(57)【要約】【課題】  光学装置および画像変調装置およびプロジェクタにおいて、反射型画像変調デバイスを照明し、反射型画像変調デバイスにより変調された表示光を投影する場合に好適なり、部品点数が少なく小型化が容易となるようにする。【解決手段】  入射口１７と射出口１８とそれらを結ぶ内部反射面１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄとで構成された導光ロッド１６と、それに近接された光分離プリズム１４とを備える光学装置１１２を用いて、画像変調装置１１１、プロジェクタを構成する。光分離プリズム１４の第１面１４ａは、射出口１８から射出された照明光を入射する面と、その照明光を透過するとともに、変調デバイスにより照明光が反射された変調光のうち少なくとも表示光を反射する面となっている。【選択図】      図２
2006251459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源が射出した照明光を反射型画像変調デバイスに導くとともに該反射型画像変調デバイスで変調された表示光を投影光学系へ導き、非表示光を前記投影光学系に略入射させない光学装置であって、
前記光源が射出した照明光が入射する入射口と、該入射口から入射した照明光が射出される射出口と、前記入射口と前記射出口とを結ぶ反射面とで構成された導光手段と、
前記導光手段の射出口から射出された照明光が入射する第１の面と、前記導光手段の射出口から射出された照明光と少なくとも表示光を含む変調光とのいずれか一方を反射し他方を透過する第２の面とを有し、前記導光手段の射出口から射出された照明光を分離する分離手段とを備え、
前記導光手段の射出口と前記分離手段とが近接して配置されていることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記分離手段がプリズムであり、
前記分離手段の前記第１の面と前記第２の面とは、前記プリズムにおける一つの同一面であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記分離手段が光学板であり、
該光学板は一部の光を反射し、一部の光を透過することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記導光手段が中密の光学ロッドであり、
該光学ロッドは、
前記射出口側に配置され、前記反射面が一定方向に延設された平行ロッド部と、
前記入射口側に配置され、前記反射面が前記入射口側から前記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ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項５】
前記導光手段が中空の光学ロッドであり、
該光学ロッドは、前記反射面が表面ミラー面からなり、
前記入射口と前記出射口とが前記表面ミラー面で囲まれた開口部により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項６】
請求項１記載の光学装置を用いた画像変調装置であって、
前記分離手段が、前記第２の面により透過または反射された照明光を外部に射出する第３の面を有するプリズムであり、
該プリズムの前記第３の面に対向して配置された反射型画像変調デバイスを備えたことを特徴とする画像変調装置。
【請求項７】
前記プリズムの前記第２の面が、前記導光手段の射出口から射出された照明光を透過し前記少なくとも表示光を含む変調光を反射する面であることを特徴とする請求項６に記載の画像変調装置。
【請求項８】
前記反射型画像変調デバイスに入射する照明光の主光線と前記反射型画像変調デバイスのデバイス面の法線とのなす角度よりも、前記反射型画像変調デバイスに入射する照明光の主光線と前記反射型画像変調デバイスにより反射される表示光の主光線とのなす角度の方が大きいことを特徴とする請求項６に記載の画像変調装置。
【請求項９】
前記プリズムが、前記第１〜３の面と異なる第４の面を有し、
前記反射型画像変調デバイスが、ＤＭＤであり、
該ＤＭＤで変調された表示光は、前記第２の面で反射された後に前記第４の面から射出し、
前記ＤＭＤで変調された非表示光は、略前記第４の面で反射された後に前記第２の面で透過するように、
前記導光手段が前記プリズムに対して配置されていることを特徴とする請求項６に記載の画像変調装置。
【請求項１０】
前記第２の面と前記第３の面とのなす角度と、前記第２の面と前記第４の面とのなす角度とが等しいことを特徴とする請求項９に記載の画像変調装置。
【請求項１１】
前記第３の面と前記第４の面とのなす角が９０度以下であることを特徴とする請求項９または１０に記載の画像変調装置。
【請求項１２】
前記プリズムの前記第１の面と前記第２の面とが、異なる面であることを特徴とする請求項６に記載の画像変調装置。
【請求項１３】
前記第２の面が、
前記照明光を反射し、前記少なくとも表示光を含む変調光を透過する面であることを特徴とする請求項１２に記載の画像変調装置。
【請求項１４】
前記反射型画像変調デバイスのデバイス面が長方形形状を有し、
前記デバイス面の長辺と、
前記第２の面を含む平面と前記デバイス面を含む平面とが交わる交線とが略平行であることを特徴とする請求項６に記載の画像変調装置。
【請求項１５】
前記反射型画像変調デバイスのデバイス面が長方形形状を有し、
前記デバイス面の短辺と、
前記第２の面の法線を前記デバイス面に射影した線とが略平行であることを特徴とする請求項６に記載の画像変調装置。
【請求項１６】
前記反射型画像変調デバイスのデバイス面の面積をＳｄ、前記導光手段の出射口の面積をＳｏｕｔ、前記プリズムの前記第２の面の面積をＳｐと表すとき、次式を満足することを特徴とする請求項６に記載の画像変調装置。
Ｓｄ≦Ｓｏｕｔ≦Ｓｐ                                            ・・・（１）
【請求項１７】
前記導光手段と前記反射型画像変調デバイスとの位置関係が固定されるように一体として保持する保持手段を有することを特徴とする請求項６に記載の画像変調装置。
【請求項１８】
前記導光手段の射出口の形状が、前記デバイス面を略均一な光量で照明するような照明光を射出する形状であることを特徴とする請求項６に記載の画像変調装置。
【請求項１９】
入力された画像情報に応じた画像を、請求項６に記載の画像変調装置を用いてスクリーンに投影するプロジェクタであって、
前記導光手段の入射口に入射する照明光を射出する光源手段と、
前記反射型画像変調デバイスで変調され前記プリズムから射出した表示光をスクリーンに投影して前記画像を形成する投影光学手段とを有し、
前記反射型画像変調デバイスは、
前記プリズムの前記第３の面から射出した照明光を前記画像情報に応じて変調して表示光と非表示光とを生成し、該表示光と非表示光とを前記第３の面に入射させることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２０】
前記反射型画像変調デバイスが、ＤＭＤであることを特徴とする請求項１９に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置および画像変調装置およびプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタなどの画像変調装置に用いられる画像変調デバイスとしては透過型と反射型とがあり、小型のプロジェクタでは反射型画像変調デバイスの単板構成を用いるのが一般的である。反射型画像変調デバイスは、例えば液晶パネルなどに代表される透過型画像変調デバイスに比べて応答速度が速く、一枚の画像変調デバイスにより画像の色情報を時分割で表現することができるからである。
反射型の画像変調デバイスとしては、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device、以下、ＤＭＤと略称する）が知られている。ＤＭＤは、画像情報の画素に対応させた微小ミラーが二次元配置されたものであり、画像情報によって微小ミラーの傾斜角が、オン状態とオフ状態との間で高速で切り替えられるものである。
ＤＭＤを用いたプロジェクタは、光源からの照明光をオン状態にある微小ミラーからの反射光（以下、表示光と称する）と、オフ状態にある微小ミラーからの反射光（非表示光）とのうち、表示光のみを投影レンズに入射させ、表示光による画像情報をスクリーンに投影するものである。このとき、非表示光は、コントラスト低下など投影像に悪影響を及ぼすため、投影レンズに非表示光が極力入射しないように表示光と非表示光とを分離することが必要である。
【０００３】
このようなＤＭＤを用いたプロジェクタの光学装置および画像変調装置の従来例を、図１３、１４を参照して簡単に説明する。
図１３に示す投影装置１００では、光源１から射出された照明光６が、集光レンズ２によってカラーフィルタ３を通してインテグレータロッド４に集光され、射出口４ａから射出される。そして、リレーレンズ５により射出口４ａの像を変調デバイス８のデバイス面上に結像することでＤＭＤ１０を照明する。ここで、符号７、９は、それぞれカバーガラス、変調デバイス基板を示す。
ＤＭＤ１０に照明された光は、一部が画像情報によりオン状態とされた変調デバイス８の微小ミラーによってデバイス面の法線方向に表示光１１として反射され、投影レンズ１３に導かれる。また、その他がオフ状態とされた変調デバイス８の微小ミラーにより、非表示光１２として反射され、投影レンズ１３の外に導かれる。
【０００４】
図１４に示す投影装置１０１は、投影装置１００に光分離プリズム１４と光路長調整プリズム１５とを追加したもので、照明光６を光分離プリズム１４で内部反射させてＤＭＤ１０に導き、ＤＭＤ１０で反射される表示光１１を、光路長調整プリズム１５を通して投影レンズ１３に入射させるとともに、非表示光１２を光路長調整プリズム１５の屈折作用を用いて効率的に投影レンズ１３の外に導くものである。この場合も、リレーレンズ５により射出口４ａの像をＤＭＤ１０に結像して照明していることは投影装置１００と同様である。
また特許文献１には、表示光を全反射させて投射レンズ側に出力する第２プリズムの他に、棒レンズから出射され集光レンズにより集光される照明光を透過させる第１プリズムが、第２プリズムと集光レンズとの間に配置されたデジタルマイクロミラーデバイス用全反射プリズム系及びそれを利用したプロジェクターも記載されている。
【特許文献１】特開２００２−１５６６０２号公報（図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の光学装置および画像変調装置およびプロジェクタには以下のような問題があった。
投影装置１００、１０１のような装置では、インテグレータロッド４の射出口４ａの像をＤＭＤ１０上に結像するので、インテグレータロッド４とＤＭＤ１０との間に、リレーレンズ５などの結像光学素子や、ミラーなどの光学素子を設ける必要があり、装置を小型化することが難しいという問題がある。
また、結像性能を満足するために、これらの結像光学素子や光学素子を所定の位置関係に高精度に配置しなければならないという問題がある。
また、リレーレンズ５などの光学素子の透過面、反射面による光量損失が生じるために効率的な照明を行うことができないという問題がある。
また、表示光と非表示光とを分離するための空間を確保したり、投影レンズ１３のバックフォーカスも長くしたりする必要があるので、装置を小型化することが難しいという問題がある。
また、特許文献１に記載の技術では、第２プリズムに光を導く第１プリズムは、第２プリズムに入射する照明光の光路および光路長を調整するための光学素子であって、照明光の入射方向のレイアウトの自由度はやや向上できるものの、リレーレンズの結像光学素子とともに用いる必要があり、結像光学素子に代るものではない。そのため、結像光学素子の配置スペースを設ける必要があり、装置を小型化することが難しいという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、反射型画像変調デバイスを照明し、反射型画像変調デバイスにより変調された表示光を投影する場合に好適な、部品点数が少なく小型化が容易な光学装置および画像変調装置およびプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、光源が射出した照明光を反射型画像変調デバイスに導くとともに該反射型画像変調デバイスで変調された表示光を投影光学系へ導き、非表示光を前記投影光学系に略入射させない光学装置であって、前記光源が射出した照明光が入射する入射口と、該入射口から入射した照明光が射出される射出口と、前記入射口と前記射出口とを結ぶ反射面とで構成された導光手段と、前記導光手段の射出口から射出された照明光が入射する第１の面と、前記導光手段の射出口から射出された照明光と少なくとも表示光を含む変調光とのいずれか一方を反射し他方を透過する第２の面とを有し、前記導光手段の射出口から射出された照明光を分離する分離手段とを備え、前記導光手段の射出口と前記分離手段とが近接して配置されている構成とする。
この発明によれば、導光手段により、入射口から入射する照明光を、入射光と射出口とを結ぶ反射面で反射させて射出口に導光して分離手段の第１の面に入射させて第２の面を介して反射型変調デバイスに導く光路を形成できる。また、第２の面により、導光手段の射出口から射出された照明光と少なくとも表示光を含む変調光とのいずれか一方を反射し他方を透過させて、それらのうち一方の光路を折り畳んでコンパクトに分離する光路を形成することができる。
そして、導光手段の射出口と分離手段とが近接されているため、照明光の光路が短くなり、分離手段の第１の面に入射する照明光の照射範囲が導光手段の射出口の大きさと略同じかわずかに大きい程度となる。すなわち光源から射出された照明光が照明する範囲を、導光手段の射出口と略同じかわずかに大きい程度に規制し、導光手段のみで照明範囲を整形し、その照明光を分離手段を通して反射型画像変調デバイスに照射することが可能となる。そのため、リレーレンズなどの結像光学素子を用いる場合に比べて、部品や配置スペースが少なくて済み、より簡素かつコンパクトな構成で反射型画像変調デバイスを照明することができる。
【０００８】
ここで、入射口、射出口は、光が入出射可能な光学的な開口を意味する。例えば、導光手段が中密部材からなる場合には、中密部材の導光方向の両端に位置する２つの端面から構成され、反射面は中密部材の内部反射面とされる。また、導光手段が中空部材からなる場合には、中空部材の内部に表面反射面が配置され、入射口、射出口は、中空部材の端部でそのような反射面に囲まれた開口部として構成される。また、導光手段に用いる中密部材は、管部材などに透明媒質で満たした部材から構成してもよい。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光学装置においいて、前記分離手段がプリズムであり、前記分離手段の前記第１の面と前記第２の面とは、前記プリズムにおける一つの同一面である構成とする。
この発明によれば、分離手段がプリズムとされるので、プリズムの媒質の屈折率に応じて光路長が伸び、必要な光路の長さに対する部材寸法を小型化することができる。また、プリズムの屈折作用により照明光および変調光を効率的に分離することができる。そして、第１の面と第２の面とが１つの同一面とされるので、簡素かつコンパクトな分離手段とすることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の光学装置において、前記分離手段が光学板であり、該光学板は一部の光を反射し、一部の光を透過する構成とする。
この発明によれば、分離手段が一部の光を反射し一部の光を透過する光学板により構成されるので、分離手段をプリズムなどの立体的な中実部材により構成する場合に比べて軽量化することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の光学装置において、前記導光手段が中密の光学ロッドであり、該光学ロッドは、前記射出口側に配置され、前記反射面が一定方向に延設された平行ロッド部と、前記入射口側に配置され、前記反射面が前記入射口側から前記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構成とする。
この発明によれば、中密の光学ロッドにより導光手段が構成されるので、光学ロッドの媒質の屈折率に応じて光路長が伸びるので、その分だけ、必要な部材寸法を短縮してコンパクトな構成とすることができる。
また、入射口から射出口に向けて、テーパロッド部と平行ロッド部とが設けられるので、テーパロッド部により照明光の指向性を強め、平行ロッド部により照明光の拡散範囲をより狭めるように導光することができ、光学ロッドの射出口の形状と略同じかわずかに大きい範囲を照明領域とするような導光を行うことができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、請求項１に記載の光学装置において、前記導光手段が中空の光学ロッドであり、該光学ロッドは、前記反射面が表面ミラー面からなり、前記入射口と前記出射口とが前記表面ミラー面で囲まれた開口部により形成された構成とする。
この発明によれば、導光手段が中空の光学ロッドであるため、中密の光学ロッドに比べて軽量化することができる。また、導光手段内の光路が空気中に形成されるから、他の媒質内を透過する場合に比べて光量損失を低減することができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、請求項１記載の光学装置を用いた画像変調装置であって、前記分離手段が、前記第２の面により透過または反射された照明光を外部に射出する第３の面を有するプリズムであり、該プリズムの前記第３の面に対向して配置された反射型画像変調デバイスを備えた構成とする。
この発明によれば、導光手段の射出口から射出されて、第１の面を透過し、第２の面で透過または反射される照明光が第３の面から外部に射出され、第３の面に対向して配置された反射型画像変調デバイスを照明することができる。そして、反射型画像変調デバイスで反射される少なくとも表示光を含む変調光を第３の面からプリズムに入射させることができる。
また、請求項１に記載の光学装置を備えるので、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を備える。
【００１４】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の画像変調装置において、前記プリズムの前記第２の面が、前記導光手段の射出口から射出された照明光を透過し前記少なくとも表示光を含む変調光を反射する面である構成とする。
この発明によれば、第２の面の配置位置および姿勢を反射型画像変調デバイスに対して適宜設定することにより、表示光の射出方向を設定できる。そして、導光手段を略反射型画像変調デバイスの対向側に配置し、表示光の射出方向を反射型変調デバイスのデバイス面の法線の側方に導くタイプの配置を容易に実現することができる。
また、第２の面が照明光の透過面なので、第１の面を兼ねることができる。その場合、照明光が反射型画像変調デバイスに入射するまでの光路を短縮することができる。そのため、プリズムの媒質による光量損失を低減できるとともに、導光手段の射出口からの照明光の拡散を抑えることができるので、光利用効率を向上することができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明では、請求項６に記載の画像変調装置において、前記反射型画像変調デバイスに入射する照明光の主光線と前記反射型画像変調デバイスのデバイス面の法線とのなす角度よりも、前記反射型画像変調デバイスに入射する照明光の主光線と前記反射型画像変調デバイスにより反射される表示光の主光線とのなす角度の方が大きい構成とする。
この発明によれば、反射型画像変調デバイスに入射する照明光と反射型画像変調デバイスにより反射される表示光とのなす角度が、少なくとも照明光とデバイス面の法線とのなす角度よりも大きいから、表示光をデバイス面の法線方向に反射する場合に比べて、照明光と表示光との間の光路の角度差が大きくなる。そのため、それぞれの光路をよりコンパクトな空間の中でも容易に分離することができる。
また、照明光と表示光との光路の角度差が大きくなるので、照明光と表示光のうち第２の面で透過する光の第２の面への入射角を浅くするほど、第２の面で反射する方の光の第２の面への入射角が大きくなる。そのため、第２の面でのフレネル反射による光量損失が低減されるとともに、第２の面で全反射する光の範囲が増大する。したがって、反射型変調デバイスで反射される表示光が表示光として有効利用できる照明光の立体角の範囲が大きくなる。
【００１６】
請求項９に記載の発明では、請求項６に記載の画像変調装置において、前記プリズムが、前記第１〜３の面と異なる第４の面を有し、前記反射型画像変調デバイスが、ＤＭＤであり、該ＤＭＤで変調された表示光は、前記第２の面で反射された後に前記第４の面から射出し、前記ＤＭＤで変調された非表示光は、略前記第４の面で反射された後に前記第２の面で透過するように、前記導光手段が前記プリズムに対して配置されている構成とする。
この発明によれば、第４の面により、表示光が分離手段から射出され、非表示光が反射される。そのため、第４の面に近接して投影光学系を配置しても非表示光が投影光学系に入射しないようにすることができる。
このような画像変調装置をプロジェクタに用いる場合、バックフォーカスが短い投影光学系を用いることができるので、装置を小型化することができる。
【００１７】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の画像変調装置において、前記第２の面と前記第３の面とのなす角度と、前記第２の面と前記第４の面とのなす角度とが等しい構成とする。
この発明によれば、第２〜４の面により二等辺三角形断面を有するプリズムが形成されるため、第３の面から入射し、第２の面で内部反射して、第４の面に向かう表示光の光路の光路長が等しくなるので、光路調整部材などを用いることなく第４の面から射出される表示光の波面を揃えることができる。そして、例えば投影光学系により表示光を投影する場合に、投影光学系を簡素に構成することができる。
【００１８】
請求項１１に記載の発明では、請求項９または１０に記載の画像変調装置において、前記第３の面と前記第４の面とのなす角が９０度以下である構成とする。
この発明によれば、幾何学的な位置関係から、第３の面と第４の面とをそれぞれの法線方向に沿って分離手段の外側に押し出すことにより形成される空間が、互いに干渉することがないので、そのような各空間に部材を配置することが容易となる。例えば、第４の面の側に投影光学系を配置する場合、投影光学系を第４の面に近接させても、第３の面に対向されて配置される反射型画像変調デバイスと干渉しないように配置することができる。
【００１９】
請求項１２に記載の発明では、請求項６に記載の画像変調装置において、前記プリズムの前記第１の面と前記第２の面とが、異なる面である構成とする。
この発明によれば、照明光を入射する第１の面と照明光と少なくとも表示光を含む変調光とのいずれかを反射する第２の面とが異なるので、第１の面と第２の面とを適宜配置することにより、例えば分離手段に対する導光手段、光源や反射型画像変調デバイスなどの配置レイアウトの自由度を向上することができる。したがって、装置の形状や用途の使い分けが容易となる。
【００２０】
請求項１３に記載の発明では、請求項１２に記載の画像変調装置において、前記第２の面が、前記照明光を反射し、前記少なくとも表示光を含む変調光を透過する面である構成とする。
この発明によれば、第２の面が、照明光を反射し少なくとも表示光を含む変調光を透過する面であるので、照明光をプリズム内部の変調光の光路に交差する方向から入射させることができる。そのため、例えば、導光手段や光源などを、反射型画像変調デバイスのデバイス面の法線方向の側方に配置することができるので、装置の配置レイアウトの自由度を向上することができる。したがって、装置の形状や用途の使い分けが容易となる。
【００２１】
請求項１４に記載の発明では、請求項６に記載の画像変調装置において、前記反射型画像変調デバイスのデバイス面が長方形形状を有し、前記デバイス面の長辺と、前記第２の面を含む平面と前記デバイス面を含む平面とが交わる交線とが略平行である構成とする。
この発明によれば、第２の面がデバイス面の長辺に沿う方向に対して略平行で、短辺に沿う方向に対して傾斜されることになるので、第２の面からデバイス面に入射される照明光の光路長の場所による変化を、第２の面の傾斜角一定の条件のもとで、略最小限の範囲に抑えることができる。そのため、表示光の光路を短縮することができるので、光量損失を低減できるとともに、装置を小型化することができる。
【００２２】
請求項１５に記載の発明では、請求項６に記載の画像変調装置において、前記反射型画像変調デバイスのデバイス面が長方形形状を有し、前記デバイス面の短辺と、前記第２の面の法線を前記デバイス面に射影した線とが略平行である構成とする。
この発明によれば、請求項１４と同様の構成となるので、請求項１４に記載の発明と同様の作用効果を有する。
【００２３】
請求項１６に記載の発明では、請求項６に記載の画像変調装置において、前記反射型画像変調デバイスのデバイス面の面積をＳｄ、前記導光手段の出射口の面積をＳｏｕｔ、前記プリズムの前記第２の面の面積をＳｐと表すとき、次式を満足する構成とする。
Ｓｄ≦Ｓｏｕｔ≦Ｓｐ                                            ・・・（１）
この発明によれば、式（１）を満足するので、導光手段の射出口から射出された照明光をすべてプリズムの第２の面に透過させることができ、その透過光によりデバイス面を覆う範囲を照明することができる。そのため、Ｓｏｕｔ＜Ｓｄのような関係にある場合のようにデバイス面を照明するための拡大光学系などを設けることなく照明することができる。
【００２４】
請求項１７に記載の発明では、請求項６に記載の画像変調装置において、前記導光手段と前記反射型画像変調デバイスとの位置関係が固定されるように一体として保持する保持手段を有する構成とする。
この発明によれば、保持手段により、導光手段と反射型画像変調デバイスとの位置関係が固定されて一体化されるので、それぞれを別体として位置決めする場合に比べて、位置決め精度を向上することができる。
また導光手段は、結像光学系でないため、照明光が所定の角度でデバイス面全体を照明できれば、例えば照明光の光軸方向やデバイス面の面内方向の位置ずれの許容範囲は結像光学系に比べて格段に大きくなる。そのため、光源や分離手段に対して結像光学系のような高精度の位置決めが不要となるので、組立、製造が容易となる。
【００２５】
請求項１８に記載の発明では、請求項６に記載の画像変調装置において、前記導光手段の射出口の形状が、前記デバイス面を略均一な光量で照明するような照明光を射出する形状である構成とする。
この発明によれば、導光手段の射出口の形状によりデバイス面を略均一な光量で照明することができるので、表示光の輝度ムラを低減できる。したがって、照明範囲をデバイス面と略同じ範囲としても表示光の輝度ムラが良好となるので、照明光の利用効率を向上することができる。
このような射出口の形状は、例えばデバイス面が長方形形状である場合、略台形形状や略菱形形状などの四辺形形状となる。
【００２６】
請求項１９に記載の発明では、プロジェクタにおいて、入力された画像情報に応じた画像を、請求項６に記載の画像変調装置を用いてスクリーンに投影するプロジェクタであって、前記導光手段の入射口に入射する照明光を射出する光源手段と、前記反射型画像変調デバイスで変調され前記プリズムから射出した表示光をスクリーンに投影して前記画像を形成する投影光学手段とを有し、前記反射型画像変調デバイスは、前記プリズムの前記第３の面から射出した照明光を前記画像情報に応じて変調して表示光と非表示光とを生成し、該表示光と非表示光とを前記第３の面に入射させる構成とする。
この発明によれば、光源手段から射出された照明光を導光手段の入射口に入射して導光手段の射出口から射出し、プリズムの第１の面に入射させることができる。そして、プリズムの第１の面を透過した照明光がプリズムの第２の面で透過または反射され、第３の面からプリズムの外部に射出されることにより反射型画像変調デバイスのデバイス面が照明される。
そして画像情報に応じて反射型画像変調デバイスにより変調されて表示光と非表示光とが生成され、これら表示光と非表示光とが第３の面からプリズムに入射して第２の面に到達する。
ここで、第２の面を照明光が透過している場合は、表示光と非表示光とが第２の面で反射される。また、第２の面で照明光が反射されている場合は、表示光と非表示光とが第２の面を透過する。そして、表示光が投影光学系によりスクリーンに投影される。
また、請求項６に記載の画像変調装置を備えるので、請求項６に記載の発明と同様の作用効果を備える。
【００２７】
請求項２０に記載の発明では、請求項１９に記載のプロジェクタにおいて、前記反射型画像変調デバイスが、ＤＭＤである構成とする。
この発明によれば、反射型画像変調デバイスが、ＤＭＤであるので、小型かつ高速な変調が可能なプロジェクタとすることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の光学装置および画像変調装置およびプロジェクタによれば、結像光学系を用いることなく、分離手段に近接された導光手段の射出口から照明光を射出して、分離手段により照明光を反射型画像変調デバイスに導くとともに、反射型画像変調デバイスから反射される表示光を分離手段の第２の面により照明光と分離して射出させることができるから、部品点数が少なく小型化が容易な構成とすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００３０】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタについて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタの概略構成について説明するための模式的な正面説明図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタの主要部について説明するための斜視説明図である。図３は、図１の一部を拡大した正面視の部分拡大図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタに用いる光学装置の分解斜視図である。なお、これらに記載された光路は模式的に描かれており、本発明の本質にかかわらない光路の変化は省略して描いている（以下、同様）。例えば、図３では、照明光主光線３１ａは、射出口１８から出射され、第１面１４ａに入射し、第２面１４ｂにから出射されると、屈折率の差に応じて屈折作用を受け、一般には境界面で屈折されるが、あたかも直進するかのように図示している。また、図２では、図示が明瞭となるように変調デバイス基板６０ｃは図示していない。
【００３１】
本実施形態のプロジェクタ１１０は、図１に示すように、入力された画像情報に応じた画像をスクリーン２２に投影する装置であって、その概略構成は、光源６１（光源手段）、導光ロッド１６（導光手段）、光分離プリズム１４（分離手段）、変調デバイス６０（反射型画像変調デバイス）、および投影レンズ１３（投影光学手段）からなる。
ここで、導光ロッド１６と光分離プリズム１４とは、本発明の第１の実施形態に係る光学装置１１２を構成している。
また、導光ロッド１６、光分離プリズム１４、および変調デバイス６０は、後述する保持手段により互いの位置関係が固定され一体として保持されている。そして、これらは、本発明の第１の実施形態に係る画像変調装置１１１を構成している。
【００３２】
光源６１は、画像変調装置１１１により変調してスクリーン２２に画像を投影するための照明光に用いる発散光を発生するものである。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色と、コントラストを調整するための白色光を適宜のタイミングで順次切り替えて射出することができるようになっている。図１において、符号３１ａは、照明光主光線、符号３１ｂ、３１ｃは、照明光従属光線をそれぞれ示す。
【００３３】
導光ロッド１６は、屈折率が１より大きい光透過性の媒質が棒状に延された中密の光学ロッドである。その両端部には、四辺形状の入射口１７と、入射口１７より面積の大きい四辺形状の射出口１８とが設けられ、入射口１７と射出口１８との各辺間を結ぶ側面に内部反射面が形成されている。すなわち、入射口１７の面積をＳｉｎ、射出口１８の面積をＳｏｕｔと表すと、Ｓｏｕｔ＞Ｓｉｎとなっている。
ただし、これらの内部反射面は、導光ロッド１６の中間部の射出口１８寄りに位置する境界平面１９と交差する位置で屈曲され、入射口１７側に延びるテーパロッド部１６Ａと、射出口１８側に延びる平行ロッド部１６Ｂとを構成している。
ここで、テーパロッド部１６Ａ、平行ロッド部１６Ｂは、１部材で構成してもよいし、複数部材で構成してもよい。前者の場合、境界平面１９は、内部反射面が屈曲される線が整列する仮想的な平面となっている。また、後者の場合、テーパロッド部１６Ａ、平行ロッド部１６Ｂを構成する部材同士を接合する接合面となっている。
【００３４】
テーパロッド部１６Ａは、延設方向に交差する断面が入射口１７から導光ロッド１６の中間部に向かって拡大する構成を有し、入射口１７の各辺から延ばされた内部反射面１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ（反射面）がテーパ状の側面を形成している。
平行ロッド部１６Ｂは、延設方向に交差する断面が一定の構成を有し、内部反射面１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ（反射面）が境界平面１９と交わる交線から射出口１８の四辺形の各辺まで一定方向に延ばされた内部反射面１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄにより延設方向に平行な側面が形成されている。すなわち、内部反射面１８ａ、１８ｃおよび内部反射面１８ｂ、内部反射面１８ｄとは、それぞれ対向する平行平面となっている。
【００３５】
本実施形態の場合、導光ロッド１６の概略寸法は、入射口１７を６ｍｍ×６ｍｍの四辺形、射出口１８を１５ｍｍ×１５ｍｍの四辺形とし、入射口１７から射出口１８までの長さ寸法（導光ロッド１６の中心軸上）を約３０ｍｍとしている。導光ロッド１６の材質は、光学ガラスとして、Ｓ−ＦＳＬ５（商品名、（株）オハラ製）を採用している。したがって、屈折率は、ｎｄ＝１．４８７である。
【００３６】
ここで、内部反射面１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄは、導光ロッド１６の側面に反射コーティングを施して形成してもよいが、入射口１７から入射する照明光を全反射するような屈折率、形状、配置とすることが好ましい。後者の場合、反射コーティングは省略することができる利点がある。
【００３７】
光分離プリズム１４は、側面が、第１面１４ａ、第２面１４ｂ（第３の面）、第３面１４ｃ（第４の面）の３つの面からなる三角柱状のプリズムである。
第１面１４ａは、導光ロッド１６の射出口１８を覆うことができる面積Ｓｐ（ただし、Ｓｐ≧Ｓｏｕｔ）を有し、射出口１８と近接して配置されることにより、導光ロッド１６内を導光される照明光主光線３１ａ、照明光従属光線３１ｂ、３１ｃなどの照明光の略すべてを入射させることができる入射面となっており、分離手段の第１の面を構成している。
また、後述する表示光主光線３２ａなど光分離プリズム１４内部から臨界角以上で入射される表示光に対しては表示光を反射する反射面となっており、分離手段の第２の面を構成している。
射出口１８と第１面１４ａとは必ずしも平行である必要はないが、できるだけ近接して配置することが好ましく、本実施形態では、射出口１８の全面が第１面１４ａと同程度に近接されるように平行に配置されている。
【００３８】
第２面１４ｂは、第１面１４ａから入射する照明光が透過できる位置に設けられたプリズム面である。また、第３面１４ｃは、第１面１４ａと第２面１４ｂとの夾角に対向するプリズム面である。
すなわち、図３に示すように、光分離プリズム１４の断面を△ＫＭＮと表すとき、第１面１４ａが辺ＫＭ、第２面１４ｂが辺ＭＮ、第３面１４ｃが辺ＮＫを構成している。
本実施形態では、第１面１４ａを夾辺とする２角、∠ＮＫＭと∠ＮＭＫとが等しい二等辺三角形をなしており、頂角∠ＫＮＭは、９０°以下とされている。このため、第２面１４ｂ、第３面１４ｃに面して光分離プリズム１４から離れる方向に他の部材を配置してもそれぞれの配置領域が重なることがないので、それぞれの面に面する部材を互いに干渉することなく配置できる。そのためレイアウトの自由度が向上できるという利点がある。
【００３９】
本実施形態の場合、光分離プリズム１４の概略寸法は、辺ＭＮ＝辺ＮＫ＝１８ｍｍ、∠ＫＮＭは略８５°としている。
また、光分離プリズム１４に対する導光ロッド１６の取り付け姿勢を、照明光主光線３１ａが通る光軸の傾きで表すと、紙面内で見て時計回りに約１２°、紙面垂直面で見て入射口１７が紙面手前から奥行き方向に移動する方向に約１２°傾斜された状態とされている。
【００４０】
変調デバイス６０は、第１面１４ａから入射した照明光を、画像情報に応じて変調して、反射方向が異なる表示光と非表示光とを生成するためのデバイスであり、第２面１４ｂに面して第２面１４ｂから離れる方向に、順次、カバーガラス６０ａ、変調デバイス本体６０ｂ、変調デバイス基板６０ｃが配置されてなる。
本実施形態では、これらが一体化されたＤＭＤが採用されている。すなわち、変調デバイス本体６０ｂは、平面視において長辺６０Ａ、短辺６０Ｂからなる面積Ｓｄの長方形形状のデバイス面６０ｄ内に、複数の微小ミラー（不図示）が、例えば８００×６００の格子状に配置され、それぞれの微小ミラーが変調デバイス基板６０ｃにより駆動されて、表示光を形成するオン状態と非表示光を形成するオフ状態との２種類の角度に傾斜可能とされている。ここで、デバイス面６０ｄは、これら複数の微小ミラー面が整列する仮想的な平面を指すものとする。
例えば、本実施形態の場合、０．７インチ規格のＤＭＤを採用している。この場合、デバイス面６０ｄの長辺×短辺が、約１４ｍｍ×約１０ｍｍとなる。すなわち、Ｓｄ＝約１４０ｍｍ２となっている。
変調デバイス基板６０ｃは、不図示の画像変調制御手段と電気的に接続され、画像情報を受信できるようになっている。
【００４１】
例えば、画像変調を行わない状態では、各微小ミラーは、傾斜角が０°の状態で仮想的なデバイス面６０ｄに整列した反射面を構成している。
オン状態では、図示しないが、微小ミラーは、図３の紙面内で時計回りに、例えば１２°だけデバイス面６０ｄから傾斜される。また、オフ状態では、同じく反時計回りに、例えば１２°だけデバイス面６０ｄから傾斜される。
そのため、第２面１４ｂに近接して配置された状態で、微小ミラーがオン状態とされると、例えばデバイス面６０ｄの法線２４に対して図示時計回りに角度θｉだけ傾いた照明光主光線３１ａが、同じく法線２４から反時計回りに角度θｏだけ傾斜された表示光主光線３２ａとして反射されるようになっている。ここで、θｉ≧θｏ＞０である。
本実施形態では、プリズム内部の光線に対する臨界角が４２．２６°（＝ｓｉｎ−１（１／１．４８７））になるから、θｏ≧２．２６°であれば、主光線が第１面１４ａにより全反射されることになる。
【００４２】
また、デバイス面６０ｄは、図２に示すように、長方形の長辺６０Ａの方向が光分離プリズム１４の三角柱の柱軸方向に略一致するように配置されている。すなわち、デバイス面６０ｄと第１面１４ａとの仮想的な交線とデバイス面６０ｄの長辺６０Ａとが略平行となっている。また、特に図示しないが、第１面１４ａの法線２５（図３参照）をデバイス面６０ｄに射影してできる直線（不図示）と短辺６０Ｂとが略平行となっている。
【００４３】
投影レンズ１３は、表示光主光線３２ａ、表示光従属光線３２ｂ、３２ｃなどにより第３面１４ｃ上に投影される画像をスクリーン２２に向けて拡大投影するための投影光学系であり、光分離プリズム１４の第３面１４ｃに近接して配置されている。例えば、投影レンズ１３の最も物体側の面と第３面１４ｃとの間隔が約０．１ｍｍとなる位置に配置されている。そのため、投影レンズ１３のバックフォーカスは、約３０ｍｍのものを採用することができる。
近接させる距離は、投影レンズ１３の光学特性に応じて適宜設定することができる。特に小型化する必要がなければ、投影レンズ１３としてバックフォーカスの長い光学素子を用いてもよい。
【００４４】
次に、本実施形態の画像変調装置１１１の組立構造について説明する。
導光ロッド１６、光分離プリズム１４、および変調デバイス６０は、図４の分解斜視図に示すように、固定台４０（保持手段）および固定部材４３（保持手段）を用いて、位置決めされた状態で固定される。なお、図４には、方向を参照する便宜のためにＸＹＺ直角座標系を記載した。以下適宜このＸＹＺ直角座標系を参照して説明する。
【００４５】
固定台４０は、ＸＹ平面と平行に延びる板状部４０ａとＺＸ平面と平行に延びる板状部４０ｂが接合され、Ｘ軸方向視で略Ｌ字状をなす部材である。
板状部４０ａ上（Ｚ軸正方向側）には、平行ロッド部１６ＢをＸ軸方向およびＺ軸方向の位置、ならびに光軸方向の傾斜姿勢を位置決めするためのロッド押え部４１と、テーパロッド部１６ＡをＺ軸方向の位置、および光軸方向の傾斜姿勢を位置決めするためのロッド押え部４２とが設けられている。板状部４０ａの上面は、光分離プリズム１４の下面１４ｅを保持するための保持面を兼ねている。
板状部４０ｂのＹ軸負方向側には、変調デバイス６０を変調デバイス基板６０ｃの位置決め穴と嵌合するとともに、不図示のボス部により変調デバイス基板６０ｃをＹ軸方向に位置決めする固定ピン４７、４７が立設されている。
固定部材４３は、固定台４０に保持された導光ロッド１６を、ロッド押え部４１の上方（Ｚ軸正方向）から、Ｚ軸方向およびＸ軸方向の位置、ならびに光軸方向の傾斜姿勢を位置決めしつつ保持するロッド押え部４４と、固定台４０に保持された光分離プリズム１４の上面１４ｄをＺ軸方向に保持するロッド押え部４３ａを備えた部材である。
【００４６】
固定台４０および固定部材４３を用いて本実施形態の画像変調装置１１１を組み立てるには、板状部４０ｂの固定ピン４７、４７に変調デバイス６０を接着固定する。そして、光分離プリズム１４の下面１４ｅを板状部４０ａ上に乗せ、第２面１４ｂが、変調デバイス本体６０ｂのデバイス面６０ｄを覆うとともにカバーガラス６０ａとの空気層を設けるためにわずかに離れた位置に位置決めし、板状部４０ａと下面１４ｅとを接着固定する。
そして、導光ロッド１６をロッド押え部４１、４２により位置決めした状態で、射出口１８と第１面１４ａとの間に空気層が形成されたわずかな隙間を隔てて近接する位置に配置し、導光ロッド１６とロッド押え部４１、４２とを、内部反射面１８ｂ、１８ｃおよび内部反射面１７ｃの外部側と接着する。さらに、より強固に固定するために、固定部材４３により、導光ロッド１６と、光分離プリズム１４とを上方から位置決めして、内部反射面１８ｂ、１８ａの外部側と、それぞれ接着固定する。その後、必要に応じて、固定台４０と固定部材４３とをねじ固定などにより固定してもよい。
このようにして、導光ロッド１６、光分離プリズム１４および変調デバイス６０が互いに位置決めされて保持手段に保持され、一体化される。
【００４７】
ここで、射出口１８と第１面１４ａとの間にわずかな隙間の空気層を設けるためには、それらの間に微小領域のみ厚みを持たせたスペーサを設けるとよい。スペーサとしては、デバイス面６０ｄへの照明が影にならない程度の微細な印刷や、薄いコーティングなどで微小領域のみ厚みを形成させることなどが有効である。
このように微小領域のみ接着する場合、第２面１４ｂと第１面１４ａとが形成する頂角（図３の点Ｍ近傍）に近接している部分を接着することが好ましい。というのは、本実施形態では、画像として投影される表示光は、デバイス面６０ｄの法線２４に対して、図３の図示反時計回り方向に反射され、点Ｍから遠ざかる方向に反射されるので、点Ｍの近傍は表示光の透過領域とならないからである。
【００４８】
また、導光ロッド１６を接着する場合には、接着剤の屈折率によっては、内部反射面１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１７ｃの全反射状態を維持できない場合がある。そのような場合、それらの外部側の接着剤を塗布する領域に、例えばＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）のような低屈折率のコーティングを施しておけば、全反射状態を維持することができる。
【００４９】
本実施形態では、画像変調装置１１１をこのような保持手段に一体に保持固定するので
、部材の配置位置精度を向上できるとともに、それぞれの部材を別個に固定する場合に比べて部品点数を削減することができる。
また、本実施形態の構成では、結像光学系を用いていないので、結像光学系を用いる場合に比べて、組立精度を緩めることができる。そのため、位置調整機構を用いて組立調整することなく、突き当てなどによる位置決めのみで十分な組立精度が得られる。
【００５０】
次に、本実施形態のプロジェクタの作用について、本実施形態の光学装置１１２および画像変調装置１１１の作用を中心に説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の光学装置の導光手段の射出口の形状と照明光の照明領域の関係について説明するための模式説明図である。図６は、本発明の第１の実施形態の変形例の画像変調装置の概略構成について説明するための斜視説明図である。図７は、本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタの作用を説明するための模式的な光路説明図である。
【００５１】
プロジェクタ１１０によれば、光源６１から射出された発散光は、入射口１７を通して、導光ロッド１６に入射される。そして、図１に示すように、照明光主光線３１ａは、導光ロッド１６の光軸に沿って進み、テーパロッド部１６Ａおよび平行ロッド部１６Ｂをそれぞれ直進して、射出口１８から射出される。
一方、照明光従属光線３１ｂ、３１ｃは、テーパロッド部１６Ａのテーパの範囲よりも広い範囲に発散するので、内部反射面１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄのいずれかに入射して内部反射され、場合によっては、複数回、内部反射される。このような導光手段内の内部反射では、内部反射面が互いに平行であれば、反射角が保存されるが、テーパロッド部１６Ａでは、射出口１８側に向けて断面が拡大されるテーパ面として内部反射面が構成されているので、発散角の分布が狭められ、照明光主光線３１ａを中心とする方向への指向性が強められる。
【００５２】
そして、平行ロッド部１６Ｂでは、射出口１８の近傍で外側に拡がろうとする照明光を内部側に折り返す作用を有するので、射出口１８近傍での光束の発散度合を低減することができ、照明光に、より良好な指向性を付与することができる。また、射出口１８上での光量分布が均されるため、射出口１８の中央部と周辺部との光量分布の均一性を向上することができる。
【００５３】
そのため、射出口１８からは、射出口１８の四辺形の形状に整形され、指向性が高められた照明光が射出される。そして、わずかの空気層を透過して、光分離プリズム１４の第１面１４ａに斜め方向から入射される。そのため、空気層中では、射出口１８の面積よりわずかに拡散するに過ぎない。
そして、光分離プリズム１４の媒質の屈折作用を受けることで、光束の拡散が抑えられた状態で、光分離プリズム１４内部を伝搬し、第２面１４ｂに到達し、第２面１４ｂから射出される。
第２面１４ｂには、近接して変調デバイス６０が配置されているので、照明光は、カバーガラス６０ａを透過し変調デバイス本体６０ｂ上に到達する。
【００５４】
このとき、デバイス面６０ｄ、射出口１８、第１面１４ａの面積Ｓｄ、Ｓｏｕｔ、Ｓｐが、上記の式（１）を満足するので、射出口１８から射出された照明光は、デバイス面６０ｄを覆う範囲に照射することができる。
デバイス面６０ｄを照明する照明光は、デバイス面６０ｄの法線２４に対して傾斜させて入射させる必要がある。この場合、図５（ａ）に示すように、射出口１８の形状が略長方形状の四辺形とすると、照明領域３１は、例えば略台形状の四辺形となる。そのため、射出口１８の面積Ｓｏｕｔがデバイス面６０ｄの面積Ｓｄ以上であれば、確実にデバイス面６０ｄを覆うことができる。
【００５５】
ただし、照明領域がデバイス面６０ｄの長方形と同形状またはわずかに大きい長方形形状とすれば、略すべての照明光をデバイス面６０ｄの照明に用いることができるので、照明光率をより向上することができる。
例えば、図６に示す画像変調装置１１４はそのような例である。画像変調装置１１４は、画像変調装置１１１の導光ロッド１６に代えて、導光ロッド１６０（導光手段）を備えるものである。
導光ロッド１６０は、テーパロッド部１６Ａ、平行ロッド部１６Ｂと略同様なテーパロッド部１６０Ａ、平行ロッド部１６０Ｂから構成されるが、射出口１８に対応する射出口１８０が、図６に示すように、略台形状の四辺形であり、デバイス面６０ｄを照明する照明領域がデバイス面６０ｄよりわずかに大きな長方形形状とされている点のみが異なる。
そのため、図５（ｂ）に模式的に示すように、本変形例における射出口１８０から射出されて光分離プリズム１４を透過し、デバイス面６０ｄに到達する照明光は、照明領域３１０のようなデバイス面６０ｄと同形状またはわずかに面積の大きい略長方形状の領域に照射される。そのため、照明効率を向上することができる。また、デバイス面６０ｄの外部に照射された光による迷光などの発生を低減することが可能となる。
このように、照明効率を向上するためには、導光手段の射出口の形状を、デバイス面への照明光の入射方向に応じて、適宜最適化した略台形形状や略菱形形状などの長方形とは異なる四辺形形状とすることが好ましい。
【００５６】
照明光主光線３１ａを中心とする照明光２８（図７（ａ）、（ｂ）参照）がデバイス面６０ｄに到達すると、画像情報に応じてオン状態とオフ状態とに傾斜角が変更された変調デバイス本体６０ｂの微小ミラー（不図示）により、異なる方向に反射されて、表示光２９ａ（図７（ａ）参照）と非表示光３０ａ（図７（ｂ）参照）とが生成される。すなわち、照明光２８が表示光２９ａと非表示光３０ａとに分割される。
【００５７】
表示光２９ａは、法線２４に対して反時計回りの斜め方向に反射されて、カバーガラス７、空気層を透過して第２面１４ｂに入射する。そして、第２面１４ｂにより屈折されて第１面１４ａに到達する。このとき、第１面１４ａへの入射角が臨界角よりも大きくなるため、第１面１４ａにより全反射されて表示光２９ｂとして、第３面１４ｃに向かう。したがって、第１面１４ａは、照明光２８が透過する第１の面となっている。また、照明光２８を透過するとともに表示光２９ａを反射する第２の面をも兼ねている。
【００５８】
第３面１４ｃに到達した表示光２９ｂは、第３面１４ｃから射出され、投影レンズ１３に入射し、図１に示すように、スクリーン２２に向けて投射される。
本実施形態では、光分離プリズム１４が、第１面１４ａを夾辺とする二等辺三角形として構成されるので、第２面１４ｂから入射して、第３面１４ｃから射出されるまでの光路長が共通となる。そのため、光路長を揃えるための部材を設けることなく、第３面１４ｃ上の像をそのまま投影レンズ１３により投影することができる。したがって、光路長を補正するための部材を設ける場合に比べて、簡素な構成とすることができ、部品点数を削減することができるという利点がある。
このように光路長を揃えて波面が揃った表示光が射出されると投影レンズ１３を簡素に設計することができる。
【００５９】
一方、非表示光３０ａは、図７（ｂ）に示すように表示光２９ａよりもさらに反時計回り方向に反射されて第３面１４ｃに到達する。このとき、非表示光３０ｂは臨界角より大きい入射角で第３面１４ｃに入射するので、全反射されて光分離プリズム１４の内部を進み、第１面１４ａに到達し、光分離プリズム１４の外部に射出される。
このため、非表示光３０ａは、投影レンズ１３に全く入射しないようになっている。したがって、非表示光３０ａが投影レンズ１３に入射して迷光などのノイズとなって、投影画像のコントラストを低下させたりすることがないので、良好な画像を投影することができる。
また、投影レンズ１３として、バックフォーカスの短い投影光学系を用いることができ、光分離プリズム１４に近接配置することができるから、プロジェクタ１１０を小型化することができるという利点がある。また、投影レンズ１３自体も小さくすることができる。
【００６０】
このように、本実施形態のプロジェクタ１１０では、光源６１から射出された発散光を導光しつつ指向性を持たせ照明光２８として射出する導光ロッド１６を、光分離プリズム１４に近接して配置して、変調デバイス６０を照明し、それにより生成された表示光を光分離プリズム１４の第２面１４ｂにより照明光２８の光路と分離した光路に射出するので、簡素な構成により効率的にデバイス面６０ｄを照明することができる。そのため結像光学系などを用いる場合に比べて部品点数の少なく小型化に好適な構成とすることができる。
【００６１】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係るプロジェクタについて説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係るプロジェクタの概略構成について説明するための模式的な正面説明図である。図９は、本発明の第２の実施形態に係るプロジェクタに用いる画像変調装置の概略構成について説明するための斜視説明図である。なお、図９では、図示が明瞭となるようにカバーガラス６０ａ、変調デバイス基板６０ｃ、投影レンズ１３は図示していない。
【００６２】
本実施形態のプロジェクタ１１５、画像変調装置１１６、光学装置１１７は、図８に示すように、上記第１の実施形態のプロジェクタ１１０、画像変調装置１１１、光学装置１１２の光分離プリズム１４に代えて、光分離プリズム１５Ａ（分離手段）を備え、光路調整プリズム１５Ｂを追加したものである。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６３】
光分離プリズム１５Ａは、図９に示すように、略三角柱状のプリズム部材からなり、その側面に導光ロッド１６の射出口１８が近接して配置された第１面１５ａ（第１の面）と、変調デバイス６０が近接して配置された第３面１５ｃ（第３の面）と、第２面１５ｂ（第２の面）とを備える。そして、それらの位置関係が、射出口１８から射出される照明光主光線３１ａ、照明光従属光線３１ｂ、３１ｃなどの照明光が第１面１５ａに入射して、第２面１５ｂに対して臨界角よりも大きい入射角で入射することにより全反射されて、第２面１５ｂからデバイス面６０ｄに向けて射出されるようになっている。そして、デバイス面６０ｄから表示光主光線３２ａ、表示光従属光線３２ｂ、３２ｃなどの表示光が第３面１５ｃから入射されるときに、第２面１５ｂから光路調整プリズム１５Ｂに向けて透過するようになっている。
【００６４】
光路調整プリズム１５Ｂは、光分離プリズム１５Ａの第２面１５ｂが全反射を利用した内部反射面となるように第２面１５ｂとの間に空気層を介して対向して配置された入射面１５ｆと、入射面１５ｆを透過する表示光主光線３２ａ、表示光従属光線３２ｂ、３２ｃなどの表示光がそれぞれ略同一の光路長だけ進んで外部に射出されるように設けられた出射面１５ｄを備えた角柱状のプリズム部材である。出射面１５ｄに隣接し、入射面１５ｆに対向する位置にある側面１５ｅは、光路調整プリズム１５Ｂの取り付けや位置決めの便宜のために設けられた面である。
【００６５】
このように光分離プリズム１５Ａは、照明光が入射する第１面１５ａ（第１の面）と、照明光を反射するとともに、表示光を透過する第２面１５ｂ（第２の面）を備え、第１面１５ａと、第２面１５ｂとが異なる面となっているものである。そして、第１の実施形態に設けられているような非表示光が投影レンズ１３に入射しないように反射させる第４の面を備えない構成となっている。
そのため、本実施形態では、図８に示すように、投影レンズ１３を、第１の実施形態の第３面１４ｃに対する距離よりも、出射面１５ｄから離して配置することにより、投影レンズ１３に非表示光３０ａが入射しないような構成としている。
【００６６】
本実施形態の装置によれば、第１の実施形態の装置と同様に、導光ロッド１６を光分離プリズム１５Ａの第１面１５ａに近接して配置することができ、第２面１５ｂに近接された変調デバイス６０のデバイス面６０ｄを効率的に照明することができるので、簡素かつコンパクトな装置とすることができる。
また、変調デバイス６０で反射された変調光を光分離プリズム１５Ａと光路調整プリズム１５Ｂとを透過させて出射面１５ｄから外部に出射するので、それぞれのプリズムの屈折率に応じて光路長を伸ばすことができるので、コンパクトかつレイアウトが容易な装置とすることができる。
また、光分離プリズム１５Ａの第２面１５ｂが表示光を透過する構成とするので、投影レンズ１３の光軸をデバイス面６０ｄの法線に略沿う方向に配置するレイアウトを容易に実現することができる。そのため、従来のプロジェクタと同様のレイアウトを容易に実現することができるという利点がある。
この場合、導光ロッド１６をデバイス面６０ｄの法線と９０°に近い角度で交差するように配置することができるので、投影レンズ１３の配置領域と干渉しないようなレイアウトを容易に実現できるという利点がある。
すなわち、装置の配置レイアウトの自由度を向上することができ、装置の形状や用途の使い分けが容易となるという利点がある。
【００６７】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係るプロジェクタについて説明する。
図１０は、本発明の第３の実施形態に係るプロジェクタの概略構成について説明するための模式的な正面の部分断面図である。
【００６８】
本実施形態のプロジェクタ１１８、画像変調装置１１９、光学装置１２０は、図１０に示すように、上記第１の実施形態のプロジェクタ１１０、画像変調装置１１１、光学装置１１２の導光ロッド１６、光分離プリズム１４に代えて、中空ロッド５０（導光手段）、光学板５１（光分離手段）および光学板５２を備えるものである。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６９】
中空ロッド５０は、上記第１の実施形態の導光ロッド１６の内部反射面１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄと同様の位置関係に配置された表面ミラー面であるミラー面５０ａ…（反射面）により内面が形成された中空の光学ロッド部材である。そして、その両端部には、光源１から射出される発散光を入射させる四辺形形状の入射口５０ｂと、入射口５０ｂよりも面積が大きい開口部である射出口５０ｃが形成されている。入射口５０ａ、射出口５０ｂは、開口部である点を除けば、第１の実施形態の入射口１７、射出口１８と同様な機能を有するものである。
【００７０】
光学板５１は、照明光主光線３１ａ、表示光主光線３１ｂ、３１ｃなどの照明光を透過させる第１光学面５１ａ（第１の面）と、その照明光を透過させるとともに、変調デバイス６０から反射される表示光主光線３２ａ、表示光従属光線３２ｂ、３２ｃなどの表示光を反射させる第２光学面５１ｂ（第２の面）を備える平板状の光学素子である。
光学板５１としては、例えば、第２光学面５１ｂをハーフミラー面としたハーフミラーや、第２光学面５１ｂを反射率および透過率特性の角度依存性を制御したコーティングを施して上記のような反射透過特性を実現した透明板などが採用できる。
後者の場合、第２光学面５１ｂに入射する照明光の入射角で透過率が最大となり、表示光が入射する入射角で反射率が最大となるような角度依存性を有するコーティングを施すことにより、照明光の光利用効率を最適化することができるという利点がある。
【００７１】
また、光学板５１とカバーガラス６０ａとの間に１／４波長板（不図示）を配置すれば、第２光学面５１ｂを偏光ビープスプリッタ面（ＰＢＳ面）としたＰＢＳ板を採用することもできる。
【００７２】
光学板５２は、光学板５１と投影レンズ１３の間の光路中に配置され、第２光学面５１ｂで反射された表示光主光線３３ａ、表示光従属光線３３ｂ、３３ｃなどの表示光を透過し、変調デバイス６０から反射される非表示光（不図示）を反射する板状の光学素子である。例えば、反射率および透過率特性の角度依存性を制御したコーティングを施して上記の反射透過特性を実現した透明板などが採用できる。
なお、不図示の非表示光は、例えば、第２光学面５１ｂが変調デバイス６０に対して、第１の実施形態の第１面１４ａと同様の位置関係にある場合、図７（ｂ）の非表示光３０ａと同様の光路により光学板５２に入射する。
【００７３】
本実施形態のプロジェクタ１１８によれば、中空ロッド５０により射出口５０ｃから指向性の高い照明光が射出され、光学板５１を透過して、デバイス面６０ｄを効率的に照明できる。そして、第２光学面５１ｂにより、表示光を反射して、光学板５２を通して投影レンズ１３に入射させることができる。一方、変調デバイス６０で反射された非表示光は、光学板５２により反射され、投影レンズ１３に入射しないようにすることができる。そのため、投影レンズ１３を光学板５２に近づけることができるので、小型化が容易となる。
【００７４】
このように、本実施形態のプロジェクタ１１８、画像変調装置１１９、光学装置１２０は、第１の実施形態と同様の作用効果を有するとともに、中空ロッド５０、光学板５１、５２を用いるので、導光ロッド１６、光分離プリズム１４などの中密な光学素子を用いる場合に比べて、軽量な装置とすることができるという利点がある。
また本実施形態では、内部反射面を用いていないので、中空ロッド５０と光学板５１とは接着固定して配置することができる。
【００７５】
本実施形態のプロジェクタ１１８は、投影レンズ１３を光学板５２が配置される位置から像側に適宜離して配置することにより、光学板５２から非表示光が透過したとしても、投影レンズ１３に入射しないようにすることができる。この理由は、表示光が投影レンズ１３の光軸に略沿う方向の射出されるのに対して、非表示光は、投影レンズ１３の光軸とより大きな角度で交差する方向に射出されることによる（図７（ｂ）、図８参照）。
そのような配置を採用すれば、光学板５２は、非表示光を透過するような構成や、光学板５２を設けない構成に変形して実施することができる。
【００７６】
なお、上記の説明では、プロジェクタの光源手段として、単一の光源６１を設けた例で説明したが、複数の光源を設けるように変形してもよい。
図１１、１２は、そのような変形例に係るプロジェクタの概略構成について説明するための模式的な正面説明図である。
【００７７】
図１１に示すプロジェクタ１２１は、上記第１の実施形態のプロジェクタ１２１の光源６１に代えて、光源部６２（光源手段）を備えるものである。
光源部６２は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの三原色の光を射出する赤色ＬＥＤ３４、緑色ＬＥＤ３５、青色ＬＥＤ３６と、それらから射出された光を合波するダイクロイックプリズム３７とからなる。
このような構成によれば、赤色ＬＥＤ３４、緑色ＬＥＤ３５、青色ＬＥＤ３６を不図示の駆動手段により、時分割駆動して、導光ロッド１６に同軸に入射させることができる。したがって、フィルタホイールなどの可動機構が不要となり、ＬＥＤを用いることにより小型で、消費電力の少ないプロジェクタを構成することができる。
【００７８】
図１２に示すプロジェクタ１２４は、上記第１の実施形態のプロジェクタ１２１の光源６１に代えて、光源部６３（光源手段）を備えるものである。
光源部６３の概略構成は、回動プリズム３８と、リング配列ＬＥＤ３９とからなる。
回動プリズム３８は、角柱状のロッド部の両端に三角プリズム部を設けて、入射口３８ａから入射した光を、光軸に平行な方向に移動して出射口３８ｂから出射させることができるようにした光学部材である。そして、出射口３８ｂが導光ロッド１６の入射口１７に対向した状態で、不図示の回動機構により導光ロッド１６の光軸と同軸の回動軸６４を中心とした回動移動可能とされ、入射口３８ａを回動移動できるようになっている。
リング配列ＬＥＤ３９は、回動移動する入射口３８ａに対向して、リング状に配列された複数のＬＥＤ光源であり、入射光３８ａの回動と同期して、順次パルス状に高輝度点灯できるようになっている。
【００７９】
光源部６３によれば、複数のＬＥＤ光源を順次パルス状に高輝度点灯するので、導光ロッド１６に常に高輝度の照明を入射することができる。そのため、ＬＥＤ光源を用いても明るい画像を投影することができるものである。
なお、光源部６３の構成は、他にも、例えば、特開２００４−１９９０２４に開示されている構成などを採用することができる。
【００８０】
また、上記の第１の実施形態の説明では、第１面１４ａは表示光では全反射条件が満たされる面として説明したが、光利用効率や迷光などの問題がなければ、全反射条件を満たすことなく、第１面１４ａから表示光の一部が透過するような構成としてもよい。
【００８１】
また、上記の第１の実施形態の説明では、第３面１４ｃは非表示光では全反射条件が満たされる面として説明したが、第２、第３の実施形態に説明したのと同様に、投影レンズ１３を第３面１４ｃから離した適宜位置に配置すれば、全反射条件を満たすことなく、第３面１４ｃから非表示光が透過するような構成としてもよい。すなわち、第４の面を設けなくてもよい。
【００８２】
また、上記の第１および第２の実施形態の説明では、中密および中空の光学ロッドの反射面がテーパロッド部と平行ロッド部とからなる例で説明したが、指向性の必要度合に応じて、平行ロッド部を省略してもよい。この場合、反射面がテーパ面のみで形成されるので、光学ロッドがより簡素な構成となり、製作が容易となるという利点がある。
また、例えば、射出口とデバイス面との間の距離が十分近接している場合や、光源から射出される発散光の指向性が強いため導光手段により指向性を強める必要がない場合など、光学ロッドを平行ロッド部のみで形成してもよい。この場合、テーパ面を形成するよりも製作が容易となるという利点がある。
【００８３】
また、上記の第３の実施形態の説明では、光学板５１の第１光学面５１ａが第１の面とされ、第２光学面５１ｂが第２の面とされた例で説明したが、第２光学面５１ｂを透明な透過面として、第１光学面５１ａが、照明光の透過面と表示光の内部反射面とを兼ねることにより、第１の面と第２の面とを兼ねるような構成としてもよい。
【００８４】
また、上記の説明では、導光手段の断面形状が四辺形の場合について説明したが、デバイス面６０ｄ以上の面積を照明できれば、導光手段の断面形状は四辺形に限定されない。例えば、四辺形以外の多角形や、円形、楕円形などとしてもよい。
【００８５】
また、上記の第１および第２の実施形態の説明では、射出口と第１の面との間にわずかの空気層が設けられている例で説明したが、第１の面の裏面側を、全反射を利用した内部反射面として利用しない場合（第２の実施形態）には、空気層を設けなくてもよい。
また、第１の実施形態のように第２の面と兼用するために全反射を利用した内部反射面として利用する場合でも、全反射条件が損なわれない場合には、空気層を設けなくてもよい。例えば、中密の光学ロッドの屈折率がプリズムの屈折率よりも小さい場合や、空気層の代わりに、プリズムの屈折率よりも小さい屈折率の接着層を設ける場合や、透過光が入射する領域と非表示光の内部反射される領域がずれている場合などを挙げることができる。
また、第２の実施形態のように光分離プリズム１５Ａと光路調整プリズム１５Ｂとの間に空気層を設けて全反射を利用した内部反射面を利用する場合も、上記と同様に、全反射条件が損なわれない場合には空気層を設けなくてもよい。
【００８６】
また、上記の説明では、反射型変調デバイスとして、ＤＭＤを用いた例で説明したが、反射型変調デバイスはＤＭＤに限定されるものではない。例えば、反射型液晶デバイスが挙げられる。このような反射型変調デバイスを採用する場合には、第２の面にＰＢＳ、第２の面と反射型変調デバイスとの間に１／４波長板を配することにより、照明光と変調光との光路を分離することができる。
【００８７】
また、上記の開示された構成は、各実施形態の構成に限定されるものではなく、実施可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタの概略構成について説明するための模式的な正面説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタの主要部について説明するための斜視説明図である。
【図３】図１の一部を拡大した正面視の部分拡大図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタに用いる光学装置の分解斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の光学装置の導光手段の射出口の形状と照明光の照明領域の関係について説明するための模式説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例の画像変調装置の概略構成について説明するための斜視説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタの作用を説明するための模式的な光路説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るプロジェクタの概略構成について説明するための模式的な正面説明図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るプロジェクタに用いる画像変調装置の概略構成について説明するための斜視説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るプロジェクタの概略構成について説明するための模式的な正面の部分断面図である。
【図１１】本発明の実施形態の変形例に係るプロジェクタの概略構成について説明するための模式的な正面説明図である。
【図１２】本発明の実施形態の他の変形例に係るプロジェクタの概略構成について説明するための模式的な正面説明図である。
【図１３】従来の技術に係る投影装置について説明するための模式的な構成図である。
【図１４】従来の技術に係る他の投影装置について説明するための模式的な構成図である。
【符号の説明】
【００８９】
１３  投影レンズ（投影光学手段）
１４、１５Ａ  光分離プリズム（分離手段）
１４ａ  第１面（第１の面と第２の面と兼ねる面）
１４ｂ  第２面（第３の面）
１４ｃ  第３面（第４の面）
１５Ｂ  光路調整プリズム
１５ａ  第１面（第１の面）
１５ｂ  第２面（第２の面）
１５ｃ  第３面（第３の面）
１６、１６０  導光ロッド（導光手段）
１６Ａ  テーパロッド部
１６Ｂ  平行ロッド部
１７  入射口
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ  内部反射面（反射面）
１８  射出口
２２  スクリーン
２４  法線（デバイス面の法線）
２８  照明光
２９ａ、２９ｂ  表示光
３０ａ、３０ｂ  非表示光
３１ａ  照明光主光線（照明光）
３１ｂ、３１ｃ  照明光従属光線（照明光）
３２ａ、３３ａ  表示光主光線（表示光）
３２ｂ、３２ｃ、３３ｂ、３３ｃ  表示光従属光線（表示光）
４０  固定台（保持手段）
４３  固定部材（保持手段）
５０  中空ロッド（導光手段）
５０ａ  ミラー面（反射面）
５１  光学板（分離手段）
５２  光学板
６０  変調デバイス（反射型画像変調デバイス）
６０ｄ  デバイス面
６１  光源（光源手段）
６２、６３  光源部（光源手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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