JP2007094335A - 投写レンズ及びプロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェルドラインが発生したレンズを用いながらも、画像光の投映に支障をきたすことがない投写レンズを提供する。
【解決手段】投写レンズはリア方式のプロジェクタに備えられる。投写レンズには第１レンズ３３が組み込まれている。第１レンズ３３は、１点のゲート３７を用いた射出成形によって形成されたプラスチックレンズであり、厚肉部３３ａにウェルドライン３５が発生している。ゲート跡３６は矩形パターン４０の長辺４０ａに対向するようにされる。これにより、ウェルドライン３５が矩形パターン４０の外部に配置されることとなる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、射出成形によって形成されたプラスチックレンズを有する投写レンズ、及びこの投写レンズを用いたプロジェクタ装置に関する。

画像表示素子によって照明光を変調して画像光とし、この画像光を投写レンズを介してスクリーンに拡大投映するプロジェクタが知られている。プロジェクタは小型化が要求されており、狭い筐体の中に投写レンズを収めるために、投写レンズには製造難易度が高い非球面形状のレンズが用いられる。

製造難易度が高い非球面形状のレンズには、比較的容易且つ安価に製造することができるプラスチックレンズが用いられることが多い。このプラスチックレンズは、溶融プラスチックを金型に流し込む射出成形によって製造されるのが一般的である。しかし、この射出成形では溶融プラスチックを流し込むゲートが必要であり、このゲート近傍では溶融プラスチックの流れが急激に変化することから、成形後のプラスチックレンズにおいてゲート跡近傍で泡、脈理などの欠陥が発生することがあった。このようなプラスチックレンズを投写レンズに用いるとゲート跡近傍で画質が劣化してしまう。

そこで、特許文献１に記載の投写レンズでは、プラスチックレンズのゲート跡を画像光の光学的使用領域外に配置することが提案されている。ここで、画像光の光学的使用領域とは画像光が通過する領域である。
特開２００４−３６１６２０号公報

ところが、最近の射出成形技術の改良に伴い、ゲート跡付近に生じやすい光学的な欠陥はかなり軽減されてきている反面、ゲート跡に対向する側での光学的な欠陥が光学性能に影響をもつことが認識されつつある。特に、プロジェクタ用投写レンズの前玉には、画角を大きく広げることができるように外径が大きく、レンズ中央部の肉厚に対してレンズ周辺部の肉厚がかなり大きなメニスカス凹レンズを用いることが多いが、このような形状のレンズではゲート跡に対向する側に生じるウェルドラインがレンズ面まで延びてくる場合があることが分かった。

ウェルドラインは、ゲートから金型内に射出された溶融プラスチックが金型内で一旦分流し、再び合流したときに生じる線状の欠陥であるが、上記のような形状のレンズではレンズ周辺部の肉厚がレンズ中央部の肉厚よりも大きく、特にその肉厚比が２倍程度を超えるようになると、溶融プラスチックがレンズ中央部に充填される前に流動抵抗が小さいレンズ周辺部に沿って分流した後、ゲートと対向する側で合流するようになり、レンズ周辺部からレンズ中央部に向かってレンズ面上にまで延びてしまうことが多い。このようなウェルドラインは、プラスチック材料の選定や、その溶融温度、金型温度、射出速度などの成形条件を変えることによって軽減することができるが、レンズに要求される光学性能を保ち、またゲート跡近傍の欠陥を抑えるなどの要求からおのずと成形条件は限られてしまい、これらの要求を満たそうとするとウェルドラインまで抑えることは非常に困難であるのが実情である。

本発明は、上記背景を考慮してなされたもので、その目的は、成形条件だけでは軽減することが困難なウェルドライン欠陥をもつレンズを用いながらも、画像光の投映に支障をきたすことがないようにした投写レンズ及びこの投写レンズを用いたプロジェクタ装置を提供することにある。

本発明は、外周の一か所に射出成形時のゲート跡がある円形のプラスチックレンズを含み、スクリーン上で矩形状パターンとなる画像光を投写する投写レンズに関し、前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンの一方の長辺が前記ゲート跡に対向するようにプラスチックレンズを位置決めすることにより、他方の長辺が前記ゲート跡の反対側に生じるウェルドラインに対向するようにしたことを特徴とする。前記画像光の矩形状パターンの中心が投写レンズの中心から外れた軸外し光学系に用いられる場合には、前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンの中心に、前記ゲート跡側が寄るように前記プラスチックレンズを位置決めすることが好ましい。

本発明は、光軸を挟んで対向し合う外周の二か所に射出成形時のゲート跡がある円形のプラスチックレンズを含み、スクリーン上で矩形状パターンとなる画像光を投写する投写レンズに関し、前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンの各々の短辺が前記ゲート跡のそれぞれに対向するようにプラスチックレンズを位置決めすることにより、各々の長辺を前記ゲート跡間に生じる２本のウェルドラインのそれぞれに対向するようにしたことを特徴とする。

本発明は、外周の一か所に射出成形時のゲート跡がある円形のプラスチックレンズを含み、スクリーン上で矩形状パターンとなる画像光を投写する投写レンズに関し、前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンの長辺が、前記ゲート跡の反対側に生じるウェルドラインに対向するようにプラスチックレンズを位置決めしたことを特徴とする。前記画像光の矩形状パターンの中心が投写レンズの中心から外れる軸外し光学系に用いられる場合には、前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンの中心から前記ウェルドラインが離れるようにして前記プラスチックレンズを位置決めすることが好ましい。

本発明は、光軸を挟んで対向し合う外周の二か所に射出成形時のゲート跡がある円形のプラスチックレンズを含み、スクリーン上で矩形状パターンとなる画像光を投写する投写レンズに関し、前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンの各々の長辺が、前記ゲート跡間に生じる２本のウェルドラインのそれぞれに対向するようにプラスチックレンズを位置決めすることを特徴とする。

前記プラスチックレンズが変倍又はフォーカスのために光軸を中心に回転自在にするとき、この回動範囲を、前記ウェルドラインが前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンに侵入しないような範囲にすることが好ましい。特に、投写レンズが前記画像光の矩形状パターンの中心が投写レンズの中心から外れる軸外し光学系に用いられる場合には、前記ゲート跡に対向する長辺の両端が、前記ゲート跡を超えないような範囲とすることが好ましい。

本発明のプロジェクタ装置は、上記した投写レンズを用いてスクリーン上に画像光を投写することを特徴としている。

本発明の投写レンズでは、プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンの長辺がウェルドラインに対向するようにプラスチックレンズを位置決めするので、ウェルドラインは矩形状パターンの外部に配置されることとなるから、投映画像の画質劣化を防ぐことができる。また、画像光の矩形状パターンの中心にゲート跡が寄るようにプラスチックを位置決めする場合には、ウェルドラインは矩形状パターンからより離れることとなり、より確実に投映画像の画質劣化を防ぐことができる。プラスチックレンズが回転自在である場合には、プラスチックレンズの回動範囲をウェルドラインが画像光の矩形状パターンに侵入しないような範囲にすることにより、投映画像の画質劣化を防ぐことができる。

本発明の投写レンズはプロジェクタ装置に用いることが有効である。プロジェクタ装置は、画像光の矩形状パターンのアスペクト比が大きく（例えば１６：９）されている製品が多く、投写レンズのレンズ面上で使用しない領域が広くなることから、ウェルドラインを画像光の矩形状パターンの外部に配置しやすくなる。また、本発明の投写レンズはリア方式のプロジェクタ装置に用いることが有効である。リア方式のプロジェクタ装置では、投写レンズがプロジェクタ装置内部に組み込まれるため、プラスチックレンズにウェルドラインがあっても美観上問題がない。

［第１実施形態］
図１に示すように、プロジェクタ２は、光源部３と、画像形成部４と、投写レンズ５と、スクリーン６とから構成される。このプロジェクタ２は、スクリーン６の背面６ａに画像光を投映させ、スクリーン６の前面６ｂから画像が眺められるリア方式のものである。

光源部３は、白色の照明光を発する光源１０と、リフレクタ１１とから構成される。光源１０からの白色の照明光はリフレクタ１１で反射され、ダイクロイックミラー１２に照射される。

画像形成部４は、ダイクロイックミラー１２，１３と、反射鏡１４，１５，１６と、液晶パネル１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂと、ダイクロイックプリズム１８とから構成される。ダイクロイックミラー１２は、白色光に含まれる赤色光（Ｒ光）を透過し、緑色光及び青色光（Ｇ光及びＢ光）を反射する。ダイクロイックミラー１３は、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｒ光は反射鏡１４を介して液晶パネル１７Ｒに照射され、Ｇ光は液晶パネル１７Ｇに照射され、Ｂ光は反射鏡１５，１６を介して液晶パネル１７Ｂに照射される。

各液晶パネル１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂは、液晶を挟んだ素子であり、偏光板と組み合わせることで画素毎の透過率を変えて画像光を生成するものである。Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光は、それぞれ対応する液晶パネルを透過して各色の画像光になり、ダイクロイックプリズム１８に入射する。ダイクロイックプリズム１８では各色の画像光が合成され、この合成された画像光は投写レンズ５に入射する。投写レンズ５に入射した画像光は、拡大されてスクリーン６の背面６ａに投写される。ユーザは、スクリーン６の前面６ｂから投映画像を眺めることができる。

図２に示すように、投写レンズ５は、レンズ鏡筒３０内に、前レンズ群３１と、後レンズ群３２とを組み込んでいる。前レンズ群３１は第１レンズ３３及び第２レンズ３４から構成され、これらのうち第１レンズ３３はプラスチックレンズである。第１レンズ３３は凹メニスカスレンズであり、両面が非球面になっている。第１レンズ３３は周辺部が厚肉部３３ａとされ、中央部が薄肉部３３ｂとされている。厚肉部３３ａと薄肉部３３ｂとの肉厚比は３倍程度になっている。第２レンズ３４は両凹レンズである。後レンズ群３２は、複数のレンズから構成され、これらはガラスレンズである。投写レンズ５は、固定焦点である。光源部３、画像形成部４、投写レンズ５からなるプロジェクタエンジンは、プロジェクタ２の筐体にセットされた後、製造ばらつきなどを吸収するためにフォーカスを微調整される。フォーカスの微調整にはいくつかの典型的な方法があるが、第１レンズ群３１を光軸方向にヘリコイドネジを用いて移動させる方法は最も一般的なものの一つである。このとき、第１レンズ群３１は回転操作される。ヘリコイドネジは、必要な光軸方向の移動量を確保しつつ、ウェルドライン３５（図３参照）が矩形パターン４０に侵入しない回転角に収まるように、適切なリードで設計されている。また、焦点深度が充分あるなどの理由によりフォーカス調整が必要ない場合は、ウェルドライン３５は矩形パターン４０から最も離れるように、矩形パターン４０の長辺４０ｂの中央に対向して配置されるのが望ましい。

第１レンズ３３は、溶融プラスチックを金型に流し込む射出成形によって形成されている。図３に示すように、第１レンズ３３は、１点のゲート３７を用いた射出成形によって形成されている。ゲート３７は成形後にカットされ、このゲート３７をカットした跡を本実施形態ではゲート跡３６と称している。

第１レンズ３３にはウェルドライン３５が発生している。このウェルドライン３５は、ゲート３７から金型内に射出された溶融プラスチックが金型内で一旦分流し、再び合流したときに生じる線状の欠陥である。第１レンズ３３のような形状のレンズでは、溶融プラスチックが薄肉部３３ｂに充填される前に流動抵抗が小さい厚肉部３３ａにおいて分流した後、ゲート３７の反対側で合流するようになって、レンズ縁部から中央部に向かってウェルドライン３５が発生する。ウェルドライン３５は、ゲート跡３６の反対側に位置することとなる。

投写レンズ５は、定められた位置及び姿勢でプロジェクタ２に取り付けられる。取り付けられた投写レンズ５には画像形成部４からの画像光が通過し、この画像光はスクリーン６上で矩形パターンとなる。第１レンズ３３のレンズ面においては、画像光の矩形パターン４０は、アスペクト比が１６：９であり、矩形パターン４０の中心部が第１レンズ３３の中心部にほぼ一致している。ここで、第１レンズ３３のゲート跡３６が、画像光の矩形パターン４０の長辺４０ａに対向するようにされている。これにより、ウェルドライン３５が矩形パターン４０の長辺４０ｂに対向することとなり、ウェルドライン３５が矩形パターン４０の外部に配置される。なお、矩形パターン４０のアスペクト比は上記に限定されるものではない。

なお、ウェルドライン３５が延びる方向が矩形パターン４０の長辺４０ａ，４０ｂに略直交させるのが最も好ましいが、ウェルドライン３５が矩形パターン４０に侵入しない範囲であれば、ウェルドライン３５が延びる方向が矩形パターン４０の長辺４０ａ，４０ｂに対して傾斜していてもよい。

画像形成部４からの画像光は、後レンズ群３２、第２レンズ３４、及び第１レンズ３３を順に透過し、スクリーン６に拡大投映される。本発明の投写レンズ５では、第１レンズ３３にウェルドライン３５が発生しているが、このウェルドライン３５は矩形パターン４０の外部に配置されるので、ウェルドライン３５によって画質が劣化することがない。また、投写レンズ５はリア方式のプロジェクタ２に用いられ、第１レンズ３３が回転操作されてもウェルドライン３５が矩形パターン４０内に侵入することがなく、画質が低下することがない。さらに、リア方式のプロジェクタ２であれば、投写レンズ５が内部に組み込まれることから、ウェルドライン３５が発生したプラスチックレンズを使用しても美観上問題がない。

上記実施形態では、第１レンズがゲートを１点だけ用いた射出成形によって形成されたが、ゲートを複数用いた射出成形によって形成されていてもよい。例えば、図４に示すように、互いに対向し合う２点のゲート７０，７１を用いた射出成形によって形成した第１レンズ７２を使用してもよい。第１レンズ７２は、第１レンズ３３と同じ形状であり、周辺部が厚肉部７２ａとされ、中央部が薄肉部７２ｂとされている。第１レンズ７２には、ゲート跡７６とゲート跡７７との間において、互いに対向するようにして２本のウェルドライン７３，７４が発生している。ここで、第１レンズ７２のゲート跡７６が画像光の矩形パターン７５の短辺７５ｃに対向するように、また、ゲート跡７７が短辺７５ｄに対向するようにされている。これにより、ウェルドライン７３が長辺７５ａに対向し、ウェルドライン７４が長辺７５ｂに対向して、ウェルドライン７３，７４が矩形パターン７５の外部に配置されることとなる。この場合にも投映画像の画質劣化を防ぐことができる。第１レンズ７２が回転自在にされた場合にも、ウェルドライン７３，７４が矩形パターン７５に侵入しない回転角に収まるようにされている。

［第２実施形態］
第１実施形態では投写レンズをリア方式のプロジェクタに用いたが、第２実施形態では投写レンズをフロント方式のプロジェクタに用いている。第２実施形態の説明では、第１実施形態と同様の構成のものに関しては同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５に示すように、プロジェクタ１００は、光源部３と、画像形成部４と、投写レンズ１０１と、投写レンズシフト機構１０２とから構成される。このプロジェクタ１００は、スクリーン１２０の投写面１２０ａに画像光を投映させ、スクリーン１２０の投写面側から投映画像が眺められるフロント方式である。光源部３からの照明光は、画像形成部４で３色の画像光が合成された画像光となり、投写レンズ１０１に入射する。

図６に示すように、投写レンズ１０１は、移動筒１０３と固定筒１０４とからなるレンズ鏡筒１０５を有しており、移動筒１０３内に前レンズ群３１を組み込み、固定筒１０４内に後レンズ群３２を組み込んでいる。移動筒１０３を固定筒１０４に対して回転させると、移動筒１０３を光軸方向に移動させることができる。この移動により、変倍やフォーカスが行われる。移動筒１０３は、固定筒１０４に対して所定の回転量だけ回転可能にされている。前レンズ群３１は第１レンズ３３及び第２レンズ３４から構成されており、これらは第１実施形態のときと同様のレンズである。後レンズ群３２は、複数のレンズから構成されている。

投写レンズ１０１は定められた初期位置及び定められた姿勢でプロジェクタ１００に取り付けられ、この位置及び姿勢においては、投写レンズ１０１の光軸１０６が基準中心線１０７（図５参照）に一致する。ここで、基準中心線１０７とは、画像形成部４を出射してから投写レンズ１０１に入射するまでの画像光の光路の中心を表した線である。

図５に示すように、投写レンズシフト機構１０２は、投写レンズ１０１を上方にシフトさせるものである。投写レンズ１０１は、投写レンズ１０１の光軸１０６が画像光の基準中心線１０７に平行な状態を保ったままシフトする（光軸１０６が基準中心線１０７から外れることとなる）。投写レンズ１０１が上方にシフトしたときには、投写レンズ１０１に入射する画像光は、後レンズ群３２（図６参照）の下部を透過した後、第２レンズ３４を透過し、第１レンズ３３の上部を透過してスクリーン１２０に投映される。すなわち、投写レンズ１０１が上方にシフトしたときには、これに合わせて、投映画像がスクリーン１２０上で上方にシフトすることとなる。

投写レンズ１０１は、通常は、投写レンズシフト機構１０２によって上方にシフトさせて使用される。取り付けられた投写レンズ１０１には画像形成部４からの画像光が通過し、この画像光はスクリーン１２０の投写面１２０ａ上で矩形パターンとなる。投写レンズ１０１がシフトしているとき、第１レンズ３３のレンズ面上においては、図７に示すように、矩形パターン１１０はアスペクト比が１６：９であり、矩形パターン１１０の中心がレンズ面の中心に対して上方に（ゲート跡３６側に）シフトする。ここで、第１レンズ３３のゲート跡３６が画像光の矩形パターン１１０の長辺１１０ａに対向するようにされている。これにより、ウェルドライン３５は矩形パターン１１０の外部に配置される。なお、矩形パターン１１０のアスペクト比は上記に限定されるものではない。

前述したように、投写レンズ１０１の移動筒１０３は固定筒１０４に対して所定の回転量だけ回転可能であり、この移動筒１０３の回転とともに第１レンズ３３も回転する。前面側から見たときに、第１レンズ３３は図８（Ａ）に示す位置（反時計回りに回転するときの最大回転位置）から、図８（Ｂ）に示す位置（時計回りに回転するときの最大回転位置）まで回転することができる。図８（Ａ）に示す位置は、矩形パターン１１０の長辺１１０ａの一端部がゲート跡３６を超えないような位置であり、ウェルドライン３５の先端が矩形パターン１１０の長辺１１０ｂに最も近づくが侵入しない位置である。また、図８（Ｂ）に示す位置は、矩形パターン１１０の長辺１１０ａの他端部がゲート跡３６を超えないような位置であり、ウェルドライン３５の先端が矩形パターン１１０の長辺１１０ｂに最も近づくが侵入しない位置である。

画像形成部４からの画像光は、後レンズ群３２、第２レンズ３４、及び第１レンズ３３を順に透過し、スクリーン１２０に拡大投映される。本発明の投写レンズ１０１では、第１レンズ３３にウェルドライン３５が発生しているが、このウェルドライン３５は矩形パターン１１０に侵入することがないので、ウェルドライン３５によって画質が劣化することがない。

上記第１及び第２実施形態では、投写レンズに用いられるプラスチックレンズの形状は凹メニスカスレンズであったが、形状はこれに限られるものではなく任意でよい。また、プラスチックレンズにおける厚肉部と薄肉部との肉厚比も上記実施形態に限定されるものではない。

リア方式のプロジェクタの概略構成図である。 投写レンズの概略断面図である。 第１レンズが１点ゲートのプラスチックレンズであるときに、矩形パターンとウェルドラインとの位置関係を説明する説明図である。 第１レンズが２点ゲートのプラスチックレンズであるときに、矩形パターンとウェルドラインとの位置関係を説明する説明図である。 フロント方式のプロジェクタの概略構成図である。 投写レンズの概略断面図である。 レンズシフト時において、第１レンズ面上での矩形パターンの位置を説明する説明図である。 第１レンズが回転可能な範囲を説明する説明図である。

符号の説明

２，１００ プロジェクタ
５，１０１ 投写レンズ
３３ 前レンズ群
３５，７３，７４ ウェルドライン
３６，７６，７７ ゲート跡
３７，７０，７１ ゲート
４０，７５，１１０ 矩形パターン

Claims (8)

1. 外周の一か所に射出成形時のゲート跡がある円形のプラスチックレンズを含み、スクリーン上で矩形状パターンとなる画像光を投写する投写レンズにおいて、
   前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンの一方の長辺が前記ゲート跡に対向するようにプラスチックレンズを位置決めすることにより、他方の長辺が前記ゲート跡の反対側に生じるウェルドラインに対向するようにしたことを特徴とする投写レンズ。
2. 前記画像光の矩形状パターンの中心が投写レンズの中心から外れる軸外し光学系に用いられる場合に、前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンの中心に、前記ゲート跡側が寄るように前記プラスチックレンズを位置決めしたことを特徴とする請求項１記載の投写レンズ。
3. 光軸を挟んで対向し合う外周の二か所に射出成形時のゲート跡がある円形のプラスチックレンズを含み、スクリーン上で矩形状パターンとなる画像光を投写する投写レンズにおいて、
   前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンの各々の短辺が前記ゲート跡のそれぞれに対向するようにプラスチックレンズを位置決めすることにより、各々の長辺が前記ゲート跡間に生じる２本のウェルドラインのそれぞれに対向するようにしたことを特徴とする投写レンズ。
4. 外周の一か所に射出成形時のゲート跡がある円形のプラスチックレンズを含み、スクリーン上で矩形状パターンとなる画像光を投写する投写レンズにおいて、
   前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンの長辺が、前記ゲート跡の反対側に生じるウェルドラインに対向するようにプラスチックレンズを位置決めしたことを特徴とする投写レンズ。
5. 前記画像光の矩形状パターンの中心が投写レンズの中心から外れる軸外し光学系に用いられる場合に、前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンの中心から前記ウェルドラインが離れるようにして前記プラスチックレンズを位置決めしたことを特徴とする請求項４記載の投写レンズ。
6. 光軸を挟んで対向し合う外周の二か所に射出成形時のゲート跡がある円形のプラスチックレンズを含み、スクリーン上で矩形状パターンとなる画像光を投写する投写レンズにおいて、
   前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンの各々の長辺が、前記ゲート跡間に生じる２本のウェルドラインのそれぞれに対向するようにプラスチックレンズを位置決めしたことを特徴とする投写レンズ。
7. 前記プラスチックレンズが変倍又はフォーカスのために光軸を中心に回転自在であり、この回動範囲を、前記ウェルドラインが前記プラスチックレンズを通過する画像光の矩形状パターンに侵入しないような範囲にしたことを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の投写レンズ。
8. 請求項１ないし７いずれか１項記載の投写レンズを用いてスクリーン上に画像光を投写することを特徴とするプロジェクタ装置。
   
   

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