JP6610852B2 - Image display device - Google Patents
Image display device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6610852B2 JP6610852B2 JP2014208725A JP2014208725A JP6610852B2 JP 6610852 B2 JP6610852 B2 JP 6610852B2 JP 2014208725 A JP2014208725 A JP 2014208725A JP 2014208725 A JP2014208725 A JP 2014208725A JP 6610852 B2 JP6610852 B2 JP 6610852B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image display
- optical system
- light
- lens
- display element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
Description
本発明は、画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an image display device.
データ画像などを投射する画像表示装置には、例えばDMD(Digital Micromirror Device)のような反射型の複数のマイクロミラーによって構成される画像表示素子を有するものがある。このような画像表示装置は、複数のマイクロミラーを揺動させて画像表示素子の表面に画像を生成し、投射光学系を用いて画像表示素子に表示される画像をスクリーンなどに投射する。 Some image display devices that project data images and the like include an image display element configured by a plurality of reflective micromirrors such as a DMD (Digital Micromirror Device). Such an image display device swings a plurality of micromirrors to generate an image on the surface of the image display element, and projects an image displayed on the image display element onto a screen or the like using a projection optical system.
画像表示装置において、より大きな光束を用いて投影画像を明るくすると共に、投影画像の明るさの左右のバランスを均等化する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In an image display device, a technique is disclosed in which a larger luminous flux is used to brighten a projected image and the left and right balance of the brightness of the projected image is equalized (see, for example, Patent Document 1).
DMDは、マイクロミラーの最大傾斜角を増加させる方向で技術が進歩している。マイクロミラーの最大傾斜角が増加すると、投射光学系の光取り込み範囲を拡大することができるため、投射光学系から投影される光量を増加させることができる。 DMD is advancing in the direction of increasing the maximum tilt angle of the micromirror. When the maximum inclination angle of the micromirror is increased, the light capturing range of the projection optical system can be expanded, so that the amount of light projected from the projection optical system can be increased.
しかしながら、マイクロミラーの最大傾斜角が拡大するに従い、投射光学系の光取り込み角を広げると、カバーガラスでの反射光が増えるため、画像表示素子により表示される画像のコントラストが低下するという問題がある。 However, as the maximum tilt angle of the micromirror is increased, if the light capturing angle of the projection optical system is increased, the reflected light on the cover glass increases, so that the contrast of the image displayed by the image display element decreases. is there.
本発明は、画像表示素子のマイクロミラーの最大傾斜角を増加させつつ、高品質な画像を得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。 An object of the present invention is to provide an image display device capable of obtaining a high-quality image while increasing the maximum inclination angle of a micromirror of an image display element.
本発明の画像表示装置は、光源と、最大傾斜角が12°よりも大きい複数のマイクロミラーが配置され矩形状の外形線を有する画像表示素子と、光源から出射される光を画像表示素子に導光する照明光学系と、複数のレンズ群からなり、画像表示素子から出射される光により複数のレンズ群の光軸に垂直な仮想平面に負の歪曲の中間像を形成する屈折光学系、および屈折光学系からの光を反射する凹面ミラーを備え、画像表示素子に表示される画像を投射する投射光学系と、画像表示素子と屈折光学系との光路中に配される全反射プリズムと、を有し、投射光学系がテレセントリックである。 An image display device according to the present invention includes a light source, an image display element having a rectangular outline with a plurality of micromirrors having a maximum inclination angle larger than 12 °, and light emitted from the light source as an image display element. A refractive optical system that includes an illumination optical system that guides light and a plurality of lens groups, and forms an intermediate image of negative distortion on a virtual plane perpendicular to the optical axis of the plurality of lens groups by light emitted from the image display element, And a concave optical mirror that reflects light from the refractive optical system, a projection optical system that projects an image displayed on the image display element, and a total reflection prism that is disposed in the optical path between the image display element and the refractive optical system; , And the projection optical system is telecentric .
本発明によれば、画像表示素子のマイクロミラーの最大傾斜角を増加させつつ、高品質な画像を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a high-quality image while increasing the maximum inclination angle of the micromirror of the image display element.
●画像表示装置(1)●
以下、本発明に係る画像表示装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
● Image display device (1) ●
Embodiments of an image display apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、画像表示装置120の照明光学系10周辺の構成を示す。図の形態において、画像表示装置120は、画像表示素子22と、光源からの光を照明する照明光学系10と、画像表示素子22からの光を拡大投射する屈折光学系121とを有する。
FIG. 1 shows a configuration around the illumination
●照明光学系の構成
次に、画像表示装置120の照明光学系10の構成について説明する。
Next, the configuration of the illumination
図1に示すように、照明光学系10は、ランプ11から順に、リフレクタ12と、ロッドインテグレータ13と、照明用レンズ14と、照明用レンズ15と、ミラー16と、曲面ミラー18とが配置されている。
As shown in FIG. 1, in the illumination
ランプ11は、光源として超高圧水銀ランプや、LD(Laser Diode)やLED(Light Emitting Diode)などの固体光源を使用することができる。光源としてLDやLEDを使用することにより、ランプ11は、超高圧水銀ランプを使用した場合に比べて長寿命であり色再現性が向上する。
The
リフレクタ12は、ランプ11が発した光を一定の方向(ロッドインテグレータ13の開口部方向)に向けて反射する。リフレクタ12は、ランプ11が発した光をロッドインテグレータ13の開口部に向けて集光させるための形状、例えば楕円面形状を有する。
The
ロッドインテグレータ13は、光の進行方向において、リフレクタ12の後段に配置されている。ロッドインテグレータ13は、入射した光の照度を均一にして出射する照度均一化素子である。ロッドインテグレータ13は、両端に開口部を有する四角柱型の中空構造を有する。ロッドインテグレータ13は、中空構造の内面が4枚の反射ミラーで構成されている。ロッドインテグレータ13は、一端の開口部から入射した光が反射ミラーにより内部反射して、他端の開口部から均一な照度分布の光として出射するように構成されている。ロッドインテグレータ13の開口部の開口のサイズは、例えば6mmx4mmである。
The
照明用レンズ14と照明用レンズ15は、ロッドインテグレータ13からの光の進行方向において、ロッドインテグレータ13の後段に配置されている。照明用レンズ14と照明用レンズ15は、例えばリレーレンズである。照明用レンズ14と照明用レンズ15は、ロッドインテグレータ13から出射された光をミラー16へと導光する導光手段である。
The
ミラー16は、ロッドインテグレータ13からの光が画像表示素子22を照明するように、光の進行方向を変更する手段である。ミラー16によって、ランプ11から進行してきた光は、進行方向が変更される。
The
曲面ミラー18は、ミラー16からの光を画像表示素子22に入射させるように、光の進行方向を変更する手段である。
The
●画像表示素子の構成
画像表示素子22は、複数の微小ミラーが二次元的に配置されている例えばDMD(Digital Micromirror Device)である。画像表示素子22の前面側(微小ミラーの反射面が配置されている側)には、保護ガラスが配置されている。画像表示素子22は、例えば、一辺が10μm程度の正方形ミラーを表示画素に対応させて配列して構成されている。表示する画像の解像度の規格がWXGA規格であれば、これに対応する画像表示素子22の微小ミラーは、1280×800個の配列になる。画像表示素子22上の画像の表示サイズは、変更可能(可変)である。
Configuration of Image Display Element The
画像表示素子22が備える各微小ミラーの形状は、矩形状(例えば正方形)である。各微小ミラーは、二次元的に配列された状態から対角方向において例えば±12度の傾斜角αを設定できる。この各微小ミラーの傾斜角αは、被投射面であるスクリーンに表示する画像の映像信号に基づいて適宜制御されて切り替わる。例えば、微小ミラーの角度が+12度の状態をON状態、微小ミラーの角度が−12度の状態をOFF状態とする。
Each micromirror included in the
図2に示すように、画像表示素子22を照明した光は、ON状態の微小ミラーによって投射光学系を構成する屈折光学系121に向けて反射される。OFF状態のミラーを照明した光は、屈折光学系121が配置されている方向とは異なる方向へと反射される。
As shown in FIG. 2, the light that illuminates the
屈折光学系121に向けて反射された光は、画像情報として屈折光学系121を通過して、スクリーン上へと投射される。その他の反射光は、照明光学系10が設置されるハウジングに配置されている吸収部材などによって吸収される。画像表示素子22は、微小ミラーを照明する光により、面光源(ライトバルブ)として作用するため、反射型ライトバルブともいう。
The light reflected toward the refractive
各微小ミラーの傾きは、映像信号に基づいて制御される。また、照明光の色変換を行うカラーホイールの動作も映像信号に基づいて制御される。この制御によって、映像信号に基づく画像が画像表示素子22によって形成され、これがスクリーン上に拡大投射されて表示される。
The tilt of each micromirror is controlled based on the video signal. The operation of the color wheel that performs color conversion of illumination light is also controlled based on the video signal. By this control, an image based on the video signal is formed by the
図2に(A)で示すように、屈折光学系121のレンズの光取り込み範囲は、例えばマイクロミラーの角度が−12°のときに照明光の反射光が屈折光学系121に入り、+12°のときに反射光が屈折光学系121に入らないように設定する。
As shown in FIG. 2A, the light capturing range of the lens of the refractive
また、図2に(B)で示すように、屈折光学系121の光取り込み範囲は、画像表示素子22の表面に取り付けられたカバーガラスからの反射光が、屈折光学系121に入ってスクリーンに映りこまないように設定する。さらに、図2に(C)で示すように、屈折光学系121の光取り込み範囲は、画像表示素子22の電源が入っていない状態の傾斜角のときの反射光が、屈折光学系121に入ってスクリーンに映りこまないようにも設定する。
As shown in FIG. 2B, the light capturing range of the refractive
照明光が画像表示素子22に向かう角度を設定した上で画像表示素子22の各微小ミラーの傾斜角を制御することにより、画像表示装置120は、スクリーン上にデジタル画像を形成することができる。
The
DMDは、微小ミラーの最大傾斜角を増加させる方向で技術が進歩している。例えば、図2に(A)で示した投射光学系の光取り込み範囲は、DMDの微小ミラーの傾斜角の範囲が±10°であれば図2の紙面に平行な方向において20°であり、微小ミラーの傾斜角の範囲が±12°であれば図2の紙面に平行な方向において24°である。 DMD has advanced in the direction of increasing the maximum tilt angle of the micromirror. For example, the light capturing range of the projection optical system shown in FIG. 2A is 20 ° in the direction parallel to the paper surface of FIG. 2 if the tilt angle range of the DMD micromirror is ± 10 °. If the tilt angle range of the micromirror is ± 12 °, it is 24 ° in the direction parallel to the paper surface of FIG.
図3において、照明光学系10の光取り込み範囲と屈折光学系121の光取り込み範囲とを、画像表示素子22の画像面の短辺と屈折光学系121の光軸APを含む断面で示す。なお、同図に示す断面は、プロジェクタの画像表示素子22の画像面への垂線を含む任意の断面ともいえる。
In FIG. 3, the light capturing range of the illumination
ロッドインテグレータ13からの光を出射する出口の図3の断面上の幅をL、ロッドインテグレータ13の出口から出射される光の出射角をθ、画像表示素子22の幅をL2、屈折光学系121の光取り込み角をθ2とすると、下記の式1が成立する.
The width of the exit of the light exiting from the
式1
L・sin(θ/2)≒L2・sin(θ2/2)
L · sin (θ / 2) ≈L2 · sin (θ2 / 2)
ここで、ロッドインテグレータ13が一般的な4枚の平板鏡を組み合わせたものであれば、θはランプ11のサイズにより決まる定数である。また、L2は画像表示素子22のサイズで決まる定数である。つまり、屈折光学系121の光取り込み範囲θ2が、20°から24°に大きくなると、ロッドインテグレータ13の出口径(および入口径)Lを大きくすることができる。
If the
ランプ11からの光は、ロッドインテグレータ13の入口に入射させるときに一度集光させているが,この集光点は実際には大きさを持つ。集光点の大きさは、ランプ11のリフレクタの設計や加工による誤差、あるいはランプ11の発光部の大きさによって、ロッドインテグレータ13の入口径Lよりも大きなサイズになる。集光点の大きさによる光損失は、照明光学系10の光利用効率を大きく損なう。
The light from the
以上のように、屈折光学系121の光取り込み範囲θ2を拡大することにより、ロッドインテグレータ13のサイズを拡大することができる。ロッドインテグレータ13のサイズが拡大することができることにより、ランプ11からロッドインテグレータ13への光取り込み量が増えるため、屈折光学系121から投影される光量を増加させることができる。
As described above, the size of the
しかしながら、画像表示素子22のマイクロミラーの最大傾斜角が拡大するに従い、屈折光学系121の光取り込み角θを広げると,画像表示素子22により表示される画像にムラ(照度ムラ)が生じ、ひいては投影画像にも照度ムラが生じることが判明した。
However, as the maximum inclination angle of the micro mirror of the
図4に示すように、屈折光学系121の光取り込み角θ2を広げることで、照明光学系10が画像表示素子22を照射する範囲(同じくθ2)を広げることができる。このため、照明光の端部の光線(下光線)LLが画像表示素子22に入射する入射角ζは小さくなる。入射角ζは、光取り込み角θ2のほかに、屈折光学系121の光軸APと画像表示素子22の画像中心Cとのずれ量(以下「オフセット量」という。)と、画像表示素子22の上の照明位置によっても決まる。
As shown in FIG. 4, the range (also θ2) in which the illumination
図5は、図4の例よりもオフセット量OFを増やした別の例を示し、画像表示素子22から屈折光学系121へ光を導くために照明光学系10から画像表示素子22への照明光の角度(傾き)を、全体的に大きくしている。オフセット量OFを増やし照明光学系10から画像表示素子22への照明光の角度を多くすることにより、照明光の端部光線が画像表示素子22に入射する入射角ζ1が小さくなる。
FIG. 5 shows another example in which the offset amount OF is increased from the example of FIG. 4, and illumination light from the illumination
屈折光学系121の光軸APから遠い側(オフセット側)の端部光線の入射角ζ1の方が、投射光学系の光軸APから近い側(オフセット反対側)の端部光線の入射角ζ2よりも小さくなる(ζ1<ζ2)。これは、ロッドインテグレータ13から出た光は、ロッドインテグレータ13と画像表示素子22との間の正屈折力の光学部品(例えば、凸レンズ)によって収束光束になるためである。
The incident angle ζ1 of the end light beam on the side farther from the optical axis AP (offset side) of the refractive
一般に画像表示素子22には、画像表示面(微小ミラーのアレイ面)の上にカバーガラスが配置されている。微小ミラーの最大傾斜角を増やし、投射レンズ211のθ2を大きくすると、カバーガラスの正反射により光が反射されるため、カバーガラスでの透過率が低下する。カバーガラスの正反射による透過率低下の割合は、上述のオフセット側で最も大きく、オフセット反対側で最も小さい。
In general, the
カバーガラスの正反射による透過率低下により、画像表示素子22の画像面には照度ムラが発生し、ひいてはスクリーン画像の照度ムラに発展する。照度ムラは、ζ1が45°程度であれば無視することができるレベルであったが,ζ1が30°よりも小さくなると,カバーガラスの両面に反射防止コーティングを施しても無視することができないレベルの照度差になる。
Due to a decrease in transmittance due to regular reflection of the cover glass, unevenness in illuminance occurs on the image surface of the
また、カバーガラスへの光線の入射角ζが減少することにより、カバーガラスにより反射された図2に示した(B)の光の光量が増えると、この光が画像表示素子22や屈折光学系121の周囲の部材に当たることで乱反射光が増えることになる。そして、この乱反射光は、屈折光学系121に入ることにより、スクリーン上にゴースト光として映り込み、画像のコントラストを下げるなどの要因になる。
Further, when the incident angle ζ of the light beam to the cover glass decreases and the amount of the light of (B) shown in FIG. 2 reflected by the cover glass increases, this light is transmitted to the
図6の画像表示装置120における画像表示素子22と全反射プリズムと屈折光学系121の例に示すように、画像表示装置120の画像表示素子22と屈折光学系121との間には、第1プリズム36と第2プリズム38が配置されている。第1プリズム36と第2プリズム38は、ともに直角プリズムであり、第1プリズム36の出射面と第2プリズム38の入射面が傾斜面である。第1プリズム36と第2プリズム38は、互いの傾斜面が対向して配置されている。第1プリズム36と第2プリズム38により構成される全反射プリズムは、画像表示素子に表示された画像を介して拡大投影する。
As shown in the example of the
第1プリズム36と第2プリズム38とのエアギャップにおいて画像表示素子22から屈折光学系121に向かう光は、第1プリズム36から出射するときに大きく屈折する。また、第1プリズム36から出射した光が第2プリズム38に入射するときにも、屈折により入射角ζ5が小さくなるため、光の透過率が低くなる。
Light traveling from the
図7において、図6と同様に、プロジェクタにおいて、画像表示素子22と屈折光学系121との間に第1プリズム36と第2プリズム38が配置されている。
In FIG. 7, as in FIG. 6, the
図7に示すように、画像表示素子22からの光がθ’の広がり角を持っているため、屈折光学系121の中心に入る光線よりも、屈折光学系121に入る光線束の端の光線が第2プリズム38に入射する角度ζ4が小さくなる。このため、画像表示素子22からの光のθ’が大きくなると、光線の透過率が最も低くなる。第1プリズム36と第2プリズム38との間で透過されなかった光線は、ゴースト光になるため、スクリーン画像のコントラスト低減の要因になる。
As shown in FIG. 7, since the light from the
画像表示装置120において、画像表示素子22の微小ミラーの最大傾斜角(チルト角)が増えることに対応して屈折光学系121の光取り込み角θ2を拡大したときに、コントラストが良好な高品質な画像が得るためには、以上の要因について考慮する必要がある。
In the
●投射光学系の構成
次に、画像表示装置120が備える投射光学系の構成について説明する。
Configuration of Projection Optical System Next, the configuration of the projection optical system included in the
図8に示すように、画像表示装置120の投射光学系は、画像表示素子22から順に、屈折光学系121と、開口絞り123と、フレアカット部材225と、凹面ミラー228とが配置されている非テレセントリックな投射光学系である。
As shown in FIG. 8, in the projection optical system of the
画像表示素子22は、その周囲が筐体222によって覆われている。画像表示素子22から照射される光は、直接屈折光学系121に向かう光(有効光EL)と、画像表示素子22の表面のカバーガラスで反射された不要光NLに分かれる。不要光NLは、筐体222に当たってフレア光の要因になる。
The periphery of the
屈折光学系121は、画像表示素子22で反射された光をスクリーンSCに投射する複数のレンズからなる投射レンズ群である。屈折光学系121の投射レンズ群は、鏡胴223により保持されている。屈折光学系121は、照明光学系10によって画像表示素子22に照射された光のうち、画像表示素子22の個々の微小ミラーのON状態の画素に対応する光を、画像情報として屈折光学系121を通り抜けて拡大投射させる。スクリーンSCに投射された光により、スクリーンSC上には画像が形成される。
The refractive
開口絞り123は、屈折光学系121内に投射レンズ群とともに配置されていて、画像表示素子22からの流入光量を制限する。
The
フレアカット部材225は、屈折光学系121と凹面ミラー228との間の光路に配置されていて、屈折光学系121と凹面ミラー228との間の光路において中間像MIが形成される位置付近に開口が設けられている。フレアカット部材225は、屈折光学系121から凹面ミラー228に向かう有効光ELのみを通過させフレア光を遮蔽する。
The flare cut member 225 is disposed in the optical path between the refractive
また、フレアカット部材225は、凹面ミラー228からスクリーンSCとの間の光路においてスクリーンSCに向かう光が集束する位置付近にも開口が設けられていて、凹面ミラー228からスクリーンSCに向かうフレア光も遮蔽する。
The flare cut member 225 is also provided with an opening near the position where the light toward the screen SC converges in the optical path between the
凹面ミラー228は、屈折光学系121を透過した光をスクリーンSCに向けて反射する。凹面ミラー228は、鏡胴223およびフレアカット部材225とともに、ハウジング224を介して筐体222に保持されている。
The
画像表示装置120において、フレア光がスクリーンSCに照射されるのを防ぐには、屈折光学系121の中で画像表示素子22に最も近いレンズ面の近辺にフレアカット部材225を配置することが有効である。
In the
しかし、図1に示したように、画像表示素子22に最も近いレンズ面の近辺にはミラー16や曲面ミラー18などの照明光学系の部品が配置されているため、フレアカット部材225は、その大きさや配置される位置によっては有効光ELを遮ってしまうことがある。
However, as shown in FIG. 1, since the illumination optical system parts such as the
また、フレア光は、投射光学系の内部やスクリーンSCに近いレンズ面の近辺などの位置でも遮光できるものの、フレア光の経路が不規則であり設計時には予測が難しいため、設計時にこれらの位置で遮光することは容易ではない。 Although flare light can be shielded even at positions such as the inside of the projection optical system or near the lens surface near the screen SC, the flare light path is irregular and difficult to predict at the time of design. It is not easy to shield the light.
図9に示す参考例の画像表示装置は、画像表示装置120とは異なり、投射光学系221がレンズのみで構成されていて画角AVが上記屈折光学系121より広い。このため、参考例の画像表示装置は、投射光学系221の内部では有効光ELと不要光NLとの光路に差が出ないため、有効光ELと不要光NLとを区別できない。
The image display apparatus of the reference example shown in FIG. 9 is different from the
参考例の画像表示装置の場合には、有効光ELと不要光NLの光路を区別することができないため、投射光学系221の出口以降の光路でフレア光を遮光するのは難しい。また、参考例の画像表示装置では、投射光学系221から広がったフレア光を遮光するには大型の遮光部品が必要になるため、装置構成を小型化しつつ効果的にフレア光を遮光することは難しい。 In the case of the image display device of the reference example, the optical paths of the effective light EL and the unnecessary light NL cannot be distinguished, so that it is difficult to block the flare light in the optical path after the exit of the projection optical system 221. In addition, in the image display device of the reference example, a large-sized light shielding component is required to shield flare light spread from the projection optical system 221, so that it is possible to effectively shield flare light while reducing the size of the device. difficult.
図10に示す別の参考例の画像表示装置は、投射光学系221とスクリーンSCとの間に凸面ミラー19が設けられている。別の参考例の画像表示装置においても、先に説明した参考例の画像表示装置と同様に、投射光学系221を出射した光は凸面ミラー19に向かって広がるため、有効光ELと不要光NLとの区別ができずフレア光のみを遮光することは困難である。 In the image display apparatus of another reference example shown in FIG. 10, a convex mirror 19 is provided between the projection optical system 221 and the screen SC. Also in the image display device of another reference example, the light emitted from the projection optical system 221 spreads toward the convex mirror 19 in the same manner as the image display device of the reference example described above. Therefore, the effective light EL and the unnecessary light NL Therefore, it is difficult to block only flare light.
図8に戻り、画像表示装置120は、微小ミラーの最大傾斜角が例えば12°を越える大きな傾斜角となる画像表示素子22と、屈折光学系121および凹面ミラー228を備える投射光学系とを有する。画像表示装置120の屈折光学系121は、屈折光学系121と凹面ミラー228との間の屈折光学系121の光軸に垂直な仮想平面に、画像表示素子22の実像である中間像MIを形成する。
Returning to FIG. 8, the
中間像MIは、画像表示素子22の外形線のうち光軸から遠い2辺の内角が例えば90度より大きく、光軸から近い2辺の内角より広い角度となるように形成されている。中間像MIの歪曲収差は、一般的な屈折光学系が形成する中間像の歪曲収差が正の歪曲(いわゆる糸巻き型の歪曲)であるのに対して負の歪曲(いわゆる樽型の歪曲)である。
The intermediate image MI is formed so that the inner angles of two sides far from the optical axis of the outline of the
屈折光学系121と凹面ミラー228とを備える投射光学系は、いわゆる超至近投射光学系とも呼ばれ、短い投射距離で大きなサイズの画像を投影できる。このような投射光学系において、フレア光の遮光効率を上げるために屈折光学系の横倍率を小さくして中間像を小さくすると、スクリーンに投影できる画像サイズが小さくなってしまう。屈折光学系121では、横倍率を変えずに中間像MIのサイズを小さくするために、中間像に負の歪曲収差を発生させている。
The projection optical system including the refractive
以上の構成により、画像表示装置120では、屈折光学系121と凹面ミラー228との間に形成された中間像MIの領域の光だけが有効光ELでありそれ以外の光を不要光NLであると容易に区別することができるため、フレア光を遮光することができる。
With the above configuration, in the
また、画像表示装置120では、画像表示素子22に屈折光学系121の横倍率を掛けた値より中間像MIのサイズが小型になりスクリーンSCに投影される画像サイズを変えずに中間像MIの領域を小さくできるため、フレア光の遮光効率を上げることができる。ただし、中間像MIの歪曲を負に設定することにより、画像表示装置120では、スクリーンSC上で画像の光学特性(特に像面湾曲)が劣化することが考えられる。
Further, in the
さらに、画像表示装置120では、スクリーンSCに投影された画像の位置により凹面ミラー228からの光路長が大きく異なる。このため、画像表示装置120では、レンズのみで構成された投射光学系に比べ、屈折光学系の像面湾曲補正の負担が大きくなる。
Furthermore, in the
このため、屈折光学系121を構成するレンズは、開口絞り123から中間像MIまでの間で画像表示素子22の各微小ミラーからの開口絞り123の中心を通る光線(主光線)がなるべく分離するように、レンズの径を大きくするのが望ましい。
For this reason, the lens constituting the refractive
中間像MIで負の歪曲を生じさせるには開口絞り123から中間像MIまでの間に正レンズが必要であるが、正レンズによる光線の屈折作用は、レンズの径を小さくする方向に働いてしまう。
In order to cause negative distortion in the intermediate image MI, a positive lens is required between the
そこで、フレア光の遮光を効率的に行いつつスクリーンSCの画像の光学特性を劣化させないために、屈折光学系121は、負の歪曲を発生させつつレンズ径が小さくならないように構成する。
Therefore, in order to efficiently shield the flare light and not deteriorate the optical characteristics of the image on the screen SC, the refractive
画像表示装置120では、屈折光学系121の中でレンズ径が最も大きい投射レンズ211(光軸に垂直な方向に配置されるレンズ面において、レンズ面と有効光ELの交点とレンズ中心との距離が最大のレンズ)が正レンズである。
In the
レンズ径が最も大きいレンズでは、最も光軸から離れた位置を透過する有効光ELの屈折が歪曲収差に最も大きく影響する。一般に、レンズの径方向におけるレンズの中心からの距離(光線高さ)が大きいほどレンズに入る光線の屈折量が大きく(正レンズの場合には負の歪曲が強く)なる。このように、画像表示装置120では、レンズ径が最も大きい投射レンズ211を正レンズにすることにより、レンズ径を大きく保ちつつ大きな負の歪曲を発生させることができる。
In the lens having the largest lens diameter, the refraction of the effective light EL that passes through the position farthest from the optical axis has the greatest influence on the distortion. In general, the greater the distance from the center of the lens in the radial direction of the lens (the height of the light), the greater the amount of refraction of the light entering the lens (in the case of a positive lens, negative distortion is stronger). In this way, in the
ところで、画像表示素子22を照明する光を遮ることがないように、画像表示素子22と投射光学系11との間に一定量以上の空間を設けてバックフォーカス(Bf)を確保する必要がある。このため、画像表示装置120では、屈折光学系121の複数のレンズ群のうち、1または複数のレンズがフォーカス(合焦)時に光軸方向に移動し、さらに移動するレンズの負レンズの総数を正レンズの総数よりも多く配置している。
Incidentally, it is necessary to secure a back focus (Bf) by providing a space of a certain amount or more between the
また、屈折光学系121は、凹面ミラー228よりのレンズに負の屈折力を有することにより、短い焦点距離でありながら凹面ミラー228上での有効光ELが照射される範囲を広げることができる。
Further, the refractive
また、移動する負レンズのうちの少なくとも1枚は、面形状に変曲点を有する非球面レンズである。一般に、負のレンズを多数配置すると正の歪曲が生じてしまう。屈折光学系121は、その非球面形状が光軸から離れるにしたがって正屈折力になるような形状(変曲点がある形状)の非球面の負レンズを少なくとも1枚用いることにより、正の歪曲の発生を抑え、Bf確保と凹面ミラー228上での有効光線範囲を広げつつ、中間像に負の歪曲を持たせている。
At least one of the moving negative lenses is an aspherical lens having an inflection point in the surface shape. Generally, when many negative lenses are arranged, positive distortion occurs. The refracting
屈折光学系121は、凹面ミラー228上での有効光ELが照射される範囲を広げることで、スクリーンSCに投影される画像の歪曲収差の補正を効果的に行いつつ、大きな負の歪曲の中間像MIを形成できる。
The refracting
●実施の形態の効果
以上説明したように、画像表示装置120によれば、光源からスクリーンまでの光利用効率を上げつつ、その副作用として生じるフレア光を減少させることができる。
Effect of Embodiment As described above, according to the
また、画像表示装置120によれば、屈折光学系121による歪曲を樽型にしつつ光学性能を向上させることができる。
Further, according to the
●画像表示装置(2)●
次に、画像表示装置の別の形態について、先に説明した実施の形態との相違点を中心に説明する。
● Image display device (2) ●
Next, another embodiment of the image display device will be described focusing on differences from the above-described embodiment.
図11に示すように、本発明に係る別の実施の形態の画像表示装置220は、投射光学系が屈折光学系121から凹面ミラー228までの光路中の中間像MIが形成される位置の近傍に平面ミラー216を備える非テレセントリックな投射光学系である。
As shown in FIG. 11, in the image display device 220 according to another embodiment of the present invention, the projection optical system is in the vicinity of the position where the intermediate image MI is formed in the optical path from the refractive
平面ミラー216形状やサイズは、中間像MIの形状やサイズに対応させて決定される。このような平面ミラー216により、画像表示装置220では、有効光ELは凹面ミラー228に反射され、不要光NLは凹面ミラー228に反射されない。つまり、画像表示装置220では、不要光NLは凹面ミラー228に導かれずスクリーンSCに到達しない。
The shape and size of the
図12に示すように、平面ミラー216は、中間像MIの樽型歪曲に対応させて、光軸から最も遠い辺216dと、辺216dに接する辺216b、216cとの内角が90度よりも大きい形状、例えば略台形状の略多角形の反射面形状であるのが好ましい。換言すれば、中間像MIが照射される有効光照射領域EAの形状と平面ミラー216の形状は、少なくとも光軸に近い方の辺216aの長さが光軸から遠い方の辺216dの長さよりも長い。
As shown in FIG. 12, in the
なお、図12において、有効光照射領域EAの形状は、便宜上台形状に描画されているが、歪曲収差によっては頂点が明確な角にならない形状も含まれる。 In FIG. 12, the shape of the effective light irradiation area EA is drawn in a trapezoidal shape for the sake of convenience, but includes a shape whose apex does not become a clear angle depending on distortion.
また、図11に示す画像表示装置220は、フレアカット部材325が凹面ミラー228からスクリーンSCまでの光路のフレア光を遮光する点が、先に説明した画像表示装置120と相違する。
The image display device 220 shown in FIG. 11 is different from the
●実施の形態の効果
以上説明したように、画像表示装置220によれば、フレア光をより効果的に遮光することができる。
Effect of Embodiment As described above, according to the image display device 220, flare light can be shielded more effectively.
また、画像表示装置220によれば、平面ミラー216を用いてフレア光の遮光を行うことで有効光照射領域EAが平面ミラー216のミラー面に映り込むと、これを目視できるため、平面ミラー216と有効光照射領域EAとの位置を容易に調整することができる。
Further, according to the image display device 220, when the effective light irradiation area EA is reflected on the mirror surface of the
●画像表示装置(3)●
画像表示装置のさらに別の形態について、先に説明した形態例との相違点を中心に説明する。
● Image display device (3) ●
Still another embodiment of the image display device will be described with a focus on differences from the embodiment described above.
図13に示すように、この形態の画像表示装置320は、先に説明した画像表示装置220の具体的な数値実施例である。画像表示装置320は、画像表示装置220と同様に光軸から最も遠い2辺の内角が90度よりも大きい略多角形の形状の中間像MIを形成する屈折光学系の構成を示す。図13では、画像表示装置320の画像表示素子22からスクリーンSCまでの光学系の全体を示す。
As shown in FIG. 13, the
図13において、画像表示装置320は、0.65インチ(Y軸方向に8.64mm、Y軸方向と垂直方向に13.84mmのサイズ)の画像表示素子22の画像を60インチに拡大投影している。
In FIG. 13, the
図14は、画像表示装置320の投射光学系周辺を示す光学配置図である。同図に示すように、画像表示装置320の屈折光学系121は、画像表示素子22から順に、第1レンズ群1211、第2レンズ群1212、第3レンズ群1213、および第4レンズ群1214の4つのレンズ群から構成されている。また、屈折光学系121には、第1レンズ群1211に開口絞り123が、凹面ミラー228からスクリーンSCまでの光路にはガラス板などの防塵部材226が、それぞれ設けられている。
FIG. 14 is an optical layout diagram showing the periphery of the projection optical system of the
表1は、画像表示装置320の投射光学系121を構成するレンズの曲率半径、レンズ面間隔、屈折率、およびミラー面の傾き角度などの仕様を示す。
Table 1 shows specifications such as the radius of curvature of the lenses constituting the projection
表1
Table 1
屈折光学系121は、第2レンズ群1212と第3レンズ群1213と第4レンズ群1214とが図14のZ軸方向にそれぞれ異なる量だけ移動することにより、スクリーンSCの位置が図14のY軸方向に上下したときの合焦を行う。
The refractive
図15は、画像表示装置320により生成される中間像MIの歪曲収差を示すグラフである。同図に示すように、中間像MIは、歪曲収差が負の歪曲であり、大きくマイナス側へカーブしたグラフとなる。第3レンズ群1213および第4レンズ群1214は、光軸付近において凹面で変曲点を経て光軸から離れるに従い凸面であるレンズ面形状を持つ非球面レンズをそれぞれ備える。非球面レンズにより、画像表示装置320は、屈折光学系121に歪曲収差を持たせつつ凹面ミラー228上の有効光の照射領域を広げることができる。
FIG. 15 is a graph showing the distortion of the intermediate image MI generated by the
表2は、非球面レンズの係数を示す。 Table 2 shows the coefficients of the aspheric lens.
表2
Table 2
また、非球面レンズの非球面式を式2に示す。 An aspherical expression of the aspherical lens is shown in Expression 2.
式2
Formula 2
屈折光学系121は、平面ミラー216に最も近い(有効光の通過する範囲が最も広い)レンズL41を正レンズとすることにより、効率的に負の歪曲収差を得ている。
The refractive
表3は、凹面ミラー228の自由曲面係数を示す。凹面ミラー228は、ミラー面が任意のY軸方向の位置にてX軸方向の位置に応じたX軸方向の曲率が一定ではなく、任意のX軸方向の位置にてY軸方向の位置に応じたY軸方向の曲率が一定ではないアナモフィック面である、自由曲面ミラーである。
Table 3 shows the free-form surface coefficient of the
表3
Table 3
また、凹面ミラー228の自由曲面式を式3に示す。
The free-form surface formula of the
式3
●実施の形態の効果
以上のような構成とすることで、画像表示装置320は、例えば画像表示素子22の微小ミラーの傾斜角が17度に対応するようなNA=0.29の場合であっても、フレア光を効果的に遮光することができる。
Effect of Embodiment With the above-described configuration, the
10 照明光学系
11 ランプ
12 リフレクタ
13 ロッドインテグレータ
14 照明用レンズ
16 ミラー
17 カラーホイール
18 曲面ミラー
19 凸面ミラー
22 画像表示素子
36 第1プリズム
38 第2プリズム
120 画像表示装置
121 屈折光学系
211 投射レンズ
216 平面ミラー
222 筐体
223 鏡胴
224 ハウジング
225 フレアカット部材
226 防塵部材
228 凹面ミラー
1211 第1レンズ群
1212 第2レンズ群
1213 第3レンズ群
1214 第4レンズ群
DESCRIPTION OF
Claims (7)
最大傾斜角が12°よりも大きい複数のマイクロミラーが配置され矩形状の外形線を有する画像表示素子と、
前記光源から出射される光を前記画像表示素子に導光する照明光学系と、
複数のレンズ群からなり、前記画像表示素子から出射される光により前記複数のレンズ群の光軸に垂直な仮想平面に負の歪曲の中間像を形成する屈折光学系、および前記屈折光学系からの光を反射する凹面ミラーを備え、前記画像表示素子に表示される画像を投射する投射光学系と、
前記画像表示素子と前記屈折光学系との光路中に配される全反射プリズムと、
を有し、前記投射光学系がテレセントリックである、画像表示装置。 A light source;
An image display element having a rectangular outline in which a plurality of micromirrors having a maximum inclination angle larger than 12 ° are arranged;
An illumination optical system for guiding light emitted from the light source to the image display element;
A refractive optical system comprising a plurality of lens groups and forming an intermediate image of negative distortion on a virtual plane perpendicular to the optical axis of the plurality of lens groups by light emitted from the image display element; and from the refractive optical system includes a concave mirror that reflects light, a projection optical system for projecting the image displayed on the image display device,
A total reflection prism disposed in an optical path between the image display element and the refractive optical system;
And the projection optical system is telecentric .
請求項1記載の画像表示装置。 The intermediate image has a wider inner angle of two sides far from the optical axis than an inner angle of two sides near the optical axis of the outline of the image display element.
The image display device according to claim 1.
請求項1または2記載の画像表示装置。 The intermediate image has an inner angle of two sides far from the optical axis of the outline of the image display element larger than 90 degrees.
The image display device according to claim 1.
請求項1乃至3のいずれかに記載の画像表示装置。 Among the lenses constituting the lens group, in the lens surface arranged in the direction perpendicular to the optical axis, the lens having the maximum distance between the lens surface and the intersection of the light beam and the lens center is a positive lens.
The image display device according to claim 1.
移動する前記レンズ群は、負レンズの総数が正レンズの総数以上であり、少なくとも1の非球面レンズを有し、
前記非球面レンズは、面形状に変曲点を有する負レンズである、
請求項1乃至4のいずれかに記載の画像表示装置。 The lens group is focused by moving one or more lenses in the optical axis direction,
The moving lens group has a total number of negative lenses equal to or greater than the total number of positive lenses, and has at least one aspheric lens;
The aspherical lens is a negative lens having an inflection point in the surface shape.
The image display device according to claim 1.
請求項1乃至5の何れかに記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1.
請求項6載の画像表示装置。The image display device according to claim 6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014208725A JP6610852B2 (en) | 2014-10-10 | 2014-10-10 | Image display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014208725A JP6610852B2 (en) | 2014-10-10 | 2014-10-10 | Image display device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016080748A JP2016080748A (en) | 2016-05-16 |
JP6610852B2 true JP6610852B2 (en) | 2019-11-27 |
Family
ID=55956182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014208725A Active JP6610852B2 (en) | 2014-10-10 | 2014-10-10 | Image display device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6610852B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6696297B2 (en) * | 2016-05-18 | 2020-05-20 | 株式会社リコー | Projection device |
JPWO2018003400A1 (en) * | 2016-06-30 | 2019-04-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Image projection device |
JP6819928B2 (en) * | 2016-10-31 | 2021-01-27 | 株式会社リコー | Projection optics, image projection and adjustment equipment |
JP7505334B2 (en) | 2020-08-31 | 2024-06-25 | 株式会社リコー | Image Projection Device |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004045894A (en) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Ricoh Elemex Corp | Image projection system |
JPWO2006129797A1 (en) * | 2005-06-03 | 2009-01-08 | 株式会社クラレ | Rear projection display |
JP2007024936A (en) * | 2005-07-12 | 2007-02-01 | Pentax Corp | Projection device |
US7453624B2 (en) * | 2005-10-28 | 2008-11-18 | Miradia Inc. | Projection display system including a high fill ratio silicon spatial light modulator |
JP2010134343A (en) * | 2008-12-08 | 2010-06-17 | Olympus Corp | Projection optical system and projection apparatus using the same |
JP5605211B2 (en) * | 2010-12-20 | 2014-10-15 | 株式会社リコー | Projection optical system and image projection apparatus |
CN107490844B (en) * | 2012-10-25 | 2020-05-19 | 扬明光学股份有限公司 | Wide-angle projection lens |
JP6221266B2 (en) * | 2013-03-04 | 2017-11-01 | 株式会社リコー | Projection optical system and image display device |
JP6496977B2 (en) * | 2013-03-13 | 2019-04-10 | 株式会社リコー | Projection optical system and projector apparatus |
-
2014
- 2014-10-10 JP JP2014208725A patent/JP6610852B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016080748A (en) | 2016-05-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6172431B2 (en) | Projection optical system | |
JP6658351B2 (en) | Image display device and head-up display system | |
JP3904597B2 (en) | Projection display | |
JP5825047B2 (en) | Image display device | |
JP5648616B2 (en) | Image display device | |
JP6221266B2 (en) | Projection optical system and image display device | |
KR20150015000A (en) | Projection optical system and image projection device | |
JP6610852B2 (en) | Image display device | |
JP4990416B2 (en) | Projection display | |
JP6395029B2 (en) | Projection device | |
JP5975012B2 (en) | Image projection device | |
JP6364784B2 (en) | Image projection apparatus and enlarged image displacement adjustment method | |
JP6249005B2 (en) | Projection optical system and image display device | |
JP6422015B2 (en) | Image display device | |
JP2007027118A (en) | Optical projection device | |
JP6669158B2 (en) | Optical unit and projector having the same | |
JP5975089B2 (en) | Projection optical system and image display device | |
WO2016098859A1 (en) | Optical unit and projector provided with same | |
JPH10241437A (en) | Light source device, illumination system, and image projection device | |
JP6698873B2 (en) | Illumination optical system and projection type image display device | |
JP6299193B2 (en) | Illumination optical system and image display device | |
JP2016186659A (en) | Projection optical system and image display device | |
JP6037185B2 (en) | Projection optical system and image display device | |
JP2016009147A (en) | Projection type display device | |
JP2015228006A (en) | Image display device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170925 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180725 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180904 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181029 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190328 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190517 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191002 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191015 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6610852 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |