JPH0990273A

JPH0990273A - レンズフォーカシング装置

Info

Publication number: JPH0990273A
Application number: JP24113895A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kashiwabara; 隆司柏原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】従来のビデオプロジェクターには、像面温度
ドリフトなどのフォーカスボケに対して、適宜フォーカ
ス調整ができるような機能は備わっていない。そのため
投写装置の温度上昇につれて、投写像がボケてくるのを
容認せざるを得なかった。しかし最近の高精細度なコン
ピュータ出力画像などでは、この投写像のボケを容認で
きなくなって来た。【構成】投写レンズを構成するレンズ素子群投写レン
ズ２０の一部を、光軸方向に少量往復動可能に構成し、
ＯＣ液２９の熱膨張を巧みに利用して、熱膨張を圧力の
変化に変換し、その圧力を制御するとともに、モータ動
力あるいは空気圧を用いて、可動的に構成された投写レ
ンズ２２を往復動させ、像面温度ドリフトに対する補正
とフォーカスの調整を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的小形のブラウン
管などに映出される画像を、スクリーンに拡大投写する
時に使用する、投写レンズおよびそれを搭載する投写型
テレビジョンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大画面の映像を得るために、比較的小さ
なＣＲＴ（陰極線管）に映出された映像を、投写レンズ
によりスクリーン上に拡大投写する方法は周知の技術で
あるが、最近では投写レンズとＣＲＴとの空間を、屈折
率がＣＲＴのフェースガラスに近く且つ透明度の高い液
体で充し、光学的に結合することにより、界面反射を激
減させ効率よく投写レンズに導入し、投写画像の鮮明度
とコントラストを向上させる方式が採られている。一般
にこれをオプチカルカップリング方式（以下、ＯＣ方式
と記す）という。

【０００３】図６に従来例の一つを示す。１は投写レン
ズ、２はＯＣハウジングであり、右側には画像が映出さ
れるＣＲＴ３がとりつけられ、左側には投写レンズ１を
構成するレンズ素子群のなかで一番右端に位置するＯＣ
レンズ４が取り付けられている。ＯＣハウジング２には
シールゴム溝５，６が形成され、その溝中にシールゴム
７，８が挿置され、ＯＣハウジング２へ左方よりＯＣレ
ンズ４を、右方よりＣＲＴ３を取り付けると、シールゴ
ム７，８が受圧変形し押圧面に密着するため液体密封可
能なシーリングがなされる。

【０００４】またＯＣハウジング２の上部には、調圧開
口部９が形成されている。この調圧開口部９には蓋部が
設けられ、例えばゴムなどの弾性体で造られたダイアフ
ラム１０が配設され、ダイアフラム１０には、外周縁に
圧接シール部１１が形成されており、この部分が調圧開
口部９の周囲に形成されたシール溝に挿合し、押さえカ
バー１２を取り付けることで、圧接シール部１１が双方
の挟圧平面に密着するため、ＯＣハウジング２，ＣＲＴ
３，ＯＣレンズ４とで囲まれたＯＣ室１４が液密にシー
ルされる。なお押さえカバー１２には、ダイアフラム１
０が上方に移動した際に、中の空気が抜けていくための
通気孔１３が開けられている。

【０００５】さて、図６のように組立後、ＯＣ室１４に
オプチカルカップリング液１５（以後ＯＣ液と表す）を
注入充填後、調圧開口部９に蓋部であるダイアフラム１
０をかぶせて、中のＯＣ液１５が漏れないように液密に
封止する。現在、ＯＣ液としては、エチレングリコー
ル，エチレングリコールとグリセリン，エチレングリコ
ールと水の混合液などが一般的によく使用されている。

【０００６】ＣＲＴ３が駆動され、ラスター面に映出さ
れた画像が、投写レンズ１により前方に設置されている
スクリーン（図示せず）に拡大投写される。図６に示す
ように構成された投写レンズ装置では、ＯＣ液１５も光
学系の重要な要素として機能しており、屈折率の変動は
光学性能に大きな影響を及ぼす。

【０００７】投写型テレビジョン受像機のＣＲＴは、拡
大投写を行うため多大な光出力を必要とし、直視管型テ
レビのＣＲＴに比べ、格段に強烈な電力で駆動される。
そのためＣＲＴ自体の特にラスター部の管面温度は１０
０度以上にも上昇する。上記のＯＣ液１５は、管面の温
度を冷やす冷却液としても機能する。このＯＣ液１５を
介して、ＯＣ液１５を封入しているＯＣハウジング２に
熱が伝達され、ここから放熱される。

【０００８】ＯＣ液１５は液温が上昇すると、屈折率が
低下する。例えばエチレングリコールでは、２０度での
屈折率（Ｎｅ線）は１．４４３８であるが、８０度では
１．４２７７となる。ＣＲＴ３の駆動に伴いＯＣ液温は
徐々に上昇し、普通８０度前後で平衡状態に達する。Ｏ
Ｃ液１５の屈折率が変化するため、例えば初期２０度辺
りで厳正にフォーカス合わせを行っていても、液温の上
昇に伴いフォーカスがズレて来る。つまり投写像がボケ
てくるという現象が生じる。一般にこのような現象を
「像面温度ドリフト」という。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、ＣＲ
Ｔ３を駆動すると必然的にＯＣ液１５の温度が上昇し屈
折率が低下する。このためフォーカス面が投写レンズ１
方向へ移動し投写像がボケてくるいわゆる「像面温度ド
リフト」現象に対して、従来は特に積極的な対処がされ
てなかった。

【００１０】本発明はこのような問題点を解消する目的
でなされたもので、極めて簡単な構成で、効果的かつ合
理的にフォーカス調整が行える投写レンズ装置を提供す
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】ＯＣ液の温度が上昇し屈
折率が低下してくると、適正フォーカス面は投写レンズ
側に寄って来る。従ってこの移動したフォーカス面を、
初期の位置に戻すべく、フォーカスの再調整をすればい
い訳であるが、現在の投写型テレビジョン受像機の光学
系には、ＯＣ液温に応じてフォーカスを調整するような
機能は備わっていない。

【００１２】前述したようにＯＣ液温が上昇すると、適
正フォーカス面は投写レンズ側に寄って来る。この移動
したフォーカス面を、初期の位置に復帰させるには、Ｏ
Ｃレンズを左側（ＯＣレンズが突出する方向）に少量移
動させればよい。

【００１３】そこでＯＣレンズを、シリコーンゴム接着
剤などゴム弾性を有する接着層を介して、ＯＣハウジン
グに接着し、ＯＣレンズに圧力が加わると、このゴム接
着層が弾性変形しＯＣレンズが軸方向に移動可能に構成
する。ＯＣレンズの移動量は内圧に比例し、かつ内圧の
変化に応答性よく追従して移動するように構成されてい
る。もちろんＯＣレンズは、ＯＣ液を密封すべく液密に
接着されている。なおゴム接着層のバネ定数は、接着層
の厚さ，長さなどを適切に決定し、目的とする弾性強度
に設定しなければならない。

【００１４】またＯＣハウジングには、調圧開口部に蓋
部としてＯＣ液の熱膨張を吸収するためのゴム製のダイ
アフラムが取り付けられている。このダイアフラムは容
易に変形可能であり、ＯＣ液の膨張に応じて変形する。
ダイアフラムの変形には、ほとんど力を要さないため、
そのままではＯＣ液が膨張してもＯＣハウジング内の圧
力は変わらない（上昇しない）。しかしダイアフラムの
変形を抑制するような力を、板バネなどで付与してやれ
ば、その押圧力に応じてＯＣハウジング内に内圧が発生
する。この発生した内圧によって、前述したようにＯＣ
レンズは所定量移動する。

【００１５】従って、ＯＣ液の膨張量に比例した押圧力
が発生するような構造にすれば、ＯＣ液の膨張量に比例
して、ＯＣレンズを移動させることができる。ＯＣレン
ズの移動量は、接着層の弾性定数と押圧力とのバランス
によって決まり、ＯＣ液温に応じて適した移動量になる
ように、接着層の弾性定数と押圧力は最適化されてい
る。

【００１６】またモータで駆動されるカム円盤などを用
いて、ダイアフラムへの押圧力を能動的に可変できるよ
うにすれば、ＯＣハウジング内の内圧も可変制御でき、
従ってＯＣレンズの移動量を自在にコントロールするこ
とが可能であり、適時フォーカス調整が可能となる。

【００１７】

【作用】ＣＲＴの駆動発熱によりＯＣ液温が上昇する
と、ＯＣ液の体積膨張と同時に屈折率が低下する。屈折
率が低下すると、投写フォーカス面が移動する。このた
め投写像が、液温の上昇とともにボケてくる。この現象
を防止するには、液温が上昇しても常に適正フォーカス
面を初期位置に維持すればよいが、それには投写光学系
の調整を必要とする。既に述べたように、ＯＣレンズを
移動させることによってもフォーカス調整が行える。そ
こで投写レンズ系の一つであるＯＣレンズを、ゴム弾性
を有する接着層を介して、ＯＣハウジングに接着し、Ｏ
Ｃレンズに圧力が作用すると、軸方向に連続的に少量移
動できるように構成している。

【００１８】さてＯＣ液の液温の上昇による体積膨張に
よって、ＯＣハウジングに取り付けられたダイアフラム
が膨らんで来る。この膨らみを抑圧するような押圧力を
ダイアフラムに加えると、加えた押圧力に応じて、液密
空間内に圧力が生じる。この圧力が前記したＯＣレンズ
に作用し、ＯＣレンズが軸方向に移動する。

【００１９】従ってダイアフラムに加える押圧力をコン
トロールすることによって、ＯＣレンズの移動量を自在
にコントロールできる。このことは、フォーカス調整を
自在に行えることを意味する

【００２０】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図１は本発明の一実施例における全体の構
成を示す横断面図である。

【００２１】投写レンズ２０がＯＣハウジング２１に取
り付けられている。ＯＣハウジング２１に、図面の左側
よりＯＣレンズ２２が、ゴム系接着剤にて液密に接着さ
れている。図１に示すように、ＯＣレンズ２２の外周域
にかなり厚めの接着層２４が均一に形成されている。ま
た図面の右側よりＣＲＴ２３が所定位置まで挿入され、
ＯＣハウジング２１の内側壁とＣＲＴ２３のファンネル
部との空隙には、すきま幅とほぼ同じ太さで均一径のゴ
ム紐２５が、全周に捲回して挿入され、ＣＲＴ２３がガ
タつかないように位置決めされる。その後、空隙にシリ
コーンゴム接着剤などが注入充填され、液密な接着シー
ルが行われる。

【００２２】ＯＣハウジング２１の上部には、ＯＣ液２
９の注入孔を兼ねた調圧開口部２６が形成されている。
この調圧開口部２６にゴムなどの弾性体で造られたダイ
アフラム２８が配置され、ダイアフラム２８には、外周
縁に圧接シール部２８（ａ）が形成されており、この部
分が調圧開口部２６の周囲に形成されたシール溝にはま
り込み、押さえ蓋３０を取り付けることにより圧接さ
れ、中のＯＣ液２９が液密にシールされる。

【００２３】図２は、圧力制御部を正面方向から見たと
きの断面図を示したものである。ダイアフラム２８に
は、Ｕ字型の屈曲部２８（ｂ）が長円環状に形成されて
おり、主にこの部分が変形することで、ダイアフラム２
８の上下動がなされる。ダイアフラム２８の上部には、
押圧板３１が密接配置され、さらにその上に板バネ３２
が配設されている。板バネ３２のバネ弾性力が、押圧板
３１を介して、ダイアフラム２８のほぼ全面を均等に押
圧するように構成されている。

【００２４】図２に示す状態では、板バネ３２は変形し
ていないので、押圧板３１にはほとんどバネ弾性力は作
用していない。

【００２５】図３は、圧力制御部の分解見取図を示した
ものであり、板バネ３２の見取図を示している。板バネ
３２の中央両側には対向して２対４個のガイド突起３２
（ａ）が形成されている。このガイド突起３２（ａ）
が、押さえ蓋３０の中央部に形成されたブリッジ部３０
（ａ）の側面を挟持するように係合し位置決めがなされ
る。板バネ３２の中央には、球面凹部３２（ｂ）が形成
されており、この球面凹部３２（ｂ）に後述のピボット
ピンギア３３の球面端３３（ａ）が当接している。板バ
ネ３２は、この球面凹部３２（ｂ）を支点として弓状に
撓み変形する。また両翼折り曲げ部先端のカーリング部
３２（ｃ）は、押圧板３１に接している。

【００２６】この図３と図２を併用して説明を行う。押
さえ蓋３０の上面に、メカ基盤３４が取り付けられる。
メカ基盤３４には、中空ボス３４（ａ）が形成されてお
り、その内周面には雌ネジ（右ネジ）が形成されてい
る。この雌ネジと、前述のピボットピンギア３３に形成
されている雄ネジ３３（ｂ）（右ネジ）とが螺合してい
る。ネジ係合しているため、ピボットピンギア３３が左
右に回転することで、それ自体は上下に移動する。

【００２７】さてメカ基盤３４には、中継ギア３５の回
転支軸となる、直立軸３４（ｂ）が形成されている。こ
の直立軸３４（ｂ）に、中継ギア３５が、回転自在に挿
置されている。中継ギア３５に形成されている小ギア３
５（ａ）は、前述のピボットピンギア３３に一体形成さ
れた大ギア３３（ｃ）と噛合している。小ギア３５
（ａ）と大ギア３３（ｃ）との噛み合わせは、ピボット
ピンギア３３が上下に移動しても、十分なギア長さがあ
るため噛み合いが外れることはない。

【００２８】さらに中継ギア３５に一体形成された大ギ
ア３５（ｂ）は、駆動モータ３６のモータシャフトに固
着されたピニオンギア３７と噛合している。以上説明し
たような構成により、駆動モータ３６の回転は、減速か
つ増力されて、ピボットピンギア３３に伝達される。以
上の説明からも理解されるように、駆動モータ３６を左
右方向に回転駆動することで、ピボットピンギア３３を
上下に移動させることができる。

【００２９】次に以上のように構成された本実施例の動
作について説明する。ＣＲＴ２３が通電駆動されると発
熱し、この熱が管面よりＯＣ液２９に伝わり、液温が徐
々に上昇する。これに伴いＯＣ液２９は熱膨張すると共
に屈折率が低下する。液温の上昇にともない、適正フォ
ーカス面は投写レンズ２１の方向に移動し投写像がボケ
て来る。これを防止するには、常に適正フォーカス面を
初期位置に維持するよう、フォーカス調整をすればよ
い。本発明では、ＯＣ液２９の熱膨張によるＯＣ室内の
内部圧力の上昇を利用するのと併せて、モータなどの動
力を用いて、能動的にＯＣ室内の内部圧力をコントロー
ルすることで、ＯＣ室内の内部圧力によって往復動する
ように構成されたＯＣレンズ２２を移動させて、フォー
カス調整を行うことを可能としている。

【００３０】図４は、ＯＣ液２９が膨張した時の、圧力
制御部の状態を示している。ＯＣ液２９が膨張すると、
ダイアフラム２８は、徐々に上方に押し上げられる。板
バネ３２が無ければダイアフラム２８は、ほとんど抵抗
なく上下動する。従ってＯＣ液２９の膨張増分は、殆ど
ダイアフラム２８の上方変移によって吸収され、また内
部圧力の上昇も起こらない。

【００３１】しかし板バネ３２を配置し、ダイアフラム
２８の上方変移を抑圧するような力を与えてやると、そ
のバネ圧と均衡する内圧が発生する。なお板バネ３２
の、板厚，板幅，あるいは腕の長さなどの各要素を変え
て、バネ定数を変えてやれば、バネ特性を任意に設定で
きる。

【００３２】さてＯＣレンズ２２は、弾性変形可能なシ
リコーンゴムの接着層を介して接着されているため、内
部の圧力が増加すると、外方向（図１において矢印Ａで
示した方向）に、内圧とゴム弾性力とが均衡するところ
まで押し出される。ダイアフラム２８の上方変移によっ
て板バネ３２が撓み、そのバネ弾性力に応じた内圧が発
生し、結果としてＯＣレンズ２２が移動する。

【００３３】ＯＣ液温の上昇と、膨張体積量の関係は、
ほぼ一次曲線を描く。上記説明したような板バネによる
圧力付与機構によれば、内圧変化もこれと同様の一次曲
線を示す。またＯＣ液温の上昇と、屈折率の変化の関係
も、ほぼ一次曲線を描く。これを基に光学シミュレーシ
ョンを行った結果、像面温度ドリフトを補正するのに必
要なＯＣレンズ２２の移動量も、ほぼ一次曲線を描くこ
とが判明した。従ってＯＣ液温の上昇と、ＯＣレンズ２
２の必要移動量とは一次関数の関係にあると言える。こ
の機構の重要因子である、接着層２４の弾性特性あるい
は板バネ３２のバネ定数を最適に設定することで、像面
温度ドリフトに対する自動調整が可能である。

【００３４】さらに図２，図３に示すように、駆動モー
タ３６を左右方向に回転駆動することによって、板バネ
３２自体の支点位置を上下に移動させ、ダイアフラム２
８に加えている押圧力を変化させることができる。では
その過程を簡単に説明する。図４において、駆動モータ
３６を矢印Ｂ方向（右回転）に回転駆動すると、中継ギ
ア３５は左回転し、さらにそれと噛み合っているピボッ
トピンギア３３は、右回転する。ピボットピンギア３３
が右回転すると、それ自体はネジ係合しているため、下
方向に移動する。ピボットピンギア３３が下方向に移動
すると、その球面端３３（ａ）が、板バネ３２の支点を
下方向に押し下げる。これにより板バネ３２の湾曲撓み
は大きくなり、ダイアフラム２８に対する押圧力が増加
する。この作用で内圧が増加し、その結果ＯＣレンズ２
２が、矢印Ａ方向に（図１）に少量移動する。反対に駆
動モータ３６を左方向に回転駆動すると、内圧は減少
し、ＯＣレンズ２２は矢印Ａ方向とは逆の方向に移動す
る。

【００３５】以上説明したように、極めて簡素な構成で
あり、小型のモータを用いてそれを左右方向に回転駆動
するだけで、ＯＣレンズ２２を軸方向に往復動でき、能
動的に精度の高いフォーカス調整を行うことが出来る。

【００３６】また他の方法として、図５に示すように、
押さえ蓋３９を密閉構造とし、それを取り付けた時、ダ
イアフラム３８の上部に密閉空間であるエアータンク室
４０が形成される構造とする。そして押さえ蓋３９の一
部に、チューブカプラー４１を設けそこにチューブ４２
を気密に結合する。そしてチューブ４２の他端は、圧力
制御式エアーポンプ４３に結合している。エアーポンプ
４３の圧力制御機能を用いて、エアータンク室４０内の
圧力を昇降可変してやれば、これに連動してＯＣレンズ
２２が軸方向に往復動する。

【００３７】この様に適宜、エアーポンプ４３を駆動す
ることで、投写レンズのフォーカシング操作が極めて簡
単に行える。なお圧力制御式エアーポンプ４３にサーボ
コントロール機能を持たせれば、フォーカシング操作の
リモートコントロールも容易に行える。

【００３８】

【発明の効果】従来、ビデオプロジェクターなどにおけ
る大口径投写レンズを用いた投写光学系では、像面温度
ドリフトなどのフォーカスボケに対して、適宜フォーカ
ス調整ができるような機能は備わっていなかった。その
ため投写装置の温度上昇につれて、投写像がボケてくる
のを容認せざるを得なかった。しかし昨今のように高精
細度化されたコンピュータ出力画像などを拡大投写する
高精細度プロジェクターでは、この投写像のボケを容認
できなくなって来ており、この課題に対する早急な解決
が求められている。本発明は、この課題の解決を図るべ
く成されたものである。

【００３９】本発明によれば、ＯＣ液の熱膨張を巧みに
利用することで、ＯＣ液温に応じてＯＣレンズを変移さ
せ、自動的に像面温度ドリフトを補正すると同時に、ま
たさらにモータ動力，空気圧などを利用して、ＯＣレン
ズを変移させ、任意かつ能動的にフォーカス調整を行う
ことも可能にしている。構造も簡素であり低コストで信
頼性の高いレンズフォーカシング装置を提供するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における投写光学ユニットの
横断面図

【図２】正面方向からみた圧力調整部の断面詳細図

【図３】圧力調整部の分解見取り図

【図４】ＯＣ液が熱膨張した時の、圧力調整部の状態を
示した図と圧力調整部の上面図

【図５】エアーポンプを用いた空気圧制御方式による圧
力調整部の断面詳細図

【図６】従来のレンズフォーカシング装置を示す断面図

【符号の説明】

２０投写レンズ２１ＯＣハウジング２２ＯＣレンズ２３ＣＲＴ２４接着層２５シリコーンゴム紐２６調圧開口部２８ダイアフラム２９ＯＣ液３０押さえ蓋３１押圧板３２板バネ３３ピボットピンギア３４メカ基盤３５中継ギア３６駆動モータ３７ピニオンギア３８ダイアフラム３９押さえ蓋４０エアータンク室４１チューブカプラー４２チューブ４３エアーポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】テレビジョン画像などが映出される表示
装置と、前記表示装置に映出された画像を拡大投射する
投写レンズと、前記表示装置と前記投写レンズとの間を
液体で充たして前記表示装置と前記投写レンズを装着す
るＯＣハウジングとを備え、前記ＯＣハウジングは開口
部とこの開口部をふさぐ蓋部とを有し、また前記蓋部は
前記液体の内部圧力を制御するための圧力調整部により
押圧力が加えられることを特徴とするレンズフォーカシ
ング装置。
【請求項２】テレビジョン画像などが映出される表示
装置と、前記表示装置に映出された画像を拡大投写する
投写レンズと、前記表示装置と前記投写レンズとの間を
液体で充たして前記表示装置と前記投写レンズを装着す
るＯＣハウジングとを備え、前記ＯＣハウジングは開口
部とこの開口部をふさぐ蓋部とを有し、前記蓋部は前記
液体の内部圧力を制御するための圧力調整部により押圧
力が加えられ、この押圧力に応じて前記投写レンズが軸
方向に移動することを特徴とするレンズフォーカシング
装置。
【請求項３】蓋部は弾性体で造られたダイアフラムか
ら構成され、圧力調整部は前記ダイアフラムを覆って密
閉空間を形成し、該密閉空間の空気圧を可変することで
液体の内圧を可変し、投写レンズが軸方向に往復動する
ことを特徴とする請求項１記載のレンズフォーカシング
装置。
【請求項４】圧力調整部は液体の温度上昇による体積
膨張にともない、前記液体内に加わる圧力が徐々に増し
ていくことを特徴とする請求項１記載のレンズフォーカ
シング装置。
【請求項５】蓋部は弾性体で造られたダイアフラムか
ら構成され、圧力調整部は前記ダイアフラムをバネなど
により押圧力を付加し、上記バネの撓み量をモータなど
の駆動力を用いて可変し、上記押圧力を可変することを
特徴とする請求項１記載のレンズフォーカシング装置。
【請求項６】密閉空間の空気圧を圧力制御式エアーポ
ンプを用いて変化させることを特徴とする請求項３記載
のレンズフォーカシング装置。