画像表示装置
【課題】簡単な構成により投写角度を机上の載置面より上側に向けることができるようにする。
【解決手段】ノートパソコンに内蔵される画像表示装置に設けられた投射レンズ２８を、凹凸レンズの組合せにより物体側テレセントリックになるようにしたレンズ部分１０１と、その投射方向に設けられたプリズム部分１０２とにより構成し、プリズム部分を台形断面が互いに相反する向きに組み合わされた２つのプリズム１０３，１０４により構成し、プリズム部分で投射方向をレンズ部分の光軸Ｃに対して傾ける。その傾きをレンズ部分の光軸よりも上側とすることにより、画像表示装置を中折れさせて出射窓を上に向けるようなヒンジ機構を設けることなく、側面からの出射光を上に向けることができるため、斜め上に向けて投射可能にする画像表示装置の機構を簡素化できる。
【解決手段】ノートパソコンに内蔵される画像表示装置に設けられた投射レンズ２８を、凹凸レンズの組合せにより物体側テレセントリックになるようにしたレンズ部分１０１と、その投射方向に設けられたプリズム部分１０２とにより構成し、プリズム部分を台形断面が互いに相反する向きに組み合わされた２つのプリズム１０３，１０４により構成し、プリズム部分で投射方向をレンズ部分の光軸Ｃに対して傾ける。その傾きをレンズ部分の光軸よりも上側とすることにより、画像表示装置を中折れさせて出射窓を上に向けるようなヒンジ機構を設けることなく、側面からの出射光を上に向けることができるため、斜め上に向けて投射可能にする画像表示装置の機構を簡素化できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の電子機器に内蔵される画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像表示装置の光源に半導体レーザを用いる技術が注目されている。この半導体レーザは、従来から画像表示装置に多用されてきた水銀ランプに比較して、色再現性がよい点、瞬時点灯が可能である点、長寿命である点、高効率で消費電力を低減することができる点、ならびに小型化が容易である点など、種々の利点を有している。
【０００３】
このような半導体レーザを用いた画像表示装置の利点は、携帯型の電子機器に内蔵する場合に都合が良く、例えば半導体レーザを用いた画像表示装置を携帯電話端末に内蔵する技術が知られている（特許文献１参照）。このように画像表示装置を携帯型の電子機器に内蔵すると、必要に応じて画面をスクリーンに拡大表示することができることから、利便性を高めることができる。
【０００４】
上記したように、光源に半導体レーザを用いた画像表示装置は、携帯型情報処理装置（いわゆるノートパソコン）に内蔵しても利便性を高めることができ、この場合、キーボードが配設される本体部の筐体の内部に画像表示装置を収容することが考えられる。画像表示装置をノートパソコンに上記したように内蔵する場合には、筐体を扁平に形成することになり、投写画像はノートパソコンの側面から側方に向けて出射される。
【０００５】
そのようなノートパソコンを机上に載置すると、画像表示装置が机上の載置面に近接した状態となり、画像表示装置から出射されるレーザ光の一部（下側）が載置面で遮られることがある。このような状態では、スクリーン上に表示される画面の下側部分が欠けた状態となり、画面をスクリーン上に適切に表示させることができないという問題が生じる。
【０００６】
そこで、画像表示装置が内蔵された電子機器を机上に載置して使用する場合に、机上の載置面でレーザ光が遮られてスクリーン上で画面が欠けた状態で表示されることを避けることができるようにしたものとして、例えばシフト機構やチルト機構を設けて、投射方向を変えられるようにしたものがある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１６３９３号公報
【特許文献２】特開平２−１９５３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、上記シフト機構やチルト機構等を設ける場合には、機構を設けることによる他の部品へのレイアウトの制約が生じる。また、チルト機構の場合には、画像表示装置の筐体をチルトアップした位置で保持する必要があるが、レンズや制御装置等が重いため、保持装置の強度を高めることにより、部品コストが高騰化するという問題もある。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、画像表示装置が内蔵された電子機器を机上に載置して使用する場合に、簡単な構成により投写角度を机上の載置面より上側に向けることができるように構成された画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の画像表示装置は、光源から出射されるレーザ光をスクリーン手段に向けて投射するための投射レンズを備えた画像表示装置であって、前記投射レンズが、前記レーザ光の映像を拡大するべく凹レンズおよび凸レンズを組み合わせたレンズ部分と、前記レンズ部分から出射されるレーザ光の投射方向を前記レンズ部分の光軸に対して傾けるためのプリズム部分とを有し、前記プリズム部分が、前記光軸に直交する向きから見た台形断面が互いに相反する向きに組み合わされた２つのプリズムからなる構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レンズ部分から出射される出射光がレンズ部分の光軸に対して傾いて出射されるようにプリズムを設けたことから、その傾きをレンズ部分の光軸よりも上側とすることにより、ノートパソコンの側面から側方に向けて投射するように設けられた画像表示装置において、中間部を中折れさせて出射窓を上に向けるようなヒンジ機構を設けることなく、側面からの出射光を上に向けることができるため、斜め上に向けて投射可能にする画像表示装置の機構を簡素化でき、画像表示装置をコンパクト化し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による画像表示装置を携帯型情報処理装置に内蔵した例を示す斜視図。
【図２】光学エンジンユニットに内蔵される光学エンジン部の概略構成図。
【図３】緑色レーザ光源装置におけるレーザ光の状況を示す模式図。
【図４】投射レンズの各レンズ成分の構成図。
【図５】図４におけるレンズの各諸元を示す表。
【図６】像高，物体高を示す説明図。
【図７】球面収差を示す図。
【図８】非点収差を示す図。
【図９】歪曲収差を示す図。
【図１０】色収差を示す図。
【図１１】（ａ）は図４のＰ１、（ｂ）は図４のＰ２、（ｃ）は図４のＰ３、（ｄ）は図４のＰ４のコマ収差を示す横収差図。
【図１２】投射レンズのレンズ部分及びプリズム部分を示す側面図。
【図１３】プリズム部分による色収差抑制要領を示す図。
【図１４】第２実施形態を示す図１２に対応する図。
【図１５】第２実施形態の投射方向を変える要領を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、光源から出射されるレーザ光をスクリーン手段に向けて投射するための投射レンズを備えた画像表示装置であって、前記投射レンズが、前記レーザ光の映像を拡大するべく凹レンズおよび凸レンズを組み合わせたレンズ部分と、前記レンズ部分から出射されるレーザ光の投射方向を前記レンズ部分の光軸に対して傾けるためのプリズム部分とを有し、前記プリズム部分が、前記光軸に直交する向きから見た台形断面が互いに相反する向きに組み合わされた２つのプリズムからなる構成とする。
【００１４】
これによると、レンズ部分から出射される出射光がレンズ部分の光軸に対して傾いて出射されるようにプリズムを設けたことから、その傾きをレンズ部分の光軸よりも上側とすることにより、ノートパソコンの側面から側方に向けて投射するように設けられた画像表示装置において、中間部を中折れさせて出射窓を上に向けるようなヒンジ機構を設けることなく、側面からの出射光を上に向けることができるため、斜め上に向けて投射可能にする画像表示装置の機構を簡素化でき、画像表示装置をコンパクト化し得る。
【００１５】
また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記レンズ部分が、物体側（光変調器２５側）テレセントリックになるように少なくとも３つ以上のレンズ成分を備えると共に、前記レンズ部分の共役点（スクリーンＳと光変調器２５）に面する両外側に配置された各外側レンズ成分はプラスチックレンズであり、前記レンズ部分の絞り位置が各前記外側レンズ成分間にあり、前記レンズ部分の前記外側レンズ成分以外のレンズ成分で少なくとも前記絞り位置に最も近いものがガラスレンズである構成とする。
【００１６】
これによると、レンズ部分の両外側のレンズ成分をプラスチックレンズとしていることから、そのレンズ形状を容易に自由な形状にすることができるため、投射側のレンズ成分を非球面レンズにして広い視野を確保すると共に、相反する最外側のレンズ成分も非球面レンズとしてテレセントリックで長バックフォーカスを確保するように、両外側レンズ成分を容易に加工することができる。そして、光のエネルギ密度が高くなる主光線が集光する絞り位置に近いレンズ成分をガラスレンズで構成することにより、大きな耐光性（特に青色レーザ光の耐光性）を確保すると共に、比較的エネルギ密度の小さな位置（スクリーンＳと光変調器２５側）のレンズ成分をプラスチックレンズで構成して非球面等の複雑な形状に容易に対応し得るため、高解像度化、高輝度化、長焦点距離を可能にする投射レンズを少ない数のレンズ成分で構成することができる。
【００１７】
また、第３の発明は、前記第１または第２の発明において、前記プリズム部分が、前記レンズ部分の光軸周りに回動自在に設けられている構成とする。
【００１８】
これによると、レンズ部分の光軸が例えば載置面に水平な方向の場合、光軸に対して傾いた軸を出射方向として光軸周りの３６０度の任意の方向に斜めに投射することができ、画像表示装置を動かすことなく任意の位置に映像を映し出すことができ、使い勝手が良い。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明による画像表示装置１を携帯型情報処理装置２に内蔵した例を示す斜視図である。携帯型情報処理装置（例えばノートパソコン）２は、ＣＰＵやメモリなどが実装された制御基板（図示せず）などが内蔵された本体部３と、液晶パネルを備えた表示部４とを有し、本体部３と表示部４とがヒンジ部５で連結され、本体部３と表示部４とを重ね合わせた折りたたみ状態として携帯性を高めるようにしている。
【００２１】
本体部３の筐体８の上面８ａには、キーボード６およびタッチパッド７が設けられている。また、本体部３の筐体８におけるキーボード６の裏面側には、光ディスク装置などの周辺機器が取り替え可能に収容される収容スペース、いわゆるドライブベイが形成されており、このドライブベイに画像表示装置１が取り付けられている。
【００２２】
画像表示装置１は、筐体１１と、筐体１１に対して出し入れ可能に設けられた可動体１２と、を有している。可動体１２は、レーザ光による映像ＩｍをスクリーンＳに投写するための光学部品が収容された光学エンジンユニット（第１のユニット）１３と、この光学エンジンユニット１３内の光学部品を制御するための基板などが収容された制御ユニット（第２のユニット）１４とで構成されている。
【００２３】
図２は、光学エンジンユニット１３に内蔵される光学エンジン部１５の概略構成図である。この光学エンジン部１５は、光源として、緑色レーザ光を出力する緑色レーザ光源装置２２と、赤色レーザ光を出力する赤色レーザ光源装置２３と、青色レーザ光を出力する青色レーザ光源装置２４とをそれぞれ備える。また、光学エンジン部１５には、映像信号に応じて各レーザ光源装置２２〜２４からのレーザ光の変調を行う液晶反射型の光変調器２５と、各レーザ光源装置２２〜２４からのレーザ光を反射させて光変調器２５に照射させるとともに光変調器２５から出射された変調レーザ光を透過させる偏光ビームスプリッタ２６と、各レーザ光源装置２２〜２４から出射されるレーザ光を偏光ビームスプリッタ２６に導くリレー光学系２７と、偏光ビームスプリッタ２６を透過した変調レーザ光による映像ＩｍをスクリーンＳに投射する投射レンズ（投射光学系）２８とが設けられている。なお、各レーザ光源装置２２〜２４は半導体レーザを用いたものであってよい。
【００２４】
この光学エンジン部１５は、いわゆるフィールドシーケンシャル方式でカラー画像を表示するものであり、各レーザ光源装置２２〜２４から各色のレーザ光が時分割で順次出力され、各色のレーザ光による画像が視覚の残像効果によってカラー画像として認識される。
【００２５】
リレー光学系２７は、各レーザ光源装置２２〜２４から出射される各色のレーザ光を平行ビームに変換するコリメータレンズ３１〜３３と、コリメータレンズ３１〜３３を通過した各色のレーザ光を所要の方向に導く第１および第２のダイクロイックミラー３４，３５と、ダイクロイックミラー３４，３５により導かれたレーザ光を拡散させる拡散板３６と、拡散板３６を通過したレーザ光を収束レーザに変換するフィールドレンズ３７と、を備えている。
【００２６】
投射レンズ２８からスクリーンＳに向けてレーザ光が出射される側を前側とすると、青色レーザ光源装置２４から青色レーザ光が後方に向けて出射され、この青色レーザ光の光軸に対して緑色レーザ光の光軸および赤色レーザ光の光軸が互いに直交するように、緑色レーザ光源装置２２および赤色レーザ光源装置２３から緑色レーザ光および赤色レーザ光が出射され、この青色レーザ光、赤色レーザ光、および緑色レーザ光が、２つのダイクロイックミラー３４，３５で同一の光路に導かれる。すなわち、青色レーザ光と緑色レーザ光が第１のダイクロイックミラー３４で同一の光路に導かれ、青色レーザ光および緑色レーザ光と赤色レーザ光が第２のダイクロイックミラー３５で同一の光路に導かれる。
【００２７】
第１および第２のダイクロイックミラー３４，３５は、表面に所定の波長のレーザ光を透過および反射させるための膜が形成されたものであり、第１のダイクロイックミラー３４は、青色レーザ光を透過するとともに緑色レーザ光を反射させる。第２のダイクロイックミラー３５は、赤色レーザ光を透過するとともに青色レーザ光および緑色レーザ光を反射させる。
【００２８】
これらの各光学部材は、筐体４１に支持されている。この筐体４１は、各レーザ光源装置２２〜２４で発生した熱を放熱する放熱体として機能し、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い材料で形成されている。
【００２９】
緑色レーザ光源装置２２は、側方に向けて突出した状態で筐体４１に形成された取付部４２に取り付けられている。この取付部４２は、リレー光学系２７の収容スペースの前方と側方にそれぞれ位置する前壁部４３と側壁部４４とが交わる角部から側壁部４４に直交する向きに突出した状態で設けられている。赤色レーザ光源装置２３は、ホルダ４５に保持された状態で側壁部４４の外面側に取り付けられている。青色レーザ光源装置２４は、ホルダ４６に保持された状態で前壁部４３の外面側に取り付けられている。
【００３０】
赤色レーザ光源装置２３および青色レーザ光源装置２４は、いわゆるＣＡＮパッケージで構成され、レーザ光を出力するレーザチップが、ステムに支持された状態で缶状の外装部の中心軸上に光軸が位置するように配置されたものであり、外装部の開口に設けられたガラス窓からレーザ光が出射される。この赤色レーザ光源装置２３および青色レーザ光源装置２４は、ホルダ４５，４６に開設された取付孔４７，４８に圧入するなどしてホルダ４５，４６に対して固定される。青色レーザ光源装置２４および赤色レーザ光源装置２３のレーザチップの発熱は、ホルダ４５，４６を介して筐体４１に伝達されて放熱され、各ホルダ４５，４６は、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い材料で形成されている。
【００３１】
緑色レーザ光源装置２２は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザ５１と、半導体レーザ５１から出力された励起用レーザ光を集光する集光レンズであるＦＡＣ（Fast-Axis Collimator）レンズ５２およびロッドレンズ５３と、励起用レーザ光により励起されて基本レーザ光（赤外レーザ光）を出力する固体レーザ素子５４と、基本レーザ光の波長を変換して半波長レーザ光（緑色レーザ光）を出力する波長変換素子５５と、固体レーザ素子５４とともに共振器を構成する凹面ミラー５６と、励起用レーザ光および基本波長レーザ光の漏洩を阻止するガラスカバー５７と、各部を支持する基台５８と、各部を覆うカバー体５９と、を備えている。
【００３２】
この緑色レーザ光源装置２２は、基台５８を筐体４１の取付部４２に取り付けて固定され、緑色レーザ光源装置２２と筐体４１の側壁部４４との間に所要の幅（例えば０．５ｍｍ以下）の間隙が形成される。これにより、緑色レーザ光源装置２２の熱が赤色レーザ光源装置２３に伝わりにくくなり、赤色レーザ光源装置２３の昇温を抑制して、温度特性の悪い赤色レーザ光源装置２３を安定的に動作させることができる。また、赤色レーザ光源装置２３の所要の光軸調整代（例えば０．３ｍｍ程度）を確保するため、緑色レーザ光源装置２２と赤色レーザ光源装置２３との間に所要の幅（例えば０．３ｍｍ以上）の間隙が設けられている。
【００３３】
図３は、緑色レーザ光源装置２２におけるレーザ光の状況を示す模式図である。半導体レーザ５１のレーザチップ６１は、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を出力する。ＦＡＣレンズ５２は、レーザ光のファースト軸（光軸方向に対して直交し且つ図の紙面に沿う方向）の拡がりを低減する。ロッドレンズ５３は、レーザ光のスロー軸（図の紙面に対して直交する方向）の拡がりを低減する。
【００３４】
固体レーザ素子５４は、いわゆる固体レーザ結晶であり、ロッドレンズ５３を通過した波長８０８ｎｍの励起用レーザ光により励起されて波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）を出力する。この固体レーザ素子５４は、Ｙ（イットリウム）ＶＯ４（バナデート）からなる無機光学活性物質（結晶）にＮｄ（ネオジウム）をドーピングしたものであり、より具体的には、母材であるＹＶＯ４のＹに蛍光を発する元素であるＮｄ＋３に置換してドーピングしたものである。
【００３５】
固体レーザ素子５４におけるロッドレンズ５３に対向する側には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光に対する反射防止と、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜６２が形成されている。固体レーザ素子５４における波長変換素子５５に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜６３が形成されている。
【００３６】
波長変換素子５５は、いわゆるＳＨＧ（Second Harmonics Generation）素子であり、固体レーザ素子５４から出力される波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）の波長を変換して波長５３２ｎｍの半波長レーザ光（緑色レーザ光）を生成する。
【００３７】
波長変換素子５５における固体レーザ素子５４に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する反射防止と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜６４が形成されている。波長変換素子５５における凹面ミラー５６に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜６５が形成されている。
【００３８】
凹面ミラー５６は、波長変換素子５５に対向する側に凹面を有し、この凹面には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する高反射と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜６６が形成されている。これにより、固体レーザ素子５４の膜６２と凹面ミラー５６の膜６６との間で、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が共振して増幅される。
【００３９】
波長変換素子５５では、固体レーザ素子５４から入射した波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光の一部が波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に変換され、変換されずに波長変換素子５５を通過した波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は、凹面ミラー５６で反射されて波長変換素子５５に再度入射し、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に変換される。この波長５３２ｎｍの半波長レーザ光は、波長変換素子５５の膜６４で反射されて波長変換素子５５から出射される。
【００４０】
ここで、固体レーザ素子５４から波長変換素子５５に入射して波長変換素子５５で波長変換されて波長変換素子５５から出射されるレーザ光のビームＢ１と、凹面ミラー５６で一旦反射されて波長変換素子５５に入射して膜６４で反射されて波長変換素子５５から出射されるレーザ光のビームＢ２とが互いに重なり合う状態では、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光と波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光とが干渉を起こして出力が低下する。
【００４１】
そこでここでは、波長変換素子５５を光軸方向に対して傾斜させて、入射面および出射面での屈折作用により、レーザ光のビームＢ１、Ｂ２が互いに重なり合わないようにして、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光と波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光との干渉を防ぐようにしており、これにより出力低下を避けることができる。
【００４２】
なお、図２に示したガラスカバー５７には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光および波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が外部に漏洩することを防止するため、これらのレーザ光を透過しない膜が形成されている。
【００４３】
また、可動体１２を構成する光学エンジンユニット１３および制御ユニット１４の各筐体は、高さ方向の寸法が短い扁平な箱形状をなしている。光学エンジンユニット１３および制御ユニット１４の各筐体の両側縁には、筐体１１内に設けられたガイドレールに沿ってスライドするスライダが設けられており（図示省略）、使用者による押し引き操作で、矢印Ａで示すように、筐体１１に対して可動体１２が出し入れされる。そして、光学エンジンユニット１３におけるノートパソコン２の側面に対応する側の端部には出射窓７４が設けられており、この出射窓７４から光学エンジン部１５の投射レンズ２８（図２参照）を通過したレーザ光が出射される。
【００４４】
次に、図４を参照して、本発明が適用された投射レンズ２８の第１実施形態を示す各レンズ成分の具体的構成を説明する。なお、各レンズ成分は断面図で示されているが、見易さからハッチングを省略している。また、図４における右側の偏光ビームスプリッタ２６から出射される変調出射光が、投射レンズ２８を介して図の左側に配設されているスクリーンＳに向けて投射される。
【００４５】
投射レンズ２８は、投射側（図４の左側）の第１共役点側から順に、第１レンズ（第１レンズ成分）Ｌ１，第２レンズ（第２レンズ成分）Ｌ２，第３レンズ（第３レンズ成分）Ｌ３，第４レンズ（第４レンズ成分）Ｌ４が同軸に配置されている。第１，第４レンズＬ１，Ｌ４は合成樹脂材で形成されたプラスチックレンズであり、第２，第３レンズＬ２，Ｌ３はガラス材質で形成されたガラスレンズである。
【００４６】
また、第１レンズＬ１は、その中央部が投射側に突出した擬似的な凹メニスカス形状に形成されかつ負の屈折力を有する。第２レンズＬ２は両凸形状の球面レンズであり、第３レンズＬ３は両凹形状の球面レンズである。第４レンズＬ４は、擬似的な両凸形状に形成されかつ正の屈折力を有する。
【００４７】
図５に示す表１に、図４におけるレンズの各諸元を示す。表１のレンズデータを設定する条件としては、Ｆ値が２．８、焦点距離が７．３ｍｍ、光変調器２５の像高が２．７９４ｍｍ、スクリーンＳ上の投影映像Ｉｍの物体高が３８５．０６４ｍｍ、第１レンズＬ１のスクリーンＳ側のレンズ面の中心とスクリーンＳとの間の距離が１０００ｍｍとする。なお、像高は、図６に示されるように光変調器２５の矩形の照射面の中心Ｐｃから角部Ｐｅに向かう対角線上の像の高さＨであり、上記数値はその最大値であり、物体高は同様にスクリーンＳ上の矩形の投影面（Ｉｍ）の中心Ｐｃから角部Ｐｅに向かう対角線上の像の高さＨであり、上記数値はその最大値である。また、各色レーザ光の重みづけは、青色レーザ光と赤色レーザ光とを１として、それに対して緑色レーザ光を２としている。
【００４８】
表１における面番号は図４に示されるｆ２〜ｆ１１に対応し、投射側からのレンズ面の順序（ｆ１はスクリーンＳに対応し、ｆ１２は光変調器２５に対応）に対応し、ＳＴＯは絞りを示す。なお、絞りＳＴＯは焦点位置に設けられている。また、面形状はレンズ面が球面であるか非球面であるかを、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各光学面ｆ(n)から次の光学面ｆ(n+1）までの光軸上の距離を（nは１〜１０）、ｎｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、νｄはｄ線を基準とするアッベ数を、Ｄは開口直径を、Ｃｏは非球面レンズのｃｏｎｉｃ数をそれぞれ示す。なお、長さの単位は特に断らない限り「ｍｍ」である。
【００４９】
次に、非球面データを記す。非球面係数ＣＥｎの４次，６次，８次，１０次，１２次の各係数をそれぞれＣＥ４，ＣＥ６，ＣＥ８，ＣＥ１０，ＣＥ１２で表す。
【００５０】
面番号ｆ２では、
ＣＥ４＝−０．０００１９２９２１３８
ＣＥ６＝１．７５１９２５９ｅ−５
ＣＥ８＝−２．６３３３４４ｅ−７
ＣＥ１０＝−２．８９７２１３１ｅ−８
ＣＥ１２＝１．０２８２３７５ｅ−９
である。
【００５１】
面番号ｆ３では、
ＣＥ４＝０．０００４８７０３３２１
ＣＥ６＝−０．０００２１３３７９６４
ＣＥ８＝９．３７２０９９３ｅ−６
ＣＥ１０＝２．０６６５９８２ｅ−６
ＣＥ１２＝−３．５３２０７４ｅ−７
である。
【００５２】
面番号ｆ８では、
ＣＥ４＝−０．００１４４５７７４８
ＣＥ６＝５．６９９２１８ｅ−５
ＣＥ８＝−９．９４１２７４３ｅ−７
ＣＥ１０＝−４．３８４６２９５ｅ−８
ＣＥ１２＝２．２４８３１９９ｅ−９
である。
【００５３】
面番号ｆ９では、
ＣＥ４＝−６．１１６５９５８ｅ−５
ＣＥ６＝７．５３９５９１８ｅ−６
ＣＥ８＝−６．１５５３４７ｅ−８
ＣＥ１０＝−６．９０８１５１ｅ−９
ＣＥ１２＝６．０４５６０６６ｅ−１０
である。
【００５４】
この第１実施形態において、図４に示されるように、光軸Ｃを通る主光線と、最高画角の主光線が各レンズＬ１〜Ｌ４を通過する各ポイントとの距離Ｒ１〜Ｒ４を半径とする円の面積が、各レンズＬ１〜Ｌ４における照射範囲とすると、例えばＷ１のワット数のレーザ光が照射されたとして、各レンズＬ１〜Ｌ４のエネルギ密度Ｅ１〜Ｅ４は、ｎを１〜４として、Ｅｎ＝Ｗ１／（π×Ｒｎ×Ｒｎ）となる。
【００５５】
ここで、図４に示されるように各Ｒ１〜Ｒ４の大きさは、Ｒ４＞Ｒ１＞Ｒ３＞Ｒ２である。したがって、第２レンズＬ２のエネルギ密度が最も高い。上記したように第２レンズＬ２はガラスレンズであり、エネルギ密度が高い位置に配置されているレンズ成分である第２レンズＬ２をガラスレンズとすることにより、第２レンズＬ２の大きな耐光性が確保される。
【００５６】
近年のプロジェクタにおいて、より明るい画像を投射するという要求に対応して光源の光量を大きくした場合にそれに伴ってエネルギ密度（光パワー密度）が高くなり、絞りＳＴＯ付近で光照射面積が絞られることによりエネルギ密度が高くなるのに加えて、プロジェクタ光学系において光源の共役の位置に絞りＳＴＯが位置し、レーザ光源装置２２〜２４からのレーザ光の光量が集中する部分が絞りＳＴＯの位置に現れる。
【００５７】
青色レーザ光の場合、ファーフィールドパターンとしてガウス分布により絞りＳＴＯ位置での中央部のエネルギ密度すなわち投射レンズ２８での主光線部分のエネルギ密度が大きくなってしまう。このような場合、絞りＳＴＯの付近にプラスチックレンズが配置されていると、そのレンズ中央部のエネルギ密度が大きくなってしまい、レンズの樹脂の光劣化を加速させることになる。光劣化により樹脂の黄変色などの透過率が低下あるいは樹脂自体が焦げ付きが生じると、レンズとしての機能が大きく低下してしまう。
【００５８】
それに対して、絞りＳＴＯ付近から大きく離れた位置のレンズでは主光線が大きく広がるためレーザ光の光量分布が広げられ、より均一に近い光量分布となり、レンズに入射するエネルギ密度が小さくなるという利点がある。そのような位置に各プラスチックレンズからなる第１，第４レンズＬ１，Ｌ４を配置しており、それら第１，第４レンズＬ１，Ｌ４の樹脂材の劣化が抑制される。なお、光源は半導体レーザに限るものではなく、LED（発光ダイオード）OLED（有機EL）など、光変調器２５を照明させる機能を有する光源であればなんでもよい。
【００５９】
また、樹脂材の劣化に大きく影響する青色レーザ光に対しては限られた樹脂材のみがレンズ材料として使用可能である。しかしながら、そのレンズ材料で加工したレンズでは屈折率およびアッベ数（分散）の組合せに制限が生じ、色収差を低減するためのレンズいわゆる色消しレンズを目的とするレンズを得ることができない。さらに、将来的に光源の光量を増大していく要求が考えられる。
【００６０】
そのため、色消しレンズをガラスレンズで構成することは有効である。また、このガラスで構成された色消しレンズはプラスチックレンズのように光耐性を気にしないで使用できるため、投射レンズ２８の絞りＳＴＯに近い位置（エネルギ密度が大きい）に配置することが可能である。そして、上記したように絞りＳＴＯに近い位置にガラスレンズからなる第３レンズＬ３を配置し、かつもう１枚のガラスレンズからなる第４レンズＬ４を用いて２枚組み構成の色消しレンズを設けている。
【００６１】
次に、上記第１実施形態における投射レンズ２８の各収差について説明する。
【００６２】
先ず、図７に球面収差を示す。図において、縦軸が像高Ｈの位置を示し、横軸がずれの大きさであり、球面収差無しを０として、実線が青色レーザ光であり、二点鎖線が緑色レーザ光であり、破線が赤色レーザ光である。これら図の説明は他の同様の図でも同じであり、その説明を省略する。図７の球面収差は、各色の各波長における像高の関数として表している。
【００６３】
図８は像面湾曲および非点収差を示す図である。図における左側の各曲線がサジタルデータ（図のＳｄ）であり、右側の各曲線がタンジェンシャルデータＴｄであり、Ｓ−Ｔが非点収差となる。図では、像面から近軸像面までの距離を視野座標の関数として表している。
【００６４】
また、図９は歪曲収差を示す図である。図では横軸に歪曲の大きさＤｙを百分率で表している。歪曲の大きさＤｙは、実際の主光線の高さをＹｃとし、基準光線の高さをＹｒとすると、次式となる。
Ｄｙ＝１００×（Ｙｃ−Ｙｒ）／Ｙｒ
【００６５】
図１０は倍率色収差を示す図である。図では、倍率色収差を視野の関数として表し、緑色レーザ光を基準（ずれが０）にした場合の青色，赤色レーザ光の各倍率色収差を示している。
【００６６】
図１１はコマ収差を示す横収差図である。図では、中心は主光線を表し、横軸が入射瞳座標（最大±２０μｍ）、縦軸が各入射瞳座標における横収差の値を示す。横収差は、光線の収差を瞳関数として表わしている。また、図１１の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ図６の各ポイントＰ１（中心），Ｐ２（中心を通る縦軸上の像高最高位置），Ｐ３（中心を通る横軸上の像高最高位置），Ｐ４（角部）に対応している。なお、具体的には、Ｐ１を０ｍｍとすると、各像高は、Ｐ２＝１．４４ｍｍ、Ｐ３＝２．４ｍｍ、Ｐ４＝２．７９４ｍｍである。
【００６７】
このようにして構成された投射レンズ２８によれば、図７〜１１に示されるように各収差が小さく、小型プロジェクタに何等問題なく適用し得る。
【００６８】
なお、投射レンズ２８を全てプラスチックレンズとすることにより、最小枚数のレンズ構成が可能となるが、上記したようにプラスチックレンズのような樹脂レンズでは屈折率とアッベ数のバリエーションが少ないという問題がある。さらに、青色レーザ光に対する耐光性を有する材質のものは少なく、採用するとレンズのコストが高騰化する。したがって、プラスチックレンズのみで小型プロジェクタの投射レンズを構成した場合には、高解像度化、高輝度化、かつ長焦点距離を実現実現することは困難である。また、長所点距離での収差低減には色収差低減が必要であり、少なすぎるレンズ枚数では十分な色収差を取ることが困難である。
【００６９】
それに対して、上記したように両外側の第１，第４レンズＬ１，Ｌ４をプラスチックレンズとし、それらに挟まれた中間の第２，第３レンズＬ２，Ｌ３をガラスレンズとしてプラスチックレンズの上記問題点を解消し、４枚のレンズ（Ｌ１〜Ｌ４）というほぼ最少となる少ないレンズ枚数で構成できた。
【００７０】
また、ガラスレンズからなる第２，第３レンズＬ２，Ｌ３を、互いに隣接する各レンズ面（ｆ６）の曲率を同一として互いに密着状態に接合された複合レンズとして構成し、かつ全体として正の屈折力としている。これにより、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に位置する絞りＳＴＯの位置をガラスレンズからなる第２レンズＬ２に近づけることができ、プラスチックレンズからなる第１レンズＬ１に対するエネルギ密度をより一層低減し得る。
【００７１】
また、プラスチックレンズのような樹脂レンズでは屈折率とアッベ数のバリエーションが少ないという問題があるが、それに対してもガラスレンズからなる第２，第３レンズＬ２，Ｌ３で対応している。また、絞りＳＴＯに近い方の第２レンズＬ２のアッベ数が遠い方の第３レンズＬ３のアッベ数よりも大きくしている。これにより、上記と同様に絞りＳＴＯの位置を第２レンズＬ２に近づける効果に加えて、異なるアッベ数の組合せにより色収差を好適に低減できる。
【００７２】
また、両外側の第１，第４レンズＬ１，Ｌ４をプラスチックレンズとしていることから、そのレンズ形状を容易に自由な形状にすることができる。投射側の第１レンズＬ１を非球面レンズにして広い視野を確保すると共に、相反する最外側の第４レンズＬ４も非球面レンズとしてテレセントリックで長バックフォーカスを確保するように、第１および第４レンズＬ１，Ｌ４を容易に加工することができる。このようにして、上記したように４枚のレンズ（Ｌ１〜Ｌ４）というほぼ最少となる少ないレンズ枚数で構成することができる。
【００７３】
このようにして、４枚のレンズ（Ｌ１〜Ｌ４）によりレンズ部分１０１が構成されている。図１２に示されるように、そのレンズ部分１０１の投射側（第１レンズＬ１の投射側）にはプリズム部分１０２が設けられている。
【００７４】
プリズム部分１０２は、２枚のプリズム１０３，１０４をレンズ部分の光軸Ｃに沿う向きに互いに重ね合わせかつ並べて構成されている。各プリズム１０３，１０４は、光軸Ｃに直交する方向（図１２の紙面の表裏方向）から見てそれぞれ台形断面形状をなすウェッジプリズムであってよく、各上底及び下底が互いに相反する方向になるように配設されている。なお、図ではノートパソコン２を例えば机上に載置して投射する場合が示されており、その場合には投射の下側部分が載置面により遮られないようにするべく投射方向を上向きにする必要があり、プリズム部分１０２により、図に示されるように投射方向を上向きに変えている。
【００７５】
その投射方向を上向きにするために、投射側のプリズム１０３はその下底側を上にする向きに設けられていると共に、そのウェッジ角（両レンズ面間の角度）θ１は、第１レンズＬ１に近い方のプリズム１０４のウェッジ角θ２よりも大きい（θ１＞θ２）。
【００７６】
これにより、図１２に示されるように、光変調器２５の光軸Ｃと一致する点Ｐｃからの光線は、図の一点鎖線に示されるようにレンズ部分１０１では光軸Ｃ上を進み、プリズム１０４で若干下側に向けられるが、プリズム１０３で上側に向きを変えられ、投射レンズ２８の出射光としては光軸Ｃに対して上向きの角度で出射され、スクリーンＳに投射される。光変調器２５の上縁の中点（図６のＰ２に対応）Ｐｕからの光線（図の二点鎖線）と、下縁の中点Ｐｄからの光線（図の実線）とにおいても同様である。それぞれ、図に示されるように３枚のレンズＬ２〜Ｌ４により焦点（絞りＳＴＯ近傍）を通り、第１レンズＬ１を介してプリズム部分１０２に至り、プリズム部分１０２により光軸Ｃに対して上向きの角度となって出射される。
【００７７】
また、上記したように２枚のプリズム１０３，１０４を互い違いになるように重ね合わせることにより、色収差を抑制することができる。図１３を参照して、本実施形態における両プリズム１０３，１０４による色収差の抑制要領について説明する。図１３では光変調器２５の任意の点（図１２のＰｄ）から出た赤色レーザ光（６４０ｎｍ）の赤色光線Ｌｒ及び青色レーザ光（４４５ｎｍ）の青色光線Ｌｂを代表して示し、赤色光線Ｌｒを破線で、青色光線Ｌｂを実線で示している。なお、模式図で示しており、光線の傾きの変化等を大きく強調している。
【００７８】
上記した構成の各レンズＬ１〜Ｌ４を用いて、スクリーンＳの任意の１点を基準にして、各色レーザ光Ｌｒ，Ｌｂがプリズム部分１０２及びレンズ部分１０１を介して光変調器２５の１点に集光するように各プリズム１０３，１０４を求めることができる。図１３に示されるように、スクリーンＳの１点からの赤色光線Ｌｒと青色光線Ｌｂとがプリズム１０３の投射側(スクリーンＳ側)の面１０３ａに至る点をそれぞれＰａ，Ｐｂとすると、プリズム１０３では、赤色光線Ｌｒは両プリズム１０３，１０４同士の合わせ面１０３ｂ（１０４ａ）の点Ｐｃに至るように屈折し、青色光線Ｌｂは面１０３ｂ（１０４ａ）の点Ｐｄに至るように赤色光線Ｌｒより大きく屈折する。
【００７９】
そして、プリズム１０４では、赤色光線Ｌｒが点Ｐｃからプリズム１０４の光変調器２５側の面１０４ｂの点Ｐｅに至るように屈折し、青色光線Ｌｂは点Ｐｄから面１０４ｂの点Ｐｆに至るように屈折する。この面１０４ｂでは、赤色光線Ｌｒと青色光線Ｌｂとが図における上下で逆転しているが、青色光線Ｌｂは面１０４ｂで大きく屈折するため、光変調器２５に至るところでは赤色光線Ｌｒと青色光線Ｌｂとは１点に一致し得る。なお、緑色光線は、赤色光線Ｌｒと青色光線Ｌｂとの間に位置するようになり、その図示を省略している。
【００８０】
このように各色光線がプリズム１０３，１０４で屈折するように、各プリズム１０３，１０４の形状と光変調器２５およびスクリーンＳまでの距離とを設計することにより、光変調器２５の任意の１点からの光線をスクリーンＳ上の１点に合焦させることができる。各プリズム１０３，１０４の設計はそれぞれのプリズムを形成するガラスや樹脂材料の分散値あるいは屈折率を適正化することで実現できる。そして、２つのプリズム１０３，１０４を、各厚さが互いに相反する向きに増減するように互いに重ね合わせることにより、一方のプリズムで生じる色収差を他方のプリズムで修正することができる。これにより、プリズム部分１０１による投射方向の変更を行うことができると共に色収差も抑制され、何等問題なくスクリーンＳに鮮明な映像Ｉｍの投射を行うことができる。
【００８１】
また、このような投射レンズ２８の構成により、ヒンジ機構やシフト機構等の構造物を設けることなく、ノートパソコン２の側面から上に傾けた方向に投射させる画像表示装置１を設けることができ、その光学エンジンユニット１３の厚さをノートパソコン２の筐体内に収めることができるように６．９ｍｍ以内にすることができる。ノートパソコン２のドライブベイは一般的に９．５ｍｍの高さであり、その９．５ｍｍの高さのドライブベイ内に収めるためには、光学系の厚さを６．９ｍｍ以下にすることで対応し得る。上記したようにプラスチックレンズからなる第１，第４レンズＬ１，Ｌ４に非球面レンズを用いることにより、枚数を低減すると共に光軸方向長さを短くすることができ、例えば光変調器２５が０．２２インチのサイズのものであった場合でも十分対応できると共に、２つのプリズム１０３，１０４を重ね合わせるという簡単な構造により、光軸方向に長くなることを抑制し得る。また、第１レンズＬ１の第１共役点側（投射側）の面から光変調器２５までの距離である全光学長も４０ｍｍ以下にすることができ、上記ノートパソコン２の筐体内に収めることに支障を来すことがない。
【００８２】
また、樹脂材により構成される第１および第４レンズＬ１，Ｌ４のレンズ成分としては、シクロオレフィンポリマーまたはシクロオレフィンコポリマーにより構成されるとよい。これにより、プラスチックレンズからなる第１および第４レンズＬ１，Ｌ４のレンズ成分の耐光性（特に青色レーザ光の耐光性）をさらに高めることができる。
【００８３】
次に、図１５を参照して第２実施形態について説明する。なお、図１５は上記した図１２に対応する図であり、上記と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００８４】
この第２実施形態では、レンズ部分１０２の各レンズＬ１〜Ｌ４を保持する鏡筒１０５と、プリズム部分１０３の各プリズム１０３，１０４を保持するホルダ１０６とが同軸的に接離可能にそれぞれ別体に形成されている。鏡筒１０５とホルダ１０６との分離面は、第１レンズＬ１を外囲しかつ光軸Ｃ方向に臨む円環状端面形状になり、鏡筒１０５側の分離面には光軸Ｃと同軸の円環状溝１０７が設けられていると共に、ホルダ１０６側の分離面には光軸Ｃと同軸かつ溝１０７に没入する円環状凸部１０８が設けられている。図示例の円環状凸部１０８は、ホルダ１０６とは別の円筒形状の部材からなり、かつホルダ１０６に軸線方向に一部埋没させて一体化した形状であるが、ホルダ１０６と一体になるように、例えば成形や削り出しにより形成してもよい。
【００８５】
このように別々に形成した鏡筒１０５とホルダ１０６とを、円環状凸部１０８を円環状溝１０７に嵌め込んで組み付ける。また、円環状凸部１０８と円環状溝１０７とは軸線周りに相対的に摺動可能となる凹凸断面形状に形成され、鏡筒１０５とホルダ１０６との間には図示省略の抜け止め機構が設けられており、このようにして鏡筒１０５とホルダ１０６とが同軸に回動自在に設けられている。なお、鏡筒１０５は、投射レンズ２８の筐体に固定されている。
【００８６】
これにより、ホルダ１０６を回すことにより光軸Ｃに対して所定の角度で投射される映像を、図１５にＩｍ１〜Ｉｍ４で示されるように任意の位置に映し出すことができる。図では４箇所（Ｉｍ１〜Ｉｍ４）で示しているが、光軸Ｃ周りの３６０度の任意の方向に投射することができる。
【００８７】
なお、上記各実施形態では画像表示装置１の可動体１２をノートパソコン２から引き出して投射するとして説明したが、必ずしもノートパソコンから引き出す必要はなく、出射窓７４がノートパソコン２の側面に固定されていてもよい。その場合に、上記第２実施形態のようにプリズム部分１０１を回動可能にする場合にはホルダ１０６の外周部の一部をノートパソコン２のケースの一部から外に臨ませるようにして、指先でホルダ１０６を回せるようにすればよい。
【００８８】
また、可動体１２の光学エンジンユニット１３と制御ユニット１４との間にヒンジ機構を設けてもよい。それにより、引き出した状態で制御ユニット１４に対して光学エンジンユニット１３を傾動させることができ、上方側への投射角度をより一層大きくすることができる。
【００８９】
以上、本発明を、その好適形態実施例について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明にかかる画像表示装置は、簡単な構成で光軸に対して角度を有する方向に投射することができ、画像表示装置をコンパクト化でき、小型プロジェクタ等として有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 画像表示装置
２２ 緑色レーザ光源装置
２３ 赤色レーザ光源装置
２４ 青色レーザ光源装置
２８ 投射レンズ
１０１ レンズ部分
１０２ プリズム部分
１０３，１０４ プリズム
１０５ 鏡筒
１０６ ホルダ
Ｌ１〜Ｌ４ 第１レンズ〜第４レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の電子機器に内蔵される画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像表示装置の光源に半導体レーザを用いる技術が注目されている。この半導体レーザは、従来から画像表示装置に多用されてきた水銀ランプに比較して、色再現性がよい点、瞬時点灯が可能である点、長寿命である点、高効率で消費電力を低減することができる点、ならびに小型化が容易である点など、種々の利点を有している。
【０００３】
このような半導体レーザを用いた画像表示装置の利点は、携帯型の電子機器に内蔵する場合に都合が良く、例えば半導体レーザを用いた画像表示装置を携帯電話端末に内蔵する技術が知られている（特許文献１参照）。このように画像表示装置を携帯型の電子機器に内蔵すると、必要に応じて画面をスクリーンに拡大表示することができることから、利便性を高めることができる。
【０００４】
上記したように、光源に半導体レーザを用いた画像表示装置は、携帯型情報処理装置（いわゆるノートパソコン）に内蔵しても利便性を高めることができ、この場合、キーボードが配設される本体部の筐体の内部に画像表示装置を収容することが考えられる。画像表示装置をノートパソコンに上記したように内蔵する場合には、筐体を扁平に形成することになり、投写画像はノートパソコンの側面から側方に向けて出射される。
【０００５】
そのようなノートパソコンを机上に載置すると、画像表示装置が机上の載置面に近接した状態となり、画像表示装置から出射されるレーザ光の一部（下側）が載置面で遮られることがある。このような状態では、スクリーン上に表示される画面の下側部分が欠けた状態となり、画面をスクリーン上に適切に表示させることができないという問題が生じる。
【０００６】
そこで、画像表示装置が内蔵された電子機器を机上に載置して使用する場合に、机上の載置面でレーザ光が遮られてスクリーン上で画面が欠けた状態で表示されることを避けることができるようにしたものとして、例えばシフト機構やチルト機構を設けて、投射方向を変えられるようにしたものがある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１６３９３号公報
【特許文献２】特開平２−１９５３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、上記シフト機構やチルト機構等を設ける場合には、機構を設けることによる他の部品へのレイアウトの制約が生じる。また、チルト機構の場合には、画像表示装置の筐体をチルトアップした位置で保持する必要があるが、レンズや制御装置等が重いため、保持装置の強度を高めることにより、部品コストが高騰化するという問題もある。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、画像表示装置が内蔵された電子機器を机上に載置して使用する場合に、簡単な構成により投写角度を机上の載置面より上側に向けることができるように構成された画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の画像表示装置は、光源から出射されるレーザ光をスクリーン手段に向けて投射するための投射レンズを備えた画像表示装置であって、前記投射レンズが、前記レーザ光の映像を拡大するべく凹レンズおよび凸レンズを組み合わせたレンズ部分と、前記レンズ部分から出射されるレーザ光の投射方向を前記レンズ部分の光軸に対して傾けるためのプリズム部分とを有し、前記プリズム部分が、前記光軸に直交する向きから見た台形断面が互いに相反する向きに組み合わされた２つのプリズムからなる構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レンズ部分から出射される出射光がレンズ部分の光軸に対して傾いて出射されるようにプリズムを設けたことから、その傾きをレンズ部分の光軸よりも上側とすることにより、ノートパソコンの側面から側方に向けて投射するように設けられた画像表示装置において、中間部を中折れさせて出射窓を上に向けるようなヒンジ機構を設けることなく、側面からの出射光を上に向けることができるため、斜め上に向けて投射可能にする画像表示装置の機構を簡素化でき、画像表示装置をコンパクト化し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による画像表示装置を携帯型情報処理装置に内蔵した例を示す斜視図。
【図２】光学エンジンユニットに内蔵される光学エンジン部の概略構成図。
【図３】緑色レーザ光源装置におけるレーザ光の状況を示す模式図。
【図４】投射レンズの各レンズ成分の構成図。
【図５】図４におけるレンズの各諸元を示す表。
【図６】像高，物体高を示す説明図。
【図７】球面収差を示す図。
【図８】非点収差を示す図。
【図９】歪曲収差を示す図。
【図１０】色収差を示す図。
【図１１】（ａ）は図４のＰ１、（ｂ）は図４のＰ２、（ｃ）は図４のＰ３、（ｄ）は図４のＰ４のコマ収差を示す横収差図。
【図１２】投射レンズのレンズ部分及びプリズム部分を示す側面図。
【図１３】プリズム部分による色収差抑制要領を示す図。
【図１４】第２実施形態を示す図１２に対応する図。
【図１５】第２実施形態の投射方向を変える要領を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、光源から出射されるレーザ光をスクリーン手段に向けて投射するための投射レンズを備えた画像表示装置であって、前記投射レンズが、前記レーザ光の映像を拡大するべく凹レンズおよび凸レンズを組み合わせたレンズ部分と、前記レンズ部分から出射されるレーザ光の投射方向を前記レンズ部分の光軸に対して傾けるためのプリズム部分とを有し、前記プリズム部分が、前記光軸に直交する向きから見た台形断面が互いに相反する向きに組み合わされた２つのプリズムからなる構成とする。
【００１４】
これによると、レンズ部分から出射される出射光がレンズ部分の光軸に対して傾いて出射されるようにプリズムを設けたことから、その傾きをレンズ部分の光軸よりも上側とすることにより、ノートパソコンの側面から側方に向けて投射するように設けられた画像表示装置において、中間部を中折れさせて出射窓を上に向けるようなヒンジ機構を設けることなく、側面からの出射光を上に向けることができるため、斜め上に向けて投射可能にする画像表示装置の機構を簡素化でき、画像表示装置をコンパクト化し得る。
【００１５】
また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記レンズ部分が、物体側（光変調器２５側）テレセントリックになるように少なくとも３つ以上のレンズ成分を備えると共に、前記レンズ部分の共役点（スクリーンＳと光変調器２５）に面する両外側に配置された各外側レンズ成分はプラスチックレンズであり、前記レンズ部分の絞り位置が各前記外側レンズ成分間にあり、前記レンズ部分の前記外側レンズ成分以外のレンズ成分で少なくとも前記絞り位置に最も近いものがガラスレンズである構成とする。
【００１６】
これによると、レンズ部分の両外側のレンズ成分をプラスチックレンズとしていることから、そのレンズ形状を容易に自由な形状にすることができるため、投射側のレンズ成分を非球面レンズにして広い視野を確保すると共に、相反する最外側のレンズ成分も非球面レンズとしてテレセントリックで長バックフォーカスを確保するように、両外側レンズ成分を容易に加工することができる。そして、光のエネルギ密度が高くなる主光線が集光する絞り位置に近いレンズ成分をガラスレンズで構成することにより、大きな耐光性（特に青色レーザ光の耐光性）を確保すると共に、比較的エネルギ密度の小さな位置（スクリーンＳと光変調器２５側）のレンズ成分をプラスチックレンズで構成して非球面等の複雑な形状に容易に対応し得るため、高解像度化、高輝度化、長焦点距離を可能にする投射レンズを少ない数のレンズ成分で構成することができる。
【００１７】
また、第３の発明は、前記第１または第２の発明において、前記プリズム部分が、前記レンズ部分の光軸周りに回動自在に設けられている構成とする。
【００１８】
これによると、レンズ部分の光軸が例えば載置面に水平な方向の場合、光軸に対して傾いた軸を出射方向として光軸周りの３６０度の任意の方向に斜めに投射することができ、画像表示装置を動かすことなく任意の位置に映像を映し出すことができ、使い勝手が良い。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明による画像表示装置１を携帯型情報処理装置２に内蔵した例を示す斜視図である。携帯型情報処理装置（例えばノートパソコン）２は、ＣＰＵやメモリなどが実装された制御基板（図示せず）などが内蔵された本体部３と、液晶パネルを備えた表示部４とを有し、本体部３と表示部４とがヒンジ部５で連結され、本体部３と表示部４とを重ね合わせた折りたたみ状態として携帯性を高めるようにしている。
【００２１】
本体部３の筐体８の上面８ａには、キーボード６およびタッチパッド７が設けられている。また、本体部３の筐体８におけるキーボード６の裏面側には、光ディスク装置などの周辺機器が取り替え可能に収容される収容スペース、いわゆるドライブベイが形成されており、このドライブベイに画像表示装置１が取り付けられている。
【００２２】
画像表示装置１は、筐体１１と、筐体１１に対して出し入れ可能に設けられた可動体１２と、を有している。可動体１２は、レーザ光による映像ＩｍをスクリーンＳに投写するための光学部品が収容された光学エンジンユニット（第１のユニット）１３と、この光学エンジンユニット１３内の光学部品を制御するための基板などが収容された制御ユニット（第２のユニット）１４とで構成されている。
【００２３】
図２は、光学エンジンユニット１３に内蔵される光学エンジン部１５の概略構成図である。この光学エンジン部１５は、光源として、緑色レーザ光を出力する緑色レーザ光源装置２２と、赤色レーザ光を出力する赤色レーザ光源装置２３と、青色レーザ光を出力する青色レーザ光源装置２４とをそれぞれ備える。また、光学エンジン部１５には、映像信号に応じて各レーザ光源装置２２〜２４からのレーザ光の変調を行う液晶反射型の光変調器２５と、各レーザ光源装置２２〜２４からのレーザ光を反射させて光変調器２５に照射させるとともに光変調器２５から出射された変調レーザ光を透過させる偏光ビームスプリッタ２６と、各レーザ光源装置２２〜２４から出射されるレーザ光を偏光ビームスプリッタ２６に導くリレー光学系２７と、偏光ビームスプリッタ２６を透過した変調レーザ光による映像ＩｍをスクリーンＳに投射する投射レンズ（投射光学系）２８とが設けられている。なお、各レーザ光源装置２２〜２４は半導体レーザを用いたものであってよい。
【００２４】
この光学エンジン部１５は、いわゆるフィールドシーケンシャル方式でカラー画像を表示するものであり、各レーザ光源装置２２〜２４から各色のレーザ光が時分割で順次出力され、各色のレーザ光による画像が視覚の残像効果によってカラー画像として認識される。
【００２５】
リレー光学系２７は、各レーザ光源装置２２〜２４から出射される各色のレーザ光を平行ビームに変換するコリメータレンズ３１〜３３と、コリメータレンズ３１〜３３を通過した各色のレーザ光を所要の方向に導く第１および第２のダイクロイックミラー３４，３５と、ダイクロイックミラー３４，３５により導かれたレーザ光を拡散させる拡散板３６と、拡散板３６を通過したレーザ光を収束レーザに変換するフィールドレンズ３７と、を備えている。
【００２６】
投射レンズ２８からスクリーンＳに向けてレーザ光が出射される側を前側とすると、青色レーザ光源装置２４から青色レーザ光が後方に向けて出射され、この青色レーザ光の光軸に対して緑色レーザ光の光軸および赤色レーザ光の光軸が互いに直交するように、緑色レーザ光源装置２２および赤色レーザ光源装置２３から緑色レーザ光および赤色レーザ光が出射され、この青色レーザ光、赤色レーザ光、および緑色レーザ光が、２つのダイクロイックミラー３４，３５で同一の光路に導かれる。すなわち、青色レーザ光と緑色レーザ光が第１のダイクロイックミラー３４で同一の光路に導かれ、青色レーザ光および緑色レーザ光と赤色レーザ光が第２のダイクロイックミラー３５で同一の光路に導かれる。
【００２７】
第１および第２のダイクロイックミラー３４，３５は、表面に所定の波長のレーザ光を透過および反射させるための膜が形成されたものであり、第１のダイクロイックミラー３４は、青色レーザ光を透過するとともに緑色レーザ光を反射させる。第２のダイクロイックミラー３５は、赤色レーザ光を透過するとともに青色レーザ光および緑色レーザ光を反射させる。
【００２８】
これらの各光学部材は、筐体４１に支持されている。この筐体４１は、各レーザ光源装置２２〜２４で発生した熱を放熱する放熱体として機能し、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い材料で形成されている。
【００２９】
緑色レーザ光源装置２２は、側方に向けて突出した状態で筐体４１に形成された取付部４２に取り付けられている。この取付部４２は、リレー光学系２７の収容スペースの前方と側方にそれぞれ位置する前壁部４３と側壁部４４とが交わる角部から側壁部４４に直交する向きに突出した状態で設けられている。赤色レーザ光源装置２３は、ホルダ４５に保持された状態で側壁部４４の外面側に取り付けられている。青色レーザ光源装置２４は、ホルダ４６に保持された状態で前壁部４３の外面側に取り付けられている。
【００３０】
赤色レーザ光源装置２３および青色レーザ光源装置２４は、いわゆるＣＡＮパッケージで構成され、レーザ光を出力するレーザチップが、ステムに支持された状態で缶状の外装部の中心軸上に光軸が位置するように配置されたものであり、外装部の開口に設けられたガラス窓からレーザ光が出射される。この赤色レーザ光源装置２３および青色レーザ光源装置２４は、ホルダ４５，４６に開設された取付孔４７，４８に圧入するなどしてホルダ４５，４６に対して固定される。青色レーザ光源装置２４および赤色レーザ光源装置２３のレーザチップの発熱は、ホルダ４５，４６を介して筐体４１に伝達されて放熱され、各ホルダ４５，４６は、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い材料で形成されている。
【００３１】
緑色レーザ光源装置２２は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザ５１と、半導体レーザ５１から出力された励起用レーザ光を集光する集光レンズであるＦＡＣ（Fast-Axis Collimator）レンズ５２およびロッドレンズ５３と、励起用レーザ光により励起されて基本レーザ光（赤外レーザ光）を出力する固体レーザ素子５４と、基本レーザ光の波長を変換して半波長レーザ光（緑色レーザ光）を出力する波長変換素子５５と、固体レーザ素子５４とともに共振器を構成する凹面ミラー５６と、励起用レーザ光および基本波長レーザ光の漏洩を阻止するガラスカバー５７と、各部を支持する基台５８と、各部を覆うカバー体５９と、を備えている。
【００３２】
この緑色レーザ光源装置２２は、基台５８を筐体４１の取付部４２に取り付けて固定され、緑色レーザ光源装置２２と筐体４１の側壁部４４との間に所要の幅（例えば０．５ｍｍ以下）の間隙が形成される。これにより、緑色レーザ光源装置２２の熱が赤色レーザ光源装置２３に伝わりにくくなり、赤色レーザ光源装置２３の昇温を抑制して、温度特性の悪い赤色レーザ光源装置２３を安定的に動作させることができる。また、赤色レーザ光源装置２３の所要の光軸調整代（例えば０．３ｍｍ程度）を確保するため、緑色レーザ光源装置２２と赤色レーザ光源装置２３との間に所要の幅（例えば０．３ｍｍ以上）の間隙が設けられている。
【００３３】
図３は、緑色レーザ光源装置２２におけるレーザ光の状況を示す模式図である。半導体レーザ５１のレーザチップ６１は、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を出力する。ＦＡＣレンズ５２は、レーザ光のファースト軸（光軸方向に対して直交し且つ図の紙面に沿う方向）の拡がりを低減する。ロッドレンズ５３は、レーザ光のスロー軸（図の紙面に対して直交する方向）の拡がりを低減する。
【００３４】
固体レーザ素子５４は、いわゆる固体レーザ結晶であり、ロッドレンズ５３を通過した波長８０８ｎｍの励起用レーザ光により励起されて波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）を出力する。この固体レーザ素子５４は、Ｙ（イットリウム）ＶＯ４（バナデート）からなる無機光学活性物質（結晶）にＮｄ（ネオジウム）をドーピングしたものであり、より具体的には、母材であるＹＶＯ４のＹに蛍光を発する元素であるＮｄ＋３に置換してドーピングしたものである。
【００３５】
固体レーザ素子５４におけるロッドレンズ５３に対向する側には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光に対する反射防止と、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜６２が形成されている。固体レーザ素子５４における波長変換素子５５に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜６３が形成されている。
【００３６】
波長変換素子５５は、いわゆるＳＨＧ（Second Harmonics Generation）素子であり、固体レーザ素子５４から出力される波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）の波長を変換して波長５３２ｎｍの半波長レーザ光（緑色レーザ光）を生成する。
【００３７】
波長変換素子５５における固体レーザ素子５４に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する反射防止と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜６４が形成されている。波長変換素子５５における凹面ミラー５６に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜６５が形成されている。
【００３８】
凹面ミラー５６は、波長変換素子５５に対向する側に凹面を有し、この凹面には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する高反射と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜６６が形成されている。これにより、固体レーザ素子５４の膜６２と凹面ミラー５６の膜６６との間で、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が共振して増幅される。
【００３９】
波長変換素子５５では、固体レーザ素子５４から入射した波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光の一部が波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に変換され、変換されずに波長変換素子５５を通過した波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は、凹面ミラー５６で反射されて波長変換素子５５に再度入射し、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に変換される。この波長５３２ｎｍの半波長レーザ光は、波長変換素子５５の膜６４で反射されて波長変換素子５５から出射される。
【００４０】
ここで、固体レーザ素子５４から波長変換素子５５に入射して波長変換素子５５で波長変換されて波長変換素子５５から出射されるレーザ光のビームＢ１と、凹面ミラー５６で一旦反射されて波長変換素子５５に入射して膜６４で反射されて波長変換素子５５から出射されるレーザ光のビームＢ２とが互いに重なり合う状態では、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光と波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光とが干渉を起こして出力が低下する。
【００４１】
そこでここでは、波長変換素子５５を光軸方向に対して傾斜させて、入射面および出射面での屈折作用により、レーザ光のビームＢ１、Ｂ２が互いに重なり合わないようにして、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光と波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光との干渉を防ぐようにしており、これにより出力低下を避けることができる。
【００４２】
なお、図２に示したガラスカバー５７には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光および波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が外部に漏洩することを防止するため、これらのレーザ光を透過しない膜が形成されている。
【００４３】
また、可動体１２を構成する光学エンジンユニット１３および制御ユニット１４の各筐体は、高さ方向の寸法が短い扁平な箱形状をなしている。光学エンジンユニット１３および制御ユニット１４の各筐体の両側縁には、筐体１１内に設けられたガイドレールに沿ってスライドするスライダが設けられており（図示省略）、使用者による押し引き操作で、矢印Ａで示すように、筐体１１に対して可動体１２が出し入れされる。そして、光学エンジンユニット１３におけるノートパソコン２の側面に対応する側の端部には出射窓７４が設けられており、この出射窓７４から光学エンジン部１５の投射レンズ２８（図２参照）を通過したレーザ光が出射される。
【００４４】
次に、図４を参照して、本発明が適用された投射レンズ２８の第１実施形態を示す各レンズ成分の具体的構成を説明する。なお、各レンズ成分は断面図で示されているが、見易さからハッチングを省略している。また、図４における右側の偏光ビームスプリッタ２６から出射される変調出射光が、投射レンズ２８を介して図の左側に配設されているスクリーンＳに向けて投射される。
【００４５】
投射レンズ２８は、投射側（図４の左側）の第１共役点側から順に、第１レンズ（第１レンズ成分）Ｌ１，第２レンズ（第２レンズ成分）Ｌ２，第３レンズ（第３レンズ成分）Ｌ３，第４レンズ（第４レンズ成分）Ｌ４が同軸に配置されている。第１，第４レンズＬ１，Ｌ４は合成樹脂材で形成されたプラスチックレンズであり、第２，第３レンズＬ２，Ｌ３はガラス材質で形成されたガラスレンズである。
【００４６】
また、第１レンズＬ１は、その中央部が投射側に突出した擬似的な凹メニスカス形状に形成されかつ負の屈折力を有する。第２レンズＬ２は両凸形状の球面レンズであり、第３レンズＬ３は両凹形状の球面レンズである。第４レンズＬ４は、擬似的な両凸形状に形成されかつ正の屈折力を有する。
【００４７】
図５に示す表１に、図４におけるレンズの各諸元を示す。表１のレンズデータを設定する条件としては、Ｆ値が２．８、焦点距離が７．３ｍｍ、光変調器２５の像高が２．７９４ｍｍ、スクリーンＳ上の投影映像Ｉｍの物体高が３８５．０６４ｍｍ、第１レンズＬ１のスクリーンＳ側のレンズ面の中心とスクリーンＳとの間の距離が１０００ｍｍとする。なお、像高は、図６に示されるように光変調器２５の矩形の照射面の中心Ｐｃから角部Ｐｅに向かう対角線上の像の高さＨであり、上記数値はその最大値であり、物体高は同様にスクリーンＳ上の矩形の投影面（Ｉｍ）の中心Ｐｃから角部Ｐｅに向かう対角線上の像の高さＨであり、上記数値はその最大値である。また、各色レーザ光の重みづけは、青色レーザ光と赤色レーザ光とを１として、それに対して緑色レーザ光を２としている。
【００４８】
表１における面番号は図４に示されるｆ２〜ｆ１１に対応し、投射側からのレンズ面の順序（ｆ１はスクリーンＳに対応し、ｆ１２は光変調器２５に対応）に対応し、ＳＴＯは絞りを示す。なお、絞りＳＴＯは焦点位置に設けられている。また、面形状はレンズ面が球面であるか非球面であるかを、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各光学面ｆ(n)から次の光学面ｆ(n+1）までの光軸上の距離を（nは１〜１０）、ｎｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、νｄはｄ線を基準とするアッベ数を、Ｄは開口直径を、Ｃｏは非球面レンズのｃｏｎｉｃ数をそれぞれ示す。なお、長さの単位は特に断らない限り「ｍｍ」である。
【００４９】
次に、非球面データを記す。非球面係数ＣＥｎの４次，６次，８次，１０次，１２次の各係数をそれぞれＣＥ４，ＣＥ６，ＣＥ８，ＣＥ１０，ＣＥ１２で表す。
【００５０】
面番号ｆ２では、
ＣＥ４＝−０．０００１９２９２１３８
ＣＥ６＝１．７５１９２５９ｅ−５
ＣＥ８＝−２．６３３３４４ｅ−７
ＣＥ１０＝−２．８９７２１３１ｅ−８
ＣＥ１２＝１．０２８２３７５ｅ−９
である。
【００５１】
面番号ｆ３では、
ＣＥ４＝０．０００４８７０３３２１
ＣＥ６＝−０．０００２１３３７９６４
ＣＥ８＝９．３７２０９９３ｅ−６
ＣＥ１０＝２．０６６５９８２ｅ−６
ＣＥ１２＝−３．５３２０７４ｅ−７
である。
【００５２】
面番号ｆ８では、
ＣＥ４＝−０．００１４４５７７４８
ＣＥ６＝５．６９９２１８ｅ−５
ＣＥ８＝−９．９４１２７４３ｅ−７
ＣＥ１０＝−４．３８４６２９５ｅ−８
ＣＥ１２＝２．２４８３１９９ｅ−９
である。
【００５３】
面番号ｆ９では、
ＣＥ４＝−６．１１６５９５８ｅ−５
ＣＥ６＝７．５３９５９１８ｅ−６
ＣＥ８＝−６．１５５３４７ｅ−８
ＣＥ１０＝−６．９０８１５１ｅ−９
ＣＥ１２＝６．０４５６０６６ｅ−１０
である。
【００５４】
この第１実施形態において、図４に示されるように、光軸Ｃを通る主光線と、最高画角の主光線が各レンズＬ１〜Ｌ４を通過する各ポイントとの距離Ｒ１〜Ｒ４を半径とする円の面積が、各レンズＬ１〜Ｌ４における照射範囲とすると、例えばＷ１のワット数のレーザ光が照射されたとして、各レンズＬ１〜Ｌ４のエネルギ密度Ｅ１〜Ｅ４は、ｎを１〜４として、Ｅｎ＝Ｗ１／（π×Ｒｎ×Ｒｎ）となる。
【００５５】
ここで、図４に示されるように各Ｒ１〜Ｒ４の大きさは、Ｒ４＞Ｒ１＞Ｒ３＞Ｒ２である。したがって、第２レンズＬ２のエネルギ密度が最も高い。上記したように第２レンズＬ２はガラスレンズであり、エネルギ密度が高い位置に配置されているレンズ成分である第２レンズＬ２をガラスレンズとすることにより、第２レンズＬ２の大きな耐光性が確保される。
【００５６】
近年のプロジェクタにおいて、より明るい画像を投射するという要求に対応して光源の光量を大きくした場合にそれに伴ってエネルギ密度（光パワー密度）が高くなり、絞りＳＴＯ付近で光照射面積が絞られることによりエネルギ密度が高くなるのに加えて、プロジェクタ光学系において光源の共役の位置に絞りＳＴＯが位置し、レーザ光源装置２２〜２４からのレーザ光の光量が集中する部分が絞りＳＴＯの位置に現れる。
【００５７】
青色レーザ光の場合、ファーフィールドパターンとしてガウス分布により絞りＳＴＯ位置での中央部のエネルギ密度すなわち投射レンズ２８での主光線部分のエネルギ密度が大きくなってしまう。このような場合、絞りＳＴＯの付近にプラスチックレンズが配置されていると、そのレンズ中央部のエネルギ密度が大きくなってしまい、レンズの樹脂の光劣化を加速させることになる。光劣化により樹脂の黄変色などの透過率が低下あるいは樹脂自体が焦げ付きが生じると、レンズとしての機能が大きく低下してしまう。
【００５８】
それに対して、絞りＳＴＯ付近から大きく離れた位置のレンズでは主光線が大きく広がるためレーザ光の光量分布が広げられ、より均一に近い光量分布となり、レンズに入射するエネルギ密度が小さくなるという利点がある。そのような位置に各プラスチックレンズからなる第１，第４レンズＬ１，Ｌ４を配置しており、それら第１，第４レンズＬ１，Ｌ４の樹脂材の劣化が抑制される。なお、光源は半導体レーザに限るものではなく、LED（発光ダイオード）OLED（有機EL）など、光変調器２５を照明させる機能を有する光源であればなんでもよい。
【００５９】
また、樹脂材の劣化に大きく影響する青色レーザ光に対しては限られた樹脂材のみがレンズ材料として使用可能である。しかしながら、そのレンズ材料で加工したレンズでは屈折率およびアッベ数（分散）の組合せに制限が生じ、色収差を低減するためのレンズいわゆる色消しレンズを目的とするレンズを得ることができない。さらに、将来的に光源の光量を増大していく要求が考えられる。
【００６０】
そのため、色消しレンズをガラスレンズで構成することは有効である。また、このガラスで構成された色消しレンズはプラスチックレンズのように光耐性を気にしないで使用できるため、投射レンズ２８の絞りＳＴＯに近い位置（エネルギ密度が大きい）に配置することが可能である。そして、上記したように絞りＳＴＯに近い位置にガラスレンズからなる第３レンズＬ３を配置し、かつもう１枚のガラスレンズからなる第４レンズＬ４を用いて２枚組み構成の色消しレンズを設けている。
【００６１】
次に、上記第１実施形態における投射レンズ２８の各収差について説明する。
【００６２】
先ず、図７に球面収差を示す。図において、縦軸が像高Ｈの位置を示し、横軸がずれの大きさであり、球面収差無しを０として、実線が青色レーザ光であり、二点鎖線が緑色レーザ光であり、破線が赤色レーザ光である。これら図の説明は他の同様の図でも同じであり、その説明を省略する。図７の球面収差は、各色の各波長における像高の関数として表している。
【００６３】
図８は像面湾曲および非点収差を示す図である。図における左側の各曲線がサジタルデータ（図のＳｄ）であり、右側の各曲線がタンジェンシャルデータＴｄであり、Ｓ−Ｔが非点収差となる。図では、像面から近軸像面までの距離を視野座標の関数として表している。
【００６４】
また、図９は歪曲収差を示す図である。図では横軸に歪曲の大きさＤｙを百分率で表している。歪曲の大きさＤｙは、実際の主光線の高さをＹｃとし、基準光線の高さをＹｒとすると、次式となる。
Ｄｙ＝１００×（Ｙｃ−Ｙｒ）／Ｙｒ
【００６５】
図１０は倍率色収差を示す図である。図では、倍率色収差を視野の関数として表し、緑色レーザ光を基準（ずれが０）にした場合の青色，赤色レーザ光の各倍率色収差を示している。
【００６６】
図１１はコマ収差を示す横収差図である。図では、中心は主光線を表し、横軸が入射瞳座標（最大±２０μｍ）、縦軸が各入射瞳座標における横収差の値を示す。横収差は、光線の収差を瞳関数として表わしている。また、図１１の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ図６の各ポイントＰ１（中心），Ｐ２（中心を通る縦軸上の像高最高位置），Ｐ３（中心を通る横軸上の像高最高位置），Ｐ４（角部）に対応している。なお、具体的には、Ｐ１を０ｍｍとすると、各像高は、Ｐ２＝１．４４ｍｍ、Ｐ３＝２．４ｍｍ、Ｐ４＝２．７９４ｍｍである。
【００６７】
このようにして構成された投射レンズ２８によれば、図７〜１１に示されるように各収差が小さく、小型プロジェクタに何等問題なく適用し得る。
【００６８】
なお、投射レンズ２８を全てプラスチックレンズとすることにより、最小枚数のレンズ構成が可能となるが、上記したようにプラスチックレンズのような樹脂レンズでは屈折率とアッベ数のバリエーションが少ないという問題がある。さらに、青色レーザ光に対する耐光性を有する材質のものは少なく、採用するとレンズのコストが高騰化する。したがって、プラスチックレンズのみで小型プロジェクタの投射レンズを構成した場合には、高解像度化、高輝度化、かつ長焦点距離を実現実現することは困難である。また、長所点距離での収差低減には色収差低減が必要であり、少なすぎるレンズ枚数では十分な色収差を取ることが困難である。
【００６９】
それに対して、上記したように両外側の第１，第４レンズＬ１，Ｌ４をプラスチックレンズとし、それらに挟まれた中間の第２，第３レンズＬ２，Ｌ３をガラスレンズとしてプラスチックレンズの上記問題点を解消し、４枚のレンズ（Ｌ１〜Ｌ４）というほぼ最少となる少ないレンズ枚数で構成できた。
【００７０】
また、ガラスレンズからなる第２，第３レンズＬ２，Ｌ３を、互いに隣接する各レンズ面（ｆ６）の曲率を同一として互いに密着状態に接合された複合レンズとして構成し、かつ全体として正の屈折力としている。これにより、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に位置する絞りＳＴＯの位置をガラスレンズからなる第２レンズＬ２に近づけることができ、プラスチックレンズからなる第１レンズＬ１に対するエネルギ密度をより一層低減し得る。
【００７１】
また、プラスチックレンズのような樹脂レンズでは屈折率とアッベ数のバリエーションが少ないという問題があるが、それに対してもガラスレンズからなる第２，第３レンズＬ２，Ｌ３で対応している。また、絞りＳＴＯに近い方の第２レンズＬ２のアッベ数が遠い方の第３レンズＬ３のアッベ数よりも大きくしている。これにより、上記と同様に絞りＳＴＯの位置を第２レンズＬ２に近づける効果に加えて、異なるアッベ数の組合せにより色収差を好適に低減できる。
【００７２】
また、両外側の第１，第４レンズＬ１，Ｌ４をプラスチックレンズとしていることから、そのレンズ形状を容易に自由な形状にすることができる。投射側の第１レンズＬ１を非球面レンズにして広い視野を確保すると共に、相反する最外側の第４レンズＬ４も非球面レンズとしてテレセントリックで長バックフォーカスを確保するように、第１および第４レンズＬ１，Ｌ４を容易に加工することができる。このようにして、上記したように４枚のレンズ（Ｌ１〜Ｌ４）というほぼ最少となる少ないレンズ枚数で構成することができる。
【００７３】
このようにして、４枚のレンズ（Ｌ１〜Ｌ４）によりレンズ部分１０１が構成されている。図１２に示されるように、そのレンズ部分１０１の投射側（第１レンズＬ１の投射側）にはプリズム部分１０２が設けられている。
【００７４】
プリズム部分１０２は、２枚のプリズム１０３，１０４をレンズ部分の光軸Ｃに沿う向きに互いに重ね合わせかつ並べて構成されている。各プリズム１０３，１０４は、光軸Ｃに直交する方向（図１２の紙面の表裏方向）から見てそれぞれ台形断面形状をなすウェッジプリズムであってよく、各上底及び下底が互いに相反する方向になるように配設されている。なお、図ではノートパソコン２を例えば机上に載置して投射する場合が示されており、その場合には投射の下側部分が載置面により遮られないようにするべく投射方向を上向きにする必要があり、プリズム部分１０２により、図に示されるように投射方向を上向きに変えている。
【００７５】
その投射方向を上向きにするために、投射側のプリズム１０３はその下底側を上にする向きに設けられていると共に、そのウェッジ角（両レンズ面間の角度）θ１は、第１レンズＬ１に近い方のプリズム１０４のウェッジ角θ２よりも大きい（θ１＞θ２）。
【００７６】
これにより、図１２に示されるように、光変調器２５の光軸Ｃと一致する点Ｐｃからの光線は、図の一点鎖線に示されるようにレンズ部分１０１では光軸Ｃ上を進み、プリズム１０４で若干下側に向けられるが、プリズム１０３で上側に向きを変えられ、投射レンズ２８の出射光としては光軸Ｃに対して上向きの角度で出射され、スクリーンＳに投射される。光変調器２５の上縁の中点（図６のＰ２に対応）Ｐｕからの光線（図の二点鎖線）と、下縁の中点Ｐｄからの光線（図の実線）とにおいても同様である。それぞれ、図に示されるように３枚のレンズＬ２〜Ｌ４により焦点（絞りＳＴＯ近傍）を通り、第１レンズＬ１を介してプリズム部分１０２に至り、プリズム部分１０２により光軸Ｃに対して上向きの角度となって出射される。
【００７７】
また、上記したように２枚のプリズム１０３，１０４を互い違いになるように重ね合わせることにより、色収差を抑制することができる。図１３を参照して、本実施形態における両プリズム１０３，１０４による色収差の抑制要領について説明する。図１３では光変調器２５の任意の点（図１２のＰｄ）から出た赤色レーザ光（６４０ｎｍ）の赤色光線Ｌｒ及び青色レーザ光（４４５ｎｍ）の青色光線Ｌｂを代表して示し、赤色光線Ｌｒを破線で、青色光線Ｌｂを実線で示している。なお、模式図で示しており、光線の傾きの変化等を大きく強調している。
【００７８】
上記した構成の各レンズＬ１〜Ｌ４を用いて、スクリーンＳの任意の１点を基準にして、各色レーザ光Ｌｒ，Ｌｂがプリズム部分１０２及びレンズ部分１０１を介して光変調器２５の１点に集光するように各プリズム１０３，１０４を求めることができる。図１３に示されるように、スクリーンＳの１点からの赤色光線Ｌｒと青色光線Ｌｂとがプリズム１０３の投射側(スクリーンＳ側)の面１０３ａに至る点をそれぞれＰａ，Ｐｂとすると、プリズム１０３では、赤色光線Ｌｒは両プリズム１０３，１０４同士の合わせ面１０３ｂ（１０４ａ）の点Ｐｃに至るように屈折し、青色光線Ｌｂは面１０３ｂ（１０４ａ）の点Ｐｄに至るように赤色光線Ｌｒより大きく屈折する。
【００７９】
そして、プリズム１０４では、赤色光線Ｌｒが点Ｐｃからプリズム１０４の光変調器２５側の面１０４ｂの点Ｐｅに至るように屈折し、青色光線Ｌｂは点Ｐｄから面１０４ｂの点Ｐｆに至るように屈折する。この面１０４ｂでは、赤色光線Ｌｒと青色光線Ｌｂとが図における上下で逆転しているが、青色光線Ｌｂは面１０４ｂで大きく屈折するため、光変調器２５に至るところでは赤色光線Ｌｒと青色光線Ｌｂとは１点に一致し得る。なお、緑色光線は、赤色光線Ｌｒと青色光線Ｌｂとの間に位置するようになり、その図示を省略している。
【００８０】
このように各色光線がプリズム１０３，１０４で屈折するように、各プリズム１０３，１０４の形状と光変調器２５およびスクリーンＳまでの距離とを設計することにより、光変調器２５の任意の１点からの光線をスクリーンＳ上の１点に合焦させることができる。各プリズム１０３，１０４の設計はそれぞれのプリズムを形成するガラスや樹脂材料の分散値あるいは屈折率を適正化することで実現できる。そして、２つのプリズム１０３，１０４を、各厚さが互いに相反する向きに増減するように互いに重ね合わせることにより、一方のプリズムで生じる色収差を他方のプリズムで修正することができる。これにより、プリズム部分１０１による投射方向の変更を行うことができると共に色収差も抑制され、何等問題なくスクリーンＳに鮮明な映像Ｉｍの投射を行うことができる。
【００８１】
また、このような投射レンズ２８の構成により、ヒンジ機構やシフト機構等の構造物を設けることなく、ノートパソコン２の側面から上に傾けた方向に投射させる画像表示装置１を設けることができ、その光学エンジンユニット１３の厚さをノートパソコン２の筐体内に収めることができるように６．９ｍｍ以内にすることができる。ノートパソコン２のドライブベイは一般的に９．５ｍｍの高さであり、その９．５ｍｍの高さのドライブベイ内に収めるためには、光学系の厚さを６．９ｍｍ以下にすることで対応し得る。上記したようにプラスチックレンズからなる第１，第４レンズＬ１，Ｌ４に非球面レンズを用いることにより、枚数を低減すると共に光軸方向長さを短くすることができ、例えば光変調器２５が０．２２インチのサイズのものであった場合でも十分対応できると共に、２つのプリズム１０３，１０４を重ね合わせるという簡単な構造により、光軸方向に長くなることを抑制し得る。また、第１レンズＬ１の第１共役点側（投射側）の面から光変調器２５までの距離である全光学長も４０ｍｍ以下にすることができ、上記ノートパソコン２の筐体内に収めることに支障を来すことがない。
【００８２】
また、樹脂材により構成される第１および第４レンズＬ１，Ｌ４のレンズ成分としては、シクロオレフィンポリマーまたはシクロオレフィンコポリマーにより構成されるとよい。これにより、プラスチックレンズからなる第１および第４レンズＬ１，Ｌ４のレンズ成分の耐光性（特に青色レーザ光の耐光性）をさらに高めることができる。
【００８３】
次に、図１５を参照して第２実施形態について説明する。なお、図１５は上記した図１２に対応する図であり、上記と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００８４】
この第２実施形態では、レンズ部分１０２の各レンズＬ１〜Ｌ４を保持する鏡筒１０５と、プリズム部分１０３の各プリズム１０３，１０４を保持するホルダ１０６とが同軸的に接離可能にそれぞれ別体に形成されている。鏡筒１０５とホルダ１０６との分離面は、第１レンズＬ１を外囲しかつ光軸Ｃ方向に臨む円環状端面形状になり、鏡筒１０５側の分離面には光軸Ｃと同軸の円環状溝１０７が設けられていると共に、ホルダ１０６側の分離面には光軸Ｃと同軸かつ溝１０７に没入する円環状凸部１０８が設けられている。図示例の円環状凸部１０８は、ホルダ１０６とは別の円筒形状の部材からなり、かつホルダ１０６に軸線方向に一部埋没させて一体化した形状であるが、ホルダ１０６と一体になるように、例えば成形や削り出しにより形成してもよい。
【００８５】
このように別々に形成した鏡筒１０５とホルダ１０６とを、円環状凸部１０８を円環状溝１０７に嵌め込んで組み付ける。また、円環状凸部１０８と円環状溝１０７とは軸線周りに相対的に摺動可能となる凹凸断面形状に形成され、鏡筒１０５とホルダ１０６との間には図示省略の抜け止め機構が設けられており、このようにして鏡筒１０５とホルダ１０６とが同軸に回動自在に設けられている。なお、鏡筒１０５は、投射レンズ２８の筐体に固定されている。
【００８６】
これにより、ホルダ１０６を回すことにより光軸Ｃに対して所定の角度で投射される映像を、図１５にＩｍ１〜Ｉｍ４で示されるように任意の位置に映し出すことができる。図では４箇所（Ｉｍ１〜Ｉｍ４）で示しているが、光軸Ｃ周りの３６０度の任意の方向に投射することができる。
【００８７】
なお、上記各実施形態では画像表示装置１の可動体１２をノートパソコン２から引き出して投射するとして説明したが、必ずしもノートパソコンから引き出す必要はなく、出射窓７４がノートパソコン２の側面に固定されていてもよい。その場合に、上記第２実施形態のようにプリズム部分１０１を回動可能にする場合にはホルダ１０６の外周部の一部をノートパソコン２のケースの一部から外に臨ませるようにして、指先でホルダ１０６を回せるようにすればよい。
【００８８】
また、可動体１２の光学エンジンユニット１３と制御ユニット１４との間にヒンジ機構を設けてもよい。それにより、引き出した状態で制御ユニット１４に対して光学エンジンユニット１３を傾動させることができ、上方側への投射角度をより一層大きくすることができる。
【００８９】
以上、本発明を、その好適形態実施例について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明にかかる画像表示装置は、簡単な構成で光軸に対して角度を有する方向に投射することができ、画像表示装置をコンパクト化でき、小型プロジェクタ等として有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 画像表示装置
２２ 緑色レーザ光源装置
２３ 赤色レーザ光源装置
２４ 青色レーザ光源装置
２８ 投射レンズ
１０１ レンズ部分
１０２ プリズム部分
１０３，１０４ プリズム
１０５ 鏡筒
１０６ ホルダ
Ｌ１〜Ｌ４ 第１レンズ〜第４レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射されるレーザ光をスクリーン手段に向けて投射するための投射レンズを備えた画像表示装置であって、
前記投射レンズが、前記レーザ光の映像を拡大するべく凹レンズおよび凸レンズを組み合わせたレンズ部分と、前記レンズ部分から出射されるレーザ光の投射方向を前記レンズ部分の光軸に対して傾けるためのプリズム部分とを有し、
前記プリズム部分が、前記光軸に直交する向きから見た台形断面が互いに相反する向きに組み合わされた２つのプリズムからなることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記レンズ部分が、物体側テレセントリックになるように少なくとも３つ以上のレンズ成分を備えると共に、前記レンズ部分の共役点に面する両外側に配置された各外側レンズ成分はプラスチックレンズであり、
前記レンズ部分の絞り位置が各前記外側レンズ成分間にあり、
前記レンズ部分の前記外側レンズ成分以外のレンズ成分で少なくとも前記絞り位置に最も近いものがガラスレンズ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。
【請求項３】
前記プリズム部分が、前記レンズ部分の光軸周りに回動自在に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項１】
光源から出射されるレーザ光をスクリーン手段に向けて投射するための投射レンズを備えた画像表示装置であって、
前記投射レンズが、前記レーザ光の映像を拡大するべく凹レンズおよび凸レンズを組み合わせたレンズ部分と、前記レンズ部分から出射されるレーザ光の投射方向を前記レンズ部分の光軸に対して傾けるためのプリズム部分とを有し、
前記プリズム部分が、前記光軸に直交する向きから見た台形断面が互いに相反する向きに組み合わされた２つのプリズムからなることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記レンズ部分が、物体側テレセントリックになるように少なくとも３つ以上のレンズ成分を備えると共に、前記レンズ部分の共役点に面する両外側に配置された各外側レンズ成分はプラスチックレンズであり、
前記レンズ部分の絞り位置が各前記外側レンズ成分間にあり、
前記レンズ部分の前記外側レンズ成分以外のレンズ成分で少なくとも前記絞り位置に最も近いものがガラスレンズ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。
【請求項３】
前記プリズム部分が、前記レンズ部分の光軸周りに回動自在に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−４５０４３（Ｐ２０１３−４５０４３Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４５０７（Ｐ２０１１−１８４５０７）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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