JP2011095352A5 - - Google Patents

Description

画像投射装置

本発明は、投射画像を非表示にするためのシャッタ機構を有するプロジェクタ等の画像投射装置に関する。

会議等で使用されるプロジェクタは、短時間で表示（投射）と非表示（非投射）が繰り返されることが多い。プロジェクタでは、液晶パネル等の光変調素子を照明する光源として高輝度放電ランプを用いるのが一般的であるが、高輝度放電ランプは、短時間に点灯と消灯を繰り返すと寿命が短くなる。また、高輝度放電ランプは、点灯後に明るさや色味が安定するまでにある程度の時間を要し、消灯から再点灯までの間にもある程度の冷却時間が必要である。

光源を点灯させたまま黒映像が投射されるように光変調素子を動作させることで、非表示状態を擬似的に作ることは可能である。ただし、プロジェクタの高輝度化により黒表示時の照度も上がっているため、黒映像を投射した状態でも観察者が眩しさを感じるおそれがある。

このため、点灯した光源からの光を遮断することが可能なシャッタ機構を開閉させることで、表示と非表示とを切り換えることができるようにすることが望ましい。特許文献１には、光源とその直後（光変調素子よりも光源側）に設けられた照明光学系との間にシャッタ機構を配置したプロジェクタが開示されている。また、特許文献２には、投射レンズの前面（被投射面側）にシャッタ機構が配置されたプロジェクタが開示されている。

特許第４１２８１５５号公報 特開２００８−１０２３７６号公報

しかしながら、特許文献１にて開示されたプロジェクタでは、光源と照明光学系との間に設けられたシャッタ機構の開閉によって、光変調素子に入射する光量が大きく変動する。この結果、光変調素子の温度が急激に変動して光変調素子に発生する熱応力が急激に増減し、光変調素子の動作や寿命に悪影響が生ずるおそれがある。

また、特許文献２にて開示されたプロジェクタでは、一般に被投射面側（拡大側）ほどレンズ径が大きい投射レンズの前面にシャッタ機構を設けることで、シャッタ機構自体が大型化し、この結果、プロジェクタ全体の大型化を招く。しかも、シャッタ機構を閉じても投射レンズ内に光源からの光が入射するので、投射レンズの温度が上昇し、投射レンズを構成するレンズユニットの屈折率やレンズユニット間の間隔の変化によってピント変動が発生する。

本発明は、シャッタ機構を設けたことによる光変調素子の動作や寿命への影響を少なくし、かつ装置の大型化やピント変動を抑えることができるようにした画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての画像投射装置は、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レンズと、光源からの光を光変調素子に導き、該光変調素子からの光を投射レンズに導く光学ユニットと、該光学ユニットと投射レンズとの間に配置され、該光学ユニットから該投射レンズへの光の入射を遮断するように閉じることが可能なシャッタ機構とを有することを特徴とする。

本発明によれば、シャッタ機構および装置全体を小型化することができるとともに、シャッタ機構の動作による光変調素子の動作や寿命への影響やピント変動を抑えることができる。

本発明の実施例１であるプロジェクタの斜視図。 実施例１のプロジェクタの光学構成を示す側面図。 実施例１のプロジェクタにおけるシャッタユニット周辺の側面図。 上記シャッタユニットの構成を示す正面図。 上記シャッタユニットの動作を示す正面図。 本発明の実施例２であるプロジェクタの斜視図。 実施例２のプロジェクタの動作を示すフローチャート。 本発明の実施例３であるプロジェクタの光学構成を示す側面図。 実施例３のプロジェクタの動作を示すフローチャート。

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。

図１には、本発明の実施例である画像投射装置としてのプロジェクタ５００の外観を示している。１００は投射レンズである。

図２には、プロジェクタ５００の筐体内に収容された光学系の構成を示している。プロジェクタ５００の筐体内には、光源ランプ２０９、色分解合成光学ユニット２００、照明光学系２０１および液晶パネル(光変調素子)２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂを内蔵した光学ボックスが収納されている。また、筐体内には、前述した投射レンズ１００と、シャッタユニット（シャッタ機構）７０も収容されている。

投射レンズ１００は、複数のレンズユニット（光学素子）とこれを保持する保持部材とを含み、光学ボックスの光射出用の開口部に取り付けられている。シャッタユニット７０は、光学ボックス内の色分解合成光学ユニット２００と投射レンズ１００との間に配置されている。

液晶パネル２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂには、不図示の液晶駆動回路が接続されている。液晶駆動回路は、不図示の画像供給装置（パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等）からプロジェクタ５００に入力された画像情報に応じて液晶パネル２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂに原画を形成させる。該液晶パネル２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂにより変調された光は、投射レンズ１００によりスクリーン等の被投射面に投射される。液晶パネル２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂは、反射型液晶パネルである。

照明光学系２０１は、光源ランプ２０９からの光を色分解合成光学ユニット２００に導く。色分解合成光学ユニット２００は、照明光学系２０１からの光をＲ，Ｇ，Ｂの３つの色光に分離して液晶パネル２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂに導き、液晶パネル２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂからの３つの色光を合成して投射レンズ１００に導く。

シャッタユニット７０は、開状態と閉状態に動作して、色分解合成光学ユニット２００から投射レンズ１００に向かう光の光路を開放および遮断する。なお、シャッタユニット７０は、投射レンズ１００内に設けられた絞り（図示せず）とは異なる。絞りは、最も開口が小さい状態においてもその開口を完全には閉じることはなく、被投射面に投射される光量を調節するに過ぎない。これに対し、シャッタユニット７０は、閉状態において完全に開口を閉じて被投射面への光の投射が行われないようにする。

照明光学系２０１は、超高圧水銀ランプ等の高輝度放電ランプである光源ランプ２０９からの光を複数の光束に分割し、各液晶パネル上で重ね合わせる作用を有するフライアイレンズおよびコンデンサレンズを含む。また、照明光学系２０１は、光源ランプ２０９からの光を所定の偏光方向を有する偏光光（ここではＰ偏光光）とするための偏光変換素子を含む。

色分解合成光学ユニット２００は、ダイクロイックミラー２０４と、第１〜第３の偏光ビームスプリッタ２０５ａ〜２０５ｃと、これらの光学素子を保持する保持部材（図示せず）とを含む。ダイクロイックミラー２０４は、照明光学系２０１（つまりは光源ランプ２０９）からの白色光のうち、青（Ｂ）と赤（Ｒ）の色光を透過し、緑（Ｇ）の色光を反射する。第１および第２の偏光ビームスプリッタ２０５ａ，２０５ｂは、Ｐ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する。また、第３の偏光ビームスプリッタ２０５ｃは、Ｇ光を反射してＢ光を透過するダイクロイックプリズムとしての機能と、Ｒ光に対してＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッタとしての機能とを併せ持つ色合成プリズムである。

ダイクロイックミラー２０４で反射し、第１の偏光ビームスプリッタ２０５ａを透過したＰ偏光光としてのＧ光は、緑用の液晶パネル２０６Ｇに入射し、ここで反射および変調されてＳ偏光光となる。そして、第１の偏光ビームスプリッタ２０５ａで反射されて第３の偏光ビームスプリッタ２０５ｃに入射する。

ダイクロイックミラー２０４を透過したＲ光は、色選択性位相差板によってその偏光方向が９０度回転されてＳ偏光光となって第２の偏光ビームスプリッタ２０５ｂに入射する。第２の偏光ビームスプリッタ２０５ｂで反射したＲ光は、赤用の液晶パネル２０６Ｒに入射し、ここで反射および変調されてＰ偏光光となる。そして、第２の偏光ビームスプリッタ２０５ｂを透過して第３の偏光ビームスプリッタ２０５ｃに入射する。

ダイクロイックミラー２０４を透過したＢ光は、色選択性位相差板を偏光方向が回転されることなく通過し、Ｐ偏光光として第２の偏光ビームスプリッタ２０５ｂに入射する。第２の偏光ビームスプリッタ２０５ｂを透過したＢ光は、青用の液晶パネル２０６Ｂに入射し、ここで反射および変調されてＳ偏光光となる。そして、第２の偏光ビームスプリッタ２０５ｂで反射されて第３の偏光ビームスプリッタ２０５ｃに入射する。

第３の偏光ビームスプリッタ２０５ｃは、前述したように、Ｇ光を反射するとともにＢ光を透過し、さらにＰ偏光光として入射したＲ光を透過することで、これらＧ光、Ｂ光およびＲ光を合成し、投射レンズ１００に導く。Ｒ光、Ｇ光およびＢ光によりそれぞれ形成されるＲ画像、Ｇ画像およびＢ画像が被投射面に重なり合って投射されることで、被投射面上にフルカラー画像が表示される。

なお、投射レンズ１００の光軸１００ａは、第３の偏光ビームスプリッタ２０５ｃ、すなわち色分解合成光学ユニット２００の射出光軸２１０に対して上方（プロジェクタ５００をテーブルの上に設置したときの上方）にシフトしている。これにより、投射レンズ１００から被投射面に投射される光のうち下側の一部がテーブルによってけられないようにしている。

次に、図３から図５を用いて、シャッタユニット７０の構成について説明する。３１は色分解合成光学ユニット２００を保持するプリズムベースであり、このプリズムベース３１には、投射レンズ１００のマウント部（フランジ部）も結合されている。さらに、プリズムベース３１には、色分解合成光学ユニット２００の光射出面と投射レンズ１００の入射面との間に配置されたシャッタユニット７０のシャッタベース板７５が取り付けられている。シャッタベース板７５における色分解合成光学ユニット２００側の面には、カバー板７６が取り付けられている。シャッタベース板７５およびカバー板７６には、色分解合成光学ユニット２００から投射レンズ１００に向かう光（色合成光）が通過する開口７５ａが形成されている。

７３はシャッタ板であり、シャッタベース板７５およびカバー板７６の間に、開口７５ａを開閉する方向に移動可能に保持されている。シャッタ板７３が開口７５ａを開く位置にあるときには、開口７５ａを通して色分解合成光学ユニット２００から投射レンズ１００に光が入射し、投射レンズ１００から被投射面に光（画像）が投射される。シャッタ板７３が開口７５ａを閉じる位置にあるときには、色分解合成光学ユニット２００から投射レンズ１００への光の入射が遮断され、投射レンズ１００から被投射面への光の投射が行われない。

なお、シャッタ板７３は、カバー板７６側から板バネによってシャッタベース板７５側に押しつけられて光軸方向での位置が決められている。プリズムベース３１には、開閉方向に移動するシャッタ板７３が通過することができる通路７４が形成されている。

図４において、８１はモータであり、８１ａは該モータ８１の出力軸に固定されたかさ歯車である。８０はかさ歯車８１ａに噛み合って、シャッタベース板７５に沿った面内で回動するレバー歯車である。レバー歯車８０にはレバー部７９が設けられており、該レバー部７９の先端に設けられたピン部７７が、シャッタ板７３に形成された長穴部７８に係合している。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、モータ８１の回転に伴ってレバー歯車８０が回動すると、レバー部７９に設けられたピン部７７が長穴部７８内で移動しながらシャッタ板７３が開閉方向に移動する。図２に示したコントローラ５０１は、ユーザによる遮光スイッチ（図示せず）のＯＮ／ＯＦＦ操作に応答してモータ８１を動作させ、シャッタ板７３を開閉方向に移動させる。

このように、本実施例では、色分解合成光学ユニット２００と投射レンズ１００との間に配置したシャッタユニット７０の開閉によって画像の表示（投射）と非表示（非投射）とを切り換えられるようにしている。そして、シャッタユニット７０を閉じた状態でも、光源ランプ２０９からの光は色分解合成光学ユニット２００により液晶パネル２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂに導かれる。このため、シャッタユニット７０の開閉にかかわらず液晶パネル２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂに入射する光量は大きく変化しない。したがって、シャッタユニット７０の開閉に伴って液晶パネル２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂの温度や熱応力が急激に変動することがなく、各液晶パネルの動作や寿命に悪影響が生じることがない。

また、シャッタユニット７０を閉じた状態では、光源ランプ２０９からの光は投射レンズ１００に入射しない。このため、シャッタユニット７０を閉じた状態での投射レンズ１００の温度上昇が生じず、該温度上昇に起因するピント変動も生じない。

さらに、投射レンズ１００における光入射側のレンズ径は光射出側（拡大側）のレンズ径よりも小さい。このため、シャッタユニット７０を色分解合成光学ユニット２００と投射レンズ１００との間に配置することで、シャッタユニットを光射出側に設ける場合に比べてシャッタユニット７０を小型化することができる。このことは、シャッタユニット７０を搭載したプロジェクタ５００の全体の小型化に寄与する。

なお、シャッタ板７３は、閉じた状態において光が当たって発熱してもすぐに放熱できるような金属（例えばアルミ板）によって製作するのが好ましい。

また、シャッタ板７３が閉じた状態において、液晶パネル２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂを、シャッタ板７３に照射される光量が全白表示時よりも低くなる動作状態に設定するのが好ましい。具体的には、液晶パネル２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂを、全黒表示時や全灰表示時の動作状態に設定するのが好ましい。これにより、液晶パネル２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂに入射する光量を大きく変えることなくシャッタ板７３に照射される光量を低減することができ、シャッタ板７３の温度上昇を抑えることができる。

実施例１では、ユーザによる遮光スイッチの操作を通じてシャッタユニット７０が開閉動作する場合について説明した。しかし、投射レンズが交換可能であるプロジェクタにおいて、プロジェクタが投射レンズの交換が可能な状態となったときに自動的にシャッタユニットが閉じ動作するようにしてもよい。

図６には、交換型の投射レンズ８３を備えた本発明の実施例２であるプロジェクタを示している。投射レンズ８３には、レンズ回路基板８４が設けられている。このレンズ回路基板８４には、プロジェクタの本体８２に設けられた本体回路基板８６と通信する各種データが書き込まれたメモリが搭載されている。レンズ回路基板８４と本体回路基板８６とは、ハーネス８５を介して接続され、該ハーネス８５を通じて互いに通信を行う。ハーネス８５の両端にはコネクタが取り付けられており、これらコネクタが両回路基板８４，８６に設けられたコネクタに結合されることで、両回路基板８４，８６がハーネス８５を通じて接続される。

投射レンズ８３を交換する際には、まず本体回路基板８６からハーネス８５のコネクタ（以下、レンズコネクタという）を外し、その後、投射レンズ８３を本体８２から取り外す。ここで、投射レンズ８３が本体８２から取り外されると、本体８２に形成された投射穴（投射レンズ８３が光を投射するための貫通穴８７を塞ぐものがなくなり、該貫通穴８７を通して第３の偏光ビームスプリッタ２０５ｃが露出する。

このため、本実施例では、本体回路基板８６に搭載されたコントローラ５１１は、本体回路基板８６からレンズコネクタが外された（プロジェクタが投射レンズの交換が可能な状態となった）ことに応じて、シャッタユニット７０を閉じ動作させる。これにより、第３の偏光ビームスプリッタ２０５ｃにおいて貫通穴８７に面していた射出面を覆うことができる。したがって、投射レンズ８３の交換時に、該投射レンズ８３や新たに装着される投射レンズ８３が第３の偏光ビームスプリッタ２０５ｃの射出面に接触したり、該射出面に貫通穴８７を通して侵入したゴミが付着したりすることを防止することができる。すなわち、色分解合成光学ユニット２００を保護することができる。

なお、プロジェクタが投射レンズの交換が可能な状態となったときとしては、上述したコネクタが取り外されたときに限らず、プロジェクタの電源がＯＦＦされたときや投射レンズの取り外し操作（コネクタの取り外し以外の操作）が行われたときを含む。

図７のフローチャートには、投射レンズの交換時のプロジェクタ（コントローラ５１１）の動作例を示している。コントローラ５１１は、コンピュータプログラムに従って本動作を行う。ここでは、光源ランプの点灯中に投射レンズが交換される場合の動作例を示している。

ステップＳ１においてユーザによって本体回路基板８６からレンズコネクタが外されたことを検出したコントローラ５１１は、ステップＳ２において、液晶パネルを通常の映像表示時の動作状態から黒表示時の動作状態に設定する。これは、投射レンズ８３が取り外された後の貫通穴８７から光が射出してもユーザや鑑賞者が眩しさを感じないようにするためである。

次に、ステップＳ３では、コントローラ５１１は、図４に示したモータ８１を回転させてシャッタユニット７０を閉じ動作させる。ユーザは、新たな投射レンズをセットし、その投射レンズから延びるレンズコネクタを本体回路基板８６に接続する。

ステップＳ４で該レンズコネクタの本体回路基板８６への接続を検出したコントローラ５１１は、ステップＳ５にてモータ８１を回転させてシャッタユニット７０を開き動作させる。そして、ステップＳ６では、液晶パネルを黒表示時の動作状態から元の通常映像の表示時の動作状態に切り換える。

プロジェクタにおいては、液晶パネルの駆動電圧を調整する作業が必要となる場合がある。図８には、液晶パネルの駆動電圧を調整するために光センサー８８を設けた本発明の実施例３であるプロジェクタの構成を示している。

光センサー８８は有効光路外に射出した不要光（漏れ光）を検出する。そして、該不要光に含まれるフリッカー量を参照して液晶パネルの駆動電圧を調整することができる。本実施例においては、第３の偏光ビームスプリッタ２０５ｃからの漏れ光を光センサー８８で検出し、コントローラ５１２において液晶パネルの駆動電圧を調整する。また、このとき、コントローラ５１２は、シャッタユニット７０を閉じ動作させる。

図９のフローチャートには、液晶パネルの駆動電圧を調整する際のプロジェクタ（コントローラ５１２）の動作例を示す。コントローラ５１２は、コンピュータプログラムに従って本動作を行う。また、本実施例では、プロジェクタの電源がＯＦＦされたことに応じて、液晶パネルの駆動電圧を調整するモードに入る場合について説明する。ただし、電源のＯＦＦとは無関係に、液晶パネルの駆動電圧を調整するモードを設定できるようにしてもよい。

ステップＳ１１においてユーザによりプロジェクタの電源がＯＦＦされたことを検出したコントローラ５１２は、ステップＳ１２にてシャッタユニット７０を閉じ動作させる。

次に、ステップＳ１３において、コントローラ５１２は、液晶パネルに所定のパターンを有する原画を表示させる。このとき、シャッタユニット７０は閉じられているので、該所定パターンの原画に対応した、ユーザや鑑賞者にとって違和感のある画像が被投射面上に表示されることを防止できる。

次に、ステップＳ１４では、コントローラ５１２は、光センサー８８からの出力から得られるフリッカー量を参照して液晶パネルの駆動電圧（Ｖｃｏｍ）の調整を行う。そして、調整が完了した後、ステップＳ１５にて光源ランプを消灯し、電源ＯＦＦシーケンスを終了する。

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。

例えば、上記実施例では、光変調素子として、反射型液晶パネルを用いた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（ＤＭＤ）等の他の光変調素子を用いてもよい。

シャッタ機構を設けたことによる光変調素子の動作や寿命への影響を少なくし、かつ装置の大型化やピント変動を抑えた画像投射装置を提供できる。

７０ シャッタユニット
１００ 投射レンズ
２００ 色分解合成光学ユニット
２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂ 液晶パネル