JP2007286414A - 投影光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投影光学系として偏心プリズム光学系を用い、表示面での投影光軸と照明光軸の分離を図って小型で明るいながら照明が容易な投影光学装置。
【解決手段】反射型表示素子３と、反射型表示素子の表示面に表示された画像を投影する投影光学系１０と、反射型表示素子３の表示面を照明する照明光源とを備えた投影光学装置であり、投影光学系１０は、少なくとも反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面にて構成され、反射型表示素子３はＤＭＤであり、投影光学系の投影光軸１は、反射型表示素子３の表示面の法線と角度をなしており、反射型表示素子３の表示面に対する投影光軸１と照明光軸とを含む平面内に投影光学系１０の投影光軸１が位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、投影光学装置に関し、特に、壁面又はスクリーンにＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）の表示映像を拡大投影するフロントプロジェクターに関するものである。

従来のＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）等の反射型表示素子の表示像を投影するプロジェクターとしては回転対称なレンズ系を使用していた（特許文献１）。この場合、照明光路の配置が難しく、小型の装置として構成することは容易ではなかった。

このような中、偏心プリズム光学系を用いて投影光学装置の小型化等を図ることが特許文献２〜４で提案されている。
特開２０００−９８２７２号公報 特開２００３−１７７３５１公報 特開２００４−１９８６８８号公報 特開２００４−２５２１５１号公報 「光学」（vol.25,No.6,p.313 〜314,1996年）

しかしながら、従来の偏心プリズム光学系を用いた投影光学装置においては、投影光軸は何れもＤＭＤの表示面に対して垂直であるため、例えばＤＭＤの各ピクセルを構成する微小ミラーが表示面に平行である場合をオンの表示にしようとすると、照明光も投影光軸と同様に表示面に対して垂直にしなければならず、偏心プリズム光学系とＤＭＤの間に照明光と投影光を分離する光学素子等を配置する必要があり、小型で明るい明るい投影光学装置を構成することは困難である。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、投影光学系として偏心プリズム光学系を用い、かつ、投影光軸をＤＭＤの表示面の垂線に対して角度をなすようにして、ＤＭＤの表示面での投影光軸と照明光軸の分離を図って小型で明るいながら照明が容易な投影光学装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明の投影光学装置は、反射型表示素子と、前記反射型表示素子の表示面に表示された画像を投影する投影光学系と、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えた投影光学装置において、
前記投影光学系は、少なくとも反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面にて構成され、
前記反射型表示素子は、２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子からなり、
前記投影光学系の投影光軸は、前記反射型表示素子の表示面の法線と角度をなしており、前記反射型表示素子の表示面に対する投影光軸と照明光軸とを含む平面内に前記投影光学系の投影光軸が位置することを特徴とするものである。

この場合、前記投影光学系の光学面は、前記反射型表示素子の表示面に対する投影光軸と照明光軸とを含む平面に対して面対称な形状を有していることが望ましい。

また、前記投影光学系は、フィールドレンズを除いて、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、正のパワーを有する反射屈折光学素子からなることが望ましい。

また、前記反射型表示素子の微小ミラーの回転軸が前記反射型表示素子の表示面に対する投影光軸と照明光軸とを含む平面に対して直交するように配置されていることが望ましい。

また、前記照明光源から前記反射型表示素子の表示面に至る照明光路は、フィールドレンズを除いて前記投影光学系を通過しないことが望ましい。

また、前記投影光学系の焦点距離をｆ、フィールドレンズを含まない光学系のバックフォーカスをＦ_b とするとき、
ｆ＜Ｆ_b ・・・（１）
なる条件を満足することが望ましい。

本発明においては、ＤＭＤの表示面での投影光軸と照明光軸の分離を図って小型で明るいながら照明が容易な投影光学装置を提供することができる。

以下、実施例に基づいて本発明の投影光学装置について説明する。

図１は、本発明の投影光学装置の投影光学系を説明するための図であり、逆光線追跡で説明する。本発明の投影光学系の逆光線追跡での物体面に相当する画像が投影されるスクリーン面２の中心を原点とし、横方向（長辺方向）をＸ₀ 軸に、縦方向をＹ₀ 軸に、そして、そのスクリーン面２の表面へ出る法線方向をＺ₀ 軸に設定する。そして、Ｙ₀ −Ｚ₀ 面内でＺ₀ 軸から−Ｙ₀ 軸側の角度α（概ね４５°以下）の方向を投影光軸１とし、その投影光軸１の反対方向（逆光線追跡の方向）を基準座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＺ軸方向に設定し、かつ、そのＺ軸と本発明により投影光学系として用いる偏心プリズム光学系１０の射出面（第１面）との交点を基準座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点とする。そして、座標（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ）に対してそのＺ軸周りで右方向（−方向）に４５°回転させた座標を基準座標（Ｘ，Ｙ）にとる。

本発明により、投影光学系として用いる偏心プリズム光学系１０の各光学面（屈折面、反射面）は、基準座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＹ−Ｚ面を対称面とする面対称な形状とし、かつ、各光学面の偏心をこのＹ−Ｚ面内で与えるようにする。そのため、偏心プリズム光学系１０内での投影光軸１もＹ−Ｚ面内に存在することになる。そして、偏心プリズム光学系１０の像面（表示素子の表示面）３の偏心もＹ−Ｚ面内で与えるようにしている。

さらに、本発明の偏心プリズム光学系１０は、２面以上の反射面を備え、その中の少なくとも１つの反射面は、光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有する回転非対称な曲面にて構成される。

また、像面３に配置する表示素子は、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）として知られた反射型表示素子を用いており、ＤＭＤは、非特許文献１に記載されているように、２次元的に配列した各ピクセルが微小なミラーから構成され、各ピクセル毎にその直下に配置されたメモリー素子による静電界作用によって上記微小ミラーの傾きを制御し、反射光の反射角度を変化させることによってオン／オフ状態を作る反射型表示素子である。そして、その微小ミラーは、ＤＭＤの表示面の辺に対して表示面内で４５°の対角方向を軸として傾きが制御されるものである。

上記のように、本発明の投影光学装置においては、像面３に配置された反射型表示素子であるＤＭＤに表示された画像を投影するものであるが、その像面３を照明する照明光を入射させなければならない。その照明光の入射方向を図２に示す。ＤＭＤ３０の表示面に座標（ｘ₀ ，ｙ₀ ）を設定する。表示面中心を原点とし、その表示面の長辺方向をｘ₀ 軸、短辺方向をｙ₀ 軸とする。そして、表示面上で座標（ｘ₀ ，ｙ₀ ）を反時計方向に４５°回転した座標（ｘ，ｙ）とする。なお、表示面の法線方向にｚ₀ 軸、ｚ軸が向いている。そして、ＤＭＤ３０の微小ミラーの傾きの軸はｘ軸に平行に設定されているものとする。そして、ｙ−ｚ面が基準座標（図１）でのＹ−Ｚ面に一致するものとする。

図２（ａ）は、ＤＭＤ３０の表示面に入射する照明光の照明光軸４と投影光軸１が共にｙ−ｚ面内に存在し、照明光軸４、投影光軸１何れもがｚ軸に対して角度をなし、かつ、照明光軸４のｚ軸に対する傾き方向を投影光軸１の傾き方向と反対になるようにして照明する配置であり、例えばＤＭＤ３０の微小ミラーが表示面と平行にあるニュートラルの状態をオン状態とする場合に適した配置である。これに対して、図２（ｂ）に示すように、照明光軸４を表示面の法線方向（ｚ軸方向）としてもよい。この配置は、例えばＤＭＤ３０の微小ミラーが表示面と非平行な一方の傾き状態のときにオン状態とする場合に適した配置である。

このような配置であるので、本発明の投影光学装置においては、投影光学系の光学面及び反射型表示素子の偏心を与える面（偏心面）と投影光学系の対称面とが一致し、かつ、光源はその偏心面あるいは対称面上に位置することになり、また、投影光軸１及び照明光軸４もその偏心面あるいは対称面内に位置することになり、投影光学装置、投影光学系の組み立て上好ましい配置になっている。

また、投影光軸１と照明光軸４が１つの面上に存在することにより、本発明の特徴である偏心補正機能を有する回転非対称な曲面により物体面の傾きを補正することが可能になり、物体面の傾きを任意に設定することが可能となる。

また、以上のように、本発明の投影光学装置は、ＤＭＤ３０の表示面に対する照明光軸４と投影光軸１が分離しているので、フィールドレンズを除いて、照明光源からＤＭＤ３０の表示面に至る照明光路が、投影光学系として用いる偏心プリズム光学系１０を通過しないようにすることが可能となる。投影光学系を照明光路が通過すると、投影光学系内の微小散乱源からの有害な散乱光や光学系側面での有害な反射光が発生して、投影像のコントラストを悪化させる要因となる。したがって、フィールドレンズを除いた投影光学系内を照明光路が通過しないようにすることが望ましく、本発明の構成においてこれが始めて可能になる。

さらに好ましくは、投影光学系の焦点距離をｆ、フィールドレンズを含まない光学系のバックフォーカスをＦ_b とするとき、
ｆ＜Ｆ_b ・・・（１）
なる条件を満足することが望ましい。

投影光学系の焦点距離ｆがバックフォーカスＦ_b を越えると、光源と投影光学系の干渉が起き、照明光路が投影光学系を通過しないように配置することが困難になる。

なお、以下に説明する実施例１〜２のｆとＦ_b は次の通りである。

実施例１ 実施例２
ｆ 20.33 21.89
Ｆ_b 26.65 28.79
さらに好ましくは、投影光学系の各面を後記の自由曲面で構成し、その各面の対称面と照明光軸及び投影光軸を含む面とを一致させ、さらに、ＤＭＤ３０の微小ミラーの回転軸をこの面に直交するように配置することが望ましい。この配置により、偏心により発生する収差を自由曲面で効率的に補正することが可能となる。

さらに好ましくは、照明光を、図２（ｂ）に示すように、ＤＭＤ３０の表示面の法線方向から入射させ、投影光をその法線と角度をなすように構成することにより、ＤＭＤ３０の表示面と投影光学系との間の繰り返し反射を低減することが可能となり、画面のコントラストが向上する。

以下に、本発明の投影光学装置に用いる投影光学系の実施例１〜２について説明する。これらの実施例の投影光学系の構成パラメータを後記する。

実施例１の投影光学装置の光学系の対称面に沿ってとった断面図を図３に示す。また、図４には、この実施例の投影光学装置のスクリーン面２に対する配置を示す模式的な正面図、図５にその模式的な側面図を示す。なお、図４、図５においては、絞りとフィールドレンズの図示は省かれている。さらに、この実施例の光学系全体の横収差図を図６に示す。この横収差図において、中央に示された角度は、（Ｘ軸方向画角、Ｙ軸方向画角）を示し、その画角におけるＹ方向（メリジオナル方向）とＸ方向（サジタル方向）の横収差を示す。以下、同じ。

本実施例において、投影光学系は、第１偏心プリズム５と第２偏心プリズム６と、その間に配置された絞り７とから構成された偏心プリズム光学系１０からなり、その像面３直前に凸面の第１面８１と平面の第２面８２とからなる凸平正レンズのフィールドレンズ８が配置されている。

そして、第２偏心プリズム６は、像面３に配置されるＤＭＤ３０からの表示光を入射させる入射面の第４面２４、第４面２４からプリズム内に入射した表示光を反射させる第３面２３、第３面２３で反射した表示光を反射させる第２面２２、第２面２２で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面の第１面２１からなる偏心プリズムであり、第４面２４から第３面２３に向かう投影光軸１と、第２面２２から第１面２１に向かう投影光軸１とは、図３の面内にあり、プリズム内で交差する。

また、第１偏心プリズム５は、第２偏心プリズム６の第１面２１からプリズム外に射出され、絞り７を通った表示光を入射させる入射面の第３面１３、第３面１３からプリズム内に入射した表示光を反射させる第２面１２、第２面１２で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面の第１面１１からなる偏心プリズムであり、第２面１２に向かう投影光軸１と、第２面１２で反射した投影光軸１とは、図３の面内に位置している。

この実施例において、第１偏心プリズム５の第１面１１〜第３面１３、第２偏心プリズム６の第１面２１〜第４面２４は何れもＹ−Ｚ面（図３の面）を対称面とする面対称な形状の自由曲面で構成され、各面の偏心はＹ−Ｚ面内で与えられている。

そして、図１のα（スクリーン面２のＺ₀ 軸に対して投影光軸１が−Ｙ₀ 軸側になる角度）は２０°であり、また、像面３の法線は、第２偏心プリズム６の第４面２４から出る投影光軸１（逆光線追跡）に対してＸ軸正方向に対して時計回りに２４°傾くように配置されている（図３）。

この配置において、照明光軸４は、図２（ａ）、（ｂ）の何れの配置をとる場合でも、偏心プリズム光学系１０を通過しないでフィールドレンズ８を介して像面３に入射させることができる。

そして、像面３に配置するＤＭＤ３０は、その微小ミラーの回転軸がＹ−Ｚ面に直交するＸ軸と平行になるように配置する。また、スクリーン面２に対するＤＭＤ３０に表示する画像の向きとその長辺、短辺の関係は、偏心プリズム光学系１０の反射回数が３回（奇数）であることから、図４に示すようになる。すなわち、スクリーン面２の長辺方向とＤＭＤ３０の短辺方向が平行で、ＤＭＤ３０に表示する画像は透過画像として考えた場合に、スクリーン面２に表示される画像とは鏡像関係にある。

この実施例１の仕様は、
投影画像 ５３０ｍｍ×４００ｍｍ
瞳径（スクリーン側） φ４ｍｍ
像の大きさ １１．１８ｍｍ×８．３８ｍｍ
である。

実施例２の投影光学装置の光学系の対称面に沿ってとった断面図を図７に示す。また、図８には、この実施例の投影光学装置のスクリーン面２に対する配置を示す模式的な正面図、図９にその模式的な側面図を示す。なお、図８、図９においては、絞りとフィールドレンズの図示は省かれている。さらに、この実施例の光学系全体の横収差図を図１０に示す。

本実施例において、投影光学系は、第１偏心プリズム５と第２偏心プリズム６と、その間に配置された絞り７とから構成された偏心プリズム光学系１０からなり、その像面３直前に凸面の第１面８１と平面の第２面８２とからなる凸平正レンズのフィールドレンズ８が配置されている。

そして、第２偏心プリズム６は、像面３に配置されるＤＭＤ３０からの表示光を入射させる入射面の第４面２４、第４面２４からプリズム内に入射した表示光を反射させる第３面２３、第３面２３で反射した表示光を反射させる第２面２２、第２面２２で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面の第１面２１からなる偏心プリズムであり、第４面２４から第３面２３に向かう投影光軸１と、第２面２２から第１面２１に向かう投影光軸１とは、図７の面内にあり、プリズム内で交差する。

また、第１偏心プリズム５は、第２偏心プリズム６の第１面２１からプリズム外に射出され、絞り７を通った表示光を入射させる入射面の第４面１４、第４面１４からプリズム内に入射した表示光を反射させる第３面１３、第３面１３で反射した表示光を反射させる第２面１２、第２面１２で反射した表示光をプリズム外に射出させる射出面の第１面１１からなる偏心プリズムであり、第４面１４から第３面１３に向かう投影光軸１と、第２面１２から第１面１１に向かう投影光軸１とは、図７の面内にあり、プリズム内で交差する。

そして、第２偏心プリズム６内での投影光軸１の回転方向と第１偏心プリズム５内での投影光軸１の回転方向とは反対になっている。

この実施例において、第１偏心プリズム５の第１面１１〜第４面１４、第２偏心プリズム６の第１面２１〜第４面２４は何れもＹ−Ｚ面（図７の面）を対称面とする面対称な形状の自由曲面で構成され、各面の偏心はＹ−Ｚ面内で与えられている。

そして、図１のα（スクリーン面２のＺ₀ 軸に対して投影光軸１が−Ｙ₀ 軸側になる角度）は２０°であり、また、像面３の法線は、第２偏心プリズム６の第４面２４から出る投影光軸１（逆光線追跡）に対してＸ軸正方向に対して時計回りに２４°傾くように配置されている（図３）。

この配置において、照明光軸４は、図２（ａ）、（ｂ）の何れの配置をとる場合でも、偏心プリズム光学系１０を通過しないでフィールドレンズ８を介して像面３に入射させることができる。

そして、像面３に配置するＤＭＤ３０は、その微小ミラーの回転軸がＹ−Ｚ面に直交するＸ軸と平行になるように配置する。また、スクリーン面２に対するＤＭＤ３０に表示する画像の向きとその長辺、短辺の関係は、偏心プリズム光学系１０の反射回数が４回（奇数）であることから、図８に示すようになる。すなわち、スクリーン面２の長辺方向とＤＭＤ３０の長辺方向が平行で、ＤＭＤ３０に表示する画像は透過画像として考えた場合に、スクリーン面２に表示される画像と同じ正像である。

この実施例２の仕様は、
投影画像 ５３０ｍｍ×４００ｍｍ
瞳径（スクリーン側） φ４ｍｍ
像の大きさ １１．１８ｍｍ×８．３８ｍｍ
である。

次に、上記実施例１〜２の投影光学系の構成パラメータを示す。各実施例の構成パラメータにおいては、図３、図７に示すように、逆光線追跡で、投影光軸１を、像面（ＤＭＤ３０の表示面）３の中心を出て絞り７中心を通り投影表示面（スクリーン面２）に至る光線で定義する。そして、逆光線追跡において、投影表示面から投影光学系（偏心プリズム光学系１０）に向かう投影光軸１が投影光学系の第１面１１と交差する点（入射面の面頂）を原点として、投影光軸１が投影光学系の第１面１１に向かう方向（正面方向）をＺ軸のプラス方向、図３、図７の紙面の表から裏へ向かう方向をＸ軸のプラス方向、このＸ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸プラス方向とする。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の定義については、図１参照。

偏心面については、光学系の原点の中心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、後記の引用文献の（ａ）式の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。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。

また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、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、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。

また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は、以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

Ｚ＝（ｒ² ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）² ｝］
∞
＋Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙⁿ ・・・（ａ）
^j=1
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。

球面項中、
Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）
である。

自由曲面項は、
₆₆
Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙ^n
j=1
＝Ｃ₁
＋Ｃ₂ Ｘ＋Ｃ₃ Ｙ
＋Ｃ₄ Ｘ² ＋Ｃ₅ ＸＹ＋Ｃ₆ Ｙ²
＋Ｃ₇ Ｘ³ ＋Ｃ₈ Ｘ² Ｙ＋Ｃ₉ ＸＹ² ＋Ｃ₁₀Ｙ³
＋Ｃ₁₁Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₂Ｘ³ Ｙ＋Ｃ₁₃Ｘ² Ｙ² ＋Ｃ₁₄ＸＹ³ ＋Ｃ₁₅Ｙ⁴
＋Ｃ₁₆Ｘ⁵ ＋Ｃ₁₇Ｘ⁴ Ｙ＋Ｃ₁₈Ｘ³ Ｙ² ＋Ｃ₁₉Ｘ² Ｙ³ ＋Ｃ₂₀ＸＹ⁴
＋Ｃ₂₁Ｙ⁵
＋Ｃ₂₂Ｘ⁶ ＋Ｃ₂₃Ｘ⁵ Ｙ＋Ｃ₂₄Ｘ⁴ Ｙ² ＋Ｃ₂₅Ｘ³ Ｙ³ ＋Ｃ₂₆Ｘ² Ｙ⁴
＋Ｃ₂₇ＸＹ⁵ ＋Ｃ₂₈Ｙ⁶
＋Ｃ₂₉Ｘ⁷ ＋Ｃ₃₀Ｘ⁶ Ｙ＋Ｃ₃₁Ｘ⁵ Ｙ² ＋Ｃ₃₂Ｘ⁴ Ｙ³ ＋Ｃ₃₃Ｘ³ Ｙ⁴
＋Ｃ₃₄Ｘ² Ｙ⁵ ＋Ｃ₃₅ＸＹ⁶ ＋Ｃ₃₆Ｙ⁷
・・・・・・
ただし、Ｃ_j （ｊは１以上の整数）は係数である。

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、本発明では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、上記定義式（ａ）においては、Ｃ₂ 、Ｃ₅ 、Ｃ₇ 、Ｃ₉ 、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、Ｃ₁₈、Ｃ₂₀、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₂₉、Ｃ₃₁、Ｃ₃₃、Ｃ₃₅・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。

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、上記定義式においては、Ｃ₃ 、Ｃ₅ 、Ｃ₈ 、Ｃ₁₀、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₇、Ｃ₁₉、Ｃ₂₁、Ｃ₂₃、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。

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。

また、上記定義式（ａ）は、前述のように１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を１面のみ有する回転非対称な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ということが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。

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。長さの単位はｍｍである。

また、以下の数値データの表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＲＥ”は反射面をそれぞれ示す。なお、物体面はスクリーン面２、像面３はＤＭＤ３０の表示面である。

実施例１
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 偏心(1)
1 ＦＦＳ[1] 1.5163 64.1
2 ＦＦＳ[2] （ＲＥ） 偏心(2) 1.5163 64.1
3 ＦＦＳ[3] 偏心(3)
4 ∞（絞り面） 偏心(4)
5 ＦＦＳ[4] 偏心(5) 1.5163 64.1
6 ＦＦＳ[5] （ＲＥ） 偏心(6) 1.5163 64.1
7 ＦＦＳ[6] （ＲＥ） 偏心(7) 1.5163 64.1
8 ＦＦＳ[7] 偏心(8)
9 -46.14 偏心(9) 1.5163 64.1
10 ∞ 偏心(10)
像 面 ∞ 偏心(11)
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ -4.8399×10^-2 Ｃ₆ -1.8320×10^-3 Ｃ₈ -2.0806×10^-3
Ｃ₁₀ -1.5561×10^-3
ＦＦＳ[2]
Ｃ₄ 1.4455×10^-3 Ｃ₆ 7.1635×10^-3 Ｃ₈ -1.6900×10^-4
Ｃ₁₀ -1.7849×10^-4
ＦＦＳ[3]
Ｃ₄ 4.1081×10^-2 Ｃ₆ 2.5101×10^-3 Ｃ₈ 9.9873×10^-4
Ｃ₁₀ -1.0239×10^-3
ＦＦＳ[4]
Ｃ₄ 2.6858×10^-2 Ｃ₆ -2.3446×10^-4 Ｃ₈ 4.7325×10^-4
Ｃ₁₀ -4.7578×10^-4
ＦＦＳ[5]
Ｃ₄ 4.7251×10^-3 Ｃ₆ 6.7708×10^-3 Ｃ₈ -2.6938×10^-6
Ｃ₁₀ 2.4826×10^-6
ＦＦＳ[6]
Ｃ₄ -4.4815×10^-3 Ｃ₆ -1.4010×10^-3 Ｃ₈ -4.4030×10^-5
Ｃ₁₀ -1.0826×10^-5
ＦＦＳ[7]
Ｃ₄ -2.0615×10^-2 Ｃ₆ -2.3647×10^-2 Ｃ₈ -1.8511×10^-4
Ｃ₁₀ 6.0734×10^-4
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ-1200.00
α 14.43 β -14.00 γ -43.22
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 3.93
α -45.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 6.63 Ｚ 3.93
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 7.63 Ｚ 3.93
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 11.23 Ｚ 3.93
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 35.37 Ｚ 3.93
α -112.50 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
Ｘ 0.00 Ｙ 25.46 Ｚ -5.97
α -157.50 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
Ｘ 0.00 Ｙ 25.46 Ｚ 11.17
α -180.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
Ｘ 0.00 Ｙ 27.23 Ｚ 38.52
α -24.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
Ｘ 0.00 Ｙ 25.31 Ｚ 43.13
α -24.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
Ｘ 0.00 Ｙ 24.92 Ｚ 44.06
α -24.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例２
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 偏心(1)
1 ＦＦＳ[1] 1.5163 64.1
2 ＦＦＳ[2] （ＲＥ） 偏心(2) 1.5163 64.1
3 ＦＦＳ[3] （ＲＥ） 偏心(3) 1.5163 64.1
4 ＦＦＳ[4] 偏心(4)
5 ∞（絞り面） 偏心(5)
6 ＦＦＳ[5] 偏心(6) 1.5163 64.1
7 ＦＦＳ[6] （ＲＥ） 偏心(7) 1.5163 64.1
8 ＦＦＳ[7] （ＲＥ） 偏心(8) 1.5163 64.1
9 ＦＦＳ[8] 偏心(9)
10 30.58 偏心(10) 1.5163 64.1
11 ∞ 偏心(11)
像 面 ∞ 偏心(12)
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ 4.0621×10^-3 Ｃ₆ -5.0504×10^-2 Ｃ₈ 4.5920×10^-4
Ｃ₁₀ 9.3230×10^-4
ＦＦＳ[2]
Ｃ₄ 3.2813×10^-3 Ｃ₆ 3.6358×10^-3 Ｃ₈ 1.6814×10^-4
Ｃ₁₀ -1.5264×10^-4
ＦＦＳ[3]
Ｃ₄ -7.1319×10^-4 Ｃ₆ 2.7048×10^-3 Ｃ₈ 9.8384×10^-5
Ｃ₁₀ -1.0616×10^-4
ＦＦＳ[4]
Ｃ₄ 1.5857×10^-3 Ｃ₆ -2.6737×10^-2 Ｃ₈ -5.0326×10^-5
Ｃ₁₀ 3.0961×10^-4
ＦＦＳ[5]
Ｃ₄ -2.2451×10^-2 Ｃ₆ -4.6895×10^-3 Ｃ₈ 6.4777×10^-4
Ｃ₁₀ 1.8785×10^-4
ＦＦＳ[6]
Ｃ₄ -6.2824×10^-3 Ｃ₆ -2.2834×10^-3 Ｃ₈ 1.3824×10^-4
Ｃ₁₀ 1.8168×10^-5
ＦＦＳ[7]
Ｃ₄ 4.3384×10^-3 Ｃ₆ 4.9673×10^-3 Ｃ₈ 3.7965×10^-5
Ｃ₁₀ -1.8729×10^-5
ＦＦＳ[8]
Ｃ₄ 8.6579×10^-3 Ｃ₆ 4.8680×10^-2 Ｃ₈ 3.9124×10^-4
Ｃ₁₀ -6.7997×10^-4
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ-1200.00
α 14.43 β -14.00 γ -43.22
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 11.01
α 22.50 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ -6.57 Ｚ 4.44
α 67.50 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 5.35 Ｚ 4.44
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 6.35 Ｚ 4.44
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 7.35 Ｚ 4.44
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
Ｘ 0.00 Ｙ 19.86 Ｚ 4.44
α 67.50 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
Ｘ 0.00 Ｙ 12.86 Ｚ -2.56
α 22.50 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
Ｘ 0.00 Ｙ 12.86 Ｚ 8.99
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
Ｘ 0.00 Ｙ 14.62 Ｚ 38.42
α -21.95 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
Ｘ 0.00 Ｙ 12.75 Ｚ 43.06
α -24.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
Ｘ 0.00 Ｙ 12.38 Ｚ 43.99
α -24.00 β 0.00 γ 0.00 。

本発明の投影光学装置の投影光学系を説明するための図である。 本発明の投影光学装置における照明光の入射方向を説明するための図である。 実施例１の投影光学装置の光学系の対称面に沿ってとった断面図である。 実施例１の投影光学装置のスクリーン面に対する配置を示す模式的な正面図である。 実施例１の投影光学装置のスクリーン面に対する配置を示す模式的な側面図である。 実施例１の光学系全体の横収差図である。 実施例２の投影光学装置の光学系の対称面に沿ってとった断面図である。 実施例２の投影光学装置のスクリーン面に対する配置を示す模式的な正面図である。 実施例２の投影光学装置のスクリーン面に対する配置を示す模式的な側面図である。 実施例２の光学系全体の横収差図である。

符号の説明

１…投影光軸
２…スクリーン面
３…像面（表示素子の表示面）
４…照明光軸
５…第１偏心プリズム
６…第２偏心プリズム
７…絞り
８…フィールドレンズ
１０…偏心プリズム光学系
１１〜１４…第１偏心プリズムの第１面〜第４面
２１〜２４…第２偏心プリズムの第１面〜第４面
３０…ＤＭＤ
８１…フィールドレンズの第１面
８２…フィールドレンズの第２面

Claims (6)

1. 反射型表示素子と、前記反射型表示素子の表示面に表示された画像を投影する投影光学系と、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光源とを備えた投影光学装置において、
   前記投影光学系は、少なくとも反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面にて構成され、
   前記反射型表示素子は、２次元的に配置された多数のピクセルの微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子からなり、
   前記投影光学系の投影光軸は、前記反射型表示素子の表示面の法線と角度をなしており、前記反射型表示素子の表示面に対する投影光軸と照明光軸とを含む平面内に前記投影光学系の投影光軸が位置することを特徴とする投影光学装置。
2. 前記投影光学系の光学面は、前記反射型表示素子の表示面に対する投影光軸と照明光軸とを含む平面に対して面対称な形状を有していることを特徴とする請求項１記載の投影光学装置。
3. 前記投影光学系は、フィールドレンズを除いて、少なくとも、反射面を２面以上備え、その中の少なくとも１つの反射面が光束にパワーを与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、正のパワーを有する反射屈折光学素子からなることを特徴とする請求項１又は２記載の投影光学装置。
4. 前記反射型表示素子の微小ミラーの回転軸が前記反射型表示素子の表示面に対する投影光軸と照明光軸とを含む平面に対して直交するように配置されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の投影光学装置。
5. 前記照明光源から前記反射型表示素子の表示面に至る照明光路は、フィールドレンズを除いて前記投影光学系を通過しないことを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の投影光学装置。
6. 前記投影光学系の焦点距離をｆ、フィールドレンズを含まない光学系のバックフォーカスをＦ_b とするとき、
   ｆ＜Ｆ_b ・・・（１）
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の投影光学装置。

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