JP4665437B2 - レンズスライド機構 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタ装置におけるレンズスライド機構に関する。

スクリーン上に映像を投射するプロジェクタ装置において、画像表示パネルに対して、投射光軸に対して垂直な面内で投射レンズをスライドさせることで、スクリーン上での投影位置を調節できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１）。その場合、投射レンズの位置は、投射画像の品質を維持するために、所定の範囲内になければならない。

特許文献１では、プロジェクタ装置内に固定した液晶パネル支持枠の４隅に第１〜第４の距離センサを設けて、各距離センサから投射レンズまでの距離を測定することで、液晶パネルが投射レンズの領域から食み出ているか否かを検知している。この食出しが生じている場合には、制御部がモータドライバに停止信号を供給し、それ以上レンズがスライドするのを禁止する。このようにして、レンズが予め決められたスライド可能な範囲内に収まるようにしている。

特開２００１−２１５６１０号公報（特に、図３、段落番号［００３６］［００６１］）

しかしながら、上記のような方法でレンズの食出しが生じているか否かを検知する場合には、４つものセンサを設けることが必要になり、装置の大型化を招く。また、レンズを所望の範囲内に収めるための制御も、これら４つのセンサからの出力に基づいて行う必要があるため、複雑なものとなってしまう。さらには、これらに起因して製造コストが高くなるという問題もある。

本発明は、上記従来技術の問題を有効に解決するために創案されたものであって、簡単な構成で、投射レンズが予め決めたスライド可能な領域内に位置しているか否かを特定できるレンズスライド機構を提供することである。

本発明のレンズスライド機構は、「プロジェクタ本体に対して相対スライド可能に保持される投射レンズ」と「投射レンズが予め定めたスライド制限領域内にあるか否かを示す信号を発する検出センサ」とを備えている。そして、検出センサは、「上記スライド制限領域を形状および面積をもって特定する被走査部材」と「当該被走査部材で特定されるスライド制限領域を走査する走査部」とから構成されていて、被走査部材および走査部のいずれか一方がプロジェクタ本体に対して不動に固定され、他方が投射レンズと一体に移動する。当該移動に伴って走査部が被走査部材に沿って移動し、走査部がスライド制限領域内にあるか否かを示す信号を検出センサが発する。

上記構成を備えた本発明のレンズスライド機構においては、走査部が、スライド制限領域を特定する被走査部材を走査することで、投射レンズがスライド制限領域内にあるか否かを示す信号が発せられる。したがって、複数のセンサを用いることなく、簡単な構成で、投射レンズが予め定めた制限領域内にあるか否かを特定することができる。そして、この信号を利用して適当な制御を行うことで、投射レンズの位置を常に、所望の制限領域内に維持することが可能となる。
本発明のレンズスライド機構では、センサが１つで足りるので、「制御が簡単になる」、「装置の小型化が図れる」、「製造コストを低減できる」等のメリットもある。

なお、「スライド制限領域」の具体的な形状および面積は、プロジェクタ装置内に配置される投影用画像表示パネル（例えば、液晶パネル等）の大きさや、投射レンズの光学特性等を考慮して、予め決めておく。

本発明の実施形態を添付の図面を参照して以下に説明する。
≪第１実施形態≫
図１は、本発明の第１実施形態に係るレンズスライド機構を示す斜視図であって、図２は、同レンズスライド機構を正面から見た図である。
このレンズスライド機構は、そのマウント１０がプロジェクタ装置内に不動に固定され、後述するようにして、投射レンズ鏡筒４０を（すなわち、その内部に保持された投射レンズを）スライド移動させる。一方、プロジェクタ装置内には、光源および画像表示パネルが適正な相対位置をもって不動に配置されている。光源からの光は、画像表示パネルを透過した後、投射レンズによって、スクリーン上に投影される。

マウント１０は、プロジェクタ装置内の適当な箇所に固定される。投射レンズ鏡筒４０は、第１移動板２０および第２移動板３０を介してマウント１０に連結されていて、マウント１０に対して、投射光軸Ａに垂直な平面内で相対的にスライド可能となっている。
すなわち、第１移動板２０は、マウント１０に水平方向に固定したガイドバー１１ａ、１１ｂに沿って水平方向に移動可能である。第２移動板３０は、第１移動板２０に垂直方向に固定したガイドバー２１ａ、２１ｂに沿って垂直方向に移動可能であって、この第２移動板３０に投射レンズ鏡筒４０が固定されている。
したがって、第１移動板２０の水平方向のスライドおよび第２移動板３０の垂直方向のスライドを組み合わせることで、投射レンズ鏡筒４０内の投射レンズは、投射光軸Ａに垂直な平面内でマウント１０に対して（すなわち、プロジェクタ本体に対して）相対的にスライド可能となる。

なお、図には示していないが、マウント１０および第１移動板２０の中央部には開口が設けられていて、画像表示パネルを透過した光は、これらの開口を通って投射レンズ鏡筒４０内の投射レンズに達する。

投射レンズをスライド移動させることで、スクリーン上の投影画像の位置をシフトさせることができるが、画像表示パネル上の映像を欠損なくスクリーン上に投影するためには、投射レンズがスライドする領域を一定範囲内に制限する必要がある。この一定範囲を本発明において「スライド制限領域」と呼ぶ。
本発明は、簡単な機構によって、投射レンズが「スライド制限領域」内にあるか否かを特定することを目的としている。第１実施形態においては、「スライド制限領域」に一致する形状のミラー１５および反射型フォトインタラプタ２５を利用する。ミラー１５の形状および面積は、「スライド制限領域」のそれに等しい。なお、具体的な「スライド制限領域」の形状は、画像表示パネルの大きさや投射レンズの光学特性等を考慮して、各製品毎に予め決定する。決定方法については、後述する。

マウント１０に固定されたミラー１５は、「スライド制限領域」と同じ八角形の形状であり、その周囲の壁面は、ミラー１５の部分に比べて反射率が低くなっている（塗装や艶消し等を施して、反射率の差を大きくすることが好ましい）。
一方、投射レンズ鏡筒４０を保持する第２移動板３０には、反射型フォトインタラプタ２５を固定している。反射型フォトインタラプタ２５は、固定板２４を介して第２移動板３０に連結されていて、投射レンズと一体的にスライド移動する。
反射型フォトインタラプタ２５は、ミラー１５に向けて光を発し、反射光の光量に応じた出力を提供する。投射レンズが「スライド制限領域」内のセンターにあれば受光量は最大となるが、その周辺領域は反射率が低くいので、投射レンズが「スライド制限領域」から離れるにつれて受光量は減少していく。したがって、適当な閾値を設定し、受光量が当該閾値よりも大きいか小さいかをモニタリングすることで、投射レンズが「スライド制限領域」内にあるか否かを特定できる。すなわち、ミラー１５および反射型フォトインタラプタ２５が１つの検出センサを構成している。

投射レンズが「スライド制限領域」内にあるか否かを特定できれば、それを示す信号に基づいて、投射レンズが常に「スライド制限領域」にあるように制御できる。

なお、上記構成では「八角形のミラー」と「それよりも反射率の低い周囲壁面」とを利用しているが、これとは逆の構成であってもよい。すなわち、図１中の八角形に相当する開口を有するミラーを採用し、当該八角形の開口内に反射率の低い壁面を露出させてもよい。
その場合には、投射レンズが「スライド制限領域」内のセンターにあれば受光量は最小となるが、その周辺領域は反射率が高いので、投射レンズが「スライド制限領域」から離れるにつれて受光量が増大していく。したがって、適当な閾値を設定し、受光量が当該閾値よりも大きいか小さいかをモニタリングすることで、投射レンズが「スライド制限領域」内にあるか否かを特定できる。

なお、ミラー１５に代えて、適当な反射材を採用することができ、例えば、反射フィルムや金属蒸着面等を利用することが考えられる。すなわち、「スライド制限領域」を特定する部分とその周辺領域とにおいて、反射率を異ならせて、それに起因した反射光量の変化を利用できるものであれば、どのような構成であってもよい。
また、反射型フォトインタラプタ２５に限らず、光を発射してその反射光量を検出できる光検出素子であれば、任意のものを使用することが可能である。

具体的な制御方法の一例を図３および図４を参照して説明する。図３は、制御系統のブロック図であり、図４は、制御手順を示すフローチャートである。

≪ブロック図≫
ＣＰＵ４１は、不図示のメモリ部に記憶された制御プログラムに従って、各部に命令を出す。上下移動用シフトスイッチ４２および左右移動用シフトスイッチ４３は、プロジェクタ本体表面に設けられていて、ユーザは、これを操作することで、投射レンズをスライドさせることができる。ＣＰＵ４１は、各シフトスイッチ４２、４３からの信号を受けて、上下移動用および左右移動用のアクチュエータ４４、４５に駆動信号を送る。
この例では、上下移動用アクチュエータ４４は、第２移動板３０を駆動するモータであり、左右移動用アクチュエータ４５は、第１移動板２０を駆動するモータである。ただし、アクチュエータとして、モータ以外にも適宜の手段を採用することが可能である。
ＣＰＵ４１は、反射型フォトインタラプタ２５およびミラー１５で構成される検出センサからの信号に基づいて、投射レンズが「スライド制限領域」内にあるか否かを判断する。
投射レンズが「スライド制限領域」から外れたことを検知すると、フローチャートを参照して次に説明するように、駆動モータを停止させるとともに、所定の警告を行う。

≪フローチャート≫
最初は、投射レンズが後述する基準位置（図５（ａ））にあるため、ユーザはシフトスイッチ（図３参照）を操作することで、投射レンズを上下左右にスライドさせることができる（♯１０→♯１１）。反射型フォトインタラプタ２５からの出力信号に基づいて、投射レンズが「スライド制限領域」から外れたことが検知されると、ＣＰＵは、モータを一旦停止させて、警告を行う（♯１０→♯１２→♯１３）。この警告は、例えば、プロジェクタ装置本体の表面に配置したＬＥＤ等の警告表示部４６（図３参照）を点灯させたり、スクリーン上に所定の警告映像を投影すること等で行う。

警告の後、ユーザは、シフトスイッチを操作して投射レンズをそれまでとは反対側の方向にスライドさせることで、投射レンズを「スライド制限領域」内に戻すことができる。ＣＰＵは、反射型フォトインタラプタ２５からの出力に基づいて、投射レンズが「スライド制限領域」内に戻ったか否かを判定する。
具体的には、警告後、ユーザがシフトスイッチの操作を開始してから所定時間経過（例えば、３秒）した時に投射レンズが「スライド制限領域」内にあるか否かを判定し（♯１５）、投射レンズが「スライド制限領域」内になければ、ユーザが不適切な方向に投射レンズをスライドさせようとしていると考えられるので、モータを停止させる（♯１７）。
一方、上記所定時間が経過した時に、投射レンズが「スライド制限領域」内にあれば、そのままユーザによるシフト操作の続行を許容する（♯１５→♯１６）。

このような方法で投射レンズを「スライド制限領域」内に維持することとすれば、物理的なメカ当たりによって強制的に投射レンズを停止させる場合に比べて、モータの焼付きやギアの噛込みに起因した動作不良が生じるのを防止できる。

≪「スライド制限領域」の決め方≫
次に、「スライド制限領域」の決め方を説明する。上述したように、投影用画像表示パネル上の像が欠損なくスクリーン上に投影されることを確保するためには、投射レンズの位置が所定の「スライド制限領域」内にあることが必要であって、その具体的な形状や面積は、画像表示パネルの大きさや、投射レンズの光学特性等を考慮して、製品毎に決められるものである。
一例として、イメージサークルに基づいて「スライド制限領域」を決定する場合を、図５を参照して説明する。なお、図５において画像表示パネルを表す矩形は、同パネルの有効表示領域に対応している。

イメージサークルとは、レンズが作る像の範囲であって、必要な品質条件（光量、鮮鋭度等）を満たす像が得られる円形状の範囲である。プロジェクタ装置において、画像表示パネルが存在する平面内にイメージサークルを想定し、このイメージサークル内に画像表示パネル（有効表示領域）の全体が常に収まるようにすることで、画像表示パネル上の像を欠損なくスクリーン上に投影することができる。
イメージサークルおよび画像表示パネルが図５に示したような寸法関係にある場合には、投射レンズは、その投射光軸Ａが斜線で示した八角形の領域内に収まるような範囲でのみ、スライド可能とすべきである。つまり、当該八角形の形状が投射レンズの「スライド制限領域」を特定していることとなる。

図５（ａ）は、イメージサークルの中心（すなわち、投射レンズの投射光軸Ａ）と、矩形の画像表示パネルの中心と、が一致している状態を示している。このレンズ位置を基準位置とする。基準位置では、画像表示パネルの有効表示領域の全体がイメージサークル内に収まっている。
図５（ｂ）は、レンズが基準位置から「スライド制限領域」内の最も左側にスライドした状態を示している。この状態においても、画像表示パネルの有効表示領域の全体がイメージサークル内に収まっている。
図５（ｃ）は、イメージサークルの中心が矩形の画像表示パネルの右上コーナ部に一致している状態を示している。ここでは、レンズの投射光軸Ａが「スライド制限領域」外に存在しているため、パネルの左下部がイメージサークルから食み出てしまう。従って、食出しをなくすためには、一点鎖線の円で示したように、イメージサークルの中心をＡからＡ’に移動させるべきである。
以上の説明から分かるように、投射光軸Ａが斜線で示した八角形の領域内にあれば、画像表示パネルの有効表示領域の全体が常にイメージサークル内に収まることとなる。

このように、投射レンズをスライドさせる場合に、その投射光軸が「スライド制限領域」内に収まることとなるように、レンズのスライド範囲を制限することで、画像表示パネル上の像全体を欠落することなくスクリーン上に投影できる。そして、具体的な「スライド制限領域」の形状は、画像表示パネルの大きさや投射レンズの光学特性等によって異なる。図示した１つの例においては、斜線で示した八角形形状が投射レンズの「スライド制限領域」を特定している。

≪変形例≫
図６は、変形例に係るスライド機構部の分解斜視図を示している。この例においては、図中Ｄ方向から見た正面視略矩形形状のマウント１０’に対して、図１のマウント１０の場合のような側方突出面１４を設けることなく、矩形形状の内方にミラー１５’を固定している。なお、このミラー１５’は、ブラケット１６を介して、マウント１０’の前面１０ａ’に固定している。
この変形例では、図７に示したように、組立後のスライド機構部を正面側から見た場合に（図６中Ｄ方向から見た場合に）、その外郭形状は突出部の無い矩形形状となる。つまり、スライド機構の大型化を招くことなく、検出センサを設けることができ、装置の小型化という点で有利である。

特に、図１および図２に示した第１実施形態や、図６に示したその変形例のように、投射レンズの「スライド制限領域」に沿って延在するマウントの前面１０ａ、１０ａ’にミラー１５、１５’を固定し、当該前面１０ａ、１０ａ’に沿って移動する第２移動板３０の裏面側に走査部である反射型フォトインタラプタ２５を固定すれば、投射レンズをスライドさせるための機構部の実質的な大型化を招くことなく、検出センサを設けることができ、装置の小型化という点で有利である。

なお、以上の例においては、プロジェクタ装置内に固定されるマウント１０、１０’に対して、被走査部材であるミラー１５、１５’を固定している。しかし、ミラー１５、１５’は、プロジェクタ装置内に不動に固定された画像表示パネルに対して不動であればよいので、必ずしもマウント１０、１０’上に固定する必要はなく、プロジェクタ装置内の適宜の位置に固定すればよい。ただ、ミラー１５、１５’をマウント１０、１０’上に固定すれば、装置の小型化を図る上で有利である。

さらには、走査部である反射型フォトインタラプタ２５をプロジェクタ装置に対して不動に固定して、被走査部材であるミラー１５、１５’が投射レンズ２５とともに移動するように構成してもよい。ミラー１５、１５’に代えて適宜の反射材を使用したり、反射型フォトインタラプタ２５に代えて適宜の光検出素子を使用する場合等においても同様である。

≪第２実施形態≫
図８に示した第２実施形態では、第１実施形態の反射型フォトインタラプタ２５およびミラー１５に代えて、銅板５５および導電性プランジャ６５を利用している。導電性プランジャ６５は、固定板６４を介して、第２移動板３０に連結されている。
マウント１０に固定された銅板５５は、第１実施形態のミラー１５と同様に「スライド制限領域」を特定する八角形の形状を有している。一方、導電性プランジャ６５は、その先端が球面状に構成されていて、銅板５５に対して点接触状態を保ったまま、第２移動板３０とともに（すなわち、投射レンズとともに）スライド移動する。
投射レンズが「スライド制限領域」内にある場合には、導電性プランジャ６５の先端と銅板６５とが接触状態にあるので両者間に電流が流れるが、投射レンズが「スライド制限領域」から外れると、両者が物理的に分離して電流が流れなくなる。このような導通・非導通に関する情報に基づいて、投射レンズが「スライド制限領域」内にあるか否かを特定し、第１実施形態の場合と同様の制御を行うことで、投射レンズを常に「スライド制限領域」内に収めることができる。

なお、図８に示した例では、「スライド制限領域」を特定する八角形の形状部分として銅板５５を採用しているが、それとは逆の構成であってもよい。すなわち、図８中の八角形に相当する開口を有する銅板を採用してもよい。
その場合には、投射レンズが「スライド制限領域」外にあるとき、導電性プランジャと銅板との間に電流が流れるが、投射が「スライド制限領域」内に入ると、電流が流れなくなる。したがって、このような導通・非導通に関する導通情報に基づいて、投射レンズが「スライド制限領域」内にあるか否かを特定できる。

なお、導電性プランジャ６５をプロジェクタ装置に対して不動とし、銅板６５が投射レンズとともに移動するような構成を採用してもよい。
また、第１実施形態の変形例の場合と同様に、正面視略矩形形状のマウント１０’に対して、図８のマウント１０のような側方突出面１４を設けることなく、矩形形状の内方に銅板６４を配置して、装置をより小型化にすることが可能である。

第２実施形態においては、銅板６４に代えて、導電性を有する適宜の板材を利用することが可能である。また、導電性プランジャ６５についても、これに代えて、導電性を有する適当な部材を採用することが可能である。

≪第３実施形態≫
図９に示した第３実施形態では、第１実施形態の反射型フォトインタラプタ２５およびミラー１５に代えて、開口を有する板体７５およびコンタクトプローブ８５を利用している。
マウント１０に固定された板体７５に設けた開口７６は、第１実施形態のミラー１５と同様に「スライド制限領域」を特定する八角形の形状を有している。一方、コンタクトプローブ８５は、第２移動板３０に固定された固定板８４から投射光軸方向に、板体７５の開口７６内まで延在している。
コンタクトプローブ８５は、投射レンズと一体的にスライドする。コンタクトプローブ８５が開口７６内で移動する場合、コンタクトプローブ８５に外力が作用することはない。しかし、コンタクトプローブ８５が開口７６を規定する板体の周縁７６ａに接触すると、コンタクトプローブ８５に外力が作用する。当該外力によって例えばコンタクトプローブ８５の付根部分（固定板８４との連結部分）に生じたひずみをロードセルで検出することにより、投射レンズが「制限領域」外に移動しつつあることを検出できるので、これを利用して第１実施形態の場合と同様の制御を行えば、投射レンズを常に「スライド制限領域」内に収めることができる。

なお、第３実施形態では、コンタクトプローブ８５をプロジェクタ装置に対して不動とし、開口を有する板体７５が投射レンズとともに移動するような構成を採用してもよい。

本発明の第１実施形態のレンズスライド機構を示す斜視図。 図１のレンズスライド機構の正面図。 図１のレンズスライド機構の動作を制御する制御系を説明する図。 図１のレンズスライド機構の動作例を説明するフローチャート。 本発明における「スライド制限領域」を説明する図。 第１実施形態の変形例のレンズスライド機構を示す分解斜視図。 図６のレンズスライド機構の正面図。 本発明の第２実施形態のレンズスライド機構を示す斜視図。 本発明の第３実施形態のレンズスライド機構を示す斜視図。

符号の説明

１０ マウント
１１ａ、１１ｂ ガイドバー
１４ 側方突出面
１５ ミラー
１６ ブラケット
２０ 第１移動板
２１ａ、２１ｂ ガイドバー
２４ 固定板
２５ 反射型フォトインタラプタ
３０ 第２移動板
４０ 投射レンズ鏡筒
４１ ＣＰＵ
４２ 上下移動用シフトスイッチ
４３ 左右移動用シフトスイッチ
４４ 上下移動用アクチュエータ
４５ 左右移動用アクチュエータ
４６ 警告表示部
５５ 銅板
６４ 固定板
６５ 導電性プランジャ
７５ 板体
７６ 開口
７６ａ 開口の周縁
８４ 固定板
８５ コンタクトプローブ

Claims (4)

1. プロジェクタ本体に対して相対スライド可能に保持される投射レンズと、
   投射レンズが予め定めたスライド制限領域内にあるか否かを示す信号を発する検出センサと、を備えたレンズスライド機構であって、
   検出センサは、上記スライド制限領域と同じ形状および面積を有するとともに周囲とは反射率の異なる板状の被走査部材と、当該被走査部材に向けて光を発するとともに被走査部材からの反射光量を検出する光検出素子を備えた走査部と、から構成され、
   被走査部材および走査部のいずれか一方がプロジェクタ本体に対して不動に固定され、他方が投射レンズと一体に移動し、
   当該移動に伴って走査部が被走査部材に沿って移動し、前記反射光量に基づいて、走査部がスライド制限領域内にあるか否かを示す信号を検出センサが発することを特徴とする、レンズスライド機構。
2. プロジェクタ本体に対して相対スライド可能に保持される投射レンズと、
   投射レンズが予め定めたスライド制限領域内にあるか否かを示す信号を発する検出センサと、を備えたレンズスライド機構であって、
   検出センサは、上記スライド制限領域と同じ形状および面積を有する導電材、または同じ形状および面積の開口を有する導電材で構成される被走査部材と、先端が当該被走査部材に点接触する導電材で構成される走査部と、から構成され、
   被走査部材および走査部のいずれか一方がプロジェクタ本体に対して不動に固定され、他方が投射レンズと一体に移動し、
   当該移動に伴って走査部が被走査部材に沿って移動し、走査部と被走査部材との間における導通・非導通に基づいて、走査部がスライド制限領域内にあるか否かを示す信号を検出センサが発することを特徴とする、レンズスライド機構。
3. 上記投射レンズは、プロジェクタ本体内に不動に固定されたマウントに対して、相対スライド可能に保持されていて、
   上記走査部または被走査部材は、当該マウントに固定されていることを特徴とする、請求項１または２記載のレンズスライド機構。
4. 上記マウントは、投射レンズのスライド制限領域に沿って延在する前面を有し、当該前面に上記走査部または被走査部材が固定されており、
   投射レンズは、マウントの上記前面に沿って移動可能な板部材に固定されていて、マウントの上記前面に対向する当該板部材の裏面に、上記被走査部材または走査部が固定されていることを特徴とする、請求項３記載のレンズスライド機構。

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