JP5494061B2 - 光トンネル組立物およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、ビジネス、教育、行政及び／又は娯楽用途のためのデジタルプロジェクター等の投映装置の分野に関する。より詳しくは、本発明は、このような投映装置の光トンネルの保持と調整に関する。

１．概観
一般的に、民生電子機器とビジネス電子機器の場合において、例えば、コンピュータと娯楽の表示装置に使用される表示技術が発展を続けている。広く使用されている特定の型式の表示装置が、デジタル表示システム等の投映表示システム（以下、「プロジェクター」）である。広範なこのような投映システムが、本願の出願人である米国オレゴン州ウィルソンビルのインフォーカス・コーポレイションから販売されている。

インフォーカス社で製造されているようなプロジェクターは、典型的に、スクリーン又は壁等の表示面に画像（例えば、静止画や動画）を投映する照明源（例えば、高圧水銀ランプ）からの光を統合する光学サブシステムを含む。このようなプロジェクターの光学サブシステムに含まれる一部品が、光統合素子として動作する光トンネルである。光トンネルの一実施の形態の動作が、本願の出願人であるインフォーカス社のポテケフ等による米国特許第６，４１９，３６５号に記載されている。米国特許第６，４１９，３６５号の全体が、本明細書に参考のために組込まれている。

米国特許第６，４１９，３６５号

トンネル（又はトンネルからの光）が光学サブシステムの他の部品（例えば、光源、レンズ）と適切に心合せされるように、光トンネル（又はトンネルから導出される光の径路）を時々「調整」することが必要になる。例えば、光トンネルの調整は、典型的に、プロジェクターの製造中になされる。製造中に行われる光トンネルの初期調整に加えて、例えば、プロジェクターが物理的に振動させられた結果、このような機械的衝撃により光トンネルの心狂いを生じた場合は、その後の調整が必要である。更に、このような調整は、光学サブシステムの部品の交換時のようにプロジェクターの保全中になされる。

２．現在の調整手法
光トンネルによって生成される統合光の経路を調整するのに使用される２つの普及した方法は、光トンネルの機械的調整と、光学サブシステムの鏡装置等の別の部品の機械的調整である。光トンネルの機械的調整を用いる用途では、その調整は、システムの他の部品に対して光トンネルを物理的に移動させることによって達成される。例えば、光トンネルの一端を移動させる一方、光トンネルの他端が照明源に対して固定された位置に維持される。他の機械的調整手法を使用してもよいけれども、このような光トンネル調整は、典型的に、多数のデカルト軸（例えば、ｚ軸を固定して、ｘ軸とｙ軸）に沿って直角に行われる。しかしながら、このような調整を実施する現在の方法は、多数の部品を用い、機械的に幾分複雑である。比較のために、プロジェクターの別の光学部品の機械的調整を用いる用途では、光トンネルは固定位置に装着されると共に、トンネルによって生成される統合光の光路は、鏡装置、ランプ又は他の適当な部品等の他の光学部品の心合せを機械的に調整することによって調整される。このような調整は、光トンネルの機械的調整の手法に類似した機械的複雑さを有する手法を使用して実施される。

光トンネルの機械的調整を用いる従来のシステムの一例が、図１と図２に示される。図１は、分解された光トンネル装着調整組立物（以後、「トンネル組立物」）１００を示す。トンネル組立物１００は、画像の投映に使用される光源（不図示）からの光を統合するために使用される光トンネル１１０を含む。トンネルは、二つ割りのクラムシェル装着管１２０の内部に装着され、装着管１２０は、次に、主光学シャーシ１３０の内部に装着される。保持ばね１４０が、装着管１２０の中に装着される時トンネル１１０の側部の回り（例えば、装着管１２０の内面と光トンネル１１０の外面の間）に配置される。ばね１４０の各々は、装着管１２０内の所定位置に光トンネル１１０を固定状態で保持するように、光トンネル１１０の側部に力を及ぼす。調整ねじ１５０が、光学ハウジング１３０に螺通されると共に、装着管１２０の側部を貫通する。調整ねじ１５０は、トンネル組立物１００内の光トンネル１１０の心合せを調整するに使用される。このような調整を実施するために、ねじは、光トンネル１１０を夫々のデカルト軸（例えば、ｘ軸又はｙ軸）に沿って移動させるように、光トンネル１１０に直接又は間接的に力を及ぼす。ばね１４０のコンプライアンスが、光トンネル１１０のこのような動きを可能にする。

図２は、光学ハウジング１３０内の調整ねじ１５０の位置を図示する。一旦トンネル組立物１００における光トンネル１１０の心合せの調整がされると、ばね１４０と調整ねじ１５０によって光トンネル１１０に及ぼされる力が、光トンネル１１０を新たな心合せ位置に固定状態で保持する。

トンネル組立物１００は、更に、シールド１６０を含む。シールド１６０は、トンネル組立物が中に設けられるプロジェクターの光源から発生される過度の光、熱及び／又は輻射線から光トンネルを保護する。もしシールド１６０が無ければ、このような過度の光、熱及び／又は輻射線は、光トンネル１１０に含まれる接着剤と光学コーティングに熱的損傷を与えるだろう。

図３と図４は、機械的なトンネル調整手法を用いる別の従来の光トンネル組立物３００を図示する。図３と図４において、図１と図２の要素と類似の要素は、３００番台の同様の番号で表される。図３は、図１と同様に、分解されたトンネル組立物３００を示す。トンネル組立物３００は、光トンネル３１０とクラムシェル装着管３２０を含む。しかしながら、トンネル組立物１００の別体のシールド１６０と異なり、光トンネル３１０が、光トンネル３１０を過度の光、熱と輻射線から保護するシールド３６０を含む。図３のシールド３６０は、光トンネル３１０に止着された接着剤付き金属箔である。

トンネル組立物３００は、又、組立てた光トンネル３１０と装着管３２０が中に設置された主光学シャーシ３３０を含む。保持ばね３４０が、装着管３２０の内面上でポスト３４２に設置されている。トンネル組立物１００の保持ばね１４０と同様に、ばね３４０の各々は、トンネル３１０を装着管３２０内の所定位置に固定状態で保持するように、トンネル３１０の夫々の側部に力を及ぼす。調整ねじ３５０が、光学ハウジング３３０に挿通されると共に、ポスト３４２を貫通する。調整ねじ３５０は、トンネル組立物３００の光トンネル３１０の心合せを調整するために使用される。調整を実施するために、ねじは、光トンネル３１０を夫々の軸（例えば、ｘ軸又はｙ軸）に沿って移動させるために、光トンネル３１０に直接又は間接的に力を及ぼす。一旦トンネル組立物３００の光トンネル３１０の心合せの調整がされると、ばね３４０と調整ねじ３５０が光トンネル３１０に及ぼす力は、光トンネル３１０を新たな心合せ位置に固定状態で保持する。

図１乃至図４から理解されるように、トンネル組立物１００と３００は、多数の部品を含み、構造が幾分複雑である。このような組立物は、トンネル組立物の全ての部品が適切に設置されると共に、トンネル組立物が期待されるように機械的に動作（例えば、調整）することを確実にするように、高い製造精度を必要とする。従って、複雑度がより低いと共により少ない部品を用いる光組立物が望ましい。

図５には、光トンネル保持機構５００が示される。保持機構５００は、鏡装置の機械的心合せを用いる光トンネル組立物に設けられる。保持機構５００は、光トンネル５１０を光学シャーシ５３０内の固定位置に保持するために用いられる。光トンネル５１０は、２個のｙ軸ばねフィンガー５４０と２個のｘ軸ばねフィンガー５４５によって所定位置に固定状態で保持される。その上、光トンネル５１０は、光学シャーシ５３０と保持機構５００によってｚ軸の所定位置に保持される。

図５に示すように、保持機構５００はポスト５３６上に設置され、ポスト５３６は、光トンネル５１０を固定位置に保持するように、保持機構を光学シャーシと適切に心合せする。図５に示すトンネル組立物に対して、トンネル位置の機械的調整は可能ではない。一旦保持機構５００が図５のトンネル組立物に設置されると、光トンネル５１０は、大略固定された位置に保持される。

図５に示すトンネル組立物に対して、光トンネル調整は、光学サブシステムの別の部品を機械的に調整することによって実行される。特に、鏡装置（不図死）等の光学装置は、光トンネル５１０からの統合光の経路を修正するように、機械的に調整される。よって、図５のプロジェクターは、図１乃至図４に示すトンネル組立物よりも光トンネル５１０を保持するのに少ない部品を用いる一方、図５のプロジェクターは、図１乃至図４に示す光トンネル調整システムと類似の機械的複雑度を有する鏡装置（又は他の部品）の心合せを調整するために機械システムを更に必要とする。

光トンネル保持調整組立物とこのような組立物の部品の実施の形態を、本明細書において表示プロジェクターについて一般的に説明するが、本発明は、このような例に制限されるものではなく、本発明の実施の形態は、他の型式の光学系で実行してもよいことが認識されるであろう。又、図面は図示の目的のためだけであって、図面に示す要素は必ずしも尺度通りでないことも認識されるであろう。更に、図面において、同様の要素は同様の参照番号を使用して表される。これらの要素は、互いに同等ではなくて、図示の実施の形態において同様の機能を果たすに過ぎない場合もあることが認識されるであろう。

１．保持調整ばね機構
図６には、投映表示システム（以下、「プロジェクター」）において光トンネル（図６に不図示）の強固な保持と調整をするように、光トンネル組立物に用いられる保持調整ばね機構（以下、「保持／調整機構」）が図示される。単体である保持／調整機構６００は、例えば、ステンレス鋼（例えば、３０１半硬質ステンレス鋼）で形成してもよい。別のやり方として、保持／調整機構６００は、３０１ステンレス鋼と類似のばね特性を有するどんな材質（他の等級の鋼、銅又は耐熱プラスチック等）で形成してもよいと共に、図６に示すように形成してもよい。

保持／調整機構６００は、ｙ軸で光トンネルを保持する２個のｙ軸ばねフィンガー６４０を含む。ここで説明するように、直角のデカルト軸が、プロジェクター用の光トンネル組立物で使用される部品に対して設定されていることを認識されるであろう。本明細書において、デカルト軸は、図示の目的のために、更に、基準点を付与するために使用される。ｙ軸ばねフィンガー６４０は、又、以下に更に詳細に説明するように、ｙ軸で光トンネルの調整を実施するコンプライアントばね力を付与する。

保持／調整機構６００は、更に、ｘ軸で光トンネルを保持する２個のｘ軸ばねフィンガー６４５を含む。ｙ軸ばねフィンガーと同様に、ｘ軸ばねフィンガー６４５は、又、以下に更に詳細に説明するように、ｘ軸で光トンネルの調整を実施するコンプライアントばね力を付与する。

保持／調整機構６００は、又、過度の光、熱及び／又は輻射線がプロジェクターの照明源からプロジェクターの光トンネルに伝達されるのを防止することにより、例えば、光トンネル内で使用される接着剤と光学コーティングの損傷及び／又は劣化を防止するシールド６６０を含む。シールド６６０は、又、ｚ軸で光トンネルを保持するｚ軸ばねフィンガーとして働く。保持／調整機構６００は、更に、光トンネルの光学シャーシと当接することにより、光トンネルを強固に保持する保持クリップ６７０を含む。

２．光学シャーシ
図７には、プロジェクターの光トンネルの強固な保持と調整をするように、図６の保持／調整機構６００と関連して使用される光学シャーシ６３０が示される。光学シャーシ６３０は、ｙ軸基準リブ６３２，ｘ軸基準リブ６３４とｚ軸基準リブ６３５を含む。ここに記載するように、基準リブは光トンネル組立物のデカルト軸に垂直に指向されることを注目すべきである。ｘ軸基準リブ６３４とｙ軸基準リブ６３２は、ｘ軸とｙ軸に沿って光トンネルを支持する半円形表面である。リブの半円形構造は、又、光トンネルの心合せの調整をする時に光トンネルの移動を容易にする。光学シャーシ６３０は、又、ｚ軸に沿って光トンネルを支持するｚ軸基準リブ６３５を含む。

光学シャーシ６３０は、又、装着ポスト６３６と装着ねじ穴６３７を含む。ポスト６３６とねじ穴６３７は、光トンネルを強固に保持すると共にプロジェクター内で光トンネルを調整するために、保持／調整機構６００を光学シャーシ６３０と連結するために使用される。光トンネルを光学シャーシ６３０に装着する時に光トンネルの調整を実施するために、調整ねじが光学シャーシ６３０の調整ねじ穴６５５にねじ込まれる。図７で、ｘ軸調整ねじ穴は、隠れて見えないため断続線で示されている。図６の保持／調整機構６００と光学シャーシ６３０の間の関係を、以下に図８乃至図１０を参照して更に詳しく説明する。

３．光トンネル組立物
図８には、光トンネル６１０、保持／調整機構６００と光学シャーシ６３０を含む組立てられた光トンネル組立物が示される。図８に示すように、ｘ軸ばねフィンガー６４５は、圧縮状態で光トンネル６１０の側部に配置されている。この構成は、ｘ軸において光トンネル６１０を固定状態で保持するコンプライアントばね力を生じる。更に、ｘ軸ばねフィンガー６４５のコンプライアンス及び／又はばね力が、調整ねじ６５０を使用してｘ軸における光トンネルの調整を可能にする。図８に示すように、ｙ軸ばねフィンガー６４０は、伸長状態で光トンネル６１０の頂部上に配置されている。この構成は、ｙ軸において光トンネル６１０を固定状態で保持するコンプライアントばね力を生じる。更に、ｙ軸ばねフィンガー６４０のばね力及び／又はコンプライアンスが、別の調整ねじ（不図示）を使用してｙ軸における光トンネルの調整を可能にする。

保持／調整機構６００を光学シャーシ６３０のポスト６３６上に載置することによって、保持／調整機構６００がトンネル組立物に設置される。図６と図８に示すように、保持／調整機構６００は、このような載置のための対応する穴を含む。次に、光学シャーシ６３０の装着ねじ穴６３７（不可視）にねじ込まれる装着ねじ６３８を使用して、保持／調整機構６００が光学シャーシ６３０と固定状態で連結される。

図９には、光トンネル６１０、図６の保持／調整機構６００と図７の光学シャーシ６３０を含む光トンネル組立物を図示する図が示される。ｘ軸ばねフィンガー６４５とｙ軸ばねフィンガー６４０は、図９では適切に撓ませられていないが、設置された時は図８に示すのと同様に屈曲する。光トンネル組立物用の調整ねじ６５０の構成が図９に示される。調整ねじ６５０は、（傾けた調整ねじ６５０ａを使用して）ｘ軸における光トンネル６１０の調整と、（光トンネル６１０の下方に配置された調整ねじ６５０ｂを使用して）ｙ軸における光トンネル６１０の調整とを行う。ｘ軸ばねフィンガー６４５とｙ軸ばねフィンガー６４０のコンプライアンス及び／又はばね力は、調整ねじ６５０をねじ穴６５５に更にねじ込む又は（図７に示すように）ねじ穴６５５から抜取ることにより、これらの軸の各々に沿う方向の調整を行う。

図１０は、保持／調整機構６００の保持フック６７０と光学シャーシ６３０の間の境界部をより詳しく図示する図である。図１０に示すように、保持フック６７０は、ｘ軸基準リブ６３４の頂部上に配置されている。この構成は、図８と図９に示すように、トンネル組立物内の光トンネル６１０（不図示）の強固な保持をもたらす。特に、保持フック６７０は、ｚ軸において光トンネルを固定状態で保持すると共に、光トンネル組立物内の保持／調整機構６００の回転を防止する。

５．結論
本発明にかかる各種の構成と実施の形態を本明細書に記載した。しかしながら、当業者は、以下の請求項によって限定される本発明の真の範囲と精神から逸脱することなく、これらの構成と実施の形態に変更と修正を加えられることを理解することが認識されるであろう。

分解された従来の光トンネル組立物を図示する図である。 組立てられた図１の光トンネル組立物を図示する図である。 分解された別の従来の光トンネル組立物を図示する図である。 組立てられた図３の光トンネルを図示する図である。 光トンネルからの統合光の経路を修正する鏡装置を用いる更に別の従来の光トンネル組立物を図示する図である。 保持調整ばね機構を図示する図である。 光トンネルが図６の保持／調整機構を使用して装着される光学シャーシを図示する図である。 図６と図７に示すのと、夫々、大略同じ保持／調整機構と光学シャーシを含む光トンネル組立物を示す写真である。 図６の保持／調整機構と図７の光学シャーシを含む光トンネル組立物を図示する図である。 図６の保持／調整機構の保持クリップと図７の光学シャーシの間の境界部を図示する図である。

６００ 保持／調整機構
６１０ 光トンネル
６３０ 光学シャーシ
６３２ ｙ軸基準リブ
６３４ ｘ軸基準リブ
６３５ ｚ軸基準リブ
６４０ ｙ軸ばねフィンガー
６４５ ｘ軸ばねフィンガー
６６０ シールド
６７０ 保持クリップ

Claims (6)

1. 光トンネルと、光トンネルの保持と調整をする保持調整機構と、前記光トンネルと保持調整機構を受承する光学シャーシと、前記光学シャーシに挿入されて前記光トンネルの心合せを調整する複数の調整ねじとを備え、
   前記複数の調整ねじは、第１軸において前記光トンネルの心合せを調整する第１調整ねじと、前記第１軸に垂直な第２軸において前記光トンネルの心合せを調整する第２調整ねじで構成され、
   前記保持機構は第１軸において前記光トンネルの心合せを調整すると共に第１軸の所定位置に光トンネルを固定状態で保持するコンプライアントばね力を付与するように、第１表面に沿って光トンネルと当接する複数の第１コンプライアントばねフィンガーと、第２軸において光トンネルの心合せを調整すると共に第２軸の所定位置に光トンネルを固定状態で保持するコンプライアントばね力を付与するように、第２表面に沿って光トンネルと当接する複数の第２コンプライアントばねフィンガーとを備え、
   前記光学シャーシは、前記第１軸に垂直であって、光トンネルを第１軸に沿った方向に支持する第１基準リブと、前記第２軸に垂直であって、光トンネルを第２軸に沿った方向に支持する第２基準リブとを備え、
   前記第１調整ねじは前記光トンネルの第１表面と対向する面側に配置され、前記第２調整ねじは前記光トンネルの第２表面と対向する面側に配置される光トンネル組立物。
2. 複数の前記調整ねじが、力を前記光トンネルに直接印加することにより、前記光トンネルを調整する請求項１に記載の光トンネル組立物。
3. 複数の前記調整ねじが、力を前記光トンネルに間接的に印加することにより、前記光トンネルを調整する請求項１に記載の光トンネル組立物。
4. 前記保持調整機構が、前記照明源から前記光トンネルに伝達される光、熱と輻射線の内の少なくとも一つの量を制限するシールドをさらに備える請求項１に記載の光トンネル組立物。
5. 前記保持調整機構が、更に、保持フックを備え、
   前記光学シャーシは前記第１軸と前記第２軸に垂直な第３軸に垂直であって、前記光トンネルを前記第３軸に沿った方向に支持する第３基準リブを備え、
   前記保持フックが、更に、前記光トンネルを前記第１軸と前記第２軸に垂直な第３軸の大略固定された位置に保持する請求項１に記載の光トンネル組立物。
6. 照明源と、請求項１から請求項５のいずれかに記載の光トンネル組立物を備えたプロジェクター。

Images