JP2015132723A - Projection optical system and image display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スクリーンに拡大画像を投射して表示する画像表示装置に適用可能な投射光学系に関するものである。 The present invention relates to a projection optical system applicable to an image display apparatus that projects and displays an enlarged image on a screen.
画像形成部で形成された画像を、被投射面であるスクリーンへと投射する画像表示装置(プロジェクタ)が知られている。このようなプロジェクタは、投射光学系を備えている。投射光学系は、画像形成部において形成された画像をスクリーンに拡大投射する光学系である。 There is known an image display device (projector) that projects an image formed by an image forming unit onto a screen that is a projection surface. Such a projector includes a projection optical system. The projection optical system is an optical system that enlarges and projects an image formed in the image forming unit on a screen.
プロジェクタの画像形成部には、DMD(Digital MicroMirror Device)や液晶パネルなどが用いられる。このようなプロジェクタの中には、スクリーンまでの投射距離が従来のものよりも短いプロジェクタもある。このような超短距離の投射を可能とするプロジェクタを、超短投射プロジェクタという。超短投射プロジェクタであっても、スクリーン上の画像表示サイズを大きくできる(大画面表示が可能な)ものがある。 A DMD (Digital MicroMirror Device), a liquid crystal panel, or the like is used for the image forming unit of the projector. Among such projectors, there are projectors that have a shorter projection distance to the screen than conventional projectors. A projector capable of such ultra-short distance projection is called an ultra-short projection projector. Some ultra-short projection projectors can increase the image display size on the screen (capable of large screen display).
超短投射プロジェクタとして、屈折光学系と曲面ミラーとを備えるプロジェクタが知られている(例えば、特許文献1から特許文献4を参照)。
As an ultrashort projection projector, a projector including a refractive optical system and a curved mirror is known (see, for example,
特許文献1から特許文献4のプロジェクタが備える投射光学系は、昨今の高画素数表示への要求に対しては不十分である。
The projection optical system provided in the projectors of
超短投射プロジェクタは、投射角度が大きいので、プロジェクタとスクリーンとの距離の変化が微小であって、スクリーン上における画像サイズや画位置が大きく変化する。したがって、超短投射プロジェクタでは、投射した画像位置の微調整をすることが困難である。 Since an ultra-short projection projector has a large projection angle, the change in the distance between the projector and the screen is very small, and the image size and image position on the screen change greatly. Therefore, it is difficult for the ultra-short projection projector to finely adjust the projected image position.
また、超短投射プロジェクタを壁掛けにするときは、通常、ボルトなど締結部材を用いる。このような締結部材では、特に、高さ方向の設置位置の微調整が難しい。 Further, when the ultra-short projection projector is wall-mounted, a fastening member such as a bolt is usually used. With such a fastening member, it is particularly difficult to finely adjust the installation position in the height direction.
このように、超短投射プロジェクタでは、画像サイズの調整や設置位置の調整が困難になるという課題がある。上記の特許文献1乃至3に示した従来のプロジェクタでは、この課題を解決するには不十分である。
As described above, in the ultra-short projection projector, there is a problem that it is difficult to adjust the image size and the installation position. The conventional projectors disclosed in
また、特許文献4のプロジェクタは、投射画像の画位置調整方法を備えているが、この画位置調整方法は、画像形成部の有効画素の一部の画素を用いるものである。すなわち、特許文献4のプロジェクタは、画位置の調整のために、解像度を犠牲にするものである。有効画素の一部の画素を画像形成に用いることができなくなると、近年求められている高画素数表示の実現は、より困難になる。
The projector of
また、特許文献4のプロジェクタが備える投射光学系では、投射画像に用いる画素範囲よりもかなり大きなイメージサークルを必要とする。そのため、投射光学系のサイズは、大きくなる。投射光学系が大きくなると、プロジェクタ全体の小型化を図ることはできない。
Further, the projection optical system provided in the projector of
そこで本発明は、投射距離が非常に短く、かつ、画位置調整が可能であって、小型化が実現可能な投射光学系を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a projection optical system in which the projection distance is very short, the image position can be adjusted, and the size can be reduced.
本発明は、画像形成部に形成された画像を被投射面に投射する投射光学系であって、縮小側から拡大側に順に、屈折光学系と、反射光学系と、を有し、前記屈折光学系は、絞りと、自由曲面レンズと、少なくとも1つのパワーを有する光学素子と、を有し、前記反射光学系は、少なくとも1つの反射光学素子を有し、前記屈折光学系を構成する複数のレンズのうち、軸対象のレンズの複数が共有する軸を軸Aとするとき、前記光学素子は、前記軸Aに対して垂直方向に移動可能である、ことを最も主な特徴とする。 The present invention is a projection optical system that projects an image formed on an image forming unit onto a projection surface, and includes a refractive optical system and a reflective optical system in order from the reduction side to the enlargement side, and the refraction The optical system includes a stop, a free-form surface lens, and an optical element having at least one power, and the reflection optical system includes at least one reflection optical element, and constitutes the refractive optical system. Of these lenses, when the axis shared by a plurality of target lenses is the axis A, the optical element can move in the direction perpendicular to the axis A.
本発明によれば、投射距離が非常に短く、かつ、画位置調整が可能であって、小型化が実現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 in which the projection distance is very short, the image position can be adjusted, and the size can be reduced.
以下、本発明に係る投射光学系、および、本発明に係る画像表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで、本発明に係る投射光学系は、画像形成部に形成された画像を被投射面に投射する。また、本発明に係る画像表示装置は、本発明に係る投射光学系を備える。 Embodiments of a projection optical system according to the present invention and an image display device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, the projection optical system according to the present invention projects the image formed on the image forming unit onto the projection surface. An image display device according to the present invention includes the projection optical system according to the present invention.
●画像表示装置(1)
まず、本発明に係る画像表示装置の実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る画像表示装置の光学配置図である。図1において、画像表示装置であるプロジェクタ1は、画像形成部10と、平行平板40と、投射光学系100と、画像形成部10を照明する照明光の光源を含む照明光学系20と、その他の画像形成に必要な部材などを、ハウジング50に収納してなる。
● Image display device (1)
First, an embodiment of an image display device according to the present invention will be described. FIG. 1 is an optical layout diagram of the image display apparatus according to the present embodiment. In FIG. 1, a
投射光学系100は、縮小側から拡大側に順に、屈折光学系101と、反射光学系を構成する平面ミラー102及び凹面ミラー103と、を有してなる。
The projection
屈折光学系101は、複数のレンズ群から構成されている。屈折光学系101に関する詳細な説明は後述する。
The refractive
投射光学系100の説明に用いる記号の意味について説明する。なお、以下に示す各記号の意味は、本明細書に記載される実施の形態の説明において共通して用いられる。
The meanings of symbols used to describe the projection
f:投射光学系100の全系の焦点距離
NA:開口数
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
Cj:自由曲面係数
C:近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)
H:光軸からの高さ
K:円錐定数
f: focal length of the entire projection
R: radius of curvature (for aspheric surfaces, the paraxial radius of curvature)
D: Surface spacing Nd: Refractive index νd: Abbe number K: Aspherical conical constant Ai: i-th order aspherical constant Cj: Free-form surface coefficient C: Reciprocal of paraxial radius of curvature (paraxial curvature)
H: Height from the optical axis K: Conic constant
非球面形状は、以下の式1で表される。ここで、式1で表される非球面形状は、近軸曲率Cと、光軸からの高さHと、円錐定数Kと、各次数の非球面定数Aiと、を用いて、Xを光軸方向における非球面量として表している。
(式1)
The aspherical shape is expressed by the following
(Formula 1)
上記の式1に、近軸曲率Cと、円錐定数Kと、非球面定数Aiと、を与えることで、非球面の形状が特定される。
By giving the paraxial curvature C, the conic constant K, and the aspherical constant Ai to the
また、自由曲面形状は、近軸曲率Cと、光軸からの高さHと、円錐定数Kと、自由曲面係数Cjと、を用いて、Xを光軸方向における自由曲面量として、以下の式2で表される。
(式2)
ただし、jは以下の式3で表されるものである。
(式3)
In addition, the free-form surface shape is expressed as follows, using a paraxial curvature C, a height H from the optical axis, a conic constant K, and a free-form surface coefficient Cj, where X is a free-form surface amount in the optical axis direction. It is represented by
(Formula 2)
However, j is represented by the following formula 3.
(Formula 3)
図1に示すように、画像形成部10の法線方向に平行な軸であって、屈折光学系101が備える複数のレンズのうち、軸対象のレンズの複数が共有する軸を「A軸」とする。また、画像形成部10の中心から射出され、屈折光学系101が備える絞りSの中心を通る光線を含む面内の軸のうち、A軸に対して垂直な軸をY軸とする。また、A軸とY軸の双方に垂直な軸を、X軸とする。
As illustrated in FIG. 1, an axis that is parallel to the normal direction of the
なお、図1に示す通り、X軸を回転軸として時計回り方向の回転方向を、+α方向とする。 Note that, as shown in FIG. 1, the rotation direction in the clockwise direction with the X axis as the rotation axis is defined as the + α direction.
ここで、画像形成部10について説明する。図2は、画像形成部10を画像形成面側から見た平面図である。なお、画像形成部10において画像情報が形成される面を画像形成面という。図2に示すように、画像形成部10は、A軸に対してY軸方向にシフトしている。
Here, the
●実施例1
図1は、前玉である自由曲面レンズ131が最も繰り出す48インチの場合の光路図であって、画像形成部10から投射光学系100を通過して被投射面であるスクリーン200へと投射される光の光路を示している。投射光学系100が備える屈折光学系101は、第1レンズ群11と、第2レンズ群12と、第3レンズ群13と、を有してなる。
Example 1
FIG. 1 is an optical path diagram in the case of 48 inches that the free
屈折光学系101は、第1レンズ群11が備える絞りSよりも拡大側であって、最もスクリーン200側のレンズから3番目の負レンズD12(第2レンズ群12に含まれるレンズ)が、A軸に対してY軸方向に可動可能になっている。
The refracting
この負レンズD12がA軸に対してY軸方向に可動することで、スクリーン200上の画位置を調整することができる。
By moving the negative lens D12 in the Y axis direction with respect to the A axis, the image position on the
なお、画位置の調整をするために負レンズD12を可動可能にする方向は、Y軸方向に限ることはなく、X軸方向に可動してもよい。また、XY方向に可動してもよい。 Note that the direction in which the negative lens D12 can be moved to adjust the image position is not limited to the Y-axis direction, and may be movable in the X-axis direction. Moreover, you may move to XY direction.
●レンズ駆動機構
ここで、光学素子の一つである負レンズD12の駆動機構について、説明する。図45は、屈折光学系101の横断面図である。図45に示すように、屈折光学系101は中空円筒状の保持部材1011の内部空間に保持されている。また、保持部である保持部材1011の内径と、光学素子の一つである負レンズD12の外径との間には、隙間1012が形成されている。この隙間1012が形成されていることにより、図示しない駆動機構が、負レンズD12を可動させることができる。
Lens Driving Mechanism Here, a driving mechanism for the negative lens D12 that is one of the optical elements will be described. FIG. 45 is a transverse sectional view of the refractive
図46は、屈折光学系101が備えるレンズ駆動機構の例を示す、屈折光学系101の横断面図である。図46に示すように、レンズ駆動機構は、保持部材1011の外部から保持部材1011の外壁を貫通して光学素子である負レンズD12の外縁に接するネジ1013を備えている。また、レンズ駆動機構は、保持部材1011の内径に固定され、負レンズD12の外縁に接するバネ1014を備えている。ネジ1013とバネ1014が負レンズD12に接する位置は、互いに180度反対側である。
FIG. 46 is a cross-sectional view of the refractive
ネジ1013を締めると、負レンズD12はネジ1013によって押されて、ネジ1013の進行方向に可動する。また、ネジ1013を緩めると、負レンズD12はバネ1014の弾性力によって押されて、ネジ1013側に可動する。このネジ1013とバネ1014によって、負レンズD12が可動する方向を、Y軸方向にすればよい。なお、ネジ1013の回転を図示しない電動モータにより行うようにし、電動にて負レンズD12を可動させるようにしてもよい。
When the
レンズ駆動機構は、この他にも、種々の構成を採用することができる。例えば、ハウジング50の外側に操作レバーを配置して、操作レバーの操作に応じてハウジング内部に備わるギヤを回転させて、このギヤの回転に応じて負レンズD12の保持部材1011が駆動して、これに応じて、負レンズD12が所定の方向に動いてもよい。このような可動調整機構を備えることで、ユーザーが任意の位置に負レンズD12を動かすことができる。
In addition to this, various configurations can be adopted for the lens driving mechanism. For example, an operation lever is arranged outside the
図1に戻り、投射光学系100について説明する。図1に示すように、屈折光学系101が備えるレンズのうち、投射光学系100の凹面ミラー103側に最も近い位置に、自由曲面レンズ131が配置されている。この位置に自由曲面レンズ131を配置することで、歪曲収差や像面湾曲の補正に対する効果を非常に高めることができる。また、この自由曲面レンズ131によって、屈折光学系101が備えるその他のレンズへの負担を減少させることができる。
Returning to FIG. 1, the projection
このような自由曲面レンズ131の効果によって、投射光学系100の小型化と高性能化を容易に図ることができる。
Due to the effect of the free-
また、自由曲面レンズ131を用いることにより、負レンズD12を偏心させたときに発生する収差の補正も可能になる。
Further, by using the free-
ここで「自由曲面」について説明する。自由曲面とは、任意のY軸方向の位置においてX軸方向の位置に応じたX軸方向の曲率が一定ではなく、任意のY軸方向の位置においてY軸方向の位置に応じたY方向の曲率が一定でないアナモフィック面のことをいう。 Here, the “free-form surface” will be described. A free-form surface is that the curvature in the X-axis direction according to the position in the X-axis direction is not constant at any position in the Y-axis direction, and the Y-direction according to the position in the Y-axis direction at any position in the Y-axis direction. An anamorphic surface with a non-constant curvature.
画像形成部10によって形成された画像光が投射光学系100を通過し、スクリーン200へ投射されて、画像が表示される。画像形成部10から出射された光線が、屈折光学系101を通過する。この屈折光学系101を通過した光線により、画像形成部10にて形成された画像情報と共役な中間像が形成される。この中間像は、平面ミラー102よりも画像形成部10側において空間像として形成される。なお、中間像は平面像として結像する必要はなく、曲面像として形成されてもよい。
The image light formed by the
この中間像を、投射光学系100において最も拡大側に配置される凹面ミラー103により拡大して投射することで、スクリーン200に画像が表示される。中間像は像面湾曲や歪曲を有しているが、凹面ミラー103の反射面を自由曲面形状にすることで、これらを補正することができる。これによって、屈折光学系101への収差補正の負担が減るので、投射光学系100の設計への自由度が増し、小型化に有利である。
An image is displayed on the
また、投射光学系100は、凹面ミラー103とスクリーン200との間に防塵ガラス104が設置されている。防塵ガラス104は、ハウジング50の開口部に設置される。この防塵ガラス104は、曲面であってもよいし、レンズなどのパワーを持った光学素子であってもよい。
In the projection
次に、屈折光学系101のより詳細な構成と、フォーカスの様子について説明する。図3は、投射光学系100が有する屈折光学系101の光学配置図である。図3に示すように、屈折光学系101は、画像形成部10から拡大側に向かって順に、正の屈折力を有する第1レンズ群11と、負の屈折力を有する第2レンズ群12と、自由曲面レンズ131のみからなる第3レンズ群13と、を有している。また、図1に示したように、屈折光学系101を備える投射光学系100は、第3レンズ群13の後段に、自由曲面ミラーである凹面ミラー103を有している。
Next, a more detailed configuration of the refractive
屈折光学系101は、遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、負レンズ群である、第2レンズ群12と第3レンズ群13が拡大側に移動する。
In the refractive
第1レンズ群11は、画像形成部10側から順に、画像形成部10側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズと、拡大側により強い凸面を向けた両凸レンズと画像形成部10側により強い凹面を向けた両凹レンズの接合レンズと、画像形成部10側により強い凸面を向けた両凸レンズと、拡大側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズと、絞りSと、画像形成部10側により強い凹面を向けた両凹レンズと画像形成部10側により強い凸面を向けた両凸レンズの接合レンズと、拡大側により強い凸面を向けた両凸レンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、拡大側により強い凸面を向けた両凸レンズと、を有してなる。
The
第2レンズ群12は、画像形成部10側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズと、Y軸方向に移動可能であって画像形成部10側により強い凹面を向けた両凹レンズ(負レンズD12)と。画像形成部10側により強い凹面を向けた両面非球面両凹レンズと、を有してなる。
The
第3レンズ群13は、凹面ミラー103側の面が回転非対称である自由曲面レンズ131を有してなる。
The
ここで、自由曲面レンズ131のパワー分布について説明する。図4は、自由曲面レンズ131のパワー分布の例を示す、(a)X軸方向のパワー分布図、(b)Y軸方向のパワー分布図である。
Here, the power distribution of the free-
図4に示す自由曲面レンズ131のパワー分布は、X軸のパワーPxと、Y軸のパワーPyについて示している。図4は、自由曲面の式f(x、y)を、XとYで微分し、以下の式4を用いて、各座標(X,Y)におけるPxとPyを算出したものである。
The power distribution of the free-
(式4)
(Formula 4)
すなわち、自由曲面レンズ131は、Y軸方向及びX軸方向において、凸形状を有していて、Y軸のパワーの変化量の絶対値が、X軸のパワーの変化量の絶対値よりも小さい。
That is, the free-
次に、実施例1に係る投射光学系100の諸元データについて示す。表1は、実施例1に係る投射光学系100のレンズ(光学素子)データである。表1において、面番号に「*」マークが付されているものは、非球面を示している。また、面番号に「**」マークが付されているものは、自由曲面を示している。また、面番号に「※」マークが付されているものは、Y軸方向にシフト可能なレンズを示している。
(表1)
開口数:0.200
Next, specification data of the projection
(Table 1)
Numerical aperture: 0.200
表2は、実施例1に係る投射光学系100のフォーカシング時におけるレンズ間隔の具体例である。
(表2)
可変間隔
フォーカシング
Table 2 is a specific example of the lens interval at the time of focusing of the projection
(Table 2)
Variable interval focusing
表3は、実施例1に係る投射光学系100における非球面係数の各数値の具体例である。なお、非球面は上記した式1で表される。
(表3)
非球面係数
Table 3 shows specific examples of numerical values of the aspheric coefficients in the projection
(Table 3)
Aspheric coefficient
表4は、本実施例に係る投射光学系100における自由曲面係数の各数値の具体例である。なお、自由曲面は上記式2により表される。
(表4)
自由曲面係数
Table 4 is a specific example of each numerical value of the free-form surface coefficient in the projection
(Table 4)
Free-form surface coefficient
表5は、実施例1に係る投射光学系100における画像形成部10の具体例である。実施例1に係る画像形成部10は、DMDを用いる例である。なお、投射光学系100における入射瞳位置は、58.48mmである。すなわち、本実施例に係る投射光学系100は、ノンテレセン光学系である。
(表5)
Table 5 shows specific examples of the
(Table 5)
表6は、投影画像が最大となる合焦状態において、投射光学系100が備えるレンズのうち最も平面ミラー102側に位置するレンズの頂点からの、平面ミラー102と凹面ミラー103の位置座標と、α回転の角度の具体例である。なお、回転は、面法線とA軸とのなす角度を示している。
(表6)
Table 6 shows the position coordinates of the
(Table 6)
次に、実施例1に係る投射光学系100における、各投射距離における画像劣化の抑制について、図6から図11を用いて説明する。図6から図11は、実施例1に係る投射光学系100において、波長550nmのスポット位置を示す画像を、各ズームポジションと各投射距離においてスクリーン200上に表示した例と、各画角における画像の歪みを例示する図である。
Next, suppression of image degradation at each projection distance in the projection
図6は、近距離投射時の投射光学系100において、スクリーン上に表示した波長550nmのスポット位置を示す画像の例である。図7は、図6に例示した画像における、(a)画像上辺における曲がり、(b)画像左辺における曲がり、(c)画像下辺における曲がり、を示す図である。
FIG. 6 is an example of an image showing a spot position with a wavelength of 550 nm displayed on the screen in the projection
図8は、基準距離投射時の投射光学系100において、スクリーン上に表示した波長550nmのスポット位置を示す画像の例である。図9は、図8に例示した画像における、(a)画像上辺における曲がり、(b)画像左辺における曲がり、(c)画像下辺における曲がり、を示す図である。
FIG. 8 is an example of an image showing a spot position with a wavelength of 550 nm displayed on the screen in the projection
図10は、遠距離投射時の投射光学系100において、スクリーン上に表示した波長550nmのスポット位置を示す画像の例である。図11は、図10に例示した画像における、(a)画像上辺における曲がり、(b)画像左辺における曲がり、(c)画像下辺における曲がり、を示す図である。
FIG. 10 is an example of an image showing a spot position with a wavelength of 550 nm displayed on the screen in the projection
以上、図6から図11に示すように、実施例1に係る投射光学系100によれば、各ズーム、各投射距離において、歪みが少ない画像を投射することができる。
As described above, as shown in FIGS. 6 to 11, the projection
次に、実施例1に係る投射光学系100における、スポットダイアグラムを用いて、各画角におけるズーミングに際し、画像の変化が抑制されていることを、図12から図14を用いて説明する。図12から図14に示すスポットダイヤフラムの各スポットは、図5に示すF1からF13に示すフィールドポジションに対応している。なお、各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性(mm)を波長625nm(赤)、550nm(緑)、425nm(青)について示している。
Next, it will be described with reference to FIGS. 12 to 14 that the change in the image is suppressed during zooming at each angle of view using the spot diagram in the projection
図12は、近距離投射時のスポットダイアグラムである。図13は、基準距離投射時のスポットダイアグラムである。図14は、遠距離投射時のスポットダイアグラムである。 FIG. 12 is a spot diagram at the time of short-distance projection. FIG. 13 is a spot diagram when the reference distance is projected. FIG. 14 is a spot diagram during long distance projection.
図12から図14に示すように、実施例1に係る投射光学系100によれば、各ズーム、各投射距離における画質の変動は抑制されている。
As shown in FIGS. 12 to 14, according to the projection
次に、実施例1に係る投射光学系100の各投射距離において、負レンズD12をY軸方向にシフトさせたときの画像劣化の抑制について、図15から図20を用いて説明する。なお、負レンズD12のシフト量は、Y軸方向に0.2mmとする。
Next, suppression of image degradation when the negative lens D12 is shifted in the Y-axis direction at each projection distance of the projection
図15から図20は、実施例1に係る投射光学系100において、波長550nmの主光線位置を示す画像の図と、各ズームポジションと各投射距離においてスクリーン上に、主光線位置を示す画像を表示したときの、各画角における画像の歪みを例示する図である。
FIGS. 15 to 20 are diagrams showing an image showing the principal ray position at a wavelength of 550 nm and images showing the principal ray position on the screen at each zoom position and each projection distance in the projection
図15は、負レンズD12をY軸方向にシフトさせた近距離投射時の投射光学系100において、スクリーン上に表示した波長550nmのスポット位置を示す画像の例である。図16は、図15に例示した画像における、(a)画像上辺における曲がり、(b)画像左辺における曲がり、(c)画像下辺における曲がり、を示す図である。
FIG. 15 is an example of an image showing a spot position with a wavelength of 550 nm displayed on the screen in the projection
図17は、負レンズD12をY軸方向にシフトさせた基準距離投射時の投射光学系100において、スクリーン上に表示した波長550nmのスポット位置を示す画像の例である。図18は、図17に例示した画像における、(a)画像上辺における曲がり、(b)画像左辺における曲がり、(c)画像下辺における曲がり、を示す図である。
FIG. 17 is an example of an image showing a spot position with a wavelength of 550 nm displayed on the screen in the projection
図19は、負レンズD12をY軸方向にシフトさせた遠距離投射時の投射光学系100において、スクリーン上に表示した波長550nmのスポット位置を示す画像の例である。図20は、図19に例示した画像における、(a)画像上辺における曲がり、(b)画像左辺における曲がり、(c)画像下辺における曲がり、を示す図である。
FIG. 19 is an example of an image showing a spot position with a wavelength of 550 nm displayed on the screen in the projection
以上、図15から図20に示すように、本実施例に係る投射光学系100によれば、負レンズD12をシフトさせても(偏心させても)、各ズーム、各投射距離において、歪みが少ない画像を投射することができる。
As described above, as shown in FIGS. 15 to 20, according to the projection
次に、実施例1に係る投射光学系100における、スポットダイアグラムを用いて、負レンズD12をY軸方向にシフトさせたときでも、画像の変化が抑制されていることについて、図21から図23を用いて説明する。なお、負レンズD12のシフト量は、Y軸方向に0.2mmとする。
Next, in the projection
図21から図23に示すスポットダイヤフラムの各スポットは、図5に示すF1からF13に示すフィールドポジションに対応している。なお、各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性(mm)を波長625nm(赤)、550nm(緑)、425nm(青)について示している。 Each spot of the spot diaphragm shown in FIGS. 21 to 23 corresponds to the field positions shown in F1 to F13 shown in FIG. In addition, each spot diagram has shown the imaging characteristic (mm) on a screen surface about wavelength 625nm (red), 550nm (green), and 425nm (blue).
図21は、負レンズD12をY軸方向にシフトさせた近距離投射時のスポットダイアグラムである。図22は、負レンズD12をY軸方向にシフトさせた基準距離投射時のスポットダイアグラムである。図23は、負レンズD12をY軸方向にシフトさせた遠距離投射時のスポットダイアグラムである。 FIG. 21 is a spot diagram at the time of short distance projection in which the negative lens D12 is shifted in the Y-axis direction. FIG. 22 is a spot diagram at the time of reference distance projection in which the negative lens D12 is shifted in the Y-axis direction. FIG. 23 is a spot diagram during long distance projection in which the negative lens D12 is shifted in the Y-axis direction.
図21から図23に示すように、実施例1に係る投射光学系100によれば、負レンズD12をY軸方向にシフトさせても(偏心させても)、各ズーム、各投射距離における画質の変動は抑制されている。
As shown in FIGS. 21 to 23, according to the projection
なお、負レンズD12を0.2mmシフトしたときの画位置のシフト量は、以下の通りである。
The shift amount of the image position when the negative lens D12 is shifted by 0.2 mm is as follows.
●画像表示装置(2)
次に、本発明に係る画像表示装置の別の実施の形態について説明する。図24は、本実施の形態にかかる画像表示装置の光学配置図である。図24において、画像表示装置であるプロジェクタ1は、画像形成部10と、平行平板40と、投射光学系100と、画像形成部10を照明する照明光の光源を含む照明光学系20と、その他の画像形成に必要な部材などを、ハウジング50に収納してなる。
● Image display device (2)
Next, another embodiment of the image display apparatus according to the present invention will be described. FIG. 24 is an optical layout diagram of the image display apparatus according to the present embodiment. In FIG. 24, the
投射光学系100は、屈折光学系101と、平面ミラー102と、凹面ミラー103と、を有してなる。
The projection
図24に示すように、画像形成部10の法線方向に平行な軸であって、屈折光学系101が備える複数のレンズのうち、軸対象のレンズの複数が共有する軸を「A軸」とする。また、画像形成部10の中心から射出され、屈折光学系101が備える絞りSの中心を通る光線を含む面内の軸のうち、A軸に対して垂直な軸をY軸とする。また、A軸とY軸の双方に垂直な軸を、X軸とする。
As shown in FIG. 24, an axis that is parallel to the normal direction of the
なお、図24に示す通り、X軸を回転軸として時計回り方向の回転方向を、+α方向とする。 As shown in FIG. 24, the rotation direction in the clockwise direction with the X axis as the rotation axis is the + α direction.
●実施例2
図24は、前玉である自由曲面レンズ131が最も繰り出す48インチの場合の光路図であって、画像形成部10から投射光学系100を通過して被投射面であるスクリーン200へと投射される光の光路を示している。屈折光学系101は、第1レンズ群11と、第2レンズ群12と、第3レンズ群13と、を有してなる。
Example 2
FIG. 24 is an optical path diagram in the case where the front curved surface free-
屈折光学系101は、第1レンズ群11が備える絞りSよりも拡大側であって、1番目の負のパワーを持った接合レンズD11(第1レンズ群11に含まれるレンズ)が、A軸に対してY軸方向に可動可能である。
In the refractive
この接合レンズD11がA軸に対してY軸方向に可動することで、スクリーン200上の画位置を調整することができる。
By moving the cemented lens D11 in the Y-axis direction with respect to the A-axis, the image position on the
なお、画位置の調整をするために接合レンズD11を可動可能にする方向は、Y軸方向に限ることはなく、X軸方向において可動してもよい。また、XY方向に可動してもよい。 Note that the direction in which the cemented lens D11 is movable in order to adjust the image position is not limited to the Y-axis direction, and may be movable in the X-axis direction. Moreover, you may move to XY direction.
なお、接合レンズD11の駆動機構は、すでに説明をした実施例1に係る投射光学系100に適用可能な駆動機構と同様のものである。
The driving mechanism of the cemented lens D11 is the same as the driving mechanism applicable to the projection
図24に示すように、屈折光学系101が備えるレンズのうち、投射光学系100の凹面ミラー103に最も近い位置には、自由曲面レンズ131が配置されている。この位置に自由曲面レンズ131を配置することで、歪曲収差や像面湾曲の補正に対する効果を非常に高めることができる。また、この自由曲面レンズ131によって、屈折光学系101が備えるその他のレンズへの負担を減少させることができる。
As shown in FIG. 24, a free-
このような自由曲面レンズ131を用いることによって、上記のような効果を得ることができ、投射光学系100の小型化と高性能化を容易に図ることができる。
By using such a free-
また、自由曲面レンズ131を用いることにより、接合レンズD11を偏心させたときに発生する収差の補正も可能になる。
Further, by using the free-
ここで「自由曲面」について説明する。自由曲面とは、任意のY軸方向の位置においてX軸方向の位置に応じたX軸方向の曲率が一定ではなく、任意のY軸方向の位置においてY軸方向の位置に応じたY方向の曲率が一定でないアナモフィック面のことをいう。 Here, the “free-form surface” will be described. A free-form surface is that the curvature in the X-axis direction according to the position in the X-axis direction is not constant at any position in the Y-axis direction, and the Y-direction according to the position in the Y-axis direction at any position in the Y-axis direction. An anamorphic surface with a non-constant curvature.
屈折光学系101を通過した光線により、画像形成部10にて形成された画像情報と共役な中間像が形成される。この中間像は、平面ミラー102よりも画像形成部10側において空間像として形成される。なお、中間像は平面像として結像する必要はなく、曲面像として形成されてもよい。
An intermediate image conjugate with the image information formed by the
この中間像を、投射光学系100において最も拡大側に配置される凹面ミラー103により拡大して投射することで、スクリーン上に画像が表示される。中間像は像面湾曲や歪曲を有しているが、凹面ミラー103の反射面を自由曲面形状にすることで、これらを補正することができる。これによって、屈折光学系101への収差補正の負担が減るので、投射光学系100の設計への自由度が増し、小型化に有利である。
The intermediate image is enlarged and projected by the
また、投射光学系100は、凹面ミラー103とスクリーン200との間に防塵ガラス104を設置する。防塵ガラス104は、ハウジング50の開口部に設置される。この防塵ガラス104は、曲面であってもよいし、レンズなどのパワーを持った光学素子を用いてもよい。
Further, the projection
次に、屈折光学系101のより詳細な構成と、フォーカスの様子について説明する。図25は、投射光学系100が有する屈折光学系101の光学配置図である。図25に示すように、屈折光学系101は、画像形成部10から拡大側に向かって順に、正の屈折力を有する第1レンズ群11と、負の屈折力を有する第2レンズ群12と、自由曲面レンズ131のみからなる第3レンズ群13と、を有している。また、図1に示したように、屈折光学系101を備える投射光学系100は、第3レンズ群13に続いて、自由曲面ミラーである凹面ミラー103を有している。
Next, a more detailed configuration of the refractive
屈折光学系101は、遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、負レンズ群である、第2レンズ群12と第3レンズ群13が拡大側に移動する。すなわち、本実施形態に係る屈折光学系101では、フォーカシングに際し移動しない(固定の)レンズ群に、軸Aに対して垂直に移動可能な光学素子が含まれている。
In the refractive
第1レンズ群11は、画像形成部10側から順に、画像形成部10側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズと、拡大側による強い凸面を向けた両凸レンズと画像形成部10側により強い凹面を向けた両凹レンズの接合レンズと、画像形成部10側により強い凸面を向けた両凸レンズと、拡大側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズと、絞りSと、画像形成部10側により強い凹面を向けた両凹レンズと画像形成部10側により強い凸面を向けた両凸レンズの接合レンズD11と、拡大側により強い凸面を向けた両凸レンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、拡大側により強い凸面を向けた両凸レンズと、を有してなる。
The
第2レンズ群12は、画像形成部10側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズと、画像形成部10側により強い凹面を向けた両凹レンズ、画像形成部10側により強い凹面を向けた両面非球面両凹レンズと、を有してなる。
The
第3レンズ群13は、自由曲面レンズ131を有してなる。
The
ここで、自由曲面レンズ131のパワー分布について説明する。図26は、本実施例に係る自由曲面レンズ131のパワー分布の例を示す、(a)X軸方向のパワー分布図、(b)Y軸方向のパワー分布図である。
Here, the power distribution of the free-
図26示すパワー分布は、X軸のパワーPxと、Y軸のパワーPyについて示している。図26は、自由曲面の式f(x、y)を、XとYで微分し、以下の式5を用いて、各座標(X,Y)におけるPxとPyを算出したものである。 The power distribution shown in FIG. 26 shows the X-axis power Px and the Y-axis power Py. FIG. 26 is obtained by differentiating the equation f (x, y) of the free-form surface with X and Y, and calculating Px and Py at each coordinate (X, Y) using Equation 5 below.
(式5)
(Formula 5)
次に、実施例2に係る投射光学系100の諸元データについて示す。表7は、実施例2に係る投射光学系100のレンズ(光学素子)データである。表7において、面番号に「*」マークが付されているものは、非球面を示している。また、面番号に「**」マークが付されているものは、自由曲面を示している。また、面番号に「※」マークが付されているものは、Y軸方向にシフト可能なレンズを示している。
(表7)
開口数:0.200
Next, specification data of the projection
(Table 7)
Numerical aperture: 0.200
表8は、実施例2に係る投射光学系100のフォーカシング時におけるレンズ間隔の具体例である。
(表8)
可変間隔
フォーカシング
Table 8 is a specific example of the lens interval at the time of focusing of the projection
(Table 8)
Variable interval focusing
表9は、実施例2に係る投射光学系100における非球面係数の各数値の具体例である。なお、非球面は上記式1で表される。
(表9)
非球面係数
Table 9 is a specific example of each numerical value of the aspheric coefficient in the projection
(Table 9)
Aspheric coefficient
表10は、本実施例に係る投射光学系100における、自由曲面係数の各数値の具体例である。なお、自由曲面は上記式2により表される。
(表10)
自由曲面係数
Table 10 is a specific example of each numerical value of the free-form surface coefficient in the projection
(Table 10)
Free-form surface coefficient
表11は、本実施例に係る投射光学系100における画像形成部10の具体例である。実施例2に係る画像形成部10は、DMDを用いる例である。なお、投射光学系100における入射瞳位置は、58.48mmである。すなわち、本実施例に係る投射光学系100は、ノンテレセン光学系である。
(表11)
Table 11 shows specific examples of the
(Table 11)
表12は、投影画像が最大となる合焦状態において、投射光学系100が備えるレンズのうち最も平面ミラー102側に位置するレンズの頂点からの、平面ミラー102と凹面ミラー103の位置座標と、α回転の角度の具体例である。なお、回転は、面法線とA軸とのなす角度を示している。
(表12)
Table 12 shows the position coordinates of the
(Table 12)
次に、実施例2に係る投射光学系100における、各投射距離における画像劣化の抑制について、図27から図32を用いて説明する。図27から図32は、実施例2に係る投射光学系100において、波長550nmの主光線位置を示す画像を、各ズームポジションと各投射距離においてスクリーン200上に表示した例と、各画角における画像の歪みを例示する図である。
Next, suppression of image degradation at each projection distance in the projection
図27は、近距離投射時の投射光学系100において、スクリーン上に表示した波長550nmのスポット位置を示す画像の例である。図28は、図27に例示した画像における、(a)画像上辺における曲がり、(b)画像左辺における曲がり、(c)画像下辺における曲がり、を示す図である。
FIG. 27 is an example of an image showing a spot position with a wavelength of 550 nm displayed on the screen in the projection
図29は、基準距離投射時の投射光学系100において、スクリーン上に表示した波長550nmのスポット位置を示す画像の例である。図30は、図29に例示した画像における、(a)画像上辺における曲がり、(b)画像左辺における曲がり、(c)画像下辺における曲がり、を示す図である。
FIG. 29 is an example of an image showing a spot position of a wavelength of 550 nm displayed on the screen in the projection
図31は、遠距離投射時の投射光学系100において、スクリーン上に表示した波長550nmのスポット位置を示す画像の例である。図32は、図31に例示した画像における、(a)画像上辺における曲がり、(b)画像左辺における曲がり、(c)画像下辺における曲がり、を示す図である。
FIG. 31 is an example of an image showing a spot position with a wavelength of 550 nm displayed on the screen in the projection
以上、図27から図32に示すように、実施例2に係る投射光学系100によれば、各ズーム、各投射距離において、歪みが少ない画像を投射することができる。
As described above, as shown in FIGS. 27 to 32, the projection
次に、実施例2に係る投射光学系100における、スポットダイアグラムを用いて、各画角におけるズーミングに際し、画像の変化が抑制されていることを、図33から図35を用いて説明する。図33から図35に示すスポットダイヤフラムの各スポットは、図5に示すF1からF13に示すフィールドポジションに対応している。なお、各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性(mm)を波長625nm(赤)、550nm(緑)、425nm(青)について示している。
Next, it will be described with reference to FIGS. 33 to 35 that the change in the image is suppressed during zooming at each angle of view using the spot diagram in the projection
図33は、近距離投射時のスポットダイアグラムである。図34は、基準距離投射時のスポットダイアグラムである。図35は、遠距離投射時のスポットダイアグラムである。 FIG. 33 is a spot diagram at the time of short-distance projection. FIG. 34 is a spot diagram during reference distance projection. FIG. 35 is a spot diagram during long distance projection.
図33から図35に示すように、実施例1に係る投射光学系100によれば、各ズーム、各投射距離における画質の変動は抑制されている。
As shown in FIGS. 33 to 35, according to the projection
次に、本実施例に係る投射光学系100の各投射距離において、接合レンズD11をY軸方向にシフトさせたときの画像劣化の抑制について、図36から図41を用いて説明する。なお、接合レンズD11のシフト量は、Y軸方向に0.1mmとする。
Next, suppression of image degradation when the cemented lens D11 is shifted in the Y-axis direction at each projection distance of the projection
図36から図41は、実施例2に係る投射光学系100において、波長550nmの主光線位置を示す画像の図と、各ズームポジションと各投射距離においてスクリーン上に、主光線位置を示す画像を表示したときの、各画角における画像の歪みを例示する図である。
FIGS. 36 to 41 are diagrams showing an image showing the principal ray position at a wavelength of 550 nm and images showing the principal ray position on the screen at each zoom position and each projection distance in the projection
図36は、接合レンズD11をY軸方向にシフトさせた近距離投射時の投射光学系100において、スクリーン上に表示した波長550nmのスポット位置を示す画像の例である。図37は、図36に例示した画像における、(a)画像上辺における曲がり、(b)画像左辺における曲がり、(c)画像下辺における曲がり、を示す図である。
FIG. 36 is an example of an image showing a spot position with a wavelength of 550 nm displayed on the screen in the projection
図38は、接合レンズD11をY軸方向にシフトさせた基準距離投射時の投射光学系100において、スクリーン上に表示した波長550nmのスポット位置を示す画像の例である。図39は、図38に例示した画像における、(a)画像上辺における曲がり、(b)画像左辺における曲がり、(c)画像下辺における曲がり、を示す図である。
FIG. 38 is an example of an image showing a spot position with a wavelength of 550 nm displayed on the screen in the projection
図40は、接合レンズD11をY軸方向にシフトさせた遠距離投射時の投射光学系100において、スクリーン上に表示した波長550nmのスポット位置を示す画像の例である。図41は、図40に例示した画像における、(a)画像上辺における曲がり、(b)画像左辺における曲がり、(c)画像下辺における曲がり、を示す図である。
FIG. 40 is an example of an image showing a spot position with a wavelength of 550 nm displayed on the screen in the projection
以上、図36から図41に示すように、本実施例に係る投射光学系100によれば、接合レンズD11をシフトさせても(偏心させても)、各ズーム、各投射距離において、歪みが少ない画像を投射することができる。
As described above, as shown in FIGS. 36 to 41, according to the projection
次に、本実施例に係る投射光学系100における、スポットダイアグラムを用いて、各画角におけるズーミングに際し、画像の変化が抑制されていることを、図42から図44を用いて説明する。図42から図44に示すスポットダイヤフラムの各スポットは、図5に示すF1からF13に示すフィールドポジションに対応している。なお、各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性(mm)を波長625nm(赤)、550nm(緑)、425nm(青)について示している。
Next, it will be described with reference to FIGS. 42 to 44 that the change in the image is suppressed during zooming at each angle of view using the spot diagram in the projection
図42は、接合レンズD11をY軸方向にシフトさせた近距離投射時のスポットダイアグラムである。図43は、接合レンズD11をY軸方向にシフトさせた基準距離投射時のスポットダイアグラムである。図44は、接合レンズD11をY軸方向にシフトさせた遠距離投射時のスポットダイアグラムである。 FIG. 42 is a spot diagram at the time of short-distance projection in which the cemented lens D11 is shifted in the Y-axis direction. FIG. 43 is a spot diagram at the time of reference distance projection in which the cemented lens D11 is shifted in the Y-axis direction. FIG. 44 is a spot diagram at the time of long-distance projection in which the cemented lens D11 is shifted in the Y-axis direction.
図42から図44に示すように、実施例2に係る投射光学系100によれば、接合レンズD11をシフトさせても(偏心させても)、各ズーム、各投射距離における画質の変動は抑制されている。
As shown in FIGS. 42 to 44, according to the projection
なお、接合レンズD11を0.1mmシフトしたときの画位置のシフト量を以下に示す。
The shift amount of the image position when the cemented lens D11 is shifted by 0.1 mm is shown below.
以上説明をした実施例1及び実施例2にて示した具体的な数値例により特定される投射光学系100は、絞りSよりも拡大側の光学素子(レンズ)を垂直方向(Y軸方向)に可動させる。この光学素子を可動させることができる投射光学系100を用いることにより、小型で性能劣化が少なく、画位置を移動させることができる画像投射装置を得ることができる。
In the projection
なお、上述した各実施例は、本発明の好適な実施具体例を示したものである。したがって、本発明はその内容に限定されるものではない。特に、各実施例で例示した各部の具体的形状および数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例にすぎないから、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。 In addition, each Example mentioned above shows the suitable Example of this invention. Therefore, the present invention is not limited to the contents. In particular, the specific shapes and values of the parts exemplified in the examples are only examples of the implementations performed in carrying out the present invention, and thus the technical scope of the present invention is interpreted in a limited manner. There must not be.
このように、本発明は、実施例を用いて説明した内容に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。 Thus, the present invention is not limited to the contents described using the embodiments, and can be appropriately changed without departing from the gist thereof.
以下において、上記実施例において説明された本発明に係る投射光学系と画像表示装置の主たる特徴について説明する。 Hereinafter, main features of the projection optical system and the image display apparatus according to the present invention described in the above embodiment will be described.
●特徴1
本発明に係る投射光学系は、画像形成部に形成された画像を被投射面に投射する投射光学系であって、縮小側から拡大側に順に、屈折光学系と、反射光学系と、を有し、前記屈折光学系は、絞りと、自由曲面レンズと、少なくとも1つのパワーを有する光学素子と、を有し、前記反射光学系は、少なくとも1つの反射光学素子を有し、前記屈折光学系を構成する複数のレンズのうち、軸対象のレンズの複数が共有する軸を軸Aとするとき、前記光学素子は、前記軸Aに対して垂直方向に移動可能である、ことを特徴とする
●
A projection optical system according to the present invention is a projection optical system that projects an image formed on an image forming unit onto a projection surface, and includes a refractive optical system and a reflective optical system in order from the reduction side to the enlargement side. The refractive optical system includes a stop, a free-form surface lens, and an optical element having at least one power; the reflective optical system includes at least one reflective optical element; Among the plurality of lenses constituting the system, when the axis shared by a plurality of target lenses is an axis A, the optical element is movable in a direction perpendicular to the axis A. Do
パワーを有する光学素子(負レンズD12または接合レンズD11)を移動できるようにすることで、プリズム作用により、画位置を移動させることができる。また自由曲面レンズを用いることにより、前記の光学素子を移動したときに発生する偏心収差を効果的に補正することが可能となる。 By making it possible to move the optical element having power (negative lens D12 or cemented lens D11), the image position can be moved by the prism action. Further, by using a free-form surface lens, it is possible to effectively correct decentration aberrations that occur when the optical element is moved.
従来のプロジェクタにおいて、画位置調整の可能なものは、光学系全体を移動させることで画位置調整を行っている。このようなプロジェクタは、大型化すること、また、特にミラー光学系において、光線の干渉や移動機構の大型化を招く。 In a conventional projector that can adjust the image position, the image position is adjusted by moving the entire optical system. Such a projector is increased in size, and particularly in a mirror optical system, it causes interference of light rays and an increase in the size of a moving mechanism.
この点において、本発明に係る投射光学系及び、この投射光学系を備える画像表示装置は、投射光学系に含まれる光学素子の一つを移動させることで画位置の移動調整を可能にしている。このため、画像表示装置の小型化や、移動機構の簡略化が行えるだけでなく、画位置調整後の性能劣化も少なくすることが可能となる。 In this respect, the projection optical system according to the present invention and the image display apparatus including the projection optical system enable the movement adjustment of the image position by moving one of the optical elements included in the projection optical system. . For this reason, not only the image display apparatus can be reduced in size and the moving mechanism can be simplified, but also the performance deterioration after the image position adjustment can be reduced.
●特徴2
本発明に係る投射光学系は、特徴1に加えてさらに、前記画像形成部の中心から射出され、前記屈折光学系が有する絞りの中心を通過する光線を含む面内の軸であって、前記A軸に垂直な軸をY軸とし、前記A軸と前記Y軸に垂直な軸をX軸とするとき、前記自由曲面レンズは、凹面ミラー側の面が回転非対称であって、前記Y軸方向及び前記X軸方向に凸形状を有し、前記Y軸の方向のパワーの変化量の絶対値が前記X軸の方向のパワーの変化量の絶対値よりも小さい、ことを特徴とする。
●
In addition to the
この特徴によれば、前記の光学素子をY方向に偏心させた場合、Y方向のパワーの変化量を小さくすることができる。このように、Y方向のパワーの変化量を小さくする理由は、自由曲面レンズへの光線位置の変化がX方向に対して敏感であるためである。Y方向のパワーの変化量を小さくすることで、偏心収差の発生を抑えることができる。 According to this feature, when the optical element is decentered in the Y direction, the amount of change in power in the Y direction can be reduced. Thus, the reason for reducing the amount of change in the power in the Y direction is that the change in the light beam position on the free-form surface lens is sensitive to the X direction. By reducing the amount of change in power in the Y direction, the occurrence of decentration aberrations can be suppressed.
●特徴3
本発明に係る投射光学系は、特徴1および特徴2に加えてさらに、前記光学素子は、前記Y軸に沿って移動する、ことを特徴とする。
● Feature 3
The projection optical system according to the present invention is characterized in that, in addition to the
この特徴によれば、Y軸方向の調整が特に難しいため、Y軸方向の移動のみとすることで、移動機構を簡略化することができる。また、この特徴を有する投射光学系を備える画像表示装置は、画像表示装置の小型化や、低コスト化を図ることができる。 According to this feature, since adjustment in the Y-axis direction is particularly difficult, the movement mechanism can be simplified by only moving in the Y-axis direction. In addition, an image display device including a projection optical system having this feature can reduce the size and cost of the image display device.
●特徴4
本発明に係る投射光学系は、特徴1乃至特徴3に加えてさらに、前記光学素子は、前記絞りよりも前記反射光学素子側に配置される、ことを特徴とする。
●
The projection optical system according to the present invention is characterized in that, in addition to the
この特徴によれば、絞りよりも拡大側に画位置調整用の光学素子を配置することで、偏心収差の発生が少なく、画位置調整が可能となる。 According to this feature, by arranging the image position adjusting optical element on the enlargement side with respect to the stop, the occurrence of decentration aberration is reduced and the image position can be adjusted.
●特徴5
本発明に係る投射光学系は、特徴1乃至特徴4に加えてさらに、前記反射光学素子は、凹面ミラーであって自由曲面を有する、ことを特徴とする。
● Feature 5
The projection optical system according to the present invention is characterized in that, in addition to
この特徴によれば、凹面の自由曲面ミラーとすることで、前記自由曲面レンズの効果とあいまって、前記光学素子の偏心収差を効果的に補正することが可能となる。 According to this feature, by using a concave free-form surface mirror, together with the effect of the free-form surface lens, it becomes possible to effectively correct the decentration aberration of the optical element.
●特徴6
本発明に係る投射光学系は、特徴1乃至特徴5に加えてさらに、前記光学素子は、負のパワーを有する、ことを特徴とする。
●
The projection optical system according to the present invention is characterized in that, in addition to the
この特徴によれば、負のパワーを有する光学素子を移動させることで、効果的に画位置を移動させることが可能となる。 According to this feature, the image position can be effectively moved by moving the optical element having negative power.
●特徴7
本発明に係る投射光学系は、特徴1乃至特徴6に加えてさらに、前記屈折光学系は、前記光学素子を移動させる駆動機構を有する、ことを特徴とする。
● Feature 7
The projection optical system according to the present invention is characterized in that, in addition to
この特徴によれば、前記の光学素子を偏心させるための駆動機構を備えることで、任意の偏心を容易に行うことができる。 According to this feature, by providing a drive mechanism for decentering the optical element, any decentering can be easily performed.
●特徴8
本発明に係る投射光学系は、特徴1乃至特徴7に加えてさらに、前記屈折光学系は、前記光学素子の保持部の内径と、前記光学素子の外径との間に隙間を有する、ことを特徴とする。
●
In the projection optical system according to the present invention, in addition to
この特徴によれば、複雑な機構を有さずに、画位置の調整をすることが可能となる。 According to this feature, it is possible to adjust the image position without having a complicated mechanism.
●特徴9
本発明に係る投射光学系は、特徴1乃至特徴8に加えてさらに、複数のレンズ群を備え、前記光学素子は、前記複数のレンズ群のうちフォーカス時には移動しないレンズ群に含まれている、ことを特徴とする。
● Feature 9
The projection optical system according to the present invention further includes a plurality of lens groups in addition to the
この特徴によれば、フォーカス時に固定されているレンズ群に含まれる光学素子を移動させることにより、移動機構を簡略化することができるため、装置の小型化ができる。 According to this feature, the moving mechanism can be simplified by moving the optical element included in the lens group fixed at the time of focusing, so that the apparatus can be downsized.
●特徴10
本発明に係る投射光学系は、特徴1乃至特徴9に加えてさらに、前記投射光学系がノンテレセン光学系である、ことを特徴とする。
●
The projection optical system according to the present invention is characterized in that, in addition to the
この特徴によれば、ノンテレセン光学系とすることで、小型化に有利となる。 According to this feature, the non-telecentric optical system is advantageous for downsizing.
●特徴11
本発明に係る画像表示装置は、画像形成部に光源からの光を照射する照明光学系と、画像形成部に形成された画像を被投射面に拡大投射する投射光学系と、を有し、投射光学系が上記した特徴1乃至特徴10のいずれかに係る投射光学系である、ことを特徴とする。
●
An image display device according to the present invention includes an illumination optical system that irradiates light from a light source to an image forming unit, and a projection optical system that projects an image formed on the image forming unit on a projection surface in an enlarged manner, The projection optical system is a projection optical system according to any one of the
この特徴によれば、投射距離が非常に短く、かつ、小型で画位置調整が可能であって、性能変化の少ない画像表示装置を得ることができる。 According to this feature, it is possible to obtain an image display device in which the projection distance is very short, the image position can be adjusted with a small size, and the performance change is small.
1 画像表示装置
11 第1レンズ群
12 第2レンズ群
13 第3レンズ群
100 投射光学系
101 屈折光学系
102 平面ミラー
103 凹面ミラー
DESCRIPTION OF
Claims (11)
縮小側から拡大側に順に、屈折光学系と、反射光学系と、を有し、
前記屈折光学系は、
絞りと、
自由曲面レンズと、
少なくとも1つのパワーを有する光学素子と、
を有し、
前記反射光学系は、少なくとも1つの反射光学素子を有し、
前記屈折光学系を構成する複数のレンズのうち、軸対象のレンズの複数が共有する軸を軸Aとするとき、
前記光学素子は、前記軸Aに対して垂直方向に移動可能である、
ことを特徴とする投射光学系。 A projection optical system that projects an image formed on an image forming unit onto a projection surface,
In order from the reduction side to the enlargement side, it has a refractive optical system and a reflective optical system,
The refractive optical system is
Aperture,
A free-form surface lens,
An optical element having at least one power;
Have
The reflective optical system has at least one reflective optical element,
Among the plurality of lenses constituting the refractive optical system, when an axis shared by a plurality of lenses targeted for the axis is an axis A,
The optical element is movable in a direction perpendicular to the axis A;
A projection optical system characterized by that.
前記A軸と前記Y軸に垂直な軸をX軸とするとき、
前記自由曲面レンズは、
凹面ミラー側の面が回転非対称であって、
前記Y軸方向及び前記X軸方向に凸形状を有し、
前記Y軸の方向のパワーの変化量の絶対値が前記X軸の方向のパワーの変化量の絶対値よりも小さい、
請求項1記載の投射光学系。 An axis in a plane including a light beam emitted from the center of the image forming unit and passing through the center of the stop included in the refractive optical system, and an axis perpendicular to the A axis is a Y axis,
When the X axis is an axis perpendicular to the A axis and the Y axis,
The free-form surface lens is
The surface on the concave mirror side is rotationally asymmetric,
Convex shapes in the Y-axis direction and the X-axis direction,
The absolute value of the power change amount in the Y-axis direction is smaller than the absolute value of the power change amount in the X-axis direction;
The projection optical system according to claim 1.
請求項2に記載の投射光学系。 The optical element moves along the Y axis;
The projection optical system according to claim 2.
請求項1乃至3のいずれかに記載の投射光学系。 The optical element is disposed closer to the reflective optical element than the diaphragm.
The projection optical system according to claim 1.
請求項1乃至4のいずれかに記載の投射光学系。 The reflective optical element is a concave mirror and has a free-form surface;
The projection optical system according to claim 1.
請求項1乃至5のいずれかに記載の投射光学系。 The optical element has a negative power;
The projection optical system according to claim 1.
前記光学素子を移動させる駆動機構を有する、
請求項1乃至6のいずれかに記載の投射光学系。 The refractive optical system is
A drive mechanism for moving the optical element;
The projection optical system according to claim 1.
前記光学素子の保持部の内径と、前記光学素子の外径との間に隙間を有する、
請求項1乃至7のいずれかに記載の投射光学系。 The refractive optical system is
There is a gap between the inner diameter of the holding portion of the optical element and the outer diameter of the optical element,
The projection optical system according to claim 1.
前記光学素子は、前記複数のレンズ群のうちフォーカス時には移動しないレンズ群に含まれている、
請求項1乃至8のいずれかに記載の投射光学系。 With multiple lens groups,
The optical element is included in a lens group that does not move during focusing among the plurality of lens groups.
The projection optical system according to claim 1.
請求項1乃至9のいずれかに記載の投射光学系。 The projection optical system is a non-telecentric optical system;
The projection optical system according to claim 1.
前記画像形成部に形成された画像を被投射面に拡大投射する投射光学系と、
を有し、
前記投射光学系は、請求項1乃至10のいずれかに記載の投射光学系である、
ことを特徴とする画像表示装置。 An illumination optical system for irradiating light from a light source to the image forming unit;
A projection optical system for enlarging and projecting the image formed on the image forming unit on the projection surface;
Have
The projection optical system is the projection optical system according to any one of claims 1 to 10.
An image display device characterized by that.
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