるため倒れたりする可能性が少ない。
【００２７】
また、光学機構部のみが稼動することにより、図５のように、筐体を壁面に固定し、光学機構部のみを投射光学系の光軸が壁面に垂直になるように稼動させて固定することにより、プロジェクターを設置する机が無くとも壁面に投影することが可能となる。その際、上記の特許文献２のように光学機構部が稼動せず、筐体を壁面に固定しようとすると、設置面が狭く、固定するのがむずかしい、また、バランスが悪く設置が難しい。設置面を広く取ろうとすると、筐体全体が大きくなってしまう。
【００２８】
しかし、本実施の形態のように、筐体を壁面に固定し、光学機構部のみを投射光学系の光軸が壁面に垂直になるように稼動させて固定することにより、壁との設置面積が広くかつバランスがよいため、壁面と固定しやすい。壁との設置方法としては、例えば、壁が金属であれば、磁石などが考えられるし、フック等で引っ掛けることも考えられる。また、もちろん、ネジ等でとめてしまってもよい。どの場合においても設置面積が広くバランスが良いことがメリットとなる。
【００２９】
また、ここで、本実施の形態では、光学機構部が１軸中心に駆動する際、重力方向に対し駆動する回転軸を常に垂直に設定する場合、その回転軸に対し平行な方向に光源の光束射出方向を配置している。そのことにより、光源が鉛直方向に向くことによる光源の短寿命化を抑えることが出来る。つまり、図３、図４、図５のような壁面に投影する場合、机上に投影する場合、もしくは図示していないが天井に投影する場合、何れの場合も、投射光学系の光軸を投射面に垂直になるように稼動・調整するわけだが、そのようにしても常に光源光束射出方向は重力方向に対し垂直であるように、光学機構部内の光源光束射出方向と投射光学系の光軸方向が設定されている。
【００３０】
また、図７のように従来のプロジェクターでは、設置面が投射面に対して傾いていると、光軸に対し投射面、つまり像面が傾くことになってしまうため、投射像が台形形状になってしまったり、ピントが合わない箇所が発生してしまう。
【００３１】
しかし、本実施の形態では、光学機構部を一軸方向に回転し、かつ、その回転軸と投射光学系の光軸が垂直なため、設置面が傾いていても、常に投射面と投射光学系の光軸を垂直に保つことが出来る。ここで、光軸とは、一般的には光学系の中心軸であるが、たとえば偏心光学系などの中心軸を持たない光学系や、中心軸に対し物体面を垂直ではない角度をつけて像面を傾けるあおり光学系、を採用する場合もありうるため、定義すると、投射光学系を設計した際に、画像形成素子などの物体面と設計した光学系で出来る像面に対して垂直な方向、である。
【００３２】
また、光学機構部は、図１、図８で説明したような形態だけでなく、図９のように画像形成素子に反射型液晶素子を用いることも出来る。
ランプから射出された略平行化された光はフライアイインテグレータ、偏光ビームスプリッタアレイ、コンデンサレンズからなる偏光変換系により、光の偏光方向を一方向にそろえられる。その後、カラーホイールによってそれぞれの波長帯のみ透過することでカラー化され、偏光ビームスプリッタに入射される。偏光ビームスプリッタで反射した光は反射型液晶素子の各画素に入射される。各画素に入射した光は反射型液晶素子を制御する制御部により偏光制御されながら反射し、ふたたび偏光ビームスプリッタに入射し、透過した光はレンズ系からなる第１光学系で画像形成素子の中間像を結び、その中間像は凹面ミラーからなる第２光学系によって投射面に像を結ぶ。
【００３３】
また、図１０のように画像形成素子に透過型液晶素子を用いることも出来る。
ランプから射出された略平行化された光はフライアイインテグレータ、偏光ビームスプリッタアレイ、コンデンサレンズからなる偏光変換系により、光の偏光方向を一方向にそろえられる。その後、ダイクロイックミラーＡによって青色波長帯域のみ反射され、その他は透過する。ダイクロイックミラーＡによって反射された青色波長帯域の光はミラーによって光路を曲げられ、コンデンサレンズに入射する。
また、ダイクロイックミラーＡを透過した光は、ダイクロイックミラーＢによって緑色波長帯域の光が反射され、赤色波長帯域の光は透過される。ダイクロイックミラーＢによって反射された緑色波長帯域の光は、コンデンサレンズに入射する。ダイクロイックミラーＢを透過した赤色波長帯域の光はミラー２枚によって光路を曲げられコンデンサレンズに入射する。それぞれコンデンサレンズに入射した光は、各色用の透過型液晶素子によって変調され、それぞれ変調された光はダイクロイックプリズムによって再び合成される。合成された光はレンズ系からなる第１光学系で画像形成素子の中間像を結び、その中間像は凹面ミラーからなる第弐光学系によって投射面に像を結ぶ。
【００３４】
上記の本実施の形態によれば、光学機構部の一部を一軸方向に回転できるため、投射面に対して光軸を垂直に調整することが出来るため、斜めに入射し台形歪などの投射面の崩れを画像処理等で補正する必要がなくてよい。また、光学機構のみ動くため、装置と設置場所との設置面を広く取ったまま上記調整ができ、安定性がよい。基板等の制御部を動かすとそれと接続しているＰＣなどとの接続線も動いてしまうこととなり、筐体全体のバランスが崩れやすくなり、机上から床へ落下するなど、大変危険である。そのため制御部は動かさない。また、光学機構部のみを一軸方向に回転し、投射面に対して光軸を垂直に調整した場合、その回転量によらず、常にランプは鉛直方向に向かないため、ランプが鉛直方向に向くことによる光源の短寿命化を抑えることが出来る。
【００３５】
図１１、図１２は、本発明の別の実施の形態を説明する図面である。
図１では、光学機構部と回転機構部や制御機構部などは設置面を含んだベース板（それが筐体）の上に配置されている図となっているが、もちろん、図１１のように光学機構部や回転機構部が筐体に包み込まれるような構造となっていても、よい。また、どんな実施の形態も、回転機構に回転した後、強くその位置に回転をとどめる機構が付属されているなおよい。例えば、向かい合う筐体の一面と光学機構部の一面に穴があけられており、その穴にピンを入れることにより、回転を止められる。また、回転機構は手動でもよいし、電動駆動でもよい。
【００３６】
図１２は、光学機構部が筐体の設置面を含んだベース部の上に乗っているのではなく、側面で接している。このような形態でも、光学機構部が、制御機構部を含む筐体に対し回転し、上記機能を満たすことが出来る。本実施の形態では、光学機構部の円筒形部分が回転機構部をかねており、また、この円筒形部分内に光源やロッドインテグレータなどの照明光学系が内蔵されており、回転機構部を別途設けるよりも配置スペースを節約できるため、プロジェクターの小型化に寄与できる。
【００３７】
もちろん、凹面ミラーを用いた投射光学系を含んだプロジェクターだけでなく、通常のレンズのみからなる投射系のプロジェクターにも本発明は適用できる。
図１３はその使用した様子を従来のプロジェクターと比較して示した図である。
図１３のＡでは従来のプロジェクターは机上に設置し壁面に像を投射する。それを何らかの理由で、像を写す壁面に対し向かい合う壁面にプロジェクターを設置して使用しなければならないとき、図１３のＢのように、通常のプロジェクターでは設置する壁面との設置面積が狭く、例えば磁石などで壁面に固定する際非常にバランスが悪く落下してしまう可能性が高い。
それに対し、図１３のＣのように本願のプロジェクターを用いれば設置面積が机上に配置するときも、投射面に対し向かい合う壁面に設置する場合でも、常に投射面に対して投射光学系の光軸を垂直に調整できるため、設置面を常に一定箇所にでき、例えば壁面設置の際ではその設置面積が広く、したがって例えば磁石などで固定する際に落下しにくい。
【００３８】
以下、各請求項ごとの作用効果を説明する。
請求項２記載の発明によれば、光学機構部すべてを回転させるため光学機構部が簡単に構成しやすい。すなわち光学機後部内で回転させる構成要素と回転させない構成要素と分ける必要がない。
【００３９】
請求項３記載の発明によれば、曲面を持つミラーにより光線を反射することにより、屈折レンズよりも２倍のパワーを持つため、広角にしやすく、したがって投射距離が短くなり、装置を投射面の近くに設置することが出来る。とくに、本実施例のように机上投影する際、投射距離が同じであればより大画面で投射できるため、よい。
【００４０】
請求項４記載の発明によれば、レンズ系からなる投射光学系で一旦中間像を作り、その中間像を凹面のミラーで像面に結像させることにより、中間像の前後で全体の光学系倍率を分割できるため独立に設計を進めることが出来、設計が容易になる。
【００４１】
請求項５記載の発明によれば、光学機構部の一部が回転機構部の一部を担うことにより、独立な構造よりも省スペース化できる。
【００４２】
請求項６記載の発明によれば、さらに光学機構部の回転機構部を担う箇所の内部にランプ光源を配置することにより、回転軸と光源光束射出方向を平行に保ちやすくしたまま、省スペース化を図れる。
【００４３】
請求項７記載の発明によれば、電源や制御機構部が動かないため、壁面設置や机上設置で光学機構部を回転させる際に重心の変化がすくなく、バランスを崩しにくい。
【００４４】
なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更実施が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４５】
【特許文献１】特開２００８−１６５１８７号公報
【特許文献２】特開２００８−２５０２８１号公報
【図１】
2011180384.tif 000003
【図２】
2011180384.tif 000004
【図３】
2011180384.tif 000005
【図４】
2011180384.tif 000006
【図５】
2011180384.tif 000007
【図６】
2011180384.tif 000008
【図７】
2011180384.tif 000009
【図８】
2011180384.tif 000010
【図９】
2011180384.tif 000011
【図１０】
2011180384.tif 000012
【図１１】
2011180384.tif 000013
【図１２】
2011180384.tif 000014
【図１３】
2011180384.tif 000015