JP5871039B2 - Projection optical system and image projection apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、画像を被投射面に拡大投射する投射光学系、及び、前記投射光学系を有する画像投射装置に関する。 The present invention relates to a projection optical system that enlarges and projects an image on a projection surface, and an image projection apparatus that includes the projection optical system.
画像投射装置として広く知られた液晶プロジェクタは、近来、液晶パネルの高解像化、光源ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化等が進んでいる。又、DMD(DigitAl Micro−mirror Device)等を利用した小型軽量な画像投射装置が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広く画像投射装置が利用されつつある。特に、フロントタイプのプロジェクタは携帯性が向上し、数人規模の小会議にも使われている。 Liquid crystal projectors that are widely known as image projection apparatuses have recently been improved in the resolution, the price, and the like due to the higher resolution of the liquid crystal panel, the higher efficiency of the light source lamp. In addition, small and light image projection apparatuses using DMD (DigitAl Micro-mirror Device) or the like have become widespread, and image projection apparatuses are being widely used not only in offices and schools but also at home. In particular, front type projectors have improved portability and are used for small conferences of several people.
このような画像投射装置において、スクリーン上にピントを合わせるためのフォーカス調整に関する様々な技術が開示されている。例えば、特許文献1では、投射光学系を構成する複数のレンズ群を各々移動させることにより、フォーカス調整を行う技術が開示されている。又、特許文献2では、投射光学系を構成するレンズ系中のフォーカスレンズ群と非球面ミラーとをそれぞれ個別に移動させることにより、フォーカス調整を行う技術が開示されている。 In such an image projection apparatus, various techniques relating to focus adjustment for focusing on the screen are disclosed. For example, Patent Document 1 discloses a technique for performing focus adjustment by moving each of a plurality of lens groups constituting a projection optical system. Patent Document 2 discloses a technique for performing focus adjustment by individually moving a focus lens group and an aspherical mirror in a lens system constituting a projection optical system.
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、複数のレンズ群を各々移動させる方向については開示されていなく、フォーカス調整時に発生する歪みを補正できない虞がある。又、特許文献2の技術では、非球面ミラーを動かしているが、歪曲補正が主機能である非球面ミラーを動かすことは、他の部品との位置誤差が積み上がる点で望ましくなく、又、特許文献1の場合と同様に、フォーカス調整時に発生する歪みを補正できない虞がある。 However, the technique disclosed in Patent Document 1 does not disclose the direction in which each of the plurality of lens groups is moved, and there is a possibility that distortion generated during focus adjustment cannot be corrected. Further, in the technique of Patent Document 2, the aspherical mirror is moved, but it is not desirable to move the aspherical mirror whose main function is distortion correction in terms of increasing positional errors with other components, Similar to the case of Patent Document 1, there is a possibility that the distortion generated during focus adjustment cannot be corrected.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、フォーカス調整時に発生する歪みを補正可能な投射光学系、及び前記投射光学系を有する画像投射装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a projection optical system capable of correcting distortion generated during focus adjustment, and an image projection apparatus having the projection optical system.
本投射光学系は、画像形成素子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であって、前記画像形成素子から前記被投射面までの光路上に、複数のレンズ群が光軸を共有する共軸光学系と、凹面ミラーとが、この順番で配置され、前記共軸光学系は開口絞りを含み、前記複数のレンズ群は、焦点を調整する際に前記光軸方向に独立して移動するフォーカス群を複数含み、前記凹面ミラーは、前記焦点を調整する際に固定であり、前記複数のフォーカス群のうちの1つは負の屈折力を持ち、負の屈折力を持つフォーカス群の中で最も前記凹面ミラーに近いフォーカス群を第1フォーカス群としたとき、前記開口絞りは前記第1フォーカス群よりも前記画像形成素子側に配置され、他のフォーカス群は、正の屈折力を持つ場合は前記開口絞りに対して前記第1フォーカス群と前記光軸方向の同一の方向に移動し、負の屈折力を持つ場合は前記開口絞りに対して前記第1フォーカス群と前記光軸方向の反対の方向に移動することを要件とする。
The present projection optical system is a projection optical system that enlarges and projects an image formed on an image forming element onto a projection surface, and a plurality of lens groups emit light on an optical path from the image formation element to the projection surface. A coaxial optical system sharing an axis and a concave mirror are arranged in this order, the coaxial optical system includes an aperture stop, and the plurality of lens groups are arranged in the optical axis direction when adjusting a focal point. A plurality of independently moving focus groups, wherein the concave mirror is fixed when adjusting the focal point, and one of the plurality of focus groups has a negative refractive power and a negative refractive power; When the focus group closest to the concave mirror is the first focus group, the aperture stop is disposed closer to the image forming element than the first focus group, and the other focus groups are If having a refractive power are the open To move in the same direction of the optical axis direction as the first focus group with respect to the diaphragm, opposite the direction of the first focusing unit and the optical axis direction with respect to the aperture stop if having a negative refractive power As a requirement.
開示の技術によれば、フォーカス調整時に発生する歪みを補正可能な投射光学系、及び前記投射光学系を有する画像投射装置を提供できる。 According to the disclosed technology, it is possible to provide a projection optical system capable of correcting distortion generated during focus adjustment, and an image projection apparatus including the projection optical system.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。なお、各実施の形態において、スクリーンの長軸方向(横方向)をX、短軸方向(縦方向)をY、法線方向をZとする。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. In each embodiment, the major axis direction (lateral direction) of the screen is X, the minor axis direction (vertical direction) is Y, and the normal direction is Z.
〈第1の実施の形態〉
図1は、第1の実施の形態に係る画像投射装置を例示する模式図である。図1に示す画像投射装置10は、大略的には、光源11から出射された光で画像形成素子17を照明し、画像形成素子17の拡大像を投射光学系18でスクリーン90に投射する装置である。光源11としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、LED等を用いることができる。画像形成素子17としては、例えば、DMD、液晶パネル等を用いることができる。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic view illustrating an image projection apparatus according to the first embodiment. 1 generally illuminates the
画像投射装置10について、より具体的に説明する。光源11から出射された光をリフレクタ12でインテグレータロッド13の入口に集光する。インテグレータロッド13は、例えば、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13の入口に集光された光は、インテグレータロッド13内のミラー面で反射を繰り返し、インテグレータロッド13の出口では光量むらが一様な状態となる。インテグレータロッド13の出口を、光量むらが一様な照明光を出射する面光源として捉え、この面光源の光源像を、例えば、照明用レンズ14、第1ミラー15、及び第2ミラー16を介して画像形成素子17上に形成する。画像形成素子17は一様な照度分布で照らされるので、その拡大像であるスクリーン90に投射された画像も一様な照度分布となる。
The image projection apparatus 10 will be described more specifically. The light emitted from the
画像形成素子17がDMDである場合には、多数の微小ミラーを備えており、微小ミラーの角度を、例えば、−12°〜+12°まで変えることができる。例えば、微小ミラーの角度が−12°のときには照明光の微小ミラーでの反射光が投射光学系18に入り、微小ミラーの角度が+12°のときには照明光の反射光が投射光学系18に入らないように、照明光のDMDに向かう角度を設定すれば、DMD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90上にデジタル画像を形成することができる。
When the
なお、画像形成素子17を、赤、緑、青等の複数個用いて、それぞれにカラーフィルターを透過した照明光を当てて、色合成手段により合成された光を投射光学系18に入射させることにより、スクリーン90上にカラー画像を投射することができる。
Note that a plurality of
図2は、本実施の形態に係る投射光学系を例示する光路図である。図2を参照するに、投射光学系18は、レンズ群から構成された共軸光学系19と、共軸光学系19と光軸を共有しない非共軸光学系である凹面ミラー20とを有する。投射光学系18は、複数の凹面ミラーを有してもよい。なお、Aは、共軸光学系19の光軸を示している。投射光学系18では、共軸光学系19で画像形成素子17の中間像17aを一度結像し、その中間像17aを凹面ミラー20により大きく跳ね上げてスクリーン90に投射する。共軸光学系19の具体的な構成については、後述する。
FIG. 2 is an optical path diagram illustrating the projection optical system according to this embodiment. Referring to FIG. 2, the projection
凹面ミラー20について、更に詳しく説明する。スクリーン90に対して至近距離で画像を投射するには、通常、画面の見易さのために、プロジェクタ等の画像投射装置よりも上方に画像を作る必要があるので、例えば、図3に示すように、画像形成素子17の中心を、共軸光学系19の光軸A上には置かずに偏心して配置する。そして、共軸光学系19の性能保障範囲を広く取る(すなわち広角レンズにする)ことにより、画像品位を保つ。但し、共軸光学系19の広角レンズ化には限界があるので、このような共軸光学系19を使って、よりスクリーン90近くから画像を投射するには、ミラーを使って光路をかせぐ必要がある。リアプロジェクションテレビでは図3に示すような方式を取っているが、通常の会議室で使用されるような持ち運びできる画像投射装置にミラーを付属するのは困難であるし、仮に付属したとしても大型のミラーが必要で、場所もコストもかかる。従って、図3に示すような方式は好ましくない。
The
図3とは異なる例として、凹面ミラーを使って斜め投射を行なう方式がある。斜め投射とは、例えば、図4に示すように、画像形成素子17や共軸光学系19をスクリーン90に対して斜めに配置することにより近距離で投射することである。この方式を取ると、近距離投射は可能であるが、画面が台形状に歪むというデメリットがある。従って、図4に示すような方式も好ましくない。
As an example different from FIG. 3, there is a method of performing oblique projection using a concave mirror. The oblique projection is, for example, projecting at a short distance by arranging the
そこで、本実施の形態では、図3や図4の方式の問題点に鑑みて、図2に示すように光学系を配置し、凹面ミラー20として自由曲面ミラーを用いることにより、画面の台形状の歪みを効果的に補正している。ここで、自由曲面ミラーとは、例えば、図5に示すように、Y軸に従ってX方向の曲率が変化するミラーである。より詳しくは、被投射面であるスクリーン90の横方向をX方向、縦方向をY方向としたときに、凹面ミラー20のX方向の曲率は、共軸光学系19の光軸Aに近い側の凹面ミラー20の端部から、共軸光学系19の光軸Aから遠い側の凹面ミラー20の端部に向かってY方向の座標毎に大きくなる。
Therefore, in the present embodiment, in view of the problems of the methods of FIG. 3 and FIG. 4, the optical system is arranged as shown in FIG. This effectively corrects distortion. Here, the free-form surface mirror is, for example, a mirror whose curvature in the X direction changes along the Y axis, as shown in FIG. More specifically, when the horizontal direction of the
なお、本実施の形態において、凹面ミラー20は固定されており、フォーカス調整時に移動しない。凹面ミラー20のような大型で歪曲補正に最も重要な機能を果たす部品を動かすと、共軸光学系19との位置誤差が大きくなり、歪曲の劣化を招くからである。
In this embodiment,
さて、投射光学系18の機能は、画像形成素子17の実像をスクリーン90上に結ぶことである。スクリーン90上に表示させたい画像のサイズや、画像投射装置10からスクリーン90までの距離は、使う人によってまちまちである。スクリーン90上に画像形成素子17の実像を形成するには、当然ながらピント(焦点)を合わせなくてはならない。通常のプロジェクタの投射光学系(すなわち共軸の回転対称の光学系)では、投射光学系全体を動かしてピントを合わせる全体繰り出し方式や、レンズの中の1枚(あるいは複数のレンズがセットになった1つのレンズ群)を動かすフォーカス調整方式が採用されている。
The function of the projection
本実施の形態に係る投射光学系18の場合には、画像形成素子17に最も近いレンズ(あるいは複数枚のレンズがセットになったレンズ群)は固定して、他の2以上のレンズ(あるいはレンズ群)を光軸方向に動かしてピントを合わせるフォーカス調整方式を採用することが最も望ましい。理由は、スクリーン90に対して至近距離から画像の投射を行なったときに発生する画像の歪みを、主には非共軸光学系である凹面ミラー20で補正しているため、全体繰り出しや1のレンズ群によるフォーカス調整では、歪み補正が不足するからである。又、画像形成素子17に最も近いレンズ群を固定した方が、画面サイズごとに明るさが変化しないからである。
In the case of the projection
以下、より具体的に説明する。図4に示すような斜め投射の場合、長方形の画像形成素子17は、スクリーン90上では、図6に示す画像90aのように上辺が下辺よりも長い台形形状になる。これに対し、図2に示す投射光学系18では、図7に示すように、中間像17aに大きな歪曲(図2のスクリーン90上方、すなわちY方向に大きい方の辺に対応する中間像17aの下辺が、中間像17aの上辺よりも長くなる歪曲であり、所謂糸巻き型の歪曲)を持たせ、これを凹面ミラー20でスクリーン90に導くことで、スクリーン90上での画像90aを長方形にしている。
More specific description will be given below. In the case of oblique projection as shown in FIG. 4, the rectangular
しかし、図8に示すように、図2のスクリーン90上の画面よりも、より小さい画面を表示しようとして、スクリーン90をZ方向に動かし、共軸光学系19による全体繰り出し(共軸光学系19をZ方向に動かす)でピントを合わせた場合、中間像17aの歪曲はほとんど変化しない。そのため、図9に示すように、スクリーン90上での画像90aは上辺が短くなるように台形歪みが発生してしまう。
However, as shown in FIG. 8, in order to display a screen smaller than the screen on the
この現象について、詳しく説明する。図10は、図2の凹面ミラーとスクリーンの断面図である。図11は、図8の凹面ミラーとスクリーンの断面図である。図10及び図11に示すように、凹面ミラー20を使った投射光学系18では、スクリーン90の画面のY方向上方に向かう光A1とY方向下方に向かう光A2の角度が、XZ断面で異なる。よって、スクリーン90を図8の位置に動かすと、図11に示すように、画面上と画面下でスクリーン90に到達するX方向の位置が異なるため、図9の画像90aのように、上辺が短くなるように台形歪みが発生してしまう。
This phenomenon will be described in detail. 10 is a cross-sectional view of the concave mirror and screen of FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view of the concave mirror and screen of FIG. 10 and 11, in the projection
そこで、本実施の形態では、投射光学系18の共軸光学系19を図12に示すような構成とした。すなわち、共軸光学系19は、画像形成素子17側から順番に、開口絞り19aと、レンズ群19bと、レンズ群19cと、レンズ群19dと、レンズ群19eとを有する。なお、本願では、1枚のレンズから構成されている場合も含めてレンズ群と称することにする。
Therefore, in this embodiment, the coaxial
共軸光学系19において、レンズ群19bは、正屈折力を有するレンズ群である。レンズ群19cは、負屈折力を有するレンズ群である。レンズ群19dは、負屈折力を有するレンズ群である。レンズ群19eは、正屈折力を有するレンズ群である。
In the coaxial
レンズ群19b及19eは固定されており、レンズ群19c及び19dはZ方向(光軸Aの方向)に独立して往復動可能に構成されている。すなわち、共軸光学系19では、共軸光学系19内の複数のレンズ群(レンズ群19c及び19d)が、Z方向(光軸Aの方向)にそれぞれ異なる量移動してフォーカス調整を行うフローティングフォーカス方式を採用している。
The lens groups 19b and 19e are fixed, and the
なお、レンズ群19cは、往復動可能に構成された負屈折力を有するレンズ群の中で、開口絞り19aの最も近くに配置されたレンズ群である。レンズ群19dは、往復動可能に構成された負屈折力を有するレンズ群の中で、凹面ミラー20の最も近くに配置されたレンズ群である。
The
開口絞り19aは、往復動可能に構成された負屈折力を有するレンズ群の中で凹面ミラー20の最も近くに配置された負屈折力を有するレンズ群であるレンズ群19dよりも画像形成素子17側に配置される。但し、図12に示すように、開口絞り19aを画像形成素子17に近い位置に配置する方が、大きな糸巻き型歪曲収差を発生させることができる点で好適である。
The
図12の状態から、図13に示すようにスクリーン90を凹面ミラー20側に近づけて画面サイズを小さくし、かつ、フォーカス調整を行なう際には、図14に示すように、レンズ群19c及び19dをZ方向(光軸Aの方向)に動かす。より詳しくは、レンズ群19cを開口絞り19aから遠ざかるようにZ方向(光軸Aの方向)に動かし、レンズ群19dを開口絞り19aに近づくようにZ方向(光軸Aの方向)に動かす。
In the state shown in FIG. 12, when the
レンズ群19dは特に強い負屈折力を有しており、大きな糸巻き型の歪曲収差を発生させる。この強い負屈折力を有するレンズ群19dを、開口絞り19aに近い側に動かすことで、中間像17aの歪曲量を低減することができるので、図9に示す画像90aのような台形状の歪曲を抑えることができる。なお、スクリーン90を凹面ミラー20から遠ざけて画面サイズを大きくし、かつ、フォーカス調整を行なう際には、図14とは反対に、レンズ群19cを開口絞り19aに近づくようにZ方向(光軸Aの方向)に動かし、レンズ群19dを開口絞り19aから遠ざかるようにZ方向(光軸Aの方向)に動かせばよい。
The
このように、第1の実施の形態では、共軸光学系19内の複数のレンズ群がZ方向(光軸Aの方向)にそれぞれ異なる量移動してフォーカス調整を行うフローティングフォーカス方式を採用している。そして、スクリーン90を凹面ミラー20側に近づけて画面サイズを小さくし、かつ、フォーカス調整を行なう時には、往復動可能に構成された負屈折力を有するレンズ群の中で開口絞り19aの最も近くに配置された負屈折力を有するレンズ群であるレンズ群19cを開口絞り19aから遠ざかるようにZ方向(光軸Aの方向)に動かし、往復動可能に構成された負屈折力を有するレンズ群の中で凹面ミラー20の最も近くに配置された負屈折力を有するレンズ群であるレンズ群19dを開口絞り19aに近づくようにZ方向(光軸Aの方向)に動かす。これにより、中間像の糸巻き型歪曲を小さく抑えることが可能となり、スクリーン90上の画像の台形状の歪曲を抑えることができる。
As described above, the first embodiment employs a floating focus method in which a plurality of lens groups in the coaxial
又、スクリーン90を凹面ミラー20から遠ざけて画面サイズを大きくし、かつ、フォーカス調整を行なう時には、上記とは反対に、レンズ群19cを開口絞り19aに近づくようにZ方向(光軸Aの方向)に動かし、レンズ群19dを開口絞り19aから遠ざかるようにZ方向(光軸Aの方向)に動かす。これにより、中間像の糸巻き型歪曲を大きく発生させることが可能となり、スクリーン上の画像の台形状の歪曲を抑えることができる。
Also, when the screen size is increased by moving the
なお、糸巻き型の歪曲収差を大きく変化させるには、レンズ群19dを開口絞り19aに近づくようにZ方向(光軸Aの方向)に動かす方法が有効である。正屈折力を有するレンズ群を開口絞り19aから遠い方向に動かす方法も歪曲補正としては効果があるが、凹面ミラー20近辺に強い正屈折力を有するレンズを配置すると、中間像に大きな糸巻き型歪曲を発生させたり、中間像の横倍率を上げたりするのが難しいため好適ではない。
In order to greatly change the pincushion distortion, it is effective to move the
又、レンズ群19dを大きく動かすことで歪曲を発生(収束)させ、フォーカス駆動としては動き過ぎた余分な移動量によるフォーカスずれを、歪曲発生量の少ないレンズ群19cをレンズ群19dと反対方向に移動させることで補正することができる。言い換えれば、歪曲発生量の少ないレンズ群19cを配置することで、レンズ群19dを大きく移動させることが可能となる。
Further, the
〈第2の実施の形態〉
第2の実施の形態では、投射光学系18の共軸光学系29を図15に示すような構成とした。すなわち、共軸光学系29は、画像形成素子17側から順番に、開口絞り29aと、レンズ群29bと、レンズ群29cと、レンズ群29dと、レンズ群29e、レンズ群29fとを有する。なお、第2の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, the coaxial
共軸光学系29において、レンズ群29bは、正屈折力を有するレンズ群である。レンズ群29cは、負屈折力を有するレンズ群である。レンズ群29dは、正屈折力を有するレンズ群である。レンズ群29eは、負屈折力を有するレンズ群である。レンズ群29fは、正屈折力を有するレンズ群である。
In the coaxial
レンズ群29b及び29fは固定されており、レンズ群29c、29d、及び29eはZ方向(光軸Aの方向)に独立して往復動可能に構成されている。すなわち、共軸光学系29では、共軸光学系29内の複数のレンズ群(レンズ群29c、29d、及び29e)が、Z方向(光軸Aの方向)にそれぞれ異なる量移動してフォーカス調整を行うフローティングフォーカス方式を採用している。
The lens groups 29b and 29f are fixed, and the
なお、レンズ群29cは、往復動可能に構成された負屈折力を有するレンズ群の中で、開口絞り29aの最も近くに配置されたレンズ群である。レンズ群29dは、往復動可能に構成された正屈折力を有するレンズ群の中で、開口絞り29aの最も近くに配置されたレンズ群である。レンズ群29eは、往復動可能に構成された負屈折力を有するレンズ群の中で、凹面ミラー20の最も近くに配置されたレンズ群である。
The
開口絞り29aは、往復動可能に構成された負屈折力を有するレンズ群の中で凹面ミラー20の最も近くに配置された負屈折力を有するレンズ群であるレンズ群29eよりも画像形成素子17側に配置される。但し、図15に示すように、開口絞り29aを画像形成素子17に近い位置に配置する方が、大きな糸巻き型歪曲収差を発生させることができる点で好適である。
The
図15の状態から、図16に示すようにスクリーン90を凹面ミラー20側に近づけて画面サイズを小さくし、かつ、フォーカス調整を行なう際には、図17に示すように、レンズ群29c、29d、及び29eをZ方向(光軸Aの方向)に動かす。より詳しくは、レンズ群29cを開口絞り29aから遠ざかるようにZ方向(光軸Aの方向)に動かし、レンズ群29dを開口絞り29aに近づくようにZ方向(光軸Aの方向)に動かし、レンズ群29eを開口絞り29aに近づくようにZ方向(光軸Aの方向)に動かす。
When the screen size is reduced by moving the
レンズ群29eは特に強い負屈折力を有しており大きな糸巻き型の歪曲収差を発生させる。この強い負屈折力を有するレンズ群29eを、開口絞り29aに近い側に動かすことで、中間像17aの歪曲量を低減することができるので、図9に示す画像90aのような台形状の歪曲を抑えることができる。なお、スクリーン90を凹面ミラー20から遠ざけて画面サイズを大きくし、かつ、フォーカス調整を行なう際には、図17とは反対に、レンズ群29cを開口絞り29aに近づくようにZ方向(光軸Aの方向)に動かし、レンズ群29dを開口絞り29aから遠ざかるようにZ方向(光軸Aの方向)に動かし、レンズ群29eを開口絞り29aから遠ざかるようにZ方向(光軸Aの方向)に動かせばよい。
The
このように、第2の実施の形態では、共軸光学系29内の複数のレンズ群がZ方向(光軸Aの方向)にそれぞれ異なる量移動してフォーカス調整を行うフローティングフォーカス方式を採用している。そして、スクリーン90を凹面ミラー20側に近づけて画面サイズを小さくし、かつ、フォーカス調整を行なう時には、往復動可能に構成された負屈折力を有するレンズ群の中で開口絞り29aの最も近くに配置された負屈折力を有するレンズ群であるレンズ群29cを開口絞り29aから遠ざかるようにZ方向(光軸Aの方向)に動かし、往復動可能に構成された正屈折力を有するレンズ群の中で開口絞り29aの最も近くに配置された正屈折力を有するレンズ群であるレンズ群29dを開口絞り29aに近づくようにZ方向(光軸Aの方向)に動かし、往復動可能に構成された負屈折力を有するレンズ群の中で凹面ミラー20の最も近くに配置された負屈折力を有するレンズ群であるレンズ群29eを開口絞り29aに近づくようにZ方向(光軸Aの方向)に動かす。これにより、中間像の糸巻き型歪曲を小さく抑えることが可能となり、スクリーン上の画像の台形状の歪曲を抑えることができる。
As described above, the second embodiment employs a floating focus method in which a plurality of lens groups in the coaxial
又、スクリーン90を凹面ミラー20から遠ざけて画面サイズを大きくし、かつ、フォーカス調整を行なう時には、上記とは反対に、レンズ群29cを開口絞り29aに近づくようにZ方向(光軸Aの方向)に動かし、レンズ群29dを開口絞り29aから遠ざかるようにZ方向(光軸Aの方向)に動かし、レンズ群29eを開口絞り29aから遠ざかるようにZ方向(光軸Aの方向)に動かす。これにより、中間像の糸巻き型歪曲を大きく発生させることが可能となり、スクリーン上の画像の台形状の歪曲を抑えることができる。
Also, when the screen size is increased by moving the
又、レンズ群29eを大きく動かすことで歪曲を発生(収束)させ、フォーカス駆動としては動き過ぎた余分な移動量によるフォーカスずれを、歪曲発生量の少ないレンズ群29cをレンズ群29eと反対方向に移動させ、歪曲発生量の少ないレンズ群29dをレンズ群29eと同一方向に移動させることで補正する。言い換えれば、歪曲発生量の少ないレンズ群29c及び29dを配置することで、レンズ群29eを大きく移動させることが可能となる。
Further, the
なお、レンズ群29eの負屈折力を大きく、或いは、レンズ群29eの移動量を大きくして非常に大きな歪曲変化を発生させた場合、他のレンズ群による大きなフォーカス補正が必要になる。この時、弱い負屈折力を有するレンズ群29cと弱い正屈折力を有するレンズ群29dをそれぞれ反対方向に移動させることで、余計な歪曲収差を発生させることなく、フォーカス調整を実施できる。
In addition, when the negative refractive power of the
〈第3の実施の形態〉
第3の実施の形態では、投射光学系18の共軸光学系39を図18に示すような構成とした。すなわち、共軸光学系39は、画像形成素子17側から順番に、開口絞り39aと、レンズ群39bと、レンズ群39cと、レンズ群39dとを有する。なお、第3の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, the coaxial
共軸光学系39において、レンズ群39bは、正屈折力を有するレンズ群である。レンズ群39cは、正屈折力を有するレンズ群である。レンズ群39dは、負屈折力を有するレンズ群である。
In the coaxial
レンズ群39bは固定されており、レンズ群39c及び39dはZ方向(光軸Aの方向)に独立して往復動可能に構成されている。すなわち、共軸光学系39では、共軸光学系39内の複数のレンズ群(レンズ群39c及び39d)が、Z方向(光軸Aの方向)にそれぞれ異なる量移動してフォーカス調整を行うフローティングフォーカス方式を採用している。
The
なお、レンズ群39cは、往復動可能に構成された正屈折力を有するレンズ群の中で、開口絞り39aの最も近くに配置されたレンズ群である。レンズ群39dは、往復動可能に構成された負屈折力を有するレンズ群の中で、凹面ミラー20の最も近くに配置されたレンズ群である。
The
開口絞り39aは、往復動可能に構成された負屈折力を有するレンズ群の中で凹面ミラー20の最も近くに配置された負屈折力を有するレンズ群であるレンズ群39dよりも画像形成素子17側に配置される。但し、図18に示すように、開口絞り39aを画像形成素子17に近い位置に配置する方が、大きな糸巻き型歪曲収差を発生させることができる点で好適である。
The
図18の状態から、図19に示すようにスクリーン90を凹面ミラー20側に近づけて画面サイズを小さくし、かつ、フォーカス調整を行なう際には、図20に示すように、レンズ群39c及び39dを開口絞り39aに近づくようにZ方向(光軸Aの方向)に動かす。
From the state of FIG. 18, when the
レンズ群39dは特に強い負屈折力を有しており大きな糸巻き型の歪曲収差を発生させる。この強い負屈折力を有するレンズ群を、開口絞り39aに近い側に動かすことで、中間像17aの歪曲量を低減することができるので、図9に示す画像90aのような台形状の歪曲を抑えることができる。なお、スクリーン90を凹面ミラー20から遠ざけて画面サイズを大きくし、かつ、フォーカス調整を行なう際には、図20とは反対に、レンズ群39c及び39dを開口絞り39aから遠ざかるようにZ方向(光軸Aの方向)に動かせばよい。
The
このように、第3の実施の形態では、共軸光学系39内の複数のレンズ群がZ方向(光軸Aの方向)にそれぞれ異なる量移動してフォーカス調整を行うフローティングフォーカス方式を採用している。そして、スクリーン90を凹面ミラー20側に近づけて画面サイズを小さくし、かつ、フォーカス調整を行なう時には、往復動可能に構成された正屈折力を有するレンズ群の中で開口絞り39aの最も近くに配置された正屈折力を有するレンズ群であるレンズ群39c、及び、往復動可能に構成された負屈折力を有するレンズ群の中で凹面ミラー20の最も近くに配置された負屈折力を有するレンズ群であるレンズ群39dを、何れも開口絞り39aに近づくようにZ方向(光軸Aの方向)に動かす(但し、移動量は同一でなくてもよい)。これにより、中間像の糸巻き型歪曲を小さく抑えることが可能となり、スクリーン上の画像の台形状の歪曲を抑えることができる。
As described above, the third embodiment employs a floating focus method in which a plurality of lens groups in the coaxial
又、スクリーン90を凹面ミラー20から遠ざけて画面サイズを大きくし、かつ、フォーカス調整を行なう時には、上記とは反対に、レンズ群39c及び39dを、何れも開口絞り39aから遠ざかるようにZ方向(光軸Aの方向)に動かす(但し、移動量は同一でなくてもよい)。これにより、中間像の糸巻き型歪曲を小さく抑えることが可能となり、スクリーン上の画像の台形状の歪曲を抑えることができる。
In addition, when the
又、レンズ群39dを大きく動かすことで歪曲を発生(収束)させ、フォーカス駆動としては動き過ぎた余分な移動量によるフォーカスずれを、歪曲発生量の少ないレンズ群39cをレンズ群39dと同一方向に移動させることで補正することができる。言い換えれば、歪曲発生量の少ないレンズ群39cを配置することで、レンズ群39dを大きく移動させることが可能となる。
Further, the
なお、レンズ群39dの負屈折力を大きく、或いは、レンズ群39dの移動量を大きくして非常に大きな歪曲変化を発生させた場合、他のレンズ群による大きなフォーカス補正が必要になる。この時、弱い正屈折力を有するレンズ群39cをレンズ群39dと同一方向に移動させることで、余計な歪曲収差を発生させることなく、フォーカス調整を実施できる。
In addition, when the negative refracting power of the
〈第4の実施の形態〉
第4の実施の形態では、図21に示すように、第1の実施の形態のレンズ群19dを、強い負屈折力を有するガラスレンズ19d1と、弱い正屈折力を有するプラスチックレンズ19d2とを隣接して配置する構成とした。なお、第4の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
<Fourth embodiment>
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 21, a
大きな歪曲を発生させるための強い負屈折力を有するレンズは、形状誤差や組付け誤差の感度が高く、誤差があると解像度の劣化や画面位置ごとのフォーカスずれが起こりやすい。特にプロジェクタ等の画像投射装置の内部は温度が高く、ガラスのような線膨張係数が小さい部品でも、温度変化による解像度劣化やフォーカス変化は無視できない。 A lens having a strong negative refracting power for generating a large distortion has a high sensitivity to a shape error and an assembly error, and if there is an error, the resolution is easily deteriorated and a focus shift is easily caused for each screen position. In particular, the interior of an image projection apparatus such as a projector is high in temperature, and even with a component having a small linear expansion coefficient such as glass, resolution degradation and focus change due to temperature change cannot be ignored.
よって、強い負屈折力を有するガラスレンズで発生する解像度劣化(収差の劣化)やフォーカス変化を打ち消す正屈折力を有するレンズが必要になる。 Therefore, a lens having a positive refractive power that cancels resolution deterioration (deterioration of aberration) and a focus change that occurs in a glass lens having strong negative refractive power is required.
更に、プロジェクタ等の画像投射装置は、レンズを保持する鏡胴内で光軸方向に温度分布が発生する(当然、画像形成素子17側が熱い)。よって、正屈折力を有するレンズは、負屈折力を有するレンズ近辺に置かれることが望ましい。
Further, in an image projection apparatus such as a projector, a temperature distribution is generated in the optical axis direction within a lens barrel that holds a lens (naturally, the
もちろん、負屈折力を有するガラスレンズと同程度の屈折力の絶対値を持つ正屈折力を有するガラスレンズを置けば、負屈折力を有するレンズの温度変化による収差変化やフォーカス変化を打ち消すことができるが、強い正屈折力を有するレンズと負屈折力を有するレンズを並べた場合、各レンズでの屈折量が大きく、正屈折力を有するレンズと負屈折力を有するレンズの組付け誤差感度が高くなり、望ましくない。 Of course, if you place a glass lens with positive refractive power that has the same absolute value of refractive power as a glass lens with negative refractive power, you can cancel aberration changes and focus changes due to temperature changes of lenses with negative refractive power. However, when a lens having a strong positive refracting power and a lens having a negative refracting power are arranged side by side, the amount of refraction at each lens is large, and the assembly error sensitivity of the lens having the positive refracting power and the lens having the negative refracting power is high. High and undesirable.
そこで、強い負屈折力を有するガラスレンズ19d1と、弱い正屈折力を有するプラスチックレンズ19d2とを隣接して配置する。これにより、組付け誤差感度を下げることが可能となり、かつ、プラスチックの線膨張係数はガラスの10倍程度大きいので、強い負屈折力を有するガラスレンズ19d1の温度変化で発生する収差やフォーカス変化をプラスチックレンズ19d2で打ち消すことが可能となる。
Therefore, a
このように、第4の実施の形態では、第1の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に以下の効果を奏する。すなわち、強い負屈折力を有するガラスレンズ19d1と、弱い正屈折力を有するプラスチックレンズ19d2とを隣接して配置することにより、組付け誤差感度を下げることが可能となり、かつ、強い負屈折力を有するガラスレンズ19d1の温度変化で発生する収差やフォーカス変化をプラスチックレンズ19d2で打ち消すことが可能となる。
As described above, the fourth embodiment has the same effects as those of the first embodiment, but further has the following effects. That is, a
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiment has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and replacements are made to the above-described embodiment without departing from the scope described in the claims. Can be added.
10 画像投射装置
11 光源
12 リフレクタ
13 インテグレータロッド
14 照明用レンズ
15 第1ミラー
16 第2ミラー
17 画像形成素子
17a 中間像
18 投射光学系
19、29、39 共軸光学系
20 凹面ミラー
A 光軸
A1、A2 光
90 スクリーン
90a 画像
19a、29a、39a 開口絞り
19b、19c、19d、19e、29b、29c、29d、29e、29f、39b、39c、39d レンズ群
19d1 ガラスレンズ
19d2 プラスチックレンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (8)
前記画像形成素子から前記被投射面までの光路上に、複数のレンズ群が光軸を共有する共軸光学系と、凹面ミラーとが、この順番で配置され、
前記共軸光学系は開口絞りを含み、
前記複数のレンズ群は、焦点を調整する際に前記光軸方向に独立して移動するフォーカス群を複数含み、
前記凹面ミラーは、前記焦点を調整する際に固定であり、
前記複数のフォーカス群のうちの1つは負の屈折力を持ち、負の屈折力を持つフォーカス群の中で最も前記凹面ミラーに近いフォーカス群を第1フォーカス群としたとき、
前記開口絞りは前記第1フォーカス群よりも前記画像形成素子側に配置され、
他のフォーカス群は、正の屈折力を持つ場合は前記開口絞りに対して前記第1フォーカス群と前記光軸方向の同一の方向に移動し、負の屈折力を持つ場合は前記開口絞りに対して前記第1フォーカス群と前記光軸方向の反対の方向に移動することを特徴とする投射光学系。 A projection optical system for enlarging and projecting an image formed on an image forming element onto a projection surface,
On the optical path from the image forming element to the projection surface, a coaxial optical system in which a plurality of lens groups share an optical axis and a concave mirror are arranged in this order,
The coaxial optical system includes an aperture stop;
The plurality of lens groups includes a plurality of focus groups that move independently in the optical axis direction when adjusting the focus,
The concave mirror is fixed when adjusting the focus;
When one of the plurality of focus groups has a negative refractive power, and the focus group closest to the concave mirror among the focus groups having a negative refractive power is a first focus group,
The aperture stop is disposed closer to the image forming element than the first focus group;
Other focus groups, positive when having a refractive power is moved in the same direction of the optical axis direction as the first focusing unit with respect to the aperture stop, in the case of negative refractive power the aperture stop On the other hand , the projection optical system moves in the direction opposite to the optical axis direction with respect to the first focus group.
前記複数のレンズ群は、前記最も強い負屈折力よりも絶対値が小さい正屈折力を有するプラスチックレンズを含むことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項記載の投射光学系。 Among the lens groups having negative refractive power, the lens group having the strongest negative refractive power is composed of a glass lens,
7. The projection optical system according to claim 1, wherein the plurality of lens groups include a plastic lens having a positive refractive power whose absolute value is smaller than the strongest negative refractive power.
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