JP6610852B2

JP6610852B2 - Image display device

Info

Publication number: JP6610852B2
Application number: JP2014208725A
Authority: JP
Inventors: 響辰野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2034-10-10
Also published as: JP2016080748A

Description

本発明は、画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an image display device.

データ画像などを投射する画像表示装置には、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）のような反射型の複数のマイクロミラーによって構成される画像表示素子を有するものがある。このような画像表示装置は、複数のマイクロミラーを揺動させて画像表示素子の表面に画像を生成し、投射光学系を用いて画像表示素子に表示される画像をスクリーンなどに投射する。 Some image display devices that project data images and the like include an image display element configured by a plurality of reflective micromirrors such as a DMD (Digital Micromirror Device). Such an image display device swings a plurality of micromirrors to generate an image on the surface of the image display element, and projects an image displayed on the image display element onto a screen or the like using a projection optical system.

画像表示装置において、より大きな光束を用いて投影画像を明るくすると共に、投影画像の明るさの左右のバランスを均等化する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。 In an image display device, a technique is disclosed in which a larger luminous flux is used to brighten a projected image and the left and right balance of the brightness of the projected image is equalized (see, for example, Patent Document 1).

ＤＭＤは、マイクロミラーの最大傾斜角を増加させる方向で技術が進歩している。マイクロミラーの最大傾斜角が増加すると、投射光学系の光取り込み範囲を拡大することができるため、投射光学系から投影される光量を増加させることができる。 DMD is advancing in the direction of increasing the maximum tilt angle of the micromirror. When the maximum inclination angle of the micromirror is increased, the light capturing range of the projection optical system can be expanded, so that the amount of light projected from the projection optical system can be increased.

しかしながら、マイクロミラーの最大傾斜角が拡大するに従い、投射光学系の光取り込み角を広げると、カバーガラスでの反射光が増えるため、画像表示素子により表示される画像のコントラストが低下するという問題がある。 However, as the maximum tilt angle of the micromirror is increased, if the light capturing angle of the projection optical system is increased, the reflected light on the cover glass increases, so that the contrast of the image displayed by the image display element decreases. is there.

本発明は、画像表示素子のマイクロミラーの最大傾斜角を増加させつつ、高品質な画像を得ることができる画像表示装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an image display device capable of obtaining a high-quality image while increasing the maximum inclination angle of a micromirror of an image display element.

本発明の画像表示装置は、光源と、最大傾斜角が１２°よりも大きい複数のマイクロミラーが配置され矩形状の外形線を有する画像表示素子と、光源から出射される光を画像表示素子に導光する照明光学系と、複数のレンズ群からなり、画像表示素子から出射される光により複数のレンズ群の光軸に垂直な仮想平面に負の歪曲の中間像を形成する屈折光学系、および屈折光学系からの光を反射する凹面ミラーを備え、画像表示素子に表示される画像を投射する投射光学系と、画像表示素子と屈折光学系との光路中に配される全反射プリズムと、を有し、投射光学系がテレセントリックである。 An image display device according to the present invention includes a light source, an image display element having a rectangular outline with a plurality of micromirrors having a maximum inclination angle larger than 12 °, and light emitted from the light source as an image display element. A refractive optical system that includes an illumination optical system that guides light and a plurality of lens groups, and forms an intermediate image of negative distortion on a virtual plane perpendicular to the optical axis of the plurality of lens groups by light emitted from the image display element, And a concave optical mirror that reflects light from the refractive optical system, a projection optical system that projects an image displayed on the image display element, and a total reflection prism that is disposed in the optical path between the image display element and the refractive optical system; , And the projection optical system is telecentric .

本発明によれば、画像表示素子のマイクロミラーの最大傾斜角を増加させつつ、高品質な画像を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a high-quality image while increasing the maximum inclination angle of the micromirror of the image display element.

本発明に係る画像表示装置の実施の形態を示す光学配置図である。1 is an optical layout diagram showing an embodiment of an image display device according to the present invention. 投射光学系の光軸に平行な方向から見た画像表示素子への入射光の角度を示す図である。It is a figure which shows the angle of the incident light to the image display element seen from the direction parallel to the optical axis of a projection optical system. 画像表示装置における照明光学系の光取り込み範囲と投射光学系の光取り込み範囲との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the light capturing range of the illumination optical system in an image display apparatus, and the light capturing range of a projection optical system. 画像表示装置における照明光の端部光線が画像表示素子に入射する様子の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a mode that the edge part ray of the illumination light in an image display apparatus injects into an image display element. 画像表示装置における照明光の端部光線が画像表示素子に入射する様子の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of a mode that the edge part ray of the illumination light in an image display apparatus injects into an image display element. 画像表示装置における画像表示素子と全反射プリズムと投射光学系の例を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows the example of the image display element, total reflection prism, and projection optical system in an image display apparatus. 画像表示装置における画像表示素子と全反射プリズムと投射光学系の別の例を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows another example of the image display element, total reflection prism, and projection optical system in an image display apparatus. 図１に示す画像表示装置の投射光学系周辺を示す光学配置図である。FIG. 2 is an optical layout diagram showing the periphery of the projection optical system of the image display device shown in FIG. 1. 参考例の画像表示装置の例を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows the example of the image display apparatus of a reference example. 参考例の画像表示装置の別の例を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows another example of the image display apparatus of a reference example. 画像表示装置の別の形態を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows another form of an image display apparatus . 図１１に示す画像表示装置の平面ミラーの例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the plane mirror of the image display apparatus shown in FIG. さらに別の形態を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows another form . 図１３に示す画像表示装置の投射光学系周辺を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows the projection optical system periphery of the image display apparatus shown in FIG. 図１３に示す画像表示装置により生成される中間像の歪曲収差を示すグラフである。It is a graph which shows the distortion aberration of the intermediate image produced | generated by the image display apparatus shown in FIG.

●画像表示装置（１）●
以下、本発明に係る画像表示装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 ● Image display device (1) ●
Embodiments of an image display apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、画像表示装置１２０の照明光学系１０周辺の構成を示す。図の形態において、画像表示装置１２０は、画像表示素子２２と、光源からの光を照明する照明光学系１０と、画像表示素子２２からの光を拡大投射する屈折光学系１２１とを有する。 FIG. 1 shows a configuration around the illumination optical system 10 of the image display device 120. In the form shown in the figure , the image display device 120 includes an image display element 22, an illumination optical system 10 that illuminates light from the light source, and a refractive optical system 121 that projects the light from the image display element 22 in an enlarged manner.

●照明光学系の構成
次に、画像表示装置１２０の照明光学系１０の構成について説明する。 Next, the configuration of the illumination optical system 10 of the image display device 120 will be described.

図１に示すように、照明光学系１０は、ランプ１１から順に、リフレクタ１２と、ロッドインテグレータ１３と、照明用レンズ１４と、照明用レンズ１５と、ミラー１６と、曲面ミラー１８とが配置されている。 As shown in FIG. 1, in the illumination optical system 10, a reflector 12, a rod integrator 13, an illumination lens 14, an illumination lens 15, a mirror 16, and a curved mirror 18 are arranged in order from the lamp 11. ing.

ランプ１１は、光源として超高圧水銀ランプや、ＬＤ（Laser Diode）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの固体光源を使用することができる。光源としてＬＤやＬＥＤを使用することにより、ランプ１１は、超高圧水銀ランプを使用した場合に比べて長寿命であり色再現性が向上する。 The lamp 11 can use an ultra-high pressure mercury lamp, a solid light source such as an LD (Laser Diode) or an LED (Light Emitting Diode) as a light source. By using an LD or LED as the light source, the lamp 11 has a longer life than the case where an ultrahigh pressure mercury lamp is used, and the color reproducibility is improved.

リフレクタ１２は、ランプ１１が発した光を一定の方向（ロッドインテグレータ１３の開口部方向）に向けて反射する。リフレクタ１２は、ランプ１１が発した光をロッドインテグレータ１３の開口部に向けて集光させるための形状、例えば楕円面形状を有する。 The reflector 12 reflects the light emitted from the lamp 11 toward a certain direction (direction of the opening of the rod integrator 13). The reflector 12 has a shape for condensing the light emitted from the lamp 11 toward the opening of the rod integrator 13, for example, an elliptical shape.

ロッドインテグレータ１３は、光の進行方向において、リフレクタ１２の後段に配置されている。ロッドインテグレータ１３は、入射した光の照度を均一にして出射する照度均一化素子である。ロッドインテグレータ１３は、両端に開口部を有する四角柱型の中空構造を有する。ロッドインテグレータ１３は、中空構造の内面が４枚の反射ミラーで構成されている。ロッドインテグレータ１３は、一端の開口部から入射した光が反射ミラーにより内部反射して、他端の開口部から均一な照度分布の光として出射するように構成されている。ロッドインテグレータ１３の開口部の開口のサイズは、例えば６ｍｍｘ４ｍｍである。 The rod integrator 13 is disposed at the rear stage of the reflector 12 in the light traveling direction. The rod integrator 13 is an illuminance equalizing element that emits light with uniform illuminance of incident light. The rod integrator 13 has a quadrangular prism type hollow structure having openings at both ends. The rod integrator 13 has a hollow structure with four reflecting mirrors on the inner surface. The rod integrator 13 is configured such that light incident from an opening at one end is internally reflected by a reflection mirror and emitted as light having a uniform illuminance distribution from the opening at the other end. The size of the opening of the rod integrator 13 is, for example, 6 mm × 4 mm.

照明用レンズ１４と照明用レンズ１５は、ロッドインテグレータ１３からの光の進行方向において、ロッドインテグレータ１３の後段に配置されている。照明用レンズ１４と照明用レンズ１５は、例えばリレーレンズである。照明用レンズ１４と照明用レンズ１５は、ロッドインテグレータ１３から出射された光をミラー１６へと導光する導光手段である。 The illumination lens 14 and the illumination lens 15 are arranged at the subsequent stage of the rod integrator 13 in the traveling direction of the light from the rod integrator 13. The illumination lens 14 and the illumination lens 15 are, for example, relay lenses. The illumination lens 14 and the illumination lens 15 are light guide means for guiding the light emitted from the rod integrator 13 to the mirror 16.

ミラー１６は、ロッドインテグレータ１３からの光が画像表示素子２２を照明するように、光の進行方向を変更する手段である。ミラー１６によって、ランプ１１から進行してきた光は、進行方向が変更される。 The mirror 16 is a means for changing the traveling direction of light so that the light from the rod integrator 13 illuminates the image display element 22. The traveling direction of the light traveling from the lamp 11 is changed by the mirror 16.

曲面ミラー１８は、ミラー１６からの光を画像表示素子２２に入射させるように、光の進行方向を変更する手段である。 The curved mirror 18 is a means for changing the traveling direction of light so that the light from the mirror 16 enters the image display element 22.

●画像表示素子の構成
画像表示素子２２は、複数の微小ミラーが二次元的に配置されている例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）である。画像表示素子２２の前面側（微小ミラーの反射面が配置されている側）には、保護ガラスが配置されている。画像表示素子２２は、例えば、一辺が１０μｍ程度の正方形ミラーを表示画素に対応させて配列して構成されている。表示する画像の解像度の規格がＷＸＧＡ規格であれば、これに対応する画像表示素子２２の微小ミラーは、１２８０×８００個の配列になる。画像表示素子２２上の画像の表示サイズは、変更可能（可変）である。 Configuration of Image Display Element The image display element 22 is, for example, a DMD (Digital Micromirror Device) in which a plurality of micromirrors are two-dimensionally arranged. A protective glass is disposed on the front side of the image display element 22 (the side on which the reflection surface of the micromirror is disposed). The image display element 22 is configured, for example, by arranging square mirrors each having a side of about 10 μm so as to correspond to display pixels. If the standard of the resolution of the image to be displayed is the WXGA standard, the micro mirrors of the image display element 22 corresponding to this will be an array of 1280 × 800. The display size of the image on the image display element 22 is changeable (variable).

画像表示素子２２が備える各微小ミラーの形状は、矩形状（例えば正方形）である。各微小ミラーは、二次元的に配列された状態から対角方向において例えば±１２度の傾斜角αを設定できる。この各微小ミラーの傾斜角αは、被投射面であるスクリーンに表示する画像の映像信号に基づいて適宜制御されて切り替わる。例えば、微小ミラーの角度が＋１２度の状態をＯＮ状態、微小ミラーの角度が−１２度の状態をＯＦＦ状態とする。 Each micromirror included in the image display element 22 has a rectangular shape (for example, a square shape). Each micromirror can set an inclination angle α of, for example, ± 12 degrees in a diagonal direction from a two-dimensional array. The inclination angle α of each micromirror is appropriately controlled and switched based on the video signal of the image displayed on the screen that is the projection surface. For example, the state where the angle of the micromirror is +12 degrees is set to the ON state, and the state where the angle of the micromirror is −12 degrees is set to the OFF state.

図２に示すように、画像表示素子２２を照明した光は、ＯＮ状態の微小ミラーによって投射光学系を構成する屈折光学系１２１に向けて反射される。ＯＦＦ状態のミラーを照明した光は、屈折光学系１２１が配置されている方向とは異なる方向へと反射される。 As shown in FIG. 2, the light that illuminates the image display element 22 is reflected toward the refractive optical system 121 constituting the projection optical system by the micro mirror in the ON state. The light that illuminates the mirror in the OFF state is reflected in a direction different from the direction in which the refractive optical system 121 is arranged.

屈折光学系１２１に向けて反射された光は、画像情報として屈折光学系１２１を通過して、スクリーン上へと投射される。その他の反射光は、照明光学系１０が設置されるハウジングに配置されている吸収部材などによって吸収される。画像表示素子２２は、微小ミラーを照明する光により、面光源（ライトバルブ）として作用するため、反射型ライトバルブともいう。 The light reflected toward the refractive optical system 121 passes through the refractive optical system 121 as image information and is projected onto the screen. Other reflected light is absorbed by an absorbing member or the like disposed in a housing in which the illumination optical system 10 is installed. Since the image display element 22 acts as a surface light source (light valve) by the light that illuminates the micromirror, it is also called a reflective light valve.

各微小ミラーの傾きは、映像信号に基づいて制御される。また、照明光の色変換を行うカラーホイールの動作も映像信号に基づいて制御される。この制御によって、映像信号に基づく画像が画像表示素子２２によって形成され、これがスクリーン上に拡大投射されて表示される。 The tilt of each micromirror is controlled based on the video signal. The operation of the color wheel that performs color conversion of illumination light is also controlled based on the video signal. By this control, an image based on the video signal is formed by the image display element 22, and this is enlarged and projected on the screen.

図２に（Ａ）で示すように、屈折光学系１２１のレンズの光取り込み範囲は、例えばマイクロミラーの角度が−１２°のときに照明光の反射光が屈折光学系１２１に入り、＋１２°のときに反射光が屈折光学系１２１に入らないように設定する。 As shown in FIG. 2A, the light capturing range of the lens of the refractive optical system 121 is such that, for example, when the angle of the micromirror is −12 °, the reflected light of the illumination light enters the refractive optical system 121, and + 12 ° In this case, the setting is made so that the reflected light does not enter the refractive optical system 121.

また、図２に（Ｂ）で示すように、屈折光学系１２１の光取り込み範囲は、画像表示素子２２の表面に取り付けられたカバーガラスからの反射光が、屈折光学系１２１に入ってスクリーンに映りこまないように設定する。さらに、図２に（Ｃ）で示すように、屈折光学系１２１の光取り込み範囲は、画像表示素子２２の電源が入っていない状態の傾斜角のときの反射光が、屈折光学系１２１に入ってスクリーンに映りこまないようにも設定する。 As shown in FIG. 2B, the light capturing range of the refractive optical system 121 is such that the reflected light from the cover glass attached to the surface of the image display element 22 enters the refractive optical system 121 and enters the screen. Set so that it does not appear. Further, as shown in FIG. 2C, the light capturing range of the refractive optical system 121 is such that the reflected light enters the refractive optical system 121 at an inclination angle in a state where the image display element 22 is not turned on. Set it so that it does not appear on the screen.

照明光が画像表示素子２２に向かう角度を設定した上で画像表示素子２２の各微小ミラーの傾斜角を制御することにより、画像表示装置１２０は、スクリーン上にデジタル画像を形成することができる。 The image display device 120 can form a digital image on the screen by controlling the inclination angle of each micro mirror of the image display element 22 after setting the angle at which the illumination light travels toward the image display element 22.

ＤＭＤは、微小ミラーの最大傾斜角を増加させる方向で技術が進歩している。例えば、図２に（Ａ）で示した投射光学系の光取り込み範囲は、ＤＭＤの微小ミラーの傾斜角の範囲が±１０°であれば図２の紙面に平行な方向において２０°であり、微小ミラーの傾斜角の範囲が±１２°であれば図２の紙面に平行な方向において２４°である。 DMD has advanced in the direction of increasing the maximum tilt angle of the micromirror. For example, the light capturing range of the projection optical system shown in FIG. 2A is 20 ° in the direction parallel to the paper surface of FIG. 2 if the tilt angle range of the DMD micromirror is ± 10 °. If the tilt angle range of the micromirror is ± 12 °, it is 24 ° in the direction parallel to the paper surface of FIG.

図３において、照明光学系１０の光取り込み範囲と屈折光学系１２１の光取り込み範囲とを、画像表示素子２２の画像面の短辺と屈折光学系１２１の光軸ＡＰを含む断面で示す。なお、同図に示す断面は、プロジェクタの画像表示素子２２の画像面への垂線を含む任意の断面ともいえる。 In FIG. 3, the light capturing range of the illumination optical system 10 and the light capturing range of the refractive optical system 121 are shown in a cross section including the short side of the image surface of the image display element 22 and the optical axis AP of the refractive optical system 121. It can be said that the cross section shown in the figure is an arbitrary cross section including a perpendicular to the image plane of the image display element 22 of the projector.

ロッドインテグレータ１３からの光を出射する出口の図３の断面上の幅をＬ、ロッドインテグレータ１３の出口から出射される光の出射角をθ、画像表示素子２２の幅をＬ２、屈折光学系１２１の光取り込み角をθ２とすると、下記の式１が成立する． The width of the exit of the light exiting from the rod integrator 13 on the cross section in FIG. 3 is L, the exit angle of the light exiting from the exit of the rod integrator 13 is θ, the width of the image display element 22 is L2, and the refractive optical system 121. Assuming that the light capture angle is θ2, the following formula 1 is established.

式１
Ｌ・ｓｉｎ（θ／２）≒Ｌ２・ｓｉｎ（θ２／２） Formula 1
L · sin (θ / 2) ≈L2 · sin (θ2 / 2)

ここで、ロッドインテグレータ１３が一般的な４枚の平板鏡を組み合わせたものであれば、θはランプ１１のサイズにより決まる定数である。また、Ｌ２は画像表示素子２２のサイズで決まる定数である。つまり、屈折光学系１２１の光取り込み範囲θ２が、２０°から２４°に大きくなると、ロッドインテグレータ１３の出口径（および入口径）Ｌを大きくすることができる。 If the rod integrator 13 is a combination of four general flat mirrors, θ is a constant determined by the size of the lamp 11. L2 is a constant determined by the size of the image display element 22. That is, when the light capturing range θ2 of the refractive optical system 121 is increased from 20 ° to 24 °, the outlet diameter (and inlet diameter) L of the rod integrator 13 can be increased.

ランプ１１からの光は、ロッドインテグレータ１３の入口に入射させるときに一度集光させているが，この集光点は実際には大きさを持つ。集光点の大きさは、ランプ１１のリフレクタの設計や加工による誤差、あるいはランプ１１の発光部の大きさによって、ロッドインテグレータ１３の入口径Ｌよりも大きなサイズになる。集光点の大きさによる光損失は、照明光学系１０の光利用効率を大きく損なう。 The light from the lamp 11 is condensed once when entering the entrance of the rod integrator 13, but this condensing point has a size in practice. The size of the condensing point is larger than the entrance diameter L of the rod integrator 13 due to an error due to the design and processing of the reflector of the lamp 11 or the size of the light emitting portion of the lamp 11. Light loss due to the size of the condensing point greatly impairs the light use efficiency of the illumination optical system 10.

以上のように、屈折光学系１２１の光取り込み範囲θ２を拡大することにより、ロッドインテグレータ１３のサイズを拡大することができる。ロッドインテグレータ１３のサイズが拡大することができることにより、ランプ１１からロッドインテグレータ１３への光取り込み量が増えるため、屈折光学系１２１から投影される光量を増加させることができる。 As described above, the size of the rod integrator 13 can be increased by expanding the light capturing range θ2 of the refractive optical system 121. Since the size of the rod integrator 13 can be increased, the amount of light taken from the lamp 11 into the rod integrator 13 is increased, so that the amount of light projected from the refractive optical system 121 can be increased.

しかしながら、画像表示素子２２のマイクロミラーの最大傾斜角が拡大するに従い、屈折光学系１２１の光取り込み角θを広げると，画像表示素子２２により表示される画像にムラ（照度ムラ）が生じ、ひいては投影画像にも照度ムラが生じることが判明した。 However, as the maximum inclination angle of the micro mirror of the image display element 22 increases, when the light capture angle θ of the refractive optical system 121 is increased, unevenness (illuminance unevenness) is generated in the image displayed by the image display element 22, and consequently It has been found that unevenness in illuminance also occurs in the projected image.

図４に示すように、屈折光学系１２１の光取り込み角θ２を広げることで、照明光学系１０が画像表示素子２２を照射する範囲（同じくθ２）を広げることができる。このため、照明光の端部の光線（下光線）ＬＬが画像表示素子２２に入射する入射角ζは小さくなる。入射角ζは、光取り込み角θ２のほかに、屈折光学系１２１の光軸ＡＰと画像表示素子２２の画像中心Ｃとのずれ量（以下「オフセット量」という。）と、画像表示素子２２の上の照明位置によっても決まる。 As shown in FIG. 4, the range (also θ2) in which the illumination optical system 10 irradiates the image display element 22 can be expanded by increasing the light capture angle θ2 of the refractive optical system 121. For this reason, the incident angle ζ at which the light beam (lower light beam) LL at the end of the illumination light enters the image display element 22 decreases. In addition to the light capture angle θ 2, the incident angle ζ is a deviation amount (hereinafter referred to as “offset amount”) between the optical axis AP of the refractive optical system 121 and the image center C of the image display element 22, and the image display element 22. It depends on the lighting position above.

図５は、図４の例よりもオフセット量ＯＦを増やした別の例を示し、画像表示素子２２から屈折光学系１２１へ光を導くために照明光学系１０から画像表示素子２２への照明光の角度（傾き）を、全体的に大きくしている。オフセット量ＯＦを増やし照明光学系１０から画像表示素子２２への照明光の角度を多くすることにより、照明光の端部光線が画像表示素子２２に入射する入射角ζ１が小さくなる。 FIG. 5 shows another example in which the offset amount OF is increased from the example of FIG. 4, and illumination light from the illumination optical system 10 to the image display element 22 in order to guide light from the image display element 22 to the refractive optical system 121. The angle (inclination) is increased as a whole. Increasing the offset amount OF and increasing the angle of the illumination light from the illumination optical system 10 to the image display element 22 reduces the incident angle ζ1 at which the end ray of the illumination light enters the image display element 22.

屈折光学系１２１の光軸ＡＰから遠い側（オフセット側）の端部光線の入射角ζ１の方が、投射光学系の光軸ＡＰから近い側（オフセット反対側）の端部光線の入射角ζ２よりも小さくなる（ζ１＜ζ２）。これは、ロッドインテグレータ１３から出た光は、ロッドインテグレータ１３と画像表示素子２２との間の正屈折力の光学部品（例えば、凸レンズ）によって収束光束になるためである。 The incident angle ζ1 of the end light beam on the side farther from the optical axis AP (offset side) of the refractive optical system 121 is closer to the incident light beam ζ2 on the side closer to the optical axis AP (opposite side opposite to the offset). (Ζ1 <ζ2). This is because light emitted from the rod integrator 13 becomes a convergent light beam by an optical component (for example, a convex lens) having a positive refractive power between the rod integrator 13 and the image display element 22.

一般に画像表示素子２２には、画像表示面（微小ミラーのアレイ面）の上にカバーガラスが配置されている。微小ミラーの最大傾斜角を増やし、投射レンズ２１１のθ２を大きくすると、カバーガラスの正反射により光が反射されるため、カバーガラスでの透過率が低下する。カバーガラスの正反射による透過率低下の割合は、上述のオフセット側で最も大きく、オフセット反対側で最も小さい。 In general, the image display element 22 has a cover glass disposed on an image display surface (array surface of micromirrors). When the maximum inclination angle of the micromirror is increased and θ2 of the projection lens 211 is increased, light is reflected by the regular reflection of the cover glass, so that the transmittance of the cover glass is lowered. The ratio of the transmittance decrease due to the regular reflection of the cover glass is the largest on the above-described offset side and the smallest on the opposite side of the offset.

カバーガラスの正反射による透過率低下により、画像表示素子２２の画像面には照度ムラが発生し、ひいてはスクリーン画像の照度ムラに発展する。照度ムラは、ζ１が４５°程度であれば無視することができるレベルであったが，ζ１が３０°よりも小さくなると，カバーガラスの両面に反射防止コーティングを施しても無視することができないレベルの照度差になる。 Due to a decrease in transmittance due to regular reflection of the cover glass, unevenness in illuminance occurs on the image surface of the image display element 22 and, in turn, develops unevenness in the illuminance of the screen image. The illuminance unevenness is a level that can be ignored if ζ1 is about 45 °. However, if ζ1 is smaller than 30 °, it cannot be ignored even if antireflection coating is applied to both sides of the cover glass. The difference in illuminance.

また、カバーガラスへの光線の入射角ζが減少することにより、カバーガラスにより反射された図２に示した（Ｂ）の光の光量が増えると、この光が画像表示素子２２や屈折光学系１２１の周囲の部材に当たることで乱反射光が増えることになる。そして、この乱反射光は、屈折光学系１２１に入ることにより、スクリーン上にゴースト光として映り込み、画像のコントラストを下げるなどの要因になる。 Further, when the incident angle ζ of the light beam to the cover glass decreases and the amount of the light of (B) shown in FIG. 2 reflected by the cover glass increases, this light is transmitted to the image display element 22 and the refractive optical system. The irregularly reflected light increases by hitting members around 121. The irregularly reflected light enters the refracting optical system 121 and is reflected as ghost light on the screen, which causes a decrease in image contrast.

図６の画像表示装置１２０における画像表示素子２２と全反射プリズムと屈折光学系１２１の例に示すように、画像表示装置１２０の画像表示素子２２と屈折光学系１２１との間には、第１プリズム３６と第２プリズム３８が配置されている。第１プリズム３６と第２プリズム３８は、ともに直角プリズムであり、第１プリズム３６の出射面と第２プリズム３８の入射面が傾斜面である。第１プリズム３６と第２プリズム３８は、互いの傾斜面が対向して配置されている。第１プリズム３６と第２プリズム３８により構成される全反射プリズムは、画像表示素子に表示された画像を介して拡大投影する。 As shown in the example of the image display element 22, the total reflection prism, and the refractive optical system 121 in the image display apparatus 120 in FIG. 6, the first between the image display element 22 and the refractive optical system 121 of the image display apparatus 120. A prism 36 and a second prism 38 are arranged. Both the first prism 36 and the second prism 38 are right angle prisms, and the exit surface of the first prism 36 and the entrance surface of the second prism 38 are inclined surfaces. The first prism 36 and the second prism 38 are arranged such that their inclined surfaces face each other. The total reflection prism constituted by the first prism 36 and the second prism 38 enlarges and projects through an image displayed on the image display element.

第１プリズム３６と第２プリズム３８とのエアギャップにおいて画像表示素子２２から屈折光学系１２１に向かう光は、第１プリズム３６から出射するときに大きく屈折する。また、第１プリズム３６から出射した光が第２プリズム３８に入射するときにも、屈折により入射角ζ５が小さくなるため、光の透過率が低くなる。 Light traveling from the image display element 22 toward the refractive optical system 121 in the air gap between the first prism 36 and the second prism 38 is greatly refracted when it is emitted from the first prism 36. Also, when the light emitted from the first prism 36 enters the second prism 38, the incident angle ζ5 is reduced by refraction, so that the light transmittance is lowered.

図７において、図６と同様に、プロジェクタにおいて、画像表示素子２２と屈折光学系１２１との間に第１プリズム３６と第２プリズム３８が配置されている。 In FIG. 7, as in FIG. 6, the first prism 36 and the second prism 38 are disposed between the image display element 22 and the refractive optical system 121 in the projector.

図７に示すように、画像表示素子２２からの光がθ’の広がり角を持っているため、屈折光学系１２１の中心に入る光線よりも、屈折光学系１２１に入る光線束の端の光線が第２プリズム３８に入射する角度ζ４が小さくなる。このため、画像表示素子２２からの光のθ’が大きくなると、光線の透過率が最も低くなる。第１プリズム３６と第２プリズム３８との間で透過されなかった光線は、ゴースト光になるため、スクリーン画像のコントラスト低減の要因になる。 As shown in FIG. 7, since the light from the image display element 22 has a divergence angle of θ ′, the light beam at the end of the light beam entering the refractive optical system 121 rather than the light beam entering the center of the refractive optical system 121. Is incident on the second prism 38, the angle ζ4 becomes smaller. For this reason, when the θ ′ of the light from the image display element 22 is increased, the light transmittance is the lowest. Light rays that are not transmitted between the first prism 36 and the second prism 38 become ghost light, which causes a reduction in the contrast of the screen image.

画像表示装置１２０において、画像表示素子２２の微小ミラーの最大傾斜角（チルト角）が増えることに対応して屈折光学系１２１の光取り込み角θ２を拡大したときに、コントラストが良好な高品質な画像が得るためには、以上の要因について考慮する必要がある。 In the image display device 120, when the light capture angle θ2 of the refractive optical system 121 is increased in response to the increase in the maximum tilt angle (tilt angle) of the micromirror of the image display element 22, the contrast is good and the quality is high. In order to obtain an image, it is necessary to consider the above factors.

●投射光学系の構成
次に、画像表示装置１２０が備える投射光学系の構成について説明する。 Configuration of Projection Optical System Next, the configuration of the projection optical system included in the image display device 120 will be described.

図８に示すように、画像表示装置１２０の投射光学系は、画像表示素子２２から順に、屈折光学系１２１と、開口絞り１２３と、フレアカット部材２２５と、凹面ミラー２２８とが配置されている非テレセントリックな投射光学系である。 As shown in FIG. 8, in the projection optical system of the image display device 120, a refractive optical system 121, an aperture stop 123, a flare cut member 225, and a concave mirror 228 are arranged in order from the image display element 22. This is a non-telecentric projection optical system.

画像表示素子２２は、その周囲が筐体２２２によって覆われている。画像表示素子２２から照射される光は、直接屈折光学系１２１に向かう光（有効光ＥＬ）と、画像表示素子２２の表面のカバーガラスで反射された不要光ＮＬに分かれる。不要光ＮＬは、筐体２２２に当たってフレア光の要因になる。 The periphery of the image display element 22 is covered with a casing 222. The light emitted from the image display element 22 is divided into light (effective light EL) directly directed to the refractive optical system 121 and unnecessary light NL reflected by the cover glass on the surface of the image display element 22. The unnecessary light NL hits the casing 222 and causes flare light.

屈折光学系１２１は、画像表示素子２２で反射された光をスクリーンＳＣに投射する複数のレンズからなる投射レンズ群である。屈折光学系１２１の投射レンズ群は、鏡胴２２３により保持されている。屈折光学系１２１は、照明光学系１０によって画像表示素子２２に照射された光のうち、画像表示素子２２の個々の微小ミラーのＯＮ状態の画素に対応する光を、画像情報として屈折光学系１２１を通り抜けて拡大投射させる。スクリーンＳＣに投射された光により、スクリーンＳＣ上には画像が形成される。 The refractive optical system 121 is a projection lens group including a plurality of lenses that project the light reflected by the image display element 22 onto the screen SC. The projection lens group of the refractive optical system 121 is held by a lens barrel 223. The refractive optical system 121 uses, as image information, light corresponding to pixels in the ON state of the individual micromirrors of the image display element 22 among the light irradiated to the image display element 22 by the illumination optical system 10. Magnify and project through. An image is formed on the screen SC by the light projected on the screen SC.

開口絞り１２３は、屈折光学系１２１内に投射レンズ群とともに配置されていて、画像表示素子２２からの流入光量を制限する。 The aperture stop 123 is disposed in the refractive optical system 121 together with the projection lens group, and limits the amount of inflow light from the image display element 22.

フレアカット部材２２５は、屈折光学系１２１と凹面ミラー２２８との間の光路に配置されていて、屈折光学系１２１と凹面ミラー２２８との間の光路において中間像ＭＩが形成される位置付近に開口が設けられている。フレアカット部材２２５は、屈折光学系１２１から凹面ミラー２２８に向かう有効光ＥＬのみを通過させフレア光を遮蔽する。 The flare cut member 225 is disposed in the optical path between the refractive optical system 121 and the concave mirror 228, and has an opening near the position where the intermediate image MI is formed in the optical path between the refractive optical system 121 and the concave mirror 228. Is provided. The flare cut member 225 passes only the effective light EL directed from the refractive optical system 121 toward the concave mirror 228 and blocks the flare light.

また、フレアカット部材２２５は、凹面ミラー２２８からスクリーンＳＣとの間の光路においてスクリーンＳＣに向かう光が集束する位置付近にも開口が設けられていて、凹面ミラー２２８からスクリーンＳＣに向かうフレア光も遮蔽する。 The flare cut member 225 is also provided with an opening near the position where the light toward the screen SC converges in the optical path between the concave mirror 228 and the screen SC, and flare light from the concave mirror 228 toward the screen SC is also generated. Shield.

凹面ミラー２２８は、屈折光学系１２１を透過した光をスクリーンＳＣに向けて反射する。凹面ミラー２２８は、鏡胴２２３およびフレアカット部材２２５とともに、ハウジング２２４を介して筐体２２２に保持されている。 The concave mirror 228 reflects the light transmitted through the refractive optical system 121 toward the screen SC. The concave mirror 228 is held by the housing 222 via the housing 224 together with the lens barrel 223 and the flare cut member 225.

画像表示装置１２０において、フレア光がスクリーンＳＣに照射されるのを防ぐには、屈折光学系１２１の中で画像表示素子２２に最も近いレンズ面の近辺にフレアカット部材２２５を配置することが有効である。 In the image display device 120, in order to prevent flare light from being applied to the screen SC, it is effective to dispose the flare cut member 225 in the vicinity of the lens surface closest to the image display element 22 in the refractive optical system 121. It is.

しかし、図１に示したように、画像表示素子２２に最も近いレンズ面の近辺にはミラー１６や曲面ミラー１８などの照明光学系の部品が配置されているため、フレアカット部材２２５は、その大きさや配置される位置によっては有効光ＥＬを遮ってしまうことがある。 However, as shown in FIG. 1, since the illumination optical system parts such as the mirror 16 and the curved mirror 18 are arranged near the lens surface closest to the image display element 22, the flare cut member 225 The effective light EL may be blocked depending on the size and the position where it is arranged.

また、フレア光は、投射光学系の内部やスクリーンＳＣに近いレンズ面の近辺などの位置でも遮光できるものの、フレア光の経路が不規則であり設計時には予測が難しいため、設計時にこれらの位置で遮光することは容易ではない。 Although flare light can be shielded even at positions such as the inside of the projection optical system or near the lens surface near the screen SC, the flare light path is irregular and difficult to predict at the time of design. It is not easy to shield the light.

図９に示す参考例の画像表示装置は、画像表示装置１２０とは異なり、投射光学系２２１がレンズのみで構成されていて画角ＡＶが上記屈折光学系１２１より広い。このため、参考例の画像表示装置は、投射光学系２２１の内部では有効光ＥＬと不要光ＮＬとの光路に差が出ないため、有効光ＥＬと不要光ＮＬとを区別できない。 The image display apparatus of the reference example shown in FIG. 9 is different from the image display apparatus 120 in that the projection optical system 221 includes only a lens and has a wider angle of view AV than the refractive optical system 121. For this reason, the image display apparatus of the reference example cannot distinguish between the effective light EL and the unnecessary light NL because there is no difference in the optical path between the effective light EL and the unnecessary light NL inside the projection optical system 221.

参考例の画像表示装置の場合には、有効光ＥＬと不要光ＮＬの光路を区別することができないため、投射光学系２２１の出口以降の光路でフレア光を遮光するのは難しい。また、参考例の画像表示装置では、投射光学系２２１から広がったフレア光を遮光するには大型の遮光部品が必要になるため、装置構成を小型化しつつ効果的にフレア光を遮光することは難しい。 In the case of the image display device of the reference example, the optical paths of the effective light EL and the unnecessary light NL cannot be distinguished, so that it is difficult to block the flare light in the optical path after the exit of the projection optical system 221. In addition, in the image display device of the reference example, a large-sized light shielding component is required to shield flare light spread from the projection optical system 221, so that it is possible to effectively shield flare light while reducing the size of the device. difficult.

図１０に示す別の参考例の画像表示装置は、投射光学系２２１とスクリーンＳＣとの間に凸面ミラー１９が設けられている。別の参考例の画像表示装置においても、先に説明した参考例の画像表示装置と同様に、投射光学系２２１を出射した光は凸面ミラー１９に向かって広がるため、有効光ＥＬと不要光ＮＬとの区別ができずフレア光のみを遮光することは困難である。 In the image display apparatus of another reference example shown in FIG. 10, a convex mirror 19 is provided between the projection optical system 221 and the screen SC. Also in the image display device of another reference example, the light emitted from the projection optical system 221 spreads toward the convex mirror 19 in the same manner as the image display device of the reference example described above. Therefore, the effective light EL and the unnecessary light NL Therefore, it is difficult to block only flare light.

図８に戻り、画像表示装置１２０は、微小ミラーの最大傾斜角が例えば１２°を越える大きな傾斜角となる画像表示素子２２と、屈折光学系１２１および凹面ミラー２２８を備える投射光学系とを有する。画像表示装置１２０の屈折光学系１２１は、屈折光学系１２１と凹面ミラー２２８との間の屈折光学系１２１の光軸に垂直な仮想平面に、画像表示素子２２の実像である中間像ＭＩを形成する。 Returning to FIG. 8, the image display device 120 includes an image display element 22 in which the maximum inclination angle of the micromirror is a large inclination angle exceeding, for example, 12 °, and a projection optical system including the refractive optical system 121 and the concave mirror 228. . The refractive optical system 121 of the image display device 120 forms an intermediate image MI that is a real image of the image display element 22 on a virtual plane perpendicular to the optical axis of the refractive optical system 121 between the refractive optical system 121 and the concave mirror 228. To do.

中間像ＭＩは、画像表示素子２２の外形線のうち光軸から遠い２辺の内角が例えば９０度より大きく、光軸から近い２辺の内角より広い角度となるように形成されている。中間像ＭＩの歪曲収差は、一般的な屈折光学系が形成する中間像の歪曲収差が正の歪曲（いわゆる糸巻き型の歪曲）であるのに対して負の歪曲（いわゆる樽型の歪曲）である。 The intermediate image MI is formed so that the inner angles of two sides far from the optical axis of the outline of the image display element 22 are larger than 90 degrees, for example, and wider than the inner angles of the two sides near the optical axis. The distortion of the intermediate image MI is negative distortion (so-called barrel distortion) while the distortion of the intermediate image formed by a general refractive optical system is positive distortion (so-called pincushion distortion). is there.

屈折光学系１２１と凹面ミラー２２８とを備える投射光学系は、いわゆる超至近投射光学系とも呼ばれ、短い投射距離で大きなサイズの画像を投影できる。このような投射光学系において、フレア光の遮光効率を上げるために屈折光学系の横倍率を小さくして中間像を小さくすると、スクリーンに投影できる画像サイズが小さくなってしまう。屈折光学系１２１では、横倍率を変えずに中間像ＭＩのサイズを小さくするために、中間像に負の歪曲収差を発生させている。 The projection optical system including the refractive optical system 121 and the concave mirror 228 is also called a so-called ultra-close projection optical system, and can project a large size image with a short projection distance. In such a projection optical system, if the lateral magnification of the refractive optical system is reduced to reduce the intermediate image in order to increase the flare light shielding efficiency, the image size that can be projected onto the screen will be reduced. In the refractive optical system 121, in order to reduce the size of the intermediate image MI without changing the lateral magnification, negative distortion is generated in the intermediate image.

以上の構成により、画像表示装置１２０では、屈折光学系１２１と凹面ミラー２２８との間に形成された中間像ＭＩの領域の光だけが有効光ＥＬでありそれ以外の光を不要光ＮＬであると容易に区別することができるため、フレア光を遮光することができる。 With the above configuration, in the image display device 120, only light in the region of the intermediate image MI formed between the refractive optical system 121 and the concave mirror 228 is effective light EL, and other light is unnecessary light NL. Therefore, flare light can be shielded.

また、画像表示装置１２０では、画像表示素子２２に屈折光学系１２１の横倍率を掛けた値より中間像ＭＩのサイズが小型になりスクリーンＳＣに投影される画像サイズを変えずに中間像ＭＩの領域を小さくできるため、フレア光の遮光効率を上げることができる。ただし、中間像ＭＩの歪曲を負に設定することにより、画像表示装置１２０では、スクリーンＳＣ上で画像の光学特性（特に像面湾曲）が劣化することが考えられる。 Further, in the image display device 120, the size of the intermediate image MI becomes smaller than the value obtained by multiplying the image display element 22 by the lateral magnification of the refractive optical system 121, and the intermediate image MI can be changed without changing the image size projected on the screen SC. Since the area can be reduced, the light blocking efficiency of flare light can be increased. However, by setting the distortion of the intermediate image MI to be negative, in the image display device 120, it is conceivable that the optical characteristics (especially field curvature) of the image deteriorate on the screen SC.

さらに、画像表示装置１２０では、スクリーンＳＣに投影された画像の位置により凹面ミラー２２８からの光路長が大きく異なる。このため、画像表示装置１２０では、レンズのみで構成された投射光学系に比べ、屈折光学系の像面湾曲補正の負担が大きくなる。 Furthermore, in the image display device 120, the optical path length from the concave mirror 228 varies greatly depending on the position of the image projected on the screen SC. For this reason, in the image display apparatus 120, the burden of field curvature correction of the refractive optical system is greater than that of a projection optical system configured only with lenses.

このため、屈折光学系１２１を構成するレンズは、開口絞り１２３から中間像ＭＩまでの間で画像表示素子２２の各微小ミラーからの開口絞り１２３の中心を通る光線（主光線）がなるべく分離するように、レンズの径を大きくするのが望ましい。 For this reason, the lens constituting the refractive optical system 121 separates light rays (chief rays) passing through the center of the aperture stop 123 from each micromirror of the image display element 22 as much as possible between the aperture stop 123 and the intermediate image MI. Thus, it is desirable to increase the diameter of the lens.

中間像ＭＩで負の歪曲を生じさせるには開口絞り１２３から中間像ＭＩまでの間に正レンズが必要であるが、正レンズによる光線の屈折作用は、レンズの径を小さくする方向に働いてしまう。 In order to cause negative distortion in the intermediate image MI, a positive lens is required between the aperture stop 123 and the intermediate image MI. However, the refraction action of the light beam by the positive lens works in the direction of decreasing the diameter of the lens. End up.

そこで、フレア光の遮光を効率的に行いつつスクリーンＳＣの画像の光学特性を劣化させないために、屈折光学系１２１は、負の歪曲を発生させつつレンズ径が小さくならないように構成する。 Therefore, in order to efficiently shield the flare light and not deteriorate the optical characteristics of the image on the screen SC, the refractive optical system 121 is configured so as to prevent the lens diameter from being reduced while generating a negative distortion.

画像表示装置１２０では、屈折光学系１２１の中でレンズ径が最も大きい投射レンズ２１１（光軸に垂直な方向に配置されるレンズ面において、レンズ面と有効光ＥＬの交点とレンズ中心との距離が最大のレンズ）が正レンズである。 In the image display device 120, the projection lens 211 having the largest lens diameter in the refractive optical system 121 (the distance between the intersection of the lens surface and the effective light EL and the lens center in the lens surface arranged in the direction perpendicular to the optical axis). Is the positive lens.

レンズ径が最も大きいレンズでは、最も光軸から離れた位置を透過する有効光ＥＬの屈折が歪曲収差に最も大きく影響する。一般に、レンズの径方向におけるレンズの中心からの距離（光線高さ）が大きいほどレンズに入る光線の屈折量が大きく（正レンズの場合には負の歪曲が強く）なる。このように、画像表示装置１２０では、レンズ径が最も大きい投射レンズ２１１を正レンズにすることにより、レンズ径を大きく保ちつつ大きな負の歪曲を発生させることができる。 In the lens having the largest lens diameter, the refraction of the effective light EL that passes through the position farthest from the optical axis has the greatest influence on the distortion. In general, the greater the distance from the center of the lens in the radial direction of the lens (the height of the light), the greater the amount of refraction of the light entering the lens (in the case of a positive lens, negative distortion is stronger). In this way, in the image display device 120, by making the projection lens 211 having the largest lens diameter a positive lens, it is possible to generate a large negative distortion while keeping the lens diameter large.

ところで、画像表示素子２２を照明する光を遮ることがないように、画像表示素子２２と投射光学系１１との間に一定量以上の空間を設けてバックフォーカス（Ｂｆ）を確保する必要がある。このため、画像表示装置１２０では、屈折光学系１２１の複数のレンズ群のうち、１または複数のレンズがフォーカス（合焦）時に光軸方向に移動し、さらに移動するレンズの負レンズの総数を正レンズの総数よりも多く配置している。 Incidentally, it is necessary to secure a back focus (Bf) by providing a space of a certain amount or more between the image display element 22 and the projection optical system 11 so as not to block light that illuminates the image display element 22. . For this reason, in the image display device 120, among the plurality of lens groups of the refractive optical system 121, one or more lenses move in the optical axis direction at the time of focusing (focusing), and the total number of negative lenses of the moving lenses is calculated. More than the total number of positive lenses.

また、屈折光学系１２１は、凹面ミラー２２８よりのレンズに負の屈折力を有することにより、短い焦点距離でありながら凹面ミラー２２８上での有効光ＥＬが照射される範囲を広げることができる。 Further, the refractive optical system 121 has a negative refractive power in the lens from the concave mirror 228, so that the effective light EL on the concave mirror 228 can be expanded while having a short focal length.

また、移動する負レンズのうちの少なくとも１枚は、面形状に変曲点を有する非球面レンズである。一般に、負のレンズを多数配置すると正の歪曲が生じてしまう。屈折光学系１２１は、その非球面形状が光軸から離れるにしたがって正屈折力になるような形状（変曲点がある形状）の非球面の負レンズを少なくとも１枚用いることにより、正の歪曲の発生を抑え、Ｂｆ確保と凹面ミラー２２８上での有効光線範囲を広げつつ、中間像に負の歪曲を持たせている。 At least one of the moving negative lenses is an aspherical lens having an inflection point in the surface shape. Generally, when many negative lenses are arranged, positive distortion occurs. The refracting optical system 121 uses at least one aspherical negative lens having a shape (with an inflection point) such that the aspherical shape has a positive refractive power as the distance from the optical axis increases, thereby causing positive distortion. The intermediate image is negatively distorted while suppressing the occurrence of Bf and widening the effective ray range on the concave mirror 228.

屈折光学系１２１は、凹面ミラー２２８上での有効光ＥＬが照射される範囲を広げることで、スクリーンＳＣに投影される画像の歪曲収差の補正を効果的に行いつつ、大きな負の歪曲の中間像ＭＩを形成できる。 The refracting optical system 121 effectively corrects the distortion aberration of the image projected on the screen SC by widening the range in which the effective light EL is irradiated on the concave mirror 228, and at the middle of the large negative distortion. An image MI can be formed.

●実施の形態の効果
以上説明したように、画像表示装置１２０によれば、光源からスクリーンまでの光利用効率を上げつつ、その副作用として生じるフレア光を減少させることができる。 Effect of Embodiment As described above, according to the image display device 120, it is possible to increase the light use efficiency from the light source to the screen and reduce flare light generated as a side effect thereof.

また、画像表示装置１２０によれば、屈折光学系１２１による歪曲を樽型にしつつ光学性能を向上させることができる。 Further, according to the image display device 120, it is possible to improve the optical performance while making the distortion caused by the refractive optical system 121 into a barrel shape.

●画像表示装置（２）●
次に、画像表示装置の別の形態について、先に説明した実施の形態との相違点を中心に説明する。 ● Image display device (2) ●
Next, another embodiment of the image display device will be described focusing on differences from the above-described embodiment.

図１１に示すように、本発明に係る別の実施の形態の画像表示装置２２０は、投射光学系が屈折光学系１２１から凹面ミラー２２８までの光路中の中間像ＭＩが形成される位置の近傍に平面ミラー２１６を備える非テレセントリックな投射光学系である。 As shown in FIG. 11, in the image display device 220 according to another embodiment of the present invention, the projection optical system is in the vicinity of the position where the intermediate image MI is formed in the optical path from the refractive optical system 121 to the concave mirror 228. This is a non-telecentric projection optical system provided with a plane mirror 216.

平面ミラー２１６形状やサイズは、中間像ＭＩの形状やサイズに対応させて決定される。このような平面ミラー２１６により、画像表示装置２２０では、有効光ＥＬは凹面ミラー２２８に反射され、不要光ＮＬは凹面ミラー２２８に反射されない。つまり、画像表示装置２２０では、不要光ＮＬは凹面ミラー２２８に導かれずスクリーンＳＣに到達しない。 The shape and size of the plane mirror 216 are determined according to the shape and size of the intermediate image MI. With such a flat mirror 216, the effective light EL is reflected by the concave mirror 228 and the unnecessary light NL is not reflected by the concave mirror 228 in the image display device 220. That is, in the image display device 220, the unnecessary light NL is not guided to the concave mirror 228 and does not reach the screen SC.

図１２に示すように、平面ミラー２１６は、中間像ＭＩの樽型歪曲に対応させて、光軸から最も遠い辺２１６ｄと、辺２１６ｄに接する辺２１６ｂ、２１６ｃとの内角が９０度よりも大きい形状、例えば略台形状の略多角形の反射面形状であるのが好ましい。換言すれば、中間像ＭＩが照射される有効光照射領域ＥＡの形状と平面ミラー２１６の形状は、少なくとも光軸に近い方の辺２１６ａの長さが光軸から遠い方の辺２１６ｄの長さよりも長い。 As shown in FIG. 12, in the plane mirror 216, the internal angle between the side 216d farthest from the optical axis and the sides 216b and 216c in contact with the side 216d is greater than 90 degrees, corresponding to the barrel distortion of the intermediate image MI. The shape is preferably a substantially trapezoidal polygonal reflecting surface. In other words, the effective light irradiation area EA irradiated with the intermediate image MI and the shape of the plane mirror 216 are at least as long as the side 216a closer to the optical axis than the side 216d farther from the optical axis. Also long.

なお、図１２において、有効光照射領域ＥＡの形状は、便宜上台形状に描画されているが、歪曲収差によっては頂点が明確な角にならない形状も含まれる。 In FIG. 12, the shape of the effective light irradiation area EA is drawn in a trapezoidal shape for the sake of convenience, but includes a shape whose apex does not become a clear angle depending on distortion.

また、図１１に示す画像表示装置２２０は、フレアカット部材３２５が凹面ミラー２２８からスクリーンＳＣまでの光路のフレア光を遮光する点が、先に説明した画像表示装置１２０と相違する。 The image display device 220 shown in FIG. 11 is different from the image display device 120 described above in that the flare cut member 325 blocks the flare light in the optical path from the concave mirror 228 to the screen SC.

●実施の形態の効果
以上説明したように、画像表示装置２２０によれば、フレア光をより効果的に遮光することができる。 Effect of Embodiment As described above, according to the image display device 220, flare light can be shielded more effectively.

また、画像表示装置２２０によれば、平面ミラー２１６を用いてフレア光の遮光を行うことで有効光照射領域ＥＡが平面ミラー２１６のミラー面に映り込むと、これを目視できるため、平面ミラー２１６と有効光照射領域ＥＡとの位置を容易に調整することができる。 Further, according to the image display device 220, when the effective light irradiation area EA is reflected on the mirror surface of the plane mirror 216 by blocking the flare light using the plane mirror 216, the plane mirror 216 is visible. And the position of the effective light irradiation area EA can be easily adjusted.

●画像表示装置（３）●
画像表示装置のさらに別の形態について、先に説明した形態例との相違点を中心に説明する。 ● Image display device (3) ●
Still another embodiment of the image display device will be described with a focus on differences from the embodiment described above.

図１３に示すように、この形態の画像表示装置３２０は、先に説明した画像表示装置２２０の具体的な数値実施例である。画像表示装置３２０は、画像表示装置２２０と同様に光軸から最も遠い２辺の内角が９０度よりも大きい略多角形の形状の中間像ＭＩを形成する屈折光学系の構成を示す。図１３では、画像表示装置３２０の画像表示素子２２からスクリーンＳＣまでの光学系の全体を示す。
As shown in FIG. 13, the image display device 320 of this form is a specific numerical example of the image display device 220 described above. Similar to the image display device 220, the image display device 320 shows a configuration of a refractive optical system that forms an intermediate image MI having a substantially polygonal shape in which the inner angles of two sides farthest from the optical axis are larger than 90 degrees. FIG. 13 shows the entire optical system from the image display element 22 of the image display device 320 to the screen SC.

図１３において、画像表示装置３２０は、０．６５インチ（Ｙ軸方向に８．６４ｍｍ、Ｙ軸方向と垂直方向に１３．８４ｍｍのサイズ）の画像表示素子２２の画像を６０インチに拡大投影している。 In FIG. 13, the image display device 320 enlarges and projects an image of the image display element 22 of 0.65 inches (8.64 mm in the Y-axis direction and 13.84 mm in the direction perpendicular to the Y-axis direction) to 60 inches. ing.

図１４は、画像表示装置３２０の投射光学系周辺を示す光学配置図である。同図に示すように、画像表示装置３２０の屈折光学系１２１は、画像表示素子２２から順に、第１レンズ群１２１１、第２レンズ群１２１２、第３レンズ群１２１３、および第４レンズ群１２１４の４つのレンズ群から構成されている。また、屈折光学系１２１には、第１レンズ群１２１１に開口絞り１２３が、凹面ミラー２２８からスクリーンＳＣまでの光路にはガラス板などの防塵部材２２６が、それぞれ設けられている。 FIG. 14 is an optical layout diagram showing the periphery of the projection optical system of the image display device 320. As shown in the drawing, the refractive optical system 121 of the image display device 320 includes a first lens group 1211, a second lens group 1212, a third lens group 1213, and a fourth lens group 1214 in order from the image display element 22. It consists of four lens groups. Further, the refractive optical system 121 is provided with an aperture stop 123 in the first lens group 1211 and a dustproof member 226 such as a glass plate in the optical path from the concave mirror 228 to the screen SC.

表１は、画像表示装置３２０の投射光学系１２１を構成するレンズの曲率半径、レンズ面間隔、屈折率、およびミラー面の傾き角度などの仕様を示す。 Table 1 shows specifications such as the radius of curvature of the lenses constituting the projection optical system 121 of the image display device 320, the distance between the lens surfaces, the refractive index, and the tilt angle of the mirror surface.

表１

Table 1

屈折光学系１２１は、第２レンズ群１２１２と第３レンズ群１２１３と第４レンズ群１２１４とが図１４のＺ軸方向にそれぞれ異なる量だけ移動することにより、スクリーンＳＣの位置が図１４のＹ軸方向に上下したときの合焦を行う。 The refractive optical system 121 moves the second lens group 1212, the third lens group 1213, and the fourth lens group 1214 by different amounts in the Z-axis direction of FIG. Focus when moving up and down in the axial direction.

図１５は、画像表示装置３２０により生成される中間像ＭＩの歪曲収差を示すグラフである。同図に示すように、中間像ＭＩは、歪曲収差が負の歪曲であり、大きくマイナス側へカーブしたグラフとなる。第３レンズ群１２１３および第４レンズ群１２１４は、光軸付近において凹面で変曲点を経て光軸から離れるに従い凸面であるレンズ面形状を持つ非球面レンズをそれぞれ備える。非球面レンズにより、画像表示装置３２０は、屈折光学系１２１に歪曲収差を持たせつつ凹面ミラー２２８上の有効光の照射領域を広げることができる。 FIG. 15 is a graph showing the distortion of the intermediate image MI generated by the image display device 320. As shown in the figure, the intermediate image MI is a graph having a negative distortion and a large curve toward the minus side. The third lens group 1213 and the fourth lens group 1214 are each provided with an aspheric lens having a concave lens surface in the vicinity of the optical axis and having a convex lens surface shape as it moves away from the optical axis through an inflection point. The aspheric lens allows the image display device 320 to widen the effective light irradiation area on the concave mirror 228 while causing the refractive optical system 121 to have distortion.

表２は、非球面レンズの係数を示す。 Table 2 shows the coefficients of the aspheric lens.

表２

Table 2

また、非球面レンズの非球面式を式２に示す。 An aspherical expression of the aspherical lens is shown in Expression 2.

式２

Formula 2

屈折光学系１２１は、平面ミラー２１６に最も近い（有効光の通過する範囲が最も広い）レンズＬ４１を正レンズとすることにより、効率的に負の歪曲収差を得ている。 The refractive optical system 121 efficiently obtains negative distortion by using a lens L41 closest to the plane mirror 216 (the widest range through which effective light passes) as a positive lens.

表３は、凹面ミラー２２８の自由曲面係数を示す。凹面ミラー２２８は、ミラー面が任意のＹ軸方向の位置にてＸ軸方向の位置に応じたＸ軸方向の曲率が一定ではなく、任意のＸ軸方向の位置にてＹ軸方向の位置に応じたＹ軸方向の曲率が一定ではないアナモフィック面である、自由曲面ミラーである。 Table 3 shows the free-form surface coefficient of the concave mirror 228. The concave mirror 228 has a constant X-axis curvature according to the X-axis position when the mirror surface is in an arbitrary Y-axis position, and the Y-axis position at an arbitrary X-axis position. It is a free-form surface mirror which is an anamorphic surface in which the corresponding curvature in the Y-axis direction is not constant.

表３

Table 3

また、凹面ミラー２２８の自由曲面式を式３に示す。 The free-form surface formula of the concave mirror 228 is shown in Formula 3.

式３

Formula 3

●実施の形態の効果
以上のような構成とすることで、画像表示装置３２０は、例えば画像表示素子２２の微小ミラーの傾斜角が１７度に対応するようなＮＡ＝０．２９の場合であっても、フレア光を効果的に遮光することができる。 Effect of Embodiment With the above-described configuration, the image display device 320 is, for example, a case where NA = 0.29 such that the inclination angle of the micro mirror of the image display element 22 corresponds to 17 degrees. However, flare light can be effectively shielded.

１０照明光学系
１１ランプ
１２リフレクタ
１３ロッドインテグレータ
１４照明用レンズ
１６ミラー
１７カラーホイール
１８曲面ミラー
１９凸面ミラー
２２画像表示素子
３６第１プリズム
３８第２プリズム
１２０画像表示装置
１２１屈折光学系
２１１投射レンズ
２１６平面ミラー
２２２筐体
２２３鏡胴
２２４ハウジング
２２５フレアカット部材
２２６防塵部材
２２８凹面ミラー
１２１１第１レンズ群
１２１２第２レンズ群
１２１３第３レンズ群
１２１４第４レンズ群 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Illumination optical system 11 Lamp 12 Reflector 13 Rod integrator 14 Illumination lens 16 Mirror 17 Color wheel 18 Curved surface mirror 19 Convex mirror 22 Image display element 36 1st prism 38 2nd prism 120 Image display apparatus 121 Refractive optical system 211 Projection lens 216 Flat mirror 222 Housing 223 Lens barrel 224 Housing 225 Flare cut member 226 Dustproof member 228 Concave mirror 1211 First lens group 1212 Second lens group 1213 Third lens group 1214 Fourth lens group

特開２０１２−００８４２０号公報JP 2012-008420 A

Claims

光源と、
最大傾斜角が１２°よりも大きい複数のマイクロミラーが配置され矩形状の外形線を有する画像表示素子と、
前記光源から出射される光を前記画像表示素子に導光する照明光学系と、
複数のレンズ群からなり、前記画像表示素子から出射される光により前記複数のレンズ群の光軸に垂直な仮想平面に負の歪曲の中間像を形成する屈折光学系、および前記屈折光学系からの光を反射する凹面ミラーを備え、前記画像表示素子に表示される画像を投射する投射光学系と、
前記画像表示素子と前記屈折光学系との光路中に配される全反射プリズムと、
を有し、前記投射光学系がテレセントリックである、画像表示装置。 A light source;
An image display element having a rectangular outline in which a plurality of micromirrors having a maximum inclination angle larger than 12 ° are arranged;
An illumination optical system for guiding light emitted from the light source to the image display element;
A refractive optical system comprising a plurality of lens groups and forming an intermediate image of negative distortion on a virtual plane perpendicular to the optical axis of the plurality of lens groups by light emitted from the image display element; and from the refractive optical system includes a concave mirror that reflects light, a projection optical system for projecting the image displayed on the image display device,
A total reflection prism disposed in an optical path between the image display element and the refractive optical system;
And the projection optical system is telecentric .

前記中間像は、前記画像表示素子の外形線のうち前記光軸から遠い２辺の内角が前記光軸から近い２辺の内角より広い、
請求項１記載の画像表示装置。 The intermediate image has a wider inner angle of two sides far from the optical axis than an inner angle of two sides near the optical axis of the outline of the image display element.
The image display device according to claim 1.

前記中間像は、前記画像表示素子の外形線のうち前記光軸から遠い２辺の内角が９０度よりも大きい、
請求項１または２記載の画像表示装置。 The intermediate image has an inner angle of two sides far from the optical axis of the outline of the image display element larger than 90 degrees.
The image display device according to claim 1.

前記レンズ群を構成するレンズのうち、前記光軸に垂直な方向に配置されるレンズ面において、前記レンズ面と前記光線の交点とレンズ中心との距離が最大のレンズが正レンズである、
請求項１乃至３のいずれかに記載の画像表示装置。 Among the lenses constituting the lens group, in the lens surface arranged in the direction perpendicular to the optical axis, the lens having the maximum distance between the lens surface and the intersection of the light beam and the lens center is a positive lens.
The image display device according to claim 1.

前記レンズ群は、１または複数のレンズが前記光軸方向に移動して合焦し、
移動する前記レンズ群は、負レンズの総数が正レンズの総数以上であり、少なくとも１の非球面レンズを有し、
前記非球面レンズは、面形状に変曲点を有する負レンズである、
請求項１乃至４のいずれかに記載の画像表示装置。 The lens group is focused by moving one or more lenses in the optical axis direction,
The moving lens group has a total number of negative lenses equal to or greater than the total number of positive lenses, and has at least one aspheric lens;
The aspherical lens is a negative lens having an inflection point in the surface shape.
The image display device according to claim 1.

記投射光学系は、前記屈折光学系から前記凹面ミラーまでの光路中に平面ミラーを備える、The projection optical system includes a plane mirror in the optical path from the refractive optical system to the concave mirror,
請求項１乃至５の何れかに記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1.

前記平面ミラーは、前記光軸から最も遠い２辺の内角が９０度よりも大きい多角形の反射面形状である、The plane mirror has a polygonal reflecting surface shape in which inner angles of two sides farthest from the optical axis are larger than 90 degrees.
請求項６載の画像表示装置。The image display device according to claim 6.