(57)【要約】【課題】微小な光変調部を１次元に配列した光変調素子」からの光を表示面に結像させるのに適した結像光学系を実現する。【解決手段】微小な光変調部を１次元状に配列された光変調素子１０を物体とし、この光変調素子１０からの光束を物体光として導光し、像面６０上に１次元状に結像させる結像光学系２０であって、光変調部の配列方向であるＶ方向と、物体面上で上記Ｖ方向と直交するＨ方向とで異なる曲率半径を有するアナモフィック面を２面以上有し、上記Ｖ方向とＨ方向との結像面が一致するように構成されている。【選択図】　　図１
2004109767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小な光変調部を１次元状に配列された光変調素子を物体とし、この光変調素子からの光束を物体光として導光し、像面上に１次元状に結像させる結像光学系であって、
光変調部の配列方向であるＶ方向と、物体面上で上記Ｖ方向と直交するＨ方向とで異なる曲率半径を有するアナモフィック面を２面以上有し、上記Ｖ方向とＨ方向との結像面が一致するように構成されたことを特徴とする結像光学系。
【請求項２】
請求項１記載の結像光学系において、
２面以上のアナモフィック面のうち少なくとも１面が、Ｖ方向断面内に非円弧形状を有し、Ｈ方向断面内の形状の曲率中心をＶ方向に連ねた曲率中心線が曲線となる湾曲軸トロイダル面を有することを特徴とする結像光学系。
【請求項３】
請求項１記載の結像光学系において、
２面以上のアナモフィック面のうち少なくとも１面が、Ｖ方向断面内に非円弧形状を持つと共に、Ｈ方向断面が非円弧形状を有し、このＨ方向断面の非円弧形状がＶ方向の座標に応じて変化する形状であることを特徴とする結像光学系。
【請求項４】
請求項１または２または３記載の結像光学系において、
Ｖ方向の結像倍率：Ｍｖ、Ｈ方向の結像倍率：Ｍｈが条件：
（１）　｜Ｍｖ／Ｍｈ｜＞１
を満足することを特徴とする結像光学系。
【請求項５】
請求項４記載の結像光学系において、
全系について、Ｖ方向の主点位置が、Ｈ方向の主点位置よりも光変調素子側に設定されたことを特徴とする結像光学系。
【請求項６】
請求項１〜５の任意の１に記載の結像光学系において、
Ｖ方向において、光変調素子側が略テレセントリックであることを特徴とする結像光学系。
【請求項７】
請求項１〜６の任意の１に記載の結像光学系において、
結像面側に絞りを有することを特徴とする結像光学系。
【請求項８】
請求項１〜７の任意の１に記載の結像光学系において、
結像系が複数枚のレンズにより構成され、
２以上のレンズが、Ｖ方向とＨ方向とで異なる焦点距離を有し、全系の焦点距離がＶ方向とＨ方向とで異なり、同一の像面上で異なる結像倍率を有することを特徴とする結像光学系。
【請求項９】
請求項８記載の結像光学系において、
結像面側に配置されるレンズの少なくとも１枚は、Ｖ方向のパワー：Ｐｉｖ、Ｈ方向のパワー：Ｐｉｈが、条件：
（２−１）　Ｐｉｖ＜Ｐｉｈ
を満足し、光変調素子側に配置されるレンズの少なくとも１枚は、Ｖ方向のパワー：Ｐｏｖ、Ｈ方向のパワー：Ｐｏｈが、条件：
（２−２）　Ｐｏｖ＞Ｐｏｈ
を満足することを特徴とする結像光学系。
【請求項１０】
請求項１〜９の任意の１に記載の結像光学系を用い、光変調素子の微小な光変調部の１次元状の配列に対応する１次元状の像を、表示手段の表示面上に結像し、上記１次元状の像と表示面とを、上記１次元状の像の長手方向に直交する方向へ相対的に走査することにより、上記表示面に画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の画像表示装置において、
光変調素子が、Ｒ（赤）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＲ変調素子と、Ｇ（緑）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＧ変調素子と、Ｂ（青）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＢ変調素子とを、互いに近接して平行に配置されたものであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の画像表示装置において、
１次元状の像と表示面との相対的な走査方向における同一の画素結像位置上において、時間的にずらしてＲ、Ｇ、Ｂの色を重ねて色の合成を行うことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１３】
請求項１０〜１２の任意の１に記載の画像表示装置において、
結像光学系による結像光束を偏向手段により偏向させることにより、１次元状の像を平面状の表示面に対して走査し、
偏向走査される上記結像光束の像面を、上記偏向手段と上記表示面との間に配置された像面湾曲補正光学系により、上記表示面と実質的に合致させることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１４】
Ｒ（赤）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＲ変調素子と、Ｇ（緑）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＧ変調素子と、Ｂ（青）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＢ変調素子とを、互いに近接して平行に配置された光変調素子と、
この光変調素子におけるＲ変調素子とＧ変調素子とＢ変調素子の各々からの光を共通の表示面上に１次元状に結像させる結像光学系とを有し、
少なくとも１色の結像光路の長さを、他の２色の結像光路の長さと所定距離異ならせることにより、色収差に起因する縦倍率の差を補正したことを特徴とする結像光学装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の結像光学装置において、
Ｒ変調素子、Ｇ変調素子、Ｂ変調素子のうちの１つと他の２つとが、結像光学系からの光軸上の物理的長さを異ならせて配置されていることを特徴とする結像光学装置。
【請求項１６】
請求項１４記載の結像光学装置において、
Ｒ変調素子、Ｇ変調素子、Ｂ変調素子はそれぞれ、結像光学系からの光軸上の物理的長さが同じになるように各光変調部が同一平面に配列され、上記Ｒ変調素子、Ｇ変調素子、Ｂ変調素子の光偏向部の配列面に近接して透明平行平板が設けられ、上記Ｒ変調素子、Ｇ変調素子、Ｂ変調素子の１つに近接する透明平行平板の厚さを、他の２つに近接する透明平行平板の厚さと異ならせることにより、結像光路の長さを相互に補正したことを特徴とする結像光学装置。
【請求項１７】
請求項１４〜１６の任意の１に記載の結像光学装置において、
Ｇ変調素子とＢ変調素子に対する結像光路の長さが略等しく、Ｒ変調素子の結像光路の長さが、Ｇ変調素子とＢ変調素子に対する結像光路の長さよりも長く設定されたことを特徴とする結像光学装置。
【請求項１８】
請求項１４〜１７の任意の１に記載の結像光学装置において、
Ｇ変調素子が結像光学系の光軸近傍に配置され、Ｒ変調素子とＢ変調素子とが、Ｈ方向においてＧ変調素子を挟むように配置されたことを特徴とする結像光学装置。
【請求項１９】
光変調素子の微小な光変調部の１次元状の配列に対応する１次元状の像を、表示手段の表示面上に結像し、上記１次元状の像と表示面とを、上記１次元状の像の長手方向に直交する方向へ相対的に走査することにより、上記表示面に画像を表示する画像表示装置において、
光変調素子と結像光学系とで構成される結像光学装置として、請求項１４〜１８の任意の１に記載の結像光学装置を用いたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像表示装置および結像光学装置および画像表示装置用の結像光学系に関する。この発明は、走査光学系や、液晶プロジェクタ、ＤＭＤプロジェクタ等の投影装置、車載ナビゲータ、各種表示装置、ＬＥＡＤプリンタ用結像光学系等に利用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
画像表示装置としては従来から、液晶パネル板等に表示された２次元画像を投影レンズによりスクリーン上に投影結像して表示する液晶プロジェクタ等が広く知られている。このような液層プロジェクタで、カラー画像を表示するものとしては、３枚の液層パネルにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各成分画像を表示し、これらを対応する色の照明光で照明して「画像に応じて空間的に変調された画像光」を得、各色画像光を合成して投影レンズでスクリーン上に投影結像させるものが広く知られている。
【０００３】
このような画像表示装置は、表示すべき画像を液晶パネル板等に２次元的に表示するものであるため、画像を表示する「光変調素子」として液晶パネル等の２次元的なものを必要とするため、光変調素子の小型化が困難であり、そのため画像表示装置としてのコンパクト化も困難である。
【０００４】
近来、液晶パネル板等に代わる光変調素子として「微小な光変調部を１次元に配列した光変調素子」を用い、これを物体として表示面上に「１次元状の像」を結像させ、この１次元状の像を「像の長手方向に直交する方向に高速で偏向走査し」て投影像を表示する画像表示装置が提案されている（非特許文献１参照）。
【０００５】
また、微小な光変調部を１次元に配列した光変調素子で「反射性の膜を変形させることにより反射光の向きを変化させて変調を行わせるもの」が知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２１４５５０号公報
【非特許文献１】
Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｓｃａｎｎｅｄ　Ｌｉｎｅｒ　ＧＬＶ　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｒ．Ｗ．Ｃｏｒｒｉｇａｎ　ｅｔｃ．　Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｌｉｇｈｔ　Ｍａｃｈｉｎｅｓ　　Ｆｉｇ．６　インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｉｌｉｃｏｎｌｉｇｈｔ．ｃｏｍ／ｈｔｍｌｐｇｓ／ｇｌｖｔｅｃｈｆｒａｍｅｓ／ｇｌｖｍａｉｎｆｒａｍｅｓｅｔ．ｈｔｍｌ＞
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の如き「微小な光変調部を１次元状に配列した光変調素子」からの光を表示面に結像させるのに適した結像光学系、この結像光学系と上記光変調素子を用いる画像表示装置、カラー画像の表示に適した結像光学装置、この結像光学装置を用いる画像表示装置の実現を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の結像光学系は「微小な光変調部を１次元状に配列された光変調素子を物体とし、この光変調素子からの光束を物体光として導光し、像面上に１次元状に結像させる結像光学系」である。
【０００９】
「光変調素子」は、微小な光変調部を１次元状に配列したものであるが、「微小な光変調部」の個々は、画像信号を光強度の変化に変換する機能を有する。即ち、微小な光変調部は画像信号に応じて発光強度を変調させる「自己発光型」のものであることもあるし、自らは発光することなく光源からの光を反射あるいは透過させ、透過光や特定方向への反射光の光強度を画像信号に応じて変調させる変調専用の「自己非発光型」のものであることもできる。
【００１０】
「自己発光型」の光変調素子としてはＬＤアレイやＬＥＤアレイを例示することができる。また「自己非発光型」のものとしては、マイクロミラーを１次元状にアレイ配列したマイクロミラーアレイデバイスや、液晶シャッタを１次元状にアレイ配列したもの等を例示することができる。
【００１１】
光変調素子においては「微小な光変調部が１次元状に配列される」が、ここに微小な光変調部の配列が１次元状であるとは、これらの配列が直線状であることを意味する。直線状の配列は１列配列であることも可能であるが、複数列であってもよい。全体として見たときに１次元的であればよい。特に、カラー画像を表示する場合には、カラー画像を構成するための３原色の成分に応じて、微小な光発光部を直線状に３列に互いに近接させた配置とすることができる。
【００１２】
「結像光学系」は、光変調素子におけるこのような光変調部により変調された１次元的な変調状態を、像面上に「１次元状に結像」させる光学系であり、請求項１記載のものは以下の如き特徴を有する。
【００１３】
微小な光変調部の配列方向を「Ｖ方向」、光変調素子における光変調部の配列された面（結像光学系による結像において「物体面」となる面）上でＶ方向と直交する方向を「Ｈ方向」と呼ぶ。光変調素子から結像光学系による像面に至る光路上の任意の位置において、上記Ｖ方向、Ｈ方向に平行的に対応する方向についてもＶ方向およびＨ方向という。従って、Ｖ方向・Ｈ方向は結像光学系についても用いられる。
【００１４】
請求項１記載の結像光学系は「Ｖ方向とＨ方向とで曲率半径の異なるアナモフィック面を２面以上有し、Ｖ方向とＨ方向との結像面が一致するように構成された」ことを特徴とする。
【００１５】
請求項１記載の結像光学系における２面以上のアナモフィック面のうち少なくとも１面は「Ｖ方向断面内に非円弧形状を有し、Ｈ方向断面内の形状の曲率中心をＶ方向に連ねた曲率中心線が曲線となる湾曲軸トロイダル面（以下、この面を「ＷＴ面」と呼ぶ）を有することができる（請求項２）。
【００１６】
「Ｖ方向断面」は上記アナモフィック面を「Ｖ方向に平行で光軸を含む仮想的な平断面」で仮想的に切断した断面であり、「Ｈ方向断面」は上記アナモフィック面を「Ｖ方向に直交する仮想的な平断面」で仮想的に切断した断面である。Ｖ方向断面はアナモフィック面の光軸を含むので一義的に定まるが、Ｈ方向断面はＶ方向に無数にある。
【００１７】
請求項１記載の結像光学系における２面以上のアナモフィック面のうち少なくとも１面は「Ｖ方向断面内に非円弧形状を持つとともに、Ｈ方向断面が非円弧形状を有し、このＨ方向断面の非円弧形状がＶ方向の座標に応じて変化する形状（以下、この面を「ＸＺ非円弧面」と呼ぶ）」とすることができる（請求項３）。
【００１８】
上記請求項１または２または３記載の結像光学系は、Ｖ方向の結像倍率：Ｍｖ、Ｈ方向の結像倍率：Ｍｈが条件：
（１）　｜Ｍｖ／Ｍｈ｜＞１
を満足することが好ましい（請求項４）。この請求項４記載の結像光学系は「全系について、Ｖ方向の主点位置が、Ｈ方向の主点位置よりも光変調素子側に設定された」ものであることが好ましい（請求項５）。
【００１９】
請求項１〜５の任意の１に記載の結像光学系は「Ｖ方向において、光変調素子側が略テレセントリックである」ことが好ましい。
【００２０】
請求項１〜６の任意の１に記載の結像光学系は「結像面側に絞りを有する」ことができる（請求項７）。
【００２１】
請求項１〜７の任意の１に記載の結像光学系は「結像系が複数枚のレンズにより構成され、２以上のレンズがＶ方向とＨ方向とで異なる焦点距離を有し、全系の焦点距離がＶ方向とＨ方向とで異なり、同一の像面上で異なる結像倍率を有する」ものであることができる（請求項８）。
【００２２】
「結像系」は、結像光学系において例えば上記「絞り」等を除いた「結像機能を有する部分」を言う。
【００２３】
請求項８記載の結像光学系は、結像面側に配置されるレンズの少なくとも１枚につき、Ｖ方向のパワー：Ｐｉｖ、Ｈ方向のパワー：Ｐｉｈが、条件：
（２−１）　Ｐｉｖ＜Ｐｉｈ
を満足し、光変調素子側に配置されるレンズの少なくとも１枚につき、Ｖ方向のパワー：Ｐｏｖ、Ｈ方向のパワー：Ｐｏｈが、条件：
（２−２）　Ｐｏｖ＞Ｐｏｈ
を満足するように構成することが好ましい（請求項９）。
【００２４】
この発明の画像表示装置は、上記請求項１〜９の任意の１に記載の結像光学系を用い、光変調素子の微小な光変調部の１次元状の配列に対応する１次元状の像を、表示手段の表示面上に結像し、１次元状の像と表示面とを「１次元状の像の長手方向に直交する方向へ相対的に走査する」ことにより、表示面に画像を表示することを特徴とする（請求項１０）。
【００２５】
１次元状の像と表示面とは、１次元状の像の長手方向に直交する方向へ「相対的」に走査されるので、走査に際しては１次元状の像を、その長手方向に直交する方向へ変位させて表示面を走査するようにしても良いし、逆に、１次元状の像の位置を空間的に固定して表示手段の側を変位させても良く、さらには、像と表示手段の双方を変位させることもできる。
【００２６】
また、表示の態様としては「表示手段をスクリーンとし、スクリーンに対して１次元状の像の高速走査を繰り返してスクリーン上に２次元の画像を表示する」ようにすることもできるし、「空間的に固定された位置に結像される１次元状の像に相対的に感光性の表示手段（感光フィルム等）を走査し、感光による像を形成する」ことにより表示を行うこともできる。
【００２７】
請求項１０記載の画像表示装置に用いられる光変調素子は「Ｒ（赤）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＲ変調素子、Ｇ（緑）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＧ変調素子、Ｂ（青）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＢ変調素子を、互いに近接して平行に配置されたもの」であることができる（請求項１１）。
【００２８】
この場合「１次元状の像と表示面との相対的な走査方向における同一の画素結像位置上において、時間的にずらしてＲ、Ｇ、Ｂの色を重ねて色の合成を行う」ことができる（請求項１２）。この場合、表示面の同一位置に、Ｒ、Ｇ、Ｂの色が微小時間間隔で表示されるので、画像を観察する観察者には「残像によりＲ、Ｇ、Ｂが合成されたカラー画像」が看取される。
【００２９】
なお、この明細書において上記Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）は「カラー画像を構成するのに必要な３色」で代表的なものを例示したものである。従って、この発明における上記「カラー画像を構成するのに必要な３色」はＲ、Ｇ、Ｂに限定されるものではなく、他の組合せ、例えば「マゼンタ、シアン、イエロー」等を用いることが可能であり、上記Ｒ、Ｇ、Ｂは必要に応じて、他の３色に読み替えることができる。
【００３０】
上記請求項１０〜１２の任意の１に記載の画像表示装置は「結像光学系による結像光束を偏向手段により偏向させることにより、１次元状の像を平面状の表示面に対して走査し、偏向走査される結像光束の像面を、偏向手段と表示面との間に配置された像面湾曲補正光学系により、表示面と実質的に合致させる」ように構成することができる。
【００３１】
「偏向手段」としては光走査装置に関して広く知られた回転多面鏡等の回転鏡や、ガルバノミラー等の揺動鏡、ＡＯ素子やホログラムスキャナ等を用いることができる。
【００３２】
この発明の「結像光学装置」は、光変調素子と、結像光学系とを有する（請求項１４）。
「光変調素子」は、Ｒ変調素子と、Ｇ変調素子と、Ｂ変調素子を有する。
「Ｒ変調素子」は、Ｒ（赤）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなる。
「Ｇ変調素子」は、Ｇ（緑）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなる。
【００３３】
「Ｂ変調素子」は、Ｂ（青）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなる。
【００３４】
これらＲ、Ｇ、Ｂ変調素子は「互いに（配列方向に直交する方向に）近接して平行に配置」される。
【００３５】
「結像光学系」は、光変調素子におけるＲ変調素子とＧ変調素子とＢ変調素子の各々からの光を共通の表示面上に１次元状に結像させる。
そして、少なくとも１色の結像光路の長さを、他の２色の結像光路の長さに対し所定距離異ならせることにより、色収差に起因する縦倍率の差を補正する。
【００３６】
この請求項１４記載の結像光学装置においては、Ｒ変調素子、Ｇ変調素子、Ｂ変調素子のうちの１つと他の２つとが「結像光学系からの光軸上の物理的長さを異ならせて配置される」ことができる（請求項１５）。
【００３７】
「物理的長さ」は、装置空間における実際の機械的な距離であり、光学距離と区別される。
【００３８】
請求項１４記載の結像光学装置においてはまた、Ｒ変調素子、Ｇ変調素子、Ｂ変調素子をそれぞれ「結像光学系からの、光軸上の物理的長さが同じになるように各光変調部を同一平面に配列」し、Ｒ変調素子、Ｇ変調素子、Ｂ変調素子の光変調部の配列面に近接して透明平行平板を設け、Ｒ変調素子、Ｇ変調素子、Ｂ変調素子の１つに近接する透明平行平板の厚さを、他の２つに近接する透明平行平板の厚さと異ならせることにより「結像光路の長さを相互に補正する」ことができる（請求項１６）。
【００３９】
即ち、この場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ変調素子から結像光学系に至る機械的な距離は互いに等しいが、透明平行平板の厚みの差により、透明平行平板の屈折率に応じて光学的な距離は互いに異なるものとなり、「色収差に起因する縦倍率の差」が補正されるのである。
【００４０】
請求項１４〜１６の任意の１に記載の結像光学装置においては、Ｇ変調素子とＢ変調素子に対する結像光路の長さが略等しく、Ｒ変調素子の結像光路の長さが、Ｇ変調素子とＢ変調素子に対する結像光路の長さよりも長く設定されることが好ましい（請求項１７）。
【００４１】
請求項１４〜１７の任意の１に記載の結像光学装置においては、Ｇ変調素子が結像光学系の光軸近傍に配置され、Ｒ変調素子とＢ変調素子とが、Ｈ方向においてＧ変調素子を挟むように配置されることができる（請求項１８）。
【００４２】
請求項１９記載の画像表示装置は「光変調素子の微小な光変調部の１次元状の配列に対応する１次元状の像を、表示手段の表示面上に結像し、１次元状の像と表示面とを、１次元状の像の長手方向に直交する方向へ相対的に走査することにより、表示面に画像を表示する画像表示装置」において、光変調素子と結像光学系とで構成される結像光学装置として、請求項１４〜１８の任意の１に記載の結像光学装置を用いたことを特徴とする。
【００４３】
なお、請求項１７、１８に記載の発明においてはＲ、Ｇ、Ｂは前述の例示ではなく、赤、緑、青を意味する。
【００４４】
若干説明を補足する。
画像表示装置では表示される画像は、液晶プロジェクタに代表されるように、スクリーン上に拡大されて表示されることが多い。このような場合、表示画像を結像する結像光学系の各収差は良好に補正されていなければならない。
【００４５】
例えば、像面湾曲の補正が不充分であると、スクリーン上に表示された画像の周辺部が「ぼやけ」たりするし、歪曲収差の補正が十分でないと表示画像に「歪み」が生じてしまう。また倍率の色収差の補正が十分でないと、カラー画像を表示する場合に表示画像の周辺部に色ずれが現れてしまう。
【００４６】
良く知られたように、結像光学系の設計は、その設計に用いられるパラメータが多いほど設計の自由度が大きく、所望の光学性能を実現し易い。
従来の液晶プロジェクタ等のように、２次元の光変調素子を用いる場合、これを投影レンズ（結像光学系）によりスクリーンに投影するのであれば、投影レンズは当然に光軸に対して回転対称なものであり、非球面を用いるとしてもその形状はレンズ半径に応じて定まるものであり、非球面形状を定めるパラメータとしてはレンズ半径方向の光軸からの距離のみとなる。
【００４７】
請求項１〜９に記載の結像光学系は何れも、結像させる対象である「物体」が「微小な光変調部を１次元状に配列された光変調素子を物体」であって、実質的に「２次元的な広がり」を無視できるので、これを結像させるのに光軸に回転対称な結像光学系を用いるのではなく「アナモフィックな光学系」とすることにより、設計パラメータを増大させて設計の自由度を高め、１次元状の像の「より良好な結像性能」を容易に設計できるようにした。
【００４８】
即ち、請求項１記載の結像光学素子は２以上の面がアナモフィック面である。従来の光軸回転対称な形状を「回転非対称」にすることで、Ｖ方向（メリディオナル像面）、Ｈ方向（サジタル像面）で、収差補正のパラメータの一部を独立に選択でき、設計の自由度が大きくなる。
【００４９】
２以上のアナモフィック面はＶ方向とＨ方向とで異なる曲率半径を有し、Ｖ方向とＨ方向の結像面を一致させている。このようにすると、結像光学系の結像倍率はＶ・Ｈ両方向で異なるものとなるが、各画素に対応する「微小な光変調部」のサイズを上記Ｖ・Ｈ方向の各結像倍率の逆比に設定することにより「像面で結像した画素をＶ・Ｈ両方向で同程度のサイズ」とすることができ、上記結像倍率の逆比で光変調素子の画素サイズ（光変調部のサイズ）を決めることができ、光変調素子の製造上に自由度を付加したり、システムの性能向上に利用できる。
【００５０】
例えば、光変調素子における「Ｈ方向の画素サイズ」が小さくなるように、結像光学系のＶ・Ｈ各方向の結像倍率を設定することにより、１枚のウエハからの光変調素子の取り数を増大することができスループットが改善される。
【００５１】
逆に、Ｈ方向の「画素サイズが大きくなる」ように結像倍率を設定する（Ｈ方向の結像倍率をＶ方向のものより小さく設定する）ときは、結像の光量を増加でき明るい像が得られる。
【００５２】
請求項２記載の結像光学系のように、結像光学系のアナモフィック面の少なくとも１面を「ＷＴ面」とすると、湾曲軸トロイダル面のパラメータの設定により「サジタル像面の湾曲」を低減でき、Ｖ方向の非円弧形状や他のパラメータでメリディオナル像面湾曲、球面収差、歪曲収差等の補正のウエイトを高くでき良好な光学性能を実現し易い。
【００５３】
請求項３記載の結像光学系のように、２面以上のアナモフィック面のうち少なくとも１面を「ＸＺ非円弧面」とすると、Ｈ方向に非円弧形状を導入することで「サジタルコマ収差の補正」が可能になり、他のパラメータをメリディオナルコマ収差の補正にウエイトをかけて使用でき、波面収差を低減して高い光学性能を実現できる。
【００５４】
請求項４記載の結像光学系のように、条件（１）を満足させることには以下の如き意義がある。
即ち、条件（１）が満足されると、物体である光変調素子における１画素（光変調部）の形状が正方形であるとき「表示面上に結像された１画素」は、Ｈ方向が短辺である長方形になる。一般には表示面上における画素像は正方形であることが望ましく、光変調素子における１画素のＨ方向サイズをＶ方向サイズの｜Ｍｈ／Ｍｖ｜倍にすることで実現できる。たとえばＬＥＤアレイのような自己発光型の光変調素子において、「Ｈ方向の発光開口部」を大きくすると発光光量を増加でき、印加電圧の低減につながり省エネルギになる。また非自己発光型で反射型の１次元の光変調素子（例えば、特許文献１記載のもの）では、略上記比で反射光量を増加でき、照明光源のワット数を低減できる。
【００５５】
条件（１）は、請求項５記載の結像光学系のように「全系について、Ｖ方向の主点位置を、Ｈ方向の主点位置よりも光変調素子側に設定する」ことで達成できるが、両方向で「結像光学系の光軸上の位置」は同一であるから、Ｖ方向・Ｈ方向のパワー配置を変えることで主点位置の制御が可能である。
【００５６】
例えば、結像光学系におけるパワー配置の配分のために、Ｖ・Ｈ方向の一方をテレホトタイプ、他方をレトロフォーカスタイプに構成すると、Ｖ方向をレトロフォーカスタイプ、Ｈ方向をテレホトタイプのとき主点位置が好ましいものになる。大きな正・負のパワーを配置すると主点位置は有利になるが、スキュウ光線の波面収差の補正などが困難になる。Ｖ方向では正のパワーが光変調素子側に、Ｈ方向では正のパワーが像面側に配置されるのが好ましい。
【００５７】
また、請求項６記載の結像光学系のように、Ｖ方向において「光変調素子側を略テレセントリックとする」とすることが望ましい。一般の光変調素子では光放射の指向性はＶ方向と直交するＨ方向であるので、テレセントリックが大きくくずれると「Ｖ方向における中心像高と周辺像高で到達する光量の差が大きくなり、明るさのむらが発生する」ので、明るさの均一性を得るには上記の如く「光変調素子側を略テレセントリックとする」ことが効果的である。この条件は、Ｖ方向において物体側に正のパワーを有する光学素子を配置することで実現可能であり、これは請求項５のように「Ｖ方向がレトロフォーカスタイプ」とすることと両立できる。
【００５８】
請求項７記載の結像光学系のように「結像面側に絞り」を設け、所謂「フロント絞り」にすると、結像光学系に隣接して回転多面鏡等を配置するとき、その光偏向面のＶ方向をコンパクトに構成でき、画像表示装置のコンパクト化に有利であり、また回転多面鏡の回転能率が小さくなるのでモータの負荷が減少し消費電力を低減でき、発熱や騒音を低減できる。
【００５９】
結像光学系の内部に絞りを有する「インナ絞り」も勿論可能で、偏向手段は大型化するものの結像光学系の収差補正は一般に容易になる。
【００６０】
請求項８記載の結像光学系のように、複数枚のレンズにより構成し、２以上のレンズにＶ方向とＨ方向とで異なる焦点距離を設定し、全系の焦点距離をＶ方向とＨ方向とで異ならせることにより「同一の像面上で異なる結像倍率」を実現すると、２以上の「レンズ間隔の離れた２つのレンズ（群）」を選ぶことで、パワーを大きくすることなく倍率差を設定でき、高性能につながる。この場合、２つのレンズ（群）間に「主に光の収束や色収差の補正を行うレンズ（群）」を配置することも可能である。
【００６１】
請求項９記載の結像光学系のように、条件（２−１）、（２−２）が満足させることにより、請求項４における「結像倍率の関係」や、請求項５における「主点位置の関係」を満足させることができ、必要な性能を容易に得ることができる。
【００６２】
請求項１０記載の画像表示装置は、液晶プロジェクタ等の面積型の光変調素子を投影結像する方式に比して、光変調素子の製造が容易で低コストで実現でき、結像光学系が薄型になり、画像表示装置としてコンパクトに実現可能である。
【００６３】
特に１次元の光変調素子の像が画面の垂直方向の１ラインを表示するように配置することで、結像光学系の物体の高さが小さくなり、画角も小さくなって小型化に加え性能の獲得が達成し易い。また、Ｖ方向とＨ方向での結像倍率の違いを利用することで明るい表示装置を得ることができる。
【００６４】
請求項１１記載の画像表示装置の構成では、面積型の光変調素子に比べ、配列の間隔を製造が容易になるよう適宜設定できる。光変調素子によってはカラーフィルタをオンチップで作成するか、フィルタ部材と接合する方法でコンパクトさを損なわないで実現でき、３色の光変調素子を同一の照明光学系で照明できる。
【００６５】
請求項１４以下に記載の結像光学装置・画像表示装置では、結像光学系は基本的にレンズ系であって色収差を有することを前提とする。このためＲ、Ｇ、Ｂの各色画像を厳密に同一の像面上に結像させることはできない。周知の如く、色収差の補正は基本的には２色について可能であり、他の色を結像の深度内に抑えることが行われるが、表示画像の高密度化に伴い深度が減少し、装置要素に対する許容公差も減少し、加工、組み付けが困難になる。
【００６６】
請求項１４以下の発明においては、少なくとも１色に対応する光変調素子が有する光軸上の光路長が他の光変調素子とは異なるように配置し、結像光学系に色収差が残存しても、結像光学系で作られたＲ、Ｇ、Ｂ像の結像位置の差を良好に低減するようにしている。
【００６７】
「光路長」は、「物理的長さと屈折率の積」である。
光軸方向の色による結像位置の差を「△Ｌ」、結像倍率を「Ｍ」とすると、各色の結像位置を良好に合わせるために、物体側に設定する適正な光路長の差：△ｐは「△ｐ＝△Ｌ／Ｍ２」で表されるので、拡大像では物体側に、縮小像では像側に「光路長差を設定する手段」を設けると小さな量で実現できる。
【００６８】
結像光学系を単レンズで構成した場合、単レンズの色収差は低分散（アッベ数の大きい）の材料を使用することで低減しても残存量は大きく、光路長の差を設定するこの発明の方式を用いて性能向上が可能となる。
【００６９】
勿論、レイアウト状の制約を解決できれば「結像光学系をミラー系のみで構成し、色収差を無くす」こともできる。結像光学系を構成するレンズに異常分散ガラスを使い、２次の色収差を低減する方法もあるが、定性的には上述した内容と同じであり、材料が高価なため低コスト化には限界がある。
【００７０】
請求項１６記載の結像光学装置のように、透明平行平板を用いて光路長の調整を行う場合、透明平行平板の材質の屈折率がｎのとき、上記の関係：
△ｐ＝△Ｌ／Ｍ２
を満足する板厚：△ｄは「△ｄ＝△ｐ・ｎ／（ｎ−１）」となる。
【００７１】
３色の残存色収差のＰＶ（Ｐｅａｋ　ｔｏ　Ｖａｌｌｅｙ）を最小にするのに、ＲとＢの結像面位置を一致させる方法があるが、補正過剰気味の色収差の制御が必要となり、他の収差の補正を困難にし高性能化が難しい。請求項１７記載の結像光学装置のように、Ｇ変調素子とＢ変調素子の結像面位置を略一致させると、Ｒ変調素子の「像面位置ずれ」は補正不足で小さくならないが、他の収差への影響は小さくできる。
【００７２】
３色の光変調素子を用いて良好なカラー画像を表示するとき、Ｇ（緑）画像のコントラストや鮮鋭度が重要であることは良く知られており、光量もＧ画像が他の２色に比べ多いことが望ましい。請求項１８記載の結像光学装置のように、Ｇ変調素子を光軸近傍に配置し、その両側に、Ｇ変調素子を挟んでＲ変調素子とＢ変調素子を配置する構成とすると、光軸近傍に配置されるＧ変調素子からの光に「結像光学系によるケラれ」が少なく、透過率もよく、像性能も良好に再現しやすく都合が良い。
【００７３】
なお、請求項１４以下の結像光学装置による「色収差に起因する縦倍率の差による各色の画像のずれ」を補正する方法は、勿論、請求項１０〜１３記載の画像表示装置においても「結像光学系が色収差を持つ場合」には対しても有効であり、これら請求項１０〜１３記載の画像表示装置にも適用可能である。
【００７４】
なお、上記Ｒ、Ｇ、Ｂ変調素子は互いに一体のものでもよいし、別体のものを並列的に配置したものでも良い。
【００７５】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図１は、１次元状に配置された光変調素子１０を使った画像表示装置の実施の１形態を示している。
【００７６】
即ち、図１に示すが画像表示装置は、光変調素子１０から放射された、結像光学系２０による結像光束を偏向手段４０により偏向させることにより、１次元状の像ＩＭを平面状の表示面６０上に結像し、像ＩＭの長手方向に直交する方向へ走査して表示する装置であって、偏向走査される結像光束の像面を、偏向手段４０と表示面６０との間に配置された像面湾曲補正光学系５０により、表示面６０と実質的に合致させるようにしたもの（請求項１３）である。
【００７７】
光変調素子１０は「自己発光型」のもので、１次元状に配列された個々の微小な変調部（前述の１画素）は、Ｖ方向（図の上下方向）に２０μｍ、Ｈ方向に３０μｍの大きさものであり、Ｒ（赤）変調素子・Ｇ（緑）変調素子・Ｂ（青）変調素子が、Ｈ方向に互いに適宜の間隔で相互に平行に配列している。各色変調素子は「発光の指向方向」が配列方向（Ｖ方向）に直交するようになっている。
【００７８】
結像光学系２０は、光変調素子１０側に配置されて正のパワーを持つ第１結像系２１と偏向素子側に配置された第２結像系２２を有する。
結像光学系２０は、光変調素子側のＶ方向が「略テレセントリック」で、Ｖ方向の結像倍率：ＭｖとＨ方向の結像倍率：Ｍｈの比の絶対値：｜Ｍｖ／Ｍｈ｜＝１．５で、像面上に集光された像は正方形の画素になる。上記テレセントリック性は第１結像系２１により実現されている。第２結像系２２は、第１結像系２１と協働してＶ方向の「像面湾曲や各像高の波面収差、色収差等」を補正する。像面湾曲補正光学系５０は、（所謂ｆθ機能により）走査光の等速性を良好にしつつ、偏向走査される結像光束の像面を表示面６０と実質的に合致させる。
【００７９】
結像光学系２０の像側には絞り３０が配置され「フロント絞り（逆投影時）」になっている。絞り３０の位置で有効光束が最も収束するので、絞り３０に近接して偏向手段４０を配置することにより、偏向手段のＶ方向のサイズを小さく設定できる。
【００８０】
偏向手段４０は、この実施の形態において「回転多面鏡」が使用されている。なお、像面湾曲補正光学系５０を「偏向手段４０に近接して配置」することは同光学系５０の寸法的には有利であるが、像面湾曲補正光学系の機能を発揮できるように適宜決められる。
【００８１】
Ｒ変調素子・Ｇ変調素子・Ｂ変調素子の各々の物体像である「３ラインの１次元状の像」は表示面６０上に相互に間隔をもって結像され、上記間隔を略保って表示面６０を高速走査する。
【００８２】
このように走査される画像を観察すると、観察者は目の残像により「２次元的なカラー画像」を視認することになる。即ち観察者には「２次元のカラー画像」が表示されたことになる。
【００８３】
図２は、「自己非発光型」である反射型の光変調素子１０Ａを用いた場合の実施の形態を特徴部分のみ示す図である。即ち、図２に示す構成部分は、図１に示す画像表示装置における結像光学系２０の物体側（光変調素子１０側）に用いることができる。
【００８４】
光変調素子１０Ａは、Ｒ変調素子１０Ｒ、Ｇ変調素子１０Ｇ、Ｂ変調素子１０Ｂを図の如く、Ｈ方向に微小間隔を隔して互いに平行に配列してなっている。
【００８５】
線状の光源１１は「ハロゲン電球等の線状光源」で、各色変調素子１０Ｒ、１０Ｇ、１０ＢのＶ方向長さより「やや長」い発光長を有している。
Ｒ変調素子１０Ｒ、Ｇ変調素子１０Ｇ、Ｂ変調素子１０Ｂは、例えば、特許文献１に記載されたものにＲ、Ｇ、Ｂのフィルタを組み合わせたものであり、微小な光変調部である反射面の変形により反射光の向きを変化させて変調を行う。　そして、組合せられたフィルタを透過することにより、結像光学系に入射する光がＲ、Ｇ、Ｂに色づけされる。即ち、光変調素子１０Ａは「Ｒ、Ｇ、Ｂの分光特性」を持つ。
【００８６】
各色変調素子における１つの光変調部（１画素）の「反射面形状」は、２０μｍ（Ｖ方向）×４０μｍ（Ｈ方向）、Ｖ方向の配列ピッチ：２１μｍで７６８個の光変調部が１次元に約１６ｍｍの長さに配列されており、これら各色変調素子は各光変調部がＨ方向に略４０μｍのスペースを有し、８０μｍの間隔で配列するように間隔を設定されている。
【００８７】
また、投影時の「台形歪み（表示面状の像の形状が台形状になる）」を避けるために結像光学系（図１の結像光学系２０）の光軸に対して２〜１８ｍｍシフトして配置される。
【００８８】
線状の光源１１から放射された光は、円筒状のリフレクタ１２により反射され、シリンドリカルレンズ１３により、光変調素子１０Ａの位置にスリット状（被照明幅：０．２ｍｍであるが、実際にはより広い幅に集光され部品の加工公差や配置の位置誤差などをカバーするようにする）に集光され、光変調素子１０Ａの各光変調部により変調されてＲ、Ｇ、Ｂ各色の画像光となる。表示されるべきカラー画像に対する画像信号は、画像信号発生部２Ａで発生され、信号処理部２Ｂ、駆動信号発生部２Ｃを介して光変調素子１０Ａに印加される。
【００８９】
反射鏡１２の断面形状は円に限らず、楕円や放物線、高次項を含む非円弧形状でもよい。光変調素子１０からの物体光を結像する結像光学系は、例えば、投影距離：２０００ｍｍ、１次元状の像の結像長さ：９００ｍｍの結像長さが得られるように設定される。
【００９０】
光変調素子１０における各光変調部の「短辺」をＶ方向としているので、投影倍率：Ｍｖ＝−５６．３、Ｍｈ＝−２８．２となり、結像光学系は上記の条件で最適化される。図示されない偏向手段（図１参照）は、表示画面中心の縦線を基準に偏反射面が−８．５度〜＋８．５度回転することで、偏向される結像光束−１７度〜＋１７度の範囲で偏向され、表示面の走査方向の１１５３ｍｍが走査され、走査方向に１０２４個の画素が表示される。
【００９１】
【実施例】
以下、図１、図２に即して説明した実施の形態に使用可能な結像光学系の具体的な実施例を挙げる。
【００９２】
光軸をＸ方向、Ｖ方向をＹ方向、Ｈ方向をＺ方向とし、結像光学系２０を構成するレンズのレンズ面におけるＶ方向断面内の近軸曲率半径：Ｒｖ、Ｈ方向断面内の近軸曲率半径：Ｒｈ、上記各断面内の曲率（Ｃｖ＝１／Ｒｖ、Ｃｈ＝１／Ｒｈ）を用い、Ｖ方向断面（ＸＹ面）の非円弧形状を「非球面形状」として知られた周知の式で、４〜１０次までの高次項を用いて、
Ｘ＝Ｃｖ・Ｙ２／［１＋√｛１−（Ｋｖ＋１）・Ｃｖ２・Ｙ２｝］＋ａ４・Ｙ４＋ａ６・Ｙ６＋ａ８・Ｙ８＋ａ１０・Ｙ１０
と表現する。
【００９３】
前記「ＷＴ面」は、２〜８次までの高次項を使い
Ｃｓ＝Ｃｈ＋ｂ２・Ｙ２＋ｂ４・Ｙ４＋ｂ６・Ｙ６＋ｂ８・Ｙ８
として、
Ｘ＝Ｃｖ・Ｙ２／［１＋√｛１−（Ｋｖ＋１）・Ｃｖ２・Ｙ２｝］＋ａ４・Ｙ４＋ａ６・Ｙ６＋ａ８・Ｙ８＋ａ１０・Ｙ１０＋Ｃｓ・Ｚ２／［１＋√｛１−（Ｋｈ＋１）・Ｃｓ２・Ｚ２｝］
で表現する。
【００９４】
「ＸＺ非円弧面」は、４次と６次の高次項を使い
Ｘ＝Ｃｖ・Ｙ２／［１＋√｛１−（Ｋｖ＋１）・Ｃｖ２・Ｙ２｝］＋ａ４・Ｙ４＋ａ６・Ｙ６＋ａ８・Ｙ８＋ａ１０・Ｙ１０＋Ｃｓ・Ｚ２／［１＋√｛１−（Ｋｈ＋１）・Ｃｓ２・Ｚ２｝］＋（ｄ２・Ｙ２＋ｄ４・Ｙ４＋ｄ６・Ｙ６＋ｄ８・Ｙ８）・Ｚ４＋（ｅ２・Ｙ２＋ｅ４・Ｙ４＋ｅ６・Ｙ６＋ｅ８・Ｙ８）・Ｚ６
と表す。なお、実施例では、Ｋｖ＝Ｋｈ＝０である。
【００９５】
実施例１においては、光学系記載の通例に従い「逆投影」で示す。即ち、拡大側である表示面を物体とし、光変調素子の光変調部配列面を「像面」とする。
【００９６】
物体距離：２０００ｍｍ、縮小倍率：約−１／５０倍で、Ｖ方向では１ｍｍの１画素が０．０２ｍｍに縮小結像される。
【００９７】
2004109767.tif 000003
上のデータにおいて例えば「Ｅ−０８」は「１０−８」を意味し、この数が直前の数値にかかる。
【００９８】
Ｍｖ＝−７３．９３、Ｍｈ＝−５９．１６、｜Ｍｖ／Ｍｈ｜＝１．２５
Ｐｉｖ＝Ｐｉｖ（Ｌ１）＝−０．０１４，Ｐｉｈ＝Ｐｉｈ（Ｌ１）＝−０．００５
Ｐｏｖ＝Ｐｏｖ（Ｌ４）＝　０．０１６，Ｐｏｈ＝Ｐｏｈ（Ｌ４）＝−０．０００５
図３は実施例１の結像光学系の構成図であり、（ａ）はＶ方向断面図、（ｂ）はＨ方向断面図で、図の右側が光変調素子側である。符号Ｌ１〜Ｌ４はレンズ、符号Ｓは絞りを示している。レンズＬ１とＬ４は「両面とも特殊なアナモフィック面」を有し、接合されたレンズＬ２、Ｌ３は球面レンズである。
【００９９】
図４は、実施例１に関する「ｄ線についての像面湾曲と歪曲収差」を示す。
【０１００】
図５は「逆投影した光変調素子側」における周波数：２３．８本／ｍｍのＭＴＦを示す。光変調素子の光軸からの位置が、２ｍｍ、１０ｍｍ、１８ｍｍで、破線はＶ方向、実線はＨ方向を示す。
【０１０１】
即ち、実施例１の結像光学系は、微小な光変調部を１次元状に配列された光変調素子を物体とし、この光変調素子からの光束を物体光として導光し、像面上に１次元状に結像させる結像光学系であって、光変調部の配列方向であるＶ方向と、物体面上でＶ方向と直交するＨ方向とで異なる曲率半径を有するアナモフィック面を２面以上（ｉ＝２、３、７、８）有し、Ｖ方向とＨ方向との結像面が一致するように構成されたもの（請求項１）で、２面以上のアナモフィック面のうち少なくとも１面（ｉ＝３、７）が、Ｖ方向断面内に非円弧形状を有し、Ｈ方向断面内の形状の曲率中心をＶ方向に連ねた曲率中心線が曲線となる湾曲軸トロイダル面（ＷＴ面）を有し（請求項２）、２面以上のアナモフィック面のうち少なくとも１面（ｉ＝２、８）が、Ｖ方向断面内に非円弧形状を持つと共に、Ｈ方向断面が非円弧形状を有し、このＨ方向断面の非円弧形状がＶ方向の座標に応じて変化する形状（ＸＺ非円弧面）である（請求項３）。
【０１０２】
また、Ｖ方向の結像倍率：Ｍｖ＝−７９．９３、Ｈ方向の結像倍率：Ｍｈ＝−５９．１６は条件：
（１）　｜Ｍｖ／Ｍｈ｜＝１．２５＞１
を満足し（請求項４）、全系について、Ｖ方向の主点位置が、Ｈ方向の主点位置よりも光変調素子側に設定され（請求項５）、Ｖ方向において、光変調素子側が略テレセントリックである（請求項６）。
【０１０３】
結像面側には絞りＳを有し（請求項７）、複数枚のレンズＬ１〜Ｌ４により構成され、２以上のレンズＬ１、Ｌ４がＶ方向とＨ方向とで異なる焦点距離を有し、全系の焦点距離がＶ方向とＨ方向とで異なり、同一の像面上で異なる結像倍率を有する（請求項８）。結像面側に配置されるレンズの少なくとも１枚Ｌ４は、Ｖ方向のパワー：Ｐｉｖ、Ｈ方向のパワー：Ｐｉｈが、条件：
（２−１）　Ｐｉｖ＜Ｐｉｈ
を満足し、光変調素子側に配置されるレンズの少なくとも１枚Ｌ１は、Ｖ方向のパワー：Ｐｏｖ、Ｈ方向のパワー：Ｐｏｈが、条件：
（２−２）　Ｐｏｖ＞Ｐｏｈ
を満足する。
【０１０４】
従って、実施例１の結像光学系を、図１、２に即して説明した画像表示装置の結像光学系として用いたものは、請求項１〜９の任意の１に記載の結像光学系を用い、光変調素子１０の微小な光変調部の１次元状の配列に対応する１次元状の像を、表示手段の表示面６０上に結像し、１次元状の像と表示面とを、１次元状の像の長手方向に直交する方向へ相対的に走査することにより、表示面６０に画像を表示する画像表示装置（請求項１０）であって、光変調素子１０、１０Ａが、Ｒ（赤）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＲ変調素子、Ｇ（緑）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＧ変調素子、Ｂ（青）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＢ変調素子を、互いに近接して平行に配置されたものであり（請求項１１）、結像光学系２０による結像光束を偏向手段４０により偏向させることにより、１次元状の像ＩＭを平面状の表示面６０に対して走査し、偏向走査される結像光束の像面を、偏向手段４０と表示面６０との間に配置された像面湾曲補正光学系５０により表示面６０と実質的に合致させる（請求項１３）。
【０１０５】
なお、図１、２の実施の形態において、１次元状の像と表示面との相対的な走査方向における同一の画素結像位置上において、時間的にずらしてＲ、Ｇ、Ｂの色を重ねて色の合成を行うこともできる（請求項１２）。
【０１０６】
【発明の実施の形態】
以下に、請求項１４以下の発明に関する実施の形態を説明する。
図６は、請求項１９記載の画像表示装置を「光プリンタ」として実施したものの１形態を概念的に示す図である。
【０１０７】
即ち、光変調素子１００の微小な光変調部の１次元状の配列に対応する１次元状の像ＩＭを、表示手段の表示面３００上に結像し、１次元状の像ＩＭと表示面３００とを、１次元状の像ＩＭの長手方向に直交する方向（矢印方向）へ相対的に走査することにより、表示面３００に画像を表示する画像表示装置であって、光変調素子１００と結像光学系２００とで構成される結像光学装置している。
【０１０８】
表示部の表示面３００は１次元状の画像ＩＭの走査による２次元画像により露光され、記録される。このように記録された画像を可視化することにより「表示画像」が得られる。
【０１０９】
光変調素子１００は、自己発光型のＲ、Ｇ、Ｂ変調素子１１０、１２０、１３０により構成されている。Ｒ変調素子１１０はＲ（赤）色光を放射する光変調部（画素）をＶ方向に１列に配列したものであり、Ｇ変調素子１２０はＧ（緑）色光を放射する光変調部（画素）をＶ方向に１列に配列したもの、Ｂ変調素子１３０はＢ（青）色光を放射する光変調部（画素）をＶ方向に１列に配列したものである。
【０１１０】
結像光学系２０は「単レンズ」で、Ｒ、Ｇ、Ｂ変調素子１１０、１２０、１３０における光変調部の各配列面の「結像光学系２００からの光軸方向の距離」を互いに異ならせることにより、これらから放射されるＲ、Ｇ、Ｂ色光の結像面が「結像光学系２００の色収差」に拘わらず、表示面３００上で合致するように構成されている。
【０１１１】
即ち、前述したように、表示面３００上で各色の結像位置を良好に合わせるために、物体側に設定する適正な光路長の差：△ｐは「△ｐ＝△Ｌ／Ｍ２」で表されるので、物体側に「光路長差を設定する手段」として、Ｒ、Ｇ、Ｂ変調素子１１０、１２０、１３０における光変調部の各配列面の「結像光学系２００からの光軸方向の距離」にΔｐの差を設けることにより、各色の１次元状の像が表示面３００上に結像するようにしている。
【０１１２】
図６に示す実施の形態における結像光学装置は、光変調素子１００と結像光学系２００により構成されるが、この結像光学装置は「光変調素子における各色の結像光路の長さを異ならせることにより、色収差に起因する縦倍率の差を補正したもの」であり（請求項１４）、Ｒ変調素子、Ｇ変調素子、Ｂ変調素子は互いに結像光学系２００からの光軸上の物理的長さを異ならせて配置されている（請求項１５）。
【０１１３】
図７は、請求項１６記載の結像光学系の、実施の１形態の光学配置例を示している。符号１００Ａは、光変調素子における光変調部の配列面を示している。
【０１１４】
光変調素子１００Ａは、例えば、液晶シャッタアレイで、１０μｍ四方の画素（シャッタ）を１列方向に１５３６個並べたものを３列「互いに平行且つ近接させて並列」させたものであり、背後から「白色面光源」で照明される。シャッタを透過した光はカバーガラス４００を透過して結像光学系２００Ａに入射する。カバーガラス４００はＲ（Ｃ線：６５６．２７ｎｍ）、Ｇ（ｅ線：５４６．０７ｎｍ）、Ｂ（ｇ線：４３５．８３ｎｍ）に色分解するため、光変調部の各配列の前面に対応する色のカバーガラスを配置したものとなっている。
【０１１５】
Ｈ方向におけるＲ、Ｇ、Ｂ画素の配列は、Ｇ部分が結像光学系２００Ａの光軸近傍に配置され、Ｒ部分とＢ部分とが、Ｈ方向においてＧ変調素子を挟むようになっている。
【０１１６】
結像光学系２００Ａは焦点距離：３２ｍｍであり、１．３４ｍ離れた表示面３００Ａ上に倍率：４０倍で光変調素子からの光を結像させる。従って、表示面３００Ａ上における１画素の大きさは０．４ｍｍ四方である。Ｒ、Ｇ、Ｂ変調素子に「同じ厚さのカバーガラス」を使った場合、結像面ではＧを基準として、ＧとＢの「結像位置のずれ（縦倍率のずれ）」は少なく、△Ｌ（Ｂ〜Ｇ）＝３．３ｍｍであるが、ＧとＲの縦倍率のずれは△Ｌ（Ｒ〜Ｇ）＝６０．８ｍｍと大きい。前述の式「△ｐ＝△Ｌ／Ｍ２」において、ΔＬとしてΔｐを算出すると、△ｐ（Ｂ〜Ｇ）＝０．００２ｍｍ、△ｐ（Ｒ〜Ｇ）＝０．０３８ｍｍである。
【０１１７】
そこで、△Ｌ（Ｂ〜Ｇ）は無視し（このように無視しても、表示画像に実質的な劣化は生じない）、△ｐ（Ｒ〜Ｇ）の光路差をカバーガラスの厚みで補正するようにする。
【０１１８】
カバーガラスの材質の屈折率をｎ＝１．５２とすると、カバーガラス４００のＧ、Ｂ部分の厚さの差：△ｄ（Ｂ〜Ｇ）＝０．００６ｍｍ、Ｒ、Ｇ部分の厚さの差：△ｄ（Ｒ〜Ｇ）＝０．１１１ｍｍとなる。カバーガラス４００において、Ｂ部分とＧ部分の厚さの差：△ｄ（Ｂ〜Ｇ）は無視して、これらの部分ではカバーガラス４００の厚さを「同じ厚さ」とし、Ｒ部分のみ、厚さ：０．１１１ｍｍだけ薄くする。このようにすることにより、表示面３００Ａを「Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の１次元状の像の像面」と実質的に一致させることができる。
【０１１９】
図７に示した実施の形態における、結像光学系２００Ａのレンズ構成のデータを実施例２としてあげる。実施例２において、屈折率：Ｎｄとアッベ数：νｄは通例に従いｄ線で示す。
【０１２０】
実施例２においても、収差補正のため非球面を使用しているが、この例は近軸色収差の説明であり、非球面による影響はないので非球面のデータは記載を省略する。レンズ面は各面とも光軸に関して回転対称で、Ｒは近軸曲率半径、Ｄは面間隔を表す。面番号：１〜１０は、図７の左側、即ち物体側からの順番である。
【０１２１】
【実施例】
2004109767.tif 000004
【０１２２】
図８に結像面側におけるＢ基準の像面位置の差をグラフで示す。この結像位置の差が、前述のカバーガラス４００の「厚さの差」により補正されるのである。
【０１２３】
図７に実施の形態を示す画像表示装置は、Ｒ（赤）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＲ変調素子（赤色分解用カバーガラスを設けられた部分）と、Ｇ（緑）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＧ変調素子（緑色分解用カバーガラスを設けられた部分）と、Ｂ（青）色の分光特性をもつ微小な光変調部を１次元状に配列してなるＢ変調素子（青色分解用カバーガラスを設けられた部分）とを、互いに近接して平行に配置された光変調素子４００と、この光変調素子におけるＲ変調素子とＧ変調素子とＢ変調素子の各々からの光を共通の表示面３００Ａ上に１次元状に結像させる結像光学系２００Ａとを有し、少なくとも１色（Ｒ）の「結像光路の長さ」を、他の２色（Ｇ、Ｂ）の結像光路の長さと所定距離異ならせることにより、色収差に起因する縦倍率の差を補正したもの（請求項１４）で、Ｒ変調素子、Ｇ変調素子、Ｂ変調素子はそれぞれ、結像光学系２００Ａからの光軸上の物理的長さが同じになるように各光変調部が同一平面に配列され、Ｒ変調素子、Ｇ変調素子、Ｂ変調素子の光偏向部の配列面に近接して透明平行平板（カバーガラス）４００が設けられ、Ｒ変調素子、Ｇ変調素子、Ｂ変調素子の１つに近接する透明平行平板（Ｒ部分）の厚さを、他の２つに近接する透明平行平板（Ｇ、Ｂ部分）の厚さと異ならせることにより、結像光路の長さを相互に補正したものであり（請求項１６）、Ｇ変調素子とＢ変調素子に対する結像光路の長さが略等しく、Ｒ変調素子の結像光路の長さが、Ｇ変調素子とＢ変調素子に対する結像光路の長さよりも長く設定されており（請求項１７）、Ｇ変調素子が結像光学系２００Ａの光軸近傍に配置され、Ｒ変調素子とＢ変調素子とが、Ｈ方向においてＧ変調素子を挟むように配置されたもの（請求光１８）である。
【０１２４】
図７の如き光学配置を、図１における偏向手段４０の光源側に用い、結像光束を偏向走査して表示面上に２次元のカラー画像を表示できる。このとき表示面上には、Ｖ方向に１５３６画素、Ｈ方向に１０２８画素のカラー画像が表示される（請求項１９）。
【０１２５】
図９は、この発明の画像表示装置に好適に用いることのできる光変調素子の１例を説明図的に示している。この光変調素子の要部は、特許文献１に記載されたものである。製造方法、材質、駆動原理等に関しては特許文献１に詳しく説明されている。図９は、光変調素子における１つの光変調部を示している。
【０１２６】
図９（ａ）において、誘電性の基板９０の平面状部分に断面が「浅いＶ字状の窪み」が形成され、その底部に駆動用の微小な電極９１が形成されている。「窪み」を塞ぐように、誘電性の薄膜９３が図の左右方向両端部を固定されて「両持ち梁状」に形成され、薄膜９３上に反射膜９４が形成されている。
【０１２７】
図９（ａ）は「変調信号がオフの状態」である。この状態で照明光Ｌ０が反射膜９４に入射しても、反射光は遮光板９５に遮光される。
【０１２８】
図９（ｂ）は「変調信号がオンの状態」である。変調信号により電極９１に電圧が印加されると、発生する電界の作用により薄膜９３が図のように「窪みに倣う」ように変形する。このとき、反射膜９４が傾斜し、照明光Ｌ０の入射角が大きくなる。その結果、反射光の向きは図９（ａ）の状態よりも時計回りに変位し、遮光板９５に形成された微小なアパーチュア（結像光学系に対する物体としての１画素に当たる）を透過し、カラーフィルタ９６を透過して色分解される。
【０１２９】
このようにして「色分解されて変調信号に従う光」が得られる。図９に示すような光偏向部を図面に直交する方向へ所定のピッチで例えば３列に配列（その場合、遮光板は各列に共通に設けられ、カラーフィルタは、各列ごとに、各列に配列した光変調部に共通して設けられる）すれば、上に説明した光変調素子に類するものを構成することができる。
【０１３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な画像表示装置および結像光学装置および画像表示装置用の結像光学系を実現できる。
この発明の結像光学系は「微小な光変調部を１次元に配列した光変調素子」からの光を表示面に結像させるのに適しており、この結像光学系と光変調素子を用いる画像表示装置や結像光学装置はコンパクトで、良好な表示画像、特に良好なカラー画像を表示できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像表示装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】図１の実施の形態における光源側部分として使用可能な自己非発光型の光変調素子とその照明系を説明するための図である。
【図３】図１、図２の実施の形態において使用可能な結像光学系の実施例（実施例１）を説明するための図である。
【図４】実施例１に関する収差図である。
【図５】実施例１に関するＭＴＦ図である。
【図６】画表示装置の実施の別形態を説明するための図である。
【図７】請求項１４記載の結像光学装置の実施の１形態を説明するための光学配置図である。
【図８】図７の実施の形態に用いられる結像光学系の実施例（実施例２）に関する色収差に基づくＲ、Ｇ、Ｂ３色の結像位置を示す図である。
【図９】光変調素子の１例を説明するための図である。
【符号の説明】
１０　　　光変調素子
２０　　　結像光学系
３０　　　絞り
４０　　　偏向手段
５０　　　像面湾曲補正光学系
６０　　　表示面
【図１】
2004109767.tif 000005
【図２】
2004109767.tif 000006
【図３】
2004109767.tif 000007
【図４】
2004109767.tif 000008
【図５】
2004109767.tif 000009
【図６】
2004109767.tif 000010
【図７】
2004109767.tif 000011
【図８】
2004109767.tif 000012
【図９】
2004109767.tif 000013