画像表示装置
【課題】 スクリーンとの距離が至近であっても、鮮明な大画面表示をすることができる画像表示装置に関する。
【解決手段】 光源から出射された光を画像表示素子に照射する照明光学系と、照明光学系からの照明光が照射され投射画像を形成する画像表示素子と、全体で正の屈折力を有し、画像表示素子において形成された投射画像を被投射面に投射光学系と、を有し、投射光学系は、投射レンズと、第１ミラーと、凹面ミラーである第２ミラーとを有してなり、投射レンズを透過して第１ミラーに入射する投射画像に係る投射光束は発散光束であり、第１ミラーで反射された後に第２ミラーで反射された投射光束が一旦集光した後に被投射面に投射され、投射レンズのうち第１ミラーに最も近いレンズのレンズ面は、凸面である画像表示装置による。
【解決手段】 光源から出射された光を画像表示素子に照射する照明光学系と、照明光学系からの照明光が照射され投射画像を形成する画像表示素子と、全体で正の屈折力を有し、画像表示素子において形成された投射画像を被投射面に投射光学系と、を有し、投射光学系は、投射レンズと、第１ミラーと、凹面ミラーである第２ミラーとを有してなり、投射レンズを透過して第１ミラーに入射する投射画像に係る投射光束は発散光束であり、第１ミラーで反射された後に第２ミラーで反射された投射光束が一旦集光した後に被投射面に投射され、投射レンズのうち第１ミラーに最も近いレンズのレンズ面は、凸面であ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る。
【背景技術】
【０００２】
従来に比べてスクリーンの近くに設置することができる画像表示装置が知られている。このような画像表示装置は至近距離プロジェクタと呼ばれる。至近プロジェクタの目的は以下のようなものである。第１に、スクリーンの近くに立つプレゼンター（あるいは説明員、発表者など）の目に、投射光が入る眩しさを避けること、第２に、プレゼンターの説明を聞く聴講者にプロジェクタの排気や騒音の影響が及ばないようにすること、である。
【０００３】
至近距離プロジェクタが備える投射光学系は、従来の投射光学系（共軸・回転対称）の画角を広げることでスクリーン面との距離を短くするものや、曲面ミラーを使うもの等がある。従来の投射光学系の画角を広げるものは、従来技術の延長で至近投射の目的を達成することができる。しかし、スクリーンに近いレンズの外径を大型のものにする必要があり、プロジェクタ全体が大きくなる。これに対して、曲面ミラーを使う方式は、小型でありながら至近距離での投射を行うことができる。
【０００４】
曲面ミラーを使うものとして、例えば特許文献１や特許文献２に記載されている発明がある。特許文献１記載の発明は、レンズ光学系の後ろに凹面ミラーを置いて投射する方式である。特許文献２記載の発明は、レンズ光学系の後ろに凸面ミラーを置いて投射する方式である。いずれの方式においても、レンズとミラーを順番に配置するだけでセッティングができるので、部品間の配置精度を高くすることができる。しかし、レンズ光学系とミラーの間に長い距離が必要であり、投射光学系が大型化する。
【０００５】
レンズとミラーの距離を短くすることができるものとして、特許文献３や特許文献４に記載されている発明がある。特許文献３および特許文献４記載の発明は折り返しミラーを配置することで、レンズ光学系とミラーの間の長い距離を折り畳み、光学系の小型化を行なっている。
【０００６】
特許文献３記載の発明では、レンズ光学系の次に凹面ミラーと凸面ミラーを順に配置することで、小型化を図っている。また、特許文献４記載の発明では、凹面ミラーの後ろに平面ミラーを置くことによって小型化を図っている。
【０００７】
しかし、特許文献３と特許文献４に記載のいずれの光学系も、画像表示素子から曲面ミラーまでの距離が長い。そのため、スクリーンからプロジェクタ本体までの距離を、従来よりもさらに近づけるには、光学系本体の長さが邪魔になる。
【０００８】
このような「光学系自体の大きさ」に関する制約を解決するものとして、特許文献５に記載されている発明がある。特許文献５には、スクリーン面と画像表示素子の表示面が互いに垂直になる投射光学系が記載されている。このような縦型方式を採用することで、投射光学系自体の長さが、スクリーンとプロジェクタ本体の距離を近づけることに対する邪魔になることを避けることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献５記載の投射光学系のように、縦型方式を採用して投射光学系を小型化にしつつ至近投射を行うことができる構成であっても、より至近距離に設置したプロジェクタによって、スクリーンにより大きな画面の表示をするには、レンズ光学系からミラー系に入射する光の発散性をより強くする必要がある。しかし、光の発散性を強くすると新たな３つの課題が生じる。
【００１０】
すなわち、第１の課題は、レンズ系の光軸外を通過する投射光束の収差補正が困難になることである。また、第２の課題は、拡がった発散光束が凹面ミラーに当たる前に、第１ミラーに最も近いレンズ面に当たってしまうことである。さらに第３の課題は、凹面ミラーで反射した光がスクリーンに向かう途中で、第１ミラーに当たってしまうことである。
【００１１】
特許文献５に記載された技術のように、第１ミラーに最も近いレンズ面が凹面であると、光軸から離れるに従って第１ミラー側にレンズ面がせり出してくることになるので、凹面ミラーに入射する光束がこのレンズに当たりやすい。さらに、収差補正・誤差感度の点においても、強い発散光束を扱う光学系では、最もミラーに近いレンズ面を凹面にすると、光線の屈折角が非常に大きくなって、画面全域の収差補正が困難になり、屈折角が大きいことから部品の位置ずれが少しでもあると画像品位が大きく劣化することになる。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、被投射面までの距離が近くても大画面を投射することができる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】
【００１３】
本発明は、画像表示装置に関するものであって、光源から出射された光を画像表示素子に照射する照明光学系と、照明光学系からの照明光が照射され投射画像を形成する画像表示素子と、全体で正の屈折力を有し、画像表示素子において形成された投射画像を被投射面に投射光学系と、を有し、投射光学系は、投射レンズと、第１ミラーと、凹面ミラーである第２ミラーとを有してなり、投射レンズを透過して第１ミラーに入射する投射画像に係る投射光束は発散光束であり、第１ミラーで反射された後に第２ミラーで反射された投射光束が一旦集光した後に被投射面に投射され、投射レンズのうち第１ミラーに最も近いレンズのレンズ面は、凸面であることを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
発明によれば、スクリーンとの距離が至近であっても、投射光による表示を大型にすることができる画像表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る画像表示装置の例を概略的に示す光学配置図である。
【図２】上記画像表示装置の一実施例が備える投射光学系の要部の例を示す側面図である。
【図３】上記投射光学系によって投射される光の様子を示す光路図である。
【図４】上記画像表示装置が備える投射光学系の要部の例を示す側面図である。
【図５】上記投射光学系によって投射される光の様子を示す光路図である。
【図６】上記画像表示装置の別の実施例が備える投射光学系の要部を示す側面図である。
【図７】上記画像表示装置のさらに別の実施例が備える投射光学系の要部を示す側面図である。
【図８】上記画像表示装置のさらに別の実施例が備える投射光学系の要部を示す側面図である。
【図９】上記画像表示装置のさらに別の実施例が備える投射光学系の要部を示す側面図である。
【図１０】上記投射光学系によって投射される光の軌跡を示す光線図である。
【図１１】上記画像表示装置が有する反射型画像表示装置の例を示す平面図である。
【図１２】上記画像表示装置が有するレンズ光学系の例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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が備える光学エンジンの要部を一方向からみた側面図である。以下、本明細書において、投射光学系の光軸方向をＺ軸とし、照明光学系の光軸方向をＹ軸とし、Ｚ軸にもＹ軸にも直交する方向の軸をＸ軸とする。
【００１７】
図１においてプロジェクタ１００は、大まかには、光源であるランプ１から出射された光によって反射型画像表示素子であるＤＭＤ７を照明するための照明光学系と、ＤＭＤ７で反射された光を被投射面であるスクリーン２０に向けて投射するための投射光学系と、を有してなる。図１において投射光学系はその一部であるレンズ光学系８のみを図示している。
【００１８】
なお、以下に説明する実施例においては、画像表示素子の例示として、反射型画像表示素子であるＤＭＤを用いている。しかし、本発明に係る画像表示装置は、画像表示素子をＤＭＤに限ることはなく、他の画像表示素子、例えば液晶パネルを用いてもよい。
【００１９】
以下、プロジェクタ１００が有する照明光学系について説明をする。光源であるランプ１から出射された光は、リフレクタ２によってインテグレータロッド３の入射口に集光される。インテグレータロッド３は、４つのミラーを組み合わせてトンネル状にしたライトパイプである。インテグレータロッド３に入射された光は、インテグレータロッド３内のミラー面で反射を繰り返し、インテグレータロッド３の出射口において光量が一様でムラのない光になる。
【００２０】
インテグレータロッド３の出射口を、光量が一様でムラのない面光源として捉えて、この面光源の光源像を、ＤＭＤ照明用レンズ４、第１折り返しミラー５、第２折り返しミラー６を介して画像表示素子であるＤＭＤ７の有効画像領域に生成する。ＤＭＤ照明用レンズ４は、ＤＭＤ７の有効画像領域を効率よく照射するための光学素子である。第１折り返しミラー５は平面ミラーであって、第２折り返しミラー６は曲面ミラー（凹面ミラー）である。
【００２１】
インテグレータロッド３から出射された光は、ＤＭＤ照明用レンズ４の前方を通過して第１折り返しミラー５によって、図１において斜め右下方向に反射され第２折り返しミラー６に向かう。第２ミラーで反射された光は、ＤＭＤ７の表面を照明し、ＤＭＤ７の有効画像領域内のミラーによって反射されて、画像投射光である反射光束が折り返しミラー６の側方を通過して投射光学系を形成するレンズ光学系８に入射される。ランプ１から第２折り返しミラー６までを照明光学系という。
【００２２】
上記照明光学系によって、ＤＭＤ７は光量ムラのない照明光で照明され、一様な照度分布となるので、その拡大像である投射画像も一様な照度分布となる。
【００２３】
ＤＭＤ７は多数の微小ミラーからなるデバイスであって、各微小ミラーの角度を＋１２°から−１２°の範囲で変化させることができる。例えば、微小ミラーの角度が−１２°のとき、当該微小ミラーで反射された照明光は投射レンズ内に入るようにする。この状態を「ＯＮ状態」という。また、ミラーの角度が＋１２°のときは、当該微小ミラーで反射された照明光は投射レンズに入らないようにする。この状態を「ＯＦＦ状態」という。
【００２４】
ＤＭＤ７の微小ミラーは、被投射面上に表示される画像の画素に対応する。したがって、ＤＭＤ７の各微小ミラーの傾斜角度を制御することで、スクリーン２０に表示される画像の形成に必要な投射光（投射画像光）を、投射光学系を介して投射することができる。
【００２５】
図１において投射光学系は、レンズ光学系８のみを図示しており、投射光学系に含まれるミラー光学系を省略している。レンズ光学系８は、複数のレンズからなる投射レンズと、この投射レンズを保持するレンズ鏡胴と、を有してなる。図１においてレンズ鏡胴は省略している。また、図示しないミラー光学系は、投射レンズからの投射光束をスクリーン２０に向けて反射させるミラーを有してなる。
【００２６】
（実施例１）
次に、本発明に係る画像表示装置が有する投射光学系の実施例について説明をする。図２は、本実施例に係る投射光学系の要部を拡大した概要図である。図２において、照明光学系は図示を省略している。図２は、ＤＭＤ７が備える全ての微小ミラーがＯＮ状態であって、有効画像領域の全体を被投射面であるスクリーン２０（図示せず）に投射する状態を例示している。図２において投射光束１４は、ＤＭＤ７の有効画像領域端部からレンズ光学系８に入射し、ミラー光学系８を構成する第１ミラー９および第２ミラー１０を経てスクリーン２０（図示せず）に到達する２本の線として表されている。
【００２７】
レンズ光学系８は、レンズ鏡胴８１内に収められた複数のレンズからなる。投射光束１４は、レンズ鏡胴８１の内部で収束した後に拡散しながら、第１ミラー９に向かう。第１ミラー９は平面ミラーに限られないが、仮に凸面ミラーであると、第１ミラー９で反射された投射光束１４は、さらに発散性が強くなる。そうすると、第１ミラー９で反射された投射光束１４は、第２ミラー１０に向かう途中で、例えばレンズ鏡胴８１などにぶつかって、光がけられる（遮光される）可能性が高くなる。そのため、第１ミラー９は平面ミラーか、凹面ミラーであることが望ましい。
【００２８】
また、第１ミラー９で反射された投射光束１４をスクリーン２０に向けて反射する第２ミラー１０は、凹面ミラーであることが必要となる。第２ミラー１０が平面ミラーか凸面ミラーであると、反射された投射光束１４が拡散してしまい、スクリーン２０に向けて反射されないからである。
【００２９】
つまり、第１ミラー９は平面ミラーか、もしくは、凹面ミラーであって、第２ミラー１０は凹面ミラーとすることで、第２ミラー１０で反射された投射光束１４は、スクリーン２０と、第２ミラー１０の間で集光してから拡散し、スクリーン２０上に投射されて、画像を表示することができる。
【００３０】
プロジェクタ１００とスクリーン２０の距離を超至近にしつつ、大画面表示をするには、レンズ光学系８からミラー光学系に入射する光束の発散性を強めて、ミラー光学系が備える凹面ミラー（第２ミラー１０）によって、反射された後の投射光束１４を集光させる必要があり、さらに、その集光位置を、スクリーン２０よりもずっと手前の、第２ミラー１０に近い位置とする必要がある。
【００３１】
集光位置１５が、スクリーン２０よりもずっと手前であって、第２ミラー１０に近い位置にないとすれば、超至近距離に設置されたプロジェクタ１００からの投射光束１４が十分に発散してスクリーン２０上に大きな画像表示をすることができないからである。
【００３２】
例えば図３に示すように、集光位置１５が、スクリーン２０よりもずっと手前の、第２ミラー１０に近い位置にあれば、プロジェクタ１００とスクリーン２０が至近距離であっても、投射光束１４は十分に拡散してスクリーン２０全体に大きく拡大された画像を表示することができる。
【００３３】
集光位置１５についてさらに説明をする。集光位置１５は、スクリーン２０よりもずっと手前にあることが（第２ミラー１０に近い方が）望ましいが、第２ミラー１０に近づきすぎてもよくない。集光位置１５は、凹面ミラーである第２ミラー１０よりも第１ミラー９に近い位置にあることが望ましい。
【００３４】
その理由について、図４を用いて説明する。図４は、本実施例に係るプロジェクタ１００が有する投射光学系の要部を拡大した図であって、集光位置１５を第１ミラー９よりも第２ミラー１０寄りにした場合の例を示している。投射光束１４は集光位置１５において集光した後に一気に拡散するから、図４に示すように、集光位置１５が第１ミラー９の近傍ではなく、第２ミラー１０側に寄っていると、集光位置１５から拡散した投射光束１４の光路上に第１ミラー９が配置されている状態になる。そうすると、投射光束１４の一部が第１ミラー９によって「けられた」状態になる。
【００３５】
図５に示すように、第２ミラー１０で反射されスクリーン２０に向かう投射光束１４のエッジ部分に当たる投射光１４１と反対側のエッジ部分に当たる投射光１４２を考えると、投射光１４１は第２ミラー１０で反射され集光位置１５を経てスクリーン２０に投射されるが、投射光１４２は第２ミラー１０で反射され集光位置１５を経た後に第１ミラー９に当たってけられてしまう。そうすると、投射光束１４によってスクリーン２０に表示されるはずの画像の一部が欠落した状態になってしまう。よって、集光位置１５は第１ミラー９の近傍であることが望ましい。
【００３６】
集光位置１５が上記のような第１ミラー９の近傍ではなく、第１ミラー９から離れて第２ミラー１０の方に寄っているときは、投射光束１４の一部が投射光学系にけられてしまい、スクリーン２０上に大画面表示を行うことができなくなる。そこで本実施例に係るプロジェクタ１００は、集光位置１５を、スクリーン２０よりもずっと手前の、第２ミラー１０に近い位置であり、かつ、第１ミラー９の近傍に設定する。これによって、超至近距離においても、大画面表示を行うことができる。
【００３７】
また、図５に示すように、集光位置１５が第１ミラー９の近傍ではなく、第２ミラー１０に寄っていると、投射光束１４の一部である投射光１４２は、スクリーン２０上に到達する投射光１４１に比べてＸ−Ｚ平面と平行であるスクリーン２０に対し、おじぎをするような角度になる。言い換えると、第２ミラー１０で反射された投射光束１４において、１のエッジ部分（投射光１４１）がスクリーン２０の法線に対してなす角度と、反対側のエッジ部分（投射光１４２）がスクリーン２０の法線に対してなす角度が、異なる符合の角度となる状態になると、投射光束１４がレンズ光学系８によってけられる状態となる。
【００３８】
したがって、本実施例に係るプロジェクタ１００は、被投射面であるスクリーン２０に投射される投射光束１４に係る画像の左右方向中心に入射する光線が、スクリーン２０の法線となす角度は、全て同じ符号の角度である。
【００３９】
（実施例２）
次に、本発明に係る画像表示装置の別の実施例における投射光学系について説明をする。図６は、本実施例に係る投射光学系の要部を拡大した概要図であって、実施例１に示した投射光学系に、防塵ガラスを付加した構成を示している。
【００４０】
防塵ガラス１１は凹面ミラーである第２ミラー１０の保護や、レンズ光学系８へのゴミの混入防止を目的として、第２ミラー１０の上部に設置されている。防塵ガラス１１が設置されることで、投射画像の品質が大きく劣化することは無い。
【００４１】
本実施例において、防塵ガラス１１はなるべく小型であることが望ましい。なぜならば、防塵ガラス１１が大きくなると、投射光学系全体が大きくなり、プロジェクタ１００が大型化するからである。
【００４２】
第２ミラー１０で反射されてスクリーン２０（図示せず）に向かう投射光束１４は、一旦集光した後に拡散する。そこで、防塵ガラス１１を大きくすることなく、上記の目的を達するようにするには、集光位置１５が防塵ガラス１１の近傍になるようにすればよい。図６に示すように、投射光束１４の集光位置１５が防塵ガラス１１の近傍にあると、防塵ガラス１１を大きくする必要がなく、投射光学系の小型化を図ることができる。しかし、集光位置１５が防塵ガラス１１から離すれた位置にあると、投射光束１４は一気に拡散するので、防塵ガラス１１を大きくする必要が生じる。
【００４３】
すなわち、第２ミラー１０からスクリーン２０に向かう投射光束１４がけられないこと、レンズ光学系８・第１ミラー９・第２ミラー１０を含む投射光学系全体の小型化を図れること、防塵ガラス１１を小型にできること、以上の３点を考慮すると、本実施例に係るプロジェクタ１００のように、第２ミラー１０で反射された後に投射光束１４が集光する位置１５は、スクリーン２０よりもずっと手前で第２ミラー１０に近い位置であり、第２ミラーよりも第１ミラーに近い位置であり、かつ、防塵ガラス１１に近い位置であることが望ましい。
【００４４】
（実施例３）
次に、本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施例について説明をする。図７は、本実施例の特徴を説明するための概要図であって、投射光学系の要部を拡大した図である。集光位置１５を防塵ガラス１１の近傍にすることが好適であることは、実施例２において説明したとおりである。実施例２において示した図６における第１ミラー９を、紙面反時計方向に回転させると、集光位置１５は、図７の点線で示したように、防塵ガラス１１と第１ミラー９の近傍にさらに近づく。しかし、第１ミラー９で反射された後にレンズ光学系８や、レンズ鏡胴８１によってけられやすくなる。
【００４５】
特に、レンズ光学系８が有するレンズのうち、第１ミラー９に最も近いレンズが凹面レンズであった場合には、第１ミラー９で反射された投射光束１４が、この凹面レンズの外周縁部に当たる可能性が高くなる。
【００４６】
一方、第１ミラー９の角度を、紙面時計方向に回転させると、集光位置１５を防塵ガラス１１に近づけつつ、第１ミラー９で反射された投射光束１４がレンズ光学系８や、レンズ鏡胴８１によってけられないように、調整することができる。しかし、第１ミラー９の角度を、紙面時計方向に回転させると、第１ミラー９で反射された投射光束１４の光路は、Ｘ−Ｙ平面から離れる方向に移動する。そうすると、第２ミラー１０も、その光路に合わせて移動させる必要が生じる。すなわち、第２ミラー１０を紙面上方に移動させる必要が生じる。第２ミラー１０を上方に移動させると、投射光学系が嵩高かになる。
【００４７】
そこで、投射光学系を小型にするには、集光位置１５を防塵ガラス１１の近傍に配置しつつ、第１ミラー９で反射された投射光束１４が、レンズ光学系８を構成するレンズやレンズ鏡胴８１にできるだけ近い位置を通過して、第２ミラー１０に到るようにすると良い。
【００４８】
そのためには、レンズ光学系８にも工夫が必要である。図８は、レンズ光学系８が有する投射レンズのうち、第１ミラー９に最も近いレンズ８０のレンズ面を凸面にした例である。図８に示すように、レンズ８０のレンズ面を、凸面にすることで、レンズ８０の近傍を投射光束１４が通過しても、レンズ８０の外周縁部やレンズ鏡胴８１の上端部によってけられることなく、第１ミラー９で反射された投射光束１４が発散性の強い光束であっても、第２ミラー１０に到達することができる。
【００４９】
以上、説明した実施例３によれば、さらに強い発散光束を扱う収差補正や、誤差感度低減を図ることができる。
【００５０】
（実施例４）
次に、本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施例が有する投射光学系について説明をする。図９は、本実施例の特徴を説明するための概要図であって、実施例２にて説明をした投射光学系よりも、さらに発散性の強い反射光束を扱うためときに用いる反射光学系の要部を拡大した図である。
【００５１】
図９において、レンズ光学系８ａは、第１ミラー９の最も近くに配置される異形レンズ８０ａと、これを保持するレンズ鏡胴８１ａを有してなる。図９に示すように、レンズ光学系８ａを構成するレンズのうち、第１ミラー９に最も近いレンズ８０ａを、他のレンズに比べて、径寸法を半分にすることで、レンズ鏡胴８１ａの第１ミラー９側の端部に切欠き部を形成している。これによって、第１ミラー９で反射された投射光束１４が、より強い発散性を有し光路が広がっても、レンズ光学系８ａによってけられることなく、第２ミラー１０に到達することができる。
【００５２】
このように、第１ミラー９に最も近いレンズ８０ａとレンズ鏡胴８１ａの端部を加工して切り欠き部を形成することで、第１ミラー９で反射された投射光束１４の通過可能な経路が広がり、投射光学系の小型化および軽量化を図ることができ、かつ、超至近距離においても大画面を表示することができるプロジェクタ１００を得ることができる。
【００５３】
図９に示す光線から明らかなように、レンズ８０ａの利用範囲は、上記切欠き部とは反対側に残されている部分であるから、スクリーン２０に投射される画像の鮮鋭度や明るさには影響がない。
【００５４】
（実施例５）
次に、本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施例が有する投射光学系について説明をする。図１０は、最適な集光位置１５を実現するために配置されたレンズ光学系８、第１ミラー９、第２ミラー１０、防塵ガラス１１において、図１１に示すＤＭＤ７上の１５点からそれぞれ７本ずつ光線を出射させた光線追跡図である。図１１は、ＤＭＤ７の平面図である。図１１において、ＤＭＤ７の平面上にある複数の点のうち、Ｘ軸方向の中点であって、Ｙ軸方向の下端の点７１は、Ｙ軸方向に偏心している。その偏心量は１．５６ｍｍである。
【００５５】
図１０に戻る。図１０に示すように、集光位置１５での集光度合いは、スポット的に細くはならないが、この位置近傍に防塵ガラス１１を置くことで投射光学系の小型化を図ることができる。
【００５６】
また、集光位置１５を第１ミラー９の近傍、特に第１ミラー９の反射面を含む無限に広い仮想平面近傍に置くことで、第１ミラー９で投射光束１４がけられることない。なおかつ、第１ミラー９と第２ミラー１０の距離を離さなくてもよいので、投射光学系を小型にすることができる。
【００５７】
本実施例に係るプロジェクタ１００のようにＤＭＤ７から出射された投射光束１４を第１ミラー９で折り返さずに、レンズ光学系８を通過した投射光束１４が第２ミラー１０にあたるように、投射光学系を配置したプロジェクタであれば、その投射光学系が外装に配置されると、スクリーン２０にプロジェクタ１００の本体筐体がぶつかる状態になり設置することができない。つまり、本実施例に示すプロジェクタ１００のように、第１ミラー９と第２ミラー１０を用いて、強い発散性を有する投射光束１４を反射させることで、スクリーン２０に投射させる構成でなければ、超至近距離投射を実現することができない。
【００５８】
図１２に、レンズ光学系８の構成例を示す。図１２において、レンズの光軸方向をＺ軸とし、それに直交する二つの軸をＸ軸、Ｙ軸とする。図１２に示したレンズ光学系８は、それぞれのレンズの光軸が、同じ直線上に乗っている共軸光学系である。
【００５９】
この光軸と、図１１に示したＤＭＤ７の平面上にある複数の点のうちＹ軸方向の下端の点７１は、Ｙ軸方向に偏心しており、その偏心量は１．５６ｍｍである。すなわち、図１２において、光軸の方がＤＭＤ７の下端よりも１．５６ｍｍ下方にある。
【００６０】
次に、投射光学系の具体的な数値例を示す。表１は、上記共軸光学系の構成を示す。
【表１】
【００６１】
表１中、面４、５、２１、２２、２３、２４は非球面で、これらの非球面係数を表２に示す。
【表２】
【００６２】
上記非球面係数を適用して非球面を算出する式を式１に示す。
【数１】
【００６３】
第２ミラー１０の反射面を形成するための係数を表３に示す。
【表３】
【００６４】
上記係数を適用して第２ミラー１０の反射面を算出する式を式２に示す。
【数２】
【００６５】
第１ミラー９と第２ミラー１０及び防塵ガラス１１のレイアウトを表４に示す。
【表４】
【００６６】
以上において示した構成を有するプロジェクタ１００によれば、超至近投射でありながら、大画面を表示することができる画面表示装置を得ることができる。
【００６７】
なお、表３中に記載において、「＊＊」はべき乗演算を意味する。また、「＊」は乗算を意味する。
【００６８】
以上のように、本発明に係る画像表示装置は、発散性の強い投射光束の集光位置を調整することで、超至近距離から大画面の画像をスクリーンに表示することができる
【符号の説明】
【００６９】
７ ＤＭＤ
８ レンズ光学系
９ 第１ミラー
１０ 第２ミラー
１４ 投射光束
１５ 集光位置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７０】
【特許文献１】特許第４３２９８６３号公報
【特許文献２】特許第３７２７５４３号公報
【特許文献３】特開２００９−１５７２２３号公報
【特許文献４】特開２００９−１４５６７２号公報
【特許文献５】特許第４２１０３１４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る。
【背景技術】
【０００２】
従来に比べてスクリーンの近くに設置することができる画像表示装置が知られている。このような画像表示装置は至近距離プロジェクタと呼ばれる。至近プロジェクタの目的は以下のようなものである。第１に、スクリーンの近くに立つプレゼンター（あるいは説明員、発表者など）の目に、投射光が入る眩しさを避けること、第２に、プレゼンターの説明を聞く聴講者にプロジェクタの排気や騒音の影響が及ばないようにすること、である。
【０００３】
至近距離プロジェクタが備える投射光学系は、従来の投射光学系（共軸・回転対称）の画角を広げることでスクリーン面との距離を短くするものや、曲面ミラーを使うもの等がある。従来の投射光学系の画角を広げるものは、従来技術の延長で至近投射の目的を達成することができる。しかし、スクリーンに近いレンズの外径を大型のものにする必要があり、プロジェクタ全体が大きくなる。これに対して、曲面ミラーを使う方式は、小型でありながら至近距離での投射を行うことができる。
【０００４】
曲面ミラーを使うものとして、例えば特許文献１や特許文献２に記載されている発明がある。特許文献１記載の発明は、レンズ光学系の後ろに凹面ミラーを置いて投射する方式である。特許文献２記載の発明は、レンズ光学系の後ろに凸面ミラーを置いて投射する方式である。いずれの方式においても、レンズとミラーを順番に配置するだけでセッティングができるので、部品間の配置精度を高くすることができる。しかし、レンズ光学系とミラーの間に長い距離が必要であり、投射光学系が大型化する。
【０００５】
レンズとミラーの距離を短くすることができるものとして、特許文献３や特許文献４に記載されている発明がある。特許文献３および特許文献４記載の発明は折り返しミラーを配置することで、レンズ光学系とミラーの間の長い距離を折り畳み、光学系の小型化を行なっている。
【０００６】
特許文献３記載の発明では、レンズ光学系の次に凹面ミラーと凸面ミラーを順に配置することで、小型化を図っている。また、特許文献４記載の発明では、凹面ミラーの後ろに平面ミラーを置くことによって小型化を図っている。
【０００７】
しかし、特許文献３と特許文献４に記載のいずれの光学系も、画像表示素子から曲面ミラーまでの距離が長い。そのため、スクリーンからプロジェクタ本体までの距離を、従来よりもさらに近づけるには、光学系本体の長さが邪魔になる。
【０００８】
このような「光学系自体の大きさ」に関する制約を解決するものとして、特許文献５に記載されている発明がある。特許文献５には、スクリーン面と画像表示素子の表示面が互いに垂直になる投射光学系が記載されている。このような縦型方式を採用することで、投射光学系自体の長さが、スクリーンとプロジェクタ本体の距離を近づけることに対する邪魔になることを避けることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献５記載の投射光学系のように、縦型方式を採用して投射光学系を小型化にしつつ至近投射を行うことができる構成であっても、より至近距離に設置したプロジェクタによって、スクリーンにより大きな画面の表示をするには、レンズ光学系からミラー系に入射する光の発散性をより強くする必要がある。しかし、光の発散性を強くすると新たな３つの課題が生じる。
【００１０】
すなわち、第１の課題は、レンズ系の光軸外を通過する投射光束の収差補正が困難になることである。また、第２の課題は、拡がった発散光束が凹面ミラーに当たる前に、第１ミラーに最も近いレンズ面に当たってしまうことである。さらに第３の課題は、凹面ミラーで反射した光がスクリーンに向かう途中で、第１ミラーに当たってしまうことである。
【００１１】
特許文献５に記載された技術のように、第１ミラーに最も近いレンズ面が凹面であると、光軸から離れるに従って第１ミラー側にレンズ面がせり出してくることになるので、凹面ミラーに入射する光束がこのレンズに当たりやすい。さらに、収差補正・誤差感度の点においても、強い発散光束を扱う光学系では、最もミラーに近いレンズ面を凹面にすると、光線の屈折角が非常に大きくなって、画面全域の収差補正が困難になり、屈折角が大きいことから部品の位置ずれが少しでもあると画像品位が大きく劣化することになる。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、被投射面までの距離が近くても大画面を投射することができる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】
【００１３】
本発明は、画像表示装置に関するものであって、光源から出射された光を画像表示素子に照射する照明光学系と、照明光学系からの照明光が照射され投射画像を形成する画像表示素子と、全体で正の屈折力を有し、画像表示素子において形成された投射画像を被投射面に投射光学系と、を有し、投射光学系は、投射レンズと、第１ミラーと、凹面ミラーである第２ミラーとを有してなり、投射レンズを透過して第１ミラーに入射する投射画像に係る投射光束は発散光束であり、第１ミラーで反射された後に第２ミラーで反射された投射光束が一旦集光した後に被投射面に投射され、投射レンズのうち第１ミラーに最も近いレンズのレンズ面は、凸面であることを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
発明によれば、スクリーンとの距離が至近であっても、投射光による表示を大型にすることができる画像表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る画像表示装置の例を概略的に示す光学配置図である。
【図２】上記画像表示装置の一実施例が備える投射光学系の要部の例を示す側面図である。
【図３】上記投射光学系によって投射される光の様子を示す光路図である。
【図４】上記画像表示装置が備える投射光学系の要部の例を示す側面図である。
【図５】上記投射光学系によって投射される光の様子を示す光路図である。
【図６】上記画像表示装置の別の実施例が備える投射光学系の要部を示す側面図である。
【図７】上記画像表示装置のさらに別の実施例が備える投射光学系の要部を示す側面図である。
【図８】上記画像表示装置のさらに別の実施例が備える投射光学系の要部を示す側面図である。
【図９】上記画像表示装置のさらに別の実施例が備える投射光学系の要部を示す側面図である。
【図１０】上記投射光学系によって投射される光の軌跡を示す光線図である。
【図１１】上記画像表示装置が有する反射型画像表示装置の例を示す平面図である。
【図１２】上記画像表示装置が有するレンズ光学系の例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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が備える光学エンジンの要部を一方向からみた側面図である。以下、本明細書において、投射光学系の光軸方向をＺ軸とし、照明光学系の光軸方向をＹ軸とし、Ｚ軸にもＹ軸にも直交する方向の軸をＸ軸とする。
【００１７】
図１においてプロジェクタ１００は、大まかには、光源であるランプ１から出射された光によって反射型画像表示素子であるＤＭＤ７を照明するための照明光学系と、ＤＭＤ７で反射された光を被投射面であるスクリーン２０に向けて投射するための投射光学系と、を有してなる。図１において投射光学系はその一部であるレンズ光学系８のみを図示している。
【００１８】
なお、以下に説明する実施例においては、画像表示素子の例示として、反射型画像表示素子であるＤＭＤを用いている。しかし、本発明に係る画像表示装置は、画像表示素子をＤＭＤに限ることはなく、他の画像表示素子、例えば液晶パネルを用いてもよい。
【００１９】
以下、プロジェクタ１００が有する照明光学系について説明をする。光源であるランプ１から出射された光は、リフレクタ２によってインテグレータロッド３の入射口に集光される。インテグレータロッド３は、４つのミラーを組み合わせてトンネル状にしたライトパイプである。インテグレータロッド３に入射された光は、インテグレータロッド３内のミラー面で反射を繰り返し、インテグレータロッド３の出射口において光量が一様でムラのない光になる。
【００２０】
インテグレータロッド３の出射口を、光量が一様でムラのない面光源として捉えて、この面光源の光源像を、ＤＭＤ照明用レンズ４、第１折り返しミラー５、第２折り返しミラー６を介して画像表示素子であるＤＭＤ７の有効画像領域に生成する。ＤＭＤ照明用レンズ４は、ＤＭＤ７の有効画像領域を効率よく照射するための光学素子である。第１折り返しミラー５は平面ミラーであって、第２折り返しミラー６は曲面ミラー（凹面ミラー）である。
【００２１】
インテグレータロッド３から出射された光は、ＤＭＤ照明用レンズ４の前方を通過して第１折り返しミラー５によって、図１において斜め右下方向に反射され第２折り返しミラー６に向かう。第２ミラーで反射された光は、ＤＭＤ７の表面を照明し、ＤＭＤ７の有効画像領域内のミラーによって反射されて、画像投射光である反射光束が折り返しミラー６の側方を通過して投射光学系を形成するレンズ光学系８に入射される。ランプ１から第２折り返しミラー６までを照明光学系という。
【００２２】
上記照明光学系によって、ＤＭＤ７は光量ムラのない照明光で照明され、一様な照度分布となるので、その拡大像である投射画像も一様な照度分布となる。
【００２３】
ＤＭＤ７は多数の微小ミラーからなるデバイスであって、各微小ミラーの角度を＋１２°から−１２°の範囲で変化させることができる。例えば、微小ミラーの角度が−１２°のとき、当該微小ミラーで反射された照明光は投射レンズ内に入るようにする。この状態を「ＯＮ状態」という。また、ミラーの角度が＋１２°のときは、当該微小ミラーで反射された照明光は投射レンズに入らないようにする。この状態を「ＯＦＦ状態」という。
【００２４】
ＤＭＤ７の微小ミラーは、被投射面上に表示される画像の画素に対応する。したがって、ＤＭＤ７の各微小ミラーの傾斜角度を制御することで、スクリーン２０に表示される画像の形成に必要な投射光（投射画像光）を、投射光学系を介して投射することができる。
【００２５】
図１において投射光学系は、レンズ光学系８のみを図示しており、投射光学系に含まれるミラー光学系を省略している。レンズ光学系８は、複数のレンズからなる投射レンズと、この投射レンズを保持するレンズ鏡胴と、を有してなる。図１においてレンズ鏡胴は省略している。また、図示しないミラー光学系は、投射レンズからの投射光束をスクリーン２０に向けて反射させるミラーを有してなる。
【００２６】
（実施例１）
次に、本発明に係る画像表示装置が有する投射光学系の実施例について説明をする。図２は、本実施例に係る投射光学系の要部を拡大した概要図である。図２において、照明光学系は図示を省略している。図２は、ＤＭＤ７が備える全ての微小ミラーがＯＮ状態であって、有効画像領域の全体を被投射面であるスクリーン２０（図示せず）に投射する状態を例示している。図２において投射光束１４は、ＤＭＤ７の有効画像領域端部からレンズ光学系８に入射し、ミラー光学系８を構成する第１ミラー９および第２ミラー１０を経てスクリーン２０（図示せず）に到達する２本の線として表されている。
【００２７】
レンズ光学系８は、レンズ鏡胴８１内に収められた複数のレンズからなる。投射光束１４は、レンズ鏡胴８１の内部で収束した後に拡散しながら、第１ミラー９に向かう。第１ミラー９は平面ミラーに限られないが、仮に凸面ミラーであると、第１ミラー９で反射された投射光束１４は、さらに発散性が強くなる。そうすると、第１ミラー９で反射された投射光束１４は、第２ミラー１０に向かう途中で、例えばレンズ鏡胴８１などにぶつかって、光がけられる（遮光される）可能性が高くなる。そのため、第１ミラー９は平面ミラーか、凹面ミラーであることが望ましい。
【００２８】
また、第１ミラー９で反射された投射光束１４をスクリーン２０に向けて反射する第２ミラー１０は、凹面ミラーであることが必要となる。第２ミラー１０が平面ミラーか凸面ミラーであると、反射された投射光束１４が拡散してしまい、スクリーン２０に向けて反射されないからである。
【００２９】
つまり、第１ミラー９は平面ミラーか、もしくは、凹面ミラーであって、第２ミラー１０は凹面ミラーとすることで、第２ミラー１０で反射された投射光束１４は、スクリーン２０と、第２ミラー１０の間で集光してから拡散し、スクリーン２０上に投射されて、画像を表示することができる。
【００３０】
プロジェクタ１００とスクリーン２０の距離を超至近にしつつ、大画面表示をするには、レンズ光学系８からミラー光学系に入射する光束の発散性を強めて、ミラー光学系が備える凹面ミラー（第２ミラー１０）によって、反射された後の投射光束１４を集光させる必要があり、さらに、その集光位置を、スクリーン２０よりもずっと手前の、第２ミラー１０に近い位置とする必要がある。
【００３１】
集光位置１５が、スクリーン２０よりもずっと手前であって、第２ミラー１０に近い位置にないとすれば、超至近距離に設置されたプロジェクタ１００からの投射光束１４が十分に発散してスクリーン２０上に大きな画像表示をすることができないからである。
【００３２】
例えば図３に示すように、集光位置１５が、スクリーン２０よりもずっと手前の、第２ミラー１０に近い位置にあれば、プロジェクタ１００とスクリーン２０が至近距離であっても、投射光束１４は十分に拡散してスクリーン２０全体に大きく拡大された画像を表示することができる。
【００３３】
集光位置１５についてさらに説明をする。集光位置１５は、スクリーン２０よりもずっと手前にあることが（第２ミラー１０に近い方が）望ましいが、第２ミラー１０に近づきすぎてもよくない。集光位置１５は、凹面ミラーである第２ミラー１０よりも第１ミラー９に近い位置にあることが望ましい。
【００３４】
その理由について、図４を用いて説明する。図４は、本実施例に係るプロジェクタ１００が有する投射光学系の要部を拡大した図であって、集光位置１５を第１ミラー９よりも第２ミラー１０寄りにした場合の例を示している。投射光束１４は集光位置１５において集光した後に一気に拡散するから、図４に示すように、集光位置１５が第１ミラー９の近傍ではなく、第２ミラー１０側に寄っていると、集光位置１５から拡散した投射光束１４の光路上に第１ミラー９が配置されている状態になる。そうすると、投射光束１４の一部が第１ミラー９によって「けられた」状態になる。
【００３５】
図５に示すように、第２ミラー１０で反射されスクリーン２０に向かう投射光束１４のエッジ部分に当たる投射光１４１と反対側のエッジ部分に当たる投射光１４２を考えると、投射光１４１は第２ミラー１０で反射され集光位置１５を経てスクリーン２０に投射されるが、投射光１４２は第２ミラー１０で反射され集光位置１５を経た後に第１ミラー９に当たってけられてしまう。そうすると、投射光束１４によってスクリーン２０に表示されるはずの画像の一部が欠落した状態になってしまう。よって、集光位置１５は第１ミラー９の近傍であることが望ましい。
【００３６】
集光位置１５が上記のような第１ミラー９の近傍ではなく、第１ミラー９から離れて第２ミラー１０の方に寄っているときは、投射光束１４の一部が投射光学系にけられてしまい、スクリーン２０上に大画面表示を行うことができなくなる。そこで本実施例に係るプロジェクタ１００は、集光位置１５を、スクリーン２０よりもずっと手前の、第２ミラー１０に近い位置であり、かつ、第１ミラー９の近傍に設定する。これによって、超至近距離においても、大画面表示を行うことができる。
【００３７】
また、図５に示すように、集光位置１５が第１ミラー９の近傍ではなく、第２ミラー１０に寄っていると、投射光束１４の一部である投射光１４２は、スクリーン２０上に到達する投射光１４１に比べてＸ−Ｚ平面と平行であるスクリーン２０に対し、おじぎをするような角度になる。言い換えると、第２ミラー１０で反射された投射光束１４において、１のエッジ部分（投射光１４１）がスクリーン２０の法線に対してなす角度と、反対側のエッジ部分（投射光１４２）がスクリーン２０の法線に対してなす角度が、異なる符合の角度となる状態になると、投射光束１４がレンズ光学系８によってけられる状態となる。
【００３８】
したがって、本実施例に係るプロジェクタ１００は、被投射面であるスクリーン２０に投射される投射光束１４に係る画像の左右方向中心に入射する光線が、スクリーン２０の法線となす角度は、全て同じ符号の角度である。
【００３９】
（実施例２）
次に、本発明に係る画像表示装置の別の実施例における投射光学系について説明をする。図６は、本実施例に係る投射光学系の要部を拡大した概要図であって、実施例１に示した投射光学系に、防塵ガラスを付加した構成を示している。
【００４０】
防塵ガラス１１は凹面ミラーである第２ミラー１０の保護や、レンズ光学系８へのゴミの混入防止を目的として、第２ミラー１０の上部に設置されている。防塵ガラス１１が設置されることで、投射画像の品質が大きく劣化することは無い。
【００４１】
本実施例において、防塵ガラス１１はなるべく小型であることが望ましい。なぜならば、防塵ガラス１１が大きくなると、投射光学系全体が大きくなり、プロジェクタ１００が大型化するからである。
【００４２】
第２ミラー１０で反射されてスクリーン２０（図示せず）に向かう投射光束１４は、一旦集光した後に拡散する。そこで、防塵ガラス１１を大きくすることなく、上記の目的を達するようにするには、集光位置１５が防塵ガラス１１の近傍になるようにすればよい。図６に示すように、投射光束１４の集光位置１５が防塵ガラス１１の近傍にあると、防塵ガラス１１を大きくする必要がなく、投射光学系の小型化を図ることができる。しかし、集光位置１５が防塵ガラス１１から離すれた位置にあると、投射光束１４は一気に拡散するので、防塵ガラス１１を大きくする必要が生じる。
【００４３】
すなわち、第２ミラー１０からスクリーン２０に向かう投射光束１４がけられないこと、レンズ光学系８・第１ミラー９・第２ミラー１０を含む投射光学系全体の小型化を図れること、防塵ガラス１１を小型にできること、以上の３点を考慮すると、本実施例に係るプロジェクタ１００のように、第２ミラー１０で反射された後に投射光束１４が集光する位置１５は、スクリーン２０よりもずっと手前で第２ミラー１０に近い位置であり、第２ミラーよりも第１ミラーに近い位置であり、かつ、防塵ガラス１１に近い位置であることが望ましい。
【００４４】
（実施例３）
次に、本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施例について説明をする。図７は、本実施例の特徴を説明するための概要図であって、投射光学系の要部を拡大した図である。集光位置１５を防塵ガラス１１の近傍にすることが好適であることは、実施例２において説明したとおりである。実施例２において示した図６における第１ミラー９を、紙面反時計方向に回転させると、集光位置１５は、図７の点線で示したように、防塵ガラス１１と第１ミラー９の近傍にさらに近づく。しかし、第１ミラー９で反射された後にレンズ光学系８や、レンズ鏡胴８１によってけられやすくなる。
【００４５】
特に、レンズ光学系８が有するレンズのうち、第１ミラー９に最も近いレンズが凹面レンズであった場合には、第１ミラー９で反射された投射光束１４が、この凹面レンズの外周縁部に当たる可能性が高くなる。
【００４６】
一方、第１ミラー９の角度を、紙面時計方向に回転させると、集光位置１５を防塵ガラス１１に近づけつつ、第１ミラー９で反射された投射光束１４がレンズ光学系８や、レンズ鏡胴８１によってけられないように、調整することができる。しかし、第１ミラー９の角度を、紙面時計方向に回転させると、第１ミラー９で反射された投射光束１４の光路は、Ｘ−Ｙ平面から離れる方向に移動する。そうすると、第２ミラー１０も、その光路に合わせて移動させる必要が生じる。すなわち、第２ミラー１０を紙面上方に移動させる必要が生じる。第２ミラー１０を上方に移動させると、投射光学系が嵩高かになる。
【００４７】
そこで、投射光学系を小型にするには、集光位置１５を防塵ガラス１１の近傍に配置しつつ、第１ミラー９で反射された投射光束１４が、レンズ光学系８を構成するレンズやレンズ鏡胴８１にできるだけ近い位置を通過して、第２ミラー１０に到るようにすると良い。
【００４８】
そのためには、レンズ光学系８にも工夫が必要である。図８は、レンズ光学系８が有する投射レンズのうち、第１ミラー９に最も近いレンズ８０のレンズ面を凸面にした例である。図８に示すように、レンズ８０のレンズ面を、凸面にすることで、レンズ８０の近傍を投射光束１４が通過しても、レンズ８０の外周縁部やレンズ鏡胴８１の上端部によってけられることなく、第１ミラー９で反射された投射光束１４が発散性の強い光束であっても、第２ミラー１０に到達することができる。
【００４９】
以上、説明した実施例３によれば、さらに強い発散光束を扱う収差補正や、誤差感度低減を図ることができる。
【００５０】
（実施例４）
次に、本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施例が有する投射光学系について説明をする。図９は、本実施例の特徴を説明するための概要図であって、実施例２にて説明をした投射光学系よりも、さらに発散性の強い反射光束を扱うためときに用いる反射光学系の要部を拡大した図である。
【００５１】
図９において、レンズ光学系８ａは、第１ミラー９の最も近くに配置される異形レンズ８０ａと、これを保持するレンズ鏡胴８１ａを有してなる。図９に示すように、レンズ光学系８ａを構成するレンズのうち、第１ミラー９に最も近いレンズ８０ａを、他のレンズに比べて、径寸法を半分にすることで、レンズ鏡胴８１ａの第１ミラー９側の端部に切欠き部を形成している。これによって、第１ミラー９で反射された投射光束１４が、より強い発散性を有し光路が広がっても、レンズ光学系８ａによってけられることなく、第２ミラー１０に到達することができる。
【００５２】
このように、第１ミラー９に最も近いレンズ８０ａとレンズ鏡胴８１ａの端部を加工して切り欠き部を形成することで、第１ミラー９で反射された投射光束１４の通過可能な経路が広がり、投射光学系の小型化および軽量化を図ることができ、かつ、超至近距離においても大画面を表示することができるプロジェクタ１００を得ることができる。
【００５３】
図９に示す光線から明らかなように、レンズ８０ａの利用範囲は、上記切欠き部とは反対側に残されている部分であるから、スクリーン２０に投射される画像の鮮鋭度や明るさには影響がない。
【００５４】
（実施例５）
次に、本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施例が有する投射光学系について説明をする。図１０は、最適な集光位置１５を実現するために配置されたレンズ光学系８、第１ミラー９、第２ミラー１０、防塵ガラス１１において、図１１に示すＤＭＤ７上の１５点からそれぞれ７本ずつ光線を出射させた光線追跡図である。図１１は、ＤＭＤ７の平面図である。図１１において、ＤＭＤ７の平面上にある複数の点のうち、Ｘ軸方向の中点であって、Ｙ軸方向の下端の点７１は、Ｙ軸方向に偏心している。その偏心量は１．５６ｍｍである。
【００５５】
図１０に戻る。図１０に示すように、集光位置１５での集光度合いは、スポット的に細くはならないが、この位置近傍に防塵ガラス１１を置くことで投射光学系の小型化を図ることができる。
【００５６】
また、集光位置１５を第１ミラー９の近傍、特に第１ミラー９の反射面を含む無限に広い仮想平面近傍に置くことで、第１ミラー９で投射光束１４がけられることない。なおかつ、第１ミラー９と第２ミラー１０の距離を離さなくてもよいので、投射光学系を小型にすることができる。
【００５７】
本実施例に係るプロジェクタ１００のようにＤＭＤ７から出射された投射光束１４を第１ミラー９で折り返さずに、レンズ光学系８を通過した投射光束１４が第２ミラー１０にあたるように、投射光学系を配置したプロジェクタであれば、その投射光学系が外装に配置されると、スクリーン２０にプロジェクタ１００の本体筐体がぶつかる状態になり設置することができない。つまり、本実施例に示すプロジェクタ１００のように、第１ミラー９と第２ミラー１０を用いて、強い発散性を有する投射光束１４を反射させることで、スクリーン２０に投射させる構成でなければ、超至近距離投射を実現することができない。
【００５８】
図１２に、レンズ光学系８の構成例を示す。図１２において、レンズの光軸方向をＺ軸とし、それに直交する二つの軸をＸ軸、Ｙ軸とする。図１２に示したレンズ光学系８は、それぞれのレンズの光軸が、同じ直線上に乗っている共軸光学系である。
【００５９】
この光軸と、図１１に示したＤＭＤ７の平面上にある複数の点のうちＹ軸方向の下端の点７１は、Ｙ軸方向に偏心しており、その偏心量は１．５６ｍｍである。すなわち、図１２において、光軸の方がＤＭＤ７の下端よりも１．５６ｍｍ下方にある。
【００６０】
次に、投射光学系の具体的な数値例を示す。表１は、上記共軸光学系の構成を示す。
【表１】
【００６１】
表１中、面４、５、２１、２２、２３、２４は非球面で、これらの非球面係数を表２に示す。
【表２】
【００６２】
上記非球面係数を適用して非球面を算出する式を式１に示す。
【数１】
【００６３】
第２ミラー１０の反射面を形成するための係数を表３に示す。
【表３】
【００６４】
上記係数を適用して第２ミラー１０の反射面を算出する式を式２に示す。
【数２】
【００６５】
第１ミラー９と第２ミラー１０及び防塵ガラス１１のレイアウトを表４に示す。
【表４】
【００６６】
以上において示した構成を有するプロジェクタ１００によれば、超至近投射でありながら、大画面を表示することができる画面表示装置を得ることができる。
【００６７】
なお、表３中に記載において、「＊＊」はべき乗演算を意味する。また、「＊」は乗算を意味する。
【００６８】
以上のように、本発明に係る画像表示装置は、発散性の強い投射光束の集光位置を調整することで、超至近距離から大画面の画像をスクリーンに表示することができる
【符号の説明】
【００６９】
７ ＤＭＤ
８ レンズ光学系
９ 第１ミラー
１０ 第２ミラー
１４ 投射光束
１５ 集光位置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７０】
【特許文献１】特許第４３２９８６３号公報
【特許文献２】特許第３７２７５４３号公報
【特許文献３】特開２００９−１５７２２３号公報
【特許文献４】特開２００９−１４５６７２号公報
【特許文献５】特許第４２１０３１４号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光を画像表示素子に照射する照明光学系と、
前記照明光学系からの照明光が照射され投射画像を形成する画像表示素子と、
全体で正の屈折力を有し、前記画像表示素子によって形成された投射画像を被投射面に投射する投射光学系と、を有する画像表示装置であって、
前記投射光学系は、投射レンズ、第１ミラー、凹面ミラーである第２ミラーを有してなり、
前記投射レンズを透過して前記第１ミラーに入射する前記投射画像に係る投射光束は発散光束であり、
前記第１ミラーで反射された後に前記第２ミラーで反射された前記投射光束は、一旦集光した後に前記被投射面に投射され、
前記投射レンズのうち前記第１ミラーに最も近いレンズのレンズ面は、凸面であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記第２ミラーで反射された前記投射光束が集光する位置は、前記第１ミラーの近傍であ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ミラーは平面ミラーであることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第２ミラーで反射された前記投射光束が集光する位置は、前記第１ミラーの反射面を延長した仮想平面の近傍であ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】
前記被投射面に投射された画像の左右方向中心に入射する光線が前記被投射面の法線となす角度は、全て同じ符号の角度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ミラーと前記被投射面との間に防塵ガラスを有し、前記第２ミラーで反射された前記投射光束が集光する位置は、前記防塵ガラスの近傍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】
前記投射レンズのうち前記第１ミラーに最も近い投射レンズの先端は、前記投射レンズを保持する鏡胴の側端部よりも、第１ミラー側に突出してい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８】
前記投射レンズのうち前記第１ミラーに最も近いレンズは、一部に切り欠きがある異形レンズであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記画像表示素子は、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であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１】
光源から出射された光を画像表示素子に照射する照明光学系と、
前記照明光学系からの照明光が照射され投射画像を形成する画像表示素子と、
全体で正の屈折力を有し、前記画像表示素子によって形成された投射画像を被投射面に投射する投射光学系と、を有する画像表示装置であって、
前記投射光学系は、投射レンズ、第１ミラー、凹面ミラーである第２ミラーを有してなり、
前記投射レンズを透過して前記第１ミラーに入射する前記投射画像に係る投射光束は発散光束であり、
前記第１ミラーで反射された後に前記第２ミラーで反射された前記投射光束は、一旦集光した後に前記被投射面に投射され、
前記投射レンズのうち前記第１ミラーに最も近いレンズのレンズ面は、凸面であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記第２ミラーで反射された前記投射光束が集光する位置は、前記第１ミラーの近傍であ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ミラーは平面ミラーであることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第２ミラーで反射された前記投射光束が集光する位置は、前記第１ミラーの反射面を延長した仮想平面の近傍であ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】
前記被投射面に投射された画像の左右方向中心に入射する光線が前記被投射面の法線となす角度は、全て同じ符号の角度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ミラーと前記被投射面との間に防塵ガラスを有し、前記第２ミラーで反射された前記投射光束が集光する位置は、前記防塵ガラスの近傍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】
前記投射レンズのうち前記第１ミラーに最も近い投射レンズの先端は、前記投射レンズを保持する鏡胴の側端部よりも、第１ミラー側に突出してい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８】
前記投射レンズのうち前記第１ミラーに最も近いレンズは、一部に切り欠きがある異形レンズであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記画像表示素子は、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であることを特徴とする請求項１乃至８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１２】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−６４８１６（Ｐ２０１３−６４８１６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０２６９１（Ｐ２０１１−２０２６９１）
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【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１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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