WO2019107483A1 - 投写用光学系及びプロジェクタ - Google Patents

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WO2019107483A1
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optical system
image
optical axis
projection
holding cylinder
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賢 天野
永利　由紀子
宏信 茅野
伊藤　研治
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富士フイルム株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G03B21/14—Details
    • G03B21/145—Housing details, e.g. position adjustments thereof

Definitions

  • the present invention relates to a projection optical system and a projector.
  • a projection optical system in which an intermediate image is formed by a first optical system consisting of a plurality of lenses and re-imaged by a second optical system consisting of a plurality of lenses as well.
  • a projection optical system constituted only by an optical system which does not form a normal intermediate image, if the focal length is shortened to widen the angle, the lens on the enlargement side is inevitably too large.
  • the back focus of the second optical system can be shortened, and the lens diameter on the enlargement side of the second optical system can be reduced. It is also suitable for
  • Patent Document 2 when the reflection mirror is rotated by 90 ° in the horizontal plane, the projection direction is also rotated by 90 °. Therefore, it is necessary to rotate the projector itself by 90 ° to return the projection direction on the opposite side to the rotation direction of the reflection mirror, and there is a problem that the operation becomes troublesome.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and when projecting an original image in which a landscape image and a landscape image are mixed, the size of the projected image is made the same regardless of whether the landscape image or the landscape image is used. It is an object of the present invention to provide a projection optical system and a projector that can be projected onto a screen.
  • the projection optical system of the present invention includes a first optical system, a first reflecting member, a second reflecting member, a third optical system, and a first connecting portion.
  • the first optical system has a first optical axis.
  • the second reflecting member bends the first optical axis to be a second optical axis.
  • the second reflecting member bends the second optical axis in the same direction as the first optical axis to be a third optical axis, and makes the third optical axis and the first optical axis parallel.
  • the third optical system has a third optical axis.
  • the first connecting portion holds the first reflecting member, the second reflecting member, and the third optical system, and is rotatable in a rotation range of 45 ° in the first optical system about the first optical axis. Link.
  • each of the first reflecting member and the second reflecting member is a member that bends the optical axis at 90 °. It is preferable that the first reflecting member and the second reflecting member have a flat reflecting surface.
  • a second optical system having a second optical axis is provided between the first reflecting member and the second reflecting member. It is preferable to provide a second connecting portion that rotatably connects the third optical system and the second reflecting member to the second optical system at 90 ° intervals around the second optical axis.
  • a projector includes the above-described projection optical system, and an image forming panel that displays an image based on an original image toward the first optical system of the projection optical system.
  • the rotation part which switches the rotation position of a connection part based on the image direction information of an original image.
  • the rotation unit sets the second optical axis in the vertical direction when the original image is a horizontally long image horizontally based on the image direction information of the original image, and the second optical axis is a vertically long image when the original image is vertically long.
  • the optical axis is set to be inclined 45 ° with respect to the vertical direction.
  • the rotation unit includes a motor that rotates the second optical axis by 45 ° with respect to the first optical system about the first optical axis.
  • the present invention in a projector which is compactly assembled without increasing in size, it is possible to project on the screen the same size of an image to be projected whether it is a landscape image or a portrait image by a simple operation. it can.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a projector in a state of projecting a horizontal original image.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a projector in a projection state of a vertically long original image.
  • It is a front view which shows the rotation state of a 2nd holding cylinder.
  • It is a control block diagram. It is a table
  • the projector 10 of this embodiment includes a projection optical system 11 and a projector body 12.
  • the projector body 12 has an image forming panel 13. An image is displayed on the image display surface 13 a of the image forming panel 13 based on the original image.
  • the projection optical system 11 projects the image displayed on the image forming panel 13 on the screen 15 as an enlarged image.
  • the projection optical system 11 has a first optical system 21 having a first optical axis CL1 and a second optical axis CL2 in order on the optical axis from the image forming panel 13 to the screen 15.
  • a second optical system 22 and a third optical system 23 having a third optical axis CL3 are provided.
  • vertical and horizontal (Y-axis direction), left and right (X-axis direction), front and back (Z-axis direction) are referred to based on a state in which the projector body 12 is directed in the projection direction in the third optical axis CL3 direction. It has established.
  • a first mirror 24 as a first reflecting member is disposed between the first optical system 21 and the second optical system 22.
  • the first mirror 24 has a flat reflective surface, and bends the first optical axis CL1 of the first optical system 21 by reflection to form a second optical axis CL2 intersecting the first optical axis CL1 at 90 °.
  • a second mirror 25 as a second reflecting member is disposed between the second optical system 22 and the third optical system 23 disposed.
  • the second mirror 25 has a flat reflective surface, and the second optical axis CL2 is bent by reflection to form a third optical axis CL3 which intersects the second optical axis CL2 at 90 °.
  • the optical axes CL1 to CL3 are bent into a U shape by the first mirror 24 and the second mirror 25.
  • the first optical system 21 has a first lens 31 and a second lens 32 in order on a first optical axis CL1 directed from the image forming panel 13 to the screen 15.
  • the second optical system 22 has a third lens 33 and a fourth lens 34 on the second optical axis CL2.
  • the third optical system 23 has a fifth lens 35 and a sixth lens 36 on the third optical axis CL3.
  • the first lens 31, the second lens 32, the fourth lens 34, the fifth lens 35, and the sixth lens 36 are shown as a single lens for the sake of simplicity, in actuality, they are composed of a plurality of lens groups It is done.
  • the first lens 31 and the second lens 32 focus the illumination light from the image forming panel 13 on the imaging surface 37 as an intermediate image.
  • the third lens 33, the fourth lens 34, the fifth lens 35, and the sixth lens 36 enlarge and project the image on the imaging plane 37 on the screen 15.
  • the first optical system 21, the second optical system 22, the third optical system 23, the first mirror 24, and the second mirror 25 are accommodated in the lens barrel 26.
  • the lens barrel 26 has a first holding cylinder 41, a second holding cylinder 42, and a connecting portion 40, and these members 40 to 42 are integrally assembled.
  • the first holding cylinder 41 is formed in a stepped cylindrical shape, and includes a first lens frame 41a, a flange 41b, and a second lens frame 41c.
  • the first lens 31 is fixed to the first lens frame 41a.
  • the flange 41 b is fixed to the lens attachment hole 62 a of the housing 62.
  • the second lens 32 is fixed to the second lens frame 41c.
  • the second holding cylinder 42 has a first mirror frame 43c having connecting cylinders 43a and 43b, a second mirror frame 44b having a connecting cylinder 44a, a third lens frame 45a, and a fourth lens frame 45b.
  • the first mirror frame 43c is formed in a rectangular tube shape having a slope 50, and has a connecting tube 43a on the side.
  • the first mirror 24 is fixed to the inner surface of the slope 50.
  • the connecting cylinder 43a is externally fitted to the second lens frame 41c of the first holding cylinder 41, and both are rotatably connected.
  • the connection part 40 is comprised by the fitting structure of the connection cylinder 43a and the 2nd lens frame 41c.
  • the second mirror frame 44b is formed in a rectangular tube shape having a slope 51, and has a connecting tube 44a at the lower portion.
  • the connecting cylinder 43b is externally fitted to the connecting cylinder 44a, and both 43b and 44a are non-rotatably fixed.
  • the second mirror 25 is fixed to the inner surface of the slope 51.
  • An opening 53 is formed on the left side surface of the second mirror frame 44b.
  • the third lens frame 45 a is fixed to the opening 53.
  • the third lens frame 45a is formed in a cylindrical shape, and the fifth lens 35 is fixed.
  • the fourth lens frame 45b is formed in a stepped cylindrical shape, and the sixth lens 36 is fixed.
  • the connecting portion 40 connects the second holding cylinder 42 to the first holding cylinder 41 rotatably around the first optical axis CL1 of the first optical system 21 in a rotation range of 90 °.
  • the circumferential groove 57 is formed on the connecting cylinder 43 a of the connecting portion 40 in the outer peripheral direction.
  • a rotation restricting pin 58 engaged with the circumferential groove 57 is provided in the second lens frame 41c so as to protrude.
  • the circumferential groove 57 is formed to have a length of 1 ⁇ 4 of the entire circumference of the connecting cylinder 43a, and the rotation restricting pin 58 moves in this length range.
  • the rotation range of the 2nd holding cylinder 42 in the connection part 40 is controlled by the range of 90 degrees.
  • a click mechanism for restricting the rotation of the connecting portion 40 is provided.
  • the click mechanism is composed of a well-known click mechanism having a storage portion and a projecting portion which can be engaged with the storage portion.
  • one protruding portion is engaged with the other storage portion each time the connecting portion 40 is set to the one end position, the center position, and the other end position.
  • the rotation at one end position, the center position, and the other end position of the rotation range is restricted.
  • the click mechanism is unlocked, and the second holding is performed within the 90 ° rotation range centered on the first optical axis CL1.
  • the cylinder 42 can be turned.
  • FIG. 3 shows a state in which the second holding cylinder 42 is fixed to the first holding cylinder 41 (see FIG. 2) at the center position in the circumferential direction of the rotation range by the click mechanism. At the center position, the second holding cylinder 42 is positioned in the vertical direction.
  • FIG. 4 shows a state in which the second holding cylinder 42 is fixed to the first holding cylinder 41 at one end position in the circumferential direction of the rotation range by the click mechanism.
  • the second optical axis CL2 of the second holding cylinder 42 is positioned at an inclination of 45 ° with respect to the vertical line CL0.
  • FIG. 5 shows the projector 10 viewed from the front.
  • the projection optical system 11 locked at the center position in the circumferential direction of the rotation range is displayed as a solid line
  • the projection optical system 11 locked at one end position or the other end position is displayed as a two-dot chain line doing.
  • the lens configurations of the first lens 31 to the sixth lens 36 are described in detail in, for example, “Projecting optical system and projection type display device” in JP-A-2016-156986 and JP-A-2016-156983.
  • the optical system described in these can be used as the projection optical system 11. According to these projection optical systems and projection type display apparatuses, it is possible to obtain an optical system having high projection performance, in which various aberrations are favorably corrected at a wide angle.
  • a light source 63, an image forming panel 13, and a control unit 69 are accommodated in a substantially rectangular housing 62.
  • the projector main body 12 has a square vertical cross section, and is rectangular in size with the corner of the projector main body 12 positioned inside the rotation range of the second holding cylinder 42 centered on the first optical axis CL1. Is formed. Therefore, even when the second holding cylinder 42 is rotated, the second holding cylinder 42 does not abut on the projector body 12.
  • a transmissive liquid crystal panel is used as the image forming panel 13.
  • the light source 63 is disposed on the back side of the image forming panel 13, that is, on the opposite side of the projection optical system 11 with respect to the image forming panel 13.
  • the light source 63 is an LED (light emitting diode) that simultaneously emits three colors of red (R), green (G), and blue (B), and illuminates the image forming panel 13.
  • R red
  • G green
  • B blue
  • the projection optical system 11 projects the illumination light from the image forming panel 13 illuminated by the light source 63 onto the screen 15.
  • the control unit 69 includes an image processing unit 70, an image memory 72, a panel drive unit 73, and a light source drive unit 74.
  • the image processing unit 70 processes the original image from the image memory 72 and sends an image signal to the panel drive unit 73.
  • the panel drive unit 73 drives the image forming panel 13 based on the image signal to display an image of RGB three colors on the image display surface 13 a.
  • the light source driver 74 turns on the light source 63.
  • the original images EY0, ET0, ET0R shows the original images EY0, ET0, ET0R, the panel display images EY1, ET1, ET1R displayed on the image forming panel 13, and the screen projection images EY2 to EY4, ET2 to ET4, ET2R to be projected on the screen 15. It is a table
  • the original image EY0 shows a long image in the horizontal direction
  • the original image ET0 shows a long image in the vertical direction.
  • the original image ET0R shows a vertically long image in which the image orientation is rotated by 180 °.
  • the optical axes CL1 to CL3 are formed into a U-shape (U-shape) using the first mirror 24 and the second mirror 25, and the first optical system 21 forms an intermediate image as an image forming plane 37
  • the intermediate image is enlarged and projected onto the screen 15 by the second optical system 22 and the third optical system 23. Therefore, in order to display the screen projection image EY2 on the screen 15 in the same direction as the horizontally-long original image EY0, the image display panel 13 is obtained by rotating the original image EY0 as a mirror image by 180 ° as the panel display image EY1. indicate.
  • the screen projection image EY2 is projected on the screen 15 in the same direction as the original image EY0.
  • the panel display image ET1 is displayed on the image forming panel 13 in the same direction as the horizontally elongated original image EY0 on the image forming panel 13.
  • the screen projection image ET2 is projected in a state where the vertically long image is oriented horizontally (the top and bottom of the image are on the left and right). For this reason, the direction of the image changes by 90 °, and the projection image has a sense of incongruity. In this case, the projection optical system 11 is switched to, for example, the state A shown in FIG.
  • the second holding cylinder 42 is rotated 45 degrees around the first optical axis CL1 from the state of FIG. In this state, the vertically long image is projected on the screen 15 as a vertically long image ET3. Further, since the projection size is also projected at the same magnification as the horizontally long image, the vertically long image ET3 can be observed without discomfort as in the case of the horizontally long screen projected image EY2.
  • the second holding cylinder 42 is rotated 90 degrees from the state A in FIG. 4 to the opposite side centering on the first optical axis CL1. As shown in state B, the second holding cylinder 42 is rotated 45 ° with respect to the vertical line CL0. Thus, the vertical orientation of the vertically long image is projected on the screen 15 in the same direction as the original image.
  • the image processing unit 70 does not correct the orientation of the image, and the 45 ° rotation of the second holding cylinder 42 with respect to the first holding cylinder 41 makes the vertically long image be a vertically long image, horizontally long. It can be projected at the same projection magnification as the image. Therefore, when projecting with changing the direction of the image displayed on the image forming panel 13, the vertically-long image is not displayed reduced with respect to the horizontally-long image, and the horizontally-long image and the vertically-long image are observed without discomfort be able to.
  • the optical axes CL2 and CL3 are bent at 90 ° using the first mirror 24 and the second mirror 25, but the first optical axis CL1 and the third optical axis CL3 become parallel. And the direction of the light flux of 1st optical axis CL1 and 3rd optical axis CL3 should just be reverse, and a bending angle may be except 90 degrees.
  • the rotation unit 87 includes a motor 90, a first sensor 91, a second sensor 92, a third sensor 93, a rotation determination unit 94, a motor drive unit 95, and an image orientation change button 96.
  • the same components as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted.
  • the rotating portion 87 rotates the second holding cylinder 42 by 45 ° clockwise and counterclockwise with respect to the first holding cylinder 41 by the gear drive of the motor 90.
  • the first sensor 91 to the third sensor 93 detect the rotational position of the second holding cylinder 42 with respect to the first holding cylinder 41.
  • the first sensor 91 detects an intermediate position in the circumferential direction of the rotation range
  • the second sensor 92 detects one end position in the circumferential direction of the rotation range
  • the third sensor 93 detects the circumferential direction of the rotation range Detect the other end position of.
  • the rotation determination unit 94 determines whether the original image to be projected is a vertically long image or a horizontally long image based on image orientation information which is one of shooting information of each original image from the image memory 72. Then, in the case of a horizontally long image, the second holding cylinder 42 is set at an intermediate position in the circumferential direction of the rotation range. As a result, as shown by the solid lines in FIG. 3 and FIG. 5, the second holding barrel 42 becomes a horizontally long image projection position in which the second holding barrel 42 is directed in the vertical direction. In the case of a vertically long image, the second holding cylinder 42 is set at either one end position or the other end position based on the orientation of the image. As a result, as indicated by the two-dot chain line in FIGS. 4 and 5, the second holding cylinder 42 is at the vertically long image projection position where the second holding cylinder 42 is inclined 45 ° with respect to the vertical line CL0.
  • the image orientation change button 96 is operated when the top and bottom of the vertically long image are reversed and projected onto the screen 15 with the second holding barrel 42 set at one end position or the other end position.
  • the image orientation change button 96 rotates the motor 90 via the motor drive unit 95, and when the second holding cylinder 42 is positioned at one end, the second holding cylinder 42 is pivoted to the opposite other end position. .
  • the second holding cylinder 42 is positioned at the other end position, the second holding cylinder 42 is pivoted to the opposite one end position.
  • the rotation range of the second holding cylinder 42 is limited to 90 °, but in the third embodiment shown in FIG. 10, the second holding cylinder 42 is used as the first holding cylinder.
  • the second holding cylinder 42 is used as the first holding cylinder.
  • a known click mechanism can be provided at the rotation stop position every 45 °, and the second holding cylinder 42 can be set at each position.
  • the rotation of the second holding cylinder 42 may be manually performed as in the first embodiment, or may be automatically performed by motor drive as in the second embodiment.
  • the connecting cylinder 43b is externally fitted to the connecting cylinder 44a, and both 43b and 44a are non-rotatably fixed.
  • the connecting cylinder 43b is rotatably connected to the connecting cylinder 44a shown in FIG. 2 to configure the second connecting portion 100 as shown in FIG.
  • the third optical system 23 and the second mirror 25 are rotationally restricted by 90 ° around the second optical axis CL2 by a known click mechanism.
  • the pivoting of the third optical system 23 and the second mirror 25 around the second optical axis CL2 in the second coupling unit 100 may be performed manually or by driving the motor 101.
  • a transmissive liquid crystal panel is used as the image forming panel 13, but a reflective liquid crystal panel may be used.
  • the light source 63 is disposed on the front side of the image forming panel 13 to simultaneously irradiate the irradiation light of three colors of RGB.
  • the light source 63 is disposed on the front side of the image forming panel 13 and synchronized with the formation timing of the three color image of the DMD. Make it glow.
  • the projector 10 is described based on an example installed on a table.
  • the present invention can be applied to a case where the projector 10 is suspended from a ceiling or the like.
  • the projection plane is not limited to the screen 15, and can be used as a projector for projecting on various projection planes.
  • the projectors 10 and 85 in which the projection optical system 11 is fixed to the housing 62 have been described, but the projection optical system 11 may be detachably attached to the projector main body 12.
  • the replaceable projection optical system 11 for example, a part of the lenses of the first optical system 21, for example, the first lens 31 and the second lens 32, are held by the projector main body 12, and the projection optical system The number of lenses on the 11 side may be reduced.

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Abstract

横長画像と縦長画像とを同じ投写倍率でスクリーンに画像の向きに合わせて投写する投写用光学系及びプロジェクタを提供する。　画像形成パネル（１３）からスクリーン（１５）に向かう光軸上に、第１光学系（２１）、第１ミラー（２４）、第２光学系（２２）、第２ミラー（２５）、第３光学系（２３）を順に配置する。第１光学系（２１）の第１光軸（ＣＬ１）と第２光学系（２２）の第２光軸（ＣＬ２）と、第３光学系（２３）の第３光軸（ＣＬ３）とをコ字形にし、且つ第１光軸（ＣＬ１）と第３光軸（ＣＬ３）の光束の向きを反対にする。第１光学系（２１）に対して、第１ミラー（２４）、第２光学系（２２）、第２ミラー（２５）、第３光学系（２３）を保持して第２保持筒（４２）とする。第２保持筒（４２）を第１保持筒（４１）に対して４５°の回動範囲で回動する。横長画像に代えて縦長画像を投写する時には、第２保持筒（４２）を第１保持筒に対して４５°刻みで回転させる。

Description

投写用光学系及びプロジェクタ
　本発明は、投写用光学系及びプロジェクタに関する。
　近年、液晶表示素子やＤＭＤ（ Digital Micromirror Device：登録商標）等のライトバルブを搭載したプロジェクタが広く普及し、かつ高性能化してきている。特に、ライトバルブの解像度が向上したことに伴い、投写用光学系の解像性能も上げたいという要望がある。
　また、室内空間での設置性を考慮して、コンパクトな構成でありながら、より高性能で、より広角化の図られた汎用性の高い投写用光学系をプロジェクタに搭載したいという要望もある。
　このような要望に応えるべく、複数枚のレンズからなる第１光学系で中間像を形成し、同じく複数枚のレンズからなる第２光学系で再結像させる投写用光学系が提案されている（特許文献１参照）。通常の中間像を結ばない光学系のみで構成された投写用光学系は、焦点距離を短くして広角化をしようとすると、どうしても拡大側のレンズが大きくなりすぎてしまう。中間結像させる方式の投写用光学系では、第２光学系のバックフォーカスを短縮できるとともに、第２光学系の拡大側のレンズ径を小さくすることが可能であり、焦点距離を短くして広角化するのにも適している。
　ところで、一般的にデジタルカメラでは、撮像素子面が横に長いため、通常の撮影では、得られる画像が横に長い横長画像となる。また、構図の関係でカメラを９０°回転させた状態で撮影する場合には、得られる画像は縦に長い縦長画像となる。従って、撮影された画像は横長画像と縦長画像とが混在した状態で、メモリカード等の記録媒体に記録される。このような記録媒体を例えば特許文献１のプロジェクタに装填して、画像を投写しようとすると、横長画像を原画像と同じ向きにてスクリーンに投写させる状態では、縦長画像も９０°回転した横長画像として投写される。このため、反射ミラーを用いて投写方向を水平面内で９０°回転させ、縦長画像を横長画像として表示するプロジェクタも提案されている（特許文献２参照）。
特開２０１６－１５６９８６号公報 特開２０１４－１７００９７号公報
　しかし、特許文献２では、反射ミラーを水平面内で９０°回転させると投写方向も９０°回転してしまう。そのため、反射ミラーの回転方向とは反対側に、プロジェクタ自体を９０°回転して投写方向を戻す必要があり、操作が面倒になるという問題がある。
　また、縦長画像の原画像をスクリーンに投写する場合に、プロジェクタの画像形成パネルに表示する画像の向きを９０°回転して横長画像の向きに合わせると、横に長い矩形上の画像表示面に、縦に長い画像を縦方向で表示する必要がある。従って、その分だけ画像形成パネルに表示される画像が縮小表示されてしまい、横長画像と縦長画像とでは投写サイズが変わってしまうという新たな問題が発生する。
　本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、横長画像と縦長画像とが混在する原画像を投写する場合に、横長画像及び縦長画像のいずれであっても投写される画像のサイズを同じにしてスクリーンに投写することができる投写用光学系及びプロジェクタを提供することを目的とするものである。
　上記目的を達成するために、本発明の投写用光学系は、第１光学系と、第１反射部材と、第２反射部材と、第３光学系と、第１連結部とを備える。第１光学系は第１光軸を有する。第２反射部材は、第１光軸を折り曲げて第２光軸とする。第２反射部材は、第２光軸を第１光軸と同じ方向に折り曲げて第３光軸とし、且つ第３光軸及び第１光軸を平行にする。第３光学系は、第３光軸を有する。第１連結部は、第１反射部材、第２反射部材、及び第３光学系を保持して、第１光軸を中心として第１光学系に４５°刻みの回動範囲で回動自在に連結する。
　第１反射部材及び第２反射部材は、それぞれ光軸を９０°に折り曲げる部材であることが好ましい。第１反射部材及び第２反射部材は反射面が平面であることが好ましい。第１反射部材と第２反射部材の間に第２光軸を有する第２光学系を備えることが好ましい。第２光軸を中心として、第３光学系及び第２反射部材を９０°刻みで第２光学系に回動自在に連結する第２連結部を備えることが好ましい。
　本発明のプロジェクタは、上記の投写用光学系と、投写用光学系の第１光学系に向けて、原画像に基づき画像を表示する画像形成パネルとを備える。なお、原画像の画像向き情報に基づき連結部の回動位置を切り換える回動部を備えることが好ましい。回動部は、原画像の画像向き情報に基づき原画像が横に長い横長画像である場合に第２光軸を鉛直方向にセットし、原画像が縦に長い縦長画像である場合に第２光軸を鉛直方向に対して４５°傾斜させてセットすることが好ましい。回動部は、第１光軸を中心として第１光学系に対して第２光軸を４５°回転させるモータを有することが好ましい。
　本発明によれば、大型化することなくコンパクトにまとめられたプロジェクタにおいて、簡単な操作により横長画像及び縦長画像のいずれであっても投写される画像のサイズを同じにしてスクリーンに投写することができる。
本発明のプロジェクタを示す斜視図である。 プロジェクタの縦断面図である。 横長の原画像の投写状態のプロジェクタを示す斜視図である。 縦長の原画像の投写状態のプロジェクタを示す斜視図である。 第２保持筒の回動状態を示す正面図である。 制御ブロック図である。 原画像とパネル表示画像とスクリーン投写画像との関係を説明する表である。 モータ駆動による回動部を有する第２実施形態の側面図である。 第２実施形態における制御ブロック図である。 第２保持筒を４５°刻みで回動する第３実施形態の正面図である。 第３光学系及び第２ミラーを第２光学系に対して９０°刻みで回動する第４実施形態の側面図である。
　［第１実施形態］
　図１に示すように、本実施形態のプロジェクタ１０は、投写用光学系１１と、プロジェクタ本体１２とを備える。プロジェクタ本体１２は画像形成パネル１３を有する。画像形成パネル１３の画像表示面１３ａには、原画像に基づき画像が表示される。投写用光学系１１は、画像形成パネル１３に表示される画像を拡大像としてスクリーン１５に投写する。
　図２に示すように、投写用光学系１１は、画像形成パネル１３からスクリーン１５に向かう光軸上で順に、第１光軸ＣＬ１を有する第１光学系２１と、第２光軸ＣＬ２を有する第２光学系２２と、第３光軸ＣＬ３を有する第３光学系２３とを備える。なお、本実施形態では、プロジェクタ本体１２が第３光軸ＣＬ３方向で投写方向に向かった状態を基準にして、上下（Ｙ軸方向）、左右（Ｘ軸方向）、前後（Ｚ軸方向）を定めている。
　第１光学系２１と第２光学系２２との間には、第１反射部材としての第１ミラー２４が配されている。第１ミラー２４は反射面が平面であり、第１光学系２１の第１光軸ＣＬ１を反射により折り曲げ、第１光軸ＣＬ１に対して９０°で交差する第２光軸ＣＬ２とする。第２光学系２２と第３光学系２３との間には、第２反射部材としての第２ミラー２５が配されている。第２ミラー２５は反射面が平面であり、第２光軸ＣＬ２を反射により折り曲げ、第２光軸ＣＬ２に対して９０°で交差する第３光軸ＣＬ３とする。これら第１ミラー２４及び第２ミラー２５によって光軸ＣＬ１～ＣＬ３はコ字形（Ｕ字形）に折り曲げられる。
　第１光学系２１は、画像形成パネル１３からスクリーン１５に向かう第１光軸ＣＬ１上で順に、第１レンズ３１及び第２レンズ３２を有する。第２光学系２２は、第２光軸ＣＬ２上で第３レンズ３３及び第４レンズ３４を有する。第３光学系２３は、第３光軸ＣＬ３上で第５レンズ３５及び第６レンズ３６を有する。第１レンズ３１、第２レンズ３２、第４レンズ３４、第５レンズ３５及び第６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る。第１レンズ３１及び第２レンズ３２は、画像形成パネル１３からの照明光を中間像として結像面３７に結像する。第３レンズ３３、第４レンズ３４、第５レンズ３５、第６レンズ３６は、結像面３７の画像をスクリーン１５に拡大して投写する。
　第１光学系２１、第２光学系２２、第３光学系２３、第１ミラー２４、及び第２ミラー２５は、レンズ鏡筒２６に収納されている。レンズ鏡筒２６は、第１保持筒４１と、第２保持筒４２と、連結部４０とを有し、これら部材４０～４２が一体的に組み立てられている。
　第１保持筒４１は、段付きの円筒状に構成され、第１レンズ枠４１ａと、フランジ４１ｂと、第２レンズ枠４１ｃとを有する。第１レンズ枠４１ａには第１レンズ３１が固定されている。フランジ４１ｂは、筐体６２のレンズ取付孔６２ａに固定されている。第２レンズ枠４１ｃには第２レンズ３２が固定されている。
　第２保持筒４２は、連結筒４３ａ，４３ｂを有する第１ミラー枠４３ｃと、連結筒４４ａを有する第２ミラー枠４４ｂと、第３レンズ枠４５ａと、第４レンズ枠４５ｂとを有する。第１ミラー枠４３ｃは、斜面５０を有する角筒状に構成され、側部に連結筒４３ａを有する。斜面５０の内面には第１ミラー２４が固定されている。連結筒４３ａは、第１保持筒４１の第２レンズ枠４１ｃに外嵌されて、両者が回動自在に連結される。連結筒４３ａと第２レンズ枠４１ｃとの嵌合構造によって、連結部４０が構成される。
　第２ミラー枠４４ｂは斜面５１を有する角筒状に構成され、下部に連結筒４４ａを有する。連結筒４４ａには連結筒４３ｂが外嵌されて両者４３ｂ，４４ａが回動不能に固定される。斜面５１の内面には第２ミラー２５が固定される。第２ミラー枠４４ｂの左側面には開口５３が形成されている。開口５３には、第３レンズ枠４５ａが固定されている。
　第３レンズ枠４５ａは円筒状に構成され、第５レンズ３５が固定されている。第４レンズ枠４５ｂは段付き円筒状に構成され、第６レンズ３６が固定されている。
　連結部４０は、第１光学系２１の第１光軸ＣＬ１を中心として、第２保持筒４２を９０°の回動範囲で回動自在に、第１保持筒４１に連結する。このため、連結部４０の連結筒４３ａには外周方向に周溝５７が形成されている。また、第２レンズ枠４１ｃには周溝５７に係合する回動規制ピン５８が突出して設けられている。周溝５７は、連結筒４３ａの全周の１／４の長さで形成されており、この長さ範囲で回動規制ピン５８が移動する。これにより、連結部４０における第２保持筒４２の回動範囲は９０°の範囲に規制される。
　回動範囲の一端位置と中央位置と他端位置とには、連結部４０の回動を規制するクリック機構が設けられている。クリック機構は、収納部とこの収納部に係止する突出自在な突起部とを有する周知のクリック機構から構成されている。クリック機構は、連結部４０が一端位置、中央位置、他端位置にセットされる毎に、一方の突起部が他方の収納部に係止する。これにより、回動範囲の一端位置、中央位置、及び他端位置での回動が規制される。そして、回動規制を超える力で第２保持筒４２を回動することにより、クリック機構の係止が解除され、第１光軸ＣＬ１を中心とする９０°の回動範囲内で第２保持筒４２の回動が可能になる。
　図３はクリック機構により、回動範囲の円周方向の中央位置で第２保持筒４２が第１保持筒４１（図２参照）に固定されている状態を示している。中央位置では第２保持筒４２は鉛直方向に位置している。図４はクリック機構により、回動範囲の円周方向の一端位置で第２保持筒４２が第１保持筒４１に固定されている状態を示している。図５に示すように、一端位置では第２保持筒４２の第２光軸ＣＬ２は鉛直線ＣＬ０に対して４５°傾斜して位置している。図５は、プロジェクタ１０を正面から見た状態を示している。回動範囲の円周方向の中央位置で係止している投写用光学系１１は実線で表示し、一端位置又は他端位置で係止している投写用光学系１１は二点鎖線で表示している。
　第１レンズ３１～第６レンズ３６のレンズ構成は、例えば特開２０１６－１５６９８６、特開２０１６－１５６９８３等の「投写用光学系及び投写型表示装置」に詳しく説明されている。これらに記載の光学系を投写用光学系１１として用いることができる。これらの投写用光学系及び投写型表示装置によれば、広角で諸収差が良好に補正された高い投写性能を有する光学系が得られる。
　図１に示すように、プロジェクタ本体１２は、略直方体をした筐体６２に、光源６３、画像形成パネル１３、及び制御部６９が収納されている。プロジェクタ本体１２は、縦断面が正方形状であり、且つ第１光軸ＣＬ１を中心とする第２保持筒４２の回動範囲の内側にプロジェクタ本体１２の角部が位置するサイズで全体が直方体状に形成されている。従って、第２保持筒４２を回動しても、プロジェクタ本体１２に第２保持筒４２が当接することがない。
　画像形成パネル１３は、例えば透過型液晶パネルが用いられる。光源６３は、画像形成パネル１３の裏面すなわち、画像形成パネル１３を基準として投写用光学系１１の逆側に配置される。光源６３は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色を同時に発光するＬＥＤ（light emitting diode）が用いられ、画像形成パネル１３を照明する。なお、ＬＥＤに代えて、白色光を発光するキセノンランプ、ハロゲンランプ又は超高圧水銀ランプ等を用いてもよい。投写用光学系１１は、光源６３で照明された画像形成パネル１３からの照明光を、スクリーン１５に投写する。
　図６に示すように、制御部６９は、画像処理部７０、画像メモリ７２、パネル駆動部７３、及び光源駆動部７４を有する。画像処理部７０は画像メモリ７２からの原画像を画像処理し画像信号をパネル駆動部７３に送る。パネル駆動部７３は、画像信号に基づき画像形成パネル１３を駆動して、画像表示面１３ａにＲＧＢ３色の画像を表示する。光源駆動部７４は光源６３を点灯する。
　図７は、原画像ＥＹ０，ＥＴ０，ＥＴ０Ｒと、画像形成パネル１３に表示されるパネル表示画像ＥＹ１，ＥＴ１，ＥＴ１Ｒと、スクリーン１５に投写されるスクリーン投写画像ＥＹ２～ＥＹ４，ＥＴ２～ＥＴ４，ＥＴ２Ｒ～ＥＴ４Ｒの向きを説明するための表である。原画像ＥＹ０は横に長い画像を示し、原画像ＥＴ０は縦に長い画像を示している。また、原画像ＥＴ０Ｒは画像の向きが１８０°回転している縦に長い画像を示している。本実施形態の投写用光学系１１では、第１ミラー２４及び第２ミラー２５を用い光軸ＣＬ１～ＣＬ３をコ字形（Ｕ字形）とし、且つ第１光学系２１で中間像として結像面３７に結像させ、この中間像を第２光学系２２及び第３光学系２３によりスクリーン１５に拡大して投写する。このため、横長の原画像ＥＹ０と同じ向きでスクリーン１５にスクリーン投写画像ＥＹ２を表示させるためには、原画像ＥＹ０を鏡像として１８０°回転させたものをパネル表示画像ＥＹ１として、画像形成パネル１３に表示する。これにより、第２保持筒４２が鉛直方向に位置する中央位置の場合には、原画像ＥＹ０と同じ向きでスクリーン１５にスクリーン投写画像ＥＹ２が投写される。
　同様にして、縦長の原画像ＥＴ０の場合にも、画像形成パネル１３には横長の原画像ＥＹ０と同じ向きで、画像形成パネル１３にパネル表示画像ＥＴ１が表示される。ただし、縦長画像を横長画像として画像形成パネル１３に表示しているため、スクリーン投写画像ＥＴ２は縦長画像が横を向いた状態（画像の天地が左右となる状態）で投写される。このため、画像の向きが９０°変わってしまい、違和感のある投写画像となる。この場合には、第２保持筒４２を第１保持筒４１に対して４５°回転させた例えば図４に示すＡ状態に投写用光学系１１を切り換える。この切り換えにより、スクリーン１５への投写画像のサイズを変えることなく、画像の向きを９０°回転させた天地が正しい向きとなった縦長画像ＥＴ３を表示することができる。なお、画像の向きが１８０°回転している縦に長い原画像ＥＴ０Ｒの場合には、第２保持筒４２を反対側に４５°回転させた例えば図４に示すＢ状態に投写用光学系１１を切り換える。この切り換えにより、スクリーン投写画像ＥＴ４Ｒのようになり、天地が正しい向きに修正される。
　次に本実施形態の作用を説明する。通常の横長の原画像ＥＹ０を投写する場合には、図３に示すように、第２保持筒４２を鉛直方向にセットした状態にする。この状態では、図７に示すように、原画像ＥＹ０の向きと同じにスクリーン投写画像ＥＹ２がスクリーン１５に投写される。縦長の原画像ＥＴ０が横長の原画像ＥＹ０に混在している場合には、縦長画像も横長画像と同じように、横長画像であるスクリーン投写画像ＥＴ２としてスクリーン１５に投写される。そのため、画像の天地が９０°回転した状態となって違和感のある画像となる。この場合には、図４のＡ状態に示すように、第２保持筒４２を図３の状態から第１光軸ＣＬ１を中心として４５°回転させることにより、縦長画像投写位置にする。この状態では、縦長画像は縦に長い画像ＥＴ３として、スクリーン１５に投写される。また、投写サイズも横長画像と同じ倍率で投写されるため、縦長画像ＥＴ３も横長のスクリーン投写画像ＥＹ２と同じように違和感なく観察することができる。
　縦長画像が上下１８０°回転している原画像ＥＴ０Ｒの場合には、第２保持筒４２を図４のＡ状態から第１光軸ＣＬ１を中心として反対側に９０°回転させて、図５のＢ状態に示すように、鉛直線ＣＬ０に対し第２保持筒４２を４５°回転した位置とする。これにより、縦長画像の天地が原画像と同じ向きとなって、スクリーン１５に投写される。
　本実施形態によれば、画像処理部７０で画像の向きを補正することなく、第２保持筒４２の第１保持筒４１に対する４５°の回動によって、縦長画像を縦に長い画像として、横長画像と同じ投写倍率で投写することができる。従って、画像形成パネル１３に表示する画像の向きを変更して投写する場合には、横長画像に対して縦長画像は縮小して表示されることがなくなり、横長画像及び縦長画像を違和感なく観察することができる。
　なお、第１実施形態では、第１ミラー２４及び第２ミラー２５を用いて、光軸ＣＬ２，ＣＬ３を９０°に折り曲げたが、第１光軸ＣＬ１と第３光軸ＣＬ３とが平行になり且つ第１光軸ＣＬ１と第３光軸ＣＬ３の光束の向きが反対であればよく、折り曲げ角度は９０°以外であってもよい。
［第２実施形態］
　上記第１実施形態では、縦長画像の場合に、第２保持筒４２を図３に示すように、鉛直位置から鉛直線ＣＬ０に対して４５°傾斜した一端位置（図４参照）又は他端位置（図５参照）に手動で切り換えている。これに代えて、図８及び図９に示す第２実施形態のプロジェクタ８５では、回動部８７を有する。回動部８７は、モータ９０、第１センサ９１、第２センサ９２、第３センサ９３、回動判定部９４、モータ駆動部９５及び画像向き変更ボタン９６を有する。なお、以下の実施形態において、第１実施形態と同一構成部材については同一符号を付して重複した説明を省略している。
　回動部８７は、モータ９０のギヤ駆動により第２保持筒４２を第１保持筒４１に対して時計方向及び反時計方向に４５°回動させる。第１センサ９１～第３センサ９３は、第２保持筒４２の第１保持筒４１に対する回動位置を検出する。第１センサ９１は回動範囲の円周方向の中間位置を検出し、第２センサ９２は回動範囲の円周方向の一端位置を検出し、第３センサ９３は回動範囲の円周方向の他端位置を検出する。
　回動判定部９４は、画像メモリ７２からの各原画像の撮影情報の一つである画像向き情報に基づき、投写対象の原画像が縦長画像か横長画像かを判定する。そして、横長画像の場合には第２保持筒４２を回動範囲の円周方向の中間位置にセットする。これにより、図３及び図５の実線で示すように、第２保持筒４２が鉛直方向に向く横長画像投写位置となる。また、縦長画像の場合には画像の向きに基づき一端位置又は他端位置のいずれかに第２保持筒４２をセットする。これにより、図４及び図５の二点鎖線で示すように、第２保持筒４２が鉛直線ＣＬ０に対して４５°傾斜する縦長画像投写位置となる。
　画像向き変更ボタン９６は、一端位置又は他端位置に第２保持筒４２がセットされた状態で、縦長画像の天地が逆となってスクリーン１５に投写される場合に、操作される。画像向き変更ボタン９６はモータ駆動部９５を介してモータ９０を回転させ、一端位置に第２保持筒４２が位置している時は反対側の他端位置に第２保持筒４２を回動する。また、他端位置に第２保持筒４２が位置している時は反対側の一端位置に第２保持筒４２を回動する。これにより、縦長画像の天地が逆で投写される場合に、縦長画像の天地を正しく戻した状態で縦長画像が投写される。
［第３実施形態］
　第１実施形態及び第２実施形態では、第２保持筒４２の回動範囲を９０°に制限しているが、図１０に示す第３実施形態では、第２保持筒４２を第１保持筒４１に対して、時計方向及び反時計方向に１８０°の回動範囲で４５°刻みに回動可能にしている。この場合には、４５°刻みの回動停止位置に周知のクリック機構を設け、各位置に第２保持筒４２をセットすることができる。第２保持筒４２の回動は第１実施形態のように手動で行ってもよく、又は第２実施形態のようにモータ駆動により自動で行ってもよい。
［第４実施形態］
　第１実施形態では、図２に示すように、連結筒４４ａに連結筒４３ｂが外嵌して両者４３ｂ，４４ａが回動不能に固定している。これに対して、第４実施形態では、図２に示す連結筒４４ａに連結筒４３ｂを回動自在に連結して、図１１に示すように、第２連結部１００を構成する。そして、周知のクリック機構によって第２光軸ＣＬ２の回りに、第３光学系２３及び第２ミラー２５を９０°刻みで回動規制する。この第４実施形態では、第２連結部１００を設けることで、正面以外にも側面や背面に投写可能とし、投写方向を増やすことができる。なお、第２連結部１００における第３光学系２３及び第２ミラー２５の第２光軸ＣＬ２を中心とする回動は手動で行っても、又はモータ１０１の駆動により行ってもよい。
　上記各実施形態では、画像形成パネル１３として透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いてもよい。この場合には、画像形成パネル１３の前面側に光源６３を配置してＲＧＢ３色の照射光を同時に照射する。また、画像形成パネル１３としてＤＭＤを用いる場合には、例えば、光源６３を画像形成パネル１３の前面側に配置し、ＤＭＤの３色画像の形成タイミングに同期させて、ＲＧＢ３色のＬＥＤを時分割発光させる。
　上記各実施形態では、プロジェクタ１０をテーブルに設置した例に基づき説明したが、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１５に像を投写する例で説明したが、投写面はスクリーン１５に限定されず、様々な投写面に対して投写するプロジェクタとして用いることができる。
　上記各実施形態では、複数の光軸間の位置関係を表すために直交、平行などの用語を用い、あるいは９０°などの具体的な数値角度を用いて説明している。しかし、これらは光学系において要求される精度に応じた誤差で許容される範囲を含むものである。
　上記各実施形態では、投写用光学系１１を筐体６２に固定したプロジェクタ１０，８５について説明したが、投写用光学系１１はプロジェクタ本体１２に着脱自在に取り付けてもよい。なお、交換可能な投写用光学系１１とする場合には、例えば第１光学系２１の一部のレンズ、例えば第１レンズ３１、第２レンズ３２をプロジェクタ本体１２に持たせ、投写用光学系１１側のレンズ数を減らしてもよい。
１０　　プロジェクタ
１１　　投写用光学系
１２　　プロジェクタ本体
１３　　画像形成パネル
１３ａ　画像表示面
１５　　スクリーン
２１　　第１光学系
２２　　第２光学系
２３　　第３光学系
２４　　第１ミラー
２５　　第２ミラー
２６　　レンズ鏡筒
３１　　第１レンズ
３２　　第２レンズ
３３　　第３レンズ
３４　　第４レンズ
３５　　第５レンズ
３６　　第６レンズ
３７　　結像面
４０　　連結部
４１　　第１保持筒
４１ａ　第１レンズ枠
４１ｂ　フランジ
４１ｃ　第２レンズ枠
４２　　第２保持筒
４３ａ，４３ｂ　連結筒
４３ｃ　第１ミラー枠
４４ａ　連結筒
４４ｂ　第２ミラー枠
４５ａ　第３レンズ枠
４５ｂ　第４レンズ枠
５０，５１　　斜面
５３　　開口
５７　　周溝
５８　　回動規制ピン
６２　　筐体
６２ａ　レンズ取付孔
６３　　光源
６９　　制御部
７０　　画像処理部
７２　　画像メモリ
７３　　パネル駆動部
７４　　光源駆動部
８５　　プロジェクタ
８７　　回動部
９０　　モータ
９１　　第１センサ
９２　　第２センサ
９３　　第３センサ
９４　　回動判定部
９５　　モータ駆動部
９６　　画像向き変更ボタン
１００　第２連結部
１０１　モータ
ＣＬ０　鉛直線
ＣＬ１　第１光軸
ＣＬ２　第２光軸
ＣＬ３　第３光軸
ＥＴ０　原画像
ＥＴ１　パネル表示画像
ＥＴ２　スクリーン投写画像
ＥＹ０　原画像
ＥＹ１　パネル表示画像
ＥＹ２　スクリーン投写画像

Claims (9)

  1. 　第１光軸を有する第１光学系と、
    　前記第１光軸を折り曲げて第２光軸とする第１反射部材と、
    　前記第２光軸を前記第１光軸と同じ方向に折り曲げて第３光軸とし、且つ前記第３光軸及び前記第１光軸を平行にする第２反射部材と、
    　前記第３光軸を有する第３光学系と、
    　前記第１反射部材、前記第２反射部材、及び前記第３光学系を保持して、前記第１光軸を中心として前記第１光学系に４５°刻みの回動範囲で回動自在に連結する第１連結部と
    を備える投写用光学系。
  2. 　前記第１反射部材及び前記第２反射部材はそれぞれ光軸を９０°に折り曲げる部材である請求項１に記載の投写用光学系。
  3. 　前記第１反射部材及び前記第２反射部材は反射面が平面である請求項１又は２に記載の投写用光学系。
  4. 　前記第１反射部材と前記第２反射部材の間に前記第２光軸を有する第２光学系を備える請求項１から３のいずれか１項記載の投写用光学系。
  5. 　前記第２光軸を中心として、前記第３光学系及び前記第２反射部材を９０°刻みで前記第２光学系に回動自在に連結する第２連結部
    を備える請求項４記載の投写用光学系。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の投写用光学系と、
    　前記投写用光学系の前記第１光学系に向けて、原画像に基づき画像を表示する画像形成パネルと
    　を備えるプロジェクタ。
  7. 　前記原画像の画像向き情報に基づき前記第１連結部の回動位置を切り換える回動部を備える請求項６記載のプロジェクタ。
  8. 　前記回動部は、前記原画像の画像向き情報に基づき前記原画像が横に長い横長画像である場合に前記第２光軸を鉛直方向にセットし、前記原画像が縦に長い縦長画像である場合に前記第２光軸を鉛直方向に対して４５°傾斜させてセットする請求項７記載のプロジェクタ。
  9. 　前記回動部は、前記第１光軸を中心として前記第１光学系に対して前記第２光軸を４５°回転させるモータを有する請求項７又は８記載のプロジェクタ。
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