JP2011232566A - Optical system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は投影光学系を含んで構成される光学系に関するものであり、特に、円筒状の投影面(スクリーン)に像歪み無く高解像な映像を投影することが可能な光学系に関するものである。 The present invention relates to an optical system including a projection optical system, and more particularly to an optical system capable of projecting a high-resolution image without image distortion on a cylindrical projection surface (screen). is there.
投影光学系を用いて円筒スクリーンに実像を投影する投影光学系について、特許文献1には、360°全方位(全周)の画角を有する画像を投影する光学系において、小型でフレアー光が少なく解像力のよい光学系を提供することが開示されている。 Regarding a projection optical system that projects a real image onto a cylindrical screen using a projection optical system, Patent Document 1 discloses a small-sized flare light in an optical system that projects an image having an angle of view of 360 ° in all directions. It is disclosed to provide an optical system having a small resolution and good resolution.
特許文献1に記載の光学系によれば、全周囲に映像を投影することで、観察者は全周にパノラマ状に広がる映像を観察させることで、観察者を映像に没入させることが可能となる。しかしながら、このような360°にわたる映像を投影するには、光学系を中心として、その周囲にある程度の空間を設けることが必要である。 According to the optical system described in Patent Document 1, by projecting an image around the entire periphery, the observer can observe the image spreading in a panoramic shape around the entire periphery, thereby immersing the observer in the image. Become. However, in order to project such a 360 ° image, it is necessary to provide a certain amount of space around the optical system.
したがって、特許文献1に記載の光学系では、例えば、飛行機の機内のような限られた空間で没入感のある映像を楽しむことは困難である。ここで、観察者が椅子やソファなどに着座した状況では360°にまで映像を投影するまでもなく、180°近くの投影像であっても没入感を得ることが可能であることが分かっている。これは、着座によって観察者の視点範囲が限られたものとなるためである。 Therefore, with the optical system described in Patent Document 1, it is difficult to enjoy an immersive image in a limited space such as in an airplane. Here, in the situation where the observer is seated on a chair, sofa, etc., it is not necessary to project an image up to 360 °, and it is understood that an immersive feeling can be obtained even with a projected image close to 180 °. Yes. This is because the viewpoint range of the observer is limited by sitting.
本発明は、このような円筒状の投影面(円筒スクリーン)に180°近くの映像を投影する光学系において、歪みが抑えられるとともに、全面でピントが合った高解像の投影像を投影できることを特徴とした光学系を提供することを目的としている。 The present invention is capable of projecting a high-resolution projection image in which the entire surface is in focus while suppressing distortion in an optical system that projects an image of approximately 180 ° onto such a cylindrical projection surface (cylindrical screen). It aims at providing the optical system characterized by this.
本発明に係る光学系は、映像表示素子に表示された映像を投影する投影光学系と、前記投影光学系にて投影された映像を反射して円筒スクリーンに180°近い映像を投影するシリンドリカルな円筒反射面と、を備えた光学系であって、前記投影光学系は、前記円筒反射面で発生する非点収差を補正する補正光学系を含むことを特徴としている。 An optical system according to the present invention is a projection optical system that projects an image displayed on an image display element, and a cylindrical that reflects an image projected by the projection optical system and projects an image close to 180 ° on a cylindrical screen. An optical system including a cylindrical reflecting surface, wherein the projection optical system includes a correction optical system that corrects astigmatism generated on the cylindrical reflecting surface.
さらに、本発明に係る光学系において、前記補正光学系は、シリンドリカルレンズであることを特徴としている。 Furthermore, in the optical system according to the present invention, the correction optical system is a cylindrical lens.
以上、本発明によれば、簡単な構成で平面の映像表示素子の映像を、円筒状の投影面(円筒スクリーン)に像歪みが無く高解像に投影することが可能な投影光学系を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, there is provided a projection optical system capable of projecting a high-resolution image on a cylindrical projection surface (cylindrical screen) without image distortion with a simple configuration. It becomes possible to do.
以下、実施例に基づいて本発明の光学系について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る光学系、及び、その周辺構成について、YZ平面における断面を示した図である。また、図2は、図1においてZX平面における断面を示した図である。 The optical system of the present invention will be described below based on examples. FIG. 1 is a view showing a cross section in the YZ plane of an optical system according to an embodiment of the present invention and its peripheral configuration. FIG. 2 is a view showing a cross section in the ZX plane in FIG.
本実施形態における装置全体は、プロジェクター10、円筒ミラー12(円筒反射面)、円筒スクリーン11を含んで構成されている。プロジェクター10から投影された映像は、図2に示されるようにZX平面に曲率を有する円筒ミラー12にて反射され、同じくZX平面に曲率を有する円筒スクリーン11に投影される。 The entire apparatus in this embodiment includes a projector 10, a cylindrical mirror 12 (cylindrical reflection surface), and a cylindrical screen 11. The image projected from the projector 10 is reflected by a cylindrical mirror 12 having a curvature on the ZX plane as shown in FIG. 2, and is projected on a cylindrical screen 11 having a curvature on the ZX plane.
円筒ミラー12は、円筒中心SOを中心とし、ZX平面に曲率を有する反射面である。この円筒ミラー12の曲率半径R[mm]は、
200<R<400
とすることが好ましい。下限を超えると円筒ミラー12面で発生する非点収差が大きくなり、シリンドリカルレンズで構成された補正光学系L2で補正することが出来なくなる。また、上限を超えると円筒ミラー12の有効径を大きくすることとなり、装置が大型となると同時に、著しく観察位置が制限されたものとなってしまう。
The cylindrical mirror 12 is a reflecting surface having a center of the cylindrical center SO and a curvature in the ZX plane. The radius of curvature R [mm] of the cylindrical mirror 12 is
200 <R <400
It is preferable that If the lower limit is exceeded, astigmatism generated on the surface of the cylindrical mirror 12 becomes large, and correction cannot be performed by the correction optical system L2 formed of a cylindrical lens. Further, if the upper limit is exceeded, the effective diameter of the cylindrical mirror 12 is increased, and the observation position is significantly restricted at the same time as the apparatus becomes large.
円筒スクリーン11は、円筒ミラー同様、円筒中心SOを中心とし、ZX平面に曲率を有する反射面である。この円筒スクリーン11の中心軸A1は、プロジェクター10における投影光学系14の中心軸A2に対してY軸方向に偏心させた配置となっており、プロジェクター10から円筒ミラー12に斜めに投影される投影像を、円筒スクリーン11に投影させることが可能となっている。円筒ミラー12で反射されたプロジェクター10の投影像は、この円筒スクリーン11にて投影像となり観察者に観察される。 Similar to the cylindrical mirror, the cylindrical screen 11 is a reflecting surface having a center of the cylindrical center SO and a curvature in the ZX plane. The central axis A1 of the cylindrical screen 11 is arranged so as to be decentered in the Y-axis direction with respect to the central axis A2 of the projection optical system 14 in the projector 10, and is projected obliquely from the projector 10 onto the cylindrical mirror 12. An image can be projected onto the cylindrical screen 11. The projected image of the projector 10 reflected by the cylindrical mirror 12 becomes a projected image on the cylindrical screen 11 and is observed by an observer.
図1には、破線で囲まれた部分(プロジェクター10)の拡大図が合わせて図示されている。プロジェクター10は、LCDなど映像を表示する映像表示素子13、理想レンズL1、補正光学系L2を含んで構成されている。理想レンズL1と補正光学系L2の間にはr5で示される絞り面が設けられている。本実施形態では、この理想レンズL1と補正光学系L2にて投影光学系14が形成されている。 FIG. 1 also shows an enlarged view of a portion (projector 10) surrounded by a broken line. The projector 10 includes an image display element 13 for displaying an image such as an LCD, an ideal lens L1, and a correction optical system L2. A stop surface indicated by r5 is provided between the ideal lens L1 and the correction optical system L2. In the present embodiment, the projection optical system 14 is formed by the ideal lens L1 and the correction optical system L2.
図に示すように投影光学系14の中心軸A2は、映像表示素子13の中心軸A3に対して偏心して配置されている。そのため、映像表示素子13から照射された映像は、理想レンズL1の周囲を用いて投影されることとなり、ちょうどシフトレンズを用いたと同様、偏心配置された円筒ミラー12に対して斜めに投影される。 As shown in the figure, the central axis A2 of the projection optical system 14 is arranged eccentrically with respect to the central axis A3 of the video display element 13. Therefore, the image irradiated from the image display element 13 is projected using the periphery of the ideal lens L1, and is projected obliquely to the cylindrical mirror 12 arranged eccentrically, just like using the shift lens. .
このように、映像表示素子13をシフト偏心させて、斜め投影を行って場合にはディストーションの発生が無く好ましい。なお、投影光学系14を傾けたティルト配置させた場合には台形の像歪が発生するが、このような像歪は電子的に補正することが可能である。 Thus, it is preferable that the image display element 13 is shifted eccentrically and oblique projection is performed, since there is no distortion. Note that trapezoidal image distortion occurs when the projection optical system 14 is tilted, but such image distortion can be corrected electronically.
本実施形態では、横方向に投影画角を拡大する手段として、円筒ミラー12(円筒反射面)を用いることとしている。しかしながら、円筒ミラー12を用いたことで非点収差が発生し、円筒スクリーン上に形成する映像を劣化させてしまう。そこで、本実施形態では、シリンドリカルレンズからなる補正光学系L2を用いて、この非点収差を補正している
。
In the present embodiment, the cylindrical mirror 12 (cylindrical reflection surface) is used as means for enlarging the projection angle of view in the horizontal direction. However, the use of the cylindrical mirror 12 causes astigmatism, which degrades the image formed on the cylindrical screen. Therefore, in the present embodiment, this astigmatism is corrected by using the correction optical system L2 including a cylindrical lens.
本実施形態では、投影光学系14に理想レンズL1を用いて設計している。光線追跡は円筒スクリーン11面から映像表示素子13に向かう逆光線追跡で追跡している。なお、座標原点Oは、円筒スクリーン中心とし、図1の紙面において、紙面手前をX軸正方向、上方向をY軸正方向、右方向をZ軸正方向としている。 In the present embodiment, the projection optical system 14 is designed using the ideal lens L1. Ray tracing is performed by tracing back rays from the surface of the cylindrical screen 11 toward the image display element 13. The coordinate origin O is the center of the cylindrical screen, and on the paper surface of FIG. 1, the front side of the paper surface is the X-axis positive direction, the upward direction is the Y-axis positive direction, and the right direction is the Z-axis positive direction.
以下に、数値実施例を示す。なお、データの記載されていない係数項は0である。屈折率、アッベ数については、d線(波長587.56nm)に対するものを記載している。なお、特に表記のない長さの単位はmmである。 A numerical example will be shown below. The coefficient term for which no data is described is zero. The refractive index and Abbe number are for d-line (wavelength 587.56 nm). In addition, the unit of length which is not indicated in particular is mm.
偏心面については、スクリーン面を除いて円筒中心SOからの偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向をそれぞれX、Y、Z)と、光学系の原点に定義される座標系のX軸、Y軸、Z軸それぞれを中心とする各面を定義する座標系の傾き角(それぞれα、β、γ(°))とが与えられている。なお、αとβの正は、それぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はZ軸の正方向に対して反時計回りを意味している。 For the eccentric surface, the amount of eccentricity from the cylindrical center SO (X-axis direction, Y-axis direction and Z-axis direction are X, Y and Z, respectively) excluding the screen surface and the coordinate system defined by the origin of the optical system Tilt angles (α, β, γ (°), respectively) of a coordinate system that defines each surface centered on the X axis, the Y axis, and the Z axis are given. Note that positive α and β mean counterclockwise rotation with respect to the positive direction of each axis, and positive γ means counterclockwise rotation with respect to the positive direction of the Z axis.
円筒スクリーン11は、円筒スクリーン中心SOを中心位置に持つ半径1mの円筒面内側である。プロジェクター10の理想レンズL1の焦点距離は50mm、像高は13.47×22.58としている。
[数値実施例]
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
r1(物体面) シリンドリカル面[1] 700.00
r2 シリンドリカル面[2] -300.00 偏心[1]
r3 シリンドリカル面[3] -5.00 偏心[2] 1.5163 64.1
r4 ∞ -10.00 偏心[3]
r5(絞り面) -50.00 偏心[4]
r6 ∞ -46.60 偏心[5]
r7(像面) ∞ 偏心[6]
シリンドリカル面[1]
X方向曲率半径 1000.00
Y方向曲率半径 ∞
シリンドリカル面[2]
X方向曲率半径 300.00
Y方向曲率半径 ∞
シリンドリカル面[3]
X方向曲率半径 -570.73
Y方向曲率半径 ∞
偏心[1]
X 0.00 Y 345.48 Z -300.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 500.00 Z -600.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 500.00 Z -605.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 500.00 Z -615.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 500.00 Z -665.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 526.70 Z -718.40
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
図3は、本発明の実施形態に係る光学系、及び、その周辺構成について、YZ平面における断面、並びに、観察者による観察の様子を示した図である。構成、並びに、光線については図1と同様である。本実施形態の装置において、観察者は例えば、図示するように着座した状況で観察が行われる。観察上、着座状態で観察者の視線方向が、Z軸に沿うようにすることが好ましい。そのため、プロジェクター10、円筒ミラー12を可動式にし、着座の状態に応じて位置を変更可能とすることで、着座状況に応じて観察しやすい投影像を提供することが可能となる。また、リクライニング式の可動シートなどにおいては、リクライニングの角度に応じて、装置全体を傾ける構成としてもよい。
The cylindrical screen 11 is the inside of a cylindrical surface with a radius of 1 m having the cylindrical screen center SO at the center position. The focal length of the ideal lens L1 of the projector 10 is 50 mm, and the image height is 13.47 × 22.58.
[Numerical example]
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentric Refractive index Abbe number
r1 (object surface) Cylindrical surface [1] 700.00
r2 Cylindrical surface [2] -300.00 Eccentricity [1]
r3 Cylindrical surface [3] -5.00 Eccentricity [2] 1.5163 64.1
r4 ∞ -10.00 Eccentricity [3]
r5 (diaphragm surface) -50.00 eccentricity [4]
r6 ∞ -46.60 Eccentric [5]
r7 (image plane) ∞ Eccentricity [6]
Cylindrical surface [1]
X direction radius of curvature 1000.00
Y direction radius of curvature ∞
Cylindrical surface [2]
X direction radius of curvature 300.00
Y direction radius of curvature ∞
Cylindrical surface [3]
X direction radius of curvature -570.73
Y direction radius of curvature ∞
Eccentric [1]
X 0.00 Y 345.48 Z -300.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [2]
X 0.00 Y 500.00 Z -600.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [3]
X 0.00 Y 500.00 Z -605.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [4]
X 0.00 Y 500.00 Z -615.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [5]
X 0.00 Y 500.00 Z -665.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [6]
X 0.00 Y 526.70 Z -718.40
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
FIG. 3 is a diagram showing a cross section in the YZ plane and a state of observation by an observer for the optical system according to the embodiment of the present invention and its peripheral configuration. The configuration and light rays are the same as in FIG. In the apparatus of the present embodiment, the observer is observed in a situation where the observer is seated as illustrated, for example. For observation, it is preferable that the line-of-sight direction of the observer is in the sitting state along the Z axis. Therefore, by making the projector 10 and the cylindrical mirror 12 movable so that the position can be changed according to the seating state, it is possible to provide a projection image that can be easily observed according to the seating situation. Moreover, in a reclining-type movable seat or the like, the entire apparatus may be tilted according to the reclining angle.
このように、本実施形態の光学系を用いた装置によれば、観察者が着座した状態などにおいて没入感のある投影像を提供することが可能となる。さらに、円筒スクリーン11に、歪みが抑えられるとともに、全面でピントがあった高解像の投影像を投影することが可能となる。 Thus, according to the apparatus using the optical system of the present embodiment, it is possible to provide an immersive projection image in a state where an observer is seated. Furthermore, it is possible to project a high-resolution projection image on the cylindrical screen 11 with distortion suppressed and focused on the entire surface.
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。 Although various embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and embodiments configured by appropriately combining the configurations of the respective embodiments also fall within the scope of the present invention. Is.
10…プロジェクター、11…円筒スクリーン、12…円筒ミラー(円筒反射面)、13…映像表示素子、L1…理想レンズ、L2…補正光学系、SO…円筒中心 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Projector, 11 ... Cylindrical screen, 12 ... Cylindrical mirror (cylindrical reflective surface), 13 ... Image display element, L1 ... Ideal lens, L2 ... Correction optical system, SO ... Cylindrical center
Claims (2)
前記投影光学系にて投影された映像を反射して円筒スクリーンに180°近い映像を投影するシリンドリカルな円筒反射面と、を備えた光学系であって、
前記投影光学系は、前記円筒反射面で発生する非点収差を補正する補正光学系を含むことを特徴とする
光学系。 A projection optical system that projects the image displayed on the image display element;
A cylindrical cylindrical reflecting surface that reflects an image projected by the projection optical system and projects an image close to 180 ° on a cylindrical screen, and an optical system comprising:
The projection optical system includes a correction optical system that corrects astigmatism generated on the cylindrical reflecting surface.
請求項1に記載の光学系。 The optical system according to claim 1, wherein the correction optical system is a cylindrical lens.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010103070A JP2011232566A (en) | 2010-04-28 | 2010-04-28 | Optical system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010103070A JP2011232566A (en) | 2010-04-28 | 2010-04-28 | Optical system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011232566A true JP2011232566A (en) | 2011-11-17 |
Family
ID=45321924
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010103070A Withdrawn JP2011232566A (en) | 2010-04-28 | 2010-04-28 | Optical system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011232566A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110285973A1 (en) * | 2010-05-18 | 2011-11-24 | Olympus Corporation | Projection optical apparatus |
CN105824105A (en) * | 2015-01-27 | 2016-08-03 | 精工爱普生株式会社 | Projection optical system |
-
2010
- 2010-04-28 JP JP2010103070A patent/JP2011232566A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20110285973A1 (en) * | 2010-05-18 | 2011-11-24 | Olympus Corporation | Projection optical apparatus |
CN105824105A (en) * | 2015-01-27 | 2016-08-03 | 精工爱普生株式会社 | Projection optical system |
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A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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