JP6136241B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像を拡大してスクリーンに投射する画像表示装置に関するものである。

装置前方に設置したスクリーン上に画像を投射するフロント投射型の画像表示装置（以下「プロジェクタ」ともいう）は、企業でのプレゼンテーション用や学校教育用として、また、家庭用としても幅広く用いられるようになっている。プロジェクタには、プロジェクタ内に用いる画像表示素子の違いによって、反射型液晶プロジェクタ、透過型液晶プロジェクタ、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）プロジェクタなどがある。ＤＭＤプロジェクタの例として、ＤＭＤと投射光学系との間に絞り部材を設けて不要光をカットする構造を備えたものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１のＤＭＤプロジェクタのように不要光をカットすることで、いわゆる「ゴースト」の発生を防ぐことができ、投射された画像のコントラストを向上させる効果がある。ここで「不要光」とは、投射される画像に寄与しない光をいう。

このような不要光が、投射光学系に入射することを防いだとしても、ＤＭＤを照明するための光の一部や、ＤＭＤで反射された光の一部も不要光であって、これら不要光が鏡胴を含む投射レンズ系を照明すると、投射光学系の温度が上昇する。投射光学系の温度が上昇すると、投射レンズ系を構成する個々のレンズの曲率半径や、レンズ配置間隔、及び、屈折率等が変化する。このようなレンズ形状などの変化は、解像度劣化などの品質低下をもたらす原因となる。

そこで、不要光による温度上昇を防ぐことができる構成を備えた投射光学系が求められている。この課題に対して、特許文献１のＤＭＤプロジェクタが備える投射光学系では、不要光による温度上昇を防ぐことはできない。

本発明は、投射光学系への不要光の照射を低減させ、投射光学系の温度上昇を抑制し、投射される画像の品質を安定させることができる画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、光源と、複数の微小ミラーを有する反射型画像表示素子と、前記光源から前記反射型画像表示素子までの光路上に配置される複数の光学素子を有する照明光学系と、前記複数の微小ミラーのうちオン状態にある微小ミラーからの反射光を被投射面に投射する投射光学系と、を備えた画像表示装置において、前記光源から出射されて前記反射型画像表示素子に向かう光線の光路上には、レンズ、第１ミラー、第２ミラーの順に光学素子が配置されていて、前記第１ミラーで反射されて前記第２ミラー側に向かう光線の一部を遮光する第１遮光部材を有し、前記第１遮光部材は、前記鏡胴には非接触の状態で保持固定されていることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、投射光学系への不要光の照射を低減させ、投射光学系の温度上昇を抑制し、投射される画像の品質を安定させることができる。

本発明に係る画像表示装置が備える光学系の配置構成を斜め方向から見た配置図である。 上記画像表示装置とスクリーンを一定の方向から見た状態を示す図である。 上記画像表示装置とスクリーンを別の方向から見た状態を示す図である。 上記画像表示装置が備える光学系の配置構成をｘ軸方向から見た配置図である。 上記画像表示装置が備える光学系の配置構成をｘ軸方向から見た図であって、鏡胴を省略して投射レンズ系を示した透過配置図である 上記画像表示装置が備える防爆ガラスとカラーホイールの配置の例を示す図である。 上記画像表示装置が備える反射型画像表示素子の例であるＤＭＤの構成を示す図である。 上記画像表示装置が備える投射光学系を構成する投射レンズ系の例であって、（ａ）広角端、（ｂ）望遠端のレンズ配置状態を示す光学配置図である。 上記画像表示装置が備える投射レンズ系が広角端（ａ）と望遠端（ｂ）の状態にあるときのスクリーン上の照度分布の例を示す図である。 上記画像表示装置における周辺照度比を説明する図である。 本発明に係る画像表示装置の実施例１が備える投射光学系を反射型画像表示素子側から見た斜視図である。 本発明に係る画像表示装置の実施例２が備える投射光学系を反射型画像表示素子側から見た斜視図である。 上記実施例１に係る投射光学系の構成部材の寸法と配置位置の例を示す図である。 上記実施例２に係る投射光学系の構成部材の寸法と配置位置の例を示す図である。 上記実施例１に係る遮光部材の寸法の例を示す図であって、（ａ）反射型画像表示素子側から見た図、（ｂ）ｚ軸方向から見た図、である。

以下、本発明に係る画像表示装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、本実施形態に係る画像表示装置１００と、被投射面であるスクリーン１０１との関係について説明する。図２と図３は、本実施形態に係る画像表示装置１００とスクリーン１０１との配置関係を示す図である。図２は、本実施形態に係る画像表示装置１００とスクリーン１０１を一定の方向から見た状態を示す図である。また、図３は、本実施形態に係る画像表示装置１００とスクリーン１０１を別の方向から見た状態を示す図である。

画像表示装置１００は、画像表示素子として反射型画像表示素子７を搭載している。反射型画像表示素子７は、複数の微小ミラーが配置されていて、有効反射面の形状が長方形形状である。以下の説明において、反射型画像表示素子７の有効反射面の短手方向をｘ軸とし、長手方向をｚ軸とする。また、ｘ軸にもｚ軸にも直交し、有効反射面からの垂直方向をｙ軸とする。また、反射型画像表示素子７の有効反射面の中心を絶対座標原点として、画像表示装置１００に搭載される各光学系の配置座標を示す。

図２および図３に示すとおり、反射型画像表示素子７の有効反射面は、ｘｚ面と平行になるように配置されている。また、図２および図３に示すとおり、画像表示装置１００からスクリーン１０１にむけて投射される光は、ｙ軸方向に向けて投射される。なお、図２及び図３は、画像表示装置１００の筐体を図示せず、画像表示装置１００の筐体内部に配置されている光学系のみ図示している。画像表示装置１００の詳細な構成は後述する。

次に、画像表示装置１００が備える光学系の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る画像表示装置１００が備える光学系の配置構成を斜め方向から見た配置図である。また、図４は、画像表示装置１００が備える光学系の配置構成をｘ軸方向から見た配置図である。また、図５は、画像表示装置１００が備える光学系の配置構成をｘ軸方向から見た図であって、鏡胴１０を省略して投射レンズ系８１を示した透過配置図である。図１、図４、図５は、同じ部材に対して同じ符号を用いている。そこで、本実施形態に係る画像表示装置１００の構成を説明するにあたり、主に図１を用いることとする。

画像表示装置１００は、光源１１と、光源１１から放射される光を集光して所定の位置に集光像を形成する集光器と、を有している。集光器は、ランプリフレクタ４０１の内側に設けられた集光ミラーである。光源１１は、超高圧水銀ランプを内部に備えていて、このランプから放射される光線は集光器によって所定の位置に集光される。

ランプリフレクタ４０１の前端部にはランプカバー（不図示）が取り付けられている。ランプカバーの前面には防爆ガラス１３が保持されている。ランプカバーと防爆ガラス１３はランプの管球が破損した場合にガラス片が周辺に飛散を防止するためのものである。

また、画像表示装置１００は、光ミキシング素子１２と、集光器と光ミキシング素子１２間に配置されたカラーホイール１４と、レンズ３と、第１ミラーである第１照明ミラー４と、第２ミラーである第２照明ミラー５と、を有している。

また、画像表示装置１００は、反射型画像表示素子７と、カバーガラス６と、後述する遮光部材と、投射レンズ系８１（図５を参照）が鏡胴１０により保持されている投射光学系８と、を有している。

光源１１から放射された光線は、ランプリフレクタ４０１により集光されて防爆ガラス１３を透過して前方に出射される。この出射された光線は、円周方向に色分割され高速で回転するカラーホイール１４を介して集光される。集光点位置近傍には、光ミキシング素子１２の入射端が配置されている。なお、光源１１と光ミキシング素子１２の配置関係は、集光される光線の光ミキシング素子１２への入射効率が最大になるように設定される。また、防爆ガラス１３とカラーホイール１４は、図６に示すようにｘ軸回りに所定角度（例えば１０度）だけ傾けて配置される。

光ミキシング素子１２は、矩形の開口を有する周知のライトトンネルである。ライトトンネルとは、４枚の板状のミラーを用いて組み立てられる部材であって、各ミラーの反射面が内側に向き、全体の形状は筒状を成すものである。ライトトンネルの一方の端部近傍に集光器の焦点位置があるので、光源１１からの光線は、ライトトンネルに入射する。ライトトンネルに入射した光線は、４枚のミラーの内面で反射を繰り返し、ライトトンネルの他方の端部である出射端から出射される。この出射端で光線は、照度分布が均一化された横断面矩形の照明光になっている。なお、光ミキシング素子１２には、上記のようなライトトンネルのほかに、公知のロッドインテグレータや、ライトパイプなどを用いてもよい。

光ミキシング素子１２から出射された光線（照度分布が均一化された横断面矩形の照明光）は、レンズ３、第１照明ミラー４、第２照明ミラー５、の順に光路を通る。

第１照明ミラー４は、レンズ３から出射される照明光を斜め後ろ上方に向かって折り曲げるように、ｘ軸方向にもｚ軸方向にも傾いた斜め上向きの姿勢で設置されている。第２照明ミラー５は、第１照明ミラー４による反射光を、下方に設置されている反射型画像表示素子７に向かって下方に折り曲げるように、ｘ軸方向にもｚ軸方向にも傾いた姿勢で設置されている。このような各光学素子の配置により、光ミキシング素子１２の出射端を反射型画像表示素子７の反射面上に拡大し、結像させている。つまり、光ミキシング素子１２の出射端と反射型画像表示素子７の反射面が略共役になっている。ここで、光源１１から第２照明ミラー５までの光学系を照明光学系という。

上記のようにして反射型画像表示素子７へと導かれた照明光により、反射型画像表示素子７の有効反射面を構成する微小ミラーが照明される。この微小ミラーにより反射されて画像形成に寄与する光線は、その後、複数枚のレンズによって構成された投射レンズ系８１を介してスクリーン１０１に到達する。

なお、図１、図４、図５において、光ミキシング素子１２から出射した照明光束は中心光線２０１だけを示し、その他の光束については、図示を省略している。

反射型画像表示素子７は、図７に示すように、７−１から７−ｋまでの２次元的に配置された複数の微小ミラーで構成されていて、長方形状の有効反射面を有している。各微小ミラーは、独立して傾きを変化させることができる。この各微小ミラーに対し所定の向きから所定の角度で入射する照明光に対して、反射角度を変化させることで、オン状態とオフ状態を作る。各微小ミラーの偏向角度はおよそ±１２°である。オン状態とは、反射光を後続の投射光学系８に入射させる状態をいい、オフ状態とは反射光を後続の投射光学系には入射しないように別の方向に偏向させた状態をいう。

反射型画像表示素子７は、例えば、長手方向の微小ミラー数Ｍが１２８０個、短手方向の微小ミラー数Ｎが８００個であって、合計１０２４０００個の微小ミラーを有している（合計ｋ＝Ｍ×Ｎ）。また反射型画像表示素子７の有効反射面のアスペクト比は、例えば、１２８０：８００（１６：１０）であって、各微小ミラーの配置間隔（画素ピッチ）は１０．８ミクロンである。

ここで、光源１１から反射型画像表示素子７に至る照明光学系を構成する各光学素子の仕様を表１に示す。

表１中の「照明レンズ１」および「照明レンズ２」は、レンズ３を構成し、光源１１側から、照明レンズ１、照明レンズ２の順に配置されている。

また、光源１１から反射型画像表示素子７に至る照明光学系を構成する各光学素子の位置座標を表２に示す。

表２中のα、β、γはそれぞれ各光学素子のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸回りの回転角を示している。照明レンズ１は、入射面が球面で出射面に非球面を有するレンズである。非球面形状は以下の式１で表される。
（式１）
ｚ’’（ｘ’、ｙ’）＝（ｃ・ｒ^２）／［１＋｛１−（ｃ・ｒ）^２｝^１／２］＋ｃ０４・ｒ^４＋ｃ０６・ｒ^６＋ｃ０８・ｒ^８＋ｃ１０・ｒ^１０＋ｃ１２・ｒ^１２＋ｃ１４・ｒ^１４、ｃ＝１／Ｒ、ｒ＝｛（ｘ’）^２＋（ｙ’）^２｝^１／２

ただし、式１におけるｚ’’は個々のレンズの面頂点を原点としたローカル座標系ｘ'、ｙ'、ｚ'で表される。すなわち、ｚ’’がレンズ面のサグ量である。レンズ３を構成する２枚のレンズの中心軸（光軸）は、共にｚ軸に平行に配置されている。なお、照明レンズ２は両面とも球面のレンズである。

第１ミラーである第１照明ミラー４は、反射面が平面のミラーである。第２ミラーである第２照明ミラー５は、反射面が球面形状の凹面ミラーである。第１照明ミラー４および第２照明ミラー５は、いずれも、その反射面の光学的有効範囲において、反射面の面法線がｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のいずれの軸とも平行になることはない。

反射型画像表示素子７を構成する微小ミラーがオン状態にあるとき、第２照明ミラー５からの光線は投射光学系８に向けて反射される。反射型画像表示素子７の反射面は、ｘｚ面に平行に設置されたスクリーン１０１上に、投射光学系８によって拡大投射される。

次に、画像表示装置１００が備える投射光学系８を構成する投射レンズ系８１について、図８の光学配置図を用いて説明する。図８に示すように、投射レンズ系８１は、５群で
１４枚構成のズームレンズである。なお、図８（ａ）は、広角端のレンズ配置状態を示している。また、図８（ｂ）は、望遠端のレンズ配置状態を示している。投射レンズ系８１の光軸８０１は、原点（＝反射型画像表示素子７の中心）からｘ軸方向に４.８ｍｍだけ変位している。

投射レンズ系８１は、拡大側から順番に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４と、第５レンズ群Ｇ５と、を有してなる。なお、図８中のＣＧは、反射型画像表示素子７のカバーガラス６である。

第１レンズ群Ｇ１は負群であって、縮小側に凹面の負レンズＬ１１と、拡大側に凹面の負レンズＬ１２と、縮小側に凹面の負レンズＬ１３と、により構成される。

第２レンズ群Ｇ２は負群であって、両面凸の正レンズＬ２１と、両面凹の負レンズＬ２２と、縮小側に凸面のレンズＬ２３と、拡大側に凹面の負レンズＬ２４と、により構成される。なお、レンズＬ２３とレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群であって、両面凸の正レンズＬ３１により構成される。

第４レンズ群Ｇ４は正群であって、拡大側に凸面の正レンズＬ４１と、拡大側に凸面の正レンズＬ４２と、により構成される。

第５レンズ群Ｇ５は弱い負群であって、拡大側に凸面の負レンズＬ５１と、両面凸の正レンズＬ５２と、拡大側に凹面の負レンズＬ５３と、両面凸面の正レンズＬ５と、により構成される。なお、レンズＬ５１とレンズＬ５２は接合されている。

投射レンズ系８１は、広角端から望遠端にズーミングする際には、第２レンズ群Ｇ２が縮小側に移動し、第３レンズ群Ｇ３から第５レンズ群Ｇ５が拡大側に移動する。

投射レンズ系８１の光学特性を示す数値を表３に示す。なお、表３中に記載の記号の意味は以下の通りである。
Ｆ：光学系全体の焦点距離
Ｆｎｏ：開口数
Ｒ：曲率半径
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｌｅｎｓ：各レンズの符号
Ｇｒｏｕｐ：各レンズ群の符号

表３において、最左列の数値は、各レンズの面番号を示している。面番号にアスタリスク（＊）が付されているものは、その面形状が以下の式２で定義される非球面であることを表している。各非球面係数の数値を表４に示す。

（式２）
ｚ’’（Ｈ）＝（Ｈ^２／Ｒ）／［１＋｛１−ｋ（Ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］＋Ｃ４Ｈ^４＋Ｃ６Ｈ^６＋Ｃ８Ｈ^８＋Ｃ１０Ｈ^１０＋・・・

なお、式２におけるｚ’’は、図８における投射レンズ系８１の光軸８０１との交点をローカル座用系の原点とした各レンズ面の、サグ量である。またＨは、図８における投射レンズ系８１の光軸８０１との交点をローカル座用系の原点としたときの、各レンズ面の光軸８０１からの距離である。

表３において、Ｓ６、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ２０で示す各レンズの面間隔Ｄは、投射レンズ系８１がズーミングした際に、表５に示す通りに変化する。なお、各数値は、投射距離（レンズＬ１１の出射面からスクリーン１０１までの距離）は１６００ｍｍのときのものである。

次に、投射レンズ系８１の最適な構成を満たす条件式の数値例を表６に示す。なお、表６中の各記号の意味は、以下の通りである。
Ｆ５：第５レンズ群Ｇ５の焦点距離
Ｆ５ｎ：第５レンズ群Ｇ５の最も縮小側の負レンズの焦点距離
Ｆ５ｐ：第５レンズ群Ｇ５の最も縮小側の正レンズの焦点距離
Ｆ３：第３レンズ群Ｇ３の焦点距離
Ｆ４：第４レンズ群Ｇ４の焦点距離
Ｆw：投射光学系８の全系の広角端の焦点距離
Ｆ２：第２レンズ群Ｇ２の焦点距離
ＥＰｗ：広角端における反射型画像表示素子７の反射面から入射瞳までの距離
ＤＭＤＨＴ：縮小側に対する光軸から反射型画像表示素子７の最周辺までの距離
ＢＦｗ：広角端における最も縮小側のレンズの縮小側の面から反射型画像表示素子７の反射面までの距離

図９は、上述した照明光学系と投射光学系８を備える画像表示装置１００において、投射レンズ系８１が広角端（ａ）と望遠端（ｂ）の状態にあるときのスクリーン１０１上の照度分布の例である。図９の照度分布は、光源１１に独国フィリップス社製のランプ（型名：ＵＨＰ ２４０−１９０Ｗ ０．８ Ｅ２０．９ ＦｕｓｉｏｎＳｔａｒ）を用いた状態を想定したシミュレーションの結果である。なお、このシミュレーションは、米国Ｓｙｎｏｐｓｙｓ社のＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓを用いて実行したものである。

図９に示す照度分布は、スクリーン１０１の有効投射領域内最大照度を「１」に規格化して表示している。図９に示すように、有効投射領域内での周辺照度比は、広角端が８０.２％、望遠端が７３.５％である。周辺照度比は５５％程度以上であれば目視上はフラットな明るさに見えるため、広角端および望遠端のいずれもムラのない良好な明るさの分布を示している。

ここで、周辺照度比とは、スクリーン１０１の明るさの均一性を示す指標として用いられるものである。図１０は、画像表示装置１００における周辺照度比を説明する図である。図１０に示すようにスクリーン１０１の有効投射領域２５１を９分割し、各分割領域の中心位置（図１０における丸付き数字の１から９が配置されている位置）の照度の平均値をＬＡとする。また、有効投射領域２５１の対角長を１として、対角線上で四隅から０．０５だけ内側に入った位置（図１０における４角の黒点の位置）における照度の最小値をＬｍとする。このときのＬｍとＬＡの比率（Ｌｍ／ＬＡ）が周辺照度比である。

次に、本発明に係る画像表示装置の実施例について説明する。図１１は、本実施例に係る画像表示装置１００が備える投射光学系８を、反射型画像表示素子７側から見た斜視図である。図１、図４、図５を用いてすでに説明した構成については、詳細な説明を省略する。なお、図１１において、光源１１からレンズ３までの構成は図示を省略している。

図１１に示すように、投射光学系８を構成する鏡胴１０は、入射側より順に円筒形状の第１鏡胴部１００１と、円筒形状の第２鏡胴部１００２、矩形形状の第３鏡胴部１００３を有している。ここで、照明光学系の第２照明ミラー５は、投射光学系８の第１鏡胴部１００１に近接して配置されるため、鏡胴１０側の側面は第１鏡胴部１００１の外形状に沿うように円弧状に切り欠かれている。

なお、例えば、第１鏡胴部１００１の外径φは２３.６ｍｍであって、第２鏡胴部１００２の外径φは４１.５ｍｍであって、第３鏡胴部１００３の外寸は６６ｍｍ×６６ｍｍであって、第２照明ミラー５の切り欠き部の切り欠き径φは２７ｍｍである。

また、図１１に示すように、画像表示装置１００は、第１遮光部材２１と、第２遮光部材２２と、を具備している。第１遮光部材２１は、第２照明ミラー５と第２鏡胴部１００２の間に配置される。第１遮光部材２１は、第１照明ミラー４で反射され第２照明ミラー５側に向かう照明光のうち、第２照明ミラー５の切り欠きと第１鏡胴部１００１との間隙を抜けて第２鏡胴部１００２側に向かう光を遮光する。

本実施例において、第１遮光部材２１は、第１鏡胴部１００１の外径よりも大きな穿通穴（例えば内径φが２５ｍｍ）を有する円板形状の部材である（例えば外径φが４９ｍｍ、厚みが０.５ｍｍ）。第１遮光部材２１は、ｘｚ面と平行に配置される。なお、第１遮光部材２１は、ｘｚ面に対し傾きを有していても良い。また、第１遮光部材２１は、形状を円板形状に限るものではない。

第２遮光部材２２は、鏡胴１０の先端部である第１鏡胴部１００１と第２照明ミラー５の切り欠き部の間隙に配置されていて、第１鏡胴部１００１の外周を覆う円筒形状の部材である。第２遮光部材２２は、例えば外径φが２６ｍｍ、内径φが２５ｍｍ、長さが９ｍｍである。

第２遮光部材２２は、第１鏡胴部１００１とは同軸構造になるように配置されている。第２遮光部材２２によって、第２照明ミラー５で反射されて反射型画像表示素子７に向かう照明光のうち、第１鏡胴部１００１を照射する光の一部を遮光することができる。第２遮光部材２２は、円筒の軸方向がｙ軸方向と一致している。

本実施例において、第２遮光部材２２の形状は、外観が寸胴状である。しかし、第２遮光部材２２の形状はこれに限るものではなく、反射型画像表示素子７側と第１遮光部材２１側で、内外径が変化するテーパー状のものでもよい。また、軽量化のために遮光性能に影響しない範囲で一部が切り欠かれた形状であっても良い。

第１遮光部材２１と第２遮光部材２２の地肌面は平滑面でもよいし、拡散性を有する粗面であればなお良い。第１遮光部材２１と第２遮光部材２２の外表面は、反射防止の為の黒色のコーティングが施されている。

また、第１遮光部材２１と第２遮光部材２２は、一体物であっても良いし、別体物を接合して一体化したものであっても良い。

次に、本実施例に係る投射光学系８の構成部材の寸法と配置位置の例について説明する。図１３は、実施例１に係る投射光学系８の構成部材の寸法と配置位置の例を示す図であって、第１遮光部材２１と第２遮光部材２２のそれぞれの、寸法、配置位置の例、及び第１鏡胴部１００１から第２鏡胴部１００２までの寸法と配置位置の例を示している。画像表示装置１００が搭載する投射光学系８は、ズーム系であるから、鏡胴１０のうち第１鏡胴部１００１が、ズーミングに際してｙ軸方向に移動する。

図１３は投射光学系８が広角端にある状態を示しているので、第１鏡胴部１００１の先端が反射型画像表示素子７に最も近づく状態である。表３及び表６に示すとおり、投射レンズ系８１が広角端のときのＢｆは、３１．９ｍｍであって（Ｂｆ＝１１．８／０＋３７）、第１鏡胴部１００１の先端から反射型画像表示素子７までの距離は、最短の３２ｍｍとなる。これによって、反射型画像表示素子７に向かう照明光が、第１鏡胴部１００１を照射する割合は最大になる。

図１３は、光源１１からレンズ３の構成は図示を省略している。図１３において、第１遮光部材２１と第２遮光部材２２は、不図示のハウジングに保持されて固定される。つまり、第１遮光部材２１と第２遮光部材２２は、ともに投射光学系８の鏡胴１０とは接触しておらず、非接触の状態で保持固定されている。

次に、本実施例１に係る画像表示装置１００の照明性能と、第１遮光部材２１及び第２遮光部材２２の関係について説明する。表７は、画像表示装置１００に第１遮光部材２１と第２遮光部材２２を配置した場合と、第１遮光部材２１と第２遮光部材２２を配置しない場合の違いを説明するものである。表７において、それぞれの照明性能（出力光束と被投射面上の周辺照度比）と、鏡胴１０を照射する光のパワーと、をシミュレーションした結果を示す。なお、出力光束と鏡胴照射光パワーは、いずれの遮光部材も無い状態を１（＝１００％）として規格化した数値である。

表７に示すとおり、第１遮光部材２１と第２遮光部材２２とを配置した状態でのスクリーン１０１上の明るさとスクリーン１０１上の明るさの均一性のそれぞれは、各遮光部材を配置しない状態と等しい。すなわち、本実施例に係る画像表示装置１００は、出力光束と周辺照度比が低下することはなく、鏡胴１０への照射光をほぼ半減させることができる。なお、本発明において、スクリーン１０１上の明るさとスクリーン１０１上の明るさの均一性が等しいとは、完全に一致する場合のほか、ほぼ等しい場合も含むものとする。

なお、鏡胴１０の温度上昇の影響を更に抑制するため、第１遮光部材２１と第２遮光部材２２に、光線吸収による発熱をハウジング外部に逃がす構造を有してもよい。

以上説明した画像表示装置１００によれば、スクリーン１０１に投射される光の明るさと、スクリーン１０１に投射される光による明るさの均一性を低下させることなく、投射光学系８への不要光の照射を低減することができる。

すなわち、画像表示装置１００は、第１遮光部材２１と第２遮光部材２２により、投射光学系８の温度上昇を抑制することができるので、投射レンズ系８１を構成する各レンズの曲率半径、レンズ間距離及び屈折率が、温度上昇により変化することがない。

これによって、画像表示装置１００は、反射型画像表示素子７とスクリーン１０１との共役関係の崩れや、投射画像の解像度の劣化を抑制できるので、投射画像品質の安定化を図ることができる。

次に、本発明に係る画像表示装置の別の実施例について説明する。図１２は、本実施例に係る画像表示装置１００が備える投射光学系８を、反射型画像表示素子７側から見た斜視図である。図１、図４、図５を用いてすでに説明した構成については、詳細な説明を省略する。なお、図１２において、光源１１からレンズ３までの構成は図示を省略している。

本実施例に係る画像表示装置１００が備える第２遮光部材２２は、実施例１に係る第２遮光部材２２と形状が異なっている。すなわち、本実施例に係る第２遮光部材２２は、投射光学系８の光軸を挟んで第２照明ミラー５の反対側の部分が、反射型画像表示素子７の方向に伸長した形状を有している。また、本実施例に係る第２遮光部材２２の底面には、ｘｚ面に平行の第３遮光部材２３が付加されている。第３遮光部材２３は、投射光学系８の光軸を挟んで第２照明ミラー５側が切りか欠かれた形状を有している。

次に、本実施例に係る投射光学系８の構成部材の寸法と配置位置の例について説明する。図１４は、実施例２に係る投射光学系８の構成部材の寸法と配置位置の例を示す図であって、第１遮光部材２１、第２遮光部材２２及び第３遮光部材２３のそれぞれの、寸法、配置位置の例を示している。また、図１４は、実施例２に係る第１鏡胴部１００１から第２鏡胴部１００２までの寸法と配置位置の例を示している。画像表示装置１００が搭載する投射光学系８は、ズーム系であるから、鏡胴１０のうち第１鏡胴部１００１が、ズーミングに際してｙ軸方向に移動する。

図１４は投射光学系８が広角端にある状態を示しているので、第１鏡胴部１００１の先端が反射型画像表示素子７に最も近づく状態である。表３及び表６に示すとおり、投射レンズ系８１が広角端のときのＢｆは、３１．９ｍｍであって（Ｂｆ＝１１．８／０＋３７）、第１鏡胴部１００１の先端から反射型画像表示素子７までの距離も、最短の３２ｍｍとなる。これによって、反射型画像表示素子７に向かう照明光が、第１鏡胴部１００１を照射する割合は最大になる。

図１５は、本実施例に係る第１遮光部材２１、第２遮光部材２２、及び第３遮光部材２３の寸法の例を示す図である。図１５（ａ）は、第１遮光部材２１、第２遮光部材２２、及び第３遮光部材２３を、反射型画像表示素子７側から見た図である。
図１５（ｂ）は、第１遮光部材２１、第２遮光部材２２、及び第３遮光部材２３を、ｚ軸方向から見た図である。

第１遮光部材２１、第２遮光部材２２、及び第３遮光部材２３の地肌面は平滑面でもよいし、拡散性を有する粗面であればなお良い。なお、第１遮光部材２１、第２遮光部材２２、及び第３遮光部材２３の外表面は反射防止用の黒色コーティングが施されていればよい。

また、第１遮光部材２１と第２遮光部材２２と第３遮光部材２３は、一体物であっても良いし、別体物を接合して一体化したものであっても良い。

図１４は、光源１１からレンズ３の構成は図示を省略している。図１４において、第１遮光部材２１と第２遮光部材２２と第３遮光部材２３は、いずれも不図示のハウジングに保持されて固定される。つまり、第１遮光部材２１、第２遮光部材２２、及びと第３遮光部材２３は、ともに投射光学系８の鏡胴１０とは非接触で保持固定されている。

次に、本実施例２に係る画像表示装置１００の照明性能と、第１遮光部材２１、第２遮光部材２２、及び第３遮光部材２３との関係について説明する。表８は、画像表示装置１００において、第１遮光部材２１、第２遮光部材２２、及び第３遮光部材２３を配置した場合と、配置しない場合の違いを説明するものである。表８において、それぞれの照明性能（出力光束と被投射面上の周辺照度比）と、鏡胴１０を照射する光のパワーと、をシミュレーションした結果を示す。なお、出力光束と鏡胴照射光パワーは、いずれの遮光部材も無い状態を１（＝１００％）として規格化した数値である。

表８に示すとおり、第１遮光部材２１と第２遮光部材２２と第３遮光部材２３とを配置した状態でのスクリーン１０１上の明るさとスクリーン１０１上の明るさの均一性のそれぞれは、各遮光部材を配置しない状態と等しい。すなわち、本実施例に係る画像表示装置１００は、投射光学系８を介してスクリーン１０１に向かう光線を遮光しない形状の第３遮光部材２３を有し、投射光学系８を介してスクリーン１０１に向かう光線を遮光しない位置に、上記各遮光部材が配置されている。

なお、鏡胴１０の温度上昇を更に抑制するために、第１遮光部材２１、第２遮光部材２２及び第３遮光部材２３に、光線吸収による発熱をハウジング外部に逃がす構造を有していてもよい

以上説明した画像表示装置１００によれば、スクリーン１０１に投射される光の明るさと、スクリーン１０１に投射される光による明るさの均一性を低下させることなく、投射光学系８への不要光の照射を低減させることができる。

すなわち、画像表示装置１００は、第１遮光部材２１、第２遮光部材２２、及び第３遮光部材２３により投射光学系８の温度上昇を抑制することができる。これによって、投射レンズ系８１を構成する各レンズの曲率半径、レンズ間距離及び屈折率が、温度上昇により変化することがない。

つまり、画像表示装置１００は、反射型画像表示素子７とスクリーン１０１との共役関係の崩れや、投射画像の解像度が劣化を抑制できるので、投射画像品質の安定化を図ることができる。

また、本実施例に係る画像表示装置１００は、第３遮光部材２３によって、不要な光線が投射光学系８に進入するのを抑制することができる。これによって、スクリーン１０１上での迷光（ゴースト光）の発生を防止できる。すなわち、本実施例に係る画像表示装置１００は、第３遮光部材２３によって、投射画像品質の向上と安定化が図ることができる。

なお、第３遮光部材２３の形状は、図１２及び図１５に示したような台形状に切り欠いた形状に限ることはなく、上述した機能を発揮可能な形状であれば、円形状や楕円形状、または、多角形状のいずれでもよい。

以上のように、本発明に係る画像表示装置によれば、投射光学系への不要光の照射を低減させ、投射光学系の温度上昇を抑制して、投射される画像品質を安定させることができる。

３ レンズ
４ 第１照明ミラー
５ 第２照明ミラー
６ カバーガラス
７ 反射型画像表示素子
８ 投射光学系
１０ 鏡胴
１１ 光源
１２ 光ミキシング素子
１３ 防爆ガラス
１４ カラーホイール
２１ 第１遮光部材２１
２２ 第２遮光部材２２
２３ 第３遮光部材２３
８１ 投射レンズ系

特許第３９０４５９７号明細書

Claims (10)

1. 光源と、複数の微小ミラーを有する反射型画像表示素子と、前記光源から前記反射型画像表示素子までの光路上に配置される複数の光学素子を有する照明光学系と、前記複数の微小ミラーのうちオン状態にある微小ミラーからの反射光を被投射面に投射する投射光学系と、を備えた画像表示装置において、
   前記光源から出射されて前記反射型画像表示素子に向かう光線の光路上には、レンズ、第１ミラー、第２ミラーの順に光学素子が配置されていて、
   前記第１ミラーで反射されて前記第２ミラー側に向かう光線の一部を遮光する第１遮光部材を有し、
   前記第１遮光部材は、前記投射光学系の投射レンズを保持する鏡胴には非接触の状態で保持固定されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記鏡胴の前記反射型画像表示素子側に位置する第１鏡胴部の側面の一部には、第２遮光部材が設けられている請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記第２遮光部材は、前記鏡胴には非接触の状態で保持固定されていることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
4. 前記第１遮光部材と前記第２遮光部材とを配置した状態での前記被投射面上の明るさと前記被投射面上の明るさの均一性のそれぞれは、前記第１遮光部材と前記第２遮光部材とを配置しない状態での前記被投射面上の明るさと前記被投射面上の明るさの均一性のそれぞれと等しい請求項２または３記載の画像表示装置。
5. 前記第１遮光部材と前記第２遮光部材とは、一体物として形成されているか、または、別体を接合して一体化されている請求項２乃至４のいずれかに記載の画像表示装置。
6. 前記鏡胴の前記反射型画像表示素子側の端部と前記反射型画像表示素子との間に第３遮光部材が設けられていて、
   前記第３遮光部材は、前記投射レンズの光軸を挟んで前記第２ミラー側が切り欠かれた形状をしている請求項２乃至５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記第３遮光部材は、前記反射型画像表示素子で反射されて前記投射光学系を介して前記被投射面に向かう光線を遮光しない位置に配置されている請求項６記載の画像表示装置。
8. 前記第３遮光部材は、前記鏡胴には非接触の状態で保持固定されている請求項６または７記載の画像表示装置。
9. 前記第１遮光部材と前記第２遮光部材と前記第３遮光部材とを配置した状態での前記被投射面上の明るさと前記被投射面上の明るさの均一性のそれぞれは、前記第１遮光部材と前記第２遮光部材と前記第３遮光部材とを配置しない状態での前記被投射面上の明るさと前記被投射面上の明るさの均一性のそれぞれと等しい請求項６乃至８のいずれかに記載の画像表示装置。
10. 前記第１遮光部材と前記第２遮光部材と前記第３遮光部材とは、一体物として形成されているか、または、別体を接合して一体化されている請求項６乃至９のいずれかに記載の画像表示装置。