JP2001208968A

JP2001208968A - 投影装置およびテレセントリック光学系

Info

Publication number: JP2001208968A
Application number: JP2000017162A
Authority: JP
Inventors: Manami Kuiseko; 真奈美杭迫; Ken Yoshii; 謙吉井; Makoto Miyazaki; 誠宮崎
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2001-08-03
Also published as: US20010021005A1

Abstract

(57)【要約】【課題】処理光学系を容易に介挿することができる投
影装置およびテレセントリック光学系を提供する。【解決手段】ＴＩＲプリズム４４を介してディジタル
・マイクロミラー・デバイスによって反射されたＲ，
Ｇ，Ｂ色成分それぞれの光は分離された状態で、両側テ
レセントリック光学系５１１ａに入射される。それらの
光は両側テレセントリック光学系５１１ａによって結像
された後、処理光学系としての光路長調整器５１１ｂ，
５１１ｃ、ダイクロイックミラー５１１ｄ，５１１ｅお
よびミラー５１１ｆ，５１１ｇおよび像回転補償機構３
４にケラレることなく入射される。また、両側テレセン
トリック光学系５１１ａの全系の焦点距離ｆｌが｜ｆｌ
｜＞７５を満足するように構成されているため、レンズ
バックが長くなっており、容易に処理光学系を投影光学
系の前に介挿できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、画像を投影して
表示する投影装置およびテレセントリック光学系に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、所望の画像をスクリーン等に
投影して表示するプロジェクタ等の投影装置が知られて
いる。例えば、反射型の投影装置では、光源と、反射型
の表示素子と、投影光学系とを備えている。そして、表
示素子にディジタル画像データを基に画像を表示させつ
つ、光源からの光を表示素子に入射させると、その反射
光を投影光学系によってスクリーン等の投影対象に投影
することで、その投影対象に画像を表示させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記投影装置
のような装置において像を加工等する必要がある場合が
ある。例えば、画像を反転させて投影する必要がある場
合、像反転光学系を表示素子と投影光学系との間に介挿
する必要がある。このように、上記投影装置において表
示素子によって反射された像に対して加工等の各種処理
を行うための光学系（以下「処理光学系」という）を表
示素子と投影光学系との間に介挿する場合があるが、そ
のような場合、表示素子により反射された光は、到達方
向が異なるため、光学系内部で光線の一部がケラレてし
まう。このケラレを防止することは、光学設計上非常に
困難であった。

【０００４】この発明は、従来技術における上述の問題
の克服を意図しており、処理光学系を容易に介挿するこ
とができる投影装置およびテレセントリック光学系を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、投影光学系により画像を投影し
て表示する投影装置であって、反射光を用いて画像を表
示する反射型の表示素子と、表示素子の画像からの光を
結像させるテレセントリック光学系と、を備えている。

【０００６】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の投影装置であって、前記テレセントリック光学系が、
前群レンズ系と、光束規制と、後群レンズ系とを備える
ものであり、前記前群レンズ系は、少なくとも１枚の前
群正レンズと、少なくとも１枚の正レンズおよび少なく
とも１枚の負レンズを備える前群接合レンズと、少なく
とも１枚の前群負レンズとを備え、前記後群レンズ系
は、少なくとも１枚の後群負レンズと、少なくとも１枚
の負レンズおよび少なくとも１枚の正レンズを備える後
群接合レンズと、少なくとも１枚の後群正レンズとを備
え、さらに、前記テレセントリック光学系の全系の焦点
距離ｆｌが、｜ｆｌ｜＞７５を満足するものである。

【０００７】また、請求項３の発明は、請求項１または
請求項２に記載の投影装置であって、表示素子が色を構
成する複数の画像成分のそれぞれを表示するカラー表示
素子であり、テレセントリック光学系によって結像され
た前記各画像成分の像の光路長の差を補償する光路長補
償光学系をさらに備えている。

【０００８】また、請求項４の発明は、前群レンズ系
と、光束規制と、後群レンズ系とを備え、前記前群レン
ズ系は、少なくとも１枚の前群正レンズと、少なくとも
１枚の正レンズおよび少なくとも１枚の負レンズを備え
る前群接合レンズと、少なくとも１枚の前群負レンズと
を備え、前記後群レンズ系は、少なくとも１枚の後群負
レンズと、少なくとも１枚の負レンズおよび少なくとも
１枚の正レンズを備える後群接合レンズと、少なくとも
１枚の後群正レンズとを備え、ｆｌをテレセントリック
光学系の全系の焦点距離とするとき、｜ｆｌ｜＞７５を
満足している。

【０００９】また、請求項５の発明は、請求項４に記載
のテレセントリック光学系であって、光束規制を中心と
して前群レンズ系と後群レンズ系とが対称に構成されて
いる。

【００１０】また、請求項６の発明は、請求項４または
請求項５に記載のテレセントリック光学系であって、前
群接合レンズおよび後群接合レンズがそれぞれ１枚の正
レンズおよび１枚の負レンズからなるものであり、さら
に、前群接合レンズと前群負レンズとの間に、所定程度
より弱い屈折力を持つ前群レンズと、後群接合レンズと
後群負レンズとの間に、所定程度より弱い屈折力を持つ
後群レンズと、を備え、前群負レンズおよび後群負レン
ズのそれぞれが曲率の強い方の面を光束規制側に向けて
いる。

【００１１】また、請求項７の発明は、請求項４または
請求項５に記載のテレセントリック光学系であって、前
群正レンズおよび後群正レンズをそれぞれ２枚ずつ備
え、前群接合レンズおよび後群接合レンズがそれぞれ、
１枚の正レンズ、１枚の負レンズおよび所定程度より弱
い屈折力を持つレンズからなるものであり、前群負レン
ズおよび後群負レンズのそれぞれが曲率の強い方の面を
光束規制側に向けている。

【００１２】さらに、請求項８の発明は、請求項４また
は請求項５に記載のテレセントリック光学系であって、
前群正レンズおよび後群正レンズをそれぞれ２枚ずつ備
え、前群接合レンズおよび後群接合レンズがそれぞれ１
枚の正レンズおよび１枚の負レンズからなるものであ
り、さらに、前群負レンズおよび後群負レンズのそれぞ
れが曲率の強い方の面を光束規制側に向けている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照しつつ説明する。

【００１４】＜Ａ．立体画像表示装置＞立体画像表示装
置１００の一実施の形態について説明する。図１は、立
体画像表示装置１００の概観を示す図である。この立体
画像表示装置１００は、スクリーン３８に断面画像を投
影するための光学系や各種データ処理を行うための制御
機構が内蔵されたハウジング２０と、そのハウジング２
０の上部側に設けられて内部に回転するスクリーンを収
容する円筒状の風防２０ａとを備えている。

【００１５】風防２０ａはガラスやアクリル樹脂等の透
明な材質で形成されており、内部側で回転するスクリー
ン３８に投影される断面画像を外部より視認することが
できるように構成されている。また、風防２０ａは内部
空間を密封しており、そのことによってスクリーン３８
の回転の安定化や回転駆動するモータの消費電力の低減
を図っている。

【００１６】ハウジング２０の前面側には液晶ディスプ
レイ（ＬＣＤ）２１、着脱可能な操作スイッチ２２、記
録メディア４の着脱口２３が配置されており、また側面
側にはディジタル入出力端子２４が設けられている。液
晶ディスプレイ２１は、操作入力を行う際の操作案内画
面の表示手段および表示対象物のインデックスのための
２次元画像の表示手段として用いられる。ディジタル入
出力端子２４はＳＣＳＩ端子あるいはＩＥＥＥ１３９４
端子等である。さらにハウジング２０の外周面の４箇所
には音声出力のためのスピーカ２５が配置されている。

【００１７】次に、立体画像表示装置１００においてス
クリーン３８上に断面画像を投影するための光学系につ
いて説明する。図２は、立体画像表示装置１００におけ
る光学系を含む構成を示す図である。図２に示すように
立体画像表示装置１００における光学系は、照明光学系
４０と処理・投影光学系５０とＤＭＤ（ディジタル・マ
イクロミラー・デバイス）３３とＴＩＲプリズム４４と
カバーガラス（図示省略）とカラーフィルタ４５とを備
えて構成される。なお、カバーガラスはＴＩＲプリズム
４４のカラーフィルタ４５に接する面に設けられている
が、後述する実施例にのみ図示する。

【００１８】まず、ＤＭＤ３３について説明する。ＤＭ
Ｄ３３とカラーフィルタ４５とは、スクリーン３８に投
影する断面画像を生成する画像生成手段として機能する
ものであり、このうちＤＭＤ３３は１辺が１６μｍ程度
の矩形の金属片（例えばアルミニウム片）の極めて小さ
なミラーを１画素として１チップあたり数十万枚の規模
で平面に敷き詰めた構造を有し、各画素直下に配置され
たＳＲＡＭ出力の静電電界作用により各ミラーの傾斜角
を個々に±１０度で制御できるデバイスである。なお、
ミラーの角度制御は、ＳＲＡＭ出力の「１」、「０」に
対応して、ＯＮ／ＯＦＦのバイナリ制御であり、光源か
らの光が当たると、ＯＮ（またはＯＦＦ）の方向を向い
ているミラーで反射した光だけが処理・投影光学系５０
の方向に進み、ＯＦＦ（またはＯＮ）の方向を向いてい
るミラーで反射した光は有効な光路から外れ処理・投影
光学系５０の方向には進まない。このミラーのＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御により、ＯＮ／ＯＦＦのミラー分布に対応した
断面画像が生成されてスクリーン３８に投影されること
になる。

【００１９】なお、各ミラーの傾斜角を制御して反射す
る光の方向を切り換えるが、この切り換え時間の調整
（反射する時間の長さ）により各画素の濃淡（階調）を
表現することができ、１色につき２５６階調が表現でき
る。

【００２０】このようなＤＭＤ３３は、第一に光利用効
率が非常に高いこと、第二に高速応答性を有することの
２つの大きな特徴を有しており、一般にはその高い光利
用効率を活かしてビデオプロジェクタ等の用途に使用さ
れている。

【００２１】この実施の形態においては、ＤＭＤ３３の
もう一つの大きな特徴である高速応答性を利用すること
により、残像効果を利用する体積走査法において表示対
象物の動画像をも表示することができるように実現され
る。

【００２２】ＤＭＤ３３は一枚一枚のミラーの偏向の応
答性が約１０μｓｅｃであることと、画像データの書き
込みが一般的なＳＲＡＭとほぼ同様の方法でできること
から、１枚の画像を生成するのに要する時間は１ｍｓｅ
ｃあるいはそれ以下ときわめて高速である。仮に１ｍｓ
ｅｃであるとすると、残像効果を実現するために１／１
８ｓｅｃで１８０゜（すなわち毎秒９回転）の体積走査
を行う場合に生成できる断面画像の数は約６０枚とな
る。従来の体積走査法で画像生成手段として使用されて
いたＣＲＴや液晶ディスプレイ等と比較すると、ＤＭＤ
３３は単位時間当たりはるかに多くの断面画像をスクリ
ーン３８上に投影することができ、非回転対称形状の立
体の表示のみならず、動画像の表示にも対応することが
できるのである。

【００２３】また、ＤＭＤ３３の特徴の１つである光の
利用効率の高さも、より明るい断面画像をスクリーン３
８上に投影することで残像効果を高めることに寄与し、
ＣＲＴ方式等と比較して高品位の立体画像の表示を可能
にする。

【００２４】なお、図２に示すようにＤＭＤ３３の画像
生成面側には、複数の色成分ごとに領域分割されたカラ
ーフィルタ４５が設けられており、ＤＭＤ３３ではこの
複数の領域ごとに各色成分に対応する複数の断面画像
（投影画像）を生成する。また、ＤＭＤ３３の画像生成
面側にはカラーフィルタ４５を介して、照明光学系４０
からの照明光を各微小ミラーに導くとともに、ＤＭＤ３
３で生成された各色成分ごとの複数の断面画像を処理・
投影光学系５０に導くためにＴＩＲプリズム４４が配設
されている。

【００２５】照明光学系４０は、白色光源４１と照明レ
ンズ系４２とを有しており、白色光源４１からの照明光
は照明レンズ系４２により平行光とされる。照明レンズ
系４２はコンデンサレンズ４２１、インテグレータ４２
２およびリレーレンズ４２３により構成される。白色光
源４１からの照明光はコンデンサレンズ４２１により集
光されてインテグレータ４２２に入射する。そして、イ
ンテグレータ４２２によって光量分布が均一な状態とさ
れた照明光は、リレーレンズ４２３により平行光とされ
た上で、ＴＩＲプリズム４４に入射し、カラーフィルタ
４５を介してＤＭＤ３３上に照射される。

【００２６】ＤＭＤ３３は、図示しないホストコンピュ
ータ等から与えられる２次元画像データに基づいて個々
の微小ミラーの傾斜角度を変化させることにより照明光
のうちの断面画像を投影するのに必要な光成分のみを処
理・投影光学系５０に向けて反射させる。

【００２７】処理・投影光学系５０は処理・投影レンズ
系５１とスクリーン３８とを有している。処理・投影レ
ンズ系５１は中間光学系５１１と投影レンズ５１３と投
影ミラー３６，３７と像回転補償機構３４とを備えてお
り、このうち投影レンズ５１３と投影ミラー３６，３７
は投影光学系５２を構成し、スクリーン３８を回転軸Ｚ
のまわりに回転させる回転部材３９の内部側に配置され
ている。

【００２８】ＤＭＤ３３で反射された光（断面画像）は
中間光学系５１１により平行光にされ、断面画像の回転
補償を行うために像回転補償機構３４を通過する。そし
て、像回転補償機構３４において回転補償が行われた光
束は投影ミラー３６、投影レンズ５１３、投影ミラー３
７を経由して最終的にスクリーン３８の主面（投影面）
上に投影される。したがって、処理・投影光学系５０と
ＤＭＤ３３とで、複数の断面画像を２次元画像データに
基づいて順次に生成し、スクリーン３８の回転走査に同
期して複数の断面画像をスクリーン上に順次に投影する
投影画像生成手段を形成する。

【００２９】この光学系において、投影ミラー３６、投
影レンズ５１３、投影ミラー３７およびスクリーン３８
は回転部材３９に固定されており、回転部材３９の回転
とともにスクリーン３８の中心軸を含む垂直な回転軸Ｚ
の回りに角速度Ωで回転する。つまり、体積走査を行う
ためにスクリーン３８を回転させる際には、回転部材３
９内部に配置された投影ミラー３６、投影レンズ５１３
および投影ミラー３７もスクリーン３８と一体となって
回転するため、スクリーン３８がいかなる角度となって
も常にその正面側から断面画像の投影を行うことができ
るのである。

【００３０】なお、スクリーン３８の回転角度は位置検
出器７３により常に検出されている。

【００３１】こうしてＤＭＤ３３において生成された断
面画像がスクリーン３８上に投影される。投影レンズ５
１３の役割は、光束がスクリーン３８上に至るところで
適切な画像サイズをなすようにすることである。また、
投影ミラー３７はスクリーン３８に投影される立体像を
観察する際に観察者の視線を妨げないように、スクリー
ン３８の正面の斜め下方向（図２の場合は回転部材３９
の内部側）から断面画像を投影するように配置されてい
る。なお、投影レンズ５１３の投影ミラー３６および３
７に対する位置的な順序関係は必ずしも本実施の形態に
とらわれるものではない。

【００３２】ここで、像回転補償機構３４について説明
する。図２に示す像回転補償機構３４は、いわゆるイメ
ージローテータの構成によって実現されている。スクリ
ーン３８が取り付けられている回転部材３９がある回転
角度に位置する場合に、スクリーン３８上に投影されて
いる断面画像を基準像とする。もし像回転補償機構３４
を用いないとすると、回転部材３９が回転するにつれ投
影される断面画像はスクリーン３８上で面内回転し、回
転部材３９が１８０゜回転したところで投影される断面
画像は基準像に対し上下が逆転した像になってしまう。
この現象を防ぐものが像回転補償機構３４である。

【００３３】図２に示す像回転補償機構３４は複数のミ
ラーを組み合わせて構成されるイメージローテータを使
用している。イメージローテータを光軸まわりに回転さ
せると、入射画像に対する出射画像がイメージローテー
タの角速度の２倍の角速度で回転して出射される性質が
ある。したがって、スクリーン３８が取り付けられてい
る回転部材３９の角速度の１／２の角速度でイメージロ
ーテータを回転させることによって、スクリーンの回転
にかかわらず正立した断面像を常に投影できる。

【００３４】なお、像回転補償機構としてはイメージロ
ーテータ以外にダブ（タイプ）プリズムを使用しても同
様の効果が得られる。また、ここに説明した像回転補償
機構３４を使用せず、ＤＭＤ３３の表面上に生成する断
面画像をスクリーン３８の回転角度に応じて光軸まわり
に回転する像とすることで投影像の回転を打ち消すよう
にしても良い。

【００３５】すなわち、ＤＭＤ３３の表面上で生成され
る断面画像が、体積走査の開始時では正立像（あるいは
倒立像）であり、スクリーン３８の回転とともに自転し
て体積走査が完了した時点では倒立像（あるいは正立
像）となるように断面画像の生成のための２次元画像デ
ータを、ＤＭＤ３３に与える前の段階で補正するように
しても良い。

【００３６】図３はスクリーン３８および回転部材３９
の斜視概観図の一例を示す図である。図３に示すように
回転部材３９は円盤形状をなし、その側面に回転駆動手
段となるモータ７４の回転軸が接することによって回転
駆動される。なお、回転部材３９の中心軸にモータを直
結したり、歯車やベルトを介して駆動させるようにして
も良い。

【００３７】図３に示すようにスクリーン３８がある回
転角度θ１にあるとき、θ１に対応した表示対象物の断
面画像Ｐ１（ＤＭＤ３３で生成）が、図２に示した投影
ミラー３６と投影レンズ５１３と投影ミラー３７とを経
由してスクリーン３８上に投影される。そこから微小時
間が経過してスクリーン３８が回転し、その回転角度が
θ２になったとき、今度はθ２に対応した表示対象物の
断面画像Ｐ２（ＤＭＤ３３で生成）が、図２に示した投
影ミラー３６と投影レンズ５１３と投影ミラー３７とを
経由してスクリーン３８上に投影される。

【００３８】投影ミラー３６、投影レンズ５１３および
投影ミラー３７はスクリーン３８に対して一定の位置関
係を保ったまま共に回転するので、スクリーン３８上に
は回転にかかわらず常に断面像が投影され続ける。そし
て回転部材３９を１８０゜回転（若しくは３６０°回
転）させた時点で再び始めと同じ断面画像が現れ、１回
の体積走査が完了する。以上の動作を回転部材３９の回
転の速度を残像効果が起きるように十分に速く、かつ投
影する断面像の枚数を十分に多くすることによって、観
察者は断面画像の包絡として表示対象物の立体像を視認
することができるのである。

【００３９】次に断面画像の大きさ（解像度）について
述べる。図４はスクリーン３８に投影される断面画像の
大きさを示す図である。断面画像は２５６画素（水平方
向）×２５６画素（垂直方向）の大きさで、スクリーン
３８の回転軸に対して対称に投影される。すなわち、回
転軸を中心として周方向に向かって左右１２８画素の大
きさとなる。投影される断面画像はスクリーン３８と一
定の関係を保ったまま共に回転するので、スクリーン３
８の回転にかかわらず、投影される断面画像の大きさは
一定である。なお、図４に示す断面画像の大きさは単な
る一例であり、使用されるＤＭＤ３３に設けられた微小
ミラーの数に応じて任意の大きさが設定可能である。

【００４０】＜Ｂ．カラー表示のための構成＞この実施
の形態におけるカラー表示を行うための構成について説
明する。カラーフィルタ４５は複数の領域に分割され、
各領域ごとに例えばＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３
つの色成分のうちのいずれかの色成分の光を透過するよ
うに分割されている。Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの色成分に分割
することによってスクリーン３８に断面画像をカラー表
示することができるのである。

【００４１】カラー表示を行うために、従来のようにＤ
ＭＤに照射する照明光をＲ成分とＧ成分とＢ成分とを時
分割で生成する方法や、ＤＭＤを３個準備してそれぞれ
のＤＭＤにおいてＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のそれぞれに
対応する断面画像を生成する方法が考えられる。しか
し、前者の方法ではＲ，Ｇ，Ｂの３枚の断面画像を投影
することによって１枚のカラーの断面画像を生成するも
のであるため、３倍の表示時間を必要とする。また、後
者の方法では３個のＤＭＤを必要とするためコストアッ
プの要因となり好ましくない。

【００４２】この実施の形態では、１つのＤＭＤ３３を
Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する複数の領域に分割する構成を採用
し、１枚のカラー画像を投影する時間を短縮し、かつ、
低コストでカラー表示可能なように実現するものであ
る。

【００４３】図５はこの実施の形態に係るカラーフィル
タ４５の構成を示す図である。この実施の形態では図５
に示すようなカラーフィルタ４５を使用する。図５に示
すカラーフィルタ４５は、Ｒ成分の光を透過するフィル
タ部分４５ａとＧ成分の光を透過するフィルタ部分４５
ｂとＢ成分の光を透過するフィルタ部分４５ｃとの３つ
の領域に分割されている。このようにカラーフィルタ４
５を色成分の数に応じた各領域に分割することは容易か
つ安価に実現可能である。そして、図５に示すように領
域分割されたカラーフィルタ４５をＤＭＤ３３の画像生
成面側に配置するのである。

【００４４】図６はＤＭＤ３３の画像生成面の概略を示
す図である。図５に示すようなカラーフィルタ４５をＤ
ＭＤ３３上に配置することにより、ＤＭＤ３３の画像生
成面は３つの領域３３ａ、３３ｂ、３３ｃに分割され
る。領域３３ａはカラーフィルタ４５を介してＲ成分の
光を受ける領域であり、領域３３ｂはＧ成分の光を受け
る領域であり、領域３３ｃはＢ成分の光を受ける領域で
ある。つまり、この実施の形態では画素ごとに色成分を
規定するのではなく、図６に示すように２次元的な画素
の連続配列として各色成分ごとの領域を規定するのであ
る。

【００４５】そして、図４に示したようにスクリーン３
８上に２５６画素×２５６画素の断面画像を投影する場
合、図６に示すようにＤＭＤ３３の各領域３３ａ、３３
ｂ、３３ｃのそれぞれのほぼ中央付近に位置する２５６
画素×２５６画素の画像生成部分において各色成分に対
応する断面画像の生成が行われる。そして、ＤＭＤ３３
として画素数（微小ミラーの数）の多いものを使用すれ
ば、領域３３ａでの画像生成部分と領域３３ｂでの画像
生成部分および領域３３ｂでの画像生成部分と領域３３
ｃでの画像生成部分との間隔を十分に広く設定すること
ができるため、ＤＭＤ３３に対してカラーフィルタ４５
を配設する作業も容易に行うことができる。つまり、各
領域３３ａ〜３３ｃにおける画像生成部分が互いに隣接
していない状態であれば、カラーフィルタ４５を配設す
る際の取り付け位置が若干ずれたとしてもそれによって
各画像生成部分に他の色成分の光が入射することを避け
ることができるので各色成分の断面画像を問題なく生成
することが可能になる。

【００４６】以上のことを換言すると、この実施の形態
ではＤＭＤ３３とカラーフィルタ４５とによって構成さ
れる画像生成手段が、一体化された画素配列面が分割さ
れることによりそれぞれが画素の２次元的な連続配列と
して規定された複数の領域を有しており、各領域におい
てそれぞれ異なる色成分についての複数の断面画像を同
時に生成することによって、スクリーン３８に投影され
る立体画像をカラー化するのに必要な各色成分ごとの断
面画像を生成することができるように構成されている。
したがって、簡単な構成で比較的容易かつ安価にカラー
表示を行うことができるとともに、各色成分がＲ，Ｇ，
Ｂの３つの色成分である場合には時分割によってカラー
表示を行う場合に比べて３倍の数の断面画像を投影する
ことができるため、投影される立体カラー画像の高精細
化にも寄与するのである。さらに、時分割でカラー表示
を行う場合には回転式のカラーフィルタを回転させる駆
動部等が必要になるが、この実施の形態のようにＤＭＤ
３３を複数の領域に分割し、それぞれの領域で同時に各
色成分に対応する断面画像を生成するように構成すれ
ば、カラー表示を行うための特別な駆動部等を設ける必
要がないので、カラー表示を行うための構成を小型化す
ることもできる。

【００４７】＜Ｃ．中間光学系＞次に、中間光学系５１
１について説明する。図７は図２に示した中間光学系５
１１の詳細を示す図である。上記のように異なる領域で
Ｒ，Ｇ，Ｂの各成分ごとの断面画像が生成される場合に
は、それらの断面画像がスクリーン３８に投影される過
程で１つの画像として合成されることが必要になる。そ
うすることによって１つのカラー画像が形成されるから
である。

【００４８】このため、中間光学系５１１は両側テレセ
ントリック光学系５１１ａと光路長調整器５１１ｂ，５
１１ｃとダイクロイックミラー５１１ｄ，５１１ｅとミ
ラー５１１ｆ，５１１ｇとを備えており、図６の領域３
３ａ〜３３ｃのそれぞれで生成される各色成分ごとの断
面画像を一の光路上に合成する。

【００４９】ＤＭＤ３３の各領域で生成されたＲ成分、
Ｇ成分、Ｂ成分のそれぞれの光（断面画像）はＴＩＲプ
リズム４４を通って両側テレセントリック光学系５１１
ａによって平行光にされる。そして、平行光になった
Ｒ，Ｇ，Ｂの各成分の光（断面画像）はそれぞれ異なる
３つの光路を形成する。例えば、図７に示すようにＲ成
分の光はＧ成分の光の上側を通り、Ｂ成分の光はＧ成分
の光の下側を通るような３つの平行光が形成される。

【００５０】Ｒ成分の光は両側テレセントリック光学系
５１１ａによって平行光とされた後、光路長調整器５１
１ｂに入射し、この光路長調整器５１１ｂによってＲ成
分の断面画像がＧ成分の断面画像との間に生じる光路差
の補償が行われる。光路差の補償が行われたＲ成分の光
はミラー５１１ｆによって全反射されてダイクロイック
ミラー５１１ｄによってＧ成分の光と合成される。ダイ
クロイックミラー５１１ｄはＲ成分の光を反射し、他の
成分の光を透過させる。したがって、このダイクロイッ
クミラー５１１ｄにおいてＲ成分の光が反射され、Ｇ成
分の光が透過して一の光路上にＲ成分とＧ成分との合成
が行われるのである。

【００５１】また、Ｂ成分の光についても両側テレセン
トリック光学系５１１ａによって平行光とされた後、光
路長調整器５１１ｃに入射し、この光路長調整器５１１
ｃによってＢ成分の断面画像がＧ成分の断面画像との間
に生じる光路差の補償が行われる。光路差の補償が行わ
れたＢ成分の光はミラー５１１ｇによって全反射されて
ダイクロイックミラー５１１ｅによってＲ成分およびＧ
成分の光と合成される。ダイクロイックミラー５１１ｅ
はＢ成分の光を反射し、他の成分の光を透過させる。し
たがって、このダイクロイックミラー５１１ｅにおいて
Ｂ成分の光が反射され、Ｒ成分およびＧ成分の光が透過
して一の光路上にＲ，Ｇ，Ｂの各成分の合成が行われる
のである。

【００５２】そして合成された各色成分の光は、図２に
示すように像回転補償機構３４、投影ミラー３６、投影
レンズ５１３、投影ミラー３７を介してスクリーン３８
上に投影される。

【００５３】このようにしてＤＭＤ３３の異なる領域で
Ｒ，Ｇ，Ｂの各成分ごとの断面画像が生成される場合で
あっても、それらの断面画像をスクリーン３８に投影さ
れる過程で１つの画像として合成することができ、スク
リーン３８上には適切な１つのカラー表示された断面画
像を投影することが可能になる。

【００５４】なお、Ｒ成分とＢ成分との光路中に介挿さ
れている光路長調整器５１１ｂ，５１１ｃはそれぞれ所
定の屈折率を有する媒質によって構成されており、その
媒質中を各色成分の光が通過することによってその屈折
率と光軸方向の厚さとに基づいた光路長の補償が行われ
る。

【００５５】図７において各色成分が一の光路に合成さ
れた後の断面画像について考えると、Ｇ成分の光はＲ成
分、Ｂ成分の光に比して光路長が短いため、Ｇ成分の光
の結像位置はＲ成分とＢ成分との光の結像位置よりも光
軸方向に進んだ位置となる。つまり、各色成分に光路差
があることにより、各色成分の結像位置が一致しない事
態が生じるのである。この事態を放置することは、ある
色成分の断面画像はスクリーン３８の投影面上に結像す
るが、他の色成分の断面画像については投影面上に結像
しないことになる。この結果、スクリーン３８に投影さ
れる各色成分の断面画像のうちにピントのぼけた画像が
存在することになり、表示画像の画質の低下を招くこと
になる。

【００５６】そこで、上記のように光路長調整器５１１
ｂ，５１１ｃをＲ成分とＢ成分との光路中に介挿させて
Ｒ成分とＧ成分およびＢ成分とＧ成分の光路差を補償
し、各色成分の結像位置をＧ成分の光の結像位置に一致
させるのである。それによってＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の
光が同一位置に結像するようになり、各色成分の断面画
像は全てスクリーン３８の投影面上に結像してピントの
合った高画質な断面画像の表示が可能になる。

【００５７】＜Ｄ．両側テレセントリック光学系＞上述
のように、この実施の形態では中間光学系５１１におい
て、等倍の結像光学系として両側テレセントリック光学
系５１１ａを設けているが、この光学系が両側テレセン
トリックとなっているのは、以下のような理由による。

【００５８】表示素子（ＤＭＤ３３）側（拡大光学系に
おける縮小側）においては、その光学系によってＤＭＤ
３３で反射された光が、その光に対して各種処理を行う
ための光学系（以下「処理光学系」という）によりケラ
レてしまわないようにテレセントリック（物体側テレセ
ントリック）である必要がある。

【００５９】また中間像を形成する側（拡大光学系にお
ける拡大側）においては、投影光学系５２に対して光量
の損失なくリレーしてしかも投影光学系５２に入射させ
る際にコンデンサレンズを不要とするために、テレセン
トリック（像側テレセントリック）であることが望まし
い。

【００６０】さらに、この立体画像表示装置１００で
は、ＤＭＤ３３においてＲ，Ｇ，Ｂ成分の光を分離した
状態で反射し、後に光路長調整器５１１ｂ，５１１ｃで
各色成分間の光路長の差を補償しているが、このような
光路長の補償の前に、各色成分が混ざり合ってしまうと
光路長の補償ができない。すなわち、光路長調整器５１
１ｂ，５１１ｃに各色成分の光を分離した状態で入射さ
せるために、ＤＭＤ３３と光路長調整器５１１ｂ，５１
１ｃとの間の光学系は両側テレセントリックである必要
がある。

【００６１】このような事情から、この光学系は両側テ
レセントリックとなるように構成されている。なお、こ
の実施の形態においては、光路長調整器５１１ｂ，５１
１ｃ、ダイクロイックミラー５１１ｄ，５１１ｅ、ミラ
ー５１１ｆ，５１１ｇおよび像回転補償機構３４が処理
光学系に該当する。

【００６２】そこで、この実施の形態では、両側テレセ
ントリック光学系５１１ａとして、以下のようなレンズ
構成を採用している（図８、図１０、図１２、図１４、
図１６、図１８参照）。すなわち、少なくとも１枚の前
群正レンズと、少なくとも１枚の正レンズおよび少なく
とも１枚の負レンズを備える前群接合レンズと、少なく
とも１枚の前群負レンズとを備える前群レンズ系と、光
束を規制する光束規制（絞り）と、少なくとも１枚の後
群負レンズと、少なくとも１枚の負レンズおよび少なく
とも１枚の正レンズを備える後群接合レンズと、少なく
とも１枚の後群正レンズとを備える後群レンズ系と、を
備えている。

【００６３】また、光束規制を中心として前群レンズ系
と後群レンズ系とを対称に構成している。これにより、
両側テレセントリックとすることができるとともに、前
群レンズ系と後群レンズ系とを異なる構成とするのに比
べて同じ構成のレンズ系を２つ作ればよいので、製造工
程が簡略化できる。

【００６４】また、両側テレセントリック光学系５１１
ａの全系の焦点距離ｆｌが、次式を満足するようにして
いる。｜ｆｌ｜＞７５・・・（式１）これは、全系の焦点距離ｆｌが余りにも正または負の短
い値を取ると、両側テレセントリックとするのが難し
く、性能（物点を固定した状態での点像強度分布の状
態）が必要な程度のものにできないからである。

【００６５】また、立体画像表示装置の中間部分では、
なるべく、性能劣化がない（各種収差がない）のがよ
い。すなわち、レンズ枚数を多くして各種収差を減らし
たい。しかしながら、余りにもレンズ枚数が多くなると
全体の構成が大きくなってしまう。そこで、前群レンズ
系および後群レンズ系それぞれのレンズ構成を、通常用
いられるガウスタイプのレンズよりも負レンズの数を１
枚多く、２枚として全体の構成を余り大きくしないで収
差をとり易くした。具体的には、前群レンズ系は、前群
接合レンズに含まれる負レンズおよび前群負レンズの２
枚の負レンズを、後群レンズ系は、後群接合レンズに含
まれる負レンズおよび後群負レンズの２枚の負レンズ
を、それぞれ備えるものとしている。

【００６６】また、正レンズは通常６枚程度を使い、そ
れ以上のレンズは色収差の補正量や要求される性能に応
じて枚数を変えている。

【００６７】そして、このような性能を有する両側テレ
セントリック光学系５１１ａ、具体的には、後述する各
実施例の両側テレセントリック光学系５１１ａ１〜５１
１ａ６のいずれかを、その表示素子側の焦点がＤＭＤ３
３の表面に位置するように、また、中間像を形成する側
の焦点が上記各処理光学系への入射位置もしくはそれよ
り手前近傍に位置するように配置している。

【００６８】以上説明したように、この実施の形態に係
る立体画像表示装置１００によれば、反射型の表示素子
としてのＤＭＤ３３に表示された画像からの光を結像さ
せる両側テレセントリック光学系５１１ａを備えるた
め、両側テレセントリック光学系５１１ａの中間像を形
成する側に、ＤＭＤ３３により反射された光に対して処
理光学系としての、光路長調整器５１１ｂ，５１１ｃ、
ダイクロイックミラー５１１ｄ，５１１ｅ、ミラー５１
１ｆ，５１１ｇおよび像回転補償機構３４等を、それら
によってＤＭＤ３３からの光がケラレることなく介挿す
ることができる。そのため、処理光学系において像の光
学的な処理を行った後に、投影光学系５２によって投影
する装置とすることができる。

【００６９】また、両側テレセントリック光学系５１１
ａが、上記のようなレンズ構成になっているため、レン
ズバックが長いことにより、上記処理光学系を容易に挿
入することができる。

【００７０】また、ＤＭＤ３３が色を構成する複数の画
像成分としてのＲ、Ｇ、Ｂ成分のそれぞれを表示するカ
ラー表示素子であり、両側テレセントリック光学系５１
１ａによって結像された各色成分の像の光路長の差を補
償する光路長補償光学系としての光路長調整器５１１
ｂ，５１１ｃをさらに備えるため、両側テレセントリッ
ク光学系５１１ａによって、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分それぞれの
光を分離した状態で光路長調整器５１１ｂ，５１１ｃに
入射させることができ、確実に光路長差の補償が行え、
鮮明な立体画像を表示することができる。

【００７１】また、両側テレセントリック光学系５１１
ａを光束規制を中心として前群レンズ系と後群レンズ系
とを対称に構成しているため、製造工程が簡略化でき、
安価な両側テレセントリック光学系とすることができ
る。

【００７２】以下、両側テレセントリック光学系５１１
ａの各実施形態について説明する。

【００７３】＜＜１．第１実施形態＞＞第１実施形態に
係る両側テレセントリック光学系５１１ａでは、特に以
下のような構成としている（図８参照）。

【００７４】すなわち、前群接合レンズおよび後群接合
レンズがそれぞれ１枚の正レンズおよび１枚の負レンズ
からなっている。

【００７５】また、前群接合レンズと前群負レンズとの
間に、所定程度より弱い屈折力を持つ前群レンズと、前
記後群接合レンズと前記後群負レンズとの間に、所定程
度より弱い屈折力を持つ後群レンズとを備えている。

【００７６】さらに、前群負レンズおよび後群負レンズ
のそれぞれが曲率の強い方の面を光束規制側に向けて設
けられている。

【００７７】ここで「所定程度より弱い屈折力を持つレ
ンズ」（以下「弱レンズ」という）とは、各レンズのう
ち最も強い屈折力を持つ正レンズに対して所定の比率よ
り弱い屈折力を持つことを指し、具体的には、最も強い
屈折力を持つ正レンズの空気中の屈折力をＰm（以下
「最強屈折力Ｐm」という）とし、所定程度より弱い屈
折力を持つレンズの空気中の屈折力をＰw（以下「弱屈
折力Ｐw」という）とし、屈折力の比を｜Ｐw/Ｐm｜で定
義するとき、次式を満足することを指す。｜Ｐw/Ｐm｜＜０．２・・・（式２）なお、この式２から分かるように屈折力の比は絶対値を
とっているので、弱屈折力Ｐwは正でも負でもよい。

【００７８】以上のような構成の両側テレセントリック
光学系５１１ａの実施例を以下に示す。

【００７９】［第１実施例］図８は第１実施例に係る両
側テレセントリック光学系５１１ａ１の光路図である。
この両側テレセントリック光学系５１１ａ１において、
前群レンズ系Ｇ1は面ｒ1，ｒ2を有するレンズＬ1と、面
ｒ3，ｒ4を有するレンズＬ2と、面ｒ5，ｒ6を有するレ
ンズＬ3と、面ｒ6，ｒ7を有するレンズＬ4と、面ｒ8，
ｒ9を有するレンズＬ5と、面ｒ10，ｒ11を有するレンズ
Ｌ6とを備えている。

【００８０】さらに、面ｒ12を有する光束規制Ｓを挟ん
で、前群レンズ系と対称に後群レンズ系が形成されてお
り、後群レンズ系Ｇ2は面ｒ13，ｒ14を有するレンズＬ7
と、面ｒ15，ｒ16を有するレンズＬ8と、面ｒ17，ｒ18
を有するレンズＬ9と、面ｒ18，ｒ19を有するレンズＬ1
0と、面ｒ20，ｒ21を有するレンズＬ11と、面ｒ22，ｒ2
3を有するレンズＬ12とを備えている。なお、接合レン
ズにおける２つのレンズの接合する面は共通の参照符号
を付した。また、図８にはＴＩＲプリズム４４およびカ
バーガラス４３も図示した。

【００８１】表１に、第１実施例の諸元の値を示す。

【００８２】

【表１】

【００８３】表１および以下の各表においてＮｄおよび
νｄはｄ線（波長587.56ｎｍ）に対する屈折率およびア
ッベ数をそれぞれ表わしており、曲率半径および軸上面
間隔の単位はｍｍである。また、表１および以下の各表
中のレンズ（素子）の欄に記載されている「４３」およ
び「４４」はそれぞれカバーガラス４３およびＴＩＲプ
リズム４４を表わしており、カバーガラス４３の入射面
４３ａおよび出射面４３ｂ、ＴＩＲプリズム４４の入射
面４３ａ（カバーガラス４３の出射面と共通）および出
射面４３ｂについても並記した。

【００８４】表１から明らかなように、第１実施例の両
側テレセントリック光学系５１１ａ１の全系の焦点距離
ｆｌは式１を満たしている。

【００８５】また、前群レンズ系Ｇ1ではレンズＬ1が前
群正レンズに、レンズＬ3およびＬ4が前群接合レンズに
おける正レンズおよび負レンズに、レンズＬ5が前群レ
ンズに、レンズＬ6が前群負レンズに、それぞれ相当し
ている。また、後群レンズ系Ｇ2では、レンズＬ12が後
群正レンズに、レンズＬ9およびＬ10が後群接合レンズ
における正レンズおよび負レンズに、レンズＬ7が後群
負レンズに、それぞれ相当している。

【００８６】また、前群負レンズとしてのレンズＬ6に
おける曲率の強い（曲率半径の小さい）方の面ｒ11およ
び後群負レンズとしてのレンズＬ7における曲率の強い
（曲率半径の小さい）方の面ｒ13がそれぞれ光束規制Ｓ
側に向けられている。

【００８７】さらに、弱レンズとしてのレンズＬ5につ
いて、表１から最強屈折力Ｐmおよび弱屈折力Ｐwを求め
ると次式となる。Ｐm＝(面ｒ5の曲率半径)−(面ｒ6の曲率半径)＝0.07381
88 Ｐw＝(面ｒ8の曲率半径)−(面ｒ9の曲率半径)＝0.01024
98 したがって、第１実施例の両側テレセントリック光学系
５１１ａ１の屈折力の比は次式のように式２の条件を満
たす。｜Ｐw/Ｐm｜＝0.13885＜０．２なお、レンズＬ8の面ｒ15，ｒ16については、この両側
テレセントリック光学系５１１ａ１の対称性より同様に
式２の条件を満たす。

【００８８】図９は第１実施例に係る両側テレセントリ
ック光学系５１１ａ１の収差図であり、（ａ）は球面収
差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲を表わす図であ
る。図９（ａ）において破線ＳＣは正弦条件の波長にお
ける球面収差を表わしており、また、図９（ｂ）におい
てＹ’は像高を、実線ＤＳはサジタル像面の位置を、破
線ＤＭはメリディオナル像面の位置を示している。図９
から分かるように第１実施例では諸収差が良好に保たれ
ている。

【００８９】＜＜２．第２実施形態＞＞第２実施形態に
係る両側テレセントリック光学系５１１ａでは、特に以
下のような構成としている（図１０参照）。

【００９０】すなわち、前群正レンズおよび後群正レン
ズをそれぞれ２枚ずつ備えている。

【００９１】また、前群接合レンズおよび後群接合レン
ズがそれぞれ、１枚の正レンズ、１枚の負レンズおよび
所定程度より弱い屈折力を持つレンズからなっている。

【００９２】さらに、前群負レンズおよび後群負レンズ
のそれぞれが曲率の強い方の面を光束規制側に向けて設
けられている。

【００９３】ここでも、「所定程度より弱い屈折力を持
つレンズ」は前述の弱レンズであり、その屈折力の比が
式２を満たすものとなっている。また、弱屈折力Ｐwは
正でも負でもよい。

【００９４】以上のような構成の両側テレセントリック
光学系５１１ａの実施例を以下に示す。

【００９５】［第２実施例］図１０は第２実施例に係る
両側テレセントリック光学系５１１ａ２の光路図であ
る。この両側テレセントリック光学系５１１ａ２におい
て、前群レンズ系Ｇ1は面ｒ1，ｒ2を有するレンズＬ1
と、面ｒ3，ｒ4を有するレンズＬ2と、面ｒ5，ｒ6を有
するレンズＬ3と、面ｒ6，ｒ7を有するレンズＬ4と、面
ｒ7，ｒ8を有するレンズＬ5と、面ｒ9，ｒ10を有するレ
ンズＬ6とを備えている。

【００９６】さらに、面ｒ11を有する光束規制Ｓを挟ん
で、前群レンズ系と対称に後群レンズ系が形成されてお
り、後群レンズ系Ｇ2は面ｒ12，ｒ13を有するレンズＬ7
と、面ｒ14，ｒ15を有するレンズＬ8と、面ｒ15，ｒ16
を有するレンズＬ9と、面ｒ16，ｒ17を有するレンズＬ1
0と、面ｒ18，ｒ19を有するレンズＬ11と、面ｒ20，ｒ2
1を有するレンズＬ12とを備えている。なお、接合レン
ズにおける２つのレンズの接合する面は共通の参照符号
を付した。また、図１０にはＴＩＲプリズム４４および
カバーガラス４３も図示した。

【００９７】表２に、第２実施例の諸元の値を示す。

【００９８】

【表２】

【００９９】表２から明らかなように、第２実施例の両
側テレセントリック光学系５１１ａ２の全系の焦点距離
ｆｌは式１を満たしている。

【０１００】また、前群レンズ系Ｇ1ではレンズＬ1，Ｌ
2が前群正レンズに、レンズＬ3，Ｌ4およびＬ5が前群接
合レンズにおける正レンズ、負レンズおよび弱レンズ
に、レンズＬ6が前群負レンズに、それぞれ相当してい
る。また、後群レンズ系Ｇ2では、レンズＬ12が後群正
レンズに、レンズＬ9，Ｌ10およびＬ11が後群接合レン
ズにおける正レンズ、負レンズおよび弱レンズに、レン
ズＬ7が後群負レンズに、それぞれ相当している。

【０１０１】また、前群負レンズとしてのレンズＬ6に
おける曲率の強い（曲率半径の小さい）方の面ｒ10およ
び後群負レンズとしてのレンズＬ7における曲率の強い
（曲率半径の小さい）方の面ｒ12がそれぞれ光束規制Ｓ
側に向けられている。

【０１０２】さらに、弱レンズとしてのレンズＬ5につ
いて、表１から最強屈折力Ｐmおよび弱屈折力Ｐwを求め
ると次式となる。Ｐm＝(面ｒ5の曲率半径)−(面ｒ6の曲率半径)＝0.04291
94 Ｐw＝(面ｒ8の曲率半径)−(面ｒ9の曲率半径)＝0.00326
69 したがって、第２実施例の両側テレセントリック光学系
５１１ａ２の屈折力の比は次式のように式２の条件を満
たす。｜Ｐw/Ｐm｜＝0.076117＜０．２なお、レンズＬ8
の面ｒ14，ｒ15については、この両側テレセントリック
光学系５１１ａ２の対称性より同様に式２の条件を満た
す。

【０１０３】図１１は第２実施例に係る両側テレセント
リック光学系５１１ａ２の収差図であり、（ａ）は球面
収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲を表わす図であ
る。図１１における各記号は図９と同様である。図１１
から分かるように第１実施例では諸収差が良好に保たれ
ている。

【０１０４】＜＜３．第３実施形態＞＞第３実施形態に
係る両側テレセントリック光学系５１１ａでは、特に以
下のような構成としている（図１２、図１４、図１６、
図１８参照）。

【０１０５】すなわち、前群正レンズおよび後群正レン
ズをそれぞれ２枚ずつ備えている。

【０１０６】また、前群接合レンズおよび後群接合レン
ズがそれぞれ１枚の正レンズおよび１枚の負レンズから
なっている。

【０１０７】さらに、前群負レンズおよび後群負レンズ
のそれぞれが曲率の強い方の面を光束規制側に向けて設
けられている。

【０１０８】以上のような構成の両側テレセントリック
光学系５１１ａの実施例を以下に示す。

【０１０９】［第３実施例］図１２は第３実施例に係る
両側テレセントリック光学系５１１ａ３の光路図であ
る。この両側テレセントリック光学系５１１ａ３におい
て、前群レンズ系Ｇ1は面ｒ1，ｒ2を有するレンズＬ1
と、面ｒ3，ｒ4を有するレンズＬ2と、面ｒ5，ｒ6を有
するレンズＬ3と、面ｒ6，ｒ7を有するレンズＬ4と、面
ｒ8，ｒ9を有するレンズＬ5とを備えている。

【０１１０】さらに、面ｒ10を有する光束規制Ｓを挟ん
で、前群レンズ系と対称に後群レンズ系が形成されてお
り、後群レンズ系Ｇ2は面ｒ11，ｒ12を有するレンズＬ6
と、面ｒ13，ｒ14を有するレンズＬ7と、面ｒ14，ｒ15
を有するレンズＬ8と、面ｒ16，ｒ17を有するレンズＬ9
と、面ｒ18，ｒ19を有するレンズＬ10とを備えている。
なお、接合レンズにおける２つのレンズの接合する面は
共通の参照符号を付した。また、図１２にはＴＩＲプリ
ズム４４およびカバーガラス４３も図示した。

【０１１１】表３に、第３実施例の諸元の値を示す。

【０１１２】

【表３】

【０１１３】表３から明らかなように、第３実施例の両
側テレセントリック光学系５１１ａ３の全系の焦点距離
ｆｌは式１を満たしている。

【０１１４】また、前群レンズ系Ｇ1ではレンズＬ1，Ｌ
2が前群正レンズに、レンズＬ3，Ｌ4が前群接合レンズ
における正レンズおよび負レンズに、レンズＬ5が前群
負レンズに、それぞれ相当している。また、後群レンズ
系Ｇ2では、レンズＬ10，Ｌ9が後群正レンズに、レンズ
Ｌ8およびＬ7が後群接合レンズにおける正レンズおよび
負レンズに、レンズＬ6が後群負レンズに、それぞれ相
当している。

【０１１５】また、前群負レンズとしてのレンズＬ5に
おける曲率の強い（曲率半径の小さい）方の面ｒ9およ
び後群負レンズとしてのレンズＬ6における曲率の強い
（曲率半径の小さい）方の面ｒ11がそれぞれ光束規制Ｓ
側に向けられている。

【０１１６】図１３は第３実施例に係る両側テレセント
リック光学系５１１ａ３の収差図であり、（ａ）は球面
収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲を表わす図であ
る。図１３における各記号は図９と同様である。図１３
から分かるように第３実施例では諸収差が良好に保たれ
ている。

【０１１７】［第４実施例］図１４は第４実施例に係る
両側テレセントリック光学系５１１ａ４の光路図であ
る。この両側テレセントリック光学系５１１ａ４におけ
るレンズ構成は第３実施例と同様である。

【０１１８】表４に、第４実施例の諸元の値を示す。

【０１１９】

【表４】

【０１２０】表４から明らかなように、第４実施例の両
側テレセントリック光学系５１１ａ４の全系の焦点距離
ｆｌは式１を満たしている。

【０１２１】また、前群レンズ系Ｇ1ではレンズＬ1，Ｌ
2が前群正レンズに、レンズＬ3，Ｌ4が前群接合レンズ
における正レンズおよび負レンズに、レンズＬ5が前群
負レンズに、それぞれ相当している。また、後群レンズ
系Ｇ2では、レンズＬ10，Ｌ9が後群正レンズに、レンズ
Ｌ8およびＬ7が後群接合レンズにおける正レンズおよび
負レンズに、レンズＬ6が後群負レンズに、それぞれ相
当している。

【０１２２】また、前群負レンズとしてのレンズＬ5に
おける曲率の強い（曲率半径の小さい）方の面ｒ9およ
び後群負レンズとしてのレンズＬ6における曲率の強い
（曲率半径の小さい）方の面ｒ11がそれぞれ光束規制Ｓ
側に向けられている。

【０１２３】図１５は第４実施例に係る両側テレセント
リック光学系５１１ａ４の収差図であり、（ａ）は球面
収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲を表わす図であ
る。図１５における各記号は図９と同様である。図１５
から分かるように第４実施例では諸収差が良好に保たれ
ている。

【０１２４】［第５実施例］図１６は第５実施例に係る
両側テレセントリック光学系５１１ａ５の光路図であ
る。この両側テレセントリック光学系５１１ａ５におけ
るレンズ構成は第３実施例と同様である。

【０１２５】表５に、第５実施例の諸元の値を示す。

【０１２６】

【表５】

【０１２７】表５から明らかなように、第５実施例の両
側テレセントリック光学系５１１ａ５の全系の焦点距離
ｆｌは式１を満たしている。

【０１２８】また、前群レンズ系Ｇ1ではレンズＬ1，Ｌ
2が前群正レンズに、レンズＬ3，Ｌ4が前群接合レンズ
における正レンズおよび負レンズに、レンズＬ5が前群
負レンズに、それぞれ相当している。また、後群レンズ
系Ｇ2では、レンズＬ10，Ｌ9が後群正レンズに、レンズ
Ｌ8およびＬ7が後群接合レンズにおける正レンズおよび
負レンズに、レンズＬ6が後群負レンズに、それぞれ相
当している。

【０１２９】また、前群負レンズとしてのレンズＬ5に
おける曲率の強い（曲率半径の小さい）方の面ｒ9およ
び後群負レンズとしてのレンズＬ6における曲率の強い
（曲率半径の小さい）方の面ｒ11がそれぞれ光束規制Ｓ
側に向けられている。

【０１３０】図１７は第５実施例に係る両側テレセント
リック光学系５１１ａ５の収差図であり、（ａ）は球面
収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲を表わす図であ
る。図１７における各記号は図９と同様である。図１７
から分かるように第５実施例では諸収差が良好に保たれ
ている。

【０１３１】［第６実施例］図１８は第６実施例に係る
両側テレセントリック光学系５１１ａ６の光路図であ
る。この両側テレセントリック光学系５１１ａ６におけ
るレンズ構成は第３実施例と同様である。

【０１３２】表６に、第６実施例の諸元の値を示す。

【０１３３】

【表６】

【０１３４】表６から明らかなように、第６実施例の両
側テレセントリック光学系５１１ａ６の全系の焦点距離
ｆｌは式１を満たしている。

【０１３５】また、前群レンズ系Ｇ1ではレンズＬ1，Ｌ
2が前群正レンズに、レンズＬ3，Ｌ4が前群接合レンズ
における正レンズおよび負レンズに、レンズＬ5が前群
負レンズに、それぞれ相当している。また、後群レンズ
系Ｇ2では、レンズＬ10，Ｌ9が後群正レンズに、レンズ
Ｌ8およびＬ7が後群接合レンズにおける正レンズおよび
負レンズに、レンズＬ6が後群負レンズに、それぞれ相
当している。

【０１３６】また、前群負レンズとしてのレンズＬ5に
おける曲率の強い（曲率半径の小さい）方の面ｒ9およ
び後群負レンズとしてのレンズＬ6における曲率の強い
（曲率半径の小さい）方の面ｒ11がそれぞれ光束規制Ｓ
側に向けられている。

【０１３７】図１９は第６実施例に係る両側テレセント
リック光学系５１１ａ６の収差図であり、（ａ）は球面
収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲を表わす図であ
る。図１９における各記号は図９と同様である。図１９
から分かるように第５実施例では諸収差が良好に保たれ
ている。

【０１３８】以上、第１〜第６実施例に係る両側テレセ
ントリック光学系５１１ａ１〜５１１ａ６の収差図から
明らかなように、レンズ枚数が多いほど収差が良くなっ
ている。

【０１３９】＜Ｅ．変形例＞上記実施の形態において投
影装置およびテレセントリック光学系の例を示したが、
この発明はこれに限定されるものではない。

【０１４０】例えば、上記実施の形態に係る立体画像表
示装置１００では両側テレセントリック光学系５１１ａ
による像を、処理光学系としての、光路長調整器５１１
ｂ，５１１ｃ、ダイクロイックミラー５１１ｄ，５１１
ｅおよびミラー５１１ｆ，５１１ｇに入射させるものと
したが、光路長の補償の必要がない場合には直接、像回
転補償機構３４等その他の処理光学系に入射させてもよ
く、さらには、単純に平面画像を拡大表示させるプロジ
ェクタ等ではテレセントリック光学系による像を直接、
投影光学系に入射させるものとしてもよい。

【０１４１】また、上記各実施例における両側テレセン
トリック光学系５１１ａは全て、光束規制Ｓを中心とし
て前群レンズ系Ｇ1と後群レンズ系Ｇ2とが対称となるよ
うに構成したが、いずれかのレンズを若干ずらせた非対
称な構成としてもよい。

【０１４２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項３の発明によれば、反射型の表示素子の画像からの
光を結像させるテレセントリック光学系を備えるため、
テレセントリック光学系の結像位置に投影光学系以外の
処理光学系を、それによって表示素子からの光がケラレ
ることなく介挿することができ、処理光学系において像
の光学的な処理を行った後に、投影光学系によって投影
する装置とすることができる。

【０１４３】また、特に請求項２の発明によれば、テレ
セントリック光学系が、前群レンズ系と、光束規制と、
後群レンズ系とを備えるものであり、前群レンズ系は、
少なくとも１枚の前群正レンズと、少なくとも１枚の正
レンズおよび少なくとも１枚の負レンズを備える前群接
合レンズと、少なくとも１枚の前群負レンズとを備え、
後群レンズ系は、少なくとも１枚の後群負レンズと、少
なくとも１枚の負レンズおよび少なくとも１枚の正レン
ズを備える後群接合レンズと、少なくとも１枚の後群正
レンズとを備え、テレセントリック光学系の全系の焦点
距離ｆｌとするとき、｜ｆｌ｜＞７５を満足するため、
レンズバックが長いことにより、上記処理光学系を容易
に介挿することができる。

【０１４４】また、特に請求項３の発明によれば、表示
素子が色を構成する複数の画像成分のそれぞれを表示す
るカラー表示素子であり、テレセントリック光学系によ
って結像された各画像成分の像の光路長の差を補償する
光路長補償光学系をさらに備えるため、確実に光路長の
差を補償できるので、鮮明な画像を表示することができ
る。

【０１４５】また、請求項４ないし請求項８の発明によ
れば、前群レンズ系と、光束規制と、後群レンズ系とを
備え、前群レンズ系は、少なくとも１枚の前群正レンズ
と、少なくとも１枚の正レンズおよび少なくとも１枚の
負レンズを備え、後群レンズ系は、少なくとも１枚の前
群負レンズとを備える前群レンズ系と、光束規制と、少
なくとも１枚の後群負レンズと、少なくとも１枚の負レ
ンズおよび少なくとも１枚の正レンズを備える後群接合
レンズと、少なくとも１枚の後群正レンズとを備え、ｆ
ｌをテレセントリック光学系の全系の焦点距離とすると
き、｜ｆｌ｜＞７５を満足するため、レンズバックの長
い、テレセントリック光学系とすることができる。

【０１４６】また、特に請求項５の発明によれば、光束
規制を中心として前群レンズ系と後群レンズ系とが対称
に構成されているため、両側テレセントリック光学系と
することができるとともに、製造工程が簡略化でき、安
価なテレセントリック光学系とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る立体画像表示装置の概観を示
す図である。

【図２】立体画像表示装置における光学系を含む構成を
示す図である。

【図３】スクリーンおよび回転部材の斜視概観図の一例
を示す図である。

【図４】スクリーンに投影される断面画像の大きさを示
す図である。

【図５】この実施の形態に係るカラーフィルタの構成を
示す図である。

【図６】ＤＭＤの画像生成面の概略を示す図である。

【図７】図２に示した中間光学系の詳細を示す図であ
る。

【図８】第１実施例に係る両側テレセントリック光学系
の光路図である。

【図９】第１実施例に係る両側テレセントリック光学系
の収差図である。

【図１０】第２実施例に係る両側テレセントリック光学
系の光路図である。

【図１１】第２実施例に係る両側テレセントリック光学
系の収差図である。

【図１２】第３実施例に係る両側テレセントリック光学
系の光路図である。

【図１３】第３実施例に係る両側テレセントリック光学
系の収差図である。

【図１４】第４実施例に係る両側テレセントリック光学
系の光路図である。

【図１５】第４実施例に係る両側テレセントリック光学
系の収差図である。

【図１６】第５実施例に係る両側テレセントリック光学
系の光路図である。

【図１７】第５実施例に係る両側テレセントリック光学
系の収差図である。

【図１８】第６実施例に係る両側テレセントリック光学
系の光路図である。

【図１９】第６実施例に係る両側テレセントリック光学
系の収差図である。

【符号の説明】

３４像回転補償機構（処理光学系）３６，３７投影ミラー４４ＴＩＲプリズム５０処理・投影光学系５１処理・投影レンズ系５２投影光学系１００立体画像表示装置（投影装置）５１１中間光学系５１１ａ，５１１ａ１〜５１１ａ６両側テレセントリ
ック光学系５１１ｂ，５１１ｃ光路長調整器（処理光学系）５１１ｄ，５１１ｅダイクロイックミラー（処理光学
系）５１１ｆ，５１１ｇミラー（処理光学系）５１３投影レンズ３３ＤＭＤＧ1 前群レンズ系Ｇ2 後群レンズ系Ｌ1〜Ｌ10 レンズＰm 最強屈折力Ｐw 弱屈折力Ｓ光束規制ｆｌ全系の焦点距離ｒ1〜ｒ23 面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮崎誠大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 2H059 AA33 AA38 2H087 KA06 LA27 NA02 PA08 PA19 PB10 PB12 QA02 QA03 QA06 QA07 QA12 QA14 QA21 QA25 QA32 QA34 QA41 QA45

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投影光学系により画像を投影して表示す
る投影装置であって、反射光を用いて画像を表示する反射型の表示素子と、前記表示素子の前記画像からの光を結像させるテレセン
トリック光学系と、を備えることを特徴とする投影装
置。
【請求項２】請求項１に記載の投影装置であって、前記テレセントリック光学系が、前群レンズ系と、光束規制と、後群レンズ系とを備える
ものであり、前記前群レンズ系は、少なくとも１枚の前群正レンズ
と、少なくとも１枚の正レンズおよび少なくとも１枚の
負レンズを備える前群接合レンズと、少なくとも１枚の
前群負レンズとを備え、前記後群レンズ系は、少なくとも１枚の後群負レンズ
と、少なくとも１枚の負レンズおよび少なくとも１枚の
正レンズを備える後群接合レンズと、少なくとも１枚の
後群正レンズとを備え、前記テレセントリック光学系の全系の焦点距離ｆｌが、｜ｆｌ｜＞７５を満足するものであることを特徴とする投影装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の投影装
置であって、前記表示素子が色を構成する複数の画像成分のそれぞれ
を表示するカラー表示素子であり、前記テレセントリック光学系によって結像された前記各
画像成分の像の光路長の差を補償する光路長補償光学系
をさらに備えることを特徴とする投影装置。
【請求項４】前群レンズ系と、光束規制と、後群レン
ズ系とを備え、前記前群レンズ系は、少なくとも１枚の前群正レンズ
と、少なくとも１枚の正レンズおよび少なくとも１枚の
負レンズを備える前群接合レンズと、少なくとも１枚の
前群負レンズとを備え、前記後群レンズ系は、少なくとも１枚の後群負レンズ
と、少なくとも１枚の負レンズおよび少なくとも１枚の
正レンズを備える後群接合レンズと、少なくとも１枚の
後群正レンズとを備え、ｆｌをテレセントリック光学系の全系の焦点距離とする
とき、｜ｆｌ｜＞７５を満足することを特徴とするテレセントリック光学系。
【請求項５】請求項４に記載のテレセントリック光学
系であって、前記光束規制を中心として前群レンズ系と後群レンズ系
とが対称に構成されていることを特徴とするテレセント
リック光学系。
【請求項６】請求項４または請求項５に記載のテレセ
ントリック光学系であって、前記前群接合レンズおよび前記後群接合レンズがそれぞ
れ１枚の正レンズおよび１枚の負レンズからなるもので
あり、さらに、前記前群接合レンズと前記前群負レンズとの間に、所定
程度より弱い屈折力を持つ前群レンズと、前記後群接合レンズと前記後群負レンズとの間に、所定
程度より弱い屈折力を持つ後群レンズと、を備え、前記前群負レンズおよび前記後群負レンズのそれぞれが
曲率の強い方の面を前記光束規制側に向けたことを特徴
とするテレセントリック光学系。
【請求項７】請求項４または請求項５に記載のテレセ
ントリック光学系であって、前記前群正レンズおよび前記後群正レンズをそれぞれ２
枚ずつ備え、前記前群接合レンズおよび前記後群接合レンズがそれぞ
れ、１枚の正レンズ、１枚の負レンズおよび所定程度よ
り弱い屈折力を持つレンズからなるものであり、前記前群負レンズおよび前記後群負レンズのそれぞれが
曲率の強い方の面を前記光束規制側に向けたことを特徴
とするテレセントリック光学系。
【請求項８】請求項４または請求項５に記載のテレセ
ントリック光学系であって、前記前群正レンズおよび前記後群正レンズをそれぞれ２
枚ずつ備え、前記前群接合レンズおよび前記後群接合レンズがそれぞ
れ１枚の正レンズおよび１枚の負レンズからなるもので
あり、さらに、前記前群負レンズおよび前記後群負レンズのそれぞれが
曲率の強い方の面を前記光束規制側に向けたことを特徴
とするテレセントリック光学系。