特許 7376441 投写装置および投写システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-30

(45)【発行日】2023-11-08

(54)【発明の名称】投写装置および投写システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/16 20060101AFI20231031BHJP

   G02B 13/04 20060101ALI20231031BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20231031BHJP

   G02B 13/18 20060101ALN20231031BHJP

【ＦＩ】

G02B13/16

G02B13/04

G03B21/14 Z

G02B13/18

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020143524

(22)【出願日】2020-08-27

(65)【公開番号】P2022038839

(43)【公開日】2022-03-10

【審査請求日】2022-08-01

(73)【特許権者】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 力

【審査官】堀井 康司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２１５４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１６８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１９７４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ９／００－１７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２－２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００－２５／０４

Ｇ０３Ｂ ２１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像を表示する表示素子と、
前記画像の中間像を空気間隔内に形成し、前記中間像を投写して投写像を形成する投写光学系と、
前記空気間隔内に配置された遮光部材とを備え、
前記遮光部材は、前記表示素子から出射されて前記投写像の形成に用いられる有効光束全ての光路外に位置する遮光領域と、前記遮光領域に囲まれて前記有効光束が透過する透光領域とを含み、
前記投写光学系の少なくとも一部と、前記表示素子との相対位置が可変であり、
前記遮光領域の位置が可変であり、
前記表示素子と前記投写光学系との前記投写光学系の光軸に垂直な方向における相対位置に応じて、前記光軸に垂直な方向に対する前記遮光領域の位置を変化させ、
前記透光領域の面積をＳＴｒ、
前記表示素子の表示領域の面積をＳＤとした場合、
０．２５＜ＳＴｒ／ＳＤ＜９ （１）
で表される条件式（１）を満足する投写装置。

【請求項2】

前記遮光部材が配置された位置における前記透光領域に平行な面内での前記有効光束の面積をＳＬＦとした場合、
０．５＜ＳＬＦ／ＳＴｒ＜１ （２）
で表される条件式（２）を満足する請求項１に記載の投写装置。

【請求項3】

前記投写光学系の光軸方向における前記遮光部材の位置と前記中間像の近軸結像位置との距離をＤ、
前記投写光学系の縮小側のイメージサークルの直径をＩＭとした場合、
０≦Ｄ／ＩＭ＜１．５ （３）
で表される条件式（３）を満足する請求項１又は２に記載の投写装置。

【請求項4】

前記表示素子と前記投写光学系との相対的な位置関係に応じて、前記透光領域の面積が設定される請求項１から３のいずれか１項に記載の投写装置。

【請求項5】

画像を表示する表示素子と、
前記画像の中間像を空気間隔内に形成し、前記中間像を投写して投写像を形成する投写光学系と、
前記表示素子から出射されて前記投写像の形成に用いられる有効光束全ての光路外に位置する遮光領域を含み、前記空気間隔内に配置された遮光部材とを備え、
前記投写光学系の少なくとも一部と、前記表示素子との相対位置が可変であり、
前記遮光領域の位置が可変であり、
前記表示素子と前記投写光学系との前記投写光学系の光軸に垂直な方向における相対位置に応じて、前記光軸に垂直な方向に対する前記遮光領域の位置を変化させ、
前記投写光学系の光軸方向における前記遮光部材の位置と前記中間像の近軸結像位置との距離をＤ、
前記投写光学系の縮小側のイメージサークルの直径をＩＭとした場合、
０≦Ｄ／ＩＭ＜１．５ （３）
で表される条件式（３）を満足する投写装置。

【請求項6】

前記遮光部材は、透過率を可変にすることにより前記遮光領域の位置を変化させることが可能であり、
前記表示素子と前記投写光学系との相対位置に応じて、前記遮光部材の位置は固定されたまま前記遮光領域の位置が設定される請求項１から５のいずれか１項に記載の投写装置。

【請求項7】

前記遮光部材は曲面形状を有する請求項１から６のいずれか１項に記載の投写装置。

【請求項8】

０．４＜ＳＴｒ／ＳＤ＜７ （１－１）
で表される条件式（１－１）を満足する請求項１に記載の投写装置。

【請求項9】

０．７＜ＳＬＦ／ＳＴｒ＜１ （２－１）
で表される条件式（２－１）を満足する請求項２に記載の投写装置。

【請求項10】

０≦Ｄ／ＩＭ＜１．２ （３－１）
で表される条件式（３－１）を満足する請求項３又は５に記載の投写装置。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか１項に記載の複数の投写装置と、
前記複数の投写装置を連携させるための制御を行う制御装置とを備えた投写システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の技術は、投写装置および投写システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載の投写光学系は、中間像を結像させる第１光学系と、中間像の結像位置に設けられた遮光マスクと、中間像を拡大投写する第２光学系とを備える。この遮光マスクによる遮光領域は、中間像の結像位置における第１光学系の光軸を中心とする円形の有効結像領域の範囲内で中間像と重ならない領域を含む。

【0003】

特許文献２に記載の投写型表示装置は、撮像素子と、光源と、ライトバルブと、結像光学系とを備える。結像光学系は、少なくとも１枚のレンズを備え投写と撮影で共用する第１光学系と、少なくとも１枚のレンズを備え投写のみで使用する第２光学系と、少なくとも１枚のレンズを備え撮影のみで使用する第３光学系と、第２光学系から第１光学系に向かう光路と第１光学系から第３光学系に向かう光路とを分離する分離部材とを備える。第３光学系は、第３光学系の絞り位置の近傍に、光束の一部を遮光する第１遮光部材を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－２１５４１９号公報

【文献】特開２０２０－０１６８５７号公報

【発明の概要】

【0005】

本開示の技術に係る１つの実施形態は、装置の大型化を抑制しながら迷光を軽減可能な投写装置および投写システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第１の投写装置は、画像を表示する表示素子と、画像の中間像を空気間隔内に形成し、中間像を投写して投写像を形成する投写光学系と、空気間隔内に配置された遮光部材とを備え、遮光部材は、表示素子から出射されて投写像の形成に用いられる有効光束全ての光路外に位置する遮光領域と、遮光領域に囲まれて有効光束が透過する透光領域とを含み、透光領域の面積をＳＴｒ、表示素子の表示領域の面積をＳＤとした場合、下記条件式（１）を満足する。
０．２５＜ＳＴｒ／ＳＤ＜９ （１）

【0007】

本開示の第１の投写装置は、下記条件式（１－１）を満足することが好ましい。
０．４＜ＳＴｒ／ＳＤ＜７ （１－１）

【0008】

本開示の第１の投写装置は、遮光部材が配置された位置における透光領域に平行な面内での有効光束の面積をＳＬＦとした場合、下記条件式（２）を満足することが好ましく、下記条件式（２－１）を満足することがより好ましい。
０．５＜ＳＬＦ／ＳＴｒ＜１ （２）
０．７＜ＳＬＦ／ＳＴｒ＜１ （２－１）

【0009】

本開示の第１の投写装置は、投写光学系の光軸方向における遮光部材の位置と中間像の近軸結像位置との距離をＤ、投写光学系の縮小側のイメージサークルの直径をＩＭとした場合、下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３－１）を満足することがより好ましい。
０≦Ｄ／ＩＭ＜１．５ （３）
０≦Ｄ／ＩＭ＜１．２ （３－１）

【0010】

本開示の第１の投写装置は、表示素子と投写光学系との相対的な位置関係に応じて、透光領域の面積が設定されることが好ましい。

【0011】

本開示の第２の投写装置は、画像を表示する表示素子と、画像の中間像を空気間隔内に形成し、中間像を投写して投写像を形成する投写光学系と、表示素子から出射されて投写像の形成に用いられる有効光束全ての光路外に位置する遮光領域を含み、空気間隔内に配置された遮光部材とを備え、投写光学系の光軸方向における遮光部材の位置と中間像の近軸結像位置との距離をＤ、投写光学系の縮小側のイメージサークルの直径をＩＭとした場合、下記条件式（３）を満足する。
０≦Ｄ／ＩＭ＜１．５ （３）

【0012】

本開示の第２の投写装置は、下記条件式（３－１）を満足することが好ましい。
０≦Ｄ／ＩＭ＜１．２ （３－１）

【0013】

以下本項では、本開示の第１の投写装置および第２の投写装置を総括して本開示の投写装置という。本開示の投写装置は、投写光学系の少なくとも一部と、表示素子との相対位置が可変であることが好ましい。

【0014】

本開示の投写装置は、遮光部材の位置が可変であることが好ましい。

【0015】

本開示の投写装置は、表示素子と投写光学系との相対位置に応じて、遮光部材の位置が設定されることが好ましい。

【0016】

本開示の投写装置においては、遮光部材は、透過率を可変にすることにより遮光領域の位置を変化させることが可能であり、表示素子と投写光学系との相対位置に応じて、遮光部材の位置は固定されたまま遮光領域の位置が設定されるように構成してもよい。

【0017】

本開示の投写装置においては、遮光部材は曲面形状を有するように構成してもよい。

【0018】

本開示の投写システムは、複数の本開示の投写装置と、複数の本開示の投写装置を連携させるための制御を行う制御装置とを備えている。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】投写装置の使用状態を模式的に示す図である。

【図2】投写装置の別の使用状態を模式的に示す図である。

【図3】一実施形態に係る投写装置の概略構成図である。

【図4】表示素子の構成を模式的に示す図である。

【図5】投写光学系および遮光部材の断面構成を示す図である。

【図6】迷光を説明するための図である。

【図7】迷光を説明するための図である。

【図8】迷光を説明するための図である。

【図9】投写有効領域における有効光束を示す図である。

【図10】一実施形態に係る遮光部材の構成を示す図である。

【図11】投写有効領域における有効光束および遮光部材を示す図である。

【図12】変形例の遮光部材の構成を示す図である。

【図13】有効光束位置が変化した際の遮光部材の配置を説明するための図である。

【図14】遮光部材の位置の設定処理を説明するフローチャートである。

【図15】有効光束位置が変化した際の別の変形例の遮光部材の配置を説明するための図である。

【図16】有効光束サイズが変化した際の別の変形例の遮光部材の配置を説明するための図である。

【図17】遮光部材の位置およびサイズの設定処理を説明するフローチャートである。

【図18】さらに別の変形例の遮光部材の構成を示す図である。

【図19A】実施例１に係る表示領域の位置を示す図である。

【図19B】実施例１に係る有効光束および遮光部材の位置を示す図である。

【図20A】実施例２に係る表示領域の位置を示す図である。

【図20B】実施例２に係る有効光束および遮光部材の位置を示す図である。

【図21A】実施例３に係る表示領域の位置を示す図である。

【図21B】実施例３に係る有効光束および遮光部材の位置を示す図である。

【図22A】実施例４に係る表示領域の位置を示す図である。

【図22B】実施例４に係る有効光束および遮光部材の位置を示す図である。

【図23A】実施例５に係る表示領域の位置を示す図である。

【図23B】実施例５に係る有効光束および遮光部材の位置を示す図である。

【図24A】実施例６に係る表示領域の位置を示す図である。

【図24B】実施例６に係る有効光束および遮光部材の位置を示す図である。

【図25】変形例の投写光学系の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本開示の技術の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。

【0021】

本明細書の説明において、「平行」又は「垂直」はそれぞれ、完全な平行又は完全な垂直の他に、本開示の技術が属する技術分野で一般的に許容される誤差が含まれる略平行又は略垂直を指す。

【0022】

図１に本開示の技術の一実施形態に係る投写装置１０の使用状態を示す。図１では投写装置１０が内部に備える表示素子１２と、投写ユニット１４とを概念的に図示している。表示素子１２は、画像を表示する。投写ユニット１４は、表示素子１２が表示した画像の拡大像を投写像１８としてスクリーン１６に投写する。投写像１８の位置は後述のレンズシフト機構２２により調整可能である。

【0023】

スクリーン１６は、投写像１８が投写される対象物を意味する。スクリーン１６としては、専用のスクリーンの他、部屋の壁面の他、床面および天井などでもよい。また、投写装置１０を室外で使用する場合は、建物の外壁などもスクリーン１６に含まれる。

【0024】

図２に投写装置１０の別の使用状態を示す。図２には、２つの投写装置１０とコンピュータ８８とを組み合わせることによって、投写システム９０を構成した例を示す。投写システム９０は、例えば複数の投写像１８をつなぎ合わせて投写する、いわゆるブレンディング投写に用いられる。コンピュータ８８は本開示の技術の「制御装置」の一例である。コンピュータ８８は、２つの投写装置１０を連携させるための制御を行い、２つの投写装置１０によって形成される２つの投写像１８を関連付けて投写させる。

【0025】

コンピュータ８８は、例えば図２に示すように、２つの投写像１８の投写位置を隣接させることにより、１つの投写像１８の２倍の画面サイズの連結画像を生成することができる。連結画像の構成要素となる複数の投写像１８のデータは、例えばコンピュータ８８から各投写装置１０に出力される。複数の投写装置１０を使用することにより、画面サイズの大きな画像を投写することが可能である。コンピュータ８８が行う制御は上記例に限定されず、種々の態様が可能である。例えば、投写像１８の少なくとも一部が重畳するように２つの投写像１８を配置したり、２つの投写像１８の相対位置を時間とともに変化させたりしてもよい。なお、図２では投写システム９０が２つの投写装置１０を備える例を示すが、投写システム９０は３以上の投写装置１０を備えてもよい。

【0026】

図３に、投写装置１０の概略構成図を模式的に示す。投写装置１０は、表示素子１２と、投写ユニット１４とに加え、光源ユニット２０と、レンズシフト機構２２と、遮光部材シフト機構２４と、プロセッサ２６と、操作部２８とを備える。

【0027】

光源ユニット２０は一例として以下のように構成される。光源ユニット２０は、ランプと、回転カラーフィルタと、照明光学系とを有する。ランプは白色光を発光する。回転カラーフィルタは、円周上に青色、緑色、および赤色の３色のフィルタが設けられている。回転カラーフィルタが回転すると、ランプが発した白色光の光路内に各色のフィルタが選択的に挿入される。これによって、白色光が青色光、緑色光、および赤色光の各色光に時分割で選択的に変換される。照明光学系は、回転カラーフィルタから出射された光に対し、光軸と垂直な断面における光量分布の均一性を高める作用を施し、表示素子１２へ導光する。

【0028】

表示素子１２としては例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device：登録商標）を用いることができる。ＤＭＤは、光源ユニット２０から照射される光の反射方向を変化させることが可能な複数のマイクロミラーを有しており、各マイクロミラーを画素単位で二次元に配列した画像表示素子である。ＤＭＤは、画像に応じて各マイクロミラーの向きを変化させることで、光源ユニット２０からの光の反射光のオンオフを切り替えることにより、画像に応じた光変調を行う。

【0029】

投写ユニット１４は、投写光学系３０と、遮光部材５０と、遮光部材シフト機構２４とを備える。投写光学系３０は、投写像１８を形成する。遮光部材５０は、迷光を遮光するための部材である。投写光学系３０および遮光部材５０の詳細構成については後述する。

【0030】

投写光学系３０は、表示素子１２との相対位置が可変になるように構成されている。本例では、レンズシフト機構２２が、表示素子１２に対し投写ユニット１４を投写光学系３０の光軸に垂直な面内で平行移動させる。これによって、投写光学系３０は、表示素子１２に対し投写光学系３０の光軸に垂直な方向に相対移動する（以下、この動作をレンズシフトという）。これによって、スクリーン１６での投写像１８の位置をシフトさせることができるで、投写像１８の位置を調整することができる。図１に投写像１８が下方にシフトする様子を矢印と二点鎖線で模式的に示す。レンズシフト機構２２は、例えば、ソレノイド又はモータ等のアクチュエータ（不図示）を含んで構成される。

【0031】

遮光部材５０は、位置が可変になるように構成されている。本例では、遮光部材シフト機構２４が、遮光部材５０を、投写光学系３０の光軸方向およびこの光軸に垂直な方向に移動させる。遮光部材シフト機構２４は、例えば、ソレノイド等のアクチュエータを含んで構成される。

【0032】

プロセッサ２６は、レンズシフト機構２２および遮光部材シフト機構２４と電気的に接続されている。プロセッサ２６は例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、メモリ（不図示）と協働して、制御プログラムを実行することにより、レンズシフト機構２２および遮光部材シフト機構２４を含む各部を制御する。

【0033】

操作部２８は、ユーザーの操作入力を受け付ける。操作部２８は、例えば、方向指示キーを含んで構成される。方向指示キーは、例えばレンズシフトにおける投写光学系３０の移動方向および移動量を指定するために用いられる。操作部２８は、投写装置１０の本体に設けられていてもよく、投写装置１０の本体とは別のリモートコントロール装置として設けられていてもよい。ユーザーが操作部２８を操作すると、操作信号がプロセッサ２６に入力される。プロセッサ２６は操作信号に基づいて、各部を制御する。

【0034】

次に、表示素子１２および投写ユニット１４の要部について説明する。図４に、投写光学系３０の光軸に垂直な面における表示素子１２の構成を示す。図４の表示素子１２は、一例として矩形状である。表示素子１２は、画像が表示される矩形状の表示領域１２Ａを有する。図４では、表示領域１２Ａにドットハッチングを付している。本明細書では、表示領域１２Ａの面積をＳＤとしている。

【0035】

図５に一例として、光軸ＡＸを含む断面における投写光学系３０の構成を示す。また、図５には投写光学系３０の内部に配置される遮光部材５０を模式的に示す。以下の投写光学系３０に関する説明では、スクリーン側を拡大側、表示素子側を縮小側という。図５では、左側を拡大側、右側を縮小側としている。また、以下の説明では、投写光学系３０の光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直であり図５の上下方向となる方向をＹ方向とし、Ｚ方向およびＹ方向の両方に垂直な方向をＸ方向とする。

【0036】

投写光学系３０は、拡大側から縮小側へ光軸ＡＸに沿って順に、レンズＬ１～Ｌ１６、開口絞りＳｔ、レンズＬ１７～Ｌ２０、および光学部材ＰＰを備える。図５に示す開口絞りＳｔは大きさおよび形状ではなく光軸方向の位置を示す。光学部材ＰＰは、プリズム等を想定した屈折力を有しない部材である。光学部材ＰＰは必須の構成要素ではない。図５の例では、Ｚ方向において、光学部材ＰＰの縮小側の面の位置は、表示素子１２の画像表示面の位置と一致している。

【0037】

図５には、表示素子１２から出射されて投写光学系３０を通り投写像１８の形成に用いられる有効光束３４も示している。表示素子１２の表示領域１２Ａの任意の点から出射されて投写像１８の形成に用いられる光束が有効光束３４であり、実際には無数の有効光束３４が存在するが、図５では図の煩雑化を避けるため、画角０、中間画角、および最大画角の３つに関する有効光束３４を代表的に示している。表示素子１２の画像表示面における、最大画角の有効光束３４の主光線の光軸ＡＸからの高さＩＭ／２は、投写光学系３０の縮小側のイメージサークルの半径である。

【0038】

投写光学系３０は、表示素子１２で表示される画像の中間像ＭＩを投写光学系３０内部の空気間隔内に形成し、この中間像ＭＩをスクリーン１６に投写して投写像１８を形成する。このような中間像ＭＩを形成する構成は、広い画角を確保しながら拡大側のレンズの大径化を抑制することに有利である。図５の投写光学系３０では、中間像ＭＩはレンズＬ１２とレンズＬ１３との間の空気間隔内に形成されている。

【0039】

一例として、図５の遮光部材５０は板状の部材であり、光軸ＡＸに対して板面が垂直になるように配置されている。図５では見やすさのため厚みを誇張して図示している。図５に示す遮光部材５０の厚みおよび大きさは正確なものではない。遮光部材５０は、迷光を遮光するための遮光領域５２を有する。図５では光軸ＡＸを含むＹＺ面内での遮光部材５０の断面構成を示し、遮光領域５２にハッチングを付している。遮光領域５２は、全ての有効光束３４の光路外に位置するように構成される。すなわち、遮光部材５０は、いずれの有効光束３４も遮光しない。

【0040】

遮光部材５０のＺ方向における位置は、中間像ＭＩの位置、もしくは中間像ＭＩの近傍とされる。具体的には、遮光部材５０は、中間像ＭＩが形成される空気間隔内に配置される。言い換えると、遮光部材５０は、中間像ＭＩに最も近い拡大側の光学素子と、中間像ＭＩに最も近い縮小側の光学素子との間に配置される。ここでいう光学素子はパワーを有する光学素子に限定されず、平面ミラー等のパワーを有しない光学素子も含む。図５の例では遮光部材５０はレンズＬ１２とレンズＬ１３との間の空気間隔内に配置されている。中間像ＭＩが形成される空気間隔内に遮光部材５０を配置することで、有効光束３４と迷光との峻別が容易となる。なお、図５の例では、遮光部材５０は中間像ＭＩの近軸結像位置より縮小側に配置されているが、配置可能であれば遮光部材５０は中間像ＭＩの近軸結像位置より拡大側に配置されていてもよい。

【0041】

従来の投写装置における迷光について、図６、図７、および図８を参照しながら説明する。図６、図７、および図８は全て説明用の模式図である。投写装置において、光源ユニット２０から表示素子１２へ出射された光の大部分は表示素子１２で反射されて投写光学系３０を通り有効光束３４となる。しかし、光源ユニット２０から表示素子１２へ出射された光の一部は、図６に示すように、表示素子１２の表示領域外にある部品１３に入射し、部品１３で反射されて投写光学系３０を通り迷光３６となることがある。部品１３は例えば表示素子１２が実装されている基板等である。その他にも、表示素子１２側から投写光学系３０へ向かった光の一部が投写光学系３０のレンズおよび／又はレンズ以外の部品で反射されて表示素子１２側へ戻り、部品１３で再び反射されて投写光学系３０を通り迷光３６となることがある。

【0042】

このような迷光３６は図７に示すように、スクリーン１６上で投写像１８の周囲に迷光領域３８として現れることがある。スクリーン１６上の投写像１８が１つのみの場合は、迷光領域３８は投写像１８の外にあるため、程度によっては大きな問題にならないこともある。

【0043】

しかし、図２に示した例のように複数の投写像１８を連結させたり、複数の投写像１８の一部を重複させたりする場合は、図８に示すように迷光領域３８が投写像１８の中に入り込んでしまうことがある。このような場合は、投写像１８の表示品位の低下を招いてしまう。

【0044】

上記のような迷光を遮光するため本例では遮光部材５０の構成および配置を好適に設定する。以下の説明では、遮光部材５０が配置されるＺ方向の位置を便宜的に遮光位置という。図９に一例として、遮光位置のＸＹ面内での投写有効領域４０および有効光束４２を示す。図９では有効光束４２にドットハッチングを付している。図９の有効光束４２は、図５の有効光束３４のＸＹ面内における断面を示す。遮光位置がＺ方向の中間像ＭＩの位置と等しい場合は、投写有効領域４０は中間像ＭＩの位置でのイメージサークルであり、有効光束４２の面積は中間像ＭＩの面積と同じである。

【0045】

本例では表示素子１２の表示領域１２Ａが矩形状のため、有効光束４２も略矩形状となる。ただし、図９の有効光束４２は模式的に示しており、その形状は必ずしも正確ではない。図９には、表示領域１２Ａの中心に対して投写光学系３０の光軸ＡＸがシフトしている例を示しており、そのため、投写有効領域４０の中心ＯＡに対して有効光束４２の中心もシフトしている。本明細書では、ＸＹ面内における有効光束４２の面積をＳＬＦとしている。

【0046】

図１０に一例として、ＸＹ面内における遮光部材５０の構成を示す。図１０の遮光部材５０は、矩形状の外形を有する。遮光部材５０は、光を遮光する遮光領域５２と、光を透過する透光領域５４とを有する。図１０では、遮光領域５２に斜線のハッチングを付し、透光領域５４にドットハッチングを付している。遮光領域５２は、例えば、黒色の樹脂など、遮光性を有する部材で構成されている。透光領域５４は、矩形状であり、全周が遮光領域５２に囲まれている。透光領域５４は、孔状の開口部として形成されていてもよく、あるいは透光性を有するガラス又は樹脂からなる構成としてもよい。本明細書において、透光領域５４に関する「透過」および「透光性」とは、使用波長域での透過率が平均８０％であることを意味する。この透過率は平均９５％であることがより好ましい。透光領域５４は、遮光位置での有効光束４２よりも大きな面積を有するように構成される。本明細書では、透光領域５４の面積をＳＴｒとしている。

【0047】

図１０の遮光部材５０を図９の投写有効領域４０内に配置した例を図１１に示す。図１１に示すように、遮光部材５０は、透光領域５４の内部に有効光束４２が収まり、かつ遮光領域５２は有効光束４２全ての光路外に位置するように配置される。すなわち、全ての有効光束４２が透光領域５４を通り、遮光領域５２は有効光束４２を遮光しない。

【0048】

なお、透光領域５４の形状は表示素子１２の表示領域１２Ａと同様にすることが好ましいが、遮光部材の形状は上記例に限定されず、適宜変更が可能である。図５には平板状の遮光部材５０を示したが、遮光部材は曲面形状を有する構成としてもよい。図１２に一例として曲面形状を有する遮光部材１５０の光軸ＡＸを含むＹＺ面内での断面構成を示す。遮光部材１５０は、光を遮光する遮光領域１５２と、光を透過する透光領域１５４とを有する。遮光部材１５０のＸＹ面内における形状は遮光部材５０と略同様であり、透光領域１５４の内部に有効光束４２が収まる構成も同様である。中間像ＭＩの像面は湾曲していることが多いため、曲面形状を有する遮光部材１５０は有効光束４２と迷光との峻別に有利となる。さらに、遮光部材１５０の曲面形状を中間像ＭＩの像面湾曲に沿った形状にすれば、有効光束４２と迷光との峻別により有利となる。

【0049】

遮光部材５０は、透光領域５４の面積をＳＴｒ（図１０参照）、表示素子１２の表示領域１２Ａの面積をＳＤ（図４参照）とした場合、下記条件式（１）を満足することが好ましい。条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、透光領域５４が小さくなり過ぎないため、中間像ＭＩの大きさを適度な大きさにすることができる。中間像ＭＩの大きさが小さすぎると、中間像ＭＩを拡大して所望の大きさの投写像１８を得るために、投写光学系３０内の中間像ＭＩより拡大側の光学系が大型化してしまうが、条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、このような光学系の大型化を抑制することができる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、透光領域５４が大きくなり過ぎないため、中間像ＭＩの近傍の光学素子およびメカ部品の大径化を抑制することができる。より良好な特性を得るためには遮光部材５０は下記条件式（１－１）を満足することがより好ましい。
０．２５＜ＳＴｒ／ＳＤ＜９ （１）
０．４＜ＳＴｒ／ＳＤ＜７ （１－１）

【0050】

また、透光領域５４の面積をＳＴｒ、遮光位置における透光領域５４に平行な面内での有効光束４２の面積をＳＬＦとした場合、遮光部材５０は下記条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）の下限以下とならないようにすることによって、有効光束４２に対して透光領域５４が極度に大きくなり過ぎることがないため、有効光束４２の近傍に生じる迷光を遮光する効果を保持することができる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、有効光束４２より透光領域５４が小さくなることがないため、有効光束４２が遮光されることを防止できる。より良好な特性を得るためには遮光部材５０は下記条件式（２－１）を満足することがより好ましい。
０．５＜ＳＬＦ／ＳＴｒ＜１ （２）
０．７＜ＳＬＦ／ＳＴｒ＜１ （２－１）

【0051】

なお、図１２に示す例などのように曲面形状を有する遮光部材１５０を用いる場合は、例えば、透光領域１５４を囲む遮光領域１５２の形状から透光領域１５４の曲面形状を推定し、曲面形状を有する透光領域１５４を多数の微小領域に分割して考え、各微小領域における透光領域１５４の面積の総和および有効光束４２の面積の総和をそれぞれＳＴｒおよびＳＬＦとしてもよい。あるいは、曲面形状を有する遮光部材１５０を用いる場合は、光軸ＡＸに垂直な面に透光領域１５４を投影した投影面積をＳＴｒの代用とし、遮光位置における光軸ＡＸに垂直な面での有効光束の面積をＳＬＦの代用としてもよい。

【0052】

また、遮光部材５０は、投写光学系３０の光軸方向における遮光部材５０の位置と中間像ＭＩの近軸結像位置との距離をＤ、投写光学系３０の縮小側のイメージサークルの直径をＩＭとした場合、下記条件式（３）を満足するように配置されることが好ましい。なお、Ｄは常に０以上の値をとるものとする。よって、条件式（３）の下限については、０≦Ｄ／ＩＭとなる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることによって、有効光束４２と迷光とを好適に峻別することに有利となる。より良好な特性を得るためには遮光部材５０は下記条件式（３－１）を満足するように配置されることがより好ましい。
０≦Ｄ／ＩＭ＜１．５ （３）
０≦Ｄ／ＩＭ＜１．２ （３－１）

【0053】

平板状の遮光部材５０が光軸ＡＸに対して傾いて配置される場合、又は図１２に示す例などのように曲面形状を有する遮光部材１５０を用いる場合は、投写光学系３０の光軸方向における透光領域１５４と中間像ＭＩの近軸結像位置との最短距離をＤとする。その際に、透光領域を特定できない形状の遮光部材の場合は、遮光部材と中間像ＭＩの近軸結像位置との最短距離をＤとしてもよい。

【0054】

なお、レンズシフトが行われると、移動量および方向が異なる種々の状態ごとに上記条件式（２）の対応値は若干異なるが、少なくとも１つの状態で条件式が満足されていればよく、全ての状態で条件式が満足されていることがより好しい。この点は、上記条件式（３）についても同様である。

【0055】

本例では、遮光部材５０は、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の位置が可変である。レンズシフトが行われると、ＸＹ面内での有効光束４２の位置が変化するため、遮光部材５０のＸ方向およびＹ方向の位置を可変にして、有効光束４２の位置の変化に追随してＸＹ面内での遮光部材５０の位置を変化させることで迷光の遮光を効果的に行うことができる。

【0056】

また、中間像ＭＩの像面が湾曲している場合は、レンズシフトの移動量および方向によっては、遮光部材５０のＺ方向の位置を可変にすることで迷光の遮光を効果的に行うことができる。図５の例の中間像ＭＩは像面が湾曲しており、光軸近傍の光束によるＺ方向の結像位置と、最大画角の光束によるＺ方向の結像位置とが異なっている。このため、表示素子１２の表示領域１２Ａが光軸近傍に位置している場合と、イメージサークル周辺部に位置している場合とでは、中間像ＭＩのＺ方向の結像位置が異なる。投写光学系３０と表示領域１２Ａとの径方向における相対位置に応じて遮光部材５０のＺ方向の位置を変化させることで有効光束４２と迷光とを好適に峻別することができる。なお、本明細書の説明における「径方向」は、投写光学系３０の光軸ＡＸを中心に考えた場合のＸＹ面内での径方向とする。

【0057】

図１３および図１４を参照しながら、表示素子１２と投写光学系３０との相対位置に応じて遮光部材５０の位置を設定する例について説明する。図１３は、図１１と同様に、遮光位置でのＸＹ面内における遮光部材５０および有効光束４２の状態を示す。図１３の白い矢印より上の図はレンズシフト前の状態を示し、下の図はレンズシフト後の状態を示す。レンズシフト前は、投写有効領域４０内の左上に有効光束４２が位置しており、全ての有効光束４２が透光領域５４を通過できるように遮光部材５０も投写有効領域４０内の左上に配置されている。

【0058】

この状態から、ユーザーがレンズシフトのために操作部２８の方向指示キーを操作すると、操作部２８から操作信号がプロセッサ２６に入力される。プロセッサ２６は操作信号に基づいて、レンズシフト機構２２を動作させる。レンズシフト機構２２が動作すると、表示素子１２に対して投写光学系３０がＸＹ面内でシフトされる。これによって、例えば図１３の右下方向に有効光束４２が移動する。図１３では移動後の有効光束４２の位置を破線で示す。

【0059】

このような場合、プロセッサ２６は例えば図１４に示すフローチャートで示される処理を行う。投写像１８を表示している間、図１４に示す処理は繰り返し行われる。プロセッサ２６は、表示素子１２と投写光学系３０の相対位置が変化したか否かを監視する（ステップＳ１０）。プロセッサ２６は、上記相対位置が変化していない間は（ステップＳ１０：ＮＯ）、監視を継続する。プロセッサ２６は、レンズシフト機構２２の動作によって、相対位置が変化したと判定した場合は（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、表示素子１２と投写光学系３０の相対位置を検出する（ステップＳ１１）。

【0060】

プロセッサ２６は、次のように相対位置を検出する。例えば、プロセッサ２６は、レンズシフト機構２２のアクチュエータに入力する駆動パルスをカウントし、カウントした駆動パルス数に基づいて投写光学系３０の移動量を検出する。投写光学系３０の基準位置からの移動量を検出できれば、表示素子１２と投写光学系３０の相対位置を検出することができる。あるいは、レンズシフト機構２２が投写光学系３０の移動量を検出するためのセンサ（不図示）を含んで構成されている場合は、プロセッサ２６はセンサが出力する信号に基づいて、移動量を検出してもよい。センサとしては、例えば、投写光学系３０の基準位置からの移動量を検出するためのポテンショメーターおよびリニアエンコーダなどを用いることができる。センサからの出力値がアナログ値の場合は、出力値はＡ／Ｄ変換（Analog to Digital Conversion）された後、プロセッサ２６に入力される

【0061】

プロセッサ２６は、検出した相対位置に応じてＸＹ面内の遮光部材５０の位置を導出する（ステップＳ１２）。例えば、プロセッサ２６が備えるメモリに、上記相対位置と遮光部材５０の位置とを対応させたルックアップテーブルを記憶しておく。ルックアップテーブルには、有光光束が透光領域５４内に収まり、遮光領域５２が有効光束４２を遮光せず、好適に迷光を遮光できる遮光部材５０の位置が、相対位置ごとに記録されている。プロセッサ２６は、このルックアップテーブルを参照することにより遮光部材５０の位置を導出する。

【0062】

プロセッサ２６は、導出した位置に遮光部材５０を移動させて（ステップＳ１３）、処理を終了する。ステップＳ１３では、プロセッサ２６は、遮光部材シフト機構２４に制御信号を送り、遮光部材シフト機構２４がこの制御信号に基づき遮光部材５０を移動させる。図１３の例では、遮光部材シフト機構２４は図１３の右下方向に遮光部材５０を移動させる。処理終了後、図１３の下の図に示すように、透光領域５４の内部に有効光束４２が収まり、有効光束４２の周囲に遮光領域５２が位置する。このように、レンズシフトに連動させて遮光部材５０の位置を設定することで、レンズシフトが行われた場合でも、迷光を遮光した投写状態を簡易に実現することができる。

【0063】

次に、変形例の遮光部材を用いて、表示素子１２と投写光学系３０との相対位置に応じて遮光領域の位置を設定する例について説明する。図１５に変形例の一例を示す。図１５に示す例は、図１３の例と比べて遮光部材５０を遮光部材２５０に置換した点が異なる。遮光部材２５０の外形は略正方形であり、その一辺は投写有効領域４０の直径より長い。遮光部材２５０の大きさは投写有効領域４０全体を覆うことができる大きさである。

【0064】

遮光部材２５０は、透過率を可変にすることにより遮光領域の位置を変化させることが可能な部材である。一例として遮光部材２５０は以下の構成を採る。遮光部材２５０は、２枚の薄い透光性部材の間に通電時に反応する液晶素子が挟まれた構成を有する。透光性部材はガラス又は樹脂である。遮光部材２５０は駆動回路（不図示）を介してプロセッサ２６と接続されている。液晶素子は、例えば液晶層を１対の偏光板で挟んだ構成をしており、印加される電圧値に応じて液晶層内の液晶の配向状態を変化させることによって光の透過率を変化させる。液晶層は例えばＸＹ平面において複数の微小な区画の液晶セルに分割されており、各液晶セルはマトリックス状に配列されている。液晶素子は液晶セル毎に透過率が制御される。例えば液晶セルに電圧が印加されない状態では不透明となり、駆動回路を通じて液晶セルに電圧が印加されると、液晶の配向状態が変化することにより透明となる。液晶層において、電圧が印加されない区画に対応する液晶セルは遮光領域２５２となり、電圧が印加された区画に対応する液晶セルは透光領域２５４となる。図１５では遮光領域２５２にハッチングを付している。

【0065】

遮光部材２５０は電気信号によって、遮光領域２５２の位置およびサイズの両方を変化させることが可能であり、また、遮光領域２５２の位置およびサイズの一方のみを変化させることも可能である。なお、遮光部材２５０のうち、透光領域２５４以外の部分は遮光領域２５２である。従って、遮光部材２５０において、遮光領域２５２の位置又はサイズ変化させることはそれぞれ、透光領域２５４の位置又はサイズを変化させることと等価である。

【0066】

図１５は、図１３同様、遮光位置でのＸＹ面内における遮光部材２５０および有効光束４２の状態を示す。図１５の白い矢印より上の図はレンズシフト前の状態を示し、下の図はレンズシフト後の状態を示す。図１５のレンズシフトにより有効光束４２の位置が変化する様子は、図１３の例と同様である。

【0067】

レンズシフト後は、図１５の下の図に示すように、全ての有効光束４２が透光領域２５４を通過できるように透光領域２５４の位置が変化するが、遮光部材２５０の位置は固定されたままである。すなわち本例では、遮光部材２５０の位置は固定されたまま透光領域２５４および遮光領域２５２の位置を設定することができる。本例の遮光部材２５０の全体のサイズは、図１３で示した遮光部材５０よりも大きいが、遮光部材５０と異なり、本例では、遮光部材２５０を空間的に固定させておくことができる。そのため、遮光部材５０を設ける場合のような、遮光部材５０を空間的に移動させるための機械的な機構が不要となる。その分、構成を簡素化することができ、かつ、機械的な機構を設けるスペースを低減することができる。

【0068】

図１６に、透光領域２５４のサイズ変化に関する例を示す。図５に示すように、Ｚ方向の位置によってＸＹ面内の有効光束４２の径は異なるため、遮光部材２５０が配置されるＺ方向の位置（遮光位置）が変わると、遮光位置でのＸＹ面内における有効光束４２のサイズは変わる。図１６の例はこのような場合を想定している。

【0069】

図１６は遮光位置でのＸＹ面内における遮光部材２５０および有効光束４２の状態を示す。図１６の白い矢印より上の図は有効光束４２のサイズが変化する前の状態を示し、下の図は有効光束４２のサイズが変化した後の状態を示す。図１６の上の図に比べて下の図では、有効光束４２のサイズが大きくなっており、遮光部材２５０の透光領域２５４のサイズも有効光束４２に合わせて大きくなっている。遮光部材２５０は電気信号により透光領域２５４のサイズを変更できるため、有効光束４２のサイズが変化した場合でも効率よく迷光を遮光することが容易に可能である。また、透光領域２５４のサイズの変化によって、透光領域２５４の面積を変化させることができるため、上述した条件式（１）および（２）を満足する構成にすることが容易に可能である。

【0070】

上記では有効光束４２の位置が変化する場合、有効光束４２のサイズが変化する場合について個別に説明したが、有効光束４２の位置およびサイズの両方が変化する場合も遮光部材２５０を用いて効果的に遮光することができる。

【0071】

レンズシフトによって遮光位置での有効光束４２の位置およびサイズの両方が変化する場合とは例えば、中間像を形成する際に無視できない量の歪曲収差が発生し、かつレンズシフトによって径方向における投写光学系３０と表示領域１２Ａとの相対位置がシフトした場合である。

【0072】

このような場合、例えばプロセッサ２６は図１７に示すフローチャートで示される処理を行う。投写像１８を表示している間、図１７に示す処理は繰り返し行われる。図１７のフローチャートのステップＳ１０とステップＳ１１の処理は、図１４に示すフローチャートの処理と同じため、重複説明を省略する。

【0073】

ステップＳ１１の処理後、プロセッサ２６は検出した相対位置に応じて遮光領域２５２の位置およびサイズを導出する（ステップＳ１２Ａ）。例えば、プロセッサ２６が備えるメモリに、上記相対位置と、遮光部材２５０の位置およびサイズとを対応させたルックアップテーブルを記憶しておく。ルックアップテーブルには、有光光束が透光領域２５４内に収まり、遮光領域２５２が有効光束４２を遮光せず、好適に迷光を遮光できる遮光領域２５２の位置およびサイズが、相対位置ごとに記録されている。プロセッサ２６は、このルックアップテーブルを参照することにより遮光領域２５２の位置およびサイズを導出する。

【0074】

プロセッサ２６は、導出した位置およびサイズになるように遮光領域２５２を変更して（ステップＳ１３Ａ）、処理を終了する。ステップＳ１３Ａでは、プロセッサ２６は、遮光部材２５０の駆動回路に制御信号を送る。駆動回路は制御信号に基づいて液晶セルごとに電圧を印加又は非印加する。これにより、遮光領域２５２の位置およびサイズがレンズシフトに連動して設定される。本例においても、遮光部材２５０の位置は固定されたまま、表示素子１２と投写光学系３０との相対位置に応じて、遮光領域２５２の位置およびサイズを設定することができる。すなわち、遮光部材２５０の位置は固定されたまま、表示素子１２と投写光学系３０との相対的な位置関係に応じて、自動で透光領域２５４の位置および面積が設定されるため、好適に迷光を遮光することが簡易に可能である。

【0075】

透光領域の位置および面積を変更可能な遮光部材の別の例として、図１８に遮光部材４５０の概略構成を示す。遮光部材４５０は、一例として略Ｌ字型で平板状の２つの遮光部材４５２ａおよび遮光部材４５２ｂの組み合わせからなる。遮光部材４５２ａおよび遮光部材４５２ｂの全面が光を遮光可能であり、遮光部材４５０の遮光領域４５２は遮光部材４５２ａおよび遮光部材４５２ｂからなる。遮光部材４５２ａおよび遮光部材４５２ｂは、図１８に示すように各々のＬ字の角が矩形の対角位置にくるように対向配置される。遮光部材４５２ａおよび遮光部材４５２ｂで囲まれた矩形状の領域が透光領域４５４となる。遮光部材４５２ａおよび遮光部材４５２ｂは、Ｌ字の２辺の方向がそれぞれＸ方向、Ｙ方向に一致しており、ともに、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能である。遮光部材４５２ａおよび遮光部材４５２ｂの少なくとも一方を、Ｘ方向およびＹ方向の少なくとも一方向に移動させることにより透光領域４５４の位置および面積を変更可能である。また、遮光部材４５２ａおよび遮光部材４５２ｂの両方を、Ｘ方向およびＹ方向に移動させることにより、透光領域４５４の中心位置は固定したまま透光領域４５４の面積を変更可能である。図１８では一例として、遮光部材４５２ｂをＸ方向およびＹ方向に移動させた様子を二点鎖線で示す。

【0076】

次に、本開示の技術に係る投写装置１０の実施例の数値データを示す。まず、図５に示す投写光学系３０の数値データとして、基本レンズデータを表１に、諸元を表２に、非球面係数を表３に示す。以下に示す表では、予め定められた桁でまるめた数値を記載している。なお、以下に示す実施例の数値データは、投写光学系３０の焦点距離の絶対値が１．００となるように規格化されたものであり、比例拡大又は比例縮小しても同様の性能を発揮することができる。

【0077】

表１ではスクリーン１６に相当する面の面番号の欄にscreenと記入している。表１において、面番号の欄には最も拡大側のレンズの拡大側の面を第１面とし縮小側に向かうに従い１つずつ番号を増加させた場合の面番号を示し、曲率半径の欄には各面の曲率半径を示し、面間隔の欄には各面とその縮小側に隣接する面との光軸上の面間隔を示す。Ｎｄの欄には各構成要素のｄ線に対する屈折率を示し、νｄの欄には各構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。

【0078】

表１では、拡大側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を正、縮小側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を負としている。表１には光学部材ＰＰも合わせて示している。表１では、中間像ＭＩの近軸結像位置、および開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄にはそれぞれ、（中間像）、および（絞り）という語句を面番号とともに記載している。

【0079】

表２には、投写光学系３０について、焦点距離の絶対値｜ｆ｜、空気換算距離でのバックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、全画角２ω、および縮小側のイメージサークルの直径ＩＭを示す。全画角の欄の［°］は単位が度であることを意味する。表２に示す値は、ｄ線を基準とした場合の値である。

【0080】

表１では、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表３において、面番号の欄には非球面の面番号を示し、ＫＡおよびＡｍ（ｍ＝３、４、５、・・・２０）の欄には各非球面についての非球面係数の数値を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^±ｎ」を意味する。ＫＡおよびＡｍは下式で表される非球面式における非球面係数である。
Ｚｄ＝Ｃ×ｈ^２／｛１＋（１－ＫＡ×Ｃ^２×ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ×ｈ^ｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
であり、非球面式のΣはｍに関する総和を意味する。

【0081】

【表1】

【0082】

【表2】

【0083】

【表3】

【0084】

以下に示す実施例１～６は、図５に示す構成において、中間像ＭＩ又は中間像近傍に遮光部材を配置し、矩形状の表示領域１２Ａを有する表示素子１２を用いた例である。実施例１～４は図１０に示す遮光部材と同形状の遮光部材５０を用いた例である。実施例５～６はＬ字型の遮光部材５５０を用いた例である。

【0085】

［実施例１］
実施例１は、投写光学系３０の光軸ＡＸと表示素子１２の表示領域１２Ａの中心とが一致しており、Ｚ方向の中間像ＭＩの近軸結像位置が遮光位置と等しい例である。図１９Ａに表示領域１２Ａ、図１９Ｂに遮光位置での有効光束４２と遮光部材５０を示す。図１９Ａおよび図１９ＢはＸＹ面内における図であり、Ｘ軸とＹ軸との交点Ｏは、投写光学系３０の光軸上の点である。表示領域１２Ａの中心、および透光領域５４の中心は光軸上にある。

【0086】

表４の枠内に、表示素子１２の表示領域１２Ａと遮光部材５０の透光領域５４について、サイズおよび中心位置を示す。Ｘ方向およびＹ方向のサイズはそれぞれ、各矩形における、長辺の長さおよび短辺の長さである。Ｘ方向およびＹ方向の位置は、交点ＯをＸ＝０、Ｙ＝０の原点として示している。図１９Ａおよび図１９Ｂにおいて、Ｘ方向の符号は、交点Ｏより左側を負、交点Ｏより右側を正とし、Ｙ方向の符号は、交点Ｏより下側を負、交点Ｏより上側を正としている。Ｚ方向の符号は中間像ＭＩの位置をＺ＝０の基準として、基準より拡大側を負、基準より縮小側を正としている。表４の枠外に条件式（１）～（３）それぞれの対応値を示す。

【0087】

【表4】

【0088】

上記の実施例１に関する各データの記載方法、および図示方法は、特に断りが無い限り以下の実施例においても同様であるため、以下では一部重複説明を省略する。

【0089】

［実施例２］
実施例２は、交点Ｏに対し表示素子１２の表示領域１２Ａの中心が正のＹ方向にシフトしており、Ｚ方向の中間像ＭＩの近軸結像位置が遮光位置と等しい例である。図２０Ａに表示領域１２Ａ、図２０Ｂに遮光位置での有効光束４２と遮光部材５０を示す。図２０Ｂに示すように、ＸＹ面内での有効光束４２の中心、および透光領域５４の中心は交点Ｏから負のＹ方向にシフトしている。表５の枠内に、表示素子１２の表示領域１２Ａと遮光部材５０の透光領域５４について、サイズおよび中心位置を示す。表５の枠外に条件式（１）～（３）の対応値を示す。

【0090】

【表5】

【0091】

［実施例３］
実施例３は、交点Ｏに対し表示素子１２の表示領域１２Ａの中心が負のＸ方向にシフトしており、Ｚ方向の中間像ＭＩの近軸結像位置が遮光位置と等しい例である。図２１Ａに表示領域１２Ａ、図２１Ｂに遮光位置での有効光束４２と遮光部材５０を示す。図２１Ｂに示すように、ＸＹ面内での有効光束４２の中心、および透光領域５４の中心は交点Ｏから正のＸ方向にシフトしている。表６の枠内に、表示素子１２の表示領域１２Ａと遮光部材５０の透光領域５４について、サイズおよび中心位置を示す。表６の枠外に条件式（１）～（３）の対応値を示す。

【0092】

【表6】

【0093】

［実施例４］
実施例４は、交点Ｏに対し表示素子１２の表示領域１２Ａの中心が正のＹ方向にシフトしており、Ｚ方向の中間像ＭＩの近軸結像位置に対し遮光位置が縮小側へシフトしている例である。図２２Ａに表示領域１２Ａ、図２２Ｂに遮光位置での有効光束４２と遮光部材５０を示す。図２２Ｂに示すように、ＸＹ面内での有効光束４２の中心、および透光領域５４の中心は光軸から負のＹ方向にシフトしている。表７の枠内に、表示素子１２の表示領域１２Ａと遮光部材５０の透光領域５４について、サイズおよび中心位置を示す。表７の枠外に条件式（１）～（３）の対応値を示す。

【0094】

【表7】

【0095】

［実施例５］
実施例５の遮光部材５５０は、全体がＬ字形状であり、図１８に示す遮光部材４５２ａと同様の構成を有する。ＤＭＤを表示素子１２に用いる場合、表示素子１２に対して斜め方向から照明光が照射されるため、迷光が顕著に生じやすい方向とそうでない方向とがある。この場合は、有効光束４２の全周囲を遮光領域で囲まなくても、周囲の一部のみを遮光領域で囲むことによって効果的に迷光を軽減することができる。遮光部材５５０は、このような場合を想定した部材である。

【0096】

実施例５は、交点Ｏと表示素子１２の表示領域１２Ａの中心が一致しており、Ｚ方向の中間像ＭＩの近軸結像位置が遮光位置と等しい例である。図２３Ａに表示領域１２Ａ、図２３Ｂに遮光位置での有効光束４２と遮光部材５５０を示す。遮光部材５５０では、Ｌ字の外形を構成するＸ方向の最長辺およびＹ方向の最長辺を２辺とする矩形を仮想的に考え、この矩形の中心を遮光部材５５０の仮想中心としている。表示領域１２Ａの中心、および遮光部材５５０の仮想中心は光軸上にある。表８の枠内に、表示素子１２の表示領域１２Ａのサイズ、表示領域１２Ａの位置、および遮光部材５５０の仮想中心の位置を示す。表８の枠外に条件式（３）の対応値を示す。

【0097】

【表8】

【0098】

［実施例６］
実施例６の遮光部材５５０は、実施例５の遮光部材５５０と同じである。実施例６は、交点Ｏに対し表示素子１２の表示領域１２Ａの中心が正のＹ方向にシフトしており、Ｚ方向の中間像ＭＩの近軸結像位置に対し遮光位置が縮小側へシフトしている例である。図２４Ａに表示領域１２Ａ、図２４Ｂに遮光位置での有効光束４２と遮光部材５５０を示す。表９の枠内に、表示素子１２の表示領域１２Ａのサイズ、表示領域１２Ａの位置、および遮光部材５５０の仮想中心の位置を示す。表９の枠外に条件式（３）の対応値を示す。

【0099】

【表9】

【0100】

実施例１～４は、異なるレンズシフトの状態のものを含むが、表４～７に示す条件式（１）、（２）、および（３）の対応値は全て各条件式を満足している。また、実施例５～６はともに、条件式（３）を満足している。

【0101】

なお、上記実施形態では光路が直線状の投写光学系３０を用いる例を説明したが、屈曲光路を有する投写光学系を用いてもよい。図２５に一例として、屈曲光路を有する投写光学系１３０の構成を示す。投写光学系１３０は、投写光学系３０に光路を折り曲げるための反射部材を追加して形成した光学系である。投写光学系１３０は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、第１光学系１３１と、ミラーＲ１と、第２光学系１３２と、ミラーＲ２と、第３光学系１３３と、光学部材ＰＰとからなる。第１光学系１３１は図５のレンズＬ１～Ｌ６からなる。第２光学系１３２は図５のレンズＬ７～Ｌ１２からなる。第３光学系１３３は図５のレンズＬ１３～Ｌ２０からなる。投写光学系１３０では、中間像ＭＩはレンズＬ１２とミラーＲ２との間の空気間隔内に形成されている。図２５の中間像ＭＩは光軸近傍のみ示されている。図２５の遮光部材５０は、その光軸方向の位置が中間像ＭＩの近軸結像位置と一致するように配置されている。

【0102】

なお、投写光学系の変形例は図２５に示す例に限定されず、種々の変形が可能である。屈曲光路における、光路を折り曲げる回数、および折り曲げる方向は、可能な範囲で任意に選択可能である。また、投写光学系を構成するレンズ等の各光学素子の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、および非球面係数等は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

【0103】

上記実施形態のレンズシフトの説明では投写光学系全体と表示素子１２との相対位置を可変にする例を挙げて説明したが、投写光学系の一部と表示素子１２との相対位置を可変にしてもよい。すなわち、投写光学系の少なくとも一部と表示素子１２との相対位置が可変であればよい。また、上記実施形態のレンズシフトの説明では、表示素子１２に対して投写光学系を移動させることにより、表示素子１２と投写光学系との相対位置を可変にする例を説明したが、投写光学系に対して表示素子１２を移動させることにより表示素子１２と投写光学系との相対位置を可変にしてもよい。

【0104】

図１７のフローチャートに基づく説明では、レンズシフトの際に遮光部材２５０の遮光領域の位置およびサイズが自動で設定される例について説明したが、別の方法を採ることも可能である。例えば、ステップＳ１２Ａの後、プロセッサ２６は導出した位置およびサイズをユーザーに提示し、提示された位置およびサイズとなるようにユーザーが遮光部材を調整してもよい。この場合は、投写装置１０に、アクチュエータの代わりに又はそれに加えて手動で遮光部材を調整する機構を備えておく。

【0105】

あるいは、投写装置１０に対して、透光領域の位置およびサイズが異なる複数種類の遮光部材を着脱可能にしておき、複数種類の遮光部材の入れ替えをユーザーが行うようにしてもよい。この場合は、例えば、投写光学系の鏡筒部に、複数種類の遮光部材を選択的に挿脱可能なスロットを備える。ユーザーは、選択した遮光部材をスロットに挿入することにより遮光部材を投写光学系に取り付ける。この場合において、投写装置１０には、ユーザーに対して取り付けるべき最適な遮光部材を提示する機構を備えておくことが好ましい。例えば、上記例の投写装置１０のように、表示素子１２と投写光学系との相対位置と、複数種類の各遮光部材とを対応させたルックアップテーブルを記憶しておく。そして、図１４に示すステップＳ１１と同様のステップの後、プロセッサ２６は、このルックアップテーブルを参照することにより複数種類の遮光部材の中から最適な遮光部材を表示部（図示せず）に表示することによりユーザーに提示する。ユーザーは提示された最適な遮光部材を選択して取り付ける。

【0106】

表示素子１２としては、ＤＭＤの代わりに液晶表示素子（ＬＣＤ；Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）を使用した透過型表示素子を用いてもよい。また、ＤＭＤの代わりに、ＬＥＤ(Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ)、又はＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）のような自発光型素子を用いてもよい。

【0107】

上記実施形態では、光源としてランプを用いる例を説明したが、これに限らず、ＬＥＤ、又はレーザ光源を用いてもよい。

【0108】

上記実施形態において、プロセッサとしては、次に示す各種のプロセッサを用いることができる。各種のプロセッサには、ソフトウェア（プログラム）を実行して機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable gate Array）などの製造後に回路構成を変更可能なプロセッサが含まれる。ＦＰＧＡには、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路などが含まれる。プロセッサは、これらの各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせや、ＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた電気回路を用いることができる。

【0109】

本開示の技術は、上述の実施形態と種々の変形例は、矛盾が生じない限り、互いに組み合わせることが可能である。また、上記実施形態に限らず、要旨を逸脱しない限り種々の構成を採用することが可能である。

【0110】

本開示の技術の好ましい第１の態様は、画像を表示する表示素子と、画像の中間像を空気間隔内に形成し、中間像を投写して投写像を形成する投写光学系と、空気間隔内に配置された遮光部材とを備え、遮光部材は、表示素子から出射されて投写像の形成に用いられる有効光束全ての光路外に位置する遮光領域と、遮光領域に囲まれて有効光束が透過する透光領域とを含み、上述した条件式（１）を満足する投写装置である。

【0111】

本開示の技術の好ましい第２の態様は、画像を表示する表示素子と、画像の中間像を空気間隔内に形成し、中間像を投写して投写像を形成する投写光学系と、表示素子から出射されて投写像の形成に用いられる有効光束全ての光路外に位置する遮光領域を含み、空気間隔内に配置された遮光部材とを備え、上述した条件式（３）を満足する投写装置である。

【0112】

以上に示した記載内容および図示内容は、本開示の技術に係る部分についての詳細な説明であり、本開示の技術の一例に過ぎない。例えば、上記の構成、機能、作用、および効果に関する説明は、本開示の技術に係る部分の構成、機能、作用、および効果の一例に関する説明である。よって、本開示の技術の主旨を逸脱しない範囲内において、以上に示した記載内容および図示内容に対して、不要な部分を削除したり、新たな要素を追加したり、置き換えたりしてもよいことは言うまでもない。また、錯綜を回避し、本開示の技術に係る部分の理解を容易にするために、以上に示した記載内容および図示内容では、本開示の技術の実施を可能にする上で特に説明を要しない技術常識等に関する説明は省略されている。

【0113】

本明細書に記載された全ての文献、特許出願および技術規格は、個々の文献、特許出願および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

【符号の説明】

【0114】

１０ 投写装置
１２ 表示素子
１２Ａ 表示領域
１３ 部品
１４ 投写ユニット
１６ スクリーン
１８ 投写像
２０ 光源ユニット
２２ レンズシフト機構
２４ 遮光部材シフト機構
２６ プロセッサ
２８ 操作部
３０、１３０ 投写光学系
３４、４２ 有効光束
３６ 迷光
３８ 迷光領域
４０ 投写有効領域
５０、１５０、２５０、４５０、４５２ａ、４５２ｂ、５５０ 遮光部材
５２、１５２、２５２、４５２ 遮光領域
５４、１５４、２５４、４５４ 透光領域
８８ コンピュータ
９０ 投写システム
１３１ 第１光学系
１３２ 第２光学系
１３３ 第３光学系
ＡＸ 光軸
Ｄ 遮光部材の位置と中間像の近軸結像位置との距離
ＩＭ イメージサークルの直径
Ｌ１～Ｌ２０
ＭＩ 中間像
Ｏ 交点
ＯＡ 中心
ＰＰ 光学部材
Ｒ１、Ｒ２ ミラー
ＳＤ 表示領域の面積
ＳＬＦ 有効光束の面積
ＳＴｒ 透光領域の面積

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19A】

【図19B】

【図20A】

【図20B】

【図21A】

【図21B】

【図22A】

【図22B】

【図23A】

【図23B】

【図24A】

【図24B】

【図25】