(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学機能部に複数のセルを有するフライアイレンズをハウジング内において位置決めするフライアイレンズの位置決め構造であって、
前記フライアイレンズは、外縁に第一位置決め部、第二位置決め部及び第三位置決め部を有し、
前記第一位置決め部及び第二位置決め部が前記フライアイレンズの熱膨張中心を通る第一基準線により分割される領域の一方に形成され、かつ、前記第一位置決め部及び第二位置決め部のそれぞれの側端部が前記第一基準線上に位置し、
前記第三位置決め部の側端部が前記第一基準線に交差し前記熱膨張中心を通る第二基準線上に位置し、
前記ハウジングは、前記ハウジング内に突出する第一凸部、第二凸部及び第三凸部を有し、
前記第一位置決め部の側端部は、前記第一凸部に当接するように押圧され、
前記第二位置決め部の側端部は、前記第二凸部に当接するように押圧され、
前記第三位置決め部の側端部は、前記第三凸部に当接するように押圧されること、
を特徴とするフライアイレンズの位置決め構造。
【請求項２】
前記第一位置決め部、第二位置決め部及び第三位置決め部が外縁から突出する凸部であること、
を特徴とする請求項１に記載のフライアイレンズの位置決め構造。
【請求項３】
前記第一位置決め部、第二位置決め部及び第三位置決め部が外縁を窪ませた凹部であること、
を特徴とする請求項１に記載のフライアイレンズの位置決め構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクター等の光学系に用いられるプラスチック製のフライアイレンズの位置決め構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フライアイレンズとして、図５に示すように、液晶プロジェクタの光学系に用いられるものであって、ハウジングＡ内に２枚組で用いられるフライアイレンズＢ，Ｃが知られている。これらのフライアイレンズＢ，Ｃは、それぞれ複数のセルＥB及びセルＥCを有しており、これらのセルＥB、ＥCの光学機能により光源の目標物への光照射を均一にするものである。
【０００３】
フライアイレンズＢ、Ｃは、ハウジングＡ内にはめ込まれており、ハウジングＡの内周面に突起する突起部Ｆに外縁部を当接させた状態でハウジングＡを貫通する止め具Ｈにより固定され、それぞれレンズ面をこの光学系の光軸Ｚに直交するように位置決めされている。この状態でランプＤが発光すると、その光は、フライアイレンズＢのセルＥBごとに集光され、次いでこれらセルＥBごとに一対一で対応するフライアイレンズＣのセルＥCごとに受光されて拡大され、均一な光として目標の光学系Ｇに照射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の光学系においては、ランプＤの照射により光学系内が１５０゜Ｃ以上の高温状態となるため、ハウジングＡ及びフライアイレンズＢ、Ｃの熱膨張により、所望の光学性能が得られないという問題点がある。
【０００５】
例えば、ハウジングＡの熱膨張係数がフライアイレンズＢ、Ｃの熱膨張係数より大きい場合には、ハウジングＡがフライアイレンズＢ、Ｃに対し大きくなるため、ハウジングＡの内壁とフライアイレンズＢ、Ｃの外縁に隙間が生じ、フライアイレンズＢ、Ｃの中心が光軸Ｚからズレてしまう。この場合、二枚のフライアイレンズＢ、Ｃの中心同士のズレも生ずるため、光学性能が大きく低下するおそれがある。
【０００６】
一方、ハウジングＡの熱膨張係数がフライアイレンズＢ、Ｃの熱膨張係数より小さい場合には、フライアイレンズＢ、ＣがハウジングＡに対し大きくなるため、フライアイレンズＢ、ＣがハウジングＡの内壁を押圧して膨張しようとする。このため、フライアイレンズＢ、Ｃに歪みが生ずるおそれがあり、これにより光学性能が低下するおそれがある。
【０００７】
このような不具合の対策として、図６に示すように、ランプＤとフライアイレンズＢとの間に、反射防止膜をコーティングしたガラス板Ｉを断熱部材として介在させることが考えられる。しかしながら、ランプＤの熱は、ハウジングＡなどを通じて伝導するため、ハウジングＡ、フライアイレンズＢ、Ｃの熱膨張を有効に防止することはできない。
【０００８】
そこで、本発明は、以上の問題を鑑みてなされたものであり、熱膨張が生じても所望の光学性能を得ることができるフライアイレンズの位置決め構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係るフライアイレンズの位置決め構造は、光学機能部に複数のセルを有するフライアイレンズをハウジング内において位置決めするフライアイレンズの位置決め構造であって、フライアイレンズは、外縁に第一位置決め部、第二位置決め部及び第三位置決め部を有し、これら第一位置決め部及び第二位置決め部が、フライアイレンズの熱膨張中心を通る第一基準線により分割される領域の一方に形成され、かつこれらの第一位置決め部及び第二位置決め部のそれぞれの端部が、上記第一基準線上に位置し、上記第三位置決め部の端部が、第一基準線に交差しフライアイレンズの熱膨張中心を通る第二基準線上に位置し、ハウジングは、ハウジング内に突出する第一凸部、第二凸部及び第三凸部を有し、第一位置決め部の側端部は、第一凸部に当接するように押圧され、第二位置決め部の側端部は、第二凸部に当接するように押圧され、第三位置決め部の側端部は、第三凸部に当接するように押圧されることを特徴とする。
【００１０】
この発明に係るフライアイレンズの位置決め構造よれば、第一位置決め部、第二位置決め部及び第三位置決め部の端部を用いて、ハウジング内において光学系に対し位置決めすることにより、フライアイレンズが熱膨張したときでも、その第一位置決め部及び第二位置決め部の端部を第一基準線上に位置させ、第三位置決め部の端部を第二基準線上に位置させておくことが可能である。このため、フライアイレンズの熱膨張により、フライアイレンズの熱膨張中心が光学系に対して移動することが防止でき、フライアイレンズの移動に起因する光学機能の低下が防止できる。
【００１１】
また、本発明のフライアイレンズの位置決め構造は、上述の第一位置決め部、第二位置決め部及び第三位置決め部が、フライアイレンズの外縁から突出する凸部であることを特徴としてもよく、もしくは外縁を窪ませた凹部であることを特徴としてもよい。このように、それぞれの位置決め部を形成すれば、上述の作用効果に加えて、光学系内の熱を逃す隙間を確保し易くなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付することとする。
【００１３】
図１は本発明に係るフライアイレンズの好適な実施形態を斜視図で示している。
【００１４】
図示の通り、本実施形態のフライアイレンズ１０は矩形の板体であり、樹脂により形成されている。このフライアイレンズ１０の一方の表面には光学機能部２０が中央に設けられており、この光学機能部２０の周辺にはコバ部３０が形成されている。また、光学機能部２０には、複数のセル２１が形成されている。このセル２１は、光学的に凸レンズとして機能するものであり、格子状に配置されている。
【００１５】
フライアイレンズ１０の外縁には、その外縁から突出する角柱状の凸部である第一位置決め部４０、第二位置決め部５０及び第三位置決め部６０が設けられている。
【００１６】
図２は、図１に示すフライアイレンズ１０の第一位置決め部４０と、第二位置決め部５０及び第三位置決め部６０の配置を説明するための正面図である。
【００１７】
フライアイレンズ１０の矩形外縁の一辺には第一位置決め部４０が配設されており、この対辺には第一位置決め部４０に対向するように第二位置決め部５０が配設されている。また、第一位置決め部４０及び第二位置決め部５０が配設されない残りの外縁の一辺には、第三位置決め部６０が配設されている。
【００１８】
各位置決め部４０〜６０の詳細を説明すると、第一位置決め部４０及び第二位置決め部５０は、フライアイレンズ１０の面上において熱膨張中心Ｏを通る第一基準線Ｘにより分割される領域の一方に形成されている。また、第一位置決め部４０及び第二位置決め部５０のそれぞれの側端部は、第一基準線Ｘ上に位置している。ここで、「熱膨張中心」とは、フライアイレンズ１０が熱膨張するときの中心となる位置である。熱膨張中心Ｏとフライアイレンズ１０の幾何学的重心と一致するように、フライアイレンズ１０を構成することが望ましい。また、第一基準線Ｘはフライアイレンズ１０の熱膨張中心Ｏを通る直線である。
【００１９】
第三位置決め部６０の端部は、第一基準線Ｘに直交し熱膨張中心Ｏを通る第二基準線Ｙ上に位置している。これらによれば、フライアイレンズ１０の熱膨張が起こっても、第一位置決め部４０及び第二位置決め部５０によって熱膨張中心Ｏの第二基準線Ｙの方向に対するずれが防止されることになる。さらに、第三位置決め部６０によって熱膨張中心Ｏの第一基準線Ｘ方向に対するずれが防止されることになる。
【００２０】
なお、このフライアイレンズ１０は、プラスチック材料を射出成形あるいはプレス成形等により精度良く作成することができる。
【００２１】
図３は、図１のフライアイレンズ１０をハウジングＡ内に配設した場合の具体的構成を断面図で示したものである。
【００２２】
図示の通り、ハウジングＡ内には空洞部ａが形成されている。空洞部ａは、フライアイレンズ１０などの光学部品を配置するための空間であり、例えば断面矩形状となっている。空洞部ａの側面４５には凸部４１が突出している。一方、側面４５に対向する側面５５には凸部５１が凸部４１に対向するように突出している。
【００２３】
これらの凸部４１と凸部５１はそれぞれの上方側端部にフライアイレンズ１０の第一位置決め部４０と第二位置決め部５０とを当接するための当接部材として機能する。また、床面６５には凸部６１が突出している。この凸部６１は、その側端部にフライアイレンズ１０の第三位置決め部６０の側端部を当接するための当接部材として機能する。
【００２４】
このようなハウジングＡに対して、フライアイレンズ１０の第一基準線Ｘは、第一位置決め部４０及び凸部４１の当接面と第二位置決め部５０及び凸部５１の当接面とによって位置決めされる。また、フライアイレンズ１０の第二基準線Ｙは、第三位置決め部６０及び凸部６１の当接面によって位置決めされる。これにより、ハウジングＡに対して、フライアイレンズ１０の熱膨張中心Ｏの位置が決められる。
【００２５】
さらに、凸部４１，５１，６１の位置を適宜調節することによって、光学系の光軸Ｚ（図示せず）とフライアイレンズ１０の熱膨張中心Ｏの相対的位置も必要に応じて容易に決定することができ、光学系の光軸Ｚ（図示せず）とフライアイレンズ１０の熱膨張中心Ｏを一致させることもできる。
【００２６】
また、側面４５における凸部４１の上方には凸部４２が突出しており、この凸部４２の下方側端部にはスプリング４３が設けられている。このスプリング４３は、凸部４１に当接されているフライアイレンズ１０の第一位置決め部４０を上方から押圧して当接状態を保持するためのものである。同様に、側面５５における凸部５１の上方には凸部５２が突出しており、この凸部５２の下方側端部にはスプリング５３が設けられている。このスプリング５３は、凸部５１に当接されているフライアイレンズ１０の第二位置決め部５０を上方から押圧して当接状態を保持するためのものである。
【００２７】
また、床面６５における凸部６１のフライアイレンズ１０の第三位置決め部６０を挟んだ反対側には凸部６２が突出しており、この凸部６２の第三位置決め部６０側の側端部にはスプリング６３が設けられている。このスプリング６３は、凸部６１に当接されているフライアイレンズ１０の第三位置決め部６０を側方から押圧して当接状態を保持するためのものである。
【００２８】
なお、フライアイレンズ１０の各位置決め部及びハウジングＡの各凸部の大きさは、それぞれの熱膨張率の違いを考慮して設定されており、図示のように各位置決め部の先端部とこれらに対向する空洞部ａの各側面の間及び各凸部の先端部とこれらに対向するフライアイレンズ１０の外縁との間には予め所定の空隙が設けられている。
【００２９】
図３に示す状態において、ハウジングＡ内が高温状態となってフライアイレンズ１０が熱膨張中心Ｏを中心として熱膨張しても、第一位置決め部４０が凸部４１に押圧されて支持され第二位置決め部５０が凸部５１に押圧されて支持されているため、第一位置決め部４０及び第二位置決め部５０の第一基準線Ｘ方向への移動を許容しつつフライアイレンズ１０の支持が可能となっている。
【００３０】
また、第三位置決め部６０が凸部６１に押圧されて支持されているため、第三位置決め部６０の第二基準線Ｙ方向への移動を許容しつつフライアイレンズ１０の支持が可能となっている。
【００３１】
更に、第一位置決め部４０、第二位置決め部５０及び第三位置決め部６０の先端とハウジングＡの内壁との間には間隙が形成されており、凸部４１、５１及び６１の先端とフライアイレンズ１０の外縁と間には間隙が設けられているため、両者の接触によりフライアイレンズ１０が変形する等の問題も防止される。
【００３２】
図３に示す状態において、ハウジングＡ内が高温状態となってフライアイレンズ１０が熱膨張中心Ｏを中心として熱膨張しても、フライアイレンズ１０の第一位置決め部４０と凸部４１及び第二位置決め部５０と凸部５１により決められる第一基準線Ｘが第二基準線Ｙ方向へ移動しないため、フライアイレンズ１０の熱膨張中心ＯがハウジングＡ内で第二基準線Ｙ方向へずれることを防止できる。
【００３３】
一方、フライアイレンズ１０の第三位置決め部６０と凸部６１により決められる第二基準線Ｙが第一基準線Ｘ方向へ移動しないため、フライアイレンズ１０の熱膨張中心ＯがハウジングＡ内で第一基準線Ｘ方向へずれることを防止できる。
【００３４】
従って、ハウジングＡ内が高温状態となってフライアイレンズ１０が熱膨張中心Ｏを中心として熱膨張しても、フライアイレンズ１０の熱膨張中心ＯがハウジングＡに対し移動することが防止される。さらに、この熱膨張中心Ｏと光学系の光軸Ｚを予め合わせておけば熱膨張が生じるような条件下でも両者のずれの発生を防止することができる。
【００３５】
なお、フライアイレンズ１０とハウジングＡのそれぞれの突出部の構成により、図示のように両者の間には従来には無い大きな隙間を確保することが可能で、これを良好な放熱パスとして使用できる。このフライアイレンズ１０とハウジングＡの組み合わせによる構成自体が有する良好な放熱機能も合わせて寄与することにより、熱膨張による光学機能の低下を防ぐことができる。
【００３６】
次に、図３に基づいてフライアイレンズ１０を液晶プロジェクター等の光学系に用いる際の使用方法について説明する。
【００３７】
フライアイレンズ１０を配設するハウジングＡとしては、二枚のフライアイレンズ１０、１０の位置決めのための凸部４１，４２，５１，５２，６１，６２がハウジングＡの中心とこの光学系の光軸Ｚ（図示せず）が一致するように形成したものを用いる。そして、それぞれのフライアイレンズ１０、１０の熱膨張中心Ｏと光学系の光軸Ｚとが一致するようにフライアイレンズ１０、１０を配置する。また、それらのフライアイレンズ１０は、所望の光学性能を発揮することができるように所定の間隔をおいて配置する。
【００３８】
そして、各フライアイレンズ１０、１０について、第一位置決め部４０を凸部４１にスプリング４３により押圧し、第二位置決め部５０を凸部５１にスプリング５３により押圧し、第三位置決め部６０を凸部６１にスプリング６３により押圧する。これにより、各フライアイレンズ１０、１０が第一基準線Ｘ及び第二基準線Ｙを基準として位置決めされる。
【００３９】
このような状態において、一方のフライアイレンズ１０の近傍に配置されるランプ（図示なし）を発光させると、その光がフライアイレンズ１０、１０を透過して伝搬していく。このとき、ランプの放出熱によりハウジングＡ及び２枚のフライアイレンズ１０、１０が熱膨張する。
【００４０】
しかし、上述のようにハウジングＡ内に位置決めされた２枚のフライアイレンズ１０、１０は、各位置決め部の当接状態を保持しつつその熱膨張中心Ｏの位置が不動であると共に、熱膨張中心Ｏを中心に熱膨張する。従って、光学系の光軸方向から見て１枚目のフライアイレンズ１０上の複数のセルと、そのセル毎に光学的にペアとなる２枚目のフライアイレンズ１０上の複数のセルの相対的位置は熱膨張が生じても不変となる。
【００４１】
すなわち、ペアとなる１枚目のフライアイレンズ１０上のセルと２枚目のフライアイレンズ１０上のセルのそれぞれのセルの光軸同士が軸合わせされた状態で一致したまま保持されるので、均一な照射を理想的に連続して行うことができる。また、この熱膨張中心と光学系の光軸Ｚを予め合わせておけば、光軸Ｚに対しても２枚のフライアイレンズ上のセル全ての相対的位置を保持することができ、より厳密な光学系の構成条件を要求される応用に対しても使用することができる。
【００４２】
図４はフライアイレンズの別の具体的構成を斜視図で示しめしたものである。
【００４３】
図４のフライアイレンズ１０ａは、上述のフライアイレンズ１０の各位置決め部が外縁からと突出する凸部であるのに対し、その各位置決め部を外縁より窪む凹部としたものである。このようなフライアイレンズ１０ａであっても、第一位置決め部４０、第二位置決め部５０及び第三位置決め部６０により位置決めすることにより、熱膨張時に熱膨張中心Ｏの位置が不動となり所望の光学性能を発揮することが可能である。
【００４４】
なお、熱膨張中心Ｏは、フライアイレンズ１０、１０ａの幾何学的重心に限らず、第一位置決め部４０、第二位置決め部５０及び第三位置決め部６０により決められる第一基準線Ｘと第二基準線Ｙの直交する任意の点であっても良い。この場合であっても、光学系に配設されるフライアイレンズ１０、１０ａが熱膨張しても、その熱膨張中心Ｏが光学系に対し移動しないため、所望の光学性能を得ることが可能である。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明のフライアイレンズは、液晶プロジェクターに限らず、他の光学系に用いてもよい。
【００４６】
また、上述したフライアイレンズにおいては、第一基準線Ｘと第二基準線Ｙとが直交するものであるが、本発明に係るフライアイレンズは第一基準線Ｘと第二基準線Ｙとが交差するものであれば直交しないものであってもよい。この場合であっても、上述したフライアイレンズ１０、１０ａと同様な作用効果が得られる。即ち、フライアイレンズが熱膨張したときに第一基準線上における第二基準線方向への移動が防止され第二基準線上における第一基準線方向への移動が防止されるため、第一基準線と第二基準線が交差する熱膨張中心の移動が確実に防止できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第一位置決め部、第二位置決め部及び第三位置決め部の端部を用いて光学系に対し位置決めすることにより、フライアイレンズが熱膨張したときでも、その第一位置決め部及び第二位置決め部の端部を第一基準線上に位置させ、第三位置決め部の端部を第二基準線上に位置させておくことが可能である。このため、フライアイレンズの熱膨張により、フライアイレンズの熱膨張中心が光学系に対して移動することを防止でき、フライアイレンズの移動に起因する光学機能の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るフライアイレンズの斜視図である。
【図２】図１のフライアイレンズの正面図である。
【図３】図１のフライアイレンズの光学系内での具体的構成を示す正面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るフライアイレンズの斜視図である。
【図５】従来のフライアイレンズを用いた光学系の基本構成を示す端面図である。
【図６】従来のフライアイレンズを用いた光学系の基本構成を示す端面図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ…フライアイレンズ、２０…光学機能部、２１…セル、３０…コバ部、４０…第一位置決め部、４１，４２…凸部、４３…スプリング、４５…側面、５０…第二位置決め部、５１，５２…凸部、５３…スプリング、５５…側面、６０…第三位置決め部、６１，６２…凸部、６３…スプリング、６５…側面、Ａ…ハウジング、ａ…空洞部、Ｏ…膨張中心、Ｘ…第一基準線、Ｙ…第二基準線。
【図１】
0003967851.tif 000002
【図２】
0003967851.tif 000003
【図３】
0003967851.tif 000004
【図４】
0003967851.tif 000005
【図５】
0003967851.tif 000006
【図６】
0003967851.tif 000007