CN113534592A - 投射光学装置以及投影仪 - Google Patents

Abstract

投射光学装置以及投影仪。本发明提供降低制造成本及重量的投射光学装置及投影仪。投射光学装置具有：投射光学系统，其具有第1反射元件；镜筒，其收容投射光学系统。镜筒具有框架和保持部，框架具有凸缘并收容投射光学系统，保持部保持第1反射元件。保持部具有：保持第1反射元件的保持面；以及延伸部，其从保持面向与保持面交叉的方向延伸，与凸缘嵌合。保持部的材质与框架的材质不同。

Description

投射光学装置以及投影仪

技术领域

本发明涉及投射光学装置以及投影仪。

背景技术

以往，公知有适用于投影仪等投射型显示装置的弯曲型投射光学装置。在这样的投射光学装置中，具备投射透镜和用于改变所投射的显示图像的投射方向的反射镜。例如，专利文献1公开了具备2个反射镜作为光路弯折单元的投射用光学系统。

专利文献1：日本特开2016-156986号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在专利文献1的投射用光学系统中，存在装置的制造成本及重量容易增加的问题。详细地说，为了在确保强度和精度的同时保持多个反射镜和透镜组，使用铝压铸件等金属部件作为框架。因此，有时框架的材料费、加工费以及重量增加。即，要求比以往降低装置的制造成本及重量的投射光学装置。

用于解决课题的手段

投射光学装置具备：投射光学系统，其具有第1反射元件；以及镜筒，其收容所述投射光学系统。所述镜筒具有框架和保持部，所述框架具有凸缘并收容所述投射光学系统，所述保持部保持所述第1反射元件。所述保持部具有：保持面，其保持所述第1反射元件；以及延伸部，其从所述保持面向与所述保持面交叉的方向延伸，与所述凸缘嵌合。所述保持部的材质与所述框架的材质不同。

投影仪具备：光源装置；光调制装置，其对从所述光源装置射出的光进行调制；以及上述的投射光学装置，其投射由所述光调制装置调制后的光。

附图说明

图1是示出第1实施方式的投影仪的结构的概略图。

图2是示出投射光学装置的外观的立体图。

图3是示出投射光学装置的结构的示意图。

图4是示出组装后的框架和保持部的外观的立体图。

图5是示出组装后的框架和保持部的外观的立体图。

图6是示出保持部的外观的立体图。

图7是示出实施例的位移量仿真的结果的示意图。

图8是示出实施例的位移量仿真的结果的示意图。

图9是示出比较例的位移量仿真的结果的示意图。

标号说明

1投影仪；10光源装置；40R、40G、40B作为光调制装置的液晶面板；60投射光学装置；61镜筒；600投射光学系统；611第1反射元件；611a第1面；611a1第1区域；611a2第2区域；613第1透镜组；621第2反射元件；623第2透镜组；630框架；630a凸缘；650保持部；650a保持面；650b延伸部；672作为固定单元的粘接部；A1第1透镜组的光轴；A2第2透镜组的光轴；L合成光。

具体实施方式

在以下的各图中，根据需要标注相互正交的XYZ轴，将各箭头所指的方向设为+方向，将与+方向相反的方向设为-方向。此外，在以下的说明中，有时将+Z方向称为上方，将-Z方向称为下方。

1.第1实施方式

1.1.投影仪的结构

在本实施方式中，例示具备3个作为光调制装置的液晶面板的投影仪1。首先，参照图1说明本实施方式的投影仪1的结构。

如图1所示，投影仪1在主体部2的内部具备：光源装置10、色分离光学系统20、中继光学系统30、作为光调制装置的液晶面板40R、40G、40B、色合成光学系统50以及投射光学装置60。液晶面板40R、40G、40B对从光源装置10射出的光进行调制。投射光学装置60投射由液晶面板40R、40G、40B调制的光。投射光学装置60是本发明的投射光学装置的一例。

光源装置10具有光源11。光源11是放电型的灯，向颜色分离光学系统20射出光。在光源装置10中，在光源11与色分离光学系统20之间具备未图示的包括蝇眼透镜、偏振变换元件等的积分器光学系统。光源11不限于放电型的灯，也可以是发光二极管、激光器等固体光源。

分色光学系统20包括二向色镜21和22、反射镜23以及场透镜24和25。从光源装置10入射到色分离光学系统20的光被二向色镜21、22分离成各自不同的波长区域的3色的色光。3色的色光是作为大致红色光的R光、作为大致绿色光的G光、作为大致蓝色光的B光。

二向色镜21使R光透射，并且使G光及B光反射。透过分色镜21的R光被反射镜23反射，透过场透镜24，对R光用的液晶面板40R进行照明。

二向色镜22使B光透过并使G光反射。被二向色镜22反射的G光透过场透镜25，对G光用的液晶面板40G进行照明。透过二向色镜22的B光入射到中继光学系统30。

中继光学系统30具有入射侧透镜31、反射镜32、34、中继透镜33以及作为场透镜的射出侧透镜35。B光与R光、G光相比，光路长，光束容易变大。因此，通过中继透镜33抑制光束的扩大。从色分离光学系统20入射的B光被反射镜32反射，并且利用入射侧透镜31在中继透镜33的附近会聚。而且，B光朝向反射镜34及射出侧透镜35发散。被反射镜34反射的B光透过射出侧透镜35而对B光用的液晶面板40B进行照明。

液晶面板40R、40G、40B将从各入射面入射的色光分别变换为与对应的图像信号对应的强度的光，作为变换光射出到色合成光学系统50。液晶面板40R、40G、40B采用透射型的液晶面板。

作为光调制装置的液晶面板40R、40G、40B不限于透射型，也可以是反射型。另外，光调制装置也可以采用数字微镜器件等。进而，并不限于按多个色光的每个色光分别具备光调制装置的结构，也可以构成为通过1个光调制装置，对多个色光分时地进行调制。

色合成光学系统50是十字分色棱镜，合成从液晶面板40R、40G、40B入射的各色的变换光。由此，基于R光、G光及B光的3色变换光生成显示彩色图像的合成光L。合成光L向投射光学装置60射出。

投射光学装置60通过透镜安装部70安装在主体部2。投射光学装置60相对于主体部2能够拆装。入射到投射光学装置60的合成光L借助投射光学装置60作为图像光被放大显示在未图示的屏幕等投射对象上。

1.2.投射光学装置的结构

参照图2及图3说明投射光学装置60的结构。另外，在图3中，省略了投射光学装置60、主体部2的色合成光学系统50以及透镜安装部70以外的结构。

如图2所示，投射光学装置60是弯曲型的投射透镜，具有从+X方向侧俯视时弯曲成大致U字状的光学系统。在投射光学装置60的下方的端部，朝向-Y方向设置有圆筒部62。在投射光学装置60安装于主体部2时，圆筒部62插入上述的透镜安装部70。

在投射光学装置60的上方的端部设置有能够开闭的透镜盖64。图2示出透镜盖64关闭的状态。透镜盖64在使用投射光学装置60时打开而射出图像光，在不使用投射光学装置60时关闭而保护投射光学装置60内。透镜盖64也可以相对于投射光学装置60能够拆装。

在圆筒部62与透镜盖64之间具备镜筒61。在镜筒61的内部配置有后述的投射光学系统等。

如图3所示，投射光学装置60的圆筒部62插入透镜安装部70而安装在主体部2。从色合成光学系统50向+Y方向射出的合成光L从圆筒部62的-Y方向的端面入射到投射光学装置60。

投射光学装置60具备投射光学系统600和收容投射光学系统600的镜筒61。投射光学装置60使从色合成光学系统50入射的合成光L两级地依次弯曲。因此，合成光L向投影仪1的-Y方向反转而作为图像光射出。

投射光学系统600具有第1反射元件611、第2反射元件621、第1透镜组613以及第2透镜组623。第1透镜组613配置在第1反射元件611的后级。第2反射元件621配置在第1反射元件611的前级。第2透镜组623配置在第2反射元件621的前级。第1反射元件611被配置成-Y方向的端部相对于X-Y平面立起约45度。第2反射元件621被配置成+Y方向的端部相对于X-Y平面立起约45度。

这里，在本说明书中，前级是靠近光源装置10的一侧，后级是远离光源装置10的一侧，即靠近投射对象的一侧。从而，前级是投射光学系统600的缩小侧，后级是投射光学系统600的放大侧。即，投射光学系统600的各结构朝向合成光L的行进方向依次配置有第2透镜组623、第2反射元件621、第1反射元件611、第1透镜组613。另外，在图3中，仅图示了第2透镜组623中的最接近色合成光学系统50的透镜，仅图示了第1透镜组613中的最接近投射对象的透镜，省略了其他透镜。

镜筒61具备框架630和保持部650。在框架630中收容有投射光学系统600。这里，在图3中，图示了投射光学系统600中的第1反射元件611以及第2反射元件621收容在框架630中的结构，但不限于此。框架630也可以是还收容第1透镜组613及第2透镜组623的结构。框架630和保持部650的详细情况在后面叙述。

第1反射元件611以及第2反射元件621使合成光L的光路弯折，以使第1透镜组的光轴A1与第2透镜组的光轴A2大致平行。详细而言，入射到投射光学装置60的合成光L沿着第2透镜组623的光轴A2行进，到达第2反射元件621。第2反射元件621使合成光L的行进方向向与光轴A2大致正交且大致沿着Z轴的方向反射而弯曲。由第2反射元件621反射的合成光L到达第1反射元件611。第1反射元件611使合成光L的行进方向向与Z轴大致正交且大致沿着Y轴的方向反射而弯曲。由第1反射元件611反射的合成光L沿着光轴A1行进而向第1透镜组613入射。

第1透镜组613将从+Y方向入射的合成光L的光束放大，向-Y方向射出。并且，从第1透镜组613射出的合成光L作为图像光被放大，从投射光学装置60向投影仪1上方的-Y方向倾斜投射。

在此，也可以在第1反射元件611和第2反射元件621之间的光路上配置第3透镜组。利用第3透镜组，能够使由第2反射元件621反射而朝向第1反射元件611的合成光L的光束放大或会聚。

投射光学装置60与不是弯曲型的投射透镜相比，使投影仪1短焦点化。通过使用弯曲型的投射光学装置60，可以在接近投射对象的位置进行投影。另外，弯曲型的投射光学装置60只要能够使从主体部2射出的合成光L的光路弯曲并射出，则不限于上述的结构。

1.3.框架及保持部的结构

参照图4至图6对框架630以及保持部650的结构进行说明。如图4及图5所示，框架630和保持部650组装成一体。

框架630在从+X方向俯视时呈大致梯形，-Y方向的下底比+Y方向的上底长。框架630是以该梯形为底面的四棱柱状，沿着X轴的方向与四棱柱的高度方向一致。相当于上述下底的区域在从-Y方向俯视时呈矩形框状。

框架630在上述框状区域的-Y方向具有4个凸缘630a。详细地说，凸缘630a在从-Y方向俯视的情况下，在上述框状的区域中的下方的两个角处各设置1个，在沿着Z轴的方向的中间，在沿着X轴的方向上对置地各设置1个。另外，凸缘630a的个数及配置不限于上述情况。

保持部650的后述的延伸部650b与四个凸缘630a嵌合。同时，四个凸缘630a和延伸部650b各通过一个螺钉670固定。另外，凸缘630a与延伸部650b的固定方法不限于使用螺钉670的方法。

框架630如上所述是大致四棱柱状，并且-Y方向的面敞开。在相当于上述梯形的腿的部位，在上方的面设有开口部631，在下方的面设有开口部632。在框架630的-Y方向即框架630的内侧，经由开口部631露出作为第1反射元件611的反射面的第1面611a。第1反射元件611由保持部650保持，详情后述。

在开口部632上安装有第2反射元件621，在框架630的内侧露出第2反射元件621的反射面621a。通过第1面611a和反射面621a，在框架630的内侧的内部空间形成上述的合成光L的光路。

保持部650具有保持面650a和延伸部650b。在保持面650a上保持第1反射元件611。保持面650a与第1反射元件611一起覆盖框架630的开口部631。延伸部650b从保持面650a向与保持面650a大致正交地交叉的方向延伸。即，在保持部650中，通过固定在框架630的凸缘630a上并从其延伸的一对延伸部650b，以桥接开口部631的方式覆盖并支承保持面650a。

保持部650的材质与框架630的材质不同。保持部650的材质优选刚性比框架630的材质高。由此，保持部650的刚性变得较高，能够更高精度地保持第1反射元件611。另外，这里所说的刚性例如是弯曲刚性。

具体而言，保持部650的材质例如可列举出不锈钢以及铝合金等金属。另外，保持部650优选为通过对平板进行钣金加工而制造的部件。由此，例如与通过铸造而制造的情况相比，能够降低制造成本。

框架630的材质例如举出丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚树脂、聚碳酸酯树脂、聚缩醛树脂、聚亚苯基醚树脂、聚亚苯基对苯二甲酸酯树脂、聚砜树脂、聚醚酮树脂、氟树脂、液晶聚合物等芳香族聚酯树脂、聚亚苯基硫化物树脂等树脂。框架630除了这些树脂之外，还可以含有玻璃纤维等填充材料或添加剂等。

如图6所示，保持部650为了将第1反射元件611固定于保持部650，具备多个作为固定单元的粘接部672。详细而言，第1反射元件611大致为矩形，在-Y方向的第1面611a具有第1区域611a1和第2区域611a2。第1区域611a1为大致矩形，配置于在第1面611a的外周设置成框状的第2区域611a2的内侧。当组装框架630和保持部650时，开口部631和第1区域611a1重叠配置。因此，第1区域611a1在框架630的内侧露出。即，第1区域611a1经由开口部631反射作为从第2反射元件621到达的光的合成光L。

粘接部672在第1面611a的四个角处各配置一个。第2区域611a2经由4个粘结部672固定在保持面650a。即，4个粘接部672将第2区域611a2粘接固定在保持部650上。粘接例如使用紫外线固化型等的粘接剂如下进行。在保持面650a的4个粘接部672上涂敷紫外线固化型粘接剂后，将第1反射元件611临时设置在保持面650a上。接着，在对第1反射元件611的位置进行微调整后，照射紫外线而使紫外线固化型粘接剂固化，对第1反射元件611进行固定。另外，第2反射元件621相对于框架630的固定方法没有特别限定，例如可以采用与第1反射元件611相同的方法。

在此，粘接部672的个数和配置并不限于上述情况。另外，保持部650和第1反射元件611的固定方法不限于粘接，也可以采用使用螺钉的方法以及使用板金部件的方法。

根据本实施方式，能够得到以下的效果。

在投射光学装置60中，与以往相比，能够降低制造成本及重量。详细而言，保持部650和框架630由互不相同的材质形成并组装。因此，保持部650能够采用高精度地保持第1反射元件611的比较坚固的材质，框架630能够采用比较轻量的材质。因此，能够将框架630和保持部650的合计重量抑制得较低。

另外，与通过压铸等对框架630及保持部650进行一体成形的情况相比，容易简化各自的形状，降低加工费等。除此之外，还可以考虑材料费等而选择与框架630以及保持部650各自所要求的特性相应的材质。因此，能够将框架630和保持部650的制造成本抑制得较低。由此，能够提供降低制造成本及重量的投射光学装置60。

保持部650的材质是金属，框架630的材质是树脂，所以，能够利用保持部650更高精度地保持第1反射元件611。与此同时，框架630变轻，能够将框架630以及保持部650的合计重量抑制得更低。另外，能够以注射成形等简便的方式使框架630成形，进一步降低加工费等。进而，还能够将框架630的材料费抑制得较低。

由于具有多个作为固定单元的粘接部672，所以，能够将第1反射元件611可靠地固定于保持部650。并且，第2区域611a2固定于保持部650，所以，第1区域611a1不被遮挡，不妨碍合成光L的反射。进而，由于保持部650与第2区域611a2通过粘接而被固定，所以，与基于螺钉或嵌合的固定相比，能够简便地固定第1反射元件611。

如果将投射光学装置60应用于投影仪1，则在从+Z方向俯视投射光学装置60的情况下，从投射光学装置60投射的图像等的投射方向弯曲约180°。因此，能够提高投影仪1的设置的自由度。另外，能够提供轻量且制造成本优异的投影仪1。

1.4.实施例和比较例

以下，示出实施例和比较例，更具体地说明本发明的效果。另外，本发明不受以下实施例的任何限定。

对于实施例所涉及的组装后的框架630和保持部650以及比较例所涉及的一体的部件，仿真了从25℃到45℃的20℃温度差下的位移量的分布。在以下的说明中，将实施例的组装好的框架630以及保持部650设为实施例的单元690，将相当于实施例的单元690的比较例的一体部件设为比较例的单元990。

具体地说，实施例的单元690的结构为，框架630采用含有玻璃纤维30质量％的聚碳酸酯树脂(PC-GF30)部件，保持部650采用SUS304的板金部件，将这两个部件组装。比较例的单元990采用由PC-GF30一体地形成与实施例的单元690形状近似的部件的结构。在实施例的仿真中，将上述的凸缘630a作为基准即固定位置。在比较例的仿真中，以相当于实施例的凸缘630a的部位为基准。图7和图8示出实施例的单元690的位移量仿真结果。图9示出比较例的单元990的位移量仿真结果。

这里，在图7至图9中，设位移量的单位为mm，用色调的浓淡表现位移量的大小。色调越浓的部位，表示由温度差引起的位移量越大。另外，在图7以及图8和图9中，区分色调的浓淡的阈值不同。另外，在图7以及图8的实施例中，示出了第1反射元件611和第2反射元件621。与此相对，在图9的比较例中，省略了作为反射元件的反射镜的图示，但不影响仿真的结果。

如图7及图8所示，在实施例的单元690中，上方部位的位移量最大，约为0.14mm左右，与此相对，固定第1反射元件611的保持面650a的位移量抑制在0.07mm以下。这是因为保持部650是板金部件，并且与框架630分体。

另一方面，如图9所示，在比较例的单元990时，上方部位的位移量为0.15mm以上。此外，安装反射元件的部位的位移量约为0.14mm。这表示，在比较例的单元990中，与实施例的单元690相比，由于从25℃到45℃的温度变化，反射元件的位置大幅偏移。

一般，在弯曲型的投射光学装置中，根据斯涅耳定律，光轴容易以入射角的2倍的角度偏离，由于采用多个反射元件的结构，与不是弯曲型的投射光学装置相比，要求高精度。并且，如果在投影仪中采用投射光学装置，则投射光学装置附近的环境温度上升。除此之外，在近年来普及的高光束的投影仪的情况下，投射光学装置自身也容易变成高温。特别是，保持反射元件等光学部件的上述单元等暴露在高温下，在比较例的单元990那样的廉价的树脂的一体部件中，难以维持光学部件的位置精度。该位置精度的维持问题通过压铸制造上述单元而得到改善，但如上所述，产生制造成本及装置重量增加的问题。

与此相对，实施例的单元690实现光学部件的位置精度的确保和制造成本以及重量的降低。详细而言，通过将保持部650设为板金部件，如上述仿真结果所示，能够确保光学部件的位置精度。另外，单元690是树脂部件和钣金部件的分体(two piece)结构，因此，与铝压铸的一体部件相比，更轻量且容易制造。进而，由于保持部650是导热率比树脂等高的板金部件，所以，光学部件的热经由延伸部650b等散出，具有冷却第1反射元件611等的效果。即，通过采用单元690，能够提高投影仪1的光学精度，使所投射的图像光的显示质量提高。

由以上的结果可知，实施例的单元690相对于作为树脂的一体成形部件的比较例的单元990，温度变化强，能够维持光学部件的位置精度。

2.第2实施方式

在本实施方式中，例示可安装于上述实施方式的投影仪1的投射光学装置。本实施方式的投射光学装置具备：具备第1反射元件的投射光学系统；以及收容投射光学系统的镜筒。镜筒具有框架和保持部，框架具有凸缘并收容投射光学系统，保持部保持第1反射元件。保持部具有：保持面，其保持第1反射元件；以及延伸部，其从保持面向与保持面交叉的方向延伸，与凸缘嵌合。保持部的材质与框架的材质不同。

投射光学系统具有：第1透镜组，其配置在第1反射元件的后级；以及第2透镜组，其配置在第1反射元件的前级，第1反射元件使光路弯折，以使第1透镜组的光轴与第2透镜组的光轴大致正交。

即，本实施方式的投射光学装置相对于第1实施方式的投射光学装置60的不同之处在于不具有第2反射元件。本实施方式的投射光学装置使从投影仪1入射的合成光L弯曲约90°进行投影。本实施方式的投射光学装置是所谓L字型的投射光学装置。根据本实施方式，能够得到与第1实施方式同样的效果。

Claims (11)

1.一种投射光学装置，其特征在于，其具有：

投射光学系统，其具有第1反射元件；以及

镜筒，其收容所述投射光学系统，

所述镜筒具有框架和保持部，所述框架具有凸缘并收容所述投射光学系统，所述保持部保持所述第1反射元件，

所述保持部具有：保持面，其保持所述第1反射元件；以及延伸部，其从所述保持面向与所述保持面交叉的方向延伸，与所述凸缘嵌合，

所述保持部的材质与所述框架的材质不同。

2.根据权利要求1所述的投射光学装置，其特征在于，

所述保持部的导热率比所述框架的导热率高。

3.根据权利要求1或2所述的投射光学装置，其特征在于，

所述保持部的材质的刚性比所述框架的材质的刚性高。

4.根据权利要求1或2所述的投射光学装置，其特征在于，

所述保持部的材质是金属，

所述框架的材质是树脂。

5.根据权利要求1或2所述的投射光学装置，其特征在于，

所述投射光学装置还具有将所述第1反射元件固定在所述保持部上的多个固定单元。

6.根据权利要求5所述的投射光学装置，其特征在于，

所述第1反射元件的第1面具有反射光的第1区域和通过所述固定单元固定在所述保持部上的第2区域。

7.根据权利要求6所述的投射光学装置，其特征在于，

所述固定单元将所述第2区域粘接固定在所述保持部上。

8.根据权利要求1或2所述的投射光学装置，其特征在于，

所述投射光学系统具有：第1透镜组，其配置在所述第1反射元件的放大侧；第2反射元件，其配置在所述第1反射元件的缩小侧；以及第2透镜组，其配置在所述第2反射元件的所述缩小侧，

所述第1反射元件以及所述第2反射元件使所述投射光学系统的光路弯折，以使所述第1透镜组的第1光轴与所述第2透镜组的第2光轴大致平行。

9.根据权利要求8所述的投射光学装置，其特征在于，

所述投射光学系统在所述第1反射元件和所述第2反射元件之间的光路上具有第3透镜组。

10.根据权利要求1或2所述的投射光学装置，其特征在于，

所述投射光学系统具有：第1透镜组，其配置在所述第1反射元件的放大侧；以及第2透镜组，其配置在所述第1反射元件的缩小侧，

所述第1反射元件使所述投射光学系统的光路弯曲，以使所述第1透镜组的第1光轴与所述第2透镜组的第2光轴大致正交。

11.一种投影仪，其特征在于，其具有：

光源装置；

光调制装置，其对从所述光源装置射出的光进行调制；以及

权利要求1至10中的任意一项所述的投射光学装置，其投射由所述光调制装置调制后的光。

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