(57)【要約】  本発明は、光源から発せられた光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニット、その平行光出力ユニットを備えたプロジェクタ、およびそのプロジェクタを有する立体像表示ユニットに関し、低コストで取り扱い易くすることを目的とし、光源２１１から発せられた拡散光に由来する光が集束する所定点１１０と、入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する点が所定点１１０に一致し、所定点１１０を通過してきた光を反射あるいは屈折させて第１平行光ＰＬ１を生成する第１光学部材１１１とを有する。
2010026640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散光を発する光源から発せられた拡散光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニットにおいて、
前記光源から発せられた拡散光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて第１平行光を生成する第１光学部材とを有することを特徴とする平行光出力ユニット。
【請求項２】
前記第１平行光に由来する光を反射あるいは屈折させて、該第１平行光の照射面積よりも小さな照射面積の第２平行光を生成する第２光学部材を有することを特徴とする請求項１記載の平行光出力ユニット。
【請求項３】
前記所定点を通過してきた光が前記第１光学部材に当たる該第１光学部材上の位置を変更する変更手段を有するものであることを特徴とする請求項１記載の平行光出力ユニット。
【請求項４】
前記第１光学部材が、第１回転軸を中心にして第１放物線を回転させたときにできる放物面を有するものであり、
前記第２光学部材が、前記第１回転軸に対して平行な第２回転軸を中心にして第２放物線を回転させたときにできる放物面を有するものであり、
この平行光出力ユニットがさらに、
前記所定点に、前記第１光学部材の放物面に焦点側から前記第１回転軸と平行に入射した光が集束する点を一致させた状態で該第１回転軸と前記第２回転軸とを平行に保ったまま、前記第１光学部材と前記第２光学部材を相対的に移動させる移動機構を有することを特徴とする請求項１記載の平行光出力ユニット。
【請求項５】
前記所定点と前記第１光学部材との間に光路補正部材を有するものであり、
前記光路補正部材が、
前記所定点の位置に設けられた入射口から出射口に向けて漸次拡径し、内周面が該入射口から入射した光を反射するともに外周面も光を反射し、該入射口と該出射口の間に前記第１光学部材の焦点が位置した内側反射鏡と、
光を反射する内周面が前記内側反射鏡の外周面とは間隔をあけて該外周面を取り囲むように配置され、該内周面と該内側反射鏡における入射口との間に位置する入射側開口、および該内周面と該内側反射鏡における出射口との間に位置する出射側開口を有し、該内周面が該入射側開口から該出射側開口に向けて漸次拡径した外側反射鏡と、
前記入射口および前記入射側開口から入射した光が、前記第１光学部材から見て、該入射口および前記出射口の間に集束していることになるように該光に作用するレンズとを備えたことを特徴とする請求項１記載の平行光出力ユニット。
【請求項６】
光源から発せられた光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニットにおいて、
前記光源から発せられた光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて第１平行光を生成する第１光学部材と、
前記所定点を通過してきた光が前記第１光学部材に当たる該第１光学部材上の位置を変更する変更手段とを有するものであることを特徴とする平行光出力ユニット。
【請求項７】
水平方向と垂直方向それぞれに複数個ずつ配列された画素によって構成された画像を表す画像データに基づいて画素に応じた光を、垂直方向に走査するとともに水平方向にも走査しながら照射するプロジェクタにおいて、
前記画素に応じた拡散光を発する光源と、
前記光源から発せられた拡散光から平行光を生成する光学系とを備え、
前記光学系が、前記光源から発せられた拡散光に由来する光が集束する所定点と、入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する点が該所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて第１平行光を生成する第１光学部材とを有するものであることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項８】
前記第１光学部材が、該所定点を通過してきた光を水平方向および垂直方向のうちの少なくとも一方の方向に走査しながら、該光を反射あるいは屈折させて第１平行光を生成するものであることを特徴とする請求項７記載のプロジェクタ。
【請求項９】
前記光学系が、前記第１平行光に由来する光の、水平方向の走査と垂直方向の走査とを別々に行う２つに分かれた走査光学部材、および該光の、水平方向の走査と垂直方向の走査を同時に行う共通の走査光学部材のうちのいずれか一方の走査光学部材を備え、さらに、前記２つに分かれた走査光学部材を備えている場合には、該２つに分かれた走査光学部材のうち光の進行方向上流側に配置された走査光学部材の位置に焦点位置が一致し、前記共通の走査光学部材を備えている場合には、該共通の走査光学部材が設けられた位置に焦点位置が一致し、前記第１平行光に由来する光から第２平行光を生成する第２光学部材を備えたものであることを特徴とする請求項７記載のプロジェクタ。
【請求項１０】
切り口を異ならせて立体物を出射光に交わる面で切断したときの該立体物を表す複数の画像を該出射光によって表示するプロジェクタと、該プロジェクタの出射光が照射されるスクリーン装置とを有する立体像表示ユニットにおいて、
前記プロジェクタが、
前記画素に応じた拡散光を発する光源と、
前記光源から発せられた拡散光から平行光を生成し、生成した平行光を出射する光学系とを備え、
前記光学系が、
前記光源から発せられた拡散光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて第１平行光を生成する第１光学部材と、
前記第１平行光に由来する光の、水平方向の走査と垂直方向の走査とを別々に行う２つに分かれた走査光学部材、および該第１平行光に由来する光の、水平方向の走査と垂直方向の走査を同時に行う共通の走査光学部材のうちのいずれか一方の走査光学部材とを備え、
さらに、前記２つに分かれた走査光学部材を備えている場合には、該２つに分かれた走査光学部材のうち光の進行方向上流側に配置された走査光学部材の位置に焦点位置が一致し、前記共通の走査光学部材を備えている場合には、該共通の走査光学部材が設けられた位置に焦点位置が一致し、前記第１平行光に由来する光から第２平行光を生成する第２光学部材を備えたものであり、
前記スクリーン装置が、
前記プロジェクタからの出射光が照射されるスクリーン部と、
前記スクリーン部の、前記出射光の進む方向における位置を変化させる駆動部とを有するものであることを特徴とする立体像表示ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から発せられた光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニット、その平行光出力ユニットを備えたプロジェクタ、およびそのプロジェクタを有する立体像表示ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の懐中電灯やサーチライトのような平行光を得ることを目的とする照明装置では反射鏡またはレンズを用いて完全な平行光を得ることを理想としながらも、反射鏡またはレンズの焦点と重なる位置に点光源とは言い難いほど大きな光源部品（フィラメントや電球など）を配置している。このため、光源部品の大きさの分、焦点との位置のずれが大きくなり、得られる光線は平行光とは言い難い程、乱れが生じてしまう。さらに、光源部品自身が光の進行を遮る構造となっているため光量損失も大きい。【０００３】
ここで、レーザダイオードを用いれば平行光は容易に得られる。しかし、レーザダイオードは、上述のフィラメントや電球に比べて高価になってしまう。【０００４】
また、平行光が得られたとしても、平行光の照射面積を調整することができなければ、せっかく得られた平行光を広く利用することができない。そのため、従来より、平行光の照射面積を調整する技術がいくつも提案されている（例えば、特許文献１、２等参照）。ところが、これらの提案では、平行光の照射面積を連続的には変更させることができなかったり、あるいは連続的に変更させようとして大掛かりな機構になってしまいコストが必要以上にかかるといった問題がある。
【特許文献１】特開平８−２７８２５９号公報
【０００５】
【特許文献２】特開平９−２４８６８５号公報
【０００６】
（発明が解決しようとする課題）
したがって、拡散光から平行光を低コストに生成する技術や、平行光の照射面積を低コストで連続的に変更する技術の登場が待ち望まれている。【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、低コストで取り扱い易い平行光出力ユニット、その平行光出力ユニットを備えたプロジェクタ、およびそのプロジェクタを有する立体像表示ユニットを提供することを目的とする。
【発明の開示】
【０００８】
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するための本発明の第１の平行光出力ユニットは、拡散光を発する光源から発せられた拡散光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニットにおいて、
上記光源から発せられた拡散光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する点が上記所定点に一致し、その所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて第１平行光を生成する第１光学部材とを有することを特徴とする。
【０００９】
ここにいう拡散光に由来する光とは、その拡散光そのものであってもよいし、その拡散光が反射や屈折した光であってもよい（以下、同じ。）。また、光とは、電磁波のうち、反射や屈折を利用してその進路を人為的に操作することのできる、電波やＸ線等を含む広い概念のものである（以下、同じ。）。さらに、第１光学部材には、レンズや放物面鏡等の鏡が含まれる。また、入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する点とは、後述する場合等を除いて一般的には焦点が相当する。以下、説明をわかりやすくするため、入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する点を、後述する場合を除いて焦点として説明を行う。
【００１０】
本発明の平行光出力ユニットは、拡散光を発する光源よりも遙かに小さい上記所定点に焦点が一致した上記第１反射鏡を有するため、平行光を低コストに得ることができる。また、本発明は、上記光源を構成要件にするものではないが、本発明によれば、光源から平行光に至る光の経路を、光源自身と干渉することのない所定の範囲内で調整することができるため、光源自身が光の進行を遮る構造を採る必要がなくなる。
【００１１】
また、本発明の平行光出力ユニットにおいて、上記第１平行光に由来する光を反射あるいは屈折させて、その第１平行光の照射面積よりも小さな照射面積の第２平行光を生成する第２光学部材を有することが好ましい。さらに、第２光学部材には、レンズや放物面等の鏡が含まれる。
【００１２】
ここにいう上記第１平行光に由来する光とは、その第１平行光が反射や屈折した光（例えば拡散光）であってもよいし、その第１平行光そのものであってもよい。
【００１３】
こうすることで、平行光の照射面積を簡単な構造で小さくすることができる。
【００１４】
さらに、本発明の平行光出力ユニットにおいて、上記所定点を通過してきた光が上記第１光学部材に当たるその第１光学部材上の位置を変更する変更手段を有するものである態様も好ましい。
【００１５】
この態様によれば、平行光の照射面積を簡単な構造で変更することができる。
【００１６】
また、本発明の平行光出力ユニットにおいて、上記第１光学部材が、第１回転軸を中心にして第１放物線を回転させたときにできる放物面を有するものであり、
上記第２光学部材が、上記第１回転軸に対して平行な第２回転軸を中心にして第２放物線を回転させたときにできる放物面を有するものであり、
この平行光出力ユニットがさらに、
上記所定点に、上記第１光学部材の放物面に焦点側から上記第１回転軸と平行に入射した光が集束する点を一致させた状態でその第１回転軸と上記第２回転軸とを平行に保ったまま、上記第１光学部材と上記第２光学部材を相対的に移動させる移動機構を有することが好ましい。
【００１７】
上記移動機構は、上記第１光学部材を固定し、上記第２光学部材を移動するものであってもよいし、反対に、上記第２光学部材を固定し、上記第１光学部材を移動するものであってもよいし、あるいは上記第１光学部材と上記第２光学部材の双方を移動するものであってもよい。また、その移動機構は、手動で反射鏡を動かすものであってもよいし、自動で反射鏡を動かすものであってもよいが、手動によるものであれば、より低コストで簡単な構造になる。
【００１８】
また、本発明の平行光出力ユニットにおいて、前記所定点と前記第１光学部材との間に光路補正部材を有するものであり、
前記光路補正部材が、
前記所定点の位置に設けられた入射口から出射口に向けて漸次拡径し、内周面が該入射口から入射した光を反射するともに外周面も光を反射し、該入射口と該出射口の間に前記第１光学部材の焦点が位置した内側反射鏡と、
光を反射する内周面が前記内側反射鏡の外周面とは間隔をあけて該外周面を取り囲むように配置され、該内周面と該内側反射鏡における入射口との間に位置する入射側開口、および該内周面と該内側反射鏡における出射口との間に位置する出射側開口を有し、該内周面が該入射側開口から該出射側開口に向けて漸次拡径した外側反射鏡と、
前記入射口および前記入射側開口から入射した光が、前記第１光学部材から見て、該入射口および前記出射口の間に集束していることになるように該光に作用するレンズとを備えたことを特徴とする。
【００１９】
上記所定点を面積が０に限りなく近い一点として見た場合に、上記光源から発せられた拡散光に由来する光をその一点に集束しようとしても、実際は、ある程度の面積をもった領域にしか光を集束させることができない。そこで、上記所定点と上記第１光学部材の焦点を敢えてズラし、上記所定点と上記第１光学部材の間にその第１光学部材の焦点がくるようにするとともに、上記入射口の位置にその所定点がくるようにする。そして、上記レンズを設けておくことで、あたかも、面積が０に近い上記焦点から光が拡散しているようにすることができる。
【００２０】
上記レンズとしては、上記内側反射鏡の出射口を覆う中央レンズであってもよいし、あるいは上記出射側開口を覆う外周レンズであってもよい。また、上記レンズとして、中央レンズおよび外周レンズの双方を設ける場合には、中央レンズは凹レンズで焦点距離の短いものが好ましく、その外周レンズは、その中央レンズよりも焦点距離が短い凹レンズであることが好ましい。
【００２１】
上記目的を達成するための本発明の第２の平行光出力ユニットは、光源から発せられた光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニットにおいて、
上記光源から発せられた光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する点が上記所定点に一致し、その所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて第１平行光を生成する第１光学部材と、
上記所定点を通過してきた光が上記第１光学部材に当たるその第１光学部材上の位置を変更する変更手段とを有するものであることを特徴とする。
【００２２】
上記光源から発せられた光は、拡散光であってもよいし、平行光であってもよい。また、上記光源から発せられた光に由来する光とは、その光そのものであってもよいし、その光が反射や屈折した光であってもよい（以下、同じ。）。
【００２３】
さらに、上記変更手段は、上記所定点に入射する光の入射方向を変更するものであってもよいし、その光の入射角度を変更するものであってもよい。あるいは、上記第１光学部材を移動させるものであってもよい。
【００２４】
本発明の第２の平行光出力ユニットによれば、平行光の照射面積を簡単な構造で変更することができる。
【００２５】
上記目的を達成するための本発明のプロジェクタは、水平方向と垂直方向それぞれに複数個ずつ配列された画素によって構成された画像を表す画像データに基づいて画素に応じた光を、垂直方向に走査するとともに水平方向にも走査しながら照射するプロジェクタにおいて、
上記画素に応じた拡散光を発する光源と、
上記光源から発せられた拡散光から平行光を生成する光学系とを備え、
上記光学系が、上記光源から発せられた拡散光に由来する光が集束する所定点と、入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する点がその所定点に一致し、その所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて第１平行光を生成する第１光学部材とを有するものであることを特徴とする。
【００２６】
本発明のプロジェクタによれば、拡散光から平行光を低コストに生成することができ、プロジェクタ自身のコストも抑えることができる。
【００２７】
また、本発明のプロジェクタにおいて、上記第１光学部材が、その所定点を通過してきた光を水平方向および垂直方向のうちの少なくとも一方の方向に走査しながら、その光を反射あるいは屈折させて第１平行光を生成するものであることが好ましい。
【００２８】
こうすることで、反射あるいは屈折回数が少なくなり、光の光量損失が少なくなり好ましい。
【００２９】
さらに、本発明のプロジェクタにおいて、上記光学系が、上記第１平行光に由来する光の、水平方向の走査と垂直方向の走査とを別々に行う２つに分かれた走査光学部材、およびその光の、水平方向の走査と垂直方向の走査を同時に行う共通の走査光学部材のうちのいずれか一方の走査光学部材を備え、さらに、上記２つに分かれた走査光学部材を備えている場合には、その２つに分かれた走査光学部材のうち光の進行方向上流側に配置された走査光学部材の位置に焦点位置が一致し、上記共通の走査光学部材を備えている場合には、その共通の走査光学部材が設けられた位置に焦点位置が一致し、上記第１平行光に由来する光から第２平行光を生成する第２光学部材を備えたものである態様も好ましい。
【００３０】
ここにいう上記第１平行光に由来する光とは、その光そのものであってもよいし、その光が反射や屈折した光であってもよい（以下、同じ。）。
【００３１】
この態様によれば、上記光学系内を進む光が、第２光学部材により進む方向を変えられ、拡がることなく平行に進むようになるため好ましい。
【００３２】
ここで、上記第２光学部材が、所定の焦点距離を有し、上記２つに分かれた走査光学部材を備えている場合には、その２つに分かれた走査光学部材のうち光の進行方向上流側に配置された走査光学部材の位置に焦点位置が一致した放物面で、上記第１平行光に由来する光を反射して上記第２平行光を生成するものであってもよいし、上記共通の走査光学部材を備えている場合には、その共通の走査光学部材が設けられた位置に焦点位置が一致した放物面で、上記第１平行光に由来する光を反射して上記第２平行光を生成するものであってもよい。
【００３３】
上記目的を達成するための本発明の立体像表示ユニットは、切り口を異ならせて立体物を出射光に交わる面で切断したときのその立体物を表す複数の画像をその出射光によって表示するプロジェクタと、そのプロジェクタの出射光が照射されるスクリーン装置とを有する立体像表示ユニットにおいて、
上記プロジェクタが、
上記画素に応じた拡散光を発する光源と、
上記光源から発せられた拡散光から平行光を生成し、生成した平行光を出射する光学系とを備え、
上記光学系が、
上記光源から発せられた拡散光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する点が上記所定点に一致し、その所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて第１平行光を生成する第１光学部材と、
上記第１平行光に由来する光の、水平方向の走査と垂直方向の走査とを別々に行う２つに分かれた走査光学部材、およびその第１平行光に由来する光の、水平方向の走査と垂直方向の走査を同時に行う共通の走査光学部材のうちのいずれか一方の走査光学部材とを備え、
さらに、上記２つに分かれた走査光学部材を備えている場合には、その２つに分かれた走査光学部材のうち光の進行方向上流側に配置された走査光学部材の位置に焦点位置が一致し、上記共通の走査光学部材を備えている場合には、その共通の走査光学部材が設けられた位置に焦点位置が一致し、上記第１平行光に由来する光から第２平行光を生成する第２光学部材を備えたものであり、
上記スクリーン装置が、
上記プロジェクタからの出射光が照射されるスクリーン部と、
上記スクリーン部の、上記出射光の進む方向における位置を変化させる駆動部とを有するものであることを特徴とする。
【００３４】
ここにいう切り口を異ならせて立体物を出射光に交わる面で切断したときのその立体物を表す複数の画像とは、輪郭画像であってもよいし、断面画像であってもよい。
【００３５】
本発明の立体像表示ユニットによれば、拡散光から平行光を低コストに生成することができ、プロジェクタユニット自身のコストも抑えることができる。
【００３６】
本発明によれば、低コストで取り扱い易い平行光出力ユニット、その平行光出力ユニットを備えたプロジェクタ、およびそのプロジェクタを有する立体像表示ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の平行光出力ユニットの一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示す第１の平行光出力ユニットの一実施形態の第１変形例を表す図である。
【図３】図１に示す第１の平行光出力ユニットの一実施形態の第２変形例を表す図である。
【図４】本発明の第２の平行光出力ユニットの一実施形態を示す図である。
【図５】反射鏡の反射位置を変更することによって平行光の照射面積を簡易に調整する例を示す図である。
【図６】図５に示す例の変形例を示す図である。
【図７】理想的な集束点に集束しない光線の光路を補正する集束部材の斜視図である。
【図８】光路補正部材の正面図である。
【図９】図８に示す光路補正部材のＡ−Ａ’断面図である。
【図１０】本発明の第１のプロジェクタの一実施形態を模式的に示す図である。
【図１１】図１０に示すプロジェクタの制御部を示すブロック図である。
【図１２】図１０に示す光源ユニットの発光ダイオードを発光させる回路の等価回路を示す回路図である。
【図１３】図１２に示す等価回路の変形例の回路図である。
【図１４】複数個の、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、および青色発光ダイオードからなる光源を示す図である。
【図１５】図１に示す光源ユニットの第１変形例を示す図である。
【図１６】図１に示す光源ユニットの第２変形例を示す図である。
【図１７】図１６に示す光源ユニットを複数個組み合わせた光源ユニットの断面図である。
【図１８】図１０に示すプロジェクタが有する平行光出力ユニットに、平行光を補正する補正レンズを組み込んだ例を示す図である。
【図１９】図１０に示すプロジェクタが有する平行光出力ユニットを改良した例を示す図である。
【図２０】図１０に示すプロジェクタから平行光が出射されたスクリーンを示す模式図である。
【図２１】図１０に示すプロジェクタから平行光が出射されたスクリーンを、垂直方向一端側から見た模式図である。
【図２２】スクリーン状に表示される表示画像を誇張して示した図である。
【図２３】本発明の第１のプロジェクタの第２実施形態を模式的に示す図である。
【図２４】本発明の第２のプロジェクタの一実施形態を模式的に示す図である。
【図２５】図２４に示すプロジェクタの走査光学系の一部を示す側面図である。
【図２６】図２４に示すプロジェクタの走査光学系を示す平面図である。
【図２７】図１に示す平行光出力ユニットの第２反射面、図１０に示す垂直方向走査ミラー、および同じく図１０に示す水平方向走査ミラーそれぞれの機能を一つにまとめた走査型反射鏡を示す図である。
【図２８】図２４に示すプロジェクタの出射光が照射されるスクリーン装置を示す図である。
【図２９】図２８に示すスクリーン装置の第１変形例を示す図である。
【図３０】図２８に示すスクリーン装置の第２変形例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。【００３９】
図１は、本発明の第１の平行光出力ユニットの一実施形態を示す図である。【００４０】
図１に示す平行光出力ユニット１１は、ピンホール１１０と、２つの反射鏡１１１，１１２を有する。また、この図１には、光源ユニット２１が示されている。図１に示す光源ユニット２１は、拡散光を発する光源である発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）２１１と、１枚のレンズ若しくはレンズ群からなる集光部材２１２を有する。なお、発光ダイオード２１１に代えてフィラメントや電球などを用いることもできる。また、光源ユニット２１としては、拡散光を発するものであれば、どのような種類、構造、大きさのものでも利用可能である。【００４１】
発光ダイオード２１１から発せられた拡散光は、集光部材２１２によってピンホール１１０に集束される。本実施形態の平行光出力ユニット１１は、このピンホール１１０を含めた光学系である。ピンホール１１０に集束された光は、発光ダイオード２１１から発せられた拡散光に由来する光であり、ピンホール１１０は、本発明にいう所定点の一例に相当する。【００４２】
図１に示す２つの反射鏡１１１，１１２はいずれも放物面鏡（軸外し放物面鏡）である。放物面鏡は、所定の回転軸（以下、単に軸と称することがある）を中心にして放物線を回転させたときにできる面（放物面）が鏡によって形成されたものである。放物面鏡には、この放物面鏡の焦点側から上記軸と平行に入射した光を反射して焦点に集束させる。といった性質がある。この性質より、放物面鏡の焦点から発した光は放物面鏡で反射して上記軸と平行な光（平行光）になる。２つの反射鏡のうち、第１反射鏡１１１は、ピンホール１１０に焦点が一致したものであり、ピンホール１１０を通過してきた光は、第１反射鏡１１１の放物面である反射面１１１１で反射して第１平行光ＰＬ１になる。この第１平行光ＰＬ１は、第１反射鏡１１１の軸と平行な光である。第１平行光ＰＬ１の照射面積は、ピンホール１１０を通過した後の拡散光の進む方向およびその拡散光の拡がる角度と、第１反射鏡１１１の大きさとによって決まる。なお、ここでは照射面積という言葉を用いて説明したが、第１平行光ＰＬ１のスポット形状が真円であればスポット径（ビーム径）と捉えてもよい（以下、同じ。）。【００４３】
２つの反射鏡のうちのもう一方の第２反射鏡１１２は、第１反射鏡１１１の第１回転軸と平行な第２回転軸を中心にして第２放物線を回転させたときにできる放物面を有する。この放物面には、第１反射面１１２１と第２反射面１１２２が設けられている。したがって、第１反射鏡１１１の軸と平行な第１平行光ＰＬ１は、第２反射鏡１１２の軸とも平行な光である。第１平行光ＰＬ１は、第１反射面１１２１で再び反射する。この第１反射面１１２１で反射した光は、上記性質により、第２反射鏡１１２の焦点１１２０に集束する。第２反射鏡１１２の焦点１１２０に集束した光は、第２反射面１２２でさらに反射して第２平行光ＰＬ２になる。図１に示すように、第２平行光ＰＬ２は、非常に細い平行光であり、第１平行光ＰＬ１の照射面積よりも小さな照射面積の平行光である。したがって、第２反射面１１２２を有する第２反射鏡１１２が、本発明にいう第２反射鏡の一例に相当する。本実施形態の平行光出力ユニット１１からは、この第２平行光ＰＬ２が出力される。この平行光出力ユニット１１によれば、拡散光から平行光を低コストに生成することができる。【００４４】
なお、第２反射鏡１１２は必ずしも必要ではなく、第１反射鏡１１１だけであっても平行光ＰＬ１を出力することができる。ただし、第２反射鏡を用いることで、出力する平行光の照射面積を自由に変えることができる。【００４５】
また、なるべく効率よく平行光の照射面積を小さくしたい場合には、第２反射鏡１１２の第１反射面１１２１に相当する反射面を有する鏡として、できるだけ大きな凹面鏡を用いるとともに、その鏡の焦点のできるだけ遠くから、その鏡の軸と平行に平行光ＰＬ１を入射させ、さらに、第２反射鏡１１２の第２反射面１１２２に相当する反射面を有する鏡として焦点距離ができるだけ短い鏡を用いるとともに、その鏡の焦点のできるだけ近くで反射させて平行光ＰＬ２に戻すようにすればよい。【００４６】
図２は、図１に示す第１の平行光出力ユニットの一実施形態の第１変形例を表す図であり、図３は、図１に示す第１の平行光出力ユニットの一実施形態の第２変形例を表す図である。【００４７】
以下の説明では、これまで説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。図１に示す平行光出力ユニット１１では、第１反射面１１２１と第２反射面１１２２はともに、第２反射鏡１１２の放物面に設けられたものであった。図２に示す第１変形例の平行光出力ユニット１２では、第１反射面１２２１と第２反射面１２３１それぞれを、異なる反射鏡（第２反射鏡１２２，第３反射鏡１２３）の放物面に設けている。第２反射鏡１２２の焦点は、第３反射鏡１２３の焦点１２３０に一致している。図２に示す第３反射鏡１２３が本発明にいう第２反射鏡の一例に相当する。【００４８】
また、図１に示す平行光出力ユニット１１では、第１反射面１１２１は凹型の鏡面であったが、図３に示す第２変形例の平行光出力ユニット１３では、第１反射面１３２１は、凸型の鏡面である。図３には、この凸型の第１反射面１３２１を有する第２反射鏡１３２の焦点１３２０が示されている。放物面鏡には、放物面鏡の焦点の反対側から、上記軸と平行に入射した光は反射されその焦点から放射した光のようになる。といった性質もある。第１反射鏡１３１で反射されて平行光ＰＬ１になった光は、第２反射鏡１３２の軸と平行に第２反射鏡１３２に入射する。したがって、この第２変形例では、この性質により、第２反射鏡１３２で反射された光は、第２反射鏡１３２の焦点１３２０から放射した光のようになって、図３に示す第３反射鏡１３３に進む。この第３反射鏡１３３の焦点は、第２反射鏡１３２の焦点１３２０に一致しており、第３反射鏡１３３で反射された光は、第２平行光ＰＬ２になる。したがって、図３に示す第３反射鏡１３３も、本発明にいう第２反射鏡の一例に相当する。【００４９】
図４は、本発明の第２の平行光出力ユニットの一実施形態を示す図である。【００５０】
この図４にも、図１に示す光源ユニットと同じ光源ユニット２１が示されている。図４に示す平行光出力ユニット１５も、図１示す平行光出力ユニット１１と同じく、ピンホール１５０、第１反射鏡１５１、および第２反射鏡１５２を有するものである。ここでは、図１示す平行光出力ユニット１１と重複する説明は省略し、図２に示す平行光出力ユニット１５の特徴的な点について説明する。この平行光出力ユニット１５は、ピンホール１５０および第１反射鏡１５１を移動させる移動機構を有する。ここで、ピンホール１５０を移動させるということは併せて光源ユニット２１も移動させることになる。この移動機構は、ピンホール１５０および第１反射鏡１５１を手動によって移動させるものであり、図４では、その移動機構を白抜きの太い矢印１５３によって表している。また、この図４には、第１反射鏡１５１における放物面画定の基準になる第１回転軸Ｒ１と、第２反射鏡１５２における放物面画定の基準になる第２回転軸Ｒ２とがそれぞれ図示されている。移動機構１５３は、ピンホール１５０に第１反射鏡１５２の焦点を一致させた状態で第１回転軸Ｒ１と第２回転軸Ｒ２とを平行に保ったまま、第１反射鏡１５１を移動させるものである。【００５１】
図４には、第１回転軸Ｒ１と第２回転軸Ｒ２の距離が、相対的に離れた状態を実線で表し、相対的に近づいた状態を点線で表している。図４では、第１反射鏡１５１の位置が、実線と点線の２箇所にしか示されていないが、移動機構１５３は、可動範囲の中の任意の位置に第１反射鏡１５１を移動させることができる。また、図４に示すように、移動機構１５３によって第１反射鏡１５１の位置が変わることで、第２反射鏡１５２の焦点１５２０を通過してきた光が第２反射面１５２２に当たるその第２反射面１５２２上の位置が変わっている。したがって、この移動機構１５３は、本発明にいう変更手段の一例に相当する。【００５２】
図４に示す平行光出力ユニット１５における、平行光ＰＬ２の照射面積の調整には、第１反射鏡１５１の反射面１５１１、第２反射鏡１５２の第１反射面１５２１、およびその第２反射鏡１５２の第２反射面１５２２の大きさが関係してくる。また、第１反射鏡１５１の反射面１５１１による反射によって得られる平行光ＰＬ１が、第２回転軸Ｒ２に対してどれだけずれているかも関係してくる。さらに、第２反射鏡１５２の焦点１５２０を通過してきた光が、第２反射面１５２２のどの位置に当たるかも関係してくる。図４に示す平行光出力ユニット１５では、移動機構１５３によって、平行光ＰＬ１の、第２回転軸Ｒ２に対するずれ量を調整することができる。また、このずれ量の調整は、結果として第２反射面１５２２の反射位置の変更につながる。第２反射鏡１５２の第２反射面１５２２で反射して出力された、図４に実線で示す第２平行光ＰＬ２は、点線で示す第２平行光ＰＬ２よりも照射面積がかなり小さい。移動機構１５３は、第２平行光ＰＬ２の照射面積を低コストで連続的に調整することができる。【００５３】
なお、移動機構１５３は、手動に限らず、ピンホール１５０および第１反射鏡１５１をモータやソレノイド等によって移動させるものであってもよい。また、光源ユニット２１は、平行光を出力する半導体レーザを有するものであってもよい。【００５４】
図５は、反射鏡の反射位置を変更することによって平行光の照射面積を簡易に調整する例を示す図であり、図６は、図５に示す例の変形例を示す図である。【００５５】
図５に示す平行光出力ユニット１６も、図６に示す平行光出力ユニット１７も、第１反射鏡１６１，１７１は固定配置されたものであり、ピンホール１６０，１７０も移動することはない。したがって、これらの平行光出力ユニット１６，１７でも、第１反射鏡１６１，１７１の焦点は、ピンホール１６０，１７０に常に一致している。また、これらの平行光出力ユニット１６，１７では、光源ユニット２１，２２を手動で移動させる移動機構を有し、ここでも、その移動機構を太い矢印１６３，１７３によって表している。【００５６】
図５に示す平行光出力ユニット１６は、移動機構１６３によって光源ユニット２１を、ピンホール１６０を回動中心にして回動させることにより、ピンホール１６０を通過してきた光が第１反射面１６１１に当たるその第１反射面１６１１上の位置が変更される。【００５７】
図６に示す第２変形例の平行光出力ユニット１７は、移動機構１７３によって、第１反射鏡１７１の焦点がピンホール１７０に常に一致するように、光源２２１と集光部材２２２のレンズとを互いに独立してそのピンホール１７０に対して進退させることにより、ピンホール１７０を通過してきた光が第１反射面１７１１に当たるその第１反射面１７１１上の位置が変更される。【００５８】
以上説明した平行光出力ユニット１１〜１７は、ペンライト、ポインタ、懐中電灯、サーチライト等の遠方の小範囲を照らす小型のライティング器具に適用することができる。また、ここで説明した光は、電磁波等を含む広い概念のものであり、以上説明した平行光出力ユニットは、リモコンの送信部、無線（光）通信機器、Ｘ線撮影装置、照明装置全般（室内照明器具、屋外ライトアップ照明装置、舞台照明装置等）にも適用することができる。なお、電磁波を反射する鏡等として、光ファイバなどに応用されている非金属材料（石英、プラスチック等）の屈折率を利用した全反射応用品などを用いることができる。さらに、レーザビーム径を操作可能にして性能を向上させたり、あるいは性能を維持したままレーザを他の光源に置き換えることができるため、既存のレーザ利用機器へ適用することもできる。すなわち、平行光が必要であることからレーザダイオードを用いている既存のレーザ利用機器へ広く適用することができる。【００５９】
ここで、出力される平行光を、理想的な平行光（完全な平行光）に少しでも近づけるために、その品質を向上させることが有効な要素を、図１に示す平行光出力ユニットを例にあげて説明すると、ピンホール１１０の大きさ、ピンホール１１０の輪郭形状の正確さ、ピンホール１１０の位置の正確さ（理論上の焦点と実際の光の通過点との位置ずれ）、ピンホール１１０と第１反射鏡１１の反射面１１１１との距離（反射面１１１１の大きさ）、第１反射鏡１１や第２反射鏡１２の精度（鏡としての平滑度など）、第１反射鏡１１の軸と第２反射鏡１２の軸の平行度の精度、第１反射面１１２１と第２反射面１１２２が別々の反射鏡である場合のそれぞれの反射鏡の焦点位置のずれ等があげられる。【００６０】
以下、理想的な平行光に少しでも近づけるための工夫について説明する。【００６１】
まず、これまで説明してきた平行光出力ユニットのピンホールあるいは反射鏡の焦点に入射する光の乱れを補正する補正部材について、ここでは図１に示す平行光出力ユニット１１を例にあげて説明する。【００６２】
図７は、理想的な集束点に集束しない光線の光路を補正する集束部材の斜視図である。【００６３】
図７に示す集束部材３１は、図１に示す光源ユニット２１の集光部材２１２と、ピンホール１１０の間に配置されるものである。すなわち、この集束部材３１の入射側端部３１ａは集光部材２１２を向いており、出射側端部３１ｂはピンホール１１０の近傍に位置している。なお、この出射側端部３１ｂが、図１に示す第２反射鏡１１２の焦点１１２０の近傍に位置するように、集束部材３１を配置してもよい。【００６４】
図７に示す集束部材３１は、４層構造の光学部材であり、中心層３１０、内側層３１１、中間層３１２、および外側層３１３を有する。中心層３１０は、この集束部材３１の中心に位置する光学部材であり、内側層３１１は、その中心層３１０の外周に設けられた光学部材である。中心層３１０は、４層のうちで最も屈折率が大きな層である。中間層３１２は、内側層３１１の外周に設けられ、その内側層３１１の屈折率よりも小さな屈折率を有する光学部材であり、外側層３１３は、中間層３１２の外周に設けられ、その中間層３１２の屈折率よりも小さな屈折率を有する光学部材である。したがって、これら４層３１０〜３１３の屈折率の大きさの関係は、中心層３１０＞内側層３１１＞中間層３１２＞外側層３１３になる。また、これらの４層３１０〜３１３はいずれも、この集束部材３１の入射側端部３１ａから出射側端部３１ｂに向けて漸次縮径したものである。さらに、この集束部材３１の出射側端部３１ｂには、ピンホール１１０に向かって凸の凸レンズ３１５が設けられている。【００６５】
集束部材３１に入射した光の多くは、隣り合う層と層の境界で全反射を繰り返しながら出射側端部３１ｂに向けて集束していく。また、全反射を繰り返しながら出射側端部３１ｂに向けて集束してく途中で発生した入射角が大きな光や、集束部材３１への入射時点から入射角が大きかった光は、その境界で屈折と反射を起こす。上述のごとく、この集束部材３１では外側の層ほど屈折率が低いため、こられの光の屈折では、出射側端部３１ｂに向けて集束する方向に屈折する。屈折と反射が繰り返されることで、集束部材３１に入射した大部分の光は、出射側端部３１ｂに導かれ、かつ平行に近い（一定の角度の中に収まっている）光束になる。この光束が、出射側端部３１ｂに設けられた凸レンズ３１５によって、非常に小さいピンホール１１０に集束される。【００６６】
高品質の平行光を得るためには、ピンホール１１０の径はできる限り小さいことが望ましい。図７に示す集束部材３１を用いることによって、ピンホール１１０の径を小さくすることができる。しかも、この集束部材３１によれば、実用上支障のない範囲で、光源からの光をロスさせることなく、ピンホール１１０を通過させることができる。【００６７】
次に、これまで説明してきた平行光出力ユニットにおけるピンホールと反射鏡の焦点との位置ずれによって集束しきれない光を、十分小さいピンホールを通った光のようにその進路を補正する光路補正部材について、ここでも図１に示す平行光出力ユニット１１を例にあげて説明する。【００６８】
図８は、光路補正部材の正面図であり、図９は、図８に示す光路補正部材のＡ−Ａ’断面図である。【００６９】
図８及び図９に示す光路補正部材４１は、図１に示す所定点１１０と平行光出力ユニット１１における第１反射鏡１１１との間に配置されるものである。【００７０】
図８及び図９に示す光路補正部材４１は、内側反射鏡４１１、外側反射鏡４１２、中央レンズ４１３、および外周レンズ４１４を有する。内側反射鏡４１１は、入射口４１１ａと出射口４１１ｂを有する。なお、図８では、出射口４１１ｂが紙面手前になっている。図９に示すように、入射口４１１ａは、図１に示す所定点１１０の位置に設けられたものである。また、入射口４１１ａと出射口４１１ｂの間に第１反射鏡１１１の焦点１１１０が位置している。内側反射鏡４１１は、その入射口４１１ａからその出射口４１１ｂに向けて漸次拡径し、内周面４１１１が入射口４１１ａから入射した光を反射するともに外周面４１１２も光を反射するものである。【００７１】
外側反射鏡４１２は、入射側開口４１２ａと出射側開口４１２ｂを有する。なお、図８では、出射側開口４１２ｂが紙面手前になっている。外側反射鏡４１２の内周面４１２１は、内側反射鏡４１１の外周面４１１２とは間隔をあけてその外周面４１１２を取り囲むように配置されている。図９に示すように、この内周面４１２１は、入射側開口４１２ａから出射側開口４１２ｂに向けて漸次拡径し、光を反射するものである。また、入射側開口４１２ａは、内周面４１２１と内側反射鏡４１１における入射口４１１ａとの間に位置する環状の開口である。一方、出射側開口４１２ｂは、内周面４１２１と内側反射鏡４１１における出射口４１１ｂとの間に位置する環状の開口である。【００７２】
中央レンズ４１３は、内側反射鏡４１１の出射口４１１ｂを覆う凹レンズである。一方、外周レンズ４１４は、外側反射鏡４１２の出射側開口４１２ｂを覆う凹レンズであり、中央レンズ４１３よりも焦点距離が短い。さらに外周レンズ４１４は、単に通常のレンズの外縁部のみを切り出しただけの単純な形状であっても一定の効果を得ることはできるが、内周部から外縁部に向かうにしたがって図８の紙面手前の方向への傾きを持つシャンプーハット状（裾野状）とすることがより望ましい。すなわち、図９に示すように、外周レンズ４１４は、外側に向かうほど入射側開口４１２ａから離れるように傾いて配置されたレンズである。【００７３】
図９に示す所定点１１０を面積が０に限りなく近い一点として見た場合に、図１に示す光源２１１から発せられた拡散光をその一点に集束しようとしても、実際は、ある程度の面積をもった領域にしか光を集束させることができない。図９には、その領域が“実際の集束領域”として示されており、その領域に含まれる、面積が０に限りなく近い第２所定点１１０’および第３所定点１１０’’も示されている。さらに、第１反射鏡１１１の焦点１１１０を含む領域が“見かけ上の集束領域”として示されている。【００７４】
中央レンズ４１３である凹レンズは光を拡げる働きがあり、この中央レンズ４１３の作用によって図９に示す所定点１１０を通った光はあたかも焦点１１１０を通った光であるかのごとき進路を進み、第１反射鏡１１１へと向かう。第１反射鏡１１１から見ると、集束領域の大きさはあたかも“実際の集束領域”よりも小さな“見かけ上の集束領域”の大きさに見える。そこで、この光路補正部材４１では、集束領域はこの“見かけ上の集束領域”になり、図１に示す光源２１１から発せられた拡散光が集束する、面積が０に限りなく近い一点（理想的な集束点）に、第１反射鏡１１１の焦点１１１０を一致させている。すなわち、実際には、面積の大きな集束領域を通ってきた光が、第１反射鏡１１１から見て“見かけ上の集束領域”といった面積の小さな領域を通ってきたように見えるため、図９に示す光路補正部材４１を用いることにより、“見かけ上の集束領域”を小さくすることができる。【００７５】
しかしながら、図９に示す第２所定点１１０’や第３所定点１１０’’を通ってきた光はそのままでは“見かけ上の集束領域”に収まらない光である。図９に示す光路補正部材４１では、これらの光の進路を外周レンズ４１４によって補正する。外周レンズ４１４は、レンズの厚さを選択することによりその焦点距離を調節してあり、光を屈折させて第２所定点１１０’や第３所定点１１０’’を通ってきた光が第１反射鏡１１１から見てあたかも第１反射鏡１１１の焦点１１１０からきた光であるかのように、光の進み方を変更する。【００７６】
図９に示す光路補正部材４１では、“実際の集束領域”の内側の光（入射口４１１ａを通過する光）の集束点と、“実際の集束領域”の外側の光（入射側開口４１２ａを通過する光）の集束点とを一致させている。こうすることで、光路補正部材４１に入射した光の大部分は光路範囲１〜光路範囲３を進む光へと光路補正される。この結果、本来、第１反射鏡１１では、ピンホール１１０という１点を通る光しか平行光として出力することができなかったが、この光路補正部材４１を配置することによって、内側反射鏡４１１の入射口４１１ａから入射した光、および外側反射鏡４１２の入射側開口４１２ａから入射した光の大部分を平行光として出力することができる。【００７７】
なお、中央レンズ４１３および外周レンズ４１４は、実際の集束領域の大きさや、光の集束する角度等の状況に応じて屈折の度合い（屈折率や形状）等について最適な設計を行うが、中央レンズ４１３または外周レンズ４１４のどちらか一方を省略してもよい。レンズを省略した方では、焦点距離無限大のレンズがあることと同等になる。さらに、中央レンズ４１３および外周レンズ４１４は、凸レンズであってもよい。【００７８】
続いて、プロジェクタについて説明する。【００７９】
図１０は、本発明の第１のプロジェクタの一実施形態を模式的に示す図である。【００８０】
図１０に示すプロジェクタ５１は、水平方向Ｘと垂直方向Ｙそれぞれに複数個ずつ配列された画素によって構成された画像を、スクリーン９１に映し出すものである。図１０には、ＸＹ平面に拡がるスクリーン９１が固定配置された様子が示されている。このプロジェクタ５１は、図１に示す光源ユニットと同じ光源ユニット２１、図２に示す平行光出力ユニット１２の構成と同じ構成の平行光出力ユニット５１０、走査光学系５１５、および制御部５１７を有する。図１０に示す平行光出力ユニット５１０では、図中の丸で囲った拡大図に示すように、第３反射鏡５１３の焦点５１３０へ入射する光の集束角度θを可能な限り小さくして、平行光出力ユニット５１０から出力される平行光ＰＬ２を細いものにしている。走査光学系５１５は、水平方向走査ミラー５１５１と、垂直方向走査ミラー５１５２とを有する。いずれの走査ミラー５１５１，５１５２も、不図示のモータによって可動される（図中の矢印参照）。水平方向走査ミラー５１５１は、平行光出力ユニット１２から出力された平行光を水平方向Ｘに走査する。垂直方向走査ミラー５１５２は、水平方向走査ミラー５１５１によって走査された平行光を垂直方向Ｙに走査する。走査光学系５１５によって走査された平行光は、スクリーン９１に向けて出射される。ここで出射される平行光は画素に応じた光である。本実施形態のプロジェクタ５１は、低コストで取り扱い易いプロジェクタである。【００８１】
なお、水平方向走査ミラー５１５１と垂直方向走査ミラー５１５２の位置を入れ替えてもよい。また、水平方向走査ミラー５１５１や垂直方向走査ミラー５１５２としてポリゴンミラーを用いることもできる。さらに、図１０に示す第３反射鏡５１３を、走査光学系として兼用することもできる。すなわち、第３反射鏡５１３の焦点５１３０を回動中心にして、その第３反射鏡５１３を垂直方向および水平方向に回動自在に設ければよい。こうすることで、プロジェクタ内における光の反射回数を減らすことができ、反射によって生じる光量損失を低減することができる。なお、第３反射鏡５１３に、垂直方向および水平方向のうちのいずれか一方の走査のみを兼用させ、いずれか他方の走査は、可動ミラーやポリゴンミラーで行ってもよい。【００８２】
図１１は、図１０に示すプロジェクタの制御部を示すブロック図である。【００８３】
図１１に示す制御部５１７は、信号生成部５１７１、動作制御部５１７２、ユーザーインターフェース部５１７３、光源ユニット駆動部５１７４、および走査光学系駆動部５１７５を有する。信号生成部５１７１には、上記画像を表す画像データが入力される。信号生成部５１７１は、入力された画像データに基づいて、光源ユニット２１の発光ダイオードを発光させる発光信号を生成する。また、信号生成部５１７１は、その画像データに基づいて、図１０に示す水平方向走査ミラー５１５１や垂直方向走査ミラー５１５２を可動させる可動信号を生成する。ユーザーインターフェース部５１７３には、このプロジェクタ５１の電源のオン／オフや、発光ダイオードの輝度調整や、色合いの調整等が、ユーザ操作入力によって入力される。ユーザーインターフェース部５１７３は入力された情報を動作制御部５１７２に出力する。動作制御部５１７２は、このプロジェクタ５１全体の動作を統括して制御するものであり、光源ユニット２１の発光ダイオードの発光と、水平方向走査ミラー５１５１や垂直方向走査ミラー５１５２の可動を同期させる制御等を行う。また、動作制御部５１７２は、ユーザーインターフェース部５１７３から出力されてきた情報に基づいて制御を行い、制御を行った動作の結果等を表す表示信号をユーザーインターフェース部５１７３に出力する。図１０に示すプロジェクタ５１は、不図示の液晶表示パネルやその液晶表示パネルを駆動する液晶表示パネル駆動部も備えている。ユーザーインターフェース部５１７３は、動作制御部５１７２から出力されてきた表示信号をその液晶表示パネル駆動部に伝え、液晶表示パネルには動作表示がなされる。光源ユニット駆動部５１７４は、上記発光信号に基づいて、光源ユニット２１の発光ダイオードを発光させる。走査光学系駆動部５１７５は、上記可動信号に基づいて、水平方向走査ミラー５１５１や垂直方向走査ミラー５１５２を可動させる。【００８４】
図１２は、図１０に示す光源ユニットの発光ダイオードを発光させる回路の等価回路を示す回路図である。【００８５】
図１２に示す回路図には、発光ダイオード２１１と、トランジスタ２１２と、抵抗２１３と、電源２１４が示されている。図１０に示す光源ユニット２１に設けられた発光ダイオード２１１は１個であり、単色を発光するものである。図１２に示すトランジスタ２１２のコレクタには電源２１４が接続されている。また、トランジスタ２１２のエミッタには、抵抗２１３を介して発光ダイオード２１１が接続されている。このトランジスタ２１２のベース端子には、図１１に示す光源ユニット駆動部５１７４からの発光信号が入力され、トランジスタ２１２のスイッチング動作によって、発光ダイオード２１１が点灯したり消灯したりする。【００８６】
図１３は、図１２に示す等価回路の変形例の回路図である。【００８７】
図１３に示す回路図では、トランジスタ２３２，２４２，２５２と、抵抗値の異なる抵抗２３３，２４３，２５３を直列接続したものを、発光ダイオード２１１と電源２１４の間に並列に３個設けることで、各トランジスタ２３２，２４２，２５２のスイッチング動作により合成抵抗が変化し、発光ダイオード２１１の輝度調整が可能になる。【００８８】
図１４は、複数個の、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、および青色発光ダイオードからなる光源を示す図である。【００８９】
図１４に示す光源２６１は、６１個の発光ダイオードからなるものである。これら６１個の発光ダイオードには、３２個の赤色の発光ダイオードＲ、１４個の緑色の発光ダイオードＧ、および１５個の青色の発光ダイオードＢが含まれている。図１４では、斜めのハッチングを施したものが赤色の発光ダイオードＲを示し、ドットのハッチングを施したものが緑色の発光ダイオードＧを示し、上下にまっすぐなハッチングを施したものが青色の発光ダイオードＢを示す。光源に３色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂを設けることで、カラー表示が可能になる。さらに、一つの発光ダイオードを大電流で発光させるより、複数の発光ダイオードそれぞれを小電流で発光させる方が、同じ光度を得るのであれば電力が少なくすむ。【００９０】
また、各色の発光ダイオードの配分比率は、各色の発光ダイオードの光度に応じた比率である。すなわち、３色のうち赤色の発光ダイオードＲの光度が相対的に低く、緑色および青色の発光ダイオードＧ，Ｂの光度は相対的に高い。なお、厳密には、青色の発光ダイオードＢの光度と緑色の発光ダイオードＧの光度では、緑色の発光ダイオードＢの光度の方がわずかに高い。図１４に示す光源２６１では、各色ごとの光度がほぼ均一である。【００９１】
これまでに説明した、拡散光から平行光を出力する平行光出力ユニットを設けることで、このような発光ダイオードを光源に用いることができる。図１４に示す光源２６１と、平行光出力ユニットとを有するプロジェクタでは、半導体レーザを光源とするプロジェクタに比べて、出射光の出力が低く、安全性が高い。また、レーザダイオードで用いることになる加色混合用のプリズムが不要になり、レーザダイオードで問題になるプリズムの劣化といった問題点を全く考慮しなくてもよい。【００９２】
図１５は、図１に示す光源ユニットの第１変形例を示す図である。【００９３】
図１５には、第１変形例の光源ユニット２７の断面図が示されている。この光源ユニット２７は、赤、緑、青の３色の発光ダイオード２７１Ｒ，２７１Ｇ，２７１Ｂを有する光源２７１と、内周面２７２１が鏡面である集光部材２７２を備えている。集光部材２７２の内周面２７２１は、回転軸Ｒ３を中心にして楕円を回転させたときにできる楕円体の一部の内周面である。この内周面２７２１は、回転軸Ｒ３上に２つの焦点Ｆ１，Ｆ２を有する。光源２７１は、その内周面２７２１の一方の焦点Ｆ１に中心を一致させた球状の保持体２７１１を有する。この保持体２７１１の表面には、赤、緑、青の３色の発光ダイオード２７１Ｒ，２７１Ｇ，２７１Ｂが、各色ごと１列に埋め込まれている。すなわち、その表面には、球状の保持体２７１１の周方向に所定間隔で並んだ、赤色の発光ダイオード２７１Ｒの環状の列と、緑色の発光ダイオード２７１Ｇの環状の列と、青色の発光ダイオード２７１Ｂそれぞれが設けられている。また、各発光ダイオード２７１Ｒ，２７１Ｇ，２７１Ｂは、球状の保持体２７１１の半径方向に沿って、その表面に埋め込まれている。各発光ダイオード２７１Ｒ，２７１Ｇ，２７１Ｂから発せられた拡散光はいずれも、集光部材２７２の内周面２７２１で反射して、もう一方の焦点Ｆ２に集光し、加色混合がなされる。図１０に示すプロジェクタ５１に、この第１変形例の光源ユニット２７を用いれば、フルカラー表示が可能になる。【００９４】
なお、発光ダイオードの環状の列は、４列以上であってもよい。また、フルカラー表示が不要の場合には、発光ダイオードの環状の列は、１列であってもよいし、２列であってもよく、総ての発光ダイオードが同じ色の発光ダイオードであってもよい。【００９５】
図１６は、図１に示す光源ユニットの第２変形例を示す図である。【００９６】
第２変形例の光源ユニット２８は、光源になる１色の発光ダイオード２８１と、集光部材になる部分楕円鏡２８２を有する。この図１６には、点線で楕円鏡全体が示されているが、部分楕円鏡２８２はその一部分である。発光ダイオード２８１から発せられた光は、この部分楕円鏡２８２によって反射され、ピンホール１１０に鋭い角度で集束する。この結果、第１反射鏡１１１からより細い平行光ＰＬ１が出射される。この第２変形例の光源ユニット２８を用いれば、第１反射鏡１１１で十分に細い平行光ＰＬ１が得られるため、図１に示す第２反射鏡１１２は不要になる場合がある。【００９７】
図１７は、図１６に示す光源ユニットを複数個組み合わせた光源ユニットの断面図である。【００９８】
図１７に示す光源ユニット２９は、赤色の発光ダイオード２８１Ｒを有する光源ユニット２８と、緑色の発光ダイオード２８１Ｇを有する光源ユニット２８と、青色の発光ダイオード２８１Ｂを有する光源ユニット２８が、左右にそれぞれ設けられている。各色の発光ダイオード２８１Ｒ，２８１Ｇ，２８１Ｂから発せられた光は、それぞれの部分楕円鏡２８２で反射され、ピンホール１１０に鋭い角度で集束する。この結果、第１反射鏡１１１からより細い平行光ＰＬ１が出射される。図１０に示すプロジェクタ５１に、図１７に示す光源ユニット２９を用いれば、フルカラー表示が可能になるとともに、プロジェクタとして必要な十分に細い平行光が第１反射鏡１１１で得られ、第２反射鏡５１２や第３反射鏡５１３が不要になる場合がある。【００９９】
次に、平行光の補正について説明する。【０１００】
図１８は、図１０に示すプロジェクタが有する平行光出力ユニットに、平行光を補正する補正レンズを組み込んだ例を示す図である。【０１０１】
図１８に示す平行光出力ユニット５１０には、第１補正レンズ６１と第２補正レンズ６２が組み込まれている。第１補正レンズ６１および第２補正レンズ６２はいずれも、中央部分に貫通孔６１１，６２１が設けられたレンズである。第１補正レンズ６１は、第１反射鏡５１１と第２反射鏡５１２の間に配置されたものである。この第１補正レンズ６１の焦点距離は、第１反射鏡５１１から第１補正レンズ６１の中心までの距離（図１８に示すａの距離）に相当する。また、第２補正レンズ６２は、第３反射鏡５１３と、ここでは不図示の走査光学系５１５（図１０参照）との間に配置されたものである。この第２補正レンズ６２の焦点距離は、第３反射鏡５１３から第２補正レンズ６２の中心までの距離（図１８に示すｂの距離）に相当する。【０１０２】
上述のごとく、第１反射鏡５１１の焦点がピンホール５１１０から組立誤差によってずれること等を理由に、第１反射鏡５１１の放物面５１１１で反射された光の中には、第１平行光ＰＬ１の他に、拡散光や集束光といった乱れた光ＤＬも含まれる。乱れた光ＤＬは、第１補正レンズ６１からみれば、この第１反射鏡５１１の放物面５１１１上から発せられた光としてみることができる。第１平行光ＰＬ１は、第１補正レンズ６１に設けられた貫通孔６１１を通過する。第１補正レンズ６１の焦点は、図１８に示す第１反射鏡５１１の放物面５１１１上に一致していることから、乱れた光ＤＬの多くは、第１補正レンズ６１によって屈折され、平行光に補正されるが、総ての乱れた光ＤＬが平行光に補正されるわけではなく、第１補正レンズ６１を通過しても平行光にならない乱れた光（図中の点線参照）も存在する。以下、第１補正レンズ６１によって補正され平行光になった光を補正第１平行光ＰＬ１’と称し、第１補正レンズ６１を通過しても平行光にならない乱れた光を未補正の乱れた光ＤＬ’と称することにする。第１平行光ＰＬ１、補正第１平行光ＰＬ１’、および未補正の乱れた光ＤＬ’は、第２反射鏡５１２の放物面５１２１で反射され、さらに第３反射鏡５１３の放物面５１３１でも反射される。第１平行光ＰＬ１が、第３反射鏡５１３の放物面５１３１で反射されると、照射面積が縮小した第２平行光ＰＬ２になって、第２補正レンズ６２に設けられた貫通孔６２１を通過し、走査光学系５１５（図１０参照）に到達する。補正第１平行光ＰＬ１’も、第３反射鏡５１３の放物面５１３１で反射されると、照射面積が縮小した補正第２平行光ＰＬ２’になって、走査光学系５１５に到達する。第２補正レンズ６２の焦点は、第３反射鏡５１３の放物面５１３１上に一致していることから、未補正の乱れた光ＤＬ’は、第３反射鏡５１３の放物面５１３１で反射されると、第２補正レンズ６２によって屈折され、そのほとんどが平行光ＰＬ’になって、走査光学系５１５に到達する。したがって、走査光学系５１５には、平行光が入射される。【０１０３】
図１９は、図１０に示すプロジェクタが有する平行光出力ユニットを改良した例を示す図である。【０１０４】
上述のごとく、図１０に示すプロジェクタ５１には、図２に示す平行光出力ユニット１２の構造と同じ構造の平行光出力ユニット５１０が組み込まれている。このプロジェクタ５１では、平行光を出力するため、ピントの調整は不要であるが、スクリーン９１等の表示面の大きさに比例して、１画素に対応する平行光の照射面積を変える必要がある。すなわち、平行光の照射面積を、小さい表示面に対しては小さくする必要があり、反対に、大きい表示面に対しては大きくする必要がある。また、垂直な表示面に対して、プロジェクタ５１が斜め下から投影する場合には、上に向かうほど走査線の間隔が拡がるため、平行光の照射面積を大きくして太い平行光を出射する必要がある。そこで、図４に示す移動機構１５３を設けることが考えられる。しかし、図４に示す移動機構１５３のみでは、図１９に実線で表すように、第３反射鏡５１３で反射された光（平行光ＰＬ２）の照射面積が変わるとともにその光路まで変わってしまう。すなわち、平行光ＰＬ２の光路が平行移動してしまう。この平行移動が実用上問題がない程度のものであればよいが、万が一問題を生じるようであれば、図４に示す移動機構１５３に加えて、図１９に示す移動機構を用いればよい。図１９に示す移動機構は、第２反射鏡５１２の焦点５１２０を第３反射鏡５１３の焦点に一致させたままの状態でその焦点５１２０を回動中心にして第２反射鏡５１２を手動によって回動させるものであり、図１９では、その移動機構を太い矢印５１４によって表している。図１９に示す点線で表された第２反射鏡５１２は、実線で表す第２反射鏡５１２が移動機構５１４によって移動させられたものである。また、図１９には、移動前の実線で表す第２反射鏡５１２に入射する同じく実線で表す平行光ＰＬ１の照射面積と、移動後の点線で表す第２反射鏡５１２に、図４に示す移動機構１５３によって移動された光源ユニットおよび第１反射鏡（図示省略）から入射する同じく点線で表す平行光ＰＬ１の照射面積とが同じである状況が示されている。また、図１９には、図４に示す移動機構１５３によって不図示の光源ユニットおよび第１反射鏡を移動する一方で、移動機構５１４によっては第２反射鏡５１２を移動させずに照射面積を小さくした平行光ＰＬ２が実線で表されている。一方、図４に示す移動機構１５３によって不図示の光源ユニットおよび第１反射鏡を移動するとともに、移動機構５１４によっても第２反射鏡５１２を移動し、照射面積を小さくした平行光ＰＬ２が点線で表されている。両者の平行光ＰＬ２はほぼ同じ照射面積である。さらに、図１９では、図４に示す移動機構１５３によって不図示の光源ユニットおよび第１反射鏡を移動する前の、照射面積が大きな平行光ＰＬ２の光路が基準になる。移動機構１５３によって照射面積を小さくしたとともに、移動機構５１４によって第２反射鏡５１２を移動したことにより、点線で表す平行光ＰＬ２の光路は、その基準になる、照射面積が大きな平行光ＰＬ２の光路に一致している。【０１０５】
図２０は、図１０に示すプロジェクタから平行光が出射されたスクリーンを示す模式図である。【０１０６】
この図２０には、図１０に示すプロジェクタ５１から出射された平行光の、スクリーン９１上の軌跡Ｔが大雑把に示されている。図１０に示す水平方向走査ミラー５１５１は、不図示のモータによって可動されており、スクリーン９１の水平方向両端では、走査方向の折り返しのため、そのモータが回転方向を切り替える。このため、出射された平行光の、スクリーン９１上での移動速度が一瞬０になる。すなわち、水平方向両端部分では、平行光の、スクリーン９１上での移動速度が低下する。そこで、図１１に示す走査光学系駆動部５１７５は、発光ダイオードに水平方向両端部分に相当する画素に応じた光を発光させる場合には、水平方向中央部分に相当する画素に応じた光を発光させる場合に比べて、１画素分の発光と発光の時間間隔をあけて発光ダイオードを発光させるように制御を行う。こうすることで、平行光の移動速度が低下して水平方向両端部分で画素単位で画像が重なり合うことが防止される。【０１０７】
図２１は、図１０に示すプロジェクタから平行光が出射されたスクリーンを、垂直方向一端側から見た模式図である。【０１０８】
図２１には、スクリーン９１に向けて水平方向に走査されている多数の平行光ＰＬｈが示されており、これらの平行光ＰＬｈのうち、水平方向一端側の平行光ＰＬｈと、水平方向他端側の平行光ＰＬｈと、スクリーン９１とによって三角形Ｓが形成されている。この三角形Ｓの頂点Ｓｔが、図１０に示す垂直方向走査ミラー５１５２の反射位置に相当する。
また、図２１には、図１０に示す垂直方向走査ミラー５１５２の回転軸５１５２ｒが１点鎖線で示されている。垂直方向走査ミラー５１５２は、この回動軸５１５２ｒを中心にして回動することにより垂直方向の走査を行う。垂直方向走査ミラー５１５２が垂直方向の走査を行うと、図２１に示す三角形Ｓが頂点Ｓｔを中心にして回転することになり、その回転中心（頂点Ｓｔ）を頂点とした二点鎖線で表す円錐Ｃとスクリーン９１の交線が、スクリーン９１に表示される画像の水平方向両側の縁になる。【０１０９】
図２２は、スクリーン上に表示される表示画像を誇張して示した図である。【０１１０】
図２２に示すスクリーン９１上の表示画像９１０は、水平方向両側の縁が、互いに平行な直線（垂直線）ではなく双曲線９１０１になっている。本実施形態のプロジェクタ５１では、走査光学系駆動部５１７５が、垂直方向両側部分における水平方向の走査を行う場合には、相対的に、１画素分の発光と発光の時間間隔をつめて発光ダイオードを発光させるように制御し、垂直方向中央部分における水平方向の走査を行う場合には、相対的に、１画素分の発光と発光の時間間隔をあけて発光ダイオードを発光させるように制御する。こうすることで、垂直方向両側部分では水平方向に隣り合う画素の間隔が詰まり、垂直方向中央部分ではその間隔が拡がり、スクリーン９１上の表示画像９１０における水平方向両側の縁は、互いに平行な直線（垂直線）に補正される。なお、この制御を行うことで、スクリーン９１上で、表示画像９１０の水平方向両側に空きスペースが生じるが、その空きスペースに時計表示や操作のガイド表示等を表示させてもよい。【０１１１】
また、走査光学系駆動部５１７５が、垂直方向両側部分における水平方向の走査を行う場合には、相対的に、垂直方向走査ミラー５１５２の可動範囲を小さくするように制御し、垂直方向中央部分における水平方向の走査を行う場合には、相対的に、垂直方向走査ミラー５１５２の可動範囲を大きくするように制御しても、双曲線９１０１の問題は解消される。【０１１２】
また、往復運動を行う水平方向走査ミラー５１５１に代えて、一方向に回転するポリゴンミラーを用いた場合には、ポリゴンミラーは、一方向の回転によって水平方向の走査を行うため、垂直方向走査ミラー５１５２を用いた場合の折り返しの問題は生じず、表示画像は整いやすい。しかし、ポリゴンミラーを用いても、双曲線９１０１の問題は発生する。この問題に対しては、水平方向走査ミラー５１５１を用いた場合と同じように、発光ダイオードの発光間隔を調整すればよい。また、ポリゴンミラーは、角速度一定に制御することができる。しかしながら、ポリゴンミラーの角速度が一定の場合、水平方向両側部分では、水平方向中央部分に比べて、平行光がスクリーン９１上を速く移動する傾向がある。この傾向は、垂直方向両側部分で特に顕著になる。このため、走査光学系駆動部５１７５は、水平方向両側部分では、水平方向中央部分に比べて、１画素分の発光と発光の時間間隔をつめて発光ダイオードを発光させるように制御する。さらに、垂直方向両側部分における水平方向の走査では、垂直方向中央部分における水平方向の走査に比べて、上記時間間隔を短くする。【０１１３】
なお、水平走査線どうしの間隔は、上部および下部の水平走査線と、垂直方向中央部分の水平走査線とでは異なる。このため、上部および下部の水平走査線では、垂直方向中央部分の水平走査線に比べて、上下方向の走査間隔を短くすることが好ましい。例えば、最上段の水平走査線と、２段目の水平走査線との間の発行間隔を短くすることが好ましい。      【０１１４】
図２３は、本発明の第１のプロジェクタの第２実施形態を模式的に示す図である。【０１１５】
以下の説明では、これまで説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。図２３に示すプロジェクタ５２は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ５２８を備えている。このＣＣＤカメラ５２８の撮影範囲５２８１は、スクリーン９１全体である。プロジェクタ５２の表示範囲はスクリーン９１よりも小さな範囲である。したがって、ＣＣＤカメラ５２８の撮影範囲５２８１はプロジェクタ５２の表示範囲よりも広く、スクリーン９１における、プロジェクタ５２の表示範囲の外側は、常にスクリーン９１の背景色になるはずである。ＣＣＤカメラ５２８は、毎秒３０フレームの撮影を行い、撮影データは制御部５１７に送られる。制御部５１７では、撮影データに基づく画像（ＣＣＤカメラ５２８が撮影した画像）と、入力された画像データに基づく画像（プロジェクタ５２が表示する画像）とを比較し、撮影データに基づく画像に歪みがあったり、あるいは表示範囲の外側に、スクリーン９１の背景色以外の色があれば、人が、プロジェクタ５２とスクリーン９１の間に入ったと判定し、少なくとも人が入ったと判定した範囲への光量が一定値以下になるように制御する。この第２実施形態のプロジェクタ５２では、ＣＣＤカメラ５２８に写った人影の位置と、走査光量を制限する位置とをほぼ一致させることができ、人の目を傷める危険性が少なく安全である。【０１１６】
また、図２３には、スクリーン９１等の離れた場所を照射光によって指すポインタ５８を手にした人が示されている。このポインタ５８には、図１を用いて説明した平行光出力ユニット１１や、図４を用いて説明した平行光出力ユニット１５が内蔵されている。図２３に示すポインタ５８では、近年普及してきた赤色半導体レーザを光源とするポインタに比べて、任意の光源を用いることができるので消費電力の小さな光源を選択でき、ダイナミックレンジが広く消費電力に比例した出力制御が可能である。また、出力される平行光の照射面積を安価な機構で簡便かつ無段階に変化させることができる。さらに、光源に多色発光ダイオードを用いれば、光の色を変化させることも可能である。このポインタ５８の光源ユニットには、可視光（例えば赤色の光）を発光するダイオードと、赤外線を発光するダイオードとの２つのダイオードが用いられている。図２３に示すポインタ５８からは、照射面積の調整が可能な図４に示す平行光出力ユニット１５から出力された可視光５８１が照射されている。ＣＣＤカメラ５２８でこの可視光５８１が撮影されると、制御部５１７は、スクリーン９１上で可視光５８１が照射されているスポットの位置にカーソル像を形成し、入力された画像データに基づく画像にカーソル像を加えた画像を表示させる。【０１１７】
さらに、図２３に示すポインタ５８からは、図１に示す平行光出力ユニット１１から出力された赤外線５８２も照射されている。ここで照射されている赤外線５８２には、プロジェクタ５２から出射される平行光の輝度を高めることを指示する情報や、その輝度を低下させることを指示する情報等が含まれている。ＣＣＤカメラ５２８ではスクリーン９１に照射された赤外線５８２を認識し、制御部５１７は、ＣＣＤカメラ５２８によって認識された赤外線５８２に含まれている情報に基づく制御を行う。すなわち、本実施形態では、ポインタを、スクリーンを指し示しながらプロジェクタを操作するリモコンとしても使用する。【０１１８】
図２４は、本発明の第２のプロジェクタの一実施形態を模式的に示す図である。【０１１９】
図２４に示すプロジェクタ５３は、切り口を異ならせて立体物を出射光に交わる面で切断したときのその立体物を表す複数の画像を連続的に表示することでその立体物の立体像を表示する３次元プロジェクタである。ここにいう画像は、立体物の輪郭画像であってもよいし断面画像であってもよい。このプロジェクタ５３は、図１に示す光源ユニット２１と、平行光出力ユニット１１と、走査光学系５３５を有する。光源ユニット２１は、光源として発光ダイオードを有するものであり、平行光出力ユニット１１は、その発光ダイオードから発せられた拡散光を平行光にして、走査光学系５３５に出力する。また、本実施形態のプロジェクタ５３の走査光学系５３５も、図１０に示すプロジェクタ５１が有する水平方向走査ミラー５１５１と、垂直方向走査ミラー５１５２を有する。この図２４では、水平方向走査ミラーの反射点５３５１と、垂直方向走査ミラーの反射点の集まりである反射軸５３５２が示されている。また、本実施形態における走査光学系５３５は、シリンドリカルレンズ５３５５と、ここでは不図示の出力反射鏡も有する。【０１２０】
図２５は、図２４に示すプロジェクタの走査光学系の一部を示す側面図である。【０１２１】
垂直方向走査ミラーの反射軸５３５２で反射された平行光は、シリンドリカルレンズ５３５５により、水平方向Ｘには屈折せずに垂直方向Ｙにのみ屈折する。このため、垂直方向走査ミラーの反射軸５３５２で反射された平行光は、水平方向走査ミラーの反射点５３５１から発せられた光であるが、図２４や図２５に示す仮想点５３５１’から発せられた光と同じようになる。仮想点５３５１’ と垂直方向走査ミラーの反射軸５３５２との距離は、垂直方向走査ミラーの反射軸５３５２と水平方向走査ミラーの反射点５３５１の距離に等しい。すなわち、本実施形態では、シリンドリカルレンズ５３５５を設けたことにより、仮想点５３５１’が、水平方向Ｘと垂直方向Ｙ双方の方向へ走査された光の発する点になる。【０１２２】
図２６は、図２４に示すプロジェクタの走査光学系を示す平面図である。【０１２３】
この図２６には、本実施形態における走査光学系５３５が有する出力反射鏡５３５７が示されている。この出力反射鏡５３５７も、放物面鏡（軸外し放物面鏡）であり、放物面である反射面５３５８を有する。出力反射鏡５３５７の焦点は、仮想点５３５１’に一致している。仮想点５３５１’から発せられた、水平方向Ｘと垂直方向Ｙ双方の方向へ走査された平行光は、この出力反射鏡５３５７の反射面５３５８で反射され、平行光ＰＬ３になって、本実施形態のプロジェクタ５３からスクリーンへ向けて出射される。本実施形態のプロジェクタ５３では、出力反射鏡５３５７を設けたことにより、出射光の、奥行き方向（Ｚ）の拡がりが抑えられる。図２４に示すプロジェクタ５３は、３次元プロジェクタでありながらも低コストで取り扱い易いプロジェクタである。【０１２４】
なお、図２６に示すように、平行光ＰＬ３のＺ方向の間隔が異なっているが、実用上問題がある場合には、この間隔を均等にするように補正した画像データで対応することが好ましい。【０１２５】
図２７は、図１に示す平行光出力ユニットの第２反射面、図１０に示す垂直方向走査ミラー、および同じく図１０に示す水平方向走査ミラーそれぞれの機能を一つにまとめた走査型反射鏡を示す図である。【０１２６】
図２７（ａ）は走査型反射鏡６００の平面図であり、同図（ｂ）は走査型反射鏡６００の側面図であり、同図（ｃ）は走査型反射鏡６００の正面図である。【０１２７】
図２７に示す走査型反射鏡６００は、反射面６１０、ガルバノメータモータ６２０、永久磁石６３１、および電磁石６３２を有する。反射面６１０は、図１に示す平行光出力ユニット１１の第２反射面１１２２に相当するものである。ガルバノメータモータ６２０は、取付部６２１を介して反射面６１０へ接続している。図２７（ｂ）に示すように、この取付部６２１は、反射面６１０の焦点６１０１の上下それぞれで、その反射面６１０に取り付けられたものである。ガルバノメータモータ６２０は、反射面６１０を垂直方向に走査するものである（図２７（ｂ）の矢印参照）。また、図２７（ａ）に示すように、永久磁石６３１は、ガルバノメータモータ６２０とは反対側に設けられたものであり、その永久磁石６３１の、反射面６１０とは反対側になる外側には電磁石６３２が設けられている。永久磁石６３１と電磁石６３２の作用により、反射面６１０は水平方向に走査される（図２７（ａ）の矢印参照）。反射面６１０の、垂直走査のための回転中心も水平走査のための回転中心も、反射面６１０の焦点６１０１に一致している。また、図１に示す第１反射面１１２１で反射した光が集束する点に、反射面６１０の焦点６１０１は一致しており、反射面６１０で反射された光は平行光になる。さらに、この走査型反射鏡６００は、図２６に示す出力反射鏡５３５７の焦点位置に、反射面６１０がくるように設置される。【０１２８】
図２７に示す走査型反射鏡６００を用いれば、反射回数が少なくなり、光量損失が抑えられる。また、図２５を用いて説明したように、シリンドリカルレンズ５３５５を用いて行った、水平走査の光路の頂点と垂直走査の光路の頂点とを一致させる必要がなくなる。【０１２９】
なお、図２７に示す走査型反射鏡６００は、水平方向の走査と垂直方向の走査を同時に行う共通の走査光学部材に相当するが、永久磁石６３１と電磁石６３２を省略し、ガルバノメータモータ６２０によって反射面６１０を垂直方向に走査して、その反射面６１０で反射した平行光を、図１０に示す水平方向走査ミラー５１５１で水平方向に走査してもよい。また反対に、ガルバノメータモータ６２０を省略し、永久磁石６３１と電磁石６３２の作用によって反射面６１０を水平方向に走査して、その反射面６１０で反射した平行光を、図１０に示す垂直方向走査ミラー５１５２で垂直方向に走査してもよい。これらの一方の走査だけ反射面６１０で行う場合には、反射面６１０と、水平方向走査ミラー５１５１あるいは垂直方向走査ミラー５１５２とでは、反射面６１０の方が光の進行方向上流側に配置されていることになり、その反射面６１０は、図２６に示す出力反射鏡５３５７の焦点位置に設置される。ただしここに言う焦点位置は、平方向走査ミラー５１５１あるいは垂直方向走査ミラー５１５２によって光の進行方向が折り曲げられることから、そこから発した光が水平方向走査ミラー５１５１あるいは垂直方向走査ミラー５１５２を経て出力反射鏡５３５７で反射されて平行光となるような空間上の位置を表している。【０１３０】
図２８は、図２４に示すプロジェクタの出射光が照射されるスクリーン装置を示す図である。【０１３１】
図２８に示すスクリーン装置９２は、図２４に示すプロジェクタ５３からの出射光が照射されるスクリーン板９２２と、垂直方向に延びる回転軸９２１を中心にしてそのスクリーン板９２２を回転させる駆動部９２３とを有する、自転タイプのスクリーン装置である。図２４に示すプロジェクタ５３から出射された図２６に示す平行光ＰＬ３によって表される画像Ｇ１は、回転するスクリーン板９２２に投影される。すなわち、駆動部９２３は、スクリーン板９２２の、出射光（ＰＬ３）の進む方向（図２８中の点線で示す白抜きの矢印（ＰＬ３）参照）における位置を変化させるものである。このスクリーン装置９２では、スクリーン板９２２が半回転することで立体像が１回表示される。なお、表示された立体像に動きが感じられるようにするため、スクリーン板９２２は、毎秒７．５回転以上の回転速度で回転する。【０１３２】
図２４に示すプロジェクタ５３と、この図２８に示すスクリーン装置９２とを有するものが、本発明の立体像表示ユニットの一実施形態に相当する。立体像表示ユニットでは、スクリーン板９２２の位置（どの切断したときの画像を表示するか）に合わせて図２４に示すプロジェクタ５３から画像を投影する必要がある。すなわち、画像とスクリーンの動作同期が必要になる。このため、スクリーン板９２２の回転状況をポテンショメータ等でセンスして、各時刻に表示される画像がどれであるかをプロジェクタ５３側が認識して、それに合わせた画像出力を行う。【０１３３】
図２９は、図２８に示すスクリーン装置の第１変形例を示す図である。【０１３４】
図２９に示す第１変形例のスクリーン装置９３は、公転タイプのスクリーン装置であり、奥行き方向（図１０に示すＺ方向）に延びる回転軸９３１を中心にして回転する複数のスクリーン板９３２を有する。これら複数のスクリーン板９３２は、奥行き方向に少しずづ位置をずらして配置されている。図２４に示すプロジェクタ５３から出射された図２６に示す平行光ＰＬ３によって表される画像Ｇ１は、所定位置を通過するスクリーン板９３２ｇに投影される。このスクリーン装置９３では、一つのスクリーン板９３２が１周する間に、立体像が１回表示される。なお、表示された立体像に動きが感じられるようにするため、回転軸９３１は、毎秒１５回転以上の回転速度で回転する。【０１３５】
図３０は、図２８に示すスクリーン装置の第２変形例を示す図である。【０１３６】
図３０に示す第２変形例のスクリーン装置９４は、水平方向に延びる回転軸９４１を中心にして回転する複数のスクリーン板９４２を有する。回転軸９４１は、タイヤ状のシリンダの中心に設けられている。複数のスクリーン板９４２は、回転軸９４１からの距離を少しずつ変えながら配置されている。すなわち、このスクリーン装置９４においても、複数のスクリーン板９４２は、奥行き方向に少しずづ位置をずらして配置されている。図２４に示すプロジェクタ５３から出射された図２６に示す平行光ＰＬ３によって表される画像Ｇ１は、所定位置を通過するスクリーン板９４２ｇに投影される。このスクリーン装置９４でも、一つのスクリーン板９４２が１周する間に、立体像が１回表示され、表示された立体像に動きが感じられるようにするため、回転軸９４１は、毎秒１５回転以上の回転速度で回転する。【０１３７】
なお、これまでの説明では、第１反射鏡や第２反射鏡、場合によっては第３反射鏡を用いているが、いずれの反射鏡も光を屈折させるレンズに置き換えることができる。ただし、レンズ光学系は、高度な製造技術が必要であり、コストが高くなる。また、レンズ光学系は、収差の問題がある。さらには、レンズ光学系は、鏡に比べてロスが大きい。といった様々な欠点があり、実用上は反射鏡を用いるべきである。【０１３８】
最後に、本発明の好ましい態様を付記する。
（付記１）
拡散光を発する光源から発せられた拡散光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニットにおいて、
上記光源から発せられた拡散光に由来する光が集束する所定点と、
第１回転軸を中心にして第１放物線を回転させたときにできる放物面に焦点側からその第１回転軸と平行に入射した光が集束する点が上記所定点に一致し、その所定点を通過してきた光をその放物面で反射して第１平行光を生成する第１反射鏡とを有することを特徴とする平行光出力ユニット。
（付記２）
上記第１平行光に由来する光を放物面で反射し、その第１平行光の照射面積よりも小さな照射面積の第２平行光を生成する第２反射鏡を有することを特徴とする付記１記載の平行光出力ユニット。
（付記３）
上記所定点を通過してきた光が上記放物面に当たるその放物面上の位置を変更する変更手段を有することを特徴とする付記１記載の平行光出力ユニット。
（付記４）
光源から発せられた光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニットにおいて、
上記光源から発せられた光に由来する光が集束する所定点と、
第１回転軸を中心にして第１放物線を回転させたときにできる放物面に焦点側からその第１回転軸と平行に入射した光が集束する点が上記所定点に一致し、その所定点を通過してきた光をその放物面で反射して第１平行光を生成する第１反射鏡と、
上記所定点を通過してきた光が上記放物面に当たるその放物面上の位置を変更する変更手段とを有するものであることを特徴とする平行光出力ユニット。
（付記５）
水平方向と垂直方向それぞれに複数個ずつ配列された画素によって構成された画像を表す画像データに基づいて画素に応じた光を、垂直方向に走査するとともに水平方向にも走査しながら照射するプロジェクタにおいて、
上記画素に応じた拡散光を発する光源と、
上記光源から発せられた拡散光から平行光を生成する光学系とを備え、
上記光学系が、上記光源から発せられた拡散光に由来する光が集束する所定点と、第１回転軸を中心にして第１放物線を回転させたときにできる放物面に焦点側からその第１回転軸と平行に入射した光が集束する点が上記所定点に一致し、その所定点を通過してきた光をその放物面で反射して第１平行光を生成する第１反射鏡とを有するものであることを特徴とするプロジェクタ。
【図１】
2010026640.tif 000003
【図２】
2010026640.tif 000004
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
2010026640.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月22日(2009.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられた光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニットにおいて、
前記光源から発せられた光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて第１平行光を生成する第１光学部材と、
前記第１平行光に由来する光を反射あるいは屈折させて、該第１平行光の照射面積とは異なる照射面積の第２平行光を生成する第２光学部材とを有し、
前記第１光学部材が、第１回転軸を中心にして第１放物線を回転させたときにできる放物面を有するものであり、
前記第２光学部材が、前記第１回転軸に対して平行な第２回転軸を中心にして第２放物線を回転させたときにできる放物面を有するものであり、
この平行光出力ユニットがさらに、
前記所定点に、前記第１光学部材の放物面に焦点側から前記第１回転軸と平行に入射した光が集束する集束点を一致させた状態で該第１回転軸と前記第２回転軸とを平行に保ったまま、前記第１光学部材と前記第２光学部材を相対的に移動させる移動機構を有することを特徴とする平行光出力ユニット。
【請求項２】
光源から発せられた光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニットにおいて、
前記光源から発せられた光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する集束点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて平行光を生成する光学部材と、
前記所定点を通過して前記光学部材に到達するまでの拡散光の、該光学部材に対して進む方向および該拡散光の拡がる角度のうち少なくともいずれか一方を前記集束点と前記所定点を一致させた状態で変更する変更手段とを有することを特徴とする平行光出力ユニット。
【請求項３】
前記光源から発せられた光に由来する光を前記所定点に集束する集光部材を備え、
前記変更手段が、前記集光部材を前記所定点を回動中心にして回動させる移動機構であることを特徴とする請求項２記載の平行光出力ユニット。
【請求項４】
前記所定点と前記光学部材との間に光路補正部材を有するものであり、
前記光路補正部材が、
前記所定点の位置に設けられた入射口から出射口に向けて漸次拡径し、内周面が該入射口から入射した光を反射するともに外周面も光を反射し、該入射口と該出射口の間に前記光学部材の焦点が位置した内側反射鏡と、
光を反射する内周面が前記内側反射鏡の外周面とは間隔をあけて該外周面を取り囲むように配置され、該内周面と該内側反射鏡における入射口との間に位置する入射側開口、および該内周面と該内側反射鏡における出射口との間に位置する出射側開口を有し、該内周面が該入射側開口から該出射側開口に向けて漸次拡径した外側反射鏡と、
前記入射口および前記入射側開口から入射した光が、前記光学部材から見て、該入射口および前記出射口の間に集束していることになるように該光に作用するレンズとを備えたことを特徴とする請求項２記載の平行光出力ユニット。
【請求項５】
拡散光を発する光源、および該光源から発せられた拡散光を前記所定点に集束する集光部材を備えた光源ユニットを備え、
前記変更手段が、前記光源ユニットを前記所定点を回動中心にして回動させる移動機構であることを特徴とする請求項２記載の平行光出力ユニット。
【請求項６】
水平方向と垂直方向それぞれに複数個ずつ配列された画素によって構成された画像を表す画像データに基づいて画素に応じた光を、垂直方向に走査するとともに水平方向にも走査しながら照射するプロジェクタにおいて、
前記画素に応じた拡散光を発する光源と、
前記光源から発せられた拡散光から平行光を生成する光学系とを備え、
前記光学系が、前記光源から発せられた拡散光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する集束点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて平行光を生成する光学部材と、
前記所定点を通過して前記光学部材に到達するまでの拡散光の、該光学部材に対して進む方向および該拡散光の拡がる角度のうち少なくともいずれか一方を前記集束点と前記所定点を一致させた状態で変更する変更手段とを有するものであることを特徴とするプロジェクタ。
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月20日(2010.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられた光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニットにおいて、
前記光源から発せられた光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射して集束する点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射させて第１平行光を生成する第１光学部材と、
前記第１平行光に由来する光を反射させて、該第１平行光の照射面積とは異なる照射面積の第２平行光を生成する第２光学部材とを有し、
前記第１光学部材が、第１回転軸を中心にして第１放物線を回転させたときにできる放物面を有するものであり、
前記第２光学部材が、前記第１回転軸に対して平行な第２回転軸を中心にして第２放物線を回転させたときにできる放物面を有するものであり、
この平行光出力ユニットがさらに、
前記所定点に、前記第１光学部材の放物面に焦点側から前記第１回転軸と平行に入射した光が集束する集束点を一致させた状態で該第１回転軸と前記第２回転軸とを平行に保ったまま、前記第１光学部材と前記第２光学部材を相対的に移動させる移動機構を有することを特徴とする平行光出力ユニット。
【請求項２】
光源から発せられた光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニットにおいて、
前記光源から発せられた光に由来する光を反射あるいは屈折させる第１光学部材と、
前記第１光学部材で反射あるいは屈折された光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する集束点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて平行光を生成する第２光学部材と、
前記所定点を通過して前記第２光学部材に到達するまでの拡散光の、該第２光学部材に対して進む方向および該拡散光の拡がる角度のうち少なくともいずれか一方を、前記集束点と前記所定点を一致させた状態で前記第１光学部材および該第２光学部材の相対的な位置関係が変わるように該第１光学部材を動かして変更する変更手段とを有することを特徴とする平行光出力ユニット。
【請求項３】
前記第１光学部材が、前記光源から発せられた光に由来する光を前記所定点に集束させる集光部材であり、
前記変更手段が、前記集光部材を前記所定点を回動中心にして回動させる移動機構であることを特徴とする請求項２記載の平行光出力ユニット。
【請求項４】
前記所定点と前記第２光学部材との間に光路補正部材を有するものであり、
前記光路補正部材が、
前記所定点の位置に設けられた入射口から出射口に向けて漸次拡径し、内周面が該入射口から入射した光を反射するともに外周面も光を反射し、該入射口と該出射口の間に前記第２光学部材の焦点が位置した内側反射鏡と、
光を反射する内周面が前記内側反射鏡の外周面とは間隔をあけて該外周面を取り囲むように配置され、該内周面と該内側反射鏡における入射口との間に位置する入射側開口、および該内周面と該内側反射鏡における出射口との間に位置する出射側開口を有し、該内周面が該入射側開口から該出射側開口に向けて漸次拡径した外側反射鏡と、
前記入射口および前記入射側開口から入射した光が、前記第２光学部材から見て、該入射口および前記出射口の間に集束していることになるように該光に作用するレンズとを備えたことを特徴とする請求項２記載の平行光出力ユニット。
【請求項５】
拡散光を発する光源、および該光源から発せられた拡散光を前記所定点に集束する集光部材を備えた光源ユニットを備え、
前記第１光学部材が、前記集光部材であり、
前記変更手段が、前記光源ユニットを前記所定点を回動中心にして回動させる移動機構であることを特徴とする請求項２記載の平行光出力ユニット。
【請求項６】
水平方向と垂直方向それぞれに複数個ずつ配列された画素によって構成された画像を表す画像データに基づいて画素に応じた光を、垂直方向に走査するとともに水平方向にも走査しながら照射するプロジェクタにおいて、
前記画素に応じた拡散光を発する光源と、
前記光源から発せられた拡散光から平行光を生成する光学系とを備え、
前記光学系が、
前記光源から発せられた光に由来する光を反射あるいは屈折させる第１光学部材と、
前記第１光学部材で反射あるいは屈折された光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する集束点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて平行光を生成する第２光学部材と、
前記所定点を通過して前記第２光学部材に到達するまでの拡散光の、該第２光学部材に対して進む方向および該拡散光の拡がる角度のうち少なくともいずれか一方を、前記集束点と前記所定点を一致させた状態で前記第１光学部材および該第２光学部材の相対的な位置関係が変わるように該第１光学部材を動かして変更する変更手段とを有するものであることを特徴とする平行光出力ユニット。
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月11日(2010.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられた光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニットにおいて、
前記光源から発せられた光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射して集束する点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射させて第１平行光を生成する第１光学部材と、
前記第１平行光に由来する光を反射させて、該第１平行光の照射面積とは異なる照射面積の第２平行光を生成する第２光学部材とを有し、
前記第１光学部材が、第１回転軸を中心にして第１放物線を回転させたときにできる放物面を有するものであり、
前記第２光学部材が、前記第１回転軸に対して平行な第２回転軸を中心にして第２放物線を回転させたときにできる放物面を有するものであり、
この平行光出力ユニットがさらに、
前記所定点に、前記第１光学部材の放物面に焦点側から前記第１回転軸と平行に入射した光が集束する集束点を一致させた状態で該第１回転軸と前記第２回転軸とを平行に保ったまま、前記第１光学部材と前記第２光学部材を相対的に移動させる移動機構を有することを特徴とする平行光出力ユニット。
【請求項２】
光源から発せられた光に由来する平行光を出力する平行光出力ユニットにおいて、
前記光源から発せられた光に由来する光を反射あるいは屈折させる第１光学部材と、
前記第１光学部材で反射あるいは屈折された光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する集束点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて平行光を生成する第２光学部材と、
前記所定点を通過して前記第２光学部材に到達するまでの拡散光の、該第２光学部材に対して進む方向および該拡散光の拡がる角度のうち少なくともいずれか一方を、前記集束点と前記所定点を一致させた状態で前記第１光学部材および該第２光学部材の相対的な位置関係が変わるように該第１光学部材を動かして変更する変更手段とを有することを特徴とする平行光出力ユニット。
【請求項３】
前記第１光学部材が、前記光源から発せられた光に由来する光を前記所定点に集束させる集光部材であり、
前記変更手段が、前記集光部材を前記所定点を回動中心にして回動させる移動機構であることを特徴とする請求項２記載の平行光出力ユニット。
【請求項４】
前記所定点と前記第２光学部材との間に光路補正部材を有するものであり、
前記光路補正部材が、
前記所定点の位置に設けられた入射口から出射口に向けて漸次拡径し、内周面が該入射口から入射した光を反射するともに外周面も光を反射し、該入射口と該出射口の間に前記第２光学部材の焦点が位置した内側反射鏡と、
光を反射する内周面が前記内側反射鏡の外周面とは間隔をあけて該外周面を取り囲むように配置され、該内周面と該内側反射鏡における入射口との間に位置する入射側開口、および該内周面と該内側反射鏡における出射口との間に位置する出射側開口を有し、該内周面が該入射側開口から該出射側開口に向けて漸次拡径した外側反射鏡と、
前記入射口および前記入射側開口から入射した光が、前記第２光学部材から見て、該入射口および前記出射口の間に集束していることになるように該光に作用するレンズとを備えたことを特徴とする請求項２記載の平行光出力ユニット。
【請求項５】
拡散光を発する光源、および該光源から発せられた拡散光を前記所定点に集束する集光部材を備えた光源ユニットを備え、
前記第１光学部材が、前記集光部材であり、
前記変更手段が、前記光源ユニットを前記所定点を回動中心にして回動させる移動機構であることを特徴とする請求項２記載の平行光出力ユニット。
【請求項６】
水平方向と垂直方向それぞれに複数個ずつ配列された画素によって構成された画像を表す画像データに基づいて画素に応じた光を、垂直方向に走査するとともに水平方向にも走査しながら照射するプロジェクタにおいて、
前記画素に応じた拡散光を発する光源と、
前記光源から発せられた拡散光から平行光を生成する光学系とを備え、
前記光学系が、
前記光源から発せられた光に由来する光を反射あるいは屈折させる第１光学部材と、
前記第１光学部材で反射あるいは屈折された光に由来する光が集束する所定点と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する集束点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて平行光を生成する第２光学部材と、
前記所定点を通過して前記第２光学部材に到達するまでの拡散光の、該第２光学部材に対して進む方向および該拡散光の拡がる角度のうち少なくともいずれか一方を、前記集束点と前記所定点を一致させた状態で前記第１光学部材および該第２光学部材の相対的な位置関係が変わるように該第１光学部材を動かして変更する変更手段とを有するものであることを特徴とするプロジェクタ。
【国際調査報告】
2010026640.tif 000033
2010026640.tif 000034
2010026640.tif 000035
2010026640.tif 000036