(57)【要約】【課題】ＤＭＤ等の反射型表示素子を利用した画像投影装置であって、全体をコンパクト化、小型化できるとともに、光学系を、照明光を有効に利用できる明るい光学系とすることができる画像投影装置を提供する。また、かかる画像投影装置の臨界角プリズムとして採用できるプリズムユニットを提供する。【解決手段】反射型表示素子１、照明光学系２、投影光学系４及び臨界角プリズム（プリズムユニット）３を有し、臨界角プリズム３は、照明光を表示素子１へ向け全反射する一方、表示素子１からの画像情報を含む反射投影光を透過させる臨界面３１２を有するとともに、該反射投影光を投影光学系４へ向け偏向させる偏向反射面３２２を有しており、該臨界面の法線の表示素子面への射影と表示素子１における画素１２の偏向軸１２１とがなす角度が４５度より大きい画像投影装置Ａ、及び臨界角プリズムとして採用可能のプリズムユニット３。【選択図】  図１
2006126385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素の角度変調により画像を表示する反射型表示素子、光源からの光を前記反射型表示素子の照明のために導く照明光学系、画像情報を含む前記反射型表示素子からの反射投影光を投影するための投影光学系及び前記照明光学系からの照明光を前記反射型表示素子へ導く一方、該反射型表示素子からの前記反射投影光を前記投影光学系へ導く臨界角プリズムを有する画像投影装置であり、該臨界角プリズムは、前記照明光学系からの照明光を前記反射型表示素子へ向け全反射する一方、該反射型画像表示素子からの前記反射投影光を透過させる臨界面を有するとともに、該反射投影光を前記投影光学系へ向け偏向させる偏向反射面を有しており、前記臨界面の法線の前記反射型表示素子面への射影と該反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度が４５度より大きいことを特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
前記反射型表示素子は前記画素を配列した矩形の表示領域を有し、該表示領域の長辺又は短辺と前記臨界角プリズムにおける偏向反射面とが平行である請求項１記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記臨界角プリズムにおける前記臨界面と前記反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とが平行である請求項１又は２記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記臨界角プリズムは、第１プリズム及び第２プリズムからなるプリズムユニットで構成されており、該第１プリズムは、前記照明光学系からの照明光を入射させる第１入射面、前記臨界面及び該臨界面からの全反射光を出射させる第１出射面を有しており、該第２プリズムは、前記反射型表示素子から反射されて前記第１プリズムの前記臨界面を透過してくる前記反射投影光を入射させる第２入射面、該第２入射面から入射してくる該反射投影光を偏向させる前記偏向反射面及び該偏向反射面により反射され偏向された該反射投影光を出射させる第２出射面を有しており、該第１プリズムの臨界面と該第２プリズムの第２入射面とが空気層を介して対向配置されている請求項１、２又は３記載の画像投影装置。
【請求項５】
請求項１、２又は３記載の画像投影装置における臨界角プリズムとして用いることができるプリズムユニットであって、第１プリズム及び第２プリズムからなり、該第１プリズムは、前記照明光学系からの照明光を入射させる第１入射面、前記臨界面及び該臨界面からの全反射光を出射させる第１出射面を有しており、該第２プリズムは、前記反射型表示素子から反射されて前記第１プリズムの前記臨界面を透過してくる前記反射投影光を入射させる第２入射面、該第２入射面から入射してくる該反射投影光を偏向させる前記偏向反射面及び該偏向反射面により反射され偏向された該反射投影光を出射させる第２出射面を有しており、該第１プリズムの臨界面と該第２プリズムの第２入射面とが空気層を介して対向配置されていることを特徴とするプリズムユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投影装置、特に、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）（テキサス・インスツルメンツ社商標）等の反射型表示素子を利用した画像投影装置、及びこれに用いるプリズムユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＭＤ等の反射型表示素子を利用した画像投影装置は、表示素子の表示領域に配列された画素を構成する光反射部材に照明光を入射するとともに、光反射部材をその偏向軸（回動軸）を中心に回動制御することで該部材の光反射面の向きを制御し、それにより表示領域から画像情報を含む光を反射させ、この反射光を投影光学系によりスクリーン等に投影するものである。
【０００３】
このタイプの画像投影装置は、例えば、特開２００３−３２２８２２号公報や、米国特許第６，１８５，０４７  Ｂ１号等に開示されている。
【０００４】
これら特開２００３−３２２８２２号公報や、米国特許第６，１８５，０４７  Ｂ１号に開示された画像投影装置は、いずれも、基本的には、画素の角度変調により画像を表示する反射型表示素子、光源からの光を反射型表示素子の照明のために導く照明光学系、画像情報を含む反射型表示素子からの反射投影光を投影するための投影光学系及び照明光学系からの照明光を反射型表示素子へ導く一方、該反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を投影光学系へ導く、臨界角プリズムを有している。
【０００５】
これら画像投影装置のいずれにおいても、かかる臨界角プリズムとして、照明光を入射させる第１プリズムと反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を出射させる第２プリズムとを組み合わせ、両者の互いに対向する隣接面を臨界面としたプリズムユニットを採用している。
【０００６】
特開２００３−３２２８２２号公報に記載の画像投影装置では、第１プリズムに入射させた照明光を臨界面で反射型表示素子へ向け全反射させ、反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を該臨界面に透過させ、さらにそのまま第２プリズムを透過させて投影光学系に入射させる構成を採用している。
【０００７】
米国特許第６，１８５，０４７  Ｂ１号に開示された画像投影装置では、第１プリズムに入射させた照明光を第１プリズムの全反射面で臨界面へ向け全反射して該臨界面を透過させ、さらに第２プリズムを透過させて反射型表示素子へ入射させ、反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を該臨界面で全反射させ、第２プリズムから投影光学系へ入射させるようにしている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３２２８２２号公報
【特許文献２】米国特許第６，１８５，０４７  Ｂ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、かかる画像投影装置におけるＤＭＤ等の反射型表示素子は、一般にきわめて高速の信号処理により制御される。また、通常、反射型表示素子の駆動回路は回路基板に搭載されている。従って、安定した動作をさせるためには、反射型表示素子とその駆動回路基板はできるだけ一体的に配置することが望ましく、該基板面に反射型表示素子も搭載してしまうことが望ましい。
【００１０】
しかしながら、特開２００３−３２２８２２号公報に開示されたタイプの画像投影装置では、既述のとおり、照明光を臨界角プリズムの臨界面で反射型表示素子へ向け全反射させ、反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を該臨界面に透過させ、そのまま投影光学系に入射させる構成を採用しているから、表示素子の駆動回路基板が投影光学系の光軸方向と直交する方向に面状に延在するように配置されることになり、かかる駆動回路基板と投影光学系の配置関係のために、それだけ画像投影装置が大型化してしまう。
【００１１】
この点、米国特許第６，１８５，０４７  Ｂ１号に開示された画像投影装置では、既述のとおり、第１プリズムに入射させた照明光を第１プリズムの全反射面で臨界面へ向け全反射して該臨界面を透過させ、反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を該臨界面で全反射させて投影光学系へ入射させるようにしているので、表示素子の駆動回路基板を照明光学系の光軸と投影光学系の光軸の双方に対し平行に延在するように配置することが可能であり、それだけ画像投影装置をコンパクト化できる。
【００１２】
しかしながら、この画像投影装置では、表示素子の表示領域に対応させて正規の姿勢で画像投影するために、臨界角プリズムにおける臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と反射型表示素子の画素の偏向軸が４５度の角度をなすように臨界面と表示素子との相互配置関係が設定されている。
そのため、照明光と反射投影光とを有効に分離できる領域が制限され、明るい光学系を得難い。
【００１３】
そこで本発明は、画素の角度変調により画像を表示する反射型表示素子、光源からの光を前記反射型表示素子の照明のために導く照明光学系、画像情報を含む前記反射型表示素子からの反射投影光を投影するための投影光学系及び前記照明光学系からの照明光を前記反射型表示素子へ導く一方、該反射型表示素子からの前記反射投影光を前記投影光学系へ導く臨界角プリズムを有する画像投影装置であって、全体をコンパクト化、小型化できるとともに、光学系を、照明光を有効に利用できる明るい光学系とすることができる画像投影装置を提供することを課題とする。
【００１４】
また、本発明は、かかる画像投影装置の臨界角プリズムとして採用でき、該画像投影装置の形成に採用できるプリズムユニットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる課題を解決するため本発明は先ず次の画像投影装置を提供する。
（１）画像投影装置
画素の角度変調により画像を表示する反射型表示素子、光源からの光を前記反射型表示素子の照明のために導く照明光学系、画像情報を含む前記反射型表示素子からの反射投影光を投影するための投影光学系及び前記照明光学系からの照明光を前記反射型表示素子へ導く一方、該反射型表示素子からの前記反射投影光を前記投影光学系へ導く臨界角プリズムを有する画像投影装置であり、該臨界角プリズムは、前記照明光学系からの照明光を前記反射型表示素子へ向け全反射する一方、該反射型画像表示素子からの前記反射投影光を透過させる臨界面を有するとともに、該反射投影光を前記投影光学系へ向け偏向させる偏向反射面を有しており、前記臨界面の法線の前記反射型表示素子面への射影と該反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度が４５度より大きい画像投影装置。
【００１６】
ここで臨界角プリズムとは、プリズム内に、入射光の入射角によって該入射光を全反射又は透過させる臨界面を有するプリズムである。
【００１７】
この画像投影装置によると、臨界角プリズムとして、照明光学系からの照明光を反射型表示素子へ向け全反射する一方、反射型表示素子からの画像情報を含む反射投影光を透過させる臨界面を有するとともに、該反射投影光を投影光学系へ向け偏向させる偏向反射面を有するものを採用しているので、表示素子の駆動回路基板を照明光学系の光軸の全部或いは大部分と投影光学系の光軸の全部或いは大部分の双方に対し平行或いはほぼ平行に延在するように配置することが可能であり、それだけ画像投影装置をコンパクト化、小型化することができる。
【００１８】
また、この画像投影装置によると、臨界角プリズムにおける臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と該反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度が４５度より大きく設定されているから、それだけ光学系を、照明光を有効に利用できる明るい光学系として明るい投影画像を得ることができる。
臨界角プリズムにおける臨界面と反射型表示素子における画素の偏向軸とを平行に、すなわち、臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と、該反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度を９０度に設定すれば、一層照明光を有効利用できる明るい光学系を実現できる。
【００１９】
前記反射型表示素子として、前記画素を配列した矩形の表示領域を有するものを採用でき、その場合、該表示領域の長辺又は短辺と前記臨界角プリズムにおける偏向反射面とを平行に設定することで、反射型表示素子、或いはさらにそれを搭載した基板を画像投影装置内で略水平或いは略垂直に配置することができ、それだけ部品のレイアウトが容易となり、装置の大型化を抑制することができる。
【００２０】
本発明にかかる画像投影装置で採用する前記臨界角プリズムとしては、照明光学系からの照明光を反射型表示素子へ向け全反射する一方、反射型画像表示素子からの画像情報を含む反射投影光を透過させる臨界面を有するとともに、該反射投影光を投影光学系へ向け偏向させる偏向反射面を有するものであればよいが、代表例として次のものを挙げることができる。
【００２１】
すなわち、第１プリズム及び第２プリズムからなるプリズムユニットで構成されており、該第１プリズムは、前記照明光学系からの照明光を入射させる第１入射面、前記臨界面及び該臨界面からの全反射光を出射させる第１出射面を有しており、該第２プリズムは、前記反射型表示素子から反射されて前記第１プリズムの前記臨界面を透過してくる前記反射投影光を入射させる第２入射面、該第２入射面から入射してくる該反射投影光を偏向させる前記偏向反射面及び該偏向反射面により反射され偏向された投影光を出射させる第２出射面を有しており、該第１プリズムの臨界面と該第２プリズムの第２入射面とが空気層を介して対向配置されている臨界角プリズムである。
【００２２】
本発明はまた、本発明に係る画像投影装置の臨界角プリズムとして採用でき、該画像投影装置の形成に採用できる次のプリズムユニットも提供する。
（２）プリズムユニット
第１プリズム及び第２プリズムからなり、該第１プリズムは、前記照明光学系からの照明光を入射させる第１入射面、前記臨界面及び該臨界面からの全反射光を出射させる第１出射面を有しており、該第２プリズムは、前記反射型表示素子から反射されて前記第１プリズムの前記臨界面を透過してくる前記反射投影光を入射させる第２入射面、該第２入射面から入射してくる該反射投影光を偏向させる前記偏向反射面及び該偏向反射面により反射され偏向された反射投影光を出射させる第２出射面を有しており、該第１プリズムの臨界面と該第２プリズムの第２入射面とが空気層を介して対向配置されているプリズムユニット。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によると、画素の角度変調により画像を表示する反射型表示素子、光源からの光を前記反射型表示素子の照明のために導く照明光学系、画像情報を含む前記反射型表示素子からの反射投影光を投影するための投影光学系及び前記照明光学系からの照明光を前記反射型表示素子へ導く一方、該反射型表示素子からの前記反射投影光を前記投影光学系へ導く臨界角プリズムを有する画像投影装置であって、全体をコンパクト化、小型化できるとともに、光学系を、照明光を有効に利用できる明るい光学系とすることができる画像投影装置を提供することができる。
【００２４】
また、本発明によると、かかる画像投影装置の臨界角プリズムとして採用でき、該画像投影装置の形成に採用できるプリズムユニットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明に係る画像投影装置の１例Ａの概略構成を示す側面図であり、図２は図１に示す装置を図１において下方から見た底面図である。図３は図１に示す装置Ａにおける反射型表示素子１を下方から見て一部を示す図である。図１には光路も概略図示してある。
【００２６】
図１、図２に示す画像投影装置Ａは、装置ケースＣに設置された反射型表示素子１、照明光学系２、臨界角プリズム３及び投影光学系４を含んでいる。
臨界角プリズム３は、後ほど説明するが、第１、第２のプリズムを組み合わせたプリズムユニットからなっているので、臨界角プリズム３については、以下、プリズムユニット３と称することがある。
【００２７】
反射型表示素子１は本例ではＤＭＤであり、図３に示すように表示領域１１が長方形を呈している。反射型表示素子１は、その駆動回路１３を搭載した基板１４の下面に、基板１４と平行に水平配置されている。素子１の詳細については後述する。
【００２８】
照明光学系２は、光源装置２１、コンデンサーレンズ２２、カラーホイール２３、インテグレータロッド２４、リレー光学系２５及び折り返しミラー２６、２７を含んでいる。  光源装置２１は、白色光を発するランプ及びリフレクターを含んでおり、リフレクターはランプからの光を反射してコンデンサーレンズ２２へ向けほぼ平行光で出射させる回転放物面からなる反射面を有している。
【００２９】
光源装置２１から出射された平行光はコンデンサーレンズ２２により集光され、カラーホイール２３を透過してインテグレータロツド２４へその入射面より入射し、該ロッドの射出面で均一な照明光となる。
【００３０】
インテグレータロツド２４の直前のカラーホイール２３は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）を透過させるカラーフィルターを有しており、該ホイールを回転させることにより、投影する色光が時間的に順次切り替わり、投影画像をカラー化できる。
【００３１】
インテグレータロツド２４から出た光は、リレー光学系２５を経て、折り返しミラー２６、２７で順次折り返し反射され、プリズムユニット３を経て反射型表示素子１を照明する。
また、照明光学系２の光軸の大部分（光源装置２１から折り返しミラー２６に至るまでの部分）は表示素子１の表示面や基板１４と実質上平行である。
【００３２】
反射型表示素子１からの反射光のうち、ＯＮ光（画像投影のために画素から反射されてきた反射投影光）が、再びプリズムユニット３を経て投影光学系４に入射し、該光学系４から図示省略のスクリーンに画像投影される。
【００３３】
リレー光学系２５は、プリズムユニット３に貼り合わされたエントランスレンズ３０と共にインテグレータロッド２４の出射面の像を反射型表示素子１面に投影させ、該素子を均一に照明する。すなわち、インテグレータロッド２４の出射面は表示素子１の表示面と共役で、インテグレータロッド出射面の形状を表示素子１の表示領域１１と略相似形にすることにより、素子１を効率よく照明できるようにしてある。
また、２枚の折り返しミラー２６、２７を用いて、照明光の光路のレイアウトをコンパクト化してある。
折り返しミラー２６は、リレー光学系２５から射出する光軸上の光線を９０度方向に折り曲げ、その折り曲げられた光線を折り返しミラー２７は、さらに９０度方向に折り曲げている。そしてこの折り曲げられた光線は、エントランスレンズ３０にその光軸と一致するように入射する。かくして、光束が９０度で折り曲げられるとき、折り返しミラーサイズや折り曲げに要する空間をコンパクトに形成できる。このように、２枚のミラーで互いに９０度ずつ光路を折り曲げることにより、照明光の光路のコンパクト化及び自在なレイアウトを実現している。
【００３４】
図４から図７はプリズムユニット３を示している。図４は図１に示す状態のプリズムユニット３をエントランスレンズ３０の側面を見る方向から見て示す図であり、光路も概略的に示してある。図５は図４に示すユニット３を図４に示す矢印（５）方向から見て示す図である。図６は図４に示すユニット３を図４に示す矢印（６）方向から見て示す図であり、さらに言えば、表示素子１面に垂直な方向から見て示す図である。図７は図６に示すユニット３を図６に示す矢印（７）方向から見て示す図である。
【００３５】
このプリズムユニット３は、第１プリズム３１と第２プリズム３２を有している。
第１プリズム３１は、照明光学系２からの照明光を入射させる第１入射面３１１、臨界面３１２及び該臨界面からの全反射光を出射させる第１出射面３１３を有している。
【００３６】
第２プリズム３２は、反射型表示素子１から反射されて第１プリズム３１の臨界面３１２を透過してくる画像情報を含む反射投影光を入射させる第２入射面３２１、該第２入射面から入射してくる該反射投影光を偏向させる偏向反射面３２２及び該偏向反射面により反射され偏向された光を投影光学系４へ向け出射させる第２出射面３２３を有している。  第１プリズム３１の臨界面３１２と第２プリズム３２の第２入射面３２１は、空気層ａを介して互いに平行に対向配置されている。
【００３７】
第1 プリズム３１の第１入射面３１１には既述のとおりエントランスレンズ３０が貼り合わされている。このレンズ３０は、照明光をテレセントリックにするため設けられている。レンズ３０に代えて第１プリズム３１の入射面３１１を曲面形成してエントランスレンズの機能を持たせてもよい。
【００３８】
照明光はエントランスレンズ３０を経て第１入射面３１１から第１プリズム３１に入射する。第１プリズムの臨界面３１２は、入射した照明光が全反射するように配置されており、照明光は臨界面３１２で反射されて第１出射面３１３から出射し、反射型表示素子１を照明する。
【００３９】
反射型表示素子１は、長方形の画像表示領域１１を有し、図３に示すように、この表示領域１１に画素１２を構成する光反射部材を配列したものである。各画素１２は矩形表示領域１１の長辺、短辺と４５度の角度をなす偏向軸（回動軸）１２１を有し、駆動回路１３からの指示により偏向軸１２１を中心に、軸両側にそれぞれ１２度ずつ回動可能であり、かかる角度変調により照明光の反射方向を偏向させて、画像情報を含む反射光（投影光）を提供できる。
【００４０】
画像表示状態にて画素で反射された光束、すなわち投影光は、第１プリズム３１の第１出射面３１３から再び第１プリズム３１に入射し、第１プリズム３１の臨界面３１２に到達する。このとき投影光は全反射条件を満たさない角度で臨界面３１２に入射するため、臨界面３１２を透過し、空気層ａを経て第２入射面３２１から第２プリズム３２に入射する。
【００４１】
第２プリズム３２の偏向反射面３２２は、入射した投影光が全反射するように配置されており、投影光は反射面３２２で反射されて第２プリズムの第２出射面３２３から出射し、投影光学系４に入射し、図示省略のスクリーンに投影される。
【００４２】
本例では、第１プリズム３１及び第２プリズム３２は屈折率が約１．６６のガラス用いて形成してある。
そして、第１プリズム３１において、第１入射面３１１と臨界面３１２のなす角度は４４．３度であり、臨界面３１２と第１出射面３１３のなす角は２９度であり、第１入射面３１１にほぼ垂直に入射した照明光が臨界面３１２でほぼ全反射条件を満たすようになっている。
【００４３】
また、第２プリズム３２において、第２入射面３２１と第２出射面３２３のなす角度は６９．９５度であり、第２出射面３２３と反射面３２２のなす角度は４５度であり、投影光が反射面３２２で全反射条件を満たすようになっている。
【００４４】
さらに、第１、第２のプリズム３１、３２は、第１出射面３１３と反射面３２２とが４５度の角度をなし、臨界面３１２と第２入射面３２１とが空気層ａを介して互いに平行に対向配置され、空気層ａの厚さが約８μｍとなるように、ビーズ、スペーサ等の間隔調整材を介して、有効光路外の領域で相互に接着され、組合わされている。
【００４５】
このため、投影光学系４の光軸は、かかるプリズムユニット３により丁度９０度曲げられる恰好となり、投影光学系４の光軸は表示素子１の表示面や基板１４と実質上平行となる。かくして、照明光学系２の光軸の大部分（光源装置２１から折り返しミラー２６に至るまでの部分）が表示素子１の表示面や基板１４と実質上平行であることと相まって、表示素子１と一体化した駆動回路基板１４を装置Ａの大型化を招くことなく、コンパクトに配置することができ、これにより装置Ａをそれだけコンパクト化、小型化できる。
【００４６】
また、プリズムユニット３において、空気層ａを厚さ一定の薄い層として臨界面３１２と第２入射面３２２とを平行に配置していることで、投影光学系４に与える該空気層ａによる収差の影響が小さく抑制されている。
【００４７】
第１プリズム３１及び第２プリズム３２の光学面以外の面（図４に示すイ’面、図７に示すロ’面等）は、迷光などが発生しないように粗面の状態で黒く塗装されているが、図４に示す第１プリズム３１のイ面と図７に示す第２プリズム３２のロ面については、研磨面とし、画像非表示状態での光束、すなわちオフ光をその面で反射させることにより、迷光の発生を防いでいる。
【００４８】
また、画像投影装置Ａでは、画素偏向軸１２１と臨界面３１２が平行に設定されており、それにより照明光を効率よく表示素子１に導けるようにしてある。
図１０（Ｂ）は、既述の米国特許第６，１８５，０４７  Ｂ１号における従来のプリズムで、照明光が、画素偏向軸４５度の画素により偏向されて主光線が素子１の表示面に垂直な投影光（画像情報を含む表示素子からの反射光）となる場合の関係を示している。この場合、画素の偏向角（回動角）が１２度であるため、照明光を有効に伝達できるのは約Ｆ２．４までの光束である。
【００４９】
さらに説明すると、この従来プリズムの臨界面は、投影光と照明光の分離の機能と投影光を折り曲げる機能を有するため、臨界面と画素偏向軸を平行にすると、投影光が斜め４５度方向に投影されることになる。このため、矩形の投影像の長辺が水平となるようにすると、表示素子が斜め４５度傾いた配置となってしまい、装置が複雑で大型化する。よって臨界面が画素偏向軸と４５度の角度をなすようにレイアウトされる。
【００５０】
しかし、図１０（Ｂ）に示すように、Ｆ２．４の投影光が全反射するように臨界面を設定すると、図上、照明光の斜線部分が臨界面で全反射されなくなり、有効に照明光を伝達できなくなる。
【００５１】
この点、本発明に係る画像投影装置Ａでは、投影光と照明光を分離する機能を有する面（臨界面３１２）と、投影光を折り曲げる機能を有する面（偏向反射面３２２）が、別の面になっていて、投影光と照明光の分離の臨界面３１２を画素偏向軸１２１と平行としても投影光を折り曲げる方向に影響しないし、投影光を折り曲げる反射面３２２の臨界条件も照明光に全く影響しない。よって、図１０（Ａ）に示すように、Ｆ２．４の照明光すべてを表示画素に伝達できる。かくして明るい光学系が実現され、明るい投影画像を得ることができる。
【００５２】
臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と、反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度が４５度をこえると、臨界面で全反射されないで損失する照明光成分が減少し、従来よりも有効に照明光を伝達できるようになる。
臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と、反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度は、７０度以上９０度以下であることが好ましい。臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と、反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度が７０度をこえると、照明光の損失はほとんど発生せずに、照明光と投影光との分離を充分に行うことができる。
臨界面の法線の反射型表示素子面への射影と、反射型表示素子における画素の角度変調用の偏向軸とがなす角度が９０度（臨界面と画素偏向軸とが平行）の場合は、上述のようにＦ２．４の光束（画素の偏向角が１２度の場合）に対して照明光と投影光とが完全に分離でき、光束の伝達ロスは生じない。
【００５３】
画像投影装置Ａでは、投影光の偏向反射面３２２による全反射条件を優先するため、第２プリズム３２は比較的屈折率の高いガラスを用いて形成しているが、屈折率が１．５程度のガラスを用いて形成し、反射面３２２に銀などの反射コートを施してもよい。ただし、反射コートを施した場合は、反射率が１００％とならず、数％のロスが生じる。このロスを許容できるのであれば、屈折率が１．５程度のガラスを用いて形成してもよい。
【００５４】
また、表示素子１やその駆動回路基板１４のレイアウト上許容できるのであれば、投影光の折り曲げを９０度以上にして、比較的屈折率の低いガラスでも投影光の全反射条件を満たすように設定することができ、そうしてもよい。
【００５５】
また、装置Ａでは、表示素子１が基板１４と平行に水平配置となっており、表示素子１の取付け調整のとき、プリズムユニット３の上方空間を利用して調整操作でき、作業がしやすくなっている。なお、画像投影装置全体のコンパクト化を達成できるのであれば、素子１は垂直配置でもよい。
＜第２実施形態＞
【００５６】
図８（Ａ）は本発明に係る画像投影装置の他の例Ｂを示している。図８（Ｂ）は装置Ｂにおけるプリズユユニットを図８（Ａ）に示す矢印（８）方向から見て示す図である。
この画像投影装置Ｂは、図１に示す画像投影装置Ａにおいて、照明光学系２に代えて、該照明光学系２の折り返しミラー２６、２７を１枚の折り返しミラー２８とした照明光学系２’を採用するとともに、プリズムユニット３に代えて臨界面の法線の表示素子１’への射影と画素偏向軸のなす角度が１５度であるプリズムユニット３’を採用しており、照明光学系２’の光軸と投影光学系４の光軸とが略角度９０度をなしている。
それ以外の点は装置Ａと実質上同じであり、装置Ａにおける部品、部分等と実質上同じ部品、部分等には装置Ａと同じ参照符号を付してある。
【００５７】
この装置Ｂのプリズムユニット３’は第１プリズム３１’と第２プリズム３２’とを組み合わせて構成されている。第１プリズム３１’及び第２プリズム３２’は、屈折率が約１．５７のガラスで形成されている。
【００５８】
第１プリズム３１’は、照明光学系２’からの照明光を入射させる第１入射面３１１’、臨界面３１２’及び該臨界面からの全反射光を出射させる第１出射面３１３’を有している。
【００５９】
第２プリズム３２’は、反射型表示素子１’から反射されて第１プリズム３１’の臨界面３１２’を透過してくる画像情報を含む反射投影光を入射させる第２入射面３２１’、該第２入射面から入射してくる該反射投影光を偏向させる偏向反射面３２２’及び該偏向反射面により反射され偏向された光を投影光学系４へ向け出射させる第２出射面３２３’を有している。
第１プリズム３１’の臨界面３１２’と第２プリズム３２’の第２入射面３２１’は、空気層ａ’を介して互いに平行に対向配置されている。
【００６０】
第１プリズム３１’において、第１入射面３１１’と臨界面３１２’のなす角度は約４６．２４度、臨界面３１２’と第１出射面３１３’のなす角は３１度であり，第１入射面３１１’にほぼ垂直に入射した照明光が臨界面３１２’でほぼ全反射条件を満たすようになっている。
【００６１】
第２プリズム３２’において，第２入射面３２１’と第２出射面３２３’のなす角度は６０．１７度で、第２出射面３２３’と反射面３２２’のなす角度は４５度でる。
さらに、第１プリズム３１’と第２プリズム３２’は、第１出射面３１１’と反射面３２２’が４５度の角度をなし、臨界面３１２’と第２入射面３２１’が互いに平行で、空気層ａ’の厚みが約８μｍとなるように、空気層ａ’にビーズやスぺ−サを介在させて有効光路外の領域で接着されて組み合わされている。
【００６２】
このため投影光学系４の光軸は、プリズムユニット３’により丁度９０度曲げられる恰好となり、投影光学系４の光軸は表示素子１’の表示面や基板１４と実質上平行となる。かくして、照明光学系２’の光軸の大部分（光源装置２１から折り返しミラー２８に至るまでの部分）が表示素子１’の表示面や基板１４と実質上平行であることと相まって、表示素子１’と一体化した駆動回路基板１４を装置Ｂの大型化を招くことなく、コンパクトに配置することができ、これにより装置Ｂをそれだけコンパクト化、小型化できる。
【００６３】
装置Ｂでは、反射型表示素子１’の各画素は、矩形表示領域の長辺と４５度の角度をなす偏向軸を有しており、臨界面３１２’と画素偏向軸が平行でないため、照明光がすべて表示素子１’を照明しているわけではなく、また、一部の投影光が反射面３２２’で全反射条件を満たしておらず、光学系の光束伝達効率は装置Ａと比べると劣る。しかし、臨界面３１２’の法線の反射型表示素子１’面への射影と反射型表示素子１’における画素偏向軸とがなす角度を４５度より大きい７５度に設定してあり、それだけ、従来の画像投影装置と比べると、光学系を、照明光を有効に利用できる明るい光学系として明るい投影画像を得ることができる。
【００６４】
また、装置Ｂでは、プリズムユニット３’を比較的コンパクトに形成でき、さらに、照明光の折り返しがしやすくなっており、折り返しミラーが１枚でもよいので、部品点数減となるうえ、光学系を光学ユニットとしてまとまりよくコンパクトにレイアウトできる利点もある。
【００６５】
＜第３実施形態＞
図９（Ａ）は本発明に係る画像投影装置の他の例Ｃを示している。図９（Ｂ）は装置Ｃにおけるプリズムユニットを図９（Ａ）に示す矢印（９）方向から見て示す図である。
この画像投影装置Ｃは、図１に示す画像投影装置Ａにおいて、照明光学系２に代えて、該光学系２おける折り返しミラー２６、２７を省いた照明光学系２”を採用するとともに、プリズムユニット３に代えてプリズムユニット３”を採用したものである。また反射型表示素子として表示素子１”を採用している。素子１”は画素偏向軸が矩形表示領域の長辺に対し平行である。
それ以外の点は装置Ａと実質上同じであり、装置Ａにおける部品、部分等と実質上同じ部品、部分等には装置Ａと同じ参照符号を付してある。
【００６６】
この装置Ｃのプリズムユニット３”は第１プリズム３１”と第２プリズム３２”とを組み合わせて構成されている。
第１プリズム３１”は、照明光学系２”からの照明光を入射させる第１入射面３１１”、臨界面３１２”及び該臨界面からの全反射光を出射させる第１出射面３１３”を有している。
【００６７】
第２プリズム３２”は、反射型表示素子１”から反射されて第１プリズム３１”の臨界面３１２”を透過してくる画像情報を含む反射投影光を入射させる第２入射面３２１”、該第２入射面から入射してくる該反射投影光を偏向させる偏向反射面３２２”及び該偏向反射面により反射され偏向された光を投影光学系４へ向け出射させる第２出射面３２３”を有している。
第１プリズム３１”の臨界面３１２”と第２プリズム３２”の第２入射面３２１”は、空気層ａ”を介して互いに平行に対向配置されている。
【００６８】
この装置Ｃでは、プリズムユニット３”の第１プリズム３１”及び第２プリズム３２”は屈折率が約１．６４のガラスを用いて形成されている。
第１プリズム３１”とエントランスレンズ３０は貼り合わされておらず、第１入射面３１１”に対しエントランスレンズ３０を含む照明系が傾斜して配置されている。照明光学系２”の光軸と投影光学系４の光軸は平行である。
【００６９】
第１プリズム３１”において、第１入射面３１１”と臨界面３１２”のなす角度は約３０度、臨界面３１２”と第１出射面３１３”のなす角は約３０度であり、第１入射面３１１”にほぼ垂直に入射した照明光が臨界面３１２”でほぼ全反射条件を満たすようになっている。
【００７０】
第２プリズム３２”において，第２入射面３２１”と第２出射面３２３”のなす角度は約６０度で、第２出射面３２３”と反射面３２２”のなす角度は４５度である。
さらに、第１プリズム３１”と第２プリズム３２”は、第１出射面３１１”と反射面３２２”が４５度の角度をなし、臨界面３１２”と第２入射面３２１”が互いに平行に空気層ａ”を介して配置されているとともに、該空気層の厚みが約８μｍとなるように、空気層にビーズやスペーサを介在させて有効光路外の領域で接着されて組み合わされている。      
【００７１】
このため投影光学系４の光軸は、プリズムユニット３”により丁度９０度曲げられる恰好となり、投影光学系４の光軸は表示素子１”の表示面や基板１４と実質上平行となる。かくして、照明光学系２”の光軸が表示素子１”の表示面や基板１４と実質上平行であることと相まって、表示素子１”と一体化した駆動回路基板１４を装置Ｃの大型化を招くことなく、コンパクトに配置することができ、これにより装置Ｃをそれだけコンパクト化、小型化できる。
【００７２】
また、反射型表示素子１”の各画素は，矩形の表示領域の長辺と平行の偏向軸を有し、さらに、臨界面３１２”を表示領域の長辺と平行に配置しているため、表示素子１”を効率よく照明できる。
投影光についても反射面３２２”での全反射条件を満たしており、装置Ａと同様に効率のよい光学系が実現されている。
さらに、この装置Ｃにおけるプリズムユニット３”はその構成からしてコンパクトに形成できる。
【００７３】
なお、画像投影装置ＢやＣについても、本発明の課題を解決し、効果を達成できるのであれば、画像投影装置Ａに関連して説明した各種変形例と同様に各種変形例を採用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、全体をコンパクト化、小型化できるとともに、光学系を、照明光を有効に利用できる明るい光学系とすることができる、反射型表示素子利用の画像投影装置の提供に適用でき、また、かかる画像投影装置実現のためのプリズムユニットの提供に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る画像投影装置の１例の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す画像投影装置を下方から見て示す図である。
【図３】図１に示す装置に搭載されている反射型表示素子の一部を示す図である。
【図４】図１の装置に搭載されている、図１に示す状態のプリズムユニットをエントランスレンズの側面を見る方向から見て示す図である。
【図５】図４に示すプリズムユニットを図４に示す矢印（５）方向から見て示す図である。
【図６】図４に示すプリズムユニットを図４に示す矢印（６）方向から見て示す図であり、さらに言えば、表示素子面に垂直な方向から見て示す図である。
【図７】図６に示すプリズムユニットを図６に示す矢印（７）方向から見て示す図である。
【図８】図８（Ａ）は本発明に係る画像投影装置の他の例の概略構成を示す図であり、図８（Ｂ）は該装置におけるプリズムユニットを図８（Ａ）の矢印（８）方向から見て示す図である。
【図９】図９（Ａ）は本発明に係る画像投影装置のさらに他の例の概略構成を示す図であり、図９（Ｂ）は該装置におけるプリズムユニットを図９（Ａ）の矢印（９）方向から見て示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）は図１に示す画像投影装置における反射型表示素子の照明光と該素子からの投影光の関係を示しており、プリズムユニットによる照明光の有効利用状態を示す図である。図１０（Ｂ）は従来の画像投影装置における反射型表示素子の照明光と該素子からの投影光の関係を示しており、プリズムユニットによる照明光の有効利用状態を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
Ａ、Ｂ、Ｃ  画像投影装置
１、１’、１”  反射型表示素子
１１  表示素子の表示領域
１２  画素
１２１  偏向軸
１３  駆動回路
１４  基板
２、２’、２”  照明光学系
２１  光源装置
２２  コンデンサーレンズ
２３  カラーホイール
２４  インテグレータロッド
２５  リレー光学系
２６、２７、２８  折り返しミラー
３０  エントランスレンズ
４  投影光学系
３、３’、３”  プリズムユニット
３１、３１’、３１”  第１プリズム
３１１、３１１’、３１１”  第１入射面
３１２、３１２’、３１２”  臨界面
３１３、３１３’、３１３”  第１出射面
３２、３２’、３２”  第２プリズム
３２１、３２１’、３２１”  第２入射面
３２２、３２２’、３２２”  反射面
３２３、３２３’、３２３”  第２出射面
【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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