JP2007011248A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空間画像変調素子に表示される画像の寸法が異なった場合とか、スクリーンのサイズを変更する場合でも、投射光学系及び非球面反射ミラーはそのままで、空間画像変調素子に表示された画像の拡大倍率変更の容易な投射型表示装置を提供する。
【解決手段】 空間画像変調素子３３に表示された画像をスクリーン４５に対して斜めに投射する投射型表示装置１０において、空間画像変調素子３３に表示された画像を所望の画像サイズに変倍して中間画像ＭＧを出射側に結像する変倍光学系４２と、変倍光学系４２からの中間画像ＭＧを拡大投射する投射光学系４３と、投射光学系４３から出射された画像光を反射してスクリーン４５側に斜め投射する非球面反射ミラー４４と、を備えたことを特徴とする投射型表示装置１０である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、空間画像変調素子に表示された画像をスクリーンに対して斜めに投射する投射型表示装置に関するものである。

従来、投射型表示装置は空間画像変調素子に表示された画像を前面からスクリーンに対し投射していたが、投射スペースが広いことやスクリーンの前に人が立つと投射画像の影となってしまうため、近年はスクリーンより低い位置又はスクリーンより高い位置からスクリーンに対して斜めに投射する投射型表示装置が普及してきた。

この種の投射型表示装置のうちで、背面投射型表示装置では、空間画像変調素子に表示された画像をスクリーンの後方から投射すると、後方へ更に投射スペースが必要となるため、反射ミラーを使用して投射光の光路幅を短縮して投射スペースを少なくしていた。この反射ミラーを使用することにより、従来のブラウン管を用いた大画面ＣＲＴ表示装置より幅の狭い大画面液晶表示装置が実現できるようになってきた。

図１４は従来の背面投射型表示装置の光学系を模式的に示した縦断面図である。

図１４に示した如く、従来の背面投射型表示装置１００では、画像を表示する空間画像変調素子１０１と、空間画像変調素子１０１に表示された画像を拡大投射する投射光学系１０２と、投射光学系１０２から出射された画像光を斜め上方に反射する反射ミラー１０３と、この反射ミラー１０３で斜め上方に反射された画像光を背面投射して拡大した画像を表示する透過型スクリーン１０４とで構成されており、これらの各構成部材１０１〜１０３，４は図示しない筺体内に取り付けられている。

ここで、上記した空間画像変調素子１０１は、投射光学系１０２の入射側でこの投射光学系１０２の光軸Ｋに対してスクリーン側とは反対側となる下方側にδだけ変位して設置されているので、投射光学系１０２からの画像光は投射光学系１０２の光軸Ｋに対してスクリーン側となる上方側に出射されるため、これに伴って反射ミラー１０３も投射光学系１０２の光軸Ｋに対して上方側に設置されている。

そして、空間画像変調素子１０１に表示された画像を投射光学系１０２で拡大した後に反射ミラー１０３を経由して透過型スクリーン１０４の背面１０４ａ側に斜めに投射された表示画像光を透過型スクリーン１０４の前面１０４ｂ側から見ている。

尚、上記の構成において、透過型スクリーン１０４に代えて、筺体外に別に設置した反射型スクリーン（図示せず）を用いれば、反射ミラー１０３からの表示画像光は反射型スクリーンの前面側に表示されるので、前面投射型表示装置（図示せず）として構成できる。

この際、下記の特許文献１には上記した反射ミラーを使用して、空間画像変調素子に表示された画像を投射光学系で拡大した後に反射ミラーを経由してスクリーンへ斜めに投射して大画面画像を表示することが記載されている。
特開２００４−２４６０４２号公報

しかしながら、空間画像変調素子１０１に表示された画像を投射光学系１０２で拡大した後に反射ミラー１０３を経由して透過型スクリーン１０４へ斜めに投射して大画面画像を表示する従来の背面投射型表示装置１００では、空間画像変調素子１０１に表示される画像の寸法が異なった場合とか、透過型スクリーン１０４のサイズを変更する場合には、その都度、投射光学系１０２及び反射ミラー１０３の設計変更をして拡大倍率を調整しなければならないと言う問題点があり、これに伴って、投射光学系１０２及び反射ミラー１０３に対して超精密な設計と製作が必要で且つコストと時間のかかってしまうなどの問題点が生じている。

勿論、前面投射型表示装置（図示せず）の場合でも、上記した背面投射型表示装置１００と同様の問題点が発生するものである。

そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、空間画像変調素子に表示される画像の寸法が異なった場合とか、スクリーンのサイズを変更する場合でも、投射光学系はそのままで、空間画像変調素子に表示された画像の拡大倍率変更の容易な投射型表示装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、請求項１記載の発明は、空間画像変調素子に表示された画像をスクリーンに対して斜めに投射する投射型表示装置において、
前記空間画像変調素子に表示された画像を所望の画像サイズに変倍して中間画像を出射側に結像する変倍光学系と、
前記変倍光学系からの中間画像を拡大投射する投射光学系と、
前記投射光学系から出射された画像光を反射してスクリーン側に斜め投射する非球面反射ミラーと、
を備えたことを特徴とする投射型表示装置である。

また、請求項２記載の発明は、空間画像変調素子に表示された画像をスクリーンに対して斜めに投射する投射型表示装置において、
Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光にそれぞれ対応した各色光用の空間画像変調素子と、
前記Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光を、前記各色光用の空間画像変調素子にそれぞれ照明するための各色光照明手段と、
前記各色光照明手段からの前記Ｒ光，前記Ｇ光，前記Ｂ光の一方向の偏光成分をそれぞれ透過させると共に、透過した前記Ｒ光，前記Ｇ光，前記Ｂ光を各色光用の空間画像変調素子で各色光の画像信号に応じて光変調して得られた前記一方向の偏光成分とは異なる他方向の偏光成分を各色の画像光として反射させる各色光用の反射型偏光板と、
前記各色光用の反射型偏光板で反射された前記各色光用の空間画像変調素子からの前記各色の画像光に対して不要な偏光成分を除去して出射させる各色光用の不要偏光光除去手段と、
前記各色光用の不要偏光光除去手段から出射した前記各色の画像光を色合成して色合成画像光として出射させる色合成光学系と、
前記色合成光学系からの前記色合成画像光を所望の画像サイズに変倍して中間画像を出射側に結像する変倍光学系と、
前記変倍光学系からの中間画像を拡大投射する投射光学系と、
前記投射光学系から出射された画像光を反射してスクリーン側に斜め投射する非球面反射ミラーと、
を備えたことを特徴とする投射型表示装置である。

また、請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の投射型表示装置において、
前記スクリーンのＸＹ軸面内に表示された表示画像をＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に変位させるために前記空間画像変調素子と前記変倍光学系とをＸＹ軸駆動機構部上に取り付けたことを特徴とする投射型表示装置である。

更に、請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３うちのいずれか１項記載の投射型表示装置において、
前記非球面反射ミラーは、前記投射光学系の光軸と一致させて回転対称に設計した上で、前記投射光学系から出射した画像光を反射させる反射面を前記光軸に対してスクリンーン側に形成したことを特徴とする投射型表示装置である。

請求項１記載の投射型表示装置によれば、空間画像変調素子に表示された画像を所望の画像サイズに変倍して中間画像を出射側に結像する変倍光学系と、変倍光学系からの中間画像を拡大投射する投射光学系と、投射光学系から出射された画像光を反射してスクリーン側に斜め投射する非球面反射ミラーとを備えているために、空間画像変調素子に表示される画像の寸法が異なった場合とか、スクリーンのサイズを変更する場合でも、画像光の拡大率が高く歪みの生じやすい投射光学系及び非球面反射ミラーは最良に調整された状態でそのまま固定しておき、空間画像変調素子に表示された画像の拡大倍率の変更を、変倍光学系を用いて行うことにより、画像光の歪みのない拡大投射を容易に行うことができる。

また、請求項２記載の投射型表示装置によれば、各色光用の反射型空間光変調素子にそれぞれ照明するための各色光照明手段と色合成光学系との間に偏光分離手段となる板状の反射型偏光板（いわゆる「ワイヤグリッド偏光子」）をＲ光，Ｇ光，Ｂ光に対応してそれぞれ配置して、各色光用の反射型偏光板で各色光照明手段からの各色光と各色光用の反射型空間光変調素子からの画像光とを確実に偏光分離し、更に、各色光用の反射型空間光変調素子から出射した各色の画像光に対して不要偏光光を除去するために各色光用の不要偏光光除去手段を各色光用の反射型空間光変調素子と色合成光学系との間に配置したために、不要偏光光が除去された色合成画像光を変倍光学系と投射光学系と非球面反射ミラーとを順に介してスクリーン上に良好に投射できると共に、空間画像変調素子に表示される画像の寸法が異なった場合とか、スクリーンのサイズを変更する場合でも、画像光の拡大率が高く歪みの生じやすい投射光学系及び非球面反射ミラーは最良に調整された状態でそのまま固定しておき、空間画像変調素子に表示された画像の拡大倍率の変更を、変倍光学系を用いて行うことにより、画像光の歪みのない拡大投射を容易に行うことができる。

また、請求項３記載の投射型表示装置によれば、空間画像変調素子と変倍光学系とをＸＹ軸駆動機構部上に取り付けることで、スクリーンのＸＹ軸面内に表示された表示画像をＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に変位させて、表示画像のスクリーンへのレイアウトに変化をもたせることができる。

更に、請求項４記載の投射型表示装置によれば、非球面反射ミラーは、投射光学系の光軸Ｋと一致させてこの光軸を中心として３６０°の範囲に亘って回転対称に設計されているので、非球面反射ミラーの製作が容易である。また、非球面反射ミラーは、画像光に対して諸収差、特に非点収差を良好に補正できるので、投射型表示装置の品質及び信頼性の向上に寄与できる。

以下に本発明に係る投射型表示装置について、図１〜図１３を用いて詳細に説明する。

図１は本発明に係る投射型表示装置の光学系全体の構成を示す平面図、
図２は本発明に係る投射型表示装置において、Ｒ光用又はＧ光用もしくはＢ光用の反射型液晶パネル組立体を拡大して示した斜視図、
図３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る投射型表示装置において、反射型液晶パネル組立体内の反射型偏光板を説明するための図である。

図１に示した如く、本発明に係る投射型表示装置１０は、部屋の床上とか天井などに設置されて、空間画像変調素子に表示された画像をスクリーンに対して斜めに投射するように構成されており、後述するようにＲ光，Ｇ光，Ｂ光にそれぞれ対応した空間画像変調素子として例えば光を反射する反射型を用いている。

この投射型表示装置１０では、無偏光の白色光を出射する光源１１と、光源１１からの白色光をＲ光（赤色光），Ｇ光（緑色光），Ｂ光（青色光）に色分解する色分解光学系１７，１９と、Ｒ，Ｇ，Ｂ光用の各反射型空間画像変調素子（以下、反射型液晶パネルと記す）３３と、Ｒ，Ｇ，Ｂ光用の各反射型液晶パネル３３でそれぞれ光変調された各色の画像光を色合成する３色合成クロスダイクロイックプリズム４０と、この３色合成クロスダイクロイックプリズム４０で得られた色合成画像光を所望の画像サイズに変倍して中間画像を結像する変倍光学系４２と、変倍光学系４２により所望の画像サイズに変倍された中間画像を拡大投射する投射光学系４３と、投射光学系４３から出射された画像光を反射して透過型スクリーン４５又は反射型スクリーン４６側に斜め投射する非球面反射ミラー４４とで概略構成されている。

上記した投射型表示装置１０についてより具体的に説明すると、まず、光源１１はメタルハライドランプ，キセノンランプ，ハロゲンランプなどを用いてＲ光，Ｇ光，Ｂ光を含んだ無偏光の白色光を出射しており、この光源１１から出射した白色光が放物面鏡１２で反射されることにより、略々平行光となって放物面鏡１２の前面に取り付けた第１のフライアイレンズアレイ１３と、この第１のフライアイレンズアレイ１３の前方に設けた第２のフライアイレンズアレイ１４とに順に入射される。これら第１，第２のフライアイレンズアレイ１３，１４は、対をなして白色光の光束内の照度分布を均一化するためのインテグレータを構成している。

この後、第１，第２のフライアイレンズアレイ１３，１４により照度分布を均一化された無偏光の白色光は、偏光変換光学素子となる偏光変換プリズムアレイ１５に入射される。この偏光変換プリズムアレイ１５は、偏光分離プリズムアレイと、λ／２位相差板とを有して、全体として平板状に構成されている。即ち、この偏光変換プリズムアレイ１５に入射した光は、まず、偏光分離プリズムアレイが有する偏光ビームスプリッタ膜面により、この偏光ビームスプリッタ膜面に対するＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。この際、偏光変換プリズムアレイ１５の偏光ビームスプリッタ膜面は、平行なストライプ状に複数設けられており、それぞれが偏光変換プリズムアレイ１５の主面に対して４５°の傾斜を有している。この偏光ビームスプリッタ膜面において、Ｐ偏光成分は透過して偏光変換プリズムアレイ１５の表面側に出射され、Ｓ偏光成分は反射される。一つの偏光ビームスプリッタ膜面によって反射されたＳ偏光成分は、光路を９０°曲げられ、隣接する他の偏光ビームスプリッタ膜面によって再び反射されて光路を９０°曲げられて、偏光変換プリズムアレイ１５の表面側に出射される。そして、このようなＳ偏光成分が出射される領域には、λ／２位相差板が設けられている。このλ／２位相差板を透過したＳ偏光成分は、偏光方向を９０°回転され、偏光ビームスプリッタ膜面を透過したＰ偏光成分（または、偏光ビームスプリッタ膜面に２回反射されたＳ偏光成分）と同一の偏光方向となされる。このようにして、光源１１からの無偏光の白色光が偏光変換プリズムアレイ１５を透過した後に、所定の一方向の偏光光となされている。

この実施例の形態においては、偏光変換プリズムアレイ１５を透過した光は、図１中の符号で示すように、所定の一方向の偏光光として例えばＰ偏光光に変換されている。ただし、偏光変換プリズムアレイ１５における偏光変換効率は１００％ではなく、この偏光変換プリズムアレイ１５からの出射光には、数％乃至数十％のＳ偏光成分が混入している。

尚、以下では、偏光変換プリズムアレイ１５によって得られる所定の一方向の偏光光をＰ偏光光として説明するが、これに限られるわけではなく、光源１１からの白色光を光変換プリズムアレイ１５でＳ偏光光に偏光変換する方法も可能である。

この後、偏光変換プリズムアレイ１５を透過したＰ偏光光の白色光は、フィールドレンズ１６を経て、第１のダイクロイックミラー１７に入射する。この第１のダイクロイックミラー１７では、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光を含んだ白色光からＲ光及びＧ光の２色の成分を反射させて９０°方向を変え、残りのＢ光を透過させてそのまま直進させている。そして、第１のダイクロイックミラー１７で反射されたＲ光及びＧ光は、第１の金属膜反射ミラー１８に入射し、この第１の金属膜反射ミラー１８で反射されて９０°方向を変えた後に第２のダイクロイックミラー１９に入射する。この第２のダイクロイックミラー１９では、Ｒ光を透過させてそのまま直進させて、Ｒ光をＲ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｒに入射させる一方、Ｇ光を反射させて９０°方向を変えて、Ｇ光をＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇに入射させている。

また、第１のダイクロイックミラー１７を透過したＢ光は、第２，第３の金属膜反射ミラー２０，２１で順に反射されてＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂに入射される。

上記から第１，第２のダイクロイックミラー１７，１９が光源１１からの白色光をＲ光，Ｇ光，Ｂ光に色分解する色分解光学系を構成しており、且つ、光源１１から色分解光学系１７，１９までの各構成部材が、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光を、各色光用の反射型液晶パネル（反射型空間画像変調素子）３３にそれぞれ照明するための各色光照明手段となっている。

尚、この実施例では、光源１１からの白色光を色分解光学系１７，１９によりＲ光，Ｇ光，Ｂ光に色分解させた例を用いて説明しているが、これに限ることなく、例えば、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光をそれぞれ出射するＲ光用，Ｇ光用，Ｂ光用の各ＬＥＤ光源を用いれば、色分解光学系１７，１９を設ける必要がなくなるので、各色光照明手段となる各色光用のＬＥＤ光源からそれぞれ出射したＲ光，Ｇ光，Ｂ光の各一方向の偏光成分を、各色光に対応した各色光用の反射型液晶パネル３３にそれぞれ直接照明しても良いものである。

ここで、Ｒ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｒ及びＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇ並びにＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂは全て同一に構成されており、且つ、Ｒ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｒ及びＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇ並びにＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂは、直方体形状に形成された色合成光学系となる３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃに対してそれぞれ隙間を隔てて対向している。

この際、Ｒ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｒ及びＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇ並びにＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂと、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０は、アルミ材などを用いた不図示のベース台上に垂設されて接着剤により固定されている。

更に、図２に拡大して示した如く、Ｒ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｒ及びＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇ並びにＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂのそれぞれは、板金材を用いて三角柱状に枠組みした内部を中空状に形成した三角柱３１を各色光ごとに用意して、各色光用の三角柱３１内で光源１１（図１）から色分解光学系１７，１９（図１）までの各色光照明手段からの各色光の光軸に対して４５°の傾斜角を有する第１面３１ａに偏光分離手段となる板状の反射型偏光板（いわゆる「ワイヤグリッド偏光子」）３２が取り付けられ、且つ、各色光用の反射型偏光板３２を透過させた各色光の光軸に対して直交する第２面３１ｂに反射型液晶パネル３３が取り付けられていると共に、各色光用の反射型液晶パネル３３による反射光を各色光用の反射型偏光板３２で反射させた各色光の光軸に対して直交する第３面３１ｃに不要偏光光除去手段となる透過型偏光板３４が取り付けられ、更に、三角柱３１の第１面３１ａ〜第３面３１ｃで囲まれた空間を三角形状の下面３１ｄ及び上面３１ｅにより塵埃などに対して密閉させた状態で、各色光用の透過型偏光板３４側を３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃ（図１）に対してそれぞれ隙間を隔てて対向させている。

また、反射型液晶パネル３３は、液晶のプレチルト分を往復で補正するための波長板３３ａが表面に取り付けられており、且つ、反射型液晶パネル３３を冷却するためのヒートシンク３３ｂがこの反射型液晶パネル３３の裏面に取り付けられている。

そして、例えば、Ｒ光用反射型液晶パネル組立体３０ＲにＰ偏光成分のＲ光が入射した時に、このＰ偏光成分のＲ光を三角柱３１に取り付けた反射型偏光板３２を透過させて、Ｒ光用の反射型液晶パネル３３に入射させる。

また、上記した「ワイヤグリッド偏光子」とも呼称される反射型偏光板３２は、図３（ａ）に示した如く、光学ガラス板３２ａ上に、アルミニウムなどの金属線３２ｂを例えば１４０ｎｍのピッチで規則正しくストライプ状に多数本並べて形成したものであり、金属線３２ｂに垂直な偏光成分（例えば、Ｐ偏光光）をそのまま透過させ、且つ、金属線３２ｂに平行な偏光成分（例えば、Ｓ偏光光）は反射する機能を有している。

そして、図３（ｂ）に示した如く、反射型偏光板３２へのＰ偏光光による入射光の入射角θをパラメータとした時に、Ｐ偏光成分の透過率の波長依存性を図３（ｃ）に示している。この図３（ｃ）において、ａは反射型偏光板３２へのＰ偏光光による入射光の入射角θが０°、ｂは入射角θが−１５°、ｃは入射角θが＋１５°の場合を示している。尚、入射角θは、反射型偏光板３２への入射光が光軸に対してなす角度であり、反射型偏光板３２の入射面は光軸に対して４５°傾斜されている。この反射型偏光板３２においては、入射角θが±１５°に達しても、Ｐ偏光光の透過率の波長依存性は、可視波長領域で極めて小さく、安定している。

このため、反射型偏光板３２を用いると、明るく、色再現性の良好な表示画像が得られることがわかる。また、反射型偏光板３２は、一枚の板状の偏光分離板であるので、軽量である。また、反射型偏光板３２は、光源１１（図１）から発せられる光を吸収しにくいため、複屈折による表示画像の品質低下を抑えることができる。

再び図１に戻り、Ｒ光用の反射型偏光板３２を透過したＰ偏光光によるＲ光がＲ光用の反射型液晶パネル３３に入射すると、反射型液晶パネル３３の表面に取り付けた波長板３３ａを経てＲ光用の反射型液晶パネル３３内でＲ光の画像信号に応じて光変調された後に反射された光束は再び波長板３３ａを透過してＲ光用の反射型偏光板３２に戻る。ここで、Ｒ光用の反射型偏光板３２においては、Ｒ光用の反射型液晶パネル３３で光変調されて反射されたＳ偏光光の光束のみを反射する。

この際、反射型液晶パネル３３は、シリコン基板上にスイッチング素子をマトリックス状に設けると共にこの上方に絶縁層を介してアルミニウム等の金属からなる画素電極をマトリックス状に複数設け、この複数の画素電極と透明基板に設けた共通電極との間に液晶を封入して、複数の画素電極と共通電極との間に電圧を印加して、透明基板側から入射させた入射光に各色光の画像信号に応じて光変調し、この入射光を複数の画素電極で反射させた画像光を出射するように反射型として構成されている。このような反射型液晶パネル３３は、画素集積度が高いので高解像度画像に適しており、また、複数の画素電極の下方に回路構造を積層できるので、開口率を９０％程度に高めることができ、明るく滑らかで細密な画像を表示できるという長所がある。

この後、Ｒ光用の反射型偏光板３２で反射されたＳ偏光光によるＲ光は、Ｒ光用の三角柱３１内で３色合成クロスダイクロイックプリズム４０と対向して配置されたＲ光用の不要偏光光除去手段となる透過型偏光板３４に入射され、この透過型偏光板３４で不要な偏光成分であるＰ偏光光（不要偏光光）を除去しながらＲ光を３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の入射面４０ａから入射させている。

この際、上記した不要偏光光除去手段となる透過型偏光板３４は、反射型偏光板３２で反射された反射光に不要偏光光であるＰ偏光光が混入されている場合に、このままでは表示画像のコントラスト比が低下する要因となるので、不要なＰ偏光光を除去するために設けられている。そして、透過型偏光板３４としては、基材フィルム（ポリビニルアルコール；ＰＶＡ）にヨウ素や有機染料などの二色性の材料を染色、吸着させ、高度に延伸、配向させることで、吸収二色性を発現させているものである。このＰＶＡ偏光層をＴＡＣ（トリアセチルセルロース）層で挟んだ偏光フィルムを、ガラス基板上に粘着材、または、接着剤で貼り付けた構成である。このような吸収二色性を基本原理とした透過型偏光板３４は、入射する光束の直交する偏光成分のうち、二色性染料の配列と同方向の偏光成分を吸収し、他方の偏光成分を透過する。

この透過型偏光板３４は光吸収型であるので、耐熱性、放熱性を考慮し、水晶やサファイアなどの熱伝導性に優れた基板を用いて構成することが望ましい。光利用率の向上のためと、界面での不要反射光による表示画像の品位低下を防止するため、透過型偏光板３４の空気界面には、減反射コートを施す必要がある。これらの偏光特性、反射防止膜特性は、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色について最適化されることが望ましい。

また、透過型偏光板３４は、片面フィルムで構成しても良いが、フィルムの表面を波長オーダで平坦化するのは困難であるので、このフィルム表面の非平面性が波面収差となり、解像度を劣化させる要因となる。そこで、より高い解像度を実現するためには、この偏光フィルムを平坦な光学研磨の施された基板（白板ガラス、光学ガラス、水晶、石英、サファイアなど）で挟み、接着剤、または、粘着材でフィルムの凹凸を埋めることで、解像度劣化を防ぐことができる。

以下、上記したＲ光と同様に、Ｇ光及びＢ光をＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇ及びＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂに入射させた時に、Ｇ光用及びＢ光用の反射型液晶パネル３３，３３で光変調されて反射されたＳ偏光光のＧ光及びＢ光を３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の入射面４０ｂ及び入射面４０ｃから入射させている。

この後、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃから入射されたＲ光，Ｇ光，Ｂ光の各画像光は、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０内に形成した第１，第２ダイクロイック膜４０ｅ，４０ｆによって色合成されている。

この際、上記した３色合成クロスダイクロイックプリズム４０は、光学ガラスを用いて直方体（立方体も含む）に形成されており、上面から見た時に第１，第２ダイクロイック膜４０ｅ，４０ｆがＸ字状にクロスしている。

そして、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０内の第１ダイクロイック膜４０ｅは、入射面４０ａから入射したＲ光を反射して９０°方向を変えて出射面４０ｄから出射させ、且つ、入射面４０ｂから入射したＧ光をそのまま透過して出射面４０ｄから出射させ、入射面４０ｃから入射したＢ光も透過させる機能を備えている。また、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０内の第２ダイクロイック膜４０ｆは、入射面４０ｃから入射したＢ光を反射して９０°方向を変えて出射面４０ｄから出射させ、且つ、入射面４０ｂから入射したＧ光をそのまま透過して出射面４０ｄから出射させ、入射面４０ａから入射したＲ光も透過させる機能を備えている。従って、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０内に形成した第１，第２ダイクロイック膜４０ｅ，４０ｆで３色合成が可能になっている。

この後、色合成クロスダイクロイックプリズム４０で得られた色合成画像光が出射面４０ｄから出射されて１／４波長板４１に入射される。この１／４波長板４１は、投射光学系４３のレンズ表面からの微量な反射光が３色合成クロスダイクロイックプリズム４０，各色光用の透過型偏光板３４，各色光用の反射型偏光板３２を介して各色光用の反射型液晶パネル３３側に戻り、再度反射されてスクリーンに達し、ゴースト状に不要光が現われるのを防ぐためのものであり、この１／４波長板４１は必要に応じて設置すれば良いものである。

そして、１／４波長板４１を透過した色合成画像光は、本発明の要部となる後述する変倍光学系４２と投射光学系４３と非球面反射ミラー４４とに順に入射され、透過型偏光板３４により不要偏光光が除去され且つ変倍光学系４２により所望の画像サイズに変倍された中間画像を投射光学系４３で拡大した後に、投射光学系４３からの画像光を非球面反射ミラー４４で斜め上方に反射させて透過型スクリーン４５又は反射型スクリーン４６上に斜めに投射しているので、これにより高輝度化、高コントラス化が達成でき、且つ、投射距離を短く設定できるので、投射型表示装置１０の品質及び信頼性の向上に寄与できると共に、投射型表示装置１０の小型化及び薄型化が達成できる。

ここで、空間画像変調素子（例えば反射型液晶パネル）３３に表示された画像を、本発明の要部となる変倍光学系４２と、投射光学系４３と、非球面反射ミラー４４とにより所望の画像サイズに変倍して透過型スクリーン４５又は反射型スクリーン４６上に斜めに投射する場合の具体例について図４〜図８を用いて説明する。

尚、以下の説明では、図示の都合上、色合成光学系となる３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の図示を省略しており、一つの空間画像変調素子（反射型液晶パネル）３３を変倍光学系４２の入射側に仮に配置した状態で図示して説明する。

尚更に、この実施例では、空間画像変調素子３３として反射型液晶パネルを用いた例を説明してきたが、以下に説明する本発明の技術的思想では、空間画像変調素子３３として反射型液晶パネルに限ることなく、透過型液晶パネルとかＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）と呼称される画像デバイスを用いた場合にも、変倍光学系４２と、投射光学系４３と、非球面反射ミラー４４とにより所望の画像サイズに変倍して透過型スクリーン４５又は反射型スクリーン４６上に斜めに投射することが可能である。

図４は本発明に係る投射型表示装置を背面投射型表示装置として構成した場合の光学系の一例を模式的に示した縦断面図、
図５は本発明に係る投射型表示装置を背面投射型表示装置として構成した場合の光学系の他例を模式的に示した縦断面図、
図６は本発明に係る投射型表示装置を前面投射型表示装置として構成した場合の光学系の一例を模式的に示した縦断面図、
図７は本発明に係る投射型表示装置を前面投射型表示装置として構成した場合の光学系の他例を模式的に示した縦断面図、
図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明に係る投射型表示装置を背面投射型表示装置又は前面投射型表示装置として構成した場合の光学系の別例を示した平面図，正面図，右側面である。

本発明に係る投射型表示装置１０（図１）を背面投射型表示装置として構成する場合には、図４に示した背面投射型表示装置１０Ａの光学系の一例と、図５に示した背面投射型表示装置１０Ａ’の光学系の他例とがあり、両者１０Ａ，１０Ａ’は光学系の構成部材は同じであるものの、変倍光学系の光軸と投射光学系の光軸の設定方法がそれぞれ異なっている。更に、図８に示した背面投射型表示装置１０Ａ’’の光学系の別例もある。

また、本発明に係る投射型表示装置１０（図１）を前面投射型表示装置として構成する場合には、図６に示した前面投射型表示装置１０Ｂの光学系の一例と、図７に示した前面投射型表示装置１０Ｂ’の光学系の他例とがあり、両者１０Ｂ，１０Ｂ’は光学系の構成部材は同じであるものの、変倍光学系の光軸と投射光学系の光軸の設定方法がそれぞれ異なっている。更に、図８に示した前面投射型表示装置１０Ｂ’’の光学系の別例もある。

まず、図４に示した如く、本発明に係る投射型表示装置１０（図１）を背面投射型表示装置１０Ａとして構成した場合の光学系の一例では、画像を表示する空間画像変調素子３３と、レンズ鏡筒内に複数のレンズを有し且つ空間画像変調素子３３に表示された画像を所望の画像サイズに変倍して中間画像ＭＧを出射側に結像する変倍光学系４２と、レンズ鏡筒内に複数のレンズを有し且つ変倍光学系４２により所望の画像サイズに変倍された中間画像ＭＧを拡大投射する投射光学系４３と、投射光学系４３から出射された画像光を反射してこの画像光を透過型スクリーン４５側に向かって斜め投射する非球面反射ミラー４４と、非球面反射ミラー４４で反射された画像光を表示する透過型スクリーン４５とで構成されており、これらの各構成部材３３，４２〜４５は図示しない筺体内に取り付けられている。

尚、上記した変倍光学系４２は、不図示のズームモータの駆動力により複数のレンズを収納したレンズ鏡筒を光軸方向に移動したり、あるいは、このズームモータと連動するカムリングを介してレンズ鏡筒内のレンズを光軸方向に移動することで、空間画像変調素子３３に表示された画像を変倍して所望の画像サイズが得られるような周知のズーミング機構を備えているものである。

この図４に示した一例では、変倍光学系４２と投射光学系４３とが同一の光軸Ｋ上に設置されていると共に、非球面反射ミラー４４は上記した光軸Ｋと一致させて回転対称に設計した上で光軸Ｋの上方側のみを使用しており、この場合に、上記した空間画像変調素子３３は、変倍光学系４２の入射側で変倍光学系４２及び投射光学系４３の光軸Ｋに対してスクリーン側となる上方側にαだけ変位して設置されているので、変倍光学系４２からの中間画像ＭＧは変倍光学系４２の出射側で変倍光学系４２及び投射光学系４３の光軸Ｋに対してスクリーン側とは反対側となる下方側にβだけ変位して結像されて投射光学系４３に入射され、更に、投射光学系４３からの画像光は変倍光学系４２及び投射光学系４３の光軸Ｋに対して上方側に出射されるため、これに伴って非球面反射ミラー４４も変倍光学系４２及び投射光学系４３の光軸Ｋに対して上方側に設置されている。

この際、空間画像変調素子３３の光軸Ｋに対する変位量α及び変倍光学系４２により結像された中間画像ＭＧの光軸Ｋに対する変位量βは、変倍光学系４２により最大の画像サイズに拡大した時に空間画像変調素子３３に表示された画像が透過型スクリーン４５内に完全に表示される範囲に設定されている。

そして、上記のように構成した背面投射型表示装置１０Ａを用いて空間画像変調素子３３に表示された画像を透過型スクリーン４５上に斜め投射する動作について説明すると、変倍光学系４２及び投射光学系４３の光軸Ｋよりも上方側に設置された空間画像変調素子３３に表示された画像を、変倍光学系４２により所望の倍率に調整して光軸Ｋよりも下方側に中間画像ＭＧに結像させている。この中間画像ＭＧは投射光学系４３により拡大された後に光軸Ｋよりも上方側に設置されている非球面反射ミラー４４で斜め上方に向かって反射されて透過型スクリーン４５の背面４５ａ側に斜め投射されるので、使用者は透過型スクリーン４５の前面４５ｂ側に表示された表示画像を見ている。

次に、図５に示した如く、本発明に係る投射型表示装置１０（図１）を背面投射型表示装置１０Ａ’として構成した場合の光学系の他例では、図４と同じ構成で空間画像変調素子３３，変倍光学系４２，投射光学系４３，非球面反射ミラー４４，透過型スクリーン４５が設けられているものの、図４に対して異なる点は、変倍光学系４２の光軸Ｋ１に対して投射光学系４３の光軸Ｋ２がスクリーン側となる上方側にβだけ変位していると共に、非球面反射ミラー４４は投射光学系４３の光軸Ｋ２に一致させて回転対称に設計した上で光軸Ｋ２の上方側のみを使用している。

これに伴って、空間画像変調素子３３は変倍光学系４２の入射側でこの変倍光学系４２の光軸Ｋ１上に設置されているので、空間画像変調素子３３に表示された画像を変倍光学系４２により所望の画像サイズに変倍した中間画像ＭＧも変倍光学系４２の光軸Ｋ１上に結像されるが、この中間画像ＭＧは投射光学系４３の入射側でこの投射光学系４３の光軸Ｋ２に対して下方側にβだけ変位した位置から投射光学系４３に入射され、この投射光学系４３により拡大された後に投射光学系４３の光軸Ｋ２よりも上方側に設置されている非球面反射ミラー４４で斜め上方に向かって反射されて透過型スクリーン４５の背面４５ａ側に斜め投射されるので、使用者は透過型スクリーン４５の前面４５ｂ側に表示された表示画像を見ている。

従って、図４及び図５から、空間画像変調素子３３に表示された画像を変倍光学系４２により所望の画像サイズに変倍して得た中間画像ＭＧを、投射光学系４３の入射側にこの投射光学系４３の光軸Ｋ（図４）又は投射光学系４３の光軸Ｋ２（図５）に対してスクリーン側とは反対側となる下方側にβだけ変位した位置から入射させれば、投射光学系４３の光軸Ｋ（図４）又は投射光学系４３の光軸Ｋ２（図５）に対してスクリーン側となる上方側に設置した非球面反射ミラー４４を介して空間画像変調素子３３に表示された画像を透過型スクリーン４５内に表示できる。

このように、上記した背面投射型表示装置１０Ａ，１０Ａ’によれば、非球面反射ミラー４４を経由して透過型スクリーン４５上に斜めに投射するために超精密な設計と製作が必要でかつコストと時間のかかる投射光学系４３及び非球面反射ミラー４４は固定しておき、空間画像変調素子３３に表示される画像の寸法が異なった場合とか、透過型スクリーン４５のサイズを変更する場合でも、変倍光学系４２を用いることにより、投射光学系４３及び非球面反射ミラー４４はそのままで、空間画像変調素子３３に表示された画像の拡大倍率変更を容易に行うことができる。

更に、図４又は図５に示した透過型スクリーン４５の位置にこの透過型スクリーン４５に代えて反射ミラー（図示せず）を置き、この反射ミラーと対向して非球面反射ミラー４４の上方位置に透過型スクリーン（図示せず）を設置すれば、透過型スクリーン（図示せず）に表示される画像の位置を反対方向とすることができると共に、不図示の筺体の奥行き寸法を狭く設定できる。

次に、図６に示した如く、本発明に係る投射型表示装置１０（図１）を前面投射型表示装置１０Ｂとして構成した場合の光学系の一例では、画像を表示する空間画像変調素子３３と、レンズ鏡筒内に複数のレンズを有し且つ空間画像変調素子３３に表示された画像を所望の画像サイズに変倍して中間画像ＭＧを出射側に結像する変倍光学系４２と、レンズ鏡筒内に複数のレンズを有し且つ変倍光学系４２により所望の画像サイズに変倍された中間画像ＭＧを拡大投射する投射光学系４３と、投射光学系４３から出射された画像光を反射してこの画像光を反射型スクリーン４６側に向かって斜め投射する非球面反射ミラー４４とで構成されており、これらの各構成部材３３，４２〜４４は図示しない筺体内に取り付けられている一方、非球面反射ミラー４４で反射された画像光を表示する反射型スクリーン４６は前面投射型表示装置１０Ｂとは別体に用意されている。

この図６に示した一例では、変倍光学系４２と投射光学系４３とが同一の光軸Ｋ上に設置されていると共に、非球面反射ミラー４４は上記した光軸Ｋと一致させて回転対称に設計した上で光軸Ｋの上方側のみを使用しており、この場合に、上記した空間画像変調素子３３は、変倍光学系４２の入射側で変倍光学系４２及び投射光学系４３の光軸Ｋに対してスクリーン側となる上方側にαだけ変位して設置されているので、変倍光学系４２からの中間画像ＭＧは変倍光学系４２の出射側で変倍光学系４２及び投射光学系４３の光軸Ｋに対してスクリーン側とは反対側となる下方側にβだけ変位して結像されて投射光学系４３に入射され、更に、投射光学系４３からの画像光は変倍光学系４２及び投射光学系４３の光軸Ｋに対して上方側に出射されるため、これに伴って非球面反射ミラー４４も変倍光学系４２及び投射光学系４３の光軸Ｋに対して上方側に設置されている。

この際、空間画像変調素子３３の光軸Ｋに対する変位量α及び変倍光学系４２により結像された中間画像ＭＧの光軸Ｋに対する変位量βは、変倍光学系４２により最大の画像サイズに拡大した時に空間画像変調素子３３に表示された画像が反射型スクリーン４６内に完全に表示される範囲に設定されている。

そして、上記のように構成した前面投射型表示装置１０Ｂを用いて空間画像変調素子３３に表示された画像を反射型スクリーン４６上に斜め投射する動作について説明すると、変倍光学系４２及び投射光学系４３の光軸Ｋよりも上方側に設置された空間画像変調素子３３に表示された画像を、変倍光学系４２により所望の倍率に調整して光軸Ｋよりも下方側に中間画像ＭＧに結像させている。この中間画像ＭＧは投射光学系４３により拡大された後に光軸Ｋよりも上方側に設置されている非球面反射ミラー４４で斜め上方に向かって反射されて反射型スクリーン４６の前面４６ａ側に斜め投射されるので、使用者は反射型スクリーン４６の前面４６ａ側に表示された表示画像を見ている。

次に、図７に示した如く、本発明に係る投射型表示装置１０（図１）を前面投射型表示装置１０Ｂ’として構成した場合の光学系の他例では、図６と同じ構成で空間画像変調素子３３，変倍光学系４２，投射光学系４３，非球面反射ミラー４４が設けられ、且つ、前面投射型表示装置１０Ｂ’とは別体で反射型スクリーン４６が用意されているものの、図６に対して異なる点は、変倍光学系４２の光軸Ｋ１に対して投射光学系４３の光軸Ｋ２がスクリーン側となる上方側にβだけ変位していると共に、非球面反射ミラー４４は投射光学系４３の光軸Ｋ２に一致させて回転対称に設計した上で光軸Ｋ２の上方側のみを使用している。

これに伴って、空間画像変調素子３３は変倍光学系４２の入射側でこの変倍光学系４２の光軸Ｋ１上に設置されているので、空間画像変調素子３３に表示された画像を変倍光学系４２により所望の画像サイズに変倍した中間画像ＭＧも変倍光学系４２の光軸Ｋ１上に結像されるが、この中間画像ＭＧは投射光学系４３の入射側でこの投射光学系４３の光軸Ｋ２に対して下方側にβだけ変位した位置から投射光学系４３に入射され、この投射光学系４３により拡大された後に投射光学系４３の光軸Ｋ２よりも上方側に設置されている非球面反射ミラー４４で斜め上方に向かって反射されて反射型スクリーン４６の前面４６ａ側に斜め投射されるので、使用者は反射型スクリーン４６の前面４６ｂ側に表示された表示画像を見ている。

従って、図６及び図７から、空間画像変調素子３３に表示された画像を変倍光学系４２により所望の画像サイズに変倍して得た中間画像ＭＧを、投射光学系４３の入射側にこの投射光学系４３の光軸Ｋ（図６）又は投射光学系４３の光軸Ｋ２（図７）に対してスクリーン側とは反対側となる下方側にβだけ変位した位置から入射させれば、投射光学系４３の光軸Ｋ（図６）又は、投射光学系４３の光軸Ｋ２（図７）に対してスクリーン側となる上方側に設置した非球面反射ミラー４４を介して空間画像変調素子３３に表示された画像を反射型スクリーン４６内に表示できる。

このように、上記した前面投射型表示装置１０Ｂ，１０Ｂ’によれば、非球面反射ミラー４４を経由して反射型スクリーン４６上に斜めに投射するために超精密な設計と製作が必要でかつコストと時間のかかる投射光学系４３及び非球面反射ミラー４４は固定しておき、空間画像変調素子３３に表示される画像の寸法が異なった場合とか、反射型スクリーン４６のサイズを変更する場合でも、変倍光学系４２を用いることにより、投射光学系４３及び非球面反射ミラー４４はそのままで、空間画像変調素子３３に表示された画像の拡大倍率変更を容易に行うことができる。

更に、図８（ａ）〜（ｃ）に示した如く、本発明に係る投射型表示装置を背面投射型表示装置１０Ａ’’又は前面投射型表示装置１０Ｂ’’として構成した場合の光学系の別例について簡略に説明すると、背面投射型表示装置１０Ａ’’又は前面投射型表示装置１０Ｂ’’は、空間画像変調素子３３と、変倍光学系４２と、投射光学系４３と、平面反射ミラー４７と、非球面反射ミラー４４と、透過型スクリーン４５又は反射型スクリーン４６とからなり、ここでは投射光学系４３と非球面反射ミラー４４との間に平面反射ミラー４７を投射光学系４３の光軸Ｋに対して４５°傾けて配置し、投射光学系４３から出射した画像光を平面反射ミラー４７で筺体（図示せず）の奥行き方向に反射させて方向転換してから非球面反射ミラー４４により透過型スクリーン４５又は反射型スクリーン４６上に斜め投射している。

従って、投射光学系４３と非球面反射ミラー４４との間に平面反射ミラー４７を設置することで、不図示の筐体内で光路の方向変換が可能となるので、光学部品のレイアウト変更が可能になる。尚、この場合も、非球面反射ミラー４４は投射光学系４３の光軸Ｋと一致させて回転対称に設計した上で光軸Ｋの上方側のみを使用している。

ここで、本発明の要部の一部となる変倍光学系４２について更に図９〜図１１を用いて更に詳述する。

図９は本発明の要部の一部となる変倍光学系による透過型スクリーン又は反射型スクリーン上での表示状態を説明するための図であり、（ａ）は広角端の場合、（ｂ）は中間焦点距離の場合、（ｃ）は望遠端の場合をそれぞれ示した図、
図１０は本発明の要部の一部となる空間画像変調素子と変倍光学系とをＸＹ軸駆動機構部上に取り付けた状態を示した斜視図、
図１１（ａ），（ｂ）は本発明の要部の一部となる空間画像変調素子と変倍光学系とをＸＹ軸駆動機構部上に取り付けた時に、変倍光学系による透過型スクリーン又は反射型スクリーン上での表示状態を説明するための図であり、（ａ）は画像を左下側に移動した場合、（ｂ）は画像を右上側に移動した場合をそれぞれ示した図である。

本発明の要部の一部となる変倍光学系４２を用いて空間画像変調素子３３に表示された画像を所望の画像サイズに変倍して、投射光学系４３，非球面反射ミラー４４を介して透過型スクリーン４５又は反射型スクリーン４６に向かって斜め投射する時に、前述したように、変倍光学系４２から出射された中間画像ＭＧが投射光学系４３の光軸に対して下方側にβだけ変位しているので、図９（ａ）に示したように広角端側（ＷＩＤＥ側）に変倍すると透過型スクリーン４５又は反射型スクリーン４６上のＸＹ軸面全域に亘って表示画像が拡大表示される。また、図９（ｂ）に示したように中間焦点距離（ＭＩＤＤＬＥ）となるように変倍すると透過型スクリーン４５又は反射型スクリーン４６の画枠よりも少し内側に表示画像が広角端の場合よりも一回り小さく表示される。更に、図９（ｃ）に示したように望遠端側（ＴＥＬＥ側）に変倍すると透過型スクリーン４５又は反射型スクリーン４６の中央近傍に表示画像が中間焦点距離の場合よりも更に縮小されて表示される。

一方、図１０に示したように、本発明の要部の一部となる空間画像変調素子３３と変倍光学系４２とをＸＹ軸駆動機構部５０上に取り付けることも可能であり、この場合に、変倍光学系４２から出射された中間画像ＭＧを投射光学系４３，非球面反射ミラー４４を介して投射した時に、透過型スクリーン４５のＸＹ軸面内又は反射型スクリーン４６のＸＹ軸面内で表示画像がＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に移動可能になるように空間画像変調素子３３と変倍光学系４２とをＸＹ軸駆動機構部５０により一体的に変位させており、これにより表示画像はズーミングされながら透過型スクリーン４５内又は反射型スクリーン４６内の適宜な位置に表示することができる。

尚、図１０では、先に図５又は図７で説明したように空間画像変調素子３３を変倍光学系４２の光軸に一致させて取り付けた例を示しているが、これに限ることなく、先に図４又は図６で説明したように空間画像変調素子３３を変倍光学系４２の光軸に対してαだけ変位させて取り付けても良い。

この具体例として、空間画像変調素子３３と変倍光学系４２とをＸＹ軸駆動機構部５０上に取り付けた時に、例えば図１１（ａ）に示したように表示画像をスクリーン４５又は４６の左下側に移動したり、あるいは、図１１（ｂ）に示したように表示画像をスクリーン４５又は４６の右上側に移動することで、表示画像のスクリーン４５又は４６へのレイアウトに変化をもたせることができる。

この際、上記したＸＹ軸駆動機構部５０は、図１０に示したように、ベース台５１上に、不図示のモータ又は圧電素子などの駆動力によってＸ軸方向に移動自在なＸ軸ステージ５２及びＹ軸方向に移動自在なＹ軸ステージ５３を積層して、Ｙ軸ステージ５３上に空間画像変調素子３３と変倍光学系４２とを取り付けている。

そして、このＸＹ軸駆動機構部５０では、Ｘ軸ステージ５２の位置及びＹ軸ステージ５３の位置を不図示のモータ又は圧電素子などに取り付けた位置センサ（図示せず）によりそれぞれ検出することで、Ｘ軸ステージ５２が初期位置に至っている時には変倍光学系４２の中心が投射光学系４３の光軸に一致し、また、Ｙ軸ステージ５２が初期位置に至っている時には変倍光学系４２の中心が先に説明したと同様に投射光学系４３の光軸に対してスクリーン側とは反対側となる下方側にβだけ変位した位置に至るように構成されているので、Ｘ軸ステージ５２及びＹ軸ステージ５２が共に初期位置に至っている時には先に図９（ａ）〜（ｃ）に示した変倍動作を行うことができる。

次に、空間画像変調素子３３に表示された画像を変倍光学系４２により所望の画像サイズに変倍して、変倍光学系４２により結像された中間画像ＭＧを投射光学系４３，非球面反射ミラー４４を介して透過型スクリーン４５又は反射型スクリーン４６上に斜めに投射する場合について図１２及び図１３を用いて更に詳述する。

図１２は変倍光学系により結像された中間画像を投射光学系，非球面反射ミラーを介して透過型スクリーン又は反射型スクリーン上に斜めに投射する状態を示した図、
図１３は図１２に示した投射光学系と非球面反射ミラーとによる非点収差を説明するために模式的に示した図である。

図１２に示した如く、投射光学系４３は、レンズ鏡筒４３ａ内に例えばそれぞれ形状の異なる複数のレンズ４３ｂ１〜４３ｂｎが所定の位置に配置されており、複数のレンズ４３ｂ１〜４３ｂｎの各面は球面と一部非球面から構成されている。

そして、空間画像変調素子３３に表示された画像を変倍光学系４２により所望の画像サイズに変倍して、変倍光学系４２により結像された中間画像ＭＧは、投射光学系４３の入射側でこの投射光学系４３の光軸Ｋに対してβだけ下方側に変位した位置から入射され、この後、投射光学系４３の出射側から投射光学系４３の光軸Ｋに対して上方側に出射されて、投射光学系４３の光軸Ｋに対して上方側に設置された非球面反射ミラー４４に入射される。

ここで、上記した非球面反射ミラー４４は、投射光学系４３の光軸Ｋと一致させてこの光軸Ｋを中心として３６０°の範囲に亘って回転対称に設計されているので、非球面反射ミラー４４の製作が容易であり、且つ、光軸Ｋの下方側を二点鎖線で示したように切り欠いて、光軸Ｋの上方側に非球面状の反射面４４ａを形成したものである。

そして、変倍光学系４２により結像された中間画像ＭＧを、投射光学系４３，非球面反射ミラー４４を介して透過型スクリーン４５又は反射型スクリーン４６上に斜めに投射する際に、スクリーン４５又は４６上の投射像の上端部４５ａ又は４６ａへ至る最外側の画像光Ｌｏｕｔは、図示下方に設置した投射光学系４３を斜めに出射し、且つ、非球面反射ミラー４４の上端部位で反射されてから斜めに出射しており、最外側の画像光Ｌｏｕｔが投射光学系４３，非球面反射ミラー４４を順に経由してスクリーン４５又は４６に至るまでの光路長は最長になっている。

一方、スクリーン４５又は４６の投射像の下端部４５ｂ又は４６ｂへ至る最内側の画像光Ｌｉｎは、投射光学系４３を斜めに出射し、且つ、非球面反射ミラー４４の下端部位で反射されてから斜めに出射しており、最内側の画像光Ｌｉｎが投射光学系４３，非球面反射ミラー４４を順に経由してスクリーン４５又は４６に至るまでの光路長は最短になっている。勿論、最外側の画像光Ｌｏｕｔと最内側の画像光Ｌｉｎとの間の各画像光が投射光学系４３，非球面反射ミラー４４を順に経由してスクリーン４５又は４６に至るまでの光路長は最外側から最内側に向かって徐々に短くなっている。

従って、非球面反射ミラー４４で反射された画像光がスクリーン４５又は４６に至るまでの各光路長が異なる場合に、スクリーン４５又は４６上でぼけることなく且つ台形歪みなく光学的に鮮明に結像させるためには、最外側の画像光Ｌｏｕｔの光路長と最内側の画像光Ｌｉｎの光路長との差分以上の被写界深度を設定する必要があると共に、各画像光の各光路長に合わせて被写界深度と画像の歪みを非球面反射ミラー４４と投射光学系４３の複数のレンズ４３ｂ１〜４３ｂｎとで協働して調整している。

これを言い換えると、図１３に示した如く、非球面反射ミラー４４と投射光学系４３は、レンズの非点収差を巧妙に補正している。この非点収差は、光学系の軸外物点から出た光線束による軸外像点が一点に集まらず、且つ、サジタル像点及びメリジオナル像点が現われる収差である。

この際、変倍光学系４２により結像された中間画像ＭＧ上の軸外像点はサジタル像点及びメリジオナル像点とも同一の点であり、中間画像ＭＧの軸外像点の光束は、上記した投射光学系４３により、サジタル像点及びメリジオナル像点が光軸方向に大きくずれた非点収差を持って非球面反射ミラー４４に入射する。ここで、非球面反射ミラー４４に取り込まれた光線束は、非球面反射ミラー４４で反射した後にスクリーン４５又は４６上で非点収差なく結像するために、非球面反射ミラー４４で反射する際に投射光学系４３が持つ非点収差を相殺するべく非点収差を発生させている。従って、中間画像ＭＧ〜投射光学系４３〜非球面反射ミラー４４〜スクリーン４５又は４６に至る光路においては非点収差と歪曲収差が補正され、また他の収差を同時に補正し良好な結像を得るものである。

この際、本発明の比較例となる通常の投射光学系は近軸領域を基準とし、これを理想的な結像として近軸領域からのズレを収差として補正している。一方、本発明のように薄型化された投射型表示装置１０として提案されている投射光学系４３は、製造上の優位性から光軸対称な光学要素で構成しているが（一部、自由曲面は非対称）、中間画像ＭＧ〜投射光学系４３〜非球面反射ミラー４４〜スクリーン４５又は４６に至る光路において近軸領域の結像を基準としてはおらず、光軸外の特定な領域内の結像状態が最良になるよう非対称なパワー分布を持った面を用いて構成された光学系である。

従って、特定の条件（投射距離、投射倍率など）のもとで良好な結像を得るものであり、通常の近軸領域を基準とした投射光学系のように同一の光学要素で複数の投射倍率への対応が困難である。

以上述べてきたように、このようにして本発明の実施形態における投射型表示装置１０によれば、空間画像変調素子に表示される画像の寸法が異なった場合とか、スクリーンのサイズを変更する場合でも、画像光の拡大率が高く歪みの生じやすい投射光学系４３及び非球面反射ミラー４４は最良に調整された状態でそのまま固定しておき、空間画像変調素子に表示された画像の拡大倍率の変更を、変倍光学系４２を用いて行うことにより、画像光の歪みのない拡大投射を容易に行うことができる。

本発明に係る投射型表示装置の光学系全体の構成を示す平面図である。 本発明に係る投射型表示装置において、Ｒ光用又はＧ光用もしくはＢ光用の反射型液晶パネル組立体を拡大して示した斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明に係る投射型表示装置において、反射型液晶パネル組立体内の反射型偏光板を説明するための図である。 本発明に係る投射型表示装置を背面投射型表示装置として構成した場合の光学系の一例を模式的に示した縦断面図である。 本発明に係る投射型表示装置を背面投射型表示装置として構成した場合の光学系の他例を模式的に示した縦断面図である。 本発明に係る投射型表示装置を前面投射型表示装置として構成した場合の光学系の一例を模式的に示した縦断面図である。 本発明に係る投射型表示装置を前面投射型表示装置として構成した場合の光学系の他例を模式的に示した縦断面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明に係る投射型表示装置を背面投射型表示装置又は前面投射型表示装置として構成した場合の光学系の別例を示した平面図，正面図，右側面である。 本発明の要部の一部となる変倍光学系による透過型スクリーン又は反射型スクリーン上での表示状態を説明するための図であり、（ａ）は広角端の場合、（ｂ）は中間焦点距離の場合、（ｃ）は望遠端の場合をそれぞれ示した図である。 本発明の要部の一部となる空間画像変調素子と変倍光学系とをＸＹ軸駆動機構部上に取り付けた状態を示した斜視図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の要部の一部となる空間画像変調素子と変倍光学系とをＸＹ軸駆動機構部上に取り付けた時に、変倍光学系による透過型スクリーン又は反射型スクリーン上での表示状態を説明するための図であり、（ａ）は画像を左下側に移動した場合、（ｂ）は画像を右上側に移動した場合をそれぞれ示した図である。 変倍光学系により結像された中間画像を投射光学系，非球面反射ミラーを介して透過型スクリーン又は反射型スクリーン上に斜めに投射する状態を示した図である。である。 図１２に示した投射光学系と非球面反射ミラーとによる非点収差を説明するために模式的に示した図である。 従来の背面投射型表示装置の光学系を模式的に示した縦断面図である。

符号の説明

１０…投射型表示装置、
１０Ａ，１０Ａ’，１０Ａ’’… 背面投射型表示装置、
１０Ｂ，１０Ｂ’，１０Ｂ’’… 前面投射型表示装置、
１１…光源、１５…偏光変換光学素子（偏光変換プリズムアレイ）、
１７…第１のダイクロイックミラー、１９…第２のダイクロイックミラー、
３０Ｒ…Ｒ光用反射型液晶パネル組立体、
３０Ｇ…Ｇ光用反射型液晶パネル組立体、
３０Ｂ…Ｂ光用反射型液晶パネル組立体、
３１…三角柱、３１ａ…第１面、３１ｂ…第２面、３１ｃ…第３面、
３１ｄ…下面、３１ｅ…上面、
３２…反射型偏光板（ワイヤグリッド偏光子）、
３３…反射型空間画像変調素子（反射型液晶パネル）、
３３ａ…波長板、３３ｂ…ヒートシンク、
３４…不要偏光光除去手段（透過型偏光板）、
４０…３色合成クロスダイクロイックプリズム、
４０ａ〜４０ｃ…入射面、４０ｄ…出射面、
４２…変倍光学系、４３…投射光学系、
４４…非球面反射ミラー、４４ａ…反射面、
４５…透過型スクリーン、４６…反射型スクリーン、
５０…ＸＹ軸駆動機構部、
５１…ベース台、５２…Ｘ軸ステージ、５３…Ｙ軸ステージ、
Ｋ１…変倍光学系の光軸、Ｋ，Ｋ２…投射光学系の光軸、ＭＧ…中間画像。

Claims (4)

1. 空間画像変調素子に表示された画像をスクリーンに対して斜めに投射する投射型表示装置において、
   前記空間画像変調素子に表示された画像を所望の画像サイズに変倍して中間画像を出射側に結像する変倍光学系と、
   前記変倍光学系からの中間画像を拡大投射する投射光学系と、
   前記投射光学系から出射された画像光を反射してスクリーン側に斜め投射する非球面反射ミラーと、
   を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
2. 空間画像変調素子に表示された画像をスクリーンに対して斜めに投射する投射型表示装置において、
   Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光にそれぞれ対応した各色光用の空間画像変調素子と、
   前記Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光を、前記各色光用の空間画像変調素子にそれぞれ照明するための各色光照明手段と、
   前記各色光照明手段からの前記Ｒ光，前記Ｇ光，前記Ｂ光の一方向の偏光成分をそれぞれ透過させると共に、透過した前記Ｒ光，前記Ｇ光，前記Ｂ光を各色光用の空間画像変調素子で各色光の画像信号に応じて光変調して得られた前記一方向の偏光成分とは異なる他方向の偏光成分を各色の画像光として反射させる各色光用の反射型偏光板と、
   前記各色光用の反射型偏光板で反射された前記各色光用の空間画像変調素子からの前記各色の画像光に対して不要な偏光成分を除去して出射させる各色光用の不要偏光光除去手段と、
   前記各色光用の不要偏光光除去手段から出射した前記各色の画像光を色合成して色合成画像光として出射させる色合成光学系と、
   前記色合成光学系からの前記色合成画像光を所望の画像サイズに変倍して中間画像を出射側に結像する変倍光学系と、
   前記変倍光学系からの中間画像を拡大投射する投射光学系と、
   前記投射光学系から出射された画像光を反射してスクリーン側に斜め投射する非球面反射ミラーと、
   を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の投射型表示装置において、
   前記スクリーンのＸＹ軸面内に表示された表示画像をＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に変位させるために前記空間画像変調素子と前記変倍光学系とをＸＹ軸駆動機構部上に取り付けたことを特徴とする投射型表示装置。
4. 請求項１〜請求項３うちのいずれか１項記載の投射型表示装置において、
   前記非球面反射ミラーは、前記投射光学系の光軸と一致させて回転対称に設計した上で、前記投射光学系から出射した画像光を反射させる反射面を前記光軸に対してスクリンーン側に形成したことを特徴とする投射型表示装置。
   
   

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