(57)【要約】【課題】装置全体を傾けることなく斜め上方に像歪みなく拡大像を投影することができ、投影像をシフトさせても像歪みの発生がない小型の投影型表示装置。【解決手段】表示素子１５と投影光学系７を備えており、投影光学系７は、入射面の第１面１１、内部反射面の第２面１２、第３面１３、射出面の第４面１４からなり、第１面から第２面に向かう軸上主光線９と、第３面から第４面に向かう軸上主光線９は、投影したときにプリズム内部で交差し、第２面又は第３面の少なくとも一方は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状に構成された偏心プリズム１０を備えており、映像を拡大投影する投影面８に対して、投影光学系７から出る軸上主光線９が投影面８に入射する点における投影面の法線Ｎに対して角度ηをなして入射する。【選択図】        図１
2004252151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に長辺を有する長方形の画面の映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された映像を拡大投影する投影光学系とを備え、前記投影光学系は、４つの光学面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされたプリズムを有し、該プリズムは、入射面を構成する第１面、該第１面より入射した光線を内部反射する第２面、該第２面で反射された光線を内部反射する第３面、該第３面で反射された光線を外部に射出する第４面からなり、前記画面の中心を通り前記投影光学系の瞳中心を通る光線を軸上主光線と定義した場合に、前記プリズム中を通る軸上主光線を前記表示素子の画面の長辺に平行であって前記画面から出る軸上主光線を含む平面に投影したとき、前記第１面から前記第２面に向かう軸上主光線と、前記第３面から前記第４面に向かう軸上主光線が前記プリズム内部で交差するように前記４つの面が構成され、前記第２面又は前記第３面の少なくとも一方は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状であり、
映像を拡大投影する投影面に対して、前記投影光学系から出る軸上主光線が前記投影面に入射する点における前記投影面の法線に対して角度をなして入射することを特徴とする投影型表示装置。
【請求項２】
前記投影光学系は、前記プリズムと、その投影側に絞りを挟んで別のプリズムとを備え、前記別のプリズムは、少なくとも３つの光学面を持ち、その少なくとも３つの光学面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされており、その少なくとも３つの光学面は、入射面と、少なくとも１面の内部反射面と、射出面とからなり、その少なくとも１面の内部反射面は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状に構成されていることを特徴とする請求項１記載の投影型表示装置。
【請求項３】
前記別のプリズムは、４つの光学面を持ち、その４つの光学面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされており、その４つの光学面は、入射面を構成する第１面、第１面より入射した光線を内部反射する第２面、第２面で反射された光線を内部反射する第３面、第３面で反射された光線を外部に射出する第４面からなり、前記別のプリズム中を通る軸上主光線を前記表示素子の画面の長辺に平行であって前記画面から出る軸上主光線を含む平面に投影したとき、前記第１面から前記第２面に向かう軸上主光線と、前記第３面から前記第４面に向かう軸上主光線が前記別のプリズム内部で交差するする形態のプリズムであって、前記第２面又は前記第３面の少なくとも一方は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状に構成されていることを特徴とする請求項２記載の投影型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影型表示装置に関し、特に、例えば液晶表示素子に表示された映像を投影光学系でスクリーン又は壁に拡大投影する液晶プロジェクター等の投影型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶プロジェクターが提案され、実用化されている。この晶プロジェクターは、液晶パネルを光源からの照明光束により照明している。そして、液晶パネルの透過光又は反射光に基づく映像を、投影レンズ系によりスクリーン又は壁に拡大投影している。
【０００３】
一方、自由曲面プリズムで光学系を構成する方法も提案されている。特許文献１の場合は、投影光学系及び結像光学系に自由曲面プリズムを用いている。この自由曲面プリズムは、入射面、２つの反射面及び射出面の４面からなる。そして、入射面から第１反射面に向かう光線と、第２反射面から射出面に向かう光線がプリズム内で交差する構成となっている。
【０００４】
特許文献２の場合は、このような自由曲面プリズム２つと共軸光学系とを用いて変倍光学系を構成することが提案されている。
【０００５】
さらに、特許文献３においては、自由曲面プリズムを１つ用いて斜め方向に配置したスクリーンに歪みなく投影できる投影型表示装置が提案されている。この投影型表示装置では、自由曲面プリズムを１つである。この自由曲面プリズムは、光軸がプリズム内においてＺ字状のジクザク光路をとる入射面、２つの反射面及び射出面とからなる。
【０００６】
また、従来の液晶プロジェクターを、図１７に示す。図１７は液晶プロジェクターの断面図である。従来の液晶プロジェクターは、投影レンズ系２を、投影光学系として用いている。この投影レンズ系２は、液晶パネル１の中心を通る垂線に対して回転対称な構成となっている。そして、投影レンズ系を、その垂線に対して垂直方向にδだけシフトして配置している。このようにすることにより、液晶パネル１の映像の拡大像を斜め上方のスクリーン（壁）３へ投影を行っている。
【０００７】
また、図１８に示すように、投影装置（液晶プロジェクター）４全体を載置面５に対して傾ける方法もある。このようにして、スクリーン３の位置に投影像を合わせている。ただし、その場合は、投影像に台形の歪みが発生する。そのため、電子的に台形歪を補正する必要がある。そこで、液晶パネル１に表示する映像に、その台形の歪みを補償するような歪みを予め与える電子補正機能が組み込まれているのが一般的である。
【０００８】
同様に、スクリーン３に対して横から投影する場合には、左右で大きさが異なる台形の歪みが発生する。そこで、このような歪みを補正するために、左右方向にも電子補正する機能を搭載した液晶プロジェクターもある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−３２９７４７号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開平１０−２０１９６号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開２０００−８９２２７号公報
【００１２】
【特許文献４】
米国特許第６，１２４，９８９号明細書
【００１３】
【特許文献５】
特開２０００−６６１０５号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
図１７の例のように、投影レンズ系２を光軸に対して垂直な方向にシフトさせると、斜め上方に投影することができる。このとき、投影像には台形歪みが発生しないことはよく知られている。ただし、従来の回転対称な投影レンズ系２をシフトして用いるためには、投影レンズ系２のイメージサークル（逆光線追跡での像面であって、液晶パネル１が配置される面）を大きくとり、かつ、諸収差を良好に補正することが必要になる。これは、投影レンズ系２のレンズ枚数の増加やレンズ有効径の大型化につながり、光学系の大型化を招く。
【００１５】
また、従来は、投影レンズ系２のシフト量δは、液晶プロジェクター設計時に予め設定されている。そのため、液晶プロジェクターの設置場所等の変化に応じて、シフト量δを変化させることはできなかった。すなわち、より斜め上方への投影角度を任意に設定することはできなかった。
【００１６】
また、図１８の例では、このような台形歪み補正方法では、高価な電子補正機能を内臓することが必要である。さらに、投影画像の位置をスクリーンの位置に合わせるためには、液晶プロジェクター４全体の傾きを調整する必要があった。
【００１７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置全体を傾けることなく、斜め上方に像歪みなく拡大投影像を投影することができる小型の投影型表示装置を提供することである。また、斜め上方に投影像をシフトさせても像歪みの発生がない小型の投影型表示装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達する本発明の投影型表示装置は、水平方向に長辺を有する長方形の画面の映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された映像を拡大投影する投影光学系とを備え、前記投影光学系は、４つの光学面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされたプリズムを有し、該プリズムは、入射面を構成する第１面、該第１面より入射した光線を内部反射する第２面、該第２面で反射された光線を内部反射する第３面、該第３面で反射された光線を外部に射出する第４面からなり、前記画面の中心を通り前記投影光学系の瞳中心を通る光線を軸上主光線と定義した場合に、前記プリズム中を通る軸上主光線を前記表示素子の画面の長辺に平行であって前記画面から出る軸上主光線を含む平面に投影したとき、前記第１面から前記第２面に向かう軸上主光線と、前記第３面から前記第４面に向かう軸上主光線が前記プリズム内部で交差するように前記４つの面が構成され、前記第２面又は前記第３面の少なくとも一方は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状であり、
映像を拡大投影する投影面に対して、前記投影光学系から出る軸上主光線が前記投影面に入射する点における前記投影面の法線に対して角度をなして入射することを特徴とするものである。
【００１９】
この場合、投影光学系は、そのプリズムと、その投影側に絞りを挟んで別のプリズムとを備え、別のプリズムは、少なくとも３つの光学面を持ち、その少なくとも３つの光学面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされており、その少なくとも３つの光学面は、入射面と、少なくとも１面の内部反射面と、射出面とからなり、その少なくとも１面の内部反射面は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状に構成されているものとすることが望ましい。
【００２０】
その別のプリズムとしては、４つの光学面を持ち、その４つの光学面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされており、その４つの光学面は、入射面を構成する第１面、第１面より入射した光線を内部反射する第２面、第２面で反射された光線を内部反射する第３面、第３面で反射された光線を外部に射出する第４面からなり、その別の偏心プリズム中を通る軸上主光線を表示素子の画面の長辺に平行であって画面から出る軸上主光線を含む平面に投影したとき、第１面から第２面に向かう軸上主光線と、第３面から第４面に向かう軸上主光線が別のプリズム内部で交差するする形態のプリズムであって、第２面又は第３面の少なくとも一方は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状に構成されていることが望ましい。
【００２１】
この場合に、表示素子の画面の長辺に平行であって画面から出る軸上主光線を含む平面に投影したとき、プリズム内の軸上主光線が形成する閉じた平面と別のプリズム内の軸上主光線が形成する閉じた平面とは、重ならないことが望ましい。
【００２２】
また、画面から映像を拡大投影する投影面に至る軸上主光線が１つの平面内を通るように投影光学系を構成することができる。
【００２３】
その場合に、その１つの平面に対して、プリズムの第１面から第４面の少なくとも１面、及び、別のプリズムの光学面の少なくとも１面が非対称な面形状に構成されていることが望ましい。
【００２４】
また、プリズムの全ての光学面と、別のプリズムの全ての光学面が、１つの共通の平面に対して対称な面形状に構成されてようにすることができる。
【００２５】
この場合に、その１つの共通の平面に対して、投影光学系から出る軸上主光線が角度をなして射出するようにすることが望ましい。
【００２６】
また、プリズムの光学面の少なくとも１面、及び、別のプリズムの光学面の少なくとも１面は、回転非対称で対称面を持たない曲面形状に構成されているようにすることができる。
【００２７】
この場合に、所定の平面に対して、投影光学系から投影面に向かって出る軸上主光線が、角度をなして射出するようにすることが望ましい。この所定の平面とは、表示素子の画面の長辺に平行であって画面から出て投影光学系に向かう軸上主光線を含む平面のことである。
【００２８】
以上において、表示素子と投影光学系とは、所定の方向に相対的に移動可能に構成されていることが望ましい。この所定の方向とは、表示素子の画面に沿う方向であって、その画面の短辺方向のことである。
【００２９】
その場合に、投影光学系に対して表示素子の相対的に移動可能な方向の寸法をｄｉ  、表示素子の画面の短辺の寸法をｄ０  とするとき、
ｄｉ  ／ｄ０  ＞１．２                                    ・・・（１）
を満足するように設定されていることが望ましい。
【００３０】
また、以上において、投影光学系は表示素子側でテレセントリックに構成されていることが望ましい。
【００３１】
また、以上において、投影倍率の変更又はフォーカシングを行うように構成されていることが望ましい。投影倍率の変更又はフォーカシングは、表示素子に対して投影光学系を軸上主光線方向に相対的に移動させるｌことによって行う。
【００３２】
そして、物体面に対する主光線の直角からの傾角の最大値をθとするとき、
θ＜１０°                                            ・・・（２）
を満足するように構成されていることが望ましい。
【００３３】
条件（２）は、物体面での主光線傾角の面内でのバラツキの許容範囲を示す。全ての主光線が物体面に対して直角である場合には、投影光学系に対して表示素子をフォーカシングのために移動させても、スクリーン面上の投影像の像歪みは面内で変化しない。しかしながら、主光線傾角に面内でバラツキがあると、フォーカシングによって投影像の像歪みが面内で変化してしまう。その結果、見にくい投影像となってしまう。最大の主光線傾角θが１０°以下であれば、フォーカシングに伴う面内での歪みムラはほとんど目立たない。
【００３４】
さらに望ましくは、
θ＜５°                                          ・・・（２−１）
を満足するように構成されていることが望ましい。
【００３５】
また、投影光学系のＦナンバーをＦＮＯとするとき、
ＦＮＯ＜５                                              ・・・（３）
を満足するように構成されていることが望ましい。
【００３６】
この条件は、投影光学系の明るさに関するものである。ＦＮＯが５より小さいと、通常の投影型表示装置の照明装置からの照明光を、損失なしに投影に利用できる。よって、明るい投影像を表示することができる。
【００３７】
さらに望ましくは、
ＦＮＯ＜３                                          ・・・（３−１）
を満足するように構成されていることが望ましい。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の投影型表示装置の作用と上記のように構成をする理由を説明する。説明に先立って、本発明で使用する自由曲面について述べる。
【００３９】
本発明で使用する自由曲面とは、例えば特許文献４（特許文献５）の（ａ）式により定義される自由曲面であり、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００４０】
この自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、Ｘの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ２  、Ｃ５  、Ｃ７  、Ｃ９  、Ｃ１２、Ｃ１４、Ｃ１６、Ｃ１８、Ｃ２０、Ｃ２３、Ｃ２５、Ｃ２７、Ｃ２９、Ｃ３１、Ｃ３３、Ｃ３５・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。
【００４１】
また、Ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式においては、Ｃ３  、Ｃ５  、Ｃ８  、Ｃ１０、Ｃ１２、Ｃ１４、Ｃ１７、Ｃ１９、Ｃ２１、Ｃ２３、Ｃ２５、Ｃ２７、Ｃ３０、Ｃ３２、Ｃ３４、Ｃ３６・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。
【００４２】
また上記対称面の方向の何れか一方を対称面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向上させることが可能となる。
【００４３】
また、上記定義式（ａ）は、前述のように１つの例として示したものであり、本発明は、回転非対称面を用いることで偏心により発生する回転非対称な収差を補正することが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。
【００４４】
なお、プリズムを構成する面に、上記のような対称面を１面のみ有する回転非対称面を用いることができる。この場合は、本発明においては、偏心により発生する回転非対称な収差を補正すると同時に、製作性も向上させることができる。
【００４５】
図１に、本発明に基づく投影型表示装置の光学系の概念図を示す。本発明の投影型表示装置５０は、映像を表示する表示素子１５と、その表示素子１５に表示された映像を拡大投影する投影光学系７とを備えている。表示素子１５は、水平方向に長辺を有する長方形の画面の映像を表示するものある。投影光学系７は、少なくともプリズム１０を備えている。そして、その投影光学系７の所定の位置に表示面が位置するように、表示素子１５が配置されている。そして、この表示面に表示された画像は、投影光学系７によってスクリーン面８に拡大投影される。
【００４６】
ここで、軸上主光線９を定義しておく。本発明において、軸上主光線９は、表示素子１５の画面の中心を通るとともに、投影光学系７の瞳中心を通る光線である。そして、基準面は、表示素子１５の画面の長辺に平行な面であって、且つ、画面から出る軸上主光線９を含む平面である。
【００４７】
投影光学系７を構成するプリズム１０は、４つの光学面を持つ。そして、その４つの光学面によって形成される空間が、屈折率が１より大きい媒質で満たされている。また、その４つの光学面は、入射面を構成する第１面１１、第１面１１より入射した光線を内部反射する第２面１２、第２面１２で反射された光線を内部反射する第３面１３、第３面１３で反射された光線を外部に射出する第４面１４からなっている。そして、そのプリズム１０中を通る軸上主光線９を上記基準面に投影したとき、第１面１１から第２面１２に向かう軸上主光線と、第３面１３から第４面１４に向かう軸上主光線がプリズム１０の内部で交差するように、この４つの光学面はそれぞれ配置されている。そして、第２面１２又は第３面１３の少なくとも一方は自由曲面等の回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状に構成されている。
【００４８】
また、本発明の投影光学系７は、投影光学系７から出る軸上主光線９が、投影面８に入射する点における投影面８の法線に対して角度をなして入射するものである。この投影面８は、映像を拡大投影する面であり、スクリーン面である。
【００４９】
この点を説明する。図１において、水平面をＢとし、投影面８を垂直な面とする。また、投影光学系７から出る軸上主光線９を含み、投影面８と水平な直線をなして交差する平面をＰとする。そうすると、軸上主光線９は、投影面８上のある点に入射する。この点において、投影面８の法線Ｎに対して平面Ｐが角度ηをなすように、投影光学系７からの軸上主光線９を入射させる。このとき、角度ηが仰角をなすように構成すれば、投影型表示装置５０全体を、傾けないで水平に配置しても、比較的高い投影面（スクリーン面）８に表示素子１５の画面の拡大像を投影することができる。その際、投影型表示装置５０は、比較的低い水平面Ｂ上に、水平に配置することができる。
【００５０】
この場合、軸上主光線９が、投影面８に対して垂直に入射しない。そのため、投影光学系７に回転対称な光学系を用いると、投影像１６に台形状の像歪み発生する。そこで、本発明では、プリズム１０の第２面１２、第３面１３の少なくとも一方が、回転非対称な曲面形状であって光束にパワーを与える曲面形状をしている。よって、そこで発生する偏心収差により、このような投影像１６の像歪みを補正することができると共に、そのような投影像１６の像歪みが十分に補正された物体面６（以下、「像歪みが十分に補正された物体面６」を単に「物体面６」という。）を広く確保することができる。その結果、この物体面６に表示された表示素子１５の画像を、スクリーン面８の広い範囲にわたって歪みなく拡大投影することができる。
【００５１】
しかも、プリズム１０は、上記基準面に投影したとき、第１面１１から第２面１２に向かう軸上主光線と、第３面１３から第４面１４に向かう軸上主光線がプリズム１０の内部で交差する形態である。よって、収差補正の自由度が高くなり、諸収差の発生を小さく抑えることができる。さらに、２つの内部反射面１２、１３の配置の対称性が高いので、この２つの反射面で発生する収差が２つの反射面相互で補正しあうことになる。その結果、収差発生が少ない投影光学系を実現できる。
【００５２】
本発明では、投影光学系７に上記のような回転非対称な曲面形状の光学面を備えたプリズム１０を用いている。そのため、投影光学系７を従来に比べて小型化することができる。その理由を説明する。図１７に示す従来例だと、例えば、表示素子が光軸上から下方向に向かって移動したとする。この場合、表示素子から発した光は、レンズ面の一部の領域（例えば、レンズの中心軸下半分）を通過することになる。しかしながら、レンズが回転対称形状であるため、レンズとしては下半分に加えて、本来必要のない上半分の領域を含む形状になる。これに対して、本発明の場合、プリズム１０の各光学面の面積は、図１の表示素子１５の垂直方向の範囲から射出される光束を透過あるいは反射できるだけあればよい。よって、従来の回転対称レンズを用いた光学系に比べて、より小型化を実現できる。
【００５３】
また、プリズム１０は、上記のように、基準面に投影したときに、第１面１１から第２面１２に向かう軸上主光線と、第３面１３から第４面１４に向かう軸上主光線がプリズム１０の内部で交差する形態であるので、光学系をより小型化にすることができる。また、単に光路を折り返す構造のプリズム形状に比較して光路長を長くとることが可能であるため、光路長の長さの割にプリズムを小型化することができる。
【００５４】
上記のように、本発明の投影型表示装置は、投影光学系７にプリズム１０を備えているので投影光学系７を小型にすることができる。しかも、プリズム１０として偏心プリズムを用いているので、物体面６の範囲を十分広くすることができる。
【００５５】
ところで、物体面６の範囲はできるだけ広い方が望ましい。そのためには、図１に示すように、投影光学系７は、上記のプリズム１０に加えて、その投影側にすなわち、プリズム１０の第４面１４に面して位置する絞りＳ（実施例１〜３参照）を挟んで別のプリズム２０を備えている方が望ましい。プリズムをもう１つ設け、このプリズム２０として偏心プリズムを用いることにより偏心収差を補正できる反射面が多くなる。その結果、絞りＳの両側で発生する偏心収差をお互いに補正することができ、より広い物体面６を得ることが可能になる。
【００５６】
このプリズム２０としては、少なくとも３つの光学面を持ち、その少なくとも３つの光学面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされたプリズムを用いることができる。そして、その少なくとも３つの光学面は、入射面と、少なくとも１面の内部反射面と、射出面で構成する。また、その少なくとも１面の内部反射面は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状に構成されているのがよい。このようなプリズムは、公知の何れの形態の偏心プリズムでも使用可能である。ただし、望ましくは、図１に示すように、プリズム１０と同様の構成を有することが望ましい。すなわち、プリズム２０は、入射面を構成する第１面２１、第１面２１より入射した光線を内部反射する第２面２２、第２面２２で反射された光線を内部反射する第３面２３、第３面２３で反射された光線を外部に射出する第４面２４を有するようにする。そして、そのプリズム２０中を通る軸上主光線９を上記基準面に投影したとき、第１面２１から第２面２２に向かう軸上主光線と、第３面２３から第４面２４に向かう軸上主光線がプリズム１０の内部で交差するように、各面を配置する。さらに、第２面２２又は第３面２３の少なくとも一方は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状であるのがよい。
【００５７】
そして、基準面に投影したとき、プリズム１０内の軸上主光線９が形成する閉じた平面とプリズム２０内の軸上主光線９が形成する閉じた平面とは、重ならない配置が望ましい。これは、プリズム１０とプリズム２０が略水平方向に並ぶ配置を意味する。このように配置すると、投影光学系７の垂直方向の寸法を小型化できると。更に、各光学面１１〜１４、２１〜２４が垂直方向で干渉しない。そのため、偏心収差の自由度が増え、収差を十分に補正した明るく小型な投影光学系７が可能になる。
【００５８】
上記のように、投影光学系７を２つのプリズム１０、２０で構成する場合に、軸上主光線９が１つの平面内を通るように構成することができる（実施例１）。この軸上主光線９は、表示素子１５の画面から投影面８に至る光線である。
【００５９】
その場合に、その１つの平面に対して、プリズム１０の第１面１１から第４面１４の少なくとも１面、及び、プリズム２０の光学面の少なくとも１面が非対称な面形状に構成されていることが望ましい。その理由は、投影画面の上側と下側では投影倍率が異なり像歪みが発生するからである。これは、投影光学系７から出る軸上主光線９が、投影面８に入射する点における投影面８の法線に対して、角度ηをなして入射することによる。この像歪みを補正するには、全体の軸上主光線９が通るその１つの平面の上と下では、プリズム１０を構成する少なくとも１つの光学面、プリズム２０を構成する少なくとも１つの光学面を、非対称な面形状に構成するのがよい。さらには、それぞれ複数の光学面、より好適には全ての光学面が非対称に構成されていることが望ましい。
【００６０】
本発明の投影光学系７は、上記の理由で広い物体面６が確保できる。そこで、プリズム１０の全ての光学面とプリズム２０の全ての光学面とを、１つの共通の平面に対して面対称な面形状に構成してもよい（実施例２）。
【００６１】
その場合には、物体面６内で、表示素子１５はその１つの共通の平面に対して下方に配置する。このようにすると、軸上主光線９が、投影光学系７から上向きに射出するようになる。その結果、投影光学系９から出る軸上主光線９は、その１つの共通の平面に対して角度をなすことになる。
【００６２】
さらには、プリズム１０の光学面の少なくとも１面、及び、プリズム２０の光学面の少なくとも１面は、回転非対称で対称面を持たない曲面形状に構成してもよい（実施例３）。
【００６３】
この場合は、何ら対称性のない光学面を用いるので、投影光学系７の配置の自由度、投影光学系９から出る軸上主光線９の方向の自由度、収差補正の自由度、広い物体面６の確保の自由度がより高くなる。そのため、前記のような本発明の投影光学系７を構成しやすくなる。
【００６４】
この場合に、それぞれのプリズム１０、２０の複数の光学面、好適には全ての光学面が回転非対称で対称面を持たない曲面形状に構成されていることが望ましい。
【００６５】
その場合に、上記の基準面に対して、投影光学系９から出る軸上主光線９が角度をなして射出するようにすることができる。
【００６６】
本発明の投影型表示装置においては、上記のように、物体面６の範囲を十分広くすることができる。そのため、表示素子１５と投影光学系７とを、表示素子１５の画面に沿う方向であって、その画面の短辺方向（図１の場合で言えば略垂直方向）に相対的に移動可能に構成することができる。これにより、表示素子１５と投影光学系７を、物体面６の範囲内で相対的に上下に直線移動させることができる。このような移動調整により、スクリーン面８上での拡大投影像１６の垂直方向の位置を調整できるようになる。
【００６７】
なお、表示素子１５と投影光学系７とは何れを移動させてもよい。ただし、どちらかといえば、投影光学系７を移動させるようにするのがより好ましい。これは、表示素子１５には、図示しない照明系が備わっているからである。
【００６８】
ところで、物体面６の表示素子１５が相対的に移動可能な方向の寸法をｄｉ  、表示素子１５の画面の短辺の寸法をｄ０  とするとき、
ｄｉ  ／ｄ０  ＞１．２                                    ・・・（１）
を満足するように設定されていることが望ましい。物体面６において、表示素子１５が相対的に移動可能な方向の寸法は、投影光学系７に対して表示素子１５が相対的に移動可能な寸法である。すなわち、投影したときに像歪みが十分に補正されている短辺方向の寸法のことである。物体面６の寸法ｄｉ  が表示素子１５の画面の短辺の寸法ｄ０  の１．２倍以上であると、投影像１６を移動させる距離を十分に確保することができる。
【００６９】
さらに望ましくは、
ｄｉ  ／ｄ０  ＞１．５                                ・・・（１−１）
を満足するように設定されていることが好ましい。
【００７０】
ところで、投影光学系７は表示素子１５側でテレセントリック、すなわち、入射瞳が無限遠に位置するように構成されていることが望ましい。
【００７１】
投影光学系７が表示素子１５側でテレセントリックに構成されていると、表示素子１５として液晶パネルを用いることができる。液晶パネルは、表示面に対して垂直の表示光の強度が最も大きく出る表示素子であるが、このような表示素子を用いても明るい投影表示が可能となる。しかもそれだけでなく、投影光学系７に対して表示素子１５をフォーカシングのために移動させても、投影像１６の大きさは変化しないので望ましい。
【００７２】
また、表示素子１５に対して、投影光学系７を軸上主光線方向に相対的に移動させるように構成するのが望ましい。このようにすると、投影倍率の変更又はフォーカシングを行うことができる。
【００７３】
次に、本発明の投影型表示装置に用いる投影光学系の実施例１〜３について説明する。これら投影光学系の構成パラメータは後記する。これら実施例の構成パラメータは、実施例１の図２、図４、実施例２の図５、図７、実施例３の図８、図１０に示すように、スクリーン面８から投影光学系７を経て物体面６に至る逆光線追跡の結果に基づくものである。なお、投影光光軸（軸上主光線）９を、スクリーン面８の中心から投影光学系７の絞りＳ中心を通り、物体面６の中心に至る光線で定義する。
【００７４】
そして、逆光線追跡において、実施例１においては、スクリーン面８の中心を偏心光学系の原点、実施例２、３においては、スクリーン面８上の投影像の下端中央を偏心光学系の原点とする。また、図２、図５、図８の紙面内をＸ−Ｚ平面、図４、図７、図１０の紙面内をＹ−Ｚ平面、スクリーン面８を含みそれぞれの紙面に垂直な面をＸ−Ｙ面とする。また、Ｘ−Ｙ面に直交しその原点から投影光学系７側の方向をＺ軸正方向とし、それぞれ原点を通りＸ−Ｚ平面に直交し、図２、図５、図８の紙面の裏から表へ向かう方向をＹ軸正方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。
【００７５】
偏心面については、光学系の原点の中心からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、後記の引用文献の（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００７６】
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００７７】
また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は、例えば特許文献４（特許文献５）の（ａ）式により定義される自由曲面であり、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００７８】
なお、データの記載されていない自由曲面に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
【００７９】
実施例１について説明する。図２は、投影光学系７をＸ−Ｚ面に投影したときの光路図である。また、図３は、その要部の光路図である。また、図４は、Ｙ−Ｚ面に投影したときの光路図である。この実施例において、投影光学系７は、物体面６側から、第１偏心プリズム１０と第２偏心プリズム２０からなる。そして、その間に開口絞りＳが配置されている。投影光学系７全体は正のパワーを有し、物体面６側にテレセントリックな構成になっている。
【００８０】
本実施例の光学装置に用いられる投影光学系は、所定の傾斜面内に、各面を規定する定義式の原点が配置されている面内偏心の光学系である。所定の傾斜面は、物体面６における表示映像中心とスクリーン面８における投影像中心を含む面である。そして更に、投影像方向に上がって行くように傾いた水平方向の面（１つの平面である。しかし、そのままでは、その水平方向の面に対して傾いている投影面（スクリーン面）８に投影像の焦点を合わせ、かつ、台形歪を補正することができない。そのために、本実施例では、その傾いた水平方向の面の上下で、対称ではない面形状にしている。これにより、そのような投影像の焦点合わせと台形歪を補正している。この場合には、物体面６に配置される表示素子の画面中心から投影面の投影像中心に至る軸上主光線９が、その傾いた水平方向の面（１つの平面）内を通ることになる。
【００８１】
そのため、偏心プリズム１０、２０は何れも対称面を持たない構成になっており、かつ、４つの光学面１１〜１４、２１〜２４を有する。その４つの光学面は、入射面を構成する第１面１１、２１、第１面１１、２１より入射した光線を内部反射する第２面１２、２２、第２面１２、２２で反射された光線を内部反射する第３面１３、２３、第３面１３、２３で反射された光線を外部に射出する第４面１４、２４からなる。そして、何れも第１面１１、２１から第２面１２、２２に向かう軸上主光線と、第３面１３、２３から第４面１４、２４に向かう軸上主光線とは、それぞれの偏心プリズム１０、２０内部で交差するよう各面１１〜１４、２１〜２４が構成されている。なお、この交差している状態は、基準面（物体面６に配置される表示素子の画面の長辺（水平方向の辺）に平行な平面であって、且つ、その画面中心から出る軸上主光線９を含む平面）に投影したときのことである。本実施例では、基準面は上記の傾いた水平方向の面と一致する。また、この実施例の光学面１１〜１３、２２〜２４は、自由曲面から構成されている。この自由曲面は、何れも光束にパワーを与える面であって、回転非対称で対称面を持たない。
【００８２】
そして、軸上主光線９は、第１偏心プリズム１０内では右回りに回転するように進み、第２偏心プリズム２０内では逆の左回りに回転するように進む。ここで、軸上主光線９の進行の様子は、軸上主光線９を基準面に投影したときに、上から見たときのものである。なお、物体面６と第１偏心プリズム１０の間には平行平板１９が配置されているが、これは省いてもよい。この平行平面板１９は、例えばＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３枚の液晶表示素子（液晶パネル）からの映像表示光を合成するダイクロイックプリズム等と等価な光学素子である。
【００８３】
この実施例においては、物体面６に位置する表示素子からの投影光は、平行平板１９を経て第１偏心プリズム１０の第１面１１からプリズム内に入射する。そして、順に第２面１２、第３面１３で内部反射され、その後第４面１４からプリズム外に射出する。続いて、この光は開口絞りＳを通り、今度は第２偏心プリズム２０の第１面２１から再びそのプリズム内に入射する。そして、順に第２面２２、第３面２３で内部反射される。その後第４面２４からプリズム外に出て、遠方のスクリーン面８に物体面６の表示素子に表示された映像の倒立拡大像を結像する。
【００８４】
この実施例において、物体面６とスクリーン面８は、Ｘ−Ｚ断面では平行で、Ｙ−Ｚ断面では非平行である。また、スクリーン面８（逆光線追跡上は物体面）上では、縦×横が４５０ｍｍ×６００ｍｍの像高であり、物体面６（逆光線追跡上は像面）上では、縦×横が７．６２ｍｍ×１０．１６ｍｍの物体高になり、その物体高が実際の表示素子１５の画面の大きさであり、０．５インチ液晶パネルに対応する。
【００８５】
実施例２について説明する。図５は、投影光学系７をＸ−Ｚ面に投影したときの光路図である。また、図６は、その要部の光路図である。また、図７は、Ｙ−Ｚ面に投影した光路図である。この実施例において、投影光学系７は、物体面６側から、第１偏心プリズム１０と第２偏心プリズム２０からなり、その間に開口絞りＳが配置されている。投影光学系７全体は正のパワーを有し、物体面６側にテレセントリックな構成になっている。
【００８６】
本実施例では、スクリーン面８上の投影像下端中央と物体面６上の表示素子上端中央を含む面が水平面となる。そして、この水平面を対称面として上下の形状が面対称な光学系である。第１偏心プリズム１０、第２偏心プリズム２０の各面の形状はこの水平面を対称面とし上下が対称な形状をしている。また、各面を規定する定義式の原点はこの水平面上で偏心している。ただし、投影光学系７からスクリーン面８に向かう軸上主光線９は、この水平面と平行でなく角度をなすように物体面６に表示素子が偏心して配置される。この配置では、投影光学系７の有効面はその水平面に対して絞りＳ前後で偏ることになる。そのため、投影光学系７の外観は対称である必要はない。本実施例では、第１偏心プリズム１０、第２偏心プリズム２０の各面の原点が、１つの平面（上記水平面）上に存在し、かつ、その面に対して対称な形状である。そのため、第１偏心プリズム１０、第２偏心プリズム２０は製作が容易である。
【００８７】
また、偏心プリズム１０、２０は何れも共通の１つの対称面を持つ構成になっており、かつ、４つの光学面１１〜１４、２１〜２４を有する。その４つの光学面は、入射面を構成する第１面１１、２１、第１面１１、２１より入射した光線を内部反射する第２面１２、２２、第２面１２、２２で反射された光線を内部反射する第３面１３、２３、第３面１３、２３で反射された光線を外部に射出する第４面１４、２４からなる。そして、何れも第１面１１、２１から第２面１２、２２に向かう軸上主光線と、第３面１３、２３から第４面１４、２４に向かう軸上主光線とは、それぞれの偏心プリズム１０、２０内部で交差するよう各面１１〜１４、２１〜２４が構成されている。なお、この交差している状態は、基準面（物体面６に配置される表示素子の画面の長辺（水平方向の辺）に平行な平面であって、且つ、その画面中心から出る軸上主光線９を含む平面）に投影したときのことである。また、この実施例の光学面１１〜１３、２２〜２４は、自由曲面から構成されている。この自由曲面は、何れも光束にパワーを与える面であって、回転非対称で対称面を１つ持つ。
【００８８】
そして、軸上主光線９は、基準面に投影したときに、上から見たときに、第１偏心プリズム１０内では右回りに回転するように進み、第２偏心プリズム２０内では逆の左回りに回転するように進む。なお、物体面６と第１偏心プリズム１０の間には平行平板１９が配置されているが、これは省いてもよい。この平行平面板１９は、例えばＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３枚の液晶表示素子（液晶パネル）からの映像表示光を合成するダイクロイックプリズム等と等価な光学素子である。
【００８９】
この実施例においては、物体面６に位置する表示素子からの投影光は、平行平板１９を経て第１偏心プリズム１０の第１面１１からプリズム内に入射する。そして、順に第２面１２、第３面１３で内部反射され、その後第４面１４からプリズム外に射出する。続いて、この光は開口絞りＳを通り、今度は第２偏心プリズム２０の第１面２１から再びそのプリズム内に入射する。そして、順に第２面２２、第３面２３で内部反射される。その後第４面２４からプリズム外に出て、遠方のスクリーン面８に、物体面６の表示素子に表示された映像の倒立拡大像を結像する。
【００９０】
この実施例において、物体面６とスクリーン面８は、Ｘ−Ｚ断面では非平行で、Ｙ−Ｚ断面では平行である。また、スクリーン面８（逆光線追跡上は物体面）上では、縦×横が４５０ｍｍ×６００ｍｍの像高であり、物体面６（逆光線追跡上は像面）上では、縦×横が７．６２ｍｍ×１０．１６ｍｍの物体高になり、その物体高が実際の表示素子１５の画面の大きさであり、０．５インチ液晶パネルに対応する。
【００９１】
実施例３について説明する。図８は、投影光学系７をＸ−Ｚ面に投影したときの光路図である。また、図９は、その要部の光路図である。また、図１０はＹ−Ｚ面に投影したときの光路図である。また、図１１は、その要部の光路図である。この実施例において、投影光学系７は、物体面６側から、第１偏心プリズム１０と第２偏心プリズム２０からなり、その間に開口絞りＳが配置されている。投影光学系７全体は正のパワーを有し、物体面６側にテレセントリックな構成になっている。
【００９２】
本実施例では、投影光学系７の面形状も、各面を規定する定義式の原点も対称性を持たないように構成した実施例であるある。すなわち、投影光学系７を構成する第１偏心プリズム１０、第２偏心プリズム２０の光学面の何れも３面は、回転非対称で対称面を持たない曲面形状に構成されている。そして、基準面（物体面６に配置される表示素子の画面の長辺（水平方向の辺）に平行な面であって、且つ、その画面中心から出る軸上主光線９を含む平面）に対して、投影光学系７から射出する軸上主光線９は角度をなすものである。そして、本実施例は、物体面６で表示素子の縦幅ｄ０  の２倍の範囲ｄｉ  で収差補正に成功した実施例であり、投影画像を２倍の高さまで収差発生することなく移動させることを可能にしたものである。
【００９３】
そのため、偏心プリズム１０、２０は何れも対称面を持たない構成になっており、かつ、４つの光学面１１〜１４、２１〜２４を有する。その４つの光学面は、入射面を構成する第１面１１、２１、第１面１１、２１より入射した光線を内部反射する第２面１２、２２、第２面１２、２２で反射された光線を内部反射する第３面１３、２３、第３面１３、２３で反射された光線を外部に射出する第４面１４、２４からなる。そして、何れも第１面１１、２１から第２面１２、２２に向かう軸上主光線と、第３面１３、２３から第４面１４、２４に向かう軸上主光線とは、基準面（物体面６に配置される表示素子の画面の長辺（水平方向の辺）に平行な面であって、且つ、その画面中心から出る軸上主光線９を含む平面）に投影したとき、それぞれの偏心プリズム１０、２０内部で交差するよう各面１１〜１４、２１〜２４が構成されている。また、この実施例の光学面１１〜１３、２２〜２４は、自由曲面から構成されている。この自由曲面は、何れも光束にパワーを与える面であって、回転非対称で対称面を持たない。
【００９４】
そして、軸上主光線９は、基準面に投影したときに、上から見たときに、第１偏心プリズム１０内では右回りに回転するように進み、第２偏心プリズム２０内では逆の左回りに回転するように進む。なお、物体面６と第１偏心プリズム１０の間には平行平板１９が配置されているが、これは省いてもよい。この平行平面板１９は、例えばＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３枚の液晶表示素子（液晶パネル）からの映像表示光を合成するダイクロイックプリズム等と等価な光学素子である。
【００９５】
この実施例においては、物体面６に位置する表示素子からの投影光は、平行平板１９を経て第１偏心プリズム１０の第１面１１からプリズム内に入射する。そして、順に第２面１２、第３面１３で内部反射され、その後第４面１４からプリズム外に射出する。続いて、この光は開口絞りＳを通り、今度は第２偏心プリズム２０の第１面２１から再びそのプリズム内に入射し、順に第２面２２、第３面２３で内部反射さる。その後第４面２４からプリズム外に出て、遠方のスクリーン面８に物体面６の表示素子に表示された映像の倒立拡大像を結像する。
【００９６】
この実施例において、物体面６とスクリーン面８は、Ｘ−Ｚ断面では非平行で、Ｙ−Ｚ断面では平行である。また、スクリーン面８（逆光線追跡上は物体面）上では、縦×横が９００ｍｍ×６００ｍｍの像高であり、物体面６（逆光線追跡上は像面）上では、縦×横が１５．２４ｍｍ×１０．１６ｍｍの物体高になり、その縦の物体高ｄｉ  が実際の表示素子１５であるの０．５インチ液晶パネルの画面の縦幅ｄ０  の２倍の大きさである。したがって、物体面６に配置する０．５インチ液晶パネル（縦×横が７．６２ｍｍ×１０．１６ｍｍの物体高）に対して投影光学系７全体を上方に７．６２ｍｍの範囲で平行移動させることにより、スクリーン面８上では同様に投影画面の２倍の高さの範囲で像歪なく投影像を平行移動させることが可能となる。
以下に上記各実施例の数値データを示すが、以下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＲＥ”は反射面をそれぞれ示す。なお、逆光線追跡であるので、物体面はスクリーン面８、像面は物体面６である。また、Ｆｘ  、Ｆｙ  はそれぞれＸ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面内の焦点距離、φは入射瞳（順光線追跡では射出瞳）の径、ＦＮＯｘ  、ＦＮＯｙ  はそれぞれＸ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面内のＦナンバーである。
【００９７】
2004252151.tif 000003
2004252151.tif 000004
2004252151.tif 000005
【００９８】
2004252151.tif 000006
2004252151.tif 000007
2004252151.tif 000008
【００９９】
2004252151.tif 000009
2004252151.tif 000010
2004252151.tif 000011
【０１００】
次に、上記実施例１、３の横収差図をそれぞれ図１２、図１３に示す。この横収差図において、括弧内に示された数字は（水平（Ｘ方向）画角、垂直（Ｙ方向）画角）を表し、その画角における横収差を示す。また、上記実施例１、３の像歪みを表す収差図をそれぞれ図１４、図１５に示す。
【０１０１】
次に、本発明の投影型表示装置５０内で投影光学系７を移動可能にする構成の具体例について説明する。図１６は、投影光学系７を表示素子１５の画面に対してその上下方向（短辺方向）に平行移動させる機構の例を説明するための斜視図である。図１６では、偏心プリズム１０と２０が並んでいる方向と垂直な方向に、これらの偏心プリズムを移動させる機構を示している。図１６（ａ）に示すように、投影光学系７を構成する偏心プリズム１０と２０は、保持枠３１に固定されている。この保持枠３１への保持には、プリズムの両側の非光学作用面が利用される。そして、その保持枠３１には、投影光学系７の移動方向に沿った直線案内孔３２が設けられており、また、その直線案内孔３２と平行にネジ孔３４が設けられている。この直線案内孔３２中には案内棒３３が嵌め込まれている。また、その案内棒３３の両端は、図１６（ｂ）に上端部の図に示すように、投影型表示装置５０本体の機枠板５１に固着されている。そして、保持枠３１のネジ孔３４には、機枠板５１の貫通孔５２に回転のみが可能に取り付けられたネジ棒３５の先端がネジ込まれており、ネジ棒３５の機枠板５１の外側の反対端にはつまみ３６が取り付けられている。
【０１０２】
このような構成であるので、つまみ３６をつかんでネジ棒３５を回すと、ネジ孔３４を介して案内棒３３に案内されて保持枠３１が上下に移動する。そして、その移動に合わせて、その保持枠３１中の投影光学系７（偏心プリズム１０と２０からなる）が、表示素子１５に対して上下に摘まみ３６の回転量に応じた距離だけ移動する。この結果、スクリーン面８上で投影像１６も対応する距離だけ上下に移動するようになる。
【０１０３】
以上の本発明の投影型表示装置は、例えば次のように構成することができる。
【０１０４】
〔１〕  水平方向に長辺を有する長方形の画面の映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された映像を拡大投影する投影光学系とを備え、前記投影光学系は、４つの光学面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされたプリズムを有し、該プリズムは、入射面を構成する第１面、該第１面より入射した光線を内部反射する第２面、該第２面で反射された光線を内部反射する第３面、該第３面で反射された光線を外部に射出する第４面からなり、前記画面の中心を通り前記投影光学系の瞳中心を通る光線を軸上主光線と定義した場合に、前記プリズム中を通る軸上主光線を前記表示素子の画面の長辺に平行であって前記画面から出る軸上主光線を含む平面に投影したとき、前記第１面から前記第２面に向かう軸上主光線と、前記第３面から前記第４面に向かう軸上主光線が前記プリズム内部で交差するように前記４つの面が構成され、前記第２面又は前記第３面の少なくとも一方は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状であり、
映像を拡大投影する投影面に対して、前記投影光学系から出る軸上主光線が前記投影面に入射する点における前記投影面の法線に対して角度をなして入射することを特徴とする投影型表示装置。
【０１０５】
〔２〕  前記投影光学系は、前記偏心プリズムと、その投影側に絞りを挟んで別のプリズムとを備え、前記別のプリズムは、少なくとも３つの光学面を持ち、その少なくとも３つの光学面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされており、その少なくとも３つの光学面は、入射面と、少なくとも１面の内部反射面と、射出面とからなり、その少なくとも１面の内部反射面は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状に構成されていることを特徴とする上記１記載の投影型表示装置。
【０１０６】
〔３〕  前記別のプリズムは、４つの光学面を持ち、その４つの光学面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされており、その４つの光学面は、入射面を構成する第１面、第１面より入射した光線を内部反射する第２面、第２面で反射された光線を内部反射する第３面、第３面で反射された光線を外部に射出する第４面からなり、前記別のプリズム中を通る軸上主光線を前記表示素子の画面の長辺に平行であって前記画面から出る軸上主光線を含む平面に投影したとき、前記第１面から前記第２面に向かう軸上主光線と、前記第３面から前記第４面に向かう軸上主光線が前記別のプリズム内部で交差するする形態のプリズムであって、前記第２面又は前記第３面の少なくとも一方は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状に構成された偏心プリズムであることを特徴とする上記２記載の投影型表示装置。
【０１０７】
〔４〕  前記表示素子の画面の長辺に平行であって前記画面から出る軸上主光線を含む平面に投影したとき、前記プリズム内の軸上主光線が形成する閉じた平面と前記別のプリズム内の軸上主光線が形成する閉じた平面とは、重ならないことを特徴とする上記３記載の投影型表示装置。
【０１０８】
〔５〕  前記画面から映像を拡大投影する投影面に至る軸上主光線が１つの平面内を通ることを特徴とする上記２から４の何れか１項記載の投影型表示装置。
【０１０９】
〔６〕  前記１つの平面に対して、前記プリズムの第１面から第４面の少なくとも１面、及び、前記別のプリズムの光学面の少なくとも１面が非対称な面形状に構成されていることを特徴とする上記５記載の投影型表示装置。
【０１１０】
〔７〕  前記プリズムの全ての光学面と、前記別のプリズムの全ての光学面は、１つの共通の平面に対して対称な面形状に構成されていることを特徴とする上記２から４の何れか１項記載の投影型表示装置。
【０１１１】
〔８〕  前記１つの共通の平面に対して、前記投影光学系から出る軸上主光線が角度をなして射出することを特徴とする上記７記載の投影型表示装置。
【０１１２】
〔９〕  前記プリズムの光学面の少なくとも１面、及び、前記別のプリズムの光学面の少なくとも１面は回転非対称で対称面を持たない曲面形状に構成されていることを特徴とする上記２から４の何れか１項記載の投影型表示装置。
【０１１３】
〔１０〕  前記表示素子の画面の長辺に平行であって前記画面から出る軸上主光線を含む平面に対して、前記投影光学系から出る軸上主光線が角度をなして射出することを特徴とする上記９記載の投影型表示装置。
【０１１４】
〔１１〕  前記表示素子と前記投影光学系とは、前記表示素子の画面に沿う方向であってその画面の短辺方向に相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする上記１から１０の何れか１項記載の投影型表示装置。
【０１１５】
〔１２〕  前記投影光学系に対して前記表示素子の相対的に移動可能な方向の寸法をｄｉ  、前記表示素子の画面の短辺の寸法をｄ０  とするとき、
ｄｉ  ／ｄ０  ＞１．２                                    ・・・（１）
を満足するように設定されていることを特徴とする上記１１記載の投影型表示装置。
【０１１６】
〔１３〕  前記投影光学系は前記表示素子側でテレセントリックに構成されていることを特徴とする上記１から１２の何れか１項記載の投影型表示装置。
【０１１７】
〔１４〕  前記表示素子に対して前記投影光学系を軸上主光線方向に相対的に移動させて投影倍率の変更又はフォーカシングを行うように構成されていることを特徴とする上記１から１３の何れか１項記載の投影型表示装置。
【０１１８】
〔１５〕  前記投影光学系に対して前記表示素子が相対的に移動可能な範囲内における物体面に対する主光線の直角からの傾角の最大値をθとするとき、
θ＜１０°                                            ・・・（２）
を満足するように構成されていることを特徴とする上記１から１４の何れか１項記載の投影型表示装置。
【０１１９】
〔１６〕  前記投影光学系のＦナンバーをＦＮＯとするとき、
ＦＮＯ＜５                                              ・・・（３）
を満足するように構成されていることを特徴とする上記１から１５の何れか１項記載の投影型表示装置。
【０１２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の投影型表示装置は、投影光学系に回転非対称な曲面形状の光学面を備えた特定形状のプリズムを備えて構成されているので、装置全体を傾けることなく、斜め上方に像歪みなく拡大投影像を投影することができ、また、斜め上方に任投影像をシフトさせても像歪みの発生がない小型の投影型表示装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく投影型表示装置の光学系の概念図である。
【図２】本発明の投影型表示装置に用いる実施例１の投影光学系のＸ−Ｚ面に投影した光路図である。
【図３】図２の要部の光路図である。
【図４】実施例１の投影光学系のＹ−Ｚ面に投影した光路図である。
【図５】本発明の投影型表示装置に用いる実施例２の投影光学系のＸ−Ｚ面に投影した光路図である。
【図６】図５の要部の光路図である。
【図７】実施例２の投影光学系のＹ−Ｚ面に投影した光路図である。
【図８】本発明の投影型表示装置に用いる実施例３の投影光学系のＸ−Ｚ面に投影した光路図である。
【図９】図８の要部の光路図である。
【図１０】実施例３の投影光学系のＹ−Ｚ面に投影した光路図である。
【図１１】図１０の要部の光路図である。
【図１２】実施例１の横収差図である。
【図１３】実施例３の横収差図である。
【図１４】実施例１の像歪みを表す収差図である。
【図１５】実施例３の像歪みを表す収差図である。
【図１６】投影光学系を表示素子の画面に対してその上下方向（短辺方向）に平行移動させる機構の例を説明するための斜視図である。
【図１７】従来の液晶プロジェクターにおいて液晶パネルの映像の拡大像を斜め上方のスクリーンへ投影する構成を説明するための図である。
【図１８】従来の液晶プロジェクター全体を傾けてスクリーンの位置に投影像を合わせる方法を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｓ…開口絞り
１…液晶パネル
２…投影レンズ系
３…スクリーン（壁）
４…投影装置（液晶プロジェクター）
５…載置面
６…物体面
７…投影光学系
８…スクリーン面（投影面）
９…軸上主光線
１０…偏心プリズム（第１偏心プリズム）
１１…第１面
１２…第２面
１３…第３面
１４…第４面
１５…表示素子
１６…投影像
１９…平行平板
２０…別の偏心プリズム（第２偏心プリズム）
２１…第１面
２２…第２面
２３…第３面
２４…第４面
３１…保持枠
３２…直線案内孔
３３…案内棒
３４…ネジ孔
３５…ネジ棒
３６…摘まみ
５０…投影型表示装置
５１…機枠板
５２…貫通孔
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【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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