JP2017227762A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射鏡の組付け位置誤差による投射面上の投射画像の解像度を良好にすることができる。【解決手段】光源の光を用いて画像データに基づきＤＭＤ２６等の画像生成素子で生成された投射画像光が投射レンズ３２を通過し、その通過した投射画像光を湾曲ミラー面のもつ曲面ミラー４４等の反射鏡で反射させて投射面１０１で結像させるプロジェクタ１等の画像投射装置において、反射鏡を保持する投射ハウジング４５等の保持部材と、反射鏡に入射する光の光軸位置が反射面上で変わるよう保持部材を変位させる調整カムピン７１等の調整機構とを有する。【選択図】図８

Description

本発明は、画像投射装置に関するものである。

従来、光源の光を用いて画像データに基づき画像生成素子で生成された投射画像光が投射レンズを通過し、その通過した投射画像光を湾曲ミラー面のもつ反射鏡で反射させて投射面で結像させる画像投射装置が知られている。

例えば、特許文献１には、係る画像投射装置であって、画像生成素子で生成された投射画像光を平面ミラーで反射し、その反射光が湾曲ミラー面をもつ反射鏡たる曲面ミラーで投射面に反射される短焦点型の画像投射装置が開示されている。その画像投射装置では、投射面と水平面との交線に平行な第１軸線の回りと、鉛直方向の軸に平行な第２軸線の回りと、投射面に向かう投射画像光の光軸に平行な第３軸線の回りとに、それぞれ、画像投射装置本体を回動可能とする調整機構を有している。そして、投射面上の投射画像全体が四角形である場合、投射画像とその周囲との境界線である四角形の枠状の線となる外周輪郭枠線を見て、その外周輪郭枠線の上下の長さが互いに同じになるように画像投射装置本体を第１軸線の回りに回動させる。さらに、外周輪郭枠線の左右の長さが互いに同じになるように画像投射装置本体を第２軸線の回りに回動させる。さらに、投射画像が傾いているときは、投射画像の投射面内の傾きが補正されるように画像投射装置本体を第３軸線の回りに回動させる。以上により、投射面上の投射画像の歪みを補正している。

通常、短焦点型の画像投射装置によれば、画像投射装置内の光学素子が狙いの位置に組付けられていれば、画像投射装置を投射面に対し所定位置に配置したとき、設計値通りの投射画像が投射面に投射される。投射画像を投射面上に反射して投射する曲面ミラーの組付け位置の精度が悪く、曲面ミラーの反射面の中心に対し曲面ミラーに入射する光の光軸位置が外れていると、投射面上の投射画像の結像位置が狙いの位置から外れる。その結果、その投射画像の解像度が悪化するおそれがある。
なお、この問題は、短焦点型の画像投射装置に限らず、長焦点型の画像投射装置にも起こり得る問題である。

上述した課題を解決するために、本発明は、光源の光を用いて画像データに基づき画像生成素子で生成された投射画像光が投射レンズを通過し、その通過した投射画像光を湾曲ミラー面のもつ反射鏡で反射させて投射面で結像させる画像投射装置において、前記反射鏡を保持する保持部材と、前記反射鏡に入射する光の光軸位置が前記反射面上で変わるよう前記保持部材を変位させる調整機構とを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、反射鏡の組付け位置誤差による投射面上の投射画像の解像度を良好にすることができるという特有の効果が得られる。

本実施形態に係るプロジェクタと投射面とを示す斜視図。 （ａ）は、図１の矢印Ａから見たときのプロジェクタの内部を説明する斜視図、（ｂ）は、図１の矢印Ｂから見たときのプロジェクタの内部を説明する斜視図。 プロジェクタの内部構成を示す概略斜視図。 投射光学ユニット、光学ユニット、照明ユニット及び投射画像生成ユニットを示す斜視図。 照明ユニット内での光の光路を説明する図。 反射鏡の保持構造を説明する模式図。 本実施形態の保持構造を説明する部分斜視図。 図７の平面図。

以下、本発明が適用される画像投射装置としてのプロジェクタの実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクタ１とスクリーンなどの投射面１０１とを示す斜視図である。プロジェクタ１として短焦点型を例として説明する。なお、以下の説明では、投射面１０１の法線方向をＸ方向、投射面の短軸方向（上下方向）をＹ方向、投射面１０１の長軸方向（水平方向）をＺ方向とする。

図１に示すように、プロジェクタ１の上面には、投射画像Ｐが出射する透過ガラス１１が設けられており、透過ガラス１１から出射した投射画像Ｐが、スクリーンなどの投射面１０１に投射される。また、プロジェクタ１の上面には、ユーザがプロジェクタ１を操作するための操作部１２が設けられている。また、プロジェクタ１の側面には、ピント調整のためのフォーカスレバー１３が設けられている。

図２は、プロジェクタの内部を説明する斜視図であり、（ａ）は図１の矢印Ａから見た斜視図、（ｂ）は図１の矢印Ｂから見た斜視図である。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、プロジェクタの上方側には、光学エンジン１４とＰＦＣ（Power Factor Correction）電源基板ユニット１５とが配置されている。図２（ａ）に示すように、光学エンジン１４の下方にはプリンタ回路基板１６が配置され、ＰＦＣ電源基板ユニット１５の下方には光源ユニットの光源に安定して電力を供給するバラスト電源ユニット１７が配置されている。さらには、図２（ｂ）に示すように、ＰＦＣ電源基板ユニット１５の下方には、高圧水銀ランプ、レーザ及びＬＥＤ光源等からなる光源ユニット６０が配置されている。

図３は、プロジェクタ１の内部構成を示す概略斜視図である。
図３に示すように、投射画像生成ユニット１０、照明ユニット２０、光学ユニット３０、投射光学ユニット４０が、投射面及び投射像の像面と平行な方向のうち図中Ｙ方向に並べて配置されている。また、照明ユニット２０の図中右側には、光源ユニット６０が配置されている。

図４は、投射光学ユニット４０を、光学ユニット３０、照明ユニット２０、投射画像生成ユニット１０とともに示す斜視図である。
図４に示すように、投射光学ユニット４０は、曲面ミラーから反射した光像を透過するとともに、装置内の光学系部品を防塵するための透過ガラス４１も備えている。透過ガラス４１は、Ｚ方向両端それぞれ１個のガラス押さえ部材４２により保持されている。

図５は、照明ユニット２０内での光の光路を説明する図である。
カラーホイール２１は、円盤形状のものであり、カラーモータ２１ａのモータ軸に固定されている。カラーホイール２１には、回転方向にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）などのフィルタが設けられている。光源ユニットのホルダに設けられたリフレクタにより集光された白色光は、出射窓を通って、カラーホイール２１の周端部に到達する。カラーホイール２１の周端部に到達した白色光は、カラーホイール２１の回転により時分割でＲ、Ｇ，Ｂの光に分離される。

カラーホイール２１により分離された光は、ライトトンネル２２へ入射する。ライトトンネル２２は、四角筒形状であり、その内周面が鏡面となっている。ライトトンネル２２に入射した光は、ライトトンネル２２内周面で複数回反射しながら、均一な面光源にされて光の軸上色収差を補正しつつ集光するリレーレンズ２３へ向けて出射する。

ライトトンネル２２を抜けた光は、２枚のリレーレンズ２３を透過し、シリンダミラー２４、凹面ミラー２５により反射され、微小駆動ミラー装置であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）２６の画像生成面上に集光して結像される。

ＤＭＤ２６の画像生成面には、可動式の複数のマイクロミラーが格子状に配列されている。各マイクロミラーは、鏡面をねじれ軸周りに所定角度傾斜させることができ、「ＯＮ」と「ＯＦＦ」の２つの状態を持たせることができる。マイクロミラーが「ＯＮ」のときは、図５の矢印Ｌ２に示すように、光源からの光を投射レンズに向けて反射する。「ＯＦＦ」のときは、図５の矢印Ｌ１に示すように、照明ブラケットの側面に保持されたＯＦＦ光板に向けて光源からの光を反射する。従って、各ミラーを個別に駆動することにより、画像データの画素ごとに光の投射を制御することができ、画像を生成することができる。

次に、本発明の特徴部について説明する。
図６は、反射鏡の保持構造を説明する模式図である。
図６に示すように、鏡筒３１に保持された投射レンズ３２を通過した投射画像の光束は、投射面側に配備される平面ミラー４３とユーザ側に配置される反射鏡たる曲面ミラー４４とで反射された後、透過ガラス４１を通過して投射面へ投射される。平面ミラー４３は、短辺と長辺を有する長方形の形状をしており、押さえ部材により投射ハウジング４５の規定面に押し付けられて保持される。

曲面ミラー４４は、反射面が凹面の形状をなしている。その曲面ミラー４４を保持する保持部材たる投射ハウジング４５の反射面側の反射領域外には、別の保持部材たる反射鏡保持ブラケット４７の溝部４８と当接して先端が円弧状の突起部４６が形成されている。その旋回軸部たる突起部４６は、曲面ミラー４４の反射面からみたとき、投射ハウジング４５の上方における左右の中心線上に設けられ、軸芯回動可能な旋回軸形状を有する。

さらに、投射ハウジング４５の下方には、先の図３に示すように、突起部４６が設けられた投射ハウジング４５の中心線を基準に左右対称となる位置に調整ネジ４５ａ，４５ｂがそれぞれ設けられている。その調整ネジ４５ａ，４５ｂを回すことで、突起部４６を中心にして投射ハウジング４５に組み付けられた曲面ミラー４４の反射面の向きを旋回動させる。その旋回軸中心に可動する調整可動部４９ａと突起部４６の高さ方向位置を調整する調整可動部４９ｂとによって、投射面形状を調整している。

しかし、投影面上の投射画像形状の部分的な調整に留まるため、より良い投影画像形状に調整することは十分でなかった。例えば、曲面ミラーの組付け位置の精度が悪いと、投射レンズのレンズ面の中心に対し、組付け後の曲面ミラーの反射面の中心がずれるおそれがある。その場合、曲面ミラーの反射面側からみたときの反射面の左側部分及び右側部分と、それぞれの部分に対応する投射面上の投射画像の左側部分及び右側部分との間の光路長は、設計値に対し、それぞれ変動する。その結果、投射画像の左側部分や右側部分の結像位置にズレが生じ、投射画像の解像度が悪化してしまう。曲面ミラーを組付けた後では、投射面上の投射画像の解像度を良好に補正することは難しいという問題があった。以下、この問題を解決するための本実施形態について説明する。

図７は、本実施形態の曲面ミラーの保持部材を説明する部分斜視図である。図８は、図７の平面図である。
図７及び図８に示すように、投射ハウジング４５と反射鏡保持ブラケット４７との間に中継部材たる中継ブラケット５０を介在させる。その中継ブラケット５０には、偏心カムを有する調整カムピン７１が挿入される調整用長孔５０ａと、ガイドピン７２が挿入されるガイド用長孔５０ｂとが形成されている。調整カムピン７１は投射ハウジング４５に回動可能に設けられており、ガイドピン７２は投射ハウジング４５に固定されている。さらに、後述する調整を行った後に、中継ブラケット５０を投射ハウジング４５にネジ止めするためのネジ孔が形成されている。

また、反射鏡保持ブラケット４７には、偏心カムを有する調整カムピン７３が挿入される調整用長孔４７ａと、ガイドピン７４が挿入されるガイド用長孔４７ｂとが形成されている。調整カムピン７３は中継ブラケット５０に回動可能に設けられており、ガイドピン７４は中継ブラケット５０に固定されている。さらに、調整後に、反射鏡保持ブラケット４７を中継ブラケット５０にネジ止めするためのネジ孔が形成されている。

次に、本実施形態の調整機構について説明すると、投射面上の投射画像を見ながら、例えば、調整機構たる調整カムピン７３を回転すると、反射鏡保持ブラケット４７は、中継ブラケット５０に対し、図８の矢印Ｘの方向に並進変位する。さらに、中継ブラケット５０に固定されたガイドピン７４は反射鏡保持ブラケット４７のガイド用長孔４７ｂの長辺部における孔の内壁面に当接している。そのため、調整カムピン７１を回転すると、反射鏡保持ブラケット４７と中継ブラケット５０とは、互いに一体に、投射ハウジング４５に対し、図８の矢印Ｙの方向に並進変位する。図８の矢印Ｘの並進方向は、図８の矢印Ｙの並進方向に対し直角をなしている。なお、調整可動部４９ａと調整可動部４９ｂとの調整機構を併用して投射面形状を調整する。

以上の調整を行い曲面ミラーが狙いの組付け位置に組付けられたときと同様の状態になり、投射画像の歪みや解像度が改善された後、投射ハウジング４５と中継ブラケット５０との間をネジ締結にて固定し、かつ、反射鏡保持ブラケット４７と中継ブラケット５０との間をネジ締結にて固定する。なお、並進変位での位置調整量は、光学設計上、かつ部品公差設定上、必要となる調整量から、調整用カムピンの仕様を変更し、対応可能となる。また、調整カムピンは、曲面ミラー保持部材の姿勢調整時のみ使用する治具化してもよく、投射光学ユニットの構成部品として保持固定してもよい。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
光源の光を用いて画像データに基づきＤＭＤ２６等の画像生成素子で生成された投射画像光が投射レンズ３２を通過し、その通過した投射画像光を湾曲ミラー面のもつ曲面ミラー４４等の反射鏡で反射させて投射面１０１で結像させるプロジェクタ１等の画像投射装置において、前記反射鏡を保持する投射ハウジング４５等の保持部材と、前記反射鏡に入射する光の光軸位置が前記反射面上で変わるよう前記保持部材を変位させる調整カムピン７１等の調整機構とを有することを特徴とするものである。
本態様によれば、保持部材に組付けた反射鏡の反射面の中心に対し反射鏡に入射する光の光軸位置がずれていた場合、調整機構を用いて、反射鏡に入射する光の光軸位置が保持部材に組付けた反射鏡の反射面の中心に一致させるよう保持部材を変位させる。具体的には、反射面側からみたときの反射面内の反射鏡の幅方向又は高さ方向に反射鏡を移動させ、反射鏡に入射する光の光軸位置と保持部材に組付けた反射鏡の反射面の中心とを一致させる。それにより、反射鏡の組付け位置誤差による投射面上の投射画像の解像度を良好にすることができる。

（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、前記保持部材の左右の中心線上に、軸芯回動可能な旋回軸形状を有する突起部４６等の旋回軸を設け、該旋回軸を中心に、前記保持部材に保持された前記反射鏡の反射面の向きを旋回動することを特徴とするものである。
本態様によれば、反射鏡の反射面側からみたとき、保持部材に組み付けられた反射鏡の反射面の向きを左右に振る。それにより、例えば反射鏡の反射面の向きを左方向に振ると、反射鏡の反射面の左側部分は前段の平面鏡から遠ざかり、反射鏡の反射面の右側部分はその平面鏡に近づく。その結果、反射鏡の反射面の左側部分とその部分に対応する平面鏡の反射面の部分との間の光路長は長くなり、反射鏡の反射面の右側部分とその部分に対応する平面鏡の反射面の部分との間の光路長は短くなる。このように、保持部材に組付け後の反射鏡の反射面の向きを左右に振ることで、反射鏡の結像位置を調整することできる。よって、反射鏡を狙いの組付け位置に対し誤差をもって保持部材に組付けた後でも、その反射鏡によって反射された投射面上の投射画像の左側部分と右側部分との結像位置を狙いの位置に補正することができる。

（態様Ｃ）
（態様Ａ）又は（態様Ｂ）において、前記調整機構は、２つの調整部材を有し、一方の調整部材の直進変位方向と他方の調整部材の直進変位方向とは互いに異なる方向であることを特徴とするものである。
かかる構成により、簡単な構成で、互いに異なる方向に個別に直進変位させて調整可能になる。それにより、それぞれの直進変位量に影響させずに、調整を容易に行うことができる。

（態様Ｄ）
（態様Ｃ）において、前記一方の調整部材の直進変位方向と前記他方の調整部材の直進変位方向とは、互いに直交することを特徴とするものである。
かかる構成により、反射鏡と投射面との間の光路長を変え、投射画像の少なくとも下辺長の調整をより一層容易に行うことができる。

（態様Ｅ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｄ）のいずれかにおいて、前記調整機構は、偏心カムを用いていることを特徴とするものである。
かかる構成により、簡単な構成で、２つの調整部材を保持部材に対し水平面内で互いに異なる方向に直進変位させることができる。

１ プロジェクタ
１０ 画像形成ユニット
１１ 透過ガラス
１２ 操作部
１３ フォーカスレバー
１４ 光学エンジン
１５ ＰＦＣ電源基板ユニット
１６ プリンタ回路基板
１７ バラスト電源ユニット
１８ 光源ユニット
２０ 照明ユニット
２１ カラーホイール
２１ａ カラーモータ
２２ ライトトンネル
２３ リレーレンズ
２４ シリンダミラー
２５ 凹面ミラー
２６ ＤＭＤ
３０ 光学ユニット
３１ 鏡筒
３２ 投射レンズ
４０ 投射光学ユニット
４１ 透過ガラス
４２ ガラス押さえ部材
４３ 平面ミラー
４４ 曲面ミラー
４５ 投射ハウジング
４５ａ 調整ネジ
４５ｂ 調整ネジ
４６ 突起部
４７ 反射鏡保持ブラケット
４７ａ 調整用長孔
４７ｂ ガイド用長孔
４８ 溝部
４９ａ 第１調整可動部
４９ｂ 第２調整可動部
５０ 中継ブラケット
５０ａ 調整用長孔
５０ｂ ガイド用長孔
６０ 光源ユニット
７１ 調整カムピン
７２ ガイドピン
７３ 調整カムピン
７４ ガイドピン
１０１ 投射面

特許第５７０４４４３号公報

Claims (5)

1. 光源の光を用いて画像データに基づき画像生成素子で生成された投射画像光が投射レンズを通過し、その通過した投射画像光を湾曲ミラー面のもつ反射鏡で反射させて投射面で結像させる画像投射装置において、
   前記反射鏡を保持する保持部材と、
   前記反射鏡に入射する光の光軸位置が前記反射面上で変わるよう前記保持部材を変位させる調整機構とを有することを特徴とする画像投射装置。
2. 請求項１記載の画像投射装置において、
   前記保持部材の左右の中心線上に、軸芯回動可能な旋回軸形状を有する旋回軸を設け、該旋回軸を中心に、前記保持部材に保持された前記反射鏡の反射面の向きを旋回動することを特徴とする画像投射装置。
3. 請求項１記載の画像投射装置において、
   前記調整機構は、２つの調整部材を有し、一方の調整部材の直進変位方向と他方の調整部材の直進変位方向とは互いに異なる方向であることを特徴とする画像投射装置。
4. 請求項３記載の画像投射装置において、
   前記一方の調整部材の直進変位方向と前記他方の調整部材の直進変位方向とは、互いに直交することを特徴とする画像投射装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像投射装置において、
   前記調整機構は、偏心カムを用いていることを特徴とする画像投射装置。

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