(57)【要約】  このプリズムユニット（１００）は、第２の光学面（Ｓ２）から出射した照明光（Ｌ１０）を入射させ第２の光学面（Ｓ２）との間において第１のエアギャップ（ＡＧ１）を形成する第４の光学面（Ｓ４）、および、第４の光学面（Ｓ４）から入射した照明光（Ｌ１０）を出射させる第５の光学面（Ｓ５）を含む第２のプリズム（２０）を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した照明光を反射型画像表示素子に導いて照明し、前記反射型画像表示素子で反射された投影光を外部に設けられた投影レンズへと導き出射させるプリズムユニットであって、
前記照明光を入射させる第１の光学面、前記第１の光学面から入射した前記照明光を全反射させる第２の光学面、および、前記第２の光学面で全反射した前記照明光を出射させる第３の光学面を含む第１のプリズムと、
前記第３の光学面から出射した前記照明光を前記第２の光学面で透過して出射させるよう角度差を持って反射させて前記第３の光学面に再入射させる反射手段と、
前記第２の光学面から出射した前記照明光を入射させ前記第２の光学面との間において第１のエアギャップを形成する第４の光学面、および、前記第４の光学面から入射した前記照明光を出射させる第５の光学面を含む第２のプリズムと、
前記第５の光学面から出射した前記照明光を入射させ前記第５の光学面との間において第２のエアギャップを形成する第６の光学面、前記第６の光学面から入射した前記照明光を出射させる第７の光学面、および、前記第７の光学面から出射した前記照明光が外部に設けられた反射型画像表示素子に入射し反射した前記照明光が前記第７の光学面から入射して前記第６の光学面で全反射した投影光を出射させる第８の光学面を含む第３のプリズムと、
を備える、プリズムユニット。
【請求項２】
前記反射手段は、前記第３の光学面に設けられた反射膜である、請求項１に記載のプリズムユニット。
【請求項３】
前記第３の光学面は、外側に膨らむ凸状の曲面である、請求項１または請求項２に記載のプリズムユニット。
【請求項４】
前記第１の光学面と前記第４の光学面のなす角度は、前記第１の光学面と前記第５の光学面とのなす角度よりも大きい、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプリズムユニット。
【請求項５】
前記第１のプリズムの屈折率は、前記第３のプリズムの屈折率よりも小さい、請求項４に記載のプリズムユニット。
【請求項６】
前記照明光を生成する照明ユニットと、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の前記プリズムユニットと、
前記プリズムユニットが有する前記第７の光学面に対向配置された前記反射型画像表示素子と、
を備えるプロジェクター。
【請求項７】
前記照明光の主光線と前記第１の光学面との交点と、前記反射型画像表示素子の表面との距離をＬ１とし、
前記照明光の主光線と前記第６の光学面との交点と、前記反射型画像表示素子の表面との距離をＬ６とし、
前記反射型画像表示素子で反射された前記投影光の主光線と前記第６の光学面との交点と、前記反射型画像表示素子の表面との距離をＰ６とすると、｜Ｐ６−Ｌ１｜≦｜Ｐ６−Ｌ６｜の関係を具備する、請求項６に記載のプロジェクター。
【請求項８】
前記照明光を赤色、緑色、および、青色の色光に分離する色分解手段をさらに含み、
前記プリズムユニットは、赤色、緑色、および、青色の色光に対応してそれぞれ設けられ、
前記反射型画像表示素子は、赤色、緑色、および、青色の色光に対応してそれぞれ設けられ、
それぞれの前記反射型画像表示素子からの各色光の前記投影光を同一光軸にする色合成手段をさらに含み、
さらに、色合成された前記投影光を被投影対象物に投影する投影レンズをさらに含む、請求項６または請求項７に記載のプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プリズムユニットおよびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターに搭載される反射型画像表示素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイスが知られている。デジタル・マイクロミラー・デバイスは、複数の微小なマイクロミラーから成る画像表示面を有しており、その画像表示面で各ミラー面の傾きを制御して、照明光を強度変調することにより画像を形成する。【０００３】
デジタル・マイクロミラー・デバイスのような反射型画像表示素子では、投影画像に使われないＯＦＦ光と呼ばれる不要光が発生する。たとえば、色分解合成プリズムと３枚の反射型画像表示素子を含む３チップ（多チャンネル）タイプのプロジェクターでは、色分解合成プリズムの高さを高く調整することによってＯＦＦ光の処理を行なっている。【０００４】
特開２０１２−２４７７７８号公報（特許文献１）には、変倍機能を有する投影レンズ及びプロジェクターに関し、大きい変倍比を達成する場合に最適な投影用ズームレンズと、それを用いたプロジェクターに関する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２４７７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、小型のプロジェクターが求められるようになってきている。たとえば、持ち運び可能な小型のプロジェクターにおいては、プロジェクターの厚みを薄くすることが求められており、プロジェクターに採用されるプリズムを含め光学系の小型化を図る必要がある。【０００７】
したがって、本発明は上記課題を解決することにあり、プリズムを含めた光学系の小型化を図ることが可能な構成を備えるプリズムユニットおよびプロジェクター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】
【０００８】
この発明に基づいたプリズムユニットにおいては、入射した照明光を反射型画像表示素子に導いて照明し、上記反射型画像表示素子で反射された投影光を外部に設けられた投影レンズへと導き出射させるプリズムユニットであって、上記照明光を入射させる第１の光学面、上記第１の光学面から入射した上記照明光を全反射させる第２の光学面、および、上記第２の光学面で全反射した上記照明光を出射させる第３の光学面を含む第１のプリズムと、上記第３の光学面から出射した上記照明光を上記第２の光学面で透過して出射させるよう角度差を持って反射させて上記第３の光学面に再入射させる反射手段と、上記第２の光学面から出射した上記照明光を入射させ上記第２の光学面との間において第１のエアギャップを形成する第４の光学面、および、上記第４の光学面から入射した上記照明光を出射させる第５の光学面を含む第２のプリズムと、上記第５の光学面から出射した上記照明光を入射させ上記第５の光学面との間において第２のエアギャップを形成する第６の光学面、上記第６の光学面から入射した上記照明光を出射させる第７の光学面、および、上記第７の光学面から出射した上記照明光が外部に設けられた反射型画像表示素子に入射し反射した上記照明光が上記第７の光学面から入射して上記第６の光学面で全反射した投影光を出射させる第８の光学面を含む第３のプリズムと、を備える。【０００９】
他の形態においては、上記反射手段は、上記第３の光学面に設けられた反射膜である。
他の形態においては、上記第３の光学面は、外側に膨らむ凸状の曲面である。【００１０】
他の形態においては、上記第１の光学面と上記第４の光学面のなす角度は、上記第１の光学面と上記第５の光学面とのなす角度よりも大きい。【００１１】
他の形態においては、上記第１のプリズムの屈折率は、上記第３のプリズムの屈折率よりも小さい。【００１２】
この発明に基づいたプロジェクターにおいては、上記照明光を生成する照明ユニットと、上述のいずれかに記載の上記プリズムユニットと、上記プリズムユニットが有する上記第７の光学面に対向配置された上記反射型画像表示素子と、を備える。【００１３】
他の形態においては、上記照明光の主光線と上記第１の光学面との交点と、上記反射型画像表示素子の表面との距離をＬ１とし、上記照明光の主光線と上記第６の光学面との交点と、上記反射型画像表示素子の表面との距離をＬ６とし、上記反射型画像表示素子で反射された上記投影光の主光線と上記第６の光学面との交点と、上記反射型画像表示素子の表面との距離をＰ６とすると、｜Ｐ６−Ｌ１｜≦｜Ｐ６−Ｌ６｜の関係を具備する。【００１４】
他の形態においては、上記照明光を赤色、緑色、および、青色の色光に分離する色分解手段をさらに含み、上記プリズムユニットは、赤色、緑色、および、青色の色光に対応してそれぞれ設けられ、上記反射型画像表示素子は、赤色、緑色、および、青色の色光に対応してそれぞれ設けられ、それぞれの上記反射型画像表示素子からの各色光の上記投影光を同一光軸にする色合成手段をさらに含み、さらに、色合成された上記投影光を被投影対象物に投影する投影レンズをさらに含む。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、プリズムを含めた光学系の小型化を図ることが可能な構成を備えるプリズムユニットおよびプロジェクターを提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】反射型画像表示素子のＯＮ状態の時の側面から見た場合の照明光と投影光との状態を示す模式図である。
【図２】反射型画像表示素子のＯＮ状態の時の正面から見た場合の照明光と投影光との状態を示す模式図である。
【図３】実施の形態の用いられる反射型画像表示素子のＯＦＦ状態の時の上面から見た場合の照明光と投影光との状態を示す模式図である。
【図４】実施の形態の用いられる反射型画像表示素子のＯＦＦ状態の時の正面から見た場合の照明光と投影光との状態を示す模式図である。
【図５】従来のプリズムユニットの構成を示す第１図である。
【図６】従来のプリズムユニットの構成を示す第２図である。
【図７】実施の形態１におけるプリズムユニットを含むプロジェクターの全体構成を示す側面図である。
【図８】実施の形態１におけるプリズムユニットを含むプロジェクターの全体構成を示す上面図である。
【図９】実施の形態１におけるプリズムユニットの構成を示す側面図である。
【図１０】実施の形態２におけるプリズムユニットの構成を示す側面図である。
【図１１】実施の形態３におけるプリズムユニットの構成を示す側面図である。
【図１２】実施の形態４におけるプリズムユニットの構成を示す側面図である。
【図１３】実施の形態５におけるプリズムユニットの構成を示す側面図である。
【図１４】実施の形態６におけるプリズムユニットの構成を示す側面図である。
【図１５】実施の形態７におけるプロジェクターの全体構成を示す側面図である。
【図１６】実施の形態８におけるプロジェクターの全体構成を示す側面図である。
【図１７】実施の形態９におけるプロジェクターの全体構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
この発明に基づいた実施の形態におけるプリズムユニットおよびプロジェクターについて、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、以下の各図に示す照明光および投影光は、主光線を図示している。
【００１８】
また、プリズムとは、一般的には、光を分散、屈折、全反射、複屈折させるため、周囲の空間とは屈折率の異なるガラスなどの透明な媒質用いた多面体を意味するものである。しかし、以下の説明においては、このようなプリズムとしての性質を有しない多面体であっても、プリズムとしての性質を有する多面体と組み合わせて用いられることにより、プリズムユニット全体としてみればプリズムの機能を有することとなる場合には、プリズムとしての性質を有しない多面体であっても、プリズムと呼ぶものとする。また、以下の説明における光学面の角度は、特に説明がない限りは、基板２の法線に対する傾斜角度を意味するものとする。
【００１９】
（反射型画像表示素子）
図１から図４を参照して、以下の各実施の形態に用いられる反射型画像表示素子１の動作について説明する。図１および図２は、反射型画像表示素子１のＯＮ状態の時の側面および正面から見た場合の照明光と投影光との状態を示す模式図、図３および図４は、反射型画像表示素子１のＯＦＦ状態の時の上面および正面から見た場合の照明光と投影光との状態を示す模式図である。図中、照明光をＬ１、投影光をＬ２で示す。
【００２０】
図１および図２を参照して、反射型画像表示素子１は、たとえば、１６：１０のアスペクト比の横長の長方形の表示領域を有し、各画素は、基板１ａ上に設けられた複数の微小ミラー１ｂで構成されている。反射型画像表示素子１がＯＮ状態（白表示）の時は、微小ミラー１ｂのミラー法線は、表示領域の長辺側に傾斜しており、照明光Ｌ１は斜め下から入射し、反射型画像表示素子１で反射された投影光Ｌ２は表示面に垂直に進行して、投影レンズに入射することになる。
【００２１】
図３および図４を参照して、反射型画像表示素子１がＯＦＦ状態（黒表示）の時は、ミラー法線は、表示領域の短辺側に傾斜しており、画素で反射された照明光Ｌ１は、ＯＦＦ光Ｌ３として斜め左上の方向に進行して、投影レンズには入射しない。
【００２２】
（従来のプリズムユニット５００，６００）
ここで、図５および図６を参照して、従来のプリズムユニットの構成について説明する。図５および図６は、従来のプリズムユニットの構成を示す第１図および第２図である。
【００２３】
図５を参照して、従来のプリズムユニット５００について説明する。このプリズムユニット５００は、入射した照明光Ｌ１０を基板２上に設けられた反射型画像表示素子１に導いて照明し、反射型画像表示素子１で反射された投影光Ｌ２０を外部に設けられた投影レンズ１０６（図７参照）へと導き出射させるものである。
【００２４】
プリズムユニット５００は、第１のプリズム１０と第３のプリズム３０とを有する。第１のプリズム１０および第３のプリズム３０は、紙面垂直方向に延びる柱形状を有する多面体である。第１のプリズム１０は、照明光Ｌ１０を入射させる第１の光学面Ｓ１、第１の光学面Ｓ１から入射した照明光Ｌ１０を全反射させる第２の光学面Ｓ２、および、第２の光学面Ｓ２で全反射した照明光Ｌ１０を出射させる第３の光学面Ｓ３を含む。第３の光学面Ｓ３には、反射膜１３が設けられている。反射膜１３は、第３の光学面Ｓ３から出射した照明光Ｌ１０を第２の光学面Ｓ２で透過して出射させるよう角度差を持って反射させて第３の光学面Ｓ３に再入射させる機能を有している。
【００２５】
第３のプリズム３０は、第２の光学面Ｓ２から出射した照明光Ｌ１０を入射させ第２の光学面Ｓ２との間においてエアギャップＡＧを形成する第６の光学面Ｓ６、第６の光学面Ｓ６から入射した照明光Ｌ１０を出射させる第７の光学面Ｓ７、および、第７の光学面Ｓ７から出射した照明光Ｌ１０が外部に設けられた反射型画像表示素子１に入射し反射した照明光Ｌ１０が第７の光学面Ｓ７から入射して第６の光学面Ｓ６で全反射した投影光Ｌ２０を出射させる第８の光学面Ｓ８を含む。
【００２６】
このように、プリズムユニット５００は、第１のプリズム１０および第３のプリズム３０の二つのプリズムから構成されている。ここで、照明光Ｌ１０の主光線と第１の光学面Ｓ１との交点と、反射型画像表示素子１の表面との距離をＬ１とし、照明光Ｌ１０の主光線と第６の光学面Ｓ６との交点と、反射型画像表示素子１の表面との距離をＬ６とし、反射型画像表示素子１で反射された投影光Ｌ２０の主光線と第６の光学面Ｓ６との交点と、反射型画像表示素子１の表面との距離をＰ６とする。
【００２７】
このプリズムユニット５００では、第１のプリズム１０の先端部が反射型画像表示素子１側に大きく位置することから、プリズムユニットや他の光学部材と反射型画像表示素子１や基板２との干渉を避ける設計が必要になる。
【００２８】
図６を参照して、プリズムユニット６００は、上記プリズムユニット５００と基本的構成は同じであるが、第１のプリズム１０の先端部が、第３のプリズム３０の先端部と略同じ位置となるようにしている。この構成であっても、投影光Ｌ２０の主光線が基板２から離れる結果、第３のプリズム３０の大型化を招く結果となる。
【００２９】
（実施の形態１：プロジェクター１０００、プリズムユニット１００）
次に、図７から図９を参照して、本実施の形態におけるプロジェクター１０００およびプリズムユニット１００について説明する。図７および図８は、プリズムユニット１００を含むプロジェクター１０００の全体構成を示す側面図および上面図、図９は、プリズムユニット１００の構成を示す側面図である。
【００３０】
図７および図８を参照して、プロジェクター１０００は、光源１０１、ランプリフレクタ１０２、カラーホィール１０３、ロッドインテグレータ１０４、リレー光学手段１０５、プリズムユニット１００、投影レンズ１０６、および、基板２上に設けられた反射型画像表示素子１を含む。
【００３１】
光源１０１には、白色光を発する放電ランプが用いられる。ランプリフレクタ１０２は楕円面からなり、その焦点位置に光源１０１が置かれているため、光源からの光束は収束光で出射する。
【００３２】
光源１０１からの照明光Ｌ１０は、カラーホィール１０３に入射する。カラーホィール１０３は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）を透過させるカラーフィルターで構成されている。カラーホィール１０３を回転させることにより、照明光Ｌ１０の色光が時間的に順次切り替り、各色に対応した画像情報を反射型画像表示素子１に表示する。これにより、投影画像のカラー化を可能とする。
【００３３】
カラーホィール１０３を通過した照明光Ｌ１０は、ガラスからなり、断面が長方形の細長い四角柱の形状をしたロッドインテグレータ１０４に入射する。ロッドインテグレータ１０４の入射面から入射した照明光Ｌ１０は、壁面で全反射を繰り返してミキシングされ、出射面では均質なエネルギー分布となる。
【００３４】
ロッドインテグレータ１０４の後方には、リレー光学手段１０５、プリズムユニット１００、反射型画像表示素子１が配設され、ロッドインテグレータ１０４から出た光は、リレー光学手段１０５、プリズムユニット１００を経て、反射型画像表示素子１を照明する。
【００３５】
リレー光学手段１０５は、プリズムユニット１００と共に、ロッドインテグレータ１０４の出射面の像を反射型画像表示素子１の表示面に投影させるための均一照明を形成する。すなわち、ロッドインテグレータ１０４の出射面は反射型画像表示素子１の表示面と共役で、ロッドインテグレータ１０４の出射面の形状を反射型画像表示素子１の表示領域と略相似形にすることにより、効率よく照明できる。
【００３６】
プリズムユニット１００に入射した照明光Ｌ１０は、反射型画像表示素子１へと導かれて照明し、反射型画像表示素子１で反射されて再びプリズムユニット１００に入射し、投影レンズ１０６に導かれ、スクリーンに画像が表示される。
【００３７】
照明された反射型画像表示素子１からの反射光のうち、ＯＮ状態の反射型画像表示素子１からのＯＮ光は投影レンズ１０６に入射しスクリーンに投影される。ＯＦＦ状態の反射型画像表示素子１のＯＦＦ光は投影レンズ１０６に入射しないので、スクリーンには画像は投影されない。
【００３８】
（プリズムユニット１００）
次に、図９を参照して、プリズムユニット１００の具体的構成について説明する。プリズムユニット１００は、入射した照明光Ｌ１０を反射型画像表示素子１に導いて照明し、反射型画像表示素子１で反射された投影光Ｌ２０を外部に設けられた投影レンズへと導き出射させるプリズムユニットである。
【００３９】
プリズムユニット１００は、第１のプリズム１０と、反射手段１３と、第２のプリズム２０と、第３のプリズム３０と、第４のプリズム４０とを含む。第１のプリズム１０、第２のプリズム２０、第３のプリズム３０、および、第４のプリズム４０は、紙面垂直方向に延びる柱形状を有する多面体である。
【００４０】
第１のプリズム１０は、照明光Ｌ１０を入射させる第１の光学面Ｓ１、第１の光学面Ｓ１から入射した照明光Ｌ１０を全反射させる第２の光学面Ｓ２、および、第２の光学面Ｓ２で全反射した照明光Ｌ１０を出射させる第３の光学面Ｓ３を含む。第１のプリズム１０には、屈折率が約１．５２のＢＫ７などの硝材が用いられている。
【００４１】
第３の光学面Ｓ３は、外側に膨らむ凸状の曲面である。第３の光学面Ｓ３には、反射手段１３として反射膜が設けられている。反射手段１３は、第３の光学面Ｓ３から出射した照明光Ｌ１０を第２の光学面Ｓ２で透過して出射させるよう角度差を持って反射させて第３の光学面Ｓ３に再入射させる機能を有している。
【００４２】
第３の光学面Ｓ３を外側に膨らむ凸状の曲面とすることで、第１の光学面Ｓ１を透過する照明光束の断面を小さくでき、プリズムユニットや照明系をコンパクトにすることができる。また、反射手段１３として反射膜を用いることで、プリズムユニットに要する部品点数の削減を図ることができる。また、プリズムユニットの高さを低くすることもできる。
【００４３】
第２のプリズム２０は、第２の光学面Ｓ２から出射した照明光Ｌ１０を入射させ第２の光学面Ｓ２との間において第１のエアギャップＡＧ１を形成する第４の光学面Ｓ４、および、第４の光学面Ｓ４から入射した照明光Ｌ１０を出射させる第５の光学面Ｓ５を含む。第２のプリズム２０には、屈折率が約１．５２のＢＫ７などの硝材が用いられている。
【００４４】
第３のプリズム３０は、第５の光学面Ｓ５から出射した照明光Ｌ１０を入射させ第５の光学面Ｓ５との間において第２のエアギャップＡＧ２を形成する第６の光学面Ｓ６、第６の光学面Ｓ６から入射した照明光Ｌ１０を出射させる第７の光学面Ｓ７、および、第７の光学面Ｓ７から出射した照明光Ｌ１０が外部に設けられた反射型画像表示素子１に入射し反射した照明光Ｌ１０が第７の光学面Ｓ７から入射して第６の光学面Ｓ６で全反射した投影光Ｌ２０を出射させる第８の光学面Ｓ８を含む。第３のプリズム３０には、屈折率が１．７２前後の、Ｓｃｈｏｏｔ  ＡＧ製のＮ−ＫＺＦＳ８、Ｎ−ＬＡＫ８、Ｎ−ＬＡＦ３５などの硝材が用いられている。
【００４５】
第４のプリズム４０は、第８の光学面Ｓ８から出射した投影光Ｌ２０を入射させ第８の光学面Ｓ８との間において第３のエアギャップＡＧ３を形成する第９の光学面Ｓ９、第９の光学面Ｓ９から入射した投影光Ｌ２０を出射する第１０の光学面Ｓ１０を含む。第４のプリズム４０には、第３のプリズム３０と同じ硝材が用いられている。
【００４６】
リレー光学手段１０５からの照明光Ｌ１０は、第１のプリズム１０の第１の光学面Ｓ１から入射したのち、第１のエアギャップＡＧ１に面した第２の光学面Ｓ２に基準入射角５０°で入射して全反射し、第３の光学面Ｓ３へ向かう。
【００４７】
第３の光学面Ｓ３はプリズム内部から見ると凹面の反射面で、照明光Ｌ１０はここで略テレセントリックな光束状態として反射される。第３の光学面Ｓ３で反射された照明光Ｌ１０は、第２の光学面Ｓ２に全反射を起こさない基準入射角２４．８°で入射して透過し、第４の光学面Ｓ４から第２のプリズム２０に入射する。
【００４８】
第２のプリズム２０に入射した照明光Ｌ１０は、第２のエアギャップＡＧ２に面した第５の光学面Ｓ５に全反射を起こさない基準入射角２９．８°で入射して透過し、第２のエアギャップＡＧ２を介して第６の光学面Ｓ６から第３のプリズム３０へ入射する。
【００４９】
第３のプリズム３０に入射した照明光Ｌ１０は、第７の光学面Ｓ７から出射し、反射型画像表示素子１を照明する。反射型画像表示素子１でＯＮ状態で反射された照明光Ｌ１０は、投影光として第７の光学面Ｓ７から再び第３のプリズム３０に入射する。
【００５０】
第７の光学面Ｓ７から入射した投影光Ｌ２０は、第２のエアギャップＡＧ２に面した第６の光学面Ｓ６に基準入射角４５°で入射して全反射し、第８の光学面Ｓ８に向かう。第６の光学面Ｓ６で全反射した投影光Ｌ２０は、第３のエアギャップＡＧ３に面した第８の光学面Ｓ８に基準入射角２５．５°で入射して透過し、第３のエアギャップＡＧ３を介して第９の光学面Ｓ９から第４のプリズム４０へ入射する。第９の光学面Ｓ９から第４のプリズム４０に入射した投影光Ｌ２０は、第１０の光学面Ｓ１０から出射して、投影レンズ１０６へ入射しスクリーンに投影される。
【００５１】
反射型画像表示素子１でＯＦＦ状態で反射された照明光は、ＯＦＦ光Ｌ３として第７の光学面Ｓ７から再び第３のプリズム３０に入射する。第７の光学面Ｓ７から入射したＯＦＦ光Ｌ３は、第２のエアギャップＡＧ２に面した第６の光学面Ｓ６で全反射し、第８の光学面Ｓ８に向かう。第６の光学面Ｓ６で全反射したＯＦＦ光Ｌ３は、第３のエアギャップＡＧ３に面した第８の光学面Ｓ８に基準入射角４７．２°で入射して全反射し、投影光とは完全に分離される。
【００５２】
このためＯＦＦ光Ｌ３は、投影レンズ１０６に入射しないので、投影レンズ内で迷光となることなくコントラストの低下を招かない。さらに、ＯＦＦ光Ｌ３は、投影レンズ１０６に入射しないので、投影レンズ１０６の鏡胴などにあたることによる温度上昇などの不具合も防止できる。
【００５３】
また、図９において、照明光Ｌ１０の主光線と第１の光学面Ｓ１との交点と、反射型画像表示素子１の表面との距離をＬ１とし、照明光Ｌ１０の主光線と第６の光学面Ｓ６との交点と、反射型画像表示素子１の表面との距離をＬ６とし、反射型画像表示素子１で反射された投影光Ｌ２０の主光線と第６の光学面Ｓ６との交点と、反射型画像表示素子１の表面との距離をＰ６とする。
【００５４】
ここで、図５に示した従来のプリズムユニット５００、および、図６に示したプリズムユニット６００においては、本実施の形態に示すような、第２のプリズム２０は設けられていない。この場合には、第２の光学面Ｓ２において第１のプリズム１０の入射する照明光が全反射し、出射する照明光が全反射しないという条件を満たすとＬ１は、Ｌ６より小さくなる。
【００５５】
また、プリズムユニット５００、および、プリズムユニット６００においては、投影光Ｌ２０と照明光Ｌ１０の差｜Ｐ６−Ｌ１｜は、｜Ｐ６−Ｌ６｜よりも大きくなる。また、プリズムユニット５００の構成の場合、照明光Ｌ１０は反射型画像表示素子１に近づき、第１のプリズム１０が反射型画像表示素子１に近づき、基板２と第１のプリズム１０およびリレー光学手段１０５とが干渉する課題が生じていた。プリズムユニット６００においては、照明光Ｌ１０を基板２から離した分、投影光Ｌ２０も基板２から離れ第３のプリズム３０が大きくなる課題が生じていた。
【００５６】
しかし、本実施の形態の場合には、第２のプリズム２０を設けることにより、｜Ｐ６−Ｌ１｜≦｜Ｐ６−Ｌ６｜の関係を具備させることが可能となる。その結果、照明光Ｌ１０と投影光Ｌ２０の光軸高さの差異によるプリズムユニット高さの増加を抑え、プリズムを含めた光学系の小型化を図ることを可能としている。
【００５７】
また、第２のプリズム２０で照明光が反射する全反射面と投影光が反射する全反射面とを離間させることができ、投影光軸と照明光軸の高さを近づけ、または、揃えることができる。さらに、反射型画像表示素子１やその駆動用の基板２をプリズムや照明系と干渉なく配置することを可能とする。
【００５８】
このように第２のプリズムを設けることで、基板２の配置も容易となり、さらに、第３のプリズム３０の大型化を防止することができる。その結果、軽量、安価なプリズムユニット１００の製造が可能となり、これにより、軽量、安価、薄くコンパクトなプロジェクターを製造することも可能となる。
【００５９】
また、図９を参照して、第１の光学面Ｓ１と第４の光学面Ｓ４のなす角度をＡ４、第１の光学面Ｓ１と第５の光学面Ｓ５のなす角度をＡ５とする。第２のプリズム２０が設けられていない、図５に示すプリズムユニット５００の場合には、Ａ４およびＡ５に相当する角度は４５°で、照明光Ｌ１０は、基準入射角４５度で入射するとともに、これを全反射させる必要がある。
【００６０】
しかし、本実施の形態のプリズムユニット１００の場合、投影光軸の反射角Ａ５＝４５°を保持したまま、Ａ４＝５０°としており、そうすることで第２の光学面Ｓ２とリレー光学系光軸（照明光Ｌ１０）のなす角を４５°ではなく５０°と大きくなるように設定できる。
【００６１】
このように、第２のプリズム２０をくさび状にすることで、第３の光学面Ｓ３で反射された照明光が第２の光学面Ｓ２および第４の光学面Ｓ４０を透過するときの入射角が小さくなり透過効率がよくなる。また、第１の光学面Ｓ１から入射した照明光が第２の光学面Ｓ２で反射するときの入射角が大きくなって全反射しやすくなり、照明光学系の設計自由度、第１のプリズム１０、第２のプリズム２０の硝材選択自由度が向上する。
【００６２】
たとえば、ＢＫ７などの屈折率が低めの硝材を用いても十分に全反射をさせることを可能としている。これにより、ＢＫ７などの屈折率が低めの硝材は、青色領域の透過率低下が少なく、透過率が高めで、比重も小さく、低価格であり、第２の光学面Ｓ２への入射角度を比較的大きくすることで、光利用効率がよくなる。
【００６３】
さらに、第３の光学面Ｓ３から第２の光学面Ｓ２へ入射する照明光Ｌ１０の入射角もＡ４＝Ａ５＝４５°の場合は２９．８°になるのに対し、本実施の形態のように、Ａ４＞Ａ５＝５０°とすることで２４．８°と小さくなるので、界面での反射率を低減でき、透過効率がよくなる効果が得られる。
【００６４】
また、第１のプリズム１０の屈折率Ｎ１は、第３のプリズム３０の屈折率Ｎ３よりも小さくてもよい。第３のプリズム３０に高屈折率の硝材を使用することで、第３のプリズム３０の第６の光学面Ｓ６を反射型画像表示素子１の画像表示面に対し４５°となるように構成でき、反射型画像表示素子１およびその基板２を投影光の光軸に平行に配置でき、プロジェクターの高さを抑えることができる。
【００６５】
また、高屈折率材料は、特に青色領域の透過率が低い傾向にあるが、第１のプリズム１０や第２のプリズム２０に低い屈折率であるが透過率の良いＢＫ７などの硝材を使用することで、透過率の低下、特に青色領域の透過率の低下を抑えることができる。また、ＢＫ７は比較的軽量で、低価格であり、プリズムユニットの軽量化、低価格化にも貢献できる。
【００６６】
（実施の形態２：プリズムユニット１００Ａ）
次に、図１０を参照して、本実施の形態におけるプリズムユニット１００Ａについて説明する。図１０は、プリズムユニット１００Ａの構成を示す側面図である。上記したプリズムユニット１００との相違点は、第２のプリズム２１が平行平板で構成している点と、第１の光学面Ｓ１が照明光Ｌ１０の光軸に対して垂直で無い点にある。その他の構成は、上記実施の形態１のプリズムユニット１００と同じである。よって、重複する説明は繰り返さない。
【００６７】
このように、第２のプリズム２１に、平行平板のプリズムを用いた場合であっても、上記実施の形態１の場合と同様の作用効果を得ることができる。さらに、第２のプリズム２１に、平行平板のプリズムを用いた場合、第２のプリズム２１の製造に要するコストを下げる効果が得られる。第１の光学面Ｓ１は、第１の光学面Ｓ１から入射した照明光Ｌ１０の第２の光学面Ｓ２への入射角を大きくする方向に傾斜させており、第１の光学面Ｓ１から入射した照明光Ｌ１０の第２の光学面Ｓ２への基準入射角は４５°より大きくなり、より確実に全反射させる効果が得られる。
【００６８】
（実施の形態３：プリズムユニット１００Ｂ）
次に、図１１を参照して、本実施の形態におけるプリズムユニット１００Ｂについて説明する。図１１は、プリズムユニット１００Ｂの構成を示す側面図である。上記したプリズムユニット１００との相違点は、第２のプリズム２２の第４の光学面Ｓ４の傾斜をより大きくし傾斜させている点、第１の光学面Ｓ１がプリズムユニット１００Ａの場合と比べて、反対方向に傾斜している点、つまり、第１の光学面Ｓ１の上側の方が下側よりも第２のプリズム２０側に位置している。
【００６９】
このような構成においても、上記実施の形態１の場合と同様の作用効果を得ることができる。また、第４の光学面Ｓ４は、照明光Ｌ１０の光軸に対し５５°と大きいので、第１の光学面Ｓ１から入射した照明光Ｌ１０の第２の光学面Ｓ２への入射角が小さくなる方向に第１の光学面Ｓ１を傾斜させても十分全反射のための条件を満たすことができる。さらに、第３の光学面Ｓ３から第２の光学面Ｓ２に入射する照明光Ｌ１０は、第２の光学面Ｓ２の基準入射角約２０°と小さな入射角となるので反射ロスを少なく透過させることを可能とする。
【００７０】
さらに、第２の光学面Ｓ２で反射された照明光Ｌ１０に沿うように、すなわち有効光路領域に沿うように第１の光学面Ｓ１が形成されているので、第１のプリズム１０で光路が存在しない無駄な領域、体積部分が少なく、プリズムの軽量化の効果を得ることもできる。
【００７１】
（実施の形態４：プリズムユニット１００Ｃ）
次に、図１２を参照して、本実施の形態におけるプリズムユニット１００Ｃについて説明する。図１２は、プリズムユニット１００Ｃの構成を示す側面図である。上記したプリズムユニット１００との相違点は、第１のプリズム１０Ａが、プリズム１１とレンズ１２との接合体から構成されている点にある。その他の構成は、上記実施の形態１のプリズムユニット１００と同じである。よって、重複する説明は繰り返さない。
【００７２】
このような構成においても、上記実施の形態１の場合と同様の作用効果を得ることができる。また、第１のプリズム１０Ａを、平面を有するプリズムと曲面を有するレンズとの別部材の構成とすることで、第１のプリズム１０Ａの製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００７３】
（実施の形態５：プリズムユニット１００Ｄ）
次に、図１３を参照して、本実施の形態におけるプリズムユニット１００Ｄについて説明する。図１３は、プリズムユニット１００Ｄの構成を示す側面図である。上記したプリズムユニット１００との相違点は、ＯＦＦ光をカットするための第４のプリズム４０が、第３のプリズム３０の投影レンズ側ではなく、反射型画像表示素子１側に設けられている点、プリズムユニットの反射手段１３が第１のプリズム１１の第３の光学面Ｓ３に設けられた反射コートではなく、第３の光学面Ｓ３に対向した凹面ミラー１４である点にある。その他の構成は、上記実施の形態１のプリズムユニット１００と同じである。よって、重複する説明は繰り返さない。
【００７４】
このような構成においても、上記実施の形態１の場合と同様の作用効果を得ることができる。また、第４のプリズム４０を第３のプリズム３０の反射型画像表示素子１側に設けることで、投影光Ｌ２０の光軸と反射型画像表示素子１との距離Ｐ６は大きくなるものの、プリズムユニット１００Ｄの体積を小さくすることを可能としている。さらに、プリズムユニット１００Ｄの反射手段となる凹面ミラー１４を第１のプリズム１１と別体とすることで、反射手段としての凹面ミラー１４を、反射型画像表示素子１を照明する領域調整に使用することを可能とする。
【００７５】
（実施の形態６：プリズムユニット１００Ｅ）
次に、図１４を参照して、本実施の形態におけるプリズムユニット１００Ｅについて説明する。図１４は、プリズムユニット１００Ｅの構成を示す側面図である。プリズムユニット１００Ｅに用いられる第１のプリズム１０Ｃは、上記した実施の形態４のプリズムユニット１００Ｃに示す第１のプリズム１０Ａとは、プリズム１１とレンズ１２との接合体が用いられている点は同じである。しかし、プリズムユニットの反射手段１３がレンズ１２に設けられた反射コートではなく、レンズ１２の曲面に対向した平面ミラー１５が用いられている点が異なる。その他の構成は、上記実施の形態１のプリズムユニット１００と同じである。よって、重複する説明は繰り返さない。このような構成においても、上記実施の形態４の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００７６】
（実施の形態７：プロジェクター２０００）
次に、図１５を参照して、赤色用、緑色用、青色用の３つの反射型画像表示素子を用いた３板式のプロジェクター２０００について説明する。本実施の形態では、プリズムユニットとしては、実施の形態１で説明したプリズムユニット１００を用いる場合について説明する。
【００７７】
プロジェクター２０００において、光源１０１には、白色光を発する放電ランプが用いられ、ランプリフレクタ１０２は放物面からなり、その焦点位置に光源１０１が置かれているため、光源からの光束は略平行光で出射する。
【００７８】
光源１０１からの平行光束（照明光Ｌ１０）は、第１レンズアレイ２０１、第２レンズアレイ２０２、重ね合せレンズ２０３を経て、色分解系で赤色、緑色、青色に分解され、それぞれプリズムユニットに入射し、反射型画像表示素子１（１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ）を照明する。それぞれプリズムユニット１００での作用は、実施の形態１と同様で、入射した照明光Ｌ１０と略同じ光軸高さで、投影光Ｌ２０を出射している。
【００７９】
第１レンズアレイ２０１と第２レンズアレイ２０２とで、インテグレータ光学系を構成し、第１レンズアレイ２０１は、反射型画像表示素子１の表示部と略相似な形状のレンズセルで多数の光束に分割し、第２レンズアレイ２０２の対応するレンズセルに集光させている。
【００８０】
第２レンズアレイ２０２の各レンズセルは、対応する第１レンズアレイ２０１のレンズセルの像を反射型画像表示素子１の面に形成し、重ね合せレンズ２０３で各レンズセルの像を反射型画像表示素子１上で重ね合せており、こうすることで反射型画像表示素子１の面上での照度分布の均一化を実現している。
【００８１】
色分解系は、ダイクロミラー２０４Ｒ，２０４Ｂと、折り返しミラー２０７，２０９，２１０と、リレーレンズ２０６，２０８とで構成され、照明光Ｌ１０を赤色、緑色、青色の三原色に分けて、対応する反射型画像表示素子１（１Ｇ，１Ｂ，１Ｒ）へと導いている。
【００８２】
照明光Ｌ１０は、赤色透過のダイクロミラー２０４Ｒで緑色および青色を反射し、赤色を透過し、透過した赤色の照明光ＬＲは折り返しミラー２０９、および、プリズムユニット１００を経て赤色用反射型画像表示素子１Ｒを照明する。
【００８３】
青色透過のダイクロミラー２０４Ｂでは、青色を透過し、緑色を反射し、反射した緑色の照明光ＬＧは、プリズムユニット１００を経て緑色用反射型画像表示素子１Ｇを照明する。
【００８４】
青色の照明光ＬＢは、青色用反射型画像表示素子１Ｂまでの光路長が異なるために、他の赤色、緑色と等価的な条件になるように、等倍系のリレー光学系（リレーレンズ２０６，２０８）を配置し、青色用反射型画像表示素子１Ｂを照明している。
【００８５】
赤色用反射型画像表示素子１Ｒ、緑色用反射型画像表示素子１Ｇ、および、青色用反射型画像表示素子１Ｂの各反射型画像表示素子からの投影光は、プリズムユニット１００を経て、クロスダイクロプリズム３００に入射する。赤色用反射型画像表示素子１Ｒからの投影光は、クロスダイクロプリズム３００の赤色反射面ＳＲで反射され、青色反射面は透過する。緑色用反射型画像表示素子１Ｇからの投影光は、クロスダイクロプリズム３００の赤色反射面ＳＲおよび青色反射面ＳＢとも透過する。青色用反射型画像表示素子１Ｂからの投影光は、クロスダイクロプリズム３００の青色反射面ＳＢで反射され、赤色反射面は透過する。
【００８６】
このようにして、クロスダイクロプリズム３００は、１本の投影レンズ１０６でスクリーンに投影できるように、赤色用反射型画像表示素子１Ｒ、緑色用反射型画像表示素子１Ｇ、および、青色用反射型画像表示素子１Ｂの各反射型画像表示素子から出射光を同軸に合成している。色合成された投影光Ｌ２０は、投影レンズ１０６によりスクリーンに投影される。
【００８７】
本実施の形態におけるプロジェクター２０００は、プリズムユニット１００を各色光ごとに用い、色合成系と色分解系とを別々に設けることで、３板式の本実施の形態におけるプロジェクター２０００においても、プロジェクター２０００としての高さを低く抑えることを可能としている。
【００８８】
（実施の形態８：プロジェクター３０００）
次に、図１６を参照して、赤色用、緑色用、青色用の３つの反射型画像表示素子を用いた３板式のプロジェクター３０００について説明する。上述のプロジェクター２０００とは、色合成系の構成が異なる、光源１０１から重ね合わせレンズ２０３までの構成は同じであるため、重複する説明は繰り返さない。
【００８９】
色分解系において、最初の青色透過ダイクロミラー２０４Ｂで赤色と緑色とを反射し、青色を透過して、透過した青色の照明光ＬＢは折り返しミラー２０９、および、プリズムユニット１００を経て青色用反射型画像表示素子１Ｂを照明する。
【００９０】
緑色透過ダイクロミラー２０４Ｇで、緑色を透過し、赤色を反射して、反射した赤色の照明光ＬＲは、プリズムユニット１００を経て赤色用反射型画像表示素子１Ｒを照明する。
【００９１】
緑色の照明光ＬＧは、緑色用反射型画像表示素子１Ｇまでの光路長が異なるために、他の青色、赤色と等価的な条件になるように、等倍系のリレー光学系（リレーレンズ２０６，２０８、折り返しミラー２０７，２１０）を配置し、緑色用反射型画像表示素子１Ｇを照明している。
【００９２】
青色用反射型画像表示素子１Ｂ、赤色用反射型画像表示素子１Ｒ、および、緑色用反射型画像表示素子１Ｇの各反射型画像表示素子からの投影光は、各プリズムユニット１００を経て、色合成プリズム４００に入射する。青色用反射型画像表示素子１Ｂからの投影光は、色合成プリズム４００の青色反射面ＳＢで反射され、緑色反射面ＳＧは透過する。赤色用反射型画像表示素子１Ｒからの投影光は、色合成プリズム４００の青色反射面ＳＢおよび緑色反射面ＳＧとも透過する。緑色用反射型画像表示素子１Ｇからの投影光は、色合成プリズム４００内で全反射したのち緑色反射面ＳＧで反射される。
【００９３】
このようにして、色合成プリズム４００は、１本の投影レンズ１０６でスクリーンに投影できるように、青色用反射型画像表示素子１Ｂ、赤色用反射型画像表示素子１Ｒ、および、緑色用反射型画像表示素子１Ｇの各反射型画像表示素子から出射光を同軸に合成している。色合成された投影光Ｌ２０は、投影レンズ１０６によりスクリーンに投影される。
【００９４】
（実施の形態９：プロジェクター４０００）
次に、図１７を参照して、赤色用、緑色用、青色用の３つの反射型画像表示素子を用いた３板式のプロジェクター４０００について説明する。上述のプロジェクター２０００とは、色合成系の構成が異なる、光源１０１から重ね合わせレンズ２０３までの構成は同じであるため、重複する説明は繰り返さない。
【００９５】
色分解系において、最初の赤色反射ダイクロミラー４５４Ｒで赤色を反射し、青色と緑色とを透過し、反射した赤色の照明光ＬＲは折り返しミラー４５９、および、プリズムユニット１００を経て赤色用反射型画像表示素子１Ｒを照明する。
【００９６】
青色透過ダイクロミラー４５４Ｂで、青色を透過し、緑色を反射して、反射した緑色の照明光ＬＧは、プリズムユニット１００を経て緑色用反射型画像表示素子１Ｇを照明する。
【００９７】
青色の照明光ＬＢは、青色用反射型画像表示素子１Ｂまでの光路長が異なるために、他の赤色、緑色と等価的な条件になるように、等倍系のリレー光学系（リレーレンズ４５６，４５８、折り返しミラー４６０，４６１）を配置し、青色用反射型画像表示素子１Ｂを照明している。
【００９８】
赤色用反射型画像表示素子１Ｒ、緑色用反射型画像表示素子１Ｇ、および、青色用反射型画像表示素子１Ｂの各反射型画像表示素子からの投影光は、各プリズムユニットを経て、色合成プリズム４５０に入射する。赤色用反射型画像表示素子１Ｒからの投影光は、色合成プリズムのエアギャップ面ＡＧで全反射されたのち、赤色反射面ＳＲで反射され、青色反射面ＳＢは透過する。緑色用反射型画像表示素子１Ｇからの投影光は、色合成プリズム４００の赤色反射面ＳＲおよび青色反射面ＢＲとも透過する。青色用反射型画像表示素子１Ｂからの投影光は、色合成プリズム４５０内で全反射したのち青色反射面ＳＢで反射される。
【００９９】
このようにして、色合成プリズム４５０は、１本の投影レンズ１０６でスクリーンに投影できるように、赤色用反射型画像表示素子１Ｒ、緑色用反射型画像表示素子１Ｇ、および、青色用反射型画像表示素子１Ｂの各反射型画像表示素子から出射光を同軸に合成している。色合成された投影光Ｌ２０は、投影レンズ１０６によりスクリーンに投影される。
【０１００】
なお、上述のプロジェクター２０００、３０００，４０００において、プリズムユニットとしては、実施の形態１で説明したプリズムユニット１００を用いる場合について説明したが、プリズムユニット１００に限定されず、上述したプリズムユニット１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに置き換えてもよい。
【０１０１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０２】
１  反射型画像表示素子、１Ｂ  青色用反射型画像表示素子、１Ｇ  緑色用反射型画像表示素子、１Ｒ  赤色用反射型画像表示素子、２  基板、１ａ，１ｂ  微小ミラー、１０，１０Ａ，１０Ｃ  第１のプリズム、１１  プリズム、１２  レンズ、１３  反射手段（反射膜）、１４  凹面ミラー、１５  平面ミラー、２０，２１，２２  第２のプリズム、３０  第３のプリズム、４０  第４のプリズム、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ  プリズムユニット、１０１  光源、１０２  ランプリフレクタ、１０３  カラーホィール、１０４  ロッドインテグレータ、１０５  リレー光学手段、１０６  投影レンズ、２０１  第１レンズアレイ、２０２  第２レンズアレイ、２０３  重ね合せレンズ、２０４Ｂ，４５４Ｂ  青色透過ダイクロミラー、２０４Ｇ  緑色透過ダイクロミラー、２０４Ｒ，４５４Ｒ  赤色反射ダイクロミラー、２０６，２０８，４０６，４０８  リレーレンズ、２０７，２０９，２１０，４５９，４６０，４６１  折り返しミラー、３００  クロスダイクロプリズム、４００，４５０  色合成プリズム、１０００，２０００，３０００，４０００  プロジェクター。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
2016140049.tif 000020
2016140049.tif 000021
2016140049.tif 000022
2016140049.tif 000023