JP3266854B2

JP3266854B2 - 反射型画像投影装置

Info

Publication number: JP3266854B2
Application number: JP13874198A
Authority: JP
Inventors: 隆之飯塚
Original assignee: 旭光学工業株式会社
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 2002-03-18
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: JPH11327043A; US6113240A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、投影画像をスク
リーンに対して平行な方向にシフト可能な液晶プロジェ
クター等の画像投影装置に関し、特に、反射型の画像変
調素子を用いた反射型画像投影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平５−２７３２４号公報には、投影
画像をスクリーンに対して平行な方向にシフト可能な液
晶プロジェクターが開示される。ここに開示される液晶
プロジェクターは、光源からの平行光束を透過型の液晶
表示パネルに入射させて変調し、透過光を集光レンズお
よび投影レンズを介してスクリーン上に投影するよう構
成されている。

【０００３】集光レンズおよび投影レンズは、一体とし
て光軸と直交する一次元方向に平行移動できるようレン
ズ移動機構に組み付けられており、これらのレンズの移
動調整により本体を移動させずに、かつ、画像を歪ませ
ずにその投影範囲をスクリーンに対して平行な方向にシ
フトさせるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の液晶プロジェクターに用いられている透過型の
液晶表示パネルでは、集積度が高まるにしたがい、光が
透過する部分の面積に対して駆動回路等を設ける不透過
部分の面積の比率が大きくなるため、同一サイズの変調
素子を用いて解像度を高めようとすると、光の利用効率
が低下するという問題がある。

【０００５】光の利用効率を低下させずに解像度を高め
るためには、反射型の変調素子、例えば反射型の液晶表
示パネルや、独立して角度制御可能な微小ミラーが多数
二次元配置して構成されるディジタルマイクロミラーデ
バイス(ＤＭＤ、日本テキサスインスツルメンツ(株)の
商標)等を利用すればよい。反射型の変調素子では、駆
動回路等を裏面に配置できるため、表面上では反射部分
の比率を高く保つことができるからである。

【０００６】ただし、反射型の変調素子を用いる場合に
は、原則として変調素子に対して斜め方向から照明光を
入射させ、光源とは異なる方向に反射された光を投影レ
ンズに入射させる配置が採用される。このため、上記公
報に開示されるような機構で投影レンズを移動させるの
みでは、反射光が投影レンズに対して効率よく取り込ま
れず、投影される画像の輝度が低下し、あるいは画像の
一部が欠落するといった問題が生じる。

【０００７】この発明は、上述した従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、画像を歪ませずにその投影
範囲をシフトさせることを前提とし、反射型の変調素子
を用いた場合にも、投影される画像の輝度を低下させず
に投影範囲をスクリーンに対して平行移動させることが
できる反射型画像投影装置を提供することを課題(目的)
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る反射型画
像投影装置は、照明光を発する光源と、該光源からの照
明光を画像に応じて変調して反射させる反射型変調素子
と、前記反射型変調素子により反射された光をスクリー
ン上に投影する投影レンズと、前記光源から発して発散
光又は収束光として前記反射型変調素子へ向かう前記照
明光および前記反射型変調素子からの反射光が入射する
位置に配置され、前記反射型変調素子からの反射を前記
投影レンズの前記反射型変調素子側の瞳に向けるコンデ
ンサレンズと、前記投影レンズを当該投影レンズの光軸
と直交する方向にシフト可能に支持する第１の支持手段
と、前記コンデンサレンズを前記第１の支持手段による
前記投影レンズのシフト方向と平行な方向にシフト可能
に支持する第２の支持手段と、前記コンデンサレンズの
シフト量をδ１、前記投影レンズのシフト量をδ２とし
て、前記光源から発して前記コンデンサレンズに入射す
る照明光が発散光である場合にはδ２＞δ１、前記光源
から発して前記コンデンサレンズに入射する照明光が収
束光である場合にはδ２＜δ１の関係を満たすように前
記第１の支持手段による前記投影レンズのシフトと前記
第２の支持手段による前記コンデンサレンズのシフトと
をリンクさせるリンク手段とを備えることを特徴とす
る。上記の構成によれば、第１の支持手段により投影レ
ンズをシフトさせることにより投影範囲をシフトさせる
ことができ、リンク手段が、第２の支持手段により支持
されるコンデンサレンズを投影レンズのシフトに応じて
適宜シフトさせることにより、投影レンズに対して反射
型変調素子からの反射光を効率よく入射させることが可
能となる。

【０００９】また、第１、第２の支持手段による各レン
ズのシフトを連動させるためには、反射型変調素子から
の反射光が投影レンズの反射型変調素子側の瞳に効率よ
く取り込まれるように、投影レンズのシフトとコンデン
サレンズのシフトとをリンクさせ、一方の支持手段によ
る一方のレンズのシフトに応じて他方の支持手段によっ
て他方のレンズをシフトさせるリンク手段を備えること
が望ましい。

【００１０】リンク手段としては、第１、第２の支持手
段を機械的に連動させる機構であってもよいし、コンピ
ュータのソフトウェアにより作動する制御回路として実
現されてもよい。第１、第２の支持手段としては、各レ
ンズを少なくとも一次元方向にシフト可能に保持するテ
ーブル機構と、テーブル機構を少なくとも一次元方向に
駆動する駆動手段とを備えることが望ましい。この場
合、リンク手段は、各駆動機構の駆動を制御する制御手
段に含まれる。また、各テーブル機構は、各レンズを二
次元方向にシフト可能に構成されてもよい。この場合、
駆動手段は、二次元方向にテーブル機構を駆動可能に構
成される。

【００１１】リンク手段は、コンデンサレンズの倍率を
Ｍ、コンデンサレンズのシフト量をδ1、投影レンズの
シフト量をδ2として、 δ2＝(１−Ｍ)δ1 の関係を満たすように各シフト機構を制御することがで
きる。例えば等倍のコンデンサレンズを利用する場合に
は、Ｍ＝−１となり、投影レンズのシフト量δ2はコン
デンサレンズのシフト量δ1の２倍となる。両レンズの
シフト量は、コンデンサレンズに入射する照明光の発散
・収束の別により、その大小関係が逆転する。すなわ
ち、コンデンサレンズに入射する照明光が発散光である
場合には、コンデンサレンズの倍率Ｍが負の値となり、
δ2＞δ1となるが、照明光が収束光として入射する場合
には、コンデンサレンズの倍率Ｍが正の値となり、δ2
＜δ1となる。なお、投影される画像のサイズを調整可
能とするためには、投影レンズとして、反射型変調素子
側の瞳位置をほぼ変化させずに投影倍率を変化させるこ
とが可能なズームレンズを用いることが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる反射型画
像投影装置の実施形態を説明する。図１および図２は、
実施形態にかかる反射型画像投影装置を示し、図１が全
体構成を示す概略図、図２がシフト機構の一例を示す平
面図である。

【００１３】図１に示されるように、実施形態の反射型
画像投影装置１の光学系は、照明光を発する光源部２
と、光源部２からの照明光を画像に応じて変調して反射
させる反射型変調素子３と、反射型変調素子３の手前に
配置されたコンデンサレンズ４と、反射型変調素子３に
より反射された光をスクリーン５上に投影する投影レン
ズ６とを備えている。

【００１４】光源部２は、反射型変調素子３に対して光
を斜め方向から入射させるようその光軸が反射型変調素
子３に対して傾いて配置されている。これに対してコン
デンサレンズ４と投影レンズ６とは、いずれも光軸が反
射型変調素子３に対してほぼ垂直となるよう配置されて
いる。以下の説明では、コンデンサレンズ４と投影レン
ズ６との光軸を含む図１の紙面内でこれらの光軸と直交
する方向を上下方向、図１の紙面と垂直で光軸と直交す
る方向を左右方向と定義する。

【００１５】光源部２は、キセノンランプ、ハロゲンラ
ンプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀灯等の高輝度
ランプ２ａと、高輝度ランプ２ａからの無指向性の光を
ほぼ平行光として反射型変調素子３側に向けるリフレク
タ２ｂと、この平行光を収束させて反射型変調素子３の
手前で二次光源を形成する光源用コンデンサレンズ２ｃ
とを備えている。

【００１６】反射型変調素子３は、反射型の液晶表示パ
ネルや、前述したディジタルマイクロミラーデバイス等
を用いることが可能であるが、この例では反射型の液晶
パネルを用いるものとする。反射型の液晶表示パネルで
は、駆動回路等は裏面に配置すれば足りるため、集積度
が高くなったとしても、光を反射させる部分の面積比率
を低下させる必要がなく、従来の透過型の液晶表示パネ
ルを用いる場合と比較して、同一サイズ、同一解像度で
あれば、光の利用効率を高めることができる。

【００１７】コンデンサレンズ４は、光源部２から発し
て反射型変調素子３に入射する光と、反射型変調素子３
で反射されて投影レンズ６に入射する光とが透過する位
置に配置された正レンズである。そして、投影レンズ６
は、実際には複数のレンズ群から構成されるズームレン
ズであり、レンズ群間の距離を変化させることにより投
影倍率を変化させることができる。ここでは、投影レン
ズ６の反射型変調素子３側の瞳位置の変化を小さく抑え
るため、レンズ群の移動による絞り位置の変化が少ない
タイプのレンズが用いられている。

【００１８】上記の構成によると、高輝度ランプ２ａか
ら発した光はリフレクタ２ｂにより反射され、光源用コ
ンデンサレンズ２ｃを介して収束され、コンデンサレン
ズ４の手前で二次光源の像を形成する。ここから発散光
としてコンデンサレンズ４に入射した照明光は、コンデ
ンサレンズ４のパワーによりほぼ平行光に近い状態とさ
れて反射型変調素子３に入射する。そして、反射型変調
素子３で変調・反射された光は、再びコンデンサレンズ
４を透過して収束光となり、投影レンズ６を介してスク
リーン５上に画像を形成する。

【００１９】実施形態の装置１は、スクリーン５に投影
される画像を歪めることなく、その投影範囲をスクリー
ン５に対して二次元方向に平行移動させるため、投影レ
ンズ６を当該投影レンズ６の光軸と直交する方向にシフ
トさせる第１の支持機構１０を備え、投影レンズ６のシ
フトに合わせて反射光の方向を変更するため、コンデン
サレンズ４を当該コンデンサレンズ４の光軸と直交する
方向にシフトさせる第２の支持機構２０を備える。投影
範囲をシフトさせるためには、投影レンズ６を光軸に直
交する面内で平行移動させればよいが、投影レンズ６の
みを移動させると、反射型変調素子３からの反射光を投
影レンズ６に対して有効に入射させることができない。
そこで、投影レンズ６のシフトに対応させて、移動後の
投影レンズ６の瞳に反射光が効率よく入射するようコン
デンサレンズ４をシフトさせることとしている。

【００２０】両支持機構１０，２０は、モータ等の駆動
機構を備えた電気的に制御可能な機構であり、使用者が
操作する範囲シフトスイッチ３０からの指令を受けた制
御回路(コンピュータ)４０により制御される。範囲シフ
トスイッチ３０には、上下左右に対応して４つのボタン
３１〜３４が設けられており、これらの一つを押すこと
により、押されたボタンの方向に応じてスクリーン５上
の画像の投影範囲をシフトさせるように第１、第２の支
持機構１０，２０を制御して投影レンズ６、コンデンサ
レンズ４をシフトさせる。すなわち、制御回路４０は、
第１の支持機構１０による投影レンズ６のシフト量に応
じてコンデンサレンズ４のシフト量を定め、第２の支持
機構２０を作動させるリンク手段としての機能を備えて
いる。

【００２１】投影レンズ６のシフト量とコンデンサレン
ズ４のシフト量との関係は、コンデンサレンズ４の倍率
により変化する。ここでコンデンサレンズ４の倍率を
Ｍ、コンデンサレンズ４のシフト量をδ1、投影レンズ
６のシフト量をδ2とすると、制御回路４０は、 δ2＝(１−Ｍ)δ1 の関係を満たすように各支持機構１０，２０を制御すれ
ばよい。例えば等倍のコンデンサレンズ４を利用する場
合には、Ｍ＝−１となり、投影レンズ６のシフト量δ2
はコンデンサレンズ４のシフト量δ1の２倍となる。

【００２２】第１の支持機構１０は、具体的には、例え
ば図２に示されるように、投影レンズ６を二次元方向に
シフト可能に保持するテーブル機構１１と、テーブル機
構１１を二次元方向に駆動する駆動手段としてのモータ
１２，１３とを備える。テーブル機構１１は、サイズの
異なる３つの矩形の第１、第２、第３の枠体１４，１
５，１６を備え、最も小さい第１の枠体１４は第２の枠
体１５の内部で図２中上下方向に移動可能であり、第２
の枠体１５は最も大きい第３の枠体１６の内部で図２中
左右方向に移動可能である。

【００２３】投影レンズ６は、最も小さい第１の枠体１
４に固定され、最も大きい第３の枠体１６は装置に固定
されている。第１の枠体１４には、図中左右の辺の外側
に２つづつガイド部材１４ａが取り付けられている。ま
た、第２の枠体１５の内側には、上下方向に沿って２本
のシャフト１５ａが架設されている。第１の枠体１４
は、ガイド部材１４ａにシャフト１５ａを貫通させた状
態で支持されている。シャフト１５ａのうちの一方(図
中左側)にはネジ山が形成されており、これを貫通させ
るガイド部材１４ａには、このネジ山に螺合するネジ山
が形成されている。モータ１２は、このネジ山が形成さ
れたシャフトを回転させることにより、第２の枠体１５
に対して第１の枠体１４を上下方向に平行移動させる。

【００２４】第２の枠体１５の図２中上下の辺の外側に
も、ガイド部材１５ｂが取り付けられており、第３の枠
体１６にはこれらを貫通するシャフト１６ａが架設され
ている。ここでも同様にシャフトのうちの一方にネジ山
が形成され、これがモータ１３により回転駆動されるこ
とにより、第３の枠体１６に対して第２の枠体１５を左
右方向に平行移動させる。

【００２５】コンデンサレンズ４をシフトさせる第２の
支持機構２０も、図２に示した第１の支持機構１０と同
様に構成されている。上記の構成によれば、範囲シフト
スイッチ３０の各ボタン３１〜３４を押す毎に、第１、
第２の支持機構１０，２０が駆動されて投影レンズ６と
コンデンサレンズ４とをシフトさせ、スクリーン５上に
投影される画像を歪ませずに、その投影範囲を上下、左
右にシフトさせることができる。また、投影範囲のサイ
ズがスクリーン５のサイズに適合しない場合には、投影
レンズ６をズームさせて投影倍率を変化させ、サイズが
適合するよう調整することができる。

【００２６】したがって、スクリーン５の位置が固定さ
れ、かつ、その正面に投影装置１を配置できないような
場合にも、投影範囲を任意にシフトさせてスクリーン５
上に画像を投影することができる。また、スクリーン５
と装置との距離が自由に設定できない場合でも、その距
離に応じて投影レンズ６の倍率を変更することにより、
スクリーン５のサイズに適合した範囲に画像を投影する
ことができる。

【００２７】次に、第１、第２の支持機構により投影レ
ンズ６とコンデンサレンズ４とをシフトさせた場合の投
影範囲のシフトにつき、図３および図４に基づいて説明
する。図３は投影範囲の上下方向のシフトを示す光学系
の説明図、図４は投影範囲の左右方向のシフトを示す光
学系の説明図である。

【００２８】投影レンズ６およびコンデンサレンズ４が
図３に実線で示した上下方向の基準位置に配置される場
合、光源部２側から入射した光は反射型変調素子３で反
射され、図中実線で示した経路でスクリーン５上の範囲
Ｒ1に画像を形成する。これに対して投影範囲を上側に
シフトさせるよう範囲シフトスイッチ３０の上ボタン３
１を一定回数押すと、例えば投影レンズ６が図中破線で
示した位置まで上にシフトする。そして、この投影レン
ズ６のシフトと同時に、コンデンサレンズ４もそれに対
応して上側にシフトし、反射光が投影レンズ６に対して
効率よく入射するよう図中破線で示す位置に達する。こ
の状態では、反射型変調素子３で反射された光は図中破
線で示した経路でスクリーン５に達し、範囲Ｒ1より上
側にシフトした範囲Ｒ2に画像を形成する。

【００２９】上記の上下方向の調整原理は、図４に示す
左右方向の調整についても共通である。図４は、図３の
光学系を上から見た平面図であり、図中の上方向が右、
下方向が左に相当する。左右方向については、投影レン
ズ６およびコンデンサレンズ４が図４に実線で示す基準
位置にある場合、光源部２の光軸と投影レンズ６、コン
デンサレンズ４の光軸が図４の紙面内で一致し、スクリ
ーン５上の画像はこれらの光軸との交点を中心とした対
称の範囲Ｒ3内に投影される。この状態から範囲シフト
スイッチ３０の右ボタン３３を一定回数押すと、例えば
投影レンズ６およびコンデンサレンズ４が図中破線で示
した位置まで右にシフトし、画像は、範囲Ｒ3より右側
にシフトした範囲Ｒ4に投影される。

【００３０】なお、この例では、支持機構１０，２０が
各レンズを上下、左右の二次元方向にシフト可能として
おり、これにより投影範囲を上下、左右の二次元方向に
おいて移動可能としている。ただし、必ずしも二次元方
向にシフトさせる必要はなく、上下方向のみ、あるいは
左右方向のみシフトさせる構成としてもよい。また、支
持手段としては、上記のように電気的に制御可能な構成
のみでなく、使用者が手動で操作できる機構としてもよ
い。特に、シフト方向が一次元方向である場合には、両
支持手段を棒状のリンク部材で連結することにより、機
械的な構成でリンク手段を構成することもできる。さら
に、フォーカシング、ズーミングにより投影レンズ６の
反射型変調素子３側の瞳位置が光軸方向に移動する場合
には、その移動量に対応させ、反射光が瞳に入射するよ
うにコンデンサレンズ４のシフトとは独立して投影レン
ズ６の上下方向のシフト量を変化させるようにしてもよ
い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の構成に
よれば、反射型の変調素子の近傍にコンデンサレンズを
配置し、このコンデンサレンズを投影レンズのシフト量
に応じてシフトさせることにより、変調素子からの反射
光の方向を適宜変化させることができ、投影レンズのシ
フトにより画像の投影範囲を移動させた際にも、変調素
子からの反射光を投影レンズを対して効率よく入射させ
ることができる。したがって、投影される画像の輝度を
低下させず、あるいは画像の欠落を生じることなく、画
像を歪ませずにその投影範囲を任意に定めることができ
る。

【００３２】また、請求項２の構成によれば、投影レン
ズをシフトさせる第１の支持手段と、コンデンサレンズ
をシフトさせる第２の支持手段とをリンク手段によりリ
ンクさせることにより、２つの支持手段をまとめて操作
することができ、これらを独立して操作するよりも調整
が容易である。請求項３の構成によれば、投影レンズお
よびコンデンサレンズを支持する各テーブル機構を駆動
手段により駆動することにより、各レンズの位置を手動
ではなく自動的に調整できる。また、駆動手段は、リン
ク手段を含む制御手段により制御されるため、各駆動手
段の駆動量を独立して設定する必要がなく、操作が容易
である。

【００３３】請求項４の構成によれば、各レンズを光軸
に垂直な面内で二次元的にシフトさせることができるた
め、投影される画像の範囲を例えば上下方向のみでな
く、左右方向にも移動させることができる。請求項５の
構成によれば、コンデンサレンズの倍率に応じて両レン
ズのシフト量を簡単に関係づけることができ、かつ、変
調素子からの反射光を投影レンズに対して効率よく入射
させることができる。請求項６の構成によれば、装置と
スクリーンとの距離を変化させずに投影範囲のサイズを
調整することができ、装置の設置位置が任意に選択でき
ない場合にも、投影サイズを調整してスクリーンのサイ
ズに合わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態にかかる反射型画像投影
装置の全体構成を示す概略図。

【図２】図１の装置の支持機構の一例を示す平面図。

【図３】図１の装置における投影範囲の上下方向のシ
フトを示す光学系の説明図。

【図４】図１の装置における投影範囲の左右方向のシ
フトを示す光学系の説明図。

【符号の説明】

１反射型画像投影装置２光源部３反射型変調素子４コンデンサレンズ５スクリーン６投影レンズ１０第１の支持機構２０第２の支持機構４０制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/00 G02F 1/13 505 G02F 1/1335 520 G02F 1/13357

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光を発する光源と、該光源からの照明光を画像に応じて変調して反射させる
反射型変調素子と、前記反射型変調素子により反射された光をスクリーン上
に投影する投影レンズと、前記光源から発して発散光又は収束光として前記反射型
変調素子へ向かう前記照明光および前記反射型変調素子
からの反射光が入射する位置に配置され、前記反射型変
調素子からの反射を前記投影レンズの前記反射型変調素
子側の瞳に向けるコンデンサレンズと、前記投影レンズを当該投影レンズの光軸と直交する方向
にシフト可能に支持する第１の支持手段と、前記コンデンサレンズを前記第１の支持手段による前記
投影レンズのシフト方向と平行な方向にシフト可能に支
持する第２の支持手段と、前記コンデンサレンズのシフト量をδ１、前記投影レン
ズのシフト量をδ２として、前記光源から発して前記コ
ンデンサレンズに入射する照明光が発散光である場合に
はδ２＞δ１、前記光源から発して前記コンデンサに入
射する照明光が収束光である場合にはδ２＜δ１の関係
を満たすように前記第１の支持手段による前記投影レン
ズのシフトと前記第２の支持手段による前記コンデンサ
レンズのシフトとをリンクさせるリンク手段とを備える
ことを特徴とする反射型画像投影装置。
【請求項２】前記リンク手段は、前記反射型変調素子か
らの反射光が前記投影レンズの前記反射型変調素子側の
瞳に効率よく取り込まれるように、前記投影レンズのシ
フトと前記コンデンサレンズのシフトとをリンクさせる
リンク手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の
反射型画像投影装置。
【請求項３】前記第１，第２の支持手段は、前記各レン
ズを少なくとも一次元方向にシフト可能に保持するテー
ブル機構と、該テーブル機構を少なくとも前記一次元方
向に駆動する駆動手段とを備え、前記リンク手段は、前
記各駆動機構の駆動を制御する制御手段に含まれている
ことを特徴とする請求項２に記載の反射型画像投影装
置。
【請求項４】前記各テーブル機構は、前記各レンズを二
次元方向にシフト可能であり、前記駆動手段は、前記二
次元方向に前記テーブル機構を駆動可能であることを特
徴とする請求項３に記載の反射型画像投影装置。
【請求項５】前記リンク手段は、前記コンデンサレンズ
の倍率をＭ（前記光源から前記コンデンサレンズに入射
する照明光が発散光である場合には負の値，前記光源か
ら前記コンデンサレンズに入射する照明光が収束光であ
る場合には正の値）として、 δ２＝（１−Ｍ）δ１の関係を満たすように前記各支持手段を制御することを
特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の反射型画像
投影装置。
【請求項６】前前記投影レンズは、瞳位置をほぼ変化さ
せずに投影倍率を変化させることが可能なズームレンズ
であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の
反射型画像投影装置。