JP5332574B2 - 投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像を投影する投影装置に関するものである。

装置の設置面に画像を投影することができる画像投影装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−３１０１９４号公報

ところで、特許文献１に記載の画像投影装置においては、画像の投影サイズを変更するには、投影画像を反射させるミラーの角度や当該ミラーを支持するヒンジの高さの調整を行う必要があり、また、装置内に収容された光学系のフォーカス調整を行う必要があるため操作が煩雑であった。

本発明の課題は、独立したフォーカス調整等を必要とせず、容易な操作で投影画像のサイズを変更することのできる投影装置を提供することである。

本発明の投影装置は、第１光学系と第２光学系とを含み、投影窓を介して画像を投影する投影ユニットと、前記投影窓を備え、前記第１光学系を収容する筐体上部と、前記筐体上部の下方に配置され、前記第２光学系を収容する筐体下部と、前記筐体上部を前記画像が投影される投影面に対して垂直な方向へ段階的に移動させる移動機構と、前記移動機構によって前記筐体上部が移動された場合、前記第１光学系を構成する光学部材の少なくとも一部を前記第１光学系の光軸方向に移動させてフォーカス調整を行うフォーカス調整機構とを備えることを特徴とする。

本発明の投影装置によれば、独立したフォーカス調整等を必要とせず、容易な操作で投影画像のサイズを変更することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る投影装置について説明する。図１は、この実施の形態に係る投影装置としてのプロジェクタ２により画像の投影を行っている状態を示す斜視図である。図１に示すように、プロジェクタ２は、投影画像Ｐを投影面Ｇに対して投影する投影窓８を前面に備える筐体上部４と、この筐体上部４の下方に配置され、筐体上部４を支持する筐体下部６とを備えている。また、筐体上部４の上面には、プロジェクタ２の機能設定等を行う操作部１０が設けられている。また、筐体上部４及び筐体下部６内には、投影窓８を介して投影画像Ｐを投影する投影ユニット２０（図３参照）が収容されている。なお、図１に示す状態は、筐体上部４が最下方に位置することにより、投影窓８が最下方に位置している状態である。この状態においては、投影面Ｇに対して投影窓８がもっとも接近しているため、投影面Ｇ上に投影される投影画像Ｐのサイズは最小になる。

図２は、この実施の形態に係るプロジェクタ２によって投影画像Ｐのサイズ変更を行っている状態を示す図である。図２に示すように、プロジェクタ２の筐体上部４は、筐体下部６に対して、図２の矢印で示す上下方向、即ち、投影面Ｇに対して垂直な方向に自由にスライド移動できるように取り付けられている。筐体上部４が上方へスライド移動すると、投影窓８の位置が上方へ移動するため、投影窓８から投射される投影画像Ｐの投射位置が高くなる。このようにして画像の投射位置を高くすることにより、投影面Ｇ上に結像される投影画像Ｐのサイズを拡大させることができる。また、筐体上部４を下方へスライド移動させた場合には、投影窓８の位置を下方へ移動させて画像の投射位置を低くすることができるため、投影面Ｇ上に結像される投影画像Ｐのサイズを縮小させることができる。

ここで、投射位置が移動したことによって投影画像Ｐのサイズが変更された場合には、投影画像Ｐのフォーカス位置も変更されるため、鮮明な画像を結像させるためには、投影ユニット２０内に収容された光学系のフォーカス調整を行う必要が生じる。この実施の形態に係るプロジェクタ２においては、後述するフォーカス調整機構により、筐体上部４の移動と連動して投影画像Ｐのフォーカス調整が実行される。

次に図面を参照して、この実施の形態に係る投影装置の投影ユニットについて説明する。図３は、この実施の形態に係るプロジェクタ２が備える投影ユニット２０の内部の構成を示す断面図である。なお、図３は、投影ユニット２０を前方、即ちプロジェクタ２の前面側から見た断面図である。また、説明のためにプロジェクタ２の筐体上部４及び筐体下部６も図示している。なお、筐体上部４は、図１に示すような最下方に位置している状態にある。

図３に示すように、投影ユニット２０は、筐体上部４内に固定して設けられたユニット筐体２１を備えている。このユニット筐体２１の内部には、投影ユニット２０を構成する部材として、ＬＥＤ２２、集光レンズ２４、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）２６、ノーマリブラックタイプのＬＣＯＳ（反射型液晶素子）２８、投影レンズ３０及びミラー３２が配置されている。なお、集光レンズ２４、ＰＢＳ２６及び投影レンズ３０が、投影ユニット２０の投影光学系を構成する。

ＬＥＤ２２から射出された投影光は、集光レンズ２４によって平行光に変換された後にＰＢＳ２６に入射し、入射光の進行方向に対して４５°の角度で設けられた偏光分離膜２６ａに入射する。入射した投影光のうち、Ｓ偏光のみが偏光分離膜２６ａによって反射され、ＰＢＳ２６の下面から下方に向かって射出された後に、ＰＢＳ２６の下方に設置された画像表示部としてのＬＣＯＳ２８に入射する。一方、偏光分離膜２６ａを透過したＰ偏光は、黒色処理等の無反射処理が施されたＰＢＳ２６の側面に入射して吸収される。

ＬＣＯＳ２８に入射した光は、ＬＣＯＳ２８により反射され、ＰＢＳ２６に再度入射する。ここで、ＬＣＯＳ２８を構成する図示しない液晶層は、電圧が印加されると入射光に対して位相板として機能する。従って、ＬＣＯＳ２８から射出する光のうち、液晶層により電圧が印加された画素領域を透過した光はＳ偏光からＰ偏光に変換される。一方、ＬＣＯＳ２８から射出する光のうち、液晶層により電圧が印加されていない画素領域を透過した光はＳ偏光のまま進行する。

ＬＣＯＳ２８から射出してＰＢＳ２６に再度入射した光のうち、ＬＣＯＳ２８の電圧が印加された画素領域を透過したＰ偏光のみが偏光分離膜２６ａを透過し、Ｓ偏光と分離される。当該Ｐ偏光は、ＰＢＳ２６から上方へ向かって射出された後に、投影用光学像を投影するための投影レンズ３０、及び投影レンズ３０から射出された光学像の投影方向を偏向させるためのミラー３２を介して投影ユニット２０から射出され、プロジェクタ２の筐体上部４の前面に設けられた投影窓８からプロジェクタ２の前方へ投射される。なお、ミラー３２は、投影面Ｇに結像される投影画像Ｐに対して台形補正を施すことができるように、所定の曲率を有する曲面ミラーから構成されている。

また、筐体下部６の下方には、ユニット筐体２１内のＬＥＤ２２等に電力を供給する電源４４が設けられている。このような重量物を下方に配置することで、載置面としての投影面Ｇ上に、プロジェクタ２を安定して載置することができる。

次に、図３及び図４を用いて、この実施の形態に係るフォーカス調整機構（以下、単に調整機構という）及び筐体上部の移動機構（以下、単に移動機構という）について説明する。なお、上述のように、図３は、筐体上部４が最下方に位置しているときの状態を示している。また、図４は、投影ユニット２０を前方から見た断面図であり、筐体上部４が最上方に位置しているときの状態を示している。

投影ユニット２０の投影レンズ３０は、レンズ室３４内に設置されており、このレンズ室３４の一方の側面には、上下方向に伸びるレンズ室ラック３６が設置されている。この、レンズ室ラック３６には、筐体上部４に対して回動自在に設置された調整ピニオン３８が係合している。従って、調整ピニオン３８が回動すると、レンズ室ラック３６を介して、レンズ室３４が上下方向、即ち投影ユニット２０の光学系の光軸方向に移動される。なお、レンズ室ラック３６と調整ピニオン３８とが調整機構を構成している。

また、筐体上部４には、調整ピニオン３８と係合する筐体移動ピニオン４０が、筐体上部４に対して回動自在に設けられている。この筐体移動ピニオン４０は、筐体下部６の一方の側面の内側に設置された筐体移動ラック４２に対して係合している。ここで、例えば、プロジェクタ２の使用者が、投影画像Ｐのサイズを最大まで拡大すべく、筐体上部４を図４に示す最上方までスライド移動させると、筐体移動ピニオン４０は、図４における時計回り（以下、回動方向はすべて同様に定義する）に回動しながら筐体移動ラック４２上を最上方まで移動する。ここで、筐体上部４は、筐体移動ピニオン４０が有する歯の一つが、筐体移動ラック４２の最上方に位置する凹部に対して係合することによって、当該位置において固定される。なお、筐体移動ピニオン４０と筐体移動ラック４２とが筐体上部４の移動機構を構成している。また、筐体上部４を安定してスライド移動させるべくスライドレール等を設けてもよいし、スライド移動後の筐体上部４を確実に移動位置に固定させるべく他の固定手段等を設けてもよい。

ここで、この実施の形態に係るプロジェクタ２においては、筐体上部４の上方への移動による投影画像Ｐの拡大処理に連動して、拡大された投影画像Ｐのフォーカス調整が行われる。筐体上部４のスライド移動に伴って、筐体移動ピニオン４０が時計回りに回動すると、筐体移動ピニオン４０に係合している調整ピニオン３８が反時計回りに回動する。回動する調整ピニオン３８は、係合しているレンズ室ラック３６を介してレンズ室３４を所定の距離だけ下方へ移動させて、レンズ室３４内に設置された投影レンズ３０を、拡大された投影画像Ｐのフォーカスを最適化する位置に配置する。即ち、調整ピニオン３８が、レンズ室３４内の投影レンズ３０を、投影ユニット２０が備える光学系の光軸方向に所定の距離だけ移動させることによって、投影画像Ｐのフォーカス調整が実行される。なお、当該所定の距離は、調整ピニオン３８及び筐体移動ピニオン４０の直径やギア比に基づいて予め設定された距離である。

なお、図４に示すような、筐体上部４が最上方まで移動された場合だけでなく、筐体上部４が段階的に移動された場合にも、プロジェクタ２が備える移動機構及び調整機構によって投影画像Ｐのフォーカス調整が行われる。即ち、例えば、プロジェクタ２の使用者が、筐体上部４を、最下方に位置する状態から１段階だけ上方へ移動させた場合には、筐体移動ラック４２の最下方の凹部に係合している筐体移動ピニオン４０は、所定の角度だけ時計回りに回動して当該凹部の一つ上の凹部に係合する。このとき、筐体移動ピニオン４０の回動に応じて、調整ピニオン３８が所定の角度だけ反時計回りに回動し、レンズ室ラック３６を介してレンズ室３４を所定の距離だけ下方へ移動させる。このようにしてレンズ室３４が移動されることにより、レンズ室３４内の投影レンズ３０が、拡大された投影画像Ｐのフォーカスを最適化する位置に配置される。

以上のように、筐体上部４の移動操作に応じて、筐体移動ピニオン４０の歯が、筐体移動ラック４２の各凹部に係合することにより、筐体上部４の上下方向への段階的なスライド移動に基づく投影画像Ｐの段階的なサイズ調整が実現すると共に、投影画像Ｐの各サイズにおけるフォーカス調整が可能となる。

なお、このようにして段階的に変更される投影画像Ｐのサイズは、ＪＩＳ規格等によって定められたサイズであることが望ましい。即ち、例えば、筐体上部４が、図１に示す最下方の位置にある場合には、投影面Ｇ上に投影される投影画像ＰのサイズはＡ６サイズであり、筐体上部４が上方へ段階的に移動される毎に、投影画像ＰのサイズがＢ６、Ａ５、Ｂ５、Ａ４サイズへと段階的に変更されるのが好ましい。なお、このようにして画像サイズが段階的に変更される場合にも、調整ピニオン３８や筐体移動ピニオン４０の直径やギア比を適切に設定することによって、各サイズにおける投影画像Ｐのフォーカス調整を的確に行うことができる。

この実施の形態に係るプロジェクタ２によれば、筐体上部を上下方向に段階的に移動させると、投影される画像のサイズが段階的に変更されると共に、各サイズにおけるフォーカス調整がサイズ変更と連動して行われる。従って、フォーカス調整のための個別の操作を必要としないため、容易な操作で投影画像のサイズを変更することができる。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態に係る第２の投影装置について説明する。図５は、この実施の形態に係るプロジェクタ１０２が備える投影ユニット１２０の内部の構成を示す断面図である。なお、図５は、投影ユニット１２０を前方、即ちプロジェクタ１０２の前面側から見た断面図である。また、説明のためにプロジェクタ１０２の筐体上部１０４及び筐体下部１０６も図示している。また、投影ユニット１２０内に配置された光学部材や、フォーカス調整機構及び筐体上部１０４を上下方向へスライド移動させる移動機構は、第１の実施の形態に係るプロジェクタ２の投影ユニット２０が備えるものと同一であるため、同一の構成については説明を省略すると共に同一の符号を用いている。

プロジェクタ１０２は、投影画像Ｐを投影面Ｇ上に投影する投影窓（不図示）を前面に備える筐体上部１０４と、この筐体上部１０４の下方に配置され、筐体上部１０４を支持する筐体下部１０６とを備えている。筐体上部１０４と筐体下部１０６とによって形成される空間内には、投影画像Ｐを投影する投影ユニット１２０が設けられている。この投影ユニット１２０は、筐体上部１０４に対して固定されたユニット筐体上部１２１と、筐体下部１０６に対して固定されたユニット筐体下部１２２とから構成されている。ユニット筐体上部１２１には、投影ユニット１２０を構成する投影レンズ３０及びミラー３２が配置されており、ユニット筐体下部１２２には、投影ユニット１２０を構成するＬＥＤ２２、集光レンズ２４、ＰＢＳ２６及びＬＣＯＳ２８が配置されている。従って、筐体上部１０４が上下方向、即ち投影面に対して垂直な方向へ移動すると、筐体上部４に固定されたユニット筐体上部１２１のみが同方向へ移動する。なお、ユニット筐体上部１２１は下方に十分に長く、ユニット筐体下部１２２は上方に十分に長いため、ユニット筐体上部１２１が図５に示す状態から上方へ移動した場合であっても投影ユニット１２０内を進行する投影光が外部へ洩れることはない。

プロジェクタ１０２の使用者が筐体上部１０４を上下にスライド移動させると、上述のプロジェクタ２における筐体上部４が移動した場合と同様に、筐体上部１０４の前面に設けられた投影窓の位置が上下に移動することにより、投影面Ｇ上に投影される投影画像Ｐのサイズが変更される。このとき、筐体上部１０４と共に移動するのはユニット筐体上部１２１だけであるので、筐体上部１０４のスライド操作の負荷が軽減される。なお、上述のプロジェクタ２における移動機構と同様に、筐体上部１０４は、筐体下部１０６の一方の側面の内側に設けられた筐体移動ラック４２及び筐体上部１０４に対して回動自在に設置された筐体移動ピニオン４０によって、段階的に移動されると共に、移動した位置において固定される。また、筐体上部１０４に対して回動自在に設けられた調整ピニオン３８及びレンズ室３４の一方の側面に設けられたレンズ室ラック３６によって、サイズ変更された投影画像Ｐのフォーカス調整が行われる。

この実施の形態に係るプロジェクタ１０２によれば、筐体上部を移動させる場合には、投影ユニットの一部のみが移動するので、筐体上部の重量が減少し、使用者による操作の負荷が軽減される。また、筐体上部が軽量化されると共に、投影ユニットのＰＢＳやＬＣＯＳなどの重量物が筐体下部に設置されるため、プロジェクタ２を載置面上に安定して載置することができる。

次に、図面を参照してこの実施の形態に係る他の調整機構について説明する。図６は、この実施の形態に係る他の調整機構の外観を示す斜視図である。なお、当該調整機構は、レンズ室３４の移動手段としてカム軸とカムを備えている点で上述の調整機構とは異なるが、この点以外は上述の調整機構が備える構成と同様の構成を備えている。従って、この実施の形態に係る他の調整機構の説明においては、上述の実施の形態と同様の構成については説明を省略すると共に、同一の符号を用いている。また、図６においては、説明のために筐体移動ピニオン４０を図示すると共に、レンズ室３４を点線で図示している。

筐体移動ピニオン４０に係合された調整ピニオン５０の中心には、カム軸５２の一端が挿通されている。このカム軸５２は、他端にカム５４を有しており、調整ピニオン５０の回動に同期して回動することによってカム５４を回動させる。カム５４は、カム軸５２が設置された面の反対側の面に突出軸５６を有しており、この突出軸５６は、投影レンズ室３４の一側面に設けられ、高さ（幅）が突出軸５６の直径と略同一に形成された係合溝５８に係合している。

上述のように、プロジェクタ２の使用者によって筐体上部４が上方へ移動されて筐体移動ピニオン４０が時計回りに回動すると、調整ピニオン５０が反時計回りに回動してカム軸５２を同方向に回動させる。回動したカム軸５２によって、カム５４がカム軸５２を中心として反時計回りに回動すると、カム５４に突設された突出軸５６が、係合溝５８の下面を押してレンズ室３４を下方へ移動させる。このようにしてレンズ室３４が下方へ移動されることにより、筐体上部４を上方へ移動させることによってサイズが拡大された投影画像Ｐのフォーカス調整が行われる。

また、使用者によって筐体上部４が下方へ移動された場合には、筐体移動ピニオン４０が反時計回りに回動することによって、カム５４がカム軸５２を中心として時計回りに回動するため、突出軸５６が、係合溝５８の上面を押してレンズ室３４を上方へ移動させる。このようにしてレンズ室３４が上方へ移動されることにより、サイズが縮小された投影画像Ｐのフォーカス調整も行われる。

なお、レンズ室３４の上下方向への移動を安定させるためにスライドレール等を適宜設けてもよい。また、カム軸５２やカム５４等に替えて、例えば、レバーやリンク機構を用いて、筐体上部の移動に連動してレンズ室を所定の位置まで移動させる機構を構成してもよい。

次に、図面を参照してこの実施の形態に係る第３のプロジェクタについて説明する。図７は、この実施の形態に係る第３のプロジェクタが備える調整機構及び移動機構の構成を示す部分断面図である。なお、この実施の形態に係るプロジェクタ２０２は、上述のプロジェクタ２が備えるものとは異なる構成の調整機構と移動機構とを備えているが、この点以外はプロジェクタ２が備える構成と同様の構成を備えている。従って、この実施の形態に係るプロジェクタ２０２の説明においては、上述の実施の形態と同様の構成については説明を省略すると共に、同一の符号を用いている。

図７に示すように、プロジェクタ２０２は、投影画像Ｐを投影面Ｇ上に投影する投影窓（不図示）を前面に備える筐体上部２０４と、この筐体上部２０４の下方に配置され、筐体上部２０４を支持する筐体下部２０６とを備えている。筐体上部２０４の内部には、投影画像Ｐを投影する投影ユニット２０のユニット筐体２１が設置されており、また、筐体下部２０６の一方の側面の内側には、複数の凹部を有する係合部６０が設置されている。筐体上部２０４の一方の側面には、係合部６０の各凹部に係合する係合爪６２が突設されており、筐体２０４が上下方向へ移動された場合には、係合爪６２が係合部６０の凹部に係合することによって、筐体上部２０４が段階的に移動されると共に、移動後の位置において固定される。

係合爪６２には検出部６４が接続されており、係合爪６２が係合している係合部６０の凹部の位置が検出される。検出された位置情報は、検出部６４に接続された制御部６６に対して出力される。制御部６６は、受信した位置情報に基づいて、モータ６８を駆動してアーム７０の長さを変更し、レンズ室３４を所定の位置まで移動させる。

使用者が、投影画像Ｐのサイズを変更するべく筐体上部２０４を所望の位置（高さ）まで移動させると、係合爪６２が係合する係合部６０の凹部の位置が検出されることによって、筐体上部２０４の位置が検出される。従って、制御部６６は、検出された位置情報に基づいて、モータ６８を駆動してレンズ室３４を所定の位置まで移動させることにより、サイズ変更が行われた投影画像Ｐのフォーカスを最適化することができる。

以上により、この実施の形態に係るプロジェクタ２０２によれば、筐体上部の位置を検出し、投影レンズ室を所定の位置までモータで移動させることにより、サイズ変更が行われた投影画像のフォーカス調整を電気的に制御して、高精度な調整を行うことができる。

実施の形態に係るプロジェクタにより画像の投影を行っている状態を示す斜視図である。 実施の形態に係るプロジェクタにより投影画像のサイズ変更を行っている状態を示す斜視図である。 実施の形態に係る投影ユニットの内部の構成を示す断面図である。 実施の形態に係る投影ユニットの内部の構成を示す他の断面図である。 実施の形態に係る他の投影ユニットの内部の構成を示す断面図である。 実施の形態に係る他の調整機構の構成を示す図である。 実施の形態に係る他のプロジェクタの内部の構成を示す部分断面図である。

符号の説明

２，１０２，２０２…プロジェクタ、４，１０４，２０４…筐体上部、６，１０６，２０６…筐体下部、８…投影窓、２０，１２０…投影ユニット、２１…ユニット筐体、３０…投影レンズ、３４…レンズ室、３６…レンズ室ラック、３８，５０…調整ピニオン、４０…筐体移動ピニオン、４２…筐体移動ラック、５２…カム軸、５４…カム、６２…係合爪、６４…検出部、６６…制御部、６８…モータ、１２１…ユニット筐体上部、１２２…ユニット筐体下部、Ｇ…投影面、Ｐ…投影画像

Claims (4)

1. 第１光学系と第２光学系とを含み、投影窓を介して画像を投影する投影ユニットと、
   前記投影窓を備え、前記第１光学系を収容する筐体上部と、
   前記筐体上部の下方に配置され、前記第２光学系を収容する筐体下部と、
   前記筐体上部を前記画像が投影される投影面に対して垂直な方向へ段階的に移動させる移動機構と、
   前記移動機構によって前記筐体上部が移動された場合、前記第１光学系を構成する光学部材の少なくとも一部を前記第１光学系の光軸方向に移動させてフォーカス調整を行うフォーカス調整機構とを備える
   ことを特徴とする投影装置。
2. 前記移動機構は、所定の規格によって定められたサイズに前記画像が投影されるよう、前記筐体上部を前記段階的に移動させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
3. 前記投影ユニットは、載置面に対して投影し、
   前記移動機構は、前記載置面に対して前記筐体上部が垂直な方向へ移動された場合、前記載置面に対して前記筐体下部が移動しない機構である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投影装置。
4. 前記フォーカス調整機構は、前記第１光学系を構成する光学部材の少なくとも一部を前記投影面に対して垂直な方向に移動させる
   こと特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の投影装置。

Images