JP2000089227A5 - - Google Patents

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示パネル上の画像を投射光学系によってスクリーン上に投影する投射型表示装置であって、該画像表示パネルの中心と投影画像中心とを結ぶ中心線は、該画像表示パネル面あるいはスクリーン面の少なくとも一方と垂直でなく、該投射光学系は広義の対称面を０ないし１つ有する非球面形状であるオフアキシャル面を構成要素として含み全体として、実像を結像できるオフアキシャル光学ブロックを少なくとも１つ有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記オフアキシャル光学ブロックは少なくとも１つのオフアキシャル反射面を構成要素として含むことを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
【請求項３】
画像表示パネル上の画像を投射光学系によってスクリーン上に投影する投射型表示装置であって、該画像表示パネルの中心と投影画像中心とを結ぶ中心線は、該画像表示パネル面あるいはスクリーン面の少なくとも一方と垂直でなく、該投射光学系はオフアキシャル反射面を構成要素として含み全体としては実像を結像できるオフアキシャル光学ブロックを少なくとも１つ含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】
光源からの光束で画像表示パネルを照明する照明光学系を有し、該画像表示パネル上の画像を投射光学系でスクリーン面上に投射する投射型表示装置において、該光源の中心と画像表示パネルの中心を結ぶ中心線は、画像表示パネル面と垂直でなく、該照明光学系はオフアキシャル反射面を構成要素として含む屈折力を持つオフアキシャル光学ブロックを少なくとも１つ含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】
前記画像表示パネルは、入射光束の強度を空間的に変調して反射する反射型画像表示パネルであることを特徴とする請求項１，２，３又は４の投射型表示装置。
【請求項６】
前記オフアキシャル反射面は空気側より入射した光線を空気側へと反射する構成となっていることを特徴とする請求項２，３，４又は５の投射型表示装置。
【請求項７】
前記オフアキシャル反射面は媒質側より入射した光線を媒質側へ反射する構成となっていることを特徴とする請求項２，３，４又は５の投射型表示装置。
【請求項８】
前記オフアキシャル光学ブロックはモールド成形により作成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項の投射型表示装置。
【請求項９】
前記オフアキシャル光学ブロックを構成する複数の光学面の少なくとも２つの光学面がモールド成形により一体で作成されていることを特徴とする請求項８の投射型表示装置。
【請求項１０】
前記オフアキシャル光学ブロックは、光束が屈折して入射する入射面と、該入射光束を順次反射する曲率を有する複数の反射面と、該複数の反射面にて反射された光束を屈折して射出する射出面を一体に形成した光学素子より成っていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項の投射型表示装置。

【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の投射型表示装置は、
(1-1) 画像表示パネル上の画像を投射光学系によってスクリーン上に投影する投射型表示装置であって、該画像表示パネルの中心と投影画像中心とを結ぶ中心線は、該画像表示パネル面あるいはスクリーン面の少なくとも一方と垂直でなく、該投射光学系は広義の対称面を０ないし１つ有する非球面形状であるオフアキシャル面を構成要素として含み全体として、実像を結像できるオフアキシャル光学ブロックを少なくとも１つ有することを特徴としている。

(1-2) 画像表示パネル上の画像を投射光学系によってスクリーン上に投影する投射型表示装置であって、該画像表示パネルの中心と投影画像中心とを結ぶ中心線は、該画像表示パネル面あるいはスクリーン面の少なくとも一方と垂直でなく、該投射光学系はオフアキシャル反射面を構成要素として含み全体としては実像を結像できるオフアキシャル光学ブロックを少なくとも１つ含むことを特徴としている。

(1-3) 光源からの光束で画像表示パネルを照明する照明光学系を有し、該画像表示パネル上の画像を投射光学系でスクリーン面上に投射する投射型表示装置において、該光源の中心と画像表示パネルの中心を結ぶ中心線は、画像表示パネル面と垂直でなく、該照明光学系はオフアキシャル反射面を構成要素として含む屈折力を持つオフアキシャル光学ブロックを少なくとも１つ含むことを特徴としている。

(1-3-6) 前記オフアキシャル光学ブロックは、光束が屈折して入射する入射面と、該入射光束を順次反射する曲率を有する複数の反射面と、該複数の反射面にて反射された光束を屈折して射出する射出面を一体に形成した光学素子より成っていること等を特徴としている。

図において、１は光源、２は光源１からの光を均一な強度の平行光に変換するコンデンサーレンズ、３は平行光の強度分布を空間的に変調する液晶等を用いた画像表示パネルである。１４は画像表示パネル（画像表示パネル面）３上の画像をスクリーン５へ投射する投射光学系であり、投射光学系１４は複数の光学面が一体に形成された屈折力を持つオフアキシャル光学ブロック４からなっている。オフアキシャル光学ブロック４は入射屈折面Ｒ２、反射面Ｒ３及びＲ４、出射屈折面Ｒ５を構成要素とした光学素子から構成されている。画像表示パネル１４を基準軸方向に移動させてピント調整を行っている。

本発明に係る投射光学系１４はオフアキシャル光学系を利用しているため光学系を構成する各面は共通の光軸を持っていない。そこで、本発明の実施例においては先ず物体面３の中心を原点とする絶対座標系を設定する。そして、本発明の実施例においては、物体面の中心点を原点とすると共に、原点と像面の中心とを通る光線（基準軸光線）の経路を光学系の基準軸と定義している。ここで基準軸とは、例えば投射光学系のときは投影画像中心（物体面の中心点）と画像表示パネルの中心（像面の中心）とを結ぶ中心線（光線、基準軸光線）に相当する。さらに、本実施例中の基準軸は方向（向き）を持っている。その方向は基準軸光線Ｌａが結像に際して進行する方向である。基準軸は、光学系の外から見た場合には光軸と同様な取り扱いが出来る。

画像表示パネル３からの光束は、オフアキシャル光学ブロック４の入射面Ｒ２に入射する。入射光束は反射面Ｒ３、反射面Ｒ４の順で順次反射された後、射出面Ｒ５から射出してスクリーン５上に結像する。即ち実像を結像している。本実施例においては、射出面Ｒ５から射出する光束の基準軸とスクリーン５は直交しない。このように光軸とスクリーンが直交しない場合、従来のように光学系を光軸に対して回転対称な光学面で構成した場合、歪み、及び、焦点ボケの生じない理想的な結像が得られるのは、図２の平面６に示すような光軸Ｌａに対して垂直な面（以降「画像評価面」と呼ぶ）においてであり、スクリーン５においては台形歪み、及び、焦点ボケの問題が生じてしまう。

本実施例においては、第２面Ｒ２、第３面Ｒ３、第４面Ｒ４、第５面Ｒ５はいずれも面法線と基準軸が一致しないオフアキシャル光学面（オフアキシャル面）であると共に、夫々yz平面のみを広義の対称面とする形状である。なお、本明細書中において、「広義の対称面」という言葉を、「光学面を記述する関数が実数値として定義される全ての領域内部において無限回微分可能である場合においてその領域全域を対象にして定義される対称面である」、と定義する。

また、本実施例においては面Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５はモールドで一体成形されている。このようにオフアキシャル光学面をモールド成形することにより作成し、量産性を向上することができる。また、複数の光学面を一体で構成することにより、光学面間の位置の調整が不要となるため、光学系の組み立てが容易となる。また一体とすることにより環境変化や経時変化によって光学特性が劣化しにくい、性能の安定した装置を実現できる。

図８は本発明の投射型表示装置の実施形態２の要部概略図である。本実施形態は反射型の画像情報（反射型画像表示パネル）を投射光学系でスクリーン面上に投影する場合である。

このような配置においては従来、投影画像に台形歪みや周辺ボケが生じたが、本実施例においては投射光学系１１にオフアキシャル曲面（曲率のある面）を用いることにより歪み、ボケのない投影画像を得ることができる。そのため、照射光学系８の光軸と半透明シート１０は垂直である必要がなく、様々なレイアウトを取ることが可能となる。