JP2011209398A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ支持枠やレンズが加熱されてレンズの投射性能が劣化することを簡易に防止できるプロジェクターを提供すること。
【解決手段】支持部７８ｄが絞りＳＴに隣接するレンズである第４群７４の外周７４ａを部分的に支持するので、絞りＳＴに隣接する第４群７４の外周を有効に活用しつつこの第４群７４の外周での遮光を低減できる。これにより、絞りＳＴに隣接し光束が集中しやすい第４群７４の加熱を防止できるので、第４群７４のレンズやその支持部７８ｄの膨張により、第４群７４のレンズと支持部７８ｄとに歪みが発生することを抑制できる。つまり、投射光学系７０の性能を常に高く維持することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶パネル等の光変調装置によって形成された画像を投射するプロジェクターに関する。

従来のプロジェクターとして、液晶パネル等によって形成された画像を拡大投射するズーム型の投射レンズを備えるものが存在する（例えば特許文献１等参照）。

特開２００４−１０９８９６号公報

しかしながら、従来の投射レンズでは、レンズの支持枠が樹脂で形成される場合が多く、投射光の照射が長時間になると、光束が絞られる位置で支持枠が歪んでレンズが変位し、解像力が低下するという問題があった。また、投射光の照射が長時間になると、光束が絞られる位置に配置されるレンズの温度が上昇し、温度ドリフトが生じて、高精度の画像を安定して投射することができないという問題もあった。

そこで、本発明は、レンズの支持枠やレンズ自身が加熱されてレンズの投射性能が劣化することを簡易に防止できるプロジェクターを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクターは、照明光を射出する照明装置と、照明装置から射出された照明光を変調する光変調装置と、複数のレンズと絞りとを有し、光変調装置によって変調された光を投射する投射光学系とを備え、投射光学系が、絞りよりも物体側で最も絞りに近いレンズと、絞りよりも像側で最も絞りに近いレンズとのうち少なくとも一方を支持する支持部を有し、支持部が、レンズの外周を部分的に支持する。

上記プロジェクターでは、支持部がレンズの外周を部分的に支持するので、絞りに隣接するレンズの外周を有効に活用しつつこのレンズの外周での遮光を低減できる。これにより、絞りに隣接し光束が集中しやすいレンズやその支持部の加熱を防止できるので、レンズやその支持部の膨張により、レンズと支持部とに歪みが発生することを抑制できる。つまり、投射光学系の性能を常に高く維持することができる。

また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記プロジェクターにおいて、支持部は、樹脂製である。この場合、支持部が熱によって膨張したり歪みやすくなるが、上記のように支持部がレンズの外周を部分的に支持するので、レンズと支持部とに発生する歪みを確実に低減できる。

また、本発明の別の側面によれば、支持部は、レンズの外周との間に通気を可能にする隙間を有する。この場合、絞りに隣接し光束が集中するレンズの外周を通気によって冷却することができるので、投射光学系の特性維持が容易となる。

また、本発明のさらに別の側面によれば、支持部は、レンズの外周を周方向に関して互いに離間する複数箇所で支持する。この場合、支点を分散させた一様な支持が可能になる。

また、本発明のさらに別の側面によれば、投射光学系は、複数のレンズの相対的距離を変化させるズームレンズである。この場合、絞りに近い特定のレンズの外周に入射する光束密度が高まる傾向があるが、かかるレンズの加熱防止によって投射光学系の性能を高く維持することができる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクターの構造を概念的に説明する図である。 図１のプロジェクターに組み込まれる投射光学系の縦断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、絞りに隣接する特定レンズとその支持部とを説明する側方断面図及び正面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係るプロジェクターについて詳細に説明する。

図１に示すように、プロジェクター１００は、照明装置１０と、色分離導光部４０と、光変調部５０と、色合成部６０と、投射光学系７０とを備える。

まず、照明装置１０は、光源ランプユニット２０と、均一化光学系３０とを含む。照明装置１０のうち、光源ランプユニット２０は、光源として、ランプ部２１ａと、凹レンズ２１ｂとを備える。このうち、ランプ部２１ａは、例えば高圧水銀ランプ等である発光管２２ａと、発光管２２ａから射出された光束を反射して前方に射出させる楕円面型の凹面鏡２２ｂとを備える。凹レンズ２１ｂは、ランプ部２１ａからの照明光束ＬＦをシステム光軸ＳＡに略平行にする役割を有するが、例えば凹面鏡２２ｂが放物面鏡である場合には、省略することもできる。

均一化光学系３０は、第１及び第２レンズアレイ３１，３２と、偏光変換部材３４と、重畳レンズ３６とを備える。このうち、第１レンズアレイ３１を構成する複数の要素レンズ３１ａによって、光源ランプユニット２０から射出された照明光束ＬＦが複数の部分光束に分割される。また、第２レンズアレイ３２を構成する複数の要素レンズ３２ａによって、第１レンズアレイ３１から入射した各部分光束が適当な発散角で偏光変換部材３４側に射出される。偏光変換部材３４は、ＰＢＳ、ミラー、１／２波長板等で構成されたプリズム状の偏光変換素子３４ａを配列したものであり、レンズアレイ３２から射出された照明光束ＬＦを特定方向の直線偏光のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ３６は、第２レンズアレイ３２から射出され偏光変換部材３４を経た照明光束ＬＦを全体として適宜収束させることにより、光変調部５０に設けた各色の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに対する重畳照明を可能にする。

色分離導光部４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと、反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、３つのフィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃと、リレーレンズ４４ａ，４４ｂとを備え、照明装置１０から射出された照明光束ＬＦを赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、及び青（Ｂ）色の３色に分離するとともに、各色光を後段の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃへ導く。より詳しく説明すると、まず、第１ダイクロイックミラー４１ａは、ＲＧＢの３色のうちＲ色の照明光ＬＲを反射しＧ色及びＢ色の照明光ＬＧ，ＬＢを透過させる。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、Ｇ色及びＢ色の２色のうちＧ色の照明光ＬＧを反射しＢ色の照明光ＬＢを透過させる。つまり、第１ダイクロイックミラー４１ａで反射された赤色光ＬＲは、フィールドレンズ４３ａのある赤光路ＯＰ１に導かれ、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過して第２ダイクロイックミラー４１ｂで反射された緑色光ＬＧは、フィールドレンズ４３ｂのある緑光路ＯＰ２に導かれ、第２ダイクロイックミラー４１ｂを通過した青色光ＬＢは、フィールドレンズ４３ｃのある青光路ＯＰ３に導かれる。各色用のフィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、第２レンズアレイ３２から射出され重畳レンズ３６等を通過して光変調部５０に入射する各部分光束が、各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃの被照射領域上において、システム光軸ＳＡに対して適当な収束度又は発散度となるように入射角を調節している。

光変調部５０は、照明光束ＬＦから分離された３色の照明光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢによって照明される３つの光変調装置として、３色の照明光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢがそれぞれ入射する３つの液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを備える。各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、中央に配置される液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃと、これを挟むように配置される光路上流側の入射側偏光フィルター５２ａ，５２ｂ，５２ｃと、光路下流側の射出側偏光フィルター５３ａ，５３ｂ，５３ｃとをそれぞれ備えている。各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃにそれぞれ入射した各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で強度変調される。

色合成部６０は、カラー画像を合成するためのクロスダイクロイックプリズムであり、その内部には、Ｒ光反射用の第１ダイクロイック膜６１と、Ｂ光反射用の第２ダイクロイック膜６２とが、平面視Ｘ字状に配置されている。この色合成部６０は、Ｒ色用の光変調装置である液晶ライトバルブ５０ａからの赤色光ＬＲを第１ダイクロイック膜６１で反射して進行方向右側に射出させ、Ｇ色用の光変調装置である液晶ライトバルブ５０ｂからの緑色光ＬＧを両ダイクロイック膜６１，６２を介して直進・射出させ、Ｒ色用の光変調装置である液晶ライトバルブ５０ｃからの青色光ＬＢを第２ダイクロイック膜６２で反射して進行方向左側に射出させる。

投射光学系７０は、ズームレンズであり、色合成部６０で合成された液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃからの画像光をスクリーン（不図示）上にカラー画像として投射する。

図２は、投射光学系７０の具体的な構成例を説明する縦断面図である。投射光学系７０は、像側から物体側の順で、第１群７１、第２群７２、第３群７３、第４群７４、第５群７５、第６群７６、及び第７群７７、及び絞りＳＴを備え、樹脂製の鏡筒本体７９ａに支持されている。このうち、第１群７１は、ガラス製で負の第１レンズ７１ａと、負の複合型の第２レンズ７１ｂとを有し、第３群７３は、ガラス製で負の第１レンズ７３ａと、これに接合されるガラス製で正の第２レンズ７３ｂとを有し、第６群７６は、ガラス製で負の第１レンズ７６ａと、これに接合されるガラス製で正の第２レンズ７６ｂと、ガラス製で正の第３レンズ７６ｃを有する。なお、第２群７２は、単一のガラス製で正のレンズであり、第４群７４は、単一のガラス製で正のレンズであり、第５群７５は、単一のガラス製で負のレンズであり、第７群７７は、単一のガラス製で正のレンズである。第１群７１は、鏡筒本体７９ａの先端側に螺合するフォーカスリング７９ｂに樹脂製の支持部７８ａを介して固定されている。第２群７２は、鏡筒本体７９ａ内の先端側（像側）に光軸ＯＡ方向に摺動可能に保持される樹脂製の支持部７８ｂに支持されている。第３群７３は、鏡筒本体７９ａ内において第２群７２の物体側において光軸ＯＡ方向に摺動可能に保持される樹脂製の支持部７８ｃに支持されている。第４群７４は、鏡筒本体７９ａ内において第３群７３の物体側において光軸ＯＡ方向に摺動可能に保持される樹脂製の支持部７８ｄに支持されている。第５群７５は、第４群７４用の支持部７８ｄ内で第４群７４の物体側において光軸ＯＡ方向に摺動可能保持される樹脂製の支持部７８ｅに支持されている。なお、支持部７８ｅの像側は、支持枠と絞りＳＴとを兼用したものとなっている。第６群７６は、第４群７４用の支持部７８ｄの後端側（物体側）に固定される樹脂製の支持部７８ｆに支持されている。第７群７７は、鏡筒本体７９ａ内の後端側（物体側）に固定される樹脂製の支持部７８ｇに支持されている。

第２群７２については、その支持部７８ｂの外周に設けたズームピン８１ａが、鏡筒本体７９ａに設けた溝ＳＬ内で光軸ＯＡ方向に移動可能になっている。このズームピン８１ａは、鏡筒本体７９ａの外周に光軸ＯＡのまわりに回転可能に嵌合する樹脂製のズームリング８９ｃの内面に設けたカム溝内を摺動して、支持部７８ｂすなわち第２群７２の移動位置を調節する。第３群７３については、その支持部７８ｃの外周に設けたズームピン８１ｂが、鏡筒本体７９ａに設けた溝ＳＬ内で光軸ＯＡ方向に移動可能になっている。このズームピン８１ｂは、鏡筒本体７９ａの外周に嵌合するズームリング８９ｃの内面に設けたカム溝内を摺動して、支持部７８ｃすなわち第３群７３の移動位置を調節する。第４群７４については、その支持部７８ｄの外周に設けたズームピン８１ｃが、鏡筒本体７９ａに設けた溝ＳＬ内で光軸ＯＡ方向に移動可能になっている。このズームピン８１ｃは、鏡筒本体７９ａの外周に嵌合するズームリング８９ｃの内面に設けたカム溝内を摺動して、支持部７８ｄすなわち第４群７４等の移動位置を調節する。第５群７５については、その支持部７８ｅの外周に設けたズームピン８１ｄが、鏡筒本体７９ａ及び支持部７８ｄに設けた溝ＳＬ内で光軸ＯＡ方向に移動可能になっている。このズームピン８１ｃは、鏡筒本体７９ａの外周に嵌合するズームリング８９ｃの内面に設けたカム溝内を摺動して、支持部７８ｅすなわち第５群７５の移動位置を調節する。

図３（Ａ）は、投射光学系７０のうち第４群７４の支持方法を説明する側方断面図であり、図３（Ｂ）は、第４群７４の正面図である。なお、第４群７４は、絞りＳＴの像側に隣接して最も近い位置に配置されており、投射光束ＬＰが集中しやすい場所に配置されている。このため、第４群７４は、加熱されやすい状態にある。さらに、第４群７４の直径を大きくすることは、コストや固定の安定性の問題で必ずしも容易でない。さらに、ズーム動作にともなって、第４群７４を通過する投射光束ＬＰの分布が大きく変化する。このため、第４群７４を他のレンズ群７１〜７３、７５〜７７と同様に旧来の方法で支持した場合、第４群７４の外周７４ａ側で投射光束ＬＰが遮蔽されその支持部が加熱されやすくなる。このため、本実施形態では、第４群７４を支持するための支持部７８ｄを特殊な構造にし、第４群７４の外周７４ａを全部でなく部分的に支持するものとしている。

図示のように、支持部７８ｄは、本体の環状部９１と、固定用の止めリング９２とを有する。環状部９１と止めリング９２とは、投射光束ＬＰを通過させるための開口ＡＰ１，ＡＰ２を有する。止めリング９２は、環状部９１に設けた環状の段差９１ｒに嵌め込まれて接着剤で固定されている。ここで、環状部９１の内径や止めリング９２の内径は、第４群７４の外径よりも大きくなっており、第４群７４の外周７４ａと、環状部９１及び止めリング９２の内周９１ａ，９２ａとの間には、円周に沿った３ヶ所で細長い所長い円弧状の隙間ＧＡが形成されている。また、環状部９１は、その周に沿った３ヶ所において円弧状の支持突起９１ｃを有する。支持突起９１ｃの内側端部は、第４群７４の外周７４ａ端よりも光軸ＯＡに近い位置に延びているので、第４群７４の外周７４ａを物体側から支持することができる。止めリング９２は、その周に沿った３ヶ所であって支持突起９１ｃに対応する位置に円弧状の爪９２ｃを有する。爪９２ｃの内側端部は、第４群７４の外周７４ａ端よりも光軸ＯＡに近い位置に延びているので、第４群７４の外周７４ａを像側から支持することができる。さらに、環状部９１のうち支持突起９１ｃを設けた部分の内面側には、段差９１ｄが形成されており、第４群７４の外周７４ａを光軸ＯＡに垂直な方向から支持する。つまり、第４群７４は、周囲の３ヶ所で支持突起９１ｃと爪９２ｃと段差９１ｄとに挟まれて安定した状態で保持される。

以上のように、本実施形態のプロジェクター１００では、支持部７８ｄが絞りＳＴに隣接するレンズである第４群７４の外周７４ａを部分的に通気可能に支持するので、絞りＳＴに隣接する第４群７４の外周を有効に活用しつつこの第４群７４の外周での遮光を低減できる。これにより、絞りＳＴに隣接し投射光束ＬＰが集中しやすい第４群７４やその支持部７８ｄの加熱を防止できるので、第４群７４のレンズやその支持部７８ｄの膨張により、第４群７４のレンズと支持部７８ｄとに歪みが発生することを抑制できる。つまり、投射光学系７０の性能を常に高く維持することができる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

例えば、上記実施形態では、絞りＳＴの像側に最も近い位置に配置される第４群７４のレンズの外周７４ａをその支持部７８ｄによって部分的に支持するとしたが、絞りＳＴの物体側に最も近い位置に配置される第５群７５のレンズの外周をその支持部７８ｅによって部分的に支持することもできる。

また、上記実施形態では、第４群７４のレンズの外周７４ａを支持部７８ｄによって３ヶ所で支持しているが、支持点数、支持位置等は、第４群７４等のレンズの使用状況等に応じて適宜変更することができる。

上記実施形態では、円弧状の支持突起９１ｃと爪９２ｃとによって第４群７４のレンズの外周７４ａを挟んでいるが、支持突起９１ｃや爪９２ｃの形状は、投射光束ＬＰの通過を妨げにくい形状であれば、任意のものとすることができる。

以上では、投射光学系７０がズームレンズであるものとして説明を行ったが、非ズームレンズであっても、絞りに近接するレンズは、外周で遮光が生じやすく、上記支持部７８ｄと同様の支持部によって周囲を部分的に支持することで加熱を防止できる。

上記実施形態のプロジェクター１００では、光源ランプユニット２０からの光を複数の部分光束に分割するため、一対のレンズアレイ３１，３２を用いていたが、このようなレンズアレイに代えてロッドインテグレーターを用いることができる。

上記実施形態のプロジェクター１００では、光源ランプユニット２０等からの光を特定方向の偏光とする偏光変換部材３４を用いていたが、この発明は、このような偏光変換部材３４を用いないプロジェクターにも適用可能である。また、光源ランプユニット２０は、発光管２２ａに限らず、ＬＥＤ等で構成することができる。

また、プロジェクターとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面投射型のプロジェクターと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面投射型のプロジェクターとがあるが、図１等に示すプロジェクター１００の構成は、いずれにも適用可能である。

上記実施形態では、３つの液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを用いたプロジェクター１００の例のみを挙げたが、本発明は、１つ又は２つのライトバルブを用いたプロジェクター、４つ以上のライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。

上記実施形態では、透過型の液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃについて説明したが、本発明は、反射型の液晶パネルにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネルが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、液晶パネルが光を反射するタイプであることを意味している。

また、上記実施形態では、液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃ等を用いて各色の光変調を行っているが、これらに代えて、例えば照明装置１０によって照明されるカラーホイールと、マイクロミラーの画素によって構成されカラーホイールの透過光が照射されるデバイス（ライトバルブ）とを組み合わせたものとを用いることによって、カラーの光変調及び合成を行うこともできる。

１０…照明装置、 ２０…光源ランプユニット、 ３０…均一化光学系、 ３１，３２…レンズアレイ、 ３４…偏光変換部材、 ４０…色分離導光部、 ５０…光変調部、 ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ…液晶ライトバルブ、 ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…液晶パネル、 ６０…色合成部、 ７０…投射光学系、 ７１…第１群、 ７１ａ，７１ｂ…レンズ、 ７２…第２群、 ７３…第３群、 ７３ａ，７３ｂ…レンズ、 ７４…第４群、 ７４ａ…外周、 ７５…第５群、 ７６…第６群、 ７６ａ，７６ｂ，７６ｃ…レンズ、 ７７…第７群、 ７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄ，７８ｅ，７８ｆ，７８ｇ…支持部、 ７９ａ…鏡筒本体、 ７９ｂ…フォーカスリング、 ８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ…ズームピン、 ８９ｃ…ズームリング、 ９１…環状部、 ９１ｃ…支持突起、 ９２…止めリング、 １００…プロジェクター、 ＡＰ１，ＡＰ２…開口、 ＧＡ…隙間、 ＬＢ，ＬＧ，ＬＲ…照明光、 ＬＦ…照明光束、 ＬＰ…投射光束、 ＯＡ…光軸、 ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３…光路、 ＳＡ…システム光軸、 ＳＬ…溝

Claims (5)

1. 照明光を射出する照明装置と、
   前記照明装置から射出された照明光を変調する光変調装置と、
   複数のレンズと絞りとを有し、前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学系とを備え、
   前記投射光学系は、前記絞りよりも物体側で最も前記絞りに近いレンズと、前記絞りよりも像側で最も前記絞りに近いレンズとのうち、少なくとも一方を支持する支持部を有し、
   前記支持部は、前記レンズの外周を部分的に支持する、プロジェクター。
2. 前記支持部は、樹脂製である、請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記支持部は、前記レンズの外周との間に通気を可能にする隙間を有する、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載のプロジェクター。
4. 前記支持部は、前記レンズの外周を周方向に関して互いに離間する複数箇所で支持する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
5. 前記投射光学系は、前記複数のレンズの相対的距離を変化させるズームレンズである、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のプロジェクター。

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