JP5498317B2 - 光学ユニット - Google Patents

Description

本発明は、液晶プロジェクタなどの光学ユニットに関する。

液晶プロジェクタなどの投写型表示装置は、水銀ランプ等の光源から発せられた光を液晶パネルなどの表示素子に照射し、表示素子の像を投写レンズを介してスクリーンへ拡大投写するものである。液晶プロジェクタにおいては、一旦装置を設置した後、投写レンズからスクリーン等に投写される画面位置を水平方向及び垂直方向に調整するために、投写レンズ（レンズ鏡筒）を移動させる機構（以下、レンズシフト機構）が設けられている。このレンズシフト機構は、投写光の光軸に対して直交する２方向、すなわち水平方向と垂直方向に投写レンズを移動させる必要がある。そのためにレンズシフト機構は機構部品が多く、光軸方向の厚みが増大してプロジェクタの小型化を妨げる要因となっている。

特許文献１には、構成が簡単でレンズ鏡筒の移動がスムーズになることを目的としたレンズシフト機構が開示されている。該文献では、レンズ保持部材の第１、第２の案内機構として、長手方向に沿って設けられた軌道部材（アウターレール）と、該軌道部材と相対運動自在に組み込まれた移動部材（インナーレール）と、軌道部材の転動体転走面と移動部材の転動体転走面の間に配置された複数の転動体（ボール）を具備する構成としている。そして、第１、第２の案内機構がそれぞれ具備する軌道部材及び移動部材は、光の光軸方向において略同じ位置に配置することで、レンズシフト機構を光軸方向に薄型に構成でき、小型化が可能になると述べられている。

特開２００４−７７６１２号公報

従来のレンズシフト機構は、投写レンズ（レンズ鏡筒）を２軸方向に移動させるための可動部材と、該可動部材を保持して光学ユニットの光源側（照明系）に取り付ける固定部材とから構成されている。特許文献１に記載されるレンズシフト機構においても、軌道部材や移動部材からなる可動部材の他に、第１、第２の案内機構を支える固定側支持部材（固定部材）を有している。このように固定部材が必要とされるのは、従来のレンズシフト機構は照明系とは別体で作製され、レンズシフト機構の固定部材にて照明系に取り付けることを前提としているためである。その結果、レンズシフト機構は固定部材を含むために薄型化には限界があった。

そこで、本発明の目的は、レンズシフト機構から固定部材を除去することで部品点数を削減し、レンズシフト機構のさらなる薄型化と高精度化、光学ユニットの小型化を図ることである。

本発明は、光源から発せられた光を表示素子に生成された画像に照射する照明系と、照明系から出射された映像光を拡大投写する投写レンズを有する光学ユニットであって、照明系を搭載するシャーシと投写レンズを収納するレンズ鏡筒との間に、シャーシに対してレンズ鏡筒を投写光の光軸方向に直交する２軸方向に移動させるレンズシフト機構を備え、レンズシフト機構を構成する可動部材を、シャーシに設けたベースプレートに直接取り付けた構成とする。

本発明によれば、レンズシフト機構を構成する部品点数を削減し、レンズシフト機構のさらなる薄型化と高精度化、光学ユニットの小型化を図ることができる。

光学ユニットの一実施例を示す外観構成図。 図１の光学ユニット１の分解図。 レンズシフト機構７を組み立てた状態を、レンズ鏡筒６側から見た図。 レンズシフト機構７を組み立てた状態を、シャーシ１０側から見た図。 スラストネジ１４を挿入するために各プレートに設けたスラスト穴の形状を示す図。 シフト量調整部２０の拡大図。 Ｘ調整カム３１を回転させたときのＸ調整板２３の動きを示す図。 Ｙ調整ネジ３２におけるトルクリミッタ機構５０を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、光学ユニットの一実施例を示す外観構成図であり、液晶プロジェクタに搭載する光学ユニットについて示している。光学ユニット１は光源２と接続され、液晶パネル３を含む照明系４と、複数個のレンズ群からなる投写レンズ５を収納するレンズ鏡筒６と、レンズシフト機構７を備える。

光学ユニット１では、超高圧水銀ランプ等の光源２から発せられた光を、液晶パネル３に生成された画像に照射し、液晶パネル３から出射される映像光を投写レンズ５によりスクリーンなどに拡大投写して画像を表示する。液晶パネル３は、透過型または反射型の光変調作用を有する表示素子で、ＲＧＢの各色光ごとに備える。液晶パネル３の近傍には、入射側及び出射側に偏光板やダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズムなどの光学部品を備え、ＲＧＢの各色光の分離と合成を行う。液晶パネル３からの映像光は、投写レンズ５に入射し、出射側のレンズからスクリーン等に拡大投写される。

液晶パネル３などの照明系４は共通のシャーシ１０に搭載され固定されている。照明系４（すなわちシャーシ１０）とレンズ鏡筒６の間にはレンズシフト機構７を取り付け、投写レンズ５（レンズ鏡筒６）を光軸（Ｚ方向）に直交する２軸方向に移動させる。その移動方向は、光学ユニット１の設置面に対し水平方向（以下、Ｘ方向）と垂直方向（以下、Ｙ方向）とすることで、スクリーン上に投写される画像位置を水平方向と垂直方向に移動調整することができる。レンズシフト機構７の上部には、移動量を調整するシフト量調整部２０を設けている。

ここで、レンズシフト機構７は、可動部材として光学ユニットの設置面に対して水平方向に移動するＸプレートと垂直方向に移動するＹプレートを有し、Ｘプレートにはレンズ鏡筒６を固定し、Ｙプレートとベースプレートを介してベースプレートの裏面に配置したナットプレートにスラストネジにて取り付ける構造であって、スラストネジを通すスラスト穴として、ＹプレートにはＸプレートが水平方向に移動する距離に相当する横長の穴を、ベースプレートにはＸプレートが水平方向に移動する距離に相当する横辺とＹプレートが垂直方向に移動する距離に相当する縦辺を持つ略四角形の穴を設けた構成とする。

またレンズシフト機構７のシフト量調整部２０は、ベースプレート、Ｘプレート、Ｙプレートの各上辺を投写方向に折り曲げて形成したベース調整板、Ｘ調整板、Ｙ調整板を垂直方向に重ねて配置し、Ｘ調整板をＹ調整板に対して水平方向に移動させるＸ調整カムと、Ｙ調整板をベース調整板に対して垂直方向に移動させるＹ調整ネジを挿入した構造とし、Ｘ調整カムは、Ｘ調整板と係合する部分を水平方向の移動量に相当する量だけ偏心させた形状とする。

図２は、図１の光学ユニット１の分解図である。図２では、照明系４から液晶パネル３や光学部品等を取り除いたシャーシ１０の形状を示す。シャーシ１０の中で、投写レンズ５に向かう側面にはベースプレート１１を形成し、これにレンズシフト機構７を取り付ける。レンズシフト機構７は、ベースプレート１１に対しＹ方向に移動可能なＹプレート１２と、Ｙプレート１２に対してＸ方向に移動可能なＸプレート１３で構成し、Ｘプレート１３には投写レンズ５のレンズ鏡筒６が位置決め用凸部１６を用いて係合される。これにより、投写レンズ５はベースプレート１１（すなわちシャーシ１０）に対してＸ方向とＹ方向に移動可能となる。レンズ鏡筒６は、Ｘプレート１３とＹプレート１２を介してベースプレート１１に、４本のスラストネジ１４とスラストバネ１４ａを用いて取り付けられる。

図３は、レンズシフト機構７を組み立てた状態を、レンズ鏡筒６側から見た図である。また図４は、レンズシフト機構７を組み立てた状態を、照明系のシャーシ１０側から見た図である。いずれもレンズ鏡筒６を除いて示す。

図５は、スラストネジ１４を挿入するために各プレートに設けたスラスト穴の形状を示す図である。Ｘプレート１３に設けるスラスト穴１３ａはスラストネジ１４と同径サイズとして、Ｘプレート１３にはレンズ鏡筒６を固定する。Ｙプレート１２のスラスト穴１２ａは横長形状とし、Ｘプレート１３がＹプレート１２に対してＸ方向に移動可能としている。ベースプレート１１のスラスト穴１１ａは、Ｙプレート１２のスラスト穴１２ａをさらに縦方向に拡大した略四角形状とし、Ｙプレート１２及びＸプレート１３がベースプレート１１に対してＹ方向に移動可能としている。スラストネジ１４の先端は、ベースプレート１１の裏面に配したナットプレート１５のネジ穴１５ａに固定される。ナットプレート１５はシャーシ１０とは別体であり、スラストネジ１４の移動（Ｘ、Ｙ位置）に合わせて、ベースプレート１１に対してＸ、Ｙ方向に移動可能となっている。

レンズシフト機構７の上部には、投写レンズ５（レンズ鏡筒６）の移動量を調整するためのシフト量調整部２０を有する。すなわちシフト量調整部２０は、ベースプレート１１、Ｙプレート１２、Ｘプレート１３の上部に設けた調整板２１，２２，２３に、Ｘ調整カム３１、Ｙ調整ネジ３２、及びＸ方向のロックネジ３３を挿入して構成する。これにより、ベースプレート１１に対してＸプレート１３をＸ方向に、またＹプレート１２をＹ方向に所望量だけ移動可能にしている。

このように本実施例におけるレンズシフト機構７は、可動部材であるＸプレート１３とＹプレート１２を有するだけであり、従来の構造で必要とされた照明系に取りつけるための固定部材を削除している。そして、可動部材であるＹプレート１２を照明系のベースプレート１１に直接取り付けている。言い換えれば、照明系のベースプレート１１がレンズシフト機構の固定部材を兼用する構成としている。その結果、レンズシフト機構の部品点数が削減され、投写レンズ５の姿勢を高精度で保持し、光学ユニットを小型化することができる。

次に、シフト量調整部２０の構造について説明する。
図２に示したように、シフト量調整部２０の構造は、ベースプレート１１、Ｙプレート１２、Ｘプレート１３の各上辺を投写方向（Ｚ方向）に逆Ｌ字型に折り曲げて、それぞれベース調整板２１、Ｙ調整板２２、Ｘ調整板２３を形成する。そして、ベース調整板２１を最下面として、垂直上方向にＸ調整板２３とＹ調整板２２の順に重ねて配置する。各調整板には組み立て調整用の穴（またはネジ穴）を設けて、Ｘ調整カム３１、Ｙ調整ネジ３２、及びＸ方向のロックネジ３３を挿入する。Ｘ調整カム３１はＸ調整板２３（Ｘプレート１３）をＹ調整板２２（Ｙプレート１２）に対してＸ方向に移動させるもので、Ｙ調整ネジ３２はＹ調整板２２（Ｙプレート１２）をベース調整板２１（ベースプレート１１）に対してＹ方向に移動させるものである。ロックネジ３３は、Ｘ調整カム３１で移動したＸ調整板２３のＸ方向位置をロック（固定）するものである。

図６は、シフト量調整部２０の拡大図である。各調整板は、Ｙ調整板２２を最上面、ベース調整板２１を最下面、Ｘ調整板２３を中間に挟んで配置する。
Ｘ調整カム３１はＹ調整板２２、Ｘ調整板２３、およびベース調整板２１に係合する。Ｘ調整カム３１の形状は、Ｘ調整板２３と係合する中央部を、Ｘ方向の移動量に相当する量だけ偏心させた偏心カム形状としている。また、Ｘ調整カム３１の偏心カム部と係合するＸ調整板２３の調整穴２３ａは、投写方向（Ｚ方向）に偏心量だけ長径とする長円状としている。

図７は、Ｘ調整カム３１を回転させたときのＸ調整板２３の動きを示す図である。Ｘ調整板２３は、Ｘ調整カム３１の偏心量だけＸ方向に移動可能となっている。なお、調整後のＸ調整板２３に外力が印加された場合にＸ調整カム３１が回転してＸ方向位置がずれることを防ぐため、調整位置でロックネジ３３を回してＸ調整板２３を固定する。Ｘ調整カム３１の頭部３１ａはマイナス溝と六角穴を併用し、調整用工具の種類を自在としている。

Ｙ調整ネジ３２は、Ｙ調整板２２とベース調整板２１に係合し、ネジ先はベース調整板２１に係止される。Ｙ調整ネジ３２を回転することでベース調整板２１とＹ調整板２２との間隔が変化し、Ｙ調整板２２をＹ方向に移動可能となっている。Ｙ方向の調整では、調整後のＹ調整板２２に外力が印加されてもＹ調整ネジ３２が回転することはないのでロックネジは不要である。

本実施例のシフト量調整部２０における最大シフト量は、Ｘ方向に±０．６４ｍｍ、Ｙ方向に±０．９６ｍｍである。これによれば、スクリーン上のシフト量は、水平方向に±１０ｃｍ、また垂直方向に±１５ｃｍとなり（画面サイズ１００インチの場合）、実用上十分な調整幅を実現できる。

なお、ベース調整板２１にＸ調整カム３１とＹ調整ネジ３２を挿入するとき、ネジ抜け防止用の抜け止め板３４を用いる。抜け止め板３４は断面が略コ字状の板バネからなり、その開口部をベース調整板２１の側面から差し込む。抜け止め板３４の開口部下側の先端にはフック部が設けられ、Ｘ調整カム３１とＹ調整ネジ３２の先端部（ベース調整板２１の裏面側に突き出ている）を係止することで、挿入したＸ調整カム３１やＹ調整ネジ３２がベース調整板２１から上方に抜けることを防止する。さらに、抜け止め板３４のフック部を下方に湾曲させることで、バネ力によりＸ調整カム３１やＹ調整ネジ３２をベース調整板２１に密着させ、Ｙ方向調整時のガタを吸収して精度を上げるようにした。

図８は、Ｙ調整ネジ３２におけるトルクリミッタ機構５０を示す図である。Ｙ調整ネジ３２の頭部３２ａと軸部３２ｂ（負荷側）の間に、対向する２枚のギヤ３２ｃ，３２ｄを設け、両者をバネ３２ｅを介して押し付けることでトルクを伝達する。調整範囲を超えてなおネジ頭３２ａを回そうとすると、負荷トルクが過大になりバネ力が負けてギヤ３２ｃ，３２ｄの噛み合い部分が滑り、トルク伝達が遮断される。これにより、Ｙ調整ネジ３２に過大力が印加されることを防止する。

このように本実施例におけるシフト量調整部２０は、簡単な構成として部品点数を少なくし、精度を維持しながら容易に調整できるようにしている。

レンズシフト機構７では、さらにＸプレート１３とＹプレート１２のガタを防止するため、図２に示すように２枚の付勢バネ４１，４２を設けている。Ｘ付勢バネ４１はＹプレート１２の側面に取り付けて、Ｙプレート１２のＸ方向のガタを吸収する。Ｙ付勢バネ４２はＸプレート１３の底面に取り付けて、Ｘプレート１３とＹプレート１２のＹ方向のガタを吸収する。このようにして、簡単な構造でありながら調整精度を維持することができる。

本実施例によれば、レンズシフト機構を照明系と一体で作製するため、従来のレンズシフト機構で必要とされた固定部材は必須ではなくなる。レンズシフト機構の固定部材の機能を照明系の一部として実現することで、レンズシフト機構の可動部材を直接照明系に取り付けても、レンズシフト機能の支障にならないからである。すなわち、従来のレンズシフト機構から固定部材を除去することにより、レンズシフト機構の薄型化と高精度化が可能となる。

１…光学ユニット、
２…光源、
３…液晶パネル、
４…照明系、
５…投写レンズ、
６…レンズ鏡筒、
７…レンズシフト機構、
１０…シャーシ、
１１…ベースプレート、
１２…Ｙプレート、
１３…Ｘプレート、
１４…スラストネジ、
１１ａ，１２ａ，１３ａ…スラスト穴、
１５…ナットプレート、
２０…シフト量調整部、
２１…ベース調整板、
２２…Ｙ調整板、
２３…Ｘ調整板、
３１…Ｘ調整カム、
３２…Ｙ調整ネジ、
３３…ロックネジ、
３４…抜け止め板、
４１…Ｘ付勢バネ，
４２…Ｙ付勢バネ、
５０…トルクリミッタ機構。

Claims (3)

1. 光源から発せられた光を表示素子に生成された画像に照射する照明系と、該照明系を搭載するシャーシと、該照明系から出射された映像光を拡大投写しレンズ鏡筒に収納された投写レンズを有する光学ユニットにおいて、
   前記シャーシと一体に設けられたベースプレートと、
   前記ベースプレートと前記レンズ鏡筒との間に、前記ベースプレートに対して第１の方向に移動可能な第１のプレートと、前記第１のプレートに対して第１の方向と略直交する第２の方向に移動可能な第２のプレートとを配置し、
   さらに、前記ベースプレートの照明系側にナットプレートを配置し、
   前記レンズ鏡筒を前記ナットプレートにスラストネジにて取り付けたことを特徴とする光学ユニット。
2. 請求項１に記載の光学ユニットにおいて、
   前記スラストネジを通すスラスト穴として、前記第１のプレートには、前記第２のプレートが前記第２の方向に移動する距離に対応する第２の方向に長い穴を設け、
   前記ベースプレートには、前記第２のプレートが前記第２の方向に移動する距離に対応する辺と前記第１のプレートが前記第１の方向に移動する距離に対応する辺を持つ略四角形の穴を設けたことを特徴とする光学ユニット。
3. 請求項２に記載の光学ユニットにおいて、
   前記ベースプレート、前記第２のプレート、前記第１のプレートの各一辺を投写方向に折り曲げて形成したベース調整板、第２の調整板、第１の調整板を前記第１の方向に重ねて配置し、
   前記第２の調整板を前記第１の調整板に対して前記第２の方向に移動させる調整カムと、前記第１の調整板を前記ベース調整板に対して前記第１の方向に移動させる調整ネジを挿入した構造とし、
   前記調整カムは、前記第２の調整板と係合する部分を前記第２の方向の移動量に相当する量だけ偏心させた形状としたことを特徴とする光学ユニット。

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