JP2010160296A - 傾斜投写光学系及びそれを用いた投写型映像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】投写型映像表示装置であって、複数のレンズで構成された傾斜投写光学系を備え、投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、このレンズと投写面の間に光軸に対して所定の角度を持って光路折り返し平面ミラーを配置し、この平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像を映像表示面方向に得られるように構成した。
【選択図】 図1
Description
一方、光路折り返しミラーを投写型映像表示装置と投写面の間に設け背面投写型とすることで見かけ上の投写距離を短縮した投写型映像表示装置も知られている。(例えば特許文献3)
1.5≦θ2/θ1≦2.0
まず、添付の図9は、上記投写光学系の基本的な構成を示す断面図であり、当該光学系の構成をXYZ直交座標系におけるYZ断面で示している。ここで、投写光学系の説明の都合上、映像表示面である液晶パネル122とクロスプリズム111を右側に、投写面を左側にとして表示する。本実施例は図27(a)(b)に示したレンズデータに対応したもので、最も投写面に近い位置に配置されたレンズL17はプラスチックの非球面レンズ形状であり映像光束が通過するレンズの有効領域が傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズにより共有される光軸11を含まない位置に配置することで画面周辺において結像する光束をL17のレンズ形状単独で制御可能となり傾斜投写によって発生する台形歪みや超広角化に伴う収差(特に高次のコマ収差や非点収差)の補正を実現している。またL17のレンズ形状は映像表示面有効領域の縦横比(アスペクト比)とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状とすることで結像性能を低下させる不要光を遮蔽する効果もある。さらに、前述のL17の外形形状を光軸11に対称な円形状としないことで小型化が可能となりこの結果、本実施例の傾斜投写光学系を投写型映像表示装置の筐体内に収納した場合でもL17の外形を投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅内に収めることが可能となると同時に前述のL17の外形中心が筐体の投写面に対向する面の中心線より上に位置することで外観上のバランスが良好となりデザイン性を大幅に向上できる。
尚、図9においてはL17のみレンズ形状を映像表示面有効領域の縦横比(アスペクト比)とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状(同図では断面形状を図示)とするとして示したが、本発明の傾斜投写光学系を実現するレンズ構成においては、図15に示すようにL14、L15などのレンズについても映像光束が通過しない領域が存在するのでこの領域を除いてレンズ外形形状を決定すれば光軸に対称な従来のレンズ外形形状に対して小型化が可能となり、この光学系を備えた投写型映像表示装置の小型・軽量化には有効となる。
L0(mm) Dv(mm) S1(mm)
60“ 投写時 実施例1 650.1 747.1 186.8
60“ 投写時 実施例2 651.3 747.1 186.8
60“ 投写時 実施例3 650.0 747.1 186.8
80“ 投写時 実施例1 885.6 996.1 249.0
80“ 投写時 実施例2 885.6 996.1 249.0
80“ 投写時 実施例3 882.4 996.1 249.0
100“投写時 実施例1 1011.7 1245.0 331.3
100“投写時 実施例2 1011.9 1245.0 331.3
100“投写時 実施例3 1011.8 1245.0 331.3
本発明で得られる傾斜投写光学系を実現する投写レンズは上記のように映像の垂直方向サイズDvに対してシフト量S1を20%以上とすることが可能となる。また投写画面寸法D(mm)と投写距離L0(mm)の比D/L0は一般的な投写型映像表示装置の場合、60インチ投写で画面寸法1524(mm)と投写距離1800(mm)でありこの比D/L0は0.85となる。更に短いものでも投写距離1000(mm)程度でありこの比D/L0は1.52となるが、本発明の傾斜投写光学系では、上述したようにD/Lが2.0以上でも実現可能となり、実施例では2.34が実現できている。
からL12が第3群を構成し、L16からL13が全て凹レンズとしてテレセントリックな構成とし同時に倍率色収差を低減するためにL12をアッベ数の小さい硝材を用いた凸レンズを配置している。さらに、L16を図16に示すように傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズにより共有される光軸11を含まない位置に配置することで、画面周辺において結像する光束をL16のレンズ形状単独で制御することが可能な強い非球面形状として、傾斜投写によって発生する台形歪みや超広角化に伴う収差(特に高次のコマ収差や非点収差)の補正を実現している。この時、L16のレンズ外形形状は前述した理由により光軸に対称な円形状とする必要が無く、映像表示面有効領域の縦横比(アスペクト比)とほぼ等しい長方形もしくは映像光束が通過する領域に合わせた台形形状とすることが出来る。このため、結像性能を低下させる不要光を遮蔽する効果もある。さらに、前述のL16の外形形状を光軸11に対称な円形状としないことで小型化が可能となりこの結果、本実施例の傾斜投写光学系を投写型映像表示装置の筐体内に収納した場合でもL16の外形を投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅内に収めることが可能となると同時に前述のL16の外形中心が筐体の投写面に対向する面の中心線より上に位置することで外観上のバランスが良好となりデザイン性を大幅に向上できる。
まず、図12は図25(a)(b)に示した、数値例に基づく本実施の形態に係わる投写光学系の構成を示しており、前述したXYZ直交座標において、図12はYZ断面での構成を示している。本発明の映像投射装置には図1から図6に示したように光路折り曲げミラー(図示せず)を配置した構成も実現可能であるが、説明の都合上、図7及び図8に示す光路折り曲げミラーが無いことを念頭に説明する。図12の投写光学系の構成図はZ軸方向に展開して示しており、このことは図13から図15でも同様である。
ここで、rは光軸からの距離であり、Zはレンズ面形状のサグ量を表している。また、cは頂点での曲率、kは円錐定数、AからJはrのべき乗の項の係数である。
図16では、映像表示面である液晶パネルの表示画面上、X,Y座標の値で、(0,3.67)、(−6.53,3.67)、(−3.92,2.20)、(0.0,0.0)、(0,0)、(−6.53、0.0)、(−3.92、−2.20)、(0、−3.67)(−5.53,−3.67)(−5.22,−3.67)(−5.22,3.67)の10点から射出した光束のスポットダイアグラムを、その下から順に示しており、そのスケールの単位は5mmである。また、各スポットダイアグラムの横方向は、映像表示面である液晶パネル上でのX方向であり、縦方向は映像表示面である液晶パネル上でのY方向である。図17及び図18に示したスポットダイアグラムも映像表示面である液晶パネルの表示画面上、X,Y座標で同様の値の点から光束により得られたもので良好な性能を維持していることが分かる。
成形金型の加工は図20に示すように多軸加工機を使用し図21(a)に示すようにワークである金型を回転させバイトで切削し所望のレンズ形状に対応した金型形状を得る方式と同図(b)に示したようにワークを固定しバイトを回転させてながら必要な金型形状を加工する方式があるが、(a)に比べ(b)の方式で鏡面を得ようとすると切削時間は約10〜20倍必要となる。(b)の方式は回転非対称な自由曲面の加工に優位であり(a)の方式は回転対称な非球面形状の加工を短時間で行うのに適している。
Claims (23)
- 映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系において、
該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、かつ該光軸に対して軸非対称な形状を有し
前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと前記投写面までの間隔をLとし、投写画面の対角寸法をDとした場合に下記の関係式を満足することを特徴とする傾斜投写光学系。
2.0<D/L - 前記請求項1に記載の傾斜投写光学系において、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーが配置され、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有することを特徴とする請求項1に記載の傾斜投写光学系。
- 前記請求項2に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有するとともに該仰角を可変可能とする回転調整機構を設けたことを特徴とする請求項2に記載の傾斜投写光学系。
- 前記請求項2及び請求項3に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とする平面ミラー移動機構を設けたことを特徴とする傾斜投写光学系。
- 映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系で、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置し、かつその形状はレンズ有効面の中心軸に対して軸非対称な形状を有したレンズにより構成され、
前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズは前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状であることを特徴とした傾斜投写光学系。 - 前記請求項5に記載の傾斜投写光学系において、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返しの平面ミラーが配置され、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有することを特徴とする請求項5に記載の傾斜投写光学系。
- 前記請求項6に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有するとともに該仰角を可変可能とする回転調整機構を設けたことを特徴とする請求項6に記載の傾斜投写光学系。
- 前記請求項6及び請求項7に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とする平面ミラー移動機構を設けたことを特徴とする傾斜投写光学系。
- 投写型映像表示装置であって、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、前記投写型映像表示装置を形成する筐体の投写面に対向する面の画面垂直方向最大幅に収納されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
- 投写型映像表示装置であって、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーを配置し、
前記平面ミラーは前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して所定の角度を持って配置した場合には前記平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像は前記映像表示面方向に拡大映像が得られるように構成したことを特徴とする投写型映像表示装置。 - 投写型映像表示装置であって、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーを配置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して角度可変可能な回転調整機構を設け、
前記平面ミラーを前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して所定の角度を持って配置した第一の状態においては前記平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像は前記映像表示面方向に得られる構成をなし、他方前記平面ミラーを投写型映像表示装置に収納した第二の状態においては、前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を延長した方向に拡大映像が得られるように構成したことを特徴とする投写型映像表示装置。 - 前記請求項10及び請求項11に記載の投写型映像表示装置であって、前記傾斜投写光学系は前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーを配置し、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置する構成したことを特徴とする投写型映像表示装置。
- 前記請求項10及び請求項12に記載の投写型映像表示装置であって、
前記傾斜投写光学系に配設した前記平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とした移動機構を設けたことを特徴とする投写型映像表示装置。 - 前記請求項10及び請求項13に記載の投写型映像表示装置であって、
前記傾斜投写光学系に配設した前記平面ミラーには、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して角度可変可能な回転調整機構を設け、該平面ミラーの回転角を検知する手段を有するとともに、検出した回転角に応じて投影映像の画面歪みを自動的に補正する映像補正機能を有することを特徴とした投写型映像表示装置。 - 投写型映像表示装置において映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置し、かつその形状はレンズ有効面の中心軸に対して軸非対称な形状を有したレンズにより構成され前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズは前記最多面のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状であることを特徴とした傾斜投写光学系を用いた投写型映像表示装置。
- 前記請求項15に記載の投写型映像表示装置において、映像表示面に表示された映像を投写面に拡大投写する傾斜投写光学系であって、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し用の平面ミラーが配置され、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有することを特徴とする投写型映像表示装置。
- 前記請求項15に記載の投写型映像表示装置において、映像表示面に表示された映像を投写面に拡大投写する傾斜投写光学系であって、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し用の平面ミラーが配置され、該投写面に最も近い位置に配置されたレンズの画面垂直方向有効領域上端が、該平面ミラーの画面垂直方向有効領域下端より上部に位置し、前記平面ミラーは、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して所定の仰角を有するとともに該仰角を可変可能とする回転調整機構を設けたことを特徴とする傾斜投写光学系を備えてより成る投写型映像表示装置。
- 前記請求項15乃至請求項17に記載の投写型映像表示装置であって、
前記傾斜投写光学系に配設した前記平面ミラーには、前記最多数のレンズにより共有される光軸に対して角度可変可能な回転調整機構を設け、該平面ミラーの回転角を検知する手段を有するとともに、検出した回転角に応じて投影映像の画面歪みを自動的に補正する映像補正機能を有することを特徴とした投写型映像表示装置。 - 前記請求項15及び請求項16に記載の傾斜投写光学系において、前記平面ミラーを、前記最多数のレンズにより共有される光軸に沿って移動可能とする平面ミラー移動機構を設けたことを特徴とする傾斜投写光学系を備えてより成る投写光学装置。
- 投写型映像表示装置であって、映像表示面に表示された映像を投写面に斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系を有し、該傾斜投写光学系は複数のレンズで構成され投写面に最も近い位置に配置されたレンズは、光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、前記投写面に最も近い位置に配置されたレンズと投写面の間に光路折り返し平面ミラーを配置し、
前記平面ミラーは前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して所定の角度θ1を持って配置した場合には前記平面ミラーで折り返された映像光束により得られる拡大映像は前記映像表示面方向に拡大映像が得られるように構成し、前記投写型映像表示装置は該拡大映像と略垂直な基準平面に対してθ2傾けて配置しかつ前記θ1とθ2は下記の関係を満足する事を特徴とする投写型映像表示装置。
1.5≦θ2/θ1≦2.5 - 複数のレンズで構成され映像表示面に表示された映像を投写面に拡大して投写する傾斜投写光学系に用いるプラスチックレンズであって、該プラスチックレンズは投写面に最も近い位置に配置され、かつ光束が通過する映像垂直方向有効領域が前記複数レンズの光軸のうちで最多数のレンズにより共有される光軸を含まない位置に配置され、かつ該プラスチックレンズは前記最多数のレンズにより共有された光軸に対して対称な非球面形状の一部分を切り取った形状であり成形金型加工を行なうのに前記最多数のレンズにより共有された光軸に対称となるように複数個の成形金型を配置して切削加工することを特徴とした金型加工方法。
- 請求項21に記載の加工法により切削された金型を使用し成形されたプラスチックレンズを少なくと1枚使用した傾斜投写光学系。
- 請求項21に記載の加工法により切削された金型を使用し成形されたプラスチックレンズを少なくと1枚使用した傾斜投写光学系を備えてより成る投写光学装置。
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