JP2002049335A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画質を損なうことなく大画像を表示すること
ができる小型で低コストの画像表示装置を提供する。 【解決手段】 複数のＬＣＤ５の像をスクリーン８上に
投影して全体として一枚の画像を生成する画像表示装置
であって、上記ＬＣＤ５に各対応して配置され斜め下方
を向いたＬＣＤ５の主面に対向する入反射面３１ａとこ
の入反射面３１ａから入射した光を斜めに反射する自由
曲面でなる第１のミラー面３１ｂと該光束をさらに斜め
に反射する自由曲面でなる第２のミラー面３１ｃと該光
束を上記入反射面３１ａでさらに斜めに全反射した後に
射出する射出面３１ｄとを有してなるプリズム３１と、
このプリズム３１から射出した光を制限する絞り３２
と、この絞り３２を通過した光束に残る収差を補正する
凹レンズ３３と、を備えた画像表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置、よ
り詳しくは、複数の表示素子の像をスクリーン上に投影
して一枚の画像を生成する画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複数のＬＣＤ等でなる表示素
子により部分画像を表示して、各表示素子に対応した拡
大投影光学系によりスクリーン上に各部分画像を投影
し、全体として一枚の画像を観察することができるよう
に構成された画像表示装置は、種々のものが提案されて
いる。

【０００３】このような画像表示装置においては、上記
拡大投影光学系として、複数枚のレンズを組み合わせた
光学系を採用したものがあり、例えば特許掲載公報第２
８１０５７２号には、透過型の液晶パネルと、この液晶
パネルを照明する照明手段と、上記液晶パネルにおける
所定数の画素を１単位として画素ブロックとなし、スク
リーン上に繋ぎ目なく結像されるように、各画素ブロッ
ク毎に画像を投影する結像手段と、を備えた投写型表示
装置が記載されている。

【０００４】ところで、本出願人は、自由曲面プリズム
を用いた結像光学系および観察光学系を提案しており、
その詳細な内容が、特開２０００−１３１６１４号公報
に記載されている。

【０００５】一方、図１７は、拡大投影光学系としてフ
レネルレンズを用いた従来の画像表示装置の構成の一部
を側方から示す図である。

【０００６】この画像表示装置は、複数の表示素子の像
を各投影するための拡大投影光学系として、２枚のフレ
ネルレンズを用いたものとなっている。

【０００７】すなわち、ＬＣＤ５の像は、まず第１のフ
レネルレンズ９２を通過するようになっていて、この第
１のフレネルレンズ９２の瞳位置には絞り９１が配設さ
れ、不要な拡散光などを除去するとともに画像全体の明
るさを規定するようになっている。

【０００８】この絞り９１を通過した光束は、さらに第
２のフレネルレンズ９３を介してスクリーン８上に結像
される。

【０００９】図１８は隣接する拡大投影光学系によりス
クリーン上に投影される光束の様子を側方から示す図、
図１９はスクリーン上に投影される光束の重畳領域の様
子を拡大して側方から示す図、図２０はスクリーン上に
投影される光束の合計光量を示す線図である。

【００１０】上記図１７に示したような拡大投影光学系
が、図１８に示すように、複数の各ＬＣＤ５に対応して
設けられており、隣接するＬＣＤ５による画像ブロック
同士の重畳領域においては、図１９に示すように光束が
合成される。

【００１１】つまり、非重畳領域（点Ｐ1 参照）では一
方の拡大投影光学系のみからの光束となるが、重畳領域
（点Ｐ2 〜Ｐ4 参照）においては左右の拡大投影光学系
からの光束がスクリーン８上に到達し、このとき左右の
光束の通過経路同士の間には光束が通過しない中抜け部
分が生じている。

【００１２】また、この拡大投影光学系では、上記図１
８に示したように、ＬＣＤ５の各画素から射出される光
束がスクリーン８に到達する際には、各光束の主光線
が、画像ブロックの周辺部になるほど（つまり光軸Ｏか
ら離れるほど）、該スクリーン８上に対して次第に大き
く傾斜するようになっている。

【００１３】上記スクリーン８は、透過型のスクリーン
であるために、透過する光の拡散分布は、光の入射角度
に依存する。従って画像ブロックの周辺部になるに従っ
てスクリーン８に入射する光束が傾斜すると、スクリー
ン８全体を正面から観察したときにはほぼ均一な輝度で
あっても、斜め方向から観察したときに、画像ブロック
同士の繋ぎ目が不連続な輝度として観察されてしまうこ
とになる。

【００１４】そして、このような拡大投影光学系により
スクリーン８上に投影される光量は、図２０に示すよう
になり、重畳領域における合計光量が、重畳していない
部分の光量よりも大きくなる分布を示してしまう。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
画像表示装置は、スクリーン上に画素数の多い精細な画
像を表示するために、比較的画素数の多いＬＣＤ等の表
示素子を１枚〜少数枚程度用いて画像を投影するように
しているが、こうした比較的画素数の多い表示素子はコ
ストが高いために、装置全体として安価に構成すること
は困難である。

【００１６】また、大型の表示素子を用いるとやはりコ
ストがかさむために、できるだけ小型の表示素子を用い
ることが望ましいが、このときに大画像を投影するため
には、投影光学系からスクリーンまでの距離を長くする
か、あるいは投影光学系の視野角を大きくとる必要があ
る。しかし、前者の場合には画像表示装置の厚み方向の
サイズが増すことになり、また後者の場合には投影され
る画像の周辺部の光量や収差が増大して画像の品質が低
下することになり、画質低下を防ぐためにレンズ枚数を
増やすと今度はコストが増してしまうことになる。

【００１７】そして、小型の表示素子を用いる場合に
は、各表示素子に対応して拡大投影光学系も同数だけ必
要となるが、上記従来のような複数枚のレンズで構成さ
れた拡大投影光学系を採用する場合には、全体のレンズ
枚数が多くなって、それらの位置合わせをするのに作業
時間やコストを要してしまう。

【００１８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、画質を損なうことなく大画像を表示することがで
きる小型で低コストの画像表示装置を提供することを目
的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明による画像表示装置は、複数の表示素
子と、これら複数の表示素子の像をスクリーン上に投影
して全体として一枚の画像を生成するべく各表示素子に
対応して配置された拡大投影光学系と、を備え、上記拡
大投影光学系は、当該拡大投影光学系の光軸に対し傾い
て配置された反射面を少なくとも１つ含む複数の反射面
を有して構成されたプリズムを備えたものである。

【００２０】また、第２の発明による画像表示装置は、
上記第１の発明による画像表示装置において、上記表示
素子が、上記スクリーン全体に投影される画像の全画素
数に比して少数画素でなる小型なものであり、上記拡大
投影光学系は、該拡大投影光学系から上記スクリーンま
での距離、および該スクリーンへの投影角に比して、そ
の拡大率が大きいものである。

【００２１】さらに、第３の発明による画像表示装置
は、複数の表示素子と、これら複数の表示素子の像をス
クリーン上に投影して全体として一枚の画像を生成する
べく各表示素子に対応して配置された拡大投影光学系
と、上記複数の表示素子に各対応する複数の拡大投影光
学系を連結する連結部位と、を備え、上記複数の拡大投
影光学系と連結部位とは一体成形されたものである。

【００２２】第４の発明による画像表示装置は、上記第
３の発明による画像表示装置において、上記連結部位
が、各拡大投影光学系の光学的作用面以外の面を連結す
るものである。

【００２３】第５の発明による画像表示装置は、上記第
１または第３の発明による画像表示装置において、上記
表示素子の像を上記拡大投影光学系によりスクリーン上
に投影した画像ブロックはその周縁部が隣接する画像ブ
ロックの周縁部と互いに重畳されており、この重畳領域
における画像の連続性を保つように上記表示素子に供給
する画像信号の電気的な補正を行う画像信号補正手段を
さらに備えたものである。

【００２４】第６の発明による画像表示装置は、複数の
表示素子と、これら複数の表示素子に各対応して配置さ
れ該表示素子の像をスクリーン上に画像ブロックとして
投影しかつ一画像ブロックの周縁部が隣接する他の画像
ブロックの周縁部と互いに重畳されるように投影するこ
とで全体として統一された一枚の画像を生成する拡大投
影光学系と、上記画像ブロック同士の重畳領域における
画像の連続性を保つように上記表示素子に供給する画像
信号の電気的な補正を行う画像信号補正手段と、を備
え、上記拡大投影光学系は、上記重畳領域に入射する一
画像ブロックに係る光束とこれに隣接する他の画像ブロ
ックに係る光束とを合成した光束のスクリーン上におけ
るＮＡと、非重畳領域に入射する光束のスクリーン上に
おけるＮＡと、が略等しくなるように構成されたもので
ある。

【００２５】第７の発明による画像表示装置は、上記第
６の発明による画像表示装置において、上記重畳領域に
入射する一画像ブロックに係る光束とこれに隣接する他
の画像ブロックに係る光束とは、互いに重複することな
く、かつ光束が通過しない領域を含むことなく、一光束
に合成されるものである。

【００２６】第８の発明による画像表示装置は、上記第
６の発明による画像表示装置において、非重畳領域に入
射する光束と、上記重畳領域に入射する合成された光束
とは、何れも、その中心光がスクリーン面に対して略垂
直となるように入射するものである。

【００２７】第９の発明による画像表示装置は、上記第
６の発明による画像表示装置において、上記拡大投影光
学系が、上記重畳領域に入射する一画像ブロックに係る
光束が画像ブロックの周辺に近づくに従ってＮＡが小さ
くなりかつ該光束の主光線が画像ブロック周辺方向に傾
くように構成されたものである。

【００２８】第１０の発明による画像表示装置は、上記
第９の発明による画像表示装置において、上記拡大投影
光学系が、画像ブロックの周辺に近づくに従って主光線
が画像ブロック周辺方向に傾くように周辺に近づくに従
ってパワーが小さくなるよう構成された光学素子と、画
像ブロックの周辺に近づくに従ってＮＡが小さくなるよ
うに画像ブロックの周辺光量を調整する絞りと、を有し
てなるものである。

【００２９】第１１の発明による画像表示装置は、上記
第１０の発明による画像表示装置において、上記拡大投
影光学系が、上記光学素子によるディストーションを補
正するための第２の光学素子をさらに有してなるもので
ある。

【００３０】第１２の発明による画像表示装置は、上記
第１０の発明による画像表示装置において、上記絞り
が、画像ブロック全体の明るさを規定する第２の絞り
と、この第２の絞りよりも表示素子側となる光路上に配
置された各画素に係る光束の内側をけるための第１の絞
りと、上記第２の絞りよりもスクリーン側となる光路上
に配置された各画素に係る光束の外側をけるための第３
の絞りと、を有してなるものである。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１から図１１は本発明の第１の
実施形態を示したものであり、図１は画像表示装置の光
学系の配置例を示す図、図２はスクリーン上に投影され
る画像の様子を示す図である。

【００３２】この画像表示装置は、複数のＬＣＤ等でな
る表示素子により部分画像を表示し、これら複数の表示
素子の部分画像を各表示素子に対応して設けられた拡大
投影光学系によりスクリーン上に画像ブロックとして投
影して、この画像ブロックの周縁部を重畳させながら全
体として一枚の画像をスクリーン上に生成するようにし
たものである。

【００３３】まず、図１を参照して、スクリーン８に対
する表示素子および拡大投影光学系の配置例について説
明する。

【００３４】表示素子および拡大投影光学系は、スクリ
ーン８に対して、図１の各図に示すように構成され配置
されている。

【００３５】光源となるランプ２により照射される照明
光は、レンズアレイでなるフライアイ３を通過して、薄
型に形成された偏光ビームスプリッタ４により後述する
ＬＣＤ５と同一の偏光方向の光に変換された後に、例え
ば対角長が３．５インチのサイズの表示素子たるＬＣＤ
５に入射する。

【００３６】このＬＣＤ５の画像は、当該拡大投影光学
系の光軸に対し傾いて配置された反射面を少なくとも１
つ有する折り畳み光学系でなるプリズム６Ａ（図１
（Ａ）の例）、プリズム６Ｂ（図１（Ｂ）の例）、また
はプリズム６Ｃ（図１（Ｃ）の例）により反射されて、
スクリーン８上に像を投射するようになっている。

【００３７】このような表示素子および拡大投影光学系
の配置例としては、図１（Ａ）に示すように、ＬＣＤ５
から射出される光束がスクリーン８の主面とほぼ平行と
なる縦置きタイプ、図１（Ｂ）に示すように、ＬＣＤ５
から射出される光束がスクリーン８の主面に対してほぼ
垂直となる横置きタイプ、図１（Ｃ）に示すように、Ｌ
ＣＤ５から射出される光束がスクリーン８の主面に対し
て適宜の角度（例えば４５°や１３５°など）で交叉す
る斜め置きタイプ、などが挙げられる。

【００３８】上述したような表示素子および拡大投影光
学系を、例えば縦方向と横方向にそれぞれ５×５の配列
で並べたときに、スクリーン８上に投影される画像の様
子を示すのが図２である。

【００３９】後述する図４に示すような５×５に配列さ
れたＬＣＤ（（ＬＣＤ１）〜（ＬＣＤ２５））に各対応
して部分画像がそれぞれ投影され、スクリーン８上にお
いて各画像ブロックＡ１〜Ａ２５となる。

【００４０】このとき、表示素子と拡大投影光学系の組
み合わせでなる各ユニットから投影される画像ブロック
は、隣接する画像ブロックとその周縁部で互いに重畳す
る領域を有するようになっていて、全体として一画像を
構成することができるようになっている。

【００４１】本実施形態では、スクリーン８上に投影さ
れる画像の全画素数に比して、少数画素でなる小型なＬ
ＣＤ５を表示素子として用いるようになっており、逆に
言えば、比較的多数、すなわちこの例では５×５＝２５
個のＬＣＤ５が用いられている。

【００４２】小型で少数画素のＬＣＤ５を比較的多数用
いることは、トータルの画素数が同じとなる大型で大画
素のＬＣＤよりも、全体としてコストを安価に抑えるこ
とができるという利点がある。具体的な例を挙げれば、
単体で１００万画素の大型ＬＣＤを用いるよりも、４万
画素の小型ＬＣＤを２５個用いる方が安価に構成するこ
とが可能であり、組み立てコスト等を考慮してもこの利
点は維持される。

【００４３】また、ＬＣＤ５として比較的小型のものを
用いているのに対応して、上記拡大投影光学系は、後で
詳しく説明するように、該拡大投影光学系から上記スク
リーン８までの距離、および該スクリーン８への投影角
に比して、その拡大率が大きいものとして構成されてい
る。

【００４４】次に、このような画像表示装置１の内部の
電気的な構成や、出荷時等に行われる調整について、図
３、図４を参照して説明する。図３は画像表示装置を調
整するための構成の一例を示す図、図４は画像表示装置
を調整するための電気的な構成の一例を示すブロック図
である。

【００４５】画像表示装置１に例えばテスト用パターン
などを表示すると、この画像がデジタルカメラやライン
スキャナ等でなる撮像装置１８により撮像されて、パー
ソナルコンピュータ等で構成される補正データ作成手段
１９に入力される。

【００４６】補正データ作成手段１９では、撮像した画
像データに基づき色度と輝度を測定し、測定された色度
と輝度に基づき、各表示素子毎の色度と輝度が画像表示
装置１のスクリーン８全体で統一されるように、色度補
正値と輝度補正値を演算する。

【００４７】より詳しくは、この補正データ作成手段１
９は、色補正を行う際に用いられる色度補正値としての
色変換マトリクスデータやγ（ガンマ）補正データ、画
素等の位置ずれに関する補正を行う際に用いられる幾何
変換アドレスデータ、画像の明るさに関する補正を行う
際に用いられる輝度補正値としてのシェーディング補正
データ等を生成するようになっている。

【００４８】算出された色度補正値や輝度補正値等のデ
ータは、表示用ドライバ装置１１に入力されて記憶さ
れ、該表示用ドライバ装置１１は、これらの補正値に基
づいて画像信号を補正することにより、画面全体で統一
した色度や輝度の画像を表示するようになっている。

【００４９】上記表示用ドライバ装置１１は、図４に示
すように、入力された画像信号に所定の信号処理等を施
す画像変換部１１ｂと、上記ＬＣＤ５（上述した例では
２５個のＬＣＤ５）に各対応してそれぞれの駆動制御等
を行うＬＣＤドライバ１１ａでなる表示素子駆動手段た
るＬＣＤ駆動部１１ａと、この表示用ドライバ装置１１
全体を制御する制御手段たるＣＰＵ１７と、上記補正デ
ータ作成手段１９により作成された補正データに基づい
て所定の演算係数等を発生させる演算係数発生手段と、
を有して構成されている。

【００５０】また、上記演算係数発生手段は、上記補正
データ作成手段１９から出力される色度補正値を記憶し
て該色度補正値に基づき色補正係数を発生させる色補正
係数発生部１４と、画素データのアドレスを発生させて
後述する画像メモリ部２１へ出力するアドレス発生部１
５と、上記輝度補正値を記憶してマスク処理を実行する
ための各演算係数等を発生させ後述するマスク処理部１
１ｃへ出力するマスク処理係数発生部１６と、を有して
なり、これら色補正係数発生部１４、アドレス発生部１
５、マスク処理係数発生部１６は、上記ＣＰＵ１７とバ
スを介して接続されている。

【００５１】上記画像変換部１１ｂは、上記色補正係数
発生部１４により発生される色補正係数に基づいて、例
えばＲＧＢ信号として入力される映像信号からＬＣＤ毎
または各画素毎に生じる色度のばらつきを除去するべく
色変換処理を行う色変換部１２と、この色変換部１２か
ら出力される色信号を受けて各色毎に信号処理を行う画
像信号補正手段たるＲ信号処理部１３Ｒ，Ｇ信号処理部
１３Ｇ，Ｂ信号処理部１３Ｂと、を有して構成されてい
る。

【００５２】次に、上記Ｒ信号処理部１３Ｒは、上記色
変換部１２から入力される一画面分のＲ信号データを格
納するブロックラインメモリ等からなる画像メモリ部２
１と、この画像メモリ部２１から所定単位（例えば一ラ
イン）毎に信号データを読み出して、上記マスク処理係
数発生部１６から入力される演算係数に基づき、幾何変
換処理、エンハンス処理、シェーディング補正処理、シ
ームレス処理等のマスク処理を実行する信号補正手段で
あり歪み補正手段たるマスク処理部（幾何変換部／画像
処理部）１１ｃと、各ＬＣＤ毎に設定されるγ（ガン
マ）値に応じてγ変換処理を行うγ変換部２２と、第１
〜第２５時間軸変換バッファを備え、各ＬＣＤ５に対し
て並列的に色信号を出力し得るように信号分割処理をす
る直列／並列変換部２３と、を有して構成されている。

【００５３】なお、この図４においては、Ｒ信号処理部
１３Ｒの内部構成のみを詳細に図示しているが、Ｇ信号
処理部１３ＧとＢ信号処理部１３Ｂもほぼ同様に構成さ
れている。

【００５４】こうして表示用ドライバ装置１１は、単一
の画像を表わす画像信号を複数のＬＣＤ５に対応する複
数の画像信号に分割処理するとともに、これらのＬＣＤ
５から投影される画像がスクリーン８上で連続的な単一
画像として表示されるように、変換処理や補正処理を行
うようになっている。

【００５５】なお、図３や図４においては、表示用ドラ
イバ装置１１を、便宜上、画像表示装置１とは別のブロ
ックとして記載しているが、表示用ドライバ装置１１が
画像表示装置１内に組み込まれている構成であっても構
わないのは勿論である。

【００５６】図５は、表示素子と拡大投影光学系とスク
リーンの具体的な配置の第１の実施例を示す側面図であ
る。

【００５７】この図５の例は、上記図１（Ｃ）に示した
ような斜め置きタイプのものとなっている。

【００５８】表示素子たるＬＣＤ５は、斜め下方に画像
の光束を射出するように配置されていて、このＬＣＤ５
の主面に隣接して自由曲面プリズムでなるプリズム３１
の入反射面３１ａが位置するように、該プリズム３１が
配設されている。

【００５９】上記入反射面３１ａからこのプリズム３１
に入射した光は、第１のミラー面３１ｂにより反射さ
れ、次に第２のミラー面３１ｃにより反射された後に、
さらに全反射面でなる上記入反射面３１ａにより反射さ
れて、射出面３１ｄから射出される。こうして、このプ
リズム３１は、内部に３つの反射面を有しているため
に、収差を良好に補正することが可能となっている。

【００６０】プリズム３１から射出した光は、絞り３２
を通過した後に、凹レンズ３３の入射面３３ａから入射
し、収差をさらに補正するとともに画角をコントロール
するように屈折された後に、射出面３３ｂから射出さ
れ、上記スクリーン８上に画像を表示するようになって
いる。

【００６１】このように、拡大投影光学系としてプリズ
ム３１を用いて、所定の屈折率を有する媒質内で複数回
反射させることにより、光路長を確保しながら拡大投影
光学系からスクリーン８までの物理長を短縮することが
可能となる。これにより、所定の拡大率の光学系であり
ながら、投影角が広がりすぎることはないために、各画
像ブロックの中央部と周辺部との輝度差にほとんど影響
を及ぼすことなく、かつ、画像表示装置の薄型化を図る
ことが可能となる。

【００６２】また、上記プリズム３１は、全ての屈折面
（入射面および射出面）と反射面が、自由曲面として構
成されていて、こうしたプリズム３１を用いて拡大投影
光学系を構成することにより、該拡大投影光学系を構成
するプリズムやレンズ等の光学素子の数を削減すること
ができ、各光学素子の位置調整などを軽減することが可
能となっている。

【００６３】ここで、上記自由曲面プリズムにおける自
由曲面について説明する。

【００６４】自由曲面プリズムにおける自由曲面は、回
転非対称な面となっており、より好ましくは、対称面を
１面のみ有する面対称自由曲面である。このような自由
曲面は、例えば、以下のような数式１で定義することが
できる。

【００６５】

【数１】

【００６６】この数式１において、左辺のＺ軸が自由曲
面の軸となり、右辺の第１項が球面項、第２項が自由曲
面項である。

【００６７】また、第１項の球面項中、ｃ：頂点の曲
率、ｋ：コーニック定数（円錐定数）、そしてｒは、

【数２】 である。

【００６８】また、第２項の自由曲面項は、

【数３】 ここに、Ｃj （ｊは２以上の整数）は係数である。

【００６９】上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、
Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、ここではＸの
奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行
な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、
上記数式１においては、Ｃ2，Ｃ5，Ｃ7，Ｃ9，Ｃ12，Ｃ
14，Ｃ16，Ｃ18，Ｃ20，Ｃ23，Ｃ25，Ｃ27，Ｃ29，Ｃ3
1，Ｃ33，Ｃ35，・・・の各項の係数を０にすることに
よって可能である。

【００７０】また、Ｙの奇数次項を全て０にすることに
よって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自
由曲面となる。例えば、上記数式１においては、Ｃ3，
Ｃ5，Ｃ8，Ｃ10，Ｃ12，Ｃ14，Ｃ17，Ｃ19，Ｃ21，Ｃ2
3，Ｃ25，Ｃ27，Ｃ30，Ｃ32，Ｃ34，Ｃ36，・・・の各
項の係数を０にすることによって可能である。

【００７１】また、上記対称面の方向の何れか一方を対
称面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ
面と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向
に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方
向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非
対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向
上させることが可能となる。

【００７２】なお、上記数式１は、上述したように自由
曲面の定義式の１つの例として示したものであり、対称
面を一面のみ有する回転非対称面を用いることで偏心に
より発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性
も向上させるようなものであれば、他の適切な定義式を
採用することが可能である。

【００７３】以下、上記拡大投影光学系の実施例につい
て具体的に説明する。

【００７４】まず、軸上主光線は、物体中心を出て、絞
りの中心を通り、像面中心に至る光線として定義されて
いて、上記図５に示した例では、符号Ｏを付した光線が
相当している。

【００７５】また、後述するレンズデータにおいて偏心
(1)と記載された点、つまり、図５に示した例において
は、上記凹レンズ３３の射出面３３ｂと軸上主光線との
交点が、光学系全体の原点となっている。

【００７６】そして、上記軸上主光線をＺ軸とし、この
Ｚ軸と像面中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通
りＹ−Ｚ平面に直交し、紙面の手前から裏面側に向かう
方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を
構成する軸をＹ軸とする。

【００７７】各実施例では、このＹ−Ｚ平面内で各面の
偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面の唯一
の対称面をＹ−Ｚ面としている。

【００７８】偏心面については、座標系の原点から、そ
の面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方
向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲
面については、上記数式１のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ
（°））とが与えられている。なお、このとき、αとβ
の正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計周りを、γ
の正はＺ軸の正方向に対して時計回りを、それぞれ意味
している。

【００７９】また、各実施例の光学系を構成する光学的
作用面の中で、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を
構成する場合には、面間隔が与えられており、その他に
も、媒質の屈折率とアッベ数とが、慣用法に従って与え
られている。

【００８０】また、ここで用いられる自由曲面の面の形
式は、上記数式１により定義し、その定義式のＺ軸が自
由曲面の軸となる。

【００８１】なお、データの記載されていない自由曲面
に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長
５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。さら
に、長さの単位はｍｍである。

【００８２】また、自由曲面の他の定義式として、以下
の数式４で与えられるＺｅｒｎｉｋｅ多項式がある。こ
の定義式のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。回
転非対称面の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの軸の高さの
極座標で定義され、ＡはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、
ＲはＺ軸周りの方位角で、Ｚ軸から測った回転角で表さ
れる。

【００８３】

【数４】

【００８４】なお、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計
するには、Ｄ4，Ｄ5，Ｄ6，Ｄ10，Ｄ11，Ｄ12，Ｄ13，
Ｄ14，Ｄ20，Ｄ21，Ｄ22，・・・を利用する。

【００８５】さらに、その他の自由曲面の定義式の例と
して、次の数式５が挙げられる。

【００８６】

【数５】

【００８７】この数式５により定義される自由曲面の具
体的な一例として、ｋ＝７（７次項）を考えると、展開
したときに、以下の数式６で表すことができる。

【００８８】

【数６】

【００８９】なお、各実施例では、上記数式１を用いた
自由曲面で面形状が表現されているが、上記数式４や数
式６を用いても同様の作用効果を得られるのはいうまで
もない。

【００９０】まず、上記図５に示したような第１の実施
例における構成パラメータは次のようになる。ここに曲
率半径の欄における「ＦＦＳ」は自由曲面を表してい
る。

【００９１】また、面番号については、スクリーン８が
物体面、凹レンズ３３の射出面３３ｂが「１」、凹レン
ズ３３の入射面３３ａが「２」、絞り３２が「３」およ
び「４」、プリズム３１の射出面３１ｄが「５」、プリ
ズム３１の反射面として機能する入反射面３１ａが
「６」、プリズム３１の第２のミラー面３１ｃが
「７」、プリズム３１の第１のミラー面３１ｂが
「８」、プリズム３１の入射面として機能する入反射面
３１ａが「９」、ＬＣＤ５が「１０」および像面となっ
ていて、上述したように、上記面番号１（偏心(1)と記
載された点）が座標系の原点となっている。

【００９２】 第１の実施例 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ 150.00 １ 21.51 0.00 偏心(1) 1.7618 26.5 ２ 14.65 0.00 偏心(2) ３ 絞り面 0.00 偏心(3) ４ ∞ 0.00 偏心(3) ５ FFS[1] 0.00 偏心(3) 1.4924 57.6 ６ FFS[2] 0.00 偏心(4) 1.4924 57.6 ７ FFS[3] 0.00 偏心(5) 1.4924 57.6 ８ FFS[4] 0.00 偏心(6) 1.4924 57.6 ９ FFS[2] 0.00 偏心(4) １０ ∞ 0.00 偏心(7) 像面 ∞ 0.00 偏心(7) FFS[1] Ｃ4 -8.6852×10^(-3) Ｃ6 4.5358×10^(-3) Ｃ8 1.5231×10^(-4) Ｃ10 6.8593×10^(-4) Ｃ11 7.2486×10^(-7) Ｃ13 -5.2116×10^(-5) Ｃ15 5.8123×10^(-5) FFS[2] Ｃ4 -1.9882×10^(-3) Ｃ6 8.6921×10^(-4) Ｃ8 -5.6480×10^(-5) Ｃ10 1.9040×10^(-5) Ｃ11 -3.6010×10^(-6) Ｃ13 -8.4339×10^(-7) Ｃ15 3.0709×10^(-7) FFS[3] Ｃ4 -9.6432×10^(-3) Ｃ6 -8.7956×10^(-3) Ｃ8 -5.9996×10^(-6) Ｃ10 -1.4022×10^(-5) Ｃ11 -1.5239×10^(-6) Ｃ13 -2.2245×10^(-6) Ｃ15 -2.3601×10^(-6) FFS[4] Ｃ4 7.1284×10^(-3) Ｃ6 3.9592×10^(-3) Ｃ8 1.3275×10^(-4) Ｃ10 9.0051×10^(-5) Ｃ11 3.1335×10^(-7) Ｃ13 2.0481×10^(-6) Ｃ15 8.0511×10^(-7) 偏心[1] Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心[2] Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 4.80 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心[3] Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 5.30 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心[4] Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 15.18 α 58.98 β 0.00 γ 0.00 偏心[5] Ｘ 0.00 Ｙ -17.90 Ｚ 24.68 α -39.29 β 0.00 γ 0.00 偏心[6] Ｘ 0.00 Ｙ -13.22 Ｚ 8.93 α 24.09 β 0.00 γ 0.00 偏心[7] Ｘ 0.00 Ｙ 0.46 Ｚ 15.38 α 58.94 β 0.00 γ 0.00

【００９３】次に、図６は、表示素子と拡大投影光学系
とスクリーンの具体的な配置の第２の実施例を示す側面
図である。

【００９４】この図６の例は、上記図１（Ｂ）に示した
ような横置きタイプにほぼ相当するものとなっている。

【００９５】表示素子たるＬＣＤ５は、前方やや上向き
に画像の光束を射出するように配置されていて、このＬ
ＣＤ５の主面に対向して自由曲面プリズムでなる第１の
プリズム３５の入射面３５ａが位置するように、該第１
のプリズム３５が配設されている。

【００９６】上記入射面３５ａからこの第１のプリズム
３５に入射した光は、第１のミラー面３５ｂにより反射
され、さらに第２のミラー面３５ｃにより反射された後
に、射出面３５ｄから射出される。

【００９７】第１のプリズム３５から射出した光は、絞
り３６を通過した後に、自由曲面プリズムでなる第２の
プリズム３７の入射面３７ａから入射する。

【００９８】上記入射面３７ａからこの第２のプリズム
３７に入射した光は、第１のミラー面３７ｂにより反射
され、さらに第２のミラー面３７ｃにより反射された後
に、射出面３７ｄから射出され、上記スクリーン８上に
画像を表示するようになっている。

【００９９】こうして、第１のプリズム３５と第２のプ
リズム３７を組み合わせることにより、４つの反射面と
２つの入射面、２つの射出面を有しているために、収差
を良好に補正することが可能となっている。

【０１００】ここに、上記第１のプリズム３５および第
２のプリズム３７の全ての屈折面（入射面および射出
面）と反射面は、自由曲面として構成されている。

【０１０１】このような第２の実施例における構成パラ
メータは次のようになる。ここに、曲率半径の欄におけ
る「ＦＦＳ」が自由曲面を表しているのは、上述と同様
である。

【０１０２】また、面番号については、スクリーン８が
物体面および「１」、第２のプリズム３７の射出面３７
ｄが「２」、第２のプリズム３７の第２のミラー面３７
ｃが「３」、第２のプリズム３７の第１のミラー面３７
ｂが「４」、第２のプリズム３７の入射面３７ａが
「５」、絞り３６が「６」、「７」、および「８」、第
１のプリズム３５の射出面３５ｄが「９」、第１のプリ
ズム３５の第２のミラー面３５ｃが「１０」、第１のプ
リズム３５の第１のミラー面３５ｂが「１１」、第１の
プリズム３５の入射面３５ａが「１２」、ＬＣＤ５が
「１３」および像面となっていて、上記面番号２（偏心
(1)と記載された点）が座標系の原点となっている。

【０１０３】 第２の実施例 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ 70.00 １ ∞ 0.00 偏心(1) ２ FFS[1] 0.00 偏心(1) 1.4924 57.6 ３ FFS[2] 0.00 偏心(2) 1.4924 57.6 ４ FFS[3] 0.00 偏心(3) 1.4924 57.6 ５ 非球面[1] 0.00 偏心(4) ６ ∞ 0.00 偏心(5) ７ 絞り面 0.00 偏心(6) ８ ∞ 0.00 偏心(7) ９ FFS[4] 0.00 偏心(8) 1.4924 57.6 10 FFS[5] 0.00 偏心(9) 1.4924 57.6 11 FFS[6] 0.00 偏心(10)1.4924 57.6 12 非球面[2] 0.00 偏心(11) 13 ∞ 0.00 偏心(12) 像面 ∞ 0.00 偏心(13) 非球面[1] 曲率半径 -58.13 k 0.0000×10^(0) a 1.9724×10^(-5) 非球面[2] 曲率半径 111.56 k 0.0000×10^(0) a 1.3036×10^(-4) FFS[1] Ｃ4 1.2554×10^(-2) Ｃ6 2.9331×10^(-3) Ｃ10 1.7120×10^(-3) FFS[2] Ｃ4 1.0153×10^(-3) Ｃ6 2.2127×10^(-2) Ｃ8 -2.1970×10^(-4) Ｃ10 5.0933×10^(-4) Ｃ11 2.5265×10^(-7) Ｃ13 -6.5334×10^(-6) Ｃ15 1.0218×10^(-5) FFS[3] Ｃ4 -3.0452×10^(-3) Ｃ6 1.4220×10^(-2) Ｃ8 -1.2444×10^(-4) Ｃ10 -3.8588×10^(-5) Ｃ11 -2.0312×10^(-6) Ｃ13 -1.7875×10^(-5) Ｃ15 9.5868×10^(-7) FFS[4] Ｃ4 -3.3486×10^(-3) Ｃ6 -2.0710×10^(-2) Ｃ10 -1.2665×10^(-3) Ｃ13 1.3762×10^(-4) FFS[5] Ｃ4 -1.1583×10^(-2) Ｃ6 -1.3955×10^(-2) Ｃ8 -1.8749×10^(-4) Ｃ10 -2.1463×10^(-4) Ｃ11 -4.9162×10^(-6) Ｃ13 -7.3690×10^(-6) Ｃ15 -2.5028×10^(-6) FFS[6] Ｃ4 6.3303×10^(-3) Ｃ6 -8.7626×10^(-3) Ｃ8 -7.0219×10^(-4) Ｃ10 8.9415×10^(-5) Ｃ11 -3.1191×10^(-6) Ｃ13 1.2981×10^(-5) Ｃ15 -4.5140×10^(-6) 偏心[1] Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心[2] Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 11.91 α 32.00 β 0.00 γ 0.00 偏心[3] Ｘ 0.00 Ｙ -9.64 Ｚ 7.21 α 80.21 β 0.00 γ 0.00 偏心[4] Ｘ 0.00 Ｙ 8.01 Ｚ 5.22 α 75.17 β 0.00 γ 0.00 偏心[5] Ｘ 0.00 Ｙ 8.01 Ｚ 5.22 α 107.91 β 0.00 γ 0.00 偏心[6] Ｘ 0.00 Ｙ 8.95 Ｚ 4.92 α 85.00 β 0.00 γ 0.00 偏心[7] Ｘ 0.00 Ｙ 10.27 Ｚ 4.49 α 107.91 β 0.00 γ 0.00 偏心[8] Ｘ 0.00 Ｙ 10.27 Ｚ 4.49 α 74.97 β 0.00 γ 0.00 偏心[9] Ｘ 0.00 Ｙ 21.60 Ｚ 3.23 α 76.34 β 0.00 γ 0.00 偏心[10] Ｘ 0.00 Ｙ 15.27 Ｚ -0.98 α 24.34 β 0.00 γ 0.00 偏心[11] Ｘ 0.00 Ｙ 13.97 Ｚ 8.71 α 0.64 β 0.00 γ 0.00 偏心[12] Ｘ 0.00 Ｙ 13.68 Ｚ 8.65 α -11.81 β 0.00 γ 0.00 偏心[13] Ｘ 0.00 Ｙ 13.08 Ｚ 11.53 α -11.81 β 0.00 γ 0.00

【０１０４】次に、図７は、表示素子と拡大投影光学系
とスクリーンの具体的な配置の第３の実施例を示す側面
図である。

【０１０５】この図７の例は、上記図１（Ｃ）に示した
ような斜め置きタイプにほぼ相当するものとなってい
る。

【０１０６】表示素子たるＬＣＤ５は、斜め下方に画像
の光束を射出するように配置されていて、このＬＣＤ５
の主面に対向して自由曲面プリズムでなるプリズム４１
の入射面４１ａが位置するように、該プリズム４１が配
設されている。

【０１０７】上記入射面４１ａからこのプリズム４１に
入射した光は、反射射出面４１ｂの上部で全反射され、
さらにミラー面４１ｃで反射された後に、上記反射射出
面４１ｂの下部を通過して射出される。

【０１０８】プリズム４１から射出した光は、絞り４２
を通過した後に、上記スクリーン８上に画像を表示する
ようになっている。

【０１０９】ここに、上記プリズム４１は、全ての屈折
面（入射面および射出面）および反射面が、自由曲面と
して構成されている。

【０１１０】この第３の実施例においても、所定の屈折
率を有する媒体内において複数回反射させ光路を折り畳
むことにより、拡大率の割には、薄型で明るく、かつ光
線角が比較的狭いために各画像ブロックの周辺光量がほ
とんど減衰しない画像表示装置となる。

【０１１１】なお、この図７以降は、構成パラメータに
ついては省略する。

【０１１２】図８は、表示素子と拡大投影光学系とスク
リーンの具体的な配置の第４の実施例を示す側面図であ
る。

【０１１３】この図８の例は、上記図１（Ｃ）に示した
ような斜め置きタイプで、表示素子がスクリーン８側に
近接した側の斜め置きタイプとなっている。

【０１１４】表示素子たるＬＣＤ５は、後ろ斜め下方に
画像の光束を射出するように配置されていて、このＬＣ
Ｄ５の主面に対向して自由曲面プリズムでなるプリズム
４４の入射面４４ａが位置するように、該プリズム４４
が配設されている。

【０１１５】上記入射面４４ａからこのプリズム４４に
入射した光は、まず、第１のミラー面４４ｂで反射さ
れ、次に、反射射出面４４ｃの上部で全反射され、さら
に、第２のミラー面４４ｄで反射された後に、上記反射
射出面４４ｃの下部を通過して射出される。

【０１１６】プリズム４４から射出した光は、絞り４５
を通過した後に、上記スクリーン８上に画像を表示する
ようになっている。

【０１１７】ここに、上記プリズム４４は、全ての屈折
面（入射面および射出面）および反射面が、自由曲面と
して構成されている。

【０１１８】このような第４の実施例においても、所定
の屈折率を有する媒体内において複数回反射させ光路を
折り畳むことにより、拡大率の割には、薄型で明るく、
かつ光線角が比較的狭いために各画像ブロックの周辺光
量がほとんど減衰しない画像表示装置となる。

【０１１９】図９は、表示素子と拡大投影光学系とスク
リーンの具体的な配置の第５の実施例を示す側面図であ
る。

【０１２０】この図９の例は、上記図１（Ａ）に示した
ような縦置きタイプのものとなっている。

【０１２１】表示素子たるＬＣＤ５は、下方に画像の光
束を射出するように配置されていて、このＬＣＤ５の主
面に対向して三角プリズムでなる第１のプリズム４７の
入射面４７ａが位置するように、該第１のプリズム４７
が配設されている。

【０１２２】上記入射面４７ａからこの第１のプリズム
４７に入射した光は、傾斜面となっている合わせ面４７
ｂを透過して第２のプリズム４８に入射する。

【０１２３】この第２のプリズム４８は、同様に傾斜面
となっている合わせ面４８ａにより上記第１のプリズム
４７と貼り合わせて構成されており、合わせ面４７ｂ，
４８ａによる貼り合わせ面がハーフミラー面となってい
る。

【０１２４】上記合わせ面４８ａからこの第２のプリズ
ム４８に入射した光は、凹面ミラーでなるミラー面４８
ｂにより反射された後に、上記合わせ面４８ａで構成さ
れるハーフミラー面により反射されて、射出面４８ｃか
ら射出され、スクリーン８上に画像を表示するようにな
っている。

【０１２５】次に、スクリーンに画像ブロックを投影す
る複数の拡大投影光学系を互いの位置関係を保持するよ
うに一体成形する構成について説明する。

【０１２６】図１０はスクリーンに対する拡大投影光学
系の位置関係を示す側面図、図１１は複数の一体成形さ
れた拡大投影光学系を示す正面図である。

【０１２７】まず、図１０を参照してプリズム５１の構
成を説明する。

【０１２８】表示素子たるＬＣＤ５は、前方（スクリー
ン８の方向）に向けて画像の光束を射出するように配置
されており、このＬＣＤ５の主面に対向してプリズム５
１のパワーを有する入射面５１ａが位置するように、該
プリズム５１が配設されている。

【０１２９】上記入射面５１ａからこのプリズム５１に
入射した光は、傾斜面となっているミラー面５１ｂによ
り上方に反射され、さらに、同傾斜面となっているミラ
ー面５１ｃにより前方に反射された後に、射出面５１ｄ
から射出され、スクリーン８上に画像を表示するように
なっている。

【０１３０】このようなプリズム５１は、複数のＬＣＤ
５に各対応して複数設けられているが、これら複数のプ
リズム５１は、図１１に示すように、一体成形されるよ
うになっている。

【０１３１】すなわち、プリズム５１の光学的作用面
（屈折面や反射面など）となっていない側面５１ｅ，５
１ｆを、隣り合うプリズム５１と連結部位たるランナー
５２により一体に接続して構成されており、より詳しく
は、あるプリズム５１の一側面５１ｆが横に隣り合うプ
リズム５１の他側面５１ｅと横ランナー５２ｔにより接
続され、さらに、この横ランナー５２ｔが縦ランナー５
２ｖにより各接続されて、全体として所定の強度を保持
する１つの部材を構成している。

【０１３２】このようなランナー５１によって結合され
た１つの部材としての複数のプリズム５１は、具体的に
は、光学プラスチック材料を射出成形するなどして構成
されている。そして、射出成形後に、上記ミラー面５１
ｂ，５１ｃに相当する面にアルミコートするなどして、
ミラー面として形成する。

【０１３３】このような一体成形を行うことにより、各
プリズムを個別に成形して個別に鏡枠等に嵌め込むのに
比して、プリズム同士の位置調整が不要となり、単一の
部材として組み込めば良いという利点がある。

【０１３４】なお、ランナー等の連結部位を介して一体
的に形成するプリズムは、このプリズム５１に限るもの
ではなく、上記図５から図９に示したようなプリズム
や、さらにはレンズ等も、マトリクス状に配列して一体
成形することも可能である。

【０１３５】このような第１の実施形態によれば、光軸
に対し傾いて配置された反射面を少なくとも１つ含む複
数の反射面を有して構成されたプリズムを拡大投影光学
系に用いることにより、光路長を確保しながら当該拡大
投影光学系からスクリーンまでの距離を短縮することが
でき、小型な画像表示装置を構成することが可能とな
る。

【０１３６】さらに、上記プリズムを用いることによ
り、投影角をあまり広くすることなく必要な画像の拡大
率を得ることができ、周辺光量をほとんど減少させるこ
となく各部分画像を投影することができる。

【０１３７】加えて、上記プリズムを用いることによ
り、レンズ枚数を少なくして組み立てコストを減少させ
ることができる。

【０１３８】また、複数のプリズムをランナーを介して
一体成形することにより、一部品として組み立てること
ができるために、各プリズム同士の位置調整を不要とし
て更に組み立てコストを削減することが可能となる。

【０１３９】図１２から図１６は本発明の第２の実施形
態を示したものであり、図１２は複数の非球面フレネル
レンズを用いて構成した拡大投影光学系の一構成例を側
方から示す図、図１３は隣接する拡大投影光学系により
スクリーン上に投影される光束の様子を側方から示す
図、図１４はスクリーン上に投影される光束の重畳領域
の様子を拡大して側方から示す図、図１５はスクリーン
上に投影される光束の合計光量を示す線図である。

【０１４０】この第２の実施形態において、上述の第１
の実施形態と同様である部分については説明を省略し、
主として異なる点についてのみ説明する。

【０１４１】この第２の実施形態は、上記従来の技術に
おいて、図１７から図２０を参照して説明したような、
画像ブロック同士の重畳領域における合計光量の不均一
性を解消するためのものである。

【０１４２】まず、図１２から図１５はこのような技術
の第１の例を示したものである。

【０１４３】図１２に示すように、この拡大投影光学系
においては、２枚の非球面フレネルレンズが用いられて
いる。

【０１４４】すなわち、ＬＣＤ５から射出される光は、
第１の絞り６１を通過した後に、非球面フレネルレンズ
でなる第１のフレネルレンズ６４に入射する。さらにそ
の光は、第２の絞り６２と第３の絞り６３を通過して、
非球面フレネルレンズでなる第２のフレネルレンズ６５
に入射し、スクリーン８上に結像されるようになってい
る。

【０１４５】上記第１のフレネルレンズ６４は、ディス
トーションを補正するようなパワー配分を有する非球面
フレネルレンズとして構成されている。

【０１４６】また、上記第２のフレネルレンズ６５は、
非重畳領域では略垂直にスクリーン８に入射する（像側
テレセントリック）ようなパワーを有し、また重畳領域
では、重畳させるため光線の入射角が斜めになるように
周辺に掛けて弱くなるようなパワー配分の非球面フレネ
ルレンズとして構成されている。

【０１４７】このとき、重畳領域における左右からの光
束を合成した光束は、その中心光が、スクリーン８に対
してほぼ垂直に入射するように構成されている。

【０１４８】こうして、複数のＬＣＤ５の各点（各画
素）から射出される光束がスクリーン８に到達する際
に、各光束の中心光が非重畳領域および重畳領域におい
て該スクリーン８上にほぼ垂直に入射するように構成す
ることで、スクリーン８を斜め方向から観察する際に、
画像ブロック同士の繋ぎ目部分に輝度差が生じることの
ないようにすることができる。

【０１４９】上記第２の絞り６２は、上記第１のフレネ
ルレンズ６４の瞳位置に配設されていて、上記ＬＣＤ５
上の各点から射出される光束の通過範囲を規定してお
り、スクリーン８に投影される画像全体の明るさを決定
している。

【０１５０】上記第１の絞り６１は、上記ＬＣＤ５の周
縁部に位置する各点から射出される光束、つまり上記重
畳領域に入射する光束の、光軸Ｏに対して外側となる光
束部分をけることにより光量を調節するためのものであ
る。

【０１５１】同様に、上記第３の絞り６３は、上記重畳
領域に入射する光束の、光軸Ｏに対して内側となる光束
部分をけることにより光量を調節するためのものであ
る。

【０１５２】これら第１の絞り６１と第３の絞り６３に
より、画像ブロックの重畳領域における光量の減衰曲線
を制御し、図１５に示すような、スクリーン８上におけ
る光量の変化の曲線となるようにしている。さらに、こ
れらの内の第１の絞り６１の作用により、左側の光学系
からの光量が右へ向かうにつれて減衰する仕方、同様
に、右側の光学系からの光量が左へ向かうにつれて減衰
する仕方、も上記図２０に示したものに比して緩やかと
なっている。

【０１５３】こうして、レンズや絞りの構成を工夫する
ことにより、図１４に示すように、隣接するＬＣＤ５か
らの光束との間に隙間を生じさせることなくかつ重なり
合うことなく光束が連続的に合成され、しかも、図示の
ようなスクリーン８上の各点Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 ，…にお
いて合成される光束のなす角度α2 ，α3 ，α4 ，…が
互いにほぼ等しい角度となり、加えて、重畳領域となら
ない点Ｐ1 における光束のなす角度α1 とも略等しくな
るようにしている。つまり、ｓｉｎ（α1 ）、ｓｉｎ
（α2 ）、ｓｉｎ（α3 ）、ｓｉｎ（α4 ）、…等が略
一定となり、スクリーン８に入射する各画素毎の光束の
ＮＡがほぼ一定となるＮＡ一定光学系を構成している。

【０１５４】こうして、このような重畳領域の光量を、
上記図１５に示したように、非重畳領域とほぼ同一の光
量に保つことができ、かつスクリーン８に略垂直に入射
させているために、重畳領域および非重畳領域の何れに
おいても、正面から見ても斜めから見ても不自然に輝度
が変化することのない、画面全体で輝度が均一な高品位
の画像を表示することが可能となる。

【０１５５】なお、上述では第１の絞り６１をＬＣＤ５
と第１のフレネルレンズ６４の間に配置し、第３の絞り
６３を第２の絞り６２と第２のフレネルレンズ６５の間
に配置しているが、これに限らず、第１の絞り６１は第
２の絞り６２よりもＬＣＤ５側にあれば良く、第３の絞
り６３は第２の絞り６２よりもスクリーン８側にあれば
良い。

【０１５６】次に、図１６は、複数の非球面フレネルレ
ンズを用いて構成した拡大投影光学系の他の構成例を側
方から示す断面図である。

【０１５７】上記図１２に示した例においては、画像全
体の明るさを規定する第２の絞り６２以外に、第１の絞
り６１と第３の絞り６３とを設けたが、この例は、これ
らを別途設ける代わりに、第１のフレネルレンズ７２と
第２のフレネルレンズ７３の口径自体を絞りとして用い
るようにしたものである。

【０１５８】すなわち、ＬＣＤ５から射出される光は、
非球面フレネルレンズでなる第１のフレネルレンズ７２
と、画像全体の明るさを規定する絞り７１と、非球面フ
レネルレンズでなる第２のフレネルレンズ７３とを介し
て、スクリーン８上に結像されるようになっている。

【０１５９】上記ＬＣＤ５と第１のフレネルレンズ７２
と第２のフレネルレンズ７３とは、遮光性の素材で形成
されたフレーム部材７４に保持されるようになってお
り、より詳しくは、上記ＬＣＤ５は支持部７４ａによ
り、上記第１のフレネルレンズ７２は支持部７４ｂによ
り、上記第２のフレネルレンズ７３は支持部７４ｃによ
りそれぞれ支持されている。

【０１６０】このとき、上述したように、第１のフレネ
ルレンズ７２の口径および第２のフレネルレンズ７３の
口径が、上記第１の絞り６１および第３の絞り６３と同
様の機能を果たして、画像ブロックの周縁部の光量の減
衰状態を調節するようになっている。

【０１６１】このような構成によれば、別途絞りを設け
る必要がなくなるために、さらに、部品点数や組立行程
等を削減することが可能となる。

【０１６２】なお、上述では、薄型化を図るためにフレ
ネルレンズとしたが、もちろん通常の非球面レンズとし
て構成しても良いことはいうまでもない。

【０１６３】さらには、光学素子として非球面レンズや
非球面フレネルレンズに限るものではなく、球面レンズ
を複数組み合わせても構わないし、非球面ミラーを用い
ても良いし、その他のプリズム等を用いて等価な光学性
能を発揮するように構成しても良い。

【０１６４】このような第２の実施形態によれば、画像
ブロックにおける重畳領域の光量を、非重畳領域とほぼ
同一の光量に保つことができ、かつ光束の入射方向をス
クリーンに略垂直とすることができるために、正面から
見ても斜めから見ても不自然に輝度が変化することのな
い、画面全体で均一な輝度の高品位な画像を表示するこ
とが可能となる。

【０１６５】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内にお
いて種々の変形や応用が可能であることは勿論である。

【０１６６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１による本発
明の画像表示装置によれば、拡大投影光学系が、当該拡
大投影光学系の光軸に対し傾いて配置された反射面を少
なくとも１つ含む複数の反射面を有して構成されたプリ
ズムを備えたことにより、拡大投影光学系からスクリー
ンまでの物理長に比して長い光路長を確保することが可
能となり、小型化を図ることができる。また、光路長を
確保することにより、小型の表示素子を用いても、投影
角をあまり広くすることなく、つまり周辺光量をほとん
ど減少させることなく、必要な画像の拡大率を得ること
ができ、画質を損なうことなく大画像を表示することが
できる。そして、プリズムが複数の反射面を有している
ために、複数枚のレンズ等が不要となって、位置調整に
要する作業コスト等を削減することが可能となる。

【０１６７】また、請求項２による本発明の画像表示装
置によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏す
るとともに、画素数が比較的少ない小型の表示素子を採
用することにより、スクリーン全体に投影される画像の
全画素数をカバーする大型の表示素子を採用するより
も、低コスト化を図ることが可能となる。

【０１６８】さらに、請求項３による本発明の画像表示
装置によれば、複数の拡大投影光学系と連結部位を一体
成形することにより、拡大投影光学系同士の位置調節が
不要となって、組立コストを削減することが可能とな
る。こうして、画質を損なうことなく大画像を表示する
ことができる小型で低コストの画像表示装置となる。

【０１６９】請求項４による本発明の画像表示装置によ
れば、各拡大投影光学系の光学的作用面以外の面を連結
部位により連結しているために、光学性能に影響を及ぼ
すことなく、請求項３に記載の発明と同様の効果を奏す
ることができる。

【０１７０】請求項５による本発明の画像表示装置によ
れば、請求項１または請求項３に記載の発明と同様の効
果を奏するとともに、画像ブロック同士の重畳領域にお
ける画像の連続性を保つように表示素子に供給する画像
信号の電気的な補正を行う画像信号補正手段をさらに備
えたために、高品質な画像を表示することが可能とな
る。

【０１７１】請求項６による本発明の画像表示装置によ
れば、重畳領域に入射する一画像ブロックに係る光束と
これに隣接する他の画像ブロックに係る光束とを合成し
た光束のスクリーン上におけるＮＡと、非重畳領域に入
射する光束のスクリーン上におけるＮＡと、が略等しく
なるように拡大投影光学系を構成したために、画像ブロ
ック同士の重畳領域付近で輝度が不自然に変化すること
はなく、画質を損なわずに大画像を表示することができ
る小型で低コストの画像表示装置となる。

【０１７２】請求項７による本発明の画像表示装置によ
れば、重畳領域に入射する一画像ブロックに係る光束と
これに隣接する他の画像ブロックに係る光束とが互いに
重複することなくかつ光束が通過しない領域を含むこと
なく一光束に合成されるようにすることで、請求項６に
記載の発明と同様の効果を奏することができる。

【０１７３】請求項８による本発明の画像表示装置によ
れば、請求項６に記載の発明と同様の効果を奏するとと
もに、非重畳領域に入射する光束と重畳領域に入射する
合成された光束とが、何れも、その中心光がスクリーン
面に対して略垂直となるように入射するようにしたため
に、スクリーンを斜め方向から観察しても画像ブロック
同士の重畳領域付近で輝度が不自然に変化することはな
い。

【０１７４】請求項９による本発明の画像表示装置によ
れば、請求項６に記載の発明と同様の効果を奏するとと
もに、重畳領域に入射する一画像ブロックに係る光束
が、画像ブロックの周辺に近づくに従って、ＮＡが小さ
くなり、かつ該光束の主光線が画像ブロック周辺方向に
傾くように拡大投影光学系を構成したために、一画像ブ
ロックから隣接する他の画像ブロックに画像が円滑に接
続される。

【０１７５】請求項１０による本発明の画像表示装置に
よれば、拡大投影光学系を、画像ブロックの周辺に近づ
くに従って主光線が画像ブロック周辺方向に傾くように
周辺に近づくに従ってパワーが小さくなるよう構成され
た光学素子と、画像ブロックの周辺に近づくに従ってＮ
Ａが小さくなるように画像ブロックの周辺光量を調整す
る絞りと、を有して構成することにより、請求項９に記
載の発明と同様の効果を奏することができる。

【０１７６】請求項１１による本発明の画像表示装置に
よれば、請求項１０に記載の発明と同様の効果を奏する
とともに、拡大投影光学系が、光学素子によるディスト
ーションを補正するための第２の光学素子をさらに備え
ることにより、より高品質の画像を表示することが可能
となる。

【０１７７】請求項１２による本発明の画像表示装置に
よれば、絞りを、画像ブロック全体の明るさを規定する
第２の絞りと、この第２の絞りよりも表示素子側となる
光路上に配置された各画素に係る光束の内側をけるため
の第１の絞りと、上記第２の絞りよりもスクリーン側と
なる光路上に配置された各画素に係る光束の外側をける
ための第３の絞りと、を有して構成することにより、請
求項１０に記載の発明と同様の効果を奏することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における画像表示装置
の光学系の配置例を示す図。

【図２】上記第１の実施形態において、スクリーン上に
投影される画像の様子を示す図。

【図３】上記第１の実施形態において、画像表示装置を
調整するための構成の一例を示す図。

【図４】上記第１の実施形態において、画像表示装置を
調整するための電気的な構成の一例を示すブロック図。

【図５】上記第１の実施形態において、表示素子と拡大
投影光学系とスクリーンの具体的な配置の第１の実施例
を示す側面図。

【図６】上記第１の実施形態において、表示素子と拡大
投影光学系とスクリーンの具体的な配置の第２の実施例
を示す側面図。

【図７】上記第１の実施形態において、表示素子と拡大
投影光学系とスクリーンの具体的な配置の第３の実施例
を示す側面図。

【図８】上記第１の実施形態において、表示素子と拡大
投影光学系とスクリーンの具体的な配置の第４の実施例
を示す側面図。

【図９】上記第１の実施形態において、表示素子と拡大
投影光学系とスクリーンの具体的な配置の第５の実施例
を示す側面図。

【図１０】上記第１の実施形態において、スクリーンに
対する拡大投影光学系の位置関係を示す側面図。

【図１１】上記第１の実施形態において、複数の一体成
形された拡大投影光学系を示す正面図。

【図１２】本発明の第２の実施形態において、複数の非
球面フレネルレンズを用いて構成した拡大投影光学系の
一構成例を側方から示す図。

【図１３】上記第２の実施形態において、隣接する拡大
投影光学系によりスクリーン上に投影される光束の様子
を側方から示す図。

【図１４】上記第２の実施形態において、スクリーン上
に投影される光束の重畳領域の様子を拡大して側方から
示す図。

【図１５】上記第２の実施形態において、スクリーン上
に投影される光束の合計光量を示す線図。

【図１６】上記第２の実施形態において、複数の非球面
フレネルレンズを用いて構成した拡大投影光学系の他の
構成例を側方から示す断面図。

【図１７】従来の画像表示装置の拡大投影光学系として
フレネルレンズを用いた構成の一部を側方から示す図。

【図１８】従来の画像表示装置において、隣接する拡大
投影光学系によりスクリーン上に投影される光束の様子
を側方から示す図。

【図１９】従来の画像表示装置において、スクリーン上
に投影される光束の重畳領域の様子を拡大して側方から
示す図。

【図２０】従来の画像表示装置において、スクリーン上
に投影される光束の合計光量を示す線図。

【符号の説明】

１…画像表示装置 ５…ＬＣＤ（表示素子） ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…プリズム（拡大投影光学系） ８…スクリーン １３Ｒ…Ｒ信号処理部（画像信号補正手段） １３Ｇ…Ｇ信号処理部（画像信号補正手段） １３Ｂ…Ｂ信号処理部（画像信号補正手段） ３１…プリズム（拡大投影光学系） ３１ａ…入反射面（傾いて配置された反射面） ３１ｂ…第１のミラー面（傾いて配置された反射面） ３１ｃ…第２のミラー面（傾いて配置された反射面） ３２，３６，４２，４５…絞り（拡大投影光学系） ３３…凹レンズ（拡大投影光学系） ３５…第１のプリズム（拡大投影光学系） ３５ｂ…第１のミラー面（傾いて配置された反射面） ３５ｃ…第２のミラー面（傾いて配置された反射面） ３７…第２のプリズム（拡大投影光学系） ３７ｂ…第１のミラー面（傾いて配置された反射面） ３７ｃ…第２のミラー面（傾いて配置された反射面） ４１…プリズム（拡大投影光学系） ４１ｂ…反射射出面（傾いて配置された反射面） ４１ｃ…ミラー面（傾いて配置された反射面） ４４…プリズム（拡大投影光学系） ４４ｂ…第１のミラー面（傾いて配置された反射面） ４４ｃ…反射射出面（傾いて配置された反射面） ４４ｄ…第２のミラー面（傾いて配置された反射面） ４７…第１のプリズム（拡大投影光学系） ４７ｂ，４８ａ…合わせ面（傾いて配置された反射面） ４８…第２のプリズム（拡大投影光学系） ５１…プリズム（拡大投影光学系） ５１ｂ，５１ｃ…ミラー面（傾いて配置された反射面） ５２…ランナー（連結部位） ６１…第１の絞り（拡大投影光学系） ６２…第２の絞り（拡大投影光学系） ６３…第３の絞り（拡大投影光学系） ６４…第１のフレネルレンズ（拡大投影光学系） ６５…第２のフレネルレンズ（拡大投影光学系） ７１…絞り（拡大投影光学系） ７２…第１のフレネルレンズ（拡大投影光学系） ７３…第２のフレネルレンズ（拡大投影光学系） ７４…フレーム部材（拡大投影光学系の絞りを兼ねる）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｄ ５Ｃ０９４ Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４２ Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４２Ｂ ５Ｇ４３５ ６６０ ６６０Ｃ ６８０ ６８０Ｃ ６８０Ｅ 3/36 3/36 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ (72)発明者 永岡 利之 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 EA12 HA18 HA20 HA21 HA23 HA24 HA27 MA20 2H091 FA10X FA14X FA21X FA27X FA29X FA41Z LA30 5C006 AA01 AA22 AB01 AF35 AF46 BB14 BB29 BF02 BF05 EA01 EC11 FA18 FA22 FA41 FA51 5C058 AA06 BA23 EA02 EA12 5C080 AA10 BB05 CC07 DD03 DD27 EE19 GG07 GG08 KK52 5C094 AA02 AA14 AA44 BA43 CA19 CA24 DA01 ED01 ED14 5G435 BB12 BB17 CC12 DD02 DD05 FF05 GG03 GG05 GG08 GG28 GG46 LL15

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の表示素子と、 これら複数の表示素子の像をスクリーン上に投影して全
   体として一枚の画像を生成するべく、各表示素子に対応
   して配置された拡大投影光学系と、 を具備し、 上記拡大投影光学系は、当該拡大投影光学系の光軸に対
   し傾いて配置された反射面を少なくとも１つ含む複数の
   反射面を有して構成されたプリズムを備えたものである
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 上記表示素子は、上記スクリーン全体に
   投影される画像の全画素数に比して少数画素でなる小型
   なものであり、 上記拡大投影光学系は、該拡大投影光学系から上記スク
   リーンまでの距離、および該スクリーンへの投影角に比
   して、その拡大率が大きいものであることを特徴とする
   請求項１に記載の画像表示装置。
3. 【請求項３】 複数の表示素子と、 これら複数の表示素子の像をスクリーン上に投影して全
   体として一枚の画像を生成するべく、各表示素子に対応
   して配置された拡大投影光学系と、 上記複数の表示素子に各対応する複数の拡大投影光学系
   を連結する連結部位と、 を具備し、 上記複数の拡大投影光学系と連結部位とは一体成形され
   たものであることを特徴とする画像表示装置。
4. 【請求項４】 上記連結部位は、各拡大投影光学系の、
   光学的作用面以外の面を連結するものであることを特徴
   とする請求項３に記載の画像表示装置。
5. 【請求項５】 上記表示素子の像を上記拡大投影光学系
   によりスクリーン上に投影した画像ブロックは、その周
   縁部が隣接する画像ブロックの周縁部と互いに重畳され
   ており、 この重畳領域における画像の連続性を保つように上記表
   示素子に供給する画像信号の電気的な補正を行う画像信
   号補正手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１
   または請求項３に記載の画像表示装置。
6. 【請求項６】 複数の表示素子と、 これら複数の表示素子に各対応して配置され、該表示素
   子の像をスクリーン上に画像ブロックとして投影し、か
   つ一画像ブロックの周縁部が隣接する他の画像ブロック
   の周縁部と互いに重畳されるように投影することで、全
   体として統一された一枚の画像を生成する拡大投影光学
   系と、 上記画像ブロック同士の重畳領域における画像の連続性
   を保つように上記表示素子に供給する画像信号の電気的
   な補正を行う画像信号補正手段と、 を具備し、 上記拡大投影光学系は、上記重畳領域に入射する一画像
   ブロックに係る光束とこれに隣接する他の画像ブロック
   に係る光束とを合成した光束のスクリーン上におけるＮ
   Ａと、非重畳領域に入射する光束のスクリーン上におけ
   るＮＡと、が略等しくなるように構成されたものである
   ことを特徴とする画像表示装置。
7. 【請求項７】 上記重畳領域に入射する、一画像ブロッ
   クに係る光束と、これに隣接する他の画像ブロックに係
   る光束とは、互いに重複することなく、かつ光束が通過
   しない領域を含むことなく、一光束に合成されることを
   特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
8. 【請求項８】 非重畳領域に入射する光束と、上記重畳
   領域に入射する合成された光束とは、何れも、その中心
   光がスクリーン面に対して略垂直となるように入射する
   ものであることを特徴とする請求項６に記載の画像表示
   装置。
9. 【請求項９】 上記拡大投影光学系は、上記重畳領域に
   入射する一画像ブロックに係る光束が、画像ブロックの
   周辺に近づくに従って、ＮＡが小さくなり、かつ該光束
   の主光線が画像ブロック周辺方向に傾くように構成され
   たものであることを特徴とする請求項６に記載の画像表
   示装置。
10. 【請求項１０】 上記拡大投影光学系は、 画像ブロックの周辺に近づくに従って主光線が画像ブロ
    ック周辺方向に傾くように、周辺に近づくに従ってパワ
    ーが小さくなるよう構成された光学素子と、 画像ブロックの周辺に近づくに従ってＮＡが小さくなる
    ように、画像ブロックの周辺光量を調整する絞りと、 を有してなるものであることを特徴とする請求項９に記
    載の画像表示装置。
11. 【請求項１１】 上記拡大投影光学系は、 上記光学素子によるディストーションを補正するための
    第２の光学素子をさらに有してなるものであることを特
    徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
12. 【請求項１２】 上記絞りは、 画像ブロック全体の明るさを規定する第２の絞りと、 この第２の絞りよりも表示素子側となる光路上に配置さ
    れた、各画素に係る光束の内側をけるための第１の絞り
    と、 上記第２の絞りよりもスクリーン側となる光路上に配置
    された、各画素に係る光束の外側をけるための第３の絞
    りと、 を有してなるものであることを特徴とする請求項１０に
    記載の画像表示装置。