JP5429910B2 - レンズシフト装置及びレンズシフト装置を備えた投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、投写レンズを移動させるためのレンズシフト装置及び該レンズシフト装置を備えた投写型表示装置に関する。

投写型表示装置は、映像信号に応じた映像を生成する光学ユニットと、該映像を拡大投影するための投写レンズとを備えている。

近年では、投写型表示装置には、光学ユニットで生成された投写映像が進む光軸（以下、映像光軸と称す）と交わる所定の方向に投写レンズを移動させるためのレンズシフト装置がさらに備えられている。投写レンズを移動させることによって、投写型表示装置を移動させることなくスクリーン上で投写映像を移動させることができ、また投写映像が台形形状になるのを軽減することができる。

投写レンズを移動させるときに映像光軸と投写レンズの中心軸との角度を一定に保つことによって、歪みを生じさせることなく映像がスクリーンに投写される。そのため、映像光軸と投写レンズの中心軸との角度の精度を保った状態で、投写レンズを円滑に移動させるためのレンズシフト装置が提案されている。

特開２００７−３３５９１号公報（以下、特許文献１と称す。）では、投写レンズの両側に配置された一対のガイドシャフトと、該ガイドシャフトに対応したスライダ部を有するプレートを備えたレンズシフト装置が開示されている。投写レンズはプレートに固定されており、該プレートがガイドシャフトに沿って移動する。投写レンズの両側に設けられるガイドシャフトを映像光軸に対して位置精度良く配設することによって、投写レンズの中心軸と映像光軸との位置精度が保たれ、歪みを生じさせることなく映像をスクリーンに投写することができる。

特開２００３−３１５９１６号公報（以下、特許文献２と称す。）では、特許文献１で開示されているレンズシフト装置のうち、ガイドシャフトを、コロを有する転がり支持機構に置き換えたレンズシフト装置が開示されている。スライダ部はコロを介して転がり支持機構に沿って移動するため、スライダ部と転がり支持機構との間における摺動摩擦を小さくすることができる。

特開２００８−８９７２９２号公報（以下、特許文献３と称す。）では、プレートと接触する基部をさらに設け、バネなどの弾性部材の伸張力を用いてプレートを基部に押圧するレンズシフト装置が開示されている。光学ユニットは基部に固定されており、基部とプレートとを押圧接触させることによって、投写レンズの中心軸と映像光軸との位置精度が保たれ、歪みを生じさせることなく映像をスクリーンに投写することができる。

しかしながら、特許文献１や特許文献２で開示されているレンズシフト装置では、重量の大きい投写レンズをプレートに固定した場合、ガイドシャフトや転がり支持機構が湾曲することがある。その結果、投写レンズの中心軸と映像光軸との位置精度や、スライダ部の摺動性が低下する。ガイドシャフトや転がり支持機構の剛性を高めるために、ガイドシャフトの径や転がり支持機構の寸法を大きくする必要があり、レンズシフト装置のサイズや重量が大きくなる課題があった。

また、ガイドシャフトや転がり支持機構とスライダ部との隙間が、投写レンズの中心軸と映像光軸との位置精度や、プレートの移動時における摺動摩擦に影響する。ガイドシャフトや転がり支持機構及びスライダ部の加工精度が要求され、コストアップとなっていた。

さらに、摺動性や加工精度の観点からガイドシャフトに金属が用いられた場合、投写型表示装置の使用により生じる熱によって、ガイドシャフトや転がり支持機構に熱膨張や熱収縮が生じやすい。そのため、ガイドシャフトや転がり支持機構とスライダ部との隙間が変化し、位置精度や摺動性が低下する問題があった。

特許文献３で開示されているレンズシフト装置では、プレートを基部に押圧接触させることによって投写レンズの中心軸と映像光軸との位置精度を保っているため、ガイドシャフトや転がり支持機構とスライダ部との隙間の精度を必要としない。また、プレートが基部に押圧されているため、ガイドシャフトや転がり支持機構の剛性を高める必要もなく、レンズシフト装置の小型化や軽量化をすることができる。

しかしながら、特許文献３では、弾性部材の伸張力を用いてプレートを摺動ベースに押圧しているため、プレートと基部の間と、プレートと弾性部材の間との両方に摺動摩擦が生じ、摺動性が低下する虞がある。プレートと基部の間と、プレートと弾性部材の間との両方に円滑な摺動を行わせるための摺接体を設けると、レンズシフト装置の構成部品の数が増加するため、レンズシフト装置の重量の増加やコストアップとなる。

さらに、プレートの、基部とは反対の側から弾性部材を用いてプレートを押圧しなければならないため、構造が複雑になる虞がある。

摺動性を高めるために、摺動部にグリスを塗布することも可能であるが、投写型表示装置の温度上昇に伴いグリスが飛散し、投写型表示装置の内部に設けられている光学部品に付着して投写映像の品質を大きく低下させる虞がある。

特開２００７−３３５９１号公報 特開２００３−３１５９１６号公報 特開２００８−２８７２９２号公報

そこで、本発明の目的の一例は、構造が簡単且つ構成部品が少なく小型で軽量であり、高い位置精度と摺動性を有するレンズシフト装置を提供することにある。

上記を達成するために、本発明の一の態様は、投写映像光が進む映像光軸と交わる所定の方向に投写レンズを移動させるレンズシフト装置であって、映像光が通過する第１のプレートと、第１のプレートと弾性部材を介して連結され第１のプレートを通過した映像光が入射する位置に投写レンズが取り付けられた第２のプレートと、第２のプレートから突出する形態で設けられ第１のプレートに所定の方向に移動可能に収容されるスライダ部と、スライダ部と螺合した状態で第１のプレートに取り付けられその回転に応じて第２のプレートを移動させるガイドシャフトと、を有する。弾性部材は、第１のプレートと第２のプレートとの間に配置され、弾性収縮力が発生する状態で第１のプレートと第２のプレートとを連結することを特徴とする。

本発明によれば、レンズシフト装置は、構造が簡単且つ構成部品が少なく小型で軽量であり、高い位置精度と摺動性を有する。

本発明の実施形態例における投写型表示装置の内部を示す斜視図である。 図１のランプユニット、光学エンジン及び投写レンズを拡大した斜視図である。 図２の光学ユニット部及び投写レンズを拡大した斜視図である。 本発明の実施形態例におけるレンズシフト装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態例における第１のプレートの正面図である。 本発明の実施形態例における第２のプレートの正面図である。 図４のスライダ部の移動方法を説明するための分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態例について、図を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態例における投写型表示装置１の内部を示す斜視図である。図１に示すように、投写型表示装置１は下部筐体２に、電源ユニット３、ランプユニット４、光学エンジン５及び投写レンズ６を備えている。投写型表示装置１は、さらに不図示の内部電子回路基板を取り付け、下部筐体２と不図示の上部筐体とが組み合わせられた状態で使用される。

電源ユニット３は、投写型表示装置１の外部から取り入れた電力を、ランプユニット４や内部電子回路基板などに供給することができる。ランプユニット４には、図２に示すように、白色光を発光するランプ７が設けられている。図２は、図１のランプユニット４、光学エンジン５及び投写レンズ６を拡大した斜視図である。

光学エンジン５は、白色光をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の光に分光し、液晶パネルで各々の色の映像を生成した後、クロスプリズムで各々の色の映像を合成し一つの映像とすることができる。投写レンズ６は、映像を拡大投影することができる。

ランプユニット４を起動させることによってランプ７が白色光を発光し、該白色光が光学エンジン５へ向かって進行する。白色光は、光学エンジン５においてＲ、Ｇ、Ｂの光に分光された後、光学エンジン５の内部にある光学ユニット部８（図３）へ入射する。図３は、図２の光学エンジン５の内部にある光学ユニット部８、投写レンズ６を拡大した斜視図である。

光学ユニット部８は、クロスダイクロプリズム９に固定された液晶パネル１０を中心とする偏光板などの光学部品の集合体である。本実施形態例では、光学ユニット部８は、Ｒ、Ｇ、Ｂの光ごとに１枚の液晶パネル１０を用いる三板式液晶型を採用している。

Ｒ、Ｇ、Ｂの各光はそれぞれに対応する液晶パネルに入射する。各々の液晶パネルでは、映像信号に応じてＲ、Ｇ、Ｂの光ごとの映像が生成され、その後、各々の映像がクロスダイクロプリズム９で合成され、１つの映像となる。合成された映像は、投写レンズ６を介して拡大された状態でスクリーンへ投影される。

図３に示すように、光学ユニット部８と投写レンズ６との間には、映像光軸と交わる所定の方向に投写レンズを移動させるレンズシフト装置１１が設けられている。レンズシフト装置１１を用いて投写レンズ６を移動させることによって、投写型表示装置１を移動させることなく、投写映像を移動させることができる。

レンズシフト装置１１は、投写映像光が通過する第１のプレート１２と、第１のプレート１２を通過した投写映像光が入射する位置に投写レンズ６が取り付けられた第２のプレート１３と、を備える。第１のプレート１２と第２のプレート１３とは対向するように配設されており、第１のプレート１２の、第２のプレート１３と対向する面とは反対側の面には光学ユニット部８が取り付けられている。

また、第２のプレート１３は、第１のプレート１２に対して平行に配設され第２のプレート１３を誘導するガイドシャフト１４と連結されている。さらにガイドシャフト１４は、ギア１５を介してレンズシフトノブ１６と連結されている。ガイドシャフト１４とレンズシフトノブ１６とは、ギア１５を介すことなく直接固定されていてもよい。

図４は、レンズシフト装置１１の分解斜視図である。また、図５Ａは、第１のプレート１２の、第２のプレート１３と対向する面の側から見た正面図であり、図５Ｂは、第２のプレート１３の、第１のプレート１２と対向する面の側から見た正面図である。

図４及び図５Ａに示すように、第１のプレート１２には投写映像光を通過させるための孔１７が設けられている。また、第１のプレート１２の、第２のプレート１３と対向する面とは反対側の面には、光学ユニット部８を固定するための光学ユニット部台座１８が設けられている。光学ユニット部台座１８は、光学ユニット部８を配置したときに、光学ユニット部８で合成された投写映像光が孔１７を通過できるように設けられている。

図４及び図５Ｂに示すように、第２のプレート１３には、投写レンズを固定可能な嵌合穴１９が形成されている。投写レンズ６にはフランジ部２０が設けられており、フランジ部２０を介して第２のプレート１３と投写レンズ６とが固定される。

第２のプレート１３の第１のプレート１２と対向する面には、第１のプレート１２に向けて突出るようにガイドピン２１が形成されている（図５Ｂ）。また、第１のプレート１２には、第１のプレート１２と第２のプレート１３とが対向したときにガイドピン２１が第１のプレート１２を挿通するようにガイドスリット２２が形成されている（図５Ａ）。ガイドスリット２２は、第２のプレート１３の移動方向に細長く形成されている。したがって、ガイドスリット２２によって、第２のプレート１３の移動範囲が制限される。

図４に示すように、第２のプレート１３は、第１のプレート１２と第２のプレート１３との間に配置され収縮力を有する弾性部材２３を介して第１のプレート１２と連結されている。収縮力を有する弾性部材２３としては引張コイルバネが挙げられる。

図５Ａに示すように、第１のプレート１２の、第２のプレート１３と対向する面には、弾性部材２３を固定するための固定部２４が形成されている。同様に、第２のプレート１３の、第１のプレート１２と対向する面にも弾性部材２３を固定するための固定部２４が形成されている（図５Ｂ）。

また、第２のプレート１３の、第１のプレート１２と対向する面には突出部２５がガイド部として形成されている。突出部２５の突出長さは、弾性部材２３の自然長よりも長くなっている。

したがって、弾性部材２３が自然長に収縮する前に、突出部２５と第１のプレート１２とが接触する。すなわち、弾性部材２３は、弾性収縮力が発生する状態で第１のプレート１２と第２のプレート１３とを連結する。第２のプレート１３は弾性収縮力によって第１のプレート１２に押圧される。なお、第１のプレート１２の、突出部２５と接触する箇所を接触面２６と称す。

弾性部材２３は、固定部２４によって第１のプレート１２及び第２のプレート１３と固定されている。第２のプレート１３の移動に伴って、弾性部材２３の第２のプレート１３に固定されている端部も移動する。したがって、第２のプレート１３が受ける摺動摩擦は、突出部２５と接触面２６との間における摺動摩擦となる。

本実施形態例では、摩擦による磨耗を防止するため、突出部２５の先端を平面状としたが、突出部２５の形状によって、突出部２５と接触面２６との摺動摩擦を軽減することができる。たとえば、突出部２５の先端を曲面とすることで、突出部２５と接触面２６との接触が線接触となり、突出部２５と接触面２６との摺動摩擦を軽減できる。また、突出部の先端を球面とすることで突出部２５と接触面２６とが点接触となり、突出部２５と接触面２６との摺動摩擦をさらに軽減することができる。

もちろん、本実施形態例では第２のプレート１３に突出部２５を設けて第１のプレート１２に接触面２６を設けたが、第１のプレート１２に突出部２５を設けて第２のプレート１３に接触面２６を設けてもよい。

弾性部材２３に常に弾性収縮力を発生させるためは、第１のプレート１２の固定部２４と第２のプレート１３の固定部２４との間隔を弾性部材２３の自然長よりも大きくすれば良い。具体的には、固定部２４を第１のプレート１２又は第２のプレート１３の凹部に形成して、互いの固定部２４の間隔を大きくする方法が挙げられる。凹部に固定部２４を設けることによって、突出部２５の突出長さを小さくできるため、第１のプレート１２と第２のプレート１３との間隔を小さくすることができ、レンズシフト装置１１を小型化することができる。

次に、第２のプレート１３を移動させる構造について説明する。第２のプレート１３の移動は、第２のプレート１３から突出する形態で設けられたスライダ部２７（図４）によって、ガイドシャフト１４の回転運動が直線運動に変換されて行われる。スライダ部２７は、第１のプレート１２に、第２のプレート１３の移動方向に移動可能に収容されている。

図６は、スライダ部２７の移動方法を説明するための分解斜視図である。図６に示すように、ガイドシャフト１４は、第１のプレート１２に設けられた回転軸受部２８と、別途用意される回転軸押え板２９とで回転可能に取り付けられる。

ガイドシャフト１４の外周の一部には、雄ねじ３０が形成されており、回転軸受部２８はガイドシャフト１４の雄ねじ３０が形成されていない両端部を保持する。スライダ部２７の一の面には、雄ねじ３０に対応する雌ねじ３１が形成されている。ガイドシャフト１４は、スライダ部２７の雌ねじ３１と雄ねじ３０とが螺合した状態で第１のプレート１２に取り付けられる。

したがって、ガイドシャフト１４を回転させることによって、雄ねじ３０から雌ねじ３１へ回転運動が伝わる。ガイドシャフト１４の回転に応じて、スライダ部２７及び第２のプレート１３が移動する。

本実施形態例では、スライダ部２７の第１のプレート１２と接触する面にはガイドシャフト１４に平行に溝３２が形成されている。また、第１のプレート１２のスライダ部２７と接触する箇所には、ガイドシャフト１４に対して平行に、溝３２と嵌合する棒状突起３３が形成されている。したがって、スライダ部２７は棒状突起３３に沿って直線運動をする。棒状突起３３と溝３２とを嵌合させることによって、スライダ部２７の移動方向を制限することができる。

スライダ部２７は、第２のプレート結合部３４において第２のプレート１３と結合されている。したがって、スライダ部２７の移動に伴って第２のプレート１３が移動する。第２のプレート１３及びスライダ部２７は一体成形されていてもよい。一体成形されることによって、第２のプレート結合部３４における第２のプレート１３とスライダ部２７との緩みが生じなくなるため、スライダ部２７の移動に対する第２のプレート１３の応答を速くすることができる。

本発明のレンズシフト装置１１においては、映像光軸と投写レンズ６の中心軸との位置精度は、第２のプレート１３の第１のプレート１２の押圧接触によって維持される。したがって、ガイドシャフト１４とスライダ部２７との隙間を高い精度で形成する必要がなく、コストを抑えることができる。

また、投写型表示装置１の温度が上昇してガイドシャフト１４やスライダ部２７に熱膨張や熱収縮が発生しても、ガイドシャフト１４とスライダ部２７との隙間は高い精度を有していないため、摺動性が低下することもない。

さらに、映像光軸の方向に対して第１のプレート１２及び第２のプレート１３の厚みを薄くすることができる。投写型表示装置１の温度が上昇した場合でも、第１のプレート１２や第２のプレート１３の厚みが薄いため、熱膨張や熱収縮による寸法の変化は小さい。したがって、投写型表示装置１の温度による映像光軸と投写レンズ６の中心軸との位置精度の低下を抑えることができる。

第１のプレート１２及び第２のプレート１３の構成材料として比較的小さい線膨張係数の材料を用いることで、第１のプレート１２及び第２のプレート１３の熱膨張や熱収縮による寸法変化をさらに小さくすることができる。その結果、投写型表示装置１の温度による映像光軸と投写レンズ６の中心軸との位置精度の低下をさらに抑えることができる。

比較的小さい線膨張係数の材料としては、樹脂材料が挙げられる。第１のプレート１２と第２のプレート１３とが同一の材料で形成されていてもよい。第１のプレート１２及び第２のプレート１３を同一の材料で成形することによって、熱膨張や熱収縮による第１のプレート１２及び第２のプレート１３の寸法変化が同程度となり、映像光軸と投写レンズ６の中心軸との位置精度の低下を小さくすることができる。

第２のプレート１３の保持は、ガイドシャフト１４とスライダ部２７だけでなく、弾性部材２３による第１のプレート１２への押圧によっても行われる。したがって、重量の大きい投写レンズ６を第２のプレート１３に固定した場合であっても、剛性を高めるためにガイドシャフト１４の径を大きくする必要がなく、レンズシフト装置１１の小型化や軽量化を行うことができる。

第２のプレート１３の第１のプレート１２への押圧は、弾性部材２３の収縮力によって行われている。したがって、第２のプレート１３の、第１のプレート１２とは反対の側に弾性部材２３を設ける必要がなく、簡単な構造とすることができる。

また、弾性部材２３は、第２のプレート１３との係合によって収縮力を発しているため、第２のプレート１３と弾性部材２３との間で摺動摩擦は発生せず、第２のプレート１３の摺動性を低下させることがない。第２のプレート１３と弾性部材２３との間に円滑な摺動を行わせるための摺接体を設ける必要がなく、レンズシフト装置１１の構成部品数が増加しない。したがって、レンズシフト装置１１の重量の増加やコストアップを抑制することができる。

突出部２５と接触面２６との接触を、線接触や点接触とすることで、突出部２５と接触面２６との摺動摩擦を軽減することも可能である。もちろん、摺動性のよい材料を突出部２５と接触面２６との間に挟んで、摺動性を高めても良い。突出部２５と接触面２６との摺動性を高めることによって、第２のプレート１３の移動に要する力を軽減し、長期使用においてレンズシフト装置１１の信頼性を向上することもできる。

ガイドシャフト１４を配設する方向により、投写レンズ６の移動方向を任意に決定することができる。

また、ガイドシャフト１４を、例えば水平方向と鉛直方向のように直交するように複数配置することによって、投写レンズ６を水平方向及び鉛直方向に移動させることができる。第１のプレート１２に、鉛直方向に一のガイドシャフト１４を取り付け、第２のプレート１３に、垂直方向に他のガイドシャフト１４を取り付ける。第２のプレート１３を第１のプレート１２と連結するときと同様に、投写レンズ６が取り付けられたプレートを、弾性部材２３を介して第２のプレート１３と連結すればよい。

ガイドスリット２２の開口幅をガイドピン２１の直径と同等とすることによって、第２のプレート１３の、ガイドシャフト１４に対して垂直な方向への位置精度を高めることができる。

本発明によれば、レンズシフト装置１１は、構造が簡単且つ構成部品が少なく小型で軽量であり、高い位置精度と摺動性を有する。

以上、実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施例に限定されるものではない。本願発明の形や細部には、本願発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１ 投写型表示装置
２ 下部筐体
３ 電源ユニット
４ ランプユニット
５ 光学エンジン
６ 投写レンズ
８ 光学ユニット部
１１ レンズシフト装置
１２ 第１のプレート
１３ 第２のプレート
１４ ガイドシャフト
１６ レンズシフトノブ
２１ ガイドピン
２２ ガイドスリット
２３ 弾性部材
２７ スライダ部

Claims (4)

1. 投写映像光が進む映像光軸と交わる所定の方向に投写レンズを移動させるレンズシフト装置であって、
   前記投写映像光が通過する第１のプレートと、
   前記第１のプレートと弾性部材を介して連結され、前記第１のプレートを通過した投写映像光が入射する位置に前記投写レンズが取り付けられた第２のプレートと、
   前記第２のプレートに設けられ、前記第１のプレートに前記所定の方向に移動可能に収容されるスライダ部と、
   前記スライダ部と螺合した状態で前記第１のプレートに取り付けられ、その回転に応じて、前記第２のプレートを移動させるガイドシャフトと、を有し、
   前記弾性部材は、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配置され、弾性収縮力が発生する状態で前記第１のプレートと前記第２のプレートとを連結することを特徴とするレンズシフト装置。
2. 請求項１に記載のレンズシフト装置において、
   前記第２のプレートに、前記第１のプレートに向けて突出するように設けられたガイドピンと、
   前記第１のプレートに前記所定の方向に細長く形成され、前記第１のプレートと前記第２のプレートとが連結されたときに前記ガイドピンが挿通するガイドスリットと、
   を有するレンズシフト装置。
3. 請求項１または２に記載のレンズシフト装置において、
   前記第１のプレートと前記第２のプレートとが連結されたときに前記第１のプレートと接触する突出部を前記第２のプレートにさらに備え、該突出部が前記弾性部材の自然長よりも長い突出長さを有する、レンズシフト装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のレンズシフト装置を備えた投写型表示装置。

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