JP2006018083A - 非球面ミラー部材及びそれを用いた背面投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ミラー面板２の歪みを抑えて、スクリーン上に鮮明な映像を映し出す。
【解決手段】
スクリーン面に投影される映像光を光軸に沿って反射させる非球面ミラー部材１である。映像光を反射させる非球面のミラー面板２と、ミラー面板２を支持して装置内に固定する取付部材３とから構成した。取付部材３は、装置側に直接に固定される固定板片５と、固定板片５と上記ミラー面板２との間に介在されて固定板片５を介して上記装置側に固定された状態でミラー面板２をその歪みを抑えながら支持するミラー面板支持部６とから構成した。ミラー面板支持部６は、ミラー面板２の裏面にミラー面板２とほぼ直交する方向に配設された補強用板材９で構成した。固定板片５と、ミラー面板支持部６との間には、熱膨張等による変形を許容する緩衝部１５，１６，１７を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、映像光を拡大して反射させる非球面ミラー部材及びそれを用いた背面投写型映像表示装置に関するものである。

液晶プロジェクタ等の背面投写型映像表示装置としては、特許文献１に記載のものが一般に知られている。この背面投写型映像表示装置を図２及び図３に基づいて説明する。

背面投写型映像表示装置は図２に示すように構成されている。この背面投写型映像表示装置では、光源装置１０１の投写レンズ（図示せず）から投写される映像光を非球面ミラー１０２の前面で反射し、その反射光を平面ミラー１０３で反射し、さらに平面ミラー１０４で反射してスクリーン１０５上に映像を映し出す。非球面ミラー１０２は、合成樹脂製の矩形状のもので、前面が非球面等の曲面状に形成され、光源装置１０１を支持しているベース部材１０６に固定されたミラー保持機構１０７に保持されている。

非球面ミラー１０２は、その四隅を貫通するビスによりミラー保持機構１０７の支持枠に固定されている。非球面ミラー１０２は合成樹脂製であるため、温度変化による熱膨張・収縮量が大きくなる。そして、温度が上昇すると、非球面ミラー１０２内部に生じる応力の逃げ場が無いため、非球面ミラー１０２が前方に張り出すように断面円弧状に湾曲し、これによって映像の表示位置が変わったり、映像に歪みが生じたりすることがあった。

これを解消するために、ミラー保持機構１０７が改良されている。このミラー保持機構１０７は、図３に示すように、ミラー１０２が下端中央部を中心として放射状に膨張・収縮し得るようにミラー１０２を支持するとともにミラー１０２の前面側に局部的に当接するように形成された支持枠１１０と、ミラー１０２の背面側と間隙を存して対向するように配置され、支持枠１１０に固定された背面側部材１１１と、ミラー１０２を背面側部材１１１に対して前方に弾性付勢する付勢部材(図示せず)とを備えて構成されている。

ミラー１０２は具体的には、下端中央部を下部規制部材１１３で、上端面の中央部を上部規制部材１１４で、上端面の左右両端部を押さえ部材１１５でそれぞれ支持されている。

以上のミラー取付構造でミラー１０２を保持することにより、ミラー１０２の反射面の位置精度を極めて高く設定できる。

また、これ以外にも、例えば特許文献２のように、ミラーをスプリングを介して支持する構造のものもある。この保持構造により、温度変化による映像品質の低下を防止している。
特開２００３−２１５７１３公報 特開２００２−２２８９０５公報

ところが、上述した特許文献１の従来のミラー保持機構１０７のような構成の場合、ある程度の大きさの背面投写型映像表示装置までは、問題なく対応できる。ミラー保持機構１０７でミラー１０２を正確に保持して歪みのない映像をスクリーン１０５上に映し出すことができる。

しかし、背面投写型映像表示装置が大型化すると、従来のミラー保持機構１０７のように、非球面ミラー１０２を直接的に支持する構造の場合、大型化に対応するのが難しい。即ち、背面投写型映像表示装置が大型化すると、非球面ミラー１０２も大型化して、熱による変形量や自重が大きくなる。熱による非球面ミラー１０２の変形量が大きくなれば、非球面ミラー１０２の端部でのずれも大きくなり、ミラー保持機構１０７では対応できずに、ミラー面に歪みを生じることがある。

また、非球面ミラー１０２の自重が大きくなれば、撓みやすくなり、ミラー保持機構１０７では対応できずに、ミラー面に歪みを生じることがある。

この結果、非球面ミラー１０２の面精度が悪くなり、スクリーン１０５に投影された映像の画質が低下するという問題がある。

また、特許文献２の場合もミラーを直接的に支持する構造の面で、上述した特許文献１と同様の問題が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、歪を抑えてミラー面の位置精度を高く維持して正確に支持することができる非球面ミラー部材を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するために第１の発明に係る非球面ミラー部材は、背面投写型映像表示装置内に備えられ、最終的にスクリーン面に投影される映像光を光軸に沿って反射させる非球面ミラー部材であって、上記映像光を反射させる非球面のミラー面板と、当該ミラー面板を支持して装置側に固定する取付部材とを備え、上記取付部材が、上記装置側に直接に固定される固定板片と、当該固定板片と上記ミラー面板との間に介在されて上記固定板片を介して上記装置側に固定された状態で上記ミラー面板をその歪みを抑えながら支持するミラー面板支持部とを備えたことを特徴とする。

上記構成により、上記固定板片が上記装置側に固定されることで、上記ミラー面板支持部が上記装置側に固定される。これにより、ミラー面板支持部を介してミラー面板が装置内に固定されると共に、ミラー面板がその歪みを抑えられて支持される。

第２の発明に係る非球面ミラー部材は、上記ミラー面板支持部が、上記ミラー面板の裏面に当該ミラー面板とほぼ直交する方向に配設された補強用板材で構成されたことを特徴とする。

上記構成により、上記補強用板材が上記ミラー面板をその裏面から支持する。このとき、補強用板材は、ミラー面板をそれとほぼ直交する方向から支持するため、ミラー面板が撓む方向と補強用板材に沿って伸縮する方向を補強する。これにより、ミラー面板を、その撓みと、熱による伸縮とを抑えながら支持する。

第３の発明に係る非球面ミラー部材は、上記固定板片と、上記ミラー面板又はミラー面板支持部との間に設けられ、熱膨張等による変形を許容する緩衝部を備えたことを特徴とする。

上記構成により、熱膨張等によりミラー面板の寸法が変化すると、緩衝部がこれを許容して、ミラー面板の歪みを抑える。

第４の発明に係る非球面ミラー部材は、上記緩衝部が、上記固定板片に連続して設けられた足部によって構成されたことを特徴とする。

上記構成により、緩衝部を足部で構成することで、熱膨張等によるミラー面板の寸法の変化は、足部の撓みによって吸収される。これにより、ミラー面板の歪みを抑える。

第５の発明に係る非球面ミラー部材は、上記緩衝部が、上記固定板片に連続して上記補強用板材に設けられたスリットによって構成されたことを特徴とする。

上記構成により、緩衝部をスリットで構成することで、熱膨張等によるミラー面板の寸法の変化は、スリットの部分の撓みによって吸収される。これにより、ミラー面板の歪みを抑える。

第６の発明に係る非球面ミラー部材は、上記緩衝部が、上記固定板片とミラー面板支持部との間に設けられ、撓むことで熱膨張等による変形を許容する薄肉部によって構成されたことを特徴とする。

上記構成により、緩衝部を薄肉部で構成することで、熱膨張等によるミラー面板の寸法の変化は、薄肉部の撓みによって吸収される。これにより、ミラー面板の歪みを抑える。

第７の発明に係る背面投写型映像表示装置は、光源からの映像光を拡大しながら反射してスクリーン上に映し出す非球面ミラー部材を備えた背面投写型映像表示装置であって、上記非球面ミラー部材として、上記第１ないし第６の発明のいずれかの非球面ミラー部材を用いたことを特徴とする。

上記構成により、取付部材によってミラー面が正確に支持されるため、ミラー面板の歪みを抑えて、スクリーン上に鮮明な映像を映し出すことができる。

以上のように、本発明によれば、取付部材によってミラー面板をその歪みを抑えながら正確に支持することができるようになり、スクリーン上に鮮明な映像を映し出すことができる。

以下、本発明に係る非球面ミラー部材の実施形態について図面を参照しながら詳述する。なお、ここでは、非球面ミラー部材についてのみ説明し、背面投写型映像表示装置の構成については、その説明を省略する。本発明に係る非球面ミラー部材を適用する背面投写型映像表示装置の全体的構成は、上述した従来の背面投写型映像表示装置でも、他の構造でもよい。映像光を、設定された光軸に沿ってスクリーンへ向けて反射させる機能を備えた非球面ミラー部材であれば、本実施形態の非球面ミラー部材を適用することができる。光源からスクリーンまでに数回反射を繰り返す場合は、その反射ミラーのすべてに本実施形態の非球面ミラー部材を用いてもよく、一部として本実施形態の非球面ミラー部材を用いてもよい。特に、リアプロジェクションＴＶであって、奥行きを薄くしたタイプのもので、ミラー面の面形状精度を設計値に対して数ミクロン以下に抑える必要のあるリアプロジェクションＴＶに対して、本発明の非球面ミラー部材は有効に機能する。

[第１実施形態]
図１は第１実施形態に係る非球面ミラー部材を示す斜視図である。図４は第１実施形態に係る非球面ミラー部材を示す平面図である。図５は第１実施形態に係る非球面ミラー部材を示す斜視図である。

非球面ミラー部材１は、ミラー面板２と、取付部材３とから構成されている。

ミラー面板２は、光源からの映像光を拡大させながら光軸に沿って反射させるための板材である。ミラー面板２は、全体をほぼ四角形状の板材として構成され、その表面（図１中の下側面）が非球面の反射面４となっている。ミラー面板２の裏面には取付部材３が取り付けられている。ミラー面板２は、光源からスクリーンまでの光軸上に１枚又は複数枚配設される。

取付部材３は、ミラー面板２を支持して背面投写型映像表示装置内に固定するための部材である。この取付部材３は、固定板片５とミラー面板支持部６とから構成されている。

固定板片５は、上記装置側に直接に固定される板片である。固定板片５には、ねじ穴７が設けられ、ねじ(図示せず)が通されて上記装置側に直接に固定されるようになっている。固定板片５は、ミラー面板支持部６の３カ所に設けられている。そのうちの２カ所の固定板片５には、ねじ穴７と共に位置決め用穴８が設けられている。背面投写型映像表示装置側には、この２つの位置決め用穴８に対応する位置に嵌合突起(図示せず)が設けられ、この嵌合突起に位置決め用穴８を嵌合させて位置決めをした状態で、各ねじ穴７にねじが通されて非球面ミラー部材１が固定されているようになっている。背面投写型映像表示装置側のうち、各ねじ穴７に対応する位置には、ねじがねじ込まれるねじ穴(図示せず)が設けられている。

ミラー面板支持部６は、ミラー面板２をその歪みを抑えながら支持するための部材である。ミラー面板支持部６は、ミラー面板２の裏面にミラー面板２とほぼ直交する方向に配設された補強用板材９で構成されている。ミラー面板支持部６は、ほぼ四角形状のミラー面板２の周縁である、四つの辺にそれぞれ設けられている。各ミラー面板支持部６は、ミラー面板２の縁部から一体的にかつミラー面板２にほぼ直交して設けられている。これにより、ミラー面板２の撓みと、ミラー面板２の４つの辺に沿う方向の伸縮とを抑えている。

また、ミラー面板支持部６の一端にミラー面板２が一体的に取り付けられた状態で、ミラー面板支持部６の他端に固定板片５が一体的に取り付けられている。このように、ミラー面板支持部６を固定板片５とミラー面板２との間に介在させることで、固定板片５側からの歪みを抑えている。即ち、３つの固定板片５が装置側にねじで固定されるときに、装置側の当接面の寸法誤差等により各固定板片５の取付位置が設定位置からずれると、応力が生じてミラー面板２に歪みを生じるおそれがあるが、ミラー面板２にほぼ直交して設けられたミラー面板支持部６が応力を抑えて、ミラー面板２の歪みを抑えている。

以上のように構成された非球面ミラー部材１は、背面投写型映像表示装置の光源からスクリーンまでの光軸上の設定位置に配設される。即ち、設定位置に設けられた嵌合突起に固定板片５の位置決め用穴８を嵌合させて非球面ミラー部材１の位置決めをし、ねじ穴７にねじを通して固定する。このとき、装置側の寸法誤差等により固定板片５の位置が本来の位置からずれていると、これにより応力が生じるが、この応力はミラー面板支持部６で支持する。

通常の使用においては、光源からの映像光が非球面ミラー部材１のミラー面板２で反射されて、スクリーン上に映し出される。そして、非球面ミラー部材１のミラー面板２が光源から生じる熱によって暖められると、次第に膨張し、ミラー面板２の寸法が変化する。これに対して、ミラー面板２にミラー面板支持部６を設けているため、このミラー面板支持部６がミラー面板２の変化を抑えて、ミラー面板２の歪みを抑えながら正確に支持する。

これにより、ミラー面板２で反射される映像光をスクリーン上の正確な位置に照射することができ、スクリーン上に鮮明な映像を映し出すことができるようになる。

［第２実施形態］
本実施形態は、第１実施形態の非球面ミラー部材１において、ミラー面板支持部６を３つの片に設けた例である。具体的には、図６及び図７に示すように、基端側と両側の３つの片にミラー面板支持部６Ａ，６Ｂ，６Ｃが設けられている。先端側にはミラー面板支持部を設けず、足部１１を設け、この足部１１の先端に固定板片５を設けている。足部１１は、ミラー面板２に対して多少撓むように、その厚みを設定されている。即ち、ミラー面板２が熱膨張、収縮したときに、ミラー面板２の膨張、収縮に対して足部１１が容易に変形してミラー面板２の膨張等を許容するようになっている。この足部１１が、ミラー面板２の熱膨張等による変形を許容する緩衝部となっている。他の構造は第１実施形態の非球面ミラー部材１と同様である。

以上の構成により、基端側と両側の３つの片に設けたミラー面板支持部６Ａ，６Ｂ，６Ｃが、熱膨張等によるミラー面板２の寸法変化を抑え、これらのミラー面板支持部６Ａ，６Ｂ，６Ｃで抑えきれない寸法変化を、足部１１の撓みで許容して吸収する。

また、本体側の寸法誤差による固定板片５の取付位置のずれも足部１１の撓みで許容して吸収する。

これにより、熱によるミラー面板２の寸法変化を、３つの辺で抑えて１つの辺で吸収し、ミラー１０２の反射面の位置精度を極めて高く維持することができる。

［第３実施形態］
本実施形態は、第１実施形態の非球面ミラー部材１において、ミラー面板支持部６を第２実施形態と異なる３つの片に設けた例である。本実施形態の構造の場合は、ミラー面板２の熱等による寸法変化があまり大きくない場合に有効である。

非球面ミラー部材は、図８及び図９に示すように、先端側と両側の３つの片にミラー面板支持部６Ｂ，６Ｃ，６Ｄが設けられている。基端側にはミラー面板支持部を設けず、空洞になっている。固定板片５は、各ミラー面板支持部６Ｂ，６Ｃ，６Ｄにそれぞれ設けられている。他の構造は第１実施形態の非球面ミラー部材１と同様である。

以上の構成により、先端側と両側の３つの片に設けたミラー面板支持部６Ｂ，６Ｃ，６Ｄが、熱膨張等によるミラー面板２の寸法変化を抑える。

これにより、熱によるミラー面板２の寸法変化を、３つの辺で抑えて、ミラー１０２の反射面の位置精度を極めて高く維持することができる。

［第４実施形態］
本実施形態は、第１実施形態の非球面ミラー部材１において、ミラー面板支持部６を２つの片に設けた例である。具体的には、図１０及び図１１に示すように、ミラー面板２の両側の２つの片にミラー面板支持部６Ｂ，６Ｃが設けられている。基端側にはミラー面板支持部を設けず、空洞になっている。先端側にもミラー面板支持部を設けず、空洞になっている。

以上の構成により、両側の２つの片に設けたミラー面板支持部６Ｂ，６Ｃが、熱膨張等によるミラー面板２の寸法変化を抑える。

これにより、熱によるミラー面板２の寸法変化を、２つの辺で抑えて、ミラー１０２の反射面の位置精度を極めて高く維持することができる。

［第５実施形態］
本実施形態は、第１実施形態の非球面ミラー部材１において、ミラー面板支持部６を、第４実施形態と異なる２つの片に設けた例である。具体的には、図１２及び図１３に示すように、先端側と基端側の２つの片にミラー面板支持部６Ａ，６Ｄが設けられている。両側にはミラー面板支持部を設けず、空洞になっている。なお、この場合、基端側の２つの固定板片５は、ミラー面板支持部６Ａの両側にそれぞれ設けられる。

以上の構成により、先端側と基端側の２つの片に設けたミラー面板支持部６Ａ，６Ｄが、熱膨張等によるミラー面板２の寸法変化を抑える。

これにより、熱によるミラー面板２の寸法変化を、２つの辺で抑えて、ミラー１０２の反射面の位置精度を極めて高く維持することができる。

以上の各実施形態は、背面投写型映像表示装置内の非球面ミラー部材１の取付位置やミラー面板２の伸縮の特性等の諸条件に応じて適宜選択する。即ち、背面投写型映像表示装置内の取付位置の状況により特定方向に撓みやすくなる場合や、ミラー面板２が特定方向に伸縮する傾向がある場合等の条件に応じて、それに沿って方向にミラー面板支持部６を配設した態様の非球面ミラー部材１を用いる。

これにより、取付部材３によってミラー面板２をその歪みを抑えながら正確に支持することができるようになり、スクリーン上に鮮明な映像を映し出すことができる。

［変形例］
上記各実施形態では、固定板片５はミラー面板支持部６に直接的にかつ一体的に設けたが、固定板片５とミラー面板支持部６との間に、熱膨張等による変形を許容する緩衝部を設けてもよい。具体的には、図１４に示すように、ミラー面板支持部６Ｄのうち、固定板片５の取付位置に２つのスリット１４を設けて、固定板片５と連続した足状の緩衝部１５を設けてもよい。これにより、緩衝部１５が撓むことで、ミラー面板２の熱膨張、収縮を許容する。これにより、ミラー面板２をその歪みを抑えながら正確に支持することができる。

また、上記緩衝部１５のほかに、さらに第２緩衝部を設けてもよい。具体的には、図１５に示すように、緩衝部１５と固定板片５とに、第２緩衝部としての薄肉部１６、１７を設けてもよい。薄肉部１６、１７により緩衝部１５及び固定板片５が撓みやすくなるため、より柔軟に歪みを吸収する。この薄肉部１６、１７の厚さ及び取付位置は、ミラー面板２の熱膨張の程度等の諸条件に応じて適宜設定する。薄肉部１６、１７のうちいずれか一方のみを設ける場合もある。
さらに、スリット１４及び薄肉部１６、１７は、他のミラー面板支持部６Ａ，６Ｂ，６Ｃに設ける場合もある。

これにより、熱膨張等によるミラー面板２の寸法の変化は、薄肉部１６、１７の撓みによって吸収して、ミラー面板２の歪みを抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係る非球面ミラー部材を示す斜視図である。 従来の背面投写型映像表示装置を示す側面断面図である。 従来のミラー保持機構を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る非球面ミラー部材を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る非球面ミラー部材を他方から示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る非球面ミラー部材を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る非球面ミラー部材を他方から示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る非球面ミラー部材を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る非球面ミラー部材を他方から示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る非球面ミラー部材を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る非球面ミラー部材を他方から示す斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る非球面ミラー部材を示す斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る非球面ミラー部材を他方から示す斜視図である。 本発明の第１変形例を示す斜視図である。 本発明の第２変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１：非球面ミラー部材、２：ミラー面板、３：取付部材、４：反射面、５：固定板片、６：ミラー面板支持部、７：ねじ穴、８：位置決め用穴、９：補強用板材、１１：足部、１４：スリット、１５：緩衝部、１６，１７：薄肉部。

Claims (7)

1. スクリーン面に投影される映像光を光軸に沿って反射させる非球面ミラー部材であって、
   上記映像光を反射させる非球面のミラー面板と、当該ミラー面板を支持して装置側に固定する取付部材とを備え、
   上記取付部材が、上記装置側に直接に固定される固定板片と、当該固定板片と上記ミラー面板との間に介在されて上記固定板片を介して上記装置側に固定された状態で上記ミラー面板をその歪みを抑えながら支持するミラー面板支持部とを備えたことを特徴とする非球面ミラー部材。
2. 請求項１に記載の非球面ミラー部材であって、
   上記ミラー面板支持部が、上記ミラー面板の裏面に当該ミラー面板とほぼ直交する方向に配設された補強用板材で構成されたことを特徴とする非球面ミラー部材。
3. 請求項１又は２に記載の非球面ミラー部材であって、
   上記固定板片と、上記ミラー面板又はミラー面板支持部との間に設けられ、熱膨張等による変形を許容する緩衝部を備えたことを特徴とする非球面ミラー部材。
4. 請求項３に記載の非球面ミラー部材であって、
   上記緩衝部が、上記固定板片に連続して設けられた足部によって構成されたことを特徴とする非球面ミラー部材。
5. 請求項３に記載の非球面ミラー部材であって、
   上記緩衝部が、上記固定板片に連続して上記補強用板材に設けられたスリットによって構成されたことを特徴とする非球面ミラー部材。
6. 請求項３に記載の非球面ミラー部材であって、
   上記緩衝部が、上記固定板片とミラー面板支持部との間に設けられ、撓むことで熱膨張等による変形を許容する薄肉部によって構成されたことを特徴とする非球面ミラー部材。
7. 光源からの映像光を拡大しながら反射してスクリーン上に映し出す非球面ミラー部材を備えた背面投写型映像表示装置であって、
   上記非球面ミラー部材として、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の非球面ミラー部材を用いたことを特徴とする背面投写型映像表示装置。

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