(57)【要約】【課題】従来よりも少ない構成部材によって、異なるアスペクト比を有する画像を容易に投影することが可能な投影装置を提供する。【解決手段】プロジェクタ１は、投影画像を表示するための光を照射する光源３と、ライトトンネル６と、このライトトンネル６の出射口から出射された光を変調して投影画像とするＤＭＤ１０とを備えていて、ライトトンネル６は、アスペクト比が異なる二つの開口部（第１開口部２１と第２開口部２２）を有する。【選択図】図２
2009003107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影画像を表示するための光を照射する光源と、
前記光源から光が入射する入射口と、前記入射口に入射した光を出射するとともに開口部の形状が前記投影画像のアスペクト比を決定する出射口と、を有し、前記入射口と前記出射口とが異なるアスペクト比を有するライトトンネルと、
前記出射口から出射された光を変調する光学変調素子と、
を備えた投影装置。
【請求項２】
前記ライトトンネルの前記入射口と前記出射口とを反転させる回転機構をさらに備えている、
請求項１に記載の投影装置。
【請求項３】
前記ライトトンネルの回転中心となる回転軸をさらに備えている、
請求項１または２に記載の投影装置。
【請求項４】
前記入射口と前記出射口との位置決めを行う係止部と、
前記ライトトンネルに形成された被係止部と、
をさらに備えている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の投影装置。
【請求項５】
前記ライトトンネルの上流に、前記光源から出射した光を集束する集束部をさらに備え、
前記入射口に入射する光束が、前記入射口と前記出射口とのうち、面積が小さい方の形状に内接する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の投影装置。
【請求項６】
前記ライトトンネルの内面に、対向する二組の平面状の鏡面部を有し、
前記対向する前記鏡面部の間隔を調整する稼動機構をさらに備えている、
請求項１に記載の投影装置。
【請求項７】
投影画像を表示するための光を照射する光源と、
前記光源から光が入射する入射口と、前記入射口に入射した光を出射するとともに、形状が前記投影画像のアスペクト比を決定する出射口と、前記出射口のアスペクト比を所望のアスペクト比に変更する可変部と、を有するライトトンネルと、
前記出射口から出射された光を変調する光学変調素子と、
を備えた投影装置。
【請求項８】
前記ライトトンネルの内面は、対向する二組の平面状の鏡面部を有し、
前記可変部は、前記鏡面部のうち少なくとも一つの鏡面部を含む、
請求項７に記載の投影装置。
【請求項９】
前記可変部を変位させるアスペクト比設定機構をさらに備えている、
請求項７または８に記載の投影装置。
【請求項１０】
前記ライトトンネルの直上流側または直下流側に、カラーホイールをさらに備えている、
請求項１から９のいずれか１項に記載の投影装置。
【請求項１１】
前記光学変調素子はデジタルマイクロミラーデバイスである、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影装置に関するものであり、より詳細には、投影装置によって投影された画像のアスペクト比を調整する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学変調素子を用いた投影装置（例えば、プロジェクタ）は、光学変調素子を照明する光に映像信号に応じた光変調を与え、変調した変調光を種々のレンズなどを用いて拡大投影するものである。
【０００３】
そして、例えばプロジェクタのような投影装置によって投影される画像（映像）は、一般に４：３のアスペクト比（画像の横の長さ：画像の縦の長さ）を有する。これは、プロジェクタに入力される画像信号が、４：３のアスペクト比を有するテレビの映像信号であり、プロジェクタもこの規格に適合させているためである。
【０００４】
しかしながら、近年では、１６：９のアスペクト比を有するテレビいわゆるワイドテレビの普及が本格的になるにつれ、プロジェクタにおいても１６：９のアスペクト比をもつ画像表示に対する需要が増加している。また、ＤＶＤによるデジタル画像（映像も含む）や映画などを投影する場合は１６：９や２．４：１などのアスペクト比を有して投影されることが望まれている。
【０００５】
このような状況から、一台の投影装置によって、異なるアスペクト比を有する画像を投影することが必要とされてきている。
ここで、投影画像のアスペクト比は、光学変調素子が照明される領域のアスペクト比に依存する。また、光学変調素子が照明される領域のアスペクト比は、この光学変調素子の上流に備えられた、光源からの光の形状を調整するライトトンネルの出射口形状のアスペクト比に依存する。つまり、投影画像のアスペクト比は光の形状を調整するライトトンネルの出射口形状によって決定される。
【０００６】
そこで、異なるアスペクト比を有する複数のライトトンネルを備え、この複数のライトトンネルの中から所望のアスペクト比を有したライトトンネルを選択可能にすることで、投影画像のアスペクト比の変換を可能にしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３４８４９６号公報（平成１５年１２月５日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の構成では、複数のライトトンネルや、ライトトンネルを光路に移動させるための機構が必要となり、多数の構成部材を要するという問題がある。
そこで、本発明の課題は、従来よりも少ない構成部材によって、異なるアスペクト比を有する画像を容易に投影することが可能な投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る投影装置は、光源と、ライトトンネルと、光学変調素子と、を備えている。光源は、投影画像を表示するための光を照射する。ライトトンネルは、光源から光が入射する入射口と、入射口に入射した光を出射するとともに開口部の形状が投影画像のアスペクト比を決定する出射口と、を有し、この入射口と出射口とが異なるアスペクト比を有する。光学変調素子は、ライトトンネルの出射口から出射された光を変調して投影画像とする。
【０００９】
ここでは、光の上流から順に、光源と、アスペクト比が異なる入射口と出射口とを有するライトトンネルと、光学変調素子とを備えている。
ここで、ライトトンネルは筒状体の光伝送手段であって、光源から光が入射する側に入射口としての開口部を有する。そして、入射口からライトトンネルに入射した光は、筒状体の内側で反射を繰り返しながら進み、この光が出射する側に出射口としての開口部を有する。また、アスペクト比とは、縦と横との長さの比であり、投影画像のアスペクト比は光学変調素子の被照明領域のアスペクト比に依存し、この被照明領域のアスペクト比はライトトンネルの出射口のアスペクト比に依存する。
【００１０】
光源は、例えば無電極ランプなどを用いてもよい。ライトトンネルは、４つの平面状の鏡面を内側に有する筒状のガラスロッドを用いることが好適である。そして、入射口と出射口とが異なったアスペクト比を成すために、内側の鏡面のうち少なくとも一つの鏡面は、入射口から出射口にかけて一様な傾斜を有するテーパ形状であることが望ましい。光学変調素子は、例えば、ＤＭＤを用いることができる。
【００１１】
従来、投影画像のアスペクト比の変換手法として、例えば、以下の手法がある。まず、複数の直方体形状のライトトンネルを用い、この複数のライトトンネルの断面の開口部のアスペクト比が、それぞれのライトトンネル間で異なっている。そして、この複数のライトトンネルの中から所望のアスペクト比を有するライトトンネルを選択して光路に配置するという手法である。
【００１２】
しかしながらこのような手法では、複数のライトトンネルや、ライトトンネルを光路に移動させるための機構が必要となり、多数の構成部材を要するという問題がある。
そこで本発明は、光源と光学変調素子との間に、入射口と出射口とでアスペクト比が異なるライトトンネルを備えている。
【００１３】
このような構成によると、入射口に入射した光が、ライトトンネルの中で反射を繰り返すことで均一化される。したがって、照度ムラが無い画像を投影可能になる。また、光学変調素子の被照明領域および投影画像のアスペクト比はライトトンネルの出射口形状に依存する。このため、例えば、ライトトンネルの向きを反転させることにより、入射口と出射口とが入れ替り、出射口のアスペクト比を変換することができる。つまり、入射口が有するアスペクト比と出射口が有するアスペクト比とが入れ替わり、投影画像のアスペクト比が変換される。例えば、入射口と出射口とのアスペクト比をそれぞれ１６：９と４：３とに設計したものであるならば、この二つのアスペクト比を有する投影画像を容易に選択することが可能になる。
したがって、一つのライトトンネルによって異なる二つのアスペクト比を有する投影画像を形成することが可能になり、従来よりも構成部材数を減らすことが可能になる。
【００１４】
第２の発明に係る投影装置は、第１の発明に係る投影装置であって、ライトトンネルの入射口と出射口とを反転させる回転機構をさらに備えている、
ここでは、ライトトンネルを反転させるための回転機構をさらに備えている。これにより、ライトトンネルを機械的に容易に反転させることが可能になる。この結果、再現性良く入射口と出射口とを反転することが可能になる。また、この回転機構を電気的に制御することで、例えば操作ボタンを押すような簡潔な動作で、投影画像を所望のアスペクト比に変換することが可能になる。
【００１５】
第３の発明に係る投影装置は、第１または第２の発明に係る投影装置であって、ライトトンネルの回転中心となる回転軸をさらに備えている。
ここでは、ライトトンネルの入射口と出射口とを反転させるために、このライトトンネルを回転させる。そして、その回転中心に回転軸を備えることによって固定する。これにより、回転中心が固定されるため、ライトトンネルの位置決め精度を向上させることができる。この結果、光学変調素子に対する照明位置のずれや画像の欠けを防ぐことが可能になる。
【００１６】
第４の発明に係る投影装置は、第１から第３の発明に係る投影装置であって、ライトトンネルの入射口と出射口との位置決めを行う係止部と、このライトトンネルに形成された被係止部と、をさらに備えている。
【００１７】
ここでは、ライトトンネルの入射口と出射口とを位置決めするための係止部と被係止部とをさらに備えている。ここで、この係止部と被係止部との形成位置は、互いに係止した状態において、ライトトンネルの出射口から出射した光が、光学変調素子を最も効率よく照明する位置であることが望ましい。また、回転機構による回転幅を制限するように形成されることが望ましい。これにより、ライトトンネルの回転幅が機械的に制限され、高精度にかつ簡易な機構でライトトンネルの位置決めが可能になる。したがって、光学変調素子に対する照明位置のずれや画像の欠け防ぐことが可能になる。
【００１８】
第５の発明に係る投影装置は、第１から第４の発明に係る投影装置であって、ライトトンネルの上流に、光源から出射した光を集束する集束部をさらに備え、入射口に入射する光束が、入射口と出射口とのうち、面積が小さい方の形状に内接する。
【００１９】
ここでは、光源から出射した光がライトトンネルの入射口に入射する前に、この光を集束する集束部をさらに備えている。そして、集束された光すなわち光束は、ライトトンネルの入射口と出射口とのうち面積が小さいほうの形状に内接する。これにより、ライトトンネルを反転することによって入射口の面積が変わっても、光源からの光が入射口に効率よく入射され、光量損失を軽減することができる。したがって、いずれのアスペクト比を有した画像を投影する場合においても、高光度な画像を投影することが可能になる。
【００２０】
第６の発明に係る投影装置は、第１の発明に係る投影装置であって、ライトトンネルの内面に、対向する二組の平面状の鏡面部を有し、この対向する鏡面部の間隔を調整する稼動機構をさらに備えている。
【００２１】
ここでは、入射口および出射口の開口部は、ライトトンネルの内側に設けられた４つの鏡面部の端部を含んでいる。そして、この鏡面部のうち少なくとも一つは可変であり、対向する鏡面部の間隔を調整する稼動機構をさらに備えている。これにより、一つのライトトンネルによっても出射口のアスペクト比を変更することが可能になる。したがって、少ない構成部材数で所望のアスペクト比を有した画像を投影することが可能になる。
【００２２】
第７の発明に係る投影装置は、光源と、ライトトンネルと、光学変調素子と、を備えている。光源は、投影画像を表示するための光を照射する。ライトトンネルは、光源から光が入射する入射口と、入射口に入射した光を出射するとともに、形状が投影画像のアスペクト比を決定する出射口と、出射口のアスペクト比を所望のアスペクト比に変更するための可変部と、を有する。光学変調素子は、ライトトンネルの出射口から出射された光を変調して投影画像とする。
【００２３】
ここでは、ライトトンネルが、光源から光が入射する入射口と、入射口に入射した光を出射するとともに、形状が投影画像のアスペクト比を決定する出射口と、出射口のアスペクト比を所望のアスペクト比に変更するための可変部と、を有している。
【００２４】
これにより、投影画像のアスペクト比は出射口のアスペクト比によって決定され、また、一つのライトトンネルによって出射口のアスペクト比を変更することが可能になる。したがって、少ない構成部材数で所望のアスペクト比を有した画像を投影することが可能になる。
【００２５】
第８の発明に係る投影装置は、第７の発明に係る投影装置であって、ライトトンネルの内面は、対向する二組の平面状の鏡面部を有し、このライトトンネルの可変部は、鏡面部のうち少なくとも一つの鏡面部を含む。
【００２６】
ここでは、可変部が、少なくとも一つの鏡面部を含んでいる。例えば、対向する一対の鏡面部は固定されていて、他の対向する一対の鏡面部は、入射口側の端部を固定端として回動可能とする。これにより、このライトトンネルは、入射口から出射口にかけて、一様な傾斜を有するテーパ状の内側面を有するライトトンネルに変化することが可能になる。つまり、出射口のアスペクト比を所望のアスペクト比に調整することが可能になる。したがって、ライトトンネルの内側面の反射効率を低下させること無く、簡易な構成によって所望のアスペクト比を有した画像を投影することが可能になる。
【００２７】
第９の発明に係る投影装置は、第７または第８の発明に係る投影装置であって、ライトトンネルの可変部を変位させるアスペクト比設定機構をさらに備えている。
ここでは、可変部を変位させるためのアスペクト比設定機構をさらに備えている。これにより、可変部を機械的に容易に変位させることが可能になる。この結果、精密かつ再現性良く出射口のアスペクト比を変更することが可能になる。また、このアスペクト比設定機構を電気的に制御することで、例えば操作ボタンを押すような簡潔な動作で、投影画像を所望のアスペクト比に変更することが可能になる。
【００２８】
第１０の発明に係る投影装置は、第１から第９の発明に係る投影装置であって、ライトトンネルの直上流側または直下流側に、カラーホイールをさらに備えている。
ここでは、ライトトンネルの直上流または直下流にカラーホイールを備えている。カラーホイールは、ＲＧＢの３原色のフィルタを有し、光束が、各色のフィルタ部分に、順番に通過するように所定の回転速度によって回転する。これによっても、上記のように投影画像のアスペクト比を容易に変更することが可能であるとともに、カラー画像を投影することが可能になる。
【００２９】
第１１の発明に係る投影装置は、第１から第１０の発明に係る投影装置であって、光学変調素子がデジタルマイクロミラーデバイスである。
ここでは、光学変調素子としてＤＭＤを用いる。ＤＭＤは、駆動可能な微小な反射鏡を１チップの表面にマトリクス状に多数集積して構成されており、この反射鏡の姿勢（傾き）を制御して反射光の反射角度を切り替えることによって光変調を行う。これにより、所望の画像を投影することが可能になる。特に、カラーホイールによるＲＧＢの３原色の光の出射タイミングと反射鏡の駆動タイミングとを同期させることにより、所望のカラー画像を投影することが可能になる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る投影装置によれば、一つのライトトンネルによって、異なるアスペクト比を有する投影画像を形成することが可能になり、従来よりも構成部材数を減らすことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（実施形態１）
本発明の一実施形態に係るプロジェクタ（投影装置）１について図１〜図５を用いて説明すれば以下の通りである。なお、光源３から被投影物（例えばスクリーン）までの光路において、光源３側方向を上流、被投影物側方向を下流として説明する。
【００３２】
[プロジェクタ１の全体構成]
本実施形態のプロジェクタ１は、半導体上に複数のマイクロミラーを配置して構成されるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）（光学変調素子）１０を用いた１チップＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（登録商標）方式のプロジェクタ１であって、図１に示すように、主として、光源３と、リフレクタ４と、集光レンズ５と、ライトトンネル６と、ライトトンネル６を回転させるための回転機構７（図５参照）と、カラーホイール８と、リレーレンズ９と、ＤＭＤ１０と、投射レンズ１１と、を備えている。
【００３３】
光源３には、高い発光効率を有する超高圧水銀ランプを用いる。
リフレクタ４は、光源３からの光を反射して一方向側（光の流れにおける下流側）に集光するため、光源３の他の一方側を覆う放物面部４ａを内側に有して設けられている。また、この放物面部４ａすなわちリフレクタ４の光源３に対向する側の面は、反射率が高い鏡面、とりわけ可視光に対する反射率が高い鏡面であることが望ましい。またさらに、このリフレクタ４の材料は、光源３に最も近接する構成部品の一つであるために、光源３からの熱の影響を考慮して、耐熱性に優れた素材、例えば結晶化ガラスなどを含むことが望ましい。本実実施形態においては、結晶化ガラスの表面に真空蒸着法によってアルミを成膜したものを用いる。
【００３４】
集光レンズ５は、光源３の下流側に設けられ、光源３からの直接光とリフレクタ４によって反射された光との両方の光が入射する。この集光レンズ５は、入射した光を所定の焦点に向けて集光する。
【００３５】
ライトトンネル６は、第１開口部２１と第２開口部２２とを備えた筒状の部材であり、集光レンズ５によって集光されて到達した光が、その内部で反射を繰り返し、光の均一化すなわち照度ムラをなくすために設けられるとともに、このライトトンネル６の下流側に設けられた光の出射口における光の形状（光の進行方向に垂直な断面の形状）は、ＤＭＤ１０の鏡面と結像関係になっているため、投影画像のアスペクト比を決定する役割を果たす。なお、このライトトンネル６の構成については、後段にて詳述する。
【００３６】
回転機構７は、図５に示すように、ライトトンネル６を反転して第１開口部２１と第２開口部２２との向きを入れ替えるために設けられた機構であり、回転軸３１と係止部３２と二つの被係止部３３ａ・３３ｂとを有している。この回転機構７の構成については、後段にてライトトンネル６の構成と合わせて詳述する。
【００３７】
カラーホイール８は、ライトトンネル６の直下流側に配置された色抽出部材であって、ＲＧＢ３原色を含むカラーフィルタを有している。カラーフィルタはＲＧＢ３原色の１色ごとに１２０度に均等分割された扇形状の各色のフィルタを組み合わせて構成されている。また、カラーホイール８に入射した光は、カラーフィルタのＲＧＢ３原色が順番に光の焦点部分を通過するように所定の回転速度によって時計回りに回転することで、時系列的にＲＧＢ３原色の光に分離される。
【００３８】
リレーレンズ９は、光源３から出射された光をＤＭＤ１０へと導くために、カラーホイール８の直下流側に設けられている。そして、リレーレンズ９は、ＤＭＤ１０に含まれる複数のマイクロミラーに対してカラーホイール８を通過した３色の光を集光および導光する。このリレーレンズ９は、図１に示すように、複数であっても良いし、単数であってもよい。また、平面ミラー９ａのようにレンズ以外のものを含んでもよい。ただし、これらの導光部材９の入射端側の光の形状すなわちライトトンネル６の出射口形状と、次に述べるＤＭＤ１０の反射面における光の形状すなわちＤＭＤ１０の被照射領域形状とは、結像関係になっている。
【００３９】
ＤＭＤ１０は、駆動可能なマイクロミラー（微小な反射鏡）を１つのチップの表面にマトリクス状に多数集積して構成されている。そして、ＤＭＤ１０は、このマイクロミラーの姿勢（傾き）を制御して反射光の反射角度を切り換えることによって光変調を行う。具体的には、ある画素のマイクロミラーがオフ状態の場合には、このマイクロミラーによる反射光は投射レンズ１１には入射されない。一方、マイクロミラーがオン状態の場合には、このマイクロミラーによる反射光は投射レンズ１１に入射される。このように、各マイクロミラーの傾きを、上述したカラーホイール８によるＲＧＢ３原色の光の出射タイミングに同期させるように切り換えることで、投射レンズ１１を介して拡大されたカラー画像をスクリーン上に投射することができる。
【００４０】
投射レンズ１１は、ＤＭＤ１０において変調された光を、スクリーン上に拡大して投射するためのレンズであって、ＤＭＤ１０によって反射された有効光の進行方向に配置されている。
【００４１】
（ライトトンネル６の構成および配設位置）
本実施形態に係るライトトンネル６は、図１に示すように、上述のプロジェクタ１に、光インテグレータおよび投影画像のアスペクト比を決定するものとして搭載されている。そして、ライトトンネル６は、図２および図３に示すように、第１開口部２１と第２開口部２２とを有する筒形状を成している。
【００４２】
このライトトンネル６は、４つのガラス平板を組み合わせて形成されている。したがって、このライトトンネル６は、内側に対向する二組の平面２３・２５，２４・２６を有していて、これらの平面２３・２４・２５・２６の表面は、入射した光を全反射する鏡面になっている。
【００４３】
そして、対向する二組の平面２３・２５，２４・２６のうちの一組の対向する平面２４・２６は互いに平行になっているとともに水平面に平行である。一方、他の一組の対向する平面２３・２５は、第１開口部２１から第２開口部２２に向けて、先細りするように、一様な傾斜を有して設けられている。すなわち、第１開口部２１から第２開口部２２にかけて、テーパ形状になっている。したがって、本実施形態においては、第１開口部２１の面積より第２開口部２２の面積が小さくなっている。さらに詳細には、第１開口部２１の縦横比が１６：９となっていて、第２開口部２２の縦横比が４：３となっている。上述のようにＤＭＤ１０の照明領域および投影画像のアスペクト比がライトトンネル６の出射端側の開口部形状の縦横比に依存するため、第２開口部２２が出射口となるこの状態では、投影画像のアスペクト比が４：３となる。
【００４４】
次に、ライトトンネル６の配設位置（他の部材との位置関係）について説明する。ここでは、第２開口部２２が光の入射口として配設されている状態において説明する（ただし、後述するように、ライトトンネル６の回転によって第１開口部２１と第２開口部２２とは反転可能である）。ライトトンネル６は、集光レンズ５によって集光された光（光束）の焦点２７の近傍に第２開口部２２が位置するように配設されている。より詳細には、ライトトンネル６は、光束の形状（光束の進行方向に垂直な断面の形状）が第２開口部２２に内接するように設けられている（図４参照）。また、第１開口部２１の中心と第２開口部２２の中心２９とを結ぶ直線は、光源３と集光レンズ５の焦点２７とを結ぶ直線に一致するように配設されている。このようにすると、集光レンズ５によって集光された光が、ライトトンネル６の二つの開口部のうち開口面積が小さい方の開口部（本実施形態では第２開口部２２）に内接して入射することになる。したがって、光源３から出射した光がライトトンネル６の内側に高効率に入射することになるので、光源３からの光の利用効率が高くなり、投影画像の輝度が向上する。
【００４５】
[回転機構７の構成]
次に、ライトトンネル６の第１開口部２１と第２開口部２２とを反転させるための回転機構７を、図５を用いて説明する。回転機構７は、回転軸３１と、係止部３２と、二つの被係止部３３ａ・３３ｂとを備えている。
【００４６】
回転軸３１は、棒状の部材であって、一方の端部３１ａがライトトンネル６の外側の一面３０（平面２４を有するガラス平板の外側の面）の中心に固定され、かつ、この一面３０に対して垂直に設けられている。また、他の一方の端部３１ｂは、このプロジェクタ１の筐体（図示しない）に回転自在に支持されている。
【００４７】
係止部３２は、ライトトンネル６の外側の一面３０から回転軸３１と同じ方向に突起するように設けられていて、円柱形状を成している。被係止部３３ａ・３３ｂは、係止部３２が係止するように設けられていて、円柱形状の係止部３２が当て嵌まるように半円柱状の窪み部分３４ａ・３４ｂをそれぞれ有している。
【００４８】
ここで、回転軸３１と係止部３２と被係止部３３ａ・３３ｂとの形成位置について説明する。まず、係止部３２が被係止部３３ａに当接して係止した状態において、第１開口部２１の中心２８と第２開口部２２の中心２９とを結ぶ直線を直線Ａとする。次に、係止部３２が被係止部３３ｂに当接して係止した状態において、第１開口部２１の中心２８と第２開口部２２の中心２９とを結ぶ直線を直線Ｂとする。そして、回転軸３１と係止部３２と被係止部３３ａ・３３ｂとは、上述のようにライトトンネル６が反転したそれぞれの状態における直線Ａと直線Ｂとが空間的に一致するような位置に形成する。すなわち、回転によって第１開口部２１と第２開口部２２とが入れ替わっても、上述の直線Ａ・Ｂが光源３の中心と集光レンズ５の焦点とを結ぶ直線と一致するように形成する。
【００４９】
このようにすると、上述の光の利用効率を下げることが無く、第１開口部２１を出射口にしたり第２開口部２２を出射口にしたりすることが可能になり、また、ライトトンネル６を容易にかつ精密に反転することが可能になる。
【００５０】
＜プロジェクタ１による画像投影＞
本実施形態のプロジェクタ１は、以下のような原理によって、所望の画像を投影する。すなわち、図１に示すように、光源３から出射した光は、リフレクタ４の放物面部４ａによって反射および集光され、この集光された光と光源３からの直接光とが集光レンズ５によってさらに集光されて光束となり、ライトトンネル６の入射口に入射する。ライトトンネル６に入射した光束はこのライトトンネル６の内側の平面２３・２４・２５・２６にて反射を繰り返して均一化される。そして、均一化されて照度ムラが軽減された光は、ライトトンネル６の出射口から出射する際に、この出射口の形状が有するアスペクト比と同じアスペクト比を有した形状で出射する。出射口から出射した光は、カラーホイール８を通過する。ここではＲＧＢ３原色のカラーフィルタによって時系列的にＲＧＢ３色の光を下流側に送ることとなる。そして、カラーホイール８を通過した光はリレーレンズ９によってＤＭＤ１０へ送られる。このリレーレンズ９では、入射した光を平行光に変換する。ＤＭＤ１０に入射した光は、ＤＭＤ１０の１チップ上に集積された多数のマイクロミラーによってカラー画像に変調反射される。これは、マイクロミラーの傾きが、カラーホイール８によるＲＧＢ３原色の光の出射タイミングに同期して切り替わることによる。ＤＭＤ１０によって変調して反射された光は投射レンズ１１を通過し、この投射レンズ１１よって拡大された光がスクリーンなどに投影される。
【００５１】
以上のようにして投影された画像のアスペクト比は、ライトトンネル６の出射口のアスペクト比に依存して決定される。そこで、本実施形態の場合、第１開口部２１を出射口とすれば、投影した画像のアスペクト比は１６：９となり、ライトトンネル６を反転して第２開口部２２を出射口とすれば、投影した画像のアスペクト比は４：３となる。
【００５２】
したがって、本実施形態のプロジェクタ１によると、異なる二つのアスペクト比から所望のアスペクト比を選択し、この選択したアスペクト比を有した画像を投影することが可能になる。
【００５３】
［本プロジェクタ１の特徴］
（１）
本実施形態のプロジェクタ１は、図２に示すように、投影画像を表示するための光を照射する光源３と、ライトトンネル６と、このライトトンネル６の出射口から出射された光を変調して投影画像とするＤＭＤ１０とを備えていて、ライトトンネルは、アスペクト比が異なる二つの開口部（第１開口部２１と第２開口部２２）を有する。
【００５４】
これにより、第１開口部２１を出射口とした場合と、第２開口部２２を出射口とした場合とで、異なるアスペクト比を有した画像を投影することが可能になる。
この結果、従来よりも少ない構成部材数で異なるアスペクト比を有する画像を投影することが可能になる。
【００５５】
（２）
本実施形態のプロジェクタ１では、図５に示すように、ライトトンネル６を回転させるための回転機構として、ライトトンネル６の外側の一面３０の中心部に回転軸３１を有している。
【００５６】
これにより、容易に第１開口部２１と第２開口部２２とを反転させることが可能になる。
この結果、投影画像のアスペクト比の変換を容易にかつ迅速に行うことが可能になる。
【００５７】
（３）
本実施形態のプロジェクタ１では、図５に示すように、ライトトンネル６の回転幅を制限するとともに、ライトトンネル６の静止位置を固定するための係止部３２と被係止部３３ａ・３３ｂとを有している。
【００５８】
これにより、ライトトンネル６の固定位置が反転の前後においても精密に決定され、上流に設置された光源３からの光がずれて入射口に入射することが無くなり、同時に、下流側に設置されたカラーホイール８やリレーレンズ９への入射光の位置ずれが無くなる。
この結果、光の利用効率を不要に低下させることが無くなり、また、ＤＭＤ１０の被照射領域の位置ずれも無くなるため、投影画像の欠けやずれを無くすことが可能になる。
【００５９】
（４）
本実施形態のプロジェクタ１では、図４に示すように、光源３から出射した光をライトトンネル６の入射口方向に向けて集束するリフレクタ４と集光レンズ５とを有していて、この集束された光が入射口に入射するときの形状は、ライトトンネル６の第１開口部２１と第２開口部２２とのうち面積が小さいほうの開口部に内接する形状である。つまり本実施形態では、集束された光が入射口に入射するときは第２開口部２２に内接する形状である。
【００６０】
これにより、第１開口部２１あるいは第２開口部２２を入射口としたいずれの場合においても、光源３から出射した光がライトトンネル６の内側に入射されることとなる。
この結果、光源３から出射した光の損失が軽減され、光の利用効率が高まり、高輝度な画像を投影することが可能になる。
【００６１】
（実施形態２）
本発明の他の実施形態２のプロジェクタ２について、図６（ａ）〜図６（ｄ）および図７を用いて説明する。なお、実施形態１と同様の構成については詳述を省略し、符号についても同じ符号を付すものとする。
【００６２】
[プロジェクタ２の全体構成]
本実施形態のプロジェクタ２は、上述のプロジェクタ１と同様に、半導体上に複数のマイクロミラーを配置して構成されるＤＭＤ１０を用いた１チップＤＬＰ方式のプロジェクタ２であって、主として、光源３と、リフレクタ４と、集光レンズ５と、ライトトンネル４０と、カラーホイール８と、リレーレンズ９と、ＤＭＤ１０と、投射レンズ１１とを備えている。また、本実施形態のライトトンネル４０は、可変部（ガラス平板４５・４６）を有していて、プロジェクタ２は、この可変部を変位させるためのアスペクト比設定機構５０を備えている。
【００６３】
本実施形態における光源３とリフレクタ４、集光レンズ５、カラーホイール８、リレーレンズ９、ＤＭＤ１０および投射レンズ１１とは、プロジェクタ１と同様であるため説明を省略する。
【００６４】
ライトトンネル４０は、集光レンズ５によって集光されて到達した光が、その内部で反射を繰り返し、光の均一化すなわち照度ムラをなくすために設けられるとともに、このライトトンネル４０が下流側に有する光の出射口における光の形状は、ＤＭＤ１０の鏡面と結像関係になっているため、投影画像のアスペクト比を決定する役割を果たす。以下に、このライトトンネル４０の構成と可変部のアスペクト比設定機構５０とについて説明する。
【００６５】
[ライトトンネル４０の構成および配設位置]
本実施形態に係るライトトンネル４０は、上述のプロジェクタ２に、光インテグレータおよび投影画像のアスペクト比を決定するものとして搭載されていて、図６（ａ）〜図６（ｄ）に示すように、入射口４１と出射口４２とを有した筒形状を成している。ただし、図６（ａ）・図６（ｂ）に対し図６（ｃ）・図６（ｄ）は、可変部を変位させて出射口４２を小さくした状態、つまりアスペクト比を変更した状態を示している。
【００６６】
ライトトンネル４０は、４つのガラス平板４３・４４・４５・４６によって筒型に形成されている。したがって、このライトトンネル４０は、内側に対向する二組の平面４３ａ・４４ａ，４５ａ・４６ａを有していて、これらの平面４３ａ・４４ａ・４５ａ・４６ａは、入射した光を全反射する鏡面になっている。したがって本実施形態では、対向する二組の平面４３ａ・４４ａ，４５ａ・４６ａのそれぞれの端部が入射口４１と出射口４２とを形成している。
【００６７】
そして、対向する二組の平面４３ａ・４４ａ、４５ａ・４６ａのうちの一組の対向する平面４３ａ・４４ａは互いに平行になっているとともに水平面に平行である。一方、他の一組の対向する平面４５ａ・４６ａは、入射口４１側の端部４５ｂ・４６ｂをそれぞれの固定端として、回動自在に取り付けられている。ただし、回動の角度範囲は後述するアスペクト比設定機構５０によって制限されていて、出射口４２の形状が幾何学的に閉じた四角形を保つ範囲とする。このようにすると、入射口４１の面積に対して出射口４２の面積が小さくなるように可変部（ガラス平板４５・４６）を固定した場合は、入射口４１から出射口４２に向けて、先細りするように、一様な傾斜を有したテーパ形状になる。つまり、ガラス平板４５・４６（平面４５ａ・４６ａ）が可変であることにより、出射口４２のアスペクト比を変換することが可能になり、ＤＭＤ１０の被照射領域のアスペクト比および投影画像のアスペクト比を変更することができる。しかも、一つのライトトンネル４０によってアスペクト比の変換が可能になるため、従来よりも構成部材数を少なくすることが可能になる。
【００６８】
次に、ライトトンネル４０の配設位置（他の部材との位置関係）について説明する。ライトトンネル４０は、集光レンズ５によって集光された光（光束）の焦点近傍に入射口４１が位置するように配設されていて、より詳細には、光束の形状（光束の進行方向に垂直な断面の形状）が入射口４１に内接するように設けられている（図４参照）。また、入射口４１の中心と出射口４２の中心とを結ぶ直線は、光源３の中心と集光レンズ５の焦点とを結ぶ直線に一致するように配設されている。このようにすると、光源３から出射した光がライトトンネル４０の内側に高効率に入射することになるので、光源３からの光の利用効率が高くなり、投影画像の輝度が向上する。
【００６９】
[アスペクト比設定機構５０の構成]
次にライトトンネル４０の平面４５ａ・４６ａを変位させるためのアスペクト比設定機構５０、すなわち出射口４２のアスペクト比を変化させるためのアスペクト比設定機構５０を、図７を用いて説明する。アスペクト比設定機構５０は、図７に示すように、電磁石５１と、磁性体部５２と、連結部５３とを備えている。なお、ここでは、左右対称形であるため、一方のアスペクト比設定機構５０についてのみ説明する。
【００７０】
連結部５３は、磁性体部５２とガラス平板４５とを連結する部材であって、このガラス平板４５の出射口４２側の端部の近傍に配設されている。
磁性体部５２は、平板型の磁性を有する部材であって、ガラス平板４５と略平行に配設され、一方の平面は上記の連結部５３に固定されている。また、縦方向の長さは、非可変である平面４４ａと平面４３ａとの距離よりも長く設計されている。このようにすると、ガラス平板４５が内側に変位した場合に、この磁性体部５２のライトトンネル４０側の平面は、非可変部のガラス平板４３・４４の側面４３ｂ・４４ｂに当たる。したがって、平面４５ａのライトトンネル４０の内側への変位範囲が決定される。
【００７１】
電磁石５１は、この電磁石５１の内部に流れる電流に依存して極性を自在に変更可能な磁石であって、本実施形態では、磁性体部５２と所定の距離間隔をおいて配設されている。これにより、平面４５ａがライトトンネル４０の外側方向へ変位したときに、磁性体部５２と電磁石５１とが当たるため、平面４５ａのライトトンネル４０の外側方向への変位範囲が決定される。また、電磁石の特性により、磁性体部５２が電磁石５１に接した状態、または、離れた状態を自在に選択することが可能になる。
【００７２】
このようなアスペクト比設定機構５０の構成によると、可変部である平面４５ａは、ライトトンネル４０の内側および外側への変位範囲が確定される。そして、最も内側へ変位した状態の出射口４２のアスペクト比と、最も外側へ変位した状態の出射口４２のアスペクト比とを所定の値に設計しておくことで、この設計した所定の二つのアスペクト比のうちいずれか一方のアスペクト比を、電磁石の操作によって自在に選択することが可能になる。ただし、この可変範囲内において、磁性体部５２は、電磁石５１の磁力の影響を十分に受けるように、それぞれの構成部材間の距離や磁力などを設定するものとする。
【００７３】
［本プロジェクタ２の特徴］
（１）
本実施形態のプロジェクタ２は、図６（ａ）〜図６（ｄ）に示すように、出射口４２のアスペクト比を変更可能な可変部（ガラス平板４５・４６）を有するライトトンネル４０を備えている。
【００７４】
これにより、出射口４２のアスペクト比を所望のアスペクト比に変更可能になるため、一つのライトトンネル４０によって、所望のアスペクト比を有した画像を投影することが可能になる。
この結果、従来よりも少ない構成部材数で異なるアスペクト比を有する画像を投影することが可能になる。
【００７５】
（２）
本実施形態のプロジェクタ２では、図７に示すように、ライトトンネル４０の可変部であるガラス平板４５・４６を変位させるアスペクト比設定機構５０を有している。
【００７６】
これにより、容易に平面４５ａ・４６ａを変位させることが可能になり、出射口４２のアスペクト比を変更することが可能になる。
この結果、投影画像のアスペクト比の変換を容易にかつ迅速に行うことが可能になる。
【００７７】
［他の実施形態］
（Ａ）
上記実施形態１，２においては、光源３の一例として超高圧水銀ランプを用いる例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、無電極放電ランプ、キセノンショートアークランプ、メタルハライドランプ、発光ダイオードなどを用いてもよい。
【００７８】
（Ｂ）
上記実施形態１，２においては、リフレクタ４の材料の一例として結晶化ガラスを用いる例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、コスト面を考慮してホウケイ酸ガラスなどを用いてもよい。
【００７９】
（Ｃ）
上記実施形態１においては、ライトトンネル６の傾斜部分を対向する一組の平面２３・２５として説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ライトトンネルの傾斜部分は一面のみであっても良いし、４面全てであってもよい。
【００８０】
（Ｄ）
上記実施形態１においては、回転軸３１の端部３１ｂは筐体に回転自在に取り付けられているとして説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、回転軸の端部にモータを連結し、このモータによって回動可能としてもよい。
【００８１】
（Ｅ）
上記実施形態２においては、アスペクト比設定機構５０は電磁石５１と磁性体部５２と連結部５３とした。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、可変部にステッピングモータなどを用いて変位させるものでもよい。
【００８２】
（Ｆ）
上記実施形態２においては、アスペクト比設定機構５０による変位は二つの状態として説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、投影画像のアスペクト比が１６：９、４：３および２．４：１のうちのいずれか一つを選択可能にする３つの状態としてもよい。
【００８３】
（Ｇ）
上記実施形態１においては、入射口に入射する光束の形状が、第１開口部２１と第２開口部２２とのうち、面積が小さい方の開口部に内接する構成として説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、光源３が十分明るいものであれば、照度ムラを軽減するために、第１開口部２１と第２開口部とのうち、面積が大きいほうの開口部に外接する構成であってもよい。
【００８４】
（Ｈ）
上記実施形態２においては、入射口４１に入射する光束の形状が、入射口４１に内接する構成として説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、光源３が十分明るいものであれば、照度ムラを軽減するために、入射口４１に外接する構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明に係る投影装置は、一つのライトトンネルによっても、投影する画像のアスペクト比を容易に変更して、構成部材数を少なくすることができるという効果を奏するため、ライトトンネルを構成部材として含む画像表示装置等に対しても広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施形態１に係るプロジェクタの光学部材の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のプロジェクタに含まれるライトトンネルの外観を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は図２のライトトンネルの第１開口部側の側面視平面図である。（ｂ）は図２のライトトンネルの第２開口部側の側面視平面図である。（ｃ）は図２のライトトンネルの側面視平面図である。（ｄ）は図２のライトトンネルの上面視平面図である。
【図４】実施形態１における光源からライトトンネルまでの光の形状を示す概略図である。
【図５】（ａ）は実施形態１におけるライトトンネルと回転機構とを示す側面視平面図である。（ｂ）はそのＣ−Ｃ断面図である。
【図６】（ａ）は実施形態２におけるライトトンネルの出射口側の側面視平面図である。（ｂ）はそのライトトンネルの上面視透過図である。（ｃ）は実施形態２におけるライトトンネルの出射口側の側面視平面図である。（ｄ）はそのライトトンネルの上面視透過図である。
【図７】本発明の実施形態２におけるライトトンネルとアスペクト比設定機構との出射口側からの側面視平面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１      プロジェクタ（投影装置）
２      プロジェクタ（投影装置）
３      光源
４      リフレクタ
４ａ    放物面部
５      集光レンズ
６      ライトトンネル
７      回転機構
８      カラーホイール
９      リレーレンズ
９ａ    平面ミラー
１０    ＤＭＤ（光学変調素子）
１１    投射レンズ
２１    第１開口部
２２    第２開口部
２３    平面
２４    平面
２５    平面
２６    平面
２７    焦点
２８    第１開口部の中心
２９    第２開口部の中心
３０    一面
３１    回転軸
３１ｂ  端部
３２    係止部
３３ａ  被係止部
３３ｂ  被係止部
３４ａ  窪み部分
３４ｂ  窪み部分
４０    ライトトンネル
４１    入射口
４２    出射口
４３    ガラス平板
４３ａ  平面
４３ｂ  側面
４４    ガラス平板
４４ａ  平面
４４ｂ  側面
４５    ガラス平板
４５ａ  平面
４５ｂ  端部
４６    ガラス平板
４６ａ  平面
４６ｂ  端部
５０    アスペクト比設定機構
５１    電磁石
５２    磁性体部
５３    連結部
【図１】
2009003107.tif 000003
【図２】
2009003107.tif 000004
【図３】
2009003107.tif 000005
【図４】
2009003107.tif 000006
【図５】
2009003107.tif 000007
【図６】
2009003107.tif 000008
【図７】
2009003107.tif 000009