JP4761750B2 - レンズ保持ユニットおよび画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶あるいはＤＭＤなどのライトバルブに表示された像をスクリーンに拡大投影する画像表示装置に適したレンズユニットおよびレンズ保持ユニットに関するものである。

カメラやプロジェクタ装置などに用いられるレンズユニットは、複数枚のレンズが筒状のホルダまたはレンズ保持ユニットによって保持され装置に組み込まれている。特許文献１には、筒状のレンズ保持筒を用い、そのレンズ保持筒の当接面と押え環でレンズを挟んで複数枚のレンズを保持することにより１つのレンズ装置を構成している。
特開２００２−４０３０８号公報

このレンズ装置は、複数のレンズを所定の位置に保持するために、多数のレンズ保持筒と多数の押え環を必要とし、部品点数が多く、組み立てに時間がかかる。

液晶パネルあるいはＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）などの光変調装置（ライトバルブあるいは画像形成装置）により形成された画像を、レンズユニットを用いてスクリーンに裏側から拡大投影するリアプロジェクタ装置は、薄型で、大画像を映し出せるので、次世代の画像表示装置として注目を集めている。このリアプロジェクタ装置により従来の高画質なテレビ並みの高解像度の画像を得るためには、収差補正性能が高く、温度などによる焦点距離のずれが少ない、高い光学性能を備えたレンズユニットが要望されている。したがって、レンズユニットを構成するレンズ枚数は多くなり、それらのレンズを所定の位置に保持するレンズ保持ユニットが必要になる。その一方で、リアプロジェクタ装置を家電製品として大量に、そして低コストで提供するためには、多数のレンズを有するレンズユニットを、性能を維持した状態で、低コストで、短時間に製造できることが必要となっている。

そこで、本発明においては、多数のレンズを所望の位置に保持することができ、部品点数が少なく、組み立ても容易なレンズ保持ユニットを提供することを目的としている。そして、多数枚のレンズを備えたレンズユニットを歩留まり良く、低コストで量産可能とし、そのレンズユニットを用いて鮮明な画像を表示できる画像表示装置を提供することを目的としている。

現状、レンズユニットを構成するために採用されているレンズは円盤状であり、複数枚のレンズは、光軸がレンズの中心と一致するように直線的に配置される。したがって、光軸方向に一列に並んだ複数枚のレンズの外周の形状は、光軸の回りに対称になる。したがって、レンズを保持するレンズ保持ユニットを、光軸を含む平面で分割すると、分割したユニットは対称な形状になり、その分割したユニットは、同一の型により形成できる。そして、同一の形状のユニットの平面を向かい合わせるように組み立てることにより、レンズ保持ユニットを形成できる。したがって、本明細書においては、光軸を含む平面で分割したユニットをクラムシェルユニットと称することにする。

この光軸を含む平面で分割したクラムシェルユニットは、各々のレンズの半分をカバーする形態となるので、光軸と垂直な方向、すなわち、レンズの半径方向からレンズをユニットに装着することができる。したがって、レンズの大きさあるいは配置にほとんど影響されずに、多数のレンズを１つあるいは数少ないクラムシェルユニットにより保持することが可能となる。このため、レンズ保持ユニットの部品点数を大幅に低減できる。また、クラムシェルユニットの内面に個々のレンズを保持する構造、たとえば、凹凸、溝、リブなどを設けておくことにより、その位置にレンズを差し込むだけで、多数のレンズを所望の位置に保持することが可能となる。したがって、クラムシェルユニットを適用することにより、多数のレンズを所望の位置に保持することができ、部品点数が少なく、組み立ても容易なレンズ保持ユニットを提供することができる。そして、クラムシェルユニットタイプのレンズ保持ユニットを用いることにより、多数枚のレンズを備えたレンズユニットを歩留まり良く、低コストで量産でき、そのレンズユニットを用いて鮮明な画像を表示する画像表示装置を提供できる。

１つのレンズユニットを構成するためのレンズ保持ユニットを２つに分割したクラムシェルユニットで形成することも可能である。レンズ保持ユニットの少なくとも一部をクラムシェルユニットにすることにより、上記のメリットを得ることができる。クラムシェルユニットを成形する型（金型）の大きさの制限、歩留まり、経済性などの理由により、レンズ保持ユニットを光軸に垂直な方向に複数のサブユニットに分割し、その１つあるいは複数のサブユニットをクラムシェルユニットタイプにする。さらに、本発明の一態様は、第１の光軸方向に並んだ複数枚のレンズおよび第２の光軸方向に並んだ複数枚のレンズを保持するレンズ保持ユニットであって、第１の光軸に垂直な面で分割された複数のサブユニットを有し、複数のサブユニットは、光軸を含む平面で分割された同一形状の複数のクラムシェルユニットにより組立てられた接続用のサブユニットであって、内部で第１の光軸が第２の光軸の方向へ９０度曲げられ、第１の光軸方向の一方の端が他のサブユニットに接続される接続用のサブユニットを含み、接続用のサブユニットの複数のクラムシェルユニットのそれぞれは、第２の光軸の回りに対称な形状であり、第１の光軸方向の両端に他のサブユニットに接続される接続部を含み、一方の接続部のみが使用される。

サブユニット同士の結合方法の１つはサブユニット同士をネジ止めすることである。両端が他のサブユニットにネジ止めされる接続用のサブユニットのときは、一方の端に形成された第１のネジ孔と、他方の端に工具を差し込めるサイズの第１の逃げ孔であって、第１のネジ孔と対峙する位置に形成された第１の逃げ孔とを備えていることが好ましい。接続用のサブユニットの両端の距離が短くても、ネジ止めすることができる。特に、接続用のサブユニットの内部で光軸が９０度方向に曲げられており、そのサブユニットのクラムシェルユニットを、曲げられた光軸の回りに対称な形状にする場合は、両方の端に第１のネジ孔だけを設けていると、他方の端の、一方の端の第１のネジ孔に対応した位置も第１のネジ孔になり、そのネジ孔にドライバを通すことは不可能なので、ネジ止めできない状態になる。第１のネジ孔と対峙する位置を第１の逃げ孔にすれば、他方の端の、一方の端のネジ孔に対応した位置は、逃げ孔になるので、その逃げ孔を用いてドライバなどの工具を通し、ネジ孔を用いてネジ止めできる。

ネジ止めする相手のサブユニットのネジ孔のピッチと合致していれば、同一の端における第１のネジ孔と第１の逃げ孔の位置関係に基本的に制限はない。双方の端に、ネジ孔と逃げ孔とを近接して形成することが可能であり、接続用のサブユニットの両端に、等角度間隔でネジ孔と逃げ孔のペアが形成された構造は、好ましい形態の１つであり、位置決めと、組み立てが容易になる。また、ネジ止めに適した形状は、サブユニットの両端をフランジとすることである。

図１に、本発明のレンズユニットを備えたリアプロジェクタ装置１の概要を示してある。このリアプロジェクタ装置１は、ハウジング２の内部に、光源３と、光源３からの光を画像信号により変調して画像を形成する光変調器（ライトバルブ）４と、ライトバルブ４の画像を拡大投影するためのレンズユニット５と、投影光８を反射してスクリーンに９に導くミラー７とを有している。そして、ハウジング２の表面にスクリーン９が配置されており、そのスクリーン９にライトバルブ４の画像がレンズユニット５により背面から拡大して投影される。ライトバルブ４としては、液晶パネルやマイクロミラー素子によるＤＭＤパネル等を採用できる。

図２に、投写用のレンズユニット５の概略を示してある。レンズユニット５は、複数枚のレンズ２０と、レンズユニット５の内部で光路を折り曲げるためのプリズム６と、これらを収納したレンズ保持ユニット１０とを備えている。レンズ保持ユニット１０は、全体としてＬ字型になっており、内蔵されたプリズム６によりレンズユニット５の内部で光を９０度曲げて投影光を出力する。この投影光は、リアプロジェクタ装置１のミラー７を介してスクリーン９に投影され画像を形成する。複数枚のレンズ２０は、スクリーン９の側から順に第１のレンズ群２１と、第２のレンズ群２２と、第３のレンズ群２３に分かれて配置されている。第１のレンズ群２１は、プリズム６のスクリーン側に配置され、第２のレンズ群２２および第３のレンズ群２３は、プリズム６のライトバルブ側に配置されている。

このレンズユニット５のレンズ保持ユニット１０は、第１のレンズ群２１を収納し保持するための筒状の第１のシェルまたは第１のサブユニット１１と、第２のレンズ群２２を収納し保持するための筒状の第２のシェルまたは第２のサブユニット１２と、第３のレンズ群２３を収納し保持するための筒状の第３のシェルまたは第３のサブユニット１３と、プリズム６を保持し光路が９０度曲がった接続用のシェルまたはサブユニット１４とを備えている。サブユニット１４は、第２のサブユニット１２に対しフランジ４１または４２により接続され、それとは垂直な方向にサブユニット１１とネジ止めにより接続される。

図３にレンズユニット５の外観の詳細を斜視図により示してある。また、図４に、レンズユニット５のレンズ保持ユニット１０を各々のサブユニットに分離した状態で斜視図により示してある。この例では、第２のサブユニット１２、第３のサブユニット１３および第４のサブユニット１４は、それぞれクラムシェルユニットを組み合わせたタイプ（クラムシェルタイプ）のホルダであり、光軸を含む平面で、上下（左右）に分割された同一形状の２つのクラムシェルユニットにより構成されている。したがって、第２のサブユニット１２は同一形状の２つの第２のクラムシェルユニット３２をネジ止めなどの方法によって接合することにより１つのほぼ円筒形が形成されている。第３のサブユニット１３は同一形状の２つの第３のクラムシェルユニット３３をネジ止めなどの方法によって接合することにより１つサブユニットが形成されている。第４のサブユニット１４は同一形状の２つの第４のクラムシェルユニット３４を接合することにより１つのサブユニットが形成されている。第１のサブユニット１１は、第１のレンズ群２１の配列が一方から挿入しやすい構成になっているので、クラムシェルタイプは採用されていない。しかしながら、他のサブユニットと同様に、第１のサブユニット１１もクラムシェルタイプのホルダとすることは可能である。

図５に、第２のクラムシェルユニット３２、第３のクラムシェルユニット３３および接続用クラムシェルユニット３４の斜視図を示してある。第２のクラムシェルユニット３２および第３のクラムシェルユニット３３は、ほぼ筒状の第２のサブユニット１２および第３のサブユニット１３をそれぞれ光軸２６に沿って、光軸２６を含む平面で半割した形状をしており、内部にレンズの縁を差し込んで保持する構造２７および２８を備えている。レンズを保持する構造２７および２８としては、レンズの前面および後面を挟みこむような凹凸、溝あるいはリブなどを採用できる。したがって、レンズユニット５を組み立てる際は、一方の第２のクラムシェルユニット３２に第２のレンズ群２２を構成するレンズをそれぞれ差し込んで、他方の第２のクラムシェルユニット３２を接合し、第２のサブユニット１２を組み立てる。また、それと同時に、あるいは前後して、第３のクラムシェルユニット３３に第３のレンズ群２３を構成するレンズをそれぞれ差し込んで、他方の第３のクラムシェルユニット３３を接合し、第３のサブユニット１３を組み立てる。他のサブユニットも同様である。そして、これらのサブユニット１１〜１４を接続する。

したがって、それぞれのクラムシェルユニット３２および３３に、レンズの半径方向から差し込むだけで、多数枚のレンズを所望の位置に保持することが可能となり、他のクラムシェルユニット３２および３３をそれぞれ接合することによりサブユニット１２および１３を簡単に組み立てできる。同一形状のクラムシェルユニットは同一の型から製造されるので、経済的であり、さらに、それらのクラムシェルユニットの製造公差は同一になる。したがって、同一の製造公差のクラムシェルユニットにより、光軸に対して対称な方向からレンズを保持するため、公差がキャンセルされ、第２のレンズ群２２および第３のレンズ群２３を、光軸２６を中心として精度良く直線状に保持することができる。クラムシェルユニットを採用した本例のレンズユニット５は、複数枚のレンズの光軸を揃え易く、個々のレンズを所望の位置に保持することができるので、光学的性能の高いレンズユニットを歩留まり良く低コストで製造できる。

第４のサブユニット１４は、プリズム６により、第２のサブユニット１２から延びた光軸２６が内部で９０度折れ曲がって、第１のサブユニット１１に延びる光軸２５に変換されている。本例において、第４のサブユニット１４は、折れ曲がった光軸２６に対して対称な形状のクラムシェル３４に分割されており、対称な位置となる両端４３および４４に、第２のサブユニット１２と接続することができるフランジ４１および４２を備えている。第４のサブユニット１４の両端４３および４４には、フランジ４１および４２に対して垂直に、光軸２６に沿って延びた短い筒部４５および４６が形成されている。一方、第２のサブユニット１２には、筒部４５または４６に対応する円形の溝部１８が形成されている。したがって、第４のサブユニット１４と第２のサブユニット１２とを接続するときは、筒部４５または４６を第２のサブユニット１２の溝部１８に差し込んで、第２のサブユニット１２のフランジ１６および第４のサブユニット１４のフランジ４１または４２により固定する。筒部４５または４６と溝部１８の構造をフランジの内側に設けることにより、フランジに多少の隙間が発生したとしても外光がレンズ保持ユニット１０の内部に入りこむことはない。また、組み立てるときに筒部４５または４６の面を溝部１８の面でガイドすることにより、第２のサブユニット１２の光軸および第４のサブユニット１４の光軸が一致しやすく、この点でも光学的な性能の高いレンズユニット５を提供できる。

図６に接続用サブユニット１４の外観を斜視図により示し、図７に接続用サブユニット１４を第４のクラムシェルユニット３４に分割した状態を斜視図により示してある。第４のクラムシェルユニット３４は、光路を折り曲げる光学素子である三角プリズム６が収納される三角柱状の収納部６５と、第１のサブユニット１１が挿入される接続部分１９を形成する半円錐状の凹部６６と、第２のサブユニット１２と接続するためのフランジ４１および４２を形成する半フランジ部５６ａおよび５６ｂとを備えている。収納部６５は、両側のフランジ４１および４２のうち、一方の側に面した開口６３から入射された光をプリズム６で９０度折り曲げて開口６４から接続口１９に向けて出射する光路となる。本例においては、接続用サブユニット１４のクラムシェルユニット３４のうち、一方は光学的には利用されない。したがって、一方のクラムシェルユニット３４の光路６５には、プリズム６が設置されず、プリズム６が配置されないクラムシェルユニット３４の開口６３は、黒色のテープなどの適当な封鎖部材６７により遮光されている。

クラムシェルユニット３４の一方の半フランジ部５６ａには、２つのネジ孔５１および２つの逃げ孔６１が形成され、他方の半フランジ部５６ｂには、２つのネジ孔５２および２つの逃げ孔６２が形成されている。そして、一方の半フランジ部５６ａのネジ孔５１と、他方の半フランジ部５６ｂの逃げ孔６２とが対峙し、他方の半フランジ部５６ｂのネジ孔５２と、一方の半フランジ部５６ａの逃げ孔６１が対峙する位置にそれぞれの孔が形成されている。さらに、ネジ孔５１および５２は、クラムシェルユニット３４を組み合わせたときに９０度ピッチになる位置に形成されている。したがって、逃げ孔６１および６２も、クラムシェルユニット３４を組み合わせたときに９０度ピッチになる位置に形成されている。このため、クラムシェルユニット３４を組み合わせて形成されたサブユニット１４は、どちらのフランジ４１および４２であっても、９０度ピッチでネジ孔１６ｓが設けられた第２のサブユニット１２のフランジ１６に取り付けることができる。

その際、ネジ孔５１および５２に対して、逃げ孔６２および６１がそれぞれ対峙した関係になっているので、逃げ孔６２または６１から工具６０を差し込んでネジ孔５１および５２に差し込まれたネジ５３を操作することが可能である。このため、フランジ４１および４２の距離が短くても簡単にネジを工具６０により操作できる。

図８に接続用サブユニット１４を光軸２６の方向の外側から見た図を示し、図９に第２のサブユニット１２を接続用サブユニット１４の側から見た図を示してある。クラムシェルユニット３４の半フランジ部５６ａおよび５６ｂに形成されたネジ孔および逃げ孔は、同一の半フランジ部５６ａおよび５６ｂに形成されたネジ孔および逃げ孔はペアをなしており、ネジ孔に対して同一の方向に同一の角度だけシフトした位置に逃げ孔が配置されている。本例においては、ネジ孔５１および５２に対して時計方向に数度シフトした位置に逃げ孔６１および６２が形成されている。それぞれの半フランジ部５６ａおよび５６ｂには、組み合わせたときに合計４つのペアが９０度ピッチで配置されるようにネジ孔５１および５２、および逃げ孔６１および６２が形成されている。一方、第４のサブユニット１４の、第２のサブユニット１２のフランジ１６に面する側は、図８に示した配置とミラー配置になるので、ネジ孔５１および５２に対して反時計方向に数度シフトした位置に逃げ孔６１および６２が形成されている。したがって、図９に示すように、９０度ピッチでネジ孔１６ｓが配置された第２のサブユニット１２のフランジ１６には、第４のサブユニット１４のどちら側のフランジでも取り付けることが可能であり、その際、第１のサブユニット１１を取り付ける口１９の位置は、ネジ孔と逃げ孔との角度だけ回転する。また、逃げ孔６１および６２を利用することにより、どちら側であってもネジ孔５１および５２に装着されたネジ５３を、工具６０を用いて締めたり外したりすることができる。

なお、上記では、リアプロジェクタ装置、それに適したレンズシステムおよびレンズ保持ユニットを説明したが、本発明のレンズ保持ユニットおよびレンズユニットは画像を投影する全てのシステムに適用することが可能である。さらに、画像を投影するシステムに限定されずに、レンズを用いる光学装置または光学システムにも適用することが可能である。

リアプロジェクタの概略構成を示す図である。 本発明のレンズユニットの概略構成を示す図である。 レンズユニットの外観を、各々のサブユニットを接続した状態で示す斜視図である。 レンズユニットの外観を、各々のサブユニットを分離した状態で示す斜視図である。 各々のサブユニットを構成するクラムシェルユニットを示す斜視図である。 接続用サブユニットを示す斜視図である。 接続用サブユニットをクラムシェルユニットに分割した状態で示す斜視図である。 接続用サブユニットを他方の端から見た図である。 第２のサブユニットを接続用サブユニットの側から見た図である。

符号の説明

１ リアプロジェクタ装置
４ ライトバルブ（光変調器）
５ レンズユニット
６ プリズム
９ スクリーン
１０ レンズ保持ユニット
１１ 第１のサブユニット
１２ 第２のサブユニット
１３ 第３のサブユニット
１４ 接続用のサブユニット
２０ レンズ
３４ クラムシェルユニット
４１、４２ フランジ
５１、５２ ネジ孔
６１、６２ 逃げ孔

Claims (5)

1. 第１の光軸方向に並んだ複数枚のレンズおよび第２の光軸方向に並んだ複数枚のレンズを保持するレンズ保持ユニットであって、
   前記第１の光軸に垂直な面で分割された複数のサブユニットを有し、
   前記複数のサブユニットは、前記光軸を含む平面で分割された同一形状の複数のクラムシェルユニットにより組立てられた接続用のサブユニットであって、内部で前記第１の光軸が前記第２の光軸の方向へ９０度曲げられ、前記第１の光軸方向の一方の端が他のサブユニットに接続される接続用のサブユニットを含み、
   前記接続用のサブユニットの前記複数のクラムシェルユニットのそれぞれは、前記第２の光軸の回りに対称な形状であり、前記第１の光軸方向の両端に前記他のサブユニットに接続される接続部を含み、一方の前記接続部のみが使用されるレンズ保持ユニット。
2. 請求項１において、前記接続用のサブユニットは、前記他のサブユニットにネジ止めされる接続用のサブユニットであり、
   前記複数のクラムシェルユニットのそれぞれの前記接続部は、前記両端の一方の端に形成された第１のネジ孔と、他方の端に形成された第１の逃げ孔であって、前記第１のネジ孔と対峙し、前記第１のネジ孔を用いてネジ止めするための工具を差し込む第１の逃げ孔とを備えているレンズ保持ユニット。
3. 請求項２において、前記一方の端および他方の端はフランジであるレンズ保持ユニット。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のレンズ保持ユニットと、
   このレンズ保持ユニットに保持された複数枚のレンズとを有するレンズユニット。
5. 請求項４に記載のレンズユニットと、
   このレンズユニットを通してスクリーンに投影する画像を形成する光変調器と、
   前記スクリーンとを有する画像表示装置。

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