JP2007079044A - 投影レンズユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＭＤ素子１７と投影レンズ１８との設定間隔を正確に維持して、高画質の映像をスクリーン等へ映し出す。
【解決手段】 光源ランプ１２側からの光をＤＭＤ素子１７で画像光として反射させた後、投影レンズ１８で投影させる投影レンズユニット１１である。上記ＤＭＤ素子１７と上記投影レンズ１８とを、それらの間隔を設定値に正確に支持された状態で一体的に固定する連結具２０を備えた。この連結具２０は、カラーホイール１３を位置決めして支持するカラーホイール嵌合部２１と、リレーレンズ１４を位置決めして支持するリレーレンズ嵌合部２２と、折り返しミラー１５，１６を位置決めして支持する折り返しミラー嵌合部２３と、上記ＤＭＤ素子１７が取り付けられて支持されるＤＭＤ素子取り付け部２４と、上記投影レンズ１８が取り付けられて支持される投影レンズ部２５とを備えて構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＤＬＰ（Digital Light Processing）を採用したリアプロジェクター及びフロントプロジェクターに用いて好適な投影レンズユニットに関する。

近年、リアプロジェクター及びフロントプロジェクターにおいては、例えばハイビジョン画像のような、画像の高精細化に伴い、投射画像の品位（画質）の安定化が要求されている。このため、投影レンズユニットについても高い性能が要求される。

ＤＬＰを採用したリアプロジェクターにおいては、投射レンズとＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子との間隔を正確に設定する必要がある。この投射レンズとＤＭＤ素子を含む投影レンズユニットは、一般に図２に示すように構成されている。この投影レンズユニットは、投影レンズ１と、ＤＭＤ素子２と、金属プレート３と、基板４と、レンズベース５とから構成されている。

投影レンズ１は、ＤＭＤ素子２の各ミラーで反射された映像をスクリーン(図示せず)等に投影するためのレンズである。ＤＭＤ素子２は、多数のミラーを配設し、映像データに応じて各ミラーが回動して映像を作り出す素子である。金属プレート３は、ＤＭＤ素子２を支持するための部材である。基板４は、ＤＭＤ素子２及び金属プレート３を支持すると共に、ドライブ回路等の電気回路、ファン、ヒートシンク等を装着した部材である。レンズベース５は、投影レンズ１とＤＭＤ素子２との間隔（バックフォーカス）を正確に位置決めして支持するための部材である。

この構成により、光源からの光がＤＭＤ素子２の各ミラーで投影レンズ１側へ選択的に反射されて、スクリーン等へ映像が投影される。

ところで、上記投影レンズユニットでは、レンズベース５によって、投影レンズ１とＤＭＤ素子２とが正確に位置決めされているが、画像の高精細化に伴って、投影レンズ１とＤＭＤ素子２との間隔もさらに高い精度が要求される。

ところが、投影レンズ１とＤＭＤ素子２とが別体構造で、組み立て時にこれら投影レンズ１とＤＭＤ素子２とがレンズベース５等によって連結される場合、組み立て時の誤差や金属プレート３及びレンズベース５の寸法精度によって、投影レンズ１とＤＭＤ素子２との間隔にバラツキ（中心軸のずれや傾き）が生じてしまう。このバラツキは僅かなものであるため、これまでは問題にならなかったが、画像の高精細化に伴って、上記バラツキが画質の不安定化を招くという問題が生じた。

本発明は、ＤＭＤ素子と上記投影レンズとを正確に支持して、画像の高精細化に伴う画質の不安定化を防止する投影レンズユニットを提供するものである。このために、本発明に係る投影レンズユニットは、光源側からの光をＤＭＤ素子で画像光として反射させた後、投影レンズで投影させる投影レンズユニットであって、上記ＤＭＤ素子と上記投影レンズとを、それらの間隔を設定値に正確に支持された状態で一体的に固定する連結具を備えたことを特徴とする。

この構成により、上記ＤＭＤ素子と上記投影レンズとが正確に支持されて、画像の高精細化に伴う画質の不安定化を防止する。

また、上記連結具は、上記投影レンズを囲繞して一体的に取り付けられる筒状部材を備えて構成することが望ましい。

この構成により、筒状部材で上記ＤＭＤ素子と上記投影レンズとを設定間隔を空けて支持することで、上記ＤＭＤ素子と上記投影レンズとの設定間隔を正確に維持することができる。

上記ＤＭＤ素子と上記投影レンズとの設定間隔を正確に維持することができるため、高画質の映像をスクリーン等へ映し出すことができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態に係る投影レンズユニットについて図面を参照しながら詳述する。図１は本実施形態に係る投影レンズユニットの各光学素子の取り付け構造を示す斜視図、図３は本実施形態に係る投影レンズユニットの各光学素子の配列状態を示す概略構成図、図４は本実施形態に係る投影レンズユニットの各光学素子の配列状態を示す概略斜視図、図５は本実施形態に係る投影レンズユニットの連結具を示す斜視図、図６は本実施形態に係る投影レンズユニットの連結具に各光学素子を取り付けた状態を示す斜視図である。

本実施形態に係る投影レンズユニット１１は、図３，４に示すように、折り返しミラー方式のユニットである。この投影レンズユニット１１は、光源ランプ１２と、カラーホイール１３と、リレーレンズ１４と、折り返しミラー１５，１６と、ＤＭＤ素子１７と、投影レンズ１８とから構成されている。

光源ランプ１２、カラーホイール１３及びリレーレンズ１４は、ＤＭＤ素子１７に照射して映像を作り出す機能光を形成するための素子である。この光源ランプ１２、カラーホイール１３及びリレーレンズ１４で形成された機能光は、２つの折り返しミラー１５，１６で折り返されてＤＭＤ素子１７に照射される。

光源ランプ１２は白色光を出力する。カラーホイール１３は、光源ランプ１２からの白色光に対して色を付けるための部材である。このカラーホイール１３は主に、赤、青、黄色等に分割された円盤状のフィルタ板１３Ａと、このフィルタ板１３Ａを回転させる駆動モータ１３Ｂと、これらフィルタ板１３Ａ及び駆動モータ１３Ｂを組み込んだ収納ケース１３Ｃ（図６参照）とから構成され、フィルタ板１３Ａが設定速度で回転することにより、白色光を一定時間ごとに赤、青、黄色等に変化するようになっている。リレーレンズ１４は、カラーホイール１３を通過した光を折り返しミラー１５，１６まで導くための部材である。リレーレンズ１４は、1または複数枚のレンズを鏡筒に組み込んで構成されている。

折り返しミラー１５，１６は、光源ランプ１２、カラーホイール１３及びリレーレンズ１４で形成された機能光をＤＭＤ素子１７に入射させるためのミラーである。折り返しミラー１５，１６で、光源ランプ１２、カラーホイール１３及びリレーレンズ１４で形成された機能光が２回折り返されて、ＤＭＤ素子１７に設定角度で入射するように配設されている。

ＤＭＤ素子１７は、無数のマイクロミラー(図示せず)を備えて構成され、各マイクロミラーが適宜回動して映像をスクリーン等へ映し出す。

投影レンズ１８は、ＤＭＤ素子１７で反射された映像光をスクリーン等へ焦点を絞って投影するためのレンズである。投影レンズ１８は、複数のレンズを組み合わせて構成されている。さらに、投影レンズ１８は、光源ランプ１２やスクリーン等の配列位置に応じて、反射型または透過型に設計される。図１の例では、ミラー(図示せず)を用いて斜め上方に反射させる反射型として構成されている。

これら光源ランプ１２、カラーホイール１３、リレーレンズ１４、折り返しミラー１５，１６、ＤＭＤ素子１７及び投影レンズ１８は、光路上の設定位置に正確に配設され、スクリーン等に鮮明な映像を映し出すようになっている。このため、カラーホイール１３、リレーレンズ１４、折り返しミラー１５，１６、ＤＭＤ素子１７及び投影レンズ１８を、それらの間隔を設定値に正確に支持された状態で一体的に固定するための連結具２０が設けられている。

この連結具２０は、図１，５，６に示すように、カラーホイール嵌合部２１と、リレーレンズ嵌合部２２と、折り返しミラー嵌合部２３と、ＤＭＤ素子取り付け部２４と、投影レンズ部２５とから構成されている。これらは、全て一体的に構成されている。

カラーホイール嵌合部２１は、カラーホイール１３を嵌合して支持するための部分である。カラーホイール嵌合部２１は、上方に開口した凹部状に形成され、カラーホイール１３の収納ケース１３Ｃの外形寸法とほぼ同じ寸法に設定されている。これにより、カラーホイール１３が正確に位置決め固定されるようになっている。カラーホイール嵌合部２１には、入力側切り欠き２１Ａと、出力側切り欠き２１Ｂとが設けられている。これら入力側切り欠き２１Ａ及び出力側切り欠き２１Ｂを、光源ランプ１２からの光が通過するようになっている。

リレーレンズ嵌合部２２は、リレーレンズ１４を嵌合して支持するための部分である。リレーレンズ嵌合部２２は、リレーレンズ１４が嵌合する円弧状溝によって構成されている。このリレーレンズ嵌合部２２は、リレーレンズ１４の鏡筒部分の外径寸法とほぼ同じ寸法に設定されている。さらに、リレーレンズ嵌合部２２は、カラーホイール嵌合部２１に対して連続的に配設されていると共に、その中心軸が光源ランプ１２からの光路上に設けられて、リレーレンズ１４が正確な位置で支持されるようになっている。

折り返しミラー嵌合部２３は、折り返しミラー１５，１６を支持するための部分である。折り返しミラー嵌合部２３は、２枚の折り返しミラー１５，１６が挿入できる大きさの凹み状に形成されている。２枚の折り返しミラー１５，１６は、光路上の正確な位置に配設された状態で、互いに一体的に組み合わされている。そして、一体になった２枚の折り返しミラー１５，１６が、折り返しミラー嵌合部２３に嵌合されて、光路上の正確な位置で支持されるようになっている。

ＤＭＤ素子取り付け部２４は、ＤＭＤ素子１７を支持するための部分である。ＤＭＤ素子取り付け部２４は、折り返しミラー嵌合部２３に面して設けられた開口部によって構成されている。ＤＭＤ素子取り付け部２４には、必要に応じて補強用の金属板２６を取り付ける。この金属板２６は、単体の部材として、ＤＭＤ素子取り付け部２４に取り付けてもよく、ＤＭＤ素子１７に一体的に取り付けてもよい。ＤＭＤ素子１７は、このＤＭＤ素子取り付け部２４に取り付けられることで、光路上の正確な位置で支持されるようになっている。

投影レンズ部２５は、ＤＭＤ素子１７で反射された映像光をスクリーン(図示せず)に投影するためのレンズである。投影レンズ部２５は、複数のレンズ２７と、折り返しミラー(図示せず)とを備えて構成されている。投影レンズ部２５は、折り返しミラー嵌合部２３に面して一体的に設けられている。具体的には、図４に示しように、投影レンズ部２５を単体の部材として構成してからねじ等で折り返しミラー嵌合部２３に面して固定してもよく、折り返しミラー嵌合部２３等と共に全体を一体的に成形してもよい。

以上により、各光学素子が光路上に正確に配設されると共に、各光学素子の間隔が設定値に正確に支持された状態で一体的に固定されている。

［動作］
以上の構成の投影レンズユニット１１は次のように機能する。

投影レンズユニット１１の組み立て時においては、連結具２０に各光学素子が組み込まれて一体的に固定される。即ち、各光学素子がそれぞれの嵌合部に組み込まれて固定されることで、各光学素子が光路上に正確に配設されると共に、各光学素子の間隔が設定値に正確に支持された状態で一体的に固定されている。

この投影レンズユニット１１は、リアプロジェクターやフロントプロジェクターに組み込まれる。

これにより、光源ランプ１２からの出射光は、リレーレンズ１４を経て、映像を作り出すための機能光が形成され、２つの折り返しミラー１５，１６で折り返されて、ＤＭＤ素子１７に照射される。ＤＭＤ素子１７では、多数のマイクロミラーのうち、映像に対応した特定のマイクロミラーが回動して、入射光を投影レンズ１８側へ映像光として反射させる。

このとき、ＤＭＤ素子１７と投影レンズ１８とは連結具２０で設定間隔に正確に支持されているため、この間隔にバラツキが生じることがなくなり、ＤＭＤ素子１７で反射された映像光は、投影レンズ１８でスクリーン等に正確に焦点を絞り、映像を映し出す。

［効果］
連結具２０を用いてＤＭＤ素子１７、投影レンズ１８等を設定間隔に正確に支持するようにしたので、ＤＭＤ素子１７、投影レンズ１８等の各光学素子の間隔にバラツキが生じるのを抑えることができる。この結果、ＤＭＤ素子１７、投影レンズ１８等を設定間隔に正確に維持することができ、高画質の映像をスクリーン等へ映し出すことができる。また、ＤＭＤ素子１７と投影レンズ１８とを一体的に取り付けることで、部品点数及び製造工程が減少して製造コストの低減も図ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

本実施形態の投影レンズユニット３０はＴＩＲ方式のユニットである。この投影レンズユニット３０の概略構成（連結具を除く光学素子だけの概略構成）を図７に示す。投影レンズユニット３０は、光源ユニット３１と、偏向プリズム３２と、ＤＭＤ素子３３と、投影レンズ３４とから構成されている。

光源ユニット３１は、光源ランプ、リレーレンズ（いずれも図示せず）等を組み込んで構成されている。偏向プリズム３２は、光源ユニット３１からの機能光を全反射させてＤＭＤ素子３３側へ反射させると共に、ＤＭＤ素子３３からの映像光を透過させるための光学素子である。偏向プリズム３２は、断面三角形状の２つのプリズムを合わせて構成されている。ＤＭＤ素子３３は上記第１の実施形態のＤＭＤ素子１７と同様に構成されている。投影レンズ３４は上記第１の実施形態の投影レンズ１８と同様に構成されている。

そして、連結具は、ＤＭＤ素子３３、投影レンズ３４等の各光学素子を、それらの間隔を設定値に正確に支持した状態で一体的に固定するように構成されている。具体的には、第１の実施形態の連結具２０とほぼ同様の構成を有している。なお、本実施形態の連結具では、第１の実施形態の折り返しミラー１５，１６が嵌合する折り返しミラー嵌合部２３の代わりに、偏向プリズム３２が嵌合する偏向プリズム嵌合部(図示せず)が設けられている。

以上のように構成された投影レンズユニット３０では次のように機能する。

投影レンズユニット３０の組み立て時においては、第１実施形態と同様に、連結具に各光学素子が組み込まれて一体的に固定される。即ち、各光学素子がそれぞれの嵌合部に組み込まれて固定されることで、各光学素子が光路上に正確に配設されると共に、各光学素子の間隔が設定値に正確に支持された状態で一体的に固定されている。

この投影レンズユニット３０は、リアプロジェクターやフロントプロジェクターに組み込まれる。

これにより、光源ユニット３１からの出射光は、偏向プリズム３２で偏向されて、ＤＭＤ素子３３に照射される。ＤＭＤ素子３３では、多数のマイクロミラーのうち、映像に対応した特定のマイクロミラーが回動して、入射光を投影レンズ３４側へ映像光として反射させる。

このとき、ＤＭＤ素子３３と投影レンズ３４とは連結具で設定間隔に正確に支持されているため、この間隔にバラツキが生じることがなくなり、ＤＭＤ素子３３で反射された映像光は、投影レンズ３４でスクリーン等に正確に焦点を絞り、映像を映し出す。

このとき、ＤＭＤ素子３３、投影レンズ３４等は連結具で一体的に取り付けられているため、ＤＭＤ素子３３、投影レンズ３４等の間隔を設定値に正確に支持され、高画質の映像をスクリーン等へ映し出すことができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

本実施形態の投影レンズユニット４１はＲ−ＴＩＲ方式のユニットである。この投影レンズユニット４１は図５に示すように、光源ランプ４２と、リレーレンズ４３と、偏向プリズム４４と、ＤＭＤ素子４５と、投影レンズ４６とから構成されている。

光源ランプ４２及びリレーレンズ４３は、ＤＭＤ素子４５に照射して映像を作り出す機能光を形成するための素子である。偏向プリズム４４は、光源ランプ４２及びリレーレンズ４３からの機能光をＤＭＤ素子４５側へ透過させると共に、ＤＭＤ素子４５からの映像光を全反射させるための光学素子である。偏向プリズム４４は、断面三角形状の２つのプリズムを合わせて構成されている。ＤＭＤ素子４５は上記第１の実施形態のＤＭＤ素子１７と同様に構成されている。投影レンズ４６は上記第１の実施形態の投影レンズ１８と同様に構成されている。

そして、連結具は、ＤＭＤ素子４５、投影レンズ４６等の各光学素子を、それらの間隔を設定値に正確に支持した状態で一体的に固定するように構成されている。具体的には、第１の実施形態の連結具２０とほぼ同様の構成を有している。なお、本実施形態の連結具では、第１の実施形態の折り返しミラー１５，１６が嵌合する折り返しミラー嵌合部２３の代わりに、偏向プリズム４４が嵌合する偏向プリズム嵌合部(図示せず)が設けられている。

以上のように構成された投影レンズユニット４１では次のように機能する。

投影レンズユニット４１の組み立て時においては、第１実施形態と同様に、連結具に各光学素子が組み込まれて一体的に固定される。即ち、各光学素子がそれぞれの嵌合部に組み込まれて固定されることで、各光学素子が光路上に正確に配設されると共に、各光学素子の間隔が設定値に正確に支持された状態で一体的に固定されている。

この投影レンズユニット４１は、リアプロジェクターやフロントプロジェクターに組み込まれる。

これにより、光源ランプ４２からの出射光は、偏向プリズム４４を透過して、ＤＭＤ素子４５に照射される。ＤＭＤ素子４５では、多数のマイクロミラーのうち、映像に対応した特定のマイクロミラーが回動して、映像光を偏向プリズム４４側へ反射させる。この映像光は偏向プリズム４４で全反射して投影レンズ４６へ入射し、スクリーン等へ投影される。

このとき、ＤＭＤ素子４５、投影レンズ４６等は連結具で設定間隔に正確に支持されているため、この間隔にバラツキが生じることがなくなり、ＤＭＤ素子４５で反射された映像光は、投影レンズ４６でスクリーン等に正確に焦点を絞り、映像を映し出す。

このとき、ＤＭＤ素子４５、投影レンズ４６等は連結具で一体的に取り付けられているため、ＤＭＤ素子４５、投影レンズ４６等の間隔を設定値に正確に支持され、高画質の映像をスクリーン等へ映し出すことができる。

［変形例］
上記第１実施形態では、カラーホイール１３、リレーレンズ１４、折り返しミラー１５，１６、ＤＭＤ素子１７及び投影レンズ１８を連結具２０で一体的に固定したが、光源ランプ１２も他の光学素子と共に一体的に固定してもよい。これは、第２，３実施形態でも同様である。これらの場合も上記各実施形態同様の作用、効果を奏することができる。

上記各実施形態では、連結具によって各光学素子を一体的に固定するようにしたが、上記ＤＭＤ素子１７と上記投影レンズ１８のみを、それらの間隔を設定値に正確に支持された状態で一体的に固定する連結具でもよい。これは、第２，３実施形態でも同様である。これらの場合も上記各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の実施形態に係る投影レンズユニットの各光学素子の取り付け構造を示す斜視図である。 従来の投影レンズユニットのＤＭＤ素子及び投影レンズを支持する連結具を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る投影レンズユニットの各光学素子の配列状態を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る投影レンズユニットの各光学素子の配列状態を示す概略斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る投影レンズユニットの連結具を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る投影レンズユニットの連結具に各光学素子を取り付けた状態を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る投影レンズユニットの各光学素子の配置状態を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る投影レンズユニットの各光学素子の配置状態を示す概略構成図である。

符号の説明

１１：投影レンズユニット
１２：光源ランプ
１３：カラーホイール
１４：リレーレンズ
１５，１６：折り返しミラー
１７：ＤＭＤ素子
１８：投影レンズ
２０：連結具
２１：カラーホイール嵌合部
２１Ａ：入力側切り欠き
２１Ｂ：出力側切り欠き
２２：リレーレンズ嵌合部
２３：折り返しミラー嵌合部
２４：ＤＭＤ素子取り付け部
２５：投影レンズ部
２６：金属板
２７：レンズ
３０：投影レンズユニット
３１：光源ユニット
３２：偏向プリズム
３３：ＤＭＤ素子
３４：投影レンズ

Claims (4)

1. 光源側からの光をＤＭＤ素子で反射させた後、投影レンズで投影させる投影レンズユニットであって、
   上記ＤＭＤ素子と上記投影レンズとを、それらの間隔を設定値に正確に支持された状態で一体的に固定する連結具を備えたことを特徴とする投影レンズユニット。
2. 請求項１に記載の投影レンズユニットにおいて、
   上記連結具が、上記ＤＭＤ素子が取り付けられて支持されるＤＭＤ素子取り付け部と、上記投影レンズが取り付けられて支持される投影レンズ部とを備えて構成されたことを特徴とする投影レンズユニット。
3. 請求項１に記載の投影レンズユニットにおいて、
   上記連結具が、カラーホイールを位置決めして支持するカラーホイール嵌合部と、リレーレンズを位置決めして支持するリレーレンズ嵌合部と、偏光手段を位置決めして支持する偏光手段嵌合部と、上記ＤＭＤ素子が取り付けられて支持されるＤＭＤ素子取り付け部と、上記投影レンズが取り付けられて支持される投影レンズ部とを備えて構成されたことを特徴とする投影レンズユニット。
4. 請求項３に記載の投影レンズユニットにおいて、
   上記偏光手段が、折り返しミラーまたは偏向プリズムであることを特徴とする投影レンズユニット。
   
   

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