(57)【要約】【課題】新規な画像投射装置を提供する。【解決手段】画像を形成する画像形成素子、該画像形成素子を照明する光を発生させる光源、及び該画像形成素子によって形成された画像を被投射面に結像させる結像光学系を含む、画像を被投射面に投射する画像投射装置は、該光源から発生する光を透過させる第一の透過面、該第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる且つ曲面である反射曲面、該反射曲面によって反射させられた光を該画像形成素子に向かって直接的に反射させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる反射透過面、及び該反射透過面によって反射させられた光を透過させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる第二の透過面を有する第一のプリズム、並びに、該第一のプリズムの該反射透過面を透過させられた光を該結像光学系に方向付ける第二のプリズムを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を形成する画像形成素子、該画像形成素子を照明する光を発生させる光源、及び該画像形成素子によって形成された画像を被投射面に結像させる結像光学系を含む、画像を被投射面に投射する画像投射装置において、
該光源から発生する光を透過させる第一の透過面、該第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる且つ曲面である反射曲面、該反射曲面によって反射させられた光を該画像形成素子に向かって直接的に反射させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる反射透過面、及び該反射透過面によって反射させられた光を透過させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる第二の透過面を有する第一のプリズム、並びに、該第一のプリズムの該反射透過面を透過させられた光を該結像光学系に方向付ける第二のプリズムを含むことを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像投射装置において、
前記第一の透過面は、平面であることを特徴とする画像投射装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の画像投射装置において、
前記反射曲面は、球面であることを特徴とする画像投射装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の画像投射装置において、
前記反射曲面は、非球面であることを特徴とする画像投射装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像投射装置において、
前記非球面は、アナモルフィックな非球面であることを特徴とする画像投射装置。
【請求項６】
請求項４に記載の画像投射装置において、
前記非球面は、自由曲面であることを特徴とする画像投射装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の画像投射装置において、
前記反射透過面は、平面であることを特徴とする画像投射装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の画像投射装置において、
前記第二の透過面は、平面であることを特徴とする画像投射装置。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれかに記載の画像投射装置において、
前記反射透過面及び前記第二の透過面は、互いに対して傾斜した平面であることを特徴とする画像投射装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の画像投射装置において、
前記第二のプリズムは、前記第一のプリズムの前記反射透過面を透過させられた光を透過させる且つ平面である透過面を有すると共に、前記第二のプリズムは、前記第二のプリズムの該透過面が、前記第一のプリズムの前記反射透過面に対して平行であるように、配置されることを特徴とする画像投射装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の画像投射装置において、
前記第二のプリズムは、前記第一のプリズムの前記反射透過面を透過させられた光を反射させる反射面を有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の画像投射装置において、
前記第一のプリズムは、互いに対して平行である第三の平面及び第四の平面をさらに有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の画像投射装置において、
前記第一のプリズムの表面は、前記第一の透過面、前記反射曲面、前記反射透過面、前記第二の透過面、前記第三の平面、及び前記第四の平面からなることを特徴とする画像投射装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の画像投射装置において、
前記第一のプリズムの前記第一の透過面に接続された、前記光源から発生する光を混合すると共に前記第一のプリズムに入射させるインテグレータ光学系をさらに含むことを特徴とする画像投射装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の画像投射装置において、
前記光源は、少なくとも三色の色の光を発生させる光源を含むことを特徴とする画像投射装置。
【請求項１６】
画像を形成する画像形成素子、該画像形成素子を照明する光を発生させる光源、及び該画像形成素子によって形成された画像を被投射面に結像させる結像光学系を含む、画像を被投射面に投射する画像投射装置用のプリズムにおいて、
該光源から発生する光を透過させる第一の透過面、該第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる且つ曲面である反射曲面、該反射曲面によって反射させられた光を該画像形成素子に向かって直接的に反射させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる反射透過面、及び該反射透過面によって反射させられた光を透過させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる第二の透過面を有することを特徴とするプリズム。
【請求項１７】
画像を形成する画像形成素子、該画像形成素子を照明する光を発生させる光源、及び該画像形成素子によって形成された画像を被投射面に結像させる結像光学系を含む、画像を被投射面に投射する画像投射装置用のプリズム系において、
該光源から発生する光を透過させる第一の透過面、該第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる且つ曲面である反射曲面、該反射曲面によって反射させられた光を該画像形成素子に向かって直接的に反射させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる反射透過面、及び該反射透過面によって反射させられた光を透過させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる第二の透過面を有する第一のプリズム、並びに、該第一のプリズムの該反射透過面を透過させられた光を該結像光学系に方向付ける第二のプリズムを含むことを特徴とするプリズム系。
【請求項１８】
画像を被投射面に投射する投射光学系において、
請求項１６に記載のプリズム又は請求項１７に記載のプリズム系及び該画像を該被投射面に結像させる結像光学系を含むことを特徴とする投射光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投射装置、並びに、プリズム、プリズム系、及び投射光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プリズムを用いたプロジェクタに関する様々な技術が、開示されている。
【０００３】
例えば、特開２００６−２５１４５９号公報（特許文献１）に開示される光学装置、画像変調装置、及びプロジェクタ、特開２００６−１０６６８３号公報（特許文献２）に開示される光学エンジン及び光学エンジンを具有するイメージプロジェクタ、並びに、特開２００４−２８６９４６号公報（特許文献３）に開示されるプロジェクタ及び照明光学系などが挙げられる。
【０００４】
しかしながら、特開２００６−２５１４５９号公報（特許文献１）に開示される光学装置、画像変調装置、及びプロジェクタ、並びに、特開２００６−１０６６８３号公報（特許文献２）に開示される光学エンジン及び光学エンジンを具有するイメージプロジェクタには、光の利用効率及び小型化の問題がある。
【０００５】
具体的には、特開２００６−２５１４５９号公報に開示される光学装置、画像変調装置、及びプロジェクタの光の利用効率の問題については、導光手段の射出口から射出された照明光を透過し少なくとも表示光を含む変調光を反射する面である、プリズムの第２の面における光の損失、及び、射出口側に配置され、反射面が一定方向に延設された平行ロッド部と、入射口側に配置され、反射面が入射口側から平行ロッド部側に向けて延設方向に直交する断面形状が拡大されるように延ばされたテーパロッド部とからなる光学ロッドから、ＤＭＤである反射型画像変調デバイスまでの光の拡散による光の損失が、挙げられる。
【０００６】
また、特開２００６−１０６６８３号公報に開示される光学エンジン及び光学エンジンを具有するイメージプロジェクタの光の利用効率の問題については、集光レンズに隣接する第一プリズムがＤＭＤに隣接する第二プリズムに貼設する表面での光の損失が、挙げられる。
【０００７】
ここで、特開２００６−２５１４５９号公報に開示される先行技術においては、ＤＭＤで変調された表示光は、プリズムの第２の面で反射され、プリズムの第２の面で反射された光であるプリズムから射出した表示光をスクリーンに投影している。ＤＭＤで変調された表示光が、プリズムの第２の面で反射される方向が、水平方向である場合には、プリズムの第２の面は、鉛直方向に延在することになる。
【０００８】
また、特開２００６−１０６６８３号公報に開示される先行技術においては、ＤＭＤにより反射された光線が、集光レンズに隣接する第一プリズムがＤＭＤに隣接する第二プリズムに貼設する表面で反射されて、第一プリズムが第二プリズムに貼設する表面で反射された光線によって投影面にイメージを提供する。ＤＭＤにより反射された光線が、第一プリズムが第二のプリズムに貼設される表面で反射される方向が、水平方向である場合には、第一プリズムが第二のプリズムに貼設される表面は、鉛直方向に延在することになる。
【０００９】
ところで、ＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）の可動微小ミラーの振れ角は、±１２°である。ＤＭＤに入射する光の光束とＤＭＤから反射する光の光束との重なり合い無しに、ＤＭＤから反射する光を、ＤＭＤに入射する光から分離するためには、ＤＭＤに入射する光及びＤＭＤから反射する光の光束の半頂角は、１２°以下である。そのため、ＤＭＤから反射する光の光量を最大にするためには、ＤＭＤに入射する光及びＤＭＤから反射する光の光束の半頂角は、可動微小ミラーの振れ角に等しい分離限界角１２°である。
【００１０】
そして、このような１２°の半頂角を有する、ＤＭＤから反射する光の光束を、特開２００６−２５１４５９号公報に開示される先行技術におけるプリズムの第２の面で反射させるか又は特開２００６−１０６６８３号公報に開示される先行技術における第一プリズムが第二のプリズムに貼設される表面で反射させる場合には、プリズムの第２の面又は第一プリズムが第二のプリズムに貼設される表面の臨界角を１２°にする必要がある。
【００１１】
ここで、ＤＭＤの可動微小ミラーの振れる方向が、水平方向であるとすれば、ＤＭＤから反射する光を、ＤＭＤに入射する光から分離され、１２°の半頂角を有する、ＤＭＤから反射する光の光束を投影するために、特開２００６−２５１４５９号公報における投影光学手段又は特開２００６−１０６６８３号公報における投影レンズ部として、Ｆ２．４のレンズを使用することができる。
【００１２】
しかしながら、ＤＭＤの可動微小ミラーは、水平方向又は鉛直方向に対して斜め４５°の方向の軸周りに振れる。よって、鉛直方向において、ＤＭＤから反射する光の光束の大部分が、ＤＭＤに入射する光の光束の光束と重なることになり、ＤＭＤから反射する光の光束を、ＤＭＤに入射する光の光束と良好に分離することが困難である。また、ＤＭＤに入射する光も、水平方向及び鉛直方向に対して斜めの方向からＤＭＤに入射することになるため、ＤＭＤの可動微小ミラーの振れに応じて、特開２００６−２５１４５９号公報におけるプリズムの第２の面又は特開２００６−１０６６８３号公報における第一プリズムが第二のプリズムに貼設される表面でＤＭＤから反射する光の光束を良好に反射させることが困難である。このように、特開２００６−２５１４５９号公報におけるプリズムの第２の面又は特開２００６−１０６６８３号公報における第一プリズムが第二のプリズムに貼設される表面での光の損失が発生し、１２°の半頂角を有する、ＤＭＤから反射された光の光束の約４０％が、失われる。
【００１３】
プリズムの第２の面又は第一プリズムが第二のプリズムに貼設される表面で円形の断面形状を有する光束を反射させるためには、約６°以下の半頂角を有する（約Ｆ４．８以上の）光束を反射させることしかできない。
【００１４】
このように、特開２００６−２５１４５９号公報に開示される先行技術においては、プリズムの第２の面で反射された光を投影するため、また、特開２００６−１０６６８３号公報に開示される先行技術においては、第一プリズムが第二プリズムに貼設する表面で反射された光線を投影するため、プリズムの第２の面で又は第一プリズムが第二プリズムに貼設する表面で、ＤＭＤから反射された光の光束の損失が、発生する。
【００１５】
さらに、特開２００６−２５１４５９号公報に開示される先行技術においては、上述したように、射出口側に配置され、反射面が一定方向に延設された平行ロッド部と、入射口側に配置され、反射面が入射口側から平行ロッド部側に向けて延設方向に直交する断面形状が拡大されるように延ばされたテーパロッド部とからなる光学ロッドから、ＤＭＤである反射型画像変調デバイスまでの光の拡散による光の損失がある。
【００１６】
１２°の半頂角を有する光束の全てをＤＭＤに入射させることを意図した場合、平行ロッド部側におけるテーパロッド部の射出端の大きさは、ＤＭＤの有効領域の一辺の長さ＋２×（テーパロッド部の射出端からＤＭＤまでの距離）×ｔａｎ（１２°）となり、ＤＭＤの有効領域の一辺の長さよりもかなり大きいものになる。一方、テーパロッド部の射出端から射出された光は、ある角度で拡散する。ここで、テーパロッド部の射出端からＤＭＤまでの拡散による光の損失は、テーパロッド部の射出端から拡散する光の拡散角やテーパロッド部の射出端からＤＭＤまでの距離に依存する。特開２００６−２５１４５９号公報に開示される先行技術においては、テーパロッド部とＤＭＤとの間に平行ロッド部が存在するため、テーパロッド部の射出端から拡散した光の一部は、平行ロッド部の外部に拡散してしまう。その結果、テーパロッド部の射出端からの光の拡散による光の損失が生じることになる。また、ＤＭＤの有効領域の中央部における照度とＤＭＤの有効領域の周辺部における照度との間の差異やＤＭＤの有効領域の周辺部における照度間の差異が、発生してしまう。
【００１７】
次に、特開２００６−２５１４５９号公報に開示される先行技術には、小型化の問題がある。上述したように、１２°の半頂角を有する光束の全てをＤＭＤに入射させることを意図した場合、平行ロッド部側におけるテーパロッド部の射出端の大きさは、ＤＭＤの有効領域の一辺の長さよりもかなり大きいものになる。このため、テーパロッド部を有する光学ロッドの大きさを大きくする必要がある。
【００１８】
また、特開２００６−１０６６８３号公報に開示される先行技術にもまた、小型化の問題がある。特開２００６−１０６６８３号公報に開示される先行技術においては、光学エンジンが、プリズムモジュールに加えて、凹面鏡及び集光レンズを有するため、光学エンジンの大きさが大きくなる。
【００１９】
次に、特開２００４−２８６９４６号公報に開示されるプロジェクタ及び照明光学系には、光の利用効率の問題、小型化の問題、及び複雑さの問題がある。
【００２０】
特開２００４−２８６９４６号公報に開示される先行技術においては、光源からの照明光の強度分布を均一にして射出するインテグレータ光学系を用いている。ここで、インテグレータ光学系の射出端から射出された光は、ある角度で拡散する。特開２００４−２８６９４６号公報に開示される先行技術においては、インテグレータ光学系の射出端から反射型変調パネルまでの拡散による光の損失は、インテグレータ光学系の射出端から拡散する光の拡散角やインテグレータ光学系の射出面と反射型変調パネルとを略共役にするリレーレンズまでの距離に依存する。すなわち、言い換えれば、インテグレータ光学系の射出端から拡散する光の拡散角及びリレーレンズの有限の有効径に依存する。ここで、インテグレータ光学系の射出端から拡散する光の一部は、リレーレンズの有限の有効径外に拡散してしまう。その結果、インテグレータ光学系の射出端からの光の拡散による光の損失が生じることになる。また、反射型変調パネルの有効領域の中央部における照度と反射型変調パネルの有効領域の周辺部における照度との間の差異や反射型変調パネルの有効領域の周辺部における照度間の差異が、発生してしまう。
【００２１】
また、特開２００４−２８６９４６号公報に開示される先行技術においては、コンデンサミラーが、プリズムの内部を進行したリレーレンズからの照明光を反射して再びプリズムの内部を進行させ、プリズムのＴＩＲ面が、リレーレンズからの照明光を全反射してコンデンサミラーに導き、コンデンサミラーからの照明光を全反射して反射型変調パネルに導くとともに、反射型変調パネルからの映像光を透過させて投影光学系に導く構成であって、プリズムがＴＩＲ面以外の面でも照明光を反射し、照明光がプリズムの内部にプリズムの面から面にわたる光路を少なくとも５つ有して、それらの光路を順に進む構成が、開示されている。すなわち、特開２００４−２８６９４６号公報に開示される先行技術は、照明光がプリズムの内部にプリズムの面から面にわたる光路を少なくとも５つ有するため、照明光の光路が、複雑であると共に長いものである。特に、プリズムのＴＩＲ面が、リレーレンズからの照明光を全反射してコンデンサミラーに導き、コンデンサミラーからの照明光を全反射して反射型変調パネルに導くため、照明光の有効光束の全てを二回全反射させるためには、プリズムの大型化が避けられない。
【００２２】
さらに、特開２００４−２８６９４６号公報に開示される先行技術においては、コンデンサミラーが、プリズムの面に密接して配置されるか、又は、プリズムの面を曲面とし、その曲面に反射膜を設けて、これをコンデンサミラーとする必要があるため、プリズムの構成が複雑であり、且つ、プリズムが高価なものになる。
【特許文献１】特開２００６−２５１４５９号公報
【特許文献２】特開２００６−１０６６８３号公報
【特許文献３】特開２００４−２８６９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の第一の目的は、新規な画像投射装置を提供することである。
【００２４】
本発明の第二の目的は、新規なプリズムを提供することである。
【００２５】
本発明の第三の目的は、新規なプリズム系を提供することである。
【００２６】
本発明の第四の目的は、新規な投射光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の第一の態様は、画像を形成する画像形成素子、該画像形成素子を照明する光を発生させる光源、及び該画像形成素子によって形成された画像を被投射面に結像させる結像光学系を含む、画像を被投射面に投射する画像投射装置において、該光源から発生する光を透過させる第一の透過面、該第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる且つ曲面である反射曲面、該反射曲面によって反射させられた光を該画像形成素子に向かって直接的に反射させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる反射透過面、及び該反射透過面によって反射させられた光を透過させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる第二の透過面を有する第一のプリズム、並びに、該第一のプリズムの該反射透過面を透過させられた光を該結像光学系に方向付ける第二のプリズムを含むことを特徴とする画像投射装置である。
【００２８】
本発明の第二の態様は、画像を形成する画像形成素子、該画像形成素子を照明する光を発生させる光源、及び該画像形成素子によって形成された画像を被投射面に結像させる結像光学系を含む、画像を被投射面に投射する画像投射装置用のプリズムにおいて、該光源から発生する光を透過させる第一の透過面、該第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる且つ曲面である反射曲面、該反射曲面によって反射させられた光を該画像形成素子に向かって直接的に反射させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる反射透過面、及び該反射透過面によって反射させられた光を透過させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる第二の透過面を有することを特徴とするプリズムである。
【００２９】
本発明の第三の態様は、画像を形成する画像形成素子、該画像形成素子を照明する光を発生させる光源、及び該画像形成素子によって形成された画像を被投射面に結像させる結像光学系を含む、画像を被投射面に投射する画像投射装置用のプリズム系において、該光源から発生する光を透過させる第一の透過面、該第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる且つ曲面である反射曲面、該反射曲面によって反射させられた光を該画像形成素子に向かって直接的に反射させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる反射透過面、及び該反射透過面によって反射させられた光を透過させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる第二の透過面を有する第一のプリズム、並びに、該第一のプリズムの該反射透過面を透過させられた光を該結像光学系に方向付ける第二のプリズムを含むことを特徴とするプリズム系である。
【００３０】
本発明の第四の態様は、画像を被投射面に投射する投射光学系において、本発明の第二の態様であるプリズム又は本発明の第三の態様であるプリズム系及び該画像を該被投射面に結像させる結像光学系を含むことを特徴とする投射光学系である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の第一の態様によれば、新規な画像投射装置を提供することが可能となる。
【００３２】
本発明の第二の態様によれば、新規なプリズムを提供することが可能となる。
【００３３】
本発明の第三の態様によれば、新規なプリズム系を提供することが可能となる。
【００３４】
本発明の第四の態様によれば、新規な投射光学系を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
【００３６】
本発明の第一の実施形態は、画像を形成する画像形成素子、該画像形成素子を照明する光を発生させる光源、及び該画像形成素子によって形成された画像を被投射面に結像させる結像光学系を含む、画像を被投射面に投射する画像投射装置であって、該光源から発生する光を透過させる第一の透過面、該第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる且つ曲面である反射曲面、該反射曲面によって反射させられた光を該画像形成素子に向かって直接的に反射させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる反射透過面、及び該反射透過面によって反射させられた光を透過させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる第二の透過面を有する第一のプリズム、並びに、該第一のプリズムの該反射透過面を透過させられた光を該結像光学系に方向付ける第二のプリズムを含む、画像投射装置である。
【００３７】
ここで、第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる反射曲面は、第一の透過面を透過させられた光を、第一のプリズムの他の面で反射させること無しに反射曲面に入射させると共に反射曲面で反射させることを意味する。また、反射曲面によって反射させられた光を画像形成素子に向かって直接的に反射させる反射透過面は、反射曲面によって反射させられた光を、第一のプリズムの他の面で反射させること無しに、画像形成素子に向かって反射透過面で反射させることを意味する。また、第一のプリズムの反射曲面には、アルミニウムを用いた金属反射膜のような反射膜を設けてもよい。
【００３８】
第一の透過面、反射曲面、反射透過面、第二の透過面は、例えば、第一の透過面及び反射曲面が互いに対向すると共に反射透過面及び第二の透過面が互いに対向するように配置される。
【００３９】
加えて、画像投射装置は、例えば、携帯プロジェクタ装置及び小型プロジェクタ装置のようなプロジェクタ装置であることがあり、例えば、プロジェクションＴＶに用いられることもある。
【００４０】
また、画像形成素子は、例えば、ＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）のような画像形成パネルであることもある。ＤＭＤは、縦及び横方向に配置された複数の可動微小ミラーを有するものであり、可動微小ミラーの各々のミラー面の角度を制御することによって、画像を形成するものである。
【００４１】
さらに、光源は、例えば、砲弾型ＬＥＤ、面発光型ＬＥＤ、レーザーアレイ、半導体レーザー、及び高圧水銀ランプなどが挙げられる。光源は、小型の画像投射装置を提供するためには、砲弾型ＬＥＤ及び面発光型ＬＥＤのような小型の光源（照明源）であることが好ましい。また、例えば、赤色、緑色、及び青色のＬＥＤ及び三色のカラーチップのようなカラーの光源（照明源）であることもある。あるいは、白色の光源及びカラーホイールの組み合わせを用いることによって、カラーの光源を得ることもある。
【００４２】
結像光学系は、パワーを有するレンズ及びパワーを有するミラーの少なくとも一つを含む投射レンズ系である。投射レンズ系は、例えば、テレセントリックな投射レンズ系であってもよい。
【００４３】
さらに、被投射面は、画像投射装置と一体に設けられたスクリーンであることもあり、画像投射装置と別個のスクリーンであることもある。
【００４４】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置においては、まず、光源から発生する光が、第一のプリズムの第一の透過面に入射すると共に第一の透過面を透過させられる。次に、第一のプリズム内で、第一の透過面を透過させられた光が、反射曲面に直接的に入射すると共に反射曲面によって反射透過面に向かって反射させられる。次に、第一のプリズム内で、反射曲面によって反射させられた光が、反射透過面に入射すると共に反射透過面によって第二の透過面に向かって反射させられる。次に、反射透過面によって反射させられた光が、第二の透過面に入射すると共に第二の透過面を第一のプリズム外の画像形成素子に向かって透過させられる。第二の透過面を透過させられた光は、第一のプリズム外で、画像形成素子に入射すると共に画像形成素子によって画像情報に対応する変調を受ける。次に、画像形成素子によって変調された光は、画像形成素子から反射させられ、再度、第一のプリズムの第二の透過面に入射する。第二の透過面に入射した光は、再度、第一のプリズム内で、第二の透過面を反射透過面に向かって透過させられる。次に、第二の透過面を透過させられた光は、反射透過面を透過させられる。次に、第一のプリズムの反射透過面を透過させられた光は、第二のプリズムに入射する。次に、第二のプリズムに入射した光は、第二のプリズム内を進行し、結像光学系に向かって第二のプリズムから射出する。すなわち、第一のプリズムの反射透過面を透過させられた光は、第二のプリズムによって、結像光学系に方向付けられる。そして、第二のプリズムから射出した光は、結像光学系によって被投射面に結像させられる。このようにして、画像形成素子によって形成された画像情報を有する光が、被投射面に結像させられ、画像が、被投射面に投射させられる。
【００４５】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置においては、反射透過面が、反射曲面から反射透過面に入射する光を反射すると共に、画像形成素子から第二の透過面を介して反射透過面に入射する光を透過させる。反射透過面は、反射曲面によって反射させられた光を画像形成素子に向かって直接的に全反射させる。また、反射曲面の形状及び配向を適正化することによって、第一のプリズムの第一の透過面を透過した光を、反射曲面によって反射透過面に向かって反射させると共に反射透過面によって第二の透過面に向かって反射させることが可能になる。すなわち、第一のプリズムの第一の透過面に入射した光は、反射曲面及び反射透過面によって、二回反射させられるだけである。それに応じて、第一のプリズムの第一の透過面に入射した光が、第一のプリズムの第二の透過面から画像形成素子に向かって射出するまで、第一の透過面から反射曲面まで、反射曲面から反射透過面まで、及び反射透過面から第二の透過面までの三つの光路を進行するだけである。このように、本発明の第一の実施形態による画像投射装置においては、第一のプリズム内における光の反射回数が、従来よりも少ないため、第一のプリズム内を進行する光の光路が、より単純である。その結果、第一のプリズムの小型化及び／又は単純化を実現することが可能になる。
【００４６】
反射曲面の形状及び配向並びに反射透過面の配置を適正化することによって、結像光学系に入射する光の有効光束の全てを、第一のプリズム内に含めることが可能になる。より詳しくは、反射透過面の配置は、結像光学系に入射する光の有効光束の全てに対応する、反射曲面から反射させられた光の光束が、反射透過面によって全反射させられると共に、結像光学系に入射する光の有効光束の全てに対応する、画像形成素子から反射させられた且つ第二の透過面を透過させられた光の光束を透過させるように、決定される。また、反射曲面の形状及び配向は、結像光学系に入射する光の有効光束の全てに対応する、反射曲面に入射する光の光束が、光源から第一の透過面の特定の領域を通じて第一のプリズム内に入射するように、決定される。また、第一の透過面は、好ましくは、結像光学系に入射する光の有効光束の瞳の位置に又は結像光学系に入射する光の有効光束の瞳の位置付近に配置される。この場合には、光源を、第一の透過面に接するように配置するか、又は、光源を第一の透過面付近に配置することによって、結像光学系に入射する光の有効光束に対応する光で、画像形成素子をより効率的に照明することが可能になる。
【００４７】
このように、本発明の第一の実施形態による画像投射装置は、光源から発生する光を透過させる第一の透過面、第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる且つ曲面である反射曲面、反射曲面によって反射させられた光を画像形成素子に向かって直接的に反射させると共に画像形成素子から反射させられた光を透過させる反射透過面、及び反射透過面によって反射させられた光を透過させると共に画像形成素子から反射させられた光を透過させる第二の透過面を有する第一のプリズム、並びに、第一のプリズムの反射透過面を透過させられた光を結像光学系に方向付ける第二のプリズムを含むことによって、小型である及び／又はより高い光の利用効率を有する画像投射装置を提供することが可能になる。
【００４８】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、前記第一の透過面は、平面である。ここで、平面であるとは、完全な平面であること、及び、実質的に平面であるとみなせることの両方を含む。この場合には、第一のプリズムを、より容易に設計及び製造することが可能になる。
【００４９】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、前記反射曲面は、球面である。この場合には、反射曲面が、単純な球面であるので、第一のプリズムを、より容易に設計及び製造することが可能になる。
【００５０】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、前記反射曲面は、非球面である。この場合には、第一の透過面での結像光学系に入射する有効光束に対応する光の集光の程度を改善することが可能になり、画像投射装置における光の利用効率を向上させることが可能になる。
【００５１】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、前記非球面は、アナモルフィックな非球面である。アナモルフィックな非球面は、例えば、トロイダル面であることもある。この場合には、アナモルフィックな非球面の二つの直交する軸に応じた互いに直交する二つの方向における第一の透過面での結像光学系に入射する有効光束に対応する光の集光の程度を改善することが可能になり、画像投射装置における光の利用効率を向上させることが可能になる。
【００５２】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、前記非球面は、自由曲面である。この場合には、画像形成素子の有効領域における様々な点について第一の透過面での結像光学系に入射する有効光束に対応する光の集光の程度及び／又は結像光学系に入射する有効光束に対応する光の光束の径を改善することが可能になり、画像投射装置における光の利用効率をさらに向上させることが可能になる。
【００５３】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、前記反射透過面は、平面である。ここで、平面であるとは、完全な平面であること、及び、実質的に平面であるとみなせることの両方を含む。この場合には、第一のプリズムを、より容易に設計及び製造することが可能になる。
【００５４】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、前記第二の透過面は、平面である。ここで、平面であるとは、完全な平面であること、及び、実質的に平面であるとみなせることの両方を含む。この場合には、第一のプリズムを、より容易に設計及び製造することが可能になる。
【００５５】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、前記反射透過面及び前記第二の透過面は、互いに対して傾斜した平面である。ここで、平面であるとは、完全な平面であること、及び、実質的に平面であるとみなせることの両方を含む。例えば、画像形成素子が、ＤＭＤである場合には、ＤＭＤの可動微小ミラーの各々が、水平方向及び鉛直方向に対して４５°だけ傾斜した可動微小ミラーの対角線まわりに振れるため、ＤＭＤに入射する光は、ＤＭＤのパネルに対して斜めの方向に進行する。反射透過面及び第二の透過面は、互いに対して傾斜した平面である場合には、ＤＭＤに入射する光を、ＤＭＤのパネルに対して斜めの方向により容易に進行させることが可能になる。
【００５６】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、前記第二のプリズムは、前記第一のプリズムの前記反射透過面を透過させられた光を透過させる且つ平面である透過面を有すると共に、前記第二のプリズムは、前記第二のプリズムの該透過面が、前記第一のプリズムの前記反射透過面に対して平行であるように、配置される。ここで、平面であるとは、完全な平面であること、及び、実質的に平面であるとみなせることの両方を含む。また、平行であることは、完全に平行であること、及び、実質的に平行であることの両方を含む。この場合には、第二のプリズムの透過面を透過させられる光の進行方向が、第一のプリズムの第二の透過面を透過させられた光の進行方向と完全に又は実質的に一致するので、第一のプリズムの反射透過面を透過させられた光を、より容易に結像光学系に方向付けることが可能になる。
【００５７】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、前記第二のプリズムは、前記第一のプリズムの前記反射透過面を透過させられた光を反射させる反射面を有する。なお、第二のプリズムの反射面には、アルミニウムを用いた金属反射膜のような反射膜を設けてもよい。この場合には、第二のプリズムの反射面の配置によって、第二のプリズム内を進行する光の進行方向が変化するため、画像投射装置の全体の形状及び／又は大きさを適正化することが可能になる。
【００５８】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、前記第一のプリズムは、互いに対して平行である第三の平面及び第四の平面をさらに有する。ここで、平行であることは、完全に平行であること、及び、実質的に平行であることの両方を含む。また、平面であるとは、完全な平面であること、及び、実質的に平面であるとみなせることの両方を含む。この場合には、第一のプリズムを、より容易に設計及び製造することが可能になる。また、互いに対して平行である第三の平面及び第四の平面を用いて、画像投射装置において第一のプリズムをより容易に配置することが可能になる。
【００５９】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、前記第一のプリズムの表面は、前記第一の透過面、前記反射曲面、前記反射透過面、前記第二の透過面、前記第三の平面、及び前記第四の平面からなる。第一の透過面、反射曲面、反射透過面、第二の透過面、第三の平面、及び第四の平面は、例えば、第一の透過面、反射曲面、反射透過面、第二の透過面の各々が、互いに対して平行である第三の平面及び第四の平面に接続すると共に、第一の透過面及び反射曲面が、互いに対向すると共に、反射透過面及び第二の透過面が互いに対向するように、配置されることもある。この場合には、第一のプリズムは、六つの面のみを有するので、第一のプリズムを、より容易に設計及び製造することが可能になる。
【００６０】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、画像投射装置は、前記第一のプリズムの前記第一の透過面に接続された、前記光源から発生する光を混合すると共に前記第一のプリズムに入射させるインテグレータ光学系をさらに含む。ここで、前記第一のプリズムの前記第一の透過面に接続されたインテグレータ光学系は、前記第一のプリズムの前記第一の透過面において前記第一のプリズムに一体化されたインテグレータ光学系、前記第一のプリズムの前記第一の透過面に接着されたインテグレータ光学系、及び前記第一のプリズムの前記第一の透過面に接触させられたインテグレータ光学系を含む。インテグレータ光学系は、例えば、テーパーロッドレンズを含む。また、光源の側におけるテーパーロッドレンズの端部の面積は、好ましくは、第一のプリズムの側におけるテーパーロッドレンズの端部の面積よりも大きいものである。また、光源側におけるテーパーロッドレンズの端部の形状は、光源の形状及び／又は大きさに依存して適宜決定される。さらに、テーパーロッドレンズの長さ及び第一のプリズム側におけるテーパーロッドレンズの端部の形状は、画像形成素子の大きさ及び／又は結像光学系に入射する光の有効光束などに依存して、適宜決定される。例えば、第一のプリズム側におけるテーパーロッドレンズの端部の形状は、画像形成素子及び反射曲面の形状などに依存して、円形であることもある。テーパーロッドレンズの光軸まわりのテーパーロッドレンズの回転角は、光源から発生する光で効率よく画像形成素子を照明することができるように設定される。この場合には、放射角が大きい光源を用いたとしても、インテグレータ光学系によって、光源から発生する広い放射角の光を、より狭い放射角の光に変換すると共に第一のプリズムの第一の透過面を介して直接的に第一のプリズムに入射させることが可能になる。その結果、第一のプリズムに入射する光の入射角の分布を狭くすると共にインテグレータ光学系の端部から拡散する光をより効率的に第一のプリズムの第一の透過面に入射させることが可能になる。このように、第一のプリズムの第一の透過面に透過させられる光の光量を増加させることが可能になるため、より高い光の利用効率を有する画像投射装置を提供することが可能になる。また、光源からカラーの光が得られる場合には、インテグレータ光学系によってカラーの光を合成することも可能になる。
【００６１】
本発明の第一の実施形態による画像投射装置において、好ましくは、前記光源は、少なくとも三色の色の光を発生させる光源を含む。少なくとも三色の色の光を発生させる光源は、例えば、少なくとも三色のカラーチップ（面発光型ＬＥＤ）である。なお、カラーチップの数及び大きさは、画像形成素子の大きさ及び／又はインテグレーター素子の設計などに依存して、適宜決定される。この場合には、少なくとも三色の色の光を発生させる光源を含むので、ダイクロイックプリズムなどのような高価な光学素子を用いることなく、より簡単な構成を備えたカラーの画像投射装置を提供することが可能になる。
【００６２】
本発明の第二の実施形態は、画像を形成する画像形成素子、該画像形成素子を照明する光を発生させる光源、及び該画像形成素子によって形成された画像を被投射面に結像させる結像光学系を含む、画像を被投射面に投射する画像投射装置用のプリズムにおいて、該光源から発生する光を透過させる第一の透過面、該第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる且つ曲面である反射曲面、該反射曲面によって反射させられた光を該画像形成素子に向かって直接的に反射させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる反射透過面、及び該反射透過面によって反射させられた光を透過させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる第二の透過面を有することを特徴とするプリズムである。
【００６３】
本発明の第二の実施形態によれば、本発明の第一の実施形態について上述したのと同様に、該光源から発生する光を透過させる第一の透過面、該第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる且つ曲面である反射曲面、該反射曲面によって反射させられた光を該画像形成素子に向かって直接的に反射させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる反射透過面、及び該反射透過面によって反射させられた光を透過させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる第二の透過面を有することによって、小型である及び／又はより高い光の利用効率を有する画像投射装置を提供することが可能なプリズムを提供することが可能になる。
【００６４】
本発明の第三の実施形態は、画像を形成する画像形成素子、該画像形成素子を照明する光を発生させる光源、及び該画像形成素子によって形成された画像を被投射面に結像させる結像光学系を含む、画像を被投射面に投射する画像投射装置用のプリズム系において、該光源から発生する光を透過させる第一の透過面、該第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる且つ曲面である反射曲面、該反射曲面によって反射させられた光を該画像形成素子に向かって直接的に反射させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる反射透過面、及び該反射透過面によって反射させられた光を透過させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる第二の透過面を有する第一のプリズム、並びに、該第一のプリズムの該反射透過面を透過させられた光を該結像光学系に方向付ける第二のプリズムを含むことを特徴とするプリズム系である。
【００６５】
本発明の第三の実施形態によれば、本発明の第一の実施形態について上述したのと同様に、該光源から発生する光を透過させる第一の透過面、該第一の透過面を透過させられた光を直接的に反射させる且つ曲面である反射曲面、該反射曲面によって反射させられた光を該画像形成素子に向かって直接的に反射させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる反射透過面、及び該反射透過面によって反射させられた光を透過させると共に該画像形成素子から反射させられた光を透過させる第二の透過面を有する第一のプリズム、並びに、該第一のプリズムの該反射透過面を透過させられた光を該結像光学系に方向付ける第二のプリズムを含むことによって、小型である及び／又はより高い光の利用効率を有する画像投射装置を提供することが可能なプリズム系を提供することが可能になる。
【００６６】
本発明の第四の実施形態は、画像を被投射面に投射する投射光学系において、本発明の第二の実施形態であるプリズム又は本発明の第三の実施形態であるプリズム系及び該画像を該被投射面に結像させる結像光学系を含むことを特徴とする投射光学系である。
【００６７】
本発明の第四の実施形態によれば、本発明の第一の実施形態について上述したのと同様に、本発明の第二の実施形態であるプリズム又は本発明の第三の実施形態であるプリズム系を含むことによって、小型である及び／又はより高い光の利用効率を有する画像投射装置を提供することが可能な投射光学系を提供することが可能になる。
【００６８】
図１は、本発明の実施形態による画像投射装置の一つの例を概略的に示す図である。ここで、図１（ａ）は、本発明の実施形態による画像投射装置の一つの例の上面図であり、図１（ｂ）は、本発明の実施形態による画像投射装置の一つの例の左前方斜視図であり、図１（ｃ）は、本発明の実施形態による画像投射装置の一つの例の右前方斜視図である。ただし、図１（ｂ）においては、図１（ａ）に示される投射レンズを省略しており、図１（ｃ）においては、図１（ａ）に示される投射レンズ並びに図１（ａ）及び（ｂ）に示される光源を省略している。
【００６９】
図１に示す画像投射装置としてのプロジェクタ１００は、画像形成素子としての像形成パネル１１０、光源１２０、結像光学系としての投射レンズ１３０、第一のプリズム又は単にプリズムとしての第一プリズム１４０、及び第二のプリズムとしての第二プリズム１５０を含む。ここで、プロジェクタ１００は、画像を形成する像形成パネル１１１によって形成された画像を被投射面としてのスクリーンに投射する。また、光源１２０は、像形成パネル１１０を照明する光を発生させる。さらに、投射レンズ１３０は、像形成パネル１１０によって形成された画像をスクリーンに結像させる。なお、第一プリズム１４０及び第二プリズム１５０は、本発明の実施形態によるプリズム系の例を構成する。また、第一プリズム１４０又は第一プリズム１４０及び第二プリズム１５０で構成されるプリズム系並びに投射レンズ１３０は、本発明の実施形態による投射光学系の例を構成する。
【００７０】
第一プリズム１４０は、第一の透過面としての入射面１４１、反射曲面１４２、反射透過面としての光路分離面１４３、第二の透過面としてのパネル対向面１４４、並びに、第三の平面及び第四の平面としての互いに対して平行である二つの平面からなる。ここで、入射面１４１は、光源１２０から発生する光を透過させる平面である。また、反射曲面１４２は、入射面１４１を透過した光を直接的に反射させる曲面である。反射曲面１４２は、球面であるが、アナモルフィックな非球面及び自由曲面のような非球面であってもよい。さらに、光路分離面１４３は、反射曲面１４２によって反射させられた光を像形成パネル１１０に向かって直接的に全反射させると共に像形成パネル１１０から反射させられた光を透過させる平面である。また、パネル対向面１４４は、光路分離面１４３によって反射させられた光を透過させると共に像形成パネル１１０から反射させられた光を透過させる平面である。なお、光路分離面１４３は、パネル対向面１４４に対して傾斜している。また、反射曲面１４２は、入射面１４１と対向しており、光路分離面１４３は、パネル対向面１４４と対向している。
【００７１】
第二プリズム１５０は、第一プリズム１４０の光路分離面１４３を透過した光を投射レンズ１３０に方向付ける。ここで、第二プリズム１５０は、第一プリズム１４０の光路分離面１４３を透過した光を透過させる平面である第一の透過面を有する。また、第二プリズム１５０は、投射レンズ１３０と対向すると共に第二プリズム１５０内を進行する光を第二プリズム１５０外の投射レンズ１３０に向かって透過させる第二の透過面を有する。また、第二プリズム１５０は、第二プリズム１５０の透過面が、第一プリズム１４０の光路分離面１４３に対して平行であるように、且つ、第二プリズム１５０の透過面と第一プリズム１４０の光路分離面１４３との間に微小空隙１５１が形成されるように、配置される。
【００７２】
次に、プロジェクタ１００における光源１２０によって発生させられた代表光１６０の光路を説明する。光源１２０から発生した光（代表光１６０）は、第一プリズム１４０の入射面１４１に入射すると共に反射曲面１４２に向かって入射面１４１を透過する。次に、第一プリズム１４０内に透過させられた光は、光路分離面１４３に向かって反射曲面１４２によって反射させられる。次に、反射曲面１４２によって反射させられた光は、パネル対向面１４４に向かって光路分離面１４３によって全反射させられる。光路分離面１４３によって全反射させられた光は、パネル対向面１４４を透過させられ、第一プリズム１４０から一度射出される。ここで、第一プリズム１４０から射出した光は、像形成パネル１１０に入射するが、像形成パネル１１０に入射する光の入射角が、所定の角度となるように、第一プリズム１４０が、設計されている。例えば、像形成パネル１１０が、ＤＭＤである場合には、像形成パネル１１０に入射する光の光軸は、像形成パネル１１０の水平方向及び鉛直方向に対して斜め４５°の方向において、像形成パネル１１０に入射する光の入射角は、２４°（＝ＤＭＤの振れ角±１２°×２）である。次に、像形成パネル１１０によって変調された光は、像形成パネル１１０に対して垂直な方向に反射させられる。像形成パネル１１０から反射した光は、再度、第一プリズム１４０のパネル対向面１４４に入射する。パネル対向面１４４に入射した光は、パネル対向面１４４を透過すると共に、第一プリズム１４０内を進行し、光路分離面１４３に到達する。光路分離面１４３に到達した光は、光路分離面１４３を透過すると共に、第一プリズム１４０の光路分離面１４３から射出される。次に、光路分離面１４３から射出された光は、第一プリズム１４０と第二プリズム１５０との間に設けられた微小空隙１５１を介して、第二プリズム１５０の第一の透過面に入射する。第二プリズム１５０の第一の透過面に入射した光は、第二プリズム１５０の第二の透過面から投射レンズ１３０に向かって射出される。第二プリズム１５０から射出された光は、投射レンズ１３０によって、スクリーンに結像させられる。このようにして、画像形成パネル１１０によって形成された画像が、スクリーンに投射される。
【００７３】
このように、入射面１４１、反射曲面１４２、光路分離面１４３、及びパネル対向面１４４を有する第一プリズム１４０を用いることによって、小型である及び／又はより高い光の利用効率を有するプロジェクタ１００を提供することが可能になる。
【００７４】
図２は、本発明の実施形態による画像投射装置の一つの例における有効光束の例を概略的に示す図である。
【００７５】
図２においては、本発明の実施形態による画像投射装置における画像形成素子としての像形成パネル２１０、第一のプリズムとしての第一プリズム２４０、及び第二のプリズムとしての第二プリズム２５０が示されている。また、図２には、像形成パネル２１０の中央の一点で反射される光の有効光束２６０を示す。図２に示す有効光束２６０は、結像光学系としての投射レンズが、テレセントリックなレンズ系であり、投射レンズの明るさ（Ｆ数）が、Ｆ２．４（有効角±１２°に相当する）である場合の有効光束である。ここで、投射レンズの有効角は、ＤＭＤに入射する光束とＤＭＤから反射される光束の重なりを回避することが可能な最大の角度である。像形成パネルがＤＭＤである場合、ＤＭＤの可動微小ミラーは、±１２°の振れ角で振れるため、投射レンズの有効角は、１２°となる。また、投射レンズに入射する有効光束２６０に対応する光が、像形成パネル２１０で反射される前には、投射レンズに入射する有効光束２６０に対応する光の光軸は、像形成パネル２１０の表面に対して斜め４５°方向において像形成パネル２１０の表面の法線に対して２４°だけ傾斜している。さらに、投射レンズに入射する有効光束２６０に対応する光は、第一プリズム２４０の反射透過面としての光路分離面から第二の透過面としてのパネル対向面までは、第一プリズム２４０の屈折率によって、投射レンズに入射する有効光束２６０に対応する光の光軸の傾き及び角度的な広がりは、それぞれ、約１６°及び約±８°程度になる。ここで、第一プリズム２４０の光路分離面は、第一プリズム２４０内における投射レンズに入射する有効光束２６０に対応する光を像形成パネル２１０に向かって全反射させることができるように、且つ、像形成パネル２１０によって反射された、投射レンズに入射する有効光束２６０を透過させることができるように、配置される。さらに、投射レンズに入射する有効光束２６０に対応する光が、光路分離面で全反射される際に、投射レンズに入射する有効光束２６０に対応する光の光軸の方向は、偏向させられる。しかしながら、投射レンズに入射する有効光束２６０に対応する光は、光路分離面で全反射される前に第一プリズム２４０の反射曲面によって反射されるが、反射曲面から光路分離面までは、投射レンズに入射する有効光束２６０に対応する光束の角度的な広がりが、維持される。反射曲面は、第一プリズム２４０の第一の透過面としての入射面から入射した、投射レンズに入射する有効光束２６０に対応する光が、反射曲面から光路分離面までの上記の光束の角度的な広がりを有すると共に光路分離面に向かってその光軸を偏向させるように、且つ、光路分離面及びパネル対向面のいずれにも方向付けされないように、設計される。図２には、像形成パネル２１０の中央の一点で反射される光の有効光束２６０を示したが、像形成パネル２１０の有効領域の各点について設計をすることによって、投射レンズに入射する光の有効光束の全体を得ることができる。
【００７６】
図３は、本発明の実施形態による画像投射装置の一つの例における有効光束の光軸の例を概略的に示す図である。
【００７７】
図３においては、本発明の実施形態による画像投射装置における画像形成素子としての像形成パネル３１０、第一のプリズムとしての第一プリズム３４０、及び第二のプリズムとしての第二プリズム３５０が示されている。また、図３は、像形成パネル３１０の有効領域の四つの端点についての有効光束の光軸を示す。第一プリズム３４０の第一の透過面としての入射面の位置は、像形成パネル３１０の有効領域の四つの端点についての有効光束の光軸が、第一プリズム３４０の入射面付近でほぼ一点に集合するように、設計される。言い換えれば、第一プリズム３４０の第一の透過面としての入射面は、おおむね、結像光学系としての投射レンズの瞳位置に位置させられる。そして、投射レンズの瞳位置の近傍に位置させられた第一プリズム３４０の入射面の付近に光源を配置すると、光源から発生する光で像形成パネル３１０を効率良く照明することが可能になる。
【００７８】
図４は、本発明の実施形態による画像投射装置の一つの例における有効光束の光軸の例を概略的に示す別の図である。図４（ａ）は、画像形成素子の有効領域の中央における有効光束の光軸を含む断面での有効光束の光軸の例を示す図であり、図４（ｂ）は、画像形成素子の有効領域の中央における有効光束の光軸を含む断面に垂直な面での有効光束の光軸の例を示す図である。また、図４（ａ）及び（ｂ）は、図３に示す本発明の実施形態による画像投射装置の例の拡大図でもある。
【００７９】
図４（ｂ）に示すように第一のプリズムの反射曲面が、球面である場合に、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、画像形成素子の有効領域の中央における有効光束の光軸を含む断面及びそれに垂直な面での有効光束の光軸は、第一のプリズムの第一の透過面においてほぼ良好に集合している。すなわち、画像形成素子の有効領域を、第一のプリズムの第一の透過面におけるほぼ一点に光源を設けることによって、良好に照明することができる。このように、第一のプリズムの反射曲面が、球面であっても、より高い光の利用効率を有する画像投射装置を提供することが可能である。ただし、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、画像形成素子の有効領域の中央における有効光束の光軸を含む断面での有効光束の光軸の集合点と画像形成素子の有効領域の中央における有効光束の光軸を含む断面に垂直な面での有効光束の光軸の集合点に（非点収差に相当する）ずれがある。よって、第一のプリズムの反射曲面として、画像形成素子の有効領域の中央における有効光束の光軸を含む断面及びそれに垂直な面で異なる曲率を有する、トロイダル面のようなアナモルフィックな非球面を用いた場合には、第一のプリズムの第一の透過面における、画像形成素子の有効領域の中央における有効光束の光軸の集合の程度を向上させることが可能になり、その結果、画像投射装置における光の利用効率を向上させることが可能になる。さらに、第一のプリズムの反射曲面として、自由曲面を用いた場合には、第一のプリズムの第一の透過面における、画像形成素子の有効領域の中央における有効光束の光軸の集合及び有効光束の角度的な広がりの程度を調整することによって、画像投射装置における光の利用効率をさらに向上させることが可能になる。
【００８０】
図５は、本発明の実施形態による画像投射装置の別の例を概略的に示す図である。図５（ａ）は、テーパーロッドレンズを含む画像投射装置の例を概略的に示す図であり、図５（ｂ）は、別のテーパーロッドレンズを含む画像投射装置の例を概略的に示す図である。
【００８１】
図５（ａ）及び（ｂ）に示す画像投射装置としてのプロジェクタ５０１，５０２は、画像形成素子としての像形成パネル５１０、光源５２０、第一のプリズム又は単にプリズムとしての第一プリズム５４０、及び第二のプリズムとしての第二プリズム５５０を含む。ここで、第一プリズム５４０は、第一の透過面としての入射面、反射曲面５４２、反射透過面としての光路分離面、第二の透過面としてのパネル対向面、並びに、第三の平面及び第四の平面としての互いに対して平行である二つの平面からなる。なお、光路分離面は、パネル対向面に対して傾斜している。また、反射曲面５４２は、入射面と対向しており、光路分離面は、パネル対向面と対向している。また、第二プリズム５５０は、第二プリズム５５０の透過面が、第一プリズム５４０の光路分離面に対して平行であるように、且つ、第二プリズム５５０の透過面と第一プリズム５４０の光路分離面との間に微小空隙５５１が形成されるように、配置される。
【００８２】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すプロジェクタ５０１，５０２は、それぞれ、第一プリズム５４０の入射面に接続された、光源５２０から発生する光を混合すると共に第一プリズム５４０に入射させるインテグレータ光学系としてのテーパーロッドレンズ５７１，５７２をさらに含む。すなわち、テーパーロッドレンズ５７１，５７２は、光源５２０と第一プリズム５４０の入射面との間に設けられており、光源５２０及び第一プリズム５４０の入射面に接続されている。図５（ａ）に示すテーパーロッドレンズ５７１の入射端及び射出端の形状は、方形であり、図５（ａ）に示すテーパーロッドレンズ５７１の光軸まわりのテーパーロッドレンズ５７１の回転角は、４５°である。一方、図５（ｂ）に示すテーパーロッドレンズ５７２の入射端の形状及び射出端の形状は、それぞれ、円形及び方形であり、図５（ｂ）に示すテーパーロッドレンズ５７２の光軸まわりのテーパーロッドレンズ５７２の回転角は、０°である。なお、テーパーロッドレンズの入射端の形状は、光源の形状及び大きさなどによって決定され、テーパーロッドレンズの長さ及び射出端の形状は、
像形成パネル５１０の大きさ及び有効光束の角度的な広がりなどによって決定される。また、テーパーロッドレンズの光軸に対するテーパーロッドレンズの回転角は、像形成パネル５１０を効率よく照明することが可能な角度に決定される。
【００８３】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すプロジェクタ５０１，５０２においては、図５（ａ）及び（ｂ）に示す光源５２０によって発生させられた代表光５６０の光路のように、光源５２０から発生させられた拡散光は、テーパーロッドレンズ５７１，５７２に入射すると共に透過させられる。光源５２０から発生させられた拡散光の角度的な広がりは、テーパーロッドレンズ５７１，５７２を透過する際に、低減させられる。そして、低減された角度的な広がりの拡散光が、テーパーロッドレンズ５７１，５７２から第一プリズム５４０に入射すると共に、図１に示すプロジェクタ１００について説明したのと同様に、図５（ａ）及び（ｂ）に示す代表光５６０の光路に示すように第一プリズム５４０及び第二プリズム５５０を通過する。このように、光源５２０から発生させられた拡散光の角度的な広がりが大きい場合であっても、テーパーロッドレンズ５７１，５７２から第一プリズム５４０に入射する光の入射角は、低減されているので、第一プリズム５４０を通じて像形成パネル５１０を照明する光量を増加させることが可能になる。その結果、画像投射装置における光の利用効率をさらに向上させることが可能になる。なお、テーパーロッドレンズ５７１，５７２は、色合成の機能もまた有する。
【００８４】
なお、図５（ａ）及び（ｂ）に示すプロジェクタ５０１，５０２においては、光源５２０は、少なくとも三色の色の光を発生させる光源としてのＲＧＢのカラーチップを含む。ＲＧＢのカラーチップは、１個の赤色（Ｒ）の面発光型ＬＥＤ、２個の緑色（Ｇ）の面発光型ＬＥＤ、及び１個の青色（Ｂ）の面発光型ＬＥＤを有する。少なくとも三色の色の光を発生させる光源としてのＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤの数及び大きさは、像形成パネル５１０の大きさやテーパーロッドレンズ５７１，５７２の設計に依存して、決定される。
【００８５】
図６は、本発明の実施形態による画像投射装置のさらに別の例を概略的に示す図である。図６（ａ）は、反射面を有する第二のプリズムを含む画像投射装置の例を概略的に示す図であり、図６（ｂ）は、別の反射面を有する第二のプリズムを含む画像投射装置の例を概略的に示す図である。
【００８６】
図６（ａ）及び（ｂ）に示す画像投射装置としてのプロジェクタ６０１，６０２は、画像形成素子としての像形成パネル６１０、光源６２０、結像光学系としての投射レンズ６３０、第一のプリズム又は単にプリズムとしての第一プリズム６４０、第二のプリズムとしての第二プリズム６５１，６５２、及びインテグレータ光学系としてのテーパーロッドレンズ６７０を含む。ここで、第一プリズム６４０は、第一の透過面としての入射面、反射曲面、反射透過面としての光路分離面、第二の透過面としてのパネル対向面、並びに、第三の平面及び第四の平面としての互いに対して平行である二つの平面からなる。なお、光路分離面は、パネル対向面に対して傾斜している。また、反射曲面は、入射面と対向しており、光路分離面は、パネル対向面と対向している。また、第二プリズム６５１，６５２は、第二プリズム６５１，６５２の透過面が、第一プリズム６４０の光路分離面に対して平行であるように、且つ、第二プリズム６５１，６５２の透過面と第一プリズム６４０の光路分離面との間に微小空隙が形成されるように、配置される。
【００８７】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すプロジェクタ６０１，６０２において、第二プリズム６５１，６５２は、それぞれ、第一プリズム６４０の光路分離面を透過させられた光を反射させる反射面６８１，６８２を有する。図６（ａ）に示すプロジェクタ６０１において、第二プリズム６５１は、透過面、反射面６８１、及び二組の互いに平行な平面で構成される。一方、図６（ｂ）に示すプロジェクタ６０２において、第二プリズム６５２は、透過面、反射面６８２、一組の互いに平行な平面、及び残りの二つの平面で構成される。図６（ａ）及び（ｂ）に示すプロジェクタ６０１，６０２において、第二プリズム６５１，６５２の反射面６８１，６８２は、それぞれ、第二プリズム６５１，６５２の透過面と対向するように、配置されている。
【００８８】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すプロジェクタ６０１，６０２においては、図６（ａ）及び（ｂ）に示す光源６２０によって発生させられた代表光６６０の光路に示すように、光源６２０によって発生させられた光は、図１に示すプロジェクタ１００について説明したのと同様に、第一プリズム６４０を通過し、第二プリズム６５１，６５２の透過面に入射する。第二プリズム６５１，６５２の透過面を透過させられた光は、それぞれ、第二プリズム６５１，６５２の反射面６８１，６８２で反射させられ、第二プリズム６５１，６５２の反射面６８１，６８２で反射させられた光は、第二プリズム６５１，６５２の透過面及び反射面６８１，６８２と接続する面から投射レンズ６３０に向かって射出される。
【００８９】
このように、第二プリズム６５１，６５２が、反射面６８１，６８２を有するので、第二プリズム６５１，６５２に入射した光を適切に偏向させることが可能になる。その結果、プロジェクタ６０１，６０２における投射レンズ６３０を適切に配置させることが可能になる。それに応じて、プロジェクタ６０１，６０２の大きさ及び形態を適切に決定することが可能になる。例えば、図６（ｂ）に示すプロジェクタ６０２は、図６（ｂ）に示すような第二プリズム６５２を用いることによって、図６（ａ）に示すプロジェクタ６０１より小型の構成を有する。
【００９０】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施の形態及び実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、画像投射装置、並びに、プリズム、プリズム系、及び投射光学系における利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】図１は、本発明の実施形態による画像投射装置の一つの例を概略的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による画像投射装置の一つの例における有効光束の例を概略的に示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による画像投射装置の一つの例における有効光束の光軸の例を概略的に示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態による画像投射装置の一つの例における有効光束の光軸の例を概略的に示す別の図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態による画像投射装置の別の例を概略的に示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態による画像投射装置のさらに別の例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１００，５０１，５０２，６０１，６０２    プロジェクタ
１１０，２１０，３１０，５１０，６１０    像形成パネル
１２０，５２０，６２０    光源
１３０，６３０    投射レンズ
１４０，２４０，３４０，５４０，６４０    第一プリズム
１４１    入射面
１４２，５４２    反射曲面
１４３    光路分離面
１４４    パネル対向面
１５０，２５０，３５０，５５０，６５１，６５２    第二プリズム
１５１，５５１    微小空隙
１６０，５６０    代表光
２６０    有効光束
５７１，５７２，６７０    テーパーロッドレンズ
６８１，６８２    反射面
【図１】
2010054997.tif 000003
【図２】
2010054997.tif 000004
【図３】
2010054997.tif 000005
【図４】
2010054997.tif 000006
【図５】
2010054997.tif 000007
【図６】
2010054997.tif 000008