JP2005201935A - プロジェクションレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 鏡筒内の投映光路を完全に遮蔽する。
【解決手段】 第１、第２，及び第３レンズ群２１，２２，２４を保持した鏡筒２０の内部に、全閉可能な絞り機構２３を内蔵する。絞り機構２３は、複数の絞り羽根３１を固定リング２９に対して駆動リング３０を回転させることで投映光路を遮蔽する全閉位置と全開する全開位置との間で可動する。発熱対策として絞り羽根３１の表面を耐熱処理し、また、絞り羽根３１の背後を支持する固定リング２９に放熱用のリブ３４を設け、さらに、絞り機構２３の周りを覆う鏡筒２２の一部に開口３５を設けている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、メインプロジェクタとサブプロジェクタとを使用するプロジェクションシステムに用いられるプロジェクションレンズ（投映レンズ）に関するものである。

従来、メインプロジェクタで背景を投映し、サブプロジェクタで文字を投映することで、背景の上に文字を重ねて表示するプロジェクションシステムが知られている。メインプロジェクタは、背景の像をスクリーンに拡大投映する。サブプロジェクタは、メインプロジェクタで背景の像を投映したスクリーン上に文字や記号などの像を重ねて拡大投映する。これらメイン及びサブプロジェクタは、コントローラからの指令に応じて投映動作が統括的に制御されている。このコントローラには、操作部が接続されている。

サブプロジェクタは、スクリーン側から順に、投映レンズ（プロジェクションレンズ）、文字発生部、及び、照明部とを配した構成となっている。文字発生部は、ＬＣＤなどの表示部で画像を発生する。文字発生部で発生した文字は、照明部により背後から照明されて表示部を透過した光が投映レンズによりスクリーンに投映される。

プロジェクタでは、スクリーンまでの投映距離が長い場合、投映した文字像の輪郭がボヤけたりコントラストが低下する場合がある。そこで、文字発生部を透過する光量を調節する絞りを投映レンズに備えたものが知られている（特許文献１）。また、照明部のランプとしては、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、クセノンランプ等の高輝度ランプが用いられている。このため、スクリーンまでの投映距離が短い場合、眩しすぎて画像が見づらくなるという現象が生じる。このため、文字発生部と照明部との間に光量を調節する絞りを備えたプロジェクタが知られている（特許文献２）。これら絞りは、全て照明光の光量を調節するためのものとして用いている。

特開２００３−２４８１６９号公報 特開２００２−７２３６１号公報

ところで、前述したサブプロジェクタでは、投映しない待機状態のときに、ランプを一々消灯する制御を行うとランプの寿命が短くなり、また、次回の点灯時に一定の光量になるまで時間がかかるという不都合が生じる。このため、ランプを点灯したままでＬＣＤを全黒表示にしてランプの光を投映させないようにしている。しかしながら、この液晶表示で遮光する構造では、遮光性の面で不十分であり、メインプロジェクタで背景の像をスクリーン上に投映しているとはいえ室内がかなり暗い環境下であるため、室内に光が漏れるという不都合がある。また、応答性の面でも低いため、これら不都合によって背景の像を邪魔する結果になっていた。

さらに、遮光性を上げるために、従来のような絞り機構を使用することも考えられるが、従来の絞り機構では、投映しない待機状態（全黒状態）の場面を想定していないため、単純に絞りを全閉状態にすると、熱で絞りが破損してしまうといった不都合が生じてしまう。

本発明は、上記問題を解決するためのものであり、遮光漏れを防止するとともに迅速に遮光が行える耐熱性も考慮したプロジェクションレンズを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のプロジェクションレンズには、複数のレンズを保持する鏡筒の内部に、表面を耐熱処理した遮蔽部材を可動させることで鏡筒内の投映光路を全開する全開状態と全閉する全閉状態とに状態が変化する遮蔽機構を設けたものである。遮蔽機構としては、遮蔽部材として１枚の遮蔽板を用いて遮蔽板を投映光路に出入り自在に設けた構成のものでもよいし、また、アイリス式の絞り機構のように、複数の絞り羽根を固定リングと駆動リングでサンドイッチした構造とし、駆動リングを固定リングに対して回転することで絞り羽根を可動して光軸を中心とする絞り開口径を可変して光量の調節も可能な機構のものを用いてもよい。さらに、シャッタ機構のように複数の遮蔽部材をリンク機構により連係してシャッタ式に出入りさせる機構のものを用いてもよい。

遮蔽機構を全閉状態にすると、遮光部材の発熱が大きくなる。そこで、鉄などの金属材料で形成してその表面を黒メッキなどで表面処理するのが望ましい。さらに、遮蔽機構の周りを覆う鏡筒の一部を開口して冷却するための風路を作るようにするのが好適である。また、遮蔽部材の背後を支持する部材に放熱用のリブを形成するのが好適である。

本発明では、プロジェクションレンズに遮蔽機構を備えたから、鏡筒内の投映光路を完全に遮光することができ、メインプロジェクタから投映される背景の像を邪魔することなくコントラストの高い像で投映することができる。また、メカ式の遮蔽機構であるため、応答性の面でも向上する。

以下、本発明を利用したサブプロジェクタについて、図１及び図２を参照しながら説明する。このサブプロジェクタ１２は、スクリーン側から順に、プロジェクションレンズ（投映レンズ）１７、ＬＣＤ表示器などの文字発生部１８、及び照明部１９とを配した構成となっており、文字発生部１８に設けた表示部１８ａを照明部１９から放たれる光で背後から照明し、表示部１８ａを透過した光をプロジェクションレンズ１７でスクリーン上に投映する。

プロジェクションレンズ１７は、鏡筒２０の内部に、第１レンズ群２１、第２レンズ群２２、全閉可能な絞り機構２３、及び第３レンズ群２４を内蔵した構成となっている。鏡筒２０は、光軸方向の前後に分割した前・後筒２５，２６とで構成されている。なお、第２レンズ群２２は、２つの前・後レンズ群２７，２８で構成されている。絞り機構２３には、後筒２６に挿入して固定される絞り筒を備えている。絞り筒は、固定リング２９と駆動リング３０との間で複数枚の絞り羽根３１を各々回転自在に保持する、ユニット化した筒である。

前筒２５は、後筒２６に対して光軸方向に移動自在となっている。前筒２５には、光軸方向の前方から第１レンズ群２１が挿入されて固定され、また前レンズ群２７が後方から挿入されて固定される。後筒２６には、前方からユニット化した絞り筒が挿入して固定され、次に後レンズ群２８を保持した第２保持筒３２が挿入される。この第２保持筒３２は、後筒２６に対して光軸方向に移動自在となっている。そして、後筒２６の後端には、第３レンズ群２４を保持した第３保持筒３３が挿入して固定される。複数の絞り羽根３１は、第２レンズ群２２と第３レンズ群２４との間で投映光路を遮蔽する全閉状態と開放する全開状態との間で可変する。

絞り羽根３１を全閉状態にすると、照明部１９からの光を受けるため発熱が大きくなる。そこで、固定リング２９の光軸方向の後面には、複数のリブ３４が形成されている。リブ３４は、径方向に沿って形成されており、絞り羽根３１から伝達される熱を空気中に逃がす放熱フィンの作用をなす。また、後筒２６には、固定リング２９の外周に対面する一部に開口３５が形成されている。この開口３５により、鏡筒２０の内部で絞り羽根３１や複数のリブ３４を冷却するための風路を作っている。なお、後筒２６の外部にファンを取り付けてそのファンで開口３５の内部を急冷するのが望ましい。

絞り機構２３は、固定リング２９、駆動リング３０、６枚の絞り羽根３１、ストッパリング３７、連結ピン３８、及びギヤリング３９とから構成されている。固定リング２９は、底有りの筒形状をしており、開放側をスクリーン側に向けた姿勢で後筒２６の内部に収納される。後筒２６の内部には、一段凹んだ段差壁４０が形成されており、ここに固定リング２９の前端に突出して設けたフランジ部４１が固定される。固定リング２９の底面４３には、絞り羽根３１が全開位置に移動したときの最大径となる開口４４が形成されている。また、図３にも示すように、底面４３には、開口４４の周りに、各絞り羽根３１に設けた回転軸３１ａを支持する６個の軸受け穴４５が光軸と平行に形成されている。

絞り羽根３１は、鉄などの金属材料の薄板を略三日月状の輪郭に作った遮光部材となっており、表面全部に耐熱処理として黒メッキが施されている。各絞り羽根３１は、同じ形状及び材質のものを使用している。また、各絞り羽根３１には、前面に駆動ピン３１ｂが突出して設けられている。なお、本実施形態では、絞り羽根３１を６枚使用しているが、これに限らず、複数であれば何枚でも良い。

駆動リング３０は、底有りの筒形状をしており、開放側をスクリーン側に向けた姿勢で固定リング２９の内部に回転自在に収納され、ストッパリング３７により抜け止めされる。各絞り羽根３１は、固定リング２９と駆動リング３０との底の間に確保される隙間で回転自在に支持される。駆動リング３０は、光軸を中心とする周方向のうちの全開位置と全閉位置との間で回転する。

駆動リング３０の底面４６には、前記開口４４よりも僅かに大きい径で形成した開口４７と、その周りに配され、前記６個の駆動ピン３１ｂが係合する駆動カム４８とが形成されている。駆動カム４８は、駆動リング３０の回転に応じて各駆動ピン３１ｂを光軸を中心とする径方向に移動させるカム面を有している。カム面が径方向に移動することで各絞り羽根３１は、回転軸３１ａを中心として回転して、固定リング２９の底面４３の前で光軸を中心とする開口径を作る。

開口径は、駆動リング３０が全開位置のときに、各絞り羽根３１の一部で開口４４の全部を露呈する最大径を作り、また、駆動リング３０が全閉位置のときには、絞り羽根３１で開口４４の全部を遮蔽する。そして、これらの間の回転位置では、開口４４よりも小さい径の開口を作る。なお、駆動リング３０や固定リング２９としては、熱伝導性の高い材料で形成するのが好適である。

ギヤリング３９は、後筒２６の外周に回転自在に支持され、図４及び図５に示すように、後筒２６及び固定リング２９に各々に設けた逃がし穴４９，５０を通して連結ピン３８により駆動リング３０に連結されている。ギヤリング３９の外周に設けたギヤ部５１には、モータ５２の駆動を入力する駆動ギヤ５３が噛合しており、駆動リング３０は、モータ５２の駆動がギヤリング３９に入力されることで回転する。なお、連結ピン３８を複数用いても良い。この場合には、光軸を中心とする周方向の等分割位置にそれぞれ配するのが望ましい。この場合、逃がし穴も連結ピンに応じた数だけ設ける必要があるため、連結ピンの移動範囲が狭くなる。

ギヤ部５１には、出力ギヤ５４が噛合しており、出力ギヤ５４の同軸にはロータリエンコーダ５５が取り付けられている。エンコーダ５５は、回転方向を認識することができる二相出力型となっており、ギヤリング３９の回転量を電気的に読み取り、読み取った回転量に対応する信号をコントローラ１５に送る。コントローラ１５は、ギヤリング３９の回転量に基づいてドライバ５６を制御してモータ５２の駆動を制御する。また、ギヤリング３９には、駆動リング３０が全閉位置のときに光電センサ５７で検知される遮蔽板５８が取り付けられている。

上記構成の作用を説明する。プロジェクションシステムは、操作部１４からの起動指令によりコントローラ１５がメインプロジェクタ、及びサブプロジェクタ１２を起動する。そして、操作部１４からのスタート指令によりコントローラ１５は、予め決められたプログラムに従ってメインプロジェクタを制御して背景の像をスクリーン１３に投映しながら、サブプロジェクタ１２を制御して文字や指標などの像を背景の像に重ねて投映する。

サブプロジェクタ１２は、起動開始時に、駆動リング３０が全閉位置か否かのチェックを行う。この確認は、光電センサ５７で遮蔽板５８が検知されているか否かで判断する。全閉位置ではないときには、モータ５２を駆動して全閉位置に戻す。次に、文字発生部１８の表示部１８ａを全黒表示にし、その後に照明部１９のランプを点灯する。これにより、サブプロジェクタ１２が待機状態となる。待機状態では、絞り機構２３の全閉と表示部１８ａでの全黒表示とで二重の遮蔽となる。このため、サブプロジェクタ１２の待機状態での遮光性が向上する。

待機状態が長期化すると、全閉状態が長く続くため、絞り羽根３１の発熱が大きくなる。しかし、本実施形態では絞り羽根３１を金属製の材料で形成し、しかもその表面に黒メッキを施しているから、耐熱性に優れている。また、絞り羽根３１の発熱は、固定リング２９のリブ３４により放熱される。さらに、後筒２６の内部に溜まった高温の空気は開口３５から鏡筒２０の外部に逃げるので長時間経過しても問題はない。

文字投映する場合には、コントローラ１５は、文字発生部１８を制御して表示部１８ａに文字を表示する。これと同時にモータ５２を駆動してギヤリング３９を回転させる。この回転に応答してエンコーダ５５は、コントローラ１５に二相のパルス信号を送る。コントローラ１５は、送られてくる二相のパルス信号に基づいて回転量及び回転方向を割り出しながらモータ５２を駆動して駆動リング３０を全開位置に向けて回転させる。駆動リング３０が全開位置に回転すると、図４に示すように、絞り羽根３１が開口４４の全部を露呈する径の開口を作る位置に各々回転する。

そして、再び文字投映を終了する場合には、表示部１８ａを全黒表示にすると同時に、モータ５２を駆動して駆動リング３０を全閉位置に回転させる。そして、光電センサ５７で遮蔽板５８を検知したときにモータ５２の駆動を停止する。これにより、図５に示すように、絞り羽根３１が開口４４の全部を塞ぐ位置に各々回転する。これらの絞り羽根３１の移動は、メカ機構であるため、例えば表示部１８ａをＬＣＤとすると全黒表示にするのに比べて応答が早い。このため、背景の像を邪魔するような不都合を確実に防止することができる。

放熱対策としては、さらに、図６に示すように、固定リング２９の後端にヒートシンク６０を取り付けるようにしてもよい。このヒートシンク６０は、取り付け板６１と、それに固定される放熱フィン６２とから構成されており、放熱フィン６２は、開口３５から後筒２６の外部に突出している。これにより、絞り羽根３１及び固定リング２９の熱、さらに後筒２６の内部にこもる熱をさらに迅速に逃がすことができる。

上記実施形態では、全開位置と全閉位置との二位置だけで使用する絞り機構２３としているが、光量を調整するためにも用いても良い。また、絞り機構２３を配する位置としては、第２レンズ群２２と第３レンズ群２４との間に限らず、第１レンズ群２１と第２レンズ群２２との間、若しくは第３レンズ群２４の背後でもよい。絞り機構２３としては、複数の絞り羽根を回転させるアイリス式のタイプとしているが、複数の薄厚の板をスダレ式に出し入れするシャッタ式の構造としてもよい。

本実施形態では、プロジェクションシステムのサブプロジェクタとして説明しているが、これに限らず、家庭や会社で使用される液晶プロジェクタなどにも本発明を採用することができる。

本発明を実施したサブプロジェクタを示す斜視図である。 図１で説明したサブプロジェクタを示す横断面図である。 絞り機構を示す分解斜視図である。 全開状態にした絞り機構を示す縦断面図である。 全閉状態にした絞り機構を示す縦断面図である。 外付けのヒートシンクを取り付けた別の実施形態のプロジェクタを示す横断面図である。

符号の説明

１２ サブプロジェクタ
１３ スクリーン
１７ プロジェクションレンズ
２０ 鏡筒
２３ 絞り機構
２９ 固定リング
３０ 駆動リング
３１ 絞り羽根

Claims (3)

1. レンズを保持する鏡筒を備え、照明光で形成される像を前記レンズで投映するプロジェクションレンズにおいて、
   前記鏡筒に内蔵され、表面を耐熱処理した遮蔽部材を可動することで前記鏡筒内の投映光路を全閉する遮蔽機構を備えたことを特徴とするプロジェクションレンズ。
2. 前記遮蔽機構は、複数の遮蔽部材を固定リングと駆動リングとで挟持し、固定リングに対して駆動リングを回転させることで複数の遮蔽部材を稼働して投映光路を全閉するとともに、前記遮蔽部材の背後に位置する固定リング又は駆動リングの何れかに放熱用のリブを設けたことを特徴とする請求項１記載のプロジェクションレンズ。
3. 前記遮蔽機構の周りを覆う前記鏡筒の一部を開口したことを特徴とする請求項１又は２記載のプロジェクションレンズ。

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