JP2005249879A - リアプロジェクションレンズ鏡筒の変倍調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スクリーンサイズに応じた像倍率に簡便に調節をする。
【解決手段】 リアプロジェクションレンズ鏡筒１６は、鏡筒２０、前群レンズ２５を持った第１筒２１、後群レンズ２６を持った第２筒２２、及び、回転止め部材３４とを備えている。第１筒２１は、鏡筒２０に対してヘリコイド結合しており、鏡筒２０に対して回転することで光軸方向に進退する。第２筒２２は、第１筒２１に対してヘリコイド結合しており、第１筒２１と相対回転することで前群及び後群レンズ２５，２６の間隔が変わるように光軸方向に移動する。回転止め部材３４は、第２筒２２の光軸方向への移動を許容し、かつ第２筒２２の光軸周りの回転を阻止する。これにより、第１筒２１を回転させるだけで変倍及びこれに伴う収差の補正とを同時に行え、スクリーンサイズに関わらず共通のものを使用することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像光を投映レンズでスクリーンに背面側から投映するリアプロジェクションレンズ鏡筒の変倍調節装置に関する。

近年、リア方式のプロジェクタを大画面テレビジョンとして構成したリアプロジェクション装置が注目されている。リアプロジェクション装置は、筐体にスクリーンが組み込まれており、スクリーンの背後に設置された平面鏡と、平面鏡に向けて画像光を投写するプロジェクタユニットとが設けられている。プロジェクタユニットは、スクリーン側から順に配したプロジェクションレンズ鏡筒、画像表示素子、及び、照明ランプからなり、照明ランプで画像表示素子を照明し、画像表示素子で表示する画像の光（画像光）をプロジェクションレンズ鏡筒で拡大してスクリーンに背面側から投映する。投映した画像は、スクリーンの前面側から鑑賞する。

リアプロジェクション装置は、アスペクト比が同じでスクリーンのサイズが異なるものが多数提供されている。これら種類のものは、筺体の大きさ以外に、画像表示素子の表示面とスクリーン面との間の投映距離、及び、表示範囲がスクリーンに合うときの画角（スクリーンの対角線の長さに対する角度）も異なる。このため、従来、スクリーンサイズに応じた画角で作ったプロジェクションレンズ鏡筒を複数用意していた。しかし、仕様の異なる複数のプロジェクションレンズ鏡筒を作ると、コストが高く付くとともに種類毎の管理が手間となる。このため、スクリーンサイズに関わらず共通のプロジェクションレンズ鏡筒を使用することが望まれている。

共通化するためには、プロジェクションレンズ鏡筒の画角をスクリーンサイズに応じて変える変倍調節機構が必要になる。しかもリアプロジェクション装置は、奥行きを短くするために、投映距離を短くし、且つ画像表示素子の画面サイズ、例えば１インチの画面を、スクリーンのサイズ、例えば５０〜６０インチにまで拡大するため、近年、プロジェクションレンズ鏡筒には広角で非球面のレンズが用いられている。

一般的に、近距離被写体にピントを合わせるときには、レンズ体を被写体に近づけて移動させるが、この場合、レンズ体の像面の湾曲などによる収差変動、特に球面収差が生じて良好でかつ高精度な画像が得られない。このため、これら収差を補正するフローティング機構が必要となる。変倍調節機構をプロジェクションレンズ鏡筒に設ける場合にも、変倍調節のときにレンズ体をスクリーン側に近づけると、収差補正が必要となるためフローティング機構を設けるのが望ましい。

特許文献１及び２には、フローティング機構を持ったフローティングレンズが記載されている。フローティングレンズは、レンズ体を前群と後群とに分け、近距離被写体にピントを合わせるときに操作する距離環（回転環）の回転に連動して前群レンズを繰り出すとともに、その繰り出しに応じて後群レンズを前群レンズに対して相対移動させて収差の補正を行う構造となっている。

実公昭６３−６７２２号公報 特許第３４５０６７０号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載のフローティングレンズは、カメラ用のレンズであり、焦点調整のときにフローティング機構が作動する点、距離環を定位置で回転させる点、鏡筒を長くできない点などの制約によりフローティング機構を含むレンズ鏡筒自体の構造が複雑になっている。すなわち、プロジェクションレンズ鏡筒では、変倍及び焦点位置を一度決めた後にはこれら調整を行う必要がなく、したがって、距離環なども必要のない部品となる。よって、従来のようなフローティング機構を採用すると、高価なものとなり、プロジェクションレンズ鏡筒には実用化されていないのが実情である。

本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、フローティング機構を安価に組み込むことができるとともに、変倍調節が簡便に行えるリアプロジェクションレンズ鏡筒の変倍調節装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明のリアプロジェクションレンズ鏡筒の変倍調節装置は、投映レンズを少なくとも前群レンズと後群レンズとの２つのレンズ群で構成するとともに、前記前群レンズを保持する第１筒を前記鏡筒に対して回転させることでその第１筒を光軸方向に移動し、かつ前記第１筒の回転に連動して前記後群レンズを保持する第２筒を前群レンズと後群レンズとの間隔が変わるように光軸方向に移動する案内手段を備えたことを特徴とするものである。

案内手段としては、鏡筒の内周に設けられた前群用雌ヘリコイドと、第１筒の外周に設けられ、前群用雌ヘリコイドに係合する前群用雄ヘリコイドとを有し、鏡筒に対して第１筒が回転することで前群用雄・雌ヘリコイドのリードに従って光軸方向のうちのスクリーンのサイズに応じた画角が得られる位置に前群レンズを案内する第１案内手段と；第１筒の内周に設けられ、前群用雄・雌ヘリコイドとは異なるリードとなっている後群用雌ヘリコイドと、第２筒の外周に設けられ、後群用雌ヘリコイドに係合する後群用雄ヘリコイドとを有し、第１筒に対して第２筒が相対回転することで後群用雄・雌ヘリコイドのリードに従って後群レンズを光軸方向に案内する第２案内手段と；第２筒の回転を止めながら第２筒の光軸方向への直進移動を許容する回転止め手段と；で構成するのが望ましい。

回転止め手段としては、第１筒の移動域をその後端が鏡筒の後端から表示面側に向けた後方に飛び出さない域に規制し、一端を鏡筒の後端に固定し、他端を第２筒の後端に設けた直進溝又は開口に係合させる構成にすると、リアプロジェクションレンズ鏡筒の後端に配することができ、組み立て適性が向上する。

プロジェクションレンズ鏡筒は、変倍調節した後にはその調節を再び行うことはない。そこで、スクリーンのサイズに応じた画角が得られる位置に前記第１筒を回転調節した後に、その第１筒の回転をロックするロック手段を設けるのが好適である。

本発明によれば、リアプロジェクションレンズ鏡筒に前群レンズを移動して像倍率を変える変倍機構と、前群レンズの変倍位置に応じて後群レンズを光軸方向に移動するフローティング機構とを備えたから、変倍に伴う収差補正が行え、よって、スクリーンサイズに係わらず共通のリアプロジェクションレンズ鏡筒を使用しても投映画像の品質を向上することができる。また、変倍調節時には第１筒のみを回転させるだけで変倍及びそれに伴う収差補正も行えるから、簡便である。

図１において、リアプロジェクション装置１０は、その断面が略台形状をした筐体１１と、筐体１１の前面に設けられたスクリーン１２と、平面鏡１３と、プロジェクタユニット１４とを備えている。プロジェクタユニット１４は、支持板１５に固定された状態で筐体１１の下部に内蔵され、外部から入力された映像信号に基づいて画像光を投写する。平面鏡１３は、スクリーン１２の背後に位置する筐体１１の上部に内蔵され、プロジェクタユニット１４から投写された画像光をスクリーン１２に向けて反射する。

プロジェクタユニット１４は、プロジェクションレンズ鏡筒１６、ユニット本体１７、及びランプハウジング１８からなる。プロジェクションレンズ鏡筒１６は、投映レンズに変倍機構とフローティング機構とを持たせた構成となっており、スクリーン１２と詳しくは後述する画像表示素子の表示面との中心を結ぶ中心線１２ａ上に投映レンズの光軸が一致するように支持板１５に取り付けられる。このとき、プロジェクションレンズ鏡筒１６は、スクリーンサイズに応じた像倍率に調節されている。したがって、取り付け時には、プロジェクションレンズ鏡筒１６のみを中心線１２ａに沿って僅かに移動して、像倍率に応じた焦点調節を行った後に支持板１５に頑固に固定する。ユニット本体１７には、画像表示素子などが内蔵され、また、ランプハウジング１８には、照明ランプが内蔵されている。

リアプロジェクション装置１０は、アスペクトを同じにしてスクリーン１２のサイズ（対角線の長さ）が異なる複数の種類がある。各種の装置１０は、スクリーン１２のサイズに応じて画像表示素子の表示面からスクリーン１２までの投映距離が異なり、このため同じリアプロジェクション装置１０を使用するために、スクリーン１２のサイズに応じて像倍率を変更する変倍機構がプロジェクションレンズ鏡筒１６に設けられている。また、プロジェクションレンズ鏡筒１６は、投映レンズの一部に非球面レンズなどを採用し、投映距離を極端に短くして筺体１１の薄型化を図っている。したがって、このような接近投映を行うため、プロジェクションレンズ鏡筒１６には、変倍に伴う収差を補正するためにフローティング機構が設けられている。

プロジェクションレンズ鏡筒１６は、図２に示すように、鏡筒２０、第１筒２１、第２筒２２、ロックネジ２３、及び、投映レンズ２４などで構成されている。投映レンズ２４は、前群レンズ２５と後群レンズ２６とで構成されている。なお、前群レンズ２５の一部には非球面レンズが用いられている。また、符号２７は、前群レンズ２５と後群レンズ２６との間隔を一定にして第１筒２１及び第２筒２２を鏡筒２０に組み込む時にのみ使用する治具ピンであり、治具ピン２７は、変倍調節のときに外される。

第１筒２１は、光軸方向の長さが鏡筒２０よりも長く、前端部２１ａが鏡筒２０の先端２０ａからスクリーン１２に向けた前方に飛び出ている。前端部２１ａは、鏡筒２０よりも径が大きく、その内部には前群レンズ２５が固定されている。第１筒２１は、後端２１ｂが鏡筒２０の後端２０ｂ寄りの内部に設けた段差面２０ｃに当接して、鏡筒２０の後端２０ｂから表示面３０に向けた後方に飛び出さないようになっており、その外周には、鏡筒２０の内周に設けた前群用雌ヘリコイド２８に係合する前群用雄ヘリコイド２９が形成されている。第１筒２１は、鏡筒２０に対して光軸２４ａ周りに回転することで前群用雌・雄ヘリコイド２８，２９のリードに従って前群レンズ２５を光軸２４ａの方向に移動して投映レンズ２４の像倍率を変化させる。

第２筒２２は、前端２２ａが第１筒２１の内部のうちの前群レンズ２５の後方に入り込み、後端２２ｂが第１筒２１の後端２１ｂよりも後方に飛び出す長さとなっており、内部で後群レンズ２６が固定されている。第２筒２２の外周には、第１筒２１の内周に設けた後群用雌ヘリコイド３１に係合する後群用雄ヘリコイド３２が形成されている。これら後群用雌・雄ヘリコイド３１，３２は、前群用雌・雄ヘリコイド２８，２９のリードとは異なるリードとなっている。具体的には、第１筒２１の回転角に対する後群用雌・雄ヘリコイド３１，３２のリード角は、前群用雌・雄ヘリコイド２８，２９のリード角よりも小さくなっている。第２筒２２は、第１筒２１に対して相対回転することで後群用雌・雄ヘリコイド３１，３２のリードに従って後群レンズ２６を前群レンズ２５との間隔が変わるように光軸２４ａの方向に移動して前群レンズ２５の変倍位置への移動に伴う収差補正を行う。

鏡筒２０と第２筒２２との後端２０ｂ、２２ｂは、第１筒２１よりも後方に飛び出している。鏡筒２０の後端２０ｂには回転止め部材３４が取り付けられ、また、第２筒２２の後端２２ｂには光軸２４ａと平行に形成した直進溝３５が形成されている。回転止め部材３４は、図３に示すように、薄板の円弧部３６と、その円弧部３６から径方向のうちの光軸２４ａに向けた方向に突出するガイド突起３７とを一体に持っており、円弧部３６は、鏡筒２０の後端２０ｂに互いの輪郭が合う姿勢でビス止めされている。ガイド突起３７は、直進溝３５に係合して第２筒２２の光軸２４ａの方向への直進移動を許容しながら第２筒２２の光軸２４ａ周りの回転を阻止する。

これにより、変倍調節時に第１筒２１のみを回転させるだけで、第１筒２１とともに前群レンズ２５が鏡筒２０に対して光軸２４ａの方向に移動して投映レンズ２４の像倍率を変化させるとともに、第２筒２２が回転止め部材３４により回転止めされているため、先の第１筒２１の回転より第２筒２２が後群用雌・雄ヘリコイド３１，３２のリードに従って光軸２４ａの方向に直進的に移動して前群レンズ２５と後群レンズ２６との間隔が変わるため、前記像倍率に対する収差補正が行える。

図４において、ユニット本体１７には、複数の全反射ミラー４０と、ダイクロイックミラー４１及び４２と、３枚の透過型の液晶パネル４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂと、クロスダイクロイックプリズム４４が設けられている。ダイクロイックミラー４１には、照明ランプ４５から放射された白色光が入射する。

ダイクロイックミラー４１は、白色光に含まれる青色光（Ｂ光）を反射し、赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）を透過することにより白色光からＢ光を分離する。分離されたＢ光は液晶パネル４３Ｂに入射する。ダイクロイックミラー４１を透過したＲ光及びＧ光は、ダイクロイックミラー４２に入射する。ダイクロイックミラー４２はＲ光を透過し、Ｇ光を反射してＲ光とＧ光を分離する。Ｒ光とＧ光は、それぞれ液晶パネル４３Ｒと液晶パネル４３Ｇに入射する。

液晶パネル４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂに入射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、各液晶パネルを透過することにより画像情報が付与される。各液晶パネルを透過した光束は、クロスダイクロイックプリズム４４に入射する。クロスダイクロイックプリズム４４では、画像情報が付与された各色の光束が合成され、合成された光束がプロジェクションレンズ鏡筒１６に入射する。プロジェクションレンズ鏡筒１６は、入射した光束を拡大投写してスクリーン１２上に結像させる。表示面３０は、液晶パネル４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂにそれぞれ相当する。

次に、プロジェクションレンズ鏡筒１６の組み立て作業を図５を参照しながら簡単に説明する。第１工程では、第１筒２１の後端側から第２筒２２を挿入し、第１筒２１と第２筒２２とを相対回転させて互いの後群用雌・雄ヘリコイド３１，３２を螺合させる。ところで、第１筒２１の外周には位置決め用の穴５０が、また、第２筒２２の外周には周方向に沿って溝５１がそれぞれ形成されている。穴５０と溝５１は、第１及び第２筒２１，２２との回転位置が前群レンズ２５と後群レンズ２６とを予め決められた間隔となる基準の回転位置となったときに重なって一致する。第１工程では穴５０と溝５１が一致する回転位置まで第１及び第２筒２１，２２を互いに相対回転させ、一致したときに穴５０と溝５１に図２に示した治具ピン２７を挿入して第１及び第２筒２１、２２の回転を仮固定する。

第２工程では、治具ピン２７を挿入した状態で第１及び第２筒２１，２２を鏡筒２０に挿入し、互いの前群用雌・雄ヘリコイド２８，２９を螺合させる。そして、第１及び第２筒２１，２２を鏡筒２０に対して光軸２４ａの方向のうちの組立基準位置（例えば、第１筒２１の後端２１ｂが鏡筒２０の内部に設けた段差面２０ｃに当接する、最も後方に寄った位置）まで移動させる。この後に、回転止め部材３４を取り付けてプロジェクションレンズ鏡筒１６の組み立てが完了する。

組み立て完了後に調節工程を行う。調節工程は、変倍調節とピント調節とがある。変倍調節は、プロジェクションレンズ鏡筒１６単体で行い、ピント調節は、筺体１１に組み込むときに行う。

変倍調節工程では、治具ピン２７を抜き、次に、第１筒２１を回転させ、前群レンズ２５を光軸２４ａの方向に移動してスクリーン１２のサイズに応じた像倍率になる位置に変倍する。このとき、第１筒２１を回転するだけで第２筒２２も移動して前群レンズ２５と後群レンズ２６との間隔が変更されるため、変倍及びそれに伴う収差補正が同時に行え、簡便となる。

変倍調節が完了した後には、図２に示すロックネジ２３を鏡筒２０に設けたネジ穴６０にねじ込み、ロックネジ２３の先端で鏡筒２０に対して第１筒２１を押さえる。これにより、鏡筒２０に対して第１筒２１の回転が止められ、且つ、第１筒２１が回転しないため、第２筒２２も回転が止められた状態となる。このような状態にすることで、例えばプロジェクションレンズ鏡筒１６を筺体１１に組み込む組込工程が変倍調節工程から離れた所にあっても、この間の輸送中に鏡筒２０、第１筒２１、及び第２筒２２の各回転位置が狂うことはない。

組込工程では、プロジェクションレンズ鏡筒１６の鏡筒２０を筺体１１の内部にある支持板１５に取り付ける。このとき、支持板１５に対して鏡筒２０を中心線１２ａの方向に移動して前群レンズ２５と後群レンズ２６とを間隔を変えずに投映レンズ２４を一体的に移動してピント調節を行う。ピント調節後にプロジェクションレンズ鏡筒１６を支持板１５に固定して組み込みが完了する。このような調節作業を行うことでスクリーン１２のサイズが異なる複数種類のリアプロジェクション装置１０に、プロジェクションレンズ鏡筒１６を共通して使用をすることができる。

なお、上記実施形態では、プロジェクタユニット１４に三枚の透過型の液晶パネル４３Ｒ〜４３Ｂが設けられた三板式プロジェクタについてのみ述べているが、反射型の液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス等の他の画像表示素子が設けられているものについても本発明を同様に適用できる。また、画像光をスクリーン１２に向けて反射する反射部材として、一枚の平面鏡１３だけを使用した構成としているが、これに限らず、長大な投映距離を確保するために複数枚の平面鏡を用いた構成としてもよい。

さらに、回転止め部材３４としては、図３で説明したように、円弧部３６に設けたガイド突起３７と直進溝３５との構成に限らず、断面Ｌ字状のガイド片と、第２筒２２の後端側外周にガイド片が係合するように設けた直進溝とで構成したものを用いても良い。また、回転止め部材３４としては、第１筒２１の後端２１ｂを逃げるために、鏡筒２０の後端２０ｂに取り付けているが、第１筒２１の外周に逃がし穴を形成すれば、鏡筒２０の後端２０ｂ以外に取り付けることもできる。

リアプロジェクション装置の断面図である。 プロジェクタユニットの端面図である。 回転止め部材を示す説明図であり、鏡筒の後端側から見ている。 ユニット本体の説明図である。 プロジェクションレンズ鏡筒の組み立て及び調節の手順を示すフローチャート図である。

符号の説明

１６ プロジェクションレンズ鏡筒
２０ 鏡筒
２１ 第１筒
２２ 第２筒
２３ ロックネジ
２５ 前群レンズ
２６ 後群レンズ
２８ 前群用雌ヘリコイド
２９ 前群用雄ヘリコイド
３１ 後群用雌ヘリコイド
３２ 後群用雄ヘリコイド
３４ 回転止め部材

Claims (2)

1. 鏡筒が保持する投映レンズで画像光をスクリーンに背面側から投映するリアプロジェクションレンズ鏡筒の変倍調節装置において、
   前記投映レンズを少なくとも前群レンズと後群レンズとの２つのレンズ群で構成するとともに、
   前記鏡筒の内周に設けられた前群用雌ヘリコイドと、前記前群レンズを保持する第１筒の外周に設けられ、前記前群用雌ヘリコイドに係合する前群用雄ヘリコイドとを有し、前記鏡筒に対して第１筒が回転することで前記前群用雄・雌ヘリコイドのリードに従って光軸方向のうちの前記スクリーンのサイズに応じた画角が得られる位置に前群レンズを案内する第１案内手段と、
   前記第１筒の内周に設けられた後群用雌ヘリコイドと、前記後群レンズを保持する第２筒の外周に設けられ、前記後群用雌ヘリコイドに係合する後群用雄ヘリコイドとを有し、前記第１筒に対して第２筒が相対回転することで前記後群用雄・雌ヘリコイドのリードに従って後群レンズを光軸方向に案内する第２案内手段と、
   前記第２筒の回転を止めながら第２筒の光軸方向への直進移動を許容する回転止め手段とを備えたことを特徴とするリアプロジェクションレンズ鏡筒の変倍調節装置。
2. 前記スクリーンのサイズに応じた画角が得られる位置に前記第１筒を回転調節した後に、その第１筒の回転をロックするロック手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のリアプロジェクションレンズ鏡筒の変倍調節装置。

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