(57)【要約】【課題】温度上昇に伴う像面湾曲を防止して投射画像の劣化を防止することが可能な投射型表示装置を提供すること【解決手段】投射型表示装置に使用されるレンズユニットであって、第１レンズ群Ｌ１と、第１レンズ群を保持する第１鏡筒１０１と、第１鏡筒に設けられた第１カムフォロア１１５Ａと第２カムフォロア１１５Ｂと、第１カムフォロアと接触する第１カム溝１１０ａと第２カムフォロアと接触する第２カム溝１１０ｂを有するフォーカス環１１０と、を有し、第１カム溝内にある第１カムフォロアの部分の中心と第１カム溝との接触部位１１７ａの光軸方向の長さＤ１は、第２カムフォロアの中心と第２カム溝との接触部位１１７ｂの光軸方向の長さＤ２と異なる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を変調し、被投射面に投射する投射型表示装置に使用されるレンズユニットであって、
光学素子と、
前記光学素子を保持する保持部材と、
前記保持部材に設けられた第１カムフォロアと第２カムフォロアと、
前記第１カムフォロアと接触する第１カム溝と前記第２カムフォロアと接触する第２カム溝を有するカム環と、
を有し、
前記第１カムフォロアの第１カム溝内に位置する部分の光軸方向の長さのうち前記第１カムフォロアの前記第１カム溝との接触部位を通る長さは、前記第２カムフォロアの第２カム溝内に位置する部分の光軸方向の長さのうち前記第２カムフォロアの前記第２カム溝との接触部位を通る長さと異なることを特徴とするレンズユニット。
【請求項２】
前記第１カムフォロアは第１円筒部を有し、前記第２カムフォロアは第２円筒部として構成され、前記第１円筒部の径と前記第２円筒部の径は異なることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
【請求項３】
第１カムフォロアは一つ設けられ、第２カムフォロアは２つ設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズユニット。
【請求項４】
前記光学素子は、前記変調された光を前記被投射面に投射する投射光学系を構成することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項５】
前記投射光学系は、前記投射型表示装置が設置された場合の設置側とは反対側に投射するシフト光学系であり、
前記第１カムフォロアは、前記投射型表示装置が設置された場合に第２カムフォロアよりも前記反対側に位置することを特徴とする請求項４に記載のレンズユニット。
【請求項６】
前記第１カム溝と前記第２カム溝は、それぞれ、端面カムであることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項７】
前記第１カム溝と前記第２カム溝は、それぞれ、前記光学素子の光軸周りの回転量と前記光学素子の光軸方向の移動量の比が一定なカムであることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項８】
前記第１カムフォロアと前記第２カムフォロアを前記カム環に付勢する付勢部材を更に有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項９】
前記第１カムフォロアと前記第２カムフォロアは同一の材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項１０】
前記光学素子は、光軸方向に移動して焦点調節を行うことを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項１１】
前記光学素子は、光軸方向に移動して焦点距離を変更することを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載のレンズユニットを有することを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズユニットおよび投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタなどの投射型表示装置では、光学素子やその保持部材が光源からの光によって発熱し、光学素子には屈折率等の光学特性に変化が生じ、保持部材には線膨張が生じて光学素子の間隔が変化する。その結果、焦点位置がずれて投射画像が劣化するおそれがある。そこで、特許文献１は、焦点位置調整群が３つのカムフォロアを保持し、各カムフォロアはカムを有するカム環に係合し、カム環は焦点位置補正環に保持され、焦点位置補正環が光軸方向に膨張して焦点位置の移動を補正する投射型表示装置を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３７１８１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、温度上昇によって焦点位置の移動だけではなく像面湾曲も生じる。投射型表示装置は机に設置した場合の使用を想定しており、投射画像が机にケラレないようにレンズユニット光軸の上方側に投射するシフト光学系を用いる場合が多い。つまり、投射画像の下端はレンズユニットの光軸周辺を使用し、投射画像の上端はレンズユニットの像高が高い場所を使用している。像面湾曲は、像高によって異なる量の焦点位置移動として像面倒れとして現れる。像面倒れが発生すると、画像下端の焦点位置移動量が焦点深度内に収まっていても画像上端では焦点深度を超えてしまうと投射画像が劣化してしまう。像面倒れは、特許文献１のように、焦点位置を移動させても、画像全域で焦点を合わせることができない。
【０００５】
本発明は、温度上昇に伴う像面湾曲を防止して投射画像の劣化を防止することが可能なレンズユニットおよび投射型表示装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のレンズユニットは、光源からの光を変調し、被投射面に投射する投射型表示装置に使用されるレンズユニットであって、光学素子と、前記光学素子を保持する保持部材と、前記保持部材に設けられた第１カムフォロアと第２カムフォロアと、前記第１カムフォロアと接触する第１カム溝と前記第２カムフォロアと接触する第２カム溝を有するカム環と、を有し、前記第１カムフォロアの前記第１カム溝内に位置する部分の光軸方向の長さのうち前記第１カムフォロアの前記第１カム溝との接触部位を通る長さは、前記第２カムフォロアの前記第２カム溝内に位置する部分の光軸方向の長さのうち前記第２カムフォロアの前記第２カム溝との接触部位を通る長さと異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、温度上昇に伴う像面湾曲を防止して投射画像の劣化を防止することが可能なレンズユニットおよび投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態の液晶プロジェクタの外観斜視図である。
【図２】図１に示す液晶プロジェクタのレンズユニットの分解斜視図である。
【図３】図２に示すレンズユニットの第１鏡筒の斜視図である。
【図４】図２に示すレンズユニットにおいて、フォーカス環にカムフォロアが接触した状態を示す展開図である。
【図５】図２に示す第１鏡筒が付勢された状態を示す側面図と倒れた状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本実施形態のレンズユニット１００を備えた液晶プロジェクタ３００の外観斜視図である。液晶プロジェクタ３００は、図１に示す姿勢で机や天井に設置されることが多く、姿勢が固定される場合が多い。
【００１０】
液晶プロジェクタ３００は、光源からの光を変調し、被投射面に投射する投射型表示装置の一例である。液晶プロジェクタ３００の図１には不図示の液晶駆動回路には、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置が接続されている。画像供給装置から入力された画像（映像）情報に基づいて、レンズユニット１００によって画像をスクリーンなどの被投射面に焦点を合わせて拡大投射する。
【００１１】
より具体的には、液晶プロジェクタ３００は、筺体３０１内に不図示の光源、不図示の照明光学系、不図示の合成手段、投射光学系を収納するレンズユニット１００を有する。光源は、光を発し、超高圧水銀ランプ、ＬＥＤ、レーザー光源などを適用することができる。光源は発熱素子であり、光源からの光による熱はレンズユニット１００内の光学素子の光学特性の変更や保持部材の線膨張を生じさせ、像面倒れを引き起こす。このため、後述するように、液晶プロジェクタ３００は、光学素子およびその保持部材の温度変化による像面倒れを補正する補正手段を有する。
【００１２】
照明光学系は、光源からの光で光変調素子（液晶パネル）を照明する。光変調手段は各色成分の光（色光）を画像情報に応じて変調する。照明光学系は、光を複数の色成分に分光する色分離手段を含む。また、合成手段は、光変調された全ての色成分の光を合成する。レンズユニット１００が収納する投射光学系は、合成手段からの変調された光をスクリーン面（被投射面）に投射する。
【００１３】
図２は、結像光学系を収納するレンズユニット１００の分解斜視図である。
【００１４】
１０１は第１レンズ群（光学素子）を保持する第１鏡筒（保持部材）、１０２は第２レンズ群を保持する２群鏡筒、１０３は第３レンズ群を保持する第３鏡筒である。１０４は第４レンズ群を保持する第４鏡筒、１０５は第５レンズ群を保持する第５鏡筒、１０６は第６レンズ群を保持する第６鏡筒である。
【００１５】
１０７は鏡筒本体としての固定筒であり、固定筒１０７の光軸方向後端部（第６鏡筒側の端部）の位置には、光学ボックスにビス止めされるマウント部（フランジ部）が形成されている。１０８は固定筒１０７の内周のうちマウント部よりも前側（第１鏡筒側）の領域に配置され、光軸回りに回転する第１の回転環としてのカム環である。１１０は固定筒１０７の外周のうちマウント部よりも前側（第１鏡筒側）の領域に配置され、光軸回りで回転する第２の回転環としてのフォーカス環（カム環）である。
【００１６】
１１４は固定筒１０７の前側（第１鏡筒側）に取り付けられ、第１鏡筒１０１をスクリーン方向へ付勢する付勢手段（板ばね）である。１１５は第１鏡筒１０１にビスで取り付けられたカムフォロアであり、１０９は第２〜第５鏡筒１０２〜１０５にビスで取り付けられたカムフォロアである。第１鏡筒１０１は、フォーカス環１１０に形成されたカム溝１１０ａ、１１０ｂの端面に付勢手段１１４によって付勢される。第２〜５の鏡筒１０２〜１０５は、それぞれカム環１０８に形成されたカム溝部１０８Ａ〜Ｄに係合する。１１１はギア部を有し、固定筒１０７の外周のうちマウント部よりも前側（第１鏡筒側）の領域に配置され、固定筒１０７に設けた周溝１０７Ｂを介してカム環１０８と係合するズーム環である。
【００１７】
１１２はアクチュエータとしてのモータユニットであり、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータ等のモータ本体と、モータ本体の回転を減速して出力する減速ギアボックスを含む。モータユニット１１２はフォーカス駆動源およびズーム駆動源である。１１３はモータユニット１１２を保持する保持部材であり、モータユニット１１２はビスにより保持部材１１３に固定される。保持部材１１３はビスにより固定筒１０７に固定される。
【００１８】
第１レンズ群は光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズである。ここで、フォーカス駆動機構について説明する。第１鏡筒１０１の外周には周方向１２０°間隔で３つのカムフォロア１１５が取り付けられており、カムフォロア１１５は、固定筒１０７に光軸方向に延びるように形成された直進溝部１０７Ａに係合する。更に、フォーカス環１１０に形成されたカム溝１１０ａ、ｂの端面に付勢手段１１４によって付勢される。カム溝１１０ａ、ｂは、それぞれ、光学素子の光軸周りの回転量と光学素子の光軸方向の移動量の比が一定なカムである。
【００１９】
また、フォーカス環１１０は、固定筒１０７に対してバヨネット結合構造等によって光軸方向への移動が阻止された状態で光軸回りに回転可能となっている。フォーカス環１１０と噛み合ったモータユニット１１２を駆動すると、フォーカス環１１０が回転駆動される。フォーカス環１１０が回転すると、カム溝１１０ａ、１１０ｂとカムフォロア１１５との係合によって、第１鏡筒１０１が光軸方向に移動し、電動フォーカス駆動が行われる。
【００２０】
第６レンズ群はリレー系レンズであり、第６鏡筒１０６は固定筒１０７の後端部にスラスト方向からビスにより固定される。第２〜第５レンズ群は変倍レンズを構成する。第２鏡筒１０２，第３鏡筒１０３，第４鏡筒１０４および第５鏡筒１０５が光軸方向に移動することで、変倍（ズーム）が行われる。
【００２１】
ここで、ズーム駆動機構について説明する。第２鏡筒１０２，第３鏡筒１０３，第４鏡筒１０４および第５鏡筒１０５の外周における周方向１２０°毎の３箇所には、カムフォロア１０９が取り付けられている。カムフォロア１０９は、直進溝部１０７Ａに係合すると共に、カム環１０８に形成された第２〜５カム溝部１０８Ａ〜Ｄにも係合する。また、カム環１０８の端部（第１鏡筒側）と一体回転可能にズーム環１１１が係合している。カム環１０８は、固定筒１０７に対してバヨネット結合構造等によって光軸方向への移動が阻止された状態で光軸回りに回転可能となっている。
【００２２】
ズーム環１１１と噛み合ったモータユニット１１２を駆動すると、ズーム環１１１が回転駆動される。ズーム環１１１が回転すると、これと一体的にカム環１０８が固定筒１０７に対して光軸回りで定位置回転する。カム環１０８が回転すると、カム溝部１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｄとカムフォロア１０９との係合作用によって、第２〜５鏡筒１０２〜１０５が光軸方向に移動する。これにより、電動ズーム駆動が行われる。
【００２３】
図３は、第１鏡筒１０１の斜視図であり、Ｌ１は第１レンズ群（光学素子）である。第１鏡筒１０１には、３つのカムフォロア１１５が取り付けられているが、これらを１つのカムフォロア（第１カムフォロア）１１５Ａと２つのカムフォロア（第２カムフォロア）１１５Ｂとして区別する。なお、図１では、カムフォロア１１５は簡略的に示しており、両者は区別されていない。
【００２４】
図３に図２に示すフォーカス環１１０と付勢手段１１４を記載すると、図３のカムフォロア１１５Ａと１１５Ｂの左側（スクリーン側）にフォーカス環１１０が位置し、カムフォロア１１５Ａと１１５Ｂの右側（スクリーン側）に付勢手段１１４が位置する。この結果、付勢手段１１４は、カムフォロア１１５Ａをカム溝（第１カム溝）１１０ａの端面に押圧接触させ、カムフォロア１１５Ｂをカム溝（第２カム溝）１１０ｂの端面に押圧接触させる。
【００２５】
カムフォロア１１５Ａは、第１円筒部としての頭部１１６ａと第１円筒部１１６ａよりも径が小さい胴部１１６ｂからなる。カムフォロア１１５Ｂは頭部１１６ａよりも径が小さい第２円筒部からなり、本実施形態では第２円筒部１１６ｂと径が同じである。カムフォロア１１５Ｂは、円筒形状を有する。
【００２６】
カムフォロア１１５Ａの中心軸方向の長さはカムフォロア１１５Ｂの中心軸方向の長さと等しい。カムフォロア１１５Ａ、１１５Ｂは、各々に設けられた中空部に挿入された不図示のビスが第１鏡筒１０１のネジ穴に固定されることにより、第１鏡筒１０１に固定されている。また、カムフォロア１１５Ａ、１１５Ｂは同一の材料を用いている。
【００２７】
カムフォロア１１５Ａは、第１の円筒部１１６ａを介してフォーカス環１１０のカム溝の端面に接触し、カムフォロア１１５Ｂよりもフォーカス環１１０のカム溝の端面に接触する部位の径が大きい。
【００２８】
液晶プロジェクタ３００は、図１に示す姿勢で机に設置される場合には、投射光学系は上側（投射型表示装置３００が設置された場合の設置側とは反対側）に投射するシフト光学系である。このため、径が異なるカムフォロアは一番上側に配置されるカムフォロア１１５Ａである。液晶プロジェクタ３００が天井に天地逆に設置され、投射光学系が下側（投射型表示装置３００が設置された場合の設置側とは反対側）に投射するシフト光学系である場合、径が異なるカムフォロアは一番下側に配置されるカムフォロアである。
【００２９】
図４は、付勢部材１１４によって、フォーカス環１１０のカム溝１１０ａ、１１０ｂの端面にカムフォロア１１５Ａ、１１５Ｂが付勢された状態の展開図である。図４の上下方向ＯＡは光軸方向である。
【００３０】
フォーカス環１１０には、１２０°等分のカム溝１１０ａ、１１０ｂが設けられ、それぞれ端面カムとして機能する。端面カムは立体カムの一種で端面がカムとして機能するものである。カム溝１１０ａにはカムフォロア１１５Ａの第１円筒部１１６ａがカムフォロア１１５Ｂとの径差分カム溝１１０ｂよりも光軸方向に突出している。
【００３１】
即ち、図４における一点鎖線Ｕは、フォーカス環１１０のカムフォロア１１５側の端面位置を表し、一点鎖線上には各カムフォロア１１５の中心が位置している。図４では、一点鎖線Ｕよりも上側に位置するカムフォロア１１５の部分はカム溝内に突出している部分である。なお、像面倒れの補正手段が固定レンズに適用される場合には、カムフォロアの形状は必ずしも円筒形状でなくてもよい。
【００３２】
図４では、一点鎖線Ｕからカム溝１１０ａ内に突出する（即ち、カム溝１１０ａ内に位置する）カムフォロア１１５Ａの部分の光軸方向の長さのうちカムフォロア１１５Ａのカム溝１１０ａとの接触部位１１７ａを通る長さはＤ１である。長さＤ１は、図４では、接触部位１１７ａから中心１１５Ａ１までの光軸方向ＯＡに沿った長さであるが、必ずしも中心１１５Ａ１までの長さでなくてもよい。また、カムフォロア１１５Ｂのカム溝１１０ｂとの接触部位１１７ｂを含み、一点鎖線Ｕからカム溝１１０ｂ内に突出する（即ち、カム溝１１０ｂ内に位置する）カムフォロア１１５Ｂの部分の光軸方向の長さはＤ２である。長さＤ２は、接触部位１１７ｂから中心１１５Ｂ１までの光軸方向ＯＡに沿った長さであるが、必ずしも中心１１５Ｂ１までの長さでなくてもよい。そして、Ｄ１とＤ２は異なっている。
【００３３】
図５（ａ）は、フォーカス環１１０のカム溝１１０ａ、１１０ｂにカムフォロア１１５Ａ、１１５Ｂが付勢された状態を示す側面図である。レンズユニット１００の温度が上昇すると、カムフォロア１１５Ａの径Ａ（≒２Ｄ１）と１１５Ｂの径Ｂ（≒２Ｄ２）には径差があるために線膨張によって伸びる量が異なる。カムフォロア１１５Ａが線膨張によって伸びる量α、カムフォロア１１５Ｂの径Ｂが線膨張によって伸びる量をβとすると、Ａ＞Ｂであるため、α＞βが成立する。この結果、図５（ｂ）に示すように、温度上昇に伴って第１鏡筒１０１は２つのカムフォロア１１５Ｂとフォーカス環１１０のカム溝１１０ｂのそれぞれの交点を通る図３に示す直線Ｋを軸に倒れる。
【００３４】
従来のレンズユニットにおいては、フォーカス環１１０と接触するカムフォロアの径はΦ５．０ｍｍ程度であり、また、カムフォロアには一般にポリアセタール樹脂（線膨張係数：線膨張係数が０．０００１２）が用いられる。この構成において、カムフォロア１１５Ａとカムフォロア１１５Ｂに５．０ｍｍの径差を持たせ、環境温度が２０℃上昇すると第１鏡筒１０１は約１分（１′）（＝約１／６０度）だけ倒れる。この結果、第１鏡筒１０１の倒れによって投射画像の像面倒れを補正することができ、温度上昇が生じても、常に画面全域で画像劣化の生じないレンズユニットが提供できるようになる。
【００３５】
本実施形態では、第１鏡筒１０１が倒れる構成としたが、倒れる群は光学設計および構成に合わせて選択可能である。
【００３６】
図５（ｂ）では、第１鏡筒１０１は右側に倒れているが、像面湾曲が出る方向は光学系に依存するので、図５（ｂ）の左側に第１鏡筒１０１を倒した方が像面湾曲の補正効果が大きくなる場合がある。この場合は、カムフォロア１１５Ａと１１５Ｂを交換すればよく、２つのカムフォロア１１５Ｂと一つのカムフォロア１１５Ａになる。結局、複数のカムフォロアうちの第１カムフォロアと第２カムフォロアの径が異なれば足りる。第１カムフォロアの中心軸に垂直な断面において第１カムフォロアの中心軸からフォーカス環に接触する位置までの距離はＡ／２である。また、第２カムフォロアの中心軸に垂直な断面において第２カムフォロアの中心軸からフォーカス環に接触する位置までの距離はＢ／２である。そして、Ａ／２とＢ／２が異なれば足りる。
【００３７】
第１カムフォロアの径を第２カムフォロアの径と同じにして両者の線膨張係数を異ならせた場合にも理論上同一の効果が得られる。しかしながら、実際には、環境温度が２０℃上昇した場合に焦点深度内において像面湾曲が補正される像面倒れは、本実施形態にあるように、１分程度である。加工性と経済性に優れた樹脂の中でカムフォロア１１５Ａと１１５Ｂに異なる種類の材料を割り当てようとするには異なる樹脂材料の線膨張係数の差が小さ過ぎて像面補正効果が得にくい（１分程度の像面倒れを出しにくい）。これに対して、カムフォロア１１５Ａと１１５Ｂの一方を樹脂以外の材料から選択すると線膨張係数の差が大き過ぎて反対側への像面倒れを生じるおそれがある。このため、本実施形態のように、第１カムフォロアと第２カムフォロアの径を異ならせることが好ましい。
【００３８】
また、チルトレンズと、チルトレンズを保持する保持部材を光軸方向に関して傾斜する傾斜手段と、を設け、傾斜手段の駆動手段として独立したモータを設けると共に、制御手段によってモータを駆動制御することも考えられる。しかしながら、傾斜手段や駆動手段を別個に設けると液晶プロジェクタ３００は大型になってコストもアップするため、本実施形態のような簡易な構成は小型化とコストダウンの観点から好ましい。
【００３９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、レンズユニットは照明光学系に適用され、光学素子はレンズだけでなくミラーでもよい。また、光学素子は光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズではなく、光軸方向に移動して焦点距離を変更するズームレンズでもよいし、光軸方向の位置が固定されている固定レンズでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、液晶プロジェクタ等の投射型表示装置とそれに使用されるレンズユニットに適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１００…レンズユニット、１０１…第１鏡筒（保持部材）、１１０…フォーカス環（カム環）、１１０ａ…第１カム溝、１１０ｂ…第２カム溝、１１５Ａ…第１カムフォロア、１１５Ｂ…第２カムフォロア、Ｌ１…第１レンズ群（光学素子）
【図１】
2015075735.tif 000003
【図２】
2015075735.tif 000004
【図３】
2015075735.tif 000005
【図４】
2015075735.tif 000006
【図５】
2015075735.tif 000007