JP2014098818A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 防塵用部材に付着した塵埃等による影響を容易に軽減可能な画像投射装置を提供する。
【解決手段】 光源４１と、光変調素子２と、光変調素子２から出射した光を被投射面に投射する投射光学系６と、防塵光学部材１と、押圧部材１４とを備え、
防塵光学部材１は、光変調素子２と投射光学系６との間の光路上に配置されるとともに、押圧部材１４により押圧保持されることを特徴とする画像投射装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像投射装置に関する。

近年、液晶プロジェクタ等の画像投射装置は、液晶パネルの高解像化や光源ランプの高効率化に伴う明るさの改善が進んでいる。また、可動ミラー配列を有する反射型空間光変調素子（ＤＭＤ：Digital Micromirror Device、米国Texas Instruments社製）等を利用した小型で軽量の画像投射装置が普及し、広く利用されつつある。

このような画像投射装置において、光学系がむき出しになっていると、埃の付着などの問題が生じるため、従来の画像投射装置では、防塵機能を有するカバーガラス等の部材が設置された構成を有する（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、液晶表示手段の光入射側及び／または光出射側にガラス板の光透過性のカバー部材を設け、該カバー部材が開口部を有する保持部材を介して内部空気を密閉保持することにより、投射系の合焦点領域に外気の塵埃が存在せず、塵埃による影を映像内に生じさせないことが記載されている。
特許文献２には、色分解合成手段と反射型空間光変調素子との間に、波長板を備える画像表示装置において、波長板の位相差材を反射型空間光変調素子側に向けて配置し、周囲がパッケージにより密封され、位相差材に塵挨が付着することが防止された構成が記載されている。また、波長板の位相差材に塵埃が付着した場合の黒表示が示されており、空間光変調素子近傍の部材に付着した塵埃等によるスクリーン上の写り込みが問題となることが分かる。
さらに、特許文献３には、透光性基板と反射型光変調素子との間の空間を覆うカバー部材を備え、透光性基板と反射型光変調素子との間の開口がふさがれ、付着したごみに対する十分なデフォーカス量が確保できる構造が記載されている。

つまり、空間光変調素子の画像形成面（液晶層及び画素電極の配列、駆動マイクロミラーの配列）から離れた位置に防塵部材を設置するとともに、設置により画像形成面を密封する構成とすることで、塵埃は画像形成面ではなく防塵部材の表面に付着する。
投射レンズの焦点は通常、空間光変調素子の画像形成面に合わせられるため、該画像形成面から離れた位置に設けた防塵部材の表面に付着した塵埃は、投射レンズにとってはデフォーカスであり、スクリーン上ではぼけた画像となって目立たなくなる。画像形成面と防塵部材表面との距離が大きい程、デフォーカスが大きくなり、塵埃の影はより目立たなくなる。

しかしながら、特許文献１〜３に開示されている技術を用いても、投射画像の形成における塵埃等の影響は依然として残っている。従来の画像投射装置においては、防塵用部材は支持部材に接着固定されているため、防塵用部材に付着した塵埃等による影響を軽減させることは困難であった。

そこで、本発明は上記課題を鑑み、防塵用部材に付着した塵埃等による影響を容易に軽減可能な画像投射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に、本発明に係る画像投射装置は、光源と、光変調素子と、前記光変調素子から出射した光を被投射面に投射する投射光学系と、防塵光学部材と、押圧部材と、を備え、前記防塵光学部材は、前記光変調素子と前記投射光学系との間の光路上に配置されるとともに、前記押圧部材により押圧保持されることを特徴とする画像投射装置である。

本発明の画像投射装置によれば、防塵用部材に付着した塵埃等による影響を容易に軽減可能な画像投射装置を提供することができる。

画像投射装置の一実施形態に係る反射型空間光変調素子近傍の構成を示す上面及び断面模式図である。 保持手段の一実施形態及び移動の方向を説明する模式図である。 画像投射装置の一実施形態に係る反射型空間光変調素子近傍の構成を示す上面及び断面模式図である。 画像投射装置の一実施形態に係る反射型空間光変調素子近傍の構成を示す上面及び断面模式図である。 画像投射装置の一実施形態に係る反射型空間光変調素子近傍の構成を示す断面模式図である。 保持手段の一実施形態及びスライド移動を説明する模式図である。 画像投射装置の一実施形態に係る反射型空間光変調素子近傍の構成を示す上面及び断面模式図である。 画像投射装置の一実施形態に係る反射型空間光変調素子近傍の構成を示す断面模式図である。 防塵光学部材の傾斜と入射光との関係を示す説明図である。 画像投射装置の一実施形態に係る反射型空間光変調素子近傍の構成を示す上面及び断面模式図である。 画像投射装置の筐体の一例を示す正面図である。 画像投射装置の一実施形態の要部の断面図である。 防塵光学部材が設置される部位の一例を示す斜視図である。 反射型空間光変調素子の一例を示す説明図である。 画像投射装置の一実施形態の要部側面図である。 被投射面上に生じた異物の映りこみ及び照度分布の一例を示す図である。 図１６の縦方向（Ｙ方向）の照度分布を防塵光学部材の厚みごとに示したグラフである。 被投射面上に生じた異物の映りこみ及び照度分布の一例を示す図である。 図１８の縦方向（Ｙ方向）の照度分布を防塵光学部材の厚みごとに示したグラフである。 色分離手段の一例を示す模式図及び断面図である。 光源から照明均一化素子までの部品配置の一例を示す説明図である。 照明均一化素子の一例を示す斜視図である。 光源の一例を示す正面及び側面の模式図である。

以下、本発明に係る画像投射装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

〔第１の実施形態〕
本発明の画像投射装置の一実施態様に係る外観を図１１に、画像投射装置が備える光学系の要部の断面図を図１２に、側面図を図１５にそれぞれ示す。
また、図１に画像投射装置の一実施形態に係る光変調素子近傍の構成を示す。図１（Ａ）は断面模式図、図１（Ｂ）及び図１（Ｄ）は上面図、図１（Ｃ）は支持部の側面図である。

図１、図１２及び図１５に示すように、本実施形態に係る画像投射装置は、光源４１と、光変調素子２と、光変調素子２から出射した光を被投射面に投射する投射光学系６と、防塵光学部材１と、押圧部材８とを備え、防塵光学部材１は、光変調素子２と投射光学系６との間の光路上に配置されるとともに、押圧部材８により押圧保持される。

また、前記画像投射装置は、少なくとも押圧部材８の固定端部を支持する支持部材５を備え、光変調素子２は、投射光学系６と対向する面にカバーガラス３を有し、防塵光学部材１は、支持部材５及びカバーガラス３により画成される空間内に配置される。
図１に示す本実施形態では、防塵光学部材１の長辺が、押圧部材である板バネ８により、支持部材５に対して押圧されて保持されている。
なお、防塵光学部材１は、例えば、図１（Ａ）に矢印１３で示す方向（カバーガラス３の表面に対して垂直方向）に着脱することができる。

なお、図１２では投射光学系の要部として、図１５に示す投射光学系６０を構成する投射レンズ系６のみを示し、図１（Ａ）では投射レンズ系６を構成するレンズ６ａ一枚のみを簡略化して示している。実際には、投射レンズ系６は複数枚のレンズが鏡筒に収められており、該鏡筒は、図１１に示す筐体や、図１２に示すハウジング３０に固定されている。

光変調素子２は、反射型空間光変調素子であり、二次元的に配置された複数の微小ミラー４及びカバーガラス３で構成される。カバーガラス３はウィンドウ（window）とも呼ばれる部材である。

支持部材５は、単体の部材ではなく、筐体やハウジング３０の一部を構成する部分である。ハウジング３０の材料としては、軽量で、かつ強度のある金属（例えば、マグネシウム等）が挙げられる。反射型空間光変調素子２は、支持部材５の底面に突き当てることで固定される。

押圧部材８としては、押圧される防塵光学部材１が押圧下においても移動可能であり、かつ防塵光学部材１の着脱に支障をきたさない部材であれば、本実施形態において示した板バネに限定されず、他の部材（例えば、いもネジなど）であってもよい。

図１（Ｂ）は、投射レンズ６ａ側からみた平面図（上面図）であり、防塵光学部材１を設置していない状態を示したものである。
支持部材５に囲まれて形成された開口７を有する。開口７は、反射型空間光変調素子２に光源４１からの光を入射し、ミラー４からの反射光を投射レンズ６に出射するために設けられている。

図１（Ｃ）は、支持部材５の側面図であり、断面の構造を破線で示している。
図１（Ｄ）は、投射レンズ６ａ側からみた平面図（上面図）であり、防塵光学部材１を設置した状態を示したものである。
防塵光学部材１は、押圧部材８により押圧される方向に対して垂直の方向において、端面が対向する支持部材５の側面に対し、間隔をもって配置される。
本実施形態では、図１（Ｄ）に示すように、押圧されるＺ方向に対して垂直なＸ方向において、防塵光学部材１のＸ方向の端面と支持部材５のＸ方向の側面との間が空間となっており、防塵光学部材１がこの空間の範囲でＸ方向に移動可能である。
例えば、防塵光学部材１のＸ方向の端部付近に塵埃等が付着し、該塵埃等による投射画像への影響が大きい場合には、該塵埃等が光路から外れるように防塵光学部材１をＸ方向へ移動させることにより、投射画像への影響を容易に軽減することができる。

一方、本実施形態において、防塵光学部材１は着脱可能に配置されているため、防塵光学部材１の表面全面に塵埃等が付着している場合には、防塵光学部材１を装置本体から取り外して洗浄や交換を行うことができる。

従来は、防塵用部材が支持部材に対して接着固定されていたため、防塵用部材に付着した塵埃等に対して講じることのできる対応には限度があった。しかしながら、上述のように、本実施形態では、低コストで効果的に防塵光学部材１に付着した塵埃等の影響を低減させ、投射画像の品質劣化を抑制することができる。

防塵光学部材１としては、例えば、平行平板のガラス（板ガラス）を用いることができる。板ガラスの材料としては、例えば、青板ガラス、白板ガラス、石英ガラス、光学ガラス（例えば、ＢＫ７等）などが挙げられ、両面に反射防止膜を有することが好ましい。また、強化ガラスであってもよい。
板ガラスの厚みは０．５から数ｍｍの範囲で、撓みが生じない限り、投射光学系の設計にあわせて適宜選択することができる。

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態に係る画像投射装置は、防塵光学部材１を移動可能に保持する保持手段を備える。保持手段の一例を図２に示す。
防塵光学部材１は保持手段１２とともに移動して着脱されるが、図２に示すように把手を有する保持手段１２に防塵光学部材１を収めることにより、移動及び着脱の動作をさらに容易に行うことができる。

〔第３の実施形態〕
第３の実施形態に係る画像投射装置を図３に示す。図３（Ａ）は反射型空間光変調素子２近傍の断面模式図であり、図３（Ｂ）は投射レンズ６ａ側からみた平面図（上面図）である。

本実施形態では、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、押圧された防塵光学部材１を支持する部位、具体的には支持部材５の表面の少なくとも一部に、シール部材９を有する。シール部材９により、防塵光学部材１と支持部材５との間の密封性を向上させることができる。

シール部材９の材料としては、支持部材５や防塵光学部材１との摩擦により塵が生じない耐久性、及び光源からの発熱により変形などが生じない耐熱性を有するものであることが好ましく、例えば、ゴム材、スポンジ材、樹脂などが挙げられる。また、シール部材９の形状としては、例えば、リング状の材料を図３（Ｂ）に示すように配設することができる。

〔第４の実施形態〕
第４の実施態様に係る画像投射装置を図４に示す。図４は図１と同様、反射型空間光変調素子２近傍の構成を示したもので、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）及び（Ｄ）は上面図、（Ｃ）は支持部の側面図である。

図４に示すように、支持部材５が、防塵光学部材１を水平方向にスライド移動可能に支持するガイド部５ａを有し、防塵光学部材１がガイド部５ａに沿ってスライド移動して着脱される。支持部材５にガイド部５ａを設けることにより、カバーガラス３と防塵光学部材１との間隔を一定に保持したまま、矢印１０で示す水平方向に防塵光学部材１をスライドさせて着脱することができる。

支持部材５のガイド部５ａは、突き当て面１１ａ及び１１ｂが形成された溝部である。防塵光学部材１の短手方向の端部が１１ａの壁面に達するまで、ガイド部５ａに沿って水平方向にスライドさせることができる。一方、図４（Ｄ）に示すように、長手方向の端部は、板バネ８により１１ｂの壁面に当接させて固定することができる。

本実施形態では、図４（Ｄ）に示すように、防塵光学部材１を、押圧されるＺ方向に対して垂直なＸ方向に移動可能である。
例えば、防塵光学部材１のＸ方向の端部付近に塵埃等が付着し、該塵埃等による投射画像への影響が大きい場合には、該塵埃等が光路から外れるように防塵光学部材１をＸ方向へ移動させることにより、投射画像への影響を容易に軽減することができる。

一方、本実施形態において、防塵光学部材１はスライド移動により着脱可能であるため、防塵光学部材１の表面全面に塵埃等が付着している場合には、防塵光学部材１を装置本体から取り外して洗浄や交換を行うことができる。このように、低コストで効果的に防塵光学部材１に付着した塵埃等の影響を低減させ、投射画像の品質劣化を抑制することができる。

ガイド部５ａは、図１２に示すハウジング３０の一部を構成する支持部材５の加工により形成される。ガイド部５ａが形成された支持部材５は、例えば、マグネシウム製のハウジングとして鋳造により一体に製作される。

また、図５に示すように、第３の実施形態と同様に、支持部材５の表面の少なくとも一部にシール部材９を設け、防塵光学部材１と支持部材５との間の密閉性を向上させてもよい。

さらに、図６（Ｂ）に示すように、防塵光学部材１を移動可能に保持する保持手段１２を備える構成としてもよい。防塵光学部材１は保持手段１２とともに移動して着脱されるが、図６（Ａ）に示すように把手を有する保持手段に防塵光学部材１を収めることにより、図６（Ｂ）に示す水平方向１０の移動及び着脱の動作を容易に行うことができる。

〔第５の実施形態〕
第５の実施態様に係る画像投射装置を図７に示す。図７は図１と同様、反射型空間光変調素子２近傍の構成を示したもので、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）及び（Ｄ）は上面図、（Ｃ）は支持部の側面図である。

図７に示すように、本実施形態は、防塵光学部材１が、カバーガラス３に対して押圧されて保持される。すなわち、防塵光学部材１とカバーガラス３とを当接させ、押圧部材である板バネ１４により密着固定させることができる。なお、防塵光学部材１は、カバーガラス３の表面に対して垂直方向に移動して着脱させることができる。

防塵光学部材１は、押圧部材１４により押圧される方向に対して垂直の方向であるＸ方向及びＺ方向において、端面が対向する支持部材５の側面に対し、間隔をもって配置されている。
本実施形態では、図７（Ｄ）に示すように、Ｘ方向および／またはＺ方向において、防塵光学部材１の端面と支持部材５の側面との間が空間となっており、防塵光学部材１がこの空間の範囲でＸ方向および／またはＺ方向に移動可能である。
例えば、防塵光学部材１のＸ方向および／またはＺ方向の端部付近に塵埃等が付着し、該塵埃等による投射画像への影響が大きい場合には、該塵埃等が光路から外れるように防塵光学部材１をＸ方向および／またはＺ方向へ移動させることにより、投射画像への影響を容易に軽減することができる。

防塵光学部材１とカバーガラス３は、面精度の高い部材を選択し、密着させる前にそれぞれの当接面をよく洗浄することが好ましい。

防塵光学部材１とカバーガラス３は、オプティカルコンタクトにより接合することもできる。オプティカルコンタクトによる接合を行う場合、当接面の洗浄後に接着力を向上させるために、マッチングオイルを塗布してから接合を行うことができる。また、防塵光学部１、カバーガラス３、マッチングオイルの屈折率が同一ないし略同一となるように選択することが好ましい。これにより、界面の反射を低減することができ、迷光やゴースト光の発生を抑制することができる。

なお、オプティカルコンタクトによる接合を行った場合は、押圧部材を設けることなく防塵光学部材１とカバーガラス３とが固定されるが、本実施形態の画像投射装置においては、光変調素子２と防塵光学部材１とで密閉される空間を確保するために、開口７を覆うように板バネ１４等を設けることが好ましい。

〔第６の実施形態〕
第６の実施態様に係る画像投射装置を図８に示す。図８は反射型空間光変調素子２近傍の構成を示す断面模式図である。
図８に示すように、本実施形態は、カバーガラス３の表面に対し、防塵光学部材１の表面が傾斜して設置される例である。防塵光学部材１は、押圧部材である板バネ１４により押圧され、支持部材５に固定されている。

図８に示すように、例えば、支持部材５の長手方向の対向する面において、形成される溝部の位置を異なる高さとすることにより、該溝部に沿って防塵光学部材１を傾斜させて設置することができる。

本実施形態では、防塵光学部材１は、押圧部材１４により押圧される方向に対して垂直の方向であるＸ方向及びＺ方向において、端面が対向する支持部材５の側面に対し、間隔をもって配置されている。例えば、上記第５の実施形態と同様に、防塵光学部材１のＸ方向および／またはＺ方向の端部付近に塵埃等が付着し、該塵埃等による投射画像への影響が大きい場合には、該塵埃等が光路から外れるように防塵光学部材１をＸ方向および／またはＺ方向へ移動させることにより、投射画像への影響を容易に軽減することができる。

カバーガラス３の表面に対し、防塵光学部材１の表面が傾斜した状態で着脱を行った場合でも、支持部材５に形成された溝部に沿って移動が行われる限り、カバーガラス３と防塵光学部材１との特定の位置における間隔（例えば、図９では破線１５で示す間隔）は一定とすることができる。

カバーガラス３の表面に対し、防塵光学部材１の表面が傾斜して設置することによる迷光やゴースト光の発生の低減効果について図９により説明する。
図９（Ａ）は、カバーガラス３の表面に対し、防塵光学部材１の表面が平行となるように設置された状態を示し、図９（Ｂ）は傾斜して設置された状態を示している。なお、光、法線及び角度を示す符号２１〜２５について、図９（Ａ）では「ａ」、図９（Ｂ）では「ｂ」を付して示している。
また、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）はいずれも図示しない押圧部材を備える。

図示しない光源から反射型空間光変調素子２に入射する光２１の一部が、防塵光学部材１の表面で反射する。このとき、防塵光学部材１の表面に対する法線を２３で示す。光線の入射角２４（θｉｎ）と反射角２５（θｏｕｔ）とは、法線２３を挟んで等しい（θｉｎ＝θｏｕｔ）。
図９（Ａ）で示す態様では、防塵光学部材１の表面で反射した光２２ａは投射レンズ６ａに入射して迷光やゴースト光の元となる。
図９（Ｂ）に示す態様では、防塵光学部材１の表面に対する法線２３ｂが図９（Ａ）に示す法線２３ａと比べて傾斜しており、反射型空間光変調素子２に入射する光２１ｂが図９（Ａ）に示す２１ａと同じ場合、防塵光学部材１への入射角２４ｂ（θｉｎ）は、図９（Ａ）の２４ａよりも大きくなり、出射角２５ｂも図９（Ａ）の２５ａよりも大きくなる。したがって、防塵光学部材１の表面で反射した光２２ｂは、投射レンズ６ａには入射しない。
防塵光学部材１の設置角度を除き、照明系や反射型空間光変調素子２等の配置は変更していないので、上記のとおり光２１ａと２１ｂの反射型空間光変調素子２に対する入射角は同じであるとして問題ない。

防塵光学部材１を設けることは光学部品の追加であり、界面が増加し、表面反射が増加することを意味する。防塵光学部材１の表面には、反射防止膜や可視光の波長程度（数百ナノメートル）の微細構造を設け、表面反射を低減することができるが、表面反射を完全に抑制することはできない。この残存した表面反射のうち、投射レンズ６に向う反射光は、画像を形成する正規の光とは異なる迷光やゴースト光となり、画像の品を低下させる要因となる。画像投射装置は、光源として他の光学機器に比べて高出力の超高圧水銀ランプを用いる。光源からの光が強力である為、僅かな表面反射であっても、明確な迷光やゴースト光を生じるという問題がある。これに対し、上記第６の実施形態によれば、迷光やゴースト光の発生を抑制することができ、被投射面に投射される画像の品位を向上させることができる。

〔第７の実施形態〕
第７の実施態様に係る画像投射装置を図１０に示す。図１０は図１と同様、反射型空間光変調素子２近傍の構成を示したもので、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）及び（Ｄ）は上面図、（Ｃ）は支持部の側面図である。

図１０に示すように、本実施形態は、防塵光学部材１を固定するための板バネ８ａ及び８ｂが設けられている。このように、防塵光学部材１は、Ｘ方向及びＺ方向からの押圧を受けて固定されるため、塵埃等の影響を防塵光学部材１を移動させることにより回避することは困難であるが、他の実施形態と同様に着脱は容易であるため、防塵光学部材１を装置本体から取り外して洗浄や交換を行うことができる。

上記第１〜第７の実施形態によれば、防塵用部材１に付着した塵埃等による影響を容易に軽減可能であり、かつ防塵用光学部材１の画像投射装置本体からの取り外しが容易となる。また、支持部材５を介して設置することにより、反射型空間光変調素子２の画像形成面であるミラーアレイ４に対するカバーガラス３よりも離れた位置に配置することができ、これによりデフォーカスが大きくなり、防塵用光学部材１の塵埃や傷などに起因する影の写り込みを目立たなくすることができる。

画像投射装置本体から取り外した防塵光学部材１は、例えば、洗浄して再度取り付けることができる。洗浄方法としては特に限定されないが、例えば、アルコールなどの有機溶剤を用いて埃の発生しない布材料等で払拭する方法や、有機溶剤や蒸留水中で超音波洗浄を行う方法が挙げられる。
なお、防塵光学部材１の着脱作業は、塵埃の発生しない環境で行われることが好ましいことは言うまでもない。

〔画像投射装置〕
画像投射装置の一実施態様に係る筐体の外観を図１１に、画像投射装置が備える光学系の要部の断面図を図１２に示す。
図１２に示すように、ハウジング３０には、鏡筒に収まった投射レンズ系６が固定される。投射レンズ系６は複数枚のレンズから成り、反射型空間光変調素子２に最も近い投射レンズを６ａで示している。
図１２に示す反射型空間光変調素子２及び開口７の近傍の斜視図を図１３に示す。図１３には、開口７、カバーガラス３、及び防塵光学部材１の支持部材５が示されている。

反射型空間光変調素子２を図１４により説明する。
図１４（Ａ）は反射型空間光変調素子２を投射レンズ側から見た面の模式図である。画像表示のサイズ（例えば、０.５インチ、０.６５インチなど）は、対角線で決められる。また、矩形の長辺と短辺との比（例えば、４：３、１６：１０など）により、画面の縦横比を表現する。
図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の破線で囲んだ画像表示領域の一部分の拡大図であり、微小なミラー４ａが画素として配列している。画素は正方形であり、配列の周期を画素ピッチといい、１０μｍ前後である。
図１４（Ｂ）では詳細を示していないが、実際のミラー４ａのサイズは画素ピッチよりも若干小さい。また、画素ピッチに対する実際のミラーサイズを開口率と呼ぶ。

ミラー４ａ（画素）の配列を横から見た図を図１４（Ｄ）に示す。画素配列の上側にはカバーガラス３が配置されている。正方形の画素は、図１４（Ｃ）に示すように、その対角線４ｃを回転軸として回転する。回転の方向は、回転軸に対して時計周り、半時計周りの両方である。プラスとマイナスで区別する。回転角度は±１０°乃至１２°である。なお、回転を「チルト」ということもある。
回転したミラー４ａは、図１４（Ｅ）に示すように、プラスとマイナスとで、入射光２６に対する反射光の方向を変えることできる。即ちＯＮとＯＦＦとの二値である。ＯＮ光２７は、投射レンズ６を経て被投射面（スクリーン）に到達する。一方、ＯＦＦ光２８は、適切な位置に設けられた吸収部材に到達し、この光がスクリーン上では黒の表示となる。

図１５に、画像投射装置の光学系の構成を示す。該画像投射装置は、至近距離からの被投射面への画像投射が可能な装置の光学系の一例である。
図１５に示すように、光学系はリフレクタを有する白色光源（ランプ光源）４１、照明均一化素子（ライトトンネル）６２、第１及び第２リレーレンズ６３、第１の折り返しミラー６４、第２の折り返しミラー６５、防塵ガラス（平板）４３、反射型空間光変調素子２、カバーガラス３、投射光学系６０により構成され、投射光学系６０は、第１の投射ミラー６１、第２の投射ミラー６２、投射レンズ系６により構成される。

第１の折り返しミラー６４は、シリンダーミラーである。第２の折り返しミラー６５は凹球面である。また、切り欠きを有するため、投射レンズ系６の反射型空間光変調素子２側の鏡筒とは機械的に重なり合わないようになっている。
投射光学系６０を構成する第１投射ミラー６１は平面ミラーであり、第２投射ミラー４２は自由曲面ミラーである。自由曲面の第２投射ミラー４２は、至近距離からの投射を達成するためのものである。
なお、防塵ガラス４３は、天井側から埃や塵が光学系など侵入するのを防ぐための部材であり、本実施形態に係る画像投射装置が備える着脱可能かつ押圧保持される防塵光学部材１とは機能も役割も異なる部材である。

図１５には図示していないが、光源４１とライトトンネル６２との間には図２０に示すカラーホイールが配置されている。また、この照明系において、ライトトンネル６２の出射端と反射型空間光変調素子面は共役である。ランプ光源４１から出射した光は、ライトトンネル６２、第１及び第２リレーレンズ６３、シリンダーミラー６４、球面ミラー６５の光学素子を経て、反射型空間光変調素子２上の照度分布を形成する。この照度分布は、投射光学系６０を経て被投射面（スクリーン）に投射される。

図１５に示した画像投射装置の構成における照明系を構成する光学部品の配置座標を表１に示す。

図１５に示した画像投射装置の構成における照明系を構成する光学部品の詳細を表２に示す。

図１５に示した画像投射装置の構成における投射系を構成する光学部品の配置座標を表３及び表４に示す。なお、表３及び表４に示す配置座標は、スクリーン上に対角長さ４３インチに画像を投射する場合の値である。

図１５に示した画像投射装置の構成における投射系を構成する光学部品の詳細を表５、表６及び表７に示す。

自由曲面ミラー４２の詳細を表８に示す。

なお、表５〜７に示した非球面レンズの形状は、下記数式１に従う。

表８に示した自由曲面ミラーの面形状は、下記数式２に従う。

図１５に示す光学系において、防塵光学部材１（図示せず）を導入した場合の効果を検証した。
検証は、反射型空間光変調素子２のカバーガラス３に防塵光学部材１を密着させて設置し、防塵光学部材１の厚みを変えたときの塵や埃などの異物によるスクリーン上での写り込み（影）の変化を、光線追跡シミュレーション実験により見積ることにより行った。

異物の写り込みは大別すると、（１）黒画面を写したときの白い写り込み、及び（２）白画面を写したときの黒い写り込みの２種類が存在する。
前記（１）は、反射型空間光変調素子の全画素をＯＦＦとして、即ち投射レンズ６及びスクリーンには光が届かない全黒画面の場合である。このとき、反射型空間光変調素子２のカバーガラス３上に異物が付着しているとすると、全画素がＯＦＦであっても、照明系からの光は反射型空間光変調素子２を照射する。このときカバーガラス３上の異物は照明され、反射光や散乱光を生じる。一般に、塵埃は不規則な形状をしており、照射された光を散乱する。これは、空気中で、塵埃に光が当って、人の眼に白く見える現象と同じである。散乱光は、方向による強度はあるが、全方向に光を放つため、該散乱光は投射レンズに達し、最終的にスクリーンに到達する。異物の周囲は、黒であるため、異物により生じた散乱光の強度が僅かであっても、目立つ写り込みとなる。

一方、前記（２）は、反射型空間光変調素子２の全画素がＯＮであり、全白画面の場合である。カバーガラス３上に異物が付着して、これが光を吸収或いは、遮光すると、その部分は影となる。異物の周囲は全白画面であり白いため、この影は目立つ写り込みとなる。当然、画像は全白、全黒だけではなく、さまざまなパターンがあり、色も様々であるが、いずれに場合においても、異物による反射、散乱、吸収、遮光などにより、写り込みを生じる。

前記（１）の場合、写り込みが見えるか見えないかの閾値は、人の眼の感度により、理想的には黒画面を照度ゼロとし、これを基準とした絶対値で表される。
一方、前記（２）の場合の閾値は、人の眼の感度も当然あるが、周囲が白画面であり、これを基準として、そこからどの程度照度が低下したかという相対値で表される。

前記（１）の場合における検証方法を説明する。
異物を直径２００μｍの球として、これが照明系からの光を反射するとした。設置する防塵光学部材１の厚みを０ｍｍ（部材無しの場合）、０.５ｍｍ、１.０ｍｍ、１.５ｍｍとした場合の写り込みを光線追跡シミュレーションにより見積った。
一例として、防塵光学部材１の厚みが０.５ｍｍの場合の結果を図１６に示す。
図１６は、スクリーン上に生じた異物による写り込みとその周囲の照度分布を示している。中央の分布がそれである。周囲は黒画面であり、照度は零である。照度は分布内の最大値で規格化している。防塵光学部材１が異なる厚みの場合も、写り込みの照度の絶対値は異なるが、同様の分布が形成される。

図１６の写り込みの縦方向（ｙ）の照度分布を、防塵光学部材１のそれぞれの厚みについてプロットしたグラフを図１７に示す。
図１７に示すように、厚みが増すほど、写り込みは小さく（照度が小さく）なっていることが分る。防塵光学部材１の厚みが増すほど、表面に存在する異物は、投射レンズ６のデフォーカスが大きくなり、スクリーン上ではぼけるためである。したがって、防塵光学部１の厚みが厚いほど、写り込み低減の効果が得られることがわかる。

前記（２）の場合における検証方法を説明する。
異物を直径５００μｍの球として、これが照明系の光を吸収するとした。設置する防塵光学部材１の厚みを０ｍｍ（部材無しの場合）、０.５ｍｍ、１.０ｍｍ、１.５ｍｍ、２.０ｍｍとした場合の写り込みを光線追跡シミュレーションにより見積った。
一例として、防塵光学部材１の厚みが０.５ｍｍの場合の結果を図１８に示す。
図１８は、スクリーン上に生じた異物による写り込みとその周囲の照度分布を示している。中央にある二つの分布がそれである。二つ写り込みが生じるのは、異物が照明系からの光を直接吸収し、反射型空間光変調素子２のミラーアレイ４上に影を生じることによるもの、及び異物の近傍を通過した光で、ミラーアレイ４で反射されて投射レンズ６に向おうとするが、その進路上に異物があって吸収されることにより生じるものによる。
写り込みの周囲は白画面であるが、投射光学系６の特性及びシミュレーションの精度（光線本数）により、多少のムラが生じている。

前記（１）の場合でも、このような二重の写り込みが生じるが、異物が小さく散乱強度が小さい場合には目立たない。しかし、異物による散乱が大きい場合には目立つようになる。

図１８において、写り込みの縦方向（ｙ）の照度分布を、それぞれの防塵光学部材の厚みの場合でプロットしたグラフを図１９に示す。
前記（１）の場合と異なり、吸収のため周囲よりも写り込み部位の照度は低くなる。設置する防塵光学部材１の厚みが増すほど、写り込みは小さく（浅く）なっていることが分る。防塵光学部材１の厚みが増すほど、表面に存在する異物は、投射レンズ６のデフォーカスが大きくなり、スクリーン上ではぼけるためである。したがって、防塵光学部材１の厚みが厚いほど、写り込み低減の効果が得られることがわかる。

上述のカラーフィルタについて、図２０により説明する。カラーフィルタ５１は色分離手段であり、白色光源から必要なスペクトルを取り出すために用いる。
図２０（Ａ）に示すように、円板を円グラフのように複数の領域に分け、それぞれの領域を異なる色としたものである。ガラス面に多層膜を蒸着することにより得られる。基本的には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）であり、これに白（Ｗ、透明。多層膜を形成しない）を加え四つの領域に分割する。白は明るさ増大のためである。また色再現性を高めるために、黄（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）などを加えることもある。円板の大きさは、例えば直径４０ｍｍ程度、厚み１ｍｍ程度である。

この円板の回転中心にモータを付け、高速で回転させる。回転速度は数千ｒｐｍ（ｒｏｕｎｄ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）から１万ｒｐｍ前後である。カラーホイール５１にはセンサーがつけられており、各色の位置情報を把握し、これと反射型空間光変調素子２による画像表示を同調させている。したがって、カラーホイール５１は、時分割（フィールドシーケンシャル）で各色を生成している。反射型空間光変調素子２のミラー４の応答速度は高速であるため、フィールドシーケンシャルでカラー画像の形成をしても問題なく行える。また、光源４１から集光される途中の光（のスポット）は、常に同じ位置に当る。

照明均一化素子６２の一例を図２２に示す。照明均一化素子６２は、ライトトンネルの他、ライトパイプ、ロッドレンズ、ロッドインテグレータなどとも呼ばれる部材である。
図２２に示す照明均一化素子は、四枚の板状のミラー６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄを、ミラー面が互いに内側になるように、かつ断面形状が矩形になるように張り合わせた柱状形状のものである。各ミラーは耐熱性に優れた接着剤などを用いて貼り合わされる。
照明均一化素子６２の長さは長い程内面での反射回数が増えるため、光源４１の配光分布は均一にすることができる。均一性と照明系のサイズとの兼ね合いにより適宜選択されるが、長さは２０ｍｍから３０ｍｍ程度である。断面形状は矩形であり、それぞれの辺を内寸の短手、長手と呼ぶことにする。反射型空間光変調素子２として０.６５インチのＷＸＧＡ（１６：１０）、画素ピッチ１０.８μｍのものを採用したときの内寸は、６ｍｍ×３ｍｍ程度である。ミラー反射率は９８％（波長４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）以上であることが好ましい。

ミラー６２ａ〜ｄとしては、ＡｇやＡｌなどの金属膜を真空蒸着、或いはスパッタリングによりガラス面に成膜したものが挙げられる。また、金属膜でなく、誘電体多層膜であってもよい。各々の板の厚みは１ｍｍ前後である。

なお、照明均一化素子６２はミラー板を張り合わせたものではなく、ガラス柱であってもよい。この場合、ガラス柱内面の全反射を用い、このため反射膜の作製は不要である。

光源４１の一例を図２３に示す。図２３（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
光源４１は、紫外線から可視光線、そして赤外線まで広い範囲の光を放射しており、白色光源である。具体的には、管球形状の（超）高圧水銀ランプが好ましい。また、ハロゲンランプであってもよい。このうち紫外線と赤外線はランプ出射直後でカットし、残りの可視光域の光について、カラーホイール５１により分離された単色光、特に光の三原色であるＲ、Ｇ、Ｂを画像形成に用いる。

ランプリフレクタ５５の形状としては、楕円状や双曲線状等が挙げられるが、楕円体状が好ましい。楕円体の二つの焦点の一方に、管球（発光部）５６を設置し、他方の焦点に照明均一化素子６２の入射端を設置する。
白色ランプの出力としては、例えば、１８０Ｗ〜２６０Ｗ（ワット）前後のものを用いる。ランプの出力が高いほど、明るい投射画像を実現できる。

水銀ランプは破裂することがあり、破裂してもガラス片が飛散しないように、ランプリフレクタ５５の前面に防爆ガラス５４（図２１参照）を設置する。
防爆ガラス５４は、例えば４０ｍｍ角、厚み３ｍｍ前後の硼珪酸ガラスであり、ランプの光軸に対して例えば１０°傾けて設置する。これは、防爆ガラスで反射した光が戻り光となり、管球の位置で焦点を結ばないようにするためである。このような戻り光があるとランプの寿命が短くなる。また防爆ガラスには、赤外線（ＩＲ）カットフィルター、紫外線（ＵＶ）カットフィルターの多層膜を施す。またランプリフレクタはハウジングに納められており、防爆のために、目の細かい金属のメッシュでハウジングを覆っても良い。プロジェクタにおいてランプは消耗品であり、数千時間といった長時間の使用により明るさが低減し、交換が必要となる。交換時には、ランプハウジング（ユニット）毎交換する。

光源４１から照明均一化素子６２までの配置を図２１に示す。
ランプリフレクタ５５は楕円体であり、第一焦点に管球（発光部）５６、第二焦点に照明均一化素子６２の入射端を設置する。ランプの直前には防爆ガラス５４、続いてカラーホイール５１を設置する。
防爆ガラス５４とカラーホイール５１は、ｙ軸に対してチルトさせて配置する。これはこれらの部材の表面、裏面反射から生じるランプへの戻り光を防ぐためである。この角度は数度から１０°程度である。また、光源４１から出射され、ランプリフレクタ５５により集光される光の角度（照明角）は約６０°である。また図２１において、ランプリフクレタの回転軸はｚ軸に平行であり、この軸上に管球、照明均一化素子の中心を通る軸がある。

上述のように、本発明の画像投射装置は、防塵用部材１に付着した塵埃等（特に、端部付近に付着した塵埃等）による影響を容易に軽減可能であり、かつ防塵光学部材１を画像投射装置本体から容易に取り外すことができ、防塵用部材１に付着した塵埃等による影響の軽減において、コスト低減を実現することができる。また、防塵光学部材１上に存在する塵埃や傷などに起因する影の写り込みを目立たなくすることができるため、高品質な画像を投射することができる。

１ 防塵光学部材
２ 光変調素子
３ カバーガラス（光変調素子）
４ ミラー（光変調素子）
５ 支持部材
５ａ ガイド部
６ 投射光学系（投射レンズ系）
６ａ 投射レンズ
７ 開口
８，１４ 押圧部材（板バネ）
９ シール部材
１２ 保持手段
４１ 光源

特開平１０−３１９３７９号公報 特開２００５−１３４８１４号公報 特開２００７−１１３０１号公報

Claims (10)

1. 光源と、光変調素子と、前記光変調素子から出射した光を被投射面に投射する投射光学系と、防塵光学部材と、押圧部材とを備え、
   前記防塵光学部材は、前記光変調素子と前記投射光学系との間の光路上に配置されるとともに、前記押圧部材により押圧保持されることを特徴とする画像投射装置。
2. 少なくとも前記押圧部材の固定端部を支持する支持部材を備え、
   前記光変調素子は、前記投射光学系と対向する面にカバーガラスを有し、
   前記防塵光学部材は、前記支持部材及び前記カバーガラスにより画成される空間内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記防塵光学部材は、前記押圧部材により押圧される方向に対して垂直の方向において、端面が対向する前記支持部材の側面に対し、間隔をもって配置されることを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
4. 前記防塵光学部材が、前記カバーガラスに対して押圧されて保持されることを特徴とする請求項２または３に記載の画像投射装置。
5. 前記防塵光学部材が、前記支持部材に対して押圧されて保持されることを特徴とする請求項２または３に記載の画像投射装置。
6. 前記防塵光学部材を移動可能に保持する保持手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の画像投射装置。
7. 前記支持部材が、前記防塵光学部材を水平方向にスライド移動可能に支持するガイド部を有することを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の画像投射装置。
8. 前記カバーガラスの表面に対し、前記防塵光学部材の表面が傾斜して設置されることを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載の画像投射装置。
9. 押圧された前記防塵光学部材を支持する部位にシール部材を有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の画像投射装置。
10. 前記投射光学系が、複数の投射レンズからなる投射レンズ系及び複数の反射ミラーを有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の画像投射装置。