(57)【要約】【課題】画像表示プロジェクタにおいて、光量ロスを生じることなく投射レンズ群を小型化できる。【解決手段】画像投射光学系１０は、ランプ１１と、ランプ１１からの光を反射する反射ミラー１５と、反射ミラー１５からの光を反射して画像を形成する画像形成素子１６と、画像形成素子１６により反射された光を投射する投射レンズ群１７を備える。反射ミラー１５は、光の反射角度が異なる２つに分割された分割ミラー１５ａ，１５ｂを有し、これにより、投射レンズ群１７から反射ミラー１５の外端までの距離が短くなる。従って、投射レンズ群１７の小型化のために画像形成素子１６と投射レンズ群１７とを近づけると共に、光路が投射レンズ群１７に遮られないように画像形成素子１６を投射レンズ群１７の光軸からシフトさせた構成であっても、画像投射光学系１０が大きくならない。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像投射用の光を出射するランプと、前記ランプからの光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーにより反射された画像投射用の光を反射することにより画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子により反射された光を投射するための投射レンズ群とを備えた画像表示プロジェクタにおいて、
前記反射ミラーは、光の反射角度が異なりかつ別々の焦点距離を持つシリンダ形状の２つに分離されたミラー面を有し、前記投射レンズ群の中の最も前記画像形成素子側のレンズに接近した位置に配置されており、
前記投射レンズ群の焦点距離をＦ、前記画像形成素子の画像形成面と前記投射レンズ群の入射瞳との距離をＬとすると、
Ｆ／Ｌ＞０．５５
を満たすことを特徴とする画像表示プロジェクタ。
【請求項２】
画像投射用の光を出射するランプと、前記ランプからの光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーにより反射された画像投射用の光を反射することにより画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子により反射された光を投射するための投射レンズ群とを備えた画像表示プロジェクタにおいて、
前記反射ミラーは、光の反射角度が異なる２つに分割されたミラー面を有していることを特徴とする画像表示プロジェクタ。
【請求項３】
前記反射ミラーは、前記投射レンズ群の中の最も前記画像形成素子側のレンズに接近した位置に配置されており、
前記２つのミラー面は、各々シリンダ形状であり、別々の焦点距離を持つことを特徴とする請求項２に記載の画像表示プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を投射してスクリーン等に表示する画像表示プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、パソコンやビデオカメラ等からの画像データを基に、画像形成素子により画像を形成し、その画像をスクリーン等に投射して表示する画像表示プロジェクタが知られている。この種の画像表示プロジェクタは、画像を形成して投射するための画像投射光学系を備えている。画像投射光学系は、一般に、ランプから出射した画像投射用の光を照明レンズ群により集光して画像形成素子に照射し、画像形成素子にて、その集光照射された光を用いて画像を形成し、その画像を投射レンズ群を介して投射する構成となっている。
【０００３】
このような画像表示プロジェクタは、反射型の画像形成素子を用いたものが知られている。反射型の画像形成素子は、光を反射することにより画像を形成する。反射型の画像形成素子を用いた画像表示プロジェクタでは、画像形成素子からの反射光すなわち画像形成素子にて形成された画像を投射レンズ群に入射させるために、画像画像形成素子の画像形成面が投射レンズ群側に向いている。このため、この反射型の画像形成素子を用いた画像表示プロジェクタでは、ランプを画像形成素子の後方（投射レンズ群と反対側の方向）又は側方に配置すると共に反射ミラーを投射レンズ群の近辺に配置し、ランプから出射された画像投射用の光を反射ミラーにて反射して画像形成素子の画像形成面に照射する構成となっている。
【０００４】
一方、投射型表示装置に関し、画像形成素子の前面近傍に配置されたレンズ素子の中心から投射光学系の光入射側開口部の中心までの距離をＬｐとし、投射光学系の焦点距離をｆｐとしたときに、Ｌｐ／ｆｐ≦７を満たすことにより、照明光束及び投射光束を有効に利用するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１２２８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した従来の画像表示プロジェクタにおいては、画像形成素子と投射レンズ群とを近づけることにより投射レンズ群を小型化することが考えられる。ところが、画像形成素子と投射レンズ群とを近づけると、反射ミラーから画像形成素子に至る光路の一部が投射レンズ群によって遮られてしまい、光量ロスを生じてしまう。
【０００６】
そこで、反射ミラーから画像形成素子に至る光路が遮られないように、画像形成素子を投射レンズ群の光軸からシフトさせることが考えられる。ところが、画像形成素子を投射レンズ群の光軸からシフトさせると、その分、画像形成素子から投射レンズ群への光の入射角度が大きくなるため、それに応じて、反射ミラーから画像形成素子への光の入射角度も大きくする必要がある。このため、反射ミラーも投射レンズ群の光軸からシフトさせなければならず、その結果、投射レンズ群の光軸から反射ミラーまでの距離が大きくなり、画像投射光学系が大きくなってしまう。なお、上述した特許文献１に開示の内容を適用したとしても、上記の課題を解決することはできない。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、光量ロスを生じることなく投射レンズ群を小型化できる画像表示プロジェクタ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】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、画像投射用の光を出射するランプと、ランプからの光を反射する反射ミラーと、反射ミラーにより反射された画像投射用の光を反射することにより画像を形成する画像形成素子と、画像形成素子により反射された光を投射するための投射レンズ群とを備えた画像表示プロジェクタにおいて、反射ミラーは、光の反射角度が異なりかつ別々の焦点距離を持つシリンダ形状の２つに分離されたミラー面を有し、投射レンズ群の中の最も画像形成素子側のレンズに接近した位置に配置されており、投射レンズ群の焦点距離をＦ、画像形成素子の画像形成面と投射レンズ群の入射瞳との距離をＬとすると、Ｆ／Ｌ＞０．５５を満たすものである。
【０００９】
この構成においては、反射ミラーが光の反射角度が異なる２つのミラー面に分離されていることにより、投射レンズ群の光軸から反射ミラーの外端までの距離を短くできる。従って、投射レンズ群の小型化のために画像形成素子と投射レンズ群とを近づけると共に、反射ミラーから画像形成素子に至る光路の一部が投射レンズ群によって遮られないように画像形成素子を投射レンズ群の光軸からシフトさせた場合でも、画像投射光学系は大きくならない。すなわち、光量ロスを生じることなく、また、画像投射光学系が大型化することなく、投射レンズ群を小型化できる。
【００１０】
しかも、反射ミラーの各ミラー面が別々の焦点距離を持つシリンダ形状であることにより、ランプからの光を画像形成素子の画像形成面の形状に合致させて、無駄なく画像形成面上に照射することが可能となる。また、反射ミラーが投射レンズ群の中の最も画像形成素子側のレンズに接近した位置に配置されていることにより、ランプから画像形成素子に至る光路は投射レンズ群の近辺で折り曲げられることになり、画像投射光学系が小型化される。さらに、反射ミラーが２つのミラー面に分離されて投射レンズ群の中の最も画像形成素子側のレンズに接近した位置に配置されていることにより、投射レンズ群の焦点距離をＦ、画像形成素子の画像形成面と投射レンズ群の入射瞳との距離をＬとすると、Ｆ／Ｌ＞０．５５を満たすことが可能となり、このような数値を満たすことにより画像投射光学系が一層小型化される。
【００１１】
請求項２の発明は、画像投射用の光を出射するランプと、ランプからの光を反射する反射ミラーと、反射ミラーにより反射された画像投射用の光を反射することにより画像を形成する画像形成素子と、画像形成素子により反射された光を投射するための投射レンズ群とを備えた画像表示プロジェクタにおいて、反射ミラーは、光の反射角度が異なる２つに分割されたミラー面を有しているものである。
【００１２】
この構成においては、反射ミラーが光の反射角度が異なる２つのミラー面に分割されていることにより、投射レンズ群の光軸から反射ミラーの外端までの距離を短くできる。従って、画像形成素子と投射レンズ群とを近づけると共に画像形成素子を投射レンズ群の光軸からシフトさせた場合でも、画像投射光学系は大きくならない。これにより、光量ロスを生じることなく、また、画像投射光学系が大型化することなく、投射レンズ群を小型化できる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２に記載の画像表示プロジェクタにおいて、反射ミラーは、投射レンズ群の中の最も画像形成素子側のレンズに接近した位置に配置されており、２つのミラー面は、各々シリンダ形状であり、別々の焦点距離を持つものである。
【００１４】
この構成においては、反射ミラーが投射レンズ群の中の最も画像形成素子側のレンズに接近した位置に配置されていることにより、ランプから画像形成素子に至る光路は投射レンズ群の近辺で折り曲げられることになり、画像投射光学系が小型化される。また、反射ミラーの各ミラー面がシリンダ形状であり別々の焦点距離を持つことにより、ランプからの光を画像形成素子の画像形成面の形状に合致させて、無駄なく画像形成面上に照射することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、反射ミラーが光の反射角度が異なる２つに分離されたミラー面を有しているため、光量ロス及び画像投射光学系の大型化を生じることなく、投射レンズ群を小型化でき、これにより、明るく鮮明な画像を表示することができると共に、画像表示プロジェクタの小型、軽量化、及びコストダウンを図ることができる。
【００１６】
しかも、反射ミラーの各ミラー面が別々の焦点距離を持つシリンダ形状であるため、ランプからの光を無駄なく画像形成素子の画像形成面に照射することが可能となり、より明るく鮮明な画像を表示することができる。また、反射ミラーが投射レンズ群の中の最も画像形成素子側のレンズに接近した位置に配置されているため、画像投射光学系を小型化でき、これにより、画像表示プロジェクタの一層の小型、軽量化を図ることができる。さらに、投射レンズ群の焦点距離をＦ、画像形成素子の画像形成面と投射レンズ群の入射瞳との距離をＬとすると、Ｆ／Ｌ＞０．５５を満たすことにより画像投射光学系がより一層小型化でき、これにより、画像表示プロジェクタのより一層の小型、軽量化を図ることができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、反射ミラーが光の反射角度が異なる２つに分割されたミラー面を有しているため、光量ロス及び画像投射光学系の大型化を生じることなく、投射レンズ群を小型化でき、これにより、明るく鮮明な画像を表示することができると共に、画像表示プロジェクタの小型、軽量化、及びコストダウンを図ることができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、反射ミラーが投射レンズ群の中の最も画像形成素子側のレンズに接近した位置に配置されているため、画像投射光学系を小型化でき、これにより、画像表示プロジェクタの一層の小型、軽量化を図ることができる。また、反射ミラーの各ミラー面がシリンダ形状であり別々の焦点距離を持つため、ランプからの光を無駄なく画像形成素子の画像形成面に照射することが可能となり、より明るく鮮明な画像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。図１において、画像表示プロジェクタ１は、パソコンやビデオカメラ等から入力される画像信号を基に、画像投射光学系により画像を形成し、その画像をスクリーン等に投射表示する装置である。画像投射光学系は、筐体２の内部に装備されている。筐体２は、画像投射用開口３を前面に有しており、画像投射光学系の一部を構成する投射レンズ４が画像投射用開口３に臨んでいる。画像投射光学系により形成された画像は、投射レンズ４から筐体２の外部に投射される。
【００２０】
次に、上記画像投射光学系について説明する。図２において、画像投射光学系１０は、ランプ１１と、カラーフィルタ１２と、ライトインテグレータ１３と、照明レンズ群１４と、反射ミラー１５と、画像形成素子１６と、投射レンズ群１７とを備えている。
【００２１】
ランプ１１は、画像投射用の光を出射するものである。このランプ１１は、例えば、白色光を出射するものが用いられる。カラーフィルタ１２は、ランプ１１から出射された画像投射用の光を配色するものであり、回転軸１２ａを軸心として回転し、その回転方向に赤、緑、青、白（透明）の４枚のフィルタが配列された構成となっている。ランプ１１から出射された画像投射用の光は、回転しているカラーフィルタ１２を透過することにより、赤、緑、青、白（透明）の４色に時系列的に配色される。
【００２２】
ライトインテグレータ１３は、カラーフィルタ１２により配色された画像投射用の光を凝縮して均一化するものである。このライトインテグレータ１３は、内部が中空のトンネル型のものや、内部が中実のロッド型のものが用いられる。カラーフィルタ１２により配色された光は、ライトインテグレータ１３の一端側から入射し、内部で反射（トンネル型のものでは内面反射、ロッド型のものでは全反射）を繰り返すことにより凝縮され均一化されて、他端側から出射される。
【００２３】
照明レンズ群１４は、ライトインテグレータ１３から出射された画像投射用の光を画像形成素子１６上に集光させるものであり、３枚の照明レンズ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有している。
【００２４】
反射ミラー１５は、照明レンズ群１４を経由した画像投射用の光（すなわちランプ１１から出射された画像投射用の光）を反射して画像形成素子１６に照射するものであり、２つの分割ミラー１５ａ，１５ｂを有している。これら２つの分割ミラー１５ａ，１５ｂは、各々、ミラー面（光反射面）による光の反射角度が異なるように設計、配置されている。
【００２５】
画像形成素子１６は、反射ミラー１５により反射された画像投射用の光を反射することにより画像を形成する素子である。この画像形成素子１６は、多数のマイクロミラーがマトリックス状に配列されて画像形成面が構成されており、各マイクロミラーの角度が制御部（不図示）からの信号により制御されることで、画像形成面（各マイクロミラー）に照射される光を反射して画像を形成する。
【００２６】
投射レンズ群１７は、画像形成素子１６により反射された光、すなわち画像形成素子１６で形成された画像を投射するためのものであり、上述の投射レンズ４に加え、投射レンズ１７ａを含む複数の投射レンズを有している（投射レンズ４、１７ａのみを図示し、これら以外の投射レンズは図示を省略している）。投射レンズ１７ａは、投射レンズ群１７の中の最も画像形成素子１６側に設けられているものである。
【００２７】
このような構成の画像投射光学系１０は、ランプ１１から出射された画像投射用の光をカラーフィルタ１２により配色すると共にライトインテグレータ１３により凝縮、均一化し、その光を照明レンズ群１４により集光すると共に反射ミラー１５にて反射して画像形成素子１６に照射する。そして、画像形成素子１６にて、その集光照射される画像投射用の光を反射することにより画像を形成し、画像形成素子１６からの反射光、すなわち画像形成素子１６にて形成された画像を投射レンズ群１７を介してスクリーン等に投射する。
【００２８】
次に、上記反射ミラー１５、画像形成素子１６、及び投射レンズ群１７の配置構造と共に、反射ミラー１５の構成について、図３（ａ）（ｂ）及び図４を参照して説明する。
【００２９】
画像形成素子１６は、画像形成面１６ａが投射レンズ群１７側に向いて、画像形成面１６ａの中心Ｐが投射レンズ群１７の光軸Ｑから所定距離ｄだけシフトした状態に配置されている。また、画像形成素子１６と投射レンズ群１７は、投射レンズ群１７の焦点距離をＦ（図示省略）、画像形成素子１６の画像形成面１６ａと投射レンズ群１７の入射瞳１９との距離をＬとすると、Ｆ／Ｌ＞０．５５を満たすように配置されている。
【００３０】
反射ミラー１５は、投射レンズ群１７の中の最も画像形成素子１６側の投射レンズ１７ａに接近した位置に配置されている。この反射ミラー１５は、上述のように２つの分割ミラー１５ａ，１５ｂを有している。これら２つの分割ミラー１５ａ，１５ｂは、空間的に分離されており、分割ミラー１５ｂが分割ミラー１５ａよりも前方（照明レンズ群１４（図２参照）側及び画像形成素子１６側）に配置されている。また、分割ミラー１５ａ，１５ｂは、各々、ミラー面（光反射面）が一方向にのみ光を集光するシリンダ形状であり、別々の焦点距離を持っており、分割ミラー１５ａの焦点位置と分割ミラー１５ｂの焦点位置が同じ位置（図中Ｓ点）になるように設計、配置されている。
【００３１】
反射ミラー１５により反射された光は、図４に示すように、分割ミラー面１５ａにより反射された光が画像形成素子１６の照射エリアＡに照射され、ミラー面１５ｂにより反射された光が照射エリアＢの照射されるようになっている。照射エリアＡと照射エリアＢとは一部重なっており、照射エリアＡと照射エリアＢとを合せた範囲は、画像形成面１６ａを含んでおり、画像形成面１６ａの形状と略合致している。画像形成素子１６に照射された光は、画像形成面１６ａで反射されて投射レンズ群１７に入射し、投射レンズ群１７の入射瞳１９を通るようになっている。分割ミラー１５ａ，１５ｂのシリンダ形状、焦点距離、及び配置は、このように画像形成素子１６に光が照射されて、その反射光が投射レンズ群１７に入射瞳１９を通るように設計されている。
【００３２】
上記構成によれば、反射ミラー１５が２つの分割ミラー１５ａ，１５ｂに分割されていることにより、光量ロスを生じることなく、また、画像投射光学系１０が大型化することなく、投射レンズ群１７が小型化される。この投射レンズ群１７の小型化の様子について、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図６を参照して説明する。
【００３３】
まず、図５（ａ）に示すように、一般的な反射ミラー１５、画像形成素子１６、及び投射レンズ群１７の配置構造を考える。このとき、画像形成面１６ａの中心Ｐと投射レンズ群１７の光軸Ｑとのシフト量がｄであり、画像形成素子１６の画像形成面１６ａと投射レンズ群１７の入射瞳１９との距離がＬであるとする。また、反射ミラー１５は、分割されていない一般的なものを考える。
【００３４】
次に、図５（ｂ）に示すように、投射レンズ群１７を小型化すると共に、画像形成面１６ａの中心Ｐと投射レンズ群１７の光軸Ｑとのシフト量ｄを一定にしたまま、画像形成面１６ａと入射瞳１９との距離Ｌを短くした（すなわち投射レンズ群１７を画像形成素子１６に近づけた）構造を考える。すると、画像形成素子１６へ入射する光の集束角度θが大きくなること、及び投射レンズ群１７が画像形成素子１６に近づくことに起因して、画像形成素子１６への光の入射光路の一部（図示Δの部分）が投射レンズ群１７によって遮られてしまい、反射ミラー１５を画像形成素子１６への光の入射光路内に配置できなくなってしまう。この結果、光量ロスを生じてしまう。
【００３５】
このため、図５（ｃ）に示すように、画像形成素子１６の中心Ｐと投射レンズ群１７の光軸Ｑとのシフト量ｄを大きくして、画像形成素子１６への光の入射光路が遮られないようにする構造が考えられる。ところが、シフト量ｄを大きくすると、その分、画像形成素子１６から投射レンズ群１７への光の入射角度φが大きくなるため、それに応じて、反射ミラー１５から画像形成素子１６への光の入射角度ψも大きくする必要がある。このため、反射ミラー１５を投射レンズ群１７の光軸Ｑからシフトさせなければならず、その結果、投射レンズ群１７の光軸Ｐから反射ミラー１５の外端Ｔまでの距離Ｒが大きくなり、画像投射光学系１０が大きくなってしまう。
【００３６】
そこで、図６に示す本実施形態の構造のように、反射ミラー１５を光の反射角度が異なる２つの分割ミラー１５ａ，１５ｂに分割し、分割ミラー１５ｂを分割ミラー１５ａよりも前方に配置する。これにより、投射レンズ群１７の光軸Ｑから反射ミラー１５の外端Ｔまでの距離Ｒが短くなり、画像投射光学系１０は大きくなることが回避される。従って、本実施形態の構造によれば、投射レンズ群１７の小型化のために画像形成素子１６と投射レンズ群１７とを近づけると共に、反射ミラー１５から画像形成素子１６に至る光路の一部が投射レンズ群１７によって遮られないように画像形成素子１６を投射レンズ群１７の光軸Ｑからシフトさせても、画像投射光学系１０は大きくならない。すなわち、光量ロスを生じることなく、また、画像投射光学系１０が大型化することなく、投射レンズ群１７が小型化される。
【００３７】
また、上記構成によれば、ランプ１１からの光を分割ミラー１５ａ，１５ｂにより画像形成素子１６の画像形成面１６ａの形状に合致させて画像形成素子１６に照射しているため、ランプ１１からの光の損失が少なく、ランプ１１からの光を効率良く利用して画像の形成及び表示が行われる。また、反射ミラー１５が投射レンズ群１７の中の最も画像形成素子１６側の投射レンズ１７ａに接近した位置に配置されていることにより、ランプ１１から画像形成素子１６に至る光路は投射レンズ群１７の近辺で折り曲げられることになり、画像投射光学系１０が小型化される。さらに、反射ミラー１５が２つの分割ミラー１５ａ，１５ｂに分割されて最も画像形成素子１６側の投射レンズ１７に接近した位置に配置されていることにより、投射レンズ群１７の焦点距離をＦ、画像形成素子１６の画像形成面１６ａと投射レンズ群１７の入射瞳１９との距離をＬとすると、Ｆ／Ｌ＞０．５５を満たすことが可能となり、画像投射光学系１０が一層小型化される。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、分割ミラー１５ａ，１５ｂは、必ずしも空間的に分離されている必要はなく、分割ミラー１５ａと分割ミラー１５ｂによる光の反射角度が異なっていれば、空間的に繋がっていてもよい。また、分割ミラー１５ａ，１５ｂのミラー面は、一方向にのみ光を集光するシリンダ形状に限らず、２方向に光を集光する形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像表示プロジェクタの概略構成を示す斜視図。
【図２】同画像表示プロジェクタの画像投射光学系の構成を示す斜視図。
【図３】（ａ）は同画像投射光学系の構成を示すＸ−Ｙ平面図、（ｂ）は同Ｙ−Ｚ平面図。
【図４】同画像投射光学系の反射ミラーによる画像形成素子への光の照射エリアを説明する平面図。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同画像投射光学系の投射レンズの小型化の様子を説明する説明図。
【図６】同画像投射光学系の投射レンズの小型化の様子を説明する説明図。
【符号の説明】
【００４０】
１  画像表示プロジェクタ
２  筐体
４  投射レンズ
１０  画像投射光学系
１１  ランプ
１２  カラーフィルタ
１３  ライトインテグレータ
１４  照明レンズ群
１５  反射ミラー
１５ａ  分割ミラー
１５ｂ  分割ミラー
１６  画像形成素子
１６ａ  画像形成面
１７  投射レンズ群
１７ａ  最も画像形成素子側に設けられている投射レンズ
１９  入射瞳
【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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