JP2007155902A - Optical image forming system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that the volume of an optical image forming system constituted by combining a plurality of curved surface reflection mirrors becomes large because an optical system bends laterally in principle. <P>SOLUTION: The optical system has space between the mirrors, and the space gets useless when equipment is not used. When the equipment is not used, the space between the mirrors is made small by moving the mirrors with a mirror having a large eccentricity sensitive allowable value as center, or another mirror is housed in the space, thereby reducing the volume of the optical system. A movable mirror can be very indisputably set by selecting the mirror having the large eccentricity sensitive allowable value though the optical system has high eccentricity sensitivity originally. Since constitution reducing the space is selected regardless of the following order of an optical path, the optical system is effectively miniaturized. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は結像光学系に非球面反射ミラーを用いた光学装置全般に関するものであるが、このような装置の中でも特に画像表示デバイスの画像を拡大投射する投射型画像表示装置に好適な技術である。   The present invention generally relates to an optical apparatus using an aspherical reflecting mirror in an image forming optical system. Among such apparatuses, the present invention is particularly suitable for a projection-type image display apparatus that enlarges and projects an image of an image display device. is there.

従来より、非球面ミラーを使用した反射光学系は、しばしば提案されているが、特に屈折レンズの代わりに反射面を複数面組み合わせることにより構成した結像光学系がある。回転対称な軸を持たない非球面(所謂自由曲面)反射面を複数面組み合わせることで、良好な収差補正を実現した光学系が可能である。   Conventionally, a reflection optical system using an aspherical mirror is often proposed, but there is an imaging optical system configured by combining a plurality of reflection surfaces in place of a refractive lens. By combining a plurality of aspherical surfaces (so-called free-form surfaces) reflecting surfaces that do not have a rotationally symmetric axis, an optical system that realizes good aberration correction is possible.

光学系を複数の反射面で構成した場合、光軸が1本の直線ではなく、面を経る度に折れ曲がる。そのため、従来の共軸屈折レンズ系にありがちな複数面間での繰り返し反射が起こりにくく、またそれが像面に到達し難いため、共軸屈折レンズ系に比較してゴースト、フレアが少ないというメリットがある。   When the optical system is composed of a plurality of reflecting surfaces, the optical axis is not a single straight line but bends every time it passes through the surface. Therefore, it is difficult for repeated reflection between multiple surfaces, which is common in conventional coaxial refraction lens systems, and it is difficult to reach the image plane, so there is less ghost and flare than the coaxial refraction lens system. There is.

光学系を複数の反射面のみで構成した場合、原理的に色収差がでないというメリットもある。   When the optical system is composed of only a plurality of reflecting surfaces, there is a merit that there is no chromatic aberration in principle.

また、共軸屈折光学系に比較して光路の取り回しの自由度が大きいというメリットもある。物体面に対して像面の位置を大きくオフセットさせた配置などは、共軸屈折系では大きく画角をとり、軸外の端の部分だけを使用しなければ実現できない。そのような配置でも、性能的に厳しくなることなく自由度の大きな配置構成が実現できる。   In addition, there is an advantage that the degree of freedom in handling the optical path is greater than that of the coaxial refractive optical system. An arrangement in which the position of the image plane is largely offset from the object plane cannot be realized unless the coaxial refraction system has a large angle of view and only the off-axis end portion is used. Even with such an arrangement, an arrangement configuration with a high degree of freedom can be realized without being severe in performance.

このような反射光学系には、透明光学材料による塊(ブロック)表面に複数の自由曲面反射面を直接形成し、反射膜を付けることで裏面反射ミラーとして構成したものもあるが、本提案では表面反射ミラーの組み合わせとして構成したものが対象となる。   Some of these reflection optical systems are configured as a back-surface reflection mirror by directly forming a plurality of free-form reflection surfaces on the block (block) surface of a transparent optical material and attaching a reflection film. What was comprised as a combination of a surface reflective mirror becomes object.

後者の場合、複数の表面反射ミラーとして製作した反射面を所定の精度で組み合わせて構成する。この場合、当然であるが反射面間の媒質は空気である。   In the latter case, the reflecting surfaces manufactured as a plurality of surface reflecting mirrors are combined with a predetermined accuracy. In this case, of course, the medium between the reflecting surfaces is air.

また本発明に関しては、光学系は全ての光学素子が反射面でなく、屈折レンズとの組み合わせである光学系に於いても同様に効力を発揮するものである。   In the present invention, the optical system is also effective in an optical system in which all optical elements are not reflective surfaces but are combined with a refractive lens.

ところで、このような光学系を利用した機器の一例として、投写型画像表示装置について説明する。当該装置に於いては、一般に光源光束をミラー、レンズなどを用いて集光し、液晶又はDMD等の画像表示デバイスを照明する。そして、照明光束は該デバイスを透過又はそこで反射することにより、該デバイスに表示された画像情報に応じて2次元的に変調される。これを共軸屈折レンズ系などにより構成された投射光学系によりスクリーンなどに投影するという構成である。例えば、液晶表示パネルを3枚使用する3板式液晶プロジェクタの現在の一般的な構成の場合、光源の照明光束をダイクロイックミラー等でRGBの3色の成分に分割し、RGBに対応する画像情報をそれぞれ表示する3枚の透過型液晶パネルに各々照射する。各液晶表示パネル自体は白黒の表示しかできないが、RGB3色の照明光束を各々変調することによりRGB3色の画像情報を有する透過光束を得ることができる。これらをダイクロイックミラー又はダイクロプリズム等を用いて合成し、カラー画像となった光束を投射光学系によりスクリーンに投射する。   By the way, a projection type image display apparatus will be described as an example of a device using such an optical system. In the apparatus, generally, a light source beam is condensed using a mirror, a lens, etc., and illuminates an image display device such as a liquid crystal or DMD. The illumination light beam is two-dimensionally modulated in accordance with image information displayed on the device by transmitting or reflecting on the device. This is a configuration in which this is projected onto a screen or the like by a projection optical system constituted by a coaxial refraction lens system or the like. For example, in the case of the current general configuration of a three-plate type liquid crystal projector using three liquid crystal display panels, the illumination light beam of the light source is divided into RGB three color components by a dichroic mirror or the like, and image information corresponding to RGB is obtained. Each of the three transmissive liquid crystal panels to be displayed is irradiated. Although each liquid crystal display panel itself can only display in black and white, a transmitted light beam having RGB three-color image information can be obtained by modulating RGB three-color illumination light beams. These are synthesized using a dichroic mirror, a dichroic prism, or the like, and a light beam that has become a color image is projected onto a screen by a projection optical system.

当該装置に対しては、特に投射画像に高コントラストが要求されるため、非球面反射面で構成したゴーストやフレアの少ない投射光学系は特に好適な手段である。また、光路の取り回しの自由度が大きいことから、高仰角で近距離の投射を実現する構成が可能になり、投射機器を鑑賞者から離れたところに置けるというメリットも生ずる。   For such a device, since a high contrast is particularly required for a projected image, a projection optical system with a little ghost and flare constituted by an aspherical reflecting surface is a particularly suitable means. In addition, since the degree of freedom in handling the optical path is large, it is possible to realize a short-distance projection at a high elevation angle, and there is an advantage that the projection device can be placed away from the viewer.

撮像光学系に適用した場合でもゴーストやフレアが少ないという利点は同様に有効である。また、光路配置自由度の面からは、撮像光学系を被撮像対象の正面からずらして置いても歪みのない撮像が可能である。   Even when applied to an imaging optical system, the advantage of less ghost and flare is also effective. Further, from the viewpoint of the degree of freedom of optical path arrangement, it is possible to capture images without distortion even if the imaging optical system is shifted from the front of the imaging target.

又、別の従来例としては、特許文献1及び特許文献2をあげることが出来る。
特開2002-189172号公報 特開平11-119343号公報
As another conventional example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 can be cited.
JP 2002-189172 A JP 11-119343 A

反射光学系は、ある反射面へ入射する光束と射出する光束が、常に該反射面の同じ側に存在し、屈折レンズのように入射光束が素子の反対側から射出するわけではない。そのため光束が連続して通過する2つの反射面は、入射及び射出する光束の幅なども考慮して互いに間隔を離して置かなければならない。屈折レンズ系のように1つのレンズの射出面と次のレンズの入射面を近接して(時には面間隔ゼロで)配置するなどということは全くできない。従って光学系の大きさが大きくなり易いという問題があった。   In a reflective optical system, a light beam incident on a reflecting surface and an emitted light beam are always present on the same side of the reflecting surface, and the incident light beam does not exit from the opposite side of the element as in a refractive lens. Therefore, the two reflecting surfaces through which the light beam continuously passes must be spaced apart from each other in consideration of the width of the incident and emitted light beams. Unlike the refractive lens system, it is impossible to arrange the exit surface of one lens and the entrance surface of the next lens close to each other (sometimes with zero surface separation). Therefore, there is a problem that the size of the optical system tends to increase.

この問題は反射面で構成した光学系に於いて、構造的原理的な問題である。従って、光学系の明るさや焦点距離などの仕様を変えずに反射面の面積などの本質的な大きさを小さくし、光学系全体を小型化するというような直接的な解決は容易ではない。   This problem is a structural principle problem in an optical system composed of reflecting surfaces. Accordingly, it is not easy to directly solve the problem that the essential size such as the area of the reflecting surface is reduced without changing the specifications such as the brightness and focal length of the optical system, and the entire optical system is downsized.

該光学系の面の配置によっては光路を空間で交差させるなどの構成を採り、光学系全体の体積を小さくするなどの工夫もあり得るが、その構成を用いない場合に比較して、光学系の大きさの問題を若干緩和するに過ぎない。(効果は少ない)
このような反射面構成の光学系のサイズが大きいという問題は、該光学系を何らかの機器に応用して使用する場合に問題となる。
Depending on the arrangement of the surfaces of the optical system, a configuration such as crossing the optical paths in space may be taken, and there may be a device such as reducing the volume of the entire optical system, but the optical system is compared with a case where the configuration is not used. The problem of size is only slightly mitigated. (Ineffective)
The problem that the size of the optical system having such a reflecting surface configuration is large becomes a problem when the optical system is applied to some device.

例えば投射光学系に該光学系を適用した場合、コンベンショナルな屈折レンズ系で構成した場合に比較して、光学系部分が大きく、且つ形態が屈折レンズ系の場合の円筒形状からかけ離れている。そのため、通常立方体状である液晶プロジェクタの筐体の、光学系部分だけが部分的に大きく飛び出しているなど、装置筐体の形状を不規則/非対称な形で大型化するという問題があり、装置の収納性やデザイン面などで問題があった。このような筐体形状の例を図9(a)と、図9(b)に示す。   For example, when the optical system is applied to the projection optical system, the optical system portion is large and the form is far from the cylindrical shape in the case of the refractive lens system as compared with the case where the conventional refractive lens system is used. For this reason, there is a problem that the shape of the device housing is increased irregularly / asymmetrically such that only the optical system part of the housing of the liquid crystal projector, which is usually cubic, protrudes greatly. There were problems with storage and design. Examples of such a housing shape are shown in FIGS. 9A and 9B.

また、通常のコンベンショナルな共軸屈折レンズ系の場合は、機器を使用する際には光軸に沿って所定の間隔で繰り出され一直線上に並んだレンズ群を、機器を使用しない場合は所謂「沈胴」と呼ばれるような、該光軸上に一方向(通常は機器内部に向かって)に寄せ、レンズの間隔を詰めることで全長を短縮化する手法が、例えばカメラの撮影レンズなどで用いられてきた。   In the case of an ordinary conventional coaxial refraction lens system, a lens group that is drawn out at a predetermined interval along the optical axis and arranged in a straight line is used when using the device. A technique called “collapse”, which is reduced in the total length by moving the lens in one direction (usually toward the inside of the device) on the optical axis and reducing the distance between the lenses, is used in, for example, a camera taking lens. I came.

表面反射ミラーを用いる光学系(面の間が空気である)に於いても、反射ミラーの間の空間が装置の未使用時には事実上無駄な空間になっており、これがこのタイプの光学系サイズを大きくする原因のひとつになっている。そのため、光学系を使用していない時には、前述の沈胴のように、この空間を縮小すれば、例えば機器を使用していない時には光学系部分をコンパクトにできる。   Even in an optical system that uses surface reflecting mirrors (air between the surfaces), the space between the reflecting mirrors is virtually wasted when the device is not in use, and this is the size of this type of optical system This is one of the reasons for increasing the size. Therefore, when the optical system is not used, the optical system portion can be made compact when the device is not used, for example, by reducing this space as in the case of the above-mentioned collapsing.

これらは、特許文献1に開示された例がある。これを図10(a)、図10(b)に示す。これは共軸屈折レンズ系130、131と形状可変ミラー115の組み合わせである。(b)図に示すように形状可変ミラー115が回転してスペースを作った処に、折れ曲がった光軸に沿ってひとつの群130が沈胴する。この例の場合は、移動するのが所謂前玉(まえだま)と云われる最も物体側のレンズ群であり、レンズ全系の中でも口径が最大である。この例に示される図の方向の断面では判り難いが同図にて130の幅と同じ長さ(直径)分だけ奥行き方向も幅を持っている。この130が(b)図で収まるだけの空間が予め鏡筒内部に確保されている必要があり115の周囲の鏡筒部分容積は130が格納されていない場合でも大きくならざるを得ない。従って、図10の(a)図の上方向に飛び出している130の突起部分が下がる反面、収納先の115周囲の鏡筒容積を予め大きくしておく必要が副作用として発生するので、沈胴を行わない場合に比較しても全体サイズ縮小の効果は少ない。   These are examples disclosed in Patent Document 1. This is shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b). This is a combination of the coaxial refractive lens systems 130 and 131 and the variable shape mirror 115. (B) When the deformable mirror 115 rotates to create a space as shown in the figure, one group 130 is retracted along the bent optical axis. In the case of this example, the most object-side lens group called a so-called front lens moves, and has the largest aperture in the entire lens system. Although it is difficult to understand in the cross section in the direction of the figure shown in this example, the depth direction has a width corresponding to the same length (diameter) as the width of 130 in the figure. It is necessary that a space enough for 130 to be accommodated in FIG. 7B is secured in the lens barrel in advance, and the lens barrel partial volume around 115 must be increased even when 130 is not stored. Accordingly, while the protruding portion of 130 protruding upward in FIG. 10 (a) is lowered, it is necessary to enlarge the lens barrel volume around the storage destination 115 in advance. Even if it is not, the effect of reducing the overall size is small.

特に通常の共軸屈折レンズ系のみの沈胴の場合に比較してもコンパクト化の効果は小さい。   In particular, the effect of downsizing is small even when compared with the case of a collapsible lens having only a common coaxial refraction lens system.

反射面を使用した光学系の場合、光軸が何度も折れ曲がっているため、共軸屈折レンズ系の例に倣って、各反射面の間隔を光軸に沿って端から順次詰めていくのは、機構的にも困難又は不可能である。屈折レンズ系と異なり面ごとにそれぞれ空間で維持している姿勢(角度)が様々であるため、光軸に沿って片寄せしても十分コンパクトにならないことがある。また、反射面によっては偏心敏感度が厳しく、無闇に動かすと、これを元の位置に復帰したときに位置再現精度が保証されず結像性能に支障を来すこともある。   In the case of an optical system using a reflecting surface, the optical axis is bent many times, so that the distance between the reflecting surfaces is gradually reduced from the end along the optical axis, following the example of the coaxial refraction lens system. Is mechanically difficult or impossible. Unlike the refractive lens system, the postures (angles) maintained in the space for each surface are various, so that even if they are shifted along the optical axis, they may not be sufficiently compact. Also, depending on the reflecting surface, the sensitivity to decentration is strict, and if it is moved in the dark, the position reproduction accuracy is not guaranteed when it is returned to its original position, which may hinder imaging performance.

因みに、偏心敏感度とは光学素子が所定の位置から平行に位置ずれ(以降 平行シフト)した場合、及び、所定の角度から回転(又は傾き、以降 ティルト)した場合に発生する性能劣化のし易さの度合いである。一定の平行シフト及びティルトに対して、この性能劣化が著しいときに、或る光学系に於けるその光学素子の偏心敏感度が高いと表現する。   By the way, decentration sensitivity is the tendency for performance degradation to occur when an optical element is displaced in parallel from a predetermined position (hereinafter referred to as parallel shift) and rotated from a predetermined angle (or tilted, hereinafter tilted). It is a degree. When this performance deterioration is significant for a constant parallel shift and tilt, it is expressed that the decentration sensitivity of the optical element in a certain optical system is high.

反射面のみを用いた投射結像光学系に関して、特許文献2特開平11−119343号公報がある。これを図11に示す。これは、反射面のみを用いた投射光学系である。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-119343 discloses a projection imaging optical system using only a reflecting surface. This is shown in FIG. This is a projection optical system using only a reflecting surface.

この従来発明では、最も像面側の反射ミラーを、筐体の光束射出口の蓋の裏側に取り付ける。機器の非使用時には蓋と一緒に反射ミラーを筐体の外側壁に対して閉じる構成である。この従来発明では、液晶表示素子の画像を反射光学系内にて単調に拡大しながら投射結像する構成である。そのため、最後のミラーの大きさが特に大きく、蓋を開けた状態(最終ミラーを展開した状態)では機器の大きさが余りにも大きくなってしまう。従って、機器をコンパクト化するための何らかの手段は必須であると思われる。しかしながら、本従来例では最後のミラーの折りたたみだけであるため、コンパクト化の効果も不十分であると言える。また、操作がミラー回転のみにとどまるため、非使用時の小型化のための収納動作と言うよりも、使用にあたって装置の蓋を開ける操作が、使用状態へのミラーの展開操作になっているという部分で、シンプルである反面、工夫が足りず効果も不十分である。   In this conventional invention, the reflection mirror closest to the image plane is attached to the back side of the lid of the light beam exit of the housing. When the device is not in use, the reflection mirror is closed together with the lid against the outer wall of the housing. In this conventional invention, the image of the liquid crystal display element is projected and imaged while monotonically expanding in the reflection optical system. Therefore, the size of the last mirror is particularly large, and the size of the device becomes too large when the lid is opened (the final mirror is unfolded). Therefore, it seems that some means for downsizing the equipment is essential. However, in this conventional example, only the last mirror is folded, so it can be said that the effect of downsizing is insufficient. In addition, since the operation is limited to the mirror rotation, the operation of opening the lid of the device in use is the operation of unfolding the mirror to the use state rather than the storing operation for miniaturization when not in use. Although it is simple in part, it is not devised and the effect is insufficient.

詳細は後述するが、このような光学系の場合、像側のミラーほど偏心敏感度が低い傾向にあるので、最終ミラーの可動構成の採用は比較的悪影響の少ない手段であるとは云える。しかしながら厳密に考えた場合、このように回転させて蓋とする構成では回転の軸が同ミラーのごく近傍にあり、ミラーのティルト誤差にはなり易い構成であり、平行シフトに比較して好ましくない。   Although details will be described later, in the case of such an optical system, since the decentering sensitivity tends to be lower in the image side mirror, it can be said that the adoption of the movable configuration of the final mirror is a means having relatively little adverse effect. However, when considered strictly, in the configuration in which the lid is rotated in this way, the axis of rotation is very close to the mirror, and the tilt error of the mirror is likely to occur, which is not preferable compared to the parallel shift. .

本発明により提案される方法としては、例えば複数の非球面形状の表面反射ミラーにより構成された結像光学系に於いて一部の反射面を最適な方向に最適な距離だけ移動することにより、反射面の間に存在した空間を少なくし、光学系全体の容積を小さくすることである。(これを以下「格納」と記載する)
特に反射面の動かし方に光学系の特性を考慮した所定の動かし方を導入することで、これらの光学系を組み込んだ機器に於いて、これを使用していないときには光学系を「格納」し機器の筐体形状を、部分的に突出したところのない、収納し易く、コンパクトな形態にする。
As a method proposed by the present invention, for example, in an imaging optical system constituted by a plurality of aspherical surface reflecting mirrors, by moving a part of reflecting surfaces in an optimum direction by an optimum distance, It is to reduce the space existing between the reflecting surfaces and to reduce the volume of the entire optical system. (This is referred to as “store” below)
In particular, by introducing a predetermined movement method that takes into account the characteristics of the optical system in the way of moving the reflecting surface, devices that incorporate these optical systems "store" the optical system when it is not in use. The housing shape of the device is made into a compact form that does not partially protrude and is easy to store.

まず、このような光学系の特徴として、該光学系の縮小側に位置する面ほど偏心敏感度が高い傾向がある。即ち、液晶プロジェクタの場合であれば、液晶パネルが物体面であり、これを像面であるスクリーンに拡大投影する構成である。このような光学系に於いては液晶パネルに最も近い側の反射面が最も偏心敏感度が高く、液晶パネルから遠ざかるにつれ偏心に鈍感になる。   First, as a feature of such an optical system, there is a tendency that the surface located on the reduction side of the optical system has a higher decentration sensitivity. That is, in the case of a liquid crystal projector, the liquid crystal panel is an object plane, and this is enlarged and projected onto a screen which is an image plane. In such an optical system, the reflection surface closest to the liquid crystal panel has the highest decentration sensitivity, and becomes desensitized as the distance from the liquid crystal panel increases.

また、別な機器として上記投射結像光学系と同じ構成の光学系で、物体と像を逆向きにした適用例について説明する。上記例でのスクリーンに相当する位置を原稿面とする。これが物体面となる。また、液晶パネルに相当する位置にCCD撮像素子を置きこれを像面とする。これは原稿を読みとる書画カメラの構成となる。当然ながら、光学系の仕様は別ものなので倍率や明るさは、それぞれ異なる。この場合、一般にこのような光学系に於いては、CCD撮像素子に最も近い側の反射面が最も偏心敏感度が高く、CCDから遠ざかるにつれ偏心に鈍感になる。   An application example in which an object and an image are reversed in an optical system having the same configuration as the projection imaging optical system as another device will be described. A position corresponding to the screen in the above example is a document surface. This is the object plane. Also, a CCD image sensor is placed at a position corresponding to the liquid crystal panel, and this is used as an image plane. This is a configuration of a document camera that reads a document. Of course, since the specifications of the optical system are different, the magnification and brightness are different. In this case, generally, in such an optical system, the reflection surface closest to the CCD image sensor has the highest decentration sensitivity, and becomes desensitized as the distance from the CCD increases.

このように、等倍系でなければ縮小側に位置する面ほど偏心敏感度が高くなる傾向がある。従って、敏感度の高い反射面を移動するのは、性能確保の面から得策でなく、逆に鈍い面を移動することは影響が少なく好ましい。   Thus, if the surface magnification is not the same magnification system, the eccentricity sensitivity tends to increase as the surface is located on the reduction side. Therefore, moving the reflecting surface with high sensitivity is not a good idea from the viewpoint of securing the performance, and it is preferable to move the dull surface because it has little influence.

また、平行シフトとティルトでは、それぞれ全く別な概念であるので同列に比較できない。しかしながら、「格納」のための移動から復帰した時に機械的に可能又は容易な位置/姿勢の再現性(残存する位置誤差量)を基準に比較した場合、ティルトに比べ平行シフトの方が相対的に影響が少ない。   Also, parallel shift and tilt are completely different concepts, so they cannot be compared in the same row. However, when compared with the reproducibility of the position / posture (residual position error amount) that is mechanically possible or easy when returning from the movement for “storage”, the parallel shift is more relative than the tilt. Is less affected.

具体的には、以下に示すような項目に従って複数の反射面を移動する「格納」方法である。   Specifically, it is a “storage” method in which a plurality of reflecting surfaces are moved according to the following items.

◎移動のし方は、軌跡が直線的なシフト、又は、軌跡が非直線的なシフト、又は、回転、及び/又はそれらの組み合わせである。   The movement is a linear shift of the trajectory, a non-linear shift of the trajectory, rotation, and / or a combination thereof.

(尚、軌跡が直線的/非直線的、何れに於いても移動復帰後の位置が元の状態と異なる場合(角度は同じ)、それは平行シフトである)
◎複数の面をグループとして、移動するグループと移動しないグループとする。
(Note that if the trajectory is either linear or non-linear, the position after movement return is different from the original state (the angle is the same), it is a parallel shift)
◎ Group multiple faces as a group that moves and a group that does not move.

◎移動するグループでは、そのグループ内の相対位置関係は変わらない。   ◎ In a moving group, the relative positional relationship within the group does not change.

◎ティルトの場合、回転軸の位置は、ティルトする面(又はグループ)の位置から遠ざける方が好ましい。   In the case of tilting, it is preferable that the position of the rotation axis is away from the position of the tilting surface (or group).

◎少なくともひとつの面(又はグループ)は移動しない。   ◎ At least one surface (or group) does not move.

◎移動しない面(又はグループ)は相対的に敏感度の高い面である。   A surface (or group) that does not move is a relatively sensitive surface.

◎隣り合うある2つの面(又はグループ)の間隔を近づける。   ◎ Close the distance between two adjacent faces (or groups).

◎移動しない面(又はグループ)の近傍又は内側の空間に、移動する面(又はグループの1部の面)が来るように、移動する面(又はグループ)を動かす。   Move the moving surface (or group) so that the moving surface (or the surface of a part of the group) comes in the space near or inside the non-moving surface (or group).

◎複数段階に分けて移動する場合、移動の段階毎にグループの組み合わせが変わる場合がある。   ◎ When moving in multiple stages, the group combination may change at each stage of movement.

本発明により、
(1)反射面を用いた結像光学に特有の容積の大きさの問題と、これを用いる機器の外観が大きく不格好になってしまう問題を緩和できる。
(2)各反射面の偏心敏感度を勘案して、反射面の移動が結像性能に影響を与えにくくなる。
(3)移動しない面と面の間の空間に移動する面を格納するなど、素子が動かない部分の空間を格納時に有効に使用出来る。
(4)平行シフトとティルトの敏感度の違いを勘案した移動方法、格納方法を可能とする。
(5)グループ化して移動方向を工夫するなど小型化と性能維持を両立する方法を可能とする。
(6)該機器の収納時には従来の屈折系と同等の形態と収納性を見せることが出来る。
According to the present invention,
(1) It is possible to alleviate the problem of the size of the volume peculiar to the imaging optics using the reflecting surface and the problem that the appearance of the device using the same becomes large and unclean.
(2) Taking into account the eccentric sensitivity of each reflecting surface, the movement of the reflecting surface is less likely to affect the imaging performance.
(3) It is possible to effectively use the space where the element does not move, such as storing the moving surface in the space between the non-moving surface.
(4) A moving method and a storing method in consideration of the difference in sensitivity between the parallel shift and the tilt are made possible.
(5) A method that achieves both miniaturization and performance maintenance, such as grouping and devising the moving direction, is made possible.
(6) When the device is stored, the same form and storage property as the conventional refractive system can be shown.

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。   Next, details of the present invention will be described in accordance with the description of the embodiments.

実施形態を説明するために、まず基準光軸、グローバル座標系、ローカル座標系の3つの項目について定義し説明する。   In order to describe the embodiment, first, three items of a reference optical axis, a global coordinate system, and a local coordinate system are defined and described.

本発明で対象とする光学系は軸外しの反射光学系である(又はこれを含む)ため反射光学系を構成する各面は共通の光軸を持っていない。本発明の実施形態においては、まず、光学系の瞳の中心を通る光線を基準と考え、この光線を基準光軸と定義する。基準光軸は実施例図中では特に他の光線と明確に分けて描画されていない。   The optical system that is the subject of the present invention is an off-axis reflection optical system (or includes this), and therefore each surface constituting the reflection optical system does not have a common optical axis. In the embodiment of the present invention, first, a light ray passing through the center of the pupil of the optical system is considered as a reference, and this light ray is defined as a reference optical axis. The reference optical axis is not clearly drawn separately from other light beams in the embodiment drawings.

次に、光学系全体に対して定義されるグローバル座標系(グローバル座標は大文字XYZで表現する)を考える。各実施例の図中に記載したXYZ座標系の軸が同図の光学系全体に対して定義されたグローバル座標系の向きである。尚、座標系は右手系とする。実施例の図示の方向にも因るが、本発明に於いて何れの実施例でも前記基準光軸は必ずYZ面内に存在する。グローバル原点は、実施形態により異なるが、物体平面、又は像平面と前記基準光軸の交点を原点と定義する。また、XY平面は物体平面又は像平面内(グローバル原点のある方)に存在する。   Next, consider a global coordinate system defined for the entire optical system (global coordinates are expressed in capital letters XYZ). The axes of the XYZ coordinate system described in the drawings of the respective examples are the orientations of the global coordinate system defined with respect to the entire optical system of FIG. The coordinate system is a right-handed system. Although depending on the direction of illustration of the embodiment, in any embodiment of the present invention, the reference optical axis always exists in the YZ plane. Although the global origin differs depending on the embodiment, the intersection of the object plane or the image plane and the reference optical axis is defined as the origin. The XY plane exists in the object plane or the image plane (the one with the global origin).

図1−1の第一実施例(詳細は後述)の図のみグローバル座標系を、グローバル原点上に一致させて表示している。この実施例の場合、グローバル原点は物体面である液晶パネルの中心に位置する。   Only the diagram of the first embodiment of FIG. 1-1 (details will be described later) displays the global coordinate system in alignment with the global origin. In this embodiment, the global origin is located at the center of the liquid crystal panel, which is the object plane.

光学系を構成する第m面の面形状を表現する方法として、グローバル座標系を用いて第m面の形状を表記するのは分かりにくい。そこで各面毎にローカル座標系による表記を導入する。第m−1面のローカル原点から第m面までの所定の間隔分(ローカル原点間隔)だけ進んだ点を第m面のローカル原点とする。このように各面毎にローカル座標系(ローカル座標は小文字xyzで表現する)を設定する。物体平面(又は像平面)ではグローバル原点とその面のローカル原点は一致する。   As a method for expressing the surface shape of the m-th surface constituting the optical system, it is difficult to understand the notation of the shape of the m-th surface using the global coordinate system. Therefore, we will introduce a local coordinate system for each surface. A point advanced by a predetermined interval (local origin interval) from the local origin of the m-1st surface to the mth surface is defined as the local origin of the mth surface. In this way, a local coordinate system (local coordinates are expressed in lower case xyz) is set for each surface. In the object plane (or image plane), the global origin coincides with the local origin of the plane.

図1−1の第一実施例(詳細は後述)の図のみローカル座標系を、各ミラー面上に一致させて表示している。(他の図では省略)
ローカル座標系も右手系である。また、面のティルトも各面に対応するローカル座標系をティルトさせることにより表現することとする。第m面に対応するローカル座標系のYZ面内でのティルト角はグローバル座標系のZ軸に対して反時計回り方向を正とした角度θm[単位°以下省略]で表す。よって、当然のことながら本発明の実施形態では各面のローカル座標の原点は全てYZ平面上にある。XZおよびXY面内での面の偏心はない。グローバル座標、ローカル座標共に、YZ、yz平面を光学系のメリディオナル断面である。
The local coordinate system is displayed so as to coincide with each mirror surface only in the diagram of the first embodiment of FIG. 1-1 (details will be described later). (Omitted in other figures)
The local coordinate system is also a right-handed system. Also, the tilt of the surface is expressed by tilting the local coordinate system corresponding to each surface. The tilt angle in the YZ plane of the local coordinate system corresponding to the m-th plane is represented by an angle θm [omitted from unit degrees or less] with the counterclockwise direction being positive with respect to the Z axis of the global coordinate system. Therefore, as a matter of course, in the embodiment of the present invention, the origins of the local coordinates of each surface are all on the YZ plane. There is no surface eccentricity in the XZ and XY planes. In both the global coordinates and the local coordinates, the YZ and yz planes are meridional sections of the optical system.

本発明の光学系は少なくとも回転非対称な非球面反射面を1面以上有し、その形状はローカル座標系に於いてxyの多項式関数でz(面のSag量)を与える形式で表現される。   The optical system of the present invention has at least one rotationally asymmetric aspherical reflecting surface, and its shape is expressed in a form that gives z (surface Sag amount) as a xy polynomial function in the local coordinate system.

先の基準光軸の各面に於ける通過点は、その面のローカル座標系の原点の位置とは無関係である。また、各面のローカル原点は必ずしもその面の光線有効部内にあるとも限らない。   The passing point on each surface of the previous reference optical axis is independent of the position of the origin of the local coordinate system on that surface. Further, the local origin of each surface is not necessarily in the ray effective portion of that surface.

[第1実施例]
図8に示すのは、本発明による第1〜4実施例の画像投影機器の光学系を含む、装置使用時の全体図である。本実施例では液晶パネル上に表示された画像をスクリーンに拡大投射する光学系であるが、本発明に於ける対策の手段及び効果は、これを他の用途向けの結像光学系に対して適用した場合に於いても同様に有効である。
[First embodiment]
FIG. 8 is an overall view when the apparatus is used, including the optical system of the image projection apparatus of the first to fourth embodiments according to the present invention. In this embodiment, an optical system that enlarges and projects an image displayed on a liquid crystal panel onto a screen. However, the measures and effects of the present invention can be applied to an imaging optical system for other applications. The same applies when applied.

図8に於いて、液晶パネルの裏側に不図示の照明光学系がありパネルを裏側から照明する。本図ではRGBの3色の光路全ては記載せずG光路以外は省略しているが、RBの光路はGの光路と共役である。色合成プリズムにより合成されたRGB光束は、図8に於いて第1ミラー〜第5ミラーの自由曲面反射ミラーにより構成された投射光学系によりスクリーンへ投射される。   In FIG. 8, there is an illumination optical system (not shown) on the back side of the liquid crystal panel to illuminate the panel from the back side. In this figure, all the three color optical paths of RGB are not shown and other than the G optical path is omitted, but the optical path of RB is conjugate with the G optical path. The RGB luminous flux synthesized by the color synthesizing prism is projected onto the screen by a projection optical system constituted by free-form reflecting mirrors of the first to fifth mirrors in FIG.

図1−1に示すのは、本発明による第1実施例による画像投影機器の光学系の部分を表示したものである。最も液晶パネル側に位置するのが第1ミラーであり、光束の進む方向に順次第2ミラー〜第5ミラーという順序で番号が割り当てられている。   FIG. 1A shows an optical system portion of the image projection apparatus according to the first embodiment of the present invention. The first mirror is located closest to the liquid crystal panel, and numbers are sequentially assigned in the order of the second mirror to the fifth mirror in the light beam traveling direction.

この光学系の、偏心量(平行シフトとティルト)の許容値を配分した例を図2に表にして示す。ここに示されているように、平行シフトの許容値は第1ミラーが最も小さく、像側のミラーへ行くに従い平行シフトの許容値が大きくなる。これは、像側のミラーほど偏心敏感度が緩くなることを意味している。同様に、ティルトの許容値も先の例と同様に第1ミラーから像側へ行くに従い大きくなる。   FIG. 2 is a table showing an example in which allowable values of the eccentric amount (parallel shift and tilt) of this optical system are allocated. As shown here, the allowable value for the parallel shift is the smallest for the first mirror, and the allowable value for the parallel shift increases as the mirror moves to the image side mirror. This means that the decentering sensitivity becomes weaker as the image side mirror is. Similarly, the allowable tilt value increases as it goes from the first mirror to the image side as in the previous example.

従って、これらのことから最も像側寄りのミラーを移動可能な保持手段により保持し、機器を使用しないときには、該ミラー、若しくは像側寄りの複数のミラーを移動させ格納し、光学系の容積を縮小する方法が考えられる。   Therefore, the mirror closest to the image side is held by a movable holding means, and when the apparatus is not used, the mirror or a plurality of mirrors near the image side are moved and stored, and the volume of the optical system is reduced. A method of reducing the size is conceivable.

一方で、ミラーを移動して格納したのち、機器を使用する際にはこれらを再び移動し、元通りの位置に所定の精度で保持した状態を再現しなければならない。   On the other hand, after moving and storing the mirrors, when using the devices, they must be moved again to reproduce the state of being held at the original position with a predetermined accuracy.

配分された平行シフトとティルトの許容値に対し、平行シフトの許容位置精度を機械的に実現することと、ティルトに関するそれとでは難易度が異なる。機械的実現性を勘案すれば、平行シフトの精度再現の方がより容易である。従って、格納のための移動は復帰後の位置精度を再現し易い平行シフトを主に用いることが機器の作り易さにつながる。   The degree of difficulty is different between mechanically realizing the allowable position accuracy of the parallel shift and the tilt-related one with respect to the distributed parallel shift and the allowable value of the tilt. Considering the mechanical feasibility, it is easier to reproduce the accuracy of the parallel shift. Therefore, for the movement for storage, it is easy to make a device by mainly using a parallel shift that easily reproduces the positional accuracy after returning.

本第1実施例のミラーの移動は以下に示すようなものである。図1−1に示すように、第5ミラーが第3、4ミラーの方へまず平行シフトして、次に図1−2に示すように、第3、4、5ミラーが一体となって第1、2ミラーへ向かう方向へ平行シフトする。第1ミラーと第2ミラーの間の空間に第4ミラーが収納される方向へ移動する。   The movement of the mirror of the first embodiment is as follows. As shown in FIG. 1-1, the fifth mirror is first shifted in parallel toward the third and fourth mirrors, and then the third, fourth, and fifth mirrors are integrated as shown in FIG. Parallel shift in the direction toward the first and second mirrors. It moves in the direction in which the fourth mirror is housed in the space between the first mirror and the second mirror.

各ミラーは図に示すX軸方向の端部(片方又は両端)で保持され、保持部分がミラーを抱えて移動するなどの機構を採用すれば、他のミラーとの干渉のない構成とすることができる。   Each mirror is held at the end (one or both ends) in the X-axis direction shown in the figure, and if a mechanism such as the holding part moves while holding the mirror is adopted, it should be configured so as not to interfere with other mirrors. Can do.

最終的に全てのミラーが収納された様子を図3に示す。同図には、収納前のミラー配置及び光学系の容積と、収納後のそれらが比較できるように、重ねて図示されている。このように機器を使用しないときには投射光学系部分をコンパクトに格納できる。従って、使用しないときに機器を片付ける場面などで、反射光学系の欠点である大きさを気にせずに済む。機器を使用するときには光学系が引き出されて来て大きくなるが、一般的に使用している最中には、多少光学系部分が張り出したとしても、さほど気にならないと思われる。   FIG. 3 shows how all the mirrors are finally stored. In the figure, the mirror arrangement before storage and the volume of the optical system are overlapped so that they can be compared after storage. Thus, when the apparatus is not used, the projection optical system portion can be stored compactly. Therefore, it is not necessary to worry about the size, which is a drawback of the reflective optical system, when the device is cleared when not in use. When the device is used, the optical system is pulled out and becomes large. However, even if the optical system part protrudes to some extent during general use, it does not seem that much.

特に本実施例の液晶プロジェクタの場合は、光路配置の自由度が大きい反射光学系のメリットを生かしスクリーンに近い場所で大きな仰角で投射できるように設置する。そのため、鑑賞者から機器が離れた場所に設置でき、使用中は一層機器の大きさを気にせずに済むと思われる。   In particular, in the case of the liquid crystal projector of the present embodiment, the projector is installed so as to be able to project at a large elevation angle at a location close to the screen by taking advantage of the reflection optical system having a large degree of freedom in optical path arrangement. For this reason, the device can be installed at a place away from the viewer, and the size of the device can be further avoided during use.

光学系の格納の動力は手動でも良いし、電動でも良い。電動の場合、コストや大きさの問題があるが、主電源を入れる動作に連動して光学系が格納状態から、自動的に展開された状態に移行すれば使用感も良い。   The power for storing the optical system may be manual or electric. In the case of electric drive, there is a problem of cost and size, but if the optical system shifts from the retracted state to the automatically expanded state in conjunction with the operation of turning on the main power, the usability is good.

[第2実施例]
本第2の実施例に於けるミラーの移動の様子を図4に示す。
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows how the mirror moves in the second embodiment.

第3、4、5ミラーが一体となって第1、2ミラーへ向かう方向へ平行シフトする。第1ミラーと第2ミラーの間の空間に第4ミラーが収納される方向へ移動する。   The third, fourth, and fifth mirrors are integrally shifted in the direction toward the first and second mirrors. It moves in the direction in which the fourth mirror is housed in the space between the first mirror and the second mirror.

この例の場合は、第3、4、5ミラーが一体となって移動し、第一の実施例のように2段階に移動する構成ではない。従って、第一実施例に比較して移動のための機構が簡略化される。また、最像側の第5ミラーは許容偏心量が大きいとはいえ、これを単体で動かす機構を持つと誤差要因が増える。それよりは、第3、4、5ミラー間の相対的な位置精度を保ち易いという利点がある。   In the case of this example, the third, fourth, and fifth mirrors move together and are not configured to move in two stages as in the first embodiment. Therefore, the mechanism for movement is simplified compared to the first embodiment. In addition, although the fifth mirror on the most image side has a large allowable eccentricity, an error factor increases if it has a mechanism for moving it alone. The advantage is that it is easy to maintain the relative positional accuracy between the third, fourth, and fifth mirrors.

その半面、小型化の効果も損なわれ、格納後に第5ミラーが像面側にはみ出す量が第一実施例に比較すると多くなる。   On the other hand, the effect of miniaturization is also lost, and the amount of the fifth mirror protruding to the image plane side after storage is larger than that of the first embodiment.

各ミラーは図に示すX軸方向の端部(片方又は両端)で保持され、保持部材がミラーを抱えて移動するなどの機構を採用すれば、他のミラーとの干渉のない構成とすることができる。   Each mirror is held at the end (one or both ends) in the X-axis direction shown in the figure, and if a mechanism such as a holding member that moves while holding the mirror is adopted, it should be configured so as not to interfere with other mirrors. Can do.

他は第1実施例と同じ。   Others are the same as the first embodiment.

[第3実施例]
本第3の実施例に於けるミラーの移動の様子を図5に示す。
[Third embodiment]
FIG. 5 shows how the mirror moves in the third embodiment.

第3、4、5ミラーが一体駆動となって第1、2ミラーへ向かう方向へ回転(回動)する。回転の軸はX軸に平行である。第1ミラーと第2ミラーの間の空間に第4ミラーが収納される方向へ回転するように回転の中心(軸の位置)は図に示すように実際に移動するミラー群の場所からオフセットしている。   The third, fourth, and fifth mirrors are integrally driven to rotate (rotate) in the direction toward the first and second mirrors. The axis of rotation is parallel to the X axis. The center of rotation (the position of the shaft) is offset from the location of the mirror group that actually moves as shown in the figure so that it rotates in the direction in which the fourth mirror is housed in the space between the first mirror and the second mirror. ing.

この例の場合は、図4に示す第2実施例のシフトに比較して(格納からの姿勢復帰時の)精度達成のやや難しいティルトの発生しやすい回転動作の構成を敢えて採用している。   In this example, compared with the shift of the second embodiment shown in FIG. 4, a configuration of a rotational operation in which a tilt that is slightly difficult to achieve accuracy (at the time of returning the posture from the storage) is likely to occur is employed.

この例の場合は、第3、4、5ミラーが一体となって移動し、第一の実施例のように2段階に移動する構成ではない。従って、第一実施例に比較して移動のための機構が簡略化される。また、最像側の第5ミラーは許容偏心量が大きいとはいえ、これを単体で動かす機構を持つと誤差要因が増える。それよりは、第3、4、5ミラー間の相対的な位置精度を保ち易いという利点がある。   In the case of this example, the third, fourth, and fifth mirrors move together and are not configured to move in two stages as in the first embodiment. Therefore, the mechanism for movement is simplified compared to the first embodiment. In addition, although the fifth mirror on the most image side has a large allowable eccentricity, an error factor increases if it has a mechanism for moving it alone. The advantage is that it is easy to maintain the relative positional accuracy between the third, fourth, and fifth mirrors.

回動動作の場合、機械的には平行移動よりもやや機構が簡単である。回動させたい部材の所定の位置に回転軸を設けてその周りに回転するようにすれば良いだけである。但し、回転の中心軸は何れかのミラーの近傍にはないことが好ましい。それは、前述のようにティルトの敏感度が平行シフトよりもやや高いため、その影響を受けにくくしたいからである。   In the case of the rotation operation, the mechanism is slightly simpler than the parallel movement mechanically. It is only necessary to provide a rotating shaft at a predetermined position of the member to be rotated and rotate around it. However, the center axis of rotation is preferably not in the vicinity of any mirror. This is because the sensitivity of the tilt is slightly higher than that of the parallel shift as described above, so that it is difficult to be affected by the tilt.

回転軸を移動物から離れたところに仮想的に設定する場合は、移動物を導く円弧状のガイドを設けるなどの構成をとるなどの機械的手段がある。   When the rotation axis is virtually set at a position away from the moving object, there are mechanical means such as providing an arcuate guide for guiding the moving object.

この実施例の場合も第3、4、5ミラーをまとめて動かすため、小型化の効果も損なわれ、第5ミラーが像面側にはみ出す量が第一実施例に比較すると多くなる。   Also in this embodiment, the third, fourth, and fifth mirrors are moved together, so that the effect of miniaturization is lost, and the amount that the fifth mirror protrudes to the image plane side is larger than that in the first embodiment.

各ミラーは図に示すX軸方向の端部(片方又は両端)で保持され、保持部材がミラーを抱えて移動するなどの機構を採用すれば、他のミラーとの干渉のない構成とすることができる。   Each mirror is held at the end (one or both ends) in the X-axis direction shown in the figure, and if a mechanism such as a holding member that moves while holding the mirror is adopted, it should be configured so as not to interfere with other mirrors. Can do.

他は第1実施例と同じ。   Others are the same as the first embodiment.

[第4実施例]
本第4の実施例に於けるミラーの移動の様子を図6に示す。
[Fourth embodiment]
FIG. 6 shows how the mirror moves in the fourth embodiment.

第5ミラーだけが、第3ミラーへ向かう方向へ所定の曲線軌跡を辿り移動する。第1234ミラーは移動しない。   Only the fifth mirror moves following a predetermined curved locus in the direction toward the third mirror. The 1234 mirror does not move.

この方式の場合、直線的な移動軌跡では格納時に他のミラーなどと干渉して十分に小型化が実現できない場合がある。本実施例では曲線的に移動することで、ミラー同士などが干渉するのを避(よ)けて移動するため十分な小型化が図れる。   In the case of this method, there may be a case where the linear movement trajectory interferes with other mirrors at the time of storage and cannot be sufficiently reduced in size. In the present embodiment, by moving in a curved line, the mirror can be prevented from interfering with each other, so that it can be sufficiently miniaturized.

各ミラーは図に示すX軸方向の端部(片方又は両端)で保持され、保持部材がミラーを抱えて移動するなどの機構を採用すれば、他のミラーとの干渉のない構成とすることができる。   Each mirror is held at the end (one or both ends) in the X-axis direction shown in the figure, and if a mechanism such as a holding member that moves while holding the mirror is adopted, it should be configured so as not to interfere with other mirrors. Can do.

他は第1実施例と同じ。   Others are the same as the first embodiment.

[第5実施例]
本第5の実施例の詳細を図7に示す。本実施例は元になる投射光学系の構成が今までの実施例とは異なる。液晶パネルまでの構成は上記実施例と同様である。自由曲面ミラーの枚数は6枚で光路の折り曲げ方など、構成や若干の仕様が他の実施例とは異なるが、機能、効果、敏感度の傾向などは同様である。
[Fifth embodiment]
Details of the fifth embodiment are shown in FIG. This embodiment is different from the previous embodiments in the configuration of the projection optical system as a base. The configuration up to the liquid crystal panel is the same as in the above embodiment. The number of free-form surface mirrors is six, and the configuration and some specifications such as how to bend the optical path are different from those of the other embodiments, but the functions, effects, and sensitivity tendencies are the same.

第1、2ミラーは固定である。第3、4ミラーは一体のグループとなって、第1、2ミラーへ近づく方向へ所定の距離だけ平行移動する。第6ミラーは単独で、第3ミラーへ近づく方向へ平行移動する。第5ミラーも単独で、第4ミラーへ近づく方向へ平行移動する。   The first and second mirrors are fixed. The third and fourth mirrors form an integral group and move in parallel by a predetermined distance in a direction approaching the first and second mirrors. The sixth mirror alone is translated in a direction approaching the third mirror. The fifth mirror alone is also translated in a direction approaching the fourth mirror.

このとき移動する距離は、図7にも示すように、
第5ミラーの移動距離= L3
第6ミラーの移動距離= L2
第3、4ミラーの移動距離= L1
として、
L3 > L2 > L1
のようにそれぞれ異なる距離を移動する。また移動の順序は、
(1)第3、4ミラー
(2)第6ミラー、第5ミラー
というように順次動いても良い。しかしながら、それぞれの移動速度が、移動距離に応じて設定されており、全ミラーが同時に動き始めて、同時に停止するという構成が、移動完了の待ち時間も少なく使い易いと思われる。少なくとも、第5ミラーの最終的な停止位置は、初めに第4ミラーのある場所と重なっているため、第5ミラーが停止前に、第4ミラー移動(退避)が先に完了している必要がある。
The distance traveled at this time is as shown in FIG.
5th mirror travel distance = L3
6th mirror travel distance = L2
Third and fourth mirror travel distance = L1
As
L3>L2> L1
Move different distances. The order of movement is
(1) Third and fourth mirrors (2) The sixth mirror and the fifth mirror may be moved sequentially. However, each moving speed is set according to the moving distance, and the configuration in which all the mirrors start to move at the same time and stop at the same time is considered to be easy to use with little waiting time for the completion of movement. At least the final stop position of the fifth mirror overlaps with the place where the fourth mirror is located at the beginning, so the fourth mirror movement (retraction) needs to be completed first before the fifth mirror stops. There is.

本実施例の場合、第2〜3ミラー、第4〜5ミラー、第6ミラー〜像面の間の基準光軸は全て平行である構成である。即ち、投射装置からスクリーン(画面の中心)まで投射する光軸に平行である。そして、各ミラーの移動軌跡もこの基準光軸に平行になっている。しかしながらこれは構成上必須の条件というわけではない。   In this embodiment, the reference optical axes between the second to third mirrors, the fourth to fifth mirrors, and the sixth mirror to the image plane are all parallel. That is, it is parallel to the optical axis projected from the projection device to the screen (the center of the screen). The movement trajectory of each mirror is also parallel to this reference optical axis. However, this is not an essential condition for the configuration.

この実施例のように、各ミラーの当初の位置に応じて移動距離を変えることで、光学系格納時のコンパクトさが一層効果的になる。   As in this embodiment, by changing the moving distance according to the initial position of each mirror, the compactness at the time of storing the optical system becomes more effective.

1−1は本発明の第1実施例の説明。投射光学系光路図の拡大。 平行移動での光学系の格納方法の第一段階の説明。 1−2は本発明の第1実施例の説明。投射光学系光路図の拡大。 平行移動での光学系の格納方法の第二段階の説明。1-1 is a description of the first embodiment of the present invention. Expansion of projection optical system optical path diagram. Description of the first stage of the storage method of the optical system in translation. 1-2 is a description of the first embodiment of the present invention. Expansion of projection optical system optical path diagram. Explanation of the second stage of the storing method of the optical system in translation. 本発明の第1実施例の説明。光学系に配分した許容偏心量。Description of the first embodiment of the present invention. Allowable eccentricity distributed to the optical system. 本発明の第1実施例の説明。 格納の結果、光学系の容積が縮小された状態の説明。Description of the first embodiment of the present invention. Explanation of a state in which the volume of the optical system is reduced as a result of storage. 本発明の第2実施例の説明。 平行移動での光学系の格納方法の説明。Explanation of the second embodiment of the present invention. Explanation of the storage method of the optical system in translation. 本発明の第3実施例の説明。 回動での光学系の格納方法の説明。Explanation of the third embodiment of the present invention. A description of the method of storing the optical system in rotation. 本発明の第4実施例の説明 ミラーが非直線状の軌跡を描いて格納される方法の説明。Description of the fourth embodiment of the invention Description of the method by which the mirror is stored with a non-linear trajectory. 本発明の第5実施例の説明。ミラーが個別/グループ毎に異なる移動距離で格納される方法の説明。Explanation of the fifth embodiment of the present invention. Description of how mirrors are stored at different travel distances for each individual / group. 本発明の第1〜4実施例の光学系の全体の光路図。The optical path figure of the whole optical system of the 1st-4th Example of this invention. 従来の画像投射機器の外観図。The external view of the conventional image projection apparatus. 従来例の特開平11−119343号公報に開示された説明図。Explanatory drawing disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 11-119343 of a prior art example. 従来例の特開2002―189172号公報に開示された説明図。Explanatory drawing disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-189172 of a prior art example.

Claims (13)

曲面反射ミラーを複数枚組み合わせて構成し、該ミラー間の媒質が空気であり、物体面の像を所定の倍率で像面に結像する結像光学系であって、
該結像光学系を使用しないときには、少なくともひとつのミラーの、その傾きを変えず、その位置を変える手段により、ミラー間の空間を少なくし、該結像光学系全体の収納に必要な容積を少なくする機能を有することを特徴とする結像光学系。
An imaging optical system configured by combining a plurality of curved reflecting mirrors, the medium between the mirrors is air, and forms an image of the object plane on the image plane at a predetermined magnification,
When the imaging optical system is not used, the space between the mirrors is reduced by means of changing the position of the at least one mirror without changing its inclination, and the volume necessary for housing the entire imaging optical system is reduced. An imaging optical system characterized by having a function of reducing.
曲面反射ミラーを複数枚組み合わせて構成し、該ミラー間の媒質が空気であり、物体面の像を所定の倍率で像面に結像する結像光学系であって、
該結像光学系を使用しないときには、少なくともひとつのミラーの、その傾きと位置を変える手段により、ミラー間の空間を少なくし、該結像光学系全体の収納に必要な容積を少なくする機能を有することを特徴とする結像光学系。
An imaging optical system configured by combining a plurality of curved reflecting mirrors, the medium between the mirrors is air, and forms an image of the object plane on the image plane at a predetermined magnification,
When the imaging optical system is not used, the function of changing the tilt and position of at least one mirror reduces the space between the mirrors and reduces the volume required to accommodate the entire imaging optical system. An imaging optical system comprising:
請求項1又は、請求項2に記載の結像光学系に記載の手段は、
該光学系を構成するミラーのうち、偏心敏感度の大き目のグループと、小さ目のグループとの2つのグループに分け、後者の中から少なくともひとつのミラーに対して実行することを特徴とする結像光学系。
Means described in the imaging optical system according to claim 1 or 2,
Image forming characterized in that the mirrors constituting the optical system are divided into two groups, a large decentering sensitivity group and a small decentering group, and executed on at least one of the latter mirrors. Optical system.
請求項1又は、請求項2に記載の結像光学系に記載の手段は、
該光学系を構成するミラーのうち、偏心敏感度の最も小さいミラーから順番に選び、少なくともひとつのミラーに対して実行することを特徴とする結像光学系。
Means described in the imaging optical system according to claim 1 or 2,
An imaging optical system characterized in that, among the mirrors constituting the optical system, a mirror having the lowest decentration sensitivity is selected in order and executed on at least one mirror.
請求項1又は、請求項2に記載の結像光学系に記載の手段は、
該光学系を構成するミラーのうち、拡大側にある少なくともひとつのミラーに対して実行することを特徴とする結像光学系。
Means described in the imaging optical system according to claim 1 or 2,
An imaging optical system, which is executed for at least one mirror on the enlargement side among the mirrors constituting the optical system.
上記結像光学系に記載の手段によるミラーの移動の軌跡は直線的、又は、非直線的であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の結像光学系。   6. The imaging optical system according to claim 1, wherein a locus of movement of the mirror by the means described in the imaging optical system is linear or non-linear. 複数のミラーを、少なくともひとつのグループとし、グループ内に於ける各ミラーの相対位置関係は常に変わらないように、グループに一括で請求項1〜請求項6のいずれかに記載の手段を実行することを特徴とする結像光学系。   The plurality of mirrors are set as at least one group, and the means according to any one of claims 1 to 6 is collectively executed on the group so that the relative positional relationship between the mirrors in the group does not always change. An imaging optical system characterized by that. 請求項1〜請求項7のいずれかに記載の手段は、位置や角度を変化させる量や方向が異なる、複数の段階に分かれており、それらの各段階を順次実行することを特徴とする結像光学系。   The means according to any one of claims 1 to 7 is divided into a plurality of stages having different amounts and directions for changing the position and angle, and each of the stages is sequentially executed. Image optics. 請求項8に記載の手段に含まれる各段階毎に、その対象となるミラー若しくは、ミラーのグループの内訳が、変わることを特徴とする結像光学系。   9. An imaging optical system, wherein the breakdown of a mirror or a group of mirrors to be changed is changed at each stage included in the means according to claim 8. ミラーを傾ける場合、その回転の中心は回転するミラーから離れていることを特徴とする請求項2〜請求項8のいずれかに記載の結像光学系。   9. The imaging optical system according to claim 2, wherein when the mirror is tilted, the center of rotation is away from the rotating mirror. 請求項1〜請求項10のいずれかに記載の結像光学系に於いて、少なくともひとつのミラー(又はグループ)は、その傾きも位置も変えないことを特徴とする結像光学系。   11. The imaging optical system according to claim 1, wherein at least one mirror (or group) does not change its inclination or position. 請求項11に記載の結像光学系に於いて、その傾きも位置も変えないミラー(又はグループ)に対して、隣り合うミラー(又はグループ)を近づけることにより、結像光学系全体の収納に必要な容積を少なくすることを特徴とする結像光学系。   12. The imaging optical system according to claim 11, wherein an adjacent mirror (or group) is brought close to a mirror (or group) whose tilt and position do not change, thereby accommodating the entire imaging optical system. An imaging optical system characterized in that a required volume is reduced. 請求項11に記載の結像光学系に於いて、その傾きも位置も変えないミラー(又はグループ)の面と面の間の空間に、移動する面(又はグループ又はグループの一部の面)が入るように、移動する面(又はグループ)を動かすことにより、結像光学系全体の収納に必要な容積を少なくすることを特徴とする結像光学系。   12. The imaging optical system according to claim 11, wherein the surface (or a part of a group or group) moves into a space between the surfaces of the mirror (or group) whose tilt and position do not change. An imaging optical system characterized in that the volume required to accommodate the entire imaging optical system is reduced by moving the moving surface (or group) so that the
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