(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元的に配列された複数の微小ミラーを有する画像表示素子と、
前記画像表示素子に光源から出射した光を照射する照明光学系と、
前記照明光学系から前記画像表示素子に照射され所定の傾斜角度で傾斜した微小ミラーで反射された光を投射する投射光学系を備えた光学系であって、
前記照明光学系は、光軸を有する光学素子を有し、
前記光学素子は、前記照明光学系から前記画像表示素子に前記光が至るまでの光路の最も後段に配置され、
前記画像表示素子の中心座標を原点として、前記画像表示素子の短辺方向をＸ軸、前記画像表示素子の長辺方向をＹ軸、前記画像表示素子の鉛直方向であり前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸との直交方向をＺ軸、
前記微小ミラーの傾斜角度をθ、
前記Ｙ軸まわりの回転方向をβ方向、
前記光学素子の射出側面頂点のＸ座標をＡＸ、
前記光学素子の射出側面頂点のＺ座標をＡＺ、
前記光学素子の前記Ｙ軸まわりの回転角をＡβ、とするとき、
前記傾斜角度が以下の条件式（１）を満たし、
前記光学素子は矩形形状もしくは円形形状であり、前記光学素子の少なくとも一部の光学面は前記投射光学系の最も前記画像表示素子に近い光学面よりも前記画像表示素子から離れた位置にあり、以下の条件式（２）および条件式（３）を満たす位置に配置され、
（１）  θ≧１５［ｄｅｇ］
（２）  ０．７０＜｜ＡＸ／ＡＺ｜＜１．０５
（３）  ２．１５＜｜Ａβ／θ｜＜２．３５
前記画像表示素子の対角長さをＤとするとき、
前記画像表示素子の長辺のうち、前記投射光学系の光軸に近い長辺と光軸間との距離をΔＸとするとき、以下の条件式（６）をさらに満足することを特徴とする光学系。
（６） ０＜｜ΔＸ／Ｄ｜＜０．０６
【請求項２】
前記画像表示素子の対角長さをＤとするとき、
前記光学素子は、以下の条件式（４）をさらに満足する位置に配置される、請求項１記載の光学系。
（４）  ２．９０＜｜ＡＸ／Ｄ｜＜３．５０
【請求項３】
前記画像表示素子の対角長さをＤとするとき、
前記光学素子は、以下の条件式（５）をさらに満足する位置に配置される、請求項１または２記載の光学系。
（５）  ３．４０＜｜ＡＺ／Ｄ｜＜４．００
【請求項４】
前記微小ミラーは、反射面の中心を回転軸として傾く、請求項１乃至３のいずれかに記載の光学系。
【請求項５】
前記投射光学系は、前記画像表示素子側に非テレセントリックである、請求項１乃至４のいずれかに記載の光学系。
【請求項６】
前記光源は、固体光源であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光学系。
【請求項７】
請求項１記載の光学系を備えることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系および同光学系を備える画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタと称される画像表示装置には、画像表示素子にＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた「ＤＭＤプロジェクタ」と呼ばれるものがある。ＤＭＤは、複数の微小ミラーが二次元的に配列されていて、各微小ミラーの傾斜角度を変化させることで、微小ミラーごとにＯＮ状態とＯＦＦ状態を作り出す。
【０００３】
ＤＭＤプロジェクタは、ＯＮ状態になっている微小ミラーで反射された光が投射光学系に導かれるように構成されていて、このＯＮ状態に係る光により表示画像が形成される。
このような反射型画像表示素子を用いた光学系及びそれを備えた画像表示装置に関連する公知技術として、特許文献１〜特許文献４に記載の技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１〜４には、次に述べるような課題がある。
即ち、特許文献１と特許文献２に記載の技術では、照明光学系を構成する凹面ミラーを投射光学系の光路外または直下に配置しているが、凹面ミラーと投射光学系の鏡胴（投射レンズを保持する保持筒）が干渉しており、干渉を回避するためには、凹面ミラーを大きく切り欠く必要がある。
特許文献３に記載の技術では、照明レンズの一部を切り欠いている。
特許文献４に記載の技術では、照明用ミラーの反射面が投射光学系を構成する一部の投射レンズ系よりも画像表示素子側に配置されることで、切り欠き量の低減が図られているものの、切り欠きは、必須の構成となっている。
【０００５】
凹面ミラーは、画像表示素子を照明するための照明光学系において重要な光学素子である。このような光学素子を切り欠き形状にすると、切り欠き部分に光が当たるようになり、照明品質の低下や投射画像の品質の低下につながる可能性が高まる。また、光学素子の一部を切り欠くには、切削加工によるか成型によるか、いずれの方法であっても加工および製造コストが高くなる。
【０００６】
近年、プロジェクタによる表示画像への高解像度化や高輝度化の要求が高まっている。
これらの要求に応えるには、投射光学系を大型にすればよい。しかしながら、投射光学系を大型にすると、上記のような凹面ミラーとレンズ鏡胴との干渉はさらに生じやすくなる。すなわち、光学系の一部を切り欠き形状にして照明光学系と投射光学系の干渉を回避する構造を備える光学系は、プロジェクタの高輝度化、高品質化および低コスト化の要求に応えることはできない。
【０００７】
従来のＤＭＤが備える微小ミラーは、ＯＮ状態のときの傾斜角度が１０〜１２［ｄｅｇ］であった。近年では、特許文献５において提案されているように、ＯＮ状態における微小ミラーの傾斜角度を１５〜２７［ｄｅｇ］にできるものも出現してきている。ＯＮ状態における微小ミラーの傾斜角度を大きくできれば、照明光学系と投射光学系を十分に分離することができる。
【０００８】
しかしながら、微小ミラーの傾斜角度が従来よりも大きいＤＭＤを画像表示素子として用いるには、照明光学系や投射光学系を構成する光学素子の配置に関して新たに工夫をする必要がある。
【０００９】
本発明は、コンパクトかつ低コストでありながら、照明光学系と投射光学系を十分に分離することができ、表示画像の高輝度化や高品質化を図ることができる光学系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】
【００１０】
本発明は、２次元的に配列された複数の微小ミラーを有する画像表示素子と、前記画像表示素子に光源から出射した光を照射する照明光学系と、
前記照明光学系から前記画像表示素子に照射され所定の傾斜角度で傾斜した微小ミラーで反射された光を投射する投射光学系を備えた光学系であって、前記照明光学系は、光軸を有する光学素子を有し、前記光学素子は、前記照明光学系から前記画像表示素子に前記光が至るまでの光路の最も後段に配置され、前記画像表示素子の中心座標を原点として、前記画像表示素子の短辺方向をＸ軸、前記画像表示素子の長辺方向をＹ軸、前記画像表示素子の鉛直方向であり前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸との直交方向をＺ軸、前記微小ミラーの傾斜角度をθ、前記Ｙ軸まわりの回転方向をβ方向、前記光学素子の射出側面頂点のＸ座標をＡＸ、前記光学素子の射出側面頂点のＺ座標をＡＺ、前記光学素子の前記Ｙ軸まわりの回転角をＡβ、とするとき、
前記傾斜角度が以下の条件式（１）を満たし、
前記光学素子は矩形形状もしくは円形形状であり、前記光学素子の少なくとも一部の光学面は前記投射光学系の最も前記画像表示素子に近い光学面よりも前記画像表示素子から離れた位置にあり、以下の条件式（２）および条件式（３）を満たす位置に配置され、
（１）  θ≧１５［ｄｅｇ］
（２）  ０．７０＜｜ＡＸ／ＡＺ｜＜１．０５
（３）  ２．１５＜｜Ａβ／θ｜＜２．３５
前記画像表示素子の対角長さをＤとするとき、
前記画像表示素子の長辺のうち、前記投射光学系の光軸に近い長辺と光軸間との距離をΔＸとするとき、以下の条件式（６）
（６） ０＜｜ΔＸ／Ｄ｜＜０．０６
をさらに満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る光学系によれば、投射光学系の大型化を抑制し、コンパクトかつ低コストでありながら、照明光学系と投射光学系を十分に分離することができ、表示画像の高輝度化や高品質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る光学系の実施形態に係る光学素子の配置を示すＹＺ平面図である。
【図２】上記光学系の光学素子の配置を示すＸＺ平面図である。
【図３】上記光学系が有するＤＭＤの微小ミラーの理想的な傾斜状態の例を示すＸＺ平面図である。
【図４】上記光学系の第１実施例を示すＸＺ平面図である。
【図５】上記光学系の第２実施例を示すＸＺ平面図である。
【図６】上記光学系の第３実施例を示すＸＺ平面図である。
【図７】上記光学系の失敗例を示すＸＺ平面図である。
【図８】上記各実施例に係る数値例を示す表図である。
【図９】本発明に係る光学系の他の実施形態に係る光学素子の配置を示すＹＺ平面図である。
【図１０】本発明に係る画像表示装置の実施形態を示すＹＺ平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
●光学系１００の実施形態
以下、図面を参照しながら本発明に係る光学系の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る光学系１００のＹＺ平面図である。図２は、本実施形態に係る光学系１００のＸＺ平面図である。
【００１４】
光学系１００は、プロジェクタに代表される画像表示装置に用いられるものであって、照明光学系１０と、ＤＭＤ２０と、投射光学系３０と、を有してなる。照明光学系１０は、光源１１から出射された光を画像表示素子であるＤＭＤ２０へ照射する。ＤＭＤ２０は、光源１１からの光を変調して反射する。この反射光によって表示画像が形成される。なお、ＤＭＤ２０の外形は、長方形である。投射光学系３０は、ＤＭＤ２０で変調された光を投影面に拡大投射する。
【００１５】
ここで、本実施形態の説明に用いる座標系について定義する。ＤＭＤ２０の短辺方向をＸ軸として、長辺方向をＹ軸とする。また、ＤＭＤ２０の長方形面に対して鉛直方向であってＸ軸とＹ軸との直交方向をＺ軸とする。さらに、Ｙ軸まわりの回転方向をβ方向とする。
【００１６】
図１および図２に示すように、照明光学系１０は、光源１１と、防爆ガラス１３と、カラーホイール１４と、光ミキシング素子１５と、リレーレンズ１６と、折り返しミラー１７と、凹面ミラー１８と、を有してなる。
【００１７】
光源１１は、発光体とリフレクタを備えていて、発光体から射出された光がリフレクタによって所定の位置に集光されるように構成されている。発光体には、キセノンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプなどを用いることができる。
【００１８】
光源１１の前面には、防爆ガラス１３が配置されていて、これに続いてカラーホイール１４が配置されている。カラーホイール１４は、光源１１が発する白色光から３原色の光を経時的に作り出すものである。
【００１９】
光源１１が出射した光の集光位置は、光ミキシング素子１５の入射端である。光ミキシング素子１５は、照明化均一素子であって、入射端から内部に入った光の照度を均一化して出射する。これによって、光ミキシング素子１５の出射端は照度が均一化された面光源とみなすことができる。光ミキシング素子１５には、ライトトンネルやロッドインテグレータ、ライトパイプなどを用いることができる。
【００２０】
光ミキシング素子１５から出射された光の進路上には、リレーレンズ１６、折り返しミラー１７、凹面ミラー１８がこの順に配置されている。これらは光ミキシング素子１５から出射された光をＤＭＤ２０へと導光する光学素子である。折り返しミラー１７は、光路を折り返す役割を担う平面ミラーであるが、パワーを持っていてもよい。また、本発明における特徴的な光学素子である凹面ミラー１８は、折り返しミラー１７によって折り返された光路をさらにＤＭＤ２０に向けて折り返す凹面形状のミラーである。なお、凹面ミラー１８の代わりに、パワーを有する屈折型の光学素子を用いてもよい。
【００２１】
光源１１から出射された光がＤＭＤ２０に至るまでの照明光学系１０の光路において、最も後段に配置されている光学素子が凹面ミラー１８である。凹面ミラー１８は、ＤＭＤ２０を照明するためのパワーを有する光学素子である。また、凹面ミラー１８は、光軸を有する光学素子である。図１および図２に示す凹面ミラー１８の外形は矩形形状であるが、これに限ることはない。後述する諸条件を満たすならば、凹面ミラー１８の外形は円形形状であってもよい。
【００２２】
すでに説明したとおり、ＤＭＤ２０の外形は矩形である。ＤＭＤ２０の長手方向は、光源１１からリレーレンズ１６に向かう光の進行方向と同じ方向である。ＤＭＤ２０は、２次元的に配列された複数の微小ミラー２０１（図３参照）を有している。微小ミラー２０１はそれぞれ、表示画像の画素に対応している。微小ミラー２０１は、傾き角度によって「ＯＮ状態」と「ＯＦＦ状態」を切り替えることができる。「ＯＮ状態」の微小ミラー２０１で反射された光を「ＯＮ光」といい、「ＯＦＦ状態」の微小ミラー２０１で反射された光を「ＯＦＦ光」という。
【００２３】
ＯＮ状態にある微小ミラー２０１の傾斜角度θは、１５［ｄｅｇ］以上である。この傾斜角度θの微小ミラー２０１によって反射されたＯＮ光が、投射光学系３０に入射して図示しない投影面に表示される画像を形成する。微小ミラー２０１は、反射面における中心を回転軸として傾斜する。本実施形態において傾斜角度θは回転軸を通るＸＹ平面に対する傾きの度合いを表している。なお、ＤＭＤ２０の前面側である光の反射面側には、保護用のカバーガラス２１が配置されている。
【００２４】
投射光学系３０は、レンズ鏡胴３１と、レンズ鏡胴３１に保持された複数の投射レンズ群３２と、を有してなる。本実施形態の説明に用いる図において、便宜上、投射レンズ群３２とレンズ鏡胴３１は別々の位置に記載している。実際には、投射レンズ群３２はレンズ鏡胴３１の内部にあって所定の位置関係が保持されている。
【００２５】
以上のとおり、投射光学系３０は、ＤＭＤ２０側に非テレセントリックである。
【００２６】
次に、光学系１００についてさらに詳細に説明する。図３は、光学系１００のＸＺ平面図である。図３に示すように、光学系１００に係る凹面ミラー１８は、切り欠き部分を有さない。しかも、凹面ミラー１８は、投射光学系３０のレンズ鏡胴３１と干渉していない。凹面ミラー１８は、ＤＭＤ２０に対して所定の角度で反射面を傾けながらＤＭＤ２０側に向けて配置されている。
【００２７】
この凹面ミラー１８によって反射された照明光がＤＭＤ２０の微小ミラー２０１に当たるときの微小ミラー２０１の理想的な傾斜状態は、図３に示すａ１の傾斜である。微小ミラー２０１がａ１に相当する傾斜状態であるとき、この微小ミラー２０１によって反射された光は、図３に示す光路Ｌ１を通って投射光学系３０に入射する。このように、微小ミラー２０１の傾斜状態が理想状態にあるとき、その微小ミラー２０１によって反射された光は、投射光学系３０へと良好に導かれる。
【００２８】
一方、微小ミラー２０１の傾斜状態がａ１よりも小さいａ２に相当するとき、この微小ミラー２０１によって反射された光は、図３に示す光路Ｌ２を通って投射光学系３０に入射する。すなわち、傾斜状態がａ２のときは、微小ミラー２０１によって光が跳ね上げられ過ぎてしまう。また、微小ミラー２０１の傾斜状態がａ１よりも大きいａ３に相当するとき、この微小ミラー２０１によって反射された光は、図３に示す光路Ｌ３を通って投射光学系３０に入射する。すなわち、傾斜状態がａ３のときは、微小ミラー２０１によって光が跳ね下げられ過ぎてしまう。
【００２９】
以上のように、微小ミラー２０１の角度がａ２またはａ３のときは、どちらであっても、反射光は投射光学系３０へと良好な状態で導かれない。本実施形態に係る光学系１００は、微小ミラー２０１の傾斜角度がａ１の状態をＯＮ状態とする。これによって、凹面ミラー１８とレンズ鏡胴３１との干渉は回避され、凹面ミラー１８には切り欠きを設ける必要はなく、さらに、良好な画像を投影面に投射できる。
【００３０】
図９は、本発明の他の実施の形態に係る光学系の構成を示す平面図である。
図９において、光学系１００のうち、投射光学系３０は、図１に示されたものを用いているが、照明光学系１０のうち、３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を作り出すための光源系については、別の構成を用いている。
３原色を作り出す光源系として、例えば、赤色（Ｒ）を発する第１のＬＥＤ１と第１の集光レンズ４、緑色（Ｇ）を発する第２のＬＥＤ２と第２の集光レンズ５、青色（Ｂ）を発する第３のＬＥＤ３と第３の集光レンズ６を用いて構成してなる。
第１のＬＥＤ１と第１の集光レンズ４の光軸は、リレーレンズＬ１の主光軸と共通である。第２のＬＥＤ２と第２の集光レンズ５の光軸は、主光軸上に斜設されたミラー７によって、直交方向に反射されて主光軸に一致させられる。
【００３１】
第３のＬＥＤ３と集光レンズ６の光軸は、上記主光軸上に斜設されたミラー８によって、同様に、直交方向に反射されて主光軸と一致させられる。
ミラー８と、光ミキシング素子１５との間には、調整レンズ９が挿入されている。
このように構成された光源系の光源１１としての３つのＬＥＤ１〜ＬＥＤ３は、画像表示素子（ＤＭＤ）２０の各微小ミラー２０１の動きに連動して発光動作して三原色を生成する。
上記第１〜第３の光源として、光源に、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）など、固体光源を用いることが望ましい。固体光源を用いることで、色再現性に優れた光学系１００を実現することができるからである。
【００３２】
●プロジェクタ１０００の実施形態
図１０は、本発明に係る画像表示装置の全体構成を示す平面図である。
この図１０に示す実施の形態に係る画像表示装置１０００は、図１に示した実施の形態に係る照明光学系１０と投射光学系３０とを構成要素に含めて構成される。また、上記光学系に加えて、映像源出力装置（既製品でよい）や各種装置の電源回路４０を備えている。
この実施の形態に係る画像表示装置の照明光学系１０の中の光源系は、一つの光源１１、防爆ガラス１３、カラーホイール１４からなり、画像表示素子２０であるＤＭＤの各微小ミラーの動きに連動して動作し、光線に着色をするように構成してなる。
この点において、図９の他の実施の形態に係る照明光学系とは、異なっている。
尚、光源１１として、上述したように、ＬＥＤやＬＤなど固体光源を用いることが望ましい。固体光源を用いることで、色再現性に優れた光学系１００を実現することができるからである。
【００３３】
そして、プロジェクタ１０００は、光学系１００の効果によって、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することができ、さらに、コンパクトかつ低コストで画像表示装置を実現できる。
【００３４】
●光学系１００の具体的な実施例●
次に、上記の光学系１００に係る具体的な実施例について、図４乃至図６を用いて説明する。以下において説明する各実施例は、それぞれを同じ条件で比較できるように、図４乃至図６における各光学素子の配置と大きさは同じようにしてある。
【００３５】
●第１実施例
図４に示すように、第１実施例に係る光学系１００ａは、凹面ミラー１８ａとレンズ鏡胴３１の干渉は回避されている。したがって、凹面ミラー１８ａは切り欠き形状にする必要がない。
【００３６】
第１実施例に係る凹面ミラー１８ａの反射面における面頂点１８１ａの座標、すなわち面頂点座標（Ｚ，Ｘ）は、（Ｚ−３２．５ｍｍ，−２４．５ｍｍ）である。面頂点１８１ａは、凹面ミラー１８ａにおける射出側面頂点である。射出側面頂点は、ＤＭＤ２０に向けて光を射出する面（反射面）の頂点である。
【００３７】
凹面ミラー１８ａのＹ軸まわりのβ方向の回転角は、３４．６［ｄｅｇ］である。なお、上記の座標の原点（０，０）は、ＤＭＤ２０の中心座標（Ｚ，Ｘ）である。また、ＤＭＤ２０の対角長は８．３０ｍｍであって、ＤＭＤ２０が有する微小ミラー２０１の傾斜角度θは、１５．０［ｄｅｇ］である。
【００３８】
また、レンズ鏡胴３１は、ＤＭＤ２０からの反射光が入射する側の端部が、原点から−Ｚ方向に向かって３０ｍｍの位置に配置されている。なお、レンズ鏡胴３１の外径は、２４ｍｍである。
【００３９】
●第２実施例
図５に示すように、第２実施例に係る光学系１００ｂは、凹面ミラー１８ｂとレンズ鏡胴３１の干渉は回避されている。したがって、凹面ミラー１８ｂは切り欠き形状にする必要がない。
【００４０】
第２実施例に係る凹面ミラー１８ｂの反射面における面頂点１８１ｂの座標、すなわち面頂点座標（Ｚ，Ｘ）は、（−３０．５ｍｍ，−２７．５ｍｍ）である。面頂点１８１ｂは、凹面ミラー１８ｂにおける射出側面頂点である。射出側面頂点は、ＤＭＤ２０に向けて光を射出する面（反射面）の頂点である。
【００４１】
凹面ミラー１８ｂのＹ軸まわりのβ方向の回転角は、３９．５［ｄｅｇ］である。なお、上記の座標の原点（０，０）は、ＤＭＤ２０の中心座標（Ｚ，Ｘ）である。また、ＤＭＤ２０の対角長は、８．３０ｍｍであって、ＤＭＤ２０が有する微小ミラー２０１の傾斜角度θは、１７．０［ｄｅｇ］である。
【００４２】
また、レンズ鏡胴３１は、ＤＭＤ２０からの反射光が入射する側の端部が、原点から−Ｚ方向に向かって３０ｍｍの位置に配置されている。なお、レンズ鏡胴３１の外径は、２４ｍｍである。
【００４３】
●第３実施例
図６に示すように、第３実施例に係る光学系１００は、凹面ミラー１８ｃとレンズ鏡胴３１との干渉は回避されている。したがって、凹面ミラー１８ｃは切り欠き形状にする必要がない。
【００４４】
第３実施例に係る凹面ミラー１８ｃの反射面における面頂点１８１ｃの座標、すなわち面頂点座標（Ｚ，Ｘ）は、（−２８．８ｍｍ，−２８．８ｍｍ）である。面頂点１８１ｃは、凹面ミラー１８ｃにおける射出側面頂点である。射出側面頂点は、ＤＭＤ２０に向けて光を射出する面（反射面）の頂点である。
【００４５】
凹面ミラー１８ｃのＹ軸まわりのβ方向の回転角は、４１．８[ｄｅｇ]である。なお、
上記の座標の原点（０，０）は、ＤＭＤ２０の中心座標（Ｚ，Ｘ）である。また、ＤＭＤ２０の対角長は、８．３０ｍｍであって、ＤＭＤ２０が有する微小ミラー２０１の傾斜角度θは、１９．０［ｄｅｇ］である。
【００４６】
また、レンズ鏡胴３１は、ＤＭＤ２０からの反射光が入射する側の端部が、原点から−Ｚ方向に向かって３０ｍｍの位置に配置されている。なお、レンズ鏡胴３１の外径は、２４ｍｍである。
【００４７】
以上説明した第１実施例から第３実施例の中で最も良好な構成は、第２実施例に係る光学系１００ｂである。第１実施例に係る凹面ミラー１８ａは、レンズ鏡胴３１との干渉を極限位置で回避できる構成である。第２実施例に係る凹面ミラー１８ｂは、レンズ鏡胴３１との干渉は回避できていて、照明光学系１０ｂのＸ方向の寸法とＺ方向の寸法をコンパクトに収めることができている。また、第３実施例に係る凹面ミラー１８ｃは、レンズ鏡胴３１との干渉は余裕をもって回避できるが、照明光学系１０のＸ方向における寸法が長くなる。
【００４８】
すなわち、第２実施例に係る光学系１００ｂが、照明光学系１０と投射光学系３０との干渉を回避しつつ、全体としてコンパクトなサイズで構成することができる。
【００４９】
●光学系１００の有効性の説明
以上説明をした第１実施例から第３実施例において示した数値の範囲から外れると、照明光学系１０を構成する光学素子とレンズ鏡胴３１との干渉を回避し、かつ、コンパクトな光学系１００にすることはできない。
【００５０】
以下、照明光学系１０が有する光学素子とレンズ鏡胴３１との干渉が回避できない失敗例を挙げて、すでに説明した第１実施例から第３実施例の有効性について説明する。図７に示すように、当該失敗例に係る凹面ミラー１８ｘは、レンズ鏡胴３１と点線で示した領域Ｃにおいて干渉している。したがって、凹面ミラー１８ｘには、干渉を回避するための切り欠き部１８２が設けられている。
【００５１】
この例において、凹面ミラー１８ｘの反射面における面頂点１８１ｘの座標、すなわち面頂点座標（Ｚ，Ｘ）は、（−３４．１ｍｍ，−２２．２ｍｍ）である。凹面ミラー１８ｘのＹ軸まわりのβ方向の回転角は、３０．９［ｄｅｇ］である。なお、上記座標の原点（０，０）は、ＤＭＤ２０の中心座標（Ｚ，Ｘ）である。また、ＤＭＤ２０の対角長は８．３０ｍｍであって、ＤＭＤ２０が有する微小ミラー２０１の傾斜角度θは１３．０［ｄｅｇ］である。
【００５２】
この例では、凹面ミラー１８ｘに切り欠き部１８２を設けなければ、照明光学系１０と投射光学系３０の干渉を回避できない。凹面ミラー１８ｘのように、切り欠き部１８２を設けるには、加工費用が嵩むので、光学系１００全体の製造コストを上昇させる要因になる。また、切り欠き部１８２に光が当たることで照明品質の低下や投射画像の品質低下の原因になる。
【００５３】
したがって、第１実施例から第３実施例のように、凹面ミラー１８には切り欠き部１８２を設けることなく、レンズ鏡胴３１と干渉しないように凹面ミラー１８を配置することが重要である。
【００５４】
第１実施例から第３実施例を包含する光学系１００であれば、凹面ミラー１８に切り欠き部分を設けることなく、レンズ鏡胴３１との干渉を回避し、かつ、光学系１００全体をコンパクトにできる。これによって、従来の課題を十分に解決できる。
【００５５】
●各実施例に係る数値例●
次に、光学系１００を構成する各光学素子に係る条件式と当該条件式に対応する数値の例を用いて、光学系１００が備える複数の特徴について詳細に説明する。図８に示す表のように、上記の第１実施例から第３実施例および失敗例を横並びに数値を比較すると、光学系１００の特徴と効果は、より明確になる。
【００５６】
まず、図８に示した表に用いられている記号の意味について説明する。「θ」は、ＤＭＤ２０が有する微小ミラー２０１の傾斜角度θのことである。「ＡＸ」は、凹面ミラー１８の射出側面頂点のＸ座標のことである。なお、射出側面頂点とは、凹面ミラー１８の反射面側の面頂点のことである。「ＡＺ」は、凹面ミラー１８の射出側面頂点のＺ座標のことである。「Ａβ」は、凹面ミラー１８のβ方向の回転角のことである。「Ｄ」は、ＤＭＤ２０の対角長のことである。「ΔＸ」は、投射光学系３０に近いＤＭＤ２０の長辺と光軸間との距離のことである。
【００５７】
●光学系１００の特徴●
●第１の特徴
まず、光学系１００の第１の特徴について説明する。図８に示すように第１実施例から第３実施例は、ＤＭＤ２０が有する微小ミラー２０１の傾斜角度θは、以下の条件式（１）を満たすことが前提になる。
条件式（１）：θ≧１５［ｄｅｇ］
【００５８】
上記の前提において、凹面ミラー１８が、ＡＸとＡＺの比の絶対値が以下の条件式（２）を満たし、Ａβとθとの比が以下の条件式（３）を満たすように配置されていることを特徴とする。
条件式（２）：０．７０＜｜ＡＸ／ＡＺ｜＜１．０５
条件式（３）：２．１５＜｜Ａβ／θ｜＜２．３５
【００５９】
条件式（１）に示すように、ＤＭＤ２０が有する微小ミラー２０１の傾斜角度θは、１５［ｄｅｇ］以上である。従来技術では、ＯＮ状態にある微小ミラー２０１の傾斜角度θが１０［ｄｅｇ］〜１２［ｄｅｇ］であり、この傾斜角度θが制約の１つとなって、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離できなかった。そこで、光学系１００は、ＤＭＤ２０における微小ミラー２０１の傾斜角度θを従来のものよりも大きくし、凹面ミラー１８を切り欠き形状にせずに、照明光学系１０と投射光学系３０とを十分に分離できるようにした。
【００６０】
また、条件式（２）の上限を超えた場合は、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することはできるが、光学系１００全体として見たときに、ＤＭＤ２０の短辺方向において長くなる。条件式（２）の下限を超えた場合は、光学系１００全体をコンパクトにできるが、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することができない。条件式（３）の上限を超えた場合は、ＤＭＤ２０で反射され投射光学系３０に導かれる光が跳ね上がり過ぎてしまう。逆に、条件式（３）の下限を超えた場合は、ＤＭＤ２０で反射され投射光学系３０に導かれる光が跳ね下がり過ぎてしまう。どちらの場合であっても良好な画像を投影面に投射することができなくなる。
【００６１】
以上のとおり光学系１００は、条件式（１）、条件式（２）、条件式（３）を満たすことにより、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することが可能であり、コンパクトにでき、製造コストを低く抑えることができる。
【００６２】
●第２の特徴
次に、光学系１００の第２の特徴について説明する。上記の各条件を前提とした凹面ミラー１８が、さらに、ＡＸとＤの比の絶対値が以下の条件式（４）を満たすように配置されていることを特徴とする。
条件式（４）：２．９０＜｜ＡＸ／Ｄ｜＜３．５０
【００６３】
条件式（４）の上限を超えた場合は、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することはできるが、光学系１００全体として見たときには、ＤＭＤ２０の短辺方向において長くなる。条件式（４）の下限を超えた場合は、光学系１００全体をコンパクトにできるが、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することができなくなる。
【００６４】
以上のとおり光学系１００は、条件式（１）乃至（３）および条件式（４）を満たすことにより、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することが可能であり、コンパクトにでき、製造コストを低く抑えることができる。
【００６５】
●第３の特徴
次に、光学系１００の第３の特徴について説明する。上記の各条件を前提とした凹面ミラー１８が、さらに、ＡＺとＤの比の絶対値が以下の条件式（５）を満たすように配置されていることを特徴とする。
条件式（５）：３．４０＜｜ＡＺ／Ｄ｜＜４．００
【００６６】
条件式（５）の上限を超える場合は、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することができる。しかし、ＤＭＤ２０の鉛直方向（Ｚ軸方向）において、照明光学系１０が長くなってしまう。条件式（５）の下限を超えた場合は、ＤＭＤ２０の鉛直方向において照明光学系１０を短くできるが、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することができない。
【００６７】
以上のとおり光学系１００は、条件式（１）乃至（４）および条件式（５）を満たすことにより、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することが可能であり、コンパクトにでき、製造コストを低く抑えることができる。
【００６８】
●第４の特徴
次に、光学系１００の第４の特徴について説明する。上記の各条件を前提とした凹面ミラー１８を有する光学系１００が、さらに、ＤＭＤ２０の長辺のうち、投射光学系３０の光軸に近い方の長辺と、光軸との距離の比の絶対値が以下の条件式（５）を満たすものであることを特徴とする。
条件式（６）：０＜｜ΔＸ／Ｄ｜＜０．０６
【００６９】
一般に、光学系１００を用いる画像表示装置は、設置位置よりも高い位置に画像を投影する。したがって、ＤＭＤ２０を投射光学系３０の光軸からオフセットして配置する。
【００７０】
条件式（６）の下限は０より大きい。条件式（６）の下限を超えた場合、照明光学系１０と投射光学系３０が相対的に近づくことになるため、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することができない。
【００７１】
条件式（６）の上限を超えた場合、画像表示装置の設置位置よりも十分高い位置に画像を投影できる。しかし、オフセット量が増えるとイメージサークルが大きくなり、投射光学系３０におけるＤＭＤ２０に近いレンズの外径、すなわちレンズ鏡胴３１の外径が大きくなる。その結果、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することができなくなる。
【００７２】
以上のとおり光学系１００は、条件式（１）乃至（５）および条件式（６）を満たすことにより、投射光学系３０の大型化を抑制し、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することができる。
【００７３】
●第５の特徴
次に、光学系１００の第５の特徴について説明する。上記の各条件を前提とした凹面ミラー１８の形状が、矩形形状もしくは円形形状であることを特徴とする。
【００７４】
これによって光学系１００は、凹面ミラー１８の形状を切り欠きの無い形状にすることができ、製造コストを低く抑えることができる。
【００７５】
●第６の特徴
次に、光学系１００の第６の特徴について説明する。上記の各条件を前提とした凹面ミラー１８を有する光学系１００において、凹面ミラー１８の形状は矩形形状もしくは円形形状であって、さらにＤＭＤ２０が備える微小ミラー２０１が、中心点を回転軸として傾斜することを特徴とする。
【００７６】
以上のとおり光学系１００は、ＤＭＤ２０の微小ミラー２０１が中心を回転軸にして傾き状態を形成するので、照明光学系１０の光路と投射光学系３０の光路を良好に分離することができる。
【００７７】
●第７の特徴
次に、光学系１００の第７の特徴について説明する。上記の各条件を前提とした光学系１００において、投射光学系３０が画像表示素子側（ＤＭＤ２０側）において非テレセントリックであることを特徴とする。
【００７８】
これによって光学系１００は、ＤＭＤ２０に近い投射光学系３０のレンズ鏡胴３１の外径を小さく抑えることができるので、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することができる。
【００７９】
●プロジェクタ１０００の特徴
次に、プロジェクタ１０００の特徴について説明する。本実施形態に係るプロジェクタ１０００は、上記の各条件を満たす光学系１００を備えている。したがって、プロジェクタ１０００は、照明光学系１０と投射光学系３０を十分に分離することが可能であり、かつ、コンパクト、かつ、低コストで実現できることを特徴とする。
【符号の説明】
【００８０】
１〜３  第１のＬＥＤ〜第３のＬＥＤ
１０    照明光学系
１１  光源
１８    凹面ミラー
２０    ＤＭＤ
３０    投射光学系
３１    レンズ鏡胴
１００  光学系
２０１  微小ミラー
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８１】
【特許文献１】特許第３１２１８４３号公報
【特許文献２】特開２００４−０４６０２６号公報
【特許文献３】特許第４１５８３１７号公報
【特許文献４】特開２０１３−５７９３５号公報
【特許文献５】米国特許６８８５４９４号公報
【図１】
0006731175.tif 000002
【図２】
0006731175.tif 000003
【図３】
0006731175.tif 000004
【図４】
0006731175.tif 000005
【図５】
0006731175.tif 000006
【図６】
0006731175.tif 000007
【図７】
0006731175.tif 000008
【図８】
0006731175.tif 000009
【図９】
0006731175.tif 000010
【図１０】
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