WO2007046506A1 - 画像表示装置 - Google Patents

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WO2007046506A1
WO2007046506A1 PCT/JP2006/320971 JP2006320971W WO2007046506A1 WO 2007046506 A1 WO2007046506 A1 WO 2007046506A1 JP 2006320971 W JP2006320971 W JP 2006320971W WO 2007046506 A1 WO2007046506 A1 WO 2007046506A1
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WO
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mirror
light
image display
display device
screen
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/320971
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English (en)
French (fr)
Inventor
Eiji Morikuni
Masatoshi Yonekubo
Toshihiko Sakai
Shunji Kamijima
Original Assignee
Seiko Epson Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corporation filed Critical Seiko Epson Corporation
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Priority to JP2007541066A priority patent/JP4438867B2/ja
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/28—Reflectors in projection beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
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    • G02B17/0852—Catadioptric systems having a field corrector only
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    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface
    • G03B21/62—Translucent screens

Definitions

  • the present invention relates to an image display device, and more particularly to a technique of an image display device that displays an image by transmitting light according to an image signal to a screen.
  • an image display device that displays an image by transmitting light according to an image signal
  • the housing is thinned by causing light to enter the screen obliquely (for example, see Patent Documents 1 to 3.) 0
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-275831
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-84576
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-207190
  • an image display device for displaying an image by light modulated in accordance with an image signal, including a projection lens and reflection.
  • the projection lens and the second mirror are light beams from the projection lens.
  • An image display device characterized in that the axis and the optical axis of the second mirror are substantially aligned, and the light from the optical engine unit is shifted to the specific side of the optical axis force of the projection lens and travels. Can be provided.
  • the image display device can be made thinner as light travels in a direction along the screen surface in the housing.
  • the image display device can be made thin and the control of the traveling direction of the light can be facilitated.
  • the image display device is configured to bend the optical path downward with the third mirror. Providing the third mirror at the top of the case avoids the case where the case increases in size in the vertical direction, and avoids the situation of securing a large space under the screen.
  • the housing can be made compact by bending the optical path with the first mirror and the third mirror.
  • the projection optical system does not mix lenses and mirrors, but separates them. Is possible. By separating the lens and the mirror, it is possible to easily adjust the position of each part and reduce the manufacturing cost. Furthermore, by arranging the projection lens and the second mirror so that the optical axis of the projection lens and the optical axis of the second mirror are substantially coincident with each other, it is possible to adopt a normal coaxial design method. is there. Therefore, it is possible to realize an optical system with a small number of man-hours for designing an optical system and a small amount of difference. As a result, an image display device capable of displaying an image by accurately advancing light can be obtained in a thin and thin configuration where the non-display portion adjacent to the screen is small.
  • the optical axis force of the screen substantially coincides with the optical axis of the projection lens and the optical axis of the second mirror.
  • the first mirror and the second mirror have an incident surface of the first mirror and a portion of the second mirror on which light having the first mirror force is incident. It is desirable to form a line that is substantially parallel to the cross section that includes the normal line of the screen and is substantially orthogonal to the third mirror.
  • the optical path can be bent approximately 90 degrees by the first mirror and the second mirror, respectively. According to this aspect, it is possible to bend the optical path by approximately 90 degrees with the first mirror and the second mirror in a state where the first mirror and the second mirror are closest to each other.
  • the light traveling directions are aligned by using the shift optical system, the light traveling directions can be accurately controlled by the first mirror and the second mirror.
  • the image display device can be further thinned by bringing the first mirror and the second mirror close to each other.
  • the light beam of light traveling from the second mirror to the third mirror is substantially parallel to the screen.
  • a coaxial optical system that makes the optical axis of the projection lens, the optical axis of the second mirror, and the optical axis of the screen substantially coincide with each other, and the light travels from the second mirror to the third mirror approximately parallel to the screen.
  • the projection optical system includes a first mirror that is approximately 90 degrees. It is desirable to be configured so that the light from the bent projection lens is incident on the second mirror.
  • the optical engine unit can be disposed at a position directly below the third mirror.
  • the first mirror and the second mirror are configured to bend the optical path by approximately 90 degrees, the first mirror and the second mirror can be placed closest to each other. Thereby, the length in the thickness direction of the housing can be shortened, and the image display device can be made thin.
  • the projection optical system is configured integrally with a projection lens, a first mirror, and a second mirror.
  • the positional relationship among the projection lens, the first mirror, and the second mirror in the projection optical system can be determined, for example, so that the optical path is bent approximately 90 degrees by the first mirror and the second mirror, respectively.
  • the third mirror is provided in the vicinity of the outer edge portion of the screen, and the optical engine portion is opposite to the side on which the third mirror is provided with respect to the center of the screen. It is desirable to be arranged on the side.
  • the third mirror can be arranged at the upper part of the casing and the optical engine section can be arranged at the lower part of the casing.
  • the optical path from the optical engine unit to the screen can be lengthened.
  • the shift optical system is employed in the present invention, the incident angle of light incident on the screen can be increased, and a sufficient space behind the screen can be secured in the lower part of the housing. For this reason, the space in the casing can be effectively utilized by arranging the optical engine section at the bottom of the casing.
  • both the projection lens force and the light traveling to the first mirror and the light traveling from the second mirror to the third mirror travel in the direction along the screen. It is desirable. Thereby, the length in the thickness direction of the housing can be shortened, and the image display device can be made thin.
  • the optical engine unit is disposed in the vicinity of the screen and at a position other than the position where the light incident on the screen from the third mirror is incident.
  • the non-display part adjacent to the screen can be made small by arranging the optical engine part on the back of the screen. Since the shift optical system is employed in the present invention, it is possible to secure a sufficient space behind the screen at the lower part of the casing. For this reason, the space in the housing can be effectively utilized by arranging the optical engine section at the lower portion of the housing.
  • the screen has an angle conversion unit that converts the angle of light with a third mirror force, and the angle conversion unit is a first surface on which light from the third mirror is incident. And a second surface that reflects light from the first surface.
  • the angle conversion unit has a plurality of prism portions formed by the first surface and the second surface, and the first surfaces and the second surfaces of the prism portions are in contact with each other.
  • the light traveling direction is aligned by the shift optical system. Therefore, by forming a prism portion having the first surface and the second surface having substantially the same inclination, the light is efficiently transmitted toward the viewer. Can be advanced.
  • the prisms can be formed so as to have substantially the same cross-sectional shape, the screen can be easily processed and the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, it is possible to reflect light in the same direction and in the same direction regardless of the position on the screen, and to reduce the difference in how images are displayed at each position on the screen.
  • the third mirror has an angle force with respect to the normal line of the screen of SO degrees or more and 10 degrees or less.
  • the angle of the incident ray with respect to the normal of the screen is a maximum of 80 degrees.
  • the optical engine unit includes a spatial light modulator that modulates light according to an image signal, and the spatial light modulator is shifted from the optical axis to a specific side. Therefore, it is desirable to be provided at a position where the traveling light enters. As a result, the light shifted from the optical axis can be efficiently incident on the spatial light modulator.
  • the projection lens includes at least one of the front group lenses. It is desirable for one to have a shape that is partially removed.
  • the light that travels to the screen in the third mirror force may come in contact with a part of the front lens group. Since the shift optical system is employed in the present invention, it is possible to remove a part of the circular lens other than the part through which the light from the optical engine part passes.
  • the front group lenses by removing the part where the light traveling from the third mirror to the screen contacts, it is possible to avoid the situation where the light incident on the screen is blocked by the projection lens.
  • the projection lens can be reduced in size, and the image display device can be reduced in size.
  • the projection lens can be easily formed by storing a substantially circular lens in a lens barrel and then cutting each lens together.
  • a semi-circular lens it is possible to form two lenses at a time by dividing the normal circular lens into two. Thereby, the manufacturing cost can be reduced.
  • it is possible to shift the projection lens toward the first mirror by removing the part where the light traveling from the third mirror to the screen contacts. By shortening the optical path from the projection lens to the screen, it is possible to improve the accuracy of the projection lens and easily reduce aberrations.
  • the light shielding part that shields light traveling directly from the projection optical system in the direction of the screen. If there is light traveling directly from the projection optical system toward the screen, the position where the projection optical system is provided may appear bright through the screen.
  • the light shielding portion can be easily installed by adhering to the surface of the first mirror opposite to the surface that reflects the light from the optical engine portion.
  • the screen includes an angle conversion unit that converts the angle of light with a third mirror force, and the angle conversion unit is a first surface on which light from the third mirror enters. And a plurality of prism portions formed by the second surface that reflects light from the first surface, and the prism portions are preferably arranged substantially concentrically around the optical axis.
  • the optical axis that is the center of the concentric circle in which the prism portion is disposed is located outside the screen. Concentrically around the optical axis
  • an image display device that displays an image by projecting light modulated in accordance with an image signal onto an irradiated surface.
  • the image display device includes: a projection lens; A projection optical system that projects a light modulated in accordance with an image signal of the optical engine unit power, and a first mirror that turns back the light of the first mirror and a second mirror that widens the light of the first mirror force by reflection.
  • the projection lens and the second mirror are arranged so that the optical axis of the projection lens and the optical axis of the second mirror are substantially coincident with each other, and the light from the optical engine section is specified from the optical axis of the projection lens. It is possible to provide an image display device that is shifted to the side and advanced.
  • the image display device can be made thinner as light travels in a direction along the irradiated surface in the housing.
  • the image display device can be made thin and control of the light traveling direction can be facilitated.
  • the image display device can be placed in close contact with the wall surface on which the irradiated surface is provided.
  • the projection optical system makes it possible to project ultrashort focus by widening the light with the second mirror.
  • the image display device can be arranged at a position close to the irradiated surface, and the image display device can be arranged with a high degree of freedom.
  • the optical axis of the projection lens and the optical axis of the second mirror are substantially parallel to the normal line of the irradiated surface. This makes the design of the optical system easier. Therefore, it is possible to reduce the number of man-hours for designing the optical system and realize an optical system with less aberration.
  • the entrance surface of the first mirror and the portion of the second mirror where the light having the first mirror force is incident are substantially parallel. Hope to be Good.
  • the traveling direction of light can be controlled more accurately. As a result, it is possible to obtain an image display device that can be easily installed with a high degree of freedom, and can display an image by accurately advancing light.
  • both the light traveling from the projection lens to the first mirror and the light reflected by the second mirror travel in the direction along the back surface. Therefore, an image display apparatus can be made thin.
  • the projection optical system is configured so that light from a projection lens bent by approximately 90 degrees in the first mirror is incident on the second mirror.
  • the first mirror and the second mirror are configured to bend the optical path by approximately 90 degrees, it is possible to place the optical engine unit at a position directly below the exit where the projection light is emitted to the outside. Further, the first mirror and the second mirror can be brought into the closest state. Thereby, the image display apparatus can be made thin.
  • the projection optical system is configured integrally with a projection lens, a first mirror, and a second mirror.
  • the optical engine unit includes a spatial light modulator that modulates light according to an image signal, and the spatial light modulator is shifted from the optical axis to a specific side. It is desirable to be provided at a position where the traveling light is incident. As a result, the light shifted from the optical axis can be efficiently incident on the spatial light modulator.
  • the projection lens has a shape in which at least one of the front group lenses is partially removed. Since the shift optical system is employed in the present invention, it is possible to remove a part of the circular lens other than the part through which the light of the optical engine part passes. By removing some of the circular lenses, the projection lens can be made smaller, and the image display device can be made smaller. In addition, the projection lens can be shifted toward the first mirror. By shortening the optical path from the projection lens to the screen, it is possible to improve the accuracy of the projection lens and easily reduce aberrations.
  • the optical engine unit and the third mirror are integrally fixed. It is desirable to have a fixing part to be used. By fixing the optical engine part and the third mirror with the fixed part, the relative position of the optical engine part and the third mirror can be accurately determined with reference to the fixed part.
  • the optical engine unit and the third mirror can be positioned with higher accuracy than the case where the housing is configured by combining the part with the optical engine unit fixed and the part with the third mirror fixed.
  • the fixed portion since the fixed portion has a strong configuration, the positional relationship between the optical engine portion and the third mirror can be maintained with high accuracy and high optical performance can be ensured.
  • the housing includes at least an optical engine unit, a projection optical system, and a third mirror, and the fixing unit is provided in the housing.
  • the fixing unit is provided in the housing.
  • the fixing portion further fixes at least one of the first mirror and the second mirror.
  • Optical performance can be further improved by increasing the positional accuracy of at least one of the first mirror and the second mirror.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projector according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an optical engine unit.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a main part of the screen.
  • FIG. 4 is a diagram showing the appearance of the projector as seen from the front.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement of each part of the projector.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an optical path of light from a projection lens.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an optical path of light from a projection lens.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining in detail the optical path to the second mirror.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the overall configuration of the projector.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an arrangement of each part for making the projector thinner.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an optical path of light incident on a screen.
  • FIG. 12 is a diagram showing the inclination of the second surface and the light loss rate on the second surface.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the performance of the projector.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the performance of the projector.
  • FIG. 15 is a diagram showing a perspective configuration of a projection lens in Example 2 of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the projection lens.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining the advantages of the projection lens.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining the performance of the projector.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining the performance of the projector.
  • FIG. 20 is a diagram showing a schematic configuration of a projector according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram showing a planar configuration of a Fresnel lens.
  • FIG. 22 is a diagram showing a schematic configuration of a projector according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 23 is a diagram showing a schematic configuration of a projector according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 24 is a diagram showing a perspective configuration of a screen and a fixing part.
  • Optical engine section 20 Projection lens, 30 1st mirror, 40 2nd mirror, 50 3rd mirror, 60 screen, 70 Enclosure, 80 Support section, 90 Projection optical system, 100 Projector, 101 Super high pressure mercury lamp, 102 integrator, 103 polarization conversion element, 104 reflection mirror, 105R R light transmission dichroic mirror, 105G
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a projector 100 that is an image display apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the configuration shown in FIG. 1 is a YZ cross-sectional configuration in which projector 100 is cut at the center in the X direction.
  • the projector 100 is an image display device that displays an image by transmitting light modulated in accordance with an image signal to the screen 60, and is a so-called rear projector.
  • the optical engine unit 10 supplies light modulated in accordance with the image signal in the positive Y direction.
  • the optical engine unit 10 is disposed on the back side of the screen 60 and on the bottom surface of the housing 70.
  • a projection lens 20 is attached to the exit side of the optical engine unit 10.
  • FIG. 2 illustrates the configuration of the optical engine unit 10 with the projection lens 20 attached.
  • the ultra-high pressure mercury lamp 101 which is a light source unit, has red light (hereinafter referred to as “R light”) as the first color light, green light (hereinafter referred to as “G light”) as the second color light, and third light.
  • R light red light
  • G light green light
  • B light blue light
  • the integrator 102 makes the illuminance distribution of the light from the ultra-high pressure mercury lamp 101 substantially uniform.
  • the light having a uniform illuminance distribution is converted into polarized light having a specific vibration direction, for example, s-polarized light by the polarization conversion element 103.
  • the light converted into s-polarized light is incident on the R light transmitting dichroic mirror 105R after the optical path is bent 90 degrees by the reflecting mirror 104.
  • the R light transmitting dichroic mirror 105R transmits R light and reflects G light and B light.
  • R light transmissive dichroic mirror 105R was transmitted
  • the optical path of the R light is bent 90 degrees by the reflection mirror 105 and enters the spatial light modulator 107R.
  • the spatial light modulator 107R is a transmissive liquid crystal display device that modulates R light in accordance with an image signal. Since the polarization direction of the light does not change even if it passes through the dichroic mirror, the R light incident on the spatial light modulator 107R remains as s-polarized light.
  • the s-polarized light incident on the spatial light modulator 107R is incident on a liquid crystal panel (not shown).
  • a liquid crystal layer for image display is sealed between two transparent substrates.
  • the s- polarized light incident on the liquid crystal panel is converted into p-polarized light by modulation according to the image signal.
  • Spatial light modulator 107R emits R light converted to p-polarized light by modulation. In this way, the R light modulated by the spatial light modulator 107R is incident on the cross dichroic prism 108 which is a color synthesis optical system.
  • the G light and B light reflected by the R light transmitting dichroic mirror 105R are incident on the B light transmitting dichroic mirror 105G after the optical path is bent by 90 degrees.
  • the B light transmission dichroic mirror 105G reflects G light and transmits B light.
  • the G light reflected by the B light transmitting dichroic mirror 105 G is incident on the spatial light modulator 107G.
  • the spatial light modulator 107G is a transmissive liquid crystal display device that modulates G light according to an image signal.
  • the s-polarized light incident on the spatial light modulation device 107G is converted into p-polarized light by modulation in the liquid crystal panel.
  • Spatial light modulator 107G emits G light converted to p-polarized light by modulation. In this way, the G light modulated by the spatial light modulation device 107G enters the cross dichroic prism 108.
  • the B light transmitted through the B light transmitting dichroic mirror 105G is incident on the spatial light modulator 107B via the two relay lenses 106 and the two reflecting mirrors 105.
  • the spatial light modulation device 107B is a transmissive liquid crystal display device that modulates B light according to an image signal.
  • the reason why B light passes through the relay lens 106 is that the optical path of B light is longer than the optical paths of R light and G light.
  • the s-polarized light incident on the spatial light modulator 107B is converted into p-polarized light by modulation in the liquid crystal panel.
  • Spatial light modulator 107B emits B light converted into p-polarized light by modulation.
  • the B light modulated by the spatial light modulator 107B is converted into the color synthesis optical system. Is incident on the cross dichroic prism 108.
  • the spatial light modulators 107R, 107G, and 107B may convert p-polarized light into s-polarized light by converting s-polarized light into p-polarized light by modulation.
  • the cross dichroic prism 108 which is a color synthesis optical system is configured by arranging two dichroic films 108 a and 108 b so as to be orthogonal to the X shape.
  • the dichroic film 108a reflects B light and transmits R light and G light.
  • the dichroic film 108b reflects R light and transmits B light and G light.
  • the cross dichroic prism 108 combines the R light, G light, and B light modulated by the spatial light modulators 107R, 107G, and 107B, respectively.
  • the projection lens 20 projects the light synthesized by the cross dichroic prism 108 in the direction of the first mirror 30 (see FIG. 1).
  • the first mirror 30 is provided at a position facing the projection lens 20 and the second mirror 40.
  • the first mirror 30 folds the light from the projection lens 20 in the direction of the second mirror 40 by reflection.
  • the first mirror 30 has a substantially flat planar shape.
  • the first mirror 30 can be configured by forming a reflective film on a parallel plate.
  • a highly reflective material layer for example, a metal member layer such as aluminum, a dielectric multilayer film, or the like can be used.
  • a protective film having a transparent member may be formed on the reflective film.
  • the second mirror 40 is formed on the back surface of the housing 70 at a position facing the first mirror 30.
  • the second mirror 40 widens the light from the first mirror 30 by reflection. Further, the second mirror 40 bends the light from the first mirror 30 approximately 90 degrees and advances the light toward the third mirror 50.
  • the second mirror 40 has an aspheric curved surface.
  • the second mirror 40 can be configured, for example, by forming a reflective film on a substrate having a resin member or the like.
  • the details of the configuration of the second mirror 40 are the same as the configuration of the projection mirror described in JP 2002-267823 A, for example.
  • the projection lens 20 can be made smaller than when the angle of light is widened only with the projection lens 20. That is, the projection lens 20 and the second mirror 40 enlarge the image and form an image on the irradiated surface.
  • the projection lens 20 has a function of enlarging the image and forming an image on the irradiated surface
  • the second mirror 40 has a function of enlarging the image.
  • the second The two mirrors 40 can be configured to correct image distortion.
  • the projection optical system 90 includes a projection lens 20, a first mirror 30, and a second mirror 40, and projects light from the optical engine unit 10.
  • the projection lens 20, the first mirror 30, and the second mirror 40 constituting the projection optical system 90 are integrally configured by a support unit 80.
  • the projection optical system 90 can separate the lens and the mirror without mixing them.
  • the projection lens 20 is formed by incorporating each lens into a lens barrel while performing centering in the same manner as a projection lens that is normally used.
  • the projection optical system 90 can be formed by fixing the projection lens 20, the first mirror 30, and the second mirror to the support unit 80 while aligning the optical axes.
  • the second mirror 40 since the second mirror 40 has a shape that widens light, it is relatively easy to make the optical axis of the second mirror 40 coincide with the optical axis of the projection lens 20.
  • the number of optical elements for aligning the optical axes increases, making assembly very difficult.
  • the second mirror 40 may be formed by forming a part of the support portion 80 in the shape of the second mirror 40 and applying a reflective film.
  • the third mirror 50 is provided in the vicinity of the upper outer edge of the screen 60 and on the ceiling surface of the housing 70.
  • the third mirror 50 turns the light from the projection optical system 90 in the direction of the screen 60 by reflection. Similar to the first mirror 30, the third mirror 50 has a substantially flat planar shape.
  • the projector 100 is configured such that the third mirror 50 is disposed on the upper side and the optical engine unit 10 is disposed on the lower side with respect to the center of the screen 60.
  • the optical engine unit 10 is provided at a position directly below the third mirror 50.
  • the light incident on the first mirror 30 from the projection lens 20 and the light incident on the third mirror 50 from the second mirror 40 travel upward.
  • the light can travel in the direction along the surface of the screen 60 in the housing 70, and the projector 100 can be made thin.
  • the projection optical system 90 bends the light by approximately 90 degrees by the first mirror 30 and the second mirror 40, respectively.
  • Screen 60 displays a projected image on the viewer's surface by transmitting light according to the image signal. It is a transmission type screen.
  • the screen 60 is provided on the front surface of the housing 70.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional configuration of the main part of the screen 60.
  • the screen 60 includes a Fresnel lens 310 provided on the side on which light corresponding to an image signal is incident.
  • the Fresnel lens 310 is an angle conversion unit that converts the angle of light from the third mirror 50.
  • the Fresnel lens 310 is configured by arranging prism portions 303 having a shape obtained by cutting out the convex surface of a convex lens on a plane. As shown in the plan configuration of FIG. 21, the plurality of prism portions 303 are arranged substantially concentrically around the optical axis AX.
  • the prism portion 303 has a substantially triangular shape formed by the first surface 301 and the second surface 302 in the YZ cross section passing through the center of the concentric circle.
  • the first surface 301 is incident on the light from the third mirror 50.
  • the second surface 302 reflects the light from the first surface 301.
  • Light from the third mirror 50 enters the prism portion 303 from the first surface 301.
  • the light incident on the prism portion 303 is totally reflected by the second surface 302 and then travels in the Z direction, which is the direction of the observer. In this way, the Fresnel lens 310 converts the angle of the light from the third mirror 50 toward the observer.
  • the screen 60 may be provided with a configuration other than the Fresnel lens 310, for example, a lenticular lens array or a microlens array that diffuses the light of the Fresnel lens 310, a diffusing plate in which a diffusing material is dispersed, or the like.
  • a configuration other than the Fresnel lens 310 for example, a lenticular lens array or a microlens array that diffuses the light of the Fresnel lens 310, a diffusing plate in which a diffusing material is dispersed, or the like.
  • FIG. 4 shows the appearance of projector 100 as seen from the front.
  • the projector 100 does not require a space below the screen 60 in the housing 70. From this, it is possible to reduce the non-display portion, which is a portion other than the screen 60, on the front surface of the projector 100. If the non-display portion can be made small, it is possible to improve the design, and it is possible to display a large image with the small casing 70.
  • FIG. 5 explains the arrangement of each part of projector 100.
  • the projection lens 20, the second mirror 40, and the screen 60 all form a so-called coaxial optical system in which the optical axes AX are substantially aligned.
  • a so-called shift optical system is formed in which light from the optical engine unit 10 is shifted from the optical axis AX to a specific side and travels. Specifically, the light from the optical engine unit 10 is shifted to the upper side of the paper in FIG.
  • the center normal of the image plane virtually formed on the exit surface of the cross dichroic prism 108 in the optical engine unit 10 is parallel to the optical axis AX. And shifted to the opposite side of the specific side, that is, the lower side of the page in FIG.
  • FIG. 5 with respect to the optical axis AX.
  • illustration of bending of the optical path in the first mirror 30 and the third mirror 50 is omitted.
  • illustration of the optical engine unit 10 is omitted.
  • the second mirror 40 has a substantially rotationally symmetric shape with respect to the optical axis AX.
  • the optical axis of the second mirror 40 and the optical axis of another configuration can be made substantially coincident. Since the second mirror 40 has an axisymmetric aspherical shape, it can be processed by a simple method such as a lathe. Therefore, the second mirror 40 can be manufactured easily and with high accuracy.
  • a shift optical system it is possible to align the traveling direction of light. By aligning light in the direction along the screen 60, the projector 100 has a thin configuration and can easily control the direction of light travel.
  • the third mirror 50 folds the light from the second mirror 40 downward in the optical path between the second mirror 40 and the screen 60. If the third mirror 50 is not provided and the optical path shown in FIG. 5 is employed as it is, it is necessary to dispose each part from the optical engine unit 10 to the second mirror 40 far away from the screen 60. In the projector 100, the third mirror 50 is provided on the upper part of the casing 70, so that the casing 70 can be prevented from being enlarged in the vertical direction, and a large space is provided below the screen 60 in the casing 70. It is possible to avoid the situation of securing.
  • the first mirror 30 folds the light from the projection lens 20 in the horizontal direction in the optical path between the projection lens 20 and the second mirror 40.
  • the optical engine unit 10 and the projection lens 20 need to be arranged far away from the second mirror 40 toward the viewer.
  • the projector 100 can move the optical engine unit 10 and the projection lens 20 to the lower part of the casing 70 by bending the light with a low force in the lateral direction by the first mirror 30. This makes it possible to avoid contact of the optical engine unit 10 and the like with the screen 60 and to shorten the length of the casing 70 in the thickness direction.
  • the first mirror 30 and the third mirror 50 allow The case 70 can be made compact by bending the road.
  • FIG. 6 and FIG. 7 explain the optical path of light from the projection lens 20.
  • FIG. 8 illustrates in detail the optical path to the second mirror 40 among the optical paths shown in FIG. 6 to 8, the coordinates are shown with the emitting direction of the projection lens 20 being the z direction.
  • 6 and 8 show the optical path in the yz plane.
  • FIG. 7 shows an optical path of light traveling toward the minus X side around the projection lens 20 among the optical paths in the xz plane.
  • the yz plane and Xz plane correspond to the YZ plane and XZ plane in the configuration of FIG.
  • the projection lens 20 does not need to be manufactured with high accuracy except for the portion where the light is incident, and the manufacture becomes easier. Further, since light does not enter any part of the projection lens 20 other than the part where the light enters, the shape may not have a lens function. This makes the projection lens 20 easier to manufacture.
  • the projection lens 20 includes a rear group lens 8003 provided on the incident side from the stop 801, and a front group lens 802 provided on the output side from the stop 801.
  • the projection lens 20 is designed, for example, with an F number of 2.5.
  • the cross dichroic prism 108 of the optical engine unit 10 is disposed at a position shifted to the minus y side with respect to the projection lens 20.
  • Spatial light modulators 107R, 107G, and 107B are provided at positions where light that travels by shifting the optical axis force to the minus y side, which is a specific side, is incident. In FIG. 8, the spatial light modulator 107R is not shown because it is provided in the back of the cross dichroic prism 108.
  • the second mirror 40 has a shape that is obtained by rounding a conical tip.
  • the portion S2 where the light from the first mirror 30 enters is a part of the region other than the conical tip, and has a shape close to a straight line in the yz section shown in FIG.
  • the first mirror 30 and the second mirror 40 are configured such that the incident surface S1 of the first mirror 30 and the portion S2 of the second mirror 40 where the light from the first mirror 30 enters are substantially parallel in the yz section. It has a shape that The yz section is a section that includes the normal line of the screen 60 and is substantially orthogonal to the third mirror 50.
  • the second mirror 40 has a function of widening the incident light in the X direction and the Y direction. However, since the light from the projection engine unit 10 is shifted with respect to the optical axis AX, a part S of the second mirror 40 2 is used for widening the angle.
  • the first mirror 30 and the second mirror 40 each bend the optical path by approximately 90 degrees. be able to.
  • the surface S1 and the surface S2 are shaped so as to be substantially parallel lines in the yz section, the first mirror 30 and the second mirror 40 are in the state where the first mirror 30 and the second mirror 40 are closest to each other.
  • Each optical path can be bent by approximately 90 degrees. Since the light traveling direction is aligned by using the shift optical system, the light traveling direction can be accurately controlled by the first mirror 30 and the second mirror 40. Further, by bringing the first mirror 30 and the second mirror 40 close to each other, the length of the casing 70 in the thickness direction can be shortened, and the projector 100 can be made thinner.
  • the configuration in which the optical path of each of the first mirror 30 and the second mirror 40 is bent approximately 90 degrees has an advantage that the optical path can be lengthened as compared with the case where the light only travels linearly. It can be seen that the second mirror 40 only folds the optical path in the plane shown in FIG. 6, while the angle of the light is greatly widened in the X direction in the plane shown in FIG. As described above, the second mirror 40 has a shape that greatly widens the light in the X direction.
  • FIG. 9 explains the overall configuration of projector 100.
  • the normal of screen 60 is assumed to coincide with optical axis AX2 of screen 60. If the inclination of the third mirror 50 with respect to the normal of the screen 60 is 0 degree, the optical axis AX1 of the second mirror 40 is substantially parallel to the optical axis AX2 of the screen 60 in order to make a coaxial optical system. It becomes.
  • the case where the inclination of the third mirror 50 with respect to the normal of the screen 60 is 0 degree is the case where the third mirror 50 is parallel to the XZ plane.
  • the inclination of the optical axis AX1 of the second mirror 40 with respect to the optical axis AX2 of the screen 60 is also within the range of 0 degree to 10 degrees.
  • the optical engine unit 10 and the projection lens 20 are screened. Therefore, it is necessary to dispose the projector 100 on the normal line or within 10 degrees with respect to the normal line, making it difficult to reduce the thickness of the projector 100. Therefore, it can be said that the first mirror 30 is indispensable in the optical system of the projector 100 of the present invention.
  • FIG. 10 explains the arrangement of each part for making the projector 100 thin.
  • the incident angle ⁇ 2 of light with respect to the screen 60 is set to a maximum of 80 degrees.
  • Angle of incidence on screen 60 ⁇ 2 is the angle of incident light with respect to the normal of screen 60.
  • Light having an incident angle ⁇ 2 of 80 degrees is incident on the plus X side end and the minus X side end of the lowermost part of the screen 60.
  • Light having an incident angle ⁇ 2 of 80 degrees is present on the outermost side of the light beam opposite to the screen 60 when entering the third mirror 50.
  • the projector 100 When the outermost light enters the third mirror 50 from the second mirror 40, the projector 100 can be made the thinnest if it is substantially parallel to the screen 60 or tilted toward the screen 60. It becomes. In this case, the thickness of the projector 100 can be determined only by the size of the third mirror 50.
  • the third mirror 50 When the incident angle ⁇ 2 of light with respect to the screen 60 is set to 80 degrees at the maximum, it is desirable for the third mirror 50 to set the angle ⁇ 1 with respect to the normal line of the screen 60 to 0 degrees or more and 10 degrees or less.
  • the third mirror 50 preferably has an angle ⁇ 1 with respect to the normal of the screen 60 of 5 degrees or more. Therefore, it is desirable that the angle 01 of the third mirror 50 in the projector 100 is 5 degrees or more and 10 degrees or less.
  • the optical engine unit 10 can be disposed in the vicinity of the screen 60 as shown in FIG.
  • the optical engine unit 10 is disposed in the vicinity of the screen 60 and at a position other than the position where the light incident on the screen 60 from the third mirror 50 is incident.
  • the casing 70 can be made thin. Thereby, it is possible to avoid that the light incident on the screen 60 is blocked by the optical engine unit 10 in a thin configuration. Further, by disposing the optical engine unit 10 on the back of the screen 60, the non-display unit adjacent to the screen 60 can be reduced.
  • the incident angle ⁇ 2 at the lower part of the screen 60 can be increased by adopting the shift optical system, the lower part of the casing 70 In this case, it is possible to secure a sufficient space behind the screen 60. For this reason, by arranging the optical engine unit 10 at the lower part of the casing 70, the space in the casing 70 can be used effectively.
  • FIG. 11 illustrates the optical path of light incident on the screen 60.
  • description will be made assuming that light is emitted from one point on the optical axis AX. Further, illustration of light reflection at the first mirror 30, the second mirror 40, and the third mirror 50 is omitted.
  • the incident angle ⁇ 2 of the light with respect to the screen 60 can be made uniform.
  • the incident angle ⁇ 2 can be 70 degrees or more and 80 degrees or less.
  • the Fresnel lens 310 (see FIG. 3) provided on the screen 60 is formed so that the first surfaces 301 and the second surfaces 302 of the prism portions 303 are aligned with each other.
  • each prism part 303 can be formed using the same cutter so as to have substantially the same cross-sectional shape, the processing of the screen 60 can be facilitated, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the optical axis AX that is the center of the concentric circle in which the prism portion 303 is arranged is located outside the screen 60 (see FIG. 21). .
  • the angle of the light incident on the screen 60 can be accurately converted in the direction of the observer, and a bright, bright but uniform image can be displayed. Can do.
  • FIG. 12 shows the inclination g of the second surface 302 of each prism section 303 and the light loss rates rp and rs on the second surface 302 due to reflection.
  • the inclination g of the second surface 302 is represented by the angle of the second surface 302 with respect to the normal line of the screen 60.
  • the loss rate rp represents the loss rate of p-polarized light.
  • the loss rate rs represents the loss rate of s-polarized light.
  • the screen 60 is provided at a position where the distance of the optical axis AX force is 850 mm to 1480 mm.
  • FIG. 13 and FIG. 14 explain the performance of the projector 100.
  • the graph shown in FIG. 13 is an amplitude transfer function (MTF) representing a plurality of lights incident on different positions on the screen 60.
  • MTF amplitude transfer function
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 13 indicates the spatial frequency of the stripes to be displayed, and the vertical axis indicates the contrast transmission rate.
  • the projector 100 is assumed to display an image on the screen 60 at a magnification of 82 times with the spatial light modulators 107R, 107G, and 107B.
  • the spatial frequency of 50 cycleZmm in the spatial light modulators 107R, 107G, and 107B can be converted to 0.6 cycleZmm.
  • the projector 100 achieves a contrast transmission rate of 0.6 or more at a spatial frequency of 0.6 cycleZmm. This shows that contrast can be transmitted with high probability.
  • the graph shown in FIG. 14 explains the distortion of the image on the screen 60.
  • the distortion of the display image C1 with respect to the original image CO is enlarged 30 times.
  • the distortion of the display image C1 with respect to the original image CO can be reduced to 0.1% or less. Therefore, the projector 100 can display a high-quality image.
  • the projector 100 of the present invention can be configured to be thin and have a small number of non-display portions, and has an effect of being able to display an image by accurately advancing light.
  • the configuration inside the casing 70 may be arranged upside down as it is.
  • the optical engine unit 10 is disposed near the ceiling surface of the casing 70
  • the third mirror 30 is disposed on the bottom surface of the casing 70.
  • the projector 100 according to the present embodiment may be arranged such that the configuration inside the housing 70 is tilted approximately 90 degrees to the right or left as it is.
  • Example 2
  • FIG. 15 shows a perspective configuration of a projection lens 1520 used in a projector that is an image display apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the projection lens 1520 is characterized in that the front lens groups 1501, 1502, 1503, and 1504 have a substantially semicircular shape.
  • the description which overlaps with the said Example 1 is abbreviate
  • FIG. 16 shows a cross-sectional configuration of the projection lens 1520.
  • the rear lens group 1602 is configured in the same manner as the rear lens group 803 (see FIG. 8) of the projection lens 20 used in the projection optical system 90 of the first embodiment.
  • the front lens group 802 according to the first embodiment has a configuration in which approximately half of the front lens group 802 is cut by a plane including the optical axis AX3 of the projection lens 20 and removed.
  • FIG. 17 explains the advantages of the projection lens 1520.
  • a normal projection lens 1720 that forms a front lens group with a circular lens
  • light traveling from the third mirror 50 to the screen 60 contacts a part of the front lens group as shown by the bold line.
  • the shift optical system is employed in the present invention, it is possible to remove a part of the circular lens other than the part through which the light from the optical engine unit 10 passes, for example, approximately half of the circular shape.
  • the projection lens 1520 can be made smaller, and the projector can be made smaller.
  • the projection lens 1520 can be easily formed by storing a substantially circular lens in a lens barrel 1505 (see FIG. 16) and then cutting the four lenses together with the lens barrel 1505.
  • the substantially semicircular front group lenses 1501 to 1504 can be formed in two at a time by dividing a normal circular lens into two. As a result, the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, by removing the part where the light traveling from the third mirror 50 to the screen 60 contacts, it is possible to increase the size of the front lens group 1501 to 1504 and shift the projection lens 1520 toward the first mirror 30. It becomes. By shortening the optical path from the projection lens 1520 to the screen 60, it is possible to improve the accuracy of the projection lens 1520 and to easily reduce the aberration.
  • FIG. 18 shows an amplitude transfer function (MTF) in the projector of the present embodiment.
  • the projector of this embodiment achieves a contrast transmission rate of 0.75 or more at a spatial frequency of 0.6 cycleZmm. This shows that the contrast can be transmitted with a higher probability.
  • MTF amplitude transfer function
  • FIG. 19 shows image distortion on the screen of the projector of the present embodiment.
  • the distortion of the display image C2 with respect to the original image CO is shown enlarged 30 times.
  • the distortion of the display image C2 with respect to the original image CO is 0.1% or less. Is possible.
  • the distortion is further reduced than in the case of FIG. According to the present embodiment, it is possible to realize a performance that can sufficiently cope with the next-generation No. and Ivision specifications beyond the specifications of the current projection television.
  • the force that makes all the front lens groups 1501 to 1504 have a substantially semicircular shape is not limited to this. It is sufficient that at least one of the front lens groups 1501 to 1504 has a shape obtained by cutting and removing a part of the substantially circular shape. For example, only the most projecting lens in the front group lens may be substantially semicircular. In addition, the shape of the lens may be substantially semicircular, for example, a shape obtained by cutting and removing one third of the substantially circular shape.
  • FIG. 20 shows a schematic configuration of a projector 2000 that is an image display apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the projector 2000 of the present embodiment has a configuration in which a light shielding unit 2001 is added to the projector 100 (see FIG. 1) of the first embodiment.
  • the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the light shielding unit 2001 shields light traveling directly from the projection optical system 90 in the direction of the screen 60.
  • the light shielding unit 2001 is bonded to the surface of the first mirror 30 opposite to the surface that reflects the light from the optical engine unit 10.
  • the light shielding portion 2001 has a shape that is a bent plate shape.
  • the upper portion of the light shielding portion 2001 is bent so as not to block light traveling from the second mirror 40 to the third mirror 50.
  • the lower part of the light shielding unit 2001 is bent so as not to block the light traveling from the third mirror 50 to the screen 60.
  • the position where the projection optical system 90 is provided may appear bright through the screen 60.
  • the light shielding unit 2001 can be easily installed by adhering to the first mirror 30.
  • the first mirror 30 may be configured by providing a reflection film on a part of the light shielding unit 2001.
  • FIG. 22 shows a schematic configuration of a projector 2200 that is an image display apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the projector 2200 sends the image signal to the screen 2260 outside the projector 2200.
  • This is a so-called front projection type projector that projects light according to the number and observes the image reflected by the screen 2260.
  • the same parts as those of the projector 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted except for a part.
  • the housing 2270 can be made smaller than the above-described housing 70 (see FIG. 1) provided with a screen 60 that is good as long as at least the optical engine unit 10 and the projection optical system 90 can be accommodated.
  • a portion of the projector 2200 corresponding to the screen 60 (see FIG. 6) of the projector 100 is provided with a back surface portion 2201 that constitutes the housing 2270.
  • the projector 2200 is installed with the back surface 2201 facing the side opposite to the observer side.
  • an exit port 2250 is provided instead of the third mirror 50 (see FIG. 1) of the projector 100 described above.
  • the emission port 2250 emits the light from the second mirror 40 to the outside of the housing 2270.
  • the emission port 2250 is made of a transparent member such as glass.
  • the light reflected by the second mirror 40 passes through the emission port 2250 and then enters the screen 2260 that is the irradiated surface. Screen 2260 diffuses light in the direction of the viewer.
  • an opening may be formed in the housing 2270 as the emission port.
  • the projector 100 may be configured such that a part of the projection optical system 90, for example, the second mirror 40 protrudes from the exit opening. Thereby, it can be set as a more compact structure.
  • the projector 2200 is arranged so that the optical axis of the projection lens 20 and the optical axis of the second mirror 40 are substantially parallel to the normal line of the screen 2260.
  • the projection optical system 90 shifts the light from the optical engine unit 10 to the specific side of the optical axis force of the projection optical system 90 and advances it.
  • the projector 2200 employs a coaxial optical system and a shift optical system, like the projector 100 of the first embodiment. Similar to the projector 100 of the first embodiment, the projector 2200 of the present embodiment is made thin and facilitates control of the traveling direction of light by aligning light in the direction along the screen 2260 that is the irradiated surface. be able to.
  • the spatial light modulation device is provided at a position where light traveling while being shifted from the optical axis to a specific side is incident.
  • Projector 2200 has a difference between the light traveling from projection lens 20 to first mirror 30 and the light emitted from exit port 2250 after being reflected by second mirror 140 in the direction along rear portion 2201. Make it progress.
  • the projector 2200 can be made thin.
  • the projection lens 20, the first mirror 30, and the second mirror 40 are integrally configured by a support portion 80.
  • the support portion 80 can be fitted into the housing 2270, the projection optical system 90 can be easily fixed in the housing 2270.
  • the projector 2200 By projecting projection light from the second mirror 40 in a direction along the screen 2260, the projector 2200 can be disposed with the back surface portion 2201 in close contact with the wall surface W on which the screen 2260 is provided. By enabling the thin configuration and the arrangement in close contact with the wall surface W, it is possible to reliably avoid the situation where the light traveling from the projector 2200 toward the viewer is blocked by the projector 2200 or the viewer.
  • the projector 2200 can be used, for example, by placing it on the floor surface at the position of the wall surface W, or on a dedicated stand or desk installed on the wall surface W.
  • the projector 2200 may be used by being attached to the wall surface W.
  • the screen 2260 can convert the angle of light incident obliquely on the screen 2260 into the direction of the observer. A bright image can be displayed by appropriately setting the traveling direction of light from the screen 2260.
  • the projection optical system 90 can perform ultrashort focus projection by widening the angle of light by the second mirror 40.
  • the projector 2200 can be arranged at a position close to the screen 2260, and the projector 2200 can be arranged with a high degree of freedom.
  • it can be easily installed with a high degree of freedom, and the effect of being able to display an image by accurately advancing light is achieved.
  • a 57-inch image can be displayed by the projector 2200 installed at a position within 30 cm from the wall surface W by enabling ultra-short focus projection.
  • the projector 2200 of this embodiment can easily obtain a large image.
  • Conventional front projection projectors are generally arranged at a position facing the screen, for example, near the center of the indoor space. In a normal room, there is no shielding between the central part of the indoor space and the wall surface! It is often difficult to secure such an installation position. On the other hand, since the projector 2200 of the present invention can be arranged near the wall surface W on which the screen 2260 is provided, it is easy to secure the installation position. In addition, a conventional projector may be installed at a position higher than the observer, such as a ceiling suspension, in order to prevent the projection light from being blocked by the observer.
  • the projector 2200 of the present invention has advantages that it can reduce installation effort, can easily arrange the cord, and can easily perform maintenance such as lamp replacement.
  • the speaker since the speaker can be arranged near the projector 2200, it is possible to easily arrange the cord for connection with the speaker.
  • the observer usually observes a position force image facing the screen.
  • a front projection type projector may be installed at a position close to observer power.
  • the projector 2200 of the present invention can be installed at a position close to the wall surface W and away from the observer power.
  • the projector 2200 of the present invention can be arranged in a narrow space near the wall surface W, it is suitable for effectively using the space in the room.
  • the projector 2200 is installed every time it is used, and can also be installed permanently regardless of whether it is used. By making constant installation possible, installation work for each use is unnecessary, and in particular, the trouble of adjusting the projection distance and image size can be greatly reduced.
  • the projector 2200 can be placed in a space close to the wall surface W, the projector 2200 can be easily adapted to the indoor design and interior as compared with the case where the projector 2200 is installed in a position facing the screen in the indoor space. As described above, according to the present invention, it is possible to solve many matters relating to the installation position and the like, which are problems in the conventional front projection type projector.
  • the projector 2200 may use a projection lens having a shape in which at least one of the front group lenses is partially removed.
  • the projection The projector can be downsized and the projector 2200 can be downsized.
  • the projection lens can be shifted toward the first mirror.
  • FIG. 23 shows a schematic configuration of a projector 2300 that is an image display apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the projector 2300 has a fixed portion 2301. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the projector 2300 is configured such that the third mirror 50 is disposed above the center position O of the screen 60, and the optical engine unit 10 and the projection optical system 90 are disposed below.
  • the housing 70 houses the optical engine unit 10, the projection optical system 90, and the third mirror 50.
  • FIG. 24 shows a perspective configuration of the screen 60 and the fixing portion 2301.
  • the fixing unit 2301 fixes the optical engine unit 10, the second mirror 40, and the third mirror 50 together.
  • the fixed portion 2301 can be formed of a metal member such as aluminum, for example. By making the fixing portion 2301 a strong configuration, the optical engine unit 10, the second mirror 40, and the third mirror 50 are positioned with high accuracy.
  • the fixing unit 2301 is fitted in the housing 70 (see FIG. 23) in a state where the optical engine unit 10, the second mirror 40, and the third mirror 50 are fixed.
  • the optical engine unit 10, the second mirror 40, and the third mirror 50 are fixed by the fixing unit 2301, so that the optical engine unit 10, the second mirror 40, 3 The relative position of the mirror 50 can be determined accurately.
  • the optical engine unit 10, the second mirror 40, and the third mirror 50 can be made with higher accuracy than the case where the casing is configured by combining parts that fix the optical engine unit 10, the second mirror 40, and the third mirror 50 respectively. Can be positioned. Further, by making the fixing portion 2301 into a strong configuration, the optical engine portion 10, the first The positional relationship between the second mirror 40 and the third mirror 50 can be maintained with high accuracy, and high optical performance can be ensured.
  • the optical engine unit 10 In the optical system of the projector 2300, after the adjustment of the optical engine unit 10, the second mirror 40, and the third mirror 50 is completed by the fixing unit 2301, the optical engine unit 10, the second mirror 40, and the third mirror 5 are completed. It can be configured by fitting the fixing portion 2301 fixed with 0 into the housing 70. The optical engine unit 10, the second mirror 40, and the third mirror 50 whose relative positions are determined by the fixing unit 2301 are incorporated in the housing 70, thereby adjusting the position with other optical elements, for example, the screen 60. It becomes easy. Therefore, the optical system can be assembled easily and accurately.
  • the fixing portion 2301 With the configuration in which the fixing portion 2301 is provided in the housing 70, the optical engine unit 10, the second mirror 40, and the third mirror 50 can be positioned with high accuracy without the housing 70 being rigid. It is possible to ensure high optical performance. Since only the fixing portion 2301 needs to have a strong configuration, the casing 70 can be made thinner and lighter than a case where the entire casing 70 has a strong configuration. As described above, it is possible to display a high-quality image by ensuring high optical performance in a thin and lightweight configuration.
  • the projector 2300 is not limited to the configuration in which the optical engine unit 10, the second mirror 40, and the third mirror 50 are fixed by the fixing unit 2301. At least one of the first mirror 30 and the second mirror 40 may be fixed by the fixing unit 2301 as long as the optical engine unit 10 and the third mirror 50 are fixed by the fixing unit 2301. Desirable.
  • the support portion 80 (see FIG. 1) of the first embodiment may be fixed by the fixing portion 2301.
  • a member having the function of the support unit and the function of the fixing unit may be used. good.
  • the projector 2300 may be configured such that the configuration inside the housing 70 is arranged upside down as it is. Even if the optical engine unit 10, which is assumed to be heavy among optical elements, is disposed on the upper portion of the housing 70, the stagnation of the housing 70 can be reduced by using the fixing unit 2301. As described above, by using the fixing portion 2301, it is possible to increase the degree of freedom in the configuration of the projector 2300. Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention. For example, the following modifications are possible.
  • the light may be shifted from the optical axis AX to the lower side in FIG.
  • the image plane virtually formed on the exit surface of the cross dichroic prism 108 in the optical engine unit 10 The center normal of is parallel to the optical axis AX and may be shifted to the upper side in FIG. 5 with respect to the optical axis AX.
  • the center normal of the image plane virtually formed on the exit surface of the cross dichroic prism 108 in the optical engine unit 10 is made parallel to the optical axis AX, and then the center of this image plane is set. Shift the normal to the front side or back side in Fig. 5 with respect to the optical axis AX.
  • the optical engine unit 10 is configured to include the ultra-high pressure mercury lamp 101, the integrator 102, the polarization conversion element 103, and the like that are light sources. It is only necessary to have one light source and one spatial light modulator as a limiting configuration.
  • the projector according to each of the above embodiments uses an ultra-high pressure mercury lamp as the light source unit of the optical engine unit 10, it is not limited thereto.
  • a solid light emitting element such as a light emitting diode element (LE D) may be used.
  • the integrator 102 in each of the above embodiments only needs to have a function of making the illuminance distribution of light from the light source substantially uniform.
  • a configuration including two lens arrays that divide light from a light source into a plurality of partial light beams or a configuration including a rod integrator using a columnar transparent member or a cylindrical reflecting member can be applied.
  • the image display device is useful when displaying a large image with a thin configuration.

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Abstract

　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１００であって、投写レンズ２０と、反射により投写レンズ２０からの光を折り返す第１ミラー３０と、反射により第１ミラー３０からの光を広角化させる第２ミラー４０と、を備え、光学エンジン部１０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９０と、反射により投写光学系９０からの光を折り返す第３ミラー５０と、第３ミラー５０からの光を透過させるスクリーン６０と、を有し、投写レンズ２０及び第２ミラー４０は、投写レンズ２０の光軸と第２ミラー４０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１０からの光を投写レンズ２０の光軸から特定の側へシフトさせて進行させる。スクリーン６０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できる。

Description

明 細 書
画像表示装置
技術分野
[0001] 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。
背景技術
[0002] 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。 )0
[0003] 特許文献 1 :特開昭 61— 275831号公報
特許文献 2：特開 2005 - 84576号公報
特許文献 3 :特開 2002— 207190号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 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ェン ジン部及び投写レンズを収納して 、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力否かは、光学系の各部、特に非球 面ミラーゃ投写光学系の配置次第で変わるものと考えられる。し力しながら、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つ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 力 、さぐ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。
課題を解決するための手段
[0005] 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 より投写レンズ力もの光を折り返す第 1ミラーと、反射により第 1ミラー力もの光を広角 ィ匕させる第 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力 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。
[0006] 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。本発明では光軸力 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ミラーにて下力も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 タトにすることが可能となる。
[0007] 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 部が小さぐ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。
[0008] また、本発明の好ましい態様によれば、スクリーンの光軸力 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。
[0009] 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ミラー力も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。
[0010] 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 1、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。
[0011] 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。
[0012] 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 、。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。
[0013] 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。
[0014] また、本発明の好ましい態様によれば、投写レンズ力も第 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。
[0015] 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つ 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ェ 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。
[0016] また、本発明の好ましい態様としては、スクリーンは、第 3ミラー力もの光を角度変換 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。
[0017] 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 ヽ。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。
[0018] 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 力 SO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。
[0019] 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。
[0020] 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ミラー力も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〖こ、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。
[0021] 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。
[0022] また、本発明の好ましい態様としては、スクリーンは、第 3ミラー力もの光を角度変換 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、明るぐかつ明るさが均一な画像を表示することができる。
[0023] 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ミラー力もの光を広角化させる第 2ミラ 一と、を備え、光学エンジン部力 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。
[0024] 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。本発明では光軸力 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。
[0025] 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 ることがでさる。
[0026] 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ミラー力も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、 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。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] また、本発明の好ま 、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。
[0031] 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力 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 ることがでさる。
[0032] 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 ッ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 ヽ 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 、精度で保持し、高 、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。よつ 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、筐体の橈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。
[0033] 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 ½保することができる。
[0034] 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。
図面の簡単な説明
[0035] [図 1]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]図 2は、光学エンジン部の構成を説明する図である。
[図 3]図 3は、スクリーンの要部断面構成を示す図である。 [図 4]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]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]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]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]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]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]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]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]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]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]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]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]図 16は、投写レンズの断面構成を示す図である。
[図 17]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]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]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]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]図 21は、フレネルレンズの平面構成を示す図である。
[図 22]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]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]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。
符号の説明
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、 50 第 3ミ ラー、 60 スクリーン、 70 筐体、 80 支持部、 90 投写光学系、 100 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光透過ダイクロイツクミラー、 105G
B光透過ダイクロイツクミラー、 105 反射ミラー、 106 リレーレンズ、 107R、 107G 、 107B 空間光変調装置、 108 クロスダイクロイツクプリズム、 108a, 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、 803 後群レンズ、 Sl、 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、 220 0 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
発明を実施するための最良の形態
[0037] 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。
実施例 1
[0038] 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 6 0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。
[0039] 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。
[0040] 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 透過ダイクロイツクミラー 105Rに入射する。 R光透過ダイクロイツクミラー 105Rは、 R 光を透過させ、 G光、 B光を反射する。 R光透過ダイクロイツクミラー 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 107R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、ダイクロイツ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。
[0041] 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 ダイクロイツクプリズム 108に入射する。
[0042] R光透過ダイクロイツクミラー 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光透過ダイクロイツクミラー 105Gに入射する。 B光透過ダイクロイツ クミラー 105Gは、 G光を反射し、 B光を透過させる。 B光透過ダイクロイツクミラー 105 G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、クロスダイクロイツクプリズム 1 08に入射する。
[0043] B光透過ダイクロイツクミラー 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光透過ダイクロイツクミラー 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。
[0044] 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ツクプリズム 108に入射する。なお、空間光変調装置 107R、 1 07G、 107Bは、変調により s偏光光を p偏光光に変換するほ力 p偏光光を s偏光光 に変換することとしても良い。
[0045] 色合成光学系であるクロスダイクロイツクプリズム 108は、 2つのダイクロイツク膜 108 a、 108bを X字型に直交するように配置して構成されている。ダイクロイツク膜 108aは 、 B光を反射し、 R光、 G光を透過する。ダイクロイツク膜 108bは、 R光を反射し、 B光 、 G光を透過する。このように、クロスダイクロイツクプリズム 108は、空間光変調装置 1 07R、 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、クロスダイクロイツクプリズム 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。
[0046] 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。
[0047] 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、榭脂 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。
[0048] 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、光学ェンジ 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 20、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 100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。
[0049] 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 一を、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 一 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。
[0050] 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、光学ェン 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 一 50から見て真下の位置に設けられている。
[0051] 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 50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。
[0052] 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。
[0053] 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 30 1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 力も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。
[0054] 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。
[0055] 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における紙面上側ヘシ 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ツクプリ 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 50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、光学ェン ジン部 10の図示を省略している。
[0056] 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 40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 ち容易〖こすることがでさる。
[0057] 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 6 0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。
[0058] 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 40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 て下力も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、光学ェンジ 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 50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。
[0059] 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、 X z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 、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。
[0060] 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 8 03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、光軸力も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ツクプリズム 108の奥に設けられているため、 図示を省略している。
[0061] 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 S 2が広角化に利用される構成となっている。
[0062] 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 40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。
[0063] 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。
[0064] 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 6 0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 10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。
[0065] 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 Θ 2は最大 80度と設定される。ス クリーン 60への入射角度 Θ 2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 Θ 2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 Θ 2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。
[0066] スクリーン 60に対する光の入射角度 Θ 2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 θ 1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 θ 1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 0 1は、 5度以上 10度以下とすることが望ましい。
[0067] スクリーン 60の下部における入射角度 Θ 2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 1 0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 、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 Θ 2を大きくできることから、筐体 70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。
[0068] 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 100 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 Θ 2を揃える ことが可能である。例えば、入射角度 Θ 2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 30 3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。
[0069] 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、明るぐかつ明 るさが均一な画像を表示することができる。
[0070] 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 60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 60は、光軸 AX 力 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 850mn！〜 1480mm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。 [0071] 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力もスクリーン 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 50cycleZmmの 空間周波数は、 0. 6cycleZmmと換算できる。プロジェクタ 100は、空間周波数 0. 6cycleZmm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。
[0072] 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 CO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 CO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。
[0073] 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 、。 実施例 2
[0074] 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、 1502、 1 503、 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。
[0075] 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 1501〜1504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。
[0076] 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 1501〜1504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。
[0077] 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。
[0078] 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. 6cycleZmm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。
[0079] 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 CO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 CO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ヨンテレビの仕様を超えて、次世代の ノ、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。
[0080] 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力 これに限られない。前群レンズ 1501〜1504のうち少なくとも 1つ力 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 力 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。
実施例 3
[0081] 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のうち光学ェ 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 2001 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 4 0から第 3ミラー 50の方向へ進行する光を遮らな 、ように折り曲げられて 、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。
[0082] 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。 実施例 4
[0083] 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。
[0084] 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 ば良ぐスクリーン 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。
[0085] 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 2270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 10 0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。
[0086] 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 22 60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の光軸力 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。
[0087] 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 力も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 一 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 ヽる。
[0088] 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 一 40で反射した後出射口 2250から出射する光の 、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。
[0089] 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。
[0090] 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 2200 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 30cm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 2200 により、容易に大型な画像を得ることができる。 [0091] 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!、ような設置位置を確保することは難 、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。
[0092] 観察者は、通常スクリーンに対向する位置力 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、観察者力 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力も離れ た位置に設置することが可能である。観察者力も離れた位置にプロジェクタ 2200を 設置することで、熱源となるランプ力 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。
[0093] 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。
[0094] 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。
実施例 5
[0095] 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 10 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。
[0096] 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 2301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 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。
[0097] 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、橈みが生じた場合に、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。
[0098] 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 2301 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 10、第 2ミラ 一 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。
[0099] 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 4 0、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 5 0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 60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。
[0100] 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。
[0101] 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ぐさらに第 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 4 0、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。
[0102] 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 、。光学要素の中で重量が大き 、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の橈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 せることち可會 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ぐ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力 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ツクプリズム 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 AX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ツクプリズ 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ょ 、。
(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 (LE D)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!、。
(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。
産業上の利用可能性
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。

Claims

請求の範囲
[1] 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、反射により前記投写レンズ力もの光を折り返す第 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、光学エンジン部力もの 前記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、
反射により前記投写光学系からの光を折り返す第 3ミラーと、
前記第 3ミラーからの光を透過させるスクリーンと、を有し、
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 レンズの光軸力 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
[2] 前記スクリーンの光軸が、前記投写レンズの光軸及び前記第 2ミラーの光軸と略一 致す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、前記スクリーンの法線を含み前記 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な形状を備えること を特徴とする請求項 1又は 2に記載の画像表示装置。
[4] 前記第 2ミラーから前記第 3ミラーへ進行する光の光線が前記スクリーンと略平行で あ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 ズカもの光を前記第 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 、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] 前記第 3ミラーは、前記スクリーンの外縁部近傍に設けられ、
前記光学エンジン部は、前記スクリーンの中心に対して、前記第 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。
[8] 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ミラーから前記第 3 ミラーへ進行する光のいずれも、前記スクリーンに沿う方向へ進行することを特徴とす る請求項 1〜7のいずれか一項に記載の画像表示装置。
[9] 前記光学エンジン部は、前記スクリーンの近傍であって、前記第 3ミラーから前記ス 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を特徴とする請 求項 1〜8のいずれか一項に記載の画像表示装置。
[10] 前記スクリーンは、前記第 3ミラー力もの光を角度変換する角度変換部を有し、 前記角度変換部は、前記第 3ミラーからの光を入射する第 1面と、前記第 1面からの 光を反射する第 2面と、を備えることを特徴とする請求項 1〜9のいずれか一項に記 載の画像表示装置。
[11] 前記角度変換部は、前記第 1面及び前記第 2面により形成される複数のプリズム部 を有し、各プリズム部の前記第 1面同士、前記第 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を特徴とする請求項 10に記載の画像表示装置。
[12] 前記第 3ミラーは、前記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 ことを特徴とする請求項 10又は 11に記載の画像表示装置。
[13] 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 1〜12のいずれか一項に記載の画像 表示装置。
[14] 前記投写レンズは、前群レンズのうちの少なくとも 1つ力 その一部を取り除いたよう な形状をなすことを特徴とする請求項 1〜13のいずれか一項に記載の画像表示装 置。
[15] 前記投写光学系から直接前記スクリーンの方向へ進行する光を遮光する遮光部を 有することを特徴とする請求項 1〜14のいずれか一項に記載の画像表示装置。
[16] 前記スクリーンは、前記第 3ミラー力もの光を角度変換する角度変換部を有し、 前記角度変換部は、前記第 3ミラーからの光を入射する第 1面と、前記第 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、
前記プリズム部は、前記光軸を中心として略同心円状に配置されることを特徴とす る請求項 1〜15のいずれか一項に記載の画像表示装置。
[17] 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、反射により前記投写レンズ力もの光を折り返す第 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、光学エンジン部力もの 前記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、
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 レンズの光軸力 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
[18] 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 17に記載の画像表示装置。
[19] 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ミラー力も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 17又は 18に記載の画像表示装置。
[20] 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 17〜19のいず れか一項に記載の画像表示装置。
[21] 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 ズカもの光を前記第 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 17
〜20の 、ずれか一項に記載の画像表示装置。
[22] 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 17〜21のいずれか一項に記載の画像表示装 置。
[23] 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 17〜22のいずれか一項に記載の画 像表示装置。
[24] 前記投写レンズは、前群レンズのうちの少なくとも 1つ力 その一部を取り除いたよう な形状をなすことを特徴とする請求項 17〜23のいずれか一項に記載の画像表示装 置。
[25] 前記光学エンジン部及び前記第 3ミラーを一体に固定する固定部を有することを特 徴とする請求項 1〜16のいずれか一項に記載の画像表示装置。
[26] 少なくとも前記光学エンジン部、前記投写光学系及び前記第 3ミラーを収納する筐 体を有し、
前記固定部は、前記筐体内に設けられることを特徴とする請求項 25に記載の画像 表示装置。
[27] 前記固定部は、さらに、前記第 1ミラー及び前記第 2ミラーの少なくとも一方を固定 することを特徴とする請求項 25又は 26に記載の画像表示装置。
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