JP2005157153A - 投写光学ユニット及び投写型カラー映像表示装置とこれを用いた背面投写型カラー映像表示装置 - Google Patents
投写光学ユニット及び投写型カラー映像表示装置とこれを用いた背面投写型カラー映像表示装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 2つのレンズ群を有する投写レンズ装置の場合には、映像表示素子に最も近接して配置した第1投写光学ユニット(22)により形成される第1の拡大像(倍率M1)は、一旦第2投写光学ユニット(24)よりも映像表示素子側において結像する。この第1の拡大像を前記第2投写光学ユニットによりスクリーン上に拡大投写(倍率M2。但しM2>M1)する。第1投写光学ユニットと前記第2投写光学ユニットの間に正の屈折力を持つフィールドレンズ群(23)を配置する。この結果、第2投写光学ユニットのF値であるF2と、第1投写光学ユニットのF値であるF1の関係がF2=F1/M1となるので画角が90度を超える超広角化が実現できる。
【選択図】 図5
Description
(1)同一解像度の場合にはパネルサイズを一回り小さくできる。
(2)同一パネルサイズの場合にはより多くの画素数が得られる(高解像度化)。
(1)前記第2投写光学ユニットとフィールドレンズ群の間に光路折り返し手段を設ける。この光路折返しの具体的な技術手段としてプリズムを用いてもよく、折り返しミラーを用いればコストアップを抑えてコンパクト化が実現できる。
(2)更に第1投写光学ユニットを構成するレンズ素子とレンズ素子の間に光路折り返し手段を設ける。
(3)加えて第2投写光学ユニット構成するレンズ素子とレンズ素子の間に光路折り返し手段を設ける。
また、投写型カラー映像表示装置そのものをコンパクトにする第2の実現手段として、以下のものが挙げられる。
(4)2つのレンズ群を有する投写光学ユニットの場合には、上記第1投写光学ユニットの光軸と上記第2投写光学ユニットの光軸をずらして配置する。すなわち、第2投写光学ユニットを第1の拡大像に対してシフトさせて配置し、折り返しミラーを介してスクリーン上に拡大像を得ることで更なるコンパクト化が実現できる。
(5)2つのレンズ群を有する投写光学ユニットの場合には、上記第1投写光学ユニットをスクリーン画面水平方向に概ね平行となるように配置する。更に、第1投写光学ユニットと第2投写光学ユニットとの間には光路折り返し手段を設け、該第2投写光学ユニットをスクリーン画面水平方向に対して概ね垂直となるように(すなわち、第1投写光学ユニットの光軸と第2投写光学ユニットの光軸とが互いに直交するように)配置し、折り返しミラーを介してスクリーン上に拡大像を得ることで更なるコンパクト化が実現できる。
径を円2とする。このとき、円1は数1で、円2は数2で表される。
円1と円2の重なる面積は、数3で示す円1の上側と、数4で示す円2の下側の式の差分を、2つの円の交点(x0とする)の範囲で積分して求まる。
積分の式は、数5で求まるので、瞳が合致したときの面積S0=πr2に対する比率が求まる。なお、x0は、数1と数2の交点で、数6で求まる。
=[x√(r2―x2)+r2sin(x/r)−δx]
=2[x0√(r2―x0 2)+r2sin(x0/r)−δx0]
例えば、δ/r=0.1の場合でS/S0=93.6%、δ/r=0.2の場合でS/S0=87.3%となる。
〔実施例1−1〕
+A・h4+B・h6+C・h8+D・h10+E・h12
図4から図7が収差図である。図4は波長650nmと550nmと450nmを一緒に表示した白色での収差図であり、色収差もわかる表示となっている。図5は波長650nmでの赤色の収差図、図6は波長550nmでの緑色の収差図、図7は波長450nmでの青色の収差図である。単位は0.05mmであり、良好に収差補正されている様子がわかる。
〔実施例1−2〕
〔実施例1−3〕
実施例1 f凹/L=−0.108、f凸/L=0.160
実施例2 f凹/L=−0.113、f凸/L=0.172
実施例3 f凹/L=−0.114、f凸/L=0.174
次に、第2投写光学ユニットの具体的な数値実施例について説明する。
〔実施例2−1〕
Claims (53)
- 映像表示素子に表示された画像を拡大投影する投写光学ユニットにおいて、映像表示素子の正立した拡大像を形成するための再結像光学系を用いたことを特徴とする投写光学ユニット。
- 映像表示素子に表示された画像を拡大投影する投写光学ユニットにおいて、映像表示素子から拡大像までの光路の間に配置された、
第1の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第1投写光学ユニットと、
該第1投写光学ユニットの拡大像側に位置し、前記第1投写光学ユニットによって得られた第1の拡大像を更に拡大して第2の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第2投写光学ユニットと、
を備え、前記第1の拡大像が前記第2投写光学ユニットよりも映像表示素子側において結像することを特徴とする投写光学ユニット。 - 前記該第1の拡大像の倍率M1が、前記第2の拡大像の倍率M2より小さいことを特徴とする請求項2に記載の投写光学ユニット。
- 該第2投写光学ユニット全体を光軸方向に移動させることで、投写距離と投写サイズを変更することを特徴とする請求項3記載の投写光学ユニット。
- 該第2投写光学ユニット全体を光軸方向に移動させる構造体を有することを特徴とする請求項4記載の投写光学ユニット。
- 映像表示素子に表示された画像を拡大投影する投写光学ユニットにおいて、映像表示素子から拡大像までの光路の間に配置された、
該映像表示素子の第1の拡大像を形成する第1投写光学ユニットの光軸に対する、該第1の拡大像を更に拡大する第2投写光学ユニットの光軸の、偏心量を変えても、投写光学ユニット全体の光学性能の変化が小さいことを特徴とする投写光学ユニット。 - 該第1投写光学ユニットの光軸と、該第2投写光学ユニットの光軸の、偏心量を可変できる構造体を有することを特徴とする請求項6記載の投写光学ユニット。
- 映像表示素子に表示された画像を拡大投影する投写光学ユニットにおいて、映像表示素子から拡大像までの光路の間に配置された、
第1の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第1投写光学ユニットと、
該第1投写光学ユニットの拡大像側に位置し、前記第1投写光学ユニットによって得られた第1の拡大像を更に拡大して第2の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第2投写光学ユニットと、
を備え、該第1投写光学ユニットと、該第2投写光学ユニットは、その組合せを変えて全体としての投写光学ユニットを構成できることを特徴とする投写光学ユニット。 - 前記第1投写光学ユニット全体、もしくはその一部のレンズ素子を交換可能に構成したことを特徴とする請求項8記載の投写光学ユニット。
- 前記第2投写光学ユニット全体、もしくはその一部のレンズ素子を交換可能に構成したことを特徴とする請求項8記載の投写光学ユニット。
- 映像表示素子に表示された画像を拡大投影する投写光学ユニットにおいて、映像表示素子から拡大像までの光路の間に配置された、
第1の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第1投写光学ユニットと、
該第1投写光学ユニットの拡大像側に位置し、前記第1投写光学ユニットによって得られた第1の拡大像を更に拡大して第2の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第2投写光学ユニットと、
を備え、該記第1投写光学ユニットに、該投写光学ユニット全体のF値を規定する開口絞りを設けたことを特徴とする投写光学ユニット。 - 映像表示素子に表示された画像を拡大投影する投写光学ユニットにおいて、映像表示素子から拡大像までの光路の間に配置された、
第1の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第1投写光学ユニットと、
該第1投写光学ユニットの拡大像側に位置し、前記第1投写光学ユニットによって得られた第1の拡大像を更に拡大して第2の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第2投写光学ユニットと、
を備え、該第2投写光学ユニットに、該投写光学ユニットのF値に相当する開口絞りが存在しないことを特徴とする投写光学ユニット。 - 映像表示素子から拡大像までの光路に、前記画像の光の進行方向に沿って順に配置された、
正の屈折力を有する第1投写光学ユニット、及び
該第1投写光学ユニットによって得られた第1の拡大像を更に拡大するための正の屈折力を有する第2投写光学ユニット、を備え、
該第1投写光学ユニットは映像表示素子側と、該第1の拡大像側にほぼテレセントリックな関係にあり、前記第1の拡大像が第2投写光学ユニットよりも映像表示素子側において結像することを特徴とする投写光学ユニット。 - 映像表示素子から拡大像までの光路に、前記画像の光の進行方向に沿って順に配置された、
正の屈折力を有する第1投写光学ユニット、及び
該第1投写光学ユニットによって得られた第1の拡大像を更に拡大するための正の屈折力を有する第2投写光学ユニット、を備え、
該第2投写光学ユニットは該第1の拡大像側にほぼテレセントリックな関係にあり、前記第1の拡大像が第2投写光学ユニットよりも映像表示素子側において結像することを特徴とする投写光学ユニット。 - 映像表示素子に表示された画像を拡大投影する投写光学ユニットを有する投写型カラー映像表示装置において、映像表示素子の正立した拡大像を形成するための再結像光学系を用いたことを特徴とする投写型カラー映像表示装置。
- 映像表示素子に表示された画像を拡大投影する投写光学ユニットを有する投写型カラー映像表示装置において、映像表示素子から拡大像までの光路の間に配置された、
第1の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第1投写光学ユニットと、
該第1投写光学ユニットの拡大像側に位置し、前記第1投写光学ユニットによって得られた第1の拡大像を更に拡大して第2の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第2投写光学ユニットと、
を備え、前記第1の拡大像が前記第2投写光学ユニットよりも映像表示素子側において結像することを特徴とする投写型カラー映像表示装置。 - 前記該第1の拡大像の倍率M1が、前記第2の拡大像の倍率M2より小さいことを特徴とする請求項16に記載の投写型カラー映像表示装置。
- 該第2投写光学ユニット全体を光軸方向に移動させることで、投写距離と投写サイズを変更することを特徴とする請求項17記載の投写型カラー映像表示装置。
- 第2投写光学ユニット全体を光軸方向に移動させる構造体を有することを特徴とする請求項18記載の投写型カラー映像表示装置。
- 映像表示素子に表示された画像を拡大投影する投写光学ユニットを有する投写型カラー映像表示装置において、映像表示素子から拡大像までの光路の間に配置された、
該映像表示素子の第1の拡大像を形成する第1投写光学ユニットの光軸に対する、該第1の拡大像を更に拡大する第2投写光学ユニットの光軸の、偏心量を変えても、投写光学ユニット全体の光学性能の変化が小さいことを特徴とする投写型カラー映像表示装置。 - 該第1投写光学ユニットの光軸と、該第2投写光学ユニットの光軸の、偏心量を可変できる構造体を有することを特徴とする請求項20記載の投写型カラー映像表示装置。
- 映像表示素子に表示された画像を拡大投影する投写光学ユニットを有する投写型カラー映像表示装置において、映像表示素子から拡大像までの光路の間に配置された、
第1の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第1投写光学ユニットと、
該第1投写光学ユニットの拡大像側に位置し、前記第1投写光学ユニットによって得られた第1の拡大像を更に拡大して第2の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第2投写光学ユニットと、
を備え、該第1投写光学ユニットと、該第2投写光学ユニットは、その組合せを変えて全体としての投写光学ユニットを構成できることを特徴とする投写型カラー映像表示装置。 - 前記第1投写光学ユニット全体、もしくはその一部のレンズ素子を交換可能に構成したことを特徴とする請求項22記載の投写型カラー映像表示装置。
- 前記第2投写光学ユニット全体、もしくはその一部のレンズ素子を交換可能に構成したことを特徴とする請求項23記載の投写型カラー映像表示装置。
- 映像表示素子に表示された画像を拡大投影する投写光学ユニットを有する投写型カラー映像表示装置において、映像表示素子から拡大像までの光路の間に配置された、
第1の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第1投写光学ユニットと、
該第1投写光学ユニットの拡大像側に位置し、前記第1投写光学ユニットによって得られた第1の拡大像を更に拡大して第2の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第2投写光学ユニットと、
を備え、該記第1投写光学ユニットに、該投写光学ユニット全体のF値を規定する開口絞りを設けたことを特徴とする投写型カラー映像表示装置。 - 映像表示素子に表示された画像を拡大投影する投写光学ユニットを有する投写型カラー映像表示装置において、映像表示素子から拡大像までの光路の間に配置された、
第1の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第1投写光学ユニットと、
該第1投写光学ユニットの拡大像側に位置し、前記第1投写光学ユニットによって得られた第1の拡大像を更に拡大して第2の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第2投写光学ユニットと、
を備え、該第2投写光学ユニットに、該投写光学ユニットのF値に相当する開口絞りが存在しないことを特徴とする投写型カラー映像表示装置。 - 映像表示素子から拡大像までの光路に、前記画像の光の進行方向に沿って順に配置された、
正の屈折力を有する第1投写光学ユニット、及び
該第1投写光学ユニットによって得られた第1の拡大像を更に拡大するための正の屈折力を有する第2投写光学ユニット、を備え、
該第1投写光学ユニットは映像表示素子側と、該第1の拡大像側にほぼテレセントリックな関係にあり、前記第1の拡大像が第2投写光学ユニットよりも映像表示素子側において結像することを特徴とする投写型カラー映像表示装置。 - 映像表示素子から拡大像までの光路に、前記画像の光の進行方向に沿って順に配置された、
正の屈折力を有する第1投写光学ユニット、及び
該第1投写光学ユニットによって得られた第1の拡大像を更に拡大するための正の屈折力を有する第2投写光学ユニット、を備え、
該第2投写光学ユニットは該第1の拡大像側にほぼテレセントリックな関係にあり、前記第1の拡大像が第2投写光学ユニットよりも映像表示素子側において結像することを特徴とする投写型カラー映像表示装置。 - 映像表示素子に表示された画像を拡大投影する投写光学ユニットにおいて、映像表示素子から拡大像までの光路の間に配置された、
第1の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第1投写光学ユニットと、
該第1投写光学ユニットの拡大像側に位置し、前記第1投写光学ユニットによって得られた第1の拡大像を更に拡大して第2の拡大像を形成するための、正の屈折力を持つ第2投写光学ユニットと、
を備え、
前記第1投写光学ユニットには、少なくとも、第1拡大像側から順に、非球面プラスチックレンズと、曲率半径の絶対値の小さい面が互いに向かい合った2枚の凸レンズと、映像表示素子側に曲率半径の絶対値の小さい面を向けた凹レンズを有することを特徴とする投写光学ユニット。 - 前記2枚の凸レンズの合成焦点距離f凸と、前記凹レンズの焦点距離f凹を、前記第1投写光学ユニットの全長で割った規格値が、下記条件を満足することを特徴とする請求項29記載の投写光学ユニット。
−0.15 <f凸/L < −0.05
0.10 <f凹/L < 0.20 - 映像表示素子に表示された画像をスクリーン上に拡大投影する投写光学ユニットにおいて、スクリーン側から順に、第1レンズ群、第2レンズ群、第3レンズ群が配置され、前記第1レンズ群は負の屈折力を有し、前記第2レンズ群は正の屈折力を有し、前記第3レンズ群は正の屈折力を有し、かつ中心が映像表示素子側に対し凸の形状を有し、周辺は凹の形状を有するレンズエレメントを含むことを特徴とする投写光学ユニット。
- 映像表示素子に表示された画像をスクリーン上に拡大投影する投写光学ユニットにおいて、スクリーン側から順に、第1レンズ群、第2レンズ群、第3レンズ群が配置され、下記条件を満たす事を特徴とする投写光学ユニット。
T2-3 > (D2I+D3O)/2
ただし、T2-3:第2レンズ群と第3レンズ群の間隔距離
D2I:第2レンズ群入射側有効径
D3O:第3レンズ群出射側有効径 - 映像表示素子に表示された画像をスクリーン上に拡大投影する投写光学ユニットにおいて、スクリーン側から順に、第1レンズ群、第2レンズ群、第3レンズ群が配置され、下記条件を満たす事を特徴とする投写光学ユニット。
−2.2 < f0/f1 < −1.5
0.6 < f0/f2 < 0.9
0.3 < f0/f3 < 0.4
ただし、f0:全系の焦点距離
f1:第1レンズ群全系の焦点距離
f2:第2レンズ群全系の焦点距離
f3:第3レンズ群全系の焦点距離 - 映像表示素子に表示された画像をスクリーン上に拡大投影する投写光学ユニットにおいて、スクリーン側から順に、第1レンズ群、第2レンズ群、第3レンズ群が配置され、前記第1レンズ群は負の屈折力を有し、前記第2レンズ群は正の屈折力を有し、前記第3レンズ群は正の屈折力を有し、かつ中心が映像表示素子側に対し凸の形状を有し、周辺は凹の形状を有するレンズエレメントを含むことを特徴とする請求項32または33に記載の投写光学ユニット。
- 映像表示素子に表示された画像をスクリーン上に拡大投影する投写光学ユニットにおいて、スクリーン側から順に、第1レンズ群、第2レンズ群、第3レンズ群が配置され、下記条件を満たす事を特徴とする請求項33に記載の投写光学ユニット。
T2-3 > (D2I+D3O)/2
ただし、T2-3:第2レンズ群と第3レンズ群の間隔距離
D2I:第2レンズ群入射側有効径
D3O:第3レンズ群出射側有効径 - 前記第3レンズ群に、分散の高い硝材を用いた負の屈折力を有するレンズとそれよりも分散の低い硝材を用いた正の屈折力を有するレンズを貼合わせ、全体として負の屈折力を有するレンズエレメントを含むことを特徴とする請求項31乃至35のいずれかに記載の投写光学ユニット。
- 映像表示素子に表示された画像をスクリーン上に拡大投影する投写光学ユニットにおいて、スクリーン側から順に、第1レンズ群、第2レンズ群、第3レンズ群が配置され、前記第1レンズ群は負の屈折力を有し、前記第2レンズ群は正の屈折力を有し、前記第3レンズ群は正の屈折力を有し、第1レンズ群に少なくとも1面以上非球面を有することを特徴とする請求項31乃至36のいずれかに記載の投写光学ユニット。
- 映像表示素子に表示された画像をスクリーン上に拡大投影する投写光学ユニットにおいて、スクリーン側から順に、第1レンズ群、第2レンズ群、第3レンズ群が配置され、前記第1レンズ群は負の屈折力を有し、前記第2レンズ群は正の屈折力を有し、前記第3レンズ群は正の屈折力を有し、第2レンズ群に少なくとも1面以上非球面を有することを特徴とする請求項31乃至37のいずれかに記載の投写光学ユニット。
- 映像表示素子に表示された画像をスクリーン上に拡大投影する投写光学ユニットにおいて、スクリーン側から順に、第1レンズ群、第2レンズ群、第3レンズ群が配置され、前記第1レンズ群は負の屈折力を有し、前記第2レンズ群は正の屈折力を有し、前記第3レンズ群は正の屈折力を有し、第3レンズ群に少なくとも1面以上非球面を有することを特徴とする請求項31乃至38のいずれかに記載の投写光学ユニット。
- 前記非球面に、少なくとも1つ以上の変曲点を有することを特徴とする請求項37乃至39のいずれかに記載の投写光学ユニット。
- 前記第1レンズ群は、第1、第2、第3のレンズエレメントを有し、第3のレンズエレメントが非球面レンズであることを特徴とする請求項31乃至40のいずれかに記載の投写光学ユニット。
- 前記第1レンズ群は、第1、第2、第3のレンズエレメントを有し、該第1乃至第3のレンズエレメントが下記の条件を満たす事を特徴とする請求項31乃至41のいずれかに記載の投写光学ユニット。
−0.24 < f0/f11 < −0.14
−0.50 < f0/f12 < −0.25
−0.85 < f0/f13 < −0.55
ただし、f0:全系の焦点距離
f11:第1レンズ群第1レンズエレメントの焦点距離
f12:第1レンズ群第2レンズエレメントの焦点距離
f13:第1レンズ群第3レンズエレメントの焦点距離 - 前記第2レンズ群は、第1、第2、第3のレンズエレメントを有し、第2のレンズエレメントが非球面レンズであることを特徴とする請求項31乃至42のいずれかに記載の投写光学ユニット。
- 前記第2レンズ群は、第1、第2、第3のレンズエレメントを有し、該第1乃至第3のレンズエレメントが下記の条件を満たす事を特徴とする請求項31乃至43のいずれかに記載の投写光学ユニット。
0.30 < f0/f21 < 0.56
−0.10 < f0/f22 < 0.10
0.30 < f0/f23 < 0.45
ただし、f0:全系の焦点距離
f21:第2レンズ群第1レンズエレメントの焦点距離
f22:第2レンズ群第2レンズエレメントの焦点距離
f23:第2レンズ群第3レンズエレメントの焦点距離 - 前記第3レンズ群は、第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7のレンズエレメントを有し、第5、第6のレンズエレメントうちの少なくとも1エレメントが非球面レンズであることを特徴とする請求項31乃至44のいずれかに記載の投写光学ユニット。
- 前記第3レンズ群は、第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7のレンズエレメントを有し、該第1乃至第7のレンズエレメントが下記の条件を満たす事を特徴とする請求項31乃至45のいずれかに記載の投写光学ユニット。
0.05 < f0/f31 < 0.40
−0.40 < f0/f32 < 0.00
−0.55 < f0/f33 < −0.35
0.35 < f0/f34 < 0.55
−0.15 < f0/f35 < 0.10
−0.15 < f0/f36 < 0.15
0.33 < f0/f37 < 0.38
ただし、f0:全系の焦点距離
f31:第3レンズ群第1レンズエレメントの焦点距離
f32:第3レンズ群第2レンズエレメントの焦点距離
f33:第3レンズ群第3レンズエレメントの焦点距離
f34:第3レンズ群第4レンズエレメントの焦点距離
f35:第3レンズ群第5レンズエレメントの焦点距離
f36:第3レンズ群第6レンズエレメントの焦点距離
f37:第3レンズ群第7レンズエレメントの焦点距離 - 映像表示素子に表示された画像をスクリーン上に拡大投影する投写光学ユニットにおいて、スクリーン側から順に、第1レンズ群、第2レンズ群、第3レンズ群が配置され、第2レンズ群と第3レンズ群の間に、光路折り返し手段を配置したことを特徴とする請求項31乃至46のいずれかに記載の投写光学ユニット。
- 前記光折り返し手段が全反射ミラーを含むことを特徴とする請求項47に記載の投写光学ユニット。
- 前記光折り返し手段がプリズム素子を含むことを特徴とする請求項47に記載の投写光学ユニット。
- 請求項31乃至49のいずれかに記載の投写光学ユニットを用いたことを特徴とする投写型カラー映像表示装置。
- 請求項31乃至49のいずれかに記載の投写光学ユニットを用いたことを特徴とする背面投写型カラー映像表示装置。
- 請求項50記載の背面投写型カラー映像表示装置において、スクリーンの中心に対し、前記投写光学ユニットの光軸中心を偏心させることを特徴とする背面投写型カラー映像表示装置。
- 請求項51記載の背面投写型カラー映像表示装置において、前記スクリーンは少なくともフレネルスクリーンを有し、前記フレネルスクリーンの中心を前記投写スクリーンの中心に対し偏心させることを特徴とする背面投写型カラー映像表示装置。
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