JP5926621B2 - レンズシフト機構、および投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶プロジェクタ等に用いられるレンズユニットのレンズシフト機構及びこれを用いた投写型映像表示装置の技術分野に属する。

一般に液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の光源と、この光源から投射された光が透過する液晶ライトバルブと、信号発生部が出力する信号にて、３原色Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３枚の各色用液晶ライトバルブにそれぞれに多数配列された各液晶ライトバルブドットを電気的にスイッチングして、３原色ＲＧＢの各映像を作り出す信号部と、これらの液晶ライトバルブを通過した光をスクリーン上に拡大投写する投写レンズや投写レンズユニットが配備されている。

詳細には、液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置は、光源の発光部から平行光として出射された光束をインテグレータレンズ、異なる波長帯域の光を選択的に透過し、または反射する各ダイクロイックミラー、各全反射ミラー、各コンデンサレンズを経て、各液晶ライトバルブに導くようになっている。インテグレータレンズを経た光は、液晶ライトバルブを経ることで光変調されて変調光となり、さらにダイクロイックプリズムを経て合成された変調光は、投写レンズユニットにより拡大投写され、スクリーン上に投影表示される。

投写型映像表示装置は、さらに投写レンズユニットを上下方向あるいはさらに左右方向に移動させるためのレンズシフト機構を備え、このレンズシフト機構により、投写型映像表示装置の本体をそのままにした状態で投写映像を上下あるいはさらに左右方向に移動させてスクリーンに対する映像の位置調整を可能にしたり、投写映像が台形状になるのを軽減することが可能になる。

特許文献１には、光源からの投射光を複数の分離用ダイクロイックミラーにより３原色の色光に分離し、それぞれ異なった光路を経て各色用液晶パネル（液晶ライトバルブ）を透過させた後、合成用ダイクロイックプリズムを介して合成して投射レンズ（投写レンズ）を通して投影するようにした液晶プロジェクタにおける各色光用液晶パネルの位置調整に関する技術が開示されている。特許文献１の技術は、各色用液晶パネルの位置を制御検出する信号を並行して取得し、取得した信号を基に各色光液晶パネルを並行して位置調整する液晶パネル調整組み立てを行う技術である。この技術では、投射（投写）された画像の受像器と、各液晶パネルの把持手段と、把持した液晶パネルを複数軸に動作させる動作手段と、駆動制御手段と、受像器からの情報を検出する情報検出手段と、動作を演算する演算手段、時分割で各色光の検出信号取得を行う時分割制御手段とを有する液晶プロジェクタの液晶パネル調整組み立て装置も含めて開示され、高い調整精度を保ちながら高速に液晶パネルの調整を行う技術とされている。投射レンズを通過して受像器に映像が出射される液晶プロジェクタの光学系にも関わる技術である。

特許文献２には、光源から出射された光をライトバルブにて光変調し投写レンズユニットにて映像投写する投写型映像表示装置における３板式カラー液晶プロジェクタの光学系と、投写レンズユニットのレンズシフト機構に係る技術が開示されている。光学系は、基本的に特許文献１に開示された液晶プロジェクタの例とほぼ同一の構成をとっている。光学系におけるダイクロイックプリズムによって合成されたカラー映像光は、カラー映像として、投写レンズユニットによって拡大投写され、スクリーン上に投影表示される。

特許文献２における投写レンズユニットのレンズシフト機構は、その光軸に対して直交する方向にシフトさせる構成として、レンズ取付部材と、レンズ取付部材が接触する接触面部と、レンズ取付部材を接触面部に向けて押圧し、その押圧力が投写レンズユニットの位置保持と位置移動とを可能とするように設定された押圧手段からなる技術として開示されている。
利用者は、投写レンズユニットのシフト幅に対応した隙間を有するカバー部材の筒状突出部と投写レンズユニットの鏡筒とに指をかけてシフトさせる。このシフト動作により、レンズユニットの位置移動と位置保持を行う。

図７に示す液晶プロジェクタの光学系は、特許文献１に開示されている液晶プロジェクタの光学系の構成を示すもので、３板式カラー液晶プロジェクタの光学系を例示している。

図７において、液晶プロジェクタの光学系は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の光源１と、この光源１から投射された光が通過する液晶パネル（液晶ライトバルブ）９、１０、１１と、これらの液晶パネル９，１０、１１を通過した光を拡大投写する投写レンズ１３が配備される。この液晶プロジェクタは、カラー液晶プロジェクタであり、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青）の三原色の光に対してそれぞれ液晶パネルが配備される３板式であり、かつ各液晶パネルにて変調された光の合成をダイクロイックプリズム１２で行う。光源１からの光を投写レンズ１３に導くために筺体１４には、光源からの光をＲ，Ｇ，Ｂの各色に分光するダイクロイックミラー４、６、ダイクロイックプリズム１２、全反射ミラー、各種レンズ、等が配備される。

光源１からの光は、全反射ミラー３において反射し、ダイクロイックミラー４において、三原色の中の１色（赤色（Ｒ））の光が透過し、残りの２色の光が反射する。透過した赤色光は、全反射ミラー５においては反射し、液晶パネル１０に入射する。一方、反射した残り２色の光は、ダイクロイックミラー６において、一方の色（緑色（Ｇ））の光が反射し、他方の色（青色（Ｂ））が透過する。反射した緑色光は、液晶パネル９に入射する。透過した青色光は、全反射ミラー７，８において反射し、液晶パネル１１に入射する。各液晶パネル９、１０、１１を通過した各色の光は、ダイクロイックプリズム１２において合成され、この合成光は投写レンズ１３により照射されて、スクリーン１５に写し出される。投写レンズ１３は、図４では、単一のレンズとして表現されているが、一般的には投写レンズユニットとして複数のレンズ群より構成される。

図６は、特許文献２における従来技術として例示されている投写レンズユニット１１５のレンズシフト機構を示す図であり、上記投写レンズユニット１１５を上下方向に移動させるためのレンズシフト機構を示した斜視図である。このレンズシフト機構により、液晶プロジェクタ本体はそのままにして投写映像を上下に移動させたり、投写映像が台形状になるのを軽減することができる。

投写レンズユニット１１５が固定される移動ベース１２１の四隅には滑り軸受け１２１ａが設けられており、これら滑り軸受け１２１ａにガイドシャフト１２２が挿通され、移動ベース１２１はガイドシャフト１２２に沿って上下方向に案内される。移動ベース１２１の側部には板部材１２１ｂが固着されている。この板部材１２１ｂにはねじ穴が形成されており、このネジ穴に昇降シャフト１２３の雄ねじ部１２３ａが螺合されている。ねじシャフト１２３はその回転のみが許され、上下移動等が生じないように軸受け１２４によって上下及びシャフト１２２は固定ベース１２９に固定されている。ねじシャフト１２３の下端部にはウオームギア１２５が固着されており、このウオームギア１２５にモータ１２７の回転軸に固着されたウオームねじ１２６が螺合している。前記モータ１２７の回転軸が回転することでねじシャフト１２３が回転して板部材１２１ｂが昇降し、この板部材１２１ｂに連結されている移動ベース１２１が昇降する。

特開２００４−３４７８０３号公報 特開２００３−３１５９１７号公報

図６に示す上記レンズシフト機構においては、移動ベース１２１の昇降を円滑に行うために、ガイドシャフト１２２には錆びが生じにくい材質の金属製で滑らかに研削されたものが用いられ、また、軸受け１２１ａは耐摩耗性の樹脂やオイルレスベアリングを用いている。しかしながら、移動ベース１２１の昇降時の軸振れを低減するためには、ガイドシャフト１２２と軸受け１２１ａの隙間を少なくする必要があり、さらに、移動ベース１２１の基準面から４個の軸受け１２１ａまでの寸法と平行度、および固定ベース１２９の基準面からガイドシャフト１２２までの寸法と平行度に高い精度が求められることになり、これらの公差を小さくしていくと、部品のばらつき、及び累積誤差によって移動ベース１２１の昇降が円滑に行われないという問題が生じる。

このように液晶プロジェクタに使用される投写レンズユニットのレンズシフト機構は、投影画像の位置調整において、カラー映像光を出射するダイクロイックプリズムに対して、カラー映像光の光軸に直交する方向に投写レンズユニットを平行シフトさせる機構であったが、レンズシフト機構における部品間のガタによってレンズシフト動作が斜めになったり、左右に揺れて動作したりする不具合が生じてレンズシフト動作が不安定になるという問題があった。レンズシフト機構のシフト動作用のつまみダイヤルがレンズシフト機構の中心位置にはなく、端部に設けられていることにより、レンズシフト動作のアクセスポイント側のガイドシャフトの方が先に動き、アクセスポイントの反対側のガイドシャフトの方が後に動くために、投写時のスクリーン上でスムーズに平行移動せず、画像位置の微調整動作ができにくくなるという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑み、投写レンズユニットを垂直方向（上下方向）に移動（シフト）させる場合でも構造の複雑化は生じにくく、また、シフト操作も容易であるレンズシフト機構及びこのレンズシフト機構を備えた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載のとおり、映像投写を行う投写レンズユニットをその光軸に対して直交する方向にシフトさせるレンズシフト機構において、前記投写レンズユニットが固定されたレンズ取付部材と、前記レンズ取付部材が装着されかつレンズ取付部材の位置移動と位置保持を可能とする位置移動保持機構を備えた位置移動保持部材と、該位置移動保持部材を前記方向にシフト可能に保持する固定フランジ部と、該位置移動保持部材を前記固定フランジ部に対して回転移動可能に保持する軸とを備え、前記位置移動保持機構が、前記固定フランジ部に対して前記軸を回転中心として前記投写レンズユニットの位置移動と位置保持とを可能とする垂直位置移動保持機構を備えたことを特徴とする。

本発明の特徴は、レンズ取付部材を装着した位置移動保持部材の一端部、かつ固定フランジ部の対向する位置に設けられた軸を回転中心として、位置移動保持部材の他端側に設けられた位置移動保持機構により、投写レンズユニットがレンズ取付部材とともに軸を中心とした回転による円弧状の略直線方向に移動され、保持されることにより、投影映像が簡単な機構で投写スクリーン上に位置決めされる。レンズ光軸中心位置における円弧状の略直線方向のレンズシフト移動量が最大±０．４ｍｍのレンズ光軸に直角な面に略平行な移動を行うこと、およびその位置保持に対して好適なレンズシフト機構である。

また、投写レンズユニットの光軸に直角な面における垂直方向の移動と位置保持を行う垂直位置移動保持機構と、位置移動保持部材とレンズ取付部材を相対的に水平方向の移動と位置保持を行う水平位置移動保持機構を備えたレンズシフト機構である。

本発明によれば、投写レンズユニットのレンズシフト機構の部品点数を削減し、ダイクロイックプリズムからの出射光の光軸と直交する面の方向に投写レンズユニットの平行移動が可能でかつレンズシフト操作が容易なレンズシフト機構を提供することが可能となる。

本発明の実施例の液晶プロジェクタを示す斜視図である。 本発明の実施例の投写レンズユニットの装着部分の構造を示す斜視図である。 本発明の実施例の投写レンズユニットの位置移動保持機構を示す断面図である。 本発明の実施例の投写レンズユニットのピボット部を示す斜視図である。 本発明の実施例のレンズシフト機構の垂直位置移動保持機構による垂直方向（Ｙ方向）シフト量及び水平方向（Ｘ方向）のずれ量の関係を示す図である。 従来技術と本発明に係る液晶プロジェクタの光学系を示す図である。 従来技術に係る投写レンズユニットのレンズシフト機構を示す図である。

本発明の投写レンズユニットは、図７に例示する液晶プロジェクタの光学系の構成において、ダイクロイックプリズムからの投写光の光軸と直交する面の方向に投写レンズユニットの平行移動が可能でかつレンズシフト操作が容易なレンズシフト機構を提供するものである。

本発明の一実施例を図１、図２、図３、図４、図５を用いて説明する。図１は、本発明の実施例の液晶プロジェクタを示す斜視図である。図１において、液晶プロジェクタ３０、投写レンズユニット３１、投写レンズユニット鏡筒部３２、固定フランジ部２２、レンズ取付部材２３、水平位置移動保持機構２４ａ、垂直位置移動保持機構２４ｂを備えた位置移動保持部材２４を示す。本実施例の液晶プロジェクタ３０における光学系の基本構成は、図７に示す液晶プロジェクタと同様な構成となっている。本発明において、垂直とは上下の方向を、水平とは左右の方向をも意味するものとする。

図２、図３、図４は、本発明の実施例を示す投写レンズユニット３１の装着部を示す図である。図２において、固定フランジ部２２、レンズ取付部材２３、位置移動保持部材２４、位置移動保持部材２４に設けられた水平位置移動保持機構２４ａおよび垂直位置移動保持機構２４ｂ、保持部２５を構成するガイドピン２５ａおよびガイドピン固定板２５ｂを示す。図１に示す投写レンズユニット鏡筒部３２をレンズ取付部材２３にねじ止めにより装着する構成としている。

図３において、液晶プロジェクタ３０（図１に示す。）の投写光路開口部２１、固定フランジ部２２、レンズ取付部材２３、水平位置移動保持機構２４ａおよび垂直位置移動保持機構２４ｂを備えた位置移動保持部材２４、レンズ取付部材２３（図２に示す。）を位置移動保持部材２４に装着するための保持部２５を示す。投写光路開口部２１は、投写光が通過するための開口部である。固定フランジ部２２は、液晶プロジェクタ３０の本体筺体の一部分であり、投写レンズユニット３１が装着されるレンズ取付部材２３を投写レンズユニット３１の光軸に直角な面に平行移動可能に保持する位置移動保持部材２４がピボット２６を介して保持され、固定される部材として構成される。

回転軸２４ｄと回転歯車２４ｅを含む水平位置移動保持機構２４ａが位置移動保持部材２４の他端側に装着されている。またこの水平位置移動保持機構２４ａの近傍には、垂直位置移動保持機構２４ｂが備えられている。本発明では、ピボット２６が備えられた位置移動保持部材２４の端部を一端側とし、これとは反対側となる位置移動保持部材２４の端部を他端側とする。水平位置移動保持機構２４ａは、回転軸２４ｄとこの回転軸２４ｄの先端部に装着された回転歯車２４ｅを備え、この回転軸２４ｄと直交する横軸２４ｇの中間部に回転歯車２４ｅと直角に噛み合う横歯車２４ｆと、横軸２４ｇの先端部にナット２４ｈを備えている。ナット２４ｈは、レンズ取付部材２３の図示しない対応する部分に挿入されている。回転軸２４ｄが回転することにより、回転歯車２４ｅが回転して、横歯車２４ｆと横軸２４ｇが回転し、ナット２４ｈが横軸２４ｇの軸方向に移動する。ナット２４ｈが横軸２４ｇの軸方向に移動することにより、ナット２４ｈが装着されて連結されているレンズ取付部材２３が、横軸２４ｇの軸方向にシフトする。この結果、水平位置移動保持機構２４ａにより、レンズ取付部材２３に装着された投写レンズユニット３１において、その光軸に直角な面における水平方向の位置移動が可能となる。レンズ取付部材２３は、位置移動保持部材２４に対して、保持部材２５によりスライド可能に保持されている。回転軸２４ｄの先端部に装着される回転歯車２４ｅと、横軸２４ｇに装着され、回転歯車２４ｅと噛み合う横歯車２４ｆの歯車ピッチを選択することにより、微小歯車ピッチであれば、回転軸２４ｄにおける外力による回転は制限され、水平位置移動保持機構２４ａによる位置移動保持部材２４の水平方向の位置保持も可能となる。水平位置移動保持機構２４ａは、水平方向における位置移動機能と位置保持機能を備えた構成を有している。この構成により、投写レンズユニット３１において、そのレンズ光軸に直角な面に平行でかつ水平方向のシフトが可能になる。

垂直位置移動保持機構２４ｂは、つば部２４ｉと一体になった回転軸２４ｋと位置移動保持部材２４に装着されたナット部２４ｊから構成され、さらに回転軸２４ｋのつば部２４ｉの一部が摺動可能に挿入可能となるように固定フランジ部２２に設けられた、つば部摺動部２２ａにより固定フランジ部２２と位置移動保持部材２４の位置移動および位置保持を行う構成としている。つば部摺動部２２ａには、回転軸２４ｋのつば部２４ｉが挿入される。回転軸２４ｋの回転に伴い、位置移動保持部材２４に装着されたナット部２４ｊを回転軸２４ｋの軸方向に移動させることにより、位置移動保持部材２４をピボット２６を中心とした円弧状の回転で略直線状移動となる垂直方向移動を可能とする構成としている。回転軸２４ｋと、回転軸２４ｋ先端ねじ部に螺合するナット部２４ｊのねじ部ピッチを選択することにより、回転軸２４ｋの一回転当たりの垂直方向の移動量を設定することが可能になるとともに、微小ねじピッチであれば、回転軸２４ｋの外力による回転は制限され、位置移動保持部材２４の位置の保持が可能となる。垂直位置移動保持機構２４ｂは、垂直方向における位置移動機能と位置保持機能を備えた構成を有している。この構成により、一端側に設けられたピボット２６を回転中心として、他端側に設けられた位置移動保持部材２４における垂直位置移動保持機構２４ｂにより、投写レンズユニット３１において、そのレンズ光軸に直角な面に平行でかつ円弧状の略直線状の垂直方向のシフトが可能になる。

保持部２５は、位置移動保持部材２４に対してレンズ取付部材２３をスライド可能かつ装着取り外し自在に保持する機能を有する部材である。固定フランジ部２２の対向する複数個所に設けられるもので、本実施例では３隅に設けられている。保持部２５は、ガイドピン２５ａとガイドピン固定板２５ｂから構成され、ガイドピン２５ａと位置移動保持部材２４の取り付け面との間隙にレンズ取付部材２３の端部をはめ込むようにして装着する。

図４に示すように、位置移動保持部材２４および固定フランジ部２２が対向する一方の端部である一端部側には、位置移動保持部材２４を固定フランジ部２２の投写レンズユニット３１の光軸に直角な面に平行する面上で回転移動自在に保持するピボット２６が備えられている。ピボット２６は、固定フランジ部２２に設けられた軸孔２６ｃと、軸孔２６ｃに圧入されるピボット軸２６ａと、この軸２６ａに設けられたつば部の厚さ分だけ位置移動保持部材２４が離間可能なつば部２６ｄと、ピボット軸２６ａを回転自在に嵌合させ、位置移動保持部材２４の一端部側に設けられた軸受孔２６ｂを基本構成とするものである。ピボット２６の軸孔２６ｃ、軸受孔２６ｂは、図４に示した実施例に限定されることなく、固定フランジ部２２及び位置移動保持部材２４に逆の構成を有するものとしてそれぞれ設けることができる。この逆の構成を有するものとして、固定フランジ部２２にピボット軸２６ａを回転自在に嵌合させる軸孔、位置移動保持部材２４にピボット軸２６ａを圧入する軸受孔を設けるかは、適宜選択することができる。また、つば部２６ｄは、棒状のピボット軸２６ａとすることで、つば部を設ける替わりに、ワッシャ等の形状のスペーサを用いることでもよい。

図５は、投写レンズユニット３１の垂直位置移動保持機構２４ｂによる垂直方向（図５では斜め方向として示されている）におけるレンズシフト前とレンズシフト後の映像範囲のシフト状態の実施例を示す図である。また、投写レンズユニット３１における垂直方向（Ｙ方向）シフト移動量と水平方向（Ｘ方向）シフト移動量の関係を示す図である。垂直方向とは、ピボット２６を中心とした円弧状の回転でかつ略直線状の略上下の移動方向を示す。またこの場合の水平方向とは、この略直線状の略上下の移動方向である垂直方向に直角な方向であり、垂直方向の移動においては、この水平方向は、実質的には極微少量の移動となる。図５において、投写レンズユニット３１の固定フランジ部２２における投写光路開口部２１の光軸中心部のシフト移動量およびＹシフト前の映像（実線で示す）とＹシフト後の映像（点線で示す）の関連を示す。投写レンズユニット３１の垂直方向のシフト移動量は、投写光路開口部２１の光軸中心部において、±０．４ｍｍ程度が要求される。この垂直方向に要求されるシフト移動量に対応する場合に、このピボット２６を中心とする水平方向（Ｘ方向）の移動量は、ピボット２６と垂直位置移動保持機構２４ｂとの配置寸法にもよるが、投写光路開口部２１の光軸中心部において、±０．００２５ｍｍと小さな値である。

ピボット２６を中心としてレンズ取付部材２３は、厳密には円弧状の移動となるため、上記垂直方向±０．４ｍｍの移動量に対して水平方向に±０．００２５ｍｍの移動量（ずれ）を生じるが、映像の位置調整においては、この水平方向の移動量は実際には無視できる数値となる。すなわち垂直方向に直線状のシフトを行うものとなり、微細な位置調整が可能になる。このように、本発明におけるピボット２６を回転中心とするレンズシフトは、ピボット２６を回転中心とし、垂直位置移動保持機構２４ｂの動作点において円弧状のシフト移動となるため、光軸に直交する方向における垂直方向（Ｙ方向）にほぼ限定されるが、本発明に係る垂直方向の映像位置調整は、この垂直方向の移動と移動量の数値範囲で十分可能である。簡易な構成で確実なレンズユニットの移動シフトによる位置移動調整および位置保持が可能になる。

また、光源から出射された光をライトバルブにて光変調し投写レンズユニットにて映像投写する投写型映像表示装置において、本発明に係るレンズシフト機構を備えることにより、簡易な構成にて確実なレンズシフト動作を行うことが可能になる。

２１…投写光路開口部
２２…固定フランジ部
２３…レンズ取付部材
２４…位置移動保持部材
２５…保持部
２６…ピボット
３０…液晶プロジェクタ
３１…投写レンズユニット
３２…投写レンズ鏡筒部

Claims (4)

1. 映像投写を行う投写レンズユニットをその光軸に対して直交する方向にシフトさせるレンズシフト機構において、
   前記投写レンズユニットが固定されたレンズ取付部材と、
   前記レンズ取付部材が装着されかつレンズ取付部材の位置移動と位置保持を可能とする位置移動保持機構を備えた位置移動保持部材と、
   該位置移動保持部材を前記方向にシフト可能に保持する固定フランジ部と、
   該位置移動保持部材を前記固定フランジ部に対して回転移動可能に保持する軸とを備え、
   前記位置移動保持機構が、前記固定フランジ部に対して前記軸を回転中心として前記投写レンズユニットの位置移動と位置保持とを可能とする垂直位置移動保持機構を備えたことを特徴とするレンズシフト機構。
2. 請求項１に記載のレンズシフト機構において、
   前記垂直位置移動保持機構による前記投写レンズユニットのシフト量が、前記軸を回転中心として、前記投写レンズユニットの光軸に直角な面上で該光軸に垂直な方向に、かつ該光軸において±０．４ｍｍの範囲とすることを特徴とするレンズシフト機構。
3. 請求項１または２に記載のレンズシフト機構において、
   前記位置移動保持機構は、前記位置移動保持部材と前記レンズ取付部材との相対的な水平方向の位置移動と位置保持とを行う水平位置移動保持機構を備えたことを特徴とするレンズシフト機構。
4. 光源から出射された光をライトバルブにて光変調し投写レンズユニットにて映像投写する投写型映像表示装置において、
   請求項１ないし３のいずれか一つに記載のレンズシフト機構を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。

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