JP2009145672A - 投写光学系および投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】据え置き設置したときに、安定して設置することができる投写光学系および投写型映像表示装置を提供する。
【解決手段】複数のレンズを有するレンズユニット２１０と、レンズユニット２１０の光軸Ｌ１に対し窓２５１側に配置されるとともにレンズユニット２１０を経由して入射された光を前記配置の方向と反対の方向に折り返して反射する正のパワーを持つ第１の反射ミラー２２０と、前記第１の反射ミラー２２０によって反射された前記光を窓２５１に向けて反射する第２の反射ミラー２３０とを備える。こうすると、窓２５１と反対側の側面を平坦にすることができ、投写型映像表示装置を安定して据え置き設置できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示素子上の画像を被投写面上に拡大投写するための投写光学系および投写光学系を有する投写型映像表示装置に関し、特に、投写光を斜め方向から被投写面上に投写するタイプの投写型映像表示装置に用いて好適なものである。

液晶パネルなどの表示素子上の画像を被投写面（スクリーン等）上に拡大投写する投写型表示装置（以下、「プロジェクタ」という）が商品化され広く普及している。この種のプロジェクタでは、スクリーンとプロジェクタ本体の距離を短くするために、投写光学系の広角化とともに、投写光の進行方向を投写光学系の光軸に対して傾斜させる、斜め投写の構成をとるプロジェクタが提案されている。

例えば、以下の特許文献１に記載の発明では、投写光学系として大画角の広角レンズが用いられ、表示素子とスクリーンを投写光学系の光軸に対して互いに相反する方向にシフトさせることにより、投写距離が短縮されると共に、歪曲のない斜め投写が実現されている。しかし、この先行発明では、大画角の広角レンズが必要なため、レンズの大型化に伴うプロジェクタ本体の大型化が問題となる。

これに対し、以下の特許文献２に記載の発明では、投写光学系として投写レンズユニットとミラーが用いられ、表示素子上の画像を投写レンズユニットとミラーの間に中間像として結像させ、この中間像をミラーによって拡大投写することにより、投写距離の短縮が実現されている。この先行発明によれば、比較的小さな曲面のミラーによって広角化が実現されるため、プロジェクタ本体の大型化を抑制することができる。

上記特許文献２に示すような投写レンズ系および反射ミラーを備えた装置を、具体的に製品として構成した場合には、例えば、図６に示すような構成とされる。

すなわち、筐体５１０には、光学エンジン５１０ａが収容されており、この光学エンジン５１０ａにおいて、映像信号に応じて変調された映像光が生成される。ここで、映像光を生成する表示素子は、その有効表示領域の中心がレンズユニット５２０の光軸Ｌ１から上側、すなわちカバー５４０の上面に形成した窓５４０ａ側に所定距離ｄだけずれるように配置されている。このように配置された表示素子にて変調された映像光がレンズユニット５２０に入射される。レンズユニット５２０を経由した映像光は、反射ミラー５３０によって反射され且つ収束される。

反射ミラー５３０は、非球面形状または自由曲面形状の凹面状反射面を有し、レンズユニット５２０の光軸Ｌ１に対して下側（窓５４０ａと反対側）に配置されている。反射ミラー５３０で反射した映像光は、カバー５４０の上面に形成した窓５４０ａを通過し、広角に拡がってスクリーン面に投写される。
特開平０５−１００３１２号公報 特開２００６−２３５５１６号公報

しかしながら、このような構成においては、図６に示すように、反射ミラー５３０に対応するカバー５４０の部分が、大きく下方に突出するため、この突出部の下端とレンズユニット５２０側の底面との間に大きな段差Ｇが生じやすい。このような段差Ｇを補正するため、筐体１０の底面などに脚５５０が設けられるが、プロジェクタを、同図のように据え置き設置した際、どうしても不安定になりやすい。

本発明は、これらの課題を解消するためになされたものであり、据え置き設置する際に、安定して設置できる投写光学系および投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る投写光学系は、複数のレンズを有する第１の屈折光学系と、前記第１の屈折光学系の光軸に対し投写口側に配置されるとともに前記第１の屈折光学系を経由して入射された光を前記配置の方向と反対の方向に折り返して反射する正のパワーを持つ第１の反射光学系と、前記第１の反射光学系によって反射された前記光を前記投写口に向けて反射する第２の反射光学系と、を有することを特徴としている。

請求項２に係る投写光学系は、請求項１において、前記第２の反射光学系は、前記第１の反射光学系から当該第１の反射光学系による前記光の集光面までの光路に配されている、ことを特徴としている。

ここで、「集光面」とは、第１の反射光学系で収束された光のサイズが最も小さくなる位置をいう。

請求項３に係る投写光学系は、請求項１または２において、前記第２の反射光学系によって反射された前記光を透過する負のパワーを有する第２の屈折光学系をさらに備え、前記第２の屈折光学系は、前記第１の反射光学系と前記第２の反射光学系による前記光の集光面よりも被投写面側に配されている、ことを特徴としている。

請求項４に係る投写光学系は、請求項１または２において、前記第２の反射光学系によって反射された前記光を透過する正のパワーを有する第２の屈折光学系をさらに備え、前記第２の屈折光学系は、前記第１の反射光学系と前記第２の反射光学系による前記光の集光面よりも前記第２の反射光学系側に配されている、ことを特徴としている。

請求項５に係る投写光学系は、請求項３または４において、前記第１の屈折光学系、前記第１の反射光学系および前記第２の反射光学系を覆うとともに前記投写口を有するカバーを備え、前記第２の屈折光学系は、前記投写口に配されている、ことを特徴としている。

請求項６に係る投写光学系は、請求項１または２において、前記第１の屈折光学系、前記第１の反射光学系および前記第２の反射光学系を覆うとともに前記投写口を有するカバーを備える、ことを特徴としている。

請求項７に係る投写型映像表示装置は、請求項１ないし６の何れか一項に記載の投写光学系を有することを特徴としている。

本発明の構成によれば、第１の反射光学系を投写口と反対側に配置する必要がないので、従来と違って、投写口と反対側の面に大きな段差が生じることがなく、据え置き設置する際に、投写光学系(投写型映像表示装置)を安定して設置することができる。

さらに、請求項３および請求項４の構成によれば、第２の反射光学系で反射された光を、第２の屈折光学系によってさらに広角化できるので、被投写面までの距離を短くすることができる。

さらに、請求項５の構成によれば、第２の屈折光学系が投写口に配されているので、第２の屈折光学系によって、投写口からカバー内への埃などの侵入を防止するができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係るプロジェクタの構成を示す図である。図示の如く、プロジェクタは、筐体１００と、投写光学系２００とを備える。さらに、投写光学系２００は、レンズユニット２１０と、第１の反射ミラー２２０と、第２の反射ミラー２３０と、支持部２４０と、カバー２５０と、防護フィルタ２６０を備える。

筐体１００には、光学エンジン１１０が収容されており、この光学エンジン１１０において、映像信号に応じて変調された映像光が生成される。レンズユニット２１０は、複数のレンズから構成される。生成された映像光は、光学エンジン１１０からレンズユニット２１０に入射される。ここで、映像光を生成する表示素子は、その有効表示領域の中心がレンズユニット２１０の光軸Ｌ１から下側に所定距離ｄだけずれるようにして配置されている。

第１の反射ミラー２２０は、非球面形状または自由曲面形状の凹面状反射面を有し、正のパワーを持つ。第１の反射ミラー２２０は、レンズユニット２１０の光軸Ｌ１に対して映像光を生成する表示素子の有効表示領域の中心とは反対側、すなわち上側に配置されている。レンズユニット２１０を経由した映像光は、第１の反射ミラー２２０によって光軸Ｌ１側に反射され且つ収束される。

第２の反射ミラー２３０は、平板形状を有し、第１の反射ミラー２２０によって収束された映像光の集光面Ｆ１（光のサイズが最も小さくなる位置）よりも第１の反射ミラー２２０側であって、レンズユニット２１０の下端よりも上方に配置されている。第２の反射ミラー２３０は、反射面がレンズユニット２１０の光軸Ｌ１とほぼ平行でスクリーン面（被投写面）に略垂直な状態となるように、支持部２４０上に固定されている。

なお、第２の反射ミラー２３０の配置位置を集光面Ｆ１側に接近させるほど、第２の反射ミラー２３０のサイズを小さくできる。よって、この観点からは、第２の反射ミラー２３０の配置位置をなるべく集光面Ｆ１側に接近させるのが好ましい。ただし、第２の反射ミラー２３０の配置位置を集光面Ｆ１に接近させると、第２の反射ミラー２３０がレンズユニット２１０に接近し、第２の反射ミラー２３０によって反射された映像光がレンズユニット２１０によって遮られる惧れがある。よって、通常、第２の反射ミラー２３０は、これにより反射された映像光がレンズユニット２１０によって遮られることなくスクリーンに適正に導かれるよう、第１の反射ミラー２２０から集光面Ｆ１までの間の所望の位置に配置される。勿論、第２の反射ミラー２３０によって反射された映像光がレンズユニット２１０によって遮られる惧れがなければ、第２のミラー２３０は、集光面Ｆ１に配置されてもよい。なお、図示の如く、第２の反射ミラー２３０をレンズユニット２１０の下端よりも上方に配置すれば、必要に応じて、カバー２５０の底面を、筐体１００の底面に面一の位置から光軸Ｌ１方向に持ち上げることもできる。

カバー２５０は、レンズユニット２１０、第１の反射ミラー２２０、第２の反射ミラー２３０、および支持部２４０を収容する。カバー２５０の上面には、第２の反射ミラー２３０によって反射された映像光の通過位置に窓２５１が形成されている。また、カバー２５０の底面は、筐体１００の底面とほぼ面一となっている。なお、窓２５１には、防塵対策などのために防護フィルタ２６０が配置されている。

なお、プロジェクタがアセンブルされる際には、光学エンジン１１０にレンズユニット２１０が接続されるとともに、筐体１００にカバー２５０が取り付けられることによって、投写光学系２００と筐体１００とが一体化される。

こうして、光学エンジン１１０で生成された映像光は、レンズユニット２１０から出射され、第１の反射ミラー２２０によって反射且つ収束される。第１の反射ミラー２２０で反射された映像光は、さらに、第２の反射ミラー２３０によって反射され、レンズユニット２１０から第１の反射ミラー２２０へ向かう映像光の光路と交差し、窓２５１を通って、プロジェクタの前方上方にあるスクリーン面(被投写面)に投写される。

なお、光学エンジン１１０内に配される表示素子として、透過型の液晶パネルの他、反射型の液晶パネルや、ＭＥＭＳデバイスを用いることができる。

図２は、表示素子として透過型の液晶パネルを用いる場合の光学エンジン１１０の構成例を示す図である。

光源１１１から出射された白色光は、導光光学系１１２によって赤色波長帯の光（以下、「Ｒ」光という）と、緑色波長帯の光（以下、「Ｇ」光という）と、青色波長帯の光（以下、「Ｂ」光という）に分離され、液晶パネル１１３、１１４、１１５に照射される。これら液晶パネル１１３、１１４、１１５によって変調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、ダイクロイックプリズム１１６によって色合成され、映像光としてレンズユニット２１０に入射される。

図３は、第１の実施形態に係るプロジェクタを据え置き設置したときの、設置例を示す図である。

本実施の形態では、第１の反射ミラー２２０が、レンズユニット２１０の光軸Ｌ１に対して、カバー２５０の上面側(窓２５１側)に配置されるとともに、第１の反射ミラー２２０によって収束された映像光が、第２の反射ミラー２３０で反射され、カバー２５０上面の窓２５１を通りスクリーン面へと投写される構成とされている。よって、第１の反射ミラー２２０を、レンズユニット２１０の光軸Ｌ１に対して、カバー２５０の底面側（窓２５１と反対側）に配置する必要がない。

このため、底面側に配置した第１の反射ミラー２２０に対応してカバー２５０の底面一部が下方に大きく突出するようなことがなく、カバー２５０（投写光学系２００）の底面に大きな段差が生じない。したがって、同図に示すように、据え置き設置する際、プロジェクタを安定して設置することができる。

なお、本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、筐体１００およびカバー２５０の底面が設置面に直に接する構成とされているが、同図（ｂ）から（ｄ）に示す変形例の構成とされてもよい。

図３（ｂ）に示す変形例では、筐体１００の底面とカバー２５０（投写光学系２００）の底面のそれぞれに脚３００が設けられている。これによって、筐体１００およびカバー２５０の底面と設置面との間に若干の隙間が形成される。この構成において、脚３００は、たとえばプロジェクタ底面の四隅に配される。

同図（ｃ）の変形例では、カバー２５０の底面が筐体１００の底面より若干高くなっており、カバー２５０の底面に脚３００が設けられている。これによって、カバー２５０の底面と設置面との間に若干の隙間が形成されている。この構成において、脚３００は、たとえばレンズユニット２１０の光軸を挟む２箇所に配される。

同図（ｄ）の変形例では、筐体１００の底面がカバー２５０の底面より若干高くなっており、筐体１００の底面に脚３００が設けられている。これによって、筐体１００の底面と設置面との間に若干の隙間が形成されている。この構成において、脚３００は、たとえばレンズユニット２１０の光軸を挟む２箇所に配される。

図３（ａ）から（ｄ）のいずれの変形例においても、設置面との間に隙間を設けることによって、プロジェクタ内部からの放熱性を高めることができる。なお、脚３００は、図６に示すように段差を補正するためのものではないため、高さが低く、プロジェクタの安定性に影響を及ぼさない。なお、脚３００を回すと突出量が変化するよう構成にすると、プロジェクタ本体の傾きを調整できる。これにより、スクリーン上における投写画像の位置調整が可能となる。

以上、本実施の形態では、上述したように、据え置き設置する際、プロジェクタを安定して設置することができる。

さらに、筐体１００の底面とカバー２５０の底面とを面一にすると、プロジェクタの底面を平らな形状にすることができ、プロジェクタの美観を高めることができる。

＜第２の実施形態＞
図４は、第２の実施形態に係るプロジェクタの構成を示す図である。

本実施形態のプロジェクタにおいては、第２の反射ミラー２３０によって反射された後の映像光の集光面Ｆ２がカバー２５０の内部に存在するように、第１の屈折光学系の光学特性、第１の反射ミラー２２０の反射面の形状、第１の反射ミラー２２０および第２の反射ミラー２３０の位置などが設定されている。さらに、窓２５１には、負のパワーを持つ凹面レンズ２６１が配置されている。この凹面レンズ２６１の位置は、映像光の集光面Ｆ２よりもスクリーン面側とされている。なお、その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

本実施の形態の構成では、第２の反射ミラー２３０で反射された映像光が、一旦収束して広がるときに凹面レンズ２６１に入射され、凹面レンズ２６１のレンズ作用によりさらに広げられる。よって、第１の実施形態に比べて、プロジェクタからスクリーン面までの距離Ｈ(投写距離)を短くすることができる。

さらに、本実施の実施形態では、凹面レンズ２６１が窓２５１に配置されているので、凹面レンズ２６１を、防護フィルタとして兼用することができ、カバー２５０内への埃などの侵入を防止することができる。

なお、凹面レンズ２６１として、図４のように平凹レンズを用いる場合には、平面側がプロジェクタの外側にくるようにすると、埃が付着やメンテナンスの点から好ましい。

また、図４では、説明の簡単にするため、凹面レンズ全体を記載しているが、実際に必要となる凹面レンズの領域（実際に映像光が通過する領域）に応じた形状とすればよい。

＜第３の実施形態＞
図５は、第３の実施形態に係るプロジェクタの構成を示す図である。本実施形態のプロジェクタにおいては、第２の反射ミラー２３０によって反射された映像光の集光面Ｆ２がカバー２５０の外部に存在するように、第１の屈折光学系の光学特性、第１の反射ミラー２２０の反射面の形状、第１の反射ミラー２２０および第２の反射ミラー２３０の位置などが設定されている。さらに、窓２５１には、正のパワーを持つ凸面レンズ２６２が配置されている。この凸面レンズ２６２の位置は、映像光の集光面Ｆ２よりも第２の反射ミラー２３０側とされている。なお、その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

第３の実施形態の構成では、第２の反射ミラー２３０で反射された映像光は、集面Ｆ２より前段で凸面レンズ２６２に入射され、この凸面レンズ２６２のレンズ作用によってさらに収束される。これにより映像光は、収束した後、より大きくに拡がる。よって、凸面レンズ２６２を用いない場合に比べて、プロジェクタからスクリーン面までの距離Ｈ(投写距離)を短くすることができる。

さらに、第３の実施形態では、凸面レンズ２６２が窓２５１に配置されているので、凹面レンズ２６２を、防護フィルタとして兼用することができ、カバー２５０内への埃などの侵入を防止することができる。

なお、図５では、説明の簡単にするため、凸面レンズ全体を記載しているが、実際に必要となる凸面レンズの領域（実際に映像光が通過する領域）に応じた形状とすればよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら制限されるものではない。また、本発明の実施形態も、上記の他に、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

例えば、筐体１００と投写光学系２００とを、さらにキャビネットなどで覆う構成としてもよい。

また、第２の反射ミラー２３０は、平板形状ではなく、曲面形状や非球面形状、自由曲面形状としてもよい。

第１の実施形態に係るプロジェクタの構成を示す図 第１の実施形態に係る光学エンジンの構成例を示す図 第１の実施形態に係るプロジェクタを据え置き設置した設置例を示す図 第２の実施形態に係るプロジェクタの構成を示す図 第３の実施形態に係るプロジェクタの構成を示す図 従来のプロジェクタの構成を示す図

符号の説明

２１０ レンズユニット(第１の屈折光学系)
２２０ 第１の反射ミラー(第１の反射光学系)
２３０ 第２の反射ミラー（第２の反射光学系）
２５０ カバー
２５１ 窓（投写口）
２６１ 凹面レンズ(第２の屈折光学系)
２６２ 凸面レンズ（第２の屈折光学系）

Claims (7)

1. 複数のレンズを有する第１の屈折光学系と、
   前記第１の屈折光学系の光軸に対し投写口側に配置されるとともに前記第１の屈折光学系を経由して入射された光を前記配置の方向と反対の方向に折り返して反射する正のパワーを持つ第１の反射光学系と、
   前記第１の反射光学系によって反射された前記光を前記投写口に向けて反射する第２の反射光学系と、
   を有することを特徴とする投写光学系。
2. 請求項１において、
   前記第２の反射光学系は、前記第１の反射光学系から当該第１の反射光学系による前記光の集光面までの光路に配されている、
   ことを特徴とする投写光学系。
3. 請求項１または２において、
   前記第２の反射光学系によって反射された前記光を透過する負のパワーを有する第２の屈折光学系をさらに備え、
   前記第２の屈折光学系は、前記第１の反射光学系と前記第２の反射光学系による前記光の集光面よりも被投写面側に配されている、
   ことを特徴とする投写光学系。
4. 請求項１または２において、
   前記第２の反射光学系によって反射された前記光を透過する正のパワーを有する第２の屈折光学系をさらに備え、
   前記第２の屈折光学系は、前記第１の反射光学系と前記第２の反射光学系による前記光の集光面よりも前記第２の反射光学系側に配されている、
   ことを特徴とする投写光学系。
5. 請求項３または４において、
   前記第１の屈折光学系、前記第１の反射光学系および前記第２の反射光学系を覆うとともに前記投写口を有するカバーを備え、前記第２の屈折光学系は、前記投写口に配されている、
   ことを特徴とする投写光学系。
6. 請求項１または２において、
   前記第１の屈折光学系、前記第１の反射光学系および前記第２の反射光学系を覆うとともに前記投写口を有するカバーを備える、
   ことを特徴とする投写光学系。
7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載の投写光学系を有する投写型映像表示装置。
   

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