JP2010020344A - 投射光学系および画像投射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像を形成するライトバルブ15に形成された画像を、投射光学系により拡大投射する画像投射装置において、ライトバルブ15に形成された画像を平面の投影面21に拡大投影する投射光学系であって、ライトバルブ15の投影側に、ライトバルブ15の側から第1、第2の順に配設される第1及び第2の光学系を有し、第1の光学系17は1以上の屈折光学系を含み、正のパワーを有し、第2の光学系19は正のパワーを有する反射面を1以上含み、正のパワーを有し、ライトバルブ15により形成された画像を、第1及び第2の光学系17、19の光路上の空間に中間像として結像させ、中間像として結像した後の発散する光束を反射面19で反射することで中間像をさらに拡大し、最終像として投影面21に投射し、中間像の形状によって最終像の平面方向の形状が補正されていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
また、DMD(Digital Micro-mirror Device)を利用した小型軽量な画像投射装置が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広くこれら画像投射装置が利用されるようになってきている。特に、フロントタイプのプロジェクタは携帯性が向上し、数人規模の小会議にも使われるようになってきている。
2の順に配設される第1及び第2の光学系を有する。
「第1の光学系」は、1以上の屈折光学系を含み、正のパワーを有する。
「第2の光学系」は、正のパワーを有する反射面を1以上含み、正のパワーを有する。
ライトバルブにより形成された画像は、第1及び第2の光学系の光路上の空間に、一旦「中間像」として結像される。
この中間像として結像した後の発散する光束を前記反射面で反射することにより前記中間像をさらに拡大し、「最終像」として投影面に投射する。
投影面に投射される最終像の「平面方向の形状」は、中間像の形状によって補正されている。
最終像の「平面方向の形状」は、投射面を成す平面上における最終像の像形状である。
即ち、ライトバルブの形成された画像は、最終像に対して物体となる画像であるが、この画像はまず、中間像として結像され、さらに投射面に最終像として結像される。最終像は、ライトバルブに形成された画像の形状に可及的に忠実な適正像形状である必要があるが、中間像の形状により、最終像が適正像形状となるように補正されるのである。
請求項1または2記載の投射光学系は「最終像の台形歪みに対して逆に歪んだ形状の中間像を形成」するように構成できる(請求項3)。
請求項1〜3の任意の1に記載の投射光学系において、形成される中間像は「投影面への入射角が最も大きい辺が最も短い」形状であることができる(請求項4)。
上記投射光学系においては、第1及び第2の光学系の光路上において「中間像の結像位置を第2の光学系における正のパワーを持つ反射面に近づける」ための負のパワーをもつ光学素子を「中間像のライトバルブ側」に有することができ、この場合、第2の光学系は少なくとも「正のパワーを有する反射面と負のパワーを有する反射面とを有する」ことができる。
即ち、ライトバルブの投影側に、ライトバルブの側から第1、第2の順に配設される第1及び第2の光学系を有する。
「第1の光学系」は、1以上のレンズからなる屈折光学系で構成され、正のパワーを有する。
「第2の光学系」は、パワーを有する1枚の反射面で構成され、正のパワーを有する。 ライトバルブにより形成された画像を、第1の光学系により、第1の光学系と反射面との間の空間中に中間像として結像させ、該中間像として結像した後の発散する光束を上記反射面で反射し、反射面の正のパワーにより、中間像をさらに拡大した画像を最終像として、投影面に投射する。
第2光学系により反射された光束の投影面への入射角が「最終像上のライトバルブから最も遠い位置の方が、最も近い位置より、大きくなる」ように構成されている。
請求項6記載の投射光学系は「画像を形成するライトバルブに、光源からの照明光を照射し、ライトバルブに形成された画像を、投射光学系により拡大投射する画像投射装置において、ライトバルブに形成された画像を平面の投影面に拡大投影する投射光学系」であって以下の如き特徴を有する。
ライトバルブの投影側に、ライトバルブの側から第1、第2の順に配設される第1及び第2の光学系を有する。
「第1の光学系」は1以上の屈折光学系を含み、正のパワーを有する。
「第2の光学系」は正のパワーを有する反射面を1以上含み、正のパワーを有する。
ライトバルブにより形成された画像を、第1及び第2の光学系の光路上の空間に中間像として結像させ、中間像として結像した後の発散する光束を前記反射面で反射することで中間像をさらに拡大し、最終像として前記投影面に投射する。
中間像は、ライトバルブの中心から射出する光束の主光線に対して傾斜し、且つ像面が湾曲している。
以下、説明を補足する。
第2の光学系の有する反射面の1面以上を自由曲面で構成することができる。この場合「中間像形成後の光束を最初に反射する正のパワーを持つ反射面」を自由曲面で形成することが好ましい。
即ち請求項7の画像投射装置は「ライトバルブからの光束を投射光学系によってスクリーンに導光し、上記スクリーン上に上記ライトバルブに形成された画像を拡大した正規像を結像させる画像投射装置であって、投射光学系として、請求項1〜6の任意の1に記載の投射光学系を搭載した」構成のものである。
「反射光学系」は、パワーを持つ複数の反射面により構成され、回転非対称反射面を1面以上含む。「回転非対称反射面」は、反射面の形状が、回転対称軸を持たない反射面である。このような反射光学系は、請求項1〜6の投射光学系における「第2の光学系」を構成するものであることができる。
「透過光学系」は、屈折力をもつ透過面により構成され、非球面を1面以上含む。透過光学系は、請求項1〜6の投射光学系における「第1の光学系」を構成するものであることができる。
即ち、画像表示パネル側からスクリーンに至る光束が生成する画像表示パネルの、負の倍率の中間像(拡大投射光学系による結像光束の光路上において生成される画像パネルの中間像)と、スクリーン側から画像表示パネルに至る光束が生成するスクリーンの負の倍率の中間像(拡大投射光学系に、仮想的にスクリーン側から光を入射させたときに、上記光路上に生成するスクリーンの中間像。因みにこのときのスクリーンの像は縮小像で画像表示パネル上に結像する)の位置・形状が略一致している。
また、反射光学系に含まれる反射面における光の反射が「内部全反射条件を満たす」構成でも良い。このように反射面を「内部全反射面」とする場合、「透過光学系からの光束を取り込む面」は透過面である。この場合、この透過面への光束入射を面に直交させると、入射の際に収差が発生しないので好ましい。
「第1の光学系」は、屈折光学系を少なくとも1つ含み、正のパワーを有する。
を有する。
もできる。
投射光学系は「被投影物体面からの光束を、透過型屈折光学系と、1または2枚の反射ミラーからなる反射型屈折光学系を介して投影面上に導光し投影する投射光学系」でることができる。
「被投影物体面」は、投影されるべき画像が物体として表示される面であるが、この面の実体をなすものは、前述した液晶パネル等のライトバルブやDMD、スライドフィルム等のように、外部光源からの光で照明される方式の画像表示手段を用いることができ、さらには、発光ダイオードを2次元的に配列したものやプラズマディスプレイ、EL発光素子アレイ等、自己発光型の画像表示手段を用いることができる。
反射型屈折光学系から投影面に至る光線は投影面の法線に対して傾斜して導光される。
Z=X2・x2+Y2・y2+X2Y・x2y+Y3・y3+X4・x4+X2Y2・x2y2+Y4・y4+
X4Y・x4y+X2Y3・x2y3+Y5・y5+X6・x6+X4Y2・x4y2+X2Y4・x2y4+Y6・y6+・・
・・(1)
で表される形状である。
特に、上記凹面を自由曲面形状とすることでその効果を最大限に生かせる。
i Ri(mm) Ti(mm) 材質
0 85
1 65 25 BK7
2 −55 225
3 −135 −400 。
i Ri'(mm) Ti'(mm) 材質
0 85
1 65 25 BK7
2 −60 225
3 −98 −400 。
a’、b’に到達する各主光線の間隔は約362mmとなり、図3に示す場合(208mm)よりも拡大率が向上している。即ち、第1の光学系における正のパワーが弱まり、中間像Iintが第2の光学系19Bの「正のパワーを持つ反射面」に近づいた結果、拡大率が増大しているのである。上記のように、光学配置を変えることなく、屈折面・反射面の曲率半径を変化させるのみで、拡大率を向上させることができる。
なお、図3、図4の実施の形態とも、第1の光学系は、1以上のレンズからなる屈折光学系で構成され、正のパワーを有し、第2の光学系は、パワーを有する1枚の反射面19で構成され、正のパワーを有し、ライトバルブ15により形成された画像を、第1の光学系により、第1の光学系と反射面との間の空間中に中間像Iintを結像させ、中間像Iintとして結像した後の発散する光束を反射面19で反射し、反射面19の正のパワーにより、中間像をさらに拡大した画像を最終像として、投影面であるスクリーン21に投射し、第2光学系19により反射された光束の投影面21への入射角が、最終像上のライトバルブ15から最も遠い位置(図3、図4において像最上部)の方が最も近い位置より、大きくなるように構成されている(請求項5)。
この実施の形態では、第2の光学系190は、正のパワーを有する反射面192と負のパワーを有する反射面191とを有する。
射鏡等、発散パワーを有する反射光学素子を適宜に利用できる。
上記の如き構成の採用により、従来の投射光学系より広角化が可能となる。
することにより設計の自由度が向上し、より高性能な投射光学系を実現できる。
光源10における発光部11のランプとしては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メ
タルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどを用いることができる。
より小さくすることができることは当然である。
ルを用い、各パネルにより変調された光束を、公知のダイクロイックプリズム等の色合成
手段により色合成した後に、第1の光学系17等へ入射させることにより、スクリーン2
1上にカラー画像を投射することができることは言うまでも無い。
この実施の形態のように、拡大投射光学系を、透過光学系と反射光学系で構成すると、全ての光学面を反射面で構成するよりも、光学系を組み付け易くなり、反射面による「光路折り返し効果」も活かすことができ、全系を小型化できる。
スクリーンは平面である。
符号721、722は第2の光学系を構成する2面の反射面を示している。
図12に、画像投射装置の実施の他の形態を示す。図13にその投射光学系の部分を拡大して示す。
図13において、符号100で示す部分は、図6に即して説明した「反射型の液晶パネルに、直線偏光した照明光を、偏光ビームスプリッタを介して照射し、液晶パネル1により変調された反射光束が偏光ビームスプリッタを介して結像光束となる型」の物体側部分であり、反射型の液晶パネルの画像表示面が「被投影物体面」である。図中、符号PBが偏光ビームスプリッタを示す。物体側の構成はこれに限らず、図1に即して説明した「ライトバルブ15を、ランプとリフレクタによる発光部11からの光束を照明光学系12により照明する構成のもの、あるいはこれにインテグレ−タ光学系を付加したもの」を用いることもできるし、DMDパネルに対し斜め入射光学系や全反射プリズムで光路分離を行う方式のものを用いることもでき、LEDアレイやELアレイ、プラズマディスプレイ等の自己発光型の物体を用いることもできる。
とレンズ126とは接合レンズであり、全体は9枚のレンズで構成されている。反射型屈
折光学系130は第1の反射ミラー131(反射面のみを示す。)、第2の反射ミラー1
32(反射面のみを示す。)からなる。
光学系の諸元において、面番号は物体面(投射されるべき画像が表示される面)を第0面として、以下順次に第1面、第2面・・と数える。全実施例を通じ、第1面および第2面は「偏光ビームスプリッタ」の液晶パネル側および投射光学系側の面である。
第1の光学系において物体側にもっとも近い屈折力を持った光学要素711の光軸に対して他の光学要素712〜716、721、722が平行偏芯および/またはチルト偏芯している。
中間像の拡大率は3倍程度である。
Z=c・r2/[1+√{1-(1+k)c2r2}]+Ar4+Br6+Cr8
において、k、A、B、Cを与えて形状を特定する。以下の他の実施例においても同様である。
第1の光学系91は5枚のレンズ911〜915により構成され、第2の光学系92は2枚の反射面921、922により構成されている。レンズ913は接合レンズである。
図示されない絞りが、レンズ913とレンズ914の間に配置されている。
屈折光学系は1組の接合レンズ913を含み、これは1群として作用する。
参考具体例において正規像を投射するスクリーンのサイズは60インチであり、投射光学系の「スクリーンに直交する方向の最大幅」は472mmである。
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
1 画像表示パネル
2 スクリーン
3 透過光学系
4〜8 反射光学系を構成する反射面
8 回転非対称反射面
9 絞り
I9 絞りの像
Claims (7)
- 画像を形成するライトバルブに、光源からの照明光を照射し、前記ライトバルブに形成された画像を、投射光学系により拡大投射する画像投射装置において、前記ライトバルブに形成された画像を平面の投影面に拡大投影する投射光学系であって、
ライトバルブの投影側に、前記ライトバルブの側から第1、第2の順に配設される第1及び第2の光学系を有し、
前記第1の光学系は1以上の屈折光学系を含み、正のパワーを有し、
前記第2の光学系は正のパワーを有する反射面を1以上含み、正のパワーを有し、
前記ライトバルブにより形成された画像を、前記第1及び第2の光学系の光路上の空間に中間像として結像させ、前記中間像として結像した後の発散する光束を前記反射面で反射することで前記中間像をさらに拡大し、最終像として前記投影面に投射し、
前記中間像の形状によって前記最終像の平面方向の形状が補正されていることを特徴とする投射光学系。 - 請求項1記載の投射光学系において、
中間像は、最終像の台形歪みが小さくなるような形状であることを特徴とする投射光学系。 - 請求項1または2記載の投射光学系において、
中間像は、最終像の台形歪みに対して逆に歪んでいることを特徴とする投射光学系。 - 請求項1〜3の任意の1に記載の投射光学系において、
中間像は、投影面への入射角が最も大きい辺が最も短いことを特徴とする投射光学系。 - 画像を形成するライトバルブに、光源からの照明光を照射し、前記ライトバルブに形成された画像を、投射光学系により拡大投射する画像投射装置において、前記ライトバルブに形成された画像を平面の投影面に拡大投影する投射光学系であって、
ライトバルブの投影側に、前記ライトバルブの側から第1、第2の順に配設される第1及び第2の光学系を有し、
前記第1の光学系は、1以上のレンズからなる屈折光学系で構成され、正のパワーを有し、
前記第2の光学系は、パワーを有する1枚の反射面で構成され、正のパワーを有し、
前記ライトバルブにより形成された画像を、前記第1の光学系により、前記第1の光学系と上記反射面との間の空間中に中間像として結像させ、該中間像として結像した後の発散する光束を上記反射面で反射し、上記反射面の正のパワーにより、前記中間像をさらに拡大した画像を最終像として、前記投影面に投射し、
前記第2光学系により反射された光束の前記投影面への入射角が、前記最終像上の前記ライトバルブから最も遠い位置の方が最も近い位置より、大きくなるように構成されていることを特徴とする投射光学系。 - 画像を形成するライトバルブに、光源からの照明光を照射し、前記ライトバルブに形成された画像を、投射光学系により拡大投射する画像投射装置において、前記ライトバルブに形成された画像を平面の投影面に拡大投影する投射光学系であって、
ライトバルブの投影側に、前記ライトバルブの側から第1、第2の順に配設される第1及び第2の光学系を有し、
前記第1の光学系は1以上の屈折光学系を含み、正のパワーを有し、
前記第2の光学系は正のパワーを有する反射面を1以上含み、正のパワーを有し、
前記ライトバルブにより形成された画像を、前記第1及び第2の光学系の光路上の空間に中間像として結像させ、前記中間像として結像した後の発散する光束を前記反射面で反射することで前記中間像をさらに拡大し、最終像として前記投影面に投射し、
前記中間像は、前記ライトバルブの中心から射出する光束の主光線に対して傾斜し、且つ像面が湾曲していることを特徴とする投射光学系。 - ライトバルブからの光束を投射光学系によってスクリーンに導光し、上記スクリーン上に上記ライトバルブに形成された画像を拡大した正規像を結像させる画像投射装置であって、
投射光学系として、請求項1〜6の任意の1に記載の投射光学系を搭載したことを特徴とする画像投射装置。
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