JP2014098807A - Projection optical system and image display device having the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact projection optical system which allows for easily correcting trapezoidal distortion.SOLUTION: A projection optical system 30 for projecting light from an optical modulator 11 onto a projection surface includes, in order from the reduction side, a first optical system 31, a first reflective surface 14a, and a second optical system 32(17) and is configured such that; the first optical system 31 has refractive power; light from the first optical system 31 is reflected by the first reflective surface 14a to be guided to the second optical system 32; and either the first reflective surface 14a or the second optical system 32 is pivotable about a pivot axis 35 which is positioned at an intersection 15 between an optical axis P of the first optical system 31 and the first reflective surface 14a.

Description

本発明は、投射光学系及び画像表示装置に関し、より詳しくはデジタルマイクロミラーデバイス(以下DMD)等のライトバルブにより生成された画像を投射表示する画像表示装置に関する。   The present invention relates to a projection optical system and an image display device, and more particularly to an image display device that projects and displays an image generated by a light valve such as a digital micromirror device (hereinafter DMD).

DMDや液晶パネルで生成した画像をスクリーン上に投影する画像表示装置が広く用いられている。特に最近では、投射距離を短く、大画面を表示できる画像表示装置として超短投射距離のフロント投射型プロジェクタの需要が高まってきている。小型で超短投射距離を実現する手段となる投射光学系には、曲面ミラーを用いたものが知られている。
例えば、特許文献1では、複数の曲面ミラーのみで投射光学系を構成したものが開示され、特許文献2、3では、屈折光学系と曲面ミラーを組み合わせて投射光学系を構成したものが開示されており、いずれの場合も超短投射距離を実現している。
An image display device that projects an image generated by a DMD or a liquid crystal panel on a screen is widely used. In particular, recently, a demand for a front projection type projector having an ultra-short projection distance is increasing as an image display device capable of displaying a large screen with a short projection distance. As a projection optical system that is a small-sized means for realizing an ultrashort projection distance, a projection optical system using a curved mirror is known.
For example, Patent Document 1 discloses a projection optical system configured by only a plurality of curved mirrors, and Patent Documents 2 and 3 disclose a projection optical system configured by combining a refractive optical system and a curved mirror. In both cases, ultra-short projection distance is achieved.

上述したような超短投射距離の投射光学系においては、投射光束を投射面に対して斜め方向から投射して結像するものであり、超広角であることも相俟って、画像表示装置のわずかな傾きで、投射画像にいわゆる台形ひずみが生じやすい。正方形であるべき理想画像が台形に歪む現象である台形ひずみを補正するために、従来では画像表示装置全体の姿勢の調整を行わなければならない。しかし、前述したとおり、超短投射距離の光学系では傾きに対するひずみの変化が敏感であるため、調整しづらいという課題がある。また、投射する元の映像信号を歪ませて台形ひずみをキャンセルすることも可能であるが、この場合、投射画像の解像度が大きく劣化する。
投射光学系を構成する凹面ミラーとスクリーンの間に平面ミラーを設置し、ミラーの偏角を可変とすることで、台形ひずみを調整する方法が、特許文献2、3に開示されている。しかし、凹面ミラーとスクリーンの間の光線の角度が急なため、調整のため偏角を変化させると、光線が大きく変化し、必要なミラーの有効径が非常に大きくなり、その結果、画像表示装置の大型化を招いてしまう。
本発明は上述した事情に鑑み、小型で容易に台形ひずみを補正可能な投射光学系を提供することを目的とする。
In the projection optical system having the ultra-short projection distance as described above, the projection light beam is projected from an oblique direction with respect to the projection surface to form an image, and in combination with the super wide angle, the image display device With a slight inclination, so-called trapezoidal distortion tends to occur in the projected image. In order to correct a trapezoidal distortion, which is a phenomenon in which an ideal image that should be a square is distorted into a trapezoid, conventionally, the attitude of the entire image display apparatus must be adjusted. However, as described above, in an optical system with an ultra short projection distance, a change in distortion with respect to tilt is sensitive, and there is a problem that adjustment is difficult. Further, it is possible to cancel the trapezoidal distortion by distorting the original video signal to be projected, but in this case, the resolution of the projected image is greatly deteriorated.
Patent Documents 2 and 3 disclose methods for adjusting trapezoidal distortion by setting a plane mirror between a concave mirror constituting a projection optical system and a screen and making the deflection angle of the mirror variable. However, since the angle of the light beam between the concave mirror and the screen is steep, changing the declination angle for adjustment changes the light beam significantly, and the effective diameter of the required mirror becomes very large, resulting in image display. This will increase the size of the device.
In view of the circumstances described above, an object of the present invention is to provide a projection optical system that is small and can easily correct trapezoidal distortion.

上記目的を達成するため、本発明に係る投射光学系は、光変調素子から光を被投射面に投射する投射光学系であって、縮小側から第1の光学系と第1の反射面と第2の光学系を備え、第1の光学系は屈折力を有し、第1の光学系からの光は第1の反射面で反射されて第2の光学系に導光され、第1の反射面または第2の光学系は回転可能であり、その回転軸は第1の光学系の光軸と第1の反射面が交わる点を通ることを特徴としている。   To achieve the above object, a projection optical system according to the present invention is a projection optical system that projects light onto a projection surface from a light modulation element, and includes a first optical system and a first reflection surface from the reduction side. A second optical system, the first optical system has refractive power, light from the first optical system is reflected by the first reflecting surface and guided to the second optical system; The reflecting surface or the second optical system can be rotated, and the rotation axis passes through the point where the optical axis of the first optical system and the first reflecting surface intersect.

本発明によれば、小型で容易に台形ひずみを補正可能な投射光学系を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a projection optical system that is small and can easily correct trapezoidal distortion.

本発明に係る投射光学系を備えた画像表示装置の実施形態と実施例1の構成を示す図。The figure which shows the structure of Embodiment and Example 1 of an image display apparatus provided with the projection optical system which concerns on this invention. 図1に示す投射光学系が傾斜した状態を示す図。The figure which shows the state which the projection optical system shown in FIG. 1 inclined. 歪みの投射画像と歪みの無い理想的な投射画像を説明する図。The figure explaining the projection image with distortion and the ideal projection image without distortion. 実施例1の画像表示装置を傾斜させて設置した状態を示す図。The figure which shows the state which installed the image display apparatus of Example 1 inclining. 実施例1の画像表示装置を傾斜させないで設置した状態を示す図。The figure which shows the state which installed the image display apparatus of Example 1 without inclining. 第1の反射面を自動で回転させる手段の一例を示す図。The figure which shows an example of the means to rotate a 1st reflective surface automatically. 本発明に係る投射光学系を備えた画像表示装置の実施例2の構成を示す図。The figure which shows the structure of Example 2 of the image display apparatus provided with the projection optical system which concerns on this invention. 実施例2の画像表示装置を傾斜させないで設置した状態を示す図。The figure which shows the state which installed the image display apparatus of Example 2 without inclining. 実施例2の画像表示装置を傾斜させて設置した状態を示す図。The figure which shows the state which installed the image display apparatus of Example 2 inclining. 本発明に係る投射光学系を備えた画像表示装置の実施例3の構成を示す図。The figure which shows the structure of Example 3 of the image display apparatus provided with the projection optical system which concerns on this invention.

以下、本発明に係る投射光学系と画像表示装置の実施形態と実施例について図面を用いて説明する。実施形態と実施例において、同一機能を有する部材には、同一の符号を付し、重複説明は省略する。   Hereinafter, embodiments and examples of a projection optical system and an image display device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiments and examples, members having the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

実施形態に係る投射光学系30の特徴は、図1に示すように以下の構成を備えている。画像を形成する光変調素子となる画像形成部11と、画像形成部11で形成された画像を被投射面となるスクリーン40のスクリーン面40a上に拡大して投影し、縮小側から第1の光学系31と第1の反射面14aと第2の光学系32を有している。第1の光学系31は屈折力を有し、第1の光学系の各光学素子1a〜1pは光軸Pを共有しており、第1の光学系31からの光を第1の反射面14aで光路を折り曲げて第2の光学系32に導光する。そして第1の反射面14aまたは第2の光学系32が、光軸Pに略垂直な軸を回転軸35として回転可能とされている。この回転軸35と画像形成部11(光変調素子)の長手方向は、略平行である。また、回転軸35は、光軸Pと第1の反射面14aが交わる点(以下「回転中心点」と称する)15を通るように構成されている。本形態では、第1の反射面14aと第2の光学系32が、回転中心点15を中心に回転可能に構成されている。このような投射光学系30は、画像表示装置100の装置本体101内に搭載されている。   The features of the projection optical system 30 according to the embodiment include the following configuration as shown in FIG. An image forming unit 11 serving as a light modulation element that forms an image, and an image formed by the image forming unit 11 is enlarged and projected onto a screen surface 40a of a screen 40 serving as a projection surface. It has an optical system 31, a first reflecting surface 14a, and a second optical system 32. The first optical system 31 has refractive power, the optical elements 1a to 1p of the first optical system share the optical axis P, and the light from the first optical system 31 is transmitted to the first reflecting surface. The optical path is bent at 14 a and guided to the second optical system 32. The first reflecting surface 14a or the second optical system 32 is rotatable about an axis substantially perpendicular to the optical axis P as a rotation axis 35. The rotational axis 35 and the longitudinal direction of the image forming unit 11 (light modulation element) are substantially parallel. The rotation axis 35 is configured to pass through a point 15 (hereinafter referred to as “rotation center point”) where the optical axis P and the first reflection surface 14a intersect. In this embodiment, the first reflecting surface 14 a and the second optical system 32 are configured to be rotatable around the rotation center point 15. Such a projection optical system 30 is mounted in the apparatus main body 101 of the image display apparatus 100.

このような構成とすると、第1の反射面14aと第2の光学系32が、回転中心点15を中心に回転可能に構成されているので、画像表示装置全体を傾斜させる必要や投射する元の映像信号を歪ませる必要がない。さらに、回転による反射面での光線入射位置の変化を抑制できるため、必要な反射面の大きさを小さくでき、小型、高性能で、設置が容易であり、円滑に台形ひずみを補正することができる。   With such a configuration, since the first reflecting surface 14a and the second optical system 32 are configured to be rotatable around the rotation center point 15, it is necessary to incline the entire image display device or to perform projection. There is no need to distort the video signal. Furthermore, since the change in the incident position of the light beam on the reflecting surface due to rotation can be suppressed, the required reflecting surface size can be reduced, small size, high performance, easy installation, and smooth correction of trapezoidal distortion. it can.

また、第1の光学系による中間像位置付近に第1の反射面14aを配置することにより、第1の反射面14aを小型化することができる。第1の反射面14aで光路を折り曲げるレイアウトをとることにより、装置全体の小型化につながり、また、部品点数も少なくなるため、製造上有利となる。本形態の第1の反射面14aの配置位置は、絞りの前後や、中間像前後が必要な反射面の大きさを小さく出来るため好ましい。第1の反射面14aの配置位置はこの位置に限定されるものではない。第1の反射面14aと第2の光学系32を独立に移動することにより達成することも考えられる。   Further, the first reflecting surface 14a can be reduced in size by disposing the first reflecting surface 14a in the vicinity of the intermediate image position by the first optical system. By adopting a layout in which the optical path is bent at the first reflecting surface 14a, the entire apparatus is reduced in size and the number of parts is reduced, which is advantageous in manufacturing. The arrangement position of the first reflecting surface 14a in this embodiment is preferable because the size of the reflecting surface that is required before and after the stop and before and after the intermediate image can be reduced. The arrangement position of the first reflecting surface 14a is not limited to this position. It is also conceivable to achieve this by moving the first reflecting surface 14a and the second optical system 32 independently.

投射光学系30において、更に好ましい構成としては、第1の反射面14aと第2の光学系32が独立に回転するのが好ましい。図1を例に説明すると、第1の反射面14aと第2の光学系32を一体で回転中心点15(回転軸35)を中心に動かすことにより、図3に示すようにスクリーン40上の投射画像の台形ひずみを補正することが可能である。しかし、第1の反射面14aと第2の光学系32とを独立に回転することにより、より高精度に台形ひずみを補正することが可能となる。より好ましくは、図2に示すように第1の反射面14aの回転角をθとした時に、第2の光学系32の回転角は2θとするのがよい。このような条件を満たすことにより、より高精度に台形ひずみを補正することが可能となる。   In the projection optical system 30, as a more preferable configuration, it is preferable that the first reflecting surface 14a and the second optical system 32 rotate independently. Referring to FIG. 1 as an example, the first reflecting surface 14a and the second optical system 32 are integrally moved about the rotation center point 15 (rotation shaft 35), thereby bringing the first reflection surface 14a and the second optical system 32 onto the screen 40 as shown in FIG. It is possible to correct the trapezoidal distortion of the projected image. However, by rotating the first reflecting surface 14a and the second optical system 32 independently, it becomes possible to correct the trapezoidal distortion with higher accuracy. More preferably, when the rotation angle of the first reflecting surface 14a is θ as shown in FIG. 2, the rotation angle of the second optical system 32 is 2θ. By satisfying such a condition, it becomes possible to correct the trapezoidal distortion with higher accuracy.

第1の反射面14aの回転角θは、装置本体101の傾き量に応じて回転することが望ましい。また、傾き量に関して、例えば図4に示すように、スクリーン40に垂直な面(例えば台座などの設置面50)を基準面としたときに、基準面からの装置本体101の傾き量をφとすると、第1の反射面14aの回転角は式(1)φ=2θを満たすことが望ましい。これにより、装置本体101の傾きにより生ずる台形ひずみを、解像度を劣化させることなく、補正することが出来る。   The rotation angle θ of the first reflecting surface 14 a is preferably rotated according to the tilt amount of the apparatus main body 101. Further, regarding the tilt amount, for example, as shown in FIG. 4, when the plane perpendicular to the screen 40 (for example, the installation surface 50 such as a pedestal) is used as the reference plane, the tilt amount of the apparatus main body 101 from the reference plane is φ. Then, it is desirable that the rotation angle of the first reflecting surface 14a satisfies the formula (1) φ = 2θ. Thereby, the trapezoidal distortion caused by the inclination of the apparatus main body 101 can be corrected without degrading the resolution.

調整に関しては手動で行うことも可能であるが、例えば図6に示すように、装置本体101の傾き量φを検知する傾き量検知手段110とサーボモーター等の回転駆動手段111と制御部112を装置本体101に設け、回転駆動手段111に回転軸35を連結する。傾き量検知手段110と回転駆動手段111は、信号線を介して制御部112に電気的に接続する。そして、傾き量検知手段で検知された傾き量に応じて回転駆動手段111の回転角や回転時間を制御部112で制御して、第1の反射面14aの回転角θ、第2の光学系32の回転角2θを制御し、自動で台形ひずみを調整させることも可能である。傾き検知手段としては、例えばMEMS(通称メムス)を用いた加速度センサーや、スクリーンの画像をカメラで撮影し、台形ひずみの形から傾きを演算することも出来るが、これに限るものではない。   Although the adjustment can be performed manually, for example, as shown in FIG. 6, an inclination amount detection means 110 for detecting the inclination amount φ of the apparatus main body 101, a rotation drive means 111 such as a servo motor, and a control unit 112 are provided. Provided in the apparatus main body 101, the rotation shaft 35 is connected to the rotation driving means 111. The tilt amount detection unit 110 and the rotation drive unit 111 are electrically connected to the control unit 112 via a signal line. Then, the control unit 112 controls the rotation angle and the rotation time of the rotation driving unit 111 according to the tilt amount detected by the tilt amount detection unit, the rotation angle θ of the first reflecting surface 14a, the second optical system. It is also possible to automatically adjust the trapezoidal distortion by controlling the rotation angle 2θ of 32. As the tilt detection means, for example, an acceleration sensor using MEMS (commonly known as MEMS) or a screen image can be taken with a camera, and the tilt can be calculated from the shape of trapezoidal distortion, but is not limited thereto.

スクリーン40の縦方向、横方向の台形ひずみは、次のようにすることで補正することが可能となる。すなわち、スクリーン法線と光軸Pを含む面と垂直方向、光軸Pに垂直でスクリーン法線と光軸Pを含む面内方向を回転中心点15の軸線方向として第1の反射面14a、第2の光学系32を回転させることにより補正することが可能となる。つまり、装置本体101のスクリーン40に対する傾きの方向と同一面内方向に回転させればよい。更に好ましくは、回転中心点15が光軸Pとスクリーン法線を含む面と垂直方向であることが望ましい。   The trapezoidal distortion in the vertical and horizontal directions of the screen 40 can be corrected as follows. That is, the first reflecting surface 14a, which is perpendicular to the plane including the screen normal and the optical axis P, and in-plane direction perpendicular to the optical axis P and including the screen normal and the optical axis P is the axial direction of the rotation center point 15. Correction can be performed by rotating the second optical system 32. That is, it is only necessary to rotate the apparatus main body 101 in the same in-plane direction as the tilt direction with respect to the screen 40. More preferably, it is desirable that the rotation center point 15 is perpendicular to the plane including the optical axis P and the screen normal.

従来、図5に示すように設置面50が水平で、スクリーン縦方向の台形ひずみを装置本体101の設置姿勢で調整するには、本体下部に進退可能に設置した図示しない脚部の長さを調整する。あるいは、画像表示装置100の設置面50の傾きを補正する必要があり、簡単ではない。   Conventionally, as shown in FIG. 5, in order to adjust the trapezoidal distortion in the vertical direction of the screen with the installation posture of the apparatus main body 101 as shown in FIG. adjust. Alternatively, it is necessary to correct the inclination of the installation surface 50 of the image display device 100, which is not easy.

本形態において、第2の光学系32の最も拡大側に第2の反射面17aを有し、第2の反射面17aは凹面反射面としている。そして画像形成部11で形成された画像と共役な中間像を第1の光学系31よりも拡大側に形成し、凹面反射面(第2の反射面17a)で拡大投影する。このように第2の光学系32の最も拡大側に位置する第2の反射面17aに凹面反射面を用いることにより、投射距離を非常に短くできる。投射距離が短くなると、投射角度が通常の画像表示装置と比べて急になるため、わずかな姿勢誤差で台形ひずみが発生してしまうため、これを補正する調整機構が必要となる。このため、本形態では第1の反射面14aと第2の光学系32が、回転中心点15を中心に回転可能に構成している。   In this embodiment, the second reflecting surface 17a is provided on the most enlarged side of the second optical system 32, and the second reflecting surface 17a is a concave reflecting surface. Then, an intermediate image conjugate with the image formed by the image forming unit 11 is formed on the enlargement side with respect to the first optical system 31, and enlarged and projected by the concave reflecting surface (second reflecting surface 17a). Thus, by using a concave reflecting surface for the second reflecting surface 17a located on the most enlarged side of the second optical system 32, the projection distance can be made very short. When the projection distance is shortened, the projection angle becomes steeper than that of a normal image display device, and a trapezoidal distortion is generated with a slight attitude error. Therefore, an adjustment mechanism for correcting this is required. For this reason, in this embodiment, the first reflecting surface 14a and the second optical system 32 are configured to be rotatable around the rotation center point 15.

第2の反射面17aを構成する凹面反射面は、非球面又は自由曲面であることが望ましい。これは、凹面反射面を非球面、又は自由曲面とすることで、中間像に生じる像面湾曲、歪曲収差等を補正することができ、屈折光学系の負担が減るため、小型化、生産性の向上につながるためである。   The concave reflecting surface that constitutes the second reflecting surface 17a is preferably an aspherical surface or a free-form surface. This is because the concave reflecting surface is aspherical or free-form surface, so that field curvature, distortion, etc. that occur in the intermediate image can be corrected, and the burden on the refractive optical system is reduced. This leads to an improvement.

投射光学系30はズーム機構(ズームレンズ)22を有していることが望ましい.これは画面サイズの調整に関して、装置本体101を動かさずに調整することができ、設置の容易性をより高める。このような構成の投射光学系30を備えることで、小型、高性能であり、設置が容易であり、円滑に台形ひずみを補正可能な投射型の画像表示装置100を実現できる。   The projection optical system 30 preferably has a zoom mechanism (zoom lens) 22. This is because the screen size can be adjusted without moving the apparatus main body 101, and the ease of installation is further enhanced. By including the projection optical system 30 having such a configuration, it is possible to realize a projection-type image display device 100 that is small in size, high in performance, easy to install, and can smoothly correct trapezoidal distortion.

次に投射光学系と画像表示装置をより詳細に説明した複数の実施例について図1〜図10を用いて説明する。
各実施例において、画像形成部11は、例えば「DMD」、「透過型液晶パネル」、「反射型液晶パネル」等のライトバルブであり、符号11で示している部分は、投射すべき画像を形成する部分である。画像形成部11がDMD等のように自ら発光する機能を持たない場合には、画像形成部11に形成された画像情報が装置本体101内に配置された照明光学系12からの照明光により照明される。照明光学系12としては、画像形成部11を効率よく照明する機能を有するものが好ましく、また、照明をより均一にするため、例えばロッドインテグレータやフライアイインテグレータを用いることができる。また照明の光源としては、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、LEDなどの白色光源を用いることができ、また単色発光LED、LDなどの単色光源も用いることができる。
Next, a plurality of embodiments describing the projection optical system and the image display device in more detail will be described with reference to FIGS.
In each embodiment, the image forming unit 11 is a light valve such as “DMD”, “transmission type liquid crystal panel”, “reflection type liquid crystal panel”, and the portion indicated by reference numeral 11 is an image to be projected. This is the part to be formed. When the image forming unit 11 does not have a function of emitting light as in the case of DMD or the like, the image information formed in the image forming unit 11 is illuminated by illumination light from the illumination optical system 12 disposed in the apparatus main body 101. Is done. The illumination optical system 12 preferably has a function of efficiently illuminating the image forming unit 11. For example, a rod integrator or a fly eye integrator can be used to make the illumination more uniform. As a light source for illumination, a white light source such as an ultra-high pressure mercury lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, or an LED can be used, and a monochromatic light source such as a single color light emitting LED or LD can also be used.

各実施例においては、画像形成部11としてDMDを想定している。また、各実施例では自ら発光する機能を持たない画像形成部を前提としているが、生成させた画像を発光させる機能を有する自己発光方式のものを利用することもできる。画像形成部11の近傍に配設される平行平板13は、画像形成部のカバーガラス(シールガラス)を想定している。   In each embodiment, a DMD is assumed as the image forming unit 11. Each embodiment is premised on an image forming unit that does not have a function of emitting light by itself, but a self-light emitting type having a function of emitting a generated image can also be used. The parallel flat plate 13 disposed in the vicinity of the image forming unit 11 is assumed to be a cover glass (seal glass) of the image forming unit.

各実施例における記号の意味は以下の通りである。
f:全系の焦点距離
NA:開口効率
ω:半画角(deg)
R:曲率半径(非球面にあっては近軸曲率半径)
D:面間隔
Nd:屈折率
νd:アッベ数
K:非球面の円錐定数
Ai:i次の非球面定数
非球面形状は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率):C、光軸からの高さ:H、円錐定数:K、上記各次数の非球面係数を用い、Xを光軸方向における非球面量として、周知の数1で表されるものであり、近軸曲率半径と円錐定数、非球面係数を与えて形状を特定する。
The meanings of symbols in each embodiment are as follows.
f: Focal length of entire system NA: Aperture efficiency ω: Half angle of view (deg)
R: radius of curvature (for aspheric surfaces, the paraxial radius of curvature)
D: Surface spacing Nd: Refractive index νd: Abbe number K: Aspherical conic constant Ai: i-th order aspherical constant The aspherical shape is the reciprocal of the paraxial radius of curvature (paraxial curvature): C, from the optical axis Height: H, conic constant: K, using the aspherical coefficients of the above orders, where X is the aspherical amount in the optical axis direction, and is expressed by the well-known equation 1, the paraxial radius of curvature and the conic constant The shape is specified by giving an aspheric coefficient.

Figure 2014098807
Figure 2014098807

符号201は第1レンズ群、符号202は第2レンズ群、符号203は第3レンズ群、符号206は開口絞り、符号204は第4レンズ群、符号205は第5レンズ群を表す。   Reference numeral 201 denotes a first lens group, reference numeral 202 denotes a second lens group, reference numeral 203 denotes a third lens group, reference numeral 206 denotes an aperture stop, reference numeral 204 denotes a fourth lens group, and reference numeral 205 denotes a fifth lens group.

図1は実施例1にかかる画像表示装置100の構成を示す断面図と、レンズ群のフォーカシング、ズーミングの差異の軌跡を示す図である。この画像表示装置100は、画像形成部11(DMD)で形成された画像情報により2次元的に強度変調された光束が物体光としての投射光束となる。
画像表示装置100は、投射光学系30を備えている。この投射光学系30は画像形成部11と、画像形成部11で形成された画像をスクリーン上に拡大して投影し、縮小側から屈折力を有する第1の光学系31と、第1の反射面14aと第2の光学系32を有している。第1の光学系31を構成する各光学素子1a〜1pは光軸Pを共有しており、第1の反射面14aで光路を折り曲げている。
すなわち、画像形成部11からの投射光束は、第1の光学系31を通り、第1の反射面14aにより光路を折り曲げられ、第2の光学系32を通って結像光束とされる。つまり、画像形成部11に形成された画像情報が投射光学系30により投射画像として、図5に示すスクリーン40に表示されることになる。光路を折り曲げる角度を本実施例では垂直方向としているが、画像表示装置全体のレイアウト等より、小型化のために他の角度としてもよい。第1の光学系31は正の屈折力を持ち、画像形成部11に形成された画像情報に共役な中間像を第1の光学系よりもスクリーン側に、より具体的には第1の光学系31を構成する光学素子1pと第2の光学系32の間に空間像として形成する。中間像は平面像として結像する必要はなく、この実施例においても、他の実施例においても曲面像として結像している。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the image display apparatus 100 according to the first embodiment and a locus of a difference between focusing and zooming of the lens group. In the image display device 100, a light beam that is two-dimensionally intensity-modulated by image information formed by the image forming unit 11 (DMD) becomes a projection light beam as object light.
The image display device 100 includes a projection optical system 30. The projection optical system 30 enlarges and projects the image formed by the image forming unit 11 and the image formed by the image forming unit 11 on a screen, and a first optical system 31 having a refractive power from the reduction side, and a first reflection. The surface 14a and the second optical system 32 are provided. The optical elements 1a to 1p constituting the first optical system 31 share the optical axis P, and the optical path is bent at the first reflecting surface 14a.
That is, the projected light beam from the image forming unit 11 passes through the first optical system 31, the optical path is bent by the first reflecting surface 14 a, and the image light beam passes through the second optical system 32. That is, the image information formed in the image forming unit 11 is displayed on the screen 40 shown in FIG. 5 as a projection image by the projection optical system 30. In this embodiment, the angle at which the optical path is bent is the vertical direction, but other angles may be used for miniaturization due to the layout of the entire image display apparatus. The first optical system 31 has a positive refractive power, and an intermediate image conjugated to image information formed in the image forming unit 11 is closer to the screen side than the first optical system, more specifically, the first optical system. An aerial image is formed between the optical element 1p constituting the system 31 and the second optical system 32. The intermediate image does not need to be formed as a planar image, and is formed as a curved surface image in this embodiment as well as in other embodiments.

本実施例では、この位置に光路折り曲げ用の第1の反射面14aを備えた平板状の第1の反射ミラー14を配置することにより、ミラーを小さくできる。本実施例では平板状の第1の反射ミラー14を用いているが、これに限るものではない。また、配置位置としては、投射画像を得るために機能する投射光学系30の最大有効径内が望ましい。また、光路を折り曲げることにより、画像表示装置100全体の小型化をすることができる。   In the present embodiment, the mirror can be made smaller by disposing the flat plate-like first reflection mirror 14 provided with the first reflection surface 14a for bending the optical path at this position. In the present embodiment, the flat plate-like first reflection mirror 14 is used, but the present invention is not limited to this. Further, the arrangement position is preferably within the maximum effective diameter of the projection optical system 30 that functions to obtain a projection image. Further, the entire image display apparatus 100 can be reduced in size by bending the optical path.

最もスクリーン側に配置した第2の光学系32は、光学素子となる非球面凹面ミラー17で構成されていて、中間像を非球面凹面ミラー17で拡大投影し、スクリーン40(図4、図5参照)に映写する。中間像は像面湾曲、歪曲を持っているが、凹面ミラーに非球面や自由曲面を用いることにより、これを補正することができる。そのため、レンズ系への収差補正の負担が減ることにより、設計の自由度が増し、小型化等に有利となる。   The second optical system 32 arranged on the most screen side is composed of an aspherical concave mirror 17 serving as an optical element, and an intermediate image is enlarged and projected by the aspherical concave mirror 17, and the screen 40 (FIGS. 4 and 5). Project). The intermediate image has field curvature and distortion, but this can be corrected by using an aspherical surface or free-form surface for the concave mirror. For this reason, the burden of aberration correction on the lens system is reduced, which increases the degree of design freedom and is advantageous for downsizing and the like.

図5に示すように、スクリーン40と画像表示装置100の設置面50が垂直であれば、スクリーン上に台形ひずみのない投射画像を投射でき、投射光学系はこのように設計される。つまり、投射面であるスクリーン面40aと画像表示装置100との位置関係が正しい場合にはスクリーン上に台形ひずみのない投射画像を投射できる。しかし、図4に示すように、スクリーン40の位置は図5と同じ位置であり、スクリーン40に対して画像表示装置100の設置面50が時計回りにφ傾いた場合を想定する。この場合、図3に示すように、スクリーン面40aには本来台形ひずみのない理想画像として投影されるはずのものが、投影画像として示すように、スクリーン40の下側が長く、上側が短い台形ひずみを生じる。   As shown in FIG. 5, if the screen 40 and the installation surface 50 of the image display device 100 are vertical, a projection image without trapezoidal distortion can be projected on the screen, and the projection optical system is designed in this way. That is, when the positional relationship between the screen surface 40a that is the projection surface and the image display device 100 is correct, a projection image without trapezoidal distortion can be projected on the screen. However, as shown in FIG. 4, the position of the screen 40 is the same as that in FIG. 5, and it is assumed that the installation surface 50 of the image display device 100 is tilted φ clockwise with respect to the screen 40. In this case, as shown in FIG. 3, what is supposed to be projected on the screen surface 40a as an ideal image without trapezoidal distortion is a trapezoidal distortion with a long lower side on the screen 40 and a shorter upper side as shown as a projected image. Produce.

このような場合、従来は、画像表示装置自体の姿勢を調整することにより、投射画像の形状を補正していた。しかし、本実施例では、図2に示すように第2の光学系32(非球面凹面ミラー17)を支持する筐体16と第1の反射ミラー14を、光軸Pと第1の反射面14aが交わる回転中心点15を中心として図面に平行な面内で独立に回転調整する。このため、投射画像の形状補正が可能となる。筐体16と第1の反射ミラー14の回転量に関しては、画像表示装置100の傾きを前述したように時計回りにφとした場合は次のようにする。すなわち、第2の光学系32(非球面凹面ミラー17)を支持する筐体16を半時計回りにφ、第1の反射ミラー14を半時計回りにφ/2だけ同時に回転させればよい。   In such a case, conventionally, the shape of the projected image has been corrected by adjusting the posture of the image display device itself. However, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the housing 16 and the first reflecting mirror 14 that support the second optical system 32 (aspherical concave mirror 17) are connected to the optical axis P and the first reflecting surface. Rotation adjustment is independently performed in a plane parallel to the drawing around the rotation center point 15 where 14a intersects. For this reason, it is possible to correct the shape of the projected image. Regarding the rotation amount of the housing 16 and the first reflection mirror 14, when the inclination of the image display device 100 is set to φ in the clockwise direction as described above, it is as follows. That is, the housing 16 supporting the second optical system 32 (aspherical concave mirror 17) may be simultaneously rotated by φ / 2 counterclockwise and the first reflecting mirror 14 by φ / 2 simultaneously counterclockwise.

本実施例では、スクリーン縦方向のひずみに対して例示しているが、スクリーン横方向に関しても同様である。ただし前述したように、横方向の調整は比較的簡単であり、縦横両方を補正する機能を持たせようとすると画像表示装置100が複雑化してしまうため、縦方向のみとしたほうがよい。その場合の画像表示装置100の構成としては、例えば第1の光学系31と非球面凹面ミラー17、第1の反射ミラー14をそれぞれ別の支持体で支持し、非球面凹面ミラー17、第1の反射ミラー14をそれぞれ同一の軸に連結し、該軸を回転軸とする。回転軸は筐体16もしくは第1の光学系31の支持体から伸ばした支柱により支持される構成が考えられるがこれに限るものではない。   In this embodiment, the screen is illustrated with respect to the distortion in the vertical direction of the screen, but the same applies to the horizontal direction of the screen. However, as described above, the adjustment in the horizontal direction is relatively simple, and if the function of correcting both the vertical and horizontal directions is provided, the image display device 100 becomes complicated. As a configuration of the image display apparatus 100 in that case, for example, the first optical system 31, the aspherical concave mirror 17, and the first reflecting mirror 14 are supported by different supports, respectively, and the aspherical concave mirror 17 and the first The reflection mirrors 14 are connected to the same axis, and the axis is set as the rotation axis. A configuration in which the rotating shaft is supported by a column extending from the support body of the housing 16 or the first optical system 31 is conceivable, but is not limited thereto.

上記光学系全体と、画像形成に必要な部分、すなわち、図示されない画像処理部や電源部、冷却用のファンなどが、上記投射光学系30とともに図1に示す装置本体101に収納されて画像表示装置100を構成している。   The entire optical system and parts necessary for image formation, that is, an image processing unit, a power supply unit, a cooling fan (not shown) and the like are housed in the apparatus main body 101 shown in FIG. The apparatus 100 is comprised.

投射光学系30の具体的な構成を以下に示す。
投射光学系30は、図1に示すように、画像形成部11側からスクリーン側に向かって順に次の構成を有している。正の屈折力を有する第1レンズ群201、正の屈折力を有する第2レンズ群202、負の屈折力を有する第3レンズ群203、正の屈折力を有する第4レンズ群204、負の屈折力を有する第5レンズ群205。光路を90度折り曲げる第1の反射ミラー14、第5レンズ群205の最もスクリーン側に非球面凹面ミラー17。投射光学系30は、第1レンズ群21と第2レンズ群22の間に開口絞り206を有し、拡大から縮小のズーミングに際し、第2レンズ群202のみ光軸Pに沿ってスクリーン側に移動する。また、投射距離の変動に対するフォーカシングは近距離側から遠距離側へのフォーカシングに際し、第3レンズ群203と第4レンズ群204が光軸Pに沿って縮小側に移動する。
A specific configuration of the projection optical system 30 is shown below.
As shown in FIG. 1, the projection optical system 30 has the following configuration in order from the image forming unit 11 side to the screen side. First lens group 201 having positive refractive power, second lens group 202 having positive refractive power, third lens group 203 having negative refractive power, fourth lens group 204 having positive refractive power, negative A fifth lens group 205 having refractive power. A first reflecting mirror 14 that bends the optical path by 90 degrees, and an aspherical concave mirror 17 on the most screen side of the fifth lens group 205. The projection optical system 30 has an aperture stop 206 between the first lens group 21 and the second lens group 22, and only the second lens group 202 moves to the screen side along the optical axis P during zooming from enlargement to reduction. To do. Further, the focusing with respect to the variation of the projection distance moves the third lens group 203 and the fourth lens group 204 along the optical axis P to the reduction side when focusing from the short distance side to the long distance side.

第1レンズ群201は、画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズ1aとスクリーン側に強い凸面を向けた両凸レンズ1b、画像形成部側に凸面を向けた正メニスカスレンズ1cと画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズ1dの接合レンズからなる。第1レンズ群201は、負メニスカスレンズ1a、両凸レンズ1b、正メニスカスレンズ1c、負メニスカスレンズ1dが、画像形成部11側から、この順に配置されている、
第2レンズ群202は、複数の接合レンズから構成されている。第1の接合レンズは、画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズ1eとスクリーン側に強い凸面を向けた両凸レンズ1fとスクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズ1gの接合レンズである。第2の接合レンズは、画像形成部側により強い凸面を向けた両凸レンズ1hとスクリーン側に凸面を向けた正メニスカスレンズ1iの接合レンズである。
第3レンズ群203は、画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズ1jと、画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズ1kと、画像形成部側に凸面を向けた正メニスカスレンズ1lと、スクリーン側に強い凹面を向けた両凹レンズ1mからなる。
第4レンズ群204は、スクリーン側に凸面を向けた正メニスカスレンズ1nからなる。
第5レンズ群205は、スクリーン側に凸面を向け、両面が非球面である負メニスカスレンズ1o、1pの2枚からなる。表1から表4に各レンズ群の構成を示す。
The first lens group 201 includes a negative meniscus lens 1a having a convex surface facing the image forming unit, a biconvex lens 1b having a strong convex surface facing the screen, a positive meniscus lens 1c having a convex surface facing the image forming unit, and an image forming unit. It consists of a cemented lens of a negative meniscus lens 1d with a convex surface facing the side. In the first lens group 201, a negative meniscus lens 1a, a biconvex lens 1b, a positive meniscus lens 1c, and a negative meniscus lens 1d are arranged in this order from the image forming unit 11 side.
The second lens group 202 is composed of a plurality of cemented lenses. The first cemented lens is a cemented lens of a negative meniscus lens 1e having a convex surface facing the image forming unit, a biconvex lens 1f having a strong convex surface facing the screen, and a negative meniscus lens 1g having a convex surface facing the screen. The second cemented lens is a cemented lens of a biconvex lens 1h having a stronger convex surface toward the image forming unit and a positive meniscus lens 1i having a convex surface toward the screen.
The third lens group 203 includes a negative meniscus lens 1j having a convex surface facing the image forming unit, a negative meniscus lens 1k having a convex surface facing the image forming unit, and a positive meniscus lens 1l having a convex surface facing the image forming unit. And a biconcave lens 1m with a strong concave surface facing the screen side.
The fourth lens group 204 includes a positive meniscus lens 1n having a convex surface facing the screen.
The fifth lens group 205 includes two negative meniscus lenses 1o and 1p having a convex surface facing the screen and both surfaces being aspherical. Tables 1 to 4 show the configuration of each lens group.

Figure 2014098807
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図7は実施例2である画像表示装置100Aの構成を示す断面図と、レンズ群のフォーカシング、ズーミングの差異の軌跡を示す図である。基本的な構成は実施例1と同様であるが、光路折り曲げ用の第1の反射面24aを有する第1の反射ミラー24の位置が、実施例1と異なっている。
具体的には、画像表示装置100Aは、画像形成部11からスクリーンに向かって第1の光学系31Aを構成する光学素子2a〜2d、開口絞り206、第1の反射面24a、第2の光学系32Aを構成する光学素子2e〜2qを備えた投射光学系30Aを備えている。第1の反射ミラー24を開口絞り206の直後に配置することにより、第1の反射ミラー24の小型化に有利となる。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the image display apparatus 100A according to the second embodiment and a locus of differences in focusing and zooming between lens groups. Although the basic configuration is the same as that of the first embodiment, the position of the first reflecting mirror 24 having the first reflecting surface 24a for bending the optical path is different from that of the first embodiment.
Specifically, the image display device 100A includes optical elements 2a to 2d, an aperture stop 206, a first reflecting surface 24a, and a second optical component that form the first optical system 31A from the image forming unit 11 toward the screen. A projection optical system 30A including optical elements 2e to 2q constituting the system 32A is provided. Arranging the first reflecting mirror 24 immediately after the aperture stop 206 is advantageous in reducing the size of the first reflecting mirror 24.

画像表示装置100Aは、画像形成部11で形成された画像を、光学素子2a〜2pで結像し、中間像を光学素子である非球面レンズ2pと凹面非球面ミラー18の間に形成する。そして、凹面非球面ミラー18で拡大投影することにより図8に示すスクリーン40にひずみのない像を投影する。
図8、図9に示すように、第1の反射面24aと第2の光学系(2e〜2pと非球面凹面ミラー18)は、筐体16に支持されている。画像表示装置100Aの設置面50に対する傾きφに対応して、筐体16が次のように回転する。すなわち、第1の光学系31Aの光学素子2a〜2dが共有している光軸Pと第1の反射面24aが交わる回転中心点25を中心として、図面に平行な面内で独立に回転する。これにより、図3に示した台形ひずみを補正することが可能となる。本実施例では、回転中心点25を通るように光軸Pに略垂直な軸として回転軸35が構成されている。
The image display apparatus 100A forms an image formed by the image forming unit 11 with the optical elements 2a to 2p, and forms an intermediate image between the aspheric lens 2p that is the optical element and the concave aspherical mirror 18. Then, an image without distortion is projected onto the screen 40 shown in FIG.
As shown in FIGS. 8 and 9, the first reflecting surface 24 a and the second optical system (2 e to 2 p and the aspherical concave mirror 18) are supported by the housing 16. Corresponding to the inclination φ with respect to the installation surface 50 of the image display device 100A, the housing 16 rotates as follows. That is, the optical axis P shared by the optical elements 2a to 2d of the first optical system 31A and the rotation center point 25 where the first reflecting surface 24a intersects are rotated independently in a plane parallel to the drawing. . Thereby, the trapezoidal distortion shown in FIG. 3 can be corrected. In the present embodiment, the rotation axis 35 is configured as an axis substantially perpendicular to the optical axis P so as to pass through the rotation center point 25.

投射光学系30Aの具体的な構成を以下に示す。
投射光学系30Aは、画像形成部側からスクリーン側に向かって順に、次の構成を有している。正の屈折力を有する第1レンズ群201、光路を90度折り曲げる第1の反射ミラー、正の屈折力を有する第2レンズ群202、負の屈折力を有する第3レンズ群203、正の屈折力を有する第4レンズ群204、負の屈折力を有する第5レンズ群205、非球面凹面ミラー18。投射光学系30Aは、第1レンズ群201と第1の反射ミラーの間に開口絞り206を有し、拡大から縮小のズーミングに際し、第2レンズ群202のみ光軸Pに沿ってスクリーン側に移動する。投射距離の変動に対するフォーカシングは近距離側から遠距離側へのフォーカシングに際し、第3レンズ群203と第4レンズ群204が光軸に沿って縮小側に移動する。
A specific configuration of the projection optical system 30A is shown below.
The projection optical system 30A has the following configuration in order from the image forming unit side to the screen side. The first lens group 201 having positive refractive power, the first reflecting mirror that bends the optical path by 90 degrees, the second lens group 202 having positive refractive power, the third lens group 203 having negative refractive power, and positive refraction A fourth lens group 204 having power, a fifth lens group 205 having negative refractive power, and an aspherical concave mirror 18. The projection optical system 30A has an aperture stop 206 between the first lens group 201 and the first reflection mirror, and only the second lens group 202 moves to the screen side along the optical axis P during zooming from enlargement to reduction. To do. When focusing from the short distance side to the long distance side, the third lens group 203 and the fourth lens group 204 move to the reduction side along the optical axis.

第1レンズ群201は、画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズ2aとスクリーン側に強い凸面を向けた両凸レンズ2b、画像形成部側に凸面を向けた正メニスカスレンズ2cと画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズ2dの接合レンズからなる。第1レンズ群201は、負メニスカスレンズ2a、両凸レンズ2b、正メニスカスレンズ2c、負メニスカスレンズ2dが、画像形成部11側から、この順に配置されている、
第2レンズ群202は、複数の接合レンズから構成されている。第1の接合レンズは、
画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズ2eとスクリーン側に強い凸面を向けた両凸レンズ2fとスクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズ2gの接合レンズである。第2の接合レンズは、スクリーン側により強い凸面を向けた両凸レンズ2hとスクリーン側に凸面を向けた正メニスカスレンズ2iの接合レンズである。
第3レンズ群203は、画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズ2jと、画像形成部側に凸面を向けた正メニスカスレンズ2kと、画像形成部側に凸面を向けた正メニスカスレンズ2lと、画像形成部側に強い凹面を向けた両凹レンズ2mからなる。
第4レンズ群204は、スクリーン側に凸面を向けた正メニスカスレンズ2nからなる。
第5レンズ群205はスクリーン側に凸面を向け、両面が非球面である負メニスカスレンズ2oと、画像形成部側に凸面を向け、両面が非球面である負メニスカスレンズ2pからなる。表5から表8に各レンズ群の構成を示す。
The first lens group 201 includes a negative meniscus lens 2a having a convex surface facing the image forming unit, a biconvex lens 2b having a strong convex surface facing the screen, a positive meniscus lens 2c having a convex surface facing the image forming unit, and an image forming unit. It consists of a cemented lens of a negative meniscus lens 2d with a convex surface facing the side. In the first lens group 201, a negative meniscus lens 2a, a biconvex lens 2b, a positive meniscus lens 2c, and a negative meniscus lens 2d are arranged in this order from the image forming unit 11 side.
The second lens group 202 is composed of a plurality of cemented lenses. The first cemented lens is
This is a cemented lens of a negative meniscus lens 2e having a convex surface facing the image forming unit, a biconvex lens 2f having a strong convex surface facing the screen, and a negative meniscus lens 2g having a convex surface facing the screen. The second cemented lens is a cemented lens of a biconvex lens 2h having a stronger convex surface on the screen side and a positive meniscus lens 2i having a convex surface on the screen side.
The third lens group 203 includes a negative meniscus lens 2j having a convex surface facing the image forming portion, a positive meniscus lens 2k having a convex surface facing the image forming portion, and a positive meniscus lens 2l having a convex surface facing the image forming portion. And a biconcave lens 2m having a strong concave surface facing the image forming unit side.
The fourth lens group 204 includes a positive meniscus lens 2n with a convex surface facing the screen side.
The fifth lens group 205 includes a negative meniscus lens 2o having a convex surface facing the screen and both surfaces being aspheric, and a negative meniscus lens 2p having a convex surface facing the image forming unit and both surfaces being aspheric. Tables 5 to 8 show the configuration of each lens group.

Figure 2014098807
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図10は本発明の実施例3にかかる画像表示装置100Bの構成を示す断面図と、レンズ群のフォーカシング、ズーミングの差異の軌跡を示す図である。実施例3は、第1の反射面24と第2の光学系32A(光学素子2e〜2pと第2の反射部材を構成する非球面凹面ミラー18)とが一体に回転中心点25(回転軸35)を中心に回転するように構成されている点以外は、実施例2と同じ構成である。
本実施例では、第1の反射面24aと第2の光学系32Aが同一の支持体26によって支えられていて、第1の光学系31Aを構成する光学素子2a〜2dの光軸Pと第1の反射面24aとの交点を回転中心点25(回転軸35)として回転する。この場合、第1の反射面24aと第2の光学系32Aとが独立に回転する場合と比べて補正量は小さくなるが、第1の反射面24aと第2の光学系32Aが独立した実施例2に示す筐体16を有する場合に比べて装置構成が簡素となるので好ましい。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an image display device 100B according to Example 3 of the present invention, and a diagram illustrating a locus of differences between focusing and zooming of a lens group. In the third embodiment, the first reflecting surface 24 and the second optical system 32A (the optical elements 2e to 2p and the aspherical concave mirror 18 constituting the second reflecting member) are integrally formed with the rotation center point 25 (the rotation axis). 35) The configuration is the same as that of the second embodiment except that it is configured to rotate around 35).
In the present embodiment, the first reflecting surface 24a and the second optical system 32A are supported by the same support member 26, and the optical axes P of the optical elements 2a to 2d constituting the first optical system 31A and the first optical system P. The point of intersection with the first reflecting surface 24a is rotated as a rotation center point 25 (rotation axis 35). In this case, the correction amount is smaller than that in the case where the first reflecting surface 24a and the second optical system 32A rotate independently, but the first reflecting surface 24a and the second optical system 32A are independent. Compared with the case 16 having the casing 16 shown in Example 2, the apparatus configuration is simplified, which is preferable.

10、10A、10B 画像表示装置
11 光変調素子(画像形成部)
14a、24a 第1の反射面
15,25 光軸と第1の反射面が交わる点
17a、18a 第2の反射面(凹面反射面)
31、31A 第1の光学系
32、32A 第2の光学系
30、30A 投射光学系
35 回転軸
40a 被投射面
P 光軸
φ 画像表示装置本体の傾き量
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10A, 10B Image display apparatus 11 Light modulation element (image formation part)
14a, 24a First reflective surface 15, 25 Point where optical axis and first reflective surface intersect 17a, 18a Second reflective surface (concave reflective surface)
31, 31A First optical system 32, 32A Second optical system 30, 30A Projection optical system 35 Rotating shaft 40a Projected surface P Optical axis φ Amount of tilt of image display device main body

特開2008−145703号公報JP 2008-145703 A 特開2009−058935号公報JP 2009-058935 A 特開2010−197837号公報JP 2010-197837 A

Claims (12)

光変調素子から光を被投射面に投射する投射光学系であって、
縮小側から第1の光学系と第1の反射面と第2の光学系を備え、
前記第1の光学系は屈折力を有し、前記第1の光学系からの光は前記第1の反射面で反射されて前記第2の光学系に導光され、
前記第1の反射面または第2の光学系は回転可能であり、その回転軸は前記第1の光学系の光軸と第1の反射面が交わる点を通ることを特徴とする投射光学系。
A projection optical system that projects light from a light modulation element onto a projection surface,
Comprising a first optical system, a first reflecting surface and a second optical system from the reduction side;
The first optical system has a refractive power, and light from the first optical system is reflected by the first reflecting surface and guided to the second optical system,
The first reflecting surface or the second optical system is rotatable, and a rotation axis thereof passes through a point where the optical axis of the first optical system and the first reflecting surface intersect with each other. .
前記回転軸と前記光変調素子の長手方向は略平行であることを特徴とする請求項1に記載の投射光学系。   The projection optical system according to claim 1, wherein the rotation axis and the longitudinal direction of the light modulation element are substantially parallel. 前記第1の光学系は複数の光学素子を有し、前記複数の光学素子は光軸を共有していることを特徴とする請求項1または2に記載の投射光学系。   The projection optical system according to claim 1, wherein the first optical system has a plurality of optical elements, and the plurality of optical elements share an optical axis. 前記第1の反射面と第2の光学系が独立に回転することを特徴とする請求項1、2又は3記載の投射光学系。   4. The projection optical system according to claim 1, wherein the first reflecting surface and the second optical system rotate independently. 前記第1の反射面の回転角をθとした時に、前記第2の光学系の回転角は2θとなることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の投射光学系。   5. The projection optical system according to claim 1, wherein when the rotation angle of the first reflecting surface is θ, the rotation angle of the second optical system is 2θ. 前記第1の反射面と第2の光学系の回転が、画像表示装置本体の傾き量に応じて回転することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の投射光学系。   6. The projection optical system according to claim 1, wherein the rotation of the first reflecting surface and the second optical system is rotated according to the amount of inclination of the image display apparatus main body. 前記画像表示装置本体の傾き量をφとしたときに以下の式を満足することを特徴とする請求項6記載の投射光学系。
φ=2θ・・・(1)
The projection optical system according to claim 6, wherein the following expression is satisfied when an inclination amount of the image display device body is φ:
φ = 2θ (1)
前記第1の反射面と第2の光学系の回転中心が、前記光軸と前記被投射面法線を含む面と垂直方向であることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の投射光学系。   The rotation center of the first reflecting surface and the second optical system is in a direction perpendicular to the surface including the optical axis and the projection surface normal line. The projection optical system described in 1. 前記第2の光学系の最も拡大側に第2の反射面を有し、当該反射面は凹面反射面であり、前記光変調素子で形成された画像と共役な中間像を前記第1の光学系よりも拡大側に形成し、前記凹面反射面で拡大投影することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の投射光学系。   The second optical system has a second reflecting surface on the most enlarged side, the reflecting surface is a concave reflecting surface, and an intermediate image conjugate with an image formed by the light modulation element is used for the first optical system. The projection optical system according to claim 1, wherein the projection optical system is formed on an enlargement side with respect to the system and is enlarged and projected by the concave reflecting surface. 前記凹面反射面は、非球面又は自由曲面であることを特徴とする請求項9記載の投射光学系。   The projection optical system according to claim 9, wherein the concave reflecting surface is an aspherical surface or a free-form surface. 前記投射光学系は、ズームレンズであることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の投射光学系。   The projection optical system according to claim 1, wherein the projection optical system is a zoom lens. 請求項1乃至11の何れか1項に記載の投射光学系を有することを特徴とする画像表示装置。   An image display apparatus comprising the projection optical system according to claim 1.
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