JP5477491B2 - 投射光学系 - Google Patents
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Description
また、DMD(Digital Micro-mirror Device)を利用した小型軽量な画像投射装置が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広くこれら画像投射装置が利用されるようになってきている。特に、フロントタイプのプロジェクタは携帯性が向上し、数人規模の小会議にも使われるようになってきている。
「レンズ光学系」は、複数のレンズからなり、投影面とライトバルブとの間に、前記画像の中間像を形成するための正のパワーを有する光学系である。
「第2反射面」は、レンズ光学系からの射出光を第1反射面に入射させるため反射面であって、レンズ光学系からの射出光の光路上に配置される。
「第2反射面」は、投影面を含む平面と第1反射面との間に配置され、且つ、第1反射面と対面するように配置される。
中間像は、ライトバルブの中心から射出する光束の主光線に対して傾斜し、且つ像面が湾曲していることができる。
第2反射面は自由曲面で構成することができる。
上記の如く、レンズ光学系は複数のレンズで構成されるが、レンズ光学系を構成するレンズのレンズ面は自由曲面として「非球面形状の屈折面」を有することができる。
「反射光学系」は、パワーを持つ複数の反射面により構成され、回転非対称反射面を1面以上含む。「回転非対称反射面」は、反射面の形状が、回転対称軸を持たない反射面である。
「透過光学系」は、屈折力をもつ透過面により構成され、非球面を1面以上含む。
即ち、画像表示パネル側からスクリーンに至る光束が生成する画像表示パネルの、負の倍率の中間像(拡大投射光学系による結像光束の光路上において生成される「画像パネルの中間像」)と、スクリーン側から画像表示パネルに至る光束が生成するスクリーンの負の倍率の中間像(拡大投射光学系に、仮想的にスクリーン側から光を入射させたときに、上記光路上に生成するスクリーンの中間像。因みにこのときのスクリーンの像は縮小像で画像表示パネル上に結像する)の位置・形状が略一致している。
また、反射光学系に含まれる反射面における光の反射が「内部全反射条件を満たす」構成でも良い。このように反射面を「内部全反射面」とする場合、「透過光学系からの光束を取り込む面」は透過面である。この場合、この透過面への光束入射を面に直交させると、入射の際に収差が発生しないので好ましい。
「第1の光学系」は、屈折光学系を少なくとも1つ含み、正のパワーを有する。
を有する。
もできる。
投射光学系は「被投影物体面からの光束を、透過型屈折光学系と、1または2枚の反射ミラーからなる反射型屈折光学系を介して投影面上に導光し投影する投射光学系」であることができる。
反射型屈折光学系から投影面に至る光線は投影面の法線に対して傾斜して導光される。
Z=X2・x2+Y2・y2+X2Y・x2y+Y3・y3+X4・x4+X2Y2・x2y2+Y4・y4+
X4Y・x4y+X2Y3・x2y3+Y5・y5+X6・x6+X4Y2・x4y2+X2Y4・x2y4+Y6・y6+・・
・・(1)
で表される形状である。
特に、上記凹面を自由曲面形状とすることでその効果を最大限に生かせる。
i Ri(mm) Ti(mm) 材質
0 85
1 65 25 BK7
2 −55 225
3 −135 −400 。
i Ri’(mm) Ti’(mm) 材質
0 85
1 65 25 BK7
2 −60 225
3 −98 −400 。
a’、b’に到達する各主光線の間隔は約362mmとなり、図3に示す場合(208mm)よりも拡大率が向上している。即ち、第1の光学系における正のパワーが弱まり、中間像Iintが第2の光学系19Bの「正のパワーを持つ反射面」に近づいた結果、拡大率が増大しているのである。上記のように、光学配置を変えることなく、屈折面・反射面の曲率半径を変化させるのみで、拡大率を向上させることができる。
なお、図3、図4の実施の形態とも、第1の光学系は、1以上のレンズからなる屈折光学系で構成され、正のパワーを有し、第2の光学系は、パワーを有する1枚の反射面19で構成され、正のパワーを有し、ライトバルブ15により形成された画像を、第1の光学系により、第1の光学系と反射面との間の空間中に中間像Iintを結像させ、中間像Iintとして結像した後の発散する光束を反射面19で反射し、反射面19の正のパワーにより、中間像をさらに拡大した画像を最終像として、投影面であるスクリーン21に投射し、第2光学系19により反射された光束の投影面21への入射角が、最終像上のライトバルブ15から最も遠い位置(図3、図4において像最上部)の方が最も近い位置より、大きくなるように構成されている。
この形態では、第2の光学系190は、正のパワーを有する反射面192と負のパワーを有する反射面191とを有する。
射鏡等、発散パワーを有する反射光学素子を適宜に利用できる。
上記の如き構成の採用により、従来の投射光学系より広角化が可能となる。
することにより設計の自由度が向上し、より高性能な投射光学系を実現できる。
図1は、図示を簡単化するために簡略化して描いている。
光源10における発光部11のランプとしては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メ
タルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどを用いることができる。
より小さくすることができることは当然である。
ルを用い、各パネルにより変調された光束を、公知のダイクロイックプリズム等の色合成
手段により色合成した後に、第1の光学系17等へ入射させることにより、スクリーン2
1上にカラー画像を投射することができることは言うまでも無い。
この実施の形態のように、拡大投射光学系を、透過光学系と反射光学系で構成すると、全ての光学面を反射面で構成するよりも、光学系を組み付け易くなり、反射面による「光路折り返し効果」も活かすことができ、全系を小型化できる。
スクリーンは平面である。
部分は像側に配された第1、第2反射面を示す。レンズ光学系71は、複数のレンズ71
1〜716で構成されレンズ713の直後に絞りSを有する。レンズ713は「接合レン
ズ」である。
符号721、722は、第1、第2反射面を示している。第1反射面722、第2反射
面721を合わせた部分を以下「第2光学系」と称する。
物体像は、一旦中間像として形成された後に最終像として結像されるように構成されている。
また、レンズ光学系において物体側にもっとも近い屈折力を持った光学要素711の光軸に対して他の光学要素712〜716、721、722が平行偏芯および/またはチルト偏芯している。
図13において、符号100で示す部分は、図6に即して説明した「反射型の液晶パネルに、直線偏光した照明光を、偏光ビームスプリッタを介して照射し、液晶パネル1により変調された反射光束が偏光ビームスプリッタを介して結像光束となる型」の物体側部分であり、反射型の液晶パネルの画像表示面が「被投影物体面」である。図中、符号PBが偏光ビームスプリッタを示す。物体側の構成はこれに限らず、図1に即して説明した「ライトバルブ15を、ランプとリフレクタによる発光部11からの光束を照明光学系12により照明する構成のもの、あるいはこれにインテグレ−タ光学系を付加したもの」を用いることもできるし、DMDパネルに対し斜め入射光学系や全反射プリズムで光路分離を行う方式のものを用いることもでき、LEDアレイやELアレイ、プラズマディスプレイ等の自己発光型の物体を用いることもできる。
図12、図13に示すように、第1反射面である反射面132は、投影面に向けて配置され、第2反射面である反射面131は、投影面を含む平面と反射面132との間に配置され、且つ、反射面132と対面する。
レンズ光学系120は、その光軸の延長が「反射面132と投影面(スクリーン)との間にある」ように配置されている。
第1反射面である反射面132は、投影面に向けて配置され、第2反射面である反射面131は、投影面を含む平面と第1反射面132との間に配置され、且つ、第1反射面132と対面するように配置され、レンズ光学系120は、その「光軸の延長」が第1反射面132と投影面との間にあるように配置されている。
光学系の諸元において、面番号は物体面(投射されるべき画像が表示される面)を第0面として、以下順次に第1面、第2面・・と数える。全実施例を通じ、第1面および第2面は「偏光ビームスプリッタ」の液晶パネル側および投射光学系側の面である。
なお、以下に挙げる具体的な実施例1〜6のうちで、この発明の投射光学系の実施例は、実施例1であり、実施例1〜5は「参考例に関する具体例」である。
以下では、繁雑を避けるため、これら参考例に関する具体例をも含めて「実施例」と呼ぶ。
第1の光学系において物体側にもっとも近い屈折力を持った光学要素711の光軸に対して他の光学要素712〜716、721、722が平行偏芯および/またはチルト偏芯している。
中間像の拡大率は3倍程度である。
Z=c・r2/[1+√{1-(1+k)c2r2}]+Ar4+Br6+Cr8
において、k、A、B、Cを与えて形状を特定する。以下の他の実施例においても同様である。
レンズ光学系91は5枚のレンズ911〜915により構成され、第2光学系92は第1、第2反射面922、921により構成されている。
レンズ913は接合レンズである。
図示されない絞りが、レンズ913とレンズ914の間に配置されている。
屈折光学系は1組の接合レンズ913を含み、これは1群として作用する。
物体像は一旦中間像として形成された後に最終像として結像される。
実施例1〜5の第1光学系は、物体側にもっとも近い屈折力を持った光学要素の光軸に対して、他の光学要素が、1カ所以上において、平行偏芯および/またはチルト偏芯しており、実施例3〜5では、レンズ光学系91において物体側にもっとも近い、屈折力を持った光学要素911の光軸に対して第1の光学系91の各要素がチルト偏芯していない。
参考具体例において正規像を投射するスクリーンのサイズは60インチであり、投射光学系の「スクリーンに直交する方向の最大幅」は472mmである。
また、実施例1〜6の投射光学系とも「ライトバルブから発する光線は、投影面から遠い箇所からの光線ほど投影面への入射角が大きい」用に構成されている。
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
1 画像表示パネル
2 スクリーン
3 透過光学系
4〜8 反射光学系を構成する反射面
8 回転非対称反射面
9 絞り
I9 絞りの像
Claims (1)
- ライトバルブに形成された画像を投影面に投射するための投射光学系であって、
複数のレンズからなり、前記投影面と前記ライトバルブとの間に、前記画像の中間像を形成するための正のパワーを有するレンズ光学系と、
前記中間像を結像した後の発散する光束を反射し、前記投影面上に結像させるための正のパワーを有する第1反射面と、
前記レンズ光学系からの射出光の光路上に配置され、該射出光を前記第1反射面に入射させるための第2反射面と、からなり、
前記第1反射面は、前記投影面に向けて配置され、
前記第2反射面は、前記投影面を含む平面と前記第1反射面との間に配置され、且つ、第1反射面と対面するように配置され、
前記レンズ光学系は、その光軸の延長が前記第1反射面と前記投影面との間にあるように配置されていることを特徴とする投射光学系。
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