(57)【要約】【課題】光変調素子の画素ピッチ等にかかわらず、共通の画素シフトデバイスを使用する。【解決手段】画像投射装置は、光変調素子１７により変調された光を投射光学系２１を介して被投射面に投射する。該画像投射装置は、光変調素子の画素からの光の光路をシフトさせることで該光が被投射面上に形成する投射画素をシフトさせる光学素子２５を有する画素シフトデバイス２０と、該画素シフトデバイスが取り付けられる取付け部２２ａ〜２２ｃとを有する。光学素子は、光変調素子から投射光学系に至る光軸に直交する面に対する画素シフトデバイスの取付け角度に応じたシフト量だけ光路をシフトさせる。取付け部は、上記取付け角度として複数の角度の選択が可能な構成を有する。【選択図】図１
2019032475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調素子により変調された光を投射光学系を介して被投射面に投射する画像投射装置であって、
前記光変調素子の画素からの光の光路をシフトさせることで該光が前記被投射面上に形成する投射画素をシフトさせる光学素子を有する画素シフトデバイスと、
該画素シフトデバイスが取り付けられる取付け部とを有し、
前記光学素子は、前記光変調素子から前記投射光学系に至る光軸に直交する面に対する前記画素シフトデバイスの取付け角度に応じたシフト量だけ前記光路をシフトさせ、
前記取付け部は、前記取付け角度として複数の角度の選択が可能な構成を有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記画素シフトデバイスは、前記光学素子と、該光学素子を前記光軸に直交する面に対する傾き角度が変化するように揺動可能に保持する保持部材とを有し、
前記保持部材が前記取付け部に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記複数の角度は、画素ピッチが互いに異なる複数の前記光変調素子の前記画素ピッチに応じた角度であ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。
【請求項４】
前記複数の光変調素子は、互いに光変調面のサイズが同じ光変調素子であることを特徴とする請求項３に記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記取付け部は、前記画素シフトデバイスを選択的に保持することが可能な複数の保持部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の画像投射装置。
【請求項６】
前記取付け部は、前記画素シフトデバイスの前記取付け角度を前記複数の角度に変更するように回転可能な回転部材を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の画像投射装置。
【請求項７】
それぞれ請求項１から６のいずれか一項に記載の画像投射装置であって、前記画素シフトデバイスが共通であり、前記取付け角度が互いに異なる複数の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネル等の光変調素子により変調された光を投射して画像を表示する画像投射装置（以下、プロジェクタという）に関し、特に画素シフトデバイスを有するプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタには、光変調素子の解像度より高い解像度の投射画像を表示するために、光変調素子から投射光学系を介して被投射面に投射される画像光の光路をシフトさせることで投射画像の画素をシフトさせる画素シフトデバイスを有するものがある。特許文献１のプロジェクタでは、画素シフトデバイスに平行平板ガラスを用い、光変調素子から投射光学系に延びる光軸に対して平行平板ガラスを揺動させる（傾ける）ことで、投射画像の画素をシフトさせる。
【０００３】
また、特許文献２には、投射画像のアスペクト比に応じて、垂直方向用と水平方向用の２つの画素シフトデバイスの平行平板ガラスを傾ける角度を制御することで、投射画像の画素のシフト方向とシフト量を制御するプロジェクタが開示されている。
【０００４】
一方、プロジェクタには様々な解像度の光変調素子が用いられるが、低コスト化のためには、用いられる光変調素子の解像度は異なっても、画素シフトデバイスを含む光学系を共通化することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２０３４６０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７０００８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、解像度が異なる複数の光変調素子に対して共通の光学系を用いるためには、それらの光変調素子のサイズを同じにすることが必要であり、この結果、光変調素子の解像度に応じてその画素ピッチが異なることになる。そして、画素ピッチが異なる光変調素子に対しては、平行平板ガラスの傾きを異ならせる必要がある。
【０００７】
本発明は、光変調素子の画素ピッチ等にかかわらず、共通の画素シフトデバイスを使用することができるようにしたプロジェクタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての画像投射装置は、光変調素子により変調された光を投射光学系を介して被投射面に投射する。該画像投射装置は、光変調素子の画素からの光の光路をシフトさせることで該光が被投射面上に形成する投射画素をシフトさせる光学素子を有する画素シフトデバイスと、該画素シフトデバイスが取り付けられる取付け部とを有する。光学素子は、光変調素子から投射光学系に至る光軸に直交する面に対する画素シフトデバイスの取付け角度に応じたシフト量だけ光路をシフトさせる。そして、取付け部は、上記取付け角度として複数の角度の選択が可能な構成を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、画素シフトデバイスを複数の取付け角度のうち光変調素子の画素ピッチ等に応じた角度を選択して取り付けることが可能な画像投射装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１であるプロジェクタの構成を示す図。
【図２】実施例１における画素シフトデバイスを示す図。
【図３】実施例１の効果を示す図。
【図４】実施例１における画素シフトデバイスの取付け部の構成を示す図。
【図５】本発明の実施例２であるプロジェクタの構成を示す図。
【図６】本発明の実施例３であるプロジェクタの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１（ａ）には、本発明の実施例１である画像投射装置としてのプロジェクタの構成を示している。以下の説明において、Ｒ、ＧおよびＢはそれぞれ、赤、緑および青を意味する。本実施例のプロジェクタは、光源部、光学系および制御部１を有する。
【００１３】
光源部において、励起光源２は、ピーク波長が４５５ｎｍである青色の半導体レーザ（ＬＤ）である。なお、励起光源２として、ＬＥＤを用いてもよい。励起光源２の駆動は、制御部１により制御される。制御部１は、ＣＰＵ等のコンピュータにより構成され、コンピュータプログラムに従ってプロジェクタ全体を制御する。また、プロジェクタは、筺体２２を有する。筺体２２は、光源部と光学系を収容および保持するためのものである。筐体２２に収容された光源部と光学系および制御部１は、不図示の外装ケース（外装部材）により収容および保持される。
【００１４】
励起光源２から発せられた励起光３は、光反射部材４で反射されて第１のレンズ６で集光されて蛍光体７に照射される。光反射部材４は、ガラス板５の表面のうち励起光３が照射される部分のみに設けられている。また、第１のレンズ６は、励起光３を集光して蛍光体７上に所定サイズの光照射領域を形成する。
【００１５】
蛍光体７は蛍光体支持部材（基板）８によって支持されている。蛍光体７は、青色の励起光３の一部を波長変換（蛍光変換）して蛍光光としての黄色光を放出する。また、励起光３のうち蛍光変換されなかった非変換光としての青色光は、蛍光体７により拡散および反射されて第１のレンズ６に戻る。これにより、黄色光と青色光が混合した白色光としての照明光９が生成される。蛍光体７を支持する蛍光体支持部材８は、励起光３の照射により蛍光体７の一部のみの温度が上昇して蛍光変換効率が低下することを避けるために、不図示のモータにより回転される。
【００１６】
照明光９は、第１のレンズ６により平行光に変換され、ガラス板５のうち光反射部材４が設けられた領域以外の領域を透過して第１のフライアイレンズ１０ａに向かう。第１のフライアイレンズ１０ａおよび第２のフライアイレンズ１０ｂは、照明光９を複数の光束に分割し、集光する。集光された複数の光束は、偏光変換素子１１に入射する。偏光変換素子１１は、無偏光光である照明光９を所定の偏光方向を有する直線偏光（ここでは図１の紙面に直交する偏光方向を有するＳ偏光とする）に変換する。
【００１７】
偏光変換素子１１から出射した照明光９としての複数の光束は、第２のレンズ１２により集光されて各光変調素子（１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ）上にて重ね合わせられる。これにより、各光変調素子は均一に照明される。
【００１８】
第２のレンズ１２を透過した照明光９は、ダイクロイックミラー１３に導かれる。ダイクロイックミラー１３は、照明光９のうちＲ＋Ｂ光９ＲＢを反射して、Ｇ光９Ｇを透過させる。
【００１９】
ダイクロイックミラー１３を透過したＳ偏光のＧ光９Ｇは、Ｇ用偏光ビームスプリッタ１５Ｇの偏光分離面で反射され、λ／４板１６Ｇにより円偏光に変換されてＧ用光変調素子１７Ｇに導かれる。Ｇ用光変調素子１７Ｇは、後述するＲ用光変調素子１７ＲおよびＢ用光変調素子１７Ｂとともに反射型液晶パネルである。各光変調素子の制御は、制御部１が行う。Ｇ用光変調素子１７Ｇは、Ｇ光９Ｇを画像変調して反射する。画像変調されたＧ光のうちλ／４板１６Ｇにより直線偏光に変換されて出射したＰ偏光は、Ｇ用偏光ビームスプリッタ１５Ｇの偏光分離面を透過して色合成プリズム１８に向かう。Ｇ光のうちλ／４板１６Ｇから出射したＳ偏光は、Ｇ用偏光ビームスプリッタ１５Ｇの偏光分離面で反射されて光源側に戻る。
【００２０】
一方、ダイクロイックミラー１３で反射されたＲ＋Ｂ光９ＲＢのうちＲ光は波長選択性位相板１４により偏光方向を９０度回転させられてＰ偏光に変換され、残りのＢ光はそのままＳ偏光として波長選択性位相板１４を透過する。波長選択性位相板１４を透過したＲＢ光９ＲＢのうちＰ偏光であるＲ光９Ｒは、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１５ＲＢの偏光分離面を透過し、Ｓ偏光であるＢ光９Ｂは該偏光分離面で反射される。
【００２１】
Ｒ光９Ｒは、λ／４板１６Ｒにより円偏光に変換されてＲ用光変調素子１７Ｒに導かれる。Ｒ用光変調素子１７Ｒで画像変調されて反射されたＲ光のうち、λ／４板１６Ｒにより直線偏光に変換されて出射したＳ偏光成分は、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１５ＲＢの偏光分離面で反射されて色合成プリズム１８に向かう。Ｒ光のうちλ／４板１６Ｒから出射したＰ偏光は、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１５ＲＢの偏光分離面を透過して光源側に戻る。
【００２２】
また、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１５ＲＢの偏光分離面で反射されたＢ光９Ｂは、λ／４板１６Ｂにより円偏光に変換されてＢ用光変調素子１７Ｂに導かれる。Ｂ用光変調素子１７Ｂで画像変調されて反射されたＢ光のうち、λ／４板１６Ｂにより直線偏光に変換されて出射したＰ偏光成分は、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１５ＲＢの偏光分離面を透過して色合成プリズム１８に向かう。Ｂ光のうちλ／４板１６Ｂから出射したＳ偏光は、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１５ＲＢの偏光分離面で反射されて光源側に戻る。
【００２３】
色合成プリズム１８は、Ｇ光を反射し、Ｒ光およびＢ光を透過することで、これらＧ光、Ｒ光およびＧ光を合成して投射光１９を生成する。投射光１９は、画素シフトデバイス２０を透過し、投射レンズ（投射光学系）２１を介してスクリーン等の被投射面２３に投射される。これにより、フルカラー画像としての投射画像が被投射面２３上に表示される。
【００２４】
画素シフトデバイス２０は、各光変調素子の各画素からの光の光路をシフトさせて該光が被投射面２３上に投射画像の一部として形成する画素の像（以下、投射画素という）をシフトさせる。
【００２５】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、画素シフトデバイス２０を示している。画素シフトデバイス２０は、投射光１９を透過させる光学素子としての平行平板２５を有する。この平行平板２５の光変調素子１７（Ｒ，Ｇ，Ｂ）から投射レンズ２１に至る光軸ＡＸに対する姿勢（傾き）を変更することで、平行平板２５での屈折を利用して投射光１９の光路をシフトさせることができる。平行平板２５は、図２（ａ）および図２（ｂ）に実線で示した第１の姿勢と破線で示した第２の姿勢との間で、図の紙面に垂直な軸回りで揺動が可能である。図２（ａ）および図２（ｂ）は、平行平板２５の第１の姿勢と第２の姿勢がそれぞれ異なる２つの例を示している。図２（ａ）に示すように、平行平板２５は保持枠（保持部材）２６によって揺動可能に保持されている。保持枠２６は、図の側面視において光軸ＡＸに直交する方向に長く延び、光軸方向視において矩形枠の形状を有する。
【００２６】
なお、平行平板２５の材料は、光を透過する材料であれば、ガラスでも樹脂でもよい。また、平行平板２５の透過面（入射面および出射面）は矩形に形成されている。
【００２７】
本実施例では、平行平板２５が第１の姿勢にあるときの投射画素の位置と平行平板２５が第２の姿勢にあるときの投射画素の位置とが、被投射面２３上において斜め（対角）方向に投射画素ピッチの１／２だけシフトする。これら２つの位置に交互に投射画素を形成（表示）することにより、投射画像の見掛け上の画素数（解像度）が増加する。２つの投射画素の位置間のシフト量は、投射画素ピッチの１／４や３／４であってもよい。また、投射画素の位置を斜め方向ではなく、水平方向や垂直方向にシフトさせてもよい。
【００２８】
平行平板２５は、保持枠２６により保持された不図示の駆動部によって揺動される。駆動部が平行平板２５を揺動させるタイミングは制御部１によって制御される。
【００２９】
図２（ａ）において、平行平板２５の第１の姿勢は、その透過面が光軸ＡＸに対して直交する姿勢である。この第１の姿勢から角度Φだけ平行平板２５を傾けて第２の姿勢とすることにより、投射光１９の光路が以下の式で示す光路シフト量ｄ１だけシフトする。
【００３０】
【数１】
2019032475.tif 000003
【００３１】
ここで、ｔは平行平板２５の厚さであり、ｎは平行平板２５の屈折率である。また、Φ’は、
【００３２】
【数２】
2019032475.tif 000004
【００３３】
で表される。
【００３４】
図２（ｂ）において、平行平板２５の第１の姿勢は、その透過面が光軸ＡＸに対して直交する位置から初期傾き角θだけ傾いた姿勢である。この第１の姿勢から角度Φだけ平行平板２５を傾けて第２の姿勢（角度Φ＋θ）とすることにより、投射光１９の光路が以下の式で示す光路シフト量ｄ２だけシフトする。
【００３５】
【数３】
2019032475.tif 000005
【００３６】
ここで、Φ’’およびθ’は、
【００３７】
【数４】
2019032475.tif 000006
【００３８】
で表される。
【００３９】
図３（ａ）は、平行平板２５の厚さｔが１．３２［ｍｍ］で、平行平板２５の屈折率ｎが１．４で、平行平板２５の揺動角Φが１［ｄｅｇ］であるときの初期傾き角θと光路シフト量ｄ２［μｍ］との関係を示す。図に示すように、初期傾き角θを変えることにより、光路シフト量ｄ２を変えることができる。
【００４０】
図３（ｂ）は、光変調素子の解像度ごとに必要な光路シフト量と、それを実現するための初期傾き角θを示す。ここでは、光変調素子の光変調面の対角サイズを、その解像度にかかわらず同じ０．７［ｉｎｃｈ］とした。この図から分かるように、解像度が異なる光変調素子に対しても、初期傾き角θを変えることにより、共通の平行平板２５、つまりは画素シフトデバイス２０を用いることができる。なお、図３（ａ），（ｂ）にて説明した平行平板２５の厚さ、屈折率、揺動角や光変調素子の対角サイズ等は例にすぎず、他の値であってもよい。
【００４１】
次に、光変調素子の解像度が互いに異なる複数のプロジェクタに対して共通の画素シフトデバイス２０を平行平板２５の初期傾き角θを異ならせて取り付けるための構成について、図４を用いて説明する。
【００４２】
プロジェクタの筐体２２には、画素シフトデバイス２０の保持枠２６が選択的に嵌め込まれて保持されることで画素シフトデバイス２０をプロジェクタに取り付けることが可能な取付け部である複数の取付け溝部（保持部）２２ａ，２２ｂ，２２ｃが設けられている。取付け溝２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、光軸ＡＸに直交する面に対する傾き角αが互いに異なっている。図３（ｂ）に示した３つの例においては、例えば、取付け溝部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの光軸ＡＸに直交する面に対する傾き角αをそれぞれ、初期傾き角θと同じ０°、３２°、４２°とすればよい。また、図３（ｂ）に示した３つの光変調素子は、その解像度にかかわらず共通するサイズを有するため、保持枠２６のサイズも共通である。このため、取付け溝２２ａ，２２ｂ，２２ｃのサイズも互いに同じである。
【００４３】
このようにプロジェクタに予め設けられた複数の取付け溝２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうち、使用する光変調素子の画素ピッチ（解像度）に対応する取付け溝部を選択してそれを利用して画素シフトデバイス２０を取り付ける。この結果、光軸ＡＸに直交する面に対する画素シフトデバイス２０の取付け角度は、取付け溝部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの傾き角αに対応する０°、３２°または４２°になる。これにより、共通の画素シフトデバイス２０を用いながらも、使用する光変調素子の解像度に応じた光路シフト量を得ることができる。
【実施例２】
【００４４】
本発明の実施例２のプロジェクタの構成について、図５（ａ）および図５（ｂ）を用いて説明する。本実施例のプロジェクタの基本的な構成は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した実施例１のプロジェクタと同じであり、共通する構成要素には同符号を付して説明に代える。
【００４５】
本実施例では、実施例１にて説明した複数の取付け溝部２２ａ〜２２ｃに代えて、取付け部として回転可能な回転ステージ（回転部材）３０を筐体２２に設け、この回転ステージ３０に画素シフトデバイス２０の保持枠２６を固定する。回転ステージ３０は、制御部１により制御される不図示のモータによって回転駆動される。
【００４６】
回転ステージ３０の回転位置を選択することで、光軸ＡＸに直交する面に対する画素シフトデバイス２０の取付け角度、つまりは平行平板２５の初期傾き角θを自由に設定することができる。例えば、図３（ｂ）に示した３つの例においては、平行平板２５の初期傾き角θ（画素シフトデバイス２０の取付け角度）が０°、３２°、４２°となるように回転ステージ３０の回転位置を選択すればよい。図５（ａ）および図５（ｂ）はそれぞれ、平行平板２５の初期傾き角θが０°および３２°となるように回転ステージ３０の回転位置を選択した状態を示している。
【００４７】
このようにプロジェクタに設けられた回転ステージ３０の回転位置として、使用する光変調素子の画素ピッチに対応する回転位置（取付け角度）を選択して画素シフトデバイス２０を固定する。これにより、共通の画素シフトデバイス２０を用いながらも、使用する光変調素子の解像度に応じた光路シフト量を得ることができる。
【００４８】
回転ステージ３０の回転位置は、プロジェクタの工場出荷時や光変調素子の交換時等が挙げられる。また、回転ステージ３０の回転位置は、工場作業者が設定した値に基づいて制御部１が制御してもよいし、光変調素子の解像度または画素ピッチに関連する情報を制御部１が予め取得し、その値に基づいて制御部１が制御してもよい。また、回転ステージ３０の回転位置は必ずしも制御部１によって制御される必要はなく、工場作業者が手動で調整してもよい。
【実施例３】
【００４９】
本発明の実施例３のプロジェクタの構成について、図６（ａ）および図６（ｂ）を用いて説明する。本実施例のプロジェクタの基本的な構成は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した実施例１のプロジェクタと同じであり、共通する構成要素には同符号を付して説明に代える。
【００５０】
本実施例では、筐体２２に画素シフトデバイス２０の保持枠２６を回動可能に保持する取付け部４０を設けている。取り付け部４０に対する画素シフトデバイス２０（保持枠２６）の回動角度を選択してこれを固定することで、画素シフトデバイス２０の取付け角度、すなわち平行平板２５の初期傾き角θを自由に設定することができる。例えば、図３（ｂ）に示した３つの例においては、平行平板２５の初期傾き角θが０°、３２°、４２°となるように取付け部４０に対する画素シフトデバイス２０の保持枠２６の回動角度（取付け角度）を選択すればよい。図６（ａ）および図６（ｂ）はそれぞれ、平行平板２５の初期傾き角θが０°および３２°となるように取付け部４０に対する画素シフトデバイス２０の回動角度を選択した状態を示している。
【００５１】
このようにプロジェクタに設けられた取付け部４０に対する画素シフトデバイス２０の取付け角度を、使用する光変調素子の解像度（画素ピッチ）に対応するように選択して画素シフトデバイス２０を固定する。これにより、共通の画素シフトデバイス２０を用いながらも、使用する光変調素子の解像度に応じた光路シフト量を得ることができる。
【００５２】
上述した各実施例では光学素子として平行平板を用いる場合について説明したが、ミラー等、光路をシフトさせることが可能な他の光学素子を用いてもよい。また、各実施例では光変調素子として反射型液晶パネルを用いる場合について説明したが、透過型液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス等の他の光変調素子を用いてもよい。さらに、各実施例では光源部に蛍光体を用いる場合について説明したが、放電ランプや、ＲＧＢのレーザやＬＥＤを用いてもよい。
【００５３】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１  制御部
１７（Ｒ，Ｇ，Ｂ）  光変調素子
２０  画素シフトデバイス
２２ａ〜２２ｃ  取付け溝部
３０  回転ステージ
４０  取付け部
【図１】
2019032475.tif 000007
【図２】
2019032475.tif 000008
【図３】
2019032475.tif 000009
【図４】
2019032475.tif 000010
【図５】
2019032475.tif 000011
【図６】
2019032475.tif 000012