WO2016158374A1 - 投射レンズ、プロジェクタ及びその画像劣化防止方法 - Google Patents

投射レンズ、プロジェクタ及びその画像劣化防止方法 Download PDF

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宏信 茅野
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富士フイルム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a projection lens, a projector, and an image deterioration prevention method thereof, and more particularly, to a projection lens, a projector, and an image deterioration prevention method of a projector in which an image forming panel is fixed by shifting.
  • the projector attaches an image according to image information to the light emitted from the light source by an image forming panel (light modulation panel), and projects the image on a screen by a projection lens to display the image.
  • an image forming panel for example, an LCD (liquid crystal display) or a DMD (digital micromirror device) is used.
  • a diaphragm is disposed in the illumination optical system and the projection lens to remove light rays that do not contribute to image formation.
  • the illuminance of the projected image is higher than before due to improvements in various image forming panels such as LCD and DMD and light sources.
  • the temperature of the stop is also significantly increased.
  • the temperature of the lens barrel that holds the aperture becomes higher than that of the prior art.
  • a reflection region is formed on the diaphragm, or a metal plate as a heat shield member is arranged to suppress a temperature rise caused by light rays being emitted to the diaphragm (see, for example, Patent Document 1).
  • air is also sent to the aberration correction lens of the projection lens by a fin provided on the lens holding frame to cool the aberration correction lens (see, for example, Patent Document 2).
  • the image displayed on the image forming apparatus is enlarged as it is and projected onto the screen.
  • the screen is often arranged above the projector.
  • the image forming panel is disposed in a direction opposite to the direction in which the screen is shifted with respect to the optical axis of the projection lens.
  • Patent Document 1 a reflective member or a heat shield member is provided on the diaphragm to suppress the temperature rise of the diaphragm due to light rays unnecessary for image formation.
  • Patent Document 2 air is sent to the aberration correction lens of the projection lens by a lens holding frame and a fin, and the aberration correction lens is cooled to suppress the temperature rise of the lens barrel.
  • the tilt and displacement of the lens can be suppressed.
  • the quality of the image projected on the screen is still lowered, and a new countermeasure has been desired.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and eliminates the uneven temperature distribution in the circumferential direction of the lens barrel, which is the direction orthogonal to the optical axis of the projection lens, and lowers the quality of the projected image. It is an object of the present invention to provide a projection lens, a projector, and a method for preventing image deterioration thereof that can suppress the above-described problem.
  • the projection lens of the present invention includes a lens, a lens barrel that holds the lens, an annular light shielding member, and a rotation mechanism.
  • the light shielding member is formed in an annular shape having an opening through which the optical axis passes, and is attached to the lens barrel so as to be rotatable around the optical axis of the lens.
  • the rotation mechanism rotates the light shielding member around the optical axis.
  • the projector according to the present invention includes the projection lens, the image forming panel, and the light source.
  • the image forming panel is arranged with its center shifted from the optical axis of the projection lens, and forms an image.
  • the light source emits light to the image forming panel and projects an image on the projection surface by the projection lens.
  • An image deterioration prevention method for a projector according to the present invention is arranged by shifting the center of an image forming panel with respect to the optical axis of a projection lens, emitting light from a light source to the image forming panel, and projecting the image on the projection surface by the projection lens.
  • an annular light shielding member having an opening through which the optical axis passes is attached to the lens barrel so as to be rotatable about the optical axis, and the light shielding member is rotated.
  • the rotation mechanism performs a first rotation that rotates at a first rotation speed and a second rotation that rotates at a second rotation speed that is lower than the first rotation speed after a predetermined time has elapsed.
  • the rotation mechanism performs intermittent rotation that repeats rotation and stop, the first rotation by the first intermittent rotation, and the second rotation by the second intermittent rotation in which the stop time is longer than the first intermittent rotation after a predetermined time has elapsed.
  • the rotation mechanism preferably has a control unit having a sensor for detecting the temperature of the lens barrel, and the control unit preferably switches from the first rotation to the second rotation based on a temperature change of the lens barrel.
  • the light-shielding member is preferably a light-shielding ring provided on the light source side with respect to the diaphragm that determines the F-number of the projection lens.
  • the rotation mechanism preferably includes a light shielding member side gear formed in the circumferential direction on the outer peripheral edge of the light shielding member, a drive gear that meshes with the light shielding member side gear, and a motor that rotates the drive gear.
  • the lens barrel is preferably made of synthetic resin.
  • the light shielding member is preferably made of metal.
  • the distance from the optical axis of the projection lens to the center of the image forming panel is Y
  • the length in the shift direction of the image forming panel is H
  • the shift amount S is preferably in the range of 0.4 ⁇ S ⁇ 0.7.
  • the light shielding member is partially heated by the light passing through the projection lens by rotating the annular light shielding member attached to the lens barrel around the optical axis of the projection lens around the optical axis.
  • the temperature distribution is uniform in the circumferential direction due to the rotation.
  • the light-shielding member is fixed, a part of it is heated, so that there is a temperature distribution in the circumferential direction of the lens barrel, and the high temperature side is extended by this temperature distribution, so the lens barrel is distorted, and the lens position and angle are designed
  • the projected image may be deteriorated, which can be suppressed.
  • the entire light shielding member is gradually heated by the rotation of the light shielding member, so that the projected image does not deteriorate rapidly.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a projector according to the present invention. It is a schematic diagram of a light source. It is a longitudinal cross-sectional view which shows a projection lens. It is the schematic explaining the shift amount of an image forming panel. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the rotation mechanism of a light shielding ring.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 5. It is a flowchart which shows the control procedure in the control part of 2nd Embodiment. It is a flowchart which shows the control procedure in the control part of 3rd Embodiment. It is a flowchart which shows the control procedure in the control part of 4th Embodiment. It is side surface sectional drawing which shows the structure of the projection lens of 5th Embodiment. It is sectional drawing of the XI-XI line in FIG.
  • the projector 10 includes a light source 13, an image forming panel 14, a projection lens 15, and a control unit 17 contained in a case 11 having a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • a focus dial 23, an up / down keystone adjustment dial 24, a left / right keystone adjustment dial 25, and a screen correction dial 26 are provided.
  • the light emitted from the light source 13 is given an image on the image forming surface 14a, is emitted from the projection lens 15, and is projected onto a screen (not shown in FIG. 1, indicated by reference numeral 20 in FIG. 3).
  • the light source 13 includes LEDs (Light Emitting Diodes) 31R, 31G, and 31B that emit light of three colors RGB.
  • the light emitted from the R (red) LED 31R is reflected by the dichroic mirror 32, and the light emitted from the G (green) LED 31G is reflected by the dichroic mirror 33 and passes through the dichroic mirror 32.
  • the light emitted from the B (blue) LED 31B is transmitted through the dichroic mirrors 32 and 33, and the RGB three-color light is emitted on the same optical axis.
  • the control unit 17 sequentially displays the RGB three-color images on the image forming surface 14a on the image forming surface 14a, and emits the respective lights from the three-color LEDs 31R, 31G, and 31B in synchronization with the three-color images.
  • the control unit 17 also performs the following processing. For example, when the operation signal of the zoom dial 21 is received, the size of the image projected on the screen 20 is adjusted. When the operation signal of the light quantity adjustment dial 22 is received, the brightness of the image projected on the screen 20 is adjusted. When an operation signal from the focus dial 23 is received, a focus adjustment mechanism (not shown) of the projection lens 15 is activated to adjust the focus at the center of the image projected on the screen 20.
  • the first motor of the posture adjustment device (not shown) is rotated.
  • the projection lens 15 is rotated around a horizontal axis orthogonal to the optical axis L, and the vertical tilt of the projection lens 15 is adjusted.
  • the second motor of the attitude adjustment device is rotated.
  • the projection lens 15 is rotated about a vertical axis orthogonal to the optical axis L, and the inclination of the projection lens 15 in the left-right direction is adjusted.
  • the display size and shape of the image formed on the image forming surface 14a of the image forming panel 14 are changed.
  • the display size and shape are changed so that a rectangular image is not displayed as a trapezoidal image according to the tilt angle of the projection lens 15.
  • the control unit 17 also controls a rotation mechanism 40 described later.
  • the image forming panel 14 is a transmissive liquid crystal panel or a digital micromirror device.
  • the light source 13 may be a xenon lamp, a halogen lamp, or an ultra-high pressure mercury lamp that emits white light instead of the LED that sequentially emits three colors of RGB.
  • the image forming panel 14 is a transmissive color.
  • a liquid crystal panel is used.
  • the image is projected on the screen 20 on the upper side with respect to the optical axis L of the projection lens 15.
  • the center of the image forming panel 14 is the direction opposite to the direction in which the center position of the projected image (projection surface of the screen 20) is shifted with respect to the optical axis L of the projection lens 15, that is, the optical axis L of the projection lens 15.
  • it is fixed by shifting downward in the direction perpendicular to the optical axis L.
  • the shift amount of the image forming panel 14 will be described with reference to FIG.
  • S is the shift amount (distance) from the optical axis L of the projection lens 15 to the center of the image forming panel 14, and the length in the shift direction of the image forming panel 14.
  • S> 0.5 (S is greater than 0.5) the end of the image forming panel 14 and the optical axis L of the projection lens 15 are shifted away from each other.
  • the amount S for shifting the image forming panel 14 is preferably more than 0.4 and less than 0.7.
  • the shift amount S exceeds 0.4, the influence of the temperature in the vertical direction of the projection lens becomes inconspicuous compared with the case where the shift amount S is 0.4 or less.
  • the shift amount S is less than 0.7, the shift amount of the image forming panel 14 does not become too large compared to the case where the shift amount S is 0.7 or more. Is prevented. Therefore, by setting the shift amount S of the image forming panel 14 within the above range, it is possible to provide a high-performance product while reducing the influence of the temperature in the vertical direction of the projection lens.
  • the amount S for shifting the image forming panel 14 is more preferably more than 0.45 and less than 0.6.
  • the projection lens 15 includes a first lens L1 to a fifth lens L5 arranged in order from the image forming panel 14 side, a light shielding ring (light shielding member) 34 as a flare stopper, an aperture stop 35, a mirror.
  • a cylinder 36 is provided.
  • the first lens L1 has convex surfaces on both sides
  • the second lens L2 has a concave surface on the screen 20 side and a convex surface on the image forming panel 14 side.
  • the third lens L3 has convex surfaces on both sides
  • the fourth lens L4 has a convex surface on the screen 20 side and a flat surface on the image forming panel 14 side.
  • the fifth lens L5 has a convex aspheric surface on the screen 20 side and a flat surface on the image forming panel 14 side.
  • the lens barrel 36 is configured by fitting a plurality of lens holding frames 36a to 36f and a spacer 36g, and holds the first lens L1 to the fifth lens L5, the light shielding ring 34, and the aperture stop 35. Since each of the lens holding frames 36a to 36b and the spacer 36g has a complicated cross-sectional shape, it is formed of a synthetic resin such as polycarbonate. Note that part or all of the lens holding frames 36a to 36f and the spacer 36g may be made of metal.
  • the aperture stop 35 is disposed on the screen 20 side surface of the fourth lens L4.
  • the aperture stop 35 is made of aluminum or other metal and is formed in an annular shape having a circular opening 35a for determining the F number.
  • a black layer is formed on the surface of the aperture stop 35 by coating or plating. The position of the aperture stop 35 is the stop position.
  • the light shielding ring 34 is formed in an annular shape having a circular opening 34a, and a black layer is formed on the surface by coating or plating.
  • the light shielding ring 34 is attached so as to be rotatable in the circumferential direction of the lens barrel 36 with an outer peripheral edge held by a first guide ring 37 and a second guide ring 38.
  • the first guide ring 37 is fixed to the inner peripheral surface of the lens barrel 36 on the screen 20 side with respect to the light shielding ring 34
  • the second guide ring 38 is on the inner side of the lens barrel 36 on the image forming panel 14 side with respect to the light shielding ring 34. It is fixed to the peripheral surface.
  • the light incident on the projection lens 15 passes mainly below the optical axis L of the projection lens 15. Then, the light passage path is reversed at the stop position, passes mainly above the projection lens 15, and is projected onto the screen 20.
  • the outline of the passage path of the light passing through each position of the image forming panel 14 in the projection lens 15 is indicated by a solid line, and the center of the light is indicated by a one-dot chain line.
  • the image forming panel 14 Since the image forming panel 14 is arranged so as to be shifted downward with respect to the optical axis L, the direction in which the image forming panel 14 in the projection lens 15 is shifted, that is, the projection, to the aperture position in the projection lens 15.
  • the light passes mainly below the optical axis L of the lens 15. Accordingly, the lower portion of the projection lens 15 in the direction in which the image forming panel 14 is shifted is heated by the passage of light, and a temperature distribution is generated in the projection lens 15 in a direction perpendicular to the light passage direction.
  • the same phenomenon occurs in the light shielding ring 34, and a temperature distribution is generated in a direction perpendicular to the light passing direction.
  • the temperature difference becomes large, not only the light shielding ring 34 but also the lens barrel 36 that holds the ring 34 is deformed by heating only one side.
  • the lenses L1 to L5 are tilted, and the quality of the formed image is lowered.
  • the rotational symmetry of the lenses L1 to L5 is lost due to the inclination of the lenses L1 to L5, the resolving power of the entire formed image is reduced, and the focal position shift in the diagonal direction due to the occurrence of field curvature. Etc. occur, leading to deterioration in performance of the entire projected image.
  • the rotation mechanism 40 includes a ring gear (light shielding member side gear) 41, an intermediate gear 42, a drive gear 43, a motor 44, and a motor case 45.
  • the ring gear 41 is configured in a ring shape, and is integrally attached to, for example, the light source side surface at the outer peripheral edge portion of the light shielding ring 34.
  • the ring gear 41 has teeth formed on the outer peripheral surface along the circumferential direction.
  • the intermediate gear 42 is rotatably attached to an end plate 45 c of the motor case 45 by an attachment shaft 45 b and meshes with the ring gear 41.
  • the drive gear 43 is fixed to the drive shaft of the motor 44 and meshes with the intermediate gear 42.
  • the motor 44 is fixed to the outer peripheral surface of the lens barrel 36 by a motor case 45.
  • the motor case 45 is made of metal such as aluminum and is formed in a rectangular box shape.
  • a mounting flange 45 a extends from the periphery of the housing opening of the motor case 45.
  • An intermediate gear 42 is rotatably attached to the screen side end plate 45 c of the motor case 45.
  • the second guide ring 38 is formed with a notch 38 a corresponding to the meshing portion of the ring gear 41 and the intermediate gear 42.
  • the motor 44 is controlled by the control unit 17 to rotate when the light source 13 is turned on.
  • the temperature rise of the lower side of the light shielding ring 34 is suppressed compared to the upper side, and the temperature can be raised uniformly in the circumferential direction.
  • the temperature distribution in the circumferential direction becomes uniform, and deformation of a part of the lens barrel 36 due to the biased temperature distribution is suppressed.
  • the rotational speed of the light shielding ring 34 is not particularly limited, but is preferably as low as possible within a range in which no temperature distribution occurs so as to suppress power consumption and prevent generation of vibration.
  • the light shielding ring 34 is always rotated at a constant speed.
  • the first rotation speed starts from the first rotation speed.
  • the second rotation speed is lower than the rotation speed.
  • the temperature starts to increase from room temperature, so that uneven temperature distribution due to the light shielding ring 34 is likely to occur. For this reason, it rotates at a rotation speed at which the uneven temperature distribution is easily eliminated, and when the lenses L1 to L5 in the projection lens 15 reach a state of being thermally saturated, the rotation is performed at a low speed within a range in which the uneven temperature distribution does not occur. To save power and suppress vibration.
  • ⁇ Third Embodiment> As shown in FIG. 8, in the third embodiment, instead of switching the rotation speed of the second embodiment, intermittent rotation that repeats rotation and stop of the light shielding ring 34 is performed, and the length of the stop time at that time is changed. The first intermittent rotation is switched to the second intermittent rotation. The second intermittent rotation has a longer stop time than the first intermittent rotation. In the third embodiment, similarly to the second embodiment, power consumption and vibration can be suppressed. In combination with the second embodiment and the third embodiment, the light shielding ring 34 is first rotated at the first rotational speed, and then the light shielding ring 34 is made slower than the first rotational speed at the second rotational speed. Then, it may rotate intermittently at the second rotation speed.
  • ⁇ Fourth embodiment> As shown in FIG. 9, in the fourth embodiment, switching is performed based on temperature difference information based on temperature detection instead of switching after a predetermined time has elapsed in the second embodiment.
  • the control unit 17 controls the rotation of the motor 44 based on the temperature detection signals from the first sensor 50 and the second sensor 51 provided inside the lens barrel 36.
  • the apparatus configuration is the same as that of the second embodiment, and will be described with reference to FIGS.
  • the first sensor 50 measures the temperature of the lens barrel 36 of the projection lens 15 on the side opposite to the direction in which the image forming panel 14 is shifted, and is attached to the upper inner wall of the lens barrel 36 as shown in FIG. ing.
  • the second sensor 51 measures the temperature of the lens barrel 36 in the direction in which the image forming panel 14 is shifted. For example, as shown in FIG. 4, the second sensor 51 is attached to the lower inner wall of the lens barrel 36.
  • the rotational speed of the motor 44 is controlled by the temperature difference between the lens barrel 36 measured by the first sensor 50 and the second sensor 51.
  • the light shielding ring 34 is rotated so that the difference between the temperature measurement result of the lens barrel 36 measured by the first sensor 50 and the temperature measurement result of the lens barrel 36 measured by the second sensor 51 is equal to or less than a predetermined temperature difference.
  • the “predetermined temperature difference” is a range in which the effects of the present invention are exhibited.
  • the projection lens 15 is prevented from being tilted, and the quality of the formed image is deteriorated. It is a temperature difference within a range in which it can be suppressed.
  • the temperature difference between the lens barrel 36 measured by the first sensor 50 and the second sensor 51 is 50 ° C. or less, more preferably 30 ° C. or less.
  • the stop time in the intermittent rotation of the light shielding ring 34 may be switched due to the temperature difference similarly to the third embodiment.
  • the gear mounting plate 55 is extended inside the lens barrel 36 and the light shielding ring 34 is attached thereto. ing.
  • the gear mounting plate 55 is made of a metal such as aluminum and has an opening 55a at the center.
  • the opening 55 a is formed with a larger diameter than the opening 35 a of the light shielding ring 34.
  • the gear mounting plate 55 also serves as the first guide ring 37 of the first embodiment and the screen side end plate 45c of the motor case 45 (see FIG. 5).
  • a metal second guide ring 56 is fixed to the gear mounting plate 55.
  • the light shielding ring 34 is rotatably held by the gear mounting plate 55 and the second guide ring 56. Since the gear mounting plate 55 also serves as a screen side end plate of the motor case 57, the upper portion is exposed outside the lens barrel 36. Thereby, the heat of the light shielding ring 34 can be further radiated to the outside. Due to this heat radiation effect, the temperature rise of the lens barrel 36 can be suppressed, and the deformation of the lens barrel 36 is suppressed correspondingly, and the deterioration of the projected image is suppressed.
  • symbol is attached
  • the motor 44 for rotating the light shielding ring 34 is provided outside the lens barrel 36. However, if there is a space inside the lens barrel 36, the motor 44 may be provided inside the lens barrel 36. Good.
  • the intermediate gear 42 is provided between the light shielding ring 34 and the drive gear 43, but this may be omitted or increased as necessary.
  • the fixed type light shielding ring 34 is used, but a variable type light shielding ring whose opening diameter is not shown may be used.
  • the projector 10 has been described as being arranged on a table, but the present invention can also be applied to a case where the projector 10 is suspended from a ceiling or the like.
  • a projection surface is not limited to the screen 20, It can use as a projector which projects with respect to various projection surfaces.

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Abstract

投射される画像の品質の低下を防止する投射レンズ、プロジェクタ及びその画像劣化防止方法を提供する。投射レンズ（１５）を、第１レンズ（Ｌ１）～第５レンズ（Ｌ５）と、遮光リング（３４）と、開口絞り（３５）と、鏡筒（３６）とから構成する。遮光リング（３４）を鏡筒（３６）の周方向で回転機構（４０）により回転させる。投射レンズ（１５）の光軸（Ｌ）に対し画像形成パネル（１４）をずらして配置すると、光の通過する部分が投射レンズ（１５）内で偏り、光軸直交方向で鏡筒（３６）に温度分布が生じる。温度分布による鏡筒（３６）の高温側は低温側に比べて熱変形が大きくなる。熱変形により各レンズ（Ｌ１～Ｌ５）が傾き、画像全体の解像力が低下する。回転機構（４０）により遮光リング（３４）を回転することにより、遮光リング（３４）の周方向で均一に温度が上昇する。鏡筒（３６）の熱変形が抑えられ、投射画像の性能劣化が抑えられる。

Description

投射レンズ、プロジェクタ及びその画像劣化防止方法
　本発明は、投射レンズ、プロジェクタ及びその画像劣化防止方法に係り、特に、画像形成パネルがシフトして固定された投射レンズ、プロジェクタ及びプロジェクタの画像劣化防止方法に関する。
　プロジェクタは、光源から出射された光に対して、画像形成パネル（光変調パネル）によって画像情報に応じた画像を付し、投射レンズによりスクリーンに投射して画像を表示している。画像形成パネルとしては、例えばＬＣＤ（liquid　crystal　display：液晶ディスプレイ）やＤＭＤ（digital　micromirror　device：デジタルマイクロミラーデバイス）が用いられている。また、プロジェクタでは、投射画像の画質の向上のために照明光学系や投射レンズに絞りを配置し、画像形成に寄与しない光線を除去している。
　最近のプロジェクタでは、ＬＣＤやＤＭＤ等の各種画像形成パネルや光源の改善により、投影画像の照度が従来よりも上昇している。このため、絞りが光源近くに配置される場合には、絞りの温度も著しく高くなる。その結果、絞りを保持する鏡筒の温度が従来よりも高くなってしまう。このため、絞りに反射領域を形成したり、遮熱部材としての金属板を配置したりして、絞りに光線が出射されることによる温度上昇を抑えている（例えば特許文献１参照）。更に、投射レンズの収差補正レンズに対して、レンズ保持枠に設けたフィンにより空気を送り、収差補正レンズを冷却することも行われている（例えば特許文献２参照）。
特開２００５－１２８２１７号公報 特開２０１０－２４３５４２号公報
　投射レンズの光軸がスクリーンに対して垂直であれば、画像形成装置に表示された画像がそのまま拡大されてスクリーン上に投射される。しかし、スクリーンはプロジェクタよりも上方に配置されることが多い。このため、画像形成パネルは投射レンズの光軸に対してスクリーンがシフトしている方向と逆の方向に配置している。
　画像形成パネルを一定方向にシフトさせてスクリーンに投射すると、投射レンズの光軸の中心から、画像形成パネルをシフトした方向にずれて光が通過する。このため、投射レンズ内の光が通過した位置で温度上昇が見られる。従って、投射レンズの鏡筒において、光軸の垂直方向で画像形成パネルをシフトすると、それによりシフトした側とその逆側で温度分布が生じる。この鏡筒の周方向の不均一な温度分布によって、レンズを保持する部材や鏡筒が変形し、投射レンズを構成する複数のレンズやその一部のレンズに傾きや変位が生じる。レンズが傾くと、投射レンズの光学性能が設計値から変動し、スクリーンに投射される画像の品質を低下させることがある。
　特許文献１では、絞りに反射部材や遮熱部材を設け、画像形成に不要な光線による絞りの温度上昇を抑えている。また、特許文献２では、投射レンズの収差補正レンズに、レンズ保持枠及びフィンにより空気を送り、収差補正レンズを冷却して鏡筒の温度上昇を押さえている。しかし、特許文献１、２のように温度上昇を単に抑えるだけでは、投射レンズの光軸に直交する方向での温度差についての検討がなされていないため、レンズの傾きや変位を抑えることができず、依然としてスクリーンに投射される画像の品質が低下し、新たな対策が望まれていた。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、投射レンズの光軸に直交する方向である鏡筒の周方向での不均一な温度分布を解消し、投射される画像の品質低下を抑えることができる投射レンズ、プロジェクタ及びその画像劣化防止方法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、本発明の投射レンズは、レンズと、レンズを保持する鏡筒と、円環状の遮光部材と、回転機構とを有する。遮光部材は、光軸が通る開口を有する円環状に形成され、レンズの光軸を中心として鏡筒に回転自在に取り付けられる。回転機構は、光軸を中心として遮光部材を回転させる。
　本発明のプロジェクタは、上記の投射レンズと、画像形成パネルと、光源とを有する。画像形成パネルは、投射レンズの光軸に対して中心がシフトして配され、画像を形成する。光源は、画像形成パネルに光を出射して投射レンズにより画像を投射面に投射する。
　本発明のプロジェクタの画像劣化防止方法は、投射レンズの光軸に対して画像形成パネルの中心をシフトして配し、画像形成パネルに光源から光を出射し投射レンズにより投射面に画像形成パネルの画像を投射するプロジェクタの画像劣化を防止するものであり、光軸が通る開口を有する円環状の遮光部材を、鏡筒に光軸を中心として回転自在に取り付けて、遮光部材を回転させる。
　回転機構は、第１回転速度で回転する第１回転と、一定時間経過後に第１回転速度よりも速度が低い第２回転速度で回転する第２回転とを行うことが好ましい。また、回転機構は、回転と停止とを繰り返す間欠回転し、第１間欠回転による第１回転と、一定時間経過後に第１間欠回転よりも停止の時間が長くなる第２間欠回転による第２回転とを行うことが好ましい。回転機構は、鏡筒の温度を検出するセンサを有する制御部を有し、制御部は、鏡筒の温度変化に基づき第１回転から第２回転に切り換えることが好ましい。
　遮光部材は、投射レンズのＦナンバーを決定する絞りよりも光源側に設けられた遮光リングであることが好ましい。回転機構は、遮光部材の外周縁部に周方向に形成される遮光部材側ギヤと、遮光部材側ギヤに噛み合う駆動ギヤと、駆動ギヤを回転するモータとを有することが好ましい。鏡筒は合成樹脂製であることが好ましい。また、遮光部材は金属製であることが好ましい。
　投射レンズの光軸から画像形成パネルの中心までの距離をＹ、画像形成パネルのシフト方向における長さをＨ、距離Ｙを長さＨで除して求められる画像形成パネルのシフト量をＳ＝Ｙ／Ｈとした場合に、シフト量Ｓは、０．４＜Ｓ＜０．７の範囲内であることが好ましい。
　本発明によれば、投射レンズの光軸を中心として鏡筒に取り付けられる円環状の遮光部材を、光軸を中心として回転させることにより、投射レンズを通る光により遮光部材が部分的に熱せられても回転により周方向で均一な温度分布になる。また、遮光部材を固定した状態では一部が熱せられることにより、鏡筒の周方向で温度分布を持ち、この温度分布により高熱側が伸びるため、鏡筒が歪み、レンズの位置や角度が設計値からずれて、投射される画像が劣化することがあったが、これを抑えることができる。また、遮光部材の回転により遮光部材全体が徐々に熱せられ、投射される画像が急激に劣化することがなくなる。
本発明のプロジェクタの概略構成を示す斜視図である。 光源の模式図である。 投射レンズを示す縦断面図である。 画像形成パネルのシフト量を説明する概略図である。 遮光リングの回転機構を示す縦断面図である。 図５におけるVI－VI線の断面図である。 第２実施形態の制御部での制御手順を示すフローチャートである。 第３実施形態の制御部での制御手順を示すフローチャートである。 第４実施形態の制御部での制御手順を示すフローチャートである 第５実施形態の投射レンズの構成を示す側面断面図である。 図１０におけるXI－XI線の断面図である。
　＜第１実施形態＞
　図１に示すように、本実施形態のプロジェクタ１０は、略直方体をしたケース１１に、光源１３、画像形成パネル１４、投射レンズ１５、制御部１７が収容されている。ケース１１の上面には、ズームダイヤル２１、光量調節ダイヤル２２．フォーカスダイヤル２３、上下キーストン調整ダイヤル２４、左右キーストン調整ダイヤル２５、画面修正ダイヤル２６が設けられている。光源１３から出射された光は、画像形成面１４ａで画像が付与され投射レンズ１５から出射し、スクリーン（図１で不図示、図３に符号２０で示す）に投射される。
　図２に示すように、光源１３はＲＧＢ３色の光をそれぞれ出射するＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂを有する。Ｒ（赤）のＬＥＤ３１Ｒの出射する光はダイクロイックミラー３２で反射され、Ｇ（緑）のＬＥＤ３１Ｇの出射する光はダイクロイックミラー３３で反射され、ダイクロイックミラー３２を透過する。Ｂ（青）のＬＥＤ３１Ｂの出射する光はダイクロイックミラー３２、３３を透過して、ＲＧＢ３色の光は同一光軸上に出射される。
　制御部１７は、光源１３の光を画像形成面１４ａにＲＧＢ３色の画像を順次表示させ、３色の画像に合わせて３色のＬＥＤ３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂからそれぞれの光を同調させて出射させる。また、制御部１７は、他に以下の処理も行う。例えば、ズームダイヤル２１の操作信号を受けると、スクリーン２０に投射される画像の大きさを調節する。光量調節ダイヤル２２の操作信号を受けると、スクリーン２０に投射される画像の明るさを調節する。フォーカスダイヤル２３の操作信号を受けると、投射レンズ１５のピント調節機構（不図示）を作動させ、スクリーン２０に投射された画像の中央部のピントを調節する。上下キーストン調整ダイヤル２４の操作信号を受けると、姿勢調節装置（不図示）の第１モータを回転させる。これにより、投射レンズ１５を光軸Ｌに直交する水平軸を中心に回転させ、投射レンズ１５の上下方向の傾きを調節する。左右キーストン調整ダイヤル２５の操作信号を受けると、姿勢調整装置の第２モータを回転させる。これにより、投射レンズ１５を光軸Ｌに直交する鉛直軸を中心として回転させ、投射レンズ１５の左右方向の傾きを調節する。画面修正ダイヤル２６の操作信号を受けると、画像形成パネル１４の画像形成面１４ａに形成される画像の表示サイズ及び形状を変更する。例えば、投射レンズ１５の傾き角度に応じて矩形画像が台形画像として表示されることがないように表示サイズ及び形状を変更する。更に、制御部１７は、後述する回転機構４０も制御する。
　画像形成パネル１４は、透過型液晶パネル、デジタルマイクロミラーデバイスを用いられる。また、光源１３は、ＲＧＢの３色を順次発光するＬＥＤに代えて、白色光を発光するキセノンランプやハロゲンランプ及び超高圧水銀ランプでもよく、この場合には、画像形成パネル１４は透過型カラー液晶パネルが用いられる。
　図３に示すように、画像は、投射レンズ１５の光軸Ｌに対して、上側でスクリーン２０に投射される。画像形成パネル１４の中心は、投射レンズ１５の光軸Ｌに対して、投射された像（スクリーン２０の投射面）の中央位置のずれる方向と逆の方向、すなわち、投射レンズ１５の光軸Ｌに対して、光軸Ｌに垂直方向で下側にシフトして固定される。
　画像形成パネル１４のシフト量について、図４を用いて説明する。画像形成パネル１４をシフトする量（シフト率）Ｓとしては、投射レンズ１５の光軸Ｌから画像形成パネル１４の中心までのシフト量（距離）をＹ、画像形成パネル１４のシフト方向の長さをＨとした場合に、Ｓ＝Ｙ／Ｈにより定義される。すなわち、Ｓ＝０．５の時は、図４に示すように、画像形成パネル１４の端面が、投射レンズ１５の光軸Ｌと一致する場合である。また、Ｓ＞０．５（Ｓが０．５より大きい）の時は、画像形成パネル１４の端部と、投射レンズ１５の光軸Ｌが離れる方向にシフトする。Ｓ＝０の場合は、画像形成パネル１４の中心と、投射レンズ１５の光軸Ｌとが一致して、従来の遠距離投射タイプに近い配置になる。
　画像形成パネル１４をシフトする量Ｓとしては、０．４を超え０．７未満とすることが好ましい。シフト量Ｓが０．４を超えると、０．４以下の場合に比べて、投射レンズの垂直方向の温度分の影響が目立たなくなる。一方シフト量Ｓが０．７未満であると、０．７以上の場合に比べて、画像形成パネル１４のシフト量が大きくなり過ぎることがなく、レンズ系が大きくなることを抑えて、製造適性の低下が防止される。従って、画像形成パネル１４のシフト量Ｓを上記範囲に納めることで、投射レンズの垂直方向の温度分の影響を軽減しながら、高性能な製品を提供することができる。画像形成パネル１４をシフトする量Ｓは、０．４５を超え０．６未満とすることがより好ましい。
　図３に示すように、投射レンズ１５は、画像形成パネル１４側から順に配される第１レンズＬ１～第５レンズＬ５、フレアストッパとしての遮光リング（遮光部材）３４、及び開口絞り３５、鏡筒３６を備えている。第１レンズＬ１は両側に凸面を有し、第２レンズＬ２は、スクリーン２０側に凹面を画像形成パネル１４側に凸面を有している。第３レンズＬ３は両側に凸面を有し、第４レンズＬ４は、スクリーン２０側が凸面で画像形成パネル１４側が平面を有している。第５レンズＬ５は、スクリーン２０側に凸の非球面を画像形成パネル１４側に平面を有している。
　鏡筒３６は、複数のレンズ保持枠３６ａ～３６ｆ及びスペーサ３６ｇを嵌合して構成されており、第１レンズＬ１～第５レンズＬ５、遮光リング３４、及び開口絞り３５を保持している。各レンズ保持枠３６ａ～３６ｂ及びスペーサ３６ｇは複雑な断面形状に有するため、ポリカーボネート等の合成樹脂により成形されている。なお、レンズ保持枠３６ａ～３６ｆ及びスペーサ３６ｇの一部又は全部を金属製としてもよい。
　開口絞り３５は、第４レンズＬ４のスクリーン２０側の面に配される。開口絞り３５はアルミやその他の金属製であり、Ｆナンバーを決定する円形の開口３５ａを有する円環状に形成されている。開口絞り３５の表面には黒色層が塗布又はメッキにより形成されている。この開口絞り３５の位置が絞り位置となる。
　第３レンズＬ３と第２レンズＬ２との間には、不要光を遮断するための遮光リング３４が配されている。遮光リング３４は円形の開口３４ａを有する円環状に形成されており、表面には黒色層が塗布又はメッキにより形成されている。遮光リング３４は、第１ガイドリング３７及び第２ガイドリング３８により、外周縁部が保持されて、鏡筒３６の周方向に回転自在に取り付けられている。第１ガイドリング３７は遮光リング３４に対してスクリーン２０側で鏡筒３６の内周面に固定され、第２ガイドリング３８は遮光リング３４に対して画像形成パネル１４側で鏡筒３６の内周面に固定されている。
　投射レンズ１５内に入射した光は、投射レンズ１５の光軸Ｌの主に下側を通る。そして、絞り位置で光の通過経路が反転し、投射レンズ１５の上側を主に通過し、スクリーン２０に投射される。画像形成パネル１４のそれぞれの位置を通過した光の、投射レンズ１５内における通過経路の概略を実線で、その光の中心を一点鎖線で示してある。
　画像形成パネル１４が光軸Ｌに対して下側にシフトして配置されることで、投射レンズ１５内の絞り位置までは、投射レンズ１５内の画像形成パネル１４がシフトした方向、すなわち、投射レンズ１５の光軸Ｌに対し、主に下側を光が通過する。従って、画像形成パネル１４がシフトした方向の投射レンズ１５の下側部分が、光の通過により加熱され、投射レンズ１５内において、光の通過方向に対して垂直方向に温度分布が生じる。この温度分布に対しては、例えば温度が高い部分を送風による冷却やその他の冷却を行い、温度分布を均一にすることが好ましい。また、冷却に代えて又は加えて他方の温度の低い部分を加熱することにより温度分布を均一にすることが好ましい。
　遮光リング３４にも同様の現象が発生し、光の通過方向に対して垂直方向に温度分布が生じる。温度差が大きくなると、遮光リング３４のみならず、これを保持する鏡筒３６にも、一方側のみが加温されることによる変形が生じる。この変形によって、レンズＬ１～Ｌ５が傾き、形成される画像の品質が低下する。更に、レンズＬ１～Ｌ５が傾くことで、レンズＬ１～Ｌ５の回転対称性が崩れるため、形成される画像全体の解像力が低下するほかに、像面湾曲の発生による対角方向でのピント位置ずれなどが発生し、投射画像全体の性能劣化につながる。
　図３に示すように、光軸Ｌに対する画像形成パネル１４のシフト配置による熱変形を抑えるために、遮光リング３４は回転機構４０により周方向に回転される。図５に示すように、回転機構４０は、リングギヤ（遮光部材側ギヤ）４１と、中間ギヤ４２と、駆動ギヤ４３と、モータ４４と、モータケース４５とを備えている。リングギヤ４１はリング状に構成されており、遮光リング３４の外周縁部で例えば光源側の面に一体的に取り付けられている。リングギヤ４１は、外周面に周方向に沿って歯が形成されている。中間ギヤ４２は、モータケース４５の端板４５ｃに取付軸４５ｂにより回転自在に取り付けられており、リングギヤ４１に噛み合っている。駆動ギヤ４３はモータ４４の駆動軸に固定されており、中間ギヤ４２に噛み合っている。
　モータ４４はモータケース４５により鏡筒３６の外周面に固定されている。モータケース４５は例えばアルミ等の金属製であり、矩形箱状に形成されている。モータケース４５の収納開口の周縁には、取付フランジ４５ａが延設されている。モータケース４５のスクリーン側端板４５ｃには、中間ギヤ４２が回転自在に取り付けられている。第２ガイドリング３８には、リングギヤ４１と中間ギヤ４２との噛み合い部分に対応して切欠き３８ａが形成されている。
　モータ４４は制御部１７により、光源１３が点灯された時に回転するように制御される。遮光リング３４が周方向に回転することにより、例えば遮光リング３４の下側が上側に比べて温度上昇することが抑えられ、周方向で均一に温度を上昇させることができる。これにより、遮光リング３４を固定した場合に比べて、周方向での温度分布が均一になり、偏った温度分布に起因して鏡筒３６の一部が変形することが抑えられる。特に、光が通過することで上昇した鏡筒３６の下側と、これとは反対側の上側との温度差を小さくすることができ、投射レンズ１５内のレンズＬ１～Ｌ５の傾きが防止される。このようにして、本発明の画像劣化防止方法が行われる。遮光リング３４の回転速度は特に限定されることは無いが、電力消費を抑え且つ振動の発生源となることがないように、温度分布が発生しない範囲内で、できるだけ低速が好ましい。
　＜第２実施形態＞
　上記第１実施形態では、遮光リング３４を常時一定速度で回転させるようにしたが、図７に示すように、第２実施形態では、一定時間を経過した後に、第１回転速度からこの第１回転速度よりも低速な第２回転速度に切り換えている。プロジェクタの使用開始時には、常温から温度上昇を開始するため、遮光リング３４による温度分布むらが発生し易い。このため、温度分布むらが解消し易い回転速度で回転し、投射レンズ１５内のレンズＬ１～Ｌ５が熱的に飽和した状態に達したら、温度分布むらが発生することが無い範囲内で低速回転に切り換えて、省電力とし、且つ振動の発生を抑える。
　＜第３実施形態＞
　図８に示すように、第３実施形態では、第２実施形態の回転速度の切り換えに代えて、遮光リング３４の回転と停止を繰り返す間欠回転を行い、その時の停止時間の長さを変えて第１間欠回転から第２間欠回転に切り換える。第２間欠回転は第１間欠回転よりも停止時間を長くしている。この第３実施形態でも第２実施形態と同様に、電力の消費と振動とを抑えることができる。なお、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせて、最初に第１回転速度で遮光リング３４を回転し、次に第２回転速度で遮光リング３４を第１回転速度よりも遅くして回転し、次に、第２回転速度で間欠回転してもよい。
　＜第４実施形態＞
　図９に示すように、第４実施形態では、第２実施形態における一定時間経過後の切り換えに代えて、温度検出による温度差情報に基づき切り換える。この場合には、制御部１７は、鏡筒３６の内部に設けた第１センサ５０、第２センサ５１からの温度検出信号に基づきモータ４４を回転制御する。なお、装置構成は上記第２実施形態と同一であるため、図５及び図６を参照して説明する。
　第１センサ５０は、画像形成パネル１４がシフトされた方向と逆側の投射レンズ１５の鏡筒３６の温度を測定するもので、例えば図４に示すように鏡筒３６の上部内壁に取り付けられている。第２センサ５１は、画像形成パネル１４がシフトされた方向の鏡筒３６の温度を測定するもので、例えば図４に示すように鏡筒３６の下部内壁に取り付けられている。第１センサ５０と第２センサ５１で測定した鏡筒３６の温度差によりモータ４４の回転数を制御する。第１センサ５０で測定した鏡筒３６の温度の測定結果と第２センサ５１で測定した鏡筒３６の温度の測定結果との差が所定の温度差以下となるように遮光リング３４を回転させる。ここで、「所定の温度差」とは、本発明の効果を奏する範囲であり、所定の温度差を維持することで、投射レンズ１５が傾くことを防止し、形成される画像の品質の低下を抑制できる範囲の温度差のことである。好ましくは、第１センサ５０と第２センサ５１で測定した鏡筒３６の温度差が５０℃以下であり、より好ましくは３０℃以下ある。なお、温度差により遮光リング３４の回転速度を切り換える代わりに、第３実施形態と同様に温度差により遮光リング３４の間欠回転における停止時間を切り換えてもよい。
　＜第５実施形態＞
　図１０及び図１１に示すように、第５実施形態では、遮光リング３４の放熱効果を上げるために、ギヤ取付板５５を鏡筒３６の内部に延設して、これに遮光リング３４を取り付けている。ギヤ取付板５５はアルミ等の金属製であり、中央に開口５５ａを有する。開口５５ａは遮光リング３４の開口３５ａよりも直径が大きく形成されている。また、ギヤ取付板５５は、第１実施形態の第１ガイドリング３７及びモータケース４５のスクリーン側端板４５ｃ（図５参照）を兼ねる。ギヤ取付板５５には、金属製の第２ガイドリング５６が固定されている。これらギヤ取付板５５及び第２ガイドリング５６により遮光リング３４が回転自在に保持される。ギヤ取付板５５は、モータケース５７のスクリーン側端板を兼ねるため、鏡筒３６の外側で上部が露呈する。これにより、遮光リング３４の熱を外部に、より一層放熱することができる。この放熱効果により、鏡筒３６の温度上昇を抑えることができ、その分だけ、鏡筒３６の変形が抑えられて、投影画像の劣化が抑えられる。なお、第１実施形態と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明を省略している。
　上記各実施形態では、鏡筒３６の外側に遮光リング３４の回転用のモータ４４を設けているが、鏡筒３６内部にスペースがある場合には、鏡筒３６内部にモータ４４を設けてもよい。また、上記実施形態では、遮光リング３４と駆動ギヤ４３との間に中間ギヤ４２を設けているが、これは省略しても良いし、必要に応じて増加させてもよい。
　上記実施形態では、固定タイプの遮光リング３４を用いたが、図示省略の開口径が可変する可変タイプの遮光リングを用いてもよい。
　上記各実施形態では、プロジェクタ１０をテーブルに配置した状態で説明したが、天井などから吊り下げて使用する場合にも本発明を適用することができる。また、スクリーン２０に像を投射する例で説明したが、投射面はスクリーン２０に限定されず、様々な投射面に対して投射するプロジェクタとして用いることができる。
１０　　プロジェクタ
１３　　光源
１４　画像形成パネル
１５　投射レンズ
１７　制御部
２０　スクリーン
３４　遮光リング（遮光部材）
３５　開口絞り
３６　鏡筒
３７，３８　ガイドリング
４０　回転機構
４１　リングギヤ
４２　中間ギヤ
４３　駆動ギヤ
４４　モータ
４５，５７　モータケース
５０　第１センサ
５１　第２センサ
Ｌ　　光軸
Ｌ１～Ｌ５　第１～第５レンズ

Claims (14)

  1. 　レンズと、
    　前記レンズを保持する鏡筒と、
    　前記レンズの光軸を中心として前記鏡筒に回転自在に取り付けられ、前記光軸が通る開口を有する円環状の遮光部材と、
    　前記光軸を中心として前記遮光部材を回転させる回転機構と
    を有する投射レンズ。
  2. 　請求項１記載の投射レンズと、
    　画像を形成する画像形成パネルであって、前記投射レンズの光軸に対して前記画像形成パネルの中心がシフトして配される画像形成パネルと、
    　前記画像形成パネルに光を出射して前記投射レンズにより前記画像を投射面に投射する光源と
    を有するプロジェクタ。
  3. 　前記回転機構は、第１回転速度で回転する第１回転と、一定時間経過後に前記第１回転速度よりも速度が低い第２回転速度で回転する第２回転とを行う請求項２記載のプロジェクタ。
  4. 　前記回転機構は、回転と停止とを繰り返す間欠回転し、第１間欠回転による第１回転と、一定時間経過後に前記第１間欠回転よりも前記停止の時間が長くなる第２間欠回転による第２回転とを行う請求項２記載のプロジェクタ。
  5. 　前記回転機構は、前記鏡筒の温度を検出するセンサを有する制御部を有し、
    　前記制御部は、前記鏡筒の温度変化に基づき前記第１回転から前記第２回転に切り換える請求項３又は４記載のプロジェクタ。
  6. 　前記遮光部材は、前記投射レンズのＦナンバーを決定する開口絞りよりも光源側に設けられた遮光リングである請求項２から５いずれか１項記載のプロジェクタ。
  7. 　前記回転機構は、前記遮光部材の外周縁部に周方向に形成される遮光部材側ギヤと、前記遮光部材側ギヤに噛み合う駆動ギヤと、前記駆動ギヤを回転するモータとを有する請求項２から６いずれか１項に記載のプロジェクタ。
  8. 　前記鏡筒は合成樹脂製である請求項２から７いずれか１項記載のプロジェクタ。
  9. 　前記遮光部材は金属製である請求項２から８いずれか1項記載のプロジェクタ。
  10. 　前記投射レンズの光軸から前記画像形成パネルの中心までの距離をＹ、
    　前記画像形成パネルのシフト方向における長さをＨ、
    　前記距離Ｙを前記長さＨで除して求められる前記画像形成パネルのシフト量をＳ＝Ｙ／Ｈとした場合に、
    　前記シフト量Ｓは、０．４＜Ｓ＜０．７の範囲内である請求項２から９いずれか１項記載のプロジェクタ。
  11. 　投射レンズの光軸に対して画像形成パネルの中心をシフトして配し、前記画像形成パネルに光源から光を出射し前記投射レンズにより投射面に前記画像形成パネルの画像を投射するプロジェクタの画像劣化防止方法において、
    　前記光軸が通る開口を有する円環状の遮光部材を、鏡筒に前記光軸を中心として回転自在に取り付けて、
    　前記遮光部材を回転させる
    　プロジェクタの画像劣化防止方法。
  12. 　前記遮光部材は、第１回転速度で回転する第１回転と、一定時間経過後に前記第１回転速度よりも速度が低い第２回転速度とで回転する第２回転とにより回転される請求項１１記載のプロジェクタの画像劣化防止方法。
  13. 　前記遮光部材は、回転と停止とを繰り返す間欠回転し、第１間欠回転による第１回転と、一定時間経過後に前記第１間欠回転よりも前記停止の時間が長くなる第２間欠回転による第２回転とにより回転される請求項１１記載のプロジェクタの画像劣化防止方法。
  14. 　前記鏡筒の温度を検出し、前記鏡筒の温度変化に基づき前記第１回転から前記第２回転に切り換える請求項１２又は１３記載のプロジェクタの画像劣化防止方法。
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