JP6850335B2 - 投射装置および投射レンズ - Google Patents

Description

本発明は、投射装置および投射レンズに関する。

近年、液晶表示素子やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子等の画像形成パネルを搭載した投射装置が広く普及し、かつ高性能化してきている。

特許文献１には、透過型の液晶パネルに光源からの光を照射し、液晶パネルに表示された画像を投射レンズによりスクリーン上に投影する液晶投射装置が記載されている。

特許文献１の液晶投射装置は、光軸を折り曲げる２枚の反射部材を備え、光源で照明された液晶パネルからの光束を２枚の反射部材によりＵ字状に折り曲げてスクリーンに投射する投射レンズを備えている。Ｕ字状の投射レンズにより、投射装置本体のコンパクト化と、投射装置とスクリーンを含めた投射装置システム全体のサイズのコンパクト化を図ることができる。

特開２０１６−１５６９８６号公報 特開２０１２−９８５０６号公報

本発明は上記背景に鑑みなされたものであり、利便性の高い投射装置および投射レンズを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の投射レンズは、入射部と、第１光軸屈曲部と、第２光軸屈曲部と、第１中間光学系と第２中間光学系と、第２回転機構と、第１円筒枠と、第２円筒枠と、第２回転機構と、を備え、第２回転機構は、第２中間光学系を有し、第１中間光学系を有さず、第１円筒枠に対して第２円筒枠を回転させることにより、第２中間光学系を回転させる。入射部は、第２方向から光が入射される。第１光軸屈曲部は、入射部からの光を、第２方向に交差する第３方向に屈曲させる。第２光軸屈曲部は、第１光軸屈曲部からの光を第２方向に屈曲させる。第１中間光学系と第２中間光学系とは、光路において、第１光軸屈曲部と第２光軸屈曲部の間にある。第１円筒枠は、第１中間光学系を保持する。第２円筒枠は、第２中間光学系を保持し、第１円筒枠と第３方向において重畳する。第２回転機構は、第１円筒枠と第２円筒枠とを含む。

第１中間光学系のレンズの直径は、第２中間光学系のレンズの直径よりも大きいことが好ましい。

本発明の投射装置は、投射レンズと、電気光学素子と、駆動筺体と、第１回転機構とを備えている。駆動筺体は、電気光学素子を有し、投射レンズが接続される。第１回転機構は、駆動筺体に対して、投射レンズを回転させる。

出射レンズと、レンズ筺体と、を備え、レンズ筺体は、第２回転機構を軸に回転可能であり、出射レンズは、レンズ筺体の回転に伴って回転可能であることが好ましい。出射レンズは、第２光軸屈曲部からの光を出射する。レンズ筺体は、出射レンズと第２回転機構の間にある部材を覆う。

窪み部と、３つの足部と、を備え、駆動筺体は、電気光学素子を収納し、中央部と、中央部から突出した突出部と、を有し、投射レンズは窪み部に配置され、窪み部と突出部は、第１方向において、隣り合っており、投射レンズは、第１方向に交差する第２方向において、駆動筺体から窪み部に伸びるように設けられ、足部の１つは突出部の底面にあり、足部の２つは中央部の底面にあることが好ましい。３つの足部は、駆動筺体の底面に設けられている。

突出部は、第１方向のうちの一方である第１Ａ方向側に第１Ｂ側面を有し、第１方向のうちの他方である第１Ｂ方向側に投射レンズと対向する第２Ｂ側面を有し、突出部は、第２方向において、第４側面を有し、足部の１つは、第２Ｂ側面と第４側面に対応する角部にあることが好ましい。

中央部は、第２方向において、第３側面を有し、足部の２つは、第３側面に対応する角部にあることが好ましい。

窪み部と、第１ロック手段を備え、駆動筺体は、電気光学素子を収納し、中央部と、中央部から突出した突出部と、を有し、窪み部と突出部は、第２方向に交差する第１方向において、隣り合っており、駆動筺体は、電気光学素子を収納し、投射レンズは窪み部に配置されていることが好ましい。第１ロック手段は、投射レンズにあり、第１回転機構の回転の可否を切り替える。

投射レンズは、第２回転機構の回転の可否を切り替える第２ロック手段を有し、第１ロック手段と第２ロック手段は、ボタンであり、第１ロック手段と第２ロック手段のボタンの形状が互いに異なることが好ましい。

第１円筒枠の内周面と第２円筒枠の外周面とが接していることが好ましい。

表面側からみた、本発明の投射装置の収納状態を示す平面図である。 底面側からみた、本発明の投射装置の収納状態を示す平面図である。 投射装置の要部の平面図である。 投射装置の要部の平面図である。 投射装置の収納状態を示す第１側面の図である。 投射装置の収納状態を示す第２側面の図である。 投射レンズを外した場合の投射装置の第１側面の図である。 投射装置の収納状態を示す第３側面の図である。 投射装置の収納状態を示す第４側面の図である。 投射装置の収納状態を示す斜視図である。 表面側からみた、投射装置の使用状態を示す平面図である。 投射装置の使用状態を示す第４側面の図である。 投射装置の使用状態を示す第３側面の図である。 投射装置の収納状態を示す第１側面の図である。 投射装置の収納状態を示す第２側面の図である。 投射レンズの要部を示す断面図である。 投射装置の使用状態を示す斜視図である。 投射装置の使用状態を示す斜視図である。 投射装置の使用状態を示す斜視図である。 投射装置の使用状態を示す斜視図である。 投射装置の使用状態を示す斜視図である。 投射装置の使用状態を示す斜視図である。 投射装置の使用状態を示す斜視図である。 投射装置の使用状態を示す斜視図である。 投射装置の使用状態を示す斜視図である。 投射装置の使用状態を示す斜視図である。 投射装置の使用状態を示す斜視図である。

＜投射装置本体＞
図１は、投射装置２を表面５５Ａの側からみた平面図である。図１に示すように、本実施形態の投射装置２は、投射レンズ１０と、投射装置本体である駆動筺体５５とを備える。駆動筺体５５は表面５５Ａ、底面５５Ｂ、第１側面５５Ｃ、第２側面５５Ｄ、第３側面５５Ｅ、第４側面５５Ｆを備える。また、駆動筺体５５は、投射レンズ１０の先端に位置する出射レンズ３６の突出の度合いに対応させて、退避部９１を有している。そして、投射装置２は、実質的にＬ字形状をしており、主に窪み部９４と駆動筺体５５の突出部９５と中央部９６の３つの部分からなっている。投射レンズ１０、第２方向Ｙにおいて、中央部９６（駆動筺体５５の一部）から窪み部９４に伸びるように設けられている。そして、窪み部９４は投射レンズ１０を収納する可能である。また、駆動筺体５５は、窪み部９４に対応する突出部９５を有している。窪み部９４と突出部９５は互いに第１方向Ｘで隣り合っている。

図２は、投射装置２を底面５５Ｂの側からみた平面図である。底面５５Ｂは３つの足部８１を有しており、突出部９５に１つ、中央部９６に２つ配置されている。第２側面５５Ｄは、第２方向Ｙにおける一方側である第２Ａ方向Ｙ１に第２Ａ側面５５Ｄ１を有し、第２方向Ｙにおける他方側である第２Ｂ方向Ｙ２に第２Ｂ側面５５Ｄ２を有する。突出部９５に配置された足部８１は、第２Ｂ側面５５Ｄ２と第４側面５５Ｆに対応する角部に配置されている。また、中央部９６に配置された２つの足部８１は、第３側面５５Ｅの角部に配置されている。より具体的には、底面５５Ｂにおいて、第１方向Ｘにおける一方側である第１Ａ方向Ｘ１側の角部に一つ、第１方向Ｘにおける他方側である第１Ｂ方向Ｘ２側の角部に一つ、配置されている。

これら３つの足部８１は、三角形状に配置をされており、これら３つで形成される面で投射装置２を支持している。本発明の駆動筺体５５の形状は実質的にＬ字のため、第４側面５５Ｆ側は、可能な限り投射レンズ１０に近い位置に足部８１を配置すると好ましい。一方、突出部９５の角部において、第１Ｂ方向Ｘ２側の角部には足部８１を配置しない方が好ましい。３つの足部８１で安定した支持面を形成可能であり、足部８１同士が近すぎると、投影装置の傾きおよびぐらつきの原因となってしまう恐れがある。なお、各足部８１は、底面５５Ｂからの突出距離を調整出来るように構成してもよい。

図３は、投射装置２の要部を示した平面図である。投射装置２は、突出部９５の内部に光源６４としての、レーザ素子を駆動する光源モジュール６３、光源モジュールを冷却するヒートシンク６８を備えている。また、投射装置２は、レーザ素子の光を色変換する蛍光体ホイール６５、カラーフィルタホイール６６、光を導光するライトパイプ６９、リレーレンズ７２、集光レンズ７３、複数のミラー部材６７を有している。それぞれの光学部材を通過した後、レーザ光は、ＴＩＲ（Total Internal Reflector）プリズム７１を通過する。そして、電気光学素子としてのＤＭＤ素子７４によって一部が反射され、投射レンズ１０の内部に照射される。投射レンズ１０は投影対象物に投影像を表示する。レーザ光の色は特に限定されないが、光源を一色で構成したい場合は、光源は青色とし、青色光と蛍光体を用いて緑色光と赤色光を変換して生成すると好ましい。また、ミラー部材６７は、光を鏡面反射させる部材、光を全反射させる部材のどちらでもよい。

なお、光源６４としてレーザ素子を挙げたが、これに限定されずＬＥＤのような発光ダイオード素子でもよい。また、光源は赤、青、緑色のそれぞれの光源を準備してもよい。また、投射装置２は、光源を使わず、ヘッドアップディスプレイのように、有機ＥＬパネル又はＬＥＤパネルのようなディスプレイパネル等の電気光学素子から直接光を投射してもよい。また、電気光学素子としてＤＭＤ素子７４を挙げたが、これに限定されず、光源からの光の一部を透過させる液晶パネルを用いてもよい。その際にはＴＩＲプリズム７１ではなく、ダイクロイックプリズムを用いてもよい。

ヒートシンク６８は、アルミニウムや銅などの金属を用い、表面積を大きくするように形成されていれば特に形は限定されない。例えば、図３の通り、フィンを複数有する形状が一般的に利用される。ヒートシンク６８の形状としては、例えば、米国特許出願公開２０１５／００２９４７０号、米国特許出願公開２００６／０１７６４５３号、米国特許出願公開２０１１／０２６１０３３号、および特開２０１８−３１９３６号に記載されている。

図３において、第２側面５５Ｄには、電源ケーブル７６が挿入されており、外部からの電源が駆動回路７５に供給されている。駆動回路７５は、投射装置２の動作を制御する制御部や、電気光学素子を用いてＲＧＢ３色の画像を形成させる画像処理部等を有している。駆動回路７５は、ミラー６７、ＴＩＲプリズム７１およびＤＭＤ素子７４と重畳しないように配置されているが、これに限定されず、其々の光学部材と重畳するように配置してもよい。電源ケーブルの挿入口の詳細は、図１０に関する説明の際に記載する。

図４のとおり、投射装置２は、第１側面５５Ｃ側に排気口８３を有し、第２側面５５Ｄ側に吸気口８２を有する。より詳細には、第２Ａ側面５５Ｄ１に第１吸気口８２Ａが配置され、突出部９５の第２Ｂ側面５５Ｄ２に第２吸気口８２Ｂが配置されている。よって、吸気又は排気口８２、８３に対応させて第１ファンおよび第２ファンが配置されている。第２Ｂ側面５５Ｄ２は、投射レンズ１０と対向しているが、この面も吸気又は排気口にすることによって、投射装置２の冷却効率を高めている。図４においては、第１ファンは吸気ファン９２に対応し、第２ファンは排気ファン９３に対応する。吸気ファン９２および排気ファン９３が配置されている。吸気ファン９２は、第２吸気口８２Ｂよりも第１吸気口８２Ａに多く配置されている。

図４中にある矢印は、風の流れを示している。この矢印が示すように、本実施例のような吸気又は排気口８２、８３を配置することによって、突出部９５の中にある光源モジュール６３、光源６４、ヒートシンク６８に直接かつ十分に風を当てることが出来る。よって、これらの部材を高い効率で冷却可能である。なお、突出部９５の第１Ｂ側面５５Ｃ２に吸気口を、第２Ｂ側面５５Ｄ２に排気口を配置してもよい。このような構成の場合、排気口から熱を帯びた風が投射レンズ１０に当たり、投射レンズ１０の部材の劣化を招くおそれがある。よって、図４のように配置するのが最も好ましい。

吸気又は排気口８２、８３の詳細を図５、図６及び図７を用いて説明をする。図５は、投射装置２を第１側面５５Ｃ側から見た側面図である。投射装置２は、第１Ａ側面５５Ｃ１と第１Ｂ側面５５Ｃ２に排気口８３が一体的に形成されている。排気口８３は、後述する吸気口８２と異なり、一体的に大きく形成されているため、高い排気効率を有する。このように、吸気口８２より排気口８３を大きく形成している。

図６は、投射装置２を第２側面５５Ｄ側から見た側面図である。投射装置２は、第２Ａ側面５５Ｄ１に第１吸気口８２Ａが形成されている。また、第２Ａ側面５５Ｄ１には、電源ケーブル用の電源ケーブル口５４（挿入口の一例）と、映像ケーブル用の映像ケーブル口５２（挿入口の一例）が形成されている。映像ケーブルは、投射装置２と、映像信号を出力するパーソナルコンピュータ等の外部機器とを接続する。映像ケーブルの種類としては、例えばＨＤＭＩ(登録商標)ケーブル、ＤＶＩケーブル、およびＶＧＡケーブルが使用出来る。図７は、図６から投射レンズ１０を分離した図である。このように第２Ｂ側面５５Ｄ２には第２吸気口８２Ｂが設けられている。

図８は、第４側面５５Ｆ側から投射装置２を見た側面図である。図８のとおり、第４側面５５Ｆには、画像の画質調整、画像の台形補正、電源のオンおよびオフ等のユーザ操作を行う操作スイッチ５１が形成されている。投射レンズ１０の表面には、投射レンズ１０の回転機構の可否を切り替える第１ロックスイッチ９０Ａ（第１ロック手段の一例）と第２ロックスイッチ９０Ｂ（第２ロック手段の一例）が形成されている。このスイッチの詳細は後述する。また、投射レンズ１０は、図８及び図１０に開示される第１回転機構８８Ａを軸に、第１方向Ｘおよび第３方向Ｚで形成される面上に回転する。より具体的には、投射レンズ１０は、第１回転方向８４および第２回転方向８５に回転可能に構成されている。投射装置２の底面には足部８１が３つ形成されている。

図９は、第３側面５５Ｅから投射装置２を見た側面図である。図９のとおり、第３側面５５Ｅには、ＵＳＢメモリやハードディスク等の外部機器に接続するための外部機器ケーブル口５３（挿入口の一例）と映像ケーブル口５２が形成されている。一方で、第２側面５５Ｄにあった電源ケーブル口５４は、第３側面５５Ｅには形成されていない。

図１０は、投射装置２の投射レンズ１０を収納した状態を示す斜視図である。そして、図１０は、投射装置２を、第３側面５５Ｅを底部とし第４側面５５Ｆを上部とした縦置きにした図である。第３側面５５Ｅは、長辺方向の長さが、第１側面５５Ｃ（第１Ａ側面５５Ｃ１と第１Ｂ側面５５Ｃ２の合計）の長辺方向の長さよりも長い。よって、第３側面５５Ｅは広い面積を有し、投射装置２を縦置きする際の底部として使用出来る。本実施形態の投射レンズ１０は、第１回転機構８８Ａだけではなく、第３回転方向８６および第４回転方向８７に回転可能な第２回転機構８８Ｂも備えている。よって、投射装置２を縦置きした場合でも、図１７から図２７の通り、投射装置２はあらゆる方向に画像を投影可能である。また、投射装置２を縦置きした場合でも、操作スイッチ５１は上部に位置するため、ユーザが操作しやすい。

上述のように、投射装置２は第３側面５５Ｅを底部とする縦置きも想定している。つまり、図３に記載された電源ケーブル７６の電源ケーブル口５４（挿入口の一例）は、第３側面５５Ｅではなく第２側面５５Ｄに形成している。電源ケーブル７６は、投射装置２の使用中は常に装着している必要があり、低部として利用される第３側面５５Ｅに配置出来ないからである。図１０の投射装置２は、底面５５Ｂを底部とする横置き、第３側面５５Ｅを底部とする縦置きの両方に対応可能である。なお、第２側面５５Ｄにも外部機器ケーブル口５３を形成してもよい。なお、電源ケーブル口５４は、第１側面５５Ｃに形成してもよい。但し、電源ケーブル口５４を形成することで、吸気又は排気口８２、８３の面積を減少させてしまうため、電源ケーブル口５４は、重要性が低い吸気口８２側に配置する方が好ましい。

図１０の通り、レンズ筺体８９が、投射レンズ１０において、第２回転機構８８Ｂよりも先端側に配置されている。レンズ筺体８９は、出射レンズ３６と第２回転機構８８Ｂの間にある部材を覆う筺体である。図１６においては、レンズ筺体８９は、第２光軸屈曲部材であるミラー１５を覆い、第２回転機構８８Ｂの軸を中心に、第２方向Ｙと第３方向Ｚが形成する面上に回転可能である。また、レンズ筺体８９の回転に伴って出射レンズ３６も回転可能となっている。レンズ筺体８９と駆動筺体５５は、プラスチック等の成型部品で形成されている。レンズ筺体８９と駆動筺体５５の角部は、湾曲した形状となっており、ユーザが掴みやすい形状となっている。そのため、ユーザはレンズ筺体８９を手に持って、投射レンズ１０を、図８に示す第１回転方向８４および第２回転方向８５（Ｘ−Ｚ平面回転）に回転させることが出来る。また、同様に、ユーザはレンズ筺体８９を手に持って、投射レンズ１０を、図１０に示す第３回転方向８６および第４回転方向８７（Ｙ−Ｚ平面回転）に回転させることが出来る。

加えて、レンズ筺体８９の角部は、本体である駆動筺体５５の角部と同じように湾曲している。またレンズ筺体８９の側面は、第４側面５５Ｆと第２側面５５Ｄの面と同一平面にあり、これらの面は互いに揃っている。よって、投射装置２は、窪み部９４を有しているが、レンズ筺体８９が組み合わさることによって、実質的に四角形の形状となっている。これによって、投射装置２は高いデザイン性と持ち運びの利便性を兼ねている。

続いて、投射レンズ１０の回転機構のロック手段について説明する。図１０において、投射レンズ１０の第１回転機構８８Ａと第２回転機構８８Ｂの間にある部分の表面に、ロック手段としての第１ロックスイッチ９０Ａと第２ロックスイッチ９０Ｂが設けられている。第１ロックスイッチ９０Ａは、操作をすることによって第１回転機構８８Ａの回転をロックし、第２ロックスイッチ９０Ｂは、操作をすることによって第２回転機構８８Ｂの回転をロックする。これらによって、投射装置２を使用中に、何らかの外部要因で投射レンズ１０が動いてしまうことを防止できる。また、投射装置２の運搬中に、ユーザが投射レンズ１０を持って運搬することが可能になる。

第１ロックスイッチ９０Ａと第２ロックスイッチ９０Ｂのボタンの形状は互いに異なっている。第１ロックスイッチ９０Ａは、第１回転機構８８Ａから延びる部材の外周形状に対応させて円系である。一方で、第２ロックスイッチ９０Ｂは、第２回転機構８８Ｂに隣接するレンズ筺体８９の形状に対応させて四角形である。このように、２つのスイッチ形状の種類を視覚的に区別することで、ユーザ利便性が高くなっている。

第１ロックスイッチ９０Ａと第２ロックスイッチ９０Ｂは、図示しない接続配線によって図３に記載の駆動回路７５と電気的に接続されている。そして、駆動回路７５から供給される電力を用いて第１回転機構８８Ａと第２回転機構８８Ｂの機械的機構をコントロールしている。本実施形態の投射レンズ１０は、第１回転機構８８Ａと第２回転機構８８Ｂによって回転するものであり、各々のロックスイッチの接続配線も回転に伴う負荷を受けてしまう。特に、各々のロックスイッチ９０Ａ、９０Ｂがレンズ筺体８９に形成されている場合、接続配線は２軸の回転に耐えるようにレンズ１０内に配置されている必要がある。このような２軸回転は、接続配線の材料に大きな負荷を与える。

よって、図１０において、投射レンズ１０の第１回転機構８８Ａと第２回転機構８８Ｂの間にある部分の表面に、第１ロックスイッチ９０Ａと第２ロックスイッチ９０Ｂが設けている。これによって、ユーザの利便性と接続配線の安定性を両立させている。なお、電気的に第１回転機構８８Ａと第２回転機構８８Ｂをロックする形態について説明したが、電気を用いず機械的な構造のみを用いたロック手段であってもよい。

また、第１ロックスイッチ９０Ａと第２ロックスイッチ９０Ｂは、第４側面５５Ｆ側に配置されており、操作スイッチ５１と同一側である。言い換えれば、第１ロックスイッチ９０Ａと第２ロックスイッチ９０Ｂと操作スイッチ５１は、投射装置２において、同一平面側に配置されている。これによって、ユーザは、一つの面側を視認するだけで、操作スイッチ５１、第１ロックスイッチ９０Ａと第２ロックスイッチ９０Ｂを視認および操作可能である。このような投射装置２はユーザの利便性が高い。

図１１は、投射装置２の使用状態を示す平面図である。図１１は図１の収納状態から、第１回転機構８８Ａを９０°回転、第２回転機構８８Ｂを９０°回転させた図である。図１２は、投射装置２の使用状態を示す側面図である。図１２は、図８の収納状態から、第１回転機構８８Ａを９０°回転、第２回転機構８８Ｂを９０°回転させた図である。また、図１２は、第４側面５５Ｆから見た図１１の投射装置２の側面図でもある。図１３は、図９の収納状態から、第１回転機構８８Ａを９０°回転、第２回転機構８８Ｂを９０°回転させた図である。また、図１３は、第３側面５５Ｅから見た図１１の投射装置２の側面図でもある。これらの図の通り、投射装置２は、投射レンズ１０を各々の回転機構８８Ａ，８８Ｂを軸に回転させることで、映像を投射する方向を変更出来る。

図１４は、第１側面５５Ｃから見た投射装置２の使用状態を示す側面図である。図１４は、図１１の投射装置２を、第３側面５５Ｅを低部とした縦置きした状態を示している。図１５は、第２側面５５Ｄから見た投射装置２の使用状態を示す側面図である。同様に、図１５は、図１１の投射装置２を、第３側面５５Ｅを低部とした縦置きした状態を示している。図１５の通り、投射装置２は、電源ケーブル口５４と映像ケーブル口５２を側面に有しているため、投射装置２を縦置きしても不具合は生じない。

＜投射レンズ＞
図１６は、本実施形態の投射レンズ１０の断面図である。投射レンズ主要部について説明をするため、図１０に示すレンズ筺体８９や第１および第２ロック手段９０Ａ、９０Ｂは省略している。投射レンズ１０は、第１光学系１１と、第２光学系１２と、第３光学系１３と、第１反射部材としての第１ミラー１４と、第２反射部材としての第２ミラー１５と、第１保持部材１６と、第２保持部材１７と、第３保持部材１８とを備える。第１保持部材１６〜第３保持部材１８は、レンズ鏡筒１９を構成する。

第１光学系１１は、第１レンズ２１と第２レンズ２２とで構成されている。これら第１レンズ２１及び第２レンズ２２は、図示を簡単にするために単体のレンズとして表示しているが、実際は複数のレンズ群で構成されていてもよい。ＤＭＤ素子７４（電気光学素子の一例）より出射される光は、第２方向Ｙから入射部２１Ａに入射する。そして、第１光学系１１は、入射部２１Ａからの光束が入射され投射対象物側へ導く。本実施形態では、第１光学系１１は、ＤＭＤ素子７４により形成された画像を中間像として結像面２３に結像させる。

第１保持部材１６は、第１光学系１１を一体に保持する。第１保持部材１６は、第１本体部２４、第１レンズ枠２５、および第１取付筒２６を有する。第１レンズ枠２５は、第１レンズ２１を保持する。第１本体部２４は、取付部２７と、取付フランジ２８とを有し、中央に第１レンズ枠２５を保持する。取付部２７は、駆動筺体５５に設けられた挿入孔６０Ａに挿入される。

挿入孔６１Ａは、駆動筺体５５の内部に開口された貫通孔である。第１保持部材１６は、取付部２７が挿入孔６０Ａに挿入された状態で、取付フランジ２８が取付面６０Ｂに接する位置まで挿入される。そして、例えばネジ止めにより、取付フランジ２８が駆動筺体５５に固定される。駆動筺体５５に取り付けられた第１保持部材１６は、第１レンズ２１の入射部２１Ａ（ＤＭＤ素子７４の先端面の一例）が駆動筺体５５の内部に配される位置まで挿入されている。

第１取付筒２６は、第１本体部２４に接続され、内部に第２レンズ２２を保持する。第１取付筒２６は、円筒形状であり、中心軸が第１光学系１１の光軸ＣＬ１と一致している。第１取付筒２６は、後述するように第２保持部材１７が取り付けられる。

第２保持部材１７は、第１ミラー１４を保持する。第２保持部材１７は、第２取付筒２９、第２本体部３１、第３取付筒３２を有する。第２取付筒２９は、円筒形状であり、内周面が第１取付筒２６の外周面に回転自在に挿入されている。この第２保持部材１７、挿入孔６０Ａ、および取付面６０Ｂによって、図１０に記載の第１回転機構８８Ａが構成されている。そして、この第１回転機構８８Ａによって、第２保持部材１７は、第１ミラー１４、後述する第３保持部材１８、第２光学系１２、第３光学系１３、および第２ミラー１５とともに第１光学系１１の光軸ＣＬ１を中心に回転自在に支持されている。なお、第１取付筒２６と第２取付筒２９との間には図示しない止め部が設けられており、第２取付筒２９が第１取付筒２６に対して光軸ＣＬ１と平行な方向に離脱することを防止する。

第２本体部３１は、ネジ等の固定手段により第２取付筒２９に接続されている。第２本体部３１は、略直方体状の角筒から構成されている。第２本体部３１の下板３１ａの一方の角部は斜面部３１ｂを構成している。斜面部３１ｂの内側面には、第１ミラー１４が固定されている。

第１ミラー１４は第１光学系１１と、第１光学系１１による中間像の結像面２３との間に配されている。第１ミラー１４は、第２方向Ｙに延びる第１光学系１１の光軸ＣＬ１を反射により折り曲げて光軸ＣＬ２とする。本実施形態では、第１ミラー１４は、光軸ＣＬ１を９０°折り曲げて光軸ＣＬ２とする。これによって、光軸ＣＬ２は第３方向Ｚに延びている。

第３取付筒３２は、第２本体部３１に例えばネジ等の固定手段により固定され、第２本体部３１を介して、第２取付筒２９と実質的に直交して配置されている。第３取付筒３２は、円筒形状であり、第３保持部材１８が取り付けられる。

第３保持部材１８は、第２光学系１２、第２ミラー１５、及び第３光学系１３を一体に保持する。第２光学系１２は、第３レンズ３３（第１中間光学系）と第４レンズ３４（第２中間光学系）とで構成されている。第２レンズ枠３８は第４レンズ３４を保持している。この第３取付筒３２と第３保持部材１８の第２レンズ枠３８等によって、図１０に示す第２回転機構８８Ｂが構成されている。

第３レンズ３３（第１中間光学系）は、第２レンズ枠３８と共に回転する第４レンズ３４（第２中間光学系）よりも長い直径を有している。また、第４レンズ３４（第２中間光学系）は、第３レンズ３３（第１中間光学系）よりもレンズ枚数が多い。第３レンズ３３を大きく形成することで、複数のレンズで構成される第４レンズ３４の直径を短くすることが出来る。また、第２レンズ枠３８が第４レンズ３４のみを保持することで、レンズ枠のサイズを小さく出来る。よって、第３保持部材１８および第２光学系１２をコンパクトなサイズに出来る。なお、第３レンズ３３（第１中間光学系）は、１枚のレンズのみで構成されていてもよいし、複数枚のレンズで構成されていてもよい。

第３光学系１３は、第５レンズ３５と出射レンズ３６とで構成されている。これら第３レンズ３３〜出射レンズ３６は、図示を簡単にするために単体のレンズとして表示しているが、実際は複数のレンズ群で構成されていてもよい。

第２光学系１２は、第１光学系１１からの光束が入射され投射対象物側へ導く。第３光学系１３は、第２光学系１２からの光束が入射され投射対象物側へ導く。本実施形態では第２光学系１２および第３光学系１３は、第１光学系１１により結像面２３に結像された中間像を拡大して、投射対象物である例えばスクリーン３７に投射する。なお、第１光学系１１〜第３光学系１３は、例えば特開２０１６−１５６９８６、特開２０１６−１５６９８３等の「投射用光学系及び投射型表示装置」に詳しく説明されており、これらに記載の光学系を第１光学系１１〜第３光学系１３として用いることができる。

第２ミラー１５は第２光学系１２と第３光学系１３との間に配されている。第２ミラー１５は、光軸ＣＬ２を反射により折り曲げて、光軸ＣＬ３とする。本実施形態では、第２ミラー１５は、光軸ＣＬ２を９０°折り曲げて光軸ＣＬ３とする。

本実施形態では、上述したように、第１光学系１１の入射側の光軸ＣＬ１は、第１ミラー１４で反射されて９０°折り曲げられ、出射側の光軸ＣＬ２となる。また、第２光学系１２の入射側の光軸ＣＬ２は、第２ミラー１５で反射されて９０°折り曲げられ、第２方向Ｙに延びる光軸ＣＬ３となる。このため、光軸ＣＬ３は、光軸ＣＬ１と光軸ＣＬ２とを含む面内において、光軸ＣＬ１と実質的に平行である。すなわち、投射レンズ１０では、図３に示す光源６４によって照明された光束を第１ミラー１４及び第２ミラー１５により実質的にＵ字状に折り曲げて投射対象物に投射する。

さらに、上述したように、投射レンズ１０では、実質的にＵ字状の光路を有しているため、第１光学系１１、第２光学系１２、第１ミラー１４、第２ミラー１５を保持するレンズ鏡筒１９は実質的にＵ字状の鏡筒となっている。

第３保持部材１８は、第２レンズ枠３８、第３本体部３９、第３レンズ枠４１を有する。第２レンズ枠３８は、円筒形状であり、第２光学系１２、すなわち、第３レンズ３３と第４レンズ３４とを保持する。第２レンズ枠３８は、外周面が第３取付筒３２の内周面に接する。

第３本体部３９は、第２レンズ枠３８に接続されている。第３本体部３９は、略直方体状の角筒から構成されている。第３本体部３９の上板３９ａの一方の角部は斜面部３９ｂを構成している。斜面部３９ｂの内側面には、第２ミラー１５が固定されている。

第３レンズ枠４１には、第３光学系１３、すなわち、第５レンズ３５と出射レンズ３６とを保持する。また、第３レンズ枠４１の入射側端面にはフランジ４１ａが形成されている。第３レンズ枠４１は、フランジ４１ａが第３本体部３９に例えばネジのような固定手段により固定されている。そして、第３レンズ枠４１は第３本体部３９を介して、第２レンズ枠３８と実質的に直交して配置されている。

なお、本実施形態では、第１ミラー１４と第２ミラー１５の間に第２光学系１２を構成する第３レンズ３３と第４レンズ３４とが配置されている。しかし、投射レンズ１０は実質的にＵ字状の光路を有すればよく、例えば、第１ミラー１４と第２ミラー１５の間に第２光学系１２を構成するレンズが配されていない構成でもよい。また、第１ミラー１４と第２ミラー１５は、入射される光に対して鏡面反射を起こすものに限られず、全反射を起こすものでもよい。さらに、レンズ内の光路が実質的にＵ字形状の場合について説明をしたが、この形状に限定されない。後述する図１７から図２７のように、第１回転機構８８Ａと第２回転機構８８Ｂの回転によっては、レンズ内の光路はＵ字形状以外の光路にもなる。

＜投射装置の使用状態の種類＞
図１７は、投射装置２の投射レンズ１０を使用する状態を示す斜視図である。そして、図１７は第３側面５５Ｅを底部とし、第４側面５５Ｆを上部として、投射装置２を縦置きした図である。図１０と対比をすると投射レンズ１０は、第１回転機構８８Ａを軸に９０°回転し、第２回転機構８８Ｂを軸に９０°回転している。そして、この回転によって、出射レンズ３６は第１方向Ｘに映像を投射出来るようになっている。

図１０の収納状態から、図１７の使用状態へは、レンズ筺体８９を掴み、腕および手首を動かすだけで実現出来るため、投射装置２はユーザに対する利便性が高い。また、投射装置２を縦置きした場合、操作スイッチ５１、第１および第２ロックスイッチ９０Ａ、９０Ｂが上方から視認できる。よって、投射装置２はユーザの操作性も高い。

図１８から図２７は、図１７以外の使用状態の種類を示している。このように、第１回転機構８８Ａと第２回転機構８８Ｂの回転を組み合わせることで、投射レンズ１０はあらゆる方向に映像を照射可能となっている。図１７から図２７は、投射装置２を縦置きした場合で説明している。しかし、投射装置２の状態を、底面５５Ｂを低部にした横置き状態に変えた場合でも、投射レンズ１０はあらゆる方向に映像を照射可能であるのは、言うまでもない。

上記各実施形態では、投射装置２をテーブルに配置した状態で説明したが、天井などから吊り下げて使用する場合にも本発明を適用することができる。また、スクリーン３７に像を投射する例で説明したが、投射対象物はスクリーン３７に限定されず、様々な投射対象物に対して映像を投射できる。

２ 投射装置
１０ 投射レンズ
１１ 第１光学系
１２ 第２光学系
１３ 第３光学系
１４ 第１ミラー
１５ 第２ミラー
１６ 第１保持部材
１７ 第２保持部材
１８ 第３保持部材
１９ レンズ鏡筒
２１ 第１レンズ
２１Ａ 入射部
２２ 第２レンズ
２３ 結像面
２４ 第１本体部
２５ 第１レンズ枠
２６ 第１取付筒
２７ 取付部
２８ 取付フランジ
２９ 第２取付筒
３１ 第２本体部
３１ａ 下板
３１ｂ 斜面部
３２ 第３取付筒
３３ 第３レンズ
３４ 第４レンズ
３５ 第５レンズ
３６ 出射レンズ
３７ スクリーン
３８ 第２レンズ枠
３９ 第３本体部
３９ａ 上板
３９ｂ 斜面部
４１ 第３レンズ枠
４１ａ フランジ
５０ 投射装置本体
５１ 操作スイッチ
５２ 映像ケーブル口
５３ 外部機器ケーブル口
５４ 電源ケーブル口
５５ 駆動筺体
５５Ａ 上面
５５Ｂ 底面
５５Ｃ 第１側面
５５Ｃ１ 第１Ａ側面
５５Ｃ２ 第１Ｂ側面
５５Ｄ 第２側面
５５Ｄ１ 第２Ａ側面
５５Ｄ２ 第２Ｂ側面
５５Ｅ 第３側面
５５Ｆ 第４側面
６０Ａ 挿入孔
６０Ｂ 取付面
６３ 光源モジュール
６４ 光源
６５ 蛍光体ホイール
６６ カラーフィルタホイール
６７ ミラー部材
６８ ヒートシンク
６９ ライトパイプ
７１ ＴＩＲプリズム
７２ リレーレンズ
７３ 集光レンズ
７４ ＤＭＤ素子
７５ 駆動回路
７６ 電源ケーブル
８１ 足部
８２Ａ 第１吸気口
８２Ｂ 第２吸気口
８３ 排気口
８４ 第１回転方向
８５ 第２回転方向
８６ 第３回転方向
８７ 第４回転方向
８８Ａ 第１回転機構
８８Ｂ 第２回転機構
８９ レンズ筺体
９０Ａ 第１ロックスイッチ
９０Ｂ 第２ロックスイッチ
９１ 退避部
９２ 吸気ファン
９３ 排気ファン
９４ 窪み部
９５ 突出部
９６ 中央部

Claims (11)

1. 第２方向から光が入射される入射部と、
   前記入射部からの光を、前記第２方向に交差する第３方向に屈曲させる第１光軸屈曲部と、
   前記第１光軸屈曲部からの光を前記第２方向に屈曲させる第２光軸屈曲部と、
   光路において、前記第１光軸屈曲部と前記第２光軸屈曲部の間にある、第１中間光学系
   と第２中間光学系と、
   前記第１中間光学系を保持する第１円筒枠と、
   前記第２中間光学系を保持し、前記第１円筒枠と前記第３方向において重畳する第２円筒枠と、
   前記第１円筒枠と前記第２円筒枠とを含む第２回転機構と、を備え、
   前記第２回転機構は、前記第２中間光学系を有し、前記第１中間光学系を有さず、前記第１円筒枠に対して前記第２円筒枠を回転させることにより、前記第２中間光学系を回転させる、投射レンズ。
2. 前記第１中間光学系のレンズの直径は、前記第２中間光学系のレンズの直径よりも大きい、請求項１に記載の投射レンズ。
3. 請求項１又は２に記載の投射レンズと、
   電気光学素子と、
   前記電気光学素子を有し、前記投射レンズが接続される駆動筺体と、
   前記駆動筺体に対して、前記投射レンズを回転させる第１回転機構と、を備えた投射装置。
4. 前記第２光軸屈曲部からの光を出射する出射レンズと、
   前記出射レンズと前記第２回転機構の間にある部材を覆うレンズ筺体と、を備え、
   前記レンズ筺体は、前記第２回転機構を軸に回転可能であり、
   前記出射レンズは、前記レンズ筺体の回転に伴って回転可能である、請求項３に記載の投射装置。
5. 窪み部と、
   前記駆動筺体の底面に設けられた３つの足部と、を備え、
   前記駆動筺体は、前記電気光学素子を収納し、中央部と、前記中央部から突出した突出部と、を有し
   前記投射レンズは前記窪み部に配置され、
   前記窪み部と前記突出部は、第１方向において、隣り合っており、
   前記投射レンズは、前記第１方向に交差する前記第２方向において、前記駆動筺体から前記窪み部に伸びるように設けられ、
   前記足部の１つは前記突出部の前記底面にあり、前記足部の２つは前記中央部の前記底面にある、請求項３又は４に記載の投射装置。
6. 前記突出部は、前記第１方向のうちの一方である第１Ａ方向側に第１Ｂ側面を有し、前記第１方向のうちの他方である第１Ｂ方向側に前記投射レンズと対向する第２Ｂ側面を有し、
   前記突出部は、前記第２方向において、第４側面を有し、
   前記足部の１つは、前記第２Ｂ側面と前記第４側面に対応する角部にある、請求項５に記載の投射装置。
7. 前記中央部は、前記第２方向において、第３側面を有し、
   前記足部の２つは、前記第３側面に対応する角部にある、請求項５又は６に記載の投射装置。
8. 窪み部と、
   前記投射レンズにあり、前記第１回転機構の回転の可否を切り替える第１ロック手段と、を備え、
   前記駆動筺体は、前記電気光学素子を収納し、中央部と、前記中央部から突出した突出部と、を有し、
   前記窪み部と前記突出部は、前記第２方向に交差する第１方向において、隣り合っており、
   前記駆動筺体は、前記電気光学素子を収納し、
   前記投射レンズは前記窪み部に配置された、請求項３又は４に記載の投射装置。
9. 前記投射レンズは、前記第２回転機構の回転の可否を切り替える第２ロック手段を有し、
   前記第１ロック手段と前記第２ロック手段は、ボタンであり、
   前記第１ロック手段と前記第２ロック手段のボタンの形状が互いに異なる、請求項８に記載の投射装置。
10. 前記第１円筒枠の内周面と前記第２円筒枠の外周面とが接している、請求項３ないし９のいずれか１項に記載の投射装置。
11. 前記第１円筒枠の内周面と前記第２円筒枠の外周面とが接している、請求項１又は２に記載の投射レンズ。

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