(57)【要約】【課題】各曲面ミラーが温度変化してもスクリーン上での投影画像の位置ずれを減少ないし最小とするミラー支持構造、それを用いた投射光学系を提供することである。【解決手段】投射光学系２０は、複数の曲面ミラー１ｃ，１ｄで構成され、各曲面ミラー１ｃ，１ｄが同一面上の２箇所とこの同一面とは異なる面上の１箇所の計３箇所の支持部３で支持され、各曲面ミラー１ｃ，１ｄの２箇所の支持部３と１箇所の支持部３の配置関係が、光軸ズレ１１を相殺する相殺関係を組む曲面ミラー１の一方のグループ１ｃと他方のグループ１ｄの間で逆転している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の曲面ミラーで構成され、各曲面ミラーが同一面上の２箇所とこの同一面とは異なる面上の１箇所の計３箇所の支持部で支持され、各曲面ミラーの前記２箇所の支持部と前記１箇所の支持部の配置関係が、光軸ズレを相殺する相殺関係を組む曲面ミラーの一方のグループと他方のグループの間で逆転していることを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
各曲面ミラーの前記２箇所の支持部と前記１箇所の支持部の配置関係が、投射光線の入射順に交互に逆転している請求項１記載の投射光学系。
【請求項３】
各曲面ミラーが、投射光線の光軸に対し上辺側と下辺側或いは下辺側と上辺側において、それぞれ左右２箇所及び中央部１箇所の計３箇所の支持部で支持され、各曲面ミラーの前記２箇所の支持部と前記１箇所の支持部の上辺側と下辺側の配置関係が、投射光線の入射順に交互に逆転している請求項２記載の投射光学系。
【請求項４】
各曲面ミラーが、投射光線の光軸に対し右辺側と左辺側或いは左辺側と右辺側において、それぞれ上下２箇所及び中央部１箇所の計３箇所の支持部で支持され、各曲面ミラーの前記２箇所の支持部と前記１箇所の支持部の右辺側と左辺側の配置関係が、投射光線の入射順に交互に逆転している請求項２記載の投射光学系。
【請求項５】
各曲面ミラーが樹脂成形による請求項１乃至４のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項６】
複数の曲面ミラーで構成され、各曲面ミラーが同一面上の２箇所とこの同一面とは異なる面上の１箇所の計３箇所の支持部で支持された投射光学系において、各曲面ミラーの前記２箇所の支持部と前記１箇所の支持部の配置関係が、光軸ズレを相殺する相殺関係を組む曲面ミラーの一方のグループと他方のグループの間で逆転する様にミラーを支持することを特徴とするミラー支持構造。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の投射光学系を備え、光像を投射光学系によりスクリーンに拡大投影することを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクター等に使用される複数の曲面ミラーで構成された投射光学系におけるミラーの支持構造、これを用いた投射光学系などに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ミラーの支持構造として、ミラーの背面を支持部材の３つの微小突起で支持し、この微小突起の周囲を弾性接着材で環状に塗布することで、支持部材とミラーの熱膨張差を吸収し、環境温度が変化してもミラーの平面性を保つことができる保持構造がある（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、近年、プロジェクターの投射系として、所謂共軸レンズの代わりに、複数の樹脂成形による曲面ミラー（非球面反射面などを有するミラー）を用いた投射系が用いられるようになった。これら樹脂成形による曲面ミラーの支持構造として、曲面ミラーの反射面或いは裏面側に一体成形で形成された３箇所の凸部をミラー支持部材の支持面に載置し、前記３箇所の凸部の反対面側から板バネなどの弾性部材でミラーを支持部材に押圧する構造が用いられている。
【０００４】
図８に上記の如き曲面ミラーの詳細を示し（図８（ｂ）はミラーの正面図、図８（ａ）はその左右方向に沿った断面における断面図、図８（ｃ）はその上下方向に沿った断面における断面図）、図９はその斜視図である。これらの図において、１は樹脂成形による曲面ミラー、２はミラー反射面、３は曲面ミラー１の上辺側左右と下辺側中央部に設けられた３箇所の支持部である。図からも分かるように、曲面ミラー外周部に設けた左右２箇所の支持部で規定される平面と中央部１箇所の支持部で規定される平面の間には、必然的に段差Δｈが生じている。中央部１箇所の支持面の高さを延長して左右２箇所の支持部の高さと合わせることは、ミラー面の成形歪、ヒケ等の原因となるため、高精度を要求されるミラー成形では通常許容できない。
【特許文献１】特開2000−131583号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、以上の様な曲面ミラーを支持部材に載置した場合、環境温度等の上昇によりミラー自身の温度が上昇すると、左右２箇所支持部と中央部１箇所支持部間の段差Δｈ分のミラー材料の熱膨張により前記曲面ミラー１の中央部で図８（ｃ）の破線で示すような傾斜を生じ、その時の傾斜量Ｌは（１）式で表される。
Ｌ＝Δｈ＊σ＊Δｔ・・・（１）  （本明細書において、＊は掛け算記号として用いる）
ただし、Δｈ＝３箇所の支持面の高さの差、σ＝ミラー樹脂材の熱膨張率、Δｔ＝温度上昇値。
【０００６】
また、この時の傾斜角θは（２）式で表される。
θ＝ｔａｎ−1（Ｌ／Ｐ）・・・（２）
ただし、Ｐは上下方向の支持部ピッチ。
したがって、図８（ｃ）に示す様に、曲面ミラー１による入射光線の反射光線の光軸ズレ角は２θとなる。
【０００７】
以上のことから、上記の如き曲面ミラーによって構成される投射光学系では以下の様なことが起こる。
図１１は、図８、図９に示す曲面ミラー２枚によって構成された投射光学系１９を搭載したリアプロジェクターの概略の正面（ａ）と側面から見た内部構造（ｂ）を示す図であり、図１０に投射光学系１９の詳細を示す。これらの図において、４はライトバルブにより形成した光像を投射光学系１９により図１１の透過型スクリーン６に拡大投影する照明系である。１ａ及び１ｂは投射系１９を構成する２枚の曲面ミラーであり、図１０の支持部材１８にＡ視図、Ｂ視図に示す３箇所でそれぞれ板バネなどの弾性部材やネジなどで固定されている。また、５は投射系１９からの光像を透過型スクリーン６の背面に拡大投影するための平面ミラーであり、９は本体筐体である。
【０００８】
上に説明した図１０の光学系において、環境温度の上昇により曲面ミラー自身の温度が上昇すると、曲面ミラー１ａ，１ｂはそれぞれ破線１３，１４で示す方向に傾斜を生じる（環境温度が下降する場合には、それぞれ逆方向の傾斜が生じる）。その結果、照明系４から投射された光像の光軸７（スクリーン６の中心に向かう光線の軸である）は、図１０の８に示すように曲面ミラー１ａで２θ、更に曲面ミラー１ｂで２θずれることになる。図１１（ａ）の破線１０はスクリーン６上での画像ずれ（Δｎ）の様子を示す。
【０００９】
例えば、典型的な数値例で考えて、ミラー用樹脂として用いられるポリカーボネイトの熱膨張率σ＝７＊１０−５／℃、ミラーの温度上昇値Δｔ＝２０ｄｅｇ、３箇所の支持面の高さの差Δｈ＝１８ｍｍ、支持部ピッチＰ＝９０ｍｍとすると、曲面ミラー１の傾斜量Ｌと傾斜角θは、前記（１）、（２）式より、
Ｌ＝0.025ｍｍ、θ＝0.016度（約１分）
となり、スクリーン６上での画像のずれ量Δｎは、投射系１からスクリーン６までの光路長を1000ｍｍとすると、
Δｎ＝tan４θ＊1000＝tan(4＊0.016)＊1000=1.1ｍｍ
となる。
【００１０】
即ち、スクリーン６上では画像が、曲面ミラー１の温度上昇と共に、1.1ｍｍ上方にずれることになる（環境温度が下降する場合には、下方にずれる）。更に、この傾向は投射系に使用する曲面ミラーの枚数が増えるほど顕著になるという懸念があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題に鑑み、本発明の投射光学系は、複数の曲面ミラーで構成され、各曲面ミラーが同一面上の２箇所とこの同一面とは異なる面上の１箇所の計３箇所の支持部で支持され、各曲面ミラーの前記２箇所の支持部と前記１箇所の支持部の配置関係が、光軸ズレを相殺する相殺関係を組む曲面ミラーの一方のグループと他方のグループの間で逆転している。例えば、投射光線の入射順の１番目から３番目までのミラーが相殺関係を組むとした場合において、１番目のミラーのグループの支持部の配置関係に対して、２番目のミラーと３番目のミラーのグループの支持部の配置関係が逆転しているといった具合である。こうした設定は、各ミラーの材料、上記段差などを考慮して、最適な光軸ズレの相殺が行われる様に行えばよい。
【００１２】
各曲面ミラーにおいて、材料、上記段差がほぼ同じで温度変化あたりの傾斜角がほぼ同じであれば、各曲面ミラーの前記２箇所の支持部と前記１箇所の支持部の配置関係が、投射光線の入射順に交互に逆転している様に設定できる。典型的な配置で言えば（後述の実施例はこうした配置に係る）、各曲面ミラーが、投射光線の光軸（スクリーンの中心に向かう光線の軸）に対し上辺側と下辺側或いは下辺側と上辺側において、それぞれ左右２箇所及び中央部１箇所の計３箇所の支持部で支持され、各曲面ミラーの前記２箇所の支持部と前記１箇所の支持部の上辺側と下辺側の配置関係が、投射光線の入射順に交互に逆転していたり、或いは、各曲面ミラーが、投射光線の光軸に対し右辺側と左辺側或いは左辺側と右辺側において、それぞれ上下２箇所及び中央部１箇所の計３箇所の支持部で支持され、各曲面ミラーの前記２箇所の支持部と前記１箇所の支持部の右辺側と左辺側の配置関係が、投射光線の入射順に交互に逆転している。こうした場合、曲面ミラーの枚数は偶数、奇数いずれでもよいが、偶数の場合は、ミラーの支持部の配置関係を１枚のミラーも残さず投射光線の入射順に交互に逆転できるのに対して、奇数の場合は、ミラーの支持部の配置関係を完全には投射光線の入射順に交互に逆転できない。しかし、奇数の場合でも、相殺関係を組むミラーの組が存在するので、温度変化による画像のずれ量を小さくできる。
【００１３】
また、上記課題に鑑み、本発明のミラー支持構造は、複数の曲面ミラーで構成され、各曲面ミラーが同一面上の２箇所とこの同一面とは異なる面上の１箇所の計３箇所の支持部で支持された投射光学系において、各曲面ミラーの前記２箇所の支持部と前記１箇所の支持部の配置関係が、光軸ズレを相殺する相殺関係を組む曲面ミラーの一方のグループと他方のグループの間で逆転する様にミラーを支持することを特徴とする。
【００１４】
また、上記課題に鑑み、本発明のプロジェクターは、上記の投射光学系を備え、光像を投射光学系によりスクリーンに拡大投影することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上に説明した本発明によれば、各曲面ミラーの前記２箇所の支持部と前記１箇所の支持部の配置関係が、光軸ズレを相殺する相殺関係を組む曲面ミラーの一方のグループと他方のグループの間で逆転していることにより、各曲面ミラーが温度上昇または下降しても、スクリーン上での投影画像の位置ずれを減少ないし最小としたリアプロジェクターなどのプロジェクターを実現することが可能となる。また、投射系に使用する曲面ミラーの枚数が増えても、画像のずれ量を減少ないし最小とした投射光学系を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を明らかにすべく、図１〜図７を参照して具体的な実施例について詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
図２は本発明の第１の実施例によるリアプロジェクターの概要の正面（ａ）と側面から見た内部構造（ｂ）を示す図であり、図１に本実施例による投射系の詳細を示す。これらの図において、図１０、図１１に示す例と同じ構成要素には同符号を付して説明を省略する。
【００１８】
図１、図２において、１ｃ及び１ｄは投射光学系２０を構成する２枚の樹脂成形による曲面ミラーであり、図１の一体的な支持部材１７にＣ視図、Ｄ視図に示す３箇所で板バネなどによりそれぞれ固定されている。図から分かる様に、各曲面ミラーの支持部（左右２箇所及び中央部１箇所）の上辺側と下辺側の配置が、それぞれ投射光線の入射順に交互に逆転されているため、曲面ミラー１ｃの温度上昇時の傾斜方向１５は図１０に示す傾斜方向１３と同じであるが、曲面ミラー１ｄの温度上昇時の傾斜方向１６は図１０に示す傾斜方向１４と相反する方向になっている（上述した様に温度下降時にも同様なことになる）。これにより、スクリーン６に投射される投影画像の光軸ズレ１１が曲面ミラー１ｃと１ｄで互いに相殺される方向に作用するため、図２に示す画像ずれ１１の量Δｍを減少ないし最小とすることが出来、Δｍ（図２）＜＜Δｎ（図１１）となる。
【００１９】
この画像ずれは、スクリーンが画像より十分大きくて画像ずれが起こっても画像がスクリーンからはみ出さない場合に限って言えば、さして問題ないようにも思えるが、画像のへりとスクリーンの端までの距離が上下や左右で非対称になって見栄えが悪くなるなどの現象が起こって、やはり問題となる。本実施例や以下の実施例によれば、こうしたことも解消できる。
【００２０】
（実施例２）
図３に本発明の第２の実施例による投射光学系の詳細を示す。図３においても、図１０、１１に示す例と同じ構成要素には同符号を付して説明を省略する。
【００２１】
図３において、１ｅ，１ｆ，１ｇ及び１ｈは投射系２８を構成する４枚の樹脂成形による曲面ミラーであり、図３の支持部材２１にＥ視図、Ｆ視図，Ｇ視図及びＨ視図に示すそれぞれ３箇所で板バネなどにより固定されている。図から分かる様に、各曲面ミラーの支持部（左右２箇所及び中央部１箇所）の上辺側と下辺側の配置が、それぞれ投射光線の入射順に交互に逆転されているため、各曲面ミラー１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈの温度上昇時の傾斜方向２２，２３，２４，２５が光路順に相反する方向になっている（上述した様に温度下降時にも同様なことになる）。これにより、スクリーン（不図示）に投射される投影画像の光軸ズレが曲面ミラー１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ間で互いに相殺される方向に作用するため、２６の光軸と２７の光軸ズレを減少ないし最小、即ち画像ずれの量を減少ないし最小とすることが出来る。
【００２２】
（実施例３）
図４、図５に本発明の第３の実施例に用いた樹脂成形による曲面ミラーの詳細を示す。図４（ａ）はミラーの正面図、図４（ｂ）はその上下方向に沿った断面における断面図、図４（ｃ）はその左右方向に沿った断面における断面図、図５はその斜視図である。ここで、図８、図９と同じ構成要素には同符号を付して説明を省略する。図４、図５においては、３は樹脂成形による曲面ミラー１の右辺側上下と左辺側中央に設けられた３箇所支持部である。
【００２３】
図６、図７は第３の実施例の詳細を説明する図である。図７は、本実施例によるリアプロジェクターの上面から見た内部構造（ａ）と概要の正面（ｂ）と側面から見た内部構造（ｃ）を示す図であり、図６に本実施例による投射系の詳細を示す。これらの図において、１ｉ及び１ｊは投射系３４を構成する２枚の曲面ミラーであり、図６の一体的な支持部材３３にＪ視図、Ｋ視図に示す３箇所でそれぞれ板バネなどにより固定されている。図から分かる様に、各曲面ミラーの支持部（上下２箇所及び中央部１箇所）の右辺側と左辺側の配置が、それぞれ投射光線の入射順に左右交互に逆転されているため、曲面ミラー１ｉの温度上昇時の傾斜方向３２が、曲面ミラー１ｊの温度上昇時の傾斜方向３１と相反する方向になっている（上述した様に温度下降時にも同様なことになる）。これにより、スクリーン６に投射される投影画像の光軸２９からの光軸ズレ３０が曲面ミラー１ｉと１ｊで互いに相殺される方向に作用するため、図７に示す左右の画像ずれ３６の量Δｒを減少ないし最小とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施例による投射系の詳細を示す図。
【図２】本発明の第１の実施例による投射系を搭載したリアプロジェクターの概要を示す図。
【図３】本発明の第２の実施例による投射系の詳細を示す図。
【図４】本発明の第３の実施例の曲面ミラーの詳細を示す図。
【図５】本発明の第３の実施例の曲面ミラーの斜視図。
【図６】本発明の第３の実施例の投射系の詳細を示す図。
【図７】本発明の第３の実施例の投射系を搭載したリアプロジェクターの概要を示す図。
【図８】曲面ミラーの詳細を示す図。
【図９】曲面ミラーの斜視図。
【図１０】従来からの設計による投射系の詳細を示す図。
【図１１】従来からの設計による投射系を搭載したリアプロジェクターの概要を示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１・・・・曲面ミラー
３・・・・曲面ミラーに設けられた３箇所の支持部
４・・・・照明系
５・・・・平面ミラー
６・・・・スクリーン
１７、２１、３３・・・曲面ミラー支持部材
２０、２８、３４・・・投射系
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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