(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光学系と、反射型画像表示素子と、投射光学系と、を有する画像表示装置であって、
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、照明均一化素子と、前記照明均一化素子と前記反射型画像表示素子との間に配置される複数のリレーレンズと、第１折り返しミラーと、第２折り返しミラー、を有し、
前記反射型画像表示素子は、個々の傾き角度をオン状態とオフ状態で変化させる複数の微小ミラーを２次元的に配置してなり、
前記投射光学系は、複数のレンズを含む投射レンズと、ミラーを含む反射光学系と、を有し、
前記投射光学系と被投射面との間に防塵ガラスを有し、
前記照明光学系と前記投射光学系は、前記反射型画像表示素子による反射光を投射光として前記被投射面に投射したとき、前記投射光学系から近い側に投射される投射光の照度が前記投射光学系から遠い側に投射される投射光の照度よりも高くなるよう配置されていて、
前記防塵ガラスは、前記投射光学系に近い側の前記投射光の前記防塵ガラスへの入射角が前記投射光学系に遠い側の前記投射光の前記防塵ガラスへの入射角よりも大きくなるように配置されており、かつ反射防止膜により前記被投射面における前記投射光の照度分布の偏りを緩和する、
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記防塵ガラスは、平板ガラスであって、前記反射型画像表示素子と平行に配置している、
請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記反射型画像表示素子の表示面と前記被投射面とは互いに垂直である、
請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記反射防止膜は、入射角が４５度のときの透過率が９８％以上、入射角が７０度のときの透過率が８０％以上である、
請求項１乃至３いずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記防塵ガラスは、強化ガラスであることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに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、スクリーンなどの被投射面に画像を投射して表示する画像表示装置に関するものであって、詳しくは、被投射面上の照度分布の偏りを緩和することで、投射画像の品質を向上させる画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の伝統的な画像表示装置に比べて被投射面の近くに設置をしても、拡大した画像投射を表示することができる画像表示装置が知られている。このような画像表示装置は至近距離プロジェクタと呼ばれる。至近距離プロジェクタの目的は以下のようなものである。第１に、スクリーンの近くに立つプレゼンター（説明員や発表者など）の目に投射光が入ることによって眩しくなることを避けるため、第２に、プレゼンターの説明を聞く聴講者にプロジェクタの排気や騒音の影響が及ばないようにするため、である。
【０００３】
至近距離プロジェクタが備える投射光学系には、複数の方式がある。例えば、従来の投射光学系（共軸・回転対称）の画角を広げることでスクリーン面との距離を短くする方式、また、曲面ミラーを用いる方式である。投射光学系の画角を広げる方式は、従来技術の延長で至近投射を実現することができる。しかし、スクリーンに近いレンズの外径を大型のものにする必要があるために、プロジェクタ全体が大きくなる。
【０００４】
一方、曲面ミラーを用いる方式は、投射光学系を小型にしつつ、至近距離での投射を実現することができる。曲面ミラーを使う方式の例として、特許文献１や特許文献２に記載されている発明がある。特許文献１記載の発明は、レンズ光学系の後ろに凹面ミラーを配置して投射する方式である。特許文献２記載の発明は、レンズ光学系の後ろに凸面ミラーを配置して投射する方式である。いずれの方式においても、レンズとミラーを順番に配置するだけでセッティングができるので、部品間の配置精度を高くすることができる。しかし、レンズ光学系とミラーの距離を長くする必要があるため、投射光学系が大きくなる。
【０００５】
レンズとミラーの距離を短くすることができる曲面ミラーを使用する方式として、特許文献３や特許文献４に記載されている発明がある。特許文献３および特許文献４記載の発明は折り返しミラーを配置することで、レンズ光学系とミラーの間の長い距離を折り畳み、光学系の小型化を行なっている。
【０００６】
特許文献３記載の発明では、レンズ光学系の次に凹面ミラーと凸面ミラーを順に配置している。また、特許文献４記載の発明では、凹面ミラーの後ろに平面ミラーを配置している。特許文献３と特許文献４に記載の光学系はいずれも、画像表示素子から曲面ミラーまでの距離が長い。そのため、スクリーンからプロジェクタ本体までの距離を、従来よりもさらに近づけるには、光学系本体の長さが邪魔になる。
【０００７】
このような「光学系自体の大きさ」に関する課題を解決するものとして、特許文献５に記載されている発明がある。特許文献５には、スクリーン面と画像表示素子の表示面が互いに垂直になる投射光学系が記載されている。このような縦型方式を採用することで、投射光学系自体の長さが、スクリーンとプロジェクタ本体の距離を近づけても邪魔になることはない。
【０００８】
ところが、特許文献５記載の投射光学系のように、投射レンズをスクリーンと平行になるように立てた場合、投射光学系がスクリーンに対して垂直になる横型プロジェクタの投射光学系に比べて、投射レンズやミラーにゴミが付着しやすくなる。また、付着したゴミは、縦型の投射光学系の上に落ちるような状態になるため、重力の作用で自然に取れることもなく、そのまま放置すると、スクリーン面にゴミが映りこむ状態になる。
【０００９】
このようなゴミへの対策として、投射レンズに防塵カバーを設置した投射型映像表示装置が知られている（例えば、特許文献６を参照）。特許文献６に記載の投射型映像表示装置は、床に垂直に立った本体にスクリーンを備えており、投射レンズと反射ミラーと防護カバーはそれぞれ、本体に対して直角方向に配置されている。よって、これらの部材は、床と平行に配置されている。また光変調素子の表示面と防護カバーの設置面は垂直であるから、特許文献６に係る防護カバーの目的は、ユーザが反射ミラーに触れることで角度などが変わることを防ぐことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献６には、防護カバーとして用いる光透過性部材の種類に応じて，投射光学系の光学設計を行うことが好ましいと記載されているが、スクリーン上の照度分布については言及されていない。また、特許文献５に例示したような、縦型の投射光学系を有する画像表示装置において、スクリーン上における照度分布の偏りを解決する発明は知られていない。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、縦型の投射光学系を備えた画像表示装置において、ゴミによる被投射面への光量の低減を防止し、かつ、被投射面上の照度分布の偏りを緩和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】
【００１２】
本発明は画像表示装置に関するものであって、照明光学系と、反射型画像表示素子と、投射光学系と、を有する画像表示装置であって、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、照明均一化素子と、前記照明均一化素子と前記反射型画像表示素子との間に配置される複数のリレーレンズと、第１折り返しミラーと、第２折り返しミラー、を有し、前記反射型画像表示素子は、個々の傾き角度をオン状態とオフ状態で変化させる複数の微小ミラーを２次元的に配置してなり、前記投射光学系は、複数のレンズを含む投射レンズと、ミラーを含む反射光学系と、を有し、前記投射光学系と被投射面との間に防塵ガラスを有し、前記照明光学系と前記投射光学系は、前記反射型画像表示素子による反射光を投射光として前記被投射面に投射したとき、前記投射光学系から近い側に投射される投射光の照度が前記投射光学系から遠い側に投射される投射光の照度よりも高くなるよう配置されていて、前記防塵ガラスは、前記投射光学系に近い側の前記投射光の前記防塵ガラスへの入射角が前記投射光学系に遠い側の前記投射光の前記防塵ガラスへの入射角よりも大きくなるように配置されており、かつ反射防止膜により前記被投射面における前記投射光の照度分布の偏りを緩和する、ことを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、投射光学系に対する防塵性を高めて、かつ、スクリーン上の照度分布の偏りを緩和させる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】
【００１４】
【図１】本発明に係る画像投射装置の要部を一方向からみた例を示す側面図である。
【図２】上記画像表示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３】上記画像表示装置によってスクリーンに投射された投射光の照度分布の例を示す等高線図である。
【図４】上記画像表示装置が備える防塵ガラスへの投射光の入射角とスクリーンへの投射位置の関係の例を示す側面図である。
【図５】上記画像表示装置が備える防塵ガラスへの投射光の入射角とスクリーンへの投射位置の関係の例を示す正面図である。
【図６】上記画像表示装置が備える防塵ガラスの透過率と入射角の相関の例を示すグラフである。
【図７】上記画像表示装置が備える防塵ガラスの透過率分布の例を示す等高線図である
【図８】上記画像表示装置が備える、（ａ）画像表示素子の照度分布の例を示す等高線図、（ｂ）防塵ガラスの透過率分布の例を示す等高線図、である。
【図９】上記画像表示装置が備える画像表示素子の照度分布と防塵ガラスの透過率分布を掛け合わせたスクリーン上の照度分布の例を示す等高線図である。
【図１０】上記画像表示装置の防塵ガラスの透過率分布の例を示す、（ａ）反射防止膜を有さない場合の等高線図、（ｂ）反射防止膜を有する場合の等高線図である。
【図１１】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）正面図、（ｂ）側面図である。
【図１２】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１３】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１４】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１５】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１６】上記画像表示装置が備える第２照明ミラーの外形の例を説明するための正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る画像表示装置の実施形態の例について図面を用いながら説明する。図１は、本発明に係る画像表示装置の実施例であるプロジェクタ１００が備える照明光学系と投射光学系の構成の例を示す側面図である。図１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。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ている。上記発光体から放射される照明光は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）により所定の位置で集光される。光源１はその前端部に図示されないランプカバー（防爆カバー）が取り付けられている。
【００１６】
図１において、光源１から出射する照明光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、上記照明光の焦点位置近傍に光ミキシング素子２の入射端が位置している。光ミキシング素子２として本実施例では矩形の開口を有する周知のライトトンネルが用いられている。ライトトンネルは、反射面を内側にした４枚の板状のミラーを用いて四角筒を形成するように結合したものである。ライトトンネルの一端近傍に上記照明光の焦点位置があることによって照明光がライトトンネルに入射する。この入射光は４枚のミラーの内面で反射を繰り返し、ライトトンネルの他端の出射端からは、照度分布が均一化された横断面矩形の照明光が出射される。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。
【００１７】
光ミキシング素子２から出射した照明光の進路上には複数のリレーレンズからなるコンデンサレンズ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設置されている。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設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設置されている。
【００１８】
第２照明用ミラー５は、図１６に示すように切欠き５１を有している。これによって、ＤＭＤ７側の鏡胴１０は機械的に重なり合わないようになっている。光源１から第２照明用ミラー５までの高学系は、ＤＭＤ７を照明する照明光学系を構成している。
【００１９】
このように、照明光がコンデンサレンズ３、第１照明用ミラー４、第２照明用ミラー５の順に透過し反射されることにより、照明光の横断面形状が整形され、第２照明用ミラー５で反射された照明光がＤＭＤ７に照射されるようになっている。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の後述の微小ミラー面は、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関し共役な位置にあり、光ミキシング素子２の出射端の均一な照明光がＤＭＤ７の微小ミラー面に均一に照射される。
【００２０】
上記のように、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を経て投射光学系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、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、投射光学系８の光軸を中心にしてその周囲に配置されている。
【００２１】
なお、以下に説明する実施例においては、画像表示素子の例として、反射型画像表示素子であるＤＭＤを用いている。しかし、本発明に係る画像表示装置は、画像表示素子として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。
【００２２】
図１において、投射光学系８は、鏡胴１０によってその内部に保持されている投射レンズ系と、投射ミラーとで構成され、投射ミラーは、第１投射ミラー１１と第２投射ミラー１２で構成されている。投射レンズ系は、入射端のレンズから出射端のレンズに至る複数のレンズで構成されている。第１投射ミラー１１、第２投射ミラー１２の上端に近接してｘ軸とｚ軸を含む面に平行に防塵ガラス９が配置されている。本実施例にかかるプロジェクタ１００は図示されない筐体内に組み込まれていて、上記筐体の上端開口に、すなわち投射光学系８と被投射面であるスクリーン２０との間に防塵ガラス９が嵌め込まれることにより、画像投射装置内部の防塵が図られている。
【００２３】
図１に示すように、ｘｚ面が床面と平行の面となり、ＤＭＤ７は床面に対して平行に設置されている。防塵ガラス９も床面と平行に設置されている。よって、ＤＭＤ７の画像表示面と防塵ガラス９は平行である。防塵ガラス９は、床面と平行に設置されることで安定的に設置されている。防塵ガラス９は、入射角の制御、作成・加工、コストを考慮して平行平板ガラスを用いることが望ましい。
【００２４】
また、図１に示したように、防塵ガラス９は投射光学系８の上部に設置される。この位置は外部に接しているから、他の物と接触する可能性が高い。接触によって防塵ガラス９が割れると、防塵の機能を果たさなくなるだけでなく、プロジェクタ１００の内部に配置されている第２投射ミラー１２、第１投射ミラー１１や、レンズを傷付ける恐れがある。従って、防塵ガラス９は、単なる板ガラスではなく、強化ガラスであることが望ましい。また、防塵ガラス９の厚み（板厚）は、３ｍｍ以上であることが望ましい。
【００２５】
ここで、上記の構成に用いられるＤＭＤ７の全ての微小ミラーがＯＮ状態のときに形成される照度分布の例を図２に示す。図２において、二つの長辺のうち、下側の長辺に沿った照度分布は、特に中央付近の照度が高くなっている。これと比較して上側の長辺に沿った照度分布は、全般的に、下側長辺に沿った照度分布に比べて低い箇所が多い。すなわち、ＤＭＤ７上では、下側長辺が上側長辺よりも明るく照らされている状態になる。ＤＭＤ７上の照度分布は、光源１の配光分布、光ミキシング素子２の開口の形状とサイズ、コンデンサレンズ３、第１照明用ミラー４および第２照明用ミラー５の面形状、及びこれらの光学部品の立体的な配置により決定される。
【００２６】
ＤＭＤ７上の照度分布が図２の例示したような状態であるとき、投射光学系８を介して被投射面である図示しないスクリーンに上記照度分布に係る画像投射光を投射したときは、図２に示した照度分布と上下方向が反対になって、スクリーンの下辺側の画像が明るく、相対的にスクリーンの上側の画像が暗くなる。投射されて表示される画像の対角サイズを８０インチとしたときの照度分布の例を図３に示す。
【００２７】
図３において、スクリーン上に照度分布は、投射光学系８の影響によって、ＤＭＤ７上の照度分布（図２を参照）と比較して多少変化している。図３においてスクリーン上の照度分布の中央部分が、投射される画像の中央部分に当たる。図３に示すように画像の中央部分に照度が高い領域（明るい領域）が集中している。また、画像の床（下）側は、天井（上）側に比べて明るい部分が広がっている。逆に、天井側の左右端部は暗くなっている。このように、ＤＭＤ７上の照度分布の不均一さと相関して、スクリーン上の照度分布も不均一になる。同一のスクリーン上で照度分布が不均一になると、投射される画像の明るさにムラが生じることとなり、画像の品質として好ましいことではない。
【００２８】
図１に示したとおり、ＤＭＤ７上で反射された光（投射光）は、投射光学系８に入射されて投射レンズを透過し、第１投射ミラー１１で折り返されて、自由曲面ミラーである第２投射ミラー１２で反射され、防塵ガラス９を経てスクリーンに到達する。第２投射ミラー１２で反射された投射光が、防塵ガラス９に入射する入射角は、さまざまな角度となる。
【００２９】
ここで、防塵ガラス９への入射角度と、光のスクリーン上での到達位置の関係の例について図４を用いて説明する。図４は、投射光学系８を構成する第２投射ミラー１２と、第２投射ミラー１２によって反射されてスクリーン２０に向かう投射光をｚ軸方向からみた側面図の例である。図４において、符号Ａ、Ｂ、Ｃはスクリーン２０上の投射光が至る位置の例を示している。位置Ａはスクリーン２０上側、位置Ｂがスクリーン２０中央、位置Ｃがスクリーン２０下側である。
【００３０】
第２投射ミラー１２で反射されて位置Ａに到達する投射光の防塵ガラス９への入射角をａ、同様に位置Ｂに到達する投射光の防塵ガラス９への入射角をｂ、位置Ｃに到達する投射光の防塵ガラス９への入射角をｃ、とした場合、図４に示すように、スクリーン２０の下側（床側）の位置Ｃに到達する投射光の防塵ガラス９への入射角ｃは大きく、スクリーンの上側（天井側）の位置Ａに到達する投射光の防塵ガラス９への入射角ａは小さい。入射角の大きい投射光の透過率は小さく、入射角の小さい投射光の透過率は高い。すなわち、位置Ａに到達する投射光の透過率は高く、位置Ｃに到達する投射光の透過率は低い。
【００３１】
次に、スクリーン２０の四隅に至る投射光と、それらの防塵ガラス９への入射角の例について、図５を用いて説明する。図５において、スクリーン２０は、横長の長方形で示されており、四隅には左上から時計回りの順に符号２１、２２、２３、２４が付されている。
【００３２】
第２投射ミラー１２で反射され位置２１に到達する投射光と、第２投射ミラー１２で反射され位置２２に到達する投射光の防塵ガラス９への入射角は、例えば３６．５°である。また、第２投射ミラー１２で反射され位置２３に到達する投射光と、第２投射ミラー１２で反射され位置２４に到達する投射光の防塵ガラス９への入射角は、例えば８０．２°である。
【００３３】
このように、スクリーン２０に到達する位置によって、防塵ガラス９への投射光の入射角は異なる。すなわち、スクリーン２０の上側への投射光の防塵ガラス９への入射角は小さく、スクリーン２０の下側への投射光の防塵ガラス９への入射角は大きくなる。
【００３４】
次に防塵ガラス９の透過率と入射角の関係について図６を用いて説明をする。図６は、反射防止膜を有する防塵ガラス９の入射角と透過率の関係を示したグラフであって、横軸が入射角（度）、縦軸が透過率（％）を表す。図６に示すように、入射角が５０度よりも大きくなると、その後の透過率は急激な低下傾向を示している。
【００３５】
図６において、入射角４５度のときの透過率は９８％程度であって、入射角７０度のときの透過率は８４％程度である。透過率がこれらの数字よりも低くなると、防塵ガラス９によって、スクリーン２０上の照度分布の偏りを緩和する度合が低くなる。よって、反射防止膜を有する防塵ガラス９を用いて、スクリーン２０上の照度分布の偏りを緩和させるための入射角と透過率との望ましい関係は、入射角が４５度のときの透過率が９８％以上、かつ、入射角が７０度のときの透過率は８０％以上である。
【００３６】
第２投射ミラー１２で反射された投射光が、スクリーン２０に到達する位置によって、防塵ガラス９に係る透過率が異なるということは、防塵ガラス９を透過することで、投射光の照度分布は変化するということである。ここで、防塵ガラス９への入射位置、つまり、スクリーン２０への投射位置と、防塵ガラス９の透過率の関係について図７を用いて説明をする。
【００３７】
図７は、ＤＭＤ７の画像表示領域、あるいはスクリーン２０に投射された矩形の投射画像上の各位置の透過率の分布の例を示した等高線図である。この図を透過分布図と呼び、図７に示した分布を透過率分布と呼ぶ。なお、スクリーン２０の縦横比は１０：１６である。
【００３８】
図７に示すように、画像表示領域中央から上方の両端部に渡って、透過率が高い部分が広がっている。また、画像表示領域の下方の両端部における透過率は低くなっている。なお、図７は透過率の境界線が粗くなっているが、これはメッシュが粗いためで、実際には滑らかな分布である。
【００３９】
次に、防塵ガラス９による、スクリーン２０上の照度分布の偏り(ムラ)の緩和について、図８乃至図１０を用いて説明をする。まず、図８（ａ）は、図２において示したＤＭＤ７上の照度分布の例と同じ等高線図である。図８（ｂ）は、図７に示した防塵ガラス９の透過率分布の例と同じ等高線図である。図８（ａ）に示すように、ＤＭＤ７上の照度分布は、下側に明るい偏りがある。また、図８（ｂ）に示すように、防塵ガラス９の透過率分布は、中央から上の両側に渡って透過率の高い領域が広がっている。
【００４０】
図８（ａ）に示すＤＭＤ７上の照度分布と、図８（ｂ）に示す防塵ガラス９の透過率分布を掛け合わせることで、スクリーン２０上の照度分布の偏り（ムラ）を相殺することができる。図９は、ＤＭＤ７上の照度分布と、防塵ガラス９の透過率分布を掛け合わせ結果得られるスクリーン２０上の照度分布の例を示す等高線図である。図９に示すように、ＤＭＤ７上の照度分布（図２参照）と比較して、スクリーン２０の下側の中央部分の照度が高い（明るい）領域が広がっていた「照度の偏り」が緩和されて、スクリーン２０の中央付近から周囲にかけて略同心円上に同程度の照度となる領域が分布している。
【００４１】
次に、防塵ガラス９に反射防止膜を設けたときの透過率分布の例について説明をする。図１０（ａ）は、防塵ガラス９に反射防止膜を設けていないときの透過率分布の例を示す等高線図である。図１０（ｂ）は防塵ガラス９に反射防止膜を設けたときの透過率分布の例を示す等高線図である。図１０において符号ＦとＧで示した線分で挟まれた中央付近の領域に着目すると、反射防止膜を設けていないときの透過率分布に比べて、反射防止膜を設けたときの透過率分布は、下端（スクリーン上の下辺側）の両側の透過率が高い領域が広くなっている。
【００４２】
このように、反射防止膜を設けていない防塵ガラス９を用いると，スクリーン２０上の照度分布は、スクリーン下端の両端側がより暗くなるため好ましくない。反射防止膜を設けた防塵ガラス９を用いることで、スクリーン上の照度分布の偏りをより適切に緩和することができる。
【００４３】
なお、図２、図３、図９の照度分布を示す等高線図は、光線追跡計算ソフトを用いたシミュレーション実験によって得られたものである。
【００４４】
以上のように、本発明に係る画像表示装置によれば、防塵ガラスを設けることによって、装置の内部にゴミが入りこんで光学素子に付着することを防止することができ、これによって、スクリーンに投射された画像へのゴミの写り込みによる画像の品質低下を防止することができる。
【００４５】
また、画像表示素子上の照度分布と反対の分布を形成する透過率分布を備えた防塵ガラスを設けることで、至近距離から画像の投射が可能な画像表示装置において生じやすい、スクリーンに投射したされた画像の照度分布のムラ、例えば画面中央が明るくなり、周辺（特に四隅）に至るにつれて徐々に暗くなる、という照度分布のムラに起因する画像品質の低下を防ぐことができる。
【００４６】
ここで、上記の実施例に係るプロジェクタ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。上記光源１からＤＭＤ７に至る各光学部品の位置座標を表１に、各光学系の部品仕様を表２に示す。表１、表２において、「ライトトンネル」とは上記光ミキシング素子２のことである。また、「第１リレーレンズ」および「第２リレーレンズ」とは、コンデンサレンズ３を構成する第１レンズおよび第２レンズ、「第１折り返しミラー」とは第１照明用ミラー４、「第２折り返しミラー」とは第２照明用ミラー５をそれぞれ示している。
【００４７】
（表１）
0006007478.tif 000002
【００４８】
（表２）
0006007478.tif 000003
【００４９】
表３は、スクリーン２０に投射される画面サイズが４３インチの場合における投射光学系８の光学部品の配置座標を示す。  表４から表６は、投射光学系８を構成する光学部品の仕様を示す。表３から表６において、「折り返しミラー」とは、上記第１投射ミラー１１、「自由曲面ミラー」とは、上記第２投射ミラー１２をそれぞれ示している。
（表３）
0006007478.tif 000004
【００５０】
（表４）
0006007478.tif 000005
【００５１】
（表５）
0006007478.tif 000006
【００５２】
（表６）
0006007478.tif 000007
【００５３】
表７は、投射光学系８を構成する自由曲面ミラーである第２投射ミラー１２の詳細を示す。
（表７）
0006007478.tif 000008
【００５４】
表４から表６に示した非球面レンズの形状は式１で定義される。
（式１）
0006007478.tif 000009
【００５５】
表７に示した自由曲面ミラーの形状は式２で定義される。
（式２）
0006007478.tif 000010
【００５６】
以下、本発明に係る画像表示装置の実施例であるプロジェクタ１００が備える光学部品のうち、上記の実施例にて説明をしていないものの一部について、説明をする。
【００５７】
まず、本実施例に係るプロジェクタ１００が備えるカラーホイール５０について図１１を用いて説明をする。図１１（ａ）は、カラーホイール５０をＺ軸方向（光源１側）から見た概要図である。図１１（ｂ）は、カラーホイール５０をＸ軸方向から見た概要図である。図１１（ａ）に示すように、カラーホイール５０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５０が有する色は、基本的には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）であるが、図１１（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５０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５０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。
【００５８】
カラーホイール５０は、光源１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５０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。
【００５９】
またカラーホイール５０は、図１１（ｂ）に示すように円板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５０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ＤＭＤ７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。
【００６０】
従って、カラーホイール５０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。ＤＭＤ７が有する微小ミラー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、ランプカバー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１１（ａ）において符号５３は、上記光スポットを示している。
【００６１】
次に、照明均一化素子である光ミキシング素子２について説明をする。図１２は、光ミキシング素子２の概要を示す斜視図である。すでに述べたように、光ミキシング素子２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。光ミキシング素子２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。光ミキシング素子２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が、光ミキシング素子２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１００の筐体の大きさに影響を与える。よって、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。本実施例に係る光ミキシング素子２の長さは２０ｍｍから３０ｍｍであって、２５ｍｍが最適である。
【００６２】
例えばＤＭＤ７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。このときの光ミキシング素子２の内寸は、６ｍｍ×３ｍｍ程度である。光ミキシング素子２に用いるミラーの反射率は９８％（波長４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）以上が好ましい。
【００６３】
また光ミキシング素子２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。光ミキシング素子２を構成する各々の板の厚みは１ｍｍ前後である。
【００６４】
光ミキシング素子２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。
【００６５】
次に、反射型画像表示素子であるＤＭＤ７について説明をする。図１３は、ＤＭＤ７の概要を表した図である。図１３（ａ）はＤＭＤ７を上から見た平面図、図１３（ｂ）はＤＭＤ７の画像表示領域の一部拡大図、図１３（ｃ）は、ＤＭＤ７の側面図、図１３（ｄ）は、ＤＭＤ７における画像投射光の反射の様子を表す図である。
【００６６】
図１３（ａ）に示すように、ＤＭＤ７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７０を備えている。画像表示領域７００の一部の領域７０ａの拡大図を図１３（ｂ）に示す。
【００６７】
図１３（ｂ）に示すように、一部画像表示領域７０ａを拡大すると、複数の微小ミラー７１が配列されている。微小ミラー７１は、正方形であって、１つの微小ミラー７１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７１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。
【００６８】
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７１が配置されているＤＭＤ７を用いればよい。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７１が配置されているＤＭＤ７を用いればよい。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。このように、ＤＭＤ７は、各微小ミラー７２の傾斜角度を制御することで画素ごとに「ＯＮ」「ＯＦＦ」を制御し、スクリーン２０に表示される画像の形成に必要な投射光（投射画像光）を生成する。
【００６９】
図１３（ｂ）において、微小ミラー７１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７１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７１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。
【００７０】
ＤＭＤ７の上面には、図１３（ｃ）に示すように、カバーガラス６が配置されている。このカバーガラス６は、微小ミラー７１の表面に埃等が付着することを防ぐためのものである。
【００７１】
図１３（ｄ）に示すように、微小ミラー７１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１３（ｄ）に示す微小ミラー７１ａ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７１ｂ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。
【００７２】
ＤＭＤ７が備える微小ミラー７１が、＋１２°の回転をした状態のときに反射される光を「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７１が−１２°の回転をしたときに反射される光を「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。ＤＭＤ７の微小ミラー７１で反射されたＯＮ光は、投射レンズの入射瞳に入り、第１投射ミラー１１で折り返されて、第２投射ミラー１２でスクリーン２０に向けて反射される。一方、ＯＦＦ光のときは、投射レンズの入射瞳に入らず、ＤＭＤ７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、ＤＭＤ７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２０に投射することができる。
【００７３】
次に光源１およびランプリフレクタ１ａについて説明をする。図１４において、光源１とランプリフレクタ１ａの概要を示す。図１４（ａ）は、光源１とランプリフレクタ１ａからなるランプハウジング３０の正面図である。また図１４（ｂ）は、ランプハウジング３０の側面図である。
【００７４】
光源１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１ａは楕円体であって、楕円の二つの焦点の一方に、光源１を設置し、他方の焦点に、光ミキシング素子２の入射端を設置する。光源１の出力は例えば、１８０Ｗ−２６０Ｗ（ワット）前後のものを用いる。光源１の出力が高いほど、明るい画像を表示することができる。
【００７５】
光源１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１ａの前面には図示しない防爆カバーが設置される。防爆カバーは、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１の光軸に対して例えば１０°傾けて設置する。防爆カバーを光源１の光軸に対して傾けて設置する理由は、防爆カバーによって反射した光が戻り光となって、光源１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１の寿命が短くなるからである。
【００７６】
また防爆カバーには、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１ａ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１００において光源１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１の交換が必要になったときは、光源１を含むランプハウジング３０ごとの交換となる。
【００７７】
光源１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、紫外線と赤外線は防爆カバーによって、光源１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５０によって色付けされる。
【００７８】
次に、本実施例に係るプロジェクタ１００が備える照明光学系の要部の構成について、図１５を用いて、さらに説明をする。図１５において、光源１から光ミキシング素子２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１ａは楕円体であり、第一焦点に相当する位置に光源１が設置され、第二焦点に相当する位置に光ミキシング素子２の入射端が設置されている。光源１と光ミキシング素子２の入射端との間には、防爆カバー１ｂとカラーホイール５０が設置されている。
【００７９】
防爆カバー１ｂとカラーホイール５０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、防爆カバー１ｂとカラーホイール５０の表面や裏面から反射された光が光源１への戻り光となることを防ぐことができる。防爆カバー１ｂとカラーホイール５０のチルトは、数度から１０°程度である。また、光源１から出射されて、ランプリフレクタ１ａ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１５において、光源１、ランプリフレクタ１ｂ、光ミキシング素子２が成す光軸はＺ軸方向において揃っている。
【符号の説明】
【００８０】
１    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    投射光学系
９    防塵ガラス
１０  鏡胴
１１  第１投射ミラー
１２  第２投射ミラー
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８１】
【特許文献１】特許第４３２９８６３号公報
【特許文献２】特許第３７２７５４３号公報
【特許文献３】特開２００９−１５７２２３号公報
【特許文献４】特開２００９−１４５６７２号公報
【特許文献５】特許第４２１０３１４号公報
【特許文献６】特許第４４６７６０９号公報
【図６】
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【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】
0006007478.tif 000023
【図１４】
0006007478.tif 000024
【図１５】
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【図１６】
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