JP7739979B2 - 保持部材および画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、保持部材および画像投影装置に関する。

従来、パソコンやビデオカメラ等からの画像データをもとに画像形成部において生成した投影用の画像を、スクリーンなどの被投射面に投射して表示するプロジェクタと称されている画像投影装置が知られている。

近年、画像投影装置における光源以降の照明光学系を構成する光学部品の多くは、光路を折り畳むことでコンパクトになるように、ハウジング内に複雑に配置される。そのため、画像投影装置の内部においては、光学部品を高精度に保持することが必要となっている。

例えば、特許文献１では、光学部品の一つであるミラーを高精度で保持する目的で、Ｌ字形状のホルダに対して板バネで押し付ける技術が開示されている。

特許文献１に開示の技術によれば、光学部品を保持するための保持部材が、光学部品の光が入射される箇所の周辺に多く存在する。そのため、保持部材が他の光学部品と干渉したり、保持部材が光線を蹴ってしまったりする恐れがある、という課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複雑な光学系配置においても光線ケラレや他部品との干渉することなく、高精度に光学部品を保持することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、板状の光学部品を保持するものであって、当該光学部品における光源からの光が照射される照射面とは反対側の面の一方の端部を保持するホルダと、少なくとも２面を有し、一の面によって前記ホルダに保持された前記光学部品の一方の端部を押圧し、他の面によって前記照射面と平行な方向への前記光学部品の移動を規制する板バネと、を備え、前記ホルダは、前記板バネの前記他の面と接する面に、前記板バネを固定するための第１の固定部材と、前記板バネと接しない面であって前記第１の固定部材が備えられる面とは異なる面に、ベース部材に対して位置決めするための位置決め部材と、を備え、前記位置決め部材は、複数設けられ、前記ホルダに保持される前記光学部品の長手方向に沿って並んで配置される、ことを特徴とする。

本発明によれば、複雑な光学系配置においても光線ケラレや他部品との干渉することなく、高精度に板状の光学部品を保持することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかるプロジェクタの構成を示す図である。 図２は、第１反射ミラーの保持構造の一例を示す図である。 図３－１は、第１反射ミラーを保持するミラー保持部を概略的に示す斜視図である。 図３－２は、ミラー保持部を概略的に示す正面図である。 図３－３は、ミラー保持部の分解斜視図である。 図４－１は、板バネを概略的な構成を示す図である。 図４－２は、板バネを概略的な構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、保持部材および画像投影装置の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態は、画像投影装置としてスクリーン等に画像を投影するプロジェクタを適用した例について説明する。

（プロジェクタの構成）
図１は、実施の形態にかかるプロジェクタ１００の構成を示す図である。図１に示すプロジェクタ１００は、照明装置１１０、ライトトンネル１２１、レンズ群１２２、ミラー群１２３（第１反射ミラー１２３ａ及び第２反射ミラー１２３ｂ）、画像形成素子１２４及び投射光学部１２５を有している。

照明装置１１０は、光源１１１、集光レンズ１１２、波長選択偏光分離素子（ハーフミラー）１１３、１／４波長板１１４、レンズ群１１５、カラーホイール１１６、レンズ群１１７及び蛍光体ホイール１１８を有している。照明装置１１０は、青色光と、赤色光と、緑色光とを、ライトトンネル１２１に向けて、同一方向に（同一の射出光路で）時分割で順次に射出する。

照明装置１１０において、光源１１１は、第１の直線偏光成分を有する第１の光を射出する。一例ではあるが、光源１１１は、Ｐ偏光成分を有する（Ｐ波である）波長λＢの青色レーザ光を射出するレーザダイオードを用いることができる。

なお、光源１１１として青色光を発する発光ダイオード（Light Emitting Diode）又は有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子を用いてもよいし、これらを複合した光源を用いてもよい。或いは、紫外域の波長領域の光を射出するレーザダイオード、発光ダイオード、有機ＥＬ素子等を用いてもよいし、これらを複合した光源を用いてもよい。

光源１１１から出射される青色レーザ光は、集光レンズ１１２を介して略平行光束として波長選択偏光分離素子１１３に入射される。波長選択偏光分離素子１１３は、角度調整機構により、傾斜角度及び左右の回転位置が調整されている。波長選択偏光分離素子１１３は、光源１１１の波長λＢのＰ波及びＳ波のうち、Ｐ波を透過させ、Ｓ波を反射する。

波長選択偏光分離素子１３に入射したＰ波の青色レーザ光は、波長選択偏光分離素子１１３を透過し、直線偏光の光を円偏光の光に変換し、また、円偏光の光を直線偏光の光に変換する１／４波長板１１４に導光される。１／４波長板１１４は、Ｐ波の青色レーザ光を、円偏光の青色レーザ光に変換し、レンズ群１１５を介してカラーホイール１１６に照射する。

カラーホイール１１６は、円板状の部材が複数の扇状の領域（セグメント）に分割された構成を有している。具体的には、カラーホイール１１６は、赤色（Ｒ）の領域、緑色（Ｇ）の領域及び透明の透過領域の、計３つの扇状の領域（セグメント）に分割されている。

カラーホイール１１６の軸心には、カラーホイール１１６を回転させるステッピングモータ等の駆動部１１６ｍが設けられている。カラーホイール１１６が駆動部１１６ｍの駆動により所定のタイミングで回転することで、レンズ群１１５からの光の入射位置が、赤色（Ｒ）領域、緑色（Ｇ）領域及び透過領域の、何れかの領域（セグメント）に切替わる。

すなわち、レンズ群１１５により集光された光の波長、及び、レンズ群１１５からの光の入射位置に、選択的に配置された領域（セグメント）により、カラーホイール１１６に入射された光が、カラーホイール１１６を透過するか、又は、カラーホイール１１６で反射されるかが決定される。

レンズ群１１５からの光の入射位置に透過領域が配置されたタイミングでは、カラーホイール１１６に入射した青色レーザ光は、カラーホイール１１６を透過して青色の照明光となり、ライトトンネル１２１に入射する。カラーホイール１１６を透過する青色の照明光は円偏光の光であるため、スクリーン等に現れるスペックルを低減することができる。

一方、レンズ群１１５からの光の入射位置に赤色（Ｒ）の領域又は緑色（Ｇ）の領域が配置されたタイミングでは、カラーホイール１１６に入射した青色レーザ光は、カラーホイール１１６により反射される。そして、カラーホイール１１６により反射された青色レーザ光は、レンズ群１１５を経由して１／４波長板１１４に入射する。１／４波長板１４に入射した光は、円偏光の光からＳ波の光に変換され、波長選択偏光分離素子１１３に入射する。なお、Ｓ偏光成分は、Ｐ偏光成分と直交する成分である。

波長選択偏光分離素子１１３に入射したＳ波の青色レーザ光は、波長選択偏光分離素子１３で反射され、レンズ群１１７を経由して蛍光体ホイール１１８に入射する。すなわち、波長選択偏光分離素子１１３は、Ｓ波（Ｓ偏光）の光を蛍光体ホイール１１８に導光する。

レンズ群１１７は、例えば両凸レンズや平凸レンズ等を適宜組み合わせて構成されており、略平行光束を蛍光体ホイール１８にスポット状に集光させる機能と、蛍光体ホイール１８からの発散光を集光して略平行光束に変換する機能とを有する。

蛍光体ホイール１１８は、円板状の部材に、黄色蛍光体を平板の回転方向に沿って配置して形成されている。黄色蛍光体は、青色レーザ光を励起光として、青色レーザ光よりも長波長の黄色の蛍光を形成する。蛍光体ホイール１１８の軸心には、蛍光体ホイール１１８を回転させるステッピングモータ等の駆動部１１８ｍが設けられている。

蛍光体ホイール１１８の黄色蛍光体１８１は、入射した青色レーザ光を励起光として、青色レーザ光よりも長波長の黄色の蛍光を形成する。黄色の蛍光は、レンズ群１１７を介して、波長選択偏光分離素子１１３に入射する。黄色の蛍光は、例えば５００ｎｍ以上の波長であるため、波長選択偏光分離素子１１３で反射され、１／４波長板１１４及びレンズ群１５を介してカラーホイール１１６に入射する。

カラーホイール１１６に入射した黄色の蛍光は、赤色（Ｒ）の領域又は緑色（Ｇ）の領域により、赤色の照明光又は緑色の照明光に変換され、ライトトンネル１２１に入射する。各照明光は、ライトトンネル１２１により照度分布が均一化され、レンズ群１２２を介してミラー群１２３（第１反射ミラー１２３ａ及び第２反射ミラー１２３ｂ）で反射されて画像形成素子１２４に照射される。

画像形成素子１２４は、各照明光を、画素毎に階調制御することでカラー投影画像を形成する。画像形成素子１２４としては、例えば、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）を用いることができる。ＤＭＤでは、画素単位のマイクロミラーを有し、各マイクロミラーが異なる２つの角度の何れかの状態を維持することができる。

すなわち、ＤＭＤの各マイクロミラーは、各照明光を投射光学部１２５へ向けて反射する角度（ＯＮ状態）と、各照明光を内部の吸収体へ向けて反射して外部に射出させない角度（ＯＦＦ状態）との何れかの状態となる。これにより、表示する画素毎に投影する光を制御することができる。また、ＤＭＤでは、パルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）により各マイクロミラーのＯＮ状態の時間比率を調整することで、表示する画素毎における階調表現を行うことができる。

なお、画像形成素子１２４はＤＭＤには限定されず、照明装置１０からの各照明光を利用してカラー投影画像を形成できる素子であれば、例えば、液晶等を用いてもよい。

赤色、緑色、及び青色の各照明光は、画像を生成するタイミングで、時分割で画像形成素子１２４に照射され、画像形成素子１２４で表示画素毎に階調制御された後、投射光学部１２５を介してスクリーン等に投射される。そして、目の残像現象により、スクリーン等を介してカラー画像が視認される。

次に、第１反射ミラー１２３ａの保持構造について説明する。

ここで、図２は第１反射ミラー１２３ａの保持構造の一例を示す図である。図２に示すように、第１反射ミラー１２３ａは、矩形板状の光学部品である。図２に示すように、光源１１１からの光が照射される第１反射ミラー１２３ａは、保持部材として機能するミラー保持部１５０によって保持されている。

次に、ミラー保持部１５０について説明する。

ここで、図３－１は第１反射ミラー１２３ａを保持するミラー保持部１５０を概略的に示す斜視図、図３－２はミラー保持部１５０を概略的に示す正面図、図３－３はミラー保持部１５０の分解斜視図である。図３－１ないし図３－３に示すように、ミラー保持部１５０は、ホルダ１５１と、板バネ１５２と、を備える。ホルダ１５１は、光源１１１からの光が照射される矩形板状の第１反射ミラー１２３ａを保持する。板バネ１５２は、ホルダ１５１に第１反射ミラー１２３ａを押圧して固定する。

ホルダ１５１は、凹部１５１ａを有している。ホルダ１５１は、矩形板状の第１反射ミラー１２３ａの両面のうち、光源１１１から光を照射される照射面とは反対側の面の一方の端部を、凹部１５１ａにおいて保持する。また、ホルダ１５１は、板バネ１５２と接する面であって凹部１５１ａに対して直交する面の任意の場所に、板バネ１５２を固定する第１の固定部材である板バネ用のボス１５１ｂを備える。

また、ホルダ１５１は、板バネ１５２と接しない面であって板バネ用のボス１５１ｂが配置される面とは異なる面の任意の場所に、ベース部材１６０（図２参照）に対して位置決めするための位置決め部材１５１ｃを設ける。位置決め部材１５１ｃは、２つ以上のピン形状のピン部材である。ピン部材は、ホルダ１５１に保持される第１反射ミラー１２３ａの長手方向に沿って並んで配置される。これにより、板状の第１反射ミラー１２３ａから離れた任意の位置に位置決め部材１５１ｃを備えるため、混みあった光学系内部においても、ベース部材１６０に対して第１反射ミラー１２３ａを高精度に位置決めすることができる。

次に、板バネ１５２について説明する。ここで、図４－１ないし図４－２は板バネ１５２を概略的な構成を示す図である。図４－１ないし図４－２に示すように、板バネ１５２は、第１反射ミラー１２３ａを付勢するミラー付勢面１５２ａと、第１反射ミラー１２３ａが抜けるのを防止するミラー抜け防止面１５２ｂと、の２面でＬ字を形成するＬ字形状である。なお、ミラー付勢面１５２ａとミラー抜け防止面１５２ｂとが形成する角度は、略９０度である。板バネ１５２のミラー付勢面１５２ａは、ホルダ１５１に対するねじ１５３によるねじ止めに用いられるねじ孔１５２ｃを有している。

また、板バネ１５２のミラー抜け防止面１５２ｂは、ホルダ１５１に設けられた板バネ用のボス１５１ｂに嵌め込まれて係合する第２の固定部材である嵌め込み孔１５２ｄを有している。ホルダ１５１に設けられた板バネ用のボス１５１ｂに嵌め込み孔１５２ｄを嵌め込むことにより、板バネ１５２が剥がれることを防止する。

板バネ１５２は、ホルダ１５１の凹部１５１ａに嵌め込まれた第１反射ミラー１２３ａの一方の端部の上方に位置付けられるとともに、ホルダ１５１に設けられた板バネ用のボス１５１ｂに嵌め込み孔１５２ｄを嵌め込まれて、ホルダ１５１に対してねじ１５３によりねじ止めされる。これにより、板バネ１５２は、ホルダ１５１の凹部１５１ａに嵌め込まれた第１反射ミラー１２３ａを、上方から付勢する。

図３－１ないし図３－３に示すように、ミラー保持部１５０は、ホルダ１５１の凹部１５１ａと板バネ１５２のミラー付勢面１５２ａとを第１反射ミラー１２３ａの片側を押さえつけることにより、第１反射ミラー１２３ａの片側のみを保持している。このため、第１反射ミラー１２３ａとして、特定の波長の光を反射してその他の波長の光を透過するダイクロイックミラーを適用した場合、ダイクロイックミラーを透過する光線を使用することができる。

また、図３－１ないし図３－３に示すように、ミラー保持部１５０は、板バネ１５２のミラー抜け防止面１５２ｂによって、第１反射ミラー１２３ａの照射面と平行な方向への第１反射ミラー１２３ａの移動を規制して、第１反射ミラー１２３ａが抜けるのを防止する。

このように本実施形態によれば、第１反射ミラー１２３ａの上下および裏側に関しても保持部材が被っていないために余裕のある空間で位置決め出来るため、複雑な光学系配置においても光線ケラレや他部品との干渉を避けることができ、且つ、板状の第１反射ミラー１２３ａの一方の端部のみをホルダ１５１の凹部１５１ａと板バネ１５２とで高精度に保持することができる。また、板状の第１反射ミラー１２３ａを透過する光線も利用することができる。

なお、上述の各実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。

また、本発明は、ミラー等の光学部品を有する、例えばカメラ装置、プリンタ装置、３Ｄプリンタ装置（立体造形装置）、３Ｄスキャナ装置等の種々の装置に適用可能である。

つまり、上述の実施の形態は、スクリーン等に画像を投影するプロジェクタに本発明を適用した例であったが、本発明は、プロジェクタ以外であっても、光路上に配置される光学部品を有する種々の装置に適用可能である。一例ではあるが、例えば内部に光源部としてレーザを有する光造形３Ｄプリンタ装置に本発明を適用することができる。また、光造形３Ｄプリンタ装置の中には、光源部として紫外光源を有すると共に、画像形成部としてＤＭＤを有しているものがある。本発明は、これらの装置内の光路上の光学部品についても適用可能である。

また、３Ｄスキャナ装置は、その内部に、光を出射する例えばレーザ光源を有すると共に、スキャン対象からの反射光を受光する光受光部を有する。本発明は、これらの装置内の光路上の光学部品にも適用可能である。

１００ 画像投影装置
１１１ 光源
１２３ａ 板状の光学部品
１２４ 画像形成素子
１５０ 保持部材
１５１ ホルダ
１５１ａ 凹部
１５１ｂ 第１の固定部材
１５１ｃ 位置決め部材
１５２ 板バネ
１５２ｄ 第２の固定部材
１６０ ベース部材

特開２００２－３１１３６９号公報

Claims (5)

1. 板状の光学部品を保持するものであって、当該光学部品における光源からの光が照射される照射面とは反対側の面の一方の端部を保持するホルダと、
   少なくとも２面を有し、一の面によって前記ホルダに保持された前記光学部品の一方の端部を押圧し、他の面によって前記照射面と平行な方向への前記光学部品の移動を規制する板バネと、
   を備え、
   前記ホルダは、前記板バネの前記他の面と接する面に、前記板バネを固定するための第１の固定部材と、前記板バネと接しない面であって前記第１の固定部材が備えられる面とは異なる面に、ベース部材に対して位置決めするための位置決め部材と、を備え、
   前記位置決め部材は、複数設けられ、前記ホルダに保持される前記光学部品の長手方向に沿って並んで配置される、
   ことを特徴とする保持部材。
2. 前記板バネは、前記他の面に、前記ホルダに備えられた前記第１の固定部材に対して係合する第２の固定部材を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の保持部材。
3. 前記ホルダは、前記光学部品の一方の端部を保持する凹部を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の保持部材。
4. 前記位置決め部材は、２つ以上のピン形状のピン部材である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の保持部材。
5. 板状の光学部品と、
   前記光学部品を保持する請求項１ないし４のいずれか一項に記載の保持部材と、
   前記保持部材により保持された前記光学部品に対して光を照射する光源と、
   前記光学部品で反射された光を画素毎に階調制御することで投影画像を形成する画像形成素子と、
   を備えることを特徴とする画像投影装置。