JP5405331B2

JP5405331B2 - 投写用レンズ鏡筒及びその組立方法

Info

Publication number: JP5405331B2
Application number: JP2010006880A
Authority: JP
Inventors: 泰斗黒田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2030-01-15
Also published as: JP2011145522A

Description

本発明は、投写レンズから出射された画像光を曲面ミラーで反射させてスクリーンに投写する反射型プロジェクタに用いられる投写用レンズ鏡筒及び投写用レンズ鏡筒の組立方法に関する。

近年、反射型プロジェクタは、下記特許文献１に示されるように、会議やプレゼンテーション、研修等が行われる場所の壁又は壁に垂直に設置されたスクリーンのほぼ真下中央の手前側に近接して置かれ、投写レンズから前方に出射された画像光を曲面ミラーでプロジェクタの後方且つ上方に反射させてスクリーンに投写する近距離投写タイプが主流となっている。このタイプは曲面ミラーによる上方への反射角度が大きく、画像光がスクリーンに対して斜めに投写されるので、投写レンズから投写される画像が矩形であってもスクリーン上では台形となってしまう。この台形歪みを補正する方法として曲面ミラーの反射面を真中から左右に分けて左右対称な自由曲面に形成する方法が複数提案されている。

下記特許文献２には反射ミラーを自由曲面にして台形補正を行なった投写光学系が記載されているが、曲面ミラーからスクリーンまでの距離がかなり近い場合は、自由曲面の形状が複雑となり成形時間や成形精度など曲面ミラーの負担が大きくなってしまう。そこで曲面ミラーの負荷を軽減するために、曲面ミラーと投写レンズの間に自由曲面レンズを配置して曲面ミラーに負担させる補正量の一部を自由曲面レンズにも負担させた映像投写装置が下記特許文献３に記載されている。

反射型プロジェクタの自由曲面ミラーは、入射光軸と反射光軸とを含む平面によって反射面が左右に二分され、左右の反射面が面対称に形成される。自由曲面レンズの光学面も自由曲面ミラー同様に左右が面対称となるように形成され位置決めされる。図６に示す自由曲面レンズ１０は、レンズ表裏に形成された光学面１１が、垂直軸（Ｙ軸）１２と光軸１６（Ｚ軸）とを含む面（対称面）で二分され左右対称形に形成される。この自由曲面レンズ１０は、位置決め穴１４，１５が光学面１１の両横で水平軸（Ｘ軸）１３上に設けられ、鏡筒部材に取り付けられたときにレンズの中心位置（光軸位置）と回転方向位置（垂直軸位置）とが位置決めされて鏡筒部材に対して前記対称面が鉛直方向になるように支持される。

特開２００４−２５２２８２号公報特開２００１−２６４６２７号公報特開２００８−１３４３５０号公報

前述のように左右対称な自由曲面レンズは、中心位置合わせの他に対称面の位置合わせをしなければならないが、レンズの外形を円形にして中心位置を合わせるだけでは対称面の位置がずれてしまう。図６に示すような位置決め穴付きのレンズは、中心位置合わせが円形外形による位置合わせに比べて難しく、また成形時に位置決め穴による樹脂流れの乱れが光学面に影響して高精度の確保が困難となる。

本発明は上記の問題点に鑑み、簡単な構造でありながら、面対称な光学面を有する自由曲面レンズの中心位置と回転方向位置とを高精度に位置決めした投写用レンズ鏡筒を提供するものである。

本発明による投射用レンズ鏡筒は、投写レンズより出射された画像光が自由曲面ミラーで反射されてスクリーンに投写される反射型プロジェクタに用いられ、円形状の外周の一部に形成された位置決め平面と、表裏一対の光学面の少なくとも一方に形成され、前記位置決め平面と直交するとともに光軸を含んだ対称面によって二分割されると左右対称となる自由曲面とを有する自由曲面レンズと、前記投写レンズを構成する複数の光学レンズが装填されるとともに最も出射側に配置された前記自由曲面レンズを光軸回りに回転自在に収容するレンズ収容部と前記位置決め平面を露出させるとともに、先端に前記位置決め平面を押圧する押圧平面が形成された位置決め工具の差し込み時に前記位置決め工具の移動方向を鉛直方向に制限し、前記押圧平面による前記位置決め平面の押圧により前記対称面が鉛直方向と一致するまで前記自由曲面レンズを光軸回りに回転させる位置決め用開口とが設けられた鏡筒部材と、を備えたことを特徴とする。前記自由曲面レンズは、前記位置決め平面に凹部が形成され、前記凹部に成形時に樹脂が注入されるゲート部が設けられるようにすると良い。

前記投写用レンズ鏡筒の組立方法は、前記自由曲面レンズの外周側面の一部に前記対称面と直交するように形成された位置決め平面が前記鏡筒部材に形成された位置決め用開口から露出するように前記自由曲面レンズを前記レンズ収容部に装填する第１工程と、前記自由曲面レンズの光軸回りの回転を妨げないように前記鏡筒部材に抑え環を仮固定する第２工程と、先端に押圧平面が形成された位置決め工具を前記位置決め用開口に挿入し、前記押圧平面で前記位置決め平面を押圧して前記自由曲面レンズを光軸回りに回し、前記対称面が鉛直方向となる位置まで前記自由曲面レンズを回転させる第３工程と、前記抑え環を強く締め付けて前記自由曲面レンズを強固に固定する第４工程と、を順次に行うことを特徴とする。

前記第３工程と前記第４工程の間に、前記位置決め用開口より露呈する前記位置決め平面の位置を測定して、前記自由曲面レンズの前記対称面が鉛直方向に位置決めされたことを確認する作業を行うことが好ましい。

本発明によれば、成形精度に悪影響を及ぼす孔を設けることなく、簡単な方法で左右対称な光学面を有する自由曲面レンズの中心位置と回転方向位置とを高精度に位置決めすることができる。

プロジェクタの構成を示す模式図である。本発明による投写用レンズ鏡筒の断面図である。自由曲面レンズの正面図である。投写用レンズ鏡筒の斜視外観図である。自由曲面レンズの位置決めについての説明図である。従来の自由曲面レンズの斜視外観図である。

図１に示すように、プロジェクタ２０は、上ケース２１と下ケース２２からなる略直方体をした筐体２３に、画像光を出射する投写レンズ３０を備えた投写用レンズ鏡筒２４と、投写用レンズ鏡筒２４が装着される投映装置本体２５と、投写レンズ３０から出射された前記画像光をスクリーン２６に向けて反射させる自由曲面ミラー２８とを備える。自由曲面ミラー２８の反射面は光軸を含む鉛直面を対称面として二分され左右が面対称となるように形成され、反射光の中心光線は前記対称面上を進む。図示はしないが、投写用レンズ鏡筒２４を動かしてスクリーン２６に投映された画像のピントを調整するピント調整用ダイヤルや電源スイッチなどが操作可能に設けられている。

図２に示すように、結像用のレンズ３１，３２と自由曲面レンズ３３からなる投写レンズ３０は間隔環３４，３５とともに鏡筒部材５０に組み込まれて投写用レンズ鏡筒２４を構成する。鏡筒部材５０の最も入射側に結像用のレンズ３１が挿入され、続いて間隔環３４，結像用のレンズ３２，間隔環３５，自由曲面レンズ３３が順に挿入されて抑え環３６によって固定される。抑え環３６は外周の側面に雄ネジ３９を有し、雄ネジ３９が鏡筒部材５０に形成された雌ネジ５９と螺合して抑え環３６が鏡筒部材５０に固定される。自由曲面レンズ３３は、鏡筒部材５０のレンズ収容部４９に光軸４２回りに回転自在に収容される。

図３に示すように、自由曲面レンズ３３は、円筒形に形成された外周側面の一部に位置決め平面（以下、Ｄカット面という）４４が形成されるとともにＤカット面４４と直交する光軸を含む対称面４１で二分割されて左右対称の自由曲面が形成された表裏一対の光学面３７（図２参照），３８を有する。Ｄカット面４４には凹部４５が形成され、凹部４５にはレンズの成形時に樹脂が注入されるゲート部４６が設けられる。なお、光学面３７，３８の一方のみが自由曲面であっても良い。また、凹部４５及びゲート部４６をＤカット面４４に設けずに他の場所に設けても良い。

図４に示すように、鏡筒部材５０は、自由曲面レンズ３３がレンズ収容部４９内で設計位置にあるとき、すなわち対称面４１が鉛直方向に位置決めされた時のＤカット面４４と対向する位置に位置決め工具６０が挿入される位置決め用開口５１が形成され（図２参照）、出射側には取り付け用のフランジ部５２が設けられる。フランジ部５２には等間隔に配置された３個の取付孔５３と水平軸（Ｘ軸）５６の左右に位置決め孔５４，５５が形成される。フランジ部５２は、自由曲面ミラー２８で反射された画像光がケラレないように、上側がＤカットされている。水平軸５６及び水平軸５６と直交する垂直軸（Ｙ軸）５７のいずれも光軸（Ｚ軸）４２と直交する。

次に、前記投写用レンズ鏡筒２４の組立方法について説明する。図２に示すように自由曲面レンズ３３は他の光学レンズに比べて最も出射側に収容される。図５に示すように、自由曲面レンズ３３は、Ｄカット面４４が位置決め用開口５１に対向するように収容され、光軸回りの回転が妨げられないように、且つガタつかない程度に抑え環３６によって抑えられる。位置決め工具６０は外径が一定で先端に水平な押圧平面６１を備えた円柱状の部材で構成されている。この位置決め工具６０を位置決め用開口５１に挿入してゆくと、その外周面が位置決め用開口５１の内周面と緊密に摺接しながら鉛直方向に移動する。

位置決め用開口５１に位置決め工具６０の先端部分が差し込まれ押圧平面６１がＤカット面４４を押圧する。押圧平面６１は鏡筒部材５０の垂直軸５７に対する直交を保ちながらＤカット面４４を押圧するが、このとき、Ｄカット面４４が水平でなく斜めになっていると押圧平面６１の円周部がＤカット面４４の中心位置からずれた位置を押圧して自由曲面レンズ３３を光軸回りに回転させる。自由曲面レンズ３３が回ってＤカット面４４が水平になると押圧平面６１の円周部が垂直軸５７を挟んだ２ヶ所でＤカット面４４と当接するので自由曲面レンズ３３の回転が停止する。

自由曲面レンズ３３の光学面３８を二分する対称面４１はＤカット面４４に対して垂直であるから、対称面４１が鏡筒部材５０の垂直軸５７と同じ向きになる。これによって対称形の自由曲面が形成された光学面３７，３８は鉛直方向に位置決めされる。Ｄカット面４４の位置決めが済んだら抑え環３６を強く締め付け、自由曲面レンズ３３を固定した後に位置決め工具６０を取り除く。位置決め用開口５１からＤカット面４４の位置精度（水平精度）を測定して、自由曲面レンズ３３の対称面４１が鏡筒部材５０の垂直軸５７に一致していることを確認する。一致していなければ、抑え環３６を少し緩め、再度、位置決め工具６０でＤカット面４４を押圧して自由曲面レンズ３３の位置調節を行う。自由曲面レンズ３３の位置が決定したら抑え環３６を強く締め付け、接着材等により強固に固定しても良い。

なお、図５において、位置決め用開口５１の中心線は垂直軸５７と一致していることが望ましいが、位置決め用開口５１の中心線と垂直軸５７とが平行であれば位置決め用開口５１を水平方向にずらしても良い。ただし、位置決め用開口５１から垂直軸５７を外してはならず、位置決め工具６０を挿入したときに、その押圧平面６１が凹部４５を跨ぐ少なくとも２ヶ所でＤカット面４４を押圧できるようにしておけば良い。

このように自由曲面レンズ３３のＤカット面４４を押圧して自由曲面の対称面４１を鉛直方向に位置決めすれば、ミラー対称軸との関係を絡めながら台形歪みがない投写画像が得られる。また、Ｄカット面４４に反射率の高い膜をコートしたり反射率の高い部材を貼り付けて、オートコリメータでＤカット面４４の水平度を確認しながら調整を行っても良い。

２０プロジェクタ
２１上ケース
２２下ケース
２３筐体
２４投写用レンズ鏡筒
２５投映装置本体
２６スクリーン
２８自由曲面ミラー
３０投写レンズ
３１，３２結像用のレンズ（光学レンズ）
３３自由曲面レンズ（光学レンズ）
３４，３５間隔環
３６抑え環
３７，３８光学面
３９雄ネジ
４１対称面
４２光軸（Ｚ軸）
４４Ｄカット面（位置決め平面）
４５凹部
４６ゲート部
４９レンズ収容部
５０鏡筒部材
５１位置決め用開口
５２フランジ部
５３取付孔
５４，５５位置決め孔
５６水平軸（Ｘ軸）
５７垂直軸（Ｙ軸）
５９雌ネジ
６０位置決め工具
６１押圧平面

Claims

投写レンズより出射された画像光が自由曲面ミラーで反射されてスクリーンに投写される反射型プロジェクタに用いられ、
円形状の外周の一部に形成された位置決め平面と、表裏一対の光学面の少なくとも一方に形成され、前記位置決め平面と直交するとともに光軸を含む対称面によって二分される左右対称な自由曲面とを有する自由曲面レンズと、
前記投写レンズを構成する複数の光学レンズが装填されるとともに最も出射側に配置された前記自由曲面レンズを光軸回りに回転自在に収容するレンズ収容部と、前記位置決め平面を露出させるとともに、先端に前記位置決め平面を押圧する押圧平面が形成された位置決め工具の差し込み時に前記位置決め工具の移動方向を鉛直方向に制限し、前記押圧平面による前記位置決め平面の押圧により前記対称面が鉛直方向と一致するまで前記自由曲面レンズを光軸回りに回転させる位置決め用開口と、が設けられた鏡筒部材と、
を備えたことを特徴とする投射用レンズ鏡筒。
前記自由曲面レンズは、前記位置決め平面に凹部が形成され、前記凹部に成形時に樹脂が注入されるゲート部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の投写用レンズ鏡筒。
投写レンズより出射された画像光が自由曲面ミラーで反射されてスクリーンに投写される反射型プロジェクタに用いられ、前記投写レンズを構成する複数の光学レンズの中で最も出射側に配置されるとともに表裏一対の光学面の少なくとも一方に光軸を含む鉛直面を対称面として左右対称な自由曲面が形成された自由曲面レンズが鏡筒部材のレンズ収容部に光軸回りに回転自在に収容される投写用レンズ鏡筒の組立方法において、
前記自由曲面レンズの外周側面の一部に前記対称面と直交するように形成された位置決め平面が前記鏡筒部材に形成された位置決め用開口から露出するように前記自由曲面レンズを前記レンズ収容部に装填する第１工程と、
前記自由曲面レンズの光軸回りの回転を妨げないように前記鏡筒部材に抑え環を仮固定する第２工程と、
先端に押圧平面が形成された位置決め工具を前記位置決め用開口に挿入し、前記押圧平面で前記位置決め平面を押圧して前記自由曲面レンズを光軸回りに回し、前記対称面が鉛直方向となる位置まで前記自由曲面レンズを回転させる第３工程と、
前記抑え環を強く締め付けて前記自由曲面レンズを強固に固定する第４工程と、
を順次に行うことを特徴とする投写用レンズ鏡筒の組立方法。
前記第３工程と前記第４工程の間に、前記位置決め用開口より露呈する前記位置決め平面の位置を測定して、前記自由曲面レンズの前記対称面が鉛直方向に位置決めされたことを確認する作業を行うことを特徴とする請求項３記載の投写用レンズ鏡筒の組立方法。