JP2009116149A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化や低コスト化を簡易に達成でき、広角化の要求に対応できる投射型画像表示装置を提供すること。
【解決手段】投射型画像表示装置１００は、スクリーン１０と、スクリーン１０の投射側に配置された曲面ミラー２１を有する反射光学部２０と、反射光学部２０の光路前段に設けられるとともに、スクリーン１０の非投射側に配置された折曲ミラー３０と、反射光学部２０の光路前段に設けられるとともに、スクリーン１０の非投射側に配置された屈折光学部４０と、スクリーン１０の非投射側に配置された像形成光学部６０とを備える。これにより、投射型画像表示装置１００の小型化、低コスト化を実現しつつ、スクリーン１０上において大きな投射サイズを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネル等によって形成された画像をスクリーンに投射するための投射型画像表示装置に関する。

スクリーン近傍に投射型画像表示装置を配置してその画像をスクリーンに投射する方法として、スクリーン下部に投射型画像表示装置を配置し、上部ミラーで反射してスクリーンに投射する方法（例えば特許文献１）やスクリーン裏側にプロジェクタを配置し、２枚の平面板で繰り返して投射する方法（例えば特許文献２）がある。また、スクリーン前方に張り出したアームに投射型画像表示装置を直接取り付ける方法（例えば特許文献３）がある。また、投射光学系に複数のレンズを含む屈折光学系と反射ミラーとを有し、スクリーン上に拡大近接投射する方法（例えば特許文献４、５）がある。
特開平２−１９６２３０号公報 特開平１０−２０６９６９号公報 特表２００２−５３８５０８号公報 特開２００４−２５８６２０号公報 特開２００６−２３５５１６号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２のような屈折レンズ系を用いた投射光学系では、広角といったレンズでも半画角４５°程度であり、投射サイズがどうしても小さくなる。この場合、大きな投射サイズを得るためには、レンズとミラーの距離を十分長くする必要がある。そのため、ミラーも大型化するという問題がある。

一方、特許文献３のような投射方法では、大型非球面レンズの採用により、近接投射用として半画角６０°に近い超広角レンズをアームに取り付けた形態の投射システムが可能である。しかし、このような超広角レンズを用いた投射光学系でも、８０インチ程度のスクリーンに投射するために１ｍ程度の投射距離が必要である。そのため、アーム強度を強くしたり、全体を支えるスクリーン枠の強度を増したりすることが必要であり、システム全体の大型化やコスト増加という問題がある。

また、特許文献４や特許文献５のような投射方法では、投射光学系のうち屈折系がスクリーンに垂直に延びており、装置全体のコンパクト化に限界がある。

そこで、本発明は、小型化や低コスト化を簡易に達成でき、広角化の要求に対応できる投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る投射型画像表示装置は、スクリーンと、スクリーンの投射側に配置された少なくとも１つの曲面ミラーを有する反射光学部と、反射光学部の光路前段に設けられるとともに、スクリーンの非投射側及び延長平面上のいずれか一方に配置された折曲ミラーと、反射光学部の光路前段に設けられるとともに、スクリーンの非投射側及び延長平面上のいずれか一方に配置された部分を少なくとも有する屈折光学部と、屈折光学部の光路前段に設けられるとともに、スクリーンの非投射側に配置された像形成光学部と、を備えることを特徴とする。

上記投射型画像表示装置では、屈折光学部の全部又は一部と像形成光学部とをスクリーンの非投射側又は延長平面上に設ける。この際、折曲ミラーにより、像形成光学部からの投射光をスクリーンの近傍で折り曲げ、スクリーン前方向へ導くことができる。折り曲げられた投射光は、スクリーンの投射側に設けた反射光学部に到達し、スクリーン上へ近接投射することができる。また、例えばスクリーンを挟んで屈折光学部及び反射光学部を設けることにより、スクリーンの非投射側及び投射側に反射光学部と屈折光学部と像形成光学部とをバランス良く省スペースで配置することができ、投射型画像表示装置全体を薄くすることができる。また、反射光学部が曲面ミラーであることにより、この曲面ミラー等を小型化でき、投射型画像表示装置のスクリーンの投射側への張り出しを小さくすることができる。以上のことにより、投射型画像表示装置の小型化、低コスト化を実現しつつ、スクリーン上において大きな投射サイズを得ることができる。

本発明の別の態様では、曲面ミラーは、凹面及び凸面のいずれか一方を曲面反射面として有することを特徴とする。曲面ミラーが凹面の場合、曲面ミラーが凸面の場合よりも曲面ミラーの下方への出っ張りを少なくすることができ、スクリーン前面の投射空間を狭くしつつ、投射画像を大きくすることができる。また、曲面ミラーが凸面の場合、曲面ミラーが凹面の場合よりも投射サイズを大きくすることができる。また凹面ミラーと比較して曲率を浅くすることができ容易に製造することが可能となる。ここで、曲面反射面は、曲面ミラーにおいて実際の投射光を反射する反射光学面である。

本発明のさらに別の態様では、曲面ミラーの反射曲面からスクリーンまでの投射距離は、曲面ミラーの反射曲面から折曲ミラーまでの距離よりも短いことを特徴とする。この場合、曲面ミラーをスクリーン投射側に、像形成光学部をスクリーン非投射側に配置することになるため、重量バランスが良くなり、スクリーンの枠や脚部の強化や大型化の必要がなくなる。ここで、反射曲面は、曲面ミラーの非実体曲面を含み光軸を通る面頂点を基準とする仮想的な面である。

本発明のさらに別の態様では、屈折光学部は、複数のレンズを有することを特徴とする。この場合、複数のレンズにより画角を高精度で広くすることができ、さらに変倍機能を付加することもできる。

本発明のさらに別の態様では、折曲ミラーは、複数のレンズの間に設けられることを特徴とする。この場合、曲面ミラーと屈折光学部の射出側端部との間の距離を短くすることができ、曲面ミラーのサイズを比較的小型化することができる。

本発明のさらに別の態様では、複数のレンズの光軸の全部又は一部は、スクリーンの非投射側及び延長平面上のいずれか一方においてスクリーンの延長平面に対して平行であることを特徴とする。この場合、複数のレンズがスクリーンの非投射側又は延長平面上で平行に配置され、屈折光学部の配置空間をコンパクトにすることができる。

本発明のさらに別の態様では、折曲ミラーは、屈折光学部の射出側に設けられることを特徴とする。この場合、屈折光学部及び像形成光学部をスクリーン非投射側又は延長平面上に配置する簡単な構造となり、屈折光学部からの射出光がスクリーン近傍で折曲ミラーによりスクリーン前方に折り曲げられる。折り曲げられた投射光はよりスクリーン近傍に配置された曲面ミラーで反射されるため、スクリーン前面の投射空間を狭くしつつ、投射画像を大きくすることができる。

本発明のさらに別の態様では、像形成光学部は、画像形成素子を有することを特徴とする。この場合、画像形成素子によって形成された様々な画像をスクリーンへ投射することができる。画像形成素子には、例えば液晶ライトバルブがある。

〔第１実施形態〕
図１〜図３は、本発明の第１実施形態に係る投射型画像表示装置の要部を示す側面図である。図１は、投射型画像表示装置の要部の構成を説明する概念図であり、図２は、投射型画像表示装置内での光線の状態を表す図であり、図３は、図２の拡大図である。

本実施形態における投射型画像表示装置１００は、スクリーン１０と、反射光学部２０と、折曲ミラー３０と、屈折光学部４０と、像形成光学部６０とを備える。ここで、反射光学部２０及び屈折光学部４０は投射光学系１を構成する。また、図１〜図３において、像形成光学部６０については、その一部であるクロスダイクロイックプリズム６７のみ示し、残りの部分は省略している。

スクリーン１０は、反射型投影板であり、投射光をスクリーン投射面１０ａで拡散反射することにより画像が表示される。スクリーン１０は、例えば白色プラスチック板で形成される。また、スクリーン１０は、基板表面にビーズやパールを含む塗料を塗布したもの、基板表面にマイクロレンズやマイクロミラーを埋め込んだものとすることができる。

反射光学部２０は、１つの曲面ミラー２１を有する。曲面ミラー２１は、光軸ＯＡを軸とする回転対称面で構成される凸面反射ミラーである。曲面ミラー２１は、光軸ＯＡの下側に反射光学面２０ａ（図１等の実線部分）を有し、スクリーン１０の非投射側すなわち裏面側から前方に射出された投射光をスクリーン投射面１０ａへ反射させる。ここで、図１等の破線部分すなわち光軸ＯＡの上側は曲面ミラー２１の仮想的延長面である非実体曲面２０ｂを示す。曲面ミラー２１は、スクリーン１０の投射側上方の空間に配置されている。

折曲ミラー３０は、平面反射板であり、屈折光学部４０から上方に射出された投射光を反射面３０ａでスクリーン１０の前方に折り曲げ、投射光をスクリーン１０の投射側すなわち表面側へと導く。折曲ミラー３０は、スクリーン１０の非投射側上方かつ屈折光学部４０の射出側の空間に配置されている。つまり、折曲ミラー３０と光軸ＯＡの交点３０ｃと、曲面ミラー２１の面頂点２０ｃとの距離ｓ´は、曲面ミラー２１の面頂点２０ｃとスクリーン投射面１０ａとの距離ｓよりも長い配置となっている。また、折曲ミラー３０は、曲面ミラー２１の光軸と屈折光学部４０の光軸ＯＡとに対して４５°の傾きを有している。

屈折光学部４０は、スクリーン１０の非投射側かつ像形成光学部６０の射出側に配置されている。屈折光学部４０は、複数の屈折レンズで構成される。

以下、屈折光学部４０の具体的なレンズ構成について説明する。
図１等に示す屈折光学部４０は、物面ＯＳ上の画像をスクリーン１０上に拡大投射するためのものである。屈折光学部４０は、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５と、第６レンズＬ６と、第７レンズＬ７と、第８レンズＬ８と、第９レンズＬ９と、絞り４５とを備える。

レンズＬ１〜Ｌ９は、縮小側である物面ＯＳ側（図１における下側）より拡大側であるスクリーン１０上方側（図１における上側）に向かって第１レンズＬ１から第９レンズＬ９まで順に配設されている。また、各レンズＬ１〜Ｌ９の光軸すなわち屈折光学部４０の光軸ＯＡは、スクリーン１０の延長平面１０ｂに対して平行に配置されている。ここで、絞り４５は、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６との間に設けられている。

第１レンズＬ１及び第８レンズは非球面レンズである。また、第２レンズＬ２は、両凸レンズであり、第３レンズＬ３は、両凸の３枚接合レンズである。また、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、及び第７レンズＬ７は、両凹レンズである。また、第６レンズＬ６及び第９レンズＬ９は、メニスカスレンズである。なお、各レンズＬ１〜Ｌ９の配置は、反射光学部２０の形状、配置との関係でスクリーン１０に最適な投射ができるように調整されている。

屈折光学部４０は、物面ＯＳ側がほぼテレセントリックになるように構成されている。また、屈折光学部４０の前端である第１レンズＬ１と、液晶パネルが配置される物面ＯＳとの間には、３色の像を合成するためのクロスダイクロイックプリズム６７が配置されている。なお、他の２色の液晶パネルを配置すべき物面については、図示を省略しているが、図示の物面ＯＳと等価すなわち共役な配置となっている。図１等において、物面ＯＳ上の各物点からは、物面ＯＳに垂直で光軸ＯＡに平行な主光線を中心として一定の広がりを有する光束が射出し、上側に進み、屈折光学部４０を通過して反射光学部２０等で反射されてスクリーン投射面１０ａ上に投影される。

表１は、屈折光学部４０のレンズデータを示す。

この表１の上欄において、「面番号」は、物面ＯＳ側から順に各レンズの面に付した番号である。また、「ｒ」は、曲率半径を示し、「Ｄ」は、次の面との間のレンズ厚み或いは空気空間を表している。さらに、「Ｎｄ」は、レンズ材料のｄ線における屈折率を示し、「Ｎｖ」は、レンズ材料のｄ線におけるアッベ数を示す。

本実施形態において、レンズＬ１〜Ｌ９は、基本的に球面で形成されているが、第１レンズＬ１の入出射面（表１の３面及び４面）と、第８レンズＬ８の入出射面（表１の２１面及び２２面）とが非球面となっている。また、曲面ミラー２１の反射面（表１の２８面）が非球面となっている。また、第３レンズＬ３は3枚のレンズの接合レンズで構成されている。これらの非球面形状の光軸方向の面頂点からの変位量ｘは、ｃを近軸曲率半径の逆数、ｈを光軸からの高さ、ｋを円錐係数、Ａ０４〜Ａ１２を高次非球面係数とするとき、次式

で表される。本実施形態の場合、上記非球面式における各係数「ｋ」、「Ａ０４」〜「Ａ１２」の値については、表１の下欄に示した通りである。

図４は、像形成光学部６０の概念図である。像形成光学部６０は、システム光軸ＳＡに沿って、均一化した光源光を射出する光源装置６１と、光源装置６１から射出された照明光を赤・緑・青の３色に分離する分離照明系６３と、分離照明系６３から射出された各色の照明光によって照明される光変調部６５と、光変調部６５を経た各色の変調光を合成するクロスダイクロイックプリズム６７とを備える。像形成光学部６０は、図１に示すスクリーン１０の非投射側すなわち裏面側に配置されている。クロスダイクロイックプリズム６７から射出された像光は、屈折光学部４０に投射される。

ここで、光源装置６１は、光源光を射出する光源ユニット６１ａと、この光源ユニット６１ａから射出された光源光を均一で所定の偏光方向の照明光に変換する均一化光学系６１ｃとを備える。光源ユニット６１ａは、光源ランプ６１ｍやリフレクタ６１ｎを有する。また、均一化光学系６１ｃは、光源光を部分光束に分割するための第１レンズアレイ６１ｄと、分割後の部分光束の広がりを調節する第２レンズアレイ６１ｅと、各部分光束の偏光方向を揃える偏光変換装置６１ｇと、各部分光束を対象とする照明領域に重畳して入射させる重畳レンズ６１ｉとを備えている。

分離照明系６３は、第１及び第２ダイクロイックミラー６３ａ，６３ｂと、光路折曲用のミラー６３ｍ，６３ｎ，６３ｏとを備え、システム光軸ＳＡを３つの光路ＯＰ１〜ＯＰ３に分岐することによって、照明光を青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、及び赤色光ＬＲの３つの光束に分離する。なお、リレーレンズＬＬ１，ＬＬ２は、入射側の第１のリレーレンズＬＬ１の直前に形成された像を、ほぼそのまま射出側のフィールドレンズ６３ｈに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。

光変調部６５は、３色の照明光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲがそれぞれ入射する３つの液晶ライトバルブ６５ａ，６５ｂ，６５ｃを備え、フィールドレンズ６３ｆ，６３ｇ，６３ｈを経て各液晶ライトバルブ６５ａ，６５ｂ，６５ｃに入射した各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲを、駆動信号に応じて画素単位で強度変調する。なお、各液晶ライトバルブ６５ａ，６５ｂ，６５ｃは、液晶パネルを一対の偏光板で挟んだ構造を有する画像形成素子である。また、各液晶ライトバルブ６５ａ，６５ｂ，６５ｃを構成する液晶パネルは、図１等に示す物面ＯＳに対応するものとなっている。

クロスダイクロイックプリズム６７は、交差するダイクロイック膜６７ａ，６７ｂを備えており、各液晶ライトバルブ６５ａ，６５ｂ，６５ｃからの変調光を合成した像光を射出する。クロスダイクロイックプリズム６７で合成された像光は、投射レンズである屈折光学部４０により適当な拡大率で不図示のスクリーン１０上にカラー画像として投射される。

以下、図５を参照しつつ、上述の投射型画像表示装置１００の設置例について説明する。
図５において、投射型画像表示装置１００の光学系は、ケース１００ａに収納されて、スクリーン１０の支持部１１上に固定されている。ケース１００ａは、スクリーン１０の投射側の投影部１００ｂと、スクリーン１０の非投射側の本体部１００ｃとで構成されている。投影部１００ｂには、反射光学部２０が投影部１００ｂの先端部からわずかに突出して収納されている。一方、一部図示を省略するが、本体部１００ｃには、折曲ミラー３０と、屈折光学部４０と、像形成光学部６０とが収納されている。この投射型画像表示装置１００では、投影部１００ｂと本体部１００ｃとがスクリーン１０を挟んで前後に配置されており、前後の重量バランスが良くなっている。また、ケース１００ａは、スクリーン投射面１０ａの左右に関する中央に位置するため、左右の重量バランスも良くなっている。これにより、アームを介してプロジェクタ本体を設置する方法と比較すると、スクリーンの枠や脚部の強化や大型化の必要性が少ない。

像形成光学部６０から射出された投射光ＲＬは、屈折光学部４０で像が拡大され、折曲ミラー３０によりスクリーン１０投射側へ折り曲げられる。折り曲げられた投射光ＲＬは、反射光学部２０の曲面ミラー２１で反射され、比較的少ない歪みでスクリーン投射面１０ａ上に投射される。

以上説明した投射型画像表示装置１００は、折曲ミラー３０によりスクリーン１０非投射側上方近傍で折り曲げられた投射光を、スクリーン１０の投射側に設けた反射光学部２０によりスクリーン投射面１０ａ上へ近接投射することができる。また、スクリーン１０を挟んで反射光学部２０と屈折光学部４０及び像形成光学部６０とを設けることにより、スクリーン１０非投射側及び投射側に反射光学部２０と屈折光学部４０と像形成光学部６０とをバランス良く配置することができ、投射型画像表示装置１００全体を薄くすることができる。また、屈折光学部４０の光軸をスクリーン１０の延長平面１０ｂに対して平行に配置することにより、屈折光学部４０の配置空間をコンパクトにすることができる。また、反射光学部２０が曲面ミラー２１であることにより、曲面ミラー２１等を小型化でき、投射型画像表示装置１００のスクリーン１０投射側への張り出しを小さくすることができる。以上のことにより、投射型画像表示装置１００の小型化、低コスト化を実現しつつ、スクリーン１０上に画角の大きい投射をすることができる。

〔第２実施形態〕
図６〜図８は、本発明の第２実施形態に係る投射型画像表示装置の要部を示す側面図である。図６は、投射型画像表示装置の要部の構成を説明する概念図であり、図７は、投射型画像表示装置内での光線の状態を表す図であり、図８は、図７の拡大図である。本実施形態の投射型画像表示装置２００は、図１等に示す第１実施形態の投射型画像表示装置１００を変形したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態の投射型画像表示装置１００と同一の構造を有する。

本実施形態における投射型画像表示装置２００は、スクリーン１０と、反射光学部１２０と、折曲ミラー３０と、屈折光学部１４０と、像形成光学部６０とを備える。ここで、反射光学部１２０及び屈折光学部１４０は投射光学系２を構成する。また、図６〜図８において、像形成光学部６０の一部であるクロスダイクロイックプリズム６７のみ示し、残りの部分は省略している。

反射光学部１２０は、１つの曲面ミラー１２１を有する。曲面ミラー１２１は、光軸ＯＡを軸とする回転対称面で構成される凹面反射ミラーである。曲面ミラー１２１は、光軸ＯＡの下側に反射光学面１２０ａ（図６等の実線部分）を有し、スクリーン１０の非投射側から投射された投射光をスクリーン投射面１０ａへ反射させる。ここで、図６等の破線部分すなわち光軸ＯＡの上側は曲面ミラー１２１の非実体曲面１２０ｂを示す。曲面ミラー１２１は、スクリーン１０の投射側上方に配置されている。

折曲ミラー３０は、平面反射板であり、投射光を反射面３０ａでスクリーン１０の前方に折り曲げ、投射光をスクリーン１０の投射側へと導く。折曲ミラー３０は、スクリーン１０の非投射側上方かつ後述する屈折光学部１４０の複数のレンズの間に配置されている。つまり、折曲ミラー３０と光軸ＯＡとの交点３０ｃと、曲面ミラー１２１の面頂点１２０ｃとの距離ｓ´は、曲面ミラー１２１の面頂点１２０ｃとスクリーン投射面１０ａとの間の距離ｓよりも長い配置となっている。また、折曲ミラー３０は、曲面ミラー１２１の光軸と屈折光学部１４０の光軸ＯＡとに対して４５°の傾きを有している。

屈折光学部１４０は、像形成光学部６０の射出側に配置されている。屈折光学部１４０は、複数のレンズで構成され、物面ＯＳ上の画像をスクリーン１０上に拡大投射することができる。

屈折光学部１４０は、レンズ前群１４０Ａと、レンズ後群１４０Ｂと、絞り１４５とを備える。ここで、レンズ前群１４０Ａは、第１レンズＬ１０１と、第２レンズＬ１０２と、第３レンズＬ１０３と、第４レンズＬ１０４とで構成される。一方、レンズ後群１４０Ｂは、第５レンズＬ１０５と、第６レンズＬ１０６と、第７レンズＬ１０７と、第８レンズＬ１０８と、第９レンズＬ１０９とで構成される。レンズ前群１４０Ａは、スクリーン１０の非投射側に設けられ、レンズ後群１４０Ｂは、スクリーン１０の投射側に設けられている。第３レンズＬ１０３は、３枚のレンズの接合レンズで構成される。絞り１４５は、レンズ前群１４０Ａとレンズ後群１４０Ｂとの間に設けられている。なお、各レンズＬ１０１〜Ｌ１０９の配置は、反射光学部１２０の形状、配置との関係でスクリーン１０に最適な投射ができるように調整されている。

本実施形態において、像形成光学部６０から投射された投射光は、屈折光学部１４０のレンズ前群１４０Ａ及び絞り１４５を経て、折曲ミラー３０の反射面３０ａで折り曲げられ、レンズ後群１４０Ｂへと進む。屈折光学部１４０から射出された投射光は曲面ミラー１２１の反射光学面１２０ａで反射され、スクリーン投射面１０ａ上に投射される。

以上説明した投射型画像表示装置２００は、投射型画像表示装置１００と同様に、小型化、低コスト化を実現しつつ、スクリーン１０上に画角の大きい投射をすることができる。

さらに、曲面ミラー１２１を凹面にすることにより、凸面の場合よりも曲面ミラー１２１下方への出っ張りを少なくすることができ、スクリーン１０前面の投射空間を狭くしつつ、投射画像を大きくすることができる。

また、折曲ミラー３０が屈折光学部１４０の複数のレンズの間に設けられることにより、曲面ミラー１２１と屈折光学部１４０の射出側端部との間の距離を短くすることができ、曲面ミラー１２１のサイズを小型化することができる。

〔第３実施形態〕
図９〜図１１は、本発明の第３実施形態に係る投射型画像表示装置の要部を示す側面図である。図９は、投射型画像表示装置の要部の構成を説明する概念図であり、図１０は、投射型画像表示装置内での光線の状態を表す図であり、図１１は、図１０の拡大図である。本実施形態の投射型画像表示装置３００は、図１、図６等に示す第１及び第２実施形態の投射型画像表示装置１００，２００を変形したものであり、特に説明しない部分については第１及び第２実施形態の投射型画像表示装置１００，２００と同一の構造を有する。

本実施形態における投射型画像表示装置３００は、スクリーン１０と、反射光学部２２０と、折曲ミラー３０と、屈折光学部２４０と、像形成光学部６０とを備える。ここで、反射光学部２２０及び屈折光学部２４０は投射光学系３を構成する。また、図９〜図１１において、像形成光学部６０の一部であるクロスダイクロイックプリズム６７のみ示し、残りの部分は省略している。

反射光学部２２０は、１つの曲面ミラー２２１を有する。曲面ミラー２２１は、光軸ＯＡを軸とする回転対称面で構成される凸面反射ミラーである。曲面ミラー２２１は、光軸ＯＡの下側に設けられた表面に屈折層を有する反射光学面２２０ａ（図９等の実線部分）であり、屈折光学部２４０から射出された投射光を屈折させる屈折面２２１ａと投射光を反射させる反射面２２１ｂとを有する。曲面ミラー２２１は、スクリーン１０の非投射側から投射された投射光をスクリーン投射面１０ａへ反射させる。ここで、図９等の破線部分すなわち光軸ＯＡの上側は曲面ミラー２２１の非実体曲面２２０ｂを示す。曲面ミラー２２１は、スクリーン１０の投射側上方に配置されている。

折曲ミラー３０は、平面反射板であり、投射光を反射面３０ａでスクリーン１０の前方に折り曲げ、投射光をスクリーン１０の投射側へと導く。折曲ミラー３０は、スクリーン１０の非投射側上方かつ後述する屈折光学部２４０の複数のレンズの間に配置されている。つまり、折曲ミラー３０と光軸ＯＡとの交点３０ｃと、曲面ミラー２２１の面頂点２２０ｃとの距離ｓ´は、曲面ミラー２２１の面頂点２２０ｃとスクリーン投射面１０ａとの間の距離ｓよりも長い配置となっている。また、折曲ミラー３０は、曲面ミラー２２１の光軸と屈折光学部２４０の光軸ＯＡとに対して４５°の傾きを有している。

屈折光学部２４０は、像形成光学部６０の射出側に配置されている。屈折光学部２４０は、複数のレンズで構成され、物面ＯＳ上の画像をスクリーン１０上に拡大投射することができる。

屈折光学部２４０は、レンズ前群２４０Ａと、レンズ後群２４０Ｂと、絞り２４５とを備える。ここで、レンズ前群２４０Ａは、第１レンズＬ２０１と、第２レンズＬ２０２と、第３レンズＬ２０３と、第４レンズＬ２０４と、第５レンズＬ２０５とで構成される。一方、レンズ後群２４０Ｂは、第６レンズＬ２０６と、第７レンズＬ２０７と、第８レンズＬ２０８とで構成される。レンズ前群２４０Ａは、スクリーン１０の非投射側に設けられ、レンズ後群２４０Ｂは、スクリーン１０の投射側に設けられている。第２レンズＬ２０２は、３枚のレンズの接合レンズで構成される。絞り２４５は、レンズ前群２４０Ａとレンズ後群２４０Ｂとの間に設けられている。なお、各レンズＬ２０１〜Ｌ２０８の配置は、反射光学部２２０の形状、配置との関係でスクリーン１０に最適な投射ができるように調整されている。

本実施形態において、像形成光学部６０から投射された投射光は、屈折光学部２４０のレンズ前群２４０Ａ及び絞り２４５を経て、折曲ミラー３０の反射面３０ａで折り曲げられ、レンズ後群２４０Ｂへと進む。屈折光学部２４０から射出された投射光は曲面ミラー２２１の反射光学面２２０ａで反射され、スクリーン投射面１０ａ上に投射される。

以上説明した投射型画像表示装置３００は、投射型画像表示装置１００等と同様に、小型化、低コスト化を実現しつつ、スクリーン１０上に画角の大きい投射をすることができる。

また、折曲ミラー３０が屈折光学部２４０の複数のレンズの間に設けられることにより、曲面ミラー２２１と屈折光学部２４０の射出側端部との間の距離を短くすることができ、曲面ミラー２２１のサイズを小型化することができる。
〔第４実施形態〕
図１２は、本発明の第４実施形態に係る投射型画像表示装置の要部の構成を説明する概念図である。図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、投射型画像表示装置の要部の構成をそれぞれＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向から見た側面図、平面図、及び正面図である。本実施形態の投射型画像表示装置４００は、図９等に示す第３実施形態の投射型画像表示装置３００を変形したものであり、特に説明しない部分については第３実施形態の投射型画像表示装置３００と同一の構造を有する。

本実施形態における投射型画像表示装置４００は、スクリーン１０と、反射光学部２２０と、折曲ミラー３０と、屈折光学部２４０と、像形成光学部６０とを備える。ここで、反射光学部２２０及び屈折光学部２４０は投射光学系３を構成する。また、図１２において、像形成光学部６０の一部であるクロスダイクロイックプリズム６７のみ示し、残りの部分は省略している。この場合、像形成光学部６０は、スクリーン１０の延長平面１０ｂ上に設けられている。

反射光学部２２０は、１つの曲面ミラー２２１を有する。曲面ミラー２２１は、スクリーン１０の延長平面１０ｂ上から投射された投射光をスクリーン投射面１０ａへ反射させる。

折曲ミラー３０は、スクリーン１０の延長平面１０ｂ上かつ後述する屈折光学部２４０の複数のレンズの間に配置されている。つまり、折曲ミラー３０と光軸ＯＡとの交点３０ｃと、曲面ミラー２２１の面頂点２２０ｃとの距離ｓ´は、曲面ミラー２２１の面頂点２２０ｃとスクリーン投射面１０ａとの間の距離ｓよりも長い配置となっている。また、折曲ミラー３０は、曲面ミラー２２１の光軸と屈折光学部２４０の光軸ＯＡとに対して４５°の傾きを有している。

屈折光学部２４０は、像形成光学部６０の射出側に配置されている。屈折光学部２４０は、複数のレンズで構成され、物面ＯＳ上の画像をスクリーン１０上に拡大投射することができる。

屈折光学部２４０は、第３実施形態と同様にレンズ前群２４０Ａと、レンズ後群２４０Ｂと、絞り２４５とを備える。ただし、レンズ前群２４０Ａは、スクリーン１０の延長平面１０ｂ上に設けられ、レンズ後群２４０Ｂは、スクリーン１０の投射側に設けられている。なお、各レンズＬ２０１〜Ｌ２０８の配置は、反射光学部２２０の形状、配置との関係でスクリーン１０に最適な投射ができるように調整されている。

本実施形態において、像形成光学部６０から投射された投射光は、スクリーン１０の延長平面１０ｂ上に沿ってＸ軸方向に進み、屈折光学部２４０のレンズ前群２４０Ａ及び絞り２４５を経て、折曲ミラー３０の反射面３０ａでスクリーン１０の延長平面１０ｂ上に垂直に折り曲げられ、レンズ後群２４０Ｂへと進む。屈折光学部２４０から射出された投射光は曲面ミラー２２１の反射光学面２２０ａで反射され、スクリーン投射面１０ａ上に投射される。

なお、折曲ミラー３０、屈折光学部２４０、及び像形成光学部６０をスクリーン１０の延長平面１０ｂ上に配置する構成は、第１実施形態や第２実施形態においても可能である。

以上説明した投射型画像表示装置４００は、投射型画像表示装置３００と同様に、小型化、低コスト化を実現しつつ、スクリーン１０上に画角の大きい投射をすることができる。

なお、本願発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態において、反射光学部２０，１２０，２２０及び折曲ミラー３０をスクリーン１０上方に配置しているが、図１３に示すようにスクリーン１０下方に配置してもよい。ここで、図１３（Ａ）は、例えばラック１１１の上のスクリーン１１０の前面に投影部１００ｂを配置し、スクリーン１１０の背面に本体部１００ｃを配置し、スクリーン１１０下方から投射光ＲＬをスクリーン投射面１１０ａに投射する例を示した図である。また、図１３（Ｂ）は、例えばラック２１１の上に薄型テレビ２１２の前面左下方に投影部１００ｂを配置し、薄型テレビ２１２の背面に本体部１００ｃを配置した例を示す図である。図１３（Ｂ）の場合、大画面鑑賞の際に、薄型テレビ２１２前面にスクリーン２１０を下ろすことにより投射光ＲＬをスクリーン投射面２１０ａに投射することができる。なお、スクリーン２１０は、投射型画像表示装置１００等を使用していない時は、ロール収納部２１３に収納されている。

また、上記実施形態において、像形成光学部６０において画像形成素子として液晶ライトバルブ６５ａ，６５ｂ，６５ｃを用いているが、画素がマイクロミラーによって構成されたデバイスのような光変調装置やフィルムやスライドのような画像形成手段を用いることも可能である。

第１実施形態に係る投射型画像表示装置の要部の構成を説明する概念図である。 図１の投射型画像表示装置内での光線の状態を表す図である。 図２の光線の状態の拡大図である。 像形成光学部を説明する概念図である。 第１実施形態に係る投射型画像表示装置の設置例を説明する図である。 第２実施形態に係る投射型画像表示装置の要部の構成を説明する概念図である。 図６の投射型画像表示装置内での光線の状態を表す図である。 図７の光線の状態の拡大図である。 第３実施形態に係る投射型画像表示装置の要部の構成を説明する概念図である。 図９の投射型画像表示装置内での光線の状態を表す図である。 図１０の光線の状態の拡大図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、第４実施形態に係る投射型画像表示装置の要部の構成を説明する側面図、平面図、及び正面図である。 図５の設置例の変形例を説明する図である。

符号の説明

１，２，３…投射光学系、 １０，１１０，２１０…スクリーン、 ２０，１２０，２２０…反射光学部、 ２１，１２１，２２１…曲面ミラー、 ３０…折曲ミラー、 ４０，１４０，２４０…屈折光学部、 ６０…像形成光学部、 ６７…クロスダイクロイックプリズム、 １００，２００，３００，４００…投射型画像表示装置、 ＯＡ…光軸、 ＯＳ…物面

Claims (8)

1. スクリーンと、
   前記スクリーンの投射側に配置された少なくとも１つの曲面ミラーを有する反射光学部と、
   前記反射光学部の光路前段に設けられるとともに、前記スクリーンの非投射側及び延長平面上のいずれか一方に配置された折曲ミラーと、
   前記反射光学部の光路前段に設けられるとともに、前記スクリーンの前記非投射側及び前記延長平面上のいずれか一方に配置された部分を少なくとも有する屈折光学部と、
   前記屈折光学部の光路前段に設けられるとともに、前記スクリーンの前記非投射側に配置された像形成光学部と、
   を備えることを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 前記曲面ミラーは、凹面及び凸面のいずれか一方を曲面反射面として有することを特徴とする、請求項１記載の投射型画像表示装置。
3. 前記曲面ミラーの反射曲面から前記スクリーンまでの投射距離は、前記曲面ミラーの前記反射曲面から前記折曲ミラーまでの距離よりも短いことを特徴とする、請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の投射型画像表示装置。
4. 前記屈折光学部は、複数のレンズを有することを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか一項記載の投射型画像表示装置。
5. 前記折曲ミラーは、前記複数のレンズの間に設けられることを特徴とする、請求項４記載の投射型画像表示装置。
6. 前記複数のレンズの光軸の全部又は一部は、前記スクリーンの前記非投射側及び前記延長平面上のいずれか一方において前記スクリーンの前記延長平面に対して平行であることを特徴とする、請求項４及び請求項５のいずれか一項記載の投射型画像表示装置。
7. 前記折曲ミラーは、前記屈折光学部の射出側に設けられることを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれか一項記載の投射型画像表示装置。
8. 前記像形成光学部は、画像形成素子を有することを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか一項記載の投射型画像表示装置。

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