JP5412875B2 - Front projector - Google Patents
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Description
この発明はフロントプロジェクタに関する。 The present invention relates to a front projector .
液晶パネル等のライトバルブにより生成された画像を投射表示する画像表示装置は、リアプロジェクタやフロントプロジェクタ等として広く実施されている。これらのプロジェクタでは、投射画像の結像に必要な光路長を確保しつつ、投射面とライトバルブの間隔を如何にして短縮するか、また、画像表示装置本体の大型化を招来させることなく如何にして投射倍率を増大させるかが追及され、近来、このような要請に応え得るものとして「結像作用をもつ曲面ミラー」を投射光学系内に設けたものが種々提案されている（特許文献１、２等）。 An image display device that projects and displays an image generated by a light valve such as a liquid crystal panel is widely implemented as a rear projector, a front projector, or the like. In these projectors, how to shorten the distance between the projection surface and the light valve while securing the optical path length necessary for the formation of the projected image, and how to increase the size of the image display device main body. In recent years, various proposals have been made to provide a “curved surface mirror having an imaging function” in the projection optical system as a means to meet such a demand (Patent Literature). 1, 2 etc.).
提案された投射光学系には、投射光学系自体を「複数の曲面ミラーのみ」で構成したものや、屈折光学系と曲面ミラーを組合わせたもの等が知られており、何れも広角で大きな倍率を実現できている。 Known projection optical systems include those in which the projection optical system itself is composed of "a plurality of curved mirrors only" and those in which a refractive optical system and a curved mirror are combined. The magnification can be realized.
しかしながら、従来から知られたこれら投射光学系は、投射光束を投射面に対して斜め方向から投射して結像させるものであり、投射倍率が高いことも相俟って、投射光学系を有する画像表示装置の僅かな姿勢変化で、投射画像に「台形歪（正方形形状であるべき画像が台形形状に歪む現象）」が生じ易い。 However, these conventionally known projection optical systems project a projected light beam from an oblique direction with respect to the projection surface to form an image, and have a projection optical system in combination with a high projection magnification. A slight change in the attitude of the image display device tends to cause “trapezoidal distortion (a phenomenon in which an image that should be a square shape is distorted into a trapezoidal shape)” in the projected image.
特許文献２には、第２のミラーで、投射光束の向きを変えてスクリーン上の所望の領域に向けて射出させるものが開示されている。
特許文献２記載の投射光学系は、第１のレンズ系と第２のレンズ系とで結像系をなし、結像系から射出した光束を第２のミラーで偏向しているが、投射光学系のレンズよりも大きい偏向ミラーが用いられ、偏向ミラーに入射する光線は、結像系から広がっており、このような投射光学系に偏向機能を持たせると、偏向ミラーの大きさが結像系のレンズ径よりも大きくならざるを得ず、画像表示装置全体の装置が大きくならざるを得ない。
In the projection optical system described in
この発明は上述したところに鑑み、結像作用をもつ曲面ミラーを投射光学系内に有し、高い投射倍率とコンパクト性を実現でき、なおかつ、設置状態における姿勢の自由度の大きいフロントプロジェクタの実現を課題とする。
フロントプロジェクタは、画像を投射表示されるスクリーンと、投射表示された画像を観察する観察者との間に配置される。
In view of the above, the present invention realizes a front projector having a curved mirror having an imaging function in the projection optical system, capable of realizing high projection magnification and compactness, and having a high degree of freedom in posture in the installed state. Is an issue.
The front projector is disposed between a screen on which an image is projected and displayed and an observer who observes the projected and displayed image.
この発明のフロントプロジェクタは、画像形成部と、投射光学系と、偏向素子とを有する。以下、フロントプロジェクタを「画像表示装置」ともいう。 The front projector according to the present invention includes an image forming unit, a projection optical system, and a deflection element. Hereinafter, the front projector is also referred to as an “image display device”.
「画像形成部」は、投射表示される画像を生成させるものであって、具体的には液晶パネル等のライトバルブを用いることができる。ライトバルブは、液晶パネルのように「生成させた画像を照明光で照射する方式」のものでもよいし、「生成させた画像を発光させる機能を有する自己発光方式」のものでも良い。 The “image forming unit” generates an image to be projected and displayed. Specifically, a light valve such as a liquid crystal panel can be used. The light valve may be of a “method of irradiating a generated image with illumination light” like a liquid crystal panel, or of a “self-light emitting method having a function of emitting a generated image”.
「投射光学系」は、画像形成部に形成された画像情報を投射画像として表示する光学系である。即ち、画像形成部に形成された画像情報が、投射光学系により投射面上に結像投射される。 The “projection optical system” is an optical system that displays image information formed in the image forming unit as a projection image. That is, the image information formed in the image forming unit is imaged and projected on the projection surface by the projection optical system.
「偏向素子」は、光束偏向機能を有するが結像機能を持たない光学素子である。偏向素子は１以上が用いられる。 The “deflection element” is an optical element that has a light beam deflection function but does not have an imaging function. One or more deflection elements are used.
投射光学系は、第１光学系、第２光学系を有する。 The projection optical system has a first optical system and a second optical system.
「第１光学系」は、正の屈折力を持ち「画像形成部に形成された画像情報に共役な中間像」を、上記正の屈折力により形成する。従って、第１光学系には１以上の屈折光学系が含まれる。
「第２光学系」は、第１光学系により形成された中間像に共役な像を、投射画像として形成する光学系であり、１以上の反射型光学素子を含む。
The “first optical system” has a positive refractive power and forms an “intermediate image conjugate with image information formed in the image forming unit” with the positive refractive power. Accordingly, the first optical system includes one or more refractive optical systems.
The “second optical system” is an optical system that forms an image conjugate with the intermediate image formed by the first optical system as a projection image, and includes one or more reflective optical elements.
即ち、第２光学系は、最も簡単な構成として「１個の反射型光学素子」で構成できる。この場合「１個の反射型光学素子」は、「第１光学系により形成された中間像」を物体としてこれに共役な像を投射画像として結像させる結像機能を有し、従って、凹面鏡として構成できる。この場合の凹面形状に各種の非球面形状・自由面形状を与えることにより、投射画像を良好ならしめることができる。 That is, the second optical system can be configured with “one reflective optical element” as the simplest configuration. In this case, the “one reflective optical element” has an imaging function for forming an image conjugate with the “intermediate image formed by the first optical system” as an object, and thus a concave mirror. Can be configured as By giving various aspheric shapes and free surface shapes to the concave shape in this case, the projected image can be made good.
第２光学系は、１以上の反射型光学素子を含んで構成されるので、２以上の反射型光学素子を組合わせて構成することもできる。２以上の反射型光学素子のうちには、結像機能を持たないものが含まれても良い。 Since the second optical system includes one or more reflective optical elements, it can also be configured by combining two or more reflective optical elements. Among the two or more reflective optical elements, an element having no imaging function may be included.
中間像は、第１光学系と第２光学系との間に形成される。 The intermediate image is formed between the first optical system and the second optical system.
偏向素子は「投射光学系から出た投射光束を反射し、反射された投射光束の光路が第１光学系と第２光学系の間を通過するように、投射光束を偏向する機能」を有し、反射面の偏向角が可変である。 The deflection element has a function of reflecting the projection light beam emitted from the projection optical system and deflecting the projection light beam so that the optical path of the reflected projection light beam passes between the first optical system and the second optical system. However, the deflection angle of the reflecting surface is variable.
偏向素子は、上記の如く「投射光学系から出た投射光束」を反射するが、結像機能を持たないので、投射光束に対して何らの結像作用を及ぼさず、その機能は投射光束の光路を屈曲させることである。 The deflecting element reflects the “projected light beam emitted from the projection optical system” as described above, but does not have an imaging function, so it does not have any imaging effect on the projected light beam, and its function is that of the projected light beam. It is to bend the optical path.
上記「反射面の偏向角」は、投射光束の光路を反射して偏向させるときの「偏向の角」を言う。偏向素子は１以上が用いられるから、２以上の偏向素子を用い、投射光束の光路を２箇所以上で屈曲させてもよい。２以上の偏向素子を用いる場合、各偏向素子の位置は、偏向された投射光束の光路が「第１光学系と第２光学系の間を通過する」という条件と「投射光学系の結像を妨げない」という条件を満たせば良い。 The “deflection angle of the reflecting surface” refers to a “deflection angle” when the optical path of the projection light beam is reflected and deflected. Since one or more deflecting elements are used, two or more deflecting elements may be used and the optical path of the projected light beam may be bent at two or more locations. When two or more deflecting elements are used, the position of each deflecting element depends on the condition that the optical path of the deflected projection light beam “passes between the first optical system and the second optical system” and “imaging of the projection optical system” It is sufficient to satisfy the condition of “do not disturb”.
偏光素子の配置位置としては「投射画像を得るために機能する投射光学系の最大有効径内」が望ましい。 As the arrangement position of the polarizing element, “within the maximum effective diameter of the projection optical system that functions to obtain a projection image” is desirable.
「偏向素子」としては平面鏡を好適に用いることができるが、これに限らず、結像機能を持たない「フレネル型の偏向素子」を用いることもできる。 As the “deflection element”, a plane mirror can be preferably used. However, the present invention is not limited to this, and a “Fresnel type deflection element” having no imaging function can also be used.
上記のように、投射光学系から出でた投射光を、偏向素子により偏向させ、投射光束の光路が第１光学系と第２光学系の間を通過するようにするので「画像表示装置における投射光学系のレイアウトをコンパクト化」できる。 As described above, the projection light emitted from the projection optical system is deflected by the deflecting element so that the optical path of the projection light beam passes between the first optical system and the second optical system. The layout of the projection optical system can be made compact.
また、偏向素子による偏向角が可変であるので、投射光束の光路の方向を変化させることができ、投射面上における、投射画像の位置をある程度移動させることができる。 Further, since the deflection angle by the deflecting element is variable, the direction of the optical path of the projected light beam can be changed, and the position of the projected image on the projection surface can be moved to some extent.
上記画像表示装置における「偏向素子の偏向角」は可変であるが、この偏向角を「画像表示装置本体の基準設置面に対する傾き」に応じて可変とする。 The “deflection angle of the deflection element” in the image display device is variable, but the deflection angle is variable in accordance with “the inclination of the image display device body with respect to the reference installation surface” .
「基準設置面」は、フロントプロジェクタである画像表示装置を設置する際の基準となる面である。投射面であるスクリーン面と画像表示装置との位置関係が正しい場合には、画像表示装置を基準設置面に設置することにより、スクリーン上に台形歪のない投射画像を投射できる。投射光学系はこのように設計される。 The “reference installation surface” is a surface that serves as a reference when an image display device that is a front projector is installed. When the positional relationship between the screen surface, which is the projection surface, and the image display device is correct, a projection image without trapezoidal distortion can be projected on the screen by installing the image display device on the reference installation surface. The projection optical system is designed in this way.
画像表示装置の使用時に、画像表示装置が基準設置面に対して傾くことがありうる。例えば、画像表示装置を設置する面が設置基準面に対して傾いている場合や、投射面が画像表示装置に対して相対的に傾いている場合などである。このような場合、画像表示装置自体の態位を調整せずに、偏向素子の傾きを調整して偏向角を変化させるのみで、台形歪のない適正な投射画像を得ることができる。
即ち、フロントプロジェクタ本体の基準設置面に対する傾き量：θに対し、反射面の偏向角の変化量：ηを−η＝θ／２とする。
When the image display device is used, the image display device may be inclined with respect to the reference installation surface. For example, there are a case where the surface on which the image display device is installed is inclined with respect to the installation reference surface, and a case where the projection surface is inclined relative to the image display device. In such a case, an appropriate projection image without trapezoidal distortion can be obtained only by changing the deflection angle by adjusting the tilt of the deflection element without adjusting the state of the image display device itself.
That is, the amount of change in the deflection angle of the reflecting surface: η is −η = θ / 2 with respect to the amount of inclination: θ with respect to the reference installation surface of the front projector main body.
この発明のフロントプロジェクタは、傾き量検知手段と偏向角変化手段とを有することができる。
「傾き角検出手段」は、画像表示装置本体の基準設置面に対する傾き量を検知する手段である。傾き角検出手段としては種々のものを利用できる。例えば、画像表示装置本体のケーシング等に「基準設置面に対して０点を調整した水準儀」を固定的に儲け、この水準儀の水泡の位置をエリアセンサ等で検出し画像表示装置本体の設置基準面に対する傾き角を検出するようにできる。
The front projector according to the present invention can include an inclination amount detecting means and a deflection angle changing means .
“Inclination angle detection means” is means for detecting the amount of inclination with respect to the reference installation surface of the image display apparatus main body. Various tilt angle detecting means can be used. For example, a “level that is adjusted to 0 with respect to the reference installation surface” is fixedly placed on the casing of the image display device main body, and the position of water bubbles on this level is detected by an area sensor or the like, and the image display device main body installation reference The inclination angle with respect to the surface can be detected.
あるいは、剛体振り子をケーシング内に儲け、剛体振り子の回転角として「設置基準面に対する傾き角」を検出するなど、重力を利用して鉛直方向を検知する手段などを好適に用いることもできる。 Alternatively, a means for detecting the vertical direction using gravity can be suitably used, such as placing the rigid pendulum in the casing and detecting the “tilt angle with respect to the installation reference plane” as the rotation angle of the rigid pendulum.
「偏向角変化手段」は、傾き量検知手段により検知された傾き量に応じて、偏向素子の偏向角を変化させる。偏向角変化手段としては、サーボモータ等の回転駆動手段等を適宜に用いることができる。 The “deflection angle changing means” changes the deflection angle of the deflection element in accordance with the amount of inclination detected by the inclination amount detecting means. As the deflection angle changing means, a rotation driving means such as a servo motor can be appropriately used.
このようにすると、フロントプロジェクタである画像表示装置の基準設置面に対する傾き量に応じて自動的に、投射光束を適正な方向に向けることが可能になるので、ユーザビリティの格段の向上を図れる。 In this way, it is possible to automatically direct the projected light flux in an appropriate direction according to the amount of inclination with respect to the reference installation surface of the image display device that is a front projector, so that the usability can be significantly improved.
なお、偏向角変化手段は「手動式のもの」を用い、傾き角検出手段により検出された傾き角に応じて、偏向素子の偏向角を手動により変化させる用に構成することもできる。 The deflection angle changing means may be a “manual type” and may be configured to manually change the deflection angle of the deflection element in accordance with the inclination angle detected by the inclination angle detecting means.
偏向角変化手段による偏向角の変化量：ηは「傾き量検知手段により検知された画像表示装置本体の基準設置面に対する傾き量：θ」に対して「−η＝θ／２」とする。
「負号」は、偏向角の変化量：ηの向きが、傾き量：θを補正する向きであることを意味する。このように「ηとθ」の関係が定められるので、偏向角の調整に「特別な補正テーブル」を必要とせずに、偏向素子の角度の変位量：ηを設定でき、簡便に画像表示装置を構成でき、投射画像の品質を自動的に適正に保つ高機能を実現できる。
The amount of change of the deflection angle by the deflection angle changing means: η is set to “−η = θ / 2” with respect to “the amount of inclination with respect to the reference installation surface of the image display apparatus body detected by the inclination amount detecting means: θ” .
“Negative sign” means that the direction of the deflection angle change amount: η is the direction in which the inclination amount: θ is corrected. Since the relationship between “η and θ” is determined in this way, it is possible to set the displacement amount η of the deflection element angle without requiring a “special correction table” for adjusting the deflection angle, and the image display device can be simply It is possible to realize a high function that automatically and properly maintains the quality of the projected image.
以上に説明したように、この発明によれば新規なフロントプロジェクタを実現できる。
この発明の画像表示装置は、上記の如く、画像表示装置本体が設置基準面に対して傾いても、画像表示装置自体の態位を調整することなく、偏向素子の傾きを調整して偏向角を変化させるのみで、台形歪のない適正な投射画像を得ることができるとともに、偏向素子を含めた投射光学系のコンパクト性を高め、コンパクトな画像表示装置を実現できる。
As described above, according to the present invention, a novel front projector can be realized.
As described above, the image display device of the present invention adjusts the deflection angle by adjusting the tilt of the deflection element without adjusting the position of the image display device itself even if the image display device body tilts with respect to the installation reference plane. It is possible to obtain an appropriate projection image free of trapezoidal distortion only by changing the height of the projection optical system, to improve the compactness of the projection optical system including the deflection element, and to realize a compact image display device.
以下、発明の実施の形態を説明する。
図１、図２は実施の１形態を説明するための図である。
Embodiments of the invention will be described below.
1 and 2 are diagrams for explaining the first embodiment.
図１において、符号０は「画像形成部」を示す。画像形成部０は具体的には例えば「液晶パネル」等のライトバルブであり、符号０で示している部分は「投射すべき画像を形成する部分」である。画像形成部０が液晶パネル等のように自ら発光する機能を持たない場合には、画像形成部０に形成された画像情報ａｂが照明光により照明される。 In FIG. 1, reference numeral 0 denotes an “image forming unit”. Specifically, the image forming unit 0 is a light valve such as a “liquid crystal panel”, for example, and a portion indicated by reference numeral 0 is a “portion for forming an image to be projected”. When the image forming unit 0 does not have a function of emitting light as in a liquid crystal panel or the like, the image information ab formed in the image forming unit 0 is illuminated with illumination light.
そして、形成された画像情報ａｂにより２次元的に強度変調された光束が物体光としての「投射光束」となる。 A light beam that is two-dimensionally intensity-modulated by the formed image information ab becomes a “projection light beam” as object light.
画像形成部０からの投射光束は、投射光学系における第１光学系１０と第２光学系１２により「結像光束」とされる。即ち、画像形成部０に形成された画像情報ａｂが、投射光学系１０、１２により投射画像として表示されることになる。
The projection light beam from the image forming unit 0 is made into an “imaging light beam” by the first
投射光学系は、上記の如く第１光学系１０と第２光学系１２とを有するが、第１光学系１０は「正の屈折力」をもち、画像形成部０に形成された画像情報に共役な中間像Ｉｍ０を、第１光学系１０と第２光学系１２との間に「空間像」として形成する。
The projection optical system includes the first
中間像Ｉｍ０は平面像として結像する必要は無く、この実施の形態においても、後述の他の実施の形態においても「曲面像」として結像している。 The intermediate image Im0 does not have to be formed as a planar image, and is formed as a “curved surface image” in this embodiment and in other embodiments described later.
この実施の形態において第１光学系１０は「レンズ系（図示の簡単のために１枚のレンズとして簡単化して示している。）」である。
In this embodiment, the first
第１光学系１０から射出した光束は、第２光学系１２に向かって伝搬し、上記の如く中間像Ｉｍ０を形成したのち第２光学系１２に入射する。
第２光学系１２は、この実施の形態において「１枚の凹面鏡」により構成されている。
The light beam emitted from the first
The second
第２光学系は前述の如く「１以上の反射型光学素子を含む」ことができるから、２以上の結像ミラーを含んで構成することもできるし、１枚以上の結像ミラーとレンズとの複合系として構成することも可能である。 Since the second optical system can include “one or more reflective optical elements” as described above, it can be configured to include two or more imaging mirrors, or one or more imaging mirrors and lenses. It is also possible to configure as a composite system.
第２光学系１２は、中間像Ｉｍ０に共役な像を「投射画像として形成」する。即ち、画像形成部０に形成された画像情報ａｂの投射画像は「第１光学系１０と第２光学系１２」とにより結像される。
The second
第２光学系１２により反射された結像光束は、偏向素子１４に入射するが、仮に偏向素子１４が存在しなければ、そのまま進んで、投射画像ａ''b''として結像する。
偏向素子１４は投射光学系の第２光学系１２からでた結像光束が入射する面が「曲率を持たない鏡面」であり、入射する光束を反射して光路を偏向させる。
The imaging light beam reflected by the second
In the deflecting
偏向素子１４により反射された結像光束の光路は、第１光学系１０と第２光学系１２との間を通過する。換言すすれば、偏向素子１４は、結像光束を反射させ、その光路を「第１光学系１０と第２光学系１２との間を通過する」ように偏向する。
The optical path of the imaging light beam reflected by the deflecting
偏向素子１４により偏向された結像光束は、画像情報ａｂの投射画像ａ’ｂ’として結像する。図１の光学配置では、投射画像ａ’ｂ’の結像位置が投射面であって、この面にスクリーン面１６が配置される。
The imaging light beam deflected by the
このように、偏向素子１４を設けて、投射光束を「投射光学系内部（光学要素の間）を通過させる」ことにより、投射光束をも含む投射システムが占有する空間をコンパクトにすることが可能となっている。
Thus, by providing the deflecting
画像形成部０は、投射光学系の結像作用における物体にあたり、この物体情報である画像情報ａｂを第１光学系１０により中間像Ｉｍ０として形成する。中間像Ｉｍ０が形成される位置は、一点鎖線Ａｘ１で示した「第１光学系光軸」を挟んで、物体と反対側（図の下方）である。
The image forming unit 0 is an object in the image forming action of the projection optical system, and forms image information ab, which is object information, as the intermediate image Im0 by the first
中間像Ｉｍ０は、第２光学系１２の作用により、中間像面に共役な結像面（スクリーン面１６）上に投射画像ａ’ｂ’として結像する。画像形成部０は、図１では、第１光学系光軸Ａｘ１より上に位置されているが、第１光学系１０により形成される中間像Ｉｍ０は、同光軸Ａｘ１より下に結像し、投射画像ａ’ｂ’は同光軸Ａｘ１より下側に結像する。
The intermediate image Im0 is formed as a projection image a′b ′ on the image plane (screen surface 16) conjugate with the intermediate image plane by the action of the second
図２は、図１に示す実施の形態において「画像表示装置本体が、基準設置面に対して傾いた状態」を示している。 FIG. 2 shows a “state in which the image display device main body is tilted with respect to the reference installation surface” in the embodiment shown in FIG.
前述のように「投射面であるスクリーン面１６と画像表示装置との位置関係が正しい場合には、画像表示装置を基準設置面に設置することにより、スクリーン上に台形歪のない投射画像を投射でき」投射光学系はこのように設計される。図１は、投射面であるスクリーン面１６と画像表示装置との位置関係が正しい場合であり、画像表示装置は基準設置面に正しく設置されている。 As described above, “when the positional relationship between the screen surface 16 as the projection surface and the image display device is correct, the projection image without trapezoidal distortion is projected on the screen by installing the image display device on the reference installation surface. Can "projection optics are designed in this way. FIG. 1 shows a case where the positional relationship between the screen surface 16 as the projection surface and the image display device is correct, and the image display device is correctly installed on the reference installation surface.
図２は、投射面であるスクリーン面１６が、図１の状態から反時計回りに角：γだけ傾いた状態を示している。この状態はまた、スクリーン面１６が「図１と同一位置」にあるとすれば、画像表示装置自体が設置基準面に対して時計回りに角：−γ（時計回り）だけ傾いた状態と等価である。
図１に示す状態は「画像表示装置とスクリーンとの位置関係が適正」な状態であるから、図２に示す状態は画像表示装置が基準設置面に対して傾いた状態である。
FIG. 2 shows a state in which the screen surface 16 as a projection surface is inclined counterclockwise by an angle: γ from the state of FIG. This state is also equivalent to a state in which the image display device itself is inclined clockwise by an angle: −γ (clockwise) with respect to the installation reference plane if the screen surface 16 is at “the same position as FIG. 1”. It is.
Since the state shown in FIG. 1 is “the positional relationship between the image display device and the screen is appropriate”, the state shown in FIG. 2 is a state where the image display device is inclined with respect to the reference installation surface.
このような場合、従来は、画像表示装置自体の態位を調整することにより、投射画像の形状（台形歪）を補正していたが、偏向素子１４は「図面に平行な面内」での傾きを可調整としているので、偏向素子１４の傾きを変化させて、反射された投射光束の偏向角を調整するのみで、図２の如く、スクリーン１６面上に、台形歪なく投射画像ａ’ｂ’を投射することができる。
In such a case, conventionally, the shape of the projected image (trapezoidal distortion) is corrected by adjusting the position of the image display device itself, but the
図に示す角：γに対し、偏向素子１４の傾け角：η（偏向角の変化量）を、角：γと同じく反時計回りにη＝γ／２とすれば（即ち、画像表示装置の基準設置面に対する傾き角（時計回り）：−γに対して「−γ／２」とすれば）、スクリーン１６上に適正な投射画像ａ’ｂ’を投射できる。
When the tilt angle η (the amount of change in the deflection angle) of the
投射面の僅かなズレ、特にスクリーンに平行な状態からの傾きにより、投射画像の形状が矩形とならず台形になる（所謂「キーストン歪」）のは周知の如くであり、この現象は、投射光学系が広画角であるほど「ズレに対する台形歪みの歪量」が顕著になる。 It is well known that the projected image is not rectangular but trapezoidal (so-called “keystone distortion”) due to a slight deviation of the projection surface, particularly an inclination from a state parallel to the screen. As the optical system has a wider angle of view, “the amount of trapezoidal distortion with respect to displacement” becomes more prominent.
台形歪を「画像表示装置全体を移動」で補正する従来の技術では、台形歪を補正するために装置も大掛かりなものとなるが、図１、図２に示す実施の形態のように、光学系の一部（偏向素子１４）のみを変位（傾け）る構成を採用することで、ライトバルブや照明系などの光学系を変位させることなく、投射画像の台形歪を補正することができる。 In the conventional technique for correcting the trapezoidal distortion by “moving the entire image display device”, the apparatus becomes large in order to correct the trapezoidal distortion. However, as in the embodiment shown in FIG. 1 and FIG. By adopting a configuration in which only a part of the system (deflection element 14) is displaced (tilted), it is possible to correct the trapezoidal distortion of the projected image without displacing an optical system such as a light valve or an illumination system.
図３に、実施の別形態を示す。
繁雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものについては、図１、図２におけると同一の符号を用いる。
図３において、符号０で示すライトバルブ（画像形成部）からの光束は、第１光学系１０と、この第１光学系１０とともに投射光学系を構成する第２光学系１２とにより結像光束となり、偏向素子１４により反射されて光路を偏向され、投射面であるスクリーン１６上に投射画像を結像する。
FIG. 3 shows another embodiment.
In order to avoid complications, the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 are used for those that are not likely to be confused.
In FIG. 3, a light beam from a light valve (image forming unit) indicated by reference numeral 0 is imaged by a first
第１光学系１０と第２光学系１２とにより構成される投射光学系は勿論「拡大結像系」で、第１光学系１０は画像形成部０に形成される画像情報に共役な中間像を、第１光学系１０と第２光学系１２との間に空間増として結像させる。
Of course, the projection optical system constituted by the first
第１光学系１０は正の屈折力を持つレンズ系で、複数枚のレンズで構成されている。
The first
第２光学系１２は１枚の凹面鏡により構成され、中間像に共役な投射画像を結像させるが、図の如く結像光束を「図の上方」へ向けて射出させる。
The second
第２光学系１２から射出した結像光束は、偏向素子１４により反射されて光路を偏向され、スクリーン１６上に結像する。
The imaging light beam emitted from the second
このような投射光学系にあって、偏向素子１４を「投射光学系から出でて投射位置に至る光路上に配置して結像光束の光路」を偏向し、偏向された「結像光束」を、投射光学系内部を通る「結像光束」に交差して投射する。
In such a projection optical system, the deflecting
この実施の形態では、偏向素子１４の平反射面の「図に平行な面内での傾き量」を、画像表示装置とスクリーンとの位置関係に応じて調整することにより、スクリーン１６上に台形歪のない投射画像を結像させることができる。
In this embodiment, a trapezoidal shape is formed on the screen 16 by adjusting the “inclination amount in a plane parallel to the drawing” of the flat reflecting surface of the deflecting
上に説明した実施の各形態や、後述する他の形態においても、偏向素子は、平面鏡に限らず「レンズ収束機能のない（パワーのない）フレネル型の偏向素子」でも良い。 In each of the embodiments described above and other embodiments described later, the deflecting element is not limited to a plane mirror, but may be a “Fresnel deflecting element having no lens focusing function (no power)”.
なお「偏光素子」は、好ましくは「投射画像を得るために機能する投射光学系の最大有効径内」に配置されることが望ましい。 The “polarizing element” is preferably arranged within “the maximum effective diameter of the projection optical system that functions to obtain a projection image”.
即ち、第１光学系１０と第２光学系１２とで構成される投射光学系を一体に保持する筐体の内部に配置するのがよい。図１〜図３には、光学素子を保持する鏡筒等の保持部材は描かれていないが、各光学素子の配置については上記説明のみで当業者には自明であると考える。
That is, it is preferable to arrange the projection optical system constituted by the first
出願人が先に特開２００４−２５８６２０号公報等で提案した「屈折光学系と凹面ミラーにより拡大投射する光学系」は、この発明で用いられる投射光学系として好適であり、このような光学系を用い、凹面ミラーから出る結像光束を、偏向素子である平面ミラー等で折り返し、屈折光学系と凹面ミラーの間の空間を通過させる構成とすることができる。 The “optical system for enlarging and projecting with a refractive optical system and a concave mirror” previously proposed by the applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-258620 is suitable as a projection optical system used in the present invention. , The imaging light beam emitted from the concave mirror can be folded back by a plane mirror or the like as a deflecting element and passed through the space between the refractive optical system and the concave mirror.
このような構成を採ることにより「投射システムがコンパクト化」され、投射光学装置の大きさを小さくでき、設置性、可搬性の向上、筐体コンパクト化に伴う精度の確保、あるいは材料削減など、画像表示装置小型化に寄与するさまざまな効果が得られる。 By adopting such a configuration, the `` projection system is made compact '', the size of the projection optical device can be reduced, installation property, portability improvement, accuracy ensuring due to compact housing, or material reduction, Various effects contributing to downsizing of the image display device can be obtained.
この発明の画像表示装置で用いられる投射光学系のように「一旦、中間像を結像させる光学系」では、第２光学系で所謂「絞り」に相当して「光束が一旦集まる箇所」があり、この位置の近傍に偏向素子を配置することにより「偏向素子のサイズを小さくする」ことができる。 In the “optical system for once forming an intermediate image” as in the projection optical system used in the image display apparatus of the present invention, there is a “location where the luminous flux once collects” corresponding to a so-called “aperture” in the second optical system. Yes, by arranging the deflection element in the vicinity of this position, it is possible to “reduce the size of the deflection element”.
また、第２光学系の上記「絞り」近傍では、光束が集まっているので「投射光束の広がり」が比較的少なく、中間像を形成しない従来の他の光学系と比較すると格段に「結像光束」と偏向素子により偏向された光路とを交差させやすい。 In addition, since the light beam is collected near the “aperture” of the second optical system, the “expansion of the projected light beam” is relatively small, and the “imaging” is markedly compared with other conventional optical systems that do not form an intermediate image. It is easy to cross the “light beam” and the optical path deflected by the deflecting element.
従来から知られた拡大投射系では、「投射光束」は投射光学系を出でると徐々に光束幅が広がるので、結像光束を「投射光学系の内部を通過させる発想」を得られない。 In the conventionally known enlargement projection system, the “projection light beam” gradually increases in width when it exits the projection optical system, so that it is not possible to obtain “the idea of passing the imaging light beam through the inside of the projection optical system”.
また、結像光学系は通常「外界と遮蔽」する目的でレンズ鏡筒などに組みつけられており、結像光学系内で「結像光束に投射光束を交差させる」という発想は行われない。この発明は、投射光束の直進性にも着目し、フレア光による投射性能の劣化を発生させないように「投射光学系内で結像光束と投射光束」を交わるような構成を見出したものである。 In addition, the imaging optical system is usually assembled in a lens barrel or the like for the purpose of “shielding from the outside”, and the idea of “crossing the projected luminous flux with the imaging luminous flux” is not made in the imaging optical system. . This invention pays attention also to the straightness of the projected light beam, and has found a configuration in which the “imaging light beam and the projected light beam are crossed in the projection optical system” so as not to cause deterioration of the projection performance due to flare light. .
また、偏向素子の角度を可変とする構成を採用することで、投射画像を傾けるなどの、投射画像位置の調整が可能となった。 Further, by adopting a configuration in which the angle of the deflection element is variable, it is possible to adjust the position of the projected image, such as tilting the projected image.
この投射画像の位置調整が可能となる効果は、従来技術ではなし得ない。 The effect of adjusting the position of the projected image cannot be achieved by the conventional technology.
図４（ａ）、（ｂ）を参照して、実施の他の形態を説明する。
この実施の形態では、光源１４−１から放射された光束が、照明光学系１５−１により効率的に画像形成部５−１へ照明される。
Another embodiment will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b).
In this embodiment, the light beam emitted from the light source 14-1 is efficiently illuminated onto the image forming unit 5-1 by the illumination optical system 15-1.
画像形成部５−１に形成された画像情報は、上記の如く照明されると、投射光束となり、レンズ群１−１を透過し、折り曲げミラー６−１により図面に直交する方向から図面に平行な光束に偏向され、レンズ群２−１に入射して透過する。 When the image information formed in the image forming unit 5-1 is illuminated as described above, it becomes a projected light beam, passes through the lens group 1-1, and is parallel to the drawing from the direction orthogonal to the drawing by the bending mirror 6-1. The light beam is deflected by a simple light beam, and enters and transmits the lens group 2-1.
レンズ群１−１と折り曲げミラー６−１とレンズ群２−１とは第１光学系を構成する。 The lens group 1-1, the bending mirror 6-1 and the lens group 2-1 constitute a first optical system.
第１光学系を通過した投射光束は、第２光学系を構成する反射光学素子３−１に向かって伝搬しつつ、第１光学系のレンズ群２−１と反射光学素子３−１との間に、画像情報に共役な中間像を形成したのち、反射光学素子３−１に入射して反射され、結像光束となって偏向素子１８に入射する。
The projected light beam that has passed through the first optical system propagates toward the reflective optical element 3-1 that constitutes the second optical system, while the lens group 2-1 and the reflective optical element 3-1 of the first optical system. In the meantime, an intermediate image conjugate with the image information is formed, and then incident and reflected by the reflective optical element 3-1, and is incident on the deflecting
偏向素子１８は平面鏡であって、反射光学素子３−１から出た投射光束を反射する。反射された結像光束は、レンズ群２−１と反射光学素子３−１との間を通るように偏向され、スクリーン４−４上に投射像を結像する。
The deflecting
若干捕捉すると、光源１４−１としては「超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤなどの白色光源」を用いることができ、また、単色発光ＬＥＤ、ＬＤなどの単色光源も用いることができる。 When captured slightly, a “white light source such as an ultra-high pressure mercury lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, or an LED” can be used as the light source 14-1, and a monochromatic light source such as a monochromatic LED or LD can also be used. .
白色光源を用いてカラー画像を表示する場合には「色分離光学系」が必要となるが、色分離光学系についてはすでに周知であるので、説明を省略する。 In the case of displaying a color image using a white light source, a “color separation optical system” is required, but the color separation optical system is already well known, and thus the description thereof is omitted.
照明光学系１５−１は、画像生成部５−１を効率よく照明する機能を有するものが好ましく、また、照明をより均一にするため、例えばフライアイインテグレータ光学系や、ロッドインテグレータなどを用いることができる。 The illumination optical system 15-1 preferably has a function of efficiently illuminating the image generation unit 5-1. Further, for example, a fly-eye integrator optical system or a rod integrator is used to make the illumination more uniform. Can do.
画像生成部５−１としては、透過型や反射型の液晶パネルに代表される液晶ライトバルブを用いることができるが、「画素単位に配列された微小なミラーにより光のオンオフを行うデジタルミラーデバイス」を用いることもできる。デジタルミラーデバイスは、図１〜図３に即して説明した実施の形態における画像形成部としても好適である。 A liquid crystal light valve typified by a transmissive or reflective liquid crystal panel can be used as the image generation unit 5-1, but “a digital mirror device that turns light on and off using minute mirrors arranged in pixel units”. Can also be used. The digital mirror device is also suitable as the image forming unit in the embodiment described with reference to FIGS.
自己発光型パネルを画像形成部とすれば、前述の如く、光源や照明光学系は不要であることは言うまでもない。 Needless to say, if a self-luminous panel is used as an image forming unit, a light source and an illumination optical system are unnecessary as described above.
第１光学系の屈折力を持つ部分は「レンズ群１−１と２−１の合成光学系」で、複数の光学要素が配列された構成であり、これら複数光学要素間の位置関係は常に精度良く保持されている。 The portion having the refractive power of the first optical system is a “combining optical system of lens groups 1-1 and 2-1”, which has a configuration in which a plurality of optical elements are arranged, and the positional relationship between the plurality of optical elements is always It is held with high accuracy.
図４には、所謂レンズセルといわれる固定部材は図示されていない。レンズ群１−１とレンズ群２−１の間には、折り曲げミラー６−１が配置されているが、これは投射光学系のレイアウトによっては不要である。 FIG. 4 does not show a fixing member called a lens cell. A bending mirror 6-1 is disposed between the lens group 1-1 and the lens group 2-1, but this is not necessary depending on the layout of the projection optical system.
第２光学系は、前述の如く、反射型光学素子３−１で構成されている。 As described above, the second optical system includes the reflective optical element 3-1.
上記光学系全体と、画像形成に必要な部分、即ち、図示されない「画像処理部や電源部、冷却用のファンなど」が、上記投射光学系や偏向素子とともにハウジング部材１６−１、１７−１に収納されて画像表示装置を構成している。 The entire optical system and portions necessary for image formation, that is, “image processing section, power supply section, cooling fan, etc.” (not shown), together with the projection optical system and deflection element, are housing members 16-1, 17-1. The image display device is configured by being housed.
画像形成部からの投射光束は、第１光学系１−１、１−２により集光され、第２光学系をなす反射型光学素子３−１へ導かれる。
第１光学系の光軸は、図面に直交する裏面側から、折り曲げミラー６−１により、図面に平行で図の上方へ向かう光路に折り曲げられている。
第１光学系から出でた投射光束は、物体としての画像形成部５−１に形成された画像情報と同じかもしくは大きな空間像を「中間像」として形成し、この中間像に共役な投射画像４−４が、第２光学系である反射型光学素子３−１により「さらに拡大」されて投射面に合致したスクリーン１１−２上に所望の拡大倍率で結像投射される。
The projected light beam from the image forming unit is collected by the first optical systems 1-1 and 1-2 and guided to the reflective optical element 3-1 forming the second optical system.
The optical axis of the first optical system is bent from the back side perpendicular to the drawing by a bending mirror 6-1 to an optical path parallel to the drawing and going upward in the drawing.
The projected light beam emitted from the first optical system forms a spatial image that is the same as or larger than the image information formed on the image forming unit 5-1 as an object as an “intermediate image”, and is conjugated to the intermediate image. The image 4-4 is “magnified further” by the reflective optical element 3-1, which is the second optical system, and is imaged and projected at a desired magnification on the screen 11-2 that matches the projection surface.
その際、結像光束の光路は、偏向素子１８により、第２光学系３−１から出た後に反射偏向され、第１光学系と第２光学系の間を通過してスクリーン１１−２に向かう。
At this time, the optical path of the imaging light beam is reflected and deflected by the deflecting
前述の実施の各形態と同様、中間像は平面像として結像してはいないが、正のパワーを有する反射型光学素子３−１、第１光学系を構成するレンズ群１−１、２−１とあわせた結像光学系全系により諸収差を補正し、所望の光学性能を得るようにできる。 As in the above-described embodiments, the intermediate image is not formed as a planar image, but the reflective optical element 3-1 having positive power and the lens groups 1-1 and 2 constituting the first optical system. Various aberrations are corrected by the entire imaging optical system combined with -1, so that desired optical performance can be obtained.
正のパワーを有する反射型光学素子３−１は、凹面形状のミラーが好適で、諸収差を補正するのに非球面を採用することが望ましく、さらには、積極的に歪補正を行うために自由曲面形状を採用してもよい。 The reflective optical element 3-1 having a positive power is preferably a concave mirror, preferably an aspherical surface for correcting various aberrations, and moreover for positive distortion correction. A free curved surface shape may be adopted.
図４（ａ）に示すように、反射型結像素子３−１により折り返された投射光束（結像光束）は「第１光学系と反射型光学素子の間を通る結像光束」と交差して、ハウジング部材１７−１の右側面部から射出する。 As shown in FIG. 4A, the projection light beam (imaging light beam) folded by the reflective imaging element 3-1 intersects with the “imaging light beam passing between the first optical system and the reflective optical element”. And it injects from the right side part of housing member 17-1.
偏向素子１８は前述の如く平面ミラーが好適であるが、半透明の平面ミラーを用いることもでき、半透明の平面ミラーを用いると、投射光束を２光束に分離することができる。
As described above, the deflecting
また、第２の偏向素子として「投射光束の透過・反射」を選択可能なものとすることもできる。液晶パネル等で形成される画像情報を高速に切り替え、切り替えのタイミングに応じて、投射画像を第２の光路偏向素子により反転画像とし、この反転画像を正規の画像となるように補正すれば２画面表示も可能である。 Further, “transmission / reflection of projected light beam” can be selected as the second deflection element. If the image information formed on the liquid crystal panel or the like is switched at high speed, and the projection image is inverted by the second optical path deflecting element in accordance with the switching timing, the inverted image is corrected to become a regular image. Screen display is also possible.
このような構成を採用することで、投射光束を折り曲げ、投射システムが占有する投射空間を小さく出来きる。 By adopting such a configuration, the projection light beam can be bent and the projection space occupied by the projection system can be reduced.
図４（ａ）は、画像表示装置が設置基準面に適正に設置された状態である。図４（ｂ）は、同図（ａ）の状態に対し、スクリーン１１−２が反時計回りに角：２ηだけ回転した状態である。
このとき、偏向素子１８が図４（ａ）に示すように、図の上下方向（レンズ群２−１の光軸に平行）であると、スクリーン１１−２に投射される投射画像には台形歪が生じるが、スクリーン１１−２の傾き角：２ηに対応して、偏向素子１８を、図４（ｂ）のように、反時計回りに角：ηだけ傾ければ、スクリーン１１−２に台形歪のない適正な投射画像４−５を結像できる。
FIG. 4A shows a state where the image display device is properly installed on the installation reference plane. FIG. 4B shows a state in which the screen 11-2 is rotated counterclockwise by an angle of 2η with respect to the state of FIG.
At this time, as shown in FIG. 4A, when the
勿論、偏向素子１８は、パワーを持たないので、上記の如く傾けても、投射光学系による結像を損なわない。
Of course, since the
図４（ｂ）では、投射画像を表示するべきスクリーン１１−２が画像表示装置に対して傾いた場合を説明した。 FIG. 4B illustrates the case where the screen 11-2 on which the projection image is to be displayed is tilted with respect to the image display device.
逆に、スクリーンに対して画像表示装置が傾いた場合を図５に示す。
図５において、符号１００は「画像表示装置の基準設置面」であり、適正な基準状態においてはスクリーン１１−２に対して直交している。
Conversely, FIG. 5 shows a case where the image display device is tilted with respect to the screen.
In FIG. 5,
図５に示すように、画像表示装置が基準設置面１００に対し、時計回りに角：θだけ傾いた場合には、偏向素子１８を、ハウジング部材１７−１に対して角：η’（＝θ／２）だけ反時計回りに回転させると、偏向素子１８の反射面は、基準設置面１００に対し、時計回りにθ／２だけ傾いた状態となり、前述した場合と同様に、スクリーン１１−２上に適正な投射画像を結像して表示することができる。
As shown in FIG. 5, when the image display device is tilted clockwise by an angle: θ with respect to the
０ 画像形成部
１０ 第１光学系
１２ 第２光学系
１４ 偏向素子
１６ スクリーン面
0 Image forming part
10 First optical system
12 Second optical system
14 Deflection element
16 screen surface
Claims (3)
該画像形成部に形成された画像情報を投射画像として表示する投射光学系と、
光束偏向機能を有し結像機能を持たない１以上の偏向素子と、を有するフロントプロジェクタであって、
前記投射光学系は、画像形成部に形成された画像情報に共役な中間像を形成する正の屈折力の第１光学系と、前記中間像に共役な像を投射画像として形成する第２光学系とを有し、該第２光学系は、１以上の反射型光学素子を含み、
前記偏向素子は、前記投射光学系から出た投射光束を反射し、反射された投射光束の光路が第１光学系と第２光学系の間を通過するように、前記投射光束を偏向する機能を有し、且つ、反射面の偏向角が、フロントプロジェクタ本体の基準設置面に対する傾きに応じて可変で、
前記フロントプロジェクタ本体の基準設置面に対する傾き量：θに対し、前記反射面の偏向角の変化量：ηが−η＝θ／２であることを特徴とするフロントプロジェクタ。 An image forming unit for generating an image;
A projection optical system for displaying the image information formed in the image forming unit as a projection image;
A front projector having one or more deflecting elements having a light beam deflecting function and no imaging function ,
The projection optical system includes a first optical system having a positive refractive power that forms an intermediate image conjugate to image information formed in the image forming unit, and a second optical that forms an image conjugate to the intermediate image as a projection image. And the second optical system includes one or more reflective optical elements,
The deflection element reflects the projection light beam emitted from the projection optical system, and deflects the projection light beam so that the optical path of the reflected projection light beam passes between the first optical system and the second optical system. And the deflection angle of the reflecting surface is variable according to the inclination with respect to the reference installation surface of the front projector body,
A front projector, wherein the amount of change in the deflection angle of the reflecting surface: η is −η = θ / 2 with respect to the amount of inclination: θ of the front projector body with respect to a reference installation surface.
フロントプロジェクタ本体の基準設置面に対する傾き量を検知する傾き量検知手段と、検知された傾き量に応じて、偏向素子の偏向角を変化させる偏向角変化手段を有することを特徴とするフロントプロジェクタ。A front projector comprising: an inclination amount detecting means for detecting an inclination amount with respect to a reference installation surface of the front projector body; and a deflection angle changing means for changing a deflection angle of the deflection element in accordance with the detected inclination amount.
偏向角変化手段による偏向角の変化量：ηが、傾き量検知手段により検知された画像表示装置本体の基準設置面に対する傾き量：θに対して、−η＝θ／２であることを特徴とするフロントプロジェクタ。 The front projector according to claim 2,
The amount of change in the deflection angle by the deflection angle changing means: η is −η = θ / 2 with respect to the amount of inclination with respect to the reference installation surface of the image display apparatus body detected by the inclination amount detecting means: θ. A front projector .
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