JP7331385B2 - 光学素子および投写型画像表示装置 - Google Patents
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Description
また、本願に係る光学素子は、第1透過面、反射面、および第2透過面で構成され、互いに直交する3軸をX軸、Y軸、およびZ軸とし、前記X軸と垂直である面をYZ平面とし、前記Z軸方向に沿う軸を設計基準軸とし、前記YZ平面で前記設計基準軸と垂直である線を仮想垂直線として設定したとき、前記第1透過面および前記第2透過面は、前記設計基準軸に沿う方向において、前記仮想垂直線に対して一方側に配置され、前記反射面の反射する方向に位置し、前記反射面は、前記設計基準軸に沿う方向において、前記仮想垂直線に対して他方側に位置し、前記第2透過面は、前記設計基準軸に対して、前記仮想垂直線の一方側である上方に位置し、前記第1透過面と前記反射面は、前記設計基準軸に対して前記仮想垂直線の他方側である下方に位置し、前記反射面は、凹形状を備え、入射した光線の光路上に第1部材部分と、前記第1部材部分とは屈折率の異なる第2部材部分と、を備え、前記第1部材部分は、前記第1透過面および前記第2透過面を有する第1の第1部材部分と、前記反射面を備える第2の第1部材部分と、有し、前記第2部材部分の一方の面は、前記第1の第1部材部分と密着し、前記第2部材部分の他方の面は前記第2の第1部材部分と密着し、前記第2透過面の有効光線範囲のY軸方向の上端を通過する上端光束の上周辺光線および当該有効光線範囲のY軸方向の下端を通過する下端光束の上周辺光線がYZ平面上で交差する上側交点と、前記上端光束の下周辺光線および前記下端光束の下周辺光線が前記YZ平面上で交差する下側交点とを結ぶ仮想線は、前記仮想垂直線に対して傾斜していることを特徴とする。
また、本願に係る光学素子は、第1透過面、反射面、および第2透過面で構成され、互いに直交する3軸をX軸、Y軸、およびZ軸とし、前記X軸と垂直である面をYZ平面とし、前記Z軸方向に沿う軸を設計基準軸とし、前記YZ平面で前記設計基準軸と垂直である線を仮想垂直線として設定したとき、前記第1透過面および前記第2透過面は、前記設計基準軸に沿う方向において、前記仮想垂直線に対して一方側に配置され、前記反射面の反射する方向に位置し、前記反射面は、前記設計基準軸に沿う方向において、前記仮想垂直線に対して他方側に位置し、前記第2透過面は、前記設計基準軸に対して、前記仮想垂直線の一方側である上方に位置し、前記第1透過面と前記反射面は、前記設計基準軸に対して前記仮想垂直線の他方側である下方に位置し、前記反射面は、凹形状を備え、入射した光線の光路上に第1部材部分と、前記第1部材部分とは屈折率の異なる第2部材部分と、前記第1部材部分は、前記第1透過面および前記第2透過面を有する第1の第1部材部分と、前記反射面を備える第2の第1部材部分と、有し、前記第2部材部分の一方の面は、前記第1の第1部材部分と密着し、前記第2部材部分の他方の面は前記第2の第1部材部分と密着し、前記第2部材部分は、前記第1部材部分よりも耐熱性が高く、前記第2部材部分において、入射した光線の光束径が最も小さくなることを特徴とする。
図1は、本発明の実施例1の投写型画像表示装置の全体を表す光線図である。図2は、図1のA部分の部分拡大図である。A部分はスクリーンのY軸に沿った方向において最も像高が高い部分の近傍である。図3は、図1のB部分の部分拡大図である。B部分はスクリーンのY軸に沿った方向において最も像高が低い部分の近傍である。像高が高いA部分は光学素子の光軸からの距離が最も遠い像位置であり、スクリーンにおける最も上方の像位置である。像高が低いB部分は光学素子の光軸からの距離が最も近い像位置であり、スクリーンにおける最も下方の像位置である。図4は、光学素子の光線図である。図5は、光学素子の内部に規定される仮想線の説明図である。
光学素子3Aのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、拡大側から縮小側に順番に付してある。*を付した面番号の面は非球面である。面番号1および面番号8は、ダミー面である。面番号2は、第2透過面13である。面番号6は、反射面12である。面番号10は、像面であり、第1透過面11である。面番号4は、絞りである。
物体面 0 154.925192
1 0 5 69.425 69.425
2* 18.82405 7.363655 1.531132 55.75 7.944 7.944
3 114.06501 1 1.652022 54.8 3.027 3.027
4 絞り 0 1.418853 1.652022 54.8 1 1
5 135.13244 2.965778 1.531132 55.75 4.008 4.008
6* -2.99674 -2.965778 1.531132 55.75 9.263 9.263
7 135.13244 -1.418853 1.652022 54.8 9.793 9.793
8 0 -1 1.652022 54.8 11.039 11.039
9 114.06501 -0.75 1.531132 55.75 11.344 11.344
像面 0 0 1.531132 55.75 12.36 12.36
コーニック定数 1.955731E+00
4次の係数 2.044439E-03
6次の係数 -4.294058E-05
8次の係数 5.347737E-07
10次の係数 -1.556296E-09
コーニック定数 -6.290221E+01
4次の係数 -2.237771E-04
6次の係数 2.377462E-06
8次の係数 -1.60976E-08
10次の係数 4.747946E-11
次に、画像形成部2が形成する投写画像を説明する。図6はスクリーンSにおけるディストーション格子を示す図である。図7は光学素子3Aの縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。縮小側結像面のディストーション格子は歪んでいるが、像面湾曲はない。
本例の投写型画像表示装置1Aにおいて、光学素子3Aは、凹形状の反射面12と、拡大側に突出する凸形状の第2透過面13と、を備える。従って、光学素子3Aは、反射面12で反射した光束を、第2透過面13で屈折させることができる。従って、光学素子3Aの短焦点化、すなわち投写距離を短くすることが容易である。
光線 θ1 θ2 θ0 R
F1 46.66640183 47.13681798 0.470416156 100%
F2 62.91376663 63.09657615 0.182809526 39%
F3 70.68053558 70.77752895 0.09699337 21%
F4 75.06957016 75.13146807 0.061897903 13%
F5 77.85918732 77.90313864 0.043951323 9%
次に、実施例1において、解像度の低下を抑制できる効果、および、色収差を良好に補正できる効果について、比較例を参照して説明する。図13は、比較例の投写型画像表示装置の全体を表す光線図である。図14は、比較例の光学素子の光線図である。本例の投写型画像表示装置100は、光学素子3が単一の材質から構成されている点を除き、実施例1の投写型画像表示装置1Aと同様の構成を備える。従って、対応する構成には同一の符号を付す。
物体面 0 295
1* 15 10 1.531132 55.75 9.019 9.019
2 絞り 0 5 1.531132 55.75 1 1
3* -11 -6.277 1.531132 55.75 10.558 10.558
像面 0 0 1.531132 55.75 13.389 13.389
コーニック定数 1.597914E+00
4次の係数 1.003949E-03
6次の係数 -1.770946E-05
8次の係数 1.911983E-07
10次の係数 -6.508832E-10
コーニック定数 -9.4411E+01
4次の係数 -1.369046E-04
6次の係数 1.096019E-06
8次の係数 -5.971179E-09
10次の係数 1.384487E-11
次に、画像形成部2が生成する投写画像を説明する。図15はスクリーンSにおけるディストーション格子を示す図である。図16は光学素子3の縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。光学素子3の縮小側結像面におけるディストーション格子は歪んでいるが、像面湾曲はない。画像形成部2は、縮小側結像面に、最終像に対して上下が反転した投写画像を形成する。また、画像形成部2は、拡大側結像面であるスクリーンSに長方形の投写画像が投写されるように、光学素子3の縮小側結像面に、予め、歪んだ画像を形成する。すなわち、画像形成部2は、図15に示すディストーション格子に対応する最終像がスクリーンSに投写されるように、縮小側結像面に、図16に示すディストーション格子に対応する歪んだ投写画像を形成する。
図17~図20は比較例の光学素子3の拡大側のMTFを示す図である。MTFは実施例1と同様に算出した。図17では、MTFの計算に用いた光線は、620nmの波長の光線と、550nmの波長の光線と、470nmの波長の光線との比が2:7:1に重み付けされている。図18においてMTFの計算に用いた光線は、620nmの波長の光線である。図19においてMTFの計算に用いた光線は550nmの波長の光線である。図20においてMTFの計算に用いた光線は470nmの波長の光線である。図8~図11に示す実施例1の光学素子3AのMTFと、図17~図20に示す比較例の光学素子3のMTFとを比較すれば分かるように、実施例1の光学素子3によれば、解像度の低下は抑制される。すなわち、実施例1の光学素子3Aによれば、投写距離fを、比較例の光学素子3の半分近くまで短縮したのにも拘わらず、解像度の低下は抑制され各色のMTFの低下も抑えられており、色収差も良好に補正されていることが分かる。
次に、実施例2の投写型画像表示装置を説明する。図22は、実施例2の投写型画像表示装置の全体を表す光線図である。図23は、実施例2の光学素子の光線図である。図24は、光学素子内に規定される仮想線Pの説明図である。図22から図24の各図はX軸と平行な方向から見た場合を示す本例の投写型画像表示装置1Bでは、光学素子3Bの内部に規定される仮想線Pが仮想垂直線Vに対して傾斜するが、他の構成は、実施例1の投写型画像表示装置1Bと同様である。従って、実施例1の投写型画像表示装置1Aと対応する構成には同一の符号を付す。
光学素子3Bのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、拡大側から縮小側に順番に付してある。*を付した面番号の面は非球面である。面番号1および面番号8は、ダミー面である。面番号2は、第2透過面13である。面番号6は、反射面12である。面番号10は、像面であり、第1透過面11である。面番号4は、絞りである。
物体面 0 154.925192
1 0 5 69.425 69.425
2* 18.82405 7.363655 1.531132 55.75 7.944 7.944
3 114.06501 1 1.652022 54.8 3.027 3.027
4 絞り 0 1.418853 1.652022 54.8 1 1
5 135.13244 2.965778 1.531132 55.75 4.008 4.008
6* -2.99674 -2.965778 1.531132 55.75 9.263 9.263
7 135.13244 -1.418853 1.652022 54.8 9.793 9.793
8 0 -1 1.652022 54.8 11.039 11.039
9 114.06501 -0.75 1.531132 55.75 11.344 11.344
像面 0 0 1.531132 55.75 12.36 12.36
コーニック定数 1.955731E+00
4次の係数 2.044439E-03
6次の係数 -4.294058E-05
8次の係数 5.347737E-07
10次の係数 -1.556296E-09
コーニック定数 -6.290221E+01
4次の係数 -2.237771E-04
6次の係数 2.377462E-06
8次の係数 -1.60976E-08
10次の係数 4.747946E-11
次に、画像形成部2が形成する投写画像を説明する。図25はスクリーンSにおけるディストーション格子を示す図である。図26は光学素子3Bの縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。縮小側結像面のディストーション格子は歪んでいるが、像面湾曲はない。
本例の投写型画像表示装置1Bにおいて、光学素子3Bは、凹形状の反射面12と、拡大側に突出する凸形状の第2透過面13と、を備える。従って、光学素子3Bは、反射面12で反射した光束を、第2透過面13で屈折させることができる。よって、光学素子3Bの短焦点化、すなわち投写距離を短くすることが容易である。
F1 46.5746429 47.22633394 0.651691046 100%
F2 62.84771996 63.17197987 0.324259913 50%
F3 70.63511466 70.82752067 0.192406008 30%
F4 75.03642019 75.16673718 0.130316996 20%
F5 77.83369223 77.92962315 0.095930919 15%
次に、実施例3の投写型画像表示装置1Cを説明する。図32は実施例3の投写型画像表示装置1Cの全体を表す光線図である。図33は実施例3の投写型画像表示装置1Cの光学素子の光線図である。図34は光学素子内に規定される仮想線Pの説明図である。図32から図34の各図はX軸と平行な方向から見た場合を示す本例の投写型画像表示装置1Cでは、光学素子3Bの内部に規定される仮想線Pが仮想垂直線Vに対して傾斜するが、他の構成は、実施例1の投写型画像表示装置1Aと同様である。従って、実施例1の投写型画像表示装置1Aと対応する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
光学素子3Cのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、拡大側から縮小側に順番に付してある。*を付した面番号の面は非球面である。面番号1および面番号8は、ダミー面である。面番号2は、第2透過面13である。面番号6は、反射面12である。面番号10は、像面であり、第1透過面11である。面番号4は、絞りである。
物体面 0 154.925192
1 0 5 69.425 69.425
2* 18.82405 7.363655 1.531132 55.75 7.944 7.944
3 114.06501 1 1.652022 54.8 3.027 3.027
4 絞り 0 1.418853 1.652022 54.8 1 1
5 135.13244 2.965778 1.531132 55.75 4.008 4.008
6* -2.99674 -2.965778 1.531132 55.75 9.263 9.263
7 135.13244 -1.418853 1.652022 54.8 9.793 9.793
8 0 -1 1.652022 54.8 11.039 11.039
9 114.06501 -0.75 1.531132 55.75 11.344 11.344
像面 0 0 1.531132 55.75 12.36 12.36
コーニック定数 1.955731E+00
4次の係数 2.044439E-03
6次の係数 -4.294058E-05
8次の係数 5.347737E-07
10次の係数 -1.556296E-09
コーニック定数 -6.290221E+01
4次の係数 -2.237771E-04
6次の係数 2.377462E-06
8次の係数 -1.60976E-08
10次の係数 4.747946E-11
次に、画像形成部2が形成する投写画像を説明する。図35はスクリーンSにおけるディストーション格子を示す図である。図36は光学素子3Cの縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。縮小側結像面のディストーション格子は歪んでいるが、像面湾曲はない。
本例の投写型画像表示装置1Cにおいて、光学素子3Cは、凹形状の反射面12と、拡大側に突出する凸形状の第2透過面13と、を備える。従って、光学素子3Cは、反射面12で反射した光束を、第2透過面13で屈折させることができる。よって、光学素子3Cの短焦点化、すなわち投写距離を短くすることが容易である。
F1 46.65789395 47.11297206 0.455078109 100%
F2 62.86774407 63.14122071 0.273476639 60%
F3 70.64228083 70.81629812 0.174017289 38%
F4 75.03962273 75.161462 0.121839266 27%
F5 77.83533337 77.92669357 0.091360209 20%
次に、実施例4の投写型画像表示装置1Dを説明する。図42は実施例4の投写型画像表示装置1Dの全体を表す光線図である。図43は実施例4の投写型画像表示装置1Dの光学素子の光線図である。図44は光学素子内に規定される仮想線Pの説明図である。図42から図44の各図はX軸と平行な方向から見た場合を示す本例の投写型画像表示装置1Dでは、光学素子3Dの内部に規定される仮想線Pが仮想垂直線Vに対して傾斜するが、他の構成は、実施例1の投写型画像表示装置1Aと同様である。従って、実施例1の投写型画像表示装置1Aと対応する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
光学素子3Dのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、拡大側から縮小側に順番に付してある。*を付した面番号の面は非球面である。面番号1および面番号8は、ダミー面である。面番号2は、第2透過面13である。面番号6は、反射面12である。面番号10は、像面であり、第1透過面11である。面番号4は、絞りである。
物体面 0 154.925192
1 0 5 69.425 69.425
2* 18.82405 7.363655 1.531132 55.75 7.944 7.944
3 114.06501 1 1.652022 54.8 3.027 3.027
4 絞り 0 1.418853 1.652022 54.8 1 1
5 135.13244 2.965778 1.531132 55.75 4.008 4.008
6* -2.99674 -2.965778 1.531132 55.75 9.263 9.263
7 135.13244 -1.418853 1.652022 54.8 9.793 9.793
8 0 -1 1.652022 54.8 11.039 11.039
9 114.06501 -0.75 1.531132 55.75 11.344 11.344
像面 0 0 1.531132 55.75 12.36 12.36
コーニック定数 1.955731E+00
4次の係数 2.044439E-03
6次の係数 -4.294058E-05
8次の係数 5.347737E-07
10次の係数 -1.556296E-09
コーニック定数 -6.290221E+01
4次の係数 -2.237771E-04
6次の係数 2.377462E-06
8次の係数 -1.60976E-08
10次の係数 4.747946E-11
次に、画像形成部2が形成する投写画像を説明する。図45はスクリーンSにおけるディストーション格子を示す図である。図46は光学素子3Dの縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。縮小側結像面のディストーション格子は歪んでいるが、像面湾曲はない。
本例の投写型画像表示装置1Dにおいて、光学素子3Dは、凹形状の反射面12と、拡大側に突出する凸形状の第2透過面13と、を備える。従って、光学素子3Dは、反射面12で反射した光束を、第2透過面13で屈折させることができる。よって、光学素子3Dの短焦点化、すなわち投写距離を短くすることが容易である。
F1 46.69963415 47.06752201 0.36788786 100%
F2 62.88415988 63.1215022 0.237342313 65%
F3 70.65145065 70.8056815 0.15423085 42%
F4 75.04561255 75.15470484 0.109092283 30%
F5 77.83967061 77.9219476 0.082276991 22%
F1 1 1 1 1
F2 0.39 0.50 0.60 0.65
F3 0.21 0.30 0.38 0.42
F4 0.13 0.20 0.27 0.30
F5 0.09 0.15 0.20 0.22
光学素子3A~3Dは3つに分割されているが、光学素子は、入射した光線の光路上に第1部材部分31と、第1部材部分31とは屈折率の異なる第2部材部分32と、を備えればよく、必ずしも3つに分割する必要はない。すなわち、光学素子は2分割されていてもよく、4以上に分割されていてもよい。
Claims (11)
- 第1透過面、反射面、および第2透過面で構成され、
互いに直交する3軸をX軸、Y軸、およびZ軸とし、前記X軸と垂直である面をYZ平面とし、前記Z軸方向に沿う軸を設計基準軸とし、前記YZ平面で前記設計基準軸と垂直である線を仮想垂直線として設定したとき、
前記第1透過面および前記第2透過面は、前記設計基準軸に沿う方向において、前記仮想垂直線に対して一方側に配置され、前記反射面の反射する方向に位置し、
前記反射面は、前記設計基準軸に沿う方向において、前記仮想垂直線に対して他方側に位置し、
前記第2透過面は、前記設計基準軸に対して、前記仮想垂直線の一方側である上方に位置し、
前記第1透過面と前記反射面は、前記設計基準軸に対して前記仮想垂直線の他方側である下方に位置し、
前記反射面は、凹形状を備え、
入射した光線の光路上に第1部材部分と、前記第1部材部分とは屈折率の異なる第2部材部分と、を備え、
前記第1部材部分は、前記第1透過面および前記第2透過面を有する第1の第1部材部分と、前記反射面を備える第2の第1部材部分と、有し、
前記第2部材部分の一方の面は、前記第1の第1部材部分と密着し、前記第2部材部分の他方の面は前記第2の第1部材部分と密着し、
前記第2透過面の有効光線範囲のY軸方向の上端を通過する上端光束の上周辺光線および当該有効光線範囲のY軸方向の下端を通過する下端光束の上周辺光線がYZ平面上で交差する上側交点と、前記上端光束の下周辺光線および前記下端光束の下周辺光線が前記YZ平面上で交差する下側交点とを結ぶ仮想線は、前記仮想垂直線に対して傾斜していることを特徴とする光学素子。 - 第1透過面、反射面、および第2透過面で構成され、
互いに直交する3軸をX軸、Y軸、およびZ軸とし、前記X軸と垂直である面をYZ平面とし、前記Z軸方向に沿う軸を設計基準軸とし、前記YZ平面で前記設計基準軸と垂直である線を仮想垂直線として設定したとき、
前記第1透過面および前記第2透過面は、前記設計基準軸に沿う方向において、前記仮想垂直線に対して一方側に配置され、前記反射面の反射する方向に位置し、
前記反射面は、前記設計基準軸に沿う方向において、前記仮想垂直線に対して他方側に位置し、
前記第2透過面は、前記設計基準軸に対して、前記仮想垂直線の一方側である上方に位置し、
前記第1透過面と前記反射面は、前記設計基準軸に対して前記仮想垂直線の他方側である下方に位置し、
前記反射面は、凹形状を備え、
入射した光線の光路上に第1部材部分と、前記第1部材部分とは屈折率の異なる第2部材部分と、
前記第1部材部分は、前記第1透過面および前記第2透過面を有する第1の第1部材部分と、前記反射面を備える第2の第1部材部分と、有し、
前記第2部材部分の一方の面は、前記第1の第1部材部分と密着し、前記第2部材部分の他方の面は前記第2の第1部材部分と密着し、
前記第2部材部分は、前記第1部材部分よりも耐熱性が高く、
前記第2部材部分において、入射した光線の光束径が最も小さくなることを特徴とする光学素子。 - 前記第1部材部分と前記第2部材部分との接合面は、曲面形状を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の光学素子。
- 前記第2透過面の有効光線範囲のY軸方向の上端を通過する上端光束の上周辺光線および当該有効光線範囲のY軸方向の下端を通過する下端光束の上周辺光線がYZ平面上で交差する上側交点と、前記上端光束の下周辺光線および前記下端光束の下周辺光線が前記YZ平面上で交差する下側交点とを結ぶ仮想線は、前記仮想垂直線に対して傾斜していることを特徴とする請求項2または3に記載の光学素子。
- 前記仮想線は、前記第2部材部分に位置することを特徴とする請求項1または4に記載の光学素子。
- 前記第2部材部分は、前記第1部材部分よりも光線の透過率が高く、
前記第2部材部分において、入射した光線の光束径が最も小さくなることを特徴とする請求項1から5のうちのいずれか一項に記載の光学素子。 - 前記第1部材部分の材質は樹脂であり、前記第2部材部分の材質はガラスであることを特徴とする請求項1から6のうちのいずれか一項に記載の光学素子。
- 前記第2部材部分に、絞りを備えることを特徴とする請求項1または4に記載の光学素子。
- 前記絞りは、前記仮想線に沿って設けられていることを特徴とする請求項8記載の光学素子。
- 前記第1透過面、前記反射面、および前記第2透過面のうちの少なくともいずれかは、非球面であることを特徴とする請求項1から9のうちのいずれか一項に記載の光学素子。
- 請求項1から10のうちのいずれか一項に記載の光学素子と、
前記第1透過面に投写画像を形成する画像形成部と、
を有することを特徴とする投写型画像表示装置。
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