投射型画像表示装置
【課題】高精細な大画面画像又は複数の画像を表示できる小型の投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】投射型画像表示装置は、それぞれ被投射面上の互いに異なる投射領域に光束を投射する複数の投射光学系Ｐ１，Ｐ２を有する。各投射光学系は、その投射光学系に対応する第１の投射領域に対して、光束を、該第１の投射領域Ｓ１と他の投射光学系に対応する第２の投射領域Ｓ２との境界線Ｂを含み被投射面Ｓに直交する仮想面ＶＰを通過させて投射する。
【解決手段】投射型画像表示装置は、それぞれ被投射面上の互いに異なる投射領域に光束を投射する複数の投射光学系Ｐ１，Ｐ２を有する。各投射光学系は、その投射光学系に対応する第１の投射領域に対して、光束を、該第１の投射領域Ｓ１と他の投射光学系に対応する第２の投射領域Ｓ２との境界線Ｂを含み被投射面Ｓに直交する仮想面ＶＰを通過させて投射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の投射光学系を用いて複数の画像又は該複数の画像により形成される１つの画像を表示する投射型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大画面で高精細な画像を表示できる投射型画像表示装置の１つとして、複数の投射画像を並べて大画面画像とするマルチディスプレイ装置が提案されている。
【０００３】
マルチディスプレイ装置には、例えば特許文献１にて開示されたものがある。この装置では、全投射領域におけるいずれの点においても少なくとも２台のプロジェクタからの投射光を重畳させるタイプの装置である。
【０００４】
また、特許文献２には、反射ミラーを用いて複数のプロジェクタからの投射光を折り曲げて投射距離を確保し、大画面化と装置の小型化とを実現した装置が開示されている。また、この公報には、複数のプロジェクタのうち１つから直接スクリーンに画像を投射し、他のプロジェクタからは反射ミラーを介して画像を投射することで、あたかも１つのプロジェクタからの画像投射が行われているように見せる構成も開示されている。
【０００５】
また、通常のプロジェクタにおいても、装置を薄型化しつつ十分な投射光路長を確保するために、スクリーンに対していわゆる斜め投射を行うものが開示されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００５−２８６７７２号公報（段落００４０、図１〜３等）
【特許文献２】特開２００２−００６３９４号公報（段落００４１，００４９、図１，図３等）
【特許文献３】特開２００４−３０９７６７号公報（段落００４３、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のマルチディスプレイ装置では、各プロジェクタは、被投射面に対して垂直又はそれに近い方向から画像を投射している。この場合、投射光路長を十分に長くするためには、たとえ平面ミラーを用いて光路を折り曲げても、必ずある程度の奥行きが必要になる。このため、装置をさらに薄型化するためには、投射光学系を極端に広画角化する必要があるが、収差等の光学性能面で実現は困難である。すなわち、大画面化と高精細化と薄型化を全て達成することはきわめて困難である。
【０００７】
本発明は、高精細な大画面画像又は複数の画像を表示できる小型の投射型画像表示装置を提供することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての投射型画像表示装置は、それぞれ被投射面上の互いに異なる投射領域に光束を投射する複数の投射光学系を有する。そして、各投射光学系は、その投射光学系に対応する第１の投射領域に対して、光束を、該第１の投射領域と他の投射光学系に対応する第２の投射領域との境界線を含み被投射面に直交する仮想面を通過させて投射することを特徴とする。
【０００９】
なお、上記投射型画像表示装置と、これに画像情報を供給する画像供給装置とを含む画像表示システムも本発明の他の側面を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の投射光学系から被投射面への投射光路を上記のように配置して空間を有効に活用することにより、コンパクトでありながらも個々の投射光学系の投射光路長を十分に確保でき、高精細な大画面画像又は複数の画像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
まず、実施例の説明に入る前に、実施例の構成諸元の表し方及び実施例全体の共通事項について説明する。図３は、実施例における光学系の構成データを定義する座標系の説明図である。
【００１３】
実施例では、物体側から像面に進む１つの光線（図３中に一点鎖線で示し、基準軸光線という）に沿ってｉ番目の面を第ｉ面とする。
【００１４】
図３において、第１面Ｒ１は屈折面、第２面Ｒ２は第１面Ｒ１に対してチルトした反射面である。第３面Ｒ３及び第４面Ｒ４はそれぞれの直前の面に対してシフト及びチルトした反射面である。また、第５面Ｒ５は、第４面Ｒ４に対してシフト及びチルトした屈折面である。
【００１５】
第１面Ｒ１から第５面Ｒ５までのそれぞれの面は、ガラスやプラスチック等の媒質で構成される１つの光学素子上に形成されている。該光学素子を、図３中では、第１の光学素子Ｂとする。図３では、不図示の物体面から第１面Ｒ１までの媒質は空気、第１面Ｒ１から第５面Ｒ５まではある共通の媒質、第５面Ｒ５から不図示の第６面Ｒ６までの媒質は空気である。
【００１６】
実施例の光学系はOff-Axial光学系である。このため、光学系を構成する各面は、共通の光軸を持っていない。そこで、実施例においては、まず第１面の中心を原点とする絶対座標系を設定する。そして、第１面の中心点を原点とすると共に、原点と最終結像面の中心とを通る光線（基準軸光線）の経路を光学系の基準軸と定義する。さらに、実施例中の基準軸は方向（向き）を持っており、その方向は、基準軸光線が結像に際して進行する方向である。
【００１７】
実施例においては光学系の基準となる基準軸を上記のように設定したが、光学系の基準となる軸の決め方は、光学設計上、収差の取り纏め上、若しくは光学系を構成する各面の形状を表現する上で都合の良い軸を採用することもできる。但し、一般的には像面の中心と、絞り、入射瞳、射出瞳、光学系の第１面の中心又は最終面の中心のいずれかを通る光線の経路を基準軸に設定するとよい。
【００１８】
実施例においては、基準軸は第１面の中心点を通り、最終結像面の中心へ至る基準軸光線が、各屈折面及び各反射面によって屈折及び反射する経路を基準軸に設定する。各面の順番は、基準軸光線が屈折と反射を受ける順番に設定する。
【００１９】
基準軸は、設定された各面の順番に沿って、屈折又は反射の法則に従ってその方向を変化させつつ最終的に像面の中心に到達する。なお、実施例において、物体側、パネル側、像側、像面側等とは、基準軸の方向に対してどちら側であるかを意味している。
【００２０】
実施例における光学系の絶対座標系の各軸は以下のように定義される。
【００２１】
Ｚ軸：原点と物体面中心を通る直線であり、物体面から第１面Ｒ１に向かう方向を正とする。
【００２２】
Ｙ軸：原点を通り、右手座標系の定義に従ってＺ軸に対して反時計回りに９０゜をなす直線とする。
【００２３】
Ｘ軸：原点を通り、Ｚ及びＹ軸に対して直交する直線とする。
【００２４】
光学系を構成する第ｉ面の面形状及びチルト角を表すために、絶対座標系にてその面の形状及びチルト角を表記する方法もある。しかし、これよりも、基準軸と第ｉ面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定し、該ローカル座標系でその面の面形状を表すとともに、基準軸とローカル座標系のなす角度でチルト角を表した方が形状を認識し易い。このため、実施例では、第ｉ面の面形状及びチルト角を、以下のように定義されるローカル座標系で表す。
【００２５】
そのために、まず基準軸上の任意の点に対して、以下の基準軸上座標系を設定する。
【００２６】
ｚｂ軸：基準軸上の任意の点を通る直線であり、基準軸の方向を正とする。基準軸の偏向点においては入射方向を正とする。
【００２７】
ｙｂ軸：基準軸上の任意の点を通り、右手座標系の定義に従ってｚｂ軸に対して反時計回りに９０゜をなす直線とする。該直線は、絶対座標系の原点で絶対座標系のＹ軸と一致する。なお、ｚｂ軸に対する回転はないものとする
ｘｂ軸：基準軸上の任意の点を通り、ｚｂ及びｙｂ軸に直交する直線とする。
【００２８】
次にローカル座標系を、以下のように設定する。
【００２９】
ｚ軸：ローカル座標の原点を通る面法線とする。
【００３０】
ｙ軸：ローカル座標の原点を通り、右手座標系の定義に従ってｚ方向に対し反時計方向に９０゜をなす直線とする。
【００３１】
ｘ軸：ローカル座標の原点を通り、ｙｂ−ｚｂ面に対して直交する直線とする。
【００３２】
したがって、第ｉ面のｙｂ−ｚｂ面内でのチルト角は、ローカル座標系のｚ軸が基準軸上座標系のｚｂ軸に対してなす鋭角であり、反時計回り方向を正とした角度θｘｂ，ｉ （単位°）とする。また、第ｉ面のｘｂ−ｚｂ面内でのチルト角は、ローカル座標系のｚ軸が基準軸上座標系のｚｂ軸に対してなす鋭角であり、反時計回り方向を正とした角度θｙｂ，ｉ（単位°）とする。さらに、第ｉ面のｘｂ−ｙｂ面内でのチルト角は、ローカル座標系のｚ軸が絶対座標系のｙｂ軸に対してなす鋭角であり、反時計回り方向を正とした角度θｚｂ，ｉ（単位°）で表す。
【００３３】
ただし、通常、θｚｂ，ｉは面の回転に相当するもので、本発明の実施例においては存在しない。図７は、これらの絶対座標系、基準軸上座標系及びローカル座標系の相互関係を表している。
【００３４】
また、実施例において、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面とのローカル座標の原点間の間隔を表すスカラー量である。Ｎｄｉ，νｄｉはそれぞれ、第ｉ面と第（ｉ＋１）面間の媒質の屈折率とアッベ数である。また、「Ｅ−Ａ」は、「×１０−Ａ」を表す。
【００３５】
また、第ｉ面が球面である場合、該球面の形状は以下の式で表される。
【００３６】
【数１】
【００３７】
実施例の光学系は、少なくとも回転非対称な非球面を１面以上有し、その形状は以下の式により表す。
【００３８】
z ＝ C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40x4
+C05y5+C23x2y3+C41x4y+C06y6+C24x2y4+C42x4y2+C60x6
上記曲面式は、ｘに関して偶数次の項のみ含むため、上記曲面式により規定される曲面は、ｙｚ面を対称面とする面対称な形状である。
【００３９】
さらに、以下の条件が満たされる場合は、当該面は、ｘｚ面に対して対称な形状を有する。
【００４０】
C03＝C21＝C05＝C23＝C41＝t＝0
さらに、
C02＝C20
C04＝C40＝C22/2
C06＝C60＝C24/3＝C42/3
が満たされる場合は、当該面は回転対称な形状を有する。以上の条件を満たさない場合、当該面は回転非対称な形状を有する。
【実施例１】
【００４１】
図１は本発明の実施例１である投射型画像表示装置の構成を示している。
【００４２】
本実施例の投射型画像表示装置は、図７に示すように、光走査デバイスＭを用いて走査した光束を被投射面であるスクリーンＳに投射する。なお、本実施例の投射型画像表示装置は、スクリーンＳの背面から光を投射して、その透過光によって観察者Ｅに画像を観察させるリアプロジェクションタイプの投射型画像表示装置である。
【００４３】
光走査デバイスＭは、反射面（微小ミラー）の法線方向を２次元方向に変化させることで、該反射面に入射した光束の反射方向を変化させ、これにより反射光束を２次元方向（第１及び第２の方向）に走査する。ただし、光束を光走査デバイスＭにより第１の方向に走査し、その後ガルバノミラーを用いて第１の方向に直交する第２の方向に走査するようにしてもよい。
【００４４】
図１において、Ｐ１，Ｐ２は第１の投射光学系及び第２の投射光学系である。第１の投射光学系Ｐ１から射出した光束は、スクリーンＳのうち第１の投射領域Ｓ１に投射される。また、第２の投射光学系Ｐ２から射出した光束は、スクリーンＳのうち第２の投射領域Ｓ２に投射される。
【００４５】
第１の投射光学系Ｐ１は、これに対応する第１の投射領域Ｓ１からスクリーンＳの法線方向に延びる空間から外れた位置に配置されている。同様に、第２の投射光学系Ｐ２は、これに対応する第２の投射領域Ｓ２からスクリーンＳの法線方向の空間から外れた位置に配置されている。これにより、投射光学系の配置自由度が高くなり、空間の有効利用によって、装置の薄型化を図りつつ、投射光路長を十分長くとることができる。
【００４６】
第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２により投射される２つの画像は、これらの組み合わせによって１つの大きな画像を構成するものでもよいし、投射光学系ごとに別々の画像であってもよい。
【００４７】
ここで、本実施例の投射型画像投射装置は、以下の特徴を有する。
【００４８】
（ａ）まず、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からそれぞれ第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２に投射される２つの光束はいずれも、第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２との境界線Ｂを含みスクリーンＳに直交する仮想面(平面)ＶＰを通過する。
【００４９】
（ｂ）図６には、各投射光学系からスクリーンＳに投射される光束を拡大して示している。図６中の（ＶＰ）は、仮想面ＶＰと平行な面を示す。前述した定義に従い、各投射光学系の入射瞳面（第１面）の中心からその投射光学系に対応する投射領域の中心に至る光線を基準軸光線ＲＲとする。このとき、各投射光学系において、基準軸光線ＲＲと仮想面ＶＰとのなす角度（小さい方の角度）θは、
θ＞３０° …（１）
なる条件を満たすことが望ましい。θが３０°以下であると、各投射光学系（第１の投射光学系及び第２の投射光学系等）がスクリーンＳから離れすぎてしまうため、装置全体の薄型化が困難になってしまう。
【００５０】
（ｃ）さらに、本実施例では、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２のそれぞれから投射される基準軸光線ＲＲが仮想面ＶＰに対してなす角度θは互いに等しい。ここにいう「等しい」には、完全に同じである場合はもちろん、許容される製造誤差や組み立て誤差による差がある場合も含まれる。
【００５１】
（ｄ）また、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２は、スクリーンＳに直交する対称面（本実施例では、仮想面ＶＰ）に対して面対称となるように配置されている。これにより、両投射光学系の配置に関する条件や光学特性を共通化することができ、設計が容易となる。
【００５２】
また、スクリーンＳをフレネルスクリーンとする場合に、各プリズム部を、そのプリズム部の頂点を通る面を対称面とする面対称形状とすることができ、フレネルスクリーンの製作が容易になる。
【００５３】
（ｅ）図１Ａでは、第１の投射領域Ｓ１と第２の投射領域Ｓ２とが重なり合わずに隣接しているように示しているが、実際の画像投射においては隣り合う画像（投射領域）の一部を重ね合わせて個々の投射画像の繋ぎ目を目立たないようにすることも多い。
【００５４】
本実施例において第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２の一部を重ね合わせる場合、その重なり合う部分の面積は、第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２の面積が等しい場合は、各投射領域の面積の１０％以下であることが望ましい。尚、第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２の面積が等しくない場合には、小さい方の投射領域の面積の１０％以下であることが望ましい。この重なり合う部分の面積が１０％を超えると、被投射面（スクリーン）に複数の画像を投射して大きな画像を形成する、と言う効果が薄れてしまう。
【００５５】
なお、第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２の一部を重ね合わせる場合において、第１の投射光学系からの光束が通過する仮想面ＶＰは、該重なり合う部分のうち該第１の投射光学系に近い側の端部を「境界線」とし、その境界線を含む面と考えればよい。第２の投射光学系からの光束が通過する仮想面ＶＰも同様に、該重なり合う部分のうち該第２の投射光学系に近い側の端部を「境界線」として、その境界線を含む面と考えればよい。
【００５６】
（ｆ）また、図２に示すように、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からの２本の基準軸光線ＲＲの最終結像面、すなわち第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２の中心Ｏ１，Ｏ２を含みスクリーンＳに直交する面を仮想面ＶＰ′とする。このとき、該仮想面ＶＰ′に射影された２本の基準軸光線ＲＲ′は互いに交差する。射影された基準軸光線ＲＲ′が互いに交差するとは、本来の２本の基準軸光線ＲＲが同一平面上に存在しない場合も含む意味である。
【００５７】
図５には、本実施例に対する比較例を示す。図５では、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からそれぞれ第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２に投射される２つの光束はいずれも、図１に示した仮想面ＶＰを通過しない。言い換えれば、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からの２本の基準軸光線ＲＲを図２に示した仮想面ＶＰ′に射影したときに、これら射影された２本の基準軸光線ＲＲ′は交差しない。
【００５８】
図５に示す場合は、装置としての薄型化は達成できているものの、スクリーンＳに沿った横方向の広がりが本実施例に比べてはるかに大きい。すなわち、本実施例の場合は、装置を薄型化しつつ横方向の広がりも抑えることができる。
【００５９】
このように、本実施例では、前述した特徴を満足することにより、スクリーンＳに面した空間を有効に利用して装置の小型化と大画面表示とを達成している。また、本実施例の構成によれば、投射光路長を十分に長くとれるので、投射光学系が低倍率でよく、収差の発生を抑え易い。
【００６０】
次に、本実施例の第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２について、図６及び図７を用いて説明する。本実施例では、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２は同一の構成を有し、前述したように対称面に対して対称配置されているに過ぎない。このため、両投射光学系Ｐ１，Ｐ２を共通の図を用いて説明する。
【００６１】
図６は、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からスクリーンＳに投射される光束を示し、図７は投射光学系を拡大した図である。
【００６２】
図７において、ＬＣは発光ダイオードやレーザ等の変調光発振器とコリメータレンズを含む光源光学系であり、平行光束を射出する。Ｍは光源光学系ＬＣからの平行光束を微小ミラーの揺動によって２次元方向に走査する光走査デバイスである。光走査デバイスＭとしては、ＭＥＭＳ（Microelectro Mechanical System）ミラーデバイス等を用いることができる。
【００６３】
上述した変調光発振器と光走査デバイスＭには駆動回路１０が接続されている。駆動回路１０には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置２０からの画像信号（画像情報）が入力される。本実施例の投射型画像投射装置と画像供給装置２０とにより画像表示システムが構成される。
【００６４】
駆動回路１０は、入力された画像信号に基づいて変調光発振器を変調動作させ、また該変調動作と同期するように光走査デバイスＭを駆動する。
【００６５】
光走査デバイス（微小ミラー）Ｍは、投射光学系の絞り位置（入射瞳位置）ＳＳ（ＩＮＰ）に配置されている。この絞り位置ＳＳ（ＩＮＰ）は、面Ｒ１でもある。
【００６６】
Ｒ２〜Ｒ７は光走査デバイスＭからの光束をスクリーンＳに投射する投射光学系を構成する光学面である。面Ｒ２は、ガラスで満たされた光学素子において走査デバイスＭからの光束が入射する屈折面（透過面）であり、面Ｒ７は、同光学素子から光束を射出させる屈折面（透過面）である。面Ｒ３〜Ｒ６は、Off-Axial反射面である。
【００６７】
本実施例に従う数値例を以下に示す。本数値例の像面（投射領域）Ｓ１，Ｓ２の大きさは、縦横比３：４の２０インチ（３０４．８×４０６．４ｍｍ）である。また、走査デバイスＭによる第１の方向での光線の振れ角は±１４．８３°、第２の方向での光線の振れ角は±１１．１４°である。
【００６８】
また、本実施例の投射光学系は、光走査デバイスＭからの光束を面Ｒ４と面Ｒ５との間で１次結像させ、その後、スクリーンＳ上にて２次結像させる。投射光学系内で中間像を形成することで、広画角でありながらコンパクトな光学系とすることができる。
【００６９】
基準軸光線ＲＲの仮想面ＶＰとなす角度θは８０°である。
【００７０】
表１は、本数値例における構成データである。
【００７１】
《表１》
入射瞳径 3ｍｍ
面 Yi Zi Di θx,i Ni υi
1 0.00 0.00 2.00 0.00 1 絞り・微小ミラー
2 0.00 2.00 8.61 0.00 1.55800 62.50 透過面
3 0.00 10.61 9.73 15.87 1.55800 62.50 反射面
4 -5.12 2.34 10.00 -15.73 1.55800 62.50 反射面
5 -5.07 12.34 15.00 20.53 1.55800 62.50 反射面
6 -14.98 1.08 27.55 -35.78 1.55800 62.50 反射面
7 -28.85 24.89 347.72 0.00 1 透過面
8 -203.89 325.33 80.00 1 像面
非球面形状
R2面
C02: -9.3527E-03 C03: -1.6294E-03 C04: -1.3255E-04
C05: -2.7035E-05 C06: 1.9414E-05 C20: 1.3885E-02
C21: 1.9621E-03 C22: 2.0264E-04 C23: -1.4778E-04
C24: -9.8430E-05 C40: 8.9199E-05 C41: -5.8187E-05
C42: -6.5832E-05 C60: -1.7632E-05
R3面
C02: -2.1171E-02 C03: 1.0316E-04 C04: 5.5806E-06
C05: 9.6184E-06 C06: 1.9853E-06 C20: -1.5193E-02
C21: 9.9245E-04 C22: 5.1798E-06 C23: 2.3916E-06
C24: 6.7294E-07 C40: 2.5602E-05 C41: -4.1661E-06
C42: -1.7045E-06 C60: -7.9580E-07
R4面
C02: 3.5920E-03 C03: 1.3170E-02 C04: -1.3567E-03
C05: -2.5023E-04 C06: 4.4001E-05 C20: -1.7325E-02
C21: 1.1861E-02 C22: -2.4050E-03 C23: 4.2607E-04
C24: -3.5397E-05 C40: 1.6168E-04 C41: -4.0710E-05
C42: 1.1783E-05 C60: 3.4274E-07
R5面
C02: 1.5387E-02 C03: 4.9879E-03 C04: 4.0981E-04
C05: 1.0408E-05 C06: -1.4041E-07 C20: 9.6541E-03
C21: 6.2084E-03 C22: 1.2503E-03 C23: 8.8342E-05
C24: 2.1514E-06 C40: 2.7004E-04 C41: 5.5715E-05
C42: 2.6313E-06 C60: 2.1528E-07
R6面
C02: 1.0159E-02 C03: 1.6732E-04 C04: 2.5270E-06
C05: 7.7411E-08 C06: 1.6187E-09 C20: 2.2607E-02
C21: 3.4616E-05 C22: 1.7616E-05 C23: -3.9038E-09
C24: 1.9843E-08 C40: 7.3369E-06 C41: 2.0224E-07
C42: 2.6133E-08 C60: 1.3699E-08
R7面
C02: -2.0654E-03 C03: -2.4450E-04 C04: -8.4202E-06
C05: 3.9863E-07 C06: 2.8939E-08 C20: 4.8352E-02
C21: -2.2357E-03 C22: 1.6458E-04 C23: -1.2490E-05
C24: 1.0470E-07 C40: 3.2638E-04 C41: -8.4566E-05
C42: -1.4700E-05 C60: -3.2472E-05
次に、本実施例における光学作用について説明する。まず、本実施例の投射光学系における像面Ｓでの横収差を評価するための評価位置を、図８に丸囲み数字で示している。図９には、像面における各位置での横収差図を、図１０には上記各評価位置での横収差図を示している。
【００７２】
図９から分かるように、大きなディストーションはなく、非対称なディストーションも少ない。図１０に示す横収差図において、横軸は瞳面上でのｘ軸又はｙ軸であり、縦軸はスクリーン上での収差量を意味する。また、実線は赤波長光、点線は緑波長光、一点鎖線は青波長光の横収差をそれぞれ示している。この図から、投射光束が良好に結像していることが分かる。
【実施例２】
【００７３】
図１１は、本発明の実施例２である投射型画像表示装置を示している。本実施例では、図１４に示すように、光源からの光束を入力された画像信号に応じて変調する液晶表示素子ＬＣＤやデジタルマイクロミラーデバイス等の画像変調パネルを用いている。
【００７４】
また、本実施例の投射型画像表示装置も、実施例１と同様に、スクリーンＳの背面から光を投射して、その透過光によって観察者Ｅに画像を観察させるリアプロジェクションタイプの投射型画像表示装置である。
【００７５】
図１１において、Ｐ１，Ｐ２は第１の投射光学系及び第２の投射光学系である。第１の投射光学系Ｐ１から射出した光束は、スクリーンＳのうち第１の投射領域Ｓ１に投射される。また、第２の投射光学系Ｐ２から射出した光束は、スクリーンＳのうち第２の投射領域Ｓ２に投射される。
【００７６】
第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２により投射される２つの画像は、これらの組み合わせによって１つの大きな画像を構成するものでもよいし、投射光学系ごとに別々の画像であってもよい。
【００７７】
本実施例でも、実施例１で説明した（ａ）〜（ｆ）の特徴を備えている。
【００７８】
図１２には、本実施例に対する比較例を示す。図１２では、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２から第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２に投射される２つの光束はいずれも、実施例１で説明した仮想面ＶＰ（図１参照）を通過しない。また、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からの２本の基準軸光線ＲＲを、実施例１で説明した仮想面ＶＰ′（図２参照）に射影したときに、これら射影された２本の基準軸光線は交差しない。
【００７９】
図１２に示す場合は、装置としての薄型化は達成できているものの、スクリーンＳに沿った横方向の広がりが本実施例に比べてはるかに大きい。すなわち、本実施例の場合は、装置を薄型化しつつ横方向の広がりも抑えることができる。
【００８０】
このように、本実施例でも、実施例１と同様に、前述した特徴を満足することにより、スクリーンＳに面した空間を有効に利用して装置の小型化と大画面表示とを達成している。また、投射光路長を十分に長くとれるので、投射光学系が低倍率でよく、収差の発生を抑え易いことも実施例１と同様である。
【００８１】
次に、本実施例の第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２について、図１３及び図１４を用いて説明する。本実施例でも、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２は同一の構成を有し、前述したように対称面に対して対称配置されているに過ぎない。このため、両投射光学系Ｐ１，Ｐ２を共通の図を用いて説明する。
【００８２】
図１３は、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からスクリーンＳに投射される光束を示し、図１４は投射光学系を拡大した図である。
【００８３】
ＩＬは光源及び集光レンズ等を含む照明光学系であり、テレセントリックに射出した光束を透過型又は反射型の液晶表示素子ＬＣＤに導く。液晶表示素子ＬＣＤから射出した光束は、Off-Axial反射面Ｒ１〜Ｒ６を介してスクリーンＳに投射される。
【００８４】
液晶表示素子ＬＣＤには駆動回路３０が接続されている。駆動回路３０には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置２０からの画像信号（画像情報）が入力される。本実施例の投射型画像投射装置と画像供給装置２０とにより画像表示システムが構成される。
【００８５】
駆動回路３０は、入力された画像信号に基づいて液晶表示素子ＬＣＤに原画を形成させるようこれを駆動する。
【００８６】
本実施例に従う数値例を以下に示す。本数値例の液晶表示素子ＬＣＤのサイズは、縦横比３：４の０．３インチ（４．５７２×６．０９６ｍｍ）である。また、像面（投射領域）Ｓ１，Ｓ２の大きさは、縦横比３：４の２０インチ（３０４．８×４０６．４ｍｍ）である。
【００８７】
また、本実施例の投射光学系は、液晶表示素子ＬＣＤからの光束を面Ｒ１と面Ｒ２との間で１次結像させ、その後、スクリーンＳ上にて２次結像させる。基準軸光線ＲＲの仮想面ＶＰとなす角度θは８０°である。
【００８８】
表２は、本数値例における構成データである。
【００８９】
《表２》
NAO 0.0625
面 Yi Zi Di θx,i Ni υi
1 0.00 20.00 20.00 13.00 1 反射面
2 8.77 2.02 21.50 22.00 1 反射面
3 15.41 22.47 30.00 15.00 1 反射面
4 21.65 -6.87 30.00 20.00 1 反射面
5 35.73 19.62 56.48 15.00 1 反射面
6 37.70 -36.83 400.00 37.52 1 反射面
7 420.29 79.90 80.00 1 像面
非球面形状
R1面
C02: -1.6251E-02 C03: 2.1275E-04 C04: 1.5679E-05
C05: 1.1839E-06 C06: -4.9791E-08 C20: -1.7666E-02
C21: 2.9812E-04 C22: -9.2582E-07 C23: 5.7489E-06
C24: 4.4309E-07 C40: 8.2517E-07 C41: 9.4976E-07
C42: 3.7283E-07 C60: -7.6550E-08
R2面
C02: -2.9231E-02 C03: 3.8179E-03 C04: -6.5183E-04
C05: 1.1283E-05 C06: -3.4623E-08 C20: -1.0807E-02
C21: 3.5439E-03 C22: -1.0951E-03 C23: 1.3748E-04
C24: 1.7804E-06 C40: -2.9065E-04 C41: 9.6226E-05
C42: 9.8096E-07 C60: -2.3592E-08
R3面
C02: -1.2801E-02 C03: 6.7058E-05 C04: -1.2169E-06
C05: -3.7995E-08 C06: -2.0330E-09 C20: -6.2406E-03
C21: 4.6368E-04 C22: 8.1718E-06 C23: 1.5433E-07
C24: 3.4709E-09 C40: -8.2972E-06 C41: -2.3398E-07
C42: -7.6732E-09 C60: 7.1764E-09
R4面
C02: -4.6976E-03 C03: -3.2079E-04 C04: -5.6221E-06
C05: -2.0510E-07 C06: -1.9099E-08 C20: -2.8737E-03
C21: 2.5400E-04 C22: 1.9767E-05 C23: -1.3798E-07
C24: 9.0626E-09 C40: -5.7628E-06 C41: 4.3746E-08
C42: 6.0898E-30 C60: -5.7683E-29
R5面
C02: 3.1379E-04 C03: -2.5574E-04 C04: -1.8990E-06
C05: 6.5609E-07 C06: 2.7004E-22 C20: -1.8388E-03
C21: 4.9864E-05 C22: 3.6315E-06 C23: -2.0975E-07
C24: 3.5021E-18 C40: -1.7462E-06 C41: 2.6720E-08
C42: -2.4221E-10 C60: -1.6058E-26
R6面
C02: 3.8089E-03 C03: 2.3736E-05 C04: 1.7577E-06
C05: 6.1457E-08 C06: -1.2733E-19 C20: 1.0030E-02
C21: 1.5144E-04 C22: 2.6834E-06 C23: 7.5595E-09
C24: -1.0257E-18 C40: -3.8648E-07 C41: 1.4061E-08
C42: 2.4980E-18 C60: 1.6256E-30
次に、本実施例における光学作用について説明する。まず、本実施例の投射光学系における像面Ｓでの横収差を評価するための評価位置は、図８に示した通りである。図１５には、像面における各位置での横収差図を、図１６には上記各評価位置での横収差図を示している。
【００９０】
図１５から分かるように、大きなディストーションはなく、非対称なディストーションも少ない。図１６に示す横収差図の各軸の定義は、実施例１（図１０）にて説明したものと同じであり、実線は赤波長光の横収差を示している。この図から、投射光束が良好に結像していることが分かる。
【００９１】
なお、上記各実施例では、２つの投射光学系を用いる場合について説明したが、本発明は、３つ以上の投射光学系を用いる場合にも適用できる。
【００９２】
また、上記各実施例では、同一構成を有する投射光学系を２つ用いた場合について説明したが、少なくとも上述した（ａ）又は（ｆ）の特徴を具備すれば、互いに構成が異なる投射光学系を用いてもよい。この場合、上述した（ｂ），（ｅ）の特徴を具備するとなおよい。
【実施例３】
【００９３】
図１７Ａ及び図１７Ｂには、本発明の実施例３であるリアプロジェクションタイプの投射型画像投射装置の構成を示している。図１７Ａは上面図、図１７Ｂは正面図である。ただし、図１７Ｂに示す第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２は、実際には、スクリーンＳの周囲に設けられた枠部材の裏側に配置されており、正面からは見えない。このことは、後述する実施例４，５についても同じである。
【００９４】
本実施例では、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からの光束を、平面反射ミラーＭ１で反射してスクリーンＳ上の第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２に導く。これにより、実施例１，２に比べて、投射光路長をより長く確保しつつ、装置をさらに薄型化することができる。
【００９５】
また、第１の投射光学系Ｐ１と第１の投射領域Ｓ１との間のスペースに第２の投射領域Ｓ２を形成し、第２の投射光学系Ｐ２と第２の投射領域Ｓ２との間のスペースに第１の投射領域Ｓ１を形成している。これにより、装置の厚みだけでなく幅も小型化することができる。
【００９６】
本実施例の投射型画像表示装置も、実施例１で説明した特徴（ａ）〜（ｆ）を備えている。このことは、後述する他の実施例でも同様である。また、本実施例の投射型画像投射装置と実施例１にて示した画像供給装置とにより画像表示システムが構成される。このことは、後述する他の実施例においても同様である。
【００９７】
図１８Ａ及び図１８Ｂには、少なくとも特徴（ａ），（ｆ）を具備しない場合を示している。これらの図に示す場合は、装置の奥行きは薄型化することができるが、幅は本実施例の場合に比べてかなり広い。
【００９８】
なお、本実施例では、両投射光学系Ｐ１，Ｐ２からの光束を単一の平面反射ミラーＭ１によりそれぞれの投射領域Ｓ１，Ｓ２に導いているが、投射光学系ごとに平面反射ミラーを設けてもよい。
【実施例４】
【００９９】
図１９Ａ及び図１９Ｂには、本発明の実施例４であるリアプロジェクションタイプの投射型画像投射装置の構成を示している。図１９Ａは上面図、図１９Ｂは正面図である。
【０１００】
本実施例では、第１〜第４の投射光学系Ｐ１〜Ｐ４からの光束を、平面反射ミラーＭ１で反射してスクリーンＳ上の第１〜第４の投射領域Ｓ１〜Ｓ４に導く。基本的に、実施例３の装置を上下に２つ配置したものに相当する。これにより、４つの投射画像により構成される大画面の画像を表示しながらも装置の薄型化と幅の小型化を図っている。
【実施例５】
【０１０１】
図２０には、本発明の実施例５であるリアプロジェクションタイプの投射型画像投射装置の正面図を示している。
【０１０２】
本実施例では、第１〜第４の投射光学系Ｐ１〜Ｐ４からの光束を、不図示の平面反射ミラーで反射してスクリーンＳ上の第１〜第４の投射領域Ｓ１〜Ｓ４に導く点は実施例４と同じである。
【０１０３】
ただし、本実施例では、左下に配置された第１の投射光学系Ｐ１からの光束が、同図において上向きに投射されてスクリーンＳ上における左上の投射領域Ｓ１に投射される。また、左上に配置された第２の投射光学系Ｐ２からの光束が、同図において右方向に投射されてスクリーンＳ上における右上の投射領域Ｓ２に投射される。また、右下に配置された第３の投射光学系Ｐ３からの光束が、同図において左方向に投射されてスクリーンＳ上における左下の投射領域Ｓ３に投射される。さらに、右上に配置された第４の投射光学系Ｐ４からの光束が、同図において下向きに投射されてスクリーンＳ上における右下の投射領域Ｓ４に投射される。
【０１０４】
本実施例では、第１の投射光学系Ｐ１から投射領域（第１の投射領域）Ｓ１に向かう光束が、該投射領域Ｓ１と第３の投射光学系Ｐ３に対応する投射領域（第２の投射領域）Ｓ３との境界を含んでスクリーンＳに直交する仮想面ＶＰ２を通過する。また、第２の投射光学系Ｐ２から投射領域（第１の投射領域）Ｓ２に向かう光束が、該投射領域Ｓ２と第１の投射光学系Ｐ１に対応する投射領域（第２の投射領域）Ｓ１との境界を含んでスクリーンＳに直交する仮想面ＶＰ１を通過する。
【０１０５】
また、第３の投射光学系Ｐ３から投射領域（第１の投射領域）Ｓ３に向かう光束が、該投射領域Ｓ３と第４の投射光学系Ｐ４に対応する投射領域（第２の投射領域）Ｓ４との境界を含んでスクリーンＳに直交する仮想面ＶＰ１を通過する。さらに、第４の投射光学系Ｐ４から投射領域（第１の投射領域）Ｓ４に向かう光束が、該投射領域Ｓ４と第２の投射光学系Ｐ２に対応する投射領域（第２の投射領域）Ｓ２との境界を含んでスクリーンＳに直交する仮想面ＶＰ２を通過する。
【０１０６】
このように、本発明にいう「他の投射光学系」は「第１の投射光学系」の投射方向先方に配置された投射光学系に限らない。
【実施例６】
【０１０７】
図２１Ａ及び図２１Ｂには、本発明の実施例６である投射型画像表示装置の構成を示している。図２１Ａは上面図、図２１Ｂは正面図である。
【０１０８】
実施例１〜５では、リアプロジェクションタイプの投射型画像投射装置について説明した。しかし、本発明は、スクリーンＳに対して前面（正面）側に投射光学系Ｐ１，Ｐ２を配置し、投射光のスクリーンＳでの反射光によって観察者Ｅに画像を観察させるフロントプロジェクションタイプの投射型画像表示装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施例１である投射型画像表示装置の構成を示す上面図。
【図２】実施例１の投射型画像表示装置の特徴を説明する図。
【図３】実施例における座標系の説明図。
【図４】実施例における絶対座標系、基準軸上座標系及びローカル座標系の説明図。
【図５】実施例１に対する比較例の上面図。
【図６】実施例１の投射光学系を示す上面図。
【図７】実施例１の投射光学系の構成を示す拡大図。
【図８】実施例の投射光学系における結像性能の評価位置を示す説明。
【図９】実施例１の投射光学系のディストーションを示す図。
【図１０】実施例１の投射光学系の横収差を示す図。
【図１１】本発明の実施例２である投射型画像表示装置の構成を示す上面図。
【図１２】実施例２に対する比較例の上面図。
【図１３】実施例２の投射光学系を示す上面図。
【図１４】実施例２の投射光学系の構成を示す拡大図。
【図１５】実施例２の投射光学系のディストーションを示す図。
【図１６】実施例１の投射光学系の横収差を示す図。
【図１７Ａ】本発明の実施例３である投射型画像表示装置の構成を示す上面図。
【図１７Ｂ】実施例３の投射型画像表示装置の構成を示す正面図。
【図１８Ａ】実施例３に対する比較例の上面図。
【図１８Ｂ】実施例３に対する比較例の正面図。
【図１９Ａ】本発明の実施例４である投射型画像表示装置の構成を示す上面図。
【図１９Ｂ】実施例４の投射型画像表示装置の構成を示す正面図。
【図２０】本発明の実施例５である投射型画像表示装置の構成を示す正面図。
【図２１Ａ】本発明の実施例６である投射型画像表示装置の構成を示す上面図。
【図２１Ｂ】実施例６の投射型画像表示装置の構成を示す正面図。
【符号の説明】
【０１１０】
Ｐ１〜Ｐ４ 投射光学系
Ｓ１〜Ｓ４ 投射領域
Ｓ スクリーン
ＶＰ，ＶＰ′，ＶＰ１，ＶＰ２ 仮想面
ＲＲ 基準軸光線
ＲＲ′ 仮想面ＶＰ′に射影された基準軸光線
ＬＣＤ 液晶表示素子
Ｍ 光走査デバイス
Ｍ１ 平面反射ミラー
ＳＳ 絞り
ＩＮＰ 投射光学系の入射瞳
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の投射光学系を用いて複数の画像又は該複数の画像により形成される１つの画像を表示する投射型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大画面で高精細な画像を表示できる投射型画像表示装置の１つとして、複数の投射画像を並べて大画面画像とするマルチディスプレイ装置が提案されている。
【０００３】
マルチディスプレイ装置には、例えば特許文献１にて開示されたものがある。この装置では、全投射領域におけるいずれの点においても少なくとも２台のプロジェクタからの投射光を重畳させるタイプの装置である。
【０００４】
また、特許文献２には、反射ミラーを用いて複数のプロジェクタからの投射光を折り曲げて投射距離を確保し、大画面化と装置の小型化とを実現した装置が開示されている。また、この公報には、複数のプロジェクタのうち１つから直接スクリーンに画像を投射し、他のプロジェクタからは反射ミラーを介して画像を投射することで、あたかも１つのプロジェクタからの画像投射が行われているように見せる構成も開示されている。
【０００５】
また、通常のプロジェクタにおいても、装置を薄型化しつつ十分な投射光路長を確保するために、スクリーンに対していわゆる斜め投射を行うものが開示されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００５−２８６７７２号公報（段落００４０、図１〜３等）
【特許文献２】特開２００２−００６３９４号公報（段落００４１，００４９、図１，図３等）
【特許文献３】特開２００４−３０９７６７号公報（段落００４３、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のマルチディスプレイ装置では、各プロジェクタは、被投射面に対して垂直又はそれに近い方向から画像を投射している。この場合、投射光路長を十分に長くするためには、たとえ平面ミラーを用いて光路を折り曲げても、必ずある程度の奥行きが必要になる。このため、装置をさらに薄型化するためには、投射光学系を極端に広画角化する必要があるが、収差等の光学性能面で実現は困難である。すなわち、大画面化と高精細化と薄型化を全て達成することはきわめて困難である。
【０００７】
本発明は、高精細な大画面画像又は複数の画像を表示できる小型の投射型画像表示装置を提供することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての投射型画像表示装置は、それぞれ被投射面上の互いに異なる投射領域に光束を投射する複数の投射光学系を有する。そして、各投射光学系は、その投射光学系に対応する第１の投射領域に対して、光束を、該第１の投射領域と他の投射光学系に対応する第２の投射領域との境界線を含み被投射面に直交する仮想面を通過させて投射することを特徴とする。
【０００９】
なお、上記投射型画像表示装置と、これに画像情報を供給する画像供給装置とを含む画像表示システムも本発明の他の側面を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の投射光学系から被投射面への投射光路を上記のように配置して空間を有効に活用することにより、コンパクトでありながらも個々の投射光学系の投射光路長を十分に確保でき、高精細な大画面画像又は複数の画像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
まず、実施例の説明に入る前に、実施例の構成諸元の表し方及び実施例全体の共通事項について説明する。図３は、実施例における光学系の構成データを定義する座標系の説明図である。
【００１３】
実施例では、物体側から像面に進む１つの光線（図３中に一点鎖線で示し、基準軸光線という）に沿ってｉ番目の面を第ｉ面とする。
【００１４】
図３において、第１面Ｒ１は屈折面、第２面Ｒ２は第１面Ｒ１に対してチルトした反射面である。第３面Ｒ３及び第４面Ｒ４はそれぞれの直前の面に対してシフト及びチルトした反射面である。また、第５面Ｒ５は、第４面Ｒ４に対してシフト及びチルトした屈折面である。
【００１５】
第１面Ｒ１から第５面Ｒ５までのそれぞれの面は、ガラスやプラスチック等の媒質で構成される１つの光学素子上に形成されている。該光学素子を、図３中では、第１の光学素子Ｂとする。図３では、不図示の物体面から第１面Ｒ１までの媒質は空気、第１面Ｒ１から第５面Ｒ５まではある共通の媒質、第５面Ｒ５から不図示の第６面Ｒ６までの媒質は空気である。
【００１６】
実施例の光学系はOff-Axial光学系である。このため、光学系を構成する各面は、共通の光軸を持っていない。そこで、実施例においては、まず第１面の中心を原点とする絶対座標系を設定する。そして、第１面の中心点を原点とすると共に、原点と最終結像面の中心とを通る光線（基準軸光線）の経路を光学系の基準軸と定義する。さらに、実施例中の基準軸は方向（向き）を持っており、その方向は、基準軸光線が結像に際して進行する方向である。
【００１７】
実施例においては光学系の基準となる基準軸を上記のように設定したが、光学系の基準となる軸の決め方は、光学設計上、収差の取り纏め上、若しくは光学系を構成する各面の形状を表現する上で都合の良い軸を採用することもできる。但し、一般的には像面の中心と、絞り、入射瞳、射出瞳、光学系の第１面の中心又は最終面の中心のいずれかを通る光線の経路を基準軸に設定するとよい。
【００１８】
実施例においては、基準軸は第１面の中心点を通り、最終結像面の中心へ至る基準軸光線が、各屈折面及び各反射面によって屈折及び反射する経路を基準軸に設定する。各面の順番は、基準軸光線が屈折と反射を受ける順番に設定する。
【００１９】
基準軸は、設定された各面の順番に沿って、屈折又は反射の法則に従ってその方向を変化させつつ最終的に像面の中心に到達する。なお、実施例において、物体側、パネル側、像側、像面側等とは、基準軸の方向に対してどちら側であるかを意味している。
【００２０】
実施例における光学系の絶対座標系の各軸は以下のように定義される。
【００２１】
Ｚ軸：原点と物体面中心を通る直線であり、物体面から第１面Ｒ１に向かう方向を正とする。
【００２２】
Ｙ軸：原点を通り、右手座標系の定義に従ってＺ軸に対して反時計回りに９０゜をなす直線とする。
【００２３】
Ｘ軸：原点を通り、Ｚ及びＹ軸に対して直交する直線とする。
【００２４】
光学系を構成する第ｉ面の面形状及びチルト角を表すために、絶対座標系にてその面の形状及びチルト角を表記する方法もある。しかし、これよりも、基準軸と第ｉ面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定し、該ローカル座標系でその面の面形状を表すとともに、基準軸とローカル座標系のなす角度でチルト角を表した方が形状を認識し易い。このため、実施例では、第ｉ面の面形状及びチルト角を、以下のように定義されるローカル座標系で表す。
【００２５】
そのために、まず基準軸上の任意の点に対して、以下の基準軸上座標系を設定する。
【００２６】
ｚｂ軸：基準軸上の任意の点を通る直線であり、基準軸の方向を正とする。基準軸の偏向点においては入射方向を正とする。
【００２７】
ｙｂ軸：基準軸上の任意の点を通り、右手座標系の定義に従ってｚｂ軸に対して反時計回りに９０゜をなす直線とする。該直線は、絶対座標系の原点で絶対座標系のＹ軸と一致する。なお、ｚｂ軸に対する回転はないものとする
ｘｂ軸：基準軸上の任意の点を通り、ｚｂ及びｙｂ軸に直交する直線とする。
【００２８】
次にローカル座標系を、以下のように設定する。
【００２９】
ｚ軸：ローカル座標の原点を通る面法線とする。
【００３０】
ｙ軸：ローカル座標の原点を通り、右手座標系の定義に従ってｚ方向に対し反時計方向に９０゜をなす直線とする。
【００３１】
ｘ軸：ローカル座標の原点を通り、ｙｂ−ｚｂ面に対して直交する直線とする。
【００３２】
したがって、第ｉ面のｙｂ−ｚｂ面内でのチルト角は、ローカル座標系のｚ軸が基準軸上座標系のｚｂ軸に対してなす鋭角であり、反時計回り方向を正とした角度θｘｂ，ｉ （単位°）とする。また、第ｉ面のｘｂ−ｚｂ面内でのチルト角は、ローカル座標系のｚ軸が基準軸上座標系のｚｂ軸に対してなす鋭角であり、反時計回り方向を正とした角度θｙｂ，ｉ（単位°）とする。さらに、第ｉ面のｘｂ−ｙｂ面内でのチルト角は、ローカル座標系のｚ軸が絶対座標系のｙｂ軸に対してなす鋭角であり、反時計回り方向を正とした角度θｚｂ，ｉ（単位°）で表す。
【００３３】
ただし、通常、θｚｂ，ｉは面の回転に相当するもので、本発明の実施例においては存在しない。図７は、これらの絶対座標系、基準軸上座標系及びローカル座標系の相互関係を表している。
【００３４】
また、実施例において、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面とのローカル座標の原点間の間隔を表すスカラー量である。Ｎｄｉ，νｄｉはそれぞれ、第ｉ面と第（ｉ＋１）面間の媒質の屈折率とアッベ数である。また、「Ｅ−Ａ」は、「×１０−Ａ」を表す。
【００３５】
また、第ｉ面が球面である場合、該球面の形状は以下の式で表される。
【００３６】
【数１】
【００３７】
実施例の光学系は、少なくとも回転非対称な非球面を１面以上有し、その形状は以下の式により表す。
【００３８】
z ＝ C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40x4
+C05y5+C23x2y3+C41x4y+C06y6+C24x2y4+C42x4y2+C60x6
上記曲面式は、ｘに関して偶数次の項のみ含むため、上記曲面式により規定される曲面は、ｙｚ面を対称面とする面対称な形状である。
【００３９】
さらに、以下の条件が満たされる場合は、当該面は、ｘｚ面に対して対称な形状を有する。
【００４０】
C03＝C21＝C05＝C23＝C41＝t＝0
さらに、
C02＝C20
C04＝C40＝C22/2
C06＝C60＝C24/3＝C42/3
が満たされる場合は、当該面は回転対称な形状を有する。以上の条件を満たさない場合、当該面は回転非対称な形状を有する。
【実施例１】
【００４１】
図１は本発明の実施例１である投射型画像表示装置の構成を示している。
【００４２】
本実施例の投射型画像表示装置は、図７に示すように、光走査デバイスＭを用いて走査した光束を被投射面であるスクリーンＳに投射する。なお、本実施例の投射型画像表示装置は、スクリーンＳの背面から光を投射して、その透過光によって観察者Ｅに画像を観察させるリアプロジェクションタイプの投射型画像表示装置である。
【００４３】
光走査デバイスＭは、反射面（微小ミラー）の法線方向を２次元方向に変化させることで、該反射面に入射した光束の反射方向を変化させ、これにより反射光束を２次元方向（第１及び第２の方向）に走査する。ただし、光束を光走査デバイスＭにより第１の方向に走査し、その後ガルバノミラーを用いて第１の方向に直交する第２の方向に走査するようにしてもよい。
【００４４】
図１において、Ｐ１，Ｐ２は第１の投射光学系及び第２の投射光学系である。第１の投射光学系Ｐ１から射出した光束は、スクリーンＳのうち第１の投射領域Ｓ１に投射される。また、第２の投射光学系Ｐ２から射出した光束は、スクリーンＳのうち第２の投射領域Ｓ２に投射される。
【００４５】
第１の投射光学系Ｐ１は、これに対応する第１の投射領域Ｓ１からスクリーンＳの法線方向に延びる空間から外れた位置に配置されている。同様に、第２の投射光学系Ｐ２は、これに対応する第２の投射領域Ｓ２からスクリーンＳの法線方向の空間から外れた位置に配置されている。これにより、投射光学系の配置自由度が高くなり、空間の有効利用によって、装置の薄型化を図りつつ、投射光路長を十分長くとることができる。
【００４６】
第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２により投射される２つの画像は、これらの組み合わせによって１つの大きな画像を構成するものでもよいし、投射光学系ごとに別々の画像であってもよい。
【００４７】
ここで、本実施例の投射型画像投射装置は、以下の特徴を有する。
【００４８】
（ａ）まず、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からそれぞれ第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２に投射される２つの光束はいずれも、第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２との境界線Ｂを含みスクリーンＳに直交する仮想面(平面)ＶＰを通過する。
【００４９】
（ｂ）図６には、各投射光学系からスクリーンＳに投射される光束を拡大して示している。図６中の（ＶＰ）は、仮想面ＶＰと平行な面を示す。前述した定義に従い、各投射光学系の入射瞳面（第１面）の中心からその投射光学系に対応する投射領域の中心に至る光線を基準軸光線ＲＲとする。このとき、各投射光学系において、基準軸光線ＲＲと仮想面ＶＰとのなす角度（小さい方の角度）θは、
θ＞３０° …（１）
なる条件を満たすことが望ましい。θが３０°以下であると、各投射光学系（第１の投射光学系及び第２の投射光学系等）がスクリーンＳから離れすぎてしまうため、装置全体の薄型化が困難になってしまう。
【００５０】
（ｃ）さらに、本実施例では、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２のそれぞれから投射される基準軸光線ＲＲが仮想面ＶＰに対してなす角度θは互いに等しい。ここにいう「等しい」には、完全に同じである場合はもちろん、許容される製造誤差や組み立て誤差による差がある場合も含まれる。
【００５１】
（ｄ）また、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２は、スクリーンＳに直交する対称面（本実施例では、仮想面ＶＰ）に対して面対称となるように配置されている。これにより、両投射光学系の配置に関する条件や光学特性を共通化することができ、設計が容易となる。
【００５２】
また、スクリーンＳをフレネルスクリーンとする場合に、各プリズム部を、そのプリズム部の頂点を通る面を対称面とする面対称形状とすることができ、フレネルスクリーンの製作が容易になる。
【００５３】
（ｅ）図１Ａでは、第１の投射領域Ｓ１と第２の投射領域Ｓ２とが重なり合わずに隣接しているように示しているが、実際の画像投射においては隣り合う画像（投射領域）の一部を重ね合わせて個々の投射画像の繋ぎ目を目立たないようにすることも多い。
【００５４】
本実施例において第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２の一部を重ね合わせる場合、その重なり合う部分の面積は、第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２の面積が等しい場合は、各投射領域の面積の１０％以下であることが望ましい。尚、第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２の面積が等しくない場合には、小さい方の投射領域の面積の１０％以下であることが望ましい。この重なり合う部分の面積が１０％を超えると、被投射面（スクリーン）に複数の画像を投射して大きな画像を形成する、と言う効果が薄れてしまう。
【００５５】
なお、第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２の一部を重ね合わせる場合において、第１の投射光学系からの光束が通過する仮想面ＶＰは、該重なり合う部分のうち該第１の投射光学系に近い側の端部を「境界線」とし、その境界線を含む面と考えればよい。第２の投射光学系からの光束が通過する仮想面ＶＰも同様に、該重なり合う部分のうち該第２の投射光学系に近い側の端部を「境界線」として、その境界線を含む面と考えればよい。
【００５６】
（ｆ）また、図２に示すように、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からの２本の基準軸光線ＲＲの最終結像面、すなわち第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２の中心Ｏ１，Ｏ２を含みスクリーンＳに直交する面を仮想面ＶＰ′とする。このとき、該仮想面ＶＰ′に射影された２本の基準軸光線ＲＲ′は互いに交差する。射影された基準軸光線ＲＲ′が互いに交差するとは、本来の２本の基準軸光線ＲＲが同一平面上に存在しない場合も含む意味である。
【００５７】
図５には、本実施例に対する比較例を示す。図５では、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からそれぞれ第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２に投射される２つの光束はいずれも、図１に示した仮想面ＶＰを通過しない。言い換えれば、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からの２本の基準軸光線ＲＲを図２に示した仮想面ＶＰ′に射影したときに、これら射影された２本の基準軸光線ＲＲ′は交差しない。
【００５８】
図５に示す場合は、装置としての薄型化は達成できているものの、スクリーンＳに沿った横方向の広がりが本実施例に比べてはるかに大きい。すなわち、本実施例の場合は、装置を薄型化しつつ横方向の広がりも抑えることができる。
【００５９】
このように、本実施例では、前述した特徴を満足することにより、スクリーンＳに面した空間を有効に利用して装置の小型化と大画面表示とを達成している。また、本実施例の構成によれば、投射光路長を十分に長くとれるので、投射光学系が低倍率でよく、収差の発生を抑え易い。
【００６０】
次に、本実施例の第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２について、図６及び図７を用いて説明する。本実施例では、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２は同一の構成を有し、前述したように対称面に対して対称配置されているに過ぎない。このため、両投射光学系Ｐ１，Ｐ２を共通の図を用いて説明する。
【００６１】
図６は、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からスクリーンＳに投射される光束を示し、図７は投射光学系を拡大した図である。
【００６２】
図７において、ＬＣは発光ダイオードやレーザ等の変調光発振器とコリメータレンズを含む光源光学系であり、平行光束を射出する。Ｍは光源光学系ＬＣからの平行光束を微小ミラーの揺動によって２次元方向に走査する光走査デバイスである。光走査デバイスＭとしては、ＭＥＭＳ（Microelectro Mechanical System）ミラーデバイス等を用いることができる。
【００６３】
上述した変調光発振器と光走査デバイスＭには駆動回路１０が接続されている。駆動回路１０には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置２０からの画像信号（画像情報）が入力される。本実施例の投射型画像投射装置と画像供給装置２０とにより画像表示システムが構成される。
【００６４】
駆動回路１０は、入力された画像信号に基づいて変調光発振器を変調動作させ、また該変調動作と同期するように光走査デバイスＭを駆動する。
【００６５】
光走査デバイス（微小ミラー）Ｍは、投射光学系の絞り位置（入射瞳位置）ＳＳ（ＩＮＰ）に配置されている。この絞り位置ＳＳ（ＩＮＰ）は、面Ｒ１でもある。
【００６６】
Ｒ２〜Ｒ７は光走査デバイスＭからの光束をスクリーンＳに投射する投射光学系を構成する光学面である。面Ｒ２は、ガラスで満たされた光学素子において走査デバイスＭからの光束が入射する屈折面（透過面）であり、面Ｒ７は、同光学素子から光束を射出させる屈折面（透過面）である。面Ｒ３〜Ｒ６は、Off-Axial反射面である。
【００６７】
本実施例に従う数値例を以下に示す。本数値例の像面（投射領域）Ｓ１，Ｓ２の大きさは、縦横比３：４の２０インチ（３０４．８×４０６．４ｍｍ）である。また、走査デバイスＭによる第１の方向での光線の振れ角は±１４．８３°、第２の方向での光線の振れ角は±１１．１４°である。
【００６８】
また、本実施例の投射光学系は、光走査デバイスＭからの光束を面Ｒ４と面Ｒ５との間で１次結像させ、その後、スクリーンＳ上にて２次結像させる。投射光学系内で中間像を形成することで、広画角でありながらコンパクトな光学系とすることができる。
【００６９】
基準軸光線ＲＲの仮想面ＶＰとなす角度θは８０°である。
【００７０】
表１は、本数値例における構成データである。
【００７１】
《表１》
入射瞳径 3ｍｍ
面 Yi Zi Di θx,i Ni υi
1 0.00 0.00 2.00 0.00 1 絞り・微小ミラー
2 0.00 2.00 8.61 0.00 1.55800 62.50 透過面
3 0.00 10.61 9.73 15.87 1.55800 62.50 反射面
4 -5.12 2.34 10.00 -15.73 1.55800 62.50 反射面
5 -5.07 12.34 15.00 20.53 1.55800 62.50 反射面
6 -14.98 1.08 27.55 -35.78 1.55800 62.50 反射面
7 -28.85 24.89 347.72 0.00 1 透過面
8 -203.89 325.33 80.00 1 像面
非球面形状
R2面
C02: -9.3527E-03 C03: -1.6294E-03 C04: -1.3255E-04
C05: -2.7035E-05 C06: 1.9414E-05 C20: 1.3885E-02
C21: 1.9621E-03 C22: 2.0264E-04 C23: -1.4778E-04
C24: -9.8430E-05 C40: 8.9199E-05 C41: -5.8187E-05
C42: -6.5832E-05 C60: -1.7632E-05
R3面
C02: -2.1171E-02 C03: 1.0316E-04 C04: 5.5806E-06
C05: 9.6184E-06 C06: 1.9853E-06 C20: -1.5193E-02
C21: 9.9245E-04 C22: 5.1798E-06 C23: 2.3916E-06
C24: 6.7294E-07 C40: 2.5602E-05 C41: -4.1661E-06
C42: -1.7045E-06 C60: -7.9580E-07
R4面
C02: 3.5920E-03 C03: 1.3170E-02 C04: -1.3567E-03
C05: -2.5023E-04 C06: 4.4001E-05 C20: -1.7325E-02
C21: 1.1861E-02 C22: -2.4050E-03 C23: 4.2607E-04
C24: -3.5397E-05 C40: 1.6168E-04 C41: -4.0710E-05
C42: 1.1783E-05 C60: 3.4274E-07
R5面
C02: 1.5387E-02 C03: 4.9879E-03 C04: 4.0981E-04
C05: 1.0408E-05 C06: -1.4041E-07 C20: 9.6541E-03
C21: 6.2084E-03 C22: 1.2503E-03 C23: 8.8342E-05
C24: 2.1514E-06 C40: 2.7004E-04 C41: 5.5715E-05
C42: 2.6313E-06 C60: 2.1528E-07
R6面
C02: 1.0159E-02 C03: 1.6732E-04 C04: 2.5270E-06
C05: 7.7411E-08 C06: 1.6187E-09 C20: 2.2607E-02
C21: 3.4616E-05 C22: 1.7616E-05 C23: -3.9038E-09
C24: 1.9843E-08 C40: 7.3369E-06 C41: 2.0224E-07
C42: 2.6133E-08 C60: 1.3699E-08
R7面
C02: -2.0654E-03 C03: -2.4450E-04 C04: -8.4202E-06
C05: 3.9863E-07 C06: 2.8939E-08 C20: 4.8352E-02
C21: -2.2357E-03 C22: 1.6458E-04 C23: -1.2490E-05
C24: 1.0470E-07 C40: 3.2638E-04 C41: -8.4566E-05
C42: -1.4700E-05 C60: -3.2472E-05
次に、本実施例における光学作用について説明する。まず、本実施例の投射光学系における像面Ｓでの横収差を評価するための評価位置を、図８に丸囲み数字で示している。図９には、像面における各位置での横収差図を、図１０には上記各評価位置での横収差図を示している。
【００７２】
図９から分かるように、大きなディストーションはなく、非対称なディストーションも少ない。図１０に示す横収差図において、横軸は瞳面上でのｘ軸又はｙ軸であり、縦軸はスクリーン上での収差量を意味する。また、実線は赤波長光、点線は緑波長光、一点鎖線は青波長光の横収差をそれぞれ示している。この図から、投射光束が良好に結像していることが分かる。
【実施例２】
【００７３】
図１１は、本発明の実施例２である投射型画像表示装置を示している。本実施例では、図１４に示すように、光源からの光束を入力された画像信号に応じて変調する液晶表示素子ＬＣＤやデジタルマイクロミラーデバイス等の画像変調パネルを用いている。
【００７４】
また、本実施例の投射型画像表示装置も、実施例１と同様に、スクリーンＳの背面から光を投射して、その透過光によって観察者Ｅに画像を観察させるリアプロジェクションタイプの投射型画像表示装置である。
【００７５】
図１１において、Ｐ１，Ｐ２は第１の投射光学系及び第２の投射光学系である。第１の投射光学系Ｐ１から射出した光束は、スクリーンＳのうち第１の投射領域Ｓ１に投射される。また、第２の投射光学系Ｐ２から射出した光束は、スクリーンＳのうち第２の投射領域Ｓ２に投射される。
【００７６】
第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２により投射される２つの画像は、これらの組み合わせによって１つの大きな画像を構成するものでもよいし、投射光学系ごとに別々の画像であってもよい。
【００７７】
本実施例でも、実施例１で説明した（ａ）〜（ｆ）の特徴を備えている。
【００７８】
図１２には、本実施例に対する比較例を示す。図１２では、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２から第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２に投射される２つの光束はいずれも、実施例１で説明した仮想面ＶＰ（図１参照）を通過しない。また、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からの２本の基準軸光線ＲＲを、実施例１で説明した仮想面ＶＰ′（図２参照）に射影したときに、これら射影された２本の基準軸光線は交差しない。
【００７９】
図１２に示す場合は、装置としての薄型化は達成できているものの、スクリーンＳに沿った横方向の広がりが本実施例に比べてはるかに大きい。すなわち、本実施例の場合は、装置を薄型化しつつ横方向の広がりも抑えることができる。
【００８０】
このように、本実施例でも、実施例１と同様に、前述した特徴を満足することにより、スクリーンＳに面した空間を有効に利用して装置の小型化と大画面表示とを達成している。また、投射光路長を十分に長くとれるので、投射光学系が低倍率でよく、収差の発生を抑え易いことも実施例１と同様である。
【００８１】
次に、本実施例の第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２について、図１３及び図１４を用いて説明する。本実施例でも、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２は同一の構成を有し、前述したように対称面に対して対称配置されているに過ぎない。このため、両投射光学系Ｐ１，Ｐ２を共通の図を用いて説明する。
【００８２】
図１３は、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からスクリーンＳに投射される光束を示し、図１４は投射光学系を拡大した図である。
【００８３】
ＩＬは光源及び集光レンズ等を含む照明光学系であり、テレセントリックに射出した光束を透過型又は反射型の液晶表示素子ＬＣＤに導く。液晶表示素子ＬＣＤから射出した光束は、Off-Axial反射面Ｒ１〜Ｒ６を介してスクリーンＳに投射される。
【００８４】
液晶表示素子ＬＣＤには駆動回路３０が接続されている。駆動回路３０には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置２０からの画像信号（画像情報）が入力される。本実施例の投射型画像投射装置と画像供給装置２０とにより画像表示システムが構成される。
【００８５】
駆動回路３０は、入力された画像信号に基づいて液晶表示素子ＬＣＤに原画を形成させるようこれを駆動する。
【００８６】
本実施例に従う数値例を以下に示す。本数値例の液晶表示素子ＬＣＤのサイズは、縦横比３：４の０．３インチ（４．５７２×６．０９６ｍｍ）である。また、像面（投射領域）Ｓ１，Ｓ２の大きさは、縦横比３：４の２０インチ（３０４．８×４０６．４ｍｍ）である。
【００８７】
また、本実施例の投射光学系は、液晶表示素子ＬＣＤからの光束を面Ｒ１と面Ｒ２との間で１次結像させ、その後、スクリーンＳ上にて２次結像させる。基準軸光線ＲＲの仮想面ＶＰとなす角度θは８０°である。
【００８８】
表２は、本数値例における構成データである。
【００８９】
《表２》
NAO 0.0625
面 Yi Zi Di θx,i Ni υi
1 0.00 20.00 20.00 13.00 1 反射面
2 8.77 2.02 21.50 22.00 1 反射面
3 15.41 22.47 30.00 15.00 1 反射面
4 21.65 -6.87 30.00 20.00 1 反射面
5 35.73 19.62 56.48 15.00 1 反射面
6 37.70 -36.83 400.00 37.52 1 反射面
7 420.29 79.90 80.00 1 像面
非球面形状
R1面
C02: -1.6251E-02 C03: 2.1275E-04 C04: 1.5679E-05
C05: 1.1839E-06 C06: -4.9791E-08 C20: -1.7666E-02
C21: 2.9812E-04 C22: -9.2582E-07 C23: 5.7489E-06
C24: 4.4309E-07 C40: 8.2517E-07 C41: 9.4976E-07
C42: 3.7283E-07 C60: -7.6550E-08
R2面
C02: -2.9231E-02 C03: 3.8179E-03 C04: -6.5183E-04
C05: 1.1283E-05 C06: -3.4623E-08 C20: -1.0807E-02
C21: 3.5439E-03 C22: -1.0951E-03 C23: 1.3748E-04
C24: 1.7804E-06 C40: -2.9065E-04 C41: 9.6226E-05
C42: 9.8096E-07 C60: -2.3592E-08
R3面
C02: -1.2801E-02 C03: 6.7058E-05 C04: -1.2169E-06
C05: -3.7995E-08 C06: -2.0330E-09 C20: -6.2406E-03
C21: 4.6368E-04 C22: 8.1718E-06 C23: 1.5433E-07
C24: 3.4709E-09 C40: -8.2972E-06 C41: -2.3398E-07
C42: -7.6732E-09 C60: 7.1764E-09
R4面
C02: -4.6976E-03 C03: -3.2079E-04 C04: -5.6221E-06
C05: -2.0510E-07 C06: -1.9099E-08 C20: -2.8737E-03
C21: 2.5400E-04 C22: 1.9767E-05 C23: -1.3798E-07
C24: 9.0626E-09 C40: -5.7628E-06 C41: 4.3746E-08
C42: 6.0898E-30 C60: -5.7683E-29
R5面
C02: 3.1379E-04 C03: -2.5574E-04 C04: -1.8990E-06
C05: 6.5609E-07 C06: 2.7004E-22 C20: -1.8388E-03
C21: 4.9864E-05 C22: 3.6315E-06 C23: -2.0975E-07
C24: 3.5021E-18 C40: -1.7462E-06 C41: 2.6720E-08
C42: -2.4221E-10 C60: -1.6058E-26
R6面
C02: 3.8089E-03 C03: 2.3736E-05 C04: 1.7577E-06
C05: 6.1457E-08 C06: -1.2733E-19 C20: 1.0030E-02
C21: 1.5144E-04 C22: 2.6834E-06 C23: 7.5595E-09
C24: -1.0257E-18 C40: -3.8648E-07 C41: 1.4061E-08
C42: 2.4980E-18 C60: 1.6256E-30
次に、本実施例における光学作用について説明する。まず、本実施例の投射光学系における像面Ｓでの横収差を評価するための評価位置は、図８に示した通りである。図１５には、像面における各位置での横収差図を、図１６には上記各評価位置での横収差図を示している。
【００９０】
図１５から分かるように、大きなディストーションはなく、非対称なディストーションも少ない。図１６に示す横収差図の各軸の定義は、実施例１（図１０）にて説明したものと同じであり、実線は赤波長光の横収差を示している。この図から、投射光束が良好に結像していることが分かる。
【００９１】
なお、上記各実施例では、２つの投射光学系を用いる場合について説明したが、本発明は、３つ以上の投射光学系を用いる場合にも適用できる。
【００９２】
また、上記各実施例では、同一構成を有する投射光学系を２つ用いた場合について説明したが、少なくとも上述した（ａ）又は（ｆ）の特徴を具備すれば、互いに構成が異なる投射光学系を用いてもよい。この場合、上述した（ｂ），（ｅ）の特徴を具備するとなおよい。
【実施例３】
【００９３】
図１７Ａ及び図１７Ｂには、本発明の実施例３であるリアプロジェクションタイプの投射型画像投射装置の構成を示している。図１７Ａは上面図、図１７Ｂは正面図である。ただし、図１７Ｂに示す第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２は、実際には、スクリーンＳの周囲に設けられた枠部材の裏側に配置されており、正面からは見えない。このことは、後述する実施例４，５についても同じである。
【００９４】
本実施例では、第１及び第２の投射光学系Ｐ１，Ｐ２からの光束を、平面反射ミラーＭ１で反射してスクリーンＳ上の第１及び第２の投射領域Ｓ１，Ｓ２に導く。これにより、実施例１，２に比べて、投射光路長をより長く確保しつつ、装置をさらに薄型化することができる。
【００９５】
また、第１の投射光学系Ｐ１と第１の投射領域Ｓ１との間のスペースに第２の投射領域Ｓ２を形成し、第２の投射光学系Ｐ２と第２の投射領域Ｓ２との間のスペースに第１の投射領域Ｓ１を形成している。これにより、装置の厚みだけでなく幅も小型化することができる。
【００９６】
本実施例の投射型画像表示装置も、実施例１で説明した特徴（ａ）〜（ｆ）を備えている。このことは、後述する他の実施例でも同様である。また、本実施例の投射型画像投射装置と実施例１にて示した画像供給装置とにより画像表示システムが構成される。このことは、後述する他の実施例においても同様である。
【００９７】
図１８Ａ及び図１８Ｂには、少なくとも特徴（ａ），（ｆ）を具備しない場合を示している。これらの図に示す場合は、装置の奥行きは薄型化することができるが、幅は本実施例の場合に比べてかなり広い。
【００９８】
なお、本実施例では、両投射光学系Ｐ１，Ｐ２からの光束を単一の平面反射ミラーＭ１によりそれぞれの投射領域Ｓ１，Ｓ２に導いているが、投射光学系ごとに平面反射ミラーを設けてもよい。
【実施例４】
【００９９】
図１９Ａ及び図１９Ｂには、本発明の実施例４であるリアプロジェクションタイプの投射型画像投射装置の構成を示している。図１９Ａは上面図、図１９Ｂは正面図である。
【０１００】
本実施例では、第１〜第４の投射光学系Ｐ１〜Ｐ４からの光束を、平面反射ミラーＭ１で反射してスクリーンＳ上の第１〜第４の投射領域Ｓ１〜Ｓ４に導く。基本的に、実施例３の装置を上下に２つ配置したものに相当する。これにより、４つの投射画像により構成される大画面の画像を表示しながらも装置の薄型化と幅の小型化を図っている。
【実施例５】
【０１０１】
図２０には、本発明の実施例５であるリアプロジェクションタイプの投射型画像投射装置の正面図を示している。
【０１０２】
本実施例では、第１〜第４の投射光学系Ｐ１〜Ｐ４からの光束を、不図示の平面反射ミラーで反射してスクリーンＳ上の第１〜第４の投射領域Ｓ１〜Ｓ４に導く点は実施例４と同じである。
【０１０３】
ただし、本実施例では、左下に配置された第１の投射光学系Ｐ１からの光束が、同図において上向きに投射されてスクリーンＳ上における左上の投射領域Ｓ１に投射される。また、左上に配置された第２の投射光学系Ｐ２からの光束が、同図において右方向に投射されてスクリーンＳ上における右上の投射領域Ｓ２に投射される。また、右下に配置された第３の投射光学系Ｐ３からの光束が、同図において左方向に投射されてスクリーンＳ上における左下の投射領域Ｓ３に投射される。さらに、右上に配置された第４の投射光学系Ｐ４からの光束が、同図において下向きに投射されてスクリーンＳ上における右下の投射領域Ｓ４に投射される。
【０１０４】
本実施例では、第１の投射光学系Ｐ１から投射領域（第１の投射領域）Ｓ１に向かう光束が、該投射領域Ｓ１と第３の投射光学系Ｐ３に対応する投射領域（第２の投射領域）Ｓ３との境界を含んでスクリーンＳに直交する仮想面ＶＰ２を通過する。また、第２の投射光学系Ｐ２から投射領域（第１の投射領域）Ｓ２に向かう光束が、該投射領域Ｓ２と第１の投射光学系Ｐ１に対応する投射領域（第２の投射領域）Ｓ１との境界を含んでスクリーンＳに直交する仮想面ＶＰ１を通過する。
【０１０５】
また、第３の投射光学系Ｐ３から投射領域（第１の投射領域）Ｓ３に向かう光束が、該投射領域Ｓ３と第４の投射光学系Ｐ４に対応する投射領域（第２の投射領域）Ｓ４との境界を含んでスクリーンＳに直交する仮想面ＶＰ１を通過する。さらに、第４の投射光学系Ｐ４から投射領域（第１の投射領域）Ｓ４に向かう光束が、該投射領域Ｓ４と第２の投射光学系Ｐ２に対応する投射領域（第２の投射領域）Ｓ２との境界を含んでスクリーンＳに直交する仮想面ＶＰ２を通過する。
【０１０６】
このように、本発明にいう「他の投射光学系」は「第１の投射光学系」の投射方向先方に配置された投射光学系に限らない。
【実施例６】
【０１０７】
図２１Ａ及び図２１Ｂには、本発明の実施例６である投射型画像表示装置の構成を示している。図２１Ａは上面図、図２１Ｂは正面図である。
【０１０８】
実施例１〜５では、リアプロジェクションタイプの投射型画像投射装置について説明した。しかし、本発明は、スクリーンＳに対して前面（正面）側に投射光学系Ｐ１，Ｐ２を配置し、投射光のスクリーンＳでの反射光によって観察者Ｅに画像を観察させるフロントプロジェクションタイプの投射型画像表示装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施例１である投射型画像表示装置の構成を示す上面図。
【図２】実施例１の投射型画像表示装置の特徴を説明する図。
【図３】実施例における座標系の説明図。
【図４】実施例における絶対座標系、基準軸上座標系及びローカル座標系の説明図。
【図５】実施例１に対する比較例の上面図。
【図６】実施例１の投射光学系を示す上面図。
【図７】実施例１の投射光学系の構成を示す拡大図。
【図８】実施例の投射光学系における結像性能の評価位置を示す説明。
【図９】実施例１の投射光学系のディストーションを示す図。
【図１０】実施例１の投射光学系の横収差を示す図。
【図１１】本発明の実施例２である投射型画像表示装置の構成を示す上面図。
【図１２】実施例２に対する比較例の上面図。
【図１３】実施例２の投射光学系を示す上面図。
【図１４】実施例２の投射光学系の構成を示す拡大図。
【図１５】実施例２の投射光学系のディストーションを示す図。
【図１６】実施例１の投射光学系の横収差を示す図。
【図１７Ａ】本発明の実施例３である投射型画像表示装置の構成を示す上面図。
【図１７Ｂ】実施例３の投射型画像表示装置の構成を示す正面図。
【図１８Ａ】実施例３に対する比較例の上面図。
【図１８Ｂ】実施例３に対する比較例の正面図。
【図１９Ａ】本発明の実施例４である投射型画像表示装置の構成を示す上面図。
【図１９Ｂ】実施例４の投射型画像表示装置の構成を示す正面図。
【図２０】本発明の実施例５である投射型画像表示装置の構成を示す正面図。
【図２１Ａ】本発明の実施例６である投射型画像表示装置の構成を示す上面図。
【図２１Ｂ】実施例６の投射型画像表示装置の構成を示す正面図。
【符号の説明】
【０１１０】
Ｐ１〜Ｐ４ 投射光学系
Ｓ１〜Ｓ４ 投射領域
Ｓ スクリーン
ＶＰ，ＶＰ′，ＶＰ１，ＶＰ２ 仮想面
ＲＲ 基準軸光線
ＲＲ′ 仮想面ＶＰ′に射影された基準軸光線
ＬＣＤ 液晶表示素子
Ｍ 光走査デバイス
Ｍ１ 平面反射ミラー
ＳＳ 絞り
ＩＮＰ 投射光学系の入射瞳
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ被投射面上の互いに異なる投射領域に光束を投射する複数の投射光学系を有し、
前記各投射光学系は、その投射光学系に対応する第１の投射領域に対して、前記光束を、該第１の投射領域と他の投射光学系に対応する第２の投射領域との境界線を含み前記被投射面に直交する仮想面を通過させて投射することを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項２】
前記複数の投射光学系のうち１つの前記第１の投射領域に光束を投射する投射光学系を第１の投射光学系とし、
前記複数の投射光学系のうち１つの前記第２の投射領域に光束を投射する投射光学系を第２の投射光学系とするとき、
前記第１の投射光学系及び前記第２の投射光学系はそれぞれ、前記光束を、前記第１及び第２の投射領域の境界を含む前記仮想面を通過させて投射することを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
【請求項３】
前記各投射光学系の第１面の中心から、該投射光学系に対応する投射領域の中心に至る光線を基準軸光線とするとき、前記各投射光学系は以下の条件を満足することを特徴とする請求項１又２に記載の投射型画像表示装置。
θ＞３０°
ただし、θは前記基準軸光線と前記仮想面とのなす角度である。
【請求項４】
前記各投射光学系の第１面の中心から該投射光学系に対応する投射領域の中心に至る光線を基準軸光線とするとき、前記複数の投射光学系のそれぞれから投射される前記基準軸光線が前記仮想面に対してなす角度が互いに等しいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
【請求項５】
前記複数の投射光学系が、前記被投射面に直交する対称面に対して面対称とな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４のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
【請求項６】
前記第１の投射領域と前記第２の投射領域とが重なり合う場合において、該重なり合う部分の面積が、各投射領域の面積の１０％以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
【請求項７】
前記複数の投射光学系からの光束を反射して前記被投射面に導く少なくとも１つのミラーを有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
【請求項８】
前記各投射光学系を通る光束は、該投射光学系内で１次結像し、前記被投射面上で２次結像することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置と、
該投射型画像表示装置に画像情報を供給する画像供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
【請求項１】
それぞれ被投射面上の互いに異なる投射領域に光束を投射する複数の投射光学系を有し、
前記各投射光学系は、その投射光学系に対応する第１の投射領域に対して、前記光束を、該第１の投射領域と他の投射光学系に対応する第２の投射領域との境界線を含み前記被投射面に直交する仮想面を通過させて投射することを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項２】
前記複数の投射光学系のうち１つの前記第１の投射領域に光束を投射する投射光学系を第１の投射光学系とし、
前記複数の投射光学系のうち１つの前記第２の投射領域に光束を投射する投射光学系を第２の投射光学系とするとき、
前記第１の投射光学系及び前記第２の投射光学系はそれぞれ、前記光束を、前記第１及び第２の投射領域の境界を含む前記仮想面を通過させて投射することを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
【請求項３】
前記各投射光学系の第１面の中心から、該投射光学系に対応する投射領域の中心に至る光線を基準軸光線とするとき、前記各投射光学系は以下の条件を満足することを特徴とする請求項１又２に記載の投射型画像表示装置。
θ＞３０°
ただし、θは前記基準軸光線と前記仮想面とのなす角度である。
【請求項４】
前記各投射光学系の第１面の中心から該投射光学系に対応する投射領域の中心に至る光線を基準軸光線とするとき、前記複数の投射光学系のそれぞれから投射される前記基準軸光線が前記仮想面に対してなす角度が互いに等しいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
【請求項５】
前記複数の投射光学系が、前記被投射面に直交する対称面に対して面対称とな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４のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
【請求項６】
前記第１の投射領域と前記第２の投射領域とが重なり合う場合において、該重なり合う部分の面積が、各投射領域の面積の１０％以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
【請求項７】
前記複数の投射光学系からの光束を反射して前記被投射面に導く少なくとも１つのミラーを有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
【請求項８】
前記各投射光学系を通る光束は、該投射光学系内で１次結像し、前記被投射面上で２次結像することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置と、
該投射型画像表示装置に画像情報を供給する画像供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
【図１】
【図３】
【図１０】
【図２０】
【図２１Ａ】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２１Ｂ】
【図３】
【図１０】
【図２０】
【図２１Ａ】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２１Ｂ】
【公開番号】特開２００８−１２２７１１（Ｐ２００８−１２２７１１Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０７０５６（Ｐ２００６−３０７０５６）
【出願日】平成１８年１１月１３日（２００６．１１．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１３日（２００６．１１．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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