JP2010262026A

JP2010262026A - 反射型プロジェクタ

Info

Publication number: JP2010262026A
Application number: JP2009110738A
Authority: JP
Inventors: Yasuto Kuroda; 泰斗黒田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-18

Abstract

【課題】ミラー板１２を歪まないように固定することで、スクリーン上に鮮明な画像を映し出すプロジェクタを提供すること。
【解決手段】
投射レンズ系から出射した画像光をスクリーンにむけて反射する非球面形状のミラー面１３が形成されたミラー板１２と、ミラー面で反射してスクリーンに向けられる光線のうち、反射角が相対的に大きくなるミラー面の端部側で前記ミラー板に一体化された固定片１４と、固定片１４が固定される固定部２５と、反射角が相対的に小さくなるミラー面の端部側でミラー板１２の一部を可動に支持する支持部２６とを備え、投射レンズの光軸に対してミラー面が一定姿勢に保たれるようにミラー板を保持するミラー保持部材とから構成した。反射角が相対的に大きくなる側を固定したことで、固定したミラー面の部分は変形の影響を受けにくくなるから、鮮明な画像を映し出すことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は画像光を拡大して反射する非球面レンズを用いた反射型プロジェクタに関するものである。

従来普及しているプロジェクタの多くは、投射距離を確保するために、ある程度スクリーンから離れた位置に設置される。スクリーンから離れた位置にプロジェクタを設置する場合、プロジェクタからスクリーンまでの光路中に光を遮る障害物が存在しないような場所の確保が必要となる。このようなプロジェクタの設置位置の制約は、表示画面が大きくなるほど顕著となる。特に、狭い室内の場合は大画面を表示することが難しくなる。

近年、プロジェクタにより近接投射を行う技術が提案されている。近接投射を可能とすることで、スクリーンに近い位置にプロジェクタを配置することが可能となる。例えばスクリーンから数十ｃｍ以内の位置にプロジェクタを配置可能とすることで、プロジェクタの設置位置の制約を少なくでき、省スペース化も可能となる。また、狭い室内であっても大画面の表示が可能となる。近接投射を行うプロジェクタには、超短焦点の光学系として、光を広角化させる非球面ミラーが採用されている。一般に非球面ミラーは、プラスチックの射出成型により作製された非球面形状のミラー板にＡｌ、またはＡｇを蒸着することでミラー面が形成されたものである。非球面ミラーを用いることにより、短い投射距離で大画面を表示することが可能となる。

短い投射距離で大画面を表示する非球面ミラーは、プロジェクタの投射光学系中に高い位置精度で配置する必要がある。そこで、従来、ミラー板は台座に多数のねじ等で固定されていた。寸法誤差などにより、装置側のねじの取り付け位置と非球面ミラー側のねじを通す穴の位置がずれると、応力が生じてミラー板に歪みが生じることがあった。

この点、特許文献１記載のプロジェクタにおける非球面ミラーでは、ミラー板を支持するためのミラー板支持部がミラー板の四つの辺からミラー板にほぼ直交して一体となって成型されており、また、ミラー板支持部の他端には、ミラー板とミラー板支持部を台座に固定する固定片が一体的となって成型されている。このようにミラー板支持部を、固定片とミラー板との間に介在させることで、装置側のねじの取り付け位置と非球面ミラー側のねじを通す穴の位置とがずれて応力がかかったとしても、その応力はミラー板支持部によって吸収されミラー板に直接伝わることはないように工夫されている。

特開２００６−１８０８３号公報

しかしながら、ミラー板と固定片の間にミラー板支持部を介在させたことで、非球面ミラーの厚さ方向が深くなり成型適正の点では好ましくない。また、ミラー板が熱膨張して、その影響がミラー面にまで及ぶような場合には、ミラー面の変形が一律にはならず、ときとしてスクリーンに投影される画像に大きなひずみが現れることが懸念される。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ミラー板を台座に固定する際、あるいはミラー板が熱膨張などにより変形したときに、スクリーンに投影される画像に大きな影響が生じないようにしたプロジェクタ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本発明における反射型プロジェクタは、投射レンズ系から出射した画像光をスクリーンにむけて反射する非球面形状のミラー面が形成されたミラー板と、前記ミラー面で反射してスクリーンに向けられる光線のうち、反射角が相対的に大きくなるミラー面の端部側で前記ミラー板に一体化された固定片と、前記固定片が固定される固定部と、反射角が相対的に小さくなるミラー面の端部側で前記ミラー板の一部を可動に支持する支持部とを備え、前記投射レンズの光軸に対して前記ミラー面が一定姿勢に保たれるようにミラー板を保持するミラー保持部材とを備えたことを特徴とする。

前記固定片が、前記投射レンズの光軸と前記ミラーの反射光の光軸とを含む面に関して対称となる位置にそれぞれ設けられていることが望ましい。また、前記支持部で支持されるミラー板の一部を、前記投射レンズの光軸と前記ミラーの反射光の光軸とを含む面上に設けてもよい。さらに、前記ミラー面の非球面形状は、自由曲面だけでなく回転対称軸のある非球面であってもよい。

以上のように、本発明では、ミラー面で反射してスクリーンに向けられる光線のうち、ミラー面での反射角が相対的に大きい側を固定し、反射角が相対的に小さくなる側を移動可能に支持しているので、ミラー面の変形が画像の質に大きく影響を与える部分だけを固定することができる。固定したミラー面の部分は変形による影響を受けにくくなるから、画像に大きな歪みが現れなくなり、鮮明な画像を映し出すことができる。また、固定片をミラー板に一体として備えたことで、非球面ミラーの厚みも薄くなり、成型性もよくすることができる。

本発明を用いたプロジェクタの概観図である。本発明の第１実施形態にかかる光学系を模式的に表した図である。本発明の第１実施形態にかかる非球面ミラーの斜視図である。本発明の第１実施形態にかかる非球面ミラーの支持機構を分解して示す斜視図である。本発明の第１実施形態にかかる非球面ミラーを固定したときの、固定片部分にかかる部分の固定方法の断面図である。本発明の第１実施形態にかかる非球面ミラーを固定したときの、制限片部分にかかる部分の押さえ方法の断面図である。本発明の第２実施形態にかかる光学系を模式的に表した図である。本発明の第２実施形態にかかる非球面ミラーの支持機構の斜視図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明にかかる非球面ミラー及びそれを用いたプロジェクタの実施形態について、図面を参照しながら詳述する。図１に示すように、本発明を用いたプロジェクタ１は、非球面ミラー２と、本体３と、投射レンズ系４から構成される。非球面ミラー２は、投射レンズ系４に対向する位置に設けられている。非球面ミラー２は、周辺部の画像をゆがませない機能、画像光を広角化させる機能、及び投射レンズ系４からの画像光を反射してスクリーン５の方向に向ける機能を有する。投射レンズ系４は、画像の拡大、スクリーン５における結像及び歪み補正の機能を果たす。また、図示は省略するがプロジェクタ１には、プロジェクタ１全体を覆うカバーがある。

図２に示すように、投射レンズ系４から光軸６に沿って出射した画像光は、反射光の光軸である反射光軸７に沿って非球面ミラー２により反射されスクリーン５に投射される。投射レンズ系４の光軸６及び非球面ミラー２の反射光軸７は、それぞれスクリーン５に投射される画像の中心に向かう光線を表すが、全体的に凸面型の非球面ミラー２の場合、非球面ミラー２で反射してスクリーンに向かう画像光のうち、非球面ミラー２の上部で反射してスクリーン５の上端部に向かう光線の反射角θ１は、光軸６と反射光軸７との間の角度よりも大きくなる。逆に、非球面ミラー２の下部で反射してスクリーン５の下端部に向かう光線の反射角θ２は光軸６と反射光軸７との間の角度よりも小さくなり、θ１＞θ２の関係がある。

なお、スクリーン５上における光線の入射角も、画像の上端部に向かう光線のほうが画像の中心に向かう光線よりも大きくなり、また画像の下端部に向かう光線のほうが画像の中心に向かう光線よりも小さくなる。したがって、全体的に凸型の非球面ミラー２が用いられる場合には、非球面ミラー２の上部のほうが、非球面ミラー２の下部よりもその面精度を厳しく管理しておく必要がある。

図３に示すように、非球面ミラー２は、前面側が凸型の非球面形状になるように成形されたプラスチック製のミラー板１２にＡｌ（アルミニウム）を蒸着することによって作製されている。ミラー板１２の前面側に全体的にＡｌが蒸着されるが、二点鎖線で示す範囲が使用領域となる。ミラー板１２の左右上端部には、穴１６が形成された一対の固定片１４が一体成形され、また下端部中央には円形の凹部１７を形成した制限片１５が一体成形されている。

一対の固定片１４は、非球面ミラー２の中心を縦に通る線分Ｋに関して対称な位置にあり、また制限片１５は線分Ｋの延長線上に位置するようにしてある。この線分Ｋは、図２における光軸６と反射光軸７との双方を含む面が非球面ミラー２の表面に交差してできる線分に相当する。

このように、非球面ミラー２の上端部であって、線分Ｋに関して対称な位置に一対の固定片１４を設けたことで、歪みが出たとしても平均化することができる。さらに、線分Ｋの延長線上に制限片１５を設けたことで、固定片１４とあわせて三点で支持できるようになり、非球面ミラー２をバランスよく取り付けることができる。

なお、非球面ミラー２の非球面形状としては、プロジェクタ用では一般に回転対称軸を持つ回転対称非球面が多用されるが、回転対称軸は非球面ミラー２枠外にある。非球面として回転対称軸のない自由曲面を用いることも可能ではあるが、回転対称非球面の方が光学設計上では有利であり、またミラー板１２を成形する金型の製造コストも抑えることができる。

図４に示すように、ミラー板１２は、それぞれビス２１ａを用いて一対の固定片１４を台座２４の固定部２５との間に締め付けることによって固定される。固定片１４は、ミラー板１２の前面部に形成された非球面の面外にあり、しかも上端部に寄った位置に設けられているから、ビス２１ａの締め付けによる応力歪が生じたとしても、その影響で非球面形状が変化することはほとんどない。また、図５に示すように、固定部２５の上面と固定片１４との間にはスペーサリング２２が挟まれ、その厚みを調節することによってミラー板１２の姿勢調節を行うことができる。

制限片１５は、ビス２１ｂによって台座２４に固定される押さえ板２３によって支持部２６上で支持される。図６にも示すように、押さえ板２３にはコイルバネ３１の一端が保持され、コイルバネ３１の先端が制限片１５の凹部１７に進入している。また、制限片１５の底面には半球状の突起３５が一体に形成され、支持部２６の上面に形成された円形の凹部３６に入り込んでいる。凹部３６の内径は突起３５の外形よりも大きくしてあるため、制限片１５はコイルバネ３１の付勢力で支持部２６に押し付けられてはいるが、上面に垂直な面内では自由度を持って支持されるようになる。

このように、台座２４はミラー板１２に一体成形された一対の固定片１４がビス止めされる固定部２５と、ミラー板１２に一体成形された制限片１５をコイルバネ３１の付勢力を利用して稼動に支持する支持部２６及び押さえ板２３とを有し、ミラー板１２に形成された非球面ミラー２を投射レンズ系４の光軸６に対して一定の姿勢に保つように保持するミラー保持部材として機能している。

上記台座２４を用いてミラー板１２を保持することによって、非球面ミラー２の性能を良好に維持することができる。例えば、プロジェクタに不用意な外力が加わった場合、制限片１５はコイルバネ３１の付勢を受けながらも可動に支持されているだけなので、その衝撃を吸収することができる。また、プロジェクタの使用中には光源ランプからの熱でミラー板１２がわずかながら膨張するような場合には、同様に制限片１５が移動することによって膨張に伴う非球面ミラー２の変形が緩和され、非球面ミラー２が大きくたわむことを防ぐことができる。

このように制限片１５を可動に支持することに伴い、非球面ミラー２の下部には多少のずれが生じることになる。しかし、非球面ミラー３の下部で反射されスクリーン５の下端部に向かう光線は、画面中心に向かう光線と比較しても非球面ミラー２の位置ずれに対して光路のずれが小さいので、スクリーン５上で画像が大きくゆがむことはない。一方、ミラー板１２の上端側に設けられた一対の固定片１４は台座２４の固定部２５に固定されているから、非球面ミラー２の上端側はほとんど位置ずれすることがない。したがって、スクリーン５の上端側に投射される光線のブレは小さく押さえられ、スクリーン５に投射される画像を大きく劣化させることがない。

〔第２実施形態〕
非球面ミラー２の形態として、全体的に凹面型である非球面ミラー２を用いたものである。図７に示すように、第１実施形態とは映像光の反射の仕方が異なっている。投射レンズ系４から出射した画像光のうち、非球面ミラー２の下部で反射した光線はスクリーン５の上端部に向かう。一方、非球面ミラー２の上部で反射した光線はスクリーン５の下端部に向かう。そのときの反射角をそれぞれθ３、θ４としたとき、θ３＞θ４の関係がある。第１実施形態とは光線の反射の仕方が異なるので、非球面ミラー２の下部の方が、非球面ミラー２の上部よりもその面精度を厳しく管理しておく必要がある。そのため、図８に示すように、固定片１４がミラー板１２の左右下端部に、制限片１５が上端部中央に一体成形されている。その他の構成は第１実施形態と同様である。

このように、ミラー板１２の左右下端部に一対の固定片１４を、ミラー板１２の上端部中央に制限片１５を一体成形したことで、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、第１実施形態とは異なる位置に固定片１４を成形したことで、非球面ミラー２の固定位置の選択肢を増やすことができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、前記実施形態では、プロジェクタ１はスクリーン５の下方に設置されているが、その他、スクリーン５の左方、右方、及び上方などに設置してもかまわない。その場合、スクリーン５に投影される画像光のうち、非球面ミラー２での反射角がθ１となる位置で反射される画像光は、プロジェクタ１と最も離れた位置に結像するように設置する必要がある。また、スクリーン５に投影される画像光のうち、非球面ミラー２での反射角がθ２となる位置で反射される画像光は、プロジェクタ１と最も近い位置に結像するように設置する必要がある。

１プロジェクタ
２非球面ミラー
３本体
４投射レンズ系
５スクリーン
６光軸
７反射光軸
１２ミラー板
１４固定片
１５制限片
１６穴
１７、３６凹部
２１ａ、２１ｂビス
２２スペーサリング
２３押さえ板
２４台座
２５固定部
２６支持部
３１コイルバネ
３５突起

Claims

投射レンズ系から出射した画像光をスクリーンにむけて反射する非球面形状のミラー面が形成されたミラー板と、
前記ミラー面で反射してスクリーンに向けられる光線のうち、反射角が相対的に大きくなるミラー面の端部側で前記ミラー板に一体化された固定片と、
前記固定片が固定される固定部と、反射角が相対的に小さくなるミラー面の端部側で前記ミラー板の一部を可動に支持する支持部とを備え、前記投射レンズ系の光軸に対して前記ミラー面が一定姿勢に保たれるようにミラー板を保持するミラー保持部材と、
を備えたことを特徴とする反射型プロジェクタ。
前記固定片が、前記投射レンズの光軸と前記ミラー面の反射光の光軸とを含む面に関して対称となる位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１記載の反射型プロジェクタ。
前記支持部で支持されるミラー板の一部が、前記投射レンズの光軸と前記ミラー面の反射光の光軸とを含む面上に設けられていることを特徴とする請求項１記載の反射型プロジェクタ。
前記ミラー面が、回転対称軸をもつ非球面形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の反射型プロジェクタ。