JP5691962B2 - Image display device - Google Patents
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Description
本発明は、画像を拡大してスクリーンに表示する画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an image display device that enlarges an image and displays it on a screen.
従来に比べてスクリーンの近くに設置することができる画像表示装置が知られている。このような画像表示装置は至近距離プロジェクタと呼ばれる。至近プロジェクタの目的は以下のようなものである。第1に、スクリーンの近くに立つプレゼンター(あるいは説明員、発表者など)の目に、投射光が入る眩しさを避けること、第2に、プレゼンターの説明を聞く聴講者にプロジェクタの排気や騒音の影響が及ばないようにすること、である。 2. Description of the Related Art Image display devices that can be installed closer to a screen than conventional screens are known. Such an image display device is called a close-range projector. The purpose of the close projector is as follows. First, avoid the glare of projection light entering the eyes of presenters (or presenters, presenters, etc.) standing near the screen. Second, let the listeners who listen to the presenter's explanation hear projector exhaust and noise. It is to prevent the influence of.
至近距離プロジェクタが備える投射光学系は、従来の投射光学系(共軸・回転対称)の画角を広げることでスクリーン面との距離を短くするものや、曲面ミラーを使うもの等がある。従来の投射光学系の画角を広げるものは、従来技術の延長で至近投射の目的を達成することができる。しかし、スクリーンに近いレンズの外径を大型のものにする必要があり、プロジェクタ全体が大きくなる。これに対して、曲面ミラーを使う方式は、小型でありながら至近距離での投射を行うことができる。 The projection optical system provided in the close-range projector includes one that shortens the distance from the screen surface by widening the angle of view of the conventional projection optical system (coaxial / rotationally symmetric), and one that uses a curved mirror. A conventional projection optical system that widens the angle of view can achieve the objective of close-up projection by extending the prior art. However, it is necessary to increase the outer diameter of the lens close to the screen, which increases the size of the entire projector. On the other hand, the method using a curved mirror can perform projection at a close distance while being small.
曲面ミラーを使うものとして、例えば特許文献1や特許文献2に記載されている発明がある。特許文献1記載の発明は、レンズ光学系の後ろに凹面ミラーを置いて投射する方式である。特許文献2記載の発明は、レンズ光学系の後ろに凸面ミラーを置いて投射する方式である。いずれの方式においても、レンズとミラーを順番に配置するだけでセッティングができるので、部品間の配置精度を高くすることができる。しかし、レンズ光学系とミラーの間に長い距離が必要であり、投射光学系が大型化する。 For example, Patent Documents 1 and 2 disclose inventions using curved mirrors. The invention described in Patent Document 1 is a system in which a concave mirror is placed behind a lens optical system for projection. The invention described in Patent Document 2 is a method of projecting by placing a convex mirror behind the lens optical system. In any method, setting can be performed by simply arranging the lens and the mirror in order, so that the arrangement accuracy between components can be increased. However, a long distance is required between the lens optical system and the mirror, and the projection optical system becomes large.
レンズとミラーの距離を短くすることができるものとして、特許文献3や特許文献4に記載されている発明がある。特許文献3および特許文献4記載の発明は折り返しミラーを配置することで、レンズ光学系とミラーの間の長い距離を折り畳み、光学系の小型化を行なっている。 Patent Documents 3 and 4 disclose inventions that can shorten the distance between the lens and the mirror. In the inventions described in Patent Document 3 and Patent Document 4, a folding mirror is arranged to fold a long distance between the lens optical system and the mirror, thereby reducing the size of the optical system.
特許文献3記載の発明では、レンズ光学系の次に凹面ミラーと凸面ミラーを順に配置することで、小型化を図っている。また、特許文献4記載の発明では、凹面ミラーの後ろに平面ミラーを置くことによって小型化を図っている。 In the invention described in Patent Document 3, a concave mirror and a convex mirror are arranged in this order next to the lens optical system to achieve miniaturization. Further, in the invention described in Patent Document 4, miniaturization is achieved by placing a plane mirror behind the concave mirror.
しかし、特許文献3と特許文献4に記載のいずれの光学系も、画像表示素子から曲面ミラーまでの距離が長い。そのため、スクリーンからプロジェクタ本体までの距離を、従来よりもさらに近づけるには、光学系本体の長さが邪魔になる。 However, in any of the optical systems described in Patent Document 3 and Patent Document 4, the distance from the image display element to the curved mirror is long. Therefore, in order to make the distance from the screen to the projector main body closer than before, the length of the optical system main body becomes an obstacle.
このような「光学系自体の大きさ」に関する制約を解決するものとして、特許文献5に記載されている発明がある。特許文献5には、スクリーン面と画像表示素子の表示面が互いに垂直になる投射光学系が記載されている。このような縦型方式を採用することで、投射光学系自体の長さが、スクリーンとプロジェクタ本体の距離を近づけることに対する邪魔になることを避けることができる。 An invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 is available as a solution to such a restriction on “the size of the optical system itself”. Patent Document 5 describes a projection optical system in which a screen surface and a display surface of an image display element are perpendicular to each other. By adopting such a vertical system, it is possible to avoid that the length of the projection optical system itself hinders the distance between the screen and the projector body from being reduced.
ところが、特許文献5記載の投射光学系のように、縦型方式を採用して投射光学系を小型化にしつつ至近投射を行うことができる構成であっても、より至近距離に設置したプロジェクタによって、スクリーンにより大きな画面の表示をするには、レンズ光学系からミラー系に入射する光の発散性をより強くする必要がある。しかし、光の発散性を強くすると新たな3つの課題が生じる。 However, as in the case of the projection optical system described in Patent Document 5, even if it is a configuration that can perform close-up projection while adopting a vertical system and miniaturizing the projection optical system, In order to display a larger screen on the screen, it is necessary to further increase the divergence of light incident on the mirror system from the lens optical system. However, when the light divergence is increased, three new problems arise.
すなわち、第1の課題は、レンズ系の光軸外を通過する投射光束の収差補正が困難になることである。また、第2の課題は、拡がった発散光束が凹面ミラーに当たる前に、第1ミラーに最も近いレンズ面に当たってしまうことである。さらに第3の課題は、凹面ミラーで反射した光がスクリーンに向かう途中で、第1ミラーに当たってしまうことである。 That is, the first problem is that it becomes difficult to correct the aberration of the projected light beam that passes outside the optical axis of the lens system. In addition, the second problem is that the divergent light beam that has spread spread strikes the lens surface closest to the first mirror before it strikes the concave mirror. The third problem is that the light reflected by the concave mirror hits the first mirror in the middle of going to the screen.
特許文献5に記載された技術のように、第1ミラーに最も近いレンズ面が凹面であると、光軸から離れるに従って第1ミラー側にレンズ面がせり出してくることになるので、凹面ミラーに入射する光束がこのレンズに当たりやすい。さらに、収差補正・誤差感度の点においても、強い発散光束を扱う光学系では、最もミラーに近いレンズ面を凹面にすると、光線の屈折角が非常に大きくなって、画面全域の収差補正が困難になり、屈折角が大きいことから部品の位置ずれが少しでもあると画像品位が大きく劣化することになる。 If the lens surface closest to the first mirror is a concave surface as in the technique described in Patent Document 5, the lens surface protrudes toward the first mirror side as the distance from the optical axis increases. Incident light flux is likely to hit this lens. Furthermore, in terms of aberration correction and error sensitivity, in an optical system that handles a strong divergent light beam, if the lens surface closest to the mirror is concave, the light refraction angle becomes very large, making it difficult to correct aberrations throughout the screen. Therefore, since the refraction angle is large, the image quality is greatly deteriorated if the component is slightly displaced.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、被投射面までの距離が近くても大画面を投射することができる画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an image display device capable of projecting a large screen even when the distance to the projection surface is short.
本発明は、光源から出射された光を画像表示素子に照射する照明光学系と、前記照明光学系からの照明光が照射され投射画像を形成する画像表示素子と、全体で正の屈折力を有し、前記画像表示素子によって形成された投射画像を被投射面に投射する投射光学系と、を有する画像表示装置であって、前記画像表示素子は前記被投射面に対して垂直であり、前記投射光学系は、投射レンズ、第1ミラー、凹面ミラーである第2ミラーを有してなり、前記投射レンズを透過して前記第1ミラーに入射する前記投射画像に係る投射光束は発散光束であり、前記第1ミラーで反射された後に前記第2ミラーで反射された前記投射光束は一旦集光した後に前記被投射面に投射され、前記第2ミラーで反射された前記投射光束が集光する位置は前記第2ミラーよりも前記第1ミラーに近い位置であり、前記投射レンズは共軸光学系であり、前記第1ミラーは平面ミラーであり、前記投射レンズのうち前記第1ミラーに最も近いレンズのレンズ面は凸面である、ことを最も主な特徴とする。 The present invention has an illumination optical system that irradiates an image display element with light emitted from a light source, an image display element that forms a projection image by irradiating illumination light from the illumination optical system, and has a positive refractive power as a whole. A projection optical system that projects a projection image formed by the image display element onto a projection surface, wherein the image display element is perpendicular to the projection surface; The projection optical system includes a projection lens, a first mirror, and a second mirror that is a concave mirror, and a projection light beam that is transmitted through the projection lens and incident on the first mirror is a divergent light beam. , and the said projection light flux reflected by the second mirror after being reflected by the first mirror is projected on the projection surface after one Dan focusing, the projection light beam reflected by the second mirror position before Symbol second Mi for condensing A position closer to the first mirror than over, the projection lens is a coaxial optical system, the first mirror is a plane mirror, a lens surface of the lens closest to the first mirror of the projection lens it is convex surfaces, and most main feature in that.
発明によれば、スクリーンとの距離が至近であっても、投射光による表示を大型にすることができる画像表示装置を得ることができる。 According to the invention, it is possible to obtain an image display device capable of increasing the size of the display by the projection light even when the distance from the screen is very close.
以下、本発明に係る画像表示装置の実施例について図面を用いながら説明する。図1は、本発明に係る画像表示装置が備える光学エンジンの要部を一方向からみた側面図である。以下、本明細書において、投射光学系の光軸方向をZ軸とし、照明光学系の光軸方向をY軸とし、Z軸にもY軸にも直交する方向の軸をX軸とする。 Embodiments of an image display apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of a main part of an optical engine provided in an image display apparatus according to the present invention as seen from one direction. Hereinafter, in this specification, the optical axis direction of the projection optical system is defined as the Z axis, the optical axis direction of the illumination optical system is defined as the Y axis, and the axis in the direction perpendicular to both the Z axis and the Y axis is defined as the X axis.
図1においてプロジェクタ100は、大まかには、光源であるランプ1から出射された光によって反射型画像表示素子であるDMD7を照明するための照明光学系と、DMD7で反射された光を被投射面であるスクリーン20に向けて投射するための投射光学系と、を有してなる。図1において投射光学系はその一部であるレンズ光学系8のみを図示している。 In FIG. 1, a projector 100 roughly includes an illumination optical system for illuminating a DMD 7 that is a reflective image display element with light emitted from a lamp 1 that is a light source, and a projection surface that reflects light reflected by the DMD 7. A projection optical system for projecting toward the screen 20. In FIG. 1, only the lens optical system 8 which is a part of the projection optical system is illustrated.
なお、以下に説明する実施例においては、画像表示素子の例示として、反射型画像表示素子であるDMDを用いている。しかし、本発明に係る画像表示装置は、画像表示素子をDMDに限ることはなく、他の画像表示素子、例えば液晶パネルを用いてもよい。 In the embodiments described below, a DMD that is a reflective image display element is used as an example of the image display element. However, the image display device according to the present invention is not limited to the DMD as the image display element, and other image display elements such as a liquid crystal panel may be used.
以下、プロジェクタ100が有する照明光学系について説明をする。光源であるランプ1から出射された光は、リフレクタ2によってインテグレータロッド3の入射口に集光される。インテグレータロッド3は、4つのミラーを組み合わせてトンネル状にしたライトパイプである。インテグレータロッド3に入射された光は、インテグレータロッド3内のミラー面で反射を繰り返し、インテグレータロッド3の出射口において光量が一様でムラのない光になる。 Hereinafter, the illumination optical system included in the projector 100 will be described. The light emitted from the lamp 1 that is a light source is condensed by the reflector 2 at the entrance of the integrator rod 3. The integrator rod 3 is a light pipe formed by combining four mirrors into a tunnel shape. The light incident on the integrator rod 3 is repeatedly reflected by the mirror surface in the integrator rod 3, and becomes uniform and uniform in the amount of light at the exit of the integrator rod 3.
インテグレータロッド3の出射口を、光量が一様でムラのない面光源として捉えて、この面光源の光源像を、DMD照明用レンズ4、第1折り返しミラー5、第2折り返しミラー6を介して画像表示素子であるDMD7の有効画像領域に生成する。DMD照明用レンズ4は、DMD7の有効画像領域を効率よく照射するための光学素子である。第1折り返しミラー5は平面ミラーであって、第2折り返しミラー6は曲面ミラー(凹面ミラー)である。 The exit port of the integrator rod 3 is regarded as a surface light source with uniform light quantity and no unevenness, and the light source image of this surface light source is passed through the DMD illumination lens 4, the first folding mirror 5, and the second folding mirror 6. It generates in the effective image area of DMD7 which is an image display element. The DMD illumination lens 4 is an optical element for efficiently irradiating the effective image area of the DMD 7. The first folding mirror 5 is a plane mirror, and the second folding mirror 6 is a curved mirror (concave mirror).
インテグレータロッド3から出射された光は、DMD照明用レンズ4の前方を通過して第1折り返しミラー5によって、図1において斜め右下方向に反射され第2折り返しミラー6に向かう。第2ミラーで反射された光は、DMD7の表面を照明し、DMD7の有効画像領域内のミラーによって反射されて、画像投射光である反射光束が折り返しミラー6の側方を通過して投射光学系を形成するレンズ光学系8に入射される。ランプ1から第2折り返しミラー6までを照明光学系という。 The light emitted from the integrator rod 3 passes through the front of the DMD illumination lens 4 and is reflected by the first folding mirror 5 in the diagonally lower right direction in FIG. 1 toward the second folding mirror 6. The light reflected by the second mirror illuminates the surface of the DMD 7, is reflected by the mirror in the effective image area of the DMD 7, and the reflected light beam that is the image projection light passes through the side of the folding mirror 6 and is projected optically. The light enters the lens optical system 8 forming the system. The lamp 1 to the second folding mirror 6 are referred to as an illumination optical system.
上記照明光学系によって、DMD7は光量ムラのない照明光で照明され、一様な照度分布となるので、その拡大像である投射画像も一様な照度分布となる。 By the illumination optical system, the DMD 7 is illuminated with illumination light having no light amount unevenness and has a uniform illuminance distribution, so that a projection image that is an enlarged image also has a uniform illuminance distribution.
DMD7は多数の微小ミラーからなるデバイスであって、各微小ミラーの角度を+12°から−12°の範囲で変化させることができる。例えば、微小ミラーの角度が−12°のとき、当該微小ミラーで反射された照明光は投射レンズ内に入るようにする。この状態を「ON状態」という。また、ミラーの角度が+12°のときは、当該微小ミラーで反射された照明光は投射レンズに入らないようにする。この状態を「OFF状態」という。 The DMD 7 is a device composed of a large number of micromirrors, and the angle of each micromirror can be changed in the range of + 12 ° to −12 °. For example, when the angle of the micro mirror is −12 °, the illumination light reflected by the micro mirror enters the projection lens. This state is referred to as an “ON state”. When the angle of the mirror is + 12 °, the illumination light reflected by the minute mirror is prevented from entering the projection lens. This state is referred to as “OFF state”.
DMD7の微小ミラーは、被投射面上に表示される画像の画素に対応する。したがって、DMD7の各微小ミラーの傾斜角度を制御することで、スクリーン20に表示される画像の形成に必要な投射光(投射画像光)を、投射光学系を介して投射することができる。 The micro mirror of the DMD 7 corresponds to a pixel of an image displayed on the projection surface. Therefore, by controlling the inclination angle of each micromirror of the DMD 7, it is possible to project the projection light (projection image light) necessary for forming an image displayed on the screen 20 via the projection optical system.
図1において投射光学系は、レンズ光学系8のみを図示しており、投射光学系に含まれるミラー光学系を省略している。レンズ光学系8は、複数のレンズからなる投射レンズと、この投射レンズを保持するレンズ鏡胴と、を有してなる。図1においてレンズ鏡胴は省略している。また、図示しないミラー光学系は、投射レンズからの投射光束をスクリーン20に向けて反射させるミラーを有してなる。 In FIG. 1, only the lens optical system 8 is shown as the projection optical system, and the mirror optical system included in the projection optical system is omitted. The lens optical system 8 includes a projection lens composed of a plurality of lenses, and a lens barrel that holds the projection lens. In FIG. 1, the lens barrel is omitted. The mirror optical system (not shown) includes a mirror that reflects the projection light beam from the projection lens toward the screen 20.
(実施例1)
次に、本発明に係る画像表示装置が有する投射光学系の実施例について説明をする。図2は、本実施例に係る投射光学系の要部を拡大した概要図である。図2において、照明光学系は図示を省略している。図2は、DMD7が備える全ての微小ミラーがON状態であって、有効画像領域の全体を被投射面であるスクリーン20(図示せず)に投射する状態を例示している。図2において投射光束14は、DMD7の有効画像領域端部からレンズ光学系8に入射し、ミラー光学系8を構成する第1ミラー9および第2ミラー10を経てスクリーン20(図示せず)に到達する2本の線として表されている。
Example 1
Next, examples of the projection optical system included in the image display apparatus according to the present invention will be described. FIG. 2 is an enlarged schematic view of a main part of the projection optical system according to the present embodiment. In FIG. 2, the illumination optical system is not shown. FIG. 2 illustrates a state in which all the micromirrors included in the DMD 7 are in an ON state and the entire effective image area is projected onto a screen 20 (not shown) that is a projection surface. In FIG. 2, the projected light beam 14 enters the lens optical system 8 from the end of the effective image area of the DMD 7, passes through the first mirror 9 and the second mirror 10 constituting the mirror optical system 8, and enters the screen 20 (not shown). Represented as two reaching lines.
レンズ光学系8は、レンズ鏡胴81内に収められた複数のレンズからなる。投射光束14は、レンズ鏡胴81の内部で収束した後に拡散しながら、第1ミラー9に向かう。第1ミラー9は平面ミラーに限られないが、仮に凸面ミラーであると、第1ミラー9で反射された投射光束14は、さらに発散性が強くなる。そうすると、第1ミラー9で反射された投射光束14は、第2ミラー10に向かう途中で、例えばレンズ鏡胴81などにぶつかって、光がけられる(遮光される)可能性が高くなる。そのため、第1ミラー9は平面ミラーか、凹面ミラーであることが望ましい。 The lens optical system 8 includes a plurality of lenses housed in a lens barrel 81. The projected light beam 14 travels toward the first mirror 9 while diffusing after converging inside the lens barrel 81. The first mirror 9 is not limited to a plane mirror, but if it is a convex mirror, the projected light beam 14 reflected by the first mirror 9 is further divergent. Then, the projection light beam 14 reflected by the first mirror 9 hits the lens barrel 81, for example, on the way to the second mirror 10, and the possibility that the light is cast (shielded) increases. Therefore, it is desirable that the first mirror 9 is a plane mirror or a concave mirror.
また、第1ミラー9で反射された投射光束14をスクリーン20に向けて反射する第2ミラー10は、凹面ミラーであることが必要となる。第2ミラー10が平面ミラーか凸面ミラーであると、反射された投射光束14が拡散してしまい、スクリーン20に向けて反射されないからである。 Further, the second mirror 10 that reflects the projected light beam 14 reflected by the first mirror 9 toward the screen 20 needs to be a concave mirror. This is because if the second mirror 10 is a flat mirror or a convex mirror, the reflected projection light beam 14 is diffused and is not reflected toward the screen 20.
つまり、第1ミラー9は平面ミラーか、もしくは、凹面ミラーであって、第2ミラー10は凹面ミラーとすることで、第2ミラー10で反射された投射光束14は、スクリーン20と、第2ミラー10の間で集光してから拡散し、スクリーン20上に投射されて、画像を表示することができる。 In other words, the first mirror 9 is a plane mirror or a concave mirror, and the second mirror 10 is a concave mirror, so that the projected light beam 14 reflected by the second mirror 10 is reflected by the screen 20 and the second mirror. The light is condensed between the mirrors 10 and then diffused and projected onto the screen 20 to display an image.
プロジェクタ100とスクリーン20の距離を超至近にしつつ、大画面表示をするには、レンズ光学系8からミラー光学系に入射する光束の発散性を強めて、ミラー光学系が備える凹面ミラー(第2ミラー10)によって、反射された後の投射光束14を集光させる必要があり、さらに、その集光位置を、スクリーン20よりもずっと手前の、第2ミラー10に近い位置とする必要がある。 In order to display a large screen while keeping the distance between the projector 100 and the screen 20 very close, the divergent property of the light beam incident on the mirror optical system from the lens optical system 8 is strengthened, and the concave mirror (the second mirror provided in the mirror optical system) It is necessary to condense the projection light beam 14 after being reflected by the mirror 10), and further, the condensing position needs to be a position near the second mirror 10 far before the screen 20.
集光位置15が、スクリーン20よりもずっと手前であって、第2ミラー10に近い位置にないとすれば、超至近距離に設置されたプロジェクタ100からの投射光束14が十分に発散してスクリーン20上に大きな画像表示をすることができないからである。 If the condensing position 15 is far before the screen 20 and is not near the second mirror 10, the projection light beam 14 from the projector 100 installed at a very close distance diverges sufficiently and the screen This is because a large image cannot be displayed on the screen 20.
例えば図3に示すように、集光位置15が、スクリーン20よりもずっと手前の、第2ミラー10に近い位置にあれば、プロジェクタ100とスクリーン20が至近距離であっても、投射光束14は十分に拡散してスクリーン20全体に大きく拡大された画像を表示することができる。 For example, as shown in FIG. 3, if the condensing position 15 is at a position that is far in front of the screen 20 and close to the second mirror 10, even if the projector 100 and the screen 20 are close to each other, the projected light beam 14 is An image that is sufficiently diffused and greatly enlarged can be displayed on the entire screen 20.
集光位置15についてさらに説明をする。集光位置15は、スクリーン20よりもずっと手前にあることが(第2ミラー10に近い方が)望ましいが、第2ミラー10に近づきすぎてもよくない。集光位置15は、凹面ミラーである第2ミラー10よりも第1ミラー9に近い位置にあることが望ましい。 The condensing position 15 will be further described. Although it is desirable that the condensing position 15 is far in front of the screen 20 (closer to the second mirror 10), it may not be too close to the second mirror 10. The condensing position 15 is desirably closer to the first mirror 9 than the second mirror 10 which is a concave mirror.
その理由について、図4を用いて説明する。図4は、本実施例に係るプロジェクタ100が有する投射光学系の要部を拡大した図であって、集光位置15を第1ミラー9よりも第2ミラー10寄りにした場合の例を示している。投射光束14は集光位置15において集光した後に一気に拡散するから、図4に示すように、集光位置15が第1ミラー9の近傍ではなく、第2ミラー10側に寄っていると、集光位置15から拡散した投射光束14の光路上に第1ミラー9が配置されている状態になる。そうすると、投射光束14の一部が第1ミラー9によって「けられた」状態になる。 The reason will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an enlarged view of a main part of the projection optical system included in the projector 100 according to the present embodiment, and shows an example in which the condensing position 15 is closer to the second mirror 10 than the first mirror 9. ing. Since the projection light beam 14 is diffused at once after being condensed at the condensing position 15, as shown in FIG. 4, when the condensing position 15 is not near the first mirror 9 but on the second mirror 10 side, The first mirror 9 is placed on the optical path of the projection light beam 14 diffused from the condensing position 15. As a result, a part of the projection light beam 14 is “scratched” by the first mirror 9.
図5に示すように、第2ミラー10で反射されスクリーン20に向かう投射光束14のエッジ部分に当たる投射光141と反対側のエッジ部分に当たる投射光142を考えると、投射光141は第2ミラー10で反射され集光位置15を経てスクリーン20に投射されるが、投射光142は第2ミラー10で反射され集光位置15を経た後に第1ミラー9に当たってけられてしまう。そうすると、投射光束14によってスクリーン20に表示されるはずの画像の一部が欠落した状態になってしまう。よって、集光位置15は第1ミラー9の近傍であることが望ましい。 As shown in FIG. 5, when considering the projection light 142 that is reflected by the second mirror 10 and hits the edge portion of the projection light beam 14 that is directed to the screen 20 and that is opposite to the projection light 141, the projection light 141 is the second mirror 10. However, the projection light 142 is reflected by the second mirror 10, passes through the condensing position 15, and hits the first mirror 9. If it does so, it will be in the state where a part of image which should be displayed on the screen 20 with the projection light beam 14 was missing. Therefore, it is desirable that the condensing position 15 is in the vicinity of the first mirror 9.
集光位置15が上記のような第1ミラー9の近傍ではなく、第1ミラー9から離れて第2ミラー10の方に寄っているときは、投射光束14の一部が投射光学系にけられてしまい、スクリーン20上に大画面表示を行うことができなくなる。そこで本実施例に係るプロジェクタ100は、集光位置15を、スクリーン20よりもずっと手前の、第2ミラー10に近い位置であり、かつ、第1ミラー9の近傍に設定する。これによって、超至近距離においても、大画面表示を行うことができる。 When the condensing position 15 is not in the vicinity of the first mirror 9 as described above but is away from the first mirror 9 and close to the second mirror 10, a part of the projection light beam 14 is applied to the projection optical system. As a result, a large screen cannot be displayed on the screen 20. Therefore, the projector 100 according to the present embodiment sets the condensing position 15 at a position near the second mirror 10 far before the screen 20 and in the vicinity of the first mirror 9. Thus, a large screen display can be performed even at a very close distance.
また、図5に示すように、集光位置15が第1ミラー9の近傍ではなく、第2ミラー10に寄っていると、投射光束14の一部である投射光142は、スクリーン20上に到達する投射光141に比べてX−Z平面と平行であるスクリーン20に対し、おじぎをするような角度になる。言い換えると、第2ミラー10で反射された投射光束14において、1のエッジ部分(投射光141)がスクリーン20の法線に対してなす角度と、反対側のエッジ部分(投射光142)がスクリーン20の法線に対してなす角度が、異なる符合の角度となる状態になると、投射光束14がレンズ光学系8によってけられる状態となる。 Further, as shown in FIG. 5, when the condensing position 15 is not in the vicinity of the first mirror 9 but on the second mirror 10, the projection light 142 that is a part of the projection light beam 14 is incident on the screen 20. The angle is such that it bows with respect to the screen 20 that is parallel to the XZ plane as compared to the incident light 141 that arrives. In other words, in the projection light beam 14 reflected by the second mirror 10, the angle formed by one edge portion (projection light 141) with respect to the normal of the screen 20 and the opposite edge portion (projection light 142) are the screen. When the angle formed with respect to the normal line 20 is in a different sign angle, the projection light beam 14 is in a state of being displaced by the lens optical system 8.
したがって、本実施例に係るプロジェクタ100は、被投射面であるスクリーン20に投射される投射光束14に係る画像の左右方向中心に入射する光線が、スクリーン20の法線となす角度は、全て同じ符号の角度である。 Therefore, in the projector 100 according to the present embodiment, the angles formed by the light rays incident on the center in the left-right direction of the image related to the projected light beam 14 projected onto the screen 20 that is the projection surface are all the same as the normal line of the screen 20. The angle of the sign.
(実施例2)
次に、本発明に係る画像表示装置の別の実施例における投射光学系について説明をする。図6は、本実施例に係る投射光学系の要部を拡大した概要図であって、実施例1に示した投射光学系に、防塵ガラスを付加した構成を示している。
(Example 2)
Next, a projection optical system in another embodiment of the image display apparatus according to the present invention will be described. FIG. 6 is an enlarged schematic view of a main part of the projection optical system according to the present embodiment, and shows a configuration in which dustproof glass is added to the projection optical system shown in the first embodiment.
防塵ガラス11は凹面ミラーである第2ミラー10の保護や、レンズ光学系8へのゴミの混入防止を目的として、第2ミラー10の上部に設置されている。防塵ガラス11が設置されることで、投射画像の品質が大きく劣化することは無い。 The dust-proof glass 11 is installed on the upper part of the second mirror 10 for the purpose of protecting the second mirror 10 that is a concave mirror and preventing dust from entering the lens optical system 8. By installing the dustproof glass 11, the quality of the projected image does not deteriorate greatly.
本実施例において、防塵ガラス11はなるべく小型であることが望ましい。なぜならば、防塵ガラス11が大きくなると、投射光学系全体が大きくなり、プロジェクタ100が大型化するからである。 In the present embodiment, the dust-proof glass 11 is desirably as small as possible. This is because when the dust-proof glass 11 is increased, the entire projection optical system is increased, and the projector 100 is increased in size.
第2ミラー10で反射されてスクリーン20(図示せず)に向かう投射光束14は、一旦集光した後に拡散する。そこで、防塵ガラス11を大きくすることなく、上記の目的を達するようにするには、集光位置15が防塵ガラス11の近傍になるようにすればよい。図6に示すように、投射光束14の集光位置15が防塵ガラス11の近傍にあると、防塵ガラス11を大きくする必要がなく、投射光学系の小型化を図ることができる。しかし、集光位置15が防塵ガラス11から離すれた位置にあると、投射光束14は一気に拡散するので、防塵ガラス11を大きくする必要が生じる。 The projection light beam 14 reflected by the second mirror 10 and directed to the screen 20 (not shown) is once condensed and then diffused. Therefore, in order to achieve the above-mentioned purpose without increasing the size of the dust-proof glass 11, the condensing position 15 may be set in the vicinity of the dust-proof glass 11. As shown in FIG. 6, when the condensing position 15 of the projection light beam 14 is in the vicinity of the dust-proof glass 11, it is not necessary to increase the size of the dust-proof glass 11, and the projection optical system can be downsized. However, if the condensing position 15 is located away from the dust-proof glass 11, the projection light beam 14 diffuses at a stretch, so that the dust-proof glass 11 needs to be enlarged.
すなわち、第2ミラー10からスクリーン20に向かう投射光束14がけられないこと、レンズ光学系8・第1ミラー9・第2ミラー10を含む投射光学系全体の小型化を図れること、防塵ガラス11を小型にできること、以上の3点を考慮すると、本実施例に係るプロジェクタ100のように、第2ミラー10で反射された後に投射光束14が集光する位置15は、スクリーン20よりもずっと手前で第2ミラー10に近い位置であり、第2ミラーよりも第1ミラーに近い位置であり、かつ、防塵ガラス11に近い位置であることが望ましい。 That is, the projection light beam 14 from the second mirror 10 toward the screen 20 cannot be shifted, the entire projection optical system including the lens optical system 8, the first mirror 9, and the second mirror 10 can be reduced in size, and the dust-proof glass 11 Considering the above three points, the position 15 where the projection light beam 14 is condensed after being reflected by the second mirror 10 is far before the screen 20 as in the projector 100 according to the present embodiment. It is desirable that the position be close to the second mirror 10, be closer to the first mirror than the second mirror, and be closer to the dust-proof glass 11.
(実施例3)
次に、本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施例について説明をする。図7は、本実施例の特徴を説明するための概要図であって、投射光学系の要部を拡大した図である。集光位置15を防塵ガラス11の近傍にすることが好適であることは、実施例2において説明したとおりである。実施例2において示した図6における第1ミラー9を、紙面反時計方向に回転させると、集光位置15は、図7の点線で示したように、防塵ガラス11と第1ミラー9の近傍にさらに近づく。しかし、第1ミラー9で反射された後にレンズ光学系8や、レンズ鏡胴81によってけられやすくなる。
(Example 3)
Next, another embodiment of the image display apparatus according to the present invention will be described. FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the characteristics of the present embodiment, and is an enlarged view of a main part of the projection optical system. As described in the second embodiment, it is preferable that the condensing position 15 is in the vicinity of the dust-proof glass 11. When the first mirror 9 in FIG. 6 shown in the second embodiment is rotated counterclockwise on the paper surface, the condensing position 15 is near the dust-proof glass 11 and the first mirror 9 as shown by the dotted line in FIG. Get closer to. However, after being reflected by the first mirror 9, the lens optical system 8 and the lens barrel 81 are likely to be displaced.
特に、レンズ光学系8が有するレンズのうち、第1ミラー9に最も近いレンズが凹面レンズであった場合には、第1ミラー9で反射された投射光束14が、この凹面レンズの外周縁部に当たる可能性が高くなる。 In particular, when the lens closest to the first mirror 9 among the lenses of the lens optical system 8 is a concave lens, the projected light beam 14 reflected by the first mirror 9 is the outer peripheral edge of the concave lens. Is likely to hit.
一方、第1ミラー9の角度を、紙面時計方向に回転させると、集光位置15を防塵ガラス11に近づけつつ、第1ミラー9で反射された投射光束14がレンズ光学系8や、レンズ鏡胴81によってけられないように、調整することができる。しかし、第1ミラー9の角度を、紙面時計方向に回転させると、第1ミラー9で反射された投射光束14の光路は、X−Y平面から離れる方向に移動する。そうすると、第2ミラー10も、その光路に合わせて移動させる必要が生じる。すなわち、第2ミラー10を紙面上方に移動させる必要が生じる。第2ミラー10を上方に移動させると、投射光学系が嵩高かになる。 On the other hand, when the angle of the first mirror 9 is rotated in the clockwise direction on the paper, the projection light beam 14 reflected by the first mirror 9 while the condensing position 15 is brought close to the dust-proof glass 11, the lens optical system 8 or the lens mirror. Adjustment can be made so that the cylinder 81 is not damaged. However, when the angle of the first mirror 9 is rotated clockwise in the drawing, the optical path of the projection light beam 14 reflected by the first mirror 9 moves in a direction away from the XY plane. If it does so, it will be necessary to move the 2nd mirror 10 according to the optical path. That is, it is necessary to move the second mirror 10 upward in the drawing. When the second mirror 10 is moved upward, the projection optical system becomes bulky.
そこで、投射光学系を小型にするには、集光位置15を防塵ガラス11の近傍に配置しつつ、第1ミラー9で反射された投射光束14が、レンズ光学系8を構成するレンズやレンズ鏡胴81にできるだけ近い位置を通過して、第2ミラー10に到るようにすると良い。 Therefore, in order to reduce the size of the projection optical system, the projection light beam 14 reflected by the first mirror 9 while the condensing position 15 is disposed in the vicinity of the dust-proof glass 11 is used as a lens or lens constituting the lens optical system 8. It is preferable to pass through a position as close as possible to the lens barrel 81 and reach the second mirror 10.
そのためには、レンズ光学系8にも工夫が必要である。図8は、レンズ光学系8が有する投射レンズのうち、第1ミラー9に最も近いレンズ80のレンズ面を凸面にした例である。図8に示すように、レンズ80のレンズ面を、凸面にすることで、レンズ80の近傍を投射光束14が通過しても、レンズ80の外周縁部やレンズ鏡胴81の上端部によってけられることなく、第1ミラー9で反射された投射光束14が発散性の強い光束であっても、第2ミラー10に到達することができる。 For this purpose, the lens optical system 8 also needs to be devised. FIG. 8 shows an example in which the lens surface of the lens 80 closest to the first mirror 9 among the projection lenses of the lens optical system 8 is a convex surface. As shown in FIG. 8, by making the lens surface of the lens 80 convex, even if the projection light beam 14 passes through the vicinity of the lens 80, the lens 80 is affected by the outer peripheral edge of the lens 80 and the upper end of the lens barrel 81. Even if the projection light beam 14 reflected by the first mirror 9 is a highly divergent light beam, it can reach the second mirror 10.
以上、説明した実施例3によれば、さらに強い発散光束を扱う収差補正や、誤差感度低減を図ることができる。 As described above, according to the third embodiment described above, it is possible to correct aberrations that handle a stronger divergent light beam and to reduce error sensitivity.
(実施例4)
次に、本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施例が有する投射光学系について説明をする。図9は、本実施例の特徴を説明するための概要図であって、実施例2にて説明をした投射光学系よりも、さらに発散性の強い反射光束を扱うためときに用いる反射光学系の要部を拡大した図である。
Example 4
Next, a projection optical system included in still another embodiment of the image display apparatus according to the present invention will be described. FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the characteristics of the present embodiment, and is a reflection optical system used when handling a reflected light beam having a stronger divergence than the projection optical system described in the second embodiment. It is the figure which expanded the principal part.
図9において、レンズ光学系8aは、第1ミラー9の最も近くに配置される異形レンズ80aと、これを保持するレンズ鏡胴81aを有してなる。図9に示すように、レンズ光学系8aを構成するレンズのうち、第1ミラー9に最も近いレンズ80aを、他のレンズに比べて、径寸法を半分にすることで、レンズ鏡胴81aの第1ミラー9側の端部に切欠き部を形成している。これによって、第1ミラー9で反射された投射光束14が、より強い発散性を有し光路が広がっても、レンズ光学系8aによってけられることなく、第2ミラー10に到達することができる。 In FIG. 9, the lens optical system 8a includes a deformed lens 80a disposed closest to the first mirror 9, and a lens barrel 81a that holds the deformed lens 80a. As shown in FIG. 9, among the lenses constituting the lens optical system 8a, the lens 80a closest to the first mirror 9 is halved in diameter compared to the other lenses, so that the lens barrel 81a A notch is formed at the end on the first mirror 9 side. As a result, the projection light beam 14 reflected by the first mirror 9 can reach the second mirror 10 without being displaced by the lens optical system 8a even if it has a stronger divergence and the optical path spreads.
このように、第1ミラー9に最も近いレンズ80aとレンズ鏡胴81aの端部を加工して切り欠き部を形成することで、第1ミラー9で反射された投射光束14の通過可能な経路が広がり、投射光学系の小型化および軽量化を図ることができ、かつ、超至近距離においても大画面を表示することができるプロジェクタ100を得ることができる。 In this way, the lens 80a closest to the first mirror 9 and the end of the lens barrel 81a are processed to form a notch, so that the projection light beam 14 reflected by the first mirror 9 can pass through. As a result, the projector 100 can be reduced in size and weight, and a projector 100 capable of displaying a large screen even at a very close distance can be obtained.
図9に示す光線から明らかなように、レンズ80aの利用範囲は、上記切欠き部とは反対側に残されている部分であるから、スクリーン20に投射される画像の鮮鋭度や明るさには影響がない。 As is apparent from the light beam shown in FIG. 9, the use range of the lens 80a is a portion left on the side opposite to the notch, so that the sharpness and brightness of the image projected on the screen 20 are affected. Has no effect.
(実施例5)
次に、本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施例が有する投射光学系について説明をする。図10は、最適な集光位置15を実現するために配置されたレンズ光学系8、第1ミラー9、第2ミラー10、防塵ガラス11において、図11に示すDMD7上の15点からそれぞれ7本ずつ光線を出射させた光線追跡図である。図11は、DMD7の平面図である。図11において、DMD7の平面上にある複数の点のうち、X軸方向の中点であって、Y軸方向の下端の点71は、Y軸方向に偏心している。その偏心量は1.56mmである。
(Example 5)
Next, a projection optical system included in still another embodiment of the image display apparatus according to the present invention will be described. FIG. 10 shows 7 points from 15 points on the DMD 7 shown in FIG. 11 in the lens optical system 8, the first mirror 9, the second mirror 10 and the dust-proof glass 11 which are arranged to realize the optimum condensing position 15 respectively. It is a ray tracing figure which emitted a ray one by one. FIG. 11 is a plan view of the DMD 7. In FIG. 11, among a plurality of points on the plane of the DMD 7, a point 71 at the lower end in the Y-axis direction that is the midpoint in the X-axis direction is eccentric in the Y-axis direction. The amount of eccentricity is 1.56 mm.
図10に戻る。図10に示すように、集光位置15での集光度合いは、スポット的に細くはならないが、この位置近傍に防塵ガラス11を置くことで投射光学系の小型化を図ることができる。 Returning to FIG. As shown in FIG. 10, the degree of light condensing at the light condensing position 15 is not reduced in a spot manner, but the projection optical system can be downsized by placing the dust-proof glass 11 in the vicinity of this position.
また、集光位置15を第1ミラー9の近傍、特に第1ミラー9の反射面を含む無限に広い仮想平面近傍に置くことで、第1ミラー9で投射光束14がけられることない。なおかつ、第1ミラー9と第2ミラー10の距離を離さなくてもよいので、投射光学系を小型にすることができる。 Further, by placing the condensing position 15 in the vicinity of the first mirror 9, particularly in the vicinity of an infinitely wide virtual plane including the reflection surface of the first mirror 9, the projection light beam 14 is not scattered by the first mirror 9. In addition, since the distance between the first mirror 9 and the second mirror 10 does not have to be increased, the projection optical system can be reduced in size.
本実施例に係るプロジェクタ100のようにDMD7から出射された投射光束14を第1ミラー9で折り返さずに、レンズ光学系8を通過した投射光束14が第2ミラー10にあたるように、投射光学系を配置したプロジェクタであれば、その投射光学系が外装に配置されると、スクリーン20にプロジェクタ100の本体筐体がぶつかる状態になり設置することができない。つまり、本実施例に示すプロジェクタ100のように、第1ミラー9と第2ミラー10を用いて、強い発散性を有する投射光束14を反射させることで、スクリーン20に投射させる構成でなければ、超至近距離投射を実現することができない。 As in the projector 100 according to this embodiment, the projection optical system 14 is configured such that the projection light beam 14 that has passed through the lens optical system 8 hits the second mirror 10 without folding the projection light beam 14 emitted from the DMD 7 by the first mirror 9. If the projection optical system is arranged on the exterior, the projector 100 is in a state where the main body of the projector 100 hits the screen 20 and cannot be installed. In other words, like the projector 100 shown in the present embodiment, the first mirror 9 and the second mirror 10 are used to reflect the projection light beam 14 having a strong divergence so that the screen 20 is not projected. Very close range projection cannot be realized.
図12に、レンズ光学系8の構成例を示す。図12において、レンズの光軸方向をZ軸とし、それに直交する二つの軸をX軸、Y軸とする。図12に示したレンズ光学系8は、それぞれのレンズの光軸が、同じ直線上に乗っている共軸光学系である。 FIG. 12 shows a configuration example of the lens optical system 8. In FIG. 12, the optical axis direction of the lens is taken as the Z axis, and two axes orthogonal to it are taken as the X axis and the Y axis. The lens optical system 8 shown in FIG. 12 is a coaxial optical system in which the optical axes of the respective lenses are on the same straight line.
この光軸と、図11に示したDMD7の平面上にある複数の点のうちY軸方向の下端の点71は、Y軸方向に偏心しており、その偏心量は1.56mmである。すなわち、図12において、光軸の方がDMD7の下端よりも1.56mm下方にある。 Among the plurality of points on the optical axis and the DMD 7 plane shown in FIG. 11, the lower end point 71 in the Y-axis direction is eccentric in the Y-axis direction, and the amount of eccentricity is 1.56 mm. That is, in FIG. 12, the optical axis is 1.56 mm below the lower end of DMD 7.
次に、投射光学系の具体的な数値例を示す。表1は、上記共軸光学系の構成を示す。
表1中、面4、5、21、22、23、24は非球面で、これらの非球面係数を表2に示す。
上記非球面係数を適用して非球面を算出する式を式1に示す。
第2ミラー10の反射面を形成するための係数を表3に示す。
上記係数を適用して第2ミラー10の反射面を算出する式を式2に示す。
第1ミラー9と第2ミラー10及び防塵ガラス11のレイアウトを表4に示す。
以上において示した構成を有するプロジェクタ100によれば、超至近投射でありながら、大画面を表示することができる画面表示装置を得ることができる。 According to the projector 100 having the configuration described above, it is possible to obtain a screen display device that can display a large screen while performing ultra-close-up projection.
なお、表3中に記載において、「**」はべき乗演算を意味する。また、「*」は乗算を意味する。 In Table 3, “**” means a power operation. “*” Means multiplication.
以上のように、本発明に係る画像表示装置は、発散性の強い投射光束の集光位置を調整することで、超至近距離から大画面の画像をスクリーンに表示することができる As described above, the image display apparatus according to the present invention can display a large-screen image on the screen from a very close distance by adjusting the condensing position of the highly divergent projection light beam.
7 DMD
8 レンズ光学系
9 第1ミラー
10 第2ミラー
14 投射光束
15 集光位置
7 DMD
8 Lens optical system 9 First mirror 10 Second mirror 14 Projected light beam 15 Condensing position
Claims (6)
前記照明光学系からの照明光が照射され投射画像を形成する画像表示素子と、
全体で正の屈折力を有し、前記画像表示素子によって形成された投射画像を被投射面に投射する投射光学系と、を有する画像表示装置であって、
前記画像表示素子は前記被投射面に対して垂直であり、
前記投射光学系は、投射レンズ、第1ミラー、凹面ミラーである第2ミラーを有してなり、
前記投射レンズを透過して前記第1ミラーに入射する前記投射画像に係る投射光束は発散光束であり、
前記第1ミラーで反射された後に前記第2ミラーで反射された前記投射光束は一旦集光した後に前記被投射面に投射され、
前記第2ミラーで反射された前記投射光束が集光する位置は前記第2ミラーよりも前記第1ミラーに近い位置であり、
前記投射レンズは共軸光学系であり、
前記第1ミラーは平面ミラーであり、
前記投射レンズのうち前記第1ミラーに最も近いレンズのレンズ面は凸面である、
ことを特徴とする画像表示装置。 An illumination optical system for irradiating the image display element with light emitted from a light source;
An image display element that is irradiated with illumination light from the illumination optical system to form a projection image;
A projection optical system that has a positive refractive power as a whole and projects a projection image formed by the image display element onto a projection surface;
The image display element is perpendicular to the projection surface;
The projection optical system includes a projection lens, a first mirror, a second mirror that is a concave mirror,
The projection light beam related to the projection image that passes through the projection lens and enters the first mirror is a divergent light beam,
Wherein the projection light beam reflected by the second mirror after being reflected by the first mirror is projected on the projection surface after one Dan condensing,
Position in which the projection light beam reflected by the second mirror is condensed is located closer to the first mirror than the previous SL second mirror,
The projection lens is a coaxial optical system;
The first mirror is a plane mirror;
Lens surface of the lens closest to the first mirror of the projection lens is a convex surface,
An image display device characterized by that.
前記被投射面に垂直でかつ前記投射レンズの光軸を含む平面において、前記第1ミラーの前記画像表示素子から遠い側の反射面の端と前記第2ミラーの前記画像表示素子から遠い側の反射面の端とを結んだ線よりも前記画像表示素子から遠く、かつ、前記第2ミラーの反射面よりも前記第1ミラーの反射面を延長した仮想平面に近い位置である、
請求項1記載の画像表示装置。 The position where the projection light beam reflected by the second mirror is focused is
In a plane perpendicular to the projection surface and including the optical axis of the projection lens, the end of the reflection surface far from the image display element of the first mirror and the side of the second mirror far from the image display element. It is farther from the image display element than the line connecting the ends of the reflection surface, and closer to a virtual plane extending the reflection surface of the first mirror than the reflection surface of the second mirror,
The image display apparatus of claim 1 Symbol placement.
請求項1記載の画像表示装置。 The angles formed by the light rays incident on the center of the image projected on the projected surface with the normal line of the projected surface are all angles with the same sign.
The image display apparatus according to claim 1 Symbol placement.
請求項1乃至3のいずれかに記載の画像表示装置。 The tip of the projection lens closest to the first mirror among the projection lenses protrudes to the first mirror side from the side end portion of the lens barrel holding the projection lens.
The image display apparatus according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至4のいずれかに記載の画像表示装置。 Of the projection lenses, the lens closest to the first mirror is a deformed lens having a cutout in part.
The image display device according to claim 1.
請求項1乃至5のいずれかに記載の画像表示装置。 The image display element has a plurality of micromirrors arranged two-dimensionally, and is a reflective type that turns on and off the emission of reflected light by changing the tilt angle of each micromirror between an on state and an off state An image display element,
The image display apparatus according to any one of claims 1 to 5.
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