WO2017047517A1 - 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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light shielding
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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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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells

Definitions

  • the present invention relates to a projection lens, a projector, and an image deterioration prevention method thereof.
  • the projector attaches an image according to image information to the light emitted from the light source by an image forming panel, and projects the image on a screen by a projection lens to display the image.
  • the image forming panel for example, an LCD (liquid crystal display) or a DMD (Digital Micromirror Device) is used.
  • a diaphragm and a light shielding member are 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 light shielding member is also significantly increased.
  • the temperature of the lens barrel that holds the light shielding member becomes higher than before.
  • a reflection region is formed on the light shielding member, or a metal plate as a heat shielding member is disposed to suppress a temperature rise due to the emission of light to the light shielding member (see, for example, Patent Document 1).
  • an unnecessary light absorbing member is provided in the lens barrel in order to prevent deformation of the member holding the optical element due to heat (see, for example, Patent Document 2).
  • a reflective region is formed on the diaphragm, or a metal plate or an unnecessary light absorbing member as a heat shield member is arranged to increase the temperature of the barrel.
  • a metal plate or an unnecessary light absorbing member as a heat shield member is arranged to increase the temperature of the barrel.
  • Patent Document 3 although a plurality of light shielding members are provided apart in the optical axis direction, the lens barrel is used in a camera or a microscope. For this reason, although there are descriptions of a plurality of light shielding members, they are provided from the viewpoint of preventing flare, and the temperature rise of the light shielding members caused by cutting unnecessary light from the light source of the projection lens cannot be suppressed efficiently. .
  • the projection lens of the present invention includes a lens, a lens barrel that holds the lens, a plurality of light shielding members, an opening changing portion, and a light shielding member holding member.
  • the plurality of light shielding members have openings for cutting unnecessary light of the lens, and are arranged apart from each other in the optical axis direction of the lens.
  • the plurality of light shielding members have opening changing portions in which at least one of the shape, area, arrangement position, and arrangement angle of the openings is different among the plurality of light shielding members. By this opening changing portion, unnecessary light is distributed and applied to the plurality of light shielding members.
  • the holding member for the light shielding member has a heat insulating property, and holds the plurality of light shielding members and fixes them to the lens barrel.
  • the opening is circular, and the opening changing unit changes the area of the opening between the light shielding members, and disperses unnecessary light in the area changing part.
  • the opening is non-circular, and the opening changing unit changes the shape of the opening for each light shielding member, and disperses unnecessary light in the changed part of the opening shape.
  • the aperture changing unit it is preferable that at least one of the arrangement position and the arrangement angle of the opening is different for each light shielding member, and the unnecessary light is dispersed at portions where the arrangement position or the arrangement angle differs.
  • the plurality of light shielding members are configured by connecting a plurality of ring frames in the optical axis direction, and the outer peripheral edge portions of the light shielding members are sandwiched by the plurality of ring frames.
  • the lens barrel is preferably made of synthetic resin, and the holding member is preferably made of ceramic.
  • the projector according to the present invention includes an image forming panel that forms an image, a light source that illuminates the image forming panel, and the projection lens that projects light from the image forming panel illuminated by the light source.
  • light is emitted from a light source toward the image forming panel, and an image of the image forming panel is projected onto a projection surface by a projection lens.
  • Openings are provided in a plurality of light shielding members adjacent to each other in the optical axis direction within the lens barrel of the projection lens. The opening transmits light from the image forming panel and cuts unnecessary light. By making at least one of the shape, area, arrangement position, and arrangement angle of the opening different among the plurality of light shielding members, unnecessary light is distributed and applied to the plurality of light shielding members.
  • the center of the image forming panel is shifted with respect to the optical axis of the projection lens, and unnecessary light in the shifted direction of the image forming panel is cut by a plurality of light shielding members.
  • the shift ratio of the image forming panel obtained by dividing the distance from the optical axis of the projection lens to the center of the image forming panel by Y, the length in the shift direction of the image forming panel by H, and the distance Y by the length H is obtained.
  • S Y / H
  • the shift ratio S is preferably in the range of 0.4 ⁇ S ⁇ 0.7.
  • the present invention it is possible to provide a projection lens, a projector, and an image deterioration prevention method capable of efficiently suppressing the temperature rise of the lens barrel with a simple configuration.
  • 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 ratio of an image forming panel.
  • FIG. 3 is a front view of three light shielding members viewed from the image forming panel side in the optical axis direction. It is sectional drawing explaining the relationship between the opening of three light shielding members, and unnecessary light.
  • (A) is a cross-sectional view showing the light shielding member of the second embodiment
  • (B) is a cross-sectional view taken along the line BB in (A). It is the front view which looked at the three light shielding members of 3rd Embodiment from the image forming panel side in the optical axis direction.
  • 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 pin tone dial 24, a left / right pin tone 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 displays an RGB three-color image on the image forming surface 14a.
  • the control unit 17 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. When the operation signal of the vertical pin tone dial 24 is received, the first motor of the posture adjusting device (not shown) is rotated.
  • the projection lens 15 is rotated around a horizontal axis orthogonal to the optical axis CL, and the vertical tilt of the projection lens 15 is adjusted.
  • the operation signal of the left / right pin tone dial 25 is received, the second motor of the posture adjusting device is rotated.
  • the projection lens 15 is rotated about a vertical axis orthogonal to the optical axis CL, and the horizontal tilt of the projection lens 15 is adjusted.
  • the operation signal of the screen correction dial 26 is received, the display size and shape of the image formed on the image forming surface 14a of the image forming panel 14 are changed. For example, 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 image forming panel 14 is a transmissive liquid crystal panel.
  • the light source 13 uses LEDs 31R, 31G, and 31B that are arranged on the back side of the image forming panel 14, that is, on the opposite side of the projection lens 15 with respect to the image forming panel 14, and emit three colors of RGB simultaneously.
  • a xenon lamp that emits white light, a halogen lamp, or an ultrahigh pressure mercury lamp may be used.
  • the image is projected on the screen 20 on the upper side with respect to the optical axis CL 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) deviates from the optical axis CL of the projection lens 15, that is, the optical axis CL of the projection lens 15.
  • it is fixed by shifting downward in the direction perpendicular to the optical axis CL.
  • the shift ratio of the image forming panel 14 will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
  • S> 0.5 S is greater than 0.5
  • the upper end surface of the image forming panel 14 is shifted in a direction away from the optical axis CL of the projection lens 15.
  • the shift ratio S for shifting the image forming panel 14 is preferably more than 0.4 and less than 0.7.
  • the shift ratio S exceeds 0.4, the influence of the temperature in the vertical direction of the projection lens 15 becomes more significant than when the shift ratio S is 0.4 or less. Therefore, the heat generated by the light shielding members 41, 42, and 43 of the present invention. Distribution reduction effect can be demonstrated.
  • the shift ratio S by setting the shift ratio S to less than 0.7, the amount of shift of the image forming panel 14 can be controlled within an appropriate range, so that the projection lens accompanying an increase in the amount of oblique projection generated other than the influence of the radial temperature distribution. An increase in the size of 15 or an increase in the number of lenses can be appropriately suppressed.
  • the shift ratio S of the image forming panel 14 is more preferably more than 0.45 and less than 0.6. In this case, the influence of the temperature in the vertical direction of the projection lens 15 is further reduced and the lens system is not enlarged, compared with the case where the value exceeds 0.4 and less than 0.7. Reduction is further prevented.
  • the projection lens 15 includes a first lens L1 to a fifth lens L5 arranged in order from the image forming panel 14 side, three light shielding members 41, 42, and 43 as flare stoppers, and an aperture stop 44. And a lens barrel 40 for holding them.
  • 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 40 is configured by fitting a plurality of lens holding frames 40a to 40f, a light shielding member holding frame (light shielding member holding member) 40g, and a spacer 40h, and includes a first lens L1 to a fifth lens L5, a light shielding member. 41 to 43 and an aperture stop 44 are held. Since each of the lens holding frames 40a to 40b and the spacer 40h has a complicated cross-sectional shape, it is molded from a synthetic resin such as polycarbonate.
  • the light shielding member holding frame 40g is made of a heat insulating member such as ceramic. The heat insulating member only needs to have a lower thermal conductivity than the lens barrel 40. Further, part or all of the lens holding frames 40a to 40f and the spacer 40h may be made of metal.
  • the aperture stop 44 is disposed on the screen 20 side surface of the fourth lens L4.
  • the aperture stop 44 is made of aluminum or other metal, and is formed in an annular shape having a circular opening 44a for determining the F number.
  • a black layer is formed on the surface of the aperture stop 44 by coating or plating. The position of the aperture stop 44 is the stop position.
  • the light incident on the projection lens 15 passes mainly below the optical axis CL 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.
  • first light shielding member 41 Between the third lens L3 and the second lens L2, there are a first light shielding member 41, a second light shielding member 42, and a third light shielding member 43 arranged in order from the screen 20 side in order to block the unnecessary light 46. It is arranged.
  • These three light shielding members 41 to 43 are made of any one of metal plates, ceramics, high heat-resistant synthetic resins such as PPS (Polyphenylenesulfide) and PI (polyimide). In this embodiment, it is made of metal.
  • FIG. 5 is a front view of the three light shielding members 41 to 43 as viewed from the image forming panel side in the optical axis direction.
  • the three light shielding members 41 to 43 are formed in an annular shape having circular openings 41a to 43a, and a black layer is formed on the surface by coating or plating.
  • the light shielding member holding frame 40g is made of ceramic.
  • the light shielding member holding frame 40g may be made of a heat insulating material other than ceramic.
  • the light shielding member holding frame 40g is configured by, for example, connecting four ring frames 47 in the optical axis direction.
  • One surface of the ring frame 47 (the surface on the image forming panel side) has a light shielding member holding groove 47a on the outer peripheral edge portion, and the other surface is formed on a flat surface 47b.
  • the four light shielding member holding grooves 47a are formed by connecting the four ring frames 47 in the optical axis direction with, for example, a heat resistant adhesive.
  • the three light-shielding member holding grooves 47a sandwich the outer peripheral edge portions of the three light-shielding members 41 to 43 and are spaced apart in the optical axis direction.
  • the circular openings 41a to 43a of the three light shielding members 41 to 43 are formed so that the circular opening 42a of the second light shielding member 42 is larger than the diameter of the circular opening 41a of the first light shielding member 41. Is done.
  • the area changing portion due to the difference in diameter is the first opening changing portion 48 a of the first light shielding member 41.
  • the circular opening 43a of the third light-shielding member 43 is formed larger than the diameter of the circular opening 42a of the second light-shielding member 42, and the area changing portion due to the difference in diameter is the second opening of the second light-shielding member 42. It is a changing unit 48b.
  • the peripheral edge portion of the circular opening 43a of the third light shielding member 43 is a third opening changing portion 48c.
  • the unnecessary light 46 cut by the unnecessary light cut line 45 hits the first opening changing portion 48a, the second opening changing portion 48b, and the third opening changing portion 48c.
  • the first opening changing portion 48 a is formed in the first light shielding member 41
  • the second opening changing portion 48 b is formed in the second light shielding member 42
  • the third opening changing portion 48 c is formed in the third light shielding member 43.
  • the amount of heating by the unnecessary light 46 can be dispersed in the optical axis direction as compared with the case where the single light shielding member receives the unnecessary light 46. For this reason, compared with the case where unnecessary light 46 is shielded by one light shielding member, excessive partial heating is suppressed, and deformation of the synthetic resin lens barrel 40 by heat is suppressed.
  • the image forming panel 14 is arranged so as to be shifted downward with respect to the optical axis CL. For this reason, until the aperture position in the projection lens 15, the light mainly passes below the direction in which the image forming panel 14 in the projection lens 15 is shifted, that is, the optical axis CL of the projection 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. When the temperature difference due to this temperature distribution increases, the temperature distribution is transmitted from the light shielding members 41 to 43 to the lens holding frame 40d of the lens barrel 40 that holds the temperature distribution.
  • the lens holding frame 40d is deformed by heating only the portion on one side where the image forming panel 14 is shifted.
  • the lenses L1 to L5 are tilted, the resolution of the entire image to be formed is lowered, and the quality of the image is lowered.
  • the rotational symmetry of the lenses L1 to L5 is lost. Therefore, a focus position shift in the diagonal direction due to the occurrence of curvature of field occurs, leading to deterioration of the performance of the entire projected image. .
  • the lens barrel 40 on the side shifted by the shifted amount is heated.
  • the heating by the unnecessary light 46 is dispersed by the three light shielding members 41 to 43. Is suppressed.
  • the major axis 55 of each of the elliptical openings 51a to 53a is arranged so as to rotate at an inclination angle ⁇ of, for example, 120 ° between the adjacent light shielding members 51 to 53 with the optical axis CL as the rotation center.
  • the long axis 55 of the elliptical opening 52a of the second light shielding member 52 is aligned with the vertical line VL in a state where the long axis 55 of the elliptical opening 53a of the third light shielding member 53 is aligned with the vertical line VL. Tilt to 120 ° in the direction.
  • the major axis 55 of the elliptical opening 51a of the first light shielding member 51 is inclined by 240 ° clockwise with respect to the vertical line VL.
  • each of the elliptical openings 51a to 53a becomes shorter in the order of the third elliptical opening 53a, the second elliptical opening 52a, and the first elliptical opening 51a.
  • the areas of the unnecessary light irradiation areas 54a, 54b, and 54c that correspond to the light shielding members 51 to 53 need only be different, and an effect of dispersing unnecessary light can be obtained.
  • each of the elliptical openings 51a to 53a are appropriately changed so that the areas of the unnecessary light irradiation areas 54a to 54c are substantially the same. It is preferable. In this case, the temperature rise amounts of the light shielding members 51 to 53 due to unnecessary light are substantially the same.
  • the long axis 55 of each of the elliptical openings 51a to 53a is shifted by a constant inclination angle ⁇ with the optical axis CL as the rotation center, so that unnecessary light 46 is emitted to each of the light shielding members 51 to 53. Can be distributed and applied.
  • unnecessary light 46 in a vertically lower part from the optical axis CL is generated. It can be distributed and applied to each of the light shielding members 51-53. Accordingly, the unnecessary light 46 in the vertically lower portion where the temperature rise is significantly higher than the other portions due to the shift of the image forming panel 14 can be effectively dispersed, and the local temperature rise due to the unnecessary light 46 can be suppressed. .
  • the opening changing portions 48a to 48c are configured by changing the diameter of the circular openings 41a to 43a.
  • the shapes of the openings 41a to 43a are formed.
  • the arrangement position and the arrangement angle may be changed.
  • circular openings 61a, 62a, and 62a are formed at positions eccentric to the three light shielding members 61 to 63, and these three light shielding members 61 to 63 are connected to the optical axis. You may rotate and arrange
  • an opening changing portion can be provided between the light shielding members due to the displacement of the arrangement of the three circular openings 61a to 63a.
  • region of the unnecessary light 46 by the opening change parts 48a-48c is made into the same area by each light shielding member 41-43, it is good also as a different area.
  • the thickness of the light shielding members 41 to 43 is made uniform, this may be changed.
  • a transmissive liquid crystal panel is used as the image forming panel 14, but a reflective liquid crystal panel may be used.
  • the light source 13 is disposed on the front side of the image forming panel 14 and simultaneously irradiates light of three colors RGB.
  • the light source 13 is disposed on the front side of the image forming panel 14, and the RGB three-color LEDs 31R, 31G, and 31B are synchronized with the formation timing of the DMD three-color image. Use time-division flash.
  • 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

投射レンズの光軸に直交する方向での温度分布を均一にし、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中の不要光４６を３個の遮光部材４１～４３により遮光する。遮光部材４１～４３は、投射レンズ１５により画像を投影するスクリーンに近づくに従い、円形開口４１ａ～４３ａの直径を小さくする。隣接する遮光部材間で開口面積が減少し、この減少部分を開口変更部４８ａ～４８ｃとする。開口変更部４８ａ～４８ｃにより不要光４６を各遮光部材４１～４３間で分散される。不要光４６の分散により、不要光４６の照射による加熱量も分散され、その分だけ鏡筒４０の部分的な温度上昇が抑えられる。部分的な温度上昇の抑制により鏡筒４０の変形が抑えられ、投射される画像の品質の低下が防止される。

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）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や遮光部材を配置し、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、例えば不要光を除去する遮光部材が光源近くに配置される場合には、遮光部材の温度も著しく高くなる。その結果、遮光部材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、遮光部材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、遮光部材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）。また、樹脂製の部材を含む投射光学系鏡筒において、光学素子を保持する部材の熱による変形を防止するために、不要光吸収部材を鏡筒に設けている（例えば特許文献２参照）。
　更には、鏡筒内の絞りやレンズ保持枠に当たった光のゴーストやフレアの発生を抑えるために、複数の遮光部材を光軸方向に離したレンズ鏡筒が提案されている（例えば特許文献３参照）。
特開２００５－１２８２１７号公報 特開２０１４－５９３３３号公報 特開２０１１－１０００２０号公報
　特許文献１，２に記載のような投射レンズ鏡筒では、絞りに反射領域を形成したり、遮熱部材としての金属板や不要光吸収部材を配置したりして、鏡筒の温度上昇を抑えているものの、投射画像の照度が従来よりも上昇している現状では、温度上昇の更なる抑制が望まれている。特に、パネル中央を投射レンズの光軸からオフセットした、広角型の近距離投射可能なプロジェクタの場合、レンズ鏡筒内での温度の偏りが大きいためより顕著な温度影響を受けてしまう。従って、温度上昇の更なる抑制が望まれている。また、特許文献３では、複数の遮光部材を光軸方向に離して設けているものの、カメラや顕微鏡などに用いられるレンズ鏡筒である。このため、複数の遮光部材の記載はあるものの、フレア防止の観点で設けられており、投射レンズの光源からの不要光をカットすることにより発生する遮光部材の温度上昇を効率良く抑えることができない。
　本発明は、簡単な構成で温度上昇を効率良く抑えることができる投射レンズ、プロジェクタ及び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、複数の遮光部材と、開口変更部と、遮光部材の保持部材とを備える。複数の遮光部材は、レンズの不要光をカットする開口を有し、レンズの光軸方向に離間して配されている。複数の遮光部材は、開口の形状、面積、配置位置、配置角度の少なくとも１つが複数の遮光部材間で異なる開口変更部を有する。この開口変更部により、不要光が複数の遮光部材に分散して当てられる。遮光部材の保持部材は断熱性を有し、複数の遮光部材を保持して鏡筒に固定する。
　なお、開口は円形であり、開口変更部は遮光部材間での開口の面積を変更させ、面積の変更部分にて不要光を分散させることが好ましい。また、開口は非円形であって、開口変更部は遮光部材毎に開口の形状を変更させ、開口の形状の変更部分にて不要光を分散させることが好ましい。開口変更部は遮光部材毎に開口の配置位置及び配置角度の少なくとも一方が異なり、配置位置又は配置角度の異なる部分にて不要光を分散させることが好ましい。
　複数の遮光部材は、複数のリング枠を光軸方向に連結して構成され、複数のリング枠により遮光部材の外周縁部が挟持されることが好ましい。鏡筒は合成樹脂製であり、保持部材はセラミック製であることが好ましい。
　本発明のプロジェクタは、画像を形成する画像形成パネルと、画像形成パネルを照明する光源と、光源で照明された画像形成パネルからの光を投射する上記の投射レンズとを備える。
　本発明のプロジェクタの画像劣化防止方法は、画像形成パネルに向けて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。投射レンズの鏡筒内に光軸方向に離間して隣り合う複数の遮光部材には開口が設けられる。開口は、画像形成パネルからの光を透過させ不要光をカットする。開口の形状、面積、配置位置、配置角度の少なくとも１つを複数の遮光部材で異ならせることにより、不要光を複数の遮光部材に分散させて当てる。
　なお、投射レンズの光軸に対して画像形成パネルの中心がシフトして配され、画像形成パネルのシフトした方向の不要光を複数の遮光部材でカットすることが好ましい。また、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比をＳ＝Ｙ／Ｈとした場合に、シフト比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、簡単な構成で鏡筒の温度上昇を効率良く抑えることができる投射レンズ、プロジェクタ及び画像劣化防止方法を提供することができる。
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比を説明する概略図である。 ３個の遮光部材を画像形成パネル側から光軸方向に見た正面図である。 ３個の遮光部材の開口と不要光との関係を説明する断面図である。 （Ａ）は第２実施形態の遮光部材を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ－Ｂ線の断面図である。 第３実施形態の３個の遮光部材を画像形成パネル側から光軸方向に見た正面図である。
　［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、上下ピン調ダイヤル２４、左右ピン調ダイヤル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。
　図１に戻って、制御部１７は、画像形成面１４ａにＲＧＢ３色の画像を表示させる。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。上下ピン調ダイヤル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ＣＬ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。左右ピン調ダイヤル２５の操作信号を受けると、姿勢調節装置の第２モータを回転させる。これにより、投射レンズ１５を光軸ＣＬ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。
　画像形成パネル１４は透過型液晶パネルを用いている。光源１３は、画像形成パネル１４の裏面すなわち、画像形成パネル１４を基準として投射レンズ１５の逆側に配置され、ＲＧＢの３色を同時に発光するＬＥＤ３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂを用いている。なお、ＬＥＤ３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ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を用いてもよい。
　図３に示すように、画像は、投射レンズ１５の光軸ＣＬ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ＣＬ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ＣＬに対して、光軸ＣＬ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のシフト比について、図４の概略図を用いて説明する。画像形成パネル１４をシフトするシフト比Ｓとしては、投射レンズ１５の光軸ＣＬから画像形成パネル１４の中心までの距離を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の上端面が、投射レンズ１５の光軸ＣＬ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の上端面が、投射レンズ１５の光軸ＣＬから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ＣＬ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をシフトするシフト比Ｓとしては、０．４を超え０．７未満とすることが好ましい。シフト比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１５の垂直方向の温度分の影響が顕著になるので、本発明の遮光部材４１，４２，４３による熱分布軽減効果が発揮できるようになる。一方シフト比Ｓを０．７未満とすることで、画像形成パネル１４のシフトの量が適正な範囲に抑えられるので径方向の温度分布の影響以外で発生する斜め投射量の増大に伴う投射レンズ１５の大型化やレンズ枚数の増加なども適切に抑えることができる。これにより、径方向の温度分布を防止しながらプロジェクタの大型化や製造適性の低下そしてコストアップが防止される。このように、画像形成パネル１４のシフト比Ｓを上記範囲に収めることで、投射レンズ１５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のシフト比Ｓは、０．４５を超え０．６未満とすることがより好ましい。この場合には、０．４を超え０．７未満とする場合に比べて、更に投射レンズ１５の垂直方向の温度分の影響が少なくなり、且つレンズ系が大きくなることがなく、製造適性の低下がより防止される。
　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３個の遮光部材４１，４２，４３、開口絞り４４、及びこれらを保持する鏡筒４０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４０は、複数のレンズ保持枠４０ａ～４０ｆ、遮光部材保持枠（遮光部材保持部材）４０ｇ及びスペーサ４０ｈを嵌合して構成されており、第１レンズＬ１～第５レンズＬ５、遮光部材４１～４３、及び開口絞り４４を保持している。各レンズ保持枠４０ａ～４０ｂ及びスペーサ４０ｈ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。また、遮光部材保持枠４０ｇは断熱性部材、例えばセラミック製である。なお、断熱性部材は、鏡筒４０よりも熱伝導性が低いものであれば良い。また、レンズ保持枠４０ａ～４０ｆ及びスペーサ４０ｈの一部又は全部を金属製としてもよい。
　開口絞り４４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４４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４４ａを有する円環状に形成されている。開口絞り４４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４４の位置が絞り位置となる。
　投射レンズ１５内に入射した光は、投射レンズ１５の光軸ＣＬ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。
　第３レンズＬ３と第２レンズＬ２との間には、不要光４６を遮断するためにスクリーン２０側から順に配される第１遮光部材４１、第２遮光部材４２、及び第３遮光部材４３が配されている。これら３個の遮光部材４１～４３は、金属板、セラミック、ＰＰＳ（Polyphenylenesulfide：ポリフェニレンスルファイド）や、ＰＩ（polyimide：ポリイミド）等の高耐熱合成樹脂のいずれかにより構成されている。本実施形態では金属製である。
　図５は、３個の遮光部材４１～４３を画像形成パネル側から光軸方向に見た正面図である。３個の遮光部材４１～４３は、円形の開口４１ａ～４３ａ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。
　図６に示すように、遮光部材保持枠４０ｇはセラミックから構成されている。なお、セラミック以外の断熱素材から遮光部材保持枠４０ｇを構成してもよい。遮光部材保持枠４０ｇは、例えば４個のリング枠４７を光軸方向に連結して構成されている。これらリング枠４７の一方の面（画像形成パネル側の面）は外周縁部に遮光部材保持溝４７ａを有し、他方の面は平坦面４７ｂに形成されている。従って、４個のリング枠４７が光軸方向に例えば耐熱性接着剤により連結されることにより、３個の遮光部材保持溝４７ａが形成される。これら３個の遮光部材保持溝４７ａによって、３個の遮光部材４１～４３の外周縁部が挟持され、光軸方向に離間して配される。
　図５に示すように、３個の遮光部材４１～４３の円形開口４１ａ～４３ａは、第１遮光部材４１の円形開口４１ａの直径に対して、第２遮光部材４２の円形開口４２ａは大きく形成される。この直径の差分による面積変更部分が第１遮光部材４１の第１開口変更部４８ａとなっている。同様に、第２遮光部材４２の円形開口４２ａの直径に対して、第３遮光部材４３の円形開口４３ａは大きく形成され、この直径の差分による面積変更部分が第２遮光部材４２の第２開口変更部４８ｂとなっている。また、第３遮光部材４３の円形開口４３ａの周縁部が第３開口変更部４８ｃとなっている。
　図６に示すように、不要光カットライン４５でカットされる不要光４６は、第１開口変更部４８ａ、第２開口変更部４８ｂ、第３開口変更部４８ｃに当たる。第１開口変更部４８ａは第１遮光部材４１、第２開口変更部４８ｂは第２遮光部材４２、第３開口変更部４８ｃは第３遮光部材４３に分散して形成される。このため、１個の遮光部材で不要光４６を受ける場合に比べて不要光４６が当たることによる温度上昇は各遮光部材４１～４３に分散される。従って、１個の遮光部材で不要光４６を受ける場合に比べて、不要光４６による加熱量を光軸方向に分散することができる。このため、１個の遮光部材で不要光４６を遮光する場合に比べて、過度な部分的な加熱が抑えられ、合成樹脂製の鏡筒４０の熱による変形が抑えられる。
　特に本実施形態では、画像形成パネル１４を光軸ＣＬに対して下側にシフトして配置している。このため、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ＣＬ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。この温度分布による温度差が大きくなると、この温度分布が遮光部材４１～４３からこれを保持する鏡筒４０のレンズ保持枠４０ｄに伝達される。従って、画像形成パネル１４がシフトした一方側の部分のみが加熱されることにより、レンズ保持枠４０ｄに変形が生じる。この変形によって、レンズＬ１～Ｌ５が傾き、形成される画像全体の解像力が低下し、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、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。このように、画像形成パネル１４を光軸ＣＬに対して一方にシフトすると、シフトした分だけシフトした側の鏡筒４０が加熱される。これに対して、本実施形態では、１個の遮光部材によってこれを遮光するものと異なり、３個の遮光部材４１～４３により不要光４６による加熱分が分散されるため、鏡筒４０の変形が抑えられる。
　［第２実施形態］
　図７に示す第２実施形態では、楕円形開口５１ａ～５３ａの形状（短軸長さ）及び配置角度を各遮光部材５１～５３の間で変更して、第１開口変更部５０ａ、第２開口変更部５０ｂ、第３開口変更部５０ｃを設けている。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一構成部材には同一符号を付して、重複した説明を省略している。
　各楕円形開口５１ａ～５３ａの長軸５５は、光軸ＣＬを回転中心として、隣り合う遮光部材５１～５３との間で、傾斜角度θが例えば１２０°ずつ、回転して配置されている。これにより、第３遮光部材５３の楕円形開口５３ａの長軸５５を鉛直線ＶＬに一致させた状態で、第２遮光部材５２の楕円形開口５２ａの長軸５５が、鉛直線ＶＬに対し時計方向に１２０°に傾けられる。また、第１遮光部材５１の楕円形開口５１ａの長軸５５が、鉛直線ＶＬに対して時計方向に２４０°に傾けられる。
　各楕円形開口５１ａ～５３ａの短軸の長さは、第３楕円形開口５３ａ、第２楕円形開口５２ａ、第１楕円形開口５１ａの順に短くなっている。各遮光部材５１～５３に当たる不要光照射エリア５４ａ，５４ｂ，５４ｃの面積は異なっていれば良く、不要光の分散効果が得られる。なお、各楕円形開口５１ａ～５３ａの長軸の長さ、短軸の長さ、長軸の傾斜角度θ等を適宜変更して、各不要光照射エリア５４ａ～５４ｃの面積を略同じにすることが好ましい。この場合には、不要光による各遮光部材５１～５３の温度上昇量が略同じになる。
　第２実施形態では、各楕円形開口５１ａ～５３ａの長軸５５が光軸ＣＬを回転中心として一定の傾斜角度θでずらして配されることにより、各遮光部材５１～５３に不要光４６を分散して当てることができる。特に、第３遮光部材５３の第３楕円形開口５３ａの長軸５５を、画像形成パネル１４のシフト方向である鉛直線ＶＬに一致させることにより、光軸ＣＬより鉛直下方部分の不要光４６を各遮光部材５１～５３に分散して当てることができる。従って、画像形成パネル１４のシフトにより温度上昇が他の部分に比べて著しく高くなる鉛直下方部分の不要光４６を効果的に分散させることができ、不要光４６による局部的な温度上昇が抑えられる。
　上記第１実施形態では、円形開口４１ａ～４３ａの直径を変えて開口変更部４８ａ～４８ｃを構成したが、直径を変えて開口変更部４８ａ～４８ｃを構成する代わりに、開口４１ａ～４３ａの形状や配置位置や配置角度を変えても良い。例えば、図８に示す第３実施形態のように、３個の遮光部材６１～６３に偏心した位置で円形開口６１ａ，６２ａ，６２ａを形成し、これら３個の遮光部材６１～６３を光軸ＣＬを回転中心として、１２０ずつ回転させて配置してもよい。この場合にも、３個の円形開口６１ａ～６３ａの配置のずれによって各遮光部材の間に、開口変更部を設けることができる。なお、開口変更部４８ａ～４８ｃによる不要光４６の照射領域を各遮光部材４１～４３で同一面積としているが、これは異なる面積としてもよい。また、遮光部材４１～４３の厚みを均一にしているがこれは変更してもよい。
　上記実施形態では、画像形成パネル１４として透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いてもよい。この場合には、画像形成パネル１４の前面側に光源１３を配置してＲＧＢ三色の照射光を同時に照射する。また、画像形成パネル１４としてＤＭＤを用いる場合には、光源１３を画像形成パネル１４の前面側に配置し、ＤＭＤの三色画像の形成タイミングに同期させて、ＲＧＢ３色のＬＥＤ３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂを時分割発光させる。
　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
１１　　ケース
１３　　光源
１４　　画像形成パネル
１４ａ　画像形成面
１５　　投射レンズ
１７　　制御部
２０　　スクリーン
２１　　ズームダイヤル
２２　　光量調節ダイヤル
２３　　フォーカスダイヤル
２４　　上下ピン調ダイヤル
２５　　左右ピン調ダイヤル
２６　　画面修正ダイヤル
３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒ　ＬＥＤ
３２，３３　　ダイクロイックミラー
４０　　鏡筒
４０ａ，４０ｄ　レンズ保持枠
４０ｇ　遮光部材保持枠
４０ｈ　スペーサ
４１　　第１遮光部材
４１ａ　円形開口
４２　　第２遮光部材
４２ａ　円形開口
４３　　第３遮光部材
４３ａ　円形開口
４４　　開口絞り
４４ａ　開口
４５　　不要光カットライン
４６　　不要光
４７　　リング枠
４７ａ　遮光部材保持溝
４７ｂ　平坦面
４８ａ　第１開口変更部
４８ｂ　第２開口変更部
４８ｃ　第３開口変更部
５０ａ　第１開口変更部
５０ｂ　第２開口変更部
５０ｃ　第３開口変更部
５１　　第１遮光部材
５１ａ　楕円形開口
５２ａ　第２楕円形開口
５３　　第３遮光部材
５３ａ　第３楕円形開口
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ　不要光照射エリア
５５　　長軸
６１　　遮光部材
６１ａ，６２ａ　円形開口
ＣＬ　　光軸
Ｌ１　　第１レンズ
Ｌ２　　第２レンズ
Ｌ３　　第３レンズ
Ｌ４　　第４レンズ
Ｌ５　　第５レンズ
Ｓ　　　シフト比
ＶＬ　　鉛直線
θ　　　傾斜角度

Claims (12)

  1. 　レンズと、
    　前記レンズを保持する鏡筒と、
    　前記レンズの不要光をカットする開口を有し、前記レンズの光軸方向に離間して配される複数の遮光部材と、
    　前記開口の面積、形状、配置位置、配置角度の少なくとも１つが複数の前記遮光部材間で異なる開口変更部であって、前記不要光を複数の前記遮光部材に分散して当てる開口変更部と、
    　複数の前記遮光部材を保持して前記鏡筒に固定する断熱性を有する保持部材と
    　を備える投射レンズ。
  2. 　前記開口は円形であり、前記開口変更部は前記遮光部材間での前記開口の面積を変更させ、前記面積の変更部分にて前記不要光を分散させる請求項１記載の投射レンズ。
  3. 　前記開口は非円形であって、前記開口変更部は前記遮光部材毎に前記開口の形状を変更させ、前記開口の形状の変更部分にて前記不要光を分散させる請求項１に記載の投射レンズ。
  4. 　前記開口変更部は前記遮光部材毎に前記開口の配置位置及び配置角度の少なくとも一方が異なり、前記配置位置又は前記配置角度の異なる部分にて前記不要光を分散させる請求項１に記載の投射レンズ。
  5. 　複数の前記遮光部材は、複数のリング枠を光軸方向に連結して構成され、複数の前記リング枠により前記遮光部材の外周縁部が挟持される請求項１から４いずれか１項に記載の投射レンズ。
  6. 　前記鏡筒は合成樹脂製であり、前記保持部材はセラミック製である請求項１から５いずれか１項記載の投射レンズ。
  7. 　画像を形成する画像形成パネルと、
    　前記画像形成パネルを照明する光源と、
    　前記光源で照明された前記画像形成パネルからの光を投射する請求項１から６いずれか１項記載の投射レンズと
    　を備えるプロジェクタ。
  8. 　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、前記画像形成パネルのシフトした方向の前記不要光を複数の前記遮光部材でカットする請求項７記載のプロジェクタ。
  9. 　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比をＳ＝Ｙ／Ｈとした場合に、
    　前記シフト比Ｓは、０．４＜Ｓ＜０．７の範囲内である請求項８記載のプロジェクタ。
  10. 　画像形成パネルに向けて光源から光を出射し、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、
    　前記投射レンズの鏡筒内に光軸方向に離間して隣り合う複数の遮光部材に設けられる開口であって、前記画像形成パネルからの光を透過させ不要光をカットする開口の形状、面積、配置位置、配置角度の少なくとも１つを複数の前記遮光部材で異ならせて、前記不要光を複数の前記遮光部材に分散させて当てる
    　プロジェクタの画像劣化防止方法。
  11. 　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、前記画像形成パネルのシフトした方向の前記不要光を複数の前記遮光部材でカットする請求項１０記載のプロジェクタの画像劣化防止方法。
  12. 　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比をＳ＝Ｙ／Ｈとした場合に、
    　前記シフト比Ｓは、０．４＜Ｓ＜０．７の範囲内である請求項１１記載のプロジェクタの画像劣化防止方法。
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