(57)【要約】【課題】  スリム化が可能なように構造が改善された投射光学系及びこれを採用したプロジェクションシステムを提供する。【解決手段】  ディスプレイ素子により形成された画像を拡大投射させるための複数枚のレンズを有する屈折光学系と、前記スクリーンの短軸方向に対して傾斜して配置され、前記屈折光学系を通過した画像を前記スクリーンに向けて進める少なくとも１枚の反射ミラーを有した反射光学系とを含むことを特徴とする投射光学系であり、プロジェクションシステムは該投射光学系を含む。これにより、プロジェクションシステムが薄くなっても、光の進路を干渉することが発生せず、それによりスクリーンサイズを大型化しつつもスリム化を達成できる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短軸及び長軸を有したスクリーンに対して光を拡大投射する投射光学系において、
ディスプレイ素子により形成された画像を拡大投射させるための複数枚のレンズを有する屈折光学系と、
前記スクリーンの短軸方向に対して傾斜して配置され、前記屈折光学系を通過した画像を前記スクリーンに向けて進める少なくとも１枚の反射ミラーを有した反射光学系とを含むことを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
前記屈折光学系及び反射光学系がその光軸が同一平面に存在するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
【請求項３】
前記屈折光学系及び反射光学系の光軸がスクリーンの短軸方向に対して平行平面に位置することを特徴とする請求項２に記載の投射光学系。
【請求項４】
前記少なくとも１枚の反射ミラーは、相対的に短い辺がスクリーンの短軸方向に対して傾斜して配置されることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の投射光学系。
【請求項５】
前記屈折光学系は、第１及び第２レンズ群を含み、
前記反射光学系は、前記第１及び第２レンズ群間の光路上に配置され、第１レンズ群を通過した光の経路を変換する第１反射ミラーと、前記スクリーンの短軸方向に対して傾斜して配置され、前記第２レンズ群を通過した光を反射させる第２反射ミラーとを含むことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の投射光学系。
【請求項６】
前記第２反射ミラーから反射された光の歪曲を補正するための第３反射ミラーがさらに備わることを特徴とする請求項５に記載の投射光学系。
【請求項７】
前記第３反射ミラーは、非球面ミラーであることを特徴とする請求項６に記載の投射光学系。
【請求項８】
ディスプレイ素子から生成された画像が投射光学系により拡大投射され、短軸及び長軸を有するスクリーンに結像されるプロジェクションシステムにおいて、
前記投射光学系は、
前記画像を拡大投射させるための複数枚のレンズを有する屈折光学系と、
前記スクリーンの短軸方向に対して傾斜して配置され、前記屈折光学系を通過した画像を前記スクリーンに向けて進める少なくとも１枚の反射ミラーを有した反射光学系とを含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
【請求項９】
前記屈折光学系及び反射光学系がその光軸が同一平面に存在するように配置されることを特徴とする請求項８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０】
前記屈折光学系及び反射光学系の光軸がスクリーンの短軸方向に対して平行平面に位置することを特徴とする請求項９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１枚の反射ミラーは、相対的に短い辺がスクリーンの短軸方向に対して傾斜して配置されることを特徴とする請求項８ないし１０のうちいずれか一項に記載のプロジェクションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーンサイズに比べて最小限にスリム化が可能なように構造が改善された投射光学系及びこれを採用したプロジェクションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、プロジェクションシステムは、大画面化、高画質化と共にスリム化が要求されており、このような要求を満足させるための研究が活発に進められている。
【０００３】
プロジェクションシステムのスリム化のために、投射光学系からの光線束の四角錐を薄くするはことが要求されている。しかし、投射光学系をスクリーンの中心部に配置する場合、投射光学系からの光線束の四角錐を薄くするのに限界がある。これにより、四角錐を薄くするために、投射光学系をスクリーンの下部側に傾斜するように配置する。
【０００４】
これ以外にも、プロジェクションシステムを大型化しつつもスリム化するためのさまざまな技術が開発されているが、スクリーンを大型化すると共に、全体セットのスリム化を図るためにスリム化に困難さが伴う。すなわち、スクリーンを大型化するためには、スクリーンに画像を投射する投射光学系の体積が大きくなる傾向があるが、投射光学系の体積が大きくなることを克服してプロジェクションディスプレイを薄くするには技術的困難さがある。
【０００５】
特許文献１に開示された従来のプロジェクションシステムは図１に図示されているように、光源（図示せず）、屈折レンズ群ＧＬ、この屈折レンズ群ＧＬから出射された光を一次に反射させる第１ミラーＭ１、前記第１ミラーＭ１から反射された光を上部に向かって二次反射させる第２ミラーＭ２、前記第２ミラーＭ２から反射された光をスクリーンＩ２方向に反射させる第３ミラーＭ３を含む。
【０００６】
ここで、Ｉ１は第１イメージ面を、ＰＲはプリズムを、ＳＴは開口をそれぞれ表す。
【０００７】
前記屈折レンズ群ＧＬは、スクリーンＩ２に対して平行方向に配列され、前記第１ミラーＭ１は、屈折レンズ群ＧＬを介して出てきた光をスクリーンに向けて９０°曲げるためにスクリーンに向けて４５°傾斜して配置されている。
【０００８】
一般的にスクリーンは、４：３または１６：９の縦横比を有し、相対的に長い方向を長軸方向Ｌといい、相対的に短い方向を短軸方向Ｓという。図２は、図１に図示された場合に比べ、スクリーンＩ２と第３ミラーＭ３との距離を短くした場合を示したものである。
【０００９】
ここで、前記第１ミラーＭ１がスクリーンの長軸方向Ｌに対して４５°傾いているために、第１ミラーＭ１から反射された光は、図２に示されているように、前記第２ミラーＭ２で反射されて前記第１ミラーＭ１により干渉される恐れがある（Ａ部分参照）。これは、第１ミラーＭ１がその長軸（より長い方向）が、第２ミラーＭ２により反射されて行く光のうち、第１ミラーＭ１が傾いた方向、すなわち長軸方向に向かう光の経路上に来るように傾く構造に起因したものである。
【００１０】
すなわち、第１ミラーＭ１の長軸が光の進路上に来るように傾いて配置されるために、第１ミラーＭ１の短軸が光の進路上に来る場合に比べ、光の経路上に引っかかる幅がさらに大きくなる。従って、このような構造では、プロジェクションシステムを薄くする場合、第２ミラーＭ２から反射された光が第１ミラーＭ１により干渉される可能性が高い。さらに、１６：９の縦横比を有するプロジェクションシステムの場合には、前記第１ミラーＭ１もまた１６：９の縦横比を有し、第２ミラーＭ２から反射された光が通過する経路上に第１ミラーＭ１の長軸が来るように配置されるために、第２ミラーＭ２から反射された光が第１ミラーＭ１により妨害される可能性が４：３の縦横比を有する場合に比べてさらに高くなる。
【００１１】
前述のように、従来の構造では、図２に示されているようにプロジェクションシステムを薄くするならば、前記第２ミラーＭ２から反射された光が前記第１ミラーＭ１により引っかかる問題が生じる。このような問題はプロジェクションシステムが薄くなるほどさらに深刻に現れる。従って、前記のような構造では、全体厚さを薄くするのに限界がある。
【特許文献１】米国特許公開第２００２／００７１１８６  Ａ１公報
【特許文献２】日本特許公開第２００２−３５７７６８号公報
【特許文献３】韓国特許公開第２００２−２１８０７号公報
【特許文献４】日本特許公開第２００３−３５８７０号公報
【特許文献５】日本特許公開第２００２−４０３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前記の問題点を解決するために案出されたものであり、スクリーンサイズに比べて最小限にスリム化が可能なように構造が改善された投射光学系及びこれを採用したプロジェクションシステムを提供するのにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の課題を解決するために、本発明による投射光学系は、短軸及び長軸を有したスクリーンに対して光を拡大投射する投射光学系において、ディスプレイ素子により形成された画像を拡大投射させるための複数枚のレンズを有する屈折光学系と、前記スクリーンの短軸方向に対して傾斜して配置され、前記屈折光学系を通過した画像を前記スクリーンに向けて進める少なくとも１枚の反射ミラーを有した反射光学系とを含むことを特徴とする。
【００１４】
前記屈折光学系及び反射光学系がその光軸が同一平面に存在するように配置されることが望ましい。
【００１５】
前記屈折光学系及び反射光学系の光軸がスクリーンの短軸方向に対して平行平面に位置することが望ましい。
【００１６】
前記少なくとも１枚の反射ミラーは、相対的に短い辺がスクリーンの短軸方向に対して傾斜して配置される。
【００１７】
前記屈折光学系は、第１及び第２レンズ群を含み、前記反射光学系は、前記第１及び第２レンズ群間の光路上に配置され、第１レンズ群を通過した光の経路を変換する第１反射ミラーと、前記スクリーンの短軸方向に対して傾斜して配置され、前記第２レンズ群を通過した光を反射させる第２反射ミラーとを含むことを特徴とする。
【００１８】
前記課題を解決するために本発明によるプロジェクションシステムは、プレイ素子から生成された画像が投射光学系により拡大投射され、短軸及び長軸を有するスクリーンに結像されるプロジェクションシステムにおいて、前記投射光学系は、前記画像を拡大投射させるための複数枚のレンズを有する屈折光学系と、前記スクリーンの短軸方向に対して傾斜して配置され、前記屈折光学系を通過した画像を前記スクリーンに向けて進める少なくとも１枚の反射ミラーを有した反射光学系とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による投射光学系は、プロジェクションシステムの厚さを最小化できるように光学系の配置構造が改善されたところに特徴がある。
【００２０】
ディスプレイ素子で形成された画像をスクリーンに向ける反射光学系に備わった反射ミラーの短い辺をスクリーンの短軸方向に対して傾斜して配置することによって、プロジェクションシステムを薄くした時に反射光学系を介した光の進路が干渉を受けないようにする。
【００２１】
従って、本発明による投射光学系を含んだプロジェクションシステムは、スクリーンを大型化しつつもスリム化を達成でき、特に１６：９の縦横比を有するプロジェクションシステムにさらに有利に適用できる。
【００２２】
また、投射光学系に含まれた屈折光学系と反射光学系とがその光軸が同じ１平面に位置するようになっており、光学整列が容易であってセッティングが簡単である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付された図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２４】
図３は、本発明による投射光学系の側面図である。
【００２５】
本発明の望ましい実施例による投射光学系は、図３を参照すれば、ディスプレイ素子１５により形成された画像を拡大して投射するための複数枚のレンズを有した屈折光学系２０、前記画像を適正な角度で反射させてスクリーンＳＲに向けるための少なくとも１枚の反射ミラーを有した反射光学系３０を含む。
【００２６】
ディスプレイ素子１５、は光源１０から出射された光を画像情報によって変調して画像を形成する。屈折光学系２０は、複数枚のレンズを含むが、設置空間によって複数枚のレンズ群に分けて配置されうる。例えば、屈折光学系２０は、第１レンズ群２０ａと第２レンズ群２０ｂとを含んで構成されうる。
【００２７】
第１レンズ群２０ａは、投射光学系が採用されるプロジェクションシステムの厚さ方向Ｄに配列され、第２レンズ群２０ｂはスクリーンＳＲの短軸方向Ｓに配列される。
【００２８】
反射光学系３０は、少なくとも１枚の反射ミラーを含んで構成されるが、図３では、第１ないし第３反射ミラー３１ないし３３を含んだ例を図示したものである。
【００２９】
第１反射ミラー３１は、第１レンズ群２０ａと第２レンズ群２０ｂとの間の光路上に配置され、第１レンズ群２０ａを通過した光の経路を第２レンズ群２０ｂ方向に変換する。ここで、第１及び第２レンズ群２０ａ，２０ｂの全長によって第１反射ミラー３１を具備し、屈折光学系２０がシステムの厚さ方向Ｄに占める長さを調節できる。
【００３０】
第１反射ミラー３１から反射された光は、第２レンズ群２０ｂを経由して第２反射ミラー３２で反射されて第３反射ミラー３３に向かう。第２反射ミラー３２は、その短い辺がスクリーンの短軸方向Ｓに対して傾斜して配置されることが望ましい。また、第３反射ミラー３３は、非球面ミラーであることが望ましい。第３反射ミラー３３は、画像の歪曲を補正する役割を行う。
【００３１】
第３反射ミラー３３から反射された光は、第４反射ミラー３４を経てスクリーンＳＲに結像される。
【００３２】
前記例では、屈折光学系２０が第１及び第２レンズ群２０ａ，２０ｂを含み、第１及び第２レンズ群２０ａ，２０ｂ間に第１反射ミラー３１が配置された例を説明したが、屈折光学系２０をシステムの厚さ方向Ｄに対して傾斜するように配列して屈折光学系２０を通過した光が第２反射ミラー３２に直ちに入射される場合には、第１反射ミラー３１を具備しないこともある。
【００３３】
第１反射ミラー３１は、屈折光学系２０の配置構造によって光路を変換しなければならない必要がある場合に具備するのがよい。第１反射ミラー３１は、第２反射ミラー３２と対面するように配置されつつ第２反射ミラーと同じ角度で傾斜して配置される。
【００３４】
屈折光学系２０と反射光学系３０とは、その光軸が同じ平面上に位置するように配列されている。図４は、本発明の投射光学系の平面図であり、屈折光学系２０と反射光学系３０の光軸がいずれもスクリーンＳＲの短軸に平行な平面Ｈに位置する場合を示す。ここで、投射光学系が前記平面Ｈに対して対称なので、スクリーンの一方にある部分だけを示した。
【００３５】
さらに、光源１０及びディスプレイ素子１５も、その光軸が前記同一平面Ｈ上に位置するように配置されうる。それにより、本発明による投射光学系は光学整列が容易になるという長所がある。
【００３６】
また、屈折光学系２０は、円形対称構造を有し、反射光学系３０は、線対称構造を有することが望ましい。本発明の投射光学系は、スクリーンに対して短軸方向に垂直な面に対して左右対称の構造を有することが望ましい。
【００３７】
また、第１及び第２反射ミラー３１，３２は、スクリーンＳＲの短軸方向Ｓに対して所定角度に傾斜して配置されることが望ましい。このようにすることにより、投射光学系を含んだプロジェクションシステムが薄くなっても、反射光学系が光の経路を妨害したり、または光を干渉する場合をなくせる。
【００３８】
一方、図５に示されているように、第１及び第２反射ミラー３１，３２の位置及び傾きを調節して投射光学系の厚さを調節できる。この時、第１及び第２反射ミラー３１，３２は、互いに対面するように傾き、同じ角度に傾斜して配置される。第１及び第２反射ミラー３１，３２の位置及び傾きが調節されても光の進路を妨害する場合はないために、投射光学系を薄くするのに制限がない。
【００３９】
図３を参照して光の進路を見れば、第２反射ミラー３２は、スクリーンと同じ縦横比の有効面積を有し、短辺がスクリーンＳＲの短軸方向に来るように配置され、また短辺がスクリーンＳＲの短軸方向Ｓに対して傾斜して配置される。ここで、有効面積とは、第２反射ミラー３２に有効光が入射される面積を表す。第２反射ミラー３２は、スクリーンとディスプレイ素子１５との縦横比と同じ縦横比を有する有効面積を有する。
【００４０】
このように、第３反射ミラー３３から反射された光のうち第２反射ミラー３２が傾いた方向に向けて進む光の経路上に第２反射ミラー３２の短辺が来るように配置することによって、第２反射ミラー３２から反射された光が第３反射ミラー３３で再反射されて第４反射ミラー３４に入射される時、第２反射ミラー３２により光の進行が干渉される可能性が低下する。従って、第４反射ミラー３４とスクリーンＳＲとの間隔が狭くなっても第２反射ミラー３２により投射光学系の構成が制限を受けることなくスリム化を達成できる。
【００４１】
次に、本発明の望ましい実施例によるプロジェクションシステムは、前述の本発明の望ましい実施例による投射光学系を含んでその厚さが最小化されたものである。
【００４２】
図６を参照するに、本発明の望ましい実施例によるプロジェクションシステムは、キャビネット５０の下部側に配置された光源１０と、光源１０から出射された光を画像情報によって処理して画像を形成するディスプレイ素子１５と、ディスプレイ素子１５により形成された画像を拡大投射させる投射光学系４０と、投射光学系４０を介して投射された画像が結像されるスクリーンＳＲとを含む。
【００４３】
投射光学系４０は、ディスプレイ素子１５により形成された画像を拡大して投射するための複数枚のレンズを有した屈折光学系２０と、前記画像を適正な角度に反射させてスクリーンＳＲに向けるための少なくとも１枚の反射ミラーを有した反射光学系３０とを含む。
【００４４】
前記スクリーンＳＲは、短軸Ｓと長軸Ｌとを有し、反射光学系３０は、スクリーンの短軸方向Ｓに対して傾斜して配置される少なくとも１枚の反射ミラー３２を有する。
【００４５】
また、屈折光学系２０と反射光学系３０とは、その光軸が同じ平面に位置するように配置されることが望ましい。これ以外には、投射光学系４０は、図３及び図４を参照して説明したところと同じなので、ここではその詳細な説明を省略する。
【００４６】
本発明によるプロジェクションシステムは、スクリーンサイズに比べてシステムの厚さを最小化できる構造を有する。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明による投射光学系を含んだプロジェクションシステムは、スクリーンの大きさを大型化しつつもスリム化を達成でき、すなわち同じサイズのスクリーンに対して厚さを最小化できる光学系構造を提供し、大型化及びスリム化を同時に満足させたプロジェクションシステムに関わる技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】米国特許公開第２００２／００７１１８６  Ａ１号公報に開示された投射光学系を示した図である。
【図２】図１に示された投射光学系を薄くした場合に、ビームが反射ミラーにより干渉されることを示した図である。
【図３】本発明の望ましい実施例による投射光学系の側面図である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】本発明の望ましい実施例による投射光学系に含まれた屈折光学系及び反射光学系の配置を変更した時の構造を表した図である。
【図６】本発明の望ましい実施例による投射光学系を採用したプロジェクションシステムを概略的に示した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０    光源
１５    ディスプレイ素子
２０    屈折光学系
２０ａ  第１レンズ群
２０ｂ  第２レンズ群
３０    反射光学系
３１    第１反射ミラー
３２    第２反射ミラー
３３    第３反射ミラー
３４    第４反射ミラー
ＳＲ    スクリーン
【図１】
2005182057.tif 000003
【図２】
2005182057.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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