(57)【要約】【課題】一つの光学素子からなり、色収差を補正できる投写光学系を提供すること。【解決手段】光学素子３Ａは、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面１１、反射面１２、第２透過面１３を有する。第１透過面１１と反射面１２とは、Ｚ軸方向に延びる仮想軸Ｌの下方Ｙ２に位置し、第２透過面１３は仮想軸Ｌの上方Ｙ１に位置する。反射面１２は凹形状を備え、第２透過面１３は拡大側に突出する凸形状を備える。光学素子３Ａは、入射した光線の光路上に第１部材部分３１と、第１部材部分３１とは屈折率の異なる第２部材部分３２と、を備える。【選択図】図４
2020144181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面、反射面、および第２透過面を有し、
互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸とし、前記第１透過面および前記反射面が配列されている方向をＺ軸方向、前記Ｙ軸の一方側を上方、前記Ｙ軸の他方側を下方、前記Ｘ軸と垂直で前記Ｙ軸および前記Ｚ軸を含む面をＹＺ平面とした場合に、
前記第１透過面と前記反射面とは、前記Ｚ軸方向に延びる仮想軸の下方に位置し、
前記第２透過面は、前記仮想軸の上方に位置し、
前記反射面は、凹形状を備え、
入射した光線の光路上に第１部材部分と、前記第１部材部分とは屈折率の異なる第２部材部分と、を備えることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１部材部分と前記第２部材部分との接合面は、曲面形状を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第２透過面の有効光線範囲のＹ軸方向の上端を通過する上端光束の上周辺光線および当該有効光線範囲のＹ軸方向の下端を通過する下端光束の上周辺光線がＹＺ平面上で交差する上側交点と、前記上端光束の下周辺光線および前記下端光束の下周辺光線が前記ＹＺ平面上で交差する下側交点とを結ぶ仮想線は、前記ＹＺ平面で前記仮想軸に垂直な仮想垂直線に対して傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記仮想線は、前記第２部材部分に位置することを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第２部材部分は、前記第１部材部分よりも耐熱性が高く、
前記第２部材部分において、入射した光線の光束径が最も小さくなることを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第２部材部分は、前記第１部材部分よりも光線の透過率が高く、
前記第２部材部分において、入射した光線の光束径が最も小さくなることを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記反射面は、前記第１部材部分に設けられていることを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記第１透過面および前記第２透過面は、前記第１部材部分に設けられていることを特徴とする請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記第１部材部分の材質は、樹脂であることを特徴とする請求項１から８のうちのいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記第２部材部分の材質は、ガラスであることを特徴とする請求項１から９のうちのいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記光学素子は、絞りを備えることを特徴とする請求項１から１０うちのいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記光学素子は、絞りを備え、
前記絞りは、前記仮想線に沿って設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記第１透過面、前記反射面、および前記第２透過面のうちの少なくともいずれかは、非球面であることを特徴とする請求項１から１２のうちのいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１４】
請求項１から１３のうちのいずれか一項に記載の光学素子と、
前記第１透過面に投写画像を形成する画像形成部と、
を有することを特徴とする投写型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹形状の反射面を備える光学素子、および投写型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成部が形成した投写画像を投写光学系により拡大して投射する投写型画像表示装置は特許文献１に記載されている。同文献の投写光学系は、縮小側から拡大側に向かって順に第１光学系と第２光学系とからなる。第１光学系は屈折光学系を備える。第２光学系は凹形状の反射面を備える反射ミラーからなる。画像形成部は、光源とライトバルブとを備える。画像形成部は、投写光学系の縮小側結像面に投写画像を形成する。投写光学系は、第１光学系と反射面との間に中間像を形成し、拡大側結像面に配置されたスクリーンに最終像を投写する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
投写光学系を構成する光学素子の数を抑制するためには、屈折光学系からなる第１光学系を省略して画像形成部を第２光学系の縮小側に配置するとともに、第２光学系に、反射ミラーと、レンズと、を備えることが考えられる。しかし、この場合には、第２光学系において、光学素子の数が増加してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願の光学素子は、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面、反射面、および第２透過面を有し、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸とし、前記第１透過面および前記反射面が配列されている方向をＺ軸方向、前記Ｙ軸の一方側を上方、前記Ｙ軸の他方側を下方、前記Ｘ軸と垂直で前記Ｙ軸および前記Ｚ軸を含む面をＹＺ平面とした場合に、前記第１透過面と前記反射面とは、前記Ｚ軸方向に延びる仮想軸の下方に位置し、前記第２透過面は、前記仮想軸の上方に位置し、前記反射面は、凹形状を備え、入射した光線の光路上に第１部材部分と、前記第１部材部分とは屈折率の異なる第２部材部分と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施例１の投写型画像表示装置の全体を表す光線図である。
【図２】図１のＡ部分の部分拡大図である。
【図３】図１のＢ部分の部分拡大図である。
【図４】光学素子の光線図である。
【図５】光学素子の内部に規定される仮想線の説明図である。
【図６】スクリーンにおけるディストーション格子を示す図である。
【図７】縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。
【図８】光学素子の拡大側のＭＴＦを示す図である。
【図９】光学素子の赤色光線のＭＴＦを示す図である。
【図１０】光学素子の緑色光線のＭＴＦを示す図である。
【図１１】光学素子の青色光線のＭＴＦを示す図である。
【図１２】光学素子のスポットダイアグラムである。
【図１３】比較例の投写型画像表示装置の全体を表す光線図である。
【図１４】比較例の光学素子の光線図である。
【図１５】スクリーンにおけるディストーション格子を示す図である。
【図１６】光学素子の縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。
【図１７】光学素子の拡大側のＭＴＦを示す図である。
【図１８】光学素子の赤色光線のＭＴＦを示す図である。
【図１９】光学素子の緑色光線のＭＴＦを示す図である。
【図２０】光学素子の青色光線のＭＴＦを示す図である。
【図２１】光学素子のスポットダイアグラムである。
【図２２】実施例２の投写型画像表示装置の全体を表す光線図である。
【図２３】実施例２の光学素子の光線図である。
【図２４】光学素子内に規定される仮想線の説明図である。
【図２５】スクリーンにおけるディストーション格子を示す図である。
【図２６】光学素子の縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。
【図２７】光学素子の拡大側のＭＴＦを示す図である。
【図２８】光学素子の赤色光線のＭＴＦを示す図である。
【図２９】光学素子の緑色光線のＭＴＦを示す図である。
【図３０】光学素子の青色光線のＭＴＦを示す図である。
【図３１】光学素子のスポットダイアグラムである。
【図３２】実施例３の投写型画像表示装置の全体を表す光線図である。
【図３３】実施例３の投写型画像表示装置の光学素子の光線図である。
【図３４】光学素子内に規定される仮想線の説明図である。
【図３５】スクリーンにおけるディストーション格子を示す図である。
【図３６】光学素子の縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。
【図３７】光学素子の拡大側のＭＴＦを示す図である。
【図３８】光学素子の赤色光線のＭＴＦを示す図である。
【図３９】光学素子の緑色光線のＭＴＦを示す図である。
【図４０】光学素子の青色光線のＭＴＦを示す図である。
【図４１】光学素子のスポットダイアグラムである。
【図４２】実施例４の投写型画像表示装置の全体を表す光線図である。
【図４３】実施例４の投写型画像表示装置の光学素子の光線図である。
【図４４】光学素子内に規定される仮想線の説明図である。
【図４５】スクリーンにおけるディストーション格子を示す図である。
【図４６】光学素子の縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。
【図４７】光学素子の拡大側のＭＴＦを示す図である。
【図４８】光学素子の赤色光線のＭＴＦを示す図である。
【図４９】光学素子の緑色光線のＭＴＦを示す図である。
【図５０】光学素子の青色光線のＭＴＦを示す図である。
【図５１】光学素子のスポットダイアグラムである。
【図５２】各実施例においてスクリーンに達する光束の開き角度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に図面を参照して、本発明の実施形態に係る光学素子および投写型画像表示装置について詳細に説明する。
【０００８】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の投写型画像表示装置の全体を表す光線図である。図２は、図１のＡ部分の部分拡大図である。Ａ部分はスクリーンのＹ軸に沿った方向において最も像高が高い部分の近傍である。図３は、図１のＢ部分の部分拡大図である。Ｂ部分はスクリーンのＹ軸に沿った方向において最も像高が低い部分の近傍である。像高が高いＡ部分は光学素子の光軸からの距離が最も遠い像位置であり、スクリーンにおける最も上方の像位置である。像高が低いＢ部分は光学素子の光軸からの距離が最も近い像位置であり、スクリーンにおける最も下方の像位置である。図４は、光学素子の光線図である。図５は、光学素子の内部に規定される仮想線の説明図である。
【０００９】
図１に示すように、本例の投写型画像表示装置１Ａは、画像形成部２と、光学素子３Ａと、を備える。画像形成部２は、光学素子３Ａの縮小側結像面に投写画像を結像させる。光学素子３Ａの拡大側結像面にはスクリーンＳが配置されている。すなわち、スクリーンＳは、光学素子３Ａの拡大側結像面である。
【００１０】
画像形成部２は、光源装置と光変調部とを備える、本例では、光変調部は、液晶ライトバルブ４である。液晶ライトバルブ４は、液晶パネルと、光入射側偏光板と、光射出側偏光板とを備える。液晶ライトバルブ４は、光源装置から入射する光源光の強度の空間分布を画素の単位で変調して投写画像を形成する。図１、図４では、画像形成部２として、液晶ライトバルブ４を示し、光源装置の図示を省略する。
【００１１】
図４に示すように、光学素子３Ａは、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面１１、反射面１２、および第２透過面１３を有する。以下の説明では、便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸とする。そして、第１透過面１１および反射面１２が配列されている方向をＺ軸方向、Ｙ軸の一方側を上方Ｙ１、Ｙ軸の他方側を下方Ｙ２とする。また、Ｘ軸と垂直でＹ軸およびＺ軸を含む面をＹＺ平面とする。従って、図１から図５の各図はＸ軸と平行な方向から見た場合を示す。また、以下の説明では、ＹＺ平面上に、Ｚ軸方向に延びる仮想軸Ｌを設定する。仮想軸Ｌは光学素子３Ａの設計基準軸である。本例において、仮想軸Ｌは、拡大側結像面であるスクリーンＳに垂直である。なお、仮想軸Ｌは、スクリーンＳに垂直ではない場合もある。
【００１２】
第１透過面１１と反射面１２とは、仮想軸Ｌの下方Ｙ２に位置する。第２透過面１３は、仮想軸Ｌの上方Ｙ１に位置する。反射面１２は、第１透過面１１から離間する方向に窪む凹形状を備える。従って、反射面１２は正のパワーを有する。反射面１２は光学素子３Ａに外側から反射コートを施すことにより設けられている。第２透過面１３は拡大側に突出する凸形状を備える。従って、第２透過面１３は正のパワーを有する。
【００１３】
第１透過面１１には、液晶ライトバルブ４が貼り付けられている。液晶ライトバルブ４に映し出された投写画像は、第１透過面１１、反射面１２および第２透過面１３をこの順に経由してスクリーンＳに投写される。スクリーンＳに投写される最終像は横方向に長い長方形である。本例では、最終像のアスペクト比は１６：１０である。
【００１４】
光学素子３Ａは、上半分、下半分が、それぞれ仮想軸Ｌを中心とする回転対称に構成されている。すなわち、第１透過面１１、反射面１２、および第２透過面１３は、図５に示すＹＺ平面の断面形状を、仮想軸Ｌを中心としてＸ軸方向の一方側および他方側にそれぞれ９０°の角度範囲で回転させた形状を備える。本例では、反射面１２および第２透過面１３は、非球面である。
【００１５】
図５に示すように、光学素子３Ａには、第２透過面１３の有効光線範囲２０のＹ軸方向の上端を通過する上端光束２１の上周辺光線２１ａおよび当該有効光線範囲２０のＹ軸方向の下端を通過する下端光束２２の上周辺光線２２ａがＹＺ平面上で交差する上側交点２３と、上端光束２１の下周辺光線２１ｂおよび下端光束２２の下周辺光線２２ｂがＹＺ平面上で交差する下側交点２４と、を結ぶ仮想線Ｐを規定することができる。本例において、仮想線Ｐは、ＹＺ平面で仮想軸Ｌと垂直な仮想垂直線Ｖと平行である。すなわち、仮想線Ｐは、ＹＺ平面で仮想軸Ｌと垂直である。本例において、仮想線Ｐは、ＹＺ平面上における瞳ということもできる。光学素子に入射した光線は、仮想線Ｐ、或いは仮想線Ｐの近傍において、集光される。光学素子に入射した光線は、仮想線Ｐの近傍の領域Ａにおいて、光束径が最も小さくなる。
【００１６】
ここで、図４に示すように、光学素子３Ａは、入射した光線の光路上に第１部材部分３１と、第１部材部分３１とは屈折率の異なる第２部材部分３２と、を備える。第１部材部分３１は、第１透過面１１および第２透過面１３を備える第１の第１部材部分３１（１）と、反射面１２を備える第２の第１部材部分３１（２）と、を備える。第２部材部分は、Ｚ軸方向において、第１の第１部材部分３１（１）と、第２の第１部材部分３１（２）との間に位置する。本例では、第１部材部分３１は、樹脂からなる。第２部材部分３２は、ガラスからなる。光学素子３Ａに入射した光線の光束径は、第２部材部分３２において最も小さくなる。すなわち、光学素子３Ａに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａは、第２部材部分３２の内側にある。
【００１７】
第２部材部分３２は、全体として円盤形状をしている。第２部材部分３２は、第１の第１部材部分３１（１）の側に円形の凸曲面を備え、第２の第１部材部分３１（２）の側に円形の凹曲面を備える。第２部材部分３２には、Ｚ軸方向の一方側に第１の第１部材部分３１（１）が密着し、Ｚ軸方向の他方側に第２の第１部材部分３１（２）が密着する。従って、第１の第１部材部分３１（１）の接合面と、第２部材部分３２の第１の第１部材部分３１（１）に対する接合面とは、対応する曲面形状を備える。言い換えれば、第２部材部分３２の第１の第１部材部分３１（１）に対する接合面は、凸曲面形状である。第１の第１部材部分３１（１）の第２部材部分３２に対する接合面は、第２部材部分３２の凸曲面形状に対応する凹曲面形状である。また、第２部材部分３２の第２の第１部材部分３１（２）に対する接合面は、凹曲面形状である。第２の第１部材部分３１（２）の第２部材部分３２に対する接合面は、第２部材部分３２の凹曲面形状に対応する凸曲面形状である。
【００１８】
第１部材部分３１と第２部材部分３２とは、屈折率が相違する。また、第２部材部分３２と第１の第１部材部分３１（１）との接合面は曲面形状であり、第２部材部分３２と第２の第１部材部分３１（２）との接合面は曲面形状である。従って、光学素子３Ａは、第２部材部分３２と第１の第１部材部分３１（１）との接合面、第２部材部分３２と第２の第１部材部分３１（２）との接合面において、パワーを備える。
【００１９】
また、第１部材部分３１と第２部材部分３２とは、材質が相違するので、耐熱性が異なる。すなわち、ガラスからなる第２部材部分３２は、樹脂からなる第１部材部分３１と比較して、短波長の光線の透過率が高い。これにより、第２部材部分３２では、短波長の光線を吸収による温度上昇が抑制される。よって、第２部材部分３２は、第１部材部分３１と比較して、耐熱性が高い。
【００２０】
光学素子３Ａには、絞りＯが設けられている。仮想線Ｐは、絞りＯにより規制される光束によって定義される。絞りＯは、仮想線Ｐに沿って設けられている。絞りＯは、光学素子３Ａを仮想線Ｐに沿って分割し、分割面に遮光用の墨を塗布し、しかる後に、分割した光学素子３Ａを一つに接合することなどにより、設けられる。なお、絞りＯ２は、光束の一部を遮光できる部材を用いて形成すればよく、墨を用いて形成されるものに限られない。
【００２１】
ここで、第１部材部分３１と第２部材部分３２とを接合する手段としては、第１部材部分３１を構成する部材、或は、第２部材部分３２を構成する部材に近い屈折率を備える接着剤を用いて接合することが望ましい。これにより、接着剤による屈折率の影響を最小限に抑えることができる。また、接着剤を用いれば、２つの部材の接合が容易となり、光学素子３Ａの量産性に優れる。
【００２２】
（レンズデータ）
光学素子３Ａのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、拡大側から縮小側に順番に付してある。＊を付した面番号の面は非球面である。面番号１および面番号８は、ダミー面である。面番号２は、第２透過面１３である。面番号６は、反射面１２である。面番号１０は、像面であり、第１透過面１１である。面番号４は、絞りである。
【００２３】
面番号３は、第１の第１部材部分３１（１）と第２部材部分３２との接合面である。面番号５は、第２部材部分３２と第２の第１部材部分３１（２）との接合面である。面番号７は、第２の第１部材部分３１（２）と第２部材部分３２との接合面である。面番号９は、第２部材部分３２と第１の第１部材部分３１（１）との接合面である。従って、面番号３と面番号９とは、対応する面形状を備える。また、面番号５と、面番号７とは、対応する面形状を備える。ｒは曲率半径であり、単位はｍｍである。ｄは軸上面間隔であり、単位はｍｍである。ｎｄは屈折率である。νｄはアッベ数である。ＹはＹ軸方向の有効半径である。ＸはＸ軸方向の有効半径である。
【００２４】
面番号      ｒ        ｄ             ｎｄ        νｄ       Ｙ      Ｘ
物体面      0        154.925192                    
1           0          5                                 69.425    69.425
2*        18.82405     7.363655     1.531132     55.75    7.944     7.944
3        114.06501     1            1.652022     54.8     3.027     3.027
4 絞り     0           1.418853     1.652022     54.8     1         1
5        135.13244     2.965778     1.531132     55.75    4.008     4.008
6*        -2.99674    -2.965778     1.531132     55.75    9.263     9.263
7        135.13244    -1.418853     1.652022     54.8     9.793     9.793
8          0          -1            1.652022     54.8    11.039    11.039
9        114.06501    -0.75         1.531132     55.75   11.344    11.344
像面       0           0            1.531132     55.75   12.36     12.36
【００２５】
物体面から面番号２までの軸上面間距離ｄは、図１に示す投写型画像表示装置１Ａの投写距離ｆである。本例では、ｆ＝１５９.９２５１９２ｍｍである。
【００２６】
面番号２、すなわち、第２の透過面１３の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     1.955731E+00
4次の係数          2.044439E-03
6次の係数         -4.294058E-05
8次の係数          5.347737E-07
10次の係数        -1.556296E-09
【００２７】
面番号６、すなわち、反射面１２の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -6.290221E+01
4次の係数         -2.237771E-04
6次の係数          2.377462E-06
8次の係数         -1.60976E-08
10次の係数         4.747946E-11
【００２８】
（投写画像）
次に、画像形成部２が形成する投写画像を説明する。図６はスクリーンＳにおけるディストーション格子を示す図である。図７は光学素子３Ａの縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。縮小側結像面のディストーション格子は歪んでいるが、像面湾曲はない。
【００２９】
画像形成部２は、縮小側結像面に、最終像に対して上下が反転した投写画像を形成する。また、画像形成部２は、拡大側結像面であるスクリーンＳに長方形の投写画像が投写されるように、光学素子３Ａの縮小側結像面に、予め、歪んだ投写画像を形成する。より具体的には、画像形成部２は、図６に示すディストーション格子に対応する最終像がスクリーンＳに投写されるように、縮小側結像面に、図７に示すディストーション格子に対応する歪んだ投写画像を形成する。投写画像は、スクリーンＳに形成される理想の長方形の最終像に対して最終像の台形歪みが小さくなる形状である。すなわち、投写画像は、最終像の台形歪みに対して逆に歪む。従って、投写画像は、スクリーンＳにおける像高が最も高い辺が最も短い。
【００３０】
（効果）
本例の投写型画像表示装置１Ａにおいて、光学素子３Ａは、凹形状の反射面１２と、拡大側に突出する凸形状の第２透過面１３と、を備える。従って、光学素子３Ａは、反射面１２で反射した光束を、第２透過面１３で屈折させることができる。従って、光学素子３Ａの短焦点化、すなわち投写距離を短くすることが容易である。
【００３１】
また、光学素子３Ａでは、反射面１２および第２透過面１３が非球面である。さらに、面番号３、面番号５、面番号７、および面番号９は、屈折率の異なる第１部材部分３１と第２部材部分３２との接合面であり、いずれも曲面形状を備える。従って、光学素子３Ａでは、収差の発生を抑制できる。
【００３２】
ここで、図８〜図１１は光学素子３Ａの拡大側のＭＴＦを示す図である。ＭＴＦは、結像面をＹ軸で分割した半分の領域を２５分割して算出した。図８〜図１１の横軸は空間周波数である。空間周波数３０ｃｙｃｌｅは解像力１６．７ｕｍに相当する。図８〜図１１の縦軸はコントラスト再現比である。図８では、ＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線と、５５０ｎｍの波長の光線と、４７０ｎｍの波長の光線との比が２：７：１に重み付けされている。図９においてＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線である。すなわち、図９は、赤色の光線の解像度を示す。図１０においてＭＴＦの計算に用いた光線は５５０ｎｍの波長の光線である。すなわち、図１０は緑色の光線の解像度を示す。図１１においてＭＴＦの計算に用いた光線は４７０ｎｍの波長の光線である。すなわち、図１１は青色の光線の解像度を示す。図８〜図１１に示すように、本例では、解像度の低下は抑制され、各色のＭＴＦの低下も抑えられており、色収差も良好に補正されていることが分かる。
【００３３】
図１２は光学素子３Ａのスポットダイアグラムである。図１２のスポットダイアグラムでは、スポットが小さい。従って、本例では、収差が良好に補正されている。なお、図１２では、スクリーンＳの像高が低い位置においてスポットが、少しだけ大きくなっている。しかし、スクリーンＳの像高が低い位置に投写される投写画像の画像部分は、図７に示す光学素子３Ａの縮小側結像面のディストーション格子において格子の間隔が大きい部分である。従って、スクリーンＳの像高が低い位置に投写される画像部分は、画像形成部２においてより多くの画素を用いて表現できる。よって、本例の投写型画像表示装置１Ａでは、スポットダイアグラムのスポットが大きい箇所、すなわち、スクリーンＳの像高が低い位置において、最終像の解像度が低下することを抑制することが可能である。
【００３４】
ここで、参考までに、スクリーンＳの各像高に達する各光束Ｆ１〜Ｆ５の開き角度θ０のデータを示す。図１に示すように、光束Ｆ１は最も像高が低い位置に達する光束である。光束Ｆ５は最も像高が高い位置に達する光束である。光束Ｆ２から光束Ｆ４は、光束Ｆ１と光束Ｆ５との間の各高さ位置に到達する光束である。ＹＺ平面における光束Ｆ１のＹ軸上の座標を７８０、光束Ｆ５のＹ軸上座標を１８０とした場合に、光束Ｆ２のＹ軸上の座標は３３０であり、光束Ｆ３のＹ軸上の座標は４８０である。光束Ｆ４のＹ軸上の座標は６３０である。θ１は、各光束Ｆ１〜Ｆ５の上周辺光線角度であり、図２、図３に示すように、各光束Ｆ１〜Ｆ５の上周辺光線がスクリーンＳに対して交差する角度である。θ２は、各光束Ｆ１〜Ｆ５の下周辺光線角度であり、各光束Ｆ１〜Ｆ５の上周辺光線がスクリーンＳに対して交差する角度である。θ０は開き角度であり、θ２とθ１との差分である。Ｒは開き角度比である。開き角度比は、最も開き角度が大きい光束Ｆ１開き角度を１００とした場合の割合である。
【００３５】
スクリーンＳの各像高に達する各光束Ｆ１〜Ｆ５の開き角度θ０のデータは以下のとおりである。
光線     θ１          θ２            θ０             Ｒ
F1     46.66640183     47.13681798     0.470416156    100%
F2     62.91376663     63.09657615     0.182809526     39%
F3     70.68053558     70.77752895     0.09699337      21%
F4     75.06957016     75.13146807     0.061897903     13%
F5     77.85918732     77.90313864     0.043951323      9%
【００３６】
ここで、光学素子３Ａを通過する光線は、凹曲面形状を備える反射面１２によって光学素子３Ａの内部で集光される。従って、光学素子３Ａの内部で光密度が高くなり、光学素子３Ａの一部分が高温となることがある。この場合、高温となった光学素子３Ａの一部分が熱膨張して、光学素子３Ａの光学性能の劣化を招くという問題がある。
【００３７】
このような問題に対して、光学素子３Ａは、光線の入射する光線の光路上に、樹脂からなる第１部材部分３１と、ガラスからなる第２部材部分３２と、を備える。そして、第２部材部分３２に、光学素子３Ａに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａが位置する。すなわち、光学素子３Ａでは、光学素子３Ａの内部で光密度が高くなり、高温となりやすい領域Ａが、光線の透過率が高く、耐熱性の高い材質から構成されている。従って、高温となった光学素子３Ａの一部分が熱膨張して、光学素子３Ａの光学性能の劣化を招くことを抑制或いは回避できる。
【００３８】
また、光学素子３Ａにおいて、非球面の第２透過面１３は、第１の第１部材部分３１（１）に設けられ、非球面の反射面１２は、第２の第１部材部分３１（２）に設けられる。従って、非球面の第２透過面１３と非球面の反射面１２とを、ガラス製の部材部分に設ける場合と比較して、光学素子３Ａに、非球面を設けることが容易である。
【００３９】
（比較例）
次に、実施例１において、解像度の低下を抑制できる効果、および、色収差を良好に補正できる効果について、比較例を参照して説明する。図１３は、比較例の投写型画像表示装置の全体を表す光線図である。図１４は、比較例の光学素子の光線図である。本例の投写型画像表示装置１００は、光学素子３が単一の材質から構成されている点を除き、実施例１の投写型画像表示装置１Ａと同様の構成を備える。従って、対応する構成には同一の符号を付す。
【００４０】
図１３に示すように、本例の投写型画像表示装置１００は、画像形成部２と、光学素子３と、を備える。画像形成部２は、光学素子３の縮小側に配置されている。画像形成部２は光源装置と光変調部とを備える。光変調部は液晶ライトバルブ４を備える。
【００４１】
光学素子３は、単一の材質からなる。本例において、光学素子３は樹脂製である。図１４に示すように、光学素子３は、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面１１、反射面１２、および第２透過面１３を有する。第１透過面１１には、液晶ライトバルブ４が貼り付けられている。液晶ライトバルブ４に映し出された投写画像は、第１透過面１１、反射面１２および第２透過面１３をこの順に経由してスクリーンＳに投写される。スクリーンＳに投写される最終像は横方向に長い長方形である。最終像のアスペクト比は１６：１０である。本例においても、ＹＺ平面上にＺ軸方向に延びる仮想軸Ｌを設定する。仮想軸Ｌは光学素子３の設計基準軸である。仮想軸Ｌは、拡大側結像面であるスクリーンＳに垂直である。
【００４２】
第１透過面１１と反射面１２とは、仮想軸Ｌの下方Ｙ２に位置する。第２透過面１３は、仮想軸Ｌの上方Ｙ１に位置する。反射面１２は、第１透過面１１から離間する方向に窪む凹形状を備える。従って、反射面１２は正のパワーを有する。反射面１２は光学素子３Ａに外側から反射コートを施すことにより設けられている。第２透過面１３は拡大側に突出する凸形状を備える。従って、第２透過面１３は正のパワーを有する。また、光学素子３は、上半分、下半分が、それぞれ仮想軸Ｌを中心とする回転対称に構成されている。すなわち、第１透過面１１、反射面１２、および第２透過面１３は、図１４に示すＹＺ平面の断面形状を、仮想軸Ｌを中心としてＸ軸方向の一方側および他方側にそれぞれ９０°の角度範囲で回転させた形状を備える。反射面１２および第２透過面１３は、非球面である。
【００４３】
光学素子３には、第２透過面１３の有効光線範囲２０のＹ軸方向の上端を通過する上端光束２１の上周辺光線２１ａおよび当該有効光線範囲２０のＹ軸方向の下端を通過する下端光束２２の上周辺光線２２ａがＹＺ平面上で交差する上側交点２３と、上端光束２１の下周辺光線２１ｂおよび下端光束２２の下周辺光線２２ｂがＹＺ平面上で交差する下側交点２４と、を結ぶ仮想線Ｐを規定することができる。仮想線Ｐは、ＹＺ平面で仮想軸Ｌと垂直な仮想垂直線Ｖと平行である。すなわち、仮想線Ｐは、ＹＺ平面で仮想軸Ｌと垂直である。本例において、仮想線Ｐは、ＹＺ平面上における瞳ということもできる。
【００４４】
比較例の光学素子３のレンズデータは、以下のとおりである。面番号は、拡大側から縮小側に順番に付してある。＊を付した面番号の面は非球面である。面番号１は、第２透過面１３である。面番号２は、絞りである。面番号３は、反射面１２である。像面は、第１透過面１１である。ｒは曲率半径であり、単位はｍｍである。ｄは軸上面間隔であり、単位はｍｍである。ｎｄは屈折率である。νｄはアッベ数である。ＹはＹ軸方向の有効半径である。ＸはＸ軸方向の有効半径である。
【００４５】
面番号       ｒ      ｄ         ｎｄ         νｄ       Ｙ        Ｘ
物体面       0      295                    
1*          15       10         1.531132     55.75     9.019      9.019
2  絞り      0        5         1.531132     55.75     1          1
3*         -11       -6.277     1.531132     55.75     10.558     10.558
像面         0        0         1.531132     55.75     13.389     13.389
【００４６】
物体面の欄の軸上面間距離ｄは、スクリーンＳと面番号１との間の距離である。従って、物体面の欄の軸上面間距離ｄは、投写型画像表示装置１００の投写距離ｆである。本例では、ｆ＝２９５ｍｍである。
【００４７】
面番号１、すなわち、第２の透過面１３の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数      1.597914E+00
4次の係数           1.003949E-03
6次の係数          -1.770946E-05
8次の係数           1.911983E-07
10次の係数         -6.508832E-10
【００４８】
面番号３、すなわち、反射面１２の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     -9.4411E+01
4次の係数          -1.369046E-04
6次の係数           1.096019E-06
8次の係数          -5.971179E-09
10次の係数          1.384487E-11
【００４９】
（投影画像）
次に、画像形成部２が生成する投写画像を説明する。図１５はスクリーンＳにおけるディストーション格子を示す図である。図１６は光学素子３の縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。光学素子３の縮小側結像面におけるディストーション格子は歪んでいるが、像面湾曲はない。画像形成部２は、縮小側結像面に、最終像に対して上下が反転した投写画像を形成する。また、画像形成部２は、拡大側結像面であるスクリーンＳに長方形の投写画像が投写されるように、光学素子３の縮小側結像面に、予め、歪んだ画像を形成する。すなわち、画像形成部２は、図１５に示すディストーション格子に対応する最終像がスクリーンＳに投写されるように、縮小側結像面に、図１６に示すディストーション格子に対応する歪んだ投写画像を形成する。
【００５０】
（光学性能）
図１７〜図２０は比較例の光学素子３の拡大側のＭＴＦを示す図である。ＭＴＦは実施例１と同様に算出した。図１７では、ＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線と、５５０ｎｍの波長の光線と、４７０ｎｍの波長の光線との比が２：７：１に重み付けされている。図１８においてＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線である。図１９においてＭＴＦの計算に用いた光線は５５０ｎｍの波長の光線である。図２０においてＭＴＦの計算に用いた光線は４７０ｎｍの波長の光線である。図８〜図１１に示す実施例１の光学素子３ＡのＭＴＦと、図１７〜図２０に示す比較例の光学素子３のＭＴＦとを比較すれば分かるように、実施例１の光学素子３によれば、解像度の低下は抑制される。すなわち、実施例１の光学素子３Ａによれば、投写距離ｆを、比較例の光学素子３の半分近くまで短縮したのにも拘わらず、解像度の低下は抑制され各色のＭＴＦの低下も抑えられており、色収差も良好に補正されていることが分かる。
【００５１】
図２１は比較例の光学素子３のスポットダイアグラムである。図２１のスポットダイアグラムでは、図１２に示す実施例１の光学素子３のスポットダイアグラムと比較して、スポットが大きい。従って、実施例１の光学素子３によれば、収差が良好に補正されていることが判る。
【００５２】
（実施例２）
次に、実施例２の投写型画像表示装置を説明する。図２２は、実施例２の投写型画像表示装置の全体を表す光線図である。図２３は、実施例２の光学素子の光線図である。図２４は、光学素子内に規定される仮想線Ｐの説明図である。図２２から図２４の各図はＸ軸と平行な方向から見た場合を示す本例の投写型画像表示装置１Ｂでは、光学素子３Ｂの内部に規定される仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜するが、他の構成は、実施例１の投写型画像表示装置１Ｂと同様である。従って、実施例１の投写型画像表示装置１Ａと対応する構成には同一の符号を付す。
【００５３】
図２２に示すように、本例の投写型画像表示装置１Ｂは、画像形成部２と、光学素子３Ｂと、を備える。画像形成部２は、光学素子３Ｂの縮小側に配置されている。画像形成部２は光源装置と光変調部とを備える。光変調部は液晶ライトバルブ４を備える。図２３に示すように、光学素子３Ｂは、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面１１、反射面１２、および第２透過面１３を有する。第１透過面１１には、液晶ライトバルブ４が貼り付けられている。液晶ライトバルブ４に映し出された投写画像は、第１透過面１１、反射面１２および第２透過面１３をこの順に経由してスクリーンＳに投写される。スクリーンＳに投写される最終像は横方向に長い長方形である。最終像のアスペクト比は１６：１０である。本例においても、Ｚ軸方向に延びる仮想軸Ｌを設定する。仮想軸Ｌは光学素子３Ｂの設計基準軸である。本例において、仮想軸Ｌは、拡大側結像面であるスクリーンＳに垂直である。なお、仮想軸Ｌは、スクリーンＳに垂直ではない場合もある。
【００５４】
第１透過面１１と反射面１２とは、仮想軸Ｌの下方Ｙ２に位置する。第２透過面１３は、仮想軸Ｌの上方Ｙ１に位置する。反射面１２は、凹形状を備える。従って、反射面１２は正のパワーを有する。反射面１２は光学素子３Ｂに外側から反射コートを施すことにより設けられている。第２透過面１３は拡大側に突出する凸形状を備える。従って、第２透過面１３は正のパワーを有する。また、光学素子３Ｂは、上半分、下半分が、それぞれ仮想軸Ｌを中心とする回転対称に構成されている。すなわち、第１透過面１１、反射面１２、および第２透過面１３は、図２３に示すＹＺ平面の断面形状を、仮想軸Ｌを中心としてＸ軸方向の一方側および他方側にそれぞれ９０°の角度範囲で回転させた形状を備える。
【００５５】
図２４に示すように、光学素子３Ｂには、第２透過面１３の有効光線範囲２０のＹ軸方向の上端を通過する上端光束２１の上周辺光線２１ａおよび当該有効光線範囲２０のＹ軸方向の下端を通過する下端光束２２の上周辺光線２２ａがＹＺ平面上で交差する上側交点２３と、上端光束２１の下周辺光線２１ｂおよび下端光束２２の下周辺光線２２ｂがＹＺ平面上で交差する下側交点２４と、を結ぶ仮想線Ｐを規定することができる。
【００５６】
本例において、仮想線ＰはＹＺ平面で仮想軸Ｌと垂直な仮想垂直線Ｖに対して４５°傾斜する。すなわち、仮想垂直線Ｖに対して仮想線Ｐの上側交点２３の側が仮想垂直線Ｖと仮想線Ｐとの交点を軸として時計周りに回る傾斜角度をθとすると、θ＝４５°である。仮想線Ｐは、ＹＺ平面上における瞳ということもできる。光学素子３Ｂに入射した光線は、仮想線Ｐ、或いは仮想線Ｐの近傍において、集光される。光学素子３Ｂに入射した光線は、仮想線Ｐの近傍の領域Ａにおいて、光束径が最も小さくなる。
【００５７】
ここで、光学素子３Ｂは、入射した光線の光路上に第１部材部分３１と、第１部材部分３１とは屈折率の異なる第２部材部分３２と、を備える。第１部材部分３１は、第１透過面１１および第２透過面１３を備える第１の第１部材部分３１（１）と、反射面１２を備える第２の第１部材部分３１（２）と、を有する。第２部材部分は、Ｚ軸方向において、第１の第１部材部分３１（１）と、第２の第１部材部分３１（２）との間に位置する。本例では、第１部材部分３１は、樹脂からなる。第２部材部分３２は、ガラスからなる。図２３に示すように、第２部材部分３２において光学素子３Ｂに入射した光線の光束径が最も小さくなる。すなわち、光学素子３Ｂに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａは、第２部材部分３２の内側にある。
【００５８】
第２部材部分３２は、全体として円盤形状をしている。第２部材部分３２は、第１の第１部材部分３１（１）の側に凸曲面を備え、第２の第１部材部分３１（２）の側に凹曲面を備える。第２部材部分３２には、Ｚ軸方向の一方側に第１の第１部材部分３１（１）が密着し、Ｚ軸方向の他方側に第２の第１部材部分３１（２）が密着する。従って、第１の第１部材部分３１（１）の接合面と、第２部材部分３２の第１の第１部材部分３１（１）に対する接合面とは、対応する曲面形状を備える。言い換えれば、第２部材部分３２の第１の第１部材部分３１（１）に対する接合面は、凸曲面形状である。第１の第１部材部分３１（１）の第２部材部分３２に対する接合面は、第２部材部分３２の凸曲面形状に対応する凹曲面形状である。また、第２部材部分３２の第２の第１部材部分３１（２）に対する接合面は、凹曲面形状である。第２の第１部材部分３１（２）の第２部材部分３２に対する接合面は、第２部材部分３２の凹曲面形状に対応する凸曲面形状である。
【００５９】
ここで、第１部材部分３１と第２部材部分３２とは、屈折率が相違する。また、第２部材部分３２と第１の第１部材部分３１（１）との接合面は曲面形状であり、第２部材部分３２と第２の第１部材部分３１（２）との接合面は曲面形状である。従って、光学素子３Ｂは、第２部材部分３２と第１の第１部材部分３１（１）との接合面、第２部材部分３２と第２の第１部材部分３１（２）との接合面において、パワーを備える。
【００６０】
また、第１部材部分３１と第２部材部分３２とは、材質が相違するので、耐熱性が異なる。すなわち、ガラスからなる第２部材部分３２は、第１部材部分３１と比較して、耐熱性が高い。
【００６１】
光学素子３Ｂには、絞りＯが設けられている。仮想線Ｐは、絞りＯにより規制される光束によって定義される。絞りＯは、仮想線Ｐに沿って設けられている。絞りＯは、光学素子３Ｂを仮想線Ｐに沿って分割し、分割面に遮光用の墨を塗布し、しかる後に、分割した光学素子３Ｂを一つに接合することなどにより、設けられる。なお、絞りＯ２は、光束の一部を遮光できる部材を用いて形成すればよく、墨を用いて形成されるものに限られない。
【００６２】
なお、第１部材部分３１と第２部材部分３２とを接合する手段としては、第１部材部分３１を構成する部材、或は、第２部材部分３２を構成する部材に近い屈折率を備える接着剤を用いて接合することが望ましい。これにより、接着剤による屈折率の影響を最小限に抑えることができる。また、接着剤を用いれば、２つの部材の接合が容易となり、量産性に優れる。
【００６３】
（レンズデータ）
光学素子３Ｂのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、拡大側から縮小側に順番に付してある。＊を付した面番号の面は非球面である。面番号１および面番号８は、ダミー面である。面番号２は、第２透過面１３である。面番号６は、反射面１２である。面番号１０は、像面であり、第１透過面１１である。面番号４は、絞りである。
【００６４】
面番号３は、第１の第１部材部分３１（１）と第２部材部分３２との接合面である。面番号５は、第２部材部分３２と第２の第１部材部分３１（２）との接合面である。面番号７は、第２の第１部材部分３１（２）と第２部材部分３２との接合面である。面番号９は、第２部材部分３２と第１の第１部材部分３１（１）との接合面である。従って、面番号３と面番号９とは、対応する面形状を備える。また、面番号５と、面番号７とは、対応する面形状を備える。ｒは曲率半径であり、単位はｍｍである。ｄは軸上面間隔であり、単位はｍｍである。ｎｄは屈折率である。νｄはアッベ数である。ＹはＹ軸方向の有効半径である。ＸはＸ軸方向の有効半径である。
【００６５】
面番号      ｒ        ｄ             ｎｄ        νｄ       Ｙ      Ｘ
物体面      0        154.925192                    
1           0          5                                 69.425    69.425
2*        18.82405    7.363655      1.531132    55.75     7.944     7.944
3        114.06501    1             1.652022    54.8      3.027     3.027
4  絞り    0          1.418853      1.652022    54.8      1         1
5        135.13244    2.965778      1.531132    55.75     4.008     4.008
6*        -2.99674   -2.965778      1.531132    55.75     9.263     9.263
7        135.13244   -1.418853      1.652022    54.8      9.793     9.793
8          0         -1             1.652022    54.8     11.039     11.039
9        114.06501   -0.75          1.531132    55.75    11.344     11.344
像面       0          0             1.531132    55.75    12.36      12.36
【００６６】
物体面から面番号２までの軸上面間距離ｄは、図２２に示す投写型画像表示装置１Ａの投写距離ｆである。本例では、ｆ＝１５９.９２５１９２ｍｍである。
【００６７】
本例において、面番号４のディセンター＆リターンαは−４５°である。すなわち、瞳はＹＺ平面で光軸と直交する仮想垂直線Ｖに対して４５°傾斜している。
【００６８】
面番号２、すなわち、第２の透過面１３の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     1.955731E+00
4次の係数          2.044439E-03
6次の係数         -4.294058E-05
8次の係数          5.347737E-07
10次の係数        -1.556296E-09
【００６９】
面番号６、すなわち反射面１２の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     -6.290221E+01
4次の係数          -2.237771E-04
6次の係数           2.377462E-06
8次の係数          -1.60976E-08
10次の係数          4.747946E-11
【００７０】
（投影画像）
次に、画像形成部２が形成する投写画像を説明する。図２５はスクリーンＳにおけるディストーション格子を示す図である。図２６は光学素子３Ｂの縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。縮小側結像面のディストーション格子は歪んでいるが、像面湾曲はない。
【００７１】
画像形成部２は、縮小側結像面に、最終像に対して上下が反転した投写画像を形成する。また、画像形成部２は、拡大側結像面であるスクリーンＳに長方形の投写画像が投写されるように、光学素子３Ｂの縮小側結像面に、予め、歪んだ画像を形成する。より具体的には、画像形成部２は、図２６に示すディストーション格子に対応する最終像がスクリーンＳに投写されるように、縮小側結像面に、図２６に示すディストーション格子に対応する歪んだ投写画像を形成する。投写画像は、スクリーンＳに形成される理想の長方形の最終像に対して最終像の台形歪みが小さくなる形状である。すなわち、投写画像は、最終像の台形歪みに対して逆に歪む。従って、投写画像は、スクリーンＳにおける像高が最も高い辺が最も短い。
【００７２】
（効果）
本例の投写型画像表示装置１Ｂにおいて、光学素子３Ｂは、凹形状の反射面１２と、拡大側に突出する凸形状の第２透過面１３と、を備える。従って、光学素子３Ｂは、反射面１２で反射した光束を、第２透過面１３で屈折させることができる。よって、光学素子３Ｂの短焦点化、すなわち投写距離を短くすることが容易である。
【００７３】
また、光学素子３Ｂでは、面番号６の反射面１２、および面番号２の第２透過面１３が非球面である。さらに、面番号３、面番号５、面番号７、および面番号９は、それぞれ屈折率の異なる第１部材部分３１と第２部材部分３２との接合面であり、いずれも曲面形状を備える。従って、光学素子３Ｂでは、収差の発生を抑制できる。
【００７４】
ここで、図２７〜図３０は光学素子３Ｂの拡大側のＭＴＦを示す図である。ＭＴＦは実施例１と同様に算出した。図２７では、ＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線と、５５０ｎｍの波長の光線と、４７０ｎｍの波長の光線との比が２：７：１に重み付けされている。図２８においてＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線である。図２９においてＭＴＦの計算に用いた光線は５５０ｎｍの波長の光線である。図３０においてＭＴＦの計算に用いた光線は４７０ｎｍの波長の光線である。図２７〜図３０と、図１７〜図２０に示す比較例の光学素子３のＭＴＦとを比較すれば分かるように、本例では、解像度の低下は抑制され各色のＭＴＦの低下も抑えられており、色収差も良好に補正されていることが分かる。
【００７５】
図３１は光学素子３Ｂのスポットダイアグラムである。図３１のスポットダイアグラムは、図２１に示す比較例の光学素子３のスポットダイアグラムと比較して、スポットが小さい。従って、本例の光学素子３Ｂによれば、収差が良好に補正される。
【００７６】
ここで、本例では、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜しているので、第２透過面１３の有効光線範囲２０の下端を通過する下端光束２２が遮光されずにスクリーンＳまで到達する。
【００７７】
また、本例では、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜しているので、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖと平行な場合と比較して、スクリーンＳの上側の周辺部の光量が低下することを抑制できる。すなわち、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜すれば、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖと平行な場合と比較して、スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度θ０が大きくなる。これにより、スクリーンＳの上方へ達する光量が多くなる。
【００７８】
さらに、スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度θ０が大きくなれば、スクリーンＳの下方へ達する光束の開き角度θ０との差が小さくなる。従って、スクリーンＳの上方の周辺部の光量が、下方と比較して低下することを抑制できる。
【００７９】
以下に、スクリーンＳの各像高に達する各光束Ｆ１〜Ｆ５の開き角度θ０のデータを示す。θ１は、各光束Ｆ１〜Ｆ５の下周辺光線角度であり、各光束Ｆ１〜Ｆ５の下周辺光線がスクリーンＳに対して交差する角度である。θ２は、各光束Ｆ１〜Ｆ５の上周辺光線角度であり、各光束Ｆ１〜Ｆ５の上周辺光線がスクリーンＳに対して交差する角度である。θ０は開き角度であり、θ２とθ１との差分である。Ｒは開き角度比である。開き角度比は、最も開き角度が大きい光束Ｆ１の開き角度を１００とした場合の割合である。
【００８０】
光線      θ１           θ２          θ０            Ｒ
F1     46.5746429      47.22633394     0.651691046    100%
F2     62.84771996     63.17197987     0.324259913     50%
F3     70.63511466     70.82752067     0.192406008     30%
F4     75.03642019     75.16673718     0.130316996     20%
F5     77.83369223     77.92962315     0.095930919     15%
【００８１】
本例では、最も像高が高い位置に達する光束Ｆ５の開き角度θ０が、最も像高が低い位置に達する光束Ｆ１の開き角度θ０の１５％である。また、２番目に像高が高い位置に達する光束Ｆ４の開き角度θ０が、最も像高が低い位置に達する光束Ｆ１の開き角度θ０の２０％である。３番目に像高が高い位置に達する光束Ｆ３の開き角度θ０が、最も像高が低い位置に達する光束Ｆ１の開き角度θ０の３０％である。４番目に像高が高い位置に達する光束Ｆ４の開き角度θ０が、最も像高が低い位置に達する光束Ｆ１の開き角度θ０の５０％である。これらの値は、仮想軸Ｌに対して仮想線Ｐが垂直な場合、すなわち、実施例１の投写型画像表示装置１Ａの値と比較して、大きい。従って、スクリーンＳの上方へ達する光束の光量が多くなる。また、スクリーンＳの上方の周辺部の光量が、下方と比較して低下することを抑制できる。
【００８２】
また、光学素子３Ｂは、光線の入射する光線の光路上に、樹脂からなる第１部材部分３１と、ガラスからなる第２部材部分３２と、を備える。そして、第２部材部分３２に、光学素子３Ｂに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａが位置する。すなわち、光学素子３Ｂでは、光学素子３Ｂの内部で光密度が高くなり、高温となりやすい領域Ａが、耐熱性の高い材質から構成されている。従って、高温となった光学素子３Ｂの一部分が熱膨張して、光学素子３Ｂの光学性能の劣化を招くことを抑制或いは回避できる。
【００８３】
さらに、光学素子３Ｂでは、非球面の第２透過面１３は、第１の第１部材部分３１（１）に設けられ、非球面の反射面１２は、第２の第１部材部分３１（２）に設けられる。従って、非球面の第２透過面１３と非球面の反射面１２とを、ガラス製の部材部分に設ける場合と比較して、光学素子３Ａに、非球面を設けることが容易である。
【００８４】
（実施例３）
次に、実施例３の投写型画像表示装置１Ｃを説明する。図３２は実施例３の投写型画像表示装置１Ｃの全体を表す光線図である。図３３は実施例３の投写型画像表示装置１Ｃの光学素子の光線図である。図３４は光学素子内に規定される仮想線Ｐの説明図である。図３２から図３４の各図はＸ軸と平行な方向から見た場合を示す本例の投写型画像表示装置１Ｃでは、光学素子３Ｂの内部に規定される仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜するが、他の構成は、実施例１の投写型画像表示装置１Ａと同様である。従って、実施例１の投写型画像表示装置１Ａと対応する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００８５】
図３４に示すように、光学素子３Ｃには、第２透過面１３の有効光線範囲２０のＹ軸方向の上端を通過する上端光束２１の上周辺光線２１ａおよび当該有効光線範囲２０のＹ軸方向の下端を通過する下端光束２２の上周辺光線２２ａがＹＺ平面上で交差する上側交点２３と、上端光束２１の下周辺光線２１ｂおよび下端光束２２の下周辺光線２２ｂがＹＺ平面上で交差する下側交点２４と、を結ぶ仮想線Ｐを規定することができる。
【００８６】
本例において、仮想線ＰはＹＺ平面で仮想軸Ｌと垂直な仮想垂直線Ｖに対して９０°傾斜する。すなわち、仮想垂直線Ｖに対して仮想線Ｐの上側交点２３の側が仮想垂直線Ｖと仮想線Ｐとの交点を軸として時計周りに回る傾斜角度をθとすると、θ＝９０°である。仮想線Ｐは、ＹＺ平面上における瞳ということもできる。光学素子３Ｃに入射した光線は、仮想線Ｐ、或いは仮想線Ｐの近傍において、集光される。光学素子３Ｃに入射した光線は、仮想線Ｐの近傍の領域Ａにおいて、光束径が最も小さくなる。
【００８７】
ここで、光学素子３Ｃは、入射した光線の光路上に第１部材部分３１と、第１部材部分３１とは屈折率の異なる第２部材部分３２と、を備える。第１部材部分３１は、第１透過面１１および第２透過面１３を第１の第１部材部分３１（１）と、反射面１２を備える第２の第１部材部分３１（２）と、を備える。第２部材部分は、Ｚ軸方向において、第１の第１部材部分３１（１）と、第２の第１部材部分３１（２）との間に位置する。本例では、第１部材部分３１は、樹脂からなる。第２部材部分３２は、ガラスからなる。図３３に示すように、第２部材部分３２において光学素子３Ｃに入射した光線の光束径が最も小さくなる。すなわち、光学素子３Ｃに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａは、第２部材部分３２の内側にある。
【００８８】
（レンズデータ）
光学素子３Ｃのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、拡大側から縮小側に順番に付してある。＊を付した面番号の面は非球面である。面番号１および面番号８は、ダミー面である。面番号２は、第２透過面１３である。面番号６は、反射面１２である。面番号１０は、像面であり、第１透過面１１である。面番号４は、絞りである。
【００８９】
面番号３は、第１の第１部材部分３１（１）と第２部材部分３２との接合面である。面番号５は、第２部材部分３２と第２の第１部材部分３１（２）との接合面である。面番号７は、第２の第１部材部分３１（２）と第２部材部分３２との接合面である。面番号９は、第２部材部分３２と第１の第１部材部分３１（１）との接合面である。従って、面番号３と面番号９とは、対応する面形状を備える。また、面番号５と、面番号７とは、対応する面形状を備える。ｒは曲率半径であり、単位はｍｍである。ｄは軸上面間隔であり、単位はｍｍである。ｎｄは屈折率である。νｄはアッベ数である。ＹはＹ軸方向の有効半径である。ＸはＸ軸方向の有効半径である。
【００９０】
面番号      ｒ        ｄ             ｎｄ        νｄ       Ｙ      Ｘ
物体面      0        154.925192                    
1           0          5                                  69.425    69.425
2*        18.82405    7.363655      1.531132     55.75     7.944     7.944
3        114.06501     1            1.652022     54.8      3.027     3.027
4  絞り    0          1.418853      1.652022     54.8      1         1
5        135.13244    2.965778      1.531132     55.75     4.008     4.008
6*        -2.99674   -2.965778      1.531132     55.75     9.263     9.263
7        135.13244   -1.418853      1.652022     54.8      9.793     9.793
8          0         -1             1.652022     54.8     11.039    11.039
9        114.06501   -0.75          1.531132     55.75     11.344    11.344
像面       0          0             1.531132     55.75     12.36     12.36
【００９１】
物体面から面番号２までの軸上面間距離ｄは、図３２に示す投写型画像表示装置１Ｃの投写距離ｆである。本例では、ｆ＝１５９.９２５１９２ｍｍである。
【００９２】
本例において、面番号４のディセンター＆リターンαは−９０°である。すなわち、瞳はＹＺ平面で光軸と直交する仮想垂直線Ｖに対して９０°傾斜している。
【００９３】
面番号２、すなわち、第２の透過面１３の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     1.955731E+00
4次の係数          2.044439E-03
6次の係数         -4.294058E-05
8次の係数          5.347737E-07
10次の係数        -1.556296E-09
【００９４】
面番号６、すなわち、反射面１２の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -6.290221E+01
4次の係数         -2.237771E-04
6次の係数          2.377462E-06
8次の係数         -1.60976E-08
10次の係数         4.747946E-11
【００９５】
（投影画像）
次に、画像形成部２が形成する投写画像を説明する。図３５はスクリーンＳにおけるディストーション格子を示す図である。図３６は光学素子３Ｃの縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。縮小側結像面のディストーション格子は歪んでいるが、像面湾曲はない。
【００９６】
画像形成部２は、縮小側結像面に、最終像に対して上下が反転した投写画像を形成する。また、画像形成部２は、拡大側結像面であるスクリーンＳに長方形の投写画像が投写されるように、光学素子３Ｃの縮小側結像面に、予め、歪んだ画像を形成する。より具体的には、画像形成部２は、図３６に示すディストーション格子に対応する最終像がスクリーンＳに投写されるように、縮小側結像面に、図３６に示すディストーション格子に対応する歪んだ投写画像を形成する。投写画像は、スクリーンＳに形成される理想の長方形の最終像に対して最終像の台形歪みが小さくなる形状である。すなわち、投写画像は、最終像の台形歪みに対して逆に歪む。従って、投写画像は、スクリーンＳにおける像高が最も高い辺が最も短い。
【００９７】
（効果）
本例の投写型画像表示装置１Ｃにおいて、光学素子３Ｃは、凹形状の反射面１２と、拡大側に突出する凸形状の第２透過面１３と、を備える。従って、光学素子３Ｃは、反射面１２で反射した光束を、第２透過面１３で屈折させることができる。よって、光学素子３Ｃの短焦点化、すなわち投写距離を短くすることが容易である。
【００９８】
また、光学素子３Ｃでは、面番号６の反射面１２、および面番号２の第２透過面１３が非球面である。さらに、面番号３、面番号５、面番号７、および面番号９は、それぞれ屈折率の異なる第１部材部分３１と第２部材部分３２との接合面であり、いずれも曲面形状を備える。従って、光学素子３Ｃでは、収差の発生を抑制でき各色のＭＴＦの低下も抑えられており、色収差も良好に補正されていることが分かる。
【００９９】
ここで、図３７〜図４０は光学素子３Ｃの拡大側のＭＴＦを示す図である。ＭＴＦは実施例１と同様に算出した。図３７では、ＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線と、５５０ｎｍの波長の光線と、４７０ｎｍの波長の光線との比が２：７：１に重み付けされている。図３８においてＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線である。図３９においてＭＴＦの計算に用いた光線は５５０ｎｍの波長の光線である。図４０においてＭＴＦの計算に用いた光線は４７０ｎｍの波長の光線である。図３７〜図４０と、図１７〜図２０に示す比較例の光学素子３のＭＴＦとを比較すれば分かるように、本例では、解像度の低下は抑制される。
【０１００】
図４１は光学素子３Ｃのスポットダイアグラムである。図４１のスポットダイアグラムは、図２１に示す比較例の光学素子３のスポットダイアグラムと比較して、スポットが小さい。従って、本例の光学素子３Ｃによれば、収差が良好に補正される。
【０１０１】
ここで、本例では、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜しているので、第２透過面１３の有効光線範囲２０の下端を通過する下端光束２２が遮光されずにスクリーンＳまで到達する。また、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜しているので、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖと平行な場合と比較して、スクリーンＳの上側の周辺部の光量が低下することを抑制できる。さらに、スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度θ０が大きくなれば、スクリーンＳの下方へ達する光束の開き角度θ０との差が小さくなる。従って、スクリーンＳの上方の周辺部の光量が、下方と比較して低下することを抑制できる。
【０１０２】
これに加えて本例の光学素子３Ｃでは、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜する角度が９０°以上である。これにより、スクリーンＳの下方へ達する光束Ｆ１の開き角度θ０が小さくなる。この結果、スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度θ０と、スクリーンＳの下方へ達する光線の開き角度θ０との差が小さくなるので、スクリーンＳで発生する上方と下方との間の光量の差を抑制できる。
【０１０３】
以下に、スクリーンＳの各像高に達する各光束Ｆ１〜Ｆ５の開き角度θ０のデータを示す。θ１は、各光束Ｆ１〜Ｆ５の下周辺光線角度であり、各光束Ｆ１〜Ｆ５の下周辺光線がスクリーンＳに対して交差する角度である。θ２は、各光束Ｆ１〜Ｆ５の上周辺光線角度であり、各光束Ｆ１〜Ｆ５の上周辺光線がスクリーンＳに対して交差する角度である。θ０は開き角度であり、θ２とθ１との差分である。Ｒは開き角度比である。開き角度比は、最も開き角度が大きい光束Ｆ１の開き角度を１００とした場合の割合である。
【０１０４】
光線     θ１          θ２            θ０             Ｒ
F1     46.65789395     47.11297206     0.455078109     100%
F2     62.86774407     63.14122071     0.273476639     60%
F3     70.64228083     70.81629812     0.174017289     38%
F4     75.03962273     75.161462       0.121839266     27%
F5     77.83533337     77.92669357     0.091360209     20%
【０１０５】
本例では、最も像高が高い位置に達する光束Ｆ５の開き角度θ０が、最も像高が低い位置に達する光束Ｆ１の開き角度θ０の２０％である。また、２番目に像高が高い位置に達する光束Ｆ４の開き角度θ０が、最も像高が低い位置に達する光束Ｆ１の開き角度θ０の２７％である。３番目に像高が高い位置に達する光束Ｆ３の開き角度θ０が、最も像高が低い位置に達する光束Ｆ１の開き角度θ０の３８％である。４番目に像高が高い位置に達する光束Ｆ４の開き角度θ０が、最も像高が低い位置に達する光束Ｆ１の開き角度θ０の６０％である。これらの値は、仮想軸Ｌに対して仮想線Ｐが垂直な場合、すなわち、実施例１の投写型画像表示装置１Ａの値と比較して、大きい。従って、本例によれば、スクリーンＳの上方へ達する光束の光量が多くなる。
【０１０６】
また、光学素子３Ｃは、光線の入射する光線の光路上に、樹脂からなる第１部材部分３１と、ガラスからなる第２部材部分３２と、を備える。そして、第２部材部分３２に、光学素子３Ｃに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａが位置する。すなわち、光学素子３Ｃでは、光学素子３Ｃの内部で光密度が高くなり、高温となりやすい領域Ａが、耐熱性の高い材質から構成されている。従って、高温となった光学素子３Ｃの一部分が熱膨張して、光学素子３Ｃの光学性能の劣化を招くことを抑制或いは回避できる。
【０１０７】
さらに、光学素子３Ｃでは、非球面の第２透過面１３は、第１の第１部材部分３１（１）に設けられ、非球面の反射面１２は、第２の第１部材部分３１（２）に設けられる。従って、非球面の第２透過面１３と非球面の反射面１２とを、ガラス製の部材部分に設ける場合と比較して、光学素子３Ａに、非球面を設けることが容易である。
【０１０８】
（実施例４）
次に、実施例４の投写型画像表示装置１Ｄを説明する。図４２は実施例４の投写型画像表示装置１Ｄの全体を表す光線図である。図４３は実施例４の投写型画像表示装置１Ｄの光学素子の光線図である。図４４は光学素子内に規定される仮想線Ｐの説明図である。図４２から図４４の各図はＸ軸と平行な方向から見た場合を示す本例の投写型画像表示装置１Ｄでは、光学素子３Ｄの内部に規定される仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜するが、他の構成は、実施例１の投写型画像表示装置１Ａと同様である。従って、実施例１の投写型画像表示装置１Ａと対応する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１０９】
図４４に示すように、光学素子３Ｄには、第２透過面１３の有効光線範囲２０のＹ軸方向の上端を通過する上端光束２１の上周辺光線２１ａおよび当該有効光線範囲２０のＹ軸方向の下端を通過する下端光束２２の上周辺光線２２ａがＹＺ平面上で交差する上側交点２３と、上端光束２１の下周辺光線２１ｂおよび下端光束２２の下周辺光線２２ｂがＹＺ平面上で交差する下側交点２４と、を結ぶ仮想線Ｐを規定することができる。
【０１１０】
本例において、仮想線ＰはＹＺ平面で仮想軸Ｌと垂直な仮想垂直線Ｖに対して１１０°傾斜する。すなわち、仮想垂直線Ｖに対して仮想線Ｐの上側交点２３の側が仮想垂直線Ｖと仮想線Ｐとの交点を軸として時計周りに回る傾斜角度をθとすると、θ＝１１０°である。仮想線Ｐは、ＹＺ平面上における瞳ということもできる。光学素子３Ｄに入射した光線は、仮想線Ｐ、或いは仮想線Ｐの近傍において、集光される。光学素子３Ｄに入射した光線は、仮想線Ｐの近傍の領域Ａにおいて、光束径が最も小さくなる。
【０１１１】
ここで、光学素子３Ｄは、入射した光線の光路上に第１部材部分３１と、第１部材部分３１とは屈折率の異なる第２部材部分３２と、を備える。第１部材部分３１は、第１透過面１１および第２透過面１３を第１の第１部材部分３１（１）と、反射面１２を備える第２の第１部材部分３１（２）と、を備える。第２部材部分は、Ｚ軸方向において、第１の第１部材部分３１（１）と、第２の第１部材部分３１（２）との間に位置する。本例では、第１部材部分３１は、樹脂からなる。第２部材部分３２は、ガラスからなる。図４３に示すように、第２部材部分３２において光学素子３Ｄに入射した光線の光束径が最も小さくなる。すなわち、光学素子３Ｄに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａは、第２部材部分３２の内側にある。
【０１１２】
（レンズデータ）
光学素子３Ｄのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、拡大側から縮小側に順番に付してある。＊を付した面番号の面は非球面である。面番号１および面番号８は、ダミー面である。面番号２は、第２透過面１３である。面番号６は、反射面１２である。面番号１０は、像面であり、第１透過面１１である。面番号４は、絞りである。
【０１１３】
面番号３は、第１の第１部材部分３１（１）と第２部材部分３２との接合面である。面番号５は、第２部材部分３２と第２の第１部材部分３１（２）との接合面である。面番号７は、第２の第１部材部分３１（２）と第２部材部分３２との接合面である。面番号９は、第２部材部分３２と第１の第１部材部分３１（１）との接合面である。従って、面番号３と面番号９とは、対応する面形状を備える。また、面番号５と、面番号７とは、対応する面形状を備える。ｒは曲率半径であり、単位はｍｍである。ｄは軸上面間隔であり、単位はｍｍである。ｎｄは屈折率である。νｄはアッベ数である。ＹはＹ軸方向の有効半径である。ＸはＸ軸方向の有効半径である。
【０１１４】
面番号      ｒ        ｄ             ｎｄ        νｄ       Ｙ      Ｘ
物体面      0        154.925192                    
1           0          5                                  69.425    69.425
2*         18.82405    7.363655      1.531132    55.75     7.944     7.944
3         114.06501    1             1.652022    54.8      3.027     3.027
4  絞り     0          1.418853      1.652022    54.8      1         1
5         135.13244    2.965778      1.531132    55.75     4.008     4.008
6*         -2.99674   -2.965778      1.531132    55.75     9.263     9.263
7         135.13244   -1.418853      1.652022    54.8      9.793     9.793
8           0         -1             1.652022    54.8     11.039    11.039
9         114.06501   -0.75          1.531132    55.75    11.344    11.344
像面        0          0             1.531132    55.75    12.36     12.36
【０１１５】
物体面から面番号２までの軸上面間距離ｄは、図４２に示す投写型画像表示装置１Ｄの投写距離ｆである。本例では、ｆ＝１５９.９２５１９２ｍｍである。
【０１１６】
本例において、面番号４のディセンター＆リターンαは−１１０°である。すなわち、瞳はＹＺ平面で光軸と直交する仮想垂直線Ｖに対して１１０°傾斜している。
【０１１７】
面番号２、すなわち、第２の透過面１３の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     1.955731E+00
4次の係数          2.044439E-03
6次の係数         -4.294058E-05
8次の係数          5.347737E-07
10次の係数        -1.556296E-09
【０１１８】
面番号６、すなわち反射面１２の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     -6.290221E+01
4次の係数          -2.237771E-04
6次の係数           2.377462E-06
8次の係数          -1.60976E-08
10次の係数          4.747946E-11
【０１１９】
（投影画像）
次に、画像形成部２が形成する投写画像を説明する。図４５はスクリーンＳにおけるディストーション格子を示す図である。図４６は光学素子３Ｄの縮小側結像面におけるディストーション格子を示す図である。縮小側結像面のディストーション格子は歪んでいるが、像面湾曲はない。
【０１２０】
画像形成部２は、縮小側結像面に、最終像に対して上下が反転した投写画像を形成する。また、画像形成部２は、拡大側結像面であるスクリーンＳに長方形の投写画像が投写されるように、光学素子３Ｄの縮小側結像面に、予め、歪んだ画像を形成する。より具体的には、画像形成部２は、図４６に示すディストーション格子に対応する最終像がスクリーンＳに投写されるように、縮小側結像面に、図４６に示すディストーション格子に対応する歪んだ投写画像を形成する。投写画像は、スクリーンＳに形成される理想の長方形の最終像に対して最終像の台形歪みが小さくなる形状である。すなわち、投写画像は、最終像の台形歪みに対して逆に歪む。従って、投写画像は、スクリーンＳにおける像高が最も高い辺が最も短い。
【０１２１】
（効果）
本例の投写型画像表示装置１Ｄにおいて、光学素子３Ｄは、凹形状の反射面１２と、拡大側に突出する凸形状の第２透過面１３と、を備える。従って、光学素子３Ｄは、反射面１２で反射した光束を、第２透過面１３で屈折させることができる。よって、光学素子３Ｄの短焦点化、すなわち投写距離を短くすることが容易である。
【０１２２】
また、光学素子３Ｄでは、面番号６の反射面１２、および面番号２の第２透過面１３が非球面である。さらに、面番号３、面番号５、面番号７、および面番号９は、それぞれ屈折率の異なる第１部材部分３１と第２部材部分３２との接合面であり、いずれも曲面形状を備える。従って、光学素子３Ｄでは、収差の発生を抑制できる。
【０１２３】
ここで、図４７〜図５０は光学素子３Ｄの拡大側のＭＴＦを示す図である。ＭＴＦは実施例１と同様に算出した。図４７では、ＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線と、５５０ｎｍの波長の光線と、４７０ｎｍの波長の光線との比が２：７：１に重み付けされている。図４８においてＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線である。図４９においてＭＴＦの計算に用いた光線は５５０ｎｍの波長の光線である。図５０においてＭＴＦの計算に用いた光線は４７０ｎｍの波長の光線である。図４７〜図５０と、図１７〜図２０に示す比較例の光学素子３のＭＴＦとを比較すれば分かるように、本例では、解像度の低下は抑制され各色のＭＴＦの低下も抑えられており、色収差も良好に補正されていることが分かる。
【０１２４】
図５１は光学素子３Ｄのスポットダイアグラムである。図５１のスポットダイアグラムは、図２１に示す比較例の光学素子３のスポットダイアグラムと比較して、スポットが小さい。従って、本例の光学素子３Ｄによれば、収差が良好に補正される。
【０１２５】
ここで、本例では、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜しているので、第２透過面１３の有効光線範囲２０の下端を通過する下端光束２２が遮光されずにスクリーンＳまで到達する。また、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜しているので、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖと平行な場合と比較して、スクリーンＳの上側の周辺部の光量が低下することを抑制できる。さらに、スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度θ０が大きくなれば、スクリーンＳの下方へ達する光束の開き角度θ０との差が小さくなる。従って、スクリーンＳの上方の周辺部の光量が、下方と比較して低下することを抑制できる。
【０１２６】
これに加えて本例の光学素子３Ｄでは、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜する角度が９０°以上である。これにより、スクリーンＳの下方へ達する光束Ｆ１の開き角度θ０が小さくなる。この結果、スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度θ０と、スクリーンＳの下方へ達する光線の開き角度θ０との差が小さくなるので、スクリーンＳで発生する上方と下方との間の光量の差を抑制できる。
【０１２７】
以下に、スクリーンＳの各像高に達する各光束Ｆ１〜Ｆ５の開き角度θ０のデータを示す。θ１は、各光束Ｆ１〜Ｆ５の下周辺光線角度であり、各光束Ｆ１〜Ｆ５の下周辺光線がスクリーンＳに対して交差する角度である。θ２は、各光束Ｆ１〜Ｆ５の上周辺光線角度であり、各光束Ｆ１〜Ｆ５の上周辺光線がスクリーンＳに対して交差する角度である。θ０は開き角度であり、θ２とθ１との差分である。Ｒは開き角度比である。開き角度比は、最も開き角度が大きい光束Ｆ１の開き角度を１００とした場合の割合である。
【０１２８】
光線      θ１           θ２           θ０          Ｒ
F1     46.69963415     47.06752201     0.36788786     100%
F2     62.88415988     63.1215022      0.237342313     65%
F3     70.65145065     70.8056815      0.15423085      42%
F4     75.04561255     75.15470484     0.109092283     30%
F5     77.83967061     77.9219476      0.082276991     22%
【０１２９】
本例では、最も像高が高い位置に達する光束Ｆ５の開き角度θ０が、最も像高が低い位置に達する光束Ｆ１の開き角度θ０の２２％である。また、２番目に像高が高い位置に達する光束Ｆ４の開き角度θ０が、最も像高が低い位置に達する光束Ｆ１の開き角度θ０の３０％である。３番目に像高が高い位置に達する光束Ｆ３の開き角度θ０が、最も像高が低い位置に達する光束Ｆ１の開き角度θ０の４２％である。４番目に像高が高い位置に達する光束Ｆ４の開き角度θ０が、最も像高が低い位置に達する光束Ｆ１の開き角度θ０の６５％である。これらの値は、仮想軸Ｌに対して仮想線Ｐが垂直な場合、すなわち、実施例１の投写型画像表示装置１Ａの値と比較して、大きい。従って、本例によれば、スクリーンＳの上方へ達する光束の光量が多くなる。
【０１３０】
また、光学素子３Ｄは、光線の入射する光線の光路上に、樹脂からなる第１部材部分３１と、ガラスからなる第２部材部分３２と、を備える。そして、第２部材部分３２に、光学素子３Ｄに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａが位置する。すなわち、光学素子３Ｄでは、光学素子３Ｄの内部で光密度が高くなり、高温となりやすい領域Ａが、耐熱性の高い材質から構成されている。従って、高温となった光学素子３Ｄの一部分が熱膨張して、光学素子３Ｄの光学性能の劣化を招くことを抑制或いは回避できる。
【０１３１】
さらに、光学素子３Ｄでは、非球面の第２透過面１３は、第１の第１部材部分３１（１）に設けられ、非球面の反射面１２は、第２の第１部材部分３１（２）に設けられる。従って、非球面の第２透過面１３と非球面の反射面１２とを、ガラス製の部材部分に設ける場合と比較して、光学素子３Ｄに、非球面を設けることが容易である。
【０１３２】
ここで、図５２は、実施例１〜４の投写型画像表示装置１Ａ〜１Ｄについて、スクリーンＳの各像高に達する各光束Ｆ１〜Ｆ５の開き角度θ０を纏めたグラフである。以下は、実施例１〜４の投写型画像表示装置１Ａ〜１Ｄについて、スクリーンＳの各像高に達する各光束Ｆ１〜Ｆ５の開き角度θ０を纏めたデータを示す。以下の開き角度のデータおよび図５２では、スクリーンＳ上のＦ１における開角度を１として、各高さ位置Ｆ２〜Ｆ５における開き角度を示す。
【０１３３】
実施例１        実施例２       実施例３         実施例４
Ｆ1          1               1               1                 1
Ｆ2          0.39            0.50            0.60              0.65
Ｆ3          0.21            0.30            0.38              0.42
Ｆ4          0.13            0.20            0.27              0.30
Ｆ5          0.09            0.15            0.20              0.22
【０１３４】
図５２に示すとおり、実施例１と比較して、実施例２〜４では、スクリーンＳの上方に達する光線の開き角度が大きくなる。従って、スクリーンＳの上方へ達する光束の光量が多くなる。
【０１３５】
（その他の実施の形態）
光学素子３Ａ〜３Ｄは３つに分割されているが、光学素子は、入射した光線の光路上に第１部材部分３１と、第１部材部分３１とは屈折率の異なる第２部材部分３２と、を備えればよく、必ずしも３つに分割する必要はない。すなわち、光学素子は２分割されていてもよく、４以上に分割されていてもよい。
【０１３６】
また、第２部材部分３２を挟む第１の第１部材部分３１（１）と第２の第１部材部分３１（２）とは、異なる屈折率、アッべ数を持つ樹脂材であってもよい。このようにすれば、より色収差を補正できる。
【０１３７】
また、第１部材部分３１は、第２部材部分３２と屈折率の異なるガラスでもよい。ここで、光学素子３Ａ〜３Ｄを比較的小さく形成する場合には、非球面ガラス成形も可能である。従って、第１部材部分３１および第２部材部分３２をガラスとすれば、より耐熱性に優れた光学系を実現できる。
【０１３８】
なお、第２部材部分３２の形状や、面形状は、上記の例に限定されるものではない。第２部材部分３２の形状や、面形状を変更することにより、投写距離、解像力に応じた最適な光学系を実現できる。
【０１３９】
また、絞りＯを設けられない場合には、画像形成部２から射出される射出光の射出角度、および広がり角を射出面内で最適化させることにより、絞り０と同じ効果を持たせることが可能である。
【０１４０】
ここで、本例の光学素子３Ａ〜３Ｄは、撮像光学系に用いることができる。この場合には、光学素子３Ｄの縮小側結像面にＣＣＤ等の撮像素子を配置する。ここで、光学素子３Ｄを撮像光学系に用いた場合には、縮小側結像面には歪んだ像が形成される。しかし、撮像素子からの信号に画像処理を施すことにより、像の歪みは補正できる。
【符号の説明】
【０１４１】
１Ａ〜１Ｄ，１００…投写型画像表示装置、２…画像形成部、３…光学素子、３，３Ａ〜３Ｄ…光学素子、４…液晶ライトバルブ、１１…第１透過面、１２…反射面、１３…第２透過面、２０…有効光線範囲、２１…上端光束、２１ａ…上周辺光線、２１ｂ…下周辺光線、２２…下端光束、２２ａ…上周辺光線、２２ｂ…下周辺光線、２３…上側交点、２４…下側交点、３１…第１部材部分、３１（１）…第１の第１部材部分、３１（２）…第２の第１部材部分、３２…第２部材部分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020144181.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020144181.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020144181.tif 000009
【図８】
2020144181.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020144181.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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