JP2020034690A - 投射光学系および画像投射装置 - Google Patents
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Abstract
Description
画像投射装置に用いられ、画像表示素子に表示された画像を被投射面上に拡大画像として投射する投射光学系も種々のものが提案されているが、その1タイプとして、屈折光学系と屈折力を持つ反射光学系とを含み、画像表示素子側に配した屈折光学系から射出する結像光束を反射光学系により反射させて被投射面上に結像させるものが知られている(特許文献1等)。
(1) 0.2<DR/DM<3.0
を満足する。
この発明の投射光学系は、以下の如き「基本構成」を備えている。
即ち、画像表示素子に表示された画像を被投射面上に拡大画像として投射する投射光学系であって、縮小側から拡大側に向かって順次、第1屈折光学系、反射光学系、第2屈折光学系を配してなり、「反射光学系」は1面の凹面鏡を有する。
「第1屈折光学系」は、系内に絞りを有し、画像表示素子に表示された画像の中間像を凹面鏡の縮小側に結像する機能を持つ。
「第2屈折光学系」はレンズ系であって、1以上の非球面を有する。
第2屈折光学系はレンズ系であるので、1枚以上のレンズで構成することができる。
なお、縮小側は画像表示素子側、拡大側は被投射面側である。
(1) 0.2<DR/DM<3.0
を満足する投射光学系の構成を「構成1」という。
(2) 0.2<YLB/YMR<3.5
を満足する投射光学系の構成を「構成2」という。
(3) 5.0<OAL/Yi<30.0
を満足する投射光学系の構成を「構成3」という。
(4) 0.04<f/f1A<0.5
を満足する投射光学系の構成を「構成4」という。
(5) 1.5<YMR/Yi<5.0
を満足する投射光学系の構成を「構成5」という。
(6) 0.10<TB/TA<0.80
を満足する投射光学系の構成を「構成6」という。
(7) 1.5<tanθ<10.0
を満足する投射光学系の構成を「構成7」という。
条件(1)ないし(7)の意義を以下に説明する。
条件(1)のパラメータ:DR/DMが、下限値を超えると、第2屈折光学系と凹面鏡とが近接するため、像面湾曲、歪曲収差等の「収差補正」上不利となる。また上限値を超えると、第2屈折光学系と凹面鏡の距離が長くなり、収差補正上は有利であるが、第2屈折光学系、ひいては投射光学系が大型化し易い。
以下、発明の実施の形態を説明する。
図1ないし図9に、画像投射装置の要部、即ち、画像表示素子における画像表示面と有効画像表示領域および投射光学系の構成を示す。
図1ないし図9は、図示の順に、後述する実施例1ないし実施例9に対応している。
繁雑を避けるために、図1ないし図9において符号を共通化する。
即ち、投射光学系につき、第1屈折光学系を符号Iで示し、符号IIにより反射光学系を示し、符号IIIにより第2屈折光学系を示す。実施例1ないし実施例9において、第2屈折光学系IIIとして「1枚のレンズによる構成」を示しているが、これに限らず、第2屈折光学系IIIは2枚以上のレンズ系として構成してもよい。
図1ないし図9において、符号10は、画像表示素子における「画像表示面」を示し、この画像表示面10に表示される画像の「有効画像表示領域」を符号EImで示す。
画像表示素子は液晶パネルに限らず、DMD(デジタルミラーデバイス)等を用いることができることは言うまでもない。
画像表示素子として想定された3枚の液晶パネルには、例えばR(赤)、G(緑)、B(青)の3原色の画像に相当する色成分画像が個別に表示され、それぞれの色の光により照明されて透過光束もしくは反射光束が各色画像光となる。
これら各色画像光は、図中に符号11で示す「色合成プリズム」により合成され、合成されたカラー結像光束が第1屈折光学系Iに入射し、第1屈折光学系Iから射出すると、「中間像」として結像したのち、反射光学系IIである「凹面鏡」に入射し、反射されると第2屈折光学系IIIに入射し、第2屈折光学系IIIから射出すると投射光束となって、図示を省略されたスクリーン上に「カラー拡大画像」を結像する。
以下、具体的な実施例9例挙げる。
実施例1ないし9とも、第1屈折光学系Iは系内に「絞り」を有している。
各実施例のデータにおいて、「i」は画像表示面10の面を0、色合成プリズム11の入射面を1として、拡大側に数えた面(絞りの面を含む)の面番号を示し、「IMG」はスクリーン面を示す。
「R」は各面の曲率半径、「D」は面間隔、「j」は光学素子の番号、「Nd」は「光学素子の材質のd線の屈折率」、「νd」は「d線のアッベ数」を示す。
また、各実施例に採用されている非球面は、周知の次式で表される。
実施例中の数値の単位は、[mm]
「実施例1」
実施例1のデータを図10に示す。また、実施例1の非球面データを図11に示す。
「非球面データ」において、例えば「7.582571E-17」とあるのは、指数表示で「7.582571×10―17」を表す。以下の実施例2ないし実施例9における非球面データにおいても同様である。
収差図は、上の図が左から順に「球面収差」、「非点収差」および「歪曲収差」を示す。
「各種諸特性」
焦点距離 3.62
NA 0.278
有効画像表示領域最大高さ 13.195
「実施例2」
実施例2のデータを図13に示す。また、実施例2の非球面データを図14に示す。
実施例2の収差図を図15に示す。
「各種諸特性」
焦点距離 3.46
NA 0.278
有効画像表示領域最大高さ 13.2
「実施例3」
実施例3のデータを図16に示す。また、実施例3の非球面データを図17に示す。
実施例3の収差図を図18に示す。
「各種諸特性」
焦点距離 2.28
NA 0.250
有効画像表示領域最大高さ 13.20
「実施例4」
実施例4のデータを図19に示す。また、実施例4の非球面データを図20に示す。
実施例4の収差図を図21に示す。
「各種諸特性」
焦点距離 3.70
NA 0.250
有効画像表示領域最大高さ 13.20
「実施例5」
実施例5のデータを図22に示す。また、実施例5の非球面データを図23に示す。
実施例5の収差図を図24に示す。
「各種諸特性」
焦点距離 3.53
NA 0.278
有効画像表示領域最大高さ 13.20
「実施例6」
実施例6のデータを図25に示す。また、実施例6の非球面データを図26に示す。
実施例6の収差図を図27に示す。
「各種諸特性」
焦点距離 3.73
NA 0.278
有効画像表示領域最大高さ 13.20
「実施例7」
実施例7のデータを図28に示す。また、実施例7の非球面データを図29に示す。
実施例7の収差図を図30に示す。
「各種諸特性」
焦点距離 3.96
NA 0.278
有効画像表示領域最大高さ 13.20
「実施例8」
実施例8のデータを図31に示す。また、実施例8の非球面データを図32に示す。
実施例8の収差図を図33に示す。
「各種諸特性」
焦点距離 4.22
NA 0.313
有効画像表示領域最大高さ 13.15
「実施例9」
実施例9のデータを図34に示す。また、実施例9の非球面データを図35に示す。
実施例9の収差図を図36に示す。
「各種諸特性」
焦点距離 3.64
NA 0.227
有効画像表示領域最大高さ 11.7
前述した条件(1)ないし条件(7)の各パラメータの、実施例1ないし実施例9における値を一覧として図37に示す。
第2屈折光学系を構成するレンズに、画像投射装置における「カバーガラス」の機能を持たせることもできる。
EIm 有効画像表示領域
11 色合成プリズム
I 第1屈折光学系
II 反射光学系(凹面鏡)
III 第2屈折光学系
Claims (9)
- 画像表示素子に表示された画像を被投射面上に拡大画像として投射する投射光学系であって、
縮小側から拡大側に向かって順次、第1屈折光学系、反射光学系、第2屈折光学系を配してなり、
前記反射光学系は1面の凹面鏡を有し、
前記第1屈折光学系は、前記画像表示素子に表示された画像の中間像を前記凹面鏡の前記縮小側に結像する機能を持ち、
前記第2屈折光学系はレンズ系であって、1以上の非球面を有し、
前記第1屈折光学系の光軸を基準光軸、前記画像表示素子における有効画像表示領域において前記基準光軸から最も離れた位置を物点とする主光線を最外角主光線として、
前記最外角主光線が前記凹面鏡に入射する位置から前記基準光軸までの光路長さ:DM、前記第2屈折光学系において最も拡大側に配置されたレンズの入射面への前記最外角主光線の入射位置から前記基準光軸までの光路長さ:DR、が、条件:
(1) 0.2<DR/DM<3.0
を満足する投射光学系。 - 画像表示素子に表示された画像を被投射面上に拡大画像として投射する投射光学系であって、
縮小側から拡大側に向かって順次、第1屈折光学系、反射光学系、第2屈折光学系を配してなり、
前記反射光学系は1面の凹面鏡を有し、
前記第1屈折光学系は、前記画像表示素子に表示された画像の中間像を前記凹面鏡の前記縮小側に結像する機能を持ち、
前記第2屈折光学系はレンズ系であって、1以上の非球面を有し、
前記第1屈折光学系の光軸を基準光軸、前記画像表示素子における有効画像表示領域において前記基準光軸から最も離れた位置を物点とする主光線を最外角主光線として、
最も拡大側のレンズの入射面への最外角主光線の入射位置の前記基準光軸からの高さ:YLB、前記反射光学系の凹面鏡の鏡面上における前記最外角主光線の前記基準光軸からの高さ:YMRが、条件:
(2) 0.2<YLB/YMR<3.5
を満足する投射光学系。 - 画像表示素子に表示された画像を被投射面上に拡大画像として投射する投射光学系であって、
縮小側から拡大側に向かって順次、第1屈折光学系、反射光学系、第2屈折光学系を配してなり、
前記反射光学系は1面の凹面鏡を有し、
前記第1屈折光学系は、前記画像表示素子に表示された画像の中間像を前記凹面鏡の前記縮小側に結像する機能を持ち、
前記第2屈折光学系はレンズ系であって、1以上の非球面を有し、
前記基準光軸と有効画像表示領域までの最大高さ:Yi、最も前記画像表示面側のレンズ面から前記凹面鏡の鏡面までの前記基準光軸上の距離:OALが、条件:
(3) 5.0<OAL/Yi<30.0
を満足する投射光学系。 - 画像表示素子に表示された画像を被投射面上に拡大画像として投射する投射光学系であって、
縮小側から拡大側に向かって順次、第1屈折光学系、反射光学系、第2屈折光学系を配してなり、
前記反射光学系は1面の凹面鏡を有し、
前記第1屈折光学系は、前記画像表示素子に表示された画像の中間像を前記凹面鏡の前記縮小側に結像する機能を持ち、
前記第2屈折光学系はレンズ系であって、1以上の非球面を有し、
前記第1屈折光学系の焦点距離:f1A、全系の焦点距離:fが、条件:
(4) 0.04<f/f1A<0.5
を満足する投射光学系。 - 画像表示素子に表示された画像を被投射面上に拡大画像として投射する投射光学系であって、
縮小側から拡大側に向かって順次、第1屈折光学系、反射光学系、第2屈折光学系を配してなり、
前記反射光学系は1面の凹面鏡を有し、
前記第1屈折光学系は、前記画像表示素子に表示された画像の中間像を前記凹面鏡の前記縮小側に結像する機能を持ち、
前記第2屈折光学系はレンズ系であって、1以上の非球面を有し、
前記第1屈折光学系の光軸を基準光軸、前記画像表示素子における有効画像表示領域において前記基準光軸から最も離れた位置を物点とする主光線を最外角主光線として、
前記基準光軸から前記有効画像表示領域までの最大高さ:Yi、前記凹面鏡における前記最外角主光線の前記基準光軸からの高さ:YMRが、条件:
(5) 1.5<YMR/Yi<5.0
を満足する投射光学系。 - 画像表示素子に表示された画像を被投射面上に拡大画像として投射する投射光学系であって、
縮小側から拡大側に向かって順次、第1屈折光学系、反射光学系、第2屈折光学系を配してなり、
前記反射光学系は1面の凹面鏡を有し、
前記第1屈折光学系は、前記画像表示素子に表示された画像の中間像を前記凹面鏡の前記縮小側に結像する機能を持ち、
前記第2屈折光学系はレンズ系であって、1以上の非球面を有し、
前記第1屈折光学系の光軸を基準光軸、前記画像表示素子における有効画像表示領域において前記基準光軸から最も離れた位置を物点とする主光線を最外角主光線、前記第1屈折系で最も拡大側のレンズ頂点から各像高での主光線と上光線又は下光線が交差する位置でより前記画像表示面に近い方までの距離により前記中間像を定義するとき、
前記有効画像表示領域で最も前記基準光軸に近い像高での中間像:TAと最も遠い像高における中間像位置:TBが、条件:
(6) 0.10<TB/TA<0.80
を満足する投射光学系。 - 画像表示素子に表示された画像を被投射面上に拡大画像として投射する投射光学系であって、
縮小側から拡大側に向かって順次、第1屈折光学系、反射光学系、第2屈折光学系を配してなり、
前記反射光学系は1面の凹面鏡を有し、
前記第1屈折光学系は、前記画像表示素子に表示された画像の中間像を前記凹面鏡の前記縮小側に結像する機能を持ち、
前記第2屈折光学系はレンズ系であって、1以上の非球面を有し、
前記第1屈折光学系の光軸を基準光軸、前記画像表示素子における有効画像表示領域において前記基準光軸から最も離れた位置を物点とする主光線を最外角主光線として、
前記凹面鏡に反射された前記最外角主光線の、前記基準光軸に対する角:θが、条件:
(7) 1.5<tanθ<10.0
を満足する投射光学系。 - 画像表示素子に表示された画像を被投射面上に拡大画像として投射する投射光学系であって、
縮小側から拡大側に向かって順次、第1屈折光学系、反射光学系、第2屈折光学系を配してなり、
前記反射光学系は1面の凹面鏡を有し、
前記第1屈折光学系は、前記画像表示素子に表示された画像の中間像を前記凹面鏡の前記縮小側に結像する機能を持ち、
前記第2屈折光学系はレンズ系であって、1以上の非球面を有し、
前記条件(1)ないし(7)の任意の2以上を満足する投射光学系。 - 画像表示素子と、該画像表示素子に表示される画像を被投射面上に拡大画像として投射する投射光学系とを有し、
前記投射光学系として請求項1ないし8の何れか1項に記載の投射光学系を有する画像投射装置。
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