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JP6221633B2 - Projection device - Google Patents

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JP6221633B2
JP6221633B2 JP2013224761A JP2013224761A JP6221633B2 JP 6221633 B2 JP6221633 B2 JP 6221633B2 JP 2013224761 A JP2013224761 A JP 2013224761A JP 2013224761 A JP2013224761 A JP 2013224761A JP 6221633 B2 JP6221633 B2 JP 6221633B2
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Description

この発明は投射装置に関する。   The present invention relates to a projection apparatus.

投射装置は、デジタルマイクロミラーデバイス(以下DMD)等のライトバルブにより生成された画像を投射表示するプロジェクタとして実施できる。   The projection apparatus can be implemented as a projector that projects and displays an image generated by a light valve such as a digital micromirror device (hereinafter DMD).

近年、DMDや液晶パネル等のライトバルブで生成した画像をスクリーン上に投影するプロジェクタが広く普及しつつある。   In recent years, projectors that project an image generated by a light valve such as a DMD or a liquid crystal panel onto a screen are becoming widespread.

近来、投射距離を短く、大画面を表示できる超短投射距離のフロント投射型プロジェクタ(「超短投射プロジェクタ」と言う。)の需要が高まってきている。   Recently, there is an increasing demand for a front projection type projector (hereinafter referred to as “ultra-short projection projector”) having a short projection distance and a very short projection distance capable of displaying a large screen.

また、超短投射距離化とともに、より小型化の要請も高まってきている。
屈折光学系と凹面ミラーを用いた超短投射プロジェクタが、特許文献1〜3等に提案されている。
In addition, the demand for further miniaturization is increasing as the projection distance becomes shorter.
An ultra-short projection projector using a refractive optical system and a concave mirror is proposed in Patent Documents 1 to 3 and the like.

これら特許文献1〜3に記載された超短投射プロジェクタでは、ライトバルブに生成した画像を、屈折光学系により「凹面ミラーの手前の位置」に中間像として結像させる。   In these ultra-short projection projectors described in Patent Documents 1 to 3, an image generated on a light valve is formed as an intermediate image at a “position before a concave mirror” by a refractive optical system.

そして凹面ミラーにより、この中間像を拡大して、スクリーン上に拡大投影する。   The intermediate image is magnified by the concave mirror and projected on the screen.

中間像を、凹面ミラーの手前側に結像させるようにすると、凹面ミラーのサイズの小型化が可能で、投射装置の小型化の要請に沿うことができる。   If the intermediate image is formed on the front side of the concave mirror, the size of the concave mirror can be reduced, and the demand for downsizing of the projection apparatus can be met.

しかし、特許文献1、2に記載されたプロジェクタは、全長、即ち、屈折光学系の光軸方向におけるサイズがやや長く、光軸方向のサイズの短縮に関して改善の余地がある。   However, the projectors described in Patent Documents 1 and 2 have a slightly longer overall length, that is, the size of the refractive optical system in the optical axis direction, and there is room for improvement in terms of shortening the size in the optical axis direction.

特許文献3に記載されたプロジェクタは、屈折光学系に「自由曲面レンズ」を含めることにより、屈折光学系の小型化を図り、光軸方向のサイズの短縮を実現している。   The projector described in Patent Document 3 includes a “free-form surface lens” in the refractive optical system, thereby reducing the size of the refractive optical system and reducing the size in the optical axis direction.

自由曲面レンズは、レンズ面形状の自由度が高く、これを用いることにより、屈折光学系を構成するレンズ枚数を少なくでき、屈折光学系光軸方向の長さを短縮できる。   A free-form surface lens has a high degree of freedom in the shape of the lens surface. By using this, the number of lenses constituting the refractive optical system can be reduced, and the length in the optical axis direction of the refractive optical system can be shortened.

自由曲面レンズは、レンズ面形状の自由度が高いので、光線ベクトルの方向を高精度に制御可能であり、収差補正、特に歪曲収差、像面湾曲の補正に非常に有利である。   Since the free-form surface lens has a high degree of freedom in terms of the lens surface shape, the direction of the light vector can be controlled with high accuracy, and is very advantageous for aberration correction, particularly distortion aberration and field curvature correction.

しかしながら、自由曲面レンズには、光線ベクトルの方向を高精度に制御するために、極めて正確な形状が要求される。   However, the free-form surface lens is required to have a very accurate shape in order to control the direction of the light vector with high accuracy.

そして、自由曲面レンズのレンズ面形状が正規の形状から変化すると、光線ベクトルの方向を正しく制御できなくなり、結像性能の「深刻な劣化」を招来してしまう。   If the lens surface shape of the free-form surface lens changes from the regular shape, the direction of the light vector cannot be controlled correctly, resulting in “serious degradation” of imaging performance.

発明者らは、自由曲面レンズのレンズ面形状変化の一因として、プロジェクタ内部での熱の影響に着目し、研究を重ねた。   The inventors focused on the influence of heat inside the projector as a cause of the change in the lens surface shape of the free-form surface lens, and conducted research.

そして、プロジェクタ内部における「不要光(スクリーン上の拡大画像の結像に寄与しない光)」の処理が重要であるとの新たな知見を得た。   And the new knowledge that the processing of “unnecessary light (light that does not contribute to the formation of an enlarged image on the screen)” inside the projector is important.

即ち、プロジェクタ内部の不要光が、自由曲面レンズのレンズ面や、レンズ受け部を照射すると、被照射部に蓄熱を生じ、その熱が、自由曲面レンズを熱変形させる。   That is, when unnecessary light inside the projector irradiates the lens surface of the free-form surface lens and the lens receiving portion, heat is generated in the irradiated portion, and the heat causes the free-form surface lens to be thermally deformed.

この熱変形により自由曲面の形状が変化し、自由曲面レンズの性能を劣化させる。   This thermal deformation changes the shape of the free-form surface and degrades the performance of the free-form surface lens.

従来、投射装置に用いられる自由曲面レンズの不要光の影響による熱変形に対する対策を開示したものは知られていない。   Conventionally, there is no known device that discloses measures against thermal deformation due to the influence of unnecessary light on a free-form surface lens used in a projection apparatus.

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、投射距離が短く、小型で、性能変化が少ない投射装置の実現を課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to realize a projection device that has a short projection distance, is small, and has little performance change.

この発明の投射装置は、画像表示素子に表示される画像を、スクリーン上に拡大画像として拡大投影する投射装置であって、画像表示素子からスクリーンに到る結像光路上に、前記画像表示素子側から、屈折光学系と、反射光学系と、光学素子と、を有し、前記屈折光学系は自由曲面レンズを有し、前記反射光学系は、1以上のミラーを有し、前記光学素子は、前記結像光路上で前記ミラーと前記スクリーンとの間に配置され、前記屈折光学系内に設けられた開口絞りの中心を通り、前記スクリーン上の拡大画像の中心に向かう光線を含む面を基準面とするとき、該基準面内において、前記光学素子からの反射光が前記自由曲面レンズ又はその保持部材を照射しないように、前記スクリーンの法線に直交する軸線Aに対する前記光学素子の素子面法線の傾き角が設定されていることを特徴とする。   The projection device according to the present invention is a projection device that enlarges and projects an image displayed on the image display element as an enlarged image on the screen, and the image display element is formed on an image forming optical path from the image display element to the screen. From the side, the optical system includes a refractive optical system, a reflective optical system, and an optical element. The refractive optical system includes a free-form surface lens. The reflective optical system includes one or more mirrors. Is a surface that includes a light beam that is disposed between the mirror and the screen on the imaging optical path, passes through the center of an aperture stop provided in the refractive optical system, and travels toward the center of the enlarged image on the screen. In the reference plane, the reflected light from the optical element does not irradiate the free-form surface lens or its holding member within the reference plane, so that the optical element has an axis A perpendicular to the normal of the screen. Elementary Wherein the inclination angle of the surface normal is set.

本発明によれば、光学素子による反射光が不要光として自由曲面レンズに熱的に影響するのを防止または有効に軽減させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can prevent or reduce effectively that the reflected light by an optical element affects a free-form surface lens as unnecessary light thermally.

従って、投射距離が短く、且つ、小型で、性能変化が少ない投射装置を実現できる。   Accordingly, it is possible to realize a projection apparatus that has a short projection distance, is small, and has little performance change.

投射装置の実施の1形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one Embodiment of a projection apparatus. 画像形成部の屈折光学系に対するシフトを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shift with respect to the refractive optical system of an image formation part. 光学素子により反射された不要光が、自由曲面レンズを照射する状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state in which the unnecessary light reflected by the optical element irradiates a free-form surface lens. 自由曲面レンズが不要光により照射されないように、光学素子を傾けた状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state which inclined the optical element so that a free-form surface lens may not be irradiated with unnecessary light. 屈折光学系と凹面ミラーとの間の空間を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the space between a refractive optical system and a concave mirror. 実施例の屈折光学系を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the refractive optical system of an Example. 投射装置の実施の別形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating another form of implementation of a projection apparatus. 図7の光学配置において、防塵ガラス13の法線を軸線Aに対して傾けない場合を示している。In the optical arrangement of FIG. 7, the normal line of the dust-proof glass 13 is not tilted with respect to the axis A. 自由曲面レンズが不要光により照射されないように、光学素子を傾けた状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state which inclined the optical element so that a free-form surface lens may not be irradiated with unnecessary light. 屈折光学系と凹面ミラーとの間の空間を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the space between a refractive optical system and a concave mirror. 自由曲面レンズの凹面ミラー側の自由曲面形状のX軸方向およびY軸方向のパワー分布を示す図である。It is a figure which shows the power distribution of the X-axis direction of the free-form surface of the concave-surface mirror side of a free-form surface lens, and a Y-axis direction.

以下、投射装置の実施の形態を説明する。
図1は、投射装置の実施の1形態を説明するための図である。
図1において、符号LVは「画像表示素子の画像形成部」、符号10、11は「屈折光学系」、符号12は「凹面ミラー」、符号13は「光学素子」、符号SCは「スクリーン」を示す。
Hereinafter, embodiments of the projection apparatus will be described.
FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of a projection apparatus.
In FIG. 1, LV is “image forming portion of image display element”, 10 and 11 are “refractive optical system”, 12 is “concave mirror”, 13 is “optical element”, and SC is “screen”. Indicates.

また、符号Hは「ハウジング」を示している。   Reference numeral H denotes a “housing”.

画像形成部LVを有する画像表示素子は、具体的には例えば「DMD」、「透過型液晶パネル」、「反射型液晶パネル」等のライトバルブである。   Specifically, the image display element having the image forming unit LV is a light valve such as “DMD”, “transmission type liquid crystal panel”, “reflection type liquid crystal panel”, and the like.

画像形成部LVは「投射されるべき画像を生成する部分」である。以下では、説明の具体性のため、画像表示素子は「DVD」であるとする。   The image forming unit LV is a “portion that generates an image to be projected”. In the following description, it is assumed that the image display element is “DVD” for the sake of explanation.

画像形成部LVの表面は、カバーガラスである平行平板Fにより保護されている。   The surface of the image forming unit LV is protected by a parallel plate F that is a cover glass.

画像形成部LVに「個々のマイクロミラーの傾きにより形成された画像」は、照明装置LSにより照明される。   The “image formed by the inclination of each micromirror” on the image forming unit LV is illuminated by the illumination device LS.

照明光は、画像形成部LVに形成された画像をなすマイクロミラーにより反射されて画像光となり、屈折光学系に入射する。   The illumination light is reflected by the micromirror that forms the image formed in the image forming unit LV to become image light, and enters the refractive optical system.

屈折光学系は、自由曲面レンズ11と、それ以外の部分10とにより構成されている。   The refractive optical system includes a free-form surface lens 11 and a portion 10 other than that.

符号10で示す部分を、以下「共軸レンズ部分」と称する。   The portion indicated by reference numeral 10 is hereinafter referred to as a “coaxial lens portion”.

共軸レンズ部分10は、光軸を共有する複数の軸対称レンズ(光軸の回りに回転対称なレンズ)の配置により構成され、内部に開口絞りSを有する。   The coaxial lens portion 10 is constituted by an arrangement of a plurality of axially symmetric lenses (lenses that are rotationally symmetric around the optical axis) sharing an optical axis, and has an aperture stop S inside.

自由曲面レンズ11は、共軸レンズ部分10の像側に配置されている。   The free-form surface lens 11 is disposed on the image side of the coaxial lens portion 10.

画像形成部LVは、共軸レンズ部分10の光軸に対して、図1において上方(スクリーンSCの側)へシフトされ、結像光束は上記光軸に対して「下向き」に傾いている。   The image forming unit LV is shifted upward in FIG. 1 (on the screen SC side) with respect to the optical axis of the coaxial lens portion 10, and the imaging light beam is inclined “downward” with respect to the optical axis.

このため、自由曲面レンズ11の、図で上方の部分は「結像光束が通過しない部分」として切除されている。   For this reason, the upper part of the free-form surface lens 11 in the drawing is cut off as a “part where the imaging light flux does not pass”.

画像形成部LVで反射された「画像光」は、屈折光学系の共軸レンズ部分10と、自由曲面レンズ11とを通過する。   The “image light” reflected by the image forming unit LV passes through the coaxial lens portion 10 of the refractive optical system and the free-form surface lens 11.

そして、屈折光学系10、11の結像作用により、自由曲面レンズ11と凹面ミラー12との間で、画像形成部LVに生成された画像の「中間像」として結像する。   Then, the image forming action of the refractive optical systems 10 and 11 forms an “intermediate image” of the image generated on the image forming unit LV between the free-form surface lens 11 and the concave mirror 12.

中間像結像後の画像光は、凹面ミラー12によりスクリーンSCへ向けて反射され、光学素子13を透過してハウジング外へ射出し、スクリーンSC上に拡大画像を投影する。   The image light after forming the intermediate image is reflected by the concave mirror 12 toward the screen SC, passes through the optical element 13 and exits from the housing, and projects an enlarged image on the screen SC.

投影される拡大画像は、共軸レンズ部分10と自由曲面レンズ11および凹面ミラー12の結像作用により結像する。   The enlarged image to be projected is imaged by the imaging action of the coaxial lens portion 10, the free-form surface lens 11 and the concave mirror 12.

ここで、画像形成面LV、屈折光学系10、11、凹面ミラー12、スクリーンSCの位置関係の基準を示す「軸線と軸」を説明する。   Here, “axis and axis” indicating the reference of the positional relationship among the image forming surface LV, the refractive optical systems 10 and 11, the concave mirror 12, and the screen SC will be described.

結像光束の中で「屈折光学系内に設けられた開口絞りSの中心を通り、スクリーンSCの中心に向かう光線」を考える。   Consider the “light beam that passes through the center of the aperture stop S provided in the refractive optical system and goes toward the center of the screen SC” in the imaging light beam.

この光線(仮に「中心結像光線」と呼ぶ。)は、同一の面内に存在する。中心結像光線を含む平面を「基準面」と呼ぶ。   This light ray (referred to as “center imaging light ray”) exists in the same plane. A plane including the central imaging light beam is referred to as a “reference plane”.

中心結像光線は、物体側に延長すれば、画像形成面LVの生成される画像の中心に至ることは明らかであろう。   It will be apparent that the central imaging light beam reaches the center of the image generated on the image forming surface LV if it extends to the object side.

図1における光学配置は「基準面における配置」を示している。即ち、図1の図の面は基準面である。
基準面内において、スクリーンSCの法線方向に平行な方向を、図1に軸Zとして示している。また、基準面内で、軸Zに直交する方向に平行な方向を軸Yで示している。
The optical arrangement in FIG. 1 indicates “an arrangement on the reference plane”. That is, the surface of FIG. 1 is a reference surface.
In the reference plane, a direction parallel to the normal direction of the screen SC is shown as an axis Z in FIG. A direction parallel to the direction orthogonal to the axis Z is indicated by the axis Y in the reference plane.

基準面内において、スクリーンSCの法線に直交する軸線を「軸線A」と称する。図1において、軸線Aは「軸A」と表示されている。軸線Aは軸Yと平行である。   An axis line orthogonal to the normal line of the screen SC in the reference plane is referred to as “axis line A”. In FIG. 1, the axis A is indicated as “axis A”. The axis A is parallel to the axis Y.

また、上記軸Y、軸Zに直交する方向の軸を軸Xとする。   An axis in a direction orthogonal to the axis Y and the axis Z is an axis X.

前述の如く、屈折光学系の共軸レンズ部分10を構成する軸対称なレンズは光軸を共有しているが、基準面内において上記光軸に平行な軸線を「軸線B」と称する。   As described above, the axisymmetric lenses constituting the coaxial lens portion 10 of the refractive optical system share the optical axis, but the axis parallel to the optical axis in the reference plane is referred to as “axis B”.

軸線Bは、Z軸に平行である。   The axis B is parallel to the Z axis.

これら、軸線A、軸線B、軸X、軸Y、軸Zの正の方向は以下の通りである。   The positive directions of the axis A, the axis B, the axis X, the axis Y, and the axis Z are as follows.

軸線A及び軸Yについては図の如く「図の上方へ向かう方向」を正とする。また、軸Z、軸線Bについては「図の右方へ向かう方向を正」とする。   As for the axis A and the axis Y, the “direction upward in the figure” is positive as shown in the figure. Further, regarding the axis Z and the axis B, “the direction toward the right in the figure is positive”.

軸Xについては、図1の図面に直交し「図面の裏側へ向かう方向」を正とする。   The axis X is orthogonal to the drawing of FIG. 1 and the “direction toward the back side of the drawing” is positive.

なお、上記軸X、軸Y、軸Zについては、以下においてX軸、Y軸、Z軸とも称する。   In addition, about the said axis | shaft X, the axis | shaft Y, and the axis | shaft Z, it is also called the X-axis, Y-axis, and Z-axis below.

軸X、軸Y、軸Zの方向をそれぞれ、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、または単に、X方向、Y方向、Z方向と称する。   The directions of the axis X, the axis Y, and the axis Z are respectively referred to as an X-axis direction, a Y-axis direction, a Z-axis direction, or simply an X direction, a Y direction, and a Z direction.

また、図1に示す状態において、軸線Aの負の方向から、Z軸の正の方向への回転の角をθとし、図の如く反時計回りの方向を角:θの正方向とする。   In the state shown in FIG. 1, the angle of rotation from the negative direction of the axis A to the positive direction of the Z-axis is θ, and the counterclockwise direction as shown in the figure is the positive direction of the angle θ.

同様に、軸線Bの正の方向から、軸線Aの正の方向への回転の角をαとし、図の如く反時計回りの方向を角:αの正の方向とする。   Similarly, the angle of rotation from the positive direction of the axis B to the positive direction of the axis A is α, and the counterclockwise direction as shown in the figure is the positive direction of the angle α.

上記の如く、X、Y、Z軸を定めると、これらを座標軸として、自由曲面レンズの自由曲面形状や、凹面ミラーの凹面形状等を定めることができる。   As described above, when the X, Y, and Z axes are determined, the free curved surface shape of the free curved surface lens, the concave surface shape of the concave mirror, and the like can be determined using these as coordinate axes.

また、角:αによって、凹面ミラーの態位(傾き)を特定でき、角:θによって、光学素子13の態位(素子面の法線の傾き角)を特定できる。   Further, the state (tilt) of the concave mirror can be specified by the angle α, and the state (tilt angle of the normal of the element surface) of the optical element 13 can be specified by the angle θ.

前述の如く、画像形成部LBは、屈折光学系の共軸レンズ部分10をなす複数のレンズが共有する光軸に対して、Y方向の正の向きにシフトしている。   As described above, the image forming unit LB is shifted in the positive direction in the Y direction with respect to the optical axis shared by the plurality of lenses forming the coaxial lens portion 10 of the refractive optical system.

この状態を図2に示す。   This state is shown in FIG.

図2において、軸線Bは、図1における共軸レンズ部分10の光軸に合致し、図面に直交して手前側(軸線Bの正の向き)に向かっている。   In FIG. 2, the axis B coincides with the optical axis of the coaxial lens portion 10 in FIG. 1, and is directed to the near side (positive direction of the axis B) perpendicular to the drawing.

この軸線BをX、Y方向の原点とすると、画像形成部LVは、図の如く、Y方向の正の向きにシフトしている。   When the axis B is the origin in the X and Y directions, the image forming unit LV is shifted in the positive direction in the Y direction as shown in the figure.

図1に実施の形態を示す投射装置は、画像表示素子に表示される画像を、スクリーンSC上に拡大画像として拡大投影する投射装置である。   1 is a projection apparatus that enlarges and projects an image displayed on an image display element as an enlarged image on a screen SC.

この投射装置は、画像表示素子からスクリーンSCに到る結像光路上に、画像表示素子側から、屈折光学系10、11と、反射光学系12と、光学素子13と、を有する。   This projection apparatus includes refractive optical systems 10, 11, a reflection optical system 12, and an optical element 13 from the image display element side on an image forming optical path from the image display element to the screen SC.

屈折光学系は自由曲面レンズ11を有する。   The refractive optical system has a free-form surface lens 11.

反射光学系は、凹面ミラー12を有する。   The reflective optical system has a concave mirror 12.

光学素子13は、結像光路上でスクリーンSCに最も近い凹面ミラー12とスクリーンSCとの間に配置される。   The optical element 13 is arranged between the concave mirror 12 closest to the screen SC on the imaging optical path and the screen SC.

そして、図1に示す如く、基準面内において、スクリーンSCの法線に直交する軸線Aに対して、光学素子13の素子面法線が傾いている。   As shown in FIG. 1, the element surface normal of the optical element 13 is inclined with respect to the axis A perpendicular to the normal of the screen SC in the reference plane.

「素子面法線」は、光学素子13の表面に立てた法線である。   The “element surface normal” is a normal raised on the surface of the optical element 13.

「基準面」は、屈折光学系内に設けられた開口絞りSの中心を通り、スクリーンSC上の拡大画像の中心に向かう光線を含む面である。   The “reference plane” is a plane including a light beam that passes through the center of the aperture stop S provided in the refractive optical system and goes toward the center of the enlarged image on the screen SC.

画像形成部LVからの投射光束は、屈折光学系10、11、凹面ミラーを通って結像光束とされる。   The projected light beam from the image forming unit LV passes through the refractive optical systems 10 and 11 and the concave mirror and becomes an imaging light beam.

即ち、画像形成部LV上に生成された画像が、屈折光学系10、11と凹面ミラー12によりスクリーンSCに拡大投影され「拡大画像」となる。   That is, the image generated on the image forming unit LV is enlarged and projected on the screen SC by the refractive optical systems 10 and 11 and the concave mirror 12 to become an “enlarged image”.

自由曲面レンズには自由曲面が形成され、後述する具体的な実施例では、凹面ミラーの反射面形状としても、自由曲面が使用されている。   A free-form surface is formed with a free-form surface, and in a specific example to be described later, the free-form surface is also used as the reflecting surface shape of the concave mirror.

この明細書中において「自由曲面」は、上記の如くX、Y軸に基づいて曲面の位置を指定するとき、Y方向の任意の位置で「X方向の曲率」が一定でなく、X方向の任意の位置で「Y方向の曲率」が一定でないアナモフィックな面形状を言う。   In this specification, “free-form surface” means that when specifying the position of a curved surface based on the X and Y axes as described above, the “curvature in the X direction” is not constant at an arbitrary position in the Y direction. An anamorphic surface shape in which the “curvature in the Y direction” is not constant at an arbitrary position.

具体的には、後述する一般式で各種の係数を特定することにより形状を特定できる。   Specifically, the shape can be specified by specifying various coefficients using a general formula described later.

前述の如く、屈折光学系10、11を通過した光束は、画像形成部LVに生成された画像に共役な中間像を凹面ミラー12よりも画像形成部LV側に空間像として形成する。
この「中間像」は平面像として結像する必要はなく、この実施の形態においても「曲面像」として結像している。
As described above, the light beams that have passed through the refractive optical systems 10 and 11 form an intermediate image conjugate with the image generated in the image forming unit LV as a spatial image on the image forming unit LV side with respect to the concave mirror 12.
This “intermediate image” does not need to be formed as a planar image, and is also formed as a “curved surface image” in this embodiment.

このように結像した中間像を、最も拡大側に配置した凹面ミラー12により拡大投影し、スクリーンSC上に「拡大画像」として投影する。   The intermediate image formed in this way is enlarged and projected by the concave mirror 12 arranged on the most enlarged side, and is projected as an “enlarged image” on the screen SC.

「中間像」は像面湾曲、歪曲を有するが、凹面ミラー12に自由曲面を用いることにより、これらを良好に補正出来る。   The “intermediate image” has field curvature and distortion, but these can be favorably corrected by using a free-form surface for the concave mirror 12.

このような「凹面ミラー12の補正機能」により、屈折光学系における収差補正負担が減ることにより、光学設計の自由度が増大し、投射装置の小型化等に有利となる。   Such a “correction function of the concave mirror 12” reduces the aberration correction burden in the refractive optical system, thereby increasing the degree of freedom in optical design, which is advantageous for downsizing of the projection apparatus.

結像光路上で、スクリーンSCに最も近い凹面ミラー12とスクリーンSCとの間に配置される光学素子13は「透明平行平板ガラス」である。   The optical element 13 disposed between the concave mirror 12 closest to the screen SC and the screen SC on the imaging optical path is “transparent parallel flat glass”.

この実施の形態において、透明平行平板ガラスである光学素子13は「防塵ガラス」としての機能を付与され、投射装置内部、即ち、ハウジングHの内部を防塵する。   In this embodiment, the optical element 13, which is a transparent parallel flat glass, is given a function as “dust-proof glass” and protects the inside of the projection apparatus, that is, the inside of the housing H.

従って、以下、光学素子13を「防塵ガラス13」とも言う。   Therefore, hereinafter, the optical element 13 is also referred to as “dust-proof glass 13”.

説明中の実施の形態のように、凹面ミラー12を用い、中間像を凹面ミラー12の直前に形成する場合、凹面ミラー12上での結像光束が細くなる。   When the concave mirror 12 is used and an intermediate image is formed immediately before the concave mirror 12 as in the embodiment being described, the imaging light beam on the concave mirror 12 becomes thin.

このため、凹面ミラー12の反射面に「ゴミ」が付着していると、その存在が拡大画像の結像に大きな悪影響を及ぼす。   For this reason, if “dust” adheres to the reflecting surface of the concave mirror 12, the presence of the dust greatly affects the formation of an enlarged image.

このため、投射装置のハウジングHの内部は「ゴミの無い状態」であることが求められ、ハウジング外部からのゴミの侵入を防ぐための防塵ガラス13が必要となる。   For this reason, the inside of the housing H of the projection apparatus is required to be in a “dust-free state”, and the dust-proof glass 13 is required to prevent the entry of dust from the outside of the housing.

また、凹面ミラー12により反射された結像光束が、凹面ミラー12のスクリーン側で集束し、この領域が高温となるので、安全面への配慮からも防塵ガラスは必要である。   Further, since the imaging light beam reflected by the concave mirror 12 is focused on the screen side of the concave mirror 12 and this region becomes high temperature, dustproof glass is necessary from the viewpoint of safety.

防塵ガラス13の設置が適切でないと、防塵ガラス13に反射された「強度の大きい反射光」が自由曲面レンズ11やその保持部材(図1の受け部材14等)を照射する。   If the dust-proof glass 13 is not properly installed, the “reflected light with high intensity” reflected by the dust-proof glass 13 irradiates the free-form curved lens 11 and its holding member (such as the receiving member 14 in FIG. 1).

この照射により、自由曲面レンズ11の熱変形による自由曲面の「形状変化や偏心」が起こり、自由曲面レンズの機能劣化を招来する。   This irradiation causes “shape change and decentration” of the free curved surface due to thermal deformation of the free curved lens 11, resulting in functional deterioration of the free curved lens.

防塵ガラス13の設置は、防塵ガラスの法線が軸Aと平行になるようにするのが、投射装置の小型化やデザインの面から自然である。   It is natural that the dust-proof glass 13 is installed so that the normal line of the dust-proof glass is parallel to the axis A from the viewpoint of miniaturization and design of the projection apparatus.

しかし、このような設置では、前述の「熱の影響」の問題が発生する。   However, in such an installation, the above-mentioned problem of “thermal influence” occurs.

この点を、図3と図4を参照して説明する。   This point will be described with reference to FIGS.

図3、図4において、画像形成部LV、屈折光学系10、11、凹面ミラー12の光学的な配置は、図1に示した配置と同一である。   3 and 4, the optical arrangement of the image forming unit LV, the refractive optical systems 10 and 11, and the concave mirror 12 is the same as that shown in FIG.

図3の例では、防塵ガラス13の素子面法線(防塵ガラス13は透明平行平板ガラスであり、その法線は、互いに逆向きで平行である)は、軸線Aと平行である。   In the example of FIG. 3, the element surface normal of the dust-proof glass 13 (the dust-proof glass 13 is a transparent parallel flat glass, and the normals are opposite and parallel to each other) is parallel to the axis A.

この場合には、凹面ミラー12によりスクリーンSC側へ反射される光のうち、防塵ガラス13により反射された光は、スクリーンSC上の拡大画像の結像に寄与しない。   In this case, of the light reflected by the concave mirror 12 toward the screen SC, the light reflected by the dust-proof glass 13 does not contribute to the formation of an enlarged image on the screen SC.

このような光学素子13により反射され、スクリーンSC上の拡大画像の結像に寄与しない光を「不要光」と呼ぶ。   Light that is reflected by the optical element 13 and does not contribute to the formation of an enlarged image on the screen SC is referred to as “unnecessary light”.

図3の例では、画像形成部LVのY方向下端部からの光が「不要光」となる。   In the example of FIG. 3, the light from the lower end of the image forming unit LV in the Y direction becomes “unnecessary light”.

の不要光は、屈折光学系の光軸に近い光線であるため光強度が強い。そして「不要光」は、凹面ミラー12の反射面により高い反射率で反射される。   Since the unnecessary light is a light beam close to the optical axis of the refractive optical system, the light intensity is high. The “unnecessary light” is reflected with a high reflectance by the reflecting surface of the concave mirror 12.

凹面ミラー12に反射された不要光は、防塵ガラス13に入射するが、投射距離が短いタイプの投射装置では、防塵ガラス13への入射角が非常に大きくなる。   Unnecessary light reflected by the concave mirror 12 is incident on the dust-proof glass 13. However, in a projection device of a type with a short projection distance, the incident angle on the dust-proof glass 13 is very large.

このため、反射率も極めて高くなり、強い強度を有するようになる。   For this reason, the reflectance is also extremely high and has a strong strength.

このような強度の大きい不要光は、図3に符号20で示す領域で自由曲面レンズ11やその受け部材14を照射する。   Such unnecessary light with high intensity irradiates the free-form surface lens 11 and its receiving member 14 in the region indicated by reference numeral 20 in FIG.

このような不要光で照射された自由曲面レンズ11やその受け部材14が、蓄熱により昇温し、自由曲面を変形させ、自由曲面レンズ11の機能を劣化させる。   The free-form surface lens 11 and its receiving member 14 irradiated with such unnecessary light are heated by heat accumulation, deform the free-form surface, and deteriorate the function of the free-form surface lens 11.

図4は、図1の場合で、防塵ガラス13の素子面法線を、軸線Aに対して傾けている。   4 is the case of FIG. 1, and the element surface normal of the dust-proof glass 13 is inclined with respect to the axis A. FIG.

このように防塵ガラス13の素子面法線を、軸線Aの負の方向から傾け、その傾き角:θ(>0)を「不要光は、符号20Aで示す領域を通る」ように設定する。   Thus, the element surface normal of the dust-proof glass 13 is tilted from the negative direction of the axis A, and the tilt angle: θ (> 0) is set so that “unnecessary light passes through the region indicated by reference numeral 20A”.

このように傾き角:θを設定すれば、自由曲面レンズ11やその受け部材14が「不要光により照射される」ことが回避され、不要光による熱の影響が解消される。   If the inclination angle θ is set in this way, the free-form lens 11 and its receiving member 14 are avoided from being “irradiated with unnecessary light”, and the influence of heat due to unnecessary light is eliminated.

勿論、図4のように「不要光が自由曲面レンズ11や受け部材14を照射しない」場合であっても「不要光自体の強度が小さい」ことが好ましい。   Of course, it is preferable that “the intensity of the unnecessary light itself is small” even when “unnecessary light does not irradiate the free-form surface lens 11 and the receiving member 14” as shown in FIG.

不要光の強度そのものを小さくするには、防塵ガラス13の表面に「反射防止処理」を施すのがよい。   In order to reduce the intensity of unnecessary light itself, it is preferable to perform “antireflection treatment” on the surface of the dust-proof glass 13.

反射防止処理は、マルチコートによる反射防止膜として実施することができる。   The antireflection treatment can be performed as an antireflection film by multi-coating.

また、防塵ガラス表面に細かい「ナノサイズの凹凸構造」を形成し、反射率の角度特性を最適に設定して反射防止処理とすることもできる。   In addition, a fine “nano-sized uneven structure” can be formed on the surface of the dust-proof glass, and the angle characteristic of the reflectance can be set optimally for antireflection treatment.

説明中の実施の形態では、図1に示すように、防塵ガラス13の「保持部材14近傍のスクリーンSC側でかつハウジング内部」に遮光部材15を配している。   In the embodiment being described, as shown in FIG. 1, the light shielding member 15 is disposed on the dust-proof glass 13 “on the screen SC near the holding member 14 and inside the housing”.

遮光部材15は、拡大画像の結像光束を遮らないように配設されることは勿論である。   Of course, the light shielding member 15 is disposed so as not to block the image forming light beam of the enlarged image.

防塵ガラス13の傾け方は、種々可能であるが、図3に示す傾け方が好適である。   Although various ways of tilting the dust-proof glass 13 are possible, the tilting method shown in FIG. 3 is preferable.

即ち、図3に示す実施の形態では、防塵ガラス13は、基準面内において、スクリーンSCに遠い側から近い側にかけて、軸線Aの負の方向に向かって傾いている。   That is, in the embodiment shown in FIG. 3, the dust-proof glass 13 is inclined in the negative direction of the axis A from the side far from the screen SC to the side closer to the screen SC in the reference plane.

上には、防塵ガラス13により反射された不要光が、自由曲面レンズ11やその受け部材14を「直接に照射しない」ようにする場合を説明した。   In the above description, the case where unnecessary light reflected by the dust-proof glass 13 “does not directly irradiate” the free-form surface lens 11 and its receiving member 14 has been described.

自由曲面レンズ11やその受け部材14を照射して、これらの温度上昇をもたらす光は、防塵ガラス13による「直接的な反射光」に限らない。   The light that irradiates the free-form surface lens 11 and its receiving member 14 and causes these temperature rises is not limited to “direct reflected light” by the dust-proof glass 13.

図5に「符号Cで示す領域」は、「屈折光学系と凹面ミラーとの間の空間」であるが、この領域Cは、図示されない種々の部材により囲繞されている。   In FIG. 5, “region indicated by symbol C” is “a space between the refractive optical system and the concave mirror”, but this region C is surrounded by various members (not shown).

上記種々の部材には「自由曲面レンズ11や凹面ミラー12や防塵ガラス13」、即ち、結像光束の光路上にある光学系部分は含まれない。   The above-mentioned various members do not include “the free-form surface lens 11, the concave mirror 12, and the dustproof glass 13”, that is, the optical system portion on the optical path of the imaging light beam.

なお、図の繁雑を避けるために、図5の防塵ガラス13は「傾き角」を与えない状態で描いてある。   In order to avoid complication of the drawing, the dust-proof glass 13 of FIG. 5 is drawn in a state where no “tilt angle” is given.

「屈折光学系と凹面ミラーとの間の空間を囲繞する部材」としては、以下の如きものを例示できる。   Examples of the “member surrounding the space between the refractive optical system and the concave mirror” include the following.

例えば、自由曲面レンズ11の受け部材14、自由曲面ミラー12の保持部材、防塵ガラス13の保持部材、ハウジングH、図示されない空気ダクトや鏡胴等である。   For example, the receiving member 14 of the free-form surface lens 11, the holding member of the free-form surface mirror 12, the holding member of the dust-proof glass 13, the housing H, an air duct and a barrel not shown.

防塵ガラス13により反射された光が、これらの部材により「さらに反射」され、自由曲面レンズやその受け部材を照射することが考えられる。   It is conceivable that the light reflected by the dust-proof glass 13 is “reflected further” by these members and irradiates the free-form surface lens and its receiving member.

これらは、防塵ガラス13により反射された不要光が、上記部材により2次的に反射されて、自由曲面レンズやその受け部材を、2次的に照射するものである。   In these, unnecessary light reflected by the dust-proof glass 13 is secondarily reflected by the above-mentioned member, and the free-form surface lens and its receiving member are secondarily irradiated.

そこで、このような不要光を以下においては「2次不要光」と称する。また、2次不要光との対比で、防塵ガラス13による反射光である不要光を「1次不要光」とも言う。   Therefore, such unnecessary light is hereinafter referred to as “secondary unnecessary light”. Further, unnecessary light that is reflected light from the dust-proof glass 13 is also referred to as “primary unnecessary light” in contrast to the secondary unnecessary light.

2次不要光の影響を有効に小さくするには、上記各種の部材の表面が「凹形状および凸形状の少なくとも一方」を有するようにするのが良い。   In order to effectively reduce the influence of secondary unnecessary light, it is preferable that the surfaces of the various members have “at least one of a concave shape and a convex shape”.

凹形状と凸形状の双方を有する場合以外に、凹形状のみ、凸形状のみでもよい。
具体的な形状としては、ドット状の物でもよいし、ライン状のもの、円形状、多角形形状、文字形状や、記号形状等でもよい。
Other than the case of having both the concave shape and the convex shape, only the concave shape or only the convex shape may be used.
The specific shape may be a dot shape, a line shape, a circle shape, a polygon shape, a character shape, a symbol shape, or the like.

これらの表面構造は、乱反射させる構造、例えば「粗し面」や「サブミクロンレベルの構造」で、上記部材からの反射光強度の低減を図り得るものが好適である。   These surface structures are preferably structures that diffusely reflect, for example, a “roughened surface” or “submicron level structure” that can reduce the intensity of reflected light from the member.

このような構成により、1次不要光が、前記各種の部材により反射される際、2次不要光が有効に拡散され、自由曲面レンズやその保持部材への影響が有効に軽減される。   With such a configuration, when the primary unnecessary light is reflected by the various members, the secondary unnecessary light is effectively diffused, and the influence on the free-form surface lens and its holding member is effectively reduced.

また、上記各種の部材の表面に「光を乱反射させる構造」を持たせたり、面の法線が基準面内で軸線Bに直交するY軸やX軸に対して傾けたりすることも有効である。   It is also effective to give the surface of each of the above-mentioned members a “structure for irregularly reflecting light” or to incline the surface normal to the Y axis or X axis perpendicular to the axis B in the reference plane. is there.

さらには、上記各種の部材の表面が、屈折光学系が共有する軸線Bの方向に向かって広がるようなテーパ形状を有するようにすることも有効である。
テーパ形状とともに凹凸の表面形状を有しても良い。
Furthermore, it is also effective to make the surfaces of the various members have a tapered shape that widens in the direction of the axis B shared by the refractive optical system.
You may have an uneven | corrugated surface shape with a taper shape.

また、上記何れの場合についても、上記部材の表面を、塗装等の処理により「光を吸収する材質で覆う」ことが有効である。   In any of the above cases, it is effective to “cover the surface of the member with a material that absorbs light” by a process such as painting.

あるいはまた、上記各種の部材そのものを「光を吸収する材料」で形成してもよい。   Alternatively, the various members themselves may be formed of a “material that absorbs light”.

さらに、自由曲面レンズ11の受け部材14に「熱伝導性の高い素材、例えば金属やフィラー等を充填させて熱伝導性を高めたプラスチック材料」を用いることもできる。
熱伝導性の高い素材を用いることで、不要光や2次不要光が自由曲面レンズやその保持部を照射しても、熱を逃がして蓄熱を少なくでき、熱の影響を低減できる。
Furthermore, the receiving member 14 of the free-form lens 11 can be made of “a material having high thermal conductivity, for example, a plastic material having high thermal conductivity by being filled with metal, filler, or the like”.
By using a material having high thermal conductivity, even if unnecessary light or secondary unnecessary light irradiates the free-form surface lens or its holding portion, heat can be released and heat storage can be reduced, and the influence of heat can be reduced.

また、自由曲面レンズ11の受け部材14を、屈折光学系の共軸レンズ部分を保持する鏡筒部材と別体とし、共軸レンズ部分からの熱の伝達を遮る構造も有効である。   It is also effective to separate the receiving member 14 of the free-form surface lens 11 from the lens barrel member that holds the coaxial lens portion of the refractive optical system, and to block the heat transfer from the coaxial lens portion.

さらに、自由曲面レンズ11のリブの部分を遮光部材で覆うことにより、1次不要光や2次不要光が自由曲面レンズに当たるのを有効に防ぐことができる。   Further, by covering the rib portion of the free-form surface lens 11 with a light shielding member, it is possible to effectively prevent primary unnecessary light and secondary unnecessary light from hitting the free-form surface lens.

ハウジングHには、図1に示す各部のほかに、画像形成に必要な部分、即ち、図示されない画像処理部や電源部、冷却用ファンなどが収納されて投射装置を構成している。   In addition to the components shown in FIG. 1, the housing H accommodates parts necessary for image formation, that is, an image processing unit, a power supply unit, a cooling fan, and the like (not shown) to constitute a projection device.

以下に、投射装置の実施の別形態を、図7以下を参照して説明する。   Hereinafter, another embodiment of the projection apparatus will be described with reference to FIG.

図7は、投射装置の実施の別形態を説明するための図である。   FIG. 7 is a diagram for explaining another embodiment of the projection apparatus.

繁雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものについては、図1におけると同一の符号を付し、これらについての説明は、図1に関する説明を援用する。   In order to avoid complications, those that are not likely to be confused are given the same reference numerals as in FIG. 1, and the description of FIG.

図7に示す実施の形態では、自由曲面レンズ11と凹面ミラー12との間に、折り返しミラー16が設置されている。他の部分は、図1の実施の形態と同じである。   In the embodiment shown in FIG. 7, a folding mirror 16 is installed between the free-form surface lens 11 and the concave mirror 12. Other parts are the same as those of the embodiment of FIG.

画像形成部LVに生成された画像からの画像光は、屈折光学系の共軸レンズ部分10と自由曲面レンズ11を通過し、折り返しミラー16に入射する。   Image light from the image generated in the image forming unit LV passes through the coaxial lens portion 10 and the free-form surface lens 11 of the refractive optical system and enters the folding mirror 16.

折り返しミラー16により反射された光束は、中間像を結像した後、凹面ミラー12に入射し、反射されると「光学素子」である防塵ガラス13を透過する。   The light beam reflected by the folding mirror 16 forms an intermediate image, and then enters the concave mirror 12 and, when reflected, passes through the dust-proof glass 13 that is an “optical element”.

そして、スクリーンSC上に拡大画像を投影結像する。   Then, an enlarged image is projected and formed on the screen SC.

図1の実施の形態では、屈折光学系の共軸レンズ部分10の光軸が、スクリーンSCに対して直交しているが、図7の実施の形態では、スクリーンSCに平行である。   In the embodiment of FIG. 1, the optical axis of the coaxial lens portion 10 of the refractive optical system is orthogonal to the screen SC, but in the embodiment of FIG. 7, it is parallel to the screen SC.

先に説明した、軸線A、軸線B、軸X、軸Y、軸Zの定義と、これらの「正の向き」は、図7に示す如くである。   The definitions of the axis A, the axis B, the axis X, the axis Y, and the axis Z and the “positive direction” described above are as shown in FIG.

角:α、角:θの定義も、図1の実施の形態の場合と同じである。   The definitions of angle: α and angle: θ are the same as in the embodiment of FIG.

図7に示す実施の形態では、軸線A、軸線B(図7には、軸A、Bと表示)は、互いに平行であり、正の方向も同じである。   In the embodiment shown in FIG. 7, the axis A and the axis B (shown as axes A and B in FIG. 7) are parallel to each other and the positive direction is the same.

また、軸Zは、軸線A、軸線Bと平行で「正の方向」も同じである。   The axis Z is parallel to the axis A and the axis B, and the “positive direction” is also the same.

基準面は図7の図面に合致し、軸Yは基準面内において軸線Bに直交するから、図7の如く、スクリーンSCに直交し、その正の向きは「図の左方」である。   The reference plane coincides with the drawing of FIG. 7, and the axis Y is orthogonal to the axis B in the reference plane. Therefore, as shown in FIG. 7, the reference plane is orthogonal to the screen SC, and its positive direction is “left of the drawing”.

X軸は、図面に直交し、図面の裏側へ向かう方向が「正の方向」である。   The X axis is orthogonal to the drawing, and the direction toward the back side of the drawing is the “positive direction”.

図7に示す実施の形態においても、画像形成部LVは、共軸レンズ部分10の光軸に対して、Y方向へシフトしている。
シフトの様子は、図1の実施の形態と同様、図2に示す如くである。
Also in the embodiment shown in FIG. 7, the image forming unit LV is shifted in the Y direction with respect to the optical axis of the coaxial lens portion 10.
The state of the shift is as shown in FIG. 2 as in the embodiment of FIG.

図8は、図7の光学配置において、防塵ガラス13の素子面法線を「軸線Aと平行」にした場合を示している。   FIG. 8 shows a case where the element surface normal of the dust-proof glass 13 is “parallel to the axis A” in the optical arrangement of FIG. 7.

この場合、防塵ガラス13のよる反射光(不要光)が、折り返しミラー16により反射されて、符号21で示す領域で、自由曲面レンズ11や受け部材14を照射する。   In this case, the reflected light (unnecessary light) from the dust-proof glass 13 is reflected by the folding mirror 16 and irradiates the free-form surface lens 11 and the receiving member 14 in the region indicated by reference numeral 21.

このように、図7に示す実施の形態においては、主として問題となる不要光は「防塵ガラス13で反射され、さらに、折り返しミラー16で反射された光」である。   As described above, in the embodiment shown in FIG. 7, the unnecessary light which is mainly a problem is “light reflected by the dust-proof glass 13 and further reflected by the folding mirror 16”.

図9は、防塵ガラス13の法線が、軸線Aに対して傾いている場合を示している。   FIG. 9 shows a case where the normal line of the dust-proof glass 13 is inclined with respect to the axis A.

図9の如く、防塵ガラス13の素子面法線を軸線Aに対して、傾き角:θだけ傾けると、防塵ガラス13による反射光は、折り返しミラー16により反射されなくなる。   As shown in FIG. 9, when the element surface normal of the dust-proof glass 13 is tilted with respect to the axis A by an inclination angle: θ, the reflected light from the dust-proof glass 13 is not reflected by the folding mirror 16.

このため、防塵ガラス13により反射された不要光の大部分は、符号21Aで示す領域を通り、自由曲面レンズ11やその受け部材14を照射することがない。   For this reason, most of the unnecessary light reflected by the dust-proof glass 13 passes through the region indicated by reference numeral 21 </ b> A and does not irradiate the free-form surface lens 11 or the receiving member 14.

従って、不要光による「自由曲面レンズ」への熱の影響を有効に軽減できる。   Accordingly, it is possible to effectively reduce the influence of heat on the “free-form surface lens” caused by unnecessary light.

図7に示す実施の形態においても、防塵ガラス13は、基準面内において、スクリーンSCに遠い側から近い側にかけて、軸線Aの負の方向に向かって傾いている。   Also in the embodiment shown in FIG. 7, the dust-proof glass 13 is inclined toward the negative direction of the axis A from the side far from the screen SC to the side closer to the screen SC in the reference plane.

図7に実施の形態を示す投射装置は、画像表示素子に表示される画像を、スクリーン上に拡大投影する投射装置である。
画像表示素子からスクリーンSCに到る結像光路上に、画像表示素子側から、屈折光学系10、11と、反射光学系12、16と、光学素子13と、を有する。
7 is a projection device that enlarges and projects an image displayed on an image display element on a screen.
On the image forming optical path from the image display element to the screen SC, there are refractive optical systems 10 and 11, reflection optical systems 12 and 16, and an optical element 13 from the image display element side.

屈折光学系は自由曲面レンズ11を有し、反射光学系は、1以上のミラー12、16を有し、且つ、ミラーの少なくとも1つは凹面ミラー12である。   The refractive optical system has a free-form surface lens 11, the reflective optical system has one or more mirrors 12 and 16, and at least one of the mirrors is a concave mirror 12.

光学素子13は、結像光路上でスクリーンSCに最も近い凹面ミラー12とスクリーンSCとの間に配置される。   The optical element 13 is arranged between the concave mirror 12 closest to the screen SC on the imaging optical path and the screen SC.

光学素子13の素子法線面は、基準面内において、スクリーンSCの法線に直交する軸線Aに対して傾いている。   The element normal plane of the optical element 13 is inclined with respect to the axis A orthogonal to the normal line of the screen SC in the reference plane.

「基準面」は、屈折光学系内に設けられた開口絞りSの中心を通り、スクリーンSC上の拡大画像の中心に向かう光線を含む面であり、図7では図面そのものが基準面である。   The “reference plane” is a plane including a light beam that passes through the center of the aperture stop S provided in the refractive optical system and goes toward the center of the enlarged image on the screen SC. In FIG. 7, the drawing itself is the reference plane.

光学素子として、凹面ミラー12とスクリーンSCとの間に配置された防塵ガラス13は透明平行平板ガラスで、素子面法線が、基準面内において軸線Aに対して傾いている。   As an optical element, the dust-proof glass 13 disposed between the concave mirror 12 and the screen SC is a transparent parallel flat glass, and the element surface normal is inclined with respect to the axis A in the reference plane.

図7に示す実施の形体でも、自由曲面レンズ11やその受け部材14を照射して、これらの温度上昇を齎す不要光は、防塵ガラス13による1次不要光に限らない。   Even in the embodiment shown in FIG. 7, the unnecessary light that irradiates the free-form surface lens 11 and the receiving member 14 to increase the temperature is not limited to the primary unnecessary light by the dust-proof glass 13.

図10に「符号C1で示す領域」は、「屈折光学系と凹面ミラーと折り返しミラーと防塵ガラスにより囲まれた空間」である。   In FIG. 10, “region indicated by reference sign C <b> 1” is “a space surrounded by a refractive optical system, a concave mirror, a folding mirror, and dust-proof glass”.

図10においても、この領域C1を「屈折光学系と凹面ミラーとの間の空間」と呼ぶ。   Also in FIG. 10, this region C1 is referred to as “a space between the refractive optical system and the concave mirror”.

領域C1は、図示されない種々の部材により囲繞されている。   The region C1 is surrounded by various members (not shown).

上記種々の部材には結像光束の光路上に位置する光学系である「自由曲面レンズ11や凹面ミラー12、折り返しミラー16や防塵ガラス13」は含まれない。   The above-mentioned various members do not include the “free-form surface lens 11, the concave mirror 12, the folding mirror 16, and the dust-proof glass 13” which are optical systems positioned on the optical path of the imaging light beam.

「屈折光学系と凹面ミラーとの間の空間を囲繞する部材」としては、以下の如きものを例示することができる。   Examples of the “member surrounding the space between the refractive optical system and the concave mirror” include the following.

例えば、自由曲面レンズ11の受け部材(保持部材)、自由曲面ミラー12の保持部材、折り返しミラー16の保持部材、防塵ガラス13の保持部材、ハウジングH等である。   For example, a receiving member (holding member) for the free-form curved lens 11, a holding member for the free-form curved mirror 12, a holding member for the folding mirror 16, a holding member for the dust-proof glass 13, a housing H, and the like.

また、図示されない空気ダクトや鏡胴等も含まれる。   Further, an air duct, a lens barrel, and the like not shown are also included.

防塵ガラス13や折り返しミラー16により反射された1次不要光が、上記部材により反射され、2次不要光として自由曲面レンズや受け部材を照射することが考えられる。   It is conceivable that the primary unnecessary light reflected by the dust-proof glass 13 and the folding mirror 16 is reflected by the member and irradiates the free-form surface lens and the receiving member as secondary unnecessary light.

2次不要光の影響を小さくするには、上記各種の部材の表面が「凹形状および凸形状の少なくとも一方」を有するようにするのが良い。   In order to reduce the influence of secondary unnecessary light, it is preferable that the surfaces of the various members have “at least one of a concave shape and a convex shape”.

凹形状と凸形状の双方を有する場合以外に、凹形状のみ、凸形状のみでもよい。
具体的な形状としては、ドット状の物でもよいし、ライン状のもの、円形状、多角形形状、文字形状や、記号形状等でもよい。
Other than the case of having both the concave shape and the convex shape, only the concave shape or only the convex shape may be used.
The specific shape may be a dot shape, a line shape, a circle shape, a polygon shape, a character shape, a symbol shape, or the like.

これらの表面構造は、乱反射させる構造、例えば「粗し面」や「サブミクロンレベルの構造」で、上記部材からの反射光強度の低減を図り得るものが好適である。   These surface structures are preferably structures that diffusely reflect, for example, a “roughened surface” or “submicron level structure” that can reduce the intensity of reflected light from the member.

このような構成により、2次不要光が有効に拡散され、自由曲面レンズやその保持部への影響が有効に軽減される。   With such a configuration, the secondary unnecessary light is effectively diffused, and the influence on the free-form surface lens and its holding portion is effectively reduced.

また、上記表面に「光を乱反射させる構造」を持たせたり、面の法線が基準面内でY軸や、X軸に対して傾けたりすることも有効である。   It is also effective to provide the surface with a “structure for irregularly reflecting light” or to incline the normal of the surface with respect to the Y axis or the X axis within the reference plane.

さらには、上記部材の表面が、屈折光学系が共有する軸線Bの方向に向かって広がるようなテーパ形状を有するようにすることも有効である。
テーパ形状とともに凹凸の表面形状を有しても良い。
Furthermore, it is also effective to make the surface of the member have a tapered shape that widens in the direction of the axis B shared by the refractive optical system.
You may have an uneven | corrugated surface shape with a taper shape.

また、上記何れの場合についても、上記部材の表面を、塗装等の処理により「光を吸収する材質で覆う」ことが有効である。   In any of the above cases, it is effective to “cover the surface of the member with a material that absorbs light” by a process such as painting.

あるいはまた、上記部材そのものを「光を吸収する材料」で形成してもよい。   Alternatively, the member itself may be formed of a “material that absorbs light”.

さらに、自由曲面レンズ11の受け部材14に「熱伝導性の高い素材、例えば金属やフィラー等を充填させて熱伝導性を高めたプラスチック材料」を用いることもできる。
熱伝導性の高い素材を用いることで、不要光や2次不要光が自由曲面レンズもしくは自由曲面レンズの保持部にあたっても、熱を逃がすことができ、熱の影響を低減できる。
Furthermore, the receiving member 14 of the free-form lens 11 can be made of “a material having high thermal conductivity, for example, a plastic material having high thermal conductivity by being filled with metal, filler, or the like”.
By using a material having high thermal conductivity, unnecessary light and secondary unnecessary light can be released to the free curved surface lens or the holding portion of the free curved surface lens, and the influence of heat can be reduced.

また、自由曲面レンズ11の受け部材14を、屈折光学系の光軸レンズ部分を保持する鏡筒と別体とし、共軸レンズ部分からの熱の伝達を遮る構造も有効である。   It is also effective to separate the receiving member 14 of the free-form surface lens 11 from the lens barrel that holds the optical axis lens portion of the refractive optical system, and to block heat transfer from the coaxial lens portion.

自由曲面レンズ11のリブの部分を遮光部材で覆うことにより、不要光や2次不要光が自由曲面レンズに当たるのを有効に防ぐことができる。   By covering the rib portion of the free-form surface lens 11 with a light shielding member, unnecessary light and secondary unnecessary light can be effectively prevented from hitting the free-form surface lens.

ハウジングHには、図7に示す各部のほかに、画像形成に必要な部分、即ち、図示されない画像処理部や電源部、冷却用ファンなどが収納されて投射装置を構成している。   In addition to the components shown in FIG. 7, the housing H accommodates parts necessary for image formation, that is, an image processing unit, a power supply unit, a cooling fan, and the like (not shown) to constitute a projection device.

この発明の投射装置では、自由曲面レンズの「凹面ミラー側の面」は、以下の如き形状であるのがよい。   In the projection device of the present invention, the “surface on the concave mirror side” of the free-form surface lens may have the following shape.

即ち、上記面は、回転非対称で、Y軸方向、X軸方向に凸形状で、Y方向のパワー差を、X方向のパワー差よりも絶対値において小さくする。   That is, the surface is rotationally asymmetric, convex in the Y-axis direction and the X-axis direction, and the power difference in the Y direction is smaller in absolute value than the power difference in the X direction.

「Y方向パワー差」は、Y軸方向において軸線Bに近い側でのパワーと有効径端でのパワーとの差をいう。   “Y-direction power difference” refers to the difference between the power near the axis B in the Y-axis direction and the power at the effective diameter end.

「X方向パワー差」は、X軸方向において軸線Bに近い側でのパワーと有効径端でのパワーとの差をいう。   “X-direction power difference” refers to the difference between the power near the axis B in the X-axis direction and the power at the effective diameter end.

自由曲面レンズの凹面ミラー側の面を、Y軸方向、X軸方向に凸形状とすることにより、凹面ミラー側の自由曲面の光軸から離れた周辺部が「画像形成部の側」に位置する。   By making the concave mirror side surface of the free-form surface lens convex in the Y-axis direction and X-axis direction, the peripheral part away from the optical surface of the free-form surface on the concave mirror side is positioned on the “image forming unit side” To do.

このため、上記周辺部で「不要光を有効に避ける」ことができる。   Therefore, “unnecessary light can be effectively avoided” at the peripheral portion.

また、このように「凹面ミラー側の面が、Y軸方向、X軸方向に凸形状であると、共軸レンズ部分側からの結像光線が軸線B側(光軸側)へ曲げられる。   In addition, as described above, if the surface on the concave mirror side is convex in the Y-axis direction and the X-axis direction, the imaging light beam from the coaxial lens portion side is bent toward the axis B side (optical axis side).

このため、凹面ミラーへ向かう光束の光束断面形状を小さくでき、凹面ミラーの反射面を有効に小さくでき、延いては投射装置の小型化に有効である。   For this reason, the cross-sectional shape of the light beam traveling toward the concave mirror can be reduced, the reflection surface of the concave mirror can be effectively reduced, and this is effective in reducing the size of the projection apparatus.

超短投射プロジェクタにおいては、Y方向の焦点深度が狭いため、自由曲面レンズのY軸方向の偏心や形状変化による性能劣化量が大きくなり易い。   In the ultra-short projection projector, since the depth of focus in the Y direction is narrow, the amount of performance degradation due to the eccentricity and shape change of the free-form surface lens in the Y-axis direction tends to increase.

上記の形状とすることにより、特にY方向の偏心や形状変化が起こっても、性能劣化を抑えることができる。   By adopting the above shape, it is possible to suppress deterioration in performance even when the eccentricity or shape change occurs in the Y direction.

光学素子(防塵ガラス13)の表面はナノ構造を有していることが好ましい。   The surface of the optical element (dustproof glass 13) preferably has a nanostructure.

光学素子表面の反射率の角度特性を抑える構造とすることで、自由曲面ミラーや受け部に当たる反射光の強度を下げることができ、性能劣化を防ぐことが可能となる。   By adopting a structure that suppresses the angular characteristic of the reflectance on the surface of the optical element, the intensity of the reflected light striking the free-form surface mirror and the receiving portion can be lowered, and performance deterioration can be prevented.

光学素子近傍のスクリーンに近い側の装置内側に遮光部材(図1の遮光部材15)を有することが好ましい。
「遮光部材」を設置することにより、光学素子からの反射光を遮ることができ、性能劣化を防ぐことが可能となる。
It is preferable to have a light-shielding member (light-shielding member 15 in FIG. 1) on the inside of the apparatus near the screen near the optical element.
By installing the “light-shielding member”, it is possible to shield the reflected light from the optical element and prevent performance deterioration.

自由曲面レンズの保持部材と、他の群の鏡胴は別体であることが好ましい。
別体とすることで他の群からの熱伝導を抑えることができ、形状変化や偏心が起こりにくくなり、性能劣化をより有効に抑えられる。
The holding member for the free-form surface lens and the lens barrel of the other group are preferably separate.
By making it a separate body, heat conduction from other groups can be suppressed, shape change and eccentricity are less likely to occur, and performance degradation can be suppressed more effectively.

「軸Aと光学素子の法線とのなす角:θ」は、以下の条件(1)、(2)のいずれかを満たすことが好ましい。   “An angle between the axis A and the normal of the optical element: θ” preferably satisfies either of the following conditions (1) and (2).

5度<θ<20度 (1)
30度<θ (2)
条件(1)または(2)を満たすことにより、投射装置を小型化しつつ、自由曲面レンズやその受け部に反射光が当たらないようにすることが容易になる。
5 degrees <θ <20 degrees (1)
30 degrees <θ (2)
By satisfying the condition (1) or (2), it becomes easy to reduce the size of the projection apparatus and prevent the reflected light from hitting the free-form surface lens and its receiving portion.

上に説明した実施の形態では、光学素子は、透明平行平板ガラスである防塵ガラス13である。しかし、これに限らず、光学素子は片面または両面が曲面であってもよい。   In the embodiment described above, the optical element is the dust-proof glass 13 which is a transparent parallel flat glass. However, the present invention is not limited to this, and the optical element may be curved on one side or both sides.

しかし、防塵ガラス13のように、パワーを持たない光学素子にすれば、偏心による収差発生を抑えることができる。   However, if an optical element having no power such as the dust-proof glass 13 is used, the occurrence of aberration due to decentering can be suppressed.

スクリーンSC上には、画像形成部LVに生成された画像の拡大画像が投影される。この投影される拡大画像の「縦横幅のうちで大きい方」を拡大画像幅と称する。   On the screen SC, an enlarged image of the image generated by the image forming unit LV is projected. The larger one of the vertical and horizontal widths of the projected enlarged image is referred to as an enlarged image width.

上の実施の形態では、図2に示すように、生成される画像は、X方向に長い「横長の画像」であるから、拡大画像のX方向(横方向)の幅が「拡大画像幅」である。   In the above embodiment, as shown in FIG. 2, since the generated image is a “horizontal image” that is long in the X direction, the width in the X direction (horizontal direction) of the enlarged image is “enlarged image width”. It is.

一方、スクリーンに最も近い凹面ミラーの有効範囲の端からスクリーンまでの距離を投射距離と称する。   On the other hand, the distance from the end of the effective range of the concave mirror closest to the screen to the screen is referred to as the projection distance.

拡大画像幅で投射距離を除した商:投射距離/拡大画像幅を「TR」とすると、このTRは、以下の条件(3)を満足するのがよい。   The quotient obtained by dividing the projection distance by the enlarged image width: When the projection distance / enlarged image width is “TR”, this TR should satisfy the following condition (3).

TR < 0.35 (3)
条件(3)を満足する投射装置は、極めて短い投射距離で大サイズの拡大画像を投影できる。
TR <0.35 (3)
A projection apparatus that satisfies the condition (3) can project a large-sized enlarged image at an extremely short projection distance.

自由曲面レンズの周辺部を遮光部材で覆うようにすると、自由曲面のリブの部分に不要光が照射されるのを有効に防ぐことができる。   If the periphery of the free-form surface lens is covered with a light-shielding member, unnecessary light can be effectively prevented from being irradiated to the rib portion of the free-form surface.

この発明の投射光学系は上記のごとき構成により、投射距離が非常に短く、小型で性能変化が少ない投射装置の提供が可能となる。   With the configuration as described above, the projection optical system of the present invention can provide a projection device that has a very short projection distance, is small, and has little performance change.

以下、屈折光学系および反射光学系の、具体的な実施例の数値データを2例挙げる。実施例1および2はそれぞれ、図1及び図7に示した実施の形態に関するものである。
これら実施例には、非球面と自由曲面とが採用されている。以下において、非球面および自由曲面の形状特定は、以下の式による。
Hereinafter, two numerical data of specific examples of the refractive optical system and the reflective optical system will be given. Examples 1 and 2 relate to the embodiments shown in FIGS. 1 and 7, respectively.
In these embodiments, an aspheric surface and a free-form surface are employed. In the following, the shape specification of the aspherical surface and the free-form surface is based on the following equation.

「非球面形状」
「非球面形状」は、周知の次式(A)により表現する。
X=C・H/[1+√{1−(1+K)C・H}]+ΣAi・H (A)
式(A)において、「X」は基軸方向の非球面量、「C」は近軸曲率(近軸曲率半径の逆数)、「H」は光軸からの高さ、「K」は円錐定数、「Ai」はi次の非球面係数である。
"Aspherical shape"
The “aspherical shape” is expressed by the well-known formula (A).
X = C · H 2 / [1 + √ {1− (1 + K) C 2 · H 2 }] + ΣAi · H i (A)
In the formula (A), “X” is the aspherical amount in the axial direction, “C” is the paraxial curvature (reciprocal of the paraxial radius of curvature), “H” is the height from the optical axis, and “K” is the conic constant. , “Ai” is an i-th order aspheric coefficient.

式(A)右辺の、和は、「i」をパラメータとして順次変化させて取る。   The sum of the right side of equation (A) is obtained by sequentially changing “i” as a parameter.

非球面形状は、近軸曲率半径と円錐定数、非球面係数を与えて形状を特定する。   The aspherical shape is specified by giving a paraxial radius of curvature, a conic constant, and an aspherical coefficient.

「自由曲面形状」
「自由曲面形状」は、周知の次式(B)により表現する。
X=C・H/[1+√{1−(1+K)C・H}]+ΣCj・x・y (B)
式(B)左辺の「X」は基軸方向における自由曲面量である。
"Free-form surface shape"
The “free-form surface shape” is expressed by a well-known formula (B).
X = C · H 2 / [1 + √ {1− (1 + K) C 2 · H 2 }] + ΣCj · x m · y n (B)
“X” on the left side of the formula (B) is a free-form surface amount in the base axis direction.

式(B)右辺の第1項は、式(A)の第1項と同一であり、C、H、Kは、式(A)のものと同じである。   The first term on the right side of Formula (B) is the same as the first term in Formula (A), and C, H, and K are the same as those in Formula (A).

式(B)右辺第2項の「Cj」は、自由曲面係数である。自由曲面係数:Cjにおけるパラメータ:jは、以下の式で定義される。   “Cj” in the second term on the right side of the equation (B) is a free-form surface coefficient. The parameter: j in the free-form surface coefficient: Cj is defined by the following equation.

j=1+{(m+n)+m+3n}/2
x、yは、Z方向に平行な基軸の位置を原点として、X軸方向に「x座標」、Y軸方向に「y座標」を設定したときの位置座標(x,y)である。
j = 1 + {(m + n) 2 + m + 3n} / 2
x and y are position coordinates (x, y) when “x coordinate” is set in the X axis direction and “y coordinate” is set in the Y axis direction with the position of the base axis parallel to the Z direction as the origin.

右辺第2項の和は、「j」をパラメータとして順次変化させて取る。   The sum of the second term on the right side is obtained by sequentially changing “j” as a parameter.

自由曲面形状は、近軸曲率半径と円錐定数、自由曲面係数を与えて形状を特定する。   The free-form surface shape is specified by giving a paraxial radius of curvature, a conic constant, and a free-form surface coefficient.

近軸曲率半径は、式(A)、(B)における基軸の近傍の曲率半径である。   The paraxial radius of curvature is a radius of curvature in the vicinity of the base axis in the equations (A) and (B).

実施例1は、図1に示した実施の形態に対応するものである。   Example 1 corresponds to the embodiment shown in FIG.

図6に、実施例1の屈折光学系の断面図(基準面上の断面図)を示す。   FIG. 6 shows a cross-sectional view (cross-sectional view on the reference plane) of the refractive optical system of Example 1.

屈折光学系は、3レンズ群構成であり、第1レンズ群I、第2レンズ群II、第3レンズ群IIIにより構成されている。第3レンズ群IIIが「自由曲面レンズ」である。   The refractive optical system has a three-lens group configuration, and includes a first lens group I, a second lens group II, and a third lens group III. The third lens group III is a “free curved surface lens”.

第1レンズ群Iと第2レンズ群IIとは、共軸レンズ部分10を構成する。   The first lens group I and the second lens group II constitute a coaxial lens portion 10.

図6の上図は、投射された画像のサイズ:80インチ(遠距離側)のときのレンズ群配置を示し、下図は、サイズ:48インチ(近距離側)のときのレンズ群配置を示す。   6 shows the lens group arrangement when the projected image size is 80 inches (far distance side), and the lower figure shows the lens group arrangement when the size is 48 inches (short distance side). .

即ち、屈折光学系は、画像形成部LV側から拡大側(図の右方)へ順に、正の屈折力の第1レンズ群I、負の屈折力の第2レンズ群II、第3レンズ群IIIを配列している。   That is, the refractive optical system includes a first lens group I having a positive refractive power, a second lens group II having a negative refractive power, and a third lens group in order from the image forming unit LV side to the enlargement side (to the right in the drawing). III is arranged.

第1レンズ群I内には、開口絞りSが配置されている。   An aperture stop S is arranged in the first lens group I.

図示されない凹面ミラーは、図6において、第3レンズ群IIIをなす自由曲面レンズの右方(拡大側)に配置されている。   A concave mirror (not shown) is arranged on the right side (enlargement side) of the free-form surface lens forming the third lens group III in FIG.

投射距離の変化に対するフォーカシングは、遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、第2レンズ群IIと第3レンズ群IIIが拡大側へ移動して行われる。   Focusing with respect to a change in the projection distance is performed by moving the second lens group II and the third lens group III to the enlargement side during focusing from the long distance side to the short distance side.

投射距離:48インチの近距離側へのフォーカシングでは、第3レンズ群IIIの繰出し量が最も大きい。   Projection distance: In focusing on the short distance side of 48 inches, the third lens group III has the largest feed amount.

第1レンズ群Iは、画像形成部LV側から拡大側へ向かって順に配列された、第1〜第10レンズの10枚のレンズにより構成されている。   The first lens group I is composed of ten lenses of first to tenth lenses arranged in order from the image forming unit LV side to the enlargement side.

第1レンズは、画像形成部LV側に「より強い凸面」を向けた両面非球面両凸レンズである。   The first lens is a double-sided aspherical biconvex lens having a “stronger convex surface” facing the image forming unit LV side.

第2レンズは、拡大側に「より強い凸面」を向けた両凸レンズ、第3レンズは、画像形成部側により強い凹面を向けた両凹レンズである。   The second lens is a biconvex lens with a “stronger convex surface” facing the enlargement side, and the third lens is a biconcave lens with a stronger concave surface facing the image forming unit side.

第2レンズと第3レンズは接合されて接合レンズをなす。   The second lens and the third lens are cemented to form a cemented lens.

第4レンズは、画像形成部LV側に「より強い凸面」を向けた両凸レンズ、第5レンズは、拡大側に凸面を向け、両面が非球面の正メニスカスレンズである。   The fourth lens is a biconvex lens having a “stronger convex surface” on the image forming unit LV side, and the fifth lens is a positive meniscus lens having a convex surface on the enlargement side and both surfaces being aspheric.

この第5レンズの拡大側に開口絞りSが配されている。   An aperture stop S is disposed on the enlargement side of the fifth lens.

第6レンズは、画像形成部側に「より強い凹面」を向けた両凹レンズ、第7レンズは、画像形成部LV側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。   The sixth lens is a biconcave lens having a “stronger concave surface” facing the image forming unit side, and the seventh lens is a positive meniscus lens having a convex surface facing the image forming unit LV.

第6レンズと第7レンズは接合されて接合レンズをなす。   The sixth lens and the seventh lens are cemented to form a cemented lens.

第8レンズは、拡大側に「より強い凸面」を向けた両凸レンズであり、第9レンズは、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。   The eighth lens is a biconvex lens having a “stronger convex surface” on the magnification side, and the ninth lens is a negative meniscus lens having a convex surface on the magnification side.

第10レンズは、拡大側に「より強い凸面」を向けた両凸レンズである。   The tenth lens is a biconvex lens having a “stronger convex surface” on the magnification side.

第2レンズ群IIは、画像形成部LV側から拡大側へ向かって順に、第11レンズ〜第13レンズの3枚のレンズで構成されている。   The second lens group II includes three lenses of an eleventh lens to a thirteenth lens in order from the image forming unit LV side to the magnification side.

第11レンズは、画像形成部LV側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズ、第12レンズは、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。   The eleventh lens is a double-sided aspheric positive meniscus lens having a convex surface facing the image forming unit LV, and the twelfth lens is a negative meniscus lens having a convex surface facing the enlargement side.

第13レンズは、画像形成部LV側に「より強い凹面」を向けた両面非球面両凹レンズである。
第3レンズ群IIIをなす第14レンズは、自由曲面レンズ11である。
The thirteenth lens is a double-sided aspherical biconcave lens having a “stronger concave surface” facing the image forming unit LV side.
The fourteenth lens forming the third lens group III is the free-form surface lens 11.

また、凹面ミラーの反射面形状も自由曲面形状である。   Moreover, the shape of the reflecting surface of the concave mirror is also a free-form surface.

実施例における記号の意味は以下の通りである。また、長さの次元を持つ量の単位は、特に断らない限り「mm」である。   The meanings of the symbols in the examples are as follows. The unit of the quantity having the dimension of length is “mm” unless otherwise specified.

f:全系の焦点距離
NA:開口効率
ω:半画角(deg)
R:曲率半径(非球面にあっては近軸曲率半径)
D:面間隔
Nd:d線に対する屈折率
Vd:d線に対するアッベ数
K:非球面の円錐定数
Ai:i次の非球面定数
Cj:自由曲面係数
「実施例1」
実施例1のデータを、表1に示す。
f: Focal length of the entire system
NA: Opening efficiency
ω: Half angle of view (deg)
R: radius of curvature (for aspheric surfaces, the paraxial radius of curvature)
D: Surface spacing
Nd: Refractive index for d-line
Vd: Abbe number for d line
K: Aspherical conical constant
Ai: i-th aspherical constant
Cj: Free-form surface coefficient
"Example 1"
The data of Example 1 is shown in Table 1.

表1の最も左の列は画像形成部LV側から数えた「面番号」であり、画像形成部LVの画像を表示する面が面番号:1である。   The leftmost column of Table 1 is “surface number” counted from the image forming unit LV side, and the surface displaying the image of the image forming unit LV is surface number 1.

また、面番号12と13との間に開口絞りが配置されている。   An aperture stop is disposed between the surface numbers 12 and 13.

Figure 0006221633
Figure 0006221633

表1に示す面番号で「*印」が付された面は「非球面」、「**印」が付された面は「自由曲面」である。また、実施例の開口数は0.200である。   Surfaces indicated by “*” in the surface numbers shown in Table 1 are “aspherical surfaces”, and surfaces given “**” are “free-form surfaces”. The numerical aperture of the example is 0.200.

「可変量」
フォーカシングに伴う拡大画像のサイズ(画面サイズ)の変化と、可変間隔(可変A〜可変D)を、表2に示す。
"Variable amount"
Table 2 shows changes in the size (screen size) of the enlarged image and the variable intervals (variable A to variable D) due to focusing.

Figure 0006221633
Figure 0006221633

「非球面データ」
非球面のデータを表3に示す。
"Aspherical data"
Table 3 shows the aspherical data.

Figure 0006221633
Figure 0006221633

非球面形状の基軸は、共軸レンズ部分の光軸である。   The aspherical base axis is the optical axis of the coaxial lens portion.

また、上の表記において、例えば「-2.1895E-05」は「-2.1895×10-5」を表す。以下においても同様である。 In the above notation, for example, “−2.1895E-05” represents “−2.1895 × 10 −5 ”. The same applies to the following.

「自由曲面データ」
自由曲面係数のデータを表4に示す。
"Free-form surface data"
Table 4 shows the free-form surface coefficient data.

Figure 0006221633
Figure 0006221633

表4において、28面と29面が、自由曲面レンズの画像形成部側および拡大側の自由曲面であり、30面が、凹面ミラーの反射面である。   In Table 4, the 28th and 29th surfaces are free curved surfaces on the image forming unit side and the enlargement side of the free curved surface lens, and the 30th surface is a reflecting surface of the concave mirror.

自由曲面レンズの自由曲面である28面、29面の基軸は、共軸レンズ部分の光軸であり、前記非球面形状の基軸と同一である。   The base axes of the 28th and 29th surfaces, which are free-form surfaces of the free-form surface lens, are the optical axes of the coaxial lens portions, and are the same as the aspherical base axes.

「凹面ミラーの位置」
凹面ミラーの配置態位に関するデータを以下にあげる。
基準として、凹面ミラーに最も近い自由曲面レンズの自由曲面の位置を用いる。
"Position of concave mirror"
Data related to the position of the concave mirror is given below.
As a reference, the position of the free curved surface of the free curved lens closest to the concave mirror is used.

即ち、投影画像を最大(80インチ)とした合焦状態での、この自由曲面の頂点を基準とする。   That is, the vertex of the free-form surface in the focused state where the projection image is the maximum (80 inches) is used as a reference.

この基準からZ方向(光軸方向)における凹面ミラー反射面位置までの距離と、前記光軸から基軸までのY軸方向の距離と、傾き角:αを与えて形状・位置を特定する。   The shape and position are specified by giving the distance from the reference to the concave mirror reflecting surface position in the Z direction (optical axis direction), the distance in the Y axis direction from the optical axis to the base axis, and the inclination angle α.

傾き角:α(単位「度」)は、屈折光学系の光軸と凹面ミラーの反射面の交点位置における反射面の、基準面内における傾きで、その正負は、前述の規則に従う。   The angle of inclination: α (unit “degree”) is the inclination in the reference plane of the reflecting surface at the intersection of the optical axis of the refractive optical system and the reflecting surface of the concave mirror, and its positive / negative is in accordance with the rules described above.

これらの値を表5に与える。   These values are given in Table 5.

防塵ガラスは、硝材:S−BSL7(nd=1.5168、Vd=64.2)による厚さ:3mmの平行平板であり、YZ面での大きさは35mmである。   The dust-proof glass is a parallel plate having a thickness of 3 mm by a glass material: S-BSL7 (nd = 1.5168, Vd = 64.2), and the size on the YZ plane is 35 mm.

表5における防塵ガラスの位置に関する値は、防塵ガラスのスクリーン側の面の中心部のY、Z方向の座標である。
即ち、Y軸に関しては上記中心部の「光軸からY方向の距離」であり、Z方向(光軸方向)に関しては上記「基準と成る自由曲面の頂点」からの中心部の距離である。
The values relating to the position of the dustproof glass in Table 5 are the coordinates in the Y and Z directions of the center of the screen side surface of the dustproof glass.
That is, the Y axis is the “distance in the Y direction from the optical axis”, and the Z direction (the optical axis direction) is the distance from the central portion from the “vertical vertex of the free-form curved surface”.

Figure 0006221633
Figure 0006221633

「投射距離とTRの関係」
投射距離/拡大画像幅であるTRと投射距離の関係を、表6に示す。
"Relationship between projection distance and TR"
Table 6 shows the relationship between the projection distance / enlarged image width TR and the projection distance.

Figure 0006221633
Figure 0006221633

実施例1の投射装置において、画像表示素子としてはDMDが想定されている。   In the projection apparatus of Embodiment 1, DMD is assumed as the image display element.

DMDの画像形成部のサイズは、以下の通りである。   The size of the DMD image forming unit is as follows.

横方向(X方向)長さ: 14.5152mm
縦方向(Y方向)長さ: 9.072mm
画像形成部は、屈折光学系の光軸に対し、Y方向にシフトしているが、光軸と画像形成部の中心との距離は、5.929mmである。
Horizontal direction (X direction) Length: 14.5152mm
Longitudinal direction (Y direction) length: 9.072 mm
The image forming unit is shifted in the Y direction with respect to the optical axis of the refractive optical system, but the distance between the optical axis and the center of the image forming unit is 5.929 mm.

即ち、画像形成部の最も光軸側の端部と、光軸との距離は、1.39mmである。   That is, the distance between the optical axis end of the image forming unit and the optical axis is 1.39 mm.

また、画像形成部におけるドットサイズ(画素サイズ)は7.56μmである。   The dot size (pixel size) in the image forming unit is 7.56 μm.

「実施例2」
実施例は、図7に示した実施の形態に対応するものである。
"Example 2"
The example corresponds to the embodiment shown in FIG.

実施例2のデータを表1に倣って表7に示す。実施例2においても開口数は0.200である。   The data of Example 2 is shown in Table 7 following Table 1. Also in Example 2, the numerical aperture is 0.200.

Figure 0006221633
Figure 0006221633

実施例2において用いられている折り返しミラー(面番号30)は、曲率半径が無限大の平面鏡であり、結像光束を折り返すのみで、結像機能を担っていない。   The folding mirror (surface number 30) used in Example 2 is a plane mirror having an infinite radius of curvature, which only folds the imaging light beam and does not have an imaging function.

実施例2において用いられている屈折光学系および凹面ミラーは、実施例1において用いられているものと同一のものである。   The refractive optical system and the concave mirror used in the second embodiment are the same as those used in the first embodiment.

従って、表7に示すデータにおいて、面番号1から面番号29までの「屈折光学系の部分」は、表1に示すデータと同一であり、面番号31が凹面ミラーの反射面である。   Therefore, in the data shown in Table 7, the “refractive optical system portion” from surface number 1 to surface number 29 is the same as the data shown in Table 1, and surface number 31 is the reflecting surface of the concave mirror.

従って、屈折光学系の部分につき、図6を参照して説明した実施例1の内容は、そのまま実施例2の屈折光学系についてもそのまま成り立つ。   Therefore, with respect to the refractive optical system, the contents of the first embodiment described with reference to FIG. 6 can be applied to the refractive optical system of the second embodiment.

「可変量」
フォーカシングに伴う拡大画像のサイズ(画面サイズ)の変化と、可変間隔(可変A〜可変D)を、表2に倣って表8に示す。
"Variable amount"
Table 8 shows the change in the size (screen size) of the enlarged image accompanying the focusing and the variable interval (variable A to variable D) in accordance with Table 2.

Figure 0006221633
Figure 0006221633

折り返しミラー(面番号30)が存在するため、可変Dは、実施例1の表2におけるものと符号が逆になっている。「折り返しミラー」は、平面鏡であり、パワーを持たない。   Since there is a folding mirror (surface number 30), the variable D has the opposite sign to that in Table 2 of the first embodiment. The “folding mirror” is a plane mirror and has no power.

「非球面データ」
非球面のデータを表9に示す。
"Aspherical data"
Table 9 shows the aspherical data.

Figure 0006221633
Figure 0006221633

「自由曲面データ」
自由曲面係数のデータを表10に示す。
"Free-form surface data"
Table 10 shows the data of free-form surface coefficients.

Figure 0006221633
Figure 0006221633

前述の如く、実施例2の屈折光学系、凹面ミラーは、実施例1のものと同一であるので、表9は表3と、表10は表4と同一である。   As described above, the refractive optical system and the concave mirror of Example 2 are the same as those of Example 1, so Table 9 is the same as Table 3 and Table 10 is the same as Table 4.

「折り返しミラーと凹面ミラーの位置」
実施例2における折り返しミラーと凹面ミラーの配置の位置と態位を、表5に倣って、表11に示す。
"Position of the folding mirror and concave mirror"
Table 11 shows the positions and positions of the arrangement of the folding mirror and the concave mirror in the second embodiment, following Table 5.

防塵ガラスは、硝材:S−BSL7(nd=1.5168、Vd=64.2)による厚さ:3mmの平行平板であり、YZ面での大きさは30mmである。   The dust-proof glass is a parallel plate having a thickness of 3 mm by glass material: S-BSL7 (nd = 1.5168, Vd = 64.2), and the size on the YZ plane is 30 mm.

表11における防塵ガラスの位置に関する値は、防塵ガラスのスクリーン側の面の中心部のY、Z方向の座標である。
即ち、Y軸に関しては上記中心部の「光軸からY方向の距離」であり、Z方向(光軸方向)に関しては上記「基準と成る自由曲面の頂点」からの中心部の距離である。
The values related to the position of the dust-proof glass in Table 11 are the coordinates in the Y and Z directions of the center of the screen side surface of the dust-proof glass.
That is, the Y axis is the “distance in the Y direction from the optical axis”, and the Z direction (the optical axis direction) is the distance from the central portion from the “vertical vertex of the free-form curved surface”.

Figure 0006221633
Figure 0006221633

「投射距離とTRの関係」
投射距離/拡大画像幅であるTRと投射距離の関係を、表6にならって表12に示す。
"Relationship between projection distance and TR"
The relationship between the projection distance / enlarged image width TR and the projection distance is shown in Table 12 following Table 6.

Figure 0006221633
Figure 0006221633

実施例2の投射装置においても、画像表示素子としては実施例1に関して上に説明したのと同一のDMDが想定されている。   In the projection apparatus of the second embodiment, the same DMD as described above with respect to the first embodiment is assumed as the image display element.

屈折光学系の光軸に対するY方向のシフト量(1.39mm)も同じである。   The shift amount (1.39 mm) in the Y direction with respect to the optical axis of the refractive optical system is also the same.

光学素子である防塵ガラス13の傾きの角:θは、実施例1ではθ=10度に、実施例2ではθ=15度に設定され、何れの場合も条件(1)を満足している。   The inclination angle θ of the dust-proof glass 13 as an optical element is set to θ = 10 degrees in the first embodiment and θ = 15 degrees in the second embodiment, and the condition (1) is satisfied in any case. .

実施例2のように、折り返しミラー(面番号30)を用いる場合は、角:θの範囲が、
15度<θ<30度
では、防塵ガラスによる1次不要光が自由曲面レンズを照射してしまう。
When using a folding mirror (surface number 30) as in Example 2, the range of angle: θ is
When 15 degrees <θ <30 degrees, the primary unnecessary light from the dust-proof glass irradiates the free-form surface lens.

従って、この場合の角:θは、条件(2)を満足するように設定する必要がある。   Accordingly, the angle θ in this case needs to be set so as to satisfy the condition (2).

上述の如く、実施例1、2における自由曲面レンズは同一のものである。従って、その形状等は、実施例1、2について同列に論ずることができる。   As described above, the free curved surface lenses in Examples 1 and 2 are the same. Therefore, the shape and the like can be discussed in the same row for the first and second embodiments.

図11に「自由曲面レンズの凹面ミラー側の面(面番号29)」のX軸方向、Y軸方向のパワーの分布を示す。   FIG. 11 shows power distributions in the X-axis direction and the Y-axis direction of the “surface on the concave mirror side of the free-form surface lens (surface number 29)”.

X軸方向のパワーをPx、Y軸方向のパワーをPyとする。これらのパワーPx、Pyは、以下のように定義される。   The power in the X-axis direction is Px, and the power in the Y-axis direction is Py. These powers Px and Py are defined as follows.

自由曲面形状を、f(x,y)で表し、そのx、yによる1回編微分、2回変微分を、以下の如く、f’x、f’’x、f’y、f’’yとすると、これらは、以下の如く与えられる。   The free-form surface shape is represented by f (x, y), and the one-time differential and the two-fold differential by x, y are expressed as f′x, f ″ x, f′y, f ″ as follows. If y is given, these are given as follows.

f’x=∂f(x,y)/∂x、f’’x=∂f(x,y)/∂x=∂f’x/∂x
f’y=∂f(x,y)/∂y、f’’y=∂f(x,y)/∂y=∂f’y/∂y 。
f'x = ∂f (x, y) / ∂x, f''x = ∂ 2 f (x, y) / ∂x 2 = ∂f'x / ∂x
f'y = ∂f (x, y) / ∂y, f''y = ∂ 2 f (x, y) / ∂y 2 = ∂f'y / ∂y.

上記のパワー:Px、Pyは、これらを用いて以下のように定義される。   The above powers: Px and Py are defined as follows using these.

Px=f’’x/{1+(f’x)}3/2
Px=f’’y/{1+(f’y)}3/2
Px = f ″ x / {1+ (f′x) 2 } 3/2
Px = f ″ y / {1+ (f′y) 2 } 3/2 .

図11の左図は、X軸方向(X方向)のパワー:Pxの分布を、複数の領域に分けて示し、右図は、Y軸方向(Y方向)のパワー:Pyの分布を、複数の領域に分けて示す。   The left diagram of FIG. 11 shows the X-axis direction (X direction) power: Px distribution divided into a plurality of regions, and the right diagram shows the Y-axis direction (Y direction) power: Py distribution. These are divided into areas.

図11から、パワー:Pxの「軸線B(基軸)に近い側でのパワーと有効径端でのパワーとのパワー差」の絶対値は、パワー:Pxの「軸線B(基軸)に近い側でのパワーと有効径端でのパワーとのパワー差」の絶対値よりも大きい。   From FIG. 11, the absolute value of the power: Px “power difference between the power near the axis B (base axis) and the power at the end of the effective diameter” is the power: Px “side near the axis B (base axis)” It is larger than the absolute value of “the power difference between the power at the end and the power at the end of the effective diameter”.

また、面番号29の自給曲面データを与える表4、表9から明らかなように、自由曲面レンズの凹面ミラー側の面は回転非対称形状で、X軸方向、Y軸方向に凸形状をなす。   Further, as is apparent from Tables 4 and 9 which give the self-sufficiency curved surface data of surface number 29, the surface on the concave mirror side of the free-form surface lens has a rotationally asymmetric shape and has a convex shape in the X-axis direction and the Y-axis direction.

上に説明した実施の形態から明らかなように、この発明の投射装置は、防塵ガラスの適切な配設により、自由曲面レンズの面形状の変形や偏心を抑えることができる。   As is clear from the embodiment described above, the projection device of the present invention can suppress the deformation and eccentricity of the surface shape of the free-form surface lens by appropriate arrangement of the dust-proof glass.

従って、小型で、安定的に高性能を維持できる投射装置を実現できる。   Therefore, it is possible to realize a small projection device that can stably maintain high performance.

以下、若干補足する。   Here are some supplements.

上に説明した図1、図7の実施の形態において、画像表示素子としてはDMDを想定したが、勿論、画像表示素子がDMDに限定される訳ではない。   1 and 7 described above, a DMD is assumed as the image display element. However, the image display element is not limited to the DMD.

画像表示素子としては、DMDのほかに、透過型液晶パネルや反射型液晶パネル等の公知の適宜のライトバルブを使用できる。   As the image display element, besides DMD, a known appropriate light valve such as a transmissive liquid crystal panel or a reflective liquid crystal panel can be used.

実施例において画像表示素子として想定したDMDのように「自ら発光する機能」を持たない画像表示素子の場合には、図1、図7に示すように照明装置LSを用いる。   In the case of an image display element that does not have a “function of emitting light itself” like the DMD assumed as an image display element in the embodiment, an illumination device LS is used as shown in FIGS.

即ち、画像形成部LVに形成された画像情報が、照明装置LSからの照明光により照明される。   That is, the image information formed in the image forming unit LV is illuminated with illumination light from the illumination device LS.

照明装置LSは、画像形成部LVを効率よく照明する機能を有するものが好ましい。   The illumination device LS preferably has a function of efficiently illuminating the image forming unit LV.

画像形成部LVの照明をより均一にするため、例えばロッドインテグレータやフライアイインテグレータを用いることが出来る。   In order to make the illumination of the image forming unit LV more uniform, for example, a rod integrator or a fly eye integrator can be used.

また照明光源としては、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、LEDなどの白色光源や、単色発光LED、LDなどの単色光源も用いることが出来る。   As the illumination light source, a white light source such as an ultrahigh pressure mercury lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, or an LED, or a monochromatic light source such as a single color light emitting LED or LD can be used.

画像表示素子としては「生成させた画像を発光させる機能を有する自己発光方式」のものを用いることも出来る。   As the image display element, a “self-luminous method having a function of emitting a generated image” can be used.

図1、図7においては、防塵ガラス13と接するように遮光部材15が設置されているが、遮光部材15の設置位置は、これに限らない。   In FIG. 1 and FIG. 7, the light shielding member 15 is installed so as to be in contact with the dustproof glass 13, but the installation position of the light shielding member 15 is not limited thereto.

また、遮光部材15の形状も、便宜上四角形で示しているが、これに限るものではなく、フィルムを用いてもよく、また遮光部材を保持部材の一部として形成してもよい。   The shape of the light shielding member 15 is also shown as a rectangle for convenience, but is not limited thereto, and a film may be used, or the light shielding member may be formed as a part of the holding member.

図1に示した実施の形態(具体的には実施例1)では、反射光学系を1枚の凹面ミラーにより構成している。   In the embodiment shown in FIG. 1 (specifically, Example 1), the reflecting optical system is constituted by a single concave mirror.

図7に示した実施の形態(具体的には実施例2)では、1枚の凹面ミラーと1枚の折り返しミラーで反射光学系を構成している。   In the embodiment shown in FIG. 7 (specifically, Example 2), a reflecting optical system is constituted by one concave mirror and one folding mirror.

反射光学系の構成は、これらの例に限定されない。少なくとも1面の凹面ミラーを含む2以上のミラーにより反射光学系を構成することができる。   The configuration of the reflective optical system is not limited to these examples. The reflection optical system can be composed of two or more mirrors including at least one concave mirror.

図7にしました実施の形態では、折り返しミラー16は平面ミラーであるが、反射面を凸面または凹面として「パワー」を持たせても良い。   In the embodiment shown in FIG. 7, the folding mirror 16 is a plane mirror. However, the reflecting surface may be a convex surface or a concave surface to give “power”.

その場合のパワーは「アナモフィックなパワー」でもよい。   The power in that case may be “anamorphic power”.

凹面ミラーも2面以上用いることもできる。   Two or more concave mirrors can also be used.

光学素子としての防塵ガラスには、反射防止処理を施して、不要光の強度を低減するのがよい。   The dust-proof glass as the optical element is preferably subjected to antireflection treatment to reduce the intensity of unnecessary light.

反射防止処理としては、マルチコートによる反射防止膜や、ガラス表面に細かいナノサイズの凹凸構造を形成し、反射率の角度特性を最適に設定することもできる。   As the antireflection treatment, an antireflection film by multi-coating or a fine nano-sized uneven structure can be formed on the glass surface, and the angle characteristic of reflectance can be set optimally.

なお、この発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更できることは言うまでもない。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the scope of the invention.

LV 画像表示素子の画像形成部
LS 照明装置
10 屈折光学系の共軸レンズ部分
11 自由曲面レンズ
12 反射光学系の凹面ミラー
13 光学素子としての防塵ガラス
14 自由曲面レンズの受け部材
15 遮光部材
SC スクリーン
H ハウジング
Image forming unit of LV image display element
LS lighting equipment
10 Coaxial lens part of refractive optical system 11 Free-form surface lens
12 Concave optical mirror
13 Dust-proof glass as an optical element 14 Free curved surface receiving member
15 Shading member
SC screen
H housing

特開2007−079524JP2007-079524 特開2011−242606JP2011-242606 特開2011−150029JP2011-150029A

Claims (17)

画像表示素子に表示される画像を、スクリーン上に拡大画像として拡大投影する投射装置であって、
画像表示素子からスクリーンに到る結像光路上に、前記画像表示素子側から、屈折光学系と、反射光学系と、光学素子と、を有し、
前記屈折光学系は自由曲面レンズを有し、
前記反射光学系は、1以上のミラーを有し、
前記光学素子は、前記結像光路上で前記ミラーと前記スクリーンとの間に配置され、
前記屈折光学系内に設けられた開口絞りの中心を通り、前記スクリーン上の拡大画像の中心に向かう光線を含む面を基準面とするとき、該基準面内において、前記光学素子からの反射光が前記自由曲面レンズ又はその保持部材を照射しないように、前記スクリーンの法線に直交する軸線Aに対する前記光学素子の素子面法線の傾き角が設定されていることを特徴とする投射装置。
A projection device that enlarges and projects an image displayed on an image display element as an enlarged image on a screen,
On the imaging optical path from the image display element to the screen, from the image display element side, a refractive optical system, a reflective optical system, and an optical element,
The refractive optical system has a free-form surface lens;
The reflective optical system has one or more mirrors,
The optical element is disposed between the mirror and the screen on the imaging optical path;
When a surface including a light beam that passes through the center of an aperture stop provided in the refractive optical system and goes toward the center of the enlarged image on the screen is used as a reference surface, the reflected light from the optical element in the reference surface The projection apparatus is characterized in that an inclination angle of an element surface normal of the optical element with respect to an axis A orthogonal to the normal of the screen is set so as not to irradiate the free-form surface lens or its holding member.
請求項1記載の投射装置において、
反射光学系が有する1以上のミラーの少なくとも1つは凹面ミラーであり、
光学素子は、結像光路上でスクリーンに最も近い凹面ミラーと前記スクリーンとの間に配置され、
基準面内において、画像表示素子の中心からスクリーンの中心へ向かう方向を、軸線Aの正方向として、光学素子が、前記スクリーンに遠い側から近い側にかけて、軸線Aの負の方向に向かって傾いていることを特徴とする投射装置。
The projection device according to claim 1,
At least one of the one or more mirrors included in the reflective optical system is a concave mirror,
The optical element is disposed between the screen and a concave mirror closest to the screen in the imaging optical path;
In the reference plane, the direction from the center of the image display element to the center of the screen is defined as the positive direction of the axis A, and the optical element is inclined toward the negative direction of the axis A from the side far from the screen to the side closer to the screen. Projection device characterized by that.
請求項1または2記載の投射装置において、
基準面内において、画像表示素子の中心からスクリーンの中心へ向かう方向を、軸線Aの正方向として、光学素子が、前記スクリーンに遠い側から近い側にかけて、軸線Aの負の方向に向かって傾いていることを特徴とする投射装置。
The projection device according to claim 1 or 2,
In the reference plane, the direction from the center of the image display element to the center of the screen is defined as the positive direction of the axis A, and the optical element is inclined toward the negative direction of the axis A from the side far from the screen to the side closer to the screen. Projection device characterized by that.
請求項1乃至3の何れか1項に記載の投射装置において、
基準面内において、屈折光学系が共有する軸線Bに直交する軸をY軸、これら軸線BとY軸とに直交する軸をX軸とするとき、
自由曲面レンズは、凹面ミラー側の面が回転非対称形状で、X軸方向、Y軸方向に凸形状をなし、
Y方向において軸線Bに近い側でのパワーと有効径端でのパワーとのパワー差をY方向パワー差、X方向において軸線Bに近い側でのパワーと有効径端でのパワーとのパワー差をX方向パワー差とするとき、
Y方向のパワー差が、X方向のパワー差よりも絶対値において小さいことを特徴とする投射装置。
The projection device according to any one of claims 1 to 3,
In the reference plane, when the axis perpendicular to the axis B shared by the refractive optical system is the Y axis, and the axis perpendicular to the axis B and the Y axis is the X axis,
The free-form surface lens has a rotationally asymmetric shape on the concave mirror side, and has a convex shape in the X-axis direction and the Y-axis direction.
The power difference between the power near the axis B in the Y direction and the power at the effective diameter end is the power difference in the Y direction, and the power difference between the power near the axis B in the X direction and the power at the effective diameter end. Is the power difference in the X direction,
A projection apparatus, wherein a power difference in the Y direction is smaller in absolute value than a power difference in the X direction.
請求項1乃至4の何れか1項に記載の投射装置において、
光学素子の表面がナノ構造を有していることを特徴とする投射装置。
In the projection device according to any one of claims 1 to 4,
A projection apparatus, wherein a surface of an optical element has a nanostructure.
請求項1乃至5の何れか1項に記載の投射装置において、
光学素子が設けられたハウジング内部の、前記光学素子近傍で、スクリーンに近い側に、光学素子により反射された光を自由曲面レンズに対して遮光する遮光部材を有することを特徴とする投射装置。
In the projection device according to any one of claims 1 to 5,
A projection apparatus comprising: a light-shielding member that shields light reflected by an optical element from a free-form surface lens on a side close to the screen in the vicinity of the optical element inside a housing provided with the optical element.
請求項1乃至6の何れか1項に記載の投射装置において、
屈折光学系と凹面ミラーとの間の空間を囲繞する部材の表面が、凹形状および凸形状の少なくとも一方を有していることを特徴とする投射装置。
The projection device according to any one of claims 1 to 6,
A projection device, wherein a surface of a member surrounding a space between a refractive optical system and a concave mirror has at least one of a concave shape and a convex shape.
請求項1乃至7の何れか1項に記載の投射装置において、
屈折光学系と凹面ミラーとの間の空間を囲繞する部材の表面が、光を乱反射させる構造を持つことを特徴とする投射装置。
The projection device according to any one of claims 1 to 7,
A projection device characterized in that a surface of a member surrounding a space between a refractive optical system and a concave mirror has a structure for irregularly reflecting light.
請求項1乃至6の何れか1項または請求項8に記載の投射装置において、
屈折光学系と凹面ミラーとの間の空間を囲繞する部材の法線が、基準面内で、屈折光学系が共有する軸線Bに直交するY軸に対して傾いていることを特徴とする投射装置。
The projection device according to any one of claims 1 to 6, wherein
Projection characterized in that the normal of the member surrounding the space between the refractive optical system and the concave mirror is inclined with respect to the Y axis perpendicular to the axis B shared by the refractive optical system in the reference plane apparatus.
請求項1乃至6の何れか1項または請求項8または9に記載の投射装置において、
屈折光学系と凹面ミラーとの間の空間を囲繞する部材が、前記屈折光学系が共有する軸線Bの方向に向かって広がるようなテーパ形状を有することを特徴とする投射装置。
The projection device according to any one of claims 1 to 6, or claim 8 or 9,
A projection apparatus characterized in that a member surrounding a space between the refractive optical system and the concave mirror has a tapered shape so as to spread in the direction of the axis B shared by the refractive optical system.
請求項1乃至10の任意の1に記載の投射装置において、
屈折光学系と凹面ミラーとの間の空間を囲繞する部材の表面が、光を吸収する材質で覆われていることを特徴とする投射装置。
The projection device according to any one of claims 1 to 10,
A projection apparatus, wherein a surface of a member surrounding a space between a refractive optical system and a concave mirror is covered with a light absorbing material.
請求項1乃至11の任意の1に記載の投射装置において、
屈折光学系に含まれる自由曲面レンズを保持する部材が、熱伝導性の高い材質により形成されていることを特徴とする投射装置。
The projection device according to any one of claims 1 to 11,
A projection apparatus, wherein a member for holding a free-form surface lens included in a refractive optical system is formed of a material having high thermal conductivity.
請求項1乃至12の任意の1に記載の投射装置において、
屈折光学系に含まれる自由曲面レンズの保持部材と、他の群の鏡胴が別体であることを特徴とする投射装置。
The projection device according to any one of claims 1 to 12,
A projection apparatus comprising a holding member for a free-form surface lens included in a refractive optical system and a lens barrel of another group.
請求項1乃至13の任意の1に記載の投射装置において、
光学素子の法線と軸線Aとのなす角:θが、以下の条件:
5度<θ<20度 (1)
30度<θ (2)
のいずれかを満足することを特徴とする投射装置。
The projection device according to any one of claims 1 to 13,
The angle between the normal of the optical element and the axis A: θ is as follows:
5 degrees <θ <20 degrees (1)
30 degrees <θ (2)
Any one of the above is satisfied.
請求項1乃至14の任意の1に記載の投射装置において、
結像光路上でスクリーンに最も近い凹面ミラーと前記スクリーンとの間に配置される光学素子は、パワーを持たないことを特徴とする投射装置。
The projection device according to any one of claims 1 to 14,
An optical element disposed between a concave mirror closest to the screen on the imaging optical path and the screen has no power.
請求項1乃至15の任意の1に記載の投射装置において、
スクリーンに最も近い凹面ミラーの有効範囲の端から、スクリーンまでの距離を投射距離、スクリーン上に投影される拡大画像の幅の大きい方を拡大画像幅として、
投射距離/拡大画像幅をTRとするとき、前記TRが、条件:
TR < 0.35 (3)
を満足することを特徴とする投射装置。
The projection device according to any one of claims 1 to 15,
The distance from the edge of the effective range of the concave mirror closest to the screen to the screen is the projection distance, the larger of the enlarged image projected on the screen is the enlarged image width,
When the projection distance / enlarged image width is TR, the TR satisfies the following conditions:
TR <0.35 (3)
A projection device characterized by satisfying
請求項1乃至16の任意の1に記載の投射装置において、
屈折光学系に含まれる自由曲面レンズの周辺部が遮光部材で覆われていることを特徴とする投射装置。
The projection device according to any one of claims 1 to 16,
A projection apparatus, wherein a peripheral portion of a free-form surface lens included in a refractive optical system is covered with a light shielding member.
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