(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を生成させる画像生成デバイス及び該画像生成デバイスによって生成させられた画像を被表示面に投射すると共に表示する画像投射表示デバイスを含む、画像表示装置において、
前記画像投射表示デバイスは、投射光学系を含むと共に、
前記投射光学系は、
パワーを有する複数の光学素子を含むと共に物体に共役な中間像を形成する第一の光学系及びパワーを有する反射光学素子を含むと共に前記中間像に共役な像を被投射面に形成する第二の光学系を含むと共に、
光束の一部の光路を偏向させると共に光路が偏向された光束の一部が前記第一の光学系及び前記第二の光学系の間を通過するように前記第二の光学系から前記被投射面に至る光路中に設けられた且つパワーを有するものではない偏向素子を含むと共に、
前記被投射面の中心における前記被投射面の法線は、前記第一の光学系、前記第二の光学系、並びに前記第一の光学系及び前記第二の光学系の間のいずれをも通らないものであると共に、
前記偏向素子は、制御可能な反射率を有する素子であると共に、
前記光路が偏向された光束の一部によって形成された像は、前記第一の光学系に対して、光路が偏向されていない光束の一部によって形成された像の反対側に配置される
ことを特徴とする、画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示装置において、
前記偏向素子は、前記光路が偏向された光束の一部が、前記第一の光学系及び前記第二の光学系を通過する光束と重なりを有するように、設けられることを特徴とする、画像表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像表示装置において、
前記反射光学素子は、正のパワーを有することを特徴とする、画像表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像表示装置において、
前記反射光学素子は、前記第二の光学系における前記中間像に共役な像の最も近くに設けられた光学素子であることを特徴とする、画像表示装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載の画像表示装置において、
前記偏向素子の配置を調整する手段をさらに含むことを特徴とする、画像表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像表示装置において、
前記偏向素子の配置を調整する手段は、前記偏向素子を移動させる手段を含むことを特徴とする、画像表示装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれかに記載の画像表示装置において、
前記反射光学素子の配置を調整する手段をさらに含むことを特徴とする、画像表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の画像表示装置において、
前記反射光学素子の配置を調整する手段は、前記反射光学素子を移動させる手段であることを特徴とする、画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の少なくとも一つの態様は、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、投射光学系及び画像表示装置に関する様々な技術が開示されている。
【０００３】
例えば、特開２００１−２５５４６２号公報（特許文献１）には、画像表示パネルからの光束を基準軸に対して傾斜したスクリーン面上に導光して、該スクリーン面に画像情報を形成する為の投射光学系において、該投射光学系は、曲率を有する回転非対称反射面を複数有し、該画像表示パネルからの光束が該複数の回転非対称反射面で反射をして該スクリーン面上に導光する反射光学系を有しており、該反射光学系の複数の回転非対称反射面間、又は、該反射光学系と該画像表示パネルの間に絞りを設け、該絞りが該絞り位置より該スクリーン側に配置した光学部材により負の倍率で結像をするように設定していることを特徴とする投射光学系などが開示されている。
【０００４】
特に、特開２００１−２５５４６２号公報（特許文献１）の図１には、６面の自由曲面ミラーを有し、順に下方から上方へと反射させながら立ち上がり、中間像を形成したのちに、最後に凹面ミラーに反射した後、斜め入射でスクリーンに投射する投射光学系が記載されている。
【０００５】
しかしながら、特開２００１−２５５４６２号公報（特許文献１）の図１に記載される投射光学系には、ミラーで折り返して、光路を立ち上げているので、装置の高さが高くなるという問題がある。
【０００６】
また、特開２００６−２３５５１６号公報（特許文献２）には、１対の共役面のうち、縮小側の共役面上の画像を拡大側の共役面上に拡大して結像させる光学系において、前記縮小側の共役面側から順に、第１結像系と第２結像系とを配設してなり、前記第１結像系は複数のレンズを有するのに対し、前記第２結像系は凹面の非球面形状をなす反射ミラーを有し、前記第１結像系と前記第２結像系の間の位置に、中間像を形成するように構成されていることを特徴とする投写光学系などが開示されている。
【０００７】
特に、特開２００６−２３５５１６号公報（特許文献２）の図１には、屈折系で中間像を形成し、その後に、凹面鏡で反射させた後、射入射でスクリーンに投射する投射光学系が記載されている。
【０００８】
しかしながら、特開２００６−２３５５１６号公報（特許文献２）の図１に記載される投射光学系においては、投射表示側（図１のレンズ上部）への出っ張りはないが、下部方向への凹面ミラーの出っ張りがあり、装置の高さが厚くなってしまうという問題がある。
【０００９】
さらに、特開２００４−３０９７６５号公報（特許文献３）には、複数の曲率を有する光学反射面を含む結像光学系において、入射光束が反射光学系へ入射する際に通過する一対の光学反射面の間隙と射出光束が射出する際に通過する一対の光学反射面の間隙を同一にすることを特徴とする反射光学系などが開示されている。
【００１０】
特に、特開２００４−３０９７６５号公報（特許文献３）の図２には、屈折系と、ミラー系で中間像を得、凹面ミラーで拡大投射している光学系が記載されている。より具体的には、屈折系を出でた後に、４面からなる光学反射面（特開２００４−３０９７６５号公報（特許文献３）に［００２７］回転非対称な曲率を有する面と記載されている）により、その反射光学系内部で光路が複数回交差して投射画像を得ている。また、特開２００４−３０９７６５号公報（特許文献３）の図５には、３面の場合の光学系が記載されている。特開２００４−３０９７６５号公報（特許文献３）の図２及び図５に記載される光学系のいずれも、反射面はパワーを有する光学反射面であり、投射光学系の設計により所望の形状を有している。
【００１１】
しかしながら、特開２００４−３０９７６５号公報（特許文献３）の図２及び図５に記載される光学系のいずれも反射光学系の部分は、投射側（上方向）とは反対側（下方向）へ出っ張っており、装置を底上げしており大きくなってしまう。
【００１２】
また、特開２００４−３０９７６５号公報（特許文献３）の図２及び図５に記載される光学系のいずれも、結像光学系の最終面はパワーを有しているため、他の光学反射面との位置は所望の設計値にしたがって配置する必要がある。光学素子を傾けることや、移動することによって、投射方向を動かすことは可能であるが、パワーのある光学素子を移動することは、投射光学性能の低下を招く。すなわち、投射性能を維持することは、非常に困難である。もし、所望の角度に設定したい場合は、光学系全体を再設計が必要である。仮にも、この最終面の光学反射面を、実質パワーを持たない平面ミラーに置き換え、投射性能を確保するために、他の光学要素の形状を最適化設計しなおしたとしても、全体の光学系の高さ、最大高の投射位置と光学系の底面間の距離など、光学系システムの大きさは小さくならない。
【００１３】
また、特開２００７−２１２７４８号公報（特許文献４）の図１及び図２には、第一光学系と第二光学系からなるリアプロジェクターに搭載している光学系が開示されている。
【００１４】
特に、特開２００７−２１２７４８号公報の図２には、第二光学系を構成する凹面ミラーで反射した光線が、折り返しミラーで反射され、第一光学系と第二光学系の間を通過する光束を横切って、スクリーンに投射される構成が開示されている。第一光学系と第二光学系の第一反射面（図２では凹面ミラー）は、像面（例えばスクリーン等）の中心からの法線を挟み込む配置関係となっている。すなわち、像面（例えばスクリーン等）の中心からの法線を境にして、第一光学系と第二光学系が離れて配置されている。
【００１５】
このような構成のため、スクリーンに映し出される投射画像の縦方向より大きな投射光学系となってしまう。また、第一光学系と第二光学系の位置関係は所望の位置関係が保たれていないと結像性能が損なわれる。すなわち、特にフロントプロジェクターに適用した場合は、凹面ミラーを第一光学系との位置関係を保って保持する部材が大きくなり、実用性に乏しい投射系システムになり得るという問題点があった。また、リアプロジェクションに適用した場合であっても、薄型化が達成されたとしても、第一光学系と第二光学系が離れているので、光学系内部を進む光が占有する空間が大きくなり、投射装置を肥大化させるといった課題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の少なくとも一つの目的は、画像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の少なくとも一つの態様は、画像を生成させる画像生成デバイス及び該画像生成デバイスによって生成させられた画像を被表示面に投射すると共に表示する画像投射表示デバイスを含む、画像表示装置において、前記画像投射表示デバイスは、投射光学系を含むと共に、前記投射光学系は、パワーを有する複数の光学素子を含むと共に物体に共役な中間像を形成する第一の光学系及びパワーを有する反射光学素子を含むと共に前記中間像に共役な像を被投射面に形成する第二の光学系を含むと共に、光束の一部の光路を偏向させると共に光路が偏向された光束の一部が前記第一の光学系及び前記第二の光学系の間を通過するように前記第二の光学系から前記被投射面に至る光路中に設けられた且つパワーを有するものではない偏向素子を含むと共に、前記被投射面の中心における前記被投射面の法線は、前記第一の光学系、前記第二の光学系、並びに前記第一の光学系及び前記第二の光学系の間のいずれをも通らないものであると共に、前記偏向素子は、制御可能な反射率を有する素子であると共に、前記光路が偏向された光束の一部によって形成された像は、前記第一の光学系に対して、光路が偏向されていない光束の一部によって形成された像の反対側に配置されることを特徴とする、画像表示装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の少なくとも一つの態様によれば、画像表示装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施形態のより具体的な例である投射光学装置における結像光束及び投射光束を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る実施例１の投射光学装置の構成を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る実施例１の投射光学装置の効果を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る実施例２の投射光学装置の構成を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る実施例３の投射光学装置の構成を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る実施例４の表示装置の構成を説明する図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る実施例５の投射光学装置の構成を説明する図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る実施例６の投射光学装置の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（投射光学系及び画像表示装置）
【００２１】
本発明の実施形態は、投射光学系及び画像表示装置に関する。
【００２２】
本発明の実施形態の第一の目的は、より小型の投射光学系を提供することである。
【００２３】
本発明の実施形態の第二の目的は、より小型の投射光学系を含む画像表示装置を提供することである。
【００２４】
本発明の実施形態の第一の態様は、屈折力を有する複数の光学素子を含むと共に物体に共役な像を被投射面に投射する投射光学系において、光束の光路を偏向させると共に光路が偏向された光束が該複数の光学素子の間を通過するように設けられた且つ屈折力を有さない偏向素子を含むと共に、該被投射面の中心における該被投射面の法線は、該複数の光学素子又は該複数の光学素子間を通らないことを特徴とする、投射光学系である。
【００２５】
本発明の実施形態の第二の態様は、画像を生成させる画像生成デバイス及び該画像生成デバイスによって生成させられた画像を被表示面に投射すると共に表示する画像投射表示デバイスを含む、画像表示装置において、該画像投射表示デバイスは、本発明の実施形態の第一の態様である投射光学系を含むことを特徴とする、画像表示装置である。
【００２６】
本発明の実施形態の第一の態様によれば、より小型の投射光学系を提供することができる。
【００２７】
本発明の実施形態の第二の態様によれば、より小型の投射光学系を含む画像表示装置を提供することができる。
【００２８】
次に、本発明の実施の形態（実施形態）を図面と共に説明する。
【００２９】
本発明の第１の実施形態は、屈折力を有する複数の光学素子を含むと共に物体に共役な像を被投射面に投射する投射光学系において、光束の光路を偏向させると共に光路が偏向された光束が該複数の光学素子の間を通過するように設けられた且つ屈折力を有さない偏向素子を含むと共に、該被投射面の中心における該被投射面の法線は、該複数の光学素子又は該複数の光学素子間を通らないことを特徴とする、投射光学系である。
【００３０】
ここで、屈折力（パワー）を有することは、複数の光学素子の各々について、正の屈折力を有すること又は負の屈折力を有することを意味する。また、複数の光学素子の各々は、特に限定されず、例えばレンズのような光を透過させる光学素子であってもよく、又は、例えばミラーのような光を反射させる光学素子であってもよい。さらに、被投射面は、物体に共役な像が投射される面であれば特に限定されず、平面であっても曲面であってもよく、また、投射光学系に含まれていても含まれていなくてもよい。
【００３１】
該被投射面の中心における該被投射面の法線は、該複数の光学素子又は該複数の光学素子間を通らないということは、被投射面の中心における該被投射面の法線は、投射光学系を構成している何れの光学素子にも交わらず、且つ、光学素子の間も通ることのないと表現することも可能である。すなわち、被投射面の中心における該被投射面の法線が、投射光学系と交わらない配置が提供される。
【００３２】
また、該被投射面の中心における該被投射面の法線は、該複数の光学素子又は該複数の光学素子間を通らない場合には、被投射面に表示された投射画像を投射光学系が配置された側から観察する際に、投射光学系そのもので投射画像をさえぎることのない観察位置が存在する。
【００３３】
なお、被投射面の中心とは、その被投射面の中心の点から被投射面上の任意の点までのベクトルの総和が完全に又は実質的にゼロであるような点を意味する。
【００３４】
さらに、該被投射面の中心における該被投射面の法線は、該複数の光学素子又は該複数の光学素子間を通らない場合には、光束の主光線が入射する点における被投射面の法線が、複数の光学素子又は複数の光学素子の間を通らないこともある。なお、光束の主光線は、投射光学系に設けることができる開口絞りの中心を通る光線を意味する。
【００３５】
加えて、光路が偏向された光束が該複数の光学素子の間を通過するとは、偏向素子によって光路が偏向された光束が、第一の光学素子の光軸及び第一の光学素子の表面の交点における第一の光学素子の接平面と、第一の光学素子に最も近い第二の光学素子の光軸及び第一の光学素子側における第二の光学素子の表面の交点における第二の光学素子の接平面と、の間における空間を通過することを意味する。
【００３６】
また、屈折力を有さない偏向素子とは、屈折力が完全にゼロである偏向素子、及び、屈折力が実質的にゼロであるとみなせる偏向素子の両方を含むものとする。屈折力が実質的にゼロであるとみなせる偏向素子とは、例えば、屈折力の設計値がゼロであると共に製造誤差による屈折力の誤差を有する偏向素子が挙げられる。
【００３７】
具体的には、投射光学系を設計する上で光学設計に寄与しない面であり、例えば、平面ミラーや、平行平板などを指す。平行平板も厚みによっては結像性能に影響してくるが、パワーを持たない素子に該当する。通常平面ミラーは、その製造誤差の許容にもよるが、悪くても数ｍＲ〜良くても数千ｍＲの曲率を有している場合もあるので、このように厳密には曲率を有していたとしても結像性能に影響の及ぼさない範囲であれば、屈折力を有さないと表記した。
【００３８】
偏向素子は、光束の光路を偏向させると共に光路が偏向された光束が複数の光学素子の間を通過するように設けられた且つ屈折力を有さない素子であれば、特に限定されないが、例えば、上述した平面ミラーやフレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）型のミラーが挙げられる。また、偏向素子は、投射光学系から取り外し可能な素子であってもよい。反射率を制御して、反射光量を調整できるようにしても良い。ハーフミラー構造として、投射光を分離した光性も本発明の実施形態の範囲に含む。
【００３９】
本発明の第１の実施形態によれば、より小型の投射光学系を提供することができる。
【００４０】
本発明の第２の実施形態は、前記偏向素子は、前記光路が偏向された光束が、前記複数の光学素子を通過する光束と重なりを有するように、設けられることを特徴とする、本発明の第１の実施形態に係る投射光学系である。
【００４１】
ここで、前記光路が偏向された光束が、前記複数の光学素子を通過する光束と重なりを有することは、偏向素子によって光路が偏向された光束の少なくとも一部分が、複数の光学素子を通過する光束と交差する（重なると共に通過する）ことを意味する。
【００４２】
本発明の第２の実施形態によれば、さらに小型の投射光学系を提供することができる。
【００４３】
本発明の第１の及び第２の実施形態のより具体的な例としては、パワーの有する複数の光学素子からなる投射光学系と、上記投射光学系から出て投射画像に至るまでの投射光路中に配置された実質上パワーを持たない偏向素子とで構成され、上記投射光学系から出射した投射光束が、上記偏向素子によって光路を偏向された後、上記パワーの有する光学素子の間を通る結像光束と交わっていることを特徴とする投射光学装置が挙げられる。
【００４４】
ここで、投射光束とは、投射光学系から出射した投射光束、すなわち、複数のパワーの有する光学素子からなる投射光学系の最終のパワーを有する面から出た光線の束である。また、結像光束とは、光学素子の間を通る結像光束、すなわち、投射光学系内における最初のパワーを有する面から最後のパワーを有する面にいたるまでの光路を通過する光束である。
【００４５】
この投射光学装置においては、投射光学装置の肥大化を防ぎ、コンパクトな光学系を得ることが可能となる。より詳しくは、偏向素子により投射光が投射光学系内の光束と交差するので、占有空間を有効利用でき、投射システムのスリム化を達成することが可能となる。さらに、リアプロジェクション光学系では、コンパクトな装置が実現可能となる。しかも、特開２００７−２１２７４８号公報の図２に開示される先行技術における、スクリーンサイズより投射光学系の高さが高くなり、それに応じて、投射システムの占める占有空間が肥大化するという問題も解決できる。また、フロントプロジェクターでは、投射装置の小型化を実現すると共に、投射空間を小さくすることが可能となる。
【００４６】
図１は、本発明の実施形態のより具体的な例である投射光学装置における結像光束及び投射光束を説明する図である。図１（ａ）は、結像光束を説明する図であり、図１（ｂ）は、投射光束を説明する図である。
【００４７】
図１（ａ）及び（ｂ）において、投射光学装置１００は、第一光学系１０１及び第二光学系１０２を含む。ただし、図１（ａ）及び（ｂ）においては、本発明の実施形態のより具体的な例である投射光学装置に含まれる偏向素子を記載していない。投射光学装置１００において、物体１０３から射出された光の光束は、第一光学系１０１を通過し、第二光学系１０２における最終のパワーを有する面１０４によって反射されて、偏向素子がない場合の投射画像１０５を形成する。ここで、結像光束１０６とは、図１（ａ）に示すように、第一光学系１０１の最初のパワーを有する面から第二光学系１０２の最終のパワーを有する面１０４までの光学素子を通過する光束であり、投射光束１０７とは、図１（ｂ）に示すように、第二光学系１０２の最終のパワーを有する面１０４から射出された光束である。なお、投射光束は、拡大側を物体とする場合は、縮小側が像面となり、図１（ａ）及び（ｂ）における物体１０３から第一光学系１０１までの光束を指す。
【００４８】
本発明の第３の実施形態は、前記複数の光学素子は、正の屈折力を有すると共に前記物体に共役な中間像を形成する第一の光学系及び少なくとも一つの光学素子を含むと共に該中間像に共役な像を形成する第二の光学系を含むことを特徴とする、本発明の第１の又は第２の実施形態に係る投射光学系である。
【００４９】
ここで、中間像に共役な像は、本発明の第１の又は第２の実施形態における物体に共役な像と同一であってもよく、異なる像であってもよい。
【００５０】
本発明の第３の実施形態によれば、より小型の偏向素子を含む、さらに小型の投射光学系を提供することができる。
【００５１】
本発明の第３の実施形態のより具体的な例としては、本発明の第１の又は第２の実施形態のより具体的な例である投射光学系が、正のパワーを有する第一の光学系、および第二の光学系で構成され、第一の光学系により中間像を形成したあと、第二の光学系により再結像する光学系であることを特徴とする投射光学装置が挙げられる。
【００５２】
この投射光学装置においては、装置のサイズを小さくするために、偏向素子を小さくすることが可能となる。より具体的には、投射光学系から発する投射光を束ねられる光学系を得ることが可能となる。より詳しくは、中間像を一旦得る光学系に採用したので、第二光学系でいわゆる"絞り"に相当する光束が一旦集まる箇所があり、この近傍に偏向素子を配置することにより偏向素子のサイズを小さくすることが可能となる。また、投射光学装置の大きさを小さくすることも可能となる。
【００５３】
本発明の第４の実施形態は、前記少なくとも一つの光学素子は、正の屈折力を有する反射光学素子を含むことを特徴とする、本発明の第３の実施形態に係る投射光学系である。
【００５４】
ここで、反射光学素子は、光を反射させると共に正の屈折力を有する光学素子であれば、特に限定されず、例えば、球面の凹面ミラー及び非球面の凹面ミラーが挙げられる。なお、非球面としては、例えば、回転対称非球面、並びに、アナモルフィック非球面及び自由曲面のような回転非対称非球面が挙げられる。
【００５５】
本発明の第４の実施形態によれば、より小型の偏向素子を含む、さらに小型の投射光学系を提供することができる。
【００５６】
本発明の第４の実施形態のより具体的な例としては、本発明の第３の実施形態のより具体的な例である投射光学装置において、第二の光学系には、少なくとも正のパワーを有する反射ミラーで構成されていることを特徴とする投射光学装置が挙げられる。
【００５７】
この投射光学装置においては、装置のサイズを小さくするために、偏向素子を小さくすることが可能となる。より具体的には、投射光学系から発する投射光を束ねられる光学系を得ることが可能となる。より詳しくは、中間像を一旦得る光学系に採用したので、第二光学系でいわゆる"絞り"に相当する光束が一旦集まる箇所があり、この近傍に偏向素子を配置することにより偏向素子のサイズを小さくすることが可能となる。また、投射光学装置の大きさを小さくすることも可能となる。
【００５８】
本発明の第５の実施形態は、前記反射光学素子は、前記少なくとも一つの光学素子における前記中間像に共役な像の最も近くに設けられた光学素子であることを特徴とする本発明の第４の実施形態に係る投射光学系である。
【００５９】
本発明の第５の実施形態によれば、反射光学素子に入射する光の光路に対する反射光学素子から偏向素子へ反射される光の光路の角度がより低減された、さらに小型の投射光学系を提供することができる。
【００６０】
本発明の第５の実施形態のより具体的な例としては、本発明の第４の実施形態のより具体的な例である投射光学装置において、正のパワーを有する反射ミラーは第二光学系の投射画像側の最終面に配置されていることを特徴とする投射光学装置が挙げられる。
【００６１】
この投射光学装置においては、第二光学系に反射機能をもたせて、それにより偏向角を大きくとり、偏向素子へと導きやすくし、よりコンパクトな光学系を実現することが可能となる。より詳しくは、中間像を一旦得る光学系に採用したので、第二光学系でいわゆる"絞り"に相当する光束が一旦集まる箇所があり、この近傍に偏向素子を配置することにより偏向素子のサイズを小さくすることが可能となる。また、投射光学装置の大きさを小さくすることも可能となる。特に、第二光学系を反射型のミラーで構成する場合には、折り返しのため光路を折りたたむことが可能となり、さらに、偏向素子により、さらに有効に投射光路の空間を利用することが可能となる。
【００６２】
本発明の第６の実施形態は、前記偏向素子は、前記光路が偏向された光束が、前記第一の光学系と前記反射光学素子との間を通過するように、設けられることを特徴とする本発明の第４の又は第５の実施形態に係る投射光学系である。
【００６３】
ここで、前記光路が偏向された光束が、前記第一の光学系と前記反射光学素子との間を通過するとは、偏向素子によって光路が偏向された光束が、第一の光学系における反射光学素子に最も近い第一の光学素子の光軸及び第一の光学素子の表面の交点における第一の光学素子の接平面と、反射光学素子の光軸及び第一の光学素子側における反射光学素子の表面の交点における反射光学素子の接平面と、の間における空間を通過することを意味する。
【００６４】
本発明の第６の実施形態によれば、反射光学素子に対してより近くに設けられた偏向素子を含む、さらに小型の投射光学系を提供することができる。
【００６５】
本発明の第６の実施形態のより具体的な例としては、本発明の第４の又は第５の実施形態のより具体的な例である投射光学装置であって、上記光路偏向部材によって投射光路を偏向した後、第一光学系と第二光学系を構成する上記正のパワーを有する反射ミラー間を通過する結像光束と交わっていることを特徴とする投射光学装置が挙げられる。
【００６６】
この投射光学装置においては、第二光学系に反射機能をもたせて、それにより偏向角を大きくとり、偏向素子へと導きやすくし、よりコンパクトな光学系を実現することが可能となる。より詳しくは、中間像を一旦得る光学系に採用したので、第二光学系でいわゆる"絞り"に相当する光束が一旦集まる箇所があり、この近傍に偏向素子を配置することにより偏向素子のサイズを小さくすることが可能となる。また、投射光学装置の大きさを小さくすることも可能となる。特に、第二光学系を反射型のミラーで構成する場合には、折り返しのため光路を折りたたむことが可能となり、さらに、偏向素子により、さらに有効に投射光路の空間を利用することが可能となる。
【００６７】
本発明の第７の実施形態は、前記偏向素子の配置を調整する手段をさらに含むことを特徴とする本発明の第１の乃至第６のいずれかの実施形態に係る投射光学系である。
【００６８】
ここで、前記偏向素子の配置を調整する手段としては、例えば、偏向素子の位置を変更する（偏向素子を移動させる）手段及び偏向素子の配向を変更する（偏向素子を回転させる）手段が挙げられる。偏向素子を移動させる手段は、特に限定されないが、例えば、ガイドレールに沿って偏向素子を移動させる駆動機構、及び、アームによって偏向素子を移動させる駆動機構が挙げられる。また、偏向素子を回転させる手段は、特に限定されないが、例えば、偏向素子の一辺を回転軸として偏向素子を回転する駆動機構が挙げられる。
【００６９】
本発明の第７の実施形態によれば、偏向素子によって偏向させられる光束の光路を調整することが可能な投射光学系を提供することができる。
【００７０】
本発明の第７の実施形態のより具体的な例としては、本発明の第１乃至第６の実施形態のより具体的な例である投射光学装置であって、上記偏向素子の位置を移動することによって、投射画像位置を調整可能とした投射光学装置が挙げられる。
【００７１】
この投射光学装置においては、装置の傾きなどで生じる画像の傾きなどを簡単に補正する機構を得ることが可能となる。より詳しくは、偏向素子はパワーを有していないため、偏向素子の位置の調整あるいは、角度の調整により、投射画像の傾きなどを簡単に補正できる機構を得ることが可能となる。
【００７２】
本発明の第８の実施形態は、前記偏向素子の配置を調整する手段は、前記偏向素子を移動させる手段を含むことを特徴とする本発明の第７の実施形態に係る投射光学系である。
【００７３】
本発明の第８の実施形態によれば、偏向素子を移動させることによって、より小型なものにすることが可能な投射光学系を提供することができる。
【００７４】
本発明の第９の実施形態は、前記少なくとも一つの光学素子の配置を調整する手段をさらに含むことを特徴とする本発明の第一の１乃至第８のいずれかの実施形態に係る投射光学系である。
【００７５】
ここで、前記少なくとも一つの光学素子の配置を調整する手段としては、例えば、前記少なくとも一つの光学素子（の少なくとも一つ）の位置を変更する（前記少なくとも一つの光学素子（の少なくとも一つ）を移動させる）手段及び前記少なくとも一つの光学素子の配向を変更する（前記少なくとも一つの光学素子（の少なくとも一つ）のを回転させる）手段が挙げられる。前記少なくとも一つの光学素子（の少なくとも一つ）を移動させる手段は、特に限定されないが、例えば、ガイドレールに沿って前記少なくとも一つの光学素子（の少なくとも一つ）を移動させる駆動機構、及び、アームによって前記少なくとも一つの光学素子（の少なくとも一つ）を移動させる駆動機構が挙げられる。また、前記少なくとも一つの光学素子（の少なくとも一つ）を回転させる手段は、特に限定されないが、例えば、前記少なくとも一つの光学素子（の少なくとも一つ）の光軸に対して垂直な一つの軸を回転軸として前記少なくとも一つの光学素子（の少なくとも一つ）を回転する駆動機構が挙げられる。
【００７６】
本発明の第９の実施形態によれば、前記少なくとも一つの光学素子の配置を調整することによって、より小型なものにすることが可能な投射光学系を提供することができる。
【００７７】
本発明の第１０の実施形態は、前記少なくとも一つの光学素子の配置を調整する手段は、前記少なくとも一つの光学素子を移動させる手段であることを特徴とする本発明の第９の実施形態に係る投射光学系である。
【００７８】
本発明の第１０の実施形態によれば、前記少なくとも一つの光学素子を移動させることによって、より小型なものにすることが可能な投射光学系を提供することができる。
【００７９】
本発明の第８、第９、又は第１０の実施形態のより具体的な例としては、本発明の第１乃至第７の実施形態のより具体的な例である投射光学装置において、非投射時には、第二光学系を構成する光学素子、あるいは、偏向素子の何れかもしくは両方が、第一光学系側に移動可能としたことを特徴とする投射光学装置が挙げられる。
【００８０】
この投射光学装置においては、特に、フロント型に適用した場合に求められる、可搬性などの機能を高めることが可能となる。より詳しくは、偏向素子、あるいは、第二光学系の構成素子を非投射時に移動可能とすることによって、特に、フロント型に適用した場合、収納時にコンパクトになり、収納設置スペースの効率化や、装置の可搬性が向上した投射光学装置を提供することが可能となる。
【００８１】
本発明の第１１の実施形態は、前記物体に共役な像を前記複数の光学素子よりも下方の被投射面に投射する投射光学系であることを特徴とする本発明の第１の乃至第１０のいずれかの実施形態に係る投射光学系である。
【００８２】
ここで、前記複数の光学素子よりも下方の被投射面とは、複数の光学素子の各々の光軸よりも下方に位置する非投射面を意味する。
【００８３】
本発明の第１１の実施形態によれば、前記複数の光学素子よりも下方の被投射面に向かって光束の光路を偏向させる偏向素子に堆積し得る塵埃がより低減された、投射光学系を提供することができる。
【００８４】
本発明の第１１の実施形態のより具体的な例としては、本発明の第１乃至第１０の実施形態のより具体的な例である投射光学装置であって、上方から下方に向けて表示画像を投射していることを特徴とする投射光学装置が挙げられる。
【００８５】
この投射光学装置においては、ミラー部品の防塵対応がしやすい投射システムを提供することが可能となる。より詳しくは、偏向素子であるミラーの表面が下向きにできるので、長時間の使用にも埃の堆積量が少なく、投射品質の劣化を防ぐことが可能となる。また、埃による熱吸収を防ぐことが可能となり、ミラー表面の熱による信頼性劣化も極力防ぐことが可能となる。
【００８６】
本発明の第１２の実施形態は、画像を生成させる画像生成デバイス及び該画像生成デバイスによって生成させられた画像を被表示面に投射すると共に表示する画像投射表示デバイスを含む、画像表示装置において、該画像投射表示デバイスは、本発明の第１の乃至第１１のいずれかの実施形態に係る投射光学系を含むことを特徴とする、画像表示装置である。
【００８７】
なお、被表示面は、本発明の第１乃至第１１の実施形態である投射光学系における被投射面と同一であってもよい。
【００８８】
本発明の第１２の実施形態によれば、より小型の投射光学系を含む画像表示装置を提供することができる。その結果、より小型の画像表示装置を提供することができることもある。
【００８９】
本発明の第１２の実施形態のより具体的な例としては、すくなくとも画像生成手段と本発明の第１の乃至第１１の実施形態のより具体的な例である投射光学装置とで構成され、該画像生成手段で形成された画像を投射して表示する表示装置が挙げられる。
【００９０】
この表示装置においては、プロジェクター装置の高さを抑えて、装置容積を小さくすることが可能となる。より詳しくは、偏向素子により投射光が投射光学系内の光束と交差するようにすることによって、占有空間を有効利用することが可能となり、投射システムのスリム化を達成することが可能となる。特に、リアプロジェクション光学系では、コンパクトな装置が実現可能となる。また、フロントプロジェクターでは投射空間を小さくすることが可能となる。よって、プロジェクター装置の高さを抑えて、装置容積を小さくすることが可能となる。
【００９１】
本発明の第１３の実施形態は、前面投射型の画像表示装置であることを特徴とする本発明の第１２の実施形態に係る画像表示装置である。
【００９２】
本発明の第１３の実施形態によれば、より小型の投射光学系を含む前面投射型の画像表示装置を提供することができる。
【００９３】
本発明の第１３の実施形態のより具体的な例としては、本発明の第１２の実施形態のより具体的な例である表示装置であって、前面投射型（フロント型）投射型であることを特徴とする表示装置が挙げられる。
【００９４】
この表示装置においては、特に、フロント型に適用した場合に求められる、装置サイズとしてはより小さい表示装置を提供することが可能となる。
【００９５】
次に、本発明の実施形態に係る実施例を図面と共に説明する。
【実施例１】
【００９６】
（実施例１）
図２は、本発明の実施形態に係る実施例１の投射光学装置の構成を説明する図である。図３は、本発明の実施形態に係る実施例１の投射光学装置の効果を説明する図である。図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る実施例１の投射光学装置を示す図であり、図３（ｂ）は、従来の投射光学装置の例を示す図である。
【００９７】
図２に示す投射光学装置２００は、物体、物体の情報を拡大投射する投射光学系、及び光路偏向素子２０３を含む。
【００９８】
ここで、投射光学系は、第一光学系２０１及び第二光学系２０２で構成されており、第一光学系２０１は、パワーの有する複数の光学素子からなる光学系であり、第二光学系２０２はパワーを有する単一の光学素子からなり、第一光学系２０１と第二光学系２０２が一体で最適化設計されている。第一光学系２０１は、屈折光学系を示し、第二光学系２０２は、反射光学系を示している。
【００９９】
なお、図２は、投射光学装置の模式図であるが、第一光学系２０１等について所望の結像性能を得るためには、通常は、複数のレンズを組み合わせて構成すると共に、従来からあるレンズ設計シミュレーションにより最適化する。例えば、第一光学系２０１は、複数の屈折レンズ系で構成されているのが望ましい。好ましいレンズ構成としては、トータルで正のパワーを持った第一のレンズ群又はレンズ２０１１、トータルで正のパワーを持った第二のレンズ群又はレンズ２０１２、及びトータルで負のパワーを持った第三のレンズ群又はレンズ２０１３の"正正負"の構成が挙げられる。ただし、図は、レンズ群を省略して記載した。もちろん第一光学系２０１は、ミラー光学系でもよく、レンズ及びミラーが複合されたものでもよい。図２においては、第一光学系２０１は、３つの屈折光学素子で模式的に記載しているが、３つの屈折光学素子又は群で構成される光学系に限定されるものではない。
【０１００】
また、第二光学系２０２は、凹面のミラーで構成されている。凹面ミラーではそのままで正のパワーを有するので、好適である。もちろん、所望の結像性能を得るために複数のミラーで構成しても良いし、屈折光学系を付加してもよい。凹面ミラーの具体的な形状は、好ましくは、回転対称系の非球面形状であり、さらに好ましくは、より自由度が高い自由曲面ミラーの形状である。自由曲面ミラーとしては、光軸方向をＺ軸とし、水平方向をＸ軸とし、垂直方向をＹ軸としたときＸ方向とＹ方向の曲率が異なるＸ−Ｙ多項式曲面などが好適である。
【０１０１】
さらに、光路偏向素子２０３は、第一光学系２０１及び第二光学系２０２で構成された投射光学系から出て投射画像２０５の位置に至るまでの投射光路中に配置されている。本発明の実施形態に係る実施例１では、光路偏向素子２０３は、第一光学系２０１の光軸に平行に配置された平面ミラーとしたが、もちろん、平面ミラーに限定されるものではない。光路偏向素子２０３は、また、レンズ収束機能のない（パワーのない）フレネル型の偏向素子であってもよい。光路偏向素子２０３のサイズは、第二光学系２０２より小さなサイズである。第二光学系２０２は正のパワーを有しているので、図２に記載した光路図に示すように、光束は、光路偏向素子２０３に向かって収束するために、第二光学系２０２より小さい光路偏向素子２０３を配置することができる。
【０１０２】
図２に示すように、投射光学装置２００においては、物体から射出され、第一光学系２０１を構成する光学素子を通過した結像光束２０６は、第二光学系２０２によって反射される。ここで、仮に投射光学装置２００が、光路偏向素子２０３を含まないとすると、第二光学系２０２によって反射された光は、光路偏向素子がない場合の投射画像２０４を形成することになる。しかしながら、本発明の実施形態に係る実施例１の投射光学装置２００においては、第二光学系２０２によって反射された光の光路は、光路偏向素子２０３によって偏向させられる。投射光学系から射出され且つ光路偏向素子２０３によって光路が偏向させられた投射光束２０７は、第一光学系２０１に対して光路偏向素子がない場合の投射画像２０４と反対側に、投射画像２０５を形成する。
【０１０３】
加えて、本発明の実施形態に係る実施例１は、第一光学系２０１により中間像を形成し、さらに第二光学系２０２で拡大投射している投射光学系である。物体面の情報は、第一光学系２０１により若干拡大されて中間像を形成する。この中間像を第二光学系２０２によって拡大投射されている。中間像の形成位置は、図示はしないが、第一光学系２０１と第二光学系２０２の間に形成される。投射結像位置において、所望の結像性能を得るように、光学系全体を最適化してさえすればよく、中間像自体の結像性能としては特に問題とならない。このような光学系にあって、光路偏向素子２０３が上記投射光学系から出て投射位置に至る間に配置される。すると、投射光束の光路は、光路偏向素子２０３により偏向され、その偏向された投射光束２０７を、投射光学系内部の光路の結像光束２０６と交差させて、投射している。なお、上記投射光学系では、中間像を形成しているが、必ずしも中間像は必要ない。また、中間像は、十分に投射光束２０７が通過するスペースを確保すれば、投射光学系のどの位置でもかまわない。従来からあるレンズ設計手法により、投射光束２０７が通過するスペースの確保を行えばよい。
【０１０４】
さらに、図２に示すように、投射画像２０５の中心２０８を通る法線２０９が、投射光学系と（いずれの光学素子又は光学素子の間とも）交わることのないように、スクリーンが、配置されている。すなわち、投射光学系を構成する第一の光学系２０１及び第二の光学系２０２のいずれもが、法線２０９に対して片側に配置されている。
【０１０５】
より具体的に説明すると、投射装置は、その上下方向において第一の端部２１０及び第二の端部２１０１を有するが、それらのいずれもが、法線２０９に対して片側に配置されており、法線２０９に対して、投射位置の最外端２１１の反対側にある。
【０１０６】
このような配置関係のために、投射画像２０５を観察できる範囲が十分に確保される。  図２に示すように、観察者２２０の視野２２１は、何らさえぎられることがない。すくなくとも、観察者２２０の位置は、図２に示す下方向には無限に存在することがわかる。これは、特開２００７−２１２７４８号公報に開示されている従来技術の構成ではなし得ない。
【０１０７】
このように、本発明の実施形態に係る実施例１では、投射画像の中心を通る法線は投射光学系と（いずれの光学素子又は光学素子の間とも）交わることのない配置とし、且つ、投射レンズなどの投射系から出でた光線の投射光束２０７が、上記投射光学系内部の光路の結像光束２０６と交差し、すなわち、投射系の内部の空間を通過して投射されるように光路偏向素子２０３を配置したことが、従来にない新規な部分であり、本発明の実施形態に係る実施例１における特徴の一つである。
【０１０８】
また、折り曲げて複数の光路を交差させた従来例があるが、折り曲げを行っている素子自体は光学系の性能に寄与する光学素子であるのに対して、本発明の実施形態に係る実施例１は、光路偏向素子２０３を、実質的にパワーを持たない偏向素子、例えば平面ミラーとしていることに特徴がある。つまり、光路偏向素子２０３はパワーをもたないので、完成された投射光学系の性能を損なうことなく、ある程度の範囲であるが、光路偏向素子２０３の位置を変化させることにより、所望の投射画像位置を、自由に設定できることが可能となった。また、光路偏向素子２０３のある程度の回転も可能となった。その範囲は、図２を見ても明らかであるが、投射光束２０７と投射装置とが互いに干渉しない範囲であればよい。
【０１０９】
このような構成を採用することで、投射光束２０７が占有する空間の一部として、結像に必須な所望の空間（レンズ性能を満足するために必要な空間）を利用することが可能となり、物体から結像面までにいたる結像システムが占有する空間を有効利用できる。このような特徴を有しているので、投射画像を観察できる範囲が広範囲となる。さらに、装置の小型化とともに、前面投射型いわゆるフロントプロジェクター型に適した光学系となる。
【０１１０】
図３に示すように、装置の下端から投射位置の上端までのシステム全体の高さが、従来技術でＨだったものが  本発明の実施形態に係る実施例１の構成により、ｈとなり、より小さくなっている。また、装置の底面からの高さも、従来技術においてはＨ'だけ必要だったものが、本発明の実施形態に係る実施例１の構成により、ミラーの出っ張りはあるものの装置の大部分は高さｈ'以内となり、よりコンパクトになることを示している。
【実施例２】
【０１１１】
（実施例２）
図４は、本発明の実施形態に係る実施例２の投射光学装置の構成を説明する図である。
【０１１２】
図４に示す投射光学装置４００は、物体４０４、物体４０４を拡大投射する投射光学系、及び偏向素子４０３を含む。
【０１１３】
ここで、投射光学系は、第一光学系４０１及び第二光学系４０２で構成されており、第一光学系４０１は、パワーの有する複数の光学素子からなる光学系であり、第二光学系４０２は、反射光学系で構成されている。また、第一光学系４０１と第二光学系４０２は、一体で所望の結像性能が得られるように最適化設計されている。より好適な例としては、第一光学系４０１は、複数の屈折レンズ系で構成されている。また、第二光学系４０２は、凹面のミラーで構成されている。これにより、第二光学系４０２は、正のパワーと光路を折り曲げる機能を併用できている。さらに、偏向素子４０３は、第一光学系４０１及び第二光学系４０２で構成された投射光学系から出て投射画像４０５の位置に至るまでの投射光路中に配置されている。
【０１１４】
図４に示すように、投射光学装置４００においては、ライトバルブなどの物体４０４から射出され、第一光学系４０１を構成する光学素子を通過した結像光束４０６は、第二光学系４０２によって反射される。ここで、本発明の実施形態に係る実施例１の投射光学装置４００においては、第二光学系４０２によって反射された光の光路は、偏向素子４０３によって偏向させられる。投射光学系から射出され且つ偏向素子４０３によって光路が偏向させられた投射光束４０７は、スクリーンなどの表示位置に投射画像４０５を形成する。
【０１１５】
また、本発明の実施形態に係る実施例２では、第一光学系４０１と第二光学系４０２の間に中間像を形成している。本発明の実施形態に係る実施例２における投射光学系は、第一光学系４０１により中間像を形成し、さらに第二光学系４０２で拡大投射している投射光学系である。物体面の情報は、第一光学系４０１により若干拡大されて中間像を形成する。この中間像を第二光学系４０２によって拡大投射されている。前提で所望の結像性能が得られているので、中間像自体の結像性能としては特に問題とならない。このような光学系にあって、偏向素子４０３が上記投射光学系から出て投射位置に至る間に配置して投射光束４０７を偏向し、偏向された投射光束４０７は、投射光学系の内部の結像光束４０６に交差させて（交差部４０９）、投射させている。この本発明の実施形態に係る実施例２では、偏向素子４０３は、第一光学系４０１の光軸に平行に配置した平面ミラーとしたが、もちろん、平面ミラーに限定されるものではない。また、偏向素子４０３は、レンズ収束機能のない（パワーのない）フレネル型の偏向素子であってもよい。
【０１１６】
図４に示すように、投射画像４０５の中心４１０におけるスクリーンの法線４１０１、投射装置に最も近い位置となる、投射画像４０５の下端４１１の高さ４１１１、投射画像に最も近い位置となる、投射装置の上端４１２の高さ４１２１を定義し、且つ、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸を、上下方向がＹ軸であり且つ水平方向がＸ軸であるように、定義したとき、投射画像４０５の中心４１０におけるスクリーンの法線４１０１は、投射光学系と（いずれの光学素子又は光学素子の間とも、すなわち第一光学系４０１、第二光学系４０２、又は結像光束４０６とも）交わることのない配置としている。つまり、第一光学系４０１及び第二光学系４０２は、法線４１０１を挟むことなく、法線４１０１に対して片側に配置されている。
【０１１７】
さらに、投射画像４０５の下端４１１の高さ４１１１より低い位置（−Y方向）に投射装置の上端４１２の高さ４１２１が位置している。
【０１１８】
このような配置関係のために、投射画像４０５を観察できる範囲が十分に確保される。すなわち、図４に示すように、観察者４２０の視野４２１は、なににもさえぎられるないことが判る。少なくとも、観察者４２０の位置は、図４に示す上方向には無限に存在することがわかる。これは、特開２００７−２１２７４８号公報に開示されている従来技術の構成ではなし得ない。
【０１１９】
偏光素子４０３の位置としては、好ましくは、投射画像を得るために機能する投射光学系の最大有効径内に配置されることが望ましい。すなわち、第一光学系４０１と第二光学系４０２とで構成される投射光学系を一体保持する筐体４０８の内部に配置されるようにすればよい。図には、レンズを保持するいわゆる鏡筒や、保持部材は描いていなく本発明の実施形態を説明する上で最低限の構成要素を囲んだ状態で筐体４０８を記載しているが、その最小の領域内に配置するようにすればよい。もちろん他の必要部品を加えていくと配置のスペースも広がることになる。
【０１２０】
本発明の実施形態を、既に同一出願人により出願された特開２００４−２５８６２０号公報に記載の光学系や、背景技術に掲げた特開２００４−３０９７６５号公報に開示される光学系、特開２００６−２３５５１６号公報に開示される光学系等に採用すると好適である。特に、特開２００４−２５８６２０号公報に記載している光学系は屈折光学系と凹面ミラーにより拡大投射する光学系に関するものである。
【０１２１】
凹面ミラーから反射された光線すなわち本発明の実施形態に係る実施例２で説明に用いている投射光束４０７を平面ミラーなどで折り返し、屈折光学系と凹面ミラーの間の空間を通過させる構成となるようにすればよい。このような構成を採用することにより、投射システムのコンパクト化がなされ、投射光学装置に適用した場合に装置の大きさを小さくでき、設置性の向上、可搬性の向上、筐体のコンパクト化に伴い精度の確保、あるいは、材料の削減など、装置の小型化に寄与するさまざまな効果が得られる。
【０１２２】
中間像を一旦得る光学系に採用する特異な効果として、第二光学系４０２でいわゆる"絞り"に相当する光束が一旦集まる箇所があり、この近傍に偏向素子４０３を配置することにより偏向素子４０３のサイズを小さくすることができる。また、第二光学系４０２の"絞り"近傍では、光束が集まっているので、投射光束４０７の広がりが比較的少ない。
【０１２３】
中間像を一旦得る光学系においては、中間像を形成しない従来の他の光学系と比較すると格段に結像光束４０６と交差させやすい。これに対して、従来の拡大投射系では、投射光束４０７は投射光学系を出ると徐々に光束幅が広がり、現実的には、投射光学系の内部を通過させる発想が得られない。また、通常結像光学系は外界と遮蔽する目的もあり、レンズ鏡筒などに組みつけられており、結像光束４０６中に投射光束４０７を通すといった発想は通常は行わない。一方、本発明の実施形態に係る実施例２においては、投射光束の直進性にも着目し、フレア光による投射性能の劣化を発生させないように、結像光束４０６と投射光束４０７を交わるような構成を採用している。
【０１２４】
本発明の実施形態に好適な光学系を上記に説明したが、さらに特に効果が発する光学系の構成について補足すると、斜め投射光学系の場合である。つまり、ライトバルブなどの物体をシフトさせ（第一光学系の光軸からずらし）、斜め方向に投射する場合である。さらに、第二光学系が反射光学系で構成されており、その第二光学系は光軸より片側に出っ張る構成の場合である（実施形態：図４の投射光学系や、公知技術の特開２００６−２３５５１６号公報の図１などが相当）。また、必ずしも物体位置のシフトがない場合もあり、第一光学系に対して第二光学系が片側にシフトしている光学系（例えば、公知技術の特開２００４−３０９７６５号公報（図２）など）においてもいえるが、いずれにせよ、第二光学系の大きさが、第一光学系の有効径より大きい投射光学系の場合である。
【０１２５】
このような投射光学系であると、本発明の実施形態の偏光素子がない場合は、第二光学系がシフトしている側（側面Ａとする：図示せず）に対して反対側（側面Ｂとする：図示せず）に投射光束が進み投射画像を形成するが、本発明の実施形態の偏光素子により光路を折り曲げられ、さらに、その光束が該複数の光学素子の間を通過し上記側面Ａ側に投射することにより、第二光学系がシフトしている側の空間を有効利用できることになる。したがって、より小型の投射光学系、投射光学装置を実現できる。
【実施例３】
【０１２６】
（実施例３）
図５は、本発明の実施形態に係る実施例３の投射光学装置の構成を説明する図である。図５における投射光学装置５００において、第一光学系５０１、第二光学系５０２、偏向素子５０３、物体５０４、投射画像５０５、投射光束５０７は、図２及び図４に示すような第一光学系２０１，４０１、第二光学系２０２，４０２、（光路）偏向素子２０３，４０３、物体４０４、投射画像２０５，４０５、投射光束２０７，４０７と同様のものである。ただし、本発明の実施形態に係る実施例３においては、本発明の実施形態に係る実施例１及び２における偏向素子の角度を可動としたことを特徴とする。このような構成を採用することで、図５に示すように、投射画像の位置調整が可能となる。すなわち、図５においては、偏向素子の傾きを変化させて投射画像を移動させている。この投射画像の位置調整が可能となる効果は、従来技術ではなし得る事ができないものである。
【実施例４】
【０１２７】
（実施例４）
図６は、本発明の実施形態に係る実施例４の表示装置の構成を説明する図である。図６（ａ）は、実施例４の表示装置の側面図であり、図６（ｂ）は、実施例４の表示装置の上面図である。
【０１２８】
図６に、本発明の実施形態に係る実施例の投射光学装置を適用した表示装置６００を示す。表示装置６００は、すくなくとも画像生成手段と本発明の実施形態に係る実施例の投射光学装置とで構成され、該画像生成手段で形成された画像を投射して表示する表示装置である。
【０１２９】
なお、本発明の実施形態に係る実施例４における第一光学系６０５、第二光学系６０６、偏向素子６０７、中間像６０８、投射画像６０９、結像光束６１０、投射光束６１１、交差部６１２は、本発明の実施形態に係る実施例１〜３におけるものと同様のものである。
【０１３０】
ここで、画像生成手段として、ライトバルブ（反射型液晶パネル）６０１を採用し、そのライトバルブ６０１を照明する光源６０２（超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプなど）とランプの光量分布を均一化する均一化照明光学系６０３（第一フライアイレンズ６０３ａと第二フライアイレンズ６０３ｂとメインコンデンサレンズ６０３ｃ、サブコンデンサレンズ６０３ｄと、自由選択の折り曲げミラー６０３ｆで構成し、ライトバルブ６０１上へ効率よく、均一な照明を行う光学系など）とで構成した実施例である。また、ランプ光源６０２は無偏向なので、液晶パネル６０１への光高率な照明を行うために、偏光変換素子６０３ｅなどが通常用いられる。以上の照明光学系６０３の構成はほんの一例であり、照明光学系６０３を限定するのもではない。パネル６０１は、別の実施例としては、透過型液晶パネルや、画素に対応した微小なミラーを２次元に配列し、個々のミラーを傾斜させて光の変調を行う素子などが用いられる。偏光を利用する液晶パネルでは、効率向上のためには、偏光変換が必須であるが、偏光に依存しないパネルでは特に必要ではない。
【０１３１】
図６は、反射型液晶パネル６０１を含む表示装置６００の実施例であり、偏光がそろった照明光が光路分離素子６０４を介して反射型液晶パネル６０１へと照明光が到達する。光路分離素子６０４としては、偏光ビームスプリッタ（以下ＰＢＳ）が好ましい。ＰＢＳで反射しパネルへ６０１と照明された光束は、入力画像信号に応じてライトバルブ６０１上に画像光を形成する。なお、画素単位で光を変調するのが一般的である。変調画像光は、照明光とＰＢＳによって分離されて本発明の実施形態に係る実施例の投射光学装置へと向かう。そして、これらを一体保持するケースで覆われて投射型の表示装置６００となる。
【０１３２】
また、図３に示すような光学系への適用も容易に実施可能である。以上の作像系に関する実施例４は一つのパネル６０１の場合であるが、赤、緑、青に対応したパネルを用意し、照明光も３色に分離してそれぞれ上記に示したような照明光と投射光を分離したあと、３色を合成して投射光学系へと導いても良い。光源６０２は、ランプ光源を前提としたが、ＬＥＤ光源や、ＬＤ光源も採用できる。その場合光源に適した照明光学系を採用する。画像生成手段自体で自己発光する素子であれば、照明光学系６０３は不要である。
【０１３３】
また、別の画像生成デバイスとしては、ＬＤ光源を２次元走査して画素ごとに変調駆動して表示画像を得る画像生成システムをも含む。その際は、投射画像を得るための走査光路が投射光路に該当する。
【実施例５】
【０１３４】
（実施例５）
図７は、本発明の実施形態に係る実施例５の投射光学装置の構成を説明する図である。図７に示すように、本発明の実施形態に係る実施例５の投射光学装置７００は、本発明の実施形態に係る実施例１〜３の投射光学装置と同様に、屈折光学系のような第一光学系７０１、凹面ミラーのような第二光学系７０２、及び、反射ミラーのような偏向素子７０３を含み、物体面７０４から射出された光束の光路を偏向素子７０３によって偏向させると共に、偏向素子７０３によって偏向させられた投射光束７０６を、投射位置におけるスクリーン面７０５へ投射する。
【０１３５】
ただし、図７に示す投射光学装置７００においては、投射光束７０６を、第一光学系７０１及び第二光学系７０２の上方から下方へ向けて投射している（図７において、結像面の半分については光線を図示せず）。
【０１３６】
通常オフィスで用いられるいわゆるフロントプロジェクターと呼ばれるものは、机上に設置して前面に配置したスクリーンに投影する。近年、上方から下方に向けて壁などに投射する装置なども商品化されているが、本発明の実施形態に係る実施例５の構成を採用することで、照明系や、パネル回りの光学系や、投射光学系といった、いわゆるプロジェクターエンジン部分の姿勢を変えずに、簡単に下方へ投射することが可能となる。必要に応じて、偏向素子７０３を取り外し可能にしてもよい。また、上方投射と下方投射を兼用する装置が得られる。もちろん、装置そのものを上下反転すればよいが、レイアウトの自由度が向上することは明らかに装置設計に関して有利な効果を与える。
【０１３７】
なお、上方から下方へ投射光束７０６を投射させることで、本発明の実施形態に係る実施例５の構成要件である偏向素子７０３の反射面が下方に向くことが図により自明であるが、埃などの付着に対して強くなる。また、図示はしないが、偏向素子７０３の背面へ光線は飛ばないため、むしろ、上方からの外乱光から光学系に侵入することないように完全に覆うことが好ましい。このような構成を採用することで、凹面ミラーの反射面が若干上向きになっていて、防塵の観点で非常に有利な構成を得ることが可能であることもある。
【実施例６】
【０１３８】
（実施例６）
図８は、本発明の実施形態に係る実施例６の投射光学装置の構成を説明する図である。図８（ａ）は、光束を投射する時（投射時）の実施例６の投射光学装置を示す図であり、図８（ｂ）は、光束を投射しない時（非投射時）の偏向素子が可動な実施例６の投射光学装置を示す図であり、図８（ｃ）は、光束を投射しない時（非投射時）の凹面ミラーが可動な実施例６の投射光学装置を示す図である。より詳しくは、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す偏向素子が可動であり、偏向素子を第一光学系側に移動させた状態を示す図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）に示す凹面ミラーが可動であり、凹面ミラーを第一光学系側に移動させた状態を示す図である。
【０１３９】
図８（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、本発明の実施形態に係る実施例６の投射光学装置８００は、本発明の実施形態に係る実施例５の投射光学装置などと同様に、屈折光学系のような第一光学系８０１、凹面ミラーのような第二光学系８０２、及び、反射ミラーのような偏向素子８０３を含み、物体面８０４から射出された光束の光路を偏向素子８０３によって偏向させると共に、偏向素子８０３によって偏向させられた光束をスクリーン面のような被投射面へ投射する。
【０１４０】
本発明の実施形態に係る実施例６の投射光学装置８００は、本発明の実施形態に係る実施例５の投射光学装置であって、非投射時には、第二光学系８０２を構成する光学素子である凹面ミラーと、偏向素子８０３が可動であり、第一光学系８０１側に移動できる例である。説明の便宜上、光線は図示していない。また、本発明の実施形態に係る実施例６の投射光学装置８００を、本発明の実施形態に係る実施例４のような表示装置に設けてもよいが、表示装置としての構成要件である、光源、照明系、ライトバルブ等は、図が煩雑になるので省略し、図７に示す本発明の実施形態に係る実施例５の投射光学系の拡大図を示す。また、凹面ミラーのような第二光学系８０２および偏向素子８０３の配置関係がわかるように透明図としている。
【０１４１】
投射光学装置８００からの光束の投射時には、図８（ａ）に示すように、図７に示すように投射画像を得ている。しかしながら、投射光学装置８００からの光束の非投射時には、第一光学系８０１から偏向素子８０３や第二光学系８０２などが出っ張った形となっている。これらの部分を、移動可能とし、図８（ｃ）に示すように、第二光学系８０２を構成する光学素子である凹面ミラーと、偏向素子８０３が第一光学系８０１側に移動できるようにする。本発明の実施形態に係る実施例６の図８（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、凹面ミラーのような第二光学系８０２や偏向素子８０３を保持するハウジング等を記載していないが、第二光学系８０２や偏向素子８０３を、ガイドレールに沿って這わせて移動させたり、アーム駆動としたり、従来からある駆動機構を採用すればよい。第二光学系８０２や偏向素子８０３の一辺を軸として回転機構を設け、第二光学系８０２や偏向素子８０３を折り曲げる構成を採用してもよい。図８（ｂ）は、偏向素子８０３が、偏向素子の一辺を回転軸８０５として、縦に折り曲げられた状態を示す。偏向素子８０３が第一光学系８０１側に折り曲げられるので、偏向素子８０３と凹面反射ミラーのような第二光学系８０２との間の間隙が広がり、偏向素子８０３のみならず凹面ミラーのような第二光学系８０２をも第一光学系８０１に近づけることができる。もちろん、第二光学系８０２や偏向素子８０３の移動の形態には、さまざまな形態を採用できる。なお、偏光素子８０３は、取り外し可能な構成としてもよい。この場合には、光束の投射方向を選ぶこともできるようになる。また、図示はしていないが、偏向素子を固定し、凹面ミラーのみを移動させてもよい。具体的には、凹面ミラーを偏光素子側に倒し、収納時に凹面ミラーの突出をなくす構成なども含む。
【０１４２】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施の形態及び実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。
【０１４３】
［付記］
付記（１）：
屈折力を有する複数の光学素子を含むと共に物体に共役な像を被投射面に投射する投射光学系において、
光束の光路を偏向させると共に光路が偏向された光束が該複数の光学素子の間を通過するように設けられた且つ屈折力を有さない偏向素子を含むと共に、
該被投射面の中心における該被投射面の法線は、該複数の光学素子又は該複数の光学素子間を通らないことを特徴とする、投射光学系。
【０１４４】
付記（２）：
前記偏向素子は、前記光路が偏向された光束が、前記複数の光学素子を通過する光束と重なりを有するように、設けられることを特徴とする、付記（１）に記載の投射光学系。
【０１４５】
付記（３）：
前記複数の光学素子は、正の屈折力を有すると共に前記物体に共役な中間像を形成する第一の光学系及び少なくとも一つの光学素子を含むと共に該中間像に共役な像を形成する第二の光学系を含むことを特徴とする、付記（１）又は（２）に記載の投射光学系。
【０１４６】
付記（４）：
前記少なくとも一つの光学素子は、正の屈折力を有する反射光学素子を含むことを特徴とする、付記（３）に記載の投射光学系。
【０１４７】
付記（５）：
前記反射光学素子は、前記少なくとも一つの光学素子における前記中間像に共役な像の最も近くに設けられた光学素子であることを特徴とする付記（４）に記載の投射光学系。
【０１４８】
付記（６）：
前記偏向素子は、前記光路が偏向された光束が、前記第一の光学系と前記反射光学素子との間を通過するように、設けられることを特徴とする付記（４）又は（５）に記載の投射光学系。
【０１４９】
付記（７）：
前記偏向素子の配置を調整する手段をさらに含むことを特徴とする付記（１）乃至（６）のいずれかに記載の投射光学系。
【０１５０】
付記（８）：
前記偏向素子の配置を調整する手段は、前記偏向素子を移動させる手段を含むことを特徴とする付記（７）に記載の投射光学系。
【０１５１】
付記（９）：
前記少なくとも一つの光学素子の配置を調整する手段をさらに含むことを特徴とする付記（１）乃至（８）のいずれかに記載の投射光学系。
【０１５２】
付記（１０）：
前記少なくとも一つの光学素子の配置を調整する手段は、前記少なくとも一つの光学素子を移動させる手段であることを特徴とする付記（９）に記載の投射光学系。
【０１５３】
付記（１１）：
前記物体に共役な像を前記複数の光学素子よりも下方の被投射面に投射する投射光学系であることを特徴とする付記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の投射光学系。
【０１５４】
付記（１２）：
画像を生成させる画像生成デバイス及び該画像生成デバイスによって生成させられた画像を被表示面に投射すると共に表示する画像投射表示デバイスを含む、画像表示装置において、
該画像投射表示デバイスは、付記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の投射光学系を含むことを特徴とする、画像表示装置。
【０１５５】
付記（１３）：
前面投射型の画像表示装置であることを特徴とする付記（１２）に記載の画像表示装置。
【０１５６】
本発明の実施形態又は実施例を、例えば、投射光学装置およびそれを用いた表示装置に利用することができる可能性がある。例えば、本発明の実施形態又は実施例を、液晶パネルなどのライトバルブにより生成された画像を投射表示する投射光学装置、あるいは、それを用いた表示装置に利用することができる可能性がある。また、例えば、本発明の実施形態又は実施例を、製品形態としては、フロントプロジェクターやリアプロジェクター、もしくはそれらに搭載する投射光学系に利用することができる可能性がある。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明の少なくとも一つの態様を画像表示装置に利用することができる可能性がある。
【符号の説明】
【０１５８】
１００，２００，４００，５００    投射光学装置
１０１，２０１，４０１，５０１，６０５，８０１    第一光学系
２０１１    第一のレンズ群又はレンズ
２０１２    第二のレンズ群又はレンズ
２０１３    第三のレンズ群又はレンズ
１０２，２０２，４０２，５０２，６０６，８０２    第二光学系
１０３，４０４，５０４    物体
１０４    最終のパワーを有する面
１０５，２０４    （光路）偏向素子がない場合の投射画像
１０６，２０６，４０６，６１０    結像光束
１０７，２０７，４０７，５０７，６１１    投射光束
２０３，４０３，５０３，６０７，８０３    （光路）偏向素子
２０５，４０５，５０５，６０９    投射画像
２０８，４１０    投射画像の中心
２０９，４１０１    法線
２１０    投射装置の第一の端部
２１０１    投射装置の第二の端部
２１１    投射位置の最外端
２２０，４２０    観察者
２２１，４２１    視野
４０８    筐体
４０９，６１２    交差部
４１１    投射画像の下端
４１１１    投射画像の下端の高さ
４１２    投射装置の上端
４１２１    投射装置の上端の高さ
６００    表示装置
６０１    ライトバルブ（パネル）
６０２    光源
６０３    照明光学系
６０３ａ    第一フライアイレンズ
６０３ｂ    第二フライアイレンズ
６０３ｃ    メインコンデンサレンズ
６０３ｄ    サブコンデンサレンズ
６０３ｅ    偏光変換素子
６０３ｆ    折り曲げミラー
６０４    光路分離素子
６０８    中間像
７０４，８０４    物体面
８０５    回転軸
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１５９】
【特許文献１】特開２００１−２５５４６２号公報
【特許文献２】特開２００６−２３５５１６号公報
【特許文献３】特開２００４−３０９７６５号公報
【特許文献４】特開２００７−２１２７４８号公報
【図１】
0005545394.tif 000002
【図２】
0005545394.tif 000003
【図３】
0005545394.tif 000004
【図４】
0005545394.tif 000005
【図５】
0005545394.tif 000006
【図６】
0005545394.tif 000007
【図７】
0005545394.tif 000008
【図８】
0005545394.tif 000009