(57)【要約】【課題】自由曲面反射ミラーの熱変形による影響をその有効反射範囲からほぼ外し、有効反射範囲さらには表示領域には実質的な影響が出ない様にする自由曲面反射ミラーの支持方法である。【解決手段】自由曲面反射ミラー１は、左右対称かつ上下非対称形状であって表示領域よりも１０％以下で広い範囲を持つ有効反射範囲２を有する。自由曲面反射ミラー１を支持するための拘束点を、有効反射範囲２の左右対称となる方向の頂点近傍に、２点３ａ，３ｂを設け、２点の拘束点３ａ，３ｂと２等辺３角形のほぼ頂点となる位置であって有効反射範囲２の上下非対称となる方向の頂点近傍に、他の１点３ｃを設け、有効反射範囲２の面積の８０％以上が２等辺３角形の面積に含まれる様な合計３点３ａ，３ｂ，３ｃで、自由曲面反射ミラー１を拘束・支持する。【選択図】図１
2006251615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右対称かつ上下非対称形状であって表示領域よりも１０％以下で広い範囲を持つ有効反射範囲を有し、当該記自由曲面反射ミラーを支持するための拘束点を、前記有効反射範囲の左右対称となる方向の頂点近傍に、２点を設け、前記２点の拘束点と２等辺３角形のほぼ頂点となる位置であって前記有効反射範囲の上下非対称となる方向の頂点近傍に、他の１点を設け、前記有効反射範囲の面積の８０％以上が前記２等辺３角形の面積に含まれる様な合計３点で、拘束・支持されていることを特徴とする自由曲面反射ミラー。
【請求項２】
前記有効反射範囲がほぼ三日月形状である請求項１に記載の自由曲面反射ミラー。
【請求項３】
前記有効反射範囲がほぼ台形形状であり、有効反射範囲の左右対称となる方向の前記２点の拘束点を、有効反射範囲の左右対称方向の距離よりも、短いピッチ間距離で設けている請求項１に記載の自由曲面反射ミラー。
【請求項４】
樹脂成形により形成された請求項１乃至３のいずれかに記載の自由曲面反射ミラー。
【請求項５】
左右対称かつ上下非対称形状であって表示領域よりも１０％以下で広い範囲を持つ有効反射範囲を有する自由曲面反射ミラーの支持方法であって、前記自由曲面反射ミラーを支持するための拘束点を、前記有効反射範囲の左右対称となる方向の頂点近傍に、２点を設け、前記２点の拘束点と２等辺３角形のほぼ頂点となる位置であって前記有効反射範囲の上下非対称となる方向の頂点近傍に、他の１点を設け、前記有効反射範囲の面積の８０％以上が前記２等辺３角形の面積に含まれる様な合計３点で、前記自由曲面反射ミラーを拘束・支持することを特徴とする自由曲面反射ミラーの支持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクターなどの投影装置において使用される画像形成用等の自由曲面反射ミラーの支持方法ないし機構、及びこれを用いた自由曲面反射ミラーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、装置の小型化、薄型化を図る目的で、斜め投影方式を用いたリヤプロジェクションディスプレーが提案されている（特許文献１参照）。この投影光学エンジン内部に搭載されている画像形成用の非球面などの反射面を持つ自由曲面反射ミラーは、近年の機器の小型化／画像の高精細化により、高精度が要求されるキーパーツとなっており、製品の優劣を決めうる要素となっている。
【０００３】
こうした状況において、この自由曲面反射ミラーを、精度良く保持し、機器の温度上昇・降下などによる影響を受けにくくする様に試みた自由曲面反射ミラーの支持機構が望まれている。ここでは、自由曲面反射ミラーをプラスチックモールドで成形し、光学部品を高精度に支持するホルダーにこのミラーを取り付ける場合を例に説明する。
【０００４】
この例を図４に示す。自由曲面反射ミラー１の材質は、高精度な成形に適し高い機械強度を有するポリカーボネイトを使用している。通常、この種の斜め投影系光学系では、自由曲面反射ミラー面の有効反射範囲が、左右対称かつ上下非対称形状（一方向に対称で、その方向に対して略直角な方向に非対称な形状）となっている。この自由曲面反射ミラー１の左右対称かつ上下非対称形状の有効面を持つ有効反射範囲２は、４つの角４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄにおいて、図示しない板バネやコイルスプリング等の加圧部材やネジ等により、図示しない高精度支持部材（ホルダー）に加圧して固定される。
【特許文献１】特開平2001-255462号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記加圧して固定した状態で、機器の温度上昇が発生すると、自由曲面反射ミラー１は熱膨張する。この熱膨張の影響により、自由曲面反射ミラー１は、変形の腹である部位４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄで比較的大きく変形し、良好な画像を形成できなくなるという懸念が生じる。これを回避するために、４角の拘束点４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄを有効反射範囲２から大きく離すという対策も考えられるが、この場合、自由曲面反射ミラーの大型化を招くという別の懸念が生じる。
【０００６】
図４の例における問題点を、典型的な数値での計算例を交えて以下に説明する。自由曲面反射ミラーの長手方向の寸法を200ｍｍとし、ポリカーボネイトの熱膨張を7×10−5／℃、温度上昇を20ｄｅｇとすると、Ｌ＝200×7×10−5×20＝0.28ｍｍほど長手方向に膨張する。加圧点での拘束が完全な拘束の場合、この0.28ｍｍの熱膨張は、すべて自由曲面反射ミラーの変形となる。拘束ポイントをA点、B点とすると、AB=200ｍｍ、AB円弧=200.28ｍｍ、円弧半径Rは1092.9ｍｍとなり、この影響で、自由曲面反射ミラーの面の浮きは4.58ｍｍにもなる。
【０００７】
上記の如く、高精度な自由曲面反射ミラーがこの様な変形をしては、実用上、使用できないので、ネジなどによる拘束性の高い締結は一般には使用しない。従って、熱膨張を或る程度逃がすために、板バネ等により軽い力で加圧するのが一般的である。
【０００８】
しかしながら、自由曲面反射ミラーを高精度保持部材に正確に支持するには、機器の運搬や実用上の使い勝手を考慮すると、自由曲面反射ミラーの質量の20倍程度の荷重を負荷せざるを得ない。そのため、拘束点での熱膨張による引っかかりにより、自由曲面ミラーの変形は発生する。
【０００９】
例えば、自由曲面反射ミラーの質量を0.15Kgとすると、板バネ４箇所の合計で、3Kg程度の荷重を印加することになり、１箇所あたり0.75Kgの荷重となる。この状態での高温環境試験での変形量は、変形の腹となる部位においては、10〜20μｍ程度の発生が確認されている。
【００１０】
近年、機器の小型化／高精細化のために、自由曲面反射ミラーに要求される寸法精度は、厳しくなる一方であり、上記10〜20μｍ程度の変形も容認できない状況になりつつあり、対策が必要になっている（尚、上では温度上昇で説明したが、比較的重要性は小さいとはいえ、温度降下の場合も逆の現象が起こって変形が懸念される）。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題に鑑み、本発明の自由曲面反射ミラーは、左右対称かつ上下非対称形状であって表示領域（表示などのための光が反射される領域）よりも１０％以下で広い範囲を持つ有効反射範囲を有し、当該記自由曲面反射ミラーを支持するための拘束点を、前記有効反射範囲の左右対称となる方向の頂点近傍に、２点を設け、前記２点の拘束点と２等辺３角形のほぼ頂点となる位置であって前記有効反射範囲の上下非対称となる方向の頂点近傍に、他の１点を設け、前記有効反射範囲の面積の８０％以上が前記２等辺３角形の面積に含まれる様な合計３点で、拘束・支持されていることを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題に鑑み、本発明の自由曲面反射ミラーの支持方法ないし機構は、左右対称かつ上下非対称形状であって表示領域よりも１０％以下で広い範囲を持つ有効反射範囲を有する自由曲面反射ミラーの支持機構であって、前記自由曲面反射ミラーを支持するための拘束点を、前記有効反射範囲の左右対称となる方向の頂点近傍に、２点を設け、前記２点の拘束点と２等辺３角形のほぼ頂点となる位置であって前記有効反射範囲の上下非対称となる方向の頂点近傍に、他の１点を設け、前記有効反射範囲の面積の８０％以上が前記２等辺３角形の面積に含まれる様な合計３点で、前記自由曲面反射ミラーを拘束・支持することを特徴とする。
【００１３】
つまり、本発明では、自由曲面反射ミラーの有効反射範囲を考慮して、拘束ポイントを上記の如き設計で設けることで上記課題に対して対策を講じている。
【発明の効果】
【００１４】
上に説明した本発明によれば、上記の如き合計３点の拘束点で自由曲面反射ミラーを拘束することにより、たとえ自由曲面反射ミラーを大型化しなくても、自由曲面反射ミラーの熱変形による影響（代表的には、高温時における、熱膨張のよる自由曲面反射ミラーの変形の腹になる部分の影響）を有効反射範囲さらには表示領域からほぼ外し、有効反射範囲さらには表示領域には実質的な影響が出ない様にすることができる。したがって、表示などのために用いられる光が反射される表示領域からは外れることになり、表示などには影響が出なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１、図２を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態の樹脂成形により形成された自由曲面反射ミラー１の高精度支持部材（不図示）への拘束方法を説明する図である。ここでは、拘束を３点（３ａ，３ｂ，３ｃ）で行う。本実施形態では、自由曲面反射ミラー１の有効反射範囲２は左右対称で上下非対称であり、図１の様なほぼ三日月形状をしている。このとき、左右対称となる方向の頂点近傍に２点３ａ，３ｂを設け、この２点に対し、２等辺３角形のほぼ頂点となる位置で上下非対称となる方向の頂点近傍に、他の１点３ｃを設ける。
【００１６】
この様に板バネやコイルスプリング等の加圧部材やネジ等により支持部材に自由曲面反射ミラー１を拘束すると、図１に示す様に、左右対称方向の拘束箇所である２点３ａ，３ｂ間の中点付近４ｃと、他の１点３ｃで拘束した側の両端部分４ａ，４ｂが、他の部位と比較して大きく変形する。これにより、自由曲面反射ミラー１の熱膨張（または収縮）による変形を、これらの点付近での変形で吸収し、有効反射範囲２においては、軽微な変形量に抑えることができる。
【００１７】
この様に、自由曲面反射ミラー１の比較的大きく変形する部位が自由曲面反射ミラー１の有効反射範囲２にならない様に、３点の拘束点３ａ，３ｂ，３ｃを配置することで、自由曲面反射ミラー１を、不必要に大型化することなく、自由曲面反射ミラー１の有効反射範囲２の高温／低温時の変形を防ぐ（実質的に無くす）ことができる。
【００１８】
比較のために、本実施形態とは逆に配置した例を図２に示す。図２での３点拘束の位置は、２３ａ，２３ｂ，２３ｃの３点である。この場合の３点拘束では、長手方向側の中点付近２４ｃが比較的大きく変形するが、この位置が、自由曲面反射ミラー１の有効反射範囲２でない様にするには、自由曲面反射ミラー１の拘束位置（２３ａ，２３ｂで示す様な位置）を、自由曲面反射ミラー１が大型化する方向にずらすことになり、自由曲面反射ミラー１を大型化させることになる。
【００１９】
また、他の１点の拘束ポイント（２３ｃで示す様な位置）の両端部２４ａ，２４ｂも、有効反射範囲２に近いため、自由曲面反射ミラー１を大型化させる方向に拘束点をずらすことになり、自由曲面反射ミラー１を大型化させることになる。
【００２０】
この様に、図２に示した比較例では、熱膨張（または収縮）の影響による自由曲面反射ミラー１の変形の腹の部位を有効反射範囲外にするためには、自由曲面反射ミラー１を不必要に大型化させなくてはならないという懸念がある。これに対し、図１に示した本実施形態の配置であれば、自由曲面反射ミラー１を不必要に大型化させる必要はなく、熱膨張（または収縮）に起因する反射ミラーの変形による画像形成の劣化に対して対策をすることができる。
【００２１】
次に、図３を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。図３は、本実施形態の自由曲面反射ミラー１の支持部材への拘束方法ないし機構を示す。拘束点は第１の実施形態と同じ３点で行う。
【００２２】
ここでは、自由曲面反射ミラー１の有効反射範囲３２は左右対称で上下非対称であり、図３の様なほぼ台形形状をしている。このとき、拘束位置に関して、有効反射範囲３２の長手方向において２点３３ａ，３３ｂを設け、この２点に対し、２等辺３角形のほぼ頂点となる位置に他の１点３３ｃを設けるのは、第１の実施形態と同様である。
【００２３】
この場合は、拘束点３３ａ，３３ｂ側から他の拘束点３３ｃ側に向かって有効反射範囲３２が単調に狭くなっているので、拘束点である３３ａ，３３ｂのピッチ間距離は、有効反射範囲３２の長手方向の距離よりも少し短くしても、他の部位と比較して大きく変形する部分３４ａ，３４ｂ，３４ｃを有効反射範囲３２の外に持ってくることができるので、こうしてもよく、自由曲面反射ミラー１の長手方向の小型化が可能となる。
【００２４】
本実施形態の作用・効果も第１の実施形態と実質的に同じである。即ち、上記の様に板バネやコイルスプリング等の加圧部材やネジ等により支持部材に自由曲面反射ミラー１を拘束すると、図３に示す様に、左右対称方向の拘束箇所である２点３３ａ，３３ｂ間の中点付近３４ｃと、他の１点３３ｃで拘束した側の両端部分３４ａ，３４ｂが、他の部位と比較して大きく変形するが、これらの点は有効反射範囲３２のほぼ外に存在する。これにより、自由曲面反射ミラー１の熱膨張（または収縮）による変形を、これらの点付近での変形で吸収し、有効反射範囲２においては、軽微な変形量に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態の全体斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の比較例の全体斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の全体斜視図である。
【図４】従来の考えによる例を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１      自由曲面反射ミラー
２，３２      有効反射範囲
３ａ，３ｂ，３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ  
拘束点
４ａ，４ｂ，４ｃ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ  
比較的大きな変形部分
【図１】
2006251615.tif 000003
【図２】
2006251615.tif 000004
【図３】
2006251615.tif 000005
【図４】
2006251615.tif 000006