画像表示装置
【課題】照明光学系の光利用効率が高く、縦置き可能な画像表示装置に関する。
【解決手段】光源、集光器、光ミキシング素子、カラーフィルタ、反射型画像表示素子、第１リレーレンズ及び第２リレーレンズ、第１折り返しミラー及び第２折り返しミラーからなる照明光学系と、反射型画像表示素子を構成する複数の微小ミラーのうちオン状態にある微小ミラーからの反射光を被投射面に投射する投射光学系と、を有し、反射型画像表示素子が有する表示面と被投射面との成す角が略直交しており、第１リレーレンズが光源と光ミキシング素子が成す光軸に対してチルトしている、画像表示装置による。
【解決手段】光源、集光器、光ミキシング素子、カラーフィルタ、反射型画像表示素子、第１リレーレンズ及び第２リレーレンズ、第１折り返しミラー及び第２折り返しミラーからなる照明光学系と、反射型画像表示素子を構成する複数の微小ミラーのうちオン状態にある微小ミラーからの反射光を被投射面に投射する投射光学系と、を有し、反射型画像表示素子が有する表示面と被投射面との成す角が略直交しており、第１リレーレンズが光源と光ミキシング素子が成す光軸に対してチルトしている、画像表示装置による。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を拡大してスクリーンに表示する画像表示装置に関するものであって、詳しくは、照明光学系の光利用効率が高く、縦置き可能な画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にプロジェクタと称されている画像表示装置は、画像表示素子の違いによって、ＣＲＴプロジェクタ、液晶プロジェクタ、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）プロジェクタなどがある。上記ＤＭＤは、２次元的に配置された複数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾斜角度を変化させて反射光をオン・オフすることで投射画像を形成する反射型画像表示素子である。本発明に係る画像表示装置は、画像表示素子として上記ＤＭＤのような反射型画像表示素子を備えている。反射型画像表示素子を備えた画像表示装置であって本発明に係る画像表示装置に関連のある公知の技術として、以下に述べる特許文献１、特許文献２に記載されている技術がある。
【０００３】
特許文献１には、ランプ光源、カラーフィルタ、コンデンサレンズ、平面ミラー、球面ミラー、反射型画像表示素子であるＤＭＤからなる照明光学系を有し、この照明光学系に係るランプ光源の光軸とコンデンサレンズの光軸が、同軸もしくは並行であって偏心していない画像表示装置が記載されている。
【０００４】
特許文献２に記載されている画像表示装置も、特許文献１の画像表示装置とほぼ同じ構成を備えており、照明光学系からの光が、投射光学系を介して被投射面（例えばスクリーン）に投射されるよう構成されており、ＤＭＤの画像形成面と被投射面が並行関係となるものである。
【０００５】
上記従来から知られている画像表示装置は、一般的に、装置本体を机上等の所定の高さに設置して使用する。設置箇所から室内の側壁と平行の被投射面に画像を投射して表示する。装置の設置場所の高さは、投射された画像が見る人の視界と同じくらいの高さか、多少低いくらいの高さである。このとき画像表示装置の投射光学系の光軸は、被投射面に対して略垂直になる。
【０００６】
上記のような一般的な使用態様において、画像表示装置の内部に備えられている反射型画像表示素子の画像形成面の法線は、投射レンズの光軸と平行になる。従って、反射型画像表示素子の画像形成面は、被投射面と平行である。
【０００７】
また、被投射面上の投射画像の位置を調整するために、画像表示装置を傾けることもある。この場合、投射レンズの光軸は被投射面の法線に対して多少の傾きを持つ状態になる。この傾きによって形成される被投射面の法線（被投射面の法線方向を基準とした場合の法線）と、投射レンズの光軸が成す角は鋭角である。本明細書において、投射レンズの光軸と、被投射面との間に上記の位置関係が成り立つ画像表示装置を「横型プロジェクタ」という。
【０００８】
上記のような横型プロジェクタは、表示画像の大きさを確保するためには、画像表示装置本体と被投射面との距離をある程度設ける必要があり、この被投射面との距離の確保が、フロント投射型の画像表示装置の設置に関する制約条件の一つとなる。
【０００９】
また、被投射面から遠すぎると画像を見えにくくなるため、画像を見る人はできるだけ被投射面の近くに寄ろうとする。そのために、上記のような横型プロジェクタは、設置場所と被投射面との間に、画像を見る人が存在する場合がある。すなわち、投射光の光路上に障害物となりうる「人」が存在することになるので、「人の影」によって投射光が邪魔をされて画像が見えにくくなることがある。また、講演等で使用するときは、講演者は画像表示装置と対面する状態になるので、投射光により眩しい状態になる。
【００１０】
これらの課題を解決するものとして、近年では、投射レンズの短焦点化と広角化を図り、至近距離からの画像投射を可能にする画像表示装置が開発されている。画像表示装置と被投射面との距離を近づけることができると、上記のように人影によって投射光が邪魔されることが無くなり、また、講演者が眩しく感じることも無くなる。
【００１１】
近年では、より至近距離の被投射面に大型の画像を表示させることができる「超至近投射方式」を採用する画像表示装置が開発されている。超至近距離投射方式の画像表示装置は、投射レンズから出射した光を自由曲面ミラーで反射させて、画像を被投射面へ投射するものである。平面ミラーではなく自由曲面ミラーを用いるのは、投射レンズから出射した光を平面ミラーで反射させた場合は、特定の角度以外では、投射画像に台形歪みなどが生じるからである。この投射レンズと自由曲面ミラーを合わせて投射光学系という。
【００１２】
画像表示装置の性能を示す指標の一つに、至近距離からの投射の度合いを示す「スローレシオ（Ｔｈｒｏｗ Ｒａｔｉｏ）」がある。スローレシオは投射画像の対角サイズを、画像表示装置から被投射面までの距離で割った値である。従って、スローレシオが小さい画像表示装置ほど、被投射面までの距離が短くても、所定の大きさの画像を投射することができる。
【００１３】
ここで、超至近距離投射が可能な画像表示装置の使用態様について、図２４を用いて説明する。図２４に示すように、超至近距離投射が可能な画像表示装置であるプロジェクタ１００と被投射面であるスクリーン２００の距離は至近であるから、観察者３００は、プロジェクタ１００の背面側に位置することになる。このとき、プロジェクタ１００の設置面を位置Ａとすると、観察者３００の視界にプロジェクタ１００の本体が入り込んで邪魔になる。そこでプロジェクタ１００の設置位置は、図２４の位置Ｂに示すように、スクリーンよりも下の位置が望ましい。例えば、プロジェクタ１００を床に直接おけばよい。
【００１４】
プロジェクタ１００を床において、至近かつ上方にあるスクリーン２００に画像を投射すると、スクリーン２００の下端（床側）への投射光の入射角と、スクリーン２００の上端（天井側）への投射光の入射角が大きく異なる状態になる。すなわち、スクリーン２００の上端への入射角が大きく、スクリーン２００の下端への入射角は小さくなる。入射角が大きいスクリーン２００の上端に投射された光は、天井の方向に反射される割合が増え、観察者３００側に向かう光の割合が小さくなるため、スクリーン２００の上側の画像が暗くなる。
【００１５】
つまり、超至近距離投射方式の画像表示装置は、被投射面上の画像に明るさのムラが生じることがある。言い換えれば、超至近距離投射方式の画像表示装置は、画像を投射するための光学系、特に照明光学系における光利用効率の向上が課題となる。
【００１６】
照明光学系における光利用効率を向上させるには、投射レンズの光軸と、反射型画像表示素子の法線の位置関係が重要となる。投射レンズの光軸が反射型画像表示素子の法線に対して傾いていると、投射画像の片一方だけぼけた画像になるなどの不具合が生じるからである。よって、反射型画像表示素子と投射レンズの配置と位置調整は、慎重に行う必要がある。
【００１７】
また、照明光学系からの光の光利用効率を向上させるには、投射レンズの光軸がずれないように、投射レンズが堅牢に固定されている必要がある。投射レンズは複数のレンズを組み合わせて構成されている。この複数のレンズは鏡筒に納められて画像表示装置の所定の位置関係に固定される。鏡筒を画像表示装置の筐体に固定するとき、鏡筒が傾かないように調整する必要がある。
【００１８】
また、長期間にわたり画像表示装置を使用しても、衝撃や振動などの外的要因や、鏡筒を含めた各部材の自重などの内的要因によって、鏡胴や、その内部の投射レンズの光軸に傾きが生じないようにしなければならない。このように、画像表示装置の照明光学系における光利用効率を向上させるためには、画像表示装置の組立工程における精度と、投射レンズを備えた鏡胴の長期使用に対する堅牢性が必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、照明光学系の光利用効率を向上させることで、縦置きも可能な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】
【００２０】
本発明は画像表示装置に関するものであって、光源と、光源から出射される光を集光する集光器と、集光器の近傍に入射端を有する光ミキシング素子と、集光器と光ミキシング素子の間に配置され、光ミキシング素子に入射される光に時分割で色要素を重畳するカラーフィルタと、２次元的に配置された複数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾き角度をオン状態とオフ状態で変化させることにより反射光の出射をオン・オフさせる反射型画像表示素子と、光ミキシング素子の出射端から反射型画像表示素子までの間に配置されている第１リレーレンズおよび第２リレーレンズ、第１折り返しミラー及び第２折り返しミラーと、からなる照明光学系と、反射型画像表示素子を構成する複数の微小ミラーのうちオン状態にある微小ミラーからの反射光を被投射面に投射する投射光学系と、を有し、反射型画像表示素子が有する表示面と被投射面との成す角が略直交しており、第１リレーレンズが光源と光ミキシング素子が成す光軸に対してチルトしていることを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、照明系の光利用効率が高く、照明系及び投射レンズ設置が安定な、例えば縦型の画像表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る画像表示装置の構成の例を示す概要図である。
【図２】上記画像表示装置が備える反射型画像表示素子の例を示す（ａ）平面図、（ｂ）一部拡大図、（ｃ）側面図、（ｄ）投射光の反射状態図、である。
【図３】上記画像表示装置が備える光源とランプリフレクタの例を示す（ａ）正面図、（ｂ）側面図、である。
【図４】上記画像表示装置が備える照明均一化素子の例を示す斜視図である。
【図５】上記照明均一化素子の設置状態の例を示す平面図である。
【図６】上記画像表示装置が備えるカラーホイールの例を示す平面図である。
【図７】上記画像表示装置が備える照明光学系の例を示す概要図である。
【図８】上記画像表示装置が備える照明光学系の例を示す概要図である。
【図９】上記画像表示装置と従来の画像表示装置の設置態様を比較した側面図である。
【図１０】本発明に係る画像表示装置の使用態様の例を示す平面図である。
【図１１】上記画像表示装置の使用態様の別の例を示す平面図である。
【図１２】上記画像表示装置の投射レンズの固定方法の例を示す（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図１３】上記画像表示装置が備える照明光学系の別の例を示す概略図である。
【図１４】上記画像表示装置が備える照明光学系を構成するリレーレンズの保持方法の例を示す概要図である。
【図１５】上記画像表示装置が備える照明光学系を構成するリレーレンズの保持方法の別の例を示す概要図である。
【図１６】上記画像表示装置が備える照明光学系を構成するリレーレンズの保持方法のさらに別の例を示す概要図である。
【図１７】上記画像表示装置が備える第１リレーレンズの４次非球面係数と光利用効率との関係の例について示すグラフである。
【図１８】上記画像表示装置が備える第２リレーレンズの４次非球面係数と光利用効率との関係の例について示すグラフである。
【図１９】上記画像表示装置が備える第２折り返しミラーの４次非球面係数と光利用効率との関係の例について示すグラフである。
【図２０】上記画像表示装置が備える第２折り返しミラーの６次非球面係数と光利用効率との関係の例について示すグラフである。
【図２１】本発明に係る画像表示装置が備える投射光学系の例を示す概要図である。
【図２２】上記画像表示装置が備える反射型画像表示素子における光量分布の一例を示す等高線図である。
【図２３】上記画像表示装置が備える投射光学系から出射された投射光の被投射面における光量分布の一例を示す等高線図である。
【図２４】超至近距離投射が可能な画像表示装置の設置態様の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る画像表示装置の実施例について図面を用いながら説明する。図１は、本発明に係る画像表示装置の例である縦型プロジェクタの構成を示す概要図である。符号１は縦型プロジェクタ本体（以下「プロジェクタ１」という。）を、符号１４は投射面の例であるスクリーンを表している。以下の説明において、水平面内の一方向をｘ軸、これに直交する水平面内の一方向をｚ軸、ｘ軸にもｚ軸にも直交する垂直方向の軸をｙ軸とする。また、ｘ軸周りの回転をα、ｙ軸周りの回転をβ、ｚ軸周りの回転をγとして表記する。
【００２４】
図１において、プロジェクタ１は、白色光源である光源２と、光源２から出射された光を集光するランプリフレクタ３と、光源２の飛散を防ぐ防爆ガラス４と、光源２からの光を赤・緑・青の光に時分割で変換する回転するカラーフィルタであるカラーホイール５と、ランプリフレクタ３によって集光された光の光量分布を一様にする光ミキシング素子である照明均一化素子６と、第１リレーレンズ７と、第２リレーレンズ８と、第１折り返しミラー９と、第２折り返しミラー１０と、反射型画像表示素子であるＤＭＤ１１と、投射レンズ１２と、自由曲面ミラー１３と、を有してなる。
【００２５】
また、プロジェクタ１は、図１にて図示した以外にも、冷却ファン、ランプ駆動手段、ＤＭＤ駆動手段、各種光学素子の保持部等を備えている。ここで、光源２から第２折り返しミラー１０までを照明光学系という。また、投射レンズ１２と自由曲面ミラー１３を合わせて投射光学系という。
【００２６】
光源２から出射された白色光は、ランプリフレクタ３によって集光される。ランプリフレクタ３は、楕円体の外形を有してなり、その楕円体の第１焦点に相当する位置に光源２が配置され、第２焦点に相当する位置に照明均一化素子６の入口（入射端）が配置されている。従って、光源２から出射された光は、照明化均一素子６の入射端に集光される。
【００２７】
光源２と照明均一化素子６の間には、防爆ガラス４とカラーホイール５が配置されている。光源２から出射された白色光のうち、紫外線（ＵＶ）及び赤外線（ＩＲ）は、防爆ガラス４に設けられたＵＶカットフィルターとＩＲカットフィルターによって遮断される。防爆ガラス４を通過した光は、カラーホイール５によって、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色の光に、時分割処理で変換される。これらの色要素が重畳された光は、照明均一化素子６に入射されて、その内部で多数回の反射をし、空間的な強度分布が均一な光になる。
【００２８】
照明均一化素子６を通過した光は第１リレーレンズ７と、第２リレーレンズ８を経て、第１折り返しミラー９と第２折り返しミラー１０で反射されてＤＭＤ１１に到達する。
第２リレーレンズ８を通過した照明光は、ＤＭＤ１１の上方を通り、傾けて設置されている第１折り返しミラー９によって斜め上方に反射され、この反射光はさらに第２折り返しミラー１０により斜め下方のＤＭＤ１１に向けて反射される。
【００２９】
照明均一化素子６の出射端面とＤＭＤ１１の画像形成面が共役の関係となるように、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８、及び第２折り返しミラー１０のパワー配置を調整する。本実施例に係るプロジェクタ１は、上記のように、光路を３次元的に折り返すことで、全体の小型化を図っている。
【００３０】
ＤＭＤ１１は、微小なミラーアレイからなる反射型画像表示素子であって、一辺が１０μｍ前後の正方形のミラーが配列されてなる素子である。ＤＭＤ１１の微小ミラーの配列数によって、投射される画像の解像度が決定される。例えば、投射画像の解像度をＸＧＡにするのであれば、１０２４×７６８画素（或いはピクセル）に相当する微小ミラーが配置されているＤＭＤ１１を用いることとなる。また、投射画像の解像度を、ＷＸＡＧＡにするのであれば、１２８０×７６８画素（或いはピクセル）に相当する微小ミラーが配置されているＤＭＤ１１を用いる。なお、ＸＧＡとは、「Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ」の略である。また、ＷＸＧＡとは「Ｗｉｄｅ ＸＧＡ」の略である。
【００３１】
ＤＭＤ１１が備える微小ミラーは、正方形の対角線を回転軸として回転可能な構成を有している。微小ミラーの回転角度は±１０°から±１２°である。例えば微小ミラーが＋１２°の回転をした状態で当該ミラーによって反射される光を「ＯＮ光」とし、画像形成に寄与するように構成し、微小ミラーが−１２°の回転をした状態で当該ミラーによって反射される光を「ＯＦＦ光」として、画像形成には寄与せずに、黒表示とするように構成する。つまり、ＤＭＤ１１による「ＯＮ光」は上方に進み、第２折り返しミラー１０の側方を通って投射レンズ１２に入射するように各光学素子が配置されている。
【００３２】
すなわち、ＯＮ光のとき、ＤＭＤ１１の微小ミラーで反射された光は、投射レンズ１２の入射瞳に入り、投射レンズ１２を経て自由曲面ミラー１３で反射されて、スクリーン１４に到達する。一方、ＯＦＦ光のときは、ＤＭＤ１１の微小ミラーで反射された光は、投射レンズ１２の入射瞳に入ることはできず、ＤＭＤ１１の近傍に設けてあるＯＦＦ光処理用の吸収部材（図示せず）に到達する。このように、ＤＭＤ１１の微小ミラーの回転を制御することで、表示画像に必要な投射光を投射光学系を介して、スクリーン１４に投射することができる。
【００３３】
ここでＤＭＤ１１について説明をする。図２は、ＤＭＤ１１の概要を表した図である。図２（ａ）はＤＭＤ１１を上から見た平面図、図２（ｂ）はＤＭＤ１１の画像表示領域の一部拡大図、図２（ｃ）は、ＤＭＤ１１の側面図、図２（ｄ）は、ＤＭＤ１１における画像投射光の反射の様子を表す図、である。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、ＤＭＤ１１の外観は矩形であって、複数の微小ミラーを配列してなる画像表示領域１１０を備えている。画像表示領域１１０の一部の領域１１０ａを拡大した図を図２（ｂ）に示す。
【００３５】
図２（ｂ）に示すように、一部画像表示領域１１０ａを拡大すると、複数の微小ミラー１１０が配列されている。微小ミラー１１０は、正方形であって、１つの微小ミラー１１０が投射光によって表示される画像の１画素に相当する。微小ミラー１１０の配列周期を画素ピッチＰという。画素ピッチＰは例えば、約１０μｍである。画像表示領域１１０の対角線の長さによって、投射画像の表示サイズが決定される。
【００３６】
図２（ｂ）において、微小ミラー１１０は隙間なく配置されているように表されているが、実際の微小ミラーのサイズは画素ピッチＰよりも若干小さい。画素ピッチＰに対する実際のミラーサイズを開口率という。各微小ミラー１１０は、その対角線を回転軸として回転することができる。微小ミラー１１０の回転方向は、回転軸に対して時計方向をプラスとし反時計方向をマイナスとする。また回転角度は±１０°から±１２°である。
【００３７】
ＤＭＤ１１の上面側には、図２（ｃ）に示すように、保護ガラス１１２が配置されている。この保護ガラス１１２は、微小ミラー１１０の表面に埃等が付着することを防ぐためのものである。
【００３８】
図２（ｄ）に示すように、微小ミラー１１１は、対角線を回転軸として時計方向と反時計方向に回転することができる。微小ミラー１１１ａは、時計方向に回転しているので、反射された光はＯＮ光となって、図示しない投射レンズの入射瞳に向かう。微小ミラー１１１ｂは、反時計方向に回転しているので、反射された光はＯＦＦ光となって、図示しない投射レンズの入射瞳には向かわず、吸収部材に向かう。
【００３９】
次に光源２およびランプリフレクタ３について説明をする。光源２は、管球形状の高圧水銀ランプが好ましい。また、ハロゲンランプであってもよい。ランプリフレクタ３は楕円体であって、楕円の二つの焦点の一方に、光源２を設置し、他方の焦点に、照明均一化素子６の入射端を設置する。光源２の出力は例えば、１８０Ｗ−２６０Ｗ（ワット）前後のものを用いる。光源２の出力が高いほど、明るい投射画像を得ることができる。
【００４０】
光源２に水銀ランプを用いた場合、破裂することがあり得る。光源２が破裂してもガラス片が内部に飛散しないように、ランプリフレクタ３の前面には防爆ガラス４が設置される。防爆ガラス４は、例えば４０ｍｍ角で厚みが３ｍｍ前後の硼珪酸ガラスであって、光源２の光軸に対して例えば１０°傾けて設置する。防爆ガラス４を光源２の光軸に対して傾けて設置する理由は、防爆ガラス４によって反射した光が戻り光となって、光源２の位置で焦点を結ばないようにするためであって、このような戻り光があると光源２の寿命が短くなるからである。
【００４１】
また防爆ガラス４には、赤外線（ＩＲ）カットフィルター、紫外線（ＵＶ）カットフィルターの多層膜を施す。またランプリフレクタ３はハウジングに納められており、防爆のために、目の細かい金属のメッシュでハウジングを覆っても良い。プロジェクタ１において光源２は消耗品であるから、使用時間が数千時間を超えたあたりで明るさが低減する。光源２の交換が必要になったときは、光源２を含むランプハウジング（ユニット）ごと交換することになる。
【００４２】
図３において、光源２とランプリフレクタ３の概要を示す。図３（ａ）は、光源２とランプリフレクタ３からなるランプハウジング３０の正面図、図３（ｂ）は、ランプハウジング３０の側面図である。
【００４３】
光源２は紫外線から可視光線、そして赤外線まで広い範囲の光を放射するが、出射された光のうち、紫外線と赤外線は上記の防爆ガラス４によって、光源２から出射された直後でカットされ、残りの可視光域の光がカラーホイール５によって色付けされる。
【００４４】
次に、照明均一化素子６について説明する。図４は、照明化均一素子６の概要を示す斜視図である。図４に示すように照明均一化素子６は、四枚の板状のミラーを、ミラー面が内側に向くように張り合わせて形成されたものである。
【００４５】
照明均一化素子６を構成する各ミラーは、耐熱性に優れた接着剤などを用いて貼り合わされている。照明均一化素子６は、長ければ長いほど内面での反射回数が増え、入射された光の配光分布を均一にすることができる。しかし、照明均一化素子６を長くすると、照明光学系全体が大きくなり、プロジェクタ１の筐体の大きさに影響を与えることとなる。よって、均一化の度合いと照明光学系の大きさは、トレードオフの関係にある。本発明に係る照明均一化素子６の長さは２０ｍｍから３０ｍｍであって、２５ｍｍが最適である。
【００４６】
ＤＭＤ１１に対角線サイズが０．６５インチであって、画素ピッチＰが１０．８μｍであるものを採用したとする。このときの照明均一化素子６の内寸は、６ｍｍ×３ｍｍ程度である。照明均一化素子６に用いるミラーの反射率は９８％（波長４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）以上が好ましい。
【００４７】
また照明均一化素子６に用いるミラーはＡｇ、Ａｌなどの金属膜を真空蒸着などによってガラス面に成膜したものである。この場合、金属膜でなく、誘電体多層膜であってもよい。照明均一化素子６を構成する各々の板の厚みは１ｍｍ前後である。照明均一化素子６は、ライトトンネル、ライトパイプ、ロッドレンズ、ロッドインテグレータなどとも呼ばれる。
【００４８】
照明均一化素子６は、ミラー板を張り合わせたもの以外のもの、例えば、ガラス柱でもよい。この場合は、ガラス柱内面の全反射を用いることになるため、反射膜の作製は不要となる。
【００４９】
光源２から出射され、ランプリフレクタ３によって集光された光は、配光分布を有している。従って、そのままスクリーン１４に投射すると明るさムラが生じ、例えば、スクリーン１４の中心領域の画像は明るく、周辺の画像は暗くなる。照明均一化素子６は、このような明るさムラを防ぐために用いられる部材であって、その原理はカレードスコープと同様である。照明均一化素子６に適当な角度で入射した光は、内面のミラーで複数回反射を繰り返し、光を折りたたむように重ね合わされる。
【００５０】
本実施例に係るプロジェクタ１の照明光学系を構成する光学素子は、図１に示したように３次元的に配置されている。このため、照明均一化素子６を光軸に対して回転させて配置している。ここで、照明均一化素子６の回転について説明をする。図５は照明均一化素子６をｚ軸方向からみた平面図であって、γが−１１．４２°の状態を例示している。
【００５１】
次に、本実施例に係るプロジェクタ１が備えるカラーホイール５について図６を用いて説明をする。図６（ａ）は、カラーホイール５をｚ軸方向から見た平面図である。図６（ｂ）は、カラーホイール５をｘ軸方向から見た平面図である。図６（ａ）に示すように、カラーホール５は、円板５１を円グラフのように複数の領域に分け、それぞれの領域に異なる多層膜を蒸着することで異なる色を着色してなる。カラーホイール５が有する色は、基本的には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）であるが、図６（ａ）に示すように、白（Ｗ）を加えてもよい。白（Ｗ）は、多層膜を形成しない領域である。なお、カラーホイール５に白（Ｗ）を設ける理由は、明るさ増大のためである。またカラーホイール５に、色再現性を高めるための黄（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）などを加えることもある。
【００５２】
カラーホイール５は、光源２から出射された光から必要なスペクトルを分離させる色分離手段である。カラーホイール５を構成する円板５１は、例えば直径４０ｍｍ程度、厚み１ｍｍ程度のガラスに、各色のフィルターを設けたものである。各色領域は物理的に分離されている。
【００５３】
またカラーホイール５は、図６（ｂ）に示すように円盤５１の回転中心にモータ５２の回転軸が結合されて、高速で回転するように構成されている。回転速度は数千ｒｐｍ（ｒｏｕｎｄ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）から１万ｒｐｍ前後である。カラーホイール５には図示しないセンサがつけられており、各色の位置情報を把握することができる構成を備えている。このセンサとＤＭＤ１１の回転制御を同調させることで、表示画像を形成させることができる。
【００５４】
従って、カラーホイール５は、時分割（フィールドシーケンシャル）で各色を生成している。ＤＭＤ１１が有する微小ミラー１１０の応答速度は高速であるため、フィールドシーケンシャルでカラー画像の形成をしても問題は生じない。また、ランプリフレクタ３によって集光される途中の光（のスポット）は、常に同じ位置に当るように構成されている。図６（ａ）において符号５３は、上記光スポットを示している。
【００５５】
次に、本実施例に係るプロジェクタ１の照明光学系を形成する第１折り返しミラー９と、第２折り返しミラー１０について説明をする。第１折り返しミラー９は平面鏡であって、第２折り返しミラー１０は凹面鏡である。第２折り返しミラー１０の曲率半径は−７５ｍｍである。また、第１折り返しミラー９は３次元的に傾いており、例えば、αが−３５．４５°、βが−２．１７°、γが１８°の傾きを有してなる。また第２折り返しミラー１０も３次元的に傾いており、例えば、αが９４°、βが１７．６４の傾きを有してなる。
【００５６】
次に、本発明に係る画像表示装置が備える照明光学系の構成について、さらに説明をする。図７は、プロジェクタ１が備える照明光学系の一部を示す概要図であって、光源２から照明均一化素子６までの配置を表している。すでに説明をしたとおり、ランプリフレクタ３は楕円体であり、第一焦点に相当する位置に光源２が設置され、第二焦点に相当する位置に照明均一化素子６の入射端が設置されている。光源２と照明均一化素子６の入射端との間には、防爆ガラス４とカラーホイール５が設置されている。
【００５７】
防爆ガラス４とカラーホイール５は、ｙ軸に対してチルトした状態で配置されている。このチルトによって、防爆ガラス４とカラーホイール５の表面や裏面から反射された光が光源２への戻り光となることを防ぐことができる。防爆ガラス４とカラーホイール５のチルトは、数度から１０°程度である。また、光源２から出射されて、ランプリフレクタ３により集光される光の角度（照明角Ｓ）は約６０°である。また図７において、光源２、ランプリフレクタ３、照明均一化素子６が成す光軸はｚ軸方向において揃っている。
【００５８】
次に、本実施例に係るプロジェクタ１が備える照明光学系の構成において、照明均一化素子６と、第１リレーレンズおよび第２リレーレンズの関係について説明をする。図８は、照明均一化素子６と、第１リレーレンズ７、第２リレーレンズ８の配置を示す概要図である。図８において、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８は、ｚ軸（光軸）方向の位置は異なるが、ｘ軸方向とｙ軸方向の座標は同じである。従って共軸である。第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８のｚ軸の光軸Ｂは、照明均一化素子６のｚ軸の光軸Ａに対してシフトしている。
【００５９】
第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８のシフト量は、照明均一化素子６を基準として、Δｘ・Δｙとして表すと、例えば、Δｘは−１．４６９ｍｍ、Δｙは−１.３７０ｍｍである。
【００６０】
プロジェクタ１から出射された光によって、スクリーン１４に投射される画像を明るくするには、照明光学系の光利用効率を向上させる必要がある。ここで照明光学系の光利用効率を定義する。光利用効率は、照明均一化素子６から出射された光のうち、投射レンズ（の入射瞳）に到達する光の割合によって表すものとする。よって、照明均一化素子６から出射された光を１００％としたときの投射レンズ（の入射瞳）に到達する光をパーセンテージで表しても良い。
【００６１】
この光利用効率の見積りは光線追跡計算ソフトを用いたシミュレーション実験により行なうことができる。照明均一化素子６の出射端から出射する光線を一定数として、投射レンズの入射瞳に到達する光線本数を算出する。これによって、光利用効率を算出することができる。
【００６２】
すでに説明をした通り、照明光学系を構成する第１折り返しミラー９と第２折り返しミラー１０によって、ＤＭＤ１１の画像形成面に到達する光は３次元的に折り返されている。このような照明光学系においてＤＭＤ１１に効率よく光を照射させるには、第１リレーレンズ７と、第２リレーレンズ８を共軸にするよりもチルトさせる方が好ましい。
【００６３】
そこで、本実施例に係るプロジェクタ１においては、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８の光軸を、光源２と照明均一化素子６が形成する光軸に対して、チルト偏心させている。ｘ軸とｙ軸に対して第１リレーレンズ７をチルト偏心させた場合の、光利用効率の値を表１に示す。
【００６４】
（表１）
【００６５】
表１に示すように、第１リレーレンズ７をチルトさせないときの光利用効率に比べて、第１リレーレンズ７のαを１°、またはβを−１°のチルトをさせると光利用効率が向上する。さらにαを１°、かつ、βを−１°のチルトをさせた状態においては、αとβを単独でチルトさせたときよりも光利用効率が高くなる。
【００６６】
図１に戻る。ＤＭＤ１１の画像形成面は、ｚｘ面と平行である。投射レンズ１２の光軸はｙ軸と平行であって、ＤＭＤ１１の画像形成面と垂直関係にある。スクリーン１４は、ｙｚ面と平行であって、ＤＭＤ１１の画像形成面とスクリーン１４は直交する関係にある。
また、投射レンズ１２の光軸とスクリーン１４の表示面は平行であるから、プロジェクタ１を設置する場所は、ｚｘ面と平行関係にある場所となる。そうすると、プロジェクタ１の投射光の光軸と、被投射面であるスクリーン１４は平行関係にある。このような位置関係となる画像表示装置を縦型プロジェクタという。なお、従来の横型プロジェクタは、投射レンズの光軸とスクリーンは垂直関係になる。
【００６７】
ここで、従来の横型プロジェクタと、本発明に係る縦型プロジェクタの設置態様の違いによるスクリーンとの距離の差を、図９を用いて説明する。図９（ａ）は従来のプロジェクタ１００の設置状態を側面から見た例を示す平面図である。図９（ｂ）は本実施例に係るプロジェクタ１（縦型）の設置状態を側面から見た例を示す図である。
【００６８】
図９（ａ）に示すように、プロジェクタ１００の筐体の後端部からスクリーン１４の画像投射面までの距離をＤ１とする。また、図９（ｂ）に示すように、プロジェクタ１の筐体の後端部からスクリーン１４の画像投射面までの距離をＤ２とする。Ｄ１とＤ２とを比較すると、Ｄ１＞Ｄ２の関係になる。すなわち、縦型であるプロジェクタ１の方がスクリーンまでの距離が短くなる。つまり、縦型であるプロジェクタ１の方がスローレシオを小さくすることできる。
【００６９】
次に、本発明に係る画像表示装置の使用態様における特徴について、図１０を用いて説明する。図１０は、図１に示したプロジェクタ１をｚ軸方向からみた図である。図１０において、プロジェクタ１は、ＤＭＤ１１の画像形成面に垂直な方向がｙ軸と平行である。また、投射レンズ１２の光軸もｙ軸に平行である。これらは互いに平行であるが、ＤＭＤ１１の画像形成面の中心と、投射レンズ１２の光軸はｘ方向にΔｓだけシフト偏心している。
【００７０】
また、プロジェクタ１の別の使用態様の例を図１１に示す。図１１は、図１に示したプロジェクタ１をｚ軸方向からみた平面図である。図１１において、プロジェクタ１は、ＤＭＤ１１の表示面に垂直な方向がｙ軸と平行であり、投射レンズ１２の光軸もｙ軸に平行である。これらは互いに平行であるが、ＤＭＤ１１の画像形成面の中心と、投射レンズ１２の光軸はｘ方向にシフト偏心している。また、投射レンズ１２と自由曲面ミラー１３の間に平面ミラー１５を置き、自由曲面ミラー１３の取り付け位置を図１０とは反対側にすることで、投射方向を反対にすることができる。このように、本実施例に係るプロジェクタ１は、自由曲面ミラー１３の取り付け位置を変更することで、プロジェクタ１の設置方向を変更することなく、画像の投射方向を変更することができる。
【００７１】
次に、投射光学系を構成する投射レンズ１２および鏡胴１２０をプロジェクタ１に固定する方法の例について、図１２を用いて説明する。図１２は、プロジェクタ１の投射光学系近傍をｚ軸方向からみた一部拡大図である。図１２において、投射レンズ１２を含む鏡胴１２０は、プロジェクタ１の本体側面に、複数のネジ２０によって固定されている。投射レンズ１２は、複数のレンズを有してなるから、プロジェクタ１の光利用効率を向上させるには、ＤＭＤ１１と投射レンズ１２との距離Ｄと、投射レンズ１２（の光軸）自体の傾き、光軸のＤＭＤ１１の表示面に対する傾き等が重要な要素となる。
【００７２】
ＤＭＤ１１と投射レンズ１２との距離Ｄは、プロジェクタ１の本体（筐体）の作製精度によって決定されるので、鏡胴１２０をプロジェクタ１に固定するときに、スペーサを用いて微調整を行う。この微調整によって、光軸の傾き調整を行うこともできる。なお、ＤＭＤ１１自体の傾きについても、ＤＭＤ１１を固定する際にスペーサを用いることで行うことができる。
【００７３】
鏡胴１２０はアルミニウムなどの金属を素材とする部材である。また、投射レンズ１２はガラスを素材とする部材である。よって複数枚のレンズを備える鏡胴１２０は重い部材である。従来の横型のプロジェクタであれば、鏡胴１２０は重力に逆らう方向に突出する形で固定されるので、投射レンズ１２（の光軸）は重力によってズレてくる虞がある。
【００７４】
そのため、従来の横型プロジェクタのように設置する場合、ネジ２０に対する荷重の係り方が固定位置によって異なり、鏡胴１２０に傾きが生じやすくなる。また組付けの際には光軸が合っていても、プロジェクタ装置１を長期使用することで経年劣化が生じ、投射レンズ１２の固定位置にずれが生じて光軸がずれることが想定される。また、プロジェクタ１を搬送する際、光軸の垂直方向への振動や衝撃によって、投射レンズの光軸がずれることも想定される。
【００７５】
本実施例に係るプロジェクタ１は、すでに説明をしたとおり、投射レンズを縦型の設置形態で用いるものである。これによって、投射レンズ１２の光軸が重力方向（ｙ軸方向）になる。そのため、投射レンズ１２の長手方向に重力による荷重が係ることになる。すなわち、投射レンズ１２を保持する鏡胴１２０が設置されるプロジェクタ１の側面がｘｚ平面と平行になるため、鏡胴１２０によるプロジェクタ１への荷重は均一に係る。また、ＤＭＤ１１についても、ＤＭＤ１１の裏面が平坦であり精度が高ければ、置くだけで重力に対して安定な配置とすることができる。このように、本実施例に係るプロジェクタ１は、鏡胴１２０をプロジェクタ１の本体側面にネジ２０によって固定するだけで、ＤＭＤ１１と投射レンズ１２の光軸調整が容易にでき、かつ、調整された状態を安定して維持することができ、また、長期の使用に対しても堅牢なものを得ることができる。
【００７６】
このように、本発明に係る画像表示装置によれば、照明光学系の光利用効率が高く、照明光学系及び投射光学系を安定した状態で使用することができる縦型の画像表示装置を得ることができる。
【００７７】
次に、本発明に係る画像表示装置の別の実施形態について説明する。すでに説明をした実施例においては、プロジェクタ１が有する第１リレーレンズ７をチルトさせることで、照明光学系の光利用効率を向上させることができる。そこで、本実施例については、第２リレーレンズ８をチルトさせて、照明光学系の光利用効率を向上させることができる旨について、説明をする。
【００７８】
既に説明をした実施例と同様に、ソフトウェアを用いたシミュレーション実験により、第１リレーレンズ７のチルトをα＝１°、β＝−１°として、第２リレーレンズ８のαとβのチルトを変化させたときの、光利用効率について表２に示す。
（表２）
【００７９】
表２において、第１リレーレンズ７のチルトを光利用効率が高いα＝１°、β＝−１°とした場合、最も光利用効率が高くなる第２リレーレンズ８のチルトは、β＝１°の場合である。また、表２の結果から、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８の、αとβの符号が逆になるとき、光利用効率が高くなることが分かる。すなわち、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８のチルトが逆向きに設定されるとき、光利用効率が高くなる。
【００８０】
図１３は、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８に対して、表１および表２において示した「光利用効率が最も高くなるチルト」を設定した状態の例を示す概略図である。図１３はｙ軸方向からみた（すなわち上面からみた）、照明均一化素子６と、第１リレーレンズ７と、第２リレーレンズ８の配置を表している。図１３に示すように、照明均一化素子６の光軸Ａと、第１リレーレンズ７および第２リレーレンズ８の光軸Ｂは、ｘ軸方向にシフトしている。
【００８１】
また、第１リレーレンズ７は、βが反時計方向にチルトし、第２リレーレンズ８は、βが時計方向にチルトしている。
【００８２】
このように、本実施例に係るプロジェクタ１において、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８をそれぞれ、所定の方向に所定のチルトをすると、光利用効率を向上させることができる。
【００８３】
次に、第１リレーレンズ７および第２リレーレンズ８のさらに別の実施例について説明をする。図１３に示すように、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８において、照明均一化素子６に近い面を第１面ｒ１とし、反対側の面を第２面ｒ２とした場合、硝材の屈折率を考慮すると、第１リレーレンズ７のｒ１・ｒ２・厚み・直径の各要素と、第２リレーレンズ８のｒ１・ｒ２・厚み・直径の各要素との関係において、それぞれのｒ１非球面係数α０４の値を、表３のように設定することが望ましい。
【００８４】
硝材の屈折率（ｎｄ）は１．５１６８０である。また、別の硝材を用いて、屈折率（ｎｄ）が１．５２３０７であってもよい。屈折率が多少異なるため、表３に示すように、曲率半径等を変えることが好ましいが、変えなくても光利用効率に大きな影響は生じない。また、硝材が異なっても表１、２に示した傾向は保存されるので問題は生じない。
（表３）
【００８５】
次に、第１リレーレンズ７および第２リレーレンズ８のチルト偏心を保持する方法について、図１４を用いて説明する。第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８の形状は、光軸に対して回転対称である。図１４は、第１リレーレンズ７のチルト偏心を保持する実施例について、図示している。第２リレーレンズ８のチルト偏心を保持する方法についても、同様の方法を用いることができる。
【００８６】
すでに説明をしたとおり、第１リレーレンズ７をチルトさせることで光利用効率を向上させることができる。そこで、図１４に示すように、第１リレーレンズ７を所定のチルト状態で固定するレンズ保持部１ａを用いる。レンズ保持部１ａは、プロジェクタ１の筐体の一部に形成してもよいし、モールド形成による別部材として形成したものを筐体の内部に固定したものでもよい。
【００８７】
レンズ保持部１ａには、第１リレーレンズ７の大きさに合わせた溝１５０を形成する。この溝１５０をｘ軸方向およびｙ軸方向の最適なチルト（αとβ）を維持できる傾きをもって形成する。図１４に例示した溝１５０は、βのチルトを設定したものである。
【００８８】
第１リレーレンズ７は、βのみではなく、αのチルトによっても光利用効率が向上する。そこで、図１５に示すように、レンズ保持部１ａは、ｙ軸に直交する軸に対して所定の角度だけ傾けた深さ方向に溝１５０を形成すればよい。図１５は、レンズ保持部１ａをｘ軸方向からみた断面の例である。図１５において、溝１５０は、ｙ軸に直交する軸に対してｘ軸方向のαの最適なチルトを設定するように形成されている。このように、第１リレーレンズ７を固定する溝１５０を、最適なαとβになるように予め形成しておくことで、プロジェクタ１の光利用効率を向上させることができる。
【００８９】
第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８を所定のチルトを保持して固定する方法の別の例について、図１６を用いて説明する。図１６において、符号２０は、プロジェクタ１の内部に設置するフレームの例を示す。フレーム２０は、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８およびＤＭＤ１１の設置面を一体化した部材である。フレーム２０には、第１リレーレンズ７を固定するためのレンズ保持部１ａと、第２リレーレンズ８を固定するためのレンズ保持部１ｂと、ＤＭＤ１１の設置面が一体に形成されている。
【００９０】
第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８のチルトの精度は、フレーム２０の精度に依存するが、プロジェクタ１の筐体の一部を用いて保持部１ａおよび１ｂを形成するよりも、フレーム２０を用いた方が安定した精度を維持できる。またフレーム２０によって、ＤＭＤ１１との位置の精度も向上する。
【００９１】
このように、第１リレーレンズ７および第２リレーレンズ８とＤＭＤ１１との位置精度を、一体化されている部材（フレーム２０）によって維持することができるのは、本発明に係る画像表示装置が縦型設置可能なものだからである。
【００９２】
次に、第１リレーレンズ７の実施例について説明をする。本実施例は、第１リレーレンズ７を非球面レンズとするものである。第１リレーレンズ７を非球面化することによる光利用効率の変化について、表４に示す。
（表４）
【００９３】
表４は、第１リレーレンズ７の第二面ｒ２（図１３参照）を非球面化したときの、非球面係数４次（α０４）と光利用効率との関係について示している。表４に基づいて、横軸を非球面係数とし、縦軸を光利用効率として２次曲線で近似したグラフを図１７に示す。図１７から明らかなように、第１リレーレンズ７の第二面ｒ２を非球面化するための、４次の非球面係数の最適値は約０．０００１４である。このように、本実施例に係るプロジェクタ１において、第１リレーレンズ７を非球面化することにより光利用効率を向上させることができる。
【００９４】
次に、第２リレーレンズ８の実施例について説明をする。本実施例は、第２リレーレンズ８を非球面レンズとするものである。第２リレーレンズ８を非球面化することによる光利用効率の変化について、表５に示す。
（表５）
【００９５】
表５は、第２リレーレンズ８の第二面ｒ２を非球面化したときの、非球面係数４次（α０４）と光利用効率との関係について示している。表５に基づいて、横軸を非球面係数とし、縦軸を光利用効率として２次曲線で近似したグラフを図１８に示す。図１８から明らかなように、第２リレーレンズ８の第二面ｒ２を非球面化するための、４次の非球面係数の最適値は約−０．００００３５である。このように、本実施例に係るプロジェクタ１において、第２リレーレンズ８を非球面化することにより光利用効率を向上させることができる。
【００９６】
次に、第２折り返しミラー１０の実施例について説明をする。本実施例は、第２折り返しミラー１０を非球面にするものである。第２折り返しミラー１０を非球面化することによる光利用効率の変化について、表６に示す。
（表６）
【００９７】
表６は、第２折り返しミラー１０を非球面化したときの、非球面係数４次（α０４）および非球面係数６次（α０６）と光利用効率との関係について示している。第２折り返しミラー１０は凹面鏡であって、曲率半径は−７５ｍｍである。
【００９８】
表６に基づいて、横軸を４次の非球面係数とし、縦軸を光利用効率として２次曲線で近似したグラフを図１９に示す。また、表６に基づいて、横軸を６次の非球面係数とし、縦軸を光利用効率として２次曲線で近似したグラフを図２０に示す。図１９および図２０に示した結果から、第２折り返しミラー１０に対して、４次と６次の非球面を導入することで、光利用効率を向上させることができる。
【００９９】
次に本発明に係る画像表示装置が備える照明光学系の実施例についてさらに説明をする。ＤＭＤ１１が有する画像表示領域の中心をｘ軸・ｙ軸・ｚ軸の（０、０、０）とした場合の、照明光学系を構成する主要な部材の最適な座標を表７に示す。
（表７）
【０１００】
次に、本発明に係る画像表示装置が備える投射光学系の実施例について説明をする。図２１は、投射光学系を構成する投射レンズ１２と自由曲面ミラー１３、および平面ミラー１５の例を示す概略図である。図２１において、照明光学系は省略している。
【０１０１】
図２１に示すように、投射レンズ１２と自由曲面ミラー１３との間に平面ミラー１５を配置している。自由曲面ミラー１３の形状は例えば１５次の係数で表される。スクリーン１４上での投射画像のサイズは４０インチから８０インチ程度である。画面サイズの変化は、プロジェクタ１とスクリーン１４との距離を変更することによって行う。例えば、プロジェクタ１をスクリーン１４に近づけると画面サイズは小さくなり、遠ざけると画面サイズは大きくなる。
【０１０２】
上記にて説明をした照明光学系を備えたプロジェクタ１のＤＭＤ１１の画像形成面における光量分布の例を図２２に示す。この光量分布は、光線追跡によるシミュレーション実験で求めたものである。ＤＭＤ１１の光量分布位置は、長手方向のマイナス方向がスクリーン１４を正面から見て左方向、長手方向のプラス方向が右方向、短手方向のマイナス方向がスクリーン１４を正面から見て上方向，短手方向のプラス方向が下方向にそれぞれ対応する。
【０１０３】
図２２中、点線１１２で囲まれた領域がＤＭＤ１１の画像表示領域に相当する有効領域である。光量分布は領域内最大光量を１すなわち１００％として規格化して表示している。図２２に示すように、ＤＭＤ１１の有効領域１１２内での規格化光量分布の最小値は７６％以上になっている。また、中心付近から同じ等高線の領域が広がっており、均一に照明されていることが分かる。ちなみに、人間の目は、５０％の光量分布があっても、その違いをほとんど感じることができないから、上記のような光量分布の最小値７６％は何ら問題にならない。
【０１０４】
次に、本発明に係る画像表示装置からの投射光によるスクリーン上での光量分布の例を、図２３に示す。すでに説明をした光学系と投射光学系を備えたプロジェクタ１を用いて、対角約８４インチのスクリーンに全白の画像を投射したものである。最大値を１として規格化している。画面中央は光量が均一な領域が広がっているが、周辺に行くに従って光量が低下していることが分かる。
【０１０５】
以上のように、本発明に係る画像表示装置は、照明光学系を構成するリレーレンズを光軸に対してチルトさせ、第二面ｒ２を非球面化し、さらに折り返しミラーを非球面化することで、照明光学系の光利用効率を向上させることができ、これによって、光量分布が均一な投射光を出射することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１ プロジェクタ
２ 光源
３ ランプリフレクタ
５ カラーホイール
６ 照明均一化素子
７ 第１リレーレンズ
８ 第２リレーレンズ
１１ ＤＭＤ
１２ 投射レンズ
１３ 自由曲面ミラー
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０７】
【特許文献１】特開２０００−０９８２７２号公報
【特許文献２】特許第３１２１８４３号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を拡大してスクリーンに表示する画像表示装置に関するものであって、詳しくは、照明光学系の光利用効率が高く、縦置き可能な画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にプロジェクタと称されている画像表示装置は、画像表示素子の違いによって、ＣＲＴプロジェクタ、液晶プロジェクタ、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）プロジェクタなどがある。上記ＤＭＤは、２次元的に配置された複数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾斜角度を変化させて反射光をオン・オフすることで投射画像を形成する反射型画像表示素子である。本発明に係る画像表示装置は、画像表示素子として上記ＤＭＤのような反射型画像表示素子を備えている。反射型画像表示素子を備えた画像表示装置であって本発明に係る画像表示装置に関連のある公知の技術として、以下に述べる特許文献１、特許文献２に記載されている技術がある。
【０００３】
特許文献１には、ランプ光源、カラーフィルタ、コンデンサレンズ、平面ミラー、球面ミラー、反射型画像表示素子であるＤＭＤからなる照明光学系を有し、この照明光学系に係るランプ光源の光軸とコンデンサレンズの光軸が、同軸もしくは並行であって偏心していない画像表示装置が記載されている。
【０００４】
特許文献２に記載されている画像表示装置も、特許文献１の画像表示装置とほぼ同じ構成を備えており、照明光学系からの光が、投射光学系を介して被投射面（例えばスクリーン）に投射されるよう構成されており、ＤＭＤの画像形成面と被投射面が並行関係となるものである。
【０００５】
上記従来から知られている画像表示装置は、一般的に、装置本体を机上等の所定の高さに設置して使用する。設置箇所から室内の側壁と平行の被投射面に画像を投射して表示する。装置の設置場所の高さは、投射された画像が見る人の視界と同じくらいの高さか、多少低いくらいの高さである。このとき画像表示装置の投射光学系の光軸は、被投射面に対して略垂直になる。
【０００６】
上記のような一般的な使用態様において、画像表示装置の内部に備えられている反射型画像表示素子の画像形成面の法線は、投射レンズの光軸と平行になる。従って、反射型画像表示素子の画像形成面は、被投射面と平行である。
【０００７】
また、被投射面上の投射画像の位置を調整するために、画像表示装置を傾けることもある。この場合、投射レンズの光軸は被投射面の法線に対して多少の傾きを持つ状態になる。この傾きによって形成される被投射面の法線（被投射面の法線方向を基準とした場合の法線）と、投射レンズの光軸が成す角は鋭角である。本明細書において、投射レンズの光軸と、被投射面との間に上記の位置関係が成り立つ画像表示装置を「横型プロジェクタ」という。
【０００８】
上記のような横型プロジェクタは、表示画像の大きさを確保するためには、画像表示装置本体と被投射面との距離をある程度設ける必要があり、この被投射面との距離の確保が、フロント投射型の画像表示装置の設置に関する制約条件の一つとなる。
【０００９】
また、被投射面から遠すぎると画像を見えにくくなるため、画像を見る人はできるだけ被投射面の近くに寄ろうとする。そのために、上記のような横型プロジェクタは、設置場所と被投射面との間に、画像を見る人が存在する場合がある。すなわち、投射光の光路上に障害物となりうる「人」が存在することになるので、「人の影」によって投射光が邪魔をされて画像が見えにくくなることがある。また、講演等で使用するときは、講演者は画像表示装置と対面する状態になるので、投射光により眩しい状態になる。
【００１０】
これらの課題を解決するものとして、近年では、投射レンズの短焦点化と広角化を図り、至近距離からの画像投射を可能にする画像表示装置が開発されている。画像表示装置と被投射面との距離を近づけることができると、上記のように人影によって投射光が邪魔されることが無くなり、また、講演者が眩しく感じることも無くなる。
【００１１】
近年では、より至近距離の被投射面に大型の画像を表示させることができる「超至近投射方式」を採用する画像表示装置が開発されている。超至近距離投射方式の画像表示装置は、投射レンズから出射した光を自由曲面ミラーで反射させて、画像を被投射面へ投射するものである。平面ミラーではなく自由曲面ミラーを用いるのは、投射レンズから出射した光を平面ミラーで反射させた場合は、特定の角度以外では、投射画像に台形歪みなどが生じるからである。この投射レンズと自由曲面ミラーを合わせて投射光学系という。
【００１２】
画像表示装置の性能を示す指標の一つに、至近距離からの投射の度合いを示す「スローレシオ（Ｔｈｒｏｗ Ｒａｔｉｏ）」がある。スローレシオは投射画像の対角サイズを、画像表示装置から被投射面までの距離で割った値である。従って、スローレシオが小さい画像表示装置ほど、被投射面までの距離が短くても、所定の大きさの画像を投射することができる。
【００１３】
ここで、超至近距離投射が可能な画像表示装置の使用態様について、図２４を用いて説明する。図２４に示すように、超至近距離投射が可能な画像表示装置であるプロジェクタ１００と被投射面であるスクリーン２００の距離は至近であるから、観察者３００は、プロジェクタ１００の背面側に位置することになる。このとき、プロジェクタ１００の設置面を位置Ａとすると、観察者３００の視界にプロジェクタ１００の本体が入り込んで邪魔になる。そこでプロジェクタ１００の設置位置は、図２４の位置Ｂに示すように、スクリーンよりも下の位置が望ましい。例えば、プロジェクタ１００を床に直接おけばよい。
【００１４】
プロジェクタ１００を床において、至近かつ上方にあるスクリーン２００に画像を投射すると、スクリーン２００の下端（床側）への投射光の入射角と、スクリーン２００の上端（天井側）への投射光の入射角が大きく異なる状態になる。すなわち、スクリーン２００の上端への入射角が大きく、スクリーン２００の下端への入射角は小さくなる。入射角が大きいスクリーン２００の上端に投射された光は、天井の方向に反射される割合が増え、観察者３００側に向かう光の割合が小さくなるため、スクリーン２００の上側の画像が暗くなる。
【００１５】
つまり、超至近距離投射方式の画像表示装置は、被投射面上の画像に明るさのムラが生じることがある。言い換えれば、超至近距離投射方式の画像表示装置は、画像を投射するための光学系、特に照明光学系における光利用効率の向上が課題となる。
【００１６】
照明光学系における光利用効率を向上させるには、投射レンズの光軸と、反射型画像表示素子の法線の位置関係が重要となる。投射レンズの光軸が反射型画像表示素子の法線に対して傾いていると、投射画像の片一方だけぼけた画像になるなどの不具合が生じるからである。よって、反射型画像表示素子と投射レンズの配置と位置調整は、慎重に行う必要がある。
【００１７】
また、照明光学系からの光の光利用効率を向上させるには、投射レンズの光軸がずれないように、投射レンズが堅牢に固定されている必要がある。投射レンズは複数のレンズを組み合わせて構成されている。この複数のレンズは鏡筒に納められて画像表示装置の所定の位置関係に固定される。鏡筒を画像表示装置の筐体に固定するとき、鏡筒が傾かないように調整する必要がある。
【００１８】
また、長期間にわたり画像表示装置を使用しても、衝撃や振動などの外的要因や、鏡筒を含めた各部材の自重などの内的要因によって、鏡胴や、その内部の投射レンズの光軸に傾きが生じないようにしなければならない。このように、画像表示装置の照明光学系における光利用効率を向上させるためには、画像表示装置の組立工程における精度と、投射レンズを備えた鏡胴の長期使用に対する堅牢性が必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、照明光学系の光利用効率を向上させることで、縦置きも可能な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】
【００２０】
本発明は画像表示装置に関するものであって、光源と、光源から出射される光を集光する集光器と、集光器の近傍に入射端を有する光ミキシング素子と、集光器と光ミキシング素子の間に配置され、光ミキシング素子に入射される光に時分割で色要素を重畳するカラーフィルタと、２次元的に配置された複数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾き角度をオン状態とオフ状態で変化させることにより反射光の出射をオン・オフさせる反射型画像表示素子と、光ミキシング素子の出射端から反射型画像表示素子までの間に配置されている第１リレーレンズおよび第２リレーレンズ、第１折り返しミラー及び第２折り返しミラーと、からなる照明光学系と、反射型画像表示素子を構成する複数の微小ミラーのうちオン状態にある微小ミラーからの反射光を被投射面に投射する投射光学系と、を有し、反射型画像表示素子が有する表示面と被投射面との成す角が略直交しており、第１リレーレンズが光源と光ミキシング素子が成す光軸に対してチルトしていることを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、照明系の光利用効率が高く、照明系及び投射レンズ設置が安定な、例えば縦型の画像表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る画像表示装置の構成の例を示す概要図である。
【図２】上記画像表示装置が備える反射型画像表示素子の例を示す（ａ）平面図、（ｂ）一部拡大図、（ｃ）側面図、（ｄ）投射光の反射状態図、である。
【図３】上記画像表示装置が備える光源とランプリフレクタの例を示す（ａ）正面図、（ｂ）側面図、である。
【図４】上記画像表示装置が備える照明均一化素子の例を示す斜視図である。
【図５】上記照明均一化素子の設置状態の例を示す平面図である。
【図６】上記画像表示装置が備えるカラーホイールの例を示す平面図である。
【図７】上記画像表示装置が備える照明光学系の例を示す概要図である。
【図８】上記画像表示装置が備える照明光学系の例を示す概要図である。
【図９】上記画像表示装置と従来の画像表示装置の設置態様を比較した側面図である。
【図１０】本発明に係る画像表示装置の使用態様の例を示す平面図である。
【図１１】上記画像表示装置の使用態様の別の例を示す平面図である。
【図１２】上記画像表示装置の投射レンズの固定方法の例を示す（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図１３】上記画像表示装置が備える照明光学系の別の例を示す概略図である。
【図１４】上記画像表示装置が備える照明光学系を構成するリレーレンズの保持方法の例を示す概要図である。
【図１５】上記画像表示装置が備える照明光学系を構成するリレーレンズの保持方法の別の例を示す概要図である。
【図１６】上記画像表示装置が備える照明光学系を構成するリレーレンズの保持方法のさらに別の例を示す概要図である。
【図１７】上記画像表示装置が備える第１リレーレンズの４次非球面係数と光利用効率との関係の例について示すグラフである。
【図１８】上記画像表示装置が備える第２リレーレンズの４次非球面係数と光利用効率との関係の例について示すグラフである。
【図１９】上記画像表示装置が備える第２折り返しミラーの４次非球面係数と光利用効率との関係の例について示すグラフである。
【図２０】上記画像表示装置が備える第２折り返しミラーの６次非球面係数と光利用効率との関係の例について示すグラフである。
【図２１】本発明に係る画像表示装置が備える投射光学系の例を示す概要図である。
【図２２】上記画像表示装置が備える反射型画像表示素子における光量分布の一例を示す等高線図である。
【図２３】上記画像表示装置が備える投射光学系から出射された投射光の被投射面における光量分布の一例を示す等高線図である。
【図２４】超至近距離投射が可能な画像表示装置の設置態様の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る画像表示装置の実施例について図面を用いながら説明する。図１は、本発明に係る画像表示装置の例である縦型プロジェクタの構成を示す概要図である。符号１は縦型プロジェクタ本体（以下「プロジェクタ１」という。）を、符号１４は投射面の例であるスクリーンを表している。以下の説明において、水平面内の一方向をｘ軸、これに直交する水平面内の一方向をｚ軸、ｘ軸にもｚ軸にも直交する垂直方向の軸をｙ軸とする。また、ｘ軸周りの回転をα、ｙ軸周りの回転をβ、ｚ軸周りの回転をγとして表記する。
【００２４】
図１において、プロジェクタ１は、白色光源である光源２と、光源２から出射された光を集光するランプリフレクタ３と、光源２の飛散を防ぐ防爆ガラス４と、光源２からの光を赤・緑・青の光に時分割で変換する回転するカラーフィルタであるカラーホイール５と、ランプリフレクタ３によって集光された光の光量分布を一様にする光ミキシング素子である照明均一化素子６と、第１リレーレンズ７と、第２リレーレンズ８と、第１折り返しミラー９と、第２折り返しミラー１０と、反射型画像表示素子であるＤＭＤ１１と、投射レンズ１２と、自由曲面ミラー１３と、を有してなる。
【００２５】
また、プロジェクタ１は、図１にて図示した以外にも、冷却ファン、ランプ駆動手段、ＤＭＤ駆動手段、各種光学素子の保持部等を備えている。ここで、光源２から第２折り返しミラー１０までを照明光学系という。また、投射レンズ１２と自由曲面ミラー１３を合わせて投射光学系という。
【００２６】
光源２から出射された白色光は、ランプリフレクタ３によって集光される。ランプリフレクタ３は、楕円体の外形を有してなり、その楕円体の第１焦点に相当する位置に光源２が配置され、第２焦点に相当する位置に照明均一化素子６の入口（入射端）が配置されている。従って、光源２から出射された光は、照明化均一素子６の入射端に集光される。
【００２７】
光源２と照明均一化素子６の間には、防爆ガラス４とカラーホイール５が配置されている。光源２から出射された白色光のうち、紫外線（ＵＶ）及び赤外線（ＩＲ）は、防爆ガラス４に設けられたＵＶカットフィルターとＩＲカットフィルターによって遮断される。防爆ガラス４を通過した光は、カラーホイール５によって、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色の光に、時分割処理で変換される。これらの色要素が重畳された光は、照明均一化素子６に入射されて、その内部で多数回の反射をし、空間的な強度分布が均一な光になる。
【００２８】
照明均一化素子６を通過した光は第１リレーレンズ７と、第２リレーレンズ８を経て、第１折り返しミラー９と第２折り返しミラー１０で反射されてＤＭＤ１１に到達する。
第２リレーレンズ８を通過した照明光は、ＤＭＤ１１の上方を通り、傾けて設置されている第１折り返しミラー９によって斜め上方に反射され、この反射光はさらに第２折り返しミラー１０により斜め下方のＤＭＤ１１に向けて反射される。
【００２９】
照明均一化素子６の出射端面とＤＭＤ１１の画像形成面が共役の関係となるように、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８、及び第２折り返しミラー１０のパワー配置を調整する。本実施例に係るプロジェクタ１は、上記のように、光路を３次元的に折り返すことで、全体の小型化を図っている。
【００３０】
ＤＭＤ１１は、微小なミラーアレイからなる反射型画像表示素子であって、一辺が１０μｍ前後の正方形のミラーが配列されてなる素子である。ＤＭＤ１１の微小ミラーの配列数によって、投射される画像の解像度が決定される。例えば、投射画像の解像度をＸＧＡにするのであれば、１０２４×７６８画素（或いはピクセル）に相当する微小ミラーが配置されているＤＭＤ１１を用いることとなる。また、投射画像の解像度を、ＷＸＡＧＡにするのであれば、１２８０×７６８画素（或いはピクセル）に相当する微小ミラーが配置されているＤＭＤ１１を用いる。なお、ＸＧＡとは、「Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ」の略である。また、ＷＸＧＡとは「Ｗｉｄｅ ＸＧＡ」の略である。
【００３１】
ＤＭＤ１１が備える微小ミラーは、正方形の対角線を回転軸として回転可能な構成を有している。微小ミラーの回転角度は±１０°から±１２°である。例えば微小ミラーが＋１２°の回転をした状態で当該ミラーによって反射される光を「ＯＮ光」とし、画像形成に寄与するように構成し、微小ミラーが−１２°の回転をした状態で当該ミラーによって反射される光を「ＯＦＦ光」として、画像形成には寄与せずに、黒表示とするように構成する。つまり、ＤＭＤ１１による「ＯＮ光」は上方に進み、第２折り返しミラー１０の側方を通って投射レンズ１２に入射するように各光学素子が配置されている。
【００３２】
すなわち、ＯＮ光のとき、ＤＭＤ１１の微小ミラーで反射された光は、投射レンズ１２の入射瞳に入り、投射レンズ１２を経て自由曲面ミラー１３で反射されて、スクリーン１４に到達する。一方、ＯＦＦ光のときは、ＤＭＤ１１の微小ミラーで反射された光は、投射レンズ１２の入射瞳に入ることはできず、ＤＭＤ１１の近傍に設けてあるＯＦＦ光処理用の吸収部材（図示せず）に到達する。このように、ＤＭＤ１１の微小ミラーの回転を制御することで、表示画像に必要な投射光を投射光学系を介して、スクリーン１４に投射することができる。
【００３３】
ここでＤＭＤ１１について説明をする。図２は、ＤＭＤ１１の概要を表した図である。図２（ａ）はＤＭＤ１１を上から見た平面図、図２（ｂ）はＤＭＤ１１の画像表示領域の一部拡大図、図２（ｃ）は、ＤＭＤ１１の側面図、図２（ｄ）は、ＤＭＤ１１における画像投射光の反射の様子を表す図、である。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、ＤＭＤ１１の外観は矩形であって、複数の微小ミラーを配列してなる画像表示領域１１０を備えている。画像表示領域１１０の一部の領域１１０ａを拡大した図を図２（ｂ）に示す。
【００３５】
図２（ｂ）に示すように、一部画像表示領域１１０ａを拡大すると、複数の微小ミラー１１０が配列されている。微小ミラー１１０は、正方形であって、１つの微小ミラー１１０が投射光によって表示される画像の１画素に相当する。微小ミラー１１０の配列周期を画素ピッチＰという。画素ピッチＰは例えば、約１０μｍである。画像表示領域１１０の対角線の長さによって、投射画像の表示サイズが決定される。
【００３６】
図２（ｂ）において、微小ミラー１１０は隙間なく配置されているように表されているが、実際の微小ミラーのサイズは画素ピッチＰよりも若干小さい。画素ピッチＰに対する実際のミラーサイズを開口率という。各微小ミラー１１０は、その対角線を回転軸として回転することができる。微小ミラー１１０の回転方向は、回転軸に対して時計方向をプラスとし反時計方向をマイナスとする。また回転角度は±１０°から±１２°である。
【００３７】
ＤＭＤ１１の上面側には、図２（ｃ）に示すように、保護ガラス１１２が配置されている。この保護ガラス１１２は、微小ミラー１１０の表面に埃等が付着することを防ぐためのものである。
【００３８】
図２（ｄ）に示すように、微小ミラー１１１は、対角線を回転軸として時計方向と反時計方向に回転することができる。微小ミラー１１１ａは、時計方向に回転しているので、反射された光はＯＮ光となって、図示しない投射レンズの入射瞳に向かう。微小ミラー１１１ｂは、反時計方向に回転しているので、反射された光はＯＦＦ光となって、図示しない投射レンズの入射瞳には向かわず、吸収部材に向かう。
【００３９】
次に光源２およびランプリフレクタ３について説明をする。光源２は、管球形状の高圧水銀ランプが好ましい。また、ハロゲンランプであってもよい。ランプリフレクタ３は楕円体であって、楕円の二つの焦点の一方に、光源２を設置し、他方の焦点に、照明均一化素子６の入射端を設置する。光源２の出力は例えば、１８０Ｗ−２６０Ｗ（ワット）前後のものを用いる。光源２の出力が高いほど、明るい投射画像を得ることができる。
【００４０】
光源２に水銀ランプを用いた場合、破裂することがあり得る。光源２が破裂してもガラス片が内部に飛散しないように、ランプリフレクタ３の前面には防爆ガラス４が設置される。防爆ガラス４は、例えば４０ｍｍ角で厚みが３ｍｍ前後の硼珪酸ガラスであって、光源２の光軸に対して例えば１０°傾けて設置する。防爆ガラス４を光源２の光軸に対して傾けて設置する理由は、防爆ガラス４によって反射した光が戻り光となって、光源２の位置で焦点を結ばないようにするためであって、このような戻り光があると光源２の寿命が短くなるからである。
【００４１】
また防爆ガラス４には、赤外線（ＩＲ）カットフィルター、紫外線（ＵＶ）カットフィルターの多層膜を施す。またランプリフレクタ３はハウジングに納められており、防爆のために、目の細かい金属のメッシュでハウジングを覆っても良い。プロジェクタ１において光源２は消耗品であるから、使用時間が数千時間を超えたあたりで明るさが低減する。光源２の交換が必要になったときは、光源２を含むランプハウジング（ユニット）ごと交換することになる。
【００４２】
図３において、光源２とランプリフレクタ３の概要を示す。図３（ａ）は、光源２とランプリフレクタ３からなるランプハウジング３０の正面図、図３（ｂ）は、ランプハウジング３０の側面図である。
【００４３】
光源２は紫外線から可視光線、そして赤外線まで広い範囲の光を放射するが、出射された光のうち、紫外線と赤外線は上記の防爆ガラス４によって、光源２から出射された直後でカットされ、残りの可視光域の光がカラーホイール５によって色付けされる。
【００４４】
次に、照明均一化素子６について説明する。図４は、照明化均一素子６の概要を示す斜視図である。図４に示すように照明均一化素子６は、四枚の板状のミラーを、ミラー面が内側に向くように張り合わせて形成されたものである。
【００４５】
照明均一化素子６を構成する各ミラーは、耐熱性に優れた接着剤などを用いて貼り合わされている。照明均一化素子６は、長ければ長いほど内面での反射回数が増え、入射された光の配光分布を均一にすることができる。しかし、照明均一化素子６を長くすると、照明光学系全体が大きくなり、プロジェクタ１の筐体の大きさに影響を与えることとなる。よって、均一化の度合いと照明光学系の大きさは、トレードオフの関係にある。本発明に係る照明均一化素子６の長さは２０ｍｍから３０ｍｍであって、２５ｍｍが最適である。
【００４６】
ＤＭＤ１１に対角線サイズが０．６５インチであって、画素ピッチＰが１０．８μｍであるものを採用したとする。このときの照明均一化素子６の内寸は、６ｍｍ×３ｍｍ程度である。照明均一化素子６に用いるミラーの反射率は９８％（波長４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）以上が好ましい。
【００４７】
また照明均一化素子６に用いるミラーはＡｇ、Ａｌなどの金属膜を真空蒸着などによってガラス面に成膜したものである。この場合、金属膜でなく、誘電体多層膜であってもよい。照明均一化素子６を構成する各々の板の厚みは１ｍｍ前後である。照明均一化素子６は、ライトトンネル、ライトパイプ、ロッドレンズ、ロッドインテグレータなどとも呼ばれる。
【００４８】
照明均一化素子６は、ミラー板を張り合わせたもの以外のもの、例えば、ガラス柱でもよい。この場合は、ガラス柱内面の全反射を用いることになるため、反射膜の作製は不要となる。
【００４９】
光源２から出射され、ランプリフレクタ３によって集光された光は、配光分布を有している。従って、そのままスクリーン１４に投射すると明るさムラが生じ、例えば、スクリーン１４の中心領域の画像は明るく、周辺の画像は暗くなる。照明均一化素子６は、このような明るさムラを防ぐために用いられる部材であって、その原理はカレードスコープと同様である。照明均一化素子６に適当な角度で入射した光は、内面のミラーで複数回反射を繰り返し、光を折りたたむように重ね合わされる。
【００５０】
本実施例に係るプロジェクタ１の照明光学系を構成する光学素子は、図１に示したように３次元的に配置されている。このため、照明均一化素子６を光軸に対して回転させて配置している。ここで、照明均一化素子６の回転について説明をする。図５は照明均一化素子６をｚ軸方向からみた平面図であって、γが−１１．４２°の状態を例示している。
【００５１】
次に、本実施例に係るプロジェクタ１が備えるカラーホイール５について図６を用いて説明をする。図６（ａ）は、カラーホイール５をｚ軸方向から見た平面図である。図６（ｂ）は、カラーホイール５をｘ軸方向から見た平面図である。図６（ａ）に示すように、カラーホール５は、円板５１を円グラフのように複数の領域に分け、それぞれの領域に異なる多層膜を蒸着することで異なる色を着色してなる。カラーホイール５が有する色は、基本的には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）であるが、図６（ａ）に示すように、白（Ｗ）を加えてもよい。白（Ｗ）は、多層膜を形成しない領域である。なお、カラーホイール５に白（Ｗ）を設ける理由は、明るさ増大のためである。またカラーホイール５に、色再現性を高めるための黄（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）などを加えることもある。
【００５２】
カラーホイール５は、光源２から出射された光から必要なスペクトルを分離させる色分離手段である。カラーホイール５を構成する円板５１は、例えば直径４０ｍｍ程度、厚み１ｍｍ程度のガラスに、各色のフィルターを設けたものである。各色領域は物理的に分離されている。
【００５３】
またカラーホイール５は、図６（ｂ）に示すように円盤５１の回転中心にモータ５２の回転軸が結合されて、高速で回転するように構成されている。回転速度は数千ｒｐｍ（ｒｏｕｎｄ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）から１万ｒｐｍ前後である。カラーホイール５には図示しないセンサがつけられており、各色の位置情報を把握することができる構成を備えている。このセンサとＤＭＤ１１の回転制御を同調させることで、表示画像を形成させることができる。
【００５４】
従って、カラーホイール５は、時分割（フィールドシーケンシャル）で各色を生成している。ＤＭＤ１１が有する微小ミラー１１０の応答速度は高速であるため、フィールドシーケンシャルでカラー画像の形成をしても問題は生じない。また、ランプリフレクタ３によって集光される途中の光（のスポット）は、常に同じ位置に当るように構成されている。図６（ａ）において符号５３は、上記光スポットを示している。
【００５５】
次に、本実施例に係るプロジェクタ１の照明光学系を形成する第１折り返しミラー９と、第２折り返しミラー１０について説明をする。第１折り返しミラー９は平面鏡であって、第２折り返しミラー１０は凹面鏡である。第２折り返しミラー１０の曲率半径は−７５ｍｍである。また、第１折り返しミラー９は３次元的に傾いており、例えば、αが−３５．４５°、βが−２．１７°、γが１８°の傾きを有してなる。また第２折り返しミラー１０も３次元的に傾いており、例えば、αが９４°、βが１７．６４の傾きを有してなる。
【００５６】
次に、本発明に係る画像表示装置が備える照明光学系の構成について、さらに説明をする。図７は、プロジェクタ１が備える照明光学系の一部を示す概要図であって、光源２から照明均一化素子６までの配置を表している。すでに説明をしたとおり、ランプリフレクタ３は楕円体であり、第一焦点に相当する位置に光源２が設置され、第二焦点に相当する位置に照明均一化素子６の入射端が設置されている。光源２と照明均一化素子６の入射端との間には、防爆ガラス４とカラーホイール５が設置されている。
【００５７】
防爆ガラス４とカラーホイール５は、ｙ軸に対してチルトした状態で配置されている。このチルトによって、防爆ガラス４とカラーホイール５の表面や裏面から反射された光が光源２への戻り光となることを防ぐことができる。防爆ガラス４とカラーホイール５のチルトは、数度から１０°程度である。また、光源２から出射されて、ランプリフレクタ３により集光される光の角度（照明角Ｓ）は約６０°である。また図７において、光源２、ランプリフレクタ３、照明均一化素子６が成す光軸はｚ軸方向において揃っている。
【００５８】
次に、本実施例に係るプロジェクタ１が備える照明光学系の構成において、照明均一化素子６と、第１リレーレンズおよび第２リレーレンズの関係について説明をする。図８は、照明均一化素子６と、第１リレーレンズ７、第２リレーレンズ８の配置を示す概要図である。図８において、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８は、ｚ軸（光軸）方向の位置は異なるが、ｘ軸方向とｙ軸方向の座標は同じである。従って共軸である。第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８のｚ軸の光軸Ｂは、照明均一化素子６のｚ軸の光軸Ａに対してシフトしている。
【００５９】
第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８のシフト量は、照明均一化素子６を基準として、Δｘ・Δｙとして表すと、例えば、Δｘは−１．４６９ｍｍ、Δｙは−１.３７０ｍｍである。
【００６０】
プロジェクタ１から出射された光によって、スクリーン１４に投射される画像を明るくするには、照明光学系の光利用効率を向上させる必要がある。ここで照明光学系の光利用効率を定義する。光利用効率は、照明均一化素子６から出射された光のうち、投射レンズ（の入射瞳）に到達する光の割合によって表すものとする。よって、照明均一化素子６から出射された光を１００％としたときの投射レンズ（の入射瞳）に到達する光をパーセンテージで表しても良い。
【００６１】
この光利用効率の見積りは光線追跡計算ソフトを用いたシミュレーション実験により行なうことができる。照明均一化素子６の出射端から出射する光線を一定数として、投射レンズの入射瞳に到達する光線本数を算出する。これによって、光利用効率を算出することができる。
【００６２】
すでに説明をした通り、照明光学系を構成する第１折り返しミラー９と第２折り返しミラー１０によって、ＤＭＤ１１の画像形成面に到達する光は３次元的に折り返されている。このような照明光学系においてＤＭＤ１１に効率よく光を照射させるには、第１リレーレンズ７と、第２リレーレンズ８を共軸にするよりもチルトさせる方が好ましい。
【００６３】
そこで、本実施例に係るプロジェクタ１においては、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８の光軸を、光源２と照明均一化素子６が形成する光軸に対して、チルト偏心させている。ｘ軸とｙ軸に対して第１リレーレンズ７をチルト偏心させた場合の、光利用効率の値を表１に示す。
【００６４】
（表１）
【００６５】
表１に示すように、第１リレーレンズ７をチルトさせないときの光利用効率に比べて、第１リレーレンズ７のαを１°、またはβを−１°のチルトをさせると光利用効率が向上する。さらにαを１°、かつ、βを−１°のチルトをさせた状態においては、αとβを単独でチルトさせたときよりも光利用効率が高くなる。
【００６６】
図１に戻る。ＤＭＤ１１の画像形成面は、ｚｘ面と平行である。投射レンズ１２の光軸はｙ軸と平行であって、ＤＭＤ１１の画像形成面と垂直関係にある。スクリーン１４は、ｙｚ面と平行であって、ＤＭＤ１１の画像形成面とスクリーン１４は直交する関係にある。
また、投射レンズ１２の光軸とスクリーン１４の表示面は平行であるから、プロジェクタ１を設置する場所は、ｚｘ面と平行関係にある場所となる。そうすると、プロジェクタ１の投射光の光軸と、被投射面であるスクリーン１４は平行関係にある。このような位置関係となる画像表示装置を縦型プロジェクタという。なお、従来の横型プロジェクタは、投射レンズの光軸とスクリーンは垂直関係になる。
【００６７】
ここで、従来の横型プロジェクタと、本発明に係る縦型プロジェクタの設置態様の違いによるスクリーンとの距離の差を、図９を用いて説明する。図９（ａ）は従来のプロジェクタ１００の設置状態を側面から見た例を示す平面図である。図９（ｂ）は本実施例に係るプロジェクタ１（縦型）の設置状態を側面から見た例を示す図である。
【００６８】
図９（ａ）に示すように、プロジェクタ１００の筐体の後端部からスクリーン１４の画像投射面までの距離をＤ１とする。また、図９（ｂ）に示すように、プロジェクタ１の筐体の後端部からスクリーン１４の画像投射面までの距離をＤ２とする。Ｄ１とＤ２とを比較すると、Ｄ１＞Ｄ２の関係になる。すなわち、縦型であるプロジェクタ１の方がスクリーンまでの距離が短くなる。つまり、縦型であるプロジェクタ１の方がスローレシオを小さくすることできる。
【００６９】
次に、本発明に係る画像表示装置の使用態様における特徴について、図１０を用いて説明する。図１０は、図１に示したプロジェクタ１をｚ軸方向からみた図である。図１０において、プロジェクタ１は、ＤＭＤ１１の画像形成面に垂直な方向がｙ軸と平行である。また、投射レンズ１２の光軸もｙ軸に平行である。これらは互いに平行であるが、ＤＭＤ１１の画像形成面の中心と、投射レンズ１２の光軸はｘ方向にΔｓだけシフト偏心している。
【００７０】
また、プロジェクタ１の別の使用態様の例を図１１に示す。図１１は、図１に示したプロジェクタ１をｚ軸方向からみた平面図である。図１１において、プロジェクタ１は、ＤＭＤ１１の表示面に垂直な方向がｙ軸と平行であり、投射レンズ１２の光軸もｙ軸に平行である。これらは互いに平行であるが、ＤＭＤ１１の画像形成面の中心と、投射レンズ１２の光軸はｘ方向にシフト偏心している。また、投射レンズ１２と自由曲面ミラー１３の間に平面ミラー１５を置き、自由曲面ミラー１３の取り付け位置を図１０とは反対側にすることで、投射方向を反対にすることができる。このように、本実施例に係るプロジェクタ１は、自由曲面ミラー１３の取り付け位置を変更することで、プロジェクタ１の設置方向を変更することなく、画像の投射方向を変更することができる。
【００７１】
次に、投射光学系を構成する投射レンズ１２および鏡胴１２０をプロジェクタ１に固定する方法の例について、図１２を用いて説明する。図１２は、プロジェクタ１の投射光学系近傍をｚ軸方向からみた一部拡大図である。図１２において、投射レンズ１２を含む鏡胴１２０は、プロジェクタ１の本体側面に、複数のネジ２０によって固定されている。投射レンズ１２は、複数のレンズを有してなるから、プロジェクタ１の光利用効率を向上させるには、ＤＭＤ１１と投射レンズ１２との距離Ｄと、投射レンズ１２（の光軸）自体の傾き、光軸のＤＭＤ１１の表示面に対する傾き等が重要な要素となる。
【００７２】
ＤＭＤ１１と投射レンズ１２との距離Ｄは、プロジェクタ１の本体（筐体）の作製精度によって決定されるので、鏡胴１２０をプロジェクタ１に固定するときに、スペーサを用いて微調整を行う。この微調整によって、光軸の傾き調整を行うこともできる。なお、ＤＭＤ１１自体の傾きについても、ＤＭＤ１１を固定する際にスペーサを用いることで行うことができる。
【００７３】
鏡胴１２０はアルミニウムなどの金属を素材とする部材である。また、投射レンズ１２はガラスを素材とする部材である。よって複数枚のレンズを備える鏡胴１２０は重い部材である。従来の横型のプロジェクタであれば、鏡胴１２０は重力に逆らう方向に突出する形で固定されるので、投射レンズ１２（の光軸）は重力によってズレてくる虞がある。
【００７４】
そのため、従来の横型プロジェクタのように設置する場合、ネジ２０に対する荷重の係り方が固定位置によって異なり、鏡胴１２０に傾きが生じやすくなる。また組付けの際には光軸が合っていても、プロジェクタ装置１を長期使用することで経年劣化が生じ、投射レンズ１２の固定位置にずれが生じて光軸がずれることが想定される。また、プロジェクタ１を搬送する際、光軸の垂直方向への振動や衝撃によって、投射レンズの光軸がずれることも想定される。
【００７５】
本実施例に係るプロジェクタ１は、すでに説明をしたとおり、投射レンズを縦型の設置形態で用いるものである。これによって、投射レンズ１２の光軸が重力方向（ｙ軸方向）になる。そのため、投射レンズ１２の長手方向に重力による荷重が係ることになる。すなわち、投射レンズ１２を保持する鏡胴１２０が設置されるプロジェクタ１の側面がｘｚ平面と平行になるため、鏡胴１２０によるプロジェクタ１への荷重は均一に係る。また、ＤＭＤ１１についても、ＤＭＤ１１の裏面が平坦であり精度が高ければ、置くだけで重力に対して安定な配置とすることができる。このように、本実施例に係るプロジェクタ１は、鏡胴１２０をプロジェクタ１の本体側面にネジ２０によって固定するだけで、ＤＭＤ１１と投射レンズ１２の光軸調整が容易にでき、かつ、調整された状態を安定して維持することができ、また、長期の使用に対しても堅牢なものを得ることができる。
【００７６】
このように、本発明に係る画像表示装置によれば、照明光学系の光利用効率が高く、照明光学系及び投射光学系を安定した状態で使用することができる縦型の画像表示装置を得ることができる。
【００７７】
次に、本発明に係る画像表示装置の別の実施形態について説明する。すでに説明をした実施例においては、プロジェクタ１が有する第１リレーレンズ７をチルトさせることで、照明光学系の光利用効率を向上させることができる。そこで、本実施例については、第２リレーレンズ８をチルトさせて、照明光学系の光利用効率を向上させることができる旨について、説明をする。
【００７８】
既に説明をした実施例と同様に、ソフトウェアを用いたシミュレーション実験により、第１リレーレンズ７のチルトをα＝１°、β＝−１°として、第２リレーレンズ８のαとβのチルトを変化させたときの、光利用効率について表２に示す。
（表２）
【００７９】
表２において、第１リレーレンズ７のチルトを光利用効率が高いα＝１°、β＝−１°とした場合、最も光利用効率が高くなる第２リレーレンズ８のチルトは、β＝１°の場合である。また、表２の結果から、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８の、αとβの符号が逆になるとき、光利用効率が高くなることが分かる。すなわち、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８のチルトが逆向きに設定されるとき、光利用効率が高くなる。
【００８０】
図１３は、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８に対して、表１および表２において示した「光利用効率が最も高くなるチルト」を設定した状態の例を示す概略図である。図１３はｙ軸方向からみた（すなわち上面からみた）、照明均一化素子６と、第１リレーレンズ７と、第２リレーレンズ８の配置を表している。図１３に示すように、照明均一化素子６の光軸Ａと、第１リレーレンズ７および第２リレーレンズ８の光軸Ｂは、ｘ軸方向にシフトしている。
【００８１】
また、第１リレーレンズ７は、βが反時計方向にチルトし、第２リレーレンズ８は、βが時計方向にチルトしている。
【００８２】
このように、本実施例に係るプロジェクタ１において、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８をそれぞれ、所定の方向に所定のチルトをすると、光利用効率を向上させることができる。
【００８３】
次に、第１リレーレンズ７および第２リレーレンズ８のさらに別の実施例について説明をする。図１３に示すように、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８において、照明均一化素子６に近い面を第１面ｒ１とし、反対側の面を第２面ｒ２とした場合、硝材の屈折率を考慮すると、第１リレーレンズ７のｒ１・ｒ２・厚み・直径の各要素と、第２リレーレンズ８のｒ１・ｒ２・厚み・直径の各要素との関係において、それぞれのｒ１非球面係数α０４の値を、表３のように設定することが望ましい。
【００８４】
硝材の屈折率（ｎｄ）は１．５１６８０である。また、別の硝材を用いて、屈折率（ｎｄ）が１．５２３０７であってもよい。屈折率が多少異なるため、表３に示すように、曲率半径等を変えることが好ましいが、変えなくても光利用効率に大きな影響は生じない。また、硝材が異なっても表１、２に示した傾向は保存されるので問題は生じない。
（表３）
【００８５】
次に、第１リレーレンズ７および第２リレーレンズ８のチルト偏心を保持する方法について、図１４を用いて説明する。第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８の形状は、光軸に対して回転対称である。図１４は、第１リレーレンズ７のチルト偏心を保持する実施例について、図示している。第２リレーレンズ８のチルト偏心を保持する方法についても、同様の方法を用いることができる。
【００８６】
すでに説明をしたとおり、第１リレーレンズ７をチルトさせることで光利用効率を向上させることができる。そこで、図１４に示すように、第１リレーレンズ７を所定のチルト状態で固定するレンズ保持部１ａを用いる。レンズ保持部１ａは、プロジェクタ１の筐体の一部に形成してもよいし、モールド形成による別部材として形成したものを筐体の内部に固定したものでもよい。
【００８７】
レンズ保持部１ａには、第１リレーレンズ７の大きさに合わせた溝１５０を形成する。この溝１５０をｘ軸方向およびｙ軸方向の最適なチルト（αとβ）を維持できる傾きをもって形成する。図１４に例示した溝１５０は、βのチルトを設定したものである。
【００８８】
第１リレーレンズ７は、βのみではなく、αのチルトによっても光利用効率が向上する。そこで、図１５に示すように、レンズ保持部１ａは、ｙ軸に直交する軸に対して所定の角度だけ傾けた深さ方向に溝１５０を形成すればよい。図１５は、レンズ保持部１ａをｘ軸方向からみた断面の例である。図１５において、溝１５０は、ｙ軸に直交する軸に対してｘ軸方向のαの最適なチルトを設定するように形成されている。このように、第１リレーレンズ７を固定する溝１５０を、最適なαとβになるように予め形成しておくことで、プロジェクタ１の光利用効率を向上させることができる。
【００８９】
第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８を所定のチルトを保持して固定する方法の別の例について、図１６を用いて説明する。図１６において、符号２０は、プロジェクタ１の内部に設置するフレームの例を示す。フレーム２０は、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８およびＤＭＤ１１の設置面を一体化した部材である。フレーム２０には、第１リレーレンズ７を固定するためのレンズ保持部１ａと、第２リレーレンズ８を固定するためのレンズ保持部１ｂと、ＤＭＤ１１の設置面が一体に形成されている。
【００９０】
第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８のチルトの精度は、フレーム２０の精度に依存するが、プロジェクタ１の筐体の一部を用いて保持部１ａおよび１ｂを形成するよりも、フレーム２０を用いた方が安定した精度を維持できる。またフレーム２０によって、ＤＭＤ１１との位置の精度も向上する。
【００９１】
このように、第１リレーレンズ７および第２リレーレンズ８とＤＭＤ１１との位置精度を、一体化されている部材（フレーム２０）によって維持することができるのは、本発明に係る画像表示装置が縦型設置可能なものだからである。
【００９２】
次に、第１リレーレンズ７の実施例について説明をする。本実施例は、第１リレーレンズ７を非球面レンズとするものである。第１リレーレンズ７を非球面化することによる光利用効率の変化について、表４に示す。
（表４）
【００９３】
表４は、第１リレーレンズ７の第二面ｒ２（図１３参照）を非球面化したときの、非球面係数４次（α０４）と光利用効率との関係について示している。表４に基づいて、横軸を非球面係数とし、縦軸を光利用効率として２次曲線で近似したグラフを図１７に示す。図１７から明らかなように、第１リレーレンズ７の第二面ｒ２を非球面化するための、４次の非球面係数の最適値は約０．０００１４である。このように、本実施例に係るプロジェクタ１において、第１リレーレンズ７を非球面化することにより光利用効率を向上させることができる。
【００９４】
次に、第２リレーレンズ８の実施例について説明をする。本実施例は、第２リレーレンズ８を非球面レンズとするものである。第２リレーレンズ８を非球面化することによる光利用効率の変化について、表５に示す。
（表５）
【００９５】
表５は、第２リレーレンズ８の第二面ｒ２を非球面化したときの、非球面係数４次（α０４）と光利用効率との関係について示している。表５に基づいて、横軸を非球面係数とし、縦軸を光利用効率として２次曲線で近似したグラフを図１８に示す。図１８から明らかなように、第２リレーレンズ８の第二面ｒ２を非球面化するための、４次の非球面係数の最適値は約−０．００００３５である。このように、本実施例に係るプロジェクタ１において、第２リレーレンズ８を非球面化することにより光利用効率を向上させることができる。
【００９６】
次に、第２折り返しミラー１０の実施例について説明をする。本実施例は、第２折り返しミラー１０を非球面にするものである。第２折り返しミラー１０を非球面化することによる光利用効率の変化について、表６に示す。
（表６）
【００９７】
表６は、第２折り返しミラー１０を非球面化したときの、非球面係数４次（α０４）および非球面係数６次（α０６）と光利用効率との関係について示している。第２折り返しミラー１０は凹面鏡であって、曲率半径は−７５ｍｍである。
【００９８】
表６に基づいて、横軸を４次の非球面係数とし、縦軸を光利用効率として２次曲線で近似したグラフを図１９に示す。また、表６に基づいて、横軸を６次の非球面係数とし、縦軸を光利用効率として２次曲線で近似したグラフを図２０に示す。図１９および図２０に示した結果から、第２折り返しミラー１０に対して、４次と６次の非球面を導入することで、光利用効率を向上させることができる。
【００９９】
次に本発明に係る画像表示装置が備える照明光学系の実施例についてさらに説明をする。ＤＭＤ１１が有する画像表示領域の中心をｘ軸・ｙ軸・ｚ軸の（０、０、０）とした場合の、照明光学系を構成する主要な部材の最適な座標を表７に示す。
（表７）
【０１００】
次に、本発明に係る画像表示装置が備える投射光学系の実施例について説明をする。図２１は、投射光学系を構成する投射レンズ１２と自由曲面ミラー１３、および平面ミラー１５の例を示す概略図である。図２１において、照明光学系は省略している。
【０１０１】
図２１に示すように、投射レンズ１２と自由曲面ミラー１３との間に平面ミラー１５を配置している。自由曲面ミラー１３の形状は例えば１５次の係数で表される。スクリーン１４上での投射画像のサイズは４０インチから８０インチ程度である。画面サイズの変化は、プロジェクタ１とスクリーン１４との距離を変更することによって行う。例えば、プロジェクタ１をスクリーン１４に近づけると画面サイズは小さくなり、遠ざけると画面サイズは大きくなる。
【０１０２】
上記にて説明をした照明光学系を備えたプロジェクタ１のＤＭＤ１１の画像形成面における光量分布の例を図２２に示す。この光量分布は、光線追跡によるシミュレーション実験で求めたものである。ＤＭＤ１１の光量分布位置は、長手方向のマイナス方向がスクリーン１４を正面から見て左方向、長手方向のプラス方向が右方向、短手方向のマイナス方向がスクリーン１４を正面から見て上方向，短手方向のプラス方向が下方向にそれぞれ対応する。
【０１０３】
図２２中、点線１１２で囲まれた領域がＤＭＤ１１の画像表示領域に相当する有効領域である。光量分布は領域内最大光量を１すなわち１００％として規格化して表示している。図２２に示すように、ＤＭＤ１１の有効領域１１２内での規格化光量分布の最小値は７６％以上になっている。また、中心付近から同じ等高線の領域が広がっており、均一に照明されていることが分かる。ちなみに、人間の目は、５０％の光量分布があっても、その違いをほとんど感じることができないから、上記のような光量分布の最小値７６％は何ら問題にならない。
【０１０４】
次に、本発明に係る画像表示装置からの投射光によるスクリーン上での光量分布の例を、図２３に示す。すでに説明をした光学系と投射光学系を備えたプロジェクタ１を用いて、対角約８４インチのスクリーンに全白の画像を投射したものである。最大値を１として規格化している。画面中央は光量が均一な領域が広がっているが、周辺に行くに従って光量が低下していることが分かる。
【０１０５】
以上のように、本発明に係る画像表示装置は、照明光学系を構成するリレーレンズを光軸に対してチルトさせ、第二面ｒ２を非球面化し、さらに折り返しミラーを非球面化することで、照明光学系の光利用効率を向上させることができ、これによって、光量分布が均一な投射光を出射することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１ プロジェクタ
２ 光源
３ ランプリフレクタ
５ カラーホイール
６ 照明均一化素子
７ 第１リレーレンズ
８ 第２リレーレンズ
１１ ＤＭＤ
１２ 投射レンズ
１３ 自由曲面ミラー
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０７】
【特許文献１】特開２０００−０９８２７２号公報
【特許文献２】特許第３１２１８４３号公報
【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集光する集光器と、
前記集光器の近傍に入射端を有する光ミキシング素子と、
前記集光器と前記光ミキシング素子の間に配置され、前記光ミキシング素子に入射される光に時分割で色要素を重畳するカラーフィルタと、
２次元的に配置された複数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾き角度をオン状態とオフ状態で変化させることにより反射光の出射をオン・オフさせる反射型画像表示素子と、
前記光ミキシング素子の出射端から前記反射型画像表示素子までの間に配置されている第１リレーレンズおよび第２リレーレンズ、第１折り返しミラー及び第２折り返しミラーを有してなる照明光学系と、
前記反射型画像表示素子を構成する複数の微小ミラーのうちオン状態にある微小ミラーからの反射光を被投射面に投射する投射光学系と、を有し、被投射面に画像を投射する画像表示装置であって、
前記反射型画像表示素子が有する表示面と前記被投射面との成す角が，略直交しており、
前記第１リレーレンズが、前記光源と前記光ミキシング素子が成す光軸に対してチルトしている画像表示装置。
【請求項２】
前記第２リレーレンズが、前記光軸に対してチルトしていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第１リレーレンズと前記第２リレーレンズのチルト方向は、互いに逆であることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第１リレーレンズと前記第２リレーレンズの形状は、光軸に対して回転対称であり、前記チルトは、前記第１リレーレンズと前記第２リレーレンズを保持するレンズ保持部が光軸に対してチルトしていることにより成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記第１リレーレンズのレンズ面が非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記第２リレーレンズのレンズ面が非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項７】
，
前記第２折り返しミラーの反射面が非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射される光を集光する集光器と、
前記集光器の近傍に入射端を有する光ミキシング素子と、
前記集光器と前記光ミキシング素子の間に配置され、前記光ミキシング素子に入射される光に時分割で色要素を重畳するカラーフィルタと、
２次元的に配置された複数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾き角度をオン状態とオフ状態で変化させることにより反射光の出射をオン・オフさせる反射型画像表示素子と、
前記光ミキシング素子の出射端から前記反射型画像表示素子までの間に配置されている第１リレーレンズおよび第２リレーレンズ、第１折り返しミラー及び第２折り返しミラーを有してなる照明光学系と、
前記反射型画像表示素子を構成する複数の微小ミラーのうちオン状態にある微小ミラーからの反射光を被投射面に投射する投射光学系と、を有し、被投射面に画像を投射する画像表示装置であって、
前記反射型画像表示素子が有する表示面と前記被投射面との成す角が，略直交しており、
前記第１リレーレンズが、前記光源と前記光ミキシング素子が成す光軸に対してチルトしている画像表示装置。
【請求項２】
前記第２リレーレンズが、前記光軸に対してチルトしていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第１リレーレンズと前記第２リレーレンズのチルト方向は、互いに逆であることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第１リレーレンズと前記第２リレーレンズの形状は、光軸に対して回転対称であり、前記チルトは、前記第１リレーレンズと前記第２リレーレンズを保持するレンズ保持部が光軸に対してチルトしていることにより成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記第１リレーレンズのレンズ面が非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記第２リレーレンズのレンズ面が非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項７】
，
前記第２折り返しミラーの反射面が非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２４】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２４】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１３−６１３７５（Ｐ２０１３−６１３７５Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７９０５（Ｐ２０１１−１９７９０５）
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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