JP2019028404A - 光学機器用角度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な設置場所に対応して角度調整可能な広い角度調整範囲を実現する光学機器用角度調整装置を提供する。【解決手段】光Ｃを屈折する境界面に基づく反射面Ｒｆ…を有する複数の光学部材を組合わせることにより入光する光Ｃを順次反射する光経路を構成するとともに、少なくとも一以上の反射面Ｒｆ…における入光する光Ｃに対する臨界角条件から全反射条件を満たす反射面Ｒｆ…の角度を選定し、入光する光Ｃを複数の反射面Ｒｆ…により順次反射させることにより出光軸Ｓｏを入光軸Ｓｉに対して平行にする光学変換ユニット部２を具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、光学系とこの光学系を除く光学機器本体部とを備える光学機器に対して光軸を中心にした角度を調整する光学機器用角度調整装置に関する。

一般に、光学機器、特に、スクリーンに映像を投射するプロジェクタは、天井等の所望の位置に設置して使用するとともに、スクリーンの正規の位置に正確に映像を投射する必要があるため、投射画面の位置及び角度に対する調整機能を備えている。具体的には、天井に固定した吊金具によりプロジェクタを天吊り設置したり、或いは脚部を介してプロジェクタを設置台の上に据置き設置する場合、投射画面の位置は、プロジェクタの設置後に、プロジェクタに備えるレンズシフト機構により投射レンズを縦方向及び横方向に変位させて調整を行うとともに、投射画面の角度は、プロジェクタの設置作業時に、吊金具や脚部に付属する調整機構を用いて調整を行っている。

従来、このような角度調整に係わる技術としては、特許文献１に開示されるプロジェクタ角度調整用フット機構，特許文献２に開示されるプロジェクタ装置の角度調整機構及び特許文献３に開示されるプロジェクター保持具等が知られている。

特許文献１のプロジェクタ角度調整用フット機構は、外周部にネジ山部が一軸方向に延びて設けられた軸芯部に対して筒状体を一軸方向では可動であり、且つ回転が阻止されるように係合して被せ、筒状体の端部近傍に結合固定した微調整ダイヤルの回転操作により軸芯部を回転可能として成る所定の間隔を有して配置された１対のフット部（各軸芯部のネジ山部の向きは反対）と、各フット部の間隔内に配置され、プッシュボタンを押圧操作していない非操作状態及びその押圧操作を解放した状態でそれぞれ各フット部の軸芯部への機械的な係止を行い、且つ押圧操作した状態でそれぞれ各フット部の軸芯部への機械的な係止の解放を行うロック／ロック解除機構とを設けたものである。

特許文献２のプロジェクタ装置の角度調整機構は、下方に摺動可能に突設された摺動脚部と、摺動脚部の側面に並んで突設された複数の第１係合凸部と、第１係合凸部と係合及び分離可能な複数の第２係合凸部が突設されたストッパ部材とが備えられており、ストッパ部材が摺動脚部に常時力が付勢されており、第１係合凸部は上方を向いて形成された第ｌ係止部を第２係合凸部は第２係合凸部の下方を向いて形成された第２係止部とが接触しており、第１係止部と第２係止部とが滑らないように形成されたものである。

特許文献３のプロジェクター保持具は、３本以上のアームと、アームホルダーと、Ｘ軸保持具と、Ｙ軸保持具と、Ｚ軸ボルトと天井ブラケットを備えたプロジェクター保持具であって、アームの一方端部をプロジェクター固定穴に固定し、アームはアームホルダーに対し自在位置に固定し、アームホルダーはＸ軸保持具に対し回動可能に固定し、Ｘ軸保持具はＹ軸保持具に対し回動可能に固定し、Ｚ軸ボルトは天井ブラケットに対し、回動可能に固定するようにしたものである。

特開２００４−３１７６０８号公報 特開２００９−３１４８９号公報 特開２０１３−８０１３９号公報

しかし、上述した角度調整に係わる従来の技術は、次のような問題点があった。

第一に、吊金具等の機構に付属する調整機構を用いるため、角度の調整範囲が限定的となる。即ち、基本的に、水平な天井にプロジェクタを設置し、壁面等にスクリーンを水平に設置する場合を想定しているため、角度の微調整という観点からは十分に対応できるとしても、プロジェクタを設置する場所が、例えば、４５〔°〕に傾斜した天井、或いは室内における支柱の側面などでは、事実上、調整が困難となり、様々な設置場所に対応して角度調整可能な広い角度調整範囲を実現する観点からはその要請に十分に応えることができない。

第二に、比較的重量の大きいプロジェクタ自体を支持する吊金具等に付属する機械的構成に基づく調整機構となるため、調整時に重量物自体を調整操作する必要があるなど、調整作業が大変になるとともに、正確な調整を行いにくい。しかも、吊金具等の支持機構における本来の剛性や強度を低下させる虞れもあるため、長期使用により調整した角度にズレが生じやすいとともに、支持機構の耐久性や信頼性が低下しやすい難がある。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した光学機器用角度調整装置の提供を目的とするものである。

本発明に係る光学機器用角度調整装置１は、光学系Ｍｃと、この光学系Ｍｃを除く光学機器本体部Ｍｍとを備える光学機器Ｍに対して光軸を中心にした角度を調整する角度調整装置を構成するに際して、光Ｃを屈折する境界面に基づく反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔ…を有する複数の光学部材を組合わせることにより入光する光Ｃを順次反射する光経路を構成するとともに、少なくとも一以上の反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔ…における入光する光Ｃに対する臨界角条件Ｃｃから全反射条件Ｃｒを満たす反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔ…の角度を選定し、入光する光Ｃを複数の反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔ…により順次反射させることにより出光軸Ｓｏを入光軸Ｓｉに対して平行にする光学変換ユニット部２とを具備してなることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、光学変換ユニット部２は、回動支持機構部３により入光軸Ｓｉを中心に回動変位可能及び固定可能に支持することができる。また、この光学変換ユニット部２は、複数の光学部材として複数のプリズムメンバ（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…）を用いたプリズムユニット１１により構成することができ、このプリズムユニット１１としては、少なくとも第一プリズムメンバ１１ａ，第二プリズムメンバ１１ｂ及び第三プリズムメンバ１１ｃの組合わせにより構成することができる。なお、この光学変換ユニット部２は、光学系Ｍｃにおける光軸に沿った少なくとも二つのレンズ部Ｕ１，Ｕ２の中間に配することができる。一方、回動支持機構部３には、光進方向後方Ｆｓｒにおけるレンズ部Ｕ１の前端に回動可能に嵌め込む支持リング部１２と、この支持リング部１２に設け、かつ光学変換ユニット部２を支持する支持ブロック部１３とを有するユニット支持部３ｓを設けることができる。さらに、光進方向後方Ｆｓｒにおけるレンズ部Ｕ１には、リレーレンズ部Ｕｒを用いることができる。他方、光学変換ユニット部２の光進方向前方Ｆｓｆには、当該光進方向前方Ｆｓｆにおけるレンズ部Ｕ２を、横方向及び／又は縦方向へ変位させるレンズシフト機構部１５を設けることができるとともに、光進方向前方Ｆｓｆにおけるレンズ部Ｕ２には、投射レンズ部Ｕｅを用いることができる。

このような構成を有する本発明に係る光学機器用角度調整装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 光Ｃを屈折する境界面に基づく反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔを有する複数の光学部材を組合わせることにより入光する光Ｃを順次反射する光経路を構成するとともに、少なくとも一以上の反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔにおける入光する光Ｃに対する臨界角条件Ｃｃから全反射条件Ｃｒを満たす反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔの角度を選定し、入光する光Ｃを複数の反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔにより順次反射させることにより出光軸Ｓｏを入光軸Ｓｉに対して平行にする光学変換ユニット部２を備えるため、光学変換ユニット部２における反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔの反射率を高めることができる。これにより、光学変換ユニット部２全体の光透過率を高めることができ、高いＮＡ（開口数）の光学系も組合わせ可能になるとともに、透過する画像全体の明るさを確保できる。しかも、プリズム材料には屈折率の低い安価なガラス材料も使用可能となり、低コスト化にも寄与できる。

（２） 好適な態様により、光学変換ユニット部２を、回動支持機構部３により入光軸Ｓｉを中心に回動変位可能及び固定可能に支持するようにすれば、基本的に、光学変換ユニット部２を、入光軸Ｓｉを中心に３６０〔°〕回動変位させることができるため、プロジェクタ等の光学機器Ｍを設置する場所が、例えば、４５〔°〕に傾斜した天井や室内における支柱の側面などであっても角度調整可能になるなど、様々な設置場所に対応できる広い角度調整範囲を実現できる。

（３） 好適な態様により、光学変換ユニット部２を、回動支持機構部３により入光軸Ｓｉを中心に回動変位可能及び固定可能に支持するようにすれば、角度調整を行うに際し、光学系Ｍｃを構成する一部の部品を回動操作すれば足りるため、容易かつ正確な調整処理を実現できる。しかも、吊金具等の支持機構における剛性や強度に影響を与えないため、支持機構本来の剛性や強度を確保でき、長期使用においても調整角度にズレを生じにくいとともに、支持機構における耐久性及び信頼性の向上にも寄与できる。

（４） 好適な態様により、光学変換ユニット部２を構成するに際し、複数の光学部材として複数のプリズムメンバ（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…）を用いたプリズムユニット１１により構成すれば、ミラーを組合わせたミラーユニット等を使用する場合と異なり、高い剛性及び強度を容易に確保できるため、角度調整装置１に必要となる安定性及び信頼性を確保できるなど、角度調整装置１を構築する際の光学変換ユニット部２として最適となる。

（５） 好適な態様により、プリズムユニット１１として、少なくとも第一プリズムメンバ１１ａ，第二プリズムメンバ１１ｂ及び第三プリズムメンバ１１ｃの組合わせにより構成すれば、目的とする光学変換ユニット部２を容易に得ることができるとともに、光学精度及び光学安定性の高い光学変換ユニット部２を得ることができる。

（６） 好適な態様により、光学変換ユニット部２を、光学系Ｍｃにおける光軸に沿った少なくとも二つのレンズ部Ｕ１，Ｕ２の中間に配すれば、例えば、光進方向後方Ｆｓｒにリレーレンズ部Ｕｒを配し、光進方向前方Ｆｓｆに投射レンズ部Ｕｅを配することができるなど、特に、光学機器Ｍとなるプロジェクタに最適な光学系Ｍｃを構築できる。

（７） 好適な態様により、回動支持機構部３を構成するに際し、光進方向後方Ｆｓｒにおけるレンズ部Ｕ１の前端に回動可能に嵌め込む支持リング部１２と、この支持リング部１２に設け、かつ光学変換ユニット部２を支持する支持ブロック部１３とを有するユニット支持部３ｓを設けて構成すれば、光学機器本体部Ｍｍに変更を加えることなく、レンズ部Ｕ１に対する後付けにより実施できるため、実施の容易性及び低コスト性に優れるとともに、汎用性及び発展性も高めることができる。加えて、支持ブロック部１３は、プリズムユニット１１自身を組付けるフレーム部材として利用できるため、プリズムユニット１１自身を組付ける貼付工程等を大幅に削減できるとともに、プリズムユニット１１の組立を容易かつ確実に行うことができる。

（８） 好適な態様により、光進方向後方Ｆｓｒにおけるレンズ部Ｕ１に、リレーレンズ部Ｕｒを用いれば、光学機器本体部Ｍｍに表示パネル部を内蔵する場合、当該表示パネル部の実質的位置を、実際の配設位置Ｘｓに対して光進方向前方Ｆｓｆ、特に、光学機器本体部Ｍｍの前方となる外部にまで変移させることができる。この結果、表示パネル部からの出射光を光学変換ユニット部２に直接入光させることと同じになり、光学変換ユニット部２に基づく角度調整を、既設の光学系に制約されることなく、より柔軟かつ確実に行うことができる。

（９） 好適な態様により、光学変換ユニット部２の光進方向前方Ｆｓｆに、当該光進方向前方Ｆｓｆにおけるレンズ部Ｕ２を、横方向及び／又は縦方向へ変位させるレンズシフト機構部１５を設ければ、投射画面に対する位置の調整を行うことができるため、角度調整装置１による角度の調整により投射画面の位置がズレた場合であっても、角度調整装置１による位置のズレ分を容易に解消できる。

（１０） 好適な態様により、光進方向前方Ｆｓｆにおけるレンズ部Ｕ２に、投射レンズ部Ｕｅを用いれば、投射レンズ部Ｕｅを、光学変換ユニット部２に対する専用の投射レンズとして設計できるため、投射レンズ部Ｕｅと光学変換ユニット部２、更にはレンズシフト機構部１５に対してマッチングする最適な光学系Ｍｃを構築できる。

本発明の好適実施形態に係る角度調整装置をリレーレンズ部に取付けた状態を示す断面側面図、 同角度調整装置に備えるプリズムユニットの平面図、 同角度調整装置に備えるプリズムユニットの側面図、 同角度調整装置に備えるプリズムユニットの斜視図、 同角度調整装置に備える支持ブロック部に対するプリズムメンバの取付方法の説明用斜視図、 同角度調整装置の正面図、 同角度調整装置とリレーレンズ部をそれぞれ示す外観斜視図、 同角度調整装置の原理説明図、 同角度調整装置の原理説明図、 同角度調整装置の製作工程を説明するためのフローチャート、 同角度調整装置に備える光学変換ユニット部を回動操作する操作手段の一例を示す正面図、 同角度調整装置を備えて構成した光学系の一例を示す外観側面図、 同角度調整装置の作用説明図、

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

最初に、本発明に係る角度調整装置１の理解を容易にするため、図１２を参照して角度調整装置１を用いることができる光学機器Ｍの概要について説明する。なお、図１２は、光学機器Ｍの一例として汎用的なプロジェクタを示すとともに、本実施形態に係る角度調整装置１を備えた状態を示している。

図１２に示すように、光学機器Ｍは、光学系Ｍｃと、この光学系Ｍｃを除く光学機器本体部Ｍｍとを備える。光学機器本体部Ｍｍは、キャビネット２１に覆われ、このキャビネット２１の前面には、レンズ装着用開口部２１ｈを有する。また、交換レンズ方式の投射レンズ部（不図示）を備え、この投射レンズ部の後部側を、外部からレンズ装着用開口部２１ｈの内部に挿入し、光学機器本体部Ｍｍのマウント部２２に取付けている。この光学機器本体部Ｍｍには、液晶パネル等の表示パネル部２３を内蔵し、投射レンズ部に対して適切なバックフォーカスが確保される所定の位置Ｘｓに固定状態に実装されている。

次に、本実施形態に係る角度調整装置１の構成について、図１〜図１２を参照して具体的に説明する。

図１〜図６に示すように、本実施形態に係る角度調整装置１は、大別して、光学変換ユニット部２と回動支持機構部３を備える。光学変換ユニット２は、図１２に示すように、光学系Ｍｃにおける光軸に沿った二つのレンズ部Ｕ１，Ｕ２の中間に配し、図２及び図３に示すように、入光する光Ｃを複数の反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔにより順次反射させることにより出光軸Ｓｏを入光軸Ｓｉに対して平行にする光学変換機能を備える。一方、回動支持機構部３は、図１に示すように、光学変換ユニット部２を、入光軸Ｓｉを中心に回動変位可能及び固定可能に支持する支持機能を備える。このように、光学変換ユニット部２を、光学系Ｍｃにおける光軸に沿った少なくとも二つのレンズ部Ｕ１，Ｕ２の中間に配すれば、例えば、光進方向後方Ｆｓｒにリレーレンズ部Ｕｒを配し、光進方向前方Ｆｓｆに投射レンズ部Ｕｅを配することができるなど、特に、光学機器Ｍとなるプロジェクタに最適な光学系Ｍｃを構築できる利点がある。

例示の場合、二つのレンズ部Ｕ１，Ｕ２における一方のレンズ部Ｕ１にリレーレンズ部Ｕｒを適用し、他方のレンズ部Ｕ２に投射レンズ部Ｕｅを適用した。この投射レンズ部Ｕｅには、前述した光学機器Ｍに備える投射レンズ部を利用することも可能である。これにより、リレーレンズ部Ｕｒは、光学変換ユニット２に対して、光進方向後方Ｆｓｒに配されるとともに、投射レンズ部Ｕｅは、光学変換ユニット２に対して、光進方向前方Ｆｓｆに配される。

このため、角度調整装置１は、図１に示すように、リレーレンズ部Ｕｒの前端に取付けることができ、回動支持機構部３には、リレーレンズ部Ｕｒの前端に、回動可能に嵌め込む支持リング部１２と、この支持リング部１２に設け、かつ光学変換ユニット部２を支持する支持ブロック部１３とを有するユニット支持部３ｓを備える。

この場合、リレーレンズ部Ｕｒは、図１及び図７に示すように、鏡筒部３１の外周面における前端付近に、フランジ部３２を備えるとともに、鏡筒部３１の前端に、大径に形成した接続口３３を備えるため、支持リング部１２は、この接続口３３の内側に嵌合し、かつ嵌合した状態で周方向に回動変位可能となるリング形状に形成する。したがって、この支持リング部１２に対して、この支持リング部１２を任意の位置（角度）で固定可能な機能を付加することにより回動支持機構部３を構成することができる。なお、図１中、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、リレーレンズ部Ｕｒを構成する第一レンズ群，第二レンズ群，第三レンズ群，第四レンズ群をそれぞれ示している。

また、リレーレンズ部Ｕｒは、図１２に示すように、鏡筒部３１の外周面にフランジ部３０を有するため、このフランジ部３０を光学機器本体部（プロジェクタ本体部）Ｍｍにおけるマウント部２２に取付けることができる。これにより、光学機器本体部Ｍｍの光進方向後方Ｆｓｒに、表示パネル部２３を内蔵するため、この表示パネル部２３の実質的位置を、実際の配設位置Ｘｓに対して光進方向前方Ｆｓｆに変移させることができる。即ち、レンズ部Ｕ１にリレーレンズ部Ｕｒを用いることにより、表示パネル部２３の実質的位置を、光学機器本体部Ｍｍの前方となる外部にまで変移させることができる。この結果、表示パネル部２３からの出射光を光学変換ユニット部２に直接入光させることと同じになり、光学変換ユニット部２に基づく角度調整を、既設の光学系に制約されることなく、より柔軟かつ確実に行うことができる利点がある。

さらに、図１は、回動支持機構部３の一例を示している。例示の場合、リレーレンズ部Ｕｒの接続口３３を形成する段差面に周方向に沿ったガイドスリット部３４…を形成し、固定ネジ３５…を、このガイドスリット部３４…を通した後、支持リング部１２における外周面の近傍位置に螺着する。この場合、一つのガイドスリット部３４を、ほぼ１８０〔°〕の角度範囲にわたって形成すれば、二つのガイドスリット部３４…を設けることができ、角度調整装置１では、ほぼ１８０〔°〕にわたって角度調整が可能になる。これにより、固定ネジ３５…を緩めれば、支持リング部１２を回動変位可能になり、任意の角度に調整できるとともに、固定ネジ３５…を締付ければ、調整した角度で支持リング部１２を固定可能になる。

したがって、図１は、調整方法が手動タイプとなる一例である。これに対して、図１１及び図１２には、調整方法が電動タイプとなる一例を示す。この例は、支持リング部１２に、周方向に沿ったラックギア４１を一体に設けるとともに、電動モータ等を利用した回転駆動部４２を付設し、この回転駆動部４２により回転するピニオンギア又はウォームギア等の駆動ギア４３をラックギア４１に噛合させて構成したものである。これにより、回転駆動部４２を正逆方向に回転駆動すれば、支持リング部１２を正逆方向へ回動変位させることができるとともに、回転駆動部４２の駆動を解除すれば、停止（固定）させることができる。なお、ラックギア４１を設ける周方向範囲を選定することにより、調整できる角度範囲を設定できる。例えば、全周にわたって設ければ、ほぼ３６０〔°〕の角度範囲にわたって調整が可能となる。

一方、上述した光学変換ユニット２及び回動支持機構部３の具体的構成は次のようになる。まず、光学変換ユニット２には、図１及び図６に示すプリズムユニット１１を用いる。例示のプリズムユニット１１は、三つの光学部材として機能する第一プリズムメンバ１１ａ，第二プリズムメンバ１１ｂ及び第三プリズムメンバ１１ｃの組合わせにより構成する。これにより、第一プリズムメンバ１１ａに光Ｃを屈折する境界面に基づく第一反射面Ｒｆが、第二プリズムメンバ１１ｂに光Ｃを屈折する境界面に基づく第二反射面Ｒｓが、第三プリズムメンバ１１ｃに光Ｃを屈折する境界面に基づく第三反射面Ｒｓｔがそれぞれ設けられる。これにより、プリズムユニット１１は、図２及び図３に示すように、入光する光Ｃを、第一反射面Ｒｆ，第二反射面Ｒｓ，第三反射面Ｒｓｔにより順次反射させることにより出光軸Ｓｏを入光軸Ｓｉに対して平行にする光学変換機能を備える。

このように、光学変換ユニット部２を構成するに際し、光学部材として三つ（一般的には複数）のプリズムメンバ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを用いたプリズムユニット１１により構成すれば、ミラーを組合わせたミラーユニット等を使用する場合と異なり、高い剛性及び強度を容易に確保できるため、角度調整装置１に必要となる安定性及び信頼性を確保できるなど、角度調整装置１を構築する際の光学変換ユニット部２として最適となる利点がある。さらに、プリズムユニット１１を構成するに際し、第一プリズムメンバ１１ａ，第二プリズムメンバ１１ｂ及び第三プリズムメンバ１１ｃの組合わせにより構成すれば、目的とする光学変換ユニット部２を容易に得ることができるとともに、光学精度及び光学安定性の高い光学変換ユニット部２を得ることができる。

ところで、このようなプリズムユニット１１を用いる場合、入光する光Ｃは、第一反射面Ｒｆ，第二反射面Ｒｓ，第三反射面Ｒｓｔの三つの反射面を経由するため、各反射面における反射率が重要となる。例えば、一面当たりの反射率が９０〔％〕であっても三回の反射を繰り返した場合、７２．９（０．９×０．９×０．９＝０．７２９）〔％〕となり、約２７〔％〕の光量損失を生じる。

したがって、各プリズムメンバ１１ａ…を全反射状態で使用、即ち、反射面の反射率を１００〔％〕に設定すれば、光量損失をゼロにすることができるが、全反射状態で使用するには臨界角条件Ｃｃがあるため、透過可能な光線角度には限界を生じ、高いＮＡ（開口数）の光学系には使用できない。例えば、図８に示すような９０〔°〕角（入射角θｉ＝４５〔°〕）を有する一般的なプリズム（材質ＢＫ−７，ｎ＝１．５１６８）の場合、臨界角θｃ（臨界角条件Ｃｃ）は［数１］で表される。

したがって、入射可能な光線角は、「４５」−「４１．２５」＝３．７５〔°〕なり、不足角θｗが生じる。この結果、対応できるＦ値は、

となり、Ｆ値は「５」（ＮＡ＝０．１相当）までとなる。

なお、プリズム自体の屈折率を高くすることにより、限界範囲を広げることも可能であるが、一般的に屈折率の高いプリズムは高価となる難点がある。

一方、プリズムを、ＮＡ＝０．２５（Ｆ値が「２」に相当）の光学系に対応させるには、臨界角θｃから全反射条件Ｃｒは、θｃ≧４１．２５〔°〕となるため、［数３］を解くことにより、

θｃ＝９．４５〔°〕となる。この結果、４１．２５＋９．４５＝５０．７４〔°〕により、反射条件Ｃｒを満たす反射面Ｒｆの角度は、５０．７４〔°〕以上の入射角θｃが必要となる。即ち、図９に示すように、入射角θｉが５０．７４〔°〕以上となる反射面Ｒｆ…を有する反射条件Ｃｒのプリズムメンバ１１ａ…を使用すれば、ＮＡ＝０．２５を有する光学系の光Ｃを全反射できることになる。

本発明に係る角度調整装置１を構成する光学変換ユニット部２は、この原理に基づいて構成したものであり、反射面Ｒｆ…における入光する光Ｃに対する臨界角条件Ｃｃ…から全反射条件Ｃｒ…を満たす反射面Ｒｆ…の角度を選定したものである。

そして、入光する光Ｃを、第一反射面Ｒｆ，第二反射面Ｒｓ，第三反射面Ｒｔを経由して順次反射させることにより出光軸Ｓｏを入光軸Ｓｉに対して平行にすれば、目的の光学変換ユニット部２を構築することができる。この場合、出光軸Ｓｏを入光軸Ｓｉに対して平行にするためには、第一プリズムメンバ１１ａの出光軸に対して第二プリズムメンバ１１ｂの入光軸を所定角度だけ回動変位させた位置関係（角度関係）により組付けるとともに、第二プリズムメンバ１１ｂの出光軸に対して第三プリズムメンバ１１ｃの入光軸を所定角度だけ回動変位させた位置関係（角度関係）により組付ければよい。

図２及び図３は、第一プリズムメンバ１１ａ，第二プリズムメンバ１１ｂ及び第三プリズムメンバ１１ｃの結合態様を示している。図２は、プリズムユニット１１を平面方向から見たものであり、第一プリズムメンバ１１ａの出光軸に対して第二プリズムメンバ１１ｂの入光軸を所定角度Ｑｐだけ回動変位させた位置関係を示している。また、図３は、プリズムユニット１１を側面方向から見たものであり、第二プリズムメンバ１１ｂの出光軸に対して第三プリズムメンバ１１ｃの入光軸を所定角度Ｑｑだけ回動変位させた位置関係を示している。なお、この場合の所定角度Ｑｐ，Ｑｑは光学的に算出することができるため、予め所定角度Ｑｐ，Ｑｑを算出し、得られた所定角度Ｑｐ，Ｑｑに基づいて組付けを行ってもよいし、実際に光Ｃを第一プリズムメンバ１１ａと第二プリズムメンバ１１ｂ間に透過し、光Ｃの方向を確認しながら、いわば実験的に所定角度Ｑｐ，Ｑｑを求めてもよい。一例として、ガラス材料に前述したＢＫ−７を使用した場合、所定角度Ｑｐ，Ｑｑは、それぞれ概ね１０〔°〕前後となる。

図２〜図４において、Ｖｉは、プリズムユニット１１に入射する画面を模式的に示すとともに、Ｖｏは、プリズムユニット１１から出射する画面を模式的に示している。即ち、入射する画面Ｖｉが水平画面であっても、出射する画面Ｖｏは、画面Ｖｉに対して９０〔°〕回転した垂直画面に変換されることを示している。このように構成するプリズムユニット１１は、高い屈折率を有するプリズムを使用しないため、プリズム材料には屈折率の低い安価なガラス材料も使用可能となり、低コスト化にも寄与できる利点がある。

一方、回動支持機構部３は、光学変換ユニット部２を、入光軸Ｓｉを中心に回動変位可能及び固定可能に支持する機能を備え、この回動支持機構部３は、光進方向後方Ｆｓｒにおけるリレーレンズ部Ｕｒ（レンズ部Ｕ１）の前端に回動可能に嵌め込む支持リング部１２と、この支持リング部１２に設け、かつ光学変換ユニット部２を支持する支持ブロック部１３を有するユニット支持部３ｓを備える。

この支持ブロック部１３は、図１及び図６に示すように、支持リング部１２の前面１２ｆ（図６参照）にネジ等の固定具５１…により固定するリング取付部５２と、このリング取付部５２から前方に突出したプリズムユニット支持部５３を一体形成したものであり、プリズムユニット支持部５３の側面には鉛直面によるプリズム取付面５３ｃを有する。また、プリズム取付面５３ｃには、このプリズム取付面５３ｃから突出し、第一プリズムメンバ１１ａの位置決めを行うプリズム位置決め部５３ｃｃを一体形成する。

次に、本実施形態に係る角度調整装置１に係わる全体の製作手順について、各図を参照しつつ図１０に示すフローチャートに従って時系列により説明する。

本実施形態に係る角度調整装置１を製作するに際しては、最初に、第一プリズムメンバ１１ａ，第二プリズムメンバ１１ｂ及び第三プリズムメンバ１１ｃを用意する。各プリズムメンバ１１ａ，１１ｂ，１１ｃは次のように製作する。まず、第一プリズムメンバ１１ａのプリズム材料を選定する（ステップＳ１）。本例では、一例として、前述したＢＫ−７を選定した場合を想定する。プリズム材料を選定したなら、選定したプリズム材料に基づく第一プリズムメンバ１１ａの反射面Ｒｆの角度を算出する（ステップＳ２）。ＢＫ−７の場合、前述した［数３］から得られるように、プリズム反射面Ｒｆへの入射角θｉが５０．７４〔°〕以上となる角度を選定することができる。

さらに、第二プリズムメンバ１１ｂ及び第三プリズムメンバ１１ｃについても同様に反射面Ｒｓ及びＲｔの角度を算出する（ステップＳ３，Ｓ２）。この場合、各プリズムメンバ１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、必ずしも同一材料を選定する必要がない。仮に、第二プリズムメンバ１１ｂ及び第三プリズムメンバ１１ｃの材料を第一プリズムメンバ１１ａと同一のＢＫ−７を選定した場合には、第一プリズムメンバ１１ａと同じ５０．７４〔°〕以上となる反射面Ｒｓ，Ｒｔの角度を選定することができる。これに対して、異なる材料を選定した場合には屈折率が異なるため、反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔの角度も異なる角度が得られる。

全プリズムメンバ１１ａ，１１ｂ，１１ｃに対する角度選定が終了したなら、選定した角度に基づく各プリズムメンバ１１ａ…の製作を行う（ステップＳ３，Ｓ４）。次いで、図５に示すように、プリズムユニット支持部５３のプリズム取付面５３ｃに対して第一プリズムメンバ１１ａの側面を貼着等により取付ける（ステップＳ５）。なお、取付けに際しては、支持ブロック部１３を治具等にセットした後、この支持ブロック部１３に、第一プリズムメンバ１１ａを位置決めしつつ取付けることができる。次いで、この第一プリズムメンバ１１ａの上面に、第二プリズムメンバ１１ｂの下面を貼着等により取付ける（ステップＳ６）。この場合、図３に示すように、第一プリズムメンバ１１ａの第一反射面Ｒｆを反射した光Ｃは、やや前寄りの上方に向かうため、第二プリズムメンバ１１ｂを第一プリズムメンバ１１ａに取付ける際には、前述した図２に示すように、第一プリズムメンバ１１ａに対して第二プリズムメンバ１１ｂを所定角度Ｑｐだけ回した状態に取付ける。次いで、第二プリズムメンバ１１ｂの側面に、第三プリズムメンバ１１ｃの側面を貼着等により取付ける（ステップＳ７）。この場合、図２に示すように、第二プリズムメンバ１１ｂの第二反射面Ｒｓを反射した光Ｃは、やや前方及びやや上方となる側面方向へ向かうため、第三プリズムメンバ１１ｃを第二プリズムメンバ１１ｂに取付ける際には、前述した図３に示すように、第二プリズムメンバ１１ｂに対して第三プリズムメンバ１１ｃを所定角度Ｑｑだけ回した状態に取付ける。この結果、第三反射面Ｒｔを反射した光Ｃの出光軸Ｓｏは第一プリズムメンバ１１ａに入る光Ｃの入光軸Ｓｉに対してオフセットし、かつ平行となる。

これにより、支持ブロック部１３に支持されたプリズムユニット１１が得られるため、この支持ブロック部１３におけるリング取付部５２を、ネジ等の固定具５１…により支持リング部１２の前面１２ｆ（図６参照）に取付けるとともに、この支持リング部１２をリレーレンズＵｒの前面に設けた接続口３３に嵌合して装着する（ステップＳ８）。これにより、プリズムユニット１１はリレーレンズＵｒの前面に配されるため、全体の位置関係や角度関係に係わる微調整を行う（ステップＳ９）。

このように、回動支持機構部３を構成するに際し、光進方向後方Ｆｓｒにおけるレンズ部Ｕ１の前端に回動可能に嵌め込む支持リング部１２と、この支持リング部１２に設け、かつ光学変換ユニット部２を支持する支持ブロック部１３とを有するユニット支持部３ｓを設けて構成すれば、光学機器本体部Ｍｍに変更を加えることなく、レンズ部Ｕ１に対する後付けにより実施できるため、実施の容易性及び低コスト性に優れるとともに、汎用性及び発展性も高めることができる。加えて、支持ブロック部１３は、プリズムユニット１１自身を組付けるフレーム部材として利用できるため、プリズムユニット１１自身を組付ける貼付工程等を大幅に削減できるとともに、プリズムユニット１１の組立を容易かつ確実に行うことができる利点がある。

以上により、入光する光Ｃを複数の反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔにより順次反射させることにより出光軸Ｓｏを入光軸Ｓｉに対して平行にする光学変換ユニット部２と、この光学変換ユニット部２を、入光軸Ｓｉを中心に回動変位可能及び固定可能に支持する回動支持機構部３とを具備する角度調整装置１の基本形態を得ることができるため、さらに、後述する残りの付属部品等を組付けることができる（ステップＳ１０）。

なお、例示は、各プリズムメンバ１１ａ…同士を直接貼着等により結合した例を示したが、その他、プリズムユニット１１を構成するに際しては、少なくとも一部のプリズムメンバ同士、例えば、プリズムメンバ１１ｂと１１ｃ同士の対向面間に、所定の隙間（例えば、１〔ｍｍ〕前後）を生じさせる位置関係により組付けることもできる。このような組付けを行えば、隙間の断熱構造によりプリズムメンバ１１ｂ，１１ｃ同士間の熱伝達を回避できるため、プリズムユニット１１全体の耐熱性を高めることができるとともに、容易に耐熱対策を施すことができる。

次に、本実施形態に係る角度調整装置１を用いて好適な光学系Ｍｃの一例について、図１，図１１及び図１２を参照して説明する。

なお、角度調整装置１は、リレーレンズ部Ｕｒの前端に取付けられているものとする。また、角度調整装置１は、図１２に示すように、全体をケーシング６１により覆うとともに、このケーシング６１の前方、即ち、光学変換ユニット部２に対して、光進方向前方Ｆｓｆには、レンズ部Ｕ２を構成する投射レンズ部Ｕｅを配する。この投射レンズ部Ｕｅには、前述したように、光学機器Ｍに備える投射レンズ部を利用可能である。このように、レンズ部Ｕ２として、投射レンズ部Ｕｅを用いれば、投射レンズ部Ｕｅを、光学変換ユニット部２に対する専用の投射レンズとして設計できるため、投射レンズ部Ｕｅと光学変換ユニット部２、更にはレンズシフト機構部１５に対してマッチングする最適な光学系Ｍｃを構築できる利点がある。

一方、光学変換ユニット部２の光進方向前方Ｆｓｆには、当該光進方向前方Ｆｓｆにおける投射レンズ部Ｕｅを、横方向及び／又は縦方向へ変位させるレンズシフト機構部１５を設ける。例示のレンズシフト機構部１５は、図１２に示すように、投射レンズ部Ｕｅを支持する縦方向シフトプレート機構６５と、この縦方向シフトプレート機構６５を縦方向（上下方向）に移動可能に支持する横方向シフトプレート機構６６と、この横方向シフトプレート機構６６を横方向（左右方向）に移動可能に支持する基礎プレート６７を備え、この基礎プレート６７をケーシング６１の前端に取付ける。なお、６８は縦方向シフトプレート機構６５に備える電動モータ等を利用した縦方向回転駆動部、６９は横方向シフトプレート機構６６に備える電動モータ等を利用した横方向回転駆動部をそれぞれ示す。

したがって、このようなレンズシフト機構部１５を設ければ、投射画面に対する位置の調整を行うことができるため、角度調整装置１による角度の調整により投射画面の位置がズレた場合であっても、角度調整装置１による位置のズレ分を容易に解消できる利点がある。

次に、本実施形態に係る角度調整装置１の機能及び使用方法について、図１〜図１３を参照して説明する。

今、角度調整装置１を組付けた図１２に示す光学系Ｍｃを構成するとともに、この光学系Ｍｃを光学機器Ｍ（プロジェクタ）に用いた場合を想定する。この場合、光学機器Ｍに備える既設の投射レンズ（交換レンズ）を取り外し、代わりに図１２に示す光学系Ｍｃを取り付ける。なお、角度調整装置１を使用する際に用いる投射レンズ部Ｕｅ（レンズ部Ｕ２）は、専用の投射レンズ部Ｕｅとして予め用意してもよいし、上記光学機器Ｍから取り外した投射レンズを、投射レンズ部Ｕｅとして用いてもよい。また、図１２に示す光学系Ｍｃを光学機器Ｍに取り付けるに際しては、リレーレンズ部Ｕｒに備えるマウント部３０を、光学機器Ｍのキャビネット２１内部に備えるマウント部２２に取り付ければよい。

次いで、光学機器Ｍを所望の場所に設置する。例示の場合、光学機器Ｍを吊下げ可能な支持器を使用して天井に設置するものとする。この際に使用する支持器は、光軸を中心に回動させて角度調整を行う角度調整機構は備えていない。即ち、首振り方向のみの角度調整が可能な比較的単純構成の支持器を使用できる。

図１３は、設置された光学機器Ｍに備える本実施形態に係る角度調整装置１の正面図を仮想線１ｓで示すとともに、この光学機器Ｍによりスクリーンに投射された投射画面を仮想線１００ｓで示している。

まず、光学機器Ｍの作動時には、表示パネル部２３からの出射光がリレーレンズ部Ｕｒに入光し、このリレーレンズ部Ｕｒを透過する。このリレーレンズ部Ｕｒの機能により、表示パネル部２３の実質的位置は、表示パネル部２３の実際の配設位置Ｘｓに対して、光進方向前方Ｆｓｆ、即ち、光学機器本体部Ｍｍの前方となる外部にまで変移される。この結果、表示パネル部２３からの出射光を、リレーレンズ部Ｕｒの前方に配する光学変換ユニット部２に直接入光させることと同じになる。

なお、例示のリレーレンズ部Ｕｒの倍率は、０．５倍であり、表示パネル部２３の実質的位置から出射される出射光により表示される映像は、実際の配設位置Ｘｓにおける表示パネル部２３から出射される出射光により表示される映像に対して、０．５倍に縮小されている。また、リレーレンズ部Ｕｒから出射した映像は、角度調整装置１を構成するプリズムユニット１１に入光し、このプリズムユニット１１を通過する。

さらに、プリズムメンバ１１ｃから出射する出射光は、レンズシフト機構部１５を通過する。このレンズシフト機構部１５により、Ｘ方向（横方向）及びＹ方向（縦方向）の映像に対する画面位置のシフト調整が行われる。また、レンズシフト機構部１５を通過した映像は、投射レンズ部Ｕｅに入光し、この投射レンズ部Ｕｅを透過する。投射レンズ部Ｕｅを透過した映像は、スクリーン上に、仮想線１００ｓで示した投射画面により表示される。なお、この映像は、投射レンズ部Ｕｅに備えるズーミング調整機構やフォーカシング調整機構を含む各種調整機構により調整が行われている。

ところで、図１３に仮想線１００ｓで示す投射画面は、図中、水平に対して概ね４０〔°〕右下がりに傾斜している。この傾斜は、本実施形態に係る角度調整装置１を用いて調整することができる。即ち、前述した手動タイプ又は自動タイプにより構成可能な回動操作手段を利用し、仮想線１ｓで示す角度調整装置１の位置Ｘｐｓを、角度Ｑｓ（概ね２０〔°〕）だけ矢印方向へ回動変位させる。これにより、角度調整装置１は実線で示す位置Ｘｐａまで回動変位するとともに、出光するプリズムメンバ１１ｃは、仮想線で示す位置１１ｃｓから実線で示す位置１１ｃａに角度Ｑｓだけ変位（旋回変位）する。

この結果、仮想線１００ｓで示す投射画面は、位置Ｘｓｓから「２×Ｑｓ」の角度（概ね４０〔°〕）だけ変位するとともに、プリズムメンバ１１ｃの旋回変位により上下位置及び左右位置も変位する。この位置の変位は、レンズシフト機構１５により修正できるため、最終的には、実線１００ａで示す投射画面の位置Ｘｓａまで変位させる角度調整を行うことができ、仮想線１００ｓで示す傾斜した投射画面を、正規の位置及び角度となる実線１００ａで示す投射画面に設定することができる。以上が、角度調整装置１を用いた角度調整に係わる処理となる。

このように、本実施形態に係る角度調整装置１によれば、基本構成として、入光する光Ｃを三つの反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔにより順次反射させることにより出光軸Ｓｏを入光軸Ｓｉに対して平行にする光学変換ユニット部２と、この光学変換ユニット部２とを具備してなるため、光Ｃを屈折する境界面に基づく反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔを有する三つの光学部材を組合わせることにより入光する光Ｃを順次反射する光経路を構成するとともに、三つの反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔにおける入光する光Ｃに対する臨界角条件Ｃｃから全反射条件Ｃｒを満たす反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔの角度を選定し、入光する光Ｃを三つの反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔにより順次反射させることにより出光軸Ｓｏを入光軸Ｓｉに対して平行にする光学変換ユニット部２を設けたため、光学変換ユニット部２における反射面Ｒｆ，Ｒｓ，Ｒｔの反射率を高めることができる。これにより、光学変換ユニット部２全体の光透過率を高めることができ、高いＮＡ（開口数）の光学系も組合わせ可能になるとともに、透過する画像全体の明るさを確保できる。しかも、プリズム材料には屈折率の低い安価なガラス材料も使用可能となり、低コスト化にも寄与できる。

また、この光学変換ユニット部２は、回動支持機構部３により、入光軸Ｓｉを中心に回動変位可能及び固定可能に支持されるため、入光軸Ｓｉを中心に３６０〔°〕回動変位（旋回変位）させることができる。これにより、プロジェクタ等の光学機器Ｍを設置する場所が、例えば、４５〔°〕に傾斜した天井や室内における支柱の側面などであっても角度調整可能になるなど、様々な設置場所に対応できる広い角度調整範囲を実現できる。また、角度調整を行うに際し、光学系Ｍｃを構成する一部の部品を回動操作すれば足りるため、容易かつ正確な調整処理を実現できる。しかも、吊金具等の支持機構における剛性や強度に影響を与えないため、支持機構本来の剛性や強度を確保でき、長期使用においても調整角度にズレを生じにくいとともに、支持機構における耐久性及び信頼性の向上にも寄与できる。

以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、光学変換ユニット部２として、プリズムユニット１１を用いた場合を例示したが、複数のミラーメンバを組合わせて構成するなど、同様の機能を発揮する他の手段の適用を排除するものではない。また、三つのプリズムメンバ１１ａ，１１ｂ，１１ｃの組合わせにより構成する場合を示したが、五つのプリズムメンバ１１ａ…を用いるなど、プリズムメンバ１１ａ…の数量は特定の数に限定されるものではない。さらに、回動支持機構部３を構成するに際し、光進方向後方Ｆｓｒにおけるレンズ部Ｕ１の前端に回動可能に嵌め込む支持リング部１２と、この支持リング部１２に設け、かつ光学変換ユニット部２を支持する支持ブロック部１３とを有するユニット支持部３ｓを設けて構成した例を示したが、レンズ部Ｕ１の先端形態に対応した各種形態により実施可能である。なお、回動支持機構部３を設けることが望ましいが、角度設定した光学変換ユニット部２をレンズ部Ｕ１の前端に固定する構成などであってもよく、この回動支持機構部３は、必ずしも必須の構成要素となるものではない。一方、リレーレンズ部Ｕｒにおいて変倍機能を持たせるか否かは任意である。さらに、光進方向後方Ｆｓｒのレンズ部Ｕ１にリレーレンズ部Ｕｒを使用し、光進方向前方Ｆｓｆのレンズ部Ｕ２に投射レンズ部Ｕｅを使用したが、他の種類を用いたレンズ部Ｕ１，Ｕ２の使用を排除するものではないし、また、例示の場合、光学変換ユニット部２の前後にそれぞれ一つのレンズ部Ｕ１とＵ２を配したが、前後にそれぞれ複数種類のレンズ部Ｕ１…しＵ２…を配してもよい。なお、レンズシフト機構部１５を設けることが望ましいが、必ずしも必須の構成要素となるものではない。

本発明に係る角度調整装置は、各種プロジェクタをはじめ、同様の投射機能を有する各種光学機器に利用できる。

１：光学機器用角度調整装置，２：光学変換ユニット部，３：回動支持機構部，３ｓ：ユニット支持部，１１：プリズムユニット，１１ａ：第一プリズムメンバ，１１ｂ：第二プリズムメンバ，１１ｃ：第三プリズムメンバ，１２：支持リング部，１３：支持ブロック部，１５：レンズシフト機構部，Ｍ：光学機器，Ｍｃ：光学系，Ｍｍ：光学機器本体部，Ｃ：光，Ｒｆ：反射面，Ｒｓ：反射面，Ｒｔ：反射面，Ｓｏ：出光軸，Ｓｉ：入光軸，Ｕ１：レンズ部，Ｕ２：レンズ部，Ｕｒ：リレーレンズ部，Ｕｅ：投射レンズ部，Ｆｓｆ：光進方向前方，Ｆｓｒ：光進方向後方

Claims (9)

1. 光学系と、この光学系を除く光学機器本体部とを備える光学機器に対して光軸を中心にした角度を調整する光学機器用角度調整装置であって、光を屈折する境界面に基づく反射面を有する複数の光学部材を組合わせることにより入光する光を順次反射する光経路を構成するとともに、少なくとも一以上の前記反射面における入光する光に対する臨界角条件から全反射条件を満たす前記反射面の角度を選定し、入光する光を複数の前記反射面により順次反射させることにより出光軸を前記入光軸に対して平行にする光学変換ユニット部とを具備してなることを特徴とする光学機器用角度調整装置。
2. 前記光学変換ユニット部は、回動支持機構部により前記入光軸を中心に回動変位可能及び固定可能に支持することを特徴とする請求項１記載の光学機器用角度調整装置。
3. 前記光学変換ユニット部は、前記複数の光学部材として複数のプリズムメンバを用いたプリズムユニットにより構成することを特徴とする請求項１又は２記載の光学機器用角度調整装置。
4. 前記プリズムユニットは、少なくとも第一プリズムメンバ，第二プリズムメンバ及び第三プリズムメンバの組合わせにより構成することを特徴とする請求項３記載の光学機器用角度調整装置。
5. 前記光学変換ユニット部は、前記光学系における光軸に沿った少なくとも二つのレンズ部の中間に配することを特徴とする請求項１又は２記載の光学機器用角度調整装置。
6. 前記回動支持機構部は、光進方向後方における前記レンズ部の前端に回動可能に嵌め込む支持リング部と、この支持リング部に設け、かつ前記光学変換ユニット部を支持する支持ブロック部とを有するユニット支持部を備えることを特徴とする請求項２記載の光学機器用角度調整装置。
7. 前記光進方向後方における前記レンズ部は、リレーレンズ部を用いることを特徴とする請求項５記載の光学機器用角度調整装置。
8. 前記光学変換ユニット部の光進方向前方には、当該光進方向前方における前記レンズ部を、横方向及び／又は縦方向へ変位させるレンズシフト機構部を備えることを特徴とする請求項１記載の光学機器用角度調整装置。
9. 前記光進方向前方における前記レンズ部は、投射レンズ部を用いることを特徴とする請求項８記載の光学機器用角度調整装置。

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