JPWO2018110448A1 - 投影光学系、画像投影装置、および画像投影システム - Google Patents
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Abstract
Description
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
0.比較例および実施の形態の概要
0.1 比較例(レーザ走査プロジェクタの概要と課題)(図1)
0.2 実施の形態の概要(図2)
1.第1の実施の形態(図3)
2.第2の実施の形態(図4)
3.第3の実施の形態(図5)
4.第4の実施の形態(図6〜図11)
5.第5の実施の形態(図12〜図13)
6.その他の実施の形態
[0.1 比較例(レーザ走査プロジェクタの概要と課題)]
本開示の一実施の形態に係る投影光学系、画像投影装置、および画像投影システムは、例えばレーザ走査プロジェクタに適用されてもよい。本開示の一実施の形態に係る投影光学系、画像投影装置、および画像投影システムの概要を説明する前に、レーザ走査プロジェクタの概要と課題を説明する。
比較例に係るレーザ走査プロジェクタは、レーザ光を発する光源LDaと、光源LDaからのレーザ光に基づいてスクリーン(投影面)に画像を投影する投影光学系100とを備えている。なお、ここでのスクリーンまたは投影面とは、必ずしも一般的な定義である投影のための平面部材のように実体を持つとは限らず、“偏向器より後の光路における光軸に垂直な平面”という広い意味での定義とする。
NA=R/2f …(1)
α=arctan((tan(θ/2)/(YN/2)) ……(2)
ただし、θは走査ミラーの水平方向および垂直方向の振れ角であり、YNは投影される画像の垂直方向の画素数である。
α=λ/πω ……(3)
図2は、本開示の一実施の形態に係る投影光学系1の概略構成を示している。
投影光学系1は、光軸Z1に沿って光源LDa側から投影側に向かって順に、第1レンズ群G1と、第1レンズ群G1からの光を走査する偏向器としての走査ミラーMMと、第2レンズ群G2とを備えている。
投影光学系1は、以下のような好ましい構成を取ってもよい。
d2≧f2+π・ω1 2/λ
ただし、光源LDaにガウシアン分布を持ったレーザビームを用いる場合の、1次結像点や2次結像点の位置はビーム径が最も小さくなるビームウェストの位置とする。
A=πω1 2/λ
とおくと、以下の式(4),(5)が得られる。
d2−f2≧πω1 2/λ
d2≧f2+π・ω1 2/λ ……(7)
少なくとも、光源LDaと、上記した基本構成および好ましい構成を適宜満足した投影光学系1とを用いて、画像投影装置を構成してもよい。
少なくとも、光源LDaと、上記した基本構成および好ましい構成を適宜満足した投影光学系1と、投影光学系1による投影像を観察するための接眼光学系とを用いて、画像投影システムを構成してもよい。
図3は、本開示の第1の実施の形態に係る投影光学系1A、および画像投影装置10の概略構成を示している。
第1の実施の形態の変形例として、1次結像点の位置にピンホールを配置し、ピンホールを1次結像点の代わりとして機能させるようにしてもよい。ピンホールの径を小さくすれば、NAを大きくすることができるので、仕様に応じて解像度を調整することができる。この変形例はピンポールを配置するだけでよく、第1レンズ群G1の組み立て調整が不要であるので、製造時の作業を大幅に軽減、簡素化できる利点がある。
次に、本開示の第2の実施の形態に係る投影光学系、および画像投影装置について説明する。なお、以下では、上記第1の実施の形態に係る投影光学系、および画像投影装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
f2=28.0
ω1=0.0076
λ=0.000525
f2+π・ω1 2/λ=28.346(小数第4位を四捨五入)
d2はレンズL2とレンズL3との間の距離s=30.058からレンズL2透過後のビームウェストの距離d’=2.218を引いた値である。すなわち、
d2=30.058−2.218=30.84
であり、上記式(7)を満たしている。
図4には、D=d2−f2(>0)、A=πω1 2/λとおいた場合のDに対するd2’とω2の変化を表したグラフを示す。d2’は、第2レンズ群G2の後側主点から投影面2までの投影距離を示す。本実施の形態では、D=2.84,A=0.35となっており、D≧Aの範囲内で、できるだけ大きく取りながらもd2’を最大限にすることで投影距離と解像度のバランスの取れた設計になっている。
次に、本開示の第3の実施の形態に係る投影光学系、および画像投影装置について説明する。なお、以下では、上記第1または第2の実施の形態に係る投影光学系、および画像投影装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
次に、本開示の第4の実施の形態に係る投影光学系、および画像投影装置について説明する。なお、以下では、上記第1ないし第3の実施の形態に係る投影光学系、および画像投影装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
投影光学系1Cは、カラー映像を投影するための構成となっている。カラー映像を投影するためには複数のレーザ光源を用いる必要がある。例えば、赤色光源LDrと緑色光源LDgと青色光源LDbとの3色の光源を用いてカラー映像を形成することができる。この場合、各光源からの光を合成するための合成光学系が必要となる。赤色光源LDrは例えば波長640nmのLD、緑色光源LDgは例えば波長525nmのLD、青色光源LDbは例えば波長445nmのLDとなっている。緑色光源LDgの放射角は水平方向(X方向)が例えば22°、垂直方向(Y方向)が例えば12°となっている。
ただし、
k:コーニック定数
r:面中心からの半径距離
z:光軸に平行な面のサグ量
c:面頂点での曲率
とする。
図11では、走査ミラーMMの走査範囲を分割した各振り角に応じた投影面2でのビーム結像位置を示している。画像の歪曲が非常に良く補正されていることが分かる。
次に、本開示の第5の実施の形態に係る投影光学系、および画像投影装置について説明する。なお、以下では、上記第1ないし第4の実施の形態に係る投影光学系、および画像投影装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
(1)
光軸に沿って光源側から投影側に向かって順に、
少なくとも1枚のレンズを有し、正の焦点距離を持ち、前記光源からの光を、前記光源の像である1次結像点に集光させる第1レンズ群と、
前記第1レンズ群からの光を走査する偏向器と、
少なくとも1枚のレンズを有し、正の焦点距離を持ち、前記偏向器からの光を、前記1次結像点の像である2次結像点の位置に結像させる第2レンズ群と
を備え、
前記第1レンズ群は、前記光軸に沿って前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間に前記1次結像点を形成する
投影光学系。
(2)
前記第2レンズ群の焦点距離をf2、前記1次結像点のビームウェスト半径をω1、前記1次結像点から前記第2レンズ群の前側主点までの距離をd2とし、所定の波長λで、以下の式を満足する
上記(1)に記載の投影光学系。
d2≧f2+π・ω1 2/λ
(3)
前記第1レンズ群は、正レンズと負レンズとの組合せレンズを有する
上記(1)または(2)に記載の投影光学系。
(4)
前記第1レンズ群は、複数の正の単レンズのみからなり、前記光源と前記第1レンズ群との間隔を調整することによって軸上色収差を補正する
上記(1)または(2)に記載の投影光学系。
(5)
前記第2レンズ群は、正レンズと負レンズとの組合せレンズを有する
上記(1)ないし(4)のいずれか1つに記載の投影光学系。
(6)
前記第2レンズ群は、少なくとも1面以上の自由曲面形状の透過面を有する
上記(1)ないし(5)のいずれか1つに記載の投影光学系。
(7)
前記第1レンズ群内のレンズおよび前記第2レンズ群内のレンズのうち、少なくとも1つのレンズを前記光軸に沿う方向に動かすことによって、投影位置に対する合焦を行う
上記(1)ないし(6)のいずれか1つに記載の投影光学系。
(8)
前記第1レンズ群内のレンズおよび前記第2レンズ群内のレンズのうち、少なくとも1つのレンズを前記光軸に垂直な方向に動かすことによって、投影像を前記光軸に垂直な方向に調整する
上記(1)ないし(7)のいずれか1つに記載の投影光学系。
(9)
光源と、
前記光源からの光に基づいて画像を投影する投影光学系と
を含み、
前記投影光学系は、
光軸に沿って光源側から投影側に向かって順に、
少なくとも1枚のレンズを有し、正の焦点距離を持ち、前記光源からの光を、前記光源の像である1次結像点に集光させる第1レンズ群と、
前記第1レンズ群からの光を走査する偏向器と、
少なくとも1枚のレンズを有し、正の焦点距離を持ち、前記偏向器からの光を、前記1次結像点の像である2次結像点の位置に結像させる第2レンズ群と
を備え、
前記第1レンズ群は、前記光軸に沿って前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間に前記1次結像点を形成する
画像投影装置。
(10)
光源と、
前記光源からの光に基づいて画像を投影する投影光学系と、
前記投影光学系による投影像を観察するための接眼光学系と
を含み、
前記投影光学系は、
光軸に沿って光源側から投影側に向かって順に、
少なくとも1枚のレンズを有し、正の焦点距離を持ち、前記光源からの光を、前記光源の像である1次結像点に集光させる第1レンズ群と、
前記第1レンズ群からの光を走査する偏向器と、
少なくとも1枚のレンズを有し、正の焦点距離を持ち、前記偏向器からの光を、前記1次結像点の像である2次結像点の位置に結像させる第2レンズ群と
を備え、
前記第1レンズ群は、前記光軸に沿って前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間に前記1次結像点を形成する
画像投影システム。
Claims (10)
- 光軸に沿って光源側から投影側に向かって順に、
少なくとも1枚のレンズを有し、正の焦点距離を持ち、前記光源からの光を、前記光源の像である1次結像点に集光させる第1レンズ群と、
前記第1レンズ群からの光を走査する偏向器と、
少なくとも1枚のレンズを有し、正の焦点距離を持ち、前記偏向器からの光を、前記1次結像点の像である2次結像点の位置に結像させる第2レンズ群と
を備え、
前記第1レンズ群は、前記光軸に沿って前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間に前記1次結像点を形成する
投影光学系。 - 前記第2レンズ群の焦点距離をf2、前記1次結像点のビームウェスト半径をω1、前記1次結像点から前記第2レンズ群の前側主点までの距離をd2とし、所定の波長λで、以下の式を満足する
請求項1に記載の投影光学系。
d2≧f2+π・ω1 2/λ - 前記第1レンズ群は、正レンズと負レンズとの組合せレンズを有する
請求項1に記載の投影光学系。 - 前記第1レンズ群は、複数の正の単レンズのみからなり、前記光源と前記第1レンズ群との間隔を調整することによって軸上色収差を補正する
請求項1に記載の投影光学系。 - 前記第2レンズ群は、正レンズと負レンズとの組合せレンズを有する
請求項1に記載の投影光学系。 - 前記第2レンズ群は、少なくとも1面以上の自由曲面形状の透過面を有する
請求項1に記載の投影光学系。 - 前記第1レンズ群内のレンズおよび前記第2レンズ群内のレンズのうち、少なくとも1つのレンズを前記光軸に沿う方向に動かすことによって、投影位置に対する合焦を行う
請求項1に記載の投影光学系。 - 前記第1レンズ群内のレンズおよび前記第2レンズ群内のレンズのうち、少なくとも1つのレンズを前記光軸に垂直な方向に動かすことによって、投影像を前記光軸に垂直な方向に調整する
請求項1に記載の投影光学系。 - 光源と、
前記光源からの光に基づいて画像を投影する投影光学系と
を含み、
前記投影光学系は、
光軸に沿って光源側から投影側に向かって順に、
少なくとも1枚のレンズを有し、正の焦点距離を持ち、前記光源からの光を、前記光源の像である1次結像点に集光させる第1レンズ群と、
前記第1レンズ群からの光を走査する偏向器と、
少なくとも1枚のレンズを有し、正の焦点距離を持ち、前記偏向器からの光を、前記1次結像点の像である2次結像点の位置に結像させる第2レンズ群と
を備え、
前記第1レンズ群は、前記光軸に沿って前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間に前記1次結像点を形成する
画像投影装置。 - 光源と、
前記光源からの光に基づいて画像を投影する投影光学系と、
前記投影光学系による投影像を観察するための接眼光学系と
を含み、
前記投影光学系は、
光軸に沿って光源側から投影側に向かって順に、
少なくとも1枚のレンズを有し、正の焦点距離を持ち、前記光源からの光を、前記光源の像である1次結像点に集光させる第1レンズ群と、
前記第1レンズ群からの光を走査する偏向器と、
少なくとも1枚のレンズを有し、正の焦点距離を持ち、前記偏向器からの光を、前記1次結像点の像である2次結像点の位置に結像させる第2レンズ群と
を備え、
前記第1レンズ群は、前記光軸に沿って前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間に前記1次結像点を形成する
画像投影システム。
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