JP2007212517A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画質低下の原因となる画像光をスクリーンに到達させないようにすることで、画質向上を図れる画像投影装置を提供する。
【解決手段】平面ミラーＭＦがスクリーンＳＣＮの端部における一端側に位置する一方、投影光学系ＰＳが平面ミラーＭＦの反射面ｓ１１側から離間して位置するプロジェクタＰＤにおいて、投影光学系ＰＳの第４ミラーＭＣ４と平面ミラーＭＦとの間、および、平面ミラーＭＦとスクリーンＳＣＮの間の少なくとも一方に、遮光板ＳＴが設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクリーンに画像を投影する画像投影装置（例えばプロジェクタ）に関するものである。

近年、種々のプロジェクタが普及している。一例としては、図７に示すように、コンパクトで広角投影可能な投影光学系ＰＳ’を用いることで、スクリーンＳＣＮ’の背面に画像光を投影させるプロジェクタＰＤ’が挙げられる(特許文献１参照)。このようなプロジェクタＰＤ’は、リアプロジェクタＰＤ’と呼ばれ、狭い室内でもスペースを取らないために、ユーザから好まれている。

また、特許文献１のプロジェクタＰＤ’では、投影光学系ＰＳ’からの画像光を導く平面ミラーＭＦ’がスクリーンＳＣＮ’の上端近傍に配置されているために、投影光学系ＰＳ’がスクリーンＳＣＮ’の背面に配置できる。そのため、プロジェクタＰＤ’の高さの抑制も図れる。すると、かかるプロジェクタＰＤは’奥行きが薄い上に高さも低いプロジェクタＰＤ’ともいえる。
特開２００２−２０７１９０号公報（図１参照）

しかしながら、特許文献１のプロジェクタＰＤ’では、本来、投影光学系ＰＳ’から平面ミラーＭＦ’に入射すべき画像光が、光路を逸脱しスクリーンＳＣＮ’に直接するような場合がある。かかるような画像光の一部は、例えば、図７の矢印Ｇ１’によって示されるが、この画像光Ｇ１’が、スクリーンＳＣＮ’に入射してしまうと、プロジェクタＰＤ’の画質の低下につながるため好ましくない。

また、特許文献１のプロジェクタＰＤ’において、投影光学系ＰＳ’とスクリーンＳＣＮ’との間隔を狭めることで、より薄型を実現させようとすると、平面ミラーＭＦ’からスクリーンＳＣＮ’に入射する画像光が正規光路から逸脱し、投影光学系ＰＳ’を保持する部材（保持部材；不図示）に入射し、さらにその後、反射することがある。かかる場合、反射する画像光の一部は、例えば図７の矢印Ｇ２’によって示されるが、この画像光Ｇ２’もスクリーンＳＣＮ’に入射してしまうと、プロジェクタＰＤ’の画質の低下につながるため好ましくない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、画質低下の原因となる画像光（ゴースト光とも称す）の発生を抑制することで、画質向上を図れる画像投影装置を提供することにある。

本発明の画像投影装置は、複数の光学素子を有し、これらの光学素子を介して画像光を射出させる投影光学系と、その投影光学系からの画像光を反射させることでスクリーンに導くミラー（例えば単数のミラー）と、を含むようになっている。ただし、ミラーはスクリーンの端部における一端側に位置する一方、投影光学系がミラーの反射面側から離間して位置している。その上、投影光学系の光路上において、最もミラー側に位置する光学素子が反射型光学素子になっている。

このような画像投影装置では、ミラーの反射面側から離間して位置する反射型光学素子が画像光をミラーへ向けて反射させることで導く。しかし、かかる場合、本来ミラーへ進行すべき画像光が、光路を逸脱してスクリーンに直接入射してしまうことがあり得る（このように逸脱する画像光を第１逸脱光と称す）。また、ミラーは反射型光学素子から進行してくる画像光をスクリーンへと導くが、かかる場合、本来スクリーンへ進行すべき画像光が光路を逸脱して、ミラーから離間配置された投影光学系の保持部材等に入射してしまうことがあり得る（このように逸脱する画像光を第２逸脱光と称す）。

これらの逸脱光は、画像投影に寄与する光ではなく、むしろスクリーンに入射してしまうと画質低下の原因になる光（ゴースト光）といえる。そこで、光路を逸脱する画像光（逸脱光）のスクリーンへの到達を防ぐべく、本発明の画像投影装置では、反射型光学素子の反射面側と、ミラーの反射面側と、スクリーンの被投影面側とで囲まれる空間内に、遮光部材が設けられている。詳説すると、反射型光学素子からミラーに至る光路に対し外側の光路ぎわと、ミラーからスクリーンに至る光路に対し外側の光路ぎわとの少なくとも一方に、遮光部材が設けられている。

例えば反射型光学素子からミラーに至る光路に対し外側の光路ぎわに遮光部材が存在すると、反射型光学素子とミラーとの間に位置し得ることから、反射型光学素子からミラーに至るまでの光路から逸脱する画像光（第１逸脱光）を遮光部材で遮ぎることができる。

一方、ミラーからスクリーンに至る光路に対し外側の光路ぎわに遮光部材が存在すると、遮光部材はミラーとスクリーンとの間に位置し得ることから、ミラーからスクリーンに至るまでの光路から逸脱する画像光（第２逸脱光）も遮ぎることができる。以上から、本発明は、逸脱光をスクリーンに到達させないようにすることで（すなわちゴースト光の発生を防ぐことで）、画質向上を図れる画像投影装置といえる。

なお、遮光部材には、好ましい位置が存在する。この位置を説明するために、反射型光学素子からミラーを介してスクリーンへと入射する画像光のうち、スクリーンの被投影面において最もミラー側に入射する画像光を第１画像光とする一方、スクリーンの被投影面において第１画像光と最も乖離した側に入射する画像光を第２画像光とすると、遮光部材は、下記のような位置にあると望ましい。

すなわち、遮光部材は、反射型光学素子からミラーに進行する第１画像光と、ミラーからスクリーンに進行する第２画像光との交差位置から離れるとともに、反射型光学素子からミラーに至るまでの光路、および、ミラーからスクリーンに至るまでの光路の外側に有る第１空間内に位置していると望ましい。

かかる第１空間は、第１逸脱光および第２逸脱光が通過し得る空間になっている。そのため、この第１空間に遮光部材が位置すれば、単数（同一）の遮光部材で第１逸脱光および第２逸脱光の進行を遮ることができる。つまり、効率よくゴースト光の発生を抑制できる画像投影装置が実現することになる。

なお、遮光部材は、第１空間内で、最もミラー寄りに位置していれば、第１逸脱光および第２逸脱光を遮光する効果が最大限になる。

ところで、ミラーにおける第１画像光の到達部分からスクリーンの被投影面の法線方向と同方向に延長させた仮想線と、スクリーンの被投影面を含めて拡大させた面であるスクリーン仮想面との交点を交点Ａとし、交点Ａとスクリーンとの最短距離をｄ、最短距離ｄの方向に沿う方向でのスクリーンの長さをｈ、とする場合、本発明の画像投影装置は、下記条件式（１）を満たすと望ましい。
０＜ｄ／ｈ＜０．１ … 条件式（１）

この条件式（１）は、画像投影装置のサイズと遮光部材の配置精度との調和を規定するものである。具体的には、条件式（１）の値が上限値以上になる場合、距離ｄがスクリーンの長さｈに対して比較的に大きくなるので、距離ｄが画像投影装置の一方向（例えば高さ方向）に対応していれば、画像投影装置の大型化につながる。

すると、条件式（１）の範囲内であれば、画像投影装置は、遮光部材の配置精度を比較的緩和させつつ、サイズを比較的小型にすることができる。

また、スクリーンの投影面における法線と、ミラーからスクリーンに入射する画像光との成す角度のうち、最大の角度をθｍａｘ、最小の角度をθｍｉｎとした場合、本発明の画像投影装置は、下記条件式（２）を満たすと望ましい。
１０＜θｍａｘ−θｍｉｎ＜５０ … 条件式（２）

この条件式（２）の値が下限値以下になる場合、スクリーンを大画面化する際に必要な光路が長くなり、画像投影装置の厚さ（奥行き）やあご下（スクリーンの下端から画像投影装置の下端までの距離）が増大してしまう。

一方、条件式（２）の値が上限値以上になる場合、反射型光学素子からミラーに入射する光の入射角が大きくなり、第１逸脱光が生じ、ひいてはゴースト光が発生しやすくなる。そのため、遮光部材を高精度に配置しなくてはならない。

すると、条件式（２）の範囲内であれば、条件式（１）の範囲内同様に、画像投影装置は、遮光部材の配置精度を比較的緩和させつつ、サイズを比較的小型にすることができる。なお、条件式（１）および条件式（２）の両方を満たす画像投影装置であれば、奏じる効果が増大することはいうまでもない。

本発明によれば、反射型光学素子とミラーとの間、および、ミラーとスクリーンとの間の少なくとも一方に、遮光板が位置することから、かかる間隔内での正規光路から逸脱する画像光（逸脱光）をカットすることができる。そのため、逸脱光に起因するゴースト光は生じ得ず、画像投影装置の画質低下が起きにくくなる。

［実施の形態１］
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

〈１．プロジェクタについて〉
本発明の画像投影装置の一例としては、図２の概略構成図に示すようなプロジェクタＰＤが挙げられる。このプロジェクタＰＤは、光変調素子ＭＤ、カバーガラスＣＧ、投影光学系ＰＳ、平面ミラーＭＦ、スクリーンＳＣＮ、および遮光板ＳＴを含んでいる。そして、かかるプロジェクタＰＤは、光変調素子ＭＤ（縮小側）からスクリーンＳＣＮ（拡大側）の背面に向かって画像光を斜めに拡大投影する背面投影型のプロジェクタ（リアプロジェクタ）ＰＤになっている。

なお、図２は、下記の特徴を有する右手系のｘｙｚ直交座標（図３参照）におけるｘｙ断面を示している。
・ｘ方向：光変調素子ＭＤのパネル表示面ｓｐに対する法線方向
・ｙ方向：ｘ方向に垂直で、かつパネル表示面ｓｐの短手方向と同方向
・ｚ方向：ｘ方向・ｙ方向に垂直で、かつパネル表示面ｓｐの長手方向と同方向
また、かかるｘｙｚ直交座標は、その他の図面（図１、図４、図５）においても明記している。ただし、これらの図におけるｘｙｚ直交座標のｘ座標・ｙ座標の向きは正方向を示している。一方、ｚ座標の向きは紙面に対して垂直かつ紙面表側に向いており、その向きはｚ座標の正方向を示している。

また、図２の詳細図である図１では、光変調素子ＭＤ（パネル表示面ｓｐ）からスクリーンＳＣＮ（スクリーン面ｓｉ）に至るまで、光を導く光学作用面を「ｓｎ」と称するとともに、光を透過または反射させる順に応じて番号（ｎ＝１、２、３…）を付している（すなわち、光路上、スクリーンｓｉに向かうほど大きくなる番号を付している）。さらに、回転対称な非球面を有する光学作用面には「＊」、回転非対称な非球面（自由曲面）を有する光学作用面には「＄」を付している。

光変調素子ＭＤは、光源（不図示）からの光を受光し、その光を画像データ等に基づき変調するようになっている。このような光変調素子ＭＤとしては、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device；米国テキサスインスツルメント社製）や液晶表示素子が挙げられる。なお、光変調素子ＭＤの代わりに、自発光型の表示素子を用いてもよい。自発光型の表示素子を光変調素子ＭＤの代わりに用いれば、照明用の光源等が不要となるため、光学構成をより軽量で小型にすることができるためである。

カバーガラスＣＧは、光変調素子ＭＤの前面（変調光の射出面；パネル表示面ｓｐ）を保護するものである。なお、カバーガラスＣＧは、２面構成（ｓ１・ｓ２）になっているが、パワー（屈折力）を有していない。

投影光学系ＰＳは、ミラー等の反射型光学素子やレンズ等の透過型光学素子を含んでおり、光変調素子ＭＤにより変調された光（画像光）の照射をうけ、その光を平面ミラーＭＦに向けて射出するものである。詳説すると、投影光学系ＰＳは、第１ミラーＭＣ１、第１レンズＬ１、第２ミラーＭＣ２、第２レンズＬ２、第３ミラーＭＣ３、および第４ミラーＭＣ４を含んでいる。そして、画像光は、これらの光学素子の並び順（ＭＣ１→Ｌ１→ＭＣ２→Ｌ２→ＭＣ３→ＭＣ４）と同順で進行するようになっている。

なお、各光学素子の特徴は、下記のようになっている。
・第１ミラーＭＣ１：球面状の曲面反射面ｓ３を有する曲面ミラー。
・第１レンズＬ１ ：縮小側に回転対称な非球面状の入射面ｓ４＊、拡大側に平面状の
射出面ｓ５を有する略ノンパワーの回転対称非球面レンズ。ただ
し、第１レンズＬ１は、パワーは弱いが諸収差の補正を行ってい
る。
・第２ミラーＭＣ２：回転対称な非球面状の曲面反射面ｓ６＊を有する曲面ミラー。
・第２レンズＬ２ ：縮小側に回転非対称な自由曲面状の入射面ｓ７＄、拡大側に平面
状の射出面ｓ８を有する略ノンパワーの回転非対称自由曲面レン
ズ。ただし、第２レンズＬ２は、第１レンズＬ１同様に、諸収差
の補正を行っている。
・第３ミラーＭＣ３：回転非対称な自由曲面状の曲面反射面ｓ９＄を有する曲面ミラー
。
・第４ミラーＭＣ４：回転非対称な自由曲面状の曲面反射面ｓ１０＄を有する曲面ミラ
ー。なお、曲面反射面ｓ１０＄において平面ミラーＭＦに最も
離間する端部（端部とは面内での辺部や隅部を意味する）を「第
４ミラーＭＣ４の第１端部ＭＣ４_1S」と称する一方、曲面反射
面ｓ１０＄において平面ミラーＭＦに最も近い端部（第４ミラ
ーＭＣ４の第１端部ＭＣ４_1Sに対向する端部）を「第４ミラー
ＭＣ４の第２端部ＭＣ４_2S」と称する。

平面ミラーＭＦは、投影光学系ＰＳによって導かれて進行してくる画像光（投影光）を反射面ｓ１１で反射させることで、スクリーンＳＣＮ（スクリーン面ｓｉ）へと導くものである。

なお、反射面ｓ１１においてスクリーンＳＣＮから最も近い端部を「平面ミラーＭＦの第１端部ＭＦ_1S」と称する（すなわち、第４ミラーＭＣ４の第１端部ＭＣ４_1Sから進行してくる画像光の到達部分でもある）。一方、反射面ｓ１１においてスクリーンＳＣＮから最も離間する端部（平面ミラーＭＦの第１端部ＭＦ_1Sに対向する端部）を「平面ミラーＭＦの第２端部ＭＦ_2S」と称する（すなわち、第４ミラーＭＣ４の第２端部ＭＣ４_2Sから進行してくる画像光の到達部分でもある）。

また、この平面ミラーＭＦは、他の光学素子を介することなく、直接画像光をスクリーンＳＣＮに導けるようになっている。そのため、平面ミラーＭＦの反射面ｓ１１とスクリーンＳＣＮのスクリーン面ｓｉとの成す角度は、９０°以内になっていると望ましい。

スクリーンＳＣＮは、投影光学系ＰＳ・平面ミラーＭＦを介して導かれてきた画像光をスクリーン面（被投影面）ｓｉ上に映し出すものである。

なお、スクリーン面ｓｉにおいて平面ミラーＭＦに最も近い端部を「スクリーンＳＣＮの第１端部ＳＣＮ_1S」と称する（すなわち、平面ミラーＭＦの第１端部ＭＦ_1Sから進行してくる画像光の到達部分でもある）。一方、スクリーン面ｓｉにおいて平面ミラーＭＦに最も離間する端部（スクリーン面ｓｉの第１端部ＳＣＮ_1Sに対向する端部）を「スクリーンＳＣＮの第２端部ＳＣＮ_2S」と称する（すなわち、平面ミラーＭＦの第２端部ＭＦ_2Sから進行してくる画像光の到達部分でもある）。

遮光板ＳＴは、投影光学系ＰＳから平面ミラーＭＦを経てスクリーンＳＣＮに至るまでの光路から逸脱した画像光（逸脱光）をスクリーン面ｓｉに到達させないように遮光するものである。なお、かかる逸脱光がスクリーンＳＣＮに到達してしまうと、プロジェクタＰＤの画質低下の原因となることから、ゴースト光と称されることもある。

ここで、ゴースト光について詳説する。ゴースト光は、画像投影に不要な光であり、複数の種類が存在する。その数例を列挙すると、下記のようになっている（図４参照；ただし、この図４はゴースト光Ｇ１・Ｇ２の生じている状態を示すため、遮光板ＳＴを省略している）。

第１に、第４ミラーＭＣ４の第１端部ＭＣ４_1Sから進行してくる画像光のうちで、平面ミラーＭＦに入射する光路から外れて（この正規光路から逸脱する画像光を第１逸脱光Ｓ１と称す）、直接スクリーンＳＣＮに到達する画像光である。このような画像光を第１ゴースト光Ｇ１と称する。

第２に、平面ミラーＭＦの第２端部ＭＦ_2Sから進行してくる画像光のうちで、スクリーンＳＣＮに入射する光路から外れ（この正規光路から逸脱する画像光を第２逸脱光Ｓ２と称す）、投影光学系ＰＳにおける光学素子（例えば、第３ミラーＭＣ３や第１ミラーＭＣ１）の保持部材（不図示）に入射し、その後反射してスクリーンＳＣＮに到達する画像光である。このような画像光を第２ゴースト光Ｇ２と称する。

〔２．本発明における種々の特徴の一例について〕
以上のようなプロジェクタＰＤでは、画像データに応じてＯＮ／ＯＦＦ駆動されるＤＭＤ等のマイクロミラーによって空間的に変調した光（画像光）が、投影光学系ＰＳを介して平面ミラーＭＦに到達する。さらに、画像光は、平面ミラーＭＦによる反射によって光路を折り曲げられることで、スクリーンＳＣＮに到達するようになっている。

つまり、本発明のプロジェクタＰＤは、複数の光学素子（ミラーやレンズ）を有し、光学素子を介して画像光を射出させる投影光学系ＰＳと、この投影光学系ＰＳからの画像光を反射させることでスクリーンＳＣＮに導く平面ミラーＭＦと、を含んでいるといえる。

また、このプロジェクタＰＤでは、平面ミラーＭＦがスクリーンＳＣＮの端部における一端側（例えばスクリーンＳＣＮの第１端部ＳＣＮ_1S側）に位置する一方、投影光学系ＰＳが平面ミラーＭＦの反射面ｓ１１側から離間して位置するようになっている。その上、投影光学系ＰＳの光路上において、最も平面ミラーＭＦ側に位置する光学素子（投影光学系ＰＳ内の光路における最終端の光学素子）が第４ミラーＭＣ４になっている。

そして、特に、本発明のプロジェクタＰＤでは、第４ミラーＭＣ４から平面ミラーＭＦに至る光路に対し外側の光路ぎわと、平面ミラーＭＦからスクリーンＳＣＮに至る光路に対し外側の光路ぎわとの両位置（両方の光路ぎわの位置）に、単数の遮光板ＳＴが設けられている。すると、第４ミラーＭＣ４の反射面ｓ１０＄側と、平面ミラーＭＦの反射面ｓ１１側と、スクリーンＳＣＮのスクリーン面ｓｉ側とで囲まれる空間内に、遮光板ＳＴは位置することになる。そのため、このような遮光板ＳＴは、プロジェクタＰＤ内部において進行する画像光の一部を遮ることができる。

例えば、遮光板ＳＴが第４ミラーＭＣ４と平面ミラーＭＦとの間の光路において比較的第１端部（ＭＣ４_1S・ＭＦ_1S）側に位置する場合、すなわち第４ミラーＭＣ４の第１端部ＭＣ４_1Sから進行してくる画像光（第１画像光ＩＬ１）の光路ぎわに遮光板ＳＴが位置する場合、その光路から逸脱する第１逸脱光Ｓ１は遮光板ＳＴによって遮られる。そのため、第４ミラーＭＣ４からスクリーンＳＣＮに入射するように進行する第１ゴースト光Ｇ１は生じ得ない。

また、本発明のように薄型のプロジェクタＰＤの場合、第４ミラーＭＣ４と平面ミラーＭＦとの間に遮光板ＳＴが位置すると（特に、第４ミラーＭＣ４から平面ミラーＭＦに至る光路と、スクリーンＳＣとの間に遮光板ＳＴが位置すると）、その遮光板ＳＴは平面ミラーＭＦとスクリーンＳＣＮとの間に位置することにもなる（すなわち、平面ミラーＭＦからスクリーンＳＣに至る光路と、第４ミラーＭＣ４との間に遮光板ＳＴが位置することにもなる）。すると、平面ミラーＭＦから進行する画像光の一部を遮ることができる。

例えば、遮光板ＳＴが平面ミラーＭＦとスクリーンＳＣＮとの間の光路において比較的第２端部（ＭＦ_2S・ＳＣＮ_2S）側に位置する場合、すなわち平面ミラーＭＦの第２端部ＭＦ_2Sから進行してくる画像光（第２画像光ＩＬ２）の光路ぎわに遮光板ＳＴが位置する場合、その光路から逸脱する第２逸脱光Ｓ２は遮光板ＳＴによって遮られる。そのため、逸脱した画像光が投影光学系ＰＳの保持部材で反射することに起因する第２ゴースト光Ｇ２は生じ得ない。

つまり、本発明のプロジェクタＰＤは、遮光板ＳＴを設けることで、ゴースト光Ｇ１・Ｇ２の原因となる正規光路から逸脱する画像光（第１逸脱光Ｓ１・第２逸脱光Ｓ２）を遮光している。そのため、本発明のプロジェクタＰＤは、ゴースト光Ｇ１・Ｇ２の発生を抑制することで、高画質を実現できる。

ところで、上記の第１画像光ＩＬ１は、第４ミラーＭＣ４から平面ミラーＭＦを介してスクリーンＳＣＮへと入射する画像光のうち、スクリーンＳＣＮのスクリーン面ｓｉにおいて最も平面ミラーＭＦ側に入射する画像光ともいえる。一方、第２画像光ＩＬ２は、スクリーンＳＣＮのスクリーン面ｓｉにおいて第１画像光ＩＬ１と最も乖離した側に入射する画像光ともいえる。

そして、本発明のプロジェクタＰＤにおける遮光板ＳＴの位置は、図５に示す第１画像光ＩＬ１と第２画像光ＩＬ２を用いて詳説することもできる。具体的には、遮光板ＳＴは、第４ミラーＭＣ４から平面ミラーＭＦに進行する第１画像光ＩＬ１と、平面ミラーＭＦからスクリーンＳＣＮに進行する第２画像光ＩＬ２との交差位置Ｐから離れるとともに、第４ミラーＭＣ４（投影光学系ＰＳ）から平面ミラーＭＦに至るまでの光路、および、平面ミラーＭＦからスクリーンＳＣＮに至るまでの光路の外側に有る空間（第１空間SPACE１）内に位置している。

この第１空間SPACE１は、図４および図５に示すように、第１ゴースト光Ｇ１の原因となる正規光路から逸脱した第１逸脱光Ｓ１と、第２ゴースト光Ｇ２の原因となる正規光路から逸脱した第２逸脱光Ｓ２とが通過（存在）する空間になっている。したがって、この第１空間SPACE１に遮光板ＳＴが位置すると（詳説すると、第１空間SPACE１内で正規光路の光路ぎわに遮光板ＳＴが位置すると）、第１逸脱光Ｓ１および第２逸脱光Ｓ２を同時に遮り、第１ゴースト光Ｇ１・第２ゴースト光Ｇ２の発生を抑制できる。つまり、第１逸脱光Ｓ１および第２逸脱光Ｓ２を別個に遮光するような複数の遮光板が設けられることなく、単数の遮光板ＳＴで両逸脱光Ｓ１・Ｓ２を遮光できる。

なお、遮光板ＳＴが、第１空間SPACE１内で、最も平面ミラーＭＦ寄り（交差位置Ｐに最も近く）に位置している場合、最も効果的に第１逸脱光Ｓ１・第２逸脱光Ｓ２が遮られることになる（なお、図５に示す第１空間SPACE１は、全ての第１空間SPACE１の一部分を図示しているにすぎない）。

また、交差位置Ｐでは、第４ミラーＭＣ４から平面ミラーＭＦに至る光路に対し外側の光路ぎわと、平面ミラーＭＦからスクリーンＳＣＮに至る光路に対し外側の光路ぎわとが交差する位置でもある。そのため、交差位置Ｐに近い空間に遮光板ＳＴを設ける場合、遮光板ＳＴのサイズは比較的小さくてもよい。つまり、小さな遮光板ＳＴでも十分に第１逸脱光Ｓ１・第２逸脱光Ｓ２を遮ることができる。

ところで、図２に示すようなプロジェクタＰＤは、プロジェクタＰＤ内の天井付近に平面ミラーＭＦを配置し、その平面ミラーＭＦで画像光を反射させるようになっている。そのため、かかるようなプロジェクタＰＤは、「天井反射方式」と呼ばれることもある。

このような天井反射方式のプロジェクタＰＤの場合、平面ミラーＭＦにおける第１画像光ＩＬ１の到達部分からスクリーン面ｓｉの法線方向と同方向に延長させた仮想線ＬＮ_IL1と、スクリーンＳＣＮのスクリーン面ｓｉを含めて拡大させた面であるスクリーン仮想面ＳＵ_Sとの交点を交点Ａとし、この交点ＡとスクリーンＳＣＮとの最短距離をｄ、この最短距離ｄの方向に沿う方向でのスクリーンＳＣＮの長さをｈ、とし、下記条件式（１）を満たすようにすると望ましい（図１参照）。
０＜ｄ／ｈ＜０．１ … 条件式（１）

ただし、条件式（１）の規定する範囲のなかでも、下記条件式（１ａ）の範囲を満たすほうが望ましい。
０．０１＜ｄ／ｈ＜０．０５ … 条件式（１ａ）

この条件式（１）・条件式（１ａ）は、プロジェクタＰＤのサイズと遮光板ＳＴの配置精度との調和（バランス）を規定するものである。

例えば、ｄの値が小さすぎることによって、条件式（１ａ）におけるｄ／ｈの値が下限値以下になる場合、平面ミラーＭＦの第１端部ＭＦ_1SとスクリーンＳＣＮの第１端部ＳＣＮ_1Sとが近づくようになる。そのため、第４ミラーＭＣ４から平面ミラーＭＦへと進行してくる画像光の一部（例えば第１画像光ＩＬ１）が、平面ミラーＭＦに入射することなく、スクリーンＳＣＮへ直接入射しやすくなる。このような現象は、第１ゴースト光Ｇ１が増大することと同義であるので、かかる第１ゴースト光Ｇ１の源になる第１逸脱光Ｓ１を精度よく遮光しなくてはならない。つまり、遮光板ＳＴの配置精度を極めて向上させなくてはならない。

一方、例えばｄの値が大きすぎることによって条件式（１）または条件式（１ａ）のｄ／ｈの値が上限値以上になる場合、図２に示すプロジェクタＰＤの筐体の端部とスクリーンＳＣＮの第１端部ＳＣＮ_1Sとの距離Ｆ１が増大することになる。かかるように距離Ｆ１が増大すると、大画面でありながらもコンパクトであることを利点とするプロジェクタＰＤの特徴が発揮されないことになる。

すると、条件式（１）または条件式（１ａ）の範囲内に収まるようにｄおよびｈの値を設定すると、プロジェクタＰＤは、遮光板ＳＴの配置精度を比較的緩和させつつ（すなわち配置の自由度を確保しつつ）、サイズを比較的小型にすることができる。

なお、本実施形態のプロジェクタＰＤの場合、ｄは「１６．３ｍｍ」、ｈは「５２６．２ｍｍ」になっており、条件式（１）の値は「０．０３１」となる。

ところで、プロジェクタＰＤのサイズと遮光板ＳＴの配置精度とのバランスを規定する条件式は他にも存在し、その条件式を満たすとさらに望ましいプロジェクタＰＤが実現する。例えば、スクリーンＳＣＮのスクリーン面ｓｉにおける法線と、平面ミラーＭＦからスクリーンＳＣＮに入射する画像光との成す角度のうち、最大の角度をθｍａｘ［単位；°］、最小の角度をθｍｉｎ［単位；°］とした場合に、下記に示される条件式（２）を満たすプロジェクタＰＤは望ましいといえる（図１参照）。
１０＜θｍａｘ−θｍｉｎ＜５０ … 条件式（２）

θｍａｘ−θｍｉｎの値が下限値以下になる場合、スクリーンＳＣＮを大画面化する際に必要な光路が長くなり、プロジェクタＰＤの厚さ（奥行き）やあご下（図２に示すスクリーンＳＣＮの下端から装置下端までの距離Ｆ２）が増大してしまう。

一方、θｍａｘ−θｍｉｎの値が上限値以上になる場合、第４ミラーＭ４から平面ミラーＭＦに入射する光の入射角が大きくなり、第４ミラーＭ４から射出される光が平面ミラーＭＦに入射する光路から外れてスクリーンＳＣＮに直接入射しやすくなる。このような現象は、第１ゴースト光Ｇ１が増大することと同義であるので、かかる第１ゴースト光Ｇ１の源になる第１逸脱光Ｓ１を精度よく遮光しなくてはならない。

すると、条件式（２）の範囲内に収まるようにθｍａｘおよびθｍｉｎの値を設定すると、プロジェクタＰＤは、遮光板ＳＴの配置精度を比較的緩和させつつ（すなわち配置の自由度を確保しつつ）、サイズを比較的小型にすることができる。

なお、本実施形態のプロジェクタＰＤの場合、θｍａｘは「６９．５８」、θｍｉｎは「４７．１４」になっており、条件式（２）の値は「２２．４４」となる。ちなみに、スクリーンＳＣＮの高さ方向中央位置に入射する画像光の入射角θｃｅｎｔｅｒ［単位；°］は、「６０．８６」である。

また、条件式（２）の規定する範囲のなかでも、下記条件式（２ａ）の範囲を満たすほうが望ましい。
１５＜θｍａｘ−θｍｉｎ＜３５ … 条件式（２ａ）

〈３．プロジェクタのコンストラクションデータについて〉
以上のプロジェクタＰＤに関するコンストラクションデータは、以下の表１〜表１３のようになっている。

ただし、各光学作用面の配置は、その面頂点をローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点（O）とし、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）におけるローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点（O）と、Ｘ軸の座標軸ベクトル（ＶＸ）およびＹ軸の座標軸ベクトル（ＶＹ）の座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）とで表されている［単位；ｍｍ］。

なお、座標系はすべて右手系で定義されており、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）はパネル表示面ｓｐのローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致した絶対座標系になっている。したがって、図３に示すように、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の原点（o）はパネル表示面ｓｐの中心に位置する原点（O）と同一の点であり、パネル表示面ｓｐでのベクトルＶＸはパネル表示面ｓｐの面法線と平行であり、ベクトルＶＹはベクトルＶＸに直交するとともにパネル表示面ｓｐの画面短辺に平行である。

また、座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）で表された光学作用面を先頭面として共軸系の一部を成す光学作用面については、直前の光学作用面を基準としたＸ方向の軸上面間隔Ｔ’［単位；ｍｍ］で、光学作用面の配置が表されている。

さらに、各光学作用面の面形状は、その光学面の曲率ＣO［単位；ｍｍ^-1］、曲率半径ｒ［単位；ｍｍ］等で表されている。また、「＊」を付された回転対称な非球面を有する光学作用面の場合、その面形状は面頂点を原点（O）とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた下記の式(AS)で定義される。また、「＄」を付された回転非対称な非球面(いわゆる自由曲面)を有する光学作用面の場合、その面形状は面頂点を原点（O）とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた下記の式(BS)で定義される。そこで、回転対称非球面データ、回転非対称非球面データもあわせて示しておく。ただし、表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ−ｎ＝×１０^-nである。

X＝(CO・H²)／[1+√(1-ε・CO²・H²)]＋Σ[A(i)・Hⁱ] …(AS)
X＝(CO・H²)／[1+√(1-ε・CO²・H²)]＋Σ[G(j,k)・Y^j・Z^k] …(BS)
ただし、
X ：高さHの位置でのX方向の基準面からの変位量（面頂点基準）
H ：X軸に対して垂直な方向の高さ[H=√(Y²+Z²)]
CO ：面頂点での曲率（＋／−はローカルな直交座標系のX軸に対するものであ
り、正の場合その曲率中心がベクトルVX上の正方向に存在する。CO=1/r）
ε ：２次曲面パラメータ
A(i) ：i次の回転対称非球面係数
G(j,k)：Yのj次、Zのk次の回転非対称非球面係数
である。

また、Ｎは、各光学作用面の入射側に位置する媒質のｄ線に対する屈折率を指し、Ｎ’は、各光学作用面の射出側に位置する媒質のｄ線に対する屈折率を指している。なお、光学作用面が反射面の場合、Ｎ’の値は負となる。また、νdは、光学材料のアッベ数である（ただし、空気の場合その旨を明示している）。

なお、パネル表示面ｓｐの画面形状は長方形になっており、短辺（Ｙ方向）の長さは５．５０８ｍｍ、長辺（Ｚ方向）の長さは９.７８４ｍｍになっている。また、投影光学系ＰＳの横倍率(β)は９５．０３になっており、縦方向（Ｙ方向）のＦナンバー（ＦｎｏＹ）は２．８３、横方向（Ｚ方向）のＦナンバー（ＦｎｏＺ）は２．８１になっている。

《パネル表示面ｓｐ》

《カバーガラスＣＧの入射面Ｓ１》

《カバーガラスＣＧの射出面Ｓ２》

《第１曲面ミラーＭＣ１の曲面反射面Ｓ３》

《第１レンズＬ１の入射面Ｓ４＊》

《第１レンズＬ１の射出面Ｓ５》

《第２曲面ミラーＭＣ２の曲面反射面Ｓ６＊》

《第２レンズＬ２の入射面Ｓ７＄》

《第２レンズＬ２の射出面Ｓ８》

《第３曲面ミラーＭＣ３の曲面反射面Ｓ９＄》

《第４曲面ミラーＭＣ４の曲面反射面Ｓ１０＄》

《平面ミラーＭＦの反射面Ｓ１１》

《スクリーン面ｓｉ》

［その他の実施の形態］
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

例えば、図１に示すプロジェクタＰＤでは、遮光板ＳＴが第４ミラーＭＣ４から平面ミラーＭＦに至る光路に対し外側の光路ぎわ、および、平面ミラーＭＦからスクリーンＳＣＮに至る光路に対し外側の光路ぎわの両方に位置する。しかし、本発明のプロジェクタＰＤは、これに限定されるものではない。

例を挙げるなら、遮光板ＳＴが第４ミラーＭＣ４から平面ミラーＭＦに至る光路に対し外側の光路ぎわにのみに位置するプロジェクタＰＤでもよいし、遮光板が平面ミラーＭＦからスクリーンＳＣＮに至る光路に対し外側の光路ぎわのみに位置するプロジェクタＰＤでもよい

したがって、第４ミラーＭＣ４から平面ミラーＭＦに至る光路に対し外側の光路ぎわ、および、平面ミラーＭＦからスクリーンＳＣＮに至る光路に対し外側の光路ぎわの少なくとも一方の位置に、光路から逸脱する画像光（逸脱光やゴースト光）を遮光する遮光板ＳＴが設けられているプロジェクタＰＤも本発明といえる。

ただし、遮光板ＳＴが、第４ミラーＭＣ４から平面ミラーＭＦに至る光路とスクリーンＳＣＮとの間を占める空間と、平面ミラーＭＦからスクリーンＳＣＮに至る光路と第４ミラーＭＣ４との間を占める空間とが重なる空間（隙間の空間＝第１空間SPACE１）に位置していれば、単数の遮光板ＳＴで複数の逸脱光（第１逸脱光Ｓ１・第２逸脱光Ｓ２）を遮ることができ得るので好ましい。すると、要は、ゴースト光の原因となる逸脱光や、ゴースト光そのものをスクリーンＳＣＮに到達させないような位置に、遮光板ＳＴが位置していればよいといえる。

また、本発明のプロジェクタＰＤは、図１のように、スクリーンＳＣＮの下端側に光変調素子ＭＤが位置し、スクリーンＳＣＮの上端側に平面ミラーＭＦが位置するタイプに限定されない。例えば、図１の平面ミラーＭＦ・投影光学系ＰＳの上下方向を逆にしたプロジェクタＰＤや、上下方向を左右方向としたプロジェクタＰＤであっても、本発明を適用することは可能である。

また、図１に示すプロジェクタＰＤにおける投影光学系ＰＳには、諸収差の補正を主目的とするほぼノンパワーのレンズＬ１・Ｌ２が含まれるようになっているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、投影光学系にパワーを有するレンズ等（透過型光学素子）が含まれるようになっていてもよい。つまり、本発明は、パワーを有するレンズ等を含む光学系（屈曲光学系）とミラー等の反射型光学素子を含む光学系（反射光学系）とを具備するような投影光学系であってもよい。

なお、一般的に、投影光学系の最もスクリーン側にパワーを有する反射型光学素子を配置する場合、光学設計上、投影レンズを用いた場合のような光束規制が困難である。そのため、本発明のプロジェクタＰＤのように遮光板ＳＴを採用すると、ゴースト光を効果的に遮光することができる。

ところで、図１（スクリーン面の中心付近のｘｙ断面図）では、わかりにくいが、平面ミラーＭＦにおける第１画像光ＩＬ１は、平面ミラーＭＦ上において、ほぼ線状に到達する。そのため、条件式（１）に用いられる「ｄ」・「ｈ」は、下記のように定義することもできる。

すなわち、平面ミラーＭＦにおける第１画像光ＩＬ１の線状の到達部分からスクリーン面ｓｉの法線方向と同方向に延長させた仮想面ＳＵ_IL1（スクリーン面ｓｉの法線方向に対して平行な一面を有する仮想面；不図示）と、スクリーンＳＣＮのスクリーン面ｓｉを含めて拡大させた面であるスクリーン仮想面ＳＵ_Sとの交線を交線ＡＡ（不図示）とし、この交線ＡＡとスクリーンＳＣＮとの最短距離をｄ、この最短距離ｄの方向に沿う方向でのスクリーンＳＣＮの長さをｈ、とし、上記した条件式（１）を満たすようになっていてもよい。

また、投影光学系に反射型光学素子が含まれる場合、反射型光学素子としては、ミラーに限らず、例えば曲面反射面や平面反射面を有するプリズムを用いてもよい。また、複数の反射面を有する１つまたは複数の反射型光学素子を用いてもよい。さらには、反射面、屈折面、回折面を有する光学素子や、それら面の組み合わせからなる光学素子を用いてもよい。

また、投影光学系に透過型光学素子が含まれる場合、曲面屈折面を有する屈折レンズや、入射光線を屈折作用により偏向させる屈折型レンズ（異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ）、または、例えば回折作用により入射光線を偏向させる回折型レンズや、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ、さらには、入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等が用いられてもよい。

また、遮光板ＳＴの形状は、特に限定されるものではない。つまり、板状の遮光部材でなく、他の形状の遮光部材であっても、逸脱光Ｓ１・Ｓ２を遮り、ゴースト光Ｇ１・Ｇ２の発生を抑制できるものであればよい。

さらに、遮光板ＳＴの向きも特に限定されるものではない。例えば図１では、遮光板ＳＴの厚み方向が、スクリーンＳＣＮの長さｈの延び方向に対して垂直な向きになっている。しかし、図６に示すように、遮光板ＳＴの厚み方向がスクリーンＳＣＮの長さｈの延び方向に対して同方向になっていてもよい。要は、逸脱光Ｓ１・Ｓ２を遮り、ゴースト光Ｇ１・Ｇ２の発生を抑制できる向きであれば、遮光板ＳＴの向きはどのようになっていてもよい。

なお、以上では、光変調素子ＭＤ側を縮小側とし、スクリーンＳＣＮ側を拡大側として、スクリーンＳＣＮに斜め方向から拡大投影を行う画像投影装置について説明した。しかし、遮光板ＳＴを用いる本発明のプロジェクタＰＤの構成は、縮小投影を行う画像読取装置に適用することも可能である。この場合は、光変調素子ＭＤのパネル表示面ｓｐを画像読み取り用の受光素子（例えばＣＣＤ：Charge Coupled Device）の受光面とし、スクリーンＳＣＮの被投影面ｓｉを読み取り画像の画像面（例えば原稿面）とすればよい。

下記図２の画像投影装置を詳細に示す断面図である。 本発明の画像投影装置の概略構成を示す断面図である。 ｘｙｚ直交座標の斜視図である。 正規光路から逸脱した画像光、およびその画像光がスクリーンに入射する状態を示す説明図である。 遮光板の好ましい位置を示す説明図である。 図２の画像投影装置の他の実施例を示す断面図である。 従来の画像投影装置の概略構成図である。

符号の説明

ＰＳ 投影光学系
ＭＣ 曲面ミラー（光学素子、反射型光学素子）
ＭＣ４ 第４ミラー（反射型光学素子）
ＭＣ４_1S 第４ミラーの第１端部
ＭＣ４_2S 第４ミラーの第２端部
Ｌ レンズ（光学素子、透過型光学素子）
ＭＦ 平面ミラー（ミラー）
ＭＦ_1S 平面ミラーの第１端部
ＭＦ_2S 平面ミラーの第２端部
ｓｎ 光学作用面
ＭＤ 光変調素子
ｓｐ パネル表示面
ＳＣＮ スクリーン
ＳＣＮ_1S スクリーンの第１端部（スクリーンの端部における一端）
ＳＣＮ_2S スクリーンの第２端部（スクリーンの端部における一端）
ｓｉ スクリーン面（被投影面）
ＳＵ_S スクリーン仮想面
ＩＬ１ 第１画像光
Ｓ１ 第１逸脱光
Ｇ１ 第１ゴースト光
ＩＬ２ 第２画像光
Ｓ２ 第２逸脱光
Ｇ２ 第２ゴースト光
Ｐ 交差位置
ＬＮ_IM1 平面ミラーにおける第１画像光の到達部分からスクリーン面の法線方
向と同方向に延長させた仮想線
Ａ 仮想線とスクリーン仮想面との交点
SPACE１ 第１空間
ＰＤ プロジェクタ（画像投影装置）

Claims (7)

1. 複数の光学素子を有し、上記光学素子を介して画像光を射出させる投影光学系と、
   上記投影光学系からの画像光を反射させることでスクリーンに導くミラーと、
   を含み、
   上記ミラーが上記スクリーンの端部における一端側に位置する一方、上記投影光学系が上記ミラーの反射面側から離間して位置するとともに、
   上記投影光学系の光路上において、最もミラー側に位置する上記光学素子が反射型光学素子になっている画像投影装置にあって、
   上記反射型光学素子から上記ミラーに至る光路に対し外側の光路ぎわと、上記ミラーから上記スクリーンに至る光路に対し外側の光路ぎわとの少なくとも一方に、光路から逸脱する画像光を遮光する遮光部材が設けられていることを特徴とする画像投影装置。
2. 上記遮光部材が、
   上記反射型光学素子から上記ミラーに至るまでの光路を逸脱し、上記スクリーンに向かって進行する画像光を遮光することを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
3. 上記遮光部材が、
   上記ミラーから上記スクリーンに至るまでの光路を逸脱し、上記投影光学系の保持部材に向かって進行する画像光を遮光することを特徴とする請求項１または２に記載の画像投影装置。
4. 上記反射型光学素子から上記ミラーを介して上記スクリーンへと入射する画像光のうち、上記スクリーンの被投影面において最もミラー側に入射する画像光を第１画像光とする一方、上記スクリーンの被投影面において第１画像光と最も乖離した側に入射する画像光を第２画像光とする場合、
   上記遮光部材は、
   上記反射型光学素子から上記ミラーに進行する上記第１画像光と、上記ミラーから上記スクリーンに進行する上記第２画像光との交差位置から離れるとともに、
   上記反射型光学素子から上記ミラーに至るまでの光路、および、上記ミラーから上記スクリーンに至るまでの光路の外側に有る第１空間内に位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像投影装置。
5. 上記遮光部材は、上記第１空間内で、最もミラー寄りに位置していることを特徴とする請求項４に記載の画像投影装置。
6. 上記ミラーにおける上記第１画像光の到達部分から上記スクリーンの被投影面の法線方向と同方向に延長させた仮想線と、上記スクリーンの被投影面を含めて拡大させた面であるスクリーン仮想面との交点を交点Ａとし、
   交点Ａと上記スクリーンとの最短距離をｄ、上記最短距離ｄの方向に沿う方向での上記スクリーンの長さをｈ、とする場合、下記条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像投影装置。
   ０＜ｄ／ｈ＜０．１ … 条件式（１）
7. 上記スクリーンの被投影面における法線と、上記ミラーから上記スクリーンに入射する画像光との成す角度のうち、最大の角度をθｍａｘ、最小の角度をθｍｉｎとした場合、下記条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像投影装置。
   １０＜θｍａｘ−θｍｉｎ＜５０ … 条件式（２）

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