(57)【要約】【課題】  本開示は、スクリーン（５０）が配置される空間に投写型表示装置（１０）を露出させることなく、投写型表示装置（１０）からの像をスクリーン（５０）に投影する、レンズ連結装置（２０）を提供する。【解決手段】  投写型表示装置（１０）は、光変調素子（１４）を備える。投写レンズ（４０）は、光変調素子（１４）上に形成される像をスクリーン（５０）に拡大投影する。レンズ連結装置（２０）は、レンズマウント部（２２，２８）と、中継レンズ（２５）と、第１のミラー（２６）と、第２のミラー（２７）とを備える。レンズマウント部（２２）は、投写型表示装置（１０）に取り付けられる。レンズマウント部（２８）には、投写レンズ（４０）が取り付けられる。第１のミラー（２６）及び第２のミラー（２７）は、レンズマウント部（２２，２８）を光学的に連結する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調素子を備える投写型表示装置と、前記光変調素子上に形成される像をスクリーンに拡大投影する投写レンズとを光学的に連結する装置であって、
前記投写型表示装置に取り付けられる第１レンズマウント部と、
前記投写レンズを取り付ける第２レンズマウント部と、
前記第１レンズマウント部と前記第２レンズマウント部との間に、前記光変調素子上に形成される像に基づく中間像を形成する中継レンズと、
前記第１レンズマウント部と前記第２レンズマウント部との間を光学的に連結する、少なくとも１つのミラーと、
を備え、
前記光変調素子の中心軸と、前記投写レンズの光軸とが、同一直線上にないことを特徴とする、レンズ連結装置。
【請求項２】
前記第２レンズマウント部の位置を変更させるシフト可動部をさらに備える、
請求項１に記載のレンズ連結装置。
【請求項３】
前記第２レンズマウント部及び前記ミラーを回転させる回転可動部をさらに備える、請求項１に記載のレンズ連結装置。
【請求項４】
前記投写レンズは、複数の種類を有し、前記第２レンズマウント部に着脱可能に取り付けることができるように構成される、請求項２又は３に記載のレンズ連結装置。
【請求項５】
前記中間像の面積は、前記光変調素子上に形成される像の面積に対し、略同じか、小さいことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のレンズ連結装置。
【請求項６】
前記レンズの有効口径比は、前記投写レンズの有効口径比に対し、略同じか、大きいことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載のレンズ連結装置。
【請求項７】
前記レンズは、前記光変調素子側及び前記投写レンズ側が略テレセントリックであるように構成されることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載のレンズ連結装置。
【請求項８】
光変調素子を備え、前記光変調素子上に像を形成する投写型表示装置と、
前記光変調素子上に形成される像に基づく中間像を形成する、請求項２から７のいずれかに記載のレンズ連結装置と、
前記中間像をスクリーン上に拡大投影する投写レンズと、
を備える投写型表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、投写型表示装置の光変調素子上に形成される像をスクリーンに投影するレンズ連結装置及び投写型表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、液晶パネルに表示される像を、投射レンズを介してスクリーンに投射する液晶プロジェクタを開示している。投射レンズは、その主面が液晶パネルの表示面と対面して配置される。液晶プロジェクタは、投射レンズを、液晶パネルの表示面に対して平行移動させることによって、スクリーンへの投射位置を変更する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１３８３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、スクリーンが配置される空間に投写型表示装置を露出させることなく、投写型表示装置からの像をスクリーンに投影する、レンズ連結装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示のレンズ連結装置は、投写型表示装置と投写レンズとを光学的に連結する。投写型表示装置は、光変調素子を備える。投写レンズは、光変調素子上に形成される像をスクリーンに拡大投影する。レンズ連結装置は、第１レンズマウント部と、第２レンズマウント部と、複数枚のレンズから構成されたレンズ群からなる中継レンズと、少なくとも１つのミラーとを備える。第１レンズマウント部は、投写型表示装置に取り付けられる。第２レンズマウント部には、投写レンズが取り付けられる。中継レンズは、第１レンズマウント部と第２レンズマウント部との間に、光変調素子上に形成される像に基づく中間像を形成する。少なくとも１つのミラーは、第１レンズマウント部と第２レンズマウント部との間を光学的に連結する。レンズ連結装置は、光変調素子の中心軸と、投写レンズの光軸とが、同一直線上に存在しないように構成される。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、レンズ連結装置は、投写型表示装置の光変調素子からの光の向きを変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１に係る、投写型表示システムの各構成要素の電気的な構成を示すブロック図
【図２】投写型表示システムの物理的な構造を示す概略構成図
【図３】投写型表示装置とレンズ連結装置との間の接続構造を説明するための図
【図４】レンズ連結装置のレンズマウント部の構造を説明するための図
【図５】投写レンズシフト機構を説明するための図
【図６】レンズ連結装置と投写レンズとの間の接続構造を説明するための図
【図７】投写レンズのレンズマウント部の構造を説明するための図
【図８】従来の投写型表示システムの概略構成図
【図９】実施の形態２に係る、投写型表示システムの物理的な構造を示す概略構成図
【図１０】実施の形態３に係る、投写型表示システムの各構成要素の電気的な構成を示すブロック図
【図１１】実施の形態３に係る、投写型表示システムの物理的な構成を示す概略構成図
【図１２】実施の形態３に係る、レンズ連結装置の動作を説明するための図
【図１３】実施の形態３に係る、レンズ連結装置の動作を説明するための図
【図１４】実施の形態４に係る、投写型表示システムの物理的な構造を示す概略構成図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【０００９】
なお、発明者（ら）は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１０】
（実施の形態１）
以下、図１〜７を用いて実施の形態１を説明する。
【００１１】
１．構成
１−１．投写型表示システムの構成
図１は、本実施の形態に係る、投写型表示システムを構成する各構成要素の電気的な構成を示すブロック図である。図２は、投写型表示システムの物理的な構成を示す概略構成図である。図１に示すように、投写型表示システムは、投写型表示装置１０と、レンズ連結装置２０と、投写レンズ４０とを備える。
【００１２】
投写型表示装置１０は、投写レンズ４０を介して、画像や映像をスクリーン等に投写する装置である。投写型表示装置１０は、レンズ交換が可能であり、投写距離等の条件に応じて種々のタイプのレンズを選択して、取り付けることができる。すなわち、投写レンズ４０は、投写型表示装置１０に直接、又はレンズ連結装置２０を介して、着脱可能に取り付けることができる。図１，２では、投写レンズ４０は、レンズ連結装置２０を介して、投写型表示装置１０に取り付けられている。
【００１３】
レンズ連結装置２０は、投写型表示装置１０と投写レンズ４０とを光学的に連結する。図２に示すように、レンズ連結装置２０は、コの字状の光路を有する。投写型表示装置１０からの像は、レンズ連結装置２０によりその光路を変更されて、投写レンズ４０によりスクリーン５０に投影される。
【００１４】
投写型表示装置１０は、例えば、天井７０の裏側に設置される。レンズ連結装置２０の一部及び投写レンズ４０のみが、天井７０に設けられた投写窓７１を介してスクリーン５０が配置される空間に露出する。以下、投写型表示システムの各構成について説明する。
【００１５】
１−２．投写型表示装置の構成
図１に示すように、投写型表示装置１０は、プロセッサ１１と、記憶部１２と、光源１３と、光変調素子１４と、操作部１５と、レンズ通信部１６と、レンズマウント部１７とを備える。
【００１６】
プロセッサ１１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＭＰＵ、ＤＳＰ、マイコン、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等で実現できる。プロセッサ１１は、後述する記憶部１２から種々のプログラム、データを読み込んで演算処理を実行することにより、投写型表示装置１０の機能を実現する。
【００１７】
記憶部１２は、フラッシュメモリ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ハードディスク等で構成される。記憶部１２は投写型表示装置１０の各種機能を実現するために必要なプログラム及びデータを記憶する。
【００１８】
光源１３は、後述する光変調素子１４の投写面を照明するための光を生成する。光源１３は、水銀ランプ、レーザー光源、ＬＥＤ光源等で実現できる。光源１３は、プロセッサ１１により、駆動回路を介して制御される。
【００１９】
光変調素子１４は、複数のミラー素子がマトリックス状に形成された投写面を備える反射型の表示素子（ＤＭＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）である。光変調素子１４は、光源１３からの光により照明される。光変調素子１４は、各ミラー素子の向きを変更することによって、光源１３からの光の進行方向を制御して、表示する画像に対応する像を投写面上に形成する。プロセッサ１１は、駆動回路を介して光変調素子１４を制御する。表示する画像のデータは、記憶部１２に記憶されていてもよく、あるいは、パーソナルコンピュータ等の装置から投写型表示装置１０に入力されてもよい。尚、光変調素子として、光の偏光特性を変調する液晶パネルを用いても良い。
【００２０】
レンズマウント部１７は、後述するレンズ連結装置２０を着脱可能に取り付けるための機構である。レンズマウント部１７の詳細な構成については後述する。
【００２１】
レンズ通信部１６は、投写レンズ４０のレンズ通信部４３と通信する。本実施の形態において、レンズ通信部１６は、レンズ連結装置２０を介して、投写レンズ４０と接続される。プロセッサ１１は、レンズ通信部１６を介して、投写レンズ４０のズームやフォーカス制御のためレンズ駆動部４２を制御する。
【００２２】
操作部１５は、電源スイッチ、ピント調節スイッチ、ズーム制御スイッチ等で構成される。ユーザは、操作部１５を介して、投写型表示装置１０を操作する。
【００２３】
１−３．レンズ連結装置の構成
図１に示すように、レンズ連結装置２０は、レンズマウント部２２と、レンズシフト部２４と、レンズマウント部２８とを備える。また、図２に示すように、レンズ連結装置２０は、中継レンズ２５と、第１のミラー２６と、第２のミラー２７とを備える。ここで、レンズマウント部２２は、第１レンズマウント部の一例であり、レンズマウント部２８は、第２レンズマウント部の一例である。また、第１のミラー２６及び第２のミラー２７は、少なくとも一つのミラーの一例であり、レンズシフト部２４は、シフト可動部の一例である。
【００２４】
レンズマウント部２２は、レンズ連結装置２０を投写型表示装置１０に着脱可能に取り付けるための機構である。レンズマウント部２２の詳細な構成については後述する。
【００２５】
中継レンズ２５は、光変調素子１４から入射する光を透過させる複数枚のレンズ群で構成される。中継レンズ２５は、例えば、ガラスや有機ガラス等で構成される。中継レンズ２５は、投写型表示装置１０側からの入射光の主光線及び中継レンズ２５からの出射光の主光線が、光軸と略平行となるように、すなわち略テレセントリックとなるように構成される。また、光変調素子１４側の有効口径比及び中間像６０側の有効口径比は略同じである。さらに、中継レンズ２５は、第１のミラー２６と第２のミラー２７との間に、投写型表示装置１０の光変調素子１４上に形成される像と略等倍率の、中間像６０を形成するように設計される。
【００２６】
第１のミラー２６は、光変調素子１４から、中継レンズ２５を介して入射する光の向きを変更する。第１のミラー２６は、例えば、ガラスや有機ガラスの一方の主面にアルミニウムや銀等の金属、または誘電体多層膜を蒸着することによって構成される。
【００２７】
第２のミラー２７は、第１のミラー２６によって変更された光の向きをさらに変更する。第２のミラー２７は、例えば、ガラスや有機ガラスの一方の主面にアルミニウムや銀等の金属を蒸着することによって構成される。
【００２８】
レンズマウント部２８は、投写レンズ４０をレンズ連結装置２０に着脱可能に取り付けるための機構である。レンズマウント部２８は、後述のレンズシフト部２４を介して、レンズ連結装置２０の筐体に取り付けられる。レンズマウント部２８の詳細な構成については後述する。
【００２９】
レンズシフト部２４は、投写レンズ４０の、スクリーン５０に対するＹ−Ｚ方向の位置を変更する。レンズシフト部２４はアクチュエータを備える。例えば、レンズ連結装置２０が操作スイッチを備え、レンズシフト部２４は、ユーザによる操作スイッチの押圧に応じて、アクチュエータを駆動することによって動作する。あるいは、レンズ連結装置２０が無線通信部を備え、レンズシフト部２４は、ユーザによるリモートコントローラの操作に応じて動作してもよい。レンズシフト部２４及びレンズマウント部２８の詳細な構成については後述する。
【００３０】
１−４．投写レンズの構成
図１に示すように、投写レンズ４０は、レンズ通信部４３と、レンズ駆動部４２とを備える。また、図２に示すように、投写レンズ４０は、レンズ４５と、レンズマウント部４６を備える。
【００３１】
レンズ通信部４３は、投写型表示装置１０のレンズ通信部１６と通信する。本実施の形態において、レンズ通信部４３は、レンズ連結装置２０を介して、投写型表示装置１０と接続される。
【００３２】
レンズ駆動部４２は、投写レンズ４０のズームやフォーカスを調整する機構を駆動する。レンズ駆動部４２は、レンズ通信部１６，４３を介して、投写型表示装置１０のプロセッサ１１により制御される。
【００３３】
レンズマウント部４６は、投写レンズ４０を、レンズ連結装置２０のレンズマウント部２８に着脱可能に取り付けるための機構である。レンズマウント部４６の詳細な構成については後述する。
【００３４】
レンズ４５は、投写型表示装置１０の光変調素子１４上に形成される像をスクリーン５０に投写する。レンズ４５は、レンズ連結装置２０からの入射光の主光線が光軸と略平行となるように、すなわち略テレセントリックとなるように構成される。レンズ４５は、レンズ連結装置２０からの像を、スクリーン５０に拡大して投写する。
【００３５】
１−５．投写型表示装置とレンズ連結装置との間の接続構造
図３は、投写型表示装置１０とレンズ連結装置２０との間の接続構造を説明するための図である。図４は、レンズ連結装置２０のレンズマウント部２２の構造を説明するための図である。
【００３６】
図３に示すように、投写型表示装置１０のレンズマウント部１７は、リング部１７ｃと、電気接点１７ｄと、レンズ固定解除スイッチ１７ｆとを備える。レンズマウント部１７は、レンズ連結装置２０への光路を確保するための開口部を備え、開口部の内側にリング部１７ｃが配置される。
【００３７】
リング部１７ｃは、レンズ連結装置２０のレンズマウント部２２のフランジ部２２ｃと接触して、レンズマウント部１７にレンズ連結装置２０を取り付ける際のガイド機構として機能する。リング部１７ｃは、レンズマウント部２２の４つの係止爪２２ｂと対応する４つの切欠き部１７ｂを備える。リング部１７ｃの平面には、レンズ固定ピン１７ｅがバネの付勢力によって突出している。
【００３８】
電気接点１７ｄは、投写型表示装置１０のレンズ通信部１６と、投写レンズ４０のレンズ通信部４３との間を電気的に接続する。電気接点１７ｄは、投写型表示装置１０と投写レンズ４０との間で同期信号やデータ信号を送受信するための複数の接点を備える。
【００３９】
レンズ固定解除スイッチ１７ｆは、レンズマウント部１７へのレンズ連結装置２０の固定を解除するためのスイッチである。レンズ固定解除スイッチ１７ｆが押圧されると、レンズ固定ピン１７ｅはバネの付勢力に抗してリング部１７ｃの平面よりも後退する。
【００４０】
図３，４に示すように、レンズ連結装置２０のレンズマウント部２２は、４つの係止爪２２ｂと、フランジ部２２ｃと、電気接点２２ｄとで構成される。
【００４１】
係止爪２２ｂは、レンズ連結装置２０をレンズマウント部１７に取り付ける際の、レンズマウント部１７，２２の間の位置合わせ機構として機能する。各係止爪２２ｂは、中継レンズ２５の筐体の円周上に任意の間隔で配置される。
【００４２】
フランジ部２２ｃは、レンズマウント部１７にレンズ連結装置２０を取り付ける際のガイド機構として機能する。フランジ部２２ｃは、中継レンズ２５の筐体の円周上に係止爪２２ｂと近接して配置される。フランジ部２２ｃは、レンズ連結装置２０をレンズマウント部１７に固定するための固定溝２２ｅを備える。
【００４３】
電気接点２２ｄは、投写型表示装置１０のレンズ通信部１６と、投写レンズ４０のレンズ通信部４３との間を電気的に接続する。電気接点２２ｄは、投写型表示装置１０と投写レンズ４０との間で同期信号やデータ信号を送受信するための複数の接点を備える。
【００４４】
レンズマウント部２２の各係止爪２２ｂを、投写型表示装置１０の対応する切欠き部１７ｂに挿入すると、レンズマウント部２２のフランジ部２２ｃは、投写型表示装置１０のリング部１７ｃと接触する。このとき、レンズ固定ピン１７ｅは、フランジ部２２ｃの一部によって押圧されて、リング部１７ｃの平面よりも後方に後退している。
【００４５】
その後、フランジ部２２ｃとリング部１７ｃを接触させたまま、中継レンズ２５の光軸を中心に回転させる。レンズマウント部２２の固定溝２２ｅの位置がレンズ固定ピン１７ｅの位置と一致すると、レンズ固定ピン１７ｅは、バネの付勢力によってリング部１７ｃの平面から突出して、レンズ連結装置２０は、レンズマウント部１７に固定される。このとき、レンズマウント部２２の電気接点２２ｄは、レンズマウント部１７の電気接点１７ｄと電気的に接続される。
【００４６】
１−６．レンズシフト部の構成
図５は、レンズ連結装置２０のレンズシフト部２４の構成を説明するための図である。レンズシフト部２４は、投写レンズ４０が接続されるレンズマウント部２８を、Ｙ−Ｚ方向に動作させる。レンズシフト部２４は、Ｚ軸ステージ２４ａと、Ｙ軸ステージ２４ｂと、２つのＺ軸シャフト２４ｃと、２つのＹ軸シャフト２４ｄと、Ｚ軸アクチュエータ２４ｅと、Ｙ軸アクチュエータ２４ｆとを備える。Ｚ軸ステージ２４ａ及びＹ軸ステージ２４ｂは、投写型表示装置１０から投写レンズ４０への光路を確保するための開口部を備える。Ｙ軸ステージ２４ｂには、レンズマウント部２８が配置される。
【００４７】
Ｚ軸ステージ２４ａは、Ｚ軸シャフト２４ｃを介してレンズ連結装置２０の筐体に固定される。例えば、レンズ連結装置２０が操作スイッチを備え、Ｚ軸アクチュエータ２４ｅは、ユーザによる操作スイッチの押圧に応じて駆動して、Ｚ軸ステージ２４ａを、レンズ連結装置２０に対してＺ軸方向に動作させる。このとき、Ｚ軸シャフト２４ｃは、Ｚ軸ステージ２４ａのＺ軸方向への動作をガイドする部材として機能する。
【００４８】
Ｚ軸ステージ２４ａは、その両側面にＺ軸シャフト２４ｃが貫通する２つのシャフト孔２４ｇを備える。２つのＺ軸シャフト２４ｃの両端はそれぞれ、その全長がＺ軸方向に沿うように、レンズ連結装置２０の筐体に固定される。Ｚ軸アクチュエータ２４ｅは、レンズ連結装置２０の筐体に接続される。Ｚ軸アクチュエータ２４ｅの回転軸は、ボールねじを介してＺ軸ステージ２４ａに接続される。
【００４９】
Ｙ軸ステージ２４ｂは、Ｙ軸シャフト２４ｄを介してＺ軸ステージ２４ａに固定される。例えば、レンズ連結装置２０が操作スイッチを備え、Ｙ軸アクチュエータ２４ｆは、ユーザによる操作スイッチの押圧に応じて駆動して、Ｙ軸ステージ２４ｂを、Ｚ軸ステージ２４ａに対してＹ軸方向に動作させる。このとき、Ｙ軸シャフト２４ｄは、Ｙ軸ステージ２４ｂのＹ軸方向への動作をガイドする部材として機能する。
【００５０】
Ｙ軸ステージ２４ｂは、その上面と下面にＹ軸シャフト２４ｄが貫通する２つのシャフト孔を備える。２つのＹ軸シャフト２４ｄの両端はそれぞれ、その全長がＹ軸方向に沿うように、Ｚ軸ステージ２４ａに固定される。Ｙ軸アクチュエータ２４ｆは、Ｚ軸ステージ２４ａに接続される。Ｙ軸アクチュエータ２４ｆの回転軸は、ボールねじを介してＹ軸ステージ２４ｂに接続される。
【００５１】
レンズ連結装置２０がレンズシフト部２４を備えることによって、ユーザは、レンズ連結装置２０のレンズシフト部２４を動作させて、レンズマウント部２８に取り付けた投写レンズ４０の位置をＹ−Ｚ方向に移動させることができる。したがって、ユーザは、投写型表示装置１０からの像を投写するスクリーン５０の位置を任意に調整することができる。
【００５２】
１−７．レンズ連結装置と投写レンズとの間の接続構造
図６は、レンズ連結装置２０と投写レンズ４０との間の接続構造を説明するための図である。図７は、投写レンズ４０のレンズマウント部４６の構造を説明するための図である。
【００５３】
図６に示すように、レンズ連結装置２０のレンズマウント部２８は、リング部２８ｃと、電気接点２８ｄと、レンズ固定解除スイッチ２８ｆとを備える。レンズマウント部２８は、投写レンズ４０への光路を確保するための開口部を備え、開口部の内側にリング部２８ｃが配置される。
【００５４】
図６，７に示すように、投写レンズ４０のレンズマウント部４６は、４つの係止爪４６ｂと、フランジ部４６ｃと、電気接点４６ｄとで構成される。フランジ部４６ｃは、投写レンズ４０をレンズマウント部２８に固定するための固定溝４０ｅを備える。
【００５５】
レンズマウント部２８の構造は、投写型表示装置１０のレンズマウント部１７の構造と同じであり、レンズマウント部４６の構造は、レンズ連結装置２０のレンズマウント部２８の構造と同じである。このことにより、投写型表示装置１０と投写レンズ４０とを所有しているユーザは、レンズ連結装置２０だけを入手すれば、本実施の形態の投写型表示システムを構成することができる。
【００５６】
２．動作
以上の構成を有する投写型表示システムの動作について、図１，２を参照して説明する。
【００５７】
投写型表示装置１０の光変調素子１４からの光は、レンズ連結装置２０の中継レンズ２５を透過する。中継レンズ２５を透過した光の向きは、第１のミラー２６及び第２のミラー２７によってコの字型に変更される。コの字型に変更された光は、レンズ４５を透過してスクリーン５０に投写される。すなわち、レンズ連結装置２０は、第１のミラー２６及び第２のミラー２７を備えるので、投写型表示装置１０の光変調素子１４からの光の向きを変更することができる。
【００５８】
従来は、スクリーン５０を配置する空間に露出しないように投写型表示装置１０からの像をスクリーン５０に投影する場合、図８のように、天井７０には、投写型表示装置１０からの像をスクリーン５０に投写するための大きい投写窓７１を設ける必要があった。一方、本実施の形態において、投写型表示装置１０からの像はレンズ連結装置２０を介してスクリーン５０に投写されるので、天井７０には、レンズ連結装置２０を露出させる程度の大きさの投写窓７１を設ければよい。すなわち、天井７０には、従来よりも小さい投写窓７１を設ければよいので、スクリーン５０が配置される空間の設計の自由度を向上させることができる。
【００５９】
また、中継レンズ２５は、中間像６０の面積が、投写型表示装置１０の光変調素子１４上に形成される像の面積と略同じになるように設計されている。このとき、光変調素子１４側の有効口径比及び中間像６０側の有効口径比は略同じである。さらに、中継レンズ２５は、投写型表示装置１０側からの入射光の主光線及び中継レンズ２５からの出射光の主光線が、光軸と略平行となるように、すなわち両側テレセントリックとなるように構成され、中継レンズ４５は、レンズ連結装置２０からの入射光の主光線が光軸と略平行となるように、すなわち略テレセントリックとなるように構成される。したがって、投写レンズ４０は、投写型表示装置１０に直接取り付けた場合と略同じ光学条件で、投写型表示装置１０からの像をスクリーン５０上に投影することができる。
【００６０】
２．まとめ
以上説明したように、本実施の形態に係るレンズ連結装置２０は、投写型表示装置１０と投写レンズ４０とを光学的に連結する。投写型表示装置１０は、光変調素子１４を備える。投写レンズ４０は、光変調素子１４上に形成される像をスクリーン５０に拡大投影する。レンズ連結装置２０は、レンズマウント部２２，２８と、中継レンズ２５と、第１のミラー２６と、第２のミラー２７とを備える。レンズマウント部２２は、投写型表示装置１０に取り付けられる。レンズマウント部２８には、投写レンズ４０が取り付けられる。中継レンズ２５は、レンズマウント部２２，２８の間に、光変調素子１４上に形成される像に基づく中間像６０を形成する。第１のミラー２６及び第２のミラー２７は、レンズマウント部２２，２８を光学的に連結する。レンズ連結装置２０は、レンズマウント部２２，２８の間にコの字状の光路を有する。
【００６１】
投写型表示システムは、投写型表示装置１０と、レンズ連結装置２０と、投写レンズ４０とを備える。投写型表示装置１０は、光変調素子１４を備え、光変調素子１４上に像を形成する。レンズ連結装置２０は、光変調素子１４上に形成される像に基づく中間像６０を形成する。投写レンズ４０は、中間像６０をスクリーン５０上に拡大投影する。
【００６２】
このことにより、レンズ連結装置２０は、投写型表示装置１０の光変調素子１４からの光の向きを変更することができる。
【００６３】
レンズ連結装置２０は、レンズマウント部２８の位置を変更させるレンズシフト部２４をさらに備える。これにより、ユーザは、レンズシフト部２４を動作させて、レンズマウント部２８に取り付けた投写レンズ４０の位置を移動させることができる。
【００６４】
投写レンズ４０は、レンズマウント部２８に着脱可能に取り付けることができるように構成される。このことにより、投写型表示装置１０、レンズ連結装置２０、及び投写レンズ４０を所有しているユーザは、投写レンズ４０と光学特性の異なる投写レンズを入手するだけで、異なる光学特性を有する投写型表示システムを構成することができる。
【００６５】
レンズマウント部２２の構造は、投写レンズ４０のレンズマウント部４６の構造と同じであり、レンズマウント部２８の構造は、投写型表示装置１０のレンズマウント部１７の構造と同じである。このことにより、投写型表示装置１０と投写レンズ４０とを所有しているユーザは、レンズ連結装置２０だけを入手すれば、本実施の形態の投写型表示システムを構成することができる。
【００６６】
中間像６０の面積は、光変調素子１４上に形成される像の面積と略同じである。中継レンズ２５の有効口径比は、投写レンズ４０の有効口径比と略同じである。中継レンズ２５は、光変調素子１４側及び投写レンズ４０側が略テレセントリックであるように構成される。このことにより、投写レンズ４０は、投写型表示装置１０に直接取り付けた場合と略同じ光学条件で、投写型表示装置１０からの像をスクリーン５０上に投影することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、投写光学系は、従来から用いていた投写レンズ資産をそのまま活用し、かつ投写型表示装置本体を、投写空間に露出させずに投写画像を表示させることができ、投写型表示装置の設置自由度を拡大させることが出来る。
【００６７】
（実施の形態２）
以下、投写型表示システムの別の実施の形態について説明する。
【００６８】
実施の形態１のレンズ連結装置２０は、第１のミラー２６と第２のミラー２７との間に、投写型表示装置１０の光変調素子１４上に形成される像と略等倍率の、中間像６０を形成するように設計される中継レンズ２５を備えた。これに対して、本実施の形態の中継レンズ２９は、第１のミラー２６と第２のミラー２７との間に、投写型表示装置１０の光変調素子１４上に形成される像と縮小倍率の中間像６０を形成するように設計される。これにより、中間像６０の大きさは実施の形態１のものよりも小さいので、レンズ連結装置２０は、投写レンズ４０の位置を実施の形態１のものよりも大きく変更させることができる。
【００６９】
図９は、本実施の形態に係る、投写型表示システムの概略構成図である。本実施の形態の投写型表示システムは、レンズ連結装置２０の中継レンズ２９の機能が実施の形態１のものと異なる。
【００７０】
中継レンズ２９は、光変調素子１４から入射する光を透過させる複数枚のレンズ群で構成される。中継レンズ２９は、例えば、ガラスや有機ガラス等で構成される。中継レンズ２９は、投写型表示装置１０側からの入射光の主光線及び中継レンズ２９からの出射光の主光線が、光軸と略平行となるように、すなわち略テレセントリックとなるように構成される。さらに、中継レンズ２９は、第１のミラー２６と第２のミラー２７との間に、投写型表示装置１０の光変調素子１４上に形成される像と縮小倍率の、中間像６０を形成するように設計される。
【００７１】
このことにより、中間像６０の面積は、実施の形態１のものよりも小さいので、レンズシフト部２４のシフト可能な範囲は拡大する。したがって、本実施の形態のレンズ連結装置２０は、中間像６０の、スクリーン５０への投写位置をより大きく移動させることができる。また、本実施の形態の投写型表示システムは、スクリーン５０を、実施の形態１の場合よりも投写レンズ４０から離して配置する環境に有利に適用することができる。
【００７２】
以上説明したように、本実施の形態に係るレンズ連結装置２０は、中間像６０の面積が光変調素子１４上に形成される像の面積よりも小さくなるように構成される。このことにより、本実施の形態に係るレンズ連結装置２０の中間像６０の面積は、実施の形態１のものよりも小さいので、レンズシフト部２４のシフト可能な範囲は拡大する。したがって、本実施の形態のレンズ連結装置２０は、中間像６０の、スクリーン５０への投写位置をより大きく移動させることができる。また、本実施の形態の投写型表示システムは、スクリーン５０を、実施の形態１の場合よりも投写レンズ４０から離して配置する環境に有利に適用することができる。
【００７３】
（実施の形態３）
以下、投写型表示システムの更に別の実施の形態について説明する。
【００７４】
実施の形態１のレンズ連結装置２０は、Ｙ−Ｚ軸方向にレンズマウント部２８を移動させるレンズシフト部２４を備える。これに対して、本実施の形態のレンズ連結装置２０は、レンズマウント部２８の傾きを変更する機構を備える。これにより、本実施の形態のレンズ連結装置２０は、投写レンズ４０からの像の、スクリーン５０への投写位置を、実施の形態１の場合よりも大きく移動させることができる。
【００７５】
図１０は、本実施の形態に係る、投写型表示システムの各構成要素の電気的な構成を示すブロック図である。図１１は、投写型表示システムの物理的な構成を示す概略構成図である。本実施の形態のレンズ連結装置２０は、実施の形態１のレンズシフト部２４に代えてレンズ回転部３０を備える。レンズマウント部２８は、レンズ回転部３０を介して、レンズ連結装置２０の筐体に取り付けられる。さらに、レンズ連結装置２０は、ミラー回転部３１を備える。ここで、レンズ回転部３０及びミラー回転部３１は、回転可動部の一例である。
【００７６】
レンズ回転部３０は、投写レンズ４０の、スクリーン５０に対するＹ軸と平行な軸を中心とした傾きを変更する。投写レンズ４０は、レンズマウント部２８に着脱可能に取り付けることができる。レンズ回転部３０はアクチュエータを備える。例えば、レンズ連結装置２０が操作スイッチを備え、レンズ回転部３０は、ユーザによる操作スイッチの押圧に応じて、アクチュエータが駆動することによって動作する。あるいは、レンズ連結装置２０が無線通信部を備え、レンズ回転部３０は、ユーザによるリモートコントローラの操作に応じて動作してもよい。レンズ回転部３０は、実施の形態１のレンズシフト部２４よりも、投写レンズ４０からの像のスクリーン５０への投写位置を大きく変更させることができるので、本実施形態の投写型表示システムを用いることによって、投写レンズ４０及びスクリーン５０を設置することができる領域は拡大する。
【００７７】
ミラー回転部３１は、投写レンズ４０の傾きに応じて、第２のミラー２７の、Ｙ軸と平行な軸を中心とした傾きを変更する。第２のミラー２７は、ミラー回転部３１を介してレンズ連結装置２０の筐体に接続される。ミラー回転部３１は、角度算出部と、アクチュエータとを備える。角度算出部は、レンズ回転部３０の動作に応じて、第２のミラー２７の、設定すべき角度を算出する。例えば、レンズ連結装置２０が操作スイッチを備え、ミラー回転部３１は、ユーザによる操作スイッチの押圧に応じてアクチュエータが駆動することによって動作して、第２のミラー２７を、角度算出部が算出した角度に設定する。
【００７８】
図１２，１３は、ミラー回転部３１の動作を説明するための図である。ミラー回転部３１の角度算出部は、シャインプルーフの原理にしたがって、スクリーン５０の投影面と、投写レンズ４０の主面と、第２のミラー２７によって反転した中間像６０ａの面とが同一直線上で交わるように、第２のミラー２７の、設定すべき角度を算出する。ミラー回転部３１のアクチュエータは、第２のミラー２７を、角度算出部が算出した角度に設定する。以下、第２のミラー２７の、設定すべき角度を計算する方法について説明する。例えば、レンズ連結装置２０が操作スイッチを備え、投写レンズ４０は、ユーザによる操作スイッチの押圧に応じて、その主面がスクリーン５０の投影面に対してθ１の角度になるように設定されている。
【００７９】
最初に、ミラー回転部３１の角度算出部は、次式に基づいて、スクリーン５０の投影面と、投写レンズ４０の主面と、反転した中間像６０ａの面とが同一直線上で交わる、投写レンズ４０の主面に対する中間像６０の面の角度θ２を算出する。
θ２＝ｓｉｎ−１（ｓｉｎ（θ１）×（Ｌ２／Ｌ１））
ここで、Ｌ１は、投写レンズ４０の光軸方向における、スクリーン５０の投影面と投写レンズ４０との間の距離である。Ｌ２は、投写レンズ４０の光軸方向における、投写レンズ４０と中間像６０との間の距離である。
【００８０】
その後、ミラー回転部３１のアクチュエータは、反転した中間像６０ａの面が投写レンズの主面に対してθ２だけ傾くように、第２のミラー２７を、投写レンズの光軸から４５°＋θ２／２の角度を成すように回転させる。これにより、本実施の形態の投写型表示システムは、スクリーン５０の投影面にわたって均一にピントを合わせることができる。
【００８１】
以上説明したように、本実施の形態に係るレンズ連結装置２０は、実施の形態１のレンズシフト部２４に代えて、レンズ回転部３０を備える。これにより、本実施の形態のレンズ連結装置２０は、投写レンズ４０からの像の、スクリーン５０への投写位置を、実施の形態１の場合よりも大きく移動させることができる。
【００８２】
本実施の形態に係るレンズ連結装置２０は、実施の形態１のレンズ連結装置２０と比較して、第２のミラー２７を所定の角度に設定するミラー回転部３１をさらに備える。第２のミラー２７の角度は、シャインプルーフの原理にしたがって、スクリーン５０の投影面と、投写レンズ４０の主面と、第２のミラー２７によって反転した中間像６０ａの面とが同一直線上で交わるように、設定される。これにより、本実施の形態の投写型表示装置は、スクリーン５０の投影面にわたって均一にピントを合わせることができる。
【００８３】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３のレンズ連結装置２０は、中継レンズ２５、２９とレンズマウント部２８との間にコの字状の光路を有した。これに対して、本実施の形態のレンズ連結装置２０は、中継レンズ２５とレンズマウント部２８との間にＬ字状の光路を有する。これにより、例えば、光路の方向に大きい奥行きを有する投写型表示装置１０を、奥行きの小さい空間に配置することができる。
【００８４】
図１４は、本実施の形態に係る、投写型表示システムの物理的な構造を示す概略構成図である。実施の形態１のレンズ連結装置２０は、中継レンズ２５からの光の向きを、第１のミラー２６及び第２のミラー２７を用いて変更する。一方、本実施の形態のレンズ連結装置２０は、中継レンズ２５からの光の向きを、第１のミラー２６のみを用いて変更する。また、実施の形態１のレンズ連結装置２０は、第１のミラー２６と第２のミラーとの間に、投写型表示装置１０からの像と略等倍率の、中間像６０を形成するように設計される中継レンズ２５を備えた。これに対して、本実施の形態の中継レンズ２５は、第１のミラー２６とレンズマウント部２８との間に、投写型表示装置１０からの像と略等倍率の、中間像６０を形成するように設計される。
【００８５】
投写型表示装置１０は、例えば、壁７０ａの裏側に配置され、スクリーン５０は、壁７０ａと対面して配置される。投写レンズ４０は、壁７０ａに設けられた投写窓７１ａを介してスクリーン５０が配置される空間に露出する。
【００８６】
本実施の形態の投写型表示システムは、壁７０ａに配置することができるので、スクリーン５０と投写型表示装置１０との間の距離が制限される環境にも適用することができる。
【００８７】
以上説明したように、実施の形態１のレンズ連結装置２０が第１のミラー及び第２のミラーを用いて中継レンズ２５からの光の向きを変更するのに対して、本実施の形態のレンズ連結装置２０は、第１のミラーのみを用いて中継レンズ２５からの光の向きを変更する。これにより、本実施の形態の投写型表示システムは、壁７０ａに配置することができるので、スクリーン５０と投写型表示装置１０との間の距離が制限される環境にも適用することができる。
【００８８】
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
【００８９】
上記の実施の形態では、レンズ連結装置２０は１つの中間像６０を有するが、これに限定されない。レンズ連結装置２０は、複数の中間像を有するように設計されてもよい。レンズ連結装置２０は、複数の中間像を有することによって、投写型表示装置１０と投写レンズ４０とを、距離を離して光学的に結合することができる。
【００９０】
実施の形態４のレンズ連結装置２０は、レンズシフト部２４に代えてレンズ回転部３０を備えてもよい。この場合、レンズ連結装置２０はミラー回転部３１を備え、第１のミラー２６は、ミラー回転部３１を介してレンズ連結装置２０の筐体に接続される。レンズ連結装置２０は、中継レンズ２５と第１のミラー２６との間に中間像６０を形成するように設計される。レンズ連結装置２０は、シャインプルーフの原理にしたがって、すなわち、スクリーン５０の投影面と、投写レンズ４０の主面と、第１のミラー２６により反転した中間像の面とが同一直線上で交わるように、ミラー回転部３１を駆動して第１のミラー２６の角度を変更する。
【００９１】
実施の形態４のレンズ連結装置２０は、レンズ回転部３０のみを備えるが、レンズシフト部２４をさらに備えてもよい。
【００９２】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。
【００９３】
従って、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【００９４】
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略等を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本開示は、投写型表示装置に適用可能である。具体的には、プロジェクタなどに、本開示は適用可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１０  投写型表示装置
１４  光変調素子
２０  レンズ連結装置
２４  レンズシフト部
２５，２９  中継レンズ
２６  第１のミラー
２７  第２のミラー
３０  レンズ回転部
３１  ミラー回転部
４０  投写レンズ
５０  スクリーン
【図１】
2020027117.tif 000003
【図２】
2020027117.tif 000004
【図３】
2020027117.tif 000005
【図４】
2020027117.tif 000006
【図５】
2020027117.tif 000007
【図６】
2020027117.tif 000008
【図７】
2020027117.tif 000009
【図８】
2020027117.tif 000010
【図９】
2020027117.tif 000011
【図１０】
2020027117.tif 000012
【図１１】
2020027117.tif 000013
【図１２】
2020027117.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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