JP4061060B2 - 投影光学装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学装置に関し、特に、壁面又はスクリーンに反射型表示素子の映像を拡大投影するフロントプロジェクターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプロジェクターは回転対称なレンズ系を使用していた。この場合、明るい表示を得るために、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）や反射型ＬＣＤ等の反射型表示素子を用いた場合（例えば、特開２０００−９８２７２）に、照明光路の配置が難しく、小型の装置として構成することは容易ではなかった。
【０００３】
このような中、ＰＤＬＣやＤＭＤの反射型表示素子への照明を、回転対称な投影レンズ系の全部あるいは一部を介して行うものが特開平８−２０１７５５号、特開平８−２５１５２０号において提案されている。
【０００４】
また、投影光学系でないが、偏心プリズムを用いる頭部装着型画像表示装置において、反射型ＬＣＤの照明を偏心プリズムの一部の反射面と透過面を介して行うものが特開平１１−３３７８６３号において提案されている。
【０００５】
なお、特開２０００−１１１８００においては、２つの偏心プリズムからなり、像面側のプリズムに光路がプリズム内で交差する構成のプリズムを用いる結像光学系が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
反射型表示素子は、その開口率が高く明るい表示画面を提供することが可能であるが、照明光路と投影光路の干渉の問題や、特にＤＭＤ素子では照明を斜め方向から導入する必要があり、投影光学系の小型化が困難であった。
【０００７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、投影光学系として偏心プリズムを用い、照明光の反射型表示素子への導入のし方に工夫を施すことにより小型化を図った投影光学装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の第１の投影光学装置は、反射型表示素子と、該反射型表示素子に表示された画像を投影する投影光学系と、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えた投影光学装置において、
前記投影光学系は、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、前記反射型表示素子の表示面に面して配置された正のパワーを有する反射屈折光学素子又は反射光学素子を有し、
前記表示面から出て投影表示面に至る光線と、前記照明光源から出て前記表示面に至る光線とは、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子の前記表示面側から投影光線の通る順に数えて少なくとも２番目までの反射面を共に反射するように、前記照明光源が配置され、
かつ、前記照明光源からの照明光束中の前記表示面の中心に至る光線であって照明光束の中心光線を照明光光軸とし、前記表示面中心を出て瞳中心を通り投影表示面に至る光線を投影光光軸とするとき、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と前記表示面中心とを通る平面内に含まれないように、前記照明光源が配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
上記目的を達成する本発明の第２の投影光学装置は、反射型表示素子と、該反射型表示素子に表示された画像を投影する投影光学系と、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えた投影光学装置において、
前記反射型表示素子は、２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子からなり、
前記投影光学系は、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、前記反射型表示素子の表示面に面して配置された正のパワーを有する反射屈折光学素子又は反射光学素子を有し、
前記表示面から出て投影表示面に至る光線と、前記照明光源から出て前記表示面に至る光線とは、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子の前記表示面側から投影光線の通る順に数えて少なくとも最初の反射面を共に反射するように、前記照明光源が配置され、
かつ、前記照明光源からの照明光束中の前記表示面の中心に至る光線であって照明光束の中心光線を照明光光軸とし、前記表示面中心を出て瞳中心を通り投影表示面に至る光線を投影光光軸とするとき、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と前記表示面中心とを通る平面内に含まれないように、前記照明光源が配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
以下、本発明において、上記構成をとった理由と作用について説明する。
【００１１】
本発明の投影光学装置は、反射型表示素子に表示された画像を投影するものであり、投影光学系とその反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えている。
【００１２】
そして、その投影光学系としては、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成さた正のパワーを有する反射屈折光学素子又は反射光学素子を含んでなるもので、その光学素子は反射型表示素子の表示面に面して配置されている。
【００１３】
ここで、反射屈折光学素子としては、特開平１１−３３７８６３号、特開２０００−１１１８００等で言及された、パワーを有し内面反射する曲面形状の反射面を２面以上備えてなる偏心プリズムを指すもので、また、反射光学素子とは、そのような反射面を表面鏡で構成して空中に所定の位置関係で配置してなるものである。
【００１４】
そして、光束にパワーを与える曲面形状であって偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面は、一般的には、自由曲面で定義される面形状を有する。そのような自由曲面の面形状は、例えば米国特許第６，１２４，９８９号（特開２０００−６６１０５号）の（ａ）式により定義される自由曲面である。
【００１５】
そして、本発明の第１の投影光学装置においては、反射型表示素子は特に限定されないが、本発明の第２の投影光学装置においては、２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子を用いるものとしている。
【００１６】
このような反射型表示素子は、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）として知られており、「光学」（vol.25,No.6,p.313 〜314,1996年）に記載されているように、２次元的に配列した各ピクセルが微小なミラーから構成され、各ピクセル毎にその直下に配置されたメモリー素子による静電界作用によって上記微小ミラーの傾きを制御し、反射光の反射角度を変化させることによってオン／オフ状態を作る反射型表示素子である。そして、ピクセルがオフの状態では、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影光学系に入射せず、ピクセルがオンの状態では、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影光学系に入射してスクリーンに画像を形成するように光学系部品を配置する必要があるものである。なお、各ピクセルの微小ミラーのオン時の傾き角は、ＤＭＤの光線の入射面に対して１０°程度と決められている。
【００１７】
そして、反射型表示素子の表示面から出て投影表示面に至る光線と、照明光源から出て反射型表示素子の表示面に至る光線とが、反射屈折光学素子又は反射光学素子の表示面側から投影光線の通る順に数えて、本発明の第１の投影光学装置においては、少なくとも２番目までの反射面を、本発明の第２の投影光学装置においては、少なくとも最初の反射面を、共に反射するように、照明光源を配置するものである。
【００１８】
すなわち、反射型表示素子の表示面に面して配置された反射屈折光学素子又は反射光学素子の、少なくとも２番目までの反射面、あるいは、最初の反射面を経て照明光と投影光が反射され、表示面を照明し、かつ、その表示画像を投影するように、光学系の一部を照明光路と投影光路が共用するものである。
【００１９】
そして、何れの場合も、照明光源からの照明光束中の表示面の中心に至る光線であって照明光束の中心光線を照明光光軸とし、表示面中心を出て瞳中心を通り投影表示面に至る光線を投影光光軸とするとき、本発明に基づき、反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と表示面中心とを通る平面内に含まれないように、照明光源を配置するものである。
【００２０】
このような照明光光軸の意味は、偏心光学系として構成される反射屈折光学素子又は反射光学素子は、特別な偏心構成の場合を除き、各反射面の偏心方向は、反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と表示面中心とを通る平面の方向になる。この面内に反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が存在すると、各反射面の偏心方向の有効面は、照明光路用と投影光路用に大きくしなければならなくなり、反射屈折光学素子又は反射光学素子が大型化するか、あるいは、光束の一部がケラレることになってしまい、明るく均一の投影が困難になる。
【００２１】
これに対して、反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と表示面中心とを通る平面内に含まれないようにすると、各反射面において照明光路用と投影光路用に大きくしなければならない有効面方向は、一般に偏心方向と交差する方向となるため、反射屈折光学素子又は反射光学素子の大型化には繋がらない。
【００２２】
特に、反射屈折光学素子又は反射光学素子が、反射面を２面備えた第１偏心プリズムからなり、表示面から出て投影光光軸が最初に入射する反射面で反射された投影光光軸とその反射面に入射する投影光光軸とを含む平面に、２番目の反射面で反射された投影光光軸を投影した場合に、２番目の反射面で反射された投影光光軸の像が最初に入射する反射面で反射された投影光光軸とプリズム内で交差するように、その偏心プリズムを構成する場合には、この偏心プリズムが各反射面に正のパワーを分散するタイプのプリズムであるため、同じ偏心プリズムのパワーとしたとき、各反射面の曲面形状がより弱い形になるので、プリズムを大型化せずに偏心方向と交差する方向に有効径を大きく取ることができ、好ましいものである。
【００２３】
この点を後記の実施例１の投影光学系を例にして説明する。図１は、反射型表示素子として用いられるＤＭＤ１と、そのＤＭＤ１に表示された画像を投影する投影光学系２と、図３に示した照明光源３からの光を投影光学系２の偏心プリズム１０に入射させる照明光導入プリズム３０とからなる光学系部分の正面斜め上方向から見た斜視図であり、投影光学系２は偏心プリズム１０と偏心プリズム２０からなり、ＤＭＤ１は偏心プリズム１０に大部分が隠れて見えないが、図２の同じ方向から見た透視斜視図を見れば、ＤＭＤ１は偏心プリズム１０の図の裏面側に配置されていることが分かる。図３は、図１、図２の表側から見た正面透視図であり、図１〜図３に示した座標の−Ｚ方向にこの投影光学系２によってＤＭＤ１の表示画像を投影するスクリーン等の投影表示面５（図５）が配置されることになる。
【００２４】
この例では、偏心プリズム１０において、面ＡＢＣＤがＤＭＤ１からの表示光を入射させる入射面１１、面ＥＦＧＨが入射面１１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面１２、面ＩＪＢＡが第１反射面１２で反射した表示光を反射させる第２反射面１３、面ＨＧＣＤが第２反射面１３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面１４であり、偏心プリズム２０において、面ＫＬＯＭが偏心プリズム１０から射出された表示光をプリズム内に入射させる入射面２１、面ＰＱＯＭが入射面２１からプリズム内に入射した表示光を反射させる反射面２２、面ＫＬＱＰが反射面２２で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面２３である。
【００２５】
偏心プリズム１０と偏心プリズム２０の間には、投影光学系２の瞳を形成する絞り４が配置されているが、この絞り４の形状は、照明光に対しては必ずしも正しい形状には図示されていない。
【００２６】
偏心プリズム１０の射出面１４に面して反射面を持つ照明光導入プリズム３０が配置されており、その入射側に照明光源３が配置される（図３）。
【００２７】
この配置において、照明光源３からの軸上主光線（光軸）は、照明光導入プリズム３０の入射面に点ａで交差して照明光導入プリズム３０内に入り、その反射面に点ｂで入射して反射され、点ｃで照明光導入プリズム３０外に出ると共に、偏心プリズム１０の射出面１４に同じ点ｃで入射し、偏心プリズム１０内に入った照明光光軸はその第２反射面１３の点ｄに入射して反射され、次にその第１反射面１２の点ｅに入射して反射され、偏心プリズム１０の入射面１１の点ｆに入射して偏心プリズム１０の外に出て、ＤＭＤ１の画面中心ｇに法線方向に対して約２０°の角度を成してＤＭＤ１の対角線方向から照明光光軸が入射することによりＤＭＤ１表示面を照明する。
【００２８】
ＤＭＤ１の画面中心ｇから法線方向に出た投影光光軸は、偏心プリズム１０の入射面１１の点ｈに入射して偏心プリズム１０内に入り、その第１反射面１２の点ｉに入射して反射され、次にその第２反射面１３の点ｊに入射して反射され、偏心プリズム１０の射出面１４の点ｋに入射して偏心プリズム１０の外に出て、絞り４の中心を通り、今度は偏心プリズム２０の入射面２１の点ｌに入射して偏心プリズム２０内に入り、その反射面２２の点ｍに入射して反射され、次に偏心プリズム２０の射出面２３の点ｎに入射して偏心プリズム２０の外に出て、図示しない投影表示面に達してＤＭＤ１の表示像の拡大像を投影する。
【００２９】
ここで、本発明に基づき、偏心プリズム１０に入射する照明光光軸である点ｃに入射する照明光光軸は、偏心プリズム１０の点ｋから出る投影光光軸と表示面中心ｇとを通る平面（図３の点ｇと点ｋを通り図３の面に垂直な面）内に含まれないように、照明光源３を配置することにより、偏心プリズム１０が大型にならずに照明光をＤＭＤ１に導くことができ、投影光学装置を小型化することができる。
【００３０】
図１〜図３の場合は、投影光学系２は、偏心プリズム１０以外に、収差を十分に補正して拡大投影像を投影するために、偏心プリズム１０から投影光線の出る側に別の光学系として偏心プリズム２０を配置しているが、別の光学系としては偏心プリズムに限らず、回転対称の屈折光学系を配置してもよい。
【００３１】
この偏心プリズム１０の射出側に配置する偏心プリズムとしては、反射面を１面以上備え、その反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成されたものを用いることができる。
【００３２】
そして、この第１偏心プリズム１０及び第２偏心プリズム２０は、何れもプリズム中の投影光光軸が平面内に含まれており、第１偏心プリズム１０中のその投影光光軸が含まれる平面と第２偏心プリズム２０中のその投影光光軸が含まれる平面とが平行であるものとしてもよく、あるいは、それらの平面が相互に４５°回転してるものとしてもよい。後者の場合、その回転による投影像の回転を補うように、反射型表示素子（図１〜図３の場合はＤＭＤ１）を投影光光軸の回りで回転配置する必要がある。
【００３３】
なお、第２偏心プリズム２０も、第１偏心プリズム１０同様に、反射面を２面備えており、第２偏心プリズム２０中の投影光光軸が含まれる平面内で投影光光軸が交差するように構成してもよく、あるいは、反射面を１面備えているものとして構成してもよい。
【００３４】
なお、本発明において、反射型表示素子として反射型液晶表示素子を用いる場合にも適用できる。
【００３５】
また、反射型表示素子として、２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子、すなわちＤＭＤを用いる場合に、その微小ミラーによる反射光の偏向方向としては、第１偏心プリズム中の投影光光軸が含まれる平面と直交するようにＤＭＤを配置すると、ＤＭＤに入射する照明光光軸がＤＭＤから出る投影光光軸とＤＭＤの表示面中心とを通る平面内に含まれないようになる。
【００３６】
また、投影光学系を第１偏心プリズムと第２偏心プリズムから構成する場合に、第１偏心プリズムを構成する透明媒質と第２偏心プリズムを構成する透明媒質との光学的性質が異なることが望ましい。
【００３７】
回転非対称な反射面を持つ２つの偏心プリズムからなり、中間像を結像しない投影光学系においては、絞りが光学系の中央付近に配置して対称性を良くすることができるので、コマ収差等の単色収差は改善するが、各プリズムの入射面と射出面が何れも屈折面からなるために、屈折率の色分散に起因する色収差、特に、倍率の色収差は、プリズムの面形状として回転非対称な自由曲面形状としても補正しきれない。特に、光学系を小型化する場合、相対的に波長が大きくなり、倍率の色収差の収差補正が難しくなる。
【００３８】
そこで、本発明においては、第１偏心プリズムを構成する透明媒質と第２偏心プリズムを構成する透明媒質との光学的性質が異なるようにすることにより、色収差、特に、倍率色収差を補正するようにしている。このように偏心プリズム相互の媒質の光学的性質を異なるようにすると、プリズムの屈折面での分散に基づく色収差、特に、倍率の色収差を良好に補正できるようになる。
【００３９】
ここで、透明媒質の光学的性質とは、具体的に屈折率とアッベ数であるが、少なくとも何れか一方が異なることが必要である。
【００４０】
【発明の実施形態】
以下、本発明の投影光学装置を特にその投影光学系を中心にして実施例に基づいて説明する。
【００４１】
まず、以下の実施例の座標の取り方は、像を投影する投影表示面（スクリーン）側から投影光学系２を見て、図１〜図３に示すように、逆光線追跡の投影光光軸７が投影光学系２の最終面（図１〜図３では第２偏心プリズム２０の射出面２３）に向かう方向（正面方向）をＺ軸のプラス方向、水平方向の右から左に向かう方向（左右方向）をＸ軸のプラス方向、垂直方向の下から上に向かう方向（上下方向）をＹ軸のプラス方向とし、光学系の原点を投影光光軸７が投影光学系２の最終面と交差する点とする。なお、以下の構成の説明もその逆光線追跡の順で説明する。以下、図面を参照にして説明する。
【００４２】
なお、実施例１〜６は、逆光線追跡の第１面（投影光学系２の最終面）から１２００ｍｍの位置の投影表示面５に反射型表示素子２の像が拡大投影されるものであり、投影像の大きさは７３０．０×５４７．５ｍｍ（対角長３６インチ）であり、入射瞳径φ７ｍｍに設定され、反射型表示素子２の大きさは１３．６１×１０．２１ｍｍを用いるものとしている。
【００４３】
実施例１
この実施例は、反射型表示素子１としてＤＭＤを用いること想定しており、図１は、投影光学系２を投影表示面５（図５）側の斜め上方向から見た斜視図であり、図２は、同じ方向から見た透視斜視図であり、図３は、図１、図２の表側から見た正面透視図である。また、図４には、投影光学系２のＹ−Ｚ断面図を示す。さらに、図５には、この実施例の投影光学系を用いた全体の装置の模式的斜視図を示す。
【００４４】
この実施例の投影光学系２は、投影表示面５側から、第２偏心プリズム２０、絞り４、第１偏心プリズム１０からなり、第１偏心プリズム１０の入射面１１に面して反射型表示素子１が配置されており、第１偏心プリズム１０の射出面１４の投影光光軸７が通る位置から外れた位置に照明光導入プリズム３０が配置されている。第１偏心プリズム１０は、反射型表示素子１に面した入射面１１、入射面１１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面１２、第１反射面１２で反射した表示光を反射させる第２反射面１３、第２反射面１３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面１４の４面からなり、この第１偏心プリズム１０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射され、入射面１１から第１反射面１２へ向かう投影光光軸７と、第２反射面１３から射出面１４へ向かう投影光光軸７とはプリズム内で交差する。
【００４５】
第２偏心プリズム２０は、第１偏心プリズム１０から射出された表示光をプリズム内に入射させる入射面２１、入射面２１からプリズム内に入射した表示光を反射させる反射面２２、反射面２２で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面２３の３面からなり、この第２偏心プリズム２０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射される。
【００４６】
したがって、反射型表示素子１から投影表示面５に至る投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に存在することになる。
【００４７】
また、照明光源３からの照明光の照明光光軸６は、照明光導入プリズム３０を経て第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射し、第１偏心プリズム１０内に入った照明光光軸はその第２反射面１３、第１反射面１２で順次反射され、入射面１１から外に出て、反射型表示素子１の画面中心に法線方向に対して約２０°の角度を成して反射型表示素子１の対角線方向から入射するように反射型表示素子１の表示面を照明する。そのため、反射型表示素子１は、第１偏心プリズム１０の入射する投影光光軸７の回りで４５°傾くように配置される。また、第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射する照明光光軸６は、反射型表示素子１から投影表示面５に至る投影光光軸７が含まれるＹ−Ｚ面内には含まれず、−Ｘ方向に外れた位置から射出面１４に入射するように配置されている。そして、投影光学系２に入射する投影光光軸７の回りで反射型表示素子１が４５°傾いて配置され、投影像が投影表示面５上で投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで４５°傾くのを補償するために、全体の光学系を投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで反対方向に４５°傾けて配置される（図５）。
【００４８】
本実施例の第２偏心プリズム２０及び第１偏心プリズム１０の各面２１〜２３、１１〜１４は何れも偏心した自由曲面からなる。
【００４９】
この実施例の投影光学系２の構成パラメータを後記する。
【００５０】
実施例２
この実施例は、反射型表示素子１としてＤＭＤを用いること想定しており、図６にこの実施例の投影光学系２のＹ−Ｚ断面図を示す。さらに、図７に投影光学系２を用いた全体の装置の模式的斜視図を示す。
【００５１】
この実施例の投影光学系２は、投影表示面５側から、投影表示面５に凸面を向けた２枚のメニスカスレンズからなる正パワーの同軸屈折光学系２０’、絞り４、第１偏心プリズム１０からなり、第１偏心プリズム１０は実施例１と同様の形状の偏心プリズムからなり、その入射面１１に面して反射型表示素子１が配置されており、第１偏心プリズム１０の射出面１４の投影光光軸７が通る位置から外れた位置に、図示はないが、実施例１と同様に照明光導入プリズム３０が配置される。第１偏心プリズム１０は、反射型表示素子１に面した入射面１１、入射面１１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面１２、第１反射面１２で反射した表示光を反射させる第２反射面１３、第２反射面１３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面１４の４面からなり、この第１偏心プリズム１０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射され、入射面１１から第１反射面１２へ向かう投影光光軸７と、第２反射面１３から射出面１４へ向かう投影光光軸７とはプリズム内で交差する。
【００５２】
そして、図示しない照明光源３からの照明光の照明光光軸６は、照明光導入プリズム３０を経て第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射し、第１偏心プリズム１０内に入った照明光光軸はその第２反射面１３、第１反射面１２で順次反射され、入射面１１から外に出て、反射型表示素子１の画面中心に法線方向に対して約２０°の角度を成して反射型表示素子１の対角線方向から入射するように反射型表示素子１の表示面を照明する。そのため、反射型表示素子１は、第１偏心プリズム１０の入射する投影光光軸７の回りで４５°傾くように配置される。また、第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射する照明光光軸６は、反射型表示素子１から投影表示面５に至る投影光光軸７が含まれるＹ−Ｚ面内には含まれず、−Ｘ方向に外れた位置から射出面１４に入射するように配置されている。そして、投影光学系２に入射する投影光光軸７の回りで反射型表示素子１が４５°傾いて配置され、投影像が投影表示面５上で投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで４５°傾くのを補償するために、全体の光学系を投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで反対方向に４５°傾けて配置される（図７）。
【００５３】
本実施例の第１偏心プリズム１０の各面１１〜１４は何れも偏心した自由曲面からなる。
【００５４】
この実施例の投影光学系２の構成パラメータを後記する。
【００５５】
実施例３
この実施例は、反射型表示素子１として反射型液晶表示素子を用いること想定しており、図８にこの実施例の投影光学系２のＹ−Ｚ断面図を示す。さらに、図９に投影光学系２を用いた全体の装置の模式的斜視図を示す。
【００５６】
この実施例の投影光学系２は、投影表示面５側から、第２偏心プリズム２０、絞り４、第１偏心プリズム１０からなり、第２偏心プリズム２０、第１偏心プリズム１０共に実施例１と同様の形状の偏心プリズムからなり、第１偏心プリズム１０の入射面１１に面して反射型表示素子１が配置されており、第１偏心プリズム１０の射出面１４の投影光光軸７が通る位置から外れた位置に、図示はないが、実施例１と同様に照明光導入プリズム３０が配置される。
【００５７】
第１偏心プリズム１０は、反射型表示素子１に面した入射面１１、入射面１１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面１２、第１反射面１２で反射した表示光を反射させる第２反射面１３、第２反射面１３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面１４の４面からなり、この第１偏心プリズム１０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射され、入射面１１から第１反射面１２へ向かう投影光光軸７と、第２反射面１３から射出面１４へ向かう投影光光軸７とはプリズム内で交差する。
【００５８】
第２偏心プリズム２０は、第１偏心プリズム１０から射出された表示光をプリズム内に入射させる入射面２１、入射面２１からプリズム内に入射した表示光を反射させる反射面２２、反射面２２で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面２３の３面からなり、この第２偏心プリズム２０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射される。
【００５９】
したがって、反射型表示素子１から投影表示面５に至る投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に存在することになる。
【００６０】
また、照明光源３からの照明光の照明光光軸６は、照明光導入プリズム３０を経て第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射し、第１偏心プリズム１０内に入った照明光光軸はその第２反射面１３、第１反射面１２で順次反射され、入射面１１から外に出て、反射型表示素子１の画面中心に法線方向に対して所定の角度を成して反射型表示素子１の長手方向斜め横方向から入射するように反射型表示素子１の表示面を照明する。したがって、この実施例では、反射型表示素子１は、第１偏心プリズム１０の入射する投影光光軸７の回りで傾いて配置されない。また、第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射する照明光光軸６は、反射型表示素子１から投影表示面５に至る投影光光軸７が含まれるＹ−Ｚ面内には含まれず、−Ｘ方向に外れた位置から射出面１４に入射するように配置されている。なお、この実施例では、全体の光学系を投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで傾けて配置する必要はない（図９）。
【００６１】
本実施例の第２偏心プリズム２０及び第１偏心プリズム１０の各面２１〜２３、１１〜１４は何れも偏心した自由曲面からなる。
【００６２】
この実施例の投影光学系２の構成パラメータを後記する。
【００６３】
実施例４
この実施例は、反射型表示素子１としてＤＭＤを用いること想定しており、図１０にこの実施例の投影光学系２を用いた全体の装置の模式的斜視図を示す。
【００６４】
この実施例の投影光学系２は、投影表示面５側から、第２偏心プリズム２０、絞り４、第１偏心プリズム１０からなり、第２偏心プリズム２０、第１偏心プリズム１０共に実施例１と同様の形状の偏心プリズムからなり、第１偏心プリズム１０の入射面１１に面して反射型表示素子１が配置されており、第１偏心プリズム１０の射出面１４の投影光光軸７が通る位置から外れた位置に、図示はないが、実施例１と同様に照明光導入プリズム３０が配置される。
【００６５】
第１偏心プリズム１０は、反射型表示素子１に面した入射面１１、入射面１１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面１２、第１反射面１２で反射した表示光を反射させる第２反射面１３、第２反射面１３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面１４の４面からなり、この第１偏心プリズム１０中では投影光光軸７は同一の平面内に含まれるように反射され、入射面１１から第１反射面１２へ向かう投影光光軸７と、第２反射面１３から射出面１４へ向かう投影光光軸７とはプリズム内で交差する。
【００６６】
第２偏心プリズム２０は、第１偏心プリズム１０から射出された表示光をプリズム内に入射させる入射面２１、入射面２１からプリズム内に入射した表示光を反射させる反射面２２、反射面２２で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面２３の３面からなり、この第２偏心プリズム２０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射される。
【００６７】
しかし、この実施例においては、第２偏心プリズム２０内の投影光光軸７が含まれる平面と、第１偏心プリズム１０内の投影光光軸７が含まれる平面とは相互に４５°を成すように、第１偏心プリズム１０から出る投影光光軸７の周りで第２偏心プリズム２０が４５°回転した関係になるように、第２偏心プリズム２０と第１偏心プリズム１０が配置されている。
【００６８】
なお、照明光源３からの照明光の照明光光軸６は、図示を省いた照明光導入プリズム３０を経て第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射し、第１偏心プリズム１０内に入った照明光光軸はその第２反射面１３、第１反射面１２で順次反射され、入射面１１から外に出て、反射型表示素子１の画面中心に法線方向に対して約２０°の角度を成して反射型表示素子１の対角線方向から入射するように反射型表示素子１の表示面を照明する。そのため、反射型表示素子１は、第１偏心プリズム１０の入射する投影光光軸７の回りで４５°傾くように配置される。また、第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射する照明光光軸６は、第１偏心プリズム１０内の投影光光軸７が含まれる平面内には含まれず、その一方に外れた位置から射出面１４に入射するように配置されている。そして、投影光学系２に入射する投影光光軸７の回りで反射型表示素子１が４５°傾いて配置され、投影像が投影表示面５上で投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで４５°傾くのを補償するために、上記のように、第１偏心プリズム１０から出る投影光光軸７の周りで第２偏心プリズム２０が４５°回転した関係で第２偏心プリズム２０が配置される（図１０）。
【００６９】
本実施例の第２偏心プリズム２０及び第１偏心プリズム１０の各面２１〜２３、１１〜１４は何れも偏心した自由曲面からなる。
【００７０】
この実施例の投影光学系２の構成パラメータを後記する。
【００７１】
実施例５、６
これらの実施例は、反射型表示素子１としてＤＭＤを用いること想定しており、図１１にこれらの実施例の投影光学系２を用いた全体の装置の模式的斜視図を示す。
【００７２】
これらの実施例の投影光学系２は、投影表示面５側から、第２偏心プリズム２０、絞り４、第１偏心プリズム１０からなり、第１偏心プリズム１０は実施例１と同様の形状の偏心プリズムからなり、第１偏心プリズム１０の入射面１１に面して反射型表示素子１が配置されており、第１偏心プリズム１０の射出面１４の投影光光軸７が通る位置から外れた位置に、図示はないが、実施例１と同様に照明光導入プリズム３０が配置される。
【００７３】
第１偏心プリズム１０は、反射型表示素子１に面した入射面１１、入射面１１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面１２、第１反射面１２で反射した表示光を反射させる第２反射面１３、第２反射面１３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面１４の４面からなり、この第１偏心プリズム１０中では投影光光軸７は同一の平面内に含まれるように反射され、入射面１１から第１反射面１２へ向かう投影光光軸７と、第２反射面１３から射出面１４へ向かう投影光光軸７とはプリズム内で交差する。
【００７４】
第２偏心プリズム２０は、第１偏心プリズム１０から射出された表示光をプリズム内に入射させる入射面２１、入射面２１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面２２、第１反射面２２で反射した表示光を反射させる第２反射面２３、第２反射面２３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面２４の４面からなり、第１偏心プリズム１０と同様の形状の偏心プリズムである。この第２偏心プリズム２０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射される。
【００７５】
しかし、この実施例においては、第２偏心プリズム２０内の投影光光軸７が含まれる平面と、第１偏心プリズム１０内の投影光光軸７が含まれる平面とは相互に４５°を成すように、第１偏心プリズム１０から出る投影光光軸７の周りで第２偏心プリズム２０が４５°回転した関係になるように、第２偏心プリズム２０と第１偏心プリズム１０が配置されている。
【００７６】
なお、照明光源３からの照明光の照明光光軸６は、図示を省いた照明光導入プリズム３０を経て第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射し、第１偏心プリズム１０内に入った照明光光軸はその第２反射面１３、第１反射面１２で順次反射され、入射面１１から外に出て、反射型表示素子１の画面中心に法線方向に対して約２０°の角度を成して反射型表示素子１の対角線方向から入射するように反射型表示素子１の表示面を照明する。そのため、反射型表示素子１は、第１偏心プリズム１０の入射する投影光光軸７の回りで４５°傾くように配置される。また、第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射する照明光光軸６は、第１偏心プリズム１０内の投影光光軸７が含まれる平面内には含まれず、その一方に外れた位置から射出面１４に入射するように配置されている。そして、投影光学系２に入射する投影光光軸７の回りで反射型表示素子１が４５°傾いて配置され、投影像が投影表示面５上で投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで４５°傾くのを補償するために、上記のように、第１偏心プリズム１０から出る投影光光軸７の周りで第２偏心プリズム２０が４５°回転した関係で第２偏心プリズム２０が配置される（図１１）。
【００７７】
これらの本実施例の第２偏心プリズム２０及び第１偏心プリズム１０の各面２１〜２３、１１〜１４は何れも偏心した自由曲面からなる。
【００７８】
これらの実施例の投影光学系２の構成パラメータを後記する。
【００７９】
次に、上記実施例１〜６の投影光学系２の構成パラメータを示す。各実施例の構成パラメータにおいては、図２、図３に示すように、逆光線追跡で、投影光光軸７を、反射型表示素子１の表示面中心を出て瞳４中心を通り投影表示面５に至る光線で定義する。そして、逆光線追跡において、投影表示面５から投影光学系２に向かう投影光光軸７が投影光学系２の最終面と交差する点（最終面の面頂）を原点として、投影光光軸７が投影光学系２の最終面に向かう方向（正面方向）をＺ軸のプラス方向、水平方向の右から左に向かう方向（左右方向）をＸ軸のプラス方向、垂直方向の下から上に向かう方向（上下方向）をＹ軸のプラス方向とする。
【００８０】
偏心面については、光学系の原点の中心からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、後記の引用文献の（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００８１】
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００８２】
また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は、例えば米国特許第６，１２４，９８９号（特開２０００−６６１０５号）の（ａ）式により定義される自由曲面であり、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００８３】
なお、データの記載されていない自由曲面に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
【００８４】
また、以下の数値データの表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＲＥ”は反射面をそれぞれ示す。なお、物体面は投影像面５、像面は反射型表示素子１の表示面である。
【００８５】
実施例１
【００８６】
実施例２
【００８７】
実施例３
【００８８】
実施例４
【００８９】
実施例５
【００９０】
実施例６
【００９１】
次に、上記実施例１の横収差図を図１２に示す。この横収差図において、括弧内に示された数字は（水平（Ｘ方向）画角、垂直（Ｙ方向）画角）を表し、その画角における横収差を示す。
【００９２】
以上の実施例において、光学系全体のＸ方向、Ｙ方向のパワーをそれぞれPX、PYとし、第１偏心プリズム１０のＸ方向、Ｙ方向のパワーをそれぞれPx1 、Py1 、第２偏心プリズム２０あるいは同軸屈折光学系のパワーをPx2 、Py2 とする。なお、各偏心プリズムのパワーは偏心プリズムの投影光光軸７が含まれる面内の方向をＹとする座標系で計算してある。
【００９３】
本発明の投影光学系２においては、
０＜Px/Py ＜２ ・・・（１）
を満足することが望ましく、より好ましくは、
０．５＜Px/Py ＜１．５ ・・・（１−１）
を満足すること好ましく、さらに好ましくは、
０．９＜Px/Py ＜１．１ ・・・（１−１）
を満足すること好ましい。
【００９４】
各条件式の下限の０、０．５あるいは０．９を越えると、Ｘ方向のパワーが弱くなりＸ方向に映像が小さく拡大され、歪みが大きく発生する。一方、上限の２、１．５あるいは１．１を越えると、Ｙ方向のパワーが弱くなりＹ方向に映像が小さく拡大され、歪みが大きく発生する。
【００９５】
以下に、上記実施例１〜６のPx/Py の値、及び、Px2/Px1 、Py2/Py1 の値を示す。
実施例 １ ２ ３ ４ ５ ６
Px/Py 0.983 0.993 0.933 0.983 0.979 0.990
Px2/Px1 0.127 0.067 0.011 0.140 0.805 0.810
Py2/Py1 0.064 0.067 0.160 0.422 0.239 0.248 。
【００９６】
なお、以上の実施例４〜６においては、第１偏心プリズム１０を構成する透明材料と第２偏心プリズム２０を構成する透明材料とを異なる種類のものとして、各偏心プリズムの屈折面での分散に基づく色収差、特に、倍率の色収差を良好に補正している。
【００９７】
以上の本発明の投影光学装置は、例えば次のように構成することができる。
【００９８】
〔１〕 反射型表示素子と、該反射型表示素子に表示された画像を投影する投影光学系と、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えた投影光学装置において、
前記投影光学系は、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、前記反射型表示素子の表示面に面して配置された正のパワーを有する反射屈折光学素子又は反射光学素子を有し、
前記表示面から出て投影表示面に至る光線と、前記照明光源から出て前記表示面に至る光線とは、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子の前記表示面側から投影光線の通る順に数えて少なくとも２番目までの反射面を共に反射するように、前記照明光源が配置され、
かつ、前記照明光源からの照明光束中の前記表示面の中心に至る光線であって照明光束の中心光線を照明光光軸とし、前記表示面中心を出て瞳中心を通り投影表示面に至る光線を投影光光軸とするとき、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と前記表示面中心とを通る平面内に含まれないように、前記照明光源が配置されていることを特徴とする投影光学装置。
【００９９】
〔２〕 反射型表示素子と、該反射型表示素子に表示された画像を投影する投影光学系と、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えた投影光学装置において、
前記反射型表示素子は、２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子からなり、
前記投影光学系は、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、前記反射型表示素子の表示面に面して配置された正のパワーを有する反射屈折光学素子又は反射光学素子を有し、
前記表示面から出て投影表示面に至る光線と、前記照明光源から出て前記表示面に至る光線とは、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子の前記表示面側から投影光線の通る順に数えて少なくとも最初の反射面を共に反射するように、前記照明光源が配置され、
かつ、前記照明光源からの照明光束中の前記表示面の中心に至る光線であって照明光束の中心光線を照明光光軸とし、前記表示面中心を出て瞳中心を通り投影表示面に至る光線を投影光光軸とするとき、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と前記表示面中心とを通る平面内に含まれないように、前記照明光源が配置されていることを特徴とする投影光学装置。
【０１００】
〔３〕 前記反射屈折光学素子又は反射光学素子は、反射面を２面備えた第１偏心プリズムからなり、前記表示面から出て投影光光軸が最初に入射する反射面で反射された投影光光軸とその反射面に入射する投影光光軸とを含む平面に、２番目の反射面で反射された投影光光軸を投影した場合に、前記２番目の反射面で反射された投影光光軸の像が前記最初に入射する反射面で反射された投影光光軸と交差するように、前記第１偏心プリズムが構成されていることを特徴とする上記１又は２記載の投影光学装置。
【０１０１】
〔４〕 前記投影光学系は、前記第１偏心プリズムから投影光線の出る側に別の光学系を含むことを特徴とする上記３記載の投影光学装置。
【０１０２】
〔５〕 前記別の光学系が、少なくとも、反射面を１面以上備え、その反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成された第２偏心プリズムからなることを特徴とする上記４記載の投影光学装置。
【０１０３】
〔６〕 前記第１偏心プリズム及び前記第２偏心プリズムは、何れもプリズム中の投影光光軸が平面内に含まれており、前記第１偏心プリズム中の前記平面と前記第２偏心プリズム中の前記平面とが平行であることを特徴とする上記５記載の投影光学装置。
【０１０４】
〔７〕 前記第１偏心プリズム及び前記第２偏心プリズムは、何れもプリズム中の投影光光軸が平面内に含まれており、前記第１偏心プリズム中の前記平面と前記第２偏心プリズム中の前記平面とが相互に４５°回転してることを特徴とする上記５記載の投影光学装置。
【０１０５】
〔８〕 前記第２偏心プリズムは、反射面を２面備えており、前記第２偏心プリズム中の前記平面内で投影光光軸が交差するように構成されていることを特徴とする上記６又は７記載の投影光学装置。
【０１０６】
〔９〕 前記第２偏心プリズムは、反射面を１面備えていることを特徴とする上記６又は７記載の投影光学装置。
【０１０７】
〔１０〕 前記反射型表示素子は、反射型液晶表示素子からなることを特徴とする上記１、３〜９の何れか１項記載の投影光学装置。
【０１０８】
〔１１〕 前記反射型表示素子は、２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子からなり、前記微小ミラーによる反射光の偏向方向が、前記第１偏心プリズム中の前記平面と直交するように、前記反射型表示素子が配置されていることを特徴とする上記６〜９の何れか１項記載の投影光学装置。
【０１０９】
〔１２〕 前記第１偏心プリズムを構成する透明媒質と前記第２偏心プリズムを構成する透明媒質との光学的性質が異なることを特徴とする上記５〜１２の何れか１項記載の投影光学装置。
【０１１０】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、投影光学系として偏心プリズムを用い、照明光の反射型表示素子への導入のし方に工夫を施すことにより小型化を図った投影光学装置を提供することができる。本発明は、特にＤＭＤを表示素子として用いる投影光学装置に適したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の投影光学系を投影表示面側の斜め上方向から見た斜視図である。
【図２】実施例１の図１と同じ方向から見た透視斜視図である。
【図３】実施例１の図１、図２の表側から見た正面透視図である。
【図４】実施例１の投影光学系のＹ−Ｚ断面図である。
【図５】実施例１の投影光学系を用いた全体の装置の模式的斜視図である。
【図６】実施例２の投影光学系のＹ−Ｚ断面図である。
【図７】実施例２の投影光学系を用いた全体の装置の模式的斜視図である。
【図８】実施例３の投影光学系のＹ−Ｚ断面図である。
【図９】実施例３の投影光学系を用いた全体の装置の模式的斜視図である。
【図１０】実施例４の投影光学系を用いた全体の装置の模式的斜視図である。
【図１１】実施例５、６の投影光学系を用いた全体の装置の模式的斜視図である。
【図１２】実施例１の横収差を示す図である。
【符号の説明】
１…反射型表示素子（ＤＭＤ、反射型液晶表示素子）
２…投影光学系
３…照明光源
４…絞り
５…投影表示面
６…照明光光軸
７…投影光光軸
１０…第１偏心プリズム
１１…入射面
１２…第１反射面
１３…第２反射面
１４…射出面
２０…第２偏心プリズム
２１…入射面
２２…反射面（第１反射面）
２３…射出面（第２反射面）
２４…射出面
３０…照明光導入プリズム
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学装置に関し、特に、壁面又はスクリーンに反射型表示素子の映像を拡大投影するフロントプロジェクターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプロジェクターは回転対称なレンズ系を使用していた。この場合、明るい表示を得るために、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）や反射型ＬＣＤ等の反射型表示素子を用いた場合（例えば、特開２０００−９８２７２）に、照明光路の配置が難しく、小型の装置として構成することは容易ではなかった。
【０００３】
このような中、ＰＤＬＣやＤＭＤの反射型表示素子への照明を、回転対称な投影レンズ系の全部あるいは一部を介して行うものが特開平８−２０１７５５号、特開平８−２５１５２０号において提案されている。
【０００４】
また、投影光学系でないが、偏心プリズムを用いる頭部装着型画像表示装置において、反射型ＬＣＤの照明を偏心プリズムの一部の反射面と透過面を介して行うものが特開平１１−３３７８６３号において提案されている。
【０００５】
なお、特開２０００−１１１８００においては、２つの偏心プリズムからなり、像面側のプリズムに光路がプリズム内で交差する構成のプリズムを用いる結像光学系が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
反射型表示素子は、その開口率が高く明るい表示画面を提供することが可能であるが、照明光路と投影光路の干渉の問題や、特にＤＭＤ素子では照明を斜め方向から導入する必要があり、投影光学系の小型化が困難であった。
【０００７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、投影光学系として偏心プリズムを用い、照明光の反射型表示素子への導入のし方に工夫を施すことにより小型化を図った投影光学装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の第１の投影光学装置は、反射型表示素子と、該反射型表示素子に表示された画像を投影する投影光学系と、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えた投影光学装置において、
前記投影光学系は、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、前記反射型表示素子の表示面に面して配置された正のパワーを有する反射屈折光学素子又は反射光学素子を有し、
前記表示面から出て投影表示面に至る光線と、前記照明光源から出て前記表示面に至る光線とは、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子の前記表示面側から投影光線の通る順に数えて少なくとも２番目までの反射面を共に反射するように、前記照明光源が配置され、
かつ、前記照明光源からの照明光束中の前記表示面の中心に至る光線であって照明光束の中心光線を照明光光軸とし、前記表示面中心を出て瞳中心を通り投影表示面に至る光線を投影光光軸とするとき、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と前記表示面中心とを通る平面内に含まれないように、前記照明光源が配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
上記目的を達成する本発明の第２の投影光学装置は、反射型表示素子と、該反射型表示素子に表示された画像を投影する投影光学系と、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えた投影光学装置において、
前記反射型表示素子は、２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子からなり、
前記投影光学系は、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、前記反射型表示素子の表示面に面して配置された正のパワーを有する反射屈折光学素子又は反射光学素子を有し、
前記表示面から出て投影表示面に至る光線と、前記照明光源から出て前記表示面に至る光線とは、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子の前記表示面側から投影光線の通る順に数えて少なくとも最初の反射面を共に反射するように、前記照明光源が配置され、
かつ、前記照明光源からの照明光束中の前記表示面の中心に至る光線であって照明光束の中心光線を照明光光軸とし、前記表示面中心を出て瞳中心を通り投影表示面に至る光線を投影光光軸とするとき、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と前記表示面中心とを通る平面内に含まれないように、前記照明光源が配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
以下、本発明において、上記構成をとった理由と作用について説明する。
【００１１】
本発明の投影光学装置は、反射型表示素子に表示された画像を投影するものであり、投影光学系とその反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えている。
【００１２】
そして、その投影光学系としては、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成さた正のパワーを有する反射屈折光学素子又は反射光学素子を含んでなるもので、その光学素子は反射型表示素子の表示面に面して配置されている。
【００１３】
ここで、反射屈折光学素子としては、特開平１１−３３７８６３号、特開２０００−１１１８００等で言及された、パワーを有し内面反射する曲面形状の反射面を２面以上備えてなる偏心プリズムを指すもので、また、反射光学素子とは、そのような反射面を表面鏡で構成して空中に所定の位置関係で配置してなるものである。
【００１４】
そして、光束にパワーを与える曲面形状であって偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面は、一般的には、自由曲面で定義される面形状を有する。そのような自由曲面の面形状は、例えば米国特許第６，１２４，９８９号（特開２０００−６６１０５号）の（ａ）式により定義される自由曲面である。
【００１５】
そして、本発明の第１の投影光学装置においては、反射型表示素子は特に限定されないが、本発明の第２の投影光学装置においては、２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子を用いるものとしている。
【００１６】
このような反射型表示素子は、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）として知られており、「光学」（vol.25,No.6,p.313 〜314,1996年）に記載されているように、２次元的に配列した各ピクセルが微小なミラーから構成され、各ピクセル毎にその直下に配置されたメモリー素子による静電界作用によって上記微小ミラーの傾きを制御し、反射光の反射角度を変化させることによってオン／オフ状態を作る反射型表示素子である。そして、ピクセルがオフの状態では、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影光学系に入射せず、ピクセルがオンの状態では、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影光学系に入射してスクリーンに画像を形成するように光学系部品を配置する必要があるものである。なお、各ピクセルの微小ミラーのオン時の傾き角は、ＤＭＤの光線の入射面に対して１０°程度と決められている。
【００１７】
そして、反射型表示素子の表示面から出て投影表示面に至る光線と、照明光源から出て反射型表示素子の表示面に至る光線とが、反射屈折光学素子又は反射光学素子の表示面側から投影光線の通る順に数えて、本発明の第１の投影光学装置においては、少なくとも２番目までの反射面を、本発明の第２の投影光学装置においては、少なくとも最初の反射面を、共に反射するように、照明光源を配置するものである。
【００１８】
すなわち、反射型表示素子の表示面に面して配置された反射屈折光学素子又は反射光学素子の、少なくとも２番目までの反射面、あるいは、最初の反射面を経て照明光と投影光が反射され、表示面を照明し、かつ、その表示画像を投影するように、光学系の一部を照明光路と投影光路が共用するものである。
【００１９】
そして、何れの場合も、照明光源からの照明光束中の表示面の中心に至る光線であって照明光束の中心光線を照明光光軸とし、表示面中心を出て瞳中心を通り投影表示面に至る光線を投影光光軸とするとき、本発明に基づき、反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と表示面中心とを通る平面内に含まれないように、照明光源を配置するものである。
【００２０】
このような照明光光軸の意味は、偏心光学系として構成される反射屈折光学素子又は反射光学素子は、特別な偏心構成の場合を除き、各反射面の偏心方向は、反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と表示面中心とを通る平面の方向になる。この面内に反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が存在すると、各反射面の偏心方向の有効面は、照明光路用と投影光路用に大きくしなければならなくなり、反射屈折光学素子又は反射光学素子が大型化するか、あるいは、光束の一部がケラレることになってしまい、明るく均一の投影が困難になる。
【００２１】
これに対して、反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と表示面中心とを通る平面内に含まれないようにすると、各反射面において照明光路用と投影光路用に大きくしなければならない有効面方向は、一般に偏心方向と交差する方向となるため、反射屈折光学素子又は反射光学素子の大型化には繋がらない。
【００２２】
特に、反射屈折光学素子又は反射光学素子が、反射面を２面備えた第１偏心プリズムからなり、表示面から出て投影光光軸が最初に入射する反射面で反射された投影光光軸とその反射面に入射する投影光光軸とを含む平面に、２番目の反射面で反射された投影光光軸を投影した場合に、２番目の反射面で反射された投影光光軸の像が最初に入射する反射面で反射された投影光光軸とプリズム内で交差するように、その偏心プリズムを構成する場合には、この偏心プリズムが各反射面に正のパワーを分散するタイプのプリズムであるため、同じ偏心プリズムのパワーとしたとき、各反射面の曲面形状がより弱い形になるので、プリズムを大型化せずに偏心方向と交差する方向に有効径を大きく取ることができ、好ましいものである。
【００２３】
この点を後記の実施例１の投影光学系を例にして説明する。図１は、反射型表示素子として用いられるＤＭＤ１と、そのＤＭＤ１に表示された画像を投影する投影光学系２と、図３に示した照明光源３からの光を投影光学系２の偏心プリズム１０に入射させる照明光導入プリズム３０とからなる光学系部分の正面斜め上方向から見た斜視図であり、投影光学系２は偏心プリズム１０と偏心プリズム２０からなり、ＤＭＤ１は偏心プリズム１０に大部分が隠れて見えないが、図２の同じ方向から見た透視斜視図を見れば、ＤＭＤ１は偏心プリズム１０の図の裏面側に配置されていることが分かる。図３は、図１、図２の表側から見た正面透視図であり、図１〜図３に示した座標の−Ｚ方向にこの投影光学系２によってＤＭＤ１の表示画像を投影するスクリーン等の投影表示面５（図５）が配置されることになる。
【００２４】
この例では、偏心プリズム１０において、面ＡＢＣＤがＤＭＤ１からの表示光を入射させる入射面１１、面ＥＦＧＨが入射面１１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面１２、面ＩＪＢＡが第１反射面１２で反射した表示光を反射させる第２反射面１３、面ＨＧＣＤが第２反射面１３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面１４であり、偏心プリズム２０において、面ＫＬＯＭが偏心プリズム１０から射出された表示光をプリズム内に入射させる入射面２１、面ＰＱＯＭが入射面２１からプリズム内に入射した表示光を反射させる反射面２２、面ＫＬＱＰが反射面２２で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面２３である。
【００２５】
偏心プリズム１０と偏心プリズム２０の間には、投影光学系２の瞳を形成する絞り４が配置されているが、この絞り４の形状は、照明光に対しては必ずしも正しい形状には図示されていない。
【００２６】
偏心プリズム１０の射出面１４に面して反射面を持つ照明光導入プリズム３０が配置されており、その入射側に照明光源３が配置される（図３）。
【００２７】
この配置において、照明光源３からの軸上主光線（光軸）は、照明光導入プリズム３０の入射面に点ａで交差して照明光導入プリズム３０内に入り、その反射面に点ｂで入射して反射され、点ｃで照明光導入プリズム３０外に出ると共に、偏心プリズム１０の射出面１４に同じ点ｃで入射し、偏心プリズム１０内に入った照明光光軸はその第２反射面１３の点ｄに入射して反射され、次にその第１反射面１２の点ｅに入射して反射され、偏心プリズム１０の入射面１１の点ｆに入射して偏心プリズム１０の外に出て、ＤＭＤ１の画面中心ｇに法線方向に対して約２０°の角度を成してＤＭＤ１の対角線方向から照明光光軸が入射することによりＤＭＤ１表示面を照明する。
【００２８】
ＤＭＤ１の画面中心ｇから法線方向に出た投影光光軸は、偏心プリズム１０の入射面１１の点ｈに入射して偏心プリズム１０内に入り、その第１反射面１２の点ｉに入射して反射され、次にその第２反射面１３の点ｊに入射して反射され、偏心プリズム１０の射出面１４の点ｋに入射して偏心プリズム１０の外に出て、絞り４の中心を通り、今度は偏心プリズム２０の入射面２１の点ｌに入射して偏心プリズム２０内に入り、その反射面２２の点ｍに入射して反射され、次に偏心プリズム２０の射出面２３の点ｎに入射して偏心プリズム２０の外に出て、図示しない投影表示面に達してＤＭＤ１の表示像の拡大像を投影する。
【００２９】
ここで、本発明に基づき、偏心プリズム１０に入射する照明光光軸である点ｃに入射する照明光光軸は、偏心プリズム１０の点ｋから出る投影光光軸と表示面中心ｇとを通る平面（図３の点ｇと点ｋを通り図３の面に垂直な面）内に含まれないように、照明光源３を配置することにより、偏心プリズム１０が大型にならずに照明光をＤＭＤ１に導くことができ、投影光学装置を小型化することができる。
【００３０】
図１〜図３の場合は、投影光学系２は、偏心プリズム１０以外に、収差を十分に補正して拡大投影像を投影するために、偏心プリズム１０から投影光線の出る側に別の光学系として偏心プリズム２０を配置しているが、別の光学系としては偏心プリズムに限らず、回転対称の屈折光学系を配置してもよい。
【００３１】
この偏心プリズム１０の射出側に配置する偏心プリズムとしては、反射面を１面以上備え、その反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成されたものを用いることができる。
【００３２】
そして、この第１偏心プリズム１０及び第２偏心プリズム２０は、何れもプリズム中の投影光光軸が平面内に含まれており、第１偏心プリズム１０中のその投影光光軸が含まれる平面と第２偏心プリズム２０中のその投影光光軸が含まれる平面とが平行であるものとしてもよく、あるいは、それらの平面が相互に４５°回転してるものとしてもよい。後者の場合、その回転による投影像の回転を補うように、反射型表示素子（図１〜図３の場合はＤＭＤ１）を投影光光軸の回りで回転配置する必要がある。
【００３３】
なお、第２偏心プリズム２０も、第１偏心プリズム１０同様に、反射面を２面備えており、第２偏心プリズム２０中の投影光光軸が含まれる平面内で投影光光軸が交差するように構成してもよく、あるいは、反射面を１面備えているものとして構成してもよい。
【００３４】
なお、本発明において、反射型表示素子として反射型液晶表示素子を用いる場合にも適用できる。
【００３５】
また、反射型表示素子として、２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子、すなわちＤＭＤを用いる場合に、その微小ミラーによる反射光の偏向方向としては、第１偏心プリズム中の投影光光軸が含まれる平面と直交するようにＤＭＤを配置すると、ＤＭＤに入射する照明光光軸がＤＭＤから出る投影光光軸とＤＭＤの表示面中心とを通る平面内に含まれないようになる。
【００３６】
また、投影光学系を第１偏心プリズムと第２偏心プリズムから構成する場合に、第１偏心プリズムを構成する透明媒質と第２偏心プリズムを構成する透明媒質との光学的性質が異なることが望ましい。
【００３７】
回転非対称な反射面を持つ２つの偏心プリズムからなり、中間像を結像しない投影光学系においては、絞りが光学系の中央付近に配置して対称性を良くすることができるので、コマ収差等の単色収差は改善するが、各プリズムの入射面と射出面が何れも屈折面からなるために、屈折率の色分散に起因する色収差、特に、倍率の色収差は、プリズムの面形状として回転非対称な自由曲面形状としても補正しきれない。特に、光学系を小型化する場合、相対的に波長が大きくなり、倍率の色収差の収差補正が難しくなる。
【００３８】
そこで、本発明においては、第１偏心プリズムを構成する透明媒質と第２偏心プリズムを構成する透明媒質との光学的性質が異なるようにすることにより、色収差、特に、倍率色収差を補正するようにしている。このように偏心プリズム相互の媒質の光学的性質を異なるようにすると、プリズムの屈折面での分散に基づく色収差、特に、倍率の色収差を良好に補正できるようになる。
【００３９】
ここで、透明媒質の光学的性質とは、具体的に屈折率とアッベ数であるが、少なくとも何れか一方が異なることが必要である。
【００４０】
【発明の実施形態】
以下、本発明の投影光学装置を特にその投影光学系を中心にして実施例に基づいて説明する。
【００４１】
まず、以下の実施例の座標の取り方は、像を投影する投影表示面（スクリーン）側から投影光学系２を見て、図１〜図３に示すように、逆光線追跡の投影光光軸７が投影光学系２の最終面（図１〜図３では第２偏心プリズム２０の射出面２３）に向かう方向（正面方向）をＺ軸のプラス方向、水平方向の右から左に向かう方向（左右方向）をＸ軸のプラス方向、垂直方向の下から上に向かう方向（上下方向）をＹ軸のプラス方向とし、光学系の原点を投影光光軸７が投影光学系２の最終面と交差する点とする。なお、以下の構成の説明もその逆光線追跡の順で説明する。以下、図面を参照にして説明する。
【００４２】
なお、実施例１〜６は、逆光線追跡の第１面（投影光学系２の最終面）から１２００ｍｍの位置の投影表示面５に反射型表示素子２の像が拡大投影されるものであり、投影像の大きさは７３０．０×５４７．５ｍｍ（対角長３６インチ）であり、入射瞳径φ７ｍｍに設定され、反射型表示素子２の大きさは１３．６１×１０．２１ｍｍを用いるものとしている。
【００４３】
実施例１
この実施例は、反射型表示素子１としてＤＭＤを用いること想定しており、図１は、投影光学系２を投影表示面５（図５）側の斜め上方向から見た斜視図であり、図２は、同じ方向から見た透視斜視図であり、図３は、図１、図２の表側から見た正面透視図である。また、図４には、投影光学系２のＹ−Ｚ断面図を示す。さらに、図５には、この実施例の投影光学系を用いた全体の装置の模式的斜視図を示す。
【００４４】
この実施例の投影光学系２は、投影表示面５側から、第２偏心プリズム２０、絞り４、第１偏心プリズム１０からなり、第１偏心プリズム１０の入射面１１に面して反射型表示素子１が配置されており、第１偏心プリズム１０の射出面１４の投影光光軸７が通る位置から外れた位置に照明光導入プリズム３０が配置されている。第１偏心プリズム１０は、反射型表示素子１に面した入射面１１、入射面１１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面１２、第１反射面１２で反射した表示光を反射させる第２反射面１３、第２反射面１３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面１４の４面からなり、この第１偏心プリズム１０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射され、入射面１１から第１反射面１２へ向かう投影光光軸７と、第２反射面１３から射出面１４へ向かう投影光光軸７とはプリズム内で交差する。
【００４５】
第２偏心プリズム２０は、第１偏心プリズム１０から射出された表示光をプリズム内に入射させる入射面２１、入射面２１からプリズム内に入射した表示光を反射させる反射面２２、反射面２２で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面２３の３面からなり、この第２偏心プリズム２０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射される。
【００４６】
したがって、反射型表示素子１から投影表示面５に至る投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に存在することになる。
【００４７】
また、照明光源３からの照明光の照明光光軸６は、照明光導入プリズム３０を経て第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射し、第１偏心プリズム１０内に入った照明光光軸はその第２反射面１３、第１反射面１２で順次反射され、入射面１１から外に出て、反射型表示素子１の画面中心に法線方向に対して約２０°の角度を成して反射型表示素子１の対角線方向から入射するように反射型表示素子１の表示面を照明する。そのため、反射型表示素子１は、第１偏心プリズム１０の入射する投影光光軸７の回りで４５°傾くように配置される。また、第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射する照明光光軸６は、反射型表示素子１から投影表示面５に至る投影光光軸７が含まれるＹ−Ｚ面内には含まれず、−Ｘ方向に外れた位置から射出面１４に入射するように配置されている。そして、投影光学系２に入射する投影光光軸７の回りで反射型表示素子１が４５°傾いて配置され、投影像が投影表示面５上で投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで４５°傾くのを補償するために、全体の光学系を投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで反対方向に４５°傾けて配置される（図５）。
【００４８】
本実施例の第２偏心プリズム２０及び第１偏心プリズム１０の各面２１〜２３、１１〜１４は何れも偏心した自由曲面からなる。
【００４９】
この実施例の投影光学系２の構成パラメータを後記する。
【００５０】
実施例２
この実施例は、反射型表示素子１としてＤＭＤを用いること想定しており、図６にこの実施例の投影光学系２のＹ−Ｚ断面図を示す。さらに、図７に投影光学系２を用いた全体の装置の模式的斜視図を示す。
【００５１】
この実施例の投影光学系２は、投影表示面５側から、投影表示面５に凸面を向けた２枚のメニスカスレンズからなる正パワーの同軸屈折光学系２０’、絞り４、第１偏心プリズム１０からなり、第１偏心プリズム１０は実施例１と同様の形状の偏心プリズムからなり、その入射面１１に面して反射型表示素子１が配置されており、第１偏心プリズム１０の射出面１４の投影光光軸７が通る位置から外れた位置に、図示はないが、実施例１と同様に照明光導入プリズム３０が配置される。第１偏心プリズム１０は、反射型表示素子１に面した入射面１１、入射面１１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面１２、第１反射面１２で反射した表示光を反射させる第２反射面１３、第２反射面１３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面１４の４面からなり、この第１偏心プリズム１０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射され、入射面１１から第１反射面１２へ向かう投影光光軸７と、第２反射面１３から射出面１４へ向かう投影光光軸７とはプリズム内で交差する。
【００５２】
そして、図示しない照明光源３からの照明光の照明光光軸６は、照明光導入プリズム３０を経て第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射し、第１偏心プリズム１０内に入った照明光光軸はその第２反射面１３、第１反射面１２で順次反射され、入射面１１から外に出て、反射型表示素子１の画面中心に法線方向に対して約２０°の角度を成して反射型表示素子１の対角線方向から入射するように反射型表示素子１の表示面を照明する。そのため、反射型表示素子１は、第１偏心プリズム１０の入射する投影光光軸７の回りで４５°傾くように配置される。また、第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射する照明光光軸６は、反射型表示素子１から投影表示面５に至る投影光光軸７が含まれるＹ−Ｚ面内には含まれず、−Ｘ方向に外れた位置から射出面１４に入射するように配置されている。そして、投影光学系２に入射する投影光光軸７の回りで反射型表示素子１が４５°傾いて配置され、投影像が投影表示面５上で投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで４５°傾くのを補償するために、全体の光学系を投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで反対方向に４５°傾けて配置される（図７）。
【００５３】
本実施例の第１偏心プリズム１０の各面１１〜１４は何れも偏心した自由曲面からなる。
【００５４】
この実施例の投影光学系２の構成パラメータを後記する。
【００５５】
実施例３
この実施例は、反射型表示素子１として反射型液晶表示素子を用いること想定しており、図８にこの実施例の投影光学系２のＹ−Ｚ断面図を示す。さらに、図９に投影光学系２を用いた全体の装置の模式的斜視図を示す。
【００５６】
この実施例の投影光学系２は、投影表示面５側から、第２偏心プリズム２０、絞り４、第１偏心プリズム１０からなり、第２偏心プリズム２０、第１偏心プリズム１０共に実施例１と同様の形状の偏心プリズムからなり、第１偏心プリズム１０の入射面１１に面して反射型表示素子１が配置されており、第１偏心プリズム１０の射出面１４の投影光光軸７が通る位置から外れた位置に、図示はないが、実施例１と同様に照明光導入プリズム３０が配置される。
【００５７】
第１偏心プリズム１０は、反射型表示素子１に面した入射面１１、入射面１１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面１２、第１反射面１２で反射した表示光を反射させる第２反射面１３、第２反射面１３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面１４の４面からなり、この第１偏心プリズム１０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射され、入射面１１から第１反射面１２へ向かう投影光光軸７と、第２反射面１３から射出面１４へ向かう投影光光軸７とはプリズム内で交差する。
【００５８】
第２偏心プリズム２０は、第１偏心プリズム１０から射出された表示光をプリズム内に入射させる入射面２１、入射面２１からプリズム内に入射した表示光を反射させる反射面２２、反射面２２で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面２３の３面からなり、この第２偏心プリズム２０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射される。
【００５９】
したがって、反射型表示素子１から投影表示面５に至る投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に存在することになる。
【００６０】
また、照明光源３からの照明光の照明光光軸６は、照明光導入プリズム３０を経て第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射し、第１偏心プリズム１０内に入った照明光光軸はその第２反射面１３、第１反射面１２で順次反射され、入射面１１から外に出て、反射型表示素子１の画面中心に法線方向に対して所定の角度を成して反射型表示素子１の長手方向斜め横方向から入射するように反射型表示素子１の表示面を照明する。したがって、この実施例では、反射型表示素子１は、第１偏心プリズム１０の入射する投影光光軸７の回りで傾いて配置されない。また、第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射する照明光光軸６は、反射型表示素子１から投影表示面５に至る投影光光軸７が含まれるＹ−Ｚ面内には含まれず、−Ｘ方向に外れた位置から射出面１４に入射するように配置されている。なお、この実施例では、全体の光学系を投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで傾けて配置する必要はない（図９）。
【００６１】
本実施例の第２偏心プリズム２０及び第１偏心プリズム１０の各面２１〜２３、１１〜１４は何れも偏心した自由曲面からなる。
【００６２】
この実施例の投影光学系２の構成パラメータを後記する。
【００６３】
実施例４
この実施例は、反射型表示素子１としてＤＭＤを用いること想定しており、図１０にこの実施例の投影光学系２を用いた全体の装置の模式的斜視図を示す。
【００６４】
この実施例の投影光学系２は、投影表示面５側から、第２偏心プリズム２０、絞り４、第１偏心プリズム１０からなり、第２偏心プリズム２０、第１偏心プリズム１０共に実施例１と同様の形状の偏心プリズムからなり、第１偏心プリズム１０の入射面１１に面して反射型表示素子１が配置されており、第１偏心プリズム１０の射出面１４の投影光光軸７が通る位置から外れた位置に、図示はないが、実施例１と同様に照明光導入プリズム３０が配置される。
【００６５】
第１偏心プリズム１０は、反射型表示素子１に面した入射面１１、入射面１１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面１２、第１反射面１２で反射した表示光を反射させる第２反射面１３、第２反射面１３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面１４の４面からなり、この第１偏心プリズム１０中では投影光光軸７は同一の平面内に含まれるように反射され、入射面１１から第１反射面１２へ向かう投影光光軸７と、第２反射面１３から射出面１４へ向かう投影光光軸７とはプリズム内で交差する。
【００６６】
第２偏心プリズム２０は、第１偏心プリズム１０から射出された表示光をプリズム内に入射させる入射面２１、入射面２１からプリズム内に入射した表示光を反射させる反射面２２、反射面２２で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面２３の３面からなり、この第２偏心プリズム２０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射される。
【００６７】
しかし、この実施例においては、第２偏心プリズム２０内の投影光光軸７が含まれる平面と、第１偏心プリズム１０内の投影光光軸７が含まれる平面とは相互に４５°を成すように、第１偏心プリズム１０から出る投影光光軸７の周りで第２偏心プリズム２０が４５°回転した関係になるように、第２偏心プリズム２０と第１偏心プリズム１０が配置されている。
【００６８】
なお、照明光源３からの照明光の照明光光軸６は、図示を省いた照明光導入プリズム３０を経て第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射し、第１偏心プリズム１０内に入った照明光光軸はその第２反射面１３、第１反射面１２で順次反射され、入射面１１から外に出て、反射型表示素子１の画面中心に法線方向に対して約２０°の角度を成して反射型表示素子１の対角線方向から入射するように反射型表示素子１の表示面を照明する。そのため、反射型表示素子１は、第１偏心プリズム１０の入射する投影光光軸７の回りで４５°傾くように配置される。また、第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射する照明光光軸６は、第１偏心プリズム１０内の投影光光軸７が含まれる平面内には含まれず、その一方に外れた位置から射出面１４に入射するように配置されている。そして、投影光学系２に入射する投影光光軸７の回りで反射型表示素子１が４５°傾いて配置され、投影像が投影表示面５上で投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで４５°傾くのを補償するために、上記のように、第１偏心プリズム１０から出る投影光光軸７の周りで第２偏心プリズム２０が４５°回転した関係で第２偏心プリズム２０が配置される（図１０）。
【００６９】
本実施例の第２偏心プリズム２０及び第１偏心プリズム１０の各面２１〜２３、１１〜１４は何れも偏心した自由曲面からなる。
【００７０】
この実施例の投影光学系２の構成パラメータを後記する。
【００７１】
実施例５、６
これらの実施例は、反射型表示素子１としてＤＭＤを用いること想定しており、図１１にこれらの実施例の投影光学系２を用いた全体の装置の模式的斜視図を示す。
【００７２】
これらの実施例の投影光学系２は、投影表示面５側から、第２偏心プリズム２０、絞り４、第１偏心プリズム１０からなり、第１偏心プリズム１０は実施例１と同様の形状の偏心プリズムからなり、第１偏心プリズム１０の入射面１１に面して反射型表示素子１が配置されており、第１偏心プリズム１０の射出面１４の投影光光軸７が通る位置から外れた位置に、図示はないが、実施例１と同様に照明光導入プリズム３０が配置される。
【００７３】
第１偏心プリズム１０は、反射型表示素子１に面した入射面１１、入射面１１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面１２、第１反射面１２で反射した表示光を反射させる第２反射面１３、第２反射面１３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面１４の４面からなり、この第１偏心プリズム１０中では投影光光軸７は同一の平面内に含まれるように反射され、入射面１１から第１反射面１２へ向かう投影光光軸７と、第２反射面１３から射出面１４へ向かう投影光光軸７とはプリズム内で交差する。
【００７４】
第２偏心プリズム２０は、第１偏心プリズム１０から射出された表示光をプリズム内に入射させる入射面２１、入射面２１からプリズム内に入射した表示光を反射させる第１反射面２２、第１反射面２２で反射した表示光を反射させる第２反射面２３、第２反射面２３で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面２４の４面からなり、第１偏心プリズム１０と同様の形状の偏心プリズムである。この第２偏心プリズム２０中では投影光光軸７は同一のＹ−Ｚ面内に含まれるように反射される。
【００７５】
しかし、この実施例においては、第２偏心プリズム２０内の投影光光軸７が含まれる平面と、第１偏心プリズム１０内の投影光光軸７が含まれる平面とは相互に４５°を成すように、第１偏心プリズム１０から出る投影光光軸７の周りで第２偏心プリズム２０が４５°回転した関係になるように、第２偏心プリズム２０と第１偏心プリズム１０が配置されている。
【００７６】
なお、照明光源３からの照明光の照明光光軸６は、図示を省いた照明光導入プリズム３０を経て第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射し、第１偏心プリズム１０内に入った照明光光軸はその第２反射面１３、第１反射面１２で順次反射され、入射面１１から外に出て、反射型表示素子１の画面中心に法線方向に対して約２０°の角度を成して反射型表示素子１の対角線方向から入射するように反射型表示素子１の表示面を照明する。そのため、反射型表示素子１は、第１偏心プリズム１０の入射する投影光光軸７の回りで４５°傾くように配置される。また、第１偏心プリズム１０の射出面１４に入射する照明光光軸６は、第１偏心プリズム１０内の投影光光軸７が含まれる平面内には含まれず、その一方に外れた位置から射出面１４に入射するように配置されている。そして、投影光学系２に入射する投影光光軸７の回りで反射型表示素子１が４５°傾いて配置され、投影像が投影表示面５上で投影光学系２から射出する投影光光軸７の回りで４５°傾くのを補償するために、上記のように、第１偏心プリズム１０から出る投影光光軸７の周りで第２偏心プリズム２０が４５°回転した関係で第２偏心プリズム２０が配置される（図１１）。
【００７７】
これらの本実施例の第２偏心プリズム２０及び第１偏心プリズム１０の各面２１〜２３、１１〜１４は何れも偏心した自由曲面からなる。
【００７８】
これらの実施例の投影光学系２の構成パラメータを後記する。
【００７９】
次に、上記実施例１〜６の投影光学系２の構成パラメータを示す。各実施例の構成パラメータにおいては、図２、図３に示すように、逆光線追跡で、投影光光軸７を、反射型表示素子１の表示面中心を出て瞳４中心を通り投影表示面５に至る光線で定義する。そして、逆光線追跡において、投影表示面５から投影光学系２に向かう投影光光軸７が投影光学系２の最終面と交差する点（最終面の面頂）を原点として、投影光光軸７が投影光学系２の最終面に向かう方向（正面方向）をＺ軸のプラス方向、水平方向の右から左に向かう方向（左右方向）をＸ軸のプラス方向、垂直方向の下から上に向かう方向（上下方向）をＹ軸のプラス方向とする。
【００８０】
偏心面については、光学系の原点の中心からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、後記の引用文献の（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００８１】
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００８２】
また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は、例えば米国特許第６，１２４，９８９号（特開２０００−６６１０５号）の（ａ）式により定義される自由曲面であり、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００８３】
なお、データの記載されていない自由曲面に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
【００８４】
また、以下の数値データの表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＲＥ”は反射面をそれぞれ示す。なお、物体面は投影像面５、像面は反射型表示素子１の表示面である。
【００８５】
実施例１
実施例２
実施例３
実施例４
実施例５
実施例６
次に、上記実施例１の横収差図を図１２に示す。この横収差図において、括弧内に示された数字は（水平（Ｘ方向）画角、垂直（Ｙ方向）画角）を表し、その画角における横収差を示す。
【００９２】
以上の実施例において、光学系全体のＸ方向、Ｙ方向のパワーをそれぞれPX、PYとし、第１偏心プリズム１０のＸ方向、Ｙ方向のパワーをそれぞれPx1 、Py1 、第２偏心プリズム２０あるいは同軸屈折光学系のパワーをPx2 、Py2 とする。なお、各偏心プリズムのパワーは偏心プリズムの投影光光軸７が含まれる面内の方向をＹとする座標系で計算してある。
【００９３】
本発明の投影光学系２においては、
０＜Px/Py ＜２ ・・・（１）
を満足することが望ましく、より好ましくは、
０．５＜Px/Py ＜１．５ ・・・（１−１）
を満足すること好ましく、さらに好ましくは、
０．９＜Px/Py ＜１．１ ・・・（１−１）
を満足すること好ましい。
【００９４】
各条件式の下限の０、０．５あるいは０．９を越えると、Ｘ方向のパワーが弱くなりＸ方向に映像が小さく拡大され、歪みが大きく発生する。一方、上限の２、１．５あるいは１．１を越えると、Ｙ方向のパワーが弱くなりＹ方向に映像が小さく拡大され、歪みが大きく発生する。
【００９５】
以下に、上記実施例１〜６のPx/Py の値、及び、Px2/Px1 、Py2/Py1 の値を示す。
実施例 １ ２ ３ ４ ５ ６
Px/Py 0.983 0.993 0.933 0.983 0.979 0.990
Px2/Px1 0.127 0.067 0.011 0.140 0.805 0.810
Py2/Py1 0.064 0.067 0.160 0.422 0.239 0.248 。
【００９６】
なお、以上の実施例４〜６においては、第１偏心プリズム１０を構成する透明材料と第２偏心プリズム２０を構成する透明材料とを異なる種類のものとして、各偏心プリズムの屈折面での分散に基づく色収差、特に、倍率の色収差を良好に補正している。
【００９７】
以上の本発明の投影光学装置は、例えば次のように構成することができる。
【００９８】
〔１〕 反射型表示素子と、該反射型表示素子に表示された画像を投影する投影光学系と、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えた投影光学装置において、
前記投影光学系は、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、前記反射型表示素子の表示面に面して配置された正のパワーを有する反射屈折光学素子又は反射光学素子を有し、
前記表示面から出て投影表示面に至る光線と、前記照明光源から出て前記表示面に至る光線とは、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子の前記表示面側から投影光線の通る順に数えて少なくとも２番目までの反射面を共に反射するように、前記照明光源が配置され、
かつ、前記照明光源からの照明光束中の前記表示面の中心に至る光線であって照明光束の中心光線を照明光光軸とし、前記表示面中心を出て瞳中心を通り投影表示面に至る光線を投影光光軸とするとき、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と前記表示面中心とを通る平面内に含まれないように、前記照明光源が配置されていることを特徴とする投影光学装置。
【００９９】
〔２〕 反射型表示素子と、該反射型表示素子に表示された画像を投影する投影光学系と、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えた投影光学装置において、
前記反射型表示素子は、２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子からなり、
前記投影光学系は、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、前記反射型表示素子の表示面に面して配置された正のパワーを有する反射屈折光学素子又は反射光学素子を有し、
前記表示面から出て投影表示面に至る光線と、前記照明光源から出て前記表示面に至る光線とは、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子の前記表示面側から投影光線の通る順に数えて少なくとも最初の反射面を共に反射するように、前記照明光源が配置され、
かつ、前記照明光源からの照明光束中の前記表示面の中心に至る光線であって照明光束の中心光線を照明光光軸とし、前記表示面中心を出て瞳中心を通り投影表示面に至る光線を投影光光軸とするとき、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と前記表示面中心とを通る平面内に含まれないように、前記照明光源が配置されていることを特徴とする投影光学装置。
【０１００】
〔３〕 前記反射屈折光学素子又は反射光学素子は、反射面を２面備えた第１偏心プリズムからなり、前記表示面から出て投影光光軸が最初に入射する反射面で反射された投影光光軸とその反射面に入射する投影光光軸とを含む平面に、２番目の反射面で反射された投影光光軸を投影した場合に、前記２番目の反射面で反射された投影光光軸の像が前記最初に入射する反射面で反射された投影光光軸と交差するように、前記第１偏心プリズムが構成されていることを特徴とする上記１又は２記載の投影光学装置。
【０１０１】
〔４〕 前記投影光学系は、前記第１偏心プリズムから投影光線の出る側に別の光学系を含むことを特徴とする上記３記載の投影光学装置。
【０１０２】
〔５〕 前記別の光学系が、少なくとも、反射面を１面以上備え、その反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成された第２偏心プリズムからなることを特徴とする上記４記載の投影光学装置。
【０１０３】
〔６〕 前記第１偏心プリズム及び前記第２偏心プリズムは、何れもプリズム中の投影光光軸が平面内に含まれており、前記第１偏心プリズム中の前記平面と前記第２偏心プリズム中の前記平面とが平行であることを特徴とする上記５記載の投影光学装置。
【０１０４】
〔７〕 前記第１偏心プリズム及び前記第２偏心プリズムは、何れもプリズム中の投影光光軸が平面内に含まれており、前記第１偏心プリズム中の前記平面と前記第２偏心プリズム中の前記平面とが相互に４５°回転してることを特徴とする上記５記載の投影光学装置。
【０１０５】
〔８〕 前記第２偏心プリズムは、反射面を２面備えており、前記第２偏心プリズム中の前記平面内で投影光光軸が交差するように構成されていることを特徴とする上記６又は７記載の投影光学装置。
【０１０６】
〔９〕 前記第２偏心プリズムは、反射面を１面備えていることを特徴とする上記６又は７記載の投影光学装置。
【０１０７】
〔１０〕 前記反射型表示素子は、反射型液晶表示素子からなることを特徴とする上記１、３〜９の何れか１項記載の投影光学装置。
【０１０８】
〔１１〕 前記反射型表示素子は、２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子からなり、前記微小ミラーによる反射光の偏向方向が、前記第１偏心プリズム中の前記平面と直交するように、前記反射型表示素子が配置されていることを特徴とする上記６〜９の何れか１項記載の投影光学装置。
【０１０９】
〔１２〕 前記第１偏心プリズムを構成する透明媒質と前記第２偏心プリズムを構成する透明媒質との光学的性質が異なることを特徴とする上記５〜１２の何れか１項記載の投影光学装置。
【０１１０】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、投影光学系として偏心プリズムを用い、照明光の反射型表示素子への導入のし方に工夫を施すことにより小型化を図った投影光学装置を提供することができる。本発明は、特にＤＭＤを表示素子として用いる投影光学装置に適したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の投影光学系を投影表示面側の斜め上方向から見た斜視図である。
【図２】実施例１の図１と同じ方向から見た透視斜視図である。
【図３】実施例１の図１、図２の表側から見た正面透視図である。
【図４】実施例１の投影光学系のＹ−Ｚ断面図である。
【図５】実施例１の投影光学系を用いた全体の装置の模式的斜視図である。
【図６】実施例２の投影光学系のＹ−Ｚ断面図である。
【図７】実施例２の投影光学系を用いた全体の装置の模式的斜視図である。
【図８】実施例３の投影光学系のＹ−Ｚ断面図である。
【図９】実施例３の投影光学系を用いた全体の装置の模式的斜視図である。
【図１０】実施例４の投影光学系を用いた全体の装置の模式的斜視図である。
【図１１】実施例５、６の投影光学系を用いた全体の装置の模式的斜視図である。
【図１２】実施例１の横収差を示す図である。
【符号の説明】
１…反射型表示素子（ＤＭＤ、反射型液晶表示素子）
２…投影光学系
３…照明光源
４…絞り
５…投影表示面
６…照明光光軸
７…投影光光軸
１０…第１偏心プリズム
１１…入射面
１２…第１反射面
１３…第２反射面
１４…射出面
２０…第２偏心プリズム
２１…入射面
２２…反射面（第１反射面）
２３…射出面（第２反射面）
２４…射出面
３０…照明光導入プリズム
Claims (10)
- 反射型表示素子と、該反射型表示素子に表示された画像を投影する投影光学系と、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えた投影光学装置において、
前記投影光学系は、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、前記反射型表示素子の表示面に面して配置された正のパワーを有する反射屈折光学素子又は反射光学素子を有し、
前記表示面から出て投影表示面に至る光線と、前記照明光源から出て前記表示面に至る光線とは、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子の前記表示面側から投影光線の通る順に数えて少なくとも２番目までの反射面を共に反射するように、前記照明光源が配置され、
かつ、前記照明光源からの照明光束中の前記表示面の中心に至る光線であって照明光束の中心光線を照明光光軸とし、前記表示面中心を出て瞳中心を通り投影表示面に至る光線を投影光光軸とするとき、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と前記表示面中心とを通る平面内に含まれないように、前記照明光源が配置されていることを特徴とする投影光学装置。 - 反射型表示素子と、該反射型表示素子に表示された画像を投影する投影光学系と、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えた投影光学装置において、
前記投影光学系は、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、前記反射型表示素子の表示面に面して配置された正のパワーを有する反射屈折光学素子又は反射光学素子を有し、
前記表示面から出て投影表示面に至る光線と、前記照明光源から出て前記表示面に至る光線とは、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子の前記表示面側から投影光線の通る順に数えて少なくとも最初の反射面を共に反射するように、前記照明光源が配置され、
かつ、前記照明光源からの照明光束中の前記表示面の中心に至る光線であって照明光束の中心光線を照明光光軸とし、前記表示面中心を出て瞳中心を通り投影表示面に至る光線を投影光光軸とするとき、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子に入射する照明光光軸が、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子から出る投影光光軸と前記表示面中心とを通る平面内に含まれないように、前記照明光源が配置され、
前記反射屈折光学素子又は反射光学素子は、前記表示面からの表示光が、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子内に入射する入射面と、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子外に射出する射出面と、を備え、
前記投影光学系は、前記反射屈折光学素子又は反射光学素子の外部で、かつ、前記射出面に面する位置に、第１反射面が配置され、前記照明光源からの照明光が、前記第１反射面で反射し、前記射出面から前記反射屈折光学素子又は反射光学素子内に入射することを特徴とする投影光学装置。 - 前記反射屈折光学素子又は反射光学素子は、反射面を２面備えた第１偏心プリズムからなり、前記表示面から出て投影光光軸が最初に入射する反射面で反射された投影光光軸とその反射面に入射する投影光光軸とを含む平面に、２番目の反射面で反射された投影光光軸を投影した場合に、前記２番目の反射面で反射された投影光光軸の像が前記最初に入射する反射面で反射された投影光光軸とプリズム内で交差するように、前記第１偏心プリズムが構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の投影光学装置。
- 前記投影光学系は、前記第１偏心プリズムから投影光線の出る側に別の光学系を含むことを特徴とする請求項３記載の投影光学装置。
- 前記別の光学系が、少なくとも、反射面を１面以上備え、その反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成された第２偏心プリズムからなることを特徴とする請求項４記載の投影光学装置。
- 前記第１偏心プリズム及び前記第２偏心プリズムは、何れもプリズム中の投影光光軸が平面内に含まれており、前記第１偏心プリズム中の前記平面と前記第２偏心プリズム中の前記平面とが平行であることを特徴とする請求項５記載の投影光学装置。
- 前記第１偏心プリズム及び前記第２偏心プリズムは、何れもプリズム中の投影光光軸が平面内に含まれており、前記第１偏心プリズム中の前記平面と前記第２偏心プリズム中の前記平面とが相互に４５°回転していることを特徴とする請求項５記載の投影光学装置。
- 前記第２偏心プリズムは、反射面を２面備えており、前記第２偏心プリズム中の前記平面内で投影光光軸が交差するように構成されていることを特徴とする請求項６又は７記載の投影光学装置。
- 前記反射型表示素子は、２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子からなり、前記微小ミラーによる反射光の偏向方向が、前記第１偏心プリズム中の前記平面と直交するように、前記反射型表示素子が配置されていることを特徴とする請求項６〜８の何れか１項記載の投影光学装置。
- 前記第１偏心プリズムを構成する透明媒質と前記第２偏心プリズムを構成する透明媒質との光学的性質が異なることを特徴とする請求項５〜９の何れか１項記載の投影光学装置。
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