(57)【要約】【課題】  画像表示装置の小型化と高画質化とを両立することを課題とする。【解決手段】  光源と、光源からの光を反射する反射型画像表示素子８と、反射型画像表示素子８で反射された光をスクリーンＳに投射する投射光学系９と、を有してなる画像表示装置である。画像表示装置のハウジング２１において、反射型画像表示素子８によって反射された非表示時の光であるＯＦＦ状態光束ＯＦＩ１の反射光ＯＦＯ１が最初に入射する領域は、鏡面２１ａとなっている。【選択図】図８
2014106463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を反射する反射型画像表示素子と、
前記反射型画像表示素子で反射された光を投射する投射光学系と、
を有してなる画像表示装置であって、
前記反射型画像表示素子からのＯＦＦ状態光束が最初に入射する領域は、鏡面となっている、
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記領域は、前記投射光学系のイメージサークル内にある、
請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記領域は、前記投射光学系の光軸に垂直な面内において、前記反射型画像表示素子側よりも前記投射光学系側の方が前記投射光学系の光軸に近い、
請求項１または２記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記光源からの光を捕捉して集光する光学部品と、
前記光学部品により集光された光が入射して繰り返し反射をすることで射出面の強度分布を均一にするロッドインテグレータと、
２枚のレンズからなり、前記ロッドインテグレータを射出した光が透過するリレーレンズと、
前記リレーレンズを透過した光を反射する第１ミラーと、
前記第１ミラーで反射された光を反射する第２ミラーと、
を有する、
請求項１〜３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記領域は、照明光学系のハウジングに設けられ、
前記ハウジングは、前記リレーレンズの絞りを兼ねている、
請求項４記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記鏡面を有する部材は、前記ハウジングと別部材からなり、
前記部材は、前記ハウジングの壁部と一体に配置されている、
請求項５記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データプロジェクタ、ホームプロジェクタやシアター向けプロジェクタなどの画像表示装置の小型化と高画質化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタの小型化・高輝度化の要求が強まっている。プロジェクタのうち、特にモバイルプロジェクタでは、さらなる小型化の要求が強まっている。小型化の中でも、特に薄型化（天地方向の寸法の短縮）は、プロジェクタ容積の減少への寄与が大きいため、強く要求されている。
【０００３】
ＤＭＤを用いたプロジェクタとしては、小型で単純な構造の照明光学系を提供するもの（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１は、従来の画像表示装置の投射光学系のイメージサークルＩＣ０と照明光学系のハウジング２０と画像表示装置の非表示時の光であるＯＦＦ状態光束ＯＦＩ０との関係を示す正面図である。また、図２は、従来の画像表示装置の投射光学系と照明光学系のハウジングとＯＦＦ状態光束との関係を示す側断面図である。
【０００５】
ところで、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）８を用いた画像表示装置では、ＤＭＤ８の傾き方向を変化させることにより、スクリーンへ投影される画像の表示と非表示とを切り替えている。
【０００６】
図１と図２に示すように、非表示時のＤＭＤ８への入射光ＩＬは、ＤＭＤ８への入射方向に対してほぼ対角方向に反射されてＯＦＦ状態光束ＯＦＩ０となる。ＤＭＤ８で反射されたＯＦＦ状態光束ＯＦＩ０は、照明光学系のハウジング２０に入射する。
【０００７】
図２に示すように、ＯＦＦ状態光束ＯＦＩ０のハウジング２０への入射点が、投射光学系のイメージサークルＩＣ０内にある場合には、ハウジング２０による散乱光ＯＦＯ０が画像領域Ｅに到達し、ゴースト光Ｇとなってしまう。ゴースト光Ｇが発生することは、表示画像品質を損なうため、好ましくない。
【０００８】
図３にはスクリーンＳ内の画像領域Ｅ外に到達するゴースト光Ｇを一例として示す。
【０００９】
画像表示装置の小型化を図るために、光源と投射光学系光軸のオフセット量が大きくなると、投射光学系のイメージサークルが大きくなってしまう。
【００１０】
一方で、ハウジング２０への入射点がイメージサークルＩＣ０内にあると、ゴースト光Ｇの発生の原因となってしまう。
【００１１】
画像表示装置において、小型化を実現することとＯＦＦ状態光束によるゴースト光Ｇの発生を防止することを両立することは容易ではなかった。
【００１２】
なお、特許文献１の技術では、ハウジングを投射光学系のイメージサークルから退避させているため、十分に小型化されているとは言えない。
【００１３】
また、ゴースト光の発生を防止する他の技術として、ＯＦＦ状態光束のハウジングへの入射点を黒塗りにして反射率を低下させることも行われている。しかし、ハウジングの反射率を低下させたとしても、散乱光の発生が十分に抑制されているとは言えず、ＯＦＦ状態光束の強度によってはゴースト光になってしまう恐れがある。
【００１４】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、装置の小型化と高画質化とを両立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】
【００１５】
本発明は、光源と、光源からの光を反射する反射型画像表示素子と、反射型画像表示素子で反射された光を投射する投射光学系と、を有してなる画像表示装置であって、反射型画像表示素子からのＯＦＦ状態光束が最初に入射する領域は、鏡面となっている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、装置の小型化と高画質化とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の画像表示装置の投射光学系のイメージサークルと照明光学系のハウジングとＯＦＦ状態光束との関係を示す正面図である。
【図２】上記従来の画像表示装置の投射光学系と照明光学系のハウジングとＯＦＦ状態光束との関係を示す側断面図である。
【図３】スクリーン内の画像領域外に到達するゴースト光を一例として示す模式図である。
【図４】本発明に係る画像表示装置の実施の形態を示す光学配置図である。
【図５】上記画像表示装置の投射光学系とＯＦＦ状態光束との関係を示す正面図である。
【図６】上記画像表示装置のＯＮ状態光束を示す模式図である。
【図７】上記画像表示装置のＯＦＦ状態光束を示す模式図である。
【図８】上記画像表示装置の投射光学系と照明光学系のハウジングとＯＦＦ状態光束との関係を示す側断面図である。
【図９】本発明に係る画像表示装置の別の実施の形態における、投射光学系と照明光学系のハウジングとＯＦＦ状態光束との関係を示す側断面図である。
【図１０】本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施の形態における、投射光学系と照明光学系のハウジングとＯＦＦ状態光束との関係を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
●画像表示装置（１）●
以下、本発明に係る画像表示装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
本発明に係る画像表示装置では、非表示時の光であるＯＦＦ状態光束の照明光学系のハウジングへの入射位置が投射光学系のイメージサークル内にあり、ハウジングの入射位置に相当する範囲を鏡面とする。このようにすることで、本発明に係る画像表示装置によれば、ハウジングからの反射光を投射光学系に入射させないようにして、ゴースト光が発生することを防止することができる。
【００２０】
●画像表示装置の構成
図４は、本発明に係る画像表示装置の実施の形態を示す光学配置図である。
【００２１】
画像表示装置１０は、光源１と、反射鏡２と、カラーホイール３と、ロッドインテグレータ４と、リレーレンズ系５と、平面ミラー６と、曲面ミラー７と、ＤＭＤ８と、投射レンズ９と、筐体１１とを有する。
【００２２】
光源１は、例えば超高圧水銀ランプ（ＨＩＤ：High Intensity Discharge lamp）や白色ＬＥＤ（Light
Emitting Diode）などの高輝度の白色光源であり、白色光を放射する。
【００２３】
反射鏡２は、光源１からの光を捕捉して集光し、投射レンズ９に向けて反射する光学部品である。反射鏡２は、例えば回転楕円面の形状を有する。反射鏡２の第１焦点を含むその近傍には、光源１が配置される。光源１から放射された白色光は、反射鏡２によって第２焦点に集光される。
【００２４】
また、反射鏡２の光軸Ａ１上には、カラーホイール３、ロッドインテグレータ４、リレーレンズ系５が順に配置されている。
【００２５】
カラーホイール３は、反射鏡２の第２焦点（集光位置）近傍に、３色（ＲＧＢ：Red Green Blue）の光透過部を備える、円盤状の回転体である。カラーホイール３が回転することにより、反射鏡２からの光がカラーホイール３を透過する時間によって透過した後の光の色が異なる。つまり、カラーホイール３を透過することで、反射鏡２からの光が３色に色分解される。
【００２６】
ロッドインテグレータ４は、カラーホイール３の直後に配置される。ロッドインテグレータ４は、入射部から入射された光を内部反射させて射出面から出射させることで、射出面の光の強度分布を均一に変換する。
【００２７】
リレーレンズ系５は、複数のリレーレンズとして、光源１（ロッドインテグレータ４）側の第１リレーレンズ５１と光源１の反対（ＤＭＤ８、投射レンズ９）側の第２リレーレンズ５２を有する。
【００２８】
リレーレンズ系５は、ロッドインテグレータ４の射出部からの光を透過して、第１ミラーとしての平面ミラー６と第２ミラーとしての曲面ミラー７とを介して、ＤＭＤ８に照射させるためのレンズである。ロッドインテグレータ４の射出部からの光は、第１リレーレンズ５１、第２リレーレンズ５２の順に進む。
【００２９】
平面ミラー６と曲面ミラー７とは、リレーレンズ系５を透過した光をＤＭＤ８に導くミラー光学系を構成する。平面ミラー６と曲面ミラー７とは、画像表示装置１０の装置構成を小型化するために、光源１からの光の方向を変換する。
【００３０】
なお、本発明に係る画像表示装置は、平面ミラー６と曲面ミラー７を有しないものであってもよい。
【００３１】
平面ミラー６と曲面ミラー７とにより光の方向を変換することで、反射鏡２の光軸Ａ１と投射レンズ９の光軸Ａ２とは、互いに直交している。
【００３２】
また、リレーレンズ系５は、反射鏡２の光軸Ａ１と平行な（共通の）光軸を有する。つまり、リレーレンズ系５の光軸は、投射レンズ９の光軸Ａ２と互いに直交している。
【００３３】
ＤＭＤ８は、本発明における反射型画像表示素子の一例である。ＤＭＤ８は、多数の微小鏡面であるマイクロミラーを平面状に配列した表示素子である。
【００３４】
なお、反射型画像表示素子はＤＭＤ８に代えて、液晶パネルでもよい。つまり、本発明において反射型画像表示素子は特定の種類に限定されない。
【００３５】
投射レンズ９は、ＤＭＤ８で反射された光を、不図示のスクリーン等に投射し画像を形成する。投射レンズ９は、本発明における投射光学系に相当する。ここで、カラーホイール３の回転速度（３色の切り替わり速度）は、人間が画像の変化を認識できる時間に対して十分に速い。そのため、残像効果により、投射画像はカラー画像として人間に認識される。
【００３６】
以上のように、カラーホイール３に同期してＤＭＤ８を動作させることで、画像表示装置１０は、カラーホイール３から時分割で照射されるＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応した光から画像を形成することができる。
【００３７】
ここで、ロッドインテグレータ４の射出部とＤＭＤ８とが、リレーレンズ系５と平面ミラー６と曲面ミラー７により共役関係を満足する。また、ＤＭＤ８と不図示のスクリーンとは、投射レンズ９により共役関係を満足する。
【００３８】
筐体１１は、画像表示装置１０の外形形状を構成し、以上説明した画像表示装置１０の装置構成、つまり、光源１と、リレーレンズ系５と、ＤＭＤ８と、投射レンズ９と、を内部に収容する。
【００３９】
●ＤＭＤによる画素表示の仕組み
次に、ＤＭＤによる画像表示の仕組みを説明する。  
【００４０】
図５は、画像表示装置１０の投射光学系とＯＦＦ状態光束との関係を示す正面図である。  
【００４１】
ＤＭＤ８は、多数の微小ミラーからなるデバイスである。ＤＭＤ８は、ミラーの角度を、例えば＋１２°〜−１２°の範囲で変化させることができる。ここで、ＤＭＤ８は、ＤＭＤ８の中心と投射レンズ９の光軸とのオフセット量ＯＳを大きくするために、投射レンズ９のイメージサークルＩＣ１内に配置されている。  
【００４２】
図６は、画像表示装置１０のＯＮ状態光束を示す模式図である。図５と図６とを参照して、画像表示装置の表示時の光（以下「ＯＮ状態光束」という。）を説明する。  
【００４３】
ＯＮ状態光束ＯＮＩ１とは、ＤＭＤ８のミラーの角度が所定の値（例えば−１２°）の場合には、光源からの照明光ＩＬ１のＤＭＤ８のミラーによる反射光が、投射レンズ９内に入るように設定された光である。ＯＮ状態光束ＯＮＩ１を投射レンズ９に入射させることにより、画像表示装置１０は、スクリーンＳに画像を形成（画像表示状態を実現）することができる。  
【００４４】
図７は、画像表示装置１０のＯＦＦ状態光束を示す模式図である。図５と図７とを参照して、ＯＦＦ状態光束を説明する。  
【００４５】
ＯＦＦ状態光束ＯＦＩ１とは、ＤＭＤ８のミラーの角度が所定の値（例えば＋１２°）の場合には、光源からの照明光ＩＬ１のＤＭＤ８のミラーによる反射光が、投射レンズ９に入らないように設定された光である。ＯＦＦ状態光束ＯＦＩ１を投射レンズ９に入射させないことにより、画像表示装置１０は、スクリーンＳに画像を形成しないようにする（非表示状態を実現する）ことができる。  
【００４６】
以上説明したように、ＤＭＤ８を用いた画像表示装置では、照明光ＩＬ１のＤＭＤ８に向かう角度を設定したうえで、ＤＭＤ８のミラーの傾斜角度を制御することにより、不図示のスクリーンにデジタル画像を形成することができる。  
【００４７】
図８は、画像表示装置１０の投射光学系と照明光学系のハウジングとＯＦＦ状態光束との関係を示す側断面図である。  
【００４８】
画像表示装置１０において、照明光学系のハウジング２１の一部の壁部２１ａが、投射レンズ９のイメージサークルＩＣ１内に存在する。ハウジング２１の点線で示す領域にあたる壁部２１ａは、ＤＭＤ８に対して垂直な面となっている。ここで、画像表示装置１０において、ハウジング２１のＤＭＤ８側に面する壁部２１ａを、所定の反射率を有する鏡面（鏡面加工された反射面）としている。また、図８において一点鎖線で示す範囲は、ＯＮ状態光束が投射レンズ９に入射する際の光路である。  
【００４９】
なお、壁部２１ａを反射面として機能させるためには、例えば、アルミ蒸着やメッキ加工などのコーティングを施してもよいし、あるいは鏡面を有する別部材としてミラーをハウジング２１と一体に配置してもよい。
【００５０】
画像表示装置１０では、ＯＦＦ状態光束ＯＦＩ１の反射光ＯＦＯ１が最初に入射する領域であるハウジング２１の壁部２１ａが鏡面となっている。このため、画像表示装置１０では、ＯＦＦ状態光束ＯＦＩ１がハウジング２１に入射したとしても、全ての反射光ＯＦＯ１が拡散反射することなく投射レンズ９の外に導かれる。つまり、画像表示装置１０では、反射光ＯＦＯ１が散乱して投射レンズ９への入射することがない。  
【００５１】
以上説明した実施の形態によれば、壁部２１ａが投射レンズ９のイメージサークルＩＣ１内に設けられたとしても、スクリーンＳ側にゴースト光が発生することがない、小型の画像表示装置を提供することができる。つまり、以上説明した実施の形態によれば、ＤＭＤ８と投射レンズ９光軸とのオフセット量ＯＳが大きい場合であっても、装置の小型化と高画質化とを両立することができる。  
【００５２】
また、以上説明した実施の形態によれば、壁部２１ａをハウジング２１とは別部材とすることで増反射コートがしやすくなるため、加工の容易性を向上することができる。
【００５３】
また、以上説明した実施の形態によれば、画像表示装置１０は、反射鏡２と、ロッドインテグレータ４と、平面ミラー６と、曲面ミラー７とを用いて構成することで、装置構成の小型化を図ることができる。
【００５４】
●画像表示装置（２）●
次に、本発明に係る画像表示装置の別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点であるハウジングとハウジングの壁部を中心に説明する。
【００５５】
図９は、本発明に係る画像表示装置の別の実施の形態における、投射光学系と照明光学系のハウジングとＯＦＦ状態光束との関係を示す側断面図である。  
【００５６】
本実施の形態に係る画像表示装置と先に説明した実施の形態に係る画像表示装置との相違点は、ハウジング２２の壁部２２ａが、ＤＭＤ８に対して垂直ではない点である。  
【００５７】
つまり、ハウジング２２は、壁部２２ａのＹ軸方向の投射レンズ９側が、Ｘ軸方向についてＤＭＤ８寄りに傾斜（オーバーハング）している。換言すれば、壁部２２ａは、投射レンズ９の光軸に垂直な面内において、ＤＭＤ８側よりも投射レンズ９側の方が投射レンズ９の光軸に近くなるように構成される。  
【００５８】
このように、壁部２２ａがオーバーハングしていることにより、本実施の形態に係る画像表示装置では、ＯＦＦ状態光束ＯＦＩ２の反射光ＯＦＯ２が、投射レンズ９からより離れた位置に入射することになる。そのため、本実施の形態に係る画像表示装置では、反射光ＯＦＯ２が投射レンズ９に入射してゴースト光となる可能性をさらに低下させることができる。
【００５９】
以上説明した実施の形態では、先に説明した実施の形態に係る画像表示装置のハウジング２１よりもハウジング２２がオーバーハングしている。つまり、以上説明した実施の形態によれば、反射光ＯＦＯ２が投射レンズ９に入射する可能性を低下させることができるため、ハウジング２１をより小型化することができる。  
【００６０】
したがって、以上説明した実施の形態によれば、さらなる小型化と高画質化とを両立する画像表示装置を構成することができる。
【００６１】
●画像表示装置（３）●
次に、本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点であるハウジングとハウジングの壁部を中心に説明する。
【００６２】
図１０は、本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施の形態における、投射光学系と照明光学系のハウジングとＯＦＦ状態光束との関係を示す側断面図である。  
【００６３】
本実施の形態に係る画像表示装置と先に説明した実施の形態に係る画像表示装置との相違点は、ハウジング２３の壁部２３ａの投射レンズ９側の端部が、リレーレンズ系５の絞り２３ｂとして機能する点である。  
【００６４】
ここで、リレーレンズ系５の絞り２３ｂについて説明する。ＤＭＤ８を用いる画像表示装置における照明光学系の設計では、以下の２つの共役関係を有することが望ましい。  
【００６５】
第１の共役関係は、ロッドインテグレータ４の出口とＤＭＤ８とを共役とすることである。この共役関係は、明るさムラの低減に寄与する。  
【００６６】
第２の共役関係は、リレーレンズ系５の絞り２３ｂと投射レンズ９の入射瞳とを共役とすることである。ここで、リレーレンズ系５の絞り２３ｂにより不要な光を遮蔽しない場合には、不要な光がスクリーンＳに到達する迷光となる。その結果として、画像表示装置が投射する画像のコントラストを低下させてしまうため、画質を劣化させてしまう。  
【００６７】
そこで、本実施の形態に係る画像表示装置では、ハウジング２３の壁部２３ａの投射レンズ９側の端部を絞り２３ｂとして機能させるようにしている。  
【００６８】
以上説明した本実施の形態によれば、先に説明した実施の形態に係る画像表示装置の効果に加えて、絞り２３ｂにより、コントラストの高い高画質な画像表示装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１        ：光源
２        ：反射鏡
３        ：カラーホイール
４        ：ロッドインテグレータ
４ａ      ：入射部
４ｂ      ：射出部
５        ：リレーレンズ系
６        ：平面ミラー
７        ：曲面ミラー
９        ：投射レンズ
１０      ：画像表示装置
１１      ：筐体
２１      ：ハウジング
２１ａ    ：壁部
２２      ：ハウジング
２２ａ    ：壁部
２３      ：ハウジング
２３ａ    ：壁部
２３ｂ    ：絞り
５１      ：第１リレーレンズ
５２      ：第２リレーレンズ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７０】
【特許文献１】特開２００９−０１５２２５号公報
【図１】
2014106463.tif 000003
【図２】
2014106463.tif 000004
【図３】
2014106463.tif 000005
【図４】
2014106463.tif 000006
【図５】
2014106463.tif 000007
【図６】
2014106463.tif 000008
【図７】
2014106463.tif 000009
【図８】
2014106463.tif 000010
【図９】
2014106463.tif 000011
【図１０】
2014106463.tif 000012