(57)【要約】      （修正有）【課題】投射光学系がシフトした場合において遮光マスクでの有効光のけられや不要光の通過を回避する。【解決手段】画像投射装置は、光源からの光を変調する光変調素子ＬＰと、該光変調素子により変調された光を被投射面に投射する投射光学系５と、該投射光学系を、光変調素子に対して、投射光学系の光軸ＡＸＬに直交するシフト方向に移動させる第１のシフト機構７０，７１，７７と、光変調素子と投射光学系との間に配置され、光を通過させる開口部７２ａおよび該開口部に対してシフト方向に形成された遮光部７２ｂを有する遮光マスク７２と、該遮光マスクを、光変調素子に対して、シフト方向のうち第１のシフト機構によって投射光学系が移動される側と同じ側に該投射光学系の移動量よりも小さい移動量だけ移動させる第２のシフト機構７３，８６，８７とを有する。【選択図】図３
2012137702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を変調する光変調素子と、
該光変調素子により変調された光を被投射面に投射する投射光学系と、
該投射光学系を、前記光変調素子に対して、前記投射光学系の光軸に直交するシフト方向に移動させる第１のシフト機構と、
前記光変調素子と前記投射光学系との間に配置され、前記光変調素子からの光を通過させる開口部および該開口部に対して前記シフト方向に形成された遮光部を有する遮光マスクと、
該遮光マスクを、前記光変調素子に対して、前記シフト方向のうち前記第１のシフト機構によって前記投射光学系が移動される側と同じ側に、該投射光学系の移動量よりも小さい移動量だけ移動させる第２のシフト機構とを有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記第１のシフト機構を駆動する第１のアクチュエータと、
該第１のシフト機構の動きを前記第２のシフト機構に伝達して該第２のシフト機構を駆動する連動機構とを有す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】
前記第１のシフト機構を駆動する第１のアクチュエータと、
前記投射光学系の前記シフト方向での位置を検出する第１の位置検出器と、
前記第２のシフト機構を駆動する第２のアクチュエータと、
前記遮光マスクの前記シフト方向での位置を検出する第２の位置検出器と、
前記第１の位置検出器により検出された前記投射光学系の位置に応じた前記遮光マスクの目標位置に、前記第２の位置検出器により検出された前記遮光マスクの位置が到達するように前記第２のアクチュエータを動作させるコントローラとを有することを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射光学系により画像を被投射面に投射する画像投射装置に関し、特に投射光学系をシフトさせる機構を有する画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタ等の画像投射装置には、装置の位置を固定したままスクリーン等の被投射面上での画像投射位置を移動させる機能を有するものがある。この機能は、投射光学系を、液晶パネル等の光変調素子や複数の光変調素子にてそれぞれ変調された光を合成する色合成光学素子に対して、投射光学系の光軸に直交する方向に移動（シフト）させるシフト機構によって実現される。
【０００３】
一方、光変調素子からの光のうち画像投射に使用される有効光ではない不要光が投射光学系を構成するレンズ等の光学素子や該投射光学系を保持する鏡筒に照射されると、光学素子や鏡筒の温度上昇を招く。この結果、投射光学系の光学性能が低下し、投射画像が劣化する可能性がある。また、投射光学系に入射した不要光は、投射光学系内で反射してゴーストを発生させる場合もある。このため、画像投射装置には、特許文献１にも開示されているように、光変調素子と色合成光学素子（色合成プリズム）との間や色合成光学素子と投射光学系との間に、有効光を通過させる開口部と不要光を遮る遮光部とを有する遮光マスクを配置したものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０５５７７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した投射光学系のシフト機構を有する画像投射装置において、特許文献１にて開示された、シフト機構を有さない画像投射装置と同様に遮光マスクの位置を固定とした場合、以下のような問題が生ずる。
【０００６】
図６（ａ）には、投射光学系５が光変調素子６１に対してシフトしていない非シフト状態を示している。なお、図６（ａ）（および図６（ｂ））において、左側の図が投射光学系の光軸に沿った光学断面を示し、右側の図が投射光学系５を光変調素子側から見たときの光束を示している。この非シフト状態では、実線で示す遮光マスク７２は適切に不要光を遮る位置に配置されている。
【０００７】
なお、図６（ｂ）に示すように、投射光学系５が光変調素子６１に対してシフトすると、光変調素子６１から投射光学系５に入射する光束の断面形状が変化する。
【０００８】
遮光マスク７２の開口部（以下、アパーチャという）７２ａの形状は、光変調素子６１から射出して遮光マスク７２が配置された位置を通過する光束の断面形状によって決められる。具体的には、アパーチャの形状は、逆光線トレースにおいて、投射光学系５から光変調素子６１の有効変調領域の端に到達する光束に外接するように決められる。さらに言えば、光変調素子６１の有効変調領域の上端に到達する光束のうち最も上側を通る光線（上光線）によってアパーチャの上端が決められ、有効変調領域の下端に到達する光束のうち最も下側を通る光線（下光線）によってアパーチャの下端が決められる。
【０００９】
ところで、一般的な投射光学系（投射レンズ）では、有効像円の中心から周辺に近づくにしたがって光束のけられ量が増える。つまり、上光線と下光線によって決められる光束の幅が周辺ほど細くなる。
【００１０】
図６（ａ）に示す非シフト状態（ここでは、投射光学系の光軸位置が光変調素子６１の有効変調領域の中心一致する状態とする）のときに決められた形状が決められたアパーチャに対して、図６（ｂ）に示すように投射光学系が上方向にシフトする場合を考える。非シフト状態では光束のけられは上下対称であるため、アパーチャの形状も光変調素子６１の有効変調領域の中心に対して上下対称となる。
【００１１】
しかし、図６（ｂ）に示すように投射光学系が上方向にシフトした上シフト状態では、該投射光学系の光軸も光変調素子６１の有効変調領域に対して上側にシフトするため、光変調素子６１から投射光学系に取り込まれる光束は上側では増加し、下側では減少する。すなわち、逆光線トレースにおいて、アパーチャを決定する光変調素子６１の有効変調領域の上端に到達する光束のうちの上光線も下端に到達する光束のうちの下光線も上側に移動する。この結果、非シフト状態に対応するようにアパーチャが適切に設定された遮光マスクによって、上側にて有効光がけられる一方、下側にて不要光を通過させてしまう。
【００１２】
本発明は、投射光学系がシフトした場合において遮光マスクでの有効光のけられや不要光の通過を回避できるようにした画像投射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一側面としての画像投射装置は、光源からの光を変調する光変調素子と、該光変調素子により変調された光を被投射面に投射する投射光学系と、該投射光学系を、光変調素子に対して、投射光学系の光軸に直交するシフト方向に移動させる第１のシフト機構と、光変調素子と投射光学系との間に配置され、光を通過させる開口部および該開口部に対してシフト方向に形成された遮光部を有する遮光マスクと、該遮光マスクを、光変調素子に対して、シフト方向のうち第１のシフト機構によって投射光学系が移動される側と同じ側に該投射光学系の移動量よりも小さい移動量だけ移動させる第２のシフト機構とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、投射光学系が移動（シフト）したときに、遮光マスクも同じ側に、かつ投射光学系の移動量よりも小さい移動量だけ移動することで、遮光マスクによる有効光のけられや不要光の通過を回避することができる。これにより、投射光学系のシフト機構を有する画像投射装置において、該投射光学系のシフトにより増加した不要光による投射画像の劣化やゴーストの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１である液晶プロジェクタの外観図。
【図２】実施例の液晶プロジェクタの光学構成を示す断面図。
【図３】実施例の液晶プロジェクタに設けられたレンズシフト機構およびマスクシフト機構の構成を示す分解斜視図。
【図４】上記レンズシフト機構およびマスクシフト機構の構成を示す斜視図。
【図５】本発明の実施例２である液晶プロジェクタに設けられたレンズシフト機構およびマスクシフト機構の構成を示す斜視図。
【図６】従来および各実施例における投射レンズと遮光マスクとの関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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】
【００１７】
図１には、本発明の実施例１である液晶プロジェクタ（画像投射装置）１００の外観を示している。５は投射レンズ鏡筒であり、投射光学系としての投射レンズ５ａを内部に保持している。
【００１８】
なお、本実施例では、液晶パネルを光変調素子として用いた液晶プロジェクタについて説明するが、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た画像投射装置も本発明の実施例に含まれる。
【００１９】
図２には、液晶プロジェクタ１００の光学構成の一部を示している。不図示の光源ランプからの白色の無偏光光は、不図示の偏光変換素子やダイクロイックミラーおよび偏光ビームスプリッタＰＢＳ等により構成される色分解合成光学系βに入射する。色分解合成光学系βは、入射した光を、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光に分解し、かつ特定の偏光方向を有する偏光光に変換して液晶パネルＬＰに導く。図２には、３色の光のうち１色の光に対応する液晶パネルＬＰのみを示している。
【００２０】
液晶パネルＬＰは、液晶プロジェクタ１００に外部から入力された映像信号に応じた原画を形成し、該原画によって（つまりは入力映像信号に応じて）入射光を変調する。液晶パネルＬＰによって変調された１色の光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタＰＢＳを介して、色分解合成光学系βに含まれるダイクロイックプリズムＤＰに入射する。また、他の不図示の液晶パネルによって変調された２色の光も、ダイクロイックプリズムＤＰに導かれる。
【００２１】
ダイクロイックプリズムＤＰは、入射した３色の変調光を合成して、投射レンズ鏡筒５内の投射レンズ５ａに導く。ダイクロイックプリズムＤＰと投射レンズ鏡筒５との間、つまりは液晶パネルＬＰと投射レンズ５ａとの間には、遮光マスク７２が配置されている。遮光マスク７２は、ダイクロイックプリズムＤＰ（液晶パネルＬＰ）からの光を通過させる開口部（以下、アパーチャという）７２ａおよび該アパーチャ７２ａに対してシフト方向である上方向および下方向に形成された遮光部７２ｂを有する。アパーチャ７２ａの形状は、ダイクロイックプリズムＤＰの射出面のうち実際に光が射出する領域の形状に合わせて設定されている。
【００２２】
なお、本実施例の遮光マスク７２の遮光部７２ｂは、アパーチャに対して左右方向にも形成され、アパーチャ７２ａの周囲を囲んでいるが、遮光部は少なくともアパーチャに対してシフト方向に形成されていればよい。
【００２３】
投射レンズ５ａは、合成された３色の変調光を不図示のスクリーン等の被投射面に投射する。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上に表示される。
【００２４】
投射レンズ鏡筒５は、後述するレンズシフト機構（第１のシフト機構）の一部であるシフト板７１に固定されている。シフト板７１は、シフトベース７０により、図２中の上方向および下方向に移動可能に保持されている。上方向および下方向は、投射レンズ５ａの光軸ＡＸＬに直交する方向であり、以下、これらをシフト方向ともいう。このように、投射レンズ鏡筒５およびシフト板７１は、色分解合成光学系β、液晶パネルＬＰおよびシフトベース７０に対して、シフト方向に移動可能（シフト可能）に保持される。また、遮光マスク７２は、後述するマスクシフト機構（第２のシフト機構）によって、投射レンズ鏡筒５のシフト方向への移動に伴って（ただし、投射レンズ鏡筒５の移動とは独立して）、該シフト方向に移動する。  
【００２５】
次に、図３および図４を用いて、レンズシフト機構の構成について説明する。図３はレンズシフト機構を分解して示している。図４（ａ）はレンズシフト機構を投射レンズ鏡筒５側から、図４（ｂ）はレンズシフト鏡筒を遮光マスク７２側からそれぞれ斜めに見て示している。また、以下の説明において、レンズシフト機構における投射レンズ鏡筒５側を前側といい、その反対側である遮光マスク７２側を後側という。また、図３および図４（ａ）のように投射レンズ鏡筒５側から見たときの左側および右側をそれぞれ、左側および右側という。
【００２６】
前述したように、投射レンズ鏡筒５は、上下方向に移動可能なシフト板７１に取り付けられている。シフト板７１の四隅には、上下方向に延びる長穴部７１ｂが形成されている。
【００２７】
シフト板７１の後側には、シフトベース７０が配置される。シフトベース７０の前面の四隅には、フランジ付きピン７４がビスにより取り付けられ、各ピン７４は、シフト板７１の各長穴部７１ｂに後側から挿入される。各ピン７４のフランジ部は、シフト板７１の後面に当接する。
【００２８】
長穴部７１ｂから突出した各ピン７４には、該ピン７４が貫通する穴部を有する摺動部材７５ａと、コイルバネ７６と、該ピン７４の先端にビスにより固定されて摺動部材７５ａとの間でコイルバネ７６を圧縮して挟み込むバネ押さえ部材７５ｂとが取り付けられる。圧縮状態のコイルバネ７６は、摺動部材７５ａを介してシフト板７１をシフトベース７０（ピン７４のフランジ部）に押圧する。このようにして、シフト板７１およびこれに取り付けられた投射レンズ鏡筒５は、シフトベース７０によって上下方向に移動可能に保持される。
【００２９】
また、シフトベース７０における右側の端部には、モータ（第１のアクチュエータ）７７がモータベース板７８を介して取り付けられている。モータベース板７８には、リードスクリュー７９が回転可能に保持されており、該リードスクリュー７９には、駆動部材８０のナット部が係合している。駆動部材８０は、シフト板７１の左側の端部に形成された保持部７１ａによって保持される。モータ７７の出力軸の先端（上端）には小歯車８１が該出力軸と一体回転可能に取り付けられており、該小歯車８１は、リードスクリュー７９の上端にこれと一体回転可能に固定された大歯車８２に噛み合っている。このため、モータ７７が動作してリードスクリュー７９が回転すると、駆動部材８０、シフト板７１および投射レンズ鏡筒５が上下方向に移動（シフト）する。
【００３０】
次に、マスクシフト機構について説明する。遮光マスク７２は、シフトベース７０の後側においてマスク保持部材７３によって保持されて、ダイクロイックプリズムＤＰと投射レンズ鏡筒５（投射レンズ５ａの入射面）との間に配置されている。マスク保持部材７３は、遮光マスク７２を保持するマスク保持部と、該マスク保持部の左右両側に形成された脚部とを有し、脚部が光軸方向に延びることでマスク保持部により保持される遮光マスク７２を投射レンズ５ａの入射面から所定量だけ離して配置している。マスク保持部の上下左右の４箇所には、上下方向に延びる長穴部７３ａが形成されている。
【００３１】
シフトベース７０の後面の４箇所には、フランジ付きピン８３がビスにより取り付けられ、各ピン８３は、マスク保持部材７３の各長穴部７３ａに前側から挿入される。各ピン８３のフランジ部は、マスク保持部材７３（脚部）の前面に当接する。
【００３２】
長穴部７３ａから突出した各ピン８３には、該ピン８３が貫通する穴部を有する摺動部材８４ａと、コイルバネ８５と、ピン８３の先端にビスにより固定されて摺動部材８４ａとの間でコイルバネ８５を圧縮して挟み込むバネ押さえ部材８４ｂとが取り付けられる。圧縮状態のコイルバネ８５は、摺動部材８４ａを介してマスク保持部材７３（脚部）をシフトベース７０（ピン８３のフランジ部）に押圧する。このようにして、マスク保持部材７３およびこれにより保持された遮光マスク７２は、シフトベース７０によって上下方向に移動可能に保持される。
【００３３】
シフト板７１における左側の端部には、シフト板ラック７１Ｒが形成されている。また、マスク保持部材７３の左側の端部には、マスクラック７３Ｒが形成されている。シフトベース７０の左側の端部から突出した歯車保持部７０ａは、シフト板ラック７１Ｒに噛み合う大歯車８６とマスクラック７３Ｒに噛み合う小歯車８７とを一体的に回転可能に連結する歯車連結シャフト８８を軸受け部材８９を介して回転可能に保持している。
【００３４】
シフト板７１がシフト方向に移動すると、シフト板ラック７１Ｒによって大歯車８６、歯車連結シャフト８８および小歯車８７を回転させ、小歯車８７の回転がマスクラック７３Ｒを介してマスク保持部材７３を移動させる。すなわち、シフト板ラック７１Ｒ、大歯車８６、歯車連結シャフト８８、小歯車８７およびマスクラック７３Ｒは、モータ７７により駆動されるレンズシフト機構の動きをマスクシフト機構に伝達して該マスクシフト機構を駆動する連動機構を構成している。
【００３５】
この連動機構により、シフト板７１がシフト方向に移動するのに連動して、マスク保持部材７３も移動する。マスク保持部材７３が移動する方向は、シフト方向（上方向および下方向）のうちシフト板７１が移動する側と同じ側である。ただし、小歯車８７の径が大歯車８６の径よりも小さいので、マスク保持部材７３の移動量は、シフト板７１の移動量よりも小さい。シフト板７１の移動量に対するマスク保持部材７３の移動量は、大歯車８６と小歯車８７により構成される減速機構の減速比によって設定される。
【００３６】
図６（ｂ）には、本実施例における投射レンズ鏡筒５（シフト板７１）と遮光マスク７２（マスク保持部材７３）との移動方向および移動量の関係を示している。投射レンズ鏡筒５が図６（ａ）に示す非シフト状態から図６（ｂ）に示すシフト状態のように上方に移動すると、遮光マスク７２も上方に移動する（図には２点鎖線７２’で示している）が、その移動量Ｂは、投射レンズ鏡筒５の移動量Ａよりも小さい（Ａ＞Ｂ）。
【００３７】
このような投射レンズ鏡筒５と遮光マスク７２との移動方向および移動量の関係により、非シフト状態ではもちろん、シフト状態においても、遮光マスク７２によって上側の有効光がけられたり下側の不要光が増加したりすることを回避できる。したがって、投射レンズ鏡筒５をシフト方向に移動させた場合に、投射画像の劣化や投射レンズ５ａ内での反射によるゴーストの発生を抑制することができる。
【実施例２】
【００３８】
図５には、本発明の実施例２であるプロジェクタにおけるマスクシフト機構を示している。実施例１では、シフト板７１の移動をマスク保持部材７３（遮光マスク７２）に伝達してこれを移動させる場合について説明した。しかし、本実施例では、遮光マスク７２を移動させるためのモータ（第２のアクチュエータ）９１を、シフト板７１（投射レンズ鏡筒５）を移動させるモータ（第１のアクチュエータ）７７とは別に設ける。なお、本実施例において、実施例１と共通する構成要素については実施例１と同符号を付して説明を省略する。
【００３９】
シフト板７１には、第１の位置検出器としての第１のリニアエンコーダ９０が取り付けられており、該第１のリニアエンコーダ９０はシフト板７１（投射レンズ鏡筒５）のシフト方向での位置を検出する。
【００４０】
また、マスク保持部材７３には、第２の位置検出器である第２のリニアエンコーダ９３が取り付けられており、該第２のリニアエンコーダ９３はマスク保持部材７３（遮光マスク７２）のシフト方向での位置を検出する。
【００４１】
シフトベース７０の後面には、モータ９１が取り付けられている。モータ９１の出力軸はリードスクリュー９２となっており、該リードスクリュー９２には、マスク保持部材７３に形成されたナット部７３ｎが係合している。このため、モータ９１が動作してリードスクリュー９２が回転すると、マスク保持部材７３および遮光マスク７２が上下方向に移動（シフト）する。
【００４２】
５０はＣＰＵ等により構成されるコントローラである。コントローラ５０は、第１のリニアエンコーダ９０により検出された投射レンズ鏡筒５（シフト板７１）の位置に応じた遮光マスク７２（マスク保持部材７３）の目標位置を決定する。該目標位置は、コントローラ５０内のメモリに予め格納された、投射レンズ鏡筒５の位置に対する遮光マスク７２の位置を示すデータから読み出して決定してもよいし、第１のリニアエンコーダ９０による検出結果を用いた演算により決定してもよい。そして、コントローラ５０は、第２のリニアエンコーダ９３により検出される遮光マスク７２の位置が、決定した目標位置に到達するようにモータ９１を動作させる。
【００４３】
本実施例における投射レンズ鏡筒５と遮光マスク７２との移動方向および移動量の関係は、実施例１と同じである（Ａ＞Ｂ）。そして、このような投射レンズ鏡筒５と遮光マスク７２との移動方向および移動量の関係により、非シフト状態ではもちろん、シフト状態においても、遮光マスク７２によって上側の有効光がけられたり下側の不要光が増加したりすることを回避できる。したがって、投射レンズ鏡筒５をシフト方向に移動させた場合に、投射画像の劣化や投射レンズ５ａ内での反射によるゴーストの発生を抑制することができる。
【００４４】
なお、上記各実施例では、マスクシフト機構をレンズシフト機構のベース部材であるシフトベース７０により保持した場合について説明したが、マスクシフト機構をプロジェクタの筐体（本体）により保持してもよい。
【００４５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
投射光学系のシフト機能を有しながらも、高画質な画像を投射できる画像投射装置を提供できる。
【符号の説明】
【００４７】
７０  シフトベース
７１  シフト板
７２  遮光マスク
７３  マスク保持部材
７７  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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