JP6107049B2

JP6107049B2 - 照明光学系、及び画像投射装置

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Publication number: JP6107049B2
Application number: JP2012235824A
Authority: JP
Inventors: 藤岡　哲弥; 哲弥藤岡; 正道山田; 御沓　泰成; 泰成御沓; 金井　秀雄; 秀雄金井; 聡土屋; 直行石川; 素久池田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: CN103777449A; US20140118706A1; EP2725421A1; JP2014085591A; EP2725421B1; US9104093B2; CN103777449B

Description

本発明は、照明光学系、及び画像投射装置に関する。

従来より、パソコンやビデオカメラ等からの画像データをもとに、光源から出射される光を用いて画像形成部において投影用の画像を生成し、生成した画像をスクリーンなどの被投射面に投射して表示する画像投射装置が知られている。画像投射装置においては、大画面に画像を投影できること、及び画像投射装置と、被投射面との間の距離を可能な限り短くできることが望まれており、短投影距離に対応した画像投射装置が開示されている。

画像投射装置にあっては、光源から画像形成部への光路上に、光源からの光の拡大、又は縮小を行うレンズ部が設けられており、このレンズ部を精度よく筐体に固定する構成が求められる。例えば、特許文献１に記載の画像投射装置にあっては、１枚のレンズ部を筐体に形成された保持部に差込み、板バネ部材によって、保持部に対してレンズ部を押し当てることで、固定する構成が示されている。また、特許文献２に記載の画像投射装置にあっては、レンズ部を光軸方向に押し当てるための弾性部材と、上下方向に押し当てるための別の弾性部材とがそれぞれ設けられている。

しかしながら、短投影距離に対応した画像投射装置にあっては、少しのずれが大きな投射のずれとなってしまうことから、上述したレンズ部の固定をより精度よく行うことが、求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より高い精度で光源から画像形成素子の経路上に位置するレンズ部を固定することのできる照明光学系、及び画像投射装置を提供に要することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の照明光学系は、出射された光が画像を形成する画像形成素子へと至る経路上に設けられたレンズ部と、前記レンズ部を保持する保持部と、前記保持部に対して装着されるとともに、前記光の光軸方向に付勢されて前記レンズ部を押圧する第１部位、及び前記光軸方向に対して直交する方向に対して付勢され、前記レンズ部を押圧する第２部位が一体的に形成された弾性部と、を備え、前記レンズ部は、一対のレンズにより構成されており、前記弾性部は、前記一対のレンズを押圧する部位のうち、前記一対のレンズに対応し、前記光軸方向に対して直交する方向に対して付勢された複数の部位が、それぞれ同一の部材に設けられてなる、ことを特徴とする。

本発明によれば、より高い精度で光源から画像形成素子の経路上に位置するレンズ部を固定するという効果を奏する。

図１は、実施形態のプロジェクタの斜視図である。図２は、実施形態のプロジェクタの上方カバーを取り外した状態を示す斜視図である。図３は、実施形態の光学装置、光源装置の断面図である。図４は、実施形態の一対のリレーレンズの配置、及び固定状態を光の入射面側から見た状態を示す説明図である。図５は、実施形態の一対のリレーレンズの配置、及び固定状態を光の出射面側から見た状態を示す説明図である。図６は、実施形態の一対のリレーレンズの配置、及び固定状態を光の光軸と直交する方向から見た状態を示す説明図である。図７は、実施形態の弾性部材の斜視図である。

以下、本発明の電子機器を画像投射装置としてのプロジェクタに具体化した実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明はスピーカを備え振動を抑制したい要求がある他の電子機器に適用することもでき、例えばＰＣやＴＶなどにも適用することができる。図１は、プロジェクタ１の斜視図であり、図２は、プロジェクタ１から上方カバー２を取り外した状態を示す斜視図である。

図１、図２に示されるように上方カバー２には、投射レンズ３が設けられている。投射レンズ３は、最終的に被投影面に投影される映像や画像のデータの拡大倍率を変更することができる。また、プロジェクタ１の筐体を構成する本体部１０には、光学装置２０、光源装置３０、スピーカユニット４０、ハウジング部５０、吸気部６０が設けられている。

図３は、光学装置２０、及び光源装置３０の詳細な構成を示す断面図である。図３に示されるように、光学装置２０は、照明光学系２０ａ、及び投射系２０ｂを備える。光学装置２０は、カラーホイール２５、ライトトンネル２６、リレーレンズ２７ａ、２７ｂ、平面ミラー２８、凹面ミラー２９を備えている。これらの各部材は、光学装置２０の本体部内に設けられている。また、光学装置２０には、画像形成部２１が設けられている。画像形成部２１は、画像を形成する画像形成素子であるＤＭＤ素子により構成されている。

円盤状のカラーホイール２５は、光源装置３０からの白色光を単位時間毎にＲＧＢの各色が繰り返す光に屁関してライトトンネル２６に向けて出射する。ライトトンネル２６は、板ガスを張り合わせて筒状に構成されており、カラーホイール２５から出射された光をリレーレンズ２７へと導出する。リレーレンズ２７は、１対のレンズ部である２枚のリレーレンズ２７ａ、２７ｂを組み合わせて構成されており、ライトトンネル２６から出射される光の軸上色収差を補正しつつ集光する。リレーレンズ２７は、光源装置３０から出射された光が画像を形成する画像形成素子へと至る経路上に位置している。平面ミラー２８、及び凹面ミラー２９は、リレーレンズ２７により出射される光を反射して、画像形成部２１へと案内して、集光させる。画像形成部２１は、複数のマイクロミラーからなる矩形状のミラー面を有し、映像や画像のデータに基づいて各マイクロミラーが時分割駆動されることにより、所定の画像データを形成するように投射光を加工して反射するＤＭＤ素子を備えている。

また、光源装置３０は、例えば高圧水銀ランプを光源として備えている。光源装置３０は光学装置２０の照明光学系２０ａに向けて白色光を照射する。照明光学系２０ａ内においては、光源装置３０から照射された白色光がＲＧＢに分光され、画像形成部２１へと導出される。そして、画像形成部２１は、変調信号に応じて画像形成を行い、投射系２０ｂが形成された画像を拡大投射する。

また、図３で示される画像形成部２１の図中手前側となる鉛直方向上方には、画像形成部２１に入射した光のうち、投射光Ｌとしては使用しない不要な光を受光するＯＦＦ光板が設けられている。画像形成部２１に光が入射すると、ＤＭＤ素子の働きにより時分割で映像データに基づいて複数のマイクロミラーが作動し、このマイクロミラーによって使用する光は投射レンズ３へと反射され、捨てる光はＯＦＦ光板へと反射される。画像形成部２１では、投射画像に使用する光は投射系２０ｂへと反射され、複数の投射レンズ３を通って拡大され、拡大された映像光が拡大されて投射される。

次に、リレーレンズ２７の本体部１０への取り付け構造について、図４〜７を用いて説明する。図４は、リレーレンズ２７ａ、２７ｂの配置、及び固定状態を光の入射面側から見た状態を示す説明図である。図５は、リレーレンズ２７ａ、２７ｂの配置、及び固定状態を光の出射面側から見た説明図である。図６は、リレーレンズ２７ａ、２７ｂの配置、及び固定状態を光の光軸と直交する方向から見た説明図である。また、図７は、リレーレンズ２７を固定するための、弾性部材７０の形状を示している。

図４〜６に示されるように、リレーレンズ２７ａと、リレーレンズ２７ｂは、光源装置３０から照射される光軸に対して同軸となるように各リレーレンズ２７ａ、及び２７ｂのハウジングをなす保持部７１に互いにほぼ平行になるよう配置されている。保持部７１には、リレーレンズ２７ａの形状に沿った保持部７１と、リレーレンズ２７ｂの形状に沿った保持部７２とがそれぞれ形成されている。また、保持部７１のうち、実際にリレーレンズ２７ａと点接触するのは、当てつけ部７１ａ〜７１ｃの三箇所である。当てつけ部７１ａは、光源装置３０側から見て、リレーレンズ２７ａの右上方と当接する。当てつけ部７１ｂは、光源装置３０側から見て、リレーレンズ２７ａの下端と当接する。当てつけ部７１ｃは、光源装置３０側から見て、リレーレンズ２７ａの左上方と当接し、当てつけ部７１ａと光軸を通る線を起点に線対称の位置に形成される。したがって、保持部７１は、当てつけ部７１ａ〜７１ｃ以外の部分が切り欠けられた状態となるよう成型されている。したがって、切り替えられた部位が非接触部に相当する。また、保持部７２にも、同様に当てつけ部７２ａ〜７２ｃが形成されている。

また、リレーレンズ２７ａ、及び２７ｂは、凸形状をした湾曲面と、平面とを有し、湾曲面が光の出射面側、平面が入射面側に位置している。したがって、本実施形態においては、リレーレンズ２７ａの入射面が、当てつけ部７１ａ〜７１ｃと当接し、リレーレンズ２７ｂの入射面が当てつけ部７２ａ〜７２ｃと当接する。また、保持部７１、及び保持部７２が形成する空間には、弾性部材７０が挿入されている。弾性部材７０は、保持部７１、７２の形状に合わせて構成されており、挿入によって保持部７１、７２に固定される。弾性部材７０は、例えば板バネや弾性的に変形可能な樹脂部材などにより構成されている。

図７に示されるように、弾性部材７０は、押え部７３〜７８を備えている。押え部７３（第１部位）は、リレーレンズ２７ａを出射面側から当てつけ部７１ａに対して、すなわち光軸方向に押圧する。また、押え部７４（第１部位）は、リレーレンズ２７ａを出射面側から当てつけ部７１ｃに対して、すなわち光軸方向に押圧する。押え部７５（第１部位）は、リレーレンズ２７ｂを出射面側から当てつけ部７２ａに対してすなわち光軸方向に押圧する。また、押え部７６（第１部位）は、リレーレンズ２７ｂを出射面側から当てつけ部７２ｃに対してすなわち光軸方向に押圧する。また、押え部７７（第２部位）は、リレーレンズ２７ｂを、光源装置３０から見て右斜め上方から当てつけ部７２ｂに対して、すなわち光軸方向に直交する方向に押圧する。また、押え部７８（第２部位）は、リレーレンズ２７ａを、光源装置３０から見て右斜め上方から当てつけ部７１ｂに対して、すなわち光軸方向に直交する方向に押圧する。押え部７７、及び押え部７８は、同一部材から枝分かれして一体的に形成されている。

以上のような構成でリレーレンズ２７ａ、２７ｂを装着する場合、まず初めに弾性部材７０が装着される。次いで、リレーレンズ２７ａを保持部７１に装着しようとすると、弾性部材７０の押え部７８と、押え部７３、及び７４がリレーレンズ２７ａ側に付勢されているため、まずこれらの各押さ部７３、７４、及び７８をリレーレンズ２７ａによって、装着を阻害しないように押しのけながら、リレーレンズ２７ａを保持部７１へと装着する。装着が完了すると、リレーレンズ２７ａによって押しのけられていた各押え部７３、７４、及び７８が元の位置に戻ろうとするため、リレーレンズ２７ａは各当てつけ部７１ａ〜７１ｃに対して押し付けられるようになる。

また、リレーレンズ２７ｂを保持部７２に装着しようとすると、弾性部材７０の押え部７７と、押え部７５、及び７６がリレーレンズ２７ｂ側に付勢されているため、まずこれらの各押え部７５、７６、及び７７をリレーレンズ２７ｂによって、装着を阻害しない位置に押しのけながら、リレーレンズ２７ｂを保持部７２へと装着する。装着が完了すると、リレーレンズ２７ｂによって押しのけられていた各押え部７５、７６、及び７７が元の位置に戻ろうとするため、リレーレンズ２７ｂは各当てつけ部７２ａ〜７２ｃに対して押し付けられるようになる。

以上のように示した照明光学系にあっては、一対のリレーレンズ２７ａ、及び２７ｂがそれぞれ共通の弾性部材７０によって、筐体をなす保持部７１、７２に対して当てつけられている。そのため、リレーレンズを少ない部品点数で精度よく固定位置を決めることができるようになる。また、弾性部材７０は一部材で構成されていることから、弾性部材を個別に設けた場合と比較して、保持部７１、７２に対して安定して固定されており、リレーレンズ２７ａ、２７ｂの固定に当たってもずれを抑制することができるようになるため、より一層固定の精度を高めることができるようになる。

また、リレーレンズ２７ａを上方側から押さえつける押え部７８と、リレーレンズ２７ｂを上方側から押さえつける押え部７７とが、一つの部位として形成されているため、弾性部材７０の形成もより容易に精度よく行うことができるようになる。

さらには、リレーレンズ２７ａ、２７ｂを保持部７１、７２によって全面的に保持するのではなく、切り欠けを形成することで、当てつけ部７１ａ〜７１ｃ、及び７２ａ〜７２ｃとだけ接触するようにし、より固定の精度を上げることができるようになる。

なお、保持部７１、及び７２は、各リレーレンズ２７ａ、２７ｂの入射面側と接触するように形成されているが、出射面側と接触する側に形成されていてもよい。この場合、弾性部材７０によって押さえつける方向が反対向きとなるため、保持部の位置に応じて、弾性部材７０の形状を変える必要がある。また、リレーレンズ２７ａ、２７ｂの出射面側のほうは、より湾曲した形状をしているため、リレーレンズ２７ａ、２７ｂのずれがあっても、入射面側よりはずれを抑制することができる。

また、弾性部材７０の押え部７８、及び７７は斜め上方からリレーレンズ２７ａ、２７ｂを押さえつけることで、下向きのベクトルと、横向きのベクトルの両方を付加させるようにされていたが、これは少なくとも下向きのベクトルを加えることができるように構成されていればよい。さらには、押え部７７、及び７８は共通の部材によって形成されていなくてもよい。

また、画像形成素子としてＤＭＤ素子を用いる構成を示したが、他の画像形成素子を用いてもよく、例えば液晶素子などを使用することもできる。また、リレーレンズ２７ａ、２７ｂは必ずしも両方とも設けられている必要はなく、一つのリレーレンズで構成されるようにしてもよい。

１プロジェクタ
２上方カバー
３投射レンズ
１０本体部
２０光学装置
２０ａ照明光学系
２０ｂ投射系
２１画像形成部
２５カラーホイール
２６ライトトンネル
２７ａリレーレンズ
２７ｂリレーレンズ
２８平面ミラー
２９凹面ミラー
３０光源装置
４０スピーカユニット
５０ハウジング部
６０吸気部
７０弾性部材
７１保持部
７１ａ当てつけ部
７１ｂ当てつけ部
７１ｃ当てつけ部
７２保持部
７２ａ当てつけ部
７２ｂ当てつけ部
７２ｃ当てつけ部
７３押え部
７４押え部
７５押え部
７６押え部
７７押え部
７８押え部

特開２００５−２６６７０２号公報特開２００４−１１７９３１号公報

Claims

出射された光が画像を形成する画像形成素子へと至る経路上に設けられたレンズ部と、
前記レンズ部を保持する保持部と、
前記保持部に対して装着されるとともに、前記光の光軸方向に付勢されて前記レンズ部を押圧する第１部位、及び前記光軸方向に対して直交する方向に対して付勢され、前記レンズ部を押圧する第２部位が一体的に形成された弾性部と、
を備え、
前記レンズ部は、一対のレンズにより構成されており、
前記弾性部は、前記一対のレンズを押圧する部位のうち、前記一対のレンズに対応し、前記光軸方向に対して直交する方向に対して付勢された複数の部位が、それぞれ同一の部材に設けられてなる、
ことを特徴とする照明光学系。
前記弾性部は、前記レンズ部の出射面側から前記レンズ部を、前記保持部に対して、前記光の光軸方向に押圧させる
ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
前記弾性部は、前記レンズ部に対して斜め上方側から前記保持部に向けて付勢されることにより、前記レンズ部を、前記光軸方向に対して直交する方向に対して押圧する
ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
前記保持部は、切り欠けられて前記レンズ部と接触しない非接触部と、前記レンズ部と点接触する当てつけ部と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
請求項１〜４に記載の照明光学系を備えた画像投射装置であって、
光を出射する光源装置と、
前記光源装置から出射され、前記照明光学系を経由した光を受光して、投射用の画像を生成する画像形成部と、
生成された前記画像を投射する投射レンズと、
を更に備えることを特徴とする画像投射装置。