JP2001221949A - リアプロジェクション光学系 - Google Patents
リアプロジェクション光学系Info
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- JP2001221949A JP2001221949A JP2000034319A JP2000034319A JP2001221949A JP 2001221949 A JP2001221949 A JP 2001221949A JP 2000034319 A JP2000034319 A JP 2000034319A JP 2000034319 A JP2000034319 A JP 2000034319A JP 2001221949 A JP2001221949 A JP 2001221949A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 良好な光学性能を保持しつつ量産性やコスト
面で有利、薄型で光学部品もコンパクトなリアプロジェ
クション光学系を提供する。 【解決手段】 パネル表示面(I1)の画像をスクリーン面
(I2)上に投影する投影光学系を備え、投影光学系が4枚
の曲面反射ミラーを有する。パネル表示面(I1)の画面中
心から絞り(ST)の中心を通りスクリーン面(I2)の画面中
心に到達する光線を画面中心光線とするとき、0.5<D
/H<3.5,10°<θ<70°{D:投影光学系の最終面か
らスクリーン面(I2)までの画面中心光線の光学距離、
H:スクリーン面(I2)の法線と画面中心光線とが成す平
面に対して平行方向のスクリーン面(I2)の大きさ、θ:
スクリーン面(I2)に対する画面中心光線の入射角度}を
満たす。
面で有利、薄型で光学部品もコンパクトなリアプロジェ
クション光学系を提供する。 【解決手段】 パネル表示面(I1)の画像をスクリーン面
(I2)上に投影する投影光学系を備え、投影光学系が4枚
の曲面反射ミラーを有する。パネル表示面(I1)の画面中
心から絞り(ST)の中心を通りスクリーン面(I2)の画面中
心に到達する光線を画面中心光線とするとき、0.5<D
/H<3.5,10°<θ<70°{D:投影光学系の最終面か
らスクリーン面(I2)までの画面中心光線の光学距離、
H:スクリーン面(I2)の法線と画面中心光線とが成す平
面に対して平行方向のスクリーン面(I2)の大きさ、θ:
スクリーン面(I2)に対する画面中心光線の入射角度}を
満たす。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はリアプロジェクショ
ン光学系に関するものであり、更に詳しくは、反射型の
投影光学系を備えたリアプロジェクション光学系に関す
るものである。
ン光学系に関するものであり、更に詳しくは、反射型の
投影光学系を備えたリアプロジェクション光学系に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】一般的なリアプロジェクターに用いられ
ているリアプロジェクション光学系は、投影光学系から
の射出光の光路をスクリーン後方の1枚の反射ミラーで
折り返すことにより薄型化を達成している。しかし、用
いられている投影光学系が共軸系であるため、スクリー
ン面の画面中心に入射する光線はスクリーン面に対して
ほぼ垂直でなければならない。これがリアプロジェクシ
ョン光学系を一定の厚みよりも薄くすることを困難にし
ている。
ているリアプロジェクション光学系は、投影光学系から
の射出光の光路をスクリーン後方の1枚の反射ミラーで
折り返すことにより薄型化を達成している。しかし、用
いられている投影光学系が共軸系であるため、スクリー
ン面の画面中心に入射する光線はスクリーン面に対して
ほぼ垂直でなければならない。これがリアプロジェクシ
ョン光学系を一定の厚みよりも薄くすることを困難にし
ている。
【0003】そこで、更なる薄型化を図るための様々な
光学構成が提案されている。例えば、特許第29326
09号公報,特開平3−87731号公報,特開平2−
153338号公報,特開平2−146535号公報及
び特開平2−130543号公報には、投影光学系の光
路を2枚の平面反射ミラーで折り返すリアプロジェクシ
ョン光学系が記載されている。
光学構成が提案されている。例えば、特許第29326
09号公報,特開平3−87731号公報,特開平2−
153338号公報,特開平2−146535号公報及
び特開平2−130543号公報には、投影光学系の光
路を2枚の平面反射ミラーで折り返すリアプロジェクシ
ョン光学系が記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のリ
アプロジェクション光学系では、十分な薄型化が困難で
あったり薄型化に伴って新たな問題が生じたりする。例
えば、特許第2932609号公報記載のリアプロジェ
クション光学系では、表示画像を一度結像させてその像
を再びスクリーン面上に投影するという再結像投影光学
系の方式を採用しているため、投影光学系の大型化は避
けられない。しかも、スクリーン面の画面中心に対する
光線入射角が大きい、いわゆる斜め投影光学系を必要と
するが、その具体的な光学構成に関する記載はない。ま
た、特開平3−87731号公報,特開平2−1533
38号公報,特開平2−146535号公報及び特開平
2−130543号公報に記載のリアプロジェクション
光学系でも、薄型化のために斜め投影光学系が必要にな
るが、具体的にどのような光学構成を有する投影光学系
を用いればよいのかは不明である。
アプロジェクション光学系では、十分な薄型化が困難で
あったり薄型化に伴って新たな問題が生じたりする。例
えば、特許第2932609号公報記載のリアプロジェ
クション光学系では、表示画像を一度結像させてその像
を再びスクリーン面上に投影するという再結像投影光学
系の方式を採用しているため、投影光学系の大型化は避
けられない。しかも、スクリーン面の画面中心に対する
光線入射角が大きい、いわゆる斜め投影光学系を必要と
するが、その具体的な光学構成に関する記載はない。ま
た、特開平3−87731号公報,特開平2−1533
38号公報,特開平2−146535号公報及び特開平
2−130543号公報に記載のリアプロジェクション
光学系でも、薄型化のために斜め投影光学系が必要にな
るが、具体的にどのような光学構成を有する投影光学系
を用いればよいのかは不明である。
【0005】斜め投影光学系を実現するためには、通
常、共軸光学系の一部を使用する方式が採用される。し
かし、リアプロジェクション光学系の薄型化を達成する
には、主光線の投影角度を非常に大きくする必要があ
る。したがって、非常に広角な共軸光学系の一部を用い
ることになるが、広角な光学系では一般的にレンズ枚数
が多く必要になり、そのレンズ径も非常に大きくなるの
で、光学系全体が大型化することになる。
常、共軸光学系の一部を使用する方式が採用される。し
かし、リアプロジェクション光学系の薄型化を達成する
には、主光線の投影角度を非常に大きくする必要があ
る。したがって、非常に広角な共軸光学系の一部を用い
ることになるが、広角な光学系では一般的にレンズ枚数
が多く必要になり、そのレンズ径も非常に大きくなるの
で、光学系全体が大型化することになる。
【0006】次に考えられるディスプレイとしては、曲
面反射ミラーを用いた斜め投影光学系を実際に用いて薄
型化したリアプロジェクション光学系を搭載したものが
挙げられる。しかし、投影光学系を射出した光がスクリ
ーン後方の平面反射ミラーで直接反射されるため、投影
光学系の最終面を成す曲面反射ミラーが非常に大きくな
る。このように大きな曲面反射ミラーは、量産性やコス
ト面で不利である。また、投影光学系に用いられている
曲面反射ミラーが3枚だけであると誤差感度が高く、し
たがってその製造は困難である。
面反射ミラーを用いた斜め投影光学系を実際に用いて薄
型化したリアプロジェクション光学系を搭載したものが
挙げられる。しかし、投影光学系を射出した光がスクリ
ーン後方の平面反射ミラーで直接反射されるため、投影
光学系の最終面を成す曲面反射ミラーが非常に大きくな
る。このように大きな曲面反射ミラーは、量産性やコス
ト面で不利である。また、投影光学系に用いられている
曲面反射ミラーが3枚だけであると誤差感度が高く、し
たがってその製造は困難である。
【0007】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、良好な光学性能を保持しつつ量産性やコ
スト面で有利であり、しかも薄型で光学部品もコンパク
トなリアプロジェクション光学系を提供することを目的
とする。
ものであって、良好な光学性能を保持しつつ量産性やコ
スト面で有利であり、しかも薄型で光学部品もコンパク
トなリアプロジェクション光学系を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明のリアプロジェクション光学系は、パネ
ル表示面の画像をスクリーン面上に投影する投影光学系
を備えたリアプロジェクション光学系であって、前記投
影光学系が少なくとも4枚の曲面反射ミラーを有するこ
とを特徴とする。
に、第1の発明のリアプロジェクション光学系は、パネ
ル表示面の画像をスクリーン面上に投影する投影光学系
を備えたリアプロジェクション光学系であって、前記投
影光学系が少なくとも4枚の曲面反射ミラーを有するこ
とを特徴とする。
【0009】第2の発明のリアプロジェクション光学系
は、上記第1の発明の構成において、前記パネル表示面
の画面中心から絞りの中心を通り前記スクリーン面の画
面中心に到達する光線を画面中心光線とするとき、以下
の条件式を満足することを特徴とする。 0.5<D/H<3.5 10°<θ<70° ただし、 D:投影光学系の最終面からスクリーン面までの画面中
心光線の光学距離、 H:スクリーン面の法線と画面中心光線とが成す平面に
対して平行方向のスクリーン面の大きさ、 θ:スクリーン面に対する画面中心光線の入射角度、 である。
は、上記第1の発明の構成において、前記パネル表示面
の画面中心から絞りの中心を通り前記スクリーン面の画
面中心に到達する光線を画面中心光線とするとき、以下
の条件式を満足することを特徴とする。 0.5<D/H<3.5 10°<θ<70° ただし、 D:投影光学系の最終面からスクリーン面までの画面中
心光線の光学距離、 H:スクリーン面の法線と画面中心光線とが成す平面に
対して平行方向のスクリーン面の大きさ、 θ:スクリーン面に対する画面中心光線の入射角度、 である。
【0010】第3の発明のリアプロジェクション光学系
は、上記第1の発明の構成において、前記投影光学系が
前記パネル表示面から前記スクリーン面までに中間像を
形成しないことを特徴とする。
は、上記第1の発明の構成において、前記投影光学系が
前記パネル表示面から前記スクリーン面までに中間像を
形成しないことを特徴とする。
【0011】第4の発明のリアプロジェクション光学系
は、上記第1の発明の構成において、前記曲面反射ミラ
ーのうちの少なくとも3枚が自由曲面ミラーであること
を特徴とする。
は、上記第1の発明の構成において、前記曲面反射ミラ
ーのうちの少なくとも3枚が自由曲面ミラーであること
を特徴とする。
【0012】第5の発明のリアプロジェクション光学系
は、上記第1の発明の構成において、少なくともパネル
表示面側から1枚目と2枚目の曲面反射ミラーの基板材
料がガラスであることを特徴とする。
は、上記第1の発明の構成において、少なくともパネル
表示面側から1枚目と2枚目の曲面反射ミラーの基板材
料がガラスであることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施したリアプロ
ジェクション光学系を、図面を参照しつつ説明する。図
1,図5及び図9に第1〜第3の実施の形態におけるパ
ネル表示面(I1)からスクリーン面(I2)までの投影光路全
体を示し、図2,図6及び図10に第1〜第3の実施の
形態を構成している投影光学系及び投影光路要部を拡大
して示す。ただし、これらの光路図に表れている光学断
面は、後述する直交座標系(X,Y,Z)におけるY-Z断面構成
である。なお、各実施の形態のリアプロジェクション光
学系の上下配置は、各光路図に示されているものに限ら
ず、上下反対でもよい。つまり、実際の配置の都合に合
わせて各光路図における上側を下側としてもなんら問題
はない。
ジェクション光学系を、図面を参照しつつ説明する。図
1,図5及び図9に第1〜第3の実施の形態におけるパ
ネル表示面(I1)からスクリーン面(I2)までの投影光路全
体を示し、図2,図6及び図10に第1〜第3の実施の
形態を構成している投影光学系及び投影光路要部を拡大
して示す。ただし、これらの光路図に表れている光学断
面は、後述する直交座標系(X,Y,Z)におけるY-Z断面構成
である。なお、各実施の形態のリアプロジェクション光
学系の上下配置は、各光路図に示されているものに限ら
ず、上下反対でもよい。つまり、実際の配置の都合に合
わせて各光路図における上側を下側としてもなんら問題
はない。
【0014】本発明に係る各実施の形態は、背面投写型
画像投影装置(リアプロジェクター)用のリアプロジェク
ション光学系である。そして、表示パネルの画像表示面
を縮小側のパネル表示面(I1)として、そのパネル表示面
(I1)の2次元画像をスクリーン面(I2)上に拡大投影する
投影光学系を備えている。表示パネルとしては、例え
ば、反射型液晶パネル,透過型液晶パネル,DMD(Dig
ital Micromirror Device)等の表示素子が用いられる。
またパネル表示面(I1)は、ランプ(不図示)から発せられ
たのち照明光学系(不図示)を通過した照明光によって照
明される。その照明によりパネル表示面(I1)から射出し
た投影光は、投影光学系等によってスクリーン面(I2)に
導かれる。投影画像をカラー化する場合には、3枚の表
示パネルを用いてクロスダイクロイックプリズム等で色
合成する3板式の構成、時分割に画像を表示する単板式
の構成、あるいは表示パネル上にマイクロレンズアレイ
を用いた単板式の構成を採用すればよい。
画像投影装置(リアプロジェクター)用のリアプロジェク
ション光学系である。そして、表示パネルの画像表示面
を縮小側のパネル表示面(I1)として、そのパネル表示面
(I1)の2次元画像をスクリーン面(I2)上に拡大投影する
投影光学系を備えている。表示パネルとしては、例え
ば、反射型液晶パネル,透過型液晶パネル,DMD(Dig
ital Micromirror Device)等の表示素子が用いられる。
またパネル表示面(I1)は、ランプ(不図示)から発せられ
たのち照明光学系(不図示)を通過した照明光によって照
明される。その照明によりパネル表示面(I1)から射出し
た投影光は、投影光学系等によってスクリーン面(I2)に
導かれる。投影画像をカラー化する場合には、3枚の表
示パネルを用いてクロスダイクロイックプリズム等で色
合成する3板式の構成、時分割に画像を表示する単板式
の構成、あるいは表示パネル上にマイクロレンズアレイ
を用いた単板式の構成を採用すればよい。
【0015】第1〜第3の実施の形態に係るリアプロジ
ェクション光学系は、パネル表示面(I1)側から順に、第
1〜第4ミラー(M1〜M4)から成る投影光学系と、第5,
第6ミラー(M5,M6)から成る光路折り返しミラーと、を
備えている。各実施の形態において投影光学系を構成し
ているミラーはすべて曲面反射ミラーであり、それらの
反射面はすべて自由曲面から成っている。また、各実施
の形態において光路折り返しミラーを構成している2枚
のミラーはいずれも平面反射ミラーである。パネル表示
面(I1)から射出した投影光は、投影光学系を構成してい
る4枚の曲面反射ミラーで反射された後、2枚の平面反
射ミラーによって光路が2回折り返される。そして、ス
クリーン面(I2)に到達する。なお、絞り位置(ST)は仮想
絞り面に相当する。
ェクション光学系は、パネル表示面(I1)側から順に、第
1〜第4ミラー(M1〜M4)から成る投影光学系と、第5,
第6ミラー(M5,M6)から成る光路折り返しミラーと、を
備えている。各実施の形態において投影光学系を構成し
ているミラーはすべて曲面反射ミラーであり、それらの
反射面はすべて自由曲面から成っている。また、各実施
の形態において光路折り返しミラーを構成している2枚
のミラーはいずれも平面反射ミラーである。パネル表示
面(I1)から射出した投影光は、投影光学系を構成してい
る4枚の曲面反射ミラーで反射された後、2枚の平面反
射ミラーによって光路が2回折り返される。そして、ス
クリーン面(I2)に到達する。なお、絞り位置(ST)は仮想
絞り面に相当する。
【0016】各実施の形態において投影画像をカラー化
する場合には、前述したようにパネル表示面(I1)付近に
クロスダイクロイックプリズム等の色合成プリズムを配
置すればよい。例えば、照明光学系で照明光をRGBの
3つに分割し、3枚の表示パネルに入射させた後、クロ
スダイクロイックプリズムで色合成する構成にすればよ
い。また、クロスダイクロイックプリズムを色分解と色
合成とに兼用してもよい。表示パネルが反射型の場合に
は、光束分離プリズム{例えば偏光ビームスプリッター
(PBS),TIR(Total Internal Reflection)プリズ
ム等}を用いて入射光線と反射光線とを分離する構成に
してもよい。また、リアプロジェクション光学系をパネ
ル表示面(I1)側にテレセントリックな光学系とするため
に、コンデンサーレンズをパネル表示面(I1)近傍に配置
してもよい。
する場合には、前述したようにパネル表示面(I1)付近に
クロスダイクロイックプリズム等の色合成プリズムを配
置すればよい。例えば、照明光学系で照明光をRGBの
3つに分割し、3枚の表示パネルに入射させた後、クロ
スダイクロイックプリズムで色合成する構成にすればよ
い。また、クロスダイクロイックプリズムを色分解と色
合成とに兼用してもよい。表示パネルが反射型の場合に
は、光束分離プリズム{例えば偏光ビームスプリッター
(PBS),TIR(Total Internal Reflection)プリズ
ム等}を用いて入射光線と反射光線とを分離する構成に
してもよい。また、リアプロジェクション光学系をパネ
ル表示面(I1)側にテレセントリックな光学系とするため
に、コンデンサーレンズをパネル表示面(I1)近傍に配置
してもよい。
【0017】液晶パネルのように入射角度によって特性
に違いがある表示パネルを用いる場合には、投影光学系
をパネル表示面(I1)側にテレセントリックにすることが
望ましい。しかし、光学性能を向上させるにはテレセン
トリックな状態からずらした方が良い。そこで、非テレ
セントリック光学系においてパネル表示面(I1)の前にコ
ンデンサーレンズを配置することで、パネル表示面(I1)
に対してはテレセントリックになるようにしてもよい。
また、反射型の表示パネルを用いるとともにPBS無し
に光束分離を行う場合、入射光線と反射光線とを角度分
離するために、折り返し方向のFナンバーで決まる角度
以上に入射光線をパネル表示面(I1)に対して傾ける必要
がある。そのときには、いわゆる斜めテレセントリック
{パネル表示面(I1)の全領域に対してほぼ同じ入射角度
で斜めに入射する}の構成にするのが好ましい。斜めテ
レセントリックにすれば、上述した液晶の角度特性に違
いは生じない。また、斜めテレセントリックを達成する
ために、パネル表示面(I1)の前に(必要に応じて偏心さ
せた)コンデンサーレンズを配置してもよい。
に違いがある表示パネルを用いる場合には、投影光学系
をパネル表示面(I1)側にテレセントリックにすることが
望ましい。しかし、光学性能を向上させるにはテレセン
トリックな状態からずらした方が良い。そこで、非テレ
セントリック光学系においてパネル表示面(I1)の前にコ
ンデンサーレンズを配置することで、パネル表示面(I1)
に対してはテレセントリックになるようにしてもよい。
また、反射型の表示パネルを用いるとともにPBS無し
に光束分離を行う場合、入射光線と反射光線とを角度分
離するために、折り返し方向のFナンバーで決まる角度
以上に入射光線をパネル表示面(I1)に対して傾ける必要
がある。そのときには、いわゆる斜めテレセントリック
{パネル表示面(I1)の全領域に対してほぼ同じ入射角度
で斜めに入射する}の構成にするのが好ましい。斜めテ
レセントリックにすれば、上述した液晶の角度特性に違
いは生じない。また、斜めテレセントリックを達成する
ために、パネル表示面(I1)の前に(必要に応じて偏心さ
せた)コンデンサーレンズを配置してもよい。
【0018】ところで、斜め投影光学系としては以下の
6タイプ〜が考えられる。 共軸光学系の一部を使用する透過型光学系。 リレーを用いた非軸対称な透過型光学系。 リレーを用いない非軸対称な透過型光学系。 共軸光学系の一部を使用する反射型光学系。 非軸対称な反射型光学系。 反射型と透過型とを組み合わせた非軸対称な光学系。
6タイプ〜が考えられる。 共軸光学系の一部を使用する透過型光学系。 リレーを用いた非軸対称な透過型光学系。 リレーを用いない非軸対称な透過型光学系。 共軸光学系の一部を使用する反射型光学系。 非軸対称な反射型光学系。 反射型と透過型とを組み合わせた非軸対称な光学系。
【0019】のタイプでは、各実施の形態のように斜
め投影角度を大きくしようとすると、前述したようにも
ともとの共軸光学系に非常に広い画角が要求される。広
角レンズで良好な性能を達成しようとすると、一般的に
レンズ枚数が多くなってしまうためコスト高となる。
のタイプのように、リレーを用いて台形歪みが無くなる
ようにする非軸対称な光学系では、中間像を作る必要が
あるために投影光学系が非常に大きくなってしまう。
やのタイプは、例えば自由曲面等を利用して斜め投影
を実現するものであるが、透過型の光学部品には分散が
あるので色収差が発生し、それを補正するための光学部
品が必要になる。したがって、やのような反射型と
比較しても部品点数は多くなってしまう。のタイプで
は、色収差の発生はないが、共軸系であればのタイプ
と同様に枚数が非常に多くなってしまう。
め投影角度を大きくしようとすると、前述したようにも
ともとの共軸光学系に非常に広い画角が要求される。広
角レンズで良好な性能を達成しようとすると、一般的に
レンズ枚数が多くなってしまうためコスト高となる。
のタイプのように、リレーを用いて台形歪みが無くなる
ようにする非軸対称な光学系では、中間像を作る必要が
あるために投影光学系が非常に大きくなってしまう。
やのタイプは、例えば自由曲面等を利用して斜め投影
を実現するものであるが、透過型の光学部品には分散が
あるので色収差が発生し、それを補正するための光学部
品が必要になる。したがって、やのような反射型と
比較しても部品点数は多くなってしまう。のタイプで
は、色収差の発生はないが、共軸系であればのタイプ
と同様に枚数が非常に多くなってしまう。
【0020】のタイプは、反射型光学系であるため色
収差の発生がない。また、互いに偏心した自由曲面を利
用することで、共軸系では達成できない良好な光学性能
と歪みのない映像を実現することができる。そのために
は各実施の形態のように、投影光学系が少なくとも3枚
の曲面反射ミラーを有することが望ましく、また、投影
光学系がパネル表示面(I1)からスクリーン面(I2)までに
中間像を形成しないことが、コンパクトさの点で更に望
ましい。一般的に反射型光学系では、ペッツバール和を
補正するために正と負の反射ミラーが少なくとも1枚ず
つ必要であり、歪みを補正するために自由曲面ミラーが
更に1枚、合計3枚の反射ミラーがあれば良好な性能で
歪みの少ない投影光学系を実現することができる。
収差の発生がない。また、互いに偏心した自由曲面を利
用することで、共軸系では達成できない良好な光学性能
と歪みのない映像を実現することができる。そのために
は各実施の形態のように、投影光学系が少なくとも3枚
の曲面反射ミラーを有することが望ましく、また、投影
光学系がパネル表示面(I1)からスクリーン面(I2)までに
中間像を形成しないことが、コンパクトさの点で更に望
ましい。一般的に反射型光学系では、ペッツバール和を
補正するために正と負の反射ミラーが少なくとも1枚ず
つ必要であり、歪みを補正するために自由曲面ミラーが
更に1枚、合計3枚の反射ミラーがあれば良好な性能で
歪みの少ない投影光学系を実現することができる。
【0021】投影光学系を構成する反射ミラーを上記最
少枚数である3枚にすると、光学性能を達成する可能性
はあっても、製造時の組み込みによる誤差感度が非常に
大きくなってしまう。このため、組み込みによる性能の
劣化が大きくなるという問題が生じる。この問題を回避
するためには、各実施の形態のように投影光学系が少な
くとも4枚の曲面反射ミラーを有することが望ましい。
少なくとも4枚の曲面反射ミラーを用いることにより、
各反射面での収差負担を軽減することができ、誤差感度
を分散させることができる。したがって、最少枚数から
成る投影光学系と比較して、組み込みによる誤差を小さ
くすることが可能である。
少枚数である3枚にすると、光学性能を達成する可能性
はあっても、製造時の組み込みによる誤差感度が非常に
大きくなってしまう。このため、組み込みによる性能の
劣化が大きくなるという問題が生じる。この問題を回避
するためには、各実施の形態のように投影光学系が少な
くとも4枚の曲面反射ミラーを有することが望ましい。
少なくとも4枚の曲面反射ミラーを用いることにより、
各反射面での収差負担を軽減することができ、誤差感度
を分散させることができる。したがって、最少枚数から
成る投影光学系と比較して、組み込みによる誤差を小さ
くすることが可能である。
【0022】曲面反射ミラーのうちの少なくとも3枚が
自由曲面ミラーであれば、より一層良好な光学性能を得
ることができる。したがって、各実施の形態のように4
枚以上の曲面反射ミラーを有する反射型光学系において
は、そのうちの少なくとも3枚が自由曲面ミラーである
ことが望ましい。ここでいう自由曲面とは、大きく偏心
した非球面を含むとともに回転対称軸を有効領域の中心
近傍に持たないような面であり、球面ではなくて非球面
的なうねり(自由度)を有する面である。自由曲面形状の
非球面的なうねりを利用して反射面の曲率を3次元的に
制御すれば、反射面の場所毎に設定した面の傾きによっ
て、斜め投影による非軸対称な収差(歪曲等)を容易に補
正することができる。
自由曲面ミラーであれば、より一層良好な光学性能を得
ることができる。したがって、各実施の形態のように4
枚以上の曲面反射ミラーを有する反射型光学系において
は、そのうちの少なくとも3枚が自由曲面ミラーである
ことが望ましい。ここでいう自由曲面とは、大きく偏心
した非球面を含むとともに回転対称軸を有効領域の中心
近傍に持たないような面であり、球面ではなくて非球面
的なうねり(自由度)を有する面である。自由曲面形状の
非球面的なうねりを利用して反射面の曲率を3次元的に
制御すれば、反射面の場所毎に設定した面の傾きによっ
て、斜め投影による非軸対称な収差(歪曲等)を容易に補
正することができる。
【0023】また、曲面反射ミラーの反射面を構成する
自由曲面は、回転対称軸を持たないが1面の対称面を有
することが更に望ましい。各実施の形態ではY-Z平面(各
光路図の紙面に平行な平面)が各自由曲面の対称面にな
っており、各曲面反射ミラーはその対称面に関して面対
称な自由曲面を反射面として有している。このように面
対称な自由曲面には、面対称でない場合に比べて製造や
評価における難易度が低いというメリットがある。
自由曲面は、回転対称軸を持たないが1面の対称面を有
することが更に望ましい。各実施の形態ではY-Z平面(各
光路図の紙面に平行な平面)が各自由曲面の対称面にな
っており、各曲面反射ミラーはその対称面に関して面対
称な自由曲面を反射面として有している。このように面
対称な自由曲面には、面対称でない場合に比べて製造や
評価における難易度が低いというメリットがある。
【0024】さらに各実施の形態では、画面中心を縦に
通る面(つまりY-Z平面)に関してリアプロジェクション
光学系全体が面対称になっている。このように構成する
と、光学部品の作り込みが行い易い上に、画面の左右で
照度ムラや歪曲の差が発生するのを抑えることができ
る。しかし、リアプロジェクションTVとしたときのコ
ンパクト性を考えた場合には、横方向(つまりX方向)に
光路を折り返した方がリアプロジェクション光学系全体
として小さくなる場合がある。例えば、投影光学系の最
終面を成す曲面反射ミラーと、投影光学系から射出した
光を最初に反射する平面反射ミラーと、の間に光路を横
方向(X方向)に折り返す平面反射ミラーを新たに設けれ
ば、リアプロジェクションTVの上部又は下部(つまり
表示パネルや投影光学系が配置されている部分)のふく
らみを小さくすることができる。その際、折り返しが平
面反射ミラーで行われるため、光学的な対称性が崩れる
こともない。
通る面(つまりY-Z平面)に関してリアプロジェクション
光学系全体が面対称になっている。このように構成する
と、光学部品の作り込みが行い易い上に、画面の左右で
照度ムラや歪曲の差が発生するのを抑えることができ
る。しかし、リアプロジェクションTVとしたときのコ
ンパクト性を考えた場合には、横方向(つまりX方向)に
光路を折り返した方がリアプロジェクション光学系全体
として小さくなる場合がある。例えば、投影光学系の最
終面を成す曲面反射ミラーと、投影光学系から射出した
光を最初に反射する平面反射ミラーと、の間に光路を横
方向(X方向)に折り返す平面反射ミラーを新たに設けれ
ば、リアプロジェクションTVの上部又は下部(つまり
表示パネルや投影光学系が配置されている部分)のふく
らみを小さくすることができる。その際、折り返しが平
面反射ミラーで行われるため、光学的な対称性が崩れる
こともない。
【0025】また、各実施の形態では光路の折り返しを
スクリーン面(I2)の画面長辺方向(つまりX方向)に対し
て垂直方向(つまりY-Z平面に平行方向)にのみ行う構成
になっている。このように複数の反射ミラーで光路を折
り返す光学構成では、折り返し方向に光線が重ならない
ようにする必要がある。しかし、折り返しの余裕を多く
とるのは光学性能上好ましくない。折り返しによる非軸
度合が大きくなるからである。折り返す方向の光の幅を
小さくすれば、良好な光学性能を達成することが可能で
ある。折り返す方向の光の幅を小さくするには、絞り(S
T)形状を楕円形にするのが望ましい。つまり、折り返す
方向(つまりY-Z平面に平行方向)の絞り径を小さくし、
それと直交する方向(つまりX方向)の絞り径を大きくす
ればよい。このような楕円絞りを用いれば、絞り(ST)全
体の面積(つまり明るさ)を変えずに、良好な光学性能を
有する(つまり折り返しによる非軸度合が小さい)リアプ
ロジェクション光学系を達成することができる。
スクリーン面(I2)の画面長辺方向(つまりX方向)に対し
て垂直方向(つまりY-Z平面に平行方向)にのみ行う構成
になっている。このように複数の反射ミラーで光路を折
り返す光学構成では、折り返し方向に光線が重ならない
ようにする必要がある。しかし、折り返しの余裕を多く
とるのは光学性能上好ましくない。折り返しによる非軸
度合が大きくなるからである。折り返す方向の光の幅を
小さくすれば、良好な光学性能を達成することが可能で
ある。折り返す方向の光の幅を小さくするには、絞り(S
T)形状を楕円形にするのが望ましい。つまり、折り返す
方向(つまりY-Z平面に平行方向)の絞り径を小さくし、
それと直交する方向(つまりX方向)の絞り径を大きくす
ればよい。このような楕円絞りを用いれば、絞り(ST)全
体の面積(つまり明るさ)を変えずに、良好な光学性能を
有する(つまり折り返しによる非軸度合が小さい)リアプ
ロジェクション光学系を達成することができる。
【0026】パネル表示面(I1)の画面中心から絞り(ST)
の中心を通りスクリーン面(I2)の画面中心に到達する光
線を「画面中心光線」とするとき、以下の条件式(1)及
び(2)を満足することが望ましい。各実施の形態のよう
に投影光学系が少なくとも4枚の曲面反射ミラーを有す
るリアプロジェクション光学系において、条件式(1)及
び(2)を満たすような適切な設定にすれば、歪みの小さ
い良好な光学性能を保持しつつ量産性やコスト面で有利
であり、しかも薄型で反射ミラー等の光学部品もコンパ
クトなリアプロジェクション光学系を実現することがで
きる。
の中心を通りスクリーン面(I2)の画面中心に到達する光
線を「画面中心光線」とするとき、以下の条件式(1)及
び(2)を満足することが望ましい。各実施の形態のよう
に投影光学系が少なくとも4枚の曲面反射ミラーを有す
るリアプロジェクション光学系において、条件式(1)及
び(2)を満たすような適切な設定にすれば、歪みの小さ
い良好な光学性能を保持しつつ量産性やコスト面で有利
であり、しかも薄型で反射ミラー等の光学部品もコンパ
クトなリアプロジェクション光学系を実現することがで
きる。
【0027】0.5<D/H<3.5 …(1) 10°<θ<70° …(2) ただし、 D:投影光学系の最終面からスクリーン面(I2)までの画
面中心光線の光学距離、 H:スクリーン面(I2)の法線と画面中心光線とが成す平
面(各光路図中のY-Z平面に相当する。)に対して平行方
向のスクリーン面(I2)の大きさ(各実施の形態では短辺
長さに相当する。)、 θ:スクリーン面(I2)に対する画面中心光線の入射角
度、 である。
面中心光線の光学距離、 H:スクリーン面(I2)の法線と画面中心光線とが成す平
面(各光路図中のY-Z平面に相当する。)に対して平行方
向のスクリーン面(I2)の大きさ(各実施の形態では短辺
長さに相当する。)、 θ:スクリーン面(I2)に対する画面中心光線の入射角
度、 である。
【0028】条件式(1)は、スクリーン面(I2)のサイズ
に対する物体距離(すなわち投影距離)Dの比で画角の広
がりを規定している。条件式(1)の下限を超えると、広
い画角が必要となるため良好な光学性能を得ることが難
しくなる。良好な光学性能を得るためには投影光学系の
全長を長くして、各反射ミラーを大型化するか、あるい
は反射型光学部品を増やすことが必要になる。しかし、
どちらもコストアップを招くので望ましくない。また、
各実施の形態のように2枚の平面反射ミラーを用いるよ
うな構成では、スクリーン面(I2)に対してある程度の物
体距離Dを確保しないと、うまく畳んでコンパクトにす
ることができなくなる。条件式(1)を満たせば、投影光
学系のスクリーン面(I2)側に配置された平面反射ミラー
によって光路を折り返すことが可能になるため、コスト
を抑えながらスクリーン面(I2)までを含めた全体の薄型
・コンパクト化が可能となる。また、条件式(1)の下限
を2.5にしてその条件を満たすようにするのが好まし
く、それによって更に良好な光学性能を有するとともに
安い光学部品を用いた薄型の投影光学系を実現すること
が可能になる。
に対する物体距離(すなわち投影距離)Dの比で画角の広
がりを規定している。条件式(1)の下限を超えると、広
い画角が必要となるため良好な光学性能を得ることが難
しくなる。良好な光学性能を得るためには投影光学系の
全長を長くして、各反射ミラーを大型化するか、あるい
は反射型光学部品を増やすことが必要になる。しかし、
どちらもコストアップを招くので望ましくない。また、
各実施の形態のように2枚の平面反射ミラーを用いるよ
うな構成では、スクリーン面(I2)に対してある程度の物
体距離Dを確保しないと、うまく畳んでコンパクトにす
ることができなくなる。条件式(1)を満たせば、投影光
学系のスクリーン面(I2)側に配置された平面反射ミラー
によって光路を折り返すことが可能になるため、コスト
を抑えながらスクリーン面(I2)までを含めた全体の薄型
・コンパクト化が可能となる。また、条件式(1)の下限
を2.5にしてその条件を満たすようにするのが好まし
く、それによって更に良好な光学性能を有するとともに
安い光学部品を用いた薄型の投影光学系を実現すること
が可能になる。
【0029】条件式(1)の上限を超えると、画角が狭く
なるので光学性能の点では有利になるが、スクリーン面
(I2)に対する物体距離Dが不必要に長くなって、リアプ
ロジェクション光学系全体が大型化することになる。ま
た、条件式(1)の上限を3.2にしてその条件を満たすよう
にするのが好ましく、それによって更に小型のリアプロ
ジェクション光学系を得ることができる。
なるので光学性能の点では有利になるが、スクリーン面
(I2)に対する物体距離Dが不必要に長くなって、リアプ
ロジェクション光学系全体が大型化することになる。ま
た、条件式(1)の上限を3.2にしてその条件を満たすよう
にするのが好ましく、それによって更に小型のリアプロ
ジェクション光学系を得ることができる。
【0030】条件式(2)は、斜め投影の角度に関する条
件を規定している。条件式(2)の上限を超えると、非常
に大きな斜め投影角度をもつことになる。斜め投影角度
が大きくなると、良好な光学性能を得ることが難しくな
る。また、条件式(2)の上限を63にしてその条件を満た
すようにするのが好ましく、それによって更に良好な光
学性能を得ることができる。
件を規定している。条件式(2)の上限を超えると、非常
に大きな斜め投影角度をもつことになる。斜め投影角度
が大きくなると、良好な光学性能を得ることが難しくな
る。また、条件式(2)の上限を63にしてその条件を満た
すようにするのが好ましく、それによって更に良好な光
学性能を得ることができる。
【0031】条件式(2)の下限を超えると、良好な光学
性能は達成しやすくなるが、垂直入射に近くなるので斜
め投影による薄型化が困難になる。条件式(2)の下限を3
0にしてその条件を満たすようにするのが好ましく、そ
れによって更に薄型のリアプロジェクション光学系を実
現することができる。また、条件式(2)の下限を40にし
てその条件を満たすようにするのが更に好ましく、それ
によってより一層の薄型化を達成することが可能にな
る。さらに、条件式(2)の下限を45にしてその条件を満
たすようにすると、より一層薄型化を達成することがで
きる。
性能は達成しやすくなるが、垂直入射に近くなるので斜
め投影による薄型化が困難になる。条件式(2)の下限を3
0にしてその条件を満たすようにするのが好ましく、そ
れによって更に薄型のリアプロジェクション光学系を実
現することができる。また、条件式(2)の下限を40にし
てその条件を満たすようにするのが更に好ましく、それ
によってより一層の薄型化を達成することが可能にな
る。さらに、条件式(2)の下限を45にしてその条件を満
たすようにすると、より一層薄型化を達成することがで
きる。
【0032】各実施の形態のように斜め投影光学系を用
いた場合には、そのリアプロジェクション光学系に適し
たスクリーンを用いることが望ましい。通常、リアプロ
ジェクションTV等には、入射側からフレネルレンズ,
レンチキュラー,ブラックマトリックスの順に配置され
たスクリーンが用いられる。斜め投影の場合にはスクリ
ーン面(I2)の画面中心に角度のついた光線が入射するの
で、図13に示すように投影光の入射側に平面部(FA)を
有する偏心したフレネルレンズ(FL)を用いるか{図中、
フレネルレンズ(FL)以外は省略。}、あるいは全反射プ
リズムアレイと通常のフレネルレンズとを組み合わせた
構成のスクリーンを用いるのが望ましい。図13に示す
配置とは逆に、投影光の入射側にフレネル部(FB)が位置
すると、ケラレが発生することになる。
いた場合には、そのリアプロジェクション光学系に適し
たスクリーンを用いることが望ましい。通常、リアプロ
ジェクションTV等には、入射側からフレネルレンズ,
レンチキュラー,ブラックマトリックスの順に配置され
たスクリーンが用いられる。斜め投影の場合にはスクリ
ーン面(I2)の画面中心に角度のついた光線が入射するの
で、図13に示すように投影光の入射側に平面部(FA)を
有する偏心したフレネルレンズ(FL)を用いるか{図中、
フレネルレンズ(FL)以外は省略。}、あるいは全反射プ
リズムアレイと通常のフレネルレンズとを組み合わせた
構成のスクリーンを用いるのが望ましい。図13に示す
配置とは逆に、投影光の入射側にフレネル部(FB)が位置
すると、ケラレが発生することになる。
【0033】図13に示す方式では、フレネルのピッチ
ごとに光線が途切れたように見えてしまうので、その影
響を小さくするために、スクリーン面(I2)上に表示され
る画素の大きさよりもフレネルのピッチを十分に細かく
することが望ましい。具体的には、[フレネルのピッチ]
/[スクリーンの画素]<0.5の条件を満たすことが望ま
しく、[フレネルのピッチ]/[スクリーンの画素]<0.3
の条件を満たすことが更に望ましい。各実施の形態の場
合には、例えば画素の大きさが約1mmでフレネルのピッ
チが約0.2mmのスクリーンを用いれば上記問題を解消す
ることができる。
ごとに光線が途切れたように見えてしまうので、その影
響を小さくするために、スクリーン面(I2)上に表示され
る画素の大きさよりもフレネルのピッチを十分に細かく
することが望ましい。具体的には、[フレネルのピッチ]
/[スクリーンの画素]<0.5の条件を満たすことが望ま
しく、[フレネルのピッチ]/[スクリーンの画素]<0.3
の条件を満たすことが更に望ましい。各実施の形態の場
合には、例えば画素の大きさが約1mmでフレネルのピッ
チが約0.2mmのスクリーンを用いれば上記問題を解消す
ることができる。
【0034】次に、ミラー材料とリアプロジェクション
光学系の温度特性との関係を説明する。通常、プロジェ
クターは光源部という発熱体を有しており、各光学部品
は光の透過・反射を行うだけでなく若干の吸収も行うこ
とから、ランプ点灯後にその温度が上昇することにな
る。そして環境温度も一定ではないことから、リアプロ
ジェクション光学系は温度変化に対しても安定した良好
な性能を有することが望まれる。また、反射ミラー等の
反射型光学部品の誤差感度は、通常の透過型光学部品の
誤差感度よりも倍以上高くなってしまうことが一般に知
られている。そこで、各実施の形態における曲面反射ミ
ラーの基板材料として、温度変化に対して比較的変動の
少ないガラスを用いることが望ましい。その基板に施す
反射コートとしては、アルミニウムや銀を蒸着して成る
増反射コートや誘電体多層膜から成る反射コートが望ま
しい。しかし、アルミニウムや銀は光を若干吸収するた
め発熱の懸念がある。したがって、誘電体多層膜から成
る反射コートを用いることが温度対策上好ましい。
光学系の温度特性との関係を説明する。通常、プロジェ
クターは光源部という発熱体を有しており、各光学部品
は光の透過・反射を行うだけでなく若干の吸収も行うこ
とから、ランプ点灯後にその温度が上昇することにな
る。そして環境温度も一定ではないことから、リアプロ
ジェクション光学系は温度変化に対しても安定した良好
な性能を有することが望まれる。また、反射ミラー等の
反射型光学部品の誤差感度は、通常の透過型光学部品の
誤差感度よりも倍以上高くなってしまうことが一般に知
られている。そこで、各実施の形態における曲面反射ミ
ラーの基板材料として、温度変化に対して比較的変動の
少ないガラスを用いることが望ましい。その基板に施す
反射コートとしては、アルミニウムや銀を蒸着して成る
増反射コートや誘電体多層膜から成る反射コートが望ま
しい。しかし、アルミニウムや銀は光を若干吸収するた
め発熱の懸念がある。したがって、誘電体多層膜から成
る反射コートを用いることが温度対策上好ましい。
【0035】スクリーン面(I2)に最も近い方の曲面反射
ミラーは、光学的なパワーが比較的弱いため誤差感度は
小さい。したがって、この曲面反射ミラーに関しては基
板材料としてプラスチック{PMMA(polymethyl metha
crylate),PC(polycarbonate),ポリオレフィン系樹
脂等}を用いてもよい。つまり、プラスチックの基板に
アルミニウムや銀を蒸着することにより増反射コートを
施した反射ミラーを、スクリーン面(I2)に最も近い方の
曲面反射ミラーとして用いても、性能上の影響が少ない
ので問題ない。また、基板をガラスからプラスチックに
することでコストダウンの効果も得られる。以上説明し
たミラー材料とリアプロジェクション光学系の温度特性
とのから、少なくともパネル表示面(I1)側から1枚目と
2枚目の曲面反射ミラーの基板材料はガラスであること
が望ましい。
ミラーは、光学的なパワーが比較的弱いため誤差感度は
小さい。したがって、この曲面反射ミラーに関しては基
板材料としてプラスチック{PMMA(polymethyl metha
crylate),PC(polycarbonate),ポリオレフィン系樹
脂等}を用いてもよい。つまり、プラスチックの基板に
アルミニウムや銀を蒸着することにより増反射コートを
施した反射ミラーを、スクリーン面(I2)に最も近い方の
曲面反射ミラーとして用いても、性能上の影響が少ない
ので問題ない。また、基板をガラスからプラスチックに
することでコストダウンの効果も得られる。以上説明し
たミラー材料とリアプロジェクション光学系の温度特性
とのから、少なくともパネル表示面(I1)側から1枚目と
2枚目の曲面反射ミラーの基板材料はガラスであること
が望ましい。
【0036】次に、リアプロジェクション光学系のフォ
ーカシングとズーミングを説明する。フォーカシング
は、画面中心光線に沿って表示パネルを移動させるか、
あるいは第1ミラー(M1)又は第2ミラー(M2)を移動させ
ることにより行うのが望ましい。そしてズーミングは、
少なくとも2枚の曲面反射ミラーを移動させることによ
り行うのが望ましい。なお、リアプロジェクションTV
においてはスクリーン面(I2)の位置が固定であるため、
表示領域をスクリーン面(I2)に合わせ込むために、ズー
ミングによって数%の表示範囲調整を行う必要がある。
ーカシングとズーミングを説明する。フォーカシング
は、画面中心光線に沿って表示パネルを移動させるか、
あるいは第1ミラー(M1)又は第2ミラー(M2)を移動させ
ることにより行うのが望ましい。そしてズーミングは、
少なくとも2枚の曲面反射ミラーを移動させることによ
り行うのが望ましい。なお、リアプロジェクションTV
においてはスクリーン面(I2)の位置が固定であるため、
表示領域をスクリーン面(I2)に合わせ込むために、ズー
ミングによって数%の表示範囲調整を行う必要がある。
【0037】
【実施例】以下、本発明を実施したリアプロジェクショ
ン光学系の構成を、コンストラクションデータ,スポッ
トダイアグラム等を挙げて、更に具体的に説明する。こ
こで例として挙げる実施例1〜3は、前述した第1〜第
3の実施の形態にそれぞれ対応しており、各実施の形態
を表す図(図1,図2;図5,図6;図9,図10)は、
対応する各実施例の光路等をそれぞれ示している。
ン光学系の構成を、コンストラクションデータ,スポッ
トダイアグラム等を挙げて、更に具体的に説明する。こ
こで例として挙げる実施例1〜3は、前述した第1〜第
3の実施の形態にそれぞれ対応しており、各実施の形態
を表す図(図1,図2;図5,図6;図9,図10)は、
対応する各実施例の光路等をそれぞれ示している。
【0038】各実施例のコンストラクションデータにお
いて、表1〜表3はリアプロジェクション光学系の各面
のデータを縮小側から順に示している。各面データは右
手系の直交座標系(X,Y,Z)に基づいて示されており、ス
クリーン面(I2)の中心位置を原点(0,0,0)とする面頂点
座標(mm)で面位置(X座標,Y座標,Z座標)を表し、その面
の面頂点を中心とするX,Y,Zの各方向の軸回りの回転角
(°)で面の傾き(X回転,Y回転,Z回転)を表す。光路図
中、X軸方向は紙面に対して垂直方向であり(紙面の裏面
方向を正とし、紙面に向かって反時計回りをX回転の正
とする。)、Y軸方向はスクリーン面(I2)と紙面とが交わ
る直線方向であり(光路図の上方向を正とする。)、Z軸
方向はスクリーン面(I2)の法線方向である(光路図の右
方向を正とする。)。
いて、表1〜表3はリアプロジェクション光学系の各面
のデータを縮小側から順に示している。各面データは右
手系の直交座標系(X,Y,Z)に基づいて示されており、ス
クリーン面(I2)の中心位置を原点(0,0,0)とする面頂点
座標(mm)で面位置(X座標,Y座標,Z座標)を表し、その面
の面頂点を中心とするX,Y,Zの各方向の軸回りの回転角
(°)で面の傾き(X回転,Y回転,Z回転)を表す。光路図
中、X軸方向は紙面に対して垂直方向であり(紙面の裏面
方向を正とし、紙面に向かって反時計回りをX回転の正
とする。)、Y軸方向はスクリーン面(I2)と紙面とが交わ
る直線方向であり(光路図の上方向を正とする。)、Z軸
方向はスクリーン面(I2)の法線方向である(光路図の右
方向を正とする。)。
【0039】曲面反射ミラーの反射面は自由曲面であ
り、その面形状は面頂点を原点とする直交座標系(x,y,
z)を用いた以下の式(FS)で定義される。各曲面形状を表
す自由曲面データ,パネル表示面(I1)の大きさ(mm),ス
クリーン面(I2)の大きさ(mm),画面長辺方向(X方向)と
画面短辺方向(Y方向)のFナンバー(FNO)を他のデータと
併せて示す。また、表4に各実施例の条件式対応値及び
関連データを示す。
り、その面形状は面頂点を原点とする直交座標系(x,y,
z)を用いた以下の式(FS)で定義される。各曲面形状を表
す自由曲面データ,パネル表示面(I1)の大きさ(mm),ス
クリーン面(I2)の大きさ(mm),画面長辺方向(X方向)と
画面短辺方向(Y方向)のFナンバー(FNO)を他のデータと
併せて示す。また、表4に各実施例の条件式対応値及び
関連データを示す。
【0040】
【数1】
【0041】ただし、 z:高さhの位置での光軸方向の基準面からの変位量、 h:光軸に対して垂直な方向の高さ(h2=x2+y2)、 c:近軸曲率(=1/曲率半径)、 K:コーニック定数、 C(m,n):自由曲面係数、 である。
【0042】各実施例の光学性能をスポットダイアグラ
ム(図3,図7,図11)と歪曲図(図4,図8,図12)
でそれぞれ示す。スポットダイアグラムはスクリーン面
(I2)での結像特性(mm)を波長550(nm)について示してお
り、歪曲図はパネル表示面(I1)での長方形状網目に対応
するスクリーン面(I2)での光線位置(mm)を示している。
歪曲図中、D1(実線)が実施例の歪曲格子であり、D0(点
線)がアナモ比を考慮した理想像点の格子(歪曲無し)で
ある。なお、X軸と同方向にx軸をとり、x軸に対して垂
直で、かつ、パネル表示面(I1)に対して平行な方向にy
軸をとった場合、各フィールドポジションに対応する物
高(mm)はパネル表示面(I1)の画面中心を原点とする座標
(x,y)で表される。また、X軸と同方向にx'軸をとり、x'
軸に対して垂直で、かつ、スクリーン面(I2)に対して平
行な方向にy'軸をとった場合、各像高(mm)はスクリーン
面(I2)の画面中心を原点とする座標(x',y')で表され
る。したがって、各歪曲図はx'-y'平面に対して垂直方
向から見たスクリーン面(I2)上での実際の像の歪曲状態
(ただしx'の負側のみ)を示していることになる。
ム(図3,図7,図11)と歪曲図(図4,図8,図12)
でそれぞれ示す。スポットダイアグラムはスクリーン面
(I2)での結像特性(mm)を波長550(nm)について示してお
り、歪曲図はパネル表示面(I1)での長方形状網目に対応
するスクリーン面(I2)での光線位置(mm)を示している。
歪曲図中、D1(実線)が実施例の歪曲格子であり、D0(点
線)がアナモ比を考慮した理想像点の格子(歪曲無し)で
ある。なお、X軸と同方向にx軸をとり、x軸に対して垂
直で、かつ、パネル表示面(I1)に対して平行な方向にy
軸をとった場合、各フィールドポジションに対応する物
高(mm)はパネル表示面(I1)の画面中心を原点とする座標
(x,y)で表される。また、X軸と同方向にx'軸をとり、x'
軸に対して垂直で、かつ、スクリーン面(I2)に対して平
行な方向にy'軸をとった場合、各像高(mm)はスクリーン
面(I2)の画面中心を原点とする座標(x',y')で表され
る。したがって、各歪曲図はx'-y'平面に対して垂直方
向から見たスクリーン面(I2)上での実際の像の歪曲状態
(ただしx'の負側のみ)を示していることになる。
【0043】《実施例1》 パネル表示面(I1)の大きさ(mm):13.283×7.472 スクリーン面(I2)の大きさ(mm):1106×622 画面長辺方向のFNO=3.1 画面短辺方向のFNO=3.1
【0044】
【表1】
【0045】 [第1ミラー(M1)の曲面形状] 曲率半径(mm)=106377.218 K=-9.439×104 C(0,1)= 1.684×10-1 ,C(2,0)=-2.258×10-3 ,C(0,2)=-2.369×10-3 C(2,1)=-9.083×10-6 ,C(0,3)= 1.096×10-5 ,C(4,0)= 8.012×10-9 C(2,2)=-4.285×10-8 ,C(0,4)= 2.231×10-8
【0046】 [第2ミラー(M2)の曲面形状] 曲率半径(mm)=267.910 K=-4.304×10-1 C(0,1)= 4.674×10-2 ,C(2,0)=-1.645×10-4 ,C(0,2)=-1.742×10-4 C(2,1)= 6.569×10-8 ,C(0,3)= 1.008×10-6 ,C(4,0)= 7.508×10-10 C(2,2)=-2.565×10-10,C(0,4)=-2.336×10-9
【0047】 [第3ミラー(M3)の曲面形状] 曲率半径(mm)=570.148 K=-3.109×102 C(0,1)= 7.535×10-2 ,C(2,0)= 5.066×10-4 ,C(0,2)= 1.925×10-3 C(2,1)=-1.293×10-5 ,C(0,3)=-6.269×10-6 ,C(4,0)= 2.246×10-7 C(2,2)= 4.088×10-7 ,C(0,4)= 5.380×10-8
【0048】 [第4ミラー(M4)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-993.286 K=2.645×10 C(0,1)=-1.238 ,C(2,0)=-1.032×10-3 ,C(0,2)= 1.167×10-3 C(2,1)= 1.086×10-5 ,C(0,3)= 6.456×10-6 ,C(4,0)= 1.133×10-9 C(2,2)=-1.795×10-7 ,C(0,4)=-4.084×10-8
【0049】《実施例2》 パネル表示面(I1)の大きさ(mm):26.624×19.968 スクリーン面(I2)の大きさ(mm):1024×768 画面長辺方向のFNO=3.0 画面短辺方向のFNO=4.5
【0050】
【表2】
【0051】 [第1ミラー(M1)の曲面形状] 曲率半径(mm)=47670.865 K=-6.434×104 C(0,1)= 2.113×10-1 ,C(2,0)=-9.706×10-4 ,C(0,2)=-1.863×10-3 C(2,1)= 7.277×10-6 ,C(0,3)= 5.779×10-6 ,C(4,0)= 1.856×10-8 C(2,2)= 1.133×10-7 ,C(0,4)= 9.931×10-8
【0052】 [第2ミラー(M2)の曲面形状] 曲率半径(mm)=266.862 K=-9.462×10-1 C(0,1)=-1.537×10-2 ,C(2,0)=-1.508×10-4 ,C(0,2)=-1.841×10-4 C(2,1)= 7.947×10-8 ,C(0,3)= 2.548×10-7 ,C(4,0)= 5.091×10-9 C(2,2)= 9.101×10-9 ,C(0,4)= 3.779×10-9
【0053】 [第3ミラー(M3)の曲面形状] 曲率半径(mm)=511.833 K=-1.186×102 C(0,1)= 1.197×10-1 ,C(2,0)= 6.380×10-4 ,C(0,2)= 1.251×10-3 C(2,1)=-4.052×10-6 ,C(0,3)=-3.980×10-6 ,C(4,0)= 1.494×10-7 C(2,2)= 2.385×10-7 ,C(0,4)= 6.638×10-8
【0054】 [第4ミラー(M4)の曲面形状] 曲率半径(mm)=0.000 K=-1.879×102 C(0,1)=-2.058 ,C(2,0)=-8.631×10-4 ,C(0,2)= 1.908×10-3 C(2,1)= 5.097×10-6 ,C(0,3)= 6.368×10-6 ,C(4,0)= 2.201×10-9 C(2,2)=-5.440×10-8 ,C(0,4)=-2.417×10-8
【0055】《実施例3》 パネル表示面(I1)の大きさ(mm):13.283×7.472 スクリーン面(I2)の大きさ(mm):1106×622 画面長辺方向のFNO=3.1 画面短辺方向のFNO=3.1
【0056】
【表3】
【0057】 [第1ミラー(M1)の曲面形状] 曲率半径(mm)=55105.558 K=-9.416×104 C(0,1)= 2.665×10-1 ,C(2,0)=-1.488×10-3 ,C(0,2)=-2.314×10-3 C(2,1)= 7.735×10-6 ,C(0,3)= 1.046×10-5 ,C(4,0)= 8.701×10-9 C(2,2)= 1.657×10-7 ,C(0,4)= 8.682×10-8
【0058】 [第2ミラー(M2)の曲面形状] 曲率半径(mm)=266.893 K=5.482×10-1 C(0,1)= 3.794×10-4 ,C(2,0)=-1.355×10-4 ,C(0,2)=-1.900×10-4 C(2,1)= 3.553×10-7 ,C(0,3)= 6.314×10-7 ,C(4,0)=-5.225×10-9 C(2,2)=-1.127×10-8 ,C(0,4)=-6.737×10-9
【0059】 [第3ミラー(M3)の曲面形状] 曲率半径(mm)=669.724 K=-3.507×102 C(0,1)= 9.594×10-2 ,C(2,0)= 9.897×10-4 ,C(0,2)= 1.845×10-3 C(2,1)=-3.058×10-6 ,C(0,3)=-6.449×10-6 ,C(4,0)= 2.237×10-7 C(2,2)= 4.923×10-7 ,C(0,4)= 1.248×10-7
【0060】 [第4ミラー(M4)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-1508.718 K=6.332×10 C(0,1)=-1.224 ,C(2,0)=-4.739×10-4 ,C(0,2)= 1.439×10-3 C(2,1)=-3.909×10-7 ,C(0,3)= 4.994×10-6 ,C(4,0)=-2.171×10-8 C(2,2)=-1.135×10-7 ,C(0,4)=-2.627×10-8
【0061】
【表4】
【0062】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、良
好な光学性能を保持しつつ量産性やコスト面で有利であ
り、しかも薄型で光学部品もコンパクトなリアプロジェ
クション光学系を実現することができる。
好な光学性能を保持しつつ量産性やコスト面で有利であ
り、しかも薄型で光学部品もコンパクトなリアプロジェ
クション光学系を実現することができる。
【図1】第1の実施の形態(実施例1)のリアプロジェク
ション光学系の光路図。
ション光学系の光路図。
【図2】第1の実施の形態(実施例1)を構成している投
影光学系及び光路要部を示す図。
影光学系及び光路要部を示す図。
【図3】実施例1のスポットダイアグラム。
【図4】実施例1の歪曲図。
【図5】第2の実施の形態(実施例2)のリアプロジェク
ション光学系の光路図。
ション光学系の光路図。
【図6】第2の実施の形態(実施例2)を構成している投
影光学系及び光路要部を示す図。
影光学系及び光路要部を示す図。
【図7】実施例2のスポットダイアグラム。
【図8】実施例2の歪曲図。
【図9】第3の実施の形態(実施例3)のリアプロジェク
ション光学系の光路図。
ション光学系の光路図。
【図10】第3の実施の形態(実施例3)を構成している
投影光学系及び光路要部を示す図。
投影光学系及び光路要部を示す図。
【図11】実施例3のスポットダイアグラム。
【図12】実施例3の歪曲図。
【図13】各実施の形態に適したスクリーンの要部構成
及び光路を示す図。
及び光路を示す図。
I1 …パネル表示面 I2 …スクリーン面 ST …絞り位置(絞り) M1 …第1ミラー M2 …第2ミラー M3 …第3ミラー M4 …第4ミラー M5 …第5ミラー M6 …第6ミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 淳 大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 Fターム(参考) 2H087 KA06 RA32 TA02 TA06 TA08
Claims (5)
- 【請求項1】 パネル表示面の画像をスクリーン面上に
投影する投影光学系を備えたリアプロジェクション光学
系であって、前記投影光学系が少なくとも4枚の曲面反
射ミラーを有することを特徴とするリアプロジェクショ
ン光学系。 - 【請求項2】 前記パネル表示面の画面中心から絞りの
中心を通り前記スクリーン面の画面中心に到達する光線
を画面中心光線とするとき、以下の条件式を満足するこ
とを特徴とする請求項1記載のリアプロジェクション光
学系; 0.5<D/H<3.5 10°<θ<70° ただし、 D:投影光学系の最終面からスクリーン面までの画面中
心光線の光学距離、 H:スクリーン面の法線と画面中心光線とが成す平面に
対して平行方向のスクリーン面の大きさ、 θ:スクリーン面に対する画面中心光線の入射角度、 である。 - 【請求項3】 前記投影光学系が前記パネル表示面から
前記スクリーン面までに中間像を形成しないことを特徴
とする請求項1記載のリアプロジェクション光学系。 - 【請求項4】 前記曲面反射ミラーのうちの少なくとも
3枚が自由曲面ミラーであることを特徴とする請求項1
記載のリアプロジェクション光学系。 - 【請求項5】 少なくともパネル表示面側から1枚目と
2枚目の曲面反射ミラーの基板材料がガラスであること
を特徴とする請求項1記載のリアプロジェクション光学
系。
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Applications Claiming Priority (1)
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JP2000034319A JP2001221949A (ja) | 2000-02-07 | 2000-02-07 | リアプロジェクション光学系 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=18558679
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Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2004309765A (ja) * | 2003-04-07 | 2004-11-04 | Canon Inc | 反射光学系、及びそれを用いた投影装置 |
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JP2006184775A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Fujinon Corp | 反射型光学系およびこれを用いた投写型表示装置 |
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JP2009211099A (ja) * | 2009-06-22 | 2009-09-17 | Canon Inc | 反射光学系、及びそれを用いた投影装置 |
-
2000
- 2000-02-07 JP JP2000034319A patent/JP2001221949A/ja active Pending
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JP2006184775A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Fujinon Corp | 反射型光学系およびこれを用いた投写型表示装置 |
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