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、光源から出射される光を集光する集光器、集光器の近傍に入射端を有する照明均一化素子、集光器と照明均一化素子の間に配置され色要素を重畳するカラーフィルタ、反射型画像表示素子、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、反射型画像表示素子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、照明均一化素子は、設置位置と設置角度を調整する調整手段を有し、調整手段は、照明均一化素子の長手方向の位置と短手方向の位置、および、光軸と平行の軸を中心とした回転角度を調整することを最も主な特徴とする。
【解決手段】 光源、光源から出射される光を集光する集光器、集光器の近傍に入射端を有する照明均一化素子、集光器と照明均一化素子の間に配置され色要素を重畳するカラーフィルタ、反射型画像表示素子、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、反射型画像表示素子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、照明均一化素子は、設置位置と設置角度を調整する調整手段を有し、調整手段は、照明均一化素子の長手方向の位置と短手方向の位置、および、光軸と平行の軸を中心とした回転角度を調整することを最も主な特徴とする。
【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、照明光学系の一部をなす光ミキシング素子として、ロッドレンズを用いている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、フロント投射型プロジェクタといわれるものであって、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長くする必要があり、この被投射面との距離の確保が、横型プロジェクタ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が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３５を用いて説明する。図３５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３５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】
超至近距離投射方式の画像表示装置は、自由曲面ミラーを含む投射系を用いるために、通常の横型プロジェクタとは異なる課題がある。すなわち、特異な歪曲に伴う投射画像領域の変形、スクリーンの上部が明るく下が暗くなり光量分布が偏るという課題がある。
【００１７】
また、スクリーン上の画像のけられがない事も要求される。これらの要求を満たすためには、照明均一化素子としての光ミキシング素子であるライトトンネルの設置調整が重要である。ライトトンネルを調整することにより、スクリーン上の画像にケラレが無く、光量分布のムラも低減できるからである。
【００１８】
ライトトンネルの出射端とＤＭＤの画像形成領域とは、照明光学系を通して共役関係が成立している。さらに投射光学系を通してＤＭＤの画像形成領域とスクリーンとは共役関係が成立している。従ってライトトンネルの設置調整がずれると、ＤＭＤ上での照射光の照射領域もずれ、これがスクリーン上の画像のけられや、光量分布のムラの原因となる。
【００１９】
ライトトンネルの調整は、光軸方向の位置（並進）調整が通常は行われる。しかし、照明光学系が立体的に折り返されている画像表示装置においては、ライトトンネルを光軸周りに回転させて設置させることもあるので、回転調整も必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、ライトトンネルなどで構成されている照明均一化素子の回転調整を容易に行なえるようにすることで、照明光学系の光利用効率を向上させ、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】
【００２１】
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照明均一化素子と、集光器と照明均一化素子の間に配置され、照明均一化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、照明均一化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折り返しミラーを有してなる照明光学系と、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、照明均一化素子は、設置位置と設置角度を調整する調整手段を有し、調整手段は、照明均一化素子の長手方向の位置と短手方向の位置、および、光軸と平行の軸を中心とした回転角度を調整することを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
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】
【００２３】
【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】上記画像表示装置の一実施例の使用態様を示す平面図である。
【図３】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４】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５】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６】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７】上記照明均一化素子の設置状態の例を示す正面図である。
【図８】上記画像表示装置が備えるカラーホイールの例を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図９】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１０】本発明に係る画像表示装置の構成の別の例を示す概要図である。
【図１１】本発明に係る画像表示装置の構成のさらに別の例を示す概要図である。
【図１２】本発明に係る画像表示装置の構成のさらに別の例を示す概要図である。
【図１３】本発明に係る画像表示装置の構成のさらに別の例を示す概要図である。
【図１４】本発明に係る画像表示装置の一実施例が備える照明均一化素子の設置手段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ロッドレンズ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均一化素子の設置手段の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照明均一化素子の設置手段のさらに別の例を示す概要図である。
【図１８】上記画像表示装置が備える照明均一化素子の設置手段のさらに別の例を示す概要図である。
【図１９】上記画像表示装置が備える照明均一化素子の設置手段による角度調整の様子を示す概要図である。
【図２０】上記画像表示装置が備える照明均一化素子の設置手段のさらに別の例を示す概要図である。
【図２１】上記画像表示装置が備える照明均一化素子の設置手段による角度調整の様子を示す概要図である。
【図２２】上記画像表示装置が備える照明均一化素子の設置手段による位置調整の様子を示す概要図である。
【図２３】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の照射状態の例を示す概要図である。
【図２４】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の照射状態の別の例を示す概要図である。
【図２５】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の光量分布の例を示す特性図である。
【図２６】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の照射状態の別の例を示す概要図である。
【図２７】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の光量分布のさらに別の例を示す特性図である。
【図２８】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の光量分布のさらに別の例を示す特性図である。
【図２９】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の光量分布のさらに別の例を示す特性図である。
【図３０】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の光量分布のさらに別の例を示す特性図である。
【図３１】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３２】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３３】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３４】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３５】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】
【００２４】
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。まず、本発明に係る画像表示装置の一実施例である縦型プロジェクタの構成について、図１の概要図を用いて説明する。当該構成の概要と、本実施例に係るプロジェクタ１が備える各光学素子の概要を説明した後に、本発明に係る画像表示装置の特徴である照明均一化素子の位置および回転を調整する設置調整手段の実施例について説明する。
【００２５】
図１において、符号１は画像表示装置の実施例である縦型プロジェクタ本体（以下「プロジェクタ１」という。）を表している。また、符号１４は被投射面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。
【００２６】
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が万が一破裂した場合にガラスの飛散を防ぐ防爆ガラス４と、光源２からの光を赤・緑・青の色要素が重畳された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照明均一化素子でありライトトンネルであるロッドレンズ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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ロッドレンズ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、ロッドレンズ６の入射端に集光される。
【００２９】
光源２とロッドレンズ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を用いた時分割処理によって、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色の光に変換される。三色の光りに変換された光は、換言すれば「色要素が重畳された光」である。この色要素が重畳された光は、ロッドレンズ６に入射される。ロッドレンズ６の内部は鏡で構成されているので、多数回の反射をして、空間的な強度分布が均一な光になる。
【００３０】
ロッドレンズ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。
【００３１】
ロッドレンズ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。
【００３２】
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。投射される画像の解像度は、ＤＭＤ１１の微小ミラーの配列数によって決定される。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。また、投射画像の解像度を、ＷＸＧＡ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。
【００３３】
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°の回転をした状態のミラーによって反射される光を「ＯＮ光」とする。ＯＮ光は画像形成に寄与するように構成されている。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」とする。ＯＦＦ光は画像形成には寄与せずに、黒表示となるように構成されている。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。
【００３４】
このように、ＤＭＤ１１の微小ミラーで反射されたＯＮ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、投射レンズ１２の入射瞳に入らず、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。
【００３５】
次に、本発明に係る画像表示装置の使用態様について、図２を用いて説明する。図２は、図１に示したプロジェクタ１をＺ軸方向からみた右側面図である。図２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。
【００３６】
また、プロジェクタ１の別の使用態様の例を図３に示す。図３は、図１に示したプロジェクタ１をＺ軸方向からみた右側面図である。図３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２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。
【００３７】
ここでＤＭＤ１１について説明をする。図４は、ＤＭＤ１１の概要を表した図である。図４（ａ）はＤＭＤ１１を上から見た平面図、図４（ｂ）はＤＭＤ１１の画像表示領域の一部拡大図、図４（ｃ）は、ＤＭＤ１１の側面図、図４（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。
【００３８】
図４（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４（ｂ）に示す。
【００３９】
図４（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。
【００４０】
図４（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。
【００４１】
ＤＭＤ１１の上面には、図４（ｃ）に示すように、保護ガラス１１１が配置されている。この保護ガラス１１１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。
【００４２】
図４（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。図４（ｄ）に示す微小ミラー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。
【００４３】
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。図５において、光源２とランプリフレクタ３の概要を示す。図５（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の正面図である。また図５（ｂ）は、ランプハウジング３０の側面図である。
【００４４】
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、ロッドレンズ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。
【００４５】
光源２に水銀ランプを用いた場合、仮に水銀ランプ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。
【００４６】
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）ごとの交換となる。
【００４７】
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。
【００４８】
次に、照明均一化素子であるロッドレンズ６について説明する。図６は、ロッドレンズ６の概要を示す斜視図である。図６に示すようにロッドレンズ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したものである。
【００４９】
ロッドレンズ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。ロッドレンズ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、ロッドレンズ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ので、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。本発明に係るロッドレンズ６の長さは２０ｍｍから３０ｍｍであって、２５ｍｍが最適である。
【００５０】
ＤＭＤ１１の対角線サイズが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。このときのロッドレンズ６の内寸は、６ｍｍ×３ｍｍ程度である。ロッドレンズ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。
【００５１】
またロッドレンズ６に用いるミラーは一般的には、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。ロッドレンズ６を構成する各々の板の厚みは１ｍｍ前後である。ロッドレンズ６は、ライトトンネル、ライトパイプ、ロッドインテグレータなどとも呼ばれる。
【００５２】
ロッドレンズ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。
【００５３】
本実施例に係るプロジェクタ１は、ロッドレンズ６の設置位置と設置角度を調整することができる調整手段を有してなる。調整手段の詳細については、後述する。
【００５４】
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。ロッドレンズ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。ロッドレンズ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。
【００５５】
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、ロッドレンズ６をＺ軸と平行な光軸に対して回転させて配置する。ここで、ロッドレンズ６の回転について説明をする。図７はロッドレンズ６を光源２側から第１リレーレンズ７側にみた正面図であって、Ｚ軸を回転軸として−１１．４２°の角度をもって傾いている（チルトしている）状態を例示している。
【００５６】
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８を用いて説明をする。図８（ａ）は、カラーホイール５をＺ軸方向から光源２側から見た図である。図８（ｂ）は、カラーホイール５をＸ軸方向から見た図である。図８（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８（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。
【００５７】
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。
【００５８】
またカラーホイール５は、図８（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。
【００５９】
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８（ａ）において符号５３は、上記光スポットを示している。
【００６０】
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ついて、さらに説明をする。図９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からロッドレンズ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ロッドレンズ６の入射端が設置されている。光源２とロッドレンズ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。
【００６１】
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９において、光源２、ランプリフレクタ３、ロッドレンズ６が成す光軸はＺ軸方向において揃っている。
【００６２】
（実施例１）
次に、本発明に係る画像表示装置の実施例について、より詳細に説明する。本実施例については、特に照明光学系を中心に説明する。図１０および図１１は、本実施例に係るプロジェクタ１の概要を示す図であって、図１０は背面図、図１１は右側面図である。図１０においてプロジェクタ１は、ロッドレンズ（ライトトンネル）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、ミラーハウジング１５と、ＤＭＤ１１と、投射光学系１２と、を有してなる。これらはいずれも、一体成型されたハウジング１６の所定の位置に設置されている。ハウジング１６は、軽量で強度のある金属、例えば、マグネシウムを材料とした鋳造法などで作成される。
【００６３】
ハウジング１６には，個々の素子を設置するための溝や孔（開口）が形成されている。例えば、ＤＭＤ１１を設置するために矩形の開口と、投射光学系１２の鏡筒を設置するための円形の開口が形成されている。また、ハウジング１６に形成されている溝１５０には、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８が所定の姿勢をもって固定されている。
【００６４】
ミラーハウジング１５は、第１折り返しミラー９と第２折り返しミラー１０を設置するためのハウジングであって、一体成型されたハウジング１６とは別の部材からなる。ミラーハウジング１５は、金属または樹脂などで作成されている。
【００６５】
図１１に示すように、ロッドレンズ６の断面形状は矩形である。このロッドレンズ６の外形に合うように、ハウジング１６の内部には、段差１６１が形成されている。この段差１６１にロッドレンズ６は固定される。
【００６６】
ここで、光源２とハウジング１６との関係について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施例に係るプロジェクタ１の背面図であって、照明光学系を構成する光源等を配置した例を示している。光源２はリフレクタ３の内部にあり、このリフレクタ３と共に光源ユニット１７の内部に配置されている。また、光源ユニット１７の開口部であって、光源２から出射された光の出射口となる部分には、防爆ガラス４が設置されている。
【００６７】
光源ユニット１７とハウジング１６との間には、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、リフレクタ３で反射された光は，ロッドレンズ６の入射端で集光する。防爆ガラス４とカラーホイール５は、光源２への戻り光を防ぐために傾けて設置されている。
【００６８】
上記の構成を有するプロジェクタ１において、ＤＭＤ１１の画像表示領域１１０（図４参照）に対する照明光が欠けることがないように、ロッドレンズ６は光軸に対して回転（傾斜）させて設置される。図１３は、ロッドレンズ６を光軸に対して好適な傾斜させて設置するために、段差１６１に傾斜を付加したハウジング１６を形成した例である。図１３において、ロッドレンズ６は好適な傾斜をもって作製されている段差１６１に設置され、これによって、ＤＭＤ１１の画像表示領域１１０に対する照明効率を高めることができる。また、後述するように、ロッドレンズ６の最適な傾斜と設置位置を調整する調整手段を用いて調整することで、さらに照明効率を向上させることができる。
【００６９】
このような光学配置は、図１に示した光路のように、ロッドレンズ６から出射された光が、二つの折り返しミラー（第１折り返しミラー９、第２折り返しミラー１０）によって、立体的に折り返されることに起因する。
【００７０】
次に、本実施例に係るプロジェクタ１が備えるロッドレンズ６の設置位置と設置角度を調整する調整手段について、図を用いて説明する。まず、ロッドレンズ６が段差１６１に設置されて固定される態様の例について説明をする。図１４は、ロッドレンズ６を段差１６１に設置した際に、ロッレンズ６が設置位置から移動しないように固定する固定手段の例を示している。図１４において、符号５０は、段差１６１に設置されたロッドレンズ６を固定するための固定具である。固定具５０は、ロッドレンズ６の外装を覆って、段差１６１に固定する形状を有してなる。
【００７１】
段差１６１に設置されたロッドレンズ６の外装に、固定具５０を覆い被せて、この固定具５０をハウジング１６にネジ止めなどによって固定することで、ロッドレンズ６を固定する。固定具５０は、金属を素材とする部材であって、例えば、ステンレスやアルミニウムによって形成されているものである。
【００７２】
ロッドレンズ６は、図１５に示すようにホルダー６１に入れた状態で固定されてもよい。ホルダー６１の材質は耐熱性があるものが好ましい。例えば、ステンレス素材で形成され、ロッドレンズ６の面と接触させることで、ロッドレンズ６を冷却する効果を発揮することが期待できる素材であればより良い。
【００７３】
次に、固定具５０によって、ロッドレンズ６の設置位置と設置角度を調整する方法について説明する。図１６は、プロジェクタ１を光源２側（図１において右側）からみた一部拡大図である。図１６に示すように、ロッドレンズ６の設置位置と設置角度を調整する調整手段は、２つの板バネ５１と２つのネジ５２とを有してなる。板バネ５１は、固定具５０の内壁面に配置されロッドレンズ６の外装に接する弾性部材である。ネジ５２は、段差１６１の蹴上部と踏面部に形成されたネジ溝に取り付けられた部材であって、ネジ先がロッドレンズ６の外装に接している。２つの板バネ５１は、ロッドレンズ６を挟んで各ネジ５２の反対側に配置されている。
【００７４】
上記の蹴上部に配置されているネジ５２を締めると、ロッドレンズ６はその横断面の短手方向（Ｘ軸方向）に押されて並進する。上記の踏面部に配置されているネジ５２を締めると、ロッドレンズ６はその横断面の長手方向（Ｙ軸方向）に押されて並進する。
【００７５】
逆に、蹴上部に配置されているネジ５２を緩めると、対向する位置に配置されている板バネ５１の弾性力によって、ロッドレンズ６が短手方向のハウジング１６側に押されて並進する。踏面部に配置されているネジ５２を緩めると、対向する位置に配置されている板バネ５１の弾性力によって、ロッドレンズ６が長手方向のハウジング１６側に押されて並進する。ネジ５２を締めた場合と緩めた場合でロッドレンズ６が並進する方向が逆になる。 このように、板バネ５１とネジ５２によって、ロッドレンズ６の長手方向と短手方向における位置の調整をすることができる。
【００７６】
なお、ネジ５２を取り付ける位置は，ロッドレンズ６の入射側か、出射側か、または両方のいずれであっても良く、必要な調整に応じて設ければよい。また、図１７に示すように、ハウジング１６に形成する段差１６１を、予め傾けておくことで、Ｚ軸方向（光軸方向）を中心とした回転の角度を予め固定し、長手方向と短手方向の位置調整のみを行うようにしてもよい。また、ネジ５２とロッドレンズ６の外装の間に板バネを設けてもよい。
【００７７】
また、図１８に示すように、段差１６１の蹴上部と踏面部のそれぞれに、ネジ５２を２つずつ配置し、固定具５０の内壁面と、ロッドレンズ６を挟んで各ネジ５２とは反対側のロッドレンズ６の側面との間に板バネ５１を配置し、調整手段を構成してもよい。このように、板バネ５１とネジ５２を複数配置することで、ロッドレンズ６の位置調整は、長手方向と短手方向の並進移動のみならず、光軸方向を回転軸とする角度の調整をすることもできる。
【００７８】
図１８に示した調整手段によるロッドレンズ６の位置と回転の調整態様について図１９を用いて説明する。図１９は、蹴上部に配置されている２つのネジ５２のうち、上側のネジ５２を締め、下側のネジ５２を緩めた状態を示している。図１９に示すように、ロッドレンズ６の長手方向の側面において、上側のみが板バネ５２側に押されて、下側の位置は変わっていないので、光軸方向の軸を中心として回転し傾いている。同じような傾きを形成するには、踏面部に配置されているネジ５２の蹴上部に近い方のネジ５２を締め、蹴上部から遠い方のネジ５２を緩めてもよい。ネジ５２の締める方と緩める方を逆にすると、ロッドレンズ６を図１９に示した方向とは逆の方向に傾けることができる。
【００７９】
また、本実例に係るプロジェクタ１が備えるロッドレンズ６の調整手段は、図２０に示すように、段差１６１の蹴上部にネジ５２を２つ配置し、踏面部にはネジ５２を１つ配置して、各ネジ５２に対向する固定具５０の内壁面に板バネ５１を配置する形態で構成してもよい。このように、板バネ５１およびネジ５２を１つとするか、複数設けるかは、ロッドレンズ６の位置と回転の調整精度によって適宜選択すればよい。図２０に示した調整手段によって、ロッドレンズ６を傾けた態様の例を図２１に示す。
【００８０】
ここで、ロッドレンズ６の位置調整を全く行っていない状態を想定すると、図２２に示すような状態になる。図２２においてロッドレンズ６は，板バネ５１側には移動する余地があるが、ハウジング１６側には移動する余地はない。つまり、ロッドレンズ６の位置調整や回転調整を行うにあたって、１方向にのみ調整をすることができる状態である。
【００８１】
以上説明した各実施例に係る調整手段によって、ロッドレンズ６の位置や回転角度を調整すると、ＤＭＤ１１を照明する光の位置が移動する。ここで、ロッドレンズ６の調整とＤＭＤ１１上を照明する光の関係について説明をする。図２３、図２４において、符号１１０は、ＤＭＤ１１の画像表示領域を示している。また、符号１２０はＤＭＤ１１上を照明する光が当たっている領域（照明領域）を表している。
【００８２】
図２３（ａ）は、ロッドレンズ６の位置調整が適切になされている場合であって、照明領域１２０は画像表示領域１１０の全体を照明しており、画像表示領域１１０が照明領域１２０からはみ出すことなく収まっている状態である。この状態が好適な照明状態である。
【００８３】
調整手段を構成する蹴上部のネジ５２を締めすぎてロッドレンズ６がハウジング１６から離れる方向に移動し過ぎると図２３（ｂ）に示すような照明状態になる。また、逆に、調整手段を構成する蹴上部のネジ５２を緩めすぎてロッドレンズ６がハウジング１６に近づく方向に移動し過ぎると図２３（ｃ）に示すような照明状態になる。
【００８４】
調整手段を構成する踏面部のネジ５２を緩めすぎてロッドレンズ６がハウジング１６に近づく方向に移動しすぎると、図２３（ｄ）に示すような照明状態になる。また、逆に、調整手段を構成する踏面部のネジ５２を締めすぎてロッドレンズ６がハウジング１６から離れる方向に移動し過ぎると、図２３（ｅ）に示すような照明状態になる。
【００８５】
調整手段を構成する蹴上部のネジ５２を締めすぎて、踏面部のネジ５２を緩めすぎたとき、ロッドレンズ６は、蹴上部からは遠のき、踏面部には近づく状態になる。そのときの照明状態は図２４（ａ）に示すようになる。
【００８６】
図２４（ｂ）から図２４（ｄ）は、調整手段においてロッドレンズ６の設置角度を調整したときの照明領域１２０とＤＭＤの画像表示領域１１０の位置関係を示している。図２４（ｂ）に示すように、ロッドレンズ６が光軸周りに回転しても、回転量が小さく、照明領域１２０がある程度大きければ、ＤＭＤ１１の画像表示領域１１０の全面を照明することができる。しかし、ロッドレンズ６の回転量が大きくなると、図２４（ｃ）に示すように、画像表示領域１１０の一部が照明領域１２０からはみ出る状態になる。また、設置位置と回転量の両方が大きくずれると、図２４（ｄ）に示すように、画像表示領域１１０の一部が照明されない状態になる。照明領域１２０がＤＭＤ上の画像表示領域１１０からずれて、照明されない領域が生じると、スクリーン上の画像において、その部分は画像が表示されず影のようになる。
【００８７】
ＤＭＤ１１の画像表示領域１１０が適切に照明されているときの、ＤＭＤ１１上の光量分布の例を図２５に示す。図２５において、ＤＭＤ１１の長手方向の光量分布１１１は、横軸が長手方向の位置に対応し、曲線は各位置における光量の大きさを示している。また、ＤＭＤ１１の短手方向の光量分布１１２は、縦軸が短手方向の位置に対応し、曲線は各位置における光量の大きさを示している。
【００８８】
光量分布は、ロッドレンズ６内での光の反射回数に依存するので、ロッドレンズ６内で反射回数が十分ではなく、照明光の光量にムラがあると、ＤＭＤ１１の有効領域１１を照明する照明領域１２０に光ムラが生ずることになる。そうすると、図２５に示した光量曲線のように、上部が平坦な曲線とはならずに、中央が尖った形状の分布を示す曲線となる。
【００８９】
調整手段を用いて、ロッドレンズ６をその短手方向に連続的に移動させた場合、ＤＭＤ１１上の照明領域１２０は、図２６に示すように変化する。図２６から明らかなように、ロッドレンズ６の設置状態（設置位置および設置角度）を連続的に変化させると、最適な設置位置を判別することができる。図２６に示した有効領域１１１と照明領域１１２のように、照明領域１１２を変化させながら、ＤＭＤ１１上の照度を計測すると、図２７に示すように、凸形の曲線からなる光量分布の特性曲線１３０を得ることができる。この特性曲線１３０は、照度を実測してもよいし、シミュレーション実験によって算出してもよい。
【００９０】
また，特性曲線１３０を得るために測定する対象は照度に限ることはなく、ＤＭＤ１１上の照明領域の最大値と最小値との比であってもよい。これは照明の均一性を表し、比が１に近いほど均一性が高いことを表す。
【００９１】
ロッドレンズ６の最適な設置位置を決定するときには、図２７に示した特性曲線１３０の中央値に相当する位置を、ロッドレンズ６の好適な設置位置とすればよい。特性曲線１３０の中央値を用いるのは、公差が左右で対称的だからである。まず、ロッドレンズ６を図２２に示したように、ハウジング１６に接触させた状態で、長手方向と短手方向において、ハウジング１６から離れる方向にのみ移動可能な状態にしておき、ロッドレンズ６を移動させながら、図２７の特性曲線を取得して、中央値となる位置を特定すればよい。
【００９２】
ロッドレンズ６の最適な設置位置は、シミュレーション実験により求めることもできるので、本実施例に係るシミュレーション実験を、ＤＭＤ１１の画素のピッチを１０．８μｍとし、ＤＭＤ１１の対角長を０．６５インチとして、ＷＸＧＡ規格のものを想定して行った。
【００９３】
Ｚ軸（光軸）と平行な軸を回転軸として、ロッドレンズ６を連続的に回転させたときに回転角度と照明均一性の相関を示す特性曲線の例を図２８に示す。図２８の特性曲線、ロッドレンズ６の開口サイズが５．７ｍｍ×３．４ｍｍであり、ロッドレンズ６の長さが２５ｍｍのものを採用した場合に得られる特性曲線である。
【００９４】
図２８は、横軸をロッドレンズ６の回転角とし、縦軸にＤＭＤ１１上の照度の均一性とするグラフである。図２８に示すように、ロッドレンズ６をＺ軸（照明光学系の光軸）と平行な軸を回転軸として回転させて角度の変化量が大きくなると、照明均一性が下がるという特性を示す曲線が得られる。
【００９５】
図２８に示す特性曲線の中央値を求めれば、ロッドレンズ６の最適な設置位置を特定することができる。これは例えば半値全幅である。プロジェクタ１の仕様として照明均一性を５０％とすると、この特性曲線１３１の線の端を求めることができる。このときロッドレンズ６の設置の回転角を中央にするのではなく端とする。中央値は−１０°であれば、端の値は−１１．８°となる。ロッドレンズ６の設置の回転角を中央値とした場合、調整範囲は特性曲線１３１の半分のみである（調整範囲１）。しかし、このように端に寄せることにより調整範囲が広がる（調整範囲２）。なお、ロッドレンズ６の回転調整は、すでに説明をした設置手段による。
【００９６】
図２９は、横軸をロッドレンズ６の短手方向の移動量とし、縦軸にＤＭＤ１１上の照度の均一性とするグラフである。図２９に示すように、特性曲線１３２は、ロッドレンズ６を短手方向に移動させると、中央位置から離れる距離に応じて、照明均一性が下がるという特性を示す曲線が得られる。
【００９７】
図３０は、横軸をロッドレンズ６の長手方向の移動量とし、縦軸をＤＭＤ１１上の照度の均一性とするグラフである。図３０に示すように、特性曲線１３３は、ロッドレンズ６を長手方向に移動させると、中央位置から離れる距離に応じて、照明均一性が下がるという特性を示す曲線が得られる。
【００９８】
以上のように、本発明に係る画像表示装置によれば、至近距離で大画面表示をするために必要となる照明光学系の光利用効率を最適にするために、ロッドレンズの設置位置と設置角を、調整手段によって調整することができる。調整手段によるロッドレンズの設置位置と設置角の調整量の特定は、特性曲線を用いることで、容易に判断することができる。
ここで光利用効率とは、ロッドレンズの出射端から出た光が、投射レンズ（の入射瞳）に到達する割合によって表される指標である。
【００９９】
（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ついて説明する。本実施例に係るプロジェクタ１は、第１折り返しミラー９をシリンダーミラーとする。第１折り返しミラーにシリンダーミラーを用いることにより、第２リレーレンズ８からの照明光を集光できるため、第１折り返しミラー９に平面ミラーを用いる場合よりも、光利用効率を向上させることができる。
【０１００】
しかし、シリンダーミラーの形状には非対称性があるため、ロッドレンズ６の光軸周り回転に対しては、平面ミラーの場合よりも悪影響が大きい。このために、実施例１で説明したようなロッドレンズ６の回転角を調整する調整手段が有効になる。
【０１０１】
（実施例３）
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、ロッドレンズ６と、第１リレーレンズ７および第２リレーレンズ８の関係について説明をする。図３１は、ロッドレンズ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３１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、短手方向と長手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、ロッドレンズ６のＺ軸の光軸Ａに対してシフトしている。
【０１０２】
上記のようなロッドレンズ６と、第１リレーレンズ７、第２リレーレンズ８の配置関係があるとき、第１リレーレンズ７の形状を非球面にすることで、球面レンズの場合よりも光利用効率を向上させることができる。図３１に示すように，第１リレーレンズ７は両凸レンズであるが，非球面化は第１面か第２面、または両方であっても良い。
【０１０３】
（実施例４）
また、第２リレーレンズ８の形状を非球面にすることにより、球面レンズの場合よりも、光利用効率を向上させることができる。図３１に示すように，第２リレーレンズは両凸レンズであるが、非球面化は第１面か第２面、または両方であっても良い。
【０１０４】
第１リレーレンズ７、第２リレーレンズ８は球面レンズであれば研磨によって作成すればよいが、非球面レンズにする場合は、プレス成型で作製すればよい。
【０１０５】
（実施例５）
また、第２折り返しミラー１０の形状を非球面ミラーにすることで、より光利用効率を向上させることができる。
【０１０６】
（実施例６）
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３２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。
【０１０７】
図３２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１９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。
【０１０８】
上記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３３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。
【０１０９】
図３３中、点線１１２で囲まれた領域がＤＭＤ１１の画像表示領域である。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３３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。
【０１１０】
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３４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。画面中央に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。
【０１１１】
以上のように、本発明に係る画像表示装置は、例えばロッドレンズからなる照明均一化素子の位置を調整手段によって変化させながら、光量の特性曲線を求めて、この特性曲線に基づいて最適なロッドレンズの設置位置と設置角度を特定することで、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】
【０１１２】
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 ロッドレンズ
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】
【０１１３】
【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、照明光学系の一部をなす光ミキシング素子として、ロッドレンズを用いている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、フロント投射型プロジェクタといわれるものであって、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長くする必要があり、この被投射面との距離の確保が、横型プロジェクタ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が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３５を用いて説明する。図３５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３５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】
超至近距離投射方式の画像表示装置は、自由曲面ミラーを含む投射系を用いるために、通常の横型プロジェクタとは異なる課題がある。すなわち、特異な歪曲に伴う投射画像領域の変形、スクリーンの上部が明るく下が暗くなり光量分布が偏るという課題がある。
【００１７】
また、スクリーン上の画像のけられがない事も要求される。これらの要求を満たすためには、照明均一化素子としての光ミキシング素子であるライトトンネルの設置調整が重要である。ライトトンネルを調整することにより、スクリーン上の画像にケラレが無く、光量分布のムラも低減できるからである。
【００１８】
ライトトンネルの出射端とＤＭＤの画像形成領域とは、照明光学系を通して共役関係が成立している。さらに投射光学系を通してＤＭＤの画像形成領域とスクリーンとは共役関係が成立している。従ってライトトンネルの設置調整がずれると、ＤＭＤ上での照射光の照射領域もずれ、これがスクリーン上の画像のけられや、光量分布のムラの原因となる。
【００１９】
ライトトンネルの調整は、光軸方向の位置（並進）調整が通常は行われる。しかし、照明光学系が立体的に折り返されている画像表示装置においては、ライトトンネルを光軸周りに回転させて設置させることもあるので、回転調整も必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、ライトトンネルなどで構成されている照明均一化素子の回転調整を容易に行なえるようにすることで、照明光学系の光利用効率を向上させ、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】
【００２１】
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照明均一化素子と、集光器と照明均一化素子の間に配置され、照明均一化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、照明均一化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折り返しミラーを有してなる照明光学系と、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、照明均一化素子は、設置位置と設置角度を調整する調整手段を有し、調整手段は、照明均一化素子の長手方向の位置と短手方向の位置、および、光軸と平行の軸を中心とした回転角度を調整することを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
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】
【００２３】
【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】上記画像表示装置の一実施例の使用態様を示す平面図である。
【図３】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４】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５】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６】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７】上記照明均一化素子の設置状態の例を示す正面図である。
【図８】上記画像表示装置が備えるカラーホイールの例を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図９】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１０】本発明に係る画像表示装置の構成の別の例を示す概要図である。
【図１１】本発明に係る画像表示装置の構成のさらに別の例を示す概要図である。
【図１２】本発明に係る画像表示装置の構成のさらに別の例を示す概要図である。
【図１３】本発明に係る画像表示装置の構成のさらに別の例を示す概要図である。
【図１４】本発明に係る画像表示装置の一実施例が備える照明均一化素子の設置手段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ロッドレンズ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均一化素子の設置手段の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照明均一化素子の設置手段のさらに別の例を示す概要図である。
【図１８】上記画像表示装置が備える照明均一化素子の設置手段のさらに別の例を示す概要図である。
【図１９】上記画像表示装置が備える照明均一化素子の設置手段による角度調整の様子を示す概要図である。
【図２０】上記画像表示装置が備える照明均一化素子の設置手段のさらに別の例を示す概要図である。
【図２１】上記画像表示装置が備える照明均一化素子の設置手段による角度調整の様子を示す概要図である。
【図２２】上記画像表示装置が備える照明均一化素子の設置手段による位置調整の様子を示す概要図である。
【図２３】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の照射状態の例を示す概要図である。
【図２４】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の照射状態の別の例を示す概要図である。
【図２５】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の光量分布の例を示す特性図である。
【図２６】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の照射状態の別の例を示す概要図である。
【図２７】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の光量分布のさらに別の例を示す特性図である。
【図２８】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の光量分布のさらに別の例を示す特性図である。
【図２９】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の光量分布のさらに別の例を示す特性図である。
【図３０】上記画像表示装置が備える画像表示素子への照明光の光量分布のさらに別の例を示す特性図である。
【図３１】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３２】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３３】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３４】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３５】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】
【００２４】
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。まず、本発明に係る画像表示装置の一実施例である縦型プロジェクタの構成について、図１の概要図を用いて説明する。当該構成の概要と、本実施例に係るプロジェクタ１が備える各光学素子の概要を説明した後に、本発明に係る画像表示装置の特徴である照明均一化素子の位置および回転を調整する設置調整手段の実施例について説明する。
【００２５】
図１において、符号１は画像表示装置の実施例である縦型プロジェクタ本体（以下「プロジェクタ１」という。）を表している。また、符号１４は被投射面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。
【００２６】
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が万が一破裂した場合にガラスの飛散を防ぐ防爆ガラス４と、光源２からの光を赤・緑・青の色要素が重畳された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照明均一化素子でありライトトンネルであるロッドレンズ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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ロッドレンズ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、ロッドレンズ６の入射端に集光される。
【００２９】
光源２とロッドレンズ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を用いた時分割処理によって、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色の光に変換される。三色の光りに変換された光は、換言すれば「色要素が重畳された光」である。この色要素が重畳された光は、ロッドレンズ６に入射される。ロッドレンズ６の内部は鏡で構成されているので、多数回の反射をして、空間的な強度分布が均一な光になる。
【００３０】
ロッドレンズ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。
【００３１】
ロッドレンズ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。
【００３２】
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。投射される画像の解像度は、ＤＭＤ１１の微小ミラーの配列数によって決定される。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。また、投射画像の解像度を、ＷＸＧＡ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。
【００３３】
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°の回転をした状態のミラーによって反射される光を「ＯＮ光」とする。ＯＮ光は画像形成に寄与するように構成されている。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」とする。ＯＦＦ光は画像形成には寄与せずに、黒表示となるように構成されている。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。
【００３４】
このように、ＤＭＤ１１の微小ミラーで反射されたＯＮ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、投射レンズ１２の入射瞳に入らず、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。
【００３５】
次に、本発明に係る画像表示装置の使用態様について、図２を用いて説明する。図２は、図１に示したプロジェクタ１をＺ軸方向からみた右側面図である。図２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。
【００３６】
また、プロジェクタ１の別の使用態様の例を図３に示す。図３は、図１に示したプロジェクタ１をＺ軸方向からみた右側面図である。図３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２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。
【００３７】
ここでＤＭＤ１１について説明をする。図４は、ＤＭＤ１１の概要を表した図である。図４（ａ）はＤＭＤ１１を上から見た平面図、図４（ｂ）はＤＭＤ１１の画像表示領域の一部拡大図、図４（ｃ）は、ＤＭＤ１１の側面図、図４（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。
【００３８】
図４（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４（ｂ）に示す。
【００３９】
図４（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。
【００４０】
図４（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。
【００４１】
ＤＭＤ１１の上面には、図４（ｃ）に示すように、保護ガラス１１１が配置されている。この保護ガラス１１１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。
【００４２】
図４（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。図４（ｄ）に示す微小ミラー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。
【００４３】
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。図５において、光源２とランプリフレクタ３の概要を示す。図５（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の正面図である。また図５（ｂ）は、ランプハウジング３０の側面図である。
【００４４】
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、ロッドレンズ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。
【００４５】
光源２に水銀ランプを用いた場合、仮に水銀ランプ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。
【００４６】
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）ごとの交換となる。
【００４７】
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。
【００４８】
次に、照明均一化素子であるロッドレンズ６について説明する。図６は、ロッドレンズ６の概要を示す斜視図である。図６に示すようにロッドレンズ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したものである。
【００４９】
ロッドレンズ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。ロッドレンズ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、ロッドレンズ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ので、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。本発明に係るロッドレンズ６の長さは２０ｍｍから３０ｍｍであって、２５ｍｍが最適である。
【００５０】
ＤＭＤ１１の対角線サイズが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。このときのロッドレンズ６の内寸は、６ｍｍ×３ｍｍ程度である。ロッドレンズ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。
【００５１】
またロッドレンズ６に用いるミラーは一般的には、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。ロッドレンズ６を構成する各々の板の厚みは１ｍｍ前後である。ロッドレンズ６は、ライトトンネル、ライトパイプ、ロッドインテグレータなどとも呼ばれる。
【００５２】
ロッドレンズ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。
【００５３】
本実施例に係るプロジェクタ１は、ロッドレンズ６の設置位置と設置角度を調整することができる調整手段を有してなる。調整手段の詳細については、後述する。
【００５４】
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。ロッドレンズ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。ロッドレンズ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。
【００５５】
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、ロッドレンズ６をＺ軸と平行な光軸に対して回転させて配置する。ここで、ロッドレンズ６の回転について説明をする。図７はロッドレンズ６を光源２側から第１リレーレンズ７側にみた正面図であって、Ｚ軸を回転軸として−１１．４２°の角度をもって傾いている（チルトしている）状態を例示している。
【００５６】
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８を用いて説明をする。図８（ａ）は、カラーホイール５をＺ軸方向から光源２側から見た図である。図８（ｂ）は、カラーホイール５をＸ軸方向から見た図である。図８（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８（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。
【００５７】
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。
【００５８】
またカラーホイール５は、図８（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。
【００５９】
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８（ａ）において符号５３は、上記光スポットを示している。
【００６０】
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ついて、さらに説明をする。図９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からロッドレンズ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ロッドレンズ６の入射端が設置されている。光源２とロッドレンズ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。
【００６１】
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９において、光源２、ランプリフレクタ３、ロッドレンズ６が成す光軸はＺ軸方向において揃っている。
【００６２】
（実施例１）
次に、本発明に係る画像表示装置の実施例について、より詳細に説明する。本実施例については、特に照明光学系を中心に説明する。図１０および図１１は、本実施例に係るプロジェクタ１の概要を示す図であって、図１０は背面図、図１１は右側面図である。図１０においてプロジェクタ１は、ロッドレンズ（ライトトンネル）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、ミラーハウジング１５と、ＤＭＤ１１と、投射光学系１２と、を有してなる。これらはいずれも、一体成型されたハウジング１６の所定の位置に設置されている。ハウジング１６は、軽量で強度のある金属、例えば、マグネシウムを材料とした鋳造法などで作成される。
【００６３】
ハウジング１６には，個々の素子を設置するための溝や孔（開口）が形成されている。例えば、ＤＭＤ１１を設置するために矩形の開口と、投射光学系１２の鏡筒を設置するための円形の開口が形成されている。また、ハウジング１６に形成されている溝１５０には、第１リレーレンズ７と第２リレーレンズ８が所定の姿勢をもって固定されている。
【００６４】
ミラーハウジング１５は、第１折り返しミラー９と第２折り返しミラー１０を設置するためのハウジングであって、一体成型されたハウジング１６とは別の部材からなる。ミラーハウジング１５は、金属または樹脂などで作成されている。
【００６５】
図１１に示すように、ロッドレンズ６の断面形状は矩形である。このロッドレンズ６の外形に合うように、ハウジング１６の内部には、段差１６１が形成されている。この段差１６１にロッドレンズ６は固定される。
【００６６】
ここで、光源２とハウジング１６との関係について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施例に係るプロジェクタ１の背面図であって、照明光学系を構成する光源等を配置した例を示している。光源２はリフレクタ３の内部にあり、このリフレクタ３と共に光源ユニット１７の内部に配置されている。また、光源ユニット１７の開口部であって、光源２から出射された光の出射口となる部分には、防爆ガラス４が設置されている。
【００６７】
光源ユニット１７とハウジング１６との間には、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、リフレクタ３で反射された光は，ロッドレンズ６の入射端で集光する。防爆ガラス４とカラーホイール５は、光源２への戻り光を防ぐために傾けて設置されている。
【００６８】
上記の構成を有するプロジェクタ１において、ＤＭＤ１１の画像表示領域１１０（図４参照）に対する照明光が欠けることがないように、ロッドレンズ６は光軸に対して回転（傾斜）させて設置される。図１３は、ロッドレンズ６を光軸に対して好適な傾斜させて設置するために、段差１６１に傾斜を付加したハウジング１６を形成した例である。図１３において、ロッドレンズ６は好適な傾斜をもって作製されている段差１６１に設置され、これによって、ＤＭＤ１１の画像表示領域１１０に対する照明効率を高めることができる。また、後述するように、ロッドレンズ６の最適な傾斜と設置位置を調整する調整手段を用いて調整することで、さらに照明効率を向上させることができる。
【００６９】
このような光学配置は、図１に示した光路のように、ロッドレンズ６から出射された光が、二つの折り返しミラー（第１折り返しミラー９、第２折り返しミラー１０）によって、立体的に折り返されることに起因する。
【００７０】
次に、本実施例に係るプロジェクタ１が備えるロッドレンズ６の設置位置と設置角度を調整する調整手段について、図を用いて説明する。まず、ロッドレンズ６が段差１６１に設置されて固定される態様の例について説明をする。図１４は、ロッドレンズ６を段差１６１に設置した際に、ロッレンズ６が設置位置から移動しないように固定する固定手段の例を示している。図１４において、符号５０は、段差１６１に設置されたロッドレンズ６を固定するための固定具である。固定具５０は、ロッドレンズ６の外装を覆って、段差１６１に固定する形状を有してなる。
【００７１】
段差１６１に設置されたロッドレンズ６の外装に、固定具５０を覆い被せて、この固定具５０をハウジング１６にネジ止めなどによって固定することで、ロッドレンズ６を固定する。固定具５０は、金属を素材とする部材であって、例えば、ステンレスやアルミニウムによって形成されているものである。
【００７２】
ロッドレンズ６は、図１５に示すようにホルダー６１に入れた状態で固定されてもよい。ホルダー６１の材質は耐熱性があるものが好ましい。例えば、ステンレス素材で形成され、ロッドレンズ６の面と接触させることで、ロッドレンズ６を冷却する効果を発揮することが期待できる素材であればより良い。
【００７３】
次に、固定具５０によって、ロッドレンズ６の設置位置と設置角度を調整する方法について説明する。図１６は、プロジェクタ１を光源２側（図１において右側）からみた一部拡大図である。図１６に示すように、ロッドレンズ６の設置位置と設置角度を調整する調整手段は、２つの板バネ５１と２つのネジ５２とを有してなる。板バネ５１は、固定具５０の内壁面に配置されロッドレンズ６の外装に接する弾性部材である。ネジ５２は、段差１６１の蹴上部と踏面部に形成されたネジ溝に取り付けられた部材であって、ネジ先がロッドレンズ６の外装に接している。２つの板バネ５１は、ロッドレンズ６を挟んで各ネジ５２の反対側に配置されている。
【００７４】
上記の蹴上部に配置されているネジ５２を締めると、ロッドレンズ６はその横断面の短手方向（Ｘ軸方向）に押されて並進する。上記の踏面部に配置されているネジ５２を締めると、ロッドレンズ６はその横断面の長手方向（Ｙ軸方向）に押されて並進する。
【００７５】
逆に、蹴上部に配置されているネジ５２を緩めると、対向する位置に配置されている板バネ５１の弾性力によって、ロッドレンズ６が短手方向のハウジング１６側に押されて並進する。踏面部に配置されているネジ５２を緩めると、対向する位置に配置されている板バネ５１の弾性力によって、ロッドレンズ６が長手方向のハウジング１６側に押されて並進する。ネジ５２を締めた場合と緩めた場合でロッドレンズ６が並進する方向が逆になる。 このように、板バネ５１とネジ５２によって、ロッドレンズ６の長手方向と短手方向における位置の調整をすることができる。
【００７６】
なお、ネジ５２を取り付ける位置は，ロッドレンズ６の入射側か、出射側か、または両方のいずれであっても良く、必要な調整に応じて設ければよい。また、図１７に示すように、ハウジング１６に形成する段差１６１を、予め傾けておくことで、Ｚ軸方向（光軸方向）を中心とした回転の角度を予め固定し、長手方向と短手方向の位置調整のみを行うようにしてもよい。また、ネジ５２とロッドレンズ６の外装の間に板バネを設けてもよい。
【００７７】
また、図１８に示すように、段差１６１の蹴上部と踏面部のそれぞれに、ネジ５２を２つずつ配置し、固定具５０の内壁面と、ロッドレンズ６を挟んで各ネジ５２とは反対側のロッドレンズ６の側面との間に板バネ５１を配置し、調整手段を構成してもよい。このように、板バネ５１とネジ５２を複数配置することで、ロッドレンズ６の位置調整は、長手方向と短手方向の並進移動のみならず、光軸方向を回転軸とする角度の調整をすることもできる。
【００７８】
図１８に示した調整手段によるロッドレンズ６の位置と回転の調整態様について図１９を用いて説明する。図１９は、蹴上部に配置されている２つのネジ５２のうち、上側のネジ５２を締め、下側のネジ５２を緩めた状態を示している。図１９に示すように、ロッドレンズ６の長手方向の側面において、上側のみが板バネ５２側に押されて、下側の位置は変わっていないので、光軸方向の軸を中心として回転し傾いている。同じような傾きを形成するには、踏面部に配置されているネジ５２の蹴上部に近い方のネジ５２を締め、蹴上部から遠い方のネジ５２を緩めてもよい。ネジ５２の締める方と緩める方を逆にすると、ロッドレンズ６を図１９に示した方向とは逆の方向に傾けることができる。
【００７９】
また、本実例に係るプロジェクタ１が備えるロッドレンズ６の調整手段は、図２０に示すように、段差１６１の蹴上部にネジ５２を２つ配置し、踏面部にはネジ５２を１つ配置して、各ネジ５２に対向する固定具５０の内壁面に板バネ５１を配置する形態で構成してもよい。このように、板バネ５１およびネジ５２を１つとするか、複数設けるかは、ロッドレンズ６の位置と回転の調整精度によって適宜選択すればよい。図２０に示した調整手段によって、ロッドレンズ６を傾けた態様の例を図２１に示す。
【００８０】
ここで、ロッドレンズ６の位置調整を全く行っていない状態を想定すると、図２２に示すような状態になる。図２２においてロッドレンズ６は，板バネ５１側には移動する余地があるが、ハウジング１６側には移動する余地はない。つまり、ロッドレンズ６の位置調整や回転調整を行うにあたって、１方向にのみ調整をすることができる状態である。
【００８１】
以上説明した各実施例に係る調整手段によって、ロッドレンズ６の位置や回転角度を調整すると、ＤＭＤ１１を照明する光の位置が移動する。ここで、ロッドレンズ６の調整とＤＭＤ１１上を照明する光の関係について説明をする。図２３、図２４において、符号１１０は、ＤＭＤ１１の画像表示領域を示している。また、符号１２０はＤＭＤ１１上を照明する光が当たっている領域（照明領域）を表している。
【００８２】
図２３（ａ）は、ロッドレンズ６の位置調整が適切になされている場合であって、照明領域１２０は画像表示領域１１０の全体を照明しており、画像表示領域１１０が照明領域１２０からはみ出すことなく収まっている状態である。この状態が好適な照明状態である。
【００８３】
調整手段を構成する蹴上部のネジ５２を締めすぎてロッドレンズ６がハウジング１６から離れる方向に移動し過ぎると図２３（ｂ）に示すような照明状態になる。また、逆に、調整手段を構成する蹴上部のネジ５２を緩めすぎてロッドレンズ６がハウジング１６に近づく方向に移動し過ぎると図２３（ｃ）に示すような照明状態になる。
【００８４】
調整手段を構成する踏面部のネジ５２を緩めすぎてロッドレンズ６がハウジング１６に近づく方向に移動しすぎると、図２３（ｄ）に示すような照明状態になる。また、逆に、調整手段を構成する踏面部のネジ５２を締めすぎてロッドレンズ６がハウジング１６から離れる方向に移動し過ぎると、図２３（ｅ）に示すような照明状態になる。
【００８５】
調整手段を構成する蹴上部のネジ５２を締めすぎて、踏面部のネジ５２を緩めすぎたとき、ロッドレンズ６は、蹴上部からは遠のき、踏面部には近づく状態になる。そのときの照明状態は図２４（ａ）に示すようになる。
【００８６】
図２４（ｂ）から図２４（ｄ）は、調整手段においてロッドレンズ６の設置角度を調整したときの照明領域１２０とＤＭＤの画像表示領域１１０の位置関係を示している。図２４（ｂ）に示すように、ロッドレンズ６が光軸周りに回転しても、回転量が小さく、照明領域１２０がある程度大きければ、ＤＭＤ１１の画像表示領域１１０の全面を照明することができる。しかし、ロッドレンズ６の回転量が大きくなると、図２４（ｃ）に示すように、画像表示領域１１０の一部が照明領域１２０からはみ出る状態になる。また、設置位置と回転量の両方が大きくずれると、図２４（ｄ）に示すように、画像表示領域１１０の一部が照明されない状態になる。照明領域１２０がＤＭＤ上の画像表示領域１１０からずれて、照明されない領域が生じると、スクリーン上の画像において、その部分は画像が表示されず影のようになる。
【００８７】
ＤＭＤ１１の画像表示領域１１０が適切に照明されているときの、ＤＭＤ１１上の光量分布の例を図２５に示す。図２５において、ＤＭＤ１１の長手方向の光量分布１１１は、横軸が長手方向の位置に対応し、曲線は各位置における光量の大きさを示している。また、ＤＭＤ１１の短手方向の光量分布１１２は、縦軸が短手方向の位置に対応し、曲線は各位置における光量の大きさを示している。
【００８８】
光量分布は、ロッドレンズ６内での光の反射回数に依存するので、ロッドレンズ６内で反射回数が十分ではなく、照明光の光量にムラがあると、ＤＭＤ１１の有効領域１１を照明する照明領域１２０に光ムラが生ずることになる。そうすると、図２５に示した光量曲線のように、上部が平坦な曲線とはならずに、中央が尖った形状の分布を示す曲線となる。
【００８９】
調整手段を用いて、ロッドレンズ６をその短手方向に連続的に移動させた場合、ＤＭＤ１１上の照明領域１２０は、図２６に示すように変化する。図２６から明らかなように、ロッドレンズ６の設置状態（設置位置および設置角度）を連続的に変化させると、最適な設置位置を判別することができる。図２６に示した有効領域１１１と照明領域１１２のように、照明領域１１２を変化させながら、ＤＭＤ１１上の照度を計測すると、図２７に示すように、凸形の曲線からなる光量分布の特性曲線１３０を得ることができる。この特性曲線１３０は、照度を実測してもよいし、シミュレーション実験によって算出してもよい。
【００９０】
また，特性曲線１３０を得るために測定する対象は照度に限ることはなく、ＤＭＤ１１上の照明領域の最大値と最小値との比であってもよい。これは照明の均一性を表し、比が１に近いほど均一性が高いことを表す。
【００９１】
ロッドレンズ６の最適な設置位置を決定するときには、図２７に示した特性曲線１３０の中央値に相当する位置を、ロッドレンズ６の好適な設置位置とすればよい。特性曲線１３０の中央値を用いるのは、公差が左右で対称的だからである。まず、ロッドレンズ６を図２２に示したように、ハウジング１６に接触させた状態で、長手方向と短手方向において、ハウジング１６から離れる方向にのみ移動可能な状態にしておき、ロッドレンズ６を移動させながら、図２７の特性曲線を取得して、中央値となる位置を特定すればよい。
【００９２】
ロッドレンズ６の最適な設置位置は、シミュレーション実験により求めることもできるので、本実施例に係るシミュレーション実験を、ＤＭＤ１１の画素のピッチを１０．８μｍとし、ＤＭＤ１１の対角長を０．６５インチとして、ＷＸＧＡ規格のものを想定して行った。
【００９３】
Ｚ軸（光軸）と平行な軸を回転軸として、ロッドレンズ６を連続的に回転させたときに回転角度と照明均一性の相関を示す特性曲線の例を図２８に示す。図２８の特性曲線、ロッドレンズ６の開口サイズが５．７ｍｍ×３．４ｍｍであり、ロッドレンズ６の長さが２５ｍｍのものを採用した場合に得られる特性曲線である。
【００９４】
図２８は、横軸をロッドレンズ６の回転角とし、縦軸にＤＭＤ１１上の照度の均一性とするグラフである。図２８に示すように、ロッドレンズ６をＺ軸（照明光学系の光軸）と平行な軸を回転軸として回転させて角度の変化量が大きくなると、照明均一性が下がるという特性を示す曲線が得られる。
【００９５】
図２８に示す特性曲線の中央値を求めれば、ロッドレンズ６の最適な設置位置を特定することができる。これは例えば半値全幅である。プロジェクタ１の仕様として照明均一性を５０％とすると、この特性曲線１３１の線の端を求めることができる。このときロッドレンズ６の設置の回転角を中央にするのではなく端とする。中央値は−１０°であれば、端の値は−１１．８°となる。ロッドレンズ６の設置の回転角を中央値とした場合、調整範囲は特性曲線１３１の半分のみである（調整範囲１）。しかし、このように端に寄せることにより調整範囲が広がる（調整範囲２）。なお、ロッドレンズ６の回転調整は、すでに説明をした設置手段による。
【００９６】
図２９は、横軸をロッドレンズ６の短手方向の移動量とし、縦軸にＤＭＤ１１上の照度の均一性とするグラフである。図２９に示すように、特性曲線１３２は、ロッドレンズ６を短手方向に移動させると、中央位置から離れる距離に応じて、照明均一性が下がるという特性を示す曲線が得られる。
【００９７】
図３０は、横軸をロッドレンズ６の長手方向の移動量とし、縦軸をＤＭＤ１１上の照度の均一性とするグラフである。図３０に示すように、特性曲線１３３は、ロッドレンズ６を長手方向に移動させると、中央位置から離れる距離に応じて、照明均一性が下がるという特性を示す曲線が得られる。
【００９８】
以上のように、本発明に係る画像表示装置によれば、至近距離で大画面表示をするために必要となる照明光学系の光利用効率を最適にするために、ロッドレンズの設置位置と設置角を、調整手段によって調整することができる。調整手段によるロッドレンズの設置位置と設置角の調整量の特定は、特性曲線を用いることで、容易に判断することができる。
ここで光利用効率とは、ロッドレンズの出射端から出た光が、投射レンズ（の入射瞳）に到達する割合によって表される指標である。
【００９９】
（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ついて説明する。本実施例に係るプロジェクタ１は、第１折り返しミラー９をシリンダーミラーとする。第１折り返しミラーにシリンダーミラーを用いることにより、第２リレーレンズ８からの照明光を集光できるため、第１折り返しミラー９に平面ミラーを用いる場合よりも、光利用効率を向上させることができる。
【０１００】
しかし、シリンダーミラーの形状には非対称性があるため、ロッドレンズ６の光軸周り回転に対しては、平面ミラーの場合よりも悪影響が大きい。このために、実施例１で説明したようなロッドレンズ６の回転角を調整する調整手段が有効になる。
【０１０１】
（実施例３）
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、ロッドレンズ６と、第１リレーレンズ７および第２リレーレンズ８の関係について説明をする。図３１は、ロッドレンズ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３１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、短手方向と長手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、ロッドレンズ６のＺ軸の光軸Ａに対してシフトしている。
【０１０２】
上記のようなロッドレンズ６と、第１リレーレンズ７、第２リレーレンズ８の配置関係があるとき、第１リレーレンズ７の形状を非球面にすることで、球面レンズの場合よりも光利用効率を向上させることができる。図３１に示すように，第１リレーレンズ７は両凸レンズであるが，非球面化は第１面か第２面、または両方であっても良い。
【０１０３】
（実施例４）
また、第２リレーレンズ８の形状を非球面にすることにより、球面レンズの場合よりも、光利用効率を向上させることができる。図３１に示すように，第２リレーレンズは両凸レンズであるが、非球面化は第１面か第２面、または両方であっても良い。
【０１０４】
第１リレーレンズ７、第２リレーレンズ８は球面レンズであれば研磨によって作成すればよいが、非球面レンズにする場合は、プレス成型で作製すればよい。
【０１０５】
（実施例５）
また、第２折り返しミラー１０の形状を非球面ミラーにすることで、より光利用効率を向上させることができる。
【０１０６】
（実施例６）
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３２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。
【０１０７】
図３２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１９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。
【０１０８】
上記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３３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。
【０１０９】
図３３中、点線１１２で囲まれた領域がＤＭＤ１１の画像表示領域である。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３３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。
【０１１０】
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３４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。画面中央に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。
【０１１１】
以上のように、本発明に係る画像表示装置は、例えばロッドレンズからなる照明均一化素子の位置を調整手段によって変化させながら、光量の特性曲線を求めて、この特性曲線に基づいて最適なロッドレンズの設置位置と設置角度を特定することで、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】
【０１１２】
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 ロッドレンズ
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】
【０１１３】
【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照明均一化素子と、
前記集光器と前記照明均一化素子の間に配置され、前記照明均一化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、
前記照明均一化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リレーレンズと第２リレーレンズおよび第１折り返しミラーと第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、
前記照明均一化素子は、設置位置と設置角度を調整する調整手段を有し、
前記調整手段は、前記照明均一化素子の長手方向の位置と短手方向の位置、および、光軸と平行の軸を中心とした回転角度を調整することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記調整手段は、
前記照明化均一化素子を所定の位置に固定するための固定具と、
前記照明化均一化素子の位置を、当該照明化均一化素子の長手方向と短手方向に並進させる部材と、を有してなることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記照明均一化素子は、
前記調整手段により設置位置と設置角度を変化させたときに前記反射型画像表示素子への照明状態の変化によって得られる各特性曲線の横軸において、中央よりも一方の端側が、初期の設置状態であることを特徴とする請求項１、２に記載の画像投射装置。
【請求項４】
第１折り返しミラーは、シリンダー形状を有してな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リレーレンズは、非球面レンズ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リレーレンズは、非球面レンズ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４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照明均一化素子と、
前記集光器と前記照明均一化素子の間に配置され、前記照明均一化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、
前記照明均一化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リレーレンズと第２リレーレンズおよび第１折り返しミラーと第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、
前記照明均一化素子は、設置位置と設置角度を調整する調整手段を有し、
前記調整手段は、前記照明均一化素子の長手方向の位置と短手方向の位置、および、光軸と平行の軸を中心とした回転角度を調整することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記調整手段は、
前記照明化均一化素子を所定の位置に固定するための固定具と、
前記照明化均一化素子の位置を、当該照明化均一化素子の長手方向と短手方向に並進させる部材と、を有してなることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記照明均一化素子は、
前記調整手段により設置位置と設置角度を変化させたときに前記反射型画像表示素子への照明状態の変化によって得られる各特性曲線の横軸において、中央よりも一方の端側が、初期の設置状態であることを特徴とする請求項１、２に記載の画像投射装置。
【請求項４】
第１折り返しミラーは、シリンダー形状を有してな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リレーレンズは、非球面レンズ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リレーレンズは、非球面レンズ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４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２２】
【図２７】
【図３５】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【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２２】
【図２７】
【図３５】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【公開番号】特開２０１３−６４８７６（Ｐ２０１３−６４８７６Ａ）
【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２０１１−２０３５８６（Ｐ２０１１−２０３５８６）
【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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