(57)【要約】  本画像表示装置は、光源と、画像生成部と、投射光学系とを具備する。画像生成部は、光源からの光をもとに画像光を生成する。投射光学系は、第１のレンズ系と、第１の反射光学系と、第２のレンズ系と、第２の反射光学系とを有する。第１のレンズ系は、生成された画像光を屈折させる。第１の反射光学系は、第１のレンズ系により屈折された画像光を折り返して反射する第１及び第２の反射面を有する。第２のレンズ系は、第２の反射面により反射された画像光を屈折させる。第２の反射系は、第２のレンズ系により屈折された画像光を被投射物に向けて反射する凹面反射面を有する。また第１の反射面が形成される第１の光学部品の線膨張係数をα１とすると、５×１０-7＜α１＜３×１０-5の関係を満たすように構成されている。
2020004099.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る光を変調して画像光を生成する画像生成部と、
全体で正の屈折力を有し、前記生成された画像光を屈折させる第１のレンズ系と、
前記第１のレンズ系により屈折された前記画像光を折り返して反射する第１の反射面と、前記第１の反射面により反射された前記画像光を折り返して反射する第２の反射面とを有する第１の反射光学系と、
全体で正の屈折力を有し、前記第２の反射面により反射された前記画像光を屈折させる第２のレンズ系と、
前記第２のレンズ系により屈折された前記画像光を被投射物に向けて反射する凹面反射面を有する第２の反射光学系と
を有する投射光学系と
を具備し、
前記第１の反射面が形成される第１の光学部品の線膨張係数をα１とすると、
５×１０-7＜α１＜３×１０-5
の関係を満たすように構成されている
画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記第２の反射面が形成される第２の光学部品の線膨張係数をα２とすると、
５×１０-7＜α２＜３×１０-5
の関係を満たすように構成されている
画像表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像表示装置であって、
前記第１の光学部品及び前記第２の光学部品の少なくとも一方は、ガラスにより構成される
画像表示装置。
【請求項４】
請求項２に記載の画像表示装置であって、
前記第１の光学部品及び前記第２の光学部品は、ガラスにより構成される
画像表示装置。
【請求項５】
請求項２に記載の画像表示装置であって、
前記第１の光学部品は、前記第１の反射面とは異なる領域に形成された、前記画像光を透過させる１以上の透過面を有し、
前記第１の光学部品の前記１以上の透過面は、前記第２のレンズ系として機能する
画像表示装置。
【請求項６】
請求項２に記載の画像表示装置であって、
前記第２の光学部品は、前記第２の反射面とは異なる領域に形成された、前記画像光を透過させる１以上の透過面を有し、
前記第２の光学部品の前記１以上の透過面は、前記第１のレンズ系として機能する
画像表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系は、所定の基準軸を基準として構成され、
前記第１のレンズ系は、前記画像光が入射する入射面と、前記入射面から入射した前記画像光を屈折させて前記第１の反射面へ出射する出射面とを有し、前記第１の反射面に最も近い位置に配置される直近の光学部品を有し、
前記基準軸からの光線高さをｈ、前記光線高さに応じた前記直近の光学部品の前記入射面の形状を表す関数Ｚｆ（ｈ）を光線高さで微分した導関数をＺ'ｆ（ｈ）、前記光線高さに応じた前記直近の光学部品の前記出射面の形状を表す関数Ｚｒ（ｈ）を光線高さで微分した導関数をＺ'ｒ（ｈ）、前記入射面に対して前記基準軸から最も離れた位置に入射する最外入射光の前記入射面への入射位置に対応する光線高さをｈｍａｘ１、前記最外入射光が前記出射面から出射される出射位置に対応する光線高さをｈｍａｘ２とすると、
１＜｜Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）−Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）｜＜４５
の関係を満たすように構成されている
画像表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の画像表示装置であって、
前記最外入射光は、前記画像生成部の前記基準軸から最も離れた位置から出射される光である
画像表示装置。
【請求項９】
請求項７に記載の画像表示装置であって、
前記直近の光学部品の前記入射面及び前記出射面の少なくとも一方は、非球面である
画像表示装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の画像表示装置であって、
前記直近の光学部品の前記入射面及び前記出射面は、非球面である
画像表示装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の画像表示装置であって、
前記直近の光学部品は、プラスチックにより構成される
画像表示装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記第１のレンズ系に含まれる、プラスチックとは異なる材料により構成され、正の屈折力を有する１以上の光学部品の各々の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、
−５＜ｄｎ／ｄＴ＜５
の関係を満たすように構成されている
画像表示装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記第１のレンズ系に含まれる、プラスチックとは異なる材料により構成され、負の屈折力を有する１以上の光学部品の各々の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、
−５＜ｄｎ／ｄＴ＜５
の関係を満たすように構成されている
画像表示装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の画像表示装置であって、
前記第１のレンズ系は、前記画像光が入射する入射面と、前記入射面から入射した前記画像光を屈折させて前記第１の反射面へ出射する出射面とを有し、前記第１の反射面に最も近い位置に配置される直近の光学部品を有し、
前記直近の光学部品は、プラスチックにより構成され、
前記第１のレンズ系に含まれる、前記直近の光学部品を除く全ての光学部品は、プラスチックとは異なる材料により構成される
画像表示装置。
【請求項１５】
請求項７に記載の画像表示装置であって、
前記基準軸は、前記第１のレンズ系に含まれる前記画像生成部に最も近い位置に配置されるレンズの光軸を延長した軸である
画像表示装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系は、前記投射光学系に含まれる全ての光学部品の各々の光軸が、前記基準軸に一致するように構成される
画像表示装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の画像表示装置であって、
前記凹面反射面は、回転対称軸が前記基準軸に一致するように構成され、
前記第１の反射面及び前記第２の反射面の各々は、凹面反射面であり、回転対称軸が前記基準軸に一致するように構成される
画像表示装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
第２の反射光学系は、前記被投射物に含まれる平面部分に前記画像光により構成される画像を結像する
画像表示装置。
【請求項１９】
光源から出射される光を変調して生成された画像光を投射する投射光学系であって、
全体で正の屈折力を有し、前記生成された画像光を屈折させる第１のレンズ系と、
前記第１のレンズ系により屈折された前記画像光を折り返して反射する第１の反射面と、前記第１の反射面により反射された前記画像光を折り返して反射する第２の反射面とを有する第１の反射光学系と、
全体で正の屈折力を有し、前記第２の反射面により反射された前記画像光を屈折させる第２のレンズ系と、
前記第２のレンズ系により屈折された前記画像光を被投射物に向けて反射する凹面反射面を有する第２の反射光学系と
を具備し、
前記第１の反射面が形成される第１の光学部品の線膨張係数をα１とすると、
５×１０-7＜α１＜３×１０-5
の関係を満たすように構成されている
投射光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、例えばプロジェクタ等の画像表示装置、及び投射光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクリーン上に投射画像を表示する投射型の画像表示装置として、プロジェクタが広く知られている。最近では、投射空間が小さくても大画面を表示できる超広角のフロント投射型プロジェクタの需要が高まってきている。このプロジェクタを用いれば、スクリーンに対して斜めかつ広角に打ち込むことで、限定された空間において大画面を投射することが可能となる。【０００３】
特許文献１に記載の超広角の投射型プロジェクタでは、投射光学系に含まれる一部の光学部品を移動させることで、スクリーン上に投射される投射画像を移動させる画面シフトが可能となっている。この画面シフトを用いることで、画像位置等の微調整が容易に実行可能となっている（特許文献１の明細書段落［００２３］［００２４］等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５３６５１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
今後とも超広角に対応したプロジェクタは普及していくものと考えられ、装置の小型化・高性能化を実現するための技術が求められている。【０００６】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、超広角に対応可能であり、装置の小型化・高性能化を実現可能な画像表示装置、及び投射光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る画像表示装置は、光源と、画像生成部と、投射光学系とを具備する。
前記画像生成部は、前記光源から出射される光を変調して画像光を生成する。
前記投射光学系は、第１のレンズ系と、第１の反射光学系と、第２のレンズ系と、第２の反射光学系とを有する。
前記第１のレンズ系は、全体で正の屈折力を有し、前記生成された画像光を屈折させる。
前記第１の反射光学系は、前記第１のレンズ系により屈折された前記画像光を折り返して反射する第１の反射面と、前記第１の反射面により反射された前記画像光を折り返して反射する第２の反射面とを有する。
前記第２のレンズ系は、全体で正の屈折力を有し、前記第２の反射面により反射された前記画像光を屈折させる。
前記第２の反射系は、前記第２のレンズ系により屈折された前記画像光を被投射物に向けて反射する凹面反射面を有する。
また画像表示装置は、前記第１の反射面が形成される第１の光学部品の線膨張係数をα１とすると、
５×１０-7＜α１＜３×１０-5
の関係を満たすように構成されている。【０００８】
この画像表示装置では、第１のレンズ系により屈折された画像光が、第１及び第２の反射面の各々により折り返して反射される。これにより投射光学系を大型化することなく、画像光の光路長を十分に確保することが可能となる。この結果、装置の小型化を実現することが可能となる。また第１の反射面が形成される第１の光学部品の線膨張係数が上記の条件式にて規定される。これにより、環境変化の影響を十分に抑えることが可能となり、高性能化が実現される。【０００９】
前記画像表示装置は、前記第２の反射面が形成される第２の光学部品の線膨張係数をα２とすると、
５×１０-7＜α２＜３×１０-5
の関係を満たすように構成されていてもよい。【００１０】
前記第１の光学部品及び前記第２の光学部品の少なくとも一方は、ガラスにより構成されてもよい。【００１１】
前記第１の光学部品及び前記第２の光学部品は、ガラスにより構成されてもよい。【００１２】
前記第１の光学部品は、前記第１の反射面とは異なる領域に形成された、前記画像光を透過させる１以上の透過面を有してもよい。この場合、前記第１の光学部品の前記１以上の透過面は、前記第２のレンズ系として機能してもよい。【００１３】
前記第２の光学部品は、前記第２の反射面とは異なる領域に形成された、前記画像光を透過させる１以上の透過面を有してもよい。この場合、前記第２の光学部品の前記１以上の透過面は、前記第１のレンズ系として機能してもよい。【００１４】
前記投射光学系は、所定の基準軸を基準として構成されてもよい。この場合、前記第１のレンズ系は、前記画像光が入射する入射面と、前記入射面から入射した前記画像光を屈折させて前記第１の反射面へ出射する出射面とを有し、前記第１の反射面に最も近い位置に配置される直近の光学部品を有してもよい。
また画像表示装置は、前記基準軸からの光線高さをｈ、前記光線高さに応じた前記直近の光学部品の前記入射面の形状を表す関数Ｚｆ（ｈ）を光線高さで微分した導関数をＺ'ｆ（ｈ）、前記光線高さに応じた前記直近の光学部品の前記出射面の形状を表す関数Ｚｒ（ｈ）を光線高さで微分した導関数をＺ'ｒ（ｈ）、前記入射面に対して前記基準軸から最も離れた位置に入射する最外入射光の前記入射面への入射位置に対応する光線高さをｈｍａｘ１、前記最外入射光が前記出射面から出射される出射位置に対応する光線高さをｈｍａｘ２とすると、
１＜｜Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）−Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）｜＜４５
の関係を満たすように構成されていてもよい。【００１５】
前記最外入射光は、前記画像生成部の前記基準軸から最も離れた位置から出射される光であってもよい。【００１６】
前記直近の光学部品の前記入射面及び前記出射面の少なくとも一方は、非球面であってもよい。【００１７】
前記直近の光学部品の前記入射面及び前記出射面は、非球面であってもよい。【００１８】
前記直近の光学部品は、プラスチックにより構成されてもよい。【００１９】
前記画像表示装置は、前記第１のレンズ系に含まれる、プラスチックとは異なる材料により構成され、正の屈折力を有する１以上の光学部品の各々の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、
−５＜ｄｎ／ｄＴ＜５
の関係を満たすように構成されていてもよい。【００２０】
前記画像表示装置は、前記第１のレンズ系に含まれる、プラスチックとは異なる材料により構成され、負の屈折力を有する１以上の光学部品の各々の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、
−５＜ｄｎ／ｄＴ＜５
の関係を満たすように構成されていてもよい。【００２１】
前記第１のレンズ系に含まれる、前記直近の光学部品を除く全ての光学部品は、プラスチックとは異なる材料により構成されてもよい。【００２２】
前記基準軸は、前記第１のレンズ系に含まれる前記画像生成部に最も近い位置に配置されるレンズの光軸を延長した軸であってもよい。【００２３】
前記投射光学系は、前記投射光学系に含まれる全ての光学部品の各々の光軸が、前記基準軸に一致するように構成されてもよい。【００２４】
前記凹面反射面は、回転対称軸が前記基準軸に一致するように構成されてもよい。この場合、前記第１の反射面及び前記第２の反射面の各々は、凹面反射面であり、回転対称軸が前記基準軸に一致するように構成されてもよい。【００２５】
第２の反射光学系は、前記被投射物に含まれる平面部分に前記画像光により構成される画像を結像してもよい。【００２６】
本技術の一形態に係る投射光学系は、光源から出射される光を変調して生成された画像光を投射する投射光学系であって、前記第１のレンズ系と、前記第１の反射光学系と、前記第２のレンズ系と、前記第２の反射光学系とを具備する。
また投射光学系は、前記第１の反射面が形成される第１の光学部品の線膨張係数をα１とすると、
５×１０-7＜α１＜３×１０-5
の関係を満たすように構成されている。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本技術によれば、超広角に対応可能であり、装置の小型化・高性能化を実現することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】超広角対応の液晶プロジェクタの他の利点を説明するための概略図である。
【図２】第１の実施形態に係る投射型の画像表示装置の構成例を示す概略図である。
【図３】第１の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。
【図４】条件式３を説明するための模式図である。
【図５】画像投影に関するパラメータの一例を示す表である。
【図６】図５に示すパラメータを説明するための模式図である。
【図７】画像表示装置のレンズデータである。
【図８】投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である。
【図９】条件式（１）〜（５）で用いられるパラメータの数値を示す表である。
【図１０】第２の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。
【図１１】画像表示装置のレンズデータである。
【図１２】投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である。
【図１３】条件式（１）〜（５）で用いられるパラメータの数値を示す表である。
【図１４】他の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
［投射型の画像表示装置の概要］
投射型の画像表示装置の概要について、液晶プロジェクタを例に挙げて簡単に説明する。液晶プロジェクタは、光源から照射される光を空間的に変調することで、映像信号に応じた光学像（画像光）を形成する。光の変調には、画像変調素子である液晶表示素子等が用いられる。例えばＲＧＢのそれぞれに対応するパネル状の液晶表示素子（液晶パネル）を備えた、三板式の液晶プロジェクタが用いられる。
【００３１】
光学像は、投射光学系により拡大投影され、スクリーン上に表示される。ここでは投射光学系が、例えば半画角が７０°近辺となる超広角に対応しているものとして説明を行う。もちろんこの角度に限定される訳ではない。
【００３２】
超広角に対応する液晶プロジェクタでは、小さい投射空間であっても大画面を表示することが可能である。すなわち液晶プロジェクタとスクリーンとの距離が短い場合でも、拡大投影が可能である。これにより以下のような利点が発揮される。
【００３３】
液晶プロジェクタをスクリーンに近接して配置することができるので、液晶プロジェクタからの光が人間の目に直接入る可能性を十分に抑制することが可能であり、高い安全性が発揮される。
画面（スクリーン）に人間等の影が映らないため、効率的なプレゼンテーションが可能である。
設置場所の選択の自由度が高く、狭い設置空間や障害物が多い天井等にも、簡単に設置可能である。
壁に設置して使用することで、天井に設置する場合と比べてケーブルの引き回し等のメンテナンスが容易である。
例えば打ち合わせスペース、教室、及び会議室等のセッティングの自由度を増やすことが可能である。
【００３４】
図１は、超広角対応の液晶プロジェクタの他の利点を説明するための概略図である。図１に示すように、テーブル上に超広角対応の液晶プロジェクタ１を設置することで、同じテーブル上に、拡大された画像２を投影することが可能となる。このような使い方も可能であり、空間を効率的に利用することができる。
【００３５】
最近では、学校や職場等での電子黒板（Interactive White Board）等の普及に伴い、超広角対応の液晶プロジェクタの需要が高まっている。またデジタルサイネージ（電子広告）等の分野でも同様の液晶プロジェクタが使われている。なお電子黒板としては、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＰＤＰ（Plasma Display Panel）といった技術を用いることも可能である。これらと比較して、超広角対応の液晶プロジェクタを用いることで、コストを抑えて大画面を提供することが可能となる。なお超広角対応の液晶プロジェクタは、短焦点プロジェクタや超短焦点プロジェクタ等とも呼ばれる。
【００３６】
＜第１の実施形態＞
［画像表示装置］
図２は、本技術の第１の実施形態に係る投射型の画像表示装置の構成例を示す概略図である。画像表示装置１００は、光源１０、照明光学系２０、及び投射光学系３０を含む。
【００３７】
光源１０は、照明光学系２０に対して光束を発するように配置される。光源１０としては、例えば高圧水銀ランプ等が使用される。その他、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ(Laser Diode)等の固体光源が用いられてもよい。
【００３８】
照明光学系２０は、光源１０から発せられた光束を、１次像面となる画像変調素子(液晶パネルＰ)の面上に均一照射するようになっている。照明光学系２０では、光源１０からの光束が、２つのフライアイレンズＦＬと、偏光変換素子ＰＳと、集光レンズＬとを順に通り、偏光のそろった均一な光束に変換される。
【００３９】
集光レンズＬを通った光束は、特定の波長帯域の光だけを反射するダイクロイック・ミラーＤＭによって、ＲＧＢの各色成分光にそれぞれ分離される。ＲＧＢの各色成分光は、全反射ミラーＭやレンズＬ等を介して、ＲＧＢの各色に対応して設けられた液晶パネルＰ（画像変調素子）に入射される。そして、各液晶パネルＰにより、映像信号に応じた光変調が行われる。光変調された各色成分光がダイクロイック・プリズムＰＰによって合成され、画像を構成する画像光が生成される。そして生成された画像光が投射光学系３０に向けて出射される。
【００４０】
照明光学系２０を構成する光学部品等は限定されず、上で述べた光学部品とは異なる光学部品が用いられてもよい。例えば画像変調素子として、透過型の液晶パネルＰに代えて、反射型の液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等が用いられてもよい。また例えば、ダイクロイック・プリズムＰＰに代えて、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、ＲＧＢ各色の映像信号を合成する色合成プリズム、又はＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム等が用いられてもよい。本実施形態において、照明光学系２０は、画像生成部に相当する。
【００４１】
投射光学系３０は、照明光学系２０から出射された画像光を調節し、２次像面となるスクリーン上への拡大投影を行う。すなわち、投射光学系３０により、１次像面（液晶パネルＰ）の画像情報が調節され、２次像面（スクリーン）に拡大投影される。
【００４２】
本実施形態においてスクリーンは被投射物に相当し、スクリーンの画像が投射される部分が被投射物の平面部分に相当する。その他、被投射物は限定されず、図１に示すようなテーブルや建物等の壁等、任意の被投射物への画像の表示に、本技術は適用可能である。
【００４３】
図３は、第１の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。ここでは、照明光学系２０の液晶パネルＰ及びダイクロイック・プリズムＰＰが模式的に図示されている。
【００４４】
以下、ダイクロイック・プリズムＰＰから投射光学系に出射される画像光の出射方向をＺ方向とする。また１次像面（液晶パネルＰ）の横方向をＸ方向とし、縦方向をＹ方向とする。当該Ｘ及びＹ方向は、２次像面（スクリーン）に拡大投影される画像の横方向及び縦方向に対応する方向となる。
【００４５】
また便宜的に、投射光学系を側方から見ているとして、図中のＺ方向を左右方向、Ｙ方向を上下方向として説明を行う場合がある。もちろん画像光の進行方向がこの方向に限定される訳ではなく、画像表示装置１００の向きや姿勢等に応じて画像光の進行方向は定まる。
【００４６】
投射光学系３０は、第１のレンズ系Ｌ１と、第１の反射光学系Ｒ１と、第２のレンズ系Ｌ２と、第２の反射光学系Ｒ２とを含む。第１のレンズ系Ｌ１は、全体で正の屈折力を有し、照明光学系２０により生成された画像光を屈折させる。
【００４７】
本実施形態では、照明光学系２０に最も近い位置に配置されるレンズＬ１１の画像光が入射する入射面Ｆ１から、第１の反射面Ｍｒ１に最も近い位置に配置されるレンズＬ１２（以下、直近のレンズＬ１２と記載する）の画像光が出射される出射面Ｆ２までが、第１のレンズ系Ｌ１として機能する。
【００４８】
図３に示すように、第１のレンズ系Ｌ１は、Ｚ方向に延在する基準軸（以下、この基準軸を光軸Ｏと記載する）を基準として構成される。具体的には、第１のレンズ系Ｌ１は、第１のレンズ系Ｌ１に含まれる１以上の光学部品の各々の光軸が、基準軸である光軸Ｏと略一致するように構成される。
【００４９】
光学部品の光軸は、典型的には、光学部品のレンズ面や反射面等の光学面の中央を通る軸である。例えば光学部品の光学面が回転対称軸を有する場合には、その回転対称軸が光軸に相当する。なお直近のレンズＬ１２のように、自身の光軸が光軸Ｏと略一致するように配置された光学部品の、画像光が入射する領域である有効領域を含む一部分のみが使用される場合もあり得る。光学部品の一部分を用いることで、投射光学系３０の小型化を図ることが可能となる。
【００５０】
本実施形態では、光軸Ｏは、第１のレンズ系Ｌ１に含まれる、照明光学系２０に最も近い位置に配置されたレンズＬ１１の光軸（回転対称軸）を延長した軸である。すなわちレンズＬ１１の光軸を延長した軸上に、他の光学部品が配置される。
【００５１】
なお画像光は、光軸Ｏから垂直方向（上下方向）にオフセットされた位置から、光軸Ｏに沿って出射される。本実施形態において、光軸Ｏに沿った方向を、第１のレンズ系Ｌ１の光路進行方向ということも可能である。
【００５２】
第１の反射光学系Ｒ１は、第１の反射面Ｍｒ１、及び第２の反射面Ｍｒ２を有する。本実施形態では、この２つの反射面が、第１の反射光学系Ｒ１として機能する。
【００５３】
第１の反射面Ｍｒ１は、光軸Ｏの下方側に配置され、第１のレンズ系Ｌ１により屈折された画像光を折り返して反射する。具体的には、左側から入射する画像光を、左上方に向けて折り返して反射する。
【００５４】
本実施形態では、回転対称軸が光軸Ｏに略一致するように、第１の光学部品Ｒ１１が配置される。第１の光学部品Ｒ１１は、回転対称非球面Ｆ３及びＦ４を有している。第１の反射面Ｍｒ１は、第１の光学部品Ｒ１１の非球面Ｆ３内の、第１のレンズ系Ｌ１から出射される画像光が入射する領域に形成される。
【００５５】
第２の反射面Ｍｒ２は、光軸Ｏの上方側に配置され、第１の反射面Ｍｒ１により反射された画像光を折り返して、第２のレンズ系Ｌ２に向けて反射する。具体的には、右下方から入射する画像光を、右側に向けて折り返して反射する。
【００５６】
本実施形態では、回転対称軸が光軸Ｏに略一致するように、第２の光学部品Ｒ１２が配置される。第２の光学部品Ｒ１２は、回転対称面Ｆ５及びＦ６を有している。第２の反射面Ｍｒ２は、第２の光学部品Ｒ１２の回転対称面Ｆ５内の、第１の反射面Ｍｒ１により反射された画像光が入射する領域に形成される。
【００５７】
なお図３に示すように、第２の光学部品Ｒ１２の回転対称面Ｆ５及びＦ６内には、レンズＬ１１側から出射される画像光を透過させる透過面Ｔｒ１及びＴｒ２がそれぞれ形成される。透過面Ｔｒ１及びＴｒ２は、第２の光学部品Ｒ１２の第２の反射面Ｍｒ２とは異なる領域に形成される。透過面Ｔｒ１及びＴｒ２は、第１のレンズ系Ｌ１として機能する。
【００５８】
このように、１つの光学部品により、第１のレンズ系Ｌ１として機能する光学面（透過面Ｔｒ１及びＴｒ２）と、第１の反射光学系Ｒ１として機能する光学面（第２の反射面Ｍｒ２）とが、実現されてもよい。これにより、投射光学系３０の小型化を図ることが可能となる。また回転対称軸を有する第２の光学部品Ｒ１２を用いることで、投射光学系３０の組み立て精度を向上させることが可能となる。
【００５９】
第１の光学部品Ｒ１１についても同様に、非球面Ｆ３及びＦ４内に、第２の反射面Ｍｒ２により反射された画像光を透過させる透過面Ｔｒ３及びＴｒ４がそれぞれ形成される。透過面Ｔｒ３及びＴｒ４は、第１の光学部品Ｒ１１の第１の反射面Ｍｒ１とは異なる領域に形成される。透過面Ｔｒ３及びＴｒ４は、第２のレンズ系Ｌ２として機能する。
【００６０】
このように１つの光学部品により、異なる光学系の光学面をそれぞれ実現することで、投射光学系３０の小型化を図ることが可能となる。また投射光学系３０の組み立て精度を向上させることが可能となる。
【００６１】
なお、１つの光学部品に反射面と透過面とを形成する方法は限定されない。例えば透明アクリルやガラス等の光透過材料の所定の領域にアルミニウム等からなる反射膜を成膜することで、所定の領域を反射面として実現することが可能となる。また透過面となる領域に反射防止膜を成膜することで、光量の損失等を抑えることも可能となる。その他、任意の方法が採用されてよい。
【００６２】
第２のレンズ系Ｌ２は、全体で正の屈折率を有し、第１の反射光学系Ｒ１により反射された画像光、すなわち第２の反射面Ｍｒ２により反射された画像光を屈折させる。本実施形態では、第１の光学部品Ｒ１１に形成された透過面Ｔｒ３から第２の反射光学系Ｒ２に最も近い位置に配置されるレンズＬ２１の画像光が出射される出射面Ｆ７までが、第２のレンズ系Ｌ２として機能する。
【００６３】
第２のレンズ系Ｌ２は、光軸Ｏを基準として構成される。具体的には、第２のレンズ系Ｌ２は、第２のレンズ系Ｌ２に含まれる１以上の光学部品の各々の光軸が、基準軸である光軸Ｏと略一致するように構成される。
【００６４】
第２の反射光学系Ｒ２は、凹面反射面Ｍｒ３を有する。本実施形態では、この凹面反射面Ｍｒ３が、第２の反射光学系Ｒ２として機能する。
【００６５】
凹面反射面Ｍｒ３は、第２のレンズ系Ｌ２により屈折された画像光をスクリーンに向けて反射する。凹面反射面Ｍｒ３は、回転対称軸が光軸Ｏに一致するように構成された回転対称非球面であり、画像光が入射する領域である有効領域を含む一部分のみで構成されている。すなわち回転対称非球面の全体を配置するのではなく、回転対称非球面の必要な部分のみが配置されている。これにより装置の小型化を実現することが可能となる。
【００６６】
図３に示すように、本実施形態では、共通の光軸Ｏ上に、第１のレンズ系Ｌ１、第１の反射光学系Ｒ１、第２のレンズ系Ｌ２、及び第２の反射光学系Ｒ２が構成される。すなわち照明光学系２０に最も近い位置に配置されるレンズＬ１１の光軸（回転対称軸）を延長した軸が、各々の光軸（回転対称軸）と略一致するように、第１のレンズ系Ｌ１、第１及び第２の反射面Ｍｒ１及びＭｒ２、第２のレンズ系Ｌ２、及び凹面反射面Ｍｒ３が構成される。これによりＹ方向におけるサイズを小さくすることが可能となり、装置の小型化を図ることが可能となる。
【００６７】
このように投射光学系３０全体が、光軸Ｏを基準として構成されてもよい。すなわち投射光学系３０に含まれる全ての光学部品の各々の光軸が、基準軸である光軸Ｏと略一致するように構成されてもよい。もちろんこれに限定されず、光軸が光軸Ｏからオフセットされた光学部品が、投射光学系３０に含まれてもよい。
【００６８】
本実施形態において、透過面Ｔｒ１及びＴｒ２は、第２の光学部品Ｒ１２の１以上の透過面に相当する。また透過面Ｔｒ３及びＴｒ４は、第１の光学部品Ｒ１１の１以上の透過面に相当する。第１及び第２の光学部品Ｒ１１及びＲ１２に形成される透過面の数は限定されず、３以上の透過面が形成されてもよい。また直近のレンズＬ１２は、直近の光学部品に相当する。
【００６９】
図３を参照して、画像光の光路について説明する。図３では、ダイクロイック・プリズムＰＰから投射光学系３０に出射される画像光のうち、３つの画素光Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の光路が図示されている。
【００７０】
後に、図６を参照して説明するが、画素光Ｃ１は、液晶パネルＰの中央の画素から出射される画素光に相当する。以下、画素光Ｃ１を、主光線Ｃ１として説明を行う場合がある。画素光Ｃ２は、液晶パネルＰの中央の最も光軸Ｏに近い画素から出射される画素光に相当する。画素光Ｃ３は、液晶パネルＰの中央の最も光軸Ｏから遠い画素から出射される画素光に相当する。
【００７１】
すなわち本実施形態では、画素光Ｃ２は、液晶パネルＰの光軸Ｏに最も近い画素から出射される画素光に相当する。また画素光Ｃ３は、光軸Ｏに最も近い画素から液晶パネルＰの中央の画素を結ぶ直線上に位置し光軸Ｏから最も遠い画素から出射される画素光に相当する。
【００７２】
光軸Ｏから上方にオフセットした位置から、光軸Ｏに沿って投射光学系３０に出射された画像光は、第１のレンズ系Ｌ１内で光軸Ｏと交差して、下方側へ進む。そして第１のレンズ系Ｌ１から出射された画像光は、第１の反射面Ｍｒ１により左上方に折り返され、再び光軸Ｏと交差する。
【００７３】
左上方に折り返された画像光は、第２の反射面Ｍｒ２により折り返され、第２のレンズ系Ｌ２に向けて反射される。そして画像光は、再び光軸Ｏと交差して右下方へ進む。右下方へ進む画像光は、凹面反射面Ｍｒ３により反射され、再び光軸Ｏと交差して、スクリーンに向けて進む。
【００７４】
このように本実施形態では、主光線Ｃ１が光軸Ｏと４回交差するように、画像光の光路が構成される。これにより、凹面反射面Ｍｒ３までの画像光の光路を、光軸Ｏの近傍で構成することが可能となる。この結果、Ｙ方向における投射光学系３０のサイズを小さくすることが可能となり、装置の小型化を図ることが可能となる。
【００７５】
また第１及び第２の反射面Ｍｒ１及びＭｒ２の各々により、画像光が折り返して反射される。これにより画像光の光路長を十分に確保することが可能となる。この結果、Ｘ方向における装置のサイズを小さくすることが可能となり、装置の小型化を図ることが可能となる。
【００７６】
また本実施形態に係る投射光学系３０では、照明光学系２０に含まれるダイクロイック・プリズムＰＰから凹面反射面Ｍｒ３までの間に、複数の中間像（図示は省略）が結像される。中間像とは、画像光より構成される画像の中間像である。これにより超広角で画像光を投射することが可能である。例えばプロジェクタとスクリーンとの距離が短い場合でも大画面を表示することが可能である。
【００７７】
凹面反射面Ｍｒ３により、平面状のスクリーンに高精度の画像を結像させるためには、照明光学系２０により生成された画像を光学的に適正に補正して、凹面反射面Ｍｒ３に導くことが重要となる。本実施形態では、第１及び第２の反射面Ｍｒ１及びＭｒ２により、画像光の光路長を十分に確保することが可能であるので、画像の光学的な補正を精度よく行うことが可能である。すなわち適正な中間像を生成することが可能となり、高精度の画像を容易にスクリーンに結像させることが可能である。
【００７８】
また光路長が十分に確保されるので、適正な中間像を生成するために必要な光学的な負荷を抑えることが可能となり、投射光学系３０に含まれる各光学部品の光学的なパワーを抑えることが可能である。この結果、各光学部品の小型化を図ることが可能となり、装置全体の小型化を実現することが可能となる。
【００７９】
また投射光学系３０内にて複数の中間像が結像されるので、最適な中間像を精度よく生成することが可能となる。この結果、凹面反射面Ｍｒ３により精度の高い画像をスクリーンに表示させることが可能となる。このように本実施形態に係る投射光学系３０を用いることで、装置の高性能化を実現することが可能となる。
【００８０】
ここで、本発明者は、投射光学系３０に対して、装置の小型化・高性能化に関する５つの条件（１）〜（５）を見出した。
【００８１】
（条件１）
第１の反射面Ｍｒ１が形成される第１の光学部品Ｒ１１の線膨張係数（／℃）をα１とする。
この場合、以下の関係を満たすように、投射光学系３０が構成される。
（１）  ５×１０-7＜α１＜３×１０-5
【００８２】
第１の光学部品Ｒ１１の線膨張係数α１が、条件式（１）に規定する上限を超える場合、熱による曲率の変化が大きくなるため、高温時の画像の結像性能が大きく劣化してしまう。線膨張係数α１が、条件式（１）に規定する下限を超える場合、第１の光学部品Ｒ１１として採用可能な材料の選択範囲が小さくなり、材料コストが高くなる。従って、第１の光学部品Ｒ１１が非常に高価なものとなり、コストの削減が難しくなってしまう。
【００８３】
線膨張係数α１が条件式（１）を満たすように、第１の光学部品Ｒ１１の材料を適宜選択することで、上記のような問題を十分に抑制することが可能となる。すなわち環境変化（温度変化）の影響を十分に抑制することが可能となる。また第１の光学部品Ｒ１１にかかるコストを十分に抑制することが可能となり、コストの削減が実現可能となる。
【００８４】
本実施形態では、第１の光学部品Ｒ１１は、ガラスにより構成される。具体的なガラス材料の種類は限定されず、条件式（１）を満たす任意のガラス材料が採用されてよい。もちろん、条件式（１）を満たすのであれば、ガラスとは異なる他の任意の材料が採用されてもよい。例えばアクリル等の樹脂材料や、金属材料、水晶等の結晶材料等が用いられてもよい。
【００８５】
（条件２）
第２の反射面Ｍｒ２が形成される第２の光学部品Ｒ１２の線膨張係数（／℃）をα２とする。
この場合、以下の関係を満たすように、投射光学系３０が構成される。
（２）  ５×１０-7＜α２＜３×１０-5
【００８６】
第２の光学部品Ｒ１２の線膨張係数α２が、条件式（２）に規定する上限を超える場合、熱による曲率の変化が大きくなるため、高温時の画像の結像性能が大きく劣化してしまう。線膨張係数α２が、条件式（２）に規定する下限を超える場合、第２の光学部品Ｒ１２として採用可能な材料の選択範囲が小さくなり、材料コストが高くなる。従って、第２の光学部品Ｒ１２が非常に高価なものとなり、コストの削減が難しくなってしまう。
【００８７】
線膨張係数α２が条件式（２）を満たすように、第２の光学部品Ｒ１２の材料を適宜選択することで、上記のような問題を十分に抑制することが可能となる。すなわち環境変化（温度変化）の影響を十分に抑制することが可能となる。また第２の光学部品Ｒ１２にかかるコストを十分に抑制することが可能となり、コストの削減が実現可能となる。
【００８８】
本実施形態では、第２の光学部品Ｒ１２は、ガラスにより構成される。具体的なガラス材料の種類は限定されず、条件式（２）を満たす任意のガラス材料が採用されてよい。もちろん、条件式（２）を満たすのであれば、ガラスとは異なる他の任意の材料が採用されてもよい。
【００８９】
本実施形態では、第１及び第２の光学部品Ｒ１１及びＲ１２が、ともにガラスにより構成される。もちろんこれに限定されない。例えば第１及び第２の光学部品Ｒ１１及びＲ１２の少なくとも一方がガラスにより構成されてもよい。
【００９０】
（条件式３）
図４は、条件式３を説明するための模式図である。図４に示すように、第１の反射面Ｍｒ１に最も近い位置に配置される直近のレンズＬ１２は、入射面Ｆ８と、出射面Ｆ２とを有する。入射面Ｆ８は、画像光が入射する面である。出射面Ｆ２は、入射面Ｆ８から入射した画像光を屈折させて、第１の反射面Ｍｒ１へ出射する面である。
【００９１】
図４Ａ〜Ｃに示すように、基準軸である光軸Ｏからの光線高さをｈとする。
光線高さに応じた直近のレンズＬ１２の入射面Ｆ８の形状を表す関数Ｚｆ（ｈ）を光線高さで微分した導関数をＺ'ｆ（ｈ）とする。従って、導関数Ｚ'ｆ（ｈ）は、光線高さｈにおける入射面Ｆ８に接する直線の傾きに相当する。
光線高さに応じた直近のレンズＬ１２の出射面Ｆ２の形状を表す関数Ｚｒ（ｈ）を光線高さで微分した導関数をＺ'ｒ（ｈ）とする。従って、導関数Ｚ'ｒ（ｈ）は、光線高さｈにおける出射面Ｆ２に接する直線の傾きに相当する。
入射面Ｆ８に対して光軸Ｏから最も離れた位置に入射する最外入射光ＣＥの、入射面Ｆ８への入射位置に対応する光線高さをｈｍａｘ１とする。
最外入射光ＣＥが出射面Ｆ２から出射される出射位置に対応する光線高さをｈｍａｘ２とする。
この場合、以下の関係を満たすように、投射光学系３０が構成される。
（３）  １＜｜Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）−Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）｜＜４５
【００９２】
この条件式（３）は、第１の反射面Ｍｒ１に最も近い位置に配置される直近のレンズＬ１２の光学的なパワー（屈折パワー）を規定するものである。｜Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）−Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）｜が条件式（３）に規定する上限を超える場合、レンズの屈折効果が大きいため、高温時において、屈折率や線膨張が変化した際の結像性能が大きく劣化してしまう。｜Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）−Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）｜が条件式（３）に規定する下限を超える場合、屈折効果が小さくなるので、レンズとしての役割を十分に果たすことができなくなり、十分な結像性能を得るが難しくなる。
【００９３】
条件式（３）を満たすように直近のレンズＬ１２を構成することで、上記のような問題を十分に抑制することが可能となる。すなわち環境変化（温度変化）の影響を十分に抑制することが可能となり、高い結像性能を実現することが可能となる。
【００９４】
本実施形態では、直近のレンズＬ１２は、プラスチックにより構成される。これにより、直近のレンズＬ１２の設計精度を向上させることが可能となる。具体的なプラスチック材料の種類は限定されず、任意のプラスチック材料が採用されてよい。プラスチック材料は、高温時において、屈折率や線膨張の変化が比較的大きい材料である。従って、条件式（３）を満たすような構成を実現することは、非常に効果的である。
【００９５】
（条件式４）
第１のレンズ系Ｌ１に含まれる、プラスチックとは異なる材料により構成され、正の屈折力を有する１以上の光学部品の各々の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、以下の関係を満たすように、投射光学系３０が構成される。
（４）  −５＜ｄｎ／ｄＴ＜５
【００９６】
すなわち、第１のレンズ系Ｌ１内の、プラスチック材料とは異なる材料により構成され、正の屈折力を有する光学部品の各々の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、全て条件式（４）を満たすように、投射光学系３０が構成される。
【００９７】
屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、条件式（４）を満たさない光学部品においては、２次像面（スクリーン）でのピント位置が大きくなる。そして屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが条件式（４）に規定する上限を超える場合、高温時は投射光学系３０に近づく方向、すなわちスクリーンの手前側に、画像のピント位置が移動してしまう。屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、条件式（４）に規定する下限を超える場合、高温時は投射光学系３０から遠ざかる方向、すなわちスクリーンの奥側に、画像のピント位置が移動してしまう。いずれにしても、高温時における画像の結像性能が大きく劣化してしまう。
【００９８】
条件式（４）を満たすように第１のレンズ系Ｌ１を構成することで、上記のような問題を十分に抑制することが可能となる。すなわち環境変化（温度変化）の影響を十分に抑制することが可能となり、高い結像性能を実現することが可能となる。
【００９９】
（条件式５）
第１のレンズ系Ｌ１に含まれる、プラスチックとは異なる材料により構成され、負の屈折力を有する１以上の光学部品の各々の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、以下の関係を満たすように、投射光学系３０が構成される。
（５）  −５＜ｄｎ／ｄＴ＜５
【０１００】
すなわち、第１のレンズ系Ｌ１内の、プラスチック材料とは異なる材料により構成され、負の屈折力を有する光学部品の各々の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、全て条件式（５）を満たすように、投射光学系３０が構成される。
【０１０１】
屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、条件式（５）を満たさない光学部品においては、２次像面（スクリーン）でのピント位置が大きくなる。そして屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが条件式（５）に規定する上限を超える場合、高温時は投射光学系３０から遠ざかる方向、すなわちスクリーンの奥側に、画像のピント位置が移動してしまう。屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、条件式（５）に規定する下限を超える場合、高温時は投射光学系３０に近づく方向、すなわちスクリーンの手前側に、画像のピント位置が移動してしまう。いずれにしても、高温時における画像の結像性能が大きく劣化してしまう。
【０１０２】
条件式（５）を満たすように第１のレンズ系Ｌ１を構成することで、上記のような問題を十分に抑制することが可能となる。すなわち環境変化（温度変化）の影響を十分に抑制することが可能となり、高い結像性能を実現することが可能となる。
【０１０３】
条件式（１）〜（５）の各々の下限値及び上限値は、上記した値に限定される訳ではない。例えば照明光学系２０や投射光学系３０等の構成に応じて、各値を適宜変更することも可能である。例えば上記した範囲内に含まれる任意の値を下限値及び上限値として選択し、改めて最適な範囲として設定されてもよい。
【０１０４】
例えば条件式（１）を、以下の範囲に設定すること等が可能である。
４．７×１０-6＜α１＜１．４５×１０-5
１．０×１０-6＜α１＜２．０×１０-5
２．０×１０-6＜α１＜１．０×１０-5
３．０×１０-6＜α１＜９．０×１０-6
【０１０５】
例えば条件式（２）を、以下の範囲に設定すること等が可能である。
４．７×１０-6＜α２＜１．４５×１０-5
１．０×１０-6＜α２＜２．０×１０-5
２．０×１０-6＜α２＜１．０×１０-5
３．０×１０-6＜α２＜９．０×１０-6
【０１０６】
例えば条件式（３）を、以下の範囲に設定すること等が可能である。
５＜｜Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）−Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）｜＜４０
１０＜｜Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）−Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）｜＜３５
１５＜｜Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）−Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）｜＜３５
１９＜｜Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）−Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）｜＜３２
【０１０７】
例えば条件式（４）を、以下の範囲に設定すること等が可能である。
−４＜ｄｎ／ｄＴ＜４
−３＜ｄｎ／ｄＴ＜３
−２．６＜ｄｎ／ｄＴ＜２．５
【０１０８】
例えば条件式（５）を、以下の範囲に設定すること等が可能である。
−４＜ｄｎ／ｄＴ＜４
−３＜ｄｎ／ｄＴ＜３
０＜ｄｎ／ｄＴ＜３
１．０＜ｄｎ／ｄＴ＜２．４
【０１０９】
以上のように構成された投射光学系３０について、具体的な数値例を挙げて簡単な説明を行う。
【０１１０】
図５は、画像投影に関するパラメータの一例を示す表である。図６は、図５に示すパラメータを説明するための模式図である。
【０１１１】
投射光学系３０の１次像面側の開口数ＮＡは０．１６７である。画像変調素子（液晶パネルＰ）の、横方向及び縦方向の長さ（Ｈ×ＶＳｐ）は１３．４ｍｍ及び７．６ｍｍである。画像変調素子の中心位置（Ｃｈｐ）は、光軸Ｏから上方５．２ｍｍの位置である。１次像面側のイメージサークル（ｉｍｃ）は、φ２２．４ｍｍである。
【０１１２】
スクリーンの、横方向及び縦方向の長さ（Ｈ×ＶＳｓ）は１７７１ｍｍ及び９９６ｍｍである。スクリーンサイズの中心位置（Ｃｈｓ）は、光軸Ｏから上方８５３ｍｍの位置である。
【０１１３】
上記したように、図６に示す液晶パネルＰの中央の画素から出射される光が、図３に示す画素光Ｃ１に相当する（同じ符号を付す）。液晶パネルＰの中央の最も光軸Ｏに近い画素から出射される光が、画素光Ｃ２に相当する（同じ符号を付す）。液晶パネルＰの中央の最も光軸Ｏから遠い画素から出射される光が、画素光Ｃ３に相当する（同じ符号を付す）。
【０１１４】
液晶パネルＰの右上端の画素Ｃ４から出射される光は、液晶パネルＰの光軸Ｏから最も離れた位置から出射される光に相等する（以下、同じ符号を用いて画素光Ｃ４と記載する）。本実施形態では、画素光Ｃ４が、条件式（３）及び図４Ｃにて説明した、入射面Ｆ８に対して光軸Ｏから最も離れた位置に入射する最外入射光ＣＥに相当する。
【０１１５】
従って、画素光Ｃ４の入射面Ｆ８の入射位置に相等する光線高さがｈｍａｘ１となり、画素光Ｃ４が出射面Ｆ２から出射される出射位置に対応する光線高さがｈｍａｘ２となる。
【０１１６】
なお、液晶パネルＰの光軸Ｏから最も離れた位置とは異なる位置から出射される画素光が、最外入射光ＣＥとなる場合もあり得る。例えば画素光Ｃ３等が、最外入射光ＣＥとなる場合もあり得る。
【０１１７】
図７は、画像表示装置のレンズデータである。図７には、１次像面（Ｐ）側から２次像面（Ｓ）側に向かって配置される１〜２９の光学部品（レンズ面）についてのデータが示されている。各光学部品（レンズ面）のデータとして、曲率半径（ｍｍ）と、芯厚ｄ（ｍｍ）と、ｄ線（５８７．５６ｎｍ）での屈折率ｎｄと、ｄ線でのアッベ数νｄとが記載されている。
【０１１８】
また図７には、第１のレンズ系Ｌ１内の、プラスチック材料とは異なる材料により構成され、正の屈折力を有する光学部品、及び負の屈折力を有する光学部品がそれぞれ判別可能に記載されている。そして、これらの光学部材の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが記載されている。
【０１１９】
なお本実施形態では、第１のレンズ系Ｌ１のうち、第１の反射面Ｍｒ１の直近に配置される直近のレンズＬ１２のみが、プラスチックにより構成される。そして他の光学部品は、ガラスにより構成されている。従って、第１のレンズ系Ｌ１に含まれる、直近のレンズＬ１２を除く全ての光学部品が、プラスチックとは異なる材料により構成される。もちろんこのような構成に限定されず、直近のレンズＬ１２以外の光学部品が、プラスチックにより構成されてもよい。
【０１２０】
なお、非球面を有する光学部品は、以下の式に従う。
【０１２１】
【数１】
2020004099.tif 000003
【０１２２】
図８は、投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である。図８には、図７で＊印を付加された非球面の各光学部品、１６〜１８、２０、２１、及び３０についての非球面係数がそれぞれ示されている。図例の非球面係数は上記の式（数１）に対応したものである。
【０１２３】
なお本実施形態において、式（数１）は、光線高さに応じた直近のレンズＬ１２の入射面Ｆ８（データ中の面１６）の形状を表す関数Ｚｆ（ｈ）に相当する。また式（数１）は、光線高さに応じた直近のレンズＬ１２の出射面Ｆ２（データ中の面１７）の形状を表す関数Ｚｒ（ｈ）に相当する。式（数１）に、図４Ａ及びＢに示す光線高さｈを入力した場合の、サグ量Ｚが、光線高さに応じた入射面Ｆ８及び出射面Ｆ２の形状を表すパラメータとして用いられる。なお「サグ量」とは、面頂点を通り光軸に垂直な平面を立てたときの、その平面とレンズ面上の点の光軸方向の距離である。
【０１２４】
従って、関数Ｚｆ（ｈ）を光線高さで微分した導関数Ｚ'ｆ（ｈ）（＝ｄＺ/ｄｈ）、及び関数Ｚｆ（ｈ）を光線高さで微分した導関数Ｚ'ｒ（ｈ）（＝ｄＺ/ｄｈ）は、以下の式となる。
【０１２５】
【数２】
2020004099.tif 000004
【０１２６】
上記したように、この式により、光線高さｈにおける入射面Ｆ８に接する直線の傾き、及び、光線高さｈにおける出射面Ｆ２に接する直線の傾きが算出される。
【０１２７】
なお入射面Ｆ８及び出射面Ｆ２の形状を表す関数は限定されず、他の関数が用いられてもよい。入射面Ｆ８に対して光軸Ｏから最も離れた位置に入射する最外入射光ＣＥの、入射面Ｆ８の入射位置における接線の傾き、及び最外入射光ＣＥの出射面Ｆ２から出射される出射位置における接線の傾きが算出可能な任意の関数が用いられてよい。そして条件式（３）が適宜満たされるように、投射光学系が構成されればよい。
【０１２８】
図９は、本実施形態において、上記した条件式（１）〜（５）で用いられるパラメータの数値を示す表である。
α１  ６．３０×１０-6
α２  ８．７０×１０-6
｜Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）−Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）｜  ３２（３１．５）
正の屈折力を有する光学部品の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔの最大値  ２．５
正の屈折力を有する光学部品の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔの最小値  −２．６
負の屈折力を有する光学部品の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔの最大値  １．０
負の屈折力を有する光学部品の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔの最小値  １．０
Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）  −５．０
Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）  −３６．５
このような結果となり、条件式（１）〜（５）を満たしていることが分かる。
【０１２９】
以上、本実施形態に係る画像表示装置１００では、第１のレンズ系Ｌ１により屈折された画像光が、第１及び第２の反射面Ｍｒ１及びＭｒ２の各々により折り返して反射される。これにより投射光学系３０を大型化することなく、画像光の光路長を十分に確保することが可能となる。この結果、装置の小型化を実現することが可能となる。また第１の反射面Ｍｒ１が形成される第１の光学部品Ｒ１１の線膨張係数が条件式（１）を満たす。これにより、環境変化の影響を十分に抑えることが可能となり、高性能化が実現される。
【０１３０】
また他の条件式（２）〜（５）も満たされるので、上記で説明した効果を発揮することが可能である。また第２のレンズ系Ｌ２及び凹面反射面Ｍｒ３を介して、精度の高い画像をスクリーンに投射することが可能となり、高性能化が実現される。
【０１３１】
＜第２の実施形態＞
本技術の第２の実施形態に係る投射型の画像表示装置について説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明した画像表示装置１００における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。
【０１３２】
図１０は、第２の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。
図１１は、画像表示装置のレンズデータである。
図１２は、投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である。
なお、画像投影に関するパラメータは、第１の実施形態と同様であり、図５に示す数値となる。
【０１３３】
本実施形態に係る投射光学系２３０においても、液晶パネルＰの右上端の画素Ｃ４から出射される画素光Ｃ４が、第１の反射面Ｍｒ１の直近に配置される直近のレンズＬ１２の入射面Ｆ８に対して、光軸Ｏから最も離れた位置に入射する最外入射光ＣＥに相当する。従って、画素光Ｃ４の入射面Ｆ８の入射位置に相等する光線高さがｈｍａｘ１となり、画素光Ｃ４が出射面Ｆ２から出射される出射位置に対応する光線高さがｈｍａｘ２となる。
【０１３４】
また、第１の反射面Ｍｒ１の直近に配置される直近のレンズＬ１２の入射面Ｆ８及び出射面Ｆ２は、非球面となる。従って、式（数１）が、光線高さに応じた直近のレンズＬ１２の入射面Ｆ８（データ中の面１７）の形状を表す関数Ｚｆ（ｈ）に相当する。また式（数１）が、光線高さに応じた直近のレンズＬ１２の出射面Ｆ２（データ中の面１８）の形状を表す関数Ｚｒ（ｈ）に相当する。
【０１３５】
また第１のレンズ系Ｌ１のうち、第１の反射面Ｍｒ１の直近に配置される直近のレンズＬ１２のみが、プラスチックにより構成される。そして他の光学部品は、ガラスにより構成されている。従って、第１のレンズ系Ｌ１のうち、直近のレンズＬ１２を除く全ての光学部品が、プラスチックとは異なる材料により構成される１以上の光学部品に相当する。
【０１３６】
図１３は、本実施形態において、上記した条件式（１）〜（５）で用いられるパラメータの数値を示す表である。
α１  ６．３０×１０-6
α２  ６．００×１０-6
｜Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）−Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）｜  １９
正の屈折力を有する光学部品の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔの最大値  ２．１
正の屈折力を有する光学部品の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔの最小値  −２．６
負の屈折力を有する光学部品の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔの最大値  ２．４
負の屈折力を有する光学部品の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔの最小値  １．０
Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）  −５．０
Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）  −２４．０
このような結果となり、条件式（１）〜（５）を満たしていることが分かる。
【０１３７】
本実施形態でも、上記の実施形態と同様に、画像表示装置の小型化・高性能化を実現することが可能となる。
【０１３８】
＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【０１３９】
図１４は、他の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。この投射光学系３３０では、第１の反射面Ｍｒ１が形成される第１の光学部品Ｒ１１として、第１の反射面Ｍｒ１が形成される部分のみが用いられる。また第２の反射面Ｍｒ２が形成される第２の光学部品Ｒ１２として、第２の反射面Ｍｒ２が形成される部分のみが用いられる。このような構成においても、本技術を適用することが可能である。
【０１４０】
また第１の反射面Ｍｒ１、第２の反射面Ｍｒ２、及び凹面反射面Ｍｒ３の少なくとも１つ、あるいは任意の２つを自由曲面で構成する場合や、第１の反射面Ｍｒ１、第２の反射面Ｍｒ２、及び凹面反射面Ｍｒ３の少なくとも１つ、あるいは任意の２つを、偏心及び傾斜させる構成でも、本技術を適用することで、装置の小型化・高性能化を実現することが可能となる。
【０１４１】
また上記では、直近のレンズＬ１２の入射面Ｆ８及び出射面Ｆ２が、ともに非球面であった。これに限定されず、入射面Ｆ８及び出射面Ｆ２のいずれか一方が、非球面ではなくてもよい。例えば、入射面Ｆ８及び／又は出射面Ｆ２が球面や自由曲面となる場合や、入射面Ｆ８及び／又は出射面Ｆ２が、偏心及び傾斜されている構成でも、本技術を適用することで、装置の小型化・高性能化を実現することが可能となる。
【０１４２】
画像光の主光線Ｃ１が光軸Ｏと交差する回数は、４回に限定されない。例えば画像光の主光線Ｃ１が光軸Ｏと４回以上交差する場合でも、装置の小型化・高性能化を図ることが可能である。
【０１４３】
中間像の数も限定されず、２つの中間像が生成される場合や、３つ以上の中間像が生成される場合もあり得る。いずれにせよ、第１及び第２の反射面Ｍｒ１及びＭｒ２により光路長が十分に確保されるので、装置の小型化・高性能化を図ることが可能である。
【０１４４】
各図面を参照して説明した画像表示装置、投射光学系、スクリーン等の各構成はあくまで一実施形態であり、本技術の趣旨を逸脱しない範囲で、任意に変形可能である。すなわち本技術を実施するための他の任意の構成やアルゴリズム等が採用されてよい。
【０１４５】
本開示において、「一致」「等しい」等は、「実質的に一致」「実質的に等しい」を含む概念とする。例えば「完全に一致」「完全に等しい」等を基準とした所定の範囲（例えば±１０％の範囲）に含まれる状態も含まれる。従って、「略一致」「略等しい」という概念も、「一致」「等しい」等に含まれる概念となる。
【０１４６】
以上説明した本技術に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。
【０１４７】
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）光源と、
前記光源から出射される光を変調して画像光を生成する画像生成部と、
全体で正の屈折力を有し、前記生成された画像光を屈折させる第１のレンズ系と、
前記第１のレンズ系により屈折された前記画像光を折り返して反射する第１の反射面と、前記第１の反射面により反射された前記画像光を折り返して反射する第２の反射面とを有する第１の反射光学系と、
全体で正の屈折力を有し、前記第２の反射面により反射された前記画像光を屈折させる第２のレンズ系と、
前記第２のレンズ系により屈折された前記画像光を被投射物に向けて反射する凹面反射面を有する第２の反射光学系と
を有する投射光学系と
を具備し、
前記第１の反射面が形成される第１の光学部品の線膨張係数をα１とすると、
５×１０-7＜α１＜３×１０-5
の関係を満たすように構成されている
画像表示装置。
（２）（１）に記載の画像表示装置であって、
前記第２の反射面が形成される第２の光学部品の線膨張係数をα２とすると、
５×１０-7＜α２＜３×１０-5
の関係を満たすように構成されている
画像表示装置。
（３）（２）に記載の画像表示装置であって、
前記第１の光学部品及び前記第２の光学部品の少なくとも一方は、ガラスにより構成される
画像表示装置。
（４）（２）又は（３）に記載の画像表示装置であって、
前記第１の光学部品及び前記第２の光学部品は、ガラスにより構成される
画像表示装置。
（５）（２）から（４）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第１の光学部品は、前記第１の反射面とは異なる領域に形成された、前記画像光を透過させる１以上の透過面を有し、
前記第１の光学部品の前記１以上の透過面は、前記第２のレンズ系として機能する
画像表示装置。
（６）（２）から（５）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第２の光学部品は、前記第２の反射面とは異なる領域に形成された、前記画像光を透過させる１以上の透過面を有し、
前記第２の光学部品の前記１以上の透過面は、前記第１のレンズ系として機能する
画像表示装置。
（７）（１）から（６）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系は、所定の基準軸を基準として構成され、
前記第１のレンズ系は、前記画像光が入射する入射面と、前記入射面から入射した前記画像光を屈折させて前記第１の反射面へ出射する出射面とを有し、前記第１の反射面に最も近い位置に配置される直近の光学部品を有し、
前記基準軸からの光線高さをｈ、前記光線高さに応じた前記直近の光学部品の前記入射面の形状を表す関数Ｚｆ（ｈ）を光線高さで微分した導関数をＺ'ｆ（ｈ）、前記光線高さに応じた前記直近の光学部品の前記出射面の形状を表す関数Ｚｒ（ｈ）を光線高さで微分した導関数をＺ'ｒ（ｈ）、前記入射面に対して前記基準軸から最も離れた位置に入射する最外入射光の前記入射面への入射位置に対応する光線高さをｈｍａｘ１、前記最外入射光が前記出射面から出射される出射位置に対応する光線高さをｈｍａｘ２とすると、
１＜｜Ｚ'ｆ（ｈｍａｘ１）−Ｚ'ｒ（ｈｍａｘ２）｜＜４５
の関係を満たすように構成されている
画像表示装置。
（８）（７）に記載の画像表示装置であって、
前記最外入射光は、前記画像生成部の前記基準軸から最も離れた位置から出射される光である
画像表示装置。
（９）（７）又は（８）に記載の画像表示装置であって、
前記直近の光学部品の前記入射面及び前記出射面の少なくとも一方は、非球面である
画像表示装置。
（１０）（７）から（９）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記直近の光学部品の前記入射面及び前記出射面は、非球面である
画像表示装置。
（１１）（７）から（１０）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記直近の光学部品は、プラスチックにより構成される
画像表示装置。
（１２）（１）から（１１）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第１のレンズ系に含まれる、プラスチックとは異なる材料により構成され、正の屈折力を有する１以上の光学部品の各々の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、
−５＜ｄｎ／ｄＴ＜５
の関係を満たすように構成されている
画像表示装置。
（１３）（１）から（１２）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第１のレンズ系に含まれる、プラスチックとは異なる材料により構成され、負の屈折力を有する１以上の光学部品の各々の屈折率温度係数ｄｎ／ｄｔが、
−５＜ｄｎ／ｄＴ＜５
の関係を満たすように構成されている
画像表示装置。
（１４）（１２）又は（１３）に記載の画像表示装置であって、
前記第１のレンズ系は、前記画像光が入射する入射面と、前記入射面から入射した前記画像光を屈折させて前記第１の反射面へ出射する出射面とを有し、前記第１の反射面に最も近い位置に配置される直近の光学部品を有し、
前記直近の光学部品は、プラスチックにより構成され、
前記第１のレンズ系に含まれる、前記直近の光学部品を除く全ての光学部品は、プラスチックとは異なる材料により構成される
画像表示装置。
（１５）（７）に記載の画像表示装置であって、
前記基準軸は、前記第１のレンズ系に含まれる前記画像生成部に最も近い位置に配置されるレンズの光軸を延長した軸である
画像表示装置。
（１６）（１５）に記載の画像表示装置であって、
前記投射光学系は、前記投射光学系に含まれる全ての光学部品の各々の光軸が、前記基準軸に一致するように構成される
画像表示装置。
（１７）（１６）に記載の画像表示装置であって、
前記凹面反射面は、回転対称軸が前記基準軸に一致するように構成され、
前記第１の反射面及び前記第２の反射面の各々は、凹面反射面であり、回転対称軸が前記基準軸に一致するように構成される
画像表示装置。
（１８）（１）から（１７）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
第２の反射光学系は、前記被投射物に含まれる平面部分に前記画像光により構成される画像を結像する
画像表示装置。
（１９）光源から出射される光を変調して生成された画像光を投射する投射光学系であって、
全体で正の屈折力を有し、前記生成された画像光を屈折させる第１のレンズ系と、
前記第１のレンズ系により屈折された前記画像光を折り返して反射する第１の反射面と、前記第１の反射面により反射された前記画像光を折り返して反射する第２の反射面とを有する第１の反射光学系と、
全体で正の屈折力を有し、前記第２の反射面により反射された前記画像光を屈折させる第２のレンズ系と、
前記第２のレンズ系により屈折された前記画像光を被投射物に向けて反射する凹面反射面を有する第２の反射光学系と
を具備し、
前記第１の反射面が形成される第１の光学部品の線膨張係数をα１とすると、
５×１０-7＜α１＜３×１０-5
の関係を満たすように構成されている
投射光学系。
【符号の説明】
【０１４８】
Ｆ２…直近のレンズの出射面
Ｆ８…直近のレンズの入射面
Ｌ１…第１のレンズ系
Ｌ１２…直近のレンズ
Ｌ２…第２のレンズ系
Ｍｒ１…第１の反射面
Ｍｒ２…第２の反射面
Ｍｒ３…凹面反射面
Ｏ…光軸（基準軸）
Ｒ１…第１の反射光学系
Ｒ１１…第１の光学部品
Ｒ１２…第２の光学部品
Ｒ２…第２の反射光学系
Ｔｒ１〜Ｔｒ４…透過面
１…液晶プロジェクタ
２…画像
１０…光源
２０…照明光学系
３０、２３０、３３０…投射光学系
１００…画像表示装置
【図１】
2020004099.tif 000005
【図２】
2020004099.tif 000006
【図３】
2020004099.tif 000007
【図４】
2020004099.tif 000008
【図５】
2020004099.tif 000009
【図６】
2020004099.tif 000010
【図７】
2020004099.tif 000011
【図８】
2020004099.tif 000012
【図９】
2020004099.tif 000013
【図１０】
2020004099.tif 000014
【図１１】
2020004099.tif 000015
【図１２】
2020004099.tif 000016
【図１３】
2020004099.tif 000017
【図１４】
2020004099.tif 000018
【国際調査報告】
2020004099.tif 000019
2020004099.tif 000020
2020004099.tif 000021
2020004099.tif 000022