JP2014098766A - オートフォーカス装置、投射レンズ装置、及び画像投射装置 - Google Patents

オートフォーカス装置、投射レンズ装置、及び画像投射装置 Download PDF

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Abstract

【課題】受光素子の取り付け精度の高いオートフォーカス装置を提供する。
【解決手段】オートフォーカス装置は、光を放射する光源部と、前記光源部から放射された光を被投射面に対して投光する投光レンズ部と、前記被投射面からの拡散反射光を受光する受光部と、前記受光部に対して、前記拡散反射光を導光する受光レンズ部と、前記受光部が受光した前記拡散反射光より、前記被投射面に対する焦点距離を算出する算出部と、前記光源部、前記投光レンズ部、及び前記受光レンズ部を保持する第１保持部と、前記受光部を保持するとともに、前記第１保持部に対して装着される第２保持部と、前記第２保持部を、前記第１保持部に対して押圧する押圧部と、を備え、前記第２保持部は、前記第１保持部の面上を、前記第１保持部に形成された溝部に沿うように変位可能に構成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、オートフォーカス装置、投射レンズ装置、及び画像投射装置に関する。
従来より、パソコンやビデオカメラ等からの画像データをもとに、光源から出射される光を用いて画像形成部において投影用の画像を生成し、生成した画像をスクリーンなどの被投射面に投射して表示する画像投射装置が知られている。画像投射装置においては、大画面に画像を投影できること、及び画像投射装置と、被投射面との間の距離を可能な限り短くできることが望まれており、短投影距離に対応した画像投射装置が開示されている。
画像投射装置にあっては、例えば特許文献１に記載のもののように、投射した画像の焦点を自動的に調整するオートフォーカス装置が設けられている。オートフォーカス装置は、画像を投射する光源装置とは別に、被投射面との距離を測定するための測定用の光源が設けられている。光源から照射された光が被投射面に反射された拡散反射光が、同じく装置内に設けられた受光素子によって受光される。オートフォーカス装置は、受光された拡散反射光から非投射面との焦点距離を算出することで、自動的に投射レンズのフォーカス位置を変更する。
上述のようなオートフォーカス装置にあっては、受光素子をオートフォーカス装置に取り付ける位置によって、受光した拡散反射光の光量が異なってくることから、受光素子の取り付けにかかる精度が要求される。しかしながら、従来の受光素子の取り付けに際しては、受光素子を直接オートフォーカス装置の筐体に接着するような方法が採られていたことから、作業性が悪く、作業効率の低下や、精度の低下の要因となっていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、受光素子の取り付け精度の高いオートフォーカス装置を提供することにある。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のオートフォーカス装置は、光を放射する光源部と、前記光源部から放射された光を被投射面に対して投光する投光レンズ部と、前記被投射面からの拡散反射光を受光する受光部と、前記受光部に対して、前記拡散反射光を導光する受光レンズ部と、前記受光部が受光した前記拡散反射光より、前記被投射面に対する焦点距離を算出する算出部と、前記光源部、前記投光レンズ部、及び前記受光レンズ部を保持する第１保持部と、前記受光部を保持するとともに、前記第１保持部に対して装着される第２保持部と、前記第２保持部を、前記第１保持部に対して押圧する押圧部と、を備え、前記第２保持部は、前記第１保持部の面上を、前記第１保持部に形成された溝部に沿うように変位可能に構成されることを特徴とする。
本発明によれば、簡単な構成で受光素子の取り付け精度を向上させることができるという効果を奏する。
図１は、実施形態のプロジェクタの斜視図である。 図２は、実施形態のプロジェクタの上方カバーを取り外した状態を示す斜視図である。 図３は、実施形態の光学装置、光源装置の断面図である。 図４は、実施形態のオートフォーカス装置の構成を示す斜視図である。 図５は、実施形態のオートフォーカス装置の構成を示す背面図である。 図６は、実施形態のオートフォーカス装置の構成を示す側面図である。 図７は、実施形態のオートフォーカス装置に用いられる押圧部の構成を示す斜視図である。 図８は、実施形態のオートフォーカス装置から押圧部を取り外した状態を示す斜視図である。 図９は、実施形態のオートフォーカス装置から押圧部を取り外した状態を示す背面図である。
以下、本発明のオートフォーカス装置を画像投射装置であるプロジェクタに搭載して具体化した実施形態について図面を用いて説明する。図１は、プロジェクタ１の斜視図であり、図２は、プロジェクタ１から上方カバー２を取り外した状態を示す斜視図である。
図１、図２に示されるように上方カバー２には、投射レンズ３が設けられている。投射レンズ３は、最終的に被投影面に投影される映像や画像のデータの拡大倍率を変更することができる。また、プロジェクタ１の筐体を構成する本体部１０には、光学装置２０、光源装置３０、スピーカユニット４０、ハウジング部５０、吸気部６０、排気部７０が設けられている。
図３は、光学装置２０、及び光源装置３０の詳細な構成を示す断面図である。図３に示されるように、光学装置２０は、照明光学系２０ａ、及び投射系２０ｂを備える。光学装置２０は、カラーホイール２５、ライトトンネル２６、リレーレンズ２７、平面ミラー２８、凹面ミラー２９を備えている。これらの各部材は、光学装置２０の本体部内に設けられている。また、光学装置２０には、画像形成部２１が設けられている。画像形成部２１は、画像を形成する画像形成素子であるＤＭＤ素子により構成されている。
円盤状のカラーホイール２５は、光源装置３０からの白色光を単位時間毎にＲＧＢの各色が繰り返す光に変換してライトトンネル２６に向けて出射する。ライトトンネル２６は、板ガラスを張り合わせて筒状に構成されており、カラーホイール２５から出射された光をリレーレンズ２７へと導出する。リレーレンズ２７は、二枚のレンズを組み合わせて構成されており、ライトトンネル２６から出射される光の軸上色収差を補正しつつ集光する。平面ミラー２８、及び凹面ミラー２９は、リレーレンズ２７により出射される光を反射して、画像形成部２１へと案内して、集光させる。画像形成部２１は、複数のマイクロミラーからなる矩形状のミラー面を有し、映像や画像のデータに基づいて各マイクロミラーが時分割駆動されることにより、所定の画像データを形成するように投射光を加工して反射するＤＭＤ素子を備えている。
また、光源装置３０は、例えば高圧水銀ランプを光源として備えている。光源装置３０は光学装置２０の照明光学系２０ａに向けて白色光を照射する。照明光学系２０ａ内においては、光源装置３０から照射された白色光がＲＧＢに分光され、画像形成部２１へと導出される。画像形成部２１は、変調信号に応じて画像形成を行う。投射系２０ｂは、形成された画像を拡大投射する。
また、図３で示される画像形成部２１の図中手前側となる鉛直方向上方には、画像形成部２１に入射した光のうち、投射光としては使用しない不要な光を受光するＯＦＦ光板が設けられている。画像形成部２１に光が入射すると、ＤＭＤ素子の働きにより時分割で映像データに基づいて複数のマイクロミラーが作動し、このマイクロミラーによって使用する光は投射レンズ３へと反射され、捨てる光はＯＦＦ光板へと反射される。画像形成部２１では、投射画像に使用する光は投射系２０ｂへと反射され、複数の投射レンズ３を通って拡大され、拡大された映像光が拡大されて投射される。
また、本実施形態の投射レンズ３には、オートフォーカス装置１０１が設けられており、オートフォーカス装置１０１の詳細な構成を図４、図５を用いて説明する。図４はオートフォーカス装置１０１を正面側から見た図であり、図５は背面側から見た図である。オートフォーカス装置１０１は、投射レンズ３を挟んで光源装置３０と反対側に配置されている。そのため、光源装置３０が発する熱の影響を低減し、安定しかつ高精度なオートフォーカスを実行できる。図４、図５に示されるように、オートフォーカス装置１０１は、投光レンズ１０２、受光レンズ１０３、測定用光源１０４、受光部１０５、制御部１０９、及びモータユニット１１０、を備えている。モータユニット１１０は、投射レンズ３の焦点変更機構を駆動する。測定用光源１０４は、被投射面であるスクリーンとの距離を測定するための光を放射し光源部に相当する。投光レンズ１０２は、測定用光源１０４から放射された光束をスクリーンに投光する。受光レンズ１０３は、スクリーンから反射した拡散反射光を受け入れ、受光部１０５に対して、必要な光束量を導光する。制御部１０９（算出部）は、受光部１０５で得られた光束量からスクリーンとの間の距離、及びスクリーンに対する投射レンズ３の焦点距離を算出し、レンズを駆動するモータユニット１１０に対して移動量を指示する。制御部１０９は、基板に距離算出用の回路が搭載されて構成されている。
以下、レンズの駆動に係る処理の流れについて説明する。制御部１０９は、受光部１０５から出力された電気信号に基づき、例えば、三角測量法に基づく合焦計算を実行して、最適な投射レンズ３のフォーカス位置を算出する。具体的には、制御部１０９は、受光部１０５が出力した電気信号から受光パターンの光強度分布のピーク位置を求めることにより受光位置を検出し、その受光位置が基準位置からどれ位ずれているかによってスクリーンまでの距離計算の基礎となるデータを取得する。そして、制御部１０９は取得したデータから三角測量法を用いてスクリーンまでの投射距離を割り出し、その投射距離を用いて最適なフォーカスレンズ位置を算出する。
制御部１０９は、求めた投射レンズ３のフォーカス位置が得られるようにモータユニット１１０を制御する。以上の制御は、例えばプロジェクタ１の初期設定時などで、実際に画像を投射して行われ、フォーカスレンズが動いて画像のピントが合ったことが視認できる。
次に、受光部１０５の配置態様について図６、及び図７を用いて説明する。図６はオートフォーカス装置１０１を側面から見た図であり、図７は装置後方側から見た図である。図６に示されるように、受光部１０５は、受光部保持部１０６（第２保持部）によって保持されている。また、上述した投光レンズ１０２、受光レンズ１０３、測定用光源１０４、受光部１０５、制御部１０９、及びモータユニット１１０、及び受光部１０５を保持する受光部保持部１０６はオートフォーカス装置１０１の筐体である保持部１１１（第１保持部）によって、保持されている。受光部保持部１０６には図示しない孔が形成されており、受光レンズ１０３を通過した拡散反射光はこの孔を通って受光部１０５へと到達する。なお、受光部１０５は、受光部保持部１０６に対して、装着された後に接着剤などにより固着されている。
受光部保持部１０６は、保持部１１１に対して装着された状態で、受光部１０５と接触するように制御基板との接続のためのフレキシブル基板１０８とともに、押圧部１０７によって保持部１１１に対して押圧されることにより、保持部１１１に保持されている。図７は、押圧部１０７の構成を示す図である。図７に示されるように、押圧部１０７は、支持部１０７ａと、引っ掛け部１０７ｂとを含んでおり、弾性のある素材で形成されている。また、本実施形態においては、押圧部１０７は、受光部１０５に対する電気的なノイズ成分の伝達を遮断、または抑制するシールド材質により構成されている。図６に示されるように、押圧部１０７の支持部１０７ａは、保持部１１１に形成された切り欠けに挿入され、引っ掛け部１０７ｂは保持部１１１に形成された係止部に引っ掛けられることで、押圧部１０７自体の弾性により受光部保持部１０６が保持部１１１に対して、押圧される。
図８、及び図９は保持部１１１に対して受光部保持部１０６が装着され、押圧部１０７が取り外された状態を示す図である。図８に示されるように、受光部保持部１０６は、保持部１１１に形成された摺動部１０６ｂ（溝部）に装着されている。摺動部１０６ｂは、受光部保持部１０６の矢印Ｙ方向における長さと幅が同じになるように受光部保持部１０６の装着される面上に形成されており、受光部保持部１０６は摺動部１０６ｂを矢印Ｘ方向にスライドさせることで変位可能となっている。
受光部１０５は受光レンズ１０３が導光する光束に対して、フォーカスの精度を確保するために十分な光束量を得る必要がある。そのため、受光部１０５は受光レンズ１０３に対してスクリーンと平行な平面内かつ、投光レンズ１０２と受光レンズ１０３の光軸を結ぶ直線上に位置するように設けられている。したがって、摺動部１０６ｂは、この投光レンズ１０２と受光レンズ１０３の光軸を結ぶ直線上に位置するように形成されている。
また、受光部保持部１０６には、被操作部１０６ａが設けられている。被操作部１０６ａは、押圧部１０７を取り付けた状態で外部から操作可能な部位であり、例えば細い棒などを差し込むことで、容易に受光部保持部１０６をスライドさせることができるようになる位置に形成されている。そして、このように受光部保持部１０６の位置の調整を行った後に、適切な受光部１０５からの出力を得られる位置において、受光部保持部１０６は保持部１１１に対して固着される。
なお、制御部１０９には周囲温度を測定する温度センサーを設けるようにし、温度センサーによって測定される温度により投射レンズ３の焦点位置を補正するようにすることもできる。
以上に示した本実施形態のオートフォーカス装置１０１にあっては、受光部保持部１０６によって受光部１０５を保持したあとに、受光部保持部１０６を保持部１１１に摺動させることで位置調整が可能となる。そのため、受光部１０５が適切に拡散反射光を受光できる位置を容易に決定することができ、位置調整を通じて高い精度を実現することができるようになる。
また、受光部１０５とフレキシブル基板１０８をシールド材を用いて形成された押圧部１０７によって保持部１１１に押し当てることで、受光部１０５に対する電気的なノイズを抑制することも可能となり、受光部１０５の出力の精度を部品点数を増やすことなく高めることができるようになる。また、押圧部１０７自体を、ネジなどを使わず保持部１１１に対して引っかけ、自らの弾性により固定されるようにしたため、部品点数の増加を防ぐことができるようになる。
１ プロジェクタ
２ 上方カバー
３ 投射レンズ
１０ 本体部
２０ 光学装置
２０ａ 照明光学系
２０ｂ 投射系
２１ 画像形成部
２５ カラーホイール
２６ ライトトンネル
２７ リレーレンズ
２８ 平面ミラー
２９ 凹面ミラー
３０ 光源装置
４０ スピーカユニット
５０ ハウジング部
６０ 吸気部
７０ 排気部
１０１ オートフォーカス装置
１０２ 投光レンズ
１０３ 受光レンズ
１０４ 測定用光源
１０５ 受光部
１０６ 受光部保持部
１０６ａ 被操作部
１０６ｂ 摺動部
１０７ 押圧部
１０７ａ 支持部
１０７ｂ 引っ掛け部
１０８ フレキシブル基板
１０９ 制御部
１１０ モータユニット
１１１ 保持部
特開平１０−３２５９８２号公報

Claims (5)

  1. 光を放射する光源部と、
    前記光源部から放射された光を被投射面に対して投光する投光レンズ部と、
    前記被投射面からの拡散反射光を受光する受光部と、
    前記受光部に対して、前記拡散反射光を導光する受光レンズ部と、
    前記受光部が受光した前記拡散反射光より、前記被投射面に対する焦点距離を算出する算出部と、
    前記光源部、前記投光レンズ部、及び前記受光レンズ部を保持する第１保持部と、
    前記受光部を保持するとともに、前記第１保持部に対して装着される第２保持部と、
    前記第２保持部を、前記第１保持部に対して押圧する押圧部と、
    を備え、
    前記第２保持部は、前記第１保持部の面上を、前記第１保持部に形成された溝部に沿うように変位可能に構成される
    ことを特徴とするオートフォーカス装置。
  2. 前記押圧部は、前記受光部に対する電気的なノイズ成分の伝達を抑制する素材で構成される
    ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
  3. 前記第２保持部は、前記押圧部が前記オートフォーカス装置に取り付けられた状態で、前記第２保持部を変位させる際に装置外部から操作可能な被操作部が形成される
    ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
  4. オートフォーカス装置を備える投射レンズ装置であって、
    前記オートフォーカス装置は、
    光を放射する光源部と、
    前記光源部から放射された光を被投射面に対して投光する投光レンズ部と、
    前記被投射面からの拡散反射光を受光する受光部と、
    前記受光部に対して、前記拡散反射光を導光する受光レンズ部と、
    前記受光部が受光した前記拡散反射光より、前記被投射面に対する焦点距離を算出する算出部と、
    前記光源部、前記投光レンズ部、及び前記受光レンズ部を保持する第１保持部と、
    前記受光部を保持するとともに、前記第１保持部に対して装着される第２保持部と、
    前記第２保持部を、前記第１保持部に対して弾性的に押圧する押圧部と、
    前記投射レンズの焦点を変更させる焦点変更機構と、
    算出された前記焦点距離に基づき前記焦点変更機構を駆動するモータユニットと
    を備え、
    前記第２保持部は、前記第１保持部の面上を、前記第１保持部に形成された溝部に沿うように変位可能に構成される
    ことを特徴とする投射レンズ装置。
  5. 投射レンズ装置と、光源装置と、オートフォーカス装置と、を備える画像投射装置であって、
    前記オートフォーカス装置は、
    光を放射する光源部と、
    前記光源部から放射された光を被投射面に対して投光する投光レンズ部と、
    前記被投射面からの拡散反射光を受光する受光部と、
    前記受光部に対して、前記拡散反射光を導光する受光レンズ部と、
    前記受光部が受光した前記拡散反射光より、前記被投射面に対する焦点距離を算出する算出部と、
    前記光源部、前記投光レンズ部、及び前記受光レンズ部を保持する第１保持部と、
    前記受光部を保持するとともに、前記第１保持部に対して装着される第２保持部と、
    前記第２保持部を、前記第１保持部に対して弾性的に押圧する押圧部と、
    前記投射レンズの焦点を変更させる焦点変更機構と、
    算出された前記焦点距離に基づき前記焦点変更機構を駆動するモータユニットと
    を備え、
    前記第２保持部は、前記第１保持部の面上を、前記第１保持部に形成された溝部に沿うように変位可能に構成される
    ことを特徴とする画像投射装置。
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