JP2005292396A - 投射レンズユニット - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張、収縮による変化に対して確実にシールし、塵埃等の侵入防いで映像品位の劣化を防止する。
【解決手段】筒体部内に１又は複数枚のレンズ１１が取り付けられて、光源側の画像等をスクリーン面上へ拡大投影する投射レンズユニットである。光源の熱による温度の変化に伴って筒体部が膨張収縮する際に変化する隙間を、その変化を許容して密封するＯリング１７を備えた。筒体部が、レンズ１１を支持する内鏡筒１２と、内鏡筒１２を摺動可能に支持する外鏡筒１３とからなると共に、外鏡筒１３を光源側に連結するカプラユニット４を備え、Ｏリング１７が、内鏡筒１２および外鏡筒１３の隙間と、外鏡筒１３およびカプラユニット４の隙間とに設けられ、各隙間が温度の変化に伴って変化するのを許容して筒体部内を密封する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、背面投射型映像表示装置に用いて好適な投射レンズユニットに関し、特に光源の発する熱による膨張収縮に伴う塵埃等の侵入を解消した投射レンズユニットに関するものである。

近年、プロジェクションディスプレイにおいては、高輝度化及び高コントラスト化が要求されている。たとえばハイビジョン（ＨＤＴＶ）画像のような画像の高精細化に伴い、家庭用に設置される、いわゆるリアプロジェクションＴＶにおいては、高輝度の映像を出すために、光源の発熱量が増大する。たとえば、ＣＲＴ投射管の蛍光管面の温度は、光源の発熱量の増大化に伴って９０℃程度まで温度が上昇することがあるが、この場合、電源をＯＦＦにすると常温に戻るため、約７０℃の温度変化があり得る。

このように、大きな温度変化があると、各部品が熱膨張及び収縮を起こし、鏡筒内部と外部において空気の流動が発生する。この空気流動と共に塵埃等の流動が起きる。そして、長期間使用されると、何度も熱膨張及び収縮を繰り返して、各部品間に存在する隙間が広がったり狭まったりを繰り返して、内外側間で空気が流動することになる。

ところが、長期間使用されて、何度も熱膨張及び収縮を繰り返し、各部品間に存在する隙間が広がったり狭まったりして空気が流動すると、家庭内の塵埃等が鏡筒の隙間等から内部に侵入することがある。仮に、塵埃等が侵入すると、その塵埃等がレンズ表面に付着し、映像に悪影響をもたらしてしまう。たとえば、コントラストを著しく低下させたり、明るさ（輝度）を低下させたりして、映像品位を劣化させてしまう。

この場合、外側に面するレンズはクリーニングが容易なため問題ないが、内部に面するレンズ面は、クリーニングが容易でないため問題となる。

また、反射型の映像表示デバイスであるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたリアプロジェクションＴＶや液晶の応用である透過型ＬＣＤ及び反射型のＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ on Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いたリアプロジェクションＴＶにおいても、光学エンジン内部は約６０℃になる。このため、上述の場合と同様に、熱膨張収縮によって塵埃等が内部に侵入し、画像品位の低下を招いてしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、熱膨張収縮による塵埃等の侵入を防止できる投射レンズユニットを提供することを目的とする。

かかる課題を解決するために第１の発明に係る投射レンズユニットは、筒体部内に１又は複数枚のレンズが取り付けられて、光源側の画像等をスクリーン面上へ拡大投影する投射レンズユニットにおいて、上記光源の熱による温度の変化に伴って上記筒体部が膨張収縮する際に変化する隙間を、その変化を許容して密封するシール部材を備えたことを特徴とする。

上記構成により、光源の熱によって筒体部が膨張収縮して隙間が広がったり狭まったりした場合は、シール部材がその変化を許容して隙間を密封する。

第２の発明に係る投射レンズユニットは、上記筒体部が、上記レンズを支持する内鏡筒と、当該内鏡筒を摺動可能に支持する外鏡筒とからなると共に、当該外鏡筒を上記光源側に連結するカプラユニットを備え、上記シール部材が、上記内鏡筒および外鏡筒の隙間と、上記外鏡筒および上記カプラユニットの隙間とに設けられ、各隙間が温度の変化に伴って変化するのを許容して上記筒体部内を密封することを特徴とする。

上記構成により、上記内鏡筒および外鏡筒の隙間に上記記シール部材を設けることにより、熱膨張収縮によりこれら内鏡筒と外鏡筒の隙間が広がったり狭まったりしても、上記シール部材が上記隙間を常に密封して、塵埃等の侵入を防止する。

第３の発明に係る投射レンズユニットは、光源側の画像等をスクリーン面上へ拡大投影する投射レンズユニットにおいて、上記光源側に取り付けられ内蔵された反射ミラーによって光路を折り曲げる光路折り曲げユニットと、当該光路折り曲げユニットに一体的に取り付けられた前群鏡筒とを備え、上記光路折り曲げユニットの反射ミラー装着部と、上記光路折り曲げユニット及び前群鏡筒の嵌合部とに、上記温度変化に伴う隙間の変化を許容して密封するシール部材を備えたことを特徴とする。

上記構成により、上記光路折り曲げユニットの反射ミラー装着部にシール部材を設けることにより、この部分で熱膨張収縮により隙間が広がったり狭まったりしても、上記シール部材が上記隙間を常に密封して、塵埃等の侵入を防止する。上記光路折り曲げユニット及び前群鏡筒の嵌合部も同様に、シール部材を設けることにより、この部分で熱膨張収縮により隙間が広がったり狭まったりしても、上記シール部材が上記隙間を常に密封して、塵埃等の侵入を防止する。

以上のように、上記シール部材が隙間を密封して、塵埃等の侵入を防止するため、長期間に亘って高輝度、高コントラストな高精細の画像を提供することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る投射レンズユニットの実施形態を図面を参照しながら詳述する。

図１は投射レンズユニットを示す側面断面図、図２は投射レンズユニットをレンズ側から示す分解斜視図、図３は投射レンズユニットをＣＲＴ投射管側から示す分解斜視図である。

プロジェクター等の場合は、ＣＲＴ投射管１側で作成された画像が投射レンズユニット２で拡大され、スクリーン（図示せず）に投影される。

ＣＲＴ投射管１は作成された画像を投射するための装置である。ＣＲＴ投射管１の前面（図１中の左側面）は平坦面状に形成され、この前面に後述するカプラユニット４が取り付けられる。

投射レンズユニット２は、ＣＲＴ投射管１側で作成された画像をスクリーンに焦点を合わせて投影するための部材である。この投射レンズユニット２は、カプラユニット４と、レンズユニット本体５とから構成されている。

カプラユニット４は、レンズユニット本体５をＣＲＴ投射管１に固定するための部材である。このカプラユニット４は、外枠部６と、像面湾曲補正ユニット７とから構成されている。外枠部６は、肉厚の四角板状に形成され、その一端部（図１中の右側）がＣＲＴ投射管１の前面に当接されている。

像面湾曲補正ユニット７は、凹エレメント８及び冷却液を備えて構成されている。この凹エレメント８の周縁部には、ＣＲＴ投射管１からの映像光（ＣＲＴ投射管１の逆Ｒ面に映し出される映像の光）のみを通してその外側の不要光を除去するための遮光板９が取り付けられている。

レンズユニット本体５は、ＣＲＴ投射管１からの光を直接に制御してＣＲＴ投射管１側で作成された画像をスクリーンに投影させるための部材である。このレンズユニット本体５は、レンズ１１と、内鏡筒１２と、外鏡筒１３とから構成されている。

レンズ１１は、設計に応じて凹レンズ又は凸レンズが、単体で又は複数枚組み合わされて構成されている。ここでは、内側レンズ１１Ａ、中間レンズ１１Ｂ及び外側レンズ１１Ｃの３枚のレンズを組み合わせて構成されている。

内鏡筒１２は、各レンズ１１を設計位置に合わせて正確に支持するための部材である。内鏡筒１２の内側面にはレンズ支持部１４が設定間隔毎に設けられ、各レンズ１１を設定位置で正確に支持している。内鏡筒１２の外周には、外鏡筒１３に支持された状態で外鏡筒１３から出没する際に摺接する摺接部１５が設けられている。内鏡筒１２は、摺接部１５で外鏡筒１３に支持されている。摺接部１５は、内鏡筒１２の先端側に設けられた先端側摺接部１５Ａと、内鏡筒１２の基端側に設けられた基端側摺接部１５Ｂとから構成されている。基端側摺接部１５Ｂは、外鏡筒１３の内側面との摺接面の中央部にリング溝１６が設けられている。このリング溝１６内にはＯリング１７が設けられている。このＯリング１７は、光源の熱による温度の変化に伴って内鏡筒１２と外鏡筒１３とがそれぞれ熱膨張収縮する際にこれらの間に生じる隙間の変化を許容して密封するためのシール部材である。Ｏリング１７は、リング溝１６に嵌合された状態で、外鏡筒１３の当接面に弾性的に当接して、内鏡筒１２と外鏡筒１３との隙間をシールする。Ｏリング１７は、温度依存性の低い材料で構成されている。具体的には、常温から９０℃程度の高温までの間で、その弾力性を一定に保つことができる合成樹脂材で構成されている。この合成樹脂材としては、例えば柔らかいシリコン系ゴムを用いる。これにより、光源の熱によって内鏡筒１２と外鏡筒１３とが熱膨張、収縮をして隙間が広がったり狭まったりした場合は、Ｏリング１７が弾性変形してその隙間の変化に追従して隙間を密封するようになっている。

内鏡筒１２は、フォーカスロックネジ１８で外鏡筒１３に固定されている。このフォーカスロックネジ１８を外すだけで、内鏡筒１２を外鏡筒１３から取り外して、別の設計の内鏡筒１２に取り替えることができるようになっている。また、同一の外鏡筒１３に種々の内鏡筒１２を付け替えることで、ＣＲＴ投射管１に種々の設計のレンズユニット本体５を取り付けることができる。さらに、内鏡筒１２の外周には、フォーカスロックネジ１８がねじ込まれるナット部１９が、外鏡筒１３の内周面に接触する位置まで延出して設けられている。内鏡筒１２は外鏡筒１３にのみ支持され、カプラユニット４には接触していない。

外鏡筒１３は、カプラユニット４に固定された状態で内鏡筒１２を収納して摺動可能に支持するための部材である。外鏡筒１３の内周面には内鏡筒１２の摺接部１５と摺接する内鏡筒支持部２１が設けられている。これにより、外鏡筒１３は、内鏡筒１２を支持して、その出没動を許容している。外鏡筒１３は、脚部２２を介してカプラユニット４に固定されている。

外鏡筒１３の基端部（カプラユニット４側端部）には、Ｏリング２４が設けられている。外鏡筒１３の基端面には、リング溝２５が設けられ、このリング溝２５にＯリング２４が取り付けられている。このＯリング２４は、リング溝２５に嵌合された状態で、カプラユニット４の当接面に弾性的に当接して、外鏡筒１３とカプラユニット４との隙間をシールする。Ｏリング２４は、温度依存性の低い材料で構成されている。具体的には、常温から９０℃程度の高温までの間で、その弾力性を一定に保つことができる合成樹脂材で構成されている。これにより、光源の熱によって外鏡筒１３とカプラユニット４とが熱膨張、収縮をして隙間が広がったり狭まったりした場合は、Ｏリング２４が弾性変形してその隙間の変化に追従して隙間を密封するようになっている。

［動作］
以上の構成の投射レンズユニット２では、Ｏリング１７，２４が次のように作用する。

電源入力によってＣＲＴ投射管１側で作成された映像光が投射レンズユニット２を通ってスクリーンに投影される。このとき、電源入力によりＣＲＴ投射管面が発熱し、次第に周囲を加熱していく。これにより、内鏡筒１２と、外鏡筒１３と、カプラユニット４とがそれぞれ加熱されて、それぞれの形状等に応じて熱膨張する。また、電源をオフすれば、放熱して常温まで冷やされて収縮する。これにより、内鏡筒１２と外鏡筒１３との間及び、外鏡筒１３とカプラユニット４との間がそれぞれずれて、隙間が広がったり狭まったりする。

これに対して、温度依存性が低く、弾力性が高いＯリング１７，２４が、熱膨張、収縮による変化に追従する。これにより、Ｏリング１７，２４が、内鏡筒１２と外鏡筒１３との間、外鏡筒１３とカプラユニット４との間をそれぞれシールして、内鏡筒１２内に塵埃等が侵入するのを防止する。

［効果］
以上のように、Ｏリング１７，２４が、熱膨張、収縮による変化に追従して、内鏡筒１２と外鏡筒１３との間、外鏡筒１３とカプラユニット４との間をそれぞれシールして、内鏡筒１２内に塵埃等が侵入するのを防止するため、内鏡筒１２内の各レンズ１１の表面に塵埃等が付着することがなくなり、映像品位の劣化を防止することができる。

この結果、長期間の使用によっても映像品位を高く維持することができ、投射レンズユニット２に対する信頼性をより一層向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、光路を折り曲げる光路折り曲げユニットを備えたものである。

本実施形態に係る投射レンズユニットは、光路折り曲げユニット３１と、前群鏡筒３２とを備えて構成されている。

光路折り曲げユニット３１は、後群鏡筒３３と、前群鏡筒側筒体部３４と、反射ミラー装着部３５とから構成されている。後群鏡筒３３は、映像表示デバイス（マイクロディスプレイ等）が組み込まれた光源側のユニットが取り付けられる部分である。この後群鏡筒３３と前群鏡筒側筒体部３４とは、設定された角度（例えば６６度）に配設されている。

前群鏡筒側筒体部３４は、前群鏡筒３２が取り付けられる部分である。前群鏡筒側筒体部３４は、円筒状に構成され、前群鏡筒３２側端部には、フランジ部３６と、リング溝３７とが設けられている。

フランジ部３６は、前群鏡筒３２を固定するための部材である。このフランジ部３６は、全体形状が四角形になるように構成され、その４つの角部に、位置決め用突起３６Ａと固定穴３６Ｂとがそれぞれ設けられている。リング溝３７は、Ｏリング３９を嵌合するための溝である。リング溝３７は、前群鏡筒側筒体部３４の前群鏡筒３２側端部にその全周に亘って環状に形成されている。

Ｏリング３９は、光源の熱による温度の変化に伴って光路折り曲げユニット３１と前群鏡筒３２とがそれぞれ熱膨張収縮する際にこれらの間に生じる隙間の変化を許容して密封するためのシール部材である。Ｏリング３９は、リング溝３７に嵌合された状態で、前群鏡筒３２の当接面に弾性的に当接して、光路折り曲げユニット３１と前群鏡筒３２との隙間をシールする。Ｏリング３９は、上記第１実施形態のＯリング１７，２４と同様に、温度依存性の低い材料で構成されている。具体的には、常温から９０℃程度の高温までの間で、その弾力性を一定に保つことができる合成樹脂材で構成されている。これにより、光源の熱によって光路折り曲げユニット３１と前群鏡筒３２とが熱膨張、収縮をして隙間が広がったり狭まったりした場合は、Ｏリング３９が弾性変形してその隙間の変化に追従して隙間を密封するようになっている。

前群鏡筒３２には、光路折り曲げユニット３１側のフランジ部３６に対向する位置に、フランジ部４１が設けられている。フランジ部４１は、フランジ部３６と整合させて四角形状に形成され、各角部に嵌合穴４１Ａ、４１Ｂが設けられている。各嵌合穴４１Ａ、４１Ｂは、フランジ部３６の位置決め用突起３６Ａと、ネジ４２とが嵌合するための穴である。これら位置決め用突起３６Ａとネジ４２がそれぞれ嵌合することで、光路折り曲げユニット３１と前群鏡筒３２とが互いに整合した状態で固定される。

反射ミラー装着部３５は、光路を折り曲げるミラー４６を装着するための部分である。反射ミラー装着部３５には、四角形の開口４５が設けられ、この開口４５にミラー４６が取り付けられる。開口４５の周縁部には、四角環状のリング溝４７が設けられ、四角環状のＯリング４９が取り付けられている。このＯリング４９は、上記Ｏリング３９と同様に、温度依存性の低く、弾力性の高い材料で構成されている。

ミラー４６及びＯリング４９は、板バネ４８とミラーカバー５０とで固定されている。板バネ４８は、ミラー４６を面変形しないように弾性支持するための部材である。板バネ４８は、平板状の基板の４カ所に、バネ部を切り欠いて形成されている。この板バネ４８はその４カ所のバネ部がミラー４６に弾性的に当接して支持する。ミラーカバー５０は、板バネ４８及びＯリング４９を覆ってＯリング４９の外側でネジ５１によって開口４５に固定される。

上記構成により、光源の熱によって光路折り曲げユニット３１、前群鏡筒３２、ミラーカバー５０がそれぞれ熱膨張、収縮すると、それらの間の隙間が広がったり狭まったりするが、Ｏリング３９及びＯリング４９は、上記第１実施形態と同様に、上記隙間を常に密封して、塵埃等の侵入を防止する。この結果、長期間に亘って高精細の画像を提供することができ、信頼性が向上する。

［変形例］
上記各実施形態で投射レンズユニットの一例を示したが、本発明はこれらの実施形態の例に限るものではなく、塵埃等の侵入を防ぐ必要のある投射レンズユニットすべてに本願発明を適用でき、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態に係る投射レンズユニットを示す側面断面図である。 本発明の第１実施形態に係る投射レンズユニットをスクリーン側から示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る投射レンズユニットをＣＲＴ投射管側から示す分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る投射レンズユニットをスクリーン側から示す分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る投射レンズユニットをミラー側から示す分解斜視図である。

符号の説明

１：ＣＲＴ投射管、２：投射レンズユニット、４：カプラユニット、５：レンズユニット本体、６：外枠部、７：像面湾曲補正ユニット、８：凹エレメント、９：遮光板、１１：レンズ、１２：内鏡筒、１３：外鏡筒、１４：レンズ支持部、１５：摺接部、１６：リング溝、１７：Ｏリング、１８：フォーカスロックネジ、１９：ナット部、２１：内鏡筒支持部、２２：脚部、２４：Ｏリング、２５：リング溝、３１：光路折り曲げユニット、３２：前群鏡筒、３３：後群鏡筒、３４：前群鏡筒側筒体部、３５：反射ミラー装着部、３６：フランジ部、３６Ａ：位置決め用突起、３６Ｂ：固定穴、３７：リング溝、３９：Ｏリング、４１：フランジ部、４１Ａ、４１Ｂ：嵌合穴、４２：ネジ、４５：開口、４６：ミラー、４７：リング溝、４８：板バネ、４９：Ｏリング、５０：ミラーカバー、５１：ネジ。

Claims (3)

1. 筒体部内に１又は複数枚のレンズが取り付けられて、光源側の画像等をスクリーン面上へ拡大投影する投射レンズユニットにおいて、
   上記光源の熱による温度の変化に伴って上記筒体部が膨張収縮する際に変化する隙間を、その変化を許容して密封するシール部材を備えたことを特徴とする投射レンズユニット。
2. 請求項１に記載の投射レンズユニットにおいて、
   上記筒体部が、上記レンズを支持する内鏡筒と、当該内鏡筒を摺動可能に支持する外鏡筒とからなると共に、当該外鏡筒を上記光源側に連結するカプラユニットを備え、
   上記シール部材が、上記内鏡筒および外鏡筒の隙間と、上記外鏡筒および上記カプラユニットの隙間とに設けられ、各隙間が温度の変化に伴って変化するのを許容して上記筒体部内を密封することを特徴とする投射レンズユニット。
3. 光源側の画像等をスクリーン面上へ拡大投影する投射レンズユニットにおいて、
   上記光源側に取り付けられ内蔵された反射ミラーによって光路を折り曲げる光路折り曲げユニットと、当該光路折り曲げユニットに一体的に取り付けられた前群鏡筒とを備え、
   上記光路折り曲げユニットの反射ミラー装着部と、上記光路折り曲げユニット及び前群鏡筒の嵌合部とに、上記温度変化に伴う隙間の変化を許容して密封するシール部材を備えたことを特徴とする投射レンズユニット。

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