JP2005018007A - プロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型コンパクト化とコストダウンを実現するとともに、良好な操作フィーリングを確保することにより、家庭用プロジェクタへの光学系補正方式の適用を容易にする。
【解決手段】 投射レンズを横及び／又は縦方向へ変位させて、スクリーンに投射される画像の台形歪を補正するプロジェクタの台形補正装置であって、投射レンズの支持部を、横及び／又は縦方向へガイドする機構を有する支持機構部と、手動により操作する操作部と、この操作部の操作量を少なくともラック＆ピニオンを含むギア機構を介して支持機構部に伝達し、レンズ支持部を横及び／又は縦方向へ変位させる伝達機構部を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スクリーンなどに画像を投射するプロジェクタ装置に関する。

一般に、スクリーンに画像を投射するプロジェクタ、特に、家庭用プロジェクタでは、プロジェクタ本体を邪魔にならない位置に自由に配置し、かつ大画面で見たいという要求がある。プロジェクタをスクリーンの正面以外から投射した場合、スクリーンに対して斜めから投射することになり、スクリーンに対する投射角度（スクリーンと投射レンズの光軸のなす角度）が垂直とはならず、スクリーンに投射される画像は台形に歪んでしまう。従来の家庭用プロジェクタには、この台形歪を、画像処理（信号処理）により補正を行う機能があり、下記特許文献１，下記特許文献２等で開示されるように、小型かつ低コストに実施でき、しかも調整が容易であることから、家庭用プロジェクタに広く用いられている。

また、プロジェクタ本体がスクリーンの正面以外の場所に設置した場合においても、プロジェクタ本体をスクリーンに対して投射角度が垂直になるように配置し、投射レンズを変位させて画像が投射される位置を変位させて、スクリーンと一致するようにする方法がある。この場合、スクリーンに対して投射角度は垂直なため画像は台形にならない。その投射レンズを変位させる機構（以下、レンズシフト機構という）は下記特許文献３、下記特許文献４で開示されている。
特開２００１−２４９４０１号公報 特開２００１−３３９６７１号公報 特開平６−３３１９５３号公報 特開２００２−３６５７２５号公報

上記特許文献１や特許文献２に記載されているプロジェクタ装置においては、横方向においては、画像の上下の長辺を狭めて短辺に合わせて台形歪を補正するため、画像の縦横比が変ってしまい、さらに画像処理時の画質劣化という問題がある。縦方向についても同様である。

上記特許文献３，特許文献４に記載されているプロジェクタ装置においては、投射レンズの位置を光軸に垂直な方向に変位させるレンズシフト機構を設けている。これは、プロジェクタ本体がスクリーンに対して投射角度が垂直になるように配置し、投射レンズを変位させて投射画像の位置をスクリーンに略一致させることにより、台形歪が生じることなく、また画像処理も必要ないため、高画質な画像を得ることが出来る。

上記特許文献３に記載のプロジェクタ装置は、上下方向と、左右方向にそれぞれモータを配置し、モータの回転軸に設けられたピニオンと、投射レンズの支持部材に設けられたラックを勘合させるようになっている。モータを回転させることにより投射レンズの支持部材をスライドさせて変位させるようになっている。本従来のプロジェクタ装置では投射レンズが上下左右の両方向の変位できるようになっているが、変位させる手段としてモータを使用しているため、部品コストがかかり、またモータに供給する電源回路やその制御を行う制御回路が必要となり高価になってしまうという問題がある。

上記特許文献４に記載のプロジェクタ装置は、通常は摩擦力あるいは噛み合わせ構造により投射レンズが動かないようにロック状態とし、レバーを倒すことによりロック状態が解除されて投射レンズを手動で上下左右に移動可能になる様になっている。投射レンズが上下左右の両方向に手動で変位できるようになっており、簡単な構成であるが、微調整機構がないという問題がある。

また、スクリーンからプロジェクタ本体までの距離を確保するのが困難な場合や、逆にスクリーンから離れた位置にプロジェクタ本体を設置しなければならない場合においても、大画面を投射する為には、投射レンズのズーム比を大きくする必要がある。従来のプロジェクタ装置の投射レンズのズーム比は約１．２から１．３倍であり、例えば６０インチサイズの画像を投射するためには、スクリーンとプロジェクタの距離は１．８ｍ〜２．１ｍと設置位置の自由度が少ない。したがって、一般家庭の標準的な部屋の大きさ６畳（略２．７ｍ×３．６ｍ）の長手側の壁に投影することを考慮すると、ズーム比は略１．８倍以上（スクリーンとプロジェクタの距離を略１．５ｍ）必要と思われる。ズーム比を大きくした場合、レンズ枚数の増加、それに伴う重量の増加、さらに全長の増加となってしまい、投射レンズが大型化してしまうという問題がある。またズーム比を大きくしたことにより収差が大きくなり、ワイド側からテレ側のどの倍率においても、投射画像の歪が少なくかつ諸収差が良好にするのは困難であるという問題がある。

本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、高画質な画像を得るために、投射レンズを上下左右に変位させるレンズシフト機構を設け、その機構の小型コンパクト化とコストダウンを実現するとともに、投射レンズのズーム比を大きくし、ズームのワイド側からテレ側のどの倍率においても、投射画像の歪が少なく諸収差が良好であり、かつ、小型化を図った投射レンズを用いることで、家庭用プロジェクタ本体の配置制約の少ないプロジェクタ装置の提供を目的とする。

本発明は、投射レンズ２を横方向及び／又は縦方向へ変位させて、スクリーンＳに投射される画像の位置を変位させるプロジェクタ装置Ｐのレンズシフト機構１を構成するに際して、投射レンズ２を支持するレンズ支持部３を、横方向及び／又は縦方向へガイドするガイド機構５ｘ，５ｙを有する支持機構部４と、手動により操作する手動操作部６ｘ，６ｙと、この手動操作部６ｘ，６ｙの操作量を、少なくともラック７ｘａ，７ｙａ＆ピニオン７ｘｂ，７ｙｂを含むギア機構７ｘ，７ｙを介して支持機構部４に伝達し、レンズ支持部３を横方向及び／又は縦方向へ変位させる伝達機構部８ｘ，８ｙを具備することを特徴とする。

これにより、本発明に係るプロジェクタ装置Ｐによれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 投射レンズを光軸に対してオフセットさせるメカニカル構造には、ボールねじ機構やリニアガイド機構等の大型メカニカル部品を使用しないため、大幅な小型コンパクト化とコストダウンを実現できる。

（２） ラック＆ピニオンを含むギア機構により、手動操作時における応答速度の遅さやダイレクト感の欠如が解消されるため、良好な操作フィーリングを確保することができる。

本発明に係るプロジェクタ装置Ｐによれば、最良の形態により、支持機構部４は、レンズ支持部３を光軸Ｃの直角方向へ変位可能に保持する可動フレーム部１１と、レンズ支持部３と可動フレーム部１１を両側から挟み、かつレンズ支持部３と可動フレーム部１１を光軸Ｃの直角方向へ変位可能に保持する一対のホルダ部１２，１３により構成される。また、支持機構部４には、可動フレーム部１１とこの可動フレーム部１１に対向するホルダ部１２の一方に設けた所定長さの第一凹溝部５ｘｓ及び他方に設けることにより第一凹溝部５ｘｓに係合する所定長さの第一凸条部５ｘｔを有し、レンズ支持部３を横方向（又は縦方向）にのみ変位を許容する第一ガイド機構５ｘと、可動フレーム部１１とレンズ支持部３の一方に設けた所定長さの第二凹溝部５ｙｓ及び他方に設けることにより第二凹溝部５ｙｓに係合する所定長さの第二凸条部５ｙｔを有し、レンズ支持部３を縦方向（又は横方向）にのみ変位を許容する第二ガイド機構５ｙを設けている。これにより、ホルダ部１２及び可動フレーム部１１の横方向及び横方向の長さを最大限利用でき、ガタつきの無い高精度のガイド機構を得ることができる。さらに、支持機構部４には、レンズ支持部３及び可動フレーム部１１の変位に対して所定の摩擦力を付与する一又は二以上のブレーキ手段１４…を設けており、このブレーキ手段１４…は、レンズ支持部３，可動フレーム部１１及びホルダ部１２，１３の全部又は一部に配した一又は二以上の圧接部材１５…とこの圧接部材１５…を相対向する側に加圧する弾性部材１６…により構成される。これにより、摩擦係数の安定化、特に、長期の安定化を図れるとともに、可動フレーム部１１及びレンズ支持部３の位置ずれを防止（阻止）できる。一方、伝達機構部８ｘ，８ｙには、操作量に基づく変位量を伝達機構部４側に伝達するレバー式リンク機構１７ｘ，１７ｙを備える。これにより、梃子作用による操作力の軽減と更なる操作性の向上が図られる。なお、伝達機構部４の減速系の中段にブレーキ手段１４…を配置したことにより、操作性の向上と組立性の向上が図られる。また、手動操作部６ｘ，６ｙの操作方向と投射レンズ２の変位方向を一致させる中継ギア７ｘｃ，７ｙｃを備える。これにより、操作時の違和感を無くすことができる。さらに、伝達機構部８ｘ，８ｙを構成する全部又は一部のギアは、斜歯ギアを用いている。これにより、応力分散による強度アップ，操作性（操作フィーリング）の更なる向上，ギア類の小型化等を図ることができる。他方、レンズ支持部３に対して下方へ付与される荷重を相殺するスプリング１８ｓを用いたバランサ機構１８を設けている。これにより、レンズ支持部に付与される上下方向の荷重を自然状態でバランスさせることができる。加えて、投射レンズにおいては、５群構成とし、そのうち非球面を２面設けることにより、ズーム比２．０でかつ良好な諸収差を実現でき、また投射レンズの小型化も図ることができ、しかも、レンズシフト機構と合わせることで、プロジェクタの設置位置の自由度が大幅に向上する。

よって、ユーザが、手動操作部６ｘを操作すれば、この操作量は、少なくともラック７ｘａ＆ピニオン７ｘｂを含むギア機構７ｘ、望ましくは、斜歯ギアを用いたラック７ｘａ＆ピニオン７ｘｂと中継ギア７ｘｃを含むギア機構７ｘ及びレバー式リンク機構１７ｘを備える伝達機構部８ｘを介して支持機構部４（可動フレーム部１１）に伝達される。この結果、可動フレーム部１１とレンズ支持部３（投射レンズ２）は、ガイド機構５ｘにより左右方向へ変位せしめられ、スクリーンＳに投射される画像の位置が横方向（Ｘ方向）に変位する。他方、ユーザが、手動操作部６ｙを操作すれば、この操作量は、少なくともラック７ｙａ＆ピニオン７ｙｂを含むギア機構７ｙ、望ましくは、斜歯ギアを用いたラック７ｙａ＆ピニオン７ｙｂと中継ギア７ｙｃを含むギア機構７ｙ及びレバー式リンク機構１７ｙを備える伝達機構部８ｙを介して支持機構部４（レンズ支持部３）に伝達される。この結果、レンズ支持部３（投射レンズ２）は、ガイド機構５ｙにより上下方向へ変位せしめられ、スクリーンＳに投射される画像の位置が縦方向（Ｙ方向）に変位する。特に、本発明では、投射レンズ２を光軸Ｃに対してオフセットさせるレンズシフト機構１には、ラック＆ピニオンを含むギア機構を用いているため微調整が可能で、かつモータを用いず手動にて動作させるため、大幅なコストダウンが図れる。

次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施例に係る家庭用プロジェクタ装置Ｐの概要について、図８〜図１０を参照して説明する。

図８は投射レンズ２を変位させる機構を備えるプロジェクタ装置Ｐの一部を示す外観正面図、図９はプロジェクタ装置Ｐの一部を示す外観平面図、図１０は、家庭用プロジェクタ装置Ｐの全体外観図を示す。図１０に示すように、このプロジェクタ装置Ｐは、キャビネット２１の正面２１ｆから投射レンズ２が前方に露出し、この投射レンズ２からスクリーンＳに画像を投射する。なお、映像表示素子としては、液晶タイプやＤＬＰタイプなど、その種類は問わない。

そして、プロジェクタ装置Ｐには本実施例に係る投射レンズ２を変位させるレンズシフト機構１を備え、キャビネット２１の正面２１ｆに設けた窓孔部２２には、図８に示すように、縦方向の操作ダイヤル２３を露出させるとともに、図９に示すように、天面２１ｕに設けた窓孔部２４には、横方向の操作ダイヤル２５を露出させる。この場合、各窓孔部２２及び２４は、正面２１ｆ及び天面２１ｕに窪みを設け、この窪みの中に形成することにより、各操作ダイヤル２３及び２５が、共に正面２１ｆ及び天面２１ｕから外側に突出しないようにしている。これにより、外部から物や手などが当たり操作ダイヤル２３及び２５が無用に動いてしまう弊害を防止できる。なお、利用頻度の多い縦方向に係わる窓孔部２２と操作ダイヤル２３は、利用頻度の少ない横方向に係わる窓孔部２４と操作ダイヤル２５よりもそれぞれ大きく形成し、使い勝手と操作性を高めている。

よって、図８に示すように、操作ダイヤル２３を指により矢印Ｈｕ，Ｈｄ方向へ回動操作すれば、その操作方向に対応して投射レンズ２を縦方向に変位させることができる。即ち、操作ダイヤル２３を指により矢印Ｈｄ方向（図中、下方向）に回動操作すれば、投射レンズ２は実線で示す位置から仮想線で示す下方位置に変位する。他方、図９に示すように、操作ダイヤル２５を指により矢印Ｈｐ，Ｈｑ方向へ回動操作すれば、その操作方向に対応して投射レンズ２を横方向へ変位させることができる。即ち、操作ダイヤル２５を指により矢印Ｈｐ方向（図中、左方向）に回動操作すれば、投射レンズ２は実線で示す位置から仮想線で示す左方位置に変位する。操作ダイヤル２３，２５を上記と逆方向に回動操作すれば、投射レンズ２は逆方向に変位するのは言うまでもない。

次に、投射レンズ２の変位とスクリーンに投射される画像の関係を上方向から見たものとして説明する。図１１は投射レンズの変位と投射画像の説明図である。１９はプロジェクタ装置Ｐ内の映像表示素子、２は投射レンズ、２０はスクリーンに投射される画像である。図に示すように、スクリーンへの投射角度は垂直になるようにしている。投射レンズを２’から２に左方向（矢印Ａ）に変位させると、投射される画像も２０’から２０と左方向（矢印Ｂ）に変位する。すなわち、投射レンズ２を変位させた方向に、投射される画像は変位することになる。これは、他の方向（右方向や上下方向）においても同じである。この時、スクリーンへの投射角度は垂直なため、投射画像は台形歪を生じず、高画質な画像を得ることができる。

次に、本実施例に係るレンズシフト機構１の具体的構成について、図１〜図９を参照して説明する。

図１は、レンズシフト機構の正面図である。レンズシフト機構１は、大別して、レンズ支持部３，支持機構部４，手動操作部６ｘ，６ｙ及び伝達機構部８ｘ，８ｙを備える。この場合、上述した操作ダイヤル２３は、手動により操作する手動操作部６ｙを構成するとともに、操作ダイヤル２５は、手動により操作する手動操作部６ｘを構成する。

図６はレンズシフト機構１の支持機構部４の分解斜視図である。レンズ支持部３は、図６に示すように、後端にレンズ取付部３１ｃを有する筒状のレンズ収容部３１と、このレンズ収容部３１の前端に矩形状の可動フランジ部３２を一体成形する。これにより、図２に示すように、レンズ収容部３１に、投射レンズ２の後部を収容し、ネジ止め等によりレンズ取付部３１ｃに投射レンズ２を固定することができる。

また、支持機構部４は、図６に示すように、可動フレーム部１１を可動フランジ部３２の前面に重ねることにより、レンズ支持部３を光軸Ｃの直角方向へ変位可能に保持している。ここで可動フレーム部１１の形状は可動フランジ部３２と略同一形状としている。この可動フレーム部１１とレンズ支持部３を両側から一対のホルダ部１２，１３（前ホルダ部１２，後ホルダ部１３）で挟み、かつレンズ支持部３と可動フレーム部１１を光軸Ｃの直角方向へ変位可能に保持している。この前ホルダ部１２と後ホルダ部１３は、前述したキャビネット２１の内部に固定される。この場合、後ホルダ部１３の前面における四隅には、筒形のセパレータ部３３…を突出形成し、各セパレータ部３３…を介して前ホルダ部１２と後ホルダ部１３をネジ止め等により固定する。各セパレータ部３３…の突出長さは、可動フレーム部１１と可動フランジ部３２を重ねた厚さよりも若干長くし、図２に示すように組付けた際は、前ホルダ部１２と後ホルダ部１３間に介在する可動フレーム部１１とレンズ支持部３が変位自在になるようにしている。なお、組付時には、レンズ収容部３１が後ホルダ部１３の内側空間を通って後方に突出するとともに、レンズ取付部３１ｃに投射レンズ２を取付けた際は、図２に示すように、投射レンズ２の後端がレンズ収容部３１から後方に突出し、また、投射レンズ２の前部が可動フレーム部１１と前ホルダ部１２の内側空間を通って前方に突出する。

一方、支持機構部４には、図６に示す第一ガイド機構５ｘと第二ガイド機構５ｙを設けている。第一ガイド機構５ｘは、前ホルダ部１２の後面上部に横方向に形成した所定長さの第一凹溝部５ｘｓと、この前ホルダ部１２に対向する可動フレーム部１１の前面上部に横方向に形成し、かつ当該第一凹溝部５ｘｓに係合する所定長さの第一凸条部５ｘｔを有する。この場合、第一凸条部５ｘｔの長さは、第一凹溝部５ｘｓの長さよりも短くなるように選定する。これにより、可動フレーム部１１は、前ホルダ部１２に対して横方向のみの変位でき、その変位量は第一凹溝部５ｘｓと第一凸条部５ｘｔの差となる。他方、第二ガイド機構５ｙは、可動フレーム部１１の後面右部に縦方向に形成した所定長さの第二凹溝部５ｙｓと、この可動フレーム部１１に対向するレンズ支持部３の前面右部に縦方向に形成し、かつ当該第二凹溝部５ｙｓに係合する所定長さの第二凸条部５ｙｔを有する。この場合、第二凸条部５ｙｔの長さは、第二凹溝部５ｙｓの長さよりも短くなるように選定する。これにより、レンズ支持部３は、可動フレーム部１１に対して縦方向のみの変位でき、その変位量は第二凹溝部５ｙｓと第二凸条部５ｙｔの差となる。このような各ガイド機構５ｘ，５ｙは、前ホルダ部１２及び可動フレーム部１１の横方向及び縦方向の長さを最大限利用した第一凸条部５ｘｔ及び第二凸条部５ｙｔを有するため、ガタつきの無い高精度のガイド機構を得ることができる。

図５は図１Ａ−Ａ断面図で、レンズシフト機構１のブレーキ手段を示す図である。図に示すように、支持機構部４には、レンズ支持部３及び可動フレーム部１１の変位に対して摩擦を利用したブレーキ力を付与する一又は二以上のブレーキ手段１４…を設けている。具体的には、図１に示すように、可動フレーム部１１の隅部四個所に、ブレーキ手段１４…をそれぞれ配設している。図５に示すように、可動フレーム部１１の後面１１ｒに細長の凹部３４を形成するとともに、この凹部３４の中に、可動フレーム部１１の表面１１ｆ側に貫通する円柱形の圧接部材収容孔３５を形成する。そして、この圧接部材収容孔３５に、硬質ゴム或いは合成樹脂等により形成した円柱状の圧接部材１５を変位自在に収容するとともに、凹部３４内に板バネ（弾性部材）１６の一端を固定ネジ３６…により固定し、他端側で圧接部材１５を加圧する。これにより、圧接部材１５は、相対向する側となる前ホルダ部１２の後面１２ｒに圧接し、圧接部材１５と後面１２ｒとの間に摩擦力が働き、この摩擦力により、可動フレーム部１１のブレーキとなる。さらに、図示を省略したが、同様のブレーキ手段１４…をレンズ支持部３の可動フランジ部３２と後ホルダ部１３間にも設けてもよい。即ち、可動フランジ部３２の前面３２ｆの隅部四個所にそれぞれ凹部３４を形成し、圧接部材１５及び板バネ１６を配設するとともに、圧接部材１５を相対向する側となる後ホルダ部１３の前面１３ｆに圧接させ、その摩擦力により可動フランジ部３２のブレーキとなる。

よって、圧接部材１５の材料及び径等を選定することにより、後ホルダ部１３に対して可動フランジ部３２を変位させる際、更には、前ホルダ部１２に対して可動フレーム部１１を変位させる際に所定の摩擦力を付与することができる。特に、このような構成のブレーキ手段１４…を採用することにより、摩擦係数の安定化、特に、長期の安定化を図れるとともに、可動フレーム部１１及びレンズ支持部３の位置ずれを防止（阻止）できる。即ち、本実施例に係るレンズシフト機構１では、後述するように、伝達機構部８ｘ，８ｙに、ラック７ｘａ，７ｙａ＆ピニオン７ｘｂ，７ｙｂを含むギア機構７ｘ，７ｙを採用しているため、投射レンズ２に外力を付加した場合、ストッパとしての機能は無いため、ブレーキ手段１４…をストッパとして機能させている。

ここで、ブレーキ手段１４…は図５に示すように可動フレーム部１１と前ホルダ部１２の間で作用するようにしている。ここは、後述する伝達機構部８ｘ，８ｙの減速系の中段に位置する。このブレーキ手段１４…を減速系の初段に配置した場合は操作ダイヤル２３，２５には大きな操作力が必要となり、使い勝手が良くない。また終段に配置した場合は、大きな摩擦力を付与する必要があり、強いバネ力を持った板バネ１６としなければならなく、組立て性が悪くなる。したがって、小さな操作力で操作ダイヤル２３，２５を回すことができるため操作性が良く、かつ弱い板バネ１６でよいため組立て性も良い。

図７はレンズシフト機構１に備えるバランサ機構の断面図である。図に示すように支持機構部４には、スプリング１８ｓを用いたバランサ機構１８を設けている。これは、図１及び図７に示すように、レンズ支持部３の可動フランジ部３２に、縦方向に細長い開口部４１を設け、この開口部４１の下端部における可動フランジ部３２側に、固定ネジ４２によりスプリング１８ｓの下端を固定するとともに、開口部４１の上端付近における可動フレーム部１１側に、カラー４３及び固定ネジ４４を用いてスプリング１８ｓの上端を固定する。よって、投射レンズ２を取付けたレンズ支持部３に対して下方に付与される荷重を相殺する特性を有するスプリング１８ｓを選定すれば、レンズ支持部３に付与される上下方向の荷重を自然状態でバランスさせることができる。

他方、支持機構部４と手動操作部６ｘ間には、伝達機構部８ｘを配設するとともに、支持機構部４と手動操作部６ｙ間には、伝達機構部８ｙを配設する。伝達機構部８ｘは、手動操作部６ｘの操作量を、少なくともラック７ｘａ＆ピニオン７ｘｂを含むギア機構７ｘを介して支持機構部４（可動フレーム部１１）に伝達し、可動フレーム部１１及びレンズ支持部３を横方向へ変位させる機能を備えるとともに、伝達機構部８ｙは、手動操作部６ｙの操作量を、少なくともラック７ｙａ＆ピニオン７ｙｂを含むギア機構７ｙを介して支持機構部４（レンズ支持部３）に伝達し、レンズ支持部３を縦方向へ変位させる機能を備える。

この場合、支持機構部４に備える前ホルダ部１２の正面から見て右側に、操作部取付部１２ｃを一体形成し、この操作部取付部１２ｃの上部に、操作ダイヤル２５（手動操作部６ｘ）の軸部を回動自在に取付ける。そして、伝達機構部８ｘは、図１〜図３に示すように、操作ダイヤル２５に対して同軸上に固定した斜歯ギアを用いた中継ギア７ｘｃと、この中継ギア７ｘｃに噛合し、かつ軸部により操作部取付部１２ｃに回動自在に取付けた斜歯ギアを用いたピニオン７ｘｂと、操作部取付部１２ｃの前面上に配し、離間した二個所のガイド部５３，５４により左右方向へ平行移動自在にガイドされるとともに、一側にピニオン７ｘｂに対して噛合する斜歯ギアを用いたラック７ｘａを有するクランクリンク５５と、このクランクリンク５５の変位量を変更して可動フレーム部１１に伝達するレバー式リンク機構１７ｘを備えて構成する。また、レバー式リンク機構１７ｘは、後ホルダ部１３の上辺部から上方に突出した軸部５６と、可動フレーム部１１の上辺部から上方に突出した軸部５７と、クランクリンク５５の他側の上辺部から上方に突出した軸部５８と、各軸部５６，５７及び５８間に架け渡したレバーリンク５９を備え、各軸部５６，５７及び５８は、レバーリンク５９に対して回動自在になる。この際、軸部５６と５８が係合するレバーリンク５９の係合孔は、長手方向に長い長孔により形成するとともに、軸部５６と５８の先端にはレバーリンク５９の抜けを防止する大径のストッパを取付ける。

さらに、操作部取付部１２ｃの前面には、支持板部６０を前方へ突出形成し、この支持板部６０に、操作ダイヤル２３（手動操作部６ｙ）の軸部を回動自在に取付ける。これにより、操作ダイヤル２３の軸線は左右方向となる。そして、他方の伝達機構部８ｙは、図１，図２及び図４に示すように、操作ダイヤル２３に対して同軸上に固定した斜歯ギアを用いた中継ギア７ｙｃと、この中継ギア７ｙｃに噛合し、かつ軸部により支持板部６０に回動自在に取付けた斜歯ギアを用いたピニオン７ｙｂと、操作部取付部１２ｃの前面上に配し、ガイド部６３，支持板部６０及び操作部取付部１２ｃに形成した開口部６４により、上下方向へ平行移動自在にガイドされるとともに、一側にピニオン７ｙｂに対して噛合する斜歯ギアを用いたラック７ｙａを有するクランクリンク６５と、このクランクリンク６５の変位量を変更してレンズ支持部３に伝達するレバー式リンク機構１７ｙを備えて構成する。また、レバー式リンク機構１７ｙは、後ホルダ部１３の右辺部から右方に突出した軸部６６と、レンズ支持部３の右辺部から右方に突出した軸部６７と、クランクリンク６５の他側から左方に突出した軸部６８と、各軸部６６，６７及び６８間に架け渡したレバーリンク６９を備え、各軸部６６，６７及び６８は、レバーリンク６９に対して回動自在になる。この際、軸部６６と６８が係合するレバーリンク６９の係合孔は、長手方向に長い長孔により形成するとともに、軸部６６と６８の先端にはレバーリンク６９の抜けを防止する大径のストッパを取付ける。

このような構成による伝達機構部８ｘ，８ｙは、中継ギア７ｘｃ，７ｙｃの採用により操作ダイヤル２５，２３（手動操作部６ｘ，６ｙ）の操作方向と投射レンズ２の変位方向を一致させ、操作時の違和感を無くすことができる。また、各ラック７ｘａ…，ピニオン７ｘｂ…及び中継ギア７ｘｃ…に斜歯ギアを用いることにより、応力分散による強度アップ，操作性（操作フィーリング）の更なる向上，ギア類の小型化を図れる。さらに、レバー式リンク機構１７ｘ，１７ｙを用いることにより、梃子作用による操作力の軽減と更なる操作性の向上を図ることができる。

次に、本実施例に係るレンズシフト機構１の作用（機能）について、各図を参照して説明する。

まず、ユーザが、図９に示すように、操作ダイヤル２５を指により矢印Ｈｐ，Ｈｑ方向へ回動操作すれば、この回動操作量は、中継ギア７ｘｃ及びピニオン７ｘｂを介してラック７ｘａに伝達される。この結果、クランクリンク５５が左右方向へ変位（平行移動）し、レバー式リンク機構１７ｘのレバーリンク５９は、後ホルダ部１３の軸部５６を支点にして左右方向へ回動変位するとともに、レバーリンク５９の中間位置に係合する軸部５７も追従変位し、この軸部５７と一体の可動フレーム部１１も、第一ガイド機構５ｘにガイドされて左右方向に変位する。この際、レンズ支持部３は可動フレーム部１１に対して縦方向変位のみが許容されるため、レンズ支持部３は可動フレーム部１１と一緒に変位する。よって、投射レンズ２は操作ダイヤル２５の操作量に対応して横方向へ変位せしめられ、スクリーンＳに投射される画像が横方向（Ｘ方向）に変位される。

他方、ユーザが、図８に示すように、操作ダイヤル２３を指により、矢印Ｈｕ，Ｈｄ方向へ回動操作すれば、この回動操作量は、中継ギア７ｙｃ及びピニオン７ｙｂを介してラック７ｙａに伝達される。この結果、クランクリンク６５が上下方向へ変位（平行移動）し、レバー式リンク機構１７ｙのレバーリンク６９は、後ホルダ部１３の軸部６６を支点にして上下方向へ回動変位するとともに、レバーリンク６９の中間位置に係合する軸部６７も追従変位し、この軸部６７と一体のレンズ支持部３も、第二ガイド機構５ｙにガイドされて上下方向に変位する。よって、投射レンズ２は操作ダイヤル２３の操作量に対応して縦方向へ変位せしめられ、スクリーンＳに投射される画像が縦方向（Ｙ方向）に変位される。

このように、本実施例に係るレンズシフト機構１は、投射レンズ２を光軸Ｃに対して横方向及び縦方向へオフセットさせるメカニカル構造には、モータなどの電気部品を使用しないため、供給電源や制御回路等を必要とせずコストダウンが図られるとともに、ラック７ｘａ，７ｙａ＆ピニオン７ｘｂ，７ｙｂを含むギア機構７ｘ，７ｙにより、手動操作時における応答速度の遅さが解消され、かつダイレクト感が得られることにより操作フィーリングが高められる。

図１２はレンズシフト機構１の操作ダイヤル２３部の説明図である。操作ダイヤル２３には、図１２に示すようにストッパ機構がついている。以下、ストッパ機構について詳細に説明する。操作ダイヤル２３には円弧状の凹部２３ａが設けられており、操作部取付部１２ｃの前面に突出形成した支持板部６０には、ストッパピン７０が設けられており、ストッパピン７０の先端が、操作ダイヤル凹部２３ａに係合するようになっている。

図１３は操作ダイヤル凹部２３ａとストッパピン７０の関係を示す図である。操作ダイヤル凹部２３ａにより、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように操作ダイヤル２３の回転角度を所定角度以上、回らないようにしている。これは、可動フレーム１１に形成された第二凹溝部５ｙｓとレンズ支持部３に形成された第二凸条部５ｙｔによりレンズ支持部３の縦方向移動量は制限されているが、操作ダイヤル２３をその制限以上回動操作した場合、ギアやラック、ピニオンの歯が欠けてしまうという問題がある。そこで、操作ダイヤル凹部２３ａとストッパピン７０にて、操作ダイヤル２３が制限以上回動しないようにしている。図示していないが、操作ダイヤル２５においても同様に凹部とストッパピンを設け、制限以上に回動しないようストッパ機構を設けている。

次に、本発明のプロジェクタ装置Ｐの操作方法について説明する。まず、投射レンズ２の光軸Ｃがスクリーンに対して垂直になるようにプロジェクタ装置Ｐを設置する。このとき、プロジェクタ装置Ｐ本体がスクリーンの真正面に位置しない場合は、スクリーンに画像を投射すると、投射画像の位置とスクリーンの位置が一致しない。そこでユーザが、上記に示すように操作ダイヤルを回し、投射レンズ２を変位させ、スクリーンへの投射画像の位置を変位させて、投射画像がスクリーンの位置と略同一となるようにする。このようにすることにより、スクリーンへの投射角度が垂直であるため、投射画像は台形に歪むことはなく、高画質な映像を得ることが出来る。

次に、投射レンズ２について説明する。図１４は本発明のプロジェクタ装置の投射レンズの構成図である。１９は像面である映像表示素子であり、２００はプリズムである。投射レンズ２はスクリーン側から第１レンズ２０１，第２レンズ２０２，…，第１５レンズ２１５の１５枚のレンズからなり、第１レンズ２０１〜第４レンズ２０４からなる第１レンズ群２２１、第５レンズ２０５〜第７レンズ２０７からなる第２レンズ群２２２、第８レンズ２０８と第９レンズ２０９からなる第３レンズ群２２３、第１０レンズ２１０と第１１レンズ２１１からなる第４レンズ群２２４、第１２レンズ２１４〜第１５レンズ２１５からなる第５レンズ群２１５の５群構成となっている。ここで、本発明の投射レンズ２は２．０倍というの高ズーム比における投射画像の良好な諸収差を得るため、第８レンズ２０８のスクリーン側と第１１レンズ２１１の映像表示素子側の面を非球面としている。この構成の投射レンズ２では、第３レンズ群２２３が球面収差の補正、第５レンズ群２２５が球面収差及び非点収差の補正を行っている。図１５，図１６，図１７にそれぞれズームのワイド端、中間、テレ端での収差を示す。（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差である。図に示すように、ズームのワイド側からテレ側のどの位置においても、良好な収差が得られているのがわかる。また、非球面を２面設けた事により、投射レンズのレンズ枚数の増加や全長の増加することなく小型化を図った投射レンズを実現することが出来る。

上記のような構成とすることにより投射レンズのズーム比を２．０倍とし、これにより、投射画像を６０インチサイズとした時のプロジェクタ装置の設置位置はスクリーンから１．５〜３．０ｍとなり、設置位置の自由度が向上した。

図１８は投射レンズ部の斜視図、図１９は投射レンズ部を展開した図、図２０はその断面図である。投射レンズ２はレンズシフト機構１のレンズ収納部３１に収納保持され、プリズム２００はプリズム保持部７１に取付けられている。プリズム保持部７１は後ホルダ部１３に取付けられている。また、プリズム２００の外周部に３つの映像表示素子１９₁，１９₂，１９₃を取付け、この映像表示素子上の画像をプリズム２００で合成し投射レンズ２でスクリーンに拡大投影するようになっている。図２０に示すように、プリズム２００と投射レンズ２の間は、後ホルダ部１３とレンズ支持部３とプリズム保持部７１により密閉されている。このように、密閉とすることにより、外部からの光が侵入してコントラストが劣化することはなく、また、埃塵等の侵入防止効果もあり、信頼性がよくなる。

以上、実施例について詳細に説明したが、本発明は、このような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。例えば、実施例は、投射レンズ２を横方向及び縦方向の双方へ変位させる場合を示したが、いずれか一方（横方向又は縦方向）のみへ変位させる場合を採用してもよい。また、支持機構部４、ガイド機構５ｘ，５ｙ、手動操作部６ｘ，６ｙ、ギア機構７ｘ，７ｙ、伝達機構部８ｘ，８ｙ、ブレーキ手段１４…、バランサ機構１８の各構成は、必要により同様の機能を発揮する他の構成により置換することができる。さらに、実施例における位置（前後左右等）や方向（縦横方向等）等は、入替や変更しても同様に実施することができる。

本発明の好適な実施例に係るプロジェクタ装置のレンズシフト機構の正面図である。 同プロジェクタ装置のレンズシフト機構の一部断面側面図である。 同プロジェクタ装置のレンズシフト機構の一部断面を含む横方向の伝達機構部の平面視構成図である。 同プロジェクタ装置のレンズシフト機構の一部断面を含む縦方向の伝達機構部の平面視構成図である。 同プロジェクタ装置のレンズシフト機構に備えるブレーキ手段の図１中Ａ−Ａ線断面図である。 同プロジェクタ装置のレンズシフト機構に備える支持機構部の分解斜視図である。 同プロジェクタ装置のレンズシフト機構に備えるバランサ機構の断面側面図である。 同プロジェクタ装置のレンズシフト機構を備えるプロジェクタの一部を示す外観正面図である。 同プロジェクタ装置のレンズシフト機構を備えるプロジェクタの一部を示す外観平面図である。 同プロジェクタ装置のレンズシフト機構を備えるプロジェクタの全体外観図である。 同プロジェクタ装置の投射レンズの変位と投射画像の関係を説明する説明図である。 同プロジェクタ装置のレンズシフト機構の操作ダイヤル部を説明する説明図である。 操作ダイヤル部のストッパ機構説明図である。 同プロジェクタ装置の投射レンズの構成図である。 同プロジェクタ装置の投射レンズのズームワイド端での収差図である。 同プロジェクタ装置の投射レンズのズーム中間での収差図である。 同プロジェクタ装置の投射レンズのズームテレ端での収差図である。 同プロジェクタ装置の投射レンズ部の斜視図である。 同プロジェクタ装置の投射レンズ部の展開図である。 同プロジェクタ装置の投射レンズ部の断面図である。

符号の説明

１…レンズシフト機構、２…投射レンズ、３…レンズ支持部、４…支持機構部、５ｘ…ガイド機構（第一ガイド機構）、５ｙ…ガイド機構（第二ガイド機構）、５ｘｓ…第一凹溝部、５ｘｔ…第一凸条部、５ｙｓ…第二凹溝部、５ｙｔ…第二凸条部、６ｘ…手動操作部、７ｘａ…ラック、７ｘｂ…ピニオン、７ｘｃ…中継ギア、７ｘ…ギア機構、８ｘ…伝達機構部、１１…可動フレーム部、１２…ホルダ部（前ホルダ部）、１３…ホルダ部（後ホルダ部）、１４…ブレーキ手段、１５…圧接部材、１６…弾性部材、１７ｘ…レバー式リンク機構、１８…バランサ機構、１８ｓ…スプリング、Ｐ…プロジェクタ、Ｓ…スクリーン、Ｃ…光軸。

Claims (14)

1. 投射レンズを横方向及び／又は縦方向へ変位させて、スクリーンに投射される画像のプロジェクタ装置であって、
   前記投射レンズを支持するレンズ支持部を、横方向及び／又は縦方向へガイドするガイド機構を有する支持機構部と、
   手動により操作する手動操作部と、
   該手動操作部の操作量を、少なくともラック＆ピニオンを含むギア機構を介して前記支持機構部に伝達し、前記レンズ支持部を横方向及び／又は縦方向へ変位させる伝達機構部を具備することを特徴とするプロジェクタ装置。
2. 前記支持機構部は、前記レンズ支持部を光軸の直角方向へ変位可能に保持する可動フレーム部と、前記レンズ支持部と前記可動フレーム部を両側から挟み、かつ前記レンズ支持部と前記可動フレーム部を光軸の直角方向へ変位可能に保持する一対のホルダ部を備えることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ装置。
3. 前記支持機構部は、前記可動フレーム部とこの可動フレーム部に対向する前記ホルダ部の一方に設けた所定長さの第一凹溝部及び他方に設けることにより前記第一凹溝部に係合する所定長さの第一凸条部を有し、
   前記レンズ支持部を横方向（又は縦方向）にのみ変位を許容する第一ガイド機構と、前記可動フレーム部と前記レンズ支持部の一方に設けた所定長さの第二凹溝部及び他方に設けることにより前記第二凹溝部に係合する所定長さの第二凸条部を有し、前記レンズ支持部を縦方向（又は横方向）にのみ変位を許容する第二ガイド機構を備えることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ装置。
4. 前記支持機構部は、前記レンズ支持部及び前記可動フレーム部の変位に対して所定の摩擦力を付与する一又は二以上のブレーキ手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ装置。
5. 前記ブレーキ手段は、前記レンズ支持部，前記可動フレーム部及び前記ホルダ部の全部又は一部に配した一又は二以上の圧接部材とこの圧接部材を相対向する側に加圧する弾性部材を備えることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ装置。
6. 前記伝達機構部は、前記操作量に基づく変位量を変更して前記伝達機構部側に伝達するレバー式リンク機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ装置。
7. 前記伝達機構部は、前記手動操作部の操作方向と前記投射レンズの変位方向を一致させる中継ギアを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のプロジェクタ装置。
8. 前記伝達機構部を構成する全部又は一部のギアは、斜歯ギアを用いることを特徴とする請求項１、請求項６又は請求項７に記載のプロジェクタ装置。
9. 前記レンズ支持部に対して下方へ付与される荷重を相殺するスプリングを用いたバランサ機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ装置。
10. 投射レンズを横方向及び／又は縦方向へ変位させて、スクリーンに投射される画像の位置を変位させるプロジェクタ装置であって、
    投射レンズのズーム比を１．８以上としたことを特徴とするプロジェクタ装置。
11. 投射レンズ手段と、該投射レンズ手段を手動により複数方向に移動する移動手段を有し、該移動手段の操作部は装置外部に設けた複数の操作ダイヤル手段により構成されるプロジェクタ装置であって、
    前記複数の操作ダイヤル手段の操作面は、前記投射レンズ手段の投射方向を前面として、前面側及び前面側に直交する面の複数の面に別々に配置した構成としたことを特徴とするプロジェクタ装置。
12. 投射レンズ手段と、該投射レンズ手段を手動により複数方向に移動する移動手段を持ち、該移動手段は装置外部に設けた操作手段から、前記投射レンズ手段を支持する支持手段との間を接続してなる減速手段により構成されるプロジェクタ装置であって、
    前記減速手段を構成する初段または終段以外の途中段の部材にブレーキ手段を設けてなることを特徴とするプロジェクタ装置。
13. 投射レンズ手段と、該投射レンズ手段を手動により複数方向に移動する移動手段を持ち、該移動手段の操作部は装置外部に設けた複数の操作ダイヤル手段により構成されるプロジェクタ装置であって、
    前記複数の操作ダイヤル手段には、ダイヤルの動作範囲を制限する制限手段を設けた構成としたことを特徴とするプロジェクタ装置。
14. プリズム手段により合成した画像を投射レンズ手段により装置外部へ投射するプロジェクタ装置であって、
    前記投射レンズ手段を複数方向に移動する移動手段を有し、
    前記プリズム手段と前記投射レンズ手段との間を遮光した構成としたことを特徴とするプロジェクタ装置。

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