投射镜头、投影仪的制作方法

本实用新型涉及一种投射镜头、投影仪及其图像劣化防止方法，尤其涉及一种图像形成面板进行移动而固定的投射镜头、投影仪及投影仪的图像劣化防止方法。

背景技术：

投影仪通过图像形成面板(光调制面板)对从光源射出的光附加对应于图像信息的图像，并通过投射镜头投射到屏幕而显示图像。作为图像形成面板，例如使用LCD(liquid crystal display：液晶显示器)或DMD(digital micromirror device：数字微镜器件)。并且，投影仪中，为了提高投射图像的画质而在照明光学系统或投射镜头配置光圈，并去除无助于图像形成的光线。

近来的投影仪中，通过改善LCD或DMD等各种图像形成面板或光源，投影图像的照度比以往增加。因此，当光圈配置在光源附近时，光圈的温度也显著变高。其结果，导致保持光圈的镜筒的温度比现有镜筒的温度高。因此，通过在光圈形成反射区域或者配置作为隔热部件的金属板，从而抑制光圈上因光线的射出而引起的温度上升(例如参照专利文献1)。此外，还通过设置于透镜保持框的翅片，向投射镜头的像差校正透镜传送空气，从而对像差校正透镜进行冷却(例如参照专利文献2)。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-128217号公报

专利文献2：日本特开2010-243542号公报

技术实现要素：

实用新型要解决的技术课题

若投射镜头的光轴与屏幕垂直，则显示在图像形成装置的图像直接被放大而投射在屏幕上。但是，屏幕大多配置在投影仪的上方。因此，图像形成面板相对于投射镜头的光轴配置在屏幕移动方向的相反方向。

若使图像形成面板向一定方向移动而投射到屏幕，则光从投射镜头的光轴的中心向图像形成面板所移动的方向偏离而通过投射镜头。因此，发现温度在投射镜头内的光所通过的位置上升。因此，若在投射镜头的镜筒中，在光轴的垂直方向移动图像形成面板，则由此在所移动侧及其相反侧产生温度分布。由于该镜筒的周向上的不均匀的温度分布，保持透镜的部件或镜筒变形，且构成投射镜头的多个透镜或其一部分透镜发生倾斜或位移。若透镜倾斜，则投射镜头的光学性能从设计值变动，从而投射到屏幕的图像的品质可能会下降。

专利文献1中，在光圈设有反射部件和隔热部件，从而抑制由图像形成中不需要的光线引起的光圈的温度上升。并且，专利文献2中，通过透镜保持框和翅片向投射镜头的像差校正透镜传送空气，从而冷却像差校正透镜来抑制镜筒的温度上升。但是，若只是如专利文献1、2那样仅通过抑制温度上升，则由于未完成关于与投射镜头的光轴正交的方向上的温度差的研究，因此，无法抑制透镜的倾斜或位移，投射到屏幕的图像的品质仍会下降，期望有新措施。

本实用新型是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够消除与投射镜头的光轴正交的方向即镜筒的周向上的不均匀的温度分布，从而抑制所投射的图像的品质下降的投射镜头、投影仪及其图像劣化防止方法。

用于解决技术课题的手段

为了实现上述目的，本实用新型的投射镜头具有透镜、保持透镜的镜筒、圆环状遮光部件以及旋转机构。遮光部件形成为具有光轴所通过的开口的圆环状，并以透镜的光轴为中心而旋转自如地安装在镜筒。旋转机构以光轴为中心而使遮光部件旋转。

本实用新型的投影仪具有上述投射镜头、图像形成面板以及光源。图 像形成面板配置成中心相对于投射镜头的光轴移动，并且形成图像。光源向图像形成面板射出光。图像通过投射镜头而被投射到投射面。

本实用新型的投影仪的图像劣化防止方法防止投影仪的图像劣化，所述投影仪配置成使图像形成面板的中心相对于投射镜头的光轴移动，从光源向图像形成面板射出光，并通过投射镜头向投射面投射图像形成面板的图像，所述投影仪的图像劣化防止方法中，将具有光轴所通过的开口的圆环状遮光部件，以光轴为中心而旋转自如地安装在镜筒，并且使遮光部件旋转。

优选旋转机构进行以第1旋转速度旋转的第1旋转以及在经过一定时间后以第2旋转速度旋转的第2旋转，所述第2旋转速度比第1旋转速度的速度低。并且，优选旋转机构进行反复旋转和停止的间歇旋转，并且进行基于第1间歇旋转的第1旋转以及基于第2间歇旋转的第2旋转，所述第2间歇旋转在经过一定时间后停止时间变得比第1间歇旋转长。优选旋转机构具有控制部，所述控制部具有检测镜筒的温度的传感器，并且控制部根据镜筒的温度变化，从第1旋转切换为第2旋转。

优选遮光部件为遮光环，所述遮光环设置在比确定投射镜头的F数的开口光圈更靠光源侧。优选旋转机构具有：遮光部件侧齿轮，在遮光部件的外周缘部沿周向形成；驱动齿轮，与遮光部件侧齿轮啮合；以及马达，使驱动齿轮旋转。优选镜筒由合成树脂制成。并且，优选遮光部件由金属制成。

优选当将投射镜头的光轴至图像形成面板的中心的距离设为Y、将图像形成面板的移动方向上的长度设为H、将距离Y除以长度H而求出的图像形成面板的移动量设为S＝Y/H时，移动量S在0.4＜S＜0.7的范围内。

实用新型效果

根据本实用新型，使以投射镜头的光轴为中心而安装在镜筒的圆环状遮光部件，以光轴为中心而进行旋转，由此，即使遮光部件通过投射镜头的光被部分加热，也会因旋转而在周向上成为均匀的温度分布。并且，通过在固定有遮光部件的状态下被部分加热，能够抑制如下存在的情况：由于在镜筒的周向上具有温度分布，并且高热侧因该温度分布伸长，因此镜 筒变形，透镜的位置和角度从设计值偏离，从而所投射的图像劣化。并且，遮光部件整体通过遮光部件的旋转而被慢慢加热，从而所投射的图像不会急剧劣化。

附图说明

图1是表示本实用新型的投影仪的概略结构的立体图。

图2是光源的示意图。

图3是表示投射镜头的纵向剖视图。

图4是说明图像形成面板的移动量的概要图。

图5是表示遮光环的旋转机构的纵向剖视图。

图6是图5中的VI-VI线的剖视图。

图7是表示第2实施方式的控制部中的控制过程的流程图。

图8是表示第3实施方式的控制部中的控制过程的流程图。

图9是表示第4实施方式的控制部中的控制过程的流程图。

图10是表示第5实施方式的投射镜头的结构的侧面剖视图。

图11是图10中的XI-XI线的剖视图。

具体实施方式

＜第1实施方式＞

如图1所示，本实施方式的投影仪10中，在大致呈长方体的壳体11内容纳有光源13、图像形成面板14、投射镜头15以及控制部17。在壳体11的上表面设有变焦转盘21、光量调节盘22、对焦转盘23、上下梯形失真调整转盘24、左右梯形失真调整转盘25以及画面修正转盘26。从光源13射出的光在图像形成面14a被赋予图像，并从投射镜头15射出而投射到屏幕(图1中未图示，图3中用符号20表示)。

如图2所示，光源13具有分别射出RGB3色光的LED(Light Emitting Diode：发光二极管)31R、31G、31B。R(红)的LED31R所射出的光被分色镜32反射，G(绿)的LED31G所射出的光被分色镜33反射并透射分色镜32。B(蓝)的LED31B所射出的光透射分色镜32、33，从而RGB3色光在同一光轴上射出。

控制部17针对光源13的光，在图像形成面14a依次显示RGB3色图像，并对应于3色图像而从3色LED31R、31G、31B使各个光同步射出。并且，控制部17另外还进行以下处理。例如，若接收变焦转盘21的操作信号，则调节投射到屏幕20的图像的大小。若接收光量调节盘22的操作信号，则调节投射到屏幕20的图像的明度。若接收对焦转盘23的操作信号，则使投射镜头15的焦点调节机构(未图示)工作，从而调节投射到屏幕20的图像中央部的焦点。若接收上下梯形失真调整转盘24的操作信号，则使姿势调节装置(未图示)的第1马达旋转。由此，使投射镜头15以与光轴L正交的水平轴为中心而旋转，从而调节投射镜头15的上下方向的倾斜。若接收左右梯形失真调整转盘25的操作信号，则使姿势调整装置的第2马达旋转。由此，使投射镜头15以与光轴L正交的铅直轴为中心而旋转，从而调节投射镜头15的左右方向的倾斜。若接收画面修正转盘26的操作信号，则改变在图像形成面板14的图像形成面14a形成的图像的显示尺寸和形状。例如，以避免矩形图像根据投射镜头15的倾斜角度而显示为梯形图像的方式改变显示尺寸和形状。此外，控制部17还控制后述旋转机构40。

图像形成面板14使用透射型液晶面板、数字微镜器件。并且，光源13也可以是发出白色光的氙气灯或卤素灯以及超高压汞灯来代替依次发出RGB3色的光的LED，该情况下，图像形成面板14使用透射型彩色液晶面板。

如图3所示，图像相对于投射镜头15的光轴L，在上侧投射到屏幕20。图像形成面板14的中心相对于投射镜头15的光轴L，向所投射的像(屏幕20的投射面)的中央位置的偏离方向的相反方向移动而固定，即，相对于投射镜头15的光轴L，向与光轴L的垂直方向且向下侧移动而固定。

关于图像形成面板14的移动量，利用图4进行说明。作为移动图像形成面板14的量(移动率)S，当将投射镜头15的光轴L至图像形成面板中心的移动量(距离)设为Y、将图像形成面板14的移动方向的长度设为H时，通过S＝Y/H来定义。即，如图4所示，S＝0.5时，是图像形成面板14的端面与投射镜头15的光轴L一致的情况。并且，S＞0.5(S大 于0.5)时，向图像形成面板14的端部与投射镜头15的光轴L分离的方向移动。S＝0时，图像形成面板14的中心与投射镜头15的光轴L一致，从而成为近似于现有的远距离投射类型的配置。

作为移动图像形成面板14的量S，优选设为超过0.4且小于0.7。若移动量S超过0.4，则与0.4以下的情况相比，对投射镜头15的垂直方向的温度分布的影响变得不明显。另一方面，若移动量S小于0.7，则与0.7以上的情况相比，图像形成面板14的移动量不会变得过大，从而抑制透镜系统变大，并防止制造适应性降低。因此，通过将图像形成面板14的移动量S容纳在上述范围，能够减轻投射镜头15的垂直方向的温度分布的影响，并且提供高性能的产品。更优选移动图像形成面板14的量S设为超过0.45且小于0.6。

如图3所示，投射镜头15具备从图像形成面板14侧依次配置的第1透镜L1～第5透镜L5、作为消杂光光圈(flare stopper)的遮光环(遮光部件)34、开口光圈35以及镜筒36。第1透镜L1在两侧具有凸面，第2透镜L2在屏幕20侧具有凹面且在图像形成面板14侧具有凸面。第3透镜L3在两侧具有凸面，第4透镜L4在屏幕20侧具有凸面且在图像形成面板14侧具有平面。第5透镜L5在屏幕20侧具有凸的非球面且在图像形成面板14侧具有平面。

镜筒36由多个透镜保持框36a～36f以及间隔物36g嵌合而构成，并且保持第1透镜L1～第5透镜L5、遮光环34以及开口光圈35。各透镜保持框36a～36f以及间隔物36g具有复杂的截面形状，因此由聚碳酸酯等合成树脂成型。此外，也可以使透镜保持框36a～36f以及间隔物36g的局部或全部由金属制成。

开口光圈35配置在第4透镜L4的屏幕20侧的面。开口光圈35由铝或其他金属制成，并且形成为具有确定F数的圆形开口35a的圆环状。在开口光圈35的表面通过涂布或电镀形成有黑色层。该开口光圈35的位置成为光圈位置。

在第3透镜L3与第2透镜L2之间配置有用于隔断不需要的光的遮光环34。遮光环34形成为具有圆形开口34a的圆环状，并在表面通过涂布或电镀形成有黑色层。遮光环34通过第1导向环37和第2导向环38来保 持其外周缘部，并旋转自如地安装在镜筒36的周向上。第1导向环37相对于遮光环34固定在屏幕20侧且镜筒36的内周面，第2导向环38相对于遮光环34固定在图像形成面板14侧且镜筒36的内周面。

入射于投射镜头15内的光主要通过投射镜头15的光轴L的下侧。而且，光的通过路径在光圈位置反转而主要通过投射镜头15的上侧，从而投射到屏幕20。用实线表示通过了图像形成面板14的各位置的光的投射镜头15内的通过路径的概略，用单点划线表示该光的中心。

图像形成面板14配置成相对于光轴L向下侧移动，由此，光通过投射镜头15内的图像形成面板14所移动的方向，即主要通过相对于投射镜头15的光轴L的下侧，直至投射镜头15内的光圈位置。因此，图像形成面板14所移动的方向的投射镜头15的下侧部分因光的通过被加热，在投射镜头15内，在与光的通过方向垂直的方向上产生温度分布。优选对于该温度分布，例如对温度高的部分进行基于送风的冷却或其他冷却，而使温度分布均匀。并且，优选代替冷却或除冷却以外，通过对另一温度低的部分进行加热来使温度分布均匀。

遮光环34上也发生同样的现象，而在与光的通过方向垂直的方向上产生温度分布。若温度差变大，则不仅在遮光环34，在保持该遮光环34的镜筒36上也发生因只有一侧被加热而产生的变形。由于该变形，透镜L1～L5倾斜，从而所形成的图像的品质下降。此外，由于透镜L1～L5倾斜而破坏透镜L1～L5的旋转对称性，因此所形成的图像整体的分辨率下降，而且发生因产生像面弯曲而引起的对角方向上的焦点位置偏离等，以致投射图像整体的性能劣化。

如图3所示，为了抑制因图像形成面板14相对于光轴L的移动配置引起的热变形，遮光环34通过旋转机构40沿周向旋转。如图5所示，旋转机构40具备齿圈(遮光部件侧齿轮)41、中间齿轮42、驱动齿轮43、马达44以及马达壳体45。齿圈41构成为环状，并且一体安装在遮光环34的外周缘部，例如光源侧的面。齿圈41在外周面沿周向形成有齿。中间齿轮42通过安装轴45b旋转自如地安装在马达壳体45的端板45c，并与齿圈41啮合。驱动齿轮43固定在马达44的驱动轴，并与中间齿轮42啮合。

马达44通过马达壳体45固定在镜筒36的外周面。马达壳体45例如由铝等金属制成，并形成为矩形箱状。在马达壳体45的容纳开口的周缘延伸设置有安装法兰45a。在马达壳体45的屏幕侧端板45c旋转自如地安装有中间齿轮42。在第2导向环38中对应于齿圈41与中间齿轮42啮合的部分形成有缺口38a。

马达44被控制部17控制成，在光源13被点亮时进行旋转。遮光环34沿周向进行旋转，从而抑制例如遮光环34的下侧的温度比上侧上升，能够在周向上使温度均匀地上升。由此，与固定有遮光环34的情况相比，周向上的温度分布变得均匀，从而抑制因不均匀的温度分布引起的镜筒36的局部变形。尤其，能够减小因光的通过而温度上升的镜筒36的下侧与该下侧的相反侧的上侧之间的温度差，从而防止投射镜头15内的透镜L1～L5的倾斜。这样进行本实用新型的图像劣化防止方法。遮光环34的旋转速度并没有特别限定，但优选在不产生温度分布的范围内尽可能是低速，以便抑制电力消耗且以免成为振动的产生源。

＜第2实施方式＞

上述第1实施方式中，使遮光环34始终以一定速度进行旋转，但如图7所示，第2实施方式中，在经过一定时间后，从第1旋转速度切换为比该第1旋转速度低速的第2旋转速度。当开始使用投影仪时温度从常温开始上升，因此容易产生由遮光环34引起的温度分布不均。因此，若以容易消除温度分布不均的旋转速度进行旋转，从而投射镜头15内的透镜L1～L5达到热饱和状态，则在不会产生温度分布不均的范围内切换为低速旋转，从而节省电力且抑制振动的产生。

＜第3实施方式＞

如图8所示，第3实施方式中，进行反复遮光环34的旋转和停止的间歇旋转，并改变此时的停止时间的长度而从第1间歇旋转切换为第2间歇旋转，来代替第2实施方式的旋转速度的切换。第2间歇旋转设为比第1间歇旋转的停止时间长。该第3实施方式中也与第2实施方式相同地，能够抑制电力消耗以及振动。此外，也可以将第2实施方式与第3实施方式进行组合，首先以第1旋转速度使遮光环34进行旋转，接着以第2旋转速度使遮光环34比第1旋转速度更慢地进行旋转，接着以第2旋转速度进行 间歇旋转。

＜第4实施方式＞

如图9所示，第4实施方式中，根据由温度检测得到的温度差信息进行切换，来代替第2实施方式中的经过一定时间后的切换。该情况下，控制部17根据来自设置在镜筒36的内部的第1传感器50、第2传感器51的温度检测信号，对马达44进行旋转控制。此外，装置结构与上述第2实施方式相同，因此参照图5和图6进行说明。

第1传感器50测定图像形成面板14所移动的方向的相反侧的投射镜头15的镜筒36的温度，例如，如图4所示那样安装在镜筒36的上部内壁。第2传感器51测定图像形成面板14所移动的方向的镜筒36的温度，例如，如图4所示那样安装在镜筒36的下部内壁。通过由第1传感器50和第2传感器51测定的镜筒36的温度差来控制马达44的转速。以由第1传感器50测定的镜筒36的温度的测定结果与由第2传感器51测定的镜筒36的温度的测定结果之差成为规定的温度差以下的方式使遮光环34旋转。在此，“规定的温度差”是指发挥本实用新型的效果的范围，是通过维持规定的温度差，防止投射镜头15倾斜，从而能够抑制所形成的图像的品质下降的范围的温度差。优选由第1传感器50和第2传感器51测定的镜筒36的温度差为50℃以下，更优选为30℃以下。此外，也可以与第3实施方式相同地通过温度差切换遮光环34的间歇旋转中的停止时间，来代替通过温度差切换遮光环34的旋转速度。

＜第5实施方式＞

如图10和图11所示，第5实施方式中，为了提高遮光环34的散热效果，将齿轮安装板55延伸设置在镜筒36的内部，并在此安装有遮光环34。齿轮安装板55由铝等金属制成，并在中央具有开口55a。开口55a形成为比遮光环34的开口35a的直径大。并且，齿轮安装板55兼具第1实施方式的第1导向环37以及马达壳体45的屏幕侧端板45c(参照图5)。在齿轮安装板55上固定有金属制第2导向环56。通过这些齿轮安装板55以及第2导向环56，遮光环34被保持为旋转自如。齿轮安装板55兼具马达壳体57的屏幕侧端板，因此上部在镜筒36的外侧露出。由此，能够将遮光环34的热更进一步向外部进行散热。通过该散热效果，能够抑制镜 筒36的温度上升，并与该量相应地抑制镜筒36的变形，从而抑制投影图像的劣化。此外，对与第1实施方式相同的结构部件标注相同符号，并省略重复说明。

上述各实施方式中，在镜筒36的外侧设有遮光环34的旋转用马达44，但在镜筒36内部存在空间时，也可以在镜筒36内部设置马达44。并且，上述实施方式中，在遮光环34与驱动齿轮43之间设有中间齿轮42，但也可以省略所述中间齿轮42，也可以根据需要而增加。

上述实施方式中，使用了固定型遮光环34，但也可以使用省略图示的开口直径可变的可变型遮光环。

上述各实施方式中，以将投影仪10配置在桌上的状态进行了说明，但在吊在天花板等上使用的情况下也能够适用本实用新型。并且，以向屏幕20投射像的例子进行了说明，但投射面并不限定于屏幕20，能够作为向各种投射面进行投射的投影仪来使用。

符号说明

10-投影仪，13-光源，14-图像形成面板，15-投射镜头，17-控制部，20-屏幕，34-遮光环(遮光部件)，35-开口光圈，36-镜筒，37、38-导向环，40-旋转机构，41-齿圈，42-中间齿轮，43-驱动齿轮，44-马达，45、57-马达壳体，50-第1传感器，51-第2传感器，L-光轴，L1～L5-第1～第5透镜。