(57)【要約】【課題】袴下が短く薄型であり、スクリーンへの入射角度が浅く、性能及びコストに優れた画像表示装置を提供する。【解決手段】ライトバルブ１０１上の原画像を拡大投射手段１０４でスクリーン１０６上に拡大投射する画像表示装置１０８において、拡大投射手段は、透過屈折型光学系１１１と反射型光学系１１２で構成される画像拡大光学系１１０であり、反射型光学系は、透過屈折型光学系から射出した光束を筐体の縦方向に反射偏向する第１反射型光学素子１１３と、第１反射型光学素子とスクリーンの中心を挟んでスクリーン縦方向に対向する位置に配置された負のパワーを有する反射面を持った第２反射型光学素子１１４と、筐体の背面にスクリーン面と対向して配置されている第３反射型光学素子１１５を有する光学系から成り、第１、第２、第３反射型光学素子の順で光束を反射してスクリーン上に結像する。【選択図】図１
2007212750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともライトバルブと、該ライトバルブを照明する照明手段と、前記ライトバルブ上の原画像をスクリーンに表示する光学系とを備えた画像表示装置に用いられる画像拡大光学系において、
前記画像拡大光学系は、透過屈折型光学系と反射型光学系とから構成され、前記反射型光学系は、前記透過屈折型光学系から射出した光束を、装置筐体の縦方向（以下、Ｙ方向とする）に反射偏向する第１反射型光学素子と、前記第１反射型光学素子と前記スクリーンの中心を挟んでスクリーン縦方向に対向する位置に配置された負のパワーを有する反射面を持った第２反射型光学素子と、前記スクリーンと対向して配置されている第３反射型光学素子とから構成され、前記第１反射型光学素子によって反射された光束は前記第２反射型光学素子によって前記第３反射型光学素子に導かれた後、前記第３反射型光学素子で反射されて前記スクリーン上に結像することを特徴とする画像拡大光学系。
【請求項２】
請求項１記載の画像拡大光学系において、
前記透過屈折型光学系は、前記ライトバルブの法線に対して傾斜して配置されていることを特徴とする画像拡大光学系。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれか一つに記載の画像拡大光学系において、
前記透過屈折型光学系は、光軸が前記ライトバルブの法線に対してＹＺ面において時計回りに正の角度を成すように配置されていることを特徴とする画像拡大光学系。
【請求項４】
請求項３記載の画像拡大光学系において、
前記光軸が、前記ライトバルブの法線と平行な方向に平行偏心していることを特徴とする画像拡大光学系。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の画像拡大光学系において、
前記ライトバルブのＹ方向に下から上に順に画角ナンバーをＦ１，Ｆ２，Ｆ３，・・・ＦＮと定めるとき、透過屈折型光学系から射出する光束の主光線がＸＺ面において広がる角度が、
Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ４＜・・・＜ＦＮ
であることを特徴とする画像拡大光学系。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の画像拡大光学系において、
該透過屈折型光学系のみによって得られる像面の法線が、ＹＺ面において基準光線に対して非平行となることを特徴とする画像拡大光学系。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の画像拡大光学系において、
該透過屈折型光学系のみによって得られる像のＸ方向の倍率が、
前記像面の＋Ｙ側の倍率＞前記像面の−Ｙ側における倍率
であることを特徴とする画像拡大光学系。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一つに記載の画像拡大光学系において、
前記反射型光学系は、前記ライトバルブのＹ方向に下から上に画角ナンバーをＦ１、Ｆ２、Ｆ３・・・ＦＮと定めるとき、前記第２反射型光学素子による反射角が、
Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３・・＜ＦＮ
となることを特徴とする画像拡大光学系。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一つに記載の画像拡大光学系において、
前記反射型光学系は、前記第２反射型光学素子から射出する集光光束の開口数ＮＡが、
０．１＞ＮＡ＞０．０１
の条件を満たすことを特徴とする画像拡大光学系。
【請求項１０】
画像拡大光学系を備える画像表示装置において、
前記画像拡大光学系は、請求項１乃至９のいずれか一つに記載の画像拡大光学系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】
本発明は、リアプロジェクタ装置やリアプロテレビ等に応用される画像表示装置に関し、より詳しくは、照明手段によるライトバルブへの照明に伴い該ライトバルブ上に生成される原画像を光学的手段によって拡大する光学系に用いられる画像拡大光学系、及び、その画像拡大光学系を備えた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、透過型、反射型ドットマトリクス液晶、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等を用いた表示装置（以下ライトバルブと称する）を用い、このライトバルブに表示される画像をスクリーンに投射して大画面として見せる投射方式が着目されている。
しかし、大画面を投射するに当たり、ライトバルブ自体を大面積化するには、製作のうえで欠陥のない大型液晶表示装置を得ることは容易でなく、仮に得られたとしても極めて高価になる。
【０００３】
このようなことから、透過型（または反射型）液晶や、ＤＭＤ等のライトバルブを用いてこれに表示される元画像をスクリーンに拡大投射すれば、元画面の大きさに制約を受けず、迫力のある大画面を得ることが可能である。
しかし、通常の投射方式によりスクリーンの正面から投射すると、暗い室内でしか使用することができず、利用範囲が限られるばかりでなく、別置きのスクリーンを用意しなければならないため、手軽に使用する上において難がある。
【０００４】
上記のような事情から、ライトバルブを用いて拡大投射する光学系を装置筐体（以下、キャビネットと言う）の内部に納め、キャビネットの前面に設けたスクリーンに背面投射して、キャビネットの前面から拡大画像を見ることができるようにしたディスプレイ型のリアプロジェクタ装置が提供されるに至っている。
【０００５】
リアプロジェクタ装置においても、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）デバイス、透過型液晶パネル、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror  Device）などに代表されるライトバルブを照明し、ライトバルブの画像を拡大投射手段によってスクリーン上に拡大投射することによって、サイズの小さいライトバルブを用いても大画面が得られていることは周知の通りである。また、拡大投射手段としては、一般にレンズ光学系によってライトバルブ上の画素から形成されるディジタル画像を拡大し、反射ミラーにより折り返すことによって、光学系スクリーン上に拡大された画像面の位置が一致するようにしている。
【０００６】
この種のライトバルブを用いた従来のリアプロジェクタ装置は、例えば特許文献１（実開平１−８５７７８号公報）にも見られるように、光源からの照明光を透過型液晶パネルに照射し、この液晶パネルに表示される画像を投影レンズにより拡大して反射ミラーにより光路を変換させ、スクリーンの背面に導く構造である。こうすることにより投射光学系は全てキャビネット内に納められ、任意の場所へ移動が可能であり、かつ明るい室内であってもスクリーン上の画像を見ることができる。
【０００７】
また、リアプロジェクタ装置は業務用途に使用されていたが、近年は、画質の向上とコストパフォーマンスの改善効果によって、リアプロテレビとして一般家庭へも浸透しつつある。
【０００８】
従来のリアプロジェクタ装置の課題として、装置の薄型化が上げられている。これは、プラズマテレビや液晶テレビとの競合において比較される項目であり、現状では、リアプロジェクタ装置の厚さがユーザに圧迫感を与えているということである。
そこで、リアプロジェクタ装置の薄型化を達成するために、例えば特許文献２（特開２００１−２２２０６３号公報）に記載の「リアプロジェクション光学系」のように、反射光学系を駆使して薄型化を図ることが提案されているが、反射光学系は、屈折光学系に比べてその精度誤差が性能に与える影響が単純に２倍となるために、従来の投射光学系での公差設定より一段厳しくなるという問題点がある。
【０００９】
あるいは、薄型化に対処するために広角レンズと非球面ミラーを含む非平面ミラーを３枚程度使用して薄さ２５０ｍｍを実現したリアプロジェクタが商品化されているが、家庭用テレビとして普及するレベルの装置コストの低廉化には未だ至っていない。また、同装置では後述する課題、すなわちスクリーン下部の高さ（以下、袴下と称する）が長くなる（数１０ｃｍ位ある）という問題がある。
【００１０】
別なる課題として、当該装置におけるスクリーン下部の高さ（袴下）を短くしてほしいという課題がある。この課題は、一般家庭においてユーザはソファあるいは椅子に座った状態で画面を鑑賞するので、画面の中心位置の高さがユーザの目の高さよりも高くなると見ずらくなる。この傾向は画面サイズが大型化するほど顕著である。
ところが、画面サイズが大型化すると、画面中心から画面下までの距離Ｌ１も長くなることは明らかであり、例えば画面の対角長が６０インチで画面の縦横比が９：１６の場合を例にとると、Ｌ１は略４０ｃｍであり、これは着座したユーザの目の高さよりは低い。
【００１１】
しかしながら、リアプロテレビをオーディオラックやテレビ台の上に設置して、各種のオーディオ装置をラックに収納するという条件においては、ラックの高さＬ２が加わるので、画面の中心位置の高さはＬ１＋Ｌ２であり、ラックに収納するオーディオ装置としてビデオテープレコーダー、ＤＶＤプレーヤー、ＤＶＤレコーダー、ＨＤＤレコーダー、あるいはこれらの複合機などを考慮すると、ラックの高さＬ２は少なくとも２０ｃｍ程度になる。これに袴下の高さが加算されると、テレビ画面がユーザの目の高さよりも高くなって、見ずらくなってくる。市場で競合するプラズマテレビや液晶テレビは袴下の高さがほとんどないに等しいため、袴下が長いことがリアプロテレビのデメリットになる。
【００１２】
前述の特許文献２に記載の従来技術では、反射光学系によって投射光学系を構築しているが、この構成では袴下は長くなってしまう。特に投射レンズ系の射出光を非球面ミラーによって偏向反射させるタイプでは、この非球面ミラーは、投射レンズ系の射出端に近接しており、スクリーンの下側にあるので、袴下が長くなっている。また、投射レンズ系は広角タイプなので射出画角が大きく、射出光束を受ける非球面ミラーの小型化には限界があり、非球面ミラーの大型化はコスト低廉化の阻害要因となる。
【００１３】
また、特許文献２に記載の従来技術では、非球面ミラーによって偏向反射した光束を、リアプロジェクタ筐体の背面に設けた折り返しミラーで偏向反射して、リアプロジェクタ前面のスクリーンに光束を導いている。つまり、非球面ミラーはリアプロジェクタ筐体の前面側にあるので、スクリーンの位置を非球面ミラーよりも上に設けないと、非球面ミラーの影がスクリーンに映ってしまうということもあり、非球面ミラーの影が映らないようにすると、袴下がより長くなってしまう。従って、この構成では袴下の短縮は難しい。
【００１４】
さらに別の課題として、装置コストの低廉化が挙げられる。リアプロテレビは、プラズマテレビや液晶テレビよりも市況価格が低く、このことはリアプロテレビの優位点の一つになっている。従って、上述した薄型化や袴下の短縮の課題に対しては、コスト優位性を損なうことなく対応しなければならない。しかし、薄型タイプでは、スクリーンへの背面入射角度の増加に伴う特殊なフレネル形状を必要とし、コスト低廉化の阻害要因となっている。
【００１５】
【特許文献１】実開平１−８５７７８号公報
【特許文献２】特開２００１−２２２０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも袴下が短く、また、薄型であり、スクリーンへの入射角度が浅く、性能およびコストに優れた画像表示装置を実現することができる画像拡大光学系と、その画像拡大光学系を備えた画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述の目的を達成するため、本発明では以下のような技術的手段を採っている。
本発明の第１の手段は、少なくともライトバルブと、該ライトバルブを照明する照明手段と、前記ライトバルブ上の原画像をスクリーンに表示する光学系とを備えた画像表示装置に用いられる画像拡大光学系において、前記画像拡大光学系は、透過屈折型光学系と反射型光学系とから構成され、前記反射型光学系は、前記透過屈折型光学系から射出した光束を、装置筐体の縦方向（以下、Ｙ方向とする）に反射偏向する第１反射型光学素子と、前記第１反射型光学素子と前記スクリーンの中心を挟んでスクリーン縦方向に対向する位置に配置された負のパワーを有する反射面を持った第２反射型光学素子と、前記スクリーンと対向して配置されている第３反射型光学素子とから構成され、前記第１反射型光学素子によって反射された光束は前記第２反射型光学素子によって前記第３反射型光学素子に導かれた後、前記第３反射型光学素子で反射されて前記スクリーン上に結像することを特徴とする。
なお、前記装置筐体の縦方向（高さ方向）をＹ方向、奥行き方向（厚さ方向）をＸ方向、幅方向をＺ方向とし、スクリーン面に平行な面をＹＺ面、筐体底板に平行な面（水平面）をＸＺ面とする。
【００１８】
本発明の第２の手段は、第１の手段の画像拡大光学系において、前記透過屈折型光学系は、前記ライトバルブの法線に対して傾斜して配置されていることを特徴とする。
また、本発明の第３の手段は、第１乃至第２のいずれか一つの手段の画像拡大光学系において、前記透過屈折型光学系は、光軸が前記ライトバルブの法線に対してＹＺ面において時計回りに正の角度を成すように配置されていることを特徴とする。
さらに本発明の第４の手段は、第３の手段の画像拡大光学系において、前記光軸が、前記ライトバルブの法線と平行な方向に平行偏心していることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第５の手段は、第１〜第４のいずれか一つの手段の画像拡大光学系において、前記ライトバルブのＹ方向に下から上に順に画角ナンバーをＦ１，Ｆ２，Ｆ３，・・・ＦＮと定めるとき、透過屈折型光学系から射出する光束の主光線がＸＺ面において広がる角度が、
Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ４＜・・・＜ＦＮ
であることを特徴とする。
また、本発明の第６の手段は、第１〜第５のいずれか一つの手段の画像拡大光学系において、該透過屈折型光学系のみによって得られる像面の法線が、ＹＺ面において基準光線に対して非平行となることを特徴とする。
さらに本発明の第７の手段は、第１〜第６のいずれか一つの手段の画像拡大光学系において、該透過屈折型光学系のみによって得られる像のＸ方向の倍率が、
前記像面の＋Ｙ側の倍率＞前記像面の−Ｙ側における倍率
であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第８の手段は、第１乃至第７のいずれか一つの手段の画像拡大光学系において、前記反射型光学系は、前記ライトバルブのＹ方向に下から上に画角ナンバーをＦ１、Ｆ２、Ｆ３・・・ＦＮと定めるとき、前記第２反射型光学素子による反射角が、
Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３・・＜ＦＮ
となることを特徴とする。
また、本発明の第９の手段は、第１乃至第８のいずれか一つの手段の画像拡大光学系において、前記反射型光学系は、前記第２反射型光学素子から射出する集光光束の開口数ＮＡが、
０．１＞ＮＡ＞０．０１
の条件を満たすことを特徴とする。
【００２１】
本発明の第１０の手段は、画像拡大光学系を備える画像表示装置において、前記画像拡大光学系は、第１乃至第９のいずれか一つの手段の画像拡大光学系であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、第１乃至第９のいずれか一つの手段の画像拡大光学系を用いることにより、袴下が短く、薄型である優れた画像表示装置を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、従来よりも袴下が短く、また、薄型であり、スクリーンへの入射角度が浅く、性能およびコストに優れた画像表示装置を実現するための画像拡大光学系の構成条件を提示するものである。
より詳しくは、本発明は、スクリーンへの斜め投射による台形歪の除去（補正）に有効なる画像拡大光学系の構成条件を提示するものである。
また、本発明は、スクリーンへの斜め投射に必要となる、光路長の画角による差を発生させるに好適な画像拡大光学系の構成条件を提示するものである。
さらに本発明は、斜め入射光学系によって生じる台形歪を相殺するに好適な画像拡大光学系の構成条件を提示するものである。
さらに本発明は、スクリーンへの斜め入射条件で、スクリーン面上で合焦しかつ小径スポットを得て高解像画像を投射する画像拡大光学系の構成条件を提示するものである。
さらに本発明は、従来と同等以下の薄型構成でありながら装置の袴下が短く、スクリーンへの入射角度が小さいゆえにスクリーンのフレネル面の複雑化を回避してコストの低廉化が可能な独自構成の薄型な画像表示装置を提供するものである。
以下、本発明の具体的な構成、動作及び作用効果を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００２４】
本発明の目的である、従来より袴下が短く、また、薄型であり、スクリーンへの入射角度が浅い画像表示装置を提供する構成を図１に示す。
図１は本発明の一実施例を示す画像拡大光学系を備えた画像表示装置の構成説明図であり、（Ａ）は画像表示装置のレイアウト構成を模式的に示す正面図、（Ｂ）は画像表示装置のレイアウト構成を模式的に示す側面図、（Ｃ）は透過屈折型光学系の変形構成例を示す図である。なお、図１において、画像表示装置の装置筐体１０７の縦方向（高さ（Ｈ）方向）をＹ方向、奥行き方向（厚さ（Ｄ）方向）をＸ方向、幅（Ｗ）方向をＺ方向とし、スクリーン１０６のスクリーン面に平行な面をＹＺ面、装置筐体の底板に平行な面（水平面）をＸＺ面とする。
【００２５】
図１（Ａ）、（Ｂ）において、この画像表示装置１０８は、ライトバルブ１０１と、該ライトバルブ１０１を照明する照明手段（図示せず）と、ライトバルブ１０１上の原画像１０３を拡大投射する拡大投射手段１０４と、原画像１０３の拡大投射像を投射するスクリーン１０６と、装置筐体１０７を有する。この画像表示装置１０８の拡大投射手段１０４は、透過屈折型光学系１１１と反射型光学系１１２から構成される画像拡大光学系１１０である。この画像拡大光学系１１０において、透過屈折型光学系１１１は反射型光学系１１２よりもライトバルブ１０１側に配置されている。また、反射型光学系１１２は、第１反射型光学素子１１３と、第２反射型光学素子１１４と、第３反射型光学素子１１５の少なくとも３つの反射型光学素子を有する光学系から成り立っている。
【００２６】
より詳しく述べると、画像拡大光学系１１０の反射型光学系１１２は、第１反射型光学素子１１３、第２反射型光学素子１１４、第３反射型光学素子１１５の少なくとも３つの反射型光学素子で構成され、第１反射型光学素子１１３は、透過屈折型光学系１１１から射出した光束１１６を、装置筐体１０７の縦方向（＝＋Ｙ方向）に反射偏向する。また、第３反射型光学素子１１５は、装置筐体１０７の内側にスクリーン面と対向して配置されている。また、第２反射型光学素子１１４はスクリーン１０６の最上部乃至それよりも筐体１０７の上部に配置された負のパワーを有する反射面を有し、前記第１反射型光学素子１１３によって反射偏向された光束１１６を第３反射型光学素子１１５に導くように構成され、第３反射型光学素子１１５で反射偏向された光束１１６はスクリーン１０６上に結像する。
【００２７】
第１反射型光学素子１１３は図示するようにスクリーン下部の中央に配置されている。そして、透過屈折型光学系１１１の最終面からの距離を短かくすることによって面の大型化を回避することができ、薄型にも貢献する。また、第３反射型光学素子１１５からスクリーン１０６下に至る光束を遮らないようにしたので、第１反射型光学素子１１３の影はスクリーン１０６に出ない。このようにしてスクリーン１０６の袴下が長くならないように構成した。透過屈折型光学系１１１はスクリーン１０６の下部で、スクリーン１０６の横手方向の筐体内のスペースに、筐体底面と略平行に設けることができる。このようにすると袴下が長くなることを回避できる。また、第３反射型光学素子１１５からスクリーン１０６への入射光線とスクリーンの法線とが成す入射角度が小さい画像表示装置が可能となる。透過屈折型光学系１１１はレンズ間距離があれば途中で折り曲げることもできる。折り曲げる際には図１（Ｃ）に示すように筐体底面と平行な面内（ＸＺ面内）で折り曲げることが望ましい。なお、図１（Ａ）、（Ｂ）に示す画像表示装置１０８は、天地を逆にしても使用することができる。
【００２８】
上記の構成の画像表示装置１０８の照明手段においては、照明光源として、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、あるいは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができる。また、ライトバルブ１０１は１枚のライトパネル構成で、ＲＧＢの３色の画像をタイムシーケンシャルに表示させることができる。あるいは、ライトバルブ１０１を３枚用い、照明光をＲＧＢの３色に分解し、３枚のライトバルブを各々の色で照明してＲＧＢの３色の元画像を生成し、これらを色合成プリズムを用いて合成して拡大投射させることもできる。
なお、スクリーン面を物体面、ライトバルブ１０１の面を像面として、ライトバルブ１０１の位置にＣＣＤなどの撮像デバイスを設けることによって、薄型の画像取り込み装置として動作させることもできる。
【００２９】
次にスクリーンへの斜め投射による台形歪の除去（補正）に有効な光学系の構成を図２に示す。
図１に示す画像表示装置の画像拡大光学系１１０においては、図２に示すように、ライトバルブ１０１の法線に対して透過屈折型光学系１１１を傾斜（チルト偏心）して配置させることによって、スクリーン面上での像の歪を補正することができる。また、チルト偏心させるときに、筐体の底板と平行な面内（ＸＺ面内）でチルト偏心させれば、偏心させても透過屈折型光学系Ａが筐体の高さ（Ｈ）方向に高くなることを回避できるので、袴下を長くすることなく、像の歪みも補正することが可能となる。この場合には、筐体の幅（Ｗ）方向（Ｚ方向）、高さ（Ｈ）方向（Ｙ方向）、奥行き（Ｄ）方向（Ｘ方向）に対して、ライトバルブ１０１の長手方向の向きをＨ方向に一致させ、第１反射型光学素子１１３によって、ライトバルブ１０１の縦横が反転するように第２反射型光学素子１１４に偏向反射させることが望ましい。
【００３０】
図１に示す構成のレイアウトの場合には、図２に示すように、透過屈折型光学系１１１の光軸がライトバルブ１０１の法線に対してＹＺ面において時計回りに正の角度を成すように配置すると、スクリーンに対する斜め投射条件と整合する方向への台形歪補正に有効な回転偏心方向が規定されるので、スクリーン上での台形歪が補正される。
【００３１】
また、スクリーンへの斜め投射に必要となる光路長の画角による差を生じさせるための構成について図３に示す。図３に示すように、透過屈折型光学系１１１をライトバルブ１０１に対して平行偏心成分を与えて、ライトバルブ１０１を透過屈折型光学系１１１の光軸に対して平行にズレた状態（平行な方向に平行偏心）にすると、透過屈折型光学系１１１を通過する光路長を、ライトバルブ１０１の上下ないし左右で非対称にすることができるので、スクリーン１０６に斜め投射する光学レイアウトにおいては、スクリーン１０６の上下に至る光路長差を生み出す上で効果がある。つまり、光路長の長い画角（例えば、スクリーンの下に至る画角）と、光路長の短い画角（スクリーンの上に至る画角）の光束を共にスクリーン上に良好に集光させることが可能となる。
【００３２】
また、スクリーンへの斜め投射により生ずる台形歪を相殺するための構成について図４（Ａ）に示す。図４（Ａ）に示すように、ライトバルブ１０１のＹ方向（Ｈ方向）に下から上に順次画角ナンバーをＦ１、Ｆ２、Ｆ３、・・・ＦＮと定めるとき、スクリーンの高さ（Ｈ）方向の倍率をとるように第２反射型光学素子１１４の形状を整えると、第２反射型光学素子１１４に入射する各画角の光束の位置におけるスクリーン１０６の横方向への反射角度は、
Ｆ１＞Ｆ２＞Ｆ３・・・＞ＦＮ
であるので、図４（Ｂ）に示すように、透過屈折型光学系１１１から射出する光束の主光線がＸＺ面（ＤＷ面）において広がる角度を、
Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ４＜・・・＜ＦＮ
とすると、スクリーン上での台形歪を補正することができる。つまり、透過屈折型光学系により発生させる台形歪が、斜め入射により生じる台形歪を相殺することになり、スクリーン上では台形歪が消失することになる。このようにすれば、第２反射型光学素子１１４の反射面が軸対称非球面形状でも台形歪を補正できる。もちろん、軸対称非球面のかわりにＸＹポリノミナル面を用いれば、面形状の自由度は増大するので、台形歪は更に良好に補正できる。
【００３３】
上記の光学系では、第１反射型光学素子１１３、第３反射型光学素子１１５は平面ミラーからなる折り返しミラーであるので、集光性能に対する寄与はなく、第２反射型光学素子１１４は集光性能に寄与するが、これによる性能補正には限りがあるので、透過屈折型光学系１１１の性能が重要である。そこで、画角による所望の光路長差を透過屈折型光学系によって発生させるための構成を図５に示す。ここで、図５に示すように、透過屈折型光学系１１１のみによって得られる像面５０１の法線５０１ＡがＹＺ面（ＨＷ面）において基準光線５０２に対し非平行となるようにすることによって、ミラーで折り返しをした場合にスクリーン面の位置に所定の倍率の像が得られることがわかった。このことは、スクリーン１０６に対して斜めに投射するという本構成において重要である。また、透過屈折型光学系１１１によって得られる像とスクリーンサイズの差が大きいと、第２反射型光学素子１１４にかかる倍率補正負荷が増加するが、略一致させておけば、第２反射型光学素子１１４にかかる倍率補正負荷を軽減することができる。すなわち、画角による光路長差を透過屈折型光学系によって生じさせることで、反射型光学系と組み合わせても、所望の光路長差を確保することができる。
【００３４】
あるいは、斜め入射によって生ずる台形歪を相殺するために、図６に示すように、透過屈折型光学系１１１のみによって得られる像６０１のＸ（Ｄ）方向の倍率が、
像面の＋Ｙ（Ｈ）側の倍率＞像面の−Ｙ（Ｈ）側における倍率
となるようにする（つまり図６においてはＢＣ＞ＡＤとなるようにする）ことによって、反射屈折型光学系Ｂと組み合わせた合成系における台形歪収差を補正することができる。つまり、透過屈折型光学系により発生させる台形歪が、斜め入射により生じる台形歪を相殺することになり、スクリーン上では台形歪が消失することになる。
【００３５】
あるいは、斜め入射によって生ずる台形歪を相殺するために、第２反射型光学素子１１４の面形状を、ライトバルブ１０１のＹ方向に下から上に画角ナンバーをＦ１、Ｆ２、Ｆ３・・・ＦＮと定めるとき、図７に示すように、第２反射型光学素子１１４による反射角が、
Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３・・＜ＦＮ
を満たす形状とすることによっても台形歪を補正することができる。つまり、透過屈折型光学系により発生させる台形歪が、斜め入射により生じる台形歪を相殺することになり、スクリーン上では台形歪が消失することになる。
図７では、第２反射型光学素子１１４に向かう各画角の光路がＹＺ面上ではほぼ一致しているが、第２反射型光学素子１１４で反射したあとの光路は画角によって異なり、上に定めた画角ＦＮの方向が上に定めた画角Ｆ１よりもＺ方向に広がる様子を示している。
【００３６】
上述の画像拡大光学系１１０において、第２反射型光学素子１１４から射出する集光光束の開口数ＮＡが０．１より大きいと、集光位置におけるスポットサイズは小さくできる反面、スクリーン１０６より手前側に焦点ができてしまう。また、ＮＡが０．０１より小さいと、スクリーン面上で合焦してもスポットサイズが大きくなり、高い解像度を得ることができない。そこで、スクリーンへの斜め入射を行うにも係わらず、スクリーン面上で合焦し、且つ小径スポットを得て高解像度を投射するために、
０．１＞ＮＡ＞０．０１
の条件を満たしていると、これらの不具合を解消することができる。このような条件により、スクリーン面の全域にて合焦し、かつ、スポット径が１ｍｍ以下のＸＧＡ以上の高精細な画像を生成することが可能となる。
【００３７】
ここで図８に示す補足説明図は画像表示装置の画像拡大光学系１１０の側面図（ＹＺ面図）であり、３つの画角の光束１１６は、第１反射型光学素子１１３で反射偏向されて第２反射型光学素子１１４で反射偏向され、第３反射型光学素子１１５で反射偏向されて、スクリーン１０６に集光する状態を示しているが、ここで第１反射型光学素子１１３に至る光束のＮＡは、第１反射型光学素子１１３からスクリーン１０６に至る光束のＮＡとは必ずしも一致しないので、スクリーン１０６に至る光束のＮＡが、
０．１＞ＮＡ＞０．０１
であることが望ましく、透過屈折型光学系１１１から第１反射型光学素子１１３に至る光束のＮＡは前記の範囲を越えていてもよい。
【００３８】
以上のような特徴を備えた透過屈折型光学系１１１および反射型光学系１１２（反射型光学素子１１３，１１４，１１５）を併備した画像拡大光学系１１０によって、筐体１０７の奥行きが２５０ｍｍ以下で、スクリーンサイズが６０インチの薄型リアプロジェクタ装置を実現することができ、ＸＧＡ以上の解像度においてスクリーン１０６の全域で５０％以上のＭＴＦが得られ、画像の歪も実用上問題ないレベルに補正することができる。また、装置の袴下の長さをほぼゼロにすることもできる。また、装置の背面で光路を折り返す構成をとっているために、装置が薄型であるにもかかわらず、スクリーン１０６への入射角度は、この折り返しを行わない場合と比較して深く（垂直に近い方向に）、つまり小さくすることができる。これにより、折り返しを行わない構成と比較した場合に、スクリーン１０６の入射側面に特殊なフレネル面を形成する必要性が回避もしくは軽減される。また、フレネル面を形成する必要が生じないので、装置のコストを低廉化することができるという効果も得られる。
【００３９】
以上、実施例に基づいて説明したように、本発明の画像拡大光学系は、透過屈折型光学系と反射型光学系とから構成され、前記反射型光学系は、前記透過屈折型光学系から射出した光束を、装置筐体の縦方向（Ｙ方向）に反射偏向する第１反射型光学素子と、前記第１反射型光学素子と前記スクリーンの中心を挟んでスクリーン縦方向に対向する位置に配置された負のパワーを有する反射面を持った第２反射型光学素子と、前記スクリーンと対向して配置されている第３反射型光学素子とから構成され、前記第１反射型光学素子によって反射された光束は前記第２反射型光学素子によって前記第３反射型光学素子に導かれた後、前記第３反射型光学素子で反射されて前記スクリーン上に結像することにより、従来よりも袴下が短く、かつ画像拡大投射光学系のサイズも大型化せず、薄型で、スクリーンへの入射角度（スクリーンの法線と入射光線が成す角）が小さい画像表示装置（例えばリアプロジェクション装置）を実現でき、装置のコストも低廉化できる。
【００４０】
本発明の画像拡大光学系では、前記透過屈折型光学系は、前記ライトバルブの法線に対して傾斜して配置されていることにより、薄型投射方式において必然的にとらざるをえないと考えられている斜め投射光学系において課題となる台形歪の補正を行うことができる。また、透過屈折型光学系と反射型光学系の配置を工夫することによって、傾ける方向を装置の底面と平行方向にとれるので、ライトバルブ装置の袴下を長くすることなく補正することができる。
【００４１】
本発明の画像拡大光学系では、前記透過屈折型光学系は、光軸が前記ライトバルブの法線に対してＹＺ面（スクリーン面に平行な面）において時計回りに正の角度を成すように配置されていることにより、スクリーンに対する斜め投射条件と整合する方向への台形歪補正に有効な回転偏心方向が規定されており、台形歪補正に有効な構成を提示できる。
また、本発明の画像拡大光学系では、前記光軸が、前記ライトバルブの法線と平行な方向に平行偏心していることにより、斜め投射光学系で必要となる、画角間での光路長差を発生させることができ、光路長の長い画角（スクリーンの下に至る画角）と光路長の短い画角（スクリーンの上に至る画角）の光束を共にスクリーン上に良好に集光させることができる。
【００４２】
本発明の画像拡大光学系では、前記ライトバルブのＹ方向に下から上に順に画角ナンバーをＦ１，Ｆ２，Ｆ３，・・・ＦＮと定めるとき、透過屈折型光学系から射出する光束の主光線がＸＺ面（筐体底板に平行な面（水平面））において広がる角度が、
Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ４＜・・・＜ＦＮ
であることにより、透過屈折型光学系において発生させる台形歪が、斜め入射光学系によって生じる台形歪を相殺することになって、スクリーン上では台形歪を消失することができる。
【００４３】
本発明の画像拡大光学系では、該透過屈折型光学系のみによって得られる像面の法線が、ＹＺ面において基準光線に対して非平行となることにより、第４の手段と同様の作用、すなわち画角による光路長差を透過屈折型光学系によって発生させることで、反射型光学系と組み合わせた合成系において、所望の光路長差を確保できるという効果が得られる。
【００４４】
本発明の画像拡大光学系では、該透過屈折型光学系のみによって得られる像のＸ方向の倍率が、
前記像面の＋Ｙ側の倍率＞前記像面の−Ｙ側における倍率
であることにより、透過屈折型光学系において発生させる台形歪が、斜め入射光学系によって生じる台形歪を相殺することになって、スクリーン上では台形歪を消失することができる。
【００４５】
本発明の画像拡大光学系では、前記反射型光学系は、ライトバルブのＹ方向に下から上に画角ナンバーをＦ１、Ｆ２、Ｆ３・・・ＦＮと定めるとき、第２反射型光学素子による反射角が、
Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３・・＜ＦＮ
となることにより、透過屈折型光学系による残余の台形歪を第２反射型光学素子によってさらに補正することができる。
また、本発明の画像拡大光学系では、前記反射型光学系は、第２反射型光学素子から射出する集光光束の開口数ＮＡが、
０．１＞ＮＡ＞０．０１
の条件を満たすことにより、スクリーン面の全域にて合焦し、かつ、スポット径が１ｍｍ以下のＸＧＡ以上の高精細な画像を生成可能となる。
【００４６】
本発明の画像表示装置では、画像拡大光学系は、上述の構成の画像拡大光学系であることにより、従来と同等以下の薄型構成でありながら装置の袴下が短く、スクリーンへの入射角度が小さいゆえにスクリーンのフレネル面の複雑化を回避してコストの低廉化が可能な独自構成の画像表示装置（例えば薄型リアプロジェクション装置、薄型リアプロテレビ）を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例を示す画像拡大光学系を備えた画像表示装置の構成説明図であり、（Ａ）は画像表示装置のレイアウト構成を模式的に示す正面図、（Ｂ）は画像表示装置のレイアウト構成を模式的に示す側面図、（Ｃ）は透過屈折型光学系の変形構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る透過屈折型光学系の配置方法の説明図である。
【図３】本発明に係る透過屈折型光学系の配置方法の説明図である。
【図４】本発明に係る透過屈折型光学系による台形歪の補正方法の説明図である。
【図５】本発明に係る透過屈折型光学系のみによって得られる像面と倍率の説明図である。
【図６】本発明に係る透過屈折型光学系のみによって得られる像のＸ方向の倍率の説明図である。
【図７】本発明に係る第２反射型光学素子による台形歪の補正方法の説明図である。
【図８】本発明の補足説明図であって、画像拡大光学系の側面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０１：ライトバルブ
１０３：元画像
１０４：拡大投射手段
１０５：像面
１０６：スクリーン
１０７：装置筐体
１０８：画像表示装置
１１０：画像拡大光学系
１１１：透過屈折型光学系
１１２：反射型光学系
１１３：第１反射型光学素子
１１４：第２反射型光学素子
１１５：第３反射型光学素子
【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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