JP2022126436A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量で、スローレシオが低く、迷光に起因するコントラスト低下が抑制され、良好な像を投写可能な投写型表示装置を提供する。【解決手段】投写型表示装置は、画像を表示可能な矩形状の表示可能領域を含む表示素子と、投写用光学系とを備え、投写用光学系の焦点距離をｆ、表示可能領域の長辺の長さをｗとした場合、０．１５＜｜ｆ｜／ｗ＜０．４５を満足する。投写用光学系の最も拡大側の第１レンズより縮小側に配置されたレンズの非光学有効面の少なくとも一部であって、画像から射出し、かつ第１レンズの拡大側の面又は第１レンズの縮小側の面で反射された光が照射される部分の少なくとも一部に、光を吸収する吸収層が設けられている。【選択図】図６

Description

本開示の技術は、投写型表示装置に関する。

従来、表示素子が表示する画像を投写用光学系を介してスクリーンに投写する投写型表示装置が知られている。例えば下記特許文献１には、投写用光学系として投写レンズアセンブリを備えた投写型表示装置が記載されている。

米国特許出願公開第２０１５／０２４１６９２号明細書

近年、携行性および設置性に優れ、かつ、短い投写距離で大画面の投写像を投写可能な投写型表示装置に対する要望が高まっている。短い投写距離で大画面の投写像を投写する指標の１つとしてスローレシオが用いられている。スローレシオは、後で詳述するように、スクリーン上の投写像の長手方向の長さに対する投写距離の比として表される。上記要望に応えるため、小型軽量に構成され、かつスローレシオが低い投写型表示装置の開発が求められている。

その一方で、コントラストが高い良好な投写像を投写可能な投写型表示装置も強く要求されている。投写型表示装置では、表示素子から射出した光束の一部が、投写用光学系内の光学素子で反射されて迷光となり、投写像のコントラスト低下を招く要因となることがある。そして、スローレシオが低い投写型表示装置ほど、迷光に起因する投写像のコントラスト低下がより顕著になることがある。このような事情から、低スローレシオの投写型表示装置では迷光に注意を払うことが好ましい。

特許文献１には、スクリーンに隣接して配置される第１レンズ群内に、拡大側の面が平面の平凹レンズが配置された投写レンズアセンブリの例が記載されている（特許文献１の図３参照）。また、特許文献１には、スクリーンに隣接して配置される第１レンズ群内に、負の屈折力を有し、拡大側の面および縮小側の面の曲率半径が約１００－２００ｍｍ（ミリメートル）であるメニスカスレンズが配置された投写レンズアセンブリの例が記載されている（特許文献１の図４参照）。しかしながら、特許文献１の図３のような構成は、小型軽量および低スローレシオという観点において改善の余地がある。また、特許文献１の図４のような構成は、迷光に起因するコントラスト低下の抑制という観点において改善の余地がある。

本開示は、上記事情に鑑みなされたものであり、小型軽量で、スローレシオが低く、迷光に起因するコントラスト低下が抑制され、良好な像を投写可能な投写型表示装置を提供することを目的とする。

本開示の技術の第１の態様に係る投写型表示装置は、画像を表示可能な矩形状の表示可能領域を含む表示素子と、複数のレンズを含み、表示素子が表示する画像を投写して投写像を形成する投写用光学系とを備え、投写用光学系が含む複数のレンズのうち、最も拡大側の第１レンズの拡大側の面の有効半径をｈ１ｆとし、光軸に平行で光軸を含む断面において、第１レンズの拡大側の面上の光軸から高さｈの点における面の法線と光軸との交点から高さｈの点までの距離を、高さｈにおける局所曲率半径としてＲｃ（ｈ）で表し、局所曲率半径の符号は、高さｈの点より交点が縮小側にあれば正、高さｈの点より交点が拡大側にあれば負とした場合、
Ｒｃ（ｈ１ｆ）＞０かつＲｃ（ｈ１ｆ／２）＞０であり、
投写用光学系の焦点距離をｆとし、表示可能領域の長辺の長さをｗとした場合、
０．１５＜｜ｆ｜／ｗ＜０．４５ （１）
０＜Ｒｃ（ｈ１ｆ）／Ｒｃ（ｈ１ｆ／２）＜０．８ （２）
で表される条件式（１）および（２）を満足し、第１レンズより縮小側に配置されたレンズの非光学有効面の少なくとも一部であって、画像から射出し、かつ第１レンズの拡大側の面又は第１レンズの縮小側の面で反射された光が照射される部分の少なくとも一部に、光を吸収する吸収層が設けられている。

上記態様の投写型表示装置は、下記条件式（１－１）および（２－１）の少なくとも一方を満足することが好ましい。
０．２＜｜ｆ｜／ｗ＜０．４ （１－１）
０．２＜Ｒｃ（ｈ１ｆ）／Ｒｃ（ｈ１ｆ／２）＜０．７ （２－１）

本開示の技術の第２の態様に係る投写型表示装置は、第１の態様に係る投写型表示装置において、投写用光学系が含む複数のレンズのうち、拡大側から２番目の第２レンズの非光学有効面に吸収層が設けられていることが好ましい。

第２の態様に係る投写型表示装置は、第１レンズの拡大側の面から第２レンズの拡大側の面までの光軸上の距離をＤｂ１２とし、拡大側を入射側とした場合の、第１レンズの拡大側の面から投写用光学系の近軸入射瞳位置までの光軸上の距離をＤｅｎｐとし、Ｄｂ１２の符号は正とし、Ｄｅｎｐの符号は、光軸上において、第１レンズの拡大側の面より近軸入射瞳位置が縮小側にあれば正、第１レンズの拡大側の面より近軸入射瞳位置が拡大側にあれば負とした場合、
０．２＜Ｄｂ１２／Ｄｅｎｐ＜１ （３）
で表される条件式（３）を満足することが好ましい。

第２の態様に係る投写型表示装置は、第２レンズの拡大側の面の有効半径をｈ２ｆとし、第１レンズの縮小側の面の有効半径をｈ１ｒとし、投写用光学系の縮小側の最大像高をＹｍａｘとし、Ｙ１＝Ｙｍａｘ×ｈ２ｆ／ｈ１ｒとした場合、第２レンズの非光学有効面の少なくとも一部であって、画像の光軸から高さＹ１の位置から射出し、かつ第１レンズの拡大側の面又は第１レンズの縮小側の面で反射された光が照射される部分の少なくとも一部に、吸収層が設けられていることが好ましい。

第２の態様に係る投写型表示装置の第２レンズは、拡大側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズであることが好ましい。その際に第２レンズの拡大側の面の近軸曲率半径をＲ２ｆ、第２レンズの縮小側の面の近軸曲率半径をＲ２ｒとした場合、
１．２＜Ｒ２ｆ／Ｒ２ｒ＜１０ （４）
で表される条件式（４）を満足することが好ましく、
１．５＜Ｒ２ｆ／Ｒ２ｒ＜５ （４－１）
で表される条件式（４－１）を満足することがより好ましい。

上記態様の第１レンズの拡大側の面は、光軸に平行で光軸を含む断面において、有効半径内に変曲点を有する形状であることが好ましい。

上記態様の第１レンズの拡大側の面は、近軸領域において凹面形状であるように構成してもよい。

上記態様の第１レンズの材料の比重は、１．５以下であることが好ましい。

上記態様の投写型表示装置において、投写像を投写する光の明るさが５０００ＡＮＳＩルーメン以上であることが好ましい。

本開示の技術によれば、小型軽量で、スローレシオが低く、迷光に起因するコントラスト低下が抑制され、良好な像を投写可能な投写型表示装置を提供することができる。

投写型表示装置の使用状態の一例を模式的に示す図である。 表示素子の概略構成を示す図である。 実施例１の投写用光学系に対応し、本開示の実施形態の一例の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。 有効半径を説明するための部分拡大図である。 局所曲率半径を説明するための図である。 反射光が第２レンズに到達する様子を模式的に示す図である。 光学有効面および非光学有効面を説明するための図である。 第１レンズの拡大側の面で反射される光の光路を示す図である。 第１レンズの縮小側の面で反射される光の光路を示す図である。 イメージサークル内の表示可能領域の配置の一例を示す図である。 Ｄｂ１２、Ｄｅｎｐ、およびＰｅｎｐの一例を示す図である。 実施例１の投写用光学系の変形例の構成を示す図である。 実施例２の投写用光学系の構成を示す図である。 第１レンズの縮小側の面で反射される光の光路を示す図である。 実施例３の投写用光学系の構成を示す図である。 第１レンズの縮小側の面で反射される光の光路を示す図である。 第１変形例に係る投写型表示装置の概略構成図である。 第２変形例に係る投写型表示装置の概略構成図である。 第３変形例に係る投写型表示装置の概略構成図である。

以下、本開示の技術に係る実施形態の一例について図面を参照して詳細に説明する。

図１に本開示の技術の一実施形態に係る投写型表示装置１の使用状態の一例を示す。図１では投写型表示装置１が内部に備える光源ユニット２と、表示素子３と、投写用光学系４とを概念的に示している。表示素子３は、画像を表示する。投写用光学系４は、表示素子３が表示する画像の拡大像を投写像６としてスクリーン５に投写する。

投写型表示装置１において、スローレシオＴは、投写距離をＤｐ、スクリーン５に投写された投写像６の長手方向の長さをＷＬとした場合、Ｔ＝Ｄｐ／ＷＬで表される。投写距離は、投写用光学系４の最もスクリーン側の面からスクリーン５までの距離である。投写用光学系４の最もスクリーン側にレンズが配置されている場合は、そのレンズのスクリーン側のレンズ面からスクリーン５までの光軸上の距離が投写距離となる。ただし、Ｔの算出に用いる投写距離は、投写型表示装置１で光学性能が保証されている範囲内の距離、すなわち、ピントが合った投写像６が得られる範囲内の距離を用いるものとする。また、Ｔの算出に用いる投写像６は、投写用光学系４の光軸Ｚに対して垂直なスクリーン５に投写された像とする。

スクリーン５は、投写像６が投写される対象物を意味する。スクリーン５としては、専用のスクリーンの他、部屋の壁面の他、床面および天井などでもよい。また、投写型表示装置１を室外で使用する場合は、建物の外壁などもスクリーン５に含まれる。

光源ユニット２は一例として以下のように構成することができる。光源ユニット２は、白色光源と、回転カラーフィルタと、照明光学系とを含む。白色光源は白色光を発する。白色光源には例えばレーザー光源を用いることができる。回転カラーフィルタは、円周上に青色、緑色、および赤色の３色のフィルタが設けられている。回転カラーフィルタが回転すると、白色光源が発した白色光の光路内に各色のフィルタが選択的に挿入される。これによって、白色光が青色光、緑色光、および赤色光の各色光に時分割で選択的に変換される。照明光学系は、回転カラーフィルタから射出された光に対し、光軸Ｚと垂直な断面における光量分布の均一性を高める作用を施し、表示素子３へ導光する。

表示素子３としては例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device：登録商標）を用いることができる。ＤＭＤは、二次元的に配列された複数の可動式のマイクロミラーを有する。各マイクロミラーは、表示素子３の画素に相当し、光源ユニット２から照射される光の反射方向を変化させることが可能である。ＤＭＤは、画像に応じて各マイクロミラーの向きを変化させて、光源ユニット２からの光の反射光のオンオフを切り替えることにより、画像に応じた光変調を行う。

図２に、投写用光学系４の光軸Ｚに垂直な面における表示素子３の概略構成を示す。表示素子３は、画像を表示可能な矩形状の表示可能領域３Ａを有する。なお、ここでいう「矩形状」は、完全な矩形状の意味の他に、実用上において許容される誤差を含む矩形状の意味も含まれる。表示可能領域３Ａは、実際に画像が表示されている画像表示領域と必ずしも一致しない。表示可能領域３Ａは、画像を表示するための画素が配列されている領域である。従って、投写型表示装置１を使用する際には、表示可能領域３Ａ全体に画像を表示してもよく、表示可能領域３Ａの一部のみに画像を表示してもよい。

表示素子３の表示可能領域３Ａの長辺の長さをｗとし、投写用光学系４の焦点距離をｆとした場合、投写型表示装置１は、下記条件式（１）を満足するように構成されている。投写用光学系４が変倍光学系の場合は、ｆは広角端における焦点距離とする。条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、スクリーン全体にわたって歪みが小さく、かつ、高解像な像を投写することが容易になる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、低スローレシオを実現することが容易になる。より良好な特性を得るためには投写型表示装置１は、下記条件式（１－１）を満足することがより好ましい。
０．１５＜｜ｆ｜／ｗ＜０．４５ （１）
０．２＜｜ｆ｜／ｗ＜０．４ （１－１）

投写用光学系４は、複数のレンズを含んで構成される。一例として、図３に、光軸Ｚに平行で光軸Ｚを含む断面における投写用光学系４の構成を示す。図３に示す構成例は、後述の実施例１に対応している。以下の説明では、投写用光学系４の光路上におけるスクリーン側、および表示素子側をそれぞれ拡大側、および縮小側ということがある。図３では、左側を拡大側とし、右側を縮小側としている。

図３の投写用光学系４は、光軸Ｚに沿って最も拡大側から縮小側へ順に連続して、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４とを備える。図３の例では、第１レンズＬ１の拡大側の面の周辺部は拡大側に凸面を向けた形状を有する。図３の例では、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、および第４レンズＬ４は全て、拡大側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズである。以下では、負の屈折力を有するメニスカスレンズを単に負メニスカスレンズともいう。また、本明細書において特に断り無く記載されているレンズの面形状および屈折力の符号はそれぞれ、近軸領域での面形状および屈折力の符号をさす。第２レンズＬ２の縮小側の面の一部には光を吸収する吸収層７が設けられている。吸収層７については後で詳述する。

図３の投写用光学系４は、第４レンズＬ４より縮小側に、拡大側から縮小側へ光軸Ｚに沿って順に、レンズＬ５～Ｌ１８、開口絞りＳｔ、レンズＬ１９～Ｌ２５、および光学部材ＰＰを備える。図３に示す開口絞りＳｔは大きさおよび形状ではなく光軸方向の位置を示す。光学部材ＰＰは、フィルタ、カバーガラス、およびプリズム等を想定した屈折力を有しない部材である。図３の例では、光軸方向において、光学部材ＰＰの縮小側の面の位置は、表示素子３の画像表示面の位置と一致している。

投写用光学系４は、表示素子３が表示する画像を拡大し、スクリーン５に投写して投写像６を形成する。表示素子３の画像表示面に表示される画像と、スクリーン上の投写像６とは、光学的に共役な関係にある。この共役な関係によれば、投写用光学系４にとっては、画像表示面は縮小側の像面に対応し、スクリーン５は拡大側の像面に対応する。

図３には、表示素子３から射出されて投写用光学系４を透過して投写像６の形成に用いられる有効光束も示している。表示素子３の画像の任意の点から射出されて投写像６の形成に用いられる光束が有効光束である。実際には無数の有効光束が存在するが、図３では、軸上光束Ｋａ、および最大像高の光束Ｋｂを代表的に示している。

図４に、図３の第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、並びに、これら２つのレンズを通る軸上光束Ｋａおよび最大像高の光束Ｋｂの拡大図を示す。図４には、第１レンズＬ１の拡大側の面の有効半径ｈ１ｆ、ｈ１ｆの半分の半径であるｈ１ｆ／２、第１レンズＬ１の縮小側の面の有効半径ｈ１ｒ、および第２レンズＬ２の拡大側の面の有効半径ｈ２ｆを示す。

本明細書において、投写用光学系４のあるレンズの面の有効半径とは、その面を通る結像用の光線のうち、最も外側を通る光線とその面との交点から光軸Ｚまでの距離をいう。ここでいう「結像用の光線」とは、投写像６を形成するための光線である。また、「外側」とは、光軸Ｚを中心にした径方向外側、すなわち、光軸Ｚから離れる側である。投写用光学系４が変倍光学系の場合は、「最も外側を通る光線」は、変倍の全領域を考慮して決定される。図４の第１レンズＬ１および第２レンズＬ２では、結像用の光線のうち、最も外側を通る光線は、最大像高の光束Ｋｂの上側光線Ｋｂ１である。

低スローレシオを実現するため、投写用光学系４は広い画角を有するように構成されている。広い画角を有する光学系では、最も拡大側のレンズの径が大きくなりやすい。しかし、光学系の小型化のためにはレンズの大径化は極力抑制したい。そこで、本開示の技術では、以下に述べる局所曲率半径を定義し、第１レンズＬ１の拡大側の面の光軸Ｚからの高さが、ｈ１ｆとなる点、およびｈ１ｆ／２となる点における局所曲率半径について、投写用光学系４が予め定められた条件式を満足するように構成している。

図５を参照しながら、局所曲率半径の定義について説明する。図５は光軸Ｚに平行で光軸Ｚを含む断面における図である。図５には、あるレンズの面ＳＬの一部を太線で示す。面ＳＬ上の光軸Ｚから高さｈの点Ｐにおける面ＳＬに垂直な線を法線Ｎｐとする。法線Ｎｐは、点Ｐにおける面ＳＬの接平面に対して垂直であり、かつ点Ｐを通る線である。法線Ｎｐと光軸Ｚとの交点ＯＰから点Ｐまでの距離を、面ＳＬの高さｈにおける局所曲率半径と定義し、Ｒｃ（ｈ）で表す。図５では、交点ＯＰと点Ｐとを結ぶ線分の長さを局所曲率半径Ｒｃ（ｈ）の絶対値｜Ｒｃ（ｈ）｜として示している。また、図５では、理解を助けるため、半径が｜Ｒｃ（ｈ）｜で交点ＯＰを中心とし点Ｐを通る円Ｃｐも示している。図５に示す例は説明用の一例であり、局所曲率半径は、任意の形状のレンズの面の任意の点において算出可能である。

局所曲率半径の符号は、点Ｐより交点ＯＰが縮小側にある場合を正、点Ｐより交点ＯＰが拡大側にある場合を負とする。図５では、図の左側を拡大側、右側を縮小側としており、図５の例では点Ｐにおける局所曲率半径の符号は正である。

第１レンズＬ１の拡大側の面の光軸Ｚから高さｈ１ｆにおける局所曲率半径をＲｃ（ｈ１ｆ）とし、第１レンズＬ１の拡大側の面の光軸Ｚから高さｈ１ｆ／２における局所曲率半径をＲｃ（ｈ１ｆ／２）とする。投写用光学系４は、Ｒｃ（ｈ１ｆ）＞０かつＲｃ（ｈ１ｆ／２）＞０であるように構成される。この構成によれば、第１レンズＬ１の拡大側の面は、有効半径の半分の位置より径方向外側の部分を拡大側に凸面を向けた形状にすることが容易となる。すなわち、第１レンズＬ１の拡大側の面の周辺部を拡大側に凸面を向けた形状にすることが容易となる。このような形状にすれば、レンズ径を小さくすることができるため、小型化および軽量化に有利となる。

さらに、投写用光学系４は、Ｒｃ（ｈ１ｆ）およびＲｃ（ｈ１ｆ／２）に関して、下記条件式（２）を満足するように構成される。条件式（２）の下限以下とならないようにすることによって、第１レンズＬ１の拡大側の面において、光軸Ｚからの高さがｈ１ｆ／２からｈ１ｆまで変化する際の正の屈折力の変化量が大きくなり過ぎないため、レンズの組立誤差に起因する投写像６の画質への影響を抑制することができる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、低スローレシオの投写型表示装置１において、歪みが小さく、かつ、高解像の投写像６を形成することに有利となる。また、条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、第１レンズＬ１の拡大側の面を、光軸Ｚからの高さが高くなるほど局所曲率半径が小さくなる形状にすることが容易となる。このような形状にすれば、広い画角を有する光学系であってもレンズ径を大きくすることなく最大像高の光線を透過させることが容易となるため、小型化および軽量化に有利となる。より良好な特性を得るためには投写用光学系４は、下記条件式（２－１）を満足することがより好ましい。
０＜Ｒｃ（ｈ１ｆ）／Ｒｃ（ｈ１ｆ／２）＜０．８ （２）
０．２＜Ｒｃ（ｈ１ｆ）／Ｒｃ（ｈ１ｆ／２）＜０．７ （２－１）

図４に示すように、本例では第１レンズＬ１の拡大側の面の周辺部は凸面形状である。第１レンズＬ１の拡大側の面がこのような形状になる場合、広い画角を確保しながら、小型軽量に構成するためには、図４に示すように、第１レンズＬ１の縮小側の面の周辺部は凹面形状にすることが好ましい。しかし、第１レンズＬ１の周辺部の拡大側および縮小側の面が上記形状になる場合、表示素子３の画像から射出して第１レンズＬ１で反射された光が、迷光となり、第１レンズＬ１より縮小側のレンズに到達して、投写像６のコントラスト低下を招く要因となることがある。

図６に、表示素子３の画像から射出して第１レンズＬ１の拡大側の面で反射された光８が、第２レンズＬ２に到達する様子を模式的に示す。図６は模式図である。図６では、光８が各レンズ面で受ける屈折作用は無視して光８の光路を簡略的に示している。また、図６では、第２レンズＬ２より縮小側の投写用光学系４の光学要素４０１を総括して概略的に示している。

一例として、図６の光８は、第２レンズＬ２の周辺部の縮小側の平面に到達している。第２レンズＬ２のこの平面は、有効半径より外側に位置し、かつ光軸Ｚに垂直な面であり、有効半径内の面とは形状が異なる。第２レンズＬ２のこの平面は、本開示の技術においては非光学有効面として分類される。非光学有効面については後で詳述するが、本開示の技術において、非光学有効面とは、レンズ面のうち、結像用の光線が透過しない面である。レンズ面のうち、結像用の光線が透過する有効半径内の部分は研磨等によって鏡面加工されているが、非光学有効面は必ずしも鏡面加工されておらず、通常、有効半径内の部分に比べてミクロなレベルで粗い面となっている。このような非光学有効面に第１レンズＬ１で反射された光８が到達すると、２次光源となって大きな角度で散乱される。そして、この散乱光がスクリーン５に到達すると、投写像６のコントラストが低下する。散乱光がスクリーン５に到達する割合は、スローレシオが低くなるほど大きくなる。

そこで、投写用光学系４では、第１レンズＬ１より縮小側に配置されたレンズの非光学有効面の少なくとも一部であって、画像から射出し、かつ第１レンズＬ１の拡大側の面又は第１レンズＬ１の縮小側の面で反射された光８が照射される部分の少なくとも一部に、光８を吸収する吸収層７が設けられている。なお、上記で意図する「画像から射出した光」とは、表示素子３の画像表示領域から射出した光を意味する。上記構成によれば、第１レンズＬ１で反射された光８が第２レンズＬ２以降の縮小側のレンズの非光学有効面に到達しても、吸収層７でこの光８を吸収することができる。その結果、スクリーン５に到達する上記散乱光を減少させることができるので、迷光に起因するコントラスト低下を抑制することができる。

吸収層７は、一例として、黒色の塗料を用いることができる。例えば、吸収層７は、黒色の顔料および／又は黒色の染料を含む樹脂により構成してもよい。樹脂としては、一例として、エポキシ樹脂を用いることができる。あるいは、吸収層７は、蒸着膜であってもよい。蒸着膜は、例えば、チタン、チタン酸化物、およびクロムの少なくとも１つを材料としてもよい。吸収層７の吸収率は、波長４００～７００ｎｍの範囲における平均値が５０％以上であることが好ましい。

一例として、本例では、拡大側から２番目のレンズである第２レンズＬ２の非光学有効面に吸収層７を設けている。第１レンズＬ１に最も近いレンズである第２レンズＬ２に吸収層７を設けることによって、上記の迷光に起因するコントラスト低下を効果的に抑制することが容易となる。なお、図３、図４、および図６では、理解を容易にするため吸収層７を誇張して図示しており、吸収層７の厚みは実際のものとは異なる。吸収層７の厚みに関するこの図示方法は他の図も同様である。

図７を参照しながら、本開示の技術における光学有効面および非光学有効面について説明する。非光学有効面は、レンズ面のうち、光学有効面とは異なる面で構成されている面である。

図７は、非光学有効面の説明用の図であり、光軸Ｚに平行で光軸Ｚを含む断面におけるレンズの断面図を示す。図７では、左側を拡大側、右側を縮小側としている。図７では、説明のためにレンズの断面上の点として、点Ｐ１から点Ｐ１０までの１０個の点を付している。図７のレンズの拡大側の面の有効半径はｈｆであり、縮小側の面の有効半径はｈｒである。図７のレンズは光軸Ｚを対称軸として回転対称に構成されている。

レンズ面のうち、図７の点Ｐ２から点Ｐ３までの領域は、有効半径内であり、結像用の光線が透過する。レンズ面のうち、点Ｐ１から点Ｐ２までの領域は、有効半径内の領域と同じ設計データに基づき形成された形状を有する。同じ設計データとは、有効半径内の形状が球面形状の場合は同じ曲率半径という意味であり、有効半径内の形状が非球面形状の場合は同じ非球面式かつ同じ非球面係数という意味である。言い換えると、点Ｐ１から点Ｐ２までの領域は、点Ｐ２における面形状を径方向外側に延長した形状を有する。図７のレンズは、光軸Ｚに対して回転対称に構成されているので、点Ｐ４から点Ｐ３までの領域は点Ｐ１から点Ｐ２までの領域と同様である。点Ｐ１から点Ｐ４までの領域は同じ設計データに基づく、ひとつづきの面として形成されている。本開示の技術では、このような点Ｐ１から点Ｐ４までの領域からなる面Ｓａを光学有効面としている。

図７のレンズの縮小側の面についても同様である。レンズ面のうち、点Ｐ７から点Ｐ８までの領域は、有効半径内であり、結像用の光線が透過する。点Ｐ８から点Ｐ９までの領域は、有効半径内の形状と同じ設計データに基づき形成された形状を有する。すなわち、点Ｐ８から点Ｐ９までの領域は、点Ｐ８における面形状を径方向外側に延長した形状を有する。図７のレンズは、光軸Ｚに対して回転対称に構成されているので、点Ｐ７から点Ｐ６までの領域は点Ｐ８から点Ｐ９までの領域と同様である。点Ｐ６から点Ｐ９までの領域は同じ設計データに基づく、ひとつづきの面として形成されている。点Ｐ６から点Ｐ９までの領域からなる面Ｓｄが光学有効面である。

図７のレンズでは、拡大側の面Ｓａと縮小側の面Ｓｄとを除いた面が非光学有効面である。すなわち、面Ｓｂおよび面Ｓｃは全て非光学有効面である。面Ｓｂは、径方向の外周に位置する光軸Ｚに平行な平面であり、本明細書では、このような非光学有効面をコバ面という。コバ面である面Ｓｂはレンズの全周に渡って形成されているが、図７はレンズの断面図であるため、図７においては、面Ｓｂは、点Ｐ４と点Ｐ５の間、および点Ｐ１と点Ｐ１０の間に符号を付して示している。面Ｓｃは、コバ面に隣接した光軸Ｚに垂直な平面であり、本明細書では、このような非光学有効面を平面取り面という。平面取り面である面Ｓｃは、レンズの縮小側の面のうち、レンズ面である面Ｓｄの外側において円環状に形成されている。図７の断面図においては、点Ｐ５と点Ｐ６の間、および点Ｐ９と点Ｐ１０の間に符号を付して示している。

図６には、第２レンズＬ２において、円環状の平面取り面の全域に渡って吸収層７を設けた例を示すが、吸収層７を設ける部分はこれに限定されない。吸収層７は、平面取り面の一部に設けてもよい。また、平面取り面に加えて、又は平面取り面に代えて、コバ面の少なくとも一部に吸収層７を設けてもよい。レンズが、平面取り面ともコバ面とも異なる形状の非光学有効面を有する場合、その非光学有効面に吸収層７を設けてもよい。また、結像用の光線を遮光しなければ、必要に応じ、光学有効面の一部に吸収層７を設けてもよい。

吸収層７を設けるレンズもまた、第２レンズＬ２に限定されない。第２レンズＬ２以外のレンズに吸収層７を設けてもよい。吸収層７を設けるレンズの数も限定されない。第２レンズＬ２と、第２レンズＬ２より縮小側の１枚以上のレンズとに吸収層７を設けてもよい。本例のように、第２レンズＬ２に連続して配置される第３レンズＬ３および第４レンズＬ４が負メニスカスレンズの場合は、第３レンズＬ３および第４レンズＬ４にも吸収層７を設けることがより好ましい。

第２レンズＬ２に吸収層７を設ける場合、第２レンズＬ２の非光学有効面の少なくとも一部であって、画像の光軸Ｚから高さＹ１の位置から射出し、かつ第１レンズＬ１の拡大側の面又は第１レンズＬ１の縮小側の面で反射された光が照射される部分の少なくとも一部に、吸収層７を設けることが好ましい。高さＹ１は、第２レンズＬ２の拡大側の面の有効半径をｈ２ｆとし、第１レンズＬ１の縮小側の面の有効半径をｈ１ｒとし、投写用光学系４の縮小側の最大像高をＹｍａｘとした場合、Ｙ１＝Ｙｍａｘ×ｈ２ｆ／ｈ１ｒから求められる。投写用光学系４のイメージサークルの中心が光軸上にある場合、最大像高Ｙｍａｘはイメージサークルの半径と等しい。

図８に、吸収層７を設ける前の投写用光学系４において、画像表示面上の光軸Ｚから高さＹ１の位置から射出した光が、第１レンズＬ１の拡大側の面で反射される場合の光線追跡結果を示す。同様に、図９に、吸収層７を設ける前の投写用光学系４において、画像表示面上の光軸Ｚから高さＹ１の位置から射出した光が、第１レンズＬ１の縮小側の面で反射される場合の光線追跡結果を示す。図８および図９に示すように、第１レンズＬ１で反射された光８は、第２レンズＬ２の非光学有効面である平面取り面に到達している。

低スローレシオの構成では、第１レンズＬ１の拡大側の面と第２レンズＬ２の縮小側の面とは接近した構成になりやすいため、Ｙｍａｘを１０割像高とした場合、Ｙ１は５割像高より高い像高になりやすい。従って、高さＹ１の位置から射出した光は、第１レンズＬ１の周辺部又は周辺部近傍に到達しやすい。本例では、第１レンズＬ１の拡大側の面の周辺部は凸面形状、第１レンズＬ１の縮小側の面の周辺部は凹面形状であるため、第１レンズＬ１の周辺部又は周辺部近傍で反射された光８は第２レンズＬ２の非光学有効面に戻りやすい。このような事情から、高さＹ１の位置から射出した光に注目して吸収層７を設けることは有用である。

また、投写型表示装置１では、いわゆるレンズシフトと呼ばれる、表示素子３に対して投写用光学系４を光軸Ｚに垂直な面内で相対移動させる動作を行うことがある。この場合、一例として図１０に示すように、光軸Ｚから偏心した位置に表示素子３の表示可能領域３Ａが位置することがある。図１０には、投写用光学系４のイメージサークルＩＣにおける、表示可能領域３Ａの位置を示す。このような場合も、高さＹ１（図９参照）の位置が表示可能領域３Ａ内になる可能性が高いため、高さＹ１の位置から射出した光に注目して吸収層７を設けることは有用である。

なお、投写用光学系４のイメージサークルＩＣの直径をΦＩＣ、表示可能領域３Ａの長辺の長さをｗとした場合、ｗ／ΦＩＣが０．７以下であることが好ましい。スローレシオの低い投写型表示装置１では、投写型表示装置１とスクリーン５とが近いため、ユーザーが投写像６を見やすいように、レンズシフトを行って投写用光学系４の光軸Ｚから投写像６の中心を偏心させてスクリーン上に投写させることが多い。一例として、室内で壁面に配置されたスクリーンに投写像６を投写する場合において、床面に近い位置に投写型表示装置１を配置した状態で、レンズシフトにより投写像６の投写位置を天井に近づける、いわゆる打ち上げ投写が行われる場合などである。よって、スローレシオの低い投写型表示装置１では、表示可能領域３Ａの中心３Ｃが、投写用光学系４の光軸Ｚから偏心した状態でも投写像６を欠落無く投写できることが好ましい。ｗ／ΦＩＣを０．７以下にすることによって、投写用光学系４の光軸Ｚから中心３Ｃが偏心した状態でも投写像６を欠落無く投写することが容易となる。

第２レンズＬ２に吸収層７を設ける場合、第２レンズＬ２の配置に関して、投写用光学系４は下記条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）では、第１レンズＬ１の拡大側の面から第２レンズＬ２の拡大側の面までの光軸上の距離をＤｂ１２としている。また、拡大側を入射側とした場合の、第１レンズＬ１の拡大側の面から投写用光学系４の近軸入射瞳位置Ｐｅｎｐまでの光軸上の距離をＤｅｎｐとしている。Ｄｂ１２の符号は正とする。Ｄｅｎｐの符号は、光軸上において、第１レンズＬ１の拡大側の面より近軸入射瞳位置が縮小側にあれば正、第１レンズＬ１の拡大側の面より近軸入射瞳位置が拡大側にあれば負とする。図１１に、図３の投写用光学系４の要部拡大図を示し、一例として、Ｄｂ１２、Ｄｅｎｐ、および近軸入射瞳位置Ｐｅｎｐを示す。条件式（３）の下限以下とならないようにすることによって、第１レンズＬ１の縮小側の面と、第２レンズＬ２の拡大側の面とが干渉するのを防ぐことが容易になる。条件式（３）の上限以上とならないように第２レンズＬ２を配置することによって、第１レンズＬ１の大径化を抑制するとともに、第１レンズＬ１で反射された光８を投写用光学系４内で好適に吸収することが容易になる。
０．２＜Ｄｂ１２／Ｄｅｎｐ＜１ （３）

第２レンズＬ２に吸収層７を設ける場合、第２レンズＬ２は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであることが好ましい。低スローレシオのためには、第１レンズＬ１の縮小側近傍に、拡大側の面の有効径と縮小側の面の有効径との差が大きいレンズを配置することが要望される。拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズの形状は、この要望に対して好適である。特に、第２レンズＬ２の拡大側の面は、有効半径の７割の高さの点から径方向外側が凸面形状であり、第２レンズＬ２の縮小側の面は、有効半径の７割の高さの点から径方向外側が凹面形状であることが好ましい。

上で述べたように低スローレシオのためには、第２レンズＬ２は拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズとすることが好ましい。しかし、このような形状にしながら、光学系の光軸方向および径方向の小型化を図ると、径方向の幅が広い平面取り面を縮小側に有する形状になりやすい。平面取り面の幅が広いほど、第１レンズＬ１で反射された光８がこの平面取り面に到達した場合の散乱光が発生する面積が大きくなる。このような事情から、本例の吸収層７を設ける構成は、スローレシオを低くしながら、迷光に起因するコントラスト低下を抑制することに有利な構成と言える。

第２レンズＬ２が拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズである場合、第２レンズＬ２は下記条件式（４）を満足することが好ましい。ここでは、第２レンズＬ２の拡大側の面の近軸曲率半径をＲ２ｆ、第２レンズＬ２の縮小側の面の近軸曲率半径をＲ２ｒとしている。条件式（４）の下限以下とならないようにすることによって、低スローレシオを実現することが容易となる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることによって、第２レンズＬ２の縮小側の面の深さが深くなり過ぎないため、投写用光学系４の光学全長の長大化の抑制および第１レンズＬ１の大径化の抑制が容易になる。なお、第２レンズＬ２の縮小側の面の深さとは、第２レンズＬ２の縮小側の光学有効面の外縁から第２レンズＬ２の縮小側の面の光軸Ｚとの交点までの光軸方向の長さを意味する。より良好な特性を得るためには第２レンズＬ２は、下記条件式（４－１）を満足することがより好ましい。
１．２＜Ｒ２ｆ／Ｒ２ｒ＜１０ （４）
１．５＜Ｒ２ｆ／Ｒ２ｒ＜５ （４－１）

第１レンズＬ１は非球面レンズであるように構成してもよい。投写用光学系４が非球面レンズを含むことによって、小さなＦナンバー、広画角化、および良好な収差補正に有利となる。特に広画角の光学系においては歪曲収差の補正に大きな効果を発揮する。

第１レンズＬ１の拡大側の面は、光軸Ｚに平行で光軸Ｚを含む断面において、有効半径内に変曲点Ｐｆを有する形状であることが好ましい。このようにした場合は、低スローレシオの投写型表示装置１において、歪みが小さく、かつ、高解像の投写像６を形成することに有利となる。一例として図４に、第１レンズＬ１の拡大側の面における変曲点Ｐｆを示す。

第１レンズＬ１の拡大側の面は、近軸領域において凹面形状であることが好ましい。このようにした場合は、低スローレシオの投写型表示装置１において、歪みが小さく、かつ、高解像の投写像６を形成することに有利となる。

第１レンズＬ１の材料の比重をＳＧＬ１とした場合、ＳＧＬ１は１．５以下であることが好ましい。このようにした場合は、軽量化に有利となる。ただし、比重が１．５以下の光学材料は、一般に樹脂であり、樹脂は、ガラスに比べて反射防止膜の反射率が高い傾向にある。このような事情から、本例の吸収層７を設ける構成は、迷光に起因するコントラスト低下の抑制と、投写型表示装置１の軽量化とを両立させる上で有利となる。

投写型表示装置１は、投写像６を投写する光（投写光）の明るさが５０００ＡＮＳＩ（American National Standards Institute：米国国家規格協会）ルーメン以上であることが好ましい。このようにした場合は、外光の影響を受ける環境、又は明るい部屋等の環境であっても鮮明な投写像６を得ることが容易となる。投写光を５０００ＡＮＳＩルーメン以上にするためには、光源としては、レーザー光源、又は超高圧水銀ランプを用いることが好ましい。また、光源の構成を２灯、又は４灯などの多灯式にすることによって、さらに投写光を明るくすることができる。

従来の低輝度光源を用いた投写型表示装置１では、外光の影響を受ける環境でも、上述した迷光に起因するコントラスト低下の量が人間の目の輝度分解能に対して十分に小さいため、問題視されることがほとんど無かった。しかし、高輝度光源を用いた投写型表示装置１では、上述した迷光に起因するコントラスト低下の量が人間の目の輝度分解能を超えるため、コントラスト低下が認識されてしまう。このような事情から、本例の吸収層７を設ける構成は、高輝度光源を用いた投写型表示装置１において特に有用である。

ＡＮＳＩルーメンの計測方法は、ＡＮＳＩによって定められており、概略的には以下の通りである。投写面を縦３×横３の９つのブロックに分割し、平均照度を求める。平均照度の単位はｌｘ（ルクス）とする。投写面の面積の単位はｍ^２（平方メートル）とする。光束の単位をｌｍ（ルーメン）とすると、［ｌｘ］＝［ｌｍ］／［ｍ^２］であるから、平均照度に投写面の面積を掛けることによってＡＮＳＩルーメンの値を算出することができる。

条件式に関する構成も含め上述した好ましい構成および可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。なお、可能な条件式の範囲としては、式の形式で記載された条件式に限定されず、好ましい、および、より好ましいとされた条件式の中から下限と上限とを任意に組み合わせて得られる範囲を含む。

次に、本開示の技術に係る投写型表示装置の数値実施例について説明する。数値実施例としては主に投写用光学系の例を示す。以下では、実施例１、２、および３の投写型表示装置に用いられる投写用光学系をそれぞれ実施例１、２、および３の投写用光学系という。また、以下の数値実施例に係る断面図に付された参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明および図面の煩雑化を避けるため、実施例ごとに独立して用いている。従って、異なる実施例の図面において共通の参照符号が付されていても、必ずしも共通の構成とは限らない。

［実施例１］
実施例１の投写用光学系４のレンズ構成と光束の断面図は図３に示したものと同じであり、その構成および図示方法は上述した通りであるので、ここでは重複説明を省略する。実施例１の投写用光学系４は、その内部に中間像を形成するリレータイプの光学系である。中間像を形成する光学系は、広い画角を確保しながら拡大側のレンズの大径化を抑制することができるので、広い画角が要求される投写型表示装置に好適である。

実施例１の投写用光学系４は、ズームレンズである。実施例１の投写用光学系４について、基本レンズデータを表１Ａおよび表１Ｂに、諸元を表２に、可変面間隔を表３に、非球面係数を表４に示す。ここでは、１つの表の長大化を避けるため基本レンズデータを表１Ａおよび表１Ｂの２つの表に分けて表示している。上記の各表の値は全て、投写用光学系４の広角端での焦点距離の絶対値が１になるように規格化した場合のデータである。

表１Ａおよび表１Ｂは以下のように記載されている。Ｓｎの列には最も拡大側の面を第１面とし縮小側に向かうに従い１つずつ番号を増加させた場合の面番号を示す。Ｒの列には各面の曲率半径を示す。Ｄの列には各面とその縮小側に隣接する面との光軸上の面間隔を示す。Ｎｄの列には各構成要素のｄ線に対する屈折率を示す。νｄの列には各構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。有効半径は第１面から第３面について示す。表１Ａおよび表１Ｂには、投写距離が１５０の場合の値を示す。ｄ線の波長は５８７．５６ｎｍ（ナノメートル）として扱う。

表１Ａおよび表１Ｂでは、拡大側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を正、縮小側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を負としている。表１Ｂでは開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄に面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。表１Ｂでは、変倍の際の可変面間隔についてはＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の拡大側の面番号を付してＤの欄に記入している。表１ＢのＤの列の最下欄の値は、表中の最も縮小側の面から表示素子３の画像表示面までの距離である。

表２に、実施例１の投写用光学系４について、ズーム比Ｚｒ、焦点距離の絶対値｜ｆ｜、空気換算距離でのバックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、および最大全画角２ωをｄ線基準で示す。２ωの欄の（°）は単位が度であることを意味する。表３に、可変面間隔を示す。表２および表３では、広角端、および望遠端の各値をそれぞれＷＩＤＥ、およびＴＥＬＥと表記した列に示している。

基本レンズデータでは、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸曲率半径の数値を示している。表４において、Ｓｎの行には非球面の面番号を示し、ＫＡおよびＡｍの行には各非球面についての非球面係数の数値を示す。ｍは３以上の整数であり、例えば実施例１の非球面ではｍ＝３、４、５、・・・２０である。表４の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^±ｎ」を意味する。ＫＡおよびＡｍは下式で表される非球面式における非球面係数である。
Ｚｄ＝Ｃ×Ｈ^２／｛１＋（１－ＫＡ×Ｃ^２×Ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ×Ｈ^ｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さＨの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸Ｚに垂直な平面
に下ろした垂線の長さ）
Ｈ：高さ（光軸Ｚからのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
であり、非球面式のΣはｍに関する総和を意味する。

上記の各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。上記の実施例１に関する各データの記号、意味、記載方法、および図示方法は、特に断りがない限り以下の例についても基本的に同様である。

［実施例１の投写用光学系の変形例］
図１２に、実施例１の投写用光学系４の変形例の投写用光学系４の構成を示す。この変形例のレンズ構成は、図３に示す実施例１の投写用光学系４のものと同じである。図３の例と比べて、図１２の例では、第３レンズＬ３の縮小側の面の平面取り面および第４レンズＬ４の縮小側の面の平面取り面に吸収層７が追加されている点が異なる。第３レンズＬ３の平面取り面および第４レンズＬ４の平面取り面は非光学有効面である。

［実施例２］
図１３に、実施例２の投写用光学系４の構成を示す。実施例２の投写用光学系４は、単焦点光学系である。実施例２の投写用光学系４は、光軸Ｚに沿って最も拡大側から縮小側へ順に連続して、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３とを備える。第１レンズＬ１の拡大側の面の周辺部は拡大側に凸面を向けた形状を有する。第２レンズＬ２および第３レンズＬ３は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。第２レンズＬ２の平面取り面および第３レンズＬ３の平面取り面に吸収層７が設けられている。

実施例２の投写用光学系４は、第３レンズＬ３より縮小側に、複数のレンズと、開口絞りＳｔと、光学部材ＰＰを備える。図１３では、第３レンズＬ３より縮小側のレンズの符号の図示を省略している。

実施例２の投写用光学系４について、基本レンズデータを表５に、諸元を表６に、合焦の際の可変面間隔を表７に、非球面係数を表８に示す。表５では、合焦の際の可変面間隔についてはＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の拡大側の面番号を付してＤの欄に記入している。表７では、各投写距離における可変面間隔の値を示す。表５から表８までの各表の値は全て、投写用光学系４の焦点距離の絶対値が１になるように規格化した場合のデータである。

図１４に、吸収層７を設ける前の投写用光学系４において、画像表示面上の光軸Ｚから高さＹ１の位置から射出した光が、第１レンズＬ１の縮小側の面で反射される場合の光線追跡結果を示す。第１レンズＬ１の拡大側の面で反射された光８は、第２レンズＬ２の非光学有効面である平面取り面に到達している。

［実施例３］
実施例３の投写型表示装置に用いられる投写用光学系４について説明する。図１５に、実施例３の投写用光学系４の構成を示す。実施例３の投写用光学系４は、単焦点光学系である。実施例３の投写用光学系４は、光軸Ｚに沿って最も拡大側から縮小側へ順に連続して、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３とを備える。第１レンズＬ１の拡大側の面の周辺部は拡大側に凸面を向けた形状を有する。第２レンズＬ２および第３レンズＬ３は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。第２レンズＬ２の平面取り面および第３レンズＬ３の平面取り面に吸収層７が設けられている。

実施例３の投写用光学系４は、第３レンズＬ３より縮小側に、複数のレンズと、開口絞りＳｔと、光学部材ＰＰを備える。図１５では、第３レンズＬ３より縮小側のレンズの符号の図示を省略している。

実施例３の投写用光学系４について、基本レンズデータを表９に、諸元を表１０に、合焦の際の可変面間隔を表１１に、非球面係数を表１２に示す。表９では、合焦の際の可変面間隔についてはＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の拡大側の面番号を付してＤの欄に記入している。表１１では、各投写距離における可変面間隔の値を示す。表９から表１２までの各表の値は全て、投写用光学系４の焦点距離の絶対値が１になるように規格化した場合のデータである。

図１６に、吸収層７を設ける前の投写用光学系４において、画像表示面上の光軸Ｚから高さＹ１の位置から射出した光が、第１レンズＬ１の縮小側の面で反射される場合の光線追跡結果を示す。第１レンズＬ１の拡大側の面で反射された光８は、第２レンズＬ２の非光学有効面である平面取り面に到達している。

表１３に実施例１～３の投写型表示装置の条件式（１）～（４）の対応値を示す。また、表１４に条件式に関する数値および好ましい構成に関する数値を示す。表１４のＹｍａｘはΦＩＣ／２に等しい。表１３および表１４には、ｄ線を基準とした場合の、所定の桁でまるめた値を示す。

次に、投写型表示装置の変形例について説明する。図１７は、第１変形例の投写型表示装置の概略構成図である。図１７に示す投写型表示装置１００は、本開示の実施形態に係る投写用光学系１０と、光源１５と、各色光に対応した透過型表示素子１１ａ～１１ｃと、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４と、コンデンサレンズ１６ａ～１６ｃと、光路を偏向するための全反射ミラー１８ａ～１８ｃとを有する。投写型表示装置１００は、本開示の技術に係る表示素子が、色分解された３つの色光にそれぞれ対応する３つの透過型表示素子１１ａ～１１ｃで構成される、いわゆる３板式である。透過型表示素子１１ａ～１１ｃは例えば液晶表示素子である。なお、図１７では、投写用光学系１０は概略的に図示している。また、光源１５とダイクロイックミラー１２の間にはインテグレーターが配されているが、図１７ではその図示を省略している。

光源１５からの白色光は、ダイクロイックミラー１２、１３で３つの色光光束（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ光）に分解された後、それぞれコンデンサレンズ１６ａ～１６ｃを経て各色光光束にそれぞれ対応する透過型表示素子１１ａ～１１ｃに入射して変調される。変調された色光光束は、クロスダイクロイックプリズム１４により色合成された後、投写用光学系１０に入射する。投写用光学系１０は、透過型表示素子１１ａ～１１ｃにより変調された変調光による光学像をスクリーン１０５上に投写する。

図１８は、第２変形例の投写型表示装置の概略構成図である。図１８に示す投写型表示装置２００は、本開示の実施形態に係る投写用光学系２１０と、光源２１５と、各色光に対応したＤＭＤ２１ａ～２１ｃと、色分解および色合成のためのＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム２４ａ～２４ｃと、照明光と投写光を分離する偏光分離プリズム２５とを有する。投写型表示装置２００も、本開示の技術に係る表示素子が、各色光に対応した３つのＤＭＤ２１ａ～２１ｃで構成される３板式である。なお、図１８では投写用光学系２１０を概略的に図示している。また、光源２１５と偏光分離プリズム２５の間にはインテグレーターが配されているが、図１８ではその図示を省略している。

光源２１５からの白色光は、偏光分離プリズム２５内部の反射面で反射された後、ＴＩＲプリズム２４ａ～２４ｃにより３つの色光光束（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ対応するＤＭＤ２１ａ～２１ｃに入射して変調され、再びＴＩＲプリズム２４ａ～２４ｃを逆向きに進行して色合成された後、偏光分離プリズム２５を透過して、投写用光学系２１０に入射する。投写用光学系２１０は、ＤＭＤ２１ａ～２１ｃにより変調された変調光による光学像をスクリーン２０５上に投写する。

図１９は、第３変形例の投写型表示装置の概略構成図である。図１９に示す投写型表示装置３００は、本開示の実施形態に係る投写用光学系３１０と、光源３１５と、各色光に対応した反射型表示素子３１ａ～３１ｃと、色分離のためのダイクロイックミラー３２、３３と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム３４と、光路偏向のための全反射ミラー３８と、偏光分離プリズム３５ａ～３５ｃとを有する。投写型表示装置３００も、本開示の技術に係る表示素子が、各色光に対応した３つの反射型表示素子３１ａ～３１ｃで構成される３板式である。反射型表示素子３１ａ～３１ｃは、例えば、シリコン基板上に画素に対応する液晶セルが形成された反射型液晶表示素子である。なお、図１９では、投写用光学系３１０は概略的に図示している。また、光源３１５とダイクロイックミラー３２の間にはインテグレーターが配されているが、図１９ではその図示を省略している。

光源３１５からの白色光はダイクロイックミラー３２、３３により３つの色光光束（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ偏光分離プリズム３５ａ～３５ｃを経て、各色光光束それぞれに対応する反射型表示素子３１ａ～３１ｃに入射して変調され、クロスダイクロイックプリズム３４により色合成された後、投写用光学系３１０に入射する。投写用光学系３１０は、反射型表示素子３１ａ～３１ｃにより変調された変調光による光学像をスクリーン３０５上に投写する。

以上、実施形態および実施例を挙げて本開示の技術について説明したが、本開示の技術は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、投写用光学系の各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、および非球面係数等は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

また、上記実施形態では光路が直線状の投写用光学系を示したが、本開示の技術はこれに限定されない。本開示の技術の投写用光学系は、その内部に少なくとも１つの光路を折り曲げる光路偏向部材が配置されて、屈曲光路を有する構成としてもよい。

また、投写型表示装置を構成する部材も上記例に限定されない。例えば、光束分離又は光束合成に用いられる光学部材、および表示素子は、種々の態様の変更が可能である。表示素子は、光源からの光を空間変調して、画像データに基づく光学像として出力する態様に限定されず、自発光型の表示素子から出力された光自体を、画像データに基づく光学像として出力する態様であってもよい。自発光型の表示素子としては、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）又はＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子が２次元配列された表示素子が挙げられる。

１ 投写型表示装置
２ 光源ユニット
３ 表示素子
３Ａ 表示可能領域
３Ｃ 中心
４ 投写用光学系
５ スクリーン
６ 投写像
７ 吸収層
８ 光
１０ 投写用光学系
１１ａ～１１ｃ 透過型表示素子
１２ ダイクロイックミラー
１３ ダイクロイックミラー
１４ クロスダイクロイックプリズム
１５ 光源
１６ａ～１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ～１８ｃ 全反射ミラー
２１ａ～２１ｃ ＤＭＤ
２４ａ～２４ｃ ＴＩＲプリズム
２５ 偏光分離プリズム
３１ａ～３１ｃ 反射型表示素子
３２ ダイクロイックミラー
３３ ダイクロイックミラー
３４ クロスダイクロイックプリズム
３５ａ～３５ｃ 偏光分離プリズム
３８ 全反射ミラー
１００ 投写型表示装置
１０５ スクリーン
２００ 投写型表示装置
２０５ スクリーン
２１０ 投写用光学系
２１５ 光源
３００ 投写型表示装置
３０５ スクリーン
３１０ 投写用光学系
３１５ 光源
４０１ 光学要素
Ｃｐ 円
Ｄｂ１２ 距離
Ｄｅｎｐ 距離
ｈ 高さ
ｈｆ 有効半径
ｈｒ 有効半径
ｈ１ｆ 有効半径
ｈ１ｒ 有効半径
ｈ２ｆ 有効半径
ＩＣ イメージサークル
ΦＩＣ 直径
Ｋａ 軸上光束
Ｋｂ１ 上側光線
Ｋｂ 最大像高の光束
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５～Ｌ２５ レンズ
Ｎｐ 法線
ＯＰ 交点
Ｐ 点
Ｐ１～Ｐ１０ 点
ＰＰ 光学部材
Ｐｅｎｐ 近軸入射瞳位置
Ｐｆ 変曲点
Ｒｃ（ｈ） 局所曲率半径
ＳＬ 面
Ｓａ～Ｓｄ 面
Ｓｔ 開口絞り
ｗ 長さ
Ｙ１ 高さ
Ｙｍａｘ 最大像高
Ｚ 光軸

Claims (13)

1. 画像を表示可能な矩形状の表示可能領域を含む表示素子と、
   複数のレンズを含み、前記表示素子が表示する前記画像を投写して投写像を形成する投写用光学系とを備え、
   前記投写用光学系が含む前記複数のレンズのうち、最も拡大側の第１レンズの拡大側の面の有効半径をｈ１ｆとし、
   光軸に平行で光軸を含む断面において、前記第１レンズの拡大側の面上の光軸から高さｈの点における該面の法線と前記光軸との交点から前記高さｈの点までの距離を、高さｈにおける局所曲率半径としてＲｃ（ｈ）で表し、前記局所曲率半径の符号は、前記高さｈの点より前記交点が縮小側にあれば正、前記高さｈの点より前記交点が拡大側にあれば負とした場合、
   Ｒｃ（ｈ１ｆ）＞０かつＲｃ（ｈ１ｆ／２）＞０であり、
   前記投写用光学系の焦点距離をｆとし、
   前記表示可能領域の長辺の長さをｗとした場合、
   ０．１５＜｜ｆ｜／ｗ＜０．４５ （１）
   ０＜Ｒｃ（ｈ１ｆ）／Ｒｃ（ｈ１ｆ／２）＜０．８ （２）
   で表される条件式（１）および（２）を満足し、
   前記第１レンズより縮小側に配置されたレンズの非光学有効面の少なくとも一部であって、前記画像から射出し、かつ前記第１レンズの拡大側の面又は前記第１レンズの縮小側の面で反射された光が照射される部分の少なくとも一部に、光を吸収する吸収層が設けられている投写型表示装置。
2. 前記投写用光学系が含む前記複数のレンズのうち、拡大側から２番目の第２レンズの非光学有効面に前記吸収層が設けられている請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記第１レンズの拡大側の面から前記第２レンズの拡大側の面までの光軸上の距離をＤｂ１２とし、
   拡大側を入射側とした場合の、前記第１レンズの拡大側の面から前記投写用光学系の近軸入射瞳位置までの光軸上の距離をＤｅｎｐとし、
   Ｄｂ１２の符号は正とし、
   Ｄｅｎｐの符号は、光軸上において、前記第１レンズの拡大側の面より前記近軸入射瞳位置が縮小側にあれば正、前記第１レンズの拡大側の面より前記近軸入射瞳位置が拡大側にあれば負とした場合、
   ０．２＜Ｄｂ１２／Ｄｅｎｐ＜１ （３）
   で表される条件式（３）を満足する請求項２に記載の投写型表示装置。
4. 前記第２レンズの拡大側の面の有効半径をｈ２ｆとし、
   前記第１レンズの縮小側の面の有効半径をｈ１ｒとし、
   前記投写用光学系の縮小側の最大像高をＹｍａｘとし、
   Ｙ１＝Ｙｍａｘ×ｈ２ｆ／ｈ１ｒとした場合、
   前記第２レンズの非光学有効面の少なくとも一部であって、前記画像の光軸から高さＹ１の位置から射出し、かつ前記第１レンズの拡大側の面又は前記第１レンズの縮小側の面で反射された光が照射される部分の少なくとも一部に、前記吸収層が設けられている請求項２又は３に記載の投写型表示装置。
5. 前記第２レンズは、拡大側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズである請求項２から４のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
6. 前記第２レンズの拡大側の面の近軸曲率半径をＲ２ｆ、
   前記第２レンズの縮小側の面の近軸曲率半径をＲ２ｒとした場合、
   １．２＜Ｒ２ｆ／Ｒ２ｒ＜１０ （４）
   で表される条件式（４）を満足する請求項５に記載の投写型表示装置。
7. 前記第１レンズの拡大側の面は、光軸に平行で光軸を含む断面において、有効半径内に変曲点を有する形状である請求項１から６のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
8. 前記第１レンズの拡大側の面は、近軸領域において凹面形状である請求項７に記載の投写型表示装置。
9. 前記第１レンズの材料の比重は、１．５以下である請求項１から８のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
10. 前記投写像を投写する光の明るさが５０００ＡＮＳＩルーメン以上である請求項１から９のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
11. ０．２＜｜ｆ｜／ｗ＜０．４ （１－１）
    で表される条件式（１－１）を満足する請求項１に記載の投写型表示装置。
12. ０．２＜Ｒｃ（ｈ１ｆ）／Ｒｃ（ｈ１ｆ／２）＜０．７ （２－１）
    で表される条件式（２－１）を満足する請求項１に記載の投写型表示装置。
13. １．５＜Ｒ２ｆ／Ｒ２ｒ＜５ （４－１）
    で表される条件式（４－１）を満足する請求項６に記載の投写型表示装置。
    

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