JP2011203736A - 投写光学ユニット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】映像表示素子1上の画像を投写レンズ2により拡大し、スクリーン6に対して斜めに投写して拡大画像を表示する投写型映像表示装置では、投写レンズ2と背面ミラー5との間に、拡大画像の斜め投写により生じる台形歪を補正するための自由曲面を備えた自由曲面ミラー3、4を配置し、かつ、その表面形状を、拡大画像の上端の光線が自由曲面で屈曲してスクリーン上に到る距離をL1、拡大画像の下端の光線が自由曲面で屈折してスクリーン上に到るまでの距離をL2、スクリーンでの画面の上端から下端までの距離をDvとするとき、少なくとも、次の式を満足するように形成されている。|L1−L2|>0.4・Dv
【選択図】図1
Description
また上記L1とL2の差の絶対値|L1−L2|が、当該自由曲面の形状を平面にした場合に比べて小さくなるように形成されていることが好ましい。またスクリーンの法線と平行なスクリーンの垂直方向の面内において、拡大画像の上端の光線が自由曲面の反射面で反射してスクリーン上に到るまでの距離をL1、拡大画像の下端の光線が自由曲面の反射面で反射してスクリーン上に到るまでの距離をL2、前記スクリーンでの画面の上端から下端までの距離をDvとするとき、これらが次の式を満足するように形成されてもよい。
ただし、Dvは図1の断面内でのスクリーン上の画面の大きさである。言い換えると、スクリーン6上における画面上端の点P1から、その画面下端の点P4までの距離である。また、θは上記斜め入射角度である。さらにまた、本実施形態に係るる投写光学ユニットにおいては、上記光路長L1とL2の差の絶対値|L1−L2|が、第2の自由曲面ミラー4の形状を平面にした場合よりも小さくなるように構成されている。
ここで、θ’は、上記図2の断面において、自由曲面ミラーから射出後の上記画像表示素子20の半画角であるが、例えば、広く一般に市場において入手可能なカラー映像表示装置の投写光学ユニットの構造などを考慮し、これを、例えば約30度とすると、上式2は次式3のようになる。
なお、上記の近似では、自由曲面ミラーがスクリーンから充分遠い位置に配置されているという条件をも含んでいる。しかしながら、この自由曲面ミラーがスクリーンに近い場合には、上記光路長の差はより小さな値となる。従って、上記光路長の差は、上式の値よりも小さくなることが条件となることが分かる。これによれば、複数の屈折レンズを含む第1の光学系において、レンズの偏心やレンズ径の増大をすることなく、投写光の斜め入射による台形歪の補正を実現できる。即ち、本実施形態によれば、その光学系の奥行を小さくし、かつ、その製造も容易な投写光学ユニットを実現できる。
また、前記の投写光学ユニットにおいて、上記光路長L1、上記光路長L2、上記スクリーンでの画面の上端から下端までの距離Dvが、次の条件式を満足すること投写光学ユニットが提供されている。
これによれば、上記自由曲面形状を有する反射面の有効サイズを充分に小さくでき、より製造の容易な投写装置を実現できる。
る。
2、21、32、42…第1の光学系
3、4、33、34、43、44…自由曲面ミラー
5、35、45…背面ミラー
6、27、36、46…スクリーン。
Claims (17)
- 投写型映像表示装置において、
映像表示素子と、スクリーンと、前記映像表示素子上の表示画像を拡大して投写するための複数のレンズを含む第1の光学系と、前記第1の光学系からの拡大画像を、前記スクリーンの法線に対し所定の角度を以って投写するための第2の光学系と、を備え、
前記第2の光学系は、前記第1の光学系からの拡大画像を反射して前記スクリーンへ導くための曲面を有する光学素子を含み、
前記光学素子で反射されて前記スクリーンに入射される光の光路長を光学的距離としたとき、該光学素子の、第1の光学的距離を以って光を反射する部分が、その反射方向に凹を向くように湾曲されており、前記第1の光学的距離よりも短い第2の光学的距離を以って光を反射する分が、その反射方向に凸を向くように湾曲されていることを特徴とする投写型映像表示装置。 - 請求項1に記載の投写映像表示装置であって、前記光学素子は、その反射面が自由曲面形状とされた曲面反射ミラーであり、前記第2の光学系は、前記スクリーンの下方から前記スクリーンの法線に対し所定の角度を以って投写するものである場合、
前記曲面反射ミラーは、前記映像表示素子の中心よりも上方の画像の光を反射する部分が、その反射方向に凹を向くように湾曲されており、かつ前記映像表示素子の中心よりも下方の画像の光を反射する部分が、その反射方向に凸を向くように湾曲されていることを特徴とする投写映像表示装置。 - 請求項1に記載の投写映像表示装置であって、前記光学素子からの拡大画像を反射して、前記スクリーンの背面側に投写するための平板状の背面ミラーを更に含むことを特徴とする投写映像表示装置。
- 請求項3に記載の投写映像表示装置であって、前記光学素子が、前記背面ミラーの下方に配置されていることを特徴とする投写映像表示装置。
- 請求項4に記載の投写映像表示装置であって、前記光学素子は、その反射面が自由曲面形状とされた少なくとも2枚のミラーを含むことを特徴とする投写映像表示装置。
- 投写型映像表示装置において、
映像表示素子と、スクリーンと、前記映像表示素子上に表示された画像を拡大して投写するための複数のレンズを含み、かつ光軸が前記映像表示素子の略中心を通り、該光軸について対称な形状の面で構成された共軸光学系である第1の光学系と、前記第1の光学系からの拡大画像を、前記スクリーンに対して斜めに投写するための第2の光学系と、を備え、
前記第2の光学系は、前記拡大画像の斜め投写により生じる台形歪及び/または収差を補正するための自由曲面を備えた光学素子を含むことを特徴とする投写映像表示装置。 - 請求項6に記載の投写映像表示装置であって、前記光学素子の自由曲面は、少なくとも1つの鏡面を含むことを特徴とする投写映像表示装置。
- 請求項6に記載の投写映像表示装置において、該光学素子は自由曲面形状を為す曲面反射ミラーを含み、該曲面反射ミラーの、前記映像表示素子の中心よりも上方の画像の光を反射する部分が、その反射方向に凹を向くように湾曲されて正のパワーを有しており、かつ前記映像表示素子の中心よりも下方の画像の光を反射する部分が、その反射方向に凸を向くように湾曲されて負のパワーを有することを特徴とする投写映像表示装置。
- 投写映像表示装置に用いられる投写光学ユニットであって、
前記映像表示素子上に表示された画像を拡大して投写するための複数のレンズを含み、かつ光軸が前記映像表示素子の中心軸とほぼ等しくされた第1の光学系と、
前記第1の光学系からの拡大画像を、前記スクリーンの法線に対し所定の角度を以って該スクリーンに投写するための第2の光学系と、を備え、
前記第2の光学系は、前記第1の光学系からの拡大画像を反射して前記スクリーンへ導くための自由居面形状を為す反射面をもつ光学素子を含み、
前記光学素子の、前記映像表示素子の中心よりも上方の映像を反射する部分が、その反射方向に凹を向くように湾曲されており、かつ前記映像表示素子の中心よりも下方の映像を反射する部分が、その反射方向に凸を向くように湾曲されていることを特徴とする投写光学ユニット。 - 請求項9に記載の投写光学ユニットであって、前記光学素子は、自由曲面形状を為す曲面反射ミラーであることを特徴とする投写光学ユニット。
- 前記請求項10に記載の投写光学ユニットであって、前記光学素子は、2枚の前記曲面反射ミラーで構成されることを特徴とする投写光学ユニット。
- 請求項9に記載の投写光学ユニットであって、前記スクリーンの法線と平行な該スクリーンの垂直方向の面内において、前記拡大画像の上端の光線が前記反射面で反射して前記スクリーン上に到るまでの距離をL1、前記拡大画像の下端の光線が前記反射面で反射して前記スクリーン上に到るまでの距離をL2、前記スクリーンでの画面の上端から下端までの距離をDv、前記スクリーン画面の中央に入射する光線と当該スクリーンの法線との成す角度をθとするとき、次の式を満足するように構成されていることを特徴とする投写光学ユニット。
|L1−L2|<1.2・sinθ・Dv - 請求項9に記載の投写光学ユニットであって、前記スクリーンの法線と平行な該スクリーンの垂直方向の面内において、前記拡大画像の上端の光線が前記反射面で反射して前記スクリーン上に到るまでの距離をL1、前記拡大画像の下端の光線が前記反射面で反射して前記スクリーン上に到るまでの距離をL2、前記スクリーンでの画面の上端から下端までの距離をDvとするとき、これらが次の式を満足するように形成されていることを特徴とする投写光学ユニット。
|L1−L2|>0.4・Dv - 請求項9に記載の投写光学ユニットであって、前記光学素子の、前記映像表示素子の中心よりも上方の映像を反射する部分が正のパワーを持ち、前記映像表示素子の中心よりも下方の映像を反射する部分が負のパワーを持つことを特徴とする投写光学ユニット。
- 投写型映像表示装置に用いられる投写光学ユニットおいて、
前記映像表示素子上に表示された画像を拡大して投写するための複数のレンズを含み、かつ光軸が前記映像表示素子の略中心を通り、該光軸について対称な形状の面で構成された共軸光学系である第1の光学系と、
前記第1の光学系からの拡大画像を、前記スクリーンに対して斜めに投写するための第2の光学系と、を備え、
前記第2の光学系は、前記拡大画像の斜め投写により生じる台形歪及び/または収差を補正するための自由曲面を備えた光学素子を含むことを特徴とする投写光学ユニット。 - 請求項15に記載の投写光学ユニットであって、前記光学素子は、少なくとも1つの鏡面を含むことを特徴とする投写光学ユニット。
- 請求項15に記載の投写映像表示装置において、該光学素子は自由曲面形状を為す曲面反射ミラーを含み、該曲面反射ミラーの、前記映像表示素子の中心よりも上方の映像を反射する部分が、その反射方向に凹を向くように湾曲されて正のパワーを有しており、かつ前記映像表示素子の中心よりも下方の映像を反射する部分が、その反射方向に凸を向くように湾曲されて負のパワーを有することを特徴とする投写光学ユニット。
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