WO2006043666A1 - 投射光学系及び投射型画像表示装置 - Google Patents

投射光学系及び投射型画像表示装置 Download PDF

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WO2006043666A1
WO2006043666A1 PCT/JP2005/019399 JP2005019399W WO2006043666A1 WO 2006043666 A1 WO2006043666 A1 WO 2006043666A1 JP 2005019399 W JP2005019399 W JP 2005019399W WO 2006043666 A1 WO2006043666 A1 WO 2006043666A1
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WO
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optical system
projection
screen
projection optical
image display
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PCT/JP2005/019399
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Inventor
Jun Nishikawa
Toshihiro Sunaga
Original Assignee
Sony Corporation
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Priority to US10/583,607 priority patent/US8217374B2/en
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    • G02B17/08—Catadioptric systems
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    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/28—Reflectors in projection beam

Definitions

  • the present invention relates to a novel projection optical system and a projection type image display apparatus. More specifically, the present invention relates to a technology for reducing the depth and reducing the lower (or upper) portion of the screen while maintaining high resolution and low distortion.
  • a rear projection television has an element as a flat television represented by a liquid crystal display (LCD) direct view television and a plasma display panel (PDP), and an image display element of about 1 inch in comparison with them.
  • LCD liquid crystal display
  • PDP plasma display panel
  • An image display element of about 1 inch in comparison with them Can be provided at low cost because it is a system that
  • BS Broadcasting Satellite
  • an optical axis a is an image display element b and an image display element b and a light source, an illumination optical system, and a projection optical system are mounted and projected on a screen using a large diameter rear mirror.
  • a large diameter rear mirror In the conventional method of projecting through the center of the screen c, it is very difficult in principle to simultaneously reduce the depth d and the size e below the screen.
  • optical projection There is an optical system (hereinafter referred to as “diagonal projection”) that projects from an oblique direction to the screen to achieve (miniaturization in the depth direction).
  • JP-A-5-100312 a wide-angle lens with a large angle of view is used as a projection optical system, and an image display element and a screen are shifted relative to the optical axis of the projection optical system. It has been proposed to perform oblique projection by using the end portion of the angle of view.
  • image light based on the light valve is intermediately formed by the first projection optical system, and enlarged and projected onto the screen by the second projection optical system. It has been proposed to perform oblique projection by appropriately tilting the optical axis of the optical system. Ru. Also, recently, a projection optical system has been proposed in which oblique projection is realized using a reflective surface in order to suppress the occurrence of chromatic aberration accompanying widening of the angle.
  • FIG. 63 shows an outline of the optical system disclosed in the reissued patent WO 01 Z006295.
  • a projection optical system having no chromatic aberration is formed by using four reflecting surfaces i, j, k, 1 of concave, convex, convex and convex in order from the image display panel h. Achieved (see Figure 64).
  • optical systems disclosed in these patent publications are configured to be rotationally symmetric with respect to the optical axis, and perform oblique projection using a part of the ultra-wide-angle optical system.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-255462 proposes a diagonal projection optical system using an off-axial optical system.
  • trapezoidal distortion is corrected by using an off-axial optical system, and an intermediate image is formed between a plurality of reflecting surfaces m, m, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ reflecting surface n.
  • an intermediate image is formed between a plurality of reflecting surfaces m, m, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ reflecting surface n.
  • the projection optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-40326 does not have a dioptric system, so in principle no chromatic aberration occurs and there is no absorption by the lens, so a bright optical system is achieved. You can do it.
  • the construction is only of the reflecting surface, it is very sensitive to the surface accuracy and assembling accuracy of each reflecting surface, and the manufacturing cost tends to increase.
  • the lower part of the screen is Get higher. Furthermore, if the projection angle is further increased to thin the
  • the reflective surface 1 of the final stage becomes large, which makes it difficult to manufacture the reflective surface, and when the rear projection television is configured with this projection optical system, this causes a further increase in the size of the lower part of the screen. .
  • the present invention reduces the number of reflecting surfaces while maintaining high resolution with low distortion and reducing the size of the reflecting surface, for example, rear projection It is an object of the present invention to provide a projection optical system suitable for reducing the depth of a television and reducing the lower (or upper) portion of the screen.
  • a first optical system for forming an intermediate image of the primary image plane on the reduction side, and a secondary image plane on the enlargement side by the intermediate image And a second optical system having a concave reflecting surface to form a light beam from the center of the primary image plane to the center of the secondary image plane intersects the optical axis of the first optical system, and The light beam is reflected by the reflecting surface, and intersects the optical axis again to reach the secondary image plane.
  • a light source a modulation unit that modulates and outputs light emitted from the light source based on a video signal
  • the projection optical system includes: a projection optical system for enlarging and projecting the primary image plane on the adjustment means side to a secondary image plane on the screen side; the projection optical system is a first optical system for forming an intermediate image of the primary image plane And a second optical system having a concave reflecting surface for forming a secondary image plane by the intermediate image, and a ray from the center of the primary image plane to the center of the secondary image plane is the first optical system. Intersect the optical axis of the system Further, it is configured to be reflected by the concave reflecting surface and to cross the optical axis again to reach the secondary image plane.
  • a ray from the center of the primary image plane to the center of the secondary image plane intersects the optical axis of the first optical system, and then is reflected by the concave reflecting surface,
  • the second optical system can be realized by a compact optical component that converges a light flux with a small spread of one point force on the intermediate image of the first optical system to one point on the second image plane.
  • the projection type image display apparatus is configured by the projection optical system of the present invention
  • the light that forms an image on the secondary image plane from the first optical system disposed substantially in the horizontal direction is generated by the second optical system.
  • the space of the optical system disposed below (or above) the screen conventionally required is greatly reduced.
  • the projection optical system according to the present invention is a projection optical system that projects an enlarged image from the primary image plane on the reduction side to the secondary image plane on the enlargement side, and forms the intermediate image of the primary image plane.
  • An optical system and a second optical system having a concave reflecting surface for forming the secondary image surface formed by the intermediate image, and a ray from the center of the primary image surface to the center of the secondary image surface is It is characterized in that the optical axis of the first optical system is intersected, the light is reflected by the concave reflecting surface, and the optical axis intersects the optical axis again to reach the secondary image plane.
  • a light source for modulating and outputting the light emitted from the light source based on a video signal, and a primary image plane on the modulation side.
  • a projection optical system for magnifying and projecting onto a secondary image plane on the lens side comprising: a first optical system for forming an intermediate image of the primary image plane; A second optical system having a concave reflecting surface for forming a surface, and a ray from the center of the primary image plane to the center of the secondary image crosses the optical axis of the first optical system, and further It is characterized in that the light is reflected by the concave reflection surface and intersects the optical axis again to reach the secondary image plane.
  • a ray from the center of the primary image plane to the center of the secondary image plane intersects the optical axis of the first optical system, and then is reflected by the concave reflection surface
  • the optical system according to the first optical system is configured to pass through the optical path that crosses the optical axis again and reaches the secondary image plane.
  • the projection type image display apparatus of the present invention projects the image formed by the modulation means onto the screen using the above-described projection optical system, it is possible to reduce the thickness and miniaturize the lower side (or upper side) of the screen. While achieving this, it is possible to display a large magnified image with good aberration correction and sufficient optical performance.
  • FIG. 1 shows a first embodiment together with FIGS. 2 to 9, and this figure is a schematic view showing a projection optical system used in a projection type image display apparatus.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a projection optical system.
  • FIG. 3 is a diagram showing evaluation points on the image display element.
  • FIG. 4 is a view showing a spot diagram on the screen of the emitted light at each evaluation point force shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing distortion on the screen.
  • FIG. 6 shows an example of the configuration of a rear projection television together with FIG. 7 to FIG. 9 together with a part of a light trace, and this figure is a schematic perspective view also showing the back side force of the screen.
  • FIG. 7 is a schematic side view.
  • FIG. 8 is an enlarged perspective view showing a projection optical system.
  • FIG. 9 is a view for explaining the angle between the screen and the outermost area of the light flux directed to the mirror force screen placed immediately in front of the screen.
  • FIG. 10 shows the second embodiment together with FIG. 11 to FIG. 18, and this figure is a schematic view showing a projection optical system used for a projection type image display device.
  • FIG. 11 is an enlarged view of a projection optical system.
  • FIG. 12 is a diagram showing evaluation points on the image display element.
  • FIG. 13 is a view showing a spot diagram on the screen of the emitted light at each evaluation point force shown in FIG.
  • FIG. 14 is a diagram showing distortion on the screen.
  • FIG. 15 shows a configuration example of a rear projection television together with FIGS. 16 to 18 together with a part of a light trace, and this figure is a schematic perspective view also showing the back side force of the screen.
  • FIG. 16 is a schematic side view.
  • FIG. 17 is an enlarged perspective view showing a projection optical system.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining the angle between the screen and the outermost region of the luminous flux directed toward the screen as well as the mirror force disposed immediately in front of the screen.
  • FIG. 19 is a diagram showing the corresponding part of the conditional expression (1) of the projection optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 20 shows the third embodiment together with FIGS. 21 to 27, and FIG. 20 is a schematic view showing a projection optical system used for a projection type image display device.
  • FIG. 21 is an enlarged view of a projection optical system.
  • FIG. 22 is a diagram showing evaluation points on the image display element.
  • FIG. 23 is a view showing a spot diagram on the screen of the emitted light at each evaluation point force shown in FIG.
  • FIG. 24 shows distortion on the screen.
  • FIG. 25 shows a configuration example of a rear projection television together with FIG. 26 and FIG. 27 together with a part of a light trace, and this figure is a schematic perspective view also showing the back side force of the screen.
  • FIG. 26 is a schematic side view.
  • FIG. 27 is an enlarged perspective view showing a projection optical system.
  • FIG. 28 shows the fourth embodiment together with FIGS. 29 to 35.
  • FIG. 28 is a schematic view showing a projection optical system used for a projection type image display device.
  • FIG. 29 is an enlarged view of a projection optical system.
  • FIG. 30 is a diagram showing evaluation points on the image display element.
  • FIG. 31 is a diagram showing a spot diagram on the screen of the light which also emitted each evaluation point force shown in FIG.
  • FIG. 32 shows distortion on the screen.
  • FIG. 33 shows a configuration example of a rear projection television together with FIG. 34 and FIG. 35 together with a part of a light trace, and this figure is a schematic perspective view also showing the back side force of the screen.
  • FIG. 34 is a schematic side view.
  • FIG. 35 is an enlarged perspective view showing a projection optical system.
  • FIG. 36 shows the fifth embodiment together with FIGS. 37 to 40.
  • This figure is a schematic view showing a projection optical system used for a projection type image display device.
  • FIG. 37 is an enlarged view of a projection optical system.
  • FIG. 38 is a diagram showing evaluation points on the image display element.
  • FIG. 39 is a view showing a spot diagram on the screen of the light which also emitted each of the score points shown in FIG.
  • FIG. 40 shows distortion on the screen.
  • FIG. 41 shows the sixth embodiment together with FIG. 42 to FIG. 45, and this figure is a schematic view showing a projection optical system used for a projection type image display device.
  • FIG. 42 is an enlarged view of a projection optical system.
  • FIG. 43 is a diagram showing evaluation points on the image display element.
  • FIG. 44 is a view showing a spot diagram on the screen of the emitted light at each evaluation point force shown in FIG. 43.
  • FIG. 45 shows distortion on the screen.
  • FIG. 46 shows the seventh embodiment together with FIGS. 47 to 50.
  • FIG. 46 is a schematic view showing a projection optical system used in a projection type image display device.
  • Fig. 47 is an enlarged view of a projection optical system.
  • FIG. 48 is a diagram showing evaluation points on the image display element.
  • FIG. 49 is a view showing a spot diagram on the screen of the emitted light at each evaluation point force shown in FIG.
  • FIG. 50 shows distortion on the screen.
  • FIG. 51 shows the eighth embodiment together with FIGS. 52 to 55.
  • FIG. 51 is a schematic view showing a projection optical system used in the projection type image display apparatus.
  • FIG. 52 is an enlarged view of a projection optical system.
  • FIG. 53 is a diagram showing evaluation points on the image display element.
  • FIG. 54 shows the spot light on the screen of the light which also emitted each evaluation point force shown in FIG. 53.
  • FIG. 54 shows the spot light on the screen of the light which also emitted each evaluation point force shown in FIG. 53.
  • FIG. 55 shows distortion on the screen.
  • FIG. 56 shows the ninth embodiment together with FIGS. 57 to 60.
  • This figure is a schematic view showing a projection optical system used for a projection type image display device.
  • FIG. 57 is an enlarged view of a projection optical system.
  • Fig. 58 is a diagram showing evaluation points on the image display element.
  • FIG. 59 is a diagram showing a spot diagram on the screen of the light which also emitted each of the score points shown in FIG.
  • FIG. 60 shows distortion on the screen.
  • FIG. 61 is a diagram showing the corresponding part of the conditional expression (1) of the projection optical system according to the fourth embodiment.
  • Fig. 62 shows an outline of the general structure of a conventional rear projection television.
  • FIG. 63 is a view showing an outline of a projection optical system disclosed in Re-issued Patent WO 01 Z006295.
  • FIG. 64 is a view showing an outline of a projection optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-40326.
  • FIG. 65 is a view showing an outline of a projection optical system disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-255462.
  • FIG. 66 is a view showing an outline of a projection optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-84576.
  • the projection optical system according to the present invention is a projection optical system that projects an enlarged image from the primary image surface on the reduction side to the secondary image surface on the enlargement side, and is a concave surface on which the intermediate image of the primary image surface is formed.
  • a first optical system having a reflecting surface; and a second optical system for forming the secondary image plane by the intermediate image, and the primary image
  • a light ray from the center of the surface to the center of the secondary image plane intersects the optical axis, is reflected by the concave reflecting surface, and intersects the optical axis again to reach the secondary image plane.
  • an intermediate image of the primary image plane is formed by the first optical system, and then a converging light is formed by the concave reflection surface to form a pupil and form an image as a secondary image plane. It is connected.
  • the intermediate image by the first optical system has a low magnification, is enlarged by the second optical system, and forms a secondary image plane at a predetermined magnification.
  • the convex reflective surface has an effect of widening the angle of view between the pupil position and the imaging position (the position of the secondary image plane).
  • the concave reflective surface has an effect of widening the angle of view between the imaging position (the position of the intermediate image) and the pupil position.
  • concave reflecting surfaces Even when concave reflecting surfaces are used, if there are a large number of optical surfaces between the pupil position and the secondary image surface, those optical surfaces receive the light rays spread by the concave reflecting surfaces. Because it must be done, the optical system by these optical surfaces becomes large.
  • the concave reflective surface needs to be disposed on the secondary image plane side.
  • an intermediate image is once formed by the first optical system, and then a concave reflecting surface is disposed to form an image as a secondary image plane again.
  • the concave reflecting mirror at an appropriate position so as to form a pupil immediately after this concave reflecting surface, it is possible to prevent the concave reflecting surface from becoming large.
  • each of the surfaces constituting the first optical system and the second optical system be formed as a rotationally symmetric surface centered on a common optical axis. It is easier to form each component surface as compared with the case where it is configured with a free-form surface or an off-axial surface, which contributes to the reduction of the manufacturing cost and to increase the surface accuracy of each component surface. As a result, it is easy to obtain excellent optical performance.
  • the second optical system is configured of only one concave reflection surface, the number of components can be reduced to save space and reduce cost.
  • the first optical system causes the intermediate image to be formed on the primary image plane side with respect to the concave reflection surface of the second optical system, aberration correction is performed while the enlargement of the concave reflection surface is prevented. It is possible to form a large secondary image plane with good and sufficient optical performance.
  • the distance from the primary image plane to the intermediate image tends to be long. When this distance is long, the optical system also becomes large, so it is necessary to reduce the distance from the first optical system to the intermediate image. Assuming that the length of the first optical system is Ls and the distance from the first optical system to the intermediate image is Si as a guide, it is preferable that the following conditional expression (1) is satisfied.
  • the distance from the primary image plane to the second optical system becomes long, and the optical system does not become small even if it is bent by a plane mirror on the way.
  • the optical path is efficiently routed by forming a pupil between the concave reflective surface and the secondary image surface.
  • the focal length of the concave surface IRI Z2 must also reduce the final surface force of the first optical system to the distance S12 along the optical axis to the concave reflecting surface as in the following conditional expression (2) ! /.
  • the concave reflective surface force will be less than or equal to the distance SR12 along the optical axis to the reflective surface before and after. Should be as small as in conditional expression (3)! /.
  • the projection optical system of the present invention it is effective to use a rotationally symmetric aspheric surface.
  • the curvature of field can be properly controlled. From this point of view, it is also possible to reduce the number of lenses and reduce the f-number (with a small numerical aperture), and it is possible to realize a low cost, high quality projection optical system.
  • the projection optical system of the present invention may be effective to use a rotationally symmetric aspheric surface including odd-order aspheric coefficients.
  • the shape of the rotationally symmetric aspheric surface in that case is It shall be defined by the following equation 2.
  • the projection type image display apparatus comprises a light source, a modulation means for modulating and outputting the light emitted from the light source based on a video signal, and 2 of the primary image plane on the modulation side.
  • a projection optical system for enlarging and projecting onto the next image plane the projection optical system forming a first optical system for forming an intermediate image of the first image plane, and forming the second image plane by the intermediate image
  • a second optical system having a concave reflection surface, and a light ray from the center of the first image plane to the center of the second image plane intersects the optical axis of the first optical system, and The light beam is reflected and crossed again with the optical axis to reach the secondary image plane.
  • the projection-type image display apparatus of the present invention projects an image formed by the modulation means using the above-described projection optical system of the present invention onto the screen, so that thinning and screen downward (or upward) It is possible to display a large magnified image with good aberration correction and sufficient optical performance while achieving the miniaturization of
  • a transmissive screen is used, and the light source, the modulation means and the projection optical system are built in a cabinet on the front side of the screen, and the projection optical system is configured to perform enlarged projection from the rear surface on the transmissive screen. This makes it possible to construct a rear projection television that has the same appearance as a flat television using a thin liquid crystal panel or PDP.
  • a projection optical system is provided at the lower part of the cabinet, arranged at the upper part of the cabinet, If a plane mirror is provided to reflect the light output from the projection optical system and deflect it so as to reach the transmission screen, it is possible to further reduce the thickness.
  • an optical path in the cabinet It is possible to provide a shield having an aperture at the pupil position where the light flux is most narrowed between the second optical system and the secondary image plane. , It is easy to take measures against dust and light from the projection optical system.
  • a ray from the center of the primary image plane to the center of the secondary image plane intersects the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis, and the ray is interposed between the first optical system and the second optical system.
  • the plane mirror q is set to reflect the light of the outermost region p almost parallel to the screen o.
  • the projection optical system r By placing the projection optical system r on the opposite side of the plane mirror q (or the lower side if the plane mirror q is on the upper side), the depth is reduced (thinned) and the screen o The lower part (or upper part) of is reduced.
  • the flat mirror q is disposed so as to reflect the light beam in the outermost region substantially parallel to the screen o. And, by disposing the projection optical system r on the opposite side to the plane mirror q, the depth is reduced and the lower side (or upper side) of the screen is reduced.
  • the projection optical system r in order to achieve further thinning while keeping the screen lower (or upper) smaller, it is necessary to increase the angle of the outermost ray p with respect to the screen o to some extent. Therefore, in the projection optical system as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-84576, since there are many curved reflecting surfaces, the freedom of bending of the optical path is reduced, and the depth direction of the projection optical system can be reduced. It is difficult to further reduce the thickness.
  • At least one plane reflection surface is provided to route the light path after being reflected by the concave reflection surface as desired, and the screen is directly connected.
  • the angle between the outermost area ray passing through the most distant position of the screen force and the screen is ⁇ ,
  • conditional expression (4) 0.6> tan 0> 0. 05, it is possible to further reduce the thickness.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the entire optical system of a projector (projection type image display apparatus) using a projection optical system according to a first embodiment of the present invention. Also, FIG. 2 shows the projection optical system in an enlarged manner.
  • P1 is an image display element as a modulation means, and light emitted from the light source (not shown) is modulated by the image display element P1 based on a video signal.
  • the primary image plane is formed.
  • the image display element P1 a reflective or transmissive dot matrix liquid crystal panel, a digital micro mirror device (DMD) or the like can be used.
  • PP1 in the figure indicates a polarization beam splitter (PBS), 4P prism, TIR (Total Internal Reflector) prism, and the like.
  • STOP indicates the aperture.
  • the projector needs an illumination optical system for illuminating the image display element P1, the illumination optical system is omitted in FIGS. 1 and 2 and other drawings showing the first embodiment.
  • L11 is a first optical system comprising a refractive optical element
  • L12 is a second optical system comprising a concave reflecting surface AMI.
  • the projection optical system including the first optical system L11 and the second optical system L12 guides the light (primary image plane) image-modulated by the image display element P1 to the screen S1, and the light is projected onto the screen S1.
  • Form an image (secondary image plane) That is, an intermediate image is formed at the position II in FIG. 2 by the first optical system L11.
  • the light is reflected by the concave reflecting surface AMI of the second optical system L12, and an image of the pupil is formed to form an image on the screen S1.
  • each optical surface of this projection optical system has a rotationally symmetrical shape with respect to the optical axis AXIS1.
  • the unused part of the concave reflecting surface AMI of the second optical system L12, and hence the part that is removed, is indicated by a broken line.
  • Table 1 shows numerical values obtained by applying specific numerical values to the projection optical system that is effective in the first embodiment.
  • the data of Example 1 are shown.
  • the surface numbers are added to the primary image surface (display element side M-law to the secondary image surface (projected image surface) side as 1, 2, 3,...
  • “INF” indicates that the surface is a plane
  • the refractive index and Abbe's number are that of the glass material having the surface on the primary image plane side.
  • the inch size indicates the size of the diagonal of the projected image surface
  • the “E” indicating the aspheric coefficient is an exponential expression based on 10 I mean.
  • the image display element P1 has an aspect ratio of 16: 9, the number of pixels is 1920 ⁇ 180, a size of 0.61 inch, and is enlarged and projected to 52.7 inches, and the object side Open The number of digits is 0. 204 (corresponding to F number 2.5).
  • the pixel size is about 7 ⁇ m on the image display element P1 and about 608 mm on the screen SI.
  • a spot diagram of the projection optical system of the numerical value example 1 is shown in FIG. 4, and a distortion is shown in FIG.
  • the angle of view of (1) to (15) also generates positional forces of (1) to (15) shown in FIG. 3 on the image display element P1.
  • the reference wavelengths are 656. 28 nm, 620. O nm, 546. 07 nm, 460. O nm, and 435. 84 nm, and their respective ways are 2, 2, 3, 2, 1.
  • the scale in FIG. 4 is twice as long as one pixel on the screen S1. Sufficient imaging performance is obtained as shown in FIG. Also, as shown in Fig. 5, no noticeable distortion of the image was seen, and sufficient performance was obtained.
  • the light path is folded by flat mirrors MM11, MM12, and MM13. Need to be compact. 6 and 7 show that the flat mirror MM13 is disposed between the projection optical system and the screen S1, and the flat mirrors MM11 and MM12 are disposed between the first optical system L11 and the second optical system L12 to successfully bend the light path. Shows the configuration.
  • the plane mirrors MM11 and MM12 are the above-mentioned concave reflections of the first optical system and the second optical system when the light ray from the center of the primary image plane to the center of the secondary image plane intersects the optical axis in the vertical plane. A ray is reflected between the surface A Ml and deflected in the horizontal plane. Also, for example, when the projection optical system is disposed below the cabinet, the flat mirror MM 13 is disposed above the cabinet CAB 1 so as to reflect the light output from the projection optical system to reach the screen S 1 Turn to
  • FIG. 7 is a side view, and as shown in FIG. 9, the angle between the outermost ray and the screen
  • the thickness of the device becomes 200 mm or less, and the lower part of the screen can also be made smaller.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a portion of the projection optical system in FIG. 6 and FIG.
  • the projection type image display apparatus achieves the compactness of the apparatus by bending the optical path by using the flat mirrors MM11, MM12, and MM13. It is not limited to the method described above.
  • a plane mirror may be disposed in the first optical system LI 1, or the plane mirror MM13 and the concave reflecting surface AMI may be disposed. It is also possible to arrange another plane mirror in between.
  • a pupil API (that is, a portion where the luminous flux is converged) by the second optical system L12 for forming an intermediate image of the first optical system L11 on the screen S1 is a luminous flux from the plane mirror MM13 to the entire surface of the screen S1. It is formed on the outside of the By arranging the projection optical system in this manner, the light flux directed from the second optical system L12 to the flat mirror MM13 and the light flux from the flat mirror MM13 to the entire surface of the screen S1 are directed to the screen S1.
  • a shielding box PB can be provided to pass the luminous flux through the substantially minimum opening TOl.
  • the shielding box PB1 shields external light entering the inside of the cabinet from the screen S1, and the external light is reflected by, for example, the concave reflecting surface AMI of the second optical system L12 to become stray light and is projected onto the screen S1. It is possible to prevent the deterioration of the contrast of the video.
  • FIG. 10 is a view schematically showing the entire optical system of a projector (projection type image display device) using a projection optical system according to a second embodiment of the present invention. Further, FIG. 11 shows the projection optical system in an enlarged manner.
  • P2 is an image display element as a modulation means, and light emitted from the light source (not shown) is modulated by the image display element P2 based on a video signal.
  • the primary image plane is formed.
  • a reflective or transmissive dot matrix liquid crystal panel, a digital micro mirror device (DMD) or the like can be used.
  • PP2 in the figure indicates a polarization beam splitter (PBS), 4P prism, TIR (Total Internal Reflector) prism, and the like.
  • STOP indicates the aperture.
  • the projector requires an illumination optical system for illuminating the image display element P2, the illumination optical system is omitted in FIGS. 10 and 11 and other drawings showing the second embodiment.
  • L21 is a first optical system comprising a refractive optical element
  • L22 is a second optical system comprising a concave reflecting surface AM2.
  • the projection optical system consisting of the first optical system L21 and the second optical system L22 guides the light (primary image plane) image-modulated by the image display element P2 to the screen S2, Form an image (secondary image plane) on S2. That is, an intermediate image is formed at the position II in FIGS. 10 and 11 by the first optical system L21. After that, the light is reflected by the reflection surface AM2 of the second optical system L22, and an image of the pupil is formed to form an image on the screen S2. As shown in FIG.
  • each optical surface of this projection optical system has a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis AXIS2.
  • the unused portion of the reflective surface AM2 of the second optical system L22, and hence the removed portion, is indicated by a broken line.
  • Table 2 shows the data of Numerical Example 2 in which specific numerical values are applied to the projection optical system in which the second embodiment works.
  • the image display element 2 has an aspect ratio of 16: 9, a pixel count of 1920 ⁇ 1080, a size of 0.6 inch, and is enlarged and projected to 67.9 inches, and the numerical aperture on the object side is 0.04 (F The (Corresponding to 2.5).
  • the pixel size is about 7 ⁇ m on the image display element P2 and about 0.783 mm on the screen S2.
  • the spot diagram of Numerical Embodiment 2 is shown in FIG. 13, and the distortion is shown in FIG.
  • the angle of view of (1) to (15) is generated at each position (1) to (15) shown in FIG. 12 on the image display element P2.
  • reference wavelengths are 656. 28 nm, 620. 0 nm, 546. 07 nm, 460. O nm, and 435. 84 nm, and their weights are 2, 2, 3, 2, 1 respectively.
  • the scale in FIG. 13 is twice as long as one pixel on the screen S2. Sufficient imaging performance is obtained as shown in Fig.13. Also, as shown in Fig. 14, noticeable distortion of the image was not seen and sufficient performance was obtained.
  • the optical path is folded by plane mirrors MM21, MM22, and MM23. Need to be compact. 15 and 16 show a configuration in which the flat mirror MM23 is disposed between the projection optical system and the screen S2, and the flat mirrors MM21 and MM22 are disposed between the first optical system L21 and the second optical system L22 so that the light path is well bent. Is shown.
  • FIG. 16 is a side view, and as shown in FIG. 18, appropriately bend the light path with the plane mirror MM23 so that the angle ⁇ ⁇ between the outermost ray and the screen is about 9. 8 degrees. Therefore, the thickness of the device can be 250 mm or less, and the lower part of the screen can be reduced.
  • the angle ⁇ between the outermost ray and the screen is preferably in the range of 2. 9 degrees to 31.0 degrees, that is, the range of tan ⁇ is in the range of 0. 05 power, etc. is there.
  • FIG. 17 shows an enlarged part of the projection optical system in FIG. 15 and FIG.
  • the optical path is achieved by using the flat mirrors MM21, MM22, and MM23 to achieve the compactness of the apparatus.
  • a plane mirror may be disposed in the first optical system L21, or another plane mirror may be disposed between the plane mirror MM23 and the concave reflecting surface AM2.
  • the position of the pupil by the second optical system L22 is positioned outside the outermost light beam of the directional light flux from the plane mirror MM23 to the screen S2, and projection optics Since the luminous flux from the system to the plane mirror MM23 and the luminous flux from the plane mirror MM23 to the screen S2 do not interfere with each other and the luminous flux is narrowed at the position of the pupil, the first embodiment described above Of course, it is possible to adopt the shielding means as described in the above.
  • Table 3 shows the conditional expressions (1) and (2) corresponding values of the numerical value example 1 and the numerical value example 2.
  • FIG. 19 shows an intermediate image position of the first optical system L11 in the first embodiment.
  • Figure Middle Sil, Si2 and Si3 represent the distance from the intermediate image position of the angle of view at the bottom, center and top on the screen to the first optical system L11.
  • FIG. 20 is a view schematically showing the entire optical system of a projector (projection type image display device) using a projection optical system according to a third embodiment of the present invention. Further, FIG. 21 shows the projection optical system in an enlarged manner.
  • P3 is an image display element as a modulation means, and light emitted from the image display element P3 (not shown) is modulated based on the video signal.
  • the primary image plane is formed.
  • a reflective or transmissive dot matrix liquid crystal panel, a digital micro mirror device (DMD) or the like can be used.
  • PP3 in the figure indicates a polarization beam splitter (PBS), a dichroic apertured prism, a TIR (Total Internal Reflector) prism, and the like.
  • STOP indicates the aperture.
  • the projector requires an illumination optical system for illuminating the image display element P3, the illumination optical system is omitted in FIGS. 20, 21 and other drawings showing the third embodiment.
  • L31 is a first optical system comprising a refractive optical element
  • L32 is a second optical system comprising reflective surfaces R31 and R32.
  • R31 is a convex reflecting surface on the primary image plane side
  • R32 is a concave reflecting surface in the order of the paths of light rays from the image display element P3.
  • the light (primary image plane) image-modulated by the image display element P3 is guided to the screen S3 by the projection optical system which also includes the first optical system L31 and the second optical system L32, and an image (2 Form the next image plane). That is, an intermediate image is formed at the position II in FIGS. 20 and 21 by the first optical system L31.
  • each optical surface of this projection optical system has a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis AXI S3.
  • the non-use portions of the reflective surfaces R31 and R32 of the second optical system L32, and hence the removed portions are indicated by broken lines. Yes.
  • Table 4 shows data of numerical value example 3 in which specific numerical values are applied to the projection optical system which may be included in the third embodiment.
  • the image display element P3 has an aspect ratio of 16: 9, a pixel count of 1920 ⁇ 180, a size of 0.61 inch, and is enlarged and projected to 73.1 inch, F number Is It is three.
  • the pixel size is about 7 m on the image display element P3 and about 0.85 mm on the screen S3.
  • the spot diagram of the projection optical system of the numerical value example 3 is shown in FIG. 23, and the distortion is shown in FIG.
  • the angle of view of! / (1) to (15) shown in the spot diagram also generates each position force (1) to (15) shown in FIG. 22 on the image display element P3.
  • reference wavelengths are 656. 28 nm, 620. O nm, 587. 56 nm, 546. 07 nm, 460. O nm, 435. 84 nm.
  • the scale in FIG. 23 is twice as long as one pixel on the screen S3. As shown in FIG. 23, sufficient imaging performance is obtained. Also, as shown in Fig. 24, noticeable distortion of the image is not seen, and sufficient performance is obtained.
  • the optical path is folded by plane mirrors M31 and M32 to be compact.
  • 25 and 26 show a configuration in which the flat mirror M32 is disposed between the projection optical system and the screen S3, and the flat mirror M31 is disposed between the first optical system L31 and the second optical system L32 so that the optical path is well bent. Is shown.
  • the plane mirror M31 is configured such that, in the case where a ray traveling from the center of the primary image plane to the center of the secondary image plane intersects the optical axis in the vertical plane, the concave reflecting surfaces of the first and second optical systems Reflect the light between them and deflect it into the horizontal plane. Also, for example, when the projection optical system is disposed in the lower part of the cabinet, the flat mirror M32 is disposed in the upper part of the cabinet, reflects light emitted from the projection optical system, and deflects it to reach the screen S3.
  • FIG. 27 shows an enlarged part of the projection optical system in FIG. 25 and FIG.
  • the optical path is bent by using the flat mirrors M31 and M32 to achieve the compactness of the apparatus, but the method of bending the light path is not limited. It is not limited to the method described above.
  • a plane mirror may be disposed in the first optical system L31, or another plane mirror may be disposed between the plane mirror M32 and the concave reflecting surface R32.
  • FIG. 26 is a side view, and by bending the light path with the plane mirrors M31 and M32 in this manner, only the optical system can be seen at a screen size of 73.1 inches with an aspect ratio of 16: 9.
  • the thickness (depth) of the device specified in step Dx is 250 mm or less, and the screen bottom force is also the second
  • the dimension Hx in the height direction to the lowermost part of the optical system L32 is also 50 mm or less, and the lower part of the screen can also be made smaller.
  • the thickness of the device specified only with the optical system is 250 mm or less in the screen size of 46 inches to 73 inches of aspect ratio 16: 9.
  • the screen lower end force can also be configured so that the dimension in the height direction to the lowermost part of the second optical system L32 can be 50 mm or less. Therefore, even when an apparatus having this optical system is configured by an actual mechanical component such as a mirror or a cabinet, the actual thickness is 30 O mm or less, and the lower part of the screen (from the lower end of the screen It is possible to realize a device with an outside dimension of 100 mm or less) in the height direction up to the bottom
  • a pupil by the second optical system L32 (that is, a portion where the light flux converges) which forms an intermediate image of the first optical system L31 on the screen S3 extends from the plane mirror M32 to the entire surface of the screen S3. It is formed outside the light flux.
  • the luminous flux directed to the screen S3 is directed between the second luminous system L32 to the plane mirror M32 and the luminous flux from the plane mirror M32 to the entire surface of the screen S3.
  • a shielding member (not shown, see FIG. 7) such as a shielding box provided with an opening for light transmission so as to allow passage with a substantially minimum opening.
  • the shielding member can protect the projection optical system (that is, the first optical system L31 and the second optical system L32) from the adhesion of dust without blocking the projected image light. Further, the shielding member shields external light entering the interior of the cabinet from the screen S3, and the external light is reflected by, for example, the concave reflecting surface of the second optical system to become stray light, and the image projected onto the screen S3. It is possible to prevent the deterioration of the contrast of the In addition, the shielding effect by the above-mentioned shielding member can be similarly exhibited in the following fourth embodiment. In addition, the same effects can be obtained in the projection type image display apparatus configured by using the projection optical system according to the fifth to ninth embodiments.
  • FIG. 28 is a view schematically showing the entire optical system of a projector (projection type image display device) using a projection optical system as a fourth embodiment of the present invention. Further, FIG. 29 shows the projection optical system in an enlarged manner.
  • P4 is an image display element, and a primary image plane is formed on the image display element P4.
  • a digital micro mirror device DMD
  • STOP indicates the aperture.
  • the projector needs an illumination optical system for illuminating the image display element P4
  • the illumination optical system is omitted in FIGS. 28, 29 and other drawings showing the fourth embodiment.
  • L41 is a first optical system including a refractive optical element
  • L42 is a second optical system including reflective surfaces R41 and R42.
  • the projection optical system consisting of the first optical system L41 and the second optical system L42 guides the light (primary image plane) image-modulated by the image display element P4 to the screen S4, and the light is projected onto the screen S4. Form an image (secondary image plane).
  • Intermediate imaging is performed by the first optical system L 41 at a position II in FIGS. After that, it is reflected by reflecting surfaces R41 and R42, and forms an image of the pupil and forms an image on the screen S4.
  • each optical surface of this projection optical system has a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis AXIS4.
  • portions of the reflecting surfaces R41 and R42 of the second optical system L42 which are not used, and therefore removed are indicated by broken lines.
  • Table 5 shows the data of Numerical Example 4 in which specific numerical values are applied to the projection optical system of the fourth embodiment.
  • the DMD is used as the image display element P4, and the aspect ratio is 16: 9, the number of pixels is 1280 ⁇ 768, the size is 0.7 inches, and the projection is enlarged to 50 inches on the screen S4.
  • the F-number is three.
  • the pixel size is about 12 ⁇ m on the image display element P4 and about 0.86 mm on the screen.
  • the ON light having passed through the diaphragm ST OP forms an intermediate image at a position II in FIG. 28 or 10 by the dioptric system L41. After that, it is reflected by reflecting surfaces R41 and R42, and forms an image of the pupil and forms an image on the screen.
  • the spot diagram of the projection optical system of the numerical value example 4 is shown in FIG. 31, and the distortion is shown in FIG.
  • the angle of view shown in the spot diagram of! /. (1) to (15) originates from each position of (1) to (15) shown in FIG. 30 on the image display element P4.
  • reference wavelengths are 656. 28 nm, 620. O nm, 587. 56 nm, 546. 07 nm, 460. O nm, 435. 84 nm.
  • the scale in Figure 31 is twice the length of one pixel on the screen. As shown in Fig. 31, sufficient imaging performance is obtained. Also, as shown in Fig. 32, noticeable distortion of the image is not seen and sufficient performance can be obtained.
  • FIGS. 33 and 34 show a configuration in which the light path is well bent by arranging a plane mirror M42 between the projection optical system and the screen S4 and a plane mirror M41 between the first optical system L41 and the second optical system L42.
  • FIG. 34 is a side view, and by bending the light path with the flat mirrors M41 and M42 in this manner, the thickness of the device becomes 250 mm or less, and the screen lower portion can also be made smaller.
  • FIG. 35 shows an enlarged part of the projection optical system in FIG.
  • the projection type image display apparatus achieves the compactness of the apparatus by bending the optical path using the flat mirrors M41 and M42, but the method of bending the optical path is described above. It is not limited to the method.
  • a plane mirror may be disposed in the first optical system L41, or another plane mirror may be disposed between the plane mirror M42 and the concave reflecting surface R42.
  • FIG. 36 shows a projector using a projection optical system according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 37 shows the projection optical system in an enlarged manner.
  • P5 is an image display element, and a primary image plane is formed on the image display element P5.
  • a reflective dot matrix liquid crystal panel, a digital micro mirror device (DMD) or the like can be used.
  • PP5 in the figure indicates a polarizing beam splitter (PBS), a dichroic prism, a TIR (Total Internal Reflector) prism, and the like.
  • STOP indicates the aperture.
  • the projector requires an illumination optical system for illuminating the image display element P5, the illumination optical system is omitted in FIGS. 36 and 37.
  • L51 is a first optical system including a refractive optical element
  • L52 is a second optical system including reflective surfaces R51 and R52.
  • the projection optical system consisting of the first optical system L51 and the second optical system L52 guides the light (primary image plane) image-modulated by the image display element P5 to the screen S5, and the light is projected onto the screen S5. Form an image (secondary image plane).
  • Intermediate imaging is performed by the first optical system L 51 at a position II in FIGS. After that, the light is reflected by the reflecting surfaces R51 and R52, and an image of the pupil is formed to form an image on the screen S5.
  • each optical surface of this projection optical system has a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis AXIS5.
  • the non-use portions of the reflective surfaces R51 and R52 of the second optical system L52, and hence the portions that are removed are indicated by broken lines.
  • Table 6 shows data of numerical value example 5 in which specific numerical values are applied to the projection optical system of the fifth embodiment.
  • the image display element P5 has an aspect ratio of 16: 9 and a pixel count of 1920 ⁇ 10. It has an 80, 0.61 inch size, and is projected to a 55.8 inch size, with an F-number of 3.0.
  • the pixel size is about 7 m on the image display element P5, and about 0.65 5 mm on the screen S5.
  • the spot diagram of the projection optical system of Numerical Embodiment 5 is shown in FIG. 39 and the distortion is shown in FIG.
  • the angle of view of! / (1) to (15) shown in the spot diagram is emitted from each position (1) to (15) shown in FIG. 38 on the image display element P5.
  • reference wavelengths are 656. 28 nm, 620. O nm, 587. 56 nm, 546. 07 nm, 460. O nm, 435. 84 nm.
  • the scale in FIG. 39 is twice as long as one pixel on the screen S5. As shown in Fig. 39, sufficient imaging performance is obtained. Also, as shown in Fig. 40, noticeable distortion of the image is not seen and sufficient performance is obtained.
  • the projection optical system according to the fifth embodiment is applied to a projector (projection type image display device), as in the first and fourth embodiments described above, it is appropriate to use a plane mirror. It is possible to make the projection optical system thinner by arranging at a position.
  • FIG. 41 is a view schematically showing the entire optical system of a projector (projection type image display device) using a projection optical system as a sixth embodiment of the present invention. Also, FIG. 42 shows the projection optical system in an enlarged manner.
  • P6 is an image display element, and a primary image plane is formed on the image display element P6.
  • a reflective dot matrix liquid crystal panel, a digital micro mirror device (DMD) or the like can be used.
  • PP6 in the figure indicates a polarizing beam splitter (PBS), a dichroic prism, a TIR (Toal Internal Reflector) prism, and the like.
  • STOP indicates the aperture.
  • the projector requires an illumination optical system for illuminating the image display element P6, the illumination optical system is omitted in FIGS. 41 and 42.
  • L61 is a first optical system including a refractive optical element
  • L62 is a second optical system including a reflecting surface RR61 and RR62.
  • the projection optical system consisting of the first optical system L61 and the second optical system L62 guides the light (primary image plane) image-modulated by the image display element P6 to the screen S6, and the image on the screen S6 (2 Form the next image plane).
  • First optical at position II in Figs. 41 and 42 Intermediate imaging is performed by system L61. After that, the light is reflected by the reflection surfaces RR61 and RR62, and an image of the pupil is formed to form an image on the screen S6.
  • RR61 is a concave reflection surface in the order of the light ray path from the image display element P6, and RR62 is a convex reflection surface on the secondary image plane side.
  • each optical surface of this projection optical system has a rotationally symmetrical shape with respect to the optical axis AXIS6.
  • portions of the reflection surfaces RR61 and RR62 of the second optical system L62 which are not used and therefore which are removed are indicated by broken lines.
  • Table 7 shows data of Numerical Example 6 in which specific numerical values are applied to the projection optical system of the sixth embodiment.
  • the image display element P6 is a liquid crystal element such as a reflective dot matrix liquid crystal and is telecentric. Also, the aspect ratio is 16: 9, and the number of pixels is 1920 XI. 080, size 0.61 inch, projected at 50 inches, F-number 3.0. The pixel size is about 7 m on the image display element P6 and about 0.58 m on the screen S6.
  • a spot diagram of the projection optical system of the numerical value example 6 is shown in FIG. 44, and a distortion is shown in FIG.
  • the angle of view of! / (1) to (15) shown in the spot diagram also generates each position force (1) to (15) shown in FIG. 43 on the image display element P6.
  • reference wavelengths are 656. 28 nm, 620. O nm, 587. 56 nm, 546. 07 nm, 460. O nm, 435. 84 nm.
  • the scale in FIG. 44 is twice as long as one pixel on the screen. As shown in Fig. 44, sufficient imaging performance is obtained. Also, as shown in Fig. 45, noticeable distortion of the image is not seen and sufficient performance is obtained.
  • the projection optical system according to the sixth embodiment is applied to a projector (projection type image display device), as in the first and fourth embodiments described above, it is appropriate to use a plane mirror. It is possible to make the projection optical system thinner by arranging at a position.
  • FIG. 46 is a view schematically showing the entire optical system of a projector (projection type image display device) using a projection optical system as a seventh embodiment of the present invention. Further, FIG. 47 shows the projection optical system in an enlarged manner.
  • P7 is an image display element, and a primary image plane is formed on the image display element P7.
  • a reflective dot matrix liquid crystal panel, a digital micro mirror device (DMD) or the like can be used as the image display element P7.
  • PP7 in the figure indicates a polarizing beam splitter (PBS), a dichroic prism, a TIR (Toal Internal Reflector) prism, and the like.
  • STOP indicates the aperture.
  • the projector needs an illumination optical system for illuminating the image display element P7, the illumination optical system is omitted in FIGS.
  • L71 is a first optical system including a refractive optical element
  • L72 is a second optical system including reflecting surfaces R71 and R72.
  • the projection optical system including the first optical system L71 and the second optical system L72 guides the light (primary image plane) image-modulated by the image display element P7 to the screen S7, and the light is projected onto the screen S7. Form an image (secondary image plane).
  • each optical surface of this projection optical system has a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis AXIS7.
  • the non-use portions of the reflection surfaces R71 and R72 of the second optical system L72, and therefore the portions that are removed are indicated by broken lines.
  • Table 8 shows the data of Numerical Example 7 in which specific numerical values are applied to the projection optical system of the seventh embodiment.
  • the thirtieth surface that is, the concave reflecting surface R72 contains an odd-order aspheric coefficient, and the shape of the thirtieth surface is therefore expressed by the above-mentioned equation (2).
  • the image display element P7 has an aspect ratio of 16: 9, a pixel count of 1920 ⁇ 1 080, a size of 0.61 inch, and is enlarged and projected to 52.5 inches.
  • F number is 3.0.
  • the pixel size is about 7 m on the image display device, and about 0.65 mm on the screen S7.
  • the spot diagram of the projection optical system of the numerical value example 7 is shown in FIG. 49, and the distortion is shown in FIG.
  • the angle of view of! / (1) to (15) shown in the spot diagram originates from each position of (1) to (15) shown in FIG. 48 on the image display element P7.
  • reference wavelengths are 656. 28 nm, 620. O nm, 587. 56 nm, 546. 07 nm, 460. O nm, 435. 84 nm.
  • the scale in FIG. 49 is twice as long as one pixel on the screen S7. As shown in Figure 49, sufficient imaging performance is obtained. Also, as shown in Fig. 50, remarkable distortion of the image is not seen, and sufficient performance is obtained.
  • the plane mirror is suitably used. It is possible to make the projection optical system thinner by arranging at a position.
  • FIG. 51 is a view schematically showing the overall optical system of a projector (projection type image display device) using a projection optical system as an eighth embodiment of the present invention. Further, FIG. 52 shows the projection optical system in an enlarged manner.
  • P8 is an image display element, and a primary image plane is formed on the image display element P8.
  • a digital micro mirror device can be used as the image display element P8.
  • the projector needs an illumination optical system for illuminating the image display element P8, but the illumination optical system is omitted in FIGS. 51 and 52.
  • L81 is a first optical system consisting of a refractive optical element
  • L82 is a second optical system consisting of a reflecting surface RR81, RR82.
  • the projection optical system including the first optical system L81 and the second optical system L82 guides the light (primary image plane) image-modulated by the image display element P8 to the screen S8, and an image (2 Form the next image plane).
  • Intermediate imaging is performed by the first optical system L81 at a position II in FIGS. After that, it is reflected by reflective surface RR81, RR82, An image of the pupil is formed and imaged on the screen S8.
  • each optical surface of this projection optical system has a rotationally symmetrical shape with respect to the optical axis AXIS8.
  • the non-use portions of the reflection surfaces RR81 and RR82 of the second optical system L82 and therefore the portions that are removed are indicated by broken lines.
  • Table 9 shows data of Numerical Example 8 in which specific numerical values are applied to the projection optical system of the eighth embodiment.
  • the image display element P8 is a DMD, and the aspect ratio is 16: 9, the number of pixels is 1280 ⁇ 768, the size is 0.7 inch, and the projection is enlarged to 55.8 inch. One is three.
  • the pixel size is about 12 ⁇ m on the image display element P8, on the screen S8 It will be about 0.86 mm.
  • the ON light having passed through the stop STOP forms an intermediate image at a position II in FIGS. 51 and 52 by the dioptric system L81. Thereafter, the light is reflected by the reflection surface RR81 to form an image of the pupil, and further reflected by the reflection surface RR82 to form an image on the screen S8.
  • a spot diagram of the projection optical system of the numerical value example 8 is shown in FIG. 54, and a distortion is shown in FIG.
  • the angle of view (1) to (15) shown in the spot diagram originates from each position (1) to (15) shown in FIG. 53 on the image display element.
  • reference wavelengths are 656. 28 m m, 620. O nm, 587. 56 nm, 546. 07 nm, 460. O nm, 435. 84 nm.
  • the scale in FIG. 54 is twice as long as one pixel on the screen S8. As shown in FIG. 54, sufficient imaging performance is obtained. Also, as shown in FIG. 55, no noticeable distortion of the image is seen, and sufficient performance is obtained.
  • a plane mirror is suitably used as in the first to fourth embodiments described above. It is possible to make the projection optical system thinner by arranging at a position.
  • FIG. 56 is a view schematically showing the entire optical system of a projector (projection type image display device) using a projection optical system as a ninth embodiment of the present invention. Further, FIG. 57 shows the projection optical system in an enlarged manner.
  • P 9 is an image display element, and a primary image plane is formed on the image display element P 9.
  • a reflective dot matrix liquid crystal panel, a digital micro mirror device (DMD) or the like can be used as the image display element P9.
  • PP9 in the figure indicates a polarizing beam splitter (PBS), a dichroic prism, a TIR (Toal Internal Reflector) prism, and the like.
  • STOP indicates the aperture.
  • the projector needs an illumination optical system for illuminating the image display element P9, the illumination optical system is omitted in FIGS. 56 and 57.
  • L 91 is a first optical system comprising a refractive optical element
  • L 92 is a second optical system comprising a reflecting surface AM 9 It is.
  • the projection optical system consisting of the first optical system L91 and the second optical system L92 guides the light (primary image plane) image-modulated by the image display element P9 to the screen S9, and the image on the screen S9 Form a secondary image plane).
  • Intermediate imaging is performed by the first optical system L91 at a position II in FIGS. After that, it is reflected by the reflecting surface AM9, forms an image of the pupil and forms an image on the screen S9.
  • each optical surface of this projection optical system has a rotationally symmetrical shape with respect to the optical axis AXIS9.
  • the unused portion of the reflective surface AM9 of the second optical system L92, and hence the removed portion is indicated by a broken line.
  • Table 10 shows the data of Numerical Example 9 in which specific numerical values are applied to the projection optical system of the ninth embodiment.
  • the image display element P9 is a liquid crystal element such as a reflective dot matrix liquid crystal and is telecentric. Also, the aspect ratio is 16: 9, and the number of pixels is 1920 XI. 080, size 0.61 inch, projected at 62.6 inches, F-number is 3.0. The pixel size is about 7 m on the image display element P9, and about 0.725 mm on the screen.
  • a spot diagram of the projection optical system of the numerical value example 9 is shown in FIG. 59 and a distortion is shown in FIG.
  • the angle of view of! / (1) to (15) shown in the spot diagram originates from each position (1) to (15) shown in FIG. 58 on the image display element P9.
  • reference wavelengths are 656. 28 nm, 620. O nm, 587. 56 nm, 546. 07 nm, 460. O nm, 435. 84 nm.
  • the scale in FIG. 59 is twice as long as one pixel on the screen S9. As shown in Figure 59, sufficient imaging performance is obtained. Also, as shown in Fig. 60, no noticeable distortion of the image is seen and sufficient performance is obtained.
  • a plane mirror is suitably used as in the first and fourth embodiments described above. It is possible to make the projection optical system thinner by arranging at a position.
  • FIG. 61 shows the intermediate image position of the first optical system L41 in the above-described Numerical Embodiment 4.
  • Sil, Si2 and Si3 represent the distance from the intermediate image position of the angle of view of the lowermost part, the central part and the uppermost part on the screen to the first optical system L41.
  • the first optical system L41 has a length Ls of 131.25 mm, which satisfies the conditional expression (1). Further, all of the above numerical examples 3 to 9 satisfy the conditional expression (1), and further, the conditional expressions (2) and (3) are also satisfied (see Table 11).
  • the projection type image display apparatus for projecting on the transmission type screen has been described, but the projection type image display apparatus of the present invention can be applied as an apparatus for projecting on the reflection type screen.
  • the projection type image display apparatus of the present invention can be applied as an apparatus for projecting on the reflection type screen.
  • each of the surfaces constituting the first optical system and the second optical system is a rotationally symmetric surface centered on the common optical axis
  • the rotationally symmetric surface is described.

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Abstract

　低歪曲で高解像力を維持しつつ、反射面の大きさを小さくしつつ、反射面の数を削減した、例えば、リアプロジェクションテレビにおいて、その奥行を小さくし、且つ、画面の下方（又は上方）部分を小さくするのに好適な投射光学系を提供することを課題とする。縮小側の１次像面から拡大側の２次像面へ拡大投射する投射光学系であって、上記１次像面の中間像（ＩＩの位置）を結像する第１光学系Ｌ１１と、上記中間像による上記２次像面を形成させる凹面反射面ＡＭ１を有する第２光学系Ｌ１２とを備え、上記１次像面の中心から上記２次像面の中心に至る光線が上記光軸を交差し、さらに上記凹面反射面で反射し、再度上記光軸と交差して上記２次像面に到達する。

Description

投射光学系及び投射型画像表示装置
技術分野
[0001] 本発明は新規な投射光学系及び投射型画像表示装置に関する。詳しくは、低歪 曲で高解像力を維持しつつ、奥行を小さくし、かつ、画面の下方 (又は上方)部分を 小さくする技術に関する。
背景技術
[0002] 最近、リアプロジェクシヨンテレビに対する需要が急速に高まって来ている。リアプロ ジェクシヨンテレビは、 LCD (Liquid Crystal Display)直視型テレビ、 PDP (Plasma Dis play Panel)に代表されるフラットテレビとしての要素を持ち、且つ、それらと比較して、 1インチ程度の画像表示素子を拡大投射するシステムであるため、低価格で提供す ることが出来る。また、 BS (Broadcasting Satellite)デジタル放送、地上波デジタル放 送に代表されるような、フル HD (High Definition)信号レベルの高画質化の要求に対 しても、比較的容易に対応することが出来るのが主な要因である。
[0003] その一方、光源、照明光学系、投射光学系を搭載し、大口径の背面ミラーを使用し てスクリーンに投射するため、図 62に示すように、光軸 aが画像表示素子 b及びスクリ ーン cの中心を通るように投射する従来の方法では、原理的に見て、奥行 dと画面下 方の大きさ eとを同時に小さくすることは非常に困難である。
[0004] その他にも、投射画像の大型化を達成しつつもリアプロジェクシヨンテレビの薄型化
(奥行方向の小型化）を達成するために、スクリーンに対して斜方向から投射する（以 下、「斜め投射」という）光学系がある。
[0005] 例えば、特開平 5— 100312号公報には、投射光学系として大画角の広角レンズを 用い、投射光学系の光軸に対して、画像表示素子及びスクリーンをシフトして配置し 、画角の端の部分を使用することによって斜め投射を行うものが提案されている。
[0006] また、特開平 5— 80418号公報には、ライトバルブに基づく画像光を第 1の投射光 学系によって中間結像させ、第 2の投射光学系によってスクリーンに拡大投射し、各 投射光学系の光軸を適当に傾けることによって、斜め投射を行うものが提案されてい る。また、最近では、広角化に伴う色収差の発生を抑えるために反射面を利用して斜 め投射を実現した投射光学系が提案されている。
[0007] 再公表特許 WO01Z006295号公報に示されている投射光学系では、主に屈折 光学系 gと凸面反射面 fから成る光学系を用いて斜め投射を実現して!/、る。図 63は 再公表特許 WO01Z006295号公報に示されている光学系の概略を示すものであ る。
[0008] また、特開 2002— 40326号公報では、画像表示パネル hから順に凹、凸、凸、凸 の 4枚の反射面 i、 j、 k、 1を用いて色収差の無い投射光学系を達成している（図 64参 照)。
[0009] これら特許公報で示された光学系は、光軸に対して回転対称な構成をしており、超 広角光学系の一部分を使用して斜め投射を行っている。
[0010] 特開 2001— 255462号公報では、オフアキシャルな光学系を用いた斜め投射光 学系が提案されている。この光学系ではオフアキシャルな光学系を用いることにより 台形歪を補正し、さらに、複数の反射面 m、 m、 · · ·と反射面 nとの間で中間像を結ぶ ことにより反射面の大きさを抑えた投射光学系を達成して 、る（図 65参照)。
[0011] 再公表特許 WO01Z006295号公報に示された光学系のように、凸面反射面 fと 屈折光学系 gとを組み合わせた投射光学系の場合、屈折光学系のみの構成と比較 して、色収差が取りやすぐ且つ、広角化が容易である。その反面一つの反射面で発 散作用のほとんどを担うため、歪曲や像面の収差補正を適切にするには、その屈折 力を有る程度小さくしなければならず、必然的に、凸面反射面 fの大型化及びサグ量 の増大化を招く傾向を持つ。このことは、凸面反射面の製造が困難になるだけでなく 、画面下方部分（図 62の e参照）が高くなり、また、リアプロジェクシヨンテレビをこの投 射光学系により構成した場合に、奥行（図 62の d参照)も大きくなる。
[0012] 特開 2002— 40326号公報に示された投射光学系では、屈折光学系を有しないた め、原理的に色収差は発生せず、且つレンズによる吸収もないため、明るい光学系 を達成することが出来る。し力しながら、反射面のみでの構成となるため、各反射面 の面精度、組み立て精度に非常に敏感であり、製造コストが増大する傾向にある。ま た、複数の反射面 i〜lを縦方向に配置するため、画面下方の部分（図 62の e参照）が 高くなる。さらに、薄型化をするために、投射角度をさらに大きくすると、反射面、特に
、最終段の反射面 1が大きくなつてしまい、反射面の製造が困難になると共に、リアプ ロジェクシヨンテレビをこの投射光学系により構成した場合に、画面下方の部分のさら なる大型化を招く。
[0013] 特開 2001— 255462号公報に記載されている投射光学系の場合、中間結像面を 持つことで、広角化しつつも反射面を小さくすることが出来るという利点を持つ。その 反面、反射面を偏心させることにより発生する偏心収差を残りの偏心された反射面で 補正することになり、少なくとも反射面が 3面以上必要となる。従って、リアプロジヱク シヨンテレビをこの投射光学系により構成した場合に、画面下方の十分な小型化を実 現するにはなお制約があり、さらに、反射面は回転対称な構成ではなぐ自由曲面で 構成され、面精度、組み立て精度に非常に敏感で、製造が難しくコストアップにつな 力 という問題がある。
[0014] そこで、本発明は、上記した従来の問題点に鑑み、低歪曲で高解像力を維持し、 反射面の大きさを小さくしつつ、反射面の数を削減し、例えば、リアプロジェクシヨンテ レビにおいて、その奥行を小さくし、かつ、画面の下方 (又は上方)部分を小さくする ために好適な投射光学系を提供することを課題とする。
発明の開示
[0015] 本発明投射光学系は、上記した課題を解決するために、縮小側の 1次像面の中間 像を結像する第 1光学系と、上記中間像による拡大側の 2次像面を形成させる凹面 反射面を有する第 2光学系とを備え、上記 1次像面の中心から上記 2次像面の中心 に至る光線が上記第 1光学系の光軸を交差し、さらに上記凹面反射面で反射し、再 度上記光軸と交差して上記 2次像面に到達するように構成したものである。
[0016] また、本発明投射型画像表示装置は、上記した課題を解決するために、光源と、上 記光源から発せられた光を映像信号に基づき変調して出力する変調手段と、上記変 調手段側の 1次像面からスクリーン側の 2次像面へ拡大投射する投射光学系とを備 え、上記投射光学系は、上記 1次像面の中間像を結像する第 1光学系と、上記中間 像による 2次像面を形成させる凹面反射面を有する第 2光学系とを有し、上記 1次像 面の中心から上記 2次像面の中心に至る光線が上記第 1光学系の光軸と交差し、さ らに上記凹面反射面で反射し、再度上記光軸と交差して上記 2次像面に到達するよ うに構成したものである。
[0017] 従って、本発明にあっては、 1次像面の中心から 2次像面の中心に至る光線が第 1 光学系の光軸を交差し、次いで凹面反射面で反射され、再度上記光軸と交差して 2 次像面に到達する光路を迪ることにより、例えば略水平方向に配置された第 1光学 系から 2次像面に結像する光を第 2光学系により上方へ出力させる。そして第 2光学 系は、第 1光学系の中間像上の 1点力 広がりの小さな光束を第 2次像面上の 1点に 収束させればよぐ小型の光学部品により実現できる。また、本発明の投射光学系に より投射型画像表示装置を構成した場合に、例えば、略水平方向に配置された第 1 光学系から 2次像面に結像する光を第 2光学系により上方 (又は下方)へ出力させる ことで、従来必要とされたスクリーン下方 (又は上方）に配置される光学系のスペース が大幅に減少する。
[0018] 本発明投射光学系は、縮小側の 1次像面から拡大側の 2次像面へ拡大投射する投 射光学系であって、上記 1次像面の中間像を結像する第 1光学系と、上記中間像に よる上記 2次像面を形成させる凹面反射面を有する第 2光学系とを備え、上記 1次像 面の中心から上記 2次像面の中心に至る光線が上記第 1光学系の光軸を交差し、さ らに上記凹面反射面で反射し、再度上記光軸と交差して上記 2次像面に到達するこ とを特徴とする。
[0019] また、本発明投射型画像表示装置は、光源と、上記光源から発せられた光を映像 信号に基づき変調して出力する変調手段と、上記変調手段側の 1次像面からスクリ ーン側の 2次像面へ拡大投射する投射光学系とを備え、上記投射光学系は、上記 1 次像面の中間像を結像する第 1光学系と、上記中間像による上記 2次像面を形成さ せる凹面反射面を有する第 2光学系とを備え、上記 1次像面の中心から上記 2次像 面の中心に至る光線が上記第 1光学系の光軸を交差し、さらに上記凹面反射面で反 射し、再度上記光軸と交差して上記 2次像面に到達することを特徴とする。
[0020] 従って、本発明投射光学系にあっては、 1次像面の中心から 2次像面の中心に至る 光線が第 1光学系の光軸を交差し、次いで凹面反射面で反射され、再度上記光軸と 交差して 2次像面に到達する光路を迪るように構成することによって、第 1光学系によ つて一旦中間結像面を形成し、該中間結像面の後に凹面反射面を配置して再び第 2像面に結像させるので、凹面反射面を大型化させること無しに、収差補正が良好に され充分な光学性能を有する大型画面を形成することができる。
[0021] また、本発明投射型画像表示装置は、上記した投射光学系を使用して変調手段で 形成された画像をスクリーンに投射するので、薄型化とスクリーン下方 (又は上方）の 小型化を達成しながら、収差補正が良好にされ充分な光学性能を有する大型の拡 大画像を表示することができる。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]図 1は、図 2乃至図 9と共に第 1の実施の形態を示すものであり、本図は投射型 画像表示装置に使用した投射光学系を示す概略図である。
[図 2]図 2は、投射光学系の拡大図である。
[図 3]図 3は、画像表示素子上の評価点を示す図である。
[図 4]図 4は、図 3に示す各評価点力 発した光のスクリーン上におけるスポットダイァ グラムを示す図である。
[図 5]図 5は、スクリーン上のディストーションを示す図である。
[図 6]図 6は、図 7乃至図 9と共にリアプロジェクシヨンテレビの構成例を光跡の一部と 共に示すものであり、本図はスクリーンの背面側力も見た概略斜視図である。
[図 7]図 7は、概略側面図である。
[図 8]図 8は、投射光学系を示す拡大斜視図である。
[図 9]図 9は、スクリーンの直前に配置したミラー力 スクリーンに向力う光束の最外域 光線とスクリーンとの成す角度を説明する図である。
[図 10]図 10は、図 11乃至図 18と共に第 2の実施の形態を示すものであり、本図は投 射型画像表示装置に使用した投射光学系を示す概略図である。
[図 11]図 11は、投射光学系の拡大図である。
[図 12]図 12は、画像表示素子上の評価点を示す図である。
[図 13]図 13は、図 12に示す各評価点力 発した光のスクリーン上におけるスポットダ ィアグラムを示す図である。
[図 14]図 14は、スクリーン上のディストーションを示す図である。 [図 15]図 15は、図 16乃至図 18と共にリアプロジェクシヨンテレビの構成例を光跡の 一部と共に示すものであり、本図はスクリーンの背面側力も見た概略斜視図である。
[図 16]図 16は、概略側面図である。
[図 17]図 17は、投射光学系を示す拡大斜視図である。
[図 18]図 18は、スクリーンの直前に配置したミラー力もスクリーンに向力 光束の最外 域光線とスクリーンとの成す角度を説明する図である。
圆 19]図 19は、第 1の実施の形態に係る投射光学系の条件式（1)の対応箇所を示 す図である。
[図 20]図 20は、図 21乃至図 27と共に第 3の実施の形態を示すものであり、本図は投 射型画像表示装置に使用した投射光学系を示す概略図である。
[図 21]図 21は、投射光学系の拡大図である。
[図 22]図 22は、画像表示素子上の評価点を示す図である。
[図 23]図 23は、図 22に示す各評価点力 発した光のスクリーン上におけるスポットダ ィアグラムを示す図である。
[図 24]図 24は、スクリーン上のディストーションを示す図である。
[図 25]図 25は、図 26及び図 27と共にリアプロジェクシヨンテレビの構成例を光跡の 一部と共に示すものであり、本図はスクリーンの背面側力も見た概略斜視図である。
[図 26]図 26は、概略側面図である。
[図 27]図 27は、投射光学系を示す拡大斜視図である。
[図 28]図 28は、図 29乃至図 35と共に第 4の実施の形態を示すものであり、本図は投 射型画像表示装置に使用した投射光学系を示す概略図である。
[図 29]図 29は、投射光学系の拡大図である。
[図 30]図 30は、画像表示素子上の評価点を示す図である。
[図 31]図 31は、図 30に示す各評価点力も発した光のスクリーン上におけるスポットダ ィアグラムを示す図である。
[図 32]図 32は、スクリーン上のディストーションを示す図である。
[図 33]図 33は、図 34及び図 35と共にリアプロジェクシヨンテレビの構成例を光跡の 一部と共に示すものであり、本図はスクリーンの背面側力も見た概略斜視図である。 [図 34]図 34は、概略側面図である。
[図 35]図 35は、投射光学系を示す拡大斜視図である。
[図 36]図 36は、図 37乃至図 40と共に第 5の実施の形態を示すものであり、本図は投 射型画像表示装置に使用した投射光学系を示す概略図である。
[図 37]図 37は、投射光学系の拡大図である。
[図 38]図 38は、画像表示素子上の評価点を示す図である。
[図 39]図 39は、図 38に示す各評価点力も発した光のスクリーン上におけるスポットダ ィアグラムを示す図である。
[図 40]図 40は、スクリーン上のディストーションを示す図である。
[図 41]図 41は、図 42乃至図 45と共に第 6の実施の形態を示すものであり、本図は投 射型画像表示装置に使用した投射光学系を示す概略図である。
[図 42]図 42は、投射光学系の拡大図である。
[図 43]図 43は、画像表示素子上の評価点を示す図である。
[図 44]図 44は、図 43に示す各評価点力 発した光のスクリーン上におけるスポットダ ィアグラムを示す図である。
[図 45]図 45は、スクリーン上のディストーションを示す図である。
[図 46]図 46は、図 47乃至図 50と共に第 7の実施の形態を示すものであり、本図は投 射型画像表示装置に使用した投射光学系を示す概略図である。
[図 47]図 47は、投射光学系の拡大図である。
[図 48]図 48は、画像表示素子上の評価点を示す図である。
[図 49]図 49は、図 48に示す各評価点力 発した光のスクリーン上におけるスポットダ ィアグラムを示す図である。
[図 50]図 50は、スクリーン上のディストーションを示す図である。
[図 51]図 51は、図 52乃至図 55と共に第 8の実施の形態を示すものであり、本図は投 射型画像表示装置に使用した投射光学系を示す概略図である。
[図 52]図 52は、投射光学系の拡大図である。
[図 53]図 53は、画像表示素子上の評価点を示す図である。
[図 54]図 54は、図 53に示す各評価点力も発した光のスクリーン上におけるスポットダ ィアグラムを示す図である。
[図 55]図 55は、スクリーン上のディストーションを示す図である。
[図 56]図 56は、図 57乃至図 60と共に第 9の実施の形態を示すものであり、本図は投 射型画像表示装置に使用した投射光学系を示す概略図である。
[図 57]図 57は、投射光学系の拡大図である。
[図 58]図 58は、画像表示素子上の評価点を示す図である。
[図 59]図 59は、図 58示す各評価点力も発した光のスクリーン上におけるスポットダイ アグラムを示す図である。
[図 60]図 60は、スクリーン上のディストーションを示す図である。
[図 61]図 61は、第 4の実施の形態に係る投射光学系の条件式（1)の対応箇所を示 す図である。
[図 62]図 62は、従来のリアプロジェクシヨンテレビの一般的な構造の概略を示す図で ある。
[図 63]図 63は、再公表特許 WO01Z006295号公報に示された投射光学系の概略 を示す図である。
[図 64]図 64は、特開 2002— 40326号公報に示された投射光学系の概略を示す図 である。
[図 65]図 65は、特開 2001— 255462号公報に示された投射光学系の概略を示す 図である。
[図 66]図 66は、特開 2005— 84576号公報に示された投射光学系の概略を示す図 である。
発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下に、本発明投射光学系及び投射型画像表示装置を実施するための最良の形 態について添付図面を参照して説明する（投射光学系については図 19、図 21およ び図 61を、投射型画像表示装置については図 7および図 8を参照)。
[0024] 本発明投射光学系は、縮小側の 1次像面から拡大側の 2次像面へ拡大投射する投 射光学系であって、上記 1次像面の中間像を結像させる凹面反射面を有する第 1光 学系と、上記中間像による上記 2次像面を形成する第 2光学系とを備え、上記 1次像 面の中心から上記 2次像面の中心に至る光線が上記光軸を交差し、さらに上記凹面 反射面で反射し、再度上記光軸と交差して上記 2次像面に到達する。結像関係を要 約すれば、第 1光学系によって 1次像面の中間像が形成され、そのあと凹面反射面 により収斂光になり瞳を形成して 2次像面として結像する構成をとつている。上記第 1 光学系による中間像は倍率が低く、第 2光学系によって拡大され所定の倍率で 2次 像面として結像する。
[0025] 再公表特許 WO01Z006295号公報に記載された光学系のように、凸面反射面に 像を拡大する効果を持たせた場合、凸面反射面の曲率を小さくすると光線がけられ てしまって、 1枚の凸面反射面のみでは拡大率を大きくすることができず、また、凸面 反射面の曲率を大きくすると、収差補正が困難になり、充分な光学性能を得ることが できない。これを避けるため、複数の凸面反射面を使用してパワーの分散を行って個 々の凸面反射面の曲率を小さくすると、複数の凸面反射面の配置のための所要スぺ ースによってさらに光学系が大きくなつてしまう。
[0026] それに対し、凹面反射面であれば、曲率を小さくしても光線がけられにくい。凸面反 射面と凹面反射面の画角を広げる効果は、瞳位置の前後によって異なり、以下のよう になる。
[0027] (A)瞳位置と結像位置（2次像面の位置）との間では凸面反射面が画角を広げる効 果を持つ。
[0028] (B)結像位置（中間像の位置)と瞳位置との間では凹面反射面が画角を広げる効果 を持つ。
[0029] し力しながら、凹面反射面を使用した場合であっても、瞳位置から 2次像面までの 間に光学面が多いと、それら光学面は凹面反射面によって広がった光線を受光しな ければならないので、それら光学面による光学系が大きくなつてしまう。そのために、 凹面反射面は 2次像面側に配置する必要がある。そのために、本発明投射光学系に あっては、第 1光学系により中間像を一旦形成し、そのあとに凹面反射面を配置し、 再び 2次像面として結像させるようにしている。また、この凹面反射面の直後に瞳を形 成する構成となるように、凹面反射鏡を適切な位置に配置することで凹面反射面が 大型化するのを防 、で ヽる。 [0030] 本発明投射光学系にあって、第 1光学系及び第 2光学系を構成する各面を共通の 光軸を中心とした回転対称面で構成することが好ましぐこれによつて、自由曲面や、 オフアキシャルな面で構成する場合に比較して、各構成面の形成が容易であり、製 造コストの低減に寄与し、且つ、各構成面の面精度も高くすることができ、その結果、 優れた光学性能を出しやすくなる。
[0031] また、第 2光学系を 1面の凹面反射面のみによって構成すれば、構成部品の数を 少なくして省スペース化、低コストィ匕が促進される。なお、さらなる良好な収差補正を 目的として凹面反射面の前後に凹又は凸の反射面を介挿することも可能である。
[0032] 第 1光学系によって、中間像が第 2光学系の凹面反射面より 1次像面側に結像され るようにすることによって、凹面反射面の大型化を防ぎつつ、収差補正が良好にされ 充分な光学性能を有する大型の 2次像面を形成することができる。ここで、注意しな ければならな 、のは、第 1光学系で中間像を形成するときに 1次像面から中間像まで の距離が長くなつてしまいがちである。この距離が長い場合、光学系も大きくなつてし まうので第 1光学系から中間像までの距離を抑えることが必要になる。目安として第 1 光学系の長さを Ls、上記第 1光学系から上記中間像までの距離を Siとすると以下の 条件式（1)を満たして 、ることが望ま 、。
[0033] (l) Si/Ls< 2
上記条件式（1)の左辺が 2以上であると、 1次像面から第 2光学系までの距離が長 くなつてしまい、途中、平面ミラーで折り曲げても光学系は小さくならない。
[0034] そして、本発明投射光学系にあっては、凹面反射面と 2次像面との間に瞳を構成す ることにより光路の引き回しを効率よく行っている。そのためには凹面の焦点距離 I R I Z2が第 1光学系の最終面力も前記凹面反射面までの光軸に沿った距離 S12に 対して、以下の条件式（2)のように小さくなければならな！/、。
[0035] (2) S12> I R I /2
また、凹面反射面の 1次像面又は 2次像面に反射面を有する光学系の場合には、 その凹面反射面力 前後の反射面までの光軸に沿った距離 SR12に対して、以下の 条件式（3)のように小さくなければならな！/、。
[0036] (3) SR12> | R | /2 本発明投射光学系を、 2次像面を形成するスクリーンの下側に配置した場合、光軸 に近い光線はスクリーン上で下側に到達し、光軸力も離れるに従ってスクリーン上の 上部に到達する。つまり、光軸側の光線は結像位置が近ぐ光軸から離れるに従って 結像位置が遠くなる。従って、スクリーン上に像面の湾曲を生じることなく結像させる ためには、凹面反射面の近軸の曲率に対して、光軸から離れるに従って曲率が小さ くなるように構成する必要がある。すなわち、円錐定数 K≤— lの領域となることが必 要である。特に、放物面 (Κ=— 1)、双曲線 (Κく— 1)付近であることが望ましい。
[0037] また、本発明投射光学系においては、回転対称非球面を使用することが効果的で ある。特に、像面湾曲を適切にコントロールできる。これ〖こより、レンズ枚数の低減、小 F値化 (小開口数可)も可能になり、低コスト、高画質の投射光学系を実現することが できる。
[0038] そして、その回転対称非球面の形状は以下の数 1式によって定義されるものとする
[数 1]
Ζ = (hVr)/{1 + -(1+K)hVr2)] + A4-h4+ A6-h6+ A8-hB+■ - -
[0039] ここで、
Z:非球面のサグ量
h:光軸に対して垂直な高さ
r:近軸の曲率半径
K: 円錐定数
Ai:i次の非球面係数
とする。
[0040] また、本発明投射光学系にお!/ヽては、奇数次の非球面係数を含む回転対称非球 面を使用することが効果的である場合がある。その場合の回転対称非球面の形状は 以下の数 2式によって定義されるものとする。
[数 2]
Z (hVr)/{1 +v (l-(1+K)hVr } + A1■ h + A2 · h2+ A3 « h3+ A4-h4
+ A5 -h5+ A6 -h6 - A7 - h7+ A8 - hs+ A9-hM
[0041] 上記数 2式に示されるように、光軸からの距離 hの奇数次の項が存在することにより 、偶数次の収差が発生するため、例えば、 h3の項を有する場合、 2次の像面湾曲、歪 曲収差が発生する。従って、凹面反射面に非球面係数を適切に与えることで、上記 数 1式による非球面を有する場合よりも歪曲収差を適切にコントロールすることができ る。
[0042] 本発明投射型画像表示装置は、光源と、上記光源から発せられた光を映像信号に 基づき変調して出力する変調手段と、上記変調手段側の 1次像面からスクリーン側の 2次像面へ拡大投射する投射光学系とを備え、上記投射光学系は、上記 1次像面の 中間像を結像する第 1光学系と、上記中間像による上記 2次像面を形成させる凹面 反射面を有する第 2光学系とを備え、上記 1次像面の中心から上記 2次像面の中心 に至る光線が上記第 1光学系の光軸を交差し、さらに上記凹面反射面で反射し、再 度上記光軸と交差して上記 2次像面に到達するようにしたものである。
[0043] 従って、本発明投射型画像表示装置は、上記した本発明投射光学系を使用して変 調手段で形成された画像をスクリーンに投射するので、薄型化とスクリーン下方 (又 は上方)の小型化を達成しながら、収差補正が良好にされ充分な光学性能を有する 大型の拡大画像を表示することができる。
[0044] 透過型スクリーンを使用し、該スクリーンが前面に配置されたキャビネットに、光源、 変調手段及び投射光学系を内蔵し、投射光学系により透過型スクリーンに背面から 拡大投射するように構成することによって、薄型の液晶パネルや PDPを使用したフラ ットテレビと同様の外観を呈するリアプロジェクシヨンテレビを構成することができる。
[0045] 投射光学系を上記キャビネットの下部に設け、キャビネットの上部に配置され、上記 投射光学系から出力された光を反射して上記透過型スクリーンに至るように偏向する 平面ミラーを備えれば、さらなる薄型化が可能になる。
[0046] 上記中間像の上記 2次像面に対する上記第 2光学系による瞳が、上記平面ミラー 力 上記透過型スクリーン面に至る光束の外側に形成されるようにすることによって、 キャビネット内における光路の這い回しの自由度が増大すると共に、第 2光学系と 2 次像面との間で最も光束が絞られる箇所である瞳位置にぉ 、て開口を有する遮蔽部 を設けることが可能になり、投射光学系の防塵対策や外光対策を採り易くなる。
[0047] 1次像面の中心から 2次像面の中心に至る光線は上記光軸と垂直面内にて交差し 、上記第 1光学系と上記第 2光学系との間に上記光線を反射して水平面内にて偏向 させる反射手段を備えることによって、第 1光学系を構成する光学部材の光軸をスクリ ーン面と平行に配置することができ、奥行方向のさらなる小型化、すなわち、薄型化 が可能である。
[0048] ところで、特開 2005— 84576号公報に記載されている投射型画像表示装置（図 6 6参照）では、スクリーン oに対し最外域光 pがほぼ並行に反射するように平面ミラー q を配置し、かつ、その平面ミラー qの反対側（平面ミラー qが上側で有れば下側）に投 射光学系 rを配置することで、奥行きを小さく（薄型化）し、かつ、スクリーン oの下方（ 又は上方）を小さくしている。
[0049] し力しながら、この特開 2005— 84576号公報に記載されている投射型画像表示 装置は、スクリーン oに対して最外域光線力 ほぼ並行に反射するように、平面ミラー qを配置し、かつ、その平面ミラー qに対し反対側に投射光学系 rを配置することで、 奥行きを薄くし、かつ、画面下方 (又は上方）を小さくしている。この投射型画像表示 装置の場合、画面下方 (又は上方)を小さくしたまま、さらなる薄型化を図ろうとする場 合、最外域光線 pのスクリーン oに対する角度をある程度大きくする必要がある。従つ て、特開 2005— 84576号公報に示されているような投射光学系では、曲面反射面 が多いので、光路折曲の自由度が減り、投射光学系の奥行き方向を小さくすることが できないため、さらなる薄型化が困難となる。
[0050] 本発明の投射型画像表示装置においては、上記凹面反射面で反射された後の光 路を所望に引き回すための少なくとも一面の平面反射面を設け、上記スクリーンの直 前に位置した平面反射面力 スクリーンに向力う光線のうち上記スクリーン力 最も離 れた位置を通る最外域光線と上記スクリーンとの成す角度を Θとして、
条件式 (4) 0. 6 >tan 0 >0. 05を満足することによって、さらなる薄型化が可能に なる。
[0051] 以下に、本発明投射光学系及び投射型画像表示装置の実施形態及び数値実施 例を図及び表を使用して説明する。
[0052] (第 1の実施の形態）
図 1は本発明の第 1の実施の形態に力かる投射光学系を用いたプロジェクタ (投射 型画像表示装置)の光学全系の概略を示す図である。また、図 2には、投射光学系 を拡大して示している。
[0053] この第 1の実施の形態を示す図において、 P1は変調手段としての画像表示素子で あり、該画像表示素子 P1にて図示しない光源力 発せられた光が映像信号に基づ いて変調されて 1次像面が形成される。上記画像表示素子 P1としては、反射型ある いは透過型のドットマトリックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（DMD) 等を用いることができる。また、図中の PP1は偏光ビームスプリッタ（PBS)や 4Pプリズ ム、 TIR (Total Internal Reflector)プリズム等を示している。 STOPは絞りを示してい る。なお、プロジェクタには画像表示素子 P1を照明する照明光学系が必要であるが 図 1、図 2及びその他の第 1の実施の形態を示す図では照明光学系を省略している。
[0054] L11は屈折光学素子から成る第 1光学系、 L12は凹面反射面 AMIから成る第 2光 学系である。この第 1光学系 L11及び第 2光学系 L12から成る投射光学系により、画 像表示素子 P1によって画像変調された光（1次像面）をスクリーン S1に導光し、スクリ ーン S1上に画像（2次像面）を形成する。すなわち、第 1光学系 L11によって図 2中 II の位置に中間結像をする。そのあと第 2光学系 L 12の凹面反射面 AMIで反射され たあと、瞳の像を形成してスクリーン S1上に結像する。図 2に示すように、この投射光 学系のそれぞれの光学面は光軸 AXIS1に対して回転対称な形状を有している。な お、図 2において、第 2光学系 L12の凹面反射面 AMIのうち使用しない部分、従つ て、除去されている部分を破線にて示してある。
[0055] 表 1にこの第 1の実施の形態に力かる投射光学系に具体的数値を適用した数値実 施例 1のデータを示す。なお、以下の各表において、面番号は 1次像面 (表示素子側 M則から 2次像面 (投射画像面)側へ 1、 2、 3、…と増大するように付され、絞りには 面番号は与えていない。また、曲率半径の列で「INF」は当該面が平面であることを 示し、屈折率及びアッベ数は、当該面を 1次像面側に有する硝材のそれであり、かつ 、 e線 (546. lnm)での数値である。さらに、インチサイズは投射画像面の対角線の大 きさを示し、非球面係数を示す「E」は 10を底とする指数表現を意味している。
[表 1]
スクリーン対角 ： 52.7インチ
表示素子面側闋口数 ： 0.204
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0002
数値実施例 1では、画像表示素子 P1は、アスペクト比は 16 : 9、画素数は 1920 X 180、大きさは 0. 61インチであり、 52. 7インチに拡大投影されており、物体側の開 口数は 0. 204 (Fナンバー 2. 5に対応）である。画素サイズは画像表示素子 P1上で 約 7 μ m、スクリーン S I上で約 0. 608mmになる。
[0057] 数値実施例 1の投射光学系のスポットダイアグラムを図 4に、ディストーションを図 5 に示す。スポットダイアグラムに示して 、る（1)から（15)の画角は画像表示素子 P1上 で図 3に示す（1)から（15)の各位置力も発している。また、参照波長は 656. 28nm 、 620. Onm、 546. 07nm、 460. Onm、 435. 84nmとし、それぞれのウェイ卜を 2、 2、 3、 2、 1としている。図 4のスケールはスクリーン S 1上での 1画素の 2倍の長さであ る。図 4に示すとおり十分な結像性能が得られている。また、図 5に示すとおり目立つ た画像のゆがみは見られず十分な性能が得られている。
[0058] この数値実施例 1にかかる投射光学系をリアプロジェクシヨンテレビのキャビネット C AB1の内部に配置するには図 6及び図 7に示すように、光路を平面ミラー MM11、 MM12、 MM13で折り返してコンパクトにする必要がある。図 6及び図 7は投射光学 系とスクリーン S 1との間に平面ミラー MM13、第 1光学系 L11と第 2光学系 L12との 間に平面ミラー MM11、MM12を配置して光路をうまく折り曲げた構成を示している 。平面ミラー MM11、 MM12は、 1次像面の中心から 2次像面の中心に向う光線が 垂直面内にて光軸と交差する場合に、第 1光学系と第 2光学系の上記凹面反射面 A Mlとの間で光線を反射して水平面内に偏向する。また、例えば、投射光学系をキヤ ビネットの下部に配置した場合に、平面ミラー MM 13はキャビネット CAB 1の上部に 配置され、投射光学系から出力された光を反射してスクリーン S 1に至るように偏向す る。
[0059] 図 7は側方から見た図であり、図 9に示すように、最外域光線とスクリーンのなす角
Θを 8. 4度程度になるように、適切に平面ミラー MM 13で光路を折り曲げることによ り装置の厚みが 200mm以下の厚みとなり、画面下方部分も小さくすることが出来る。
[0060] また、図 8は図 6及び図 7中の投射光学系の部分を拡大して示している。
[0061] この第 1の実施の形態にかかる投射型画像表示装置では平面ミラー MM11、 MM 12、 MM13を用いて光路を折り曲げることにより装置のコンパクトィ匕を達成している 力 光路を折り曲げる方法は上記した方法に限るものではない。例えば、第 1光学系 LI 1内に平面ミラーを配置してもよ 、し、平面ミラー MM13と凹面反射面 AMIとの 間に別の平面ミラーを配置する構成とすることも可能である。
[0062] また、第 1光学系 L11の中間像をスクリーン S1に結像させる第 2光学系 L12による 瞳 API (すなわち光束が収斂している部分）が平面ミラー MM13からスクリーン S1の 全面に至る光束の外側に形成されている。このように投射光学系を配置することによ り、第 2光学系 L12から平面ミラー MM13に向力う光束と、平面ミラー MM13からスク リーン S1の全面に至る光束との間にスクリーン S1に向力う光束を略最小の開口 TOl で通過させるように遮蔽箱 PBを設けることができる。そして、この遮蔽箱 PB1により、 投射される映像光を遮ることなく投射光学系（すなわち第 1光学系 L11及び第 2光学 系 L12)を埃の付着力も保護することができる。また、遮蔽箱 PB1はスクリーン S1より キャビネット内部に入射する外光を遮蔽し、その外光が、例えば、第 2光学系 L12の 凹面反射面 AMI等で反射して迷光となり、スクリーン S1に投射された映像のコントラ ストを劣化させることを防止することができる。
[0063] (第 2の実施の形態）
図 10は本発明の第 2の実施の形態に力かる投射光学系を用いたプロジェクタ (投 射型画像表示装置)の光学全系の概略を示す図である。また、図 11には、投射光学 系を拡大して示している。
[0064] この第 2の実施の形態を示す図において、 P2は変調手段としての画像表示素子で あり、該画像表示素子 P2にて図示しない光源力 発せられた光が映像信号に基づ いて変調されて 1次像面が形成される。上記画像表示素子 P2としては、反射型ある いは透過型のドットマトリックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（DMD) 等を用いることができる。また、図中の PP2は偏光ビームスプリッタ（PBS)や 4Pプリズ ム、 TIR (Total Internal Reflector)プリズム等を示している。 STOPは絞りを示してい る。なお、プロジェクタには画像表示素子 P2を照明する照明光学系が必要であるが 図 10、図 11及びその他の第 2の実施の形態を示す図では照明光学系を省略してい る。
[0065] L21は屈折光学素子から成る第 1光学系、 L22は凹面反射面 AM2から成る第 2光 学系である。この第 1光学系 L21及び第 2光学系 L22から成る投射光学系により、画 像表示素子 P2によって画像変調された光（1次像面）をスクリーン S2に導光し、スクリ ーン S2上に画像（2次像面）を形成する。すなわち、第 1光学系 L21によって図 10及 び図 11中 IIの位置に中間結像をする。そのあと第 2光学系 L22の反射面 AM2で反 射されたあと、瞳の像を形成してスクリーン S2上に結像する。図 11に示すように、こ の投射光学系のそれぞれの光学面は光軸 AXIS2に対して回転対称な形状を有して いる。なお、図 11において、第 2光学系 L22の反射面 AM2のうち使用しない部分、 従って、除去されている部分を破線にて示してある。
表 2にこの第 2の実施の形態に力かる投射光学系に具体的数値を適用した数値実 施例 2のデータを示す。
[表 2]
[スクリーン対角 ： 67.9インチ
1_表示素子面側開口数 ： 0.204
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000022_0002
画像表示素子 Ρ2は、アスペクト比は 16 :9、画素数は 1920X1080、大きさは 0. 6 インチであり、 67. 9インチに拡大投影されており、物体側の開口数は 0. 204(Fナ ンバー 2. 5に対応）である。画素サイズは画像表示素子 P2上で約 7 μ m、スクリーン S2上で約 0. 783mmになる。
[0068] 数値実施例 2のスポットダイアグラムを図 13に、ディストーションを図 14に示す。ス ポットダイアグラムに示して 、る（ 1)から（ 15)の画角は画像表示素子 P2上で図 12に 示す（1)から（15)の各位置力 発している。また、参照波長は 656. 28nm、 620. 0 nm、 546. 07nm、 460. Onm、 435. 84nmとし、それぞれのウェイトと 2、 2、 3、 2、 1としている。図 13のスケールはスクリーン S2上での 1画素の 2倍の長さである。図 13 に示すとおり十分な結像性能が得られている。また、図 14に示すとおり目立った画像 のゆがみは見られず十分な性能が得られている。
[0069] この数値実施例 2にかかる投射光学系をリアプロジェクシヨンテレビのキャビネット C AB2の内部に配置するには図 15及び図 16に示すように、光路を平面ミラー MM21 、 MM22、 MM23で折り返してコンパクトにする必要がある。図 15及び図 16は投射 光学系とスクリーン S2との間に平面ミラー MM23、第 1光学系 L21と第 2光学系 L22 との間に平面ミラー MM21、 MM22を配置して光路をうまく折り曲げた構成を示して いる。
[0070] 図 16は側方から見た図であり、図 18のように、最外域光線とスクリーンのなす角 Θ を 9. 8度程度になるように、適切に平面ミラー MM23で光路を折り曲げることにより 装置の厚みが 250mm以下の厚みとなり、画面下方部分も小さくすることが出来る。 そして、この最外域光線とスクリーンのなす角 Θは、 2. 9度から 31. 0度の範囲、すな わち、 tan Θが 0. 05力ら 0. 6の範囲であることが好適である。
[0071] また、図 17は図 15及び図 16中の投射光学系の部分を拡大して示している。
[0072] この第 2の実施の形態に力かる投射型画像表示装置では平面ミラー MM21、 MM 22、 MM23を用いて光路を折り曲げることにより装置のコンパクトィ匕を達成している 力 光路を折り曲げる方法は上記した方法に限るものではない。例えば、第 1光学系 L21内に平面ミラーを配置してもよいし、平面ミラー MM23と凹面反射面 AM2との 間に別の平面ミラーを配置する構成とすることも可能である。
[0073] なお、この第 2の実施の形態においても、第 2光学系 L22による瞳の位置が平面ミ ラー MM23からスクリーン S2へ向力 光束の最外域光線の外側に位置し、投射光学 系から平面ミラー MM23へ向力う光束と平面ミラー MM23からスクリーン S2へ向力う 光束とが互いに干渉することがなぐかつ、上記瞳の位置で光束が絞られているので 、上記第 1の実施の形態において説明したような遮蔽手段を採ることができることは 勿論である。
表 3に上記数値実施例 1及び数値実施例 2の条件式（1)、 (2)対応値を示す。
[表 3]
Figure imgf000025_0001
Figure imgf000025_0002
[0075] 上記各数値実施例 1、 2の何れも条件式（1)、（2)を満足していることが分かる。
[0076] 図 19は上記実施の形態 1における第 1光学系 L11の中間像位置を示している。図 中 Sil、 Si2、 Si3はスクリーン上で最下部、中央、最上部の画角の中間像位置から 第 1光学系 L11までの距離を表している。図 3でいうと（1)、 （7)、 （13)の各ポイントと なる。それぞれ、 Sil = 185mm, Si2= 102mm, Si3 38mmである。第 1光学系 L 11の長さ Lsは 210mmなので条件式（1)を満足している。そして、上記数値実施例 1 、 2の何れもこの条件式（2)を満足して!/、る (表 3参照)。
[0077] (第 3の実施の形態）
図 20は本発明の第 3の実施の形態に力かる投射光学系を用いたプロジェクタ (投 射型画像表示装置)の光学全系の概略を示す図である。また、図 21には、投射光学 系を拡大して示している。
[0078] この第 3の実施の形態を示す図において、 P3は変調手段としての画像表示素子で あり、該画像表示素子 P3にて図示しない光源力 発せられた光が映像信号に基づ いて変調されて 1次像面が形成される。上記画像表示素子 P3としては、反射型ある いは透過型のドットマトリックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（DMD) 等を用いることができる。また、図中の PP3は偏光ビームスプリッタ（PBS)やダイク口 イツクプリズム、 TIR (Total Internal Reflector)プリズム等を示している。 STOPは絞り を示している。なお、プロジェクタには画像表示素子 P3を照明する照明光学系が必 要であるが図 20、図 21及びその他の第 3の実施の形態を示す図では照明光学系を 省略している。
[0079] L31は屈折光学素子から成る第 1光学系、 L32は反射面 R31、 R32から成る第 2光 学系である。この場合、画像表示素子 P3からの光線の経路の順に R31が 1次像面側 の凸面反射面、 R32が凹面反射面である。この第 1光学系 L31及び第 2光学系 L32 力も成る投射光学系により、画像表示素子 P3によって画像変調された光（1次像面） をスクリーン S3に導光し、スクリーン S3上に画像（2次像面）を形成する。すなわち、 第 1光学系 L31によって図 20及び図 21中 IIの位置に中間結像をする。そのあと第 2 光学系 L32の反射面 R31、 R32で反射されたあと、瞳の像を形成してスクリーン S3 上に結像する。図 21に示すように、この投射光学系のそれぞれの光学面は光軸 AXI S3に対して回転対称な形状を有している。なお、図 21において、第 2光学系 L32の 反射面 R31、 R32のうち使用しない部分、従って、除去されている部分を破線にて示 してある。
表 4にこの第 3の実施の形態にカゝかる投射光学系に具体的数値を適用した数値実 施例 3のデータを示す。
[表 4]
Fナンパ一 F/3.0
インチサイズ 73.1 "
Figure imgf000028_0001
Figure imgf000028_0002
数値実施例 3では、画像表示素子 P3は、アスペクト比は 16 : 9、画素数は 1920 X 1 80、大きさは 0. 61インチであり、 73. 1インチに拡大投影されており、 Fナンバーは 3である。画素サイズは画像表示素子 P3上で約 7 m、スクリーン S3上で約 0. 845 mmになる。
[0082] 数値実施例 3の投射光学系のスポットダイアグラムを図 23に、ディストーションを図 2 4に示す。スポットダイアグラムに示して!/、る（1)から（15)の画角は画像表示素子 P3 上で図 22に示す（1)から（15)の各位置力も発している。また、参照波長は 656. 28 nm、 620. Onm、 587. 56nm、 546. 07nm、 460. Onm、 435. 84nmとして!/ヽる。 図 23のスケールはスクリーン S3上での 1画素の 2倍の長さである。図 23に示すとおり 十分な結像性能が得られている。また、図 24に示すとおり目立った画像のゆがみは 見られず十分な性能が得られて ヽる。
[0083] この数値実施例 3にかかる投射光学系をリアプロジェクシヨンテレビのキャビネットの 内部に配置するには図 25及び図 26に示すように、光路を平面ミラー M31、 M32で 折り返してコンパクトにする必要がある。図 25及び図 26は投射光学系とスクリーン S3 との間に平面ミラー M32を、第 1光学系 L31と第 2光学系 L32との間に平面ミラー M 31を配置して光路をうまく折り曲げた構成を示している。平面ミラー M31は、 1次像 面の中心から 2次像面の中心に向う光線が垂直面内にて光軸と交差する場合に、第 1光学系と第 2光学系の上記凹面反射面との間で光線を反射して水平面内に偏向 する。また、例えば、投射光学系をキャビネットの下部に配置した場合に、平面ミラー M32はキャビネットの上部に配置され、投射光学系から出力された光を反射してスク リーン S3に至るように偏向する。
[0084] また、図 27は図 25及び図 26中の投射光学系の部分を拡大して示している。
[0085] この第 3の実施の形態に力かる投射型画像表示装置では平面ミラー M31、 M32を 用いて光路を折り曲げることにより装置のコンパクトィ匕を達成しているが、光路を折り 曲げる方法は上記した方法に限るものではない。例えば、第 1光学系 L31内に平面ミ ラーを配置してもよいし、平面ミラー M32と凹面反射面 R32との間に別の平面ミラー を配置する構成としても良 ヽ。
[0086] 図 26は側方から見た図であり、このように平面ミラー M31、 M32で光路を折り曲げ ることにより、アスペクト比 16 : 9の 73. 1インチのスクリーンサイズにおいて、光学系の みで規定した装置の厚み（奥行き） Dxが 250mm以下となり、スクリーン下端力も第 2 光学系 L32の最下部までの高さ方向の寸法 Hxも 50mm以下となり、画面下方部分 も小さくすることが出来る。さらに各種スクリーンサイズにおける装置の厚みと上述の 画面下方部分の寸法を検討した結果、アスペクト比 16： 9の 46インチから 73インチの スクリーンサイズにおいて、光学系のみで規定した装置の厚みを 250mm以下、スク リーン下端力も第 2光学系 L32の最下部までの高さ方向の寸法を 50mm以下に構成 することができることがわ力つた。したがって、ミラーやキャビネット等の実際の機構部 品によりこの光学系を有する装置を構成した場合においても、その実際の厚みが 30 Omm以下であり、そして画面下方部分 (スクリーン下端から投写光学系の最下部ま での高さ方向の寸法）が 100mm以下である外形寸法の装置を実現することができる
[0087] そして、第 1光学系 L31の中間像をスクリーン S3に結像させる第 2光学系 L32によ る瞳 (すなわち光束が収斂して 、る部分）が平面ミラー M32からスクリーン S3全面に 至る光束の外側に形成されている。このように投射光学系を配置することにより、第 2 光学系 L32から平面ミラー M32に向力 光束と、平面ミラー M32からスクリーン S3の 全面に至る光束との間にスクリーン S3に向力う光束を略最小の開口で通過させるよう 透光用開口を設けた遮蔽箱等の遮蔽部材 (不図示。図 7参照)を設けることができる 。そして遮蔽部材により、投射される映像光を遮ることなく投射光学系（すなわち第 1 光学系 L31および第 2光学系 L32)を埃の付着力も保護することができる。また、遮 蔽部材はスクリーン S3よりキャビネット内部に入射する外光を遮蔽し、その外光が、 例えば、第 2光学系の凹面反射面等で反射して迷光となり、スクリーン S3に投射され た映像のコントラストを劣化させるのを防止することができる。なお、上記した遮蔽部 材による遮蔽効果は次の第 4の実施の形態においても同様に奏することができる。ま た、第 5の実施の形態乃至第 9の実施の形態にかかる投射光学系を使用して構成す る投射型画像表示装置においても同様の効果を奏することが可能である。
[0088] (第 4の実施の形態）
図 28は本発明の第 4の実施の形態に力かる投射光学系を用いたプロジェクタ (投 射型画像表示装置)の光学全系の概略を示す図である。また、図 29には、投射光学 系を拡大して示している。 [0089] この第 4の実施の形態を示す図において、 P4は画像表示素子であり、該画像表示 素子 P4に 1次像面が形成される。上記画像表示素子 P4としては、デジタルマイクロミ ラーデバイス（DMD)を用いることができる。 STOPは絞りを示している。なお、プロジ ェクタには画像表示素子 P4を照明する照明光学系が必要であるが図 28、図 29及び その他の第 4の実施の形態を示す図では照明光学系を省略している。
[0090] L41は屈折光学素子から成る第 1光学系、 L42は反射面 R41、 R42から成る第 2光 学系である。この第 1光学系 L41及び第 2光学系 L42から成る投射光学系により、画 像表示素子 P4によって画像変調された光（1次像面）をスクリーン S4に導光し、スクリ ーン S4上に画像（2次像面）を形成する。図 28及び図 29中 IIの位置に第 1光学系 L 41によって中間結像をする。そのあと反射面 R41、 R42で反射されたあと、瞳の像を 形成してスクリーン S4上に結像する。図 29に示すように、この投射光学系のそれぞ れの光学面は光軸 AXIS4に対して回転対称な形状を有している。なお、図 29にお いて、第 2光学系 L42の反射面 R41、 R42のうち使用しない部分、従って、除去され て 、る部分を破線にて示してある。
[0091] 表 5にこの第 4の実施の形態に力かる投射光学系に具体的数値を適用した数値実 施例 4のデータを示す。
[表 5]
Fナンバー F/3.0
インチサイズ 50"
Figure imgf000032_0001
Figure imgf000032_0002
画像表示素子 P4としては、 DMDが使用されており、アスペクト比 16 :9、画素数は 1280X768、大きさは 0.7インチであり、スクリーン S4上に 50インチに拡大投影さ れており、 Fナンバーは 3である。画素サイズは画像表示素子 P4上で約 12 μ m、スク リーン上で約 0. 86mmになる。画像表示素子 P4と投射光学系の間に絞り STOPを 有しており、画像表示素子 P4で反射した ONの光は絞り STOPを通過し投射光学系 を経てスクリーン S4に到達する力 OFFの光は絞り STOPにより遮断される。絞り ST OPを通過した ONの光は屈折光学系 L41により図 28、 10中 IIの位置に中間結像を する。そのあと反射面 R41、 R42で反射されたあと、瞳の像を形成してスクリーン上に 結像する。
[0093] 数値実施例 4の投射光学系のスポットダイアグラムを図 31に、ディストーションを図 3 2に示す。スポットダイアグラムに示して!/、る (1)から（15)の画角は画像表示素子 P4 上で図 30に示す（1)から（15)の各位置から発している。また、参照波長は 656. 28 nm、 620. Onm、 587. 56nm、 546. 07nm、 460. Onm、 435. 84nmとして!/ヽる。 図 31のスケールはスクリーン上での 1画素の 2倍の長さである。図 31に示すとおり十 分な結像性能が得られている。また、図 32に示すとおり目立った画像のゆがみは見 られず十分な性能が取れて ヽる。
[0094] この数値実施例 4にかかる投射光学系をリアプロジェクシヨンテレビのキャビネットの 内部に配置するには図 33及び図 34に示すように、平面ミラー M41、 M42で光路を 折り返してコンパクトにする必要がある。図 33及び図 34は投射光学系とスクリーン S4 との間に平面ミラー M42、第 1光学系 L41と第 2光学系 L42との間に平面ミラー M41 を配置して光路をうまく折り曲げた構成を示している。図 34は、側方から見た図であり 、このように平面ミラー M41、 M42で光路を折り曲げることにより装置の厚みが 250m m以下の厚みとなり、画面下方部分も小さくすることが出来る。また、図 35は図 33及 び図 34中の投射光学系の部分を拡大して示している。この第 4の実施の形態にかか る投射型画像表示装置では平面ミラー M41、M42を用いて光路を折り曲げることに より装置のコンパクトィ匕を達成しているが、光路を折り曲げる方法は上記した方法に 限るものではない。例えば、第 1光学系 L41内に平面ミラーを配置してもよいし、平面 ミラー M42と凹面反射面 R42との間に別の平面ミラーを配置する構成としても良い。
[0095] (第 5の実施の形態）
図 36は本発明の第 5の実施の形態に力かる投射光学系を用いたプロジェクタ (投 射型画像表示装置)の光学全系の概略を示す図である。また、図 37には、投射光学 系を拡大して示している。
[0096] この第 5の実施の形態を示す図において、 P5は画像表示素子であり、該画像表示 素子 P5に 1次像面が形成される。上記画像表示素子 P5としては、反射型のドットマト リックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス (DMD)等を用いることができる 。また、図中の PP5は偏光ビームスプリッタ（PBS)やダイクロイツクプリズム、 TIR (Tot al Internal Reflector)プリズム等を示している。 STOPは絞りを示している。なお、プロ ジェクタには画像表示素子 P5を照明する照明光学系が必要であるが図 36及び図 3 7では照明光学系を省略している。
[0097] L51は屈折光学素子から成る第 1光学系、 L52は反射面 R51、 R52から成る第 2光 学系である。この第 1光学系 L51及び第 2光学系 L52から成る投射光学系により、画 像表示素子 P5によって画像変調された光（1次像面）をスクリーン S5に導光し、スクリ ーン S5上に画像（2次像面）を形成する。図 36及び図 37中 IIの位置に第 1光学系 L 51によって中間結像をする。そのあと反射面 R51、 R52で反射されたあと、瞳の像を 形成してスクリーン S5上に結像する。図 37に示すように、この投射光学系のそれぞ れの光学面は光軸 AXIS5に対して回転対称な形状を有している。なお、図 37にお いて、第 2光学系 L52の反射面 R51、 R52のうち使用しない部分、従って、除去され て 、る部分を破線にて示してある。
[0098] 表 6にこの第 5の実施の形態に力かる投射光学系に具体的数値を適用した数値実 施例 5のデータを示す。
[表 6]
Fナンパ一 F/3.0
インチサイズ 55,8"
Figure imgf000035_0001
Figure imgf000035_0002
施例 5では、画像表示素子 P5はアスペクト比は 16 : 9、画素数は 1920 X 10 80、大きさは 0. 61インチであり、 55. 8インチに拡大投影されており、 Fナンバーは 3 . 0である。画素サイズは画像表示素子 P5上で約 7 m、スクリーン S5上で約 0. 64 5mm〖こな
数値実施例 5の投射光学系のスポットダイアグラムを図 39に、ディストーションを図 4 0に示す。スポットダイアグラムに示して!/、る（1)から（15)の画角は画像表示素子 P5 上で図 38に示す（1)から（15)の各位置から発している。また、参照波長は 656. 28 nm、 620. Onm、 587. 56nm、 546. 07nm、 460. Onm、 435. 84nmとして!/ヽる。 図 39のスケールはスクリーン S5上での 1画素の 2倍の長さである。図 39に示すとおり 十分な結像性能が得られている。また、図 40に示すとおり目立った画像のゆがみは 見られず十分な性能が得られて ヽる。
[0100] この第 5の実施の形態に係る投射光学系をプロジェクタ (投射型画像表示装置）に 適用する場合、上記した第 1及び第 4の実施の形態におけると同様に、平面ミラーを 適切な位置に配置することで投射光学系を薄くすることが可能である。
[0101] (第 6の実施の形態）
図 41は本発明の第 6の実施の形態に力かる投射光学系を用いたプロジェクタ (投 射型画像表示装置)の光学全系の概略を示す図である。また、図 42には、投射光学 系を拡大して示している。
[0102] この第 6の実施の形態を示す図において、 P6は画像表示素子であり、該画像表示 素子 P6に 1次像面が形成される。上記画像表示素子 P6としては、反射型のドットマト リックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス (DMD)等を用いることができる 。また、図中の PP6は偏光ビームスプリッタ（PBS)やダイクロイツクプリズム、 TIR (Tot al Internal Reflector)プリズム等を示している。 STOPは絞りを示している。なお、プロ ジェクタには画像表示素子 P6を照明する照明光学系が必要であるが図 41及び図 4 2では照明光学系を省略している。
[0103] L61は屈折光学素子から成る第 1光学系、 L62は反射面 RR61、 RR62から成る第 2光学系である。この第 1光学系 L61及び第 2光学系 L62から成る投射光学系により 、画像表示素子 P6によって画像変調された光（1次像面）をスクリーン S6に導光し、 スクリーン S6上に画像（2次像面）を形成する。図 41及び図 42中 IIの位置に第 1光学 系 L61によって中間結像をする。そのあと反射面 RR61、 RR62で反射されたあと、 瞳の像を形成してスクリーン S6上に結像する。この場合、画像表示素子 P6からの光 線の経路の順に RR61が凹面反射面、 RR62が 2次像面側の凸面反射面である。図 42に示すように、この投射光学系のそれぞれの光学面は光軸 AXIS6に対して回転 対称な形状を有している。なお、図 42において、第 2光学系 L62の反射面 RR61、 R R62のうち使用しない部分、従って、除去されている部分を破線にて示してある。 表 7にこの第 6の実施の形態に力かる投射光学系に具体的数値を適用した数値実 施例 6のデータを示す。
[表 7]
Fナンバー F/3.0
インチサイズ 50"
Figure imgf000038_0001
Figure imgf000038_0002
数値実施例 6では、画像表示素子 P6は反射型ドットマトリックス液晶等の液晶素子 であり、テレセントリックになっている。また、アスペクト比は 16 : 9、画素数は 1920 X I 080、大きさは 0. 61インチであり、 50インチに拡大投影されており、 Fナンバーは 3. 0である。画素サイズは画像表示素子 P6上で約 7 m、スクリーン S6上で約 0. 58m mになる。
[0106] 数値実施例 6の投射光学系のスポットダイアグラムを図 44に、ディストーションを図 4 5に示す。スポットダイアグラムに示して!/、る（ 1)から（ 15)の画角は画像表示素子 P6 上で図 43に示す（1)から（15)の各位置力も発している。また、参照波長は 656. 28 nm、 620. Onm、 587. 56nm、 546. 07nm、 460. Onm、 435. 84nmとして!/ヽる。 図 44のスケールはスクリーン上での 1画素の 2倍の長さである。図 44に示すとおり十 分な結像性能が得られている。また、図 45に示すとおり目立った画像のゆがみは見 られず十分な性能が得られて ヽる。
[0107] この第 6の実施の形態に係る投射光学系をプロジェクタ (投射型画像表示装置）に 適用する場合、上記した第 1及び第 4の実施の形態におけると同様に、平面ミラーを 適切な位置に配置することで投射光学系を薄くすることが可能である。
[0108] (第 7の実施の形態）
図 46は本発明の第 7の実施の形態に力かる投射光学系を用いたプロジェクタ (投 射型画像表示装置)の光学全系の概略を示す図である。また、図 47には、投射光学 系を拡大して示している。
[0109] この第 7の実施の形態を示す図において、 P7は画像表示素子であり、該画像表示 素子 P7に 1次像面が形成される。上記画像表示素子 P7としては、反射型のドットマト リックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス (DMD)等を用いることができる 。また、図中の PP7は偏光ビームスプリッタ（PBS)やダイクロイツクプリズム、 TIR (Tot al Internal Reflector)プリズム等を示している。 STOPは絞りを示している。なお、プロ ジェクタには画像表示素子 P7を照明する照明光学系が必要であるが図 46及び図 4 7では照明光学系を省略している。
[0110] L71は屈折光学素子から成る第 1光学系、 L72は反射面 R71、 R72から成る第 2光 学系である。この第 1光学系 L71及び第 2光学系 L72から成る投射光学系により、画 像表示素子 P7によって画像変調された光（1次像面）をスクリーン S7に導光し、スクリ ーン S7上に画像（2次像面）を形成する。図 46及び図 47中 IIの位置に第 1光学系 L 71によって中間結像をする。そのあと反射面 R71、 R72で反射されたあと、瞳の像を 形成してスクリーン S7上に結像する。図 47に示すように、この投射光学系のそれぞ れの光学面は光軸 AXIS7に対して回転対称な形状を有している。なお、図 47にお いて、第 2光学系 L72の反射面 R71、 R72のうち使用しない部分、従って、除去され て 、る部分を破線にて示してある。
表 8にこの第 7の実施の形態に力かる投射光学系に具体的数値を適用した数値実 施例 7のデータを示す。
[表 8]
Fナンバー F/3.0
インチサイズ 52.5"
Figure imgf000041_0002
Figure imgf000041_0001
Figure imgf000041_0003
Figure imgf000041_0004
この数値実施例 7では、第 30面、すなわち凹面反射面 R72には奇数次の非球面 係数が含まれており、従って、第 30面の形状は上記した数 2式によって表される。 [0113] 数値実施例 7では、画像表示素子 P7は、アスペクト比は 16 : 9、画素数は 1920 X 1 080、大きさは 0. 61インチであり、 52. 5インチに拡大投影されており、 Fナンバーは 3. 0である。画素サイズは画像表示素子上で約 7 m、スクリーン S7上で約 0. 605 mm【こなる。
[0114] 数値実施例 7の投射光学系のスポットダイアグラムを図 49に、ディストーションを図 5 0に示す。スポットダイアグラムに示して!/、る（1)から（15)の画角は画像表示素子 P7 上で図 48に示す（1)から（15)の各位置から発している。また、参照波長は 656. 28 nm、 620. Onm、 587. 56nm、 546. 07nm、 460. Onm、 435. 84nmとして!/ヽる。 図 49のスケールはスクリーン S7上での 1画素の 2倍の長さである。図 49に示すとおり 十分な結像性能が得られている。また、図 50に示すとおり目立った画像のゆがみは 見られず十分な性能が得られて ヽる。
[0115] この第 7の実施の形態に係る投射光学系をプロジェクタ (投射型画像表示装置）に 適用する場合、上記した第 1及び第 4の実施の形態におけると同様に、平面ミラーを 適切な位置に配置することで投射光学系を薄くすることが可能である。
[0116] (第 8の実施の形態）
図 51は本発明の第 8の実施の形態に力かる投射光学系を用いたプロジェクタ (投 射型画像表示装置)の光学全系の概略を示す図である。また、図 52には、投射光学 系を拡大して示している。
[0117] この第 8の実施の形態を示す図において、 P8は画像表示素子であり、該画像表示 素子 P8に 1次像面が形成される。上記画像表示素子 P8としては、デジタルマイクロミ ラーデバイス（DMD)を用いることができる。なお、プロジェクタには画像表示素子 P8 を照明する照明光学系が必要であるが図 51及び図 52では照明光学系を省略して いる。
[0118] L81は屈折光学素子から成る第 1光学系、 L82は反射面 RR81、 RR82から成る第 2光学系である。この第 1光学系 L81及び第 2光学系 L82から成る投射光学系により 、画像表示素子 P8によって画像変調された光（1次像面）をスクリーン S8に導光し、 スクリーン S8上に画像（2次像面）を形成する。図 51及び図 52中 IIの位置に第 1光学 系 L81によって中間結像をする。そのあと反射面 RR81、 RR82で反射されたあと、 瞳の像を形成してスクリーン S8上に結像する。図 52に示すように、この投射光学系 のそれぞれの光学面は光軸 AXIS8に対して回転対称な形状を有している。なお、図 52において、第 2光学系 L82の反射面 RR81、 RR82のうち使用しない部分、従って 、除去されている部分を破線にて示してある。
表 9にこの第 8の実施の形態に力かる投射光学系に具体的数値を適用した数値実 施例 8のデータを示す。
[表 9]
Fナンノく"" F/3.0
インチサイズ 55.8"
Figure imgf000044_0001
Figure imgf000044_0002
Figure imgf000044_0003
数値実施例 8では、画像表示素子 P8は DMDであり、アスペクト比は 16 :9、画素数 は 1280X768、大きさは 0. 7インチであり、 55. 8インチに拡大投影されており、 ナ ンバ一は 3である。画素サイズは画像表示素子 P8上で約 12 μ m、スクリーン S8上で 約 0. 86mmになる。画像表示素子 P8と投射光学系の間に絞り STOPを有しており、 画像表示素子 P8で反射した ONの光は絞り STOPを通過し投射光学系を経てスクリ ーン S8に到達する力 OFFの光は絞り STOPにより遮断される。絞り STOPを通過し た ONの光は屈折光学系 L81により図 51および図 52中 IIの位置に中間結像をする 。そのあと反射面 RR81で反射され瞳の像を形成し、さらに、反射面 RR82で反射し スクリーン S8上に結像する。
[0121] 数値実施例 8の投射光学系のスポットダイアグラムを図 54に、ディストーションを図 5 5に示す。スポットダイアグラムに示して ヽる（ 1)から（ 15)の画角は画像表示素子上 で図 53に示す（1)から（15)の各位置から発している。また、参照波長は 656. 28η m、 620. Onm、 587. 56nm、 546. 07nm、 460. Onm、 435. 84nmとして!/ヽる。 図 54のスケールはスクリーン S8上での 1画素の 2倍の長さである。図 54に示すとおり 十分な結像性能が得られている。また、図 55に示すとおり目立った画像のゆがみは 見られず十分な性能が得られて ヽる。
[0122] この第 8の実施の形態に係る投射光学系をプロジェクタ (投射型画像表示装置）に 適用する場合、上記した第 1乃至第 4の実施の形態におけると同様に、平面ミラーを 適切な位置に配置することで投射光学系を薄くすることが可能である。
[0123] (第 9の実施の形態）
図 56は本発明の第 9の実施の形態に力かる投射光学系を用いたプロジェクタ (投 射型画像表示装置)の光学全系の概略を示す図である。また、図 57には、投射光学 系を拡大して示している。
[0124] この第 9の実施の形態を示す図において、 P9は画像表示素子であり、該画像表示 素子 P9に 1次像面が形成される。上記画像表示素子 P9としては、反射型のドットマト リックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス (DMD)等を用いることができる 。また、図中の PP9は偏光ビームスプリッタ（PBS)やダイクロイツクプリズム、 TIR (Tot al Internal Reflector)プリズム等を示している。 STOPは絞りを示している。なお、プロ ジェクタには画像表示素子 P9を照明する照明光学系が必要であるが図 56及び図 5 7では照明光学系を省略している。
[0125] L91は屈折光学素子から成る第 1光学系、 L92は反射面 AM9から成る第 2光学系 である。この第 1光学系 L91及び第 2光学系 L92から成る投射光学系により、画像表 示素子 P9によって画像変調された光（1次像面）をスクリーン S9に導光し、スクリーン S9上に画像（2次像面）を形成する。図 56及び図 57中 IIの位置に第 1光学系 L91に よって中間結像をする。そのあと反射面 AM9で反射されたあと、瞳の像を形成してス クリーン S9上に結像する。図 57に示すように、この投射光学系のそれぞれの光学面 は光軸 AXIS9に対して回転対称な形状を有している。なお、図 57において、第 2光 学系 L92の反射面 AM9のうち使用しない部分、従って、除去されている部分を破線 にて示してある。
表 10にこの第 9の実施の形態に力かる投射光学系に具体的数値を適用した数値 実施例 9のデータを示す。
[表 10]
Fナンバー F/3.0
インチサイズ 62.6"
Figure imgf000047_0001
Figure imgf000047_0002
数値実施例 9では、画像表示素子 P9は反射型ドットマトリックス液晶等の液晶素子 であり、テレセントリックになっている。また、アスペクト比は 16 : 9、画素数は 1920 X I 080、大きさは 0. 61インチであり、 62. 6インチに拡大投影されており、 Fナンバーは 3. 0である。画素サイズは画像表示素子 P9上で約 7 m、スクリーン上で約 0. 725 mm【こなる。
[0128] 数値実施例 9の投射光学系のスポットダイアグラムを図 59に、ディストーションを図 6 0に示す。スポットダイアグラムに示して!/、る（1)から（15)の画角は画像表示素子 P9 上で図 58に示す（1)から（15)の各位置から発している。また、参照波長は 656. 28 nm、 620. Onm、 587. 56nm、 546. 07nm、 460. Onm、 435. 84nmとして!/ヽる。 図 59のスケールはスクリーン S9上での 1画素の 2倍の長さである。図 59に示すとおり 十分な結像性能が得られている。また、図 60に示すとおり目立った画像のゆがみは 見られず十分な性能が得られて ヽる。
[0129] この第 9の実施の形態に係る投射光学系をプロジェクタ (投射型画像表示装置）に 適用する場合、上記した第 1及び第 4の実施の形態におけると同様に、平面ミラーを 適切な位置に配置することで投射光学系を薄くすることが可能である。
[0130] 上記した各数値実施例 3乃至 9の上記条件式（1)、 （2)、 （3)の関連データ及び対 応データを表 11に示す。
[表 11]
Figure imgf000049_0001
[0131] 上記各数値実: 列 3乃至 9の何れも条件式 1 、 2 、 3 を満足していることが分 かる。
[0132] 図 61は上記数値実施例 4における第 1光学系 L41の中間像位置を示している。図 中 Sil、 Si2、 Si3はスクリーン上で最下部、中央、最上部の画角の中間像位置から 第 1光学系 L41までの距離を表している。図 22でいうと（1)、 （7)、 （13)の各ポイント となる。それぞれ、 Sil = 183mm, Si2= 112mm, Si3 50mmである。第 1光学系 L41の長さ Lsは 131. 25mmなので条件式（1)を満足している。そして、上記数値実 施例 3乃至 9の何れもこの条件式（1)を満足しており、さらに、条件式 (2)、 （3)も満足 している (表 11参照)。
[0133] 以上の特徴や効果を適切に使用することで、歪曲を良好に補正しながらも、結像性 能に優れた投射光学系を少ない反射面数でコンパクトに構成することができる。
[0134] なお、上記した実施の形態では、透過型スクリーンに投影する投射型画像表示装 置について説明したが、本発明投射型画像表示装置は反射型スクリーンに投影する 装置として適用することが出来ることは勿論である。
[0135] また、上記した実施の形態では、第 1光学系及び第 2光学系を構成する各面は共 通の光軸を中心とした回転対称面である場合について説明したが、回転対称面でな
V、構成の場合にっ 、ても本発明は適用できる。
[0136] また、上記した実施の形態及び数値実施例に示した各部の具体的形状及び数値 は、本発明を実施するに際して行う具体ィ匕のほんの一例を示したものにすぎず、これ らによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないもので ある。
産業上の利用可能性
[0137] 奥行及び高さ方向何れの寸法も小さぐしかも、拡大率の大きな投射光学系を提供 することができ、特に、大型のリアプロジェクシヨンテレビに適用して好適である。その 他、狭い部屋等の限られた空間内での反射型スクリーン等への拡大投射に好適であ る。

Claims

請求の範囲
[1] 縮小側の 1次像面から拡大側の 2次像面へ拡大投射する投射光学系であって、 上記 1次像面の中間像を結像する第 1光学系と、
上記中間像による上記 2次像面を形成させる凹面反射面を有する第 2光学系とを 備え、
上記 1次像面の中心から上記 2次像面の中心に至る光線が上記第 1光学系の光軸 を交差し、さらに上記凹面反射面で反射し、再度上記光軸と交差して上記 2次像面 に到達する
ことを特徴とする投射光学系。
[2] 上記第 1光学系及び第 2光学系を構成する各面は共通の光軸を中心とした回転対 称面で構成されて ヽることを特徴とする請求項 1に記載の投射光学系。
[3] 上記第 2光学系は上記凹面反射面のみによって構成されることを特徴とする請求 項 2に記載の投射光学系。
[4] 上記第 2光学系は、上記凹面反射面の拡大側又は縮小側に凸面反射面を有して いることを特徴とする請求項 2に記載の投射光学系。
[5] 上記第 1光学系によって、上記中間像が上記第 2光学系の上記凹面反射面より上 記 1次像面側に結像されることを特徴とする請求項 2に記載の投射光学系。
[6] 上記第 1光学系の長さを Ls、上記第 1光学系から上記中間像までの距離を Siとして
、以下の条件式 (1)を満足することを特徴とする請求項 5に記載の投射光学系。
(1) Si/Ls< 2
[7] 上記第 1光学系から上記凹面反射面までの上記光軸上の距離を S12、上記凹面 反射面の近軸の曲率半径を Rとして、以下の条件式 (2)を満足することを特徴とする 請求項 5に記載の投射光学系。
(2) S12> I R I ,2
[8] 上記凸面反射面から上記凹面反射面までの距離を SR12として、以下の条件式 (3 )を満足することを特徴とする請求項 4に記載の投射光学系。
(3) SR12 > I R I ,2
[9] 上記凹面反射面は上記光軸に対し回転対称非球面であることを特徴とする請求項 2に記載の投射光学系。
[10] 上記回転対称非球面の形状を示す関数は奇数次非球面係数を含むことを特徴と する請求項 9に記載の投射光学系。
[11] 上記凹面反射面は近軸の曲面に対し上記光軸から離れるに従って曲率が小さい 形状であることを特徴とする請求項 9に記載の投射光学系。
[12] 上記凸面反射面の少なくとも 1面が回転対称非球面で構成されていることを特徴と する請求項 4に記載の投射光学系。
[13] 上記第 1光学系の 1面以上が回転対称非球面で構成されていることを特徴とする請 求項 2乃至 5の ヽずれかに記載の投射光学系。
[14] 光源と、
上記光源から発せられた光を映像信号に基づき変調して出力する変調手段と、 上記変調手段側の 1次像面からスクリーン側の 2次像面へ拡大投射する投射光学 系とを備え、
上記投射光学系は、
上記 1次像面の中間像を結像する第 1光学系と、
上記中間像による上記 2次像面を形成させる凹面反射面を有する第 2光学系とを 備え、
上記 1次像面の中心から上記 2次像面の中心に至る光線が上記第 1光学系の光軸 を交差し、さらに上記凹面反射面で反射し、再度上記光軸と交差して上記 2次像面 に到達する
ことを特徴とする投射型画像表示装置。
[15] 上記第 1光学系及び第 2光学系は共通の光軸を中心とした回転対称面で構成され ている
ことを特徴とする請求項 14に記載の投射型画像表示装置。
[16] 上記スクリーンは透過型スクリーンであり、
上記スクリーンが前面に配置されたキャビネットに、上記光源、上記変調手段及び 上記投射光学系を内蔵し、
上記投射光学系により上記透過型スクリーンに背面から拡大投射する ことを特徴とする請求項 14に記載の投射型画像表示装置。
[17] 上記投射光学系は上記キャビネットの下部に設けられ、
上記キャビネットの上部に配置され、上記投射光学系から出力された光を反射して 上記透過型スクリーンに至るように偏向する平面ミラーを備える、
ことを特徴とする請求項 16に記載の投射型画像表示装置。
[18] 上記中間像の上記 2次像面に対する上記第 2光学系による瞳が、上記平面ミラー カゝら上記透過型スクリーン面に至る光束の外側に形成されている
ことを特徴とする請求項 17に記載の投射型画像表示装置。
[19] 上記 1次像面の中心から上記 2次像面の中心に至る光線は上記光軸と垂直面内に て交差し、
上記第 1光学系と上記第 2光学系との間に上記光線を反射して水平面内にて偏向 させる反射手段を備えて 、る
ことを特徴とする請求項 14に記載の投射型画像表示装置。
[20] 上記凹面反射面で反射された後の光路を所望に引き回すための少なくとも一面の 平面反射面を有し、
上記スクリーンの直前に位置した平面反射面からスクリーンに向力う光線のうち上 記スクリーンカゝら最も離れた位置を通る最外域光線と上記スクリーンとの成す角度を Θとして、以下の条件式 (4)を満足することを特徴とする請求項 14乃至 19のいずれ かに記載の投写型画像表示装置。
(4) 0. 6 >tan 0 >0. 05
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