JP2007328086A - 投写光学系及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】高い光学性能を確保し、高品質な画像を得るための投写光学系、及びプロジェクタを提供すること。
【解決手段】投写光を広角化させる光学要素、又は投写光を広角化させる光学要素の入射側に配置された光学要素であって、投写光を反射させるミラー部である第１ミラー部１３と、第１ミラー部１３を変形させることにより第１ミラー部１３からの投写光の進行方向を調整する調整部３４と、を有し、調整部３４は、第１ミラー部１３で反射した後投写光の被照射面へ入射する入射角が大きい光線ほど大きく変位させるように第１ミラー部１３を変形させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、投写光学系及びプロジェクタ、特に、プロジェクタに用いられる投写光学系の技術に関する。

近年、フロント投写型のプロジェクタやリアプロジェクタにおいて、投写距離を短くさせた超短焦点の投写光学系を採用する構成が提案されている。フロント投写型のプロジェクタにおいて超短焦点の投写光学系を採用すると、高い自由度でプロジェクタを設置できるという利点が得られる。リアプロジェクタにおいて超短焦点の投写光学系を採用すると、リアプロジェクタを薄型にできるという利点が得られる。鏡筒に複数のレンズが組み込まれた従来の投写光学系にて超短焦点を実現しようとする場合、諸収差、例えば、倍率色収差が発生し易くなることにより高品質な画像を得ることが難しくなる。超短焦点投写により高品質な画像を得るために、ミラーを用いて投写光を広角化させる投写光学系が提案されている。レンズに代えてミラーを用いることで、諸収差の発生を低減することができる。

投写光を広角化させるミラーとして、例えば、非球面を備える非球面ミラーを用いることができる。ミラーを用いて投写光を広角化させる場合、ミラーにより投写光を広角化させる度合いが大きくなるほど、ミラーの形状の誤差による光学性能への悪影響が大きくなる。光学性能への悪影響は、例えば、画像の歪みやフォーカスずれとなって現れることとなる。非球面ミラーは、通常、樹脂等の基材上に反射膜をコーティングすることで形成される。樹脂により構成された基材は、高い光学性能を確保可能な程度の高精度な成形が非常に困難である。このように、超短焦点の投写光学系を用いる場合、高い光学性能を確保すること、高品質な画像を得ることが非常に困難である。ミラーを用いる投写光学系の場合、例えば、ミラーの形状を適宜調整可能とすることにより、光学性能の改善を図ることが可能である。投写光を反射させるミラーを変形させることで画像の修正を行うための技術は、例えば、特許文献１に提案されている。

特開２００１−４２２８１号公報

特許文献１に提案されている技術は、プロジェクタからの投写光を反射させるミラー装置において、ミラーを変形させるものである。プロジェクタにて広角化された投写光を効率良く反射するには、大型なミラーが必要となる。また、広角化された投写光を反射するミラーの変形により画像の修正を行うためには、ミラーを大きく変形させる必要も生じる。投写光学系は、大型なミラーを大きく変形させるような調整を行うことは困難である上、ミラーを大きく変形させることでミラーの耐久性が低下することもある。以上のように、従来の技術によると、高い光学性能を確保すること、高品質な画像を得ることが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、高い光学性能を確保し、高品質な画像を得るための投写光学系、及びプロジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、投写光を広角化させる光学要素、又は投写光を広角化させる光学要素の入射側に配置された光学要素であって、投写光を反射させるミラー部と、ミラー部を変形させることによりミラー部からの投写光の進行方向を調整する調整部と、を有することを特徴とする投写光学系を提供することができる。

投写光学系は、調整部を用いて投写光の進行方向の調整を行うことにより、光学素子の成形のみによって高い光学性能を確保する必要が無くなる。光学素子の高精度な成形を不要とすることで、投写光学系の製造に必要な時間及びコストの低減を図れる。投写光を広角化させる光学要素の入射側の光学要素、又は投写光を広角化させる光学要素であるミラー部は、小型にできる上、僅かな変形により投写光の進行方向の調整が可能である。よって、投写光学系は、高い光学性能を確保するための調整を容易に行うことができる。これにより、高い光学性能を確保し、高品質な画像を得るための投写光学系を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、調整部は、ミラー部で反射した後投写光の被照射面へ入射する入射角が大きい光線ほど大きく変位させるようにミラー部を変形させることが望ましい。投写光学系は、被照射面への入射角が大きいほど、投写光を広角化させる光学要素、例えば非球面ミラーの形状の誤差による画像の歪み等が引き起こされ易くなる。被照射面へ入射する入射角が大きい光線ほど大きく変位させることで、光学性能を効果的に改善することができる。また、被照射面へ入射する光線の入射角の分布に対応させてミラー部全体を連続的に変形させることにより、ミラー部の形状の誤差によって生じる光線のずれに対応するように光線を変位させる。これにより、画像全体の劣化を低減できる。

また、本発明の好ましい態様としては、調整部は、ミラー部を支持する支持部と、ミラー部のうち支持部により支持された部分以外の部分を押圧する押圧部と、を有することが望ましい。これにより、ミラー部を変形させることができる。また、押圧部による押圧の度合いを調整することで、ミラー部で反射させた投写光の進行方向を調整することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、押圧部は、ミラー部のうち、被照射面へ入射する入射角が最大となる光線を反射させる位置又はその近傍を押圧することが望ましい。これにより、被照射面へ入射する入射角に応じてミラー部が連続的に変形するように、ミラー部を湾曲させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、押圧部は、ネジを備えることが望ましい。押圧部は、ネジの先端をミラー部に当接させた状態でネジを回転させることで、ミラー部の押圧度合いを調整する。これにより、投写光の変位量を適宜調整することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、押圧部は、圧電素子を備えることが望ましい。押圧部は、圧電素子へ印加する電圧を調整することで、ミラー部の押圧度合いを調整する。これにより、投写光の変位量を適宜調整することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、調整部は、押圧部の押圧に対向させた付勢力をミラー部へ付与する弾性部材を備えることが望ましい。調整部は、押圧部による圧力と弾性部材による付勢力とに応じてミラー部を変形させる。例えば、弾性部材による付勢力に対して押圧部による圧力が強い場合、ミラー部は、押圧部による圧力に応じて変形する。押圧部による圧力と弾性部材による付勢力とがつり合うとき、ミラー部にかかる力が打ち消されることにより、ミラー部は元の状態へ戻る。弾性部材による付勢力に対して押圧部による圧力が弱い場合、ミラー部は、弾性部材による付勢力に応じて変形する。これにより、投写光の変位量の調整を容易に行うことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、調整部は、複数の押圧部を有することが望ましい。例えば、被照射面の鉛直下側から鉛直上方向へ投写光を投写させる投写光学系の場合、２つの押圧部を用いる構成とすることができる。また、被照射面の正面から投写光を投写させる投写光学系の場合、４つの押圧部を用いる構成とすることができる。押圧部の数を適宜決定することで、投写光学系の構成に応じた調整や、高精度な調整を行うことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、投写光を出射させる光学要素である投写レンズと、投写レンズからの投写光を折り曲げる光学要素である第１ミラー部と、第１ミラー部からの投写光を広角化させる光学要素である第２ミラー部と、を有し、調整部は、第１ミラー部を変形させることにより投写光の進行方向を調整することが望ましい。第１ミラー部を変形させることで、高い光学性能を確保するための調整を行うことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、投写光を出射させる光学要素である投写レンズと、投写レンズからの投写光を折り曲げる光学要素である第１ミラー部と、第１ミラー部からの投写光を広角化させる光学要素である第２ミラー部と、を有し、調整部は、第２ミラー部を変形させることにより投写光の進行方向を調整することが望ましい。第２ミラー部を変形させることで、高い光学性能を確保するための調整を行うことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光軸を略一致させて配置された光学要素を有し、投写光を光軸から特定の側へシフトさせて進行させることが望ましい。これにより、超短焦点の投写光学系を得られる。本発明によると、光学要素の形状の誤差によって光学性能への悪影響が出易いシフト光学系に対して、高い光学性能を確保するための調整を行うことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、押圧部は、ミラー部のうち、光軸から最も離れた位置又はその近傍を押圧することが望ましい。被照射面へ入射する入射角が最大となる光線は、光軸から最も離れた位置にある。よって、本態様により、被照射面へ入射する入射角に応じてミラー部が連続的に変形するように、ミラー部を湾曲させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、ミラー部は、偏心光学系を構成することが望ましい。これにより、超短焦点の投写光学系を得られる。本発明によると、光学要素の形状の誤差によって光学性能への悪影響が出易い偏心光学系に対して、高い光学性能を確保するための調整を容易に行うことができる。

さらに、本発明によれば、画像信号に応じて変調された光を、上記の投写光学系を用いて投写させることを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の投写光学系を用いることにより、高い光学性能を確保し、高品質な画像を得ることができる。これにより、高品質な画像を表示することが可能なプロジェクタを得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタ１０の概略構成を示す。プロジェクタ１０は、プロジェクタ１０外部のスクリーン１８へ画像信号に応じた光を投写し、スクリーン１８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。投写レンズ１２、第１ミラー部１３、及び第２ミラー部１４は、投写光学系を構成する光学要素である。投写光学系は、画像信号に応じて変調された光を投写させる。なお、図１において、第１ミラー部１３は、下側からの光を筐体１７の正面側へ折り曲げるものとして示しているが、これに限られない。第１ミラー部１３は、光学エンジン部１１及び第２ミラー部１４の配置に応じて、紙面手前にある筐体１７の側面側や紙面奥側にある筐体１７の側面側等、いずれの方向へ光を折り曲げるものとしても良い。

図２は、光学エンジン部１１の構成を説明するものである。光学エンジン部１１は、画像信号に応じて変調された光を供給する。超高圧水銀ランプ２０は、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、及び青色（Ｂ）光を含む光を供給する。第１インテグレータレンズ２１及び第２インテグレータレンズ２２は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子を有する。第１インテグレータレンズ２１は、超高圧水銀ランプ２０からの光束を複数に分割する。第１インテグレータレンズ２１の各レンズ素子は、超高圧水銀ランプ２０からの光束を第２インテグレータレンズ２２のレンズ素子近傍にて集光させる。第２インテグレータレンズ２２のレンズ素子は、第１インテグレータレンズ２１のレンズ素子の像を空間光変調装置上に形成する。

２つのインテグレータレンズ２１、２２を経た光は、偏光変換素子２３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。重畳レンズ２４は、第１インテグレータレンズ２１の各レンズ素子の像を空間光変調装置上で重畳させる。第１インテグレータレンズ２１、第２インテグレータレンズ２２及び重畳レンズ２４は、超高圧水銀ランプ２０からの光の強度分布を空間光変調装置上にて均一化させる。

重畳レンズ２４からの光は、第１ダイクロイックミラー２５に入射する。第１ダイクロイックミラー２５は、Ｒ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー２５で反射したＲ光は、第１ダイクロイックミラー２５、反射ミラー２６でそれぞれ光路を略９０度折り曲げられ、Ｒ光用フィールドレンズ２９Ｒへ入射する。Ｒ光用フィールドレンズ２９Ｒは、反射ミラー２６からのＲ光を平行化し、Ｒ光用空間光変調装置３０Ｒへ入射させる。

Ｒ光用空間光変調装置３０Ｒ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。Ｒ光用空間光変調装置３０Ｒに設けられた不図示の液晶パネルは、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。Ｒ光用空間光変調装置３０Ｒは、変調によりｐ偏光光に変換されたＲ光を出射する。Ｒ光用空間光変調装置３０Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム３１へ入射する。

第１ダイクロイックミラー２５を透過したＧ光及びＢ光は、第２ダイクロイックミラー２７へ入射する。第２ダイクロイックミラー２７は、Ｇ光を反射させ、Ｂ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー２７で反射されたＧ光は、第２ダイクロイックミラー２７で光路を略９０度折り曲げられ、Ｇ光用フィールドレンズ２９Ｇへ入射する。Ｇ光用フィールドレンズ２９Ｇは、第２ダイクロイックミラー２７からのＧ光を平行化し、Ｇ光用空間光変調装置３０Ｇへ入射させる。Ｇ光用空間光変調装置３０Ｇ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。Ｇ光用空間光変調装置３０Ｇ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。Ｇ光用空間光変調装置３０Ｇは、変調によりｐ偏光光に変換されたＧ光を出射する。Ｇ光用空間光変調装置３０Ｇで変調されたＧ光は、Ｒ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム３１へ入射する。

第２ダイクロイックミラー２７を透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ２８及び２枚の反射ミラー２６を経由して、Ｂ光用フィールドレンズ２９Ｂへ入射する。Ｂ光の光路は、Ｒ光の光路、Ｇ光の光路よりも長い。空間光変調装置における照明倍率を他の色光と等しくするために、Ｂ光の光路には、リレーレンズ２８を用いるリレー光学系が採用されている。Ｂ光用フィールドレンズ２９Ｂは、反射ミラー２６からのＢ光を平行化し、Ｂ光用空間光変調装置３０Ｂへ入射させる。

Ｂ光用空間光変調装置３０Ｂ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。Ｂ光用空間光変調装置３０Ｂ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。Ｂ光用空間光変調装置３０Ｂは、変調によりｐ偏光光に変換されたＢ光を出射する。Ｂ光用空間光変調装置３０Ｂで変調されたＢ光は、Ｒ光及びＧ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム３１へ入射する。なお、各空間光変調装置３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂは、変調によりｓ偏光光をｐ偏光光に変換するほか、ｐ偏光光をｓ偏光光に変換することとしても良い。

クロスダイクロイックプリズム３１は、互いに略直交するように配置された２つのダイクロイック膜３１ａ、３１ｂを有する。第１ダイクロイック膜３１ａは、Ｒ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜３１ｂは、Ｂ光を反射させ、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム３１は、それぞれ異なる側から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ１２の方向へ出射させる。

投写レンズ１２は、第１ミラー部１３へ向けて投写光を出射させる。第１ミラー部１３は、投写レンズ１２及び第２ミラー部１４に対向する位置に設けられている。第１ミラー部１３は、投写レンズ１２からの投写光を反射させることにより、第２ミラー部１４の方向へ折り曲げる。第１ミラー部１３は、投写光を広角化させる光学要素である第２ミラー部１４の入射側に配置されたミラー部である。第１ミラー部１３は、略平坦な平面形状を有する。第１ミラー部１３は、硝子等の平行平板上に反射膜を形成することにより構成できる。反射膜としては、高反射性の部材の層、例えばアルミニウム等の金属部材の層や誘電体多層膜等を用いることができる。また、反射膜の上には、透明部材を有する保護膜を形成することとしても良い。

第２ミラー部１４は、筐体１７のうち正面側内面に設けられている。第２ミラー部１４は、投写光を広角化させる光学要素である。第２ミラー部１４は、非球面形状の曲面を有する。非球面形状の曲面は、中心軸に対して略回転対称な形状の曲面、例えば放物面や楕円面等、及び非回転対称な形状の自由曲面のいずれであっても良い。第２ミラー部１４は、第１ミラー部１３からの投写光を反射させることで、観察者から見て主に左右方向について投写光を広角化させるとともに、投写光を筐体１７の天井面の方向へ折り曲げる。

第２ミラー部１４は、非球面形状を有する基材上に反射膜を形成することにより構成できる。基材は、例えば、ポリカーボネート等の樹脂により構成することができる。また、基材にアルミニウムを蒸着させて構成される反射膜を用いることにより、９５％以上の反射率を確保できる。投写レンズ１２のみならず第２ミラー部１４を用いて投写光を広角化させることで、投写レンズ１２のみにより投写光を広角化させる場合より投写レンズ１２を小型にすることができる。

透過部１５は、筐体１７の天井面に設けられている。透過部１５は、第２ミラー部１４からの光を筐体１７外へ出射させる。透過部１５は、硝子等の透明部材により構成されている。透過部１５は、筐体１７の天井面に形成されている。第２ミラー部１４で反射した光は、透過部１５を透過した後、被照射面であるスクリーン１８へ入射する。スクリーン１８は、観察者の方向へ光を拡散させる。プロジェクタ１０は、第１ミラー部１３から見て筐体１７の底面側に光学エンジン部１１を配置する構成に限られない。光学エンジン部１１は、第１ミラー部１３から見て図１の紙面手前にある筐体１７の側面側、又は紙面奥側にある筐体１７の側面側に配置することとしても良い。

本実施例のプロジェクタ１０の投写光学系は、超短焦点投写を行う。これにより、スクリーン１８に近い位置にプロジェクタ１０を配置することを可能とし、高い自由度でプロジェクタ１０を配置することができる。また、本実施例のプロジェクタ１０は、第２ミラー部１４から真上に近い方向へ投写光を出射させる。よって、プロジェクタ１０は、スクリーン１８が設けられる壁面に密着させて配置できる。壁面に密着させてプロジェクタ１０を配置可能とすることにより、スクリーン１８から観察者の方向へ進行する光がプロジェクタ１０によって遮られる事態を確実に回避可能とし、快適な映像観賞を行うことができる。

図３は、投写光学系の構成について説明するものである。光学エンジン部１１、投写レンズ１２、第２ミラー部１４は、いずれも共通の光軸ＡＸを持つ、いわゆる共軸光学系を構成している。また、光学エンジン部１１、投写レンズ１２、及び第２ミラー部１４は、光学エンジン部１１からの光を光軸ＡＸ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構成している。かかる構成により、第２ミラー部１４からスクリーン１８において、スクリーン１８面に沿う方向へ投写光を進行させる。プロジェクタ１０は、このようにして、第２ミラー部１４から真上に近い方向へ投写光を進行させることができる。なお、図３では、光軸ＡＸを一直線として表すために、第１ミラー部１３における投写光の折り曲げについての図示を省略している。

スクリーン１８における光線の入射角が大きくなると、光線の向きがずれた場合における光線の入射位置のずれ量が大きくなる。投写光学系は、スクリーン１８へ入射する投写光の入射角が大きいほど、第２ミラー部１４の形状の誤差による画像の歪み、ボケ等が引き起こされ易くなる。スクリーン１８における投写光の入射角は、光軸ＡＸから離れた位置ほど大きくなる。本実施例の場合、図４に黒塗りして示すように、スクリーン１８上部の左隅部、及び右隅部の２箇所において光線の入射角が最大となる。例えば、第２ミラー部１４の全体について一様な精度で成形したとすると、黒塗りした部分へ近づくに従って画像の歪みやボケが生じ易くなる。第２ミラー部１４は、スクリーン１８上部の左隅部へ向けて光線を反射させる部分、及びスクリーン１８上部の右隅部へ向けて光線を反射させる部分について、特に高い形状精度が求められることになる。

スクリーン１８の隅部へ向けて光線を反射させるのは、通常、第２ミラー部１４の外縁部又はその近傍となる。樹脂の成形では外縁部に近い部分ほど凝固による引けや曲がり等を生じ易く、高精度な成形が非常に困難となる。このため、スクリーン１８へ入射する光線のずれは、スクリーン１８上部の左隅部、及び右隅部に近づくに従って顕著となる上、そのずれを低減することも困難である。

図５は、第１ミラー部１３及び調整部３４の平面構成を示す。図６は、図５に示す構成のＡＡ断面を示す。調整部３４は、第１ミラー部１３を変形させることにより第１ミラー部１３で反射させた投写光の進行方向を調整する。基板３６及び当接部材３７は、第１ミラー部１３を支持する支持部である。図６に示すように、第１ミラー部１３は、基板３６の凸部３８上に配置されている。基板３６のうち凸部３８が形成された部分以外の部分と第１ミラー部１３との間には、空間が形成されている。

当接部材３７は、第１ミラー部１３の両端部にそれぞれ設けられている。当接部材３７は、凸部３８に対応する位置において第１ミラー部１３と当接している。当接部材３７のうち凸部３８に対応する部分以外の部分と第１ミラー部１３との間には、空間が形成されている。第１ミラー部１３は、凸部３８と当接部材３７とにより挟持されている。第１ミラー部１３のうち投写光が入射するのは、凸部３８及び当接部材３７により挟持された位置同士の間の領域である。

ネジ３５は、当接部材３７を貫通するように設けられている。図５に示すように、ネジ３５は、第１ミラー部１３のうち、隅部近傍の位置に対応させて設けられている。ネジ３５は、第１ミラー部１３のうち、支持部である基板３６及び当接部材３７により支持された部分以外の部分を押圧する押圧部である。なお、図６には、ネジ３５により第１ミラー部１３を押圧する前の状態を示す。

図６に示す状態から当接部材３７へネジ３５をしめ込むと、ネジ３５の先端が第１ミラー部１３に到達する。さらに当接部材３７へネジ３５をしめ込むと、ネジ３５は、第１ミラー部１３を押圧する。図７には、２つのネジ３５をそれぞれ同じ程度しめ込むことにより第１ミラー部１３を押圧する状態を示す。第１ミラー部１３のうちネジ３５により押圧される部分は、基板３６側へ押し下げられる。第１ミラー部１３のうち投写光を反射させる部分は、基板３６側とは反対側へ湾曲する。調整部３４は、このようにして第１ミラー部１３を変形させる。

図８及び図９は、調整部３４による投写光の進行方向の調整について説明するものである。図８及び図９では、第１ミラー部１３の反射面及び第２ミラー部１４の反射面を、反射面に垂直な断面における線分としてそれぞれ表している。図８に示すように、平坦な反射面Ｓ１を備える第１ミラー部１３へ光線が入射したとする。また、第２ミラー部１４は、第１ミラー部１３からの光線を破線矢印の方向へ反射させるように、破線で示す反射面Ｓ２が設計されたとする。第２ミラー部１４が、設計上の反射面Ｓ２とは異なる形状の反射面Ｓ３を備える場合、第１ミラー部１３からの光線は、実線矢印で示すように、設計上光線を進行させる方向とは異なる方向へ進行することとなる。

図９に示すように、反射面Ｓ１を、実線で示す反射面Ｓ４とするように第１ミラー部１３を変形させるとする。変形後の反射面Ｓ４は、変形前の反射面Ｓ１を湾曲させたものである。第１ミラー部１３からの光線は、実線矢印で示すように、平坦な反射面Ｓ１の場合とは異なる方向へ進行する。第１ミラー部１３からの光線は、第２ミラー部１４の反射面Ｓ３において、第１ミラー部１３を変形させる前とは異なる位置で反射される。第２ミラー部１４の反射面Ｓ３で反射された光は、実線矢印で示すように、設計上の進行方向と同じ方向へ光線を進行させる。これにより、第２ミラー部１４からの光線の進行方向は、設計通りの進行方向へと修正される。調整部３４は、このようにして投写光の進行方向を調整する。

図５に戻って、ネジ３５は、第１ミラー部１３のうち、光軸ＡＸ（図３参照）から最も離れた位置又はその近傍を押圧する。また、ネジ３５が第１ミラー部１３を押圧する位置は、第１ミラー部１３のうち、スクリーン１８上部の左隅部、右隅部へ入射する光線を反射させる位置又はその近傍である。これにより、入射位置がスクリーン１８上部の左隅部、右隅部に近い光線ほど大きく変位させることを可能とし、光学性能を効果的に改善することができる。また、可撓性を備える第１ミラー部１３を押圧することで、第１ミラー部１３全体を連続的に湾曲させることができる。スクリーン１８へ入射する光線の入射角の分布に対応させて第１ミラー部１３を連続的に湾曲させることにより、第２ミラー部１４の形状の誤差によって生じる光線のずれに対応するように光線を変位させる。これにより、画像全体の劣化を低減できる。

図７に戻って、第１ミラー部１３の変形は、当接部材３７へネジ３５をしめ込むに従って大きくなる。また、ネジ３５を緩めるに従って、第１ミラー部１３は、元の平板形状に近い形状となる。このように、ネジ３５の先端を第１ミラー部１３に当接させた状態でネジ３５を回転させることで、投写光の変位量を適宜調整することができる。調整部３４は、第１ミラー部１３を湾曲させ、かつ湾曲した状態を長期に渡り保持可能な範囲内でネジ３５を調整する。例えば、第１ミラー部１３を６ｃｍ角の正方形形状とする場合、ネジ３５による適度な押圧により投写光の変位量を調整するには、第１ミラー部１３の硝子基材を１ｍｍ程度の厚みとすることができる。

第２ミラー部１４の成形のみによって高い光学性能を確保する場合、型の度重なる修正や緻密な成形作業が必要となることで、投写光学系の製造にかかる手間や時間、コストが増大することとなる。これに対して、調整部３４を用いて投写光の進行方向の調整を行う場合、投写光学系は、第２ミラー部１４の成形のみによって高い光学性能を確保する必要が無くなる。第２ミラー部１４の高精度な成形を不要とすることで、投写光学系の製造に必要な時間及びコストの低減を図れる。また、樹脂部材により成形された第２ミラー部１４の基材は、反りや引け等により、形状の誤差が連続的に発生する場合が多い。本発明によると、第１ミラー部１３を連続的に湾曲させることで、第２ミラー部１４の形状誤差に対して効果的な調整を行うことができる。

第１ミラー部１３は、第２ミラー部１４により広範な空間へ広角化させる前の投写光を反射させる。広角化後の投写光を反射させる場合と比較して、第１ミラー部１３を小型にすることができる。また、広角化後の投写光を反射させる場合と比較して、第１ミラー部１３の僅かな変形により投写光の進行方向を十分調整することが可能である。よって、投写光学系は、高い光学性能を確保するための調整を容易に行うことができる。これにより、高い光学性能を確保し、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。特に、光学要素の形状の誤差によって光学性能への悪影響が出易いシフト光学系に対して、高い光学性能を確保するための調整を容易に行うことができるという利点を有する。

調整部３４の構成は、本実施例で説明するものに限られない。ネジ３５の操作により第１ミラー部１３を変形させることが可能であって、投写光の進行方向を調整可能であれば良い。図１０に示す調整部４０は、基板３６に設けられたネジ４１により第１ミラー部１３を変形させる。２つのネジ４１により第１ミラー部１３を押圧すると、第１ミラー部１３のうち投写光を反射させる部分は、基板３６側へ湾曲する。調整部４０は、基板３６にネジ４１を設けることで、当接部材３７にネジ３５を設ける場合（図６参照）とは反対側へ第１ミラー部１３を変形させて投写光の進行方向を調整する。

投写光学系は、シフト光学系とする場合に限られない。例えば、投写光学系は、光軸ＡＸを中心として投写光を広角化させる構成としても良い。図１１に示すように、スクリーン１８の中心位置を光軸ＡＸが貫く構成の場合、黒塗りして示すように、投写光の入射角が最大となるのは４つの隅部となる。この場合、調整部は、４つのネジを用いて第１ミラー部１３の４隅を押圧する構成とすることができる。これにより、光軸ＡＸから離れた光線ほど大きく変位させることを可能とし、光学性能を効果的に改善することができる。このように、押圧部の数を適宜決定することで、投写光学系の構成に応じた調整を行うことができる。

図１２は、本実施例の変形例１に係る調整部５０の構成を説明するものである。本変形例の調整部５０は、押圧部による押圧と弾性部材による付勢力とにより第１ミラー部１３を変形させることを特徴とする。調整部５０は、図１０に示す調整部４０と同様に、基板３６に設けられた２つのネジ４１を有する。当接部材３７と第１ミラー部１３との間の空間には、弾性部材であるバネ５１が設けられている。

バネ５１は、第１ミラー部１３を介してネジ４１に対向させて設けられている。バネ５１の一方の端部は第１ミラー部１３上に、他方の端部は当接部材３７上にそれぞれ配置されている。ネジ４１が第１ミラー部１３へ加える力の向きと、バネ５１が第１ミラー部１３へ加える力の向きとは、互いに逆向きとなる。このように、バネ５１は、ネジ４１による圧力に対向させた付勢力を第１ミラー部１３へ付与する。図１２には、ネジ４１による圧力とバネ５１による付勢力とがつり合った状態を示す。

ネジ４１を緩めることでネジ４１の圧力よりバネ５１の付勢力が強くなると、図１３に示すように、第１ミラー部１３のうちバネ５１が設けられた部分は、基板３６側へ押し下げられる。第１ミラー部１３のうち投写光を反射させる部分は、基板３６側とは反対側へ湾曲する。

基板３６へネジ４１をしめ込むことでバネ５１の付勢力よりネジ４１の圧力が強くなると、図１４に示すように、第１ミラー部１３のうちネジ４１により押圧される部分は、基板３６とは反対側へ押し上げられる。第１ミラー部１３のうち投写光を反射させる部分は、基板３６側へ湾曲する。このように、調整部５０は、基板３６側、及び基板３６とは反対側のいずれにも第１ミラー部１３を湾曲させることができる。これにより、投写光の変位量の調整を容易に行うことができる。

図１５は、本実施例の変形例２に係る調整部６０の構成を説明するものである。本変形例の調整部６０は、ネジに代えて圧電素子６１が設けられることを特徴とする。圧電素子６１は、第１ミラー部１３を押圧する押圧部である。圧電素子６１は、図１２に示す調整部５０のネジ４１と同じ位置に配置されている。圧電素子６１は、球状の当接部６２を介して第１ミラー部１３と当接している。当接部６２を設けることにより、当接部６２と第１ミラー部１３とが接する狭い領域を支点として、圧電素子６１からの圧力を第１ミラー部１３へかけることができる。この他、調整部６０は、圧電素子６１と第１ミラー部１３とを接着剤等により接合することとしても良い。図１５には、圧電素子６１による圧力とバネ５１による付勢力とがつり合った状態を示す。

圧電素子６１を縮小させることで圧電素子６１の圧力よりバネ５１の付勢力が強くなると、図１６に示すように、第１ミラー部１３のうちバネ５１が設けられた部分は、基板３６側へ押し下げられる。第１ミラー部１３のうち投写光を反射させる部分は、基板３６とは反対側へ湾曲する。圧電素子６１を伸張させることでバネ５１の付勢力より圧電素子６１の圧力が強くなると、図１７に示すように、第１ミラー部１３のうち当接部６２と当接する部分は、基板３６とは反対側へ押し上げられる。第１ミラー部１３のうち投写光を反射させる部分は、基板３６側へ湾曲する。

圧電素子６１の伸縮量は、圧電素子６１へ印加する電圧によって容易に調節することができる。よって、圧電素子６１への印加電圧を調節することで、投写光の変位量を容易に調整することができる。圧電素子６１への印加電圧の調節は、リモコン等の操作手段を用いた簡易な操作により行うことが可能である。例えば、プロジェクタ１０によりスクリーン１８にテストパターンを表示させ、ユーザ等がテストパターンを目視しながら操作を行うことにより投写光学系の調整を適宜行うこととしても良い。さらに、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いた検出部によるテストパターンの検出結果に基づいて、投写光学系の調整を自動で行うこととしても良い。なお、本変形例の調整部６０は、上記の調整部３４（図６参照）と同様に、押圧部である圧電素子６１による押圧のみによって第１ミラー部１３を変形させることとしても良い。この場合、バネ５１を不要とし、調整部６０を簡易な構成とすることができる。

本実施例のプロジェクタ１０は、第１ミラー部１３を変形させることにより投写光の進行方向を調整する構成に限られない。投写光を広角化させる光学要素の入射側に配置されたミラー部を変形させる場合に限られず、投写光を広角化させる光学要素自体であるミラー部を変形させても良い。例えば、プロジェクタ１０の投写光学系と同様の投写光学系において、第１ミラー部に代えて第２ミラー部を変形させることにより投写光の進行方向を調整する構成としても良い。

図１８は、第２ミラー部６４及び調整部６５の断面構成例を示す。第２ミラー部６４は、投写光を広角化させる光学要素であって、投写光を反射させるミラー部である。第２ミラー部６４は、非球面形状を有する板状基材に反射膜を形成することにより構成できる。調整部６５は、第２ミラー部６４を変形させることにより第２ミラー部６４で反射させた投写光の進行方向を調整する。支持部６７は、第２ミラー部６４及び押圧部６６を支持する枠状部材である。

押圧部６６は、支持部６７の内部であって、第２ミラー部６４のうち投写光を反射させる側とは反対側の面に当接する位置に配置されている。押圧部６６は、第２ミラー部６４のうち、支持部６７により支持された部分以外の部分を押圧する。押圧部６６としては、上記と同様のネジや圧電素子を用いることができる。投写光を広角化させる第２ミラー部１４自身は、広角化前の投写光を反射可能であれば良いため、小型にすることができる。また、第２ミラー部６４の僅かな変形により投写光の進行方向を十分調整することが可能である。よって、第２ミラー部６４を変形させることで投写光の進行方向を調整する場合も、高い光学性能を確保するための調整を容易に行うことができる。

図１８に示す断面構成では、スクリーン１８上部の左隅部、右隅部へ入射する光線を反射させる位置以外の位置にも押圧部６６を設けている。調整部６５は、押圧部６６の数を増やすほど、投写光の進行方向の高精度な調整を行うことができる。なお、第２ミラー部６４についても、上記の第１ミラー部１３の場合と同様に、２つの押圧部により調整を行うこととしても良い。また、上記の第２ミラー部１４の場合も、さらに多くの押圧部により調整を行うこととしても良い。

図１９は、本発明の実施例２に係る投写光学系について説明するものである。本実施例の投写光学系は、上記のプロジェクタ１０に適用することができる。本実施例は、偏心光学系である投写光学系を構成するミラー部を変形させることにより投写光の進行方向を調整することを特徴とする。偏心光学系は、共通の光軸を持たない光学要素により構成される。本実施例の投写光学系は、いずれも非球面形状の曲面を有する３つの非球面ミラー７２、７３、７４を有する。各非球面ミラー７２、７３、７４は、投写光を広角化させる光学要素であって、投写光を反射させるミラー部である。本実施例の投写光学系を用いる場合、実施例１の場合と同様に、超短焦点投写を行うことができる。

空間光変調装置の像７１は、不図示の光学エンジン部で形成される。投写光は、各非球面ミラー７２、７３、７４で反射した後、スクリーン１８へ入射する。本実施例の投写光学系は、非球面ミラー７２、７３、７４のうち少なくとも１つを変形させることにより投写光の進行方向を調整する。不図示の調整部は、例えば、図１８の調整部６５と同様のものを用いることができる。本実施例の場合も、実施例１の場合と同様に、高い光学性能を確保し、高品質な画像を得ることができる。特に、光学要素の形状の誤差によって光学性能への悪影響が出易い偏心光学系に対して、高い光学性能を確保するための調整を容易に行うことができるという利点を有する。

図２０は、本発明の実施例３に係るリアプロジェクタ８０の概略構成を示す。リアプロジェクタ８０は、スクリーン８６の一方の面に光を投写し、スクリーン８６の他方の面から出射する光を観察することで画像を鑑賞するプロジェクタである。上記のプロジェクタ１０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。

本実施例のリアプロジェクタ８０の投写光学系は、光学要素である投写レンズ１２、第１ミラー部１３、第２ミラー部１４、及び第３ミラー部８５を備える。第３ミラー部８５は、筐体８７の天井面に設けられている。第３ミラー部８５は、第２ミラー部１４からの投写光をスクリーン８６の方向へ反射させる。第３ミラー部８５は、第１ミラー部１３と同様に、略平坦な平面形状を有する。なお、第３ミラー部８５は、筐体８７の天井面に略平行に配置する他、天井面に対して傾けて配置しても良い。スクリーン８６は、第３ミラー部８５からの光を透過させる透過型スクリーンである。

図２１は、スクリーン８６の要部断面構成を示す。スクリーン８６は、画像信号に応じて変調された光を入射させる側に設けられたフレネルレンズ９５を有する。フレネルレンズ９５は、第３ミラー部８５からの光を角度変換する。フレネルレンズ９５は、凸レンズの凸面を切り出した形状のプリズム部９４を平面上に並べて構成されている。複数のプリズム部９４は、略同心円状に配置されている。

第３ミラー部８５からの光は、第１面９２からプリズム部９４へ入射する。プリズム部９４へ入射した光は、第２面９３で全反射した後、観察者の方向へ進行する。フレネルレンズ９５は、このようにして第３ミラー部８５から斜めに入射する光を観察者の方向へ角度変換する。スクリーン８６は、フレネルレンズ９５以外の他の構成、例えば、フレネルレンズ９５からの光を拡散させるレンチキュラーレンズアレイやマイクロレンズアレイ、拡散材を分散させた拡散板等を設けることとしても良い。

図２０に戻って、リアプロジェクタ８０の投写光学系及びスクリーン８６は、上記のプロジェクタ１０の投写光学系と同様に、シフト光学系を構成している。本実施例の場合、スクリーン８６面に沿う方向へ投写光を進行させることにより、光学エンジン部１１から第３ミラー部８５までの各部をスクリーン８６に近い位置に配置できる。よって、リアプロジェクタ８０は、薄型な構成とすることができる。本実施例のリアプロジェクタ８０も上記実施例１のプロジェクタ１０と同様に、高い光学性能を確保し、高品質な画像を表示することができる。

各実施例のプロジェクタは、超高圧水銀ランプ２０（図２参照）に代えて、例えば、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いるものとしても良い。また、プロジェクタは、３つの透過型液晶表示装置を設けた、いわゆる３板式のプロジェクタに限らず、例えば、反射型液晶表示装置を用いたプロジェクタやティルトミラーデバイスを用いたプロジェクタであっても良い。プロジェクタは、光の回折効果を利用して光の向きや色等を制御する投影デバイス（例えば、ＧＬＶ（Grating Light Valve））を用いるものであっても良い。本発明の投写光学系と同様の光学系は、撮影機能を備える電子機器の光学系として用いても良い。

以上のように、本発明に係る投写光学系は、プロジェクタ、特に、投写距離を短くさせたプロジェクタに用いられる場合に有用である。

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。 光学エンジン部の構成を説明する図。 投写光学系の構成について説明する図。 投写光の入射角について説明する図。 第１ミラー部及び調整部の平面構成を示す図。 図５に示す構成の断面を示す図。 ２つのネジにより第１ミラー部を押圧する状態を示す図。 調整部による投写光の進行方向の調整について説明する図。 調整部による投写光の進行方向の調整について説明する図。 基板側へ第１ミラー部を湾曲させるための構成を示す図。 スクリーンの中心位置を光軸が貫く場合について説明する図。 実施例１の変形例１に係る調整部の構成を説明する図。 基板とは反対側へ第１ミラー部を湾曲させる状態を示す図。 基板側へ第１ミラー部を湾曲させる状態を示す図。 実施例１の変形例２に係る調整部の構成を説明する図。 基板とは反対側へ第１ミラー部を湾曲させる状態を示す図。 基板側へ第１ミラー部を湾曲させる状態を示す図。 第２ミラー部及び調整部の断面構成例を示す図。 本発明の実施例２に係る投写光学系について説明する図。 本発明の実施例３に係るリアプロジェクタの概略構成を示す図。 スクリーンの要部断面構成を示す図。

符号の説明

１０ プロジェクタ、１１ 光学エンジン部、１２ 投写レンズ、１３ 第１ミラー部、１４ 第２ミラー部、１５ 透過部、１７ 筐体、１８ スクリーン、２０ 超高圧水銀ランプ、２１ 第１インテグレータレンズ、２２ 第２インテグレータレンズ、２３ 偏光変換素子、２４ 重畳レンズ、２５ 第１ダイクロイックミラー、２６ 反射ミラー、２７ 第２ダイクロイックミラー、２８ リレーレンズ、２９Ｒ Ｒ光用フィールドレンズ、２９Ｇ Ｇ光用フィールドレンズ、２９Ｂ Ｂ光用フィールドレンズ、３０Ｒ Ｒ光用空間光変調装置、３０Ｇ Ｇ光用空間光変調装置、３０Ｂ Ｂ光用空間光変調装置、３１ クロスダイクロイックプリズム、３１ａ 第１ダイクロイック膜、３１ｂ 第２ダイクロイック膜、ＡＸ 光軸、３４ 調整部、３５ ネジ、３６ 基板、３７ 当接部材、３８ 凸部、Ｓ１〜Ｓ４ 反射面、４０ 調整部、４１ ネジ、５０ 調整部、５１ バネ、６０ 調整部、６１ 圧電素子、６２ 当接部、６４ 第２ミラー部、６５ 調整部、６６ 押圧部、６７ 支持部、７１ 像、７２〜７４ 非球面ミラー、８０ リアプロジェクタ、８５ 第３ミラー部、８６ スクリーン、８７ 筐体、９２ 第１面、９３ 第２面、９４ プリズム部、９５ フレネルレンズ

Claims (14)

1. 投写光を広角化させる光学要素、又は前記投写光を広角化させる光学要素の入射側に配置された光学要素であって、前記投写光を反射させるミラー部と、
   前記ミラー部を変形させることにより前記ミラー部からの前記投写光の進行方向を調整する調整部と、を有することを特徴とする投写光学系。
2. 前記調整部は、前記ミラー部で反射した後前記投写光の被照射面へ入射する入射角が大きい光線ほど大きく変位させるように前記ミラー部を変形させることを特徴とする請求項１に記載の投写光学系。
3. 前記調整部は、
   前記ミラー部を支持する支持部と、
   前記ミラー部のうち前記支持部により支持された部分以外の部分を押圧する押圧部と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の投写光学系。
4. 前記押圧部は、前記ミラー部のうち、前記被照射面へ入射する入射角が最大となる光線を反射させる位置又はその近傍を押圧することを特徴とする請求項３に記載の投写光学系。
5. 前記押圧部は、ネジを備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の投写光学系。
6. 前記押圧部は、圧電素子を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の投写光学系。
7. 前記調整部は、前記押圧部の押圧に対向させた付勢力を前記ミラー部へ付与する弾性部材を備えることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の投写光学系。
8. 前記調整部は、複数の押圧部を有することを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の投写光学系。
9. 前記投写光を出射させる光学要素である投写レンズと、
   前記投写レンズからの前記投写光を折り曲げる光学要素である第１ミラー部と、
   前記第１ミラー部からの前記投写光を広角化させる光学要素である第２ミラー部と、を有し、
   前記調整部は、前記第１ミラー部を変形させることにより前記投写光の進行方向を調整す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投写光学系。
10. 前記投写光を出射させる光学要素である投写レンズと、
    前記投写レンズからの前記投写光を折り曲げる光学要素である第１ミラー部と、
    前記第１ミラー部からの前記投写光を広角化させる光学要素である第２ミラー部と、を有し、
    前記調整部は、前記第２ミラー部を変形させることにより前記投写光の進行方向を調整す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投写光学系。
11. 光軸を略一致させて配置された光学要素を有し、前記投写光を前記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請求項１〜１０のいずれか一項に記載の投写光学系。
12. 前記押圧部は、前記ミラー部のうち、前記光軸から最も離れた位置又はその近傍を押圧することを特徴とする請求項１１に記載の投写光学系。
13. 前記ミラー部は、偏心光学系を構成することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の投写光学系。
14. 画像信号に応じて変調された光を、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の投写光学系を用いて投写させることを特徴とするプロジェクタ。

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