JP2010072128A

JP2010072128A - リアプロジェクタ

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Publication number: JP2010072128A
Application number: JP2008237290A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hatakeyama; 弘至畠山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-04-02

Abstract

【課題】リアプロジェクタにおいて、薄型化と袴部の小型化を実現する。
【解決手段】リアプロジェクタは、空間光変調素子ＬＣからの光をスクリーンＳＣの背面に投射する投射光学系を有する。投射光学系は、第１の断面におけるスクリーンに沿った方向での一端側の領域にそれぞれ配置された、空間光変調素子ＬＣからの光が入射する第１の光学系Ｃと、第１の光学系からの光を反射する第１の反射面ＭＵと、第１の反射面からの光が入射する第２の光学系Ｒとを有し、さらにスクリーンに沿った方向での他端側の領域にスクリーンの法線に対して傾いて配置され、第２の光学系からの光をスクリーンに対して斜めに入射させる第２の反射面ＭＲを有する。
５°≦θ_Ｓ≦２５°，０．２≦Ｌ_１／Ｌ_２≦０．９，０．８≦Ｌ_Ｐ／Ｓ_Ｙ≦１．２，０．４５≦Ｌ_Ｒ／Ｓ_Ｙ≦０．６，−０．８Ｌ_Ｐ／Ｌ_Ｒ≦１−２ｓｉｎθ_Ｒ／ｔａｎθ_Ｓ≦０．５Ｌ_Ｐ／Ｌ_Ｒを満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、筐体の前面に配置されたスクリーンに、その背面側から斜めに画像を投射するリアプロジェクタに関する。

上記のようなリアプロジェクタは、液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等の空間光変調素子で変調された光（画像光）を、投射光学系を介してスクリーンの背面に斜めから投射することで、前面側から鑑賞可能に画像を表示する。

このような斜め投射用の投射光学系としては、特許文献１にて開示されているように、基準軸光線の光路が回転非対称な反射面で折り曲げられるオフアキシャル光学系（非共軸光学系）として構成されたものがある。

リアプロジェクタにおいては、大画面でありながら装置の薄型化が求められている。特許文献２にて開示されたリアプロジェクタでは、複数のレンズにより構成される結像光学系と曲面反射面との間に屈曲用の平面反射面を配置し、結像光学系をスクリーンに平行な方向に配置することで投射光学系、つまりは装置を薄型化している。

さらに、リアプロジェクタにおいては、スクリーンよりも下側の部分（以下、袴部という）の小型化も求められている。

特許文献３にて開示されたリアプロジェクタでは、装置内部におけるスクリーンの背面側の下部スペースに投射光学系を配置している。そして、投射光学系から射出した光束を、装置内部におけるスクリーンの背面側の上部スペースに配置した平面反射面で反射させてスクリーンの背面に傾めから投射する。このような構成によれば、平面反射面からスクリーンの背面に向けて急な入射角度で光束を入射させることができる。つまり、下部スペースに光束が通らない領域を作り、この領域に投射光学系を配置することができる。これにより、装置の薄型化と袴部の高さの削減とを同時に実現できる。

特許文献３のリアプロジェクタと同様に、装置内部の下部スペースに投射光学系の一部を配置し、上部スペースに平面反射面を配置してスクリーンの背面に斜め投射を行うリアプロジェクタとしては、特許文献４〜７にも開示されている。

特許文献４にて開示されたリアプロジェクタでは、上部スペースにおいて平面反射面をスクリーンに対して垂直に配置している。特許文献５にて開示されたリアプロジェクタでは、上部スペースに配置した平面反射面と筐体の背面に配置した平面反射面とを用いて光路を折り畳みながら画像光をスクリーンに斜め投射する。

特許文献６にて開示されたリアプロジェクタでは、４枚の曲面反射面により形成される光路中に収差補正を補うための屈折素子を配置し、上部スペースに配置した平面反射面を介してスクリーンに画像光を斜め投射する。

特許文献７にて開示されたリアプロジェクタでは、特許文献２のリアプロジェクタと同様に、屈折系としての第１の結像系と凹形状の非球面反射面との間に屈曲用の平面反射面を配置して装置の薄型化を図っている。そして、非球面反射面を介して上部スペースに配置した平面反射面に画像光を導き、スクリーンに斜め投射する。
特開２００１−２５５４６２号公報特開２００１−２６４６３２号公報特開２００５−８４５７６号公報特許第３８１３９７３号特開２００１−２２２０６３号公報特開２００６−１７８４０６号公報特開２００６−２３５５１６号公報

特許文献３，５，６にて開示されたリアプロジェクタでは、画像光のスクリーンへの入射角をより急にすると、上部スペースに配置された平面反射面を奥行き方向（スクリーンの法線方向）に薄くすることができるため、装置の薄型化が実現できる。しかしながら、これら特許文献３，５，６にて開示されたリアプロジェクタでは、装置の下部スペースに配置された投射光学系の一部が奥行き方向に厚いため、装置上部を薄型化することができても装置下部の薄型化を実現することが難しい。

ちなみに、特許文献３，５，６にて開示されたリアプロジェクタでは、空間光変調素子の中心と絞りの中心を通る光線の経路を基準軸とするとき、該基準軸とスクリーンとのなす角度（以下、スクリーン入射角という）は２５度から３０度程度となっている。

また、特許文献５にて開示されたリアプロジェクタでは、上部の平面反射面に加えて背面の平面反射面をも用いているため、投射光路長の割に装置の薄型化が実現されているものの、装置におけるスクリーンの上端よりも上側の部分が大きくなってしまっている。

また、特許文献４にて開示されたリアプロジェクタでは、上部の平面反射面がスクリーンに対して垂直に配置されているため、投射光学系の一部から上部の平面反射面に射出する基準軸の傾きはスクリーン入射角で決まってしまう。このため、投射光学系の位置が装置の背面方向になり、上部の平面反射面の奥行きに比べて厚い装置となってしまっている。

特許文献７にて開示されたリアプロジェクタでは、屈曲用平面反射面を用いて投射光学系の薄型化を行っているものの、屈曲用平面反射面と凹面反射面との間の間隔が大きいため、投射光学系は実質的に薄型化できていない。また、凹面反射面と上部平面反射面との間に射出瞳（スクリーン上端及び下端にそれぞれ入射する主光線の交点）を有するが、射出瞳が該２つの反射面の中間近傍に位置するため、該２つの反射面のサイズがほぼ等しくなり、投射光学系の薄型化の妨げとなっている。このため、スクリーン入射角を１７度程度にして上部の平面反射面を奥行き方向に薄くできているにもかかわらず、装置全体としては薄型化できていない。

スクリーン入射角が小さくなると、特許文献４にて開示されているような反射型のフレネルスクリーンを使用する必要が生ずる。しかし、観察者側においてスクリーンに垂直な方向に光を射出させるためには、スクリーン入射角が小さくなるに伴ってフレネル面の頂角を小さくする必要があり、加工が難しくなる。

本発明は、装置の薄型化及び袴部の小型化を実現できるようにしたリアプロジェクタを提供する。

本発明の一側面としてのリアプロジェクタは、筐体の前面にスクリーンを有し、筐体の内部に、光を変調する空間光変調素子と、空間光変調素子からの光をスクリーンの背面に投射する投射光学系とを有する。

空間光変調素子の中心と投射光学系に含まれる絞りの中心を通る中心主光線が辿る経路を基準軸とし、該基準軸のうちスクリーンに入射する最終基準軸部分とスクリーンの法線とを含む断面を第１の断面とする。このとき、投射光学系は、筐体の内部のうち第１の断面におけるスクリーンに沿った方向での一端側の領域にそれぞれ配置された、空間光変調素子からの光が入射する、少なくとも１つのレンズにより構成された第１の光学系と、該第１の光学系からの光を反射する第１の反射面と、少なくとも１つの曲面反射面により構成され、第１の反射面からの光が入射する第２の光学系とを有する。さらに、投射光学系は、筐体の内部のうち第１の断面におけるスクリーンに沿った方向での他端側の領域にスクリーンの法線に対して傾いて配置され、第２の光学系からの光をスクリーンに対して斜めに入射させる第２の反射面を有する。そして、以下の条件を満足することを特徴とする。

５°≦θ_Ｓ≦２５°
０．２≦Ｌ_１／Ｌ_２≦０．９
０．８≦Ｌ_Ｐ／Ｓ_Ｙ≦１．２
０．４５≦Ｌ_Ｒ／Ｓ_Ｙ≦０．６
−０．８Ｌ_Ｐ／Ｌ_Ｒ≦１−２ｓｉｎθ_Ｒ／ｔａｎθ_Ｓ≦０．５Ｌ_Ｐ／Ｌ_Ｒ

ただし、第１の断面において、θ_Ｓは第２の反射面からスクリーンに入射する最終基準軸部分とスクリーンとのなす角度の絶対値であり、θ_Ｒはスクリーンの法線に対する第２の反射面の傾き角の絶対値であり、Ｌ_１は第１の反射面と基準軸との交点から第２の光学系における少なくとも１つの曲面反射面のうち最もスクリーンから離れた位置に配置された曲面反射面と基準軸との交点までのスクリーンの法線に沿った距離である。Ｌ_２は第２の反射面の前記スクリーンの法線に沿った長さであり、Ｌ_Ｐは第２の光学系における少なくとも１つの曲面反射面のうち基準軸に沿って最も第２の反射面に近い最終曲面反射面から第２の反射面までの基準軸に沿った距離である。Ｌ_Ｒは第２の反射面からスクリーンまでの最終基準軸部分に沿った距離であり、Ｓ_Ｙはスクリーンの長さである。

本発明によれば、投射光学系を構成する各面の配置、投射距離、第２の反射面の設置角度及びスクリーン入射角等を適切に設定することができるため、装置の薄型化及び袴部の小型化を実現することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

まず、具体的な実施例の説明に先立って、図１８及び図１９を用いて各実施例に共通する構成について説明する。

本発明の実施例であるリアプロジェクタは、筐体Ｂを有し、該筐体Ｂの前面に被投射面としてのスクリーンＳＣが配置されている。

また、筐体Ｂの内部には、光を変調する空間光変調素子（図１８及び図１９には示さず）と、空間光変調素子からの光をスクリーンＳＣの背面に投射する投射光学系Ｐ，ＭＲとが配置されている。

ここで実施例では、空間光変調素子の中心と投射光学系に含まれる絞りの中心を通る中心主光線又は基準軸光線が辿る経路を基準軸とする。そして、該基準軸のうち（後述する第２の反射面から）スクリーンＳＣに入射（到達）する最終基準軸部分とスクリーンＳＣの法線とを含む断面を第１の断面とする。以下の説明において、スクリーンＳＣの法線をスクリーン法線といい、該スクリーン法線が延びる方向（背面方向）をスクリーン法線方向という。

投射光学系は、下部投射光学系Ｐと第２の反射面ＭＲとを含む。下部投射光学系Ｐは、筐体Ｂの内部のうち第１の断面におけるスクリーンＳＣに沿った方向での一端側の領域にそれぞれ配置された第１の光学系Ｃと、第１の反射面ＭＵと、第２の光学系Ｒとを有する。第１の光学系Ｃは、少なくとも１つのレンズにより構成されており、該第１の光学系Ｃには、空間光変調素子からの光が入射する。第１の反射面ＭＵは、第１の光学系Ｃからの光を反射する。第２の光学系Ｒは、少なくとも１つの曲面反射面により構成されており、該第２の光学系Ｒには、第１の反射面ＭＵからの光が入射する。

また、第２の反射面ＭＲは、筐体Ｂの内部のうち第１の断面におけるスクリーンＳＣに沿った方向での他端側の領域にスクリーン法線に対して傾いて配置され、第２の光学系Ｒからの光をスクリーンＳＣに対して斜めに入射させる。

そして、実施例のリアプロジェクタは、以下の条件の全てを満足する。

５°≦θ_Ｓ≦２５° …（１）
０．２≦Ｌ_１／Ｌ_２≦０．９ …（２）
０．８≦Ｌ_Ｐ／Ｓ_Ｙ≦１．２ …（３）
０．４５≦Ｌ_Ｒ／Ｓ_Ｙ≦０．６ …（４）
−０．８Ｌ_Ｐ／Ｌ_Ｒ≦１−２ｓｉｎθ_Ｒ／ｔａｎθ_Ｓ≦０．５Ｌ_Ｐ／Ｌ_Ｒ …（５）
条件（１）〜（５）におけるθ_Ｓ，θ_Ｒ，Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_Ｐ，Ｌ_Ｒ，Ｓ_Ｙは全て第１の断面での値である。θ_Ｓは第２の反射面ＲからスクリーンＳＣに入射する最終基準軸部分とスクリーンＳＣとのなす角度の絶対値であり、以下の説明ではスクリーン入射角という。θ_Ｒはスクリーン法線に対する第２の反射面Ｒの傾き角の絶対値である。

Ｌ_１は第１の反射面ＭＵと基準軸との交点から第２の光学系Ｒにおける少なくとも１つの曲面反射面のうち最もスクリーンＳＣから離れた位置（最も背面側）に配置された曲面反射面と基準軸との交点までのスクリーン法線に沿った距離である。Ｌ_２は第２の反射面ＭＲのスクリーン法線に沿った長さである。

また、Ｌ_Ｐは第２の光学系Ｒにおける少なくとも１つの曲面反射面のうち基準軸に沿って最も第２の反射面ＭＲに近い最終曲面反射面から第２の反射面ＭＲまでの基準軸に沿った距離である。Ｌ_Ｒは第２の反射面ＭＲからスクリーンＳＣまでの最終基準軸部分に沿った距離であり、Ｓ_ＹはスクリーンＳＣの長さである。

本発明の実施例において用いる用語の定義について図１９を用いて説明する。下部投射光学系Ｐからの光（画像光又は投射光）は、筐体Ｂの内部におけるスクリーンＳＣに沿った方向での他端側（上部）に配置された第２の反射面（平面反射面：以下、第２の平面反射面という）ＭＲによって反射され、スクリーンＳＣの背面に入射する。実施例では、矢印ａで示す方向をスクリーン側とし、矢印ｂで示す方向を背面側とする。また、矢印ｃで示す方向を上端側とし、矢印ｄで示す方向を下端側とする。

筐体Ｂの背面は装置が厚くならなければ、スクリーンＳＣに対して平行でなくてもよく、傾斜をつけたり曲面にしたりしてもよい。また、筐体Ｂの上面はスクリーンＳＣに対して垂直に延びてもよいし、図示のように背面側に向けて下がるように傾斜させてもよい。

筐体Ｂの底面は、設置安定性の観点から水平であることが好ましいが、水平でなくても脚を付けて筐体Ｂを安定させてもよい。

筐体Ｂの前面にはスクリーンＳＣが配置され、不図示の外枠によって筐体Ｂに固定されている。筐体Ｂ（つまりはリアプロジェクタという装置）の厚み又は奥行きを長さＤとする。また、スクリーンＳＣの下側の袴部の高さをＨとする。袴部の高さＨは、観察者から見た筐体Ｂの前面におけるスクリーンＳＣの下端から筐体Ｂの底面までの長さである。

さらに、筐体Ｂの内部の領域ｅを上部といい、領域ｆを下部という。「スクリーンに沿った方向での一端側の領域」は、上部ｅと下部ｆのうち一方の領域を示し、「スクリーンに沿った方向での他端側の領域」は、上部ｅと下部ｆのうち他方の領域を示す。実施例では、「一端側の領域」を下部ｆとし、「他端側の領域」を上部ｅとする。ただし、「一端側の領域」を上部とし、「他端側の領域」を下部としてもよい。

また、スクリーンＳＣにおいて、「一端」とは上端部及び下端部のうち一方を、「他端」とは上端部及び下端部のうち他方をいう。実施例では、「一端」を下端とし、「他端」を上端とするが、「一端」を上端とし、「他端」を下端としてもよい。

スクリーンＳＣは、特許文献４にて開示されているような、観察者側に光線を屈曲させるフレネルレンズか形成されたものを用いるとよい。さらに、強度を高めるための補強板、視野角を広げるためのフレネルレンズ、レンチキュラーレンズ又は拡散材、投射画像のコントラストを向上させるためのブラックマトリックス等の遮光層を重ねて構成してもよい。

スクリーン入射角θ_Ｓや第２の平面反射面ＭＲからスクリーンＳＣまでの距離Ｌ_Ｒを定義するためのスクリーンＳＣへの光線の入射点は、基準軸光線がスクリーンＳＣに最初に入射する点とする。

次に、図１８を用いて、実施例のリアプロジェクタのさらに詳しい構成及び上記条件（１）〜（５）について説明する。

下部ｆには、下部投射光学系Ｐが配置されている。下部投射光学系Ｐは、少なくとも１つのレンズにより構成された第１の光学系Ｃと、非球面形状を有する少なくとも１つの曲面反射面により構成された第２の光学系Ｒとを有する。また、下部投射光学系Ｐは、第１の光学系Ｃと第２の光学系Ｒの間に配置され、第１の光学系Ｃからの光（基準軸）を９０度折り曲げて第２の光学系Ｒに導く第１の反射面（平面反射面：以下、第１の平面反射面という）ＭＵを含む。

下部投射光学系Ｐからの光は、上部ｅに配置された第２の平面反射面ＭＲにより反射され、スクリーンＳＣに対して斜めに入射する。図１８においては、基準軸を１点鎖線で示し、第２の平面反射面ＭＲからスクリーンＳＣの間では、スクリーンＳＣの上端と下端に結像する画角の２本の主光線を実線で示している。

第１の光学系Ｃは、第１の断面に対して垂直な方向、すなわち第１の断面の法線に対して平行に、該第１の光学系内の基準軸部分が延びるように配置されている。この場合、第１の光学系内の基準軸部分がスクリーンＳＣに対して平行となる。ただし、第１の光学系内の基準軸部分が第１の断面の法線に対して傾くように配置してもよい。この場合には、第１の平面反射面ＭＵを基準軸に対して４５度から適度にずらして配置すればよい。

また、図１９においては、第２の光学系Ｒを１枚の凹面反射面として示しているが、曲面反射面の枚数と形状はこれに限られない。すなわち、第２の光学系Ｒを複数の曲面反射面で構成してもよいし、少なくとも１枚の凸面反射面で構成してもよい。なお、第２の光学系Ｒを構成する少なくとも１つの曲面反射面のうち基準軸に沿って最も第２の平面反射面ＭＲに近い曲面反射面を、最終曲面反射面という。

図１８において、θ_Ｐは、第１の断面において、基準軸のうち最終曲面反射面に入射する基準軸部分と該最終曲面反射面から射出する基準軸部分とのなす角度の絶対値である。

なお、上述したように、実施例では、θ_S，θ_Ｒ，θ_Ｐのいずれも絶対値として示している。

条件（１）において、スクリーン入射角θ_Sが上限値を超えると、スクリーンＳＣの背面（裏面）から観察者側へと光線を屈曲するためのフレネル面の加工が難しくなる。また、スクリーンＳＣのたわみによる画像の位置ずれが増加し、ディストーションを増大させる原因となる。スクリーン入射角θ_Sが下限値を下回ると、第２の平面反射面ＭＲの奥行きＬ_２が増大し、装置の薄型化が実現できない。

ここで、装置の薄型化とは、第１の断面におけるスクリーンＳＣ上の画像表示領域の長さに対する、スクリーンＳＣからスクリーン法線方向において最も背面側の光学面と光路（基準軸）との交点までの距離の比（薄型比）が３０％以内に抑えられることとする。装置としての奥行きはスクリーンや光学面の保持部材やその他の装置の構成部品により総合的に決定されるが、実施例では、特に光学系の構成による装置の薄型化を目的とするため、上記のように薄型化を定義する。

条件（２）において、Ｌ_１／Ｌ_２が上限値を超えると、下部投射光学系Ｐが配置されている下部の厚みが上部に比べて増大してしまい、スクリーン入射角θ_Sを小さくしているにもかかわらず、装置全体として薄型化を実現できない。Ｌ_１／Ｌ_２が下限値を下回ると、第１の平面反射面ＭＵと第２の光学系Ｒの曲面反射面との光路が干渉してしまう。

条件（３）において、Ｌ_ＰがＳ_Ｙとほぼ等しい場合、すなわちＬ_Ｐ／Ｓ_Ｙがほぼ１であると、下部投射光学系Ｐにおける最終曲面反射面は、スクリーンＳＣの下端近傍に配置される。Ｌ_Ｐ／Ｓ_Ｙの値が条件（３）の上限値を超えると、下部投射光学系ＰがスクリーンＳＣの下端よりも低い位置になるため、袴部の高さＨが増大してしまう。Ｌ_Ｐ／Ｓ_Ｙの値が下限値を下回ると、下部投射光学系Ｐが第２の平面反射面ＭＲに近付き、第２の平面反射面ＭＲからスクリーンＳＣの下端に入射する光線の光路と干渉しやすくなる。このような干渉を避けるために、下部投射光学系Ｐを背面側に移動させると、装置の薄型化を実現できなくなる。

条件（４）において、Ｌ_Ｒ／Ｓ_Ｙが０の場合、下部投射光学系Ｐから第２の平面反射面ＭＲまでの間の基準軸部分はスクリーンＳＣにほぼ平行となる。Ｌ_Ｒ／Ｓ_Ｙが条件（４）の上限値を超えると、第２の平面反射面ＭＲと基準軸との交点からスクリーンＳＣまでの間隔に対して、最終曲面反射面と基準軸との交点が１．５倍以上背面側に設定される。このため、装置の薄型化が困難になる。Ｌ_Ｒ／Ｓ_Ｙが下限値を下回ると、最終曲面反射面と第２の平面反射面ＭＲからスクリーンＳＣの下端に入射する光線の光路とが干渉しやすくなる。なお、条件（４）中のＬ_Ｒは、スクリーン入射角θ_Ｓと第２の平面反射面ＭＲの位置でほぼ決まる。

このように、Ｌ_ＰとＬ_Ｒの範囲はそれぞれ条件（３），（４）により限定されている。このため、実質的には、スクリーン入射角θ_Ｓに対して、条件（５）の上限値と下限値の範囲内で第２の平面反射面ＭＲの傾き角θ_Ｒを設定すれば、薄型で袴部の高さＨが低いリアプロジェクタを実現するために好適な光学面の配置を決定することができる。

したがって、大画面表示が可能で、従来よりも薄型で袴部の高さＨが低いリアプロジェクタを実現するためには、上記の条件（１）〜（５）を全て満足するように下部投射光学系Ｐを構成する必要がある。

また、実施例のリアプロジェクタにおいて、第２の光学系Ｒを構成する少なくとも１つの曲面反射面は、回転非対称な曲率を有することが好ましい。該曲面反射面を回転非対称な形状にすることで、回転対称面である場合に反射角度が付くことにより発生するアジムス方向に対して非対称な収差を補正することができる。

また、実施例のリアプロジェクタにおいて、第２の平面反射面ＭＲは、スクリーン法線に対して、該第２の平面反射面ＭＲの背面側の部分が下部方向に傾いていることが好ましい。これにより、スクリーン入射角θ_Ｓを条件（１）の範囲に収めながらも、装置の薄型化を図ることができる。

また、実施例のリアプロジェクタにおいて、下部投射光学系Ｐ内で中間結像することが好ましい。下部投射光学系Ｐ内に中間像を形成すると、第２の光学系Ｒを構成する曲面反射面が１つである場合にはその形状を凹面にすることができ、曲面反射面のサイズの増大を抑制することができる。また、曲面反射面が複数である場合には、中間像の前後で集光光束が発散光側になるため、中間像の後に凹面を配置できる。このため、曲面反射面のサイズの増大を抑制することができる。さらに、下部投射光学系Ｐの射出瞳として絞りの像を負の倍率で結像させることができるので、投射光束の径を一旦細くすることができ、下部投射光学系Ｐ内の光学面や遮光部材の配置が容易になる。

また、前述したように、第１の光学系Ｃは、少なくとも１つのレンズ（屈折光学素子）により構成されている。第１の光学系Ｃを屈折光学系とし、反射光学系である第２の光学系Ｒと倍率を分担することで、レンズに比べて加工精度やコスト的に負荷の大きい非球面反射面の枚数を削減することができる。すなわち、斜め投射時に必要な台形歪補正、像面の傾斜、非対称収差等を少ない枚数の非球面反射面で構成される第２の光学系Ｒで補正し、収差の回転対称成分の補正と倍率の分担を第１の光学系Ｃで行うことができる。

また、実施例のリアプロジェクタでは、上述したように、下部投射光学系Ｐを下部に配置するとともに、第２の平面反射面ＭＲを上部に配置することが好ましい。下部投射光学系Ｐと第２の平面反射面ＭＲのうちで重量がより大きい下部投射光学系Ｐを下部に配置することで、安定した重量バランスを得ることができる。また、筐体内部に侵入した埃が光学面に付着すると、光の散乱によって投射画像のコントラストが低下する。開口（反射面積）の大きい第２の平面反射面ＭＲを下部に配置すると、重力により第２の平面反射面ＭＲ上に埃が溜まり易い。したがって、防塵対策を施した下部投射光学系Ｐを下部に配置することが好ましい。

さらに、薄型で袴部の高さＨが低いリアプロジェクタを実現するために、以下の構成を採用することが好ましい。

第１の光学系Ｃが、第１の断面におけるスクリーン法線が延びる方向において、第２の光学系Ｒにおける最終曲面反射面から第２の平面反射面ＭＲに入射する基準軸部分とスクリーンＳＣとの間に配置されていることが好ましい。また、該基準軸部分の延長線とスクリーンＳＣとの間に第１の光学系が配置されていてもよい。

また、実施例のリアプロジェクタでは、基準軸のうち第１の平面反射面ＭＵよりも空間光変調素子側の基準軸部分が第１の断面に対して非平行であり、第１の平面反射面ＭＵよりもスクリーン側の基準軸部分が第１の断面に含まれていることが好ましい。

また、実施例のリアプロジェクタでは、基準軸のうち第１の光学系Ｃ内の基準軸部分は、スクリーンに対して２０°以下の角度で傾いていることが好ましい。

また、実施例のリアプロジェクタでは、第１の光学系Ｃと第２の光学系Ｒを第１の平面反射面ＭＵによって屈曲させることで、下部投射光学系Ｐのスクリーン法線が延びる方向の奥行きを小さくしている。このとき、基準軸のうち第２の光学系Ｒ内の基準軸部分は１つの断面内に収まっていることが望ましい。これにより、第２の光学系ＲはスクリーンＳＣに対して水平方向に対称な光学系になるため、非対称収差の補正に関しては、曲面反射面で１つの断面内での反射による基準軸の偏向に起因する非対称収差を補正すればよいことになる。この結果、曲面反射面を回転非対称な非球面とするときに、水平方向においては対称な形状とすることができる。

また、実施例のリアプロジェクタでは、下部投射光学系Ｐ内の基準軸部分に沿って最もスクリーンＳＣに近い最終曲面反射面と第２の平面反射面ＭＲとの間に、第１の断面での射出瞳を有することが好ましい。

また、実施例のリアプロジェクタでは、第１の断面において、スクリーンの下端（一端）に結像する画角の主光線と、スクリーンの上端（他端）に結像する画角の主光線とが、最終曲面反射面と第２の平面反射面ＭＲとの間で交差することが好ましい。該両主光線が交差する位置は、最終曲面反射面からＬ_Ｐ／３以内の領域にあることがより好ましい。

さらに、実施例のリアプロジェクタでは、第１の断面において、最終曲面反射面の長さ（径）が第２の平面反射面ＭＲの長さの２／３よりも小さいことが好ましい。

前述したように下部投射光学系Ｐ内で中間像を形成することで、第２の光学系Ｒにより射出瞳を絞り（開口絞り）の像として結像することができる。射出瞳は入射瞳と共役関係にあるが、オフアキシャル光学系の場合、瞳の位置がアジムス方向により異なる。また、第２の光学系Ｒに回転非対称な非球面反射面を用いた場合、画角によっても瞳の位置が異なる。このため、光学系全体の射出瞳の位置は一点ではなく、空間的に分布を持つ。しかしながら、薄型で袴部の高さＨが低いリアプロジェクタを実現するためには、射出瞳位置を、第１の断面内でのスクリーンＳＣの上下端にそれぞれ結像する画角の主光線の交差点（交点）として定義してよい。

さらに、この交差点の位置が第２の平面反射面ＭＲに近い場合には、下部投射光学系Ｐの最終曲面反射面のサイズが大きくなる。最終曲面反射面のサイズの増加は、下部投射光学系Ｐの全体のサイズの大型化につながり、装置の薄型化を妨げる。このため、最終曲面反射面のサイズと収差補正上の理由から、上記交差点（射出瞳）を、第１の断面において、最終曲面反射面からＬ_Ｐ／３以内の領域に設定することが好ましい。これにより、最終曲面反射面の第１断面内での長さを第２の平面反射面ＭＲの長さの２／３以内に小さくすることができ、装置の薄型化が実現できる。

また、実施例のリアプロジェクタでは、第２の光学系Ｒを複数の曲面反射面で構成することが好ましい。特に、第２の光学系Ｒを４面の曲面反射面により構成するとよりよい。第２の光学系Ｒでは、上述したように斜め投射における非対称収差を補正する役割があるため、曲面反射面の枚数を複数にすることでさらに良好な収差補正を行うことができる。

この場合、最終曲面反射面と第２の平面反射面ＭＲとの間の基準軸部分が、最終曲面反射面よりも空間光変調素子側の基準軸部分と交差することが好ましい。第２の光学系Ｒの曲面反射面の枚数を増やした場合、反射面同士の干渉や反射面と光路の干渉がないように配置する必要があり、この結果、第２の光学系Ｒが大型化する可能性がある。そこで、第２の光学系Ｒ内で上記２つの基準軸部分（光路）を交差させて空間利用効率を上げることで、複数の曲面反射面を用いる第２の光学系Ｒを小型にすることができる。

また、実施例のリアプロジェクタでは、第１の断面において、最終曲面反射面を、下部投射光学系Ｐに含まれる複数の光学面のうち第２の平面反射面ＭＵから最も遠くに位置する光学面とすることが好ましい。

最終曲面反射面からスクリーンＳＣまでの投射距離が短い場合、第２の光学系Ｒのパワーを強くする必要がある。この場合、射出側の画角が広角になることに相当するので、収差補正が困難になるとともに、面形状に要求される精度も高くなる。また、射出瞳位置を遠ざけて広角化を回避した場合には、最終曲面反射面のサイズが大きくなる。このため、最終曲面反射面からの投射距離をできるだけ大きくするために、最終曲面反射面を他の光学面よりも第２の平面反射面ＭＲから遠い位置に配置することが有効である。

実施例のリアプロジェクタは、さらに以下の条件のうち少なくとも１つを満足するとより好ましい。

５°≦θ_Ｓ≦２０°…（６）

−０．２Ｌ_Ｐ／Ｌ_Ｒ≦１−２ｓｉｎθ_Ｒ／ｔａｎθ_Ｓ≦０．２Ｌ_Ｐ／Ｌ_Ｒ …（７）
１０°≦θ_Ｐ≦４０° …（８）
０°≦｜θ_Ｓ−２θ_Ｒ｜≦７° …（９）
条件（８）に関して、図２０及び図２１にそれぞれθ_Ｐが大きい場合（条件（８）の上限値を超える場合）と小さい場合（条件（８）の上限値と下限値の範囲内にある場合）を示す。図２０に示すようにθ_Ｐが大きいと、第１の光学系Ｃと第２の光学系Ｒとの間の間隔Ｌ_ａが大きくなり、装置の薄型化が妨げられるおそれがある。これに対し、図２１に示すようにθ_Ｐが小さいと、Ｌ_ａを小さくすることができるので、第１の光学系Ｃから第２の光学系Ｒまでの必要な間隔を確保しても装置の薄型化が可能である。また、収差補正の観点からも、θ_Ｐが小さい方がよい。条件（８）の上限値は、より好ましくは２３度とするとよい。

また、条件（９）に関して、スクリーン入射角θ_Ｓに対して条件（９）の上限値と下限値の範囲外に第２の平面反射面ＭＲの傾き角θ_Ｒを設定すると、下部投射光学系Ｐから第２の平面反射面ＭＲまでの基準軸部分がスクリーンＳＣに対して大きく傾く。該基準軸部分がスクリーン側に傾いた場合には、下部投射光学系ＰとスクリーンＳＣ又はスクリーンＳＣに向かう光とが干渉するおそれがある。また、該基準軸部分が背面側に傾いた場合には、下部投射光学系Ｐが第２の平面反射面ＭＲの奥行きよりも背面方向に突出してしまうことになり、装置の薄型化を実現できないおそれがある。

次に、実施例におけるオフアキシャル光学系での座標系の定義について説明する。図２２は、オフアキシャル光学系の構成データを定義する座標系を示している。

縮小側から拡大側の像面に進む１つの光線（図２２中に一点鎖線で示す基準軸光線）に沿ってｉ番目の面を第ｉ面とする。図２２において、第１面Ｒ１は屈折面、第２面Ｒ２は第１面Ｒ１に対してチルトした反射面、第３面Ｒ３及び第４面Ｒ４はそれぞれの前の面に対してシフト及びチルトした反射面である。第５面Ｒ５は第４面Ｒ４に対してシフト及びチルトした屈折面である。第１面Ｒ１から第５面Ｒ５までの各面は、ガラスやプラスチック等の媒質で構成される１つの光学素子上に構成されており、図２２中では第１の光学素子Ｂとしている。

なお、第１の光学素子Ｂの媒質を空気として、入射面及び射出面となる屈折面を削除してもよい。図２２の構成では、不図示の物体面から第１面Ｒ１までの媒質は空気であり、第１面Ｒ１から第５面Ｒ５までの媒質はある共通の媒質である。第５面Ｒ５から不図示の第６面（Ｒ６）までの媒質は空気である。

オフアキシャル光学系では、該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、第１面の中心を原点とする絶対座標系を設定する。そして、第１面の中心点を原点とするとともに、原点と瞳中心と最終結像面の中心とを通る光線（基準軸光線）の経路を該光学系の基準軸と定義する。さらに、基準軸は方向を持っている。その方向は、基準軸光線が結像に際して進行する方向である。

なお、光学系の基準軸の決め方は、上記のものに限らず、光学設計上、収差の取り纏め上又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方法を採用すればよい。ただし、一般的には、像面の中心と、絞り、入射瞳、射出瞳又は光学系の第１面の中心或い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軸に設定する。つまり、基準軸は、入射瞳の中心点を通り、最終結像面の中心へと至る基準軸光線が屈折面又は反射面によって屈折又は反射する経路に設定される。

面の順番は、基準軸光線が屈折又は反射を受ける順番に設定している。基準軸は、設定された面の順番にしたがい、屈折又は反射の法則により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。

光学系の絶対座標系の各軸を以下のように定める。

Ｚ軸：原点と物体面中心を通る直線。物体面から第１面Ｒ１に向かう方向を正とする。

Ｙ軸：原点を通り、右手座標系の定義にしたがって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軸及びＹ軸に対して直交する直線。

また、光学系を構成する第ｉ面の形状及びチルト角を表すには、絶対座標系にてその面の形状及びチルト角を表記する方法がある。しかし、これよりも、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形状を表し、基準軸とローカル座標系とのなす角度でチルト角を表した方が形状を認識し易い。このため、実施例でも、第ｉ面の形状を、以下のローカル座標系で表す。

ｚ軸：ローカル座標の原点を通る面法線。

ｙ軸：ローカル座標の原点を通り、右手座標系の定義にしたがってｚ軸に対して反時計方向に９０゜をなす直線。

ｘ軸：ローカル座標の原点を通り、ｙｚ面に対して直交する直線。

以下の実施例では、各面の配置及び形状に関する具体的な数値も示している。Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面とのローカル座標の原点間の間隔を表すスカラー量である。Ｎｄｉ，νｄｉはそれぞれ、第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の媒質の屈折率とアッベ数である。

球面は以下の式で表される形状である。

また、回転非対称な非球面（自由曲面）は、以下の式で表される形状である。

z＝C04x² + C06y²
+ C08x²y + C10y³
+ C11x⁴ + C13x²y² + C15y⁴
+ C17x⁴y + C19x²y³ + C21y⁵
+ C22x⁶ + C24x⁴y² + C26x²y⁴+ C28y⁶
+ C30x⁶y + C32x⁴y³ + C34x²y⁵+ C36y⁷
+ C37x⁸ + C39x⁶y²+ C41x⁴y⁴ + C43x²y⁶ + C45y⁸
上記の自由曲面の式は、ｘに関して偶数次の項のみを含むため、この式により定義される曲面は、ｙｚ面を対称面とする面対称な形状を有する。

図１及び図８には、本発明の実施例１であるリアプロジェクタにおける投射光学系Ｐと第２の平面反射面ＭＲとスクリーンＳＣの側面断面図を示している。図２は下部投射光学系Ｐの拡大図であり、図３は下部投射光学系Ｐの鳥瞰図である。図３において、ＬＣはＲＧＢの色ごとに設けられた空間光変調素子を示している。ＬＶは該空間光変調素子ＬＣを照明する光源及び照明光学系と、照明光学系からの光を色分解するとともにＲＧＢ用の空間光変調素子ＬＣからのＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する色分解合成光学系ＰＺを示している。

光源としては、特に限定されないが、本実施例では高圧水銀ランプを用いている。光源からの白色光は、偏光変換素子、フライアイレンズ及びコンデンサレンズを含むインテグレート照明光学系を経て、ダイクロイックプリズム、フィルタ、偏光ビームスプリッタ等を含む色分離合成光学系に入射する。色分離合成光学系ＰＺは、白色光をＲ光、Ｇ光及びＢ光に分解し、色ごとに設けられた空間光変調素子ＬＣを照明する。

空間光変調素子ＬＣとしては、透過型又は反射型の液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等を用いることができる。本実施例では、詳細は図示しないが、アスペクト比が１６：９、画素数がフルＨＤ（１９２０×１０８０）、対角サイズが０．７インチ（１７．７８ｍｍ）の反射型液晶パネルをＲＧＢ用に３つ用いている。

光源としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いてもよいし、半導体レーザや固体レーザを用いてもよい。照明光学系は、光源の特性に合わせて構成すればよい。

３つの空間光変調素子ＬＣから射出したＲ光、Ｇ光及びＢ光は色分離合成光学系ＰＺにより合成されてカラー画像光となり、第１の光学系Ｃに入射する。該カラー画像光は、絞りＳＴを通り、第１の平面反射面ＭＵにより反射されてその光路を９０度曲げられて第２の光学系Ｒに導かれる。第２の光学系Ｒは、４つの曲面反射面Ｓ１〜Ｓ４により構成されている。第１の平面反射面ＭＵの入射光軸に対する角度を４５度からずらすと、光源から第１の光学系Ｃまでの光学ユニットとスクリーンＳＣ又はスクリーンＳＣへの入射光との干渉を回避することができる。

図６及び図７には、筐体Ｂの下部を上側から見た様子を示している。ＬＰは光源、ＩＵは照明光学系である。第１の平面反射面ＭＵは、光軸に対して４５度傾いて配置されている。光源ＬＰから第１の光学系Ｃまでの光学ユニットが、スクリーンＳＣに対して平行に配置されており、領域ｇにおいて第２の平面反射面ＭＲからスクリーンＳＣの下端に投射される光線と干渉をしている。

一方、図７では、第１の平面反射面ＭＵは、反射角が９０度よりも小さい鋭角になるように入射光軸に対する角度を４５度からずらしている。これにより、光源ＬＰから第１の光学系Ｃまでの光学ユニットの基準軸部分を、スクリーンＳＣに対して傾けて（非平行に）配置することができ、上記のような干渉を回避することができる。

上記光学系ＬＶと第１の光学系Ｃを図４に示す。第１の光学系Ｃは、単体では、図５に示すように結像光学系となっている。

絞りＳＴにおいて、第２の光学系Ｒ内で基準軸光線（中心主光線）ＡＸが偏向される方向、すなわちＹ方向での絞り開口径をＸ方向での絞り開口径よりも小さくし、照明光学系で予めＹ方向のＦナンバーをＸ方向よりも大きくしておくことが望ましい。これにより、第２の光学系Ｒ内での光束径を細くすることができるため、曲面反射面の配置自由度が高くなる。また、曲面反射面による光束の偏向角を小さくすることができ、角度のついた曲面反射によって発生する非対称収差を制御する自由度が向上するため、光学設計が容易になる。

第２の光学系Ｒに入射したカラー画像光は、回転非対称な曲率を有する曲面反射面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４でこの順に反射（偏向）される。最終曲面反射面Ｓ４で反射されたカラー画像光は、第１の平面反射面ＭＵと曲面反射面Ｓ３との間のスペースを通って第２の平面反射面ＭＲに向かう。第２の平面反射面ＭＲで反射したカラー画像光は、スクリーンＳＣに対して斜めに投射される。

図１に示す第１の断面において、スクリーンＳＣの上端と下端に結像する画角の主光線が、第２の光学系Ｒの最終曲面反射面Ｓ４と第２の平面反射面ＭＲとの間で交差して射出瞳を形成している。

本実施例では、表示画像のアスペクト比は１６：９で、対角サイズは６４インチ（１６２５．６ｍｍ）としている。スクリーンＳＣはこれ以上のサイズを有すればよい。また、スクリーンＳＣは斜めに入射した光を観察者側（スクリーンＳＣの表側）に適度な視野角で拡散すればよい。

以下に、図１及び図８に示す本実施例のリアプロジェクタにおける各光学面の配置及び形状データ（数値例）を示す。表１には、θ_Ｓ，θ_Ｒ，θ_Ｐ，Ｌ_Ｐ，Ｌ_Ｒ，Ｌ_１，Ｌ_２，Ｓ_Ｙ及び薄型比の値を示す。さらに、表２には、条件（１）〜（５），（８）及び（９）の値を示す。

また、図９に示すスクリーンＳＣ上の２０点の位置での横収差図を、図１０、図１１、図１２及び図１３に示す。

本実施例では、表２に示すように、条件（１）〜（５）を満足しているため、下部投射光学系Ｐと第２の平面反射面ＭＲの奥行きがともに薄く、また袴部の高さも低く、かつ高精細な画像を投射できるリアプロジェクタを実現している。また、本実施例は、条件（８），（９）も満足している。

（数値例）
パネル側ＮＡ：Ｘ０．１６６７Ｙ０．１１３６

面
Ｘｉ
Ｙｉ
Ｚｉ
Ｄｉ
θｘi
曲率半径
Ｎｄｉ
νｄｉ

1
0
0
0
9.00
0
-304.09
496999
815459
屈折面Ｃ

2
0
0
9.00
1.00
0
-39.07
air

屈折面Ｃ

3
0
0
10.00
10.00
0
323.26
496999
815459
屈折面Ｃ

4
0
0
20.00
3.00
0
-36.41
834000
371605
屈折面Ｃ

5
0
0
23.00
37.87
0
-174.88
air

屈折面Ｃ

6
0
0
60.87
6.50
0
-259.75
834000
371605
屈折面Ｃ

7
0
0
67.37
15.13
0
-80.65
air

屈折面Ｃ

8
0
0
82.50
127.00
0

air

絞りＳＴ

9
0
0
209.50
135.00
45.00
平面
air

平面反射面ＭU

10
135.00
0
209.50
140.00
18.00
非球面
air

反射面Ｓ１

11
21.74
-82.29
209.50
150.00
13.00
非球面
air

反射面Ｓ２

12
92.16
50.15
209.50
130.00
20.00
非球面
air

反射面Ｓ３

13
119.19
-77.01
209.50
863.00
8.50
非球面
air

反射面Ｓ４

14
-299.20
677.79
209.50
436.66
9.00
平面
air

平面反射面ＭＲ

15
-215.89
249.15
209.50
3.85
72.00

スクリーンＳＣ

非球面形状
１０面（反射面Ｓ１）

C04
7.0007E-04

C06
3.8083E-04

C08
-2.7085E-06

C10
1.8546E-07

C11
-2.0973E-08

C13
3.1529E-09

C15
5.3600E-08

C17
1.6456E-10

C19
-1.0245E-10

C21
7.8337E-12

C22
-2.5315E-12

C24
-2.8096E-11

C26
-2.3716E-11

C28
-7.2718E-11

C30
-1.5024E-13

C32
-4.4073E-14

C34
-2.3149E-13

C36
1.5775E-13

C37
1.9320E-15

C39
1.4794E-14

C41
5.3462E-15

C43
3.1291E-14

C45
5.0419E-14

１１面（反射面Ｓ２）

C04
7.5228E-04

C06
-6.0291E-04

C08
-2.1159E-05

C10
-3.9490E-06

C11
-2.3061E-07

C13
2.6090E-08

C15
2.4452E-07

C17
2.6982E-09

C19
-2.0818E-09

C21
-1.5041E-09

C22
-5.5821E-12

C24
-1.0664E-10

C26
-1.2564E-10

C28
-2.1706E-10

C30
-2.0082E-12

C32
-2.8834E-13

C34
-4.6452E-13

C36
2.2888E-12

C37
2.4086E-14

C39
7.4776E-14

C41
1.8692E-14

C43
1.2539E-13

C45
1.2927E-13

１２面（反射面Ｓ３）

C04
4.0892E-03

C06
1.5421E-04

C08
-3.3242E-05

C10
-5.9572E-05

C11
-5.2510E-09

C13
4.4297E-08

C15
-7.8726E-07

C17
6.9771E-10

C19
-1.5565E-09

C21
2.3227E-08

C22
-8.9881E-12

C24
-1.6138E-11

C26
9.9973E-12

C28
1.3392E-09

C30
-3.8894E-14

C32
5.6278E-13

C34
1.4991E-12

C36
-8.2264E-11

C37
2.9646E-15

C39
6.1000E-15

C41
1.9566E-14

C43
8.7015E-14

C45
-3.6167E-12

１３面（反射面Ｓ４）

C04
-5.1563E-04

C06
-1.5492E-03

C08
1.9754E-06

C10
-2.4301E-06

C11
1.7541E-07

C13
-3.5452E-08

C15
3.6585E-08

C17
-1.2226E-09

C19
-6.2377E-10

C21
-3.6135E-10

C22
-5.8501E-11

C24
-5.4548E-13

C26
3.0524E-11

C28
-1.7003E-11

C30
2.7068E-13

C32
5.9939E-14

C34
-2.1971E-13

C36
5.5060E-13

C37
7.1861E-15

C39
4.6524E-15

C41
-1.4956E-15

C43
-1.6408E-15

C45
-4.6015E-15

図１４には、本発明の実施例２であるリアプロジェクタにおける投射光学系Ｐと第２の平面反射面ＭＲとスクリーンＳＣの側面断面図を示している。図中の各記号は実施例１と同じ構成要素を示す。図１４では、第１の平面反射面ＭＵでの反射を展開して下部投射光学系Ｐの第１の光学系Ｃと第２の光学系Ｒを同一断面にて示している。実際には、第１の光学系Ｃ及び第２の光学系Ｒは、第１の平面反射面ＭＵで光路が折り曲げられることにより、図１５のように配置される。

第１の光学系Ｃを射出したカラー画像光は、第１の平面反射面ＭＵで反射されてその光路を９０度曲げられて第２の光学系Ｒに導かれる。第２の光学系Ｒは、１つの凹面の非球面反射面（最終曲面反射面）で反射され、第２の平面反射面ＭＲで反射されてスクリーンＳＣに斜めに投射される。

図１４に示す第１の断面において、スクリーンＳＣの上端と下端に結像する画角の主光線が、第２の光学系Ｒの凹面非球面反射面と第２の平面反射面ＭＲとの間で交差して射出瞳を形成している。

本実施例では、光学面の配置及び形状データを省略するが、本実施例でのθ_Ｓ，θ_Ｒ，θ_Ｐ，Ｌ_Ｐ，Ｌ_Ｒ，Ｌ_１，Ｌ_２，Ｓ_Ｙ及び薄型比の値を表１に示す。本実施例も、表２に示すように、条件（１）〜（５），（８）及び（９）を満足する。

図１６には、本発明の実施例３であるリアプロジェクタにおける投射光学系Ｐと第２の平面反射面ＭＲとスクリーンＳＣの側面断面図を示している。図中の各記号は実施例１と同じ構成要素を示す。図１６では、第１の平面反射面ＭＵでの反射を展開して下部投射光学系Ｐの第１の光学系Ｃと第２の光学系Ｒを同一断面にて示している。実際には、第１の光学系Ｃ及び第２の光学系Ｒは、第１の平面反射面ＭＵで光路が折り曲げられることにより、図１７のように配置される。

第１の光学系Ｃを射出したカラー画像光は、第１の平面反射面ＭＵで反射されてその光路を９０度曲げられて第２の光学系Ｒに導かれる。第２の光学系Ｒは、１つの凸面の非球面反射面（最終曲面反射面）で反射され、第２の平面反射面ＭＲで反射されてスクリーンＳＣに斜めに投射される。

図１７に示す第１の断面において、スクリーンＳＣの上端と下端に結像する画角の主光線が、第２の光学系Ｒの凹面非球面反射面と第２の平面反射面ＭＲとの間で交差して射出瞳を形成している。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

本発明の実施例１であるリアプロジェクタの構成を示す側面断面図。実施例１における下部投射光学系の拡大図。実施例１における下部投射光学系の鳥瞰図。実施例１における第１の光学系の断面図。実施例１における第１の光学系が結像光学系であることを示す図。実施例１の比較例の筐体下部を上から見た図。実施例１の筐体下部を上から見た図。実施例１のリアプロジェクタの概略構成を示す側面断面図。実施例１における横収差の評価位置を示す図。実施例１における横収差図。実施例１における横収差図。実施例１における横収差図。実施例１における横収差図。本発明の実施例２であるリアプロジェクタの概略構成を示す側面断面図（一部展開図）。実施例２のリアプロジェクタの概略構成を示す側面断面図。本発明の実施例３であるリアプロジェクタの概略構成を示す側面断面図（一部展開図）。実施例３のリアプロジェクタの概略構成を示す側面断面図。実施例におけるθ_Ｓ，θ_Ｒ，θ_Ｐ，Ｌ_Ｐ，Ｌ_Ｒ，Ｌ_１，Ｌ_２，Ｓ_Ｙを示す図。実施例における定義を説明するための図。 θ_Ｐが大きい場合を示す図。実施例においてθ_Ｐが小さい場合を示す図。座標系を説明するための図。

符号の説明

Ｂ筐体
Ｐ下部投射光学系
Ｃ第１の光学系
Ｒ第２の光学系
ＬＣ空間光変調素子
ＬＶ光源、照明光学系及び色分解合成光学系
ＭＵ第１の平面反射面
ＭＲ第２の平面反射面
ＳＣスクリーン

Claims

筐体の前面にスクリーンを有し、
前記筐体の内部に、
光を変調する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子からの光を前記スクリーンの背面に投射する投射光学系とを有し、
前記空間光変調素子の中心と前記投射光学系に含まれる絞りの中心を通る中心主光線が辿る経路を基準軸とし、該基準軸のうち前記スクリーンに入射する最終基準軸部分とスクリーンの法線とを含む断面を第１の断面とするとき、
前記投射光学系は、前記筐体の内部のうち前記第１の断面における前記スクリーンに沿った方向での一端側の領域にそれぞれ配置された、
前記空間光変調素子からの光が入射する、少なくとも１つレンズにより構成される第１の光学系と、
該第１の光学系からの光を反射する第１の反射面と、
少なくとも１つの曲面反射面により構成され、前記第１の反射面からの光が入射する第２の光学系とを有し、
かつ前記筐体の内部のうち前記第１の断面における前記スクリーンに沿った方向での他端側の領域に前記スクリーンの法線に対して傾いて配置され、前記第２の光学系からの光を前記スクリーンに対して斜めに入射させる第２の反射面を有しており、
以下の条件を満足することを特徴とするリアプロジェクタ。

５°≦θ_Ｓ≦２５°
０．２≦Ｌ_１／Ｌ_２≦０．９
０．８≦Ｌ_Ｐ／Ｓ_Ｙ≦１．２
０．４５≦Ｌ_Ｒ／Ｓ_Ｙ≦０．６
−０．８Ｌ_Ｐ／Ｌ_Ｒ≦１−２ｓｉｎθ_Ｒ／ｔａｎθ_Ｓ≦０．５Ｌ_Ｐ／Ｌ_Ｒ

ただし、前記第１の断面において、
θ_Ｓは前記第２の反射面から前記スクリーンに入射する前記最終基準軸部分と前記スクリーンとのなす角度の絶対値であり、
θ_Ｒは前記スクリーンの法線に対する前記第２の反射面の傾き角の絶対値であり、
Ｌ_１は前記第１の反射面と前記基準軸との交点から前記第２の光学系における前記少なくとも１つの曲面反射面のうち最も前記スクリーンから離れた位置に配置された曲面反射面と前記基準軸との交点までの前記スクリーンの法線に沿った距離であり、
Ｌ_２は前記第２の反射面の前記スクリーンの法線に沿った長さであり、
Ｌ_Ｐは前記第２の光学系における前記少なくとも１つの曲面反射面のうち前記基準軸に沿って最も前記第２の反射面に近い最終曲面反射面から前記第２の反射面までの前記基準軸に沿った距離であり、
Ｌ_Ｒは前記第２の反射面から前記スクリーンまでの前記最終基準軸部分に沿った距離であり、
Ｓ_Ｙは前記スクリーンの長さである。
前記第１の光学系は、前記第１の断面における前記スクリーンの法線が延びる方向において、前記第２の光学系における前記最終曲面反射面から前記第２の反射面に入射する基準軸部分又はその延長線と前記スクリーンとの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のリアプロジェクタ。
前記基準軸のうち前記第１の反射面よりも前記空間光変調素子側の基準軸部分は、前記第１の断面に対して非平行であり、前記第１の反射面よりも前記スクリーン側の基準軸部分は前記第１の断面に含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載のリアプロジェクタ。
前記基準軸のうち前記第１の光学系内の基準軸部分は、前記スクリーンに対して２０°以下の角度で傾いていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のリアプロジェクタ。
前記第１の断面において、前記スクリーンにおける一端に結像する画角の主光線と、前記スクリーンの他端に結像する画角の主光線とが、前記最終曲面反射面と前記第２の反射面との間で交差することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のリアプロジェクタ。
前記第１の断面において、前記両主光線が、前記最終曲面反射面からＬ_Ｐ／３以内の領域で交差することを特徴とする請求項５に記載のリアプロジェクタ。
前記第１の断面において、前記最終曲面反射面の長さが前記第２の反射面の長さの２／３よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のリアプロジェクタ。
前記第１の断面において、前記最終曲面反射面は、前記投射光学系に含まれる複数の光学面のうち前記第２の反射面から最も遠くに位置する光学面であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のリアプロジェクタ。
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載のリアプロジェクタ。
５°≦θ_Ｓ≦２０°
−０．２Ｌ_Ｐ／Ｌ_Ｒ≦１−２ｓｉｎθ_Ｒ／ｔａｎθ_Ｓ≦０．２Ｌ_Ｐ／Ｌ_Ｒ
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のリアプロジェクタ。
１０°≦θ_Ｐ≦４０°
ただし、θ_Ｐは、前記第１の断面において、前記基準軸のうち前記最終曲面反射面に入射する基準軸部分と該最終曲面反射面から射出する基準軸部分とのなす角度の絶対値である。
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載のリアプロジェクタ。
０°≦｜θ_Ｓ−２θ_Ｒ｜≦７°