JP4725668B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置、特に、画像信号に応じた光をスクリーンに透過させることに
より画像を表示する画像表示装置の技術に関する。

画像信号に応じた光を透過させることにより画像を表示する画像表示装置、例えばリア
プロジェクタは、スクリーンに対して斜めに光を入射させることで筐体の薄型化が図られ
ている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

特開昭６１−２７５８３１号公報 特開２００５−８４５７６号公報 特開２００２−２０７１９０号公報

画像表示装置は、デザイン性の向上等のために、スクリーンに隣接する非表示部をでき
るだけ小さくすることが望まれている。スクリーンに隣接する非表示部を小さくすること
により、小型な筐体で大型な画像を表示できるという利点もある。例えば、特許文献１の
第８図に示される構成では、筐体のうちスクリーンより下のスペースに光学エンジン部及
び投写レンズを収納しているため、大きな非表示部が形成されることとなる。特許文献２
に提案されている構成、及び特許文献３に提案されている構成では、光学エンジン部等を
スクリーンの裏側に配置することで、スクリーン下の非表示部を小さくしている。特許文
献２、特許文献３のいずれの技術についても、開示された全体構成において正確に光を進
行させることができるか否かは、光学系の各部、特に非球面ミラーや投写光学系の配置次
第で変わるものと考えられる。しかしながら、上記の文献には、光学系の各部の配置につ
いて具体的な定義はなされていない。このため、従来の技術によると、各部の配置次第に
よっては所望の光路を経るように正確に光を進行させることができず、光学系自体が成り
立たない場合があるという問題がある。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであ
り、スクリーンに隣接する非表示部が小さく、かつ薄型な構成において、正確に光を進行
させて画像を表示することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、画像信号に応じて変
調された光により画像を表示する画像表示装置であって、投写レンズと、反射により投写
レンズからの光を折り返す第１ミラーと、反射により第１ミラーからの光を広角化させる
第２ミラーと、を備え、光学エンジン部からの画像信号に応じて変調された光を投写する
投写光学系と、反射により投写光学系からの光を折り返す第３ミラーと、第３ミラーから
の光を透過させるスクリーンと、を有し、投写レンズ及び第２ミラーは、投写レンズの光
軸と第２ミラーの光軸とが略一致するように配置され、かつ光学エンジン部からの光を投
写レンズの光軸から特定の側へシフトさせて進行させることを特徴とする画像表示装置を
提供することができる。

画像表示装置は、筐体内において光をスクリーン面に沿う方向へ進行させるほど、薄型
にできる。本発明では光軸から特定の側へ光をシフトさせるシフト光学系により、光の進
行方向を揃えることが可能である。光をスクリーン面に沿う方向に揃えることで、画像表
示装置を薄型とし、かつ光の進行方向の制御も容易にすることができる。第２ミラーから
の光を上方向へ進行させる場合、画像表示装置は、第３ミラーにて光路を下方向へ折り曲
げる構成となる。筐体の上部に第３ミラーを設けることで鉛直方向について筐体が大型化
する事態を回避し、また筐体のうちスクリーンの下側に広大なスペースを確保する事態も
回避できる。第２ミラーにて光を略９０度折り曲げることにより光を上方向へ進行させる
場合、第２ミラーへは、横方向から光を入射させることとなる。第１ミラーにて下からの
光を横方向へ折り曲げる構成とすることで、光学エンジン部を筐体下部へと移動させるこ
とが可能となる。このことから、光学エンジン部とスクリーンとの接触を回避するととも
に、筐体の厚み方向における長さを短くすることができる。このように、第１ミラー及び
第３ミラーにより光路を折り曲げることで、筐体をコンパクトにすることが可能となる。

本発明の構成では、投写光学系にてレンズとミラーとを混在させず、それぞれを分ける
ことが可能である。レンズとミラーとを分けることで、各部の位置等の調整を簡易にでき
、製造コストを低減できる。さらに、投写レンズ及び第２ミラーを、投写レンズの光軸と
第２ミラーの光軸とが略一致するように配置することにより、通常の共軸系の設計手法を
採用することが可能である。よって、光学系の設計工数を少なくし、かつ収差が少ない光
学系を実現することができる。これにより、スクリーンに隣接する非表示部が小さく、か
つ薄型な構成において、正確に光を進行させて画像を表示することが可能な画像表示装置
を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、スクリーンの光軸が、投写レンズの光軸及び第
２ミラーの光軸と略一致することが望ましい。投写レンズの光軸、第２ミラーの光軸及び
スクリーンの光軸を略一致させることにより、通常の共軸系の設計手法を採用することが
可能である。よって、光学系の設計工数を少なくし、かつ収差が少ない光学系を実現する
ことができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１ミラー及び第２ミラーは、第１ミラーの入
射面と、第２ミラーのうち第１ミラーからの光が入射する部分とが、スクリーンの法線を
含み第３ミラーに略直交する断面において略平行な線を形成するように構成されることが
望ましい。第３ミラーの真下に光学エンジン部を配置する場合、第１ミラー、第２ミラー
にてそれぞれ光路を略９０度曲げる構成とすることができる。本態様によると、第１ミラ
ーと第２ミラーとを最も近接させた状態で第１ミラー、第２ミラーにてそれぞれ光路を略
９０度曲げることが可能である。本発明ではシフト光学系とすることで光の進行方向が揃
えられた状態であるから、第１ミラー及び第２ミラーにより光の進行方向を正確に制御す
ることも可能である。また、第１ミラーと第２ミラーとを近接させることで、さらに画像
表示装置を薄型にすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第２ミラーから第３ミラーへ進行する光の光線
がスクリーンと略平行であることが望ましい。投写レンズの光軸、第２ミラーの光軸及び
スクリーンの光軸を略一致させる共軸光学系において、第２ミラーから第３ミラーへ、ス
クリーンと略平行に光を進行させる構成とする。これにより、画像表示装置を薄型にする
ことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、投写光学系は、第１ミラーにおいて略９０度折
り曲げられた投写レンズからの光を第２ミラーへ入射するように構成されることが望まし
い。第１ミラー、第２ミラーにてそれぞれ光路を略９０度曲げる構成とする場合、第３ミ
ラーの真下の位置に光学エンジン部を配置することが可能となる。第１ミラー、第２ミラ
ーにてそれぞれ光路を略９０度曲げる構成とする場合、第１ミラーと第２ミラーとを最も
近接させた状態とすることが可能となる。これにより、筐体の厚み方向における長さを短
くし、画像表示装置を薄型にすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、投写光学系は、投写レンズ、第１ミラー及び第
２ミラーを一体として構成されることが望ましい。投写光学系における投写レンズ、第１
ミラー、第２ミラーの位置関係は、例えば、第１ミラー、第２ミラーにてそれぞれ光路を
略９０度曲げるように決定できる。投写レンズ、第１ミラー及び第２ミラーを一体として
構成することで、画像表示装置の組立や各部の位置等の調整を簡易にでき、製造コストを
低減できる。

また、本発明の好ましい態様としては、第３ミラーは、スクリーンの外縁部近傍に設け
られ、光学エンジン部は、スクリーンの中心に対して、第３ミラーが設けられる側とは反
対側に配置されることが望ましい。例えば、第３ミラーを筐体上部、光学エンジン部を筐
体下部に配置することができる。第３ミラーと光学エンジン部とを離して配置することに
より、光学エンジン部からスクリーンまでの光路を長くすることが可能となる。また、本
発明ではシフト光学系を採用していることから、スクリーンへ入射する光の入射角度を大
きくでき、筐体下部においてスクリーン裏のスペースを十分に確保することが可能である
。このため、筐体下部へ光学エンジン部を配置することで、筐体内のスペースを有効に活
用することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、投写レンズから第１ミラーへ進行する光、及び
第２ミラーから第３ミラーへ進行する光のいずれも、スクリーンに沿う方向へ進行するこ
とが望ましい。これにより、筐体の厚み方向における長さを短くでき、画像表示装置を薄
型にすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光学エンジン部は、スクリーンの近傍であって
、第３ミラーからスクリーンへ入射する光が入射する位置以外の位置に配置されることが
望ましい。これにより、薄型な構成において、スクリーンへ入射する光が光学エンジン部
により遮られることを回避できる。また、スクリーンの裏に光学エンジン部を配置するこ
とで、スクリーンに隣接する非表示部を小さくすることができる。本発明ではシフト光学
系を採用していることから、筐体下部においてスクリーン裏のスペースを十分に確保する
ことが可能である。このため、筐体下部へ光学エンジン部を配置することで、筐体内のス
ペースを有効に活用することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、スクリーンは、第３ミラーからの光を角度変換
する角度変換部を有し、角度変換部は、第３ミラーからの光を入射する第１面と、第１面
からの光を反射する第２面と、を備えることが望ましい。これにより、スクリーンへ斜め
に入射した光を効率良く観察者の方向へ進行させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、角度変換部は、第１面及び第２面により形成さ
れる複数のプリズム部を有し、各プリズム部の第１面同士、第２面同士が、いずれも傾き
を揃えるように形成されることが望ましい。画像表示装置はシフト光学系により光の進行
方向が揃えられるため、略同一の傾きをなす第１面及び第２面を備えるプリズム部を形成
することで、光を観察者の方向へ効率良く進行させることができる。また、略同一の断面
形状をなすように各プリズムを形成できることから、スクリーンの加工を容易にでき、製
造コストを低減できる。さらに、スクリーン上の位置に関わらず光を同じ効率かつ同じ方
向へ反射することを可能とし、スクリーン上の位置ごとの画像の見え方の差を少なくする
ことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第３ミラーは、スクリーンの法線に対する角度
が０度以上１０度以下であることが望ましい。第２面で反射した光を観察者の方向へ進行
させるためには、スクリーンの法線に対する入射光線の角度は最大８０度となる。第３ミ
ラーを０度以上１０度以下とすることで、スクリーンへの入射光線の角度を８０度以内と
することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光学エンジン部は、光を画像信号に応じて変調
する空間光変調装置を有し、空間光変調装置は、光軸から特定の側へシフトさせて進行す
る光が入射する位置に設けられることが望ましい。これにより、光軸からシフトさせた光
を空間光変調装置へ効率良く入射させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、投写レンズは、前群レンズのうちの少なくとも
１つが、その一部を取り除いたような形状をなすことが望ましい。通常の円形状のレンズ
で構成される前群レンズを用いる場合、第３ミラーからスクリーンへ進行する光が前群レ
ンズの一部に接触することがある。本発明ではシフト光学系を採用することから、円形状
のレンズのうち光学エンジン部からの光が通過する部分以外の一部を取り除くことが可能
である。前群レンズのうちの少なくとも一つについて、第３ミラーからスクリーンへ進行
する光が接触する部分を取り除くことにより、スクリーンへ入射する光が投写レンズに遮
られる事態を回避できる。また、円形状のレンズのうちの一部を取り除くことで、投写レ
ンズを小型とし、画像表示装置を小型にすることができる。投写レンズは、鏡筒に略円形
状のレンズを格納した後、各レンズを鏡筒ごとまとめて切断することにより、容易に形成
することができる。略半円形状のレンズを用いる場合、通常の円形状のレンズを２分割す
ることにより一度に２枚形成することも可能である。これにより、製造コストの低減も図
れる。さらに、第３ミラーからスクリーンへ進行する光が接触する部分を取り除くことで
、投写レンズを第１ミラーの方向へシフトさせることも可能となる。投写レンズからスク
リーンまでの光路を短くすることにより、投写レンズの精度を向上させ、収差を容易に低
減することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、投写光学系から直接スクリーンの方向へ進行す
る光を遮光する遮光部を有することが望ましい。投写光学系から直接スクリーンの方向へ
進行する光が存在すると、投写光学系が設けられる位置がスクリーンを介して明るく見え
る場合がある。遮光部を用いて投写光学系から直接スクリーンの方向へ進行する光を遮光
することで、画像の輝度ムラを少なくでき、高画質な画像を得ることができる。遮光部は
、例えば、第１ミラーのうち光学エンジン部からの光を反射する面とは反対側の面に接着
することで、容易に設置することが可能である。

また、本発明の好ましい態様としては、スクリーンは、第３ミラーからの光を角度変換
する角度変換部を有し、角度変換部は、第３ミラーからの光を入射する第１面と、第１面
からの光を反射する第２面とにより形成される複数のプリズム部を備え、プリズム部は、
光軸を中心として略同心円状に配置されることが望ましい。進行方向が揃えられた光をス
クリーンへ入射させる本発明の構成において、プリズム部を配置する同心円の中心となる
光軸は、スクリーンの外部に位置する。光軸を中心として略同心円状に配置されたプリズ
ム部を設けることで、スクリーンへ入射する光を観察者の方向へ正確に角度変換させ、明
るく、かつ明るさが均一な画像を表示することができる。

さらに、本発明によれば、画像信号に応じて変調された光を被照射面へ投写することに
より画像を表示する画像表示装置であって、投写レンズと、反射により投写レンズからの
光を折り返す第１ミラーと、反射により第１ミラーからの光を広角化させる第２ミラーと
、を備え、光学エンジン部からの画像信号に応じて変調された光を投写する投写光学系を
有し、投写レンズ及び第２ミラーは、投写レンズの光軸と第２ミラーの光軸とが略一致す
るように配置され、かつ光学エンジン部からの光を投写レンズの光軸から特定の側へシフ
トさせて進行させることを特徴とする画像表示装置を提供することができる。

画像表示装置は、筐体内において光を被照射面に沿う方向へ進行させるほど、薄型にで
きる。本発明では光軸から特定の側へ光をシフトさせるシフト光学系により、光の進行方
向を揃えることが可能である。投写光学系により被照射面に沿う方向に光を揃えることで
、画像表示装置を薄型とし、かつ光の進行方向の制御を容易にすることができる。第２ミ
ラーから被照射面に沿う方向へ投写光を出射させることで、画像表示装置は、被照射面が
設けられる壁面に密着させて配置することができる。薄型な構成とし、かつ壁面に密着さ
せた配置を可能とすることで、画像表示装置から観察者の方向へ進行する光が画像表示装
置や観察者によって遮られる事態を確実に回避できる。このため、簡単な設置により快適
な映像観賞を行うことができる。投写光学系は、第２ミラーで光を広角化させることによ
り、超短焦点投写が可能となる。超短焦点投写を行うことで被照射面に近い位置に画像表
示装置を配置することを可能とし、高い自由度で画像表示装置を配置することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、投写レンズの光軸及び第２ミラーの光軸が、被
照射面の法線と略平行であることが望ましい。これにより、光学系の設計がより容易とな
る。よって、光学系の設計工数を少なくし、かつ収差が少ない光学系を実現することがで
きる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１ミラー及び第２ミラーは、第１ミラーの入
射面と、第２ミラーのうち第１ミラーからの光が入射する部分とが略平行であることが望
ましい。第１ミラー及び第２ミラーを略平行に配置することにより、光の進行方向をさら
に正確に制御することが可能となる。これにより、高い自由度で簡単に設置でき、かつ正
確に光を進行させて画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、投写レンズから第１ミラーへ進行する光、及び
第２ミラーで反射した光のいずれも、背面部に沿う方向へ進行することが望ましい。これ
により、画像表示装置を薄型にすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、投写光学系は、第１ミラーにおいて略９０度折
り曲げられた投写レンズからの光を第２ミラーへ入射するように構成されることが望まし
い。第１ミラー、第２ミラーにてそれぞれ光路を略９０度曲げる構成とする場合、投写光
を外部へ出射させる出射口の真下の位置に光学エンジン部を配置することが可能となる。
また、第１ミラーと第２ミラーとを最も近接させた状態とすることができる。これにより
、画像表示装置を薄型にすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、投写光学系は、投写レンズ、第１ミラー及び第
２ミラーを一体として構成されることが望ましい。これにより、画像表示装置の組立や各
部の位置等の調整を簡易にでき、製造コストを低減できる。

また、本発明の好ましい態様としては、光学エンジン部は、光を画像信号に応じて変調
する空間光変調装置を有し、空間光変調装置は、光軸から特定の側へシフトさせて進行す
る光が入射する位置に設けられることが望ましい。これにより、光軸からシフトさせた光
を空間光変調装置へ効率良く入射させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、投写レンズは、前群レンズのうちの少なくとも
１つが、その一部を取り除いたような形状をなすことが望ましい。本発明ではシフト光学
系を採用することから、円形状のレンズのうち光学エンジン部からの光が通過する部分以
外の一部を取り除くことが可能である。円形状のレンズのうちの一部を取り除くことで、
投写レンズを小型とし、画像表示装置を小型にすることができる。また、投写レンズを第
１ミラーの方向へシフトさせることが可能となる。投写レンズからスクリーンまでの光路
を短くすることにより、投写レンズの精度を向上させ、収差を容易に低減することができ
る。

また、本発明の好ましい態様としては、光学エンジン部及び第３ミラーを一体に固定す
る固定部を有することが望ましい。光学エンジン部と第３ミラーとを固定部で固定するこ
とにより、固定部を基準として光学エンジン部と第３ミラーの相対位置を正確に決定する
ことができる。光学エンジン部を固定したパーツと、第３ミラーを固定したパーツを組み
合わせて筐体を構成する場合よりも、光学エンジン部及び第３ミラーを高い精度で位置決
めすることができる。また、固定部を強固な構成とすることにより、光学エンジン部と第
３ミラーとの位置関係を高い精度で保持し、高い光学性能を確保することが可能となる。
これにより、薄型な構成において、高い光学性能を確保することで高品質な画像を表示す
ることが可能なリアプロジェクタを得られる。固定部により互いに相対位置が決定された
光学エンジン部及び第３ミラーを組み込むことにより、光学エンジン部及び第３ミラーと
他の光学要素との位置調整を行うことが容易となる。よって、光学系を簡単に、かつ精度
良く組み立てることができる。また、固定部を強固なものとすることで、光学要素の中で
重量が大きいとされる光学エンジン部を筐体上部に配置する場合でも、筐体の撓みを低減
することが可能となる。このため、リアプロジェクタの構成における自由度を増加させる
ことも可能となる。

また、本発明の好ましい態様としては、少なくとも光学エンジン部、投写光学系及び第
３ミラーを収納する筐体を有し、固定部は、筐体内に設けられることが望ましい。筐体内
に固定部を設けることで、筐体内で光学エンジン部と第３ミラーとを高い精度で位置決め
し、高い光学性能を確保することが可能となる。固定部のみを強固な構成とすればよいこ
とから、筐体全体を強固な構成とする場合と比較して、筐体を薄型かつ軽量にすることが
できる。これにより、薄型かつ軽量な構成において高い光学性能を確保することができる
。

また、本発明の好ましい態様としては、固定部は、さらに、第１ミラー及び第２ミラー
の少なくとも一方を固定することが望ましい。第１ミラー、第２ミラーの少なくとも一方
の位置精度を高めることで、さらに光学性能を高めることができる。

図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。 図２は、光学エンジン部の構成を説明する図である。 図３は、スクリーンの要部断面構成を示す図である。 図４は、正面から見たプロジェクタの外観を示す図である。 図５は、プロジェクタの各部の配置について説明する図である。 図６は、投写レンズからの光の光路について説明する図である。 図７は、投写レンズからの光の光路について説明する図である。 図８は、第２ミラーまでの光路を詳細に説明する図である。 図９は、プロジェクタの全体構成について説明する図である。 図１０は、プロジェクタを薄型にするための各部の配置について説明する図である。 図１１は、スクリーンへ入射する光の光路を説明する図である。 図１２は、第２面の傾きと、第２面での光の損失率とを表す図である。 図１３は、プロジェクタの性能について説明する図である。 図１４は、プロジェクタの性能について説明する図である。 図１５は、本発明の実施例２における投写レンズの斜視構成を示す図である。 図１６は、投写レンズの断面構成を示す図である。 図１７は、投写レンズの利点について説明する図である。 図１８は、プロジェクタの性能について説明する図である。 図１９は、プロジェクタの性能について説明する図である。 図２０は、本発明の実施例３に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。 図２１は、フレネルレンズの平面構成を示す図である。 図２２は、本発明の実施例４に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。 図２３は、本発明の実施例５に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。 図２４は、スクリーン及び固定部の斜視構成を示す図である。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置であるプロジェクタ１００の概略構成を
示す。図１に示す構成は、プロジェクタ１００をＸ方向における中心にて切断したＹＺ断
面構成である。プロジェクタ１００は、画像信号に応じて変調された光をスクリーン６０
に透過させることにより画像を表示する画像表示装置であって、いわゆるリアプロジェク
タである。光学エンジン部１０は、画像信号に応じて変調された光を、上方向であるプラ
スＹ方向へ供給する。光学エンジン部１０は、スクリーン６０の裏側であって、筐体７０
の底面に配置されている。光学エンジン部１０の出射側には、投写レンズ２０が取り付け
られている。

図２は、投写レンズ２０が取り付けられた状態の光学エンジン部１０の構成を説明する
ものである。光源部である超高圧水銀ランプ１０１は、第１色光である赤色光（以下、「
Ｒ光」という。）、第２色光である緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び第３色光で
ある青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する。インテグレータ１０２は、
超高圧水銀ランプ１０１からの光の照度分布を略均一にする。照度分布が均一化された光
は、偏光変換素子１０３にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換され
る。

ｓ偏光光に変換された光は、反射ミラー１０４で光路を９０度折り曲げられた後、Ｒ光
透過ダイクロイックミラー１０５Ｒに入射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０５Ｒ
は、Ｒ光を透過させ、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０５Ｒを
透過したＲ光は、反射ミラー１０５で光路を９０度折り曲げられ、空間光変調装置１０７
Ｒに入射する。空間光変調装置１０７Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液
晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても光の偏光方向は変化しない
ため、空間光変調装置１０７Ｒに入射するＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。

空間光変調装置１０７Ｒに入射したｓ偏光光は、不図示の液晶パネルに入射する。液晶
パネルは、２つの透明基板の間に、画像表示のための液晶層を封入している。液晶パネル
に入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調によりｐ偏光光に変換される。空間光変調
装置１０７Ｒは、変調によりｐ偏光光に変換されたＲ光を出射する。このようにして、空
間光変調装置１０７Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプ
リズム１０８に入射する。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０５Ｒで反射されたＧ光及びＢ光は、光路を９０度折
り曲げられた後、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０５Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロ
イックミラー１０５Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過させる。Ｂ光透過ダイクロイックミ
ラー１０５Ｇで反射されたＧ光は、空間光変調装置１０７Ｇに入射する。空間光変調装置
１０７Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調
装置１０７Ｇに入射したｓ偏光光は、液晶パネルでの変調によりｐ偏光光に変換される。
空間光変調装置１０７Ｇは、変調によりｐ偏光光に変換されたＧ光を出射する。このよう
にして、空間光変調装置１０７Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム１
０８に入射する。

Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０５Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ１０６
と、２枚の反射ミラー１０５とを経由して、空間光変調装置１０７Ｂに入射する。空間光
変調装置１０７Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。な
お、Ｂ光にリレーレンズ１０６を経由させるのは、Ｂ光の光路がＲ光及びＧ光の光路より
も長いためである。リレーレンズ１０６を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミ
ラー１０５Ｇを透過したＢ光を、そのまま空間光変調装置１０７Ｂへ導くことができる。

空間光変調装置１０７Ｂに入射したｓ偏光光は、液晶パネルでの変調によりｐ偏光光に
変換される。空間光変調装置１０７Ｂは、変調によりｐ偏光光に変換されたＢ光を出射す
る。このようにして、空間光変調装置１０７Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系である
クロスダイクロイックプリズム１０８に入射する。なお、空間光変調装置１０７Ｒ、１０
７Ｇ、１０７Ｂは、変調によりｓ偏光光をｐ偏光光に変換するほか、ｐ偏光光をｓ偏光光
に変換することとしても良い。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１０８は、２つのダイクロイック膜
１０８ａ、１０８ｂをＸ字型に直交するように配置して構成されている。ダイクロイック
膜１０８ａは、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１０８ｂは、Ｒ
光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１０８
は、空間光変調装置１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及び
Ｂ光を合成する。投写レンズ２０は、クロスダイクロイックプリズム１０８で合成された
光を第１ミラー３０（図１参照。）の方向へ投写する。

図１に戻って、第１ミラー３０は、投写レンズ２０及び第２ミラー４０に対向する位置
に設けられている。第１ミラー３０は、反射により投写レンズ２０からの光を第２ミラー
４０の方向へ折り返す。第１ミラー３０は、略平坦な平面形状を有する。第１ミラー３０
は、平行平板上に反射膜を形成することにより構成できる。反射膜としては、高反射性の
部材の層、例えばアルミニウム等の金属部材の層や誘電体多層膜等を用いることができる
。また、反射膜の上には、透明部材を有する保護膜を形成することとしても良い。

第２ミラー４０は、第１ミラー３０に対向する位置であって、筐体７０の背面に形成さ
れている。第２ミラー４０は、反射により、第１ミラー３０からの光を広角化させる。ま
た、第２ミラー４０は、第１ミラー３０からの光を略９０度折り曲げて第３ミラー５０の
方向へ進行させる。第２ミラー４０は、非球面形状の曲面を有する。第２ミラー４０は、
例えば、樹脂部材等を有する基板上に反射膜を形成することにより構成できる。第２ミラ
ー４０の構成の詳細は、例えば、特開２００２−２６７８２３号公報に記載される投射ミ
ラーの構成と同様である。第２ミラー４０は、曲面形状とすることで、光の折り曲げと広
角化とを同時に行うことが可能となる。投写レンズ２０のみならず第２ミラー４０にて光
を広角化することで、投写レンズ２０のみにより光を広角化する場合より投写レンズ２０
を小型にすることができる。すなわち、投写レンズ２０と第２ミラー４０により、画像の
拡大と被照射面における結像を行っている。ここで、投写レンズ２０は画像の拡大及び被
照射面における結像を行う機能を有し、第２ミラー４０は画像の拡大を行う機能を有する
。また、第２ミラー４０は、画像の歪みを補正可能な構成とすることができる。

投写光学系９０は、投写レンズ２０、第１ミラー３０、第２ミラー４０を備え、光学エ
ンジン部１０からの光を投写する。投写光学系９０を構成する投写レンズ２０、第１ミラ
ー３０、第２ミラー４０は、支持部８０により一体として構成されている。投写レンズ２
０、第１ミラー３０及び第２ミラー４０を一体として構成することで、プロジェクタ１０
０の組立や各部の位置等の調整を簡易にでき、製造コストを低減できる。本発明の構成で
は、投写光学系９０にてレンズとミラーとを混在させず、それぞれを分けることが可能で
ある。

投写レンズ２０は、通常用いられる投写レンズと同様に、芯だしを行いながら各レンズ
を鏡筒に組み込むことで形成される。次に、投写レンズ２０、第１ミラー３０、第２ミラ
ーを、光軸を一致させながら支持部８０に固定することで投写光学系９０を形成すること
ができる。後述するように第２ミラー４０は光を広角化させる形状とするため、第２ミラ
ー４０の光軸と投写レンズ２０の光軸とを一致させることは比較的容易である。これに対
してレンズとミラーとが混在する場合、光軸を合わせる光学要素が多くなることから、組
立が非常に困難となる。以上により、本発明では投写光学系９０においてレンズとミラー
とを分けて配置することで、各部の位置等の調整を簡易にでき、製造コストを低減できる
。さらに、支持部８０の一部を第２ミラー４０の形状に形成し、反射膜を施すことにより
、第２ミラー４０を形成することとしても良い。

第３ミラー５０は、スクリーン６０の上部外縁部近傍であって、筐体７０の天井面に設
けられている。第３ミラー５０は、反射により投写光学系９０からの光をスクリーン６０
の方向へ折り返す。第３ミラー５０は、第１ミラー３０と同様に、略平坦な平面形状を有
する。プロジェクタ１００は、スクリーン６０の中心に対して第３ミラー５０が上側、光
学エンジン部１０が下側に配置されて構成されている。また、光学エンジン部１０は、第
３ミラー５０から見て真下の位置に設けられている。

投写レンズ２０から第１ミラー３０へ入射する光と、第２ミラー４０から第３ミラー５
０へ入射する光は、上向きへ進行する。これにより、筐体７０内において光をスクリーン
６０面に沿う方向へ進行させ、プロジェクタ１００を薄型にすることができる。また、投
写光学系９０は、第１ミラー３０及び第２ミラー４０にてそれぞれ光を略９０度折り曲げ
る。スクリーン６０は、画像信号に応じた光を透過することにより鑑賞者側の面に投写像
を表示する、透過型スクリーンである。スクリーン６０は、筐体７０の正面に設けられて
いる。

図３は、スクリーン６０の要部断面構成を示す。スクリーン６０は、画像信号に応じた
光が入射する側に設けられたフレネルレンズ３１０を有する。フレネルレンズ３１０は、
第３ミラー５０からの光を角度変換する角度変換部である。フレネルレンズ３１０は、凸
レンズの凸面を切り出した形状のプリズム部３０３を平面上に並べて構成されている。図
２１の平面構成に示すように、複数のプリズム部３０３は、光軸ＡＸを中心として略同心
円状に配置されている。

図３に戻って、プリズム部３０３は、同心円の中心を通るＹＺ断面において、第１面３
０１及び第２面３０２により形成される略三角形状を有する。第１面３０１は、第３ミラ
ー５０からの光を入射する。第２面３０２は、第１面３０１からの光を反射する。第３ミ
ラー５０からの光は、第１面３０１からプリズム部３０３へ入射する。プリズム部３０３
へ入射した光は、第２面３０２で全反射した後、観察者の方向であるＺ方向へ進行する。
フレネルレンズ３１０は、このようにして第３ミラー５０からの光を観察者の方向へ角度
変換する。スクリーン６０は、フレネルレンズ３１０以外の他の構成、例えば、フレネル
レンズ３１０からの光を拡散させるレンチキュラーレンズアレイやマイクロレンズアレイ
、拡散材を分散させた拡散板等を設けることとしても良い。

図４は、正面から見たプロジェクタ１００の外観を示す。図１に示すように、プロジェ
クタ１００は、筐体７０のうちスクリーン６０より下側のスペースが不要となる。このこ
とから、プロジェクタ１００の正面において、スクリーン６０以外の部分である非表示部
を小さくすることが可能となる。非表示部を小さくできると、デザイン性を向上させるこ
とが可能となるほか、小さな筐体７０で大きな画像を表示することが可能となる。

図５は、プロジェクタ１００の各部の配置について説明するものである。投写レンズ２
０、第２ミラー４０、及びスクリーン６０は、いずれも光軸ＡＸが略一致するように配置
される、いわゆる共軸光学系をなしている。また、光学エンジン部１０からの光を光軸Ａ
Ｘから特定の側へシフトさせて進行させる、いわゆるシフト光学系をなしている。具体的
には、光学エンジン部１０からの光を光軸ＡＸに対して図５における紙面上側へシフトさ
せて進行させている。一方、光学エンジン部１０におけるクロスダイクロイックプリズム
１０８の出射面に仮想的に形成された像面の中心法線は、光軸ＡＸに対して平行であり、
かつ特定の側とは反対側、つまり光軸ＡＸに対して図５における紙面下側にシフトしてい
る。なお、図５では、光軸ＡＸを一直線状に表すために、第１ミラー３０、第３ミラー５
０における光路の折り曲げについての図示を省略している。また、光学エンジン部１０の
図示を省略している。

共軸光学系を採用することにより、通常の共軸系の設計手法を採用することが可能であ
る。よって、光学系の設計工数を少なくし、かつ収差が少ない光学系を実現することがで
きる。第２ミラー４０は、光軸ＡＸに関して略回転対称な形状を有している。第２ミラー
４０を光軸ＡＸに関して略回転対称な形状とすることで、第２ミラー４０の光軸と他の構
成の光軸とを略一致させることが可能となる。第２ミラー４０は軸対称の非球面形状とな
ることから、旋盤等の簡易な手法により加工を行うことができる。よって、第２ミラー４
０を容易かつ高い精度で製造することが可能となる。また、シフト光学系を採用すること
により、光の進行方向を揃えることが可能である。プロジェクタ１００は、光をスクリー
ン６０面に沿う方向に揃えることで、薄型な構成とし、かつ光の進行方向の制御も容易に
することができる。

第３ミラー５０（図１参照。）は、第２ミラー４０とスクリーン６０との間の光路にお
いて、第２ミラー４０からの光を下方向へ折り返す。第３ミラー５０を設けず図５に示す
光路をそのまま採用する場合、光学エンジン部１０から第２ミラー４０までの各部をスク
リーン６０から大きく離して配置する必要が生じる。プロジェクタ１００は、筐体７０の
上部に第３ミラー５０を設けることで、鉛直方向について筐体７０が大型化する事態を回
避し、また筐体７０のうちスクリーン６０の下側に広大なスペースを確保する事態も回避
できる。

第１ミラー３０（図１参照。）は、投写レンズ２０と第２ミラー４０との間の光路にお
いて、投写レンズ２０からの光を横方向へ折り返す。第１ミラー３０を設けず図５に示す
光路をそのまま採用する場合、光学エンジン部１０及び投写レンズ２０を、第２ミラー４
０から観察者側へ大きく離して配置する必要を生じる。プロジェクタ１００は、第１ミラ
ー３０にて下からの光を横方向へ折り曲げる構成とすることで、光学エンジン部１０及び
投写レンズ２０を、筐体７０下部へと移動させることが可能となる。このことから、光学
エンジン部１０等のスクリーン６０への接触を回避するとともに、筐体７０の厚み方向に
おける長さを短くすることが可能となる。このように、第１ミラー３０及び第３ミラー５
０により光路を折り曲げることで、筐体７０をコンパクトにすることが可能となる。

図６及び図７は、投写レンズ２０からの光の光路について説明するものである。図８は
、図６に示す光路のうち、第２ミラー４０までの光路を詳細に説明するものである。図６
〜図８では、投写レンズ２０の出射方向をｚ方向として座標を示している。図６及び図８
は、ｙｚ平面における光路を示している。図７は、ｘｚ平面における光路のうち、投写レ
ンズ２０を中心としてマイナスｘ側へ進行する光の光路を示している。なお、ｙｚ平面、
ｘｚ平面は、それぞれ図１の構成におけるＹＺ平面、ＸＺ平面に対応している。シフト光
学系を採用することにより、図８に示すように投写レンズ２０の一部のみに光が入射して
いる。この際、投写レンズ２０のうち光が入射する箇所には高い精度が求められるものの
、光が入射する箇所以外には高い精度は求められない。従って、投写レンズ２０は光が入
射する箇所以外は高い精度で製作する必要がなく、製作がより容易になる。また、投写レ
ンズ２０のうち光が入射する箇所以外は光が入射することがないため、レンズ機能を有さ
ない形状であってもよい。これにより、投写レンズ２０は製作がより容易になる。

図８に示すように、投写レンズ２０は、絞り８０１より入射側に設けられた後群レンズ
８０３と、絞り８０１より出射側に設けられた前群レンズ８０２とを有する。投写レンズ
２０は、例えば、Ｆナンバーを２．５として設計されている。光学エンジン部１０のクロ
スダイクロイックプリズム１０８は、投写レンズ２０に対してマイナスｙ側にずれた位置
に配置されている。空間光変調装置１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂは、光軸から特定の側
であるマイナスｙ側へシフトさせて進行する光が入射する位置に設けられる。なお、図８
において空間光変調装置１０７Ｒはクロスダイクロイックプリズム１０８の奥に設けられ
ているため、図示を省略している。

投写レンズ２０の入射側で光軸に対してマイナスｙ方向へ光をシフトさせることにより
、絞り８０１にて集光された後、投写レンズ２０の出射側において光軸に対してプラスｙ
側へ光をシフトさせることができる。このようにして、光を光軸から特定の側へシフトさ
せて進行させる。第２ミラー４０は、円錐形状の先端部を丸めたような形状を有する。第
２ミラー４０のうち、第１ミラー３０からの光が入射する部分Ｓ２は、円錐形状の先端部
以外の領域の一部であって、図８に示すｙｚ断面において直線に近い形状となる。第１ミ
ラー３０及び第２ミラー４０は、第１ミラー３０の入射面Ｓ１と、第２ミラー４０のうち
第１ミラー３０からの光が入射する部分Ｓ２とが、ｙｚ断面において略平行な線となるよ
うな形状を備える。ｙｚ断面は、スクリーン６０の法線を含み第３ミラー５０に略直交す
る断面である。第２ミラー４０は入射する光をＸ方向及びＹ方向へ広角化する機能を有す
るが、投写エンジン部１０からの光は光軸ＡＸに対してシフトしているため、第２ミラー
４０の一部分Ｓ２が広角化に利用される構成となっている。

図１を用いて説明したように第３ミラー５０の真下に光学エンジン部１０を配置する場
合、第１ミラー３０、第２ミラー４０にてそれぞれ光路を略９０度折り曲げる構成とする
ことができる。面Ｓ１と面Ｓ２とをｙｚ断面において略平行な線となるような形状とする
と、第１ミラー３０と第２ミラー４０とが最も近接させた状態で第１ミラー３０、第２ミ
ラー４０にてそれぞれ光路を略９０度曲げることが可能である。シフト光学系とすること
で光の進行方向が揃えられた状態であるから、第１ミラー３０及び第２ミラー４０により
光の進行方向を正確に制御することも可能である。また、第１ミラー３０と第２ミラー４
０とを近接させることで、筐体７０の厚み方向における長さを短くし、さらにプロジェク
タ１００を薄型にすることができる。

第１ミラー３０及び第２ミラー４０でそれぞれ光路を略９０度折り曲げる構成の場合、
直線状に光を進行させるのみである場合と比較して光路を長くできるという利点もある。
第２ミラー４０は、図６に示す面内において光路を折り返すのみであるのに対して、図７
に示す面内では、ｘ方向について光を大きく広角化させることがわかる。このように、第
２ミラー４０は、ｘ方向について光を大きく広角化させるような形状を有する。

図９は、プロジェクタ１００の全体構成について説明するものである。スクリーン６０
の法線は、スクリーン６０の光軸ＡＸ２と一致するものとする。スクリーン６０の法線に
対する第３ミラー５０の傾きを０度とする場合、共軸光学系とするためには、第２ミラー
４０の光軸ＡＸ１は、スクリーン６０の光軸ＡＸ２に略平行となる。第３ミラー５０がス
クリーン６０の法線に対する傾きが０度である場合とは、第３ミラー５０がＸＺ平面に平
行である場合である。後述するように第３ミラー５０の傾きを０度から１０度とする場合
、スクリーン６０の光軸ＡＸ２に対する第２ミラー４０の光軸ＡＸ１の傾きも０度から１
０度の範囲内となる。第１ミラー３０を配置しない場合、光学エンジン部１０及び投写レ
ンズ２０をスクリーン６０の法線上、又は法線に対して１０度以内の線上に配置する必要
が生じ、プロジェクタ１００の薄型化が非常に困難となる。よって、本発明のプロジェク
タ１００の光学系において、第１ミラー３０は必須であるといえる。

図１０は、プロジェクタ１００を薄型にするための各部の配置について説明するもので
ある。上述のフレネルレンズ３１０（図３参照。）により観察者の方向へ光を角度変換す
るためには、スクリーン６０に対する光の入射角度θ２は最大８０度と設定される。スク
リーン６０への入射角度θ２とは、スクリーン６０の法線に対する入射光線の角度をいう
。入射角度θ２が８０度である光は、スクリーン６０の最下部のうちプラスＸ側の端及び
マイナスＸ側の端に入射する。入射角度θ２が８０度となる光は、第３ミラー５０への入
射の際、光束のうちスクリーン６０とは反対側の最も外側に存在している。かかる最外の
光が第２ミラー４０から第３ミラー５０へ入射する際に、スクリーン６０に対して略平行
、又はそれよりスクリーン６０側に傾く場合に、プロジェクタ１００を最も薄型とするこ
とが可能となる。この場合、プロジェクタ１００の厚みは、第３ミラー５０のサイズのみ
によって決定することが可能となる。

スクリーン６０に対する光の入射角度θ２を最大８０度とする場合、第３ミラー５０は
、スクリーン６０の法線に対する角度θ１を０度以上１０度以下とすることが望ましい。
第２ミラー４０を筐体７０へ取り付ける部材等を考慮すると、第３ミラー５０は、スクリ
ーン６０の法線に対する角度θ１を５度以上とすることが望ましい。よって、プロジェク
タ１００における第３ミラー５０の角度θ１は、５度以上１０度以下とすることが望まし
い。

スクリーン６０の下部における入射角度θ２を大きくできると、図１に示すように、ス
クリーン６０の近傍に光学エンジン部１０を配置することが可能となる。光学エンジン部
１０は、スクリーン６０の近傍であって、第３ミラー５０からスクリーン６０へ入射する
光が入射する位置以外の位置に配置されている。光学エンジン部１０をスクリーン６０に
近づけて配置することで、筐体７０を薄型とすることが可能となる。これにより、薄型な
構成において、スクリーン６０へ入射する光が光学エンジン部１０により遮られることを
回避できる。また、スクリーン６０の裏に光学エンジン部１０を配置することで、スクリ
ーン６０に隣接する非表示部を小さくすることができる。本発明ではシフト光学系を採用
することでスクリーン６０の下部における入射角度θ２を大きくできることから、筐体７
０下部においてスクリーン６０裏のスペースを十分に確保することが可能である。このた
め、筐体７０下部へ光学エンジン部１０を配置することで、筐体７０内のスペースを有効
に活用することができる。

図１１は、スクリーン６０へ入射する光の光路を説明するものである。ここでは光軸Ａ
Ｘ上の一点から光が出射するものとして説明を行う。また、第１ミラー３０、第２ミラー
４０、第３ミラー５０における光の反射についての図示を省略している。プロジェクタ１
００はシフト光学系を採用することから、スクリーン６０に対する光の入射角度θ２を揃
えることが可能である。例えば、入射角度θ２は、７０度以上８０度以下とすることが可
能である。スクリーン６０に設けられるフレネルレンズ３１０（図３参照。）は、各プリ
ズム部３０３の第１面３０１同士、第２面３０２同士が、いずれも傾きを揃えるように形
成される。これにより、進行方向が揃えられた光を観察者の方向へ効率良く進行させるこ
とが可能となる。また、略同一の断面形状とするように同じカッターを用いて各プリズム
部３０３を形成できることから、スクリーン６０の加工を容易にでき、製造コストを低減
できる。

進行方向が揃えられた光をスクリーン６０へ入射させる本発明の構成では、プリズム部
３０３を配置する同心円の中心となる光軸ＡＸは、スクリーン６０の外部に位置する（図
２１参照）。光軸ＡＸを中心としてプリズム部３０３を同心円状に配置することにより、
スクリーン６０へ入射する光を観察者の方向へ正確に角度変換させ、明るく、かつ明るさ
が均一な画像を表示することができる。

図１２は、各プリズム部３０３の第２面３０２の傾きｇと、反射による第２面３０２で
の光の損失率ｒｐ、ｒｓとを表したものである。第２面３０２の傾きｇは、スクリーン６
０の法線に対する第２面３０２の角度により表している。損失率ｒｐは、ｐ偏光光の損失
率を表している。損失率ｒｓは、ｓ偏光光の損失率を表している。例えば、スクリーン６
０は、光軸ＡＸからの距離が８５０ｍｍ〜１４８０ｍｍである位置に設けられている。光
軸ＡＸからの距離８５０ｍｍ〜１４８０ｍｍにおいて、第２面３０２の角度ｇは３７度か
ら４１度と揃えることが可能である。また、光軸ＡＸからの距離８５０ｍｍ〜１４８０ｍ
ｍにおいて、損失率ｒｐ、ｒｓは、４％程度で略一定となる。よって、スクリーン６０上
の位置に関わらず光を同じ効率かつ同じ方向へ反射することを可能とし、スクリーン６０
上の位置ごとの画像の見え方の差を少なくすることができる。

図１３及び図１４は、プロジェクタ１００の性能について説明するものである。図１３
に示すグラフは、スクリーン６０上の互いに異なる位置へ入射する複数の光について表し
た振幅伝達関数（ＭＴＦ）である。図１３に示すグラフの横軸は、表示する縞の空間周波
数、縦軸は、コントラストの伝達率をそれぞれ示す。プロジェクタ１００は、空間光変調
装置１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂからスクリーン６０へ倍率８２倍で画像を表示するも
のとする。この場合、空間光変調装置１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂにおける５０ｃｙｃ
ｌｅ／ｍｍの空間周波数は、０．６ｃｙｃｌｅ／ｍｍと換算できる。プロジェクタ１００
は、空間周波数０．６ｃｙｃｌｅ／ｍｍにおいて０．６以上のコントラスト伝達率が達成
される。これにより、高い確率でコントラストを伝達可能であることがわかる。

図１４に示すグラフは、スクリーン６０における画像の歪曲について説明するものであ
る。ここでは、元画像Ｃ０に対する表示画像Ｃ１の歪曲は、３０倍に拡大して示している
。本発明のプロジェクタ１００は、元画像Ｃ０に対する表示画像Ｃ１の歪曲を０．１％以
下とすることが可能である。よって、プロジェクタ１００により、高品質な画像を表示す
ることができる。以上により、本発明のプロジェクタ１００は、薄型かつ非表示部が少な
い構成にでき、正確に光を進行させて画像を表示することができるという効果を奏する。

本実施例のプロジェクタ１００は、筐体７０内部の構成をそのまま上下逆に配置するこ
ととしても良い。この場合、光学エンジン部１０は筐体７０の天井面付近、第３ミラー３
０は筐体７０の底面にそれぞれ配置される。さらに、本実施例のプロジェクタ１００は、
筐体７０内部の構成をそのまま右又は左に略９０度倒したような配置としても良い。

図１５は、本発明の実施例２に係る画像表示装置であるプロジェクタに用いられる投写
レンズ１５２０の斜視構成を示す。投写レンズ１５２０は、前群レンズ１５０１、１５０
２、１５０３、１５０４が、略半円形状をなすことを特徴とする。上記実施例１と重複す
る説明は省略する。

図１６は、投写レンズ１５２０の断面構成を示す。投写レンズ１５２０のうち、後群レ
ンズ１６０２については、上記実施例１の投写光学系９０に用いられる投写レンズ２０の
後群レンズ８０３（図８参照。）と同様に構成されている。前群レンズ１５０１〜１５０
４については、上記実施例１における前群レンズ８０２を、投写レンズ２０の光軸ＡＸ３
を含む平面により略半分を切断して取り除いたような構成を有する。

図１７は、投写レンズ１５２０の利点について説明するものである。例えば、円形状の
レンズにより前群レンズを構成する通常の投写レンズ１７２０を用いる場合、太線で囲ん
で示すように、第３ミラー５０からスクリーン６０へ進行する光が前群レンズの一部に接
触することがある。本発明ではシフト光学系を採用することから、円形状のレンズのうち
光学エンジン部１０からの光が通過する部分以外の一部、例えば円形状の略半分を取り除
くことが可能である。前群レンズ１５０１〜１５０４のうち、第３ミラー５０からスクリ
ーン６０へ進行する光が接触する部分を取り除くことにより、スクリーン６０へ入射する
光が投写レンズ１５２０に遮られる事態を回避できる。また、略半円形状の前群レンズ１
５０１〜１５０４を用いることで、投写レンズ１５２０を小型とし、プロジェクタを小型
にすることができる。

投写レンズ１５２０は、鏡筒１５０５（図１６参照。）に略円形状のレンズを格納した
後、４つのレンズを鏡筒１５０５ごとまとめて切断することにより、容易に形成すること
ができる。略半円形状の前群レンズ１５０１〜１５０４は、通常の円形状のレンズを２分
割することにより一度に２枚形成することも可能である。これにより、製造コストの低減
も図れる。さらに、第３ミラー５０からスクリーン６０へ進行する光が接触する部分を取
り除くことで、前群レンズ１５０１〜１５０４のサイズを大きくし、投写レンズ１５２０
を第１ミラー３０の方向へシフトさせることも可能となる。投写レンズ１５２０からスク
リーン６０までの光路を短くすることにより、投写レンズ１５２０の精度を向上させ、収
差を容易に低減可能な構成とすることができる。

図１８は、本実施例のプロジェクタにおける振幅伝達関数（ＭＴＦ）を示すものである
。本実施例のプロジェクタは、空間周波数０．６ｃｙｃｌｅ／ｍｍにおいて０．７５以上
のコントラスト伝達率が達成される。これにより、さらに高い確率でコントラストを伝達
可能であることがわかる。

図１９は、本実施例のプロジェクタのスクリーンにおける画像の歪曲を示すものである
。ここでは、元画像Ｃ０に対する表示画像Ｃ２の歪曲は、３０倍に拡大して示している。
本発明のプロジェクタは、元画像Ｃ０に対する表示画像Ｃ２の歪曲を０．１％以下とする
ことが可能である。さらに、図１４の場合よりもさらに歪曲が低減されていることがわか
る。本実施例によると、現状のプロジェクションテレビの仕様を超えて、次世代のハイビ
ジョン仕様にまで十分対応可能な性能を実現することができる。

なお、本実施例では、全ての前群レンズ１５０１〜１５０４を略半円形状としているが
、これに限られない。前群レンズ１５０１〜１５０４のうち少なくとも１つが、略円形状
の一部を切断して取り除いたような形状であれば良い。例えば、前群レンズのうち最も出
射側のレンズのみを略半円形状としても良い。また、レンズの形状は略半円形状のほか、
例えば、略円形状の３分の１を切断して取り除いたような形状としても良い。

図２０は、本発明の実施例３に係る画像表示装置であるプロジェクタ２０００の概略構
成を示す。本実施例のプロジェクタ２０００は、実施例１のプロジェクタ１００（図１参
照。）に遮光部２００１を追加した構成を有する。上記実施例１と同一の部分には同一の
符号を付し、重複する説明は省略する。遮光部２００１は、投写光学系９０から直接スク
リーン６０の方向へ進行する光を遮光する。遮光部２００１は、第１ミラー３０のうち光
学エンジン部１０からの光を反射する面とは反対側の面に接着されている。遮光部２００
１は、板形状を折り曲げたような形状をなしている。遮光部２００１の上部は、第２ミラ
ー４０から第３ミラー５０の方向へ進行する光を遮らないように折り曲げられている。遮
光部２００１の下部は、第３ミラー５０からスクリーン６０へ進行する光を遮らないよう
に折り曲げられている。

投写光学系９０から直接スクリーン６０の方向へ進行する光が存在すると、投写光学系
９０が設けられる位置がスクリーン６０を介して明るく見える場合がある。遮光部２００
１を用いて投写光学系９０から直接スクリーン６０の方向へ進行する光を遮光することで
、画像の輝度ムラを少なくでき、高画質な画像を得ることができる。遮光部２００１は、
第１ミラー３０に接着することにより、容易に設置することが可能である。なお、第１ミ
ラー３０は、遮光部２００１の一部に反射膜を設けることで構成することとしても良い。

図２２は、本発明の実施例４に係る画像表示装置であるプロジェクタ２２００の概略構
成を示す。プロジェクタ２２００は、プロジェクタ２２００外部のスクリーン２２６０へ
画像信号に応じた光を投写し、スクリーン２２６０で反射する光を観察することで画像を
鑑賞する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタである。上記実施例１のプロジェクタ
１００と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は一部を除き省略する。

筐体２２７０は、少なくとも光学エンジン部１０及び投写光学系９０を収納可能であれ
ば良く、スクリーン６０が設けられる上記の筐体７０（図１参照）より小型にできる。プ
ロジェクタ２２００のうち、上記のプロジェクタ１００のスクリーン６０（図６参照）に
相当する部分には、筐体２２７０を構成する背面部２２０１が設けられている。プロジェ
クタ２２００は、観察者側とは反対側に背面部２２０１を向けて設置される。

筐体２２７０の天井面には、上記のプロジェクタ１００の第３ミラー５０（図１参照）
に代えて、出射口２２５０が設けられている。出射口２２５０は、第２ミラー４０からの
光を筐体２２７０外へ出射させる。出射口２２５０は、硝子等の透明部材により構成され
ている。第２ミラー４０で反射した光は、出射口２２５０を透過した後、被照射面である
スクリーン２２６０へ入射する。スクリーン２２６０は、観察者の方向へ光を拡散させる
。なお、透明部材により構成される出射口２２５０を設ける他、出射口として、筐体２２
７０に開口部分を形成することとしても良い。開口部分である出射口を設ける場合、プロ
ジェクタ１００は、投写光学系９０の一部、例えば第２ミラー４０を出射口からはみ出さ
せる構成としても良い。これにより、さらにコンパクトな構成とすることができる。

プロジェクタ２２００は、投写レンズ２０の光軸及び第２ミラー４０の光軸がスクリー
ン２２６０の法線と略平行となるように配置される。投写光学系９０は、光学エンジン部
１０からの光を投写光学系９０の光軸から特定の側へシフトさせて進行させる。プロジェ
クタ２２００は、上記実施例１のプロジェクタ１００と同様に、共軸光学系、シフト光学
系を採用する。本実施例のプロジェクタ２２００は、上記実施例１のプロジェクタ１００
と同様に、被照射面であるスクリーン２２６０に沿う方向に光を揃えることで、薄型とし
、かつ光の進行方向の制御を容易にすることができる。

図８に示す実施例１の場合と同様に、出射口２２５０に略直交する断面において、第１
ミラー３０の入射面と、第２ミラー４０のうち第１ミラー３０からの光が入射する部分と
は、略平行な線を形成する。第１ミラー３０の入射面と、第２ミラー４０のうち第１ミラ
ー３０からの光が入射する部分とは、略平行である。これにより、第１ミラー３０及び第
２ミラー４０を互いに近接させ、かつ光の進行方向をさらに正確に制御することが可能と
なる。なお、本実施例においても、空間光変調装置は、光軸から特定の側へシフトさせて
進行する光が入射する位置に設けられている。

プロジェクタ２２００は、投写レンズ２０から第１ミラー３０へ進行する光、及び第２
ミラー４０で反射した後出射口２２５０から出射する光のいずれも、背面部２２０１に沿
う方向へ進行させる。このように、実施例１の場合と同様の投写光学系９０を用いること
により、プロジェクタ２２００を薄型にすることができる。投写レンズ２０、第１ミラー
３０、第２ミラー４０は、支持部８０により一体として構成される。また、支持部８０を
筐体２２７０に嵌め込み可能とすることで、投写光学系９０を筐体２２７０内に容易に固
定することができる。

第２ミラー４０からスクリーン２２６０に沿う方向へ投写光を出射させることで、プロ
ジェクタ２２００は、スクリーン２２６０が設けられる壁面Ｗに背面部２２０１を密着さ
せて配置することができる。薄型な構成とし、かつ壁面Ｗに密着させた配置を可能とする
ことで、プロジェクタ２２００から観察者の方向へ進行する光がプロジェクタ２２００や
観察者によって遮られる事態を確実に回避できる。プロジェクタ２２００は、例えば、床
面のうち壁面Ｗ際の位置や、壁面Ｗ際に設置した専用台、机等に載置して使用することが
できる。プロジェクタ２２００は、壁面Ｗに取り付けて使用することとしても良い。なお
、本実施例においても、スクリーン２２６０は、スクリーン２２６０へ斜めに入射した光
を観察者の方向へ角度変換可能とすることが望ましい。スクリーン２２６０からの光の進
行方向を適宜設定することにより、明るい画像を表示することができる。

投写光学系９０は、第２ミラー４０で光を広角化させることにより、超短焦点投写が可
能となる。超短焦点投写を行うことでスクリーン２２６０に近い位置にプロジェクタ２２
００を配置することを可能とし、高い自由度でプロジェクタ２２００を配置することがで
きる。これにより、高い自由度で簡単に設置でき、かつ正確に光を進行させて画像を表示
することができるという効果を奏する。超短焦点投写を可能とすることで、壁面Ｗから３
０ｃｍ以内の位置に設置されたプロジェクタ２２００により５７インチの画像を表示でき
ることが、本発明者により確認されている。このように、本実施例のプロジェクタ２２０
０により、容易に大型な画像を得ることができる。

従来のフロント投写型プロジェクタは、一般に、スクリーンに対向する位置、例えば室
内空間の中央部付近に配置される。通常の室内では、室内空間の中央部から壁面までの間
に遮蔽物が存在しないような設置位置を確保することは難しい場合が多い。これに対して
本発明のプロジェクタ２２００は、スクリーン２２６０が設けられる壁面Ｗ近くに配置で
きるため、設置位置の確保が容易である。また、従来のプロジェクタは、観察者等によっ
て投写光が遮られることを防ぐために、天井吊り等として観察者より高い位置に設置され
る場合がある。天井吊りの場合と比較すると、本発明のプロジェクタ２２００は、設置の
手間を少なくできる他、コードの配置を容易にできる、ランプ交換等のメンテナンスが容
易となる等の利点がある。本発明の場合、スピーカをプロジェクタ２２００の近くに配置
することも可能であるため、スピーカとの接続のためのコードの配置も容易にできる。

観察者は、通常スクリーンに対向する位置から画像を観察する。このため、従来、フロ
ント投写型のプロジェクタは、観察者から近い位置に設置される場合がある。これに対し
て、本発明のプロジェクタ２２００は、壁面Ｗに近い位置であって観察者から離れた位置
に設置することが可能である。観察者から離れた位置にプロジェクタ２２００を設置する
ことで、熱源となるランプからの熱や放熱ファンの回転音等による観察者への影響を低減
でき、快適な映像観賞を行うことができる。

本発明のプロジェクタ２２００は、壁面Ｗに近い狭いスペースに配置できるため、室内
のスペースを有効利用する上で適している。また、プロジェクタ２２００は、使用するご
とに設置を行う他、使用の有無に関わらず恒常的に設置しておくことも可能である。恒常
的な設置を可能とすることで、使用するごとの設置作業を不要とし、特に、投写距離や画
像のサイズの調整の手間を大幅に省くことができる。さらに、壁面Ｗに近いスペースに配
置できると、室内空間中であってスクリーンに対向する位置に設置する場合と比較して、
プロジェクタ２２００を室内のデザインやインテリアに適合させることも容易となる。こ
のように、本発明によると、従来のフロント投写型のプロジェクタにおいて問題とされて
いる設置位置等に関する多くの事項を解決することができる。

プロジェクタ２２００は、実施例２の場合と同様に、前群レンズのうちの少なくとも１
つがその一部を取り除いたような形状の投写レンズを用いても良い。これにより、投写レ
ンズを小型とし、プロジェクタ２２００を小型にすることができる。また、投写レンズを
第１ミラーの方向へシフトさせることが可能となる。投写レンズからスクリーンまでの光
路を短くすることにより、投写レンズの精度を向上させ、収差を容易に低減することも可
能となる。

図２３は、本発明の実施例５に係る画像表示装置であるプロジェクタ２３００の概略構
成を示す。プロジェクタ２３００は、固定部２３０１を有することを特徴とする。上記実
施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。プロジェクタ２３
００は、スクリーン６０の中心位置Ｏに対して第３ミラー５０が上側、光学エンジン部１
０及び投写光学系９０が下側に配置されて構成されている。筐体７０は、光学エンジン部
１０、投写光学系９０、及び第３ミラー５０を収納する。

図２４は、スクリーン６０及び固定部２３０１の斜視構成を示す。固定部２３０１は、
光学エンジン部１０、第２ミラー４０、及び第３ミラー５０を一体に固定する。固定部２
３０１は、例えば、アルミニウム等の金属部材により形成することができる。固定部２３
０１を強固な構成とすることにより、光学エンジン部１０、第２ミラー４０、第３ミラー
５０は高い精度で位置決めされている。固定部２３０１は、光学エンジン部１０、第２ミ
ラー４０、及び第３ミラー５０を固定した状態で、筐体７０（図２３参照）内に嵌め込ま
れている。

各光学要素の位置関係が崩れたときの光学性能の損失は、光を広角化させるほど大きく
なる。筐体に各光学要素を固定すると、筐体に歪み、撓みが生じた場合に、各光学性能の
位置関係は容易に変化してしまう。また、各光学要素の位置関係が光学性能に与える影響
が大きいことから、筐体７０を組んだ後に例えば光学エンジン部１０の位置を微調整する
のみによって光学系全体の調整を行うことも非常に困難となる。

本実施例によると、光学エンジン部１０、第２ミラー４０、第３ミラー５０を固定部２
３０１で固定することにより、固定部２３０１を基準として光学エンジン部１０、第２ミ
ラー４０、第３ミラー５０の相対位置を正確に決定することができる。光学エンジン部１
０、第２ミラー４０、第３ミラー５０をそれぞれ固定したパーツを組み合わせて筐体を構
成する場合よりも、光学エンジン部１０、第２ミラー４０、第３ミラー５０を高い精度で
位置決めすることができる。また、固定部２３０１を強固な構成とすることにより、光学
エンジン部１０、第２ミラー４０、第３ミラー５０の位置関係を高い精度で保持し、高い
光学性能を確保することが可能となる。

プロジェクタ２３００の光学系は、固定部２３０１により光学エンジン部１０、第２ミ
ラー４０、第３ミラー５０の調整を完了した後、光学エンジン部１０、第２ミラー４０、
第３ミラー５０が固定された固定部２３０１を筐体７０に嵌め込むことで構成できる。固
定部２３０１により互いに相対位置が決定された光学エンジン部１０、第２ミラー４０、
第３ミラー５０を筐体７０内に組み込むことにより、他の光学要素、例えばスクリーン６
０との位置調整を行うことが容易となる。よって、光学系を簡単に、かつ精度良く組み立
てることができる。

筐体７０内に固定部２３０１を設ける構成とすることで、筐体７０を強固としなくても
光学エンジン部１０、第２ミラー４０、第３ミラー５０を高い精度で位置決めし、高い光
学性能を確保することが可能となる。固定部２３０１のみを強固な構成とすればよいこと
から、筐体７０全体を強固な構成とする場合と比較して、筐体７０を薄型かつ軽量にする
ことができる。以上により、薄型かつ軽量な構成において、高い光学性能を確保すること
で高品質な画像を表示することができるという効果を奏する。

なお、プロジェクタ２３００は、固定部２３０１により光学エンジン部１０、第２ミラ
ー４０、及び第３ミラー５０を固定する構成に限られない。少なくとも、固定部２３０１
により光学エンジン部１０及び第３ミラー５０を固定する構成であれば良く、さらに第１
ミラー３０及び第２ミラー４０の少なくとも一方を固定部２３０１で固定する構成である
ことが望ましい。プロジェクタ２３００は、固定部２３０１により上記実施例１の支持部
８０（図１参照）を固定しても良い。さらに、光学エンジン部１０、投写レンズ２０、第
１ミラー３０、第２ミラー４０、第３ミラー５０をいずれも固定することにより、支持部
の機能及び固定部の機能を備える部材を用いても良い。

プロジェクタ２３００は、筐体７０内部の構成をそのまま上下逆に配置することとして
も良い。光学要素の中で重量が大きいとされる光学エンジン部１０を筐体７０上部に配置
しても、固定部２３０１を用いることで筐体７０の撓みを低減することができる。このよ
うに、固定部２３０１を用いることでプロジェクタ２３００の構成における自由度を増加
させることも可能となる。

なお、本発明は上記の各実施例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。
（１）上記の各実施例では、光学エンジン部１０からの光を光軸ＡＸに対して図５にお
ける紙面上側へシフトさせて進行させているが、本発明は、光学エンジン部１０からの光
を光軸ＡＸに対して図５における紙面下側へシフトさせて進行させてもよい。光学エンジ
ン部１０からの光を光軸ＡＸに対して図５における紙面下側へシフトさせて進行させる場
合、光学エンジン部１０におけるクロスダイクロイックプリズム１０８の出射面に仮想的
に形成された像面の中心法線は、光軸ＡＸに対して平行であり、かつ光軸ＡＸに対して図
５における紙面上側にシフトさせればよい。また、光学エンジン部１０からの光を光軸Ａ
Ｘに対して図５における紙面奥側、又は手前側にシフトさせる構成も適用可能である。こ
の場合には、光学エンジン部１０におけるクロスダイクロイックプリズム１０８の出射面
に仮想的に形成された像面の中心法線を光軸ＡＸに対して平行とし、その上でこの像面の
中心法線を光軸ＡＸに対して図５における紙面手前側、又は奥側にそれぞれシフトさせれ
ばよい。
（２）上記の各実施例において、光学エンジン部１０は、光源である超高圧水銀ランプ
１０１、インテグレータ１０２、偏光変換素子１０３等を備える構成であるが、本発明で
は、光学エンジン部１０は最低限の構成として１つの光源と１つの空間光変調装置を備え
ていればよい。
（３）上記の各実施例に係るプロジェクタは、光学エンジン部１０の光源部として超高
圧水銀ランプを用いているが、これに限られない。例えば、発光ダイオード素子（ＬＥＤ
）等の固体発光素子を用いても良い。
（４）上記の各実施例におけるインテグレータ１０２は、光源からの光の照度分布を略
均一にする機能を備えていればよい。例えば、光源からの光を複数の部分光束に分割する
２つのレンズアレイを備えた構成や、柱状の透明部材又は筒状の反射部材を用いたロッド
インテグレータを備えた構成が適用可能である。
（５）上記の各実施例では、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる例につ
いて説明したが、本発明は、空間光変調装置として反射型液晶表示装置を用いたプロジェ
クタやティルトミラーデバイスを用いたプロジェクタであっても良い。
（６）上記の各実施例では、３つの空間光変調装置を用いる例について説明したが、本
発明は、空間光変調装置を１つ、２つ、あるいは４つ以上用いたプロジェクタにも適用す
ることができる。

以上のように、本発明に係る画像表示装置は、薄型な構成により大型な画像を表示する
場合に有用である。

１０ 光学エンジン部、２０ 投写レンズ、３０ 第１ミラー、４０ 第２ミラー、５
０ 第３ミラー、６０ スクリーン、７０ 筐体、８０ 支持部、９０ 投写光学系、１
００ プロジェクタ、１０１ 超高圧水銀ランプ、１０２ インテグレータ、１０３ 偏
光変換素子、１０４ 反射ミラー、１０５Ｒ Ｒ光透過ダイクロイックミラー、１０５Ｇ
Ｂ光透過ダイクロイックミラー、１０５ 反射ミラー、１０６ リレーレンズ、１０７
Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂ 空間光変調装置、１０８ クロスダイクロイックプリズム、１
０８ａ，１０８ｂ ダイクロイック膜、３０１ 第１面、３０２ 第２面、３０３ プリ
ズム部、３１０ フレネルレンズ、ＡＸ 光軸、８０１ 絞り、８０２ 前群レンズ、８
０３ 後群レンズ、Ｓ１，Ｓ２ 面、ＡＸ１，ＡＸ２ 光軸、１５０１〜１５０４ 前群
レンズ、１５０５ 鏡筒、１５２０ 投写レンズ、１６０２ 後群レンズ、ＡＸ３ 光軸
、１７２０ 投写レンズ、２０００ プロジェクタ、２００１ 遮光部、２２００ プロ
ジェクタ、２２０１ 背面部、２２５０ 出射口、２２６０ スクリーン、２２７０ 筐
体、Ｗ 壁面、２３００ プロジェクタ、 ２３０１ 固定部、Ｏ 中心位置。

Claims (7)

1. 画像信号に応じて変調された光を供給する光学エンジン部と、
   投写レンズと、反射により前記投写レンズからの光を折り返す第１ミラーと、反射により前記第１ミラーからの光を広角化させる第２ミラーと、を備え、前記光学エンジン部からの光を投写する投写光学系と、
   前記光学エンジン部及び前記投写光学系を収納可能な筐体とを有し、
   前記投写レンズは、前群レンズのうちの少なくとも１つが、その一部を取り除いたような形状をなし、
   前記投写レンズ及び前記第２ミラーは、前記投写レンズの光軸と前記第２ミラーの光軸とが略一致するように配置され、かつ前記光学エンジン部からの光を前記投写レンズの光軸から特定の側へシフトさせて進行させ、
   前記第２ミラーからの光を、前記筐体外の被照射面へ投写することで画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記投写レンズの光軸及び前記第２ミラーの光軸が、前記被照射面の法線と略平行であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記第１ミラー及び前記第２ミラーは、前記第１ミラーの入射面と、前記第２ミラーのうち前記第１ミラーからの光が入射する部分とが略平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記投写レンズから前記第１ミラーへ進行する光、及び前記第２ミラーで反射した光のいずれも、背面部に沿う方向へ進行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
5. 前記投写光学系は、前記第１ミラーにおいて略９０度折り曲げられた前記投写レンズからの光を前記第２ミラーへ入射するように構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
6. 前記投写光学系は、前記投写レンズ、前記第１ミラー及び前記第２ミラーを一体として構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
7. 前記光学エンジン部は、光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置を有し、
   前記空間光変調装置は、前記光軸から特定の側へシフトさせて進行する光が入射する位置に設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像表示装置。

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