JP2008058875A - Projection lens and image projection device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気光学素子を内蔵した画像投影装置に用いられる投射レンズ及びこれを用いた画像投影装置に関する。特に、投射レンズの開口面において複数の投影画角を有する投射レンズに関する。 The present invention relates to a projection lens used in an image projection apparatus incorporating an electro-optical element and an image projection apparatus using the projection lens. In particular, the present invention relates to a projection lens having a plurality of projection angles of view at the opening surface of the projection lens.
近年、液晶表示素子やDMD(digital maicromirror device)表示素子等からなる電気光学素子を内蔵した画像投影装置が普及している。この種の画像投影装置は持ち運びが手軽であり、机の上等に設置して、机の高さよりも高い斜め上方向の投影スクリーンに向けて画像光を投射して使用される。そのために、画像投影装置の投射レンズの光軸と、投影スクリーンの中央とが一致しない。 2. Description of the Related Art In recent years, image projection apparatuses incorporating an electro-optic element such as a liquid crystal display element or a DMD (digital micromirror device) display element have become widespread. This type of image projection apparatus is easy to carry, is installed on a desk or the like, and is used by projecting image light onto a projection screen obliquely upward that is higher than the height of the desk. For this reason, the optical axis of the projection lens of the image projection apparatus does not match the center of the projection screen.
図6は、この種の従来公知の画像投影装置100の概観図である。画像投影装置100は筐体101、操作パネル103、投射レンズ102、投射レンズ102内に設けられたレンズ群104などから構成されている。図7は、画像投影装置100内の構成と光路を説明するための図である。光源111から出射した光が液晶表示素子112等の電気光学素子に入射し、液晶表示素子112から出射した画像光が投射レンズ113から出射され、投影スクリーン114へ投射される。この場合に、液晶表示素子112の光軸115は投射レンズ113の光軸116から下方へシフトさせている。そして、投射レンズ113から投射される画像光は投射レンズ113の光軸116よりも上部から出射して拡大投射される。このように画像光を投射レンズ113の光軸116からシフトさせて入射し、投射レンズ113の開口部において光軸116からシフトした位置から出射する。これはプロジェクタを机の上に置いて投射した際に、机等に遮られることなく、スクリーンに画像を映すためである。
FIG. 6 is a schematic view of a conventionally known
図8は、投射レンズ113のレンズ群の構成を表す模式図である。第1レンズ群121と第2レンズ群122とから構成されて、第1レンズ群121はフォーカシングレンズであり、第2レンズ群122はコンペンシエータレンズやリレーレンズ等である。液晶表示素子112は、第2レンズ群122の光軸より下方に設置して、画像光を第2レンズ群122に向けて出射する。投射レンズ113に入射した画像光は、第2レンズ群122においては光軸116の下方を通過し、第1レンズ群121においては上方を通過して投影スクリーン114へ拡大投射される。従って、第1レンズ群121においては上半分のみ利用されている。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the configuration of the lens group of the
特許文献1においては、投影レンズを半分に切断し、底辺を有する半円筒状の鏡筒に収納することが記載されている。そして、投影表示装置を使用するときは、投影表示装置の筐体上部から鏡筒を突き出させて画像を投射し、使用しないときはこの鏡筒の底辺が上部にくるように回転させ、筐体の上面から突き出さないようすることが記載されている。
この種の画像投影装置100は、画像投影装置と投影スクリーンを持ち運んで室内に適宜設置して画像の投影を行う。その際に、室内の大きさや投影スクリーンの設置、画像投影装置との間の距離等が制限される。画像投影装置の投射画角が固定されると、投影スクリーンと画像投影装置との間の距離が遠い室内環境の場合に、投射画像が大きくなり過ぎて投影スクリーン上には画像の一部のみが表示され、全体を見ることができないという不都合があった。また、画像投影装置と投影スクリーンとの間が狭すぎる場合に、投影された画像が小さくなり過ぎてしまう、という不都合があった。
This type of
また、投射レンズにズーム機構を備え、投射画角を変更することができるものがある。しかし、この種の投射レンズは、フォーカシングレンズやコンペンシエータレンズの他にバリエータレンズを必要とし、多数のレンズを使用するので体積が大きくなり、重量も重くなって手軽に持ち運んでセットする装置としては不利となった。加えて、投射画角を変更する場合に、これらレンズ群を相互に移動させるための複雑かつ精密な可動機構を必要とする、という課題があった。 Some projection lenses have a zoom mechanism and can change the projection angle of view. However, this type of projection lens requires a variator lens in addition to a focusing lens and a compensator lens, and because it uses a large number of lenses, the volume increases and the weight increases, making it easy to carry and set. Was disadvantaged. In addition, when changing the projection angle of view, there is a problem that a complicated and precise movable mechanism for moving these lens groups relative to each other is required.
本発明においては上記課題を解決するために以下の手段を講じた。 In the present invention, the following means have been taken in order to solve the above problems.
請求項1に係る本発明においては、画像投影装置用の投射レンズであって、前記投射レンズを構成する少なくとも一つのレンズはパワーの異なる複数の領域に分割されていることを特徴とする投射レンズとした。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a projection lens for an image projection apparatus, wherein at least one lens constituting the projection lens is divided into a plurality of regions having different powers. It was.
請求項2に係る本発明においては、前記複数の領域は、光軸近傍を中心にして少なくとも2分割された領域であることを特徴とする請求項1に記載の投射レンズとした。 According to a second aspect of the present invention, the projection lens according to the first aspect is characterized in that the plurality of regions are regions divided into at least two parts around the vicinity of the optical axis.
請求項3に係る本発明においては、前記複数の領域は、前記光軸近傍に位置し、前記光軸と略平行な平面により少なくとも2分割されていることを特徴とする請求項2に記載の投射レンズとした。
In the present invention according to
請求項4に係る本発明においては、前記各領域を通して投射される画像の投射画角は、互いに異なることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の投射レンズとした。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the projection lens according to any one of the first to third aspects, wherein projection angles of view of images projected through the respective regions are different from each other.
請求項5に係る本発明においては、前記少なくとも一つのレンズは、前玉レンズであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の投射レンズとした。
In this invention which concerns on
請求項6に係る本発明においては、前記少なくとも一つのレンズは、前記前玉レンズに隣接するレンズ又はレンズ群であることを特徴とする請求項5に記載の投射レンズ。とした。
In the present invention according to claim 6, the projection lens according to
請求項7に係る本発明においては、光源から入射した光を画像光に変換する電気光学素子と、前記画像光を拡大投射する請求項1〜6のいずれか1項に記載の投射レンズとを備えた画像投影装置であって、前記投射レンズは、前記画像光を前記投射レンズの光軸からシフトした位置において入射し、前記光軸からシフトした方向に投射するとともに、前記投射レンズ又は前記投射レンズを構成する少なくとも一つのレンズを前記光軸を中心に回転させた位置に配置可能に構成し、パワーの異なる複数の領域を使い分けることを可能としたことを特徴とする画像投影装置とした。 In this invention which concerns on Claim 7, the electro-optical element which converts the light which injected from the light source into image light, and the projection lens of any one of Claims 1-6 which expands and projects the said image light. The projection lens includes the projection lens that is incident at a position shifted from the optical axis of the projection lens and projects the image light in a direction shifted from the optical axis, and the projection lens or the projection. An image projection apparatus is characterized in that at least one lens constituting the lens can be arranged at a position rotated about the optical axis, and a plurality of regions having different powers can be used properly.
請求項8に係る本発明においては、前記投射レンズ又は前記投射レンズを構成する少なくとも一つのレンズを180°回転可能に構成したことを特徴とする請求項7に記載の画像投影装置とした。
In the present invention according to
請求項9に係る本発明においては、前記画像光は、前記少なくとも一つのレンズをパワーの異なる複数の領域に分割する分割領域を横切らないことを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の画像投影装置とした。
The present invention according to
本発明の投射レンズによれば、投射レンズを構成する少なくとも一つのレンズをパワーの異なる複数の領域に分割している。これにより、レンズを取り替えることなく複数の異なる種類の投射画像を得ることができる、という利点を有する。 According to the projection lens of the present invention, at least one lens constituting the projection lens is divided into a plurality of regions having different powers. This has the advantage that a plurality of different types of projection images can be obtained without replacing the lens.
また、投射レンズの光軸を中心にして少なくとも2分割しているので、光軸を中心にしてこのレンズを回転させることにより、投射画角の切り替えを容易に行うことができる、という利点を有する。 In addition, since the projection lens is divided into at least two parts around the optical axis, the projection angle of view can be easily switched by rotating the lens around the optical axis. .
また、上記複数の領域は、光軸近傍に位置し、光軸と略平行な平面により少なくとも2分割したので、上下半分の使い分けができるという利便性を有する。 Further, since the plurality of regions are located in the vicinity of the optical axis and divided into at least two by a plane substantially parallel to the optical axis, there is the convenience that the upper and lower halves can be used properly.
また、各領域を通して投射される画像の投射画角が異なるようにしたので、レンズの一部を光が通過するような画像投影装置に適用すれば、投射画角を簡便な機構により容易に切り替えることができる、という利便性を有する。 In addition, since the projection angle of view of the image projected through each region is different, the projection angle of view can be easily switched by a simple mechanism when applied to an image projection apparatus in which light passes through a part of the lens. It has the convenience of being able to.
また、パワーを異にする複数の領域を有するレンズを投射レンズの前玉としているので、レンズを回転させるための回転機構を簡単化することができる、という利点を有する。 In addition, since the lens having a plurality of regions with different powers is used as the front lens of the projection lens, there is an advantage that the rotation mechanism for rotating the lens can be simplified.
また、前玉レンズに隣接するレンズも分割したので、投射画角の選択幅を広くすることができる、という利点を有する。 Further, since the lens adjacent to the front lens is also divided, there is an advantage that the selection range of the projection angle of view can be widened.
また、上記投射レンズを用いた画像投影装置としたので、投射レンズを例えば180°回転させる等の簡単な操作により投射画角を変更することができ、持ち運びの便利な軽量かつコンパクトな画像投影装置を提供できる、という利点を有する。 Further, since the image projection apparatus using the projection lens is used, the projection angle of view can be changed by a simple operation such as rotating the projection lens, for example, 180 °, and the light and compact image projection apparatus is convenient to carry. Can be provided.
以下、図面を用いて本実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
図1(a)は、広角投射を行う広角投射レンズ1の構成を表す模式的断面図であり、図1(b)は、狭角投射を行う狭角投射レンズ6の構成を表す模式的断面図であり、図1(c)は、本実施の形態であり、パワーの異なる複数の領域を有するレンズを備える複数角投射レンズ7の構成を表す模式的断面図である。同一の部分又は機能を有する部分は同一の符号を付している。
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a wide-
図1(a)において、広角投射レンズ1は、第1レンズ群3と第2レンズ群4を備えている。第1レンズ群3はフォーカスレンズ群を構成している。第2レンズ群はピントのずれを補正するコンペンシエータレンズや結像用のリレーレンズ等を含んでいる。液晶表示素子2から出射される画像光は、光軸5より下側の領域を通過し、第1レンズ群3の光軸より上側を通過して投射画角θaの角度で上方向へ拡大投射される。第1レンズ群3の最前面には前玉レンズWaを備えている。前玉レンズWaは凹レンズからなり負パワーを有する。
In FIG. 1A, the wide-
図1(b)において、図1(a)と異なる部分は第1レンズ群3の前3枚のレンズであり、その他は同一である。前玉レンズNaは凸レンズからなり正パワーを有する。前玉レンズNaは図1(a)のレンズWaと比較して、相対的に正パワーを有する。レンズNcは図1(a)のレンズWcと比較して相対的に正パワーを有する。狭角投射レンズ6の投射画角θbは広角投射レンズ1の投射画角θaよりも小さい。
In FIG. 1 (b), the part different from FIG. 1 (a) is the front three lenses of the
図1(c)は、本発明の実施の形態を示しており、第1レンズ群3の前レンズ8、中レンズ9及び後レンズ10は、光軸5よりも上半分が狭角投射レンズ6の前3枚のレンズと同じであり、光軸5よりも下半分が広角投射レンズ1の前3枚のレンズと同じである。より具体的には、第1レンズ群3の前3枚のレンズはそれぞれパワーの異なる複数の領域に分割されている。前玉レンズである前レンズ8は、光軸5よりも上部が正パワーを有する領域N’aと、光軸5よりも下部が負パワーを有する領域W’aとを備えている。次の中レンズ9は、光軸5よりも上部が領域N’bと、光軸よりも下部の領域W’bとを備えており、相対的に上部領域N’bのパワーのほうが下部W’bのパワーより小さい。次の後レンズ10は、光軸5よりも上部の領域N’cと、光軸5よりも下部の領域W’cとを備えており、相対的に上部領域N’cのパワーが下部領域W’cのパワーよりも大きい。なお、上記上下の分割は、光軸5の近傍に位置し、光軸5と略平行な平面により分割している。
FIG. 1C shows an embodiment of the present invention. The
その結果、第2レンズ群4の光軸5より下部から入射した画像光は投射画角θaにより狭角投射される。一方、光軸5より上部に液晶表示素子2’を配置すれば、光軸5より下部に投射画角θaのより大きな投射角度を持って投射されることになる。同様に、液晶表示素子2を固定して、複数角投射レンズ7を光軸5を中心にして180°回転すれば、投射画角θbから投射画角θaへ簡便に切り替えることができる。この場合に、液晶表示素子2を通過した画像光は上下に分割した分割領域を横切らないようにする。これにより、投射される画像光が不自然に分割されないようにすることができる。
As a result, the image light incident from below the
なお、上記の説明では第1レンズ群3の前3枚のレンズをパワーの異なる複数の領域に分割したが、いずれか1枚のレンズを複数領域に分割することができる。例えば、前玉レンズである前レンズ8のみを複数領域に分割して使用することができる。また、上記説明では1枚のレンズを2分割した例について説明したが、これに限定されず、1枚のレンズを3分割或いはこれ以上に分割することができる。
In the above description, the first three lenses of the
また、液晶表示素子2として1枚のカラー液晶表示素子を使用する場合の他に、R(赤)G(緑)B(青)の各色の表示を行う3枚の液晶表示素子用いたものを使用することができる。例えば、光源からの光をダイクロイックミラーにより3分割し、分割された各光束をRGBのカラーフィルタを通過させ、R色、G色及びB色を表示する3枚の液晶表示素子に対応する色の光束を照射し、各液晶表示素子から出射された各色の画像光を合成して投射レンズに入射するようにしてもよい。この場合は加法混色によりフルカラー画像が形成される。また、透過型液晶表示素子の代わりに反射型液晶表示素子を使用することができる。
In addition to the case where one color liquid crystal display element is used as the liquid
また、液晶表示素子の代わりにDMD(digital maicromirror device)表示素子を使用することができる。DMD表示素子は、半導体基板上に微細なミラーを2次元配置して、画像信号に応じて各ミラーの角度を変化させ、DMDに入射した光が反射するときにその反射光が画像を形成する。画像投影装置においては、光源からの光束は、回転するカラーフィルタを通してRGBの各色に時分割されてDMDへ照射される。DMDでは、この時分割されたRGBの光を入射して、このRGBの光に同期して半導体基板上のミラーを回転させ、このミラーにより反射された反射光が画像光を形成する。この画像光を投射レンズが入射して投影スクリーン上へ投射する。この場合は、時間混色によりフルカラー画像が形成される。 Further, a DMD (digital micromirror device) display element can be used instead of the liquid crystal display element. In a DMD display element, fine mirrors are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate, the angle of each mirror is changed according to an image signal, and when the light incident on the DMD is reflected, the reflected light forms an image. . In the image projection apparatus, the light flux from the light source is time-divided into each color of RGB through a rotating color filter and irradiated to the DMD. In the DMD, the time-divided RGB light is incident, a mirror on the semiconductor substrate is rotated in synchronization with the RGB light, and reflected light reflected by the mirror forms image light. The image light enters the projection lens and is projected onto the projection screen. In this case, a full color image is formed by time mixing.
図2(a)は、本実施の形態に使用されるレンズの模式的断面図であり、図2(b)は模式的平面図である。複数角投射レンズ7の光軸5を中心にして、上半分が領域N’x、下半分が領域W’xを有している。この場合上半分のレンズは正パワーを有し下半分は負パワーを有している。このレンズを前玉レンズとして使用する場合は、正パワーを持つ上半分は下半分に対して投射画角が小さい。また、上半分のレンズの半径は下半分のレンズの半径よりも小さい。しかし、レンズ半径を必ずしも異なるように形成する必要はなく、製造が可能であれば上下を同一半径とすることができる。このようなレンズは、上半分のレンズパワーを持つ通常のガラスレンズ及び下半分のレンズパワーを持つ通常のガラスレンズを個々に作成し、次にその光軸を横切るようにして切断し、切断したそれぞれを光軸が一致するようにして接着して形成する。あるいは、図2に示される形状の金型を作成し、透明プラスチック材、例えば透明なポリカーボネイト樹脂(PC)やポリメチル・メタクリレート・アクリル樹脂(PMMA)等からなるレンズ素材を金型に流し込み、あるいは金型のプレス加工により一体的に形成することができる。また、材質がガラスの場合に、互いに接着しないで分離した状態でレンズを保持する鏡筒に固定して構成することができる。
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of a lens used in the present embodiment, and FIG. 2B is a schematic plan view. Centering on the
図3は、上記のようにして形成したレンズを組み込んだ複数角投射レンズ7を鏡筒に組み込んだ投射レンズ30の模式的断面図である。同一の部分又は同一の機能には同一の符号を付した。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a
外側鏡筒32に固定筒31と可動筒33が挿入されている。固定筒31には第2レンズ群4と第1レンズ群3の一部のレンズが保持部35により固定される。可動筒33には第1レンズ群3の前レンズ8、中レンズ9及び後レンズ10が固定されている。これらのレンズは光軸を中心にしてパワーを異にする2つの領域を有している。そして、可動筒33の外部には回転つまみ34を設けている。可動筒33は外側鏡筒32に回転可能に固定されている。液晶表示素子2を光軸5の下部に配置し、光軸5の下部から投射レンズに画像光を照射する。第1レンズ群3の領域では、入射した画像光は光軸5よりも上部レンズ領域を通過し、前レンズ8の光軸5よりも上部領域から投射される。回転つまみ34により可動筒33を180°回転させると、前レンズ8、中レンズ9及び後レンズ10の上下が逆転し、投射される投射画角が変更される。外側鏡筒32と可動筒33との間には、図示しないストッパーにより180°の回転ごとにストッパーが働く機構を有する。
A fixed
また、上記の実施の形態においては可動筒33を回転可能に外側鏡筒32に挿入しているが、必ずしも回転可能に構成する必要はなく、可動筒33を一旦取り外して180°回転させた後に挿入するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
上記例においては、3枚のレンズがパワーを異にする複数領域を有しており、この3枚のレンズを回転するようにしているが、これを、いずれかのレンズを、パワーが異にする複数領域を有する可動レンズとしてもよい。また、前レンズ8の前玉のみに複数領域を持たせて回転するようにして、構造を簡単化することができる。また、第1レンズ群3及び第2レンズ群4のすべてのレンズを可動筒に固定し、固定筒に対してレンズ全体を回転させるようにしてもよい。また、可動筒33をステッピングモータ等により電気的に回転させることができる。画像投影装置を離れたところから操作する場合に便利である。
In the above example, the three lenses have a plurality of regions with different powers, and the three lenses are rotated. The movable lens may have a plurality of areas. In addition, the structure can be simplified by rotating only the front lens of the
図4は、図3に示す投射レンズ30を組み込んだ画像投影装置40及びこの画像投影装置40に画像データを送信するPC端末45を表す概観図である。画像投影装置40は、光源、液晶表示素子、液晶表示素子を駆動するドライバー、画像データの受信を行う入力ポート、投射レンズ等を備えている。画像投影装置は、筐体41内にこれら各素子を収納する。筐体41の上面には操作パネル42を、筐体41の側面には投射レンズ30を備えている。投射レンズ30の可動筒33には、その外周部に回転つまみ34が設置され、手動により回転させることができる。
FIG. 4 is an overview diagram showing an
図5は、図4に示した画像投影装置40により画像を投射している状態を示し、図5(a)は投射画角が小さい場合、図5(b)は投射画角が大きい場合をそれぞれ示す。図5(a)においては、投射レンズ30の可動筒33に設けた回転つまみ34を上方に回転させて液晶表示素子からの画像を投射している状態を示している。液晶表示素子から出射された画像光は第1レンズ群3の上半分の領域を通過して投射画角θbをもって投射される。この場合、スクリーン50と画像投影装置40との間の距離が大きい場合に適切である。図5(b)は回転つまみ34を180°回転させて下方に固定した時の投影状態を示している。液晶表示素子から出射された画像光は投射画角θaの大きな角度で投射される。この場合は、スクリーン50と画像投影装置40との間の距離が小さい場合に適切である。
5 shows a state in which an image is projected by the
このように、本実施の形態に係る画像投影装置は、画像を投射する環境に応じて、きわめて簡単な操作で投射画角が変更できる、という利便性を有する。 Thus, the image projection apparatus according to the present embodiment has the convenience that the projection angle of view can be changed with a very simple operation in accordance with the environment in which the image is projected.
1 広角投射レンズ
2 液晶表示素子
3 第1レンズ群
4 第2レンズ群
5 光軸
6 狭角投射レンズ
7 複数角投射レンズ
8 前レンズ
9 中レンズ
10 後レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記投射レンズは、前記画像光を前記投射レンズの光軸からシフトした位置において入射し、前記光軸からシフトした方向に投射するとともに、
前記投射レンズ又は前記投射レンズを構成する少なくとも一つのレンズを前記光軸を中心に回転させた位置に配置可能に構成し、パワーの異なる複数の領域を使い分けることを可能としたことを特徴とする画像投影装置。 An image projection apparatus comprising: an electro-optic element that converts light incident from a light source into image light; and the projection lens according to any one of claims 1 to 6 that magnifies and projects the image light.
The projection lens enters the image light at a position shifted from the optical axis of the projection lens, and projects the image light in a direction shifted from the optical axis.
The projection lens or at least one lens constituting the projection lens is configured to be arranged at a position rotated around the optical axis, and a plurality of regions having different powers can be used properly. Image projection device.
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