(57)【要約】【課題】画像形成素子から結像面までの光束毎の光路長の差が少ない投写型表示装置を提供する。【解決手段】光源、光源から出射された光を入力された映像信号に基づいて変調する画像形成素子、及び画像形成素子によって形成された像を拡大投写するための反射型光学系を備え、反射型光学系は、画像形成素子から出射された光が最初に入射する光学素子である第一反射鏡と、第一反射鏡によって反射された光を順次反射する複数の反射鏡とを有し、第一反射鏡の反射面が球面であって、その反射面の頂点における法線と、画像形成素子の法線とが非平行である。【選択図】図２
2006293017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光を入力された映像信号に基づいて変調する画像形成素子と、
前記画像形成素子によって形成された像を拡大投写するための反射型光学系と、
を備えた投写型表示装置であって、
前記反射型光学系は、前記画像形成素子から出射された光が最初に入射する光学素子である第一反射鏡と、前記第一反射鏡によって反射された光を順次反射する複数の反射鏡とを有し、
前記第一反射鏡の反射面は球面であって、その反射面の頂点における法線と、前記画像形成素子の法線とが非平行である投写型表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の投写型表示装置において、第一反射鏡上の反射面の頂点における法線が前記第一反射鏡の光軸と一致していることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の投写型表示装置において、画像形成素子の上辺が下辺に比べて反射型光学系の第一反射鏡に近接するように前記画像形成素子が傾いている投写型表示装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載の投写型表示装置において、画像形成素子の下辺が上辺に比べて反射型光学系の第一反射鏡に近接するように前記画像形成素子が傾いている投写型表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の投写型表示装置において、画像形成素子の面と、画像形成素子によって形成され、反射型光学系によって拡大投写された像の結像面とが非平行であることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の投写型表示装置において、反射型光学系を構成している第一反射鏡以外の反射鏡の反射面が自由曲面である投写型表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の投写型表示装置において、反射型光学系は、第一反射鏡によって反射された光が入射する第二反射鏡と、前記第二反射鏡によって反射された光が入射する第三反射鏡と、前記第三反射鏡によって反射された光が入射する第四反射鏡とを有し、前記第一反射鏡の反射面は凹面、前記第二反射鏡及び前記第四反射鏡の反射面は凸面である投写型表示装置。
【請求項８】
請求項７記載の投写型表示装置において、第一反射鏡〜第四反射鏡の反射面うち、第三反射鏡の反射面の曲率が最も小さいことを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成素子によって形成された像をスクリーンなどの投写面上に拡大投写する投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は、特許文献１に開示されている結像光学系の概略を示す模式的側面図である。この結像光学系は、画像形成素子１００をその結像面に有する反射型結像光学系であって、３つの反射鏡１０１、１０２、１０３から構成されている。画像形成素子１００から出射された光束は、第一反射鏡１０１、第二反射鏡１０２、第三反射鏡１０３によって順次反射されて不図示のスクリーンの背面に向けて斜め上向きに投射される。このように、特許文献１に開示されている結像光学系は、画像形成素子１００から出射された光束の光路を複数の反射鏡で折りたたむことによって装置の小型化、特に薄型化を実現可能としている。
【０００３】
ここで、画像形成素子１００から出射された光束（像）は、第一反射鏡１０１〜第三反射鏡１０３によって反射される過程で順次拡大される。従って、画像形成素子１００から出射された光束が最初に入射する第一反射鏡１０１に歪みや変形などが存在すると、その歪みや変形の影響も順次拡大される。よって、第一反射鏡１０１の反射面には、第二反射鏡１０２及び第三反射鏡１０３の反射面に比べてより高い精度が要求される。さらに、画像形成素子１００に最も近接している第一反射鏡１０１は熱の影響を大きく受ける。従って、線膨張係数の低い材料によって第一反射鏡１０１を形成することが望ましい。
【０００４】
以上のような理由から、特許文献１には、第一反射鏡１０１の反射面を球面とすることが開示されている。反射面を球面とすることによって、線膨張係数の低いガラス材料を用いる場合にも、生産コストの低い研磨製法によって高精度の反射面を得ることができるからである。
【０００５】
一方、画像形成素子１００から出射された複数の光束のスクリーンまでの光路長は光束毎に異なる。よって、スクリーン上において収差（台形歪み）が発生する。そこで、特許文献１に開示されている反射型結像光学系では、第二反射鏡１０２及び第三反射鏡１０３に収差補正機能を担わせている。具体的には、これら反射鏡１０２、１０３の反射面を所定条件を満足する非球面としてある。
【０００６】
また、特許文献２には、上記収差補正機能をさらに向上させた反射型結像光学系が開示されている。具体的には、図８に示すように、光学エンジン（図７に示されている画像形成素子１００に相当）２００と、第一反射ミラー（図７に示されている第一反射鏡１０１に相当）２０１との間に、収差補正を補助するための補助レンズ２０２が挿入された反射型結像光学系が開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献２には、第一反射ミラー２０１によって反射された光束と光学エンジン２００との干渉を避けるために、光学エンジン２００の上部近傍に曲面ミラー２０３を配置し、全４枚の反射ミラーによって反射型結像光学系を構成することが開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１１１４５８号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ０１／０１１４２５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これまで説明したように、画像形成素子によって形成された像を拡大投写するための反射型光学系（或いは反射型結像光学系）の分野においては、専ら光学系を構成している反射鏡の面形状によって光路長差に起因する収差の補正を行っていた。具体的には、反射面の形状を好適化することによって、収差補正機能の向上を目指してきた。しかし、既に述べたように、画像形成素子から出射された光束が最初に入射する反射鏡の反射面は球形であることが望ましい一方、球形の反射面は収差補正機能が低い。結果、後段の反射鏡に掛かる補正負荷が増大する。かかる補正負荷の増大に対応するためには、反射鏡の枚数を増やすか、個々の反射鏡の補正の自由度を増大させる必要がある。
【０００９】
しかし、前者の場合、装置の大型化やコスト増を招く。特に、反射鏡を用いた結像光学系は、複数の反射鏡によって光路を折りたたむことによって装置の小型化を達成可能であることが大きな利点である。よって、反射鏡の増加による装置の大型化は上記利点を相殺させてしまうことを意味する。尚、上記特許文献２には、光路中に補助レンズを挿入することが開示されているが、光学素子の数が増加する点では反射鏡の数を増加させることと同じであって、実質的に同様の課題を含んでいる。
【００１０】
後者の場合には、例えば、球面から非球面に、または、非球面から自由曲面にするなど、各反射鏡の反射面の形状がより複雑になり、設計及び製造の困難性が増し、コストも増加する。さらに、反射面形状の精度だけでなく、各反射鏡の三次元における配置（縦横高さ、傾き）の確かさ（配置精度）も前述した収差の補正に影響する。すなわち、理想的な反射面形状を得られても、各反射鏡の配置精度が不足すると、収差を補正できないという問題がある。配置精度を確保するためには基準点や基準面が必須となるが、非球面形状や自由曲面形状の反射鏡だけで構成される投射型表示装置の反射型光学系の場合、その形状が平面や曲面からずれているので、高精度な基準点や基準面を得られ難いという問題があった。
【００１１】
本発明の目的の一つは、画像形成素子を傾けることによって、画像形成素子から出射される複数の光束間の光路長差を少なくし、もって反射鏡に掛かる収差補正負荷を軽減することにある。また、本発明の目的の他の一つは、画像形成素子を傾けることによって、複数の反射鏡とそれら反射鏡によって順次折り返される光束との間のクリアランスを十分に確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する本発明の投写型表示装置は、光源と、前記光源から出射された光を入力された映像信号に基づいて変調する画像形成素子と、前記画像形成素子によって形成された像を拡大投写するための反射型光学系と、を備えた投写型表示装置であって、前記反射型光学系は、前記画像形成素子から出射された光が最初に入射する光学素子である第一反射鏡と、前記第一反射鏡によって反射された光を順次反射する複数の反射鏡とを有し、前記第一反射鏡の反射面は球面であって、その反射面の頂点における法線と前記画像形成素子の法線とは非平行であることを特徴とする。
【００１３】
ここで、第一反射鏡の反射面の頂点における法線と画像形成素子の法線とが非平行な場合には、画像形成素子の上辺が下辺に比べて第一反射鏡に近接するように画像形成素子が傾いている場合と、画像形成素子の下辺が上辺に比べて第一反射鏡に近接するように画像形成素子が傾いている場合とが含まれる。
【００１４】
本発明の投写型表示装置では、前記反射型光学系を構成している第一反射鏡以外の反射鏡の反射面を自由曲面とすることによって、収差補正機能のさらなる向上を図ることができる。
【００１５】
本発明の投写型表示装置では、前記反射型光学系を第一反射鏡〜第四反射鏡の４枚の反射鏡によって構成することが望ましく、その際、前記第一反射鏡の反射面を凹面、前記第二反射鏡及び前記第四反射鏡の反射面を凸面とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の投写型表示装置では、画像形成素子を傾けることによって、画像形成素子から出射される複数の光束間の光路長差が縮小される。よって、反射型光学系を構成する光学素子が負担する補正負荷が軽減され、光学素子の設計や材料選択の自由度が向上し、生産コストも低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施形態１）
本発明の投写型表示装置の実施形態の一例について図面を参照しながら説明する。図１は、本例の投写型表示装置の内部構造を示す模式的斜視図である。本例の投写型表示装置は、光源装置１と、画像形成素子２と、光源装置１から発せられた光を画像形成素子２に導くための照明光学系３と、画像形成素子２によって形成された像を不図示の投写面（スクリーンなど）に拡大投写するための反射型光学系（結像光学系４）とに大別することができる。以下、光源装置１、照明光学系３、画像形成素子２、結像光学系４の順でそれぞれについて詳細に説明する。
【００１８】
光源装置１は、光源１０と、光源１０から四方八方に発せられた光を集光するためのリフレクタ１１とを有する。光源１０は、メタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプなどの高圧放電ランプ（アークランプ）である。もっとも、光源１０には、アークランプ以外のランプを用いることも可能である。
【００１９】
リフレクタ１１は、回転楕円形状の反射面を備えており、光源１０はリフレクタ１１の第一焦点に配置されている。よって、光源１０から四方八方に発せられた光はリフレクタ１１によって該リフレクタ１１の第二焦点に集光される。
【００２０】
照明光学系３は、リフレクタ１１によって集光された光を時分割で色分離するためのカラーホイール２０と、カラーホイール２０を透過した光（色光）の輝度分布を均一化するためのロッドレンズ２１と、ロッドレンズ２１を透過した光の光路を変換して画像形成素子２に導くためのリレー光学系２２とを備えている。
【００２１】
カラーホイール２０は、透過特性が異なる複数の色フィルタが配置された円盤形の部材である。より具体的には、周方向に沿って、赤の波長域に属する光のみを透過させる赤色フィルタ、緑の波長域に属する光のみを透過させる緑色フィルタ、青の波長域に属する光のみを透過させる青色フィルタが配置された円盤形の部材である。かかる構成を有するカラーホイール２０は、リフレクタ１１の第二焦点よりも光源１０に近い位置に配置され、リフレクタ１１の第二焦点に向かう光の光路を各色フィルタが順次横切るようにレイアウトされている。これによって、光源１０から発せられた光は、リフレクタ１１の第二焦点に集光される前に、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、及び青色光（Ｂ）の各色光に時分割で分離される。尚、色フィルタを追加することによって、Ｒ、Ｇ、Ｂ以外の色光を取り出すことも可能である。例えば、黄色の波長域に属する光のみを透過させる黄色フィルタを追加することによって、光源１０から発せられた光を赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）、及び黄色光（Ｙｅ）に分離することもできる。
【００２２】
ロッドレンズ２１は、長手方向一方の端面を入射面、他方の端面を出射面とする角柱状の光学ガラスであって、入射面がリフレクタ１１の第二焦点に位置するように配置されている。よって、光源１０から発せられた光は、上記カラーホイール２０によって色分離された上でロッドレンズ２１に入射する。ロッドレンズ２１に入射した光は、ロッドレンズ２１内で全反射を繰り返しながら該ロッドレンズ２１の出射面に向けて進行することによって、光軸と垂直な断面内における輝度分布が均一化される。
【００２３】
リレー光学系２２は、３枚のレンズ２３、２４、２５と、レンズ２４とレンズ２５との間に配置された平面ミラー２６とから構成されている。上記ロッドレンズ２１の出射面から出射した光は、レンズ２３及びレンズ２４によってコリメートされて平面ミラー２６に入射する。平面ミラー２６は、入射した光を略９０°偏向させて、レンズ２５に入射させる。レンズ２５に入射した光は、該レンズ２５によって収束され、画像形成素子２を照明する。
【００２４】
次に画像形成素子２について説明する。画像形成素子２は、外部から入力された映像信号に基づいて個別に駆動制御される数十万個〜百数十万個の独立した微小ミラーを備えた半導体素子であり、一般にＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）と呼ばれているものである。より具体的には、映像信号に基づいて各微小ミラーが±１２度傾き、−１２度傾いた微小ミラーによって反射された光は不図示の光吸収板に吸収され、＋１２度に傾いた微小ミラーによって反射された光は結像光学系４に入射する。
【００２５】
次に結像光学系４について詳細に説明する。結像光学系４の構成を明確にすべく、図１に示されている画像形成素子２及び結像光学系４を抜き出して図２及び図３に拡大して図示する。尚、座標原点を画像形成素子２の中心とし、ｚ軸を画像形成素子２の法線方向に（符号は紙面右が正、左が負）、y軸をｚ軸に垂直な紙面上に（符号は紙面上方向が正、下方向が負）、x軸はｙ軸とｚ軸共に垂直な軸（紙面表から裏に向かう方向が正、裏から表に向かう方向が負）としたとき、図２は、抜き出された結像光学系４のzy平面における模式図、図３は抜き出された結像光学系４と画像形成素子２とをｙ軸正方向から見たときの模式図である。
【００２６】
結像光学系４は、第一反射鏡（凹面鏡）３０、第二反射鏡（凸面鏡）３１、第三反射鏡（凹面鏡）３２、及び第四反射鏡（凸面鏡）３３の４枚の反射鏡によって構成されている。これら４枚の反射鏡は、画像形成素子２に近い側から、第一反射鏡３０、第二反射鏡３１、第三反射鏡３２、第四反射鏡３３の順で配置されている。画像形成素子２から出射された光（＋１２度に傾いた微小ミラーによって反射された光）は、第一反射鏡３０の反射面３０ａに入射して反射される。以後、第一反射鏡３０によって反射された光は第二反射鏡３１の反射面３１ａに入射して反射され、第二反射鏡３１によって反射された光は第三反射鏡３２の反射面３２ａに入射して反射され、第三反射鏡３２によって反射された光は第四反射鏡３３の反射面３３ａに入射して反射される。尚、画像形成素子２と第一反射鏡３０との間には何らの光学素子も存在しておらず、画像形成素子２から出射された光は直接第一反射鏡３０の反射面３０ａに入射する。また、第二反射鏡３１と第三反射鏡３２との間、及び第三反射鏡３２と第四反射鏡３３との間にも何らの光学素子も配置されていない。さらに、第一反射鏡３０から第四反射鏡３３に至る間に中間像は形成されない。加えて、第一反射鏡３０の反射面３０ａから第四反射鏡３３の反射面３３ａはyz平面を対称面とした左右対称形状を有している。
【００２７】
第一反射鏡３０は光学ガラスによって形成されており、その反射面３０ａは球面である。もっとも、画像形成素子２から出射された光束は、第一反射鏡３０の反射面３０ａの全面に入射するわけではなく、所定の反射領域にのみ入射する。そして、図２に最も明確に図示されているように、反射面３０ａの頂点を通る法線ａと、画像形成素子２の法線ｂとが非平行となるように、画像形成素子２が傾いている。
【００２８】
反射面３０ａは球面であり、球を任意の平面での切断したときに、その切断面は必ず円となる。したがって、反射面３０ａがyz平面と交わる線は円弧となる。よって、反射面３０ａの頂点は、反射面３０ａのyz平面との交線である円弧の中点となる。よって、反射面３０ａが球面を一つの平面で切断したお椀のような形状である場合には、その頂点における法線と反射面３０ａの回転対称軸（第一反射鏡の光軸）とは一致する。
【００２９】
また、画像形成素子２がＤＭＤである場合、画像形成素子２の法線とは、各微小ミラーの反射面を近似した平面の法線を意味する。さらに、各微小ミラーの前面にカバーガラスが配置されている場合には、そのカバーガラスの法線と、上記微小ミラーの反射面を近似した平面の法線とは、少なくとも本発明においては同視し得る。
【００３０】
法線ａと法線ｂとが非平行になる場合には、画像形成素子２の上辺が下辺に比べて第一反射鏡３０に近接するように画像形成素子２が傾いている場合と、下辺が上辺に比べて第一反射鏡３０に近接するように傾いている場合とがある。図２から明らかなように、本例では、画像形成素子２の上辺が下辺に比べて第一反射鏡３０に近接する方向に傾いており、その傾斜角度は5.3°である。
【００３１】
ここで、第一反射鏡３０は凹面鏡なので、第一反射鏡３０と第二反射鏡３１との間で光束は一度収束し、第二反射鏡３１により再び発散する。よって、第一反射鏡３０と第二反射鏡３１との間で画像の上下関係が逆転する。すなわち、画像形成素子２の下端に近い位置から出射された光束ほど、スクリーン４０の上端に近い位置に到達し、上端に近い位置から出射された光束ほど下端に近い位置に到達する。従って、画像形成素子２が図２に示すように傾いていると、縦倍率の関係より結像面の下側ほど奥（図２の紙面左側）に後退し、上側ほど手前（図２の紙面右側）に横倍率の２乗で迫り出す。すなわち、画像形成素子２が図２に示すように傾いていることは、スクリーン（結像面）４０が図４に示すように傾いている（図２に示されている画像形成素子２と逆向きに傾いている）ことと等価である。投射型表示装置における従来の投射光学系は、反射型であっても屈折型であっても、合焦状態のほぼ歪みのない投射像が得られているときには、結像面（スクリーン）と画像形成素子は平行になっている。この時、本願発明においては、図２に示すようにスクリーン（結像面）４０と画像形成素子２とが非平行であり、この点が本願発明の光学的な特徴である。この結果、画像形成素子２から出射される複数の光束間の光路長差が縮小され、収差が軽減される。特に、本例のような拡大光学系では、画像形成素子２の変位に起因する結像面の変位量に倍率が効いてくる。従って、画像形成素子２を僅かに傾けることによって、光路長差を大幅に縮小させることができる。
【００３２】
ここで、斜め投写の表示装置において結像面の位置が下がるということは、最長光路長と最短光路長との差が縮小することを意味する。従って、画像形成素子２を図２に示すように傾けることによって光路長差を縮小すると共に、結像面の位置を下げることができれば、収差の発生をさらに低減させることができる。しかし、画像形成素子２が垂直な状態（第一反射鏡３０の反射面３０ａの頂点における法線と、画像形成素子２の法線とが平行な状態）を維持したまま、結像面が下がるように第一反射鏡３０〜第四反射鏡３３をレイアウトすると、光束と反射鏡との間のクリアランスが減少し、干渉が発生し易い。特に、第四反射鏡３３によってスクリーン４０に向けて反射される光束と第三反射鏡３２との干渉が発生し易い。
【００３３】
ところが、本例の投写型表示装置では、画像形成素子２が図２に示すように傾いているので、画像形成素子２から出射された光束の第一反射鏡３０への入射位置が相対的に低くなる（画像形成素子２が垂直な場合に比べて低くなる）。このことは、結像光学系４の全体を図２の紙面左回りに回転させたことと等価である。よって、光束と反射鏡との間のクリアランスを保持したたままで結像面の位置を下げることができる。以上のように、画像形成素子２を上記のように傾けることは、結像面の位置を下げて光路長差を縮小させるという観点からも極めて有効である。
【００３４】
本例の投写型表示装置から出射された光束と従来例の投写型表示装置から出射された光束のスクリーンへの入射角度の比較を表１に示す。ここで従来例の投写型表示装置とは、第一反射鏡の反射面の頂点を通る法線と画像表示素子の法線とが平行である点以外は本例の投写型表示装置と同一の構成を有する。また、入射角度とは、それぞれの投写型表示装置が備える第四反射鏡によって反射された光束がスクリーンへ入射する角度を意味する。よって、入射角度が小さいほど、結像面の位置が低いことを意味する。
【００３５】
【表１】
2006293017.tif 000003
【００３６】
表１から明らかなように、本例の投写型表示装置によれば、同一サイズの映像をより低い位置に投写可能である。
【００３７】
以上のように、本例の投写型表示装置においては、画像形成素子２が上記のように傾いていることによって、画像形成素子２から出射される複数の光束間の光路長差が縮小され、収差が軽減される。従って、第一反射鏡３０の反射面３０ａを球面としても全体として十分な収差補正を実現することができる。この結果、熱の影響を考慮して第一反射鏡３０にガラス材料を選択した場合にも、コストの低い研磨製法によって高精度の反射面を得ることができる。
【００３８】
さらに、本例の投写型表示装置では、第一反射鏡３０〜第四反射鏡３３の組み合わせによる収差補正も同時に行っている。もっとも、コストや精度を考慮し、第一反射鏡３０の反射面３０ａを球面としたことは既述の通りである。従って、収差補正の観点からは、第一反射鏡３０の設計自由度は高くない。そこで、第二反射鏡３１〜第四反射鏡３３の反射面３１ａ〜３３ａを設計自由度の高い自由曲面とした。
【００３９】
具体的には、前述した座標軸において、第二反射鏡３１〜第四反射鏡３３の反射面３１ａ〜３３ａの形状は、次の数式（自由曲面式）で表される。
【００４０】
【数１】
2006293017.tif 000004
【００４１】
表２に、60inchの映像投写時における、各反射鏡３０〜３３の反射面３０ａ〜３３ａの形状を表す数式1におけるパラメータと配置関係などを示す。光束はこの数式で表現している曲面のすべてに照射されているのではなく、その一部にのみ照射される。この数式で表現されている領域をすべて作成し組み立てると、各反射鏡が必ず干渉してしまい非現実的である。よって、実際の物理形状はこの数式で表現される面の一部を用いることになる。ここで、非球面形状や自由曲面形状の場合、その形状が平面や曲面からずれているので、実際の物理形状の上に高精度な基準点を設けることも困難である。
【００４２】
一方、第一反射鏡３０は球面であるので高次の項は存在しない。さらに、球面はどこを切り取っても球面であり、常に、頂点を有し、この頂点を基準点とすることが可能である。また、各反射鏡の配置精度は、画像表示素子２と第一反射鏡３０の関係、および、第一反射鏡３０と第二反射鏡３１との関係とに最も精度を要する。なぜなら、画像表示素子２によって形成された像を各反射鏡で順次拡大投写するので、画像表示素子２に近いところで発生した誤差も拡大されるからである。本実施例の場合、第一反射鏡３０と第二反射鏡３１の上記ｘ、ｙ、ｚ軸方向の各配置精度は、第三反射鏡３２と第四反射鏡３３のそれよりも一桁高い精度が要求される。第一反射鏡３０を球面とすることで、第一反射鏡上に基準点を設けることができるので、第一反射鏡３０と第二反射鏡３１のｘ、ｙ、ｚ軸方向の各配置精度を高めることが可能になり、反射光学系の収差補正機能を従来よりも高くすることができる。
【００４３】
また、本例の投写型表示装置では、図２に示される第三反射鏡３２をｚ軸方向に移動させることによって、フォーカス調整を行っている。表２に示すように第三反射鏡３２の曲率は他の反射鏡よりもかなり小さく平面に近い。これは、第三反射鏡３２を移動させても第三反射鏡３２に照射される光束が収束作用や発散作用を受け難いので、後段の反射鏡に与える変化を小さくできると言う利点を有し、フォーカス調整に適している。ここで、各映像サイズにおける第三反射鏡３２の移動距離（フォーカス移動距離）及び第四反射鏡３３からスクリーン４０までの距離（投写距離）を表３に示す。尚、第三反射鏡３２のフォーカス移動距離とは、60inchの映像投射時の第三反射鏡３２の位置を原点としたときの第三反射鏡３２の移動量であり、スクリーン４０に近接する方向を負（−）、離間する方向を正（＋）として表されている。また、投写距離とは、第四反射鏡３３の原点０からスクリーン４０までの最短距離を表している。
【００４４】
【表２】
2006293017.tif 000005
【００４５】
【表３】
2006293017.tif 000006
【００４６】
最後に、本例の投写型表示装置によって投写された映像の歪み量の計算値を表４に示す。尚、歪み量の計算方法は図５に示す通りである。また、表４中の「上」の欄は、上樽（糸巻）歪の計算値を示す。以下、同様に「下」の欄は、下樽（糸巻）歪を、「左」の欄は、左樽（糸巻）歪を、「右」の欄は、右樽（糸巻）歪をそれぞれ示す。
【００４７】
【表４】
2006293017.tif 000007
【００４８】
（実施形態２）
以下、本発明の投写型表示装置の実施形態の他例について図６を参照しながら説明する。本例の投写型表示装置の基本構成は、実施形態１の投写型表示装置のそれと同一である。そこで、実施形態１の投写型表示装置と同一の構成については、図６中に同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
本例の投写型表示装置が実施形態１の投写型表示装置と異なるのは、画像形成素子２の傾き方向のみである。具体的には、図６に示すように、画像形成素子２が、その下辺が上辺に比べて第一反射鏡３０に近接するように傾いている。すなわち、実施形態１の投写型表示装置とは逆向きに画像形成素子２が傾いている。
【００５０】
画像形成素子２が図２に示す方向に傾いていることによって得られる作用及び効果については既に詳細に説明した通りである。よって、光路長差の縮小による収差軽減という観点においては、本例の投写型表示装置よりも実施形態１の投写型表示装置の方が勝っている。しかし、画像形成素子２を図６に示すように傾けることによって、画像形成素子２から出射された光束の第一反射鏡３０への入射角度が大きくなる。この結果、第二反射鏡３１〜第四反射鏡３３によってそれぞれ反射される光束と、これら反射鏡３１〜３３との間のクリアランスが拡大される。
【００５１】
以上のように、本例の投写型表示装置は、結像面の位置を可及的に低く抑えつつ、光束と反射鏡との間のクリアランスを十分に確保することができるといった利点を有する。尚、画像形成素子２を実施形態１の投写型表示装置と逆向き傾けることによって、光路長差は相対的に大きくなる。しかし、光路長差の増加分（実施形態１の投写型表示装置における光路長差に対する増加分）は、第二反射鏡３１〜第四反射鏡３３、特に第三反射鏡３２及び第四反射鏡３３に設計自由度の高い自由曲面を採用することによって、十分に吸収することが可能である。よって、本例の投写型表示装置は、全体として実施形態１の投写型表示装置と同等の収差補正機能を備えている。
【００５２】
本例の投写型表示装置から出射された光束と従来例の投写型表示装置から出射された光束のスクリーンへの入射角度の比較を表５に示す。ここでも従来例の投写型表示装置とは、第一反射鏡の反射面の頂点を通る法線と画像表示素子の法線とが平行である点以外は本例の投写型表示装置と同一の構成を有する。また、入射角度とは、それぞれの投写型表示装置が備える第四反射鏡によって反射された光束がスクリーンへ入射する角度を意味する。よって、入射角度が小さいほど、結像面の位置が低いことを意味する。
【００５３】
【表５】
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【００５４】
表６に、60inchの映像投写時の各反射鏡３０〜３３の反射面３０ａ〜３３ａの形状を表す数式1におけるパラメータと配置関係などを示す。
【００５５】
【表６】
2006293017.tif 000009
【００５６】
本例の投写型表示装置においても第三反射鏡３２を光軸方向（ｚ軸方向）に移動させることによって、フォーカス調整を行っている。そこで、各映像サイズにおける第三反射鏡３２の移動距離（フォーカス移動距離）及び第四反射鏡３３からスクリーン４０までの距離（投写距離）を表７に示す。
【００５７】
【表７】
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【００５８】
表８に、本例の投写型表示装置によって投写された映像の歪み量の計算値を示す。尚、歪み量の計算方法は実施形態１と同一である。
【００５９】
【表８】
2006293017.tif 000011
【００６０】
これまでは、画像形成素子が所謂ＤＭＤである場合を例にして本発明の投写型表示装置の実施形態について説明してきた。しかし、本発明の投写型表示装置を構成する画像形成素子はＤＭＤに限定されるものではない。例えば、透過型液晶パネルや反射型液晶パネルであってもよい。また、画像形成素子の数も一つに限定されず、複数であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施形態１の投写型表示装置の概略構造を示す模式的斜視図である。
【図２】図１に示す画像形成素子及び結像光学系のzy平面における模式図である。
【図３】図１に示す画像形成素子及び結像光学系をｙ軸正方向から見たときの模式図である。
【図４】結像面が画像形成素子と逆向きに傾いている状態を示す模式的側面図である。
【図５】投写映像の歪み量の計算方法を示す説明図である。
【図６】実施形態２の投写型表示装置の概略構造を示す模式的側面図である。
【図７】特許文献１に開示されている結像光学系を示す模式的側面図である。
【図８】特許文献２に開示されている結像光学系を示す模式的側面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  光源装置
２  画像形成素子
３  照明光学系
４  結像光学系
１０  光源
１１  リフレクタ
２０  カラーホイール
２１  ロッドレンズ
２２  リレー光学系
２３  、２４、２５  レンズ
２６  平面ミラー
３０  第一反射鏡
３１  第二反射鏡
３２  第三反射鏡
３３  第四反射鏡
３０ａ  第一反射鏡の反射面
３１ａ  第二反射鏡の反射面
３２ａ  第三反射鏡の反射面
３３ａ  第四反射鏡の反射面
４０  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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