JP2008033291A - Projection device - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化および薄型化を担保しつつも諸収差を抑えるために必要な光学部材を配設することができる投影装置を提供すること。
【解決手段】投影装置は、画像を生成しスクリーンに向かって投射する投影光学システムと、投影光学システムから照射された光束を、投影装置の奥行き方向においてスクリーンから遠ざかる方向に偏向する第一の偏向手段と、第一の偏向手段により偏向された光束を、収差補正しつつ投影装置の天板面に向かうように偏向する第二の偏向手段と、天板面に沿って配設され、第二の偏向手段により偏向された光束をスクリーンに向かうように偏向する第三の偏向手段と、を有し、通常使用状態における投影装置のスクリーン中心を通り鉛直方向に延びる直線を含みスクリーンに垂直な平面による断面において、第二の偏向手段で反射した光束のうちスクリーン最下部に入射する最下部入射光線の光路が、スクリーンに対して略平行であるような構成にした。
【選択図】図1To provide a projection device capable of disposing optical members necessary to suppress various aberrations while ensuring miniaturization and thinning.
A projection device generates an image and projects it toward a screen, and a first deflection that deflects a light beam emitted from the projection optical system in a direction away from the screen in the depth direction of the projection device. Means, a second deflecting means for deflecting the light beam deflected by the first deflecting means toward the top plate surface of the projection apparatus while correcting the aberration, and a second deflecting device arranged along the top plate surface. And a third deflecting unit that deflects the light beam deflected by the deflecting unit toward the screen, and includes a straight line that passes through the center of the screen of the projection apparatus in a normal use state and extends in the vertical direction. In the cross section, the optical path of the lowermost incident light beam that is incident on the lowermost part of the screen among the light beams reflected by the second deflecting means is substantially parallel to the screen It was on the configuration.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、表示体の表示画像をスクリーン上に斜めに投影する斜め投影型の投影装置に関する。 The present invention relates to an oblique projection type projection apparatus that projects a display image of a display body obliquely on a screen.
従来、表示体の表示画像を台形歪みを生じることなくスクリーン上に斜めに投影する斜め投影型の投影装置が知られている。このような斜め投影型の投影装置は、例えば、スクリーン背後から表示画像を投影し、該画像をスクリーン正面から観察することができるいわゆるリアプロジェクターとして好適な構成とされる。なお、本明細書において単に投影装置と記した場合には、斜め投影型の投影装置を指すものとする。 2. Description of the Related Art Conventionally, an oblique projection type projection apparatus that projects an image displayed on a display body obliquely on a screen without causing trapezoidal distortion is known. Such an oblique projection type projection apparatus has a configuration suitable as a so-called rear projector capable of projecting a display image from behind the screen and observing the image from the front of the screen, for example. Note that when simply referred to as a projection device in the present specification, it means an oblique projection type projection device.
一般に投影装置は、投影画像を生成する投影光学系と、投影光学系から照射された光束を偏向してスクリーンに導くミラーとを有している。該ミラーは、装置内部において、スクリーン(装置正面)に対向する位置、つまり装置背面側に設置することも可能である。しかし、装置背面側にミラーを配設した場合、スクリーンを介して装置外部から入射した光が該ミラーで反射して迷光成分となるおそれがある。そこで、該迷光成分の発生を回避するため、装置の天板側換言すればスクリーンに投影された画像の上方側に上記ミラーを配設することが提案されている。このような投影装置は、例えば、以下の特許文献1に記載される。
In general, a projection apparatus includes a projection optical system that generates a projection image, and a mirror that deflects a light beam emitted from the projection optical system and guides it to a screen. The mirror can be installed inside the apparatus at a position facing the screen (front of the apparatus), that is, on the back side of the apparatus. However, when a mirror is provided on the back side of the apparatus, light incident from the outside of the apparatus through the screen may be reflected by the mirror and become a stray light component. Therefore, in order to avoid the generation of the stray light component, it has been proposed to dispose the mirror on the top plate side of the apparatus, in other words, above the image projected on the screen. Such a projection apparatus is described in
ここで、投影装置では歪曲収差等の諸収差を適正に補正する必要がある。既存の投影光学系を使用しつつも上記の諸収差を良好に補正するためには、投影光学系からスクリーンまでの光路中に非球面ミラーを配設することが好ましい。しかし、特許文献1に記載の従来の投影装置では、さらなる構成部材を配設する空間的余裕がない。より詳しくは、さらなる構成部材を追加しようとすると、他の構成部材の配置の妨げになったり、複数回折り曲げられる光路中に構成部材が進入してしまう。そのため、必然的に装置全体を大型化せざるを得なかった。
Here, in the projection apparatus, it is necessary to properly correct various aberrations such as distortion. In order to satisfactorily correct the above aberrations while using an existing projection optical system, it is preferable to provide an aspherical mirror in the optical path from the projection optical system to the screen. However, in the conventional projection apparatus described in
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、小型化および薄型化を担保しつつも諸収差を抑えるために必要な光学部材を配設することができる投影装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a projection apparatus in which an optical member necessary for suppressing various aberrations can be provided while ensuring miniaturization and thinning.
上記の課題を解決するため、請求項1に記載の投影装置は、スクリーンの背面側に画像を斜めに投影する投影装置において、画像を生成しスクリーンに向かって光束を投射する投影光学システムと、投影光学システムから照射された光束を、投影装置の奥行き方向においてスクリーンから遠ざかる方向に偏向する第一の偏向手段と、第一の偏向手段により偏向された光束を、収差補正しつつ投影装置の天板面に向かうように偏向する第二の偏向手段と、天板面に沿って配設され、第二の偏向手段により偏向された光束をスクリーンに向かうように偏向する第三の偏向手段と、を有し、通常使用状態における投影装置のスクリーン中心を通り鉛直方向に延びる直線を含む断面において、上記光束のうちスクリーン最下部に入射する最下部入射光線の、第二の偏向手段と第三の偏向手段間における光路が、スクリーンに対して略平行であることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the projection device according to
なお、本文においては、投影装置を説明するにあたり、便宜上、該投影装置を接地面が地面に水平となるように設置した状態(通常使用状態)を基準として各方向を説明する。 In this description, in describing the projection device, for convenience, each direction will be described with reference to a state (normal use state) in which the projection device is installed so that the ground plane is horizontal to the ground.
請求項1に記載のように各部材を配置構成することにより、歪曲収差をはじめとする諸収差を補正しつつも装置全体の小型化や薄型化が保証された投影装置が提供される。
By disposing and configuring each member as described in
また請求項2に記載の投影装置によれば、スクリーンに入射した最下部入射光線と該スクリーンとがなす角度(単位:deg)をθとすると、スクリーンの垂線と第三の偏向手段がなす角度(単位:deg)は(θ/2)±1であることが望ましい。
According to the projection device of
より具体的には、請求項3に記載の投影装置によれば、第一の偏向手段は、上記断面において、スクリーンと第二の偏向手段の間に配設されている。 More specifically, according to the projection apparatus of the third aspect, the first deflecting means is disposed between the screen and the second deflecting means in the cross section.
請求項4に記載の投影装置によれば、上記断面において、以下の条件を満たすことが望ましい。
mは、最下部入射光線に関し、投影光学システムの射出瞳から第三の偏向手段までの光路長(単位:mm)、
ωは、スクリーンに入射した最上部入射光線と該スクリーンとがなす角度、および、スクリーンに入射した最下部入射光線と該スクリーンとがなす角度、の角度差(単位:deg)、
hは、スクリーンの高さ(単位:mm)、をそれぞれ表す。
According to the projection device of the fourth aspect, it is preferable that the following condition is satisfied in the cross section.
m is the optical path length (unit: mm) from the exit pupil of the projection optical system to the third deflecting means with respect to the lowest incident light beam,
ω is an angle difference (unit: deg) between an angle formed by the uppermost incident light beam incident on the screen and the screen, and an angle formed by the lowermost incident light beam incident on the screen and the screen,
h represents the height of the screen (unit: mm).
上記条件を満たすことにより、投影装置のサイズ、特に鉛直方向のサイズを大きくすることなく、収差補正作用を持つ第二の偏向手段を好適に配設することができる。 By satisfying the above conditions, the second deflecting means having an aberration correcting function can be suitably arranged without increasing the size of the projection apparatus, particularly the vertical size.
請求項5に記載の投影装置によれば、第一の偏向手段は、上記断面において、最上部入射光線が該第一の偏向手段に入射する位置よりも、最下部入射光線が該第一の偏向手段に入射する位置の方がスクリーンに対して遠ざかるように傾けて配設されており、第二の偏向手段は、上記断面において、最上部入射光線が該第二の偏向手段に入射する位置よりも、最下部入射光線が該第二の偏向手段に入射する位置の方がスクリーンに対して遠ざかるように傾けて配設されている。 According to the projection device of the fifth aspect, the first deflecting unit is configured such that, in the cross section, the lowermost incident light beam is lower than the position where the uppermost incident light beam is incident on the first deflecting unit. The position where the light incident on the deflecting means is inclined with respect to the screen is arranged to be inclined, and the second deflecting means is a position where the uppermost incident light beam enters the second deflecting means in the cross section. Rather, the position where the lowermost incident light beam enters the second deflecting means is disposed so as to be inclined with respect to the screen.
また、請求項6に記載の投影装置によれば、以下の条件をさらに満たすことが望ましい。
上記条件をさらに満たすことにより、第二の偏向手段から第三の偏向手段へ向かう光束中、および第三の偏向手段からスクリーンへ向かう光束中に進入することなく、かつ装置のサイズを大型化することなく第一の偏向手段を適切に配設することが可能になる。 By further satisfying the above conditions, the size of the apparatus is increased without entering the light beam from the second deflecting unit to the third deflecting unit and the light beam from the third deflecting unit to the screen. It becomes possible to arrange | position a 1st deflection | deviation means appropriately, without this.
請求項7に記載の投影装置によれば、投影光学システムは、光源と、光源から照射される光束を用いて画像を生成する画像生成部と、画像生成部から射出された光束をスクリーンに向かって投射する投影光学系と、を有することができる。 According to the projection device of the seventh aspect, the projection optical system includes a light source, an image generation unit that generates an image using a light beam emitted from the light source, and a light beam emitted from the image generation unit toward the screen. And a projection optical system for projecting.
なお、第一および第三の偏向手段は平面ミラーとして構成することが望ましい(請求項8)。また第二の偏向手段は、非球面ミラーとして構成することが望ましい(請求項9)。 The first and third deflecting means are preferably configured as plane mirrors. The second deflecting means is preferably configured as an aspherical mirror.
請求項10に記載の投影装置によれば、第二の偏向手段は、第一の偏向手段を介した光束が入射する領域内において、上記断面での形状は略平面であり、スクリーンに平行な面での断面形状は凸面であることが望ましい。第二の偏向手段をこのように構成することにより、斜め投影型の投影装置で比較的発生しやすい歪曲収差を良好に補正することができる。 According to the projection device of the tenth aspect, the second deflecting unit has a substantially flat shape in the cross section in a region where the light beam incident through the first deflecting unit is incident, and is parallel to the screen. The cross-sectional shape on the surface is preferably a convex surface. By configuring the second deflection unit in this way, it is possible to satisfactorily correct distortion that is relatively likely to occur in an oblique projection type projection apparatus.
請求項11に記載の投影装置によれば、第二の偏向手段は、第一の偏向手段を介した光束が入射する領域内において、上記断面での形状は略平面であり、スクリーンに平行な面での断面形状は凹面であってもよい。第二の偏向手段をこのように構成することにより、第二の偏向手段に起因する非点隔差を小さく抑えることができる。 According to the projection device of the eleventh aspect, the second deflecting unit has a substantially flat shape in the cross section in a region where the light beam incident through the first deflecting unit is incident, and is parallel to the screen. The cross-sectional shape on the surface may be concave. By configuring the second deflecting means in this way, the astigmatic difference caused by the second deflecting means can be kept small.
以上のように、本発明に係る投影装置によれば、第二の偏向手段で反射した光束のうち最下部入射光線がスクリーンと略平行な状態で第三の偏向手段に進むように該第二の偏向手段を配設することにより、収差補正用の光学部材を備えつつも装置の小型化や薄型化を達成することができる。 As described above, according to the projection apparatus of the present invention, the lowermost incident light beam of the light beam reflected by the second deflecting unit proceeds to the third deflecting unit in a state substantially parallel to the screen. By providing this deflection means, it is possible to achieve a reduction in size and thickness of the apparatus while providing an aberration correcting optical member.
図1は、通常使用状態における実施形態の投影装置100の概略構成を示す断面図である。投影装置100は、ハウジング50内に、投影光学システム1、第一平面ミラー2、非球面ミラー3、第二平面ミラー4、スクリーン5を有する。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a
なお図1に示すように、以下の説明では、通常使用状態における投影装置100において、スクリーンの厚み方向をX方向、スクリーン5の鉛直方向をY方向、スクリーン5の水平方向をZ方向という。また、X方向の長さを(装置あるいは各部材の)奥行、Y方向の長さを(装置あるいは各部材の)高さ、Z方向の長さを(装置あるいは各部材の)幅という。すなわち図1は、X−Y平面での断面図である。なお、図1および後に示す全ての図面は、便宜上、スクリーン5の中心を通りY方向に延びる仮想上の直線を含むX−Y平面での断面図とする。よって、特に言及しない限り、以下の説明はすべて、X−Y平面での断面において行う。
As shown in FIG. 1, in the following description, in the
また、説明の便宜上、スクリーン5を投影装置100の前面と定義し、スクリーン5に対向するハウジング50の面を装置背面と定義する。同様に、投影装置100が設置された状態におけるハウジング50の接地面を装置底面、底面に対向するハウジング50の面を天板面、と定義する。
For convenience of explanation, the
投影光学システム1は、光源11、図示しない液晶素子を含む画像生成部12、投影光学系13を有する。投影光学システム1は、装置の後方下部、つまり、装置底面および装置背面に近接して配置される。そして、投影光学システム1は、スクリーン5上方に向かって光束を照射する。なお、図示する投影光学系13は、2枚のレンズから構成されているが、これはあくまで模式的に示したに過ぎず、実際はさらに多数のレンズ等から構成される。
The projection
投影光学システム1から照射される光束は発散しつつ第一平面ミラー2に入射する。第一平面ミラー2は、入射光束をスクリーン5から遠ざかる方向に反射して、非球面ミラー3に導く。ここで、投影光学システム1から照射される光束を直接非球面ミラー3に入射させる構成も考えられる。しかし、該構成では、装置の小型化を維持するためには、投影光学システム1と非球面ミラー3間の距離を短く設定しなければならない。そのため、非球面ミラー3の収差補正効果やスクリーン5全域に像を投影するために十分な光路長を確保することが困難となるといった問題が生じて好ましくない。本実施形態では、X方向において、第一平面ミラー2をスクリーン5と非球面ミラー3の間に配設して適切に光路を折り曲げたことにより、上記の問題を解決している。
The light beam irradiated from the projection
非球面ミラー3は、光束が入射する範囲(いわゆる有効径内)において、投影光学システム1の投影光学系13では十分に補正することができない台形歪み成分や歪曲収差等の諸収差を補正するために好適な面形状を有している。好適な面形状とは、投影光学系13でどの程度上記の諸収差が残存するかに応じて決定される。ただし、一般的に投影装置100のように斜め投影型では、たる型の歪曲収差が大きく発生する傾向がある。これを踏まえ、本実施形態の非球面ミラー3は、凸面鏡(後述の図3に示す符号3’参照)の周縁部を一部切り出した形状を有する。つまり非球面ミラー3は、X−Y平面での断面では略平面、X−Y平面に直交しかつY方向に平行な面(つまり、スクリーン5に平行なY−Z平面)では光束が入射してくる方向に向かって凸となる断面形状を呈する。非球面ミラー3は、入射光束を装置上方、つまり天板面に向かって反射する。なお、各ミラー2、3の配置構成については、後に詳述する。
The
装置天板面には第二平面ミラー4が配設されている。第二平面ミラー4は、X−Z平面に対して所定量傾けられた状態でハウジング50(装置天板)に取り付けられている。そして第二平面ミラー4は、入射光束を反射してスクリーン5に導く。第二平面ミラー4で反射した光束は、スクリーン5の背面側に像を結ぶ。ユーザは、スクリーン5を正面、つまり図1紙面における左側からスクリーン5を臨むことによって該像を観察することができる。
A second plane mirror 4 is disposed on the apparatus top plate surface. The second flat mirror 4 is attached to the housing 50 (device top plate) in a state where it is inclined by a predetermined amount with respect to the XZ plane. The second plane mirror 4 reflects the incident light beam and guides it to the
次に、本発明の主たる特徴の一つである、第一平面ミラー2と非球面ミラー3の装置内部における配置構成について詳述する。図2は、投影装置100の小型化、薄型化を担保することができる各ミラー2、3の好適な配置を説明するための説明図であって、投影光学システム1から照射された光束の光路の一部を展開して示す図である。図3は、図2と同様の説明図であって、該光束の光路を全て展開して示す図である。既述の図1を含め各図において、投影光学システム1から照射された光束のうち、最終的にスクリーン5最下部に入射することになる光線(最下部入射光線という。)を一点鎖線で示す。また、該光束のうち、最終的にスクリーン5最上部に入射することになる光線(最上部入射光線という。)を破線で示す。
Next, the arrangement configuration of the first
図2、図3に示す各記号は以下のように定義される。
A…スクリーン5の最下部。
B…スクリーン5の最上部。
C…第二平面ミラー4における最もスクリーンに近い端部。該端部は、第二平面ミラー4における最上部入射光線の入射位置に相当する。
D…第二平面ミラー4における最もスクリーンから遠い端部。該端部は、第二平面ミラー4における最下部入射光線の入射位置に相当する。
E…点Bから延ばしたスクリーン5に対する垂線と、非球面ミラー3で反射して第二平面ミラー4に入射する最下部入射光線の光路および該光路を延長した線との交点。
F…点Aから延ばしたスクリーン5に対する垂線と、非球面ミラー3で反射して第二平面ミラー4に入射する最下部入射光線の光路および該光路を延長した線との交点。
P…各ミラー2、3を配設した場合における投影光学系13の射出瞳位置。
P’…非球面ミラー3を平面と仮定した場合における、各ミラー2、3で折り曲げられた光路を展開した際の点Pに相当する位置。
Q…非球面ミラー3における最下部入射光線の入射位置。また図3に示すように、非球面ミラー3において、投影光学系13の光軸AXから最も遠い点でもある。
R…非球面ミラー3における最上部入射光線の入射位置。また図3に示すように、非球面ミラー3において、投影光学系13の光軸AXから最も近い点でもある。なお、図3において、三角形PQRと三角形P’QRとは線分QR(非球面ミラー3)に対して線対称の関係にある。
S…第一平面ミラー2における最下部入射光線の入射位置。
T…第一平面ミラー2における最上部入射光線の入射位置。
θ…スクリーン5とスクリーンに入射した最下部入射光線がなす角度。
ω…スクリーン5とスクリーン5に入射した最上部入射光線がなす角度と、角度θとの角度差。常に正の値を採る。
α…非球面ミラー3と、非球面ミラー3に入射する最下部入射光線がなす角度。
Each symbol shown in FIGS. 2 and 3 is defined as follows.
A ... Bottom of
B: The top of the
C: The end of the second plane mirror 4 closest to the screen. The end corresponds to the incident position of the uppermost incident light beam in the second plane mirror 4.
D: The end of the second plane mirror 4 farthest from the screen. The end corresponds to the incident position of the lowest incident light beam on the second plane mirror 4.
E: intersection of a perpendicular to the
F: Intersection of the perpendicular to the
P: Exit pupil position of the projection
P ′: a position corresponding to a point P when the optical path bent by the
Q: The incident position of the lowest incident light beam on the
R: The incident position of the uppermost incident light beam on the
S: An incident position of the lowest incident light beam in the
T: The incident position of the uppermost incident light beam in the
θ is an angle formed by the
ω: An angle difference between the angle θ formed by the
α: An angle formed by the
なお、上記のうち角度に関する定義はいずれも鋭角(単位:deg)であるものとする。つまり、図2、図3において、角度θは∠BAD、角度ωは∠BP’D、角度αは∠SQRである。ここで、上記の通り図2は光路を一部展開した図である。よって、線分QDと線分FQは同一直線上にあるとみなされる。従って、図2では角度αを∠FQRとして示している。付記するに、角度αが非球面ミラー3とスクリーン5のなす角度に等しく構成した場合、非球面ミラー3で反射して第二平面ミラー4に入射する最下部入射光線は、スクリーン5と略平行に進む。これにより、装置のさらなる薄型化が達成される。以下に説明する角度に関しても全て同様に鋭角である。また、投影光学系13の光軸AXは二点鎖線で示される。
In addition, the definition regarding an angle among the above shall be an acute angle (unit: deg). That is, in FIGS. 2 and 3, the angle θ is ∠BAD, the angle ω is ∠BP'D, and the angle α is ∠SQR. Here, as described above, FIG. 2 is a partially developed view of the optical path. Therefore, the line segment QD and the line segment FQ are considered to be on the same straight line. Therefore, in FIG. 2, the angle α is indicated as ∠FQR. In addition, when the angle α is equal to the angle formed by the
なお、点線3’は、X−Y断面における非球面ミラー3のベースとなる凸面鏡の断面形状を仮想的に示す。非球面ミラー3は、点線3’によって示される凸面鏡の周縁部を一部切り出した形状であることが図3から読み取れる。
A dotted
投影装置100の小型化、薄型化を実現するためには、投影装置100において、光束の光路中に進入しないように各ミラー2、3を配置することができる空間(以下、配置空間という)を、装置全体のサイズを変更することなく最大限確保する必要がある。配置空間を最大限確保するために、各部材は、非球面ミラー3で反射した最下部入射光線とスクリーン5が略平行となるように配置構成される。
In order to achieve a reduction in size and thickness of the
具体的には、非球面ミラー3で反射した最下部入射光線とスクリーン5が平行であるとすると、以下の式(1)
∠ADQ=∠BAD=θ…(1)
が成立する。式(1)より、
∠ECD=1/2∠ADQ=θ/2…(2)
が導出される。つまり、第二平面ミラー4は、垂線CEとなす角がθ/2、換言すれば、第二平面ミラー4とスクリーン5がなす角度が(90−θ/2)°となるように配設される。なお、実際の装置では、各ミラーの個体差や厚み、リブ等の影響に鑑み、第二平面ミラー4は垂線CEとなす角が(θ/2)±1°となるように配設される。
Specifically, assuming that the lowermost incident light beam reflected by the
∠ADQ = ∠BAD = θ (1)
Is established. From equation (1),
∠ECD = 1/2 ∠ADQ = θ / 2 (2)
Is derived. That is, the second plane mirror 4 is disposed so that the angle formed with the perpendicular CE is θ / 2, in other words, the angle formed between the second plane mirror 4 and the
図2では、点Rを線分AF上に配置し、点Sを線分CR(または線分CP’)上に配置し、線分STの延長線を点Aに一致させている。この構成は、各ミラー2、3の最も底面側の端部がスクリーン5最下部を含むX−Z平面に最も近接している状態を意味する。該構成は、各ミラー2、3の使用領域を小さく抑えることができる、換言すれば各ミラー2、3のサイズを小型化することができる。また、特に第一平面ミラー2の傾きの自由度が高いという利点がある。つまり、図2、図3は、投影装置100において装置全体を大型化させないという前提の下、光路中に進入することなく各ミラー2、3を配設することが最も簡易に達成できる構成である。従って、光路中に進入することなく各ミラー2、3を配設することができない配置構成は、本発明の課題を有効に解決できない構成となる。
In FIG. 2, the point R is arranged on the line segment AF, the point S is arranged on the line segment CR (or the line segment CP ′), and the extended line of the line segment ST is matched with the point A. This configuration means a state in which the bottom end of each
配置空間内において、第一平面ミラー2は、点Tよりも点Sの方がスクリーン5からX方向に遠ざかるように傾いて配設される。また、非球面ミラー3は、点Rよりも点Qの方がスクリーン5からX方向に遠ざかるように傾いて配設される。このような各ミラー2、3の配置構成についてさらに説明を加える。
In the arrangement space, the first
ここで、非球面ミラー3で反射し第二平面ミラー4に入射する最下部入射光線を示す線分QDと、射出瞳から射出され第一平面ミラー2に入射する最下部入射光線を示す線分PSと、がなす角度をβとする。また、非球面ミラー3に相当する線分QRと、第一平面ミラー2に相当する線分STと、がなす角度をγとする。なお、角度β、γは、各々を規定する二本の線分がハの字状(つまり、装置底面側に向かって広がる状態)であれば正、逆ハの字状(つまり装置天板面側に向かって広がる状態)であれば負(したがって平行であればゼロ)とする。角度βと角度γの間には、以下の式(3)のような関係が成立する。
β=2γ…(3)
Here, a line segment QD indicating the lowermost incident light beam reflected by the
β = 2γ (3)
β<−ωとなると、線分PSが線分SRよりも装置背面側に位置してしまい、線分PSと線分RQが交差してしまうことになる。これは、射出瞳位置Pから第一平面ミラー2に向かう光束の光路中に非球面ミラー3が進入してしまうため、該光束の一部にケラレが生じ好ましくない。
When β <−ω, the line segment PS is positioned on the rear side of the apparatus with respect to the line segment SR, and the line segment PS and the line segment RQ intersect each other. This is not preferable because the
これに対して、角度γ(=β/2)、ωが以下の式(4)、
γ≧−ω/2…(4)
を満たすとき、ケラレを発生させることがないミラー配置が実現できる。そこで以下、角度γが式(4)を満たすような投影装置100の具体的数値構成に関する条件について説明する。
On the other hand, the angles γ (= β / 2) and ω are the following expressions (4),
γ ≧ −ω / 2 (4)
When satisfying, it is possible to realize a mirror arrangement that does not generate vignetting. Therefore, hereinafter, conditions regarding a specific numerical configuration of the
X−Y断面での投影装置100を、点Aを原点としたXY座標系に展開した場合、スクリーン5の高さをh、装置100の奥行をwとすると、点A、B、Fの座標(x、y)はそれぞれ、
A(0、0)
B(0、h)
F(w、0)
として定義される。ここで、線分P’Cの長さをi、線分P’Rの長さをm、線分RFの長さをkとすると、以下の式(5)、(6)が成立する。ただし、いずれの長さも単位はmmとする。
When the
A (0, 0)
B (0, h)
F (w, 0)
Is defined as Here, when the length of the line segment P′C is i, the length of the line segment P′R is m, and the length of the line segment RF is k, the following expressions (5) and (6) are established. However, the unit of each length is mm.
w=i・sinω…(5)
k=m・sinω…(6)
w = i · sin ω (5)
k = m · sin ω (6)
ここで、以下の条件(a)、
ここで、線分RQは、以下の式(7)、
y=(x−(w−k))/tanα…(7)
により規定される。式(7)より、点Qは、
Q(w、k/tanα)
として定義される。
Here, the line segment RQ is expressed by the following equation (7),
y = (x− (w−k)) / tan α (7)
It is prescribed by. From equation (7), the point Q is
Q (w, k / tan α)
Is defined as
図2において、光路を一部展開したことから、線分SQおよび線分FQは、線分QRに対して線対称な関係にある。つまり、以下の式(8)および(9)が成立する。
∠SQR=∠FQR=α…(8)
∠SQF=2α…(9)
In FIG. 2, since a part of the optical path is developed, the line segment SQ and the line segment FQ are in a line symmetric relationship with respect to the line segment QR. That is, the following expressions (8) and (9) are established.
∠SQR = ∠FQR = α (8)
∠ SQF = 2α (9)
式(8)、(9)より、線分SQは以下の式(10)により規定される。
y=(x−w)/tan2α+k/tanα…(10)
また上述した各値より、線分CRは以下の式(11)により規定される。
y=h−x/tanω…(11)
From equations (8) and (9), the line segment SQ is defined by the following equation (10).
y = (x−w) / tan2α + k / tanα (10)
Further, from each value described above, the line segment CR is defined by the following equation (11).
y = hx / tan ω (11)
式(10)、式(11)の二式を解くことにより各線分SQ、CRの交点、つまり点Sのx座標Sx、y座標Syが以下のように求まる。
Sx (w/tan2α−ktanα+h)(1/tan2α+1/tanω)
Sy h−Sx/tanω
By solving the two formulas (10) and (11), the intersections of the line segments SQ and CR, that is, the x-coordinate Sx and y-coordinate Sy of the point S can be obtained as follows.
Sx (w / tan2α−ktanα + h) (1 / tan2α + 1 / tanω)
Sy h-Sx / tan ω
点Tは原点(点A)と一致することから、線分STの傾きは、Sy/Sxにより求まる。上記Sx、Syの値より、線分STの傾きSy/Sxは以下の式(12)により求まる。
Sy/Sx=h/Sx−1/tanω…(12)
Since the point T coincides with the origin (point A), the slope of the line segment ST is obtained by Sy / Sx. From the values of Sx and Sy, the slope Sy / Sx of the line segment ST is obtained by the following equation (12).
Sy / Sx = h /
ここで上記の式(4)に基づいて、以下の式(13)が導出される。
1/tan(α+γ)≦1/tan(α−ω/2)…(13)
Here, the following expression (13) is derived based on the above expression (4).
1 / tan (α + γ) ≦ 1 / tan (α−ω / 2) (13)
式(13)の左辺は、線分STの傾きSy/Sxに等しい。従って、式(13)は、以下の式(14)、さらには式(15)に変換される。
h/Sx−1/tanω≦1/tan(α−ω/2)…(14)
h/Sx≦(1/tan(α−ω/2)+1/tanω)…(15)
The left side of Equation (13) is equal to the slope Sy / Sx of the line segment ST. Therefore, the expression (13) is converted into the following expression (14) and further the expression (15).
h /
h / Sx ≦ (1 / tan (α−ω / 2) + 1 / tan ω) (15)
式(15)に上記Sxの値を代入すると、以下の条件(b)が導出される。
条件(b)を満たすように各部材を配置構成することにより、投影装置100の小型化、薄型化を維持した状態で、かつケラレを発生させることなく、第一平面ミラー2および非球面ミラー3を配設することができる。なお、条件(b)を満たさない場合、射出瞳位置Pから第一平面ミラー2に向かう光束の光路中に非球面ミラー3の一部が進入することになり好ましくない。
By arranging and configuring the respective members so as to satisfy the condition (b), the first
以下、上記実施形態の具体的実施例を説明する。図4は実施例の投影装置100を示すX−Y断面図である。なお、図4に示す投影装置は、図示を簡略化するため、光源11、画像生成部12、ハウジング50は省略している。図4に示す実施例の投影装置100の具体的数値構成は、以下の表1に示される。
Hereinafter, specific examples of the above embodiment will be described. FIG. 4 is an XY sectional view showing the
表1に示すように実施例の投影装置100は、第二平面ミラー4と垂線CEがなす角度を、θ/2にマージンとしての1°を加算した14°とした。これにより、非球面ミラー3のリブおよび厚みによって非球面ミラー3が装置背面側のハウジング50と干渉することがないように設計している。このようにマージンとして±1°設定すると、最下部入射光線がスクリーン5に入射する際の入射角は、±2°変化する。非球面ミラー3で反射して第二平面ミラー4に入射する最下部入射光線がスクリーン5と略平行に進む状態とは、最下部入射光線がスクリーン5に入射する際の入射角が±2°変化することを許容する状態を言う。
As shown in Table 1, in the
また、表1より、条件(a)に関する左辺が588.6、右辺が745.6となり、該条件を満足した構成であることが分かる。よって、非球面ミラー3における最上部入射光線入射位置がスクリーン5最下部を含むX−Z平面よりも上方に位置しており、装置全体の小型化に寄与している。
Also, from Table 1, it can be seen that the left side of the condition (a) is 588.6 and the right side is 745.6, which satisfies the condition. Therefore, the uppermost incident light incident position in the
同様に表1より、条件(b)に関する左辺が1.08、右辺が1.56となり、該条件を満足した構成であることが分かる。図2に示すように、点Sが線分CR(非球面ミラー3で反射した最上部入射光線の光路)に略接するように第一平面ミラー2を配置する場合において、条件(b)の等号が成立するとき最も射出瞳P’が紙面上方(第二平面ミラー4に近い方向)に位置する。これにより、図1中符号6に示す、一般に装置の袴と呼称される、スクリーン5の最下部よりもさらに下方の部分を最小化させることができるため好適である。ただし、本実施例のように、点Sを線分CRから距離を置いて配設した場合には、角度γをω/2よりも僅かに小さくしても、ケラレを発生させることなく、かつ袴6を最小(さらに構成によってはフレームレス化)することができる。
Similarly, from Table 1, it can be seen that the left side of the condition (b) is 1.08 and the right side is 1.56, which satisfies the condition. As shown in FIG. 2, in the case where the
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明に係る投影装置は上記実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、以下のような変形を行った投影装置であっても、上記の各条件を満たすように各部材を配置、構成することにより、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。 The above is the description of the embodiment of the present invention. The projection apparatus according to the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment. For example, even a projection apparatus that has been modified as described below can achieve the same effects as those of the above-described embodiment by arranging and configuring the members so as to satisfy the above-described conditions.
変形例の投影装置の概略的な構成は、上記実施形態の投影装置の構成を示す図1と同様に表れる。図5は、図3に対応する図であり、変形例の投影装置における光路を全て展開して示す図である。図5に示すように、変形例の投影装置は、非球面ミラー3aが凹面鏡3a’の周縁部を一部切り出した形状を有する以外は上記実施形態の投影装置と略同一の構成である。
A schematic configuration of the projection apparatus according to the modified example appears in the same manner as FIG. 1 showing the configuration of the projection apparatus according to the above embodiment. FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG. 3, and is a diagram in which all the optical paths in the projection device of the modification are developed. As shown in FIG. 5, the projection apparatus of the modification has substantially the same configuration as the projection apparatus of the above embodiment except that the
非球面ミラー3aの面形状について説明を加える。非球面ミラー3aは、X−Y平面での断面では略平面、X−Y平面に直交しかつY方向に平行な面(つまり、スクリーン5に平行なY−Z平面)では装置鉛直上方に向かって凹となる断面形状を呈する。このような非球面ミラー3aを採用することにより、該ミラー3a自身に起因して発生する非点隔差を小さく抑えることが可能になる。
The surface shape of the
1 投影光学システム
11 光源
13 投影光学系
2 第一平面ミラー
3、3a 非球面ミラー
4 第二平面ミラー
5 スクリーン
100 投影装置
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記画像を生成し前記スクリーンの背面に向かって光束を投射する投影光学システムと、
前記投影光学システムから照射された前記光束を、前記投影装置の奥行き方向において前記スクリーンから遠ざかる方向に偏向する第一の偏向手段と、
前記第一の偏向手段により偏向された前記光束を、収差補正しつつ前記投影装置の天板面に向かうように偏向する第二の偏向手段と、
前記天板面に沿って配設され、前記第二の偏向手段により偏向された前記光束を前記スクリーンの背面に向かうように偏向する第三の偏向手段と、を有し、
通常使用状態における前記投影装置のスクリーン中心を通り鉛直方向に延びる直線を含みスクリーンに垂直な平面による断面において、前記光束のうち前記スクリーン最下部に入射することになる最下部入射光線の、前記第二の偏向手段と前記第三の偏向手段間における光路が、前記スクリーンに対して略平行であることを特徴とする投影装置。 In a projection device that projects an image obliquely on the back side of the screen,
A projection optical system that generates the image and projects a light beam toward the back of the screen;
First deflecting means for deflecting the light beam emitted from the projection optical system in a direction away from the screen in a depth direction of the projection device;
Second deflecting means for deflecting the light beam deflected by the first deflecting means toward the top plate surface of the projection apparatus while correcting aberrations;
A third deflecting unit disposed along the top plate surface and deflecting the light beam deflected by the second deflecting unit toward the back surface of the screen;
In a cross section of a plane that includes a straight line that passes through the center of the screen of the projection device in the normal use state and extends in the vertical direction and that is perpendicular to the screen, An optical path between a second deflecting unit and the third deflecting unit is substantially parallel to the screen.
前記スクリーンに入射した前記最下部入射光線と前記スクリーンとがなす角度(単位:deg)をθとすると、前記スクリーンの垂線と前記第三の偏向手段がなす角度(単位:deg)は(θ/2)±1であることを特徴とする投影装置。 The projection device according to claim 1,
Assuming that the angle (unit: deg) formed by the lowermost incident light beam incident on the screen and the screen is θ, the angle (unit: deg) formed by the perpendicular of the screen and the third deflecting means is (θ / 2) A projection apparatus characterized by being ± 1.
前記第一の偏向手段は、前記断面において、前記スクリーンと前記第二の偏向手段の間に配設されていることを特徴とする投影装置。 The projection apparatus according to claim 1 or 2,
The projection device according to claim 1, wherein the first deflection unit is disposed between the screen and the second deflection unit in the cross section.
前記断面において、以下の条件、
mは、前記最下部入射光線に関し、前記投影光学システムの射出瞳から前記第三の偏向手段までの光路長、
ωは、前記スクリーンに入射した前記最上部入射光線と前記スクリーンとがなす角度、および、前記スクリーンに入射した前記最下部入射光線と前記スクリーンとがなす角度、の角度差、
hは、前記スクリーンの高さ、をそれぞれ表す、
を満たすことを特徴とする投影装置。 The projection apparatus according to any one of claims 1 to 3,
In the cross section, the following conditions:
m is the optical path length from the exit pupil of the projection optical system to the third deflecting means with respect to the lowest incident light beam,
ω is the angle difference between the uppermost incident light beam incident on the screen and the screen, and the angle difference between the lowermost incident light beam incident on the screen and the screen,
h represents the height of the screen,
The projection apparatus characterized by satisfy | filling.
前記第一の偏向手段は、前記断面において、前記最上部入射光線が該第一の偏向手段に入射する位置よりも、前記最下部入射光線が該第一の偏向手段に入射する位置の方が前記スクリーンに対して遠ざかるように傾けて配設されており、
前記第二の偏向手段は、前記断面において、前記最上部入射光線が該第二の偏向手段に入射する位置よりも、前記最下部入射光線が該第二の偏向手段に入射する位置の方が前記スクリーンに対して遠ざかるように傾けて配設されていることを特徴とする投影装置。 The projection apparatus according to any one of claims 1 to 4,
In the cross section, the first deflecting unit has a position where the lowermost incident light beam enters the first deflecting unit, rather than a position where the uppermost incident light beam enters the first deflecting unit. Inclined to be away from the screen,
In the cross section, the second deflecting unit has a position where the lowermost incident light beam enters the second deflecting unit, rather than a position where the uppermost incident light beam enters the second deflecting unit. A projection apparatus, wherein the projection apparatus is disposed so as to be away from the screen.
mは、前記最下部入射光線に関する前記投影光学システムの射出瞳から前記第三の偏向手段までの光路長(単位:mm)、
ωは、前記スクリーンに入射した前記最上部入射光線と前記スクリーンとがなす角度、および、前記スクリーンに入射した前記最下部入射光線と前記スクリーンとがなす角度、の角度差(単位:deg)、
hは、前記スクリーンの高さ(単位:mm)、
αは、前記断面において、前記第二の偏向手段に入射した前記最下部入射光線と、前記第二の偏向手段とがなす角度、をそれぞれ表す、
を満たすことを特徴とする投影装置。 The projection apparatus according to any one of claims 1 to 5,
m is the optical path length (unit: mm) from the exit pupil of the projection optical system to the third deflecting unit with respect to the lowest incident light beam;
ω is an angle difference (unit: deg) between an angle formed by the uppermost incident light beam incident on the screen and the screen and an angle formed by the lowermost incident light beam incident on the screen and the screen;
h is the height of the screen (unit: mm),
α represents an angle formed by the lowermost incident light beam incident on the second deflection unit and the second deflection unit in the cross section, respectively.
The projection apparatus characterized by satisfy | filling.
前記投影光学システムは、光源と、前記光源から照射される光束を用いて画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部から射出された光束を前記スクリーンに向かって投射する投影光学系と、を有することを特徴とする投影装置。 The projection apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The projection optical system includes a light source, an image generation unit that generates an image using a light beam emitted from the light source, a projection optical system that projects the light beam emitted from the image generation unit toward the screen, A projection apparatus comprising:
前記第一および第三の偏向手段は平面ミラーであることを特徴とする投影装置。 The projection apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The projection apparatus, wherein the first and third deflecting means are plane mirrors.
前記第二の偏向手段は非球面ミラーであることを特徴とする投影装置。 The projection apparatus according to any one of claims 1 to 8,
The projection apparatus, wherein the second deflecting means is an aspherical mirror.
前記第二の偏向手段は、前記第一の偏向手段を介した光束が入射する領域内において、前記断面での形状は略平面であり、前記スクリーンに平行な面での断面形状は凸面であることを特徴とする投影装置。 The projection apparatus according to claim 9, wherein
The second deflecting unit has a substantially flat shape in a cross section and a convex surface in a plane parallel to the screen in a region where a light beam incident through the first deflecting unit is incident. A projection apparatus characterized by that.
前記第二の偏向手段は、前記第一の偏向手段を介した光束が入射する領域内において、前記断面での形状は略平面であり、前記スクリーンに平行な面での断面形状は凹面であることを特徴とする投影装置。 The projection apparatus according to claim 9, wherein
The second deflecting means has a substantially flat shape in a cross section and a concave shape in a plane parallel to the screen in a region where a light beam incident through the first deflecting means is incident. A projection apparatus characterized by that.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012502326A (en) * | 2008-09-11 | 2012-01-26 | マイクロビジョン,インク. | Distortion-correcting optical elements such as MEMS scanning display systems |
-
2007
- 2007-06-28 JP JP2007170218A patent/JP2008033291A/en active Pending
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