JP5731007B2 - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、投写型映像表示装置に関する。

液晶プロジェクタなどの投写型映像表示装置は、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、表示素子で形成された映像を投写レンズにてスクリーンへ拡大投写するものである。装置の光学系の構成は、光源から出射された光を液晶パネルに照射して映像を形成するまでの光学ユニット（以下、光学エンジンと呼ぶ）と、液晶パネルで形成された映像を投写レンズで拡大投写する投写光学系からなる。カラー映像表示装置の光学エンジンでは、表示素子として３原色（ＲＧＢ）用の３枚の液晶パネルと、照射光の色分離系と各映像色の色合成系が設けられている。また投写光学系には、スクリーン上の映像表示位置を調整するために、投写レンズを光軸と直角方向に移動させるレンズシフト機構が設けられている。

レンズシフト機構は、投写レンズを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移動させるものであり、小型化と高精度化が要求されている。特許文献１には、レンズシフト機構の小形コンパクト化と操作性の向上を図ることを目的とし、水平方向と垂直方向の操作ツマミの配置を揃えた手動操作部や、レンズシフト限界位置にてクラッチ機構部により伝達力を切断する運動伝達機構部などを備えた構成が提案されている。

特開２０１０−２５６３８８号公報

特許文献１をはじめとする従来のレンズシフト機構では、投写レンズを２軸方向に移動させるために２枚の可動ベースを組み込んでいる。可動ベースとこれを支持する静止部材の間、及び２枚の可動ベースの間は、対向する接触面を摺動させる構造（面摺動）となっている。その際、両者の位置ずれを防止するため、接触面にはスプリング等で所定以上の圧接力を与える構造としている。そのため、可動ベースの移動時には摩擦力が発生し、摺動負荷が大きくレンズ位置の滑らかな調整が困難となる。一方、摺動負荷を低減するため圧接力を弱めると可動ベースの位置決めが安定せず、レンズ位置の調整精度が悪化する。このように、レンズ移動時の摺動負荷の低減と調整精度の向上は両立し難いものであった。またレンズシフト機構の他の機能として、投写レンズの光軸傾き等を補正する必要がある。その場合、可動ベースを面摺動させる構造では傾き補正機能を組み込むことは困難であり、光軸補正機構を別途設けなければならず装置が大型化してしまう。

本発明の目的は、レンズシフト機構において調整精度を維持しつつ摺動負荷を低減する投写型映像表示装置を提供することである。

本発明は、表示素子にて形成された映像を投写レンズにて拡大投写する投写型映像表示装置において、投写レンズを投写光の光軸と直交する方向に移動させるレンズシフト機構を備え、レンズシフト機構は、投写レンズを保持する可動ベースを固定部材側に取り付けたシャフトをガイド部材として摺動させる構成とした。

さらに、可動ベースをガイドするシャフトに対し、固定部材の背面側からシャフトに当接するように補正ネジを差し込み、補正ネジの差し込み量を調整することで投写レンズの光軸の傾きと投写レンズの位置ずれを補正する構成とした。

本発明によれば、レンズシフト機構において調整精度を維持しつつ摺動負荷を低減する投写型映像表示装置を提供することができる。

本実施例の投写型映像表示装置の全体構成を示す図。 光学系の全体構成を示す図。 投写光学系３の全体図。 投写光学系３の分解図。 レンズシフト機構３２の全体図。 レンズシフト機構３２の分解図。 可動ベースアセンブリ３３の全体図。 可動ベースアセンブリ３３の分解図。 アクチュエータ５１，６１の動力伝達構造を示す図。 可動ベースへの動力伝達を示す図。 投写レンズの光軸補正機構を示す図。 投写レンズの光軸補正動作を説明する図。 投写レンズの着脱方法を説明する図。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、本実施例の投写型映像表示装置の全体構成を示す図であり、表示装置の内部構成を示している。筐体１には光学系として、光源から光を出射し表示素子である液晶パネルに照射して映像を形成する光学エンジン２と、液晶パネルで形成された映像を投写レンズで拡大投写する投写光学系３が収納されている。これ以外に、電源ユニット６と冷却ユニット７、図示しない映像信号回路や制御回路などが収納される。

図２は光学系の全体構成を示す図である。光学系は光学エンジン２と投写光学系３を有し、両者は共通ベース４に固定されて筐体１に取り付けられる。

光学エンジン２は、光源部２１、色分離光学系２２、色合成光学系２３で構成される。光源部２１には超高圧水銀ランプ等の光源を使用し、略白色光を出射する。色分離光学系２２は略白色光をＲＧＢの３原色光に分離し、対応する各液晶パネルに導く。色合成光学系２３は、ＲＧＢの液晶パネルとクロスダイクロイックプリズムを有し、ＲＧＢ信号に基づく各映像を形成し、これら映像の色合成を行う。

投写光学系３は、投写レンズ３１とレンズシフト機構３２で構成される。色合成光学系２３から出射した映像光は、投写レンズ３１によって拡大されスクリーン等へ投写される。レンズシフト機構３２は、投写レンズ３１を保持し光軸（投写方向）に直交する２軸方向、すなわち水平方向と垂直方向に移動させる。これにより、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し調整することができる。

図３と図４は投写光学系３およびその分解図であり、図３は投写光学系３の全体図、図４は投写レンズ３１とレンズシフト機構３２に分解した図である。なお、レンズシフト機構３２は共通ベース４に保持されてレンズシフト動作を行う。

図４（ａ）のように、投写レンズ３１の鏡筒３１１にはフランジ（突起部）８０を有し、このフランジ８０をレンズシフト機構３２に設けた凹部８１に係合させることで投写レンズ３１の装着を行う。図４（ｂ）は投写レンズ３１の背面図で、鏡筒３１１の周囲に例えば３個のフランジ８０を有する。同様にレンズシフト機構３２にも３箇所に凹部８１を設けている。

図５と図６はレンズシフト機構３２およびその分解図であり、図５はレンズシフト機構３２の全体図、図６は共通ベース４と可動ベースアセンブリ３３とベースカバー３４に分解した状態を示す。以下の説明では、投写光の光軸方向をＺ方向とし、これに直交する水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向と記述する。

共通ベース４は、中央部に起立した固定枠４１とその両側に台座部４２、４３を有する。可動ベースアセンブリ３３は、一方の台座部４３に搭載され固定枠４１に固定される。なお、他方の台座部４２には光学エンジン２が搭載される。

可動ベースアセンブリ３３は投写レンズ３１を保持しながらＸ方向とＹ方向に移動する部材で、共通ベース４側に配置されＹ方向に移動するＹ軸可動ベース（以下、Ｙベースと略す）５０と、投写レンズ３１側に配置されＸ方向に移動するＸ軸可動ベース（以下、Ｘベースと略す）６０を重ねたものである。Ｙベース５０は、共通ベース４の側面に取り付けたＹ軸アクチュエータ５１によりＹ方向に駆動され、Ｘベース６０は、Ｙベース５０の側面に取り付けたＸ軸アクチュエータ６１によりＸ方向に駆動される。

可動ベースアセンブリ３３には、本実施例の特徴である、Ｙベース５０をＹ方向に摺動させるガイド部材として２本のＹシャフト５２を設けている。このＹシャフト５２を共通ベース４の固定枠４１の両側辺のシャフト取付部５２１に押え金具５２２を用いて固定することで、可動ベースアセンブリ３３を共通ベース４に取り付ける。固定枠４１には、Ｙベース５０の移動位置を検出するポテンショメータ５８と、移動終点を検出するエンドセンサ５９を設けている。同様にＸベース６０の移動位置と移動終点の検出のため、Ｙベース６０にもポテンショメータ６８とエンドセンサ６９を設けている（図８参照）。

ベースカバー３４は、可動ベースアセンブリ３３の前面に配置し共通ベース４のカバー取付部９０に取り付ける。その際、ベースカバー３４に設けた板バネ９１にて、可動ベースアセンブリ３３に対しＺ方向への付勢力、すなわち共通ベース４へ押し付ける力を与え、投写レンズ３１のＺ方向位置のガタをなくしている。

図７と図８は可動ベースアセンブリ３３およびその分解図であり、図７は可動ベースアセンブリ３３の全体図、図８はＹベース５０とＸベース６０に分解した状態を示す。Ｙベース５０は共通ベース４に取り付けたＹ軸アクチュエータ５１によりＹ方向に駆動され、Ｘベース６０はＹベース５０に取り付けたＸ軸アクチュエータ６１によりＸ方向に駆動される。そして、各可動ベース５０、６０の摺動用ガイド部材として円柱状のシャフトを採用することで、従来の面接触摺動に比較して摺動負荷を低減し、かつ各可動ベース５０、６０の位置決め精度（直線性）を向上させている。

Ｙベース５０は、共通ベース４に取り付けた２本のＹシャフト５２をガイド部材としてＹ方向に摺動する。Ｙベース５０の両側面には、摺動のためＹシャフト５２が貫通する２つのシャフト穴５３を設けている。２本のＹシャフト５２のうち、Ｙ軸アクチュエータ５１に近接する方（主軸）を符号５２ａ、遠い方（副軸）を符号５２ｂで示し、これらに対応するシャフト穴をそれぞれ符号５３ａ、５３ｂで示す。主軸のシャフト穴５３ａはＹシャフト５２ａと略同径の正円形状とし、副軸のシャフト穴５３ｂはＹシャフト５２ｂの径よりも大きな長円形状として、Ｙシャフト５２ｂとの間に僅かなガタ（遊び）を持たせている。これにより、２本のＹシャフト５２の取り付け間隔とＹベース５０に形成した２つのシャフト穴５３の間隔とが完全に一致しなくても、両者の誤差を吸収し、Ｙベース５０を滑らかに低負荷で摺動させることができる。また、Ｙ軸アクチュエータ５１からの駆動力を受ける主軸側においてはガタのない摺動とすることで、摺動時のＹベース５０の位置決め精度（直線性）を維持することができる。

一方、Ｘベース６０はＹベース５０の上下辺に配置した２本のＸシャフト６２をガイド部材としてＸ方向に摺動する。Ｘベース６０の上下辺には、摺動のためＸシャフト６２が貫通する２つのシャフト穴６３を設けている。２本のＸシャフト６２のうち、Ｘ軸アクチュエータ６１に近接する方（主軸）を符号６２ａ、遠い方（副軸）を符号６２ｂで示し、これらに対応するシャフト穴をそれぞれ符号６３ａ、６３ｂで示す。前記Ｙベース５０の場合と同様に、主軸のシャフト穴６３ａはＸシャフト６２ａの径に合わせた正円形状とし、副軸のシャフト穴６３ｂはＸシャフト６２ｂの径よりも大きな長円形状として、Ｘシャフト６２ｂとの間に僅かなガタを持たせている。これにより、Ｘベース６０をＹベース５０に対して滑らかに摺動させ、摺動時のＸベース６０の位置決め精度（直線性）を維持することができる。Ｘベース６０の移動位置と移動終点の検出のため、Ｙベース５０にはポテンショメータ６８とエンドセンサ６９を設けている。

図９と図１０はアクチュエータの動力伝達構造を示す図で、図９はアクチュエータの全体図、図１０は可動ベースへの動力伝達を示す図である。

図９において、（ａ）はＹ軸アクチュエータ５１を（ｂ）はＸ軸アクチュエータ６１を示す。それぞれ、電動モータ５４、６４の回転力をギヤ列５５、６５にて減速してリードスクリュー５６、６６に伝達し、これに噛み合う非回転の駆動ナット５７、６７を推進させる。駆動ナット５７、６７にはそれぞれＹベース５０とＸベース６０が連結されており、Ｙ方向とＸ方向に移動する。２つの電動モータ５４、６４はレンズシフト機構３２の両側面に配置されるが、外形を小型化するため回転軸をいずれもＹ方向に向けて配置している。ギヤ列５５、６５では、ウォームギヤ５５１、６５１とウォームホイール５５２、６５２を用いて回転を減速するとともに移動時のバックラッシュをなくしている。さらにＹ軸用ギヤ列５５には、回転軸方向を９０度変換するためにクラウンギヤ５５３を追加している。前記したように、本実施例では可動ベース５０、６０を移動する際の摺動負荷が低減しているので、電動モータ５４、６４に要求される駆動パワーが低減し小形のモータを採用できる。

図１０は、可動ベースへの動力伝達を行うリードスクリューと駆動ナットを示している。ここでは、Ｙベース５０駆動用のリードスクリュー５６と駆動ナット５７を示しているが、Ｘベース６０駆動用のリードスクリュー６６と駆動ナット６７についても、図１０を９０度回転させれば同様である。図１０の（ａ）（ｂ）（ｃ）では、リードスクリュー５６の軸方向に対してＹベース５０の側面方向が傾斜している場合の動作を比較して示している。

まず（ａ）〜（ｃ）に共通の動作を説明する。ウォームホイール５５３が回転すると同軸のリードスクリュー５６が回転し、これに噛み合う駆動ナット５７をＹ方向に推進させる。一方Ｙベース５０には、駆動ナット５７のＹ方向の両端面（連結面）を挟み込む連結片５０ａを設けており、駆動ナット５７がＹ方向に移動することで連結片５０ａを押し進め、Ｙベース５０をＹ方向に移動させる。ここで、駆動ナット５７の連結面の中央部には突起部５７ａを形成し、Ｙベース５０側の連結片５０ａとはこの突起部５７ａにて接触し、突起部５７以外の部分では接触しないようにしている。この突起部５７ａは、Ｙベース５０の姿勢（側面方向）が傾斜してもＹベース５０を安定に移動させるためのものであり、以下にその説明をする。

図１０（ｂ）は、リードスクリュー５６の軸方向とＹベース５０の側面方向が平行である場合である。この場合は、駆動ナット５７の連結面とＹベース５０の連結片５０ａとが平行になるので、突起部５７ａがなくてもＹベース５０の滑らかな移動が可能である。これに対し図１０（ａ）（ｃ）は、リードスクリュー５６の軸方向に対しＹベース５０の側面方向が矢印方向に傾斜している場合である。この場合、Ｙベース５０の連結片５０ａも一緒に傾斜することになるが、駆動ナット５７の姿勢はリードスクリュー５６により規制され傾斜することができないので、駆動ナット５７の連結面と連結片５０ａとは非平行になる。もし駆動ナット５７の連結面が平坦であるなら、係合部５０ａとの接触状態が不安定になり（接触位置がエッジ部となる）、摺動負荷が増大してＹベース５０の滑らかな移動が困難になる。そこで駆動ナット５７の連結面に突起部５７ａを形成することで、常にこの突起部５７ａが対向する連結片５０ａと接触するようにして、Ｙベース５０の姿勢に関わらず両者の接触状態を安定化させ、Ｙベース５０の滑らかな移動を可能にしている。

図１１と図１２は投写レンズの光軸補正を示す図であり、図１１は補正機構を、図１２は補正動作を説明する図である。光軸補正では、レンズ光軸の傾き補正と、光軸方向（Ｚ方向）のレンズ位置補正の２つを行う。前者の傾き補正では焦点アンバランスを抑えるため、シフト機構組み立て後の積み上げ公差により生じた傾きを補正する。後者のレンズ位置補正では、結像面（液晶パネル面）からレンズ後端までの距離（バックフォーカス）を適正化するため、シフト機構組み立て後の積み上げ公差により生じた光軸方向のレンズ位置のずれを補正する。

図１１は、レンズシフト機構３２を搭載した共通ベース４を背面側（光学エンジン２の搭載側）から見た図である。共通ベース４の固定枠４１の４隅には、背面側から光軸補正用の４本の補正ネジ７０ａ〜７０ｄを差し込んでいる。このうち補正ネジ７０ａ、７０ｂの取付部近傍を拡大図Ａ、Ｂで示す。補正ネジの取り付け位置は、レンズシフト機構３２のガイド部材であるＹシャフト５２の上下端位置に合わせる。なおＹシャフト５２は、ベースカバー３４に設けた板バネ９１からＺ方向の付勢力を受け、固定枠４１側に押し付けられている。これに対し補正ネジ７０を押し込み、または引き戻すことで、これに当接するＹシャフト５２の上端側または下端側を投写方向（Ｚ方向）にずらすことができる。４本の補正ネジ７０ａ〜７０ｄの差し込み量を調整することで、２本のＹシャフト５２の傾きあるいは変位量を変え、レンズシフト機構３２の傾きと位置、すなわちこれに装着される投写レンズ３１の光軸傾きとレンズ位置を補正することができる。このように本実施例では、レンズシフト機構３２のガイド部材として導入したＹシャフト５２を利用し、これを補正ネジ７０で押し込むという簡単な構成でレンズ光軸の補正を実現している。

図１２は補正動作の具体例を示す図である。（ａ）は水平方向の傾き補正の例を示すレンズ上面図で、正常状態に対して投写レンズ３１の光軸（Ｚ軸）が水平方向（Ｘ方向）に傾いている場合である。この場合はレンズシフト機構３２に対し、右端側の補正ネジ７０ｃと７０ｄ、あるいは左端側の補正ネジ７０ａと７０ｂを押し込むことで光軸方向を正常状態に補正する。（ｂ）は垂直方向の傾き補正の例を示すレンズ側面図で、正常状態に対してレンズ光軸（Ｚ軸）が垂直方向（Ｙ方向）に傾いている場合である。この場合は、上端側の補正ネジ７０ａと７０ｃ、あるいは下端側の補正ネジ７０ａと７０ｂを押し込むことで正常状態に補正する。（ｃ）はレンズ位置補正の例を示すレンズ側面図で、投写レンズ３１のレンズ位置が基準位置から光軸方向（Ｚ方向）にずれている場合である。この場合は、４本の補正ネジ７０ａ〜７０ｄを押し込み、あるいは引き戻すことでレンズ位置を正常位置に補正する。

レンズ光軸が水平方向と垂直方向の両方向に傾いている場合には、（ａ）と（ｂ）の操作を組み合わせて行えばよい。またレンズ光軸の傾きとレンズ位置のずれの両方が生じている場合には、（ａ）と（ｃ）または（ｂ）と（ｃ）の操作を組み合わせて行えばよい。

図１３は、投写レンズ３１の着脱方法を説明する図で、図８のＸベース６０をさらに分解したものである。Ｘベース６０は投写レンズ３１を保持するため、Ｘベース本体６０１、押えリング６０２、レンズホルダ６０３に分かれる。投写レンズ３１を保持するために、Ｘベース本体６０１には凹部８１（３箇所）を設け、投写レンズ３１の鏡筒３１１に設けたフランジ８０（図４参照）を係合させる。なお、凹部８１のＺ方向の深さはフランジ８０のＺ方向の幅よりも僅かに小さくする。押えリング６０２とレンズホルダ６０３には、着脱時にフランジ８０を通過させるための切欠部８２、８３（それぞれ３箇所）を設けている。

また押えリング６０２には、レンズ保持のロック／解除の切替えを行うレバー８４を設けている。投写レンズ３１の取り付け時は、レバー８４により押えリング６０２を回転させ、切欠部８２以外の部分で凹部８１に係合されたフランジ８０を押えることで、投写レンズ３１をＸベース６０に固定する。投写レンズ３１の取り外し時は、レバー８４により押えリング６０２を逆方向に回転させ、切欠部８２を凹部８１位置に合わせてフランジ８０の押えを解放すれば、投写レンズ３１をＸベース６０から取り外すことができる。

以上のように本実施例によれば、レンズシフト機構において調整精度を維持しつつ摺動負荷を低減する投写型映像表示装置を提供することができる。また、投写レンズの光軸傾きやレンズ位置のずれを簡単な構成で実現することができる。

１…筐体、
２…光学エンジン、
２１…光源部、
２２…色分離光学系、
２３…色合成光学系、
３…投写光学系、
３１…投写レンズ、
３２…レンズシフト機構、
３３…可動ベースアセンブリ、
３４…ベースカバー、
４…共通ベース、
４１…固定枠、
４２，４３…台座、
５０…Ｙ軸可動ベース（Ｙベース）、
５０ａ…連結片、
５１…Ｙ軸アクチュエータ、
５２…Ｙシャフト、
５２１…シャフト取付部、
５２２…押え金具、
５３，６３…シャフト穴、
５４，６４…電動モータ、
５５，６５…ギヤ列、
５５１，６５１…ウォームギヤ、
５５２，６５２…ウォームホイール、
５５３…クラウンギヤ、
５６，６６…リードスクリュー、
５７，６７…駆動ナット、
５７ａ…突起部、
５８，６８…ポテンショメータ、
５９，６９…エンドセンサ、
６０…Ｘ軸可動ベース（Ｘベース）、
６０１…Ｘベース本体、
６０２…押えリング、
６０３…レンズホルダ、
６１…Ｘ軸アクチュエータ、
６２…Ｘシャフト、
７０ａ〜７０ｄ…補正ネジ、
８０…フランジ、
８１…凹部、
８４…レバー、
９０…カバー取付部、
９１…板バネ。

Claims (3)

1. 表示素子にて形成された映像を投写レンズにて拡大投写する投写型映像表示装置において、
   前記投写レンズを投写光の光軸と直交する２軸方向に移動させるレンズシフト機構を備え、
   該レンズシフト機構は、前記投写レンズを垂直方向に移動する第１の可動ベースと水平方向に移動する第２の可動ベース、および該第１の可動ベースを駆動する第１のアクチュエータと該第２の可動ベースを駆動する第２のアクチュエータを有し、該第１の可動ベースは固定部材側に垂直方向に配置した２本のシャフトをガイド部材として、該第２の可動ベースは該第１の可動ベースに水平方向に配置した２本のシャフトをガイド部材として摺動させる構成とし、
   前記第１の可動ベースのガイド部材である２本のシャフトに対し、前記固定部材の背面側から該シャフトに当接するように補正ネジを差し込み、該補正ネジの差し込み量を調整することで前記投写レンズの光軸の傾きと該投写レンズの位置ずれを補正することを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 請求項２に記載の投写型映像表示装置において、
   前記第１、第２の可動ベースには、それぞれ前記シャフトが貫通する２個のシャフト穴を設け、該２個のシャフト穴のうち前記第１、第２のアクチュエータに近接するシャフト穴は前記シャフトと略同径とし、他方のシャフト穴は前記シャフトの径よりも大きくしたことを特徴とする投写型映像表示装置。
3. 請求項２に記載の投写型映像表示装置において、
   前記第１、第２のアクチュエータが前記第１、第２の可動ベースを駆動するために、それぞれのリードスクリューの回転により駆動ナットを推進させ、該駆動ナットに連結された前記第１、第２の可動ベースを移動させる構成とし、該駆動ナットの連結面に突起部を形成したことを特徴とする投写型映像表示装置。

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