JP2022156601A - アタッチメント光学系、および投写表示システム - Google Patents
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Abstract
【課題】スクリーンに向かう投写光を投写表示装置の投写光学系の光軸の延長上に到達させることができるアタッチメント光学系を提供すること。【解決手段】アタッチメント光学系10Aは、投写表示装置が備える投写光学系3の拡大側に着脱可能に取り付けられて、投写光学系から出射された投写光を投写光学系の拡大側結像面とは異なる結像面に投写する。アタッチメント光学系は、投写光学系の第1光軸Nの延長上に配置された第2光軸Mを備える光学素子21を有する。光学素子は、第2光軸上に配置された入射面41、入射面から出射された光を反射する第1反射面42、第1反射面により反射された光を反射する第2反射面43、および第2反射面により反射された光を透過させる出射面44を備える。第1反射面と出射面とは、光が第2光軸および第1光軸を通過する軸上領域内で連続する。【選択図】図4
Description
本発明は、アタッチメント光学系、および投写表示システムに関する。
プロジェクターの投写光学系に着脱可能に取り付けられるアタッチメント光学系は特許文献1に記載されている。同文献のアタッチメント光学系は、中心軸の周りで回転対称な2面の反射面と2面の透過面からなる前群と、中心軸の周りで回転対称であって正パワーを有する後群と、を備える。前群は、透明媒体からなる一つの光学素子である。前群は、光線の進む順に、遠方から前群に入射する正のパワーを有する第1透過面と、第1透過面と中心軸をはさんで後群側に配置されている正のパワーを有する第1反射面と、第1反射面と同じ側に配置され、第1反射面より後群から離れて配置されている第2反射面と、最も後群側に配置されている負のパワーを有する第2透過面からなる。
アタッチメント光学系は、その中心軸を投写光学系の光軸に一致させてプロジェクターに取り付けられる。アタッチメント光学系がプロジェクターに取り付けられた状態では、第1透過面は、投写光学系の光軸の延長上に位置する。第1反射面および第2反射面は、投写光学系の光軸の一方側に位置する。第2透過面は、投写光学系の光軸を挟んで第1反射面および第2反射面と他方側に位置し、投写光学系の光軸の延長線から、離間している。従って、同文献では、プロジェクターから出射され、アタッチメント光学系を介してスクリーンに向かう投写光は、プロジェクターの投写光学系の光軸の延長線と重ならない方向に出射される。この結果、投写光学系およびアタッチメント光学系を介して投写される投写画像の拡大像は、投写光学系の光軸回りを周方向に延びる円弧形状の結像面に形成される。
プロジェクターの投写光学系にアタッチメント光学系を取り付けたときに、アタッチメント光学系を介してスクリーンに向かう投写光をプロジェクターの投写光学系の光軸の延長上に到達させたいという要求がある。
上記の課題を解決するために、本発明は、投写表示装置が備える投写光学系の拡大側に着脱可能に取り付けられて、前記投写光学系から出射された投写光を前記投写光学系の拡大側結像面とは異なる結像面に投写するアタッチメント光学系において、前記投写光学系の第1光軸の延長上に配置された第2光軸を備える光学素子を有し、前記光学素子は、前記第2光軸上に配置された入射面、前記入射面から出射された光を反射する第1反射面、前記第1反射面により反射された光を反射する第2反射面、および前記第2反射面により反射された光を透過させる出射面を備え、前記第1反射面と前記出射面とは、光が前記第2光軸および前記第1光軸を通過する軸上領域内で連続することを特徴とする。
また、本発明の投写表示システムは、上記のアタッチメント光学系と、投写光学系を備える投写表示装置と、を有し、前記アタッチメント光学系が前記投写光学系に着脱可能に取り付けられることを特徴とする。
以下に図面を参照して、本発明の投写表示システムの実施の形態であるプロジェクターシステムを詳細に説明する。
(実施例1)
図1は、アタッチメント光学系10Aが装着可能なプロジェクター1の全体を模式的に表す光線図である。図2は、プロジェクター1の投写光学系3の光線図である。図3は、プロジェクターシステム100Aの全体を模式的に表す光線図である。図4は、プロジェクター1の投写光学系3およびアタッチメント光学系10Aの光線図である。図5は、アタッチメント光学系10Aの構成図である。図1~5では、プロジェクター1およびプロジェクターシステム100Aから出射される光束を、光束F0~F10により模式的に示す。光束F0は、プロジェクター1およびプロジェクターシステム100Aから出射されて、投写光学系3の第1光軸N上通過する光束である。光束F10は最も像高が高い位置に達する光束である。光束F1からF9は、それぞれ光束F0と光束F10との中間の位置に達する光束である。
図1は、アタッチメント光学系10Aが装着可能なプロジェクター1の全体を模式的に表す光線図である。図2は、プロジェクター1の投写光学系3の光線図である。図3は、プロジェクターシステム100Aの全体を模式的に表す光線図である。図4は、プロジェクター1の投写光学系3およびアタッチメント光学系10Aの光線図である。図5は、アタッチメント光学系10Aの構成図である。図1~5では、プロジェクター1およびプロジェクターシステム100Aから出射される光束を、光束F0~F10により模式的に示す。光束F0は、プロジェクター1およびプロジェクターシステム100Aから出射されて、投写光学系3の第1光軸N上通過する光束である。光束F10は最も像高が高い位置に達する光束である。光束F1からF9は、それぞれ光束F0と光束F10との中間の位置に達する光束である。
本例のプロジェクターシステム100Aは、投写表示装置であるプロジェクター1と、プロジェクター1が備える投写光学系3の拡大側に着脱可能に取り付けられたアタッチメント光学系10Aと、を備える。以下では、まず、プロジェクター1を説明し、次に、アタッチメント光学系10Aを説明する。
図1に示すように、プロジェクター1は、光源からの光を変調して投写画像を形成する光変調素子2と、光変調素子2が形成した投写画像を拡大して投写する投写光学系3と、投写光学系3を支持する筐体4と、を備える。光変調素子2は、筐体4の内部に収容されている。
図2に示すように、投写光学系3は、複数枚のレンズを備える屈折光学系である。光変調素子2は、液晶パネルである。光変調素子2は、投写光学系3の縮小側結像面に配置されている。縮小側結像面は、投写光学系3の第1光軸Nと垂直である。光変調素子2は、第1光軸Nに対して下方に投写画像を形成する。図1に示すように、投写光学系3から出射された第1投写光B1は、第1光軸Nに対して左右方向および上側に広がる。図1に示すように、プロジェクター1を単体で用いる場合には、投写光学系3の拡大側結像面にスクリーンS1が配置される。拡大側結像面は、投写光学系3の第1光軸Nと垂直である。
次に、アタッチメント光学系10Aは、図3に示すように、プロジェクター1の投写光学系3の先端部分に取り付けられる。本例では、プロジェクター1にアタッチメント光学系10Aが取り付けられる前後において投写光が広がる方向を合わせるために、プロジェクター1の上下を逆転させた後に、投写光学系3にアタッチメント光学系10Aを取り付ける。従って、アタッチメント光学系10Aが取り付けられる時点では、図4に示すように、プロジェクター1の光変調素子2は、投写光学系3の第1光軸Nに対して上側に投写画像を形成する。プロジェクター1の第1投写光B1は、第1光軸Nに対して左右方向および下側に広がる。
アタッチメント光学系10Aは、前群11と、後群12(レンズ群)と、を備える。本例では、前群11は、1枚の光学素子21からなる。後群12は、1枚の正レンズ31(第1レンズ)からなる。正レンズ31は、光学素子21に対して投写光学系3の側に配置され、正のパワーを有する。後群12は、前群11と投写光学系3との間に位置する。アタッチメント光学系10Aの第2光軸Mは、投写光学系3の第1光軸Nの延長上に位置する。第2光軸Mは、光学素子21の光軸であり、かつ、正レンズ31の光軸である。
プロジェクターシステム100Aの結像面、すなわち投写光学系3およびアタッチメント光学系10Aの結像面は、球体が分割された球体部分の内側面の形状を有する。本例において、アタッチメント光学系10Aの結像面は、球体を4等分した球体部分の内側面の形状である。プロジェクターシステム100Aの結像面の形状は、投写光学系3の拡大側結像面の形状とは異なる。言い換えれば、投写光学系3およびアタッチメント光学系10Aからなるプロジェクターシステム100Aの光学系は、投写光学系3とは異なる結像面に投写画像を投写できる。プロジェクターシステム100Aを使用する場合には、投写光学系3およびアタッチメント光学系10Aの結像面に、球体を4等分した球体部分の内側面の形状のスクリーンS2が配置される。アタッチメント光学系10Aから出射された第2投写光B2は、第2光軸Mに対して左右方向および上側に広がる。
以下の説明では、便宜上、互いに直交する3軸をX軸、Y軸、およびZ軸とする。また、投写光学系3の第1光軸Nおよびアタッチメント光学系10Aの第2光軸Mに沿った光軸方向をZ方向とする。投写光学系3およびアタッチメント光学系10Aの結像面であるスクリーンS2の幅方向をX軸方向とし、スクリーンS2の上下方向をY方向とする。さらに、Z方向において、投写光学系3が位置する側をZ1方向、アタッチメント光学系10Aが位置する側をZ2方向とする。また、下側および下方をY1方向、上側および上方をY2方向とする。
(投写光学系およびアタッチメント光学系の詳細)
図4に示すように、投写光学系3は、縮小側から拡大側に向かって順に、レンズL1からレンズL11を備える。投写光学系3の縮小側結像面には、光変調素子2が配置されている。光変調素子2は、投写光学系3の第1光軸NのY2方向に投写画像を形成する。光変調素子2と投写光学系3との間には、プリズム5が配置されている。投写光学系3からの第1投写光B1は、レンズL11からZ2方向に向かってY1方向に出射される。
図4に示すように、投写光学系3は、縮小側から拡大側に向かって順に、レンズL1からレンズL11を備える。投写光学系3の縮小側結像面には、光変調素子2が配置されている。光変調素子2は、投写光学系3の第1光軸NのY2方向に投写画像を形成する。光変調素子2と投写光学系3との間には、プリズム5が配置されている。投写光学系3からの第1投写光B1は、レンズL11からZ2方向に向かってY1方向に出射される。
アタッチメント光学系10Aは、投写光学系3の側から、後群12と、前群11とを備える。本例では、後群12は1枚の正レンズ31(第1レンズ)であり、前群11は1つの光学素子21である。光学素子21は、部分的に反射コーティングが施された透明な光学部材からなる。光学素子21は、正レンズ31からの光を透過させる入射面41、入射面41を透過した光を反射する第1反射面42、第1反射面42からの光を反射する第2反射面43、および第2反射面43からの光を透過させる出射面44を備える。すなわち、光学素子21は、入射面41と、入射面41から出射された光を反射する第1反射面42と、第1反射面42により反射された光を反射する第2反射面43と、第2反射面43
から反射された光を透過させる出射面44を有する。入射面41、第1反射面42、第2反射面43、および出射面44は、いずれも第2光軸M回りで回転対称の形状を備える。
から反射された光を透過させる出射面44を有する。入射面41、第1反射面42、第2反射面43、および出射面44は、いずれも第2光軸M回りで回転対称の形状を備える。
入射面41は、第2光軸M上に位置する。入射面41は、Z2方向に窪む凹面形状を備える。すなわち、入射面41は、第2光軸Mに沿う光軸方向において光学素子21に対して投写光学系3が位置するZ1方向(第1方向)とは反対のZ2方向(第2方向)に窪む凹面形状を有する。第1反射面42は、入射面41のZ2方向に位置する。また、第1反射面42は、第2光軸Mに対してY1方向に配置されている。第1反射面42は、Z1方向に突出する凸面形状を備える。第2反射面43は、第1反射面42のZ1方向に位置する。また、第2反射面43は、第1反射面42と同様に、第2光軸Mに対してY1方向に配置されている。第2反射面43は、Z1方向に窪む凹面形状を備える。出射面44は、第2反射面43のZ2方向に位置する。また、出射面44は、第2光軸Mに対してY2方向に配置されている。出射面44は、Z2方向に突出する凸面形状を備える。
図5に示すように、第1反射面42と出射面44とは、Y方向において、第2光軸Mを通過する軸上光束の軸上光束通過領域(軸上領域)40内で連続する。すなわち、軸上光束通過領域40は、第1反射面42の一部分であり、かつ、出射面44の一部分である。軸上光束は、アタッチメント光学系10Aがプロジェクター1に取り付けられたときに、第1光軸N上および第2光軸M上を通過する光である。すなわち、軸上光束通過領域40は、光が第1光軸Nおよび第2光軸Mを通過する光学素子21の領域である。ここで、第2光軸Mは、光学素子21の設計軸である。軸上光束通過領域40は、光学素子21の設計に際して、一義に規定される領域である。
第1反射面42は、光学素子21のY2方向の外側面に反射コーティング層を設けることにより形成される。第1反射面42において、軸上光束通過領域40と重なる部分には、反射コーティング層として、ハーフミラーコーティング層が設けられている。ハーフミラーコーティング層は、第2光軸Mと交差する光をZ1方向に反射し、第2光軸Mと平行な光をZ2方向に透過させる。これにより、第2光軸M上をZ2方向に向かう光を、スクリーンS2に到達させる。
また、第1反射面42、第2反射面43、および出射面44は、Z方向から見た場合に、第2光軸Mに近い側の部分が、入射面41と重なる。ここで、第2反射面43において、Z方向から見た場合に入射面41と重ならない第1反射部431は、光学素子21のZ1方向の外側面に反射コーティング層を設けることにより形成される。第2反射面43において、Z方向から見た場合に入射面41と重なる第2反射部432は、反射コーティング層として、Z2方向に向かう光を透過し、Z1方向に向かう光を反射するハーフミラーコーティング層を設けることにより、形成される。なお、光学素子21は、ハーフミラーコーティング層を設けるために、Z1方向の外側面に第2反射面43の表面形状を転写した凸面形状の第1外側面部分26を備える第1部材22と、Z2方向の外側面に第2反射面43の表面形状に対応する凹形状の第2外側面部分27を備える第2部材23との2つの光学部材から構成されている。第1部材22は、第1外側面部分26において、Z方向から見た場合に入射面41と重ならない部分に反射コーティング層を備え、Z方向から見た場合に入射面41と重なる部分にハーフミラーコーティング層を備える。第2部材23は、反射コーティング層およびハーフミラーコーティング層が設けられた第1部材22に、Z1方向の側から接合される。
ここで、光学素子21の内部には、結像面に投写される拡大像と共役な中間像20が形成される。中間像20は、投写光学系3の縮小側結像面に形成される投写画像とも、共役である。本例において、中間像20は、第2反射面43と出射面44との間に形成される。
(レンズデータ)
投写光学系3およびアタッチメント光学系10Aからなるプロジェクターシステム100Aの光学系の開口数は、0.291である。かかる光学系のレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。符号は、液晶パネル、プリズム、レンズ、正レンズ、第1透過面、第1反射面、第2反射面、第2透過面およびスクリーンの符号である。液晶パネル、プリズム、レンズ、正レンズ、第1透過面、第1反射面、第2反射面、第2透過面およびスクリーンに対応しない面番号のデータはダミーデータである。Rは曲率半径である。Dは軸上面間隔である。Cはアパーチャー半径である。R、D、Cの単位はmmである。なお、硝材において示される数値の整数部分は、屈折率に10の6乗を乗算した値を表しており、小数部分は、アッベ数に10の2乗を乗算した値を表している。
投写光学系3およびアタッチメント光学系10Aからなるプロジェクターシステム100Aの光学系の開口数は、0.291である。かかる光学系のレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。符号は、液晶パネル、プリズム、レンズ、正レンズ、第1透過面、第1反射面、第2反射面、第2透過面およびスクリーンの符号である。液晶パネル、プリズム、レンズ、正レンズ、第1透過面、第1反射面、第2反射面、第2透過面およびスクリーンに対応しない面番号のデータはダミーデータである。Rは曲率半径である。Dは軸上面間隔である。Cはアパーチャー半径である。R、D、Cの単位はmmである。なお、硝材において示される数値の整数部分は、屈折率に10の6乗を乗算した値を表しており、小数部分は、アッベ数に10の2乗を乗算した値を表している。
符号 面番号 形状 R D 硝材 屈折/反射 C
2 0 球 無限 0.0010 屈折 0.0000
5 1 球 無限 29.9441 BSC7_HOYA 屈折 11.0003
2 球 無限 10.7129 屈折 16.1307
3 球 無限 1.3170 屈折 18.9729
L1 4 球 100.7098 5.4431 713667.2948 屈折 19.8463
5 球 -102.1154 0.1500 屈折 19.9390
L2 6 球 43.1770 6.7243 643138.5620 屈折 19.6870
7 球 -398.2098 14.3689 屈折 19.3609
L3 8 球 25.7153 7.0237 487490.7041 屈折 12.0000
L4 9 球 -26.9720 1.0000 755201.2758 屈折 11.4463
10 球 22.7296 7.0498 屈折 10.1942
L5 11 非球面 -12.8094 2.0000 'D-ZF10_K' 屈折 10.2226
12 非球面 -23.2033 0.2735 屈折 11.0391
L6 13 球 33.2589 2.0000 750866.3234 屈折 12.2908
L7 14 球 21.4173 8.9545 487490.7041 屈折 12.5458
15 球 -32.3154 17.4196 屈折 13.0465
L8 16 球 457.8045 8.8399 749259.3458 屈折 16.0000
17 球 -40.7661 3.8120 屈折 16.7967
L9 18 球 38.3424 9.0000 743972.4485 屈折 16.2071
19 球 52.1088 9.2806 屈折 14.5342
L10 20 球 -24.1062 1.0000 504633.6129 屈折 14.0641
21 球 34.0901 3.0358 屈折 15.2438
L11 22 非球面 35.8481 4.3495 'Z-E48R' 屈折 16.1241
23 非球面 34.7555 0.2748 屈折 17.0742
24 球 無限 2.7542 屈折 15.8710
31 25 非球面 167.7799 3.4688 'Z-330R' 屈折 17.0088
26 非球面 -141.4036 26.5312 屈折 17.2791
41 27 非球面 -247.3414 174.6000 'Z-330R' 屈折 25.0955
42 28 非球面 361.1475 -174.6000 'Z-330R' 反射 64.3156
43 29 非球面 165.2666 174.6000 'Z-330R' 反射 137.5994
44 30 非球面 -309.4117 10.0000 屈折 83.0000
31 球 無限 2768.0000 屈折 1781.1106
S 32 球 -2,768.0000 0.0000 屈折 2906.3556
2 0 球 無限 0.0010 屈折 0.0000
5 1 球 無限 29.9441 BSC7_HOYA 屈折 11.0003
2 球 無限 10.7129 屈折 16.1307
3 球 無限 1.3170 屈折 18.9729
L1 4 球 100.7098 5.4431 713667.2948 屈折 19.8463
5 球 -102.1154 0.1500 屈折 19.9390
L2 6 球 43.1770 6.7243 643138.5620 屈折 19.6870
7 球 -398.2098 14.3689 屈折 19.3609
L3 8 球 25.7153 7.0237 487490.7041 屈折 12.0000
L4 9 球 -26.9720 1.0000 755201.2758 屈折 11.4463
10 球 22.7296 7.0498 屈折 10.1942
L5 11 非球面 -12.8094 2.0000 'D-ZF10_K' 屈折 10.2226
12 非球面 -23.2033 0.2735 屈折 11.0391
L6 13 球 33.2589 2.0000 750866.3234 屈折 12.2908
L7 14 球 21.4173 8.9545 487490.7041 屈折 12.5458
15 球 -32.3154 17.4196 屈折 13.0465
L8 16 球 457.8045 8.8399 749259.3458 屈折 16.0000
17 球 -40.7661 3.8120 屈折 16.7967
L9 18 球 38.3424 9.0000 743972.4485 屈折 16.2071
19 球 52.1088 9.2806 屈折 14.5342
L10 20 球 -24.1062 1.0000 504633.6129 屈折 14.0641
21 球 34.0901 3.0358 屈折 15.2438
L11 22 非球面 35.8481 4.3495 'Z-E48R' 屈折 16.1241
23 非球面 34.7555 0.2748 屈折 17.0742
24 球 無限 2.7542 屈折 15.8710
31 25 非球面 167.7799 3.4688 'Z-330R' 屈折 17.0088
26 非球面 -141.4036 26.5312 屈折 17.2791
41 27 非球面 -247.3414 174.6000 'Z-330R' 屈折 25.0955
42 28 非球面 361.1475 -174.6000 'Z-330R' 反射 64.3156
43 29 非球面 165.2666 174.6000 'Z-330R' 反射 137.5994
44 30 非球面 -309.4117 10.0000 屈折 83.0000
31 球 無限 2768.0000 屈折 1781.1106
S 32 球 -2,768.0000 0.0000 屈折 2906.3556
各非球面係数は以下のとおりである。
面番号 S11 S12 S22 S23
R -12.8094 -23.2033 35.8481 34.7555
K 0 0 -0.007858933 -8.273411949
A 1.97478E-04 1.50407E-04 -4.73415E-05 -3.44381E-05
B -8.21635E-07 -7.62802E-07 1.11583E-07 7.17727E-08
C 8.67659E-09 5.19871E-09 -1.60660E-10 -1.26152E-10
D -2.93527E-11 -2.35712E-11 1.88569E-13 1.10885E-13
E -3.30348E-14 4.53875E-14 -1.74526E-16 -3.42914E-17
F 7.83942E-16 2.61603E-19 -1.13308E-20
R -12.8094 -23.2033 35.8481 34.7555
K 0 0 -0.007858933 -8.273411949
A 1.97478E-04 1.50407E-04 -4.73415E-05 -3.44381E-05
B -8.21635E-07 -7.62802E-07 1.11583E-07 7.17727E-08
C 8.67659E-09 5.19871E-09 -1.60660E-10 -1.26152E-10
D -2.93527E-11 -2.35712E-11 1.88569E-13 1.10885E-13
E -3.30348E-14 4.53875E-14 -1.74526E-16 -3.42914E-17
F 7.83942E-16 2.61603E-19 -1.13308E-20
面番号 S25 S26 S27 S28
R 167.7799 -141.4036 -247.3414 361.1475
K 0 0 -75.66565551 -88.2104460231
A -3.71721E-06 -5.46556E-06 -2.74520E-06 1.55519E-08
B 5.05896E-10 2.74825E-10 6.45342E-10 3.41360E-11
C 6.79321E-12 5.93487E-12 1.67714E-13 -4.59596E-15
D -2.13955E-15 1.80004E-15
R 167.7799 -141.4036 -247.3414 361.1475
K 0 0 -75.66565551 -88.2104460231
A -3.71721E-06 -5.46556E-06 -2.74520E-06 1.55519E-08
B 5.05896E-10 2.74825E-10 6.45342E-10 3.41360E-11
C 6.79321E-12 5.93487E-12 1.67714E-13 -4.59596E-15
D -2.13955E-15 1.80004E-15
面番号 S29 S30
R 165.2666 -309.4117
K -3.9406340359 -23.8997256640
A 6.69798E-08 -5.56825E-07
B -2.30309E-12 7.93919E-11
C 2.30442E-16 -8.83324E-15
D -5.62829E-21 4.15649E-19
R 165.2666 -309.4117
K -3.9406340359 -23.8997256640
A 6.69798E-08 -5.56825E-07
B -2.30309E-12 7.93919E-11
C 2.30442E-16 -8.83324E-15
D -5.62829E-21 4.15649E-19
(作用効果)
本例によれば、プロジェクター1の投写光学系3の拡大側にアタッチメント光学系10Aを取り付けることにより、投写光学系3からの第1投写光B1を当該投写光学系3の拡大側結像面とは異なる結像面に投写できる。本例では、プロジェクターシステム100Aの結像面は、球体を4等分した球体部分の内側面の形状である。従って、かかる結像面の内側において拡大像を鑑賞すれば、鑑賞者は、映像に包まれるような感覚を得ることができる。
本例によれば、プロジェクター1の投写光学系3の拡大側にアタッチメント光学系10Aを取り付けることにより、投写光学系3からの第1投写光B1を当該投写光学系3の拡大側結像面とは異なる結像面に投写できる。本例では、プロジェクターシステム100Aの結像面は、球体を4等分した球体部分の内側面の形状である。従って、かかる結像面の内側において拡大像を鑑賞すれば、鑑賞者は、映像に包まれるような感覚を得ることができる。
ここで、アタッチメント光学系10Aは、入射面41、入射面41を透過した光を反射する第1反射面42、第1反射面42からの光を反射する第2反射面43、および第2反射面43からの光を透過させる出射面44を備える光学素子21を有する。アタッチメント光学系10Aが投写光学系3に取り付けられたときに、光学素子21の第2光軸Mは、投写光学系3の第1光軸Nの延長上に位置し、第1反射面42と出射面44とは、第2光軸Mおよび第1光軸Nを通過する軸上光束の軸上光束通過領域40内で連続する。従って、アタッチメント光学系10Aを介してスクリーンS2に向かう第2投写光B2を、投写光学系3の第1光軸Nの延長上に到達させることができる。
また、アタッチメント光学系10Aは、Z2方向に窪む凹面形状を備える入射面41、Z1方向に突出する凸面形状を備える第1反射面42、Z1方向に窪む凹面形状を備える第2反射面43、およびZ2方向に突出する凸面形状を備える出射面44を備える。これらの構成を備えるので、アタッチメント光学系10Aは、投写光学系3からの第1投写光B1を、より広角に投写するとともに、短焦点で結像させることが容易である。
さらに、本例では、一つの光学素子21が、2つの反射面である第1反射面42および
第2反射面43と、2つの透過面である入射面41および出射面44を備える。従って、アタッチメント光学系10Aにおける光学部材の点数を抑制できる。
第2反射面43と、2つの透過面である入射面41および出射面44を備える。従って、アタッチメント光学系10Aにおける光学部材の点数を抑制できる。
また、本例では、光学素子21の内側に、結像面に投写される拡大像と共役な中間像20が形成される。すなわち、光学素子21は、内部で中間像20を形成し、この中間像20を結像面に再結像させる。従って、アタッチメント光学系10Aでは、投写画像の結像性能が向上する。また、光学素子21の内側に中間像20が形成されていれば、光学素子21によって、投写画像を投写する投写方向を変換しやすい。
さらに、本例では、アタッチメント光学系10Aは、光学素子21の投写光学系3の側に配置された正レンズ31を有する。かかる正レンズ31を備えるので、アタッチメント光学系10Aの結像性能を向上させることができる。
図6はプロジェクターシステムの拡大側のMTFを示す図である。図6の横軸は空間周波数であり、縦軸はコントラスト再現比である。図6に示すように、本例のプロジェクターシステム100Aは、高い解像度を有する。
ここで、本例では、プロジェクター1の上下を逆転させた後に、投写光学系3にアタッチメント光学系10Aを取り付ける。これにより、図3に示すように、プロジェクター1の光変調素子2は、投写光学系3の第1光軸Nに対して上側に投写画像を形成する。投写光学系3からの第1投写光B1は、第1光軸Nから当該第1光軸Nに対して下側に広がる。一方、アタッチメント光学系10Aの出射面44が第2光軸Mに対して上側に位置し、第1反射面42および第2反射面43が第2光軸Mに対して下側に位置する。これにより、アタッチメント光学系10Aからの第2投写光B2は、第2光軸Mから当該第2光軸Mに対して上側に広がる。このようにすれば、プロジェクター1にアタッチメント光学系10Aが取り付けられる前後において投写光が広がる方向を合わせることができる。
なお、プロジェクター1が、例えば、光変調素子2を投写光学系3の縮小側結像面でY方向に沿って移動可能に支持するシフト機構を備える場合には、プロジェクター1の上下を逆転させずに、投写光学系3にアタッチメント光学系10Aを取り付けることができる。この場合には、プロジェクター1の上下を逆転させる代わりに、シフト機構によって光変調素子2を第1光軸Nと直交する方向に沿って移動させて、光変調素子2が第1光軸Nに対して上側に投写画像を形成するものとする。これにより、投写光学系3から出射された第1投写光B1は、第1光軸Nから当該第1光軸Nに対して左右および下側に広がる。従って、アタッチメント光学系10Aを投写光学系3に取り付ける際に、出射面44を第2光軸Mに対して上側に位置させ、第1反射面42および第2反射面43が第2光軸Mに対して下側に位置させれば、アタッチメント光学系10Aから出射された第2投写光B2は、第2光軸Mから当該第2光軸Mに対して上側に広がる。
(実施例2)
図7は、実施例2のプロジェクターシステム100Bの全体を模式的に表す光線図である。図8は、プロジェクター1の投写光学系3およびアタッチメント光学系10Bの光線図である。図9は、アタッチメント光学系10Bの構成図である。
図7は、実施例2のプロジェクターシステム100Bの全体を模式的に表す光線図である。図8は、プロジェクター1の投写光学系3およびアタッチメント光学系10Bの光線図である。図9は、アタッチメント光学系10Bの構成図である。
図7に示すように、実施例2の本例のプロジェクターシステム100Bは、プロジェクター1と、プロジェクター1の投写光学系3に着脱可能に取り付けられたアタッチメント光学系10Bと、からなる。プロジェクター1にアタッチメント光学系10Bが取り付けられたときに、投写光学系3の第1光軸Nの延長上にアタッチメント光学系10Bの第2光軸Mが位置する。投写光学系3およびアタッチメント光学系10Bからなるプロジェクターシステム100Bの光学系の結像面は、投写光学系3の第1光軸Nと垂直な平面であ
る。プロジェクターシステム100Bの光学系の結像面、すなわち、アタッチメント光学系10Bの結像面は、球体が分割された球体部分の内側面の形状を有する。本例においても、アタッチメント光学系10Bの結像面は、球体を4等分した球体部分の内側面の形状である。本例において、プロジェクター1は、実施例1と同一である。
る。プロジェクターシステム100Bの光学系の結像面、すなわち、アタッチメント光学系10Bの結像面は、球体が分割された球体部分の内側面の形状を有する。本例においても、アタッチメント光学系10Bの結像面は、球体を4等分した球体部分の内側面の形状である。本例において、プロジェクター1は、実施例1と同一である。
図8に示すように、アタッチメント光学系10Bは、前群11と、後群12(レンズ群)と、を備える。本例では、前群11は、1枚の光学素子21からなる。後群12は、縮小側から拡大側に向かって順に、正レンズ32(第2レンズ)および負レンズ33(第3レンズ)を備える。正レンズ32および負レンズ33は、光学素子21に対して投写光学系3の側に配置されている。正レンズ32は、正のパワーを有する。負レンズ33は、正レンズ32の拡大側に配置され、負のパワーを有する。正レンズ32と負レンズ33とは、アッベ数が異なる。本例において、正レンズ32および負レンズ33は、接合された1枚の接合レンズ34である。
図9に示すように、光学素子21は、接合レンズ34からの光を透過させる入射面41、入射面41を透過した光を反射する第1反射面42、第1反射面42からの光を反射する第2反射面43、および第2反射面43からの光を透過させる出射面44を備える。すなわち、光学素子21は、入射面41と、入射面41から出射された光を反射する第1反射面42と、第1反射面42により反射された光を反射する第2反射面43と、第2反射面43から反射された光を透過させる出射面44を有する。入射面41、第1反射面42、第2反射面43、および出射面44は、いずれも第2光軸M回りで回転対称の形状を備える。入射面41は、第2光軸M上に位置する。入射面41は、Z2方向に窪む凹面形状を備える。すなわち、入射面41は、第2光軸Mに沿う光軸方向において光学素子21に対して投写光学系3が位置するZ1方向(第1方向)とは反対のZ2方向(第2方向)に窪む凹面形状を有する。第1反射面42は、入射面41のZ2方向に位置する。また、第1反射面42は、第2光軸Mに対してY1方向に配置されている。第1反射面42は、Z1方向に突出する凸面形状を備える。第2反射面43は、第1反射面42のZ1方向に位置する。また、第2反射面43は、第1反射面42と同様に、第2光軸Mに対してY1方向に配置されている。第2反射面43は、Z1方向に窪む凹面形状を備える。出射面44は、第2反射面43のZ2方向に位置する。また、出射面44は、第2光軸Mに対してY2方向に配置されている。出射面44は、Z2方向に突出する凸面形状を備える。
図9に示すように、第1反射面42と出射面44とは、Y方向において、第2光軸Mを通過する軸上光束の軸上光束通過領域(軸上領域)40内で連続する。すなわち、軸上光束通過領域40は、第1反射面42の一部分であり、かつ、出射面44の一部分である。軸上光束は、アタッチメント光学系10Bがプロジェクター1に取り付けられたときに、第1光軸N上および第2光軸M上を通過する光である。すなわち、軸上光束通過領域40は、光が第1光軸Nおよび第2光軸Mを通過する光学素子21の領域である。ここで、第2光軸Mは、光学素子21の設計軸である。軸上光束通過領域40は、光学素子21の設計に際して、一義に規定される領域である。
第1反射面42は、光学素子21のZ2方向の外側面に反射コーティング層を設けることにより形成される。第1反射面42において、軸上光束通過領域40と重なる部分には、反射コーティング層として、ハーフミラーコーティング層が設けられている。これにより、第2光軸M上をZ2方向に向かう光を、スクリーンS2に到達させる。また、第1反射面42、第2反射面43、および出射面44は、Z方向から見た場合に、第2光軸Mに近い側の部分が、入射面41と重なる。第2反射面43において、Z方向から見た場合に入射面41と重ならない第1反射部431は、光学素子21のZ1方向の外側面に反射コーティング層を設けることにより形成される。第2反射面43において、Z方向から見た場合に入射面41と重なる第2反射部432には、反射コーティング層として、Z2方向
に向かう光を透過し、Z1方向に向かう光を反射するハーフミラーコーティング層を設けることにより、形成される。
に向かう光を透過し、Z1方向に向かう光を反射するハーフミラーコーティング層を設けることにより、形成される。
ここで、光学素子21の内部には、結像面に投写される拡大像と共役な中間像20が形成される。中間像20は、投写光学系3の縮小側結像面に形成される投写画像とも、共役である。本例において、中間像20は、第2反射面43と出射面44との間に形成される。
(レンズデータ)
投写光学系3およびアタッチメント光学系10Bからなるプロジェクターシステム100Bの光学系の開口数は、0.291である。かかる光学系のレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。符号は、液晶パネル、プリズム、レンズ、正レンズ、負レンズ、第1透過面、第1反射面、第2反射面、第2透過面およびスクリーンの符号である。液晶パネル、プリズム、レンズ、正レンズ、負レンズ、第1透過面、第1反射面、第2反射面、第2透過面およびスクリーンに対応しない面番号のデータはダミーデータである。Rは曲率半径である。Dは軸上面間隔である。Cはアパーチャー半径である。R、D、Cの単位はmmである。なお、硝材において示される数値の整数部分は、屈折率に10の6乗を乗算した値を表しており、小数部分は、アッベ数に10の2乗を乗算した値を表している。
投写光学系3およびアタッチメント光学系10Bからなるプロジェクターシステム100Bの光学系の開口数は、0.291である。かかる光学系のレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。符号は、液晶パネル、プリズム、レンズ、正レンズ、負レンズ、第1透過面、第1反射面、第2反射面、第2透過面およびスクリーンの符号である。液晶パネル、プリズム、レンズ、正レンズ、負レンズ、第1透過面、第1反射面、第2反射面、第2透過面およびスクリーンに対応しない面番号のデータはダミーデータである。Rは曲率半径である。Dは軸上面間隔である。Cはアパーチャー半径である。R、D、Cの単位はmmである。なお、硝材において示される数値の整数部分は、屈折率に10の6乗を乗算した値を表しており、小数部分は、アッベ数に10の2乗を乗算した値を表している。
符号 面番号 形状 R D 硝材 屈折/反射 C
2 0 球 無限 0.0010 屈折 0.0000
5 1 球 無限 29.9441 BSC7_HOYA 屈折 11.0003
2 球 無限 10.7129 屈折 16.1307
3 球 無限 1.3170 屈折 18.9729
L1 4 球 100.7098 5.4431 713667.2948 屈折 19.8463
5 球 -102.1154 0.1500 屈折 19.9390
L2 6 球 43.1770 6.7243 643138.5620 屈折 19.6870
7 球 -398.2098 14.3689 屈折 19.3609
L3 8 球 25.7153 7.0237 487490.7041 屈折 12.0000
L4 9 球 -26.9720 1.0000 755201.2758 屈折 11.4463
10 球 22.7296 7.0498 屈折 10.1942
L5 11 非球面 -12.8094 2.0000 'D-ZF10_K' 屈折 10.2226
12 非球面 -23.2033 0.2735 屈折 11.0391
L6 13 球 33.2589 2.0000 750866.3234 屈折 12.3328
L7 14 球 21.4173 8.9545 487490.7041 屈折 12.5458
15 球 -32.3154 17.4196 屈折 13.0465
L8 16 球 457.8045 8.8399 749259.3458 屈折 16.0000
17 球 -40.7661 4.0868 屈折 16.7967
L9 18 球 38.3424 9.0000 743972.4485 屈折 16.2071
19 球 52.1088 9.1700 屈折 14.5342
L10 20 球 -24.1062 1.0000 504633.6129 屈折 14.0641
21 球 34.0901 3.0358 屈折 15.2438
L11 22 非球面 35.8481 4.3495 'Z-E48R' 屈折 16.1241
23 非球面 34.7555 0.1106 屈折 17.0742
24 球 無限 2.8323 屈折 15.8215
32 25 球 43.7364 16.0000 743972.4485 屈折 18.4063
33 26 球 -31.0380 14.0000 655261.3319 屈折 18.3243
27 球 48.6756 11.2070 屈折 18.6311
41 28 非球面 -54.4874 100.0000 'Z-330R' 屈折 18.5177
42 29 非球面 223.2230 -100.0000 'Z-330R' 反射 63.3811
43 30 非球面 103.6949 100.0000 'Z-330R' 反射 105.9951
44 31 非球面 -27.7762 10.0000 屈折 26.5136
32 球 無限 2768.0000 屈折 1781.1106
S 33 球 -2,768.0000 0.0000 屈折 2906.3556
2 0 球 無限 0.0010 屈折 0.0000
5 1 球 無限 29.9441 BSC7_HOYA 屈折 11.0003
2 球 無限 10.7129 屈折 16.1307
3 球 無限 1.3170 屈折 18.9729
L1 4 球 100.7098 5.4431 713667.2948 屈折 19.8463
5 球 -102.1154 0.1500 屈折 19.9390
L2 6 球 43.1770 6.7243 643138.5620 屈折 19.6870
7 球 -398.2098 14.3689 屈折 19.3609
L3 8 球 25.7153 7.0237 487490.7041 屈折 12.0000
L4 9 球 -26.9720 1.0000 755201.2758 屈折 11.4463
10 球 22.7296 7.0498 屈折 10.1942
L5 11 非球面 -12.8094 2.0000 'D-ZF10_K' 屈折 10.2226
12 非球面 -23.2033 0.2735 屈折 11.0391
L6 13 球 33.2589 2.0000 750866.3234 屈折 12.3328
L7 14 球 21.4173 8.9545 487490.7041 屈折 12.5458
15 球 -32.3154 17.4196 屈折 13.0465
L8 16 球 457.8045 8.8399 749259.3458 屈折 16.0000
17 球 -40.7661 4.0868 屈折 16.7967
L9 18 球 38.3424 9.0000 743972.4485 屈折 16.2071
19 球 52.1088 9.1700 屈折 14.5342
L10 20 球 -24.1062 1.0000 504633.6129 屈折 14.0641
21 球 34.0901 3.0358 屈折 15.2438
L11 22 非球面 35.8481 4.3495 'Z-E48R' 屈折 16.1241
23 非球面 34.7555 0.1106 屈折 17.0742
24 球 無限 2.8323 屈折 15.8215
32 25 球 43.7364 16.0000 743972.4485 屈折 18.4063
33 26 球 -31.0380 14.0000 655261.3319 屈折 18.3243
27 球 48.6756 11.2070 屈折 18.6311
41 28 非球面 -54.4874 100.0000 'Z-330R' 屈折 18.5177
42 29 非球面 223.2230 -100.0000 'Z-330R' 反射 63.3811
43 30 非球面 103.6949 100.0000 'Z-330R' 反射 105.9951
44 31 非球面 -27.7762 10.0000 屈折 26.5136
32 球 無限 2768.0000 屈折 1781.1106
S 33 球 -2,768.0000 0.0000 屈折 2906.3556
各非球面係数は以下のとおりである。
面番号 S11 S12 S22 S23
R -12.8094 -23.2033 35.8481 34.7555
K 0 0 -0.007858933 -8.273411949
A 1.97478E-04 1.50407E-04 -4.73415E-05 -3.44381E-05
B -8.21635E-07 -7.62802E-07 1.11583E-07 7.17727E-08
C 8.67659E-09 5.19871E-09 -1.60660E-10 -1.26152E-10
D -2.93527E-11 -2.35712E-11 1.88569E-13 1.10885E-13
E -3.30348E-14 4.53875E-14 -1.74526E-16 -3.42914E-17
F 7.83942E-16 2.61603E-19 -1.13308E-20
R -12.8094 -23.2033 35.8481 34.7555
K 0 0 -0.007858933 -8.273411949
A 1.97478E-04 1.50407E-04 -4.73415E-05 -3.44381E-05
B -8.21635E-07 -7.62802E-07 1.11583E-07 7.17727E-08
C 8.67659E-09 5.19871E-09 -1.60660E-10 -1.26152E-10
D -2.93527E-11 -2.35712E-11 1.88569E-13 1.10885E-13
E -3.30348E-14 4.53875E-14 -1.74526E-16 -3.42914E-17
F 7.83942E-16 2.61603E-19 -1.13308E-20
面番号 S28 S29 S30 S31
R -54.4874 223.2230 103.6949 -27.7762
K 6.310243724 -53.5848539 -0.067701944 0.2099999992
A -5.18277E-06 3.89713E-07 1.60601E-07 -3.91584E-06
B -6.74401E-09 -1.00892E-10 -4.18496E-11 3.56467E-08
C -8.72598E-12 1.14220E-14 4.57110E-15 -1.20957E-10
D -2.11538E-19 1.98212E-13
E -1.24378E-16
R -54.4874 223.2230 103.6949 -27.7762
K 6.310243724 -53.5848539 -0.067701944 0.2099999992
A -5.18277E-06 3.89713E-07 1.60601E-07 -3.91584E-06
B -6.74401E-09 -1.00892E-10 -4.18496E-11 3.56467E-08
C -8.72598E-12 1.14220E-14 4.57110E-15 -1.20957E-10
D -2.11538E-19 1.98212E-13
E -1.24378E-16
正レンズ32および負レンズ33のアッベ数νdは以下のとおりである。
符号 面番号 vd
32 25 44.85
33 26 33.19
32 25 44.85
33 26 33.19
(作用効果)
本例のプロジェクターシステム100Bによれば、上記のプロジェクターシステム100Aと同様の作用効果を得ることができる。
本例のプロジェクターシステム100Bによれば、上記のプロジェクターシステム100Aと同様の作用効果を得ることができる。
また、本例では、アタッチメント光学系10Bは、光学素子21のZ1方向に配置された正のパワーを備える後群12を有する。従って、アタッチメント光学系10Bの結像性能を向上させることができる。
また、後群12を構成する正レンズ32と負レンズ33とは、アッベ数が異なる。従って、本例のプロジェクターシステム100Bによれば、色収差を補正することが容易となる。
図10はプロジェクターシステム100Bの拡大側のMTFを示す図である。図10の横軸は空間周波数であり、縦軸はコントラスト再現比である。図10に示すように、本例のプロジェクターシステム100Bは、高い解像度を有する。
1…プロジェクター、2…光変調素子、3…投写光学系、4…筐体、5…プリズム、10A,10B…アタッチメント光学系、11…前群、12…後群、20…中間像、21…光学素子、22…第1部材、23…第2部材、26…第1外側面部分、27…第2外側面部分、31…正レンズ、32…正レンズ、33…負レンズ、34…接合レンズ、40…軸上光束通過領域、41…入射面、42…第1反射面、43…第2反射面、44…出射面、100A,100B…プロジェクターシステム、431…第1反射部、432…第2反射部、B1…第1投写光、B2…第2投写光、F0~F10…光束、L1~L11…レンズ、N…第1光軸、M…第2光軸、S1,S2…スクリーン。
Claims (8)
- 投写表示装置が備える投写光学系の拡大側に着脱可能に取り付けられて、前記投写光学系から出射された投写光を前記投写光学系の拡大側結像面とは異なる結像面に投写するアタッチメント光学系において、
前記投写光学系の第1光軸の延長上に配置された第2光軸を備える光学素子を有し、
前記光学素子は、前記第2光軸上に配置された入射面、前記入射面から出射された光を反射する第1反射面、前記第1反射面により反射された光を反射する第2反射面、および前記第2反射面により反射された光を透過させる出射面を備え、
前記第1反射面と前記出射面とは、光が前記第2光軸および前記第1光軸を通過する軸上領域内で連続することを特徴とするアタッチメント光学系。 - 前記アタッチメント光学系の前記結像面は、球体が分割された球体部分の内側面の形状を備えることを特徴とする請求項1に記載のアタッチメント光学系。
- 前記入射面は、前記第2光軸に沿う光軸方向において前記光学素子に対して前記投写光学系が位置する第1方向とは反対の第2方向に窪む凹面形状を備え、
前記第1反射面は、前記第1方向に突出する凸面形状を備え、
前記第2反射面は、前記第1方向に窪む凹面形状を備え、
前記出射面は、前記第2方向に突出する凸面形状を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のアタッチメント光学系。 - 前記光学素子の内部に、前記結像面に投写される拡大像と共役な中間像が形成されることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか一項に記載のアタッチメント光学系。
- 前記光学素子に対して前記投写光学系の側に配置された正のパワーを備える第1レンズを有することを特徴とする請求項1から4のうちのいずれか一項に記載のアタッチメント光学系。
- 前記光学素子に対して前記投写光学系の側に配置された正のパワーを備えるレンズ群を有し、
前記レンズ群は、正のパワーを備える第2レンズおよび負のパワーを備える第3レンズを備え、
前記第2レンズと前記第3レンズとは、アッベ数が異なることを特徴とする請求項1から4のうちのいずれか一項に記載のアタッチメント光学系。 - 請求項1から6のうちのいずれか一項に記載のアタッチメント光学系と、
投写光学系を備える投写表示装置と、を有し、
前記アタッチメント光学系が前記投写光学系に着脱可能に取り付けられることを特徴とする投写表示システム。 - 前記投写表示装置は、光源から出射された光を変調して投写画像を形成する光変調素子を備え、
前記光変調素子は、前記投写光学系の縮小側結像面に配置され、前記投写光学系の前記第1光軸に対して一方側に前記投写画像を形成し、
前記投写光学系から出射された第1投写光は、前記第1光軸に対して他方側に広がり、
前記第1反射面および前記第2反射面は、前記第2光軸に対して他方側に配置され、
前記出射面は、前記第2光軸に対して一方側に配置され、
前記アタッチメント光学系から出射された第2投写光は、前記第2光軸に対して一方側に広がることを特徴とする請求項7に記載の投写表示システム。
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