JP2000089227A

JP2000089227A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP2000089227A
Application number: JP10272567A
Authority: JP
Inventors: Michiharu Araya; 道晴荒谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】オフアキシャル光学系を利用することによ
り、画像表示パネル上の画像を斜方向に配置したスクリ
ーン面上に投影画像に歪みやボケのない、高い光学性能
を有しつつ投影することができる光学系全体の小型化を
図った投射型表示装置を得ること。【解決手段】画像表示パネル上の画像を投射光学系に
よってスクリーン上に投影する投射型表示装置であっ
て、該画像表示パネルの中心と投影画像中心とを結ぶ中
心線は、該画像表示パネル面あるいはスクリーン面の少
なくとも一方と垂直でなく、該投射光学系は広義の対称
面を０ないし１つ有する非球面形状であるオフアキシャ
ル面を構成要素として含み全体として、実像を結像でき
る屈折力を持つオフアキシャル光学ブロックを少なくと
も１つ有すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投射型の表示装置
に関し、特に液晶表示素子（液晶パネル）の画像を、投
影レンズで、スクリーン又は壁に拡大投影する液晶プロ
ジェクターに好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶パネルを光源からの光束
により照明し、液晶パネルからの透過光又は反射光に基
づく画像を、投影レンズにより、スクリーン又は壁に拡
大投影する液晶プロジェクターが種々と提案されてい
る。

【０００３】図９は従来の投射型表示装置の要部概略図
である。図中１０１は照明系、１０２は液晶などの画像
表示パネル、１０３は投射光学系、１０４はスクリーン
である。画像表示パネル１０２の上に形成された画像が
照明系１０１によって照明され、投射光学系１０３を介
して斜方向に設けたスクリーン１０４の上に拡大投影さ
れることにより画像表示が行なわれている。

【０００４】一方、最近、非共軸光学系を利用し、光学
系全体の小型化を図った結像系が種々と提案されてい
る。非共軸光学系では、基準軸という概念を導入し構成
面を非対称非球面にすることで、十分収差が補正された
光学系が構築可能であることが、例えば特開平９―５６
５０号公報にその設計法が、特開平８―２９２３７１号
公報、特開平８―２９２３７２号公報にその設計例が示
されている。

【０００５】こうした非共軸光学系はオフアキシャル光
学系( 像中心と瞳中心を通る光線に沿った基準軸を考え
た時、構成面の基準軸との交点における面法線が基準軸
上にない曲面（オフアキシャル曲面）を含む光学系とし
て定義される光学系で、この時、基準軸は折れ曲がった
形状となる) と呼ばれる。このオフアキシャル光学系
は、構成面が一般には非共軸となり、反射面でもケラレ
が生じることがないため、反射面を使った光学系の構築
がしやすい。また、光路の引き回しが比較的自由に行な
える、構成面を一体成形する手法で一体型の光学系を作
りやすいという特徴をも持っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図９に示すように投射
光学系１０３の光束をスクリーン１０４に対して斜めに
投影する投射型表示装置においては、スクリーン１０４
と投射光学系１０３の相対位置関係は、使用の条件によ
って様々な場合がある。特に、投射光学系１０３の光軸
１０５とスクリーン１０４が直角の関係にない時、あお
りの効果により投影された像に台形状の歪みが生じてく
る。

【０００７】図１０は、斜め投影によって台形歪みが生
じることを説明する概略図である。表示パネル１０２上
に形成された画像（図１０の矢印）は投射レンズ１０３
によってスクリーン１０４上に角度θで斜め投影され
る。このような配置での物体と像の関係はあおり撮影な
どで生じるものとして良く知られている。表示パネル１
０２から投射レンズ１０３の物体側主点までの距離をＬ
１、投射レンズ１０３の像側主点からスクリーン１０４
までの距離をＬ２とし、スクリーン１０４の原点１０４
ａを投射レンズ１０３の光軸１０５とスクリーン１０４
との交点とする。スクリーン１０４の高さＨでの撮影倍
率βは、 β = (L2+Hsin θ)/L1 = β₀+(sinθ/L1)H （１）となることが近軸の計算により求められる。

【０００８】ここでβ₀ はスクリーンの原点での投影倍
率を示している。（１）式より、スクリーン上での投影
倍率βはスクリーン１０４の上下方向の高さＨに関して
リニアな関数となっていることがわかる。この関係はあ
おり特有のものであり、θを０とすれば倍率βは常にβ
₀ と等しくなる。θ≠０の場合の倍率βと高さＨの関係
は図１１に示すように、高さＨが正の所では中心より倍
率が大きくなり、高さＨが負の所では倍率はその逆とな
る。この結果、表示パネルに正方形の画像を入力した場
合、スクリーン上に形成される画像は図１２の実線に示
されるように台形状に歪んだ形となる。なお、図１２
中、破線で示したのは歪みのないときの画像である。

【０００９】また、図１０の１０６は、近軸ガウス像面
であるが、近軸ガウス像面１０６とスクリーン１０４が
一致しないため像高Ｈが大きい所では焦点が合わず、従
ってスクリーン全面において鮮明な投影像を得ることが
難しい。これらの台形歪みや像面の倒れといった収差は
光軸に対して回転対称ではないため、従来回転対称な光
学系で構成される投射型表示装置ではこれらの問題は不
可避であった。

【００１０】それに対し、特開平３−１１３４３２号公
報には投射レンズを光軸と垂直な方向にシフトすること
により、投影画像の歪みを防止する投射型表示装置が開
示されている。一般に、回転対称なレンズをシフトする
とシフトによって生じる収差により投影解像度が低下す
る傾向がある。

【００１１】本発明は、オフアキシャル光学系を利用す
ることにより、画像表示パネル上の画像を斜方向に配置
したスクリーン面上に投影画像に歪みやボケのない、高
い光学性能を有しつつ投影することができる光学系全体
の小型化を図った投射型表示装置の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の投射型表示装置
は、 (1-1) 画像表示パネル上の画像を投射光学系によってス
クリーン上に投影する投射型表示装置であって、該画像
表示パネルの中心と投影画像中心とを結ぶ中心線は、該
画像表示パネル面あるいはスクリーン面の少なくとも一
方と垂直でなく、該投射光学系は広義の対称面を０ない
し１つ有する非球面形状であるオフアキシャル面を構成
要素として含み全体として、実像を結像できる屈折力を
持つオフアキシャル光学ブロックを少なくとも１つ有す
ることを特徴としている。

【００１３】特に、 (1-1-1) 前記オフアキシャル光学ブロックは少なくとも
１つのオフアキシャル反射面を構成要素として含むこと
を特徴としている。

【００１４】(1-2) 画像表示パネル上の画像を投射光学
系によってスクリーン上に投影する投射型表示装置であ
って、該画像表示パネルの中心と投影画像中心とを結ぶ
中心線は、該画像表示パネル面あるいはスクリーン面の
少なくとも一方と垂直でなく、該投射光学系はオフアキ
シャル反射面を構成要素として含み全体としては実像を
結像できる屈折力を持つオフアキシャル光学ブロックを
少なくとも１つ含むことを特徴としている。

【００１５】(1-3) 光源からの光束を照明光学系で集光
し、該光束で画像表示パネルを照明し、該画像表示パネ
ル上の画像を投射光学系でスクリーン面上に投射する投
射型表示装置において、該光源の中心と画像表示パネル
の中心を結ぶ中心線は、画像表示パネル面と垂直でな
く、該照明光学系はオフアキシャル反射面を構成要素と
して含む屈折力を持つオフアキシャル光学ブロックを少
なくとも１つ含むことを特徴としている。

【００１６】この他、構成(1-1) 〜(1-3) において、 (1-3-1) 前記画像表示パネルは、入射光束の強度を空間
的に変調して反射する反射型画像表示パネルであるこ
と。

【００１７】(1-3-2) 前記オフアキシャル反射面は空気
側より入射した光線を空気側へと反射する構成となって
いること。

【００１８】(1-3-3) 前記オフアキシャル反射面は媒質
側より入射した光線を媒質側へ反射する構成となってい
ること。

【００１９】(1-3-4) 前記オフアキシャル光学ブロック
はモールド成形により作成されていること。

【００２０】(1-3-5) 前記オフアキシャル光学ブロック
を構成する複数の光学面の少なくとも２つの光学面がモ
ールド成形により一体で作成されていること。

【００２１】(1-3-6) 前記オフアキシャル光学ブロック
は、透明体の表面に光束が屈折して入射する入射面と、
該入射光束を順次反射する曲率を有する複数の反射面
と、該複数の反射面にて反射された光束を屈折して射出
する射出面を一体に形成した光学素子より成っているこ
と等を特徴としている。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に付いての具体
的な説明にはいる前に、本明細書中にて度々使用する、
オフアキシャル光学系、及び、その骨組みとなる基準軸
について以下のように定義する。

【００２３】基準軸の定義一般的には物体面から像面にいたる基準となる基準波長
の光線の光路をその光学系における基準軸と定義する。
これだけでは基準となる光線の選び方に曖昧性が残るの
で、通常は以下の２つの原則のいずれかにより基準光線
すなわち基準軸を設定する。

【００２４】(ア-1) 光学系に部分的にでも対称性を有す
る軸が存在し、収差のとりまとめが対称性よく行うこと
ができる場合にはその対称性を有する軸上を通る光線を
基準光線とする。

【００２５】(ア-2) 光学系に一般的に対称軸が存在しな
い時、あるいは部分的には対称軸が存在しても、収差の
とりまとめが対称性よく行えない時には、物体面中心
（被撮影、被観察範囲の中心）から出る光線のうち、光
学系の指定される面の順に光学系を通り、光学系内に定
義される絞り中心を通る光線を基準光線として設定す
る。

【００２６】このようにして定義される基準軸は、折れ
曲がっている形状となることが一般的である。

【００２７】オフアキシャル光学系の定義上記のように定義した基準軸が曲面と交わる点におい
て、面法線が基準軸と一致しない曲面をオフアキシャル
曲面と定義し、オフアキシャル曲面を含む光学系をオフ
アキシャル光学系と定義する。（但し、平面反射面によ
って基準軸が単純に折れ曲がっている場合も面法線が基
準軸と一致しないが、その平面反射面は収差の対称性を
損なわないので、オフアキシャル光学系の対象から除外
する。）以下に、図面を参照して本発明の投射型表示装
置の実施形態を説明する。

【００２８】図１は、本発明の投射型表示装置の実施形
態１の構成を示す図である。

【００２９】図において、１は光源、２は光源１からの
光を均一な強度の平行光に変換するコンデンサーレン
ズ、３は平行光の強度分布を空間的に変調する液晶等を
用いた画像表示パネルである。１４は画像表示パネル３
上の画像をスクリーン５へ投射する投射光学系であり、
投射光学系１４は複数の光学面が一体に形成されたオフ
アキシャル光学ブロック４からなっている。オフアキシ
ャル光学ブロック４は入射屈折面Ｒ２、反射面Ｒ３及び
Ｒ４、出射屈折面Ｒ５から構成されている。画像表示パ
ネル１４を基準軸方向に移動させてピント調整を行って
いる。

【００３０】図２は本発明の投射型表示装置の各光学面
の構成データを定義する座標系の説明図である。

【００３１】本発明の実施例では画像表示パネル３の素
子面からスクリーン５に進む１つの光線（図２中の一点
鎖線で示すもので基準軸光線Ｌａと呼ぶ）に沿ってｉ番
目の面を第ｉ面とする。

【００３２】図２において第１面Ｒ１は画像表示パネル
３の素子面、第２面Ｒ２は屈折面、第３面Ｒ３、第４面
Ｒ４はオフアキシャル反射面、第５面Ｒ５は屈折面であ
る。

【００３３】本発明に係る投射光学系１４はオフアキシ
ャル光学系を利用しているため光学系を構成する各面は
共通の光軸を持っていない。そこで、本発明の実施例に
おいては先ず物体面３の中心を原点とする絶対座標系を
設定する。そして、本発明の実施例においては、物体面
の中心点を原点とすると共に、原点と像面の中心とを通
る光線（基準軸光線）の経路を光学系の基準軸と定義し
ている。さらに、本実施例中の基準軸は方向（向き）を
持っている。その方向は基準軸光線Ｌａが結像に際して
進行する方向である。基準軸は、光学系の外から見た場
合には光軸と同様な取り扱いが出来る。

【００３４】本発明の実施例においては、光学系の基準
となる基準軸を上記の様に設定したが、光学系の基準と
なる軸の決め方は光学設計上、収差の取り纏め上、若し
くは光学系を構成する各面の形状を表現する上で都合の
良い軸を採用すれば良い。

【００３５】しかし、一般的には像面又は観察面の中心
と、絞り又は入射瞳又は射出瞳又は光学系の第1 面の中
心若しくは最終面の中心のいずれかを通る光線の経路を
光学系の基準となる基準軸に設定する。

【００３６】つまり、本発明の実施例においては、基準
軸は画像表示パネル３の中心点を通り、像面の中心へ至
る光線（基準軸光線）が反射面によって反射する経路を
基準軸に設定している。各面の順番は基準軸光線が反射
を受ける順番に設定している。

【００３７】従って基準軸は設定された各面の順番に沿
って反射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終
的に像面の中心に到達する。

【００３８】本発明の各実施例の光学系を構成するチル
ト面は基本的にすべてが同一面内でチルトしている。そ
こで、絶対座標系の各軸を以下のように定める。

【００３９】Z軸：原点を通り第2 面R1に向かう基準軸 Y軸：原点を通りチルト面内（図２の紙面内）でZ 軸に
対して反時計回りに90゜をなす直線 X軸：原点を通りZ 、Y 各軸に垂直な直線（図２の紙面
に垂直な直線）又、光学系を構成する第ｉ面の面形状を表すには、絶対
座標系にてその面の形状を表記するより、基準軸と第ｉ
面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定し
て、ローカル座標系でその面の面形状を表した方が形状
を認識する上で理解し易い為、本発明の構成データを表
示する実施例では第ｉ面の面形状をローカル座標系で表
わす。

【００４０】また、第ｉ面のYZ面内でのチルト角は絶対
座標系のZ 軸に対して反時計回り方向を正とした角度θ
i （単位°）で表す。よって、本発明の実施例では各面
のローカル座標の原点は図２中のYZ平面上にある。

【００４１】またXZおよびXY面内での面の偏心はない。
さらに、第ｉ面のローカル座標(x,y,z) のy,z 軸は絶対
座標系(X,Y,Z) に対してYZ面内で角度θi 傾いており、
具体的には以下のように設定する。

【００４２】z軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座
標系のZ 方向に対しYZ面内において反時計方向に角度θ
i をなす直線 y軸：ローカル座標の原点を通り、z 方向に対しYZ面内
において反時計方向に90゜をなす直線 x軸：ローカル座標の原点を通り、YZ面に対し垂直な直
線また、Diは第ｉ面と第(i+1) 面のローカル座標の原点間
の間隔を表すスカラー量、Ndi 、νdiは第ｉ面と第(i+
1) 面間の媒質の屈折率とアッベ数である。

【００４３】また、本発明の実施例では光学系の断面図
及び数値データを示す。

【００４４】本発明の実施例における投射光学系１４は
回転非対称の非球面を有し、その形状は以下の式により
示す。

【００４５】A＝(a+b) ・ (y² ・ cos²t+x²) B＝2a・b・cos t・[1+{(b-a)・y・sin t/2a・b}+〔1+{(b-a)・y
・sin t/(a・b)}-{y²/(a・b)}-{4a・b・cos²t+(a+b)²sin²t}
x²/(4a²b²cos²t)〕^1/2] として z＝A/B+C₀₂y²+C₂₀x²+C₀₃y³+C₂₁x²y+C₀₄y⁴+C₂₂x²y²+C₄₀x
⁴+C₀₅y⁵+C₂₃x²y³+C₄₁x⁴y+C₀₆y⁶+C₂₄x²y⁴+C₄₂x⁴y²+C₆₀x⁶ なお、本発明における回転非対称な各面の形状は上記曲
面式でa=b=∞、t=0 の平面ベース非球面であり、x に関
する偶数次の項のみを使用して奇数次の項を0とするこ
とにより、yz面を対称面とする面対称な形状としてい
る。更に以下の条件が満たされる場合はxz面に対して対
称な形状を表す。

【００４６】C₀₃ ＝C₂₁ ＝t ＝0 さらに C₀₂ ＝C₂₀ C₀₄＝C₄₀ ＝C₂₂/2 が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件
を満たさない場合は回転非対称な形状である。

【００４７】次に、実際の設計例における数値データを
以下に示す。 i Yi Zi θi Di N_di ν_di 1 0.0 0.0 0.0 4.0 1 物体面 2 0.0 4.0 0.0 6.0 1.51633 64.1 屈折面 3 0.0 10.0 30.0 10.0 1.51633 64.1 反射面 4 -8.66 5.0 10.0 5.0 1.51633 64.1 反射面 5 -11.87 8.83 -40.0 200.0 1 屈折面 6 -111.87 182.03 40.0 0.0 1 像面非球面形状 R2面 C₀₂=-0.0212718806585 C₀₃=-0.045813982295 C₀₄=-0.00551370664075 C₂₀=0.0877153319851 C₂₁=-0.0270000037123 C₂₂=-0.00612489531266 C₄₀=-0.0028415057482 R3面 C₀₂=-0.0207964845575 C₀₃=-0.00154795082493 C₀₄=0.428577165554e-5 C₂₀=-0.0224664347515 C₂₁=-0.00127131383154 C₂₂=-0.847357732427e-4 C₄₀=-0.000103764314762 R4面 C₀₂=-0.00726889318095 C₀₃=-0.00019247906704 C₀₄=0.426020737816e-4 C₂₀= -0.0189251975194 C₂₁=0.00117691040772 C₂₂=0.000205619140097 C₄₀=-0.352657125611e-4 R5面 C₀₂=-0.0480342804996 C₀₃=0.00209591712295 C₀₄=0.000201242812139 C₂₀=-0.046551482663 C₂₁=0.00634371846347 C₂₂=-0.000729682057684 C₄₀=-0.000286612648352 次に本実施例における結像作用を説明する。

【００４８】画像表示パネル３からの光束は、オフアキ
シャル光学ブロック４の入射面Ｒ２に入射し、反射面Ｒ
３、反射面Ｒ４の順で反射された後、射出面Ｒ５から射
出してスクリーン５上に結像する。本実施例において
は、射出面Ｒ５から射出する光束の基準軸とスクリーン
５は直交しない。このように光軸とスクリーンが直交し
ない場合、従来のように光学系を光軸に対して回転対称
な光学面で構成した場合、歪み、及び、焦点ボケの生じ
ない理想的な結像が得られるのは、図２の平面６に示す
ような光軸Ｌａに対して垂直な面（以降「画像評価面」
と呼ぶ）においてであり、スクリーン５においては台形
歪み、及び、焦点ボケの問題が生じてしまう。

【００４９】図３（Ａ）は、従来の光学系における像高
Ｈと投影倍率βとの関係を示す図である。スクリーン上
での投影倍率は像高Ｈが正の所では中心の投影倍率β₀
より小さくなり、像高Ｈが負の場所ではその逆となって
しまう。その結果、画像表示パネル３に正方形の画像を
入力した場合、スクリーン５に形成される画像は図３
（Ｂ）の実線に示されるように台形状に歪んだ形とな
る。なお、図中破線で示したのは歪みのないときの画像
である。この台形歪みを補正するために本実施形態は、
図３（Ｃ）に示すような歪曲収差Ｄを持った光学設計を
行っている。

【００５０】図４、図５は本実施例において、物高（x
、y ）＝（１、−１）、（１、０）、（１、１）、
（０、−１）、（０、０）、（０、１）からの光線のス
ポットダイアグラムであり、図４は画像評価面６におけ
るスポットダイアグラム、図５はスクリーン５における
スポットダイアグラムである。つまり図４、図５におけ
る破線は画像表示パネル３に正方形を表示した場合の投
影画像である。図４に示されているように、画像評価面
６において歪曲収差が発生するような設計を行うことに
より、スクリーン５において歪みのない投影画像を得る
ことができる。

【００５１】図６に画像評価面６での収差図、及び、図
７にスクリーン５上での収差図を示す。図６は、それぞ
れ物高（x 、y ）＝（１、−１）、（１、０）、（１、
１）、（０、−１）、（０、０）、（０、１）に対応し
た画像評価面６上での横収差である。また、図７は、そ
れぞれ物高（x 、y ）＝（１、−１）、（１、０）、
（１、１）、（０、−１）、（０、０）、（０、１）に
対応したスクリーン５上での横収差である。なお、図
６、図７共に右が横収差のｘ断面、左が横収差のｙ断面
である。

【００５２】図に示されているように、画像評価面６上
において像面の傾きの収差を持たせることにより、スク
リーン５上で焦点ボケのない良好な投影画像を得ること
が出来る。

【００５３】本実施例においては、第２面Ｒ２、第３面
Ｒ３、第４面Ｒ４、第５面Ｒ５はいずれも面法線と基準
軸が一致しないオフアキシャル光学面であると共に、夫
々yz平面のみを広義の対称面とする形状である。なお、
本明細書中において、「広義の対称面」という言葉を、
「光学面を記述する関数が実数値として定義される全て
の領域内部において無限回微分可能である場合において
その領域全域を対象にして定義される対称面である」、
と定義する。

【００５４】例として、放物面の頂点以外の一部を切り
出した光学面においては、その切り出した形状のみにつ
いて対称面が見出せなくとも、その形状を定義する関数
は回転対称軸を持っているため、このような光学面はそ
の回転対称軸を含む無数の平面を広義の対称面として有
する、と考える訳である。

【００５５】また、本実施例においては光の入出射を含
む基準軸は全てyz平面内に載っている。台形歪みの収
差、及び、像面傾きの収差はいずれもｙ軸に対して非対
称な収差である。そのため、このようにオフアキシャル
光学面を用い面の形状がyz平面のみを広義の対称面とな
るようにし、ｙ軸に対して非対称とすることにより、容
易に所望の非対称な収差を画像評価面６上において得る
ことが可能となる。

【００５６】また、第３面Ｒ３、第４面Ｒ４を反射面と
し、光軸を折り曲げることによりコンパクトな投射光学
系を実現している。

【００５７】また、本実施例においては面Ｒ２，Ｒ３，
Ｒ４，Ｒ５はモールドで一体成形されている。このよう
にオフアキシャル光学面をモールドで成形することによ
り量産性を向上することができる。また、複数の光学面
を一体で構成することにより、光学面間の位置の調整が
不要となるため、光学系の組み立てが容易となる。また
一体とすることにより環境変化や経時変化によって光学
特性が劣化しにくい、性能の安定した装置を実現でき
る。

【００５８】図８は本発明の投射型表示装置の実施形態
２の要部概略図である。本実施形態は反射型の画像情報
を投射光学系でスクリーン面上に投影する場合である。

【００５９】図８において、７は光源、８は照明光学
系、９はフレネルミラー、１０はフレネルミラー９上に
置かれた半透明シート（画像情報）、１１は投射光学
系、１２はスクリーンである。照明光学系８は、二つの
オフアキシャル光学ブロック１５、１６を対向配置して
構成している。オフアキシャル光学ブロック１５はモー
ルドによりオフアキシャル反射面Ｒ７，Ｒ９が一体に成
形されている。また、オフアキシャル光学ブロック１６
はモールドによりオフアキシャル反射面Ｒ８，Ｒ１０が
一体に成形されている。

【００６０】投射光学系８はオフアキシャル光学ブロッ
ク１７から構成されており、オフアキシャル光学ブロッ
ク１７は入射屈折面Ｒ１１，射出屈折面Ｒ１６及びオフ
アキシャル反射面Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５から
なっていると共に、モールドによりこれらの光学面Ｒ１
１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６が一体に
成形されている。なお、破線１３は本実施例における基
準軸を示している。

【００６１】光源７から射出した光線はオフアキシャル
反射面Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０の順に反射し半透明シ
ート１０を照射する。半透明シート１０を透過すること
により空間的に強度変調を受けた光線は、フレネルミラ
ー９で反射された後、屈折面Ｒ１１に入射し、オフアキ
シャル反射面Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５の順に反
射し、屈折面Ｒ１６から射出しスクリーン１２へ到達す
る。それにより半透明シート１０の像がスクリーン１２
上に投影される。

【００６２】半透明シート１０を照明する光線の光軸
は、設計上の理由により必ずしも半透明シート１０に対
して垂直ではない場合もある。本実施例においても、照
明光学系８と投射光学系１１の干渉を避けるため、半透
明シート１０を照明する光線の光軸は半透明シート１０
にたいして垂直ではなく、傾きを持たせたレイアウトと
なっている。また、本実施例における光軸すなわち図８
で破線で示されている基準軸１３は、半透明シート１０
及びスクリーン１２のいずれとも垂直ではない。

【００６３】このような配置においては従来、投影画像
に台形歪みや周辺ボケが生じたが、本実施例においては
投射光学系１１にオフアキシャル曲面を用いることによ
り歪み、ボケのない投影画像を得ることができる。その
ため、照射光学系８の光軸と半透明シート１０は垂直で
ある必要がなく、様々なレイアウトを取ることが可能と
なる。

【００６４】なお、本実施例において、光線はオフアキ
シャル反射面Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０にて表面反射、
すなわち光線が空気側から反射面に入射し空気側へ射出
する。このように光学系を中空構造とすることにより光
路中での光の散乱や吸収及び吸収による光学系の昇温を
防ぐことができるため、透過率が高いと共に温度上昇に
よる光学性能の経時変化の少ない光学系を得ることがで
きる。

【００６５】また、本実施例において、光線はオフアキ
シャル反射面Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５にて内面
反射、すなわち光線が媒質側から反射面に入射し媒質側
へ射出、する。このような構造とすることによりオフア
キシャル光学ブロックを屈折面Ｒ１１，Ｒ１６を含めて
一体化することができ、コンパクトな光学系とすること
ができると共に組み立て時の調整工程を容易なものとで
きる。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く、オフアキシ
ャル光学系を利用することにより、画像表示パネル上の
画像を斜方向に配置したスクリーン面上に投影画像に歪
みやボケのない、高い光学性能を有しつつ投影すること
ができる光学系全体の小型化を図った投射型表示装置を
達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射型表示装置の構成を示す図であ
る。

【図２】本発明の投射型表示装置の構成データを定義
する座標系の説明図である。

【図３】本発明の投射型表示装置における歪曲収差補
正を説明する図である。

【図４】本発明の投射型表示装置におけるスポットダ
イアグラム図である。

【図５】本発明の投射型表示装置におけるスポットダ
イアグラム図である。

【図６】本発明の投射型表示装置における横収差図で
ある。

【図７】本発明の投射型表示装置における横収差図で
ある。

【図８】本発明の実施形態２の構成を示す図である。

【図９】従来の投射型表示装置の構成を示す図であ
る。

【図１０】従来例において生じる台形歪みを説明する
図である。

【図１１】従来例における収差図である。

【図１２】従来例において生じる台形歪みを説明する
図である。

【符号の説明】

１・・・光源２・・・コンデンサーレンズ３・・・画像表示パネル４・・・オフアキシャル光学ブロック５・・・スクリーン７・・・光源８・・・照明光学系９・・・フレネルミラー１０・・・半透明シート１１・・・投射光学系１２・・・スクリーン１３・・・基準軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像表示パネル上の画像を投射光学系によ
ってスクリーン上に投影する投射型表示装置であって、
該画像表示パネルの中心と投影画像中心とを結ぶ中心線
は、該画像表示パネル面あるいはスクリーン面の少なく
とも一方と垂直でなく、該投射光学系は広義の対称面を
０ないし１つ有する非球面形状であるオフアキシャル面
を構成要素として含み全体として、実像を結像できる屈
折力を持つオフアキシャル光学ブロックを少なくとも１
つ有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】前記オフアキシャル光学ブロックは少なく
とも１つのオフアキシャル反射面を構成要素として含む
ことを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
【請求項３】画像表示パネル上の画像を投射光学系によ
ってスクリーン上に投影する投射型表示装置であって、
該画像表示パネルの中心と投影画像中心とを結ぶ中心線
は、該画像表示パネル面あるいはスクリーン面の少なく
とも一方と垂直でなく、該投射光学系はオフアキシャル
反射面を構成要素として含み全体としては実像を結像で
きる屈折力を持つオフアキシャル光学ブロックを少なく
とも１つ含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】光源からの光束を照明光学系で集光し、該
光束で画像表示パネルを照明し、該画像表示パネル上の
画像を投射光学系でスクリーン面上に投射する投射型表
示装置において、該光源の中心と画像表示パネルの中心
を結ぶ中心線は、画像表示パネル面と垂直でなく、該照
明光学系はオフアキシャル反射面を構成要素として含む
屈折力を持つオフアキシャル光学ブロックを少なくとも
１つ含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】前記画像表示パネルは、入射光束の強度を
空間的に変調して反射する反射型画像表示パネルである
ことを特徴とする請求項１，２，３又は４の投射型表示
装置。
【請求項６】前記オフアキシャル反射面は空気側より入
射した光線を空気側へと反射する構成となっていること
を特徴とする請求項２，３，４又は５の投射型表示装
置。
【請求項７】前記オフアキシャル反射面は媒質側より入
射した光線を媒質側へ反射する構成となっていることを
特徴とする請求項２，３，４又は５の投射型表示装置。
【請求項８】前記オフアキシャル光学ブロックはモール
ド成形により作成されていることを特徴とする請求項１
〜７のいずれか１項の投射型表示装置。
【請求項９】前記オフアキシャル光学ブロックを構成す
る複数の光学面の少なくとも２つの光学面がモールド成
形により一体で作成されていることを特徴とする請求項
８の投射型表示装置。
【請求項１０】前記オフアキシャル光学ブロックは、透
明体の表面に光束が屈折して入射する入射面と、該入射
光束を順次反射する曲率を有する複数の反射面と、該複
数の反射面にて反射された光束を屈折して射出する射出
面を一体に形成した光学素子より成っていることを特徴
とする請求項１〜９のいずれか１項の投射型表示装置。