JP2016012000A - 光学装置、光学エンジンユニット、及び画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成でプロジェクター装置に用いる光学装置において安定した光源の付勢を可能とすることにより、光学装置の振動に起因した種々の不具合を解消する。
【解決手段】光源５１、光源保持部材５２、及び光源側コネクタ６０を有した光源ユニット５０と、光源ユニットを保持する光源ユニット保持部材８０と、光源ユニットを光源ユニット保持部材に保持した状態において光源保持部材に組み付けられることにより光源ユニットをその光軸方向Ｄ１、及び該光軸と交差する少なくとも一つの他方向Ｄ２へ付勢して該光源ユニットの姿勢を規制する光源ユニット付勢部材９０と、を備え、付勢部材は、光源ユニットを他方向へ付勢する際に光源側コネクタを電源側コネクタに押圧する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、画像を拡大してスクリーンに表示する画像投射装置に使用される光学装置に関し、特に、安定したランプ光源の付勢が可能となる光学装置、光学エンジンユニット、及び画像投射装置に関する。

一般的にプロジェクターと称されている画像投射装置は、パソコンやビデオカメラ等から入力される映像データを基に映像を生成し、その映像をスクリーン等に投影表示する装置である。
近年、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を利用した小型軽量な画像投射装置が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広くこれら画像投射装置が利用されるようになってきている。
ＤＭＤプロジェクターは、ランプ光源を含む光源装置と、光源装置の近傍に入射端を有し、入射光の光量分布を一様にするライトトンネル（照明均一化素子）と、ライトトンネルと集光器との間に配置され、ライトトンネルに入射される光に時分割で色要素を重畳するカラーフィルタと、照明光学系からの光を画像表示面で反射して画像を形成する画像表示素子（ＤＭＤ＝反射型画像表示素子）と、ライトトンネルの出射端から画像表示素子までの間に配置されている光学部品から成る照明光学系と、画像表示素子からの光を被投射面に投射する投射光学系と、を備えている。
プロジェクターは、その構造上、光源装置が通電した状態で振動すると、ランプ光源の破裂や、過熱の原因となる。このため、従来から弾性部材を用いた制振構造が採用されている。

特許文献１（特開２０１１−２４２５３５公報）には、光源装置を収納体に収納する際に金属線材からなる弾性部材を用いて光源装置を収納体に向けて付勢する構造を有したプロジェクターが開示されている。しかし、構造上、光源装置が通電した高温状態で振動するため、この振動により光源の破裂を発生させる虞がある。
特許文献２（特開２００６−８４５８８公報）には、光源ランプ筐体を光学ユニット筐体に取り付ける際に、位置決めピン、位置決め孔、及び高さ位置用の突き当てボスにより位置決めし、且つ板バネ部材により保持するようにした光源ランプ装置が開示されている。
しかし、この構成では、板バネ部材のバネ力により光源ランプ筐体を押圧しているだけの保持状態となるため、振動発生時に光源ランプ装置が通電した発熱状態で光学ユニット筐体が振動する可能性がある。このため、振動が光源ランプの破裂をもたらす虞がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、安価な構成でプロジェクター装置に用いる光学装置において安定した光源の付勢を可能とすることにより、光源の振動に起因した光源の破損、接続不良等の種々の不具合を解消することを目的としている。
また、光源交換時に安全な作業が可能となる光学装置の提供を他の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る光学装置は、光源、該光源を保持する光源保持部材、及び該光源保持部材に装備されて、電源側コネクタと着脱自在に結合することにより該光源に電力を供給する光源側コネクタを有した光源ユニットと、前記光源ユニットを保持する光源ユニット保持部材と、前記光源ユニットを前記光源ユニット保持部材に保持した状態において、前記光源保持部材に組み付けられることにより前記光源ユニットをその光軸方向、及び該光軸と交差する少なくとも一つの他方向へ付勢して該光源ユニットの姿勢を規制する光源ユニット付勢部材と、を備え、前記光源ユニット付勢部材は、前記光源ユニットを前記他方向へ付勢する際に前記光源側コネクタを前記電源側コネクタに押圧することを特徴とする。

本発明によれば、安価な部品構成で安定した光源の付勢が可能となり、振動等による光源の破壊、接触不良を防ぎ、安全な光学装置を備えた画像投射装置の提供が可能となる。

本発明の一つの実施形態に係る画像投射装置の外観構成を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は画像投射装置の外装カバーを外して図１のａ方向、及びｂ方向から見た斜視図である。 光源ユニット保持部材を外して光学エンジンと白色光を生成する光学装置の配置を示す斜視図である。 光学エンジンの外観構成を示す図である。 照明光学系ユニットと、画像表示素子ユニットと、投射光学系ユニットを夫々構成する光学素子の配置構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は光学装置を底面側から見た斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は光学装置を上面側から見た斜視図、及び底面側から見た斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は光源ユニットを構成する光源保持部材の底面側斜視図である。 光源ユニット付勢部材単体の構成を示す斜視図である。 光源ユニット付勢部材を光源保持部材の底板の底面に対して組み付ける直前の状態を示す底面側斜視図である。 光源ユニット付勢部材を光源保持部材の底板の底面に対して組み付ける直前の状態を示す底面側斜視図である。 （ａ）は光源ユニット付勢部材を光源保持部材の底板の底面に対して組み付けた状態を示す底面側斜視図であり、（ｂ）は光源ユニット付勢部材を光源ユニット保持部材に係止した状態を示す平面略図である。 （ａ）及び（ｂ）はコネクタ付勢部をコネクタ被押圧部に装着する手順を示す説明図である。

以下、添付図面に示した実施形態に従って本発明を詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る画像投射装置１の外観構成を示す斜視図である。
この画像投射装置１（プロジェクター）は、スクリーンＳに対して画像を投射する手段である。

図２（ａ）及び（ｂ）は画像投射装置１の外装カバーを外してａ方向、及びｂ方向から見た斜視図であり、図３は光源ユニット保持部材（光源箱）８０を外して光学エンジン２と白色光を生成する光学装置６の配置を示す斜視図である。
画像投射装置１は、照明光学系と投射光学系をユニット化した光学エンジン２と、光学エンジン２の一面側に配置されたプリント回路基板（ＰＣＢ）４と、光学エンジン２を構成する照明光学系の入射側位置に配置された高圧水銀ランプ、レーザ及びＬＥＤ光源等からなる光学装置（ランプユニット）６と、光学装置６に安定して電力を供給するためのバラスト電源ユニット８と、光学装置６とバラスト電源ユニット８の上に配置された電源基板ユニット１０と、を概略備えている。
光学エンジン２と光学装置６は、光学エンジンユニットＵを構成している。
本実施形態では光学装置６の光源５１として高圧水銀ランプを採用しており、光源５１からの光が光学エンジン２を構成する照明光学系ユニット２０（図４、図５）に照射される。

図２（ｂ）に示した光源ユニット保持部材８０は、光源ユニット５０（光源５１、光源保持部材５２、光源側コネクタ６０）を内部に収容（保持）する光源箱であり、光源ユニット保持部材８０はプロジェクターの他の構成要素（装置本体）に対して固定された固定部材である。光源ユニット５０は、光源ユニット保持部材８０により可動な状態で保持されつつ、光源ユニット保持部材８０により一部を係止された制振機能を有した弾性部材としての光源ユニット付勢部材９０によって所定の方向（光軸方向）に付勢される。これにより、光源ユニット５０は振動、衝撃によるダメージを緩和することができる。

図３は図２中に示した光源ユニット保持部材８０を取り外した状態を示しており、この状態では光源ユニット５０が露出した状態となっている。

図４は光学エンジン２の外観構成を示す図である。
光学エンジン２は、光学装置６からの白色光をＲＧＢに分光し、画像表示素子へ導く為の照明光学系ユニット２０と、変調信号に応じて画像形成する画像表示素子ユニット３０と、その画像を拡大投射する投射光学系ユニット４０と、からなる。

図５は、照明光学系ユニット２０と、画像表示素子ユニット３０と、投射光学系ユニット（投射レンズ）４０を夫々構成する光学素子の配置構成図である。
照明光学系ユニット２０は、光学装置６から出射した白色光を、円盤状のカラーフィルタにより単位時間毎にＲＧＢの各色が繰り返す光に変換して出射するカラーホイル２１と、板ガラスを張り合わせて筒状に構成されてカラーホイル２１から出射する光を導くライトトンネル２２と、２枚のレンズを組み合わせてライトトンネル２２より出射される光の軸上色収差を補正しつつ集光するリレーレンズ２３と、リレーレンズ２３より出射される光を反射するシリンダミラー２４、及び凹面ミラー２５と、を備える。
照明光学系ユニット２０は、画像表示素子ユニット３０に集光させる手段である。
画像表示素子ユニット３０は、複数のマイクロミラーからなる略矩形のミラー面を有し、映像データに基づいて各マイクロミラーを時分割駆動することにより、所定の映像を形成するように投射光を加工して反射させるＤＭＤ素子３１と、プリント基板３２とを備える。
映像データに基づいて時分割で駆動されるＤＭＤ素子３１の複数のマイクロミラーは、映像に係る光は投射光学系ユニット４０を構成する図示しない投射レンズへ反射し、捨てる光はＯＦＦ光板へ反射する。

次に、図６（ａ）及び（ｂ）は光学装置を底面側から見た斜視図であり、図７（ａ）及び（ｂ）は光学装置を上面側から見た斜視図、及び底面側から見た斜視図である。
以下、光学装置６の構成について説明する。
光学装置６は、ランプから成る光源５１、光源を保持する光源保持部材５２、及び光源保持部材５２に装備されて、図示しない電源側コネクタと着脱自在に結合することにより光源５１に電力を供給する光源側コネクタ６０を有した光源ユニット５０と、光源ユニット５０を保持する光源ユニット保持部材８０と、光源ユニット５０を光源ユニット保持部材８０によって保持した状態において、光源保持部材５２に組み付けられることにより光源ユニット５０をその光軸方向Ｄ１（図９）、及び該光軸と交差（直交）する少なくとも一つの他方向（コネクタ部押圧方向）Ｄ２（図９）へ付勢して光源ユニットの姿勢を規制する光源ユニット付勢部材９０と、を備える。
光源ユニット付勢部材９０は、光源ユニット５０を他方向Ｄ２へ付勢する際に光源側コネクタ６０を電源側コネクタに押圧（電気的機械的接続を維持）する手段である。

光源保持部材５２は、光源５１の底面側に配置された底板５３と、底板５３上に立設されて光源５１の大径部（反射器）の外周を包囲して保持する枠体部５４と、を備える。光源５１は、ランプに固定された板ばねから成る押さえ部材５４ａに締結ネジ５４ｂを螺着することによって位置決め、及び押圧されることにより光源保持部材５２に保持される。
底板５３の上面の光源５１を回避した位置には、光源５１への電力を供給する光源側コネクタ６０が突設されている。光源側コネクタ６０は、光学装置６が光学エンジン２、及び電源基板ユニット１０に対して組み付けられた時に、電源基板ユニット１０側に設けられた電源側コネクタに対して電気的、機械的に接続された状態となる。光源側コネクタ６０は図７（ａ）中では上面が接続部となっており、矢印Ｄ２で示した方向へ押圧されることにより、上方に位置する図示しない電源側コネクタに対する接続が強固になり、振動による緩みや接触不良が防止される。

図８（ａ）及び（ｂ）は光源ユニット５０を構成する光源保持部材５２の底面側斜視図である。
図８に示すように、光源保持部材５２の底板５３の上面には前述のとおり、光源５１へ電力供給する光源側コネクタ６０が設けられるとともに、光源側コネクタ６０の対面側（底面側）に相当する底板５３の底面には、光源側コネクタと電源側コネクタとの接続を補助するための光源ユニット付勢部材９０のコネクタ付勢部９２により他方向Ｄ２へ押圧されるコネクタ被押圧部５３ｂを備える。コネクタ被押圧部５３ｂは、底板の略水平な底面５３ａ”に対してほぼ並行な面である。
また、底板５３の底面の他の部位には、光源ユニット付勢部材９０の光軸方向付勢部９１により係止されて光軸方向へ付勢される光軸方向被押圧部５３ａと、を備えている。光軸方向被押圧部５３ａは、底板５３の略水平な底面５３ａ”に対して略垂直な被係止面５３ａ’を備えている。

図９は光源ユニット付勢部材９０単体の構成を示す斜視図である。
光源ユニット付勢部材９０は樹脂材料から成る板状体であり、光源保持部材の底板５３の底面に対して図１０、図１１、図１２に示したような状態で組み付けられる。
図９に示した矢印Ｄ３は、板ばねとして機能する光源ユニット付勢部材９０を光源保持部材の底板５３の底面にスライドさせる方向であり、この方向Ｄ３にスライドさせることにより底板５３の底面に対して、この底面（光源ユニットの露出面）を覆うように装着される。光源保持部材５２の両側方に位置する他の部材に設けた図示しないスライド溝に沿って光源ユニット付勢部材をガイドするように構成するのが好ましい。
図９に示すように、光源ユニット付勢部材９０には、光源５１、及び光源保持部材５２からなる光源ユニット５０を光軸方向Ｄ１へ付勢する一対の光軸方向付勢部９１と、光源ユニット５０の光源側コネクタ６０を固定側の電源側コネクタと圧接させる方向Ｄ２へ付勢するコネクタ付勢部９２と、を備えている。

光源ユニット付勢部材９０の両側端縁の同位置に突設された各光軸方向付勢部９１は、側面形状が楔状になっており、その略垂直な先端面９１ａを、底板５３の光軸方向被押圧部５３ａの各被係止面５３ａ’と係合させることにより、光源ユニット付勢部材９０の弾性によって光源ユニットを光軸方向Ｄ１へ付勢する。光源ユニット付勢部材９０は、中間部にあるスライド係止部９３を固定側の部材に係止されることによって、スライド係止部９３と被係止面５３ａ’との間で圧縮変形して蓄力することにより光軸方向Ｄ１への付勢力を得る。

図１３（ａ）及び（ｂ）に示したように、楔状の側面形状を有したコネクタ付勢部９２は、底板５３に設けたコネクタ被押圧部５３ｂの面に対して鋭角状の角部９２ａを当接させて圧接方向Ｄ２へ付勢する。図１３（ａ）に示した位置から（ｂ）に示した位置まで光源ユニット付勢部材９０をスライド移動させる過程で、楔状のコネクタ付勢部９２の傾斜した下面９２ｂがコネクタ被押圧部５３ｂに沿ってスライドするため、コネクタ付勢部は変形しながら（ｂ）の状態になる。この状態では、変形したコネクタ付勢部９２の弾性によって光源側コネクタ６０は固定側の電源側コネクタと圧接させる方向Ｄ２へ付勢される。本例では、コネクタ付勢部９２の角部９２ａによって付勢している。光源ユニット付勢部材９０を底板５３の底面に組み付けた状態で、図示しない他の部材により光源ユニット付勢部材は底板５３に対してＤ２方向へ移動しないように固定される。

また、光源ユニット付勢部材９０の両側端縁の長手方向中間部（光軸方向被押圧部５３ａとコネクタ被押圧部５３ｂとの中間位置）には、側方に楔状に突出したスライド係止部９３が設けられている。このスライド係止部９３は、光源ユニット５０を保持する光源ユニット保持部材（本体側固定部材）８０に設けた係止部８０ａによって係止されることにより、光源ユニット付勢部材９０を画像投射装置本体側に固定する。つまり、光源ユニット付勢部材９０は、光軸方向中間位置にあるスライド係止部９３によって画像投射装置本体側に係止された状態で光源保持部材５２の底板５３に組み付けられる。この際に、光源ユニット付勢部材９０の各光軸方向付勢部９１を底板の光軸方向被押圧部５３ａの各被係止面５３ａ’と係合させることにより、光源ユニット付勢部材を構成する樹脂製板材自体が有する弾発力により光源ユニット５０を光軸方向Ｄ１へ付勢する。当然のことながら、光源ユニット付勢部材９０を光源保持部材の底板５３に組み付ける際には、光源ユニット付勢部材が光軸方向に蓄力されるように各部を寸法設定することにより、各光軸方向付勢部９１が底板の光軸方向被押圧部５３ａを一定の力で付勢するように構成する。

光軸方向付勢部９１の先端面９１ａと、スライド係止部９３の係止面９３ａとは、光軸方向Ｄ１に沿って互いに逆方向の面となっているため、スライド係止部９３の係止面９３ａを本体側（係止部８０ａ）に係止した場合に光軸方向付勢部９１の先端面９１ａが光源ユニット５０を光軸方向へ安定して付勢することが可能となる。スライド係止部９３よりも先端（図面左側）寄りの板状部分を面方向や厚さ方向へ弾性変形（伸縮）可能となるように構成することにより、光軸方向Ｄ１への付勢力を生成することができる。
これにより、安定した光源ユニットの付勢が可能となり、安価な部品構成でランプ脱落のない安全な光源ユニットの提供が可能となる。

また、光源ユニット付勢部材９０を光源保持部材の底板５３に組み付ける際に、光源ユニット付勢部材９０を底板５３に向けて加圧した状態で組み付けることにより、楔状の側面形状を有したコネクタ付勢部９２の角部９２ａにより、底板５３に設けたコネクタ被押圧部５３ｂの面を圧接方向Ｄ２へ付勢することができる。このため、電源側コネクタに対して光源側コネクタ６０を常に接続方向へ付勢する力を確保して脱落を防止することができる。
また、光源ユニット付勢部材９０の基本形状を板状体とし、且つ光源保持部材５２の底板５３を覆うことができる形状、面積とすることにより、光源ユニット５０（光源５１、光源保持部材５２、光源側コネクタ６０）の底面側を覆うことが可能となり、修理、部品交換等を実施する際に、熱源となる光源５１（ランプユニット）に対して作業者が直接触れることを防ぎ、安全な作業を実施することが可能となる。
また、光源５１を覆う光源ユニット付勢部材９０を樹脂材料から構成することにより、作業者に対する熱の伝達を防ぎ、光源交換時等において安全な作業を実施することが可能となる。

＜本発明の構成、作用、効果のまとめ＞
第１の本発明に係る光学装置６では、光源５１、該光源を保持する光源保持部材５２、及び該光源保持部材に装備されて、電源側コネクタと着脱自在に結合することにより該光源に電力を供給する光源側コネクタ６０を有した光源ユニット５０と、光源ユニットを保持する光源ユニット保持部材８０と、光源ユニットを光源ユニット保持部材に保持した状態において、光源保持部材に組み付けられることにより光源ユニットをその光軸方向、及び該光軸と交差する少なくとも一つの他方向へ付勢して該光源ユニットの姿勢を規制する光源ユニット付勢部材９０と、を備え、光源ユニット付勢部材は、光源ユニットを他方向へ付勢する際に光源側コネクタを電源側コネクタに押圧する。

弾性部材である光源ユニット付勢部材９０を光源ユニット保持部材８０により係止する一方で、光源ユニット付勢部材９０の一部により可動部材である光源ユニット５０を光軸方向へ付勢したので、光源ユニット付勢部材９０の弾性により光源ユニット５０を制振することができる。このため、安価な部品構成でありながら、安定し光源ユニット５０の弾性付勢、制振が可能となり、振動等による光源の破損や電気的接続部の接触不良を防ぐことができる。また、光源ユニット付勢部材９０が光軸方向へ抜け落ちることを防止するように光源ユニット保持部材８０により係止したので抜け落ちを防止できる。
光源ユニット付勢部材は、実施形態では板状部材としたが、光源ユニットを光軸方向へ付勢できるようその形状、底板に対する設置角度等を種々調整することにより同方向への付勢が可能になる。
また、振動を抑制する手段として回転する部材を用いていないので回転を起因とした粉塵の発生と、粉塵が光学系に付着することによる光量の低下や変色等の不具合を防止できる。

第２の本発明に係る光学装置６では、 光源ユニット付勢部材９０は、光源ユニットの露出部を覆う板状体であることを特徴とする。
板ばねとしての光源ユニット付勢部材により光源ユニットの露出部（発熱部）を覆うことが可能となり、熱源となる光源に対して作業者が直接触れることがなくなり、安全な作業を行うことが可能となる。

第３の本発明に係る光学装置６では、光源ユニット付勢部材９０は、樹脂材料から構成されることを特徴とする。
光源ユニットを覆う光源ユニット付勢部材を樹脂材料から構成することにより光源からの作業者に対する熱の伝達を防ぎ、安全な作業を可能とする。

第４の本発明に係る光学エンジンユニットＵでは、請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学装置を備えたことを特徴とする。
本発明の光学装置を光学エンジンと組み合わせることにより光学エンジンユニットＵを構築することができ、光源ユニット付勢部材による制振効果等を得ることができる。

第５の本発明に係る画像投影装置では、請求項４に記載の光学エンジンユニットを備えたことを特徴とする。
本発明の光学エンジンユニットを備えた画像投影装置とすることにより、光源ユニット付勢部材による制振効果等を得ることができ、安全面での信頼性を高めることができる。

１…画像投射装置、２…光学エンジン、６…光学装置、８…バラスト電源ユニット、１０…電源基板ユニット、２０…照明光学系ユニット、２１…カラーホイル、２２…ライトトンネル、２３…リレーレンズ、２４…シリンダミラー、２５…凹面ミラー、３０…画像表示素子ユニット、３１…ＤＭＤ素子、３２…プリント基板、４０…投射光学系ユニット、５０…光源ユニット、５１…光源、５２…光源保持部材、５３…底板、５３ａ”…底面、５３ａ…光軸方向被押圧部、５３ａ…被係止面、５３ｂ…コネクタ被押圧部、５４…枠体部、５４ａ…部材、５４ｂ…締結ネジ、５５…光源側コネクタ、６０…光源側コネクタ、８０…光源ユニット保持部材、８０ａ…係止部、９０…光源ユニット付勢部材、９１…光軸方向付勢部、９１ａ…先端面、９２…コネクタ付勢部、９２ａ…角部、９２ｂ…下面、９３…スライド係止部、９３ａ…係止面

特開２０１１−２４２５３５公報 特開２００６−８４５８８公報

Claims (5)

1. 光源、該光源を保持する光源保持部材、及び該光源保持部材に装備されて、電源側コネクタと着脱自在に結合することにより該光源に電力を供給する光源側コネクタを有した光源ユニットと、
   前記光源ユニットを保持する光源ユニット保持部材と、
   前記光源ユニットを前記光源ユニット保持部材に保持した状態において、前記光源保持部材に組み付けられることにより前記光源ユニットをその光軸方向、及び該光軸と交差する少なくとも一つの他方向へ付勢して該光源ユニットの姿勢を規制する光源ユニット付勢部材と、を備え、
   前記光源ユニット付勢部材は、前記光源ユニットを前記他方向へ付勢する際に前記光源側コネクタを前記電源側コネクタに押圧することを特徴とする光学装置。
2. 前記光源ユニット付勢部材は、前記光源ユニットの露出部を覆う板状体であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記光源ユニット付勢部材は、樹脂材料から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学装置を備えたことを特徴とする光学エンジンユニット。
5. 請求項４に記載の光学エンジンユニットを備えたことを特徴とする画像投射装置。

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