WO2023149537A1 - 投影撮像光学系及び投写型映像表示装置 - Google Patents

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WO2023149537A1
WO2023149537A1 PCT/JP2023/003534 JP2023003534W WO2023149537A1 WO 2023149537 A1 WO2023149537 A1 WO 2023149537A1 JP 2023003534 W JP2023003534 W JP 2023003534W WO 2023149537 A1 WO2023149537 A1 WO 2023149537A1
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projection
imaging
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紀和 山本
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/18—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical projection, e.g. combination of mirror and condenser and objective
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G—PHYSICS
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    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • G—PHYSICS
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor

Definitions

  • the present disclosure relates to a projection imaging optical system and a projection image display device including the same.
  • a projection type image display device having a Such a projection-type image display device has a function of projecting an image onto a projection target and capturing an image of the projected image. Examples of this type of projection-type image display apparatus include those described in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example.
  • a projector (projection type image display device) described in Patent Document 1 uses a TIR prism as an optical path branching element. Further, the projection-type image display device described in Patent Document 2 has a light separation optical system that guides external light to an image pickup device using a total internal reflection prism arranged on an optical path between a projection optical system and a color synthesis optical system. are used as
  • JP 2013-218262 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-64206
  • the imaging optical system By the way, if the imaging optical system is made smaller, the pixels of the imaging device will become smaller and more precise, and the imaging optical system will need to have the ability to correct various aberrations accordingly.
  • the imaging optical system using a prism as an optical path branching element described in Patent Document 1 or Patent Document 2 since both the entrance surface and the exit surface of the prism are refractive surfaces, chromatic aberration due to chromatic dispersion of the refractive index, In addition, there is a problem that the image quality of the acquired image deteriorates due to the occurrence of new spherical aberration due to the insertion of the optical surface.
  • the imaging optical system In order to correct these aberrations, the imaging optical system must be arranged to correct the aberrations by increasing the number of optical components, for example, by providing a plurality of lenses.
  • the drawback is that the entire optical system becomes large.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and can be incorporated inside a projection-type image display device without interfering with the arrangement and optical design of the projection optical system, and is capable of correcting aberrations in the entire system. It is an object of the present invention to provide a projection imaging optical system capable of realizing
  • a projection imaging optical system is a projection imaging optical system used in a projection type image display device, in which a projection imaging optical system extends forward along a first optical axis from an optical modulation element.
  • a projection lens that forms a first image on the first surface using the emitted rays of projection light
  • a prism optical system that deflects a ray of imaging light, which is at least part of the ray of external light, and emits the ray along a second optical axis, and in which an intermediate image is formed by the ray of imaging light
  • an imaging optical system that forms a second image on a second surface using rays of imaging light emitted from the optical system, the positions of the first surface and the intermediate image with respect to the projection lens
  • the projection lens is configured to have aberration correction performance in the first image formation, and the prism optical system and the imaging optical system are combined with the projection lens to correct aberration in the second image formation. It is configured to have corrective performance.
  • the projection imaging optical system according to one aspect of the present disclosure, it can be incorporated inside a projection-type image display apparatus without interfering with the arrangement and optical design of the projection optical system, and aberration correction of the entire system can be realized. . As a result, it is possible to realize excellent imaging performance and downsizing of the projection type image display device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a projection imaging optical system and an optical path through which a principal ray passes according to Example 1 of the present disclosure
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a projection image display device using a projection imaging optical system according to Example 1
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the arrangement of the projection imaging optical system and the propagation of light of the projection image display apparatus of FIG. 2 having the configuration of the projection imaging optical system according to Example 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing longitudinal chromatic aberration and spherical aberration at the position of the light modulation element of the projection imaging optical system of FIG. 3;
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a projection imaging optical system and an optical path through which a principal ray passes according to Example 1 of the present disclosure
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a projection image display device using a projection imaging optical system according to Example 1
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the arrangement of the projection imaging optical
  • FIG. 4 is a diagram showing axial chromatic aberration and spherical aberration at an intermediate image position of the projection imaging optical system of FIG. 3;
  • FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of a prism optical system of the projection imaging optical system of FIG. 3;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a prism optical system of the projection imaging optical system of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a prism optical system according to Modification 1 of the embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a prism optical system according to Modification 2 of the embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a projection imaging optical system and optical paths through which principal rays pass according to Example 2 of the present disclosure
  • 3 is a schematic diagram showing the arrangement of the projection imaging optical system and the propagation of light of the projection image display apparatus of FIG. 2 having the configuration of the projection imaging optical system according to Example 2.
  • FIG. FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of a projection imaging optical system and optical paths through which principal rays pass according to Example 3 of the present disclosure
  • 3 is a schematic diagram showing the arrangement of the projection imaging optical system and the propagation of light of the projection image display apparatus of FIG. 2 having the configuration of the projection imaging optical system according to Example 3.
  • FIG. 2 is a lens arrangement diagram showing the configuration of an imaging optical system of the projection imaging optical system according to Example 1.
  • FIG. 5 is a diagram showing longitudinal aberration of the imaging optical system of the projection imaging optical system according to Example 1.
  • FIG. 5 is a diagram showing surface data of the imaging optical system of the projection imaging optical system according to Example 1.
  • a ray of projection light emitted forward along a first optical axis from an optical modulation element is and at least one of a ray of external light propagated from the first surface in a direction opposite to the forward direction and entered via the projection lens.
  • a prism optical system in which a ray of imaging light is deflected and emitted along a second optical axis, and in which an intermediate image is formed by the ray of imaging light; and imaging light emitted from the prism optical system. and an imaging optical system that forms a second image on the second surface using a light ray of .theta.
  • the lens is configured to have aberration correction performance in the first image formation, and the prism optical system and the imaging optical system are configured to have aberration correction performance in the second image formation in combination with the projection lens.
  • a projection imaging optical system is provided.
  • a projection imaging optical system that can be incorporated inside a projection image display device without interfering with the arrangement and optical design of the projection optical system, and that can realize aberration correction for the entire system.
  • the projection lens constitutes at least a part of a projection optical system that enlarges and projects the rays of projection light from the light modulation element onto the first surface to display an image.
  • a projection imaging optical system according to one aspect is provided.
  • the prism optical system internally reflects incident imaging light rays multiple times, the second optical axis being in a plane substantially orthogonal to the first optical axis.
  • a projection imaging optical system according to the first or second aspect.
  • the prism optical system and the imaging optical system are configured to cancel axial chromatic aberration and spherical aberration occurring in the rays of the imaging light at the position of the intermediate image.
  • a projection imaging optical system according to any one of the third aspects from 1 to 3 is provided.
  • the prismatic optical system has two or more internal reflective surfaces, wherein at least one of the two or more internal reflective surfaces imparts positive power to the reflected rays of imaging light.
  • a projection imaging optical system according to any one of the first to fourth aspects, wherein the projection imaging optical system is formed on a concave curved surface as given.
  • the prism optical system has an exit surface that transmits and emits the rays of the imaging light toward the imaging optical system, and the exit surface has a positive effect on the rays of the imaging light that pass through.
  • a projection imaging optical system according to any one of the first to fifth aspects, wherein the projection imaging optical system is formed in a curved shape to give power.
  • the part of the prism optical system and the imaging optical system constitute an imaging light relay optical system that forms an intermediate image on the second surface.
  • a projection imaging optical system as described is provided.
  • the imaging optical system according to any one of the first to seventh aspects, wherein the imaging optical system is configured as an optical system that forms a reduced image of the second image on the imaging device.
  • a projection imaging optical system is provided.
  • any one of the first to seventh aspects wherein the imaging optical system is configured as an optical system that forms the second image on the imaging element at the same magnification or enlarged.
  • a projection imaging optical system according to one is provided.
  • an illumination optical system that supplies illumination light, and spatially modulates the incident light supplied by the illumination optical system and guided by the prism optical system, and projects according to image information.
  • one or more light modulating elements that generate light
  • a projection imaging optical system according to any one of the first to ninth aspects, and a second image formed by the projection imaging optical system, electrically and an image pickup device that converts an image signal into a high-quality image signal.
  • FIG. 1 As a specific example of the projection image display apparatus to which the projection imaging optical system according to the present disclosure is applied, a single-panel projection image display apparatus including a single light modulation element will be described.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a projection imaging optical system LS10 according to Example 1 of the present disclosure and optical paths through which principal rays pass. Note that the insert (a) of FIG. 1 is a diagram simply showing the propagation path of the projection light Lp, and the insert (b) is a diagram simply showing the propagation path of the imaging light Li.
  • a projection imaging optical system LS10 is configured by a projection lens LG10, a prism optical system PG10, and an imaging optical system LG20, and can be provided in a projection image display device.
  • projection light Lp propagated in the +X direction along the first optical axis Oa is emitted from the light modulation element D10 of the projection display apparatus.
  • a projection optical system PS10 is arranged to display an image by enlarging and projecting an image from the light modulation element D10 onto the first surface W10 using the light beam of the light Lp.
  • the projection optical system PS10 is composed of a projection lens LG10 and an optical member PP10, and has a first optical axis Oa in the illustrated X direction as a reference axis.
  • the optical member PP10 can include an optical member such as a prism, an optical filter, a cover glass, etc., and can include a part of the prism optical system PG10 of the projection imaging optical system LS10.
  • the light modulation element D10 can be positioned at a conjugate point on the reduction side of the projection optical system PS10.
  • a ray of projection light Lp emitted from the light modulation element D10 passes through the projection lens LG10 in the +X direction in the figure along the first optical axis Oa, and is located at, for example, a conjugate point on the enlargement side by the projection optical system PS10.
  • a first image M10 is formed on the first surface W10.
  • the projection imaging optical system LS10 uses a ray of external light Le propagating from the first surface W10 in the ⁇ X direction shown in the figure to couple it to the second surface W20. can be imaged.
  • the prism optical system PG10 of the projection imaging optical system LS10 deflects the ray of the imaging light Li, which is at least a part of the ray of the external light Le that is incident via the projection lens LG10, to the imaging optical system LG20 in the +Y direction in the drawing.
  • the imaging optical system LG20 uses the second optical axis Ob in the Y direction in the drawing as a reference axis, and forms an image of the imaging light Li emitted from the prism optical system PG10 on the second surface W20. Further, an intermediate image Ms10 is formed inside the prism optical system PG10, and the intermediate image Ms10 is relayed by the imaging light relay optical system RS10 and formed on the second surface W20.
  • a ray of the external light Le passes through the projection lens LG10 in the -X direction in the drawing from the first surface W10 along the first optical axis Oa, and enters the prism optical system PG10.
  • the prism optical system PG10 for example, has a plurality of prism surfaces P1, P2, and P3, which are internal reflection surfaces, and a prism surface P4, which is a transmission surface, with respect to the rays of the imaging light Li which is at least part of the external light Le. can have
  • the imaging light Li is internally reflected R1, R2 and R3 in order by the prism surfaces P1, P2 and P3, is deflected, and emerges from the prism surface P4 along the second optical axis Ob.
  • the prism optical system PG10 After the rays of the imaging light Li undergo internal reflections R1 and R2 at the prism surfaces P1 and P2, they reach positions Im in the prism optical system PG10 that are in a conjugate relationship with the first surface W10. An intermediate image Ms10 is formed. After that, the ray of the imaging light Li further advances in the prism optical system PG10, undergoes internal reflection R3 at the prism surface P3, passes through the prism surface P4, is emitted along the second optical axis Ob, and is emitted in the Y direction in the drawing. It passes through the imaging optical system LG20 and forms a second image M20 on the second surface W20.
  • the imaging light relay optical system RS10 is arranged between the intermediate image Ms10 and the second surface W20, and refers to a lens system that forms an image of the intermediate image Ms10 on the second surface W20.
  • the imaging light relay optical system RS10 may be configured by the imaging optical system LG20, or may be configured by a part of the prism optical system PG10 and the imaging optical system LG20. This will be detailed later.
  • the projection imaging optical system LS10 and the projection optical system PS10 share the projection lens LG10.
  • the projection imaging optical system LS10 and the projection optical system PS10 may share a part of the prism optical system PG10.
  • FIG. 1 conceptually shows the configuration of the main parts of the projection imaging optical system LS10 and the optical path through which the principal ray passes, and is not limited to specific aspects of each component.
  • the prism optical system can be configured in a manner different from that shown in FIG. 1 in terms of the number, shape, and arrangement of prism elements included therein, or internal reflection surfaces and transmission surfaces for imaging light.
  • the projection lens LG10 can include a plurality of lens elements in the projection optical system PS10.
  • the projection lens LG10 can be configured to have aberration correction performance in the first image formation M10, for example, by combining with the optical member PP10 on the reduction side.
  • a conventionally known optical design can be adopted for the aberration correction configuration of the projection optical system, and detailed description thereof is omitted in this specification.
  • the projection imaging optical system LS10 converts the rays of the imaging light Li, which are at least a part of the rays of the external light Le, into the second light through the projection lens LG10, the prism optical system PG10, and the imaging optical system LG20 in this order.
  • the light is guided in the direction of the axis Ob and emitted to form an intermediate image in the prism optical system PG10 on the second surface W20.
  • the prism optical system PG10 and the imaging optical system LG20 are configured to have aberration correction performance in the second image formation M20 in combination with the projection lens LG10.
  • the projection imaging optical system LS10 can be configured to achieve aberration correction performance in the second image formation M20 using a plurality of optical components, and a projection type image can be displayed without interfering with the arrangement of the projection optical system PS10. It can be incorporated inside the equipment of the device.
  • the projection imaging optical system LS10 of the present embodiment forms an intermediate image inside the prism optical system PG10 using the propagation optical path length of the imaging light Li inside the prism optical system PG10, and converts the intermediate image to It is configured to form an image outside the prism optical system PG10.
  • the second image formation M20 by positioning the object side within the medium of the prism optical system PG10, a sufficient distance that allows insertion of the imaging optical system LG20 having an aberration correction configuration on the image plane side. can be ensured, and it is possible to more freely control the specifications of the entire optical system. In this way, aberration correction of the entire system can be achieved without interfering with the optical design of the projection optical system PS10.
  • a detailed configuration of the projection imaging optical system LS10 will be described as a specific example in a projection image display apparatus to which the projection imaging optical system according to the present disclosure is applied.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the overall configuration of a projection image display apparatus 600 using the projection imaging optical system according to the first embodiment.
  • 2(a) and 2(b) are schematic diagrams showing the overall configuration of the projection display apparatus 600 in the illustrated XZ plane.
  • (c) of FIG. 2 shows the prism optical system PG100 of the projection display device 600 viewed from the left side of (a) of FIG. 2, that is, from the +Z side of (a) of FIG.
  • It is a schematic diagram showing optical system LG200 grade.
  • the projection-type image display device according to the embodiment of the present disclosure is, for example, a high-brightness projector and may be used for projection mapping or the like, and may be a low-brightness projector for home use. may
  • a projection-type image display apparatus 600 in FIG. 2 includes an illumination optical system 200 that supplies illumination light, and a projection imaging system 500 .
  • the illumination optical system 200 includes a light source unit 20, afocal lenses 31 and 32, a diffusion plate 41, a ⁇ /4 plate 42, condenser lenses 33, 34 and 35, a dichroic mirror 45, a rod integrator 46, It includes a phosphor wheel 50, a color wheel 60, and lenses 73, 74, 75 forming an illumination light relay optical system.
  • the light source unit 20 is composed of, for example, multiple semiconductor lasers (LDs) or light emitting diodes (LEDs).
  • a semiconductor laser element 21 that emits blue light can be used.
  • the blue light emitted from the semiconductor laser element 21 has a wavelength of around 455 nm and is used as image light and also as excitation light for exciting the phosphors of the phosphor wheel 50 .
  • the blue light emitted from the semiconductor laser element 21 is emitted in the -X direction in the figure, collimated by the collimator lens 22, converged by the afocal lenses 31 and 32, transmitted through the diffusion plate 41, and directed to the dichroic mirror 45. Incident.
  • the light emitted from the light source unit 20 is, for example, S-polarized blue light
  • the dichroic mirror 45 reflects the S-polarized blue light and the P-polarized blue light and other colored lights can pass through.
  • the blue light reflected by the dichroic mirror 45 travels approximately in the ⁇ Z direction, passes through the ⁇ /4 plate 42, is condensed by the condenser lenses 33 and 34, and enters the phosphor wheel 50. excites the phosphor to emit light.
  • the color wheel 60 is controlled to rotate synchronously with the phosphor wheel 50, and separates incident light according to the transmission characteristics of different segments.
  • the light generated by the synchronously rotating phosphor wheel 50 and color wheel 60 enters the rod integrator 46 so that the component lights of each color gamut including red, green, blue, yellow, etc. are emitted in a time division manner. , where it is equalized.
  • the light emitted from the rod integrator 46 passes through the lenses 73, 74, and 75 constituting the illumination light relay optical system, is emitted from the illumination optical system 200, and becomes the illumination light Ls of white light as a time average. Enter projection imaging system 500 .
  • the projection imaging system 500 includes a prism optical system PG100, a light modulation element D100, a projection optical system 420, an imaging optical system LG200, and an imaging device 450. Further, in the present embodiment, the imaging optical system LG200 and the imaging device 450 are arranged on the YZ plane substantially orthogonal to the projection optical axis Oa1 in the X direction in the drawing, and the imaging light Li is projected onto the imaging optical axis Ob1 in the +Y direction. incident on the imaging element 450 along (shown in (c) of FIG. 2).
  • the prism optical system PG100 is composed of a TIR (Total Internal Reflection) prism 310 (total internal reflection prism) and an imaging light reflecting prism 350.
  • the TIR prism 310 is configured by joining a substantially triangular prism-shaped first prism 320 and a second prism 330 with a small gap therebetween. Using total reflection, the TIR prism 310 deflects the traveling direction of the incident illumination light Ls and guides it to the light modulation element D100.
  • the imaging light reflecting prism 350 is positioned adjacent to the TIR prism 310 .
  • the imaging light reflecting prism 350 and the TIR prism 310 may be configured separately (FIG. 7) or integrated (FIGS.
  • FIG. 2 the configuration in which the imaging light reflecting prism 350 and the TIR prism 310 are separated is shown.
  • the imaging light reflecting prism 350 further reflects and deflects the incident imaging light Li reflected by the TIR prism 310 and guides it to the imaging element 450 .
  • the configuration of the prism optical system PG100 will be detailed later.
  • a DMD Digital Mirror Device
  • DMD-ON light ON light
  • DMD-OFF light Lf OFF light
  • the projection light Lp for projection is emitted in the +X direction along the projection optical axis Oa1, and the DMD-OFF light Lf is deflected from the projection optical axis Oa1 and removed.
  • projection light Lp passes through the TIR prism 310, is output from the projection light exit surface 321, and propagates to the projection optical system 420 along the projection optical axis Oa1.
  • projection optical system 420 is constituted by projection lens LG100, and enlarges and projects projection light Lp onto a projection target such as screen 430 to display an image.
  • the imaging light Li which is at least part of the external light Le reflected from the screen 430 in the ⁇ X direction in the figure, is used to capture the projected image by the imaging element 450 built in the projection imaging system 500. be able to.
  • the external light Le enters from the projection optical system 420, propagates in the -X direction along the projection optical axis Oa1, and exits the projection optical system side of the first prism 320 of the TIR prism 310. Incident on surface 321 .
  • the imaging light Li which is at least part of the external light Le, is internally reflected and deflected to enter the imaging light reflection prism 350 .
  • the imaging light Li incident on the imaging light reflecting prism 350 is further internally reflected and deflected within the imaging light reflecting prism 350, and emitted from the imaging light exit surface 353 of the imaging light reflecting prism 350 along the imaging optical axis Ob1. It is introduced into the imaging optical system LG200 in the +Y direction.
  • the imaging optical system LG200 can include a plurality of optical components, and is configured by a lens group 440 in this embodiment.
  • the imaging light Li emitted from the imaging light exit surface 353 and propagating along the imaging optical axis Ob1 in the +Y direction can be imaged on the imaging element 450 by the imaging optical system LG200.
  • the imaging optical system LG200 may be configured as an optical system that forms a reduced image on the imaging element 450, and the imaging optical system LG200 may be configured as an optical system that forms a reduced image on the imaging element 450.
  • it may be configured as an optical system for magnifying and forming an image.
  • the imaging element 450 can be composed of a solid-state imaging element such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor, and converts the received imaging light Li into an electrical image signal.
  • the projection lens LG100 and the projection light exit surface 321 of the prism optical system PG100 on the projection optical system side can be used to further reduce the size and cost of the apparatus. are arranged as close as possible without interference. Therefore, the space inside the apparatus is small in the emission direction of the projection light Lp, and the arrangement of optical components and the like is limited in terms of design.
  • the imaging light Li is internally reflected and deflected multiple times within the prism optical system PG100.
  • the imaging light Li which is at least a part of the external light Le incident in the -X direction in the drawing along the projection optical axis Oa1
  • the imaging optical axis on the YZ plane substantially orthogonal to the projection optical axis Oa1. It can be guided toward the imaging element 450 along Ob1.
  • the projection imaging optical system LS100 included in the projection display apparatus 600 can be easily incorporated into the device without interfering with the projection optical system arranged along the projection optical axis Oa1.
  • the arrangement of the projection imaging optical system LS100 of the projection image display apparatus 600 will be described below with reference to FIG.
  • FIG. 3 is an image diagram showing the arrangement and light propagation of the projection imaging optical system LS100 of the projection image display apparatus 600 of FIG. 2 having the configuration of the projection imaging optical system according to the first embodiment.
  • the configuration of the projection imaging optical system LS10 according to Example 1 shown in FIG. 1 is applied to the projection imaging optical system LS100 of the projection type image display apparatus 600 shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the mode of light propagation by linearly developing the bent optical path of the imaging light Li. That is, in FIG.
  • the imaging optical axis Ob1 on the YZ plane is equivalently developed coaxially with the projection optical axis Oa1 on the XZ plane, and the optical path of the projection light Lp on the XZ plane, The optical path of the imaging light Li deflected to the YZ plane within the prism optical system PG100 is shown on the same plane.
  • the projection imaging optical system LS100 is configured by a projection lens LG100, a prism optical system PG100, and an imaging optical system LG200.
  • projection lens LG100 forming projection optical system 420 can include a plurality of lens elements, which are simply shown here.
  • the projection optical system PS100 is composed of a projection lens LG100 and an optical member PP100, and has a projection optical axis Oa1 in the X direction in the drawing as a reference axis.
  • the optical member PP100 can include an optical member such as a prism, an optical filter, and a cover glass. can contain.
  • the light modulation element D100 is positioned at the conjugate point on the reduction side of the projection optical system PS100.
  • a ray of projection light Lp emitted from the light modulation element D100 passes through the projection lens LG100 in the +X direction of the XZ plane along the projection optical axis Oa1, and is located at the conjugate point on the enlargement side by the projection optical system PS100.
  • a first image M100 is formed on the first surface W100. It should be noted that the first surface W100 is the screen 430 in the present embodiment.
  • a ray of external light Le passes through the projection lens LG100 in the -X direction of the XZ plane along the projection optical axis Oa1 from the first surface W100 and enters the prism optical system PG100.
  • the prism surfaces P1, P2, and P3 of the prism optical system PG100 are the projection light entrance surface 322 and the projection light exit surface 321 of the TIR prism 310, and the internal reflection surface 352 of the imaging light reflection prism 350, respectively. is.
  • At least part of the imaging light Li of the external light Le is sequentially internally reflected by the prism surfaces P1, P2, and P3 to be deflected, and emitted from the prism surface P4 along the imaging optical axis Ob1 on the YZ plane.
  • the prism surface P4 through which the imaging light Li is transmitted is the imaging light exit surface 353 of the imaging light reflecting prism 350 .
  • an intermediate image Ms100 is formed within the prism optical system PG100 in a conjugate relationship with the first surface W100.
  • imaging light relay optical system RS100 relays intermediate image Ms100 to form second image M20 on second surface W200.
  • imaging optical system LG200 is configured by lens group 440 and second surface W200 is imaging device 450 .
  • the imaging light relay optical system RS100 is configured by the lens group 440 included in the imaging optical system LG200.
  • projection lens LG100 is configured to have aberration correction performance in first image formation M100 on first surface W100 (screen 430) in combination with reduction-side optical member PP100.
  • the projection imaging optical system LS100 directs the rays of the imaging light Li, which are at least part of the rays of the external light Le, to the imaging optical axis Ob1 via the projection lens LG100, the prism optical system PG100, and the imaging optical system LG200 in this order. , and forms an intermediate image in prism optical system PG100 on second surface W200 (imaging device 450).
  • the prism optical system PG100 and the imaging optical system LG200 are configured to have aberration correction performance in the second image formation M200 in combination with the projection lens LG100.
  • the rays of the imaging light Li which are at least part of the rays of the external light Le incident along the projection optical axis Oa1 on the XZ plane, are deflected into the YZ plane. It is guided toward the second surface W200 along a certain imaging optical axis Ob1.
  • an intermediate image Ms100 is formed inside the prism optical system PG100, and the prism optical system PG100 and the imaging optical system LG200 are composed of the imaging light Li which is at least part of the external light Le transmitted through the projection lens LG100.
  • the aberration correction of the entire system of the projection imaging optical system LS100 can be realized by configuring so as to cancel out the aberration occurring in the projection imaging optical system LS100.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams showing longitudinal chromatic aberration and spherical aberration of the projection imaging optical system LS100 of FIG.
  • FIG. 4A shows chromatic and spherical aberration at the position of the light modulation element D100
  • FIG. 4B shows chromatic and spherical aberration at the position of the intermediate image Ms100.
  • e-line (light with a wavelength of 546.1 nm)
  • g-line (light with a wavelength of 435.8 nm)
  • c-line (light with a wavelength of 656.3 nm)
  • f-line (light with a wavelength of 486.1 nm light)
  • d-line (light with a wavelength of 587.6 nm).
  • the light modulation element D100 is positioned at the conjugate point on the reduction side of the projection optical system PS100, and the first surface W100 is positioned at the conjugate point on the expansion side.
  • the combination of the projection lens LG100 and the optical member PP100 is configured to have aberration correction performance in the first image formation M100 on the first surface W100. Therefore, as shown in FIG. 4A, the light rays from the first surface W100 are corrected for chromatic aberration and spherical aberration at the position of the light modulation element D100.
  • a ray of the imaging light Li that has entered the prism optical system PG100 from the first surface W100 via the projection lens LG100 is at the position of the intermediate image Ms100 on the axis indicated by the arrow B1.
  • the prism optical system PG100 and the imaging optical system LG200 generate a light beam of the imaging light Li which is at least a part of the light beam of the external light Le transmitted through the projection lens LG100 in the second image formation M200.
  • the prism optical system PG100 and the imaging optical system LG200 configured to have aberration correction performance in the second image formation M200 are configured to have aberration correction performance in the first image formation M100.
  • Aberration correction of the entire system can be realized without interfering with the projection lens LG100.
  • the projection imaging optical system LS100 of the present embodiment employs a configuration in which the optical path is bent within the prism optical system PG100.
  • the spread of the luminous flux of the imaging light Li is suppressed, and the rays of the imaging light Li are directed toward the imaging device 450 along the imaging optical axis Ob1 in the YZ plane substantially perpendicular to the projection optical axis Oa1.
  • a plurality of optical components necessary for the aberration correction configuration in the imaging optical system LG200 that constitutes the imaging optical system can be arranged without interfering with the arrangement of the projection optical system PS100.
  • the configuration of the prism optical system PG100 will be described below with reference to FIGS.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the prism optical system PG100 of the projection imaging optical system LS100 of FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the prism optical system PG100 of the projection imaging optical system LS100 of FIG.
  • the prism optical system PG100 in FIG. 5 is shown with a structure in which the imaging light reflection prism 350 and the TIR prism 310 are integrally formed. For clarity, each light beam is shown with only the chief ray.
  • the TIR prism 310 includes a first prism 320 and a second prism 330 having a substantially triangular prism shape. , are arranged in order along the projection optical axis Oa1.
  • the second prism 330 has an illumination light reflecting surface 331, and the incident illumination light Ls is totally reflected by the illumination light reflecting surface 331 and introduced into the light modulation element D100.
  • the first prism 320 has a projection light entrance surface 322 and a projection light exit surface 321 for the projection light Lp that is reflected by the light modulation element D100 and travels in the +X direction.
  • the first prism 320 and the second prism 330 are joined with a parallel gap between the projection light incident surface 322 and the illumination light reflecting surface 331 .
  • the projection light Lp from the light modulation element D100 passes through the second prism 330, enters the first prism 320, further passes through the first prism 320, and exits the projection light exit surface 321. It is output to the projection optical system along the axis Oa1 and imaged.
  • the DMD-OFF light Lf is removed by passing through the TIR prism 310 in a direction deflected from the projection optical axis Oa1.
  • the imaging light reflection prism 350 arranged adjacent to the first prism 320 has an imaging light entrance surface 351 , an internal reflection surface 352 and an imaging light exit surface 353 .
  • the first prism 320 of the TIR prism 310 and the imaging light reflection prism 350 are integrally formed on the imaging light incident surface 351 .
  • the external light Li incident on the first prism 320 in the -X direction from the projection optical system forms a beam spot S1 on the projection light incident surface 322 (prism surface P1).
  • the projection light incident surface 322 is provided with a partial reflection coating, and the imaging light Li, which is at least part of the incident external light Li, is internally reflected by the partial reflection coating and reaches the projection light exit surface 321 (prism surface P2). to form a beam spot S2.
  • the imaging light Li is internally reflected by the projection light exit surface 321 , reaches the imaging light incident surface 351 of the imaging light reflecting prism 350 , passes through the imaging light incident surface 351 , and enters the imaging light reflecting prism 350 .
  • the imaging light Li forms a beam spot S3 on the internal reflection surface 352 (prism surface P3) and is internally reflected, and then, is captured in the +Y direction in the drawing from the imaging light exit surface 353 (prism surface P4). It can be emitted along the optical axis Ob1 and imaged on the imaging device 450 by the imaging optical system LG200.
  • the imaging light Li is internally reflected three times in the prism optical system PG100, and then along the imaging optical axis Ob1 on the YZ plane substantially orthogonal to the projection optical axis Oa1. can be introduced into the imaging element 450 as a result.
  • the present disclosure does not limit the number of internal reflections of the imaging light Li within the prism optical system PG100.
  • at least part of the imaging light Li may be totally reflected by the projection light exit surface 321 (prism surface P2) and enter the imaging light reflection prism 350 . This makes it possible to efficiently use the imaging light.
  • the partial reflection coating applied to the projection light incident surface 322 may be a visible region partial reflection coating or an infrared region partial reflection coating.
  • the visible region partial reflection coating When the visible region partial reflection coating is applied, the visible region projection light Lp incident on the projection light incident surface 322 from the light modulation element D100 is also partially reflected by the reflection characteristics of the visible region partial reflection coating. A loss occurs in the light Lp.
  • the visible region partial reflection coat has a reflectance of 2% or more and 15% or less with respect to light in the visible region with a wavelength of 400 nm to 700 nm. As a result, it is possible to capture an image by taking in part of external light in the visible range without causing a large loss in the projection light Lp. Note that the reflection characteristics of the visible region partial reflection coat are not limited to this.
  • the infrared region partial reflection coat when the infrared region partial reflection coat is applied, in the present embodiment, the infrared region partial reflection coat has a reflectance of 50% or more with respect to light in the infrared region with a wavelength of 750 nm or more. to reflect.
  • the reflection characteristics of the infrared region partial reflection coat are not limited to this.
  • the projection light incident on the projection optical system is light in the visible range with a wavelength of 400 nm to 700 nm, and does not contain light components in the infrared range. Therefore, by taking in external light in the infrared region as imaging light and transmitting approximately 100% of the projection light Lp in the visible region, it is possible to perform imaging without loss of projection light.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a prism optical system PG100a according to Modification 1 of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a prism optical system PG100b according to Modification 2 of the embodiment of the present disclosure.
  • the prism optical system PG100a shown in FIG. 7 is composed of a TIR prism 310a and an imaging light reflection prism 350a. As shown, the prism optical system PG100a differs from the prism optical system PG100 in that the imaging light reflection prism 350a is formed separately from the TIR prism 310a on the imaging light incident surface 351a.
  • the first prism 320a has a prism surface 323a adjacent to the imaging light reflecting prism 350a.
  • the first prism 320a and the imaging light reflecting prism 350a are separated from each other with a parallel gap between the prism surface 323a and the imaging light incident surface 351a.
  • the external light Le incident on the first prism 320a in the -X direction forms a beam spot S1a on the projection light incident surface 322a (prism surface P1). At least part of the incident external light Le is internally reflected as imaging light Lia by the partial reflection coat of the projection light incident surface 322a, reaches the projection light exit surface 321a (prism surface P2), and forms a beam spot S2a. . Subsequently, the imaging light Lia is internally reflected by the projection light exit surface 321a, passes through the prism surface 323a, reaches the imaging light incident surface 351a of the imaging light reflecting prism 350a, is transmitted therethrough, and enters the imaging light reflecting prism 350a. Incident.
  • the imaging light Lia forms a beam spot S3a on the internal reflection surface 352a (prism surface P3), and after being internally reflected by the internal reflection surface 352a, is reflected on the imaging light exit surface 353a (prism surface P4). emitted from
  • the projection light Lp is transmitted through the TIR prism and emitted to the projection optical system. Since the high-energy projection light Lp generates heat when passing through the TIR prism, the TIR prism must be made of a heat-resistant glass material.
  • the imaging light reflecting prism is integrally formed with the TIR prism, the imaging light reflecting prism made of glass is required because it is affected by heat conduction. Also, in order to suppress the occurrence of aberration due to changes in the refractive index, it is desirable that the imaging light reflection prism 350 be made of the same glass material as the TIR prism 310 .
  • the imaging light reflecting prism 350a is formed separately from the TIR prism 310a to suppress heat conduction. It can be manufactured by adopting materials. Therefore, by forming the imaging prism separately from the TIR prism, it is possible to select materials with a high degree of freedom. Since optical parts made of resin have excellent workability, there is also the advantage that prism members having optical surfaces with complicated geometric shapes can be manufactured at low cost.
  • a prism optical system PG100b shown in FIG. 8 is composed of a TIR prism 310b, an imaging light reflecting prism 350b, and a third prism 340, and differs from the prism optical system PG100 in that the third prism 340 is provided.
  • the first prism 320b of the TIR prism 310b and the imaging light reflection prism 350b are integrally constructed.
  • the present disclosure is not so limited.
  • the first prism 320b of the TIR prism 310b and the imaging light reflecting prism 350b may be formed separately, similar to the prism optical system PG100a shown in FIG.
  • the third prism 340 of the prism optical system PG100b has a first prism surface 341 and a second prism surface 342.
  • the first prism surface 341 is joined to the projection light incident surface 322b of the first prism 320b of the TIR prism 310b.
  • the second prism surface 342 intersects the first prism surface 341 at an angle.
  • the second prism surface 342 and the illumination light reflecting surface 331b of the second prism 330b of the TIR prism 310b are arranged facing each other with a parallel gap therebetween.
  • the third prism 340 has a wedge shape.
  • the first prism surface 341 and the second prism surface 342 preferably form an apex angle A of 2 to 10 degrees, and in this embodiment form an apex angle A of about 3 degrees. .
  • the external light Le incident on the first prism 320b in the -X direction forms a beam spot S1b on the projection light incident surface 322b (prism surface P1). At least part of the incident external light Le is internally reflected as imaging light Lib by the partial reflection coat of the projection light incident surface 322b, reaches the projection light exit surface 321b (prism surface P2), and forms a beam spot S2b. . Subsequently, the imaging light Lib is internally reflected by the projection light exit surface 321b and enters the imaging light reflection prism 350b.
  • the imaging light Lib forms a beam spot S3b on the internal reflection surface 352b (prism surface P3), is internally reflected by the internal reflection surface 352b, and then exits from the imaging light exit surface 353b (prism surface P4). emitted.
  • FIG. 8 also shows a beam spot S3a formed by the imaging light Lia on the internal reflecting surface 352a (not shown) of the imaging light reflecting prism 350a in the prism optical system PG100a shown in FIG.
  • the beam spot S3b formed by the imaging light Lib in the prism optical system PG100b is smaller than the beam spot S3a, and the center position of the beam spot S3b is closer to the projection optical axis than the center position of the beam spot S3a. It is close to the Oa1 side by a distance D.
  • the reason why the beam spot S3b formed by the imaging light Lib on the internal reflecting surface of the imaging light reflecting prism is changed in this way is because the third prism 340 is provided.
  • the second prism 330b is configured such that an illumination light reflecting surface 331b and a bottom surface 332b perpendicular to the projection optical axis Oa1 form an angle ⁇ 1.
  • the angle ⁇ 1 is restricted by the characteristics of the DMD as the light modulation element D100 and cannot be designed freely. Since the illumination light reflecting surface 331b and the projection light incident surface 322b are arranged facing each other across a parallel gap, the angle of reflection of the imaging light on the projection light incident surface is also limited.
  • the angle ⁇ formed between the projection light incident surface 322b and the projection optical axis Oa1 can be increased by the apex angle A of the wedge-shaped third prism 340.
  • the reflection angle of the imaging light Lib on the projection light incident surface 322b can be adjusted.
  • the prism optical system PG100b can be made more compact.
  • the optical path of the imaging light Li is bent in the prism optical system of the present embodiment, and along the imaging optical axis Ob1 on the YZ plane substantially orthogonal to the projection optical axis Oa1 at the time of incidence,
  • the imaging light Li can be emitted to the imaging optical system LG200.
  • the imaging optical system LG200 has a plurality of optical elements arranged so as to achieve aberration correction performance, and can be easily incorporated inside the equipment of the projection type image display device without interfering with the arrangement of the projection optical system PS100. .
  • the optical elements of the imaging optical system LG200 may be moved relatively to change the imaging magnification, and may be configured as an imaging optical system that forms a reduced image on the imaging element 450, and the like. It may be configured as an image pickup optical system that forms a double image or an enlarged image.
  • the imaging optical system LG200 can include a plurality of lens elements including, for example, positive lenses, negative lenses, cemented lenses, and the like.
  • the imaging optical system LG200 and the prism optical system of the present embodiment are configured to cancel out the aberration occurring in the rays of the imaging light Li, which are at least part of the rays of the external light Le that have passed through the projection lens LG100.
  • 2 image formation M200 has aberration correction performance.
  • the imaging optical system LG200 and the prism optical system are combined with the projection lens LG100 having aberration correction performance for the projection light Lp to realize aberration correction of the entire system.
  • a conventionally known optical design can be adopted for the aberration correction configuration of the imaging optical system LG200.
  • the imaging optical system as a unity magnification optical system, for example, it is mainly composed of four lens groups having positive, negative, negative, and positive power, such as a double gauss, and a prism optical system side.
  • an image plane correction lens with positive power is added, and positive, positive, negative, negative, positive power is applied in order from the prism optical system side to the image sensor side.
  • the two lens groups having negative power are constructed as cemented concave-convex lenses in order to correct various aberrations including chromatic aberration.
  • FIG. 13-15 are design examples of the imaging optical system at a lateral magnification of 0.4.
  • FIG. 13 is a lens arrangement diagram showing the configuration of the imaging optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram showing longitudinal aberration of the imaging optical system according to Example 1.
  • FIG. 15 is a diagram showing surface data of the imaging optical system according to Example 1.
  • FIG. Various data are as follows.
  • the first lens group is composed of lens element L1.
  • the second lens group is composed of lens element L2.
  • the third lens group is configured as a cemented lens of lens element L3 and lens element L4.
  • the fourth lens group is configured as a cemented lens of lens element L5 and lens element L6.
  • the fifth lens group is composed of lens element L7.
  • a diaphragm Ap is arranged between the lens element L4 and the lens element L5, and an IR cut filter IR and a window glass WG are arranged between the lens element L7 and the imaging element 450.
  • the total optical length is 55 mm and the F value is F1.6.
  • the F-number of light rays on the prism optical system side is F2.0
  • the F-number on the image sensor side will be F0.85 due to the relationship of lateral magnification. , etc., occurs, the light is cut by an aperture Ap in the imaging optical system, and correction is performed so that the aperture becomes F1.6.
  • an intermediate image Ms100 is formed by rays of the imaging light Li inside the prism optical system.
  • the projection imaging optical system LS100 of the present embodiment uses the propagation optical path length of the imaging light Li inside the prism optical system to form the intermediate image Ms100 in the prism optical system, and the imaging light relay optical system RS 100 is configured to image the intermediate image outside the prism optical system.
  • the intermediate image Ms100 is formed in front of the internal reflecting surface of the prism optical system.
  • intermediate image Ms100 is formed in front of the final internal reflecting surface (prism surface P3) of the prismatic optical system.
  • prismatic optical system As a result, it is possible to suppress the spread of the rays of the emitted imaging light.
  • intermediate image Ms100 is formed in front of internal reflecting surface 352 (prism surface P3) of imaging light reflecting prism 350, as shown in FIG.
  • the imaging light relay optical system is composed of a part of the prism optical system and the imaging optical system.
  • the internal reflection surface 352 (prism surface P3) and/or the imaging light exit surface 353 (prism surface P4) of the prism optical system PG100 is provided with a positive light beam for imaging light.
  • the curvature to give power the number of lens elements and the diameter of the lens elements constituting the imaging optical system LG200 can be reduced. This makes it possible to realize the aberration correction performance of the entire system and to realize a compact imaging optical system.
  • the configuration of the projection imaging optical system in which the prism surface has a curvature according to the second and third embodiments of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 9 to 12 .
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the projection imaging optical system LS10A and the optical path through which the principal ray passes according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the insert (a) of FIG. 9 is a diagram simply showing the propagation path of the projection light Lp
  • the insert (b) is a diagram simply showing the propagation path of the imaging light Li.
  • FIG. 10 is an image diagram showing the arrangement and light propagation of the projection imaging optical system LS100A of the projection image display apparatus of FIG. 2 having the configuration of the projection imaging optical system according to the second embodiment. 10, similarly to FIG. 3, in order to facilitate understanding, the curved optical path of the imaging light Li is linearly developed to show the mode of light propagation. That is, in FIG.
  • the imaging optical axis Ob1 on the YZ plane is equivalently developed coaxially with the projection optical axis Oa1 on the XZ plane, and the optical path of the projection light Lp on the XZ plane, The optical path of the imaging light Li deflected to the YZ plane within the prism optical system PG100A is shown on the same plane.
  • the projection imaging optical system LS10A shown in FIG. 9 differs from the projection imaging optical system LS10 according to the first embodiment in the prism surface P3A of the prism optical system PG10A.
  • the prism surface P3A is formed into a concave curved surface that gives positive power to the reflected imaging light rays.
  • An intermediate image Ms10 is formed on Im.
  • the ray of the imaging light Li further advances within the prism optical system PG10A and undergoes internal reflection R3 on the prism surface P3A.
  • the rays of the imaging light Li are converged by the positive power of the concave prism surface P3A, pass through the prism surface P4, and are emitted along the second optical axis Ob to be imaged in the Y direction in the drawing.
  • the concave shape of the prism surface P3A of the prism optical system PG10A serves as a concave mirror to converge the rays of the imaging light Li.
  • the imaging light relay optical system RS10A is configured by the concave surface of the prism surface P3A of the prism optical system and the imaging optical system LG20B.
  • the image pickup optical system LG20A can be configured by reducing the number of lens elements and the diameter of the lens elements due to the convergence of the incident image pickup light Li. As a result, the projection imaging optical system LS10A can be made more compact.
  • the internal reflection surface 352A (prism surface P3A) of the imaging light reflection prism 350A is directed in the direction in which the imaging light Li is internally reflected by the internal reflection surface 352A. It can be configured to have the shape of a concave surface C1 facing toward it. The shape of the concave surface C1 can focus the reflected imaging light as a concave mirror with positive power.
  • the imaging light relay optical system RS100A is composed of the concave surface C1 of the internal reflecting surface 352A of the prism optical system PG100A and the lens group 440A included in the imaging optical system LG200A.
  • the imaging optical system LG200A in the latter stage can be configured using thin optical parts having a smaller diameter than the imaging optical system LG200 shown in FIG. This makes it possible to construct a compact imaging optical system.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of the projection imaging optical system LS10B and the optical path through which the principal ray passes according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the insert (a) of FIG. 11 is a diagram simply showing the propagation path of the projection light Lp
  • the insert (b) is a diagram simply showing the propagation path of the imaging light Li.
  • FIG. 12 is an image diagram showing the arrangement and light propagation of the projection imaging optical system LS100B of the projection image display apparatus of FIG. 2 having the configuration of the projection imaging optical system according to the third embodiment.
  • FIG. 12 like FIG. 3, shows the mode of light propagation by linearly developing the bent optical path of the imaging light Li. That is, in FIG.
  • the imaging optical axis Ob1 on the YZ plane is equivalently developed coaxially with the projection optical axis Oa1 on the XZ plane, and the optical path of the projection light Lp on the XZ plane, The optical path of the imaging light Li deflected to the YZ plane within the prism optical system PG100B is shown on the same plane.
  • the projection imaging optical system LS10B shown in FIG. 11 differs from the projection imaging optical system LS10 according to the first embodiment in the prism surface P4B of the prism optical system PG10B.
  • the prism surface P4B is formed into a convex curved surface that imparts positive power to the transmitted imaging light rays.
  • An intermediate image Ms10 is formed on Im.
  • the ray of the imaging light Li further advances in the prism optical system PG10B, undergoes internal reflection R3 at the prism surface P3, and then reaches the prism surface P4B, which is a transmission surface.
  • the rays of the imaging light Li are converged by the positive power of the convex prism surface P4B, pass through the prism surface P4B, and are emitted along the second optical axis Ob to be imaged in the Y direction in the drawing. It passes through the optical system LG20B and forms a second image M20B on the second surface W20.
  • the convex shape of the prism surface P4B of the prism optical system PG10B serves as a convex lens to converge the rays of the imaging light Li.
  • the imaging light relay optical system RS10B is configured by the convex surface of the prism surface P4B of the prism optical system and the imaging optical system LG20B.
  • the image pickup optical system LG20B can be configured with a small number of lens elements and a small aperture due to the convergence of the incident image pickup light Li. As a result, the projection imaging optical system LS10B can be made more compact.
  • the imaging light exit surface 353B (prism surface P4) of the imaging light reflection prism 350B is directed toward the second surface W200 (image sensor 450) of the imaging light Li. It can be configured to have a convex surface C2 in the direction of emission. The shape of the convex surface C2 can focus the emitted imaging light as a convex lens having positive power.
  • the imaging light relay optical system RS100B is composed of the convex surface C2 of the imaging light exit surface 353B of the prism optical system PG100B and the lens group 440B included in the imaging optical system LG200B.
  • the imaging optical system LG200B in the subsequent stage can reduce the number of optical system parts compared to the imaging optical system LG200 shown in FIG. This makes it possible to construct a compact imaging optical system.
  • each prism that constitutes the prism optical system may have a substantially triangular prism shape, a substantially quadrangular prism shape, or may have another shape.
  • the prism surface of the prism optical system has a curvature
  • the present disclosure is not limited to this.
  • one or more prism surfaces of the prism optical system may be configured to have a free-form surface shape.
  • a single-panel projection image display device including a single light modulation element has been described, but the present disclosure is not limited to this.
  • the projection imaging optical system according to the present disclosure can be applied, for example, to a three-plate projection image display device including three light modulation elements, and the prism optical system according to the present disclosure can be applied to a three-plate projection image display device.
  • a color separating/combining prism of the display may be included.
  • the present disclosure is applicable to imaging optical systems, and applicable to various projection image display devices.
  • LS10, LS100, LS10A, LS100A, LS10B, LS100B projection imaging optical system 200 illumination optical system 20 light source unit 21 semiconductor laser element 22 collimating lens 31, 32 afocal lens 33, 34, 35 condenser lens 41 diffusion plate 42 ⁇ /4 plate 45 dichroic mirror 46 rod integrator 50 phosphor wheel 60 color wheel 73, 74, 75 lenses constituting illumination light relay optical system 310, 310a, 310b TIR prism 320, 320a, 320b, 330, 330b, 340 prism 350, 350a, 350b, 350A, 350B Imaging light reflection prism 321, 321a, 321b Projection light exit surface 322, 322a, 322b Projection light entrance surface 331, 331b Illumination light reflection surface 351, 351a Imaging light entrance surface 352, 352a, 352b, 352A Internal reflection Surfaces 353, 353a, 353b, 353B Imaging light exit surface 420 Projection optical system 430 Screen 440,

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Abstract

本開示に係る投影撮像光学系は、投写型映像表示装置に用いられる。光変調素子からの第１の光軸に沿って前方方向に出射された投写光の光線を用いて第１の面に第１の結像を形成する投写レンズと、第１の面から前方方向と対向する方向に伝搬され、投写レンズを経由して入射された外部光の光線の少なくとも一部である撮像光の光線を偏向させて第２の光軸に沿って出射し、撮像光の光線による中間像が内部に形成されているプリズム光学系と、プリズム光学系から出射された撮像光の光線を用いて、第２の面に第２の結像を形成する撮像光学系とを備え、投写レンズに対して、第１の面と中間像の位置とは共役関係にあり、投写レンズは、第１の結像において収差補正性能を有するように構成され、プリズム光学系と撮像光学系とは、投写レンズと組み合わせて、第２の結像において収差補正性能を有するように構成されている。

Description

投影撮像光学系及び投写型映像表示装置
　本開示は、投影撮像光学系、及びそれを備える投写型映像表示装置に関する。
　従来、本体内部に撮像素子を有し、投影用光を投写対象物に投写する投影光学系と、投写対象物からの光などを外光として撮像素子に結像する撮像光学系と、を共に備える投写型映像表示装置が知られていた。このような投写型映像表示装置は、投写対象物に対して映像を投写するとともに、投写された映像を撮像する機能を有する。この種の投写型映像表示装置として、例えば、特許文献１、又は特許文献２に記載されたものが挙げられる。
　特許文献１に記載のプロジェクタ（投写型映像表示装置）は、ＴＩＲプリズムを光路分岐素子として使用している。また、特許文献２に記載の投写型映像表示装置は、投射光学系と色合成光学系との間の光路上に配置された内部全反射プリズムを、外光を撮像素子に導く光分離光学系として使用している。
特開２０１３－２１８２６２号公報 特開２０２０－６４２０６号公報
　ところで、撮像光学系を小型にしていくと、撮像素子のピクセルが小さく高精細になり、撮像光学系はそれに対応して諸収差を補正する性能を有するものにする必要が出てくる。特許文献１又は特許文献２に記載された光路分岐素子としてプリズムを用いた撮像光学系において、プリズムの入射面と出射面が何れも屈折面からなるため、屈折率の色分散に起因する色収差、及び光学面の挿入による新たな球面収差の発生により、取得される撮像の画質が低下する問題がある。これらの収差を補正するためには、撮像光学系は、光学部品の点数を増やして、例えば、複数枚のレンズを設けて収差を補正するような配置を行わなければ成らない。しかしながら、従来のプロジェクタ光学系の構成において、投影光学系の配置及び光学設計と干渉することなく収差補正性能を備える撮像光学系の組み込みを考えると、光学系の全体が大型化となってしまう欠点がある。
　本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであって、投影光学系の配置及び光学設計と干渉することなく投写型映像表示装置の機器内部に組み込むことができ、全系の収差補正を実現できる投影撮像光学系を提供することを目的とする。
　前記目的を達成するために、本開示に係る投影撮像光学系は、投写型映像表示装置に用いられる投影撮像光学系であって、光変調素子からの第１の光軸に沿って前方方向に出射された投写光の光線を用いて第１の面に第１の結像を形成する投写レンズと、第１の面から前方方向と対向する方向に伝搬され、投写レンズを経由して入射された外部光の光線の少なくとも一部である撮像光の光線を偏向させて第２の光軸に沿って出射し、撮像光の光線による中間像が内部に形成されているプリズム光学系と、プリズム光学系から出射された撮像光の光線を用いて、第２の面に第２の結像を形成する撮像光学系と、を備え、投写レンズに対して、第１の面と中間像の位置とは共役関係にあり、投写レンズは、第１の結像において収差補正性能を有するように構成され、プリズム光学系と撮像光学系とは、投写レンズと組み合わせて、第２の結像において収差補正性能を有するように構成されている。
　本開示の一態様に係る投影撮像光学系によれば、投影光学系の配置及び光学設計と干渉することなく投写型映像表示装置の機器内部に組み込むことができ、全系の収差補正を実現できる。これによって、投写型映像表示装置の優れた結像性能及び小型化を実現可能とすることができる。
本開示の実施例１に係る投影撮像光学系の構成及び主光線が通過する光路を示す概略図である。 実施例１に係る投影撮像光学系を用いた投写型映像表示装置の全体構成を示す概略図である。 実施例１に係る投影撮像光学系の構成を有する図２の投写型映像表示装置の投影撮像光学系の配置及び光の伝搬を示す概略図である。 図３の投影撮像光学系の光変調素子の位置における軸上色収差及び球面収差を示す図である。 図３の投影撮像光学系の中間像の位置における軸上色収差及び球面収差を示す図である。 図３の投影撮像光学系のプリズム光学系の構成を示す斜視図である。 図３の投影撮像光学系のプリズム光学系の断面図である。 本開示の実施の形態の変形例１に係るプリズム光学系の断面図である。 本開示の実施の形態の変形例２に係るプリズム光学系の断面図である。 本開示の実施例２に係る投影撮像光学系の構成及び主光線が通過する光路を示す概略図である。 実施例２に係る投影撮像光学系の構成を有する図２の投写型映像表示装置の投影撮像光学系の配置及び光の伝搬を示す概略図である。 本開示の実施例３に係る投影撮像光学系の構成及び主光線が通過する光路を示す概略図である。 実施例３に係る投影撮像光学系の構成を有する図２の投写型映像表示装置の投影撮像光学系の配置及び光の伝搬を示す概略図である。 実施例１に係る投影撮像光学系の撮像光学系の構成を示すレンズ配置図である。 実施例１に係る投影撮像光学系の撮像光学系に係る縦収差を示す図である。 実施例１に係る投影撮像光学系の撮像光学系の面データを示す図である。
　本開示の第１態様によれば、投写型映像表示装置に用いられる投影撮像光学系であって、光変調素子からの第１の光軸に沿って前方方向に出射された投写光の光線を用いて第１の面に第１の結像を形成する投写レンズと、第１の面から前方方向と対向する方向に伝搬され、投写レンズを経由して入射された外部光の光線の少なくとも一部である撮像光の光線を偏向させて第２の光軸に沿って出射し、撮像光の光線による中間像が内部に形成されているプリズム光学系と、プリズム光学系から出射された撮像光の光線を用いて、第２の面に第２の結像を形成する撮像光学系と、を備え、投写レンズに対して、第１の面と中間像の位置とは共役関係にあり、投写レンズは、第１の結像において収差補正性能を有するように構成され、プリズム光学系と撮像光学系とは、投写レンズと組み合わせて、第２の結像において収差補正性能を有するように構成されている、投影撮像光学系を提供する。
　この態様によれば、投影光学系の配置及び光学設計と干渉することなく投写型映像表示装置の機器内部に組み込むことができ、全系の収差補正を実現できる投影撮像光学系を提供できる。
　本開示の第２態様によれば、投写レンズは、投写光の光線を光変調素子から第１の面に拡大投写して映像を表示する投影光学系の少なくとも一部を構成している、第１態様に記載の投影撮像光学系を提供する。
　本開示の第３態様によれば、プリズム光学系は、入射された撮像光の光線を複数回内部反射させ、第２の光軸は、第１の光軸に実質的に直交する面にある、第１又は第２態様に記載の投影撮像光学系を提供する。
　本開示の第４態様によれば、プリズム光学系と撮像光学系とは、中間像の位置における、撮像光の光線に発生する軸上色収差及び球面収差を打ち消すように構成されている、第１から第３態様のいずれか１つに記載の投影撮像光学系を提供する。
　本開示の第５態様によれば、プリズム光学系は、２つ以上の内部反射面を有し、２つ以上の内部反射面の少なくとも１つは、反射する撮像光の光線に正のパワーを与えるような凹面形状の曲面に形成されている、第１から第４態様のいずれか１つに記載の投影撮像光学系を提供する。
　本開示の第６態様によれば、プリズム光学系は、撮像光学系に向けて撮像光の光線を透過して出射する出射面を有し、出射面は、透過する撮像光の光線に正のパワーを与えるような曲面形状に形成されている、第１から第５態様のいずれか１つに記載の投影撮像光学系を提供する。
　本開示の第７態様によれば、プリズム光学系の一部と撮像光学系とは、中間像を第２の面に結像させる撮像光リレー光学系を構成する、第５又は第６態様に記載の投影撮像光学系を提供する。
　本開示の第８態様によれば、撮像光学系は、第２の結像を撮像素子に縮小結像する光学系として構成されている、第１から第７態様のいずれか１つに記載の投影撮像光学系を提供する。
　本開示の第９態様によれば、撮像光学系は、第２の結像を撮像素子に等倍結像又は拡大結像する光学系として構成されている、第１から第７態様のいずれか１つに記載の投影撮像光学系を提供する。
　本開示の第１０態様によれば、照明光を供給する照明光学系と、照明光学系により供給され、プリズム光学系により導かれて入射した光を空間的に変調し、映像情報に応じた投写光を生成する１つ又は複数の光変調素子と、第１から第９態様のいずれか１つに記載の投影撮像光学系と、投影撮像光学系により形成された第２の結像を電気的な画像信号に変換する撮像素子と、を備える、投写型映像表示装置を提供する。
　なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供するものであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。また、各図においては、説明を容易なものとするため、各要素を誇張して示している。
　《実施の形態》
　以下、本開示の実施の形態に係る投影撮像光学系、及びそれを備える投写型映像表示装置について、図１乃至図１２を参照しながら説明する。なお、本開示に係る投影撮像光学系を適用した投写型映像表示装置の具体的な実施例として、単一の光変調素子を備える単板式の投写型映像表示装置を説明する。
　（実施例１）
　図１は、本開示の実施例１に係る投影撮像光学系ＬＳ１０の構成及び主光線が通過する光路を示す概略図である。なお、図１の挿入図（ａ）は投写光Ｌｐの伝搬径路を簡略に示す図であって、挿入図（ｂ）は撮像光Ｌｉの伝搬径路を簡略に示す図である。
　本開示の実施の形態に係る投影撮像光学系ＬＳ１０は、投写レンズＬＧ１０と、プリズム光学系ＰＧ１０と、撮像光学系ＬＧ２０とによって構成され、投写型映像表示装置に設けることができる。
　図１の挿入図（ａ）に示すように、投写型映像表示装置の光変調素子Ｄ１０から、第１の光軸Ｏａに沿って図示＋Ｘ方向に伝搬される投写光Ｌｐが出射され、当該投写光Ｌｐの光線を用いて、光変調素子Ｄ１０から第１の面Ｗ１０に拡大投写して映像を表示する投影光学系ＰＳ１０が配置されている。投影光学系ＰＳ１０は、投写レンズＬＧ１０と、光学部材ＰＰ１０とによって構成され、図示Ｘ方向の第１の光軸Ｏａを基準軸としている。光学部材ＰＰ１０は、プリズム、光学フィルタ、カバーガラス等を想定した光学部材を含むことができ、投影撮像光学系ＬＳ１０のプリズム光学系ＰＧ１０の一部を含むことができる。
　具体的には、例えば、光変調素子Ｄ１０は、投影光学系ＰＳ１０の縮小側の共役点に位置することができる。光変調素子Ｄ１０から出射された投写光Ｌｐの光線は、第１の光軸Ｏａに沿って図示＋Ｘ方向に投写レンズＬＧ１０を通過し、投影光学系ＰＳ１０によって、例えば、拡大側の共役点にある第１の面Ｗ１０に、第１の結像Ｍ１０を形成する。
　図１の挿入図（ｂ）に示すように、投影撮像光学系ＬＳ１０は、第１の面Ｗ１０から図示－Ｘ方向に伝搬される外部光Ｌｅの光線を用いて、第２の面Ｗ２０に結像することができる。投影撮像光学系ＬＳ１０のプリズム光学系ＰＧ１０は、投写レンズＬＧ１０を経由して入射された外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線を偏向させ、図示＋Ｙ方向に撮像光学系ＬＧ２０に出射する。撮像光学系ＬＧ２０は、図示Ｙ方向の第２の光軸Ｏｂを基準軸とし、プリズム光学系ＰＧ１０から出射された撮像光Ｌｉの光線を第２の面Ｗ２０に結像する。また、プリズム光学系ＰＧ１０の内部には、中間像Ｍｓ１０が形成され、当該中間像Ｍｓ１０は、撮像光リレー光学系ＲＳ１０によってリレーされて、第２の面Ｗ２０において結像される。
　具体的には、外部光Ｌｅの光線は、第１の面Ｗ１０から第１の光軸Ｏａに沿って図示－Ｘ方向に投写レンズＬＧ１０を通過して、プリズム光学系ＰＧ１０に入射する。プリズム光学系ＰＧ１０は、例えば、外部光Ｌｅの少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線に対して、複数の内部反射面であるプリズム面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、透過面であるプリズム面Ｐ４を有することができる。本実施の形態において、撮像光Ｌｉは、プリズム面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で順に内部反射Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３をして偏向され、第２の光軸Ｏｂに沿ってプリズム面Ｐ４から出射される。このとき、プリズム光学系ＰＧ１０の内部において、撮像光Ｌｉの光線がプリズム面Ｐ１，Ｐ２で内部反射Ｒ１，Ｒ２した後、第１の面Ｗ１０と共役関係にあるプリズム光学系ＰＧ１０内の位置Ｉｍに中間像Ｍｓ１０を形成する。その後、撮像光Ｌｉの光線がプリズム光学系ＰＧ１０内で更に進み、プリズム面Ｐ３で内部反射Ｒ３したのち、プリズム面Ｐ４を透過して第２の光軸Ｏｂに沿って出射され、図示Ｙ方向に撮像光学系ＬＧ２０を通過して、第２の面Ｗ２０に第２の結像Ｍ２０を形成する。ここで、撮像光リレー光学系ＲＳ１０は、中間像Ｍｓ１０と第２の面Ｗ２０との間に配置され、中間像Ｍｓ１０を第２の面Ｗ２０に結像させるレンズ系を指す。本開示において、撮像光リレー光学系ＲＳ１０は、撮像光学系ＬＧ２０によって構成されてもよく、プリズム光学系ＰＧ１０の一部と撮像光学系ＬＧ２０とによって構成することもできる。これについて後段に詳述する。
　このように、投写型映像表示装置において、投影撮像光学系ＬＳ１０と、投影光学系ＰＳ１０とは、投写レンズＬＧ１０を共有して構成されている。また、これに限定されないが、投影撮像光学系ＬＳ１０と、投影光学系ＰＳ１０とは、プリズム光学系ＰＧ１０の一部を共有して構成されてもよい。
　なお、図１は、投影撮像光学系ＬＳ１０の要部の構成及び主光線が通過する光路を概念的に示しており、各構成要素の具体的な態様に限定しないことを理解されたい。例えば、プリズム光学系は、それに含まれるプリズム素子、又は撮像光に対する内部反射面及び透過面の数量、形状、配置が、図１と異なる態様で構成することができる。
　本実施の形態では、投影光学系ＰＳ１０において、投写レンズＬＧ１０が複数のレンズ素子を含むことができる。投写レンズＬＧ１０は、例えば、縮小側の光学部材ＰＰ１０との組み合わせによって、第１の結像Ｍ１０において、収差補正性能を有するように構成することができる。投影光学系の収差補正構成は従来知られている光学設計を採用することができ、本明細書では詳細な説明を省略する。
　投影撮像光学系ＬＳ１０は、外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線を、投写レンズＬＧ１０と、プリズム光学系ＰＧ１０と、撮像光学系ＬＧ２０とを順に経由して第２の光軸Ｏｂの方向に導いて出射し、プリズム光学系ＰＧ１０内の中間像を第２の面Ｗ２０に結像する。このとき、プリズム光学系ＰＧ１０と撮像光学系ＬＧ２０とは、投写レンズＬＧ１０と組み合わせて、第２の結像Ｍ２０において収差補正性能を有するように構成されている。
　このように、本実施の形態において、プリズム光学系ＰＧ１０内で複数回の内部反射によって、第１の光軸Ｏａに沿って投写光Ｌｐと同軸入射した外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線を偏向させて第２の光軸Ｏｂに沿って第２の面Ｗ２０に向かって導き、光学系の配置の自由度が向上することができる。これによって、投影撮像光学系ＬＳ１０は、複数の光学部品を用いて第２の結像Ｍ２０において収差補正性能を実現するように構成でき、投影光学系ＰＳ１０の配置と干渉することなく投写型映像表示装置の機器内部に組み込むことができる。
　また、本実施の形態の投影撮像光学系ＬＳ１０は、撮像光Ｌｉのプリズム光学系ＰＧ１０内部での伝搬光路長を利用して、プリズム光学系ＰＧ１０の内部で中間像を形成し、その中間像をプリズム光学系ＰＧ１０の外部に結像するように構成されている。このような構成により、第２の結像Ｍ２０において、物体側をプリズム光学系ＰＧ１０の媒質内に位置させることで、像面側に収差補正構成を有する撮像光学系ＬＧ２０を挿入可能な十分な距離を確保することができ、光学系全体の仕様をより自由に制御することを可能とすることができる。このようにして、投影光学系ＰＳ１０の光学設計と干渉することなく全系の収差補正を実現することができる。投影撮像光学系ＬＳ１０の詳細な構成について、具体的な実施例として、本開示に係る投影撮像光学系を適用した投写型映像表示装置において説明する。
　（実施例１に係る投影撮像光学系を用いた投写型映像表示装置６００の構成）
　以下において、本開示の実施の形態に係る投影撮像光学系を用いた投写型映像表示装置６００の構成について、図２乃至図８を参照して説明する。図２は、実施例１に係る投影撮像光学系を用いた投写型映像表示装置６００の全体構成を示す概略図である。また、図２の（ａ）及び（ｂ）は、図示Ｘ－Ｚ面において投写型映像表示装置６００の全体構成を示す概略図である。図２の（ｃ）は、図２の（ａ）の左側、すなわち、図２の（ａ）の＋Ｚ側から－Ｚ方向に向かって見た投写型映像表示装置６００のプリズム光学系ＰＧ１００及び撮像光学系ＬＧ２００等を示す概略図である。なお、本開示の実施の形態に係る投写型映像表示装置は、例えば、高輝度タイプのプロジェクタであって、プロジェクションマッピングなどに用いられてもよく、また、家庭用の低輝度タイプのプロジェクタであってもよい。
　図２の投写型映像表示装置６００は、照明光を供給する照明光学系２００と、投影撮像システム５００と、を備える。
　＜照明光学系＞
　照明光学系２００は、光源ユニット２０と、アフォーカルレンズ３１，３２と、拡散板４１と、λ／４板４２と、コンデンサレンズ３３，３４，３５と、ダイクロイックミラー４５と、ロッドインテグレータ４６と、蛍光体ホイール５０と、カラーホイール６０と、照明光リレー光学系を構成するレンズ７３，７４，７５と、を含む。
　照明光学系２００において、光源ユニット２０は、例えば、複数の半導体レーザ（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成される。本実施の形態では、青色光を出射する半導体レーザ素子２１を使用することができる。半導体レーザ素子２１から出射される青色光は、波長が４５５ｎｍ付近であって、映像光として用いられるとともに、蛍光体ホイール５０の蛍光体を励起するための励起光としても用いられる。半導体レーザ素子２１から発された青色光は、図示－Ｘ方向に出射され、コリメートレンズ２２によってコリメートされた後、アフォーカルレンズ３１及び３２によって集束され、拡散板４１を透過してダイクロイックミラー４５に入射する。
　本実施の形態において、光源ユニット２０から出射される光は、例えば、Ｓ偏光の青色光であって、ダイクロイックミラー４５は、Ｓ偏光の青色光を反射し、Ｐ偏光の青色光及びその他の色光は透過することができる。ダイクロイックミラー４５で反射された青色光は、略－Ｚ方向に進み、λ／４板４２を通過して、コンデンサレンズ３３、３４で集光されて蛍光体ホイール５０に入射し、蛍光体ホイール５０の蛍光体を励起して発光させる。
　蛍光体ホイール５０は、回転することにより、蛍光体層の異なるセグメントが入射した青色光によって励起され、例えば、黄色域の発光成分光、緑色域の発光成分光等を含む蛍光を発生することができる。また、λ／４板４２を通過した青色光の一部が蛍光体ホイール５０により反射されて、λ／４板４２を再度通過することで、Ｐ偏光の青色成分光となり、ダイクロイックミラー４５を透過する。ダイクロイックミラー４５を透過した青色成分光及び各色域の発光成分光は、略Ｚ方向に進み、コンデンサレンズ３５を経てカラーホイール６０に入射する。
　カラーホイール６０は、蛍光体ホイール５０と同期回転するよう制御され、異なるセグメントの透過特性によって入射した光を分光する。同期回転する蛍光体ホイール５０とカラーホイール６０とによって生成される光は、赤色、緑色、青色、黄色等を含む各色域の成分光が時分割で出射されるように、ロッドインテグレータ４６に入射し、ここで均一化される。
　ロッドインテグレータ４６から出射された光は、照明光リレー光学系を構成するレンズ７３，７４，７５を透過したのち、照明光学系２００から出射され、時間平均としては白色光の照明光Ｌｓとなって投影撮像システム５００に入射する。
　＜投影撮像システム＞
　次に、投影撮像システム５００は、プリズム光学系ＰＧ１００と、光変調素子Ｄ１００と、投写光学系４２０と、撮像光学系ＬＧ２００と、撮像素子４５０と、を備える。また、本実施の形態において、撮像光学系ＬＧ２００及び撮像素子４５０は、図示Ｘ方向の投写光軸Ｏａ１に概ね直交するＹ－Ｚ面に配置され、撮像光Ｌｉは、＋Ｙ方向の撮像光軸Ｏｂ１に沿って撮像素子４５０に入射する（図２の（ｃ）に示す）。
　本実施の形態では、投影撮像システム５００において、プリズム光学系ＰＧ１００は、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム３１０（内部全反射プリズム）と、撮像光反射プリズム３５０とによって構成されている。ＴＩＲプリズム３１０は、本実施の形態において、略三角柱状の第１のプリズム３２０と第２のプリズム３３０とを、間に微小の間隙を設けて接合して構成されている。ＴＩＲプリズム３１０は、全反射を利用して、入射してきた照明光Ｌｓを、進行方向を偏向させて光変調素子Ｄ１００に導く。撮像光反射プリズム３５０は、ＴＩＲプリズム３１０に隣接して配置されている。撮像光反射プリズム３５０とＴＩＲプリズム３１０とは、分離して構成されてもよく（図７）、一体に構成されてもよい（図６、図８）。図２においては、撮像光反射プリズム３５０とＴＩＲプリズム３１０とを分離した構成で示している。撮像光反射プリズム３５０は、ＴＩＲプリズム３１０で反射して入射した撮像光Ｌｉを更に反射して偏向させて撮像素子４５０に導く。プリズム光学系ＰＧ１００の構成については、後段において詳述する。
　光変調素子Ｄ１００は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）が用いられ、照明光Ｌｓに含まれる各色域の成分光を、映像信号に基づいて変調し、画素毎に投写光ＬｐとなるＤＭＤ－ＯＮ光（オン光）、又は投写光Ｌｐに用いられないＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆ（オフ光）に振り分ける。投影用の投写光Ｌｐは、投写光軸Ｏａ１に沿って＋Ｘ方向に出射され、ＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆは投写光軸Ｏａ１から偏向されて除去される。
　投写光Ｌｐは、ＴＩＲプリズム３１０を透過し、投写光出射面３２１から出力されて、投写光軸Ｏａ１に沿って投写光学系４２０へ伝搬される。本実施の形態において、投写光学系４２０は、本実施の形態において、投写レンズＬＧ１００によって構成され、投写光Ｌｐをスクリーン４３０などの投写対象物に拡大投写して映像を表示する。
　一方、スクリーン４３０から図示－Ｘ方向に反射された外部光Ｌｅの少なくとも一部である撮像光Ｌｉを利用して、投写された映像を、投影撮像システム５００に内蔵された撮像素子４５０によって撮像することができる。
　図示のように、外部光Ｌｅは、投写光学系４２０から入射し、投写光軸Ｏａ１に沿って－Ｘ方向に伝搬され、ＴＩＲプリズム３１０の第１のプリズム３２０の投写光学系側の投写光出射面３２１に入射する。ＴＩＲプリズム３１０内において、外部光Ｌｅの少なくとも一部である撮像光Ｌｉが内部反射し、偏向されて撮像光反射プリズム３５０に入射する。撮像光反射プリズム３５０に入射した撮像光Ｌｉが撮像光反射プリズム３５０内で更に内部反射して偏向され、撮像光反射プリズム３５０の撮像光出射面３５３から撮像光軸Ｏｂ１に沿って出射され、図示＋Ｙ方向に撮像光学系ＬＧ２００に導入される。
　撮像光学系ＬＧ２００は、複数の光学部品を含むことができ、本実施の形態において、レンズ群４４０によって構成されている。撮像光出射面３５３から出射され、＋Ｙ方向の撮像光軸Ｏｂ１に沿って伝搬される撮像光Ｌｉは、撮像光学系ＬＧ２００により、撮像素子４５０に結像することができる。なお、本開示は、撮像光学系による結像の倍率を限定せず、撮像光学系ＬＧ２００は、撮像素子４５０に縮小結像する光学系として構成されてもよく、撮像素子４５０に等倍結像又は拡大結像する光学系として構成されてもよい。撮像素子４５０は、ＣＣＤイメージセンサー、ＣＭＯＳイメージセンサー等の固体撮像素子から構成することができ、受光した撮像光Ｌｉを電気的な画像信号に変換する。
　投写型映像表示装置の機器内部において、装置のより小型化、低コスト化を可能とするため、投影光学系において、投写レンズＬＧ１００とプリズム光学系ＰＧ１００の投写光学系側の投写光出射面３２１とは干渉しない範囲で極力近接して構成されている。そのため、投写光Ｌｐの出射方向において、機器内部の空間が少なく、設計上光学部品等の配置が制限される。
　本開示に係る投写型映像表示装置６００において、前述したように、プリズム光学系ＰＧ１００内で撮像光Ｌｉを複数回内部反射して偏向させる。これによって、投写光軸Ｏａ１に沿って図示－Ｘ方向に入射した外部光Ｌｅの少なくとも一部である撮像光Ｌｉを、投写光軸Ｏａ１に実質的に直交するＹ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１に沿って撮像素子４５０に向かって導くことができる。これによって、投写型映像表示装置６００が備える投影撮像光学系ＬＳ１００は、投写光軸Ｏａ１に沿って配置されている投影光学系と干渉することなく容易に機器内部に組み込むことができる。投写型映像表示装置６００の投影撮像光学系ＬＳ１００の配置について、以下図３を参照して説明する。
　＜投影撮像光学系ＬＳ１００の配置＞
　図３は、実施例１に係る投影撮像光学系の構成を有する図２の投写型映像表示装置６００の投影撮像光学系ＬＳ１００の配置及び光の伝搬を示すイメージ図である。図３に示す投写型映像表示装置６００の投影撮像光学系ＬＳ１００は、図１に示す実施例１に係る投影撮像光学系ＬＳ１０の構成を適用している。なお、図３は、理解を容易にするために、撮像光Ｌｉの屈曲光路を直線に展開して光の伝搬の態様を示している。すなわち、図３において、Ｙ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１を、等価的にＸ－Ｚ面にある投写光軸Ｏａ１と同軸に展開し、Ｘ－Ｚ面にある投写光Ｌｐの光路と、プリズム光学系ＰＧ１００内でＹ－Ｚ面に偏向された撮像光Ｌｉの光路とを、同一の面に図示している。
　図３に示すように、本開示の実施の形態に係る投影撮像光学系ＬＳ１００は、投写レンズＬＧ１００と、プリズム光学系ＰＧ１００と、撮像光学系ＬＧ２００とによって構成されている。なお、本実施の形態において、投写光学系４２０を構成する投写レンズＬＧ１００は、複数のレンズ素子を含むことができ、ここでは、簡略的に示している。
　投影光学系ＰＳ１００は、投写レンズＬＧ１００と、光学部材ＰＰ１００とによって構成され、図示Ｘ方向の投写光軸Ｏａ１を基準軸としている。光学部材ＰＰ１００は、プリズム、光学フィルタ、カバーガラス等を想定した光学部材を含むことができ、本実施の形態において、例えば、光変調素子Ｄ１００等のカバーガラス、及びプリズム光学系ＰＧ１００の一部を含むことができる。
　本実施の形態では、光変調素子Ｄ１００は、投影光学系ＰＳ１００の縮小側の共役点に位置している。光変調素子Ｄ１００から出射された投写光Ｌｐの光線は、投写光軸Ｏａ１に沿ってＸ－Ｚ面の＋Ｘ方向に投写レンズＬＧ１００を通過し、投影光学系ＰＳ１００によって、拡大側の共役点にある第１の面Ｗ１００に第１の結像Ｍ１００を形成する。なお、本実施の形態において、第１の面Ｗ１００はスクリーン４３０である。
　外部光Ｌｅの光線は、第１の面Ｗ１００から投写光軸Ｏａ１に沿ってＸ－Ｚ面の－Ｘ方向に投写レンズＬＧ１００を通過して、プリズム光学系ＰＧ１００に入射する。なお、本実施の形態において、プリズム光学系ＰＧ１００のプリズム面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、それぞれＴＩＲプリズム３１０の投写光入射面３２２および投写光出射面３２１と、撮像光反射プリズム３５０の内部反射面３５２である。
　外部光Ｌｅの少なくとも一部撮像光Ｌｉは、プリズム面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で順に内部反射して偏向され、Ｙ－Ｚ面における撮像光軸Ｏｂ１に沿ってプリズム面Ｐ４から出射される。なお、本実施の形態において、撮像光Ｌｉを透過するプリズム面Ｐ４は、撮像光反射プリズム３５０の撮像光出射面３５３である。プリズム光学系ＰＧ１００の内部において、撮像光Ｌｉの光線がプリズム面Ｐ１，Ｐ２で反射した後、第１の面Ｗ１００と共役関係にあるプリズム光学系ＰＧ１００内に中間像Ｍｓ１００を形成する。その後、撮像光Ｌｉの光線がプリズム光学系ＰＧ１００内で更に進み、プリズム面Ｐ３で反射したのち、プリズム面Ｐ４を透過して撮像光軸Ｏｂ１に沿って出射され、Ｙ－Ｚ面のＹ方向に撮像光学系ＬＧ２００を通過する。このように、撮像光リレー光学系ＲＳ１００は、中間像Ｍｓ１００をリレーさせて、第２の面Ｗ２００において第２の結像Ｍ２０を形成する。本実施の形態において、撮像光学系ＬＧ２００は、レンズ群４４０により構成され、第２の面Ｗ２００は撮像素子４５０である。撮像光リレー光学系ＲＳ１００は、撮像光学系ＬＧ２００が備えるレンズ群４４０により構成されている。
　本実施の形態では、投写レンズＬＧ１００は、縮小側の光学部材ＰＰ１００との組み合わせによって、第１の面Ｗ１００（スクリーン４３０）における第１の結像Ｍ１００において、収差補正性能を有するように構成されている。
　投影撮像光学系ＬＳ１００は、外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線を、投写レンズＬＧ１００と、プリズム光学系ＰＧ１００と、撮像光学系ＬＧ２００とを順に経由して撮像光軸Ｏｂ１の方向に導いて出射し、プリズム光学系ＰＧ１００内の中間像を第２の面Ｗ２００（撮像素子４５０）に結像する。このとき、プリズム光学系ＰＧ１００と撮像光学系ＬＧ２００とは、投写レンズＬＧ１００と組み合わせて、第２の結像Ｍ２００において収差補正性能を有するように構成されている。
　このように、本実施の形態において、Ｘ－Ｚ面にある投写光軸Ｏａ１に沿って入射した外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線を偏向させてＹ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１に沿って第２の面Ｗ２００に向かって導く。また、プリズム光学系ＰＧ１００の内部で中間像Ｍｓ１００を形成し、プリズム光学系ＰＧ１００と撮像光学系ＬＧ２００とは、投写レンズＬＧ１００を透過した外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線に発生する収差を打ち消すように構成することによって、投影撮像光学系ＬＳ１００の全系の収差補正を実現することができる。
　本実施の形態では、プリズム光学系ＰＧ１００と撮像光学系ＬＧ２００とは、投写レンズＬＧ１００と組み合わせにより全系の収差補正がなされるため、プリズム光学系ＰＧ１００内に形成された中間像Ｍｓ１００は収差を持つこととなる。図４Ａおよび図４Ｂは、図３の投影撮像光学系ＬＳ１００に係る軸上色収差及び球面収差を示す図である。図４Ａは、光変調素子Ｄ１００の位置における色収差及び球面収差を示し、図４Ｂは、中間像Ｍｓ１００の位置における色収差及び球面収差を示している。なお、図４Ａおよび図４Ｂの収差曲線においては、ｅ線（波長５４６．１ｎｍの光）、ｇ線（波長４３５．８ｎｍの光）、ｃ線（波長６５６．３ｎｍの光）、ｆ線（波長４８６．１ｎｍの光）、及びｄ線（波長５８７．６ｎｍの光）のそれぞれに対する縦色収差及び球面収差の収差値を示している。
　本実施の形態では、投影光学系ＰＳ１００において、光変調素子Ｄ１００は、投影光学系ＰＳ１００の縮小側の共役点に位置し、第１の面Ｗ１００は、拡大側の共役点に位置している。また、投写レンズＬＧ１００と光学部材ＰＰ１００との組み合わせによって、第１の面Ｗ１００における第１の結像Ｍ１００において、収差補正性能を有するように構成されている。そのため、図４Ａに示すように、第１の面Ｗ１００からの光線に対し、光変調素子Ｄ１００の位置において、色収差及び球面収差に対する収差補正がなされている。
　この場合、図４Ｂに示すように、第１の面Ｗ１００から投写レンズＬＧ１００を経由してプリズム光学系ＰＧ１００に入射した撮像光Ｌｉの光線は、中間像Ｍｓ１００の位置において、矢印Ｂ１で示す軸上色収差の増加、及び矢印Ｂ２で示す球面収差オーバー傾向が生じている。本実施の形態では、プリズム光学系ＰＧ１００と撮像光学系ＬＧ２００とは、第２の結像Ｍ２００において、投写レンズＬＧ１００を透過した外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線に発生する収差、特に、中間像Ｍｓ１００の位置に、撮像光Ｌｉの光線に発生する軸上色収差（矢印Ｂ１）及び球面収差（矢印Ｂ２）を打ち消すように構成される。このように、第２の結像Ｍ２００において収差補正性能を有するように構成されたプリズム光学系ＰＧ１００と撮像光学系ＬＧ２００とは、第１の結像Ｍ１００において収差補正性能を有するように構成された投写レンズＬＧ１００と干渉することなく、全系の収差補正を実現することができる。
　また、本実施の形態の投影撮像光学系ＬＳ１００は、プリズム光学系ＰＧ１００内で光路を折り曲げた構成を採用している。これにより、撮像光Ｌｉの光束の広がりを抑制するとともに、撮像光Ｌｉの光線を投写光軸Ｏａ１に実質的に直交するＹ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１に沿って撮像素子４５０に向かって導くことができる。これによって、撮像光学系を構成する撮像光学系ＬＧ２００における収差補正構成に必要な複数の光学部品を、投影光学系ＰＳ１００の配置と干渉することなく配設することができる。プリズム光学系ＰＧ１００の構成について、以下に、図５，６を参照して説明する。
　＜プリズム光学系ＰＧ１００の構成＞
　図５は、図３の投影撮像光学系ＬＳ１００のプリズム光学系ＰＧ１００の構成を示す斜視図である。図６は、図３の投影撮像光学系ＬＳ１００のプリズム光学系ＰＧ１００の断面図である。また、図５のプリズム光学系ＰＧ１００は、撮像光反射プリズム３５０とＴＩＲプリズム３１０とが一体に形成した構成で示されている。なお、明瞭化のために、各光ビームを主光線のみで示している。
　ＴＩＲプリズム３１０は、略三角柱状の第１のプリズム３２０と第２のプリズム３３０とを含み、第１のプリズム３２０と第２のプリズム３３０とは、投写光軸Ｏａ１の前方側（図示＋Ｘ側）から投写光軸Ｏａ１に沿って順に配置されている。第２のプリズム３３０は、照明光反射面３３１を有し、入射した照明光Ｌｓが照明光反射面３３１で全反射して光変調素子Ｄ１００に導入される。第１のプリズム３２０は、光変調素子Ｄ１００で反射されて＋Ｘ方向に進む投写光Ｌｐの投写光入射面３２２と投写光出射面３２１とを有する。第１のプリズム３２０と第２のプリズム３３０とは、投写光入射面３２２と照明光反射面３３１との間に平行な間隙を設けて接合されている。これによって、光変調素子Ｄ１００からの投写光Ｌｐは、第２のプリズム３３０を透過して第１のプリズム３２０に入り、更に第１のプリズム３２０を透過して、投写光出射面３２１から投写光軸Ｏａ１に沿って投写光学系に出力されて結像される。ＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆは、投写光軸Ｏａ１から偏向された方向にＴＩＲプリズム３１０を透過して除去される。
　第１のプリズム３２０と隣接して配置されている撮像光反射プリズム３５０は、撮像光入射面３５１と、内部反射面３５２と、撮像光出射面３５３とを有する。本実施の形態において、ＴＩＲプリズム３１０の第１のプリズム３２０と撮像光反射プリズム３５０とは、撮像光入射面３５１において一体的に構成されている。
　図示のように、投写光学系（図５に図示せず）から－Ｘ方向に第１のプリズム３２０に入射した外部光Ｌｉは、投写光入射面３２２（プリズム面Ｐ１）においてビームスポットＳ１を形成する。投写光入射面３２２は、部分反射コートが施され、入射した外部光Ｌｉの少なくとも一部である撮像光Ｌｉが部分反射コートにより内部反射し、投写光出射面３２１（プリズム面Ｐ２）に到達してビームスポットＳ２を形成する。続いて、撮像光Ｌｉが投写光出射面３２１で内部反射し、撮像光反射プリズム３５０の撮像光入射面３５１に到達し、撮像光入射面３５１を透過して撮像光反射プリズム３５０に入射する。
　撮像光反射プリズム３５０において、撮像光Ｌｉは、内部反射面３５２（プリズム面Ｐ３）においてビームスポットＳ３を形成して内部反射したのち、撮像光出射面３５３（プリズム面Ｐ４）から図示＋Ｙ方向の撮像光軸Ｏｂ１に沿って出射され、撮像光学系ＬＧ２００によって撮像素子４５０に結像することができる。
　このように、本実施の形態において、撮像光Ｌｉは、プリズム光学系ＰＧ１００内で３回内部反射したのち、投写光軸Ｏａ１に実質的に直交するＹ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１に沿って、撮像素子４５０に導入することができる。なお、本開示は、撮像光Ｌｉがプリズム光学系ＰＧ１００内での内部反射回数を限定しない。また、これに限定されないが、好ましくは、撮像光Ｌｉの少なくとも一部が、投写光出射面３２１（プリズム面Ｐ２）で全反射して撮像光反射プリズム３５０に入射してもよい。これによって、効率よく撮像光を利用することができる。
　投写光入射面３２２（プリズム面Ｐ１）に施された部分反射コートは、可視域部分反射コートであってもよく、赤外域部分反射コートであってもよい。可視域部分反射コートが施された場合、光変調素子Ｄ１００から投写光入射面３２２に入射した可視域の投写光Ｌｐも、可視域部分反射コートの反射特性により一部が反射されるため、投写光Ｌｐにロスが生じる。本実施形態の場合、可視域部分反射コートは、波長が４００ｎｍ－７００ｎｍの可視域の光に対し、２％以上１５％以下の反射率を有する。これによって、投写光Ｌｐに大きなロスが生じることなく、可視域の外部光の一部を取り入れて撮像することができる。なお、可視域部分反射コートの反射特性は、これに限定されない。
　一方、赤外域部分反射コートが施された場合、本実施の形態において、赤外域部分反射コートは、波長が７５０ｎｍ以上の赤外域の光に対し、５０％以上の反射率を有して撮像光を反射させる。なお、赤外域部分反射コートの反射特性は、これに限定されない。一般に、投写光学系に入射する投写光は、波長が４００ｎｍ－７００ｎｍの可視域の光であって、赤外域の光成分を含まない。そこで、赤外域の外部光を撮像光として取り入れるとともに、可視域の投写光Ｌｐを大凡１００％透過させることによって、投写光にロスが生じることなく撮像することができる。
　＜変形例に係るプリズム光学系の構成＞
　次に、図７－図８を参照してプリズム光学系ＰＧ１００の変形例１に係るプリズム光学系ＰＧ１００ａ及び変形例２に係るプリズム光学系ＰＧ１００ｂを説明する。図７は、本開示の実施の形態の変形例１に係るプリズム光学系ＰＧ１００ａの断面図であり、図８は、本開示の実施の形態の変形例２に係るプリズム光学系ＰＧ１００ｂの断面図である。
　図７に示すプリズム光学系ＰＧ１００ａは、図５－６に示すプリズム光学系ＰＧ１００と同様に、ＴＩＲプリズム３１０ａと撮像光反射プリズム３５０ａとによって構成されている。図示のように、プリズム光学系ＰＧ１００ａは、撮像光反射プリズム３５０ａが撮像光入射面３５１ａにおいてＴＩＲプリズム３１０ａと分離して形成されている点で、プリズム光学系ＰＧ１００と異なる。
　図７に示すように、プリズム光学系ＰＧ１００ａにおいて、第１のプリズム３２０ａは、撮像光反射プリズム３５０ａに隣接するプリズム面３２３ａを有する。第１のプリズム３２０ａと撮像光反射プリズム３５０ａとは、プリズム面３２３ａと撮像光入射面３５１ａとの間に平行な間隙を隔てて分離して形成されている。
　プリズム光学系ＰＧ１００ａにおいて、－Ｘ方向に第１のプリズム３２０ａに入射した外部光Ｌｅは、投写光入射面３２２ａ（プリズム面Ｐ１）においてビームスポットＳ１ａを形成する。投写光入射面３２２ａの部分反射コートによって、入射した外部光Ｌｅの少なくとも一部が撮像光Ｌｉａとして内部反射して、投写光出射面３２１ａ（プリズム面Ｐ２）に到達してビームスポットＳ２ａを形成する。続いて、撮像光Ｌｉａが投写光出射面３２１ａで内部反射して、プリズム面３２３ａを透過して、撮像光反射プリズム３５０ａの撮像光入射面３５１ａに到達して透過し、撮像光反射プリズム３５０ａに入射する。撮像光反射プリズム３５０ａにおいて、撮像光Ｌｉａは、内部反射面３５２ａ（プリズム面Ｐ３）において、ビームスポットＳ３ａを形成し、内部反射面３５２ａで内部反射したのち、撮像光出射面３５３ａ（プリズム面Ｐ４）から出射される。
　前述したように、投写光ＬｐがＴＩＲプリズムを透過して投写光学系に出射する。ＴＩＲプリズムを通過するとき、高エネルギーの投写光Ｌｐにより発熱が生じるため、ＴＩＲプリズムは、耐熱性のガラス素材で作製する必要がある。プリズム光学系ＰＧ１００において、撮像光反射プリズムがＴＩＲプリズムと一体に形成された場合には、熱伝導の影響を受けるため、ガラス製撮像光反射プリズムが必要である。また、屈折率の変化による収差の発生を抑制するため、撮像光反射プリズム３５０は、ＴＩＲプリズム３１０と同様のガラス素材で作製することが望ましい。一方、図７に示すプリズム光学系ＰＧ１００ａにおいて、撮像光反射プリズム３５０ａは、ＴＩＲプリズム３１０ａと分離して形成されることで、熱伝導が抑制されるため、ＴＩＲプリズム３１０ａと異なるガラス素材、又は樹脂素材を採用して作製することができる。従って、撮像プリズムをＴＩＲプリズムと分離して形成することによって、自由度の高い材料選択ができる。樹脂製の光学部品が優れた加工性を有するため、複雑な幾何形状の光学面を有するプリズム部材を低コストで作製できる利点もある。
　図８に示すプリズム光学系ＰＧ１００ｂは、ＴＩＲプリズム３１０ｂと、撮像光反射プリズム３５０ｂと、第３のプリズム３４０とによって構成され、第３のプリズム３４０を備えている点でプリズム光学系ＰＧ１００と異なる。図示のように、本実施の形態において、ＴＩＲプリズム３１０ｂの第１のプリズム３２０ｂと撮像光反射プリズム３５０ｂとは、一体的に構成されている。しかし、本開示はこれに限定されない。プリズム光学系ＰＧ１００ｂにおいて、ＴＩＲプリズム３１０ｂの第１のプリズム３２０ｂと撮像光反射プリズム３５０ｂとは、図７に示すプリズム光学系ＰＧ１００ａと同様に、分離して形成されてもよい。
　図８に示すように、プリズム光学系ＰＧ１００ｂの第３のプリズム３４０は、第１のプリズム面３４１と第２のプリズム面３４２を有する。第１のプリズム面３４１は、ＴＩＲプリズム３１０ｂの第１のプリズム３２０ｂの投写光入射面３２２ｂと接合されている。第２のプリズム面３４２は、第１のプリズム面３４１と角度を成して交差している。第２のプリズム面３４２と、ＴＩＲプリズム３１０ｂの第２のプリズム３３０ｂの照明光反射面３３１ｂとは、平行な間隙を隔てて対向して配置されている。なお、これに限定されないが、本実施の形態において、第３のプリズム３４０は、楔形状を有する。第１のプリズム面３４１と第２のプリズム面３４２とは、好ましくは、２度から１０度の頂角Ａを成し、本実施の形態において、約３度の頂角Ａを成している。
　プリズム光学系ＰＧ１００ｂにおいて、－Ｘ方向に第１のプリズム３２０ｂに入射した外部光Ｌｅは、投写光入射面３２２ｂ（プリズム面Ｐ１）においてビームスポットＳ１ｂを形成する。投写光入射面３２２ｂの部分反射コートによって、入射した外部光Ｌｅの少なくとも一部が撮像光Ｌｉｂとして内部反射して、投写光出射面３２１ｂ（プリズム面Ｐ２）に到達してビームスポットＳ２ｂを形成する。続いて、撮像光Ｌｉｂが投写光出射面３２１ｂで内部反射して、撮像光反射プリズム３５０ｂに入射する。撮像光反射プリズム３５０ｂにおいて、撮像光Ｌｉｂは、内部反射面３５２ｂ（プリズム面Ｐ３）においてビームスポットＳ３ｂを形成し、内部反射面３５２ｂで内部反射したのち、撮像光出射面３５３ｂ（プリズム面Ｐ４）から出射される。
　比較するために、図８には、図７に示すプリズム光学系ＰＧ１００ａにおいて、撮像光Ｌｉａが撮像光反射プリズム３５０ａの内部反射面３５２ａ（図示せず）に形成したビームスポットＳ３ａも示している。図示のように、プリズム光学系ＰＧ１００ｂにおいて撮像光Ｌｉｂが形成したビームスポットＳ３ｂは、ビームスポットＳ３ａよりも小さく、且つ、ビームスポットＳ３ｂの中心位置は、ビームスポットＳ３ａの中心位置に比べ、投写光軸Ｏａ１側に距離Ｄだけ近接している。
　プリズム光学系ＰＧ１００ｂにおいて、撮像光Ｌｉｂにより撮像光反射プリズムの内部反射面に形成されるビームスポットＳ３ｂがこのように変化したのは、第３のプリズム３４０が設けられているためである。図８に示すように、第２のプリズム３３０ｂは、照明光反射面３３１ｂと、投写光軸Ｏａ１に垂直な底面３３２ｂとが角度α１を成して構成されている。当該角度α１は、光変調素子Ｄ１００としてのＤＭＤの特性によって制限され、自由に設計することができない。そして、照明光反射面３３１ｂと投写光入射面３２２ｂとが、平行な間隙を隔てて対向して配置されているため、撮像光の投写光入射面での反射角度も制限されている。そこで、楔形状の第３のプリズム３４０を設けることによって、投写光入射面３２２ｂと投写光軸Ｏａ１との成す角度βを、楔形状の第３のプリズム３４０の頂角Ａの角度だけ増加させることにより、撮像光Ｌｉｂの投写光入射面３２２ｂでの反射角度を調整することができる。これによって、プリズム光学系ＰＧ１００ｂをよりコンパクト化することができる。
　このように、本実施の形態のプリズム光学系内で撮像光Ｌｉの光路を折り曲げて、入射時の投写光軸Ｏａ１に実質的に直交するＹ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１に沿って、撮像光Ｌｉを撮像光学系ＬＧ２００に出射することができる。撮像光学系ＬＧ２００は、収差補正性能を実現するように複数の光学素子を配設するとともに、投影光学系ＰＳ１００の配置と干渉することなく容易に投写型映像表示装置の機器内部に組み込むことができる。また、必要に応じて、撮像光学系ＬＧ２００の各光学素子を相対的に移動することにより、結像倍率を変化させ、撮像素子４５０に縮小結像する撮像光学系として構成されてもよく、等倍結像又は拡大結像する撮像光学系として構成されてもよい。
　本実施の形態では、撮像光学系ＬＧ２００は、例えば、正のレンズ、負のレンズ、接合レンズ等を含む複数のレンズ素子を備えることができる。本実施の形態の撮像光学系ＬＧ２００とプリズム光学系とは、投写レンズＬＧ１００を透過した外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線に発生する収差を打ち消すように構成され、第２の結像Ｍ２００において収差補正性能を有する。そして、撮像光学系ＬＧ２００とプリズム光学系とは、投写光Ｌｐに対して収差補正性能を有する投写レンズＬＧ１００と組み合わせて、全系の収差補正を実現する。撮像光学系ＬＧ２００の収差補正構成は従来知られている光学設計を採用することができる。
　撮像光学系の構成として、等倍の光学系としては、例えば、ダブルガウスのようなそれぞれ正、負、負、正のパワーを有する４群のレンズ群構成を主体とし、更にプリズム光学系側に、投写レンズの像側テレセントリックに対応するために、正のパワーを有する像面補正レンズを追加して、プリズム光学系側から撮像素子側へ順に、正、正、負、負、正のパワーを有する５群のレンズ群構成とすることができる。ここで、２つの負のパワーを有するレンズ群は、色収差を含めた各諸収差を補正するために、凸凹の貼り合せレンズとして構成される。
　光変調素子と撮像素子との有効サイズが異なる場合には、サイズ比に合わせた横倍率で撮像素子に結像するように、撮像光学系を構成する。図１３―１５は、横倍率０．４での撮像光学系の設計例である。図１３は、実施例１に係る撮像光学系の構成を示すレンズ配置図である。図１４は、実施例１に係る撮像光学系の縦収差を示す図である。図１５は、実施例１に係る撮像光学系の面データを示す図である。また、各種データは次の通りである。
・焦点距離:ｆ＝５０．６ｍｍ
・Ｆ値：Ｆ１．６（絞り径φ５．６ｍｍ）
・光学全長：５５ｍｍ
・横倍率：０．４倍
　倍率が横倍率０．４のため、図１３、１５に示すように、撮像光学系ＬＧ２００は、プリズム光学系ＰＧ１００側から撮像素子４５０側へ順に、正、正、負、正、正のパワーを有する５群のレンズ群で構成される。第１レンズ群はレンズ素子Ｌ１で構成される。第２レンズ群はレンズ素子Ｌ２で構成される。第３レンズ群はレンズ素子Ｌ３とレンズ素子Ｌ４との貼り合せレンズとして構成される。第４レンズ群はレンズ素子Ｌ５とレンズ素子Ｌ６との貼り合せレンズとして構成される。第５レンズ群はレンズ素子Ｌ７で構成される。また、レンズ素子Ｌ４とレンズ素子Ｌ５との間には、絞りＡｐが配置され、レンズ素子Ｌ７と撮像素子４５０との間には、ＩＲカットフィルタＩＲとウィンドウガラスＷＧが配置される。
　この場合、上述の通り、光学全長は５５ｍｍであり、Ｆ値はＦ１．６となる。例えば、プリズム光学系側の光線のＦ値がＦ２．０の場合、横倍率の関係から撮像素子側のF値はＦ０．８５となるが、小型撮像素子のオンチップマイクロレンズの関係上クロストーク等が発生するため、撮像光学系内の絞りＡｐにて光線をカットしＦ１．６になるよう補正を実施している。
　図３に示すように、本実施の形態では、プリズム光学系の内部において、撮像光Ｌｉの光線による中間像Ｍｓ１００が形成されている。従来の光学系の構成において、中間像を形成せずにプリズムを通過した撮像光の光線を結像させる場合、光学系全体の焦点距離と、プリズムの大きさ及び形状と、光学系の画角との制約関係によって、光学系の仕様が制限される。そこで、本実施の形態の投影撮像光学系ＬＳ１００は、撮像光Ｌｉのプリズム光学系内部での伝搬光路長を利用して、プリズム光学系内にて中間像Ｍｓ１００を形成し、撮像光リレー光学系ＲＳ１００は、その中間像をプリズム光学系の外部に結像するように構成されている。このような構成により、結像Ｍ２００において、物体側をプリズム光学系の媒質内に位置させることで、像面側に収差補正構成を有する撮像光学系ＬＧ２００を挿入可能な十分な距離を確保することができ、光学系全体の仕様をより自由に制御することを可能とすることができる。これによって、投影光学系ＰＳ１００の光学設計と干渉することなく全系の収差補正を実現することができる。
　本実施の形態では、中間像Ｍｓ１００は、プリズム光学系の内部反射面の前に形成される。好ましくは、中間像Ｍｓ１００は、プリズム光学系の最終内部反射面（プリズム面Ｐ３）の前に形成される。これによって、出射される撮像光の光線の広がりを抑制することができる。本実施の形態では、図３に示すように、中間像Ｍｓ１００は、撮像光反射プリズム３５０の内部反射面３５２（プリズム面Ｐ３）の前に形成されている。更に、プリズム光学系の１つ又は複数のプリズム面に曲率を持たせることによって、出射される撮像光Ｌｉの光線の広がりを制御でき、投影撮像光学系をよりコンパクト化することができる。このとき、撮像光リレー光学系は、プリズム光学系の一部と撮像光学系とによって構成される。
　具体的には、本実施の形態において、例えば、プリズム光学系ＰＧ１００の内部反射面３５２（プリズム面Ｐ３）、及び／又は撮像光出射面３５３（プリズム面Ｐ４）に、撮像光の光線に正のパワーを与えるように曲率を持たせることによって、撮像光学系ＬＧ２００を構成するレンズ素子の枚数、及び口径を少なく抑えることができる。これによって、全系の収差補正性能を実現するとともに、コンパクトな結像光学系を実現することが可能となる。以下、図９乃至図１２を参照して、本開示の実施例２及び実施例３に係る、プリズム面に曲率を持たせた投影撮像光学系の構成を説明する。
　（実施例２）
　図９は、本開示の実施例２に係る投影撮像光学系ＬＳ１０Ａの構成及び主光線が通過する光路を示す概略図である。なお、図９の挿入図（ａ）は投写光Ｌｐの伝搬径路を簡略に示す図であって、挿入図（ｂ）は撮像光Ｌｉの伝搬径路を簡略に示す図である。図１０は、実施例２に係る投影撮像光学系の構成を有する図２の投写型映像表示装置の投影撮像光学系ＬＳ１００Ａの配置及び光の伝搬を示すイメージ図である。なお、図１０は、図３と同様に、理解を容易にするために、撮像光Ｌｉの屈曲光路を直線に展開して光の伝搬の態様を示している。すなわち、図１０において、Ｙ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１を、等価的にＸ－Ｚ面にある投写光軸Ｏａ１と同軸に展開し、Ｘ－Ｚ面にある投写光Ｌｐの光路と、プリズム光学系ＰＧ１００Ａ内でＹ－Ｚ面に偏向された撮像光Ｌｉの光路とを、同一の面に図示している。
　図９に示す投影撮像光学系ＬＳ１０Ａは、図１の投影撮像光学系ＬＳ１０と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。図示のように、実施例２に係る投影撮像光学系ＬＳ１０Ａは、プリズム光学系ＰＧ１０Ａのプリズム面Ｐ３Ａにおいて、実施例１に係る投影撮像光学系ＬＳ１０と異なる。プリズム面Ｐ３Ａは、反射する撮像光の光線に正のパワーを与えるような凹面形状の曲面に形成されている。
　本実施例において、プリズム光学系ＰＧ１０Ａの内部において、撮像光Ｌｉの光線がプリズム面Ｐ１，Ｐ２で内部反射Ｒ１，Ｒ２した後、第１の面Ｗ１０と共役関係にあるプリズム光学系ＰＧ１０Ａ内の位置Ｉｍに中間像Ｍｓ１０を形成する。その後、撮像光Ｌｉの光線がプリズム光学系ＰＧ１０Ａ内で更に進み、プリズム面Ｐ３Ａで内部反射Ｒ３する。このとき、撮像光Ｌｉの光線は、凹面形状のプリズム面Ｐ３Ａによる正のパワーにより集束されるとともに、プリズム面Ｐ４を透過して第２の光軸Ｏｂに沿って出射され、図示Ｙ方向に撮像光学系ＬＧ２０Ａを通過して、第２の面Ｗ２０に第２の結像Ｍ２０Ａを形成する。この場合、プリズム光学系ＰＧ１０Ａのプリズム面Ｐ３Ａの凹面形状が凹面鏡として撮像光Ｌｉの光線を集束する。撮像光リレー光学系ＲＳ１０Ａは、プリズム光学系のプリズム面Ｐ３Ａの凹面と撮像光学系ＬＧ２０Ｂとによって構成される。撮像光学系ＬＧ２０Ａは、入射した撮像光Ｌｉの収束により、レンズ素子の枚数、及び口径を少なく抑えて構成ことができる。これによって、投影撮像光学系ＬＳ１０Ａを更にコンパクト化することができる。
　図１０に示す投影撮像光学系ＬＳ１００Ａは、図３の投影撮像光学系ＬＳ１００と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。図示のように、本実施の形態では、プリズム光学系ＰＧ１００Ａにおいて、撮像光反射プリズム３５０Ａの内部反射面３５２Ａ（プリズム面Ｐ３Ａ）は、撮像光Ｌｉの当該内部反射面３５２Ａでの内部反射する方向に向けて凹面Ｃ１の形状を有するように構成することができる。当該凹面Ｃ１の形状は、正のパワーを有する凹面鏡として反射される撮像光を集束することができる。撮像光リレー光学系ＲＳ１００Ａは、プリズム光学系ＰＧ１００Ａの内部反射面３５２Ａの凹面Ｃ１と、撮像光学系ＬＧ２００Ａが備えるレンズ群４４０Ａとによって構成されている。このように、撮像光反射プリズム３５０Ａの内部反射面３５２Ａに曲率を持たせることにより、撮像光Ｌｉのプリズム光学系ＰＧ１００Ａ内での広がりを抑制し、よって、出射する撮像光ＬｉＡの光束の広がりを規定して第２の結像Ｍ２００Ａを形成することができる。そのため、後段の撮像光学系ＬＧ２００Ａは、図３に示す撮像光学系ＬＧ２００よりも、光学部品の口径が小さく、薄型の光学部品を利用して構成することができる。これによって、コンパクトな結像光学系を構成することができる。
　（実施例３）
　次に、図１１は、本開示の実施例３に係る投影撮像光学系ＬＳ１０Ｂの構成及び主光線が通過する光路を示す概略図である。なお、図１１の挿入図（ａ）は投写光Ｌｐの伝搬径路を簡略に示す図であって、挿入図（ｂ）は撮像光Ｌｉの伝搬径路を簡略に示す図である。図１２は、実施例３に係る投影撮像光学系の構成を有する図２の投写型映像表示装置の投影撮像光学系ＬＳ１００Ｂの配置及び光の伝搬を示すイメージ図である。なお、図１２は、図３と同様に、理解を容易にするために、撮像光Ｌｉの屈曲光路を直線に展開して光の伝搬の態様を示している。すなわち、図１２において、Ｙ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１を、等価的にＸ－Ｚ面にある投写光軸Ｏａ１と同軸に展開し、Ｘ－Ｚ面にある投写光Ｌｐの光路と、プリズム光学系ＰＧ１００Ｂ内でＹ－Ｚ面に偏向された撮像光Ｌｉの光路とを、同一の面に図示している。
　図１１に示す投影撮像光学系ＬＳ１０Ｂは、図１の投影撮像光学系ＬＳ１０と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。図示のように、実施例３に係る投影撮像光学系ＬＳ１０Ｂは、プリズム光学系ＰＧ１０Ｂのプリズム面Ｐ４Ｂにおいて、実施例１に係る投影撮像光学系ＬＳ１０と異なる。プリズム面Ｐ４Ｂは、透過する撮像光の光線に正のパワーを与えるような凸面形状の曲面に形成されている。
　本実施例において、プリズム光学系ＰＧ１０Ｂの内部において、撮像光Ｌｉの光線がプリズム面Ｐ１，Ｐ２で内部反射Ｒ１，Ｒ２した後、第１の面Ｗ１０と共役関係にあるプリズム光学系ＰＧ１０Ｂ内の位置Ｉｍに中間像Ｍｓ１０を形成する。その後、撮像光Ｌｉの光線がプリズム光学系ＰＧ１０Ｂ内で更に進み、プリズム面Ｐ３で内部反射Ｒ３したのち、透過面であるプリズム面Ｐ４Ｂに到達する。このとき、撮像光Ｌｉの光線は、凸面形状のプリズム面Ｐ４Ｂによる正のパワーにより集束されるとともに、プリズム面Ｐ４Ｂを透過して第２の光軸Ｏｂに沿って出射され、図示Ｙ方向に撮像光学系ＬＧ２０Ｂを通過して、第２の面Ｗ２０に第２の結像Ｍ２０Ｂを形成する。この場合、プリズム光学系ＰＧ１０Ｂのプリズム面Ｐ４Ｂの凸面形状が凸レンズとして撮像光Ｌｉの光線を集束する。撮像光リレー光学系ＲＳ１０Ｂは、プリズム光学系のプリズム面Ｐ４Ｂの凸面と撮像光学系ＬＧ２０Ｂとによって構成される。撮像光学系ＬＧ２０Ｂは、入射した撮像光Ｌｉの収束により、レンズ素子の枚数、及び口径を少なく抑えて構成することができる。これによって、投影撮像光学系ＬＳ１０Ｂを更にコンパクト化することができる。
　図１２に示す投影撮像光学系ＬＳ１００Ｂは、図３の投影撮像光学系ＬＳ１００と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。図示のように、本実施の形態では、プリズム光学系ＰＧ１００Ｂにおいて、撮像光反射プリズム３５０Ｂの撮像光出射面３５３Ｂ（プリズム面Ｐ４）は、撮像光Ｌｉの第２の面Ｗ２００（撮像素子４５０）へ出射する方向に向けて凸面Ｃ２の形状を有するように構成することができる。当該凸面Ｃ２の形状は、正のパワーを有する凸レンズとして出射される撮像光を集束することができる。撮像光リレー光学系ＲＳ１００Ｂは、プリズム光学系ＰＧ１００Ｂの撮像光出射面３５３Ｂの凸面Ｃ２と、撮像光学系ＬＧ２００Ｂが備えるレンズ群４４０Ｂとによって構成されている。このように、撮像光反射プリズム３５０Ｂの撮像光出射面３５３Ｂに曲率を持たせることにより、出射する撮像光ＬｉＢの光束の広がりを規定して第２の結像Ｍ２００Ｂを形成することができる。そのため、後段の撮像光学系ＬＧ２００Ｂは、図３に示す撮像光学系ＬＧ２００よりも、光学系の部品点数を削減することができる。これによって、コンパクトな結像光学系を構成することができる。
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記各々の実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
　なお、本開示は各々のプリズムの形状を限定しない。例えば、プリズム光学系を構成する各々のプリズムは、略三角柱状又は略四角柱状であってもよく、他の形状を有してもよい。
　また、上記実施の形態において、プリズム光学系のプリズム面に曲率を持たせる場合について、凹面又は凸面を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、プリズム光学系の１つ又は複数のプリズム面は、自由曲面形状を有するように構成されてもよい。
　また、上記実施の形態において、単一の光変調素子を備える単板式の投写型映像表示装置を説明したが、本開示はこれに限定されない。本開示に係る投影撮像光学系は、例えば、３つの光変調素子を備える３板式の投写型映像表示装置にも適用することができ、本開示に係るプリズム光学系は、３板式の投写型映像表示装置の色分離合成プリズムを含むことができる。
　以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。したがって、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
　本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。そのような変更、及び異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　本開示は、結像光学系に適用可能であり、各種の投写型映像表示装置に適用可能である。
　　ＬＳ１０，ＬＳ１００，ＬＳ１０Ａ，ＬＳ１００Ａ，ＬＳ１０Ｂ，ＬＳ１００Ｂ　投影撮像光学系
　　２００　照明光学系
　　２０　光源ユニット
　　２１　半導体レーザ素子
　　２２　コリメートレンズ
　　３１，３２　アフォーカルレンズ
　　３３，３４，３５　コンデンサレンズ
　　４１　拡散板
　　４２　λ／４板
　　４５　ダイクロイックミラー
　　４６　ロッドインテグレータ
　　５０　蛍光体ホイール
　　６０　カラーホイール
　　７３，７４，７５　照明光リレー光学系を構成するレンズ
　　３１０，３１０ａ，３１０ｂ　ＴＩＲプリズム
　　３２０，３２０ａ，３２０ｂ，３３０，３３０ｂ，３４０　プリズム
　　３５０，３５０ａ，３５０ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂ　撮像光反射プリズム
　　３２１，３２１ａ，３２１ｂ　投写光出射面
　　３２２，３２２ａ，３２２ｂ　投写光入射面
　　３３１，３３１ｂ　照明光反射面
　　３５１，３５１ａ　撮像光入射面
　　３５２，３５２ａ，３５２ｂ，３５２Ａ　内部反射面
　　３５３，３５３ａ，３５３ｂ，３５３Ｂ　撮像光出射面
　　４２０　投写光学系
　　４３０　スクリーン
　　４４０，４４０Ａ，４４０Ｂ　レンズ群
　　４５０　撮像素子
　　５００　投影撮像システム
　　６００　投写型映像表示装置
　　Ｃ１　凹面
　　Ｃ２　凸面
　　Ｌｓ　照明光
　　Ｌｐ　投写光
　　Ｌｅ　外部光
　　Ｌｉ，Ｌｉａ，Ｌｉｂ，ＬｉＡ，ＬｉＢ　撮像光
　　Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ１ａ，Ｓ２ａ，Ｓ３ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ｂ　ビームスポット
　　Ｌｆ　ＤＭＤ－ＯＦＦ光
　　Ｏａ，Ｏａ１，Ｏｂ，Ｏｂ１　光軸
　　Ｍｓ１０，Ｍｓ１００　中間像
　　Ｄ１０，Ｄ１００　光変調素子（ＤＭＤ）
　　Ｍ１０，Ｍ１００，Ｍ２０，Ｍ２０Ａ，Ｍ２０Ｂ，Ｍ２００，Ｍ２００Ａ，Ｍ２００Ｂ　結像
　　Ｗ１０，Ｗ１００，Ｗ２０，Ｗ２００　結像の面
　　Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ３Ａ，Ｐ４，Ｐ４Ｂ，３２３ａ，３４１，３４２　プリズム面
　　ＬＧ１０，ＬＧ１００　投写レンズ
　　ＬＧ２０，ＬＧ２００，ＬＧ２０Ａ，ＬＧ２００Ａ，ＬＧ２０Ｂ，ＬＧ２００Ｂ　撮像光学系
　　ＰＧ１０，ＰＧ１００，ＰＧ１００ｂ，ＰＧ１０Ａ，ＰＧ１００ａ，ＰＧ１０Ｂ，ＰＧ１００Ａ，ＰＧ１００Ｂ　プリズム光学系
　　ＲＳ１０，ＲＳ１００，ＲＳ１０Ａ，ＲＳ１００Ａ，ＲＳ１０Ｂ，ＲＳ１００Ｂ　撮像光リレー光学系
　　ＰＳ１０，ＰＳ１００　投影光学系
　　ＰＰ１０，ＰＰ１００　光学部材

Claims (10)

  1. 　投写型映像表示装置に用いられる投影撮像光学系であって、
    　光変調素子からの第１の光軸に沿って前方方向に出射された投写光の光線を用いて第１の面に第１の結像を形成する投写レンズと、
    　前記第１の面から前記前方方向と対向する方向に伝搬され、前記投写レンズを経由して入射された外部光の光線の少なくとも一部である撮像光の光線を偏向させて第２の光軸に沿って出射し、前記撮像光の光線による中間像が内部に形成されるプリズム光学系と、
    　前記プリズム光学系から出射された撮像光の光線を用いて、第２の面に第２の結像を形成する撮像光学系と、
    　を備え、
    　前記投写レンズに対して、前記第１の面と前記中間像の位置とは共役関係にあり、前記投写レンズは、前記第１の結像において収差補正性能を有するように構成され、
    　前記プリズム光学系と前記撮像光学系とは、前記投写レンズと組み合わせて、前記第２の結像において収差補正性能を有するように構成されている、
    　投影撮像光学系。
  2. 　前記投写レンズは、前記投写光の光線を前記光変調素子から前記第１の面に拡大投写して映像を表示する投影光学系の少なくとも一部を構成している、
    　請求項１に記載の投影撮像光学系。
  3. 　前記プリズム光学系は、入射された前記撮像光の光線を複数回内部反射させ、
    　前記第２の光軸は、前記第１の光軸に実質的に直交する面にある、
    　請求項１に記載の投影撮像光学系。
  4. 　前記プリズム光学系と前記撮像光学系とは、前記中間像の位置における、前記撮像光の光線に発生する軸上色収差及び球面収差を打ち消すように構成されている、
    　請求項１に記載の投影撮像光学系。
  5. 　前記プリズム光学系は、２つ以上の内部反射面を有し、
    　前記２つ以上の内部反射面の少なくとも１つは、反射する前記撮像光の光線に正のパワーを与えるような凹面形状の曲面に形成されている、
    　請求項１に記載の投影撮像光学系。
  6. 　前記プリズム光学系は、前記撮像光学系に向けて前記撮像光の光線の少なくとも一部を透過して出射する出射面を有し、
    　前記出射面は、透過する前記撮像光の光線に正のパワーを与えるような曲面形状に形成されている、
    　請求項１に記載の投影撮像光学系。
  7. 　前記プリズム光学系の一部と前記撮像光学系とは、前記中間像を前記第２の面に結像させる撮像光リレー光学系を構成する、
    　請求項５に記載の投影撮像光学系。
  8. 　前記撮像光学系は、前記第２の結像を撮像素子に縮小結像する光学系として構成されている、
    　請求項１に記載の投影撮像光学系。
  9. 　前記撮像光学系は、前記第２の結像を撮像素子に等倍結像又は拡大結像する光学系として構成されている、
    　請求項１に記載の投影撮像光学系。
  10. 　照明光を供給する照明光学系と、
    　請求項１から９のいずれか１つに記載の前記投影撮像光学系と、
    　前記照明光学系により供給され、前記プリズム光学系により導かれて入射した光を空間的に変調し、映像情報に応じた前記投写光を生成する１つ又は複数の光変調素子と、
    　前記投影撮像光学系により形成された前記第２の結像を電気的な画像信号に変換する撮像素子と、
    　を備える、
    　投写型映像表示装置。
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