JP4666900B2

JP4666900B2 - 投射レンズ鏡筒および投射型画像表示装置

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Publication number: JP4666900B2
Application number: JP2003363200A
Authority: JP
Inventors: 尚澤畑
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2003-10-23
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2023-10-23
Also published as: JP2005128217A

Description

本発明は、投射レンズ鏡筒およびこれを用いたプロジェクタなどの投射型表示装置に関するものである。

従来、液晶パネルやＤＭＤ等の各種変調デバイスにより形成された画像を投射レンズによりスクリーンに拡大投射する投射型表示装置において、投射画像の画質の向上のために照明光学系や投射光学系内に絞りを配置し、直接画像形成に寄与しない光線を除去することが知られている。たとえば、特許文献１では、光源近くに配置された絞りに反射部材を設けることで直接画像形成に寄与しない光線をランプ側に反射する構成としている。ここで、絞りが光源近くに配置される場合には投射型表示装置に用いられる光源の輝度が非常に高い為に絞り部の温度が著しく高くなる。
特開平７−１９９１８３号公報

最近のプロジェクタは光源の改善及び、液晶パネルやＤＭＤ等の各種変調デバイスの改善などにより投影画像の照度が従来よりも上昇している。

その結果、投射レンズ鏡筒内で直接画像形成に寄与しない光線を除去する際に、従来よりも輝度の高い光をレンズ鏡筒部で受けることになり、レンズ鏡筒部の温度が従来よりも高くなってしまう。そして、レンズ鏡筒が従来よりも高温となってしまうことにより、投射レンズ鏡筒の少なくとも一部が変形等の状態変化を起こし投射レンズの光学的性能が劣化してしまうことが懸念されている。

本発明は鏡筒内部の部材の変形を有効に防止することができ、光学性能の劣化を有効に防止することのできる投射レンズ鏡筒および投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の投射レンズ鏡筒は、画像表示素子に形成される画像を投射する投射レンズ鏡筒であって、ズーミングに際して移動する絞り部材を有しており、該絞り部材は光入射側にリング形状の反射領域を備えており、前記絞り部材の反射領域は、リング形状の内周から前記画像表示素子の画像形成面までの光軸方向の距離に比べてリング形状の外周から前記画像表示素子の画像形成面までの光軸方向の距離が長いテーパー面に形成されており、該テーパー面は、前記反射領域における反射光が投射レンズ鏡筒の内周面に直接入射するように傾斜していることを特徴としている。

また、本発明の投射レンズ鏡筒は、プロジェクタなどの投射型画像表示装置に用いることができる。

本発明によれば、鏡筒内部の部材の熱による変形を有効に防止することのできる投射レンズ鏡筒および投射型画像表示装置を提供することができる。

本発明の実施例および参考例について、図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
図１は本発明の実施例１である投射レンズ鏡筒を有する投射型画像表示装置（プロジェクタ）の構成を説明するための図である。

図１に示すように、光源１０１からの光は、放物面などのリフレクタ１０２により透過タイプの変調デバイスの方向に反射され、ほぼ平行な光（見かけ上無限遠方からの光源１０１から発せられた光）が第１フライアイレンズ１０３に導かれる。導かれた光は、第１フライアイレンズ１０３の作用により複数の光束に分割され、分割された光束は第２フライアイレンズ１０４に導かれる。第２フライアイレンズからの各光束は、偏光変換素子１０５にてランダムな振動成分をもつ自然光（無偏光光）から振動面を揃える（偏光方向を揃える）ように偏光振動面が変換されてコンデンサーレンズ１０６に導かれる。偏光光は、ダイクロイックミラー１０７ａ、１０７ｂにて色分解され、さらにフィールドレンズ１０８Ｒ、１０８Ｇ及び１０８Ｂを通して画像表示素子である透過タイプの変調デバイス（液晶パネル）１０９Ｒ、１０９Ｇ及び１０９Ｂを照明している。変調デバイスからの画像光は、色合成プリズム１１０により合成され、合成された画像光は投射レンズ（投射レンズ鏡筒）１１１によって、図示を省略したスクリーンに拡大投影される。ここで、投射レンズ１１１の鏡筒内には、直接画像形成に寄与しない光線の除去する構成を有している。

また、反射タイプの変調デバイス（反射型液晶パネル）を用いた投射型表示装置（図示せず）でも、上記と同様の投射レンズ１１１を用いて、反射タイプの変調デバイスにより形成された画像光を図示を省略したスクリーンに拡大投影する構成となっている。

次に、上述の投射レンズ鏡筒の構成について図面を用いて説明する。

図２は本発明の実施例１の投射レンズ鏡筒を示す分解斜視図である。

図２において、２０１は第１レンズ群を保持した１群鏡筒、２０２は第２レンズ群を保持した２群鏡筒、２０３は第３レンズ群を保持した３群鏡筒、２０４は第４レンズ群を保持した４群鏡筒、２０５は第５レンズ群を保持した５群鏡筒、２０６は第６レンズ群を保持した６群鏡筒、２０７は固定筒、２０８はカム環、２０９は移動絞り、２１０はヘリコイド筒である。

第１レンズ群はフォーカス系レンズ群であり、１群鏡筒２０１の外周には、ヘリコイドネジが設けられ、ヘリコイド筒２１０の内径に設けたヘリコイドネジと螺合されており、手動または電動により１群鏡筒２０１が光軸周りに回動されると光軸方向へ移動しフォーカシングを行う。なお、ヘリコイド筒２１０は固定筒７に位置決めされた状態でビス等（図示せず）により固定されている。

６群鏡筒２０６はリレー系レンズ群を保持しており、固定筒２０７にスラスト方向からビス（図示せず）により固定されている。

２群鏡筒２０２、３群鏡筒２０３、４群鏡筒２０４、５群鏡筒２０５はそれぞれズーム系のレンズ群を保持する鏡筒であり、カム環２０８の回転により各鏡筒は、カム環２０８のカム溝および固定筒２０７の直線溝の作用により、光軸方向へそれぞれ所定の量だけ移動しズーミングを行う。

移動絞り２０９は投射画像に不要な光線（フレア及びゴーストの原因となる光線）を除去し、投影画像の画質向上についての働きを有し、その効果を好適とする為にズーミングに応じて光軸方向の所定位置に移動する。

本実施例では光学的条件により、移動絞り２０９を３群鏡筒２０３と４群鏡筒２０４の間に配置し、ズーム位置に応じて移動する構成となっている。

上記の移動絞り２０９を図３の斜視図を用いて説明する。

本実施例では、図３に示すように、移動絞り２０９の光入射面（投射画像に不要な光線を受ける投射レンズ鏡筒内の投影光が入射する側を向く面（図１の画像表示素子である変調デバイス側の面））には、反射領域であるリング形状のアルミシート３１１がたとえば接着剤により貼り付けられることにより設けられている。移動絞り２０９本体はモールド部材で形成されており、上記のアルミシート３１１が、移動絞り２０９の面で受ける光線を反射することにより、上記の光線を受ける（吸収する）ことで起こる移動絞り２０９の局部的で極端な温度上昇による変形等の発生を有効に防止している。

なお、移動絞り２０９に形成する反射領域としては、上記のアルミシート３１１およびアルミ膜、アルミ板あるいは金属シート、金属膜、金属板を用いることができ、これらの部材が反射率３０％以上であることが望ましい。また、反射領域として、移動絞り２０９の表面を鏡面処理を施すことにより反射率３０％以上の反射面を形成する構成としてもよい。反射領域は、リング形状の内周から画像表示素子の画像形成面までの光軸方向の距離に比べてリング形状の外周から画像表示素子の画像形成面までの光軸方向の距離が長いテーパー面（傾斜面）に形成されている。

このように移動絞り２０９の光入射側の面に、反射領域を形成することにより、この反射領域で、画像表示に不要な光を投射レンズ鏡筒本体の内周面側に反射することにより、移動絞り２０９の熱（不要な光を受けることにより発生する熱）による部材の変形の発生を有効に防止することができる。また、反射領域はテーパー面であるため、反射光を直接、レンズ面に入射させず、投射レンズ鏡筒本体の内周面（たとえばカム環６０８の内周面）に反射する。鏡筒本体の内面は一般に反射率１０％から２０％であるため（鏡筒本体は黒色のモールド部材や内面を黒塗りした金属部材である）、上記の反射光は鏡筒本体で吸収され、鏡筒本体全体で放熱される。

（参考例１）
次に本発明の投射レンズ鏡筒の参考例１を図面を用いて説明する。

図４は、本発明の参考例１に係る投射レンズ鏡筒の移動絞りを示す斜視図である。なお、参考例１では移動絞り以外の構成は図２の構成と同一の構成の投射レンズ鏡筒である。

図４に示すように、参考例１の移動絞り２０９の光入射側の面には、吸熱作用および熱伝導作用を有する遮熱領域（遮熱部材）である黒塗りの金属板４１２が固定されることにより設けられている。なお移動絞り２０９本体は、モールド部材で形成されている。

上記の遮熱領域を形成する吸熱作用および熱伝導作用を有する遮熱材料としては、金属の他に、樹脂材に熱伝導性充填材を混ぜ、さらに熱伝導性充填材を無機フィラーでバインドした吸熱作用および熱伝導作用を有する樹脂を用いることができる。

参考例１では図４のように、移動絞り２０９の光入射側の面（フレア及びゴーストの原因となる光線を受ける投射レンズ鏡筒内の投影光が入射する側を向く面）に、黒塗りの金属板４１２を貼り付けている。これにより、上記の光線を受けることで起こる移動絞り２０９の局部的で極端な温度上昇に対して、黒塗りの金属板４１２が吸収した熱をフレア及びゴーストの原因となる光線を受ける範囲より広い範囲に分散させることにより移動絞り（モールド部材）２０９の変形の発生を有効に防止することができる。

（参考例２）
次に本発明の投射レンズ鏡筒の参考例２を図面を用いて説明する。

図５は、本発明の参考例２に係る投射レンズ鏡筒の移動絞りを示す斜視図である。なお、参考例２では移動絞り以外は図２と同一の構成の投射レンズ鏡筒である。

図５は、耐熱性素材としてポリブチレンテレフタレートを用いて移動絞り５１３全体を形成した例を示す。

従来はポリカーボネート樹脂をレンズ鏡筒や移動絞り本体に用いるのが一般的である。ここで、ポリカーボネート樹脂は１．８２０ＭＰａ荷重の際の熱変形温度は１５０℃前後というものが一般的である。そこで参考例２では、移動絞り５１３を１．８２０ＭＰａ荷重の際の熱変形温度が２００℃以上のポリブチレンテレフタレートを用いて形成した。このポリブチレンテレフタレートにより形成された移動絞り５１３は、フレア及びゴーストの原因となる光線を受けることで起こる移動絞り５１３の局部的で極端な温度上昇に耐えることが可能であり、移動絞り５１３は変形等の状態変化の発生が有効に防止される。

（参考例３）
次に本発明の投射レンズ鏡筒の参考例３を図面を用いて説明する。

図６は、本発明の参考例３に係る投射レンズ鏡筒を示す斜視図である。

図６において、６０１は第１レンズ群を保持した１群鏡筒、６０２は第２レンズ群を保持した２群鏡筒、６０３は第３レンズ群を保持した３群鏡筒、６０４は第４レンズ群を保持した４群鏡筒、６０５は第５レンズ群を保持した５群鏡筒、６０６は第６レンズ群を保持した６群鏡筒、６０７は固定筒、６０８はカム環移、６１０はヘリコイド筒である。

第１レンズ群はフォーカス系レンズ群であり、１群鏡筒６０１の外周には、ヘリコイドネジが設けられ、ヘリコイド筒６１０の内径に設けたヘリコイドネジと螺合されており、手動または電動により１群鏡筒６０１が光軸周りに回動されると光軸方向へ移動しフォーカシングを行う。なお、ヘリコイド筒６１０は固定筒６０７に位置決めされた状態でビス等（図示せず）により固定されている。

６群鏡筒６０６はリレー系レンズ群を保持しており、固定筒６０７にスラスト方向からビス（図示せず）により固定されている。

２群鏡筒６０２、３群鏡筒６０３、４群鏡筒６０４、５群鏡筒６０５はそれぞれズーム系のレンズ群を保持する鏡筒であり、カム環６０８の回転により各鏡筒は、カム環６０８のカム溝および固定筒６０７の直線溝の作用により、光軸方向へそれぞれ所定の量だけ移動しズーミングを行う。

フレア及びゴーストの原因となる光線は各レンズ鏡筒６０１，６０２，６０３，６０４，６０５及び６６０のいずれか単独、もしくは複数のレンズ鏡筒にて除去し、投影画像の画質向上を図っている。参考例３では光学的条件により、３群鏡筒６０３にて最も多いフレア及びゴーストの原因となる光線を除去する構成となっている。ここで、各レンズ群鏡筒はモールドにより形成されている。

上記の３群鏡筒６０３を図７の斜視図を用いて説明する。

参考例３では、図７に示すように、３群鏡筒６０３の最もフレア及びゴーストの原因となる光線を受ける投射レンズ鏡筒内の投影光が入射する側を向く面（図１に示した画像表示素子である変調デバイス側の面）に、反射領域であるリング形状のアルミシート７１１が貼り付けられることにより設けられている。３群鏡筒６０３本体はモールド部材で形成されており、上記のアルミシート７１１が、３群鏡筒６０３の受けるフレア及びゴーストの原因となる光線を反射することにより、上記の光線を受けることで起こる３群鏡筒６０３の局部的で極端な温度上昇による変形等の状態変化を回避している。

なお、３群鏡筒６０３に形成する反射領域としては、上記のアルミシート７１１およびアルミ膜、アルミ板あるいは金属シート、金属膜、金属板を用いることができ、これらの部材が反射率３０％以上であることが望ましい。また、反射領域として、３群鏡筒６０３の表面を鏡面処理を施すことにより反射率３０％以上の反射面を形成する構成としてもよい。また、反射領域は、レンズの光軸に直交する平面としてもよく、あるいは、反射領域の、リング形状の内周から画像表示素子の画像形成面までの光軸方向の距離よりリング形状の外周から画像表示素子の画像形成面までの光軸方向の距離が長くなるテーパー面（傾斜面）としてもよい。

このように３群鏡筒６０３の光入射側の面（図１に示した変調デバイス側の面）に、反射領域を形成することにより、この反射領域で、画像表示に不要な光を投射レンズ鏡筒本体の内周面側に反射することにより、３群鏡筒６０３の熱（不要な光を受けることにより発生する熱）による部材の変形の発生を有効に防止することができる。また、反射領域は平面あるいは上記のテーパー面であるため、反射光を直接、レンズ面に入射させず、投射レンズ鏡筒本体の内周面側（たとえばカム環６０８の内周面）に反射する。鏡筒本体の内面は一般に反射率１０％から２０％であるため（鏡筒本体は黒色のモールド部材や内面を黒塗りした金属部材である）、上記の反射光は鏡筒本体で吸収され、鏡筒本体全体で放熱される。

（参考例４）
次に本発明の投射レンズ鏡筒の参考例４を図面を用いて説明する。

図８は、本発明の参考例４に係る投射レンズ鏡筒の３群鏡筒を示す斜視図である。なお、参考例４では３群鏡筒以外は図６と同一の構成の投射レンズ鏡筒である。

図８に示すように、参考例４の３群鏡筒６０３には、吸熱作用および熱伝導作用を有する遮熱領域（遮熱部材）である黒塗りの金属板８１２が固定されることにより設けられている。なお、３群鏡筒６０３本体は、モールド部材で形成されている。

参考例４では図８のように、３群鏡筒６０３の最もフレア及びゴーストの原因となる光線を受ける投射レンズ鏡筒内の投影光が入射する側を向く面（図１の画像表示素子である変調デバイス側の面）に、黒塗りの金属板８１２を貼り付ける。これにより、上記の光線を受けることで起こる３群鏡筒６０３の局部的で極端な温度上昇に対して、黒塗りの金属板８１２が吸収した熱をフレア及びゴーストの原因となる光線を受ける範囲より広い範囲に分散させることにより３群鏡筒６０３の変形等の発生を有効に防止することができる。

（参考例５）
次に本発明の投射レンズ鏡筒の参考例５を図面を用いて説明する。

図９は、本発明の参考例５に係る投射レンズ鏡筒の３群鏡筒を示す斜視図である。なお、参考例５では３群鏡筒以外は図６と同一の構成の投射レンズ鏡筒である。

図９は、耐熱性素材としてポリブチレンテレフタレートを用いて３群鏡筒９１４全体を形成した例を示す。

従来はポリカーボネート樹脂をレンズ鏡筒本体に用いるのが一般的であった。ここで、ポリカーボネート樹脂は１．８２０ＭＰａ荷重の際の熱変形温度は１５０℃前後というものが一般的である。そこで参考例５では、３群鏡筒９１４を１．８２０ＭＰａ荷重の際の熱変形温度が２００℃以上のポリブチレンテレフタレートを用いて形成した。このポリブチレンテレフタレートにより形成された３群鏡筒９１４は、フレア及びゴーストの原因となる光線を受けることで起こる３群鏡筒９１４の局部的で極端な温度上昇に耐えることが可能であり、３群鏡筒９１４は変形等の状態変化の発生が有効に防止される。

以上のように上記の実施例および参考例では、プロジェクタに用いられる投射レンズ鏡筒において、輝度が高くフレア及びゴーストの原因となる光線を、投射レンズ鏡筒内の絞り部やレンズ鏡筒部等で受ける際にも、絞り部やレンズ鏡筒部等の温度上昇に伴う変形等の状態変化の発生を有効に防止することができ、投射レンズの光学的性能の劣化を防止することが可能となる。

本発明の実施例１の投射レンズ鏡筒を有する投射型画像表示装置の構成を示す図。実施例１の投射レンズ鏡筒を示す分解斜視図。実施例１の移動絞りを示す斜視図。参考例１に係る投射レンズ鏡筒の移動絞りを示す斜視図。参考例２に係る投射レンズ鏡筒の移動絞りを示す斜視図。参考例３に係る投射レンズ鏡筒を示す分解斜視図。参考例３の３群鏡筒を示す斜視図。参考例４に係る投射レンズ鏡筒の３群鏡筒を示す斜視図。参考例５に係る投射レンズ鏡筒の３群鏡筒を示す斜視図。

１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂ変調デバイス（画像表示素子）
１１１投射レンズ鏡筒
２０９、５１３移動絞り
３１１、７１１アルミシート
４１２、８１２黒塗りの金属板
６０３、９１４３群鏡筒

Claims

画像表示素子に形成される画像を投射する投射レンズ鏡筒であって、ズーミングに際して移動する絞り部材を有しており、該絞り部材は光入射側にリング形状の反射領域を備えており、前記絞り部材の反射領域は、リング形状の内周から前記画像表示素子の画像形成面までの光軸方向の距離に比べてリング形状の外周から前記画像表示素子の画像形成面までの光軸方向の距離が長いテーパー面に形成されており、該テーパー面は、前記反射領域における反射光が投射レンズ鏡筒の内周面に直接入射するように傾斜していることを特徴とする投射レンズ鏡筒。
請求項１に記載の投射レンズ鏡筒を有する投射型画像表示装置。