JP2011164479A

JP2011164479A - 投影装置

Info

Publication number: JP2011164479A
Application number: JP2010029203A
Authority: JP
Inventors: Masakuni Iwanaga; 正国岩永
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】照明光学系を簡易な構成ながら、照明光束の照射サイズを調整可能とし、光源の明るさを有効に活用する。
【解決手段】光源から画像表示素子を経て投影レンズに到る光路中に挿入され、光路を屈曲させるミラー51、ブロック上部で該ミラー51を所定の角度に保持する保持ブロック52、該保持ブロック52底面側に取付けられた略半球状の支点部材53、支点部材より小径の円形の窪み54Ａを支点部材受けとして形成したベース板54、ベース板54を貫通して保持ブロック52底面に取付けられ、保持ブロック52とベース板54の相対角度を固定する複数の調整ネジ55，55、及び、保持ブロック52とベース板54の相対距離を調整して光路長を可変する調整機構としてのネジ軸56を有する調整ミラー部を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、照明光学系に反射部材を有する投影装置に関する。

図９は、マイクロミラー素子を用いるＤＬＰ（ＤｉｇｉｔａｌＬｉｇｈｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（登録商標）方式のプロジェクタ装置１０の構成を示す平面図である。同図で、内面に鏡面加工が施されたリフレクタ１１内に、光源となる高圧水銀ランプ１２が配置される。この高圧水銀ランプ１２を交流高電圧の電源で駆動することで高輝度の白色光が発生する。

高圧水銀ランプ１２で発生した光は、直接あるいはリフレクタ１１内面で反射して光束として取り出され、第１ミラー１３で反射された後にランプレンズ１４を介して、回転するカラーホイール１５に照射される。

カラーホイール１５は、カラーホイールモータ１６により回転される円板状の面壁部が、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各扇形状のカラーフィルタで形成される。したがって、カラーホイール１５がカラーホイールモータ１６により回転されることで、カラーホイール１５を通過する白色光は、時分割でＲ，Ｇ，Ｂの各原色光として時分割で循環的に周波数帯域が抽出されて出力される。

カラーホイール１５を介してＲ，Ｇ，Ｂの原色光は、ライトトンネル１７を通過時に内部で乱反射を繰返し、光束密度の分布が平均化された後に照明系レンズ１８を介して第２ミラー１９で反射され、照明系レンズ２０を介して第３ミラー２１で反射された後にフィールドレンズ２２を介してマイクロミラー素子２３に照射される。

マイクロミラー素子２３は、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）（登録商標）とも称される表示素子である。マイクロミラー素子２３は、アレイ状に配列された複数、例えばＸＧＡ（横１０２４画素×縦７６８画素）の画素数分の微小ミラーの各傾斜角度を個々に高速でオン／オフ動作して表示動作することで、その反射光により光像を形成する。

マイクロミラー素子２３での反射光により形成された光像は、フィールドレンズ２２を介して投影レンズユニット２４に送られる。投影レンズユニット２４は、対物側から第１レンズ群２４Ａ、第２レンズ群２４Ｂ、及び第３レンズ群２４Ｃの３群のレンズ構成を有し、マイクロミラー素子２３で形成された光像を拡大して投影対象の図示しないスクリーンに向けて投影する。

上記図９の構成において、マイクロミラー素子２３に照明光束を導く第３ミラー２１の具体的な構成について図１０により説明する。図１０に示すように、第３ミラー２１はミラーブロック３１上に固定されて照明光束に対する角度を維持する。

このミラーブロック３１の下部底面中央には略半球状の支点部材３２を突設するように一体に構成している。ミラーブロック３１は、この支点部材３２の曲面側が、プロジェクタ装置側に取付けられるベース板３３に形成された円孔３３Ａに当接されるようにして、複数、３本以上の角度調整ネジ３４，３４，…によりベース板３３に対して固定される。

なお、円孔３３Ａは、少なくとも支点部材３２の略半球状の曲面に対応した深さがあれば貫通孔である必要はなく、円形の窪みであっても構わない。

ベース板３３に形成された角度調整ネジ３４，３４，…用の貫通孔は、いずれも角度調整ネジ３４，３４，…の軸部よりも大きな径を有して遊貫状態となる。

すなわち、ベース板３３の円孔３３Ａに対して、ミラーブロック３１の略半球状の支点部材３２の曲面側を当接して摺動させ、ベース板３３に対する第３ミラー２１及びミラーブロック３１の角度を調整した後、角度調整ネジ３４，３４，…をいずれも螺合してミラーブロック３１下部底面とベース板３３との間隔を固定することにより、ベース板３３に対する第３ミラー２１及びミラーブロック３１の角度が固定化される。

工場出荷前には、第３ミラー２１の正確な角度調整を行なうことで、照明系レンズ２０を介して送られてきた照明光束のより大部分がマイクロミラー素子２３側に反射し、その反射光で形成された光像が投影レンズユニット２４側へ到るようになる。

しかしながら、上述した通り第３ミラー２１は支点部材３２を支点とした同径上の範囲内で角度を調整することしかできないため、照射サイズの調整を行なうことができず、特に照明光束を表示素子であるマイクロミラー素子２３に導く第３ミラー２１の角度調整が非常に重要でシビアなものになる。

この種のプロジェクタ装置１０では、マイクロミラー素子２３に照射される光束のサイズが、マイクロミラー素子２３の表示エリアに対し、照明光学系を構成する各部材の誤差を考慮して十分に大きなサイズとなるよう設計されている。そのため、光源の明るさを効率的に活用できず、その活用できない光束によって迷光等が発生する不具合が生じている。

ところで従来、光源からの光束で画像表示素子を照明する照明光学系において、該照明光学系が、光源側に凸の負のメニスカスレンズと両凸の正レンズを有し、この２つのレンズの間隔を変えることによって上記画像表示素子での照明領域の大きさを変化させるようにした技術が考えられている。（例えば、特許文献１）

特開２００２−２９６５３８号公報

上記特許文献に記載された技術を採用する場合、上記図９で示した照明光学系中にさらに２つの光学レンズ及びそれらを光路方向に沿って移動させる可動機構を組込むこととなり、照明光学系がさらに複雑で装置全体が大型化するという不具合がある。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、照明光学系をできるだけ簡易な構成としながら、照明光束の照射サイズを調整可能とし、光源の明るさを有効に活用することが可能な投影装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、光源と、画像信号を入力する入力部と、上記入力部で入力した画像信号に基づいた画像を表示し、上記光源から得られる光を反射または透過させて光像を形成する画像表示素子と、上記画像表示素子で形成された光像を投影対象に向けて投影する投影レンズと、上記光源から画像表示素子を経て投影レンズに到る光路中に挿入され、光路を屈曲させるミラー、ブロック上部で該ミラーを所定の角度に保持する保持ブロック、該保持ブロック底面側に取付けられた略半球状の支点部材、上記支点部材より小径の円形の窪みを支点部材受けとして形成したベース板、上記ベース板を貫通して上記保持ブロック底面に取付けられ、保持ブロックとベース板の相対角度を固定する複数の調整ネジ、及び、保持ブロックとベース板の相対距離を調整して上記光路長を可変する調整機構を有する調整ミラー部とを具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記調整ミラー部は、光路中の、上記画像表示素子に上記光源からの光を導いて入射させる直前の位置に設けることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記調整ミラー部の調整機構は、上記支点部材を一端側に取付けたネジ部の他端側を上記保持ブロック底面側に螺合し、保持ブロックから突出する上記ネジ部の軸長を調整することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記調整ミラー部の調整機構は、上記ベース板本体に対して上記支点部材受けとなる円形の窪みを設けた一部分がネジ機構により板厚方向に移動することを特徴とする。

本発明によれば、照明光学系をできるだけ簡易な構成としながら、照明光束の照射サイズを調整可能とし、光源の明るさを有効に活用することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタ装置の光路構成を示す平面図。同実施形態に係る第３ミラーとフィールドレンズ及びマイクロミラー素子周辺の構成を示す斜視図。同実施形態に係る第３ミラーの取付構造を示す側面図。同実施形態に係る第３ミラーの取付構造を示す側面図。同実施形態に係る第３ミラーの取付構造を示す側面図。同実施形態の他の構成例に係る第３ミラーの取付構造を示す側面図。同実施形態の他の構成例に係る第３ミラーの取付構造を示す側面図。同実施形態の他の構成例に係る第３ミラーの取付構造を示す側面図。一般的なＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタ装置の光路構成を示す平面図。図９の第３ミラーの取付角度を調整する構造を示す図。

以下、本発明をマイクロミラー素子を用いるＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタ装置に適用した場合の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るプロジェクタ装置５０の構成を示す平面図である。同図は、基本的には上記図９で示した内容とほぼ同様であるので、同一部分には同一符号を付してそれらの説明は省略する。

そして、上記図１０でも説明した第３ミラー２１に代えて、図中に矢印Ａで示すように位置を調整可能な、第３ミラー５１を用いる。

図２は、第３ミラー５１とフィールドレンズ２２及びマイクロミラー素子２３周辺の構成を示す斜視図である。同図で第３ミラー５１は、ミラーブロック５２上に固定されて照明光束に対する角度を維持する。

このミラーブロック５２の下部底面中央には、後述する略半球状の支点部材５３（ここでは不図示）が突設するように取り付けられている。ミラーブロック５２は、この支点部材５３の外曲面側が、プロジェクタ装置５０側に取付けられるベース板５４に形成された円孔５４Ａに当接されるようにして、複数、例えば３本の角度調整ネジ５５，５５，５５によりベース板５４に対して固定される。

なお、円孔５４Ａは、少なくとも支点部材５３の略半球状の曲面に対応した深さがあれば貫通孔である必要はなく、円形の窪みであっても構わない。

ベース板５４に形成された角度調整ネジ５５，５５，５５用の貫通孔５４Ｂ，５４Ｂ，５４Ｂは、いずれも角度調整ネジ５５，５５，５５の軸部よりも十分に大きな径を有して遊貫状態となる。

すなわち、ベース板５４の円孔５４Ａに対して、ミラーブロック５２の底面側に取付けられた略半球状の支点部材５３の曲面部を当接して摺動させ、ベース板５４に対する第３ミラー５１及びミラーブロック５２の角度を調整した後、角度調整ネジ５５，５５，５５をいずれも螺合してミラーブロック５２下部底面とベース板５４との間隔を固定することにより、ベース板５４に対する第３ミラー５１及びミラーブロック５２の角度が固定化される。

第３ミラー５１及びミラーブロック５２の角度調整に対応して、上述した如くベース板５４に穿孔される角度調整ネジ５５，５５，５５用の貫通孔５４Ｂ，５４Ｂ，５４Ｂは、十分に余裕を持って角度調整ネジ５５，５５，５５の軸径より大きな内径となるように形成される。

図３は、第３ミラー５１を含むユニット一式の側面構成を示す。同図に示すように支点部材５３は、ネジ軸５６を介してミラーブロック５２の底面側に取付けられる。支点部材５３とネジ軸５６が一体化される一方で、ネジ軸５６はミラーブロック５２の底面に形成されたネジ孔に対してねじ込まれることで、ミラーブロック５２の底面から突出するネジ軸５６の軸長及び支点部材５３の位置が調整可能となる。この図３では、第３ミラー５１の反射面が当初の設計位置Ｐと一致している状態を示す。

なお、第３ミラー５１とミラーブロック５２は一体構造であっても良い。また、支点部材５３とネジ軸５６も一体構造であっても良い。

続く図４では、ミラーブロック５２に対するネジ軸５６の突出軸長がより短くなるようにねじ込みを行なった上で、角度調整ネジ５５，５５，５５によりベース板５４に組み付けた状態を示す。図示する如く、光源側からの到来光は設計位置Ｐを超えてから第３ミラー５１で反射され、フィールドレンズ２２を介してマイクロミラー素子２３に導かれる。

したがって、図４に示したようなミラーブロック５２の調整位置では、上記図３に示した設計上のミラーブロック５２の調整位置Ｐに比して、マイクロミラー素子２３に入射させる光源光の光路を延長することができる。

また図５は、上記図４とは反対に、ミラーブロック５２に対するネジ軸５６の突出軸長がより長くなるようにねじ込みを行なった上で、角度調整ネジ５５，５５，５５によりベース板５４に組み付けた状態を示す。図示する如く、光源側からの到来光は設計位置Ｐより手前側で第３ミラー５１により反射され、フィールドレンズ２２を介してマイクロミラー素子２３に導かれる。

したがって、図５に示したようなミラーブロック５２の調整位置では、上記図３に示した設計上のミラーブロック５２の調整位置Ｐに比して、マイクロミラー素子２３に入射させる光源光の光路を短縮することができる。

なお、上記図３乃至図５はいずれも、ベース板５４の平面に対してネジ軸５６が直交するような調整位置の場合について説明したが、当然ながら支点部材５３の円孔５４Ａに当接された面が球面状であること、及び角度調整ネジ５５，５５，５５用のベース板５４側の貫通孔５４Ｂ，５４Ｂ，５４Ｂが、角度調整ネジ５５，５５，５５の軸径に対して十分な余裕を持つことから、支点部材５３を中心として到来光軸に対する角度調整を行なうことが可能である点は、上記図９及び図１０で示した内容と同様である。

このように本実施形態によれば、照明光学系をできるだけ簡易な構成としながら、照明光路長を可変することで照明光束の照射サイズを調整可能とし、光源の明るさを有効に活用することが可能となる。

また、上記実施形態では、光路中で特にマイクロミラー素子２３の直前に位置し、マイクロミラー素子２３に光源からの光を導いて入射させる第３ミラー５１において光路長の可変調整を可能としたので、マイクロミラー素子２３で光像を形成する際の光束範囲を適切に設定し、光源からの光量をより有効に活用した投影を実現できる。

さらに上記実施形態では、ミラーブロック５２に対して支点部材５３を取付けるネジ軸５６の軸長を可変することで光路長を調整可能としたので、ミラーブロック５２に埋設するネジ軸５６の軸の長さに合わせて比較的調整範囲を広く設定することができ、光路長がより大きく調整可能となる。

なお、上記図３乃至図５で説明した構成に代わる構成についても、本実施形態の他の構成例として説明しておく。
図６は、第３ミラー５１を含むユニット一式の他の側面構成を示す。同図に示すように支点部材５３は、ミラーブロック５２の底面側に固定化して取付けられる。一方、支点部材５３が当接されるベース板５４′の円孔５４Ａを含む部分５４Ｄは、周囲のベース板５４′に対してその板厚方向に移動可能となるようなネジ構造を採っている。この図３では、第３ミラー５１の反射面が当初の設計位置Ｐと一致しており、これと合わせてベース板５４′の表裏両面が円孔形成部分５４Ｄのそれとも一致している状態を示す。

なお、第３ミラー５１、ミラーブロック５２、及び支点部材５３は一体構造であっても良い。

続く図７では、ベース板５４′に対して円孔形成部分５４Ｄがミラーブロック５２とは反対側により後退させるように円孔形成部分５４Ｄの移動（ねじ込み）を行なった上で、角度調整ネジ５５，５５，５５によりミラーブロック５２とベース板５４とを組み付けた状態を示す。図示する如く、光源側からの到来光は設計位置Ｐを超えてから第３ミラー５１で反射され、フィールドレンズ２２を介してマイクロミラー素子２３に導かれる。

したがって、図７に示したようなミラーブロック５２の調整位置では、上記図６に示した設計上のミラーブロック５２の調整位置Ｐに比して、マイクロミラー素子２３に入射させる光源光の光路を延長することができる。

また図８は、上記図７とは反対に、ベース板５４′に対して円孔形成部分５４Ｄがミラーブロック５２側により前進させるように円孔形成部分５４Ｄの移動（ねじ込み）を行なった上で、角度調整ネジ５５，５５，５５によりミラーブロック５２とベース板５４とを組み付けた状態を示す。図示する如く、光源側からの到来光は設計位置Ｐより手前側で第３ミラー５１により反射され、フィールドレンズ２２を介してマイクロミラー素子２３に導かれる。

したがって、図８に示したようなミラーブロック５２の調整位置では、上記図６に示した設計上のミラーブロック５２の調整位置Ｐに比して、マイクロミラー素子２３に入射させる光源光の光路を短縮することができる。

なお、上記図６乃至図８はいずれも、ベース板５４の平面に対してネジ軸５６が直交するような調整位置の場合について説明したが、当然ながら支点部材５３の円孔５４Ａに当接された面が球面状であること、及び角度調整ネジ５５，５５，５５用のベース板５４′側の貫通孔５４Ｂ，５４Ｂ，５４Ｂが、角度調整ネジ５５，５５，５５の軸径に対して十分な余裕を持つことから、支点部材５３を中心として到来光軸に対する角度調整を行なうことが可能である点は、上記図９及び図１０で示した内容と同様である。

このように本実施形態によれば、ベース板５４′側の円孔形成部分５４Ｄの位置を移動させることで光路長を調整可能としたので、ベース板５４′に対して第３ミラー５１、ミラーブロック５２、及び支点部材５３を角度調整ネジ５５，５５，５５により緩く組み付けた状態から、円孔形成部分５４Ｄに対して図６乃至図８の右側、すなわちミラーブロック５２を取り付けていない裏面側から円孔形成部分５４Ｄを回動させることで調整が可能となり、光路長及び第３ミラー５１の角度調整に要する作業をより簡易なものにできる。

なお、上記実施形態では、本発明をマイクロミラー素子を用いるＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタ装置に適用した場合について説明したが、本発明は光源となる素子や、画像表示素子によるプロジェクタ方式、あるいは単板式と３板式などを限定するものではなく、光路長や反射角度を調整可能なミラーを用いる投影装置であれば、いずれにも適用可能となる。

その他、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１０…プロジェクタ装置、１１…リフレクタ、１２…高圧水銀ランプ、１３…第１ミラー、１４…ランプレンズ、１５…カラーホイール、１６…カラーホイールモータ、１７…ライトトンネル、１８…照明系レンズ、１９…第２ミラー、２０…照明系レンズ、２１…第３ミラー、２２…フィールドレンズ、２３…マイクロミラー素子（ＤＭＤ）、２４…投影レンズユニット、２４Ａ〜２４Ｃ…レンズ群、３１…ミラーブロック、３２…支点部材、３３…ベース板、３３Ａ…円孔、３４…角度調整ネジ、５０…プロジェクタ装置、５１…第３ミラー、５２…ミラーブロック、５３…支点部材、５４，５４′…ベース板、５４Ａ…円孔、５４Ｂ…貫通孔、５４Ｄ…円孔形成部分、５５…角度調整ネジ、５６…ネジ軸、６１…、６２…、６３…、６４…、６５…、Ｐ…設計位置。

Claims

光源と、
画像信号を入力する入力部と、
上記入力部で入力した画像信号に基づいた画像を表示し、上記光源から得られる光を反射または透過させて光像を形成する画像表示素子と、
上記画像表示素子で形成された光像を投影対象に向けて投影する投影レンズと、
上記光源から画像表示素子を経て投影レンズに到る光路中に挿入され、光路を屈曲させるミラー、ブロック上部で該ミラーを所定の角度に保持する保持ブロック、該保持ブロック底面側に取付けられた略半球状の支点部材、上記支点部材より小径の円形の窪みを支点部材受けとして形成したベース板、上記ベース板を貫通して上記保持ブロック底面に取付けられ、保持ブロックとベース板の相対角度を固定する複数の調整ネジ、及び、保持ブロックとベース板の相対距離を調整して上記光路長を可変する調整機構を有する調整ミラー部と
を具備したことを特徴とする投影装置。
上記調整ミラー部は、光路中の、上記画像表示素子に上記光源からの光を導いて入射させる直前の位置に設けることを特徴とする請求項１記載の投影装置。
上記調整ミラー部の調整機構は、上記支点部材を一端側に取付けたネジ部の他端側を上記保持ブロック底面側に螺合し、保持ブロックから突出する上記ネジ部の軸長を調整することを特徴とする請求項１記載の投影装置。
上記調整ミラー部の調整機構は、上記ベース板本体に対して上記支点部材受けとなる円形の窪みを設けた一部分がネジ機構により板厚方向に移動することを特徴とする請求項１記載の投影装置。