JP2012215746A5 - - Google Patents

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本発明に係る第2のプロジェクターは、(a)光源と、光源からの光で照明される表示面と、表示面からの光を射出する射出光学系を含む本体部と、(b)射出光学系から射出された表示面からの光を被照射面へ向けて投写させるとともに、正のパワーを持ち表示面からの光を反射し広角化させる凹面の広角化ミラーを有する投写ユニットと、を備え、(c)光軸に沿った比較的遠距離の第1の範囲で表示面に平行な表示面の像面をなす光とし、光軸に沿った比較的近距離の第2の範囲で表示面に対して傾けられた表示面の像面をなす光とする。
A second projector according to the present invention includes: (a) a light source; a display surface illuminated with light from the light source; a main body unit including an emission optical system that emits light from the display surface; and (b) emission optics. A projection unit having a concave widening mirror that projects light from the display surface emitted from the system toward the irradiated surface and has a positive power to reflect and widen the light from the display surface. And (c) light forming an image plane of a display surface parallel to the display surface in a first range at a relatively long distance along the optical axis, and displayed in a second range at a relatively short distance along the optical axis. The light forms the image plane of the display surface tilted with respect to the plane.

マスターレンズMLには、可動機構26が付属しており、投写ユニット3の着脱に際して、マスターレンズMLの光軸AX方向の位置を手動又は電動で相対的に変更することができるようになっている。投写ユニット3の前段の調整用レンズL1は、全体として正のパワーを有しており、マスターレンズML側又は光入射側に配置される負のパワーの第1レンズ31と、光射出側に配置される正のパワーの第2レンズ32とを備える。なお、調整用レンズL1は、マスターレンズMLによる像面を物体側に近づけることによってマスターレンズMLによって形成される中間像を縮小する縮小光学系Rとして機能する。非球面ミラーAMは、屈折光学系30の光射出側に形成された中間像を不図示のスクリーンSC上に再結像させる役割を有する。
A movable mechanism 26 is attached to the master lens ML, and the position of the master lens ML in the optical axis AX direction can be relatively changed manually or electrically when the projection unit 3 is attached or detached. . The adjustment lens L1 at the front stage of the projection unit 3 has a positive power as a whole, and is arranged at the first lens 31 of negative power arranged on the master lens ML side or the light incident side, and on the light emission side. And a second lens 32 having a positive power. The adjustment lens L1 functions as a reduction optical system R that reduces the intermediate image formed by the master lens ML by bringing the image plane of the master lens ML closer to the object side. The aspherical mirror AM has a role of re-imaging an intermediate image formed on the light exit side of the refractive optical system 30 on a screen SC (not shown).

図7は、マスターレンズMLに投写ユニット3を追加した超短距離の近接投写の場合を説明する図である。超短距離の近接投写の場合、マスターレンズML等によって、調整用レンズL1と非球面ミラーAMとの間の設定された像面IMGb上に表示面DSの中間像IIが形成される。中間像IIをこのような位置に形成するためには、詳細は後に説明するが、まずマスターレンズMLを可動機構26によって光軸AX方向に沿って適宜移動させ、図6に示すように非球面ミラーAM等が配置されるべき位置よりもスクリーンSC側に設けた像面IMGa上に表示面DSの中間像IIが一旦形成されるようにする。さらに、投写ユニット3を配置することで、縮小光学系Rとして機能する調整用レンズL1によってマスターレンズMLのみによる中間像IIを縮小し、マスターレンズMLのみによる像面IMGaの位置を非球面ミラーAMの像側の像面IMGbの位置に移動させる。なお、マスターレンズMLの移動のみによって非球面ミラーAMの像側の像面IMGb上に中間像IIを形成できる場合、調整用レンズL1に縮小光学系Rとしての機能を持たせる必要はなくなる。
FIG. 7 is a diagram for explaining the case of close projection at an ultra short distance in which the projection unit 3 is added to the master lens ML. In the case of ultra-short-distance close-up projection, an intermediate image II of the display surface DS is formed on the set image surface IMGb between the adjustment lens L1 and the aspherical mirror AM by the master lens ML or the like. In order to form the intermediate image II at such a position, the details will be described later. First, the master lens ML is appropriately moved along the optical axis AX direction by the movable mechanism 26 , and an aspherical surface as shown in FIG. The intermediate image II of the display surface DS is once formed on the image surface IMGa provided on the screen SC side from the position where the mirror AM or the like is to be disposed. Furthermore, by arranging the projection unit 3, the adjustment lens L1 functioning as the reduction optical system R reduces the intermediate image II only by the master lens ML, and the position of the image plane IMGa only by the master lens ML is aspherical mirror AM. Is moved to the position of the image plane IMGb on the image side. When the intermediate image II can be formed on the image side image surface IMGb of the aspherical mirror AM only by moving the master lens ML, the adjustment lens L1 does not need to have the function as the reduction optical system R.

映像光を広角化させる場合、一般的に、光軸AXから遠くの周辺部ほど、歪曲等の収差が発生し易くなるため、特に、周辺部の収差を大きく低減させる設計が必要とされる。本実施形態では、非球面ミラーAMの形状を表す多項式hに補数項が含まれることで、c及びkで定められた二次曲線に対し、光軸AXからの高さyに応じた形状の補正が可能となる。各補数項にはyの累乗が乗算されることから、yが大きくなる部分ほど効果的に補正がなされることとなる。従って、非球面ミラーAM等を含む投写ユニット3によってマスターレンズMLを短焦点化しても、周辺部に歪曲等の収差が非常に少なく高性能な光学系を実現することが可能となる。なお、非球面ミラーAMの形状を表す式は、本実施形態で説明するものに限られず、適宜変形してもよい。さらに、広角化ミラー33の形状は、XY多項式として表される自由曲面であってもよい。
In the case of widening the image light, in general, aberrations such as distortion are more likely to occur in the peripheral part farther from the optical axis AX, and in particular, a design that greatly reduces the aberration in the peripheral part is required. In the present embodiment, the polynomial h representing the shape of the aspherical mirror AM includes a complement term, so that the quadratic curve defined by c and k has a shape corresponding to the height y from the optical axis AX. Correction is possible. Since each complement term is multiplied by a power of y, the portion where y becomes larger is effectively corrected. Accordingly, even if the master lens ML is shortened by the projection unit 3 including the aspherical mirror AM or the like, it is possible to realize a high-performance optical system with very little aberration such as distortion in the peripheral portion. The formula representing the shape of the aspherical mirror AM is not limited to that described in the present embodiment, and may be modified as appropriate. Further, the shape of the widening mirror 33 may be a free-form surface expressed as an XY polynomial.

第2のモード(マクロ表示状態)では、図5の可動機構26により、第1のモード(通常表示状態)におけるマスターレンズMLの通常の位置に対して、バックフォーカスが長くなるように、マスターレンズMLを光軸AX方向について移動させる。近軸での結像位置をマスターレンズML側に移動させると、一般に、光軸AXから離れた映像光による像面には倒れが生じることとなる。例えば、図10に示すように、バックフォーカスを+0から拡大させるに従って像面の倒れは不規則に現れ、+0.4、+0.3付近では、法線Nに対して完全に傾けられる。
In the second mode (macro display state), the movable lens 26 in FIG. 5 causes the master lens so that the back focus becomes longer than the normal position of the master lens ML in the first mode (normal display state). ML is moved in the optical axis AX direction. When the paraxial image formation position is moved to the master lens ML side, generally, the image plane caused by the image light away from the optical axis AX is tilted. For example, as shown in FIG. 10, as the back focus is expanded from +0, the image plane tilts irregularly, and is completely tilted with respect to the normal N in the vicinity of +0.4 and +0.3.

なお、本実施形態では、フロントコンバーターとして機能する投写ユニット3について、シフト光学系を採用することから、スクリーンSC上に投写する際に焦点位置が若干ずれることとなる。このために生じる諸収差に対しては、広角化ミラー33による補正や、収差を低減させるためのレンズを併用する措置を取り得る。また、屈折光学系30を構成する第1レンズ31及び第2レンズ32は、球面レンズに代えて非球面レンズを採用することとして、収差を補正する機能を持たせることとしてもよい。このように収差補正の機能を持たせた複数の光学要素を組み合わせることにより、高性能な光学仕様を満足させることが可能となる。特に、屈折光学系30を構成するレンズ群内において、球面レンズに代えて非球面レンズや自由曲面レンズを採用することで、レンズの枚数を少なくさせることや、レンズを小型化させることも可能となる。これにより、コスト低減や鏡枠の小型化が可能となる。
In this embodiment, since the shift optical system is employed for the projection unit 3 that functions as a front converter, the focal position is slightly shifted when projecting onto the screen SC. For various aberrations that occur for this reason, correction by the wide-angle mirror 33 and measures for using a lens for reducing aberration can be taken. Further, the first lens 31 and the second lens 32 constituting the refractive optical system 30 may be provided with a function of correcting aberration by adopting an aspheric lens instead of the spherical lens. By combining a plurality of optical elements having an aberration correction function in this way, it is possible to satisfy high-performance optical specifications . In particular, in the lens group constituting the refractive optical system 30, it is possible to reduce the number of lenses and reduce the size of the lens by adopting an aspherical lens or a free-form surface lens instead of the spherical lens. Become. Thereby, cost reduction and size reduction of a lens frame are attained.

図15(B)は、投写レンズ20はマクロ表示状態で、投写ユニット3のうち屈折光学系30を残し、広角化ミラー33のみを除いた場合の結像状態を示す図である。このように屈折光学系30を配置することで、投写レンズ20に比較的近い位置に大きく傾いた像面IMGbが形成されていることが分かる。
FIG. 15B is a diagram showing an imaging state when the projection lens 20 is in the macro display state, the refractive optical system 30 is left in the projection unit 3, and only the wide-angle mirror 33 is removed. By arranging the refractive optical system 30 in this way, it can be seen that an image surface IMGb that is greatly inclined is formed at a position relatively close to the projection lens 20.

上記実施形態のプロジェクター1、51は、第1レンズアレイ、第2レンズアレイ、及び重畳レンズを備える光学系を用いて液晶パネル18R、18G、18Bの所望の領域全体を略均一な明るさで照明していたが、これに限定されるものではなく、導光ロッドを備える光学系など、他の照明光学系を用いて液晶パネル18R、18G、18Bの所望の領域全体を略均一な明るさで照明することもできる。
The projectors 1 and 51 of the above embodiment illuminate the entire desired area of the liquid crystal panels 18R, 18G, and 18B with substantially uniform brightness using an optical system that includes a first lens array, a second lens array, and a superimposing lens. However, the present invention is not limited to this, and the entire desired area of the liquid crystal panels 18R, 18G, and 18B can be obtained with substantially uniform brightness using another illumination optical system such as an optical system including a light guide rod. It can also be illuminated.

上記第1〜第4実施形態のプロジェクター1、51は、例えば中長距離の投写時に投写画像を観察する側から透写するフロントタイプのプロジェクターとして適用しているが、投写画像を観察する側とは反対側から投写するリアタイプのプロジェクターにも適用できる。
The projectors 1 and 51 of the first to fourth embodiments are applied as, for example, a front-type projector that shows through from the side for observing the projected image when projecting at a medium to long distance. Can also be applied to rear-type projectors that project from the opposite side.

上記実施形態のプロジェクター1、51は、3つの液晶パネルを用いたプロジェクターを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、1つ、2つ又は4つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクターにも適用可能である。

The projectors 1 and 51 of the above embodiment have been described by exemplifying a projector using three liquid crystal panels. However, the present invention is not limited to this, and one, two, or four or more liquid crystal panels are used. It can also be applied to a projector using the projector.

Claims (10)

光源と、前記光源からの光で照明される表示面と、前記表示面からの光を射出するとともに前記表示面からの光を一旦前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面をなす光とすることができる射出光学系を含む本体部と、
前記射出光学系から射出された前記表示面からの光を被照射面へ向けて投写させるとともに、正のパワーを持ち前記表示面に対して傾けられた表示面の像面をなす光を反射し広角化させる凹面の広角化ミラーを有する投写ユニットと、を備え、
前記本体部及び前記投写ユニットのいずれか一方は、前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面をなす像について倍率を変換させる変倍光学系を有する、
プロジェクター。
A light source, a display surface illuminated with light from the light source, and an image surface of the display surface that emits light from the display surface and is once inclined with respect to the display surface. A main body including an emission optical system that can be formed into light;
Projects light from the display surface emitted from the emission optical system toward the irradiated surface and reflects light forming an image surface of the display surface that has a positive power and is inclined with respect to the display surface. A projection unit having a concave widening mirror for widening, and
Either one of the main body and the projection unit has a variable magnification optical system that converts the magnification of an image that forms an image surface of the display surface that is inclined with respect to the display surface.
projector.
前記変倍光学系は、前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面をなす像を相対的に縮小させる縮小光学系である、請求項1に記載のプロジェクター。   The projector according to claim 1, wherein the variable magnification optical system is a reduction optical system that relatively reduces an image forming an image surface of the display surface tilted with respect to the display surface. 前記投写ユニットは、前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面を、前記表示面に平行な前記被照射面に結像させる、請求項1及び2のいずれか一項に記載のプロジェク
ター。
The said projection unit forms an image on the said to-be-irradiated surface parallel to the said display surface with the image surface of the said display surface inclined with respect to the said display surface as described in any one of Claims 1 and 2. projector.
前記射出光学系は、光軸に沿った比較的遠距離の第1の範囲で前記表示面に平行な前記表示面の像面をなす像を結像させる通常表示状態と、前記光軸に沿った比較的近距離の第2の範囲で前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面をなす像を結像させるマクロ表示状態とに切り換え可能である、請求項1から3までのいずれか一項に記載のプロジェクター。 The emission optical system includes a normal display state in which an image forming an image surface of the display surface parallel to the display surface is formed in a first range at a relatively long distance along the optical axis, and along the optical axis. was relatively second range of short distance is switchable image forming the image plane of the display surface the display surface which is inclined against the on and macros display state for imaging, of the claims 1 to 3 The projector according to any one of the above. 光源と、前記光源からの光で照明される表示面と、前記表示面からの光を射出する射出光学系を含む本体部と、
前記射出光学系から射出された前記表示面からの光を被照射面へ向けて投写させるとともに、正のパワーを持ち前記表示面からの光を反射し広角化させる凹面の広角化ミラーを有する投写ユニットと、を備え、
光軸に沿った比較的遠距離の第1の範囲で前記表示面に平行な前記表示面の像面をなす光とし、前記光軸に沿った比較的近距離の第2の範囲で前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面をなす光とする、
プロジェクター。
A light source, a display surface illuminated with light from the light source, and a main body unit including an emission optical system that emits light from the display surface;
Projection having a concave widening mirror that projects light from the display surface emitted from the emission optical system toward an irradiated surface and has positive power to reflect and widen the light from the display surface A unit,
The light forms an image surface of the display surface parallel to the display surface in a first range at a relatively long distance along the optical axis, and the display in a second range at a relatively short distance along the optical axis. A light that forms an image surface of the display surface inclined with respect to the surface;
projector.
前記本体部は、前記プロジェクターに対して着脱可能である、請求項1から5までのいずれか一項に記載のプロジェクター。   The projector according to claim 1, wherein the main body is detachable from the projector. 前記射出光学系と、前記投写ユニットとは、光軸を一致させて配置される、請求項1から6までのいずれか一項に記載のプロジェクター。   The projector according to any one of claims 1 to 6, wherein the emission optical system and the projection unit are arranged with their optical axes aligned. 前記射出光学系と、前記投写ユニットとは、前記表示面からの光を前記光軸からシフトさせて進行させるシフト光学系を構成する、請求項7に記載のプロジェクター。   The projector according to claim 7, wherein the emission optical system and the projection unit constitute a shift optical system that advances light from the display surface while shifting the light from the optical axis. 光源と、前記光源からの光に照射される表示面と、前記表示面からの光を射出する射出光学系とを含む本体部と組み合わせて使用され、前記射出光学系から射出された前記表示面からの光を被照射面へ向けて投写させる投写ユニットであって、
正のパワーを持ち前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面をなす光を反射し広角化させる凹面の広角化ミラーと、
前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面をなす像について倍率を変換させる変倍光学系と、を備える、
投写ユニット。
The display surface that is used in combination with a main body including a light source, a display surface that is irradiated with light from the light source, and an emission optical system that emits light from the display surface, and is emitted from the emission optical system A projection unit for projecting light from
A concave widening mirror that reflects and widens light forming an image plane of the display surface that has positive power and is tilted with respect to the display surface;
A variable magnification optical system that converts the magnification of an image that forms an image surface of the display surface tilted with respect to the display surface;
Projection unit.
請求項1から8までのいずれか一項に記載のプロジェクターと、
前記被照射面を備え、かつ前記被照射面への他の情報の書き込みを可能とする画面表示部と、を備え、
前記プロジェクターのうち、前記射出光学系を含む前記本体部は、着脱可能である、電子黒板。
A projector according to any one of claims 1 to 8,
A screen display unit that includes the irradiated surface and enables writing of other information on the irradiated surface;
Of the projectors, the main body including the emission optical system is detachable.
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