(57)【要約】      （修正有）【課題】良好な投射画像品質を得ることができる、保持機構、光学エンジン、及び、画像投射装置を提供。【解決手段】保持機構４９は、画像投射装置の光学エンジンに設けられる凹面形状の曲面ミラー５６を保持する保持部材（保持ブラケット）５４と、保持部材５４を保持するハウジング５０と、保持部材５４とハウジング５０との間に配置され、保持部材５４を介して、ハウジング５０に対する曲面ミラー５６の高さ位置を調整する高さ調整機構５２と、を備える。【選択図】図７
2017102146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像投射装置の光学エンジンに設けられる凹面形状の曲面ミラーを保持する保持部材と、
前記保持部材を保持するハウジングと、
前記保持部材と前記ハウジングとの間に配置され、前記保持部材を介して、前記ハウジングに対する前記曲面ミラーの高さ位置を調整する高さ調整機構と、
を備える保持機構。
【請求項２】
前記高さ位置をロックするロック機構を更に備える請求項１に記載の保持機構。
【請求項３】
前記高さ調整機構は、
前記ハウジングに回転可能に保持された回転軸と、
前記回転軸とともに回転するとともに、前記保持部材を支持する回転体とを有し、
前記回転軸の回転に伴って、前記回転軸の中心から、前記保持部材と前記回転体との接点までの距離が変化する
請求項１または２に記載の保持機構。
【請求項４】
前記回転体は、前記回転軸の軸方向と交差する断面が楕円形状である
請求項３に記載の保持機構。
【請求項５】
前記回転体は、前記回転軸の軸方向と交差する断面が円形状であり、
前記回転軸は、前記回転体の中心と異なる位置に設けられている
請求項３に記載の保持機構。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の保持機構と、
画像を生成する画像生成部と、
前記保持機構に保持され、前記画像生成部が生成した前記画像を反射して、外部の投射面に拡大して投射する凹面形状のミラーと、
を備える光学エンジン。
【請求項７】
請求項６に記載の光学エンジンと、
前記光学エンジンに光を照射する光源と、
を備える画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保持機構、光学エンジン及び画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源が照射され、照明光学系及び投射光学系を通過した光束を反射ミラーによって反射して、スクリーン等の投射面に投射して結像させる画像投射装置が知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の画像投射装置では、組み付けられた反射ミラーの位置の誤差が大きい場合、光束を正確に投射面に結像させることができない。この結果、投射面での画像の劣化が発生して、良好な投射画像品質を得ることができないといった課題がある。
【０００４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、良好な投射画像品質を得ることができる保持機構、光学エンジン及び画像投射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、画像投射装置の光学エンジンに設けられる凹面形状の曲面ミラーを保持する保持部材と、前記保持部材を保持するハウジングと、前記保持部材と前記ハウジングとの間に配置され、前記ハウジングに対する前記保持部材の高さ位置を調整する高さ調整機構と、を備える保持機構である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、良好な投射画像品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態の画像投射装置の外観斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す矢印ａから見た画像投射装置の内部構成図である。
【図３】図３は、図１に示す矢印ｂから見た画像投射装置の内部構成図である。
【図４】図４は、光源ユニットと光学エンジンの位置関係を示す内部構成図である。
【図５】図５は、光学エンジンの構成図である。
【図６】図６は、照明光学系ユニット及び画像表示素子ユニットの斜視図である。
【図７】図７は、投射光学系ユニットの全体図である。
【図８】図８は、高さ調整カム機構の近傍の拡大図である。
【図９】図９は、自由曲面ミラーの高さ位置の調整を説明する図である。
【図１０】図１０は、自由曲面ミラーの高さ位置の調整を説明する図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態による高さ調整カム機構の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の例示的な実施形態や変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が部分的に省略される。実施形態や変形例に含まれる部分は、他の実施形態や変形例の対応する部分と置き換えて構成されることができる。また、実施形態や変形例に含まれる部分の構成や位置等は、特に言及しない限りは、他の実施形態や変形例と同様である。
【０００９】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の画像投射装置１０の外観斜視図である。画像投射装置１０は、パソコンやビデオカメラ等から入力される映像データを基に映像を生成し、その映像をスクリーン１２等に投影表示する装置である。画像投射装置１０として広く知られた液晶プロジェクタは、近来、液晶パネルの高解像化、光源ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化などが進んでいる。また、ＤＭＤ（Digital  Micro-mirror  Device）を利用した小型軽量なプロジェクタが普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広くこれらプロジェクタが利用されるようになってきている。特に、フロントタイプのプロジェクタは携帯性が向上し、数人規模の小会議にも使われるようになってきている。
【００１０】
画像投射装置１０であるプロジェクタには、大画面の画像を筐体１４の内部から投射できること（投射画面の大画面化）と共に「プロジェクタ外に必要とされる投影空間」をできるだけ小さくできることが求められている。投射画面の大画面化を図りつつ、画像投射装置１０の外部の投射空間を縮小するには、投射される画像を結像する結像光束の光路を、できるだけ画像投射装置１０の内部に組み込むことが好ましい。
【００１１】
図２は、図１に示す矢印ａから見た画像投射装置１０の内部構成図である。図３は、図１に示す矢印ｂから見た画像投射装置１０の内部構成図である。図２及び図３は、画像投射装置１０から外層カバー（即ち、筐体１４の一部）を除いた図である。
【００１２】
図２及び図３に示すように、画像投射装置１０は、光源ユニット１６と、バラスト電源基板ユニット１８と、光学エンジン２０と、プリント回路基板２２と、ＰＳＵ(Power  Supply  Unit)電源基板ユニット２４とを備える。
【００１３】
光源ユニット１６は、画像を生成する光（例えば、白色光）を光学エンジン２０へと照射する。光源ユニット１６は、例えば、高圧水銀ランプである。尚、光源ユニット１６は、レーザ及びＬＥＤ（Light  Emitting  Diode：発光ダイオード）光源のいずれかであってもよい。
【００１４】
バラスト電源基板ユニット１８は、光源ユニット１６に安定した電流を供給する。
【００１５】
光学エンジン２０は、光源ユニット１６から照射された光の一部を反射することによって、画像を生成する。
【００１６】
プリント回路基板２２は、投射する画像に基づいて、光学エンジン２０を制御する。
【００１７】
ＰＳＵ電源基板ユニット２４は、外部電源と接続されている。ＰＳＵ電源基板ユニット２４は、外部電源から受けた電力の電圧を制御して、画像投射装置１０の各構成に供給する。
【００１８】
図４は、光源ユニット１６と光学エンジン２０の位置関係を示す内部構成図である。図５は、光学エンジン２０の構成図である。図４及び図５に示すように、光学エンジン２０は、照明光学系ユニット２６と、画像生成部の一例である画像表示素子ユニット２８と、投射光学系ユニット３０とを有する。
【００１９】
照明光学系ユニット２６は、光源ユニット１６が矢印ｃに沿って照射した白色光の光束をＲＧＢ（赤、緑、青）の各色に分光する。照明光学系ユニット２６は、分光した光を画像表示素子ユニット２８へと導いて照射する。画像表示素子ユニット２８は、変調信号に応じて画像を生成して、投射光学系ユニット３０へと出力する。投射光学系ユニット３０は、画像表示素子ユニット２８によって生成された画像の光の光束を、スクリーン１２へ拡大投射する。
【００２０】
図６は、照明光学系ユニット２６及び画像表示素子ユニット２８の斜視図である。図６に示すように、照明光学系ユニット２６は、複数の照明光学素子としての、カラーホイール３２と、ライトトンネル３４と、リレーレンズ３６と、シリンダーミラー３８と、凹面ミラー４０とを有する。
【００２１】
カラーホイール３２は、円板状に構成されている。カラーホイール３２は、周方向に配置されたカラーフィルタを有する。カラーホイール３２には、光源ユニット１６が照射した白色光が入射する。カラーホイール３２は、白色光に含まれる各色の光のうち、カラーフィルタに応じた光を透過させる。カラーホイール３２は、モータ等によって回転される。このようにカラーホイール３２は、回転することによって、白色光が入射するカラーフィルタを周期的に変更することによって、各カラーフィルタに応じた異なる色の光を透過させる。これにより、カラーホイール３２は、光源ユニット１６が照射した白色光をＲＧＢの各色に分光して、ライトトンネル３４へ出射する。
【００２２】
ライトトンネル３４は、板ガラスを貼り合わせて中空の筒状に構成されている。ライトトンネル３４は、カラーホイール３２が分光した各色の光をリレーレンズ３６へと導光する。
【００２３】
リレーレンズ３６は、ライトトンネル３４によって導光される光の光路上に配置された２枚のレンズを有する。リレーレンズ３６は、光の色収差を補正しつつ、シリンダーミラー３８へと集光する。
【００２４】
シリンダーミラー３８は、リレーレンズ３６によって集光された光を、矢印ｄで示すように、凹面ミラー４０へと反射する。
【００２５】
凹面ミラー４０は、シリンダーミラー３８によって反射された光を、矢印ｅで示すように、画像表示素子ユニット２８へと集光しつつ反射する。
【００２６】
画像表示素子ユニット２８は、ＤＭＤ（Digital  Micro-mirror  Device）４２と、ＤＭＤプリント基板４４とを有する。
【００２７】
ＤＭＤ４２は、複数のマイクロミラーが二次元配列された矩形状のミラー面を有する。マイクロミラーの鏡面は、可動に構成されている。各マイクロミラーは、鏡面をねじれ軸周りに所定角度傾斜させることができる。ＤＭＤプリント基板４４は、映像データに基づいて、鏡面の傾斜を時分割駆動することにより、マイクロミラーをＯＮ状態とＯＦＦ状態とに切り替える。ＯＮ状態のマイクロミラーは、凹面ミラーによって反射された光を、矢印ｆに示すように、凹面ミラー４０を介して投射光学系ユニット３０へと反射する。一方、ＯＦＦ状態のマイクロミラーは、凹面ミラー４０によって反射された光を、矢印ｇで示すように、凹面ミラー４０以外のＯＦＦ光板の方向へと反射する。このように、ＤＭＤ４２は、各マイクロミラーを個別に駆動することにより、映像データの画素毎に光の反射方向を制御する。これにより、ＤＭＤ４２は、ＯＮ状態のマイクロミラーが反射した光によって、映像データに応じた画像を生成する。
【００２８】
図７は、投射光学系ユニット３０の全体図である。図７に示すように、投射光学系ユニット３０は、複数の投射光学素子としての、投射レンズ４６と、折り返しミラー４８と、保持機構４９と、自由曲面ミラー５６と、カバーガラス６１とを有する。
【００２９】
投射レンズ４６は、画像表示素子ユニット２８のＤＭＤ４２によって生成された画像の光を拡大して、矢印ｈに沿って、折り返しミラー４８へと投射する。
【００３０】
折り返しミラー４８は、投射レンズ４６によって拡大された画像の光を、矢印ｊに沿って、自由曲面ミラー５６へと反射して折り返す。
【００３１】
保持機構４９は、画像投射装置１０の光学エンジン２０に設けられる自由曲面ミラー５６を保持する。保持機構４９は、ハウジングの一例であるミラーハウジング５０と、高さ調整カム機構５２と、保持部材の一例である保持ブラケット５４と、弾性部材５８とを有する。
【００３２】
ミラーハウジング５０は、例えば筐体１４に直接的または間接的に固定されている。ミラーハウジング５０は、高さ調整カム機構５２と、保持ブラケット５４と、自由曲面ミラー５６とを保持する。ミラーハウジング５０は、底板６２と、一対の側壁６４とを有する。尚、図７において、側壁６４は、一部省略している。底板６２は、水平面に平行な平板状に構成されている。底板６２は、高さ調整カム機構５２の下方に配置されている。側壁６４は、鉛直面に平行な平板状に構成されている。一対の側壁６４は、互いに対向するように、底板６２の両端部に設けられている。
【００３３】
高さ調整カム機構５２は、保持ブラケット５４を介して、ミラーハウジング５０に対する自由曲面ミラー５６の上下方向の高さを調整する。高さ調整カム機構５２は、ミラーハウジング５０と保持ブラケット５４との間に配置されている。高さ調整カム機構５２は、回転軸６６と、回転体の一例である楕円体部６８とを有する。
【００３４】
回転軸６６は、ミラーハウジング５０の側壁６４によって、回転可能に保持されている。
【００３５】
楕円体部６８は、回転軸６６に固定されている。従って、楕円体部６８は、回転軸６６とともに回転する。楕円体部６８の上端部は、保持ブラケット５４の一端と摺動可能に接する。これにより、楕円体部６８は、保持ブラケット５４を支持する。楕円体部６８の縦断面は、楕円形状に構成されている。従って、回転軸６６の回転に伴って、回転軸６６の回転中心から、保持ブラケット５４と楕円体部６８との接点までの距離が変化する。ここでいう縦断面は、回転軸６６の軸方向と交差（例えば、直交）する断面のことである。楕円体部６８の長軸と短軸の差は、自由曲面ミラー５６の高さ位置の調整すべき長さの２倍よりも長いことが好ましい。
【００３６】
保持ブラケット５４は、自由曲面ミラー５６を保持する。保持ブラケット５４は、上下方向に移動可能に、高さ調整カム機構５２の上端部を介して、ミラーハウジング５０に保持されている。保持ブラケット５４は、板部７０と、凹部７２とを有する。
【００３７】
板部７０は、ほぼ水平に配置された板状の部材である。板部７０の一辺側は、楕円体部６８によって支持されている。板部７０の他辺側は、凹部７２が一体的に設けられている。回転軸６６の軸方向における板部７０の両端部には、保持ブラケット５４を上下方向にガイドする一対の突部７４が設けられている。凹部７２は、板部７０の他辺側から下方の自由曲面ミラー５６へと延びるように設けられている。凹部７２は、楕円体部６８とは反対側に窪んだ凹状に構成されている。
【００３８】
自由曲面ミラー５６は、画像表示素子ユニット２８によって生成され、折り返しミラー４８によって反射された画像の光を、矢印ｋに示す斜め上方へと反射する。これにより、自由曲面ミラー５６は、カバーガラス６１を介して、外部のスクリーン１２へと画像を拡大させつつ投射して、結像させる。この結果、画像投射装置１０は、スクリーン１２に近接しして配置できるとともに、縦型で設置面積が小さく、立体的にコンパクトにすることができる。自由曲面ミラー５６は、ミラーハウジング５０、高さ調整カム機構５２、及び、保持ブラケット５４によって、保持されるとともに、スクリーン１２に画像を結像させるために位置調整される。自由曲面ミラー５６は、ミラー部７６と、枠部７８とを有する。
【００３９】
ミラー部７６は、画像を構成する光を反射することによって画像を拡大する凹面状のミラーである。
【００４０】
枠部７８は、ミラー部７６の外周部に設けられ、ミラー部７６を保持する。枠部７８の上端部には、突起部８０が設けられている。突起部８０は、保持ブラケット５４の凹部７２に嵌め合わされている。
【００４１】
弾性部材５８は、保持ブラケット５４と、自由曲面ミラー５６とを連結する。弾性部材５８の一例は、押圧バネである。弾性部材５８の一端は、ミラーハウジング５０に連結されている。弾性部材５８の他端は、自由曲面ミラー５６の突起部８０の裏面に連結されている。尚、突起部８０の裏面とは、突起部８０の面において、凹部７２と反対側の面である。これにより、弾性部材５８は、突起部８０を凹部７２へと押圧して、突起部８０が凹部７２に嵌められている状態を維持する。
【００４２】
カバーガラス６１は、筐体１４に固定されている。カバーガラス６１は、自由曲面ミラー５６が反射した光を透過する。
【００４３】
図８は、高さ調整カム機構５２の近傍の拡大図である。図８に示すように、ミラーハウジング５０の一対の側壁６４は、回転軸６６の軸方向において、高さ調整カム機構５２の楕円体部６８の外側に配置されている。側壁６４には、軸穴８２と、案内溝８４とが設けられている。
【００４４】
軸穴８２の形状は、回転軸６６とほぼ同じ形状を有する。軸穴８２には、回転軸６６が嵌め込まれる。一対の側壁６４のそれぞれに設けられた軸穴８２は、回転軸６６の両端を回転可能に保持する。
【００４５】
案内溝８４は、上下方向に延びる四角形状である。案内溝８４には、保持ブラケット５４の突部７４が嵌め込まれる。案内溝８４の左右方向の幅は、突部７４の左右方向の幅とほぼ同じまたは大きい。案内溝８４の上下方向の長さは、突部７４の上下方向の長さよりも大きい。これにより、案内溝８４は、突部７４を上下方向に案内する。この結果、案内溝８４は、突部７４が設けられた保持ブラケット５４及び保持ブラケット５４に保持される自由曲面ミラー５６を上下方向に案内する。
【００４６】
光学エンジン２０は、ロック機構８６を更に有する。ロック機構８６は、高さ調整カム機構５２の回転をロックする。これにより、ロック機構８６は、自由曲面ミラー５６の上下方向の移動を規制して、自由曲面ミラー５６の高さ位置をロックする。
【００４７】
ロック機構８６の一例は、一対のナット８８である。ここで、回転軸６６の両端は、側壁６４の軸穴８２から突出している。当該回転軸６６の両端には、ネジ溝が設けられている。一対のナット８８は、一対の側壁６４から突出している回転軸６６の両端のネジ溝に嵌め合わされている。ナット８８を締めることにより、ナット８８と楕円体部６８の端面が側壁６４を挟むことによって、高さ調整カム機構５２の楕円体部６８の回転がロックされる。尚、ロック機構８６は、上述の構成に限定されるものではなく、適宜変更してよい。
【００４８】
図９及び図１０は、自由曲面ミラー５６の高さ位置の調整を説明する図である。図９及び図１０においては、弾性部材５８等の構成の一部を省略している。
【００４９】
図９に示す状態から図１０に示す状態へと自由曲面ミラー５６の位置を調整する過程を説明する。まず、図９に示す自由曲面ミラー５６が最も高い状態から、回転軸６６を中心として、楕円体部６８を矢印ｍに示す方向へ回転させる。回転軸６６の中心から楕円体部６８の外周までの距離は、楕円体部６８の回転に伴って徐々に変化する。これにより、楕円体部６８によって一端が支持されている板部７０の位置は、当該距離の変化に伴って移動する。具体的には、楕円体部６８が矢印ｍの方向に回転するに伴って、保持ブラケット５４の板部７０は、突部７４が案内溝８４に案内されることにより、下方へ移動する。保持ブラケット５４の下方への移動に伴って、保持ブラケット５４の凹部７２に突起部８０が保持されている自由曲面ミラー５６は、下方へ移動する。楕円体部６８が回転軸６６の周りで９０°回転して、図１０に示す状態になると、自由曲面ミラー５６は、最も低い位置となる。これにより、自由曲面ミラー５６は、高さ方向（即ち、上下方向）の位置が調整される。ここで、スクリーン１２が鉛直面に沿って平行に配置されていることを考慮すると、自由曲面ミラー５６は、スクリーン１２の面に平行な方向で調整されることになる。ここで、図９に示す最も高い位置と、図１０に示す最も低い位置との高さ方向の距離は、楕円体部６８の長軸と短軸との差の半分である。従って、楕円体部６８の長軸と短軸との差の半分が、高さ方向における自由曲面ミラー５６の調整可能な範囲となる。
【００５０】
上述したように、画像投射装置１０の光学エンジン２０は、自由曲面ミラー５６の上下方向の高さ位置を調整可能な高さ調整カム機構５２を有する。これにより、画像投射装置１０は、自由曲面ミラー５６を適切な位置に調整することができ、スクリーン１２に高品質の投射画像を結像させることができる。
【００５１】
光学エンジン２０では、高さ調整カム機構５２が、回転する楕円体部６８の外周面で自由曲面ミラー５６の高さを調整するので、上下方向において自由曲面ミラー５６を円滑に移動させて、高さを調整できる。
【００５２】
光学エンジン２０では、自由曲面ミラー５６の高さ位置を調整するロック機構８６を有するので、調整後の自由曲面ミラー５６の高さを固定できる。
【００５３】
＜第２実施形態＞
高さ調整カム機構の一部を変更した第２実施形態について説明する。図１１は、第２実施形態による保持機構１４９の高さ調整カム機構１５２の図である。図１１に示すように、高さ調整カム機構１５２は、回転軸１６６と、円体部１６８とを有する。
【００５４】
回転軸１６６は、ミラーハウジング５０の側壁６４に回転可能に支持されている。
【００５５】
円体部１６８の縦断面は円形状である。ここでいう縦断面は、回転軸１６６と交差（例えば、直交）する方向の断面である。円体部１６８の上端部は、保持ブラケット５４の板部７０と接する。これにより、円体部１６８は、保持ブラケット５４の板部７０を介して、自由曲面ミラー５６を支持する。
【００５６】
円体部１６８は、回転軸１６６と一体に構成されている。回転軸１６６は、円体部１６８の中心と異なる位置に設けられている。即ち、回転軸１６６は、円体部１６８に対して偏芯した位置に設けられている。
【００５７】
第２実施形態による高さ調整カム機構１５２では、回転軸１６６が回転すると、回転軸１６６の中心と、保持ブラケット５４と円体部１６８とが接する位置との距離が変化する。この距離の変化に応じて、自由曲面ミラー５６の高さ位置が変化する。これにより、高さ調整カム機構１５２は、回転軸１６６の回転によって、自由曲面ミラー５６の高さを調整できる。
【符号の説明】
【００５８】
１０…画像投射装置、    １２…スクリーン、    １６…光源ユニット、    ２０…光学エンジン、    ２８…画像表示素子ユニット、    ４９…保持機構、    ５０…ミラーハウジング、    ５２…高さ調整カム機構、    ５４…保持ブラケット、    ５６…自由曲面ミラー、    ６６…回転軸、    ６８…楕円体部、    ７４…突部、    ８６…ロック機構、    １４９…保持機構、    １５２…高さ調整カム機構、    １６６…回転軸、    １６８…円体部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５９】
【特許文献１】特開２０１３−６４８６６号公報
【図１】
2017102146.tif 000003
【図２】
2017102146.tif 000004
【図３】
2017102146.tif 000005
【図４】
2017102146.tif 000006
【図５】
2017102146.tif 000007
【図６】
2017102146.tif 000008
【図７】
2017102146.tif 000009
【図８】
2017102146.tif 000010
【図９】
2017102146.tif 000011
【図１０】
2017102146.tif 000012
【図１１】
2017102146.tif 000013