JP6797087B2 - 投写用光学系及び投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、投写用光学系、及びこの投写用光学系を備えた投写型表示装置に関する。

従来、液晶表示素子又はＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：登録商標）等のライトバルブに表示した画像をスクリーン等に拡大投写する投写型表示装置が広く用いられている。投写型表示装置においてライトバルブと併用される投写用光学系には、近年のライトバルブの性能向上を受けてライトバルブの解像度に見合った良好な収差補正がなされていることが要望されている。また、投写用光学系には、スクリーンまでの距離設定の自由度の向上、及び室内空間での設置性を考慮して、コンパクトな構成でありながら、より高性能を有し、より広角であることが要望されている。

従来知られている投写型表示装置に適用可能な投写用光学系としては、例えば下記特許文献１〜３に記載の光学系を挙げることができる。特許文献１〜３には、最も拡大側に配置されたミラーからなる反射光学系と、複数のレンズを含む屈折光学系とを組み合わせて構成され、屈折光学系の内部に中間像を形成する光学系が記載されている。

特開２０１７−１００２３号公報 特開２０１７−３２９２５号公報 特開２０１７−３２９２７号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載の光学系は、最も拡大側に配置されたミラーの反射面が外気に晒される構成であるため、反射面に対するゴミ又は埃等の異物の付着などによる結像性能の劣化が生じる虞がある。

本発明は、反射光学系と屈折光学系とを組み合わせて構成され中間像を形成する投写用光学系において、異物の付着による結像性能への影響を低減可能であり、良好な性能を有する投写用光学系、及びこの投写用光学系を備えた投写型表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の投写用光学系は、縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、中間像と共役な最終像を拡大側結像面に結像させる投写用光学系であって、中間像より拡大側に配置された凸面ミラーと、この凸面ミラーより拡大側の光路に配置された正または負の屈折力を有する第１レンズとを備え、凸面ミラーより拡大側の光路に配置されているレンズは第１レンズの１枚のみであり、第１レンズと凸面ミラーとは共通の光軸を有し、第１レンズの凸面ミラー側のレンズ面の光軸からの高さが最も低い位置における第１レンズと凸面ミラーとの光軸方向の間隔をＤｍとし、投写用光学系の焦点距離をｆとしたとき、下記条件式（２）を満足する。
０．０５＜｜ｆ／Ｄｍ｜＜２ （２）
本発明の第２の投写用光学系は、縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、中間像と共役な最終像を拡大側結像面に結像させる投写用光学系であって、中間像より拡大側に配置された凸面ミラーと、この凸面ミラーより拡大側の光路に配置された正または負の屈折力を有する第１レンズとを備え、凸面ミラーより拡大側の光路に配置されているレンズは第１レンズの１枚のみであり、第１レンズは、凸面ミラーより拡大側の光路及び凸面ミラーより縮小側の光路に跨って配置されている。
以下本項では本発明の第１および第２の投写用光学系を総括して本発明の投写用光学系という。

本発明の投写用光学系においては、投写用光学系の焦点距離をｆ、第１レンズの焦点距離をｆＬ１としたとき、下記条件式（１）を満足することが好ましく、下記条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
｜ｆ／ｆＬ１｜＜０．２ （１）
｜ｆ／ｆＬ１｜＜０．１５ （１−１）

また、本発明の投写用光学系においては、第１レンズと凸面ミラーとは共通の光軸を有し、第１レンズは回転対称な形状を有する非球面レンズであることが好ましい。

また、本発明の第１の投写用光学系においては、下記条件式（２−１）を満足することが好ましい。
０．０７＜｜ｆ／Ｄｍ｜＜１．５ （２−１）

なお、本発明の第１の投写用光学系においては、第１レンズは、凸面ミラーより拡大側の光路及び凸面ミラーより縮小側の光路に跨って配置されているように構成してもよい。

また、本発明の投写用光学系においては、投写用光学系の焦点距離をｆ、凸面ミラーの近軸曲率半径をＭｒとしたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
０．０１＜｜ｆ／Ｍｒ｜＜０．２ （３）
０．０３＜｜ｆ／Ｍｒ｜＜０．１５ （３−１）

また、本発明の投写用光学系においては、投写用光学系を構成する全ての光学要素は共通の光軸を有することが好ましい。

本発明の投写型表示装置は、光源と、光源からの光が入射するライトバルブと、本発明の投写用光学系とを備え、上記投写用光学系は、ライトバルブにより変調された変調光による光学像をスクリーン上に投写する。

なお、本発明の投写用光学系が投写型表示装置に適用される場合は、上記「拡大側」は、被投写側（スクリーン側）を意味し、上記「縮小側」は、原画像表示領域側（ライトバルブ側）を意味する。

なお、本明細書における屈折力（パワーともいう）の符号、及び光学面の面形状は、特に断りがない限り近軸領域で考えることにする。また、上記条件式で用いている値は、拡大側結像面から最も拡大側のレンズ面までの距離を無限遠とし、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））を基準とした場合の値である。

なお、本明細書の「〜からなり」、「〜からなる」は、実質的な意味で用いており、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、並びに、絞り、フィルタ、及びカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、並びに、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、及び手振れ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図する。

本発明によれば、反射光学系と屈折光学系とを組み合わせて構成され中間像を形成する投写用光学系において、異物の付着等による結像性能への影響を低減可能であり、良好な性能を有する投写用光学系、及びこの投写用光学系を備えた投写型表示装置を提供することができる。

本発明の実施例１の投写用光学系の構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例２の投写用光学系の構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例３の投写用光学系の構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例１の投写用光学系の各収差図である。 本発明の実施例２の投写用光学系の各収差図である。 本発明の実施例３の投写用光学系の各収差図である。 本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。 本発明の別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る投写用光学系の構成を示す断面図である。図１に示す構成例は、後述の実施例１に対応している。図１では、左側を拡大側、右側を縮小側としており、最大画角の光束ｋ１、及び低画角の光束ｋ２も合わせて示している。

図１では、投写型表示装置に搭載される場合を想定して、光学部材ＰＰと、ライトバルブの画像表示面Ｓｉｍも図示している。光学部材ＰＰは、入射面と出射面が平行な部材であり、色合成部又は照明光分離部に用いられるプリズム、フィルタ、及びカバーガラス等を想定した部材である。光学部材ＰＰは必須の構成要素ではなく、光学部材ＰＰを省略して構成することも可能である。

図１に示す構成を投写型表示装置に適用した際には、画像表示面Ｓｉｍで画像情報を与えられた光束が、光学部材ＰＰを介して投写用光学系に入射され、投写用光学系によりスクリーン（不図示）の上に投写される。すなわち、画像表示面Ｓｉｍが縮小側結像面に対応し、スクリーンが拡大側結像面に対応する。

図１に示す例の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ向かって順に、凸面ミラーＭと、第１レンズＬ１と、レンズＬ２〜Ｌ１６と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１７〜Ｌ２０とが配置されてなる。ただし、図１の例では第１レンズＬ１は、凸面ミラーＭより拡大側の光路及び凸面ミラーＭより縮小側の光路の両方に跨って配置されており、光線は凸面ミラーＭの反射前と反射後の計２回第１レンズＬ１を透過するように構成されている。なお、図１に示す例は一例であり、投写用光学系が有するレンズの枚数は図１に示す例と異なる数とすることも可能である。

この投写用光学系は、縮小側結像面と共役な位置に中間像ＭＩを形成し、この中間像ＭＩと共役な最終像を拡大側結像面に結像させる。すなわち、投写用光学系は、投写用光学系内部に形成された中間像ＭＩを拡大側結像面に再結像させる。図１の例ではレンズＬ１０とレンズＬ１１の間に中間像ＭＩが位置している。なお、図１では、中間像ＭＩを概念的に示しており、中間像ＭＩの光軸近傍を含む一部のみを点線で示し、中間像ＭＩの光軸方向の位置は光軸近傍での位置を基に示している。

中間像を形成する構成とした投写用光学系は、中間像ＭＩより拡大側の光学要素からなる光学系のバックフォーカスを短縮できるとともに、拡大側のレンズの径を小さくすることが可能であり、全系の焦点距離を短くして広角化を図るのに適した光学系となる。

この投写用光学系は、中間像ＭＩより拡大側に凸面ミラーＭを有する。凸面ミラーＭは、凸面形状の反射面を有するミラーである。中間像ＭＩより拡大側に凸面ミラーＭを有することによって、倍率色収差を発生させずに軸外光線に関する補正を行うことが可能となり、収差補正上有利となる。

また、この投写用光学系では、凸面ミラーＭより拡大側の光路に正または負の屈折力を有する少なくとも１枚のレンズが配置される。凸面ミラーＭより拡大側の光路に配置されたレンズに凸面ミラーＭの封止効果を持たせることが可能なため、凸面ミラーＭに対するゴミ又は埃等の異物の付着によって発生する結像性能の劣化、及び明るさの低減等の問題を回避できる。さらに、凸面ミラーＭより拡大側の光路に配置する部材を、カバーガラス等の屈折力を有しない部材ではなく、屈折力を有するレンズとすることによって、軸外光線に関する補正を行うことができ、歪曲収差、及び像面湾曲を良好に補正することが可能となる。

図１の例では、凸面ミラーＭより拡大側の光路に第１レンズＬ１が位置しており、凸面ミラーＭより拡大側の光路に配置されたレンズはこの第１レンズＬ１の１枚のみである。拡大側に配置されるレンズは大きくなりやすいが、凸面ミラーＭより拡大側の光路に配置されたレンズの枚数を最少枚数である１枚のみとすることによって、光学系の大型化を抑制し、コストダウンに寄与することができる。なお、ここで意図している「１枚のレンズ」とは、接合されていない１枚の単レンズを意味する。

図１の例に示すように、第１レンズＬ１と凸面ミラーＭとは共通の光軸Ｚを有することが好ましい。このようにした場合は、構造を簡略化できるため低コスト化に寄与することができる。

さらに、投写用光学系を構成する全ての光学要素は共通の光軸を有することが好ましい。このようにした場合は、レンズ系全体の構造が簡略化できるため低コスト化に寄与することができる。なお、ここでいう投写用光学系を構成する全ての光学要素とは、ミラー及びレンズの両方を含む。また、上述した共通の光軸とは、略共通の光軸の場合も含み、例えば光学系の性能を著しく落とさない製造上の公差範囲も含む。

第１レンズＬ１は回転対称な形状を有する非球面レンズであることが好ましい。図１の構成では、第１レンズＬ１と凸面ミラーＭとは共通の光軸Ｚを有し、第１レンズＬ１はこの共通の光軸Ｚに対して回転対称な非球面形状のレンズ面を有する。第１レンズＬ１は最も拡大側の光路に配置されたレンズであることから、第１レンズＬ１を非球面レンズとすることによって、各像高の光線それぞれに対して適切な収差補正を行うことができるため、広角化で問題となる歪曲収差、及び像面湾曲の補正により有効に働くことが可能である。

投写用光学系の焦点距離をｆ、第１レンズＬ１の焦点距離をｆＬ１としたとき、下記条件式（１）を満足することが好ましい。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、第１レンズＬ１の屈折力を抑えることができる。第１レンズＬ１が正レンズの場合は、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、第１レンズＬ１による画角を狭める作用を抑制することができるため、凸面ミラーＭに広角化のための過大な負担がかからないようにすることができる。第１レンズＬ１が負レンズの場合は、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、歪曲収差、及び像面湾曲の補正が容易となる。なお、第１レンズＬ１は正または負の屈折力を有するレンズであること、及び、投写用光学系は結像光学系であることから必然的に０≦｜ｆ／ｆＬ１｜となる。なお、条件式（１）に代わり下記条件式（１−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
｜ｆ／ｆＬ１｜＜０．２ （１）
｜ｆ／ｆＬ１｜＜０．１５ （１−１）

また、第１レンズＬ１と凸面ミラーＭとが共通の光軸Ｚを有する場合、投写用光学系の焦点距離をｆ、第１レンズＬ１の凸面ミラーＭ側のレンズ面の光軸Ｚからの高さが最も低い位置における第１レンズＬ１と凸面ミラーＭとの光軸方向の間隔をＤｍとしたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。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と凸面ミラーＭとの間の空気間隔が大きくなりすぎないようにすることができ、第１レンズＬ１のレンズ径を抑えることができる。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、第１レンズＬ１と凸面ミラーＭとの間の空気間隔が小さくなりすぎないようにすることができ、第１レンズＬ１と凸面ミラーＭとの物理的な干渉を回避することが容易となり、また、各部材の保持機構の構成が容易となる。なお、条件式（２）に代わり下記条件式（２−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．０５＜｜ｆ／Ｄｍ｜＜２ （２）
０．０７＜｜ｆ／Ｄｍ｜＜１．５ （２−１）

理解を助けるため図１ではＤｍを図示している。なお、図１の例のように光軸Ｚ上に第１レンズＬ１の凸面ミラーＭ側のレンズ面が存在する場合は、上記の「第１レンズＬ１の凸面ミラーＭ側のレンズ面の光軸Ｚからの高さが最も低い位置」は、光軸Ｚからの高さが０の位置、すなわち、光軸上の位置となる。したがって、光軸Ｚ上に第１レンズＬ１の凸面ミラーＭ側のレンズ面が存在する場合の「Ｄｍ」は、第１レンズＬ１の凸面ミラーＭ側のレンズ面と凸面ミラーＭとの光軸上での距離になる。

また、投写用光学系の焦点距離をｆ、凸面ミラーＭの近軸曲率半径をＭｒとしたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましい。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、凸面ミラーＭのパワーを確保できるため、凸面ミラーＭの径、及び凸面ミラーＭより拡大側の光路に配置されたレンズの径を抑えることができる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることによって、凸面ミラーＭのパワーを抑制することができるため、凸面ミラーＭで発生した歪曲収差、及び像面湾曲を凸面ミラーＭより縮小側のレンズで補正することが容易となる。なお、条件式（３）に代わり下記条件式（３−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．０１＜｜ｆ／Ｍｒ｜＜０．２ （３）
０．０３＜｜ｆ／Ｍｒ｜＜０．１５ （３−１）

また、投写用光学系を構成する光学要素のうち中間像ＭＩより拡大側の光路に位置する全ての光学要素からなる系を第１光学系と称し、この第１光学系の焦点距離をｆ１、投写用光学系の焦点距離をｆとしたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）はリレー倍率に関する条件式である。条件式（４）の下限以下になるとリレー倍率が小さくなり、第１光学系のＦナンバーが小さくなる傾向となる。Ｆナンバーが小さな光学系で広角化と高性能を達成しようとすると、そのような光学系に対応させた収差の補正、例えば球面収差及び非点収差の補正をしなくてはならない。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、第１光学系のＦナンバーが小さくなりすぎないようにすることができるので、広角化を図りながら球面収差及び非点収差の補正を行うことに有利となる。条件式（４）の上限以上になるとリレー倍率が大きくなり中間像ＭＩのサイズが大きくなる傾向となる。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、中間像ＭＩのサイズを抑えることができるので、第１光学系のレンズ径の大型化を抑制することができる。また、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１光学系での歪曲収差及び像面湾曲の補正が容易となる。なお、条件式（４）に代わり下記条件式（４−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
１＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．５ （４）
１．３＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．２ （４−１）

なお、図１の例のように、第１レンズＬ１は、凸面ミラーＭより拡大側の光路及び凸面ミラーＭより縮小側の光路の両方に跨って配置されるように構成してもよい。このようにした場合は、画像表示面Ｓｉｍからスクリーンへ向かう光線は、投写用光学系において凸面ミラーＭに入射する前に第１レンズＬ１を透過し、凸面ミラーＭで反射された後も第１レンズＬ１を透過する。これによって、１枚のレンズで４面分の収差補正の効果を持たせることが可能となり、軸外収差の補正において有利となる。

上述した好ましい構成及び可能な構成は、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。本実施形態によれば、ミラーと複数のレンズを備え中間像を形成するタイプの投写用光学系において、異物の付着等による結像性能への影響を低減し、良好な性能を保持することが可能となる。また、本実施形態は、例えば全画角が１３０度より大きい広角の光学系において良好な性能を保持することに有利となる。

次に、本発明の投写用光学系の数値実施例について説明する。なお、以下に示す実施例の数値データは全て、全系の焦点距離の絶対値が１．００となるように規格化されたものであり、所定の桁でまるめたものである。

［実施例１］
実施例１の投写用光学系のレンズ構成と光路は図１に示したものであり、その構成及び図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例１の投写用光学系は、凸面ミラーＭと、第１レンズＬ１と、レンズＬ２〜Ｌ２０とを有する。第１レンズＬ１は、凸面ミラーＭより縮小側の光路及び凸面ミラーＭより拡大側の光路の両方に跨って配置されている。中間像ＭＩはレンズＬ１０とレンズＬ１１の間に形成されている。レンズＬ１６とレンズＬ１７の間には開口絞りＳｔが配置されている。

実施例１の投写用光学系の基本レンズデータを表１に、諸元を表２に、非球面係数を表３に示す。表１において、面番号の欄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し、Ｒの欄には各面の曲率半径を示し、Ｄの欄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。また、Ｎｄの欄には各構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））に対する屈折率を示し、νｄの欄には各構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。

表１では、曲率半径の符号は、拡大側に凸面を向けた面形状のものを正、縮小側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１には開口絞りＳｔ及び光学部材ＰＰも合わせて示している。表１では、凸面ミラーＭに相当する面のＮｄの欄には、反射面という語句を記載し、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。表１のＤの最上欄の数値は、拡大側結像面から第１レンズＬ１までの距離に対応する。また、表１の第１面と第２面とからなる構成要素、及び表１の第４面と第５面とからなる構成要素が第１レンズＬ１に対応している。

表２に、投写用光学系の諸元として、焦点距離の絶対値｜ｆ｜、縮小側をバック側とした場合の空気換算距離でのバックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ωの各値を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１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の曲率半径の数値を記載している。表３に、非球面の面番号と各非球面に関する非球面係数を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^±ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…）の値である。
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に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
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。

図４に左から順に、実施例１の投写用光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率色収差の各収差図を示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、及びＦ線（波長４８６．１ｎｍ）に関する収差をそれぞれ実線、長破線、及び短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線に関する収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線に関する収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、及びＦ線に関する収差をそれぞれ長破線、及び短破線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。これらの収差図は、拡大側結像面から第１レンズＬ１までの距離が表１に示す値の場合のものである。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、及び記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
実施例２の投写用光学系のレンズ構成と光路の断面図を図２に示す。実施例２の投写用光学系は、凸面ミラーＭと、第１レンズＬ１と、レンズＬ２〜Ｌ２０とを有する。第１レンズＬ１は、凸面ミラーＭより縮小側の光路及び凸面ミラーＭより拡大側の光路の両方に跨って配置されている。中間像ＭＩはレンズＬ９とレンズＬ１０の間に形成されている。レンズＬ１６とレンズＬ１７の間には開口絞りＳｔが配置されている。

実施例２の投写用光学系の基本レンズデータを表４に、諸元を表５に、非球面係数を表６に、各収差図を図５に示す。収差図は、拡大側結像面から第１レンズＬ１までの距離が表４に示す値の場合のものである。

［実施例３］
実施例３の投写用光学系のレンズ構成と光路の断面図を図３に示す。実施例３の投写用光学系は、凸面ミラーＭと、第１レンズＬ１と、レンズＬ２〜Ｌ１９とを有する。第１レンズＬ１は、光軸上に存在しておらず、凸面ミラーＭより拡大側の光路にのみ配置されている。中間像ＭＩはレンズＬ９とレンズＬ１０の間に形成されている。レンズＬ１５とレンズＬ１６の間には開口絞りＳｔが配置されている。

実施例３の投写用光学系の基本レンズデータを表７に、諸元を表８に、非球面係数を表９に、各収差図を図６に示す。収差図は、拡大側結像面から第１レンズＬ１までの距離が表７に示す値の場合のものである。

表１０に実施例１〜３の投写用光学系の条件式（１）〜（４）の対応値を示す。実施例１〜３はｄ線を基準波長としており、表１０にはｄ線を基準とした場合の値を示している。

以上のデータからわかるように、実施例１〜３の投写用光学系は、全画角が１３９°以上あり広角に構成され、Ｆナンバーが２であり小さなＦナンバーを有し、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。

次に、本発明の実施形態に係る投写型表示装置について説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図７に示す投写型表示装置１００は、本発明の実施形態に係る結像光学系１０と、光源１５と、各色光に対応したライトバルブとしての透過型表示素子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。なお、図７では、結像光学系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７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、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、結像光学系１０に入射する。結像光学系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８は、本発明の別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図８に示す投写型表示装置２００は、本発明の実施形態に係る結像光学系２１０と、光源２１５と、各色光に対応したライトバルブとしてのＤＭＤ素子２１ａ〜２１ｃと、色分解及び色合成のための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。なお、図８では結像光学系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８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ＤＭＤ素子２１ａ〜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、結像光学系２１０に入射する。結像光学系２１０は、ＤＭＤ素子２１ａ〜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９は、本発明のさらに別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図９に示す投写型表示装置３００は、本発明の実施形態に係る結像光学系３１０と、光源３１５と、各色光に対応したライトバルブとしての反射型表示素子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。なお、図９では、結像光学系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９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、結像光学系３１０に入射する。結像光学系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、実施形態及び実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、及び非球面係数等は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

また、本発明の投写型表示装置も、上記構成のものに限定されず、例えば、光束分離又は光束合成に用いられる光学部材、及びライトバルブは、種々の態様の変更が可能である。

１０、２１０、３１０ 投写用光学系
１１ａ〜１１ｃ 透過型表示素子
１２、１３、３２、３３ ダイクロイックミラー
１４、３４ クロスダイクロイックプリズム
１５、２１５、３１５ 光源
１６ａ〜１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ〜１８ｃ、３８ 全反射ミラー
２１ａ〜２１ｃ ＤＭＤ素子
２４ａ〜２４ｃ ＴＩＲプリズム
２５、３５ａ〜３５ｃ 偏光分離プリズム
３１ａ〜３１ｃ 反射型表示素子
１００、２００、３００ 投写型表示装置
１０５、２０５、３０５ スクリーン
ｋ１ 最大画角の光束
ｋ２ 低画角の光束
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２〜Ｌ２０ レンズ
Ｍ 凸面ミラー
ＭＩ 中間像
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 画像表示面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (11)

1. 縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、該中間像と共役な最終像を拡大側結像面に結像させる投写用光学系であって、
   前記中間像より拡大側に配置された凸面ミラーと、
   前記凸面ミラーより拡大側の光路に配置された正または負の屈折力を有する第１レンズとを備え、
   前記凸面ミラーより拡大側の光路に配置されているレンズは前記第１レンズの１枚のみであり、
   前記第１レンズと前記凸面ミラーとは共通の光軸を有し、
   前記第１レンズの前記凸面ミラー側のレンズ面の前記光軸からの高さが最も低い位置における前記第１レンズと前記凸面ミラーとの光軸方向の間隔をＤｍとし、前記投写用光学系の焦点距離をｆとしたとき、
   ０．０５＜｜ｆ／Ｄｍ｜＜２ （２）
   で表される条件式（２）を満足する投写用光学系。
2. 縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、該中間像と共役な最終像を拡大側結像面に結像させる投写用光学系であって、
   前記中間像より拡大側に配置された凸面ミラーと、
   前記凸面ミラーより拡大側の光路に配置された正または負の屈折力を有する第１レンズとを備え、
   前記凸面ミラーより拡大側の光路に配置されているレンズは前記第１レンズの１枚のみであり、
   前記第１レンズは、前記凸面ミラーより拡大側の光路及び前記凸面ミラーより縮小側の光路に跨って配置されている投写用光学系。
3. 前記投写用光学系の焦点距離をｆ、前記第１レンズの焦点距離をｆＬ１としたとき、
   ｜ｆ／ｆＬ１｜＜０．２ （１）
   で表される条件式（１）を満足する請求項１又は２記載の投写用光学系。
4. 前記第１レンズと前記凸面ミラーとは共通の光軸を有し、
   前記第１レンズは回転対称な形状を有する非球面レンズである請求項１から３のいずれか１項記載の投写用光学系。
5. 前記第１レンズは、前記凸面ミラーより拡大側の光路及び前記凸面ミラーより縮小側の光路に跨って配置されている請求項１記載の投写用光学系。
6. 前記投写用光学系の焦点距離をｆ、前記凸面ミラーの近軸曲率半径をＭｒとしたとき、
   ０．０１＜｜ｆ／Ｍｒ｜＜０．２ （３）
   で表される条件式（３）を満足する請求項１から５のいずれか１項記載の投写用光学系。
7. 前記投写用光学系を構成する全ての光学要素は共通の光軸を有する請求項１から６のいずれか１項記載の投写用光学系。
8. ｜ｆ／ｆＬ１｜＜０．１５ （１−１）
   で表される条件式（１−１）を満足する請求項３記載の投写用光学系。
9. ０．０７＜｜ｆ／Ｄｍ｜＜１．５ （２−１）
   で表される条件式（２−１）を満足する請求項１記載の投写用光学系。
10. ０．０３＜｜ｆ／Ｍｒ｜＜０．１５ （３−１）
    で表される条件式（３−１）を満足する請求項６記載の投写用光学系。
11. 光源と、
    該光源からの光が入射するライトバルブと、
    請求項１から１０のいずれか１項記載の投写用光学系とを備え、
    該投写用光学系は、前記ライトバルブにより変調された変調光による光学像をスクリーン上に投写する投写型表示装置。