JP5531520B2 - 画像投影装置及び画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、静止画や動画などの映像を被投影面に投影する画像投影装置と、その画像投影装置を備えた画像表示装置に関する。

光源と画像形成素子を有する画像生成部で生成され、投影レンズ等の投影光学系を通過した投影映像を、反射型光学素子の反射により、スクリーン等の被投影面に拡大して投影する画像投影装置が知られており、リアプロジェクション方式やフロントプロジェクション方式の画像表示装置に応用されている。

このような画像投影装置において、画像生成部及び、それに連なる投影レンズに対する反射型光学素子の位置、傾きは映像の品質に大きく影響する。
また、関連する光学部材が多いことと、特に画像投影装置が映像拡大装置であることのため、装置には多くの調整がとられている。
このため、反射型光学素子を使った画像投影装置において、反射型光学素子には多くの調整が行なわれてきており、種々の提案がなされてきた。

しかし、従来の反射型光学素子の調整は一つの方向の調整を行なうと、前に行なった調整が変化するといった傾向をもったものが多く、調整の時間を多く要するとともに、最適な調整を行なうのが難しいといった欠点があった。

例えば特許文献１（特開２００８−１３９４４２号公報）には、反射型光学素子（ミラー）の取付構造と調整方法が開示されているが、ミラー回転軸がミラー反射面と離れており、最適な調整を行なうのが難しい。
すなわちミラー回転軸がミラー反射面と離れていると、軸廻りの回転調整により映像光のミラーに反射される位置が変化してしまうことになる。また、この従来技術にも記載されているように、ミラーの反射面が回転軸廻りの回転面である場合でしか調整として使えないこととなる。これではミラー面を非球面とした反射面設計が出来ないことになり、光学設計に大きな制約となる。

特許文献２（特開２００６−１８０８３号公報）や特許文献３（特開２００７−６５０５３号公報）には、反射型光学素子（非球面ミラー、樹脂ミラー等）の支持構造が開示されているが、特許文献２、３に記載の従来技術は、温度変化等によるミラー面の膨張によるゆがみを吸収するためのものであり、軸廻りの回転調整を行なうものではない。

特許文献４（特許第３９１３２６５号公報）には、反射体の支持機構と調整方法が開示されており、反射体の反射光軸を調整ポイントとしているが、厳密に言えばピポット先端位置と反射面との間には厚みがあり、調整中心がミラー中心ではない。
また、反射面の定義を、光軸を対象とする球面との制約をしている。さらにミラー中心を反射面から外すとか、ミラー面が光軸回転中心といったように、ミラー面形状に制約を入れている。

特許文献５（特開２００７−４１５４４号公報）には、反射型光学素子の保持構造が開示されているが、これは温度変化等によるミラー面の膨張によるゆがみを吸収するためのものであり、軸廻りの回転調整を行なうものではない。

本発明は、画像投影装置における反射型光学素子の保持構造において、反射型光学素子の複数の方向の調整においても、基準となる反射点が動くことがなく、それぞれの方向の調整が独立した画面項目の調整となるようにすることを課題としている。すなわち、本発明では、投影画面中心のミラー反射点位置は、軸廻りの回転による調整を行なっても変化せず、あくまでミラー面の軸廻り傾きの調整となるようにするものであり、これにより投影画面の中心位置とその反射ミラー位置を一致させる部品の精度出しと独立した調整とすることができるようにすることを課題としている。
また、反射型光学素子といった成型によって作成される部品と、保持部材などの構造部品との材質の違い（熱膨張率の違い）によって生じやすいミラー面の熱変化による映像のゆがみ、ボケといった問題を軽減することも課題としている。

さらに本発明は、反射型光学素子を使用した画像投影装置において必要となる、反射型光学素子の傾き調整構造、反射型光学素子の保持構造に関するものである。この画像投影装置の反射型光学素子は、画像生成部で作成され、それを処理する投影光学系からの映像光を被投影面上に反射投影するものであり、機能上、非球面等の反射面をもつものが多い。そのため、当然投影光と反射面との関係には、正確な位置、傾きの一致が必要となる。

ここで反射型光学素子の取り付けに関しては多くの項目で調整が必要となっており、前述したように従来多くの調整方法が提案されてはいるが、機構及び方法の簡便さ、及びコスト的課題を意識するあまり、調整作業間の相互の関連、他の調整要素に及ぼす二次的な影響に関しては、あまり深くは考慮されていなかった。

本発明は上記の課題を解決するための手段を提供するものであり、詳しくは、反射型光学素子の傾き調整に関し、傾き調整を行なっても、投影映像と反射面の位置的関係のズレが少なく、温度等による反射面のズレ、ゆがみ等が最小となるような調整・保持構造を備えた画像投影装置を提供すること、及びその画像投影装置を備えた投射型の画像表示装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第１の解決手段は、映像光を生成する画像生成部と、該画像生成部で生成された映像光を投影する投影光学系と、該投影光学系からの投影映像を反射型光学素子で被投影面に向かって反射する反射光学系とを備えた画像投影装置において、前記反射光学系は、前記反射型光学素子を第１保持部材と第２保持部材により角度調節可能に保持固定する保持構造を有し、前記反射型光学素子は、曲面の反射面を有し、該反射面外の外周部に、投影映像画面の中心光軸に直交し該投影映像画面の一辺に平行な第１の方向に軸芯を持つガイド軸を有し、該ガイド軸を前記第１保持部材に設けられた溝部に保持されるとともに、前記第１の方向の軸廻りには前記第１保持部材に対し回転自由度を有し、前記第１保持部材は、前記反射型光学素子を保持するとともに、その外周部に、前記第１の方向と直交する方向の第２の方向に設けられ、前記投影映像画面の中心光軸に直交する軸芯を持つガイド軸を有し、該ガイド軸を前記第２保持部材に設けられた溝部に保持されるとともに、前記第２の方向の軸廻りには前記第２保持部材に対し回転自由度を持つ構造であり、前記反射型光学素子のガイド軸と前記第１保持部材のガイド軸の軸芯は、前記反射型光学素子の反射面と前記投影映像画面の中心光軸とが交わる点に接するか若しくはその近傍に配置するように構成したことを特徴とする（請求項１）。

本発明の第２の解決手段は、第１の解決手段の画像投影装置において、前記第１保持部材に設けられた溝部は、前記反射型光学素子のガイド軸を保持する構造を持ち、該ガイド軸は前記第１の方向に平行となるように設けられた溝内基準面に押圧部材により軸廻りの回転自由度を持った形で押え固定されており、前記第２保持部材に設けられた溝部は、前記第１保持部材のガイド軸を保持する構造を持ち、該ガイド軸は前記第２の方向に平行となるように設けられた溝内基準面に押圧部材により軸廻りの回転自由度を持った形で押え固定されていることを特徴とする（請求項２）。

本発明の第３の解決手段は、第１または第２の解決手段の画像投影装置において、前記反射型光学素子の反射面外には前記第１の方向に平行なリブ面を有するリブが設けてあり、前記反射型光学素子のガイド軸廻りの回転調整後、該リブ面を前記第１保持部材に対し固定することにより、前記反射型光学素子の前記第１保持部材に対する回転角度位置を規制するとともに、前記第１保持部材には前記第２の方向に平行なリブ面を有するリブが設けてあり、前記第１保持部材のガイド軸廻りの回転調整後、該リブ面を前記第２保持部材に対し固定することにより、前記第１保持部材の前記第２保持部材に対する回転角度位置を規制する構造であることを特徴とする（請求項３）。

本発明の第４の解決手段は、第１乃至第３のいずれか一つの解決手段の画像投影装置において、前記反射型光学素子の前記第１保持部材に対するガイド軸方向の位置は、前記反射型光学素子の外周部に設けた前記ガイド軸と直交する方向に設けたリブと、前記第１保持部材に設けた前記リブに嵌合する溝部によって決定し、前記反射型光学素子と前記第１保持部材との前記第１の方向の取り付け余裕寸法は、それぞれの材質の線膨張係数の差と、画像投影装置の上限使用想定温度と常温との温度差と、前記反射型光学素子の第１の方向の巾と、を掛け合わせた値より大きくとり、前記反射型光学素子に設けた前記リブの中心から前記ガイド軸までの前記第１の方向の寸法の比によって配分されるように設定されていることを特徴とする（請求項４）。

本発明の第５の解決手段は、第１乃至第４のいずれか一つの解決手段の画像投影装置において、前記第１保持部材及び前記第２保持部材の材質は同材質であり、前記第１保持部材の前記第２の方向の位置は、前記第２保持部材に設けた基準面位置に押圧部材により押し当てる形で決まる構造であることを特徴とする（請求項５）。

本発明の第６の解決手段は、画像表示装置であって、第１乃至第５のいずれか一つの解決手段の画像投影装置と、被投影面であるスクリーンを備え、前記画像投影装置の前記画像生成部で生成された映像光を、前記投影光学系と前記反射光学系により前記スクリーンに拡大して投影することを特徴とする（請求項６）。

本発明では、画像投影装置の反射型光学素子の傾き調整について、２方向の回転調整を想定し、その調整用の回転軸芯（反射型光学素子のガイド軸と第１保持部材のガイド軸の軸芯）を、反射型光学素子の反射面と投影映像画像の中心光軸とが交わる点（反射点）に接するか若しくはその近傍に配置するように構成したので、これにより調整は投影画面中心を基準とした傾き調整となり、調整の精度、及び調整時間の短縮につなげることが可能となる。従って、本発明では、反射型光学素子の傾き調整に関し、傾き調整を行なっても、光線と反射面の位置的関係のズレが少なく、温度等による反射面のズレ、ゆがみ等が最小となるような調整・保持構造を備えた画像投影装置と、それを備えた画像表示装置を実現することができる。

本発明の一実施形態を示す画像投影装置を備えた投射型画像表示装置の構成説明図であり、（ａ）は投射型画像表示装置を側方から見た概略構成図、（ｂ）は（ａ）の投射型画像表示装置の画像投影装置を鉛直上方向から見た概略構成図である。 本発明の別の実施形態を示す画像投影装置を備えた投射型画像表示装置の構成説明図であり、（ａ）は投射型画像表示装置を側方から見た概略構成図、（ｂ）は（ａ）の投射型画像表示装置の画像投影装置を鉛直上方向から見た概略構成図である。 本発明の一実施例を示す図であって、反射型光学素子とそれを保持する保持部材の構成例を示す分解斜視図である。 図３に示す反射型光学素子の保持構造の説明図であり、（ａ）は反射型光学素子のガイド軸の第１保持部材に対する取付部を示す概略要部断面図であり、（ｂ）は反射型光学素子の規制リブの第１保持部材に対する取付部を示す概略要部断面図である。 図３に示す反射型光学素子のミラー面とガイド軸の軸芯の関係を示す概略要部斜視図である。 図３に示す反射型光学素子のガイド軸の軸芯と、第１保持部材ガイド軸の軸芯の関係を示す概略要部斜視図である。 反射型光学素子を回転調整する場合の反射面と反射点の位置の変化を示す図であり、（ａ）は反射型光学素子の回転調整の中心位置が反射面から離れた位置にある場合の例、（ｂ）は反射型光学素子の回転調整の中心位置が反射面上にある場合の例を示す図である。

本発明は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等の反射型画像形成素子や、透過型液晶素子等の透過型画像形成素子を画像生成部に用い、画像生成部で生成された画像を前記投影光学系で被投射面に投影する画像投影装置の光学系に使用される反射型光学素子の保持構造、及びその調整構造に特徴を有するものである。そして本発明に係る画像投影装置は、リアプロジェクション方式やフロントプロジェクション方式等の投射型画像表示装置に具備されるものであり、上記反射型光学素子は、投射型画像表示装置を大画面化、薄型化する上で必要な構成要素となっており、特に表示スクリーンと画像投影装置との距離を短くしたいといった要求に関しては重要な部品となっている。

以下、本発明の具体的な構成例について、図面を参照して詳細に説明する。
まず図１により、本発明に係る画像投影装置を備えた投射型画像表示装置の構成について説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す画像投影装置を備えた投射型画像表示装置の構成説明図であり、（ａ）は投射型画像表示装置を側方から見た概略構成図、（ｂ）は（ａ）の投射型画像表示装置の画像投影装置を鉛直上方向から見た概略構成図を示している。
図１に示す投射型画像表示装置は、画像投影装置１と、被投影面であるスクリーン８を備えており、画像投影装置１は、図示省略の光源と画像形成素子２と導光プリズム３で構成される画像生成部と、画像生成部で生成された映像光を投影するレンズ部４ａ，４ｂを有する投影光学系４と、投影光学系（レンズ部）４からの投影映像光をスクリーン８に向かって反射する反射型光学素子６を有する反射光学系５とを備えている。

この画像投影装置１では、画像形成素子２は、その中心が投影光学系４の光軸と一致しないように設置されている。そして画像形成素子２は投影光学系４のレンズ部４ａ，４ｂの光軸Ｏ１に対して略直交する方向（図示の例では鉛直下方）にシフトして設置されている。このため投影光学系４の光軸Ｏ１と、投影映像画面の中心の光軸Ｏ２は一致せず、交差する構成となっている。
このように図１に示す投射型画像表示装置の画像投影装置１では、画像生成部で生成され、投影光学系４のレンズ部４ａ，４ｂを通過して反射光学系５の反射型光学素子６の反射面に入射する映像光の投影映像画面の中心光軸Ｏ２が、投影光学系４のレンズ部４ａ，４ｂの光軸Ｏ１と交差している構成となっているので、画像生成部で生成された映像光を投影光学系４のレンズ部４ａ，４ｂで拡大投影することができ、さらに投影映像光を凸面形状の反射面（例えば凸の非球面や二次曲面、あるいはその他の自由曲面）により反射してスクリーン８に斜め入射させることにより、スクリーン８上に効率よく拡大投影することができる。このため、画像投影装置１とスクリーン８の設置位置を近くでき、大画面で薄型のリアプロジェクション方式やフロントプロジェクション方式の画像表示装置を実現することができる。

次に画像投影装置１についてより具体的に説明する。画像形成素子２としては例えばＤＭＤを用い、光源部（図示せず）からの照明光は、導光プリズム３を介して画像形成素子（ＤＭＤ）２に照射し、画像形成素子（ＤＭＤ）２による映像反射光は導光プリズム３を透過して映像光処理部である投影光学系４のレンズ部（複数の投影レンズ）４ａ，４ｂを通過後、反射光学系５の反射型光学素子６により投射方向を変え、被投影面であるスクリーン８上に斜め入射し結像される。
このように、反射型光学素子６により投射方向を変え、被投影面であるスクリーン８上に斜め入射させる構成では、画像投影装置１とスクリーン８との距離を短くするとか、スクリーン上の高い位置に結像させるため、投影光学系４のレンズ部４ａ，４ｂからの光線は反射型光学素子６の反射面により所定の補正を受けることとなる。このため、反射型光学素子６の反射面は、例えば凸状の非球面（例えば曲率半径と非球面係数を持つ面、２次曲面、その他の自由曲面等）となる。
当然のことながら反射型光学素子６の反射面形状は高度の精度を必要とし、その前にある投影光学系４のレンズ部４ａ，４ｂとの位置、傾き等の関係も精度が必要となる。

次に図２は本発明の別の実施形態を示す画像投影装置を備えた投射型画像表示装置の構成説明図であり、（ａ）は投射型画像表示装置を側方から見た概略構成図、（ｂ）は（ａ）の投射型画像表示装置の画像投影装置を鉛直上方向から見た概略構成図を示している。
図２に示す投射型画像表示装置は、画像投影装置１と、被投影面であるスクリーン８を備えており、画像投影装置１は、図示省略の光源と画像形成素子２と導光プリズム３で構成される画像生成部と、画像生成部で生成された映像光を投影するレンズ部４ａ，４ｂを有する投影光学系４と、投影光学系（レンズ部）４からの投影映像光をスクリーン８に向かって反射する２つの反射型光学素子６，７を有する反射光学系５とを備えている。

図２に示す画像表示装置では、画像投影装置１の反射光学系５に２枚の反射型光学素子６，７を使用しており、例えば反射型光学素子６は、反射面が凹状の自由曲面等からなるミラーであり、反射型光学素子７は平面ミラー５である。なお、その他の構成は図１と同様である。

図２に示す画像表示装置では、画像形成素子２として例えばＤＭＤを用い、光源部（図示せず）からの照明光は、導光プリズム３を介して画像形成素子（ＤＭＤ）２に照射し、画像形成素子（ＤＭＤ）２による映像反射光は導光プリズム３を透過して映像光処理部である投影光学系４のレンズ部（複数の投影レンズ）４ａ，４ｂを通過後、反射光学系５の反射型光学素子（自由曲面ミラー）６により投射方向を変え、さらに平面ミラー７で折り返されて被投影面であるスクリーン８上に斜め入射し結像される。

以上、画像投影装置１を備えた画像表示装置の構成例について説明したが、画像投影装置１に用いる画像形成素子２としては、ＤＭＤの他、反射型液晶素子等の反射型画像形成素子を使用しても良く、また透過型液晶素子等の透過型画像形成素子を使用しても良い。

以上のような画像表示装置を構成する画像投影装置１において、本発明では、反射光学系５の非球面（例えば曲率半径と非球面係数を持つ面、２次曲面、その他の自由曲面等）のミラー面を有する反射型光学素子６の保持構造及びその調整構造に特徴を有するものである。
以下、本発明に係る反射型光学素子６の保持構造及び調整構造の実施例について説明する。

図３は本発明の一実施例を示す反射型光学素子とそれを保持する保持部材の構成例を示す分解斜視図である。また、図４は、図３に示す反射型光学素子の保持構造の説明図であり、（ａ）は反射型光学素子のガイド軸の第１保持部材に対する取付部を示す概略要部断面図であり、（ｂ）は反射型光学素子の規制リブの第１保持部材に対する取付部を示す概略要部断面図である。

図１または図２に示した画像投影装置１の反射光学系５は、図３に示すように、反射型光学素子６を第１保持部材２０と第２保持部材３０により角度調節可能に保持固定する保持構造を有している。
反射型光学素子６は、反射面外の外周部に、投影映像画面の中心光軸（具体的には設計上の投影映像画面の中心光軸）に直交し該投影映像画面の一辺に平行な第１の方向（図３においてＹ方向）に軸芯を持つガイド軸１１，１２を有し、該ガイド軸１１，１２を第１保持部材２０に設けられた溝部２１，２２に保持されるとともに、第１の方向（Ｙ方向）の軸廻りには第１保持部材２０に対し回転自由度を有している。また、第１保持部材２０は、反射型光学素子６を保持するとともに、その外周部に、第１の方向（Ｙ方向）と直交する方向の第２の方向（図３においてＺ方向）に設けられ、投影映像画面の中心光軸に直交する軸芯を持つガイド軸２４，２５を有し、該ガイド軸を第２保持部材３０に設けられた溝部３１，３２に保持されるとともに、第２の方向（Ｚ方向）の軸廻りには第２保持部材３０に対し回転自由度を持つ構造である。さらに、反射型光学素子６のガイド軸１１，１２と第１保持部材２０のガイド軸２４，２５の軸芯は、反射型光学素子６の反射面１０と投影映像画像の中心光軸とが交わる点に接するか若しくはその近傍に配置するように構成している。

第１保持部材２０に設けられた溝部２１，２２は、反射型光学素子６のガイド軸１１，１２を保持する構造（例えば図４（ａ）に示す保持構造）を持ち、該ガイド軸１１，１２は第１の方向（Ｙ方向）に平行となるように設けられた溝内基準面に押圧部材（例えば保持バネ）１５，１６により軸廻りの回転自由度を持った形で押え固定されている。また、第２保持部材３０に設けられた溝部３１，３２も、第１保持部材２０のガイド軸２４，２５を保持する構造を持ち（図示を省略するが、図４（ａ）と同様な構造である）、該ガイド軸２４，２５は第２の方向（Ｚ方向）に平行となるように設けられた溝内基準面に押圧部材（例えば保持バネ）３４，３５により軸廻りの回転自由度を持った形で押え固定されている。

反射型光学素子６の反射面外には第１の方向（Ｙ方向）に平行なリブ面（リブ１４のリブ面）が設けてあり、反射型光学素子６のガイド軸廻りの回転調整後、リブ１４のリブ面を第１保持部材２０に対し固定することにより、反射型光学素子６の第１保持部材２０に対する回転角度位置を規制する。また、第１保持部材２０には第２の方向（Ｚ方向）に平行なリブ面（リブ２７のリブ面）が設けてあり、第１保持部材２０のガイド軸廻りの回転調整後、リブ２７のリブ面を第２保持部材３０の保持部３３に対し固定することにより、第１保持部材２０の第２保持部材３０に対する回転角度位置を規制する。

反射型光学素子６の第１保持部材２０に対するガイド軸方向の位置は、反射型光学素子６の外周部に設けたガイド軸１１，１２と直交する方向に設けたリブ１４と、このリブ１４に嵌合する第１保持部材２０に設けた溝部によって決定し、反射型光学素子６と第１保持部材２０との第１の方向（Ｙ方向）の取り付け余裕寸法は、「それぞれの材質の線膨張係数の差」と、「画像投影装置の上限使用想定温度と常温との温度差」と、「反射型光学素子の第１の方向の巾」と、を掛け合わせた値より大きくとり、反射型光学素子６に設けたリブ１４の中心からガイド軸１１，１２までの第１の方向の寸法の比によって配分されるように設定されている。
また、第１保持部材２０及び第２保持部材３０の材質は同材質であり、第１保持部材２０の第２の方向（Ｚ方向）の位置は、第２保持部材３０に設けた溝部３２の基準面位置に押圧部材（例えば保持バネ）３６により押し当てる形で決まる構造である。

次に本実施例の保持構造についてより詳しく説明する。
図３に示す例では、反射型光学素子６は、例えば反射面１０に自由曲面を有するミラー（自由曲面ミラー）からなり、例えばポリカーボネイト等の樹脂材料と金型を用いた樹脂成形により面精度良く形成されている。
この反射型光学素子６を保持する第１保持部材２０と、該第１保持部材２０を保持する第２保持部材３０も、樹脂材料と金型を用いた樹脂成形により形成されており、第１保持部材２０と第２保持部材３０の樹脂材料の材質は同材質である。

反射型光学素子６は、その反射面外の第１の方向（図３においてＹ方向）に突出して設けられたガイド軸１１，１２を有しており、該ガイド軸１１，１２を第１保持部材２０に設けた溝部２１，２２に係合し、押圧部材である保持バネ１５，１６により光軸方向（図３においてＸ方向）、及び垂直下方方向（図３においてＺ方向）に押され、第１保持部材２０に押し当てられ固定される。また、ここでガイド軸１１，１２の軸芯廻りの回転は自由な形となっている。なお、図３の例では、反射型光学素子６の第１の方向（Ｙ方向）に軸芯を持つガイド軸１１，１２は、反射型光学素子６の外周部の両側に突出して設けられているが、片側だけに設けても保持することが可能である。

反射型光学素子６のガイド軸１１，１２方向（図３においてＹ方向）の位置は、反射型光学素子６の反射面（自由曲面ミラー面）１０の面外に設けた別のガイド軸１３と第１保持部材２０の溝部２３との係合により、第１保持部材２０に対するＹ方向の位置を規制されている。また、反射型光学素子６の外周部と第１保持部材２０とのＹ方向の隙間は、両部品の熱膨張により反射型光学素子６と第１保持部材２０が接触しないだけの隙間を持った係合となっている。

一対のガイド軸１１，１２を軸とする反射型光学素子６の第１保持部材２０に対する回転位置は、反射型光学素子６を第１保持部材２０に対し回転し、反射型光学素子６の外周部に一体に取り付けられたリブ１４を、図４（ｂ）に示すように第１保持部材２０に対し、Ｘ方向にネジ調整し固定する。なお、リブ１４は、第１保持部材２０に一端を受けた押えバネ１９と第１保持部材２０にねじ込まれた保持押え１８との間に挟まれており、保持押え１８を回転することにより、ガイド軸１１，１２の軸芯を中心とした反射型光学素子６の回転角を調整することが可能となっている。

次に第１保持部材２０の第２保持部材３０に対する取り付けは、反射型光学素子６の取り付けと同様に、第１保持部材２０のガイド軸２４，２５を第２保持部材３０の溝部３１，３２に保持バネ３４，３５により、Ｘ方向に押し当てられることにより行われる。

ここで、ガイド軸２４，２５の軸芯廻りの回転は、自由な形となっている。この回転位置も上記の反射型光学素子６の回転調整のときと同様に、第１保持部材２０に設けたリブ２７を、押さえ板３７と保持押え３８と押えバネ３９を用いた構造（図４（ｂ）と同様の構造）により、第２保持部材の保持部３３に対し、Ｘ方向にネジ調整することにより調整可能な形であり、調整後固定される。

また、第１保持部材２０のガイド軸２４，２５の軸芯方向（Ｚ方向）の位置は、保持バネ３６により第１保持部材２０を第２保持部材３０の溝部３２の基準面位置に押し当てる形で決定される。
なお、反射型光学素子６及び第１保持部材２０は、回転位置の調整後、リブ１４，２７を接着材等で固定され、位置を決定する。

ここで反射型光学素子６のガイド軸１１，１２と、第１保持部材２０のガイド軸２４，２５のそれぞれの軸線は、反射型光学素子６の反射面（自由曲面ミラー面）１０と、設計上の投影画面の中心光軸とが交わる点（反射点）に接する（またはそのごく近傍に位置する）関係にあり、上記２方向のガイド軸廻りのそれぞれの回転調整によっても、反射型光学素子（自由曲面ミラー）６の反射面１０と設計上の投影画面の中心光軸とが交わる点は動かないようになっている。

次に反射型光学素子６の形状説明を図５により行なう。
図５は、図２の２枚の反射型光学素子６，７を使用して映像をスクリーンに投影する場合の例を示しており、反射面中央部の１点鎖線範囲内が投影光学系（レンズ部）４からの映像光の反射面であり、この反射面１０は凹状の自由曲面ミラー面である。図においてＡ点は投影映像の中心主光線がミラー面１０により反射される点である。
また、左右のガイド軸１１，１２はその軸芯が一直線上であり、投影映像画面の中心光軸（レンズ部４からの投影映像の中心主光線）と直角に、また投影映像画面枠の一辺と平行になるよう構成されている。
ここで前述したように、上記ガイド軸１１，１２の軸芯は上記Ａ点に接するような関係で構成されている。

次に第１保持部材２０と第２保持部材３０との関係を図６により説明する。
図６の第１保持部材２０の上下部に設けたガイド軸２４，２５はその軸芯が一致し、投影映像画面の中心光軸（レンズ部４からの投影映像の中心主光線）と直角に、また投影映像画面枠の一辺（上記反射型光学素子６のガイド軸１１，１２に平行な一辺と直交する一辺）と平行になるよう構成されている。
また、このガイド軸２４，２５の軸芯と、反射型光学素子６のガイド軸１１，１２の軸芯とが交差する点Ｂは、第１保持部材２０に反射型光学素子６が取り付けられたとき、前記Ａの点に接するような関係で構成されている。

本発明では、画像投影装置１の反射型光学素子６の傾き調整について、２方向の回転調整を想定し、その調整用の回転軸芯（反射型光学素子６のガイド軸１１，１２と第１保持部材２０のガイド軸２４，２５の軸芯）を、反射型光学素子６の反射面１０と設計上の投影映像画像の中心光軸とが交わる点（反射点）Ａに接するか若しくはその近傍に配置するように構成したので、これにより調整は投影画面中心を基準とした傾き調整となり、調整の精度、及び調整時間の短縮につなげることができる。

以下、本発明の作用効果についてより詳しく述べる。
反射型光学素子６を使用した画像投影装置（画像表示装置）における反射型光学素子６の反射面形状は、投影光学系４で使用されるレンズ、レンズと投射スクリーン８の関係等をもとに、面が決定されており、その取り付け位置出しには多くの調整を必要とする。それらの調整においても特に厄介なのは非球面（例えば曲率半径と非球面係数を持つ面、２次曲面、その他の自由曲面等）のミラー面を有する反射型光学素子６の傾き調整である。
そこで本発明では、上記のように、反射型光学素子６の傾き調整について、２方向の回転調整を想定し、その調整回転軸芯を投射映像光線の中心光軸が、反射型光学素子と交わる反射点に接する構造とした。

その一方で、前述の従来技術のように、調整用回転軸芯を反射型光学素子６の反射面１０から離れた構造とすると、調整により投影画面に対応する反射面が、調整することにより全画面範囲にわたって移動することとなり、調整時間が多く必要となり、調整の精度も劣ることとなる。この説明を図７（ａ），（ｂ）をもとに説明する

図７（ａ）は、反射型光学素子６の反射面の調整の回転中心（軸芯）位置が反射面から離れた構造の場合の略図であり、反射面がａ−ａ’、調整の回転中心がＳの点と想定して設計されているとする。しかし、実際の部品では、製造時の誤差や、温度変化による部品の熱膨張等により、設計上の中心点Ｓに対してｈなる寸法誤差が発生する場合があり、調整の回転中心がＳ１にずれることがある。

ここで設計上の反射面ａ−ａ’に入射する光線がＡ点で反射されるとして、入射光線ｌ−Ａ、出射光線Ａ−ｍとする。しかし、実際は上記のように寸法誤差ｈのズレが発生することがあるため、反射面ａ−ａ’はｂ−ｂ’となり、設計上のＡ点はＢ点に移るとともに、実際の光線の反射点はＡ１となる。当然Ａ１の反射面が設計値と違うため、出射光線はＡ１−ｎとなる。そこでＳ１を中心に反射面を回転調整し、設計の出射光線に近くなるように反時計方向に回転し、反射面をｃ−ｃ’とし、反射点の傾きを設計想定値に近くすることとなる。ここで反射点はＡ２に移り、出射光線はＡ２−ｐとなリ、またＢの点もＣに移動することとなる。従って、この調整により、設計上のＡ点は最終的にＣ点に動いたことになる。このため、調整後も映像のゆがみ、ボケといった問題が発生する恐れがある。

次に図７（ｂ）は、反射型光学素子６の反射面の調整の回転中心（軸芯）位置が反射面上に有る構造の場合の略図であり、反射面がａ−ａ’調整の回転中心がＡの点と想定して設計されているとする。そして設計上の反射面ａ−ａ’に入射する光線がＡ点で反射されるとして、入射光線ｌ−Ａ、出射光線Ａ−ｍとする。
このように反射面の回転中心位置が反射面上にあるときの場合を想定すると、寸法誤差ｈのズレが発生した場合には、反射面は、ａ−ａ’→ｂ−ｂ’となり、設計上のＡ点はＢ点に移るとともに、実際の光線の反射点はＡ１となり、出射光線はＡ１−ｎとなる。そこでＢ点を中心に反射面を回転調整し、設計の出射光線に近くなるように反時計方向に回転し、反射面をｃ−ｃ’とすると、反射点はＡ１→Ａ２となる。

このように、設計上のＡ点は寸法誤差等によりＢ点にずれることがあるが、反射面の調整の回転中心（軸芯）位置が反射面上に有る場合には、回転中心位置はＢ点となるので、回転調整してもＢ点の位置は動かず、調整後の反射面の位置のずれは小さくなる。
すなわち、図７（ａ）のように、調整用の回転中心（軸芯）が反射面から離れていると、調整作業により設計想定反射面の位置が大きくずれることがあるが、図７（ｂ）のように、反射面の調整の回転中心（軸芯）位置が反射面上に有る場合には、調整作業を行っても設計想定反射面の位置が大きくずれることがないので、調整の精度、及び調整時間の短縮につなげることができ、調整後の映像のゆがみ、ボケといった問題も低減することができる。

また、熱変化により生ずる反射型光学素子６の反射面の膨張、これによって生ずる適正反射面の光線に対する反射点の移動といった面からみて、調整の基準点（本発明の場合は、反射型光学素子６のガイド軸１１，１２と第１保持部材２０のガイド軸２４，２５の軸芯）を、反射型光学素子６の反射面１０と設計上の投影映像画像の中心光軸とが交わる点に接するか若しくはその近傍に配置するように構成し、特に投影映像画像の上下、左右の中間位置に置くことは、投影画像の品質面から考えて有効である。

１：画像投影装置
２：画像形成素子
３：導光プリズム
４：投影光学系
４ａ，４ｂ：レンズ部
５：反射光学系
６：反射型光学素子（自由曲面ミラー）
７：反射型光学素子（平面ミラー）
８：スクリーン（被投影面）
１０：反射面（ミラー面）
１１，１２：反射型光学素子のガイド軸
１４：反射型光学素子のリブ
１５，１６，３４，３５：保持バネ（押圧部材）
２０：第１保持部材
２１，２２：第１保持部材の溝部
２４，２５：第１保持部材のガイド軸
２７：第１保持部材のリブ
３０：第２保持部材
３１，３２：第３保持部材の溝部

特開２００８−１３９４４２号公報 特開２００６−１８０８３号公報 特開２００７−６５０５３号公報 特許第３９１３２６５号公報 特開２００７−４１５４４号公報

Claims (6)

1. 映像光を生成する画像生成部と、該画像生成部で生成された映像光を投影する投影光学系と、該投影光学系からの投影映像を反射型光学素子で被投影面に向かって反射する反射光学系とを備えた画像投影装置において、
   前記反射光学系は、前記反射型光学素子を第１保持部材と第２保持部材により角度調節可能に保持固定する保持構造を有し、
   前記反射型光学素子は、曲面の反射面を有し、該反射面外の外周部に、投影映像画面の中心光軸に直交し該投影映像画面の一辺に平行な第１の方向に軸芯を持つガイド軸を有し、該ガイド軸を前記第１保持部材に設けられた溝部に保持されるとともに、前記第１の方向の軸廻りには前記第１保持部材に対し回転自由度を有し、
   前記第１保持部材は、前記反射型光学素子を保持するとともに、その外周部に、前記第１の方向と直交する方向の第２の方向に設けられ、前記投影映像画面の中心光軸に直交する軸芯を持つガイド軸を有し、該ガイド軸を前記第２保持部材に設けられた溝部に保持されるとともに、前記第２の方向の軸廻りには前記第２保持部材に対し回転自由度を持つ構造であり、
   前記反射型光学素子のガイド軸と前記第１保持部材のガイド軸の軸芯は、前記反射型光学素子の反射面と前記投影映像画面の中心光軸とが交わる点に接するか若しくはその近傍に配置するように構成したことを特徴とする画像投影装置。
2. 請求項１に記載の画像投影装置において、
   前記第１保持部材に設けられた溝部は、前記反射型光学素子のガイド軸を保持する構造を持ち、該ガイド軸は前記第１の方向に平行となるように設けられた溝内基準面に押圧部材により軸廻りの回転自由度を持った形で押え固定されており、
   前記第２保持部材に設けられた溝部は、前記第１保持部材のガイド軸を保持する構造を持ち、該ガイド軸は前記第２の方向に平行となるように設けられた溝内基準面に押圧部材により軸廻りの回転自由度を持った形で押え固定されていることを特徴とする画像投影装置。
3. 請求項１または２に記載の画像投影装置において、
   前記反射型光学素子の反射面外には前記第１の方向に平行なリブ面を有するリブが設けてあり、前記反射型光学素子のガイド軸廻りの回転調整後、該リブ面を前記第１保持部材に対し固定することにより、前記反射型光学素子の前記第１保持部材に対する回転角度位置を規制するとともに、
   前記第１保持部材には前記第２の方向に平行なリブ面を有するリブが設けてあり、前記第１保持部材のガイド軸廻りの回転調整後、該リブ面を前記第２保持部材に対し固定することにより、前記第１保持部材の前記第２保持部材に対する回転角度位置を規制する構造であることを特徴とする画像投影装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の画像投影装置において、
   前記反射型光学素子の前記第１保持部材に対するガイド軸方向の位置は、前記反射型光学素子の外周部に設けた前記ガイド軸と直交する方向に設けたリブと、前記第１保持部材に設けた前記リブに嵌合する溝部によって決定し、
   前記反射型光学素子と前記第１保持部材との前記第１の方向の取り付け余裕寸法は、それぞれの材質の線膨張係数の差と、画像投影装置の上限使用想定温度と常温との温度差と、前記反射型光学素子の第１の方向の巾と、を掛け合わせた値より大きくとり、前記反射型光学素子に設けた前記リブの中心から前記ガイド軸までの前記第１の方向の寸法の比によって配分されるように設定されていることを特徴とする画像投影装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の画像投影装置において、
   前記第１保持部材及び前記第２保持部材の材質は同材質であり、前記第１保持部材の前記第２の方向の位置は、前記第２保持部材に設けた基準面位置に押圧部材により押し当てる形で決まる構造であることを特徴とする画像投影装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一つに記載の画像投影装置と、被投影面であるスクリーンを備え、前記画像投影装置の前記画像生成部で生成された映像光を、前記投影光学系と前記反射光学系により前記スクリーンに拡大して投影することを特徴とする画像表示装置。

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