JP2001255462A - 投射光学系及びそれを用いた投射型表示装置 - Google Patents
投射光学系及びそれを用いた投射型表示装置Info
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- G02B17/0663—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using more than three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 装置の小型化を図りつつ、周辺光量比を確保
し、かつ拡大率の高い斜め投射方式を用いた投射光学系
及びそれを用いた投射型表示装置を得ること。 【解決手段】 画像表示パネルからの光束を基準軸に対
して傾斜したスクリーン面上に導光して、該スクリーン
面に画像情報を形成する為の投射光学系において、該投
射光学系は、曲率を有する回転非対称反射面を複数有
し、該画像表示パネルからの光束が該複数の回転非対称
反射面で反射をして該スクリーン面上に導光する反射光
学系を有しており、該反射光学系の複数の回転非対称反
射面間、又は、該反射光学系と該画像表示パネルの間に
絞りを設け、該絞りが該絞り位置より該スクリーン側に
配置した光学部材により負の倍率で結像をするように設
定していること。
し、かつ拡大率の高い斜め投射方式を用いた投射光学系
及びそれを用いた投射型表示装置を得ること。 【解決手段】 画像表示パネルからの光束を基準軸に対
して傾斜したスクリーン面上に導光して、該スクリーン
面に画像情報を形成する為の投射光学系において、該投
射光学系は、曲率を有する回転非対称反射面を複数有
し、該画像表示パネルからの光束が該複数の回転非対称
反射面で反射をして該スクリーン面上に導光する反射光
学系を有しており、該反射光学系の複数の回転非対称反
射面間、又は、該反射光学系と該画像表示パネルの間に
絞りを設け、該絞りが該絞り位置より該スクリーン側に
配置した光学部材により負の倍率で結像をするように設
定していること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、投射光学系及びそ
れを用いた投射型表示装置に関し、例えば液晶表示素子
（液晶パネル）やデジタルマイクロミラーデバイス等の
画像表示パネルによって光変調された光束をスクリーン
又は壁に導光し、画像情報を形成する液晶プロジェクタ
ー（プロジェクション）等の光学機器に好適なものであ
る。
れを用いた投射型表示装置に関し、例えば液晶表示素子
（液晶パネル）やデジタルマイクロミラーデバイス等の
画像表示パネルによって光変調された光束をスクリーン
又は壁に導光し、画像情報を形成する液晶プロジェクタ
ー（プロジェクション）等の光学機器に好適なものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、液晶パネル等の画像表示パネ
ルを光源からの光束により照明し、画像表示パネルで光
変調された透過光又は反射光を用いて投影レンズによ
り、スクリーン又は壁に拡大投射して画像形成する受動
型のプロジェクターが種々と提案されている。
ルを光源からの光束により照明し、画像表示パネルで光
変調された透過光又は反射光を用いて投影レンズによ
り、スクリーン又は壁に拡大投射して画像形成する受動
型のプロジェクターが種々と提案されている。
【０００３】プロジェクションに用いられる投射光学系
において、スクリーンと装置との距離を短くするために
スクリーンに対し斜め投射が可能な投射光学系が種々と
提案されている。図１５は特開平０５−１００３１２号
公報に開示されている投射光学系の実施例の概略図であ
る。図中、Lは照明系、LVは透過又は反射型ドットマト
リックス液晶等を用いたライトバルブである。ライトバ
ルブLVに基づく画像を投射光学系PLによってスクリーン
Ｓ上に拡大投影し、スクリーンＳに映し出す。この発明
では投射光学系PLとして大画角の広角レンズを用いて、
ライトバルブLV、及びスクリーンＳを投射光学系PLの光
軸Laに対してシフトして配置し、画角の端の部分を使用
して投射することにより斜め投射の光学系を構成してい
る。
において、スクリーンと装置との距離を短くするために
スクリーンに対し斜め投射が可能な投射光学系が種々と
提案されている。図１５は特開平０５−１００３１２号
公報に開示されている投射光学系の実施例の概略図であ
る。図中、Lは照明系、LVは透過又は反射型ドットマト
リックス液晶等を用いたライトバルブである。ライトバ
ルブLVに基づく画像を投射光学系PLによってスクリーン
Ｓ上に拡大投影し、スクリーンＳに映し出す。この発明
では投射光学系PLとして大画角の広角レンズを用いて、
ライトバルブLV、及びスクリーンＳを投射光学系PLの光
軸Laに対してシフトして配置し、画角の端の部分を使用
して投射することにより斜め投射の光学系を構成してい
る。
【０００４】また、図１６は特開平０５−０８０４１８
号公報に開示されている投射光学系の実施例の概略図で
ある。図中、Lは照明系、LVは透過又は反射型ドットマ
トリックス液晶等を用いたライトバルブである。ライト
バルブLVに基づく画像を第１の投射光学系PL1によって
中間像を形成し、第２の投射光学系PL2によりスクリー
ンＳに拡大投影している。この発明では、第１、２の投
射光学系の光軸を適切に傾けることにより、スクリーン
Ｓに対し斜めに投射している。
号公報に開示されている投射光学系の実施例の概略図で
ある。図中、Lは照明系、LVは透過又は反射型ドットマ
トリックス液晶等を用いたライトバルブである。ライト
バルブLVに基づく画像を第１の投射光学系PL1によって
中間像を形成し、第２の投射光学系PL2によりスクリー
ンＳに拡大投影している。この発明では、第１、２の投
射光学系の光軸を適切に傾けることにより、スクリーン
Ｓに対し斜めに投射している。
【０００５】また、再公表特許WO９７／０１７８７号に
は、複数の反射面を用いて斜め方向から画像を投射する
投射光学系が開示されている。
は、複数の反射面を用いて斜め方向から画像を投射する
投射光学系が開示されている。
【０００６】一方、最近、非共軸光学系を利用し、光学
系全体の小型化を図った結像系が種々と提案されてい
る。非共軸光学系では、基準軸という概念を導入し構成
面を非対称非球面にすることで、十分収差が補正された
光学系が構築可能であることが、例えば特開平９−５６
５０号公報にその設計法が、特開平８−２９２３７１号
公報、特開平８−２９２３７２号公報にその設計例が示
されている。
系全体の小型化を図った結像系が種々と提案されてい
る。非共軸光学系では、基準軸という概念を導入し構成
面を非対称非球面にすることで、十分収差が補正された
光学系が構築可能であることが、例えば特開平９−５６
５０号公報にその設計法が、特開平８−２９２３７１号
公報、特開平８−２９２３７２号公報にその設計例が示
されている。
【０００７】こうした非共軸光学系はオフアキシャル光
学系（像中心と瞳中心を通る光線に沿った基準軸を考え
たとき、構成面の基準軸との交点における面法線が基準
軸上にない曲面（オフアキシャル曲面）を含む光学系と
して定義される光学系で、このとき、基準軸は折れ曲が
った形状となる）と呼ばれる。このオフアキシャル光学
系は、構成面が一般には非共軸となり、反射面でもケラ
レが生じることがないため、反射面を使った光学系の構
築がしやすい。また、光路の引き回しが比較的自由に行
なえる、構成面を一体成形する手法で一体型の光学系を
作りやすいという特徴をも持っている。
学系（像中心と瞳中心を通る光線に沿った基準軸を考え
たとき、構成面の基準軸との交点における面法線が基準
軸上にない曲面（オフアキシャル曲面）を含む光学系と
して定義される光学系で、このとき、基準軸は折れ曲が
った形状となる）と呼ばれる。このオフアキシャル光学
系は、構成面が一般には非共軸となり、反射面でもケラ
レが生じることがないため、反射面を使った光学系の構
築がしやすい。また、光路の引き回しが比較的自由に行
なえる、構成面を一体成形する手法で一体型の光学系を
作りやすいという特徴をも持っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】特開平０５−１００３
１２号公報では、光軸に対してライトバルブとスクリー
ンをシフトさせた投射光学系を用いており、この場合
は、図１１に示すように、使用する投射光学系の画角の
大きさはθ２である。しかしながら、使用される投射光
学系としてはかなり大きい画角（θ１）を有した高画角
のレンズ系を必要とする。また、通常のレンズ系では光
軸Laから画角が大きくなるにしたがって光量が落ちてく
る。そのため、高画角のレンズ系を使用すればするほど
スクリーンＳの特に上下方向で明るさに差が出てしま
う。また、光軸LaがスクリーンＳの中心に向かうように
構成した場合（図１２）、通常のレンズ系ではスクリー
ンＳ上に像が結像されず光軸Laに垂直な平面Ｓ’上に結
像される。この様に構成した場合、良く知られているよ
うに投影像が台形に歪み、スクリーンＳの上下方向でピ
ントがずれてしまう。この像面の傾きを補正する場合、
スクリーンＳの上部を通る光線の光路Ｌ１とスクリーン
Ｓの下部を通る光線の光路Ｌ２の差を打ち消さなければ
ならない。この差を補正する場合、結像面付近で補正で
きれば光路Ｌ１と光路Ｌ２の光路差は縮小されるので補
正量は少なくて済む。一方、投影像が拡大されたスクリ
ーン側の光学面で補正をする場合、光路Ｌ１と光路Ｌ２
の光路差がそのまま影響する。
１２号公報では、光軸に対してライトバルブとスクリー
ンをシフトさせた投射光学系を用いており、この場合
は、図１１に示すように、使用する投射光学系の画角の
大きさはθ２である。しかしながら、使用される投射光
学系としてはかなり大きい画角（θ１）を有した高画角
のレンズ系を必要とする。また、通常のレンズ系では光
軸Laから画角が大きくなるにしたがって光量が落ちてく
る。そのため、高画角のレンズ系を使用すればするほど
スクリーンＳの特に上下方向で明るさに差が出てしま
う。また、光軸LaがスクリーンＳの中心に向かうように
構成した場合（図１２）、通常のレンズ系ではスクリー
ンＳ上に像が結像されず光軸Laに垂直な平面Ｓ’上に結
像される。この様に構成した場合、良く知られているよ
うに投影像が台形に歪み、スクリーンＳの上下方向でピ
ントがずれてしまう。この像面の傾きを補正する場合、
スクリーンＳの上部を通る光線の光路Ｌ１とスクリーン
Ｓの下部を通る光線の光路Ｌ２の差を打ち消さなければ
ならない。この差を補正する場合、結像面付近で補正で
きれば光路Ｌ１と光路Ｌ２の光路差は縮小されるので補
正量は少なくて済む。一方、投影像が拡大されたスクリ
ーン側の光学面で補正をする場合、光路Ｌ１と光路Ｌ２
の光路差がそのまま影響する。
【０００９】また、特開平０５−０８０４１８号公報に
開示されている装置では、レンズ系をチルトしているだ
けなので像面を十分に傾けることが難しい。また、チル
ト量が多すぎると光学性能を確保することが難しくな
る。
開示されている装置では、レンズ系をチルトしているだ
けなので像面を十分に傾けることが難しい。また、チル
ト量が多すぎると光学性能を確保することが難しくな
る。
【００１０】再公表特許特許WO９７／０１７８７号に開
示されている反射型ディスプレー装置における投射光学
系は、１枚の凹面鏡と１枚又は２枚の凸面鏡を用いて共
軸系を構成し、該凹面鏡と凸面鏡の一部の反射面を用い
て画像を斜め方向から投射している。共軸系である為、
収差補正が難しく、反射光学系を明るくすること（Ｆナ
ンバーを小さくすること）が難しい。
示されている反射型ディスプレー装置における投射光学
系は、１枚の凹面鏡と１枚又は２枚の凸面鏡を用いて共
軸系を構成し、該凹面鏡と凸面鏡の一部の反射面を用い
て画像を斜め方向から投射している。共軸系である為、
収差補正が難しく、反射光学系を明るくすること（Ｆナ
ンバーを小さくすること）が難しい。
【００１１】又、投射光学系は反射部材間に絞りを配置
した構成を用いている。そして絞りを通過した光束が凸
面鏡に入射し、該凸面鏡からの発散光束が次の凸面鏡に
入射している。この為、２番目の凸面鏡の有効径が増大
する傾向があった。又、このとき２つの凸面鏡は絞りの
虚像を形成している。
した構成を用いている。そして絞りを通過した光束が凸
面鏡に入射し、該凸面鏡からの発散光束が次の凸面鏡に
入射している。この為、２番目の凸面鏡の有効径が増大
する傾向があった。又、このとき２つの凸面鏡は絞りの
虚像を形成している。
【００１２】本発明は、投射光学系及びそれを用いた投
射型表示装置の提供を目的とする。
射型表示装置の提供を目的とする。
【００１３】又、更に、明るい投射光学系及びそれを用
いた投射型表示装置の提供を目的とする。
いた投射型表示装置の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の投射光
学系は、画像表示パネルからの光束を基準軸に対して傾
斜したスクリーン面上に導光して、該スクリーン面に画
像情報を形成する為の投射光学系において、該投射光学
系は、曲率を有する回転非対称反射面を複数有し、該画
像表示パネルからの光束が該複数の回転非対称反射面で
反射をして該スクリーン面上に導光する反射光学系を有
しており、該反射光学系の複数の回転非対称反射面間、
又は、該反射光学系と該画像表示パネルの間に絞りを設
け、該絞りが該絞り位置より該スクリーン側に配置した
光学部材により負の倍率で結像をするように設定してい
ることを特徴としている。
学系は、画像表示パネルからの光束を基準軸に対して傾
斜したスクリーン面上に導光して、該スクリーン面に画
像情報を形成する為の投射光学系において、該投射光学
系は、曲率を有する回転非対称反射面を複数有し、該画
像表示パネルからの光束が該複数の回転非対称反射面で
反射をして該スクリーン面上に導光する反射光学系を有
しており、該反射光学系の複数の回転非対称反射面間、
又は、該反射光学系と該画像表示パネルの間に絞りを設
け、該絞りが該絞り位置より該スクリーン側に配置した
光学部材により負の倍率で結像をするように設定してい
ることを特徴としている。
【００１５】請求項２の発明の投射光学系は、表示パネ
ルからの光を投射する投射光学系であって、絞りと複数
の反射面とを有し、該複数の反射面のうち前記絞りを通
過した光が最初に入射する屈折力を有する反射面の屈折
力が正であることを特徴としている。
ルからの光を投射する投射光学系であって、絞りと複数
の反射面とを有し、該複数の反射面のうち前記絞りを通
過した光が最初に入射する屈折力を有する反射面の屈折
力が正であることを特徴としている。
【００１６】請求項３の発明は 請求項２の発明におい
て、前記屈折力が正の反射面は凹面反射面または回折面
であることを特徴としている。
て、前記屈折力が正の反射面は凹面反射面または回折面
であることを特徴としている。
【００１７】請求項４の発明は請求項２の発明におい
て、前記絞りは前記複数の反射面と前記パネルの間にあ
るか、前記屈折力が正の反射面と屈折力を有する別の反
射面との間にあることを特徴としている。
て、前記絞りは前記複数の反射面と前記パネルの間にあ
るか、前記屈折力が正の反射面と屈折力を有する別の反
射面との間にあることを特徴としている。
【００１８】請求項５の発明は請求項２，３又は４の発
明において、前記屈折力が正の反射面は非球面であるこ
とを特徴としている。
明において、前記屈折力が正の反射面は非球面であるこ
とを特徴としている。
【００１９】請求項６の発明は請求項５の発明におい
て、前記複数の反射面は、屈折力を有する非球面反射面
を複数含むことを特徴としている。
て、前記複数の反射面は、屈折力を有する非球面反射面
を複数含むことを特徴としている。
【００２０】請求項７の発明は請求項２，３又は４の発
明において、前記屈折力が正の反射面は非回転対称な非
球面であることを特徴としている。
明において、前記屈折力が正の反射面は非回転対称な非
球面であることを特徴としている。
【００２１】請求項８の発明は請求項７の発明におい
て、前記複数の反射面は、非回転対称な非球面を持ち且
つ屈折力を有する複数の反射面を含むことを特徴として
いる。
て、前記複数の反射面は、非回転対称な非球面を持ち且
つ屈折力を有する複数の反射面を含むことを特徴として
いる。
【００２２】請求項９の発明は請求項８の発明におい
て、前記複数の反射面のうち屈折力を有する複数の反射
面の全てが非回転対称な非球面を持つことを特徴として
いる。
て、前記複数の反射面のうち屈折力を有する複数の反射
面の全てが非回転対称な非球面を持つことを特徴として
いる。
【００２３】請求項１０の発明は請求項９の発明におい
て、屈折力を有するレンズも有することを特徴としてい
る。
て、屈折力を有するレンズも有することを特徴としてい
る。
【００２４】請求項１１の発明は請求項１の発明におい
て、前記投射光学系は、前記画像表示パネルと前記スク
リーンとが非平行の状態で配置されているときに使用さ
れるものであることを特徴としている。
て、前記投射光学系は、前記画像表示パネルと前記スク
リーンとが非平行の状態で配置されているときに使用さ
れるものであることを特徴としている。
【００２５】請求項１２の発明は請求項１又は１１の発
明において、前記反射光学系は、前記画像表示パネルか
らの光束を集光させて、光路中に中間像を結像すること
を特徴としている。
明において、前記反射光学系は、前記画像表示パネルか
らの光束を集光させて、光路中に中間像を結像すること
を特徴としている。
【００２６】請求項１３の発明は請求項１，１１又は１
２の発明において、前記複数の回転非対称反射面の少な
くとも一つは表面反射鏡より成っていることを特徴とし
ている。
２の発明において、前記複数の回転非対称反射面の少な
くとも一つは表面反射鏡より成っていることを特徴とし
ている。
【００２７】請求項１４の発明は請求項１，１１又は１
２の発明において、前記複数の回転非対称反射面の少な
くとも一つは裏面反射鏡より成っていることを特徴とし
ている。
２の発明において、前記複数の回転非対称反射面の少な
くとも一つは裏面反射鏡より成っていることを特徴とし
ている。
【００２８】請求項１５の発明は請求項１又は１１から
１４のいずれか１項の発明において、前記反射光学系
は、透明体の表面に２つの屈折面と曲率を有する前記回
転非対称反射面を複数形成し、前記画像表示パネルから
の光束が１つの屈折面から該透明体の内部へ入射し、該
複数の回転非対称反射面で反射して別の屈折面から射出
するように構成された光学ブロックを少なくとも一つ含
むことを特徴としている。
１４のいずれか１項の発明において、前記反射光学系
は、透明体の表面に２つの屈折面と曲率を有する前記回
転非対称反射面を複数形成し、前記画像表示パネルから
の光束が１つの屈折面から該透明体の内部へ入射し、該
複数の回転非対称反射面で反射して別の屈折面から射出
するように構成された光学ブロックを少なくとも一つ含
むことを特徴としている。
【００２９】請求項１６の発明は請求項１又は１１から
１５のいずれか１項の発明において、前記複数の回転非
対称反射面の少なくとも２つの反射面はモールド成形に
より一体で作成されていることを特徴としている。
１５のいずれか１項の発明において、前記複数の回転非
対称反射面の少なくとも２つの反射面はモールド成形に
より一体で作成されていることを特徴としている。
【００３０】請求項１７の発明は請求項１又は１１から
１６のいずれか１項の発明において、前記画像表示パネ
ルの中心とスクリーン面上の画像情報の中心とを結ぶ中
心線のまわりに前記反射光学系を展開したときの画像表
示パネル側のアジムスξ度における主点位置をH(ξ)と
し、該中心線と該スクリーン面の法線を含む面を表すア
ジムスをαとしたとき ｜(H(α+90°)−H(α))／H(α)｜＜0.2・・・（１） となる条件を満足することを特徴としている。
１６のいずれか１項の発明において、前記画像表示パネ
ルの中心とスクリーン面上の画像情報の中心とを結ぶ中
心線のまわりに前記反射光学系を展開したときの画像表
示パネル側のアジムスξ度における主点位置をH(ξ)と
し、該中心線と該スクリーン面の法線を含む面を表すア
ジムスをαとしたとき ｜(H(α+90°)−H(α))／H(α)｜＜0.2・・・（１） となる条件を満足することを特徴としている。
【００３１】請求項１８の発明は請求項１又は１１から
１７のいずれか１項の発明において、前記画像表示パネ
ルの中心とスクリーン面上の画像情報の中心を結ぶ中心
線と前記スクリーンの法線とのなす角をθとし、該中心
線のまわりに前記反射光学系を展開したときのアジムス
ξ度における焦点距離をｆ(ξ)とし、該中心線と前記ス
クリーンの法線を含む面を表すアジムスをαとしたとき ｜1−cosθｆ(α)／ｆ(α＋90°)｜＜0.2・・・（２） となる条件を満足することを特徴としている。
１７のいずれか１項の発明において、前記画像表示パネ
ルの中心とスクリーン面上の画像情報の中心を結ぶ中心
線と前記スクリーンの法線とのなす角をθとし、該中心
線のまわりに前記反射光学系を展開したときのアジムス
ξ度における焦点距離をｆ(ξ)とし、該中心線と前記ス
クリーンの法線を含む面を表すアジムスをαとしたとき ｜1−cosθｆ(α)／ｆ(α＋90°)｜＜0.2・・・（２） となる条件を満足することを特徴としている。
【００３２】請求項１９の発明の投射型表示装置は請求
項１から１８のいずれか１項に記載の投射光学系を用い
て画像表示パネルに基づく光束をスクリーン面上に導光
し、該スクリーン面に画像情報を形成していることを特
徴としている。
項１から１８のいずれか１項に記載の投射光学系を用い
て画像表示パネルに基づく光束をスクリーン面上に導光
し、該スクリーン面に画像情報を形成していることを特
徴としている。
【００３３】請求項２０の発明の投射型表示装置は請求
項１から１８のいずれか１項に記載の投射光学系を用い
て画像表示パネルに基づく光束を１つ又は複数の平面ミ
ラーを介して透過型のスクリーンに導光し、該スクリー
ン面に画像情報を形成していることを特徴としている。
項１から１８のいずれか１項に記載の投射光学系を用い
て画像表示パネルに基づく光束を１つ又は複数の平面ミ
ラーを介して透過型のスクリーンに導光し、該スクリー
ン面に画像情報を形成していることを特徴としている。
【００３４】
【発明の実施の形態】本実施形態の説明に入る前に、実
施形態の構成諸元の表し方及び実施形態全体の共通事項
について説明する。
施形態の構成諸元の表し方及び実施形態全体の共通事項
について説明する。
【００３５】図１７は本発明の光学系の構成データを定
義する座標系の説明図である。本発明の実施形態では物
体側から像面に進む１つの光線（図１７中の一点鎖線で
示すもので基準軸光線と呼ぶ）に沿ってｉ番目の面を第
ｉ面とする。
義する座標系の説明図である。本発明の実施形態では物
体側から像面に進む１つの光線（図１７中の一点鎖線で
示すもので基準軸光線と呼ぶ）に沿ってｉ番目の面を第
ｉ面とする。
【００３６】図１７において第１面R1は屈折面、第2 面
R2は第1 面R1に対してチルトされた反射面、第3 面R3、
第4 面R4は各々の前面に対してシフト、チルトされた反
射面、第5 面R5は第4 面R4に対してシフト、チルトされ
た屈折面である。第1 面R1から第5 面R5までの各々の面
はガラス、プラスチック等の媒質で構成される一つの光
学素子上に構成されており、図１７中では第１の光学素
子B1としている。
R2は第1 面R1に対してチルトされた反射面、第3 面R3、
第4 面R4は各々の前面に対してシフト、チルトされた反
射面、第5 面R5は第4 面R4に対してシフト、チルトされ
た屈折面である。第1 面R1から第5 面R5までの各々の面
はガラス、プラスチック等の媒質で構成される一つの光
学素子上に構成されており、図１７中では第１の光学素
子B1としている。
【００３７】従って、図１７の構成では不図示の物体面
から第1 面R1までの媒質は空気、第1 面R1から第5 面R5
まではある共通の媒質、第5 面R5から不図示の第6 面R6
までの媒質は空気で構成している。
から第1 面R1までの媒質は空気、第1 面R1から第5 面R5
まではある共通の媒質、第5 面R5から不図示の第6 面R6
までの媒質は空気で構成している。
【００３８】本発明の光学系はOff-Axial 光学系である
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、本発明の実施形態においては先ず第１面の
中心を原点とする絶対座標系を設定する。
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、本発明の実施形態においては先ず第１面の
中心を原点とする絶対座標系を設定する。
【００３９】そして、本発明の実施形態においては、第
１面の中心点を原点とすると共に、原点と最終結像面の
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。さらに、本実施形態中の基準軸は方
向（向き）を持っている。その方向は基準軸光線が結像
に際して進行する方向である。
１面の中心点を原点とすると共に、原点と最終結像面の
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。さらに、本実施形態中の基準軸は方
向（向き）を持っている。その方向は基準軸光線が結像
に際して進行する方向である。
【００４０】本発明の実施形態においては、光学系の基
準となる基準軸を上記の様に設定したが、光学系の基準
となる軸の決め方は光学設計上、収差の取り纏め上、若
しくは光学系を構成する各面形状を表現する上で都合の
良い軸を採用すれば良い。しかし、一般的には像面の中
心と、絞り又は入射瞳又は射出瞳又は光学系の第１面の
中心若しくは最終面の中心のいずれかを通る光線の経路
を光学系の基準となる基準軸に設定する。
準となる基準軸を上記の様に設定したが、光学系の基準
となる軸の決め方は光学設計上、収差の取り纏め上、若
しくは光学系を構成する各面形状を表現する上で都合の
良い軸を採用すれば良い。しかし、一般的には像面の中
心と、絞り又は入射瞳又は射出瞳又は光学系の第１面の
中心若しくは最終面の中心のいずれかを通る光線の経路
を光学系の基準となる基準軸に設定する。
【００４１】つまり、本発明の実施形態においては、基
準軸は第１面の中心点を通り、最終結像面の中心へ至る
光線（基準軸光線）が各屈折面及び反射面によって屈折
・反射する経路を基準軸に設定している。各面の順番は
基準軸光線が屈折・反射を受ける順番に設定している。
準軸は第１面の中心点を通り、最終結像面の中心へ至る
光線（基準軸光線）が各屈折面及び反射面によって屈折
・反射する経路を基準軸に設定している。各面の順番は
基準軸光線が屈折・反射を受ける順番に設定している。
【００４２】従って基準軸は設定された各面の順番に沿
って屈折若しくは反射の法則に従ってその方向を変化さ
せつつ、最終的に像面の中心に到達する。
って屈折若しくは反射の法則に従ってその方向を変化さ
せつつ、最終的に像面の中心に到達する。
【００４３】本発明の各実施形態の光学系を構成するチ
ルト面は基本的にすべてが同一面内でチルトしている。
そこで、絶対座標系の各軸を以下のように定める。
ルト面は基本的にすべてが同一面内でチルトしている。
そこで、絶対座標系の各軸を以下のように定める。
【００４４】Z 軸：原点と物体面中心を通る直線。物体
面から第１面R1に向かう方向を正とする Y 軸：原点を通りチルト面内（図１７の紙面内）でZ 軸
に対して反時計回りに90゜をなす直線 X 軸：原点を通りZ、Y 各軸に垂直な直線（図１７の紙面
に垂直な直線） 又、光学系を構成する第ｉ面の面形状を表すには、絶対
座標系にてその面の形状を表記するより、基準軸と第ｉ
面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定し
て、ローカル座標系でその面の面形状を表した方が形状
を認識する上で理解し易い為、第ｉ面の面形状をローカ
ル座標系で表わす。
面から第１面R1に向かう方向を正とする Y 軸：原点を通りチルト面内（図１７の紙面内）でZ 軸
に対して反時計回りに90゜をなす直線 X 軸：原点を通りZ、Y 各軸に垂直な直線（図１７の紙面
に垂直な直線） 又、光学系を構成する第ｉ面の面形状を表すには、絶対
座標系にてその面の形状を表記するより、基準軸と第ｉ
面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定し
て、ローカル座標系でその面の面形状を表した方が形状
を認識する上で理解し易い為、第ｉ面の面形状をローカ
ル座標系で表わす。
【００４５】また、第ｉ面のYZ面内でのチルト角は絶対
座標系のZ 軸に対して反時計回り方向を正とした角度θ
i （単位°）で表す。よって、本発明の実施形態では各
面のローカル座標の原点は図１７中のYZ平面上にある。
またXZおよびXY面内での面の偏心はない。さらに、第ｉ
面のローカル座標(x,y,z) のy,z 軸は絶対座標系(X,Y,
Z) に対してYZ面内で角度θi 傾いており、具体的には
以下のように設定する。
座標系のZ 軸に対して反時計回り方向を正とした角度θ
i （単位°）で表す。よって、本発明の実施形態では各
面のローカル座標の原点は図１７中のYZ平面上にある。
またXZおよびXY面内での面の偏心はない。さらに、第ｉ
面のローカル座標(x,y,z) のy,z 軸は絶対座標系(X,Y,
Z) に対してYZ面内で角度θi 傾いており、具体的には
以下のように設定する。
【００４６】z 軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座
標系のZ 方向に対しYZ面内において反時計方向に角度θ
i をなす直線 y 軸：ローカル座標の原点を通り、z 方向に対しYZ面内
において反時計方向に90゜をなす直線 x 軸：ローカル座標の原点を通り、YZ面に対し垂直な直
線 また、Diは第ｉ面と第(i+1) 面のローカル座標の原点間
の間隔を表すスカラー量、Ndi 、νdiは第ｉ面と第（ｉ
＋１）面間の媒質の屈折率とアッベ数である。
標系のZ 方向に対しYZ面内において反時計方向に角度θ
i をなす直線 y 軸：ローカル座標の原点を通り、z 方向に対しYZ面内
において反時計方向に90゜をなす直線 x 軸：ローカル座標の原点を通り、YZ面に対し垂直な直
線 また、Diは第ｉ面と第(i+1) 面のローカル座標の原点間
の間隔を表すスカラー量、Ndi 、νdiは第ｉ面と第（ｉ
＋１）面間の媒質の屈折率とアッベ数である。
【００４７】ここで、球面は以下の式で表される形状で
ある：
ある：
【００４８】
【数１】
【００４９】また、本発明の光学系は少なくとも回転非
対称な非球面を一面以上有し、その形状は以下の式によ
り表す： z ＝C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40x4 +C
05y5+C23x2y3+C41x4y+C06y6+C24x2y4+C42x4y2+C60x6 上記曲面式はx に関して偶数次の項のみであるため、上
記曲面式により規定される曲面はyz面を対称面とする面
対称な形状である。さらに以下の条件が満たされる場合
はxz面に対して対称な形状を表す。
対称な非球面を一面以上有し、その形状は以下の式によ
り表す： z ＝C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40x4 +C
05y5+C23x2y3+C41x4y+C06y6+C24x2y4+C42x4y2+C60x6 上記曲面式はx に関して偶数次の項のみであるため、上
記曲面式により規定される曲面はyz面を対称面とする面
対称な形状である。さらに以下の条件が満たされる場合
はxz面に対して対称な形状を表す。
【００５０】C03 ＝C21 ＝t ＝0 さらに C02 ＝C20 C04＝C40 ＝ C22/2 C06 ＝C60 ＝C24/3 =C4
2/3 が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件
を満たさない場合は非回転対称な形状である。
2/3 が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件
を満たさない場合は非回転対称な形状である。
【００５１】次に本発明の各実施形態について説明す
る。
る。
【００５２】図１は本発明の投射光学系を用いた投射型
表示装置の実施形態１の要部概略図である。
表示装置の実施形態１の要部概略図である。
【００５３】図１においてLVは反射型ドットマトリック
ス液晶やデジタルマイクロミラーデバイス等を用いたラ
イトバルブ（画像表示パネル）である。Ｌはライトバル
ブLVに光を照明する照明系である。照明系Ｌはランプ、
コンデンサーレンズ、波長を選択するフィルター等から
成り立っている。１はライトバルブLVで光変調された光
をスクリーンＳに導光し、スクリーンＳ面上に画像を形
成するためのオフアキシャル系を利用した投射光学系で
ある。図２は図１の投射光学系１とライトバルブLV、そ
して照明系Lの拡大図である。
ス液晶やデジタルマイクロミラーデバイス等を用いたラ
イトバルブ（画像表示パネル）である。Ｌはライトバル
ブLVに光を照明する照明系である。照明系Ｌはランプ、
コンデンサーレンズ、波長を選択するフィルター等から
成り立っている。１はライトバルブLVで光変調された光
をスクリーンＳに導光し、スクリーンＳ面上に画像を形
成するためのオフアキシャル系を利用した投射光学系で
ある。図２は図１の投射光学系１とライトバルブLV、そ
して照明系Lの拡大図である。
【００５４】図２の投射光学系は曲率を有する回転非対
称反射面を複数有し、画像表示パネルからの光束が複数
の回転非対称反射面で反射を繰り返してスクリーンに投
射され、その面上に実像を結ぶ反射光学系より成ってい
る場合を示しているが、投射光学系は図２に示す反射光
学系の他にレンズ系や他の反射光学系を有するように構
成しても良い。
称反射面を複数有し、画像表示パネルからの光束が複数
の回転非対称反射面で反射を繰り返してスクリーンに投
射され、その面上に実像を結ぶ反射光学系より成ってい
る場合を示しているが、投射光学系は図２に示す反射光
学系の他にレンズ系や他の反射光学系を有するように構
成しても良い。
【００５５】図１,図２において、反射光学系１はライ
トバルブLVからの光線の通過順に、絞りSS、凹面鏡R1・
凸面鏡R2・凹面鏡R3・凸反射面R4・凸面鏡R5・凹面鏡R6
の６つの反射面で構成されている。すべての反射面はYZ
平面のみに対して対称な面である。ここで、凸面鏡R5と
凹面鏡R6の間でライトバルブLVに基づく画像は中間結像
しており、絞りSSは凹面鏡R6付近の位置SSaで結像して
いる。即ち凹面鏡R6付近で瞳の結像をしている。この位
置SSaはスクリーンＳ側の瞳となる。ここで絞りSSはス
クリーンＳ側の光学系により一度実像として結像し、こ
のときの結像倍率は負の倍率となっている。この様に、
本実施形態では絞りSSの像が絞り位置よりスクリーンＳ
側の光学系（反射面R1〜R5）により負の倍率の結像をす
る構成を取ることにより、各面の光線有効径を小さく抑
え、反射面等の各光学素子及び光学系全体のコンパクト
化を達成している。
トバルブLVからの光線の通過順に、絞りSS、凹面鏡R1・
凸面鏡R2・凹面鏡R3・凸反射面R4・凸面鏡R5・凹面鏡R6
の６つの反射面で構成されている。すべての反射面はYZ
平面のみに対して対称な面である。ここで、凸面鏡R5と
凹面鏡R6の間でライトバルブLVに基づく画像は中間結像
しており、絞りSSは凹面鏡R6付近の位置SSaで結像して
いる。即ち凹面鏡R6付近で瞳の結像をしている。この位
置SSaはスクリーンＳ側の瞳となる。ここで絞りSSはス
クリーンＳ側の光学系により一度実像として結像し、こ
のときの結像倍率は負の倍率となっている。この様に、
本実施形態では絞りSSの像が絞り位置よりスクリーンＳ
側の光学系（反射面R1〜R5）により負の倍率の結像をす
る構成を取ることにより、各面の光線有効径を小さく抑
え、反射面等の各光学素子及び光学系全体のコンパクト
化を達成している。
【００５６】本実施形態では、ライトバルブLVの大きさ
は１０.８×１９.２mm、スクリーンＳの大きさは縦横比
９：１６の６０インチ（７４７×１３２８ｍｍ）であ
る。また、スクリーンＳの法線Ｓaは基準軸Ａに対し42
度傾いている。以下、本実施例に用いられる反射光学系
の構成データを示す。構成データでは絞りＳ面から像面
（スクリーン面）に至る各面に順に番号を付している。 絞り径 9.00 i Yi Zi θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 32.26 1 絞り 2 0.00 32.26 17.67 45.33 1 反射面 3 -26.22 -4.71 8.29 46.47 1 反射面 4 -41.18 39.28 17.39 45.51 1 反射面 5 -77.79 12.25 14.50 59.90 1 反射面 6 -102.68 66.73 -2.06 102.23 1 反射面 7 -138.37 -29.06 -4.71 980.17 1 反射面 8 -635.29 836.51 12.14 1 像面 非球面形状 R１面 C02=-4.49687e-03 C20=-4.86771e-03 C03=5.69210e-06 C21=1.24178e-05 C04=-1.51960e-07 C22=-2.54883e-07 C40=-1.42672e-07 C05=-2.46793e-10 C23=-4.09563e-09 C41=-1.82622e-09 C06=-6.21629e-11 C24=-1.54069e-10 C42=-2.02039e-10 C60=-7.59135e-12 R２面 C02=-3.53809e-03 C20=-3.25444e-03 C03= 4.17013e-05 C21= 1.32567e-04 C04=-9.98623e-07 C22=-1.51987e-06 C40=-4.45744e-07 C05= 1.30709e-08 C23=-9.55779e-09 C41=-1.73083e-08 C06=-5.65529e-10 C24=-6.97342e-11 C42=-4.30573e-10 C60=-2.13646e-11 R３面 C02=-1.30032e-03 C20=-2.56607e-04 C03= 4.43561e-06 C21= 1.32174e-04 C04=-2.62553e-08 C22= 1.00960e-06 C40= 7.68176e-07 C05= 1.74031e-09 C23= 8.37695e-09 C41= 1.20650e-08 C06=-1.36927e-11 C24= 1.74384e-10 C42= 2.96519e-10 C60= 6.13742e-11 R４面 C02=-1.66701e-03 C20=-3.65447e-03 C03= 2.01207e-05 C21= 2.02910e-04 C04= 4.13482e-07 C22=-1.01346e-06 C40= 5.37830e-07 C05= 1.69426e-10 C23= 2.13758e-08 C41= 2.22534e-09 C06=-1.10132e-10 C24=-4.19386e-10 C42=-3.64616e-10 C60=-2.17667e-10 R５面 C02=-3.70314e-04 C20=-2.44681e-03 C03= 1.34521e-06 C21= 3.26044e-05 C04= 3.10235e-07 C22= 1.40380e-08 C40=-7.66155e-08 C05= 1.21219e-09 C23= 1.33276e-08 C41= 2.02925e-09 C06=-7.87877e-11 C24= 1.31044e-10 C42= 5.22698e-11 C60=-1.13702e-11 R６面 C02= 3.77979e-03 C20= 5.98505e-03 C03=-1.57953e-05 C21=-3.81115e-05 C04= 9.47079e-08 C22= 1.91802e-07 C40=-2.34207e-07 C05= 5.93045e-10 C23= 1.52327e-09 C41= 4.88138e-09 C06=-1.73838e-11 C24=-7.00697e-12 C42=-5.86393e-11 C60= 1.15306e-11 次に本実施形態の光学系における光学作用を説明する。
照明系Ｌの光源LPから発生した光は、不図示のコンデン
サーレンズ、カラーフィルター等を通りライトバルブLV
を照明し、ライトバルブLVで光変調された光が反射光学
系１で集光されスクリーンに導光され、ライトバルブLV
に基づく画像が映し出される。
は１０.８×１９.２mm、スクリーンＳの大きさは縦横比
９：１６の６０インチ（７４７×１３２８ｍｍ）であ
る。また、スクリーンＳの法線Ｓaは基準軸Ａに対し42
度傾いている。以下、本実施例に用いられる反射光学系
の構成データを示す。構成データでは絞りＳ面から像面
（スクリーン面）に至る各面に順に番号を付している。 絞り径 9.00 i Yi Zi θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 32.26 1 絞り 2 0.00 32.26 17.67 45.33 1 反射面 3 -26.22 -4.71 8.29 46.47 1 反射面 4 -41.18 39.28 17.39 45.51 1 反射面 5 -77.79 12.25 14.50 59.90 1 反射面 6 -102.68 66.73 -2.06 102.23 1 反射面 7 -138.37 -29.06 -4.71 980.17 1 反射面 8 -635.29 836.51 12.14 1 像面 非球面形状 R１面 C02=-4.49687e-03 C20=-4.86771e-03 C03=5.69210e-06 C21=1.24178e-05 C04=-1.51960e-07 C22=-2.54883e-07 C40=-1.42672e-07 C05=-2.46793e-10 C23=-4.09563e-09 C41=-1.82622e-09 C06=-6.21629e-11 C24=-1.54069e-10 C42=-2.02039e-10 C60=-7.59135e-12 R２面 C02=-3.53809e-03 C20=-3.25444e-03 C03= 4.17013e-05 C21= 1.32567e-04 C04=-9.98623e-07 C22=-1.51987e-06 C40=-4.45744e-07 C05= 1.30709e-08 C23=-9.55779e-09 C41=-1.73083e-08 C06=-5.65529e-10 C24=-6.97342e-11 C42=-4.30573e-10 C60=-2.13646e-11 R３面 C02=-1.30032e-03 C20=-2.56607e-04 C03= 4.43561e-06 C21= 1.32174e-04 C04=-2.62553e-08 C22= 1.00960e-06 C40= 7.68176e-07 C05= 1.74031e-09 C23= 8.37695e-09 C41= 1.20650e-08 C06=-1.36927e-11 C24= 1.74384e-10 C42= 2.96519e-10 C60= 6.13742e-11 R４面 C02=-1.66701e-03 C20=-3.65447e-03 C03= 2.01207e-05 C21= 2.02910e-04 C04= 4.13482e-07 C22=-1.01346e-06 C40= 5.37830e-07 C05= 1.69426e-10 C23= 2.13758e-08 C41= 2.22534e-09 C06=-1.10132e-10 C24=-4.19386e-10 C42=-3.64616e-10 C60=-2.17667e-10 R５面 C02=-3.70314e-04 C20=-2.44681e-03 C03= 1.34521e-06 C21= 3.26044e-05 C04= 3.10235e-07 C22= 1.40380e-08 C40=-7.66155e-08 C05= 1.21219e-09 C23= 1.33276e-08 C41= 2.02925e-09 C06=-7.87877e-11 C24= 1.31044e-10 C42= 5.22698e-11 C60=-1.13702e-11 R６面 C02= 3.77979e-03 C20= 5.98505e-03 C03=-1.57953e-05 C21=-3.81115e-05 C04= 9.47079e-08 C22= 1.91802e-07 C40=-2.34207e-07 C05= 5.93045e-10 C23= 1.52327e-09 C41= 4.88138e-09 C06=-1.73838e-11 C24=-7.00697e-12 C42=-5.86393e-11 C60= 1.15306e-11 次に本実施形態の光学系における光学作用を説明する。
照明系Ｌの光源LPから発生した光は、不図示のコンデン
サーレンズ、カラーフィルター等を通りライトバルブLV
を照明し、ライトバルブLVで光変調された光が反射光学
系１で集光されスクリーンに導光され、ライトバルブLV
に基づく画像が映し出される。
【００５７】図４はスクリーンＳ上でのデフォーカス特
性、周辺光量を評価する評価位置を示してる。本実施形
態の投射光学系１のディストーションの様子を図３に、
スクリーンＳ上の像位置、、、、の位置での
デフォーカス特性を図５に示す。本実施形態の投射光学
系１は図３を見れば分かるとおり、大きなディストーシ
ョンはなく、非対称なディストーションも少ない。図５
のデフォーカス特性を表す個々のグラフは基準軸上にお
いてスクリーンから−25cm〜25cmの範囲における周波数
１本／mmのMTFを示して、実線がスクリーン上のローカ
ル座標でのｙ方向のコントラスト値で、破線がスクリー
ン上のローカル座標でのｘ方向のコントラスト値を表し
ている。この図から各像位置において、スクリーン上で
MTFがピークをもつ、つまり、スクリーン上にピントが
合っていることがわかる。また、各像位置でコントラス
ト値はほぼ50%を確保している。
性、周辺光量を評価する評価位置を示してる。本実施形
態の投射光学系１のディストーションの様子を図３に、
スクリーンＳ上の像位置、、、、の位置での
デフォーカス特性を図５に示す。本実施形態の投射光学
系１は図３を見れば分かるとおり、大きなディストーシ
ョンはなく、非対称なディストーションも少ない。図５
のデフォーカス特性を表す個々のグラフは基準軸上にお
いてスクリーンから−25cm〜25cmの範囲における周波数
１本／mmのMTFを示して、実線がスクリーン上のローカ
ル座標でのｙ方向のコントラスト値で、破線がスクリー
ン上のローカル座標でのｘ方向のコントラスト値を表し
ている。この図から各像位置において、スクリーン上で
MTFがピークをもつ、つまり、スクリーン上にピントが
合っていることがわかる。また、各像位置でコントラス
ト値はほぼ50%を確保している。
【００５８】また、図４に示してあるスクリーンにおけ
る対角線上の位置、、、、の像位置における
光量比は以下のようになる（位置の光量を100とす
る）。
る対角線上の位置、、、、の像位置における
光量比は以下のようになる（位置の光量を100とす
る）。
【００５９】 ＝94.8、＝95.3、＝100、＝94.2、＝91.8 この様に光量分布にほとんど差は見られない。
【００６０】本実施形態で用いられている反射光学系に
おいて、基準軸の周りに展開したアジムス０度と90度に
おける焦点距離ｆ１（０）、ｆ１（９０）とライトバル
ブLV側の主点位置Ｈ１（０）、Ｈ１（９０）を計算すと
以下のような値になる。ただし、アジムス0度は図４に
おいて像位置、、を含むアジムスであり、アジム
ス９０度は図４において像位置、を含むアジムスで
ある。また、主点位置は凹面鏡R1を基準とし、光の進む
方向を正としている。
おいて、基準軸の周りに展開したアジムス０度と90度に
おける焦点距離ｆ１（０）、ｆ１（９０）とライトバル
ブLV側の主点位置Ｈ１（０）、Ｈ１（９０）を計算すと
以下のような値になる。ただし、アジムス0度は図４に
おいて像位置、、を含むアジムスであり、アジム
ス９０度は図４において像位置、を含むアジムスで
ある。また、主点位置は凹面鏡R1を基準とし、光の進む
方向を正としている。
【００６１】f1(0)＝−17.83、f1(90)＝−13.7，H1(0)
＝−132.72、H1(90)＝−128.764 故に、前述の（１），（２）式による値は、 ｜(H(90)−H(0))／H(0)｜＝0.03＜0.2・・・(１) ｜1−cos(42°)・ｆ(0)／ｆ(90)｜＝0.03＜0.2 ・・・(２) となる（ここで42度はスクリーンＳの法線Ｓaと基準軸
Ａのなす角である。）。
＝−132.72、H1(90)＝−128.764 故に、前述の（１），（２）式による値は、 ｜(H(90)−H(0))／H(0)｜＝0.03＜0.2・・・(１) ｜1−cos(42°)・ｆ(0)／ｆ(90)｜＝0.03＜0.2 ・・・(２) となる（ここで42度はスクリーンＳの法線Ｓaと基準軸
Ａのなす角である。）。
【００６２】本実施形態においては基準軸Ａに対し、ラ
イトバルブLVをシフト、若しくはチルトさせているわけ
ではないので、反射光学系１をライトバルブLVから見た
ときにアジムス依存性が少ない、つまり主点位置にアジ
ムス依存性が少ない方が望ましい。本実施形態では、
(１)式の値から解るように主点位置のアジムス依存性が
少ないといえる。もし、(１)式の値が大きい場合、非対
称性の収差が多く発生することになり収差補正上好まし
くなく、0.2以上になると収差補正が難しくなる。図１
３は図１２の状態におけるスクリーン部を表している。
図１３において、Ａは基準軸、Ｓは傾いたスクリーン、
Ｓ’は基準軸Ａに垂直な平面であり、スクリーンＳと面
Ｓ’は角度θだけ傾いている。本来は面Ｓ’上に反射光
学系１で拡大投影されたライトバルブLVの像面が結像さ
れる。特開平09-5650号公報に開示されているように、
基準軸Ａの周りに展開し、評価面を基準軸に垂直な平面
Ｓ’で評価した場合、近軸量はアジムスξとアジムスξ
＋180°で同じ値を示す。故に、特開平09-5650号公報で
表される近軸量が像面の傾きを起こすわけではない。つ
まり、像面湾曲と同種の収差が、詳しく述べると、スク
リーンＳと面Ｓ’の交線から離れるにしたがってピント
位置がずれる収差が発生しているために像面が傾くと解
釈できる。こう解釈した場合、評価面である面Ｓ’にお
けるｙ方向の倍率βｙ’はスクリーンＳにおける倍率β
ｙが射影されたと考えることができるので、スクリーン
Ｓ上で縦横比が保たれるためには、以下の関係を満たし
ている必要がある。
イトバルブLVをシフト、若しくはチルトさせているわけ
ではないので、反射光学系１をライトバルブLVから見た
ときにアジムス依存性が少ない、つまり主点位置にアジ
ムス依存性が少ない方が望ましい。本実施形態では、
(１)式の値から解るように主点位置のアジムス依存性が
少ないといえる。もし、(１)式の値が大きい場合、非対
称性の収差が多く発生することになり収差補正上好まし
くなく、0.2以上になると収差補正が難しくなる。図１
３は図１２の状態におけるスクリーン部を表している。
図１３において、Ａは基準軸、Ｓは傾いたスクリーン、
Ｓ’は基準軸Ａに垂直な平面であり、スクリーンＳと面
Ｓ’は角度θだけ傾いている。本来は面Ｓ’上に反射光
学系１で拡大投影されたライトバルブLVの像面が結像さ
れる。特開平09-5650号公報に開示されているように、
基準軸Ａの周りに展開し、評価面を基準軸に垂直な平面
Ｓ’で評価した場合、近軸量はアジムスξとアジムスξ
＋180°で同じ値を示す。故に、特開平09-5650号公報で
表される近軸量が像面の傾きを起こすわけではない。つ
まり、像面湾曲と同種の収差が、詳しく述べると、スク
リーンＳと面Ｓ’の交線から離れるにしたがってピント
位置がずれる収差が発生しているために像面が傾くと解
釈できる。こう解釈した場合、評価面である面Ｓ’にお
けるｙ方向の倍率βｙ’はスクリーンＳにおける倍率β
ｙが射影されたと考えることができるので、スクリーン
Ｓ上で縦横比が保たれるためには、以下の関係を満たし
ている必要がある。
【００６３】 βｙ＝βｙ’／cosθ＝βｘ（図１４参照） ゆえに
【００６４】
【数２】
【００６５】ここで、SS'(0)、SS'(90)はアジムス０°
と90°における反射光学系のスクリーンＳ側の主点位置
からスクリーンＳまでの距離である。上式において、本
実施形態ではSS'(0)＝1034、SS'(90)＝991であるので、
SS'(0)≒SS'(90)、SS'(0)≫f(0)、SS'(90)≫f(90)とし
て近似した。つまり、(２)式が小さいことが縦横比が保
たれる条件である。(２)式の値が0.2より大きくなると
ディストーションが大きくなり収差補正が難しくなる。
また、スクリーン側の瞳SSaに絞りを置いた場合、スク
リーンの上部を通る光路長とスクリーン下部を通る光路
長が異なるためにこの位置に絞りを設けるとスクリーン
の上下で明るさに差がでるので好ましくない。
と90°における反射光学系のスクリーンＳ側の主点位置
からスクリーンＳまでの距離である。上式において、本
実施形態ではSS'(0)＝1034、SS'(90)＝991であるので、
SS'(0)≒SS'(90)、SS'(0)≫f(0)、SS'(90)≫f(90)とし
て近似した。つまり、(２)式が小さいことが縦横比が保
たれる条件である。(２)式の値が0.2より大きくなると
ディストーションが大きくなり収差補正が難しくなる。
また、スクリーン側の瞳SSaに絞りを置いた場合、スク
リーンの上部を通る光路長とスクリーン下部を通る光路
長が異なるためにこの位置に絞りを設けるとスクリーン
の上下で明るさに差がでるので好ましくない。
【００６６】本実施形態では前述の（１），（２）式の
うち少なくとも一方を満足させるようにしている。
うち少なくとも一方を満足させるようにしている。
【００６７】本実施形態では絞りを表示パネル（ライト
バルブ）LVと反射光学系１との間に設けたが本実施形態
はこれに限らない。本実施形態では回転非対称反射面を
表面反射面として用いているが、特開平8-292372号公
報、特開平9-222561号公報、特開平9-258105号公報等で
開示されているように透明体の表面に回転非対称反射面
を形成した光学ブロックを使用しても良い。さらに、複
数の回転非対称表面反射面を一体にモールド成形しても
良い。本実施形態では、回転非対称反射面を６面用いて
いるが、反射面は６面に限らずいくつあっても良い。た
だし、収差補正上、少なくとも３枚以上あることが望ま
しい。また、回転非対称反射面はある平面に対して対称
な形状であるが、これに限らない。
バルブ）LVと反射光学系１との間に設けたが本実施形態
はこれに限らない。本実施形態では回転非対称反射面を
表面反射面として用いているが、特開平8-292372号公
報、特開平9-222561号公報、特開平9-258105号公報等で
開示されているように透明体の表面に回転非対称反射面
を形成した光学ブロックを使用しても良い。さらに、複
数の回転非対称表面反射面を一体にモールド成形しても
良い。本実施形態では、回転非対称反射面を６面用いて
いるが、反射面は６面に限らずいくつあっても良い。た
だし、収差補正上、少なくとも３枚以上あることが望ま
しい。また、回転非対称反射面はある平面に対して対称
な形状であるが、これに限らない。
【００６８】図６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。図６においてＬＬはライトバル
ブLV1に光を照明する照明系である。２はライトバルブL
V1で光変調された光をスクリーンＳに投射するためのオ
フアキシャル系を利用した反射光学系である。図７は図
６の反射光学系２と照明系ＬＬの詳細図である。図６，
図７において、LV1は透過型ドットマトリックス液晶等
から成るライトバルブ、Ｍ（Ｍ１〜Ｍ５）は平面ミラ
ー、または、ダイクロイックミラーであり、Ｌ２は光
源、Ｐはダイクロイックプリズムである。SSは絞りであ
る。
２の要部概略図である。図６においてＬＬはライトバル
ブLV1に光を照明する照明系である。２はライトバルブL
V1で光変調された光をスクリーンＳに投射するためのオ
フアキシャル系を利用した反射光学系である。図７は図
６の反射光学系２と照明系ＬＬの詳細図である。図６，
図７において、LV1は透過型ドットマトリックス液晶等
から成るライトバルブ、Ｍ（Ｍ１〜Ｍ５）は平面ミラ
ー、または、ダイクロイックミラーであり、Ｌ２は光
源、Ｐはダイクロイックプリズムである。SSは絞りであ
る。
【００６９】図６,図７において、反射光学系２はダイ
クロイックプリズムＰからの光線の通過順に、凹面鏡R1
・凸面鏡R2、絞りSS、凹面鏡R3・凸反射面R4・凸面鏡R5
・凹面鏡R6の６つの反射面で構成されている。すべての
反射面はYZ平面のみに対して対称な面である。ここで、
凸面鏡R5と凹面鏡R6の間でライトバルブLV1に基づく画
像は中間結像しており、絞りSSは凹面鏡R6付近で結像し
ている。即ち凹面鏡R6付近で瞳の結像をしている。この
様に、絞りSSの像が絞り位置よりスクリーン側の光学系
（R3〜R6）により負の倍率の結像をする構成を取ること
により、各面の光線有効径を小さく抑え、各光学素子及
び光学系全体のコンパクト化を達成している。
クロイックプリズムＰからの光線の通過順に、凹面鏡R1
・凸面鏡R2、絞りSS、凹面鏡R3・凸反射面R4・凸面鏡R5
・凹面鏡R6の６つの反射面で構成されている。すべての
反射面はYZ平面のみに対して対称な面である。ここで、
凸面鏡R5と凹面鏡R6の間でライトバルブLV1に基づく画
像は中間結像しており、絞りSSは凹面鏡R6付近で結像し
ている。即ち凹面鏡R6付近で瞳の結像をしている。この
様に、絞りSSの像が絞り位置よりスクリーン側の光学系
（R3〜R6）により負の倍率の結像をする構成を取ること
により、各面の光線有効径を小さく抑え、各光学素子及
び光学系全体のコンパクト化を達成している。
【００７０】また、凹面鏡R1・凹面鏡R3・凸面鏡R5、凸
面鏡R2・凸反射面R4は、それぞれモールド成形等により
一体的に構成されている。
面鏡R2・凸反射面R4は、それぞれモールド成形等により
一体的に構成されている。
【００７１】本実施形態においてライトバルブLV１の大
きさは１２.８２×２２.８mm、スクリーンＳの大きさは
縦横比９：１６の６０インチ（７４７×１３２８ｍｍ）
である。また、スクリーンＳの法線Ｓａは基準軸Ａに対
し42度傾いている。以下、本実施形態に用いられる反射
光学系の構成データを示す。 絞り 楕円形状長軸 10mm 短軸 8mm 物体側NA0.14 i Yi Zi θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 40.00 1.51633 0.00 屈折面 2 0.00 40.00 0.00 94.44 1 屈折面 3 0.00 134.44 24.10 62.00 1 反射面 4 -46.22 93.12 3.20 20.00 1 反射面 5 -59.55 108.03 -41.80 66.05 1 絞り 6 -103.58 157.27 -5.43 65.00 1 反射面 7 -137.00 101.52 -1.54 60.95 1 反射面 8 -171.10 152.04 -4.02 112.93 1 反射面 9 -220.57 50.52 5.48 969.57 1 反射面 10 -466.94 969.57 26.99 1 像面 非球面形状 R１面 C02=-3.44101e-03 C20=-4.58807e-03 C03=3.00440e-07 C21=2.78030e-06 C04=-7.01756e-08 C22=-1.74221e-07 C40=-1.12497e-07 C05=-1.27294e-10 C23=8.12098e-11 C41=3.12082e-10 C06=-3.83615e-12 C24=-1.10477e-11 C42=-1.44544e-11 c60=-7.14330e-12 R２面 C02=-1.77378e-03 C20=-5.41577e-03 C03=5.41708e-06 C21=7.40562e-05 C04=-1.76494e-07 C22=-8.51854e-07 C40=-3.39088e-07 C05=1.36936e-09 C23=1.39948e-08 C41=1.57616e-08 C06=-1.31153e-11 C24=-1.03951e-10 C42=-3.22676e-10 c60= 5.17060e-11 R３面 C02=-4.06842e-04 C20=4.21014e-04 C03=-1.71357e-05 C21=5.33947e-05 C04=1.45062e-07 C22=-1.23899e-07 C40=5.80084e-07 C05=-5.71252e-10 C23=6.97038e-09 C41=1.25680e-08 C06=6.89521e-13 C24=3.16751e-12 C42=2.25270e-10 c60=8.97051e-11 R４面 C02=1.20784e-03 C20=2.06883e-03 C03=-1.40533e-05 C21=4.44511e-05 C04=1.42042e-07 C22=-1.75304e-09 C40=1.84753e-07 C05=9.01218e-10 C23=1.46871e-09 C41=2.53895e-10 C06=-4.31366e-12 C24=-8.79849e-12 C42=-1.82599e-12 c60=-4.30585e-12 R５面 C02=2.70769e-03 C20=1.00819e-03 C03=5.68901e-06 C21=3.16537e-05 C04=4.86535e-07 C22=-9.16386e-08 C40=4.00354e-08 C05=-1.21193e-09 C23=-6.83278e-10 C41=1.45772e-09 C06=5.47807e-12 C24=-1.36131e-10 C42=-9.34573e-11 c60=-7.03592e-13 R６面 C02=3.62336e-03 C20=5.17427e-03 C03=-1.38973e-05 C21=-2.14069e-05 C04=1.47678e-07 C22=1.65634e-07 C40=-4.61086e-08 C05=-1.05417e-09 C23=-7.54144e-10 C41=3.87584e-10 C06=5.56347e-12 C24=5.18352e-12 C42=-1.00483e-12 c60= 7.76995e-12 次に本実施形態における光学作用を説明する。照明系LL
の光源Ｌ２から発生した光は複数枚の反射鏡Ｍを通り、
Ｒ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）の三原色に分割され
る。そして、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色光はそれぞれに対応するラ
イトバルブLV1を通り、ダイクロイックプリズムＰによ
り合成され、反射光学系２でスクリーンＳ上に導光され
る。ライトバルブLV1に基づく画像（カラー画像）が反
射光学系でスクリーンに映し出される。本実施形態の投
射光学系２のディストーションの様子を図８に、図４に
おけるスクリーンＳ上の像位置、、、、の位
置でのデフォーカス特性を図９に示す。本実施形態の投
射光学系２は図８を見れば分かるとおり、大きなディス
トーションはなく、非対称なディストーションも少な
い。図９のデフォーカス特性を表す個々のグラフは基準
軸上においてスクリーンから−25cm〜25cmの範囲におけ
る周波数１本／mmのMTFを示して、実線がスクリーン上
のローカル座標でのｙ方向のコントラスト値で、破線が
スクリーン上のローカル座標でのｘ方向のコントラスト
値を表している。この図から各像位置において、スクリ
ーン上でMTFがピークをもつ、つまり、スクリーン上に
ピントが合っていることがわかる。また、各像位置でコ
ントラスト値はほぼ50%を確保している。
きさは１２.８２×２２.８mm、スクリーンＳの大きさは
縦横比９：１６の６０インチ（７４７×１３２８ｍｍ）
である。また、スクリーンＳの法線Ｓａは基準軸Ａに対
し42度傾いている。以下、本実施形態に用いられる反射
光学系の構成データを示す。 絞り 楕円形状長軸 10mm 短軸 8mm 物体側NA0.14 i Yi Zi θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 40.00 1.51633 0.00 屈折面 2 0.00 40.00 0.00 94.44 1 屈折面 3 0.00 134.44 24.10 62.00 1 反射面 4 -46.22 93.12 3.20 20.00 1 反射面 5 -59.55 108.03 -41.80 66.05 1 絞り 6 -103.58 157.27 -5.43 65.00 1 反射面 7 -137.00 101.52 -1.54 60.95 1 反射面 8 -171.10 152.04 -4.02 112.93 1 反射面 9 -220.57 50.52 5.48 969.57 1 反射面 10 -466.94 969.57 26.99 1 像面 非球面形状 R１面 C02=-3.44101e-03 C20=-4.58807e-03 C03=3.00440e-07 C21=2.78030e-06 C04=-7.01756e-08 C22=-1.74221e-07 C40=-1.12497e-07 C05=-1.27294e-10 C23=8.12098e-11 C41=3.12082e-10 C06=-3.83615e-12 C24=-1.10477e-11 C42=-1.44544e-11 c60=-7.14330e-12 R２面 C02=-1.77378e-03 C20=-5.41577e-03 C03=5.41708e-06 C21=7.40562e-05 C04=-1.76494e-07 C22=-8.51854e-07 C40=-3.39088e-07 C05=1.36936e-09 C23=1.39948e-08 C41=1.57616e-08 C06=-1.31153e-11 C24=-1.03951e-10 C42=-3.22676e-10 c60= 5.17060e-11 R３面 C02=-4.06842e-04 C20=4.21014e-04 C03=-1.71357e-05 C21=5.33947e-05 C04=1.45062e-07 C22=-1.23899e-07 C40=5.80084e-07 C05=-5.71252e-10 C23=6.97038e-09 C41=1.25680e-08 C06=6.89521e-13 C24=3.16751e-12 C42=2.25270e-10 c60=8.97051e-11 R４面 C02=1.20784e-03 C20=2.06883e-03 C03=-1.40533e-05 C21=4.44511e-05 C04=1.42042e-07 C22=-1.75304e-09 C40=1.84753e-07 C05=9.01218e-10 C23=1.46871e-09 C41=2.53895e-10 C06=-4.31366e-12 C24=-8.79849e-12 C42=-1.82599e-12 c60=-4.30585e-12 R５面 C02=2.70769e-03 C20=1.00819e-03 C03=5.68901e-06 C21=3.16537e-05 C04=4.86535e-07 C22=-9.16386e-08 C40=4.00354e-08 C05=-1.21193e-09 C23=-6.83278e-10 C41=1.45772e-09 C06=5.47807e-12 C24=-1.36131e-10 C42=-9.34573e-11 c60=-7.03592e-13 R６面 C02=3.62336e-03 C20=5.17427e-03 C03=-1.38973e-05 C21=-2.14069e-05 C04=1.47678e-07 C22=1.65634e-07 C40=-4.61086e-08 C05=-1.05417e-09 C23=-7.54144e-10 C41=3.87584e-10 C06=5.56347e-12 C24=5.18352e-12 C42=-1.00483e-12 c60= 7.76995e-12 次に本実施形態における光学作用を説明する。照明系LL
の光源Ｌ２から発生した光は複数枚の反射鏡Ｍを通り、
Ｒ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）の三原色に分割され
る。そして、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色光はそれぞれに対応するラ
イトバルブLV1を通り、ダイクロイックプリズムＰによ
り合成され、反射光学系２でスクリーンＳ上に導光され
る。ライトバルブLV1に基づく画像（カラー画像）が反
射光学系でスクリーンに映し出される。本実施形態の投
射光学系２のディストーションの様子を図８に、図４に
おけるスクリーンＳ上の像位置、、、、の位
置でのデフォーカス特性を図９に示す。本実施形態の投
射光学系２は図８を見れば分かるとおり、大きなディス
トーションはなく、非対称なディストーションも少な
い。図９のデフォーカス特性を表す個々のグラフは基準
軸上においてスクリーンから−25cm〜25cmの範囲におけ
る周波数１本／mmのMTFを示して、実線がスクリーン上
のローカル座標でのｙ方向のコントラスト値で、破線が
スクリーン上のローカル座標でのｘ方向のコントラスト
値を表している。この図から各像位置において、スクリ
ーン上でMTFがピークをもつ、つまり、スクリーン上に
ピントが合っていることがわかる。また、各像位置でコ
ントラスト値はほぼ50%を確保している。
【００７２】また、図４に示してあるスクリーンにおけ
る対角線上の、、、、の像位置における光量
比は以下のようになる（の光量を100とする）。
る対角線上の、、、、の像位置における光量
比は以下のようになる（の光量を100とする）。
【００７３】 ＝96.5、＝101.2、＝100、＝102.9、＝105.5 この様に光量分布にほとんど差は見られない。
【００７４】本実施形態で用いられている反射光学系に
おいて、基準軸の周りに展開したアジムス０度と90度に
おける焦点距離ｆ１（０）、ｆ１（９０）とライトバル
ブLV1側の主点位置Ｈ１（０）、Ｈ１（９０）を計算す
と以下のような値になる。ただし、アジムス0度は図４
において像位置、、を含むアジムスであり、アジ
ムス９０度は図４において像位置、を含むアジムス
である。また、主点位置は凹面鏡R1を基準とし、光の進
む方向を正としている。
おいて、基準軸の周りに展開したアジムス０度と90度に
おける焦点距離ｆ１（０）、ｆ１（９０）とライトバル
ブLV1側の主点位置Ｈ１（０）、Ｈ１（９０）を計算す
と以下のような値になる。ただし、アジムス0度は図４
において像位置、、を含むアジムスであり、アジ
ムス９０度は図４において像位置、を含むアジムス
である。また、主点位置は凹面鏡R1を基準とし、光の進
む方向を正としている。
【００７５】f1(0)＝−19.81、f1(90)＝−15.25，H1(0)
＝−140.15、H1(90)＝−135.79 故に ｜(H(90)−H(0))／H(0)｜＝0.03＜0.2・・・(１) ｜1−cos(42°)ｆ(0)／ｆ(90)｜＝0.03＜0.2・・・(２) となる（ここで42度はスクリーンＳの法線Ｓａと基準軸
Ａのなす角である。）。
＝−140.15、H1(90)＝−135.79 故に ｜(H(90)−H(0))／H(0)｜＝0.03＜0.2・・・(１) ｜1−cos(42°)ｆ(0)／ｆ(90)｜＝0.03＜0.2・・・(２) となる（ここで42度はスクリーンＳの法線Ｓａと基準軸
Ａのなす角である。）。
【００７６】本実施形態においては基準軸Ａに対し、ラ
イトバルブLV1をシフト、若しくはチルトさせているわ
けではないので、反射光学系２をライトバルブLV1から
見たときにアジムス依存性が無い、つまり主点位置にア
ジムス依存性が無い方が望ましい。本実施形態では、
(１)式の値から解るように主点位置のアジムス依存性が
少ないといえる。もし、(１)式の値が大きい場合、非対
称性の収差が多く発生することになり収差補正上好まし
くなく、0.2以上になると収差補正が難しくなる。ま
た、(２)式が小さいので、スクリーン上での縦横比が保
たれている。(２)式の値が0.2より大きくなるとディス
トーションが大きくなり収差補正が難しくなる。また、
スクリーンＳ側の瞳に絞りを置いた場合、スクリーンの
上部を通る光路長とスクリーン下部を通る光路長が異な
るためにこの位置に絞りを設けるとスクリーンの上下で
明るさに差が出で来る。
イトバルブLV1をシフト、若しくはチルトさせているわ
けではないので、反射光学系２をライトバルブLV1から
見たときにアジムス依存性が無い、つまり主点位置にア
ジムス依存性が無い方が望ましい。本実施形態では、
(１)式の値から解るように主点位置のアジムス依存性が
少ないといえる。もし、(１)式の値が大きい場合、非対
称性の収差が多く発生することになり収差補正上好まし
くなく、0.2以上になると収差補正が難しくなる。ま
た、(２)式が小さいので、スクリーン上での縦横比が保
たれている。(２)式の値が0.2より大きくなるとディス
トーションが大きくなり収差補正が難しくなる。また、
スクリーンＳ側の瞳に絞りを置いた場合、スクリーンの
上部を通る光路長とスクリーン下部を通る光路長が異な
るためにこの位置に絞りを設けるとスクリーンの上下で
明るさに差が出で来る。
【００７７】本実施形態では絞りSSを回転非対称反射面
Ｒ2と回転非対称反射面Ｒ３の間に設けたが本実施形態
はこれに限らない。本実施形態では回転非対称反射面を
表面反射面として用いているが、特開平8-292372号公
報、特開平9-222561号公報、特開平9-258105号公報等で
開示されているように透明体の表面に回転非対称反射面
を形成した光学ブロックを使用しても良い。
Ｒ2と回転非対称反射面Ｒ３の間に設けたが本実施形態
はこれに限らない。本実施形態では回転非対称反射面を
表面反射面として用いているが、特開平8-292372号公
報、特開平9-222561号公報、特開平9-258105号公報等で
開示されているように透明体の表面に回転非対称反射面
を形成した光学ブロックを使用しても良い。
【００７８】さらに、本実施形態では、凹面鏡R1・凹面
鏡R3・凸面鏡R5、凸面鏡R2・凸反射面R4は、それぞれモ
ールド成形等により一体的に構成されているがこれに限
定はされない。本実施形態では、回転非対称反射面を６
面用いているが、反射面は６面に限らず、いくつであっ
ても良い。ただし、収差補正上、少なくとも３枚以上あ
ることが望ましい。また、回転非対称反射面はある平面
に対して対称な形状であるが、これに限らない。
鏡R3・凸面鏡R5、凸面鏡R2・凸反射面R4は、それぞれモ
ールド成形等により一体的に構成されているがこれに限
定はされない。本実施形態では、回転非対称反射面を６
面用いているが、反射面は６面に限らず、いくつであっ
ても良い。ただし、収差補正上、少なくとも３枚以上あ
ることが望ましい。また、回転非対称反射面はある平面
に対して対称な形状であるが、これに限らない。
【００７９】図１０は本発明の投射型表示装置の実施形
態３の要部概略図である。本実施形態は図６の実施形態
２に比べて、投射光学系を、前面に透過型スクリーンＳ
を設けたケースＫ内に備え背面投射型表示装置に適用し
た点が異なっている。反射光学系２からの光束を平面ミ
ラーＭＭ１と平面ミラーＭＭ２で折り返され透過型のス
クリーンＳに投射している。この様にスクリーンＳ上に
斜めに投射する投射光学系を用いることにより装置の奥
行きを小さくしている。この場合、基準軸とスクリーン
の角度が大きければ大きいほど装置の奥行きを縮めるこ
とができる。
態３の要部概略図である。本実施形態は図６の実施形態
２に比べて、投射光学系を、前面に透過型スクリーンＳ
を設けたケースＫ内に備え背面投射型表示装置に適用し
た点が異なっている。反射光学系２からの光束を平面ミ
ラーＭＭ１と平面ミラーＭＭ２で折り返され透過型のス
クリーンＳに投射している。この様にスクリーンＳ上に
斜めに投射する投射光学系を用いることにより装置の奥
行きを小さくしている。この場合、基準軸とスクリーン
の角度が大きければ大きいほど装置の奥行きを縮めるこ
とができる。
【００８０】本実施例では平面ミラーＭＭ１とＭＭ２の
２つのミラーで光路を折り曲げているが本実施形態はこ
れに限定されず、２以上の複数のミラーを用いても良
い。
２つのミラーで光路を折り曲げているが本実施形態はこ
れに限定されず、２以上の複数のミラーを用いても良
い。
【００８１】以上のように本発明の各実施形態によれ
ば、斜め投射をする投射型表示装置において、曲率を有
する回転非対称反射面を3面以上有し、画像表示パネル
からの光束が前記複数の回転非対称反射面で反射を繰り
返してスクリーンに投影され実像を結ぶ反射光学系を用
い、かつ反射光学系として回転非対称反射面と反射面の
間、又は、反射光学系と表示パネルの間に絞りを設け、
絞りの像が絞り位置よりスクリーン側の光学系により負
の倍率の結像をするように構成することにより、装置の
小型化を図りつつ、周辺光量比を確保し、かつ拡大率の
高い斜め投射の投射型表示装置を得ることができる。さ
らに、本実施形態によればスクリーン面上に拡大投影さ
れる像面が基準軸に対して斜めに結像されるように構成
し、基準軸周りに展開される焦点距離、主点位置等を適
切な値に設定することにより、斜め投射でありながらス
クリーンでの光量をほぼ均一にし、ディストーション、
主に台形歪みを抑え良好なる投射画像を得ることができ
る。
ば、斜め投射をする投射型表示装置において、曲率を有
する回転非対称反射面を3面以上有し、画像表示パネル
からの光束が前記複数の回転非対称反射面で反射を繰り
返してスクリーンに投影され実像を結ぶ反射光学系を用
い、かつ反射光学系として回転非対称反射面と反射面の
間、又は、反射光学系と表示パネルの間に絞りを設け、
絞りの像が絞り位置よりスクリーン側の光学系により負
の倍率の結像をするように構成することにより、装置の
小型化を図りつつ、周辺光量比を確保し、かつ拡大率の
高い斜め投射の投射型表示装置を得ることができる。さ
らに、本実施形態によればスクリーン面上に拡大投影さ
れる像面が基準軸に対して斜めに結像されるように構成
し、基準軸周りに展開される焦点距離、主点位置等を適
切な値に設定することにより、斜め投射でありながらス
クリーンでの光量をほぼ均一にし、ディストーション、
主に台形歪みを抑え良好なる投射画像を得ることができ
る。
【００８２】
【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、装置の小型化を図りつつ、周辺光量
比を多く確保し、かつ拡大率の高い斜め投射の方式を用
いた投射光学系及びそれを用いた投射型表示装置を達成
することができる。
定することにより、装置の小型化を図りつつ、周辺光量
比を多く確保し、かつ拡大率の高い斜め投射の方式を用
いた投射光学系及びそれを用いた投射型表示装置を達成
することができる。
【図１】本発明の実施形態１の投射光学系を用いた投射
型表示装置の構成図
型表示装置の構成図
【図２】図１の投射光学系の反射光学系１と照明系Ｌ、
ライトバルブLVの構成図
ライトバルブLVの構成図
【図３】本発明の実施形態１の投射光学系のディストー
ションを示す説明図
ションを示す説明図
【図４】本発明に係るスクリーン上における評価位置を
示す説明図
示す説明図
【図５】本発明の実施形態１の投射光学系のデフォーカ
ス特性を示す説明図
ス特性を示す説明図
【図６】本発明の実施形態２の投射光学系を用いた投射
型表示装置の構成図
型表示装置の構成図
【図７】本発明の実施形態２の投射光学系の反射光学系
２と照明系の構成図
２と照明系の構成図
【図８】本発明の実施形態２の投射光学系のディストー
ションを示す説明図
ションを示す説明図
【図９】本発明の実施形態２の投射光学系のデフォーカ
ス特性を示す説明図
ス特性を示す説明図
【図１０】本発明の実施形態３の投射型表示装置を示す
説明図
説明図
【図１１】従来のシフト光学系の概念図
【図１２】従来の斜め投射した光学系の概念図
【図１３】斜め投射した場合の倍率の関係を示す説明図
【図１４】斜め投射した場合の倍率の関係を示す説明図
【図１５】従来の斜め投射光学系を示す説明図
【図１６】従来の斜め投射光学系を示す説明図
【図１７】本発明における反射光学系の座標系の説明図
１、２・・・反射光学系 Ｌ、Ｌ２・・・照明光学系 ＬＶ、ＬＶ１・・・ライトバルブ ＬＬ・・・ライトバルブ、照明系 Ｒ１〜Ｒ６・・・回転非対称反射面 Ｓ・・・スクリーン SS・・・絞り Ｓ’・・・基準軸に垂直な平面 Ｍ・・・ミラー、及びダイクロイックミラー Ｍ１、Ｍ２・・・折り返しミラー Ｐ・・・ダイクロイックプリズム Ａ・・・基準軸 Ｋ・・・収納ケース βx、βy、βy'・・・倍率 Ri，Rm,n面 Bi 第i の光学素子 Di 基準軸に沿った面間隔 Ndi 屈折率 νdi アッベ数
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ Ｆターム(参考） 2H087 KA06 KA07 TA01 2H088 EA13 EA14 EA15 HA13 HA21 HA24 HA28 MA01 MA20 5C058 EA02 EA12 EA13 5G435 AA01 AA18 BB17 DD02 FF03 FF08 GG03 GG08 GG23 LL15 9A001 BB04 BB06 HZ23 KK16
Claims (20)
- 【請求項１】 画像表示パネルからの光束を基準軸に対
して傾斜したスクリーン面上に導光して、該スクリーン
面に画像情報を形成する為の投射光学系において、該投
射光学系は、曲率を有する回転非対称反射面を複数有
し、該画像表示パネルからの光束が該複数の回転非対称
反射面で反射をして該スクリーン面上に導光する反射光
学系を有しており、該反射光学系の複数の回転非対称反
射面間、又は、該反射光学系と該画像表示パネルの間に
絞りを設け、該絞りが該絞り位置より該スクリーン側に
配置した光学部材により負の倍率で結像をするように設
定していることを特徴とする投射光学系。 - 【請求項２】 表示パネルからの光を投射する投射光学
系であって、絞りと複数の反射面とを有し、該複数の反
射面のうち前記絞りを通過した光が最初に入射する屈折
力を有する反射面の屈折力が正であることを特徴とする
投射光学系。 - 【請求項３】 前記屈折力が正の反射面は凹面反射面ま
たは回折面であることを特徴とする請求項２の投射光学
系。 - 【請求項４】 前記絞りは前記複数の反射面と前記パネ
ルの間にあるか、前記屈折力が正の反射面と屈折力を有
する別の反射面との間にあることを特徴とする請求項２
の投射光学系。 - 【請求項５】 前記屈折力が正の反射面は非球面である
ことを特徴とする請求項２，３又は４の投射光学系。 - 【請求項６】 前記複数の反射面は、屈折力を有する非
球面反射面を複数含むことを特徴とする請求項５の投射
光学系。 - 【請求項７】 前記屈折力が正の反射面は非回転対称な
非球面であることを特徴とする請求項２，３又は４の投
射光学系。 - 【請求項８】 前記複数の反射面は、非回転対称な非球
面を持ち且つ屈折力を有する複数の反射面を含むことを
特徴とする請求項７の投射光学系。 - 【請求項９】 前記複数の反射面のうち屈折力を有する
複数の反射面の全てが非回転対称な非球面を持つことを
特徴とする請求項８の投射光学系。 - 【請求項１０】 屈折力を有するレンズも有することを
特徴とする請求項９の投射光学系。 - 【請求項１１】 前記投射光学系は、前記画像表示パネ
ルと前記スクリーンとが非平行の状態で配置されている
ときに使用されるものであることを特徴とする請求項１
の投射光学系。 - 【請求項１２】 前記反射光学系は、前記画像表示パネ
ルからの光束を集光させて、光路中に中間像を結像する
ことを特徴とする請求項１又は１１の投射光学系。 - 【請求項１３】 前記複数の回転非対称反射面の少なく
とも一つは表面反射鏡より成っていることを特徴とする
請求項１，１１又は１２の投射光学系。 - 【請求項１４】 前記複数の回転非対称反射面の少なく
とも一つは裏面反射鏡より成っていることを特徴とする
請求項１，１１又は１２のいずれか１項の投射光学系。 - 【請求項１５】 前記反射光学系は、透明体の表面に２
つの屈折面と曲率を有する前記回転非対称反射面を複数
形成し、前記画像表示パネルからの光束が１つの屈折面
から該透明体の内部へ入射し、該複数の回転非対称反射
面で反射して別の屈折面から射出するように構成された
光学ブロックを少なくとも一つ含むことを特徴とする請
求項１又は１１から１４のいずれか１項の投射光学系。 - 【請求項１６】 前記複数の回転非対称反射面の少なく
とも２つの反射面は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１又は１１から１５のい
ずれか１項の投射光学系。 - 【請求項１７】 前記画像表示パネルの中心とスクリー
ン面上の画像情報の中心とを結ぶ中心線のまわりに前記
反射光学系を展開したときの画像表示パネル側のアジム
スξ度における主点位置をH(ξ)とし、該中心線と該ス
クリーン面の法線を含む面を表すアジムスをαとしたと
き ｜(H(α+90°)−H(α))／H(α)｜＜0.2 となる条件を満足することを特徴とする請求項１又は１
１から１６のいずれか１項の投射光学系。 - 【請求項１８】 前記画像表示パネルの中心とスクリー
ン面上の画像情報の中心を結ぶ中心線と前記スクリーン
の法線とのなす角をθとし、該中心線のまわりに前記反
射光学系を展開したときのアジムスξ度における焦点距
離をｆ(ξ)とし、該中心線と前記スクリーンの法線を含
む面を表すアジムスをαとしたとき ｜1−cosθｆ(α)／ｆ(α＋90°)｜＜0.2 となる条件を満足することを特徴とする請求項１又は１
１から１７のいずれか１項の投射光学系。 - 【請求項１９】 請求項１〜１８のいずれか１項に記載
の投射光学系を用いて画像表示パネルに基づく光束をス
クリーン面上に導光し、該スクリーン面に画像情報を形
成していることを特徴とする投射型表示装置。 - 【請求項２０】 請求項１〜１８のいずれか１項に記載
の投射光学系を用いて画像表示パネルに基づく光束を１
つ又は複数の平面ミラーを介して透過型のスクリーンに
導光し、該スクリーン面に画像情報を形成していること
を特徴とする投射型表示装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000065404A JP3840031B2 (ja) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | 投射光学系及びそれを用いた投射型表示装置 |
| US09/801,517 US6626541B2 (en) | 2000-03-09 | 2001-03-08 | Projection optical system and projection type displaying apparatus using the same |
| EP01302180A EP1139145B1 (en) | 2000-03-09 | 2001-03-09 | Projection optical system and projection type displaying apparatus using the same |
| DE60127015T DE60127015T2 (de) | 2000-03-09 | 2001-03-09 | Optisches Projektionssystem und dieses verwendende Projektionsanzeigevorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000065404A JP3840031B2 (ja) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | 投射光学系及びそれを用いた投射型表示装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006179447A Division JP2006338038A (ja) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | 投射光学系及びそれを用いた投射型表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001255462A true JP2001255462A (ja) | 2001-09-21 |
| JP3840031B2 JP3840031B2 (ja) | 2006-11-01 |
Family
ID=18584939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000065404A Expired - Lifetime JP3840031B2 (ja) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | 投射光学系及びそれを用いた投射型表示装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6626541B2 (ja) |
| EP (1) | EP1139145B1 (ja) |
| JP (1) | JP3840031B2 (ja) |
| DE (1) | DE60127015T2 (ja) |
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