(57)【要約】【課題】ＯＦＦ光や微小ミラー素子付近の平面部での反射光などのコントラスト低下要因となる光が投写光学系に入射されることを防止し得るプリズム部を備えた、高コントラストなプロジェクタ用光学系およびこれを用いたプロジェクタ装置を得る。またこれらの光利用効率向上とコンパクト化を図る。【解決手段】プリズム部２の第２のエアギャップ層２２は、照明光をライトバルブ３に向かうように全反射させ、ＯＮ光を透過させるように設定され、第１のエアギャップ層２１は、ＯＮ光を透過させ、ＯＦＦ光と平面光とを全反射させるように設定されている。また、条件式（１）２度＜Ａ＜４０度（Ａ：照明光、ＯＦＦ光および平面光が、ＯＮ光に対してなす各空気中角度のうち、最も小となるもの）、条件式（２）１．６≦Ｎ≦１．８（Ｎ：エアギャップ層２１およびエアギャップ層２２を形成するための、プリズム２３、２４、２５の屈折率）を満足する。【選択図】          図１
2006119376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、この光源から出射された照明光を第１と第２の方向のうちいずれかの方向に択一的に偏向し前記照明光の変調を行うライトバルブと、投写光を所定の投写面上に投写する投写光学系と、前記照明光を前記ライトバルブに導くとともに前記ライトバルブで変調され前記第１の方向に偏向された前記照明光を前記投写光として前記投写光学系に導くプリズム部とを備え、
前記プリズム部は少なくとも３つのプリズム部材よりなり、これらのプリズム部材の対向する面同士により該プリズム部内部に前記ライトバルブ側から順に第１の空気間隔と第２の空気間隔の、少なくとも２つの微小な空気間隔が形成されたプロジェクタ用光学系において、
前記第２の空気間隔は、前記照明光を前記ライトバルブに向かうように全反射させ、前記第１の方向に偏向された光を透過させるように設定され、
前記第１の空気間隔は、前記第１の方向に偏向された光を透過させ、前記第２の方向に偏向された光を全反射させ、さらに、前記ライトバルブ近傍に位置しライトバルブ面に平行となる平面部で反射された前記照明光をも全反射させるように設定されたことを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項２】
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ用光学系。
２度＜Ａ＜４０度  ・・・（１）
ただし、
Ａ：照明光、第２の方向へ偏向された光、および平面部で反射された照明光が、第１の方向へ偏向された光に対してなす各空気中角度のうち、最も小となるもの
【請求項３】
前記第１の空気間隔および前記第２の空気間隔を形成するための前記少なくとも３つのプリズム部材が全て同一の材料で構成され、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ用光学系。
１．６≦Ｎ≦１．８  ・・・（２）
ただし、
Ｎ：前記第１の空気間隔および前記第２の空気間隔を形成するための、各プリズム部材の屈折率
【請求項４】
前記第１の空気間隔および前記第２の空気間隔を形成するための前記少なくとも３つのプリズム部材が、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ用光学系。
１．６≦Ｎ≦１．８  ・・・（２）
ただし、
Ｎ：前記第１の空気間隔および前記第２の空気間隔を形成するための、各プリズム部材の屈折率
【請求項５】
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項４記載のプロジェクタ用光学系。
２度＜Ａ＜４０度  ・・・（１）
ただし、
Ａ：照明光、第２の方向へ偏向された光、および平面部で反射された照明光が、第１の方向へ偏向された光に対してなす各空気中角度のうち、最も小となるもの
【請求項６】
前記第１の空気間隔および前記第２の空気間隔を形成するための前記少なくとも３つのプリズム部材が全て同一の材料で構成されていることを特徴とする請求項４記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項７】
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載のプロジェクタ用光学系。
５度＜Ａ＜３０度・・・・・・・・・・（３）
【請求項８】
前記投写光学系が縮小倍率側に略テレセントリックな光学系であることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項９】
前記ライトバルブが、画像の各画素と対応するように光反射方向可変な微小ミラーが一平面内で規則的に配列され、これら各微小ミラーが、入力される映像信号に応じて回転角の互いに異なる２つの状態をとることにより、前記照明光を前記第１と前記第２の方向のうちいずれかの方向に択一的に偏向して前記照明光の変調を行う微小ミラー素子で構成されていることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項１０】
前記微小ミラー素子において前記微小ミラーが一平面内で規則的に配列された光反射面は矩形形状とされ、前記各微小ミラーの、前記回転角の互いに異なる２つの状態における２つの法線により仮想的に形成される面が、前記光反射面の前記矩形のいずれかの対向する２辺に対して平行な面となるように構成されていることを特徴とする請求項９記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項１１】
前記微小ミラー素子の法線に対し、前記各微小ミラーの法線は、該微小ミラーが前記回転角の互いに異なる２つの状態のいずれの状態にあっても、同一方向に存在することを特徴とする請求項９または１０記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちいずれか１項記載のプロジェクタ用光学系を備えたことを特徴とするプロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライトバルブにより変調された照明光をスクリーン上に拡大投写するプロジェクタ用光学系およびこれを用いたプロジェクタ装置に関し、特に、ライトバルブとして、映像信号に応じて照射光の反射方向を変化させ、信号光のみを投写光学系方向に反射させ得る光反射方向可変な微小ミラーを備えた微小ミラー素子を搭載してなる場合に好適なプロジェクタ用光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタ市場は、パソコンの普及によるプレゼンテーション向けや、ＤＶＤなどの映像を大画面で楽しみたいとの要望から、大きく拡大してきている。プロジェクタ用光学系ではその用途から、例えばプレゼンテーションや映画などで画像表現効果を高めるためにも、投写画面のコントラストを向上させることが重要な課題となる。
【０００３】
コントラストを向上させるためには、照明光を無駄なくライトバルブに照射しライトバルブで変調された光のうちの投写光を無駄なく投写光学系を介して投写させ、明るさを高めるとともに、投写光以外の光が投写光学系に入射して投写されることを防止し、暗さを確保することが求められる。
【０００４】
ところで、プロジェクタ用光学系のライトバルブとしては、画素数を飛躍的に増大させ高精細画像の要求に応え得る素子として、例えば、テキサス・インスツルメント社製のデジタルマイクロミラーデバイスのような、微小ミラー素子が知られている。
【０００５】
微小ミラー素子は、傾きを変えることができる高反射率の矩形形状の微小な鏡（以下、微小ミラーと称する）を、ＣＭＯＳ半導体技術を用いてシリコンメモリチップ上に多数形成してなる。これら微小ミラーはすべて独立してデジタル制御することができるため、各微小ミラーが各々映像中の１画素に対応することとなる。この微小ミラー素子を用いたプロジェクタ用光学系では、各微小ミラーの傾きを制御することにより、光源からの光の反射方向を制御し、所望の反射光のみをスクリーン上に集束させて所望の映像の投写を可能としている。
【０００６】
以下、微小ミラー素子について、上記デジタルマイクロミラーデバイス(以下、ＤＭＤと称する)を例として簡略に説明する。
【０００７】
図１１はＤＭＤの構成を模式的に示す図である。ＤＭＤ３０は、図１１（Ａ）に示すとおり、略平板状の素子であり、基板上に、いずれも同様の構成とされた極めて多数の微小ミラーが一平面内で規則的に配列された光反射面３１（以下、ＤＭＤの光反射面を「ＤＭＤ面」と称することがある）を備えてなる。ＤＭＤでは、例えば２０mm×３５mmサイズの基板上に２３０万個の、矩形形状をなすアルミニウムの鏡からなる微小ミラーを縦横に配列することが可能となっている。また、光反射面３１の外周部はフレーム部分３２である。
【０００８】
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す光反射面３１の一部分３４を拡大して示すものである。なお、図１１（ａ）において部分３４は、便宜上、拡大して示されている。図１１（ｂ）に示すように、この光反射面３１は、矩形形状の微小ミラー３３を縦横に配列されてなる。図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）に示すＤＭＤ一部拡大図のＡＢ線断面図である。図１１（ｃ）に示すように、各微小ミラー３３は、各微小ミラー３３による反射方向を各々独立して２方向に切り替え得るように構成されている。この反射方向の切替は、各微小ミラー３３を画素としてＤＭＤ３０に入力される映像信号のＯＮ／ＯＦＦ制御により行われるようになっている。
【０００９】
ＤＭＤ３０では、各微小ミラー３３の傾きは、信号によりＤＭＤ面に対しプラスマイナスの方向に変えることができるように設定されている。図１１（ｃ）では、±約１２°の範囲で傾きを変える例を示している。図１１（ｃ）には、映像信号がＯＮのときの各微小ミラー３３の傾き(ＯＮ状態のミラー素子３３ａ)と、映像信号がＯＦＦのときの各微小ミラー３３の傾き(ＯＦＦ状態のミラー素子３３ｂ)とを示し、ＤＭＤ面全体の法線ｎ３０および、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態における各微小ミラー３３ａ、３３ｂの法線ｎ３３ａ、ｎ３３ｂを示す。
【００１０】
ＯＮ状態の微小ミラー３３ａで反射された光（以下、この反射光を「ＯＮ光」と称する）と、ＯＦＦ状態の微小ミラー３３ｂで反射された光（以下、この反射光を「ＯＦＦ光」と称する）とは、図１２に示すように、互いに異なる方向に出射され、例えばプロジェクタ用光学系のプリズム７３に入射されても異なる方向に進む。図１２において、任意の１つの微小ミラーに入射する照明光の幅を点線で示し、その微小ミラーがＯＮ状態の場合に反射されるＯＮ光の幅を実線で示し、その微小ミラーがＯＦＦ状態の場合に反射されるＯＦＦ光の幅を二点鎖線で示す。また、図１２には併せて平面光を長破線で示しているが、これについては後述する。
【００１１】
ＤＭＤ３０に対応したプロジェクタ用光学系の基本的構成としては、図１３（ａ）にＯＮ光の進行の様子を示すように、プリズム部内部にエアギャップ層７１を形成して照明光とＯＮ光とを偏向分離し、ＯＮ光を投写光学系４によりスクリーン上に投写するものが知られている。プリズム部７０は２つのプリズム７３、７４からなり、エアギャップ層７１を内在しており、紙面左側から入射された照明光はエアギャップ層７１により全反射されてＤＭＤ３０に入射される。ＤＭＤ３０のＯＮ状態の各素子に入射された照明光は、中心光束がＤＭＤ面の法線と略平行となる方向へ反射され、投写光学系４によりスクリーン上に投写される。
【００１２】
本発明の背景技術となる下記特許文献１のＦｉｇ．３および特許文献２記載のものでは、さらに進んで、微小ミラー素子からの反射光がＯＮ光とＯＦＦ光とで異なる方向に出射されることを利用し、これらを偏向分離する手法が提案されている。図１３（ｂ）は、ＤＭＤ３の各微小ミラーがＯＦＦ状態である場合の光の進行の様子を示しているが、このようなプリズムではＯＦＦ光の一部が投写光学系４に入射してしまっている。これに対し、特許文献１のＦｉｇ．３および特許文献２記載のものでは、プリズム部内部に２面のエアギャップ層を設けて、一方のエアギャップ層で照明光と投写光とを偏光分離するとともに、他方のエアギャップ層でＯＮ光とＯＦＦ光とを偏向分離している。これにより、ＯＮ光が投写光学系方向に出射されるとともに、ＯＦＦ光が投写光学系に入射してしまうことを図１３(ｂ)記載のものよりも確実に防止し、投写画面のコントラスト向上を図ろうとしている。
【００１３】
下記特許文献３および特許文献４記載のものでは、上述のものと同様にプリズム部内部に２面のエアギャップ層を設けているが、エアギャップ層の配置を変えることにより、コントラスト向上とともにプリズムの小型化を図っている。特許文献１および特許文献２記載のものでは、微小ミラー素子に近い方のエアギャップ層で照明光を全反射し、遠い方のエアギャップ層でＯＦＦ光を全反射する構成となっていたので、特に照明光とＯＮ光の光路設定のためにプリズム部が大型化してしまったが、特許文献３および特許文献４記載のものでは、微小ミラー素子に遠い方のエアギャップ層で照明光を全反射し、近い方のエアギャップ層でＯＦＦ光を全反射する構成として、コンパクト化を図っている。ただし、特許文献４記載のものは、投写光の一部がプリズムのエッジを透過することになり、投写画像の解像感への悪影響が懸念される。
【００１４】
下記特許文献５記載のものでは、微小ミラー素子に近い方のエアギャップ層で照明光を全反射し、遠い方のエアギャップ層でＯＦＦ光を全反射しているのでプリズム部の大型化は避けられないが、特許文献１〜特許文献４にはない視点として微小ミラー素子付近に存在する平面部での反射光に対する対処がなされており、コントラスト向上の効果がこれらよりも高い。
【００１５】
上記平面部での反射光は、ＯＦＦ光の投写光学系への入射を防止するだけでなく、より高コントラストとする要請に応えるべく注目されたものである。例えば、微小ミラー部分での回折や乱反射による光や、微小ミラー以外のところで反射された光が、投写画面に入射してしまうとコントラスト低下要因となる。特に、微小ミラー素子付近に配された微小ミラー素子の光反射面と平行な面での反射光は、これらの有害光に占める割合も高く、高コントラスト達成の妨げとなっていた。
【００１６】
上記「微小ミラー素子付近に配された微小ミラー素子の光反射面と平行な面」とは、具体的には例えば、微小ミラー素子のフレーム部分や、微小ミラー素子のプリズム部側に配されるカバーガラスや、さらには微小ミラー素子と対向する側のプリズム端面などである。上記フレーム部分とは、図１１で示すならば、光反射面３１の外周部であるＤＭＤ３０のフレーム部分３２であり、通常、照明光は光反射面３１よりも余裕を持って広いエリアに照射されるため、フレーム部分３２での反射光がどうしても生じてしまう。さらに、このフレーム部分３２は、材質的に反射率が高い場合もあり有害光を生じやすい。また、微小ミラー素子と対向する側のプリズム端面には一般に反射防止コートが施されているが、それでもある程度の反射光は生じてしまう。
【００１７】
ＤＭＤを例とすれば、ＤＭＤ付近に配されたＤＭＤ面と平行な面での反射光は、図１２に平面光として示すように、ＯＮ光とＯＦＦ光との中間に位置する、いわば第３の方向への反射光となる。また、図１４は、図１３に示したプロジェクタ用光学系において、仮にＤＭＤ３０の位置にＤＭＤ面に一致するような平面３５が配置された場合の、反射光の進行の様子を示している。図示されるように、この平面３５からの反射光の一部には、直接またはプリズム部７０の別の端面で再反射された後、投写光学系４に入射されるものがある。これらの反射光が最終的に投写光学系４に入射されると、スクリーンエリア内やスクリーン近辺での有害光となり画像に悪影響を与えたり、画像のコントラスト低下や、フルオフ状態でも明るさが残るというような問題の原因となるおそれがある。
【００１８】
【特許文献１】米国特許５６０４６２４号公報
【特許文献２】特許第３０９０１３９号公報
【特許文献３】特開２００１−１６６２５５号公報
【特許文献４】特開２００１−１８８１１１号公報
【特許文献５】特開２００３−２１５４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述した従来例のプロジェクタ用光学系の延長としては、有害光が投写光学系に入射することを防止し高コントラスト化を図り、かつプリズム部は小型に構成されたプロジェクタ用光学系が要望されるところである。
【００２０】
本発明では、それに加え、コントラスト向上のために、照明光を無駄なくライトバルブに照射し、ライトバルブで変調された光のうちの投写光を無駄なく投写光学系を介して投写させる、ということの重要性に着目するとともに、プリズム部の小型化についてもさらに検討した。
【００２１】
実際のプリズム部内部のエアギャップ層では、光がプリズム端面から出射される際と対向するプリズム端面に入射される際に、一部の光は透過されずに反射され、光量損失につながっている場合があるからである。特に、本来透過されるべき光でプリズム端面への入射角が全反射角（臨界角）より小となるように設定されていても、全反射角に近ければ近いほど反射される光量が多くなってしまう。この光量損失の問題は、上記いずれの従来例にも考慮されていないが、２面のエアギャップ層を備えたプリズム部では１面のものに比べ、透過光の損失が非常に大きくなることが懸念される。
【００２２】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、コンパクトな構成でありながら、ＯＦＦ光や平面部反射光などのコントラスト低下要因の光が投写光学系に入射されることを防止するプロジェクタ用光学系およびこれを用いたプロジェクタ装置を提供することを目的とするものである。また、照明光および投写光の光量損失を低減し、プリズム部の小型化を図り、明るくコントラストの良い、装置小型化に適したプロジェクタ用光学系およびこれを用いたプロジェクタ装置を提供することをも目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に係る第１のプロジェクタ用光学系は、光源と、この光源から出射された照明光を第１と第２の方向のうちいずれかの方向に択一的に偏向し前記照明光の変調を行うライトバルブと、投写光を所定の投写面上に投写する投写光学系と、前記照明光を前記ライトバルブに導くとともに前記ライトバルブで変調され前記第１の方向に偏向された前記照明光を前記投写光として前記投写光学系に導くプリズム部とを備え、
前記プリズム部は少なくとも３つのプリズム部材よりなり、これらのプリズム部材の対向する面同士により該プリズム部内部に前記ライトバルブ側から順に第１の空気間隔と第２の空気間隔の、少なくとも２つの微小な空気間隔が形成されたプロジェクタ用光学系において、
前記第２の空気間隔は、前記照明光を前記ライトバルブに向かうように全反射させ、前記第１の方向に偏向された光を透過させるように設定され、
前記第１の空気間隔は、前記第１の方向に偏向された光を透過させ、前記第２の方向に偏向された光を全反射させ、さらに、前記ライトバルブ近傍に位置しライトバルブ面に平行となる平面部で反射された前記照明光をも全反射させるように設定されたことを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明に係る第２のプロジェクタ用光学系は、本発明に係る第１のプロジェクタ用光学系において、以下の条件式（１）を満足することを特徴とするものである。
【００２５】
２度＜Ａ＜４０度  ・・・（１）
ただし、
Ａ：照明光、第２の方向へ偏向された光、および平面部で反射された照明光が、第１の方向へ偏向された光に対してなす各空気中角度のうち、最も小となるもの
【００２６】
さらに、前記第１の空気間隔および前記第２の空気間隔を形成するための前記少なくとも３つのプリズム部材が全て同一の材料で構成され、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
【００２７】
１．６≦Ｎ≦１．８  ・・・（２）
ただし、
Ｎ：前記第１の空気間隔および前記第２の空気間隔を形成するための、各プリズム部材の屈折率
【００２８】
また、本発明に係る第３のプロジェクタ用光学系は、本発明に係る第１のプロジェクタ用光学系において、前記第１の空気間隔および前記第２の空気間隔を形成するための前記少なくとも３つのプリズム部材が以下の条件式（２）を満足することを特徴とするものである。
【００２９】
１．６≦Ｎ≦１．８  ・・・（２）
ただし、
Ｎ：前記第１の空気間隔および前記第２の空気間隔を形成するための、各プリズム部材の屈折率
【００３０】
さらに、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
【００３１】
２度＜Ａ＜４０度  ・・・（１）
ただし、
Ａ：照明光、第２の方向へ偏向された光、および平面部で反射された照明光が、第１の方向へ偏向された光に対してなす各空気中角度のうち、最も小となるもの
【００３２】
さらに、前記第１の空気間隔および前記第２の空気間隔を形成するための前記少なくとも３つのプリズム部材が全て同一の材料で構成されていることがより好ましい。
【００３３】
また、本発明に係る第１〜第３のプロジェクタ用光学系は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
【００３４】
５度＜Ａ＜３０度・・・・・・・・・・（３）
【００３５】
また、前記投写光学系が縮小倍率側に略テレセントリックな光学系であることが好ましい。
【００３６】
また、前記ライトバルブが、画像の各画素と対応するように光反射方向可変な微小ミラーが一平面内で規則的に配列され、これら各微小ミラーが、入力される映像信号に応じて回転角の互いに異なる２つの状態をとることにより、前記照明光を前記第１と前記第２の方向のうちいずれかの方向に択一的に偏向して前記照明光の変調を行う微小ミラー素子で構成されていることが好ましい。
【００３７】
また、前記微小ミラー素子において前記微小ミラーが一平面内で規則的に配列された光反射面は矩形形状とされ、前記各微小ミラーの、前記回転角の互いに異なる２つの状態における２つの法線により仮想的に形成される面が、前記光反射面の前記矩形のいずれかの対向する２辺に対して平行な面となるように構成されていることが好ましい。
【００３８】
また、前記微小ミラー素子の法線に対し、前記各微小ミラーの法線は、該微小ミラーが前記回転角の互いに異なる２つの状態のいずれの状態にあっても、同一方向に存在することが好ましい。
【００３９】
本発明に係るプロジェクタ装置は、上記いずれかのプロジェクタ用光学系を備えたことを特徴とするものである。
【００４０】
なお、上記「ライトバルブ面」とは、ライトバルブが照明光の変調を行う略平面状の面を意味している。また、上記「ライトバルブ近傍に位置しライトバルブ面に平行となる平面部」とは、例えばライトバルブのフレーム部分や、ライトバルブのカバーガラスや、さらにはライトバルブと対向する側のプリズム端面などの面のことを意味している。また、上記「微小ミラー素子の法線」とは、微小ミラー素子の光反射面に対する法線を意味するものである。
【発明の効果】
【００４１】
本発明のプロジェクタ用光学系およびこれを用いたプロジェクタ装置によれば、プリズム部内部の少なくとも２つの空気間隔により、コンパクトな構成でありながら、ＯＦＦ光や平面部反射光などのコントラスト低下要因となる光が投写光学系に入射されることを防止することができる。
【００４２】
さらに、特性が異なる種々のライトバルブに対しても、ライトバルブに対して入射された照明光がそれぞれどのような角度で投写光や不要光として反射されるか、という視点を持つことにより、空気間隔における透過光の透過率を高めるように構成し、高光利用効率と高コントラストを達成し、また、プリズムの屈折率を規定することにより光学設計上合理的な範囲で、コンパクトな構成と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】
【００４３】
以下、本発明にかかるプロジェクタ用光学系およびこれを用いたプロジェクタ装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るプロジェクタ用光学系の主要部を示す図である。また、図２は本発明に係るプロジェクタ装置の一構成例を示す図である。
【００４４】
図２に示すようにこのプロジェクタ装置は、本発明のプロジェクタ用光学系を備えてなり、光照射系１と、第１と第２の２つのエアギャップ層(空気間隔)２１、２２を内在するプリズム部２と、ライトバルブ３と、複数のレンズよりなる投写光学系４とを備えてなる。また、図２においてプリズム部２とライトバルブ３との間に配されているのは、ライトバルブ３のカバーガラス５である。
【００４５】
上記光照射系１は、光源１１と、コンデンサレンズ１２ａ〜１２ｄと、ミラー１３ａ、１３ｂと、カラーホイール１４と、ロッドインテグレータ１５とを備えてなる。光源１１からの照明光（白色光）はカラーホイール１４で赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の三色に時系列的に色分解され、ロッドインテグレータ１５で光量分布の均一化を図られるとともに、コンデンサレンズ１２ａ〜１２ｄで集光され、ミラー１３ａ、１３ｂで反射されるようになっている。
【００４６】
プリズム部２については後述することとし、プロジェクタ装置の概略について説明すると、光照射系１から入射された照明光はプリズム部２の内部のエアギャップ層２２により反射されてライトバルブ３に入射され、ライトバルブ３において変調された後、再びプリズム部２に入射され、エアギャップ層２１の作用により偏向分離されて、所定の光のみが投写光学系４に入射されてスクリーン（図示せず）上に投写されるようになっている。
【００４７】
ライトバルブ３は、微小ミラー素子とされている。微小ミラー素子は、画像の各画素と対応するように光反射方向可変な微小ミラーが一平面内で規則的に多数配列され、これら各微小ミラーが、入力される映像信号のＯＮ／ＯＦＦ制御に応じて回転角の互いに異なる２つの状態のうちいずれかの状態をとることにより、照明光を第１と第２の方向のうちいずれかの方向に択一的に反射偏向して、照明光の変調を行う素子である。このような微小ミラー素子の一例としては、テキサス・インスツルメント社製のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）がある。
【００４８】
なお、以下の説明では、各微小ミラーの２つの状態のうち、ＯＮ信号に応じた状態をＯＮ状態、ＯＦＦ信号に応じた状態をＯＦＦ状態と称し、照明光のうち、ＯＮ状態のミラー素子により反射された光（以下、この反射光を「ＯＮ光」と称する）の方向を第１の方向、ＯＦＦ状態のミラー素子により反射された光（以下、この反射光を「ＯＦＦ光」と称する）の方向を第２の方向とする。
【００４９】
ライトバルブ３の各微小ミラーからの反射光のうち、信号光となるＯＮ光が、投写光としてプリズム部２を透過された後、投写光学系４によりスクリーン上に投写されるようになっている。投写光学系４は縮小倍率側に、すなわちライトバルブ側に、略テレセントリックな光学系とされていることが、投写画面上での照度分布や色度分布を良好とする上で好ましい。なお、図２のプロジェクタ装置では、微小ミラー素子の各微小ミラーに送られる映像信号を前述のカラーホイールによる各色の時系列分解と対応するように制御することにより、カラー画像の投写が可能となる。
【００５０】
ここで、図１〜図３を用いてプリズム部２について説明する。図３（ａ）はこのプロジェクタ用光学系における最周辺部の照明光およびＯＮ光の進行の様子を模式的に示す図であり、図３（ｂ）はこのプロジェクタ用光学系における最周辺部の照明光、ＯＦＦ光および平面光の進行の様子を模式的に示す図である。平面光については後述するが、図１、図３において、便宜上、照明光を点線、ＯＮ光を実線、ＯＦＦ光および平面光を二点鎖線で表している。
【００５１】
図示されるように、光照射系１、プリズム部２およびライトバルブ３等の各部材は、ＯＮ光の中心光束がライトバルブ面の法線と平行となるように配置される。「ライトバルブ面の法線」とは、ライトバルブが照明光の変調を行う略平面状の面に対する法線を意味するものであり、微小ミラー素子においては、各微小ミラーが規則的に配列された平面（微小ミラー素子の光反射面）に対する法線を意味するものである。投写光学系４が偏心系とされていない限り、ＯＮ光の中心光束は投写光学系４の光軸とも略一致する。ＯＦＦ光は、その中心光束がＯＮ光の中心光束に対して照明光の入射方向とは反対側に所定角度をなすものとなる。
【００５２】
プリズム部２は、照明光がプリズム部２に入射する入射面を有する入射側プリズム２３、ライトバルブ３に対向する面を有するライトバルブ側プリズム２４、投写光を投写光学系４に向けて出射する出射面を有する出射側プリズム２５の、３つの多面体プリズム部材からなる。
【００５３】
これらのプリズム２３〜２５の対向する面同士によりプリズム部２の内部には、ライトバルブ側から順に第１のエアギャップ層２１と第２のエアギャップ層２２の、２つの微小な空気間隔が形成されている。エアギャップ層２１、２２は、２つのプリズム２３、２４ならびに２つのプリズム２３、２５の間の薄い空気層であり、プリズム内を進行してきた光はエアギャップ層２１、２２に面したプリズム端面への入射角に応じて、反射または透過されることになる。
【００５４】
本発明のプロジェクタ用光学系では、プリズム部２への照明光への入射角度およびエアギャップ層２１、２２のライトバルブ光軸に対する角度は、ライトバルブ３の微小ミラーの回転方向および回転角度を考慮のうえ、光が以下のとおり進行するように設定されている。
【００５５】
すなわち、光の進行順に説明すれば、プリズム部２に入射した照明光は、まず第２のエアギャップ層２２に面したプリズム２３のプリズム面において、ライトバルブ３に向かうように全反射され、ついで第１のエアギャップ層２１を透過してライトバルブ３に対しライトバルブ面の法線と所定角度をなす方向からこれを照射する。
【００５６】
ライトバルブ３では、照明光の大部分は、各微小ミラーの状態に応じてＯＮ光(投写光)またはＯＦＦ光として反射され、ＯＮ光はまず第１のエアギャップ層２１を、次いで第２のエアギャップ層２２を透過して投写光学系４に向けてプリズム部２から出射される。ＯＦＦ光は、第１のエアギャップ層２１で全反射され、ＯＮ光とは異なるプリズム面を介してプリズム部２から出射される。
【００５７】
各光をこのように透過または反射させる第１および第２のエアギャップを備えたプリズム部２の構成は、プリズム部２のコンパクト化に適している。また、ＯＦＦ光が投写光学系４に入射させないようにできるので、この光による投写画面上でのゴースト形成や、コントラスト低下を防止することができる。また、ＯＦＦ光はＯＮ光と同程度の強度を有する光であるから、投写光学系４の温度上昇を招くおそれがあり、性能を劣化させないためには投写光学系４のレンズや枠部材の材料にも制限が生じてしまう。ＯＦＦ光を極力、投写光学系４レンズに入射させないことは、以前からの要請であった。
【００５８】
なお、図１には、任意の１つのミラー素子に入射する照明光の幅を点線で示し、そのミラー素子がＯＮ状態の場合に反射されるＯＮ光の幅を実線で示し、そのミラー素子がＯＦＦ状態の場合に反射されるＯＦＦ光の幅を二点鎖線で示す。ただし、各光の幅（広がり角）やその入射角、出射角は模式的なものであるとともに、図１において二点鎖線の範囲は、後述するような、そのミラー素子の位置が仮想的に平面状態であった場合に発生する反射光（平面光）の幅を含んでいる。一般にＯＮ光の中心光束はライトバルブ面の法線と略平行となるが、照明光、ＯＦＦ光および平面光のライトバルブ法線に対する入射角または出射角は、ライトバルブ３の特性により異なってくるので、図１は模式的な記載としている。ＯＦＦ光と平面光とはいずれも、ＯＮ光を挟むように照明光と逆の側に出射されるものであるが、ライトバルブ３の特性により反射方向を特定することができないので、図１では両者を区別せずに二点鎖線で示している。なお、微小ミラー素子による反射光のうちＯＦＦ光と平面光とは、各々互いに重なり合う部分を有している場合もある。
【００５９】
ところで、ライトバルブ３に照射される照明光の大部分はＯＮ光またはＯＦＦ光として微小ミラーによって反射されるが、前述のとおり、残りの照明光の中にはライトバルブ近傍に位置しライトバルブ面に平行となる平面部で反射される光（以下、明細書の文中または図面で「平面部反射光」または「平面光」と称することがある）が存在する。前述のとおり、「ライトバルブ近傍に位置しライトバルブ面に平行となる平面部」とは、例えばライトバルブ３のフレーム部分や、ライトバルブ３のプリズム側に配されるカバーガラス５や、さらにはライトバルブ３と対向する側のプリズム端面などの面のことを意味している。また、微小ミラー素子では、各微小ミラーはＯＮ／ＯＦＦ信号によりＯＮ状態とＯＦＦ状態での傾きをとるようになっているので、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との切替時には各微小ミラーも瞬間的にこのような平面の状態となる。
【００６０】
これらの平面からの反射光はＯＦＦ光に比べれば強度は弱いが、それでも、投写画面に入射してしまうと、スクリーンエリア内やスクリーン近辺での有害光となり画像に悪影響を与えたり、画像のコントラスト低下や、フルオフ状態でも明るさが残るというような問題の原因となる。微小ミラー素子では、フレーム部分に金属が用いられている場合にはマスクを施すなど、ある程度の平面部反射光防止対策が採られている場合もある。しかしながら、高コントラストの要請が高まるにつれ、例えばカバーガラスからのＯＮ光の１％以下の平面部反射光でも、その影響が問題となる場合が生じている。
【００６１】
そこで、本発明のプロジェクタ用光学系では、図３（ｂ）に示すとおり、第１のエアギャップ層２１でこの平面光をも全反射し、平面光に起因する投写画面でのコントラスト低下をも防止し得るように構成している。なお、図３（ｂ）は、ＯＦＦ光の進行の様子とともに、仮にライトバルブ３の位置にライトバルブ面に一致するような平面が配されていた場合の、最周辺部の反射光の進行の様子を示すものである。図１に関して説明したとおり、ライトバルブ３の特性によってＯＦＦ光と平面光との光路が異なってくるので、これらを区別せずに二点鎖線により模式的に示すにとどめている。
【００６２】
このように、本発明のプロジェクタ用光学系では、図３に示すとおり、第２のエアギャップ層２２は、照明光をライトバルブ３に向かうように全反射させ、ＯＮ光を透過させるように設定され、第１のエアギャップ層２１は、ＯＮ光を透過させ、ＯＦＦ光を全反射させ、さらに、平面光をも全反射させるように設定されているので、プリズム部２をコンパクトに構成しながら、投写画面でのコントラストを向上させることができる。
【００６３】
さらに、上述したプロジェクタ用光学系では、以下の条件式（１）を満足することにより、プリズム部２での照明光およびＯＮ光の光利用効率を高め、高コントラストなプロジェクタ用光学系とすることができる。
【００６４】
２度＜Ａ＜４０度  ・・・（１）
ただし、
Ａ：照明光、第２の方向へ偏向された光（ＯＦＦ光）、および平面部で反射された照明光（平面光）が、第１の方向へ偏向された光（ＯＮ光）に対してなす各空気中角度のうち、最も小となるもの
【００６５】
上記条件式（１）は、プリズム部２のエアギャップ層２１、２２で、本来透過されるべき光でも、プリズム端面への入射角によっては一部の光が反射される場合があることに配慮し、角度Ａの数値範囲を設定することにより、エアギャップ層２１、２２での透過効率を高め、このプロジェクタ用光学系の光利用効率を高めるものである。
【００６６】
なお、図１では、ライトバルブ３の近傍で、照明光とＯＮ光のなす空気中角度が最も小となっている場合の、角度Ａを例示している。ライトバルブ３の近傍で、ＯＦＦ光または平面光がＯＮ光に対してなす空気中角度が最も小となる構成の場合には、角度Ａは図１とは異なり、ライトバルブ３の近傍で、ＯＦＦ光または平面光がＯＮ光に対してなす空気中角度となる。一般には、ライトバルブ３のライトバルブ面、プリズム部２のライトバルブ側のプリズム端面、ライトバルブ３とプリズム部２との間に配されるカバーガラスの両面は略平行に設定されるため、照明光、ＯＦＦ光、および平面光が、ＯＮ光に対してなす各空気中角度は、ライトバルブ３からプリズム部２までの間でそれぞれ一定値のまま各光が進行することになる。
【００６７】
図４は、一般的な１つのエアギャップ層での光透過率を示すもので、横軸に、エアギャップ層（空気間隔）に対して透過光が出射されたプリズム端面からの、透過光の出射角度（空気中角度）を示し、また、縦軸には、そのエアギャップ層での透過率を示している。ここで透過率は、エアギャップ層に対して透過光が出射される出射側プリズム端面とエアギャップ層から透過光が入射される入射側プリズム端面の、２面を透過する透過率とされている。エアギャップ層を形成する出射側プリズム端面に臨界角で入射した光は屈折角（空気中角度）が９０度となり、プリズムから透過光が出射されないことになる。
【００６８】
図４に示すとおり、エアギャップ層での透過光の透過率は、空気中角度が４０度程度より大きくなると徐々に低下し、約７０度を超えると著しく低下して、反射される光量が増加していく。これは、エアギャップ層を形成する出射側プリズム端面で、入射角度によってはプリズム内部に反射されてしまう光が生じることと、入射側プリズム端面で、入射角度によってはプリズムに入射されずに反射されてしまう光が生じることによる。透過率低下は光利用効率を低下させるとともに、透過されるべきＯＮ光がプリズム入出射端面で反射されプリズム内部での多重反射などを経て投写光学系内に入り込むと、コントラスト低下やゴースト像発生の要因ともなるため、好ましくない。
【００６９】
一般に、プリズム部材の端面には反射防止膜のコートが施されていて、設計上透過させるべき光の透過率を向上させるようになっているので、図４の透過率の数字は絶対的なものではない。しかしそれでも、透過率は大略同様の曲線となり、エアギャップ層を形成する出射側プリズム端面に臨界角近辺で入射した光の、透過率低下は避けられない。特に、プリズム部内部のエアギャップ層の数が増えれば透過光の損失は比例的に大きくなるので、本発明のように２面のエアギャップ層を備えたプリズムでは１面のものに比べ、透過率に対する配慮が重要となる。
【００７０】
上記条件式（１）は、エアギャップ層を透過する透過光、すなわち、エアギャップ層２１に対する照明光およびＯＮ光、ならびにエアギャップ層２２を透過するＯＮ光が、いずれも高い透過率を維持し得る空気中角度でエアギャップ層を透過するように、設定するものである。
【００７１】
従来の、エアギャップ層での透過率に関して考慮していない構成では、全反射させる光のうち最も透過させる光に近い光束は、エアギャップ層に対し略臨界角で入射させ、透過させる光のうち最も全反射させる光に近い光束も略臨界角で入射させるようになっていた。角度Ａに相当するライトバルブ近傍での両者の角度差も、略０度となるように設定されていた、といってよい。この構成は図４で用いた空気中角度の概念を用いれば、透過させる光は、空気中角度が略９０度というほど大きい角度で、透過率の悪い状態でエアギャップ層を透過していたことになる。全反射させる光も透過させる光も、照明効率向上のためにはそれぞれの光の広がり角を広く取ることが望ましいが、エアギャップ層でのロスが多すぎては結局全体としての光利用効率が悪化してしまう。
【００７２】
そこで、本発明のプロジェクタ用光学系では、ライトバルブ３の近傍での、照明光、ＯＦＦ光および平面光が、ＯＮ光に対してなす各空気中角度のうち、最も小となるものＡについて上記最小値を設定し、それにより、エアギャップ層２１、２２に入射される際の全反射させる光と透過させる光とに角度差を持たせるようにしている。エアギャップ層２１、２２に入射される際に、全反射させる光は臨界角ぎりぎりでも全く損失なく反射するが、透過光の入射角は臨界角ぎりぎりまで近づくと損失が大きくなってしまうので、臨界角に対しある程度離すことが望ましい。条件式（１）の最小値は、所定の２つのエアギャップ層２１、２２を備えたプリズム部２において各光の広がり角を最大限大きくする場合にも、エアギャップ層２１、２２での透過率低下を防止するためのものである。この最小値を超えると、透過光の入射角が臨界角に近づきすぎてエアギャップ層２１、２２での透過率が著しく低下し、光量損失が大となる。ただし、実際のエアギャップ層２１、２２での透過光の空気中角度は、Ａの角度だけでなくエアギャップ層２１、２２の角度設定とプリズム部２の各プリズム２３〜２５の屈折率に応じて算出されるものである。
【００７３】
また、条件式（１）の最大値を超えると、ＯＮ光も照明光も広がり角を狭くするように構成することになるため、光学設計上、照明効率の悪化を免れない。
【００７４】
また、上記条件式（１）の角度Ａが以下の条件式（３）を満足する場合には、このプロジェクタ用光学系は、一層、プリズム部２での照明光およびＯＮ光の光利用効率を高め、高コントラストなものとなる。
【００７５】
５度＜Ａ＜３０度・・・・・・・・・・（３）
【００７６】
なお、条件式（１）または（３）を満足するような構成は、照明光のライトバルブ３に対する入射角度、およびその照明光がどのように反射されてＯＮ光、ＯＦＦ光、平面光がどの方向に出射されるか、に基づいて設定されることになる。したがって、ライトバルブ３の特性（例えば、微小ミラーの回転方向および回転角度）に対応させて、適当な入射角度で照明光がライトバルブ３に入射するように、プリズム部２への照明光の入射角度、照明光がプリズム部２に入射する入射面のライトバルブ光軸に対する傾き、照明光を反射する第２のエアギャップ層２２のライトバルブ光軸に対する傾き、照明光を透過する第１のエアギャップ層２１のライトバルブ光軸に対する傾き、プリズム形状、プリズム屈折率、等を適宜決定することが肝要である。
【００７７】
また、本発明のプロジェクタ用光学系では、以下の条件式（２）を満足することにより、光学設計上合理的な範囲で、プリズム部２を、特にそのライトバルブ光軸に平行な方向に関してコンパクトに構成することができる。条件式（２）で規定する各プリズム２３〜２５の屈折率Ｎは、エアギャップ層２１、２２で全反射されるべき光の入射角を決定する要因となるので、エアギャップ層２１、２２のライトバルブ光軸に対する傾きを決定する要因となり、プリズム２３〜２５の形状はこのエアギャップ層の傾きにより決まってくるので、照明光のプリズム部２への入射角もこれに応じて設定される。各プリズム２３〜２５の屈折率Ｎは、このように、プリズム部２の、ひいてはプロジェクタ装置の構成やサイズに影響するので、適切な値とすることが望まれる。
【００７８】
１．６≦Ｎ≦１．８  ・・・（２）
ただし、
Ｎ：前記第１の空気間隔（エアギャップ層２１）および前記第２の空気間隔（エアギャップ層２２）を形成するための、プリズム２３、２４、２５の屈折率
【００７９】
図５は、この条件式（２）の最小値について説明する図である。図５において、プリズム部４０は、図２のプリズム部２を構成するプリズム２３、２４、２５よりもいずれも屈折率の小さい材料よりなるプリズム４３、４４、４５で構成され、図２のものと略同様のライトバルブ３、投写光学系４に対しプリズム２と略同様の作用をなすものである。また、プリズム部４０の内部にはプリズム部２と略同様にエアギャップ層４１、４２が形成されている。また、図５において、角度Ｂ、角度Ｃは、各々エアギャップ層４２、エアギャップ層４１がライトバルブ光軸に対してなす角である。また、Ｄはライトバルブ光軸と平行な方向において、ＯＮ光が透過する部分のプリズム部４０の厚みである。
【００８０】
プリズム２３とプリズム４３とで、点線で示す照明光の進行の様子を比べると、図２と同サイズのライトバルブ３に対して同サイズの照明光を同じ角度から照射するためには、屈折率の小さい材料のプリズム４３では、エアギャップ層４２で照明光を全反射させるためには角度Ｂが図２のものより小さくなるので、ライトバルブ光軸と平行な方向にプリズムサイズが大きくなる。また同様に、エアギャップ層４１でＯＦＦ光と平面光とを全反射させるためには角度Ｃが図２のものより小さくなるので、ライトバルブ光軸と平行な方向にプリズム４４のサイズが大きくなる。プリズム４５も、プリズム２５よりライトバルブ３から離れた位置でＯＮ光を透過させることになるので、プリズムサイズが大きくなり、結局プリズム部４０全体としての厚みＤが図２のものより大きくなってしまう。このことは、単に光学系全体の大型化や重量化を招いてしまうだけでなく、投写光学系４のバックフォーカスを大きく設計する必要が生じ、設計を困難にするという問題も発生するので、好ましくない。
【００８１】
条件式（２）の最小値を満足することにより、厚みＤの増大を防止することができる。本発明のプロジェクタ用光学系では、前述のとおり、コントラスト向上の要請に応えるべくＯＦＦ光も平面光も、ＯＮ光と角度差が少ない光であっても確実に第１のエアギャップ層２１で全反射させるように、エアギャップ層２１の角度設定を行う構成としているが、このことはプリズム２４の大型化につながりかねない。そこで、この条件式（２）を併せて満足するようにし、高コントラストでありながらコンパクトな構成とすることが好ましい。
【００８２】
図６は、この条件式（２）の最大値について説明する図である。図６において、プリズム部５０は、図２のプリズム部２を構成するプリズム２３、２４、２５よりもいずれも屈折率の大きい材料よりなるプリズム５３、５４、５５で構成され、図２のものと略同様のライトバルブ３、投写光学系４に対しプリズム２と略同様の作用をなすものである。また、プリズム部５０の内部にはプリズム部２と略同様にエアギャップ層５１、５２が形成されている。また、図６において、角度Ｂ、角度Ｃは、各々エアギャップ層５２、エアギャップ層５１がライトバルブ光軸に対してなす角である。また、Ｄはライトバルブ光軸と平行な方向において、ＯＮ光が透過する部分のプリズム部５０の厚みである。また、図６において、角度Ｆは、プリズム部５０においてライトバルブ３に対向する面とプリズム部５０において照明光が入射する入射面５６とのなす角であり、間隔Ｅは、入射面５６における、ライトバルブ３に最も近いプリズム端辺と照明光入射位置との間隔である。
【００８３】
プリズム５３、５４、５５の屈折率が大きい場合は図５の場合と逆に、角度Ｂ、角度Ｃ、さらに角度Ｆも大きくして、厚みＤを小さくすることができる。しかし、角度Ｆが大きくなるとともに、入射面５６では間隔Ｅが小さくなっていく。間隔Ｅが小さすぎるとこの面に入射する照明光の進行に悪影響を及ぼすため、この間隔Ｅは所定値以上とする必要があり、したがって、プリズム部５０の厚みＤを縮小するにも限度がある。さらに、入射面５６への照明光入射角はエアギャップ層５２で照明光を全反射させるために角度範囲が限定されてくるが、ライトバルブ３の光反射面の裏側にはライトバルブを制御するコントロールパネル６が存在することを考慮する必要がある。角度Ｆが大きくなった場合にはプリズム部２の照明光入射位置がコントロールパネル６に近づいたり、ライトバルブ面の法線とプリズム部２に照明光が入射される時点での照明光光軸とのなす角が小さくなるため、プリズム部２に照明光を入射させる照明光学系の配置が困難になったり、照明光学系内での光路偏向が難しくなり光学系の大型化を招いてしまう。条件式（２）の上限値はこのような理由から設定されている。
【００８４】
一般的なプリズムの屈折率は１．５（ＢＫ−７）であるが、本発明のプロジェクタ用光学系では条件式（２）に規定されるように、それよりも高屈折率なプリズム材料を用いた場合に、２つのエアギャップ層２１、２２を備えたプリズム部２という構成と相俟って、一層の作用効果を得ることができる。
【００８５】
上記条件式（２）では、プリズム部２でエアギャップ層２１、２２を形成するためのプリズム２３、２４、２５の屈折率を所定範囲とすることを規定しているが、これらのプリズム２３〜２５は全て同一の材料で構成されていることがより好ましい。ＯＮ光は、ライトバルブ３からこれらのプリズム２３〜２５およびエアギャップ層２１、２２を全て透過して投写光学系４に入射することになるので、収差の発生を低減させるために、プリズム部材の材料は屈折率差を小さくすることが好ましい。これらのプリズム２３〜２５を全て同一の材料で構成することにより結像性能劣化を抑制することができる。
【００８６】
ところで、プロジェクタ用光学系のライトバルブ３としては、微小ミラー素子の中でもＤＭＤがよく知られているが、近年ではＤＭＤと異なる特性を有する微小ミラー素子も提案されている。本発明のプロジェクタ用光学系は、このようなＤＭＤと異なる特性を有する微小ミラー素子を用いた場合にもその作用効果を発揮することができるものである。
【００８７】
まず、図７を用いて、ＤＭＤと異なる特性を有する微小ミラー素子の特性について説明する。図７（ａ）に示されるとおり、微小ミラー素子６０は、形状は図１１で説明したＤＭＤ３０と略同様の、略平板状の素子であり、基板上に、いずれも同様の構成とされた極めて多数のミラー素子が一平面内で規則的に配列された光反射面６１（以下、微小ミラー素子の光反射面を「微小ミラー素子面」と称することがある）を備えてなる。また、光反射面６１の外周部はフレーム部分６２である。
【００８８】
図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す光反射面６１の一部分６４を拡大して示すものである。なお、図７（ａ）において部分６４は、便宜上、拡大して示されている。図７（ｂ）に示すように、この光反射面６１は、矩形形状の微小ミラー６３を縦横に配列されてなる。
【００８９】
図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示す微小ミラー素子一部拡大図のＡＢ線断面図である。図７（ｃ）に示すように、各微小ミラー６３は、各微小ミラー６３による反射方向を各々独立して２方向に切り替え得るように構成されている。この反射方向の切替は、各微小ミラー６３を画素として微小ミラー素子６０に入力される映像信号のＯＮ／ＯＦＦ制御により行われるようになっている。図７（ｃ）には、映像信号がＯＮのときの各微小ミラー６３の傾き(ＯＮ状態の微小ミラー６３ａ)と、映像信号がＯＦＦのときの各微小ミラー６３の傾き(ＯＦＦ状態の微小ミラー６３ｂ)とを示し、微小ミラー素子面全体の法線ｎ６０および、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態における各微小ミラー６３ａ、６３ｂの法線ｎ６３ａ、ｎ６３ｂを示す。
【００９０】
図７に示す微小ミラー素子６０は、各微小ミラー６３の回転方向および回転角度が、図１１に示すＤＭＤ３０の各微小ミラー３３と異なっている。微小ミラー素子６０もＤＭＤ３０もその光反射面６１、３１は矩形形状とされているが、微小ミラー素子６０では、微小ミラー６３の、回転角の互いに異なる２つの状態における２つの法線ｎ６３ａ、ｎ６３ｂにより仮想的に形成される面が、微小ミラー素子６０の光反射面６１の矩形のいずれかの対向する２辺に対して平行な面となるように構成されている。図７では光反射面６１の長辺に対して平行な面となっている。他方、ＤＭＤ３０では、微小ミラー３３の、回転角の互いに異なる２つの状態における２つの法線ｎ３３ａ、ｎ３３ｂにより仮想的に形成される面は、微小ミラー素子３０の光反射面３１の矩形のいずれの辺に対しても略４５度をなす面となるように構成されている。微小ミラー６３、３３の回転軸はＡＢ断面に対して直交する。
【００９１】
また、微小ミラー素子６０では、微小ミラー素子６０の法線ｎ６０に対し、各微小ミラー６３が、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とで同じ側に、互いに異なる角度となるように傾きを変える。すなわち、微小ミラー素子６０の法線ｎ６０に対し各微小ミラー６３の法線ｎ６３ａ、ｎ６３ｂは、各微小ミラー６３が回転角の互いに異なるＯＮ状態とＯＦＦ状態とのいずれの状態にあっても、同一方向に存在する。ＤＭＤ３０では、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の各微小ミラー３３の法線ｎ３３ａ、ｎ３３ｂは、ＤＭＤ３０の法線ｎ３０を挟むようにプラスマイナスの方向に存在している。
【００９２】
微小ミラー素子６０では、ＯＮ状態の微小ミラー６３ａで反射された光（ＯＮ光）と、ＯＦＦ状態の微小ミラー６３ｂで反射された光（ＯＦＦ光）とは、図８に示すように、互いに異なる方向に出射され、例えばプロジェクタ用光学系のプリズム２４に入射されても異なる方向に進む。図８において、任意の１つの微小ミラーに入射する照明光の幅を点線で示し、その微小ミラーがＯＮ状態の場合に反射されるＯＮ光の幅を実線で示し、その微小ミラーがＯＦＦ状態の場合に反射されるＯＦＦ光の幅を二点鎖線で示す。また、図８には併せて、その微小ミラーの位置に微小ミラー素子面に一致するような平面が配置された場合の反射光（平面光）を長破線で示している。
【００９３】
微小ミラー素子６０は、従来のＤＭＤ３０に比べてプロジェクタ用光学系のコンパクト化に適した素子である。図９は、ライトバルブ３にＤＭＤ３０を用いたプロジェクタ用光学系でのプリズム部７０とＤＭＤ３０との位置関係を示す図であり、図１０は、ライトバルブ３に微小ミラー素子６０を用いたプロジェクタ用光学系でのプリズム部８０と微小ミラー素子６０との位置関係を示す図である。図９、図１０において、上段は上面図、下段は側面図である。プリズム部７０は、図１３に示した２つのプリズム７３、７４からなるものである。また、プリズム部８０はプリズム部７０と略同様の構成とされた２つのプリズム８３、８４からなるものであるが、微小ミラー素子６０に対応する必要かつ十分なプリズムサイズとなるように、プリズム部７０を比例縮小したものである。
【００９４】
ＤＭＤ３０を用いた場合、前述のとおりＤＭＤ３０の略矩形形状の長辺（または短辺）方向に対して微小ミラーの回転軸は略４５度をなすように構成されているので、ＤＭＤ３０とプリズム部７０とは、図９の側面図においてプリズム７３のＤＭＤ側の端面矩形形状とＤＭＤ３０の略矩形形状とが略４５度をなしているとおり、斜めに配置することになる。これに対し、微小ミラー素子６０を用いた場合、微小ミラー素子６０とプリズム部８０とは、図１０の側面図においてプリズム８３の微小ミラー素子側の端面矩形形状と微小ミラー素子６０の略矩形形状とが長辺方向および短辺方向でそれぞれ互いに略平行となっているとおり、配置することができる。
【００９５】
そのため、ＤＭＤ３０を用いた場合にはプリズムサイズが、ライトバルブ光軸と平行な方向にも、また、ライトバルブ光軸と直交する方向にも大きくなるのに対し、微小ミラー素子６０を用いた場合には、いずれの方向にもプリズムサイズを小さくすることができ、装置全体の薄型化、小型化にも有利となる。なお、図９および図１０では、簡略に比較を行うためプリズム部７０、８０を用いたが、本発明のプロジェクタ用光学系のプリズム部２を用いた場合にも、同様に微小ミラー素子６０を用いることによりプリズムサイズを小さくすることができる。
【００９６】
さらに、ＤＭＤ３０および微小ミラー素子６０と、本発明のプロジェクタ用光学系との関係について説明すると、ＤＭＤ３０からの反射光は、図１２に示すようにＯＮ光とＯＦＦ光との間となる角度に平面光が反射される。このようにＯＮ光とＯＦＦ光の光路が離れているので、ＤＭＤ３０に対し、前述した特許文献１〜４で課題となっていたＯＮ光とＯＦＦ光とを偏向分離し得るような、エアギャップ層のライトバルブ光軸に対する傾きを設定することは比較的容易であった。すなわち、エアギャップ層２１に対しＯＮ光が透過されるようにＯＮ光を臨界角より小さい角度で入射させるとともに、エアギャップ層２１に対しＯＦＦ光が全反射されるようにＯＦＦ光を臨界角より大きい角度で入射させることができるような傾きに設定すればよかった。
【００９７】
コントラストに対する要求がさほど厳しくなければ、平面光の光量はＯＮ光、ＯＦＦ光に比べて少ないので、平面光はたとえエアギャップ層２１に入射する角度がＯＦＦ光より小さくてこの層を透過する光量が発生したとしても、その影響を考慮しなくとも許容されていたので、エアギャップ層２１の傾き設定も比較的自由度が高かった。
【００９８】
しかしながら、ＤＭＤ３０を用いた場合にも高コントラストへの要望が高まれば、平面光が投写光学系４に入射されることを確実に防止することが重要となり、図１２のようにＯＮ光と比較的近い方向に出射される平面光も、エアギャップ層２１に臨界角より大きい角度で入射させるようにこの層２１の傾きを設定する必要が生じる。このとき、エアギャップ層２１の傾き設定には制限が加えられることになるが、上述した本発明の条件式（１）に規定するような各光の関係が満足されれば、ＯＮ光をエアギャップ層２１に対しある程度臨界角よりも小さい角度で入射させＯＮ光の透過率低下を防ぎながら、平面光とＯＦＦ光はエアギャップ層２１で確実に全反射させることが可能となる。
【００９９】
また、図８に示すように微小ミラー素子６０を用いた場合には、ＯＮ光と同程度の光量を有するＯＦＦ光が、ＤＭＤ３０の場合よりも近づいた角度で出射される。したがって、ＯＦＦ光は臨界角より大きい角度で、またＯＮ光は少なくとも臨界角より小さい角度で、エアギャップ層２１に入射させる必要があり、エアギャップ層２１の傾き設定の自由度は低い。このような場合であっても、上述した条件式（１）に規定するような各光の関係が満足されれば、ＯＮ光をエアギャップ層２１に対しある程度臨界角よりも小さい角度で入射させＯＮ光の透過率低下を防ぎながら、ＯＦＦ光はエアギャップ層２１で確実に全反射させることが可能となる。また、この場合、平面光はＯＦＦ光よりも大きな角度でエアギャップ層２１に入射されるので、全反射される。
【０１００】
上述のとおり微小ミラー素子６０を用いた構成はプロジェクタ用光学系のコンパクト化に適しているので、その効果を享受しながら不要光の除去とＯＮ光の透過率向上により高コントラスト化を図り得る本発明の有用性は高い。
【０１０１】
このように上記条件式（１）は、例えば微小ミラーの回転方向および回転角度というような、特性が異なる種々のライトバルブに対しても、ライトバルブに対して入射された照明光がそれぞれどのような角度でＯＮ光やＯＦＦ光や平面光として反射されるか、という視点を持つことにより、空気間隔における透過光の透過率を高めるように構成することを可能としている。それにより、光利用効率の向上と高コントラスト化を図ることができる。
【０１０２】
また、本発明のプロジェクタ装置としては、以上に説明したようなプロジェクタ用光学系を用いることにより、略同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
なお、本発明のプロジェクタ用光学系およびこれを用いたプロジェクタ装置としては、種々の態様の変更が可能である。プロジェクタ用光学系としては、例えば、各プリズム部材の形状や配置に関しても適宜変更が可能である。
【０１０４】
また、ライトバルブ３により反射されたＯＦＦ光および平面光が、プリズム部２から出射されるプリズム面には、光吸収部材を付設することが好ましい。光吸収部材としては種々のものを採用可能であり、例えば各種の膜や吸収体を採用することができる。これにより、これらの光のこの面での反射を防止し、最終的に投写光学系４に入射されるという事態を防ぐことができる。なお、この面は温度が上昇しやすいので、フィンを設置するなどして放熱を図ることが好ましい。
【０１０５】
また、本発明のプロジェクタ装置としては、例えば、光照射系の配置や構成に関しても適宜変更が可能である。また、上記プロジェクタ装置はカラー画像投写用として説明したが、本プロジェクタ用光学系を白黒画像再生用に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施形態に係るプロジェクタ用光学系の主要部の構成を表す図
【図２】本発明の実施形態に係るプロジェクタ装置の一構成例を表す図
【図３】本発明の実施形態に係るプロジェクタ用光学系における各光の進行の様子を模式的に示す図
【図４】一般的なエアギャップ層において、空気中角度と透過率の関係を示す図
【図５】低屈折率材料によりプリズム部を構成した場合の構成図
【図６】高屈折率材料によりプリズム部を構成した場合の構成図
【図７】ＤＭＤと異なる特性を有する微小ミラー素子の構成を模式的に示す図
【図８】図７の微小ミラー素子について入射される照明光と反射される各光の位置関係を示す図
【図９】ＤＭＤを用いたプロジェクタ用光学系でのプリズム部とＤＭＤとの位置関係を示す図
【図１０】図７の微小ミラー素子を用いたプロジェクタ用光学系でのプリズム部と微小ミラー素子との位置関係を示す図
【図１１】ＤＭＤの構成を模式的に示す図
【図１２】ＤＭＤについて入射される照明光と反射される各光の位置関係を示す図
【図１３】従来の基本的構成のプロジェクタ用光学系におけるＯＮ光とＯＦＦ光の進行の様子を模式的に示す図
【図１４】従来の基本的構成のプロジェクタ用光学系における平面光の進行の様子を模式的に示す図
【符号の説明】
【０１０７】
１    光照射系
２、４０、５０、７０、８０    プリズム部
３    ライトバルブ
４    投写光学系
５    カバーガラス
６    コントロールパネル
１１    光源
１２ａ〜１２ｄ    コンデンサレンズ
１３ａ、１３ｂ    ミラー
１４    カラーホイール
１５    ロッドインテグレータ
２１、４１、５１    第１のエアギャップ
２２、４２、５２    第２のエアギャップ
２３、２４、２５、４３、４４、４５、
５３、５４、５５、７３、７４、８３、８４    プリズム
３０    ＤＭＤ
３１、６１    光反射面
３２、６２    フレーム部分
３３、３３ａ、３３ｂ、６３、６３ａ、６３ｂ    微小ミラー
３４、６４    光反射面の一部分
３５    ＤＭＤ面に一致する仮想平面
５６    プリズム部の照明光入射面
６０    微小ミラー素子
７１    エアギャップ
ｎ    法線
【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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