JP6232799B2 - 画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像を被投射面に拡大投射する画像投射装置に関する。

近年、大画面のディスプレイ装置が急速に普及してきており、それらを用いた会議やプレゼンテーション、研修などが一般的になっている。大画面ディスプレイとしては液晶表示装置など様々な種類があり、場所の広さや参加人数の規模等によって適当に選択されているが、中でも、スクリーン等に画像を投射して拡大表示することができる画像投射装置（以下、「プロジェクタ」という）は比較的安価で可搬性にも優れているため、最も広く普及している大画面ディスプレイと言える。

また、このようなプロジェクタを用いた会議やプレゼンテーションなどにおいては、説明者（プレゼンテータ）などがプロジェクタで表示した画像内の特定箇所を効果的に指し示すために、レーザポインタも併せて使用することが多い。

ところで、レーザポインタは、プロジェクタとは別体であり、かつ使用していないときは別々に異なる場所に収納されることが多いため、プロジェクタを用いた会議やプレゼンテーションなどのときにレーザポインタが手元になかったり、手元にあっても電源としての電池の容量切れで使えなかったりすることがある。

このため、このような問題が生じないように、プロジェクタ内にレーザポインタの機能を備えたプロジェクタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の画像投射装置は、装置本体（筐体）内に、被投射面に画像を投射するための投射光学ユニットと、投射画像内の一部を指し示すためのポインタ（輝点）を表示するためのポインタ表示光学ユニット等が設置されている。

ところで、特許文献１の画像投射装置は、上記したように、装置本体（筐体）内にレーザポインタとして機能させるポインタ表示光学ユニットユニットを有しており、このポインタ表示光学ユニットユニットにはレーザポインタ用のレーザ光源等が内蔵されている。このため、装置本体内に画像投射用のレーザ光源と共にレーザポインタ用のレーザ光源を設ける必要があるので、装置全体が大型化し、またコストが高くなる。

そこで、本発明は、装置本体内にレーザポインタ用のレーザ光源を設けることなく、レーザポインタの機能を備えた画像投射装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明に係る画像投射装置は、画像投射用の光源装置と、入射される画像データに基づいて画像を形成する画像形成素子と、前記光源装置から出射された光を前記画像形成素子に導光するための光学機構部と、前記画像形成素子で生成された画像を被投射面上に投射する投射光学系とを装置本体内に備え、前記光源装置は、少なくとも所定の可視光波長帯域の光を出射する第１光源を有する画像投射装置であって、前記第１光源から出射された光の一部を、前記光学機構部の前記画像形成素子への光路から取り出して、光ビームとして前記装置本体の外へ出射させる光ビーム出力手段を備え、前記光ビーム出力手段は、前記光源装置と前記画像形成素子との間の前記光路中に配置され、前記第１光源から出射された光の反射部と透過部とが順次前記光路中に現れる回転体と、前記回転体の反射光路中に配置された光ファイバーと、前記光ファイバーに接続され、該光ファイバーで伝播された光を出射する出射光学系と、を有することを特徴としている。

本発明に係る画像投射装置によれば、画像投射用の光源装置のうちの第１光源から出射された光の一部を、光学機構部の画像形成素子への光路から取り出して、光ビームとして装置本体の外へ出射させる光ビーム出力手段を備えているので、光ビーム出力手段から光を出射させることによってレーザポインタとして機能させることができる。

このように、画像投射用の光源装置のうちの第１光源を、レーザポインタ用の光源として用いることができるので、装置全体の小型化、及びコストの低減を図ることができる。

本発明の実施形態に係るプロジェクタ（画像投射装置）の外観を示す概略斜視図。 本発明の実施形態に係るプロジェクタの要部構成を示す図。 反射・透過ホイールを示す正面図。 蛍光ホイールを示す正面図。 プロジェクタ本体（光ファイバーコネクタ）から光ファイバー（レーザ光出射操作部）を外した状態を示した図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るプロジェクタ（画像投射装置）の外観を示す概略斜視図、図２は、このプロジェクタの要部構成を示す図である。

図１に示すように、本実施形態に係るプロジェクタ１の装置本体としてのプロジェクタ本体２の外面には、光ファイバー３を介して後述するレーザポインタとして機能するレーザ光出力操作部（光ビーム出力操作部）４が接続されている。

（プロジェクタ１の要部構成、画像投射動作）
図２に示すように、本実施形態に係るプロジェクタ１は、プロジェクタ本体２内に、画像投射用の光源装置としての第１光源１０及び第２光源１１と、画像形成素子１２と、画像形成素子１２へ光を導く光学機構部１３と、投射光学系１４と、第１光源１０から出射された光の一部を光ファイバーコネクタ１５、光ファイバー３を介してレーザ光出射操作部４へ導く光導光部１６と、画像投射動作を含めプロジェクタ全体の動作を制御する制御部１７を備えている。

また、本実施形態のプロジェクタ１には、光導光部１６、光ファイバーコネクタ１５、光ファイバー３及びレーザ光出力操作部４とを備えたレーザビーム出力機構（光ビーム出力手段）１８を備えている。レーザビーム出力機構１８は、第１光源１０から出射された光の一部を取り出して、レーザ光出力操作部４からプロジェクタ本体２の外へ光ビームを出力することができる（レーザビーム出力機構１８の詳細については後述する）。

第１光源１０は、アレイ状に配置された複数のレーザダイオード（ＬＤ）２０と、各レーザダイオード２０の前面側（光出射側）に配置したコリメータレンズ２１を有しており、各レーザダイオード２０から発せられたレーザ光を平行光束にして出射させる。なお、各レーザダイオード２０と各コリメータレンズ２１は、位置精度を確保しつつ実装を容易するために、基板（不図示）上に一体的に実装されている。

レーザダイオード２０は、本実施形態では可視光としての青色光（青色レーザ光）を出力するタイプである。なお、例えば青色レーザをレーザダイオード２０として用いる場合、１色に付き１個のレーザダイオードでは光量が不足する。そのため、一般的には、数個〜数十個のレーザダイオード２０が一体的に構成されるレーザダイオードアレイが用いられる。

第２光源１１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）２２と、発光ダイオード２２の前面側（光出射側）に配置したコリメータレンズ２３を有しており、発光ダイオード２２から発せられたＬＥＤ光を平行光束にして出射させる。なお、発光ダイオード２２とコリメータレンズ２３は、位置精度を確保しつつ実装を容易するために、基板（不図示）上に一体的に実装されている。

発光ダイオード２２は、本実施形態では可視光としての赤色光（赤色ＬＥＤ光）を出力するタイプである。

光学機構部１３は、反射・透過ホイール２４、蛍光ホイール２５、第１〜第５集光光学系２６ａ〜２６ｅ、第１〜第３ダイクロイックミラー２７ａ〜２７ｃ、第１〜第４反射ミラー２８ａ〜２８ｄ及び拡散板２９を有している。

光導光部１６は、光導光用反射ミラー３０と光導光用集光光学系３１を有し、光学機構部１３の第１反射ミラー２８ａと光ファイバーコネクタ１５との間に設けらている。光ファイバーコネクタ１５は、本実施形態ではプロジェクタ本体２の投射光学系１４側の表面内側に設置されている。

第１ダイクロイックミラー２７ａは、本実施形態では青色の波長帯域の光は透過し、緑色の波長帯域以上の光は反射するような特性を有している。第２ダイクロイックミラー２７ｂも同様に、本実施形態では青色の波長帯域の光は透過し、緑色の波長帯域の光は反射するような特性を有している。第３ダイクロイックミラー２７ｃは、本実施形態では青色及び緑色の波長帯域の光は透過し、赤色の波長帯域の光は反射するような特性を有している。

第１反射ミラー２８ａは、入射光の大部分を第２ダイクロイックミラー２７ｂ側に反射し、入射光の一部を透過させるような特性を有しており、透過した一部の光を光導光部１６の光導光用反射ミラー３０側に入射させるように構成されている。また、第４反射ミラー２８ｄは凹面鏡である。

反射・透過ホイール２４は、例えば図３に示すように、第１領域２４ａと第２領域２４ｂに分割された領域を有し、反射・透過ホイール２４の開口中心部がモータ３２の回転軸３２ａに固定されている。

反射・透過ホイール２４は、例えば透明なガラス基板上の第１領域２４ａの部分のみをアルミニウムなどの高反射率の材料で成膜することで形成されている。よって、反射・透過ホイール２４の第１領域２４ａは、入射されるレーザ光（青色レーザ光）を全反射し、反射・透過ホイール２４の第２領域２４ｂは、入射されるレーザ光（青色レーザ光）を透過する機能を有している。なお、第１領域２４ａは、本実施形態では第２領域２４ｂの４分の１程度の大きさである。

蛍光ホイール２５は、例えば図４に示すように、外周側に所定幅のリング状の蛍光体層２５ａを有し、蛍光ホイール２５の開口中心部がモータ３３の回転軸３３ａに固定されている。蛍光体層２５ａは、回転軸３３ａを中心として同心円状に形成されている。

蛍光体層２５ａには、本実施形態では青色の波長帯域のレーザ光を照射することにより、緑色の波長帯域の光を発する蛍光体が含まれている。

画像形成素子１２は、照射された光を画像データに基づく変調信号により画像を形成する光変調素子であって、例えば複数の微小ミラーで構成された周知のＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いることができる。

このＤＭＤは、画素単位の複数の微小ミラーを有し、微小ミラーはその角度が二位置制御され、その角度の二位置制御の繰り返し時間間隔を制御することにより階調制御を行うことができるようになっている。そして、例えばパソコン等から入力される画像の一フレーム期間内に、時間順次にＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の光を切り替えて照射される。それと共に、このＲＧＢの各色の光の照射タイミングに同期して、その表示画素毎の画像データに基づいて複数の微小ミラーを駆動制御することにより、目の残像現象を利用してフルカラーの画像が生成される。

画像投射動作時における、上記したレーザダイオード２０及び発光ダイオード２２の発光制御、モータ３２、３３の回転数制御、画像形成素子１２（本実施形態ではＤＭＤ）の駆動制御等は、制御部１７からの制御信号に基づいて行われる。

次に、上記した本実施形態のプロジェクタ１による画像投射動作について説明する。この画像投射動作は、制御部１７によって制御される。

第１光源１０（各レーザダイオード２０）から出射されたレーザ光（青色レーザ光）は、第１集光光学系２６ａによって集光され、集光されたレーザ光（青色レーザ光）は、所定角度（図２では略４５度）で配置された反射・透過ホイール２４に入射される。反射・透過ホイール２４は、モータ３２の回転軸３２ａの回転駆動によって各色の画像データに同期して回転される。

そして、反射・透過ホイール２４へ入射したレーザ光（青色レーザ光）は、回転する第１領域２４ａと第２領域２４ｂによって反射と透過し、時分割に第１反射ミラー２４ａ側の第１の光路Ａ１と、第１ダイクロイックミラー２７ａ側の第２の光路Ａ２に切り替えられる。

反射・透過ホイール２４で第２の光路Ａ２に切り替えられたレーザ光（青色レーザ光）は、所定角度（図２では略４５度）で配置された第１ダイクロイックミラー２７ａを透過し、第１集光学系２６ｂで集光されて、所定角度（図２では第２の光路Ａ２にして直交する９０度）で配置された蛍光ホイール２５の蛍光体層２５ａに照射される。なお、蛍光ホイール２５は、モータ３３の回転軸３３ａの回転駆動によって所定の回転数で回転されている。

蛍光体層２５ａにレーザ光（青色レーザ光）が照射されると緑色の波長帯域の光を発光し、この緑色に発光した光（緑蛍光光）は、第１集光光学系２６ｂで集光されて、第１ダイクロイックミラー２７ａで反射される。第１ダイクロイックミラー２７ａで反射された光（緑色光）は、第３集光光学系２６ｃの第１レンズ系２６ｃ１で集光されて、所定角度（図２では略４５度）で配置された第２ダイクロイックミラー２７ｂに入射する。

なお、蛍光ホイール２５の蛍光体層２５ａの表面に、透明な反射膜をコーティングするこで、蛍光体層２５ａで発光した光を効果的に第１ダイクロイックミラー２７ａ側に取り出すことができ、より好適である。

一方、反射・透過ホイール２４で第１の光路Ａ１に切り替えられたレーザ光（青色レーザ光）は、拡散板２９によってレーザ光としてのコヒーレンシーが除去されて、蛍光光と同様の通常の光にする。そして、第３集光光学系２６ｃの第２レンズ系２６ｃ２で集光されて、所定角度（図２では略４５度）で配置された第１反射ミラー２８ａに入射する。

第１反射ミラー２８ａに入射したレーザ光（青色レーザ光）の大部分は反射して、所定角度（図２では略４５度）で配置された第２ダイクロイックミラー２７ｂに入射する。なお、第１反射ミラー２８ａを透過した一部の光（青色レーザ光）は、後述する光導光部１６の光導光用反射ミラー３０に入射する。

そして、第２ダイクロイックミラー２７ｂは、第１反射ミラー２８ａ側から入射されるレーザ光（青色レーザ光）を透過するとともに、第１ダイクロイックミラー２７ａ側から入射される緑蛍光光を反射し、これらの光を交互に切り替えながら同一の光路で、所定角度（図２では略４５度）で配置された第２反射ミラー２８ｂに入射する。なお、第２ダイクロイックミラー２７ｂでのレーザ光（青色レーザ光）と緑蛍光光との切り替えは、反射・透過ホイール２４でレーザ光（青色レーザ光）を第１の光路Ａ１と第２の光路Ａ２への切替え周期に同期している。

同一の光路を通して第２反射ミラー２８ｂに入射したレーザ光（青色レーザ光）と緑蛍光光は、その表面で反射し、所定角度（図２では略４５度）で配置された第３ダイクロイックミラー２７ｃに入射する。この第３ダイクロイックミラー２７ｃには、第２光源１１（発光ダイオード２２）から出射されたＬＥＤ光（赤色ＬＥＤ光）が入射される。

本実施形態では、第３ダイクロイックミラー２７ｃに対して、入射される上記したレーザ光（青色レーザ光）、緑蛍光光、ＬＥＤ光（赤色ＬＥＤ光）の３色（青、緑、赤）の各光が、例えばパソコン等から入力される画像の一フレーム期間内に、時分割で順次に切り替えられるように制御される。

そして、第３ダイクロイックミラー２７ｃは、入射したレーザ光（青色レーザ光）と緑蛍光光を透過するとともに、ＬＥＤ光（赤色ＬＥＤ光）を反射し、これらの光を交互に切り替えながら同一の光路で、第４集光光学系２６ｄで集光して、所定角度（図２では略４５度）で配置された第３反射ミラー２８ｃに入射する。

そして、第３反射ミラー２８ｃで反射されたＬＥＤ光（赤色ＬＥＤ光）、緑蛍光光、レーザ光（青色レーザ光）の３色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））の各光は、第５集光光学系２６ｅで集光され、第４反射ミラー（凹面鏡）２８ｄで反射されて画像形成素子１２（本実施形態ではＤＭＤ）に入射（照射）される。

そして、画像形成素子１２は、各色の光の照射タイミングに同期して、その表示画素毎の画像データに基づいて複数の微小ミラーを駆動制御し、表示画素毎に階調制御された各色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各光が投射光学系１４を介して出射される。そして、出射された投射光Ｓが前方に設けた被投射面としてのスクリーン４０等に投射されることで、人間の目の残像現象を利用して、フルカラーの拡大画像が表示される。

（レーザビーム出力機構１８の構成、動作）
レーザビーム出力機構１８は、光導光部（光導光用反射ミラー３０、光導光用集光光学系３１）１６、光ファイバーコネクタ１５、光ファイバー３及びレーザ光出力操作部４とを備えている。なお、上記したように、光学機構部１３の第１反射ミラー２８ａは、第１光源１０（各レーザダイオード２０）から出射されたレーザ光の一部を、光導光部１６の光導光用反射ミラー３０側に透過させる機能を有している。よって、この第１反射ミラー２８ａも、レーザビーム出力機構１８に含ませることができる。

光ファイバーコネクタ１５は、本実施形態ではプロジェクタ本体２の投射光学系１４側の表面（前面側）に設置されている。光ファイバーコネクタ１５には、光ファイバー３の接続端子部３ａが着脱可能に装着されている。なお、この光ファイバーコネクタ１５をプロジェクタ本体２の側面や投射光学系１４と反対側の背面に設置してもよい。この場合、光導光部１６も光ファイバーコネクタ１５の位置に対応して設置される。

上記した画像投射動作時において、第１反射ミラー２８ａに入射したレーザ光（青色レーザ光）の一部は透過して、所定角度（図２では略４５度）で配置された光導光用反射ミラー３０に入射される。そして、光導光用反射ミラー３０で反射したレーザ光は、光導光用集光学系３１で集光されて、光ファイバーコネクタ１５を介して光ファイバー３に導かれる。

そして、光ファイバー３内を伝播したレーザ光は、接続されているレーザ光出力操作部４内に入射され、集光光学系等を含む出射光学系４１でコリメートして先端側から出射される。そして、操作者がこのレーザ光出力操作部４を握って、レーザ光出力操作部４の先端側をスクリーン４０に向けることで、レーザ光出力操作部４の先端側から出力されたレーザ光Ｌを、スクリーン４０に投射した画像内の特定箇所に投射することができる。

このように、レーザビーム出力機構１８のレーザ光出力操作部４がレーザポインタとして機能し、利便性の高いプロジェクタ１を提供することができる。更に、画像投射用の光源装置のうちの第１光源１０を、レーザポインタ用の光源として用いることができるので、装置全体（プロジェクタ本体２）の小型化、及びコストの低減を図ることができる。

また、レーザ光出力操作部４は、光ファイバー３を介してプロジェクタ本体２に接続されているので、プロジェクタ本体２から離れた場所からでも操作することができる。よって、レーザ光出力操作部４をレーザポインタとしての機能させるときの使い勝手性がより向上する。

また、レーザ光出力操作部４には、レーザ光の出射と遮光を選択的に切り替えることが可能な機械的な切替スイッチ（スイッチ手段）４２が設けられている。この切替スイッチ４２は、開操作（ＯＮ操作）しているときはレーザ光が出射され、閉操作（ＯＦＦ操作）しているときはレーザ光が遮蔽されるように構成されている。

このように、レーザ光出力操作部４の切替スイッチ４２で、レーザ光出力操作部４からのレーザ光の出射のＯＮ／ＯＦＦ操作を任意に行うことができる。よって、レーザ光出力操作部４をレーザポインタとしての機能させるときの使い勝手性がより向上する。

また、光ファイバーコネクタ１５内にはレーザ光を遮光可能な遮光機構（遮光手段）４３が設けられている。この遮光機構４３は、光ファイバー３の接続端子部３ａが光ファイバーコネクタ１５に装着されているときはレーザ光を通す非遮光状態となり、光ファイバー３の接続端子部３ａが光ファイバーコネクタ１５から外しているときはレーザ光を遮蔽する遮光状態となるように構成されている。遮光機構４３は、例えば光ファイバー３の接続端子部３ａの着脱動作に連動して機械的に遮光状態と非遮光状態に切り替え動作するように構成されている。

よって、図５に示すように、光ファイバー３の接続端子部３ａを光ファイバーコネクタ１５から外しているときに、上記した画像投射動作を行っても遮光機構４３（図２参照）で光ファイバーコネクタ１５内を遮光しているので、光ファイバーコネクタ１５から外部にレーザ光が出射されることはない。

１ プロジェクタ（画像投射装置）
２ プロジェクタ本体（装置本体）
３ 光ファイバー
４ レーザ光出力操作部（光ビーム出力操作部）
１０ 第１光源
１１ 第２光源
１２ 画像形成素子
１３ 光学機構部
１４ 投射光学系
１５ 光ファイバーコネクタ
１６ 光導光部
１７ 制御部
１８ レーザビーム出力機構（光ビーム出力手段）
２０ レーザダイオード
２２ 発光ダイオード
２４ 反射・透過ホイール
２５ 蛍光ホイール
２６ａ〜２６ｅ 第１〜第５集光光学系
２７ａ〜２７ｃ 第１〜第３ダイクロイックミラー
２８ａ〜２８ｄ 第１〜第４反射ミラー
２９ 拡散板
３０ 光導光用反射ミラー
３１ 光導光用集光光学系
４１ 出射光学系
４２ 切替スイッチ
４３ 遮光機構

特許第４９９４７４４号公報

Claims (4)

1. 画像投射用の光源装置と、入射される画像データに基づいて画像を形成する画像形成素子と、前記光源装置から出射された光を前記画像形成素子に導光するための光学機構部と、前記画像形成素子で生成された画像を被投射面上に投射する投射光学系とを装置本体内に備え、前記光源装置は、少なくとも所定の可視光波長帯域の光を出射する第１光源を有する画像投射装置であって、
   前記第１光源から出射された光の一部を、前記光学機構部の前記画像形成素子への光路から取り出して、光ビームとして前記装置本体の外へ出射させる光ビーム出力手段を備え、
   前記光ビーム出力手段は、前記光源装置と前記画像形成素子との間の前記光路中に配置され、前記第１光源から出射された光の反射部と透過部とが順次前記光路中に現れる回転体と、
   前記回転体の反射光路中に配置された光ファイバーと、
   前記光ファイバーに接続され、該光ファイバーで伝播された光を出射する出射光学系と、を有することを特徴とする画像投射装置。
2. 光ビーム出力手段は、前記第１光源から出射された光の一部を前記光学機構部の前記画像形成素子への前記光路から取り出して前記装置本体に接続した前記光ファイバーに導く光導光部と、
   前記光ファイバーの先端側に接続され、該光ファイバーで伝播された光を前記出射光学系を通して出射可能であり、かつ外面を操作者が把持して光の出射方向を操作するための光ビーム出力操作部とを有することを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記光ビーム出力操作部に、前記光ファイバーで伝播された光の出射と遮光を選択的に切り替え可能なスイッチ手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
4. 前記光ファイバーは前記装置本体に着脱可能であり、前記光ファイバーが前記装置本体から外されているときに前記第１光源から出射された光の一部が前記装置本体の外へ出射されないように遮光する遮光手段が、前記装置本体側に設けられてい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画像投射装置。