JP3574575B2

JP3574575B2 - 画像投影装置

Info

Publication number: JP3574575B2
Application number: JP33151798A
Authority: JP
Inventors: 隆之飯塚
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: US6310726B1; JP2000155288A

Description

【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シフト機構に組み付けられており、これらのレンズのシフト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、画像投影装置の各部材を筐体に収めた際に、投影レンズは一般に筐体から突出して配置されるため、装置を移動する際にこの投影レンズ部分が取っ手代わりに持たれる可能性があり、従来のように投影レンズがシフト可能であると、移動時にシフト機構に無理な力が加わって故障する虞がある。
また、従来の構造では、筐体には投影レンズの移動範囲を確保するために比較的大径の開口が必要となり、投影レンズの外周と開口の内周との間に空隙ができて見栄えが悪いという問題もある。
【０００５】
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、筐体から突出する投影レンズが取っ手代わりに持たれた際にも移動機構に支障が無く、かつ、投影レンズと筐体との間の空隙をなくして見栄えをよくすることができる画像投影装置の提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる画像投影装置は、照明光を発する光源と、光源からの照明光を画像に応じて変調させる変調素子と、変調素子により変調された光束をスクリーンに向けて投影する投影レンズと、変調素子と投影レンズとの間に配置され、光軸に対して垂直な方向に移動可能なリレーレンズとを備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、リレーレンズを光軸に対して垂直な方向に移動させることにより、スクリーン上での投影範囲を移動させることができる。また、最もスクリーン側に配置される投影レンズは筐体に固定して設けることができるため、仮に持ち運びの際に投影レンズが持ち手として持たれたとしても、移動機構には影響を与えない。
【０００８】
リレーレンズは、変調素子側、投影レンズ側の両方に対してテレセントリックである。これにより、リレーレンズが移動しても変調素子と投影レンズの瞳との共役関係が崩れず、光束が投影レンズの瞳から外れるのを防ぐことができる。また、投影レンズは、リレーレンズ側にテレセントリックであることが望ましい。
さらに、投影レンズの光軸は変調素子の中心軸に対し、光軸に垂直な所定の方向にシフトするように配置することが望ましい。
【０００９】
さらに、変調素子としては、透過形の液晶パネルを用いることができる。カラー画像を形成するためには、変調素子を複数枚配置する必要があり、その場合には、光源と各変調素子との間に、各変調素子に入射する光の波長域を限定する光分岐用のダイクロイックミラーが配置され、変調素子とリレーレンズとの間には、各波長域の光を合成するためのダイクロイックミラーが配置される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる画像投影装置の実施形態を説明する。
【第１実施形態】
図１は、第１実施形態にかかる画像投影装置１の光学部品の配置を示す説明図である。第１実施形態の画像投影装置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透過させる変調部３と、変調部３により変調された光をスクリーン５に投影する投影レンズ６と、この投影レンズ６と変調部３との間に配置され、光軸に対して垂直な方向に移動可能なリレーレンズ７とを備える。これらの光源部２、変調部３、リレーレンズ７は、いずれも筐体１０内に配置され、投影レンズ６は、一部が筐体１０から突出するように筐体１０に固定されている。
【００１１】
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変調部３側に向けるリフレクタ２ｂとを備えている。
【００１２】
変調部３は、カラー画像を投影するため、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色の各色成分ごとに変調素子として透過型の液晶表示パネル３ａ，３ｂ，３ｃを備えている。また、光源部２と各液晶表示パネルとの間には、各液晶表示パネルに入射する光の波長域を限定する光分岐用のダイクロイックミラー３ｄ，３ｅが配置され、各液晶表示パネルとリレーレンズとの間には、各波長域の光を合成するためのダイクロイックミラー３ｆ，３ｇが配置されている。
【００１３】
光源部２からの白色光は、第１のダイクロイックミラー３ｄによって短波長側のＢ成分とそれ以外の成分とに分離される。Ｂ成分は、第１のダイクロイックミラー３ｄにより反射され、ミラー３ｈを介してＢ成分用の液晶表示パネル３ａに入射する。第１のダイクロイックミラー３ｄを透過した成分は、第２のダイクロイックミラー３ｅによりＧ成分とＲ成分とに分離される。Ｒ成分は、第２のダイクロイックミラー３ｅにより反射され、Ｒ成分用の液晶表示パネル３ｂに入射する。第２のダイクロイックミラー３ｅを透過したＧ成分は、Ｇ成分用の液晶表示パネル３ｃに入射する。
【００１４】
上記のように２枚のダイクロイックミラー３ｄ，３ｅを用いることにより、白色光をＲＧＢの各成分に分離し、それぞれ対応する色成分用の液晶表示パネルに入射させる。Ｂ成分用の液晶パネル３ａを透過した光と、Ｒ成分用の液晶表示パネル３ｂを透過した光は、少なくともＲ成分を反射させ、Ｂ成分を透過させる第３のダイクロイックミラー３ｆにより合成されて第４のダイクロイックミラー３ｇに入射する。Ｇ成分用の液晶表示パネル３ｃを透過した光は、ミラー３ｉを介して第４のダイクロイックミラー３ｇに入射する。第４のダイクロイックミラー３ｇは、Ｇ成分を反射させ、他の成分を透過させる特性を有しており、これにより、Ｒ，Ｂ成分とＧ成分とが合成される。
【００１５】
リレーレンズ７は、変調部３側、投影レンズ６側の両方に対してテレセントリックであり、投影レンズ６は、リレーレンズ７側にテレセントリックである。このような構成によれば、リレーレンズ７が光軸に対して垂直な方向にシフトした場合にも、変調素子側からの光束が投影レンズの瞳から外れるのを防ぐことができる。また、この例では、投影レンズ６は、各液晶表示パネルに対して垂直でその中心を通る中心軸Ａｘ１と投影レンズ６の光軸Ａｘ２とが一致するように配置されている。
【００１６】
画像投影装置１は、リレーレンズ７を当該リレーレンズ７の光軸と直交する方向、この例では図中に矢印で示した上下方向にシフトさせるシフト機構８を備える。シフト機構８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、使用者がコントローラ９に設けられた範囲シフトスイッチを操作することにより、コントローラ９からの指令を受けて制御される。
【００１７】
この構成によれば、リレーレンズ７を上下方向に移動させることにより、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に対して上下に平行移動させることができる。リレーレンズ７は、基準位置にあるときには、図中実線で示したように、その光軸が液晶表示パネルの中心軸Ａｘ１、及び投影レンズ６の光軸Ａｘ２に一致する位置に配置される。このとき、スクリーン５上の投影範囲Ｒ１は投影レンズ６の光軸を中心として対称になる。これに対して、リレーレンズ７を図中破線で示した位置７’にシフトさせると、光路も破線で示したように変化し、スクリーン上の投影範囲Ｒ２はＲ１に対して図中上側にシフトする。
【００１８】
筐体１０から突出して配置された投影レンズ６は筐体１０に固定して設けられているため、仮に持ち運びの際に投影レンズ６が持ち手として持たれたとしても、移動機構８には影響を与えない。また、投影レンズ６を突出させるために筐体１０に形成される開口は、投影レンズ６の外周に一致したサイズとなるため、両者の間に空隙が生じず、従来より見栄えを向上させることができる。
【００１９】
なお、カラー画像投影のために複数の液晶表示パネルを用いる場合には、上記のように液晶表示パネルと投影レンズとの間に各色成分の光束を合成するためにダイクロイックミラーを配置する必要があり、投影レンズと各液晶表示パネルとの間の距離が比較的長くなる。したがって、リレーレンズ７がない場合には、投影レンズ６は長いバックフォーカスを持つ必要がある。一方、画像投影装置１とスクリーン５との間の距離を短くしつつ大きな画像を投影するためには、投影レンズ６の焦点距離は短い方が望ましい。
【００２０】
しかしながら、焦点距離が短くバックフォーカスが長いレンズの設計は困難であり、良好な性能を得るためには投影レンズ６の構成枚数が多くなり、重量、コストが嵩む。
第１実施形態の装置では、投影レンズ６の手前にリレーレンズ７を配置することにより、投影レンズに要求されるバックフォーカスの条件を緩和することができ、投影レンズ６の重量やコストを抑えることができる。
【００２１】
【第２実施形態】
図２は、第２実施形態にかかる画像投影装置１１の光学部品の配置を示す説明図である。第２実施形態の画像投影装置１１の光学系は、第１実施形態の装置と同様に、光源部２、変調部３、投影レンズ６、リレーレンズ７を備えており、スクリーン５上にカラー画像を投影する。リレーレンズ７は、コントローラ９により制御されるシフト機構８により、図中上下方向に移動可能である。これらの部材は、筐体１０内に配置されており、投影レンズ６のみが一部突出して固定されている。
【００２２】
第１実施形態の装置との相違点は、投影レンズ６の光軸Ａｘ２が液晶表示パネルの中心軸Ａｘ１に対して図中上側にシフトしている点である。リレーレンズ７は、基準位置にあるときには、図中実線で示したように、その光軸が液晶表示パネルの中心軸Ａｘ１に一致する位置に配置される。投影レンズ６の光軸Ａｘ２は液晶表示パネルの中心軸Ａｘ１に対して図中上側にシフトしているため、スクリーン５上の投影範囲Ｒ１の中心は投影レンズ６の光軸Ａｘ２に対して上側にシフトした位置となる。
次に、リレーレンズ７を図中破線で示した位置７’にシフトさせると、光路も破線で示したように変化し、スクリーン上の投影範囲Ｒ２はさらに図中上側にシフトする。
【００２３】
一般に、液晶プロジェクター等の画像投影装置は、装置が聴視者と同一側に配置されるため、聴視者の視界を遮らないように、装置はスクリーンに対して上側、あるいは下側から画像を投影するように配置される。そして、画像に台形歪みを発生させないためには、投影レンズ等の光学系の光軸をスクリーンに対してほぼ垂直に保たなければならない。そこで、画像にひずみを発生させずに画像を装置に対してシフトした位置に投影するためには、いずれかのレンズを変調素子の中心軸に対してシフトさせる必要がある。
【００２４】
リレーレンズ７は、光軸に垂直な方向にシフト可能であるため、第１実施形態のように、リレーレンズ７のシフトのみを利用して画像の投影位置を装置に対してシフトさせてもよいが、その場合にはリレーレンズのシフト量が大きくなり、リレーレンズの径が大きくなると共に、シフト機構８も大型化する。
【００２５】
予め装置の使用形態が机上配置、天井吊りのように決定されているときには、装置に対していずれの方向に画像をシフトさせるかがわかるため、第２実施形態のように投影レンズ６を画像のシフト方向に合わせて予めシフトさせておけば、リレーレンズ７による画像形成位置の調整は微調整のみで足り、そのシフト量を小さくし、シフト機構８にかかる負担も軽減することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、投影レンズと変調素子との間に配置されたリレーレンズを光軸に対して垂直な方向に移動させることにより投影される画像の位置を調整できるようにしたため、投影レンズを筐体に固定して設けることができ、筐体の開口と投影レンズの外周との間に隙間が生じず外観を向上させることができ、かつ、装置の移動時に投影レンズか持ち手に代わって持たれた場合にも、シフト機構には影響がない。
【００２７】
リレーレンズは、変調素子側、投影レンズ側の両方に対してテレセントリックであるため、リレーレンズが移動しても変調素子と投影レンズの瞳との共役関係が崩れず、光束が投影レンズの瞳から外れるのを防ぐことができる。また、請求項２のように投影レンズをテレセントリックなレンズとすることにより、リレーレンズのシフト時に変調素子からの光束が投影レンズの瞳から外れるのを防ぐことができる。
【００２８】
さらに、請求項３のように投影レンズの光軸を変調素子の中心軸に対してシフトさせておくことにより、リレーレンズのシフトによる調整を待たずに予め画像を装置に対して所定の方向にシフトさせておくことができ、リレーレンズのシフト量を小さくし、シフト機構を小型化することができる。
【００２９】
請求項４に示すように複数の液晶表示パネルとダイクロイックミラーとを用いることにより、カラー画像を投影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す光学部品の配置を示す説明図。
【図２】本発明の第２実施形態を示す光学部品の配置を示す説明図。
【符号の説明】
１画像投影装置
２光源部
３変調部
３ａ，３ｂ，３ｃ液晶表示パネル
３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇダイクロイックミラー
５スクリーン
６投影レンズ
７リレーレンズ
８シフト機構
９コントローラ

Claims

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させる変調素子と、
前記変調素子により変調された光束をスクリーンに向けて投影する投影レンズと、
前記変調素子と前記投影レンズとの間に配置され、光軸に対して垂直な方向に移動可能なリレーレンズとを備え、前記リレーレンズは、前記変調素子側、前記投影レンズ側の両方に対してテレセントリックであることを特徴とする画像投影装置。
前記投影レンズは、前記リレーレンズ側にテレセントリックであることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
前記投影レンズの光軸が前記変調素子の中心軸に対し、光軸に垂直な所定の方向にシフトしていることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
前記変調素子は、透過形の液晶パネルであり、カラー画像を形成するために複数枚配置されており、前記光源と前記各変調素子との間には、各変調素子に入射する光の波長域を限定する光分岐用のダイクロイックミラーが配置されると共に、前記変調素子と前記リレーレンズとの間には、各波長域の光を合成するためのダイクロイックミラーが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。