JP5561087B2 - 画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像投射装置に関する。

画像投射装置として広く知られた液晶プロジェクタは、近来、液晶パネルの高解像化、光源ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化等が進んでいる。又、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔＡｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等を利用した小型軽量な画像投射装置が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広く画像投射装置が利用されつつある。特に、フロントタイプのプロジェクタは携帯性が向上し、数人規模の小会議にも使われている。

超短焦点のプロジェクタは、プレゼンテーションのとき等に発表者の影が映りこまないという利点がある。一方、投射距離が光学系の全長よりも短くなった場合、被投射面から離れたところに設置して使用することができず、被投射面に埋め込まなければならないという欠点がある。そこで、折り返しミラーを配して光路を折り返すことにより、このような欠点を解消している。

ところで、このようなプロジェクタにおいて、光学系がむき出しになっていると、埃の付着などの問題が生じる。そこで、従来のプロジェクタでは、防塵機能を有する防塵カバーが設置されている（例えば、特許文献１、２、３、及び４参照）。

しかしながら、従来のプロジェクタに設置されている防塵カバーは、光路を折り返す機能は備えていないため、光路の折り返しと防塵カバーの設置とを別途に検討する必要があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、防塵カバーと共用可能な光学系を有する投射光学系を筺体に収容し前記光学系を防塵カバーとして用いた画像投射装置を提供することを課題とする。

本画像投射装置は、画像を投射光学系により被投射面に投射する画像投射装置であって、前記投射光学系は、屈折光学系を少なくとも一つ含んだ光学系であり全体として正のパワーを有する第１光学系と、反射領域と透過領域とを有する第２光学系と、パワーを有する反射面を少なくとも一つ含んだ光学系であり全体として正のパワーを有する第３光学系と、を有し、前記画像側からの光線は、前記第１光学系を通過して前記第２光学系の前記反射領域で光路を折り曲げられて前記第３光学系に入射し、更に前記第３光学系で光路を折り曲げられて前記第２光学系の前記透過領域を透過して前記被投射面に入射し、前記投射光学系の前記第２光学系を除く部分は、開口部を有する筐体に収容され、前記開口部は、前記第２光学系により塞がれていることを要件とする。

開示の技術によれば、防塵カバーと共用可能な光学系を有する投射光学系を筺体に収容し前記光学系を防塵カバーとして用いた画像投射装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る投射光学系を例示する光路図である。 図１の一部を拡大して例示する光路図である。 第２光学系を反射領域の法線方向から視た図（その１）である。 比較例１に係る投射光学系を例示する光路図である。 比較例２に係る投射光学系を例示する光路図である。 第２光学系を反射領域の法線方向から視た図（その２）である。 第２光学系を反射領域の法線方向から視た図（その３）である。 第２光学系を反射領域の法線方向から視た図（その４）である。 第２の実施の形態に係る投射光学系を例示する光路図である。 図９の一部を拡大して例示する光路図である。 画像形成素子から出射する光線を例示する図である。 第１の実施の形態に係る投射光学系において図１１の各光線が第２光学系の透過領域を通過する位置を例示する図である。 第２の実施の形態に係る投射光学系において図１１の各光線が第２光学系の透過領域を通過する位置を例示する図である。 第２光学系を反射領域の法線方向から視た図（その５）である。 第３の実施の形態に係る投射光学系を例示する光路図である。 図１５の一部を拡大して例示する光路図である。 透過領域における光線の入射角に対する反射率を例示する図である。 第２光学系の透過領域を屈曲させた例を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係る画像投射装置を例示する模式図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る投射光学系を例示する光路図である。図２は、図１の一部を拡大して例示する光路図である。図１及び図２における座標系は、スクリーンの長軸方向をＸ、短軸方向をＺ、スクリーンの法線方向をＹとしている。図１及び図２を参照するに、投射光学系１０は、第１光学系１１と、第２光学系１２と、第３光学系１３とを有する。なお、７０は筐体（以降、筐体７０とする）を、８０は画像形成素子（以降、画像形成素子８０とする）を、９０はスクリーン（以降、スクリーン９０とする）を示している。

投射光学系１０において、第１光学系１１は、屈折光学系（レンズ）を少なくとも一つ含んだ共軸系の光学系であり、全体として正のパワーを有する。本実施の形態において、第１光学系１１は、１１枚のレンズから構成されているが、これに限定されることはない。

図３は、第２光学系を反射領域の法線方向から視た図（その１）である。図１〜図３を参照するに、第２光学系１２は、反射領域１２ａと、透過領域１２ｂとを有する。第２光学系１２は、筐体７０の開口部を塞ぐように、ＸＹ平面に対して所定の傾き角度を持って取り付けられている。つまり、第２光学系１２は、筐体７０の壁の一部を構成し、第２光学系１２の反射領域１２ａは、筐体７０の壁の内壁面に設けられている。第２光学系１２において、１２ｃは、反射領域１２ａと透過領域１２ｂとの境界（以降、境界１２ｃとする）を示している。反射領域１２ａは、第１光学系１１から第３光学系１３へ進む光の光路を変換する折り返しミラーとしての機能を有する。透過領域１２ｂは、第３光学系１３により光路を変換された光を透過させる機能を有する。透過領域１２ｂを透過した光線は、スクリーン９０に到達する。

反射領域１２ａ及び透過領域１２ｂは一体的に形成することが可能である。反射領域１２ａ及び透過領域１２ｂの材料としては、例えば、ガラスやプラスチック等の透光性を有する材料を用いることができる。そして、反射領域１２ａは、例えば、ガラスやプラスチック等の材料の表面にアルミニウム等の高反射率の材料を蒸着法等により形成することで作製できる。なお、ガラスやプラスチック等の透光性を有する材料に反射領域１２ａを形成する処理を、以降、反射処理と称する場合がある。反射領域１２ａと透過領域１２ｂの境界１２ｃは直線状であるため、第２光学系１２となる複数の材料を並べて蒸着法等により反射処理ができ、簡単に多数の第２光学系１２を製造することが可能である。なお、図３には第２光学系１２の平面形状が矩形のものを示したが、第２光学系１２の平面形状は矩形には限定されず、任意の形状として構わない。

このように、第２光学系１２は、反射領域１２ａ及び透過領域１２ｂを有する光学系としての機能を有するが、更に、投射光学系１０を筐体に収容した際に防塵カバーとしての機能も有する。つまり、投射光学系１０の第２光学系１２を除く部分を開口部を有する筐体７０に収容し、開口部を第２光学系１２により塞ぐことができる。これにより、第２光学系１２は、筐体７０の壁の一部を構成し、第２光学系１２の反射領域１２ａは、筐体７０の壁の内壁面に設けられることになる。

すなわち、第２光学系１２は筐体７０の開口部を塞いでいるので、筐体７０内部への異物の侵入等を防ぎ、第１光学系１１や第３光学系１３の汚れや破壊等を防ぐことができる。又、第２光学系１２が防塵カバーを兼ねているので、これらが別体になっている場合よりも組みつけが容易である。加えて、これらが別体になっている場合に必要な防塵カバーと第２光学系１２とを保持する保持部材が不要となり、保持部材によって光線がけられる心配も生じず、位置の調節が容易である。

図１及び図２に戻り、第３光学系１３は、パワーを有する反射面を少なくとも一つ含んだ光学系であり、全体として正のパワーを有する。

画像形成素子８０は、例えば、液晶パネル等のライトバルブである。画像形成素子８０から出射した光線は、投射光学系１０の第１光学系１１に入射し、第１光学系１１を通過した後に、第２光学系１２の反射領域１２ａで折り返される。その後、反射領域１２ａで折り返された光線は第３光学系１３で更に折り返され、第２光学系１２の透過領域１２ｂを透過してスクリーン９０に投射される。画像形成素子８０により形成された画像は、第１光学系１１から第３光学系１３に至る光路上に中間像として結像され、スクリーン９０上には、この中間像を更に拡大した画像が投射結像される。

光軸に近い光線は第２光学系１２の反射領域１２ａと第３光学系１３の間で中間像を形成し、光軸から遠い光線は第１光学系１１と第２光学系１２の反射領域１２ａの間で中間像を形成する。第２光学系１２の反射領域１２ａで光路を折り返すことにより、投射距離が光学系の全長よりも短い光学系であっても、投射方向を光学系の奥行き方向から高さ方向へ変えることができるため、スクリーン９０に埋め込むことなく投射することができる。

又、投射距離を短くできるため、狭い会議室等でも使用することができる。更に別の効果として、従来のプロジェクタのように、発表者がプロジェクタの投射画像の間に入ることで投射画像に影が生じるという問題を軽減できる。又、第１光学系１１を構成する一部のレンズに非球面レンズを用いることにより設計の自由度が高くなり、スクリーン９０上での結像性能を向上できる。又、第３光学系１３の正のパワーを持つ反射ミラーがアナモフィックな多項式自由曲面形状であれば、それぞれの像高に対する反射領域ごとに、反射面の曲面形状を調整することができ、収差補正性能を向上できる。

なお、『アナモフィックな多項式自由曲面』とは、投射画像を基準として上下方向をＹ方向、左右方向をＸ方向、曲面のデプスをＺ方向、『Ｘ２、Ｙ２、Ｘ２Ｙ、Ｙ３、Ｘ２Ｙ２等』を係数として、下記式（数１）で表される形状である。

但し、第１の実施の形態では、第３光学系１３として凹面状の反射面を採用しているが、フレネル反射鏡やホログラム反射鏡等の集光パワーを有する反射光学素子であれば凹面状の反射面には限定されない。

なお、第２光学系１２の反射領域１２ａは、反射領域１２ａで反射した光線が第１光学系１１に遮られたり、第３光学系１３によって反射された光線が反射領域１２ａに遮られたりしないような領域に配置する必要がある。

ここで、比較例を用いて第１の実施の形態に係る投射光学系１０について補足説明をする。図４は、比較例１に係る投射光学系を例示する光路図である。図５は、比較例２に係る投射光学系を例示する光路図である。図４及び図５における座標系は、スクリーンの長軸方向をＸ、短軸方向をＹ、スクリーンの法線方向をＺとしている。図４及び図５を参照するに、比較例１に係る投射光学系１０Ａ及び比較例２に係る投射光学系１０Ｂは、第２光学系１２を設けていない点を除いて、第１の実施の形態に係る投射光学系１０と同様の構成である。

図４に示す投射光学系１０Ａは、投射光学系１０と同様に投射距離を短くできるが、投射距離を更に短くしようとすると、図５に示す投射光学系１０Ｂのように、投射距離が光学系の全長よりも短くなる。投射光学系１０Ｂでは、画像形成素子８０及び第１光学系１１の一部がスクリーン９０よりも紙面右側に配置されていることからわかるように、投射光学系１０Ｂの一部をスクリーン９０に埋め込んで使用することになり、使い勝手が悪い。

第１の実施の形態に係る投射光学系１０のように、第２光学系１２を設け、第２光学系１２の反射領域１２ａで第１光学系１１から第３光学系１３へ進む光の光路を変換することにより、このような問題を回避できる。

このように、第１の実施の形態では、第２光学系１２の反射領域１２ａで第１光学系１１から第３光学系１３へ進む光の光路を変換するため、投射距離が光学系の全長よりも短くなった場合でもプロジェクタをスクリーンに埋め込むことなく使用することができる。更に、反射領域及び透過領域を有する第２光学系を防塵カバーとしても機能させるため、投射光学系を収容する筐体内部への異物の侵入等を防ぎ、投射光学系の汚れや破壊等を防ぐことができる。

又、反射領域と透過領域の境界を直線状とすることにより、第２光学系となる複数の材料を並べて反射処理ができ、簡単に多数の第２光学系を製造することができる。

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態では、第２光学系１２を直線状の境界１２ｃで反射領域１２ａと透過領域１２ｂに分割する例を示した。第１の実施の形態の変形例１では、第２光学系１２を直線状でない境界１２ｃで分割する例を示す。

図６は、第２光学系を反射領域の法線方向から視た図（その２）である。反射領域１２ａは第１光学系１１を通過後の光線が入射する範囲にあればよい。つまり、第１光学系１１を通過後の光線が全て反射領域１２ａで折り返されるという条件内であればよく、例えば、図６に示すように反射領域１２ａと透過領域１２ｂの境界１２ｃを重力方向に対して平行方向及び垂直方向の両方向に与えても良い。これにより、反射領域１２ａの面積が必要最低限に抑えられるので、反射処理のための製造コストを低減することができる。

このように、第１の実施の形態の変形例１では、反射領域と透過領域の境界を重力方向に対して垂直方向のみでなく、重力方向に対して平行方向及び垂直方向の両方向に与える。その結果、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に、以下の効果を奏する。すなわち、第１の実施の形態の場合に比べて反射領域１２ａの面積を縮小することが可能となり、反射処理のための製造コストを低減することができる。

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例１では、第２光学系１２を直線状でない境界１２ｃで分割する例を示した。第１の実施の形態の変形例２では、第２光学系１２を直線状でない境界１２ｃで分割する他の例を示す。

図７は、第２光学系を反射領域の法線方向から視た図（その３）である。図７において、１１ｘは第１光学系１１を通過後の光線が第２光学系１２に入射するときの像形状（以降、像形状１１ｘとする）示している。第２光学系１２の反射領域１２ａは、像形状１１ｘに対応する形状とすれば良いので、反射領域１２ａと透過領域１２ｂの境界１２ｃを像形状１１ｘに沿って湾曲させることができる。これにより、図３の場合に比べて反射領域１２ａの面積を縮小することが可能となり、反射処理のための製造コストを低減することができる。

又、第１の実施の形態の変形例１と同様に、反射領域１２ａは第１光学系１１を通過後の光線が入射する範囲にあればよい。つまり、第１光学系１１を通過後の光線が全て反射領域１２ａで折り返されるという条件内であればよい。図８は、第２光学系を反射領域の法線方向から視た図（その４）である。例えば、図８に示すように反射領域１２ａと透過領域１２ｂの境界１２ｃを重力方向に対して平行方向及び垂直方向の両方向に与えても良い。これにより、反射領域１２ａの面積が必要最低限に抑えられるので、図７の場合に比べて反射処理のための製造コストを更に低減することができる。

なお、図７と図８では、像形状１１ｘが異なっている。これは、投射光学系の構成によって反射領域１２ａでの像形状１１ｘが異なることを示している。それぞれの像形状１１ｘに沿うように反射領域１２ａの形状を最適化することにより、反射処理をする領域を必要最低限に抑えることができる。図７及び図８の像形状１１ｘは一例であり、投射光学系の構成によって、他の形状となる場合もあり得る。

このように、第１の実施の形態の変形例２では、反射領域と透過領域の境界を直線状ではなく、反射領域の像形状に対応する形状とする。その結果、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に、以下の効果を奏する。すなわち、第１の実施の形態の場合に比べて反射領域１２ａの面積を縮小することが可能となり、反射処理のための製造コストを低減することができる。

〈第２の実施の形態〉
第１の実施の形態では、第２光学系１２が平坦である例を示した。第２の実施の形態のでは、第２光学系を折り曲げる例を示す。

図９は、第２の実施の形態に係る投射光学系を例示する光路図である。図１０は、図９の一部を拡大して例示する光路図である。図９及び図１０における座標系は、スクリーンの長軸方向をＸ、短軸方向をＺ、スクリーンの法線方向をＹとしている。図９及び図１０を参照するに、投射光学系２０は、第２光学系１２が第２光学系２２に置換された点が投射光学系１０（図１及び図２参照）と相違する。

第２光学系２２は、反射領域２２ａと、透過領域２２ｂとを有する。第２光学系２２は、筐体７０の開口部を塞ぐように取り付けられている。第２光学系２２は、反射領域２２ａと透過領域２２ｂとの境界２２ｃで屈曲している。つまり、第２光学系２２において、反射領域２２ａと透過領域２２ｂとは同一平面内にない。反射領域２２ａはＸＹ平面に対して所定の傾き角度を持って取り付けられており、透過領域２２ｂはＸＹ平面に対して略平行に取り付けられている。

反射領域２２ａは、第１光学系１１から第３光学系１３へ進む光の光路を変換する折り返しミラーとしての機能を有する。透過領域２２ｂは、第３光学系１３により光路を変換された光を透過させる機能を有する。透過領域２２ｂを透過した光線は、スクリーン９０に到達する。第２光学系２２は、例えば、平面ガラスやプラスチック等で作製した第２光学系１２を折り曲げることにより容易に製造することができる。

第２光学系２２は、第２光学系１２と同様に防塵カバーとしての機能を有する。すなわち、第２光学系２２は筐体７０の開口部を塞いでいるので、筐体７０内部への異物の侵入等を防ぎ、第１光学系１１や第３光学系１３の汚れや破壊等を防ぐことができる。又、第２光学系２２が防塵カバーを兼ねているので、これらが別体になっている場合よりも組みつけが容易である。加えて、これらが別体になっている場合に必要な防塵カバーと第２光学系２２とを保持する保持部材が不要となり、保持部材によって光線がけられる心配も生じず、位置の調節が容易である。

なお、図１０において、θ_１は、投射光学系２０において、第３光学系１３の第１光学系１１に最も近い側で反射する光線の、透過領域２２ｂへの入射角（透過領域２２ｂの法線２２ｘに対する角度）を示している。θ_１については、後述する。

図１１は、画像形成素子から出射する光線を例示する図である。図１２は、第１の実施の形態に係る投射光学系において図１１の各光線が第２光学系の透過領域を通過する位置を例示する図である。図１３は、第２の実施の形態に係る投射光学系において図１１の各光線が第２光学系の透過領域を通過する位置を例示する図である。

第１の実施の形態に係る投射光学系１０において、図１１に示す画像形成素子８０から出射する各光線８０ｘは、図１２の位置で第２光学系１２の透過領域１２ｂを通過する。一方、第２の実施の形態に係る投射光学系２０において、図１１に示す画像形成素子８０から出射する各光線８０ｘは、図１３の位置で第２光学系２２の透過領域２２ｂを通過する。

図１２と図１３とを比較すればわかるように、投射光学系２０は、投射光学系１０と比べて、第２光学系の反射領域で反射後の光線が第３光学系１３で反射後に透過領域を通過するときの面積が小さくなる。これは、投射光学系２０では、透過領域２２ｂが光線の集光位置近傍に位置しているためである。特に至近プロジェクタにおいては、第２光学系を反射後の光線の広がり角が大きいため、透過領域の位置によって通過する光線の面積が大きく異なる。よって、光線の集光位置近傍に透過領域を設置することで必要な透過領域の面積を小さくすることができる。

図１４は、第２光学系を反射領域の法線方向から視た図（その５）である。図１４に示すように、光線の集光位置近傍に透過領域２２ｂを設置することで、透過領域２２ｂのサイズを小さくすることができる。その結果、第２光学系２２の製造コストを低減することができる。更に、透過領域２２ｂはプロジェクタ上面の一部分であるため、透過領域２２ｂのサイズの低減は、プロジェクタサイズの低減にも寄与できる。

このように、第２の実施の形態では、第２光学系を折り曲げる（屈曲させる）。その結果、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に、以下の効果を奏する。すなわち、光線の集光位置近傍に透過領域を設置することで、透過領域を通過する光線サイズが小さくなるため、透過領域のサイズを小さくすることが可能となり、第２光学系の製造コストを低減することができる。更に、プロジェクタサイズを低減することができる。

なお、第２光学系は、必ずしも透過領域と反射領域との境界で屈曲している必要はない。つまり、第２光学系は屈曲部で透過領域と反射領域とに完全に分割される必要はなく、透過領域を主とする第１領域と反射領域を主とする第２領域とに分割するように屈曲していればよい。例えば、図６〜図８に示す反射領域を形成した第２光学系を、図１０に示すように屈曲させてもよい。この場合には、図１０に示す２２ｂを透過領域を主とする第１領域、図１０に示す２２ａを図６〜図８に示す反射領域を主とする第２領域とすることができる。

〈第３の実施の形態〉
第１の実施の形態では、第２光学系１２が平坦である例を示し、第２の実施の形態では、第２光学系を屈曲させる例を示した。第３の実施の形態では、第２の実施の形態において、透過領域をスクリーンに向けて傾ける例を示す。

図１５は、第３の実施の形態に係る投射光学系を例示する光路図である。図１６は、図１５の一部を拡大して例示する光路図である。図１５及び図１６における座標系は、スクリーンの長軸方向をＸ、短軸方向をＺ、スクリーンの法線方向をＹとしている。図１５及び図１６を参照するに、投射光学系３０は、第２光学系２２が第２光学系３２に置換された点が投射光学系２０（図９及び図１０参照）と相違する。

第２光学系３２は、反射領域３２ａと、透過領域３２ｂとを有する。第２光学系３２は、筐体７０の開口部を塞ぐように取り付けられている。第２光学系３２は、反射領域３２ａと透過領域３２ｂとの境界３２ｃで屈曲している。つまり、第２光学系３２において、反射領域３２ａと透過領域３２ｂとは同一平面内にない。反射領域３２ａはＸＹ平面に対して第１の傾き角度を持って取り付けられており、透過領域３２ｂはＸＹ平面に対して第２の傾き角度を持って取り付けられている。つまり、投射光学系２０（図９及び図１０参照）では、透過領域２２ｂはＸＹ平面に対して略平行に取り付けられていたが、投射光学系３０では、透過領域３２ｂは、透過領域２２ｂよりもスクリーン９０を向くように傾けられている。なお、図１５及び図１６では、第１の傾き角度は第２の傾き角度よりも大きい。

反射領域３２ａは、第１光学系１１から第３光学系１３へ進む光の光路を変換する折り返しミラーとしての機能を有する。透過領域３２ｂは、第３光学系１３により光路を変換された光を透過させる機能を有する。透過領域３２ｂを透過した光線は、スクリーン９０に到達する。第２光学系３２は、例えば、平面ガラスやプラスチック等で作製した第２光学系１２を折り曲げることにより容易に製造することができる。

第２光学系３２は、第２光学系２２と同様に防塵カバーとしての機能を有する。すなわち、第２光学系３２は筐体７０の開口部を塞いでいるので、筐体７０内部への異物の侵入等を防ぎ、第１光学系１１や第３光学系１３の汚れや破壊等を防ぐことができる。又、第２光学系３２が防塵カバーを兼ねているので、これらが別体になっている場合よりも組みつけが容易である。加えて、これらが別体になっている場合に必要な防塵カバーと第２光学系３２とを保持する保持部材が不要となり、保持部材によって光線がけられる心配も生じず、位置の調節が容易である。

ところで、透過領域３２ｂに入射した光線の一部は入射面で反射して損失が生じる。透過領域３２ｂにおける反射率は光線の入射角によって異なる。ここで、入射角とは、光線の入射位置における入射面の法線と、その光線とがなす角度をいう。図１７は、透過領域における光線の入射角に対する反射率を例示する図である。図１７に示すように、過領域３２ｂに入射する光線の入射角が大きくなるにつれて反射率が大きくなる。

図１６において、θ_２は、投射光学系３０において、第３光学系１３の第１光学系１１に最も近い側で反射する光線の透過領域３２ｂへの入射角（透過領域３２ｂの法線３２ｘに対する角度）を示している。前述の図１０に示したように、投射光学系２０では、いずれの光線に対してもθ_１＞０°である。これは、透過領域２２ｂを通過後の光線がスクリーン９０に向かうことからも明らかである。一方、図１６に示すように、投射光学系３０では、透過領域３２ｂを透過領域２２ｂよりもスクリーン９０に向けて傾けているため、θ_１＞θ_２となる。その結果、図１７からわかるように、透過領域３２ｂでの反射による投射画像の輝度の低下を透過領域２２ｂよりも抑えることができる。

なお、透過領域に反射防止膜（ＡＲコート）を施して更に反射率を小さくしてもよい。透過領域に施す反射防止膜は均質である必要はない。透過領域を更にいくつかの領域にわけ、それぞれの領域での光線入射角に合わせて反射率を抑えるように別特性の反射防止膜を施すことで更に透過領域での反射による投射画像の輝度の低下を抑えることができる。

又、透過領域３２ｂは平面である必要はない。透過領域３２ｂを通る光線はＺ方向だけではなくＸＹ平面にも広がっている。従って、図１８に示すように、透過領域３２ｂの各点を通る光線の入射角が小さくなるように、例えば、透過領域３２ｂをＸ方向（スクリーン９０の長軸方向）に屈曲させると好適である。より詳しくは、透過領域３２ｂのＸ方向の両端部を第３光学系１３側に屈曲させると好適である。これにより、透過領域３２ｂへの光線の入射角を小さくすることが可能となり、透過領域３２ｂでの反射による投射画像の輝度の低下を更に抑えることができる。

なお、図１８では透過領域３２ｂを２箇所で折り曲げているが、もちろん折り曲げる箇所を増やしてもよく、各箇所を通る光線の入射角が小さくなるように多段階に透過領域３２ｂを折り曲げることにより、透過領域３２ｂでの反射による投射画像の輝度の低下を更に抑えることができる。

又、透過領域３２ｂは平面である必要はない。透過領域３２ｂを光線の入射角が小さくなるような所定の曲率を持った形状にすることにより、透過領域３２ｂでの反射による投射画像の輝度の低下を更に抑えることができると共に、プロジェクタサイズを小さくすることができる。

このように、第３の実施の形態では、第２光学系の透過領域を透過領域へ入射する光線の入射角度が小さくなるようにスクリーンに向けて傾ける。その結果、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に、以下の効果を奏する。すなわち、透過領域への光線の入射角を小さくすることが可能となり、透過領域での反射による投射画像の輝度の低下を抑えることができる。又、透過領域に反射防止膜（ＡＲコート）を施したり、透過領域のＸ方向の両端部を第３光学系側に折り曲げたり、透過領域を光線の入射角が小さくなるような所定の曲率を持った形状にしたりすることで、透過領域での反射による投射画像の輝度の低下を更に抑えることができる。

〈第４の実施の形態〉
第４の実施の形態では、第１の実施の形態に係る投射光学系を備えた画像投射装置を例示する。第４の実施の形態において、第１の実施の形態と同一部分の説明は省略する。

図１９は、第４の実施の形態に係る画像投射装置を例示する模式図である。図１９を参照するに、第４の実施の形態に係る画像投射装置５０は、第１の実施の形態に係る投射光学系１０と、照明光学系６０と、分離手段７５と、画像形成素子８０とを有する。又、画像投射装置５０は、図示しない照明用電源、画像形成素子８０の変調手段、画像処理ユニット等を有していても良い。

照明光学系６０は、光源６１を含み、例えば光源６１近傍に配置されたリフレクター６２（光源６１と一体となっていても良い）やリレーレンズ６３及び６４、リフレクター６２により反射されて指向性を持った光束の照度を均一化するインテグレータ光学系といわれる照度均一化手段６５等により構成され、画像形成素子８０の面上で均一な照明分布が得られるようにしている。光源６１としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、ＬＥＤ等が用いられる。

又、カラーホイール６６を用いて照明光をカラー化し、それと同期して画像形成素子８０の画像をコントロールすることにより、カラー画像を投射できるようにしてもよい。画像形成素子８０として反射型タイプの液晶画像形成素子を用いる場合は、照明光路と投射光路を分離する分離手段７５を用いることで、より効率のよい照明が可能となる。又、画像形成素子８０としてマイクロミラーデバイスタイプ（ＤＭＤ）を用いる場合は、全反射プリズムを使った光路分離等が採用される。このように、画像形成素子８０の種類に応じて適切な光学系を採用すればよい。

なお、画像形成素子８０を、赤、緑、青等の複数枚用いて、それぞれカラーフィルターを透過した照明光を当てて、色合成手段により合成された光を投射光学系１０に入射させることによりスクリーン９０上にカラー画像を投射することができる。

画像投射装置５０において、画像形成素子８０は変調信号に応じて画像形成される。光源６１からの照明光は画像形成素子８０に照射され、画像形成素子８０に形成された画像は、投射光学系１０によりスクリーン９０に拡大投射される。

以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１０、２０、３０ 投射光学系
１１ 第１光学系
１１ｘ 像形状
１２、２２、３２ 第２光学系
１２ａ、２２ａ、３２ａ 反射領域
１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ 透過領域
１２ｃ、２２ｃ、３２ｃ 境界
１３ 第３光学系１３
２２ｘ、３２ｘ 法線
５０ 画像投射装置
６０ 照明光学系
６１ 光源
６２ リフレクター
６３、６４ リレーレンズ
６５ 照度均一化手段
６６ カラーホイール
７０ 筐体
７５ 分離手段
８０ 画像形成素子
８０ｘ 光線
９０ スクリーン
θ_１、θ_２ 角度

特開２０１０−１５２２６４号公報 特開２０１０−１５２２６３号公報 特許４３９６７６９号 特開２００９−２７６７８９号公報

Claims (10)

1. 画像を投射光学系により被投射面に投射する画像投射装置であって、
   前記投射光学系は、
   屈折光学系を少なくとも一つ含んだ光学系であり全体として正のパワーを有する第１光学系と、反射領域と透過領域とを有する第２光学系と、パワーを有する反射面を少なくとも一つ含んだ光学系であり全体として正のパワーを有する第３光学系と、を有し、
   前記画像側からの光線は、前記第１光学系を通過して前記第２光学系の前記反射領域で光路を折り曲げられて前記第３光学系に入射し、更に前記第３光学系で光路を折り曲げられて前記第２光学系の前記透過領域を透過して前記被投射面に入射し、
   前記投射光学系の前記第２光学系を除く部分は、開口部を有する筐体に収容され、
   前記開口部は、前記第２光学系により塞がれていることを特徴とする画像投射装置。
2. 前記第２光学系は、前記筐体の壁の一部を構成し、
   前記第２光学系の前記反射領域は、前記壁の内壁面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の画像投射装置。
3. 変調信号に応じて前記画像を形成する画像形成素子に、光源からの照明光を照射し、前記画像形成素子に形成された前記画像を、前記投射光学系により前記被投射面に拡大投射することを特徴とする請求項１又は２記載の画像投射装置。
4. 前記反射領域と前記透過領域とは一体的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の画像投射装置。
5. 前記第２光学系は、前記第２光学系を前記透過領域を主とする第１領域と、前記反射領域を主とする第２領域とに分割するように屈曲していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の画像投射装置。
6. 前記第１領域は、前記被投射面を向くように傾けられていることを特徴とする請求項５記載の画像投射装置。
7. 前記透過領域は、前記被投射面の長軸方向に屈曲していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載の画像投射装置。
8. 前記反射領域と前記透過領域の境界は、前記第１光学系を通過した光線が前記反射領域に入射する像形状を囲んでいることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項記載の画像投射装置。
9. 前記反射領域と前記透過領域の境界は、前記第１光学系を通過した光線が前記反射領域に入射する像形状に沿って湾曲していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項記載の画像投射装置。
10. 前記反射領域と前記透過領域の境界は直線状であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項記載の画像投射装置。

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