JP2012168482A - 投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な操作で、被投射面に投射された画像のズームを行うことが可能な投射装置を提供する。
【解決手段】プロジェクタ装置１０は、外部装置２０００から入力された画像情報を元にスクリーン１１００に投射する画像を形成する画像生成装置１００と、画像生成装置１００を介した光束が入射され、画像生成装置１００で生成された画像の中間像を形成して最終段のミラー２３０で反射する投射光学系２００と、ミラー２３０による反射光束の光路上でかつその反射光束が集光する集光位置の近傍に配置された平面鏡３００と、平面鏡３００をスクリーン１１００に対して接近及び離間させる方向に駆動するとともに、この駆動量に応じて投射光学系２００内の焦点位置調整用のレンズの位置を調整する調整機構４００と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、投射装置に係り、更に詳しくは、被投射面に投射された画像のズームが可能な投射装置に関する。

液晶パネル等の画像形成素子上の画像をスクリーン等の被投射面に投射し、その投射された画像のサイズを変更する機能（いわゆるズーム機能）を備えるプロジェクタが商品化され広く普及している。

例えば、特許文献１には、光源と、光源から発せられた光を映像信号に基づき変調して出力する変調装置と、屈折力を有する複数の光学素子を含むと共に物体に共役な像を被投射面に投射する投射光学系とを含む投射型画像表示装置が開示されている。この投射型画像表示装置は、投射光学系の位置をスクリーンに対して変化させることで、被投影面（スクリーン）に投射された画像のサイズを変更するように設計されている。

また、例えば、特許文献２には、光束が照射される第１光学系と、第１光学系から光束が入射する第２光学系と、パワーを有する反射光学系とを含むプロジェクタが開示されている。このプロジェクタは、投射光学系を構成する第２光学系と反射光学系との位置を、結像性能の低下が起こらない範囲で鏡筒と共にスクリーンに対して変化させることで、被投影面に投射された画像のサイズを変更するように設計されている。

ところで、近年、プロジェクタなどの画像表示装置の利用が一般化し、それに伴って、投射された画像のサイズが容易に変更でき、かつ狭い場所などスクリーンまでの距離が短くても大きな画像を表示できるような、換言すれば、一般のユーザでも容易にズーム操作が可能で、かつ大きな拡大率を有する画像表示装置に対する要求が高まってきた。

しかしながら、特許文献１に開示されている投射型画像表示装置では、画像のズームのためには、スクリーンに対する投射型画像表示装置の位置を変化させる必要がある。また、特許文献２に開示されている装置では、十分な画像の拡大率を確保することが困難であった。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その目的は、拡大率の向上と操作性の向上とを図ることができる投射装置を提供することにある。

発明者は、従来の投射光学系を用いて被投影面での投射画像の拡大・縮小を行うことに関して種々考察した結果、投射画像を拡大・縮小するには、投影画角を変更させる必要があり、そのため、投射光学系を構成するレンズ等の設計変更及び構成の複雑化が必要であることがわかった。そこで、発明者は、投影画角の変更を伴わず、投射画像の拡大・縮小を行う方法について考察した結果、平面ミラーを光学系の最終段に設けて、被投影面に接近及び離間させれば、投影画角を維持しつつ投射距離を変化させて、投射画像のサイズを変化させることができることに気がついた。本発明は、このような発明者の種々の考察の結果に基づいてなされたもので、以下のような構成を採用する。

本発明は、画像生成部で生成された画像を被投射面に拡大投射する投射装置であって、光源を含む照明系と、光軸に沿って可動な焦点位置調整用の光学素子を含む複数の光学素子を有し、前記照明系から射出され前記画像生成部を経由した光を投射光として射出する投射光学系と、前記投射光学系から射出され前記被投射面に向かう前記投射光の光路上に配置され、少なくとも一部に平坦な反射面を有する反射光学部材と、前記反射面を前記被投射面に平行に維持した状態で、前記反射光学部材を前記被投射面に交差する所定方向に駆動し、これと連動して前記焦点位置調整用の光学素子を前記光軸に沿って駆動することにより、前記投射光の光路長の変化量に応じた投射画像の倍率変更と前記変化量に応じた焦点合わせとを同時に行う調整装置と、を備えることを特徴とする投射装置である。

ここで、平坦な反射面は、実質的な平面を意味し、例えば、被投射面上に形成される画像の質に無視できないレベルを超える影響を与えなければその表面の微視的なレベルの凹凸及び／又は曲率があっても良い。また、反射光学部材は、投射光の光路を遮る又は反射面の反射方向と無関係な方向に光を偏向させるなどの不都合を生じさせなければ、その平坦な反射面の周囲の少なくとも一部に凸部及び／又は凹部などがあっても良い。

これによれば、調整装置により、反射面を被投射面に平行に維持した状態で、反射光学部材を被投射面に交差する所定方向に駆動し、これと連動して焦点位置調整用の光学素子を光軸に沿って駆動することにより、投射光の光路長の変化量に応じた投射画像の倍率変更と変化量に応じた焦点合わせとが、同時に行われる。従って、拡大率の向上と操作性の向上を両立させることが可能になる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタ装置の概略構成を説明するための図である。 図２（Ａ）は図１のプロジェクタ装置の有する投射系レンズ部を示す図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の投射系レンズ部が有するセル及びレンズ系の構成等を説明するための図である。 図２における投射系レンズ部の有するレンズ系の構成を説明するための図である。 図１のプロジェクタ装置が備える調整機構の構成を説明するための図である。 図４の調整機構の一部を構成する、フォーカスレバーの操作によってレンズ部筐体を駆動するための機構部を示す図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、図４の調整機構の一部を構成する、ズームレバーの操作によってレンズ部筐体を駆動するための機構部を示す図であり、そのうち図６（Ａ）は、ズームレバーの非使用状態、図６（Ｂ）は、ズームレバーの使用状態を示す。 図４の調整機構の一部を構成する、回転歯車Ｒｇ３、連結軸、円筒歯車及び回転歯車Ｒｇ４を含み、ズームレバーの操作によって平面鏡を駆動する機構部を示す図である。 図１のプロジェクタ装置において、平面鏡を移動させ投射距離を変化させたにも拘らず、焦点合わせが行われない場合のデフォーカスの状態を説明するための図である。 変形例に係るプロジェクタ装置を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るプロジェクタ装置１０の概略構成が示されている。

プロジェクタ装置１０は、パソコン等の外部装置２０００から送られてきた画像に関する情報に基づいて、被投射面としてのスクリーン１１００に拡大像を表示する前方投射型のプロジェクタ装置である。

プロジェクタ装置１０は、水平面と平行な床面上又は床上に設置されたテーブル上面上に載置されている。プロジェクタ装置１０は、一例として、筐体１０００と、筐体１０００内に収納され外部装置２０００からの入力情報に基づいて画像を生成し照射する画像生成装置１００と、画像生成装置１００からの光束が入射される投射光学系２００と、投射光学系２００からの光束をスクリーン１１００に反射する平面鏡３００と、投射される画像サイズの変更等を行うため投射光学系２００の一部と平面鏡３００とを駆動する調整機構４００とを備えている。ここで、平面鏡３００は、その表面に平坦な反射面が形成されたものが用いられている。なお、裏面に反射面が形成された平面鏡を用いることもできる。以下、平面鏡３００の反射面に直交する方向をＺ軸方向、プロジェクタ装置１０の載置面に直交する方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向として説明を行う。

筐体１０００は、上面（−Ｙ側の面）のＺ軸方向中央位置よりも幾分＋Ｚ側の位置に上方（−Ｙ方向）に立ち上がった板状の立ち上がり部１０１０を有する中空の箱型部材であり、立ち上がり部１０１０の＋Ｚ側に光束が通過するための開口１０２０を有している。開口１０２０は、プロジェクタ装置１０が未使用の際には、不図示の開口カバーによって覆われるようになっており、塵などが筐体１０００内に侵入するのが防止されるようになっている。

筐体１０００には、画像生成装置１００、投射光学系２００、及び平面鏡３００が収納されている。また、筐体１０００の上面（−Ｙ側の面）には、調整機構４００の一部を構成する後述するフォーカスレバー４１０及びズームレバー４２０（いずれも図１では不図示、図４参照）のつまみを案内するＸ軸に平行な２本のガイド溝がＺ軸方向に所定間隔隔てて形成されている。

画像生成装置１００は、一例として、光源を含む照明系１０２、照明系１０２からの照明光を画像情報に対応して変調する画像形成パネル（以下、適宜、パネルと略記する）１０４、照明系１０２及び画像形成パネル１０４を制御する制御部１０６及び入力部１０８などを有している。画像生成装置１００は、入力部１０８を介して外部装置２０００から受信した画像に関する情報に応じて、照明系１０２及び画像形成パネル１０４を制御部１０６によって制御することで、画像に対応する光を投射光学系２００に送る。ここで、光源としては、例えばキセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどのランプ光源又は発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、半導体レーザなどの固体光源を用いることができる。また、照明系１０２は、例えば光源からの光をパネル１０４上に導きながら、パネル１０４上に均一な照明を行う、いわゆるインテグレータ光学系とレンズ要素とで構成されたリレー光学系などで構成されている。また、画像形成パネル１０４としては、例えば液晶パネル又は微小な反射ミラーが画素ごとに配列された２次元ミラーアレイ表示素子などを用いることができる。

投射光学系２００は、投射系レンズ部２１０を構成するレンズ系と、投射系ミラー２３０とを有する光学系であり、画像生成装置１００から送光された光束（変調された画像に対応する光束）を投射系レンズ部２１０のレンズ系にて焦点合わせを行い、投射系レンズ部２１０の＋Ｚ側位置において上下が反転した中間像（倒立像）を形成した後、投射系ミラー２３０にて平面鏡３００に向けて反射する。

投射系レンズ部２１０のレンズ系は、一例として、図３に示されるように、Ｚ軸に平行な光軸Ａｘに沿って配置された複数（例えば１１枚）のレンズＬ１〜Ｌ１１を含む屈折光学系である。レンズＬ１〜Ｌ１１は、それぞれ投射系ミラー２３０に近い側（＋Ｚ側）からＬ１、Ｌ２、Ｌ３…Ｌ１１としたとき、レンズＬ１は第１群Ｓ１、レンズＬ２〜Ｌ４は第２群Ｓ２、レンズＬ５は第３群Ｓ３、レンズＬ６〜Ｌ１１は第４群Ｓ４を構成している。本実施形態では、第１群Ｓ１、第２群Ｓ２及び第３群Ｓ３は、光軸Ａｘに沿って可動であり、第４群Ｓ４は、Ｚ軸方向に関して位置が固定のレンズである。第１群Ｓ１、第２群Ｓ２、第３群Ｓ３、及び第４群Ｓ４は、図２（Ｂ）に示されるように、それぞれ円筒状部材から成るセルＣ１〜Ｃ４内に所定の間隔で保持されている。第１〜第３群Ｓ１〜Ｓ３（すなわち、セルＣ１〜Ｃ３）を駆動する機構等については後述する。なお、図３では、図面の錯綜を防止するためにレンズ（Ｌ１〜Ｌ１１）を保持するためのレンズ部筐体２１２、投射系ミラー２３０及び平面鏡３００を保持するための保持部材などは省略されている。

投射系レンズ部２１０のレンズ部筐体２１２は、図２（Ａ）に示されるように、円筒形状を有し、筐体１０００内で不図示の支持機構によって光軸Ａｘを回転軸として回転可能に支持されている。この場合、レンズ部筐体２１２は、画像生成装置１００からレンズ系を介して投射系ミラー２３０に至る光束の光路を遮ることがないように、かつ後述する調整機構４００によるレンズ部筐体２１２の回転動作を妨害することがないように、支持機構によって支持されている。レンズ部筐体２１２は、＋Ｘ側の面に４つのガイド溝（＋Ｚ側からそれぞれガイド溝Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４とする）が、壁面を貫通して形成されている。ガイド溝Ｇ１〜Ｇ３は、それぞれ正面視（ＹＺ平面視）で弓状の形状を有し、ガイド溝Ｇ４は、Ｙ軸に平行な形状を有している。レンズ部筐体２１２の外周面のガイド溝Ｇ３とガイド溝Ｇ４とのＺ軸方向に関する間の部分には、レンズ部筐体２１２外周に沿って歯部が形成された一対のギア部（＋Ｚ側からギア部Ｇｅ１，Ｇｅ２とする）が設けられている。ここで、ギア部Ｇｅ１，Ｇｅ２の歯部は、その歯のピッチ及び凹凸形状などが、両者で一致している必要がある。従って、ギア部Ｇｅ１，Ｇｅ２を２つに分けることなく、単一のギア部として設けても良い。

セルＣ１〜Ｃ４は、レンズ部筐体２１２の内部に収容されている。セルＣ１〜Ｃ４のそれぞれの周面には、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、ピンＰ１〜Ｐ４が固定されており、ピンＰ１，Ｐ２，Ｐ３及びＰ４のそれぞれの先端が、ガイド溝Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４を介してレンズ部筐体２１２の外部に露出している。ピンＰ１，Ｐ２，Ｐ３及びＰ４は、同一のＺ軸に平行な直線上に配置されている。セルＣ１〜Ｃ４の動きは、ガイド溝Ｇ１〜Ｇ４によって設定される。レンズ部筐体２１２が光軸Ａｘ回りに回転されると、セルＣ１〜Ｃ３がガイド溝Ｇ１〜Ｇ３に沿って、セルＣ１〜Ｃ３内に収納されたレンズ群（第１群Ｓ１〜第３群Ｓ３）と共にＺ軸に平行に駆動される。ここで、ガイド溝Ｇ１〜Ｇ３は、弓状の溝であるのでレンズ群（第１群Ｓ１〜第３群Ｓ３）のＺ軸方向の移動量は、必ずしもレンズ部筐体２１２の回転量に比例するとは限らない。また、ガイド溝Ｇ４は、Ｙ軸に平行な溝であるためセルＣ４及びレンズ群Ｓ４は、レンズ部筐体２１２が光軸Ａｘ回りに回転されても、Ｚ軸方向に駆動されない。この場合、セルＣ１〜Ｃ４は、レンズ部筐体２１２が光軸Ａｘ回りに回転されても、レンズ部筐体２１２と一体で光軸Ａｘ回りに回転されず、Ｚ軸方向にのみ案内されるようになっている。

投射系ミラー２３０は、図１に示されるように、投射系レンズ部２１０のレンズ系から射出される光束の光路上に配置されている。投射系ミラー２３０の反射面の形状は、投射系レンズ部２１０のレンズ系から射出された光束を平面鏡３００に向かって反射する、例えばアナモフィックな自由曲面（多項式自由曲面）形状を有する。

平面鏡３００は、投射系ミラー２３０で反射される光束の光路上に配置されている。平面鏡３００は、投射系ミラー２３０で反射された光束をスクリーン１１００に向けて反射する。平面鏡３００は、Ｚ軸に直交する（ＸＹ平面に平行な）平坦な反射面を一面の全面に有する、パワーを有しない（すなわち屈折力が零）のミラーであり、投射系ミラー２３０の図１における左斜め上（−Ｚ側かつ−Ｙ側）の位置に配置されている。ここで、平面鏡３００の反射面は、例えば、被投射面上に形成される画像の質に無視できないレベルを超える影響を与えなければ、その表面の微視的なレベルの凹凸及び／又は曲率があっても良い。また、平面鏡３００に代えて、その平坦な反射面の周囲の少なくとも一部に凸部及び／又は凹部などが存在する反射光学部材を用いても良い。この場合、反射光学部材の凸部、凹部などは、投射光の光路を遮ったり、反射面の反射方向と無関係な方向に光を偏向させたりしないことが条件となる。ただし、コストを考えれば、反射光学部材として平面鏡を用いることが現実的である。

平面鏡３００は、図４に示されるように、平面鏡保持部材３１０を介して、支持部材３１２に取り付けられている。すなわち、平面鏡３００は、ＸＹ平面に平行でＸ軸方向を長手方向とする板状部材から成る平面鏡保持部材３１０の図４における右側面（＋Ｚ側面）に形成された溝部内に埋め込まれた状態で平面鏡保持部材３１０に固定されている。平面鏡保持部材３１０の下端（＋Ｙ側の端面）は、図４における右下がり（＋Ｚ端が−Ｚ端より下方に位置する）の傾斜面となっている。平面鏡保持部材３１０の下端面に、板部材又は細長い直方体部材から成る支持部材３１２上面の＋Ｚ側の端部が固定（接続）されている。支持部材３１２の下面（＋Ｙ側の面）の−Ｚ側半部には、調整機構４００の一部を構成する後述するギア部Ｇｅ３が取り付けられている。ギア部Ｇｅ３及び支持部材３１２は、平面鏡保持部材３１０の下端面と同様に、図４における右下がりに傾斜している。この理由については後述する。

調整機構４００は、スクリーン１１００に投射された画像のサイズ及びフォーカス等を調整するため、レンズ系の一部及び平面鏡３００を駆動する機構であり、一例として、フォーカス（焦点位置）調整用のフォーカスレバー４１０、画像サイズ変更用のズームレバー４２０、ズームレバー４２０又はフォーカスレバー４１０のＸ軸方向（並進方向）の運動をギア部Ｇｅ１，Ｇｅ２を介してレンズ部筐体２１２の回転運動に変換するための回転歯車Ｒｇ１，Ｒｇ２、及びズームレバー４２０のＸ軸方向の運動を、平面鏡３００のＺ軸方向（より正確には、平面鏡保持部材３１０の下端面と平行な方向）の運動に変換するための機構（可動歯車４３０、回転歯車Ｒｇ３，Ｒｇ４及び円筒型歯車４４０）などを有している。なお、可動歯車４３０以外の上記各歯車は、その回転中心に設けられた軸部材を介して筐体１０００の内部に設けられた支持部材に回転可能に支持されている。また、可動歯車４３０は、その回転軸が、上下動可能に不図示の支持部材によって支持されている。ただし、図４〜図７では、各歯車の支持部材などは、図面の錯綜を防止する観点からその図示が省略されている。

フォーカスレバー４１０は、前述の如く、その一部（つまみ部４１３）が、筐体１０００上面（−Ｙ側の面）のＸ軸に平行な溝部を介して筐体１０００から突出するように配置されている。フォーカスレバー４１０は、図５に示されるように、Ｘ軸方向を長手方向とする高さの低い矩形断面を有する棒状部材から成り、その下面（＋Ｙ側面）のほぼ全域にＸ軸方向をピッチ方向とする歯部４１２が延設されたスライド部材４１１と、スライド部材４１１の上面（−Ｙ側の面）のＸ軸方向中央部に固定されたつまみ部４１３とを有する。

ズームレバー４２０は、図４に示されるように、フォーカスレバー４１０の＋Ｚ側位置に配置されている。ズームレバー４２０は、フォーカスレバー４１０と同様に、筐体１０００上面（−Ｙ側の面）のＸ軸に平行な溝部を介して筐体１０００から一部（つまみ部４２３）が突出するように配置されている。ズームレバー４２０は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向を長手方向とする高さの低い矩形断面を有する棒状部材から成り、その下面（−Ｙ側面）のほぼ全域にＸ軸方向をピッチ方向とする歯部４２２が延設されたスライド部材４２１と、スライド部材４２１の上面（−Ｙ側の面）のＸ軸方向中央部に固定されたつまみ部４２３とを有する。

回転歯車Ｒｇ１は、図４及び図５に示されるように、フォーカスレバー４１０の下方（＋Ｙ側）に配置されている。回転歯車Ｒｇ１は、平歯車であり、フォーカスレバー４１０の歯部４１２と噛み合っている。ここで、フォーカスレバー４１０がＸ軸方向に駆動されると、フォーカスレバー４１０の下面に設けられた歯部４１２と噛み合った回転歯車Ｒｇ１がＺ軸周りに回転される。すなわち、回転歯車Ｒｇ１とフォーカスレバー４１０の歯部４１２とによって、いわゆるラックアンドピニオン機構が構成されている。

回転歯車Ｒｇ２は、平歯車であり、図４、図５及び図６（Ａ）を総合すると分かるように、少なくともギア部Ｇｅ１の＋Ｚ側面からギア部Ｇｅ２の−Ｚ側面までのＺ軸方向長さを有する円柱状の歯車から成り、ギア部Ｇｅ１，Ｇｅ２の上に配置され、ギア部Ｇｅ１，Ｇｅ２と噛み合っている。また、回転歯車Ｒｇ２は、回転歯車Ｒｇ１と噛み合って回転歯車Ｒｇ１の下に配置されている。

前述のズームレバー４２０のＸ軸方向の運動を、平面鏡３００のＺ軸方向（より正確には、平面鏡保持部材３１０の下端面と平行な方向）の運動に変換するための機構は、図４及び図６（Ａ）に示される、可動歯車４３０、回転歯車Ｒｇ３，Ｒｇ４及び円筒型歯車４４０などを含む。可動歯車４３０は、平歯車であり、図６（Ａ）に示されるように、ズームレバー４２０の下に配置され、歯部４２２と噛み合っている。可動歯車４３０は、その回転軸が回転可能に不図示の軸受部材に支持され、その軸受部材が、例えば不図示のばね部材などによって、常時、上方（−Ｙ方向）に付勢されている。このため、通常、可動歯車４３０は、図６（Ａ）に示されるように、回転歯車Ｒｇ２，Ｒｇ３から浮上している。ズームレバー４２０は、上記のばね部材の弾性力によって、可動歯車４３０を介して常時上方に付勢されている。

一方、図６（Ｂ）に示されるように、ズームレバー４２０が、ばね部材の付勢力に抗して下方に押し下げられると、ズームレバー４２０を介して可動歯車４３０が押し下げられ、回転歯車Ｒｇ２及びＲｇ３と噛み合う。ここで、ズームレバー４２０がＸ軸方向に駆動されると、ズームレバー４２０の下面に設けられた歯部４２２と噛み合った可動歯車４３０がＺ軸周りに回転される。すなわち、可動歯車４３０とズームレバー４２０の歯部４２２とによって、いわゆるラックアンドピニオン機構が構成されている。

回転歯車Ｒｇ３は、平歯車であり、可動歯車４３０の＋Ｙ側かつ回転歯車Ｒｇ２の＋Ｘ側に配置されている。また、図７に示されるように、回転歯車Ｒｇ３の＋Ｚ側面の回転中心には、連結軸４３２を介して円筒型歯車４４０が接続されている。ここで、回転歯車Ｒｇ３、連結軸４３２及び円筒型歯車４４０は一体成型の部材でも良いし、別部材を接続したものでも良い。

回転歯車Ｒｇ４は、円筒型歯車４４０の歯部と噛み合った状態で円筒型歯車４４０上に配置されている。また、回転歯車Ｒｇ４は、支持部材３１２の下方に配置され、支持部材３１２の下面に設けられたギア部Ｇｅ３と噛み合っている。ここで、回転歯車Ｒｇ３、連結軸４３２、円筒型歯車４４０及び回転歯車Ｒｇ４によって、回転歯車Ｒｇ３、連結軸４３２、及び円筒型歯車４４０のＺ軸周りのトルク（回転運動）が、回転歯車Ｒｇ４のＸ軸周りのトルク（回転運動）に変換される。すなわち円筒型歯車４４０と回転歯車Ｒｇ４とによって、いわゆるウォームギアが構成されている。

上述のようにして構成された調整機構４００の作用について説明する。図６（Ｂ）に示されるように、ズームレバー４２０が下方（＋Ｙ方向）に押し下げられた状態で、例えば＋Ｘ方向に駆動されると、可動歯車４３０が−Ｚ方向から＋Ｚ方向に見て右回り（以下、Ｚ軸に関して時計回りと言う）に回転され、可動歯車４３０と噛み合った回転歯車Ｒｇ３、連結軸４３２及び円筒型歯車４４０が、Ｚ軸に関して反時計回りに回転される。円筒型歯車４４０がＺ軸に関して反時計回りに回転されると、図７に示されるように円筒型歯車４４０と共にウォームギアを構成している回転歯車Ｒｇ４は、＋Ｘ方向から−Ｘ方向に見て左回り（Ｘ軸に関して反時計回りと言う）に回転される。回転歯車Ｒｇ４がＸ軸に関して反時計回りに回転されると、図４からわかるように、回転歯車Ｒｇ４と噛み合ったギア部Ｇｅ３を介して、支持部材３１２及び平面鏡保持部材３１０（及び平面鏡３００）が−Ｚ方向（正確には、平面鏡保持部材３１０の下端面と平行な面に沿って左斜め上方向）に駆動される。

上述のように、ズームレバー４２０が＋Ｘ方向に駆動されると、平面鏡３００が−Ｚ方向に駆動されると同時に、可動歯車４３０と噛み合った回転歯車Ｒｇ２がＺ軸に関して反時計回りに回転される。回転歯車Ｒｇ２が、Ｚ軸に関して反時計回りに回転されると、図４から分かるように、回転歯車Ｒｇ２と噛み合ったギア部Ｇｅ１，Ｇｅ２を介してレンズ部筐体２１２が光軸Ａｘ回りを−Ｚ方向から＋Ｚ方向に見て右回り（以下、光軸Ａｘに関して時計回りと言う）に回転される。

一方、フォーカスレバー４１０が、Ｘ軸方向に駆動されると、回転歯車Ｒｇ１，Ｒｇ２及びギア部Ｇｅ２を介してレンズ部筐体２１２が光軸Ａｘ回りに回転される。

次に、一例として、スクリーン１１００に投射された画像を拡大し、焦点合わせを行う際の動作を説明する。なお、以下では、図１に示されるように、投射系ミラー２３０の有効反射面の上端から平面鏡３００で反射し、スクリーン１１００に至るまでの光路長のＺ軸方向距離を足したものを「投射距離」と称する。また、投射系ミラー２３０の反射面の上端から平面鏡３００までの距離を「ａ」、平面鏡３００からスクリーン１１００までの距離を「ｂ」とする。また、プロジェクタ装置１０の＋Ｚ側端面からスクリーン１１００までの距離を設置距離「Ｄ」とする。

外部装置２０００から入力された画像情報を元に、画像生成装置１００にて生成された画像に対応する光束（画像情報を元に変調された光）は、投射光学系２００に取り込まれ、投射系レンズ部２１０のレンズ系によって倒立像である中間像が形成される。その中間像形成後の発散光が投射系ミラー２３０にて反射され、平面鏡３００で更に折り返された後、スクリーン１１００に投射される。

ここで、プロジェクタ装置１０は、平面鏡３００が点線で示される位置、すなわちＰｏｓ．Ａにあるときに、焦点合わせが行われているものとする。この平面鏡３００がＰｏｓ．Ａに位置しているとき、投射距離は、ａ＋ｂとなっている。

次に、スクリーン１１００に投射された画像を拡大するために、例えばユーザが、ズームレバー４２０を下方に押し下げて＋Ｘ方向に駆動することで、前述したように平面鏡保持部材３１０に保持された平面鏡３００が−Ｚ方向（正確には、平面鏡保持部材３１０の下端面と平行な面に沿って左斜め上方向）に駆動される。これにより、平面鏡３００の位置が、図１中に点線で示される位置から実線で示される位置、すなわちＰｏｓ．ＡからＰｏｓ．Ｂまで変化したとする。このときの、平面鏡保持部材３１０の移動量のＺ軸方向成分を「ｃ」とすると、ズームレバー４２０駆動後の投射距離は、ａ＋ｂ＋２ｃとなる。すなわち、平面鏡３００の位置を、Ｐｏｓ．ＡからＰｏｓ．Ｂに変化させ、Ｚ軸方向に関して距離ｃだけ変位させることで投射距離は、２ｃ変化する。なお、平面鏡３００をＰｏｓ．ＡからＰｏｓ．Ｂに移動させた前後において、設置距離Ｄは相対的にも、絶対的にも変化しない。

ここで、仮に平面鏡３００を移動させ投射距離を変化させたにも拘らず、焦点合わせが行われない場合を考えると、投射距離が変化した分に応じて焦点位置がずれる（デフォーカスが発生する）ことになる。図８には、この場合のデフォーカスの状態が示されている。図８に示されるように、平面鏡３００をＰｏｓ．ＡからＰｏｓ．Ｂまでｃだけ−Ｚ方向に移動させた場合、焦点位置は、スクリーン１１００から２ｃだけ−Ｚ方向にずれる。

一方、本実施形態に係るプロジェクタ装置１０では、例えばユーザが、ズームレバー４２０を＋Ｘ方向に駆動すると、前述の如く、平面鏡３００が−Ｚ方向に駆動されると同時に、レンズ部筐体２１２が光軸Ａｘに関して時計回りに回転される。レンズ部筐体２１２が、光軸Ａｘに関して時計回りに回転されると、図２（Ａ）に示されるようにレンズ部筐体２１２内に収納されたセルＣ１〜Ｃ４は、ピンＰ１〜Ｐ４を介してガイド溝Ｇ１〜Ｇ４に沿って駆動されるため、セルＣ１〜Ｃ４のそれぞれに保持されているレンズ群Ｓ１〜Ｓ４は、図２（Ｂ）中の白抜き矢印の方向（±Ｚ軸方向）に駆動される。

ここで、上述したように、ガイド溝Ｇ１〜Ｇ３は、正面視（＋Ｘ方向から見て）弓状の形状を有しているため、レンズ部筐体２１２の回転量と、セルＣ１〜Ｃ３（すなわちレンズ群Ｓ１〜Ｓ３）の移動量とは、必ずしも比例の関係ではない。本実施形態では、ガイド溝Ｇ１〜Ｇ３の形状と、調整機構４００及びレンズ部筐体２１２にそれぞれ設けられた歯車及びギア部のギア比とが、光学設計に応じて設定され、これにより、投射画像の拡大縮小に応じて常に被投射面の位置にて焦点が合うように設定されている。なお、レンズ群Ｓ４は、ガイド溝Ｇ４がＹ軸に平行に設けられているため、Ｚ軸方向に関しては駆動されない。

ここで、ズームレバー４２０の駆動に伴う投射距離の変化量は、平面鏡３００の移動量の一次関数で表わすことができる。また、平面鏡３００の移動量は、ズームレバー４２０の移動量に比例する。このため、ズームレバー４２０の駆動量と、投射画像の画像サイズとの関係は、常に線形となる。

また、例えばユーザが、ズームレバー４２０を−Ｘ方向に駆動すると、平面鏡３００が＋Ｚ方向（正確には、平面鏡保持部材３１０の下端面と平行な面に沿って図１及び図４における右斜め下方向）に駆動される。これと同時に、レンズ部筐体２１２が光軸Ａｘに関して反時計回りに回転され、セルＣ１〜Ｃ４のそれぞれに保持されているレンズ群Ｓ１〜Ｓ４は、図２（Ｂ）中の白抜き矢印と反対方向に駆動される。

すなわち、ユーザが、ズームレバー４２０を押し下げた状態でＸ軸方向に駆動することで、投射画像の拡大・縮小と投射画像の焦点合わせとが、同時に行われる。

ここで、例えば本実施形態におけるプロジェクタ装置１０のユーザが、該プロジェクタ装置１０の設置位置を変更した際など、投射画像の大きさは変更せずに焦点合わせのみ行う場合が想定される。そのような場合、前述のごとく、ユーザは、フォーカスレバー４１０をＸ軸方向に駆動することで投射画像の大きさを変更することなく、投射画像の焦点合わせを行うことができる。フォーカスレバー４１０を用いて焦点合わせを行う際（すなわちズームレバー４２０不使用時）には、図６（Ａ）に示されるように可動歯車４３０は、不図示のばね部材によって回転歯車Ｒｇ２，Ｒｇ３から浮上した状態で支持されているからである。

以上の説明から明らかなように、本実施形態では、調整機構４００、ギア部Ｇｅ１、Ｇｅ２、レンズ部筐体２１２、セルＣ１〜Ｃ４、及びピンＰ１〜Ｐ４を含んで、本発明に係る調整装置が構成されている。

以上説明したように、本実施形態に係るプロジェクタ装置１０は、光源を含む照明系１０２と、光軸Ａｘに沿って可動な焦点位置調整用の第１〜第３レンズ群Ｓ１〜Ｓ３を含む複数の光学素子（レンズＬ１〜Ｌ１１（第１〜第４レンズ群Ｓ１〜Ｓ４））を有し、照明系１０２から射出されパネル１０４を経由した光を投射光として射出する投射光学系２００と、投射光学系２００から射出されスクリーン１１００に向かう投射光の光路上に配置された平面鏡３００と、平面鏡３００の反射面をスクリーン１１００に平行に維持した状態で、平面鏡３００をスクリーン１１００に交差する所定方向に駆動し、これと連動して焦点位置調整用の第１〜第３レンズ群Ｓ１〜Ｓ３を光軸Ａｘに沿って駆動することにより、投射光の光路長の変化量に応じた投射画像の倍率変更と前記変化量に応じた焦点合わせとを同時に行う調整装置（調整機構４００、ギア部Ｇｅ１、Ｇｅ２、レンズ部筐体２１２、セルＣ１〜Ｃ４、及びピンＰ１〜Ｐ４）とを備えている。

本実施形態に係るプロジェクタ装置１０によると、ユーザにより、ズームレバー４２０が押し下げられた状態でＸ軸方向に駆動されると、調整装置により、反射面をスクリーン１１００に平行に維持した状態で、平面鏡３００がスクリーン１１００に交差する所定方向に駆動され、これと連動して焦点位置調整用の第１〜第３レンズ群Ｓ１〜Ｓ３が光軸Ａｘに沿って駆動される。これにより、投射光の光路長の変化量に応じた投射画像の倍率変更と変化量に応じた焦点合わせとが、同時に行われる。従って、拡大率の向上と操作性の向上を両立させることが可能になる。

この場合、ユーザは、ズームレバー４２０を±Ｘ方向に駆動するだけで、ピント調整を要せずに被投射面に写し出された画像を所定の大きさまで拡大・縮小することができ、操作性良く、常に適切な投影画像を得ることができる。

また、平面鏡３００をＺ軸方向に駆動させることで画像の拡大を行うため、プロジェクタ装置１０とスクリーン１１００との距離を変えることなく投射距離を効率良く伸ばすことができ、投射画像の拡大のために投射光学系２００ごと駆動させる方法に比べプロジェクタ装置１０を小型化することができる。

また、調整機構４００を含む本実施形態に係る調整装置は、従来から存在する焦点調整機能を有する投射光学系に、平面鏡３００を新たに設け、これら両者の駆動を同一の操作レバー（ズームレバー４２０）で行う機構を加えるという簡単な手法によって実現できる。従って、従来のプロジェクタ装置の構成部品をそのまま使うことができるという利点もある。また、投射画像の拡大・縮小と焦点合わせとを単一の投射光学系で実現する場合に比べて、投射系レンズ部２１０のレンズ系の構成を簡単にすることができるとともに、小型化することが可能である。また、投射光学系２００を小型化することで、プロジェクタ装置１０本体もより小型化することができ、重量削減、材料削減、コスト低減などを実現することができる。

また、前述のごとく、投射距離の変化量は平面鏡３００の移動量の一次関数かつ平面鏡３００の移動量はズームレバーの移動量に比例するため、ズームレバー４２０の可動範囲においてズームレバー４２０を駆動することで急激に投射画像が拡大される可動範囲、又はズームレバー４２０を駆動しても投射画像サイズがほとんど変わらない可動範囲は存在しない。すなわち、ズームレバー４２０を駆動することで、投射画像を線形な変化で拡大・縮小することができる。

また、平面鏡３００は、投射系ミラー２３０で反射された投射光が集光する集光位置の近傍に配置されているので、平面鏡３００を小さくすることができる。その意味では、投射系ミラー２３０からの反射光の集光位置を挟むように平面鏡３００の移動が行われることが好ましい。平面鏡を最も小さくできるからである。また、平面鏡３００を小さくすることで、筐体１０００及びプロジェクタ装置１０をより小さくすることができる

また、平面鏡３００を、平面鏡保持部材３１０の下端面と平行な面に沿って駆動、すなわちＺ軸方向のみでなく、Ｙ軸方向にも駆動させるため、平面鏡３００をＺ軸方向のみに駆動させる場合と比べ、可動範囲（ストローク）を大きくすることができ、投射画像の拡大率を大きくすることができる。このように、Ｚ軸方向のみでなく、Ｙ軸方向にも駆動できるようにするために、ギア部Ｇｅ３及び支持部材３１２、並びに平面鏡保持部材３１０の下端面は、図４における右下がりに傾斜させているのである。勿論、プロジェクタ装置１０において、平面鏡３００をＺ軸方向に駆動するように構成しても良い。

なお、上記実施形態において、図９に示されるように、前述の回転歯車Ｒｇ３、連結軸４３２の代わりに、円筒型歯車４４０を駆動するモータ４６０を設けても良い。この場合、例えばズームレバー４２０のＸ軸方向駆動量を、変位センサ４５０を用いて検出し、この変位センサ４５０の出力を不図示の変換部においてモータ４６０に対する駆動電圧に変換（又はマイクロコンピュータ等によりモータ４６０に対する駆動電圧を演算）し、該駆動電圧によりモータ４６０を駆動することで、平面鏡３００を駆動しても良い。このようにしても、上記実施形態と同様に、ズームレバー４２０の駆動量に応じて平面鏡３００を駆動することができ、投射画像のサイズをリニアに変更することができる。なお、変位センサ４５０によるズームレバー４２０の変位量検出及びモータ４６０の駆動による平面鏡３００の駆動は、ズームレバー４２０が下方に押し下げられ、可動歯車４３０と回転歯車Ｒｇ２とが噛み合わさった状態でのみ行われる。

この場合において、図９に示される変位センサ４５０でフォーカスレバー４１０のＸ軸方向駆動量を検出するように構成するとともに、ズームレバー４２０に代えて、変位センサ４５０をオンオフするスイッチを設けても良い。この場合、スイッチをオンにした場合にのみ、変位センサ４５０によって検出されたフォーカスレバー４１０の変位量に応じたモータ４６０の駆動、すなわち平面鏡３００の駆動が行われる。この場合には、可動歯車４３０及び該可動歯車４３０を上下動可能に支持する支持機構、並びに回転歯車Ｒｇ３、ギア部Ｇｅ１なども不要になる。

また、上記実施形態及び変形例において、平面鏡３００の駆動量に応じた焦点合わせを行う手段として、上述のメカニカルな機構を採用したが、これに限らず、投射距離に応じた投射光学系２００内のレンズＬ１〜Ｌ１１の焦点合わせ位置をあらかじめメモリ装置に記憶させ、平面鏡３００の位置変位量から所望の位置へレンズを駆動させる、いわゆる電動フォーカス装置を用いても良い。

また、上記実施形態及び変形例において、レンズ部筐体２１２及び平面鏡３００の駆動方法として複数の歯車を用いたが、これに限らず、例えば各歯車の代わりにゴムローラ、ベルトなどを用いても良い。また、レンズ部筐体２１２内に収納されたレンズ群Ｓ１〜Ｓ４の駆動方法として、レンズ部筐体２１２が有するガイド溝Ｇ１〜Ｇ４を用いる方法について説明したが、これに限らず、例えばリンク機構などを用いて、セルＣ１〜Ｃ４の有するピンＰ１〜Ｐ４を直接Ｚ軸方向に駆動させることで各レンズ群Ｓ１〜Ｓ４を駆動させても良い。

また、上記実施形態及び変形例において示される、スクリーン１１００に投射される画像のズームと同時に行う焦点合わせのためのレンズ群Ｓ１〜Ｓ４の駆動は、一例であって、ズーム前後においてスクリーン１１００に投射される画像の焦点が合うように光学設計が行われていれば良く、例えば投射画像の拡大時は各レンズ群Ｓ１〜Ｓ４が全て＋Ｚ方向に駆動されるようにしても良い。

また、上記実施形態及び変形例において、本発明が、投射系レンズ部２１０と投射系ミラー２３０とを有するプロジェクタ装置１０に適用された場合について例示したが、これに限らず、例えば投射系レンズ部から照射された光束を直接平面鏡３００に反射させる光学系を備えた投射装置に本発明を適することもできる。

また、Ｚ軸方向に駆動される平面鏡３００で反射した後にスクリーン１１００に投影されるものとしたが、これに限らず、平面鏡３００で反射された後に、更に別の光学部材（例えば平面ミラーなど）を介してスクリーン１１００に投射されても良い。平面鏡３００とスクリーンとの間に平面鏡３００からの反射光を殆ど屈折させることがない薄い板ガラスを配置しても良い。

また、ギア部Ｇｅ１，Ｇｅ２は，レンズ部筐体２１２の全周に設ける必要はなく、ピンＰ１〜Ｐ４をガイド溝Ｇ１〜Ｇ４の一端から他端まで移動させるレンズ部筐体２１２の回転量を確保できれば良い。

また、上記実施形態において、筐体１０００の立ち上がり部１０１０を平面鏡３００と一体で開閉可能な構成にして、立ち上がり部１０１０を、筐体１０００の開口１０２０を開閉する蓋部として兼用するようにしても良い。

以上説明したように、本発明の投射装置は、投射画像の倍率変更を行うのに適している。

Ｇｅ１〜Ｇｅ３…ギア部、Ｌ１〜Ｌ１１…レンズ、Ｒｇ１〜Ｒｇ４…回転歯車、Ｓ１〜Ｓ４…レンズ群、１０…プロジェクタ装置、１００…画像生成装置、２００…投射光学系、２１０…投射系レンズ部、２１２…レンズ部筐体、２３０…投射系ミラー、３００…平面鏡、３１０…平面鏡保持部材、３１２…支持部材、４００…調整機構、４１０…フォーカスレバー、４２０…ズームレバー、４３０…可動歯車、４４０…円筒型歯車、１１００…スクリーン。

特開２００８−１１６６８８号公報 特開２０１０−０８５９７３号公報

Claims (12)

1. 画像生成部で生成された画像を被投射面に拡大投射する投射装置であって、
   光源を含む照明系と、
   光軸に沿って可動な焦点位置調整用の光学素子を含む複数の光学素子を有し、前記照明系から射出され前記画像生成部を経由した光を投射光として射出する投射光学系と、
   前記投射光学系から射出され前記被投射面に向かう前記投射光の光路上に配置され、少なくとも一部に平坦な反射面を有する反射光学部材と、
   前記反射面を前記被投射面に平行に維持した状態で、前記反射光学部材を前記被投射面に交差する所定方向に駆動し、これと連動して前記焦点位置調整用の光学素子を前記光軸に沿って駆動することにより、前記投射光の光路長の変化量に応じた投射画像の倍率変更と前記変化量に応じた焦点合わせとを同時に行う調整装置と、を備えることを特徴とする投射装置。
2. 前記調整装置は、前記焦点位置調整用の光学素子を駆動することにより、前記投射画像の倍率変更とは独立して前記焦点合わせを行うことを特徴とする請求項１に記載の投射装置。
3. 前記所定方向は、前記被投射面に直交する方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射装置。
4. 前記調整装置は、前記投射光学系から射出された光束が集光する集光位置の光路後方の第１位置を前記被投射面から離れた側の移動限界位置とする所定ストローク範囲で前記反射光学部材を駆動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の投射装置。
5. 前記反射光学部材の前記被投射面に近い側の移動限界位置は、前記集光位置の光路前方に設定されることを特徴とする請求項４に記載の投射装置。
6. 前記投射光学系は、その最終段の光学素子として、前記投射光を前記反射光学部材に向けて反射する反射光学素子を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の投射装置。
7. 前記調整装置は、前記反射光学部材と前記焦点位置調整用の光学素子とを連動して駆動するメカニカルな駆動機構を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の投射装置。
8. 前記調整装置は、
   前記投射画像の倍率調整用の操作部材と、
   前記操作部材の駆動量を検出するセンサと、該センサによって検出された前記操作部材の駆動量に応じて前記反射光学部材を駆動するモータと、を含む第１の駆動系と、
   前記操作部材の駆動量又は前記反射光学部材の変位量に応じて前記焦点位置調整用の光学素子を駆動する第２の駆動系と、を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の投射装置。
9. 前記調整装置は、焦点位置調整用の操作部材をさらに含み、
   前記第２の駆動系は、前記焦点位置調整用の操作部材の駆動量に応じて前記焦点位置調整用の光学素子を駆動することを特徴とする請求項８に記載の投射装置。
10. 前記操作部材は、焦点位置調整用の操作部材を兼ねており、
    前記第１の駆動系は、前記センサをオンオフするスイッチをさらに含み、該スイッチがオンのときのみ、前記操作部材の駆動量に応じた前記モータによる前記反射光学部材の駆動を行うことを特徴とする請求項８に記載の投射装置。
11. 前記第２の駆動系は、複数の歯車を有する歯車機構を含むことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の投射装置。
12. 前記第２の駆動系は、前記前記反射光学部材の変位量に応じて前記焦点位置調整用の光学素子を駆動する電動フォーカス装置を含むことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の投射装置。

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