(57)【要約】【課題】  非常に大画面で高精細な画像劣化のない画像を所定像面上に複数表示することが可能な投射光学系及び、投射型表示装置を提供することである。【解決手段】  物体面上の画像を所定像面上に投影する投射型表示装置であって、該投射型表示装置が所定像面上に投影される２次元画像の位置を移動させるための回転部材を有し、該回転部材の回転量と物体面の映像信号の出力タイミングを時間に同期して制御することで所定像面上に情報の異なる複数の画像を投影表示する。【選択図】  図１
2005115106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体面上の画像を所定像面上に投影する投射型表示装置であって、該投射型表示装置が所定像面上に投影される２次元画像の位置を移動させるための回転部材を有し、該回転部材の回転量と物体面の映像信号の出力タイミングを時間に同期して制御することで所定像面上に情報の異なる複数の画像を投影表示することが可能であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
物体面からの光を前記回転部材である平面ミラーに導光する物体面側の光学ブロックと平面ミラーよりも像面側にあって曲率をもつ反射面を構成要素として含む像面側の光学ブロックを有し、該平面ミラーの回転により光線が該像面側の光学ブロックの第１光学面を透過、若しくは反射される範囲を移動することを特徴とする請求項１の投射型表示装置。
【請求項３】
前記回転部材である平面ミラーが物体面側の光学ブロックの射出瞳を中心に回転することを特徴とする請求項１〜２の投射型表示装置。
【請求項４】
物体面上の画像を所定像面上に投影する投射型表示装置であって、光学系が構成要素としての回転部材を有することで所定像面上に投影される２次元画像の位置を移動させることが可能であることを特徴とするモードと、該回転部材の回転量と物体面の映像信号の出力タイミングを時間に同期して制御することで所定像面上に情報の異なる複数の画像を同時に投影表示することが可能であることを特徴とするモードを有する投射型表示装置。
【請求項５】
物体面からの光を前記回転部材である平面ミラーに導光する物体面側の光学ブロックと平面ミラーよりも像面側にあって曲率をもつ反射面を構成要素として含む像面側の光学ブロックを有し、該平面ミラーの回転により光線が該像面側の光学ブロックの第１光学面を透過、若しくは反射される範囲を移動することで所定像面上に投影される２次元画像の位置を移動させることが可能であることを特徴とする請求項４の投射型表示装置。
【請求項６】
前記回転部材である平面ミラーが物体面側の光学ブロックの射出瞳を中心に回転することを特徴とする請求項４〜５の投射型表示装置。
【請求項７】
物体面上の画像を所定像面上に投影する投射型表示装置であって、回転可能な光学部材を有し、前記光学部材を回転させることにより前記所定像面上に情報の異なる複数の画像を投影表示することが可能であることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射光学系に関し、特に液晶や、デジタルマイクロミラーデバイスに代表される画像形成装置に好適な投射型の表示装置である。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報量の増加に伴い、コンピュータ環境等の各種の表示装置において複数の液晶やCRT等の表示装置に画面を分割して一度に多くの情報を表示している。また、会議や講演等でプレゼンテーションを行う際にコンピュータを用いて、投射型表示装置を介して直接に投影する場合が急速に増加しているが、前述と同様に一度に表示したい情報量も増加している。しかし、複数の投射型画像表示装置を設置してこれを解決することは手間やコストへの負荷が大きい。そこで、特開2001-305683では、１つの映像投影手段にて煩わしいメガネ等をかけることなく、所定像面上に大きな画面サイズを維持したまま複数の画面を表示するために、液晶表示パネル等の画像表示面上の画素を互いに異なる偏光方向をもつ例えば１水平ラインの領域に分割し、映像投影装置を射出後に異なる偏光ごとに画像分離を行い、分離された画像ごとに複数の平面折り返しミラーで所定像面上の異なる位置にそれぞれ導光するという偏光分離方式でこれを行っている。又は、液晶表示パネル等の画像表示面上での画像を時間的に切り替えて、さらに映像投影装置を射出後に所定像面上に導光するための複数の平面折り返しミラーを前記の画像表示面上での画像切り替えと時間に同期させて回動させるという時分割方式で、これを行っている。
【特許文献１】特開２００１−３０５６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特開2001-305683の表示装置は、偏光分離方式の場合、所定像面上で表示したい画面の数に合わせて液晶パネルの画素を領域分割しなくてはならないため、所定像面に表示される１画面分の画素数は表示される画面数に反比例して減少してしまい、明るさにおいてはこれに加えて、複数の平面折り返しミラーで分割して導光される際にさらに減少させられることになる。また、複数の平面折り返しミラーを回動して所定像面上の複数の画面位置を調整するとその移動量に従って像に歪が発生する。このとき、所定像面上で歪がキャンセルされるように液晶パネル面上でデジタル補正をかければ、画像はさらに劣化してしまう。又、時分割方式の場合、複数の平面折り返しミラーが映像投影装置よりも像面側に配置されるので所定像面上の画面を大きくしようとすれば当然ながらこの平面折り返しミラーも大きくなる。この大きな平面折り返しミラーを高速で回転稼動させることは非常に負荷が大きい。さらに、所定像面上での画面位置の移動に関しては前述と同様に歪が発生してしまう。
【０００４】
このように１つの投射型画像表示装置で所定像面上に大画面で複数画面表示を行うには、複数の画像を同時に表示するだけでなく、デジタル歪補正等を用いない高精細な画像表示が可能な非常に大きな領域（画角）が必要である。本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、その目的は、１つの投射型画像表示装置を用い、非常に大画面で高精細な画像劣化のない画像を所定像面上に複数表示することが可能な投射光学系及び、投射型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】
【０００５】
本発明の投射型表示装置は、請求項１の投射型表示装置は、物体面上の画像を所定像面上に投影する投射型表示装置であって、該光学系が所定像面上に投影される２次元画像の位置を移動させるための回転部材を有し、該回転部材の回転量と物体面の映像信号の出力タイミングを時間に同期して制御することで所定像面上に情報の異なる複数の画像を投影表示することが可能であることを特徴している。
【０００６】
請求項２の投射型表示装置は、物体面からの光を前記回転部材である平面ミラーに導光する物体面側の光学ブロックと平面ミラーよりも像面側にあって曲率をもつ反射面を構成要素として含む像面側の光学ブロックを有し、該平面ミラーの回転により光線が該像面側の光学ブロックの第１光学面を透過、若しくは反射される範囲を移動することを特徴としている。本発明の投射型表示装置の構成は、複数の画面を表示するために光学面を有する部材の回転を用いているため、このような構成で平面ミラーのみの回転で達成することが効率的である。又、像面側に曲率をもつ反射面を構成要素として含む像面側の光学ブロックを用いることで、大画面を複数表示するための屈折系のみでは困難な非常に広い画角を確保できる。
【０００７】
請求項３の投射型表示装置は、前記回転部材である平面ミラーが物体面側の光学ブロックの射出瞳を中心に回転することを特徴としている。平面ミラーが物体面側の光学ブロックの射出瞳を中心に回転することで、像面側の光学ブロックの第１光学面を透過、若しくは反射される範囲を移動した際に光線の光学性能が変化しないので、範囲が移動しても像面側の光学ブロックで一貫して補正が可能となり、所定像面上の画面位置を移動させても画像の劣化、及び歪が発生しない。
【０００８】
請求項４の投射型表示装置は、物体面上の画像を所定像面上に投影する投射型表示装置であって、光学系が構成要素としての回転部材を有することで所定像面上に投影される２次元画像の位置を移動させることが可能であることを特徴とするモードと、該回転部材の回転量と物体面の映像信号の出力タイミングを時間に同期して制御することで所定像面上に情報の異なる複数の画像を同時に投影表示することが可能であることを特徴とするモードを有することを特徴としている。
【０００９】
請求項５の投射型表示装置は、物体面からの光を前記回転部材である平面ミラーに導光する物体面側の光学ブロックと平面ミラーよりも像面側にあって曲率をもつ反射面を構成要素として含む像面側の光学ブロックを有し、該平面ミラーの回転により光線が該像面側の光学ブロックの第１光学面を透過、若しくは反射される範囲を移動することで所定像面上に投影される２次元画像の位置を移動させることが可能であることを特徴としている。
【００１０】
請求項６の投射型表示装置は、前記回転部材である平面ミラーが物体面側の光学ブロックの射出瞳を中心に回転することを特徴としている。
【００１１】
請求項７の投写方表示装置は、物体面上の画像を所定像面上に投影する投射型表示装置であって、回転可能な光学部材を有し、前記光学部材を回転させることにより前記所定像面上に情報の異なる複数の画像を投影表示することが可能であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
従来よりも遥かに広画角で、大きな投射角の仕様範囲内において任意の像位置に歪みのない像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施例の説明に入る前に、実施例の構成諸元の表し方及び実施例全体の共通事項について説明する。図１３は本発明の光学系の構成データを定義する座標系の説明図である。本発明の実施例では物体側から像面に進む１つの光線（図１３中の一点鎖線で示すもので基準軸光線と呼ぶ）に沿ってｉ番目の面を第ｉ面とする。
【００１４】
図１３において第１面R1は屈折面、第2面R2は第1面R1に対してチルトされた反射面、第3面R3、第4面R4は各々の前面に対してシフト、チルトされた反射面、第5面R5は第4面R4に対してシフト、チルトされた屈折面である。第1面R1から第5面R5までの各々の面はガラス、プラスチック等の媒質で構成される一つの光学素子上に構成されており、図１３中では第１の光学素子Bとしている。
【００１５】
従って、図１３の構成では不図示の物体面から第1面R1までの媒質は空気、第1面R1から第5面R5まではある共通の媒質、第5面R5から不図示の第6面R6までの媒質は空気で構成している。
【００１６】
本発明の光学系はOff-Axial光学系であるため光学系を構成する各面は共通の光軸を持っていない。そこで、本発明の実施例においては先ず第１面の中心を原点とする絶対座標系を設定する。
【００１７】
そして、本発明の実施例においては、第１面の中心点を原点とすると共に、原点と最終結像面の中心とを通る光線（基準軸光線）の経路を光学系の基準軸と定義している。さらに、本実施例中の基準軸は方向（向き）を持っている。その方向は基準軸光線が結像に際して進行する方向である。
【００１８】
本発明の実施例においては、光学系の基準となる基準軸を上記の様に設定したが、光学系の基準となる軸の決め方は光学設計上、収差の取り纏め上、若しくは光学系を構成する各面形状を表現する上で都合の良い軸を採用すれば良い。しかし、一般的には像面の中心と、絞り又は入射瞳又は射出瞳又は光学系の第１面の中心若しくは最終面の中心のいずれかを通る光線の経路を光学系の基準となる基準軸に設定する。
【００１９】
つまり、本発明の実施例においては、基準軸は第１面の中心点を通り、最終結像面の中心へ至る光線（基準軸光線）が各屈折面及び反射面によって屈折・反射する経路を基準軸に設定している。各面の順番は基準軸光線が屈折・反射を受ける順番に設定している。
【００２０】
従って基準軸は設定された各面の順番に沿って屈折若しくは反射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終的に像面の中心に到達する。又、本発明において物体面側、パネル面側、及び所定像面側、像面側、スクリーン側等とは、基準軸の方向に対してどちら側であるかを意味している。
【００２１】
本発明の各実施例における光学系の絶対座標系の各軸を以下のように定める。
【００２２】
Z軸：原点と物体面中心を通る直線。物体面から第１面R1に向かう方向を正とする
Y軸：原点を通り右手座標系の定義に従ってZ軸に対して反時計回りに90゜をなす直線
X軸：原点を通りZ、Y各軸に垂直な直線
又、光学系を構成する第ｉ面の面形状及びチルト角を表すには、絶対座標系にてその面の形状及びチルト角を表記するより、基準軸と第ｉ面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定して、ローカル座標系でその面の面形状を表し、基準軸とローカル座標系の成す角でチルト角を表した方が形状を認識する上で理解し易い為、第ｉ面の面形状を以下のローカル座標系で表す。そのためにまず基準軸上の任意の点に対して以下の基準軸上座標系を設定する。
【００２３】
zb軸：基準軸上の任意の点を通り、基準軸の方向を正とする。基準軸の偏向点においては入射方向を正とする
yb軸：基準軸上の任意の点を通り、右手座標系の定義に従ってzb軸に対して反時計回りに90゜をなす直線であり、絶対座標系の原点で絶対座標系のY軸と一致し、以降、zb軸に対する回転はないものとする
xb軸：基準軸上の任意の点を通り、zb、yb各軸に垂直な直線
次にローカル座標系を設定する。
【００２４】
z 軸：ローカル座標の原点を通る面法線
y 軸：ローカル座標の原点を通り、右手座標系の定義に従ってz方向に対し反時計方向に90゜をなす直線
x 軸：ローカル座標の原点を通り、ybzb面に対し垂直な直線
従って、第ｉ面のybzb面内でのチルト角はローカル座標系のz軸が基準軸上座標系のzb 軸に対して鋭角に反時計回り方向を正とした角度θxb,i （単位°）、第ｉ面のxbzb面内でのチルト角は基準軸上座標系のzb 軸に対して反時計回り方向を正とした角度θyb,i （単位°）、第ｉ面のxbyb面内でのチルト角は絶対座標系のyb軸に対して反時計回り方向を正とした角度θzb,i （単位°）で表す。ただし、通常、θzb,iは面の回転に相当するもので本発明の実施例においては存在しない。図１４はこれらの絶対座標系、基準軸上座標系、ローカル座標系の相互関係を表している。
【００２５】
又、Diは第ｉ面と第(i+1)面とのローカル座標の原点間の間隔を表すスカラー量、Ndi 、νdiは第ｉ面と第（ｉ＋１）面間の媒質の屈折率とアッベ数である。
【００２６】
ここで、球面は以下の式で表される形状である：
【００２７】
【数１】
2005115106.tif 000003
【００２８】
又、本発明の光学系は少なくとも回転非対称な非球面を一面以上有し、その形状は以下の式により表す：
z ＝C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40x4
+C05y5+C23x2y3+C41x4y+C06y6+C24x2y4+C42x4y2+C60x6
上記曲面式はxに関して偶数次の項のみであるため、上記曲面式により規定される曲面はyz面を対称面とする面対称な形状である。さらに以下の条件が満たされる場合はxz面に対して対称な形状を表す。
【００２９】
C03 ＝C21 ＝t ＝0
さらに
C02 ＝C20  C04＝C40 ＝ C22/2  C06＝C60 ＝C24/3 =C42/3
が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件を満たさない場合は非回転対称な形状である。
【００３０】
次に、本発明の特徴である光学補正により高精彩に複数の画面を表示するために必要な、像面を移動若しくは傾けることによる光学系の投射角について定義する。図１５は本発明にけるスクリーンと像面との位置関係を表している。Pは本発明の投射光学系及び投射型表示装置であり、Sは実際に画像表示が行われる像面であり、又Eは像面Sが良好な結像性能を保ったまま移動可能な領域であり、これを投射有効領域と呼ぶ。又、投射有効領域E内での像面Sの位置を本光学系の射出瞳SSaの中心から像面Sの中心に到達する基準軸のx及びy成分とスクリーン面の法線との成す角度で表し、投射角θx,θyとする。
【００３１】
本発明の投射型表示装置において、良好な光学性能を保ったまま投射角可変を実現するための基本的な原理を示す。図１６は、本発明の投射光学系の原理を示している。図１６において詳細は図示しないが、LLは液晶、反射型ドットマトリックス液晶、デジタルマイクロミラーデバイス等を用いたライトバルブ（画像表示パネル）及びライトバルブに光を照明する照明系である。Cは結像性能を有する光学ブロックであり、Gの回転折り返しミラーにより反射された後、Cの絞りSSにある射出瞳EXPを曲率中心とする球面上B1に結像する。但し、当然ながら、Cは球面上B1に結像する能力を有していれば良いので、共軸回転対称の光学ブロックであっても曲率を持つ反射面を構成要素として含む光学ブロックであっても構わない。又、光学ブロックCの絞りが射出瞳EXPと必ずしも一致している必要はなく、この場合、回転折り返しミラーGは射出瞳EXPの位置に配置される。
【００３２】
このとき、回転折り返しミラーGを紙面上で回転させるとB1の像は光学性能を保ったままA1及びC1に移動し、すなわちE'上を連続的に移動することになる。次に、図１６に示すように曲率を持つ反射面を構成要素として含む光学ブロックRを回転折り返しミラーGの先に配置することで光学ブロックCの像を光学ブロックRに導光する。このとき、光学ブロックRは球面上の像E'をスクリーンEに良好な光学性能で結像するよう設計されている。さらに、曲率を持つ反射面を構成要素として含む光学ブロックRを用いることでOff-Axial光学系の特性により、スクリーンEに対して斜めに投影することが可能である。
【００３３】
従って、LLの像は光学ブロックC、回転折り返しミラーG、光学ブロックRを介した後、スクリーンE上のB2に表示されることになる。ここで前記したように回転折り返しミラーGを回転させることでE'上のA1、B1、C1の像は、それぞれ、スクリーンE上のA2、B2、C2に結像するので、結果、本発明の投射光学系は光学ブロックRが良好な光学性能を保証する範囲E内で任意の投射角で画像表示することが可能である。但し、パネル側の光学ブロックCの射出瞳EXPを中心に回転する部材は回転折り返しミラーGに限るものではなく、光学ブロックC及び画像表示パネル系LLを一体として回転しても良いし、又、像側の光学ブロックRを回転しても良い。これらは各部材の相対的な回転であるので前記した光学ブロックを含むどの部材を回転させても光学的に等価である。
【００３４】
さらに、E'上の像B１は必ずしも球面上に結像していなくても良く、すなわち、E'が球面を形成している必要はない。言い換えると、前記した本発明の原理から分かるように、投射角を可変にするためにはパネル側の光学ブロックCの像B1がE'上を良好な光学性能を保ったまま連続的に移動することが必要であり、それを理想的に実現するものがE'を球面とすることであった。しかしながら、実際には、焦点深度やディストーション等の光学性能の許容量には幅があるので、この許容量に収まる場合には、このE'はどのような面形状でも良く、必ずしも球面である必要はないのである。
【００３５】
さらにパネル側の光学ブロックCの結像に関して議論を進めると、本発明の投射光学系PがスクリーンE上で２次元的に像面Sを可変とする際には、各アジムス方向で全画角の収差の発生がそれぞれ一様であれば充分に補正されている必要はない。これは、全画角の収差の発生が一様であれば、像面側の曲率を持つ反射面を構成要素として含む光学ブロックRによって補正が可能であるからである。又、スクリーンE上で１次元的に唯一方向にのみ像面Sを可変とする際には、可変方向でのみ全画角の収差の発生が一様であれば、非可変方向の結像性能が良好である必要はない。これも、像面側の曲率を持つ反射面を構成要素として含む光学ブロックRによって補正が可能であるからである。
【００３６】
又、前記した本発明の原理は紙面上のみの説明であったが、これは３次元空間においても同様である。但し、パネル側の光学ブロックCの射出瞳を中心に回転する部材が回転折り返しミラーのみであり、スクリーンE上で像を２次元的に移動させる際には、水平方向の回転を担うものと垂直方向の回転を担うものの計２枚の回転折り返しミラーG1、G2を用いると容易に実施することができる。これは、図４１において、回転折り返しミラーGを紙面に対して垂直な方向に回転させると、画像表示パネル系LL中の画像表示パネルと回転折り返しミラーGがねじれの位置関係になるために、スクリーンE上において基準軸光線は所望の位置に結像されるものの、像面SがスクリーンE上で回転してしまうためである。しかしながら、複数の回転折り返しミラーG1、G2をパネル側の光学ブロックCの射出瞳EXPに配置することは物理的に不可能であるが、回転折り返しミラーG1、G2は厳密に射出瞳EXPに配置しなくても、E'上の像が前記したように光学性能の許容量の範囲内であれば、射出瞳EXPの近傍で互いに干渉しない程度にずらして配置することができる。本発明の実施例においても複数の回転折り返しミラーを用いる際には２枚の回転折り返しミラーのうち、比較して回転角の大きい方を射出瞳EXPに配置し、もう一方を干渉しない程度ずれた位置に配置した。又、この様にスクリーンE上で像を２次元的に移動させるためには、当然ながら、パネル側の光学ブロックCの射出瞳EXPに配置された1枚の回転折り返しミラーでも実施可能である。これは、前記したスクリーンE上での像Sの回転を防ぐためにパネルを像Sの回転が相殺される様に回転する等の解決手段が考えられるからである。
【００３７】
以上のように回転部材の回転により所定像面上で像を移動することができる。ここで、回転部材の回転量と時分割されたパネルの表示画像を時間に同期させることで所定像面上にデジタル補正を用いない高精彩な画像を複数表示することができる。また、曲率を持った反射面をOff-Axialに配置していることにより斜め投射で且つ、従来の光学系では困難な非常に大きな画角を有することができる。さらに、前記の回転部材は前記回転折り返しミラーとするのが好ましい。複数画面表示をする際には投射角を高速に変化させなければならないので、高速回転のしやすい部材を適用する方が良いからである。
【００３８】
次に回転部材の回転量と時分割されたパネルの表示画像を時間に同期させることについて示す。ここでは、例として所定像面上の異なる位置に３つの異なる画像を表示する場合について示すが、他の複数の画面を表示する上ではこれと同様に行えばよい。図１０は所定像面E上の３つの異なる位置（S1、S2、S3）にそれぞれ異なる画像（A、B、C）を表示している。このときパネルの表示画像は図１１に示すように時間の経過とともに異なる画像（A、B、C）を繰り返し表示している。この表示のタイミングは図１２aに示す回転折り返しミラーの回転に合わせている。図中の曲線は時間に対する回転折り返しミラーの回転量θを示しており、ここでの回転量θが前記の投射角に対応しているので、換言すれば、このθが所定像面上の画面位置を表している。従って、所望の画面位置に所望の画像を表示させるには、ある回転角θのときに対応する画像をパネルに表示すればよい。これをそれぞれの回転角θについて高速に繰り返すことで複数の画面を表示することが可能となる。但し、好ましくは、回転折り返しミラーの運動は図３７bに示すように画像を表示する各回転量（θa、θb、θc）において、例えば１/30秒間程度静止していることが望ましい。ここで、静止時間は表示される画像が静止画であるか動画であるか、又は、ライトバルブの特性を考慮して決定すればよい。
【実施例１】
【００３９】
図１は本発明の実施例１における投射光学系の鳥瞰図である。又、図２は図１において回転折り返しミラーGにより折り曲げられた基準軸を展開した図である。図１において詳細は図示しないが、LLは液晶を用いたライトバルブ（画像表示パネル）及び３板式のライトバルブに対応して光合成を行うダイクロイック光学素子及びライトバルブに光を照明する照明系である。照明系はランプ、コンデンサーレンズ、波長を選択するフィルター等から成り立っている。回転対称共軸レンズC、回転折り返しミラーG及びOff-Axial反射面を含む反射光学系Rはライトバルブで光変調された光を図２のスクリーンE（投射有効領域）に導光し、スクリーンE面上に画像Sを形成するためのOff-Axial系を利用した投射光学系である。又、スクリーンEの大きさは１３００×３０２０ｍｍ、像面Sの大きさは縦横比３：４の４０インチ（６０９．６×８１２．８ｍｍ）であり、スクリーンEの法線と基準軸の成す角度で表される補正投射角度範囲は、θx：−３６．０９°〜３６．０９°、θy：１１．４９°〜３３．５６°である。図３は、図１及び図２の投射光学ブロックC、G、Rとライトバルブ及び照明系LLの拡大図である。
【００４０】
図３aにおいて、LVは液晶を用いたライトバルブ（画像表示パネル）であり、LはライトバルブLVに光を照明する照明系である。LVの大きさは７．１１２×９．４８４ｍｍである。Dは、３板式のライトバルブに対応したダイクロイック光学素子であるが、図３では省略して単板のみの光路図を示す。CはC1〜14の共軸回転対称球面からなる屈折光学ブロックであり、又G1は絞りSSの位置に設置された回転折り返しミラーであり、G２は絞りSSの近傍にG1と干渉しない間隔を設けて設置した回転折り返しミラーであり、R1〜4はOff-Axial反射面からなる反射型光学系である。
【００４１】
図３bは、図１、図２及び図３aの光学ブロックCが前記のスクリーンE'上に像B1を結像している様子を示している。射出瞳EXP（絞りSS）からスクリーンE'までの距離は１０００ｍｍであり、像B1は射出瞳EXPを曲率中心とする球面上に結像している。
【００４２】
図４は本発明の投射光学系Pの特徴である、スクリーンE上での像面Sの位置を移動若しくは傾けることが可能であることを表している。S1〜4は回転折り返しミラーG1及びG2を回転させることでスクリーンE上を連続的に移動する像面Sの代表的な位置を表している。
【００４３】
以下、本実施例に用いられる光学系の構成データを示す。
【００４４】
【表１】
2005115106.tif 000004
【００４５】
【表２】
2005115106.tif 000005
【００４６】
【表３】
2005115106.tif 000006
【００４７】
次に本実施例における光学作用を説明する。Ｌの光源から発生した光は、ライトバルブLVを照明し、LVでの像が反射光学系Rを含む投射光学系で拡大投影されスクリーンに映し出される。
【００４８】
発明の投射光学系はスクリーン上で像面を移動若しくは傾けることが可能であることを特徴としているが、図４で示した像面位置S1〜4での横収差を評価するための各像面上の評価位置を図１７に示す。
【００４９】
本実施例の投射光学系における各像面位置S1〜S4でのディストーションの様子を図５に、各像面位置S1〜S4における(1)、(2)、(3)、(4)、(5)の評価位置での横収差図を図６に示す。図５を見れば分かるとおり、大きなディストーションはなく、非対称なディストーションも少ない。図６の横収差図の軸の定義は、横軸を瞳面上でのx或いはy軸とし、縦軸はスクリーン上での収差量を意味している。又、各像面位置S1〜S4でそれぞれ良好に結像していることが分かる。
【００５０】
又、本実施例１では、前記した様に、パネル側の光学ブロックCが球面上の結像性能を有しているので、光学ブロックCのディストーションの様子を図７に、(1)、(2)、(3)、(4)、(5)の評価位置での横収差図を図８に示す。図７を見れば分かるとおり、大きなディストーションはなく、図８を見れば分かるとおり、良好に結像している。又、パネル側の光学ブロックCの焦点距離は８２．７４３２ｍｍである。
【００５１】
本実施例により、前記した様に光学系の構成要素である回転部材、ここでは回転折り返しミラーの回転により投射角を変化させることが可能となり、すなわち所定像面上の画像を劣化及び、歪なく移動することができる。さらに、前記の回転部材の回転量とパネルの映像信号の出力タイミングを時間に同期して制御することで所定像面上に情報の異なる複数の画像を同時に投影表示することが可能である。図９は、画像情報を発信するコンピュータPCから本発明の投射型表示装置Pを介して、所定像面E上に移動可能な画面及び、複数表示可能な画面S1〜S3を表示するまでの電気的な流れを示している。プレゼンテーション用の画像作成ソフトウェアなどを用いて作成された画像情報を投射型表示装置に入力すると、単画面表示、或いは複数画面表示のいずれかのモードが選択される。単画面表示モードにおいては、通常どおりにライトバルブLVに信号を送信し、所望の画面位置に表示されるように回転折り返しミラーGを回転させるために駆動モータGMに信号を送信し、適当な回転量を与えれば良い。画像表示中、回転折り返しミラーGは固定となっている。複数画面表示モードにおいては、回転折り返しミラーGは常に回転し続けることになるが、単画面表示モードと同様に、各画面の位置は本実施例の保証の範囲内で任意に決定することができるので、回転折り返しミラーGの往復回転での回転量の範囲は、複数画面の両端の画面が表示される回転量の範囲にすればより効率的である。そして、画面を表示すべき回転量のときに対応する画像がライトバルブLVから発せられるように時分割された画像信号をライトバルブLVに送信する。このように、時分割されたライトバルブの表示画像と所定像面上の画像表示位置を制御する回転折り返しミラーを時間に同期して制御することで本発明の投射型表示装置が達成される。
【００５２】
上述の実施例によれば、以上のように、Off-Axial反射面を利用することにより、スクリーンに対して斜めに投影することが可能となり、投射光学系内の１つの部材をパネル側の光学ブロックの前記射出瞳位置を中心に回転させることにより、従来よりも遥かに広画角で、大きな投射角の仕様範囲内において任意の像位置に歪みのない像を得ることができるので、大画面で高精彩のまま複数の画像を表示することが可能な投射光学系およびそれを有する投射型表示装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例１の投射光学系を用いた投射型表示装置の構成図
【図２】本発明の実施例１の投射光学系を用いた投射型表示装置の構成図
【図３】aは図１及び図２の投射光学系のライトバルブ及び照明系LL、ダイクロイック光学素子D、共軸回転対称系C、回転折り返しミラーG、反射光学系Rの構成図、bは図１及び図２の投射光学系のライトバルブ及び照明系LL、ダイクロイック光学素子D、共軸回転対称系C、スクリーンE'上の像B1の構成図
【図４】本発明の実施例１の投射光学系を用いた投射型表示装置において投射角が可変であることを示す説明図
【図５】本発明の実施例１の投射光学系のディストーションを示す説明図
【図６】本発明の実施例１の投射光学系の横収差を示す説明図
【図７】本発明の実施例１の共軸回転対称系Cのディストーションを示す説明図
【図８】本発明の実施例１の共軸回転対称系Cの横収差を示す説明図
【図９】ライトバルブ、及び回転折り返しミラーの制御についての説明図
【図１０】スクリーン上における複数画面表示の説明図
【図１１】パネルの時分割表示の説明図
【図１２】回転折り返しミラーの回転量とパネルの時分割表示のタイミングの説明図
【図１３】本発明における座標系の説明図
【図１４】本発明における絶対座標系、基準軸上座標系、ローカル座標系の説明図
【図１５】本発明における投射角の説明図
【図１６】本発明における投射角可変の原理を示す説明図
【図１７】本発明の実施例の結像性能の評価位置を示す説明図
【図１８】本発明の実施例の結像性能の評価位置を示す説明図
【符号の説明】
【００５４】
P  投射光学系及び投射型表示装置
B  光学素子
LL  ライトバルブ及び照明系
L  照明系
LV  ライトバルブ（画像表示パネル）
C  共軸回転対称光学ブロック
D  ダイクロイック光学素子
G  回転折り返しミラーブロック
Gi  i番目の回転折り返しミラー
GM  回転折り返しミラーの駆動モータ
R  曲率をもつ反射面を構成要素とする光学ブロック
Ri  i番目のOff-Axial反射自由曲面
Ra  パネル側の反射型光学ブロック
Rb  スクリーン側の反射型光学ブロック
Rai  Raを構成するOff-Axial反射自由曲面
Rbi  Rbを構成するOff-Axial反射自由曲面
E  投射有効領域（拡張スクリーン）
E'  パネル側の光学ブロックの拡張スクリーン
S  画像表示面
Si  画像表示位置
A1、B1、C1  パネル側の光学ブロックの結像面
A2、B2、C2  投射光学系の結像面
SS  絞り
Ssa  投射光学系の射出瞳
EXP  パネル側の光学ブロックの射出瞳
【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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