JP2006030586A - 投射レンズ装置及びプロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成を複雑化させることなく不要光の投射を確実に防止できる投射レンズ装置を提供する。
【解決手段】負メニスカスレンズL5を光軸方向最前部にてレンズ保持枠11内に保持する。レンズ保持枠11内にて内面反射した不要光を遮光するマスク23を、レンズ保持枠11の光軸方向最前部の内周縁部から光軸Ｏに向けて一体に突設する。レンズ保持枠11内にて内面反射した不要光をマスク23にて確実に遮光し、構成を複雑化させることなく不要光の投射を確実に防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を投射するプロジェクタ装置の投射レンズ装置及びこれを備えたプロジェクタ装置に関する。

従来、この種の投射レンズ装置は、複数のレンズを保持した略円筒状のフィルタ保持枠を備えている。このフィルタ保持枠は、複数のレンズにて構成されたレンズ群を保持し、光軸の周囲に沿って回動することでフォーカス動作可能なフォーカス環と、このフォーカス環の光軸方向後側に設けられ光軸の周囲に沿って回動することでズーム動作可能なズーム環とを有している。

フォーカス環には、投射レンズ装置の光軸方向の前端部に、先頭レンズが保持されている。また、このフォーカス環の光軸方向の前方には、フィルタ保持枠内のレンズにて内面反射された不要光を遮光する一対のマスクが設けられている。

これらマスクは、それぞれ板状に設けられ、中央部に長方形状の開口部を形成するようにこの開口部の一つの対角線上にそれぞれ配置されている。さらに、各マスクには、カム溝が光軸の周囲に沿って設けられている。このカム溝は、一端部から他端部に向けて光軸から徐々に離間されるように形成されている。またさらに、これらカム溝には、フォーカス環から光軸に平行に突設されたカム軸が挿入されている。これらカム軸は、光軸に対して互いに反対側に設けられている。

そして、各マスクは、フォーカス環のフォーカス動作にともなって回動するカム軸とカム溝との嵌合により光軸に近づいたり光軸から遠ざかったりすることで、開口部の開口量を変化させて、フィルタ保持枠内のレンズ群にて内面反射された不要光を、フォーカス動作に応じて遮光する。あるいは、マスクとして液晶パネルなどの物性素子を用い、フォーカス環あるいはレンズ群の位置などをセンサで検知し、この検知したフォーカス環あるいはレンズ群の位置などの位置に応じて物性素子の開口形状を変化させる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１９４０６５号公報（第２−３頁、図５、図９−１０）

しかしながら、上述の投射レンズ装置では、マスクをフォーカス環とは別個に設け、かつカム軸及びカム溝などを形成しなければならず、あるいは、センサなどを設けて物性素子の開口形状を制御しなければならないなど、構成を簡略化することが容易でないという問題点を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、構成を複雑化させることなく不要光の投射を確実に防止できる投射レンズ装置及びこれを備えたプロジェクタ装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の投射レンズ装置は、光を投射するプロジェクタ装置の投射レンズ装置であって、略筒状のレンズ保持枠と、このレンズ保持枠内にて光軸方向最前部に保持された先頭レンズと、この先頭レンズの光軸方向前面に位置して前記レンズ保持枠に一体に設けられ、前記レンズ保持枠内にて内面反射された不要光を遮光するマスクとを具備したものである。

そして、光軸方向最前部にて先頭レンズを保持した略筒状のレンズ保持枠に一体に設けたマスクにより、レンズ保持枠内にて内面反射された不要光を遮光することで、構成が複雑化することなく不要光の投射が確実に防止される。

請求項２記載の投射レンズ装置は、光を投射するプロジェクタ装置の投射レンズ装置であって、略筒状のレンズ保持枠と、このレンズ保持枠内にて光軸方向最前部に保持された先頭レンズと、この先頭レンズの光軸方向前面に位置してこの先頭レンズに一体的に設けられ、前記レンズ保持枠内にて内面反射された不要光を遮光するマスクとを具備したものである。

そして、光軸方向最前部にてレンズ保持枠内に保持された先頭レンズに一体的に設けたマスクにより、レンズ保持枠内にて内面反射された不要光を遮光することで、構成が複雑化することなく不要光の投射が確実に防止される。

請求項３記載の投射レンズ装置は、請求項１または２記載の投射レンズ装置において、先頭レンズが、光軸方向後面が凹面に形成された負パワーのレンズであるものである。

そして、先頭レンズを光軸方向後面が凹面に形成された負パワーのレンズとすることで、投射画角を広げることが可能となるとともに、光軸方向後面の凹面により内面反射されやすくなる不要光がマスクにより確実に遮光される。

請求項４記載の投射レンズ装置は、請求項１ないし３いずれか一記載の投射レンズ装置において、レンズ保持枠が、フォーカス動作用のフォーカス環を備え、先頭レンズが、前記フォーカス環に保持され、このフォーカス環のフォーカス動作にともなって回動し、マスクが、前記先頭レンズの外縁部に沿った位置に形成されているものである。

そして、マスクを、先頭レンズの外縁部に沿った位置に形成することで、フォーカス環のフォーカス動作にともなって回動した先頭レンズの任意の回動位置でマスクが不要光を遮光することが可能となる。

請求項５記載の投射レンズ装置は、請求項４記載の投射レンズ装置において、マスクが、先頭レンズの外縁部から光軸に向けて略等しい幅寸法に突設されているものである。

そして、マスクを先頭レンズの外縁部から光軸に向けて略等しい幅寸法に突設することで、先頭レンズの任意の回動位置にて不要光がマスクにより確実に遮光される。

請求項６記載の投射レンズ装置は、請求項４記載の投射レンズ装置において、マスクが、先頭レンズの外縁部から光軸に向けて突設されるとともに、光軸の周方向に沿って中央部から両端部へと幅寸法が小さく形成されているものである。

そして、マスクを先頭レンズの外縁部から光軸に向けて突設するとともに、光軸に周方向に沿って中央部から両端部へと幅寸法が小さくなるように形成することで、先頭レンズの任意の回動位置にて不要光がマスクにより確実に遮光され、かつ見栄えが向上する。

請求項７記載のプロジェクタ装置は、光源と、この光源からの光を変調する光変調手段と、この光変調手段で変調された光をスクリーンに投射する請求項１ないし６いずれか一記載の投射レンズ装置とを具備したものである。

そして、請求項１ないし６いずれか一記載の投射レンズ装置を備えることで、構成が複雑化することなく不要光の投射が確実に防止され、スクリーンに投射された投射像のコントラストが向上される。

請求項８記載のプロジェクタ装置は、請求項７記載のプロジェクタ装置において、光変調手段が、投射レンズ装置の光軸に対して偏倚して配設され、マスクが、前記投射レンズ装置の光軸に対して前記光変調手段と同側に偏倚して配設されているものである。

そして、投射レンズ装置の光軸に対して偏倚して光変調手段を配設することで光軸に対して出射光と反対側に不要光が反射されるので、投射レンズ装置の光軸に対して光変調手段と同側に偏倚してマスクを配設することで、不要光がマスクにより確実に遮光される。

請求項９記載のプロジェクタ装置は、請求項７または８記載のプロジェクタ装置において、光変調手段が、光源からの光を、オン時には投射レンズ装置へと反射し、オフ時には前記オン時と異なる方向に反射する反射型素子であるものである。

そして、光変調手段を、光源からの光のオン時には投射レンズ装置へと反射し、オフ時にはオン時と異なる方向に反射する反射型素子とすることで、小型化及び軽量化が可能となるとともに、光変調手段にて反射される光が非テレセントリックとなるために発生し易くなる不要光が、マスクにより確実に遮光される。

本発明によれば、構成を複雑化させることなく不要光の投射を確実に防止できる。

以下、本発明の一実施の形態のプロジェクタ装置の構成を図１ないし図４を参照して説明する。

図４において、１はプロジェクタ装置で、このプロジェクタ装置１は、光源としてのランプ２、このランプ２から照射された光を着色し、かつ照度を均一化して導く照明光学系３、この照明光学系３で導かれた光を反射させるハーフミラー４、このハーフミラー４で反射された光を集光するレンズ５、このレンズ５で集光された光を変調させる光変調手段としての表示素子すなわち表示デバイスであるＤＭＤ(Digital Micromirror Device(商品名))６、及び、このＤＭＤ６で変調された光線を図示しないスクリーンへと投射する投射レンズ装置７などを備えている。そして、このプロジェクタ装置１は、照明光学系３及びＤＭＤ６などがフレーム体８に取り付けられ、かつ、ランプ２、ハーフミラー４及び投射レンズ装置７などとともに外装筐体９内に収容されている。

なお、以下、ランプ２からスクリーンに向かう光線の光軸Ｏに沿って、スクリーン側を前側、ランプ２側を後側とし、光軸Ｏの後側から前側に向かって左右方向をそれぞれ左右方向として説明する。

ランプ２は、ハロゲンランプなどの白熱電球、あるいはメタルハライドランプなどの放電ランプである。

照明光学系３は、ランプ２から照射された光線を時分割で赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)の各色に着色する図示しないカラーホイール、このカラーホイールで着色された色光の照度を均一化する図示しない光管、及び、この光管にて照度を均一化された色光を集光する図示しないレンズなどを有している。

ハーフミラー４は、照明光学系３及びＤＭＤ６に対して傾斜状に配設され、照明光学系３にて着色されかつ照度を均一化された光をレンズ５へと反射させるとともに、このＤＭＤ６にて変調された光を投射レンズ装置７側へと透過させるものである。

レンズ５は、ハーフミラー４にて反射された光をＤＭＤ６へと集光するとともに、ＤＭＤ６にて変調された光を投射レンズ装置７へと集光するものである。

そして、ＤＭＤ６は、レンズ５にて集光された光を、処理された映像信号に応じて変調させて反射する反射型素子であり、映像信号を処理する映像信号処理回路などの電子回路に実装されている。具体的に、このＤＭＤ６は、図示しない微小なミラーをマトリクス状に多数有し、これらミラーがオンオフすなわちスイッチングされ、オン時には投射レンズ装置７へと光を反射させる（オン光（投射光））とともに、オフ時にはオン時の反射方向と異なる方向である光軸Ｏの右上方向へと光を反射させる（オフ光（非投射光））。

さらに、ＤＭＤ６は、投射レンズ装置７の光軸Ｏに対して投射像が例えば上方、あるいは下方などの偏倚した位置に投射されるように、光軸Ｏに対して投射像の位置と反対側に偏倚して配置されている。本実施の形態では、図１ないし図３に示すように、正面視で四角形状の投射光束LFが上方に偏倚するように、ＤＭＤ６が下方に偏倚して配置されている。

投射レンズ装置７は、内部に複数のレンズを保持した略円筒状のレンズ保持枠11を備え、このレンズ保持枠11は、略円筒状のフォーカス環15と、このフォーカス環15の後部に取り付けられた略円筒状のズーム環16とをそれぞれ有している。

フォーカス環15は、後部がズーム環16内に挿入されて、光軸Ｏの周りに回動可能に設けられている。また、このフォーカス環15は、光軸方向に沿って、後側から前側へと順次段差状に拡径されている。

さらに、このフォーカス環15の内部には、光軸方向後側から前側に亘って、正メニスカスレンズL1、凹レンズL2、負メニスカスレンズL3、凸レンズL4及び先頭レンズとしての負メニスカスレンズL5が順次保持され、これらレンズL1〜L5により、第１レンズ群21が構成されている。すなわち、負メニスカスレンズL5は、後面が凹面に形成され、かつ光軸方向最前部に位置している。

ここで、凹レンズL2は、両凹レンズであり、前面が凹面に形成されている。このため、負メニスカスレンズL5の後面の凹面は、凹レンズL2の前面の凹面と対向している。

またさらに、このフォーカス環15は、光軸Ｏの周囲すなわち正面視で左右にそれぞれ所定角度、例えば左右に３０°ずつ回動可能に設けられている。そして、このフォーカス環15を回動させることにより、第１レンズ群21が一体に回動するとともに光軸方向に沿って前後に移動し、投射像のピント調整すなわちフォーカス動作がなされる。

また、このフォーカス環15には、最前部の外周に設けられたフード22の内周部に、負メニスカスレンズL5の前面に位置するようにマスク23が一体に突設されている。

このマスク23は、側面視で負メニスカスレンズL5の前面に沿って湾曲して負メニスカスレンズL5の外縁部から光軸Ｏに向けて突出している。また、このマスク23は、図２に示すように、光軸Ｏの周方向に沿って負メニスカスレンズL5の外縁部に沿った位置に長手状に形成されている。さらに、このマスク23は、光軸Ｏの周方向に沿って略等しい幅寸法となるように形成されている。すなわち、このマスク23は、正面視で扇形状に形成されている。ここで、負メニスカスレンズL5の外縁部からのマスク23の幅寸法Ｗは、投射光束LFを遮らないように設定されている。

またさらに、このマスク23は、例えば投射レンズ装置７の広角状態にて、中心部が光軸Ｏの垂直下方に位置するように設けられている。すなわち、このマスク23は、図１及び図３に示すように、光軸Ｏに対してＤＭＤ６と同側である下側に設けられている。

そして、このマスク23は、光軸Ｏと中心部とを結ぶ仮想線に対して両端部がフォーカス環15の回動角αよりも大きい角度、例えば２倍の角度である６０°ずつに亘るように形成されている。言い換えると、このマスク23の中心角は、６０°以上、例えば１２０°に形成されている。

このため、このマスク23は、フォーカス環15を回動させた際に、このフォーカス環15と一体に回動するとともに、この回動状態で、不要光ULが出射する領域を常に覆っている。

ズーム環16は、フォーカス環15とは独立に光軸Ｏの周りに回動可能に設けられている。また、このズーム環16は、光軸方向に沿って、後側から前側へと順次段差状に拡径されている。

さらに、このズーム環16の内部には、光軸方向後側から前側に亘って、負メニスカスレンズL6、凸レンズL7、凹レンズL8、凸レンズL9、凸レンズL10、凹レンズL11、負メニスカスレンズL12、凸レンズL13及び凸レンズL14が順次保持され、これらレンズL6〜L14により第２レンズ群25が構成されている。そして、ズーム環16を回動させることにより、第１レンズ群21と第２レンズ群25とが光軸方向に沿って前後に移動して焦点距離を可変させ、ズーム動作がなされる。また、ズーム環16の後側には、図示しない絞り装置などが配設されている。

フレーム体８は、例えば金属などの部材で形成され、図４に示すように、照明光学系３、ハーフミラー４、レンズ５、ＤＭＤ６、及び投射レンズ装置７がそれぞれ取り付けられ、外装筐体９内に保持されている。

外装筐体９は、合成樹脂、あるいは金属などで矩形箱状に形成され、ランプ２及びＤＭＤ６などに電力を商用交流電源などから供給する図示しない電源部などを収容している。

次に、上記一実施の形態の動作を説明する。

ランプ２から照射された光線は、照明光学系３により時分割で赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)にそれぞれ着色された色光となるとともに照度を均一化され、かつ集光された後、ハーフミラー４にてレンズ５へと反射され、このレンズ５により集光された色光がＤＭＤ６へと入射する。さらに、ＤＭＤ６に入射した色光は、映像信号処理回路などにて処理した映像信号に応じて、オン光のみが投射レンズ装置７へと反射され、フォーカス調整及びズーム調整されてスクリーンに投射される。このとき、各色光が視聴者の視覚により残像にて合成されることで、カラーの画像として視覚される。

また、投射光の一部は、図３に示すように、例えば負メニスカスレンズL5の後面により反射され、負メニスカスレンズL5の後面の凹面に対向する凹レンズL2の前面の凹面で再度反射され、光軸Ｏに対してＤＭＤ６と同側に不要光として負メニスカスレンズL5の前面から出射し、マスク23により遮光され、スクリーンへの投射が防止される。

上述したように、上記一実施の形態によれば、負メニスカスレンズL5を光軸最前部にて保持したレンズ保持枠11に一体に設けたマスク23により、レンズ保持枠11内の第１レンズ群21などにて内面反射された不要光ULを遮光することで、例えばレンズ保持枠と別個にマスクを形成したり、液晶パネルなどの駆動を制御したりして不要光を遮光する従来の場合と比較して、構成を複雑化することなく不要光ULのスクリーンへの投射を確実に防止できる。

また、光軸方向最前部に位置するレンズを負パワーの負メニスカスレンズL5とすることで、投射画角を広げることが可能となる。

しかも、負メニスカスレンズL5を使用することにより後面の凹面にて内面反射されやすくなる不要光ULをマスク23により確実に遮光できるので、負メニスカスレンズL5を容易に使用できる。

さらに、マスク23を、負メニスカスレンズL5の外縁部に沿った位置に形成することで、フォーカス環15のフォーカス動作にともなって回動した負メニスカスレンズL5の任意の回動位置でマスク23にて不要光ULを確実に遮光できる。

具体的に、マスク23を、フォーカス環15の回動角度の２倍以上の中心角となるように形成することで、フォーカス環15の回動によりマスク23が左右に回動した状態でも、光軸Ｏを通る仮想的な垂直線に対してフォーカス環15の左右への回動角度以上にマスク23の両端部が突出するため、不要光ULが出射する負メニスカスレンズL5の前面の領域を確実に覆うことができ、不要光ULを確実に遮光できる。

そして、マスク23を光軸Ｏに向けて略等しい幅寸法に突設することで、負メニスカスレンズL5が任意の位置に回動しても、不要光ULが出射する負メニスカスレンズL5の前面の領域を略等しい幅寸法で覆うことができるので、不要光ULをマスク23により確実に遮光できる。

また、上述のような投射レンズ装置７をプロジェクタ装置１に備えることで、構成を複雑化することなく不要光ULのスクリーンへの投射を確実に防止でき、投射像のコントラストを向上できる。

さらに、投射レンズ装置７の光軸Ｏに対して偏倚してＤＭＤ６を配設することで光軸Ｏに対して出射光と反対側に不要光ULが反射されるので、投射レンズ装置７の光軸Ｏに対してＤＭＤ６と同側に偏倚してマスク23を配設することで、不要光ULをマスク23により確実に遮光できる。

そして、光変調手段を、反射型素子であるＤＭＤ６とすることで、透過型のプロジェクタ装置１と比較して小型化及び軽量化できる。

しかも、ＤＭＤ６にて反射される光は非テレセントリックとなるから、不要光ULが発生し易くなるものの、マスク23を設けたことで不要光ULを確実に遮光できるので、プロジェクタ装置１にＤＭＤ６を適用することが容易に可能になる。

なお、上記一実施の形態において、図５に示すように、マスク23の幅寸法を中心部から両端部へと小さくなるように、すなわち正面視で三日月状となるように形成することも可能である。この場合には、マスク23の幅寸法を全体で略一定とした場合と比較して、見栄えが向上する。

また、図５に示すように、マスク23を、遮光性を有する部材で形成し、負メニスカスレンズL5の前面に一体的に貼り付ける構成、あるいは負メニスカスレンズL5の前面の所定箇所を黒色塗装してマスクとする構成などでも、上記一実施の形態と同様の作用効果を奏することが可能である。さらに、この場合には、マスク23をレンズ保持枠11と一体に設ける場合と比較して、製造性を向上できる。

そして、プロジェクタ装置１は、上記構成に限定されるものではなく、例えば透過型のプロジェクタ装置、あるいは光変調をしないプロジェクタ装置などとすることも可能である。

本発明の一実施の形態の投射レンズ装置を示す縦断面図である。 同上投射レンズ装置を示す正面図である。 同上投射レンズ装置の不要光の内面反射を示す説明図である。 同上投射レンズ装置を備えたプロジェクタ装置を示す説明図である。 本発明の投射レンズ装置の他の実施の形態の一部を示す斜視図である。

符号の説明

１ プロジェクタ装置
２ 光源としてのランプ
６ 光変調手段としてのＤＭＤ
７ 投射レンズ装置
11 レンズ保持枠
15 フォーカス環
23 マスク
L5 先頭レンズとしての負メニスカスレンズ
Ｏ 光軸
UL 不要光

Claims (9)

1. 光を投射するプロジェクタ装置の投射レンズ装置であって、
   略筒状のレンズ保持枠と、
   このレンズ保持枠内にて光軸方向最前部に保持された先頭レンズと、
   この先頭レンズの光軸方向前面に位置して前記レンズ保持枠に一体に設けられ、前記レンズ保持枠内にて内面反射された不要光を遮光するマスクと
   を具備したことを特徴とした投射レンズ装置。
2. 光を投射するプロジェクタ装置の投射レンズ装置であって、
   略筒状のレンズ保持枠と、
   このレンズ保持枠内にて光軸方向最前部に保持された先頭レンズと、
   この先頭レンズの光軸方向前面に位置してこの先頭レンズに一体的に設けられ、前記レンズ保持枠内にて内面反射された不要光を遮光するマスクと
   を具備したことを特徴とした投射レンズ装置。
3. 先頭レンズは、光軸方向後面が凹面に形成された負パワーのレンズである
   ことを特徴とした請求項１または２記載の投射レンズ装置。
4. レンズ保持枠は、フォーカス動作用のフォーカス環を備え、
   先頭レンズは、前記フォーカス環に保持され、このフォーカス環のフォーカス動作にともなって回動し、
   マスクは、前記先頭レンズの外縁部に沿った位置に形成されている
   ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか一記載の投射レンズ装置。
5. マスクは、先頭レンズの外縁部から光軸に向けて略等しい幅寸法に突設されている
   ことを特徴とした請求項４記載の投射レンズ装置。
6. マスクは、先頭レンズの外縁部から光軸に向けて突設されるとともに、光軸の周方向に沿って中央部から両端部へと幅寸法が小さく形成されている
   ことを特徴とした請求項４記載の投射レンズ装置。
7. 光源と、
   この光源からの光を変調する光変調手段と、
   この光変調手段で変調された光をスクリーンに投射する請求項１ないし６いずれか一記載の投射レンズ装置と
   を具備したことを特徴としたプロジェクタ装置。
8. 光変調手段は、投射レンズ装置の光軸に対して偏倚して配設され、
   マスクは、前記投射レンズ装置の光軸に対して前記光変調手段と同側に偏倚して配設されている
   ことを特徴とした請求項７記載のプロジェクタ装置。
9. 光変調手段は、光源からの光を、オン時には投射レンズ装置へと反射し、オフ時には前記オン時と異なる方向に反射する反射型素子である
   ことを特徴とした請求項７または８記載のプロジェクタ装置。

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