JP6580434B2

JP6580434B2 - レンズ鏡筒、画像投影装置及び成型用型

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Publication number: JP6580434B2
Application number: JP2015181030A
Authority: JP
Inventors: 和久高橋
Original assignee: Ricoh Industrial Solutions Inc
Current assignee: Ricoh Industrial Solutions Inc
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2019-09-25
Anticipated expiration: 2035-09-14
Also published as: JP2017058410A

Description

本発明は、レンズ鏡筒、当該レンズ鏡筒を用いた画像投影装置及び当該レンズ鏡筒を形成するための成型用型に関する。

プロジェクタのようなレンズ鏡筒を用いた画像投影装置において、フレアやゴースト等による投影画像の画質劣化を防ぐために、光源から生じる光のうち、画像投影に不要な光たる不要光を遮光部により除去する構成が知られている（例えば特許文献１〜４等参照）。

しかしながら、レンズの固定方法や、鏡筒部分の構成によっては、遮光部を鏡筒部分とは別体で設けざるを得ず、部品点数の増大や作業工数の増大によるコストアップを招くという問題があった。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、鏡筒部に一体形成されて、光源から発生する不要光の当該レンズ鏡筒内もしくは投影像への出射を制限する遮光部を備えるレンズ鏡筒の提供を目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明にかかるレンズ鏡筒は、少なくとも１つのレンズを支持するための鏡筒部と、前記鏡筒部と一体に設けられて、前記レンズの有効半径外側を透過する光束の出射を制限するための遮光部と、熱カシメによって前記レンズを固定する固定部と、前記固定部を挟んで前記レンズと反対側に形成された空隙部と、を有し、前記遮光部は、前記レンズの光軸に対して平行な方向に沿って形成され、前記遮光部の前記レンズの光軸側の面は、前記空隙部の外周面と平坦に連なって形成されることを特徴とする。

本発明によれば、鏡筒部に一体形成されて、光源から発生する不要光の当該レンズ鏡筒内もしくは投影像への出射を制限する遮光部を備えるレンズ鏡筒を提供することができる。

本発明の実施形態における画像投影装置の構成の一例を示す図である。図１に示したレンズ鏡筒の全体構成の一例を示す断面図である。図２に示したレンズ鏡筒のＡ部分の構成の一例を示す拡大平面図である。図３に示した筐体部を形成するための成型用型の構成の一例を示す略図である。図３に示したレンズ鏡筒の組み立ての手順を示す平面図である。本発明の実施形態に対する変形例の構成の一例を示す模式図である。従来例の構成の一例を示す模式図である。

本発明の実施形態として、画像投影装置の構成の一例を図１に示す。
画像投影装置１００は、投射光束Ｌを射出する光源１０１と、投影すべき画像を画像情報として平面的に表示して、光源１０１からの投射光束Ｌを変調する空間光変調素子１０２と、を有している。
画像投影装置１００は、空間光変調素子１０２を経た投射光束Ｌを投影面１０４に投影するためのレンズ鏡筒たるレンズユニット２００と、投影面１０４に投影するべき画像を表示するために空間光変調素子１０２を制御する制御部１０９と、を有している。

光源１０１は、投射光束Ｌを出射する発光源たるハロゲンランプを有し、白色光を略並行に出射する。ここで光源としてはメタルハライドランプや高圧水銀ランプ、ＬＥＤを用いても良い。
光源１０１は白色光源であるが、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の基本色に対応するレーザー光源のような単色光源を複数用いたものであっても良い。

空間光変調素子１０２は、入射した投射光束Ｌを透過して空間的な変調を付与して出射することで画像情報を与える画像表示手段たる液晶パネルである。なお、空間光変調素子１０２は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）のような反射型の空間光変調素子であっても良い。

制御部１０９は、投影面１０４へと投影すべき画像情報を、空間光変調素子１０２を透過する投射光束Ｌに付加するために空間光変調素子１０２を制御する。

レンズユニット２００は、図２に示すように、光源１０１側から入射した光束Ｌを画像の投射方向側すなわちＺ方向下流側に向かって投射する投射光学系を備えたレンズユニットである。
レンズユニット２００のうち、最も投射面１０４に近い部分について、特にＡ領域として２点鎖線で示し、拡大図として図３に表す。

レンズユニット２００は、図３に示すように、投影面１０４側すなわち画像の投射方向であるＺ方向下流側から順に並設された光学部材たる３つのレンズ２１、２２、２３と、レンズ２１、２２、２３を支持するための鏡筒部たる筐体部１０と、を有している。
レンズユニット２００はまた、筐体部１０と一体に形成されて、レンズユニット２００の光源１０１側から入射してレンズユニット２００から射出される光束たる不要光Ｌ’の出射を制限する遮光部１１を有している。
３つのレンズ２１、２２、２３は、空間光変調素子１０２を透過した投射光束Ｌを結像する結像光学系であるとともに、画像を投影面１０４に投影するための投影光学系の一部を構成している。なお、特にレンズ２１、２２、２３を区別する必要があるときには、最も投影面１０４側の、すなわち画像の投射方向たるＺ方向下流側に配置されたレンズを第１のレンズたる投射側レンズ２１とする。
同様に投射側レンズ２１よりもＺ方向上流側に配置されたレンズを第２のレンズたるレンズ２２、最もＺ方向上流側に配置されたレンズを第３のレンズたる入射側レンズ２３とする。
レンズユニット２００を透過する投射光束Ｌは、図３に破線で示されたように、投射側レンズ２１、レンズ２２、入射側レンズ２３の各々の光学的設計に基づいた有効半径ｒ_２１、ｒ_２２、ｒ_２３内を通るように、レンズ２１、２２、２３の各々の位置が調整される。

レンズユニット２００を透過する投射光束Ｌの進行方向をＺ方向として、レンズユニット２００の光軸ＯをＺ軸、図２、図３の上下方向の軸をＹ軸、Ｚ軸とＹ軸とに直交する軸をＸ軸と定め、それぞれの軸方向をＹ方向、Ｘ方向とする。
ここではレンズユニット２００のレンズ光軸たる光軸Ｏは、レンズ２２の光軸と一致する。同様に、投射側レンズ２１、入射側レンズ２３のそれぞれの光軸も、光軸Ｏと一致する。
以降、特に方向を明示したい場合にはＸ、Ｙ、Ｚの各方向について＋あるいは−の表記をつけて表す。

なお、本実施形態では３つのレンズ２１、２２、２３により投射光学系を形成するとしたが、レンズユニット２００は少なくとも１つのレンズを有していれば良い。
また、投射側レンズ２１は、レンズ以外の光学部材、例えばパワーを持たないガラス等であっても良い。

筐体部１０は、後述する取り付け工程において、熱カシメによってレンズ２２とレンズ２３とを固定する第１固定部たる固定部としてのカシメ部１３と、投射側レンズ２１を支持するための投射側レンズ押え部１２と、入射側レンズ２３を支持するためのレンズ受け面１４と、を有している。
筐体部１０は、カシメ部１３を挟んでレンズ２２と反対側に形成された、言い換えると光軸Ｏを中心としてカシメ部１３の外側に形成された空間たる空隙部１５を有している。
カシメ部１３は、空隙部１５に挿入された熱カシメ治具によって、レンズ２２の＋Ｚ方向側に少しかかるように、レンズ受け面１４の方向に押しつぶされることでレンズ受け面１４とカシメ部１３との間にレンズ２２とレンズ２３とを挟み込むように固定する。

遮光部１１は、レンズ２２よりも＋Ｚ方向側に、言い換えると不要光Ｌ’の出射方向の下流側であって、レンズ２２の有効半径ｒ_２２より外側に、＋Ｚ方向に沿って形成された凸部である。
遮光部１１は、＋Ｚ方向の先端部１１ａが、レンズ２２よりも＋Ｚ方向側において筐体部１０に支持される投射側レンズ２１の凹部２１ａに進入する位置を占めるように、配置されている。
なお、凹部２１ａは、本実施形態では、投射側レンズ２１に設けられた非レンズ面を含む部分である。従って、遮光部１１がかかる位置を占めることにより、投射側レンズ２１の非レンズ面への不要光Ｌ’の入射を抑制している。

遮光部１１はまた、レンズ光軸Ｏ側の面たる内周面１１ｂが、Ｚ方向に平行な面となっており、空隙部１５の外周面１５ｂと平坦かつ滑らかに連なって形成されている。
なお、ここでいう平坦かつ滑らかに連なってとは、いわゆる面一に形成されていることであり、後述するように、＋Ｚ方向側に広がるように傾斜した状態も含んで良い。
また、内周面１１ｂは、いわゆるシボ加工のように表面に遮光用の反射防止構造を形成されていても良い。

このような構成のレンズユニット２００の製造方法について示す。
図４に、筐体部１０を形成するための射出成形用の樹脂型たる成型用型としての金型３０の略式図を示す。
金型３０は、本実施形態では、筐体部１０の外側を形成するためのメス型たる固定型３１と、筐体部１０の内側を形成するためのオス型たる可動型３２と、を有している。
可動型３２は、遮光部１１を形成するための凹部たる遮光形成部３３と、空隙部１５を形成するための凸部たる空隙形成部３４と、を有している。遮光形成部３３の外周側の壁面３３ａは、空隙形成部３４の側面たる側面部３４ａと連続するように設けられている。言い換えると、空隙形成部３４の外周側の側面部３４ａと遮光形成部３３の内周側の壁面３３ａとが連続して平坦かつ滑らかに、つまり面一になるように設けられている。

かかる金型３０を用いて、筐体部１０を形成するときには、固定型３１と可動型３２とを対向するように固定した状態、すなわち嵌め合い状態で、筐体部１０の材料である樹脂材料Ｐを溶かして高圧で流し込む。
溶かされた樹脂材料Ｐは、固定型３１と可動型３２との間の筐体部１０の形状をした空間に流し込まれ、圧力が加えられる。
樹脂材料Ｐは、固まるまで金型３０に入った状態で冷却される。樹脂材料Ｐが固まると、可動型３２の可動方向、すなわち＋Ｚ方向へ移動させることで、金型３０の嵌め合い状態が解除されて成形品たる筐体部１０が取り出される。
このとき、内周面１１ｂが、Ｚ方向に平行な面であるとともに、空隙部１５の外周面１５ｂと平坦かつ滑らかに連なって形成されていることで、可動型３２の空隙形成部３４の側面部３４ａは、内周面１１ｂに引っかかることなく、型抜きされる。
なお、ここでいう平坦に連なってとは、いわゆる面一に形成されていることであり、型抜き可能である程度に＋Ｚ方向側、言い換えると可動方向の下流側に広がるように傾斜した状態も含んで良い。
また、側面部３４ａは、内周面１１ｂにシボ加工を形成するために、表面に内周面１１ｂのシボ加工と対となって嵌め合うような遮光用の反射防止構造を形成されていても良い。
筐体部１０の取出し完了後、再び金型３０が嵌め合い状態となり、上述の作業が繰り返されることで、繰り返し成型が行われる。

なお、ここでは射出成型を例として挙げたが、かかる成型方法に限定されるものではなく、その他の成型方法であっても良い。

かかる成型工程を経て成型された筐体部１０において、図５（ａ）に示すように、形成されたレンズ受け面１４に入射側レンズ２３が当接するように取り付ける。
次に、図５（ｂ）に示すように、筐体部１０に＋Ｚ方向側からレンズ２２を挿入し、位置決めを行った後で、カシメ部１３を加熱・押圧あるいは圧着して接合する。すなわち圧接することで、熱カシメを行いレンズ２２が筐体部１０に固定される。
具体的には空隙部１５に挿入された熱カシメ治具によって、カシメ部１３をレンズ２２の＋Ｚ方向側に少しかかるように、レンズ受け面１４の方向に押しつぶすことでレンズ受け面１４とカシメ部１３との間にレンズ２２とレンズ２３とを挟み込むように固定する。
かかるカシメ工程は、レンズ２２、２３を筐体部１０へ取り付けるための取り付け工程である。
なお、レンズ２２と筐体部１０との間に微小な空隙を設けることで、筐体部１０とレンズ２２との嵌合長が最適化されて、組み上げ時の干渉が低減されて簡易に取り付け可能になる。
最後に、投射側レンズ２１が、投射型レンズ押え部１２と図示しない板金押え部品を用いて筐体部１０へと固定されて、図２、図３に示したようなレンズユニット２００の構成となる。

以上のような構成を有する画像投影装置１００において、画像を投影する方法について説明する。

光源１０１から射出された白色光は、投射光束Ｌとして空間光変調素子１０２へ入射し、制御部１０９の制御に基づいて空間的な変調を付与する空間光変調素子１０２により、カラーの画像情報を付与される。
空間光変調素子１０２によって空間的な変調を付与された投射光束Ｌは、レンズユニット２００を透過して投影画像として投影面１０４に対して投影される。

かかる画像投影装置１００において、高品質な画像を投影するには、具体的にはフレアやゴースト等による投影画像の画質劣化を防ぐためには、レンズ２１、２２、２３の有効半径外を透過しレンズユニット２００から出射される不要光Ｌ’の除去が重要である。
画像投影装置１００においては、一般的に、投射光束Ｌの進行方向側、すなわち−Ｚ方向側から進入される光については、投射光束Ｌのみを透過するように設定されている。つまり、ここでいう不要光Ｌ’は、−Ｚ方向側からレンズユニット２００へと侵入する光のうち、レンズ２１、２２、２３の有効半径の外側を透過する光であるといえる。
なお、かかる不要光Ｌ’は、レンズ２３よりも−Ｚ方向側で発生した、例えば図示しないレンズのコバに当たって散乱した光や、鏡枠に当たって散乱した光、レンズの面間反射光などを含んでも良い。また、不要光Ｌ’は、例えば有効径内を通っていたとしても、投影像に現われた場合にゴーストやフレアの原因となりうるような不要な光を含んでいても良い。
かかる不要光Ｌ’は、例えばレンズユニット２００に取り付けられたレンズ２１、２２、２３の、固定用に設けられた非レンズ部などに入り込んで悪影響を及ぼすおそれがある。

かかる不要光Ｌ’の除去のために、従来例として図７（ａ）に示すように、レンズの有効半径外から進入するような不要光Ｌ’を遮るように遮光部としての突起部５１ａを設ける構成などが考えられてきた。
なお、以下に示す従来例においては、レンズ２１、２２、２３は実施形態で述べた構成と同様の構成で良いため、同じ番号を付して説明を省略する。
ところで、近年では画像投影装置の小型化、低価格化への要求が強く、レンズ２１、２２、２３の固定方法についても、かしめなどを用いて精度良く、かつ工数の少ない固定方法が求められる。
しかしながら、レンズユニット５００内に配置されるレンズ２２をカシメによって固定するような場合には、レンズ２２とレンズユニット５００との間に空間部分が必要となってしまう。すなわち、カシメ用の器具が入るような空間部５３を設ける必要がある。
かかる空間部５３を設け、さらに突起部５１ａを設けると、突起部５１ａがアンダーカット形状のため、金型を開く方向すなわちＺ方向へ移動させるのみでは金型と成型品との離型が出来ない。金型を内側すなわちＹ方向に動くようにすれば突起部５１ａは離型可能だが、空間部５３が離型できない。よってこのような形状の部品成型は困難である。
また、金型に成型品がひっかかることで金型が開けず、無理に開こうとすると成型品が破壊されるおそれがある。
かかる課題を解決するためには、図７（ｂ）に示すように、別体として突起部５１ｂをレンズ２２の組み付け後に取り付ける構成が考えられるが、構成が複雑になり、かつ部品点数の増加によるコスト増を生じるという問題までは解決できていない。

そこで、本実施形態では、遮光部１１は、光軸Ｏに対して平行なＺ方向に沿って、＋Ｚ方向へ向かって形成されている。
かかる構成により、筐体部１０に一体形成された遮光部１１は、不要光Ｌ’の出射を制限する。

本実施形態では、遮光部１１は、レンズ２２よりも＋Ｚ方向側に形成されている。
かかる構成により、レンズ２２の有効半径ｒ_２２よりも外側を通過する不要光Ｌ’の透過を制限する。

本実施形態では、遮光部１１は、＋Ｚ方向に凸の凸部であり、先端部１１ａは、レンズ２２よりも＋Ｚ方向側において筐体部１０に支持される投射側レンズ２１の凹部２１ａに進入する位置を占めるように配置される。
かかる構成により、投射側レンズ２１の凹部２１ａよりも外側へ進入する不要光Ｌ’の筐体部１０内部からの出射を抑制または防止する。

本実施形態では、筐体部１０は、熱カシメによってレンズ２２を固定するカシメ部１３と、カシメ部１３を挟んでレンズ２２と反対側に形成された空隙部１５と、を有している。
かかる構成により、空隙部１５に工具を入れてカシメ部１３をレンズ受け面１４の方向に押しつぶすことでレンズ２２、２３を固定するから、遮光部１１を設けながらも、部品数や工数の増加を伴うことがなく、コストの増加が抑制される。

本実施形態では、遮光部１１の内周側の側面１１ｂは、空隙部１５の外周側の外周面１５ｂと面一で、平坦に連なって形成される。
かかる構成により、遮光部１１を設けながらも、構造が単純で部品数や工数の増加を伴うことがなく、コストの増加が抑制される。

本実施形態では、金型３０は、筐体部１０の外側を形成するための固定型３１と、筐体部１０の内側を形成するための可動型３２と、を有している。また、可動型３２は、遮光部１１を形成するための＋Ｚ方向に凹んだ遮光形成部３３を有し、Ｚ方向に移動可能である。
かかる構成により、筐体部１０の成型用の金型の構造が容易になるため、コストの増加が抑制される。

本実施形態では、金型３０は、筐体部１０の外側を形成するための固定型３１と、筐体部１０の内側を形成するための可動型３２と、を有している。また、可動型３２は、遮光部１１を形成するための＋Ｚ方向に凹んだ遮光形成部３３と、空隙部１５を形成するための−Ｚ方向に凸の空隙形成部３４と、を有し、Ｚ方向に移動可能である。
かかる構成により、筐体部１０の成型用の金型の構造が容易になるため、コストの増加が抑制される。

また、変形例として図６に示すように、いわゆるＤカットレンズ４１、４２、４３を用いた、Ｚ軸について非対称なレンズ鏡筒４００としても良い。
かかる構成においては、遮光部１１は、＋Ｙ方向側のみに形成された凸部である。
他の構成については、上述した実施形態と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、画像投影装置は、１つの液晶パネルでカラーの画像情報を与える１板式のカラープロジェクタとしたが、これに限らず、３板式のカラープロジェクタであっても良いし、モノクロの画像投影装置であってもよい。

また、本実施形態では、レンズ光軸について軸対称なレンズ鏡筒について述べたが、いわゆるＤカットレンズを用いた、光軸について非対称なレンズ鏡筒であっても良い。

また、本実施形態では、３つのレンズのうち１つをかしめによって固定するとしたが、複数のレンズをかしめによって固定しても良い。また、かしめ以外の固定方法によって固定するものであっても良い。
また、遮光部に形成する反射防止構造は、反射光を低減するためのものであれば、シボ加工以外の加工でも良い。

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１０鏡筒部（筐体部）
１１遮光部
１１ａ先端部
１１ｂ光軸側の面（側面部）
１３固定部（カシメ部）
１５空隙部
１５ｂ外周面
２１光学部材（投射側レンズ）
２１ａ凹部
２２レンズ
３０樹脂型（金型）
３１固定型
３２可動型
３３凹部（遮光形成部）
３４凸部（空隙形成部）
１００画像投影装置
２００レンズ鏡筒（レンズユニット）
Ｌ投射光束
Ｌ’ レンズの有効半径外側を透過する光束（迷光）
Ｏ光軸（レンズ光軸）
Ｐ樹脂材料
Ｚレンズの光軸に対して平行な方向

特許第５５９９０９３号公報特開２０１３−０６８８５７号公報特開２０１１−２４２５０４号公報特開２００５−３０９２８９号公報

Claims

少なくとも１つのレンズを支持するための鏡筒部と、
前記鏡筒部と一体に設けられて、前記レンズの有効半径外側を透過する光束の出射を制限するための遮光部と、
熱カシメによって前記レンズを固定する固定部と、
前記固定部を挟んで前記レンズと反対側に形成された空隙部と、
を有し、
前記遮光部は、前記レンズの光軸に対して平行な方向に沿って形成され、前記遮光部の前記レンズの光軸側の面は、前記空隙部の外周面と平坦に連なって形成されることを特徴とするレンズ鏡筒。
請求項１に記載のレンズ鏡筒において、
前記遮光部は、前記レンズよりも前記光束の出射方向の上流側に形成されることを特徴とするレンズ鏡筒。
請求項１または２に記載のレンズ鏡筒において、
前記遮光部は凸部であることを特徴とするレンズ鏡筒。
請求項３に記載のレンズ鏡筒において、
前記遮光部の前記平行な方向における先端部は、前記レンズよりも前記光束の出射方向の下流側において前記鏡筒部に支持される光学部材の凹部に進入する位置を占めることを特徴とするレンズ鏡筒。
請求項１乃至４の何れか１つに記載のレンズ鏡筒を有する画像投影装置。
請求項１乃至４の何れか１つに記載されたレンズ鏡筒を形成する成型用型であって、
前記鏡筒部の外側を形成するための固定型と、
前記鏡筒部の内側を形成するための可動型と、を有し、
前記可動型は、前記遮光部を形成するための凹部と、前記空隙部を形成するための凸部と、を有し、
前記可動型は、前記光軸に平行な方向に移動可能であることを特徴とする成型用型。