JP2006184775A - 反射型光学系およびこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ライトバルブ5とスクリーン4との間に配された反射型光学系で、曲面は第1〜第3のミラー1〜3の3つの反射面のみである。また下記条件式を満足する。
(1)θL<20度、
(2)25度<θUL<55度、
(3)20度<θM1<55度、
(4)15度<θM2<50度、
(5)8度<θM3<30度、
(6)θL<15度、
(7)30度<θUL、
(8)7.5度<|θF|
ただし、
θL:瞳中心光線が拡大側結像面に対してなす最小角度、
θUL:瞳中心光線が拡大側結像面に対してなす最大角度と最小角度との差、
θM1、θM2、θM3:縮小側結像面の中央を通る瞳中心光線の第1〜第3のミラー1〜3における偏角、
θF:縮小側瞳開き角。
【選択図】 図1
Description
しかし屈折光学系を用いた場合、光学ガラスの特性上どうしても色収差が発生してしまう。特に、長焦点の望遠タイプでは軸上色収差が、短焦点の広角タイプでは倍率色収差が、非常に問題となる。
該反射型光学系を構成する光学面のうちで、曲面は前記拡大側結像面側から順に、第1のミラー、第2のミラーおよび第3のミラーの3つの反射面のみとされ、
以下の条件式(1)および(2)を満足することを特徴とするものである。
θL<20度 ・・・・・・・・(1)
25度<θUL<55度 ・・・(2)
ただし、
θL :瞳中心光線が拡大側結像面に対してなす最小角度
θUL:瞳中心光線が拡大側結像面に対してなす最大角度と最小角度との差
20度<θM1<55度 ・・・(3)
15度<θM2<50度 ・・・(4)
8度<θM3<30度 ・・・・(5)
ただし、
θM1:縮小側結像面の中央を通る瞳中心光線の第1のミラーにおける偏角
θM2:縮小側結像面の中央を通る瞳中心光線の第2のミラーにおける偏角
θM3:縮小側結像面の中央を通る瞳中心光線の第3のミラーにおける偏角
θL<15度 ・・・・・・・・(6)
30度<θUL ・・・・・・・(7)
7.5度<|θF| ・・・・・(8)
ただし、
θF:縮小側瞳開き角
θL<20度 ・・・・・・・・(1)
25度<θUL<55度 ・・・(2)
ただし、
θL :瞳中心光線が拡大側結像面に対してなす最小角度
θUL:瞳中心光線が拡大側結像面に対してなす最大角度と最小角度との差
20度<θM1<55度 ・・・(3)
15度<θM2<50度 ・・・(4)
8度<θM3<30度 ・・・・(5)
ただし、
θM1:縮小側結像面の中央を通る瞳中心光線の第1のミラー1における偏角
θM2:縮小側結像面の中央を通る瞳中心光線の第2のミラー2における偏角
θM3:縮小側結像面の中央を通る瞳中心光線の第3のミラー3における偏角
条件式(3)〜(5)の下限値を超えて偏角が小さくなると、光束の進行を妨げることなく、また部材同士が干渉しあったりすることなく、ミラーやライトバルブ等の部材を配設することが難しくなる。また、これらの上限値を超えて偏角が大きくなると、ミラーが大型化したり、光学系全体が大型化する。
θL<15度 ・・・・・・・・(6)
30度<θUL ・・・・・・・(7)
7.5度<|θF| ・・・・・(8)
ただし、
θF:縮小側瞳開き角
条件式(8)に規定する縮小側瞳開き角θFは、図1(b)にも示されるとおり、縮小側結像面の任意の点において、この点を通る瞳中心光線に対するこの点を通る瞳最周辺光線の、光束開き角である。例えば投写光学系に用いるには、明るい光学系とすることが望ましいが、下限値を超えると暗くなり実用的でない。
なお、実施例2〜10に係る反射型光学系は、実施例1のものと同様に投写型表示装置の投写光学系として用いられているが、それらの構成を示す図は、図1(a)に相当する全体図を省略し、図1(b)に相当する主要部の拡大図のみ記載している。また、実施例2〜10の主要部拡大図において、実施例1と同様の作用効果をなす部材には同一の符号を付し、その説明は省略している。
なお、以下の実施例1〜10では、第1のミラー1、第2のミラー2および第3のミラー3の曲面は、いずれも自由曲面とされている。自由曲面形状は下記自由曲面形状式により表される。
本実施例1に係る反射型光学系の構成は、図1に示すとおりである。
また、表1の右下段には、この実施例の縮小側結像面の有効エリアのX方向およびY方向の長さを示す。
本実施例2に係る反射型光学系の構成として、図6に主要部の拡大図を示す。
この反射型光学系の構成は実施例1のものと略同様とされているが、図6において縮小側結像面の光出射側には、カバーガラスに代えてプリズム部8が記載されている。本発明の反射型光学系ではこのように、縮小側結像面と拡大側結像面との間に平面部材を配することができる。例えば後述するように色合成用のクロスダイクロイックプリズムなどを配する場合には、縮小側結像面に配されたライトバルブ5の光出射側に配されたカバーガラスとクロスダイクロイックプリズムとが、このプリズム部8に相当することになる。
また、この反射型光学系では、拡大側結像面がX軸回転されており、拡大側結像面と縮小側結像面とが非平行とされている。
本実施例3に係る反射型光学系の構成として、図7に主要部の拡大図を示す。
この反射型光学系の構成は実施例1のものと略同様とされている。
この実施例のフォーカス操作は上述した第2の方式による。また、第1のミラー1の移動軌跡は直線となる。この実施例では、フォーカス1、フォーカス2の2つのフォーカス移動位置が設定されている。
また、この反射型光学系では、拡大側結像面がX軸回転されており、拡大側結像面と縮小側結像面とが非平行とされている。
本実施例4に係る反射型光学系の構成として、図8に主要部の拡大図を示す。
この反射型光学系の構成は実施例1のものと略同様とされているが、図8において縮小側結像面の光出射側には、カバーガラスに代えてプリズム部8が記載されている。
この実施例のフォーカス操作は上述した第2の方式による。また、第1のミラー1の移動軌跡は直線となる。この実施例では、フォーカス1、フォーカス2の2つのフォーカス移動位置が設定されている。
また、この反射型光学系では、拡大側結像面がX軸回転されており、拡大側結像面と縮小側結像面とが非平行とされている。
本実施例5に係る反射型光学系の構成として、図9に主要部の拡大図を示す。
この反射型光学系の構成は実施例1のものと略同様とされている。
この実施例のフォーカス操作は上述した第2の方式による。また、第1のミラー1の移動軌跡は直線となる。この実施例では、フォーカス1、フォーカス2の2つのフォーカス移動位置が設定されている。
また、この反射型光学系では、拡大側結像面がX軸回転されており、拡大側結像面と縮小側結像面とが非平行とされている。
本実施例6に係る反射型光学系の構成として、図10に主要部の拡大図を示す。
この反射型光学系の構成は実施例1のものと略同様とされているが、ライトバルブ5の縮小側有効エリアのサイズがアスペクト比16:9のものとなっている。スクリーン(不図示)のサイズもこれに対応したものとなる。
この実施例のフォーカス操作は上述した第2の方式による。また、第1のミラー1の移動軌跡は直線となる。この実施例では、フォーカス1、フォーカス2の2つのフォーカス移動位置が設定されている。
また、この反射型光学系では、拡大側結像面がX軸回転されており、拡大側結像面と縮小側結像面とが非平行とされている。
本実施例7に係る反射型光学系の構成として、図12に主要部の拡大図を示す。
この反射型光学系の構成は実施例1のものと略同様とされている。
この実施例のフォーカス操作は上述した第2の方式による。また、第1のミラー1の移動軌跡は直線となる。この実施例では、フォーカス1、フォーカス2の2つのフォーカス移動位置が設定されている。
また、この反射型光学系では、拡大側結像面がX軸回転されており、拡大側結像面と縮小側結像面とが非平行とされている。
本実施例8に係る反射型光学系の構成として、図13に主要部の拡大図を示す。
この反射型光学系の構成は実施例1のものと略同様とされているが、この反射型光学系では、縮小側瞳位置は第3のミラー3の近傍とされ、上記第2の位置とされている。第3のミラー3の近傍に絞りを配することが好ましい。
また、この反射型光学系では、拡大側結像面がX軸回転されており、拡大側結像面と縮小側結像面とが非平行とされている。
本実施例9に係る反射型光学系の構成として、図14に主要部の拡大図を示す。
この反射型光学系の構成は実施例1のものと略同様とされているが、この実施例のフォーカス操作は上述した第1の方式による。すなわち、第1のミラー1が単体で移動し、さらに第2のミラー2と第3のミラー3とは一体に移動し、これら3つのミラーの移動軌跡がそれぞれ直線となる。ミラー1〜3の実際の移動方向および移動量は、表17に記載の数値に基づく。この実施例では、フォーカス1、フォーカス2の2つのフォーカス移動位置が設定されている。
本実施例10に係る反射型光学系の構成として、図15に主要部の拡大図を示す。
この反射型光学系の構成は実施例1のものと略同様とされているが、この実施例のものではフォーカス操作は行われない。
また、この実施例の縮小側瞳位置は無限遠とされ、上記第1の位置とされている。この反射型光学系では、縮小側結像面上の各点からの瞳中心光線が第2のミラー2と第3のミラー3との間で交わるように構成されており、この位置に絞りを配することが好ましい。
2 第2のミラー
3、13、23、33 第3のミラー
4 スクリーン
5 ライトバルブ
6、16 カバーガラス
7 絞り
8 プリズム部
9 平面ミラー
15、25a〜25c 反射型ライトバルブ
28、38 クロスダイクロイックプリズム
35a〜35c 透過型ライトバルブ
Claims (15)
- 一方を拡大側、他方を縮小側とする2つの結像面の間に配され、該2つの結像面の間に中間像を形成しない反射型光学系であって、
該反射型光学系を構成する光学面のうちで、曲面は前記拡大側結像面側から順に、第1のミラー、第2のミラーおよび第3のミラーの3つの反射面のみとされ、
以下の条件式(1)および(2)を満足することを特徴とする反射型光学系。
θL<20度 ・・・・・・・・(1)
25度<θUL<55度 ・・・(2)
ただし、
θL :瞳中心光線が拡大側結像面に対してなす最小角度
θUL:瞳中心光線が拡大側結像面に対してなす最大角度と最小角度との差 - 前記反射型光学系において対称面が1つのみ存在し、この対称面において以下の条件式(3)〜(5)を満足することを特徴とする請求項1記載の反射型光学系。
20度<θM1<55度 ・・・(3)
15度<θM2<50度 ・・・(4)
8度<θM3<30度 ・・・・(5)
ただし、
θM1:縮小側結像面の中央を通る瞳中心光線の第1のミラーにおける偏角
θM2:縮小側結像面の中央を通る瞳中心光線の第2のミラーにおける偏角
θM3:縮小側結像面の中央を通る瞳中心光線の第3のミラーにおける偏角 - 以下の条件式(6)〜(8)を満足することを特徴とする請求項1または2記載の反射型光学系。
θL<15度 ・・・・・・・・(6)
30度<θUL ・・・・・・・(7)
7.5度<|θF| ・・・・・(8)
ただし、
θF:縮小側瞳開き角 - 前記拡大側結像面と前記縮小側結像面とが非平行とされていることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の反射型光学系。
- フォーカス操作は、前記第1のミラーを単体で移動させ、さらに前記第2のミラーと前記第3のミラーとを一体に移動させ、これら3つのミラーの移動軌跡がそれぞれ直線となるように構成したことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項記載の反射型光学系。
- フォーカス操作は、前記第1のミラーを単体で移動させ、さらに前記第2のミラーと前記第3のミラーとを前記縮小側結像面に対して固定せしめたことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項記載の反射型光学系。
- 前記フォーカス操作において、前記第1のミラーの移動軌跡が直線となることを特徴とする請求項6記載の反射型光学系。
- 縮小側瞳位置が無限遠に存在し、前記縮小側結像面上の各点において、縮小側結像面の法線に対して瞳中心光線がなす角度が互いに略等しいことを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか1項記載の反射型光学系。
- 前記第2のミラーと前記第3のミラーとの間に、光束径制御を行う絞りまたは可変絞りが配置されていることを特徴とする請求項8記載の反射型光学系。
- 縮小側瞳位置が前記第3のミラーの近傍に存在することを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか1項記載の反射型光学系。
- 前記第3のミラーの近傍に、光束径制御を行う絞りまたは可変絞りが配置されていることを特徴とする請求項10記載の反射型光学系。
- 前記縮小側結像面に表示された画像を前記拡大側結像面に拡大投写する投写光学系として用いられたことを特徴とする請求項1〜11のうちいずれか1項記載の反射型光学系。
- 前記第3のミラーと前記縮小側結像面との間に色合成光学系が配置されたことを特徴とする請求項12記載の反射型光学系。
- 前記色合成光学系と前記縮小側結像面との間に、該色合成光学系で発生する色収差を補正する少なくとも1つの色補正手段が配置されたことを特徴とする請求項13記載の反射型光学系。
- 光源と、前記縮小側結像面に配置されたライトバルブと、前記光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項12〜14のうちいずれか1項記載の反射型光学系とを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、該反射型光学系により、前記拡大側結像面に配置されたスクリーンに投写することを特徴とする投写型表示装置。
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