JP4905091B2 - ミラー取付構造 - Google Patents

Description

この発明は、光投射デバイスに用いられるミラー取付構造（機構）に関し、特に、プロジェクタ（投写機）に用いられる曲面ミラーを保持するためのミラー取付構造に関するものである。

リアプロジェクタ、フロントプロジェクタ等の光投射デバイスは、投射光学系から投射される映像光を曲面ミラー（投射ミラー）で反射させてスクリーンに導くようになっている。この種の光投射デバイスで用いられる曲面ミラーは、反射光線を平行に遠方まで送るように、球面収差がない放物面鏡等の非球面ミラーであることが一般的である。

非球面ミラーは、放物線等、所定の非円形の曲線を、直線的に延びた所定の基軸を中心にして回転したときに形成される曲面により構成されているから、円面ミラーとは異なり、回転面の基軸による固有の唯一の鏡軸を有するから、映像光を正しい方向に反射するために、光投射デバイスの組立時に、高精度な三次元立体的な姿勢調整が必要である。

このことに対して、従来は、非球面ミラーを、保持部材に対して３点でフローティング支持し、各点においてフローティング量を個別に調整することにより、非球面ミラーの取付姿勢を調整することが行われている（例えば、特許文献１）。
特開２００２−２２８９０５号公報

しかし、３点フローティング支持では、各支持点のフローティング量調整は、非球面ミラーの姿勢設定において、非球面ミラーを構成する幾何学的な３軸（立体座標軸）の全てに対して影響を与えるから、調整の自由度が高い反面、非球面ミラーの特定の座標軸周りの角度姿勢だけを調整するようなことができない。

このため、従来は、各支持点のフローティング量調整を繰り返し行い、試行錯誤によって非球面ミラーの姿勢調整を行わなくならない。このため、長い調整時間を要したり、正しく調整しきれないために、非球面ミラーで反射した映像光による投影画像に歪みが生じる等によって性能を犠牲にすることになる。

この発明は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、長い調整時間を要することなく、非球面ミラーの姿勢調整を適切に行うことができるミラー取付構造を提供することを目的としている。

この発明によるミラー取付構造は、投射光学系から投射される映像光を反射する曲面ミラーを保持部材に取り付けるミラー取付構造において、
前記曲面ミラーが、所定の軸線を回動中心として回動可能に且つ前記軸線の延在方向に移動可能に前記保持部材に取り付けられ、
前記軸線を回動中心とした任意の回動角姿勢に変更可能に前記曲面ミラーを保持するミラー姿勢調整手段と、
前記曲面ミラーの前記軸線の延在方向の移動を規制する移動規制手段と、
を有する。

この発明によるミラー取付構造は、投射光学系から投射される映像光を反射する曲面ミラーを保持部材に取り付けるミラー取付構造において、
前記曲面ミラーの反射面は、所定の非円形の曲線を、直線的に延びた所定の基軸を中心にして回転したときに形成される曲面の一部を用いて形成されており、
前記曲面ミラーが、前記基軸と所定の角度で交差するか、もしくは、前記基軸と所定の角度で交差する軸線と平行な軸線である第１の軸線を回動中心として回動可能に且つ前記第１の軸線の延在方向に移動可能に前記保持部材に取り付けられ、
前記第１の軸線を回動中心とした任意の回動角姿勢に変更可能に前記曲面ミラーを前記保持部材より保持する第１の姿勢調整手段と、
前記曲面ミラーの前記第１の軸線の延在方向の移動を規制する移動規制手段と、
を有する。

この発明によるミラー取付構造は、投射光学系から投射される映像光を反射する曲面ミラーを保持部材に取り付けるミラー取付構造において、
前記曲面ミラーの反射面は、所定の非円形の曲線を、直線的に延びた所定の基軸を中心にして回転したときに形成される曲面の一部を用いて形成されており、
前記曲面ミラーが、前記基軸と所定の角度で交差するか、もしくは、前記基軸と所定の角度で交差する軸線と平行な軸線である第１の軸線を回動中心として回動可能に前記保持部材に取り付けられ、
前記第１の軸線を回動中心とした任意の回動角姿勢に変更可能に前記曲面ミラーを前記保持部材より保持する第１の姿勢調整手段を有し、
前記曲面ミラーは、前記第１の軸線方向に離れた二箇所に各々設けられた第１の係合部と、前記第１の係合部の配置部位より前記第１の軸線周りの回動半径方向に離れた部位の一箇所に設けられた第２の係合部とを有し、
前記第１の係合部は、各々前記保持部材の二箇所に設けられた第１の被係合部に、前記第１の軸線周りに回動可能に、且つ前記第１の軸線方向に移動可能に係合しており、
第２の係合部は、前記保持部材の一箇所に設けられた第２の被係合部に、前記第１の軸線周りの回動方向には変位可能であるが、前記第１の軸線方向の移動を規制された態様で係合している。

この発明によるミラー取付構造は、より好ましくは、前記第１の係合部は円柱状の軸部材により構成され、前記第１の被係合部は前記第１の係合部を受け入れるＶ溝により構成され、更に、前記第１の係合部を前記第１の被係合部に押し付ける板ばね部材を有する。

この発明によるミラー取付構造は、より好ましくは、更に、前記基軸および前記基軸と所定の角度で交差する軸線とによって形成される平面に対して所定の角度で交差する第２の軸線を回動中心として前記保持部材を回動可能に支持する基台を有し、前記第２の軸線を回動中心とした任意の回動角姿勢に変更可能に前記保持部材を前記基台より保持する第２の姿勢調整手段を有する。

この発明によるミラー取付構造によれば、曲面ミラーを構成する３軸の幾何学的な立体座標軸のうち特定された一つの座標軸、例えば、非球面ミラーの鏡軸（基軸）に対して直交する軸線（第１の軸線）周りの非球面ミラーを姿勢角度（仰角姿勢）のみを、曲面ミラーを構成する立体座標軸の他の座標軸周りの角度姿勢を変動させることなく、調整することができる。これにより、非球面ミラーの姿勢調整を、長い調整時間を要することなく、適切に行うことができる。

この発明によるミラー取付構造の一つの実施形態を、図を参照して説明する。

まず、図１を参照して、この発明によるミラー取付構造が適用される光投射デバイスの全体構成の一例を説明する。

この光投射デバイスは、投光器１１より映像光を投射し、映像光は、曲面ミラー１３、平面ミラー１５の各々で反射し、一般に鉛直配置のスクリーン１７に投影される。この発明によるミラー取付構造は、曲面ミラー１３の取付構造に適用される。

つぎに、この発明によるミラー取付構造に用いられる曲面ミラー１３の一つの実施形態を、図２を参照して、幾何学的に説明する。

曲面ミラー１３は、非球面凹面鏡であり、所定の非円形の曲線、この実施形態では、たとえば、放物線や、放物線に近似した曲線ＰＬを、直線的に延びた所定の基軸、つまり、Ｚ軸を中心にして回転したときに形成される曲面の一部を用いて放物面鏡として形成されている。この場合、Ｚ軸（基軸）が曲面ミラー１３の鏡軸になる。

ここで、曲面ミラー１３の３軸の幾何学的な立体座標軸を定義する。Ｚ軸を水平軸とし、放物線ＰＬの頂点（０点）Ｐ１において、Ｚ軸に直角に公差（直交）する水平座標軸をＸ軸、Ｚ軸に直角に公差（直交）する垂直座標軸をＹ軸とする。Ｚ軸とＸ軸とＹ軸は、各々、頂点Ｐ１において、互いに直交する。

曲面ミラー１３は、図２、図３に示されているように、ＸＹ平面で見て、軸縦方向（Ｙ軸方向）の寸法がＡ１で、Ｘ軸（頂点Ｐ１）を上側に偏倚した位置に含み、Ｙ軸をＸ軸方向の１／２中間位置として横方向（Ｘ軸方向）の寸法がＡ５の矩形の外郭形状Ｍａをなしている。曲面ミラー１３の有効反射領域Ｍｂは、軸縦方向（Ｙ軸方向）の寸法がＡ１より小さい寸法Ａ３で、Ｘ軸（頂点Ｐ１）を含まず、Ｙ軸をＸ軸方向の１／２中間位置として横方向（Ｘ軸方向）の寸法がＡ５より小さい寸法Ａ７の矩形に構成されている。Ｘ軸と平行なミラー上縁はＬ１、ミラー下縁はＬ３により示されている。

図４〜図９は、この発明によるミラー取付構造の一つの実施形態を示している。

曲面ミラー１３は、基軸（鏡軸）をなすＺ軸と直交する軸線、つまり、Ｘ軸と、ＸＺ平面において平行な軸線である第１の軸線Ｘａを回動中心として回動可能に、保持部材２１に取り付けられている。以下に、この取付構造の詳細を説明する。

曲面ミラー１３は、第１の係合部として、第１の軸線Ｘａ上において、第１の軸線Ｘａの延在方向に離れた二箇所、つまり、曲面ミラー１３の左右両外側縁部に、各々、円柱状の軸部材２９を一体的に有する。左右二つの軸部材２９は、中心軸線がともに第１の軸線Ｘａ上にある同一軸線軸である。ここに、軸部材２９は、ミラー上縁Ｌ１に近い部位にある。

保持部材２１は、底部２３と、底部２３の左右両側に垂直に設けられた一対の垂直支持部２５を有する。左右の垂直支持部２５の上縁部には、各々、第１の被係合部として、左右方向（第１の軸線Ｘａの延在方向）に延びたＶ溝２７が形成されている。左右のＶ溝２７は、各々、左右の軸部材２９を、第１の軸線Ｘａ周りに回動可能に、且つ第１の軸線Ｘａの延在方向に移動可能に受け入れている。

左右の垂直支持部２５の上縁部には、各々、板ばね３１の一端が固定されている。板ばね３１は各々、自由端側において、軸部材２９をＶ溝２７に押し付けている。

この軸支構造により、曲面ミラー１３は、がた付きを一切含むことなく第１の軸線Ｘａ周りに回動可能になる。このことは、高度な取付精度を要求される光学機器にとって重要なことである。

曲面ミラー１３は、第１の軸線Ｘａより第１の軸線Ｘａ周りの回動半径方向に離れた部位、つまり、ミラー下縁Ｌ３に近い部位の左右両側に、各々、耳片部３３を一体的に有する。図８に示されているように、左右二つの耳片部３３には、各々、貫通孔４１が明けられている。各貫通孔４１には、左右両側の垂直支持部２５の前部に各々ねじ止め固定されたスタッドボルト３９が、遊嵌合状態で、充分な径方向間隙をもって貫通している。スタッドボルト３９の頭部と耳片部３３との間に圧縮コイルばね４３が挟まれている。圧縮コイルばね４３は、耳片部３３を垂直支持部２５の前部に向けて付勢している。

左右両側の垂直支持部２５の前部には各々雌ねじ孔３５が形成されており、各雌ねじ孔３５に調整雄ねじ部材３７がねじ係合している。調整雄ねじ部材３７は雌ねじ孔３５とのねじ係合側とは反対側の端部（先端部）にて耳片部３３に当接している。耳片部３３は圧縮コイルばね４３のばね力によって調整雄ねじ部材３７の先端部に押し付けられている。

調整雄ねじ部材３７は、二面取り部３７Ａを有し、二面取り部３７Ａに係合するスパナ工具（図示省略）によって回されることにより、垂直支持部２５の前部より突出量を変化し、調整雄ねじ部材３７のねじ込み量により決まる突出量をもって、圧縮コイルばね４３のばね力によって押し付けられている耳片部３３の位置の図７、図８で見て左右方向の位置をがた付きを含むことなく設定する。

このようにして、耳片部３３、調整雄ねじ部材３７、スタッドボルト３９、圧縮コイルばね４３は、第１の軸線Ｘａを回動中心とした任意の回動角姿勢に変更可能に曲面ミラー１３を保持部材２１より保持する第１の姿勢調整手段をなす。

曲面ミラー１３は、図５、図６に示されているように、軸部材２９の配置部位より第１の軸線Ｘａ周りの回動半径方向に離れた部位、つまり、ミラー下縁Ｌ３に近い部位のＸ軸方向の中央部の一箇所に、第２の係合部として、突出片４７を一体的に有する。保持部材２１の底部２３の一箇所には、第２の被係合部として、凹状係合部４５が形成されている。

突出片４７は、凹状係合部４５に、第１の軸線Ｘａ周りの回動方向には変位可能であるが、第１の軸線Ｘａの延在方向の移動を規制された態様で係合している。これにより、曲面ミラー１３は保持部材２１に対して第１の軸線Ｘａの延在方向（Ｘ軸方向と同じ方向）には、がた付き移動しない。

上述の調整雄ねじ部材３７のねじ込み量調整によって、曲面ミラー１３を、基軸（鏡軸）をなすＺ軸と直交するＸ軸と、ＺＸ平面において平行な軸線である第１の軸線Ｘａを回動中心として回動させることができ、第１の軸線Ｘａを回動中心とした任意の回動角姿勢に安定保持することができる。

これにより、曲面ミラー１３を構成する３軸の幾何学的な立体座標軸のうち、鏡軸（基軸＝Ｚ軸）に対して直交する第１の軸線Ｘａ周りの曲面ミラー１３を姿勢角度（仰角姿勢）のみを、曲面ミラー１３を構成する立体座標軸の他の座標軸（Ｚ軸やＹ軸）周りの角度姿勢を変動させることなく、的確に調整することができる。

この曲面ミラー１３の第１の軸線Ｘａ周りの回動角調整において、Ｚ軸と第１の軸線Ｘａとが不変の直交関係にあり、曲面ミラー１３は保持部材２１に対して第１の軸線Ｘａの延在方向には、がた付き移動しないことにより、鏡軸（基軸＝Ｚ軸）は、ＹＺ平面にあることを維持する。

これにより、非球面ミラーである曲面ミラー１３の姿勢調整を、長い調整時間を要することなく、適切に行うことができる。

曲面ミラー１３は、軸部材２９の配置部位より離れた一箇所における突出片４７と凹状係合部４５との係合によって第１の軸線Ｘａの延在方向の移動を規制され、左右の軸部材２９とＶ溝２７との係合部においては、第１の軸線Ｘａの延在方向に移動可能であるから、鏡軸位置を変動させることなく、温度変化による曲面ミラー１３の第１の軸線Ｘａの延在方向の熱変形が逃がされる。

これにより、温度変化が生じても、曲面ミラー１３の鏡軸位置の変動、曲面ミラー１３の熱変形による光学的特性の劣化が生じることがなく、曲面ミラー１３で反射した映像光による投影画像に歪みが生じることがない。

なお、突出片４７と凹状係合部４５との係合は、曲面ミラー１３のＹ軸方向の熱変形を拘束する係合関係ではないので、曲面ミラー１３のＹ軸方向の熱変形も逃がされる。

保持部材２１は、図５、図６、図９に示されているように、光学シャーシ等による基台５１上に配置され、基台５１に保持部材２１に設けられた垂直軸部材５３と保持部材２１の底部２３に設けられた軸受孔５５との回動可能な嵌合により、基軸（Ｚ軸）および当該基軸と直角で交差するＸ軸とによって形成されるＸＺ平面に対して所定の角度で交差する第２の軸線ＣＬ（図７参照）を回動中心として、基台５１に対して首振り可能になっている。

保持部材２１の第２の軸線ＣＬ周りの回動は、Ｙ軸が垂直姿勢になる曲面ミラー１３の第１の軸線Ｘａ周りの回動姿勢において、ＸＺ平面と平行な平面に直交する垂直軸線周りの回動である。

第２の姿勢調整手段として、保持部材２１の複数箇所に長穴形状のボルト取付孔５７（図４参照））が形成されており、ボルト取付孔５７に挿入された締結ボルト（図示省略）が各々基台５１に形成されたねじ孔（図示省略）にねじ係合することにより、第２の軸線ＣＬを回動中心とした任意の回動角姿勢に変更可能に保持部材２１を基台５１より保持する。

これにより、第２の軸線ＣＬ周りの曲面ミラー１３を姿勢角度のみを、曲面ミラー１３を構成する立体座標軸の他の座標軸（Ｚ軸やＸ軸）周りの角度姿勢を変動させることなく、的確に調整することができる。

なお、軸部材２９は、Ｘ軸上に設けられていてもよい。この場合には、曲面ミラー１３は、第１の軸線Ｘａに代えてＸ軸周りに回動することになり、その他のことは、第１の軸線Ｘａ周りに回動する場合と同じである。

この発明によるミラー取付構造が適用される光投射デバイスの全体構成の一例を示す配置図である。 この発明によるミラー取付構造に用いられる曲面ミラーの一つの実施形態を幾何学的に説明する説明図である。 図２のＩＩＩ方向矢視の曲面ミラーの図である。 この発明によるミラー取付構造の一つの実施形態を示す斜視図である。 図４のＶ矢視図である。 図５のＶＩ部分の拡大図である。 図４のＶＩＩ矢視図である。 図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩによる拡大断面図である。 この発明によるミラー取付構造の一つの実施形態の下部取付部を示す斜視図である。

符号の説明

１１ 投光器
１３ 曲面ミラー
１５ 平面ミラー
１７ スクリーン
２１ 保持部材
２３ 底部
２５ 垂直支持部
２７ Ｖ溝
２９ 軸部材
３１ 板ばね
３３ 耳片部
３７ 調整雄ねじ部材
３９ スタッドボルト
４３ 圧縮コイルばね
４５ 凹状係合部
４７ 突出片
５１ 基台
５３ 垂直軸部材
５５ 軸受孔
５７ ボルト取付孔

Claims (5)

1. 投射光学系から投射される映像光を反射する曲面ミラーを保持部材に取り付けるミラー取付構造において、
   前記曲面ミラーが、所定の軸線を回動中心として回動可能に且つ前記軸線の延在方向に移動可能に前記保持部材に取り付けられ、
   前記軸線を回動中心とした任意の回動角姿勢に変更可能に前記曲面ミラーを保持するミラー姿勢調整手段と、
   前記曲面ミラーの前記軸線の延在方向の移動を規制する移動規制手段と、
   を有することを特徴とするミラー取付構造。
2. 投射光学系から投射される映像光を反射する曲面ミラーを保持部材に取り付けるミラー取付構造において、
   前記曲面ミラーの反射面は、所定の非円形の曲線を、直線的に延びた所定の基軸を中心にして回転したときに形成される曲面の一部を用いて形成されており、
   前記曲面ミラーが、前記基軸と所定の角度で交差するか、もしくは、前記基軸と所定の角度で交差する軸線と平行な軸線である第１の軸線を回動中心として回動可能に且つ前記第１の軸線の延在方向に移動可能に前記保持部材に取り付けられ、
   前記第１の軸線を回動中心とした任意の回動角姿勢に変更可能に前記曲面ミラーを前記保持部材より保持する第１の姿勢調整手段と、
   前記曲面ミラーの前記第１の軸線の延在方向の移動を規制する移動規制手段と、
   を有することを特徴とするミラー取付構造。
3. 投射光学系から投射される映像光を反射する曲面ミラーを保持部材に取り付けるミラー取付構造において、
   前記曲面ミラーの反射面は、所定の非円形の曲線を、直線的に延びた所定の基軸を中心にして回転したときに形成される曲面の一部を用いて形成されており、
   前記曲面ミラーが、前記基軸と所定の角度で交差するか、もしくは、前記基軸と所定の角度で交差する軸線と平行な軸線である第１の軸線を回動中心として回動可能に前記保持部材に取り付けられ、
   前記第１の軸線を回動中心とした任意の回動角姿勢に変更可能に前記曲面ミラーを前記保持部材より保持する第１の姿勢調整手段を有し、
   前記曲面ミラーは、前記第１の軸線方向に離れた二箇所に各々設けられた第１の係合部と、前記第１の係合部の配置部位より前記第１の軸線周りの回動半径方向に離れた部位の一箇所に設けられた第２の係合部とを有し、
   前記第１の係合部は、各々前記保持部材の二箇所に設けられた第１の被係合部に、前記第１の軸線周りに回動可能に、且つ前記第１の軸線方向に移動可能に係合しており、
   第２の係合部は、前記保持部材の一箇所に設けられた第２の被係合部に、前記第１の軸線周りの回動方向には変位可能であるが、前記第１の軸線方向の移動を規制された態様で係合していることを特徴とするミラー取付構造。
4. 請求項３に記載のミラー取付構造において、
   前記第１の係合部は円柱状の軸部材により構成され、前記第１の被係合部は前記第１の係合部を受け入れるＶ溝により構成され、更に、前記第１の係合部を前記第１の被係合部に押し付ける板ばね部材を有することを特徴とするミラー取付構造。
5. 請求項２から４の何れか一項に記載のミラー取付構造において、
   前記基軸および前記基軸と所定の角度で交差する軸線とによって形成される平面に対して所定の角度で交差する第２の軸線を回動中心として前記保持部材を回動可能に支持する基台を有し、
   前記第２の軸線を回動中心とした任意の回動角姿勢に変更可能に前記保持部材を前記基台より保持する第２の姿勢調整手段を有することを特徴とするミラー取付構造。

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