JP2001222063A

JP2001222063A - リアプロジェクション光学系

Info

Publication number: JP2001222063A
Application number: JP2000034318A
Authority: JP
Inventors: Kenji Konno; 賢治金野; Satoshi Osawa; 聡大澤; Atsushi Ishihara; 淳石原
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2001-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な光学性能を保持しつつ量産性やコスト
面で有利、薄型で光学部品もコンパクトなリアプロジェ
クション光学系を提供する。【解決手段】パネル表示面(I1)の画像をスクリーン面
(I2)上に投影する投影光学系を備え、投影光学系が３枚
の曲面反射ミラーを有する。パネル表示面(I1)の画面中
心から絞り(ST)の中心を通りスクリーン面(I2)の画面中
心に到達する光線を画面中心光線とするとき、1.5＜Ｄ
／Ｈ＜3.5，10°＜θ＜70°{Ｄ：投影光学系の最終面か
らスクリーン面(I2)までの画面中心光線の光学距離、
Ｈ：スクリーン面(I2)の法線と画面中心光線とが成す平
面に対して平行方向のスクリーン面(I2)の大きさ、θ：
スクリーン面(I2)に対する画面中心光線の入射角度}を
満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリアプロジェクショ
ン光学系に関するものであり、更に詳しくは、反射型の
投影光学系を備えたリアプロジェクション光学系に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的なリアプロジェクターに用いられ
ているリアプロジェクション光学系は、投影光学系から
の射出光の光路をスクリーン後方の１枚の反射ミラーで
折り返すことにより薄型化を達成している。しかし、用
いられている投影光学系が共軸系であるため、スクリー
ン面の画面中心に入射する光線はスクリーン面に対して
ほぼ垂直でなければならない。これがリアプロジェクシ
ョン光学系を一定の厚みよりも薄くすることを困難にし
ている。

【０００３】そこで、更なる薄型化を図るための様々な
光学構成が提案されている。例えば、特許第２９３２６
０９号公報，特開平３−８７７３１号公報，特開平２−
１５３３３８号公報，特開平２−１４６５３５号公報及
び特開平２−１３０５４３号公報には、投影光学系の光
路を２枚の平面反射ミラーで折り返すリアプロジェクシ
ョン光学系が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のリ
アプロジェクション光学系では、十分な薄型化が困難で
あったり薄型化に伴って新たな問題が生じたりする。例
えば、特許第２９３２６０９号公報記載のリアプロジェ
クション光学系では、表示画像を一度結像させてその像
を再びスクリーン面上に投影するという再結像投影光学
系の方式を採用しているため、投影光学系の大型化は避
けられない。しかも、スクリーン面の画面中心に対する
光線入射角が大きい、いわゆる斜め投影光学系を必要と
するが、その具体的な光学構成に関する記載はない。ま
た、特開平３−８７７３１号公報，特開平２−１５３３
３８号公報，特開平２−１４６５３５号公報及び特開平
２−１３０５４３号公報に記載のリアプロジェクション
光学系でも、薄型化のために斜め投影光学系が必要にな
るが、具体的にどのような光学構成を有する投影光学系
を用いればよいのかは不明である。

【０００５】斜め投影光学系を実現するためには、通
常、共軸光学系の一部を使用する方式が採用される。し
かし、リアプロジェクション光学系の薄型化を達成する
には、主光線の投影角度を非常に大きくする必要があ
る。したがって、非常に広角な共軸光学系の一部を用い
ることになるが、広角な光学系では一般的にレンズ枚数
が多く必要になり、そのレンズ径も非常に大きくなるの
で、光学系全体が大型化することになる。

【０００６】次に考えられるディスプレイとしては、曲
面反射ミラーを用いた斜め投影光学系を実際に用いて薄
型化したリアプロジェクション光学系を搭載したものが
挙げられる。しかし、投影光学系を射出した光がスクリ
ーン後方の平面反射ミラーで直接反射されるため、投影
光学系の最終面を成す曲面反射ミラーが非常に大きくな
る。このように大きな曲面反射ミラーは、量産性やコス
ト面で不利である。

【０００７】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、良好な光学性能を保持しつつ量産性やコ
スト面で有利であり、しかも薄型で光学部品もコンパク
トなリアプロジェクション光学系を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明のリアプロジェクション光学系は、パネ
ル表示面の画像をスクリーン面上に投影する投影光学系
を備えたリアプロジェクション光学系であって、前記投
影光学系が少なくとも３枚の曲面反射ミラーを有し、前
記パネル表示面の画面中心から絞りの中心を通り前記ス
クリーン面の画面中心に到達する光線を画面中心光線と
するとき、以下の条件式を満足することを特徴とする。 1.5＜Ｄ／Ｈ＜3.5 10°＜θ＜70° ただし、Ｄ：投影光学系の最終面からスクリーン面までの画面中
心光線の光学距離、Ｈ：スクリーン面の法線と画面中心光線とが成す平面に
対して平行方向のスクリーン面の大きさ、 θ：スクリーン面に対する画面中心光線の入射角度、である。

【０００９】第２の発明のリアプロジェクション光学系
は、上記第１の発明の構成において、前記投影光学系が
前記パネル表示面から前記スクリーン面までに中間像を
形成しないことを特徴とする。

【００１０】第３の発明のリアプロジェクション光学系
は、上記第１の発明の構成において、前記曲面反射ミラ
ーのうちの少なくとも３枚が自由曲面ミラーであること
を特徴とする。

【００１１】第４の発明のリアプロジェクション光学系
は、上記第１の発明の構成において、少なくともパネル
表示面側から１枚目と２枚目の曲面反射ミラーの基板材
料がガラスであることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施したリアプロ
ジェクション光学系を、図面を参照しつつ説明する。図
１，図５，図９，図１３，図１７，図２１，図２５及び
図２９に第１〜第８の実施の形態におけるパネル表示面
(I1)からスクリーン面(I2)までの投影光路全体を示し、
図２，図６，図１０，図１４，図１８，図２２，図２６
及び図３０に第１〜第８の実施の形態を構成している投
影光学系及び投影光路要部を拡大して示す。ただし、こ
れらの光路図に表れている光学断面は、後述する直交座
標系(X,Y,Z)におけるY-Z断面構成である。なお、各実施
の形態のリアプロジェクション光学系の上下配置は、各
光路図に示されているものに限らず、上下反対でもよ
い。つまり、実際の配置の都合に合わせて各光路図にお
ける上側を下側としてもなんら問題はない。

【００１３】本発明に係る各実施の形態は、背面投写型
画像投影装置(リアプロジェクター)用のリアプロジェク
ション光学系である。そして、表示パネルの画像表示面
を縮小側のパネル表示面(I1)として、そのパネル表示面
(I1)の２次元画像をスクリーン面(I2)上に拡大投影する
投影光学系を備えている。表示パネルとしては、例え
ば、反射型液晶パネル，透過型液晶パネル，ＤＭＤ(Dig
ital Micromirror Device)等の表示素子が用いられる。
またパネル表示面(I1)は、ランプ(不図示)から発せられ
たのち照明光学系(不図示)を通過した照明光によって照
明される。その照明によりパネル表示面(I1)から射出し
た投影光は、投影光学系等によってスクリーン面(I2)に
導かれる。投影画像をカラー化する場合には、３枚の表
示パネルを用いてクロスダイクロイックプリズム等で色
合成する３板式の構成、時分割に画像を表示する単板式
の構成、あるいは表示パネル上にマイクロレンズアレイ
を用いた単板式の構成を採用すればよい。

【００１４】第１〜第７の実施の形態に係るリアプロジ
ェクション光学系は、パネル表示面(I1)側から順に、第
１〜第３ミラー(M1〜M3)から成る投影光学系と、第４，
第５ミラー(M4,M5)から成る光路折り返しミラーと、を
備えている。第８の実施の形態に係るリアプロジェクシ
ョン光学系は、パネル表示面(I1)側から順に、第１〜第
４ミラー(M1〜M4)から成る投影光学系と、第５，第６ミ
ラー(M5,M6)から成る光路折り返しミラーと、を備えて
いる。また、第６，第７の実施の形態ではクロスダイク
ロイックプリズムや光束分離プリズム等に相当するプリ
ズム(PR)がパネル表示面(I1)付近に配置されており、第
６の実施の形態ではパネル表示面(I1)側へのテレセント
リック性を実現するためのコンデンサーレンズ(CL)が更
に配置されている。なお、図中の絞り位置(ST)は仮想絞
り面に相当する。

【００１５】各実施の形態において投影光学系を構成し
ているミラーはすべて曲面反射ミラーであり、それらの
反射面はすべて自由曲面から成っている。また、各実施
の形態において光路折り返しミラーを構成している２枚
のミラーはいずれも平面反射ミラーである。パネル表示
面(I1)から射出した投影光は、投影光学系を構成してい
る３枚又は４枚の曲面反射ミラーで反射された後、第１
〜第３，第７，第８の実施の形態では２枚の平面反射ミ
ラーによって光路が２回折り返され、第４〜第６の実施
の形態では２枚の平面反射ミラーによって光路が３回折
り返される{第４ミラー(M4)で投影光が２度反射す
る。}。そして、スクリーン面(I2)に到達する。

【００１６】各実施の形態において投影画像をカラー化
する場合には、前述したようにパネル表示面(I1)付近に
クロスダイクロイックプリズム等の色合成プリズムを配
置すればよい。例えば、照明光学系で照明光をＲＧＢの
３つに分割し、３枚の表示パネルに入射させた後、クロ
スダイクロイックプリズムで色合成する構成にすればよ
い。また、クロスダイクロイックプリズムを色分解と色
合成とに兼用してもよい。表示パネルが反射型の場合に
は、光束分離プリズム{例えば偏光ビームスプリッター
(ＰＢＳ)，ＴＩＲ(Total Internal Reflection)プリズ
ム等}を用いて入射光線と反射光線とを分離する構成に
してもよい。また、リアプロジェクション光学系をパネ
ル表示面(I1)側にテレセントリックな光学系とするため
に、第６の実施の形態のようにコンデンサーレンズ(CL)
をパネル表示面(I1)近傍に配置してもよい。

【００１７】液晶パネルのように入射角度によって特性
に違いがある表示パネルを用いる場合には、投影光学系
をパネル表示面(I1)側にテレセントリックにすることが
望ましい。しかし、光学性能を向上させるにはテレセン
トリックな状態からずらした方が良い。そこで、非テレ
セントリック光学系においてパネル表示面(I1)の前にコ
ンデンサーレンズを配置することで、パネル表示面(I1)
に対してはテレセントリックになるようにしてもよい。
また、反射型の表示パネルを用いるとともにＰＢＳ無し
に光束分離を行う場合、入射光線と反射光線とを角度分
離するために、折り返し方向のＦナンバーで決まる角度
以上に入射光線をパネル表示面(I1)に対して傾ける必要
がある。そのときには、いわゆる斜めテレセントリック
{パネル表示面(I1)の全領域に対してほぼ同じ入射角度
で斜めに入射する}の構成にするのが好ましい。斜めテ
レセントリックにすれば、上述した液晶の角度特性に違
いは生じない。また、斜めテレセントリックを達成する
ために、パネル表示面(I1)の前に(必要に応じて偏心さ
せた)コンデンサーレンズを配置してもよい。

【００１８】ところで、斜め投影光学系としては以下の
６タイプ〜が考えられる。共軸光学系の一部を使用する透過型光学系。リレーを用いた非軸対称な透過型光学系。リレーを用いない非軸対称な透過型光学系。共軸光学系の一部を使用する反射型光学系。非軸対称な反射型光学系。反射型と透過型とを組み合わせた非軸対称な光学系。

【００１９】のタイプでは、各実施の形態のように斜
め投影角度を大きくしようとすると、前述したようにも
ともとの共軸光学系に非常に広い画角が要求される。広
角レンズで良好な性能を達成しようとすると、一般的に
レンズ枚数が多くなってしまうためコスト高となる。
のタイプのように、リレーを用いて台形歪みが無くなる
ようにする非軸対称な光学系では、中間像を作る必要が
あるために投影光学系が非常に大きくなってしまう。
やのタイプは、例えば自由曲面等を利用して斜め投影
を実現するものであるが、透過型の光学部品には分散が
あるので色収差が発生し、それを補正するための光学部
品が必要になる。したがって、やのような反射型と
比較しても部品点数は多くなってしまう。のタイプで
は、色収差の発生はないが、共軸系であればのタイプ
と同様に枚数が非常に多くなってしまう。

【００２０】のタイプは、反射型光学系であるため色
収差の発生がない。また、互いに偏心した自由曲面を利
用することで、共軸系では達成できない良好な光学性能
と歪みのない映像を実現することができる。そのために
は各実施の形態のように、投影光学系が少なくとも３枚
の曲面反射ミラーを有することが望ましく、また、投影
光学系がパネル表示面(I1)からスクリーン面(I2)までに
中間像を形成しないことが、コンパクトさの点で更に望
ましい。一般的に反射型光学系では、ペッツバール和を
補正するために正と負の反射ミラーが少なくとも１枚ず
つ必要であり、歪みを補正するために自由曲面ミラーが
更に１枚、合計３枚の反射ミラーがあれば良好な性能で
歪みの少ない投影光学系を実現することができる。

【００２１】上記反射ミラーが３枚とも自由曲面ミラー
であれば、より一層良好な光学性能を得ることができ
る。したがって、各実施の形態のように３枚以上の曲面
反射ミラーを有する反射型光学系においては、そのうち
の少なくとも３枚が自由曲面ミラーであることが望まし
い。ここでいう自由曲面とは、大きく偏心した非球面を
含むとともに回転対称軸を有効領域の中心近傍に持たな
いような面であり、球面ではなくて非球面的なうねり
(自由度)を有する面である。自由曲面形状の非球面的な
うねりを利用して反射面の曲率を３次元的に制御すれ
ば、反射面の場所毎に設定した面の傾きによって、斜め
投影による非軸対称な収差(歪曲等)を容易に補正するこ
とができる。

【００２２】また、曲面反射ミラーの反射面を構成する
自由曲面は、回転対称軸を持たないが１面の対称面を有
することが更に望ましい。各実施の形態ではY-Z平面(各
光路図の紙面に平行な平面)が各自由曲面の対称面にな
っており、各曲面反射ミラーはその対称面に関して面対
称な自由曲面を反射面として有している。このように面
対称な自由曲面には、面対称でない場合に比べて製造や
評価における難易度が低いというメリットがある。

【００２３】さらに各実施の形態では、画面中心を縦に
通る面(つまりY-Z平面)に関してリアプロジェクション
光学系全体が面対称になっている。このように構成する
と、光学部品の作り込みが行い易い上に、画面の左右で
照度ムラや歪曲の差が発生するのを抑えることができ
る。しかし、リアプロジェクションＴＶとしたときのコ
ンパクト性を考えた場合には、横方向(つまりX方向)に
光路を折り返した方がリアプロジェクション光学系全体
として小さくなる場合がある。例えば、投影光学系の最
終面を成す曲面反射ミラーと、投影光学系から射出した
光を最初に反射する平面反射ミラーと、の間に光路を横
方向(X方向)に折り返す平面反射ミラーを新たに設けれ
ば、リアプロジェクションＴＶの上部又は下部(つまり
表示パネルや投影光学系が配置されている部分)のふく
らみを小さくすることができる。その際、折り返しが平
面反射ミラーで行われるため、光学的な対称性が崩れる
こともない。

【００２４】また、各実施の形態では光路の折り返しを
スクリーン面(I2)の画面長辺方向(つまりX方向)に対し
て垂直方向(つまりY-Z平面に平行方向)にのみ行う構成
になっている。このように複数の反射ミラーで光路を折
り返す光学構成では、折り返し方向に光線が重ならない
ようにする必要がある。しかし、折り返しの余裕を多く
とるのは光学性能上好ましくない。折り返しによる非軸
度合が大きくなるからである。折り返す方向の光の幅を
小さくすれば、良好な光学性能を達成することが可能で
ある。折り返す方向の光の幅を小さくするには、絞り(S
T)形状を楕円形にするのが望ましい。つまり、折り返す
方向(つまりY-Z平面に平行方向)の絞り径を小さくし、
それと直交する方向(つまりX方向)の絞り径を大きくす
ればよい。このような楕円絞りを用いれば、絞り(ST)全
体の面積(つまり明るさ)を変えずに、良好な光学性能を
有する(つまり折り返しによる非軸度合が小さい)リアプ
ロジェクション光学系を達成することができる。

【００２５】パネル表示面(I1)の画面中心から絞り(ST)
の中心を通りスクリーン面(I2)の画面中心に到達する光
線を「画面中心光線」とするとき、以下の条件式(1)及
び(2)を満足することが望ましい。各実施の形態のよう
に投影光学系が少なくとも３枚の曲面反射ミラーを有す
るリアプロジェクション光学系において、条件式(1)及
び(2)を満たすような適切な設定にすれば、歪みの小さ
い良好な光学性能を保持しつつ量産性やコスト面で有利
であり、しかも薄型で反射ミラー等の光学部品もコンパ
クトなリアプロジェクション光学系を実現することがで
きる。

【００２６】1.5＜Ｄ／Ｈ＜3.5 …(1) 10°＜θ＜70° …(2) ただし、Ｄ：投影光学系の最終面からスクリーン面(I2)までの画
面中心光線の光学距離、Ｈ：スクリーン面(I2)の法線と画面中心光線とが成す平
面(各光路図中のY-Z平面に相当する。)に対して平行方
向のスクリーン面(I2)の大きさ(各実施の形態では短辺
長さに相当する。)、 θ：スクリーン面(I2)に対する画面中心光線の入射角
度、である。

【００２７】条件式(1)は、スクリーン面(I2)のサイズ
に対する物体距離(すなわち投影距離)Ｄの比で画角の広
がりを規定している。条件式(1)の下限を超えると、広
い画角が必要となるため良好な光学性能を得ることが難
しくなる。良好な光学性能を得るためには投影光学系の
全長を長くして、各反射ミラーを大型化するか、あるい
は反射型光学部品を増やすことが必要になる。しかし、
どちらもコストアップを招くので望ましくない。また、
各実施の形態のように２枚の平面反射ミラーを用いるよ
うな構成では、スクリーン面(I2)に対してある程度の物
体距離Ｄを確保しないと、うまく畳んでコンパクトにす
ることができなくなる。条件式(1)を満たせば、投影光
学系のスクリーン面(I2)側に配置された平面反射ミラー
によって光路を折り返すことが可能になるため、コスト
を抑えながらスクリーン面(I2)までを含めた全体の薄型
・コンパクト化が可能となる。また、条件式(1)の下限
を1.8にしてその条件を満たすようにするのが好まし
く、それによって更に良好な光学性能を有するとともに
安い光学部品を用いた薄型の投影光学系を実現すること
が可能になる。さらに、条件式(1)の下限を2.5にしてそ
の条件を満たすようにすると、より一層良好な光学性能
を有するようになる。

【００２８】条件式(1)の上限を超えると、画角が狭く
なるので光学性能の点では有利になるが、スクリーン面
(I2)に対する物体距離Ｄが不必要に長くなって、リアプ
ロジェクション光学系全体が大型化することになる。ま
た、条件式(1)の上限を3.2にしてその条件を満たすよう
にするのが好ましく、それによって更に小型のリアプロ
ジェクション光学系を得ることができる。

【００２９】条件式(2)は、斜め投影の角度に関する条
件を規定している。条件式(2)の上限を超えると、非常
に大きな斜め投影角度をもつことになる。斜め投影角度
が大きくなると、良好な光学性能を得ることが難しくな
る。また、条件式(2)の上限を63にしてその条件を満た
すようにするのが好ましく、それによって更に良好な光
学性能を得ることができる。

【００３０】条件式(2)の下限を超えると、良好な光学
性能は達成しやすくなるが、垂直入射に近くなるので斜
め投影による薄型化が困難になる。条件式(2)の下限を3
0にしてその条件を満たすようにするのが好ましく、そ
れによって更に薄型のリアプロジェクション光学系を実
現することができる。また、条件式(2)の下限を40にし
てその条件を満たすようにするのが更に好ましく、それ
によってより一層の薄型化を達成することが可能にな
る。さらに、条件式(2)の下限を45にしてその条件を満
たすようにすると、より一層薄型化を達成することがで
きる。

【００３１】各実施の形態のように斜め投影光学系を用
いた場合には、そのリアプロジェクション光学系に適し
たスクリーンを用いることが望ましい。通常、リアプロ
ジェクションＴＶ等には、入射側からフレネルレンズ，
レンチキュラー，ブラックマトリックスの順に配置され
たスクリーンが用いられる。斜め投影の場合にはスクリ
ーン面(I2)の画面中心に角度のついた光線が入射するの
で、図３３に示すように投影光の入射側に平面部(FA)を
有する偏心したフレネルレンズ(FL)を用いるか{図中、
フレネルレンズ(FL)以外は省略。}、あるいは全反射プ
リズムアレイと通常のフレネルレンズとを組み合わせた
構成のスクリーンを用いるのが望ましい。図３３に示す
配置とは逆に、投影光の入射側にフレネル部(FB)が位置
すると、ケラレが発生することになる。

【００３２】図３３に示す方式では、フレネルのピッチ
ごとに光線が途切れたように見えてしまうので、その影
響を小さくするために、スクリーン面(I2)上に表示され
る画素の大きさよりもフレネルのピッチを十分に細かく
することが望ましい。具体的には、[フレネルのピッチ]
／[スクリーンの画素]＜0.5の条件を満たすことが望ま
しく、[フレネルのピッチ]／[スクリーンの画素]＜0.3
の条件を満たすことが更に望ましい。各実施の形態のよ
うに50インチ(対角)程度のスクリーン面(I2)にＸＧＡ(e
xtended graphics array)相当の画面を表示させる場合
には、画素の大きさが約1mmになるので、フレネルのピ
ッチが約0.2mmのスクリーンを用いれば上記問題を解消
することができる。

【００３３】次に、ミラー材料とリアプロジェクション
光学系の温度特性との関係を説明する。通常、プロジェ
クターは光源部という発熱体を有しており、各光学部品
は光の透過・反射を行うだけでなく若干の吸収も行うこ
とから、ランプ点灯後にその温度が上昇することにな
る。そして環境温度も一定ではないことから、リアプロ
ジェクション光学系は温度変化に対しても安定した良好
な性能を有することが望まれる。また、反射ミラー等の
反射型光学部品の誤差感度は、通常の透過型光学部品の
誤差感度よりも倍以上高くなってしまうことが一般に知
られている。そこで、各実施の形態における曲面反射ミ
ラーの基板材料として、温度変化に対して比較的変動の
少ないガラスを用いることが望ましい。その基板に施す
反射コートとしては、アルミニウムや銀を蒸着して成る
増反射コートや誘電体多層膜から成る反射コートが望ま
しい。しかし、アルミニウムや銀は光を若干吸収するた
め発熱の懸念がある。したがって、誘電体多層膜から成
る反射コートを用いることが温度対策上好ましい。

【００３４】スクリーン面(I2)に最も近い方の曲面反射
ミラーは、光学的なパワーが比較的弱いため誤差感度は
小さい。したがって、この曲面反射ミラーに関しては基
板材料としてプラスチック{ＰＭＭＡ(polymethyl metha
crylate)，ＰＣ(polycarbonate)，ポリオレフィン系樹
脂等}を用いてもよい。つまり、プラスチックの基板に
アルミニウムや銀を蒸着することにより増反射コートを
施した反射ミラーを、スクリーン面(I2)に最も近い方の
曲面反射ミラーとして用いても、性能上の影響が少ない
ので問題ない。また、基板をガラスからプラスチックに
することでコストダウンの効果も得られる。以上説明し
たミラー材料とリアプロジェクション光学系の温度特性
とのから、少なくともパネル表示面(I1)側から１枚目と
２枚目の曲面反射ミラーの基板材料はガラスであること
が望ましい。

【００３５】次に、リアプロジェクション光学系のフォ
ーカシングとズーミングを説明する。フォーカシング
は、画面中心光線に沿って表示パネルを移動させるか、
あるいは第１ミラー(M1)又は第２ミラー(M2)を移動させ
ることにより行うのが望ましい。そしてズーミングは、
少なくとも２枚の曲面反射ミラーを移動させることによ
り行うのが望ましい。なお、リアプロジェクションＴＶ
においてはスクリーン面(I2)の位置が固定であるため、
表示領域をスクリーン面(I2)に合わせ込むために、ズー
ミングによって数％の表示範囲調整を行う必要がある。

【００３６】

【実施例】以下、本発明を実施したリアプロジェクショ
ン光学系の構成を、コンストラクションデータ，スポッ
トダイアグラム等を挙げて、更に具体的に説明する。こ
こで例として挙げる実施例１〜８は、前述した第１〜第
８の実施の形態にそれぞれ対応しており、各実施の形態
を表す図(図１，図２；図５，図６；図９，図１０；図
１３，図１４；図１７，図１８；図２１，図２２；図２
５，図２６；図２９，図３０)は、対応する各実施例の
光路等をそれぞれ示している。

【００３７】各実施例のコンストラクションデータにお
いて、表１〜表８はリアプロジェクション光学系の各面
のデータを縮小側から順に示している。各面データは右
手系の直交座標系(X,Y,Z)に基づいて示されており、ス
クリーン面(I2)の中心位置を原点(0,0,0)とする面頂点
座標(mm)で面位置(X座標,Y座標,Z座標)を表し、その面
の面頂点を中心とするX,Y,Zの各方向の軸回りの回転角
(°)で面の傾き(X回転,Y回転,Z回転)を表す。光路図
中、X軸方向は紙面に対して垂直方向であり(紙面の裏面
方向を正とし、紙面に向かって反時計回りをX回転の正
とする。)、Y軸方向はスクリーン面(I2)と紙面とが交わ
る直線方向であり(光路図の上方向を正とする。)、Z軸
方向はスクリーン面(I2)の法線方向である(光路図の右
方向を正とする。)。

【００３８】曲面反射ミラーの反射面は自由曲面であ
り、その面形状は面頂点を原点とする直交座標系(x,y,
z)を用いた以下の式(FS)で定義される。各曲面形状を表
す自由曲面データ，パネル表示面(I1)の大きさ(mm)，ス
クリーン面(I2)の大きさ(mm)，画面長辺方向(X方向)と
画面短辺方向(Y方向)のＦナンバー(FNO)を他のデータと
併せて示す。また、表９に各実施例の条件式対応値及び
関連データを示す。

【００３９】

【数１】

【００４０】ただし、 z：高さhの位置での光軸方向の基準面からの変位量、 h：光軸に対して垂直な方向の高さ(h²=x²+y²)、 c：近軸曲率(=1／曲率半径)、 K：コーニック定数、 C(m,n)：自由曲面係数、である。

【００４１】各実施例の光学性能をスポットダイアグラ
ム(図３，図７，図１１，図１５，図１９，図２３，図
２７，図３１)と歪曲図(図４，図８，図１２，図１６，
図２０，図２４，図２８，図３２)でそれぞれ示す。ス
ポットダイアグラムはスクリーン面(I2)での結像特性(m
m)を波長550(nm)について示しており、歪曲図はパネル
表示面(I1)での長方形状網目に対応するスクリーン面(I
2)での光線位置(mm)を示している。歪曲図中、D1(実線)
が実施例の歪曲格子であり、D0(点線)がアナモ比を考慮
した理想像点の格子(歪曲無し)である。なお、X軸と同
方向にx軸をとり、x軸に対して垂直で、かつ、パネル表
示面(I1)に対して平行な方向にy軸をとった場合、各フ
ィールドポジションに対応する物高(mm)はパネル表示面
(I1)の画面中心を原点とする座標(x,y)で表される。ま
た、X軸と同方向にx'軸をとり、x'軸に対して垂直で、
かつ、スクリーン面(I2)に対して平行な方向にy'軸をと
った場合、各像高(mm)はスクリーン面(I2)の画面中心を
原点とする座標(x',y')で表される。したがって、各歪
曲図はx'-y'平面に対して垂直方向から見たスクリーン
面(I2)上での実際の像の歪曲状態(ただしx'の負側のみ)
を示していることになる。

【００４２】《実施例１》パネル表示面(I1)の大きさ(mm)：13.283×7.472 スクリーン面(I2)の大きさ(mm)：1106×622 画面長辺方向のFNO＝3.0 画面短辺方向のFNO＝3.0

【００４３】

【表１】

【００４４】[第１ミラー(M1)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-188.771 K=1.242×10^-1 C(0,1)= 1.255×10^-2 ,C(2,0)=-4.349×10^-5 ,C(0,2)=-
1.999×10^-4 C(2,1)= 7.474×10^-8 ,C(0,3)=-1.388×10^-7 ,C(4,0)=
5.376×10^-11 C(2,2)=-2.723×10^-9 ,C(0,4)=-3.013×10^-9

【００４５】[第２ミラー(M2)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-557.611 K=1.089×10² C(0,1)=-1.316×10^-1 ,C(2,0)=-1.040×10^-3 ,C(0,2)=-
2.954×10^-3 C(2,1)=-7.377×10^-6 ,C(0,3)=-1.799×10^-5 ,C(4,0)=-
1.053×10^-7 C(2,2)=-3.890×10^-7 ,C(0,4)=-3.419×10^-7

【００４６】[第３ミラー(M3)の曲面形状] 曲率半径(mm)=∞ K=-5.324×10²² C(0,1)= 1.982 ,C(2,0)= 5.482×10^-3 ,C(0,2)=
7.318×10^-3 C(2,1)= 3.730×10^-5 ,C(0,3)= 2.690×10^-5 ,C(4,0)=
1.506×10^-9 C(2,2)= 7.813×10^-8 ,C(0,4)= 2.514×10^-8

【００４７】《実施例２》パネル表示面(I1)の大きさ(mm)：13.283×7.472 スクリーン面(I2)の大きさ(mm)：1106×622 画面長辺方向のFNO＝3.2 画面短辺方向のFNO＝3.2

【００４８】

【表２】

【００４９】[第１ミラー(M1)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-191.092 K=2.446×10^-1 C(0,1)= 6.143×10^-4 ,C(2,0)= 7.436×10^-5 ,C(0,2)=-
3.168×10^-4 C(2,1)= 2.786×10^-7 ,C(0,3)=-2.656×10^-7 ,C(4,0)=
4.246×10^-9 C(2,2)= 1.675×10^-9 ,C(0,4)=-3.293×10^-9

【００５０】[第２ミラー(M2)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-675.268 K=1.805×10² C(0,1)=-5.281×10^-1 ,C(2,0)=-5.155×10^-4 ,C(0,2)=-
9.120×10^-3 C(2,1)=-1.747×10^-5 ,C(0,3)=-9.877×10^-5 ,C(4,0)=-
1.891×10^-8 C(2,2)=-7.092×10^-7 ,C(0,4)=-1.365×10^-6

【００５１】[第３ミラー(M3)の曲面形状] 曲率半径(mm)=∞ K=-5.324×10²² C(0,1)= 1.265 ,C(2,0)= 4.135×10^-3 ,C(0,2)=-
1.730×10^-3 C(2,1)= 1.778×10^-5 ,C(0,3)= 3.035×10^-6 ,C(4,0)=
2.398×10^-8 C(2,2)= 9.929×10^-9 ,C(0,4)=-8.065×10^-8

【００５２】《実施例３》パネル表示面(I1)の大きさ(mm)：13.283×7.472 スクリーン面(I2)の大きさ(mm)：1106×622 画面長辺方向のFNO＝5.0 画面短辺方向のFNO＝7.5

【００５３】

【表３】

【００５４】[第１ミラー(M1)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-189.831 K=4.723×10^-1 C(0,1)=-9.384×10^-3 ,C(2,0)= 1.183×10^-4 ,C(0,2)=-
4.932×10^-4 C(2,1)= 4.793×10^-7 ,C(0,3)=-2.881×10^-7 ,C(4,0)=
8.343×10^-9 C(2,2)= 3.160×10^-9 ,C(0,4)=-4.590×10^-9

【００５５】[第２ミラー(M2)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-835.040 K=4.475×10² C(0,1)=-5.541×10^-1 ,C(2,0)=-1.898×10^-4 ,C(0,2)=-
1.104×10^-2 C(2,1)=-1.772×10^-5 ,C(0,3)=-7.289×10^-5 ,C(4,0)=
3.698×10^-8 C(2,2)=-1.540×10^-6 ,C(0,4)=-2.023×10^-6

【００５６】[第３ミラー(M3)の曲面形状] 曲率半径(mm)=∞ K=-5.324×10²² C(0,1)= 1.355 ,C(2,0)= 5.156×10^-3 ,C(0,2)=-
4.287×10^-3 C(2,1)= 2.619×10^-5 ,C(0,3)= 2.293×10^-5 ,C(4,0)=
1.444×10^-7 C(2,2)=-3.921×10^-8 ,C(0,4)=-9.628×10^-8

【００５７】《実施例４》パネル表示面(I1)の大きさ(mm)：13.283×7.472 スクリーン面(I2)の大きさ(mm)：1106×622 画面長辺方向のFNO＝3.1 画面短辺方向のFNO＝3.1

【００５８】

【表４】

【００５９】[第１ミラー(M1)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-185.880 K=2.178×10^-1 C(0,1)=-1.016×10^-3 ,C(2,0)=-9.510×10^-5 ,C(0,2)=-
1.866×10^-4 C(2,1)= 4.018×10^-8 ,C(0,3)=-1.101×10^-7 ,C(4,0)=
4.634×10^-10 C(2,2)=-5.785×10^-10,C(0,4)=-1.269×10^-9

【００６０】[第２ミラー(M2)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-508.298 K=9.155×10 C(0,1)=-2.792×10^-1 ,C(2,0)=-1.053×10^-3 ,C(0,2)=-
2.837×10^-3 C(2,1)=-8.681×10^-6 ,C(0,3)=-2.578×10^-5 ,C(4,0)=-
1.189×10^-7 C(2,2)=-4.475×10^-7 ,C(0,4)=-4.201×10^-7

【００６１】[第３ミラー(M3)の曲面形状] 曲率半径(mm)=∞ K=-5.324×10²² C(0,1)= 1.763 ,C(2,0)= 5.432×10^-3 ,C(0,2)=
8.030×10^-3 C(2,1)= 3.367×10^-5 ,C(0,3)= 2.561×10^-5 ,C(4,0)=-
1.732×10^-9 C(2,2)= 6.053×10^-8 ,C(0,4)= 2.695×10^-8

【００６２】《実施例５》パネル表示面(I1)の大きさ(mm)：13.283×7.472 スクリーン面(I2)の大きさ(mm)：1106×622 画面長辺方向のFNO＝4.0 画面短辺方向のFNO＝6.0

【００６３】

【表５】

【００６４】[第１ミラー(M1)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-186.559 K=1.850×10^-1 C(0,1)=-6.007×10^-3 ,C(2,0)=-7.012×10^-5 ,C(0,2)=-
1.960×10^-4 C(2,1)= 1.987×10^-7 ,C(0,3)=-4.873×10^-8 ,C(4,0)=
8.428×10^-10 C(2,2)=-2.324×10^-10,C(0,4)=-1.063×10^-9

【００６５】[第２ミラー(M2)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-481.435 K=8.664×10 C(0,1)=-3.225×10^-1 ,C(2,0)=-5.166×10^-4 ,C(0,2)=-
3.737×10^-3 C(2,1)=-1.788×10^-5 ,C(0,3)=-4.152×10^-5 ,C(4,0)=-
1.288×10^-7 C(2,2)=-7.829×10^-7 ,C(0,4)=-6.567×10^-7

【００６６】[第３ミラー(M3)の曲面形状] 曲率半径(mm)=∞ K=-5.324×10²² C(0,1)= 1.239 ,C(2,0)= 8.995×10^-3 ,C(0,2)=
6.591×10^-3 C(2,1)= 6.295×10^-5 ,C(0,3)= 2.538×10^-5 ,C(4,0)=
1.092×10^-8 C(2,2)= 1.222×10^-7 ,C(0,4)= 2.957×10^-8

【００６７】《実施例６》パネル表示面(I1)の大きさ(mm)：13.283×7.472 スクリーン面(I2)の大きさ(mm)：1106×622 画面長辺方向のFNO＝5.0 画面短辺方向のFNO＝5.0

【００６８】

【表６】

【００６９】[コンデンサーレンズ(CL)の曲面形状] 入射面の曲率半径(mm)=-390.882 射出面の曲率半径(mm)=-47.313

【００７０】[第１ミラー(M1)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-183.456 K=2.488×10^-1 C(0,1)=-2.486×10^-2 ,C(2,0)=-7.338×10^-5 ,C(0,2)=-
3.038×10^-4 C(2,1)= 5.326×10^-7 ,C(0,3)=-2.515×10^-7 ,C(4,0)=
3.560×10^-9 C(2,2)= 6.279×10^-9 ,C(0,4)=-6.999×10^-10

【００７１】[第２ミラー(M2)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-549.181 K=4.501×10 C(0,1)=-6.871×10^-1 ,C(2,0)= 2.467×10^-4 ,C(0,2)=-
5.091×10^-3 C(2,1)=-1.220×10^-5 ,C(0,3)=-6.082×10^-5 ,C(4,0)=-
2.892×10^-8 C(2,2)=-3.328×10^-7 ,C(0,4)=-4.727×10^-7

【００７２】[第３ミラー(M3)の曲面形状] 曲率半径(mm)=28.983 K=-5.324×10²² C(0,1)= 1.399 ,C(2,0)= 8.559×10^-3 ,C(0,2)=
6.174×10^-3 C(2,1)= 4.102×10^-5 ,C(0,3)= 1.502×10^-5 ,C(4,0)=
4.464×10^-9 C(2,2)= 5.459×10^-8 ,C(0,4)= 1.191×10^-8

【００７３】《実施例７》パネル表示面(I1)の大きさ(mm)：13.283×7.472 スクリーン面(I2)の大きさ(mm)：1106×622 画面長辺方向のFNO＝3.1 画面短辺方向のFNO＝3.1

【００７４】

【表７】

【００７５】[第１ミラー(M1)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-184.764 K=1.891×10^-1 C(0,1)= 2.118×10^-2 ,C(2,0)=-1.269×10^-4 ,C(0,2)=-
1.774×10^-4 C(2,1)=-2.635×10^-7 ,C(0,3)=-3.482×10^-7 ,C(4,0)=-
1.759×10^-9 C(2,2)=-3.883×10^-9 ,C(0,4)=-2.273×10^-9

【００７６】[第２ミラー(M2)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-399.486 K=8.801×10 C(0,1)=-4.455×10^-1 ,C(2,0)=-1.526×10^-3 ,C(0,2)=-
2.606×10^-3 C(2,1)= 8.347×10^-6 ,C(0,3)= 2.683×10^-7 ,C(4,0)=-
8.627×10^-8 C(2,2)=-4.166×10^-7 ,C(0,4)=-3.986×10^-7

【００７７】[第３ミラー(M3)の曲面形状] 曲率半径(mm)=0.152 K=-5.324×10²² C(0,1)= 1.308 ,C(2,0)= 4.029×10^-3 ,C(0,2)=
5.679×10^-3 C(2,1)= 2.241×10^-5 ,C(0,3)= 1.711×10^-5 ,C(4,0)=-
3.608×10^-9 C(2,2)= 3.436×10^-8 ,C(0,4)= 1.656×10^-8

【００７８】《実施例８》パネル表示面(I1)の大きさ(mm)：13.283×7.472 スクリーン面(I2)の大きさ(mm)：1106×622 画面長辺方向のFNO＝3.1 画面短辺方向のFNO＝3.1

【００７９】

【表８】

【００８０】[第１ミラー(M1)の曲面形状] 曲率半径(mm)=55105.558 K=-9.416×10⁴ C(0,1)= 2.665×10^-1 ,C(2,0)=-1.488×10^-3 ,C(0,2)=-
2.314×10^-3 C(2,1)= 7.735×10^-6 ,C(0,3)= 1.046×10^-5 ,C(4,0)=
8.701×10^-9 C(2,2)= 1.657×10^-7 ,C(0,4)= 8.682×10^-8

【００８１】[第２ミラー(M2)の曲面形状] 曲率半径(mm)=266.893 K=5.482×10^-1 C(0,1)= 3.794×10^-4 ,C(2,0)=-1.355×10^-4 ,C(0,2)=-
1.900×10^-4 C(2,1)= 3.553×10^-7 ,C(0,3)= 6.314×10^-7 ,C(4,0)=-
5.225×10^-9 C(2,2)=-1.127×10^-8 ,C(0,4)=-6.737×10^-9

【００８２】[第３ミラー(M3)の曲面形状] 曲率半径(mm)=669.724 K=-3.507×10² C(0,1)= 9.594×10^-2 ,C(2,0)= 9.897×10^-4 ,C(0,2)=
1.845×10^-3 C(2,1)=-3.058×10^-6 ,C(0,3)=-6.449×10^-6 ,C(4,0)=
2.237×10^-7 C(2,2)= 4.923×10^-7 ,C(0,4)= 1.248×10^-7

【００８３】[第４ミラー(M4)の曲面形状] 曲率半径(mm)=-1508.718 K=6.332×10 C(0,1)=-1.224 ,C(2,0)=-4.739×10^-4 ,C(0,2)=
1.439×10^-3 C(2,1)=-3.909×10^-7 ,C(0,3)= 4.994×10^-6 ,C(4,0)=-
2.171×10^-8 C(2,2)=-1.135×10^-7 ,C(0,4)=-2.627×10^-8

【００８４】

【表９】

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、良
好な光学性能を保持しつつ量産性やコスト面で有利であ
り、しかも薄型で光学部品もコンパクトなリアプロジェ
クション光学系を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態(実施例１)のリアプロジェク
ション光学系の光路図。

【図２】第１の実施の形態(実施例１)を構成している投
影光学系及び光路要部を示す図。

【図３】実施例１のスポットダイアグラム。

【図４】実施例１の歪曲図。

【図５】第２の実施の形態(実施例２)のリアプロジェク
ション光学系の光路図。

【図６】第２の実施の形態(実施例２)を構成している投
影光学系及び光路要部を示す図。

【図７】実施例２のスポットダイアグラム。

【図８】実施例２の歪曲図。

【図９】第３の実施の形態(実施例３)のリアプロジェク
ション光学系の光路図。

【図１０】第３の実施の形態(実施例３)を構成している
投影光学系及び光路要部を示す図。

【図１１】実施例３のスポットダイアグラム。

【図１２】実施例３の歪曲図。

【図１３】第４の実施の形態(実施例４)のリアプロジェ
クション光学系の光路図。

【図１４】第４の実施の形態(実施例４)を構成している
投影光学系及び光路要部を示す図。

【図１５】実施例４のスポットダイアグラム。

【図１６】実施例４の歪曲図。

【図１７】第５の実施の形態(実施例５)のリアプロジェ
クション光学系の光路図。

【図１８】第５の実施の形態(実施例５)を構成している
投影光学系及び光路要部を示す図。

【図１９】実施例５のスポットダイアグラム。

【図２０】実施例５の歪曲図。

【図２１】第６の実施の形態(実施例６)のリアプロジェ
クション光学系の光路図。

【図２２】第６の実施の形態(実施例６)を構成している
投影光学系及び光路要部を示す図。

【図２３】実施例６のスポットダイアグラム。

【図２４】実施例６の歪曲図。

【図２５】第７の実施の形態(実施例７)のリアプロジェ
クション光学系の光路図。

【図２６】第７の実施の形態(実施例７)を構成している
投影光学系及び光路要部を示す図。

【図２７】実施例７のスポットダイアグラム。

【図２８】実施例７の歪曲図。

【図２９】第８の実施の形態(実施例８)のリアプロジェ
クション光学系の光路図。

【図３０】第８の実施の形態(実施例８)を構成している
投影光学系及び光路要部を示す図。

【図３１】実施例８のスポットダイアグラム。

【図３２】実施例８の歪曲図。

【図３３】各実施の形態に適したスクリーンの要部構成
及び光路を示す図。

【符号の説明】

I1 …パネル表示面 I2 …スクリーン面 ST …絞り位置(絞り) M1 …第１ミラー M2 …第２ミラー M3 …第３ミラー M4 …第４ミラー M5 …第５ミラー M6 …第６ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石原淳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） 2H087 KA06 NA02 RA42 RA47 TA02 TA05 TA06 UA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パネル表示面の画像をスクリーン面上に
投影する投影光学系を備えたリアプロジェクション光学
系であって、前記投影光学系が少なくとも３枚の曲面反
射ミラーを有し、前記パネル表示面の画面中心から絞り
の中心を通り前記スクリーン面の画面中心に到達する光
線を画面中心光線とするとき、以下の条件式を満足する
ことを特徴とするリアプロジェクション光学系； 1.5＜Ｄ／Ｈ＜3.5 10°＜θ＜70° ただし、Ｄ：投影光学系の最終面からスクリーン面までの画面中
心光線の光学距離、Ｈ：スクリーン面の法線と画面中心光線とが成す平面に
対して平行方向のスクリーン面の大きさ、 θ：スクリーン面に対する画面中心光線の入射角度、である。
【請求項２】前記投影光学系が前記パネル表示面から
前記スクリーン面までに中間像を形成しないことを特徴
とする請求項１記載のリアプロジェクション光学系。
【請求項３】前記曲面反射ミラーのうちの少なくとも
３枚が自由曲面ミラーであることを特徴とする請求項１
記載のリアプロジェクション光学系。
【請求項４】少なくともパネル表示面側から１枚目と
２枚目の曲面反射ミラーの基板材料がガラスであること
を特徴とする請求項１記載のリアプロジェクション光学
系。