JP2016014761A - Reflection type projection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源部からの光を所定の光学処理系を介して投射するプロジェクタ等に用いて好適な反射型投射装置に関する。 The present invention relates to a reflective projection apparatus suitable for use in a projector or the like that projects light from a light source unit via a predetermined optical processing system.
従来、スクリーンに映像を投射するプロジェクタは知られているが、この種のプロジェクタにおいて、投射距離を短くするには、通常、広角レンズを使用し、ズーム機能を調整することにより対応することができる。しかし、投射距離の短縮化と画面サイズの大型化は相反する関係にあるため、短い投射距離を確保しつつ大型の画面サイズを実現するのは容易でなく、超広角レンズを使用し、かつ最大にズームアップしたとしても、これらの要請を満たすには限界がある。一方、短い投射距離により大型の画面サイズを得ることができる反射型光学系も、特許文献1及び2により提案されている。
Conventionally, a projector that projects an image on a screen is known, but in this type of projector, in order to shorten the projection distance, it is usually possible to use a wide-angle lens and adjust the zoom function. . However, since the reduction in projection distance and the increase in screen size are contradictory, it is not easy to achieve a large screen size while securing a short projection distance. Even if you zoom in, there are limits to meeting these requirements. On the other hand,
特許文献1で開示される反射型結像光学系は、3枚の反射鏡の形状、配置、材料を最適化することで、広い範囲に適用可能な、広画角の反射型結像光学系を構成するとともに、安価で、高性能・広画角の反射型結像光学系の提供を目的としたものであり、具体的には、画像形成素子または撮像素子をその結像面に有し、結像面側より、結像面に凹面を向けた回転対称面形状を有する第1の反射鏡と、第lの反射鏡からの光束に凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第2の反射鏡と、第2の反射鏡からの光束に同じく凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第3の反射鏡の3つの反射鏡から構成されたものである。
The reflection-type imaging optical system disclosed in
また、特許文献2で開示される反射型結像光学系は、明るいFNOと短光路長の両立が可能となる反射型結像光学系の提供を目的としたものであり、具体的には、結像面側より順に、結像面に凹面を向けた回転対称面形状を有する第lの反射鏡、該第lの反射鏡からの光束に凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第2の反射鏡、第2の反射鏡からの光束に同じく凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第3の反射鏡の、3枚の反射鏡からなる結像系を有する反射型結像光学系において、前記反射型結像光学系の全系のパワーをφ、第1,第2,第3の反射鏡のパワーをそれぞれφ1、φ2、φ3、ペッツバール和をPとするとき、条件式0.01<(φ1/φ)<0.1…(1)、条件式φ3/φ<φ2/φ<0…(2),0.1<│P/φ│<0.5…(3)を満たすように構成したものである。
The reflective imaging optical system disclosed in
しかし、上述した従来における反射型投射装置(反射型結像光学系)は、次のような問題点があった。 However, the above-described conventional reflection type projection apparatus (reflection type imaging optical system) has the following problems.
第一に、基本構造として、三つ以上の反射鏡を組合わせた構造となるため、光学系、更には投射装置全体に対する小型コンパクト化及び軽量化を実現しにくい。したがって、大型化故の難点、具体的には、保管性,設置性及び取扱性などに劣るとともに、大型キャビネットなども必要になるため、コスト面でも不利になる。 First, since the basic structure is a structure in which three or more reflecting mirrors are combined, it is difficult to realize a compact and lightweight design with respect to the optical system and the entire projection apparatus. Accordingly, it is difficult to increase the size, specifically, it is inferior in storability, installation and handling, and requires a large cabinet, which is disadvantageous in terms of cost.
第二に、基本的には、反射鏡の組合わせにより構成するため、画質を確保しつつ広角性能を高めるには限界がある。したがって、従来の反射型結像光学系を適用したプロジェクタを、例えば、室内のテーブル上に置き、壁面に設置したスクリーンに投射するような事例において、1〔m〕以下の投射距離により大型の画面サイズに投射する要請に応えるのは容易でないとともに、実現したとしても良好な画質(光学特性)を確保しにくい。 Secondly, since it is basically constituted by a combination of reflecting mirrors, there is a limit to improving the wide-angle performance while ensuring image quality. Therefore, in a case where a projector using a conventional reflective imaging optical system is placed on a table in a room and projected onto a screen installed on a wall surface, a large screen with a projection distance of 1 [m] or less It is not easy to meet the demand of projecting to size, and even if it is realized, it is difficult to ensure good image quality (optical characteristics).
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した反射型投射装置の提供を目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a reflective projection apparatus that solves the problems in the background art.
本発明に係る反射型投射装置1は、上述した課題を解決するため、光源部2からの光Coを所定の光学処理系Sを介して投射する反射型投射装置を構成するに際して、光学処理系Sに、光軸方向(光進行方向)Fsの後側に配した屈折光学系3と光軸方向Fsの前側に配した反射光学系4とを設け、屈折光学系3と反射光学系4を共軸系により構成するとともに、反射光学系4に、屈折光学系3から出射した光Coが透過する一つ以上の屈折面部La,Lb及びこの屈折面部La,Lbから出射した光Coが反射する一つの反射面部Lrを設け、かつ反射光学系4の光学条件として、−0.5<Pr・|fr|<0.1(ただし、Pr:反射光学系のペッツバール和,fr:反射光学系の焦点距離)に設定してなることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the
この場合、発明の好適な態様により、光学処理系S全系の光学条件としては、−0.1<P・f<0.2(ただし、P:全系のペッツバール和,F:全系の焦点距離)に設定ことが望ましい。また、光学処理系Sの光軸Kmは、光源部2の光軸Kcに対してオフセットさせることができる。一方、屈折面部La,Lbは、負のパワーを有する屈折用レンズ5により構成できるとともに、反射光学系4には、少なくとも一つの非球面部5cを設けることができる。さらに、反射面部Lrには、凸面鏡6p,平面鏡6h又は凹面鏡6iを用いることができるとともに、この反射面部Lrは、屈折面部Libに対して、一体化した裏面鏡6r又は離間した独立鏡6mにより構成することができる。
In this case, according to a preferred aspect of the invention, the optical condition of the entire optical processing system S is −0.1 <P · f <0.2 (where P: Petzval sum of the entire system, F: total system (Focal length) is desirable. Further, the optical axis Km of the optical processing system S can be offset with respect to the optical axis Kc of the
このような構成を有する本発明に係る反射型投射装置1によれば、次のような顕著な効果を奏する。
According to the reflection
(1) 光学処理系Sに、光軸方向(光進行方向)Fsの後側に配した屈折光学系3と光軸方向Fsの前側に配した反射光学系4とを設け、屈折光学系3と反射光学系4を共軸系により構成するとともに、反射光学系4に、屈折光学系3から出射した光Coが透過する一つ以上の屈折面部La,Lb及びこの屈折面部La,Lbから出射した光Coが反射する一つの反射面部Lrを設け、かつ反射光学系4の光学条件として、−0.5<Pr・|fr|<0.1に設定してなるため、基本構造の単純化を図ることができる。この結果、反射型投射装置1全体の小型コンパクト化及び軽量化を図れるとともに、保管性,設置性,取扱性及び低コスト性をより高めることができる。
(1) The optical processing system S is provided with the refractive
(2) 従来のような反射鏡の組合わせに留まらないため、良好な画質を確保しつつ広角性能をより高めることができる。したがって、例えば、反射型投射装置1(プロジェクタ)を室内のテーブル上に置き、壁面に設置したスクリーンに投射する場合であっも、投射距離を1〔m〕以内に設定しつつ必要な大型画面サイズを容易に確保できるなど、各種用途に柔軟に対応することができる。 (2) Since the present invention is not limited to the conventional combination of reflecting mirrors, wide-angle performance can be further enhanced while ensuring good image quality. Therefore, for example, even when the reflective projection apparatus 1 (projector) is placed on a table in a room and projected onto a screen installed on a wall surface, the required large screen size while setting the projection distance within 1 [m]. It is possible to flexibly respond to various uses, such as being able to ensure the above.
(3) 好適な態様により、光学処理系S全系の光学条件として、−0.1<P・f<0.2に設定すれば、反射光学系4におけるペッツバール和の最適化に加えて、光学処理系S全系におけるペッツバール和の最適化を図れるため、本発明に係る反射型投射装置1を構成した際の基本的な作用効果をより高めることができる。
(3) According to a preferred embodiment, if the optical condition of the entire optical processing system S is set to −0.1 <P · f <0.2, in addition to the optimization of the Petzval sum in the reflective
(4) 好適な態様により、光学処理系Sの光軸Kmを、光源部2の光軸Kcに対してオフセットさせれば、レンズシフト機能と同様の機能を発揮させることができるため、画面位置、特に、上下方向における画面位置を最適な位置にシフトさせることができる。
(4) According to a preferred embodiment, if the optical axis Km of the optical processing system S is offset with respect to the optical axis Kc of the
(5) 屈折面部La,Lbを、負のパワーを有する屈折用レンズ5により構成すれば単一かつ汎用的な凹レンズにより実施可能になるため、実施の容易性に寄与できるとともに、部品点数の削減及びこれに基づくコストダウンに寄与できる。
(5) If the refracting surface portions La and Lb are constituted by the refracting
(6) 反射光学系4に、少なくとも一つの非球面部5cを設ければ、特に、屈折用レンズ5の最適化を図れるため、光学処理系S全体の光学性能向上に寄与できる。
(6) If the reflecting
(7) 反射面部Lrを構成するに際し、凸面鏡6p,平面鏡6h又は凹面鏡6iを選択して用いることができるため、屈折面部La,Lbと組合わせることにより、光学処理系Sを構築する際の設計自由度を高めることができ、目的やグレード等に応じた最適設計を容易かつ柔軟に行うことができる。
(7) In constructing the reflective surface portion Lr, the convex mirror 6p, the
(8) 反射面部Lrは、屈折面部Lbに対して、一体化した裏面鏡6rとしてもよいし、或いは離間した独立鏡6mとしてもよいなど、各種形態を選択して実施可能であり、実施形態の多様性を高めることができる。
(8) The reflective surface portion Lr can be implemented by selecting various forms, such as an integrated back surface mirror 6r or a separated
次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。 Next, preferred embodiments according to the present invention will be given and described in detail with reference to the drawings.
最初に、本実施形態に係る反射型投射装置1を適用したプロジェクタ1pの一例について、図4を参照して説明する。
First, an example of a projector 1p to which the
図4中、21は室内、22は室内の壁面、23は室内に置かれたテーブルをそれぞれ示し、壁面22には、テーブル23の周囲に置かれた不図示の椅子に座った人から見ることができる高さ(位置)に、比較的大型の画面サイズを有するスクリーン31が設置されているとともに、テーブル23の上面であって、スクリーン31側の端には、プロジェクタ1p(反射型投射装置1)が載置された状態を示している。
In FIG. 4, 21 indicates a room, 22 indicates a wall surface in the room, and 23 indicates a table placed in the room. The
例示の場合、プロジェクタ1pは、キャビネット7を備え、このキャビネット7に設けた投射口7eから出射する光Co(映像)がスクリーン31に投射(投映)される。この場合、投射距離としては、1〔m〕以内、画面サイズとしては、60インチ以上を確保可能である。さらに、投射位置(投射高さ)は、図4に示すように、プロジェクタ1p自身よりも上方に位置させる。加えて、このような要請に応えつつ、画質等の本来の必要なプロジェクタ性能を確保する。本実施形態に係る反射型投射装置1は、このようなプロジェクタ1pの要請に応えることを目的としたものである。
In the case of the example, the projector 1 p includes a
次に、本実施形態に係る反射型投射装置1(プロジェクタ1p)の要部構成について、図1及び図2を参照して説明する。 Next, the configuration of the main part of the reflective projection apparatus 1 (projector 1p) according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
反射型投射装置1の要部構成(光学系構成)は、図1に示すように、大別して、光源部2,屈折光学系3及び反射光学系4を備える。この屈折光学系3及び反射光学系4は、反射型投射装置1における光学処理系Sを構成する。また、光学処理系Sは、光軸方向(光進行方向)Fsの後側に配した屈折光学系3と光軸方向Fsの前側に配した反射光学系4とを備える。
As shown in FIG. 1, the main configuration (optical system configuration) of the
さらに、光学処理系Sにおける屈折光学系3と反射光学系4は、光軸Kmを共通にした共軸系により構成するとともに、光源部2の光軸Kcは、光学処理系Sの光軸Kmに対してDo幅だけオフセットさせる。このように、光学処理系Sの光軸Kmを、光源部2の光軸Kcに対してオフセットさせれば、レンズシフト機能と同様の機能を発揮させることができるため、画面位置、特に、上下方向における画面位置を最適な位置にシフト(設定)できる利点がある。これにより、投射位置(投射高さ)を、図4に示すように、プロジェクタ1p自身よりも上方に位置させることができる。
Furthermore, the refractive
光源部2は、基本的な機能として、光Co(図2参照)を光軸方向Fs(光進行方向)前方へ出射する機能を有する。例示の場合、プロジェクタ1pを想定しているため、発光源(ランプ)の図示は省略し、光Coを出射する出力部位に配した一つの透過型の液晶パネル11を代表的に示している。したがって、図示を省略した発光源(ランプ)からの光Coは、液晶パネル11を透過して前方に出射される。
The
屈折光学系3は、広角レンズ系3wにより構成する。例示の広角レンズ系3wは、超広角レンズユニットであり、光軸方向Fs(光進行方向)の前側から後側へ、負のメニスカスレンズL1,凸レンズL2fと凹レンズL2rの複合レンズL2,凸レンズL3fと凹レンズL3rの複合レンズL3,正のメニスカスレンズL4,負のメニスカスレンズL5を順次配した構成を備えている。このように、屈折光学系3を、広角レンズ系3wにより構成すれば、広角レンズ設計により対応できるため、本発明に係る反射型投射装置1にとって有効な光学処理系Sを容易かつ確実に構築できる。
The refractive
反射光学系4は、基本構成として、屈折光学系3から出射した光Coが透過する一つ以上の屈折面部La,Lb及びこの屈折面部La,Lbから出射した光Coが反射する一つの反射面部Lrを有する反射光学系主部4mを備える。なお、必要に応じ、この反射光学系4には、反射光学系主部4mに加えて、レンズ,フィルタ,ミラー等の各種光学要素を設けることができる。
The reflecting
また、屈折面部La,Lbは、一方の面、即ち、光進行方向Fs前側の面が屈折面部Laとなり、他方の面(後側の面)が屈折面部Lbとなる屈折用レンズ5により構成する。例示の屈折用レンズ5は片面を非球面部5cに形成した非球面レンズであり、負のパワーを有する単レンズを用いた。なお、この非球面部5cに関しては、光軸の長さをx、光軸からの高さをy、曲率半径をR、非球面係数をCとした場合、一般式として、x=R−{R2−(1+C)・y2}0.5 が成立するため、これに基づき非球面部5cの形状を求めることができる。
Further, the refracting surface portions La and Lb are constituted by a refracting
このように、屈折光学系3における広角レンズ系3wに対して、屈折面部La,Lbを有する屈折用レンズ5を付加すれば、広角レンズ系3wによる広角化に加えてより広角化することが可能となる。また、屈折面部La,Lbを構成するに際し、負のパワーを有する屈折用レンズ5により構成すれば、単一かつ汎用的な凹レンズにより実施可能になるため、実施の容易性に寄与できるとともに、部品点数の削減及びこれに基づくコストダウンに寄与できる利点がある。さらに、屈折用レンズ5には非球面部5cを設けたため、特に、屈折用レンズ5の最適化を図ることができ、光学処理系S全体の光学性能向上に寄与できる利点がある。
As described above, if the refracting
一方、反射面部Lrには、平面鏡6hを使用するとともに、この平面鏡6h(反射面部Lr)は、屈折面部Lb,La(屈折用レンズ5)に対して、離間した独立鏡6mとして構成する。これにより、屈折用レンズ5における屈折面部La,Lbを順に透過(屈折)した光Coは、反射面部Lrを反射し、屈折面部Lb,Laに対して逆方向から再透過(再屈折)した後、外部に投射される。
On the other hand, a
この場合、反射光学系4の光学条件は、
−0.5<(Pr・|fr|)<0.1 …(100)
に設定する。なお、Prは反射光学系4のペッツバール和、frは反射光学系4の焦点距離である。
In this case, the optical condition of the reflective
−0.5 <(Pr · | fr |) <0.1 (100)
Set to. Note that Pr is the Petzval sum of the reflective
また、屈折光学系3と反射光学系4を含む光学処理系S全系の光学条件は、
−0.1<(P・f)<0.2 …(101)
に設定する。なお、Pは全系のペッツバール和、Fは全系の焦点距離である。
The optical conditions of the entire optical processing system S including the refractive
−0.1 <(P · f) <0.2 (101)
Set to. P is the Petzval sum of the entire system, and F is the focal length of the entire system.
ところで、上記条件式(100)と(101)は、ペッツバール和、即ち、像面の曲がり具合を示しており、このペッツバール和(数値)の逆数が像面の曲率半径となる。このため、ペッツバール和が0(ゼロ)の場合、無限の曲率半径となり、像面は平坦となる平面上に結像される。一方、この数値が大きい場合、像面の曲がりが激しくなり、中心部で結像したとしても周辺部ではピントがズレてしまう。また、ペッツバール和が正であれば、周辺部がレンズ側に曲がるととともに、負であれば、レンズ側に対して反対側に曲がる。したがって、光学処理系S全系において、ペッツバール和Pを、0.1程度の数値に抑えれば、焦点距離fを22〔mm〕とした場合、0.1/22=0.0045、即ち、半径222〔mm〕の像面湾曲が発生するとともに、液晶パネル11の最外部(光軸Kmから最も離れた部位)を20〔mm〕とした場合、ピントのズレは、0.9〔mm〕となり、0.9〔mm〕を越えた場合には、許容できる像面湾曲を得ることができない。 The conditional expressions (100) and (101) indicate the Petzval sum, that is, the degree of curvature of the image plane, and the inverse of the Petzval sum (numerical value) is the radius of curvature of the image plane. Therefore, when the Petzval sum is 0 (zero), the radius of curvature is infinite, and the image plane is imaged on a flat plane. On the other hand, when this numerical value is large, the curvature of the image surface becomes intense, and even if the image is formed at the center, the focus is shifted at the periphery. If the Petzval sum is positive, the peripheral portion bends to the lens side, and if it is negative, the peripheral portion bends to the opposite side. Therefore, in the entire optical processing system S, if the Petzval sum P is suppressed to a numerical value of about 0.1, when the focal length f is 22 [mm], 0.1 / 22 = 0.0045, that is, When the curvature of field with a radius of 222 [mm] occurs and the outermost part of the liquid crystal panel 11 (the part farthest from the optical axis Km) is 20 [mm], the focus deviation is 0.9 [mm]. Thus, if it exceeds 0.9 mm, an acceptable field curvature cannot be obtained.
このように、光学条件として、条件式(100),(101)を設定すれば、投射距離として1〔m〕以内、望ましくは80〔cm〕前後、さらに、画面サイズとして、60インチ以上の大きさを容易に確保できるとともに、加えて、画質等の本来のプロジェクタ性能を容易に確保できる。特に、条件式(100)に設定することにより、本実施形態に係る反射型投射装置1の主要部となる反射光学系4に対する最適化を図ることができ、反射型投射装置1の基本的な作用効果を確保できるとともに、条件式(101)を設定すれば、反射光学系4におけるペッツバール和の最適化に加えて、光学処理系S全系におけるペッツバール和の最適化を図れるため、本発明に係る反射型投射装置1を構成した際の基本的な作用効果をより高めることができる。図2は、図1に示した反射型投射装置1における光Co(光線)の進行方向を矢印により示している。
As described above, when conditional expressions (100) and (101) are set as optical conditions, the projection distance is within 1 [m], preferably around 80 [cm], and the screen size is 60 inches or more. In addition, it is possible to easily ensure the original projector performance such as image quality. In particular, by setting the conditional expression (100), it is possible to optimize the reflective
次に、表1を参照して、図1に示した反射型投射装置1の発明としての有為性について検証する。なお、表1は、図1に示した反射型投射装置1の光学データを示す。特に、表1における点線で囲った光学データは反射光学系4における光学データである。
Next, with reference to Table 1, the validity as the invention of the
前述したように、図4に示したプロジェクタ1p(反射型投射装置1)は、投射距離として、1〔m〕以内を確保するとともに、画面サイズとしては、60インチ以上を確保することを想定する。加えて、画質等の本来の必要なプロジェクタ性能を確保するため、ペッツバール和Pet(s)の値を限りなくゼロに近付けることが理想である。 As described above, it is assumed that the projector 1p (reflective projection apparatus 1) shown in FIG. 4 secures a projection distance of 1 [m] or less and a screen size of 60 inches or more. . In addition, in order to ensure the originally necessary projector performance such as image quality, it is ideal that the value of Petzval sum Pet (s) is made as close to zero as possible.
屈折面部La,Lbを構成する屈折用レンズ5の場合、ペッツバール和Pet(s)は、数1の演算式で求めることができる。
In the case of the refracting
なお、nは屈折率、raは屈折面部Laの曲率半径、rbは屈折面部Lbの曲率半径である。 Note that n is the refractive index, ra is the radius of curvature of the refractive surface portion La, and rb is the radius of curvature of the refractive surface portion Lb.
また、屈折用レンズ5の焦点距離fについては数2の演算式が成立する。
In addition, with respect to the focal length f of the
したがって、数1の演算式は数2の演算式を用いることにより数3の演算式に書き換えることができる。
Therefore, the arithmetic expression of
一方、表1の光学データから、nは「1.51680」、raは「838.0349」、rbは「−78.77631」、屈折面部Lbの非球面係数は「−5」である。したがって、光学処理系S全系の焦点距離fは、22.66〔mm〕となるとともに、ペッツバール和Pet(s)は、0.0018となる。なお、ペッツバール和Pet(s)の値は、限りなくゼロに近付けることが理想であるが、0.01未満の値であれば、実用上は十分に許容できる。 On the other hand, from the optical data in Table 1, n is “1.51680”, ra is “838.0349”, rb is “−78.77631”, and the aspherical coefficient of the refracting surface portion Lb is “−5”. Accordingly, the focal length f of the entire optical processing system S is 22.66 [mm], and the Petzval sum Pet (s) is 0.0018. The value of Petzval sum Pet (s) is ideally as close to zero as possible, but a value less than 0.01 is sufficiently acceptable in practice.
次に、本発明の反射型投射装置1の変更実施形態に係る反射光学系4について、図3を参照して説明する。
Next, a reflective
前述した図1に示した反射光学系4は、反射面部Lrに平面鏡6hを使用するとともに、この平面鏡6hを、屈折面部Lb,La(屈折用レンズ5)に対して、離間した独立鏡6mとして構成したが、図3に示す反射光学系4は、反射面部Lrを凸面鏡6pにより構成するとともに、屈折面部Lb,La(屈折用レンズ5)に対して、一体化した裏面鏡6rとして構成したものである。
The reflection
したがって、屈折面部La,Lbに係わる基本的な構成は、図1に示した実施形態と同じである。即ち、一方の面が屈折面部Laとなり、他方の面が屈折面部Lbとなる屈折用レンズ5であって、単レンズに非球面部5cを設けた点,及びこの屈折用レンズ5は、負のパワーを有する点は、図1に示した実施形態と同じである。
Therefore, the basic configuration relating to the refractive surface portions La and Lb is the same as that of the embodiment shown in FIG. That is, the
このように、反射面部Lrは、屈折面部Lbに対して、一体化した裏面鏡6rとしてもよいし、或いは離間した独立鏡6mとしてもよいなど、各種形態を選択して実施可能であり、実施形態の多様性を高めることができる。また、反射面部Lrは、図3に示す凸面鏡6pを用いてもよいし、図1に示した平面鏡6hを用いてもよく、さらに、後述する図7に示すように、凹面鏡6iを用いることも可能である。このように、反射面部Lrを構成するに際しては、凸面鏡6p,平面鏡6h又は凹面鏡6iを選択して用いることができるため、屈折面部La,Lbと組合わせることにより、光学処理系Sを構築する際の設計自由度を高めることができ、目的やグレード等に応じた最適設計を容易かつ柔軟に行うことができる。
As described above, the reflecting surface portion Lr can be implemented by selecting various forms such as an integrated back surface mirror 6r or a separated
次に、表2を参照して、図3に示した反射型投射装置1の発明としての有為性について検証する。なお、表2は、図3に示した反射型投射装置1の光学データを示す。特に、表2における点線で囲った光学データは反射光学系4における光学データである。なお、図3における広角レンズ系3wは、図1に示した広角レンズ系3wと同一である。このため、表2において、面番号「7」…「19」及び「光源部」は、前述した表1の面番号「7」…「19」及び「光源部」の数値と同一となるため、対応する表2における一部の光学データは省略した。
Next, with reference to Table 2, the validity as the invention of the
また、ペッツバール和Pet(s)と焦点距離fは、前述した図1の実施形態と同様に求めることができる。即ち、表2の光学データから、nは「1.51680」、rbは「−700」、raは「72」、屈折面部Laの非球面係数は「−5」である。したがって、焦点距離fは、22.42〔mm〕となるとともに、ペッツバール和Pet(s)は、0.0001となる。特に、ペッツバール和Pet(s)の値は、図1に示した実施形態よりも良好な値を得る。 Further, the Petzval sum Pet (s) and the focal length f can be obtained in the same manner as in the embodiment of FIG. That is, from the optical data in Table 2, n is “1.51680”, rb is “−700”, ra is “72”, and the aspherical coefficient of the refracting surface portion La is “−5”. Accordingly, the focal length f is 22.42 [mm], and the Petzval sum Pet (s) is 0.0001. In particular, the Petzval sum Pet (s) has a better value than the embodiment shown in FIG.
次に、本発明に係る反射型投射装置1の他の変更実施形態について、図5〜図7を参照して説明する。
Next, another modified embodiment of the
図5及び図6は、いずれも図1の実施形態を基本とした変更例を示す。図5は、図1の実施形態に対して曲率半径を変更した例を示す。図1の実施形態における曲率半径は、│rb│<│ra│の関係を有する屈折用レンズ5を用いたが、図5の変更実施形態では、│rb│>│ra│の関係を有する屈折用レンズ5を用いた。なお、図5の変更実施形態は、この点を除いて、図1の実施形態と同じである。今、一例として、nを「1.51680」、raを「91.7」、rbを「−200」、屈折面部Laの非球面係数を「−10」とすれば、焦点距離fは、22.55〔mm〕を得るとともに、ペッツバール和Pet(s)は、0.0032を得る。
5 and 6 each show a modification based on the embodiment of FIG. FIG. 5 shows an example in which the radius of curvature is changed with respect to the embodiment of FIG. The refracting
また、図6は、負のメニスカスレンズを用いるとともに、反射面部Lrを凸面鏡6pとして構成したものである。したがって、ra側の値は負符号となる。なお、図6の変更実施形態は、この点を除いて、図1の実施形態と同じである。今、一例として、nを「1.51680」、raを「−252」、rbを「−85」、屈折面部Lbの非球面係数を「−5」、凸面鏡6pの曲率半径を「−300」とすれば、焦点距離fは、22.87〔mm〕を得るとともに、ペッツバール和Pet(s)は、0.0090を得る。 In FIG. 6, a negative meniscus lens is used, and the reflecting surface portion Lr is configured as a convex mirror 6p. Therefore, the value on the ra side is a negative sign. The modified embodiment of FIG. 6 is the same as the embodiment of FIG. 1 except for this point. As an example, n is “1.51680”, ra is “−252”, rb is “−85”, the aspherical coefficient of the refractive surface portion Lb is “−5”, and the radius of curvature of the convex mirror 6p is “−300”. Then, the focal length f is 22.87 [mm], and the Petzval sum Pet (s) is 0.0090.
他方、図7は、図3に示した変更実施形態を基本とした変更例を示す。図7に示す変更実施形態は、反射光学系4における反射面部Lrを、屈折面部Lb,La(屈折用レンズ5)に対して、一体化した裏面鏡6rとして構成する点は同じであるが、この裏面鏡6rを、凹面鏡6iとして構成した点が異なる。この場合、raの値は正符号となる。なお、図7の変更実施形態は、この点を除いて、図3の変更実施形態と同じである。今、一例として、nを「1.51680」、raを「42」、rbを「500」、屈折面部Laの非球面係数を「−3」とすれば、焦点距離fは、22.46〔mm〕を得るとともに、ペッツバール和Pet(s)は、0.0112を得ることができる。
On the other hand, FIG. 7 shows a modification example based on the modified embodiment shown in FIG. The modified embodiment shown in FIG. 7 is the same in that the reflective surface portion Lr in the reflective
このように、本発明に係る反射型投射装置1は、基本的な構成、即ち、光学処理系Sに、光軸方向(光進行方向)Fsの後側に配した屈折光学系3と光軸方向Fsの前側に配した反射光学系4とを設け、屈折光学系3と反射光学系4を共軸系により構成するとともに、反射光学系4に、屈折光学系3から出射した光Coが透過する一つ以上の屈折面部La,Lb及びこの屈折面部La,Lbから出射した光Coが反射する一つの反射面部Lrを設ければ、反射光学系4の光学条件は、比較的容易に、−0.5<Pr・|fr|<0.1の光学条件を満たすことができる。
Thus, the
よって、このような本実施形態に係る反射型投射装置1によれば、光学処理系Sに、光軸方向(光進行方向)Fsの後側に配した屈折光学系3と光軸方向Fsの前側に配した反射光学系4とを設け、屈折光学系3と反射光学系4を共軸系により構成するとともに、反射光学系4に、屈折光学系3から出射した光Coが透過する一つ以上の屈折面部La,Lb及びこの屈折面部La,Lbから出射した光Coが反射する一つの反射面部Lrを設け、かつ反射光学系4の光学条件として、−0.5<Pr・|fr|<0.1に設定してなるため、基本構造の単純化を図ることができる。この結果、反射型投射装置1全体の小型コンパクト化及び軽量化を図れるとともに、保管性,設置性,取扱性及び低コスト性をより高めることができる。また、従来のような反射鏡の組合わせに留まらないため、良好な画質を確保しつつ広角性能をより高めることができる。したがって、例えば、反射型投射装置1(プロジェクタ)を室内のテーブル上に置き、壁面に設置したスクリーンに投射する場合であっも、投射距離を1〔m〕以内に設定しつつ必要な大型画面サイズを容易に確保できるなど、各種用途に柔軟に対応することができる。
Therefore, according to the reflection
以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,形状,素材,数量,手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。 Although the preferred embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to such an embodiment, and the detailed configuration, shape, material, quantity, technique, and the like do not depart from the gist of the present invention. It can be changed, added, or deleted arbitrarily.
例えば、光
学処理系S(屈折光学系3及び反射光学系4)全系の光学条件として、−0.1<P・f<0.2を設定することが望ましいが、必ずしも必須の構成要件として位置付けられるものではない。また、光源部2の光軸Kcとは、実質的な光源部2の光軸Kcであり、例えば、光源部2が複数の光源素子の組合わせからなり、その一部のみを使用する場合、使用している光源素子が実質的な光源部2を構成する。一方、例示した広角レンズ系3wのレンズ構成は、一例であり、他の各種レンズ構成を適用できる。他方、屈折面部La,Lbを構成する屈折用レンズ5は、一枚の単レンズを用いた場合を示したが、複数のレンズを組合わせた複合レンズにより構成してもよい。なお、屈折用レンズ5は、非球面部5cを有する非球面レンズを用いた場合を示したが、必ずしも非球面レンズであることを要しない。また、非球面部5cを設ける場合であっても、必ずしも屈折用レンズ5を非球面レンズにすることを要しない。即ち、反射光学系4に、少なくとも一つの非球面部5cを設ければ足り、非球面部5cを有する他のレンズ等と組合わせてもよい。
For example, it is desirable to set −0.1 <P · f <0.2 as the optical condition of the entire optical processing system S (refractive
本発明に係る反射型投射装置は、各種プロジェクタをはじめ、光源部からの光を広角で投射することを目的とした各種機器類に利用できる。 The reflection type projection device according to the present invention can be used for various projectors, including various projectors, for the purpose of projecting light from a light source unit at a wide angle.
1:反射型投射装置,2:光源部,3:屈折光学系,4:反射光学系,5:屈折用レンズ,5c:非球面部,6p:凸面鏡,6h:平面鏡,6i:凹面鏡,6r:裏面鏡,6m:独立鏡,Co:光,Fs:光軸方向(光進行方向),La:屈折面部,Lb:屈折面部,Lr:反射面部,Km:光軸処理系の光軸,Kc:光源部の光軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Reflection type projector, 2: Light source part, 3: Refraction optical system, 4: Reflection optical system, 5: Refractive lens, 5c: Aspherical part, 6p: Convex mirror, 6h: Plane mirror, 6i: Concave mirror, 6r: Back mirror, 6m: Independent mirror, Co: Light, Fs: Optical axis direction (light traveling direction), La: Refraction surface portion, Lb: Refraction surface portion, Lr: Reflection surface portion, Km: Optical axis of optical axis processing system, Kc: Optical axis of light source
Claims (7)
−0.5<Pr・|fr|<0.1
(ただし、Pr:反射光学系のペッツバール和,fr:反射光学系の焦点距離)
に設定してなることを特徴とする反射型投射装置。 A reflective projection apparatus that projects light from a light source unit through a predetermined optical processing system, the optical processing system including a refractive optical system and an optical axis arranged on the rear side of the optical axis direction (light traveling direction) A reflective optical system disposed on the front side of the direction, and the refractive optical system and the reflective optical system are configured by a coaxial system, and the light emitted from the refractive optical system is transmitted through the reflective optical system. The above refractive surface portion and one reflective surface portion that reflects light emitted from the refractive surface portion are provided, and as the optical conditions of the reflective optical system,
−0.5 <Pr · | fr | <0.1
(Where Pr: Petzval sum of the reflective optical system, fr: focal length of the reflective optical system)
A reflection type projection device, characterized in that it is set to
−0.1<P・f<0.2
(ただし、P:全系のペッツバール和,F:全系の焦点距離)
に設定してなることを特徴とする請求項1記載の反射型投射装置。 As the optical conditions of the entire optical processing system,
−0.1 <P · f <0.2
(However, P: Petzval sum of the entire system, F: Focal length of the entire system)
The reflection type projector according to claim 1, wherein
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