JP4677814B2 - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等の反射型画像形成素子により形成された画像を拡大投射する投射型画像表示装置に関する。

照明光学系からの照明光をデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）により変調し、変調された画像光を投射光学系によってスクリーンに拡大投射する投射型画像表示装置が知られている。ＤＭＤは入力された映像信号に応じて２種類の回転角度のいずれかに設定可能なマイクロミラーを二次元に配置してなる画像形成面を備える。２種類の角度のうち一方の角度に設定されたマイクロミラーは投射光学系に導かれる方向に照明光を反射する（投射光）。また、他方の角度に設定されたマイクロミラーは照明光をスクリーンに導かれない方向に反射する（オフ光）。

オフ光は装置内での発熱の原因となる。また、オフ光が投射光学系に入射したスクリーンに映る不要光となると、コントラスト低下等の画質低下を招く。そのため、オフ光の処理に関する種々の提案がなされている。例えば、特許文献１及び２には、投射光学系が備えるプリズムによってオフ光を投射光と異なる方向に全反射し、さらに光吸収部材で吸収する構成とした投射型画像表示装置が開示されている。また、特許文献３には、ＤＭＤのほぼ正面から照明光を照射し、オフ光を光吸収部品に吸収させる構成とした投射型画像表示装置が開示されている。

照明光学系によって下方から照射された照明光を反射型画像形成素子が上方に照射するいわゆるボトムライト型であり、かつ反射型画像形成素子に入射する照明光の主光線と投射光の主光線が同一平面上にある投射型画像表示装置は、比較的簡易かつ低コストの構成で大型のスクリーンに画像を投射することができる。この反射型画像形成素子に入射する照明光の主光線と投射光の主光線が同一平面上にあるボトムライト型では、オフ光は投射光と同様に投射光学系側に向かうため、オフ光が投射光学系に入射しやすい。しかし、このタイプの投射型画像表示装置についてはオフ光の処理に関する構造は提案されてない。

特開２００１−１６６１１８号公報 特開２００１−１６６２５５号公報 特開２００２−２５８４０５号公報

本発明は、反射型画像形成素子を備える投射型画像表示装置において、簡易な構成でオフ光の投射光学系への入射を防止することを課題とする。特に、本発明は、ボトムライト型の投射型画像表示装置において、簡易な構成でオフ光の投射光学系への入射を防止することを課題とする。

本発明は、照明光学系からの照明光を反射型画像形成素子により変調し、変調された画像光を投射光学系によってスクリーンに拡大投射する投射型画像表示装置において、前記反射型画像形成素子は、入力された映像信号に応じて回転角度が第１の角度と第２の角度のいずれかに設定され、前記第１の角度では前記照明光を前記投射光学系から前記スクリーンに導かれる第１の方向に反射し、前記第２の角度では前記照明光を前記スクリーンに導かれない第２の方向に反射する複数個のマイクロミラーを二次元配置してなる画像形成面を備え、前記第１の回転角度の前記マイクロミラーによって前記第１の方向に反射される投射光の光路を挟んで前記反射型画像形成素子に入射する前記照明光の光路の反対側に配置され、前記第２の回転角度の前記マイクロミラーによって前記第２の方向に反射された照明光を前記投射光から離れる方向に反射する反射ミラーと、前記反射型画像形成素子の前記画像形成面及び前記反射ミラーを密閉する密閉構造体とを備え、前記密閉構造体の前記反射ミラーと対向する位置を、前記反射ミラーで反射された光を前記密閉構造体の外部に透過させる透明部材により構成していることを特徴とする、投射型画像表示装置を提供する。

第２の角度に設定されたマイクロミラーから第２の方向に反射されるスクリーンには導かれない照明光（いわゆるオフ光）は、第１の角度に設定されたマイクロミラーによって反射された投射光から離れる方向に反射ミラーによって反射されるので、オフ光が投射光学系に入射するのを防止できる。その結果、オフ光が投射光学系を構成する光学部品や光学部品の保持部材に照射されることによる投射光学系での発熱を抑制できる。また、投射光学系に入射したオフ光がスクリーンに映る不要光となるのを防止できるので、この不要光に起因するコントラストの低下等の画質低下を防止できる。反射型画像形成素子の画像形成面と反射ミラーを密閉する密閉構造体を設けることで、画質低下の原因となる反射型画像形成素子周辺への塵や埃の侵入を防止できる。また、反射ミラーで反射された光を反射ミラーと対向する位置に配置された透明部材によって密閉構造体の外部に透過させるので、反射ミラーで反射されたオフ光による密閉構造体内の発熱を防止できる。透明部材は、例えば平面ガラスからなる。

例えば、投射型画像表示装置は、照明光学系によって下方から照射された照明光を反射型画像形成素子が上方に照射するいわゆるボトムライト型である。また、投射光学系は反射型光学素子により構成された反射光学系である。詳細には、前記照明光学系は前記照明光を下方から前記反射型画像形成素子の前記画像形成面に照射し、前記反射型画像形成素子は、前記画像形成面が長辺と短辺を備える矩形状であり、前記マイクロミラーの前記回転軸は前記画像形成面の長辺に対して平行であり、かつ前記第１及び第２の角度に設定された前記マイクロミラーで前記第１及び第２の方向に反射された光はいずれも上方に導かれ、かつ前記投射光学系は前記反射型画像形成素子からの前記投射光を前記スクリーンに向けて下方から上方に向けて導く複数の曲面ミラーを備える。ボトムライト型の照明光学系は、反射型画像形成素子に入射する照明光の主光線と投射光の主光線とが同一平面上にあることが好ましい。

ボトムライト型の投射型画像表示装置は、比較的簡易で低コストの構成で大型のスクリーンに画像を投射できる。しかし、このタイプの投射型画像表示装置では、オフ光が投射光と同様に上方、すなわち投射光学系側に向かうため、オフ光が投射光学系に入射しやすい。従って、ボトムライト型の投射型画像表示装置では、反射ミラーを設けることによるオフ光による投射光学系の発熱抑制及びオフ光が投射光学系に入射することに起因する画質低下防止の効果が特に顕著である。

反射ミラーは平面ミラーであってもよいが、集光曲面形状の凹面ミラーであることが好ましい。反射ミラーを曲面ミラーとすることで、反射ミラーで反射されるオフ光の光束幅を平面ミラーの場合よりも小さくできる。その結果、オフ光が投射光学系に入射するのをより確実に防止し、投射光学系の発熱とオフ光が不要光となることに起因する画質低下をより確実に防止できる。また、反射ミラーで反射されたオフ光は集束光束となるので、平面ミラーの場合と比較して、熱処理を行う上で小型の熱収集部材を採用でき、投射型画像表示装置の小型化を図ることができる。

前記反射型画像形成素子の前記画像形成面及び前記反射ミラーを密閉する密閉構造体を備え、かつ前記密閉構造体の前記反射ミラーと対向する位置を、前記反射ミラーで反射された光を前記密閉構造体の外部に透過させる透明部材により構成することが好ましい。

ボトムライト型の投射型画像表示装置は、比較的簡易で低コストの構成で大型のスクリーンに画像を投射できる。しかし、ボトムライト型では、投射光のスクリーンへの入射角度がスクリーン上方と下方で異なる大きく異なる場合や、投射光学系が非テレセントリック系である場合に、スクリーン上の画面の上方と下方で照度ムラが発生する可能性があり、この照度ムラは画面品位を低下させる。投射型画像表示装置における照度ムラを解消するための種々の提案がなされている（特開平５−７２６２８号公報、特開平１０−１１１４７２号公報、特開平８−１６２４０２号公報、及び特開平８−２５４６９９号公報参照）。

本明細書の開示は、特許請求の範囲に記載の発明以外に、ボトムライト型の投射型画像表示装置におけるスクリーンの照度ムラを防止することを目的とする発明を含む。

前記発明は、照明光学系からの照明光を反射型画像形成素子により変調し、変調された画像光を投射光学系によってスクリーンに拡大投射する投射型画像表示装置において、前記照明光学系は前記反射型画像形成素子の画像形成面に前記照明光を下方から照射し、前記投射光学系は前記反射型画像形成素子からの前記投射光を前記スクリーンに向けて下方から上方に向けて導く複数の曲面ミラーを備え、かつ前記照明光学系からの前記照明光は、前記反射型画像形成素子の前記画像形成面の上方側と下方側のうちいずれか一方から他方に向けて強くなる光強度分布を有することを特徴とする投射型画像表示装置である。

前記発明によれば、照明光学系からの照明光が、反射型画像形成素子の画像形成面の上方側と下方側のうちいずれか一方から他方に向けて強くなる光強度分布を有する。従って、スクリーンの上方と下方のうちいずれで投射光の照度が低くなる傾向があるかに対応して、画像形成面での照明光の光強度分布を設定することにより、照度ムラを抑制して画面品位を向上できる。例えば、スクリーンの上方の照度が下方の照度よりも低くなる傾向がある場合、画像形成面の上方と下方のうち、スクリーンの上方側と対応する側での光強度がスクリーンの下方側と対応する側での光強度より強くなるように光強度分布を設定すればよい。

具体的には、前記照明光学系は、光源と、この光源と前記反射型画像形成素子との間の光路に配置されたインテグレータ光学系とを備え、前記光源から前記インテグレータ光学系に対して前記インテグレータ光学系の光軸に対して非対称な光強度分布を持つ光束が入射する。

さらに具体的には、前記インテグレータ光学系はインテグレータロッドを備え、前記光源出射から出射された光束を集光する集光光学系の光軸が、前記インテグレータロッドの光軸に対して傾斜している。

代案としては、前記インテグレータ光学系はインテグレータロッドを備え、前記照明光学系は前記光源と前記インテグレータロッドの間の光路に配置されたプリズムを備え、前記プリズムから前記インテグレータロッドの入射面に前記インテグレータロッドの光軸に対して傾斜した光束が入射する。

他の代案としては、前記インテグレータ光学系はインテグレータロッドを備え、前記照明光学系は前記光源の出射する光を収束する集光ミラーと、この集光ミラーの片側に配置されたリフレクターとを備え、前記集光ミラー及び前記リフレクターから前記インテグレータロッドの入射面に前記インテグレータロッドの光軸に対して非対称な光強度分布を有する光束が入射する。

さらに別の代案としては、前記インテグレータ光学系はレンズアレイを備えるレンズアイ式インテグレータ光学系であり、前記インテグレータ光学系に入射する光束の中心を、インテグレータ光学系の光軸に対してずらして配置してもよい。

前記照明光学系は、光源と、この光源と前記反射型画像形成素子との間の光路に配置されたインテグレータ光学系とを備え、前記インテグレータ光学系内で非対称な光束の重ね合わせを行ってもよい。例えば、前記インテグレータ光学系は、片側テーパ形状のインテグレータロッドを備える。

本発明の投射型画像表示装置では、オフ光を投射光から離れる方向に反射する反射ミラーを備えるので、簡易な構成でオフ光が投射光学系に入射するのを防止できる。その結果、オフ光が投射光学系を構成する光学部品や光学部品の保持部材に照射されることによる投射光学系での発熱を抑制できる。また、投射光学系に入射したオフ光がスクリーンに映る不要光となるのを防止できるので、この不要光に起因するコントラストの低下等の画質低下を防止できる。さらに、反射型画像形成素子の画像形成面及び反射ミラーを密閉する密閉構造体を設け、かつ密閉構造体の反射ミラーと対向する位置に透明部材を設けることで、画質低下の原因となる反射型画像形成素子周辺への塵や埃の侵入を防止しつつ、反射ミラーで反射されたオフ光による密閉構造体内の発熱を防止できる。

また、反射ミラーを凹面ミラーとすれば、反射ミラーで反射されるオフ光の光束幅を小さくできるので、オフ光が投射光学系に入射するのをより確実に防止し、投射光学系の発熱とオフ光が不要光となることに起因する画質低下をより確実に防止できる。

（第１実施形態）
図１は本発明の投射型画像表示装置の第１実施形態に係るリアプロジェクションテレビ（リアプロＴＶ）１を示す。リアプロＴＶ１のケーシング２内には、反射型画像形成素子の一例であるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）３、このＤＭＤ３に照明光を照射する照明光学系４、及びＤＭＤ３で反射された投射光、すなわち画像を拡大投射する投射光学系５が収容されている。また、ケーシング２の前面上方には、投射光学系５で拡大された画像が２枚の平面ミラー６Ａ，６Ｂを介して投射されるスクリーン７が配設されている。

図２を併せて参照すると、ケーシング２内の下部には、照明光学系４を収容した筐体８に加え、下側光学部品保持部材９と上側光学部保持部材１０が収容されている。後に詳述するように、これら下側及び上側光学部品保持部材９，１０により、ＤＭＤ３と投射光学系５の光学部品が保持されている。図３を併せて参照すると、下側光学部品保持部材９はその上部外側に一対の台座部４３ａ，４３ｂを備え、これらの台座部４３ａ，４３ｂ上に上側光学部品保持部材１０が載置されている。

（ＤＭＤ）
ＤＭＤ３は入射する光を反射する方向によって空間的に変調する画像形成素子である。図４及び図５を参照すると、ＤＭＤ３は、多数の微小なマイクロミラー１１Ａ，１１Ｂを二次元配置してなるミラー面（画像形成面）１２を備える。個々のマイクロミラー１１Ａ，１１Ｂは入力された映像信号に応じて２種類の角度のいずれかに回転角度を切り換え可能である。一方の角度に設定されたマイクロミラー１１Ａは、「オン」の状態にある。このオン状態のマイクロミラー１１Ａは、照明光学系４からの照明光を投射光学系５からスクリーン７に導かれる方向に反射する（投射光）。詳細には、投射光は、投射光学系５及び平面ミラー６Ａ，６Ｂを介してスクリーン７上に投射される。一方、回転角度が２種類の角度のうちの他方に設定されたミラー１１Ｂは、「オフ」の状態にある。このオフ状態のマイクロミラー１１Ｂは、照明光学系４からの照明光を投射光学系５及びスクリーン７に導かれない方向に反射する。符号Ｌ１はオン状態のミラー１１Ａにより反射された投射光を示し、符号Ｌ２はオフ状態のミラー１１Ｂにより反射されたオフ光を示す。ミラー面１２は長辺１２ａと短辺１２ｂを備える矩形状であり、マイクロミラー１１Ａ，１１Ｂの回転軸Ｒはミラー面１２の長辺１２ａに対して平行である。

（照明光学系）
図６及び図７を参照すると、照明光学系４は、例えば超高圧水銀ランプからなる放電ランプ１５、放物面鏡１６、コンデンサーレンズ１７Ａ，１７Ｂ、カラーホイール１８、インテグレータロッド１９、リレーレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ、絞り２１、ミラー２２、及びエントランスレンズ２３を備える。なお、図５において太破線は、結像関係を示している。

放電ランプ１５から放射された光は放物面鏡１６により平行光に変換され、コンデンサーレンズ１７Ａ，１７Ｂによりインテグレータロッド１９の入射面に集光される。インテグレータロッド１９の入射面近傍に配置されたカラーホイール１８の円周上には、赤、青、緑の色光をそれぞれ透過するカラーフィルタ１８が配置され、カラーホイール１８が回転することで、インテグレータロッド１９への入射光は時分割で色分解される。インテグレータロッド１９は、直方体のガラスロッドであり、ロッド内面で入射光を全反射させて重ね合わせることで、射出面から均一な強度分布を持つ光束を出射する。インテグレータロッド１９は内面に反射面を有する中空ロッドでもよい。リレーレンズ２０Ａ〜２０Ｃ、絞り２１、ミラー２２、及びエントランスレンズ２３により、インテグレータロッド１９の射出面の像がＤＭＤ３のミラー面１２上に形成される。これにより、ＤＭＤ３のミラー面１２は均一な光強度で照明される。

リレーレンズ２０Ａ〜２０Ｃとエントランスレンズ２３の間に配置されたミラー２２は、照明光の光路を図１において手前側に向かう方向から右斜め上に折り曲げる機能を有する。そのため、図７に最も明瞭に表れているように、照明光学系４からの照明光は、ＤＭＤ３に対して斜め下側から照射される。

図８は、照明光学系４の代案を示す。この照明光学系４は、放電ランプ１１１、楕円鏡１１２、カラーホイール１１３、コリメータレンズ１１４、２枚のレンズアレイ１１５，１１６と凸レンズ１１７からなるレンズアレイ式のインテグレータ光学系１１８、ミラー１２９、及びエントランスレンズ１２０を備えている。放電ランプ１１１から放射された光は楕円鏡１１２により集光され、集光位置にカラーホイール１１３が配置されている。集光後に発散した光は、コリメータレンズ１１４により平行光に変換されて、インテグレータ光学系１１８に入射する。インテグレータ光学系１１８の２枚のレンズアレイ板１１５，１１６は、ＤＭＤ３のミラー面１２と相似な形状（矩形）のレンズセルが２次元的に配列されたものであり、平行光束を各レンズセルが集光する。２枚目のレンズアレイ板１１６、凸レンズ１１７、及びエントランスレンズ１２０により、１枚目のレンズアレイ板１１５のレンズセル形状の像をＤＭＤ３のミラー面１２上に形成している。凸レンズ１１７にはレンズセルにより集光された光束をＤＭＤ３のミラー面１２上に重ね合わせる機能があり、これによりＤＭＤ３は均一な光強度を持つ光束で照明される。ミラー１１９は、照明光の光路を図１において手前側に向かう方向から右斜め上に折り曲げ、ＤＭＤ３に対して斜め下側から照明光を照射する機能を有する。

（投射光学系）
図１、図９、及び図１０を参照すると、投射光学系５は４枚の曲面ミラー２５，２８，３０，３１、２枚の収差補正板２７，２９、及び１個の可変絞り機構２６を備える。詳細には、ＤＭＤ３側から順に、凹面球面ミラー２５、可変絞り機構２６、第１収差補正板２７、凸面回転対称非球面ミラー２８、第２収差補正板２９、第１自由曲面ミラー３０、及び第２自由曲面ミラー３１が配置されている。これら投射光学系５が備える光学部品のうち、凹面球面ミラー２５、可変絞り機構２６、第１収差補正板２７、及び凸面回転対称非球面ミラー２８が下側光学保持部材９に保持され、第１及び第２自由曲面ミラー３０，３１が上側光学保持部材１０に保持されている。

凹面球面ミラー２５はＤＭＤ３と対向して配置され、凸面回転対称非球面ミラー２８は凹面球面ミラー２５と対向してやや上方に配置されている。同様に、第１自由曲面ミラー３０は凸面回転対称非球面ミラー２８と対向してやや上方に配置され、第２自由曲面ミラー３１も第１自由曲面ミラー３０と対向してやや上方に配置されている。従って、ＤＭＤ３からの光束は、凹面球面ミラー２５、凸面回転対称非球面ミラー２８、第１自由曲面ミラー３０、及び第２自由曲面ミラー３１で反射されて折れ曲がりつつ上方に向かい、第１平面ミラー６Ａへ出射される。

前述のように照明光学系４からの照明光はＤＭＤ３のミラー面１２に対して、下方（斜め下）から照射され、本実施形態のリアプロＴＶ１はボトムライト型である。また、照明光学系４からの照明光のうちＤＭＤ３のミラー面１２に入射する部分、すなわちミラー２２，１１９からエントランスレンズ２３，１２０を介してＤＭＤ３に到る光路における照明光の主光線は、ＤＭＤ３から投射光学系５を介してスクリーン７に向かう投射光の主光線と同一平面上（図１においてＸＹ平面に平行な面）にある。かかる構成のリアプロＴＶ１は、比較的簡易で低コストの構成で大型のスクリーン７に画像を投射できるが、図９に最も明瞭に表れているように、オフ光が投射光と同様に上方、すなわち投射光学系５側に向かうため、オフ光が投射光学系５に入射しやすい。

次に、図３、図９、及び図１０を参照して、下側光学部品保持部材９及びこれに保持された光学部品について詳述する。下側光学部品保持部材９は、全体として水平方向に延びる第１及び第２筒状部４１，４２を備える。第２筒状部４２は第１筒状部４１と連続して形成されており、第１筒状部４１よりも図９において左側上方に位置している。第１筒状部４１は、頂壁４１ａ、底壁４１ｂ、互いに対向する一対の側壁４１ｃ、一方の端部（図９において左側）の下側部を閉じる下側端部壁４１ｄ、及び一方の端部の上側部を閉じる上側端部壁４１ｅを備え、他方の端部（図９において右側）に開口部４１ｆが形成されている。

第２筒状部４２は、頂壁４２ａ、底壁４２ｂ、互いに対向する一対の側壁４２ｃ、及び一方の端部（図９において右側）の上側部を閉じる端部壁４２ｄを備え、他方の端部（図９において左側）に開口部４２ｅが形成されている。また、第２筒状部４２の外側に前述の台座部４３ａ，４３ｂが設けられている。第２筒状部４２の底壁４２ｂは第１筒状部４１の内部に僅かに突出しており、その下側に第１筒状部４１の下側端部壁４１ｄがあり、上側に第１筒状部４１の上側端部壁４１ｅがある。一方、第１筒状部４１の頂壁４１ａは第２筒状部４２の端部壁４２ｄまで延びている。

図９及び図１０において右側（図３において手前側）に位置する第１筒状部４１の開口部４１ｆは、ＤＭＤ３を保持した画像形成素子保持板４６により密閉状態で閉鎖されている。なお、図３では、ＤＭＤ３の図示を省略している。

第１筒状部４１に対する画像形成素子保持板４６の取り付け構造を説明する。第１筒状部４１の開口部４１ｆ近傍には左右３個ずつで合計６個のねじ止め部４７ａ〜４７ｆが設けられ、個々のねじ止め部４７ａ〜４７ｆには雌ねじ部４８が形成されている。また、６個のねじ止め部４７ａ〜４７ｆのうち開口部４１ｆの四隅に対応する４個のねじ止め部４７ａ，４７ｃ，４７ｄ，４７ｆの先端には、当たり面４９が形成されている。画像形成素子保持板４６には、ねじ止め部４７ａ〜４７ｆの雌ねじ部４８と対応する位置に６個の貫通孔４６ａが形成されている。これらの貫通孔４６ａに挿通したねじをねじ止め部４７ａ〜４７ｆに螺合することで画像形成素子保持板４６が第１筒状部４１に対して固定されている。画像形成素子保持板４６の四隅付近が４個の当たり面４９に当接し、それによって画像形成素子保持板４６は第１筒状部４１に対して所定の位置及び姿勢で保持される。また、画像形成素子保持板４６と開口部４１ｆの周縁との間には、矩形枠状の弾性部材５２が圧縮状態で介装されている。

図９及び図１０において左側（図３において奥側）に位置する第１筒状部４１の下側端部壁４１ｄにも、開口部４１ｇが形成されている。この開口部の周縁に形成されたレンズ保持部４１ｈには、照明光学系４のエントランスレンズ２３が取り付けられている。下側端部壁４１ｄの開口部４１ｇはエントランスレンズ２３によって密閉状態で閉鎖されている。

また、図９及び図１０において左側（図３において奥側）に位置する第１筒状部４１の上端部壁４１ｅには、第１筒状部４１の内部と第２筒状部４２の内部を連通させる開口部４１ｉが形成されている。ＤＭＤ３から投射光学系５の最初の光学部品である凹面球面ミラー２５に到る光路は、この開口部４１ｉを通る。この開口部４１ｉの周縁に形成されたカバー保持部４１ｊには、平坦な板ガラスからなるカバーガラス５３が取り付けられている。このカバーガラス５３によって上側端部壁４１ｅの開口部４１ｉが閉鎖されている。

第１筒状部４１内の頂壁４１ａの付近、詳細にはオン状態のマイクロミラー１１Ａによって反射される投射光Ｌ１の光路を挟んでＤＭＤ３に入射する照明光の光路の反対側には、反射ミラー１３０が配置されている。この反射ミラー１３０はオフ状態のマイクロミラー１１Ｂにより反射されたオフ光Ｌ２を反射する。本実施形態では、反射ミラー１３０は平面ミラーである。

第１筒状部４１の反射ミラー１３０と対向する位置、詳細には第１筒状部４１の底壁４１ｂに開口部４１ｋが形成されており、この開口部４１ｋは平面ガラス１３１によって密閉状態で閉鎖されている。

以上の構造の第１筒状部４１の内部は、第１筒状部４１自体の頂壁４１ａ、底壁４１ｂ、側壁４１ｃ、下側端部壁４１ｄ、及び上側端部壁４１ｅに加え、画像形成素子保持板４６、弾性部材５２、照明光学系４のエントランスレンズ２３、カバーガラス５３、並びに平面ガラス１３１によって囲まれた密閉空間５４となっている。換言すれば、ＤＭＤ３のミラー面１２、照明光学系４からミラー面１２に入射する光路の最後の部分、及びＤＭＤ３から投射光学系５の最初の光学部品である凹面球面ミラー２５に向かう光路の最初の部分、及び反射ミラー１３１が密閉空間５４の内部にある。このようにＤＭＤ３の周辺を密閉空間５４とすることで、画質低下の原因となるＤＭＤ３周辺への塵や埃の侵入を防止できる。

この密閉空間５４のクリーン度はクラス５０００より高くクラス１００より低い範囲で設定することが好ましい。ここでクリーン度は、Fed-Std-209D（米国連邦規格209D）に基づくもので、０．５μmを対象とした１ＣＦ（キュービックフィート：１立方フィート（約２８．３リットル）中のパーティクル数の上限値である。密閉空間５４のクリーン度がクラス５０００以下であると、拡大投射された画像中に投射される塵や埃の像により画質が著しく低下する。一方、密閉空間５４のクリーン度をクラス１００以上とするには非常に高価な設備が必要になるが、クラス５０００を上回るクリーン度であればクラス１００未満であっても塵や埃に起因する実用上問題となるような画質の低下は生じない。

オフ状態のミラー１１Ｂで反射されたオフ光Ｌ２は、オン状態のマイクロミラー１１Ａによって反射された投射光から離れる方向、すなわち図９及び図１０において下方へ向けて反射ミラー１３０によって反射される。換言すれば、オフ光Ｌ２は平面ミラー１３１で反射されることにより、投射光Ｌ１とは異なる方向に導かれる。従って、オフ光Ｌ２が投射光学系６に入射するのを防止できる。その結果、オフ光Ｌ２が投射光学系６を構成する光学部品や光学部品の保持部材に照射されることによる投射光学系６での発熱を抑制できる。また、投射光学系６に入射したオフ光Ｌ２がスクリーン７に映る不要光となるのを防止できるので、この不要光に起因するコントラストの低下等の画質低下を防止できる。

反射ミラー１３０で反射されたオフ光Ｌ２は単に投射光Ｌ１から離れるだけでなく、平面ガラス１３１を透過して第１筒状部４１（下側光学部品保持部材９）の外部に導かれる。前述のようにＤＭＤ３のミラー面１２と平面ガラス１３１は第１筒状部９内の密閉空間５４に配置されている。従って、反射ミラー１３０で反射されたオフ光Ｌ２を密閉空間５４から外部に導くことにより、第１筒状部４１内の発熱を防止できる。また、第１筒状部４１の開口部４１ｋは平面ガラス１３１によって密閉状態で閉鎖されているので、塵や埃の侵入防止のための密閉空間５４の気密性を損なうことなく、オフ光Ｌ２を第１筒状部４１の外部に導くことができる。

第２筒状部４２の開口部４２ｅには凹面球面ミラー２５が取り付けられている。また、第２筒状部４２の内部には可変絞り機構２６が配設されている。第２筒状部４２の端部壁４２ｄにも開口部４２ｆが形成され、この開口部４２ｆの周縁に形成された保持部４２ｇに第１収差補正板２７が取り付けられている。また、保持部４２ｇよりも外側に形成されたミラー保持部４２ｈに凸面回転対称非球面ミラー２８が取り付けられている。さらに、第２筒状部４２の外側上方に形成された保持部４２ｉに、第２収差補正板２９が取り付けられている。さらにまた、前述のように上側光学部品部材１０には、第１及び第２自由曲面ミラー３０，３１が取り付けられている。

以上のように、第１実施形態のリアプロＴＶ１は照明光と投射光Ｌ１の主光線が同一平面上にあるボトムライト型であり、オフ光Ｌ２が投射光Ｌ１と同様に上方に向かうが、オフ光Ｌ２を反射ミラー１３０で反射して平面ガラス１３１から下側光学部品保持部材９の外部で導くことにより、オフ光Ｌ２の投射光学系６への入射を防止できる。その結果、オフ光Ｌ２による投射光学系６の発熱を抑制し、かつオフ光Ｌ２が投射光学系６を経てスクリーン７に映ることに起因する画質低下防止できる。

（第２実施形態）
図１１及び図１２に示す本発明の第２実施形態は、反射ミラー１３０が平面ミラーではなく集光曲面形状の凹面ミラーである点が第１実施形態と異なる。反射ミラー１３０を曲面ミラーとすることで、反射ミラー１３０で反射されるオフ光Ｌ２の光束幅を平面ミラーの場合よりも小さくできる。その結果、オフ光Ｌ２が投射光学系６に入射するのをより確実に防止し、投射光学系６の発熱とオフ光Ｌ２がスクリーン７に映ることに起因する画質低下をより確実に防止できる。また、反射ミラー１３０で反射されたオフ光Ｌ２は集束光束となるので、光束全体が確実に平面ガラス１３１を透過して第１筒状部４１（下側光学部品保持部材９）の外部に導かれる。

第２実施形態のその他の構成及び作用は、第１実施形態と同様であるので同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

（スクリーンの上下方向の照度ムラ防止）
図１を参照すると、ボトムライト型である実施形態のリアプロＴＶ１では、投射光学系６からの投射光がスクリーン７に入射する角度が異なる。詳細には、スクリーン７の上方において投射光がスクリーン７に入射する角度θ１は、スクリーン７の下方において投射光がスクリーン７に入射する角度θ２よりも大きい。一般に入射角度が大きい程スクリーン７による反射率が増加するので、入射角度θ１とθ２の差が大きくなると、スクリーン７の上方に対する照度がスクリーン７の下方に対する照度よりも低くなる輝度ムラが発生する可能性がある。また、実施形態のリアプロＴＶ１の投射光学系６はテレセントリック系であるが、仮に投射光学系６がテレセントリック系でないとすると同様にスクリーン７の上方と下方のいずれか一方の照度が他方よりも低くなる照度ムラを生じる可能がある。

スクリーン７の輝度ムラを防止ないしは低減してスクリーンの画面品位を向上するには、スクリーン７の上方と下方のうちいずれで投射光の照度が低くなる傾向があるかに対応して、照明光学系４からＤＭＤ３のミラー面１２に入射する照明光がミラー面１２の上方側と下方側のうちいずれか一方から他方に向けて強くなる光強度分布を有していればよい。以下、スクリーン７の上方の照度が下方の輝度よりも低く、かつＤＭＤ３のミラー面１２の上方がスクリーン７の上方と対応する場合を例に、スクリーン７の輝度ムラを防止ないしは低減するための照明光学系４の構造を説明する。

照明光に前述のような光強度分布を持たせるためには、まずインテグレータ光学系にインテグレータ光学系の光軸に対して非対称な光強度分布を持つ光束を入射されることが考えられる。インテグレータ光学系は、光束を分割し、かつ分割された光束を重ね合わせて均一な分布を作り出すが、入力される光束の光強度分布が非対称であれば、均一な光強度分布を得ることができない。図１３から図１５の照明光学系４はいずれも前述の図６の照明光学系４を部分的に変更したものであり、図１６の光学系は前述の図８の照明光学系４を部分的に変更したものである。

まず、図１３に示す例では、放電ランプ１５、放物面鏡１６、及びコンデンサーレンズ１７Ａ，１７Ｂの光軸をインテグレータロッド１９の光軸に対して傾けて配置している。その結果、放電ランプ１５から放物面鏡１６及びコンデンサーレンズ１７Ａ，１７Ｂを経てインテグレータロッド１９の入射端面に向かう収束光束は、インテグレータロッド１９の光軸に対して傾斜している。

次に、図１４に示す例では、放電ランプ１５から放物面鏡１６及びコンデンサーレンズ１７Ａ，１７Ｂを経てインテグレータロッド１９の入射端面に向かう収束光束の光路にプリズム２００を配置している。入射端面に向かう収束光束はプリズム２００を透過する際に屈曲することで、インテグレータロッド１９の光軸に対して傾斜する。

また、図１５に示す例では、放物面鏡１６の開口部近傍の一部（図において下側）にのみ、リフレクター２０１が配設されている。このリフレクター２０１があることで、コンデンサーレンズ１７Ａ，１７Ｂを経てインテグレータロッド１９の入射端面に向かう収束光束は図において上方の光強度が下方の光強度よりも強くなる。

さらに、図１６に示す例では、放電ランプ１１１、楕円鏡１１２、カラーホイール１１３、及びコリメータレンズ１１４を、レンズアレイ式のインテグレータ光学系１１８の光軸に対し上方にずらして配置している。その結果、コリメータレンズ１１４が出射する光束の中心がインテグレータ光学系１１８の光軸に対して上方にずれるので、インテグレータ光学系１１８には上下方向に非対称な光強度分布を有する光束が入射する。

照明光学系４の照明光に前述のような光強度分布を持たせるために、インテグレー光学系内で非対称な光束の重ね合わせを行ってもよい。例えば、図１７に示すように、インテグレータロッド１９を片側テーパ形状とし、かつインテグレータロッド１９の射出面をＤＭＤ３のミラー面１２と相似形状とすればよい。この場合、インテグレータロッド１９に入射する光束が上下方向に折り返される回数が異なる（上側で折り返される回数よりも下側で折り返される回数が多い。）ので、インテグレータロッド１９の射出面から射出される照明光は上下方向に傾斜を持った不均一な強度分布となる。

本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、背面投射型画像表示装置であるリアプロジェクションテレビを例に本発明を説明したが、本発明はスクリーンの前方から画像を投射する前面投射型画像表示装置にも適用できる。

本発明の実施形態に係るリアプロジェクションテレビを示す模式図。 照明光学系及び投射光学系の外観の斜視図。 下側光学部品保持部材の分解斜視図。 ＤＭＤのミラー面を示す模式図。 図４のＶ−Ｖ線での模式的な断面図。 照明光学系の構成図。 図２のVII−VII線での断面図。 照明光学系の代案の構成図。 図２のIX−IX線での断面図。 図７の部分拡大図。 本発明の第２実施形態に係るリアプロジェクションテレビの部分断面図。 図１１の部分拡大図。 スクリーンと上方と下方の照度を均一化させるための照明光学系の構造の一例を示す構成図。 スクリーンと上方と下方の照度を均一化させるための照明光学系の構造の一例を示す構成図。 スクリーンと上方と下方の照度を均一化させるための照明光学系の構造の一例を示す構成図。 スクリーンと上方と下方の照度を均一化させるための照明光学系の構造の一例を示す構成図。 スクリーンと上方と下方の照度を均一化させるための照明光学系の構造の一例を示す構成図。

符号の説明

１ リアプロジェクションテレビ
２ ケーシング
３ デジタルミラーデバイス素子
４ 照明光学系
５ 投射光学系
６Ａ，６Ｂ 平面ミラー
７ スクリーン
８ 筐体
９ 下側光学部品保持部材
１０ 上側光学部品保持部材
１１Ａ，１１Ｂ マイクロミラー
１２ ミラー面
１２ａ 長辺
１２ｂ 短辺
１５ 放電ランプ
１６ 放物面鏡
１７Ａ，１７Ｂ コンデンサーレンズ
１８ カラーホイール
１９ インテグレータロッド
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ リレーレンズ
２１ 絞り
２２ ミラー
２３ エントランスレンズ
２５ 凹面球面ミラー
２６ 可変絞り機構
２７ 第１収差補正板
２８ 凸面回転対称非球面ミラー
２９ 第２収差補正板
３０ 第１自由曲面ミラー
３１ 第２自由曲面ミラー
４１ 第１筒状部
４１ａ 頂壁
４１ｂ 底壁
４１ｃ 側壁
４１ｄ 下側端部壁
４１ｅ 上側端部壁
４１ｆ，４１ｇ，４１ｉ，４１ｋ 開口部
４１ｈ レンズ保持部
４１ｊ カバー保持部
４２ 第２筒状部
４２ａ 頂壁
４２ｂ 底壁
４２ｃ 側壁
４２ｄ 端部壁
４２ｅ，４２ｆ 開口部
４２ｇ 保持部
４３ａ，４３ｂ 台座部
４６ 素子保持板
４７ａ〜４７ｆ ねじ止め部
４８ 雌ねじ部
４９ 当たり面
５２ 弾性部材
５３ カバーガラス
５４ 密閉空間
６１ チャート保持部材
６１ａ 貫通孔
６２ 透明板
６３ チャート
１３０ 反射ミラー
１３１ 平面ガラス
２００ プリズム
２０１ リフレクター

Claims (3)

1. 照明光学系からの照明光を反射型画像形成素子により変調し、変調された画像光を投射光学系によってスクリーンに拡大投射する投射型画像表示装置において、
   前記反射型画像形成素子は、入力された映像信号に応じて回転角度が第１の角度と第２の角度のいずれかに設定され、前記第１の角度では前記照明光を前記投射光学系から前記スクリーンに導かれる第１の方向に反射し、前記第２の角度では前記照明光を前記スクリーンに導かれない第２の方向に反射する複数個のマイクロミラーを二次元配置してなる画像形成面を備え、
   前記第１の回転角度の前記マイクロミラーによって前記第１の方向に反射される投射光の光路を挟んで前記反射型画像形成素子に入射する前記照明光の光路の反対側に配置され、前記第２の回転角度の前記マイクロミラーによって前記第２の方向に反射された照明光を前記投射光から離れる方向に反射する反射ミラーと、
   前記反射型画像形成素子の前記画像形成面及び前記反射ミラーを密閉する密閉構造体と
   を備え、
   前記密閉構造体の前記反射ミラーと対向する位置を、前記反射ミラーで反射された光を前記密閉構造体の外部に透過させる透明部材により構成していることを特徴とする、投射型画像表示装置。
2. 前記照明光学系は前記照明光を下方から前記反射型画像形成素子の前記画像形成面に照射し、
   前記反射型画像形成素子は、前記画像形成面が長辺と短辺を備える矩形状であり、前記マイクロミラーの前記回転軸は前記画像形成面の長辺に対して平行であり、かつ前記第１及び第２の角度に設定された前記マイクロミラーで前記第１及び第２の方向に反射された光はいずれも上方に導かれ、かつ
   前記投射光学系は前記反射型画像形成素子からの前記投射光を前記スクリーンに向けて下方から上方に向けて導く複数の曲面ミラーを備えることを特徴とする、請求項１に記載の投射型画像表示装置。
3. 前記反射ミラーは凹面ミラーであることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の投射型画像表示装置。

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