JP2011145580A

JP2011145580A - プロジェクター

Info

Publication number: JP2011145580A
Application number: JP2010007873A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Sakai; 俊彦坂井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2030-01-18
Also published as: JP5428885B2

Abstract

【課題】球面形状や曲面形状の被照射面への投写によって、広い範囲についてピントが合わせられた映像を得るためのプロジェクターを提供すること。
【解決手段】画像信号に応じた光を投写する投写光学系２０を有し、投写光学系２０は、少なくとも第１のレンズ群３１と第２のレンズ群３２とを備え、第１のレンズ群３１と第２のレンズ群３２との間隔を変化させることにより、像面湾曲による像面の湾曲度合いが調整可能であって、投写光学系２０は、像面のフォーカス位置を調整する機能を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロジェクター、特に、画像信号に応じた光を投写して画像を表示するプロジェクターに関する。

従来、プロジェクターを使用して高い演出効果を得るための種々の工夫がなされている。例えば、プロジェクターを使用して、球面形状や曲面形状の被照射面に映像を投影するという試みがなされている。球面の内側から光を投写し、その球面の内側で映像を見る手法、球面をなす透過スクリーンの内側から光を投写し、その球面の外側で映像を見る手法、球面をなす透過スクリーンの外側から光を投写し、その球面の内側で映像を見る手法など、いろいろな使用態様がある。通常、プロジェクターは、平面である被照射面へ光を投写させて最良な像が得られるように構成されている。かかる構成のプロジェクターによって球面形状や曲面形状の被照射面に映像を投影しても、フォーカスが合うのは映像の一部分だけで、他の部分についてはフォーカスがずれることとなる。例えば、特許文献１には、被照射面に対して斜め方向から光を投写して、広い範囲についてピントが合う画像を得るための技術が提案されている。

特開２００４−３４７６８９号公報

しかし、特許文献１の技術も、平面である被照射面へ光を投写させる場合にピント合わせがなされるものであるため、球面形状や曲面形状の被照射面への投写に適用しても、映像の広い範囲についてピントを合わせることは困難である。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、球面形状や曲面形状の被照射面への投写によって、広い範囲についてピントが合わせられた映像を得るためのプロジェクターを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るプロジェクターは、画像信号に応じた光を投写する投写光学系を有し、前記投写光学系は、少なくとも第１のレンズ群と第２のレンズ群とを備え、前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との間隔を変化させることにより、像面湾曲による像面の湾曲度合いが調整可能であることを特徴とする。

投写光学系は、像面湾曲の度合いを調整可能とすることで、球面形状や曲面形状の被照射面へ光を投写して、広い範囲についてフォーカスずれを低減させることが可能となる。像面湾曲の度合いは、第１のレンズ群或いは第２のレンズ群を移動させることにより、容易に調整することができる。これにより、レンズを交換すること無く、平面である被照射面のみならず、球面形状や曲面形状の被照射面において、広い範囲についてピントが合う映像を得ることが可能となる。

また、本発明の好ましい態様としては、前記投写光学系は、前記像面のフォーカスを調整する機能を備えることが望ましい。これにより、さらにピントが合う映像を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、前記像面の湾曲度合いを調整する際に、焦点距離の変動を抑制させる機能を備えることが望ましい。これにより、映像のサイズの変化を抑制させることができる。

本発明の実施例に係るプロジェクターの概略構成を示す図。各液晶表示パネルから投写光学系までの光路中の光学要素を示す模式図。像面湾曲による最良像面と被照射面の形状との関係を説明する図。第１レンズ群と第２レンズ群との間隔を変化させる例を説明する図。図４の場合における像面湾曲のシミュレーション例を表したグラフ。三つのレンズ群についてレンズ群同士の間隔を変化させる例を説明する図。図６の場合における像面湾曲のシミュレーション例を表したグラフ。四つのレンズ群についてレンズ群同士の間隔を変化させる例を説明する図。図８の場合における像面湾曲のシミュレーション例を表したグラフ。

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。

図１は、本発明の実施例に係るプロジェクター１の概略構成を示す図である。光源１０は、例えば、超高圧水銀ランプであって、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を含む光を射出する。第１インテグレーターレンズ１１及び第２インテグレーターレンズ１２は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子を有する。第１インテグレーターレンズ１１は、光源１０からの光束を複数に分割する。第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子は、光源１０からの光束を第２インテグレーターレンズ１２のレンズ素子近傍にて集光させる。第２インテグレーターレンズ１２のレンズ素子は、第１インテグレーターレンズ１１のレンズ素子の像を液晶表示パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに形成する。

偏光変換素子１３は、第２インテグレーターレンズ１２からの光を所定の直線偏光に変換する。重畳レンズ１４は、第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子の像を液晶表示パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの照射面上で重畳させる。第１ダイクロイックミラー１５は、重畳レンズ１４から入射したＲ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー１５で反射したＲ光は、反射ミラー１６及びフィールドレンズ１７Ｒを経て、空間光変調装置である液晶表示パネル１８Ｒへ入射する。液晶表示パネル１８Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する。

第２ダイクロイックミラー２１は、第１ダイクロイックミラー１５からのＧ光を反射させ、Ｂ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー２１で反射したＧ光は、フィールドレンズ１７Ｇを経て、空間光変調装置である液晶表示パネル１８Ｇへ入射する。液晶表示パネル１８Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する。第２ダイクロイックミラー２１を透過したＢ光は、リレーレンズ２２、２４、反射ミラー２３、２５、及びフィールドレンズ１７Ｂを経て、空間光変調装置である液晶表示パネル１８Ｂへ入射する。液晶表示パネル１８Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する。色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１９は、各液晶表示パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂで変調された光を合成して映像光とし、投写光学系２０へ進行させる。投写光学系２０は、クロスダイクロイックプリズム１９で合成された光を被照射面へ投写する。

図２は、各液晶表示パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂから投写光学系２０までの光路中の光学要素を示す模式図である。投写光学系２０は、鏡筒３０、第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２を備える。鏡筒３０は、第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２を支持する。第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２は、それぞれ、一つ或いは二つ以上のレンズで構成されている。第１レンズ群３１は、投写光学系２０のうち光を射出させる射出側に設けられている。第２レンズ群３２は、第２レンズ群３１に対してクロスダイクロイックプリズム１９側に設けられている。

鏡筒３０は、第１レンズ群３１と第２レンズ群３２との少なくとも一方を移動可能に構成されている。第１レンズ群３１と第２レンズ群３２との間隔は、第１レンズ群３１と第２レンズ群３２との少なくとも一方を光軸ＡＸに平行な方向へ移動させることにより変化可能とされている。投写光学系２０は、第１レンズ群３１と第２レンズ群３２との間隔を変化させることにより、像面湾曲による像面の湾曲度合いを調整可能に構成されている。

図３は、像面湾曲による最良像面と、最良像面に適する被照射面の形状との関係を説明する図である。図中上段は、像面湾曲がほとんど生じていない状態（像面フラット）を表している。このときの最良像面ＩＭＧは、投写光学系２０の光軸ＡＸに略垂直な平面となる。例えば、投写光学系２０側を凸とする球面形状の被照射面Ｓ１に、平面である最良像面ＩＭＧを投影し、光軸ＡＸ付近でピントを合わせるとすると、周辺部で大きなフォーカスずれが生じることになる。また、投写光学系２０側を凹とする球面形状の被照射面Ｓ２に、平面である最良像面ＩＭＧを投影し、周辺部でピントを合わせる場合も、光軸ＡＸ付近で大きなフォーカスずれが生じることになる。

図中中段は、投写光学系２０から離れるプラス側にフォーカスがシフトするような像面湾曲の状態（像面オーバー）を表している。このときの最良像面ＩＭＧは、投写光学系２０側を凸とする球面となる。これに対して、投写光学系２０側を凸とし、最良像面ＩＭＧと同等の曲率を持たせた被照射面Ｓ１を、光軸ＡＸを中心として略回転対称となるように配置したとする。かかる被照射面Ｓ１へ最良像面ＩＭＧを投影することにより、広い範囲について、フォーカスずれが少なく、解像度が高い映像を得ることが可能となる。

図中下段は、投写光学系２０へ近づくマイナス側にフォーカスがシフトするような像面湾曲の状態（像面アンダー）を表している。このときの最良像面ＩＭＧは、投写光学系２０側を凹とする球面となる。これに対して、投写光学系２０側を凹とし、最良像面ＩＭＧと同等の曲率を持たせた被照射面Ｓ２を、光軸ＡＸを中心として略回転対称となるように配置したとする。かかる被照射面Ｓ２へ最良像面ＩＭＧを投影することにより、広い範囲について、フォーカスずれが少なく、解像度が高い映像を得ることが可能となる。

投写光学系２０は、像面の湾曲度合いを調整可能であるとともに、鏡筒３０全体を前後に移動させることで像面のフォーカス位置を調整する機能を備える。像面のフォーカス位置を被照射面Ｓ１、Ｓ２に調整することにより、さらにピントが合う映像を得ることができる。また、投写光学系２０は、像面の湾曲度合いを調整する際に、投写光学系２０を構成するレンズの位置を調整することにより、焦点距離の変動を抑制させる機能を備える。これにより、被照射面Ｓ１、Ｓ２に合わせて像面湾曲を調整する際における、映像のサイズの変化を抑制させることが可能となる。

図４は、第１レンズ群３１と第２レンズ群３２との間隔を変化させる例を説明する図である。図５は、図４の場合における像面湾曲のシミュレーション例を表したグラフである。図５に示す各グラフの縦軸は光軸ＡＸからの距離、横軸はフォーカスの位置を表すものとする。フォーカスの位置は、像面湾曲が生じない場合のフォーカスの位置を基準として表すものとする。図５に示すグラフ中、破線で示す曲線は、メリジオナル光線束によって生じるメリジオナル像面の像面湾曲を表している。また、グラフ中、実線で示す曲線は、サジタル光線束によって生じるサジタル像面の像面湾曲を表している。

例えば、第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２が図４中段に示す状態であるときに、図５中段に示すようにわずかに像面湾曲が生じているとする。図４中段に示す状態から、図４上段に示すように、第１レンズ群３１を第２レンズ群３２から離れる方向へ移動させると、像面湾曲は、図５上段に示すように像面オーバーへと変化する。また、図４中段に示す状態から、図４下段に示すように、第１レンズ群３１を第２レンズ群３２へ近づける方向へ移動させると、像面湾曲は、図５下段に示すように像面アンダーへと変化する。

なお、投写光学系２０は、第１レンズ群３１を移動させることにより、第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２の間隔を変化させる場合に限られない。投写光学系２０は、第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２の少なくとも一方を移動させることにより第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２の間隔を変化させるものであれば良く、第２レンズ群３２を移動させるものとしても良い。また、投写光学系２０は、像面フラットとなるように第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２の間隔を調整することにより、平面である被照射面へ像面を投影することにより、広い範囲について、フォーカスずれが少なく、解像度が高い映像を得ることが可能となる。

このように、プロジェクター１は、第１レンズ群３１或いは第２レンズ群３２を移動させることにより、像面の湾曲度合いを容易に調整することができる。これにより、レンズを交換すること無く、平面である被照射面のみならず、球面形状や曲面形状の被照射面において、広い範囲についてピントが合わせられた高解像度な映像を得ることが可能となる。本実施例に係るプロジェクター１を使用することで、高い演出効果を得ることができる。投写光学系２０は、二つのレンズ群（第１レンズ群３１及び第２レンズ群３２）で構成されるものに限られず、三つ以上のレンズ群から構成されるものとしても良い。

図６は、三つのレンズ群で投写光学系２０を構成する場合における、レンズ群同士の間隔を変化させる例を説明する図である。図７は、図６の場合における像面湾曲のシミュレーション例を表したグラフである。図７に示すグラフについての詳細は、図５に示すグラフと同様とする。投写光学系２０は、射出側から順に設けられた第１レンズ群３１、第２レンズ群３２及び第３レンズ群３３を備える。

例えば、第１レンズ群３１、第２レンズ群３２及び第３レンズ群３３が図６中段に示す状態であるときに、図７中段に示すように像面湾曲がわずかに生じているとする。図６中段に示す状態から、図６上段に示すように、第２レンズ群３２を第３レンズ群３３に近づく（第１レンズ群３１から遠ざかる）方向へ移動させると、像面湾曲は、図７上段に示すように像面オーバーへと変化する。また、図６中段に示す状態から、図６下段に示すように、第２レンズ群３２を第１レンズ群３１へ近づく（第３レンズ群３３から遠ざかる）方向へ移動させると、像面湾曲は、図７下段に示すように像面アンダーへと変化する。

図８は、四つのレンズ群で投写光学系２０を構成する場合における、レンズ群同士の間隔を変化させる例を説明する図である。図９は、図８の場合における像面湾曲のシミュレーション例を表したグラフである。図９に示すグラフについての詳細は、図５に示すグラフと同様とする。投写光学系２０は、射出側から順に設けられた第１レンズ群３１、第２レンズ群３２、第３レンズ群３３及び第４レンズ群３４を備える。

例えば、第１レンズ群３１、第２レンズ群３２、第３レンズ群３３及び第４レンズ群３４が図８中段に示す状態であるときに、図９中段に示すように像面湾曲がわずかに生じているとする。ここで、図８中段に示す状態から、図８上段に示すように、第２レンズ群３２を第１レンズ群３１に近づく（第３レンズ群３３から遠ざかる）方向に移動させ、かつ、第３レンズ群３３を第４レンズ群３４へ近づく（第２レンズ群３２から遠ざかる）方向に移動させたとする。この場合、像面湾曲は、図９上段に示すように、像面オーバーへと変化する。また、図８中段に示す状態から、第２レンズ群３２及び第３レンズ群３３を第１レンズ群３１に近づく（第４レンズ群３４から遠ざかる）方向に移動させたとする。この場合、像面湾曲は、図９下段に示すように、像面アンダーへと変化する。

このようにして、投写光学系２０は、三つ以上のレンズ群を備える構成である場合も、少なくとも二つのレンズ群の間隔を変化させることで、像面の湾曲度合いを調整することができる。上記実施例においては、レンズ群が二つ、三つ、四つのいずれである場合も、例えば、光軸上における投写距離を約３．８ｍとし、最小直径が約２ｍの球面（凹面及び凸面）に対してピントが合う程度の像面湾曲を生じさせることが可能である。投写光学系２０は、多くのレンズ群を備えるほど、メリジオナル像面及びサジタル像面をより一致させ、画質を向上させることが可能となる。

なお、投写光学系２０は、像面調節のためにレンズ群の少なくとも一つを移動させる以外に、例えば、フォーカス調整等のためにレンズ群の少なくとも一つを移動させる。フォーカス調整としては、例えば、投写光学系２０全体を移動させることとしても良く、像面調整のために移動させるレンズ群以外のレンズ群を独立して移動させることとしても良い。

プロジェクター１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。空間光変調装置は、反射型液晶表示装置（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＯｎＳｉｌｉｃｏｎ；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）、ＧＬＶ（ＧｒａｔｉｎｇＬｉｇｈｔＶａｌｖｅ）等を用いるものであっても良い。さらに、プロジェクター１は、空間光変調装置を備えるものに限られず、例えば、画像情報を持たせたスライドを使用するスライドプロジェクター等であっても良い。

以上のように、本発明に係るプロジェクターは、球面形状や曲面形状の被照射面への投写により高い演出効果を得る場合に有用である。

１プロジェクター、１０光源、１１第１インテグレーターレンズ、１２第２インテグレーターレンズ、１３偏光変換素子、１４重畳レンズ、１５第１ダイクロイックミラー、１６、２３、２５反射ミラー、１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂフィールドレンズ、１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ液晶表示パネル、１９クロスダイクロイックプリズム、２０投写光学系、２１第２ダイクロイックミラー、２２、２４リレーレンズ、３０鏡筒、３１第１レンズ群、３２第２レンズ群、３３第３レンズ群、３４第４レンズ群、ＡＸ光軸、Ｓ１、Ｓ２被照射面

Claims

画像信号に応じた光を投写する投写光学系を有し、
前記投写光学系は、少なくとも第１のレンズ群と第２のレンズ群とを備え、前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との間隔を変化させることにより、像面湾曲による像面の湾曲度合いが調整可能であることを特徴とするプロジェクター。
前記投写光学系は、前記像面のフォーカス位置を調整する機能を備えることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
前記像面の湾曲度合いを調整する際に、焦点距離の変動を抑制させる機能を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクター。