JP2011107295A - 投射光学系、画像表示装置及び画像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができる投射光学系を提供する。
【解決手段】 画像生成装置１００からの光束が入射され、画像生成装置１００で生成された画像の中間像を光軸Ａｘに対して＋Ｙ側の位置に形成する屈折光学系２００、該屈折光学系２００からの光束の光路上で中間像の後方に配置された凹面鏡５００、該凹面鏡５００からの光束の光路上であって、屈折光学系２００の光軸Ａｘと凹面鏡５００における屈折光学系２００からの光束の反射領域との間に配置され、凹面鏡５００からの光束を偏向する反射面を有する平面鏡５１０を備えている。この場合は、投射光学系を構成する複数の光学部品を取り付けるのに要する空間の大きさ（容積）が従来よりも小さくなる。
【選択図】図５

Description

本発明は、投射光学系、画像表示装置及び画像表示システムに係り、更に詳しくは、物体を介した光を被投射面に投射する投射光学系、該投射光学系を備える画像表示装置、及び該画像表示装置を備える画像表示システムに関する。

液晶パネル等の画像形成素子上の画像をスクリーン等の被投射面に拡大して投射する投射光学系を備える画像表示装置が商品化され広く普及している。

例えば、特許文献１には、屈折力を有する複数の光学素子を含むと共に物体に共役な像を被投射面に投射する投射光学系、及び該投射光学系を含む画像表示装置が開示されている。この投射光学系は、光束の光路を偏向させると共に光路が偏向された光束が複数の光学素子の間を通過するように設けられ、且つ屈折力を有さない偏向素子を含むと共に、該被投射面の中心における該被投射面の法線が、該複数の光学素子又は該複数の光学素子間を通らないように設定されている。

ところで、近年、画像表示装置の利用が拡大し、それに伴って、狭い場所でも使用でき、スクリーンまでの距離が短くても大きな画像を表示できるような、換言すれば、小型で、大きな拡大率を有する画像表示装置の要求が高まってきた。

しかしながら、特許文献１に開示されている画像表示装置では、小型化と拡大率の向上とを両立させることが困難であるという不都合があった。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、小型化を図ることができる投射光学系を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、小型化と拡大率の向上とを両立させることができる画像表示装置を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、小型化と拡大率の向上とを両立させることができる画像表示システムを提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、物体を介した光束が入射され、前記物体の中間像を光軸に対して一側の位置に形成する第１光学系と； 前記第１光学系からの光束の光路上で前記中間像の後方に配置され、凹面鏡を含む第２光学系と；前記第２光学系からの光束の光路上であって、前記第１光学系の光軸と前記凹面鏡における前記第１光学系からの光束の反射領域との間に配置され、前記第２光学系からの光束を偏向する偏向面を有する偏向素子と；を備える投射光学系である。

これによれば、従来よりも小型化を図ることが可能である。

本発明は、第２の観点からすると、光源及び画像形成素子を含み、前記光源からの光束を前記画像形成素子を介して射出する画像生成装置と；前記画像生成装置からの光束の光路上に配置され、前記画像形成素子上の画像の拡大像を被投射面に投射する本発明の投射光学系と；を備える画像表示装置である。

これによれば、小型化と拡大率の向上とを両立させることが可能である。

本発明は、第３の観点からすると、発光機能を有する画像形成素子を含み、該画像形成素子からの光束を射出する画像生成装置と；前記画像生成装置からの光束の光路上に配置され、前記画像形成素子上の画像の拡大像を被投射面に投射する本発明の投射光学系と；を備える画像表示装置である。

これによれば、小型化と拡大率の向上とを両立させることが可能である。

本発明は、第４の観点からすると、本発明の画像表示装置と；前記画像表示装置の画像生成装置に画像に関する情報を送出する画像情報管理装置と；を備える画像表示システムである。

これによれば、小型化と拡大率の向上とを両立させることが可能である。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタシステムの概略構成を説明するためのブロック図である。 図１におけるプロジェクタ装置の構成を説明するための図（その１）である。 図１におけるプロジェクタ装置の構成を説明するための図（その２）である。 図１におけるプロジェクタ装置の構成を説明するための図（その３）である。 プロジェクタ装置の機能、特性を説明するための図である。 図５における画像生成装置を説明するための図である。 画像生成装置に含まれる光学素子の面間隔、光学特性を説明するための図である。 図５における屈折光学系を説明するための図である。 屈折光学系に含まれる光学素子の面間隔、光学特性を説明するための図である。 屈折光学系に含まれる光学素子の面間隔と画面サイズとの関係を説明するための図である。 レンズＬ８の光学面の形状を説明するための図である。 屈折光学系によって形成される中間像の位置を説明するための図である。 凹面鏡の配置位置及び姿勢を説明するための図である。 凹面鏡の反射面の形状を説明するための図である。 平面鏡の配置位置を説明するための図である。 スクリーンに対する凹面鏡及び平面鏡の配置位置を説明するための図（その１）である。 スクリーンに対する凹面鏡及び平面鏡の配置位置を説明するための図（その２）である。 画像形成パネル上の物点からの光束の光路を説明するための図（その１）である。 図１９（Ａ）は画面サイズが６０インチの場合の光路を説明するための図であり、図１９（Ｂ）は画面サイズが１４インチの場合の光路を説明するための図である。 画像形成パネル上の物点からの光束の光路を説明するための図（その２）である。 反射面の上限位置を説明するための図である。 画像形成パネル上の１５個の物点を説明するための図（その１）である。 画像形成パネル上の１５個の物点を説明するための図（その２）である。 画面サイズが６０インチの場合の１５個の物点の像を説明するための図である。 画面サイズが３０インチの場合の１５個の物点の像を説明するための図である。 画面サイズが１４インチの場合の１５個の物点の像を説明するための図である。 １５個の物点の像が形成される際に、Ｍ＝＋５ｍｍのときの最小開口を説明するための斜視図である。 １５個の物点の像が形成される際に、Ｍ＝０ｍｍのときの最小開口を説明するための斜視図である。 １５個の物点の像が形成される際に、Ｍ＝―５ｍｍのときの最小開口を説明するための斜視図である。 １５個の物点の像が形成される際に、Ｍ＝―８ｍｍのときの最小開口を説明するための斜視図である。 １５個の物点の像が形成される際に、Ｍ＝＋５ｍｍのときのＸＹ面内の最小開口幅を説明するための図である。 １５個の物点の像が形成される際に、Ｍ＝０ｍｍのときのＸＹ面内の最小開口幅を説明するための図である。 １５個の物点の像が形成される際に、Ｍ＝―５ｍｍのときのＸＹ面内の最小開口幅を説明するための図である。 １５個の物点の像が形成される際に、Ｍ＝＋８ｍｍのときのＹＺ面内の最小開口幅を説明するための図である。 １５個の物点の像が形成される際に、Ｍ＝―８ｍｍのときのＹＺ面内の最小開口幅を説明するための図である。 ＸＹ面内及びＹＺ面内におけるＭの値と最小開口幅との関係を説明するための図である。 画像生成装置の変形例を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図３６に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像表示システムとしてのプロジェクタシステム１０が示されている。

このプロジェクタシステム１０は、画像表示装置としてのプロジェクタ装置１０００、及び上位装置２０００を有している。

上位装置２０００は、プロジェクタ装置１０００に画像に関する情報を送出する画像情報管理装置であり、一例としてパソコンを用いることができる。上位装置２０００は、ネットワークを介して送られてきた画像に関する情報、及びネットワークを介して取得（ダウンロード）した画像に関する情報を、プロジェクタ装置１０００に送出することができる。

プロジェクタ装置１０００は、上位装置２０００から送られてきた画像に関する情報に基づいて、被投射面としてのスクリーン１１００に拡大像を表示する前方投射型のプロジェクタ装置である。

プロジェクタ装置１０００は、一例として図２〜図４に示されるように、屈折光学系２００と反射鏡２１０と凹面鏡５００と平面鏡５１０とからなる投射光学系、及び画像生成装置１００などを備えている。そして、凹面鏡５００を除く投射光学系、及び画像生成装置１００は、筐体１０１０内に収容されている。また、投射光学系は、画面サイズに応じて歪調整及びフォーカス調整が可能であり、装置外部から調整できるように、調整用のつまみが設けられている。

筐体１０１０には、スクリーン１１００に向かう光束が通過する開口１０２０が設けられている。この開口１０２０は、プロジェクタ装置１０００が未使用の際に、開口カバーによって覆われるようになっている。これにより、塵などが筐体１０１０内に侵入するのを防止している。

凹面鏡５００は、筐体１０１０に支持されている凹面鏡保持部材に保持されている。凹面鏡保持部材は、プロジェクタ装置１０００が未使用のときには、凹面鏡５００とともに筐体１０１０内に収容されるようになっている。

ここでは、凹面鏡５００と凹面鏡保持部材と開口カバーとが一体となって起伏回動することが可能であり、筐体１０１０表面の位置に開口カバーの表面が一致するように、収納できるようになっている。

次に、上記各部の詳細を説明する。なお、ここでは、屈折光学系２００からの光束は、反射鏡２１０で反射されて凹面鏡５００に入射する構成となっているが、説明を分かりやすくするため、以下の説明では、反射鏡２１０を省き、屈折光学系２００からの光束が、そのまま凹面鏡５００に入射されるものとする。そして、図５に示されるように、ＸＹＺ３次元直交座標系において、屈折光学系２００の光軸Ａｘに平行な方向をＺ軸方向、平面鏡５１０の反射面に直交する方向をＹ軸方向として説明する。

画像生成装置１００は、一例として図６に示されるように、光源１０１、リフレクタ１０２、カラーホイール１０３、ホイール駆動装置１０４、ロッドインテグレータ１０５、照明光学系１０６、画像形成パネル１０７、カバーガラス１０８、全反射プリズム１０９、通信インターフェース１３１、主制御装置１３２などを有している。

通信インターフェース１３１は、主制御装置１３２と上位装置２０００との通信を制御する。

主制御装置１３２は、通信インターフェース１３１を介して受け取った画像に関する情報に応じて、光源１０１、ホイール駆動装置１０４、及び画像形成パネル１０７を制御する。

画像形成パネル１０７は、ここでは、マトリックス状に配置された複数のマイクロミラー、及び入射光に対する各マイクロミラーの傾斜角を個別に制御することができるミラー制御部などを有する、いわゆるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いたパネルである。ミラー制御部は、主制御装置１３２からの画像情報に応じて、各マイクロミラーの傾斜角を制御する。すなわち、複数のマイクロミラーがマトリックス状に配置されているミラー面に画像が形成されるということができる。

カバーガラス１０８は、画像形成パネル１０７の前方に設けられ、画像形成パネル１０７を保護している。

光源１０１には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどのランプ光源を用いることができる。なお、ＬＥＤ、ＬＤ、半導体レーザなどの固体光源を用いてもよい。

この光源１０１は、主制御装置１３２の指示によって点灯される。

リフレクタ１０２は、光源１０１から射出された光束を集光する。

カラーホイール１０３は、赤、青、緑の各フィルタを有する円盤状部材であり、リフレクタ１０２からの光束の集光位置近傍に配置されている。

ホイール駆動装置１０４は、カラーホイール１０３を回転させるための装置である。ホイール駆動装置１０４は、主制御装置１３２からの画像の色情報に応じて、該色情報に対応するフィルタをリフレクタ１０２からの光束が通過するように、カラーホイール１０３を回転させる。

ロッドインテグレータ１０５は、カラーホイール１０３を通過した光束の光量分布を均一にする。

照明光学系１０６は、ロッドインテグレータ１０５を介した光束の光路を効率よく全反射プリズム１０９に導く。

全反射プリズム１０９は、２つの三角プリズムからなり、それらの間に微小な空気層を有している。

全反射プリズム１０９に入射した照明光学系１０６からの光束は、カバーガラス１０８を介して画像形成パネル１０７を照明する。この照明光は、画像形成パネル１０７によって、画像情報に対応して変調される。そこで、画像形成パネル１０７で反射され、カバーガラス１０８を介して全反射プリズム１０９に入射する光束は、画像形成パネル１０７上の画像から発せられた光束と考えることができる。

画像形成パネル１０７で反射され、カバーガラス１０８を介して全反射プリズム１０９に入射した光束は、全反射プリズム１０９を通過して、屈折光学系２００に射出される。

画像形成パネル１０７、カバーガラス１０８及び全反射プリズム１０９のＺ軸方向に関する面間隔の一例が、図７に示されている。また、図７には、カバーガラス１０８及び全反射プリズム１０９の屈折率及びアッベ数の一例も示されている。なお、全反射プリズム１０９の＋Ｚ側の面（第４面）と屈折光学系２００とのＺ軸方向に関する距離は、２．００ｍｍである。

屈折光学系２００は、一例として図８に示されるように、Ｚ軸方向に沿って配置された１１枚のレンズ（Ｌ１〜Ｌ１１）を含んでいる。そして、レンズＬ５とレンズＬ６との間には、絞り部材ＳＴが設けられている。１１枚のレンズ及び絞り部材ＳＴは、所定の位置関係で鏡筒（図示省略）に保持されている。

各レンズの光学面の曲率半径、面間隔、各レンズの屈折率及びアッベ数の一例が、図９に示されている。なお、第１４面と第１５面の面間隔ｄ１１、第１８面と第１９面の面間隔ｄ１２、第２４面と第２５面の面間隔ｄ１３、第２６面と第２７面（凹面鏡５００の入射側の面）の面間隔ｄ１４は、図１０に示されるように、画面サイズによって変化する。

上記面間隔（ｄ１１、ｄ１２、ｄ１３、ｄ１４）は、歪調整つまみ及びフォーカス調整つまみ（図２参照）によって変化させることができる。そこで、屈折光学系２００には、歪調整つまみ及びフォーカス調整つまみに連動して、対応する光学素子をＺ方向に移動させるためのいわゆるカム機構が搭載されている。

レンズＬ８の各光学面（入射側の面、射出側の面）は、回転対称の非球面である。回転対称の非球面形状は、次の（１）式で示される。ここで、Ｚは光軸方向のデプス、ｃは近軸曲率半径、ｒは光軸に直交する方向における光軸からの距離、ｋは円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・は非球面係数である。

Ｚ＝ｃ・ｒ^２／［１＋√｛１−（１＋ｋ）ｃ^２ｒ^２｝］＋Ａｒ^４＋Ｂｒ^６＋Ｃｒ^８＋・・・・・ ……（１）

円錐係数及び各非球面係数の例が図１１に示されている。

このように、屈折光学系２００は、正の光学的なパワーの有する光学系であり、画像生成装置１００の画像形成パネル１０７上の画像の湾曲した中間像を光軸Ａｘの＋Ｙ側に形成する（図１２参照）。

ここでは、中間像を所望の位置、すなわち、光軸Ａｘの＋Ｙ側の位置に形成させるため、画像形成パネル１０７を、光軸Ａｘの−Ｙ側に配置し、その画像形成領域が光軸Ａｘと交わらないようにしている。具体的には、画像形成パネル１０７上に、その４隅を含んで１５個の物点（物点１〜物点１５）をとったときに、一例として図２２に示されるように、全ての物点が、光軸Ａｘの−Ｙ側に位置するように、画像形成パネル１０７を配置している。

このような構成とすることにより、屈折光学系２００は、中間像を完全に光軸Ａｘの＋Ｙ側に形成することができる。この中間像は、一例として図１２に示されるように、画像形成パネル１０７に平行な平面（ここでは、ＸＹ面）に対して傾斜し、しかも湾曲した面上に形成されている。なお、中間像は、当然のことながら、画像形成パネル１０７の反転像となっている。

凹面鏡５００は、屈折光学系２００から射出された光束の光路上に配置されている。ここでは、図１３に示されるように、Ｙ軸方向に関して、屈折光学系２００の光軸Ａｘと凹面鏡５００の中心との距離ｄ２１は３７．８９ｍｍである。さらに、図１３における角度θは３４．１５°である。

凹面鏡５００の反射面の形状は、屈折光学系２００の光軸Ａｘを基準として、次の（２）式のような多項式で示されるアナモフィックな自由曲面（多項式自由曲面）である。ここでは、Ｙ軸方向が短軸方向、Ｘ軸方向が長軸方向、Ｚ軸方向が曲面のデプスである。また、Ｘ２、Ｙ２、Ｘ２Ｙ、Ｙ３、Ｘ２Ｙ２、・・・は、係数である。

Ｚ＝Ｘ２・ｘ^２＋Ｙ２・ｙ^２＋Ｘ２Ｙ・ｘ^２ｙ＋Ｙ３・ｙ^３＋Ｘ４・ｘ^４＋Ｘ２Ｙ２・ｘ^２ｙ^２＋Ｙ４・ｙ^４＋Ｘ４Ｙ・ｘ^４ｙ＋Ｘ２Ｙ３・ｘ^２ｙ^３＋Ｙ５・ｙ^５＋Ｘ６・ｘ^６＋Ｘ４Ｙ２・ｘ^４ｙ^２＋Ｘ２Ｙ４・ｘ^２ｙ^４＋Ｙ６・ｙ^６＋・・ ……（２）

各係数の具体例が図１４に示されている。

この凹面鏡５００は、屈折光学系２００によって形成された中間像をさらに拡大する。

平面鏡５１０は、ミラーホルダ（図２参照）に保持され、凹面鏡５００で反射された光束の光路上に配置されている。そして、一例として図１５に示されるように、平面鏡５１０は、その反射面がＸＺ面に平行であり、かつ屈折光学系２００の光軸Ａｘの＋Ｙ側に位置するように配置されている。

また、ミラーホルダは、必要な光のみが反射面で反射されるように、反射面の周囲の不要な部分を覆っている。この被覆領域の大きさは、投射光学系により得られる光線の振る舞いに応じて設定される。ここでは、平面鏡５１０が凹面鏡５００に近いため、凹面鏡５００近い側と遠い側とで幅が異なるように設定されている。

平面鏡５１０は、一例として図１６に示されるように、凹面鏡５００で反射された光束をスクリーン１１００に向けて偏向する。ここでは、平面鏡５１０で偏向された光束は、屈折光学系２００と凹面鏡５００の間を通ってプロジェクタ装置１０００から射出される。また、図１６におけるｄ４１及びｄ４２の具体的な値が図１７に示されている。

ここで、例えば、図１８に示されるように、画像形成パネル１０７上の互いにＹ軸方向の位置が異なる３つの物点（Ａ、Ｂ、Ｃ）を考える。物点Ａからの光束は、カバーガラス１０８、全反射プリズム１０９及び屈折光学系２００を通過し、位置ａ近傍に集光する。物点Ｂからの光束は、カバーガラス１０８、全反射プリズム１０９及び屈折光学系２００を通過し、位置ｂ近傍に集光する。物点Ｃからの光束は、カバーガラス１０８、全反射プリズム１０９及び屈折光学系２００を通過し、位置ｃ近傍に集光する。

そこで、位置ａと位置ｂと位置ｃとが含まれる湾曲した面に中間像が形成される。この中間像は凹面鏡５００で拡大されて、所望の像位置にＡ’、Ｂ’，Ｃ’それぞれに結像し、画像形成パネル１０７の表面（ミラー面）と共役な像面が形成される。

ここでは、画像形成パネル１０７の表面（ミラー面）の形状は、対角間の長さが０．５５インチで、アスペクト比が４：３の矩形状である。そして、スクリーン１１００の位置を変えることにより、６０インチから１４インチまでの画面サイズで、所望の結像性能が得られるように最適化設計されている（図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）参照）。

図２０には、上記３つの物点（Ａ、Ｂ、Ｃ）からの各光束について、屈折光学系２００の光軸Ａｘを基準としたときの、屈折光学系２００からの射出角（θ１、θ２、θ３）、凹面鏡５００での反射角（θ４、θ５、θ６）、平面鏡５１０での偏向角（θ７、θ８、θ９）、スクリーン１１００への入射角（θ１０、θ１１、θ１２）の具体例が、画像サイズ毎の値に示されている。ここでは、θ１とθ４とθ７とθ１０が、物点Ａからの光束に対応し、θ２とθ５とθ８とθ１１が、物点Ｂからの光束に対応し、θ３とθ６とθ９とθ１２が、物点Ｃからの光束に対応している。

これによると、屈折光学系２００の光軸Ａｘに最も近い物点Ａからの光束は、５°〜６°程度の角度で屈折光学系２００から射出されている。そこで、屈折光学系２００から凹面鏡５００に向かう光束の光路のうち最も−Ｙ側の光路であっても、凹面鏡５００の近傍では、屈折光学系２００の光軸Ａｘの＋Ｙ側にある。そして、Ｙ軸方向に関して、屈折光学系２００の光軸Ａｘと凹面鏡５００との間に、屈折光学系２００から凹面鏡５００に向かう光束が干渉しない空間が生じており、その空間に平面鏡５１０が配置されている。

一例として図２１に示されるように、Ｙ軸方向に関して、屈折光学系２００から射出された下限光線と凹面鏡５００で反射された上限光線との交点Ｐｍの位置が、平面鏡５１０の反射面の上限位置となる。ここでは、Ｙ軸方向に関して、屈折光学系２００の光軸Ａｘと交点Ｐｍとの距離は１１ｍｍである。

次に、一例として図２２及び図２３に示される画像形成パネル１０７上の１５個の物点（物点１〜物点１５）からの光が、屈折光学系２００に入射した場合について説明する。

画面サイズが６０インチのときに、スクリーン１１００上における物点の像（像１〜像１５）の位置が図２４に示されている。なお、像１は物点１の像であり、像２は物点２の像であり、・・・・、像１５は物点１５の像である。

画面サイズが３０インチのときに、スクリーン１１００上における物点の像（像１〜像１５）の位置が図２５に示されている。

画面サイズが１４インチのときに、スクリーン１１００上における物点の像（像１〜像１５）の位置が図２６に示されている。

いずれの画面サイズにおいても、非常に歪の少ない投射像が得られている。なお、図２４〜図２６では、Ｙ軸方向に関して、各画面における最も屈折光学系２００の光軸Ａｘに近い位置をｙ＝０（ｍｍ）とし、Ｘ軸方向に関して、各画面の中心をｘ＝０（ｍｍ）としている。

次に、平面鏡５１０の反射面のＹ軸方向に関する位置と開口の大きさとの関係について説明する。

ここでは、便宜上、屈折光学系２００の光軸位置をＹ＝０とし、平面鏡５１０の反射面のＹ座標（ｍｍ）をＭとする。そして、屈折光学系２００の光軸Ａｘより＋Ｙ側を「＋」、屈折光学系２００の光軸Ａｘより−Ｙ側を「−」とする。

なお、開口は、Ｙ軸方向に関して、屈折光学系２００の光軸Ａｘの＋Ｙ側であって、屈折光学系２００の光軸Ａｘから２１ｍｍの位置にあるものとする。

図２７〜図３０には、種々のＭの値について、上記１５個の物点（物点１〜物点１５）からの光束の主要な光路が示されている。図２７は、Ｍ＝＋５ｍｍのとき、図２８は、Ｍ＝０ｍｍのとき、図２９は、Ｍ＝−５ｍｍのとき、図３０は、Ｍ＝−８ｍｍのときである。

また、図２７〜図３０には、平面鏡５１０の反射面で偏向された光束が、遮光されることなくスクリーンに向かうのに必要な開口の大きさの下限が波線で示されている。これらによると、Ｍの値が小さくなるにつれて、開口の大きさの下限が大きくなっている。

また、図３１〜図３３には、種々のＭの値について、ＸＹ面内における開口の大きさの下限が示されている。図３１は、Ｍ＝＋５ｍｍのとき、図３１は、Ｍ＝０ｍｍのとき、図３２は、Ｍ＝−５ｍｍのときである。ＸＹ面内における開口の大きさの下限値は、Ｍ＝＋５ｍｍのときで５５ｍｍ、Ｍ＝０ｍｍのときで９６ｍｍ、Ｍ＝−５ｍｍのときで１３７ｍｍであった。

また、図３４及び図３５には、異なるＭの値について、ＹＺ面内における開口の大きさの下限が示されている。図３４は、Ｍ＝＋８ｍｍのとき、図３５は、Ｍ＝−８ｍｍのときである。

そして、図３６に、種々のＭの値について、ＸＹ面内における開口の大きさの下限値、及びＹＺ面内における開口の大きさの下限値が示されている。Ｍの値と開口の大きさの下限値との間には直線関係が成立している。特に、ＸＹ面内に関して、本実施形態では、凹面鏡５００の反射領域が、Ｘ軸方向に関しては７０ｍｍ程度なので、Ｍ＞０となる位置に平面鏡５１０を配置することにより、光束幅を凹面鏡５００と同程度以下にすることができる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るプロジェクタ装置１０００では、屈折光学系２００と反射鏡２１０と凹面鏡５００と平面鏡５１０とによって本発明の投射光学系が構成されている。

そして、屈折光学系２００と反射鏡２１０とによって、本発明の投射光学系における第１光学系が構成され、凹面鏡５００によって、本発明の投射光学系における第２光学系が構成されている。また、平面鏡５１０によって、本発明の投射光学系における偏向素子が構成され、平面鏡５１０の反射面によって、偏向素子の偏向面が構成されている。

以上説明したように、本実施形態に係る投射光学系によると、画像形成パネル１０７を介した光束が入射され、画像形成パネル１０７上の画像の中間像を光軸Ａｘに対して＋Ｙ側の位置に形成する屈折光学系２００、該屈折光学系２００からの光束の光路上で前記中間像の後方に配置された凹面鏡５００、該凹面鏡５００からの光束の光路上であって、屈折光学系２００の光軸Ａｘと凹面鏡５００における屈折光学系２００からの光束の反射領域との間に配置され、凹面鏡５００からの光束を偏向する反射面を有する平面鏡５１０を備えている。

この場合は、投射光学系を構成する複数の光学部品を取り付けるのに要する空間の大きさ（容積）が従来よりも小さくなる。従って、小型化を図ることが可能である。

また、凹面鏡５００からの光束を偏向するのに平面鏡を用いているため、反射による収差発生を抑えることができ、投射された拡大像の劣化を抑制することができる。

また、平面鏡５１０の反射面が、屈折光学系２００の光軸方向に平行であるため、プロジェクタ装置への適用が容易である。

また、画像生成装置１００が、屈折光学系２００の光軸Ａｘに対し、平面鏡５１０の反射面とは反対側に設けられている。この場合は、容易に中間像を反射面側に形成することができる。

本実施形態に係るプロジェクタ装置１０００によると、光源１０１及び画像形成パネル１０７を含み、光源１０１からの光束を画像形成パネル１０７を介して射出する画像生成装置１００、及び該画像生成装置１００からの光束の光路上に配置され、画像形成パネル１０７上の画像の拡大像をスクリーン１１００に投射する投射光学系を備えている。

この場合は、拡大率を大きくしても、開口１０２０の大きさをあまり大きくする必要がないため、筐体１０１０の大型化を招来しない。そこで、小型化と拡大率の向上とを両立させることが可能である。

また、開口１０２０の大きさが小さいので、塵などが筐体１０１０内に侵入するのを容易に抑制することができる。また、開口部に防塵用のカバーを設ける場合には、単純な防塵用のカバーで高い防塵効果を容易に得ることができる。すなわち、信頼性の向上を図ることができる。

また、本実施形態に係るプロジェクタシステム１０によると、プロジェクタ装置１０００を備えているため、結果として小型化と拡大率の向上とを両立させることが可能である。

なお、上記実施形態において、前記凹面鏡５００に代えて、屈折光学系と凹面鏡からなる光学系を用いても良い。また、前記凹面鏡５００に代えて、凹面鏡を含む複数の反射鏡からなる光学系を用いても良い。

また、上記実施形態において、プロジェクタ装置１０００と上位装置２０００が一体化されていても良い。

また、上記実施形態では、画像形成素子としてデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いたパネルを使用する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、反射型液晶パネル、透過型液晶パネルなどを使用しても良い。

一例として図３７には、画像形成素子として反射型液晶パネルを使用した画像生成装置１００Ａが示されている。

この画像生成装置１００Ａは、光源１１０、カットフィルタ１１１、偏光変換素子１１２、１対のフライアイレンズアレイ（１１３Ａ、１１３Ｂ）、コンデンサレンズ１１５、２つのダイクロイックミラー（１１６Ａ、１１６Ｂ）、反射ミラー１１７、３つの偏光分離素子（１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃ）、３つの反射型液晶パネル（１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ）、クロスプリズム１２４などを有している。

光源１１０は、上記光源１０１と同様な光源である。

カットフィルタ１１１は、光源１１０から射出された光に含まれるＵＶ成分及びＩＲ成分を除去する。これによって、光学素子の劣化を抑制することができる。

偏光変換素子１１２は、カットフィルタ１１１を介した光束の偏光状態を所定の直線偏光に変換する。これによって、光利用効率を高めることができる。

１対のフライアイレンズアレイ（１１３Ａ、１１３Ｂ）は、偏光変換素子１１２を介した光束の光路上に配置され、光量分布を均一化する。

コンデンサレンズ１１５は、１対のフライアイレンズアレイ（１１３Ａ、１１３Ｂ）を介した光束の光路上に配置されている。このコンデンサレンズ１１５によって、各反射型液晶パネルを照明する際の照明光の入射角度及び照明領域を調整することができる。

ダイクロイックミラー１１６Ａは、コンデンサレンズ１１５を介した光束の光路上に配置され、該光束に含まれる青色波長成分を選択的に反射し、残り（緑色波長成分＋赤色波長成分）を透過させる。

ダイクロイックミラー１１６Ｂは、ダイクロイックミラー１１６Ａを透過した光束の光路上に配置され、該光束に含まれる緑色波長成分を選択的に反射し、残り（赤色波長成分）を透過させる。

偏光分離素子１１８Ａは、ダイクロイックミラー１１６Ｂを透過した光束の光路上に配置されている。この偏光分離素子１１８Ａは、上記所定の直線偏光を＋Ｘ方向に反射する偏光分離面を有している。そこで、ダイクロイックミラー１１６Ｂを透過した光束は、偏光分離素子１１８Ａで＋Ｘ方向に反射される。

反射型液晶パネル１２０Ａは、偏光分離素子１１８Ａの＋Ｘ側に配置されている。そこで、反射型液晶パネル１２０Ａは、偏光分離素子１１８Ａで反射された光束で照明される。この照明光は、反射型液晶パネル１２０Ａによって変調され、赤色成分の画像情報が付与される。

反射型液晶パネル１２０Ａで変調され、反射された光束は、入射時Ｓ偏光の偏光状態がＰ偏光となって偏光分離素子１１８Ａに入射する。該光束は、偏光分離素子１１８Ａを透過する。

偏光分離素子１１８Ｂは、ダイクロイックミラー１１６Ｂで反射された光束の光路上に配置されている。この偏光分離素子１１８Ｂは、上記所定の直線偏光を−Ｚ方向に反射する偏光分離面を有している。そこで、ダイクロイックミラー１１６Ｂで反射された光束は、偏光分離素子１１８Ｂで−Ｚ方向に反射される。

反射型液晶パネル１２０Ｂは、偏光分離素子１１８Ｂの−Ｚ側に配置されている。そこで、反射型液晶パネル１２０Ｂは、偏光分離素子１１８Ｂで反射された光束で照明される。この照明光は、反射型液晶パネル１２０Ｂによって変調され、緑色成分の画像情報が付与される。

反射型液晶パネル１２０Ｂで変調され、反射された光束は、入射時Ｓ偏光の偏光状態がＰ偏光となって偏光分離素子１１８Ｂに入射する。該光束は、偏光分離素子１１８Ｂを透過する。

反射ミラー１１７は、ダイクロイックミラー１１６Ａで反射された光束の光路上に配置され、該光束を反射する。ここでは、反射ミラー１１７は、光束を＋Ｚ方向に反射する。

偏光分離素子１１８Ｃは、反射ミラー１１７で反射された光束の光路上に配置されている。この偏光分離素子１１８Ｃは、上記所定の直線偏光を−Ｘ方向に反射する偏光分離面を有している。そこで、反射ミラー１１７で反射された光束は、偏光分離素子１１８Ｃで−Ｘ方向に反射される。

反射型液晶パネル１２０Ｃは、偏光分離素子１１８Ｃの−Ｘ側に配置されている。そこで、反射型液晶パネル１２０Ｃは、偏光分離素子１１８Ｃで反射された光束で照明される。この照明光は、反射型液晶パネル１２０Ｃによって変調され、青色成分の画像情報が付与される。

反射型液晶パネル１２０Ｃで変調され、反射された光束は、入射時Ｓ偏光の偏光状態がＰ偏光となって偏光分離素子１１８Ｃに入射する。該光束は、偏光分離素子１１８Ｃを透過する。

クロスプリズム１２４は、偏光分離素子１１８Ａの−Ｘ側で、偏光分離素子１１８Ｂの＋Ｚ側で、偏光分離素子１１８Ｃの＋Ｘ側に配置されている。このクロスプリズム１２４は、偏光分離素子１１８Ａを透過した光束を＋Ｚ方向に反射する反射面、及び偏光分離素子１１８Ｃを透過した光束を＋Ｚ方向に反射する反射面を有している。

そこで、赤色成分の画像情報が付与され偏光分離素子１１８Ａを透過した光束、緑色情報の画像信号が付与され偏光分離素子１１８Ｂを透過した光束、及び青色情報の画像信号が付与され偏光分離素子１１８Ａを透過した光束は、クロスプリズム１２４によって合成される。

クロスプリズム１２４で合成された光束が、画像生成装置１００Ａから射出される光束である。この光束は、屈折光学系２００に入射される。

また、上記実施形態において、画像形成素子として発光機能を有する画像形成素子を用いても良い。この場合は、上記光源１０１は不要である。そこで、更なる小型化を図ることができる。

また、上記実施形態では、屈折光学系２００が１１枚のレンズ（Ｌ１〜Ｌ１１）を含んでいる場合について説明したが、これに限定されるものではない、要するに、屈折光学系２００によって形成される中間像が、屈折光学系２００の光軸Ａｘに対して＋Ｙ側の位置にあれば良い。

また、屈折光学系２００における各光学素子の光学特性、及び面間隔は、いずれも一例であり、これに限定されるものではない。

さらに、屈折光学系２００におけるレンズＬ８の各光学面（入射側の面、射出側の面）の非球面形状は、一例であり、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態における凹面鏡５００の反射面の形状は、一例であり、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、偏向素子として平面鏡を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、偏向面が、凹面鏡５００からの光束の光路上であって、屈折光学系２００の光軸Ａｘと凹面鏡５００における屈折光学系２００からの光束の反射領域との間に配置されていれば良い。

また、上記実施形態におけるプロジェクタ装置の形状は一例であり、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態におけるプロジェクタ装置の構成は一例であり、これに限定されるものではない。要するに、画像形成素子と、該画像形成素子を介したあるいは画像形成素子から発せられた光束の光路上に配置され、画像形成素子上の画像の拡大像を被投射面に投射する本発明の投射光学系とを少なくとも備えていれば良い。

また、本実施形態に係る投射光学系は、プロジェクタ装置以外に用いることができる。例えば、スキャナ装置の撮像光学系として用いることができる。

以上説明したように、本発明の投射光学系によれば、小型化を図るのに適している。また、本発明の画像表示装置によれば、小型化と拡大率の向上とを両立させるのに適している。また、本発明の画像表示システムによれば、小型化と拡大率の向上とを両立させるのに適している。

１０…プロジェクタシステム（画像表示システム）、１００…画像生成装置、１００Ａ…画像生成装置、１０１…光源、１０７…画像形成パネル（画像形成素子）、１２０Ａ…反射型液晶パネル（画像形成素子）、１２０Ｂ…反射型液晶パネル（画像形成素子）、１２０Ｃ…反射型液晶パネル（画像形成素子）、２００…屈折光学系（第１光学系の一部、レンズ群）、２１０…反射鏡（第１光学系の一部、折り返しミラー）、５００…凹面鏡５００（第２光学系）、５１０…平面鏡（偏向素子）、１０００…プロジェクタ装置（画像表示装置）、２０００…上位装置（画像情報管理装置）。

特開２００９−８０４６２号公報

Claims (11)

1. 物体を介した光束が入射され、前記物体の中間像を光軸に対して一側の位置に形成する第１光学系と；
   前記第１光学系からの光束の光路上で前記中間像の後方に配置され、凹面鏡を含む第２光学系と；
   前記第２光学系からの光束の光路上であって、前記第１光学系の光軸と前記凹面鏡における前記第１光学系からの光束の反射領域との間に配置され、前記第２光学系からの光束を偏向する偏向面を有する偏向素子と；を備える投射光学系。
2. 前記偏向素子の偏向面は、前記第２光学系からの光束を、該光束が前記第１光学系と前記第２光学系との間を通過するように偏向することを特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
3. 前記偏向素子は、光学的なパワーをもたないことを特徴とする請求項１又は２に記載の投射光学系。
4. 前記偏向素子は、平面鏡であることを特徴とする請求項３に記載の投射光学系。
5. 前記偏向素子は、前記偏向面が前記第１光学系の光軸に平行になるように配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の投射光学系。
6. 前記第１光学系は、物体を介した光束が入射されるレンズ群と、該レンズ群からの光束の光路上に配置された折り返しミラーを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の投射光学系。
7. 光源及び画像形成素子を含み、前記光源からの光束を前記画像形成素子を介して射出する画像生成装置と；
   前記画像生成装置からの光束の光路上に配置され、前記画像形成素子上の画像の拡大像を被投射面に投射する請求項１〜６のいずれか一項に記載の投射光学系と；を備える画像表示装置。
8. 発光機能を有する画像形成素子を含み、該画像形成素子からの光束を射出する画像生成装置と；
   前記画像生成装置からの光束の光路上に配置され、前記画像形成素子上の画像の拡大像を被投射面に投射する請求項１〜６のいずれか一項に記載の投射光学系と；を備える画像表示装置。
9. 前記画像生成装置は、前記投射光学系の第１光学系の光軸に対し、前記投射光学系の偏向素子の偏向面とは反対側に設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の画像表示装置。
10. 前記画像形成素子上の画像と被投射面に投射された拡大像とは、上下左右の関係が同じであることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
11. 請求項７〜１０のいずれか一項に記載の画像表示装置と；
    前記画像表示装置の画像生成装置に画像に関する情報を送出する画像情報管理装置と；を備える画像表示システム。