JP2013190518A - ホルダーおよびホルダーを有するプロジェクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】反射面の姿勢調整を精度高く行うことができるホルダーを提供する。
【解決手段】反射面11aを含むミラー11と、ミラー11を取り付ける保持枠20とを有するホルダー1であって、保持枠20は、入射側光軸方向101と交差する方向に突出した一対のガイド軸21を含み、ミラー11は、入射側光軸方向101および一対のガイド軸21と交差する方向に延びた第1の軸81であって、反射面11aの回転の中心となる第1の軸81と、第1の軸81に交差する方向に延び、第1の軸81の傾きに連動して傾く一対のガイド面61であって、一対のガイド軸81のそれぞれに支持される一対のガイド面61を含む。
【選択図】図3

Description

本発明は、プロジェクタなどの投影装置に搭載される、反射面を含むホルダーに関するものである。
特許文献1には、長い調整時間を要することなく、非球面ミラーの姿勢調整を適切に行えるようにすることが記載されている。そのため、特許文献1には、曲面ミラーを、基軸(鏡軸)をなすZ軸と直交するX軸と、XZ平面において平行な軸線である第1の軸線を回動中心として回動可能に保持部材に取り付け、第1の姿勢調整手段によって曲面ミラーを、第1の軸線を回動中心とした任意の回動角姿勢に変更可能に保持部材より保持することが記載されている。
特開2008−139442号公報
画像表示素子からの投影光を反射面により反射して投影する用途では、投射光学系の小型化に伴い、反射面の姿勢調整をより精度高く行うことが要望されている。
本発明の態様の1つは、画像表示素子からスクリーンに至る光路に配置される反射面を含むミラーユニットと、ミラーユニットを取り付けるフレームユニットとを有するホルダーである。フレームユニットは、反射面に入射する光の光軸方向と交差する方向に突出した一対のガイド軸を含み、ミラーユニットは、光軸方向および一対のガイド軸と交差する方向に延びた第1の軸であって、反射面の回転の中心となる第1の軸と、第1の軸に交差する方向に延び、第1の軸の傾きに連動して傾く一対のガイド面であって、一対のガイド軸のそれぞれに支持される一対のガイド面を含む。
このホルダーにおいては、ミラーユニットが第1の軸と交差する方向に延び、第1の軸の傾きに連動して傾く一対のガイド面を含む。このため、反射面により反射された光の光軸(第2の光軸)の傾きを調整するように反射面を傾けた後、第2の光軸の方向を調整するように反射面を第1の軸を中心に回転させると、ガイド面が第1の軸に連動して傾いているので、反射面の傾きを調整した状態に保持したまま、反射面を第1の軸の周りに回転し、第2の光軸の方向を調整できる。すなわち、ガイド面は第1の軸の回転に連動してガイド軸に沿って第1の軸に対して所定の角度の方向にスライドする。したがって、反射面を傾けたままの姿勢で反射面が第1の軸の周りに回転する。このため、反射面の傾き(チルト)調整と回転(ロール)調整とを独立して行いやすく、反射面の姿勢調整を精度高く行いやすい。
ミラーユニットは、第1の軸の一方の端を構成する突起部を含み、フレームユニットは、ミラーユニットを連結する連結枠を含み、連結枠は、突起部と点接触または線接触し、突起部を回転およびスライド可能に支持するエッジ部を含むことが望ましい。反射面の傾き自由度を向上させやすく、高精度の傾き調整を行いやすい。
ミラーユニットは、一対のガイド面の下側に設けられた一対の第1の基準部を含み、フレームユニットは、一対の第1の基準部のそれぞれと対峙する位置に設けられた一対の第2の基準部を含み、ホルダーは、さらに、一対の第1の基準部および一対の第2の基準部の間の距離をそれぞれ調整する距離調整手段を有することが望ましい。一対の第1の基準部は、反射面の第1の軸の方向の下側半分の領域に配置されていることが望ましい。一対の第1の基準部は、反射面の第1の軸の方向の下側3分の1の領域に配置されていることが望ましい。
ミラーユニットは、一対のガイド面のそれぞれを含む一対のガイド溝を含むことが望ましい。一対のガイド溝のそれぞれは、一端が開き、他端が閉じていることが望ましい。一対のガイド溝のそれぞれは、少なくとも一方の端が開いているものであってもよい。
ホルダーは、さらに、ミラーユニットを光軸と直交する方向にスライド可能に支持するシフト調整機構を含むことが望ましい。シフト調整機構は、ミラーユニットの反射面とは反対側に配置されたシフト量調整用のノブを含むことが望ましい。
本発明の異なる態様の1つは、上記のホルダーと、ホルダーの光軸方向に沿って配置された少なくとも1つのレンズを含む投射光学系とを有するプロジェクタである。
本発明のさらに異なる態様の1つは、光軸方向と交差する方向に突出した一対のガイド軸を含むフレームユニットに取り付けるミラーユニットである。このミラーユニットは、画像表示素子からスクリーンに至る光路に配置される反射面と、光軸方向および一対のガイド軸と交差する方向に延びた第1の軸であって、反射面の回転の中心となる第1の軸と、第1の軸に交差する方向に延び、第1の軸の傾きに連動して傾く一対のガイド面であって、一対のガイド軸のそれぞれに支持される一対のガイド面とを有する。このミラーユニットは、さらに、一対のガイド面のそれぞれを含む一対のガイド溝を有することが望ましい。
本発明に係るホルダーを搭載したプロジェクタの概略構成を示す図。 ホルダーを前方向から見た斜視図。 ホルダーを、ホルダーを構成する主なパーツに展開して示す図。 ホルダーを後方向から見た斜視図。 ホルダーを後方向から見た背面図。 ホルダーのVI−VI断面図(図5のVI−VI断面)。 ホルダーのVII−VII断面図(図5のVII−VII断面)。 ミラーを傾けて反射面を光軸方向に寝かせた様子を示す断面図。 ホルダーのIX−IX断面図(図5のIX−IX断面)。 ホルダーからベース枠を省略した様子を各方向から見た図であり、(a)は斜視図、(b)は平面図、(c)は底面図、(d)は右側面図、(e)は左側面図、(f)は正面図。 ミラーを各方向から見た図であり、(a)は正面図、(b)は右側面図、(c)は平面図、(d)は底面図。
図1に、本発明に係るホルダーを搭載したプロジェクタの概略構成を示している。プロジェクタ(プロジェクタ装置、投影装置)100は、ハウジング9に収納された、画像表示素子(光変調器、ライトバルブ)91と、ライトバルブ91に変調用の照明光を照射する照明光学系92と、ライトバルブ91により形成された画像を投影光90としてスクリーン(被投影面)99に拡大して投射する投射光学系95と、投射光学系95を載置して保持するホルダー1とを有する。投射光学系95は、ライトバルブ91から入射する投影光90の光軸(入射側の光軸、第1の光軸)71に沿って配置されたレンズ93aを含む屈折光学系93と、屈折光学系93からの投影光90をスクリーン99に反射する反射面11aを含む反射光学系94とを有する。スクリーン99は、反射面11aにより反射された投影光90の光軸(出射側の光軸、第2の光軸)72に沿って配置されている。
ホルダー1は、ライトバルブ91からスクリーン99に至る光路に配置される反射面11aを含むミラーユニット10と、ミラーユニット10を取り付けるフレームユニット50とを有する。ミラーユニット10は、非球面形状の反射面(鏡面)11aを含むミラー(凹面鏡)11を有する。フレームユニット50は、ミラー11を保持する保持枠20と、保持枠20を載置して支持するベース枠30とを有する。
なお、ライトバルブ91は、LCD(液晶パネル)、デジタルミラーデバイス(DMD)または有機ELなどの画像を形成できるものであればよく、単板式であっても、白色光源をダイクロイックフィルタ(ミラー)などにより3色に分離させる3板式の光変調器であってもよい。また、スクリーン99は、壁面やホワイトボードなどであってもよく、プロジェクタ100は、フロントプロジェクタであっても、スクリーンを含むリアプロジェクタであってもよい。
図2に、ホルダー1を前方向から見た図により示している。保持枠20を支持するベース枠30は、全体が入射側光軸方向(前後方向)101に延びた部材である。ベース枠30は、階段状に構成されており、前方向101aから後方向101bに向かって順に配置された、上段フロア30a、中段フロア30bおよび下段フロア30cを含む。保持枠20は、下段フロア30cに設けられた一対の台座部31にバネ59aを挟んでネジ(ピン)59により取り付けられている。ベース枠30の上段フロア30aおよび/または中段フロア30bには、屈折光学系93を載置して保持できる。
図3に、ホルダー1を、ホルダー1を構成する主なパーツに展開して示している。ミラー11は、回転対称な凹面鏡としての機能を提供する部材であり、前方向101aに凹の反射面11aと、反射面11aと反対側の後方向101bに凸の背面11bと、反射面11aの周縁18aおよび背面11bの周縁18bを繋ぐ外周面19とを含む。
このミラー11は、入射側光軸方向101と交差する第1の軸81であって、反射面11aの回転の中心となる第1の軸81を含む。ミラー11は、第1の軸81の一方(上方)の端を構成する回転軸(上側回転軸、突起部)13と、第1の軸81の他方(下方)の端を構成する回転軸(下側回転軸、突起部)14とを含む。上側回転軸13および下側回転軸14は、外周面19に対して垂直方向に突出するように円柱状に形成されている。
なお、ミラー11は、凸面鏡としての機能を提供する部材であってもよく、この部材は前方向101aに凸の反射面を含む。ミラー11は、平面鏡としての機能を提供する部材であってもよい。反射面11aは、回転対称の球面または非球面であってもよく、非対称な面、たとえば、自由曲面であってもよい。球面収差が少ない放物面鏡の非球面ミラーは、反射光を平行に遠方まで送ることができる点でプロジェクタの用途に適している。
このミラー11は、反射面11aが第1の軸81の周りに回転可能となるように保持枠20に取り付けられている。ミラー11を保持する保持枠20は、全体が入射側光軸方向101に中空のリング状(環状)の部材であり、内側を向いた内周壁28と、外側を向いた外周壁29とを含む。
ミラー11の上側回転軸13は、フレームユニット50の連結枠40を介して、ネジ42により外周壁29の上部中央のネジ受け部22に取り付けられている。このミラー11は、上側回転軸13の外周面13aと、連結枠40の内周壁48に形成されたピラミッド形のエッジ部41とが点接触または線接触することにより、回転可能に、かつ前後方向101に直交する左右方向102にスライド可能に支持されている。
ミラー11の下側回転軸14は、内周壁28の下部中央に内周壁28および外周壁29を上下方向103に貫くように形成された平面視U字形の開口部23に取り付けられている。ミラー11は、下側回転軸14が入射側光軸方向(前後方向)101に移動可能に、前後方向101に直交する左右方向102の移動が規制されるように支持されている。
このため、このミラー11は、上側回転軸13および下側回転軸14を支点として反射面11aを回転させることにより、出射側光軸方向111を調整できる。さらに、上側回転軸13を支点として第1の軸81を傾けることにより、出射側の光軸72の傾きを調整できる。
さらに、このミラー11は、第1の軸81に交差する方向に延びた一対のガイド面61が、保持枠20の前後方向101と交差する方向に突出した一対のガイド軸21に面接触または線接触するように載置されることにより支持されている。
このホルダー1においては、ミラー11が、ガイド溝(U溝)12の上面を構成し、第1の軸81の傾きに連動して傾くガイド面61を含む。このため、反射面11aにより反射された投影光90の出射側の光軸72の傾きを調整するように反射面11aを傾けた後、出射側光軸方向111を調整するように反射面11aを第1の軸81を中心に回転させると、ガイド面61が第1の軸81に連動して傾いているので、反射面11aの傾きを調整した状態に保持したまま、反射面11aを第1の軸81の周りに回転し、出射側光軸方向111を調整できる。
すなわち、ガイド面61は第1の軸81の回転に連動してガイド軸21に沿って第1の軸81に対して所定の角度の方向にスライドする。したがって、反射面11aを傾けたままの姿勢で反射面11aが第1の軸81の周りに回転する。このため、反射面11aの傾き(チルト)調整と回転(ロール)調整とを相互に影響を与えることなく独立して行うことができ、反射面11aの姿勢調整を精度高く行いやすい。さらに、このホルダー1においては、ミラー11の左右2か所のガイド面61、上側回転軸13および下側回転軸14の4か所(4点)を基軸として、チルト調整およびロール調整を行うことができるため、高精度の姿勢調整(三次元的姿勢調整)および位置決め(位置出し)が可能なホルダー1を提供できる。
本例のU溝(ガイド溝)12は、前方向101aの一端(前端)60aが開き(貫通し)、後方向101bの他端(後端)60bが閉じている(貫通していない)。ガイド溝12は、U溝に限定されず、後方向101bの後端60bを開くことにより、前後方向101の両端60aおよび60bが開いた(貫通した)平行溝とすることも可能である。
このミラー11は、一対のガイド面61の下側に設けられた一対の第1の基準部(リブ)15と、一対のリブ15のそれぞれと対峙する位置に設けられた保持枠20の一対の第2の基準部(リブ受け部)24とが距離調整可能に取り付けられている。このホルダー1は、一対のリブ15および一対のリブ受け部の距離をそれぞれ調整する距離調整手段45を有する。距離調整手段45は、リブ15およびリブ受け部24の間に挟まれたバネ(弾性部材)16aと、リブ15に形成された孔部15aおよびバネ16aを介してリブ受け部24に取り付けられたネジ16とを含む。このため、左右対称に設けられた一対のリブ15および一対のリブ受け部24の距離を調整することにより、第1の軸81の傾きと、第1の軸81の周りの回転角を決めることができる。したがって、反射面11aの傾きおよび回転を含む姿勢調整を精度よく行うことができる。
このホルダー1は、ミラー11を光軸方向101と直交する方向である左右方向102にスライド可能に支持するシフト調整機構55を含む。このシフト調整機構55は、保持枠20を、ベース枠30の下段フロア30cの左右方向102に対峙する一対の側壁32(32a、32b)により挟むように配置し、一対の側壁32のそれぞれを貫通する開口部33および34を介して、保持枠20の一対の溝部25を支持する回転軸56を含む。シフト調整機構55は、さらに、シフト回転軸56の左端56aに取り付けられたシフト量調整用のノブ(つまみ)57と、シフト回転軸56の右端56bに取り付けられたバネ58とを含む。
このため、このホルダー1においては、ボールねじの原理により、ノブ57を回転させて保持枠20を左右方向102にスライドさせることにより、保持枠20に保持された反射面11aを入射側光軸71に対してシフトできる。したがって、チルト調整やロール調整に加えて、シフト調整も可能な高精度の姿勢調整を行うことができるホルダー1を提供できる。さらに、このホルダー1をプロジェクタ100に搭載する際に組み込みの安定性や歩留まりを向上させやすい。
このホルダー1においては、保持枠20をベース枠30に対して左右方向102にスライド可能に保持するために、保持枠20の連結部26を取り付ける台座部31には、左右方向102に延びた開口部35が設けられている。さらに、保持枠20の外周壁29の下端に設けられた突起部27をベース枠30の下段フロア30cに設けられた開口部36に取り付けることにより、保持枠20の前後方向101の倒れを抑制している。開口部36も突起部27が左右方向102にスライド可能となるように、左右方向102に延びた形状となっている。
図4に、ホルダー1を後方向から見た図により示している。本例のミラー11は、凹面鏡なので、背面11bの後ろ方向101bのスペースが空いている。このため、本例のシフト調整機構55は、ミラー11の背面11bの後方向101bに配置されている。したがって、このホルダー1においては、シフト量の調整をミラー11の反射面11aの反対側で行うことができ、スペース効率がよくコンパクトなホルダー1を提供できる。
図5に、ホルダー1を後方向から見た図により示している。図6に、ホルダー1をVI−VI断面図(図5のVI−VI断面)により示している。ミラー11の上側回転軸13は、外周面13aが連結枠40のエッジ部41により前方向101aおよび後方向101bから挟まれている。保持枠20の開口部23は、下側回転軸14の前後方向101へのスライド幅(シフト幅)23wを含む。このホルダー1においては、第1の軸81をシフト幅23wの範囲で傾けることができ、シフト幅23wに相当するチルト角の調整が可能である。さらに、ベース枠30は、開口部23と対峙する位置(開口部23の下方向103bの位置)が開口部37となっているため、チルト調整時に下側回転軸14がベース枠30と干渉することを抑制できる。
図7に、ホルダー1をVII−VII断面図(図5のVII−VII断面)により示している。このU溝12のガイド面61は、ミラー11が第1の軸81の周りに回転すると、反射面11aの回転に連動してガイド軸21に沿ってスライドする。ガイド面61のスライド幅60wは、U溝12の前後方向101の幅12wからガイド軸21の直径21dを除いたものの2倍程度に相当する。U溝12を前後方向101に開いた平行溝とすることにより、スライド幅60wを増加でき、回転調整可能な回転角を大きくできる。
図8に、ミラー11を傾けて反射面11aを入射側光軸方向101に寝かせた様子を断面図により示している。このホルダー1においては、ミラー11が第1の軸81の傾きに連動して傾くガイド面61を含むので、ミラー11の第1の軸81が傾き反射面11aが傾くと、反射面11aの傾きに連動してガイド面61も傾く。このため、反射面11aを回転させると、ガイド面61は第1の軸81の回転に連動してガイド軸21に沿って第1の軸81に対してスライドする。したがって、このホルダー1においては、反射面11aの傾き調整と回転調整とを相互に独立して行うことができるので、回転調整を行った後に傾き調整をやり直す必要がなく、傾き調整を行った後に回転調整をやり直す必要もない。
図9に、ホルダー1をIX−IX断面図(図5のIX−IX断面)により示している。リブ受け部24は、リブ15との間にバネ16aを挟んだ状態でネジ16により取り付けられるネジ受け部24aを含む。
図10に、ホルダー1からベース枠30を省略した様子を各方向から見た図により示しており、(a)は後方向101bから見た斜視図、(b)は上方向103aから見た平面図、(c)は下方向103bから見た底面図、(d)は右方向102bから見た右側面図、(e)は左方向102aから見た左側面図、(f)は前方向101aから見た正面図である。
図11に、ミラー11を各方向から見た図により示しており、(a)は前方向101aから見た正面図、(b)は右方向102bから見た右側面図、(c)は上方向103aから見た平面図、(d)は下方向103bから見た底面図である。なお、ミラー11を左方向102aから見た左側面図は、右側面図と対称に表れる。
このミラー11は、反射面11aと、光軸方向101と交差する方向に延び、反射面11aの回転の中心となる第1の軸81と、第1の軸81に交差する方向に延び、第1の軸81の傾きに連動して傾く一対のガイド面61と、一対のガイド面61を含む一対のガイド溝(U溝)12とを有する。
図11(a)に示すように、反射面11aは、第1の軸81の方向の上側半分の領域81と、領域81を除く下側半分の領域82とを含む。本例のU溝12は、外周面19の左右上端に、上側回転軸13とほぼ同じ高さに配置されている。U溝12のガイド面61よりも下側のリブ15は、反射面11aの下側半分の領域82に配置されている。このミラー11においては、上側回転軸13を支点として下側回転軸14を振ることにより第1の軸81を傾け、反射面11aの傾き調整を行う。このため、リブ15をチルト支点側よりも振れ幅の大きい下側回転軸14の側に配置することにより、チルト調整される位置との調整バランスをとりやすく、高精度の姿勢調整を行いやすい。ミラー11のリブ15は、反射面11aの第1の軸81の方向の下側3分の1の領域82aに配置されていることがさらに望ましい。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に規定されたものを含む。ミラーユニット10は、ミラー11を含む複数のミラー部材を含んでいてもよい。ガイド面61は、本例のように反射面11aと一体のミラー11に形成されていてもよく、反射面11aとは別体で反射面11aの傾きおよび回転と連動して動く部材に形成されていてもよい。
1 ホルダー
100 プロジェクタ

Claims (13)

  1. 画像表示素子からスクリーンに至る光路に配置される反射面を含むミラーユニットと、
    前記ミラーユニットを取り付けるフレームユニットとを有するホルダーであって、
    前記フレームユニットは、前記反射面に入射する光の光軸方向と交差する方向に突出した一対のガイド軸を含み、
    前記ミラーユニットは、前記光軸方向および前記一対のガイド軸と交差する方向に延びた第1の軸であって、前記反射面の回転の中心となる第1の軸と、
    前記第1の軸に交差する方向に延び、前記第1の軸の傾きに連動して傾く一対のガイド面であって、前記一対のガイド軸のそれぞれに支持される一対のガイド面を含む、ホルダー。
  2. 請求項1において、
    前記ミラーユニットは、前記第1の軸の一方の端を構成する突起部を含み、
    前記フレームユニットは、前記ミラーユニットを連結する連結枠を含み、
    前記連結枠は、前記突起部と点接触または線接触し、前記突起部を回転およびスライド可能に支持するエッジ部を含む、ホルダー。
  3. 請求項1または2において、
    前記ミラーユニットは、前記一対のガイド面の下側に設けられた一対の第1の基準部を含み、
    前記フレームユニットは、前記一対の第1の基準部のそれぞれと対峙する位置に設けられた一対の第2の基準部を含み、
    当該ホルダーは、さらに、前記一対の第1の基準部および前記一対の第2の基準部の間の距離をそれぞれ調整する距離調整手段を有する、ホルダー。
  4. 請求項3において、
    前記一対の第1の基準部は、前記反射面の前記第1の軸の方向の下側半分の領域に配置されている、ホルダー。
  5. 請求項3において、
    前記一対の第1の基準部は、前記反射面の前記第1の軸の方向の下側3分の1の領域に配置されている、ホルダー。
  6. 請求項1ないし5のいずれかにおいて、
    前記ミラーユニットは、前記一対のガイド面のそれぞれを含む一対のガイド溝を含む、ホルダー。
  7. 請求項6において、
    前記一対のガイド溝のそれぞれは、一端が開き、他端が閉じている、ホルダー。
  8. 請求項6において、
    前記一対のガイド溝のそれぞれは、少なくとも一方の端が開いている、ホルダー。
  9. 請求項1ないし8のいずれかにおいて、
    当該ホルダーは、さらに、前記ミラーユニットを前記光軸と直交する方向にスライド可能に支持するシフト調整機構を含む、ホルダー。
  10. 請求項9において、
    前記シフト調整機構は、前記ミラーユニットの前記反射面とは反対側に配置されたシフト量調整用のノブを含む、ホルダー。
  11. 請求項1ないし10に記載のホルダーと、
    前記ホルダーの前記光軸方向に沿って配置された少なくとも1つのレンズを含む投射光学系とを有する、プロジェクタ。
  12. 光軸方向と交差する方向に突出した一対のガイド軸を含むフレームユニットに取り付けるミラーユニットであって、
    画像表示素子からスクリーンに至る光路に配置される反射面と、
    前記光軸方向および前記一対のガイド軸と交差する方向に延びた第1の軸であって、前記反射面の回転の中心となる第1の軸と、
    前記第1の軸に交差する方向に延び、前記第1の軸の傾きに連動して傾く一対のガイド面であって、前記一対のガイド軸のそれぞれに支持される一対のガイド面とを有する、ミラーユニット。
  13. 請求項12において、さらに、
    前記一対のガイド面のそれぞれを含む一対のガイド溝を有する、ミラーユニット。
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