JP2008139530A - Projection optical system and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、投写光学系及びプロジェクタ、特に、フロント投写型のプロジェクタに用いられる投写光学系の技術に関する。 The present invention relates to a projection optical system and a projector, and more particularly to a technology of a projection optical system used for a front projection type projector.
従来普及しているフロント投写型のプロジェクタの多くは、投写距離を確保するために、ある程度スクリーンから離れた位置に設置される。スクリーンから離れた位置にプロジェクタを設置する場合、プロジェクタからスクリーンまでの光路中に光を遮る障害物が存在しないような場所の確保が必要となる。このようなプロジェクタの設置位置の制約は、表示画面が大きくなるほど顕著となる。特に、狭い室内の場合は大画面を表示することが難しくなる。近年、フロント投写型のプロジェクタにより近接投写を行う技術が提案されている。近接投写を可能とすることで、例えば壁面に近い位置にプロジェクタを配置することが可能となる。壁面に近い位置、例えば壁面から数十cm以内の位置にプロジェクタを配置可能とすることで、プロジェクタの設置位置の制約を少なくでき、省スペース化も可能となる。また、狭い室内であっても大画面の表示が可能となる。 Many front projection projectors that have been widely used in the past are installed at a position away from the screen to some extent in order to secure a projection distance. When the projector is installed at a position away from the screen, it is necessary to secure a place where there is no obstacle that blocks light in the optical path from the projector to the screen. Such restrictions on the installation position of the projector become more prominent as the display screen becomes larger. In particular, it is difficult to display a large screen in a small room. In recent years, a technique for performing close-up projection using a front projection type projector has been proposed. By enabling the close-up projection, for example, the projector can be arranged at a position close to the wall surface. By making it possible to place the projector at a position close to the wall surface, for example, within a few tens of centimeters of the wall surface, restrictions on the installation position of the projector can be reduced, and space can be saved. In addition, a large screen can be displayed even in a small room.
従来普及しているフロント投写型のプロジェクタの多くは、画面サイズを調節するためのズーム機能を備えている。一般に、ズーム機能は、光学系を構成する光学素子の位置調整等によって実現される。例えば特許文献1には、光学素子であるレンズを移動させるズームレンズの技術が提案されている。 Many front projection projectors that have been widely used in the past have a zoom function for adjusting the screen size. In general, the zoom function is realized by adjusting the position of an optical element constituting the optical system. For example, Patent Document 1 proposes a zoom lens technique for moving a lens that is an optical element.
近年、より小さな画面とより大きな画面とを表示可能とするために、高変倍率を実現可能とする投写光学系が望まれている。しかし、高変倍率を可能とするための投写光学系の設計は難しく、高変倍率かつ十分な光学性能を備える投写光学系を実現することは非常に困難である。また、近接投写を行うプロジェクタには、超短焦点の投写光学系が採用される。超短焦点の光学系の場合、大きな広角化を可能とする設計に関して非常に高い難易度が求められることになる。このため、大きな広角化を可能とする構成に、さらにズーム機能を盛り込むような設計は非常に困難となる。このように、従来の技術によると、簡易な構成によって容易に画面サイズを切り換え可能とし、十分な光学性能を得ることが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成によって大幅な画面サイズの切り換えが可能であって、かつ十分な光学性能を備える投写光学系、及びその投写光学系を用いるプロジェクタを提供することを目的とする。 In recent years, in order to be able to display a smaller screen and a larger screen, a projection optical system capable of realizing a high zoom ratio has been desired. However, it is difficult to design a projection optical system for enabling a high zoom ratio, and it is very difficult to realize a projection optical system having a high zoom ratio and sufficient optical performance. A projector that performs close-up projection employs a projection optical system with a very short focus. In the case of an ultra-short focal length optical system, a very high degree of difficulty is required for a design that enables a wide angle of view. For this reason, it is very difficult to design such that a zoom function is incorporated in a configuration that enables a wide angle of view. As described above, according to the conventional technique, it is possible to easily switch the screen size with a simple configuration, and it is difficult to obtain sufficient optical performance. The present invention has been made in view of the above-described problems, and uses a projection optical system capable of switching a large screen size with a simple configuration and having sufficient optical performance, and the projection optical system. An object is to provide a projector.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光を投写させる投写光学系であって、第1の系と、第1の系とは異なる焦点距離の第2の系とに互いに切換可能であることを特徴とする投写光学系を提供することができる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, there is provided a projection optical system for projecting light, wherein the first system and the second system having a different focal length from the first system. It is possible to provide a projection optical system characterized in that it can be switched to each other.
第1の系と第2の系とで異なる構成を持たせることが可能であるため、光学素子の位置調整のみによりズーム機能を実現する場合と比較して、投写光学系の設計を容易にし、投写光学系を簡易な構成にできる。また、十分な光学性能を容易に実現できる。超短焦点の投写光学系においてもズーム機能を盛り込むような設計を不要とすることで、設計の困難性や構成の複雑化を助長させること無く画面サイズの調節が可能となる。これにより、簡易な構成によって大幅な画面サイズの調節が可能であって、かつ十分な光学性能を備える投写光学系を得られる。 Since the first system and the second system can have different configurations, the design of the projection optical system is facilitated compared to the case where the zoom function is realized only by adjusting the position of the optical element, The projection optical system can be configured simply. In addition, sufficient optical performance can be easily realized. By eliminating the need for a design that incorporates a zoom function even in an ultra-short focus projection optical system, the screen size can be adjusted without encouraging the difficulty of design and the complexity of the configuration. Thereby, it is possible to obtain a projection optical system capable of drastically adjusting the screen size with a simple configuration and having sufficient optical performance.
また、本発明の好ましい態様としては、第1の系及び第2の系は、第1の系を構成する第1光学素子群と、第2の系を構成する第2光学素子群とを入れ換えることにより切り換えられることが望ましい。これにより、互いに異なる焦点距離を持つ第1の系と第2の系とを切り換えることができる。 In a preferred aspect of the present invention, the first system and the second system interchange the first optical element group constituting the first system and the second optical element group constituting the second system. It is desirable to be able to switch by this. Thereby, it is possible to switch between the first system and the second system having different focal lengths.
また、本発明の好ましい態様としては、第1の系及び第2の系は、第1の系の一部を構成する少なくとも1つの光学素子と、第2の系の一部を構成する少なくとも1つの光学素子とを入れ換えることにより切り換えられることが望ましい。これにより、さらに簡易な構成により、互いに異なる焦点距離を持つ第1の系と第2の系とを切り換えることができる。 As a preferred embodiment of the present invention, the first system and the second system include at least one optical element constituting a part of the first system and at least one constituting a part of the second system. It is desirable to switch between two optical elements. Accordingly, the first system and the second system having different focal lengths can be switched with a simpler configuration.
また、本発明の好ましい態様としては、光軸から特定の側へシフトさせて光を投写させ、第1の系は、絞りより出射側に設けられた光学素子のうち光軸を含む面に関して一方の側である第1部分を用いて構成され、第2の系は、光学素子のうち光軸を含む面に関して第1部分とは異なる側である第2部分を用いて構成されることが望ましい。シフト光学系を採用する場合、例えば円形状のレンズのうち光の偏向に利用されるのは、円形状を直径により2等分した一方の半円部分となる。そのため、光学素子のうち第1部分のみを用いて第1の系を構成し、光学素子のうち第2部分のみを用いて第2の系を構成することができる。光学素子のうち光を入射させる部分を第1部分と第2部分とに入れ換えることで、簡易な構成により第1の系と第2の系とを切り換えることが可能となる。また、第1部分及び第2部分を備える光学素子は1つの鏡筒に収めることができ、省スペース化を図れる。これにより、さらに簡易かつ小型な構成により、大幅な画面サイズの調節を可能とし、かつ十分な光学性能の実現ができる。 As a preferred aspect of the present invention, light is projected from the optical axis by shifting to a specific side, and the first system is one of the optical elements provided on the exit side from the stop with respect to the surface including the optical axis. Preferably, the second system is configured using a second portion which is a side different from the first portion with respect to the surface including the optical axis of the optical element. . When the shift optical system is employed, for example, one of the circular lenses used for light deflection is one semicircular portion obtained by dividing the circular shape into two equal parts by the diameter. Therefore, it is possible to configure the first system using only the first part of the optical element and configure the second system using only the second part of the optical element. By replacing the part where the light is incident in the optical element with the first part and the second part, it is possible to switch between the first system and the second system with a simple configuration. Further, the optical element including the first part and the second part can be accommodated in one lens barrel, and space saving can be achieved. As a result, the screen size can be significantly adjusted with a simpler and more compact configuration, and sufficient optical performance can be realized.
また、本発明の好ましい態様としては、光学素子は、第1部分と第2部分とで、互いに異なる光学特性を備えることが望ましい。これにより、同じ光学素子を用いて第1の系と第2の系とを構成可能にできる。 As a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the optical element has different optical characteristics between the first portion and the second portion. Accordingly, the first system and the second system can be configured using the same optical element.
また、本発明の好ましい態様としては、第1の系及び第2の系は、絞りより出射側に設けられた少なくとも1つの光学素子を、光軸を中心として回転させることにより切り換えられることが望ましい。これにより、互いに異なる焦点距離を持つ第1の系と第2の系とを切り換えることができる。 As a preferred embodiment of the present invention, it is desirable that the first system and the second system are switched by rotating at least one optical element provided on the exit side from the stop around the optical axis. . Thereby, it is possible to switch between the first system and the second system having different focal lengths.
また、本発明の好ましい態様としては、光軸に対して特定の側とは反対側の位置からの光を特定の側へシフトさせて投写させ、第1の系及び第2の系は、投写光学系を構成する光学素子群を、光軸を中心として回転させることにより切り換えられることが望ましい。これにより、互いに異なる焦点距離を持つ第1の系と第2の系とを切り換えることができる。 As a preferred embodiment of the present invention, light from a position opposite to the specific side with respect to the optical axis is projected to be shifted to a specific side, and the first system and the second system are projected. It is desirable to switch the optical element group constituting the optical system by rotating it around the optical axis. Thereby, it is possible to switch between the first system and the second system having different focal lengths.
さらに、本発明によれば、画像信号に応じて光を変調する空間光変調装置と、上記の投写光学系と、を有することを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の投写光学系を用いることで、簡易な構成によって大幅な画面サイズの調節が可能であって、かつ十分な光学性能を得られる。これにより、簡易な構成によって大幅な画面サイズの調整が可能であって、かつ高品質な画像を表示可能なプロジェクタを得られる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a projector characterized by including a spatial light modulation device that modulates light according to an image signal and the projection optical system described above. By using the projection optical system described above, the screen size can be greatly adjusted with a simple configuration, and sufficient optical performance can be obtained. As a result, a projector capable of greatly adjusting the screen size with a simple configuration and displaying a high-quality image can be obtained.
また、本発明の好ましい態様としては、投写光学系は、第1の系と、第1の系とは異なる焦点距離の第2の系とに互いに切換可能であって、第1の系と第2の系との間の切換がなされる間、画像信号に応じた光の出射を停止させることが望ましい。第1の系と第2の系との間の切換中は、画像信号に関係無く画像が変化することとなる。第1の系と第2の系との間の切換中において光の出射を停止させることで、観察者へ与える不快感を低減させることができる。 In a preferred aspect of the present invention, the projection optical system can be switched between a first system and a second system having a focal length different from that of the first system. It is desirable to stop the emission of light according to the image signal while switching between the two systems. During switching between the first system and the second system, the image changes regardless of the image signal. By stopping the emission of light during switching between the first system and the second system, discomfort given to the observer can be reduced.
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係るプロジェクタ10の概略構成を示す。プロジェクタ10は、画像信号に応じた光を投写させるフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ10は、壁面W近くのキャビネットC上に配置されている。プロジェクタ10は、被照射面に近い位置、例えばスクリーン16が配置された壁面Wから数十cm程度の位置から近接投写を行う。プロジェクタ10は、光学エンジン11を有する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
図2は、光学エンジン11の概略構成を示す。固体光源である赤色(R)光用LED21Rは、R光を供給する光源部である。R光用LED21RからのR光は、コリメータレンズ22で平行化された後、R光用空間光変調装置23Rへ入射する。R光用空間光変調装置23Rは、R光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。R光用空間光変調装置23Rで変調されたR光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム24へ入射する。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the
固体光源である緑色(G)光用LED21Gは、G光を供給する光源部である。G光用LED21GからのG光は、コリメータレンズ22で平行化された後、G光用空間光変調装置23Gへ入射する。G光用空間光変調装置23Gは、G光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。G光用空間光変調装置23Gで変調されたG光は、R光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム24へ入射する。
The green (G)
固体光源である青色(B)光用LED21Bは、B光を供給する光源部である。B光用LED21BからのB光は、コリメータレンズ22で平行化された後、B光用空間光変調装置23Bへ入射する。B光用空間光変調装置23Bは、B光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。B光用空間光変調装置23Bで変調されたB光は、R光、G光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム24へ入射する。なお、光学エンジン11は、光束の強度分布を均一化させる均一化光学系、例えば、ロッドインテグレータやフライアイレンズ、重畳レンズを用いる構成としても良い。
The blue (B) light LED 21 </ b> B that is a solid light source is a light source unit that supplies B light. The B light from the B
クロスダイクロイックプリズム24は、互いに略直交するように配置された2つのダイクロイック膜25、26を有する。第1ダイクロイック膜25は、R光を反射し、G光及びB光を透過させる。第2ダイクロイック膜26は、B光を反射し、R光及びG光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム24は、それぞれ異なる側から入射したR光、G光及びB光を合成する。
The cross
透過型液晶表示装置としては、例えば高温ポリシリコンTFT液晶パネル(High Temperature Polysilicon;HTPS)を用いることができる。光学エンジン11は、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置(Liquid Crystal On Silicon;LCOS)、DMD(Digital Micromirror Device)、GLV(Grating Light Valve)等を用いても良い。プロジェクタ10は、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタ10は、一の空間光変調装置により2つ又は3つの色光を変調する構成としても良い。また、光学エンジン11は、光源部としてLEDを用いる場合に限られない。光源部としては、例えば、LED以外の他の固体光源や、超高圧水銀ランプ等のランプを用いても良い。
As the transmissive liquid crystal display device, for example, a high temperature polysilicon TFT liquid crystal panel (HTPS) can be used. The
図1に戻って、投写光学系13は、光学エンジン11の出射側に設けられている。投写光学系13は、透過により光を偏向させる光学素子であるレンズを備える投写レンズである。非球面ミラー14は、反射により投写光学系13からの光を広角化させる広角化反射部であって、非球面形状の曲面を有する。非球面ミラー14は、投写光学系13からの光を広角化させる機能、及び投写光学系13からの光を折り曲げてスクリーン16の方向へ進行させる機能を有する。プロジェクタ10は、投写光学系13からの光を非球面ミラー14で広角化させることにより超短焦点を可能とする。これにより、近接投写が可能となる。
Returning to FIG. 1, the projection
非球面ミラー14は、例えば、樹脂部材等を有する基材上に反射膜を形成することにより構成できる。反射膜としては、高反射性の部材の層、例えばアルミニウム等の金属部材の層や誘電体多層膜等を用いることができる。また、反射膜の上には、透明部材を有する保護膜を形成することとしても良い。非球面ミラー14は、曲面形状とすることで、光の折り曲げと広角化とを同時に行うことが可能となる。
The
投写光学系13のみならず非球面ミラー14によっても光を広角化させることで、投写光学系13のみにより光を広角化させる場合よりも投写光学系13を小型にすることができる。投写光学系13及び非球面ミラー14は、画像の拡大とスクリーン16における結像とを行っている。投写光学系13は、画像の拡大及びスクリーン16における結像の機能を果たす。非球面ミラー14は、画像の拡大の機能を果たす。非球面ミラー14は、画像の歪みを補正できるように適宜変形させても良い。
By widening the light not only by the projection
筐体17は、光学エンジン11、投写光学系13及び非球面ミラー14を収納する。出射部15は、画像信号に応じて変調された光を筐体17からスクリーン16へ向けて出射させる。出射部15は、筐体17に設けられた開口を透明部材により覆うことで構成されている。スクリーン16は、出射部15からの光を反射させる反射型のスクリーンである。スクリーン16は、観察者が存在する所望の範囲において光を拡散可能とすることで、良好な視野角特性を持たせることが可能となる。
The casing 17 houses the
プロジェクタ10は、キャビネットCの他、例えば床面、机、ラック等に設置することとしても良い。プロジェクタ10はコンパクトな構成であるため、容易に設置場所を確保することができる。壁面W近くにプロジェクタ10を設置可能とすることで、狭い室内であっても大画面を表示することができる。プロジェクタ10は、非球面ミラー14を筐体17からはみ出させることとしても良い。この場合、筐体17には、出射部15に代えて、非球面ミラー14へ入射させる光を通過させる開口が形成される。
In addition to the cabinet C, the
プロジェクタ10は、投写光学系13と非球面ミラー14との間に、光路を折り曲げるためのミラーを設けることとしても良い。ミラーで約90度光路を折り曲げる構成とする場合、光学エンジン11及び投写光学系13は、図1の紙面上下方向或いは紙面奥行き方向へ光を出射させるように配置される。これにより、光学エンジン11から非球面ミラー14までの各部をさらに壁面Wの近くに配置することが可能となる。
The
図3は、プロジェクタ10の光学系を模式的に表したものである。投写光学系13及び非球面ミラー14は、光軸が略一致するように配置されている。スクリーン16の法線Nは、投写光学系13の光軸及び非球面ミラー14の光軸と略平行である。投写光学系13、非球面ミラー14及びスクリーン16は、いずれも共通の光軸AXを持つ、いわゆる共軸光学系を構成している。プロジェクタ10は、画像信号に応じて変調された光を光軸AXに対して特定の側へシフトさせて進行させる、いわゆるシフト光学系を構成している。
FIG. 3 schematically shows the optical system of the
具体的には、画像信号に応じて変調された光を光軸AXに対して図3の紙面上側へシフトさせて進行させている。一方、光学エンジン11中のクロスダイクロイックプリズム24の出射面に仮想的に形成される像面の中心法線は、光軸AXに対して平行であり、かつ特定の側とは反対側、即ち光軸AXに対して図3における紙面下側にシフトしている。かかる構成により、プロジェクタ10は、スクリーン16に対して大きな入射角をなす光を入射させる。入射角は、スクリーン16の法線Nと入射光線とがなす角度である。
Specifically, the light modulated in accordance with the image signal is shifted to the upper side of the paper surface of FIG. 3 with respect to the optical axis AX. On the other hand, the center normal of the image plane virtually formed on the exit surface of the cross
共軸光学系を採用することにより、通常の共軸系の設計手法を採用することが可能である。よって、光学系の設計工数を少なくし、かつ収差が少ない光学系を実現することができる。非球面ミラー14は、光軸AXに関して略回転対称な形状、例えば、円錐形状のうち頂点部以外の一部を切り取った形状とすることができる。非球面ミラー14を光軸AXに関して略回転対称な形状とすることで、非球面ミラー14の光軸と他の構成の光軸とを容易に一致させることが可能となる。非球面ミラー14は軸対称の非球面形状となることから、旋盤等の簡易な手法により加工を行うことができる。よって、非球面ミラー14を容易かつ高い精度で製造することができる。
By employing a coaxial optical system, it is possible to adopt a normal coaxial system design method. Therefore, it is possible to realize an optical system with a small number of man-hours for designing the optical system and with few aberrations. The
プロジェクタ10は、投写光学系13及び非球面ミラー14を用いることで、画角θを少なくとも150度以上、例えば160度とする超広角光学系を採用している。さらに、超広角化させたうちの一部の角度範囲のみを使用するシフト光学系を採用することで、光の進行方向を揃えることが可能である。本実施例の場合、例えば、スクリーン16における最小入射角は70度、最大入射角は80度となる。シフト光学系を採用することにより、スクリーン16へ入射する光の角度差を10度程度以内とすることが可能となる。
The
図4は、投写光学系13の断面構成を示す。図5は、投写光学系13の入射側平面構成を示す。投写光学系13は、第1レンズ群31と第2レンズ群32とを有する。第1レンズ群31は、第1鏡筒33により固定された4つのレンズLNを備える第1光学素子群であって、第1の系を構成する。第2レンズ群32は、第1鏡筒33より長い第2鏡筒34により固定された6つのレンズLNを備える第2光学素子群であって、第2の系を構成する。第1レンズ群31の焦点距離は、第2レンズ群32の焦点距離よりも長い。
FIG. 4 shows a cross-sectional configuration of the projection
第1レンズ群31及び第2レンズ群32は、いずれも回転基板30に固定されている。回転基板30には、第1レンズ群31、第2レンズ群32のいずれも入射側部分が固定されている。回転基板30は、回転軸TXを中心として回転可能に設けられた円形状の板状部材である。第1レンズ群31及び第2レンズ群32は、回転基板30のうち互いに回転軸TXに関して対称な位置に配置されている。光軸AXと第1レンズ群31の光軸とが一致するように第1レンズ群31が配置されるとき、第2レンズ群32は、光軸AXとは異なる位置に配置される。第1の系である第1レンズ群31が光軸AX上にあるとき、プロジェクタ10は、対角方向の長さが例えば40インチの画面をスクリーン16に表示する(図6中白抜き両矢印の左側参照)。
Both the
図4及び図5に示す状態から回転基板30を略180度回転させると、第1レンズ群31と第2レンズ群32とが入れ換わる。回転基板30は、第2レンズ群32が光軸AX上に到達したときに第2レンズ群32の位置を固定させるための構成を備えることとしても良い。光軸AXと第2レンズ群32の光軸とが一致するように第2レンズ群32が配置されるとき、第1レンズ群31は、光軸AXとは異なる位置に配置される。
When the
第2レンズ群32の焦点距離は第1レンズ群31の焦点距離よりも短いため、第2レンズ群32を用いる場合、第1レンズ群31を用いる場合よりも大型な画面が表示される。第2の系である第2レンズ群32が光軸AX上にあるとき、プロジェクタ10は、例えば80インチの画面をスクリーン16に表示する(図6中白抜き両矢印の右側参照)。投写光学系13における第1の系及び第2の系の切り換えによって、図6に示すように、大幅な画面サイズの切り換えを実現できる。
Since the focal length of the
投写光学系13は、第1レンズ群31と第2レンズ群32とを入れ換えることにより、第1の系と、第1の系とは異なる焦点距離の第2の系とに互いに切り換えることができる。例えば民生用のプロジェクタ10であれば、通常のテレビ番組については小画面、映画等の臨場感を得たい場合には大画面と、コンテンツに応じた観賞を楽しむことを可能とする。なお、プロジェクタ10は、40インチと80インチとについて画面サイズを切り換える場合に限られない。プロジェクタ10は、例えば、第1の系により30〜40インチの画面、第2の系により80〜100インチの画面を表示することができる。プロジェクタ10により表示可能な画像サイズは、プロジェクタ10の構成に応じて適宜設定することができる。
The projection
第1の系と第2の系とで異なる構成を持たせることが可能であるため、光学素子の位置調整のみによりズーム機能を実現する場合と比較して、投写光学系13の設計を容易にし、投写光学系13を簡易な構成にできる。投写光学系13は、例えば、第2の系の場合は高解像度、例えばフルハイビジョンを可能とし、第1の系の場合は第2の系の場合より低解像度とする等、画像サイズやコンテンツに応じた設計が可能となる。よって、十分な光学性能を容易に実現できる。
Since the first system and the second system can have different configurations, the design of the projection
超短焦点の光学系においてはズーム機能を盛り込むような設計を不要とすることで、設計の困難性や構成の複雑化を助長させること無く画面サイズの調節が可能となる。設計工数の減少やレンズ構成の単純化によって、コストダウンも図れる。これにより、簡易な構成によって大幅な画面サイズの調節が可能であって、かつ十分な光学性能を得られるという効果を奏する。プロジェクタ10は、簡易な構成によって大幅な画面サイズの調整が可能であって、かつ高品質な画像を表示することが可能となる。
By eliminating the need for a design that incorporates a zoom function in an ultra-short focus optical system, it is possible to adjust the screen size without encouraging the difficulty of design and the complexity of the configuration. Costs can be reduced by reducing design man-hours and simplifying lens construction. As a result, the screen size can be greatly adjusted with a simple configuration, and sufficient optical performance can be obtained. The
第1レンズ群31及び第2レンズ群32は、回転基板30の回転によって入れ換えられる場合に限られない。例えば、第1レンズ群31及び第2レンズ群32を並列させて設け、第1レンズ群31及び第2レンズ群32を平行移動させることにより入れ換え可能としても良い。また、第1レンズ群31及び第2レンズ群32は、光軸AX方向についてレンズLNを移動させることでズーム調整やフォーカス調整を行う構成としても良い。第1レンズ群31及び第2レンズ群32のいずれか一方が投写のために光軸AX上に配置されるときに、投写に使用されるもののみならず、投写に使用されないものも筐体17内に収納された状態であることが望ましい。これにより、ユーザがレンズLNに直接触れることによる破損等を無くし、また防塵、傷防止を可能にできる。
The
第1レンズ群31及び第2レンズ群32は、いずれも図示する構成である場合に限られず、レンズLNの位置、形状、数等を適宜設定することができる。投写光学系13は、レンズLNからなる第1レンズ群31及び第2レンズ群32を入れ換える構成に限られない。第1の系と第2の系との切換において入れ換えられる第1光学素子群及び第2光学素子群は、レンズLN以外の光学素子、例えばミラーを備える構成であっても良い。
The
投写光学系13は、互いに異なる焦点距離の2つの系の間で切換可能である場合に限られない。投写光学系13は、互いに異なる焦点距離の3つ以上の系の間で切換可能な構成であっても良い。投写光学系13において切換可能な系を多くするほど、プロジェクタ10は、多くの画面サイズによる表示を可能とし、多彩なコンテンツや要望に対応することが可能となる。
The projection
第1レンズ群31及び第2レンズ群32の入れ換えは、画面サイズを変更する旨の入力操作に応じて自動により行うこととしても良く、手動により行うこととしても良い。例えば、図7に示す操作部35において画面サイズを変更する旨の入力操作を行ったとすると、制御部36は、投写光学系13における第1レンズ群31及び第2レンズ群32の入れ換えを行う。さらに、制御部36は、操作部35への入力に応じて、光源駆動部37の制御を行う。
The replacement of the
光源駆動部37は、第1レンズ群31及び第2レンズ群32の入れ換えが行われている間、制御部36による制御により各色光用LED21R、21G、21Bからの光の供給を停止させる。投写光学系13における第1の系と第2の系との間の切換がなされている間、画像信号に応じた光の出射を停止させる。第1の系と第2の系との間の切換中は、画像信号に関係無く画像が変化することとなる。第1の系と第2の系との間の切換中において光の出射を停止させることで、観察者へ与える不快感を低減させることができる。
While the
なお、制御部36は、光源駆動部37の制御により光の出射を停止させる場合に限られない。例えば、制御部36は、各色光用LED21R、21G、21Bから出射部15までの光路中で光を遮蔽させる構成の制御により、画像信号に応じた光の出射を停止させることとしても良い。また、第1レンズ群31及び第2レンズ群32を手動により入れ換える場合も、画像信号に応じた光の出射を停止させる構成にできる。この場合、回転基板30の回転を検知するとともに光の供給を停止させる。また、回転基板30を回転させ第1レンズ群31と第2レンズ群32との入れ換えが完了したことを検知するとともに画像信号に応じた光の出射を再開させることができる。
The
図8は、本実施例の変形例に係る投写光学系40の断面構成を示す。図9は、本変形例の投写光学系40の入射側平面構成を示す。投写光学系40は、鏡筒44により固定された複数のレンズLNを有する。第1切換レンズ41及び第2切換レンズ42は、鏡筒44内のレンズLN間において互いに入れ換え可能に設けられている。光軸AX上に第1切換レンズ41があるとき、投写光学系40は、第1の系となる。第1切換レンズ41は、第1の系の一部を構成する光学素子である。光軸AX上に第2切換レンズ42があるとき、投写光学系40は、第2の系となる。第2切換レンズ42は、第2の系の一部を構成する光学素子である。
FIG. 8 shows a cross-sectional configuration of a projection
第1切換レンズ41及び第2切換レンズ42は、いずれも回転基板43に固定されている。第1切換レンズ41及び第2切換レンズ42は、回転軸TXを中心として回転基板43を回転させることにより、互いに入れ換えられる。投写光学系40は、第1切換レンズ41と第2切換レンズ42とを入れ換えることにより、第1の系と、第1の系とは異なる焦点距離の第2の系とに互いに切り換えることができる。
Both the
投写光学系40は、単独のレンズ41、42を入れ換えることで第1の系と第2の系とを切り換えることができる。鏡筒に収められたレンズ群ごとを入れ換える場合と比較して、部品点数を少なくし、コストダウンも図れる。これにより、さらに簡易な構成により、互いに異なる焦点距離を持つ第1の系と第2の系とを切り換えることができる。なお、第1切換レンズ41及び第2切換レンズ42は、図示する位置にて入れ換え可能である場合に限られず、投写光学系40中のいずれの位置で入れ換え可能としても良い。
The projection
また、投写光学系40は、単独のレンズ41、42を互いに入れ換え可能とする構成に限られない。投写光学系40は、第1の系の一部を構成する少なくとも1つの光学素子と、第2の系の一部を構成する少なくとも1つの光学素子を入れ換え可能であれば良い。第1の系と第2の系とで入れ換えられる光学素子の位置、数、形状も同一である場合に限られず、異ならせることとしても良い。
Further, the projection
図10は、本発明の実施例2に係る投写光学系50の断面構成を示す。本実施例の投写光学系50は、前群レンズ51を回転させることで第1の系と第2の系とを切り換えることを特徴とする。上記実施例1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。前群レンズ51は、絞り53より出射側に設けられた光学素子である4つのレンズLN1、LN2、LN3、LN4により構成されている。
FIG. 10 shows a sectional configuration of the projection
図11は、前群レンズ51のうち最も出射側に配置されたレンズLN1の平面構成を示す。レンズLN1は、円形状をなしている。レンズLN1は、第1部分54と第2部分55とで、互いに異なる屈折率を有する。第1部分54は、レンズLN1のうち、光軸AXを含む面Sに関して一方の側である。なお、図11において、面Sは光軸AXを含み、かつ紙面に略垂直な面である。第2部分55は、面Sに関して第1部分54とは異なる側である。第1部分54及び第2部分55は、平面構成において略同じ半円形状をなしている。レンズLN1のうち第1部分54と第2部分55とでは、第1部分54の屈折率と第2部分55の屈折率とを異ならせることで、互いに異なる方向へ光を進行させる。このように、レンズLN1は、第1部分54と第2部分55とで、互いに異なる光学特性を備える。
FIG. 11 shows a planar configuration of the lens LN1 disposed on the most exit side of the
図10に戻って、前群レンズ51のうち最も出射側のレンズLN1以外の3つのレンズLN2、LN3、LN4は、最も出射側のレンズLN1と同様に、第1部分54と第2部分55とで、互いに異なる光学特性を備える。投写光学系50の第1の系は、前群レンズ51のうち第1部分54を用いて構成される。投写光学系50の第2の系は、前群レンズ51のうち第2部分55を用いて構成される。
Returning to FIG. 10, the three lenses LN2, LN3, and LN4 other than the lens LN1 on the most exit side of the
クロスダイクロイックプリズム24からの光は、光軸AXから特定の側である紙面上側へシフトすることにより、前群レンズ51のうち光軸AXから上半分のみを通過する。このとき前群レンズ51のうち光軸AXから下半分は利用されないこととなる。図示する投写光学系50は、前群レンズ51のうち第1部分54を用いて光を通過させる第1の系である。かかる状態から光軸AXを中心として前群レンズ51を略180度回転させると、第1部分54と第2部分55の位置が入れ換わる。前群レンズ51のうち第2部分55を用いて光を通過させるとき、投写光学系50は、第2の系となる。第1の系及び第2の系は、光軸AXを中心として前群レンズ51を回転させることにより切り換えられる。前群レンズ51は、例えば、鏡筒のうち各レンズLN1〜4を支持する部分ごと光軸AX回りに回転可能な構成とすることができる。
The light from the cross
このように、シフト光学系を採用することにより、第1部分54については第1の系の光学特性、第2部分55については第2の系の光学特性をそれぞれ持つ光学素子を使用することができる。光学素子のうち光を入射させる部分を第1部分54と第2部分55とに入れ換えることで、簡易な構成により第1の系と第2の系とを切り換えることが可能となる。また、第1部分54及び第2部分55を備える光学素子は1つの鏡筒(不図示)に収めることができ、省スペース化を図れる。部品点数を少なくできることで、さらにコストダウンも図れる。これにより、さらに簡易かつ小型な構成により、大幅な画面サイズの調節を可能とし、かつ十分な光学性能の実現ができるという効果を奏する。
Thus, by employing the shift optical system, it is possible to use optical elements having the first system optical characteristics for the
レンズLN1〜4は、樹脂、ガラス等への金型による型転写によって容易に形成することができる。第1部分54と第2部分55とで互いに異なる光学特性を持たせるには、第1部分54の屈折率と第2部分55の屈折率とを異ならせる場合に限られない。第1部分54の曲面の曲率と第2部分55の曲面の曲率とを異ならせることで、互いに異なる光学特性を持たせることとしても良い。
The lenses LN1 to LN4 can be easily formed by mold transfer to a resin, glass or the like using a mold. In order to give the
また、第1部分54と第2部分55とで異なるコーティングを施す場合や、第1部分54と第2部分55とで厚みを異ならせることによっても、互いに異なる光学特性を持たせることができる。かかる構成のレンズLN1〜4は、型転写によって形成する他、それぞれ別途成形された第1部分54と第2部分55とを貼り合わせることにより形成しても良い。
Also, when different coatings are applied to the
さらに前群レンズ51は、第1部分54と第2部分55とで、レンズLN1〜4の位置、枚数、形状を異ならせることとしても良い。この場合も、第1部分54と第2部分55とで互いに異なる光学特性を持たせることが可能となる。なお、前群レンズ51は、いずれのレンズLN1〜4も第1部分54と第2部分55とで異なる光学特性を持たせる構成に限られない。一部のレンズについては、第1部分54、第2部分55のいずれも同じ光学特性を持たせることとしても良い。
Further, in the
投写光学系50は、前群レンズ51を構成する全てのレンズLN1〜4を回転させることで第1の系と第2の系とを切り換える構成に限られない。前群レンズ51を構成する光学素子であるレンズLN1〜4のうちの少なくとも1つを回転させる構成であれば良い。この場合、回転させるレンズ以外のレンズは、全体を均一な光学特性で構成できる。
The projection
図12は、本実施例の変形例に係る投写光学系60の断面構成を示す。本変形例の投写光学系60は、投写光学系60を構成する光学素子群である全てのレンズLNを回転させることで第1の系と第2の系とを切り換えることを特徴とする。前群レンズ61は、絞り63より出射側に設けられた光学素子である3つのレンズLNにより構成されている。後群レンズ62は、絞り63より入射側に設けられた光学素子である5つのレンズLNにより構成されている。
FIG. 12 shows a cross-sectional configuration of a projection
クロスダイクロイックプリズム24からの光は、光軸AXから特定の側とは反対側である紙面下側へシフトした位置から投写光学系60へ入射する。投写光学系60へ入射した光は、後群レンズ62のうち光軸AXから下半分のみを通過する。このとき後群レンズ62のうち光軸AXから上半分は利用されないこととなる。後群レンズ62からの光線は、レンズLN外であって絞り63付近の位置で光軸AXと交わり、光軸AXから特定の側である紙面上側へシフトした位置から前群レンズ61へ入射する。前群レンズ61へ入射した光は、前群レンズ61のうち光軸AXから上半分のみを通過する。このとき前群レンズ61のうち光軸AXから下半分は利用されないこととなる。
The light from the cross
図示する投写光学系60は、前群レンズ61のうち第1部分64、及び後群レンズ62のうち第2部分67を用いて光を通過させる第1の系である。かかる状態から光軸AXを中心として投写光学系60を略180度回転させると、前群レンズ61の第1部分64と第2部分65の位置が入れ換わる。また、後群レンズ62の第2部分67と第1部分66の位置が入れ換わる。前群レンズ61のうち第2部分65、及び後群レンズ62のうち第1部分66を用いて光を通過させるとき、投写光学系60は、第2の系となる。第1の系及び第2の系は、光軸AXを中心として全てのレンズLNを一括して回転させることにより切り換えられる。
The projection
前群レンズ61の各レンズLNは、第1部分64と第2部分65とで、互いに異なる光学特性を備える。後群レンズ62の各レンズLNは、第1部分66と第2部分67とで、互いに異なる光学特性を備える。互いに異なる光学特性を持たせるための構成については、上記の投写光学系50(図10参照)の場合と同様である。この場合も、上記の投写光学系50(図10参照)の場合と同様に、さらに簡易かつ小型な構成により、大幅な画面サイズの調節を可能とし、かつ十分な光学性能の実現ができる。
Each lens LN of the
投写光学系60は、前群レンズ61及び後群レンズ62のいずれも第1部分64、66と第2部分65、67とで異なる光学特性を持たせる構成に限られない。例えば、前群レンズ61のみについて第1部分64と第2部分65の光学特性を異ならせることとしても良い。また、前群レンズ61を構成するレンズLN、及び後群レンズ62を構成するレンズLNのうちの一部のレンズLNについてのみ、第1部分64、66と第2部分65、67とで光学特性を異ならせることとしても良い。
The projection
前群レンズ61及び後群レンズ62は、第1部分64、66と第2部分65、67とでレンズLNの位置、枚数、形状を異ならせても良い。投写光学系60は、レンズLN外の位置で光線と光軸AXとが交わる場合の他、レンズLN内で光線と光軸AXとが交わる場合であっても、第1の系と第2の系とを切り換えることが可能である。本実施例の投写光学系50、60の構成は、本実施例で説明するものに限られず、レンズの位置、形状、数等を適宜設定することができる。上記各実施例の投写光学系は、撮像装置に用いられる撮像光学系に適用しても良い。
In the
以上のように、本発明に係る投写光学系は、近接投写を行うプロジェクタに用いる場合に適している。 As described above, the projection optical system according to the present invention is suitable for use in a projector that performs close-up projection.
10 プロジェクタ、11 光学エンジン、13 投写光学系、14 非球面ミラー、15 出射部、16 スクリーン、17 筐体、C キャビネット、W 壁面、21R R光用LED、21G G光用LED、21B B光用LED、22 コリメータレンズ、23R R光用空間光変調装置、23G G光用空間光変調装置、23B B光用空間光変調装置、24 クロスダイクロイックプリズム、25 第1ダイクロイック膜、26 第2ダイクロイック膜、AX 光軸、N 法線、30 回転基板、31 第1レンズ群、32 第2レンズ群、33 第1鏡筒、34 第2鏡筒、LN レンズ、TX 回転軸、35 操作部、36 制御部、37 光源駆動部、40 投写光学系、41 第1切換レンズ、42 第2切換レンズ、43 回転基板、44 鏡筒、50 投写光学系、51 前群レンズ、53 絞り、54 第1部分、55 第2部分、LN1〜4 レンズ、S 面、60 投写光学系、61 前群レンズ、62 後群レンズ、63 絞り、64 第1部分、65 第2部分、66 第1部分、67 第2部分
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第1の系は、絞りより出射側に設けられた光学素子のうち前記光軸を含む面に関して一方の側である第1部分を用いて構成され、
前記第2の系は、前記光学素子のうち前記光軸を含む面に関して前記第1部分とは異なる側である第2部分を用いて構成されることを特徴とする請求項1に記載の投写光学系。 Project light by shifting from the optical axis to a specific side,
The first system is configured by using a first portion on one side with respect to a surface including the optical axis among optical elements provided on the exit side from the stop,
2. The projection according to claim 1, wherein the second system is configured by using a second portion of the optical element that is different from the first portion with respect to a plane including the optical axis. Optical system.
前記第1の系及び前記第2の系は、前記投写光学系を構成する光学素子群を、前記光軸を中心として回転させることにより切り換えられることを特徴とする請求項4又は5に記載の投写光学系。 The light from the position opposite to the specific side with respect to the optical axis is shifted to the specific side and projected,
6. The switch according to claim 4, wherein the first system and the second system are switched by rotating an optical element group constituting the projection optical system around the optical axis. Projection optical system.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の投写光学系と、を有することを特徴とするプロジェクタ。 A spatial light modulator that modulates light according to an image signal;
A projector comprising: the projection optical system according to claim 1.
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