(57)【要約】【課題】  反射型画像表示素子およびスクリーン上の被照射面における照度バンランスをシンプルな構成で改善する画像投影装置を得る。【解決手段】  照明光学系と、２次元的に配置された複数の微小ミラーの傾き角度により照明光の反射をさせる反射型画像表示素子と、微小ミラーからの反射光を被投影面に投影する投影光学系と、を有し、照明光学系は、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、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る複数のリレーレンズおよび折り返しミラーと、を有し、投影光学系は、複数のレンズからなる投影レンズと、投影レンズを介して反射光を被投影面に向けて反射するミラーと、を有し、光源と照明均一化素子との光路上に、入射面と出射面が非平行である平板透明部材が配置される、画像投影装置による。【選択図】図1
2014056139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光学系と、
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に変化させることにより照明光の反射をオン・オフさせる反射型画像表示素子と、
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影面に投影する投影光学系と、
を有してなる画像投影装置であって、
前記照明光学系は、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る複数のリレーレンズおよび折り返しミラーと、を有し、
前記投影光学系は、複数のレンズからなる投影レンズと、前記投影レンズを介して前記反射光を前記被投影面に向けて反射するミラーと、を有し、
前記光源と前記照明均一化素子との光路上に、入射面と出射面が非平行である平板透明部材が配置される、
ことを特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
前記平板透明部材は、入射面または出射面のいずれか一方の面の法線を軸とする回転角度が調整された配置で固定される、請求項１記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記平板透明部材は、外形が多角形である、請求項１または２記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記平板透明部材は、外形が矩形である、請求項１乃至３のいずれかに記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記平板透明部材は、外形が正方形である、請求項１乃至４のいずれかに記載の画像投影装置。
【請求項６】
前記平板透明部材は、外形が円形である、請求項１または２記載の画像投影装置。
【請求項７】
前記平板透明部材は、素材が硼珪酸ガラスあるいはボロシリケイトガラスである、請求項１乃至６のいずれかに記載の画像投影装置。
【請求項８】
前記投影光学系は、前記ミラーと前記被投影面との光路上に平板ガラスが配置されていて、前記投影光学系は、前記投影光学系の光軸が前記被投影面と平行になるように配置されている、請求項１乃至７のいずれかに記載の画像投影装置。
【請求項９】
前記平板ガラスは、前記平板ガラスの入出射面の法線が前記被投影面と平行になるように配置されている、請求項８記載の画像投影装置。
【請求項１０】
前記照明光学系は、前記照明均一化素子の入射端近傍または出射端近傍に、回転カラーフィルタが配置されている、請求項１乃至９のいずれかに記載の画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーンに画像を投影して表示する画像投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スクリーンなどに拡大画像を投影する画像投影装置には種々の形式のものがある。例えば、微小ミラーからの反射光によってスクリーンに画像を投影する画像投影装置は、反射型画像表示素子としてＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１の画像投影装置は、コンデンサレンズ、第１の折り返しミラー、第２の折り返しミラーからなる照明光学系を備えていて、この照明光学系を介してランプ光源から出射された光はＤＭＤに照射される。ＤＭＤに照射された光（照明光）は、ＤＭＤを構成する微小ミラーにより反射されて、投影レンズを介してスクリーンに拡大画像を投影する。
【０００３】
また、ＤＭＤを用いた画像投影装置において、結像および光路の折り返しミラーを複数枚配置しても、投影レンズに最も近いミラーが投影レンズと機械的に重ならないように、このミラーの一部に切り欠き部を形成するものも知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００４】
特許文献２の画像投影装置における切り欠き部は、投影レンズの一部と折り返しミラーの一部が機械的に重ならないようにするものであるから、投影レンズの形状に応じた形状になる。ところが、照明光学系を構成するミラーに切り欠き部を設けると、ＤＭＤ上およびスクリーン上における照度分布に照度ムラが生じる原因となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、照明光学系に光ミキシング素子を用いる画像投影装置は、ＤＭＤ上やスクリーン上の照度分布の均一性を光ミキシング素子によって確保する。照度分布の均一化を向上させると、照度ムラの少ない高画質な投影画像を得ることができる。光ミキシング素子は、入射したランプ光源からの放射光束を内部で多重反射させて出力する素子であって、光ミキシング素子の出力端（光ミキシング素子出射端）における照度分布は均一化される。光ミキシング素子は長いものほど内部反射回数が多くなるから、照度分布の均一化を向上させるには光ミキシング素子を長くすればよい。
【０００６】
しかし、光ミキシング素子を長くすると照明系が大きくなり、画像投影装置が大型になり、画像投影装置の小型化は困難になる。一方、画像投影装置全体の小型化を図るために光ミキシング素子を短くすると、内部反射回数が少なくなり、光ミキシング素子への入射光束の相対位置ずれや角度ずれにより、光ミキシング素子の出射端における照度分布に影響が生じる。
【０００７】
光ミキシング素子を長くすることなく、光ミキシング素子の出射端における照度分布を調整するものとして、ランプ光源の配置位置調整機構と配置角度調整機構を設けた照明系を備える画像投影装置がある。しかし、配置位置調整機構や配置角度調整機構は構造が複雑になる。また、配置位置調整機構や配置角度調整機構は、少なくともランプ光源の外形サイズ並みの大きさが必要になる。そのため、調整精度の維持や、耐衝撃性においても新たな課題が生じる。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、反射型画像表示素子およびスクリーン上の被照射面における照度バンランスをシンプルな構成で改善して、投影画像の高品質化を図ることができる画像投影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】
【０００９】
本発明は、照明光学系と、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に変化させることにより照明光の反射をオン・オフさせる反射型画像表示素子と、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影面に投影する投影光学系と、を有してなる画像投影装置であって、前記照明光学系は、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る複数のリレーレンズおよび折り返しミラーと、を有し、前記投影光学系は、複数のレンズからなる投影レンズと、前記投影レンズを介して前記反射光を前記被投影面に向けて反射するミラーと、を有し、前記光源と前記照明均一化素子との光路上に、入射面と出射面が非平行である平板透明部材が配置される、ことを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反射型画像表示素子およびスクリーン上の被照射面における照度バランスをシンプルな構成で改善して、投影画像の高品質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る画像投影装置の実施の形態を示す図であって、照明光学系と投影光学系の配置関係を示す斜視図である。
【図２】上記照明光学系と投影光学系の配置関係を示す側面図である。
【図３】上記照明光学系を拡大した拡大図である。
【図４】上記照明光学系の配置関係を示す拡大図であって、（ａ）防護ガラスの回転角γが０度の場合、（ｂ）防護ガラスの回転角γが−３０度の場合、（ｃ）防護ガラスの回転角γが３０度の場合、の固定態様を示す図である。
【図５】上記防護ガラスの外形を示す図である。
【図６】上記画像投影装置が備える反射型画像表示素子の例を示す斜視図である。
【図７】上記画像投影装置が備える第１照明用ミラーの例を示す斜視図である。
【図８】上記画像投影装置が備える投影ミラーの例を示す斜視図である。
【図９】上記画像投影装置が備える反射型画像表示素子の照度分布の例を示す等高線図である。
【図１０】上記画像投影装置が備える反射型画像表示素子の照度分布の別の例を示す等高線図である。
【図１１】上記画像投影装置が備える反射型画像表示素子の照度分布のさらに別の例を示す等高線図である。
【図１２】上記画像投影装置とスクリーンの配置関係を示す図である。
【図１３】上記画像投影装置が備える防塵ガラスへの入射角度と被投射面上の投影位置の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る画像投影装置の実施の形態について図面を用いながら説明する。図１は、本発明に係る画像投影装置であるプロジェクタ１００が備える照明光学系と投影光学系の配置関係を示す一方向からみた斜視図である。図１に示すように、プロジェクタ１００が備えるランプ光源１から出射される光束の光軸をｚ軸とし、プロジェクタ１００の水平面内の一方向をｘ軸とし、ｚ軸にもｘ軸にも直交する軸をｙ軸とする。
【００１３】
図２は、プロジェクタ１００が備える照明光学系と投影光学系の位置関係を示す図であって、ｘ軸方向からみた配置図である。
【００１４】
図１２は、プロジェクタ１００と被投影面であるスクリーン１０１の配置関係を示す配置図である。図１２に示すようにプロジェクタ１００から出射された光がスクリーン１０１に投影されて、スクリーン１０１に拡大画像が表示される。
【００１５】
ランプ光源１は、キセノンランプ、水銀ランプ、あるいはメタルハライドランプなどからなる発光体を内部に備える光源である。発光体から放射される光束が発光体の内側に設けられているランプリフレクタである集光ミラー（集光器）により所定の位置に集光される。ランプ光源１はその前端部にランプカバー（不図示）が取り付けられている。ランプカバーの前面には平板透明部材である防爆ガラス１２が、ランプ光源１と後述する光ミキシング素子２との光路上に、配置されている。防爆ガラス１２の入射面１２１または出射面１２２には、赤外線（ＩＲ）カットフィルター、紫外線（ＵＶ）カットフィルターとして多層膜が形成されている。
【００１６】
防爆ガラス１２についで、回転カラーフィルタであるカラーホイール１３が配置されている。カラーホイール１３は円形の部材であって、ランプ光源１の光軸（図中のｚ軸）に対し１０°の傾きをもって配置される。カラーホイール１３は、ランプ光源１から発せられた白色光に所定の色を付すための色分離手段である。カラーホイール１３は、円形の平板を複数の色領域に分けてなり、中心には回転の動力となるモータが取り付けられている。モータを高速回転させると、カラーホイール１３は、時分割で各色光を発生させることができる。
【００１７】
具体的には、カラーホイール１３は、ガラス平面に多層膜を蒸着したカラーフィルタである。基本的には、各色領域は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかと、白（白色または透明であって多層膜を形成しない部分）を加えた４つの領域である。白の領域を設ける理由は、明るさ増大のためである。色再現性を高めるために、黄（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）などの色領域を加えてもよい。カラーホイール１３はセンサーを備えていて、各色の位置情報を把握することができる。このカラーホイール１３の位置情報と、後述するＤＭＤ７の微小ミラーの動作を同調させることで、カラー投影画像を形成することができる。
【００１８】
なお、本実施の形態では、カラーホイール１３を防爆ガラス１２と後述する光ミキシング素子２の間に配置しているが、これに限ることはない。例えば、カラーホイール１３を光ミキシング素子２の出力端側に配置してもよい。
【００１９】
ここで、防爆ガラス１２について、詳細に説明する。図３は、ランプ光源１と防爆ガラス１２の配置関係を示す図であって、ｘ軸方向からみた図である。図３に示すように、防爆ガラス１２は、入射面１２１と出射面１２２が非平行であって、ｙ−ｚ平面における断面形状が略台形である。入射面１２１は、光軸（ｚ軸）に対して、ランプ光源１側に略１０度傾斜している。これは、防爆ガラス１２によって反射される不要な光が、ランプ光源１側へ戻るのを防ぐためである。
【００２０】
このように、入射面１２１と出射面１２２が非平行の面である防爆ガラス１２を、ランプ光源１の前面に配置することで、ランプ光源１から出射される光束の進行方向を変更することができる。すなわち、防爆ガラス１２によって、後述する光ミキシング素子２への光束の入射角を調整することができる。光ミキシング素子２への光束の入射角が調整されると、後述するＤＭＤ７の被照射面（微小ミラーの反射面）に照射される照明光の照度バランスを改善することができる。このＤＭＤ７における照度バランスの改善によって、スクリーン１０１に投影される画像の高品質化を図ることができる。併せて、画像投影装置の低コスト化と小型化を図ることもできる。
【００２１】
図４は、防爆ガラス１２の固定態様を示す図であって、（ａ）光軸方向（ｚ軸方向）の回転角γが０度の場合、（ｂ）−３０度の場合、（ｃ）３０度の場合、を示している。回転角γは、入射面１２１から出射面１２２に向かう法線に対して右回り方向を正としている。防爆ガラス１２は、図４に示すように回転角γを調整して固定することができる。
【００２２】
このように、入射面１２１または出射面１２２のいずれか一方の面を、光軸方向に対して回転させて固定することで、ランプ光源１から出射される照明光の向きを変えて、光ミキシング素子２への入射角を調整することができる。これにより、ＤＭＤ７の被照射面（微小ミラーの反射面）に照射される照明光の照度バランスとスクリーン１０１上の照度バランスを改善することができ、投影画像の高品質化を図ることができる。また、画像投影装置の低コスト化と小型化を図ることもできる。
【００２３】
さらに、調整箇所は防爆ガラス１２の回転角γのみであって、１軸の調整で済むため、複数の複雑な調整機構が不要になり、調整工程も容易かつ調整時間の短縮化も図ることができる。
【００２４】
防爆ガラス１２の形状は、様々な形状であってもよい。図５は、防爆ガラス１２をｚ軸（光軸）方向から見た図である。図５（ａ）に示すような多角形であってもよいし、図５（ｂ）に示すような矩形であってもよい。また、図５（ｃ）に示すような円形であってもよい。また、防爆ガラス１２の形状は、正方形であってもよい。
【００２５】
例えば、防爆ガラス１２の形状を多角形や矩形または正方形にすると、ランプ光源１のリフレクタの回転中心軸まわりの予め決められた角度に、防爆ガラス１２を簡単に配置できる。これによって、ランプ光源１からの照明光の向きを、防爆ガラス１２を用いて容易に調整できる。
【００２６】
また、例えば、防爆ガラス１２の形状を円形にすると、ランプ光源１のリフレクタの回転中心軸まわりの予め決められた角度に、防爆ガラス１２を簡単に配置できる。そのため、ランプ光源１からの照明光の向きを、防爆ガラス１２を用いて、任意の方向に調整できる。
【００２７】
また、図５に示すように、防爆ガラス１２の入射面１２１には、照明光の非通過領域を示すマーキング９９が施されていてもよい。これによって、マーキング９９を配置角度の目安にすることができるので、防爆ガラス１２の取り付け精度を高めることができ、かつ、取り付け時間を短縮することができる。
【００２８】
また、防爆ガラス１２は、図５（ｄ）に示すように、入射面１２１は光軸に対して垂直の面とし、出射面１２２は光軸に対して傾斜している面を有する形状であってもよい。
【００２９】
なお、防爆ガラス１２は、珪酸ガラスまたはボロシリケイトガラスを素材とすればよい。これらのいずれかを素材とすることで、防爆ガラス１２はランプ光源１の近傍に配置されても、高温環境下の運用に、十分な耐性を備える。これによって、プロジェクタ１００の信頼性が向上する。
【００３０】
図１に戻る。カラーホイール１３の後ろ側（ｚ軸方向側）であって、ランプ光源１から出射される光束の光路上には照明化均一素子である光ミキシング素子２が配置されている。光ミキシング素子２の入射端は、上記光束の焦点位置近傍に位置する。本実施の形態においては、光ミキシング素子２として、矩形の開口部を有する周知のライトトンネルを用いる。光ミキシング素子２は、反射面を内側にした４枚の板状のミラーによる四角筒である。
【００３１】
ランプ光源１から出射される光束の焦点位置は、光ミキシング素子２の一端である入射端近傍にあるので、上記光束は光ミキシング素子２に入射する。入射した光束は、４枚のミラーの内面で反射を繰り返し、光ミキシング素子２の他端である出射端から照度分布が均一化された照明光として出射される。光ミキシング素子２の出力端から出射される照明光は、照度分布が均一化された横断面形状が矩形の照明光である。なお、光ミキシング素子２として、ライトトンネルのほかに、公知のロッドインテグレータ、ライトパイプなどを用いてもよい。
【００３２】
光ミキシング素子２から出射された照明光の光路上には、第１リレーレンズ３１と第２リレーレンズ３２からなるコンデンサレンズ３と、第１照明用ミラー４と、第２照明用ミラー５が、この順に配置されている。コンデンサレンズ３と第１照明用ミラー４は、光ミキシング素子２から出射する照明光の略直進路上にある。第１照明用ミラー４はシリンダーミラーであって、光ミキシング素子２から出射される照明光を斜め上方に向かって折り曲げて反射するように、ｘ軸方向にもｚ軸方向にも傾いた斜め上向きの姿勢で配置されている。第２照明用ミラー５は凹面ミラーであって、第１照明用ミラー４による反射光を下方に配置されている反射型画像表示素子であるＤＭＤ７に向けて下方に折り曲げて反射するように、ｘ軸方向にもｚ軸方向にも傾いた斜め下向きの姿勢で配置されている。
【００３３】
このように、ランプ光源１から出射された照明光は、コンデンサレンズ３、第１照明用ミラー４、第２照明用ミラー５を順に通過することにより、照明光の横断面形状が整形される。整形された照明光は、第２照明用ミラー５で反射されて、ＤＭＤ７に照射される。ＤＭＤ７の前面にはカバーガラス６が配置されている。ＤＭＤ７は、ほぼ水平面（ｘｚ平面）に沿って配置され、ＤＭＤ７が有している微小ミラーがオンのとき、第２照明用ミラー５を経て照射される照明光を垂直方向上方に向かって反射するようになっている。光ミキシング素子２の出射端とＤＭＤ７の微小ミラー面（反射面）は、コンデンサレンズ３、第１照明用ミラー４、第２照明用ミラー５からなる照明光学系により略共役関係になっている。これによって、光ミキシング素子２の出射端の照明光の照度分布が均一であれば、ＤＭＤ７の微小ミラー面には照明光が均一に照射されて、ＤＭＤ７の有効反射面は均一な照度分布になる。
【００３４】
光ミキシング素子２の出射端には光ミキシング素子２の配置調整手段が設けられている（不図示）。配置調整手段は、光ミキシング素子２の出射端を矩形開口の長手方向および短手方向に傾動させる手段であって、例えば、光ミキシング素子２の出力端を、図１の符号１０５と符号１０６において示す方向に傾動させる。この配置調整手段によって、ＤＭＤ７の照射光の位置調整がなされる。
【００３５】
コンデンサレンズ３を構成する第１リレーレンズ３１と第２リレーレンズ３２の出射面は非球面である。第１リレーレンズ３１と第２リレーレンズ３２の非球面式は、以下の式１によって定義される。また、第１リレーレンズ３１と第２リレーレンズ３２の曲率半径および非球面係数は、後述する表１に示す通りである。
（式１）
2014056139.tif 000003
【００３６】
第１照明用ミラー４は、シリンダ形状の反射面を持つミラーであり、第２照明用ミラー５は球面形状の反射面を持つ凹面ミラーである。第１照明用ミラー４のシリンダ面は、図７に示すように曲率半径をＲｘ、Ｒｙとするとき、Ｒｘ＝−４７５ｍｍ、Ｒｙ＝∞（平面）の凹のシリンダ面である。
【００３７】
照明光はコンデンサレンズ３から、第１照明用ミラー４、第２照明用ミラー５、ＤＭＤ７を経て投影光学系８に至るまでに、三次元的に数回反射される。その間に照明光が上記各部材によって干渉されないように、第１照明用ミラー４と第２照明用ミラー５は、ｘ軸、ｙ軸方向に対して傾くとともに、平面方向から見て、投影光学系８の光軸を中心にしてその周囲に配置されている。
【００３８】
なお、本実施の形態では、画像表示素子の例として、反射型画像表示素子であるＤＭＤ７を用いている。しかし、本発明に係る画像投影装置は、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。
【００３９】
ここでＤＭＤ７について説明する。図６はＤＭＤ７の構成を説明する斜視図である。図６において、ＤＭＤ７は、２次元状に配置された符号７−１から符号７−ｋで示される微小ミラーを有してなる。各微小ミラーはそれぞれ独立して傾きを変化（偏向角度は±１２°）させることができる。各微小ミラーの傾きによって、反射光の出射角度を変化させる。この出射角度の変化によって各微小ミラーのＯＮ状態とＯＦＦ状態を作る。
【００４０】
ＤＭＤ７は、例えば、長手方向にＭ＝１２８０個、短手方向にＮ＝８００個、計１０２４０００個の微小ミラーにより構成される。この場合、微小ミラーのサイズは１０ミクロン角であって、ピッチは１０．８ミクロンである。また、アスペクト比は１２８０：８００＝１６：１０、有効領域サイズは１３．８２４ｍｍ×８．６４ｍｍ、対角長０．６５インチである。このＤＭＤ７による投影画像の解像度は、ＷＸＧＡ（１２８０画素×７６８画素）であって、投影される画像サイズは、最大８０インチである。
【００４１】
図１に戻る。投影光学系８は、ｙ軸方向を光軸とする投影レンズ１０と第１投影ミラー８１と第２投影ミラー８２により構成される。投影レンズ１０は、鏡胴の内部に第１投影レンズから第１１投影レンズを備えている。
【００４２】
プロジェクタ１００において、第１投影ミラー８１と第２投影ミラー８２との上端に近接してｘ軸とｚ軸を含む面に平行に、平板ガラスである防塵ガラス９が、第２投影ミラー８２とスクリーン１０１との間の光路上に、配置されている。投影レンズ１０の光軸はｙ軸に平行であるから、スクリーン１０１とも平行である。この防塵ガラス９はプロジェクタ１００の筐体の天板（不図示）に設けられていて、プロジェクタ１００内部への防塵作用を発揮する。
【００４３】
投影光学系８の第２投影ミラー８２で反射して防塵ガラス９を透過する投影光線は、スクリーン１０１の左右の下隅に向かう光線ほど防塵ガラス９への入射角度が大きくなるから、透過損失が大きくなる。
【００４４】
図１３は、スクリーン１０１の中央部とスクリーン１０１の上下左右の隅に向かう光線の防塵ガラス９への入射角度を示した図である。防塵ガラス９への入射角度は、スクリーン１０１の全域では２０度弱〜約８０度と広範囲なものになる。入射角度はスクリーン１０１の中央から左右下隅に近づくにしたがって大きくなり、左右下隅に向かう光線で８０度以上となる。一般に光学素子への入出射角度は大きくなるほど透過率が低下するため、スクリーン１０１の左右下隅では防塵ガラス９による透過損失により照度低下が発生しやすい。
【００４５】
●光学部品の仕様
ここで、プロジェクタ１００が備える光学部品の仕様について、表１乃至表５を用いて示す。上記ランプ光源１からＤＭＤ７までの照明光学系の部品仕様を表１に、各光学部品の配置座標を表２に示す。なお、光学部品の配置座標の原点はＤＭＤ７の中心とする。よって、ＤＭＤ７の長手方向がｚ軸、短手方向がｘ軸、ＤＭＤ７の法線方向がｙ軸となる。また、ｘ、ｙ、ｚ軸回りの回転をα、β、γとする。ランプ光源１の光軸はｚ軸方向になる。
【００４６】
表１、表２において、「ライトトンネル２」とは光ミキシング素子２のことである。また、「レンズ１」とは第１リレーレンズ３１、「レンズ２」とは第２リレーレンズ３２のことである。また、「第１ミラー４」は第１照明用ミラー４、「第２ミラー５」は第２照明用ミラー５のことである。
【００４７】
（表１）
2014056139.tif 000004
【００４８】
（表２）
2014056139.tif 000005
【００４９】
表３および表４は、投影光学系８を構成する光学系部品の仕様を示し、表５は、スクリーン１０１に投射される画面サイズが８０インチの場合における投影光学系８の光学部品の配置座標を示す。なお、表３中の「平板ガラス９」は防塵ガラス９のことである。また、表中の「投影レンズ１乃至１１」は、第１レンズ乃至第１１レンズのことである。また、表中の投影レンズ１、投影レンズ１０、投影レンズ１１は両側非球面レンズである。各々の非球面形状は、数式１で定義される非球面式と表３の数値で表される。また、第２投影ミラー８２は、反射面のローカル座標を図８に示すように定義した場合に、数式２で定義される非球面式と表４の数値を用いて表される非球面である。
【００５０】
（表３）
2014056139.tif 000006
【００５１】
（表４）
2014056139.tif 000007
【００５２】
（表５）
2014056139.tif 000008
【００５３】
（式２）
2014056139.tif 000009
【００５４】
ここで、ＤＭＤ７の有効領域上の照度分布に関する演算シミュレーションの結果を図９に示す。図９に示す照度分布は、ＤＭＤ７の有効領域内照度の最大値を１として規格化した規格化照度分布である。なお、後述する各照度分布も同様である。設計中央値における防爆ガラス１２の回転角γは９０度である。照度分布の最小値は６８.６％（照度最大値を１００％とした場合）である。先述したように光ミキシング素子２の出射端面とＤＭＤ７の反射面は略共役関係になっている。よって、ＤＭＤ７上の照度分布に照度ムラが生じないようにするには、光ミキシング素子２の出射面で照度が均一になっている必要がある。
【００５５】
しかし、光ミキシング素子２の出射面の照度分布は、各光学部品の製造誤差や配置誤差によって、設計中央値通りにはならない場合がある。例えば、ランプ光源１における回転角α（図４（ａ）に示すランプ取付基準面上の点Ｃを回転中心とした場合のｘ軸まわりの回転であって、ｘ軸の正の方向に対して右回りを負とする回転角）が−２度だけ傾いて配置された場合、ＤＭＤ７上の照度分布の例は図１０に示すようになる。
【００５６】
図９に示した設計中央値の照度分布と、図１０に示した照度分布とを比較すると、図９の照度分布における照度最小値が６８.６％であるのに対して、図１０の照度分布では照度最小値は６０.０％まで低下する。特に、図１０の破線楕円で囲った領域の照度の落ち込みが大きい。これは、光ミキシング素子２の出射面で照度分布ムラが生じているということを意味する。これによって、スクリーン１０１上でも照度ムラが生じ、投影画像の品質劣化の原因となる。
【００５７】
一般に、ランプ光源１の配置角度の誤差を有する方向が、光ミキシング素子２の開口の短手方向よりも、長手方向の方が光ミキシング素子２の出力端における照度分布への影響は大きい。ランプ光源１の製造誤差や配置誤差に伴う光ミキシング素子２の出射面での照度分布を直すには、ランプ光源１の配置誤差を補正するか、光ミキシング素子２の長さを伸ばすなどの方法がある。前者はランプ光源１の保持構造を改良する必要があり、比較的大きな機構部が必要になる。このため、外部衝撃に対して精度を維持するのが難しくなるほか、調整も難しい。後者は光ミキシング素子２の寸法に応じてプロジェクタ１００全体を大きくすることになるから、コストアップにもつながる。また、光ミキシング素子２の内部での反射回数が増加するので光ミキシング素子２における光量減衰が大きくなる。
【００５８】
そこで、プロジェクタ１００は、ランプ光源１の製造誤差や配置誤差に伴う光ミキシング素子２の出射面、ＤＭＤ７の反射面での照度分布の設計中央値からのずれを、前述したように、ランプ光源１直後に配置された防爆ガラス１２によって是正する。防爆ガラス１２は、入射面１２１と出射面１２２が非平行となるような形状とし、防爆ガラス１２は入射面１２１の法線方向まわりに回転可能であって、所定の回転角度に調整して、その後固定配置する構成を備えている。
【００５９】
図１１は、ランプ光源１の回転角αが−２度であって、防爆ガラス１２の回転角γを０度に調整した状態（図４（ａ）参照）における、ＤＭＤ７上の照度分布の演算シミュレーション結果である。図１１に示すように、照度最小値は７１.４％である。このように、防爆ガラス１２を配置することによって、図９の設計中央値に等しい照度まで、ほぼ補正される。
【００６０】
防爆ガラス１２の形状は、前述したように、多角形や矩形および円形である。多角形や矩形の防爆ガラス１２を用いれば、防爆ガラス１２の配置にあたり、回転角γを容易に調整することができる。これによって、防爆ガラス１２の組付け時間の短縮化や低コスト化を図ることができる。円形の防爆ガラス１２を用いれば、回転角γを任意の角度にセットすることができる。これによって、任意のランプ光源１の製造誤差や配置誤差に対応することができる。
【００６１】
また、防爆ガラス１２の形状がいずれの形状であっても、ランプ光源１から出射された光束の非通過領域を示すマーキング９９を、入射面１２１または出射面１２２に施すことで、防爆ガラス１２の回転方向の視認性を確保することができる。これによって、プロジェクタ１００の組立性や生産性の向上を図ることができる。
【００６２】
以上のように、本発明に係る画像投影装置は、調整箇所が防爆ガラス１２の回転角αの１軸のみであるから、複雑な調整機構を複数備える必要がなく、照度バランスの調整作業は容易であって、短時間で調整できる。
【００６３】
また、本発明に係る画像投影装置は、図１３に示したように投射系の防塵ガラス９への入出射角の範囲が広くなるため、スクリーン上の照度ムラが出やすいが、上記の防爆ガラス１２によって、スクリーン上の照度バランスも改善することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１    ランプ光源
２    光ミキシング素子
３    コンデンサレンズ
４    第１照明用ミラー
５    第２照明用ミラー
６    カバーガラス
７    ＤＭＤ
８    投影光学系
９    防塵ガラス
１２  防爆ガラス
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】特開２０００−０９８２７２号公報
【特許文献２】特開２００４−１３８６６８号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１２】
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【図１３】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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