特許 7607206 投影撮像光学系及び投写型映像表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-19

(45)【発行日】2024-12-27

(54)【発明の名称】投影撮像光学系及び投写型映像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20241220BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20241220BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20241220BHJP

   H04N 23/55 20230101ALI20241220BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 Z

G03B21/00 D

H04N5/74 A

H04N23/55

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023578635

(86)(22)【出願日】2023-02-03

(86)【国際出願番号】 JP2023003534

(87)【国際公開番号】W WO2023149537

(87)【国際公開日】2023-08-10

【審査請求日】2024-05-08

(31)【優先権主張番号】P 2022017511

(32)【優先日】2022-02-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100151378

【弁理士】

【氏名又は名称】宮村 憲浩

(74)【代理人】

【識別番号】100157484

【弁理士】

【氏名又は名称】廣田 智之

(72)【発明者】

【氏名】山本 紀和

【審査官】川俣 郁子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０２４３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３６３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１８２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０６４２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４３６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１０１８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３７８０２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／１４１７１８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｂ２１／００－２１／１０

２１／１２－２１／１３

２１／１３４－２１／３０

３３／００－３３／１６

Ｈ０４Ｎ ５／７４

Ｈ０４Ｎ ２３／５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

投写型映像表示装置に用いられる投影撮像光学系であって、
光変調素子からの第１の光軸に沿って前方方向に出射された投写光の光線を用いて第１の面に第１の結像を形成する投写レンズと、
前記第１の面から前記前方方向と対向する方向に伝搬され、前記投写レンズを経由して入射された外部光の光線の少なくとも一部である撮像光の光線を偏向させて第２の光軸に沿って出射し、前記撮像光の光線による中間像が内部に形成されるプリズム光学系と、
前記プリズム光学系から出射された撮像光の光線を用いて、第２の面に第２の結像を形成する撮像光学系と、
を備え、
前記投写レンズに対して、前記第１の面と前記中間像の位置とは共役関係にあり、前記投写レンズは、前記第１の結像において収差補正性能を有するように構成され、
前記プリズム光学系と前記撮像光学系とは、前記投写レンズと組み合わせて、前記第２の結像において収差補正性能を有するように構成されている、
投影撮像光学系。

【請求項2】

前記投写レンズは、前記投写光の光線を前記光変調素子から前記第１の面に拡大投写して映像を表示する投影光学系の少なくとも一部を構成している、
請求項１に記載の投影撮像光学系。

【請求項3】

前記プリズム光学系は、入射された前記撮像光の光線を複数回内部反射させ、
前記第２の光軸は、前記第１の光軸に実質的に直交する面にある、
請求項１に記載の投影撮像光学系。

【請求項4】

前記プリズム光学系と前記撮像光学系とは、前記中間像の位置における、前記撮像光の光線に発生する軸上色収差及び球面収差を打ち消すように構成されている、
請求項１に記載の投影撮像光学系。

【請求項5】

前記プリズム光学系は、２つ以上の内部反射面を有し、
前記２つ以上の内部反射面の少なくとも１つは、反射する前記撮像光の光線に正のパワーを与えるような凹面形状の曲面に形成されている、
請求項１に記載の投影撮像光学系。

【請求項6】

前記プリズム光学系は、前記撮像光学系に向けて前記撮像光の光線の少なくとも一部を透過して出射する出射面を有し、
前記出射面は、透過する前記撮像光の光線に正のパワーを与えるような曲面形状に形成されている、
請求項１に記載の投影撮像光学系。

【請求項7】

前記プリズム光学系の一部と前記撮像光学系とは、前記中間像を前記第２の面に結像させる撮像光リレー光学系を構成する、
請求項５に記載の投影撮像光学系。

【請求項8】

前記撮像光学系は、前記第２の結像を撮像素子に縮小結像する光学系として構成されている、
請求項１に記載の投影撮像光学系。

【請求項9】

前記撮像光学系は、前記第２の結像を撮像素子に等倍結像又は拡大結像する光学系として構成されている、
請求項１に記載の投影撮像光学系。

【請求項10】

照明光を供給する照明光学系と、
請求項１から９のいずれか１つに記載の前記投影撮像光学系と、
前記照明光学系により供給され、前記プリズム光学系により導かれて入射した光を空間的に変調し、映像情報に応じた前記投写光を生成する１つ又は複数の光変調素子と、
前記投影撮像光学系により形成された前記第２の結像を電気的な画像信号に変換する撮像素子と、
を備える、
投写型映像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、投影撮像光学系、及びそれを備える投写型映像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、本体内部に撮像素子を有し、投影用光を投写対象物に投写する投影光学系と、投写対象物からの光などを外光として撮像素子に結像する撮像光学系と、を共に備える投写型映像表示装置が知られていた。このような投写型映像表示装置は、投写対象物に対して映像を投写するとともに、投写された映像を撮像する機能を有する。この種の投写型映像表示装置として、例えば、特許文献１、又は特許文献２に記載されたものが挙げられる。

【0003】

特許文献１に記載のプロジェクタ（投写型映像表示装置）は、ＴＩＲプリズムを光路分岐素子として使用している。また、特許文献２に記載の投写型映像表示装置は、投射光学系と色合成光学系との間の光路上に配置された内部全反射プリズムを、外光を撮像素子に導く光分離光学系として使用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－２１８２６２号公報

【文献】特開２０２０－６４２０６号公報

【発明の概要】

【0005】

ところで、撮像光学系を小型にしていくと、撮像素子のピクセルが小さく高精細になり、撮像光学系はそれに対応して諸収差を補正する性能を有するものにする必要が出てくる。特許文献１又は特許文献２に記載された光路分岐素子としてプリズムを用いた撮像光学系において、プリズムの入射面と出射面が何れも屈折面からなるため、屈折率の色分散に起因する色収差、及び光学面の挿入による新たな球面収差の発生により、取得される撮像の画質が低下する問題がある。これらの収差を補正するためには、撮像光学系は、光学部品の点数を増やして、例えば、複数枚のレンズを設けて収差を補正するような配置を行わなければ成らない。しかしながら、従来のプロジェクタ光学系の構成において、投影光学系の配置及び光学設計と干渉することなく収差補正性能を備える撮像光学系の組み込みを考えると、光学系の全体が大型化となってしまう欠点がある。

【0006】

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであって、投影光学系の配置及び光学設計と干渉することなく投写型映像表示装置の機器内部に組み込むことができ、全系の収差補正を実現できる投影撮像光学系を提供することを目的とする。

【0007】

前記目的を達成するために、本開示に係る投影撮像光学系は、投写型映像表示装置に用いられる投影撮像光学系であって、光変調素子からの第１の光軸に沿って前方方向に出射された投写光の光線を用いて第１の面に第１の結像を形成する投写レンズと、第１の面から前方方向と対向する方向に伝搬され、投写レンズを経由して入射された外部光の光線の少なくとも一部である撮像光の光線を偏向させて第２の光軸に沿って出射し、撮像光の光線による中間像が内部に形成されているプリズム光学系と、プリズム光学系から出射された撮像光の光線を用いて、第２の面に第２の結像を形成する撮像光学系と、を備え、投写レンズに対して、第１の面と中間像の位置とは共役関係にあり、投写レンズは、第１の結像において収差補正性能を有するように構成され、プリズム光学系と撮像光学系とは、投写レンズと組み合わせて、第２の結像において収差補正性能を有するように構成されている。

【0008】

本開示の一態様に係る投影撮像光学系によれば、投影光学系の配置及び光学設計と干渉することなく投写型映像表示装置の機器内部に組み込むことができ、全系の収差補正を実現できる。これによって、投写型映像表示装置の優れた結像性能及び小型化を実現可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施例１に係る投影撮像光学系の構成及び主光線が通過する光路を示す概略図である。

【図2】実施例１に係る投影撮像光学系を用いた投写型映像表示装置の全体構成を示す概略図である。

【図3】実施例１に係る投影撮像光学系の構成を有する図２の投写型映像表示装置の投影撮像光学系の配置及び光の伝搬を示す概略図である。

【図4A】図３の投影撮像光学系の光変調素子の位置における軸上色収差及び球面収差を示す図である。

【図4B】図３の投影撮像光学系の中間像の位置における軸上色収差及び球面収差を示す図である。

【図5】図３の投影撮像光学系のプリズム光学系の構成を示す斜視図である。

【図6】図３の投影撮像光学系のプリズム光学系の断面図である。

【図7】本開示の実施の形態の変形例１に係るプリズム光学系の断面図である。

【図8】本開示の実施の形態の変形例２に係るプリズム光学系の断面図である。

【図9】本開示の実施例２に係る投影撮像光学系の構成及び主光線が通過する光路を示す概略図である。

【図10】実施例２に係る投影撮像光学系の構成を有する図２の投写型映像表示装置の投影撮像光学系の配置及び光の伝搬を示す概略図である。

【図11】本開示の実施例３に係る投影撮像光学系の構成及び主光線が通過する光路を示す概略図である。

【図12】実施例３に係る投影撮像光学系の構成を有する図２の投写型映像表示装置の投影撮像光学系の配置及び光の伝搬を示す概略図である。

【図13】実施例１に係る投影撮像光学系の撮像光学系の構成を示すレンズ配置図である。

【図14】実施例１に係る投影撮像光学系の撮像光学系に係る縦収差を示す図である。

【図15】実施例１に係る投影撮像光学系の撮像光学系の面データを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示の第１態様によれば、投写型映像表示装置に用いられる投影撮像光学系であって、光変調素子からの第１の光軸に沿って前方方向に出射された投写光の光線を用いて第１の面に第１の結像を形成する投写レンズと、第１の面から前方方向と対向する方向に伝搬され、投写レンズを経由して入射された外部光の光線の少なくとも一部である撮像光の光線を偏向させて第２の光軸に沿って出射し、撮像光の光線による中間像が内部に形成されているプリズム光学系と、プリズム光学系から出射された撮像光の光線を用いて、第２の面に第２の結像を形成する撮像光学系と、を備え、投写レンズに対して、第１の面と中間像の位置とは共役関係にあり、投写レンズは、第１の結像において収差補正性能を有するように構成され、プリズム光学系と撮像光学系とは、投写レンズと組み合わせて、第２の結像において収差補正性能を有するように構成されている、投影撮像光学系を提供する。

【0011】

この態様によれば、投影光学系の配置及び光学設計と干渉することなく投写型映像表示装置の機器内部に組み込むことができ、全系の収差補正を実現できる投影撮像光学系を提供できる。

【0012】

本開示の第２態様によれば、投写レンズは、投写光の光線を光変調素子から第１の面に拡大投写して映像を表示する投影光学系の少なくとも一部を構成している、第１態様に記載の投影撮像光学系を提供する。

【0013】

本開示の第３態様によれば、プリズム光学系は、入射された撮像光の光線を複数回内部反射させ、第２の光軸は、第１の光軸に実質的に直交する面にある、第１又は第２態様に記載の投影撮像光学系を提供する。

【0014】

本開示の第４態様によれば、プリズム光学系と撮像光学系とは、中間像の位置における、撮像光の光線に発生する軸上色収差及び球面収差を打ち消すように構成されている、第１から第３態様のいずれか１つに記載の投影撮像光学系を提供する。

【0015】

本開示の第５態様によれば、プリズム光学系は、２つ以上の内部反射面を有し、２つ以上の内部反射面の少なくとも１つは、反射する撮像光の光線に正のパワーを与えるような凹面形状の曲面に形成されている、第１から第４態様のいずれか１つに記載の投影撮像光学系を提供する。

【0016】

本開示の第６態様によれば、プリズム光学系は、撮像光学系に向けて撮像光の光線を透過して出射する出射面を有し、出射面は、透過する撮像光の光線に正のパワーを与えるような曲面形状に形成されている、第１から第５態様のいずれか１つに記載の投影撮像光学系を提供する。

【0017】

本開示の第７態様によれば、プリズム光学系の一部と撮像光学系とは、中間像を第２の面に結像させる撮像光リレー光学系を構成する、第５又は第６態様に記載の投影撮像光学系を提供する。

【0018】

本開示の第８態様によれば、撮像光学系は、第２の結像を撮像素子に縮小結像する光学系として構成されている、第１から第７態様のいずれか１つに記載の投影撮像光学系を提供する。

【0019】

本開示の第９態様によれば、撮像光学系は、第２の結像を撮像素子に等倍結像又は拡大結像する光学系として構成されている、第１から第７態様のいずれか１つに記載の投影撮像光学系を提供する。

【0020】

本開示の第１０態様によれば、照明光を供給する照明光学系と、照明光学系により供給され、プリズム光学系により導かれて入射した光を空間的に変調し、映像情報に応じた投写光を生成する１つ又は複数の光変調素子と、第１から第９態様のいずれか１つに記載の投影撮像光学系と、投影撮像光学系により形成された第２の結像を電気的な画像信号に変換する撮像素子と、を備える、投写型映像表示装置を提供する。

【0021】

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

【0022】

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

【0023】

なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供するものであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。また、各図においては、説明を容易なものとするため、各要素を誇張して示している。

【0024】

《実施の形態》
以下、本開示の実施の形態に係る投影撮像光学系、及びそれを備える投写型映像表示装置について、図１乃至図１２を参照しながら説明する。なお、本開示に係る投影撮像光学系を適用した投写型映像表示装置の具体的な実施例として、単一の光変調素子を備える単板式の投写型映像表示装置を説明する。

【0025】

（実施例１）
図１は、本開示の実施例１に係る投影撮像光学系ＬＳ１０の構成及び主光線が通過する光路を示す概略図である。なお、図１の挿入図（ａ）は投写光Ｌｐの伝搬径路を簡略に示す図であって、挿入図（ｂ）は撮像光Ｌｉの伝搬径路を簡略に示す図である。

【0026】

本開示の実施の形態に係る投影撮像光学系ＬＳ１０は、投写レンズＬＧ１０と、プリズム光学系ＰＧ１０と、撮像光学系ＬＧ２０とによって構成され、投写型映像表示装置に設けることができる。

【0027】

図１の挿入図（ａ）に示すように、投写型映像表示装置の光変調素子Ｄ１０から、第１の光軸Ｏａに沿って図示＋Ｘ方向に伝搬される投写光Ｌｐが出射され、当該投写光Ｌｐの光線を用いて、光変調素子Ｄ１０から第１の面Ｗ１０に拡大投写して映像を表示する投影光学系ＰＳ１０が配置されている。投影光学系ＰＳ１０は、投写レンズＬＧ１０と、光学部材ＰＰ１０とによって構成され、図示Ｘ方向の第１の光軸Ｏａを基準軸としている。光学部材ＰＰ１０は、プリズム、光学フィルタ、カバーガラス等を想定した光学部材を含むことができ、投影撮像光学系ＬＳ１０のプリズム光学系ＰＧ１０の一部を含むことができる。

【0028】

具体的には、例えば、光変調素子Ｄ１０は、投影光学系ＰＳ１０の縮小側の共役点に位置することができる。光変調素子Ｄ１０から出射された投写光Ｌｐの光線は、第１の光軸Ｏａに沿って図示＋Ｘ方向に投写レンズＬＧ１０を通過し、投影光学系ＰＳ１０によって、例えば、拡大側の共役点にある第１の面Ｗ１０に、第１の結像Ｍ１０を形成する。

【0029】

図１の挿入図（ｂ）に示すように、投影撮像光学系ＬＳ１０は、第１の面Ｗ１０から図示－Ｘ方向に伝搬される外部光Ｌｅの光線を用いて、第２の面Ｗ２０に結像することができる。投影撮像光学系ＬＳ１０のプリズム光学系ＰＧ１０は、投写レンズＬＧ１０を経由して入射された外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線を偏向させ、図示＋Ｙ方向に撮像光学系ＬＧ２０に出射する。撮像光学系ＬＧ２０は、図示Ｙ方向の第２の光軸Ｏｂを基準軸とし、プリズム光学系ＰＧ１０から出射された撮像光Ｌｉの光線を第２の面Ｗ２０に結像する。また、プリズム光学系ＰＧ１０の内部には、中間像Ｍｓ１０が形成され、当該中間像Ｍｓ１０は、撮像光リレー光学系ＲＳ１０によってリレーされて、第２の面Ｗ２０において結像される。

【0030】

具体的には、外部光Ｌｅの光線は、第１の面Ｗ１０から第１の光軸Ｏａに沿って図示－Ｘ方向に投写レンズＬＧ１０を通過して、プリズム光学系ＰＧ１０に入射する。プリズム光学系ＰＧ１０は、例えば、外部光Ｌｅの少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線に対して、複数の内部反射面であるプリズム面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、透過面であるプリズム面Ｐ４を有することができる。本実施の形態において、撮像光Ｌｉは、プリズム面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で順に内部反射Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３をして偏向され、第２の光軸Ｏｂに沿ってプリズム面Ｐ４から出射される。このとき、プリズム光学系ＰＧ１０の内部において、撮像光Ｌｉの光線がプリズム面Ｐ１，Ｐ２で内部反射Ｒ１，Ｒ２した後、第１の面Ｗ１０と共役関係にあるプリズム光学系ＰＧ１０内の位置Ｉｍに中間像Ｍｓ１０を形成する。その後、撮像光Ｌｉの光線がプリズム光学系ＰＧ１０内で更に進み、プリズム面Ｐ３で内部反射Ｒ３したのち、プリズム面Ｐ４を透過して第２の光軸Ｏｂに沿って出射され、図示Ｙ方向に撮像光学系ＬＧ２０を通過して、第２の面Ｗ２０に第２の結像Ｍ２０を形成する。ここで、撮像光リレー光学系ＲＳ１０は、中間像Ｍｓ１０と第２の面Ｗ２０との間に配置され、中間像Ｍｓ１０を第２の面Ｗ２０に結像させるレンズ系を指す。本開示において、撮像光リレー光学系ＲＳ１０は、撮像光学系ＬＧ２０によって構成されてもよく、プリズム光学系ＰＧ１０の一部と撮像光学系ＬＧ２０とによって構成することもできる。これについて後段に詳述する。

【0031】

このように、投写型映像表示装置において、投影撮像光学系ＬＳ１０と、投影光学系ＰＳ１０とは、投写レンズＬＧ１０を共有して構成されている。また、これに限定されないが、投影撮像光学系ＬＳ１０と、投影光学系ＰＳ１０とは、プリズム光学系ＰＧ１０の一部を共有して構成されてもよい。

【0032】

なお、図１は、投影撮像光学系ＬＳ１０の要部の構成及び主光線が通過する光路を概念的に示しており、各構成要素の具体的な態様に限定しないことを理解されたい。例えば、プリズム光学系は、それに含まれるプリズム素子、又は撮像光に対する内部反射面及び透過面の数量、形状、配置が、図１と異なる態様で構成することができる。

【0033】

本実施の形態では、投影光学系ＰＳ１０において、投写レンズＬＧ１０が複数のレンズ素子を含むことができる。投写レンズＬＧ１０は、例えば、縮小側の光学部材ＰＰ１０との組み合わせによって、第１の結像Ｍ１０において、収差補正性能を有するように構成することができる。投影光学系の収差補正構成は従来知られている光学設計を採用することができ、本明細書では詳細な説明を省略する。

【0034】

投影撮像光学系ＬＳ１０は、外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線を、投写レンズＬＧ１０と、プリズム光学系ＰＧ１０と、撮像光学系ＬＧ２０とを順に経由して第２の光軸Ｏｂの方向に導いて出射し、プリズム光学系ＰＧ１０内の中間像を第２の面Ｗ２０に結像する。このとき、プリズム光学系ＰＧ１０と撮像光学系ＬＧ２０とは、投写レンズＬＧ１０と組み合わせて、第２の結像Ｍ２０において収差補正性能を有するように構成されている。

【0035】

このように、本実施の形態において、プリズム光学系ＰＧ１０内で複数回の内部反射によって、第１の光軸Ｏａに沿って投写光Ｌｐと同軸入射した外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線を偏向させて第２の光軸Ｏｂに沿って第２の面Ｗ２０に向かって導き、光学系の配置の自由度が向上することができる。これによって、投影撮像光学系ＬＳ１０は、複数の光学部品を用いて第２の結像Ｍ２０において収差補正性能を実現するように構成でき、投影光学系ＰＳ１０の配置と干渉することなく投写型映像表示装置の機器内部に組み込むことができる。

【0036】

また、本実施の形態の投影撮像光学系ＬＳ１０は、撮像光Ｌｉのプリズム光学系ＰＧ１０内部での伝搬光路長を利用して、プリズム光学系ＰＧ１０の内部で中間像を形成し、その中間像をプリズム光学系ＰＧ１０の外部に結像するように構成されている。このような構成により、第２の結像Ｍ２０において、物体側をプリズム光学系ＰＧ１０の媒質内に位置させることで、像面側に収差補正構成を有する撮像光学系ＬＧ２０を挿入可能な十分な距離を確保することができ、光学系全体の仕様をより自由に制御することを可能とすることができる。このようにして、投影光学系ＰＳ１０の光学設計と干渉することなく全系の収差補正を実現することができる。投影撮像光学系ＬＳ１０の詳細な構成について、具体的な実施例として、本開示に係る投影撮像光学系を適用した投写型映像表示装置において説明する。

【0037】

（実施例１に係る投影撮像光学系を用いた投写型映像表示装置６００の構成）
以下において、本開示の実施の形態に係る投影撮像光学系を用いた投写型映像表示装置６００の構成について、図２乃至図８を参照して説明する。図２は、実施例１に係る投影撮像光学系を用いた投写型映像表示装置６００の全体構成を示す概略図である。また、図２の（ａ）及び（ｂ）は、図示Ｘ－Ｚ面において投写型映像表示装置６００の全体構成を示す概略図である。図２の（ｃ）は、図２の（ａ）の左側、すなわち、図２の（ａ）の＋Ｚ側から－Ｚ方向に向かって見た投写型映像表示装置６００のプリズム光学系ＰＧ１００及び撮像光学系ＬＧ２００等を示す概略図である。なお、本開示の実施の形態に係る投写型映像表示装置は、例えば、高輝度タイプのプロジェクタであって、プロジェクションマッピングなどに用いられてもよく、また、家庭用の低輝度タイプのプロジェクタであってもよい。

【0038】

図２の投写型映像表示装置６００は、照明光を供給する照明光学系２００と、投影撮像システム５００と、を備える。

【0039】

＜照明光学系＞
照明光学系２００は、光源ユニット２０と、アフォーカルレンズ３１，３２と、拡散板４１と、λ／４板４２と、コンデンサレンズ３３，３４，３５と、ダイクロイックミラー４５と、ロッドインテグレータ４６と、蛍光体ホイール５０と、カラーホイール６０と、照明光リレー光学系を構成するレンズ７３，７４，７５と、を含む。

【0040】

照明光学系２００において、光源ユニット２０は、例えば、複数の半導体レーザ（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成される。本実施の形態では、青色光を出射する半導体レーザ素子２１を使用することができる。半導体レーザ素子２１から出射される青色光は、波長が４５５ｎｍ付近であって、映像光として用いられるとともに、蛍光体ホイール５０の蛍光体を励起するための励起光としても用いられる。半導体レーザ素子２１から発された青色光は、図示－Ｘ方向に出射され、コリメートレンズ２２によってコリメートされた後、アフォーカルレンズ３１及び３２によって集束され、拡散板４１を透過してダイクロイックミラー４５に入射する。

【0041】

本実施の形態において、光源ユニット２０から出射される光は、例えば、Ｓ偏光の青色光であって、ダイクロイックミラー４５は、Ｓ偏光の青色光を反射し、Ｐ偏光の青色光及びその他の色光は透過することができる。ダイクロイックミラー４５で反射された青色光は、略－Ｚ方向に進み、λ／４板４２を通過して、コンデンサレンズ３３、３４で集光されて蛍光体ホイール５０に入射し、蛍光体ホイール５０の蛍光体を励起して発光させる。

【0042】

蛍光体ホイール５０は、回転することにより、蛍光体層の異なるセグメントが入射した青色光によって励起され、例えば、黄色域の発光成分光、緑色域の発光成分光等を含む蛍光を発生することができる。また、λ／４板４２を通過した青色光の一部が蛍光体ホイール５０により反射されて、λ／４板４２を再度通過することで、Ｐ偏光の青色成分光となり、ダイクロイックミラー４５を透過する。ダイクロイックミラー４５を透過した青色成分光及び各色域の発光成分光は、略Ｚ方向に進み、コンデンサレンズ３５を経てカラーホイール６０に入射する。

【0043】

カラーホイール６０は、蛍光体ホイール５０と同期回転するよう制御され、異なるセグメントの透過特性によって入射した光を分光する。同期回転する蛍光体ホイール５０とカラーホイール６０とによって生成される光は、赤色、緑色、青色、黄色等を含む各色域の成分光が時分割で出射されるように、ロッドインテグレータ４６に入射し、ここで均一化される。

【0044】

ロッドインテグレータ４６から出射された光は、照明光リレー光学系を構成するレンズ７３，７４，７５を透過したのち、照明光学系２００から出射され、時間平均としては白色光の照明光Ｌｓとなって投影撮像システム５００に入射する。

【0045】

＜投影撮像システム＞
次に、投影撮像システム５００は、プリズム光学系ＰＧ１００と、光変調素子Ｄ１００と、投写光学系４２０と、撮像光学系ＬＧ２００と、撮像素子４５０と、を備える。また、本実施の形態において、撮像光学系ＬＧ２００及び撮像素子４５０は、図示Ｘ方向の投写光軸Ｏａ１に概ね直交するＹ－Ｚ面に配置され、撮像光Ｌｉは、＋Ｙ方向の撮像光軸Ｏｂ１に沿って撮像素子４５０に入射する（図２の（ｃ）に示す）。

【0046】

本実施の形態では、投影撮像システム５００において、プリズム光学系ＰＧ１００は、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム３１０（内部全反射プリズム）と、撮像光反射プリズム３５０とによって構成されている。ＴＩＲプリズム３１０は、本実施の形態において、略三角柱状の第１のプリズム３２０と第２のプリズム３３０とを、間に微小の間隙を設けて接合して構成されている。ＴＩＲプリズム３１０は、全反射を利用して、入射してきた照明光Ｌｓを、進行方向を偏向させて光変調素子Ｄ１００に導く。撮像光反射プリズム３５０は、ＴＩＲプリズム３１０に隣接して配置されている。撮像光反射プリズム３５０とＴＩＲプリズム３１０とは、分離して構成されてもよく（図７）、一体に構成されてもよい（図６、図８）。図２においては、撮像光反射プリズム３５０とＴＩＲプリズム３１０とを分離した構成で示している。撮像光反射プリズム３５０は、ＴＩＲプリズム３１０で反射して入射した撮像光Ｌｉを更に反射して偏向させて撮像素子４５０に導く。プリズム光学系ＰＧ１００の構成については、後段において詳述する。

【0047】

光変調素子Ｄ１００は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）が用いられ、照明光Ｌｓに含まれる各色域の成分光を、映像信号に基づいて変調し、画素毎に投写光ＬｐとなるＤＭＤ－ＯＮ光（オン光）、又は投写光Ｌｐに用いられないＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆ（オフ光）に振り分ける。投影用の投写光Ｌｐは、投写光軸Ｏａ１に沿って＋Ｘ方向に出射され、ＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆは投写光軸Ｏａ１から偏向されて除去される。

【0048】

投写光Ｌｐは、ＴＩＲプリズム３１０を透過し、投写光出射面３２１から出力されて、投写光軸Ｏａ１に沿って投写光学系４２０へ伝搬される。本実施の形態において、投写光学系４２０は、本実施の形態において、投写レンズＬＧ１００によって構成され、投写光Ｌｐをスクリーン４３０などの投写対象物に拡大投写して映像を表示する。

【0049】

一方、スクリーン４３０から図示－Ｘ方向に反射された外部光Ｌｅの少なくとも一部である撮像光Ｌｉを利用して、投写された映像を、投影撮像システム５００に内蔵された撮像素子４５０によって撮像することができる。

【0050】

図示のように、外部光Ｌｅは、投写光学系４２０から入射し、投写光軸Ｏａ１に沿って－Ｘ方向に伝搬され、ＴＩＲプリズム３１０の第１のプリズム３２０の投写光学系側の投写光出射面３２１に入射する。ＴＩＲプリズム３１０内において、外部光Ｌｅの少なくとも一部である撮像光Ｌｉが内部反射し、偏向されて撮像光反射プリズム３５０に入射する。撮像光反射プリズム３５０に入射した撮像光Ｌｉが撮像光反射プリズム３５０内で更に内部反射して偏向され、撮像光反射プリズム３５０の撮像光出射面３５３から撮像光軸Ｏｂ１に沿って出射され、図示＋Ｙ方向に撮像光学系ＬＧ２００に導入される。

【0051】

撮像光学系ＬＧ２００は、複数の光学部品を含むことができ、本実施の形態において、レンズ群４４０によって構成されている。撮像光出射面３５３から出射され、＋Ｙ方向の撮像光軸Ｏｂ１に沿って伝搬される撮像光Ｌｉは、撮像光学系ＬＧ２００により、撮像素子４５０に結像することができる。なお、本開示は、撮像光学系による結像の倍率を限定せず、撮像光学系ＬＧ２００は、撮像素子４５０に縮小結像する光学系として構成されてもよく、撮像素子４５０に等倍結像又は拡大結像する光学系として構成されてもよい。撮像素子４５０は、ＣＣＤイメージセンサー、ＣＭＯＳイメージセンサー等の固体撮像素子から構成することができ、受光した撮像光Ｌｉを電気的な画像信号に変換する。

【0052】

投写型映像表示装置の機器内部において、装置のより小型化、低コスト化を可能とするため、投影光学系において、投写レンズＬＧ１００とプリズム光学系ＰＧ１００の投写光学系側の投写光出射面３２１とは干渉しない範囲で極力近接して構成されている。そのため、投写光Ｌｐの出射方向において、機器内部の空間が少なく、設計上光学部品等の配置が制限される。

【0053】

本開示に係る投写型映像表示装置６００において、前述したように、プリズム光学系ＰＧ１００内で撮像光Ｌｉを複数回内部反射して偏向させる。これによって、投写光軸Ｏａ１に沿って図示－Ｘ方向に入射した外部光Ｌｅの少なくとも一部である撮像光Ｌｉを、投写光軸Ｏａ１に実質的に直交するＹ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１に沿って撮像素子４５０に向かって導くことができる。これによって、投写型映像表示装置６００が備える投影撮像光学系ＬＳ１００は、投写光軸Ｏａ１に沿って配置されている投影光学系と干渉することなく容易に機器内部に組み込むことができる。投写型映像表示装置６００の投影撮像光学系ＬＳ１００の配置について、以下図３を参照して説明する。

【0054】

＜投影撮像光学系ＬＳ１００の配置＞
図３は、実施例１に係る投影撮像光学系の構成を有する図２の投写型映像表示装置６００の投影撮像光学系ＬＳ１００の配置及び光の伝搬を示すイメージ図である。図３に示す投写型映像表示装置６００の投影撮像光学系ＬＳ１００は、図１に示す実施例１に係る投影撮像光学系ＬＳ１０の構成を適用している。なお、図３は、理解を容易にするために、撮像光Ｌｉの屈曲光路を直線に展開して光の伝搬の態様を示している。すなわち、図３において、Ｙ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１を、等価的にＸ－Ｚ面にある投写光軸Ｏａ１と同軸に展開し、Ｘ－Ｚ面にある投写光Ｌｐの光路と、プリズム光学系ＰＧ１００内でＹ－Ｚ面に偏向された撮像光Ｌｉの光路とを、同一の面に図示している。

【0055】

図３に示すように、本開示の実施の形態に係る投影撮像光学系ＬＳ１００は、投写レンズＬＧ１００と、プリズム光学系ＰＧ１００と、撮像光学系ＬＧ２００とによって構成されている。なお、本実施の形態において、投写光学系４２０を構成する投写レンズＬＧ１００は、複数のレンズ素子を含むことができ、ここでは、簡略的に示している。

【0056】

投影光学系ＰＳ１００は、投写レンズＬＧ１００と、光学部材ＰＰ１００とによって構成され、図示Ｘ方向の投写光軸Ｏａ１を基準軸としている。光学部材ＰＰ１００は、プリズム、光学フィルタ、カバーガラス等を想定した光学部材を含むことができ、本実施の形態において、例えば、光変調素子Ｄ１００等のカバーガラス、及びプリズム光学系ＰＧ１００の一部を含むことができる。

【0057】

本実施の形態では、光変調素子Ｄ１００は、投影光学系ＰＳ１００の縮小側の共役点に位置している。光変調素子Ｄ１００から出射された投写光Ｌｐの光線は、投写光軸Ｏａ１に沿ってＸ－Ｚ面の＋Ｘ方向に投写レンズＬＧ１００を通過し、投影光学系ＰＳ１００によって、拡大側の共役点にある第１の面Ｗ１００に第１の結像Ｍ１００を形成する。なお、本実施の形態において、第１の面Ｗ１００はスクリーン４３０である。

【0058】

外部光Ｌｅの光線は、第１の面Ｗ１００から投写光軸Ｏａ１に沿ってＸ－Ｚ面の－Ｘ方向に投写レンズＬＧ１００を通過して、プリズム光学系ＰＧ１００に入射する。なお、本実施の形態において、プリズム光学系ＰＧ１００のプリズム面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、それぞれＴＩＲプリズム３１０の投写光入射面３２２および投写光出射面３２１と、撮像光反射プリズム３５０の内部反射面３５２である。

【0059】

外部光Ｌｅの少なくとも一部撮像光Ｌｉは、プリズム面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で順に内部反射して偏向され、Ｙ－Ｚ面における撮像光軸Ｏｂ１に沿ってプリズム面Ｐ４から出射される。なお、本実施の形態において、撮像光Ｌｉを透過するプリズム面Ｐ４は、撮像光反射プリズム３５０の撮像光出射面３５３である。プリズム光学系ＰＧ１００の内部において、撮像光Ｌｉの光線がプリズム面Ｐ１，Ｐ２で反射した後、第１の面Ｗ１００と共役関係にあるプリズム光学系ＰＧ１００内に中間像Ｍｓ１００を形成する。その後、撮像光Ｌｉの光線がプリズム光学系ＰＧ１００内で更に進み、プリズム面Ｐ３で反射したのち、プリズム面Ｐ４を透過して撮像光軸Ｏｂ１に沿って出射され、Ｙ－Ｚ面のＹ方向に撮像光学系ＬＧ２００を通過する。このように、撮像光リレー光学系ＲＳ１００は、中間像Ｍｓ１００をリレーさせて、第２の面Ｗ２００において第２の結像Ｍ２０を形成する。本実施の形態において、撮像光学系ＬＧ２００は、レンズ群４４０により構成され、第２の面Ｗ２００は撮像素子４５０である。撮像光リレー光学系ＲＳ１００は、撮像光学系ＬＧ２００が備えるレンズ群４４０により構成されている。

【0060】

本実施の形態では、投写レンズＬＧ１００は、縮小側の光学部材ＰＰ１００との組み合わせによって、第１の面Ｗ１００（スクリーン４３０）における第１の結像Ｍ１００において、収差補正性能を有するように構成されている。

【0061】

投影撮像光学系ＬＳ１００は、外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線を、投写レンズＬＧ１００と、プリズム光学系ＰＧ１００と、撮像光学系ＬＧ２００とを順に経由して撮像光軸Ｏｂ１の方向に導いて出射し、プリズム光学系ＰＧ１００内の中間像を第２の面Ｗ２００（撮像素子４５０）に結像する。このとき、プリズム光学系ＰＧ１００と撮像光学系ＬＧ２００とは、投写レンズＬＧ１００と組み合わせて、第２の結像Ｍ２００において収差補正性能を有するように構成されている。

【0062】

このように、本実施の形態において、Ｘ－Ｚ面にある投写光軸Ｏａ１に沿って入射した外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線を偏向させてＹ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１に沿って第２の面Ｗ２００に向かって導く。また、プリズム光学系ＰＧ１００の内部で中間像Ｍｓ１００を形成し、プリズム光学系ＰＧ１００と撮像光学系ＬＧ２００とは、投写レンズＬＧ１００を透過した外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線に発生する収差を打ち消すように構成することによって、投影撮像光学系ＬＳ１００の全系の収差補正を実現することができる。

【0063】

本実施の形態では、プリズム光学系ＰＧ１００と撮像光学系ＬＧ２００とは、投写レンズＬＧ１００と組み合わせにより全系の収差補正がなされるため、プリズム光学系ＰＧ１００内に形成された中間像Ｍｓ１００は収差を持つこととなる。図４Ａおよび図４Ｂは、図３の投影撮像光学系ＬＳ１００に係る軸上色収差及び球面収差を示す図である。図４Ａは、光変調素子Ｄ１００の位置における色収差及び球面収差を示し、図４Ｂは、中間像Ｍｓ１００の位置における色収差及び球面収差を示している。なお、図４Ａおよび図４Ｂの収差曲線においては、ｅ線（波長５４６．１ｎｍの光）、ｇ線（波長４３５．８ｎｍの光）、ｃ線（波長６５６．３ｎｍの光）、ｆ線（波長４８６．１ｎｍの光）、及びｄ線（波長５８７．６ｎｍの光）のそれぞれに対する縦色収差及び球面収差の収差値を示している。

【0064】

本実施の形態では、投影光学系ＰＳ１００において、光変調素子Ｄ１００は、投影光学系ＰＳ１００の縮小側の共役点に位置し、第１の面Ｗ１００は、拡大側の共役点に位置している。また、投写レンズＬＧ１００と光学部材ＰＰ１００との組み合わせによって、第１の面Ｗ１００における第１の結像Ｍ１００において、収差補正性能を有するように構成されている。そのため、図４Ａに示すように、第１の面Ｗ１００からの光線に対し、光変調素子Ｄ１００の位置において、色収差及び球面収差に対する収差補正がなされている。

【0065】

この場合、図４Ｂに示すように、第１の面Ｗ１００から投写レンズＬＧ１００を経由してプリズム光学系ＰＧ１００に入射した撮像光Ｌｉの光線は、中間像Ｍｓ１００の位置において、矢印Ｂ１で示す軸上色収差の増加、及び矢印Ｂ２で示す球面収差オーバー傾向が生じている。本実施の形態では、プリズム光学系ＰＧ１００と撮像光学系ＬＧ２００とは、第２の結像Ｍ２００において、投写レンズＬＧ１００を透過した外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線に発生する収差、特に、中間像Ｍｓ１００の位置に、撮像光Ｌｉの光線に発生する軸上色収差（矢印Ｂ１）及び球面収差（矢印Ｂ２）を打ち消すように構成される。このように、第２の結像Ｍ２００において収差補正性能を有するように構成されたプリズム光学系ＰＧ１００と撮像光学系ＬＧ２００とは、第１の結像Ｍ１００において収差補正性能を有するように構成された投写レンズＬＧ１００と干渉することなく、全系の収差補正を実現することができる。

【0066】

また、本実施の形態の投影撮像光学系ＬＳ１００は、プリズム光学系ＰＧ１００内で光路を折り曲げた構成を採用している。これにより、撮像光Ｌｉの光束の広がりを抑制するとともに、撮像光Ｌｉの光線を投写光軸Ｏａ１に実質的に直交するＹ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１に沿って撮像素子４５０に向かって導くことができる。これによって、撮像光学系を構成する撮像光学系ＬＧ２００における収差補正構成に必要な複数の光学部品を、投影光学系ＰＳ１００の配置と干渉することなく配設することができる。プリズム光学系ＰＧ１００の構成について、以下に、図５，６を参照して説明する。

【0067】

＜プリズム光学系ＰＧ１００の構成＞
図５は、図３の投影撮像光学系ＬＳ１００のプリズム光学系ＰＧ１００の構成を示す斜視図である。図６は、図３の投影撮像光学系ＬＳ１００のプリズム光学系ＰＧ１００の断面図である。また、図５のプリズム光学系ＰＧ１００は、撮像光反射プリズム３５０とＴＩＲプリズム３１０とが一体に形成した構成で示されている。なお、明瞭化のために、各光ビームを主光線のみで示している。

【0068】

ＴＩＲプリズム３１０は、略三角柱状の第１のプリズム３２０と第２のプリズム３３０とを含み、第１のプリズム３２０と第２のプリズム３３０とは、投写光軸Ｏａ１の前方側（図示＋Ｘ側）から投写光軸Ｏａ１に沿って順に配置されている。第２のプリズム３３０は、照明光反射面３３１を有し、入射した照明光Ｌｓが照明光反射面３３１で全反射して光変調素子Ｄ１００に導入される。第１のプリズム３２０は、光変調素子Ｄ１００で反射されて＋Ｘ方向に進む投写光Ｌｐの投写光入射面３２２と投写光出射面３２１とを有する。第１のプリズム３２０と第２のプリズム３３０とは、投写光入射面３２２と照明光反射面３３１との間に平行な間隙を設けて接合されている。これによって、光変調素子Ｄ１００からの投写光Ｌｐは、第２のプリズム３３０を透過して第１のプリズム３２０に入り、更に第１のプリズム３２０を透過して、投写光出射面３２１から投写光軸Ｏａ１に沿って投写光学系に出力されて結像される。ＤＭＤ－ＯＦＦ光Ｌｆは、投写光軸Ｏａ１から偏向された方向にＴＩＲプリズム３１０を透過して除去される。

【0069】

第１のプリズム３２０と隣接して配置されている撮像光反射プリズム３５０は、撮像光入射面３５１と、内部反射面３５２と、撮像光出射面３５３とを有する。本実施の形態において、ＴＩＲプリズム３１０の第１のプリズム３２０と撮像光反射プリズム３５０とは、撮像光入射面３５１において一体的に構成されている。

【0070】

図示のように、投写光学系（図５に図示せず）から－Ｘ方向に第１のプリズム３２０に入射した外部光Ｌｉは、投写光入射面３２２（プリズム面Ｐ１）においてビームスポットＳ１を形成する。投写光入射面３２２は、部分反射コートが施され、入射した外部光Ｌｉの少なくとも一部である撮像光Ｌｉが部分反射コートにより内部反射し、投写光出射面３２１（プリズム面Ｐ２）に到達してビームスポットＳ２を形成する。続いて、撮像光Ｌｉが投写光出射面３２１で内部反射し、撮像光反射プリズム３５０の撮像光入射面３５１に到達し、撮像光入射面３５１を透過して撮像光反射プリズム３５０に入射する。

【0071】

撮像光反射プリズム３５０において、撮像光Ｌｉは、内部反射面３５２（プリズム面Ｐ３）においてビームスポットＳ３を形成して内部反射したのち、撮像光出射面３５３（プリズム面Ｐ４）から図示＋Ｙ方向の撮像光軸Ｏｂ１に沿って出射され、撮像光学系ＬＧ２００によって撮像素子４５０に結像することができる。

【0072】

このように、本実施の形態において、撮像光Ｌｉは、プリズム光学系ＰＧ１００内で３回内部反射したのち、投写光軸Ｏａ１に実質的に直交するＹ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１に沿って、撮像素子４５０に導入することができる。なお、本開示は、撮像光Ｌｉがプリズム光学系ＰＧ１００内での内部反射回数を限定しない。また、これに限定されないが、好ましくは、撮像光Ｌｉの少なくとも一部が、投写光出射面３２１（プリズム面Ｐ２）で全反射して撮像光反射プリズム３５０に入射してもよい。これによって、効率よく撮像光を利用することができる。

【0073】

投写光入射面３２２（プリズム面Ｐ１）に施された部分反射コートは、可視域部分反射コートであってもよく、赤外域部分反射コートであってもよい。可視域部分反射コートが施された場合、光変調素子Ｄ１００から投写光入射面３２２に入射した可視域の投写光Ｌｐも、可視域部分反射コートの反射特性により一部が反射されるため、投写光Ｌｐにロスが生じる。本実施形態の場合、可視域部分反射コートは、波長が４００ｎｍ－７００ｎｍの可視域の光に対し、２％以上１５％以下の反射率を有する。これによって、投写光Ｌｐに大きなロスが生じることなく、可視域の外部光の一部を取り入れて撮像することができる。なお、可視域部分反射コートの反射特性は、これに限定されない。

【0074】

一方、赤外域部分反射コートが施された場合、本実施の形態において、赤外域部分反射コートは、波長が７５０ｎｍ以上の赤外域の光に対し、５０％以上の反射率を有して撮像光を反射させる。なお、赤外域部分反射コートの反射特性は、これに限定されない。一般に、投写光学系に入射する投写光は、波長が４００ｎｍ－７００ｎｍの可視域の光であって、赤外域の光成分を含まない。そこで、赤外域の外部光を撮像光として取り入れるとともに、可視域の投写光Ｌｐを大凡１００％透過させることによって、投写光にロスが生じることなく撮像することができる。

【0075】

＜変形例に係るプリズム光学系の構成＞
次に、図７－図８を参照してプリズム光学系ＰＧ１００の変形例１に係るプリズム光学系ＰＧ１００ａ及び変形例２に係るプリズム光学系ＰＧ１００ｂを説明する。図７は、本開示の実施の形態の変形例１に係るプリズム光学系ＰＧ１００ａの断面図であり、図８は、本開示の実施の形態の変形例２に係るプリズム光学系ＰＧ１００ｂの断面図である。

【0076】

図７に示すプリズム光学系ＰＧ１００ａは、図５－６に示すプリズム光学系ＰＧ１００と同様に、ＴＩＲプリズム３１０ａと撮像光反射プリズム３５０ａとによって構成されている。図示のように、プリズム光学系ＰＧ１００ａは、撮像光反射プリズム３５０ａが撮像光入射面３５１ａにおいてＴＩＲプリズム３１０ａと分離して形成されている点で、プリズム光学系ＰＧ１００と異なる。

【0077】

図７に示すように、プリズム光学系ＰＧ１００ａにおいて、第１のプリズム３２０ａは、撮像光反射プリズム３５０ａに隣接するプリズム面３２３ａを有する。第１のプリズム３２０ａと撮像光反射プリズム３５０ａとは、プリズム面３２３ａと撮像光入射面３５１ａとの間に平行な間隙を隔てて分離して形成されている。

【0078】

プリズム光学系ＰＧ１００ａにおいて、－Ｘ方向に第１のプリズム３２０ａに入射した外部光Ｌｅは、投写光入射面３２２ａ（プリズム面Ｐ１）においてビームスポットＳ１ａを形成する。投写光入射面３２２ａの部分反射コートによって、入射した外部光Ｌｅの少なくとも一部が撮像光Ｌｉａとして内部反射して、投写光出射面３２１ａ（プリズム面Ｐ２）に到達してビームスポットＳ２ａを形成する。続いて、撮像光Ｌｉａが投写光出射面３２１ａで内部反射して、プリズム面３２３ａを透過して、撮像光反射プリズム３５０ａの撮像光入射面３５１ａに到達して透過し、撮像光反射プリズム３５０ａに入射する。撮像光反射プリズム３５０ａにおいて、撮像光Ｌｉａは、内部反射面３５２ａ（プリズム面Ｐ３）において、ビームスポットＳ３ａを形成し、内部反射面３５２ａで内部反射したのち、撮像光出射面３５３ａ（プリズム面Ｐ４）から出射される。

【0079】

前述したように、投写光ＬｐがＴＩＲプリズムを透過して投写光学系に出射する。ＴＩＲプリズムを通過するとき、高エネルギーの投写光Ｌｐにより発熱が生じるため、ＴＩＲプリズムは、耐熱性のガラス素材で作製する必要がある。プリズム光学系ＰＧ１００において、撮像光反射プリズムがＴＩＲプリズムと一体に形成された場合には、熱伝導の影響を受けるため、ガラス製撮像光反射プリズムが必要である。また、屈折率の変化による収差の発生を抑制するため、撮像光反射プリズム３５０は、ＴＩＲプリズム３１０と同様のガラス素材で作製することが望ましい。一方、図７に示すプリズム光学系ＰＧ１００ａにおいて、撮像光反射プリズム３５０ａは、ＴＩＲプリズム３１０ａと分離して形成されることで、熱伝導が抑制されるため、ＴＩＲプリズム３１０ａと異なるガラス素材、又は樹脂素材を採用して作製することができる。従って、撮像プリズムをＴＩＲプリズムと分離して形成することによって、自由度の高い材料選択ができる。樹脂製の光学部品が優れた加工性を有するため、複雑な幾何形状の光学面を有するプリズム部材を低コストで作製できる利点もある。

【0080】

図８に示すプリズム光学系ＰＧ１００ｂは、ＴＩＲプリズム３１０ｂと、撮像光反射プリズム３５０ｂと、第３のプリズム３４０とによって構成され、第３のプリズム３４０を備えている点でプリズム光学系ＰＧ１００と異なる。図示のように、本実施の形態において、ＴＩＲプリズム３１０ｂの第１のプリズム３２０ｂと撮像光反射プリズム３５０ｂとは、一体的に構成されている。しかし、本開示はこれに限定されない。プリズム光学系ＰＧ１００ｂにおいて、ＴＩＲプリズム３１０ｂの第１のプリズム３２０ｂと撮像光反射プリズム３５０ｂとは、図７に示すプリズム光学系ＰＧ１００ａと同様に、分離して形成されてもよい。

【0081】

図８に示すように、プリズム光学系ＰＧ１００ｂの第３のプリズム３４０は、第１のプリズム面３４１と第２のプリズム面３４２を有する。第１のプリズム面３４１は、ＴＩＲプリズム３１０ｂの第１のプリズム３２０ｂの投写光入射面３２２ｂと接合されている。第２のプリズム面３４２は、第１のプリズム面３４１と角度を成して交差している。第２のプリズム面３４２と、ＴＩＲプリズム３１０ｂの第２のプリズム３３０ｂの照明光反射面３３１ｂとは、平行な間隙を隔てて対向して配置されている。なお、これに限定されないが、本実施の形態において、第３のプリズム３４０は、楔形状を有する。第１のプリズム面３４１と第２のプリズム面３４２とは、好ましくは、２度から１０度の頂角Ａを成し、本実施の形態において、約３度の頂角Ａを成している。

【0082】

プリズム光学系ＰＧ１００ｂにおいて、－Ｘ方向に第１のプリズム３２０ｂに入射した外部光Ｌｅは、投写光入射面３２２ｂ（プリズム面Ｐ１）においてビームスポットＳ１ｂを形成する。投写光入射面３２２ｂの部分反射コートによって、入射した外部光Ｌｅの少なくとも一部が撮像光Ｌｉｂとして内部反射して、投写光出射面３２１ｂ（プリズム面Ｐ２）に到達してビームスポットＳ２ｂを形成する。続いて、撮像光Ｌｉｂが投写光出射面３２１ｂで内部反射して、撮像光反射プリズム３５０ｂに入射する。撮像光反射プリズム３５０ｂにおいて、撮像光Ｌｉｂは、内部反射面３５２ｂ（プリズム面Ｐ３）においてビームスポットＳ３ｂを形成し、内部反射面３５２ｂで内部反射したのち、撮像光出射面３５３ｂ（プリズム面Ｐ４）から出射される。

【0083】

比較するために、図８には、図７に示すプリズム光学系ＰＧ１００ａにおいて、撮像光Ｌｉａが撮像光反射プリズム３５０ａの内部反射面３５２ａ（図示せず）に形成したビームスポットＳ３ａも示している。図示のように、プリズム光学系ＰＧ１００ｂにおいて撮像光Ｌｉｂが形成したビームスポットＳ３ｂは、ビームスポットＳ３ａよりも小さく、且つ、ビームスポットＳ３ｂの中心位置は、ビームスポットＳ３ａの中心位置に比べ、投写光軸Ｏａ１側に距離Ｄだけ近接している。

【0084】

プリズム光学系ＰＧ１００ｂにおいて、撮像光Ｌｉｂにより撮像光反射プリズムの内部反射面に形成されるビームスポットＳ３ｂがこのように変化したのは、第３のプリズム３４０が設けられているためである。図８に示すように、第２のプリズム３３０ｂは、照明光反射面３３１ｂと、投写光軸Ｏａ１に垂直な底面３３２ｂとが角度α１を成して構成されている。当該角度α１は、光変調素子Ｄ１００としてのＤＭＤの特性によって制限され、自由に設計することができない。そして、照明光反射面３３１ｂと投写光入射面３２２ｂとが、平行な間隙を隔てて対向して配置されているため、撮像光の投写光入射面での反射角度も制限されている。そこで、楔形状の第３のプリズム３４０を設けることによって、投写光入射面３２２ｂと投写光軸Ｏａ１との成す角度βを、楔形状の第３のプリズム３４０の頂角Ａの角度だけ増加させることにより、撮像光Ｌｉｂの投写光入射面３２２ｂでの反射角度を調整することができる。これによって、プリズム光学系ＰＧ１００ｂをよりコンパクト化することができる。

【0085】

このように、本実施の形態のプリズム光学系内で撮像光Ｌｉの光路を折り曲げて、入射時の投写光軸Ｏａ１に実質的に直交するＹ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１に沿って、撮像光Ｌｉを撮像光学系ＬＧ２００に出射することができる。撮像光学系ＬＧ２００は、収差補正性能を実現するように複数の光学素子を配設するとともに、投影光学系ＰＳ１００の配置と干渉することなく容易に投写型映像表示装置の機器内部に組み込むことができる。また、必要に応じて、撮像光学系ＬＧ２００の各光学素子を相対的に移動することにより、結像倍率を変化させ、撮像素子４５０に縮小結像する撮像光学系として構成されてもよく、等倍結像又は拡大結像する撮像光学系として構成されてもよい。

【0086】

本実施の形態では、撮像光学系ＬＧ２００は、例えば、正のレンズ、負のレンズ、接合レンズ等を含む複数のレンズ素子を備えることができる。本実施の形態の撮像光学系ＬＧ２００とプリズム光学系とは、投写レンズＬＧ１００を透過した外部光Ｌｅの光線の少なくとも一部である撮像光Ｌｉの光線に発生する収差を打ち消すように構成され、第２の結像Ｍ２００において収差補正性能を有する。そして、撮像光学系ＬＧ２００とプリズム光学系とは、投写光Ｌｐに対して収差補正性能を有する投写レンズＬＧ１００と組み合わせて、全系の収差補正を実現する。撮像光学系ＬＧ２００の収差補正構成は従来知られている光学設計を採用することができる。

【0087】

撮像光学系の構成として、等倍の光学系としては、例えば、ダブルガウスのようなそれぞれ正、負、負、正のパワーを有する４群のレンズ群構成を主体とし、更にプリズム光学系側に、投写レンズの像側テレセントリックに対応するために、正のパワーを有する像面補正レンズを追加して、プリズム光学系側から撮像素子側へ順に、正、正、負、負、正のパワーを有する５群のレンズ群構成とすることができる。ここで、２つの負のパワーを有するレンズ群は、色収差を含めた各諸収差を補正するために、凸凹の貼り合せレンズとして構成される。

【0088】

光変調素子と撮像素子との有効サイズが異なる場合には、サイズ比に合わせた横倍率で撮像素子に結像するように、撮像光学系を構成する。図１３―１５は、横倍率０．４での撮像光学系の設計例である。図１３は、実施例１に係る撮像光学系の構成を示すレンズ配置図である。図１４は、実施例１に係る撮像光学系の縦収差を示す図である。図１５は、実施例１に係る撮像光学系の面データを示す図である。また、各種データは次の通りである。
・焦点距離:ｆ＝５０．６ｍｍ
・Ｆ値：Ｆ１．６（絞り径φ５．６ｍｍ）
・光学全長：５５ｍｍ
・横倍率：０．４倍
倍率が横倍率０．４のため、図１３、１５に示すように、撮像光学系ＬＧ２００は、プリズム光学系ＰＧ１００側から撮像素子４５０側へ順に、正、正、負、正、正のパワーを有する５群のレンズ群で構成される。第１レンズ群はレンズ素子Ｌ１で構成される。第２レンズ群はレンズ素子Ｌ２で構成される。第３レンズ群はレンズ素子Ｌ３とレンズ素子Ｌ４との貼り合せレンズとして構成される。第４レンズ群はレンズ素子Ｌ５とレンズ素子Ｌ６との貼り合せレンズとして構成される。第５レンズ群はレンズ素子Ｌ７で構成される。また、レンズ素子Ｌ４とレンズ素子Ｌ５との間には、絞りＡｐが配置され、レンズ素子Ｌ７と撮像素子４５０との間には、ＩＲカットフィルタＩＲとウィンドウガラスＷＧが配置される。

【0089】

この場合、上述の通り、光学全長は５５ｍｍであり、Ｆ値はＦ１．６となる。例えば、プリズム光学系側の光線のＦ値がＦ２．０の場合、横倍率の関係から撮像素子側のF値はＦ０．８５となるが、小型撮像素子のオンチップマイクロレンズの関係上クロストーク等が発生するため、撮像光学系内の絞りＡｐにて光線をカットしＦ１．６になるよう補正を実施している。

【0090】

図３に示すように、本実施の形態では、プリズム光学系の内部において、撮像光Ｌｉの光線による中間像Ｍｓ１００が形成されている。従来の光学系の構成において、中間像を形成せずにプリズムを通過した撮像光の光線を結像させる場合、光学系全体の焦点距離と、プリズムの大きさ及び形状と、光学系の画角との制約関係によって、光学系の仕様が制限される。そこで、本実施の形態の投影撮像光学系ＬＳ１００は、撮像光Ｌｉのプリズム光学系内部での伝搬光路長を利用して、プリズム光学系内にて中間像Ｍｓ１００を形成し、撮像光リレー光学系ＲＳ１００は、その中間像をプリズム光学系の外部に結像するように構成されている。このような構成により、結像Ｍ２００において、物体側をプリズム光学系の媒質内に位置させることで、像面側に収差補正構成を有する撮像光学系ＬＧ２００を挿入可能な十分な距離を確保することができ、光学系全体の仕様をより自由に制御することを可能とすることができる。これによって、投影光学系ＰＳ１００の光学設計と干渉することなく全系の収差補正を実現することができる。

【0091】

本実施の形態では、中間像Ｍｓ１００は、プリズム光学系の内部反射面の前に形成される。好ましくは、中間像Ｍｓ１００は、プリズム光学系の最終内部反射面（プリズム面Ｐ３）の前に形成される。これによって、出射される撮像光の光線の広がりを抑制することができる。本実施の形態では、図３に示すように、中間像Ｍｓ１００は、撮像光反射プリズム３５０の内部反射面３５２（プリズム面Ｐ３）の前に形成されている。更に、プリズム光学系の１つ又は複数のプリズム面に曲率を持たせることによって、出射される撮像光Ｌｉの光線の広がりを制御でき、投影撮像光学系をよりコンパクト化することができる。このとき、撮像光リレー光学系は、プリズム光学系の一部と撮像光学系とによって構成される。

【0092】

具体的には、本実施の形態において、例えば、プリズム光学系ＰＧ１００の内部反射面３５２（プリズム面Ｐ３）、及び／又は撮像光出射面３５３（プリズム面Ｐ４）に、撮像光の光線に正のパワーを与えるように曲率を持たせることによって、撮像光学系ＬＧ２００を構成するレンズ素子の枚数、及び口径を少なく抑えることができる。これによって、全系の収差補正性能を実現するとともに、コンパクトな結像光学系を実現することが可能となる。以下、図９乃至図１２を参照して、本開示の実施例２及び実施例３に係る、プリズム面に曲率を持たせた投影撮像光学系の構成を説明する。

【0093】

（実施例２）
図９は、本開示の実施例２に係る投影撮像光学系ＬＳ１０Ａの構成及び主光線が通過する光路を示す概略図である。なお、図９の挿入図（ａ）は投写光Ｌｐの伝搬径路を簡略に示す図であって、挿入図（ｂ）は撮像光Ｌｉの伝搬径路を簡略に示す図である。図１０は、実施例２に係る投影撮像光学系の構成を有する図２の投写型映像表示装置の投影撮像光学系ＬＳ１００Ａの配置及び光の伝搬を示すイメージ図である。なお、図１０は、図３と同様に、理解を容易にするために、撮像光Ｌｉの屈曲光路を直線に展開して光の伝搬の態様を示している。すなわち、図１０において、Ｙ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１を、等価的にＸ－Ｚ面にある投写光軸Ｏａ１と同軸に展開し、Ｘ－Ｚ面にある投写光Ｌｐの光路と、プリズム光学系ＰＧ１００Ａ内でＹ－Ｚ面に偏向された撮像光Ｌｉの光路とを、同一の面に図示している。

【0094】

図９に示す投影撮像光学系ＬＳ１０Ａは、図１の投影撮像光学系ＬＳ１０と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。図示のように、実施例２に係る投影撮像光学系ＬＳ１０Ａは、プリズム光学系ＰＧ１０Ａのプリズム面Ｐ３Ａにおいて、実施例１に係る投影撮像光学系ＬＳ１０と異なる。プリズム面Ｐ３Ａは、反射する撮像光の光線に正のパワーを与えるような凹面形状の曲面に形成されている。

【0095】

本実施例において、プリズム光学系ＰＧ１０Ａの内部において、撮像光Ｌｉの光線がプリズム面Ｐ１，Ｐ２で内部反射Ｒ１，Ｒ２した後、第１の面Ｗ１０と共役関係にあるプリズム光学系ＰＧ１０Ａ内の位置Ｉｍに中間像Ｍｓ１０を形成する。その後、撮像光Ｌｉの光線がプリズム光学系ＰＧ１０Ａ内で更に進み、プリズム面Ｐ３Ａで内部反射Ｒ３する。このとき、撮像光Ｌｉの光線は、凹面形状のプリズム面Ｐ３Ａによる正のパワーにより集束されるとともに、プリズム面Ｐ４を透過して第２の光軸Ｏｂに沿って出射され、図示Ｙ方向に撮像光学系ＬＧ２０Ａを通過して、第２の面Ｗ２０に第２の結像Ｍ２０Ａを形成する。この場合、プリズム光学系ＰＧ１０Ａのプリズム面Ｐ３Ａの凹面形状が凹面鏡として撮像光Ｌｉの光線を集束する。撮像光リレー光学系ＲＳ１０Ａは、プリズム光学系のプリズム面Ｐ３Ａの凹面と撮像光学系ＬＧ２０Ｂとによって構成される。撮像光学系ＬＧ２０Ａは、入射した撮像光Ｌｉの収束により、レンズ素子の枚数、及び口径を少なく抑えて構成ことができる。これによって、投影撮像光学系ＬＳ１０Ａを更にコンパクト化することができる。

【0096】

図１０に示す投影撮像光学系ＬＳ１００Ａは、図３の投影撮像光学系ＬＳ１００と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。図示のように、本実施の形態では、プリズム光学系ＰＧ１００Ａにおいて、撮像光反射プリズム３５０Ａの内部反射面３５２Ａ（プリズム面Ｐ３Ａ）は、撮像光Ｌｉの当該内部反射面３５２Ａでの内部反射する方向に向けて凹面Ｃ１の形状を有するように構成することができる。当該凹面Ｃ１の形状は、正のパワーを有する凹面鏡として反射される撮像光を集束することができる。撮像光リレー光学系ＲＳ１００Ａは、プリズム光学系ＰＧ１００Ａの内部反射面３５２Ａの凹面Ｃ１と、撮像光学系ＬＧ２００Ａが備えるレンズ群４４０Ａとによって構成されている。このように、撮像光反射プリズム３５０Ａの内部反射面３５２Ａに曲率を持たせることにより、撮像光Ｌｉのプリズム光学系ＰＧ１００Ａ内での広がりを抑制し、よって、出射する撮像光ＬｉＡの光束の広がりを規定して第２の結像Ｍ２００Ａを形成することができる。そのため、後段の撮像光学系ＬＧ２００Ａは、図３に示す撮像光学系ＬＧ２００よりも、光学部品の口径が小さく、薄型の光学部品を利用して構成することができる。これによって、コンパクトな結像光学系を構成することができる。

【0097】

（実施例３）
次に、図１１は、本開示の実施例３に係る投影撮像光学系ＬＳ１０Ｂの構成及び主光線が通過する光路を示す概略図である。なお、図１１の挿入図（ａ）は投写光Ｌｐの伝搬径路を簡略に示す図であって、挿入図（ｂ）は撮像光Ｌｉの伝搬径路を簡略に示す図である。図１２は、実施例３に係る投影撮像光学系の構成を有する図２の投写型映像表示装置の投影撮像光学系ＬＳ１００Ｂの配置及び光の伝搬を示すイメージ図である。なお、図１２は、図３と同様に、理解を容易にするために、撮像光Ｌｉの屈曲光路を直線に展開して光の伝搬の態様を示している。すなわち、図１２において、Ｙ－Ｚ面にある撮像光軸Ｏｂ１を、等価的にＸ－Ｚ面にある投写光軸Ｏａ１と同軸に展開し、Ｘ－Ｚ面にある投写光Ｌｐの光路と、プリズム光学系ＰＧ１００Ｂ内でＹ－Ｚ面に偏向された撮像光Ｌｉの光路とを、同一の面に図示している。

【0098】

図１１に示す投影撮像光学系ＬＳ１０Ｂは、図１の投影撮像光学系ＬＳ１０と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。図示のように、実施例３に係る投影撮像光学系ＬＳ１０Ｂは、プリズム光学系ＰＧ１０Ｂのプリズム面Ｐ４Ｂにおいて、実施例１に係る投影撮像光学系ＬＳ１０と異なる。プリズム面Ｐ４Ｂは、透過する撮像光の光線に正のパワーを与えるような凸面形状の曲面に形成されている。

【0099】

本実施例において、プリズム光学系ＰＧ１０Ｂの内部において、撮像光Ｌｉの光線がプリズム面Ｐ１，Ｐ２で内部反射Ｒ１，Ｒ２した後、第１の面Ｗ１０と共役関係にあるプリズム光学系ＰＧ１０Ｂ内の位置Ｉｍに中間像Ｍｓ１０を形成する。その後、撮像光Ｌｉの光線がプリズム光学系ＰＧ１０Ｂ内で更に進み、プリズム面Ｐ３で内部反射Ｒ３したのち、透過面であるプリズム面Ｐ４Ｂに到達する。このとき、撮像光Ｌｉの光線は、凸面形状のプリズム面Ｐ４Ｂによる正のパワーにより集束されるとともに、プリズム面Ｐ４Ｂを透過して第２の光軸Ｏｂに沿って出射され、図示Ｙ方向に撮像光学系ＬＧ２０Ｂを通過して、第２の面Ｗ２０に第２の結像Ｍ２０Ｂを形成する。この場合、プリズム光学系ＰＧ１０Ｂのプリズム面Ｐ４Ｂの凸面形状が凸レンズとして撮像光Ｌｉの光線を集束する。撮像光リレー光学系ＲＳ１０Ｂは、プリズム光学系のプリズム面Ｐ４Ｂの凸面と撮像光学系ＬＧ２０Ｂとによって構成される。撮像光学系ＬＧ２０Ｂは、入射した撮像光Ｌｉの収束により、レンズ素子の枚数、及び口径を少なく抑えて構成することができる。これによって、投影撮像光学系ＬＳ１０Ｂを更にコンパクト化することができる。

【0100】

図１２に示す投影撮像光学系ＬＳ１００Ｂは、図３の投影撮像光学系ＬＳ１００と同様な要素について、同じ符号を付しており、説明を省略する。図示のように、本実施の形態では、プリズム光学系ＰＧ１００Ｂにおいて、撮像光反射プリズム３５０Ｂの撮像光出射面３５３Ｂ（プリズム面Ｐ４）は、撮像光Ｌｉの第２の面Ｗ２００（撮像素子４５０）へ出射する方向に向けて凸面Ｃ２の形状を有するように構成することができる。当該凸面Ｃ２の形状は、正のパワーを有する凸レンズとして出射される撮像光を集束することができる。撮像光リレー光学系ＲＳ１００Ｂは、プリズム光学系ＰＧ１００Ｂの撮像光出射面３５３Ｂの凸面Ｃ２と、撮像光学系ＬＧ２００Ｂが備えるレンズ群４４０Ｂとによって構成されている。このように、撮像光反射プリズム３５０Ｂの撮像光出射面３５３Ｂに曲率を持たせることにより、出射する撮像光ＬｉＢの光束の広がりを規定して第２の結像Ｍ２００Ｂを形成することができる。そのため、後段の撮像光学系ＬＧ２００Ｂは、図３に示す撮像光学系ＬＧ２００よりも、光学系の部品点数を削減することができる。これによって、コンパクトな結像光学系を構成することができる。

【0101】

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記各々の実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

【0102】

なお、本開示は各々のプリズムの形状を限定しない。例えば、プリズム光学系を構成する各々のプリズムは、略三角柱状又は略四角柱状であってもよく、他の形状を有してもよい。

【0103】

また、上記実施の形態において、プリズム光学系のプリズム面に曲率を持たせる場合について、凹面又は凸面を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、プリズム光学系の１つ又は複数のプリズム面は、自由曲面形状を有するように構成されてもよい。

【0104】

また、上記実施の形態において、単一の光変調素子を備える単板式の投写型映像表示装置を説明したが、本開示はこれに限定されない。本開示に係る投影撮像光学系は、例えば、３つの光変調素子を備える３板式の投写型映像表示装置にも適用することができ、本開示に係るプリズム光学系は、３板式の投写型映像表示装置の色分離合成プリズムを含むことができる。

【0105】

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。したがって、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

【0106】

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。そのような変更、及び異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0107】

本開示は、結像光学系に適用可能であり、各種の投写型映像表示装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0108】

ＬＳ１０，ＬＳ１００，ＬＳ１０Ａ，ＬＳ１００Ａ，ＬＳ１０Ｂ，ＬＳ１００Ｂ 投影撮像光学系
２００ 照明光学系
２０ 光源ユニット
２１ 半導体レーザ素子
２２ コリメートレンズ
３１，３２ アフォーカルレンズ
３３，３４，３５ コンデンサレンズ
４１ 拡散板
４２ λ／４板
４５ ダイクロイックミラー
４６ ロッドインテグレータ
５０ 蛍光体ホイール
６０ カラーホイール
７３，７４，７５ 照明光リレー光学系を構成するレンズ
３１０，３１０ａ，３１０ｂ ＴＩＲプリズム
３２０，３２０ａ，３２０ｂ，３３０，３３０ｂ，３４０ プリズム
３５０，３５０ａ，３５０ｂ，３５０Ａ，３５０Ｂ 撮像光反射プリズム
３２１，３２１ａ，３２１ｂ 投写光出射面
３２２，３２２ａ，３２２ｂ 投写光入射面
３３１，３３１ｂ 照明光反射面
３５１，３５１ａ 撮像光入射面
３５２，３５２ａ，３５２ｂ，３５２Ａ 内部反射面
３５３，３５３ａ，３５３ｂ，３５３Ｂ 撮像光出射面
４２０ 投写光学系
４３０ スクリーン
４４０，４４０Ａ，４４０Ｂ レンズ群
４５０ 撮像素子
５００ 投影撮像システム
６００ 投写型映像表示装置
Ｃ１ 凹面
Ｃ２ 凸面
Ｌｓ 照明光
Ｌｐ 投写光
Ｌｅ 外部光
Ｌｉ，Ｌｉａ，Ｌｉｂ，ＬｉＡ，ＬｉＢ 撮像光
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ１ａ，Ｓ２ａ，Ｓ３ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ｂ ビームスポット
Ｌｆ ＤＭＤ－ＯＦＦ光
Ｏａ，Ｏａ１，Ｏｂ，Ｏｂ１ 光軸
Ｍｓ１０，Ｍｓ１００ 中間像
Ｄ１０，Ｄ１００ 光変調素子（ＤＭＤ）
Ｍ１０，Ｍ１００，Ｍ２０，Ｍ２０Ａ，Ｍ２０Ｂ，Ｍ２００，Ｍ２００Ａ，Ｍ２００Ｂ 結像
Ｗ１０，Ｗ１００，Ｗ２０，Ｗ２００ 結像の面
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ３Ａ，Ｐ４，Ｐ４Ｂ，３２３ａ，３４１，３４２ プリズム面
ＬＧ１０，ＬＧ１００ 投写レンズ
ＬＧ２０，ＬＧ２００，ＬＧ２０Ａ，ＬＧ２００Ａ，ＬＧ２０Ｂ，ＬＧ２００Ｂ 撮像光学系
ＰＧ１０，ＰＧ１００，ＰＧ１００ｂ，ＰＧ１０Ａ，ＰＧ１００ａ，ＰＧ１０Ｂ，ＰＧ１００Ａ，ＰＧ１００Ｂ プリズム光学系
ＲＳ１０，ＲＳ１００，ＲＳ１０Ａ，ＲＳ１００Ａ，ＲＳ１０Ｂ，ＲＳ１００Ｂ 撮像光リレー光学系
ＰＳ１０，ＰＳ１００ 投影光学系
ＰＰ１０，ＰＰ１００ 光学部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】