(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を投写して表示する投写型表示装置であって、
照明光を射出する照明光学系と、
光照射面に照射された光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置から射出された光を投写する投写光学系と、
前記光変調装置と前記投写光学系との間に設けられたプリズムと、を備え、
前記プリズムは、
前記照明光学系から射出されて入射する照明光を反射して前記光照射面に所定の角度で入射させるとともに、前記光変調装置から射出された光を透過して前記投写光学系の方に射出する選択反射透過面を有し、
前記選択反射透過面は、
前記光照射面に平行な平面上に前記照明光の光路を投影したときに、前記照明光学系から射出されて前記選択反射透過面に入射する照明光の中心軸が、前記選択反射透過面で反射されて前記光照射面に入射する照明光の中心軸の傾きと異なる傾きを有するように形成されている、
投写型表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の投写型表示装置であって、
前記光照射面は、略矩形上の輪郭を有している、
投写型表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の投写型表示装置であって、
前記光照射面に平行な平面上に前記照明光の光路を投影したときに、前記選択反射透過面で反射されて前記光照射面に入射する照明光の中心軸は、前記光照射面の輪郭の辺に対して約４５度の傾きを有している、
投写型表示装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の投写型表示装置であって、
前記光変調装置は、複数のマイクロミラーを有する、
投写型表示装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の投写型表示装置であって、
前記プリズムは、第１プリズム柱と第２プリズム柱を備える、
投写型表示装置。
【請求項６】
請求項５記載の投写型表示装置であって、
前記第１プリズム柱は、スペーサを介して前記第２プリズム柱と接合されている、
投写型表示装置。
【請求項７】
投写型表示装置の光変調装置と投写光学系との間に設けられるプリズムであって、
前記投写型表示装置の照明光学系から射出されて入射する照明光を反射して前記光変調装置の光照射面に所定の角度で入射させるとともに、前記光変調装置から射出された光を透過して前記投写光学系の方に射出する選択反射透過面を有し、
前記選択反射透過面は、
前記光照射面に平行な平面上に前記照明光の光路を投影したときに、前記照明光学系から射出されて前記選択反射透過面に入射する照明光の中心軸が、前記選択反射透過面で反射されて前記光照射面に入射する照明光の中心軸の傾きと異なる傾きを有するように形成されている、
プリズム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を投写して表示する投写型表示装置及びこれに用いられるプリズムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置では、電気光学装置を用いて変調光を形成し、この変調光を投写することにより画像を表示している。「電気光学装置」とは、一般に、画像情報を表す電気信号を、変調光に変換するデバイスを言う。この電気光学装置としては、各画素に照射された照明光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、光を変調する光変調装置などが利用されている。この光変調装置の例として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（テキサス・インスツルメンツ（ＴＩ）社の登録商標である。以下、「ＤＭＤ」と呼ぶ。）のようなマイクロミラー型光変調装置があげられる。
【０００３】
ＤＭＤは、画像を構成する複数の画素に対応する複数のマイクロミラーを有している。複数のマイクロミラーはそれぞれ画像情報に応じてその傾きが変化し、各マイクロミラーの傾きに応じて光を反射する。各マイクロミラーで反射された光のうち、所定の方向に反射された光が、画像を形成するための光として利用される。
【０００４】
図１１は、従来の投写型表示装置のＤＭＤとプリズムとを示す説明図である。図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれ正面図、平面図、右側面図、斜視図を示している。プリズム６００は、ＤＭＤ５００の光照射面５０２に近接して配置されている。ＤＭＤ５００の光照射面５０２に垂直な中心軸５００ａｘに平行な軸をｚ軸とし、かつ、ＤＭＤ５００からプリズム６００に向かう方向を正方向とする。また、ｚ軸に垂直で互いに直行する軸のうち水平方向の軸をｘ軸とし、垂直方向の軸をｙ軸とする。以下では、説明を容易にするため、光照射面５０２の中心に入射する照明光について代表して説明する。すなわち、以下で説明する各照明光は、各照明光の中心光線（中心軸）を示している。図示しない照明光学系から射出された照明光Ｉ１は、プリズム６００に入射する。プリズム６００に入射した照明光Ｉ１は、プリズム６００の選択反射透過面６２０で全反射される。選択反射透過面６２０で全反射された照明光Ｉ２は、ＤＭＤ５００の光照射面５０２に照射される。ＤＭＤ５００は、光照射面５０２に照射された照明光Ｉ２を、画像情報に応じて反射する。ＤＭＤ５００で反射された照明光のうち、ｚ方向に反射された照明光Ｉ３は、画像を表す光として利用される。ＤＭＤ５００から射出された光Ｉ３は、プリズム６００に入射し、選択反射透過面６２０を透過して、図示しない投写光学系の方に射出される。投写光学系に入射した光が投写されて、画像が表示される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
各マイクロミラーは、図１１（Ａ）のＭ軸と平行な軸を支軸とし、電気信号に応じてシーソーのようにその傾きが変化する。このようなマイクロミラーの傾きによって各画素のオン／オフを切り換えられるようにするために、ＤＭＤに入射する照明光の入射角度には所定の制約がある。すなわち、図１１（Ａ）に示すように、各照明光の光路を光照射面５０２に平行なｘｙ平面上に投影したときに、光照射面５０２に入射する照明光Ｉ２の光路が、ｘ軸に平行な中心軸Ｌｘに対して右斜め下約４５度の方向を向くように設定される。また、図１１（Ｄ）に示すように、照明光Ｉ２および変調光Ｉ３を含む面内において、光照射面５０２への照明光Ｉ２の入射角が約２０度となるように設定される。
【０００６】
プリズム６００においては、上記制約を満たすため、図１１（Ａ）に示すように、選択反射透過面６２０に入射する照明光Ｉ１の光路をｘｙ平面上に投影したときに、照明光Ｉ２の光路と平行になるように設定される。このため、照明光Ｉ１を射出する照明光学系は、通常、右斜め下約４５度の方向に配置される。この結果、電気光学装置としてＤＭＤを用いた従来の投写型表示装置においては、照明光学系を配置するスペースとして、水平方向のみならず垂直方向にもある程度のスペースが必要となり、投写型表示装置の薄型化が難しいという問題があった。
【０００７】
この発明は、ＤＭＤのような、光照射面に照射された光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、光を変調する光変調装置を用いた投写型表示装置において、投写型表示装置の小型化を図る技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題を解決するため、本発明の投写型表示装置は、
照明光を射出する照明光学系と、
光照射面に照射された光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置から射出された光を投写する投写光学系と、
前記光変調装置と前記投写光学系との間に設けられたプリズムと、を備え、
前記プリズムは、
前記照明光学系から射出されて入射する照明光を反射して前記光照射面に所定の角度で入射させるとともに、前記光変調装置から射出された光を透過して前記投写光学系の方に射出する選択反射透過面を有し、
前記選択反射透過面は、
前記光照射面に平行な平面上に前記照明光の光路を投影したときに、前記照明光学系から射出されて前記選択反射透過面に入射する照明光の中心軸が、前記選択反射透過面で反射されて前記光照射面に入射する照明光の中心軸の傾きと異なる傾きを有するように形成されている、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の投写型表示装置においては、光照射面に平行な平面上に照明光の光路を投影したときに、照明光学系から射出されて選択反射透過面に入射する照明光の中心軸が、選択反射透過面で反射されて光照射面に入射する照明光の中心軸の傾きと異なる傾きを有するように、照明光学系を配置することができる。これにより、投写型表示装置の小型化を図ることができる。
【００１０】
上記投写型表示装置において、
前記光照射面は、略矩形上の輪郭を有しており、
前記光照射面に平行な平面上に前記照明光の光路を投影したときに、前記選択反射透過面で反射されて前記光照射面に入射する照明光の中心軸は、前記光照射面の輪郭の辺に対して約４５度の傾きを有している、ようにしてもよい。
【００１１】
従来の投写型表示装置において、前記光照射面に平行な平面上に前記照明光の光路を投影したときに、前記選択反射透過面に入射する照明光の中心軸は、前記光照射面の輪郭の辺に対して約４５度の傾きを有している場合には、照明光学系の配置スペースとして最も大きなスペースを必要とする。従って、上記投写型表示装置においては、小型化の効果が最も大きい。
なお、上記投写型表示装置において、前記光変調装置は、複数のマイクロミラーを有する構成にしてもよい。また、前記プリズムは、第１プリズム柱と第２プリズム柱を備え、前記第１プリズム柱は、スペーサを介して前記第２プリズム柱と接合されている構成にしてもよい。
【００１２】
本発明のプリズムは、投写型表示装置の光変調装置と投写光学系との間に設けられるプリズムであって、
前記投写型表示装置の照明光学系から射出されて入射する照明光を反射して前記光変調装置の光照射面に所定の角度で入射させるとともに、前記光変調装置から射出された光を透過して前記投写光学系の方に射出する選択反射透過面を有し、
前記選択反射透過面は、
前記光照射面に平行な平面上に前記照明光の光路を投影したときに、前記照明光学系から射出されて前記選択反射透過面に入射する照明光の中心軸が、前記選択反射透過面で反射されて前記光照射面に入射する照明光の中心軸の傾きと異なる傾きを有するように形成されている、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明のプリズムを、投写型表示装置に用いれば、上記投写型表示装置と同様の作用、効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。尚、以下の実施例においては、特に断りのない限り、互いに直交する３つの軸をｘ，ｙ，ｚとし、光の進行方向（光軸と平行な方向）をｚ軸方向とし、水平方向および垂直方向を、それぞれｘ軸方向、ｙ軸方向とする。
【００１５】
図１は、本発明の一実施例としての投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。この投写型表示装置１０００は、照明光学系１００と、マイクロミラー型光変調装置２００と、プリズム３００と、投写レンズ（投写光学系）４００と、を備えている。マイクロミラー型光変調装置２００と、投写レンズ４００とは、それぞれの中心軸２００ａｘ，３００ａｘが一致するように配置されている。照明光学系１００は、後述するように、マイクロミラー型光変調装置２００を照明する光の入射角の制約から、照明光学系の中心軸１００ａｘが、マイクロミラー型光変調装置２００の中心軸（光照射面２０２の法線）２００ａｘに対して所定の傾きを有するように配置されている。ここで、「光照射面」は、照射された光を画像を形成する光として利用可能な領域、すなわち、後述するマイクロミラーが形成されている領域である狭義の光照射面を示す。ただし、以下では、マイクロミラーが形成されている領域の外側も含む光が照射される領域の全体を光照射面と呼ぶ場合もある。
【００１６】
照明光学系１００は、光源部１１０と、第１のコンデンサーレンズ１２０と、カラーホイール１３０と、第２のコンデンサーレンズ１４０と、第１のレンズアレイ１５０と、第２のレンズアレイ１６０と、重畳レンズ１７０と、を備えている。これらの光学要素１００，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０は、照明光学系１００の中心軸１００ａｘに沿って順に配置されている。
【００１７】
光源部１１０は、光源ランプ１１２と凹面鏡１１４とを有している。光源ランプ１１２は、放射状の光線を射出する放射光源である。光源ランプ１１２としては、メタルハライドランプや高圧水銀灯などの高圧放電灯が用いられる。凹面鏡１１４は、光源ランプ１１２からの放射光線が反射されて第１のコンデンサーレンズ１２０に入射するように、開口部１１６から集光光として射出する楕円面凹面鏡である。凹面鏡１１４としては、光源ランプ１１２からの放射光線を反射し、略平行光として射出する放物面鏡を用いるようにしてもよい。この場合には、略平行光をコンデンサーレンズ１２０に入射させるように、光源部１１０と、コンデンサーレンズ１２０との間に、別のコンデンサーレンズを付加するようにしてもよい。
【００１８】
第１のコンデンサーレンズ１２０は、カラーホイール１３０に照射される光スポットを小さくするために、光源部１１０からの光をカラーホイール１３０上に集光させるための光学要素である。
【００１９】
図２は、カラーホイール１３０を光源部１１０側から見た正面図である。カラーホイール１３０は、回転方向に沿って区切られた３つの扇形の領域に３つの透過型色フィルタ１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂが形成されたものである。第１の色フィルタ１３０Ｒは、赤色の波長領域の光（以下、「赤色光Ｒ」と呼ぶ）を透過し、他の波長領域の光を反射または吸収する機能を有している。同様に、第２および第３の色フィルタ１３０Ｇ，１３０Ｂは、それぞれ緑色、青色の波長領域の光（以下、それぞれ「緑色光Ｇ」、「青色光Ｂ」と呼ぶ）を透過し、他の波長領域の光を反射または吸収する機能を有している。色フィルタは、例えば誘電体多層膜や、染料を用いて形成されたフィルタ板などにより構成される。
【００２０】
カラーホイール１３０は、第１のコンデンサーレンズ１２０によって集光された光スポットＳＰがカラーホイール１３０の中心軸１３０ａｘからずれた所定の周辺位置を照射するように配置されている。そして、カラーホイール１３０は、図示しないモータによって中心軸（回転軸）１３０ａｘを中心に一定速度で回転する。このとき、光スポットＳＰは、カラーホイール１３０の回転に応じて、色フィルタ１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂの各領域を一定間隔で循環的に照射する。この結果、カラーホイール１３０を透過する光は、カラーホイール１３０の回転に応じて、赤色光Ｒ，緑色光Ｇ，青色光Ｂと循環的に変化する。
【００２１】
図１の第２のコンデンサーレンズ１４０は、カラーホイール１３０を透過した光を第１のレンズアレイ１５０に入射するように集光する機能を有している。本実施例では、第２のコンデンサーレンズ１４０は、カラーホイール１３０を透過する発散光が略平行光となるように設定されている。
【００２２】
第１のレンズアレイ１５０は、四辺形状の輪郭を有する複数の小レンズ１５２で構成されたレンズアレイである。この第１のレンズアレイ１５０は、第２のコンデンサーレンズ１４０から射出された略平行光を複数の小レンズ１５２に対応する複数の部分光線束に分割するとともに、各部分光線束をそれぞれ第２のレンズアレイ１６０の近傍で集光させる機能を有している。
【００２３】
第２のレンズアレイ１６０は、第１のレンズアレイ１５０の各小レンズ１５２に対応する小レンズ１６２を備えている。第２のレンズアレイ１６０は、第１のレンズアレイ１５０から射出された部分光線束のそれぞれの中心軸が中心軸１００ａｘにほぼ平行となるように揃える機能を有している。なお、第２のレンズアレイ１６０の各小レンズ１６２は、第１のレンズアレイ１５０から射出された対応する各部分光線束が入射可能であれば、四辺形以外の形状をとることも可能である。本実施例では、第１のレンズアレイ１５０とレンズ面（凸面）の向きのみが異なるレンズアレイを用いている。
【００２４】
重畳レンズ１７０は、第２のレンズアレイ１６０から射出された複数の部分光線束を、マイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２上で重畳する機能を有している。
【００２５】
２つのレンズアレイ１５０，１６０と、重畳レンズ１７０とは、いわゆるインテグレータ光学系を構成している。これにより、照明光学系１００は、マイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２を均一に照明する。
【００２６】
マイクロミラー型光変調装置２００は、光照射面に照射された照明光を画像情報に応じてマイクロミラーで反射することにより変調して、その光を投写レンズ４００の方に射出する光変調装置である。図３は、マイクロミラー型光変調装置２００の例であるＤＭＤについて示す説明図である。図３（Ａ）に示すように、ＤＭＤ２００の光照射面２０２上には、略正方形の輪郭を有する複数のマイクロミラー２０４がマトリクス状に形成されている。各マイクロミラー２０４は、左下と右上の頂点を結ぶ対角線を回動軸２０４ｃとして所定の角度範囲で回動可能に形成されている。これらのマイクロミラー２０４は、画像を構成する各画素に対応する。
【００２７】
ここで、光照射面２０２の水平方向軸をｈ、垂直方向軸をｖとする。また、説明を容易にするため、光照射面２０２に照射される照明光は、これを代表する中心光線（入射光線）ＩＲで示すこととする。装置の構成を容易にするためには、ＤＭＤ２００に照射される照明光ＩＲは、各マイクロミラー２０４の回動軸２０４ｃに垂直な入射面を有するようにすることが好ましい。ここで、回動軸２０４ｃはマイクロミラー２０４の左下と右上の頂点を結ぶ対角線であるので、水平軸ｈに対して右斜め上方向に約４５度の傾きを有している。このため、ＤＭＤ２００に照射される照明光ＩＲは、図３（Ａ）に示すように、光照射面２０２上に投影される照明光ＩＲの水平軸ｈに対する傾きθｈが約４５度となるように右斜め下方向から入射される。また、図３（Ｂ）に示すように、照明光ＩＲは、光照射面２０２の法線２００ａｘに対する傾きθＬが約２０度となるように入射される。
【００２８】
図３（Ｃ）は、マイクロミラー２０４への入射光とその反射光とを含む入射面、すなわち、回動軸２０４ｃに垂直な断面における光路を示している。マイクロミラー２０４は、光照射面２０２に平行な平面Ｆ（図３（Ｃ）に破線で示す）に対して、回動軸２０４ｃを中心に約±（θＬ／２）度（≒±１０度）回動する。なお、時計周りに沿った角度を正とする。照明光ＩＲは、上述したように、平面Ｆの法線Ｆｎから＋θＬ（≒＋２０度）傾いた方向からマイクロミラー２０４に入射する。
【００２９】
マイクロミラー２０４が平面Ｆに対して＋（θＬ／２）だけ傾いた状態の場合、照明光ＩＲは、照明光ＩＲから−θＬだけ傾いた方向、すなわち、法線Ｆｎに平行な方向に反射光ＲＲ（＋θＬ／２）として射出される。マイクロミラー２０４が−（θＬ／２）だけ傾いた状態の場合、照明光ＩＲは、照明光ＩＲから−（３・θＬ）だけ傾いた方向に反射光ＲＲ（−θＬ／２）として射出される。このように、マイクロミラー２０４に照射された照明光ＩＲは、マイクロミラー２０４の回動角度に応じて異なった方向に反射して射出される。例えば、反射光ＲＲ（＋θＬ／２）の方向に投写レンズを配置すると、反射光ＲＲ（＋θＬ／２）のみが画像を形成するための光として利用される。これにより、マイクロミラー２０４が＋（θＬ／２）だけ傾いた状態において、反射光が投写レンズを介して投写されて明表示が実現され、マイクロミラー２０４が−（θＬ／２）だけ傾いた状態において、反射光が投写レンズを介して投写されず暗表示が実現される。中間の階調は、１つの画素が画像を描画する一定時間のうち、階調に応じて明と暗の表示の割合を制御する手法（いわゆるパルス幅変調と呼ばれる手法）で実現される。
【００３０】
図１のプリズム３００は、照明光学系１００から射出されて入射する照明光を反射してＤＭＤ２００の光照射面２０２に所定の角度で入射させる機能を有している。また、ＤＭＤ２００から射出された変調光を透過して投写レンズ４００の方に射出する機能を有している。通常、照明光学系１００からの入射光を全反射するように設定されている。なお、投写レンズ４００は、上述のように、マイクロミラー２０４が＋（θＬ／２）だけ傾いた状態における反射光を画像を形成するための光として利用するように配置されている。これにより、画像情報に応じてマイクロミラー型光変調装置２００から射出された変調光が投写レンズ４００を介して投写され、画像が表示される。なお、プリズム３００の構成の詳細については後述する。
【００３１】
照明光学系１００からは、上述したように、カラーホイール１３０の回転に応じて赤色光Ｒと、緑色光Ｇと、青色光Ｂとが一定間隔で循環的に射出される。このとき、マイクロミラー型光変調装置２００の各マイクロミラー２０４を、照射される色光に応じた画像情報に応じて制御することにより、カラー画像を表示させることができる。なお、カラーホイール１３０を省略して、モノクロ画像を表示させることもできる。この場合には、２つのコンデンサーレンズ１２０，１４０を省略することもできる。また、光源部１１０の凹面鏡１１４を放物面凹面鏡に代えて、略平行な光を射出するようにしてもよい。
【００３２】
本発明の投写型表示装置１０００は、プリズム３００の構造に特徴を有している。図４は、プリズム３００の構造を示す説明図である。図４（Ａ）は、プリズム３００の斜視図を示している。プリズム３００は、２つのプリズム柱３００Ａ，３００Ｂを備えている。
【００３３】
図５は、第１のプリズム柱３００Ａの構造を示す説明図である。図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｆ）は、それぞれ平面図、正面図、右側面図、斜視図を示している。また、図５（Ｄ）、（Ｅ）は、図５（Ｆ）のＤ方向およびＥ方向から見た矢視図を示している。第１のプリズム柱３００Ａの各頂点の位置は、符号Ｖ１〜Ｖ８で示されている。図５（Ｆ）の斜視図に示すように、第１のプリズム柱３００Ａは、面Ｖ５Ｖ６Ｖ７Ｖ８（下面３１０Ａ）と、面Ｖ１Ｖ２Ｖ３Ｖ４（上面３１２Ａ）と、面Ｖ１Ｖ５Ｖ６Ｖ２（側面３０２Ａ）と、面Ｖ８Ｖ７Ｖ３Ｖ４（側面３０４Ａ）と、面Ｖ４Ｖ８Ｖ５Ｖ１（側面３０６Ａ）と、面Ｖ２Ｖ６Ｖ７Ｖ３（側面３０８Ａ）とを有する柱状６面体である。Ｄ方向は、２つの頂点Ｖ５，Ｖ６を結ぶ稜線Ｖ５Ｖ６に平行な方向であり、Ｅ方向は、２つの頂点Ｖ８，Ｖ５を結ぶ稜線Ｖ８Ｖ５に平行な方向である。図５（Ａ）の平面図において、プリズム柱３００Ａは、２つの頂点Ｖ１，Ｖ２を結ぶ稜線Ｖ１Ｖ２と、２つの頂点Ｖ４，Ｖ３を結ぶ稜線Ｖ４Ｖ３との成す角が約３５度となり、稜線Ｖ１Ｖ２と、２つの頂点Ｖ３，Ｖ２を結ぶ稜線Ｖ３Ｖ２との成す角が約１２５度となり、側２つの頂点Ｖ１，Ｖ４を結ぶ稜線Ｖ１Ｖ４と、２つの頂点Ｖ３，Ｖ４を結ぶ稜線Ｖ３Ｖ４との成す角が約１００．９度となるように形成されている。また、図５（Ｂ）の正面図において、側面３０８Ａは、下面３１０Ａおよび上面３１２Ａに垂直となるように形成されている。さらに、図５（Ｄ）の矢視図において、側面３０２Ａと底面３１０Ａとの成す角が約９０．９度となるように形成され、図５（Ｅ）の矢視図において、側面３０６Ａと底面３１０Ａとの成す角が約９７．９度となるように形成されている。
【００３４】
図６は、第１のプリズム柱３００Ａを作製する方法について示す説明図である。図６（Ａ）は、第１のプリズム柱３００Ａを作製するための直角プリズム３００ＡＯを示す平面図であり、図６（Ｂ），（Ｃ）は、図６（Ａ）のＢ方向およびＣ方向から見た矢視図を示している。Ｂ方向は、下面３１０ＡＯと切断面ＳＬ２との交線ＳＬ２Ｄに平行な方向であり、Ｃ方向は、下面３１０Ａと切断面ＳＬ１との交線ＳＬ１Ｄに平行な方向である。直角プリズム３００ＡＯは、底面、すなわち下面３１０ＡＯと上面３１２ＡＯの形状が直角三角形であり、３つの側面３０２ＡＯ，３０４ＡＯ，３０６ＡＯが長方形の三角柱状プリズムである。プリズム柱３００Ａは、直角プリズム３００ＡＯを３つの切断面ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３に沿って切断することにより作製される。なお、直角プリズム３００ＡＯの上面３１２ＡＯと下面３１０ＡＯは、図５（Ａ）に示すプリズム柱３００Ａの上面３１２Ａと下面３１０Ａに相当する。
【００３５】
図６（Ａ）に示すように、切断面ＳＬ１と直角プリズム３００ＡＯの上面３１２Ａとの交線ＳＬ１Ｕは、側面３０４ＡＯに対して約３５度の傾きを有している。また、図６（Ｃ）に示すように、切断面ＳＬ１は、下面３１０ＡＯに対して約９０．９度の傾きを有している。このような切断面ＳＬ１で直角プリズム３００ＡＯを切断することにより、図５（Ｄ）の矢視図に示すように第１のプリズム柱３００Ａの下面３１０Ａに対して約９０．９度の傾きを有する側面３０２Ａを形成することができる。
【００３６】
図６（Ａ）に示すように、切断面ＳＬ２と直角プリズム３００ＡＯの上面３１２Ａとの交線ＳＬ２Ｕは、側面３０４ＡＯに対して約１００．９度の傾きを有している。また、図６（Ｂ）に示すように、切断面ＳＬ２は、下面３１０ＡＯに対して約９７．９度の傾きを有している。このような切断面ＳＬ２で直角プリズム３００ＡＯを切断することにより、図５（Ｅ）の矢視図に示すようにプリズム柱３００Ａの下面３１０Ａに対して約９７．９度の傾きを有する側面３０６Ａを形成することができる。
【００３７】
図６（Ａ）に示すように、切断面ＳＬ３は側面３０４ＡＯに垂直である。このような切断面ＳＬ３で直角プリズム３００ＡＯを切断することにより、図５（Ａ）に示すように頂点Ｖ１，Ｖ２を結ぶ稜線Ｖ１Ｖ２と頂点Ｖ２，Ｖ３を結ぶ稜線Ｖ３Ｖ２との成す角が１２５度となるように側面３０８Ａを形成することができる。
【００３８】
図７は、第２のプリズム柱３００Ｂの構造を示す説明図である。図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）は、それぞれ平面図、正面図、右側面図、斜視図を示している。また、図７（Ｄ）は、図７（Ｅ）のＤ方向から見た矢視図を示している。第２のプリズム柱３００Ｂの各頂点の位置は、符号Ｐ１〜Ｐ８で示されている。図７（Ｅ）の斜視図に示すように、第２のプリズム柱３００Ｂは、面Ｐ５Ｐ６Ｐ７Ｖ８（下面３１０Ｂ）と、面Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４（上面３１２Ｂ）と、面Ｐ４Ｐ８Ｐ７Ｐ３（側面３０２Ｂ）と，面Ｐ１Ｐ５Ｐ６Ｐ２（側面３０４Ｂ）と、面Ｐ２Ｐ６Ｐ７Ｐ３（側面３０６Ｂ）と、面Ｐ４Ｐ８Ｐ５Ｐ１（側面３０８Ｂ）とを有する柱状６面体である。Ｄ方向は、２つの頂点Ｐ８，Ｐ７を結ぶ稜線Ｐ８Ｐ７に平行な方向である。図７（Ａ）の平面図において、プリズム柱３００Ｂは、２つの頂点Ｐ２，Ｐ１を結ぶ稜線Ｐ２Ｐ１と、２つの頂点Ｐ３，Ｐ４を結ぶ稜線Ｐ３Ｐ４との成す角が約３５度となり、２つの頂点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ稜線Ｐ１Ｐ２と、２つの頂点Ｐ３，Ｐ２を結ぶ稜線Ｐ３Ｐ２との成す角が約９０度となり、２つの頂点Ｐ２，Ｐ３を結ぶ稜線Ｐ２Ｐ３と、２つの頂点Ｐ４，Ｐ３を結ぶ稜線Ｐ４Ｐ３との成す角が約５５度となるように形成されている。また、図７（Ｂ）の正面図において、側面３０６Ｂ，３０８Ｂは下面３１０Ｂおよび上面３１２Ｂに垂直となるように形成されている。さらに、図７（Ｄ）の矢視図において、側面３０２Ｂ（面Ｐ４Ｐ８Ｐ７Ｐ３）と底面３１０Ｂ（面Ｐ５Ｐ６Ｐ７Ｐ８）との成す角が約８９．１度となるように形成されている。また、図７（Ｃ）の右側面図において、２つの頂点Ｐ５，Ｐ１を結ぶ稜線Ｐ５Ｐ１と２つの頂点Ｐ８，Ｐ４を結ぶ稜線Ｐ８Ｐ４との成す角は約１．１度となるように形成されている。
【００３９】
図８は、第２のプリズム柱３００Ｂを作製する方法について示す説明図である。図８（Ａ）は、第２のプリズム柱３００Ｂを作製するための直角プリズム３００ＢＯを示す平面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＢ方向から見た矢視図を示している。Ｂ方向は、下面３１０ＢＯと切断面ＳＬ４との交線ＳＬ４Ｄに平行な方向である。この直角プリズム３００ＢＯとしては、通常、直角プリズム３００ＡＯと形状や特性の同じものが用いられる。プリズム柱３００Ｂは、直角プリズム３００ＢＯを２つつの切断面ＳＬ４，ＳＬ５に沿って切断することにより作製される。なお、直角プリズム３００ＢＯの上面３１２ＢＯと、下面３１０ＢＯと、側面３０４ＢＯと、側面３０６ＢＯは、図７（Ａ）に示すプリズム柱３００Ｂの上面３１２Ｂと、下面３１０Ｂと、側面３０４Ｂと、側面３０６Ｂに相当する。
【００４０】
図８（Ａ）に示すように、切断面ＳＬ４と直角プリズム３００ＢＯの上面３１２ＢＯとの交線ＳＬ４Ｕは、側面３０４ＢＯに対して約３５度の傾きを有している。また、図８（Ｂ）に示すように、切断面ＳＬ４は、下面３１０ＢＯに対して約８９．１度の傾きを有している。このような切断面ＳＬ４で直角プリズム３００ＢＯを切断することにより、図７（Ｄ）に示すようにプリズム柱３００Ｂの下面３１０Ａに対して約８９．１度の傾きを有する側面３０２Ｂを形成することができる。
【００４１】
図８（Ａ）に示すように切断面ＳＬ５は、上面３１２ＢＯと下面３１０ＢＯと側面３０４ＢＯとに垂直な面である。このような切断面ＳＬ５で直角プリズム３００ＢＯを切断することにより、図７（Ｂ）に示すように、上面３１２Ｂと下面３１０Ｂと側面３０４Ｂとに垂直な側面３０８Ｂを形成することができる。また、図８（Ｂ）に示すように、切断面ＳＬ４は、下面３１０ＢＯに対して約８９．８度の傾きを有している。従って、このような切断面ＳＬ４，ＳＬ５で直角プリズム３００ＢＯを切断することにより、図７（Ｃ）に示すように、２つの頂点Ｐ５，Ｐ１を結ぶ稜線Ｐ５Ｐ１と２つの頂点Ｐ８，Ｐ４を結ぶ稜線Ｐ８Ｐ４との成す角が約１．１度となるように側面３０８Ｂを形成することができる。
【００４２】
プリズム３００は、図４（Ａ）の斜視図に示すように、上記第１のプリズム柱３００Ａの側面３０２Ａと、第２のプリズム柱３００Ｂの側面３０２Ｂとが、図示しないスペーサを介して接合されている。従って、プリズム柱３００Ａの側面３０２Ａとプリズム柱３００Ｂの側面３０２Ｂとの間には、スペーサの高さに相当する空隙が形成されている。この空隙は、通常、０．０１ｍｍ程度である。２つのプリズム柱３００Ａ，３００Ｂの屈折率ｎは約１．５６８８３である。これにより、側面３０２Ａは、光の入射角に応じて反射と透過の特性が変化する選択反射透過面としての機能を有する。なお、２つのプリズム柱３００Ａ、３００Ｂの屈折率ｎや２つの側面３０２Ａ，３０２Ｂの間の空隙の大きさは、上記のように限定されるものではなく、要求される仕様に応じて調整可能である。
【００４３】
図４（Ｂ）の平面図に示すように、上記２つのプリズム柱３００Ａ、３００Ｂにより構成されるプリズム３００の側面３０６Ａと上面３１２Ａとの交線３１６Ａは、側面３０４Ａに垂直な中心軸ＣＬｚに平行な引き出し線ＰＬｚに対して約１０．９度の傾きを有するように形成される。また、側面３０２Ａと上面３１２Ａとの交線３１８Ａは、側面３０４Ａに平行な中心軸ＣＬｘに平行な引き出し線ＰＬｘに対して約３５度の傾きを有するように形成される。さらに、図４（Ｅ）の背面図に示すように、側面３０４Ａと３０６Ａとの交線３１４Ａは、中心軸ＣＬｚ，ＣＬｘに垂直な中心軸ＣＬｙに平行な引き出し線ＰＬｙに対して約８．１度の傾きを有するように形成される。
【００４４】
図９は、プリズム３００を介してＤＭＤ２００に入射する照明光について示す説明図である。図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれ正面図、平面図、右側面図、斜視図を示している。プリズム３００は、ＤＭＤ２００の光照射面２０２に対して側面３０４Ａがほぼ平行となるように近接して配置されている。プリズム３００の中心軸ＣＬｚは、ＤＭＤ２００の光照射面２０２に垂直な中心軸２００ａｘに一致するように配置されている。この中心軸に平行な軸をｚ軸とし、かつ、ＤＭＤ２００からプリズム３００に向かう方向を正方向とする。また、ｚ軸に垂直で互いに直行する軸のうち、水平方向の軸をｘ軸とし、垂直方向の軸をｙ軸とする。プリズム３００の中心軸ＣＬｘ，ＣＬｙは、それぞれｘ軸、ｙ軸に平行となるように配置されている。以下では、説明を容易にするため、光照射面２０２の中心に入射する照明光について代表して説明する。すなわち、以下で説明する各照明光は、各照明光の中心光線（中心軸）を示している。
【００４５】
図９（Ｂ）に示すように、図示しない照明光学系１００から射出された照明光Ｉ１は、プリズム３００の側面３０６Ａに垂直に入射する。プリズム３００に入射した照明光Ｉ１は、プリズム３００の選択反射透過面３０２Ａで全反射される。選択反射透過面３０２Ａで反射された照明光Ｉ２は、側面３０４Ａから射出して、ＤＭＤ２００の光照射面２０２に照射される。ＤＭＤ２００は、光照射面２０２に照射された照明光Ｉ２を、画像情報に応じて反射する。ＤＭＤ２００で反射された照明光のうち、ｚ方向に反射された変調光Ｉ３は、画像を表す光として利用される。ＤＭＤ２００から射出された変調光Ｉ３は、プリズム３００の側面３０４Ａに垂直に入射し、選択反射透過面３０２Ａを透過するとともに、側面３０２Ｂも透過して、側面３０４Ｂから図示しない投写レンズ４００の方に射出される。
【００４６】
図３で説明した制約を満たすために、光照射面に照射される照明光Ｉ２の光路は、図９（Ａ）に示すように、光照射面２０２に平行なｘｙ平面上に投影されたときに、ｘ軸に平行な中心軸Ｌｘ（プリズム３００の中心軸ＣＬｘに平行な中心軸）に対して右斜め下約４５度の方向に向くように設定されている。また、図９（Ｄ）に示すように、照明光Ｉ２の光路および変調光Ｉ３の光路を含む入射面内において、照明光Ｉ２の入射角は約２０度である。
【００４７】
一方、側面３０６Ａから入射した照明光Ｉ１の光路は、図９（Ａ）に示すように、光照射面２０２に平行なｘｙ平面に投影したときに、中心軸Ｌｘに対して右斜め下約８．１度の傾きを有している。従って、ｘｙ平面に投影された照明光Ｉ１の中心軸Ｌｘに対する傾きを、ｘｙ平面に投影された照明光Ｉ２の傾きよりも小さくすることができる。
【００４８】
図１０は、本実施例における投写型表示装置の全体サイズを、従来における投写型表示装置の全体サイズと比較して示す説明図である。図１０（Ａ）に示すように、従来の投写型表示装置において、照明光学系１００は、ＤＭＤ５００の略矩形状の光照射面２０２に平行なｘｙ平面に、照明光学系１００から射出された照明光Ｉ１の光路を投影したときに、照明光Ｉ１の光路がｘ軸に対して右斜め下約４５度の方向を向くように配置される。一方、図１０（Ｂ）に示すように、本実施例の投写型表示装置１０００において、照明光学系１００は、ＤＭＤ２００の略矩形状の光照射面２０２に平行なｘｙ平面に、照明光学系１００から射出された照明光Ｉ１の光路を投影したときに、照明光Ｉ１の光路がｘ軸に対して右斜め下約約８．１度の方向を向くように配置されればよい。従って、本実施例の投写型表示装置１０００においては、照明光学系１００を配置するために必要なスペースとして、垂直方向のスペースを従来に比べて少なくすることができる。これにより、従来に比べて投写型表示装置の小型化を図ることができる。
【００４９】
また、本実施例では、プリズム３００に入射する照明光Ｉ１の光路をＤＭＤ２００の光照射面２０２に平行なｘｙ平面に投影したときに、照明光Ｉ１の光路が、ｘ軸に対して右斜め下約８．１度の方向を向くように設定される場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、照明光Ｉ１の光路が、ｘ軸に対して右斜め下４５度よりも大きな傾きを有する方向を向くように、プリズムを構成してもよい。この場合には、図１０（Ｃ）に示すように、照明光学系１００を配置するために必要なスペースとして、水平方向のスペースを従来に比べて少なくすることができる。この場合にも、従来に比べて投写型表示装置の小型化を図ることができる。
【００５０】
なお、上記実施例でマイクロミラー型光変調装置２００として用いられたＤＭＤは、光照射面２０２に平行なｘｙ平面に投影された照明光Ｉ２の光路がｘ軸に対して右斜め下約４５度の方向を向くように設定され、かつ、照明光Ｉ２の光路および変調光Ｉ３の光路を含む入射面内において、照明光Ｉ２の入射角が約２０度であるという制約を有するものを例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、照明光Ｉ２の光路がｘ軸に対して右斜め下約４５度よりも大きな傾き、あるいは小さな傾きを有する方向を向くように設定される制約を有するマイクロミラー型光変調装置であってもよい。また、照明光Ｉ２の光路および変調光Ｉ３の光路を含む入射面内において、照明光Ｉ２の入射角が約２０度より小さいあるいは大きいという制約を有するものであってもよい。この場合において、プリズムの選択反射透過面は、マイクロミラー型光変調装置の光照射面に平行な所定の平面に照明光の光路を投影したときに、照明光学系から射出されて選択反射透過面に入射する照明光の中心軸が、選択反射透過面で反射されて光照射面に入射する照明光の中心軸の傾きと異なる傾きを有するように形成されておればよい。
【００５１】
また、上記投写型表示装置においては、レンズアレイと重畳レンズとを有するインテグレータ光学系を備える照明光学系を用いた場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、インテグレータロッドと呼ばれるプリズムを用いたインテグレータ光学系を備える照明光学系を用いてもよい。また、インテグレータ光学系を用いない照明光学系を利用してもよい。すなわち、マイクロミラー型光変調装置の光照射面を照明することが可能な照明光学系であればよい。
【００５２】
上記実施例では、マイクロミラー型光変調装置を用いた投写型表示装置を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、光照射面に照射された照明光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、光を変調する種々の光変調装置において利用可能である。
【００５３】
なお、本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。
【図２】カラーホイール１３０を光源部１１０側から見た正面図である。
【図３】マイクロミラー型光変調装置２００の例であるＤＭＤについて示す説明図である。
【図４】プリズム３００の構造を示す説明図である。
【図５】第１のプリズム柱３００Ａの構造を示す説明図である。
【図６】第１のプリズム柱３００Ａを作製する方法について示す説明図である。
【図７】第２のプリズム柱３００Ｂの構造を示す説明図である。
【図８】第２のプリズム柱３００Ｂを作製する方法について示す説明図である。
【図９】プリズム３００を介してＤＭＤ２００に入射する照明光について示す説明図である。
【図１０】本実施例における投写型表示装置の全体サイズを、従来における投写型表示装置の全体サイズと比較して示す説明図である。
【図１１】従来の投写型表示装置のＤＭＤとプリズムとを示す説明図である。
【符号の説明】
１００…照明光学系
１００ａｘ…中心軸
１１０…光源部
１１２…光源ランプ
１１４…凹面鏡
１１６…開口部
１２０…第１のコンデンサーレンズ
１３０…カラーホイール
１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂ…色フィルタ（透過型色フィルタ）
１３０ａｘ…中心軸
１４０…第２のコンデンサーレンズ
１５０…第１のレンズアレイ
１５２…小レンズ
１６０…第２のレンズアレイ
１６２…小レンズ
１７０…重畳レンズ
２００…マイクロミラー型光変調装置（ＤＭＤ）
２００ａｘ…中心軸
２０２…光照射面
２０４…マイクロミラー
２０４ｃ…回動軸
３００…プリズム
３００Ａ…第１のプリズム柱
３００Ｂ…第２のプリズム柱
３０２Ａ，３０４Ａ，３０６Ａ，３０８Ａ…側面
３０２Ｂ，３０４Ｂ，３０６Ｂ，３０８Ｂ…側面
３０２Ａ…選択反射透過面
３１０Ａ…下面
３１０Ｂ…下面
３１２Ａ…上面
３１２Ｂ…上面
３００ＡＯ…直角プリズム
３００ＢＯ…直角プリズム
３０２ＡＯ，３０４ＡＯ，３０６ＡＯ…側面
３０２ＢＯ，３０４ＢＯ，３０６ＢＯ…側面
３１０ＡＯ…下面
３１０ＢＯ…下面
３１２ＡＯ…上面
３１２ＢＯ…上面
４００…投写レンズ（投写光学系）
５００…ＤＭＤ
５００ａｘ…中心軸
５０２…光照射面
６００…プリズム
６２０…選択反射透過面
１０００…投写型表示装置
【図１】
0003714003.tif 000002
【図２】
0003714003.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003714003.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003714003.tif 000008
【図８】
0003714003.tif 000009
【図９】
0003714003.tif 000010
【図１０】
0003714003.tif 000011
【図１１】
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