(57)【要約】【課題】反射型表示素子を用いた投影型表示装置として、投影面に、輝度むらやコントラスト低下の無い高品質の画像を投影することができるものを提供する。【解決手段】反射型表示素子１と、その正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から前記反射型表示素子１に向けて照明光を投射する光源系２と、反射型表示素子１から出射した画像光を投影面に投影する投影系１５と、反射型表示素子１の前面側に配置され、光源系２及び投影系１５に対向する面から入射した照明光を反射型表示素子１の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記反射型表示素子１に入射させ、反射型表示素子１から出射した画像光を投影系１５に入射させるとともに、光源系２からの照明光のうち、光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光を、投影系１５による画像光の投影方向以外の方向に出射する中継レンズ１４とを備えた。【選択図】      図１
2005099669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス状に配列する複数の画素を有し、前面から入射した光の反射を前記複数の画素により制御して画像光を前方に出射する反射型表示素子と、
前記反射型表示素子の正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から前記反射型表示素子に向けて照明光を投射する光源系と、
前記反射型表示素子から出射した画像光を投影面に投影する投影系と、
前記反射型表示素子の前面側に配置され、前記光源系及び投影系に対向する面から入射した前記照明光を前記反射型表示素子の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させ、前記反射型表示素子から出射した画像光を前記投影系に入射させるとともに、前記光源系からの照明光のうち、前記光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光を、前記投影系による前記画像光の投影方向以外の方向に出射する中継レンズとを備えたことを特徴とする投影型表示装置。
【請求項２】
投影系は複数枚のレンズにより構成されており、中継レンズは、その光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光を、前記投影系の複数枚のレンズのうち、少なくとも最も出射端側のレンズの有効領域に入射しない方向に出射することを特徴とする請求項１に記載の投影型表示装置。
【請求項３】
中継レンズは、その光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光のうちの前記投影系に向かう光を、前記投影系の入射側レンズによって前記投影系の出射側レンズのうちの少なくとも最も出射端側のレンズの有効領域に入射しない方向に屈折される角度で出射することを特徴とする請求項２に記載の投影型表示装置。
【請求項４】
投影系を構成する複数枚のレンズは、少なくとも内周面が光吸収性を有する鏡胴内に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の投影型表示装置。
【請求項５】
中継レンズは、一方の面が凸面に形成され、他方の面が凹面に形成されたメニスカスレンズからなっており、その凸面を反射型表示素子に対向させ、凹面を光源系及び投影系に対向させて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投影型表示装置。
【請求項６】
メニスカスレンズの凸面及び凹面は、反射型表示素子から出射した画像光を実質的に平行光のまま投影系に入射させる曲率を有していることを特徴とする請求項５に記載の投影型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、反射型表示素子を用いた投影型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型の液晶表示素子や、一般にＤＭＤと略称されるマイクロミラー表示素子（Digital Micromirror Device）等のような、マトリックス状に配列する複数の画素を有し、前面から入射した光の反射を前記複数の画素により制御して画像光を前方に出射する反射型表示素子を用いた投影型表示装置は、前記反射型表示素子と、前記反射型表示素子の正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から前記反射型表示素子に向けて照明光を投射する光源系と、前記反射型表示素子から出射した画像光をスクリーン等の投影面に投影する投影系とにより構成されている。
【０００３】
この投影型表示装置は、前記光源系からの照明光を前記反射型表示素子に、その正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から入射させるため、前記反射型表示素子の表示画像の輝度を複数の画素がマトリックス状に配列している表示エリアの全域にわたって均一にするには、前記光源系からの照明光を平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させる必要がある。
【０００４】
そのため、前記投影型表示装置では、前記反射型表示素子の前面側に、前記光源系及び投影系に対向する前面から入射した前記照明光を前記反射型表示素子の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させ、前記反射型表示素子から出射した画像光を前記投影系に入射させる中継レンズを配置することにより、前記反射型表示素子に輝度むらの無い画像を表示させ、その画像光を投影系により投影面に投影するようにしている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３―１４９５９９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、反射型表示素子の前面側に前記中継レンズを配置した投影型表示装置は、光源系からの照明光の一部が前記中継レンズの光源系及び投影系に対向する面で表面反射し、その表面反射光のうちの前記投影系に入射した光が前記反射型表示素子から出射した画像光と一緒に投影面に投影されるため、前記投影面に投影された画像に輝度むらやコントラスト低下を生じさせてしまう。
【０００６】
この発明は、反射型表示素子を用いた投影型表示装置として、投影面に、輝度むらやコントラスト低下の無い高品質の画像を投影することができるものを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の投影型表示装置は、マトリックス状に配列する複数の画素を有し、前面から入射した光の反射を前記複数の画素により制御して画像光を前方に出射する反射型表示素子と、前記反射型表示素子の正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から前記反射型表示素子に向けて照明光を投射する光源系と、前記反射型表示素子から出射した画像光を投影面に投影する投影系と、前記反射型表示素子の前面側に配置され、前記光源系及び投影系に対向する面から入射した前記照明光を前記反射型表示素子の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させ、前記反射型表示素子から出射した画像光を前記投影系に入射させるとともに、前記光源系からの照明光のうち、前記光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光を、前記投影系による前記画像光の投影方向以外の方向に出射させる中継レンズとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
この投影型表示装置において、投影系は複数枚のレンズにより構成されており、前記中継レンズは、その光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光を、前記投影系の複数枚のレンズのうち、少なくとも最も出射端側のレンズの有効領域に入射しない方向に出射する特性を有していればよい。
【０００９】
この中継レンズは、その光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光のうちの前記投影系に向かう光を、前記投影系の入射側レンズによって前記投影系の出射側レンズのうちの少なくとも最も出射端側のレンズの有効領域に入射しない方向に屈折される角度で出射するのが好ましい。
【００１０】
さらに、前記投影系を構成する複数枚のレンズは、少なくとも内周面が光吸収性を有する鏡胴内に配置されているのが好ましい。
【００１１】
また、前記中継レンズは、一方の面が凸面に形成され、他方の面が凹面に形成されたメニスカスレンズからなっており、その凸面を前記反射型表示素子に対向させ、凹面を前記光源系及び投影系に対向させて配置されているのが好ましい。
【００１２】
その場合、前記メニスカスレンズの凸面及び凹面は、前記反射型表示素子から出射した画像光を実質的に平行光のまま前記投影系に入射させる曲率を有しているのが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
この投影型表示装置は、前記反射型表示素子の前面側に、前記中継レンズを配置しているため、前記光源系からの照明光を前記中継レンズにより前記反射型表示素子の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させ、この反射型表示素子に輝度むらの無い画像を表示させ、その画像光を投影系により投影面に投影することができる。
【００１４】
しかも、この投影型表示装置は、前記中継レンズが、前記光源系からの照明光のうち、この中継レンズの光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光を、前記投影系による前記画像光の投影方向以外の方向に出射させるため、その表面反射光が前記投影系により投影面に投影されることは無く、したがって、前記投影面に、輝度むらやコントラスト低下の無い高品質の投影画像を表示することができる。
【００１５】
この発明の投影型表示装置において、前記中継レンズは、その光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光を、前記投影系を構成する複数枚のレンズのうち、少なくとも前記投影系の最も出射端側のレンズの有効領域に入射しない方向に出射する特性を有していればよく、このようにすることにより、前記中継レンズによる表面反射光が前記投影系により投影面に投影されるのを確実に防ぐことができる。
【００１６】
この中継レンズは、その光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光のうちの前記投影系に向かう光を、前記投影系の入射側レンズによって前記投影系の出射側レンズのうちの少なくとも最も出射端側のレンズの有効領域に入射しない方向に屈折される角度で出射するのが好ましく、このようにすることにより、前記中継レンズによる表面反射光が前記投影系により投影面に投影されるのを確実に防ぐことができる。
【００１７】
さらに、前記投影系を構成する複数枚のレンズは、少なくとも内周面が光吸収性を有する鏡胴内に配置されているのが好ましく、このようにすることにより、前記中継レンズの光源系及び投影系に対向する面で表面反射して前記投影系に入射し、この投影系をその少なくとも最も出射端側のレンズの有効領域に入射しない方向に向かって進む光のほとんどを前記鏡胴の内周面で吸収して、前記中継レンズによる表面反射光が前記投影系により投影面に投影されるのをさらに確実に防ぐことができる。
【００１８】
また、前記中継レンズは、一方の面が凸面に形成され、他方の面が凹面に形成されたメニスカスレンズからなっており、その凸面を前記反射型表示素子に対向させ、凹面を前記光源系及び投影系に対向させて配置されているのが好ましく、このようにすることにより、前記光源系からの照明光を前記反射型表示素子の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させ、前記反射型表示素子から出射した画像光を前記投影系に入射させるとともに、前記光源系からの照明光のうち、前記光源系及び投影系に対向する凹面で表面反射した光を、前記投影系による前記画像光の投影方向以外の方向に出射することができる。
【００１９】
その場合、前記メニスカスレンズの凸面及び凹面は、前記反射型表示素子から出射した画像光を実質的に平行光のまま前記投影系に入射させる曲率を有しているのが望ましく、このようにすることにより、前記画像光を、前記投影系での光ロスを生じさせること無く投影面に投影することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１〜図６はこの発明の一実施例を示しており、図１は投影型表示装置の平面図である。
【００２１】
この投影型表示装置は、マトリックス状に配列する複数の画素（図示せず）を有し、前面から入射した光の反射を前記複数の画素により制御して画像光を前方に出射する反射型表示素子１と、前記反射型表示素子１の正面方向（反射型表示素子１の前面の法線付近の方向）に対して一方の方向に傾いた方向から前記反射型表示素子１に向けて照明光を投射する光源系２と、前記反射型表示素子１から出射した画像光を図示しないスクリーン等の投影面に投影する投影系１５と、前記反射型表示素子１の前面側に配置された中継レンズ１４とを備えている。
【００２２】
この実施例の投影型表示装置では、前記反射型表示素子１にマイクロミラー表示素子を用いている。以下、この反射型表示素子１をマイクロミラー表示素子と言う。
【００２３】
前記マイクロミラー表示素子１は、その構成は図示しないが、１つ１つの画素を、縦横の幅が１０μｍ〜２０μｍの極薄金属片（例えばアルミニウム片）からなるマイクロミラーにより形成したものであり、これらのマイクロミラーをＣＭＯＳをベースとするミラー駆動素子により一方の傾き方向と他方の傾き方向とに傾動させて画像を表示する。
【００２４】
すなわち、このマイクロミラー表示素子１は、その正面方向に対して前記マイクロミラーの一方の傾き方向に傾いた入射方向から所定の角度範囲の入射角で入射した光を、前記複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより前記正面方向と斜め方向とに反射して画像を表示するものであり、一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより正面方向に反射し、他方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより斜め方向に反射し、正面方向への反射光による明表示と、斜め方向への反射光による暗表示とにより画像を表示する。
【００２５】
なお、前記明表示の明るさは、前記マイクロミラーを前記一方の傾き方向（入射光を正面方向に反射させる傾き方向）に傾けておく時間を制御することによって任意に変化させることができ、したがって、前記マイクロミラー表示素子１に、明るさに階調をもたせた画像を表示させることができる。
【００２６】
一方、前記光源系２は、図１に示したように、照明光を出射する光源部３と、前記光源部３の出射側に配置された導光ロッド６と、前記導光ロッド６の出射端側に配置されたカラーホィール７と、前記導光ロッド６から出射し、前記カラーホィール７を透過した照明光を前記マイクロミラー表示素子１の前面に向けて投射する光源系レンズユニット９及びミラー１２とからなっており、前記マイクロミラー表示素子１にその正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から照明光を投射するように、前記マイクロミラー表示素子１の斜め前方に配置されている。
【００２７】
前記光源部３は、高輝度の白色光を出射する超高圧水銀灯等の光源ランプ４と、この光源ランプ４からの出射光を前方に向けて集光反射するリフレクタ５とからなっている。
【００２８】
また、前記導光ロッド６は、前記マイクロミラー表示素子１の複数の画素がマトリックス状に配列している表示エリアと相似な断面形状を有する透明角棒または内面全体に反射膜が設けられた角筒からなり、その一端が入射端とされ、他端が出射端とされたものであり、前記光源部３の出射側に、前記入射端を前記光源部３に対向させ、ロッド中心軸を前記光源部３の出射光軸Ｏ１に一致させて配置されている。
【００２９】
この導光ロッド６は、前記光源部３からの出射光を均一な強度分布の光束とするために設けられており、前記光源部３から前記リフレクタ５により集光反射されて出射した光を、前記入射端面から入射させ、その光を、導光ロッド６の各側面と外気である空気層との界面で全反射させながら導光ロッド６内をその長さ方向に導いて、均一な強度分布の光束として前記出射端面から出射する。
【００３０】
また、前記カラーホィール７は、前記光源部３から出射し、前記導光ロッド６により均一な強度分布の光束とされた照明光（白色光）を、複数の色、例えば赤、緑、青の３色に順次着色するために設けられている。
【００３１】
このカラーホィール７は、赤、緑、青の３色の扇状カラーフィルタ（図示せず）を周方向に並べて設けた円板状の回転板からなっており、その中心を前記導光ロッド６の側方に配置されたホィール回転モータ８の回転軸に固定され、前記赤、緑、青の３色のカラーフィルタが、カラーホィール７の回転により前記導光ロッド６の出射端の前を順次通過するように配置されている。
【００３２】
また、前記光源系レンズユニット９は、鏡胴１０内に複数枚のレンズ１１をレンズ収差が小さくなるように組合わせて配置した固定焦点レンズユニットであり、この光源系レンズユニット９は、前記カラーホィール７の出射側に、レンズ光軸を前記光源部３の出射光軸Ｏ１に一致させて配置されている。
【００３３】
そして、前記光源部３と導光ロッド６とカラーホィール７及び光源系レンズユニット９は、前記マイクロミラー表示素子１の前方領域の側方に、前記光源系レンズユニット９の出射端を前記マイクロミラー表示素子１の前方領域に対向させるとともに、前記光源部３の出射光軸Ｏ１を前記マイクロミラー表示素子１の正面方向に対して略垂直にして配置されている。
【００３４】
また、前記ミラー１２は平面鏡からなっており、前記マイクロミラー表示素子１の前方領域の側方に、その領域を挟んで前記光源系レンズユニット９の出射端と対向させるとともに、前記光源部３の出射光軸Ｏ１に対して所定角度斜めに傾けて、前記光源系レンズユニット９からの出射光を前記マイクロミラー表示素子１に向けて反射し、その反射光を前記マイクロミラー表示素子１にその正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から投射するように配置されている。
【００３５】
一方、前記マイクロミラー表示素子１の前面には、このマイクロミラー表示素子１を保護するカバーガラス１３が配置されており、その前面側に中継レンズ１４が配置されている。
【００３６】
前記中継レンズ１４は、前記光源系２の光源部３から出射し、前記導光ロッド６とカラーホィール７と光源系レンズユニット９及びミラー１２を介してこの中継レンズ１４の光源系２及び投影系１５に対向する面から入射した照明光を、前記マイクロミラー表示素子１の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記マイクロミラー表示素子１に入射させ、前記マイクロミラー表示素子１から出射した画像光を集光させて前記投影系１５に入射させるとともに、前記光源系２からの照明光のうち、この中継レンズ１４の光源系２及び投影系１５に対向する面で表面反射した光を、前記投影系１５による前記画像光の投影方向以外の方向に出射する特性を有している。
【００３７】
この中継レンズ１４は、一方の面が凸面に形成され、他方の面が凹面に形成されたメニスカスレンズからなっており、その凸面を前記マイクロミラー表示素子１に対向させ、凹面を前記光源系２及び投影系１５に対向させるとともに、レンズ中心１４ａを、前記マイクロミラー表示素子１の表示エリアの周縁のうち、前記光源系２からの照明光の入射側とは反対側の縁部の中心付近に対向させて配置されている。以下、この中継レンズ１４をメニスカスレンズと言う。
【００３８】
図２は前記メニスカスレンズ１４の拡大断面図であり、その光源系２及び投影系１５に対向する凹面は、前記光源系２からの照明光のうち、前記凹面で表面反射した光を、前記投影系１５による前記画像光の投影方向以外の方向に出射する曲率をもった面に形成され、マイクロミラー表示素子１に対向する凸面は、前記凹面の曲率に基いて、前記光源系２から投射された照明光を前記凹面と凸面とによりマイクロミラー表示素子１の正面方向に対して所定角度傾いた方向に屈折させて前記マイクロミラー表示素子１に入射させ、前記マイクロミラー表示素子１からその正面方向に出射した画像光を前記凸面と凹面とにより屈折させて前記投影系１５に入射させる曲率をもった面に形成されている。
【００３９】
なお、このメニスカスレンズ１４の有効領域は、前記マイクロミラー表示素子１の表示エリアに対応する部分、つまり図２に実線で示した部分であり、図２に鎖線で示した部分は非有効領域であるため、この実施例では、前記非有効領域を切り落とした形状のメニスカスレンズ１４を用いている。
【００４０】
また、前記投影系１５は、鏡胴１６内に複数枚のレンズ２１，２２，２３レンズ収差が小さくなるように組合わせて配置した可変焦点レンズユニットからなっており、そのレンズ光軸Ｏ２を前記マイクロミラー表示素子１の前面の法線と略垂直にして、前記マイクロミラー表示素子１から出射し前記メニスカスレンズ１４を透過した画像光を入射端から入射させるように配置されている。
【００４１】
この投影型表示装置は、光源系２のカラーホィール７を高速で回転駆動することにより、前記光源系２から赤、緑、青の光を順次前記マイクロミラー表示素子１に投射させるとともに、前記赤、緑、青の光の投射周期に同期させて前記マイクロミラー表示素子１に赤、緑、青の画像データを順次書込むことにより、前記マイクロミラー表示素子１に赤、緑、青の画像を順次表示させ、前記マイクロミラー表示素子１から順次出射する赤、緑、青の単色画像光を、投影系１５により拡大して投影面に投影するものであり、前記投影面に、赤、緑、青の３色の単色画像が重なって見えるフルカラー画像を表示する。
【００４２】
そして、この投影型表示装置は、前記マイクロミラー表示素子１の前面側に、前記メニスカスレンズからなる中継レンズ１４を配置しているため、前記光源系２からの照明光を前記中継レンズ１４により前記マイクロミラー表示素子１の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正してマイクロミラー表示素子１に入射させ、このマイクロミラー表示素子１に輝度むらの無い画像を表示させ、その画像光を投影系１５により投影面に投影することができる。
【００４３】
しかも、この投影型表示装置は、前記中継レンズ１４が、前記光源系２からの照明光のうち、この中継レンズ１４の光源系２及び投影系１５に対向する面で表面反射した光を、前記投影系１５による前記画像光の投影方向以外の方向に出射させるため、その表面反射光が前記投影系１５により投影面に投影されることは無く、したがって、前記投影面に、輝度むらやコントラスト低下の無い高品質の投影画像を表示することができる。
【００４４】
この実施例では、前記中継レンズ１４に、一方の面が凸面に形成され、他方の面が凹面に形成されたメニスカスレンズを用い、このメニスカスレンズ１４を、その凸面を前記マイクロミラー表示素子１に対向させ、凹面を前記光源系２及び投影系１５に対向させて配置しているため、前記光源系２からの照明光を前記マイクロミラー表示素子１の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記マイクロミラー表示素子１に入射させ、このマイクロミラー表示素子１から出射した画像光を前記投影系１５に入射させるとともに、前記光源系２からの照明光のうち、前記光源系２及び投影系１５に対向する凹面で表面反射した光を、前記投影系１５による画像光の投影方向以外の方向に出射することができる。
【００４５】
すなわち、図３は前記マイクロミラー表示素子１による反射光と前記メニスカスレンズ１４による表面反射光の出射方向を示す模式図、図４〜図６はその詳細図であり、図３（ａ）及び図４は前記マイクロミラー表示素子１の一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーにより正面方向に反射された光の出射方向、図３（ｂ）及び図５は前記マイクロミラー表示素子１の他方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーにより斜め方向に反射された光の出射方向を示し、図３（ｃ）及び図６は前記メニスカスレンズ１４による表面反射光の出射方向を示している。
【００４６】
まず、前記投影系１５について説明すると、この投影系１５はズーミング機能を有するものであり、その鏡胴１６は、図４〜図６に示したように、入射端を前記メニスカスレンズ１４に対向させ、出射端を画像光の投影方向に向けて配置された固定鏡胴１７と、この固定鏡胴１７内の入射側に胴長方向に移動可能に設けられた入射側可動鏡胴１８と、前記固定鏡胴１８内に胴長方向に移動可能に設けられた第１の出射側可動鏡胴１９と、前記第１の出射側可動鏡胴１９内の出射側に胴長方向に移動可能に設けられた第２の出射側可動鏡胴２０とからなっている。
【００４７】
前記固定鏡胴１７及び可動鏡胴１８，１９，２０はそれぞ黒色樹脂の成形品からなっており、したがって、これらの鏡胴１７，１８，１９，２０はいずれも光吸収性を有している。
【００４８】
そして、前記入射側可動鏡胴１８内には複数枚の入射側レンズ２１が設けられ、前記第１の出射側可動鏡胴１９内にはその胴長方向の中間部に１枚の第１出射側レンズ２２が設けられ、前記第２の出射側可動鏡胴２０内には複数枚の第１出射側レンズ２３が設けられている。
【００４９】
この投影系１５は、前記入射側可動鏡胴１８と第１の出射側可動鏡胴１９とを互いに接離する方向に移動させてズーミングを行ない、それに応じて前記第２の出射側可動鏡胴２０を移動させてピント調整を行なうものであり、前記入射側可動鏡胴１８と第１の出射側可動鏡胴１９と第２の出射側可動鏡胴２０はそれぞれ、図示しない移動機構により胴長方向に移動される。
【００５０】
また、前記マイクロミラー表示素子１の前面側に配置された前記メニスカスレンズ１４は、前記光源系２からの照明光のうち、このメニスカスレンズ１４の光源系２及び投影系１５に対向する凹面で表面反射した光を、前記投影系１５を形成する複数枚のレンズ２１，２２，２３のうち、出射側レンズ２２，２３に入射しない方向に出射する特性を有している。
【００５１】
すなわち、前記メニスカスレンズ１４は、その光源系２及び投影系１５に対向する凹面で表面反射した光のうちの投影系１５に向かう光を、前記投影系１５の入射側レンズ２１によって前記投影系１５の出射側レンズ２２，２３に入射しない方向に屈折される角度で出射する。
【００５２】
さらに、前記メニスカスレンズ１４のマイクロミラー表示素子１に対向する凸面と光源系２及び投影系１５に対向する凹面はそれぞれ、前記マイクロミラー表示素子１から出射した画像光を実質的に平行光のまま前記投影系１５に入射させる曲率を有している。
【００５３】
すなわち、前記マイクロミラー表示素子１から出射する画像光は、前記メニスカスレンズ１４により平行光に補正されてマイクロミラー表示素子１に入射した光のうち、一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーにより正面方向に反射された平行光であり、前記メニスカスレンズ１４の凸面及び凹面は、前記マイクロミラー表示素子１から出射した前記画像光を実質的に平行光のまま前記投影系１５に入射させる曲率を有している。
【００５４】
前記投影型表示装置は、マイクロミラー表示素子１の前面側に前記メニスカスレンズ１４を配置しているため、前記光源系２から投射され、前記メニスカスレンズ１４により前記マイクロミラー表示素子１の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正され、カバーガラス１３を透過してマイクロミラー表示素子１に入射する。
【００５５】
そして、前記マイクロミラー表示素子１の複数のマイクロミラーにより反射された光のうち、一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーにより正面方向に反射された画像光は、図３（ａ）及び図４のように、前記カバーガラス１３を再び透過し、前記メニスカスレンズ１４を介して投影系１５に入射して投影面に投影され、他方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーにより斜め方向に反射された光は、図３（ｂ）及び図５のように、前記カバーガラス１３を再び透過し、前記メニスカスレンズ１４を介して投影系１５から斜めにずれた方向に出射して、図示しない光吸収体により吸収される。
【００５６】
この実施例では、上述したように、前記メニスカスレンズ１４の凸面及び凹面を、前記マイクロミラー表示素子１から出射した画像光（一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーにより正面方向に反射された平行光）を実質的に平行光のまま前記投影系１５に入射させる曲率を有する面としているため、前記画像光を、前記投影系１５での光ロスを生じさせること無く投影面に投影することができる。
【００５７】
すなわち、前記マイクロミラー表示素子１から出射し、前記メニスカスレンズ１４を介して投影系１５に入射する画像光が、前記マイクロミラー表示素子１から出射した平行光に対してある程度以上の広がり角または集光角をもった光となって投影系１５に入射した場合は、その光の一部が前記投影系１５の入射側及び出射側レンズ２１，２２，２３により画像光の投影方向とはずれた方向に屈折され、その光が前記投影系１５の鏡胴１６の内周面により吸収されて光ロスを生じるが、前記マイクロミラー表示素子１から出射し、前記メニスカスレンズ１４を介して投影系１５に入射する画像光が実施的に平行光であれば、その前記画像光を前記投影系１５での光ロスを生じさせること無く投影面に投影することができる。
【００５８】
なお、前記マイクロミラー表示素子１から出射した画像光は、前記メニスカスレンズ１４によりある程度屈折されて投影系１５に入射するため、このメニスカスレンズ１４を透過して前記投影系１５に入射する画像光を、完全な平行光にすることは難しいが、前記メニスカスレンズ１４を透過して投影系１５に入射する画像光が実質的に平行光、つまり平行光に近い光であれば、その前記画像光を前記投影系１５での光ロスを生じさせること無く投影面に投影することができる。
【００５９】
しかも、この実施例では、前記メニスカスレンズ１４の凸面及び凹面の曲率を上記のように設定しているため、前記マイクロミラー表示素子１の他方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーにより斜め方向に反射された光も実質的に平行光のまま出射させることができ、したがって、その光を吸収するための図示しない光吸収体の面積は小さくてよい。
【００６０】
また、前記光源系２から投射された照明光のうち、前記メニスカスレンズ１４の光源系２及び投影系１５に対向する凹面で表面反射した光は、その全ての光が図３（ｃ）及び図６のように前記メニスカスレンズ１４を介して前記マイクロミラー表示素子１の正面方向に反射された画像光の出射方向に対して斜めにずれた方向に出射し、その光のうち、前記投影系１５の鏡胴１６の入射側端面、つまり固定鏡胴１７及び入射側可動鏡胴１８の入射側端面に入射した光が、前記固定鏡胴１７及び入射側可動鏡胴１８の端面により吸収され、前記鏡胴１６内に入射した光が、前記入射側可動鏡胴１８内の複数枚の入射側レンズ２１によりレンズ光軸Ｏ２に対する角度が大きくなる方向に屈折されて、前記固定鏡胴１８及び第１の出射側可動鏡胴１９の内周面や前記固定鏡胴１７の入射側可動鏡胴１８と第１の出射側可動鏡胴１９との間の部分の内周面により吸収される。
【００６１】
なお、前記入射側可動鏡胴１８内の入射側レンズ２１により屈折された光のうち、この入射側可動鏡胴１８の出射端から出射した光の吸収位置は、前記入射側可動鏡胴１８と第１の出射側可動鏡胴１９とを接離移動させるズーミングに応じて変化し、前記入射側可動鏡胴１８と第１の出射側可動鏡胴１９とを最も接近させたときに、前記入射側可動鏡胴１８の出射端から出射した光が、図６のように第１の出射側可動鏡胴１９の内周面の胴長方向の中間部に突設されたレンズ支持部に入射して吸収され、前記入射側可動鏡胴１８と第１の出射側可動鏡胴１９とを離間させるのにともなって、前記入射側可動鏡胴１８の出射端から出射した光が、第１の出射側可動鏡胴１９の前記レンズ支持部よりも入射端側の内周面または前記固定鏡胴１７の入射側可動鏡胴１８と第１の出射側可動鏡胴１９との間の部分の内周面に入射して吸収される。
【００６２】
そのため、前記投影型表示装置によれば、前記メニスカスレンズ１４の光源系２及び投影系１５に対向する凹面で表面反射した光が前記投影系１５により投影面に投影されることは無く、したがって、前記投影面に、輝度むらやコントラスト低下の無い高品質の投影画像を表示することができる。
【００６３】
また、前記投影型表示装置においては、前記マイクロミラー表示素子１の前面側に配置されたメニスカスレンズ１４が、前記光源系２からの照明光のうち、このメニスカスレンズ１４の光源系２及び投影系１５に対向する凹面で表面反射した光を、前記投影系１５を形成する複数枚のレンズ２１，２２，２３のうち、出射側レンズ２２，２３に入射しない方向に出射する特性を有しているため、前記メニスカスレンズ１４による表面反射光が前記投影系１５により投影面に投影されるのを確実に防ぐことができる。
【００６４】
前記メニスカスレンズ１４は、上述したように、その光源系２及び投影系１５に対向する面で表面反射した光のうちの前記投影系１５に向かう光を、前記投影系１５の入射側レンズ２１によって前記投影系１５の出射側レンズ２２，２３に入射しない方向に屈折される角度で出射するのが好ましく、このようにすることにより、前記メニスカスレンズ１４による表面反射光が前記投影系１５により投影面に投影されるのを確実に防ぐことができる。
【００６５】
さらに、上記実施例の投影型表示装置では、前記投影系１５を構成する複数枚のレンズ２１，２２，２３を、固定鏡胴１７とその内部に設けられた入射側可動鏡胴１８及び第１と第２の出射側可動鏡胴１９，２０をそれぞれ黒色樹脂の成形品とした光吸収性を有する鏡胴１６内に配置しているため、前記メニスカスレンズ１４の光源系２及び投影系１５に対向する凹面で表面反射して前記投影系１５に入射し、この投影系１５をその出射側レンズ２２，２３に入射しない方向に向かって進む光のほとんどを前記鏡胴１６の内周面で吸収して、前記メニスカスレンズ１４による表面反射光が前記投影系１５により投影面に投影されるのをさらに確実に防ぐことができる。
【００６６】
なお、上記実施例では、前記メニスカスレンズ１４に、光源系２からの照明光のうち、このメニスカスレンズ１４の光源系２及び投影系１５に対向する凹面で表面反射した光を、前記投影系１５の複数枚のレンズ２１，２２，２３のうち、出射側レンズ２２，２３に入射しない方向に出射する特性をもたせているが、このメニスカスレンズ１４は、前記光源系２及び投影系１５に対向する凹面で表面反射した光を、前記投影系１５を構成する複数枚のレンズ２１，２２，２３のうち、少なくとも前記投影系１５の最も出射端側のレンズ２３に入射しない方向に出射する特性を有していればよく、このようにすることにより、前記メニスカスレンズ１４による表面反射光が前記投影系により投影面に投影されるのを確実に防ぐことができる。
【００６７】
すなわち、前記メニスカスレンズ１４は、その光源系２及び投影系１５に対向する凹面で表面反射した光のうちの前記投影系１５に向かう光を、前記投影系１５の入射側レンズ２１によって前記投影系１５の出射側レンズ２２，２３のうちの少なくとも最も出射端側のレンズ２３に入射しない方向に屈折される角度で出射すればよく、このようにすることにより、前記メニスカスレンズ１４による表面反射光が前記投影系１５により投影面に投影されるのを確実に防ぐことができる。
【００６８】
なお、上記実施例では、図４〜図６に示したように、投影系１５の最も出射端側のレンズ２３を、その全域にわたって入射光を投影面に向けて出射するレンズ作用をもったレンズとしているが、この最も出射端側のレンズ２３は、その有効領域、つまり入射光を投影面に向けて出射するレンズ作用をもった領域がレンズ外周部を除いた領域であり、前記レンズ外周部は前記レンズ作用をもっていないレンズでもよく、その場合は、前記メニスカスレンズ１４による表面反射光の一部が前記投影系１５の最も出射端側のレンズ２３の外周部に入射しても、その光は前記投影面以外の方向に出射する。
【００６９】
したがって、前記投影系１５の最も出射端側のレンズ２３の有効領域がレンズ外周部を除いた領域である場合、前記メニスカスレンズ１４は、前記光源系２及び投影系１５に対向する凹面で表面反射した光を前記投影系１５の少なくとも最も出射端側のレンズ２３の有効領域に入射しない方向に出射する特性、つまり、前記凹面で表面反射した光のうちの前記投影系１５に向かう光を、前記投影系１５の入射側レンズ２１によって前記投影系１５の少なくとも最も出射端側のレンズ２３の有効領域に入射しない方向に屈折される角度で出射する特性を有していればよく、このようにすることにより、前記メニスカスレンズ１４による表面反射光が前記投影系１５により投影面に投影されるのを確実に防ぐことができる。
【００７０】
また、上記実施例の投影型表示装置では、前記投影系１５の鏡胴１６、つまり固定鏡胴１７とその内部に設けられた入射側可動鏡胴１８及び第１と第２の出射側可動鏡胴１９，２０をそれぞれ黒色樹脂の成形品としているが、これらの鏡胴１７，１８，１９，２０は、少なくとも内周面が光吸収性を有していれば、内周面に光吸収塗装や植毛等による光吸収処理を施したものでもよい。
【００７１】
さらに、前記鏡胴１６は、前記入射側可動鏡胴１８及び第１と第２の出射側可動鏡胴１９，２０の内周面及び前記固定鏡胴１７の入射側可動鏡胴１８と第１の出射側可動鏡胴１９との間の部分の内周面のうちの１箇所または複数箇所に、画像光の投影方向に向かう光を透過させ、他の方向に向かう光を吸収する環状の絞り壁を設けた構成としてもよい。
【００７２】
なお、上記実施例では、マイクロミラー表示素子１の前面側にメニスカスレンズからなる中継レンズ１４を配置しているが、前記マイクロミラー表示素子１の前面側に配置する中継レンズは、光源系２及び投影系１５に対向する面から入射した照明光をマイクロミラー表示素子１の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記マイクロミラー表示素子１に入射させ、このマイクロミラー表示素子１から出射した画像光を前記投影系１５に入射させるとともに、前記光源系２からの照明光のうち、前記光源系２及び投影系１５に対向する面で表面反射した光を、前記投影系１５による画像光の投影方向以外の方向に出射するものであれば、例えば、反射型表示素子に対向する面が凸面に形成され、光源系２及び投影系１５に対向する面が平坦面に形成された平凸レンズでもよい。
【００７３】
また、上記実施例では、光源系２を、光源部３から出射し、導光ロッド６とカラーホィール７と光源系レンズユニット９を透過した照明光をミラー１２により反射させてマイクロミラー表示素子１に投射する構成としているが、この光源系２は、前記光源部３から出射し、導光ロッド６とカラーホィール７と光源系レンズユニット９を透過した照明光を直接マイクロミラー表示素子１に投射するようにしてもよい。
【００７４】
さらに、上記実施例では、前記光源系２のカラーホィール７を、前記導光ロッド６の出射端側に配置しているが、このカラーホィール７は、前記光源部３から前記投影系１５の入射端までの光路内であれば、他の位置に配置してもよい。
【００７５】
また、上記実施例では、前記マイクロミラー表示素子１の前面にカバーガラス１３を配置し、その前面側に中継レンズ１４を配置しているが、前記カバーガラス１３は省略してもよい。
【００７６】
さらに、上記実施例の投影型表示装置は、反射型表示素子としてマイクロミラー表示素子１を用いたものであるが、反射型表示素子は、マトリックス状に配列する複数の画素を有し、前面から入射した光の反射を前記複数の画素により制御して画像光を前方に出射するものであれば、前記マイクロミラー表示素子１に限らず、例えば後面側に反射膜を備えた反射型液晶表示素子（アクティブマトリックス液晶表示素子または単純マトリックス液晶表示素子）でもよい。
【００７７】
その場合、前記反射型液晶表示素子は、その正面方向に対して一方の方向に傾いた入射方向から入射し、液晶層を透過して前記反射膜により反射された光を、プリズムシート等により屈折させて正面方向に出射する構成とするのが好ましい。
【００７８】
また、前記反射型液晶表示素子を用いる場合、この液晶表示素子は、複数の画素にそれぞれ対応する複数の色、例えば赤、緑、青の３色のカラーフィルタを備えたカラー表示素子でもよく、このカラー表示素子を用いる場合は、前記光源系２のカラーホィール７を省略し、前記光源系２から常時白色の照明光を前記カラー表示素子に投射するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】この発明の一実施例を示す投影型表示装置の平面図。
【図２】反射型表示素子の前面側に配置された中継レンズの拡大断面図。
【図３】反射型表示素子による反射光と中継レンズによる表面反射光の出射方向を示す模式図。
【図４】図３（ａ）の詳細図。
【図５】図３（ｂ）の詳細図。
【図６】図３（ｃ）の詳細図。
【符号の説明】
【００８０】
１…反射型表示素子（マイクロミラー表示素子）、２…光源系、３…光源部、６…導光ロッド、７…カラーホィール、９…光源系レンズ、１２…ミラー、１３…カバーガラス、１４…中継レンズ（メニスカスレンズ）１５…投影系、１６…鏡胴、１７…固定鏡胴、１８…入射側可動鏡胴、１９…第１の出射側可動鏡胴、２０…第２の出射側可動鏡胴、２１…入射側レンズ、２２，２３…出射側レンズ。
【図１】
2005099669.tif 000003
【図２】
2005099669.tif 000004
【図３】
2005099669.tif 000005
【図４】
2005099669.tif 000006
【図５】
2005099669.tif 000007
【図６】
2005099669.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月26日(2004.8.26)
【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】
マトリックス状に配列する複数の画素を有し、前面から入射した光の反射を前記複数の画素により制御して画像光を前方に出射する反射型表示素子と、
前記反射型表示素子の正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から前記反射型表示素子に向けて照明光を投射する光源系と、
前記反射型表示素子から出射した画像光を投影面に投影する投影系と、
前記反射型表示素子の前面側に配置され、前記光源系及び投影系に対向する面から入射した前記照明光を前記反射型表示素子に入射させ、前記反射型表示素子から出射した画像光を前記投影系に入射させるとともに、前記光源系からの照明光のうち、前記光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光を、前記投影系による前記画像光の投影方向以外の方向に出射する中継レンズとを備えたことを特徴とする投影型表示装置。
【請求項２】
投影系は複数枚のレンズにより構成されており、中継レンズは、その光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光を、前記投影系の複数枚のレンズのうち、少なくとも最も出射端側のレンズの有効領域に入射しない方向に出射することを特徴とする請求項１に記載の投影型表示装置。
【請求項３】
中継レンズは、その光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光のうちの前記投影系に向かう光を、前記投影系の入射側レンズによって前記投影系の出射側レンズのうちの少なくとも最も出射端側のレンズの有効領域に入射しない方向に屈折される角度で出射することを特徴とする請求項２に記載の投影型表示装置。
【請求項４】
投影系を構成する複数枚のレンズは、少なくとも内周面が光吸収性を有する鏡胴内に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の投影型表示装置。
【請求項５】
中継レンズは、一方の面が凸面に形成され、他方の面が凹面に形成されたメニスカスレンズからなっており、その凸面を反射型表示素子に対向させ、凹面を光源系及び投影系に対向させて配置されていることを特徴とする請求項１または２または４に記載の投影型表示装置。
【請求項６】
メニスカスレンズの凸面及び凹面は、反射型表示素子から出射した画像光を実質的に平行光のまま投影系に入射させる曲率を有していることを特徴とする請求項５に記載の投影型表示装置。
【請求項７】
中継レンズは、一方の面が平面に形成され、他方の面が凸面に形成された平凸レンズからなっており、その凸面を反射型表示素子に対向させ、平面を光源系及び投影系に対向させて配置されていることを特徴とする請求項１または２または４に記載の投影型表示装置。
【請求項８】
平凸レンズの平面及び凸面は、反射型表示素子から出射した画像光を実質的に平行光のまま投影系に入射させる曲率を有していることを特徴とする請求項７に記載の投影型表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明の投影型表示装置は、マトリックス状に配列する複数の画素を有し、前面から入射した光の反射を前記複数の画素により制御して画像光を前方に出射する反射型表示素子と、前記反射型表示素子の正面方向に対して一方の方向に傾いた方向から前記反射型表示素子に向けて照明光を投射する光源系と、前記反射型表示素子から出射した画像光を投影面に投影する投影系と、前記反射型表示素子の前面側に配置され、前記光源系及び投影系に対向する面から入射した前記照明光を前記反射型表示素子に入射させ、前記反射型表示素子から出射した画像光を前記投影系に入射させるとともに、前記光源系からの照明光のうち、前記光源系及び投影系に対向する面で表面反射した光を、前記投影系による前記画像光の投影方向以外の方向に出射させる中継レンズとを備えたことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
その場合、前記メニスカスレンズの凸面及び凹面は、前記反射型表示素子から出射した画像光を実質的に平行光のまま前記投影系に入射させる曲率を有しているのが望ましい。
また、前記中継レンズは、一方の面が平面に形成され、他方の面が凸面に形成された平凸レンズからなっており、その凸面を反射型表示素子に対向させ、平面を光源系及び投影系に対向させて配置されているのが好ましい。
その場合、前記平凸レンズの平面及び凸面は、反射型表示素子から出射した画像光を実質的に平行光のまま投影系に入射させる曲率を有しているのが望ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
その場合、前記メニスカスレンズの凸面及び凹面は、前記反射型表示素子から出射した画像光を実質的に平行光のまま前記投影系に入射させる曲率を有しているのが望ましく、このようにすることにより、前記画像光を、前記投影系での光ロスを生じさせること無く投影面に投影することができる。
また、前記中継レンズは、一方の面が平面に形成され、他方の面が凸面に形成された平凸レンズからなっており、その凸面を反射型表示素子に対向させ、平面を光源系及び投影系に対向させて配置されているのが好ましく、このようにすることにより、前記光源系からの照明光を前記反射型表示素子の正面方向に対して所定角度傾いた方向に沿う平行光に補正して前記反射型表示素子に入射させ、前記反射型表示素子から出射した画像光を前記投影系に入射させるとともに、前記光源系からの照明光のうち、前記光源系及び投影系に対向する平面で表面反射した光を、前記投影系による前記画像光の投影方向以外の方向に出射することができる。
その場合、前記平凸レンズの平面及び凸面は、反射型表示素子から出射した画像光を実質的に平行光のまま投影系に入射させる曲率を有しているのが望ましく、このようにすることにより、前記画像光を、前記投影系での光ロスを生じさせること無く投影面に投影することができる。