(57)【要約】【課題】ミラーカバーや反射膜等を用いることなく光を反射させる。【解決手段】本発明の投射型表示装置は、光源１０と、光源１０から射出した光を結像させるための結像光学系７０と、光源１０から射出した光を折り曲げて結像光学系７０に導くための透明部材からなるプリズム４０とを有している。結像光学系７０に入射する光のうち、結像光学系への最大有効入射角以下の光を全反射させる屈折率ｎｔをプリズム４０に持たせる。これにより、反射膜等を必要とすることなく光を全反射させることができる。屈折率ｎｔの範囲としては、「１．５９５９７≦ｎｔ」が好ましい。【選択図】  図２
2008107746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から射出した光を結像させるための結像光学系と、前記光源から射出した光を折り曲げて前記結像光学系に導くための透明部材からなるプリズムとを有し、
前記結像光学系に入射する光のうち、前記結像光学系と前記プリズムとの間の媒質である入射側媒質の屈折率と、前記結像光学系とにより定まる前記結像光学系への最大有効入射角以下の光を全反射させる屈折率を前記プリズムに持たせることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の投射型表示装置において、
前記プリズムは、光を反射する反射面と、この反射面で反射した光が出射する出射面とを有し、
前記プリズムの屈折率をｎｔとし、前記プリズムの外部領域の屈折率をｎａとし、前記入射側媒質の屈折率をｎｉとし、前記最大有効入射角をθｉとし、前記出射面への入射角をθｒとし、前記反射面と前記出射面とのなす角度をβとし、前記反射面と前記出射面との両方に垂直な面内において、前記反射面における反射角が、前記結像光学系に入射する光の光軸中心と平行な方向と前記反射面の法線方向とによって形成される、前記反射面における反射角のうち前記垂直な面内成分の角度Δよりも小さい光が反射する方向を「負方向」とし、前記反射角が前記角度Δよりも大きい光が反射する方向を「正方向」とし、前記結像光学系の法線方向を直交方向としたときに、
「ｎｔ＞ｎａ」、「ｎｔ＞ｎｉ」の条件を満たし、
前記正方向から前記結像光学系に入射する光は、「θｒ＜（９０−β）°」のときには、「ｎｔ×ｓｉｎ（ｓｉｎ―１（（ｎｉ／ｎｔ）×ｓｉｎθｉ）＋β）／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」、前記直交方向から前記結像光学系に入射する光は、「ｎｔ×ｓｉｎβ／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」、前記負方向から前記結像光学系に入射する光は、「θｒ＜β°」のときには、「ｎｔ×ｓｉｎ（ｓｉｎ―１（（ｎｉ／ｎｔ）×ｓｉｎθｉ）―β）／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」の条件を満たすことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の投射型表示装置において、
前記プリズムの屈折率ｎｔは、「１．５９５９７≦ｎｔ」の条件を満たすことを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射膜等の特別な部材を必要とすることなく光を反射させることができる投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学システムにおいては、光源から射出した光の光路が変えられて種々の光学部品に入射される。例えば、液晶プロジェクタ等の投射型表示装置においては、光源から射出した光は光変調を施してダイクロイック素子に入射させるが、光源とダイクロイック素子との間の光路が直線状であると、装置全体が大型化する。近年の投射型表示装置は、薄型化・小型化の要請が高いため、光源から射出した光の進行方向を変える手段を設けることにより、薄型化・小型化の要請を充足している。
【０００３】
光の進行方向を変えるための手段としては、プリズム（主に三角プリズム）を用いることが有効である。三角プリズムの斜面には反射面が形成され、当該反射面に光が入射することにより進行方向が変化する。その一例が特許文献１に開示されている。特許文献１では、光学システムとして液晶プロジェクタを適用したものであるが、光源から射出した光が、プリズムの反射面（特許文献１の対角面）で反射されて光路が変えられている。そして、反射機能を発揮するために、対角面に反射又はミラーカバーを有している。
【特許文献１】特開２００５―３１６４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１ではミラーカバーを用いているが、ミラーカバーはプリズムに取り付けられる必要があるため、その取り付け精度によっては、入射光が所定の方向に反射せず、液晶表示素子（特許文献１の画像形成手段）に光源からの光を導くことができなくなることもある。また、ミラーカバーにより反射機能を実現する場合、その分の部品点数が増加するという問題がある。さらに、ミラーカバーの部品点数が増加すれば、その分のコストも増大することにもなる。また、ミラーカバーではなくプリズムの反射面に反射膜を形成する方法もある。反射膜を形成すれば、部品点数の問題や取り付け精度等の問題を回避し、入射光を反射させることができる。しかし、反射膜に使用される銀やアルミ等の金属反射膜は光吸収を起こすこと等により反射率が低下する問題、酸化や硫化等による耐候性の低下といった問題がある。
【０００５】
そこで、本発明では、ミラーカバーや反射膜等を用いることなく、効率よく光の光路を変えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の投射型表示装置は、光源と、前記光源から射出した光を結像させるための結像光学系と、前記光源から射出した光を折り曲げて前記結像光学系に導くための透明部材からなるプリズムとを有し、前記結像光学系に入射する光のうち、前記結像光学系と前記プリズムとの間の媒質である入射側媒質の屈折率と、前記結像光学系とにより定まる前記結像光学系への最大有効入射角以下の光を全反射させる屈折率を前記プリズムに持たせることを特徴とする。このような構成により、反射膜等を必要とすることなく、光の反射効率を高めることができ、光の損失を抑制することができる。
【０００７】
また、本発明の投射型表示装置は、前記投射型表示装置において、前記プリズムは、光を反射する反射面と、この反射面で反射した光が出射する出射面とを有し、前記プリズムの屈折率をｎｔとし、前記プリズムの外部領域の屈折率をｎａとし、前記入射側媒質の屈折率をｎｉとし、前記最大有効入射角をθｉとし、前記出射面への入射角をθｒとし、前記反射面と前記出射面とのなす角度をβとし、前記反射面と前記出射面との両方に垂直な面内において、前記反射面における反射角が、前記結像光学系に入射する光の光軸中心と平行な方向と前記反射面の法線方向とによって形成される、前記反射面における反射角のうち前記垂直な面内成分の角度Δよりも小さい光が反射する方向を「負方向」とし、前記反射角が前記角度Δよりも大きい光が反射する方向を「正方向」とし、前記結像光学系の法線方向を直交方向としたときに、「ｎｔ＞ｎａ」、「ｎｔ＞ｎｉ」の条件を満たし、前記正方向から前記結像光学系に入射する光は、「θｒ＜（９０−β）°」のときには、「ｎｔ×ｓｉｎ（ｓｉｎ―１（（ｎｉ／ｎｔ）×ｓｉｎθｉ）＋β）／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」、前記直交方向から前記結像光学系に入射する光は、「ｎｔ×ｓｉｎβ／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」、前記負方向から前記結像光学系に入射する光は、「θｒ＜β°」のときには、「ｎｔ×ｓｉｎ（ｓｉｎ―１（（ｎｉ／ｎｔ）×ｓｉｎθｉ）―β）／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」の条件を満たすことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の投射型表示装置は、前記投射型表示装置において、前記プリズムの屈折率ｎｔは、「１．５９５９７≦ｎｔ」の条件を満たすことを特徴とする。前記プリズムの屈折率ｎｔの値としては前記の範囲が好ましい。
【０００９】
また、前記の投射型表示装置において、前記光均一化部材と前記プリズムとの間を連結するために、透明部材からなる懸架部材を適用することができる。前記懸架部材は前記光均一化部材と前記プリズムとの１側面及びその反対面に接着剤により接着され、前記光均一化部材と前記プリズムとを強固に連結するために用いられる。前記懸架部材の材料としては、熱膨張等の観点から、前記光均一化部材及び前記プリズムと同種の透明部材を適用することが好ましい。前記光均一化部材から一部の光が前記懸架部材に入射したとしても、前記懸架部材には全反射条件を満たすような高屈折率の材料が使用されているため、一部の光は前記懸架部材を透過することなく、再び前記プリズムに戻される。従って、光量ロスの問題を回避することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、画像形成のために利用される利用光を全反射するようプリズムの屈折率を高めることで、ミラーカバーや反射膜等を要することなく、高い光利用効率で光路を折り曲げることができる。また、反射膜を使用することなく光を反射させることができるため、耐候性の向上を図ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１には、投射型表示装置の一例として液晶プロジェクタを示している。なお、以下において、「赤色用」とは赤色光のための光学部品であり、「緑色用」とは緑色光のための光学部品であり、「青色用」とは青色光のための光学部品を示すものとする。各光学部品の具体例は順次説明していく。図１に例示される液晶プロジェクタは、光源１０（赤色用光源１０Ｒ、緑色用光源１０Ｇ及び青色用光源１０Ｂを総称したもの）と、導光ユニット２０（赤色用導光ユニット２０Ｒ、緑色用導光ユニット２０Ｇ及び青色用導光ユニット２０Ｂを総称したもの）と、プリズム４０と、液晶表示素子５０（赤色用液晶表示素子５０Ｒ、緑色用液晶表示素子５０Ｇ及び青色用液晶表示素子５０Ｂを総称したもの）と、クロスダイクロイックプリズム６０と、結像光学系７０と、スクリーン８０とを有して構成される。導光ユニット２０は、導光角制御部材２１（赤色用導光角制御部材２１Ｒ、緑色用導光角制御部材２１Ｇ及び青色用導光角制御部材２１Ｂを総称したもの）と光均一化部材２２（赤色用光均一化部材２２Ｒ、緑色用光均一化部材２２Ｇ及び青色用光均一化部材２２Ｂを総称したもの）とを有している。赤色用光源１０Ｒ、緑色用光源１０Ｇ及び青色用光源１０Ｂは、夫々赤色の波長域の光（赤色光）を発光する光源、緑色の波長域の光（緑色光）を発光する光源及び青色の波長域の光（青色光）を発光する光源である。光源としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が適用される場合について説明するが、これに限定されない。
【００１２】
赤色用導光角制御部材２１Ｒ、緑色用導光角制御部材２１Ｇ及び青色用導光角制御部材２１Ｂはテーパ形状のロッド部材である。ここでは、透明部材としてアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスその他の透明部材（以下、単に透明部材とする）が適用された場合について説明する。光源１０から射出した各色光は導光角制御部材２１に入射する。導光角制御部材２１はテーパ形状をしているため、入射した光はテーパ面で全反射しながら進行方向に角度が与えられて進行していく。つまり、導光角制御部材２１により光は進行方向に角度を与えられながら、進行していくことになる。導光角制御部材２１は透明部材であるため、透明部材内部を光は進行していくことになる。
【００１３】
赤色用光均一化部材２２Ｒ、緑色用光均一化部材２２Ｇ及び青色用光均一化部材２２Ｂは透明部材であり、その形状は直方体の形状をしている。光均一化部材２２は導光角制御部材２１の出射側に配置され、導光角制御部材２１を進行した光が光均一化部材２２に入射する。図１にも示されるように、光均一化部材２２の直方体形状の断面を、導光角制御部材２１の出射端面と同一にする。導光角制御部材２１に透明部材が適用されると、光のエネルギー分布が不均一になることがある。そこで、光均一化部材２２に直方体の形状の透明部材を使用すると、様々な角度の光が混ざり合うことでムラをなくし、エネルギー分布の均一化を図ることができる。
【００１４】
プリズム４０は、透明部材からなるプリズムであり、図１では三角プリズムを例示している。ここでは、緑色光の光路を折り曲げるためにプリズム４０が用いられている。図１では、緑色光と青色光とは平行な光路を辿って、また緑色光及び青色光とは進行方向が逆ではあるが、赤色光も平行な光路を辿っている。従って、３色の光の全ての光路を平行にすることができるため、液晶プロジェクタの装置全体のコンパクト化に資することになる。一方で、クロスダイクロイックプリズム６０の３側面から各色の光を入射させるために、３色の光のうち少なくとも１色の光については、光路を折り曲げる必要がある。図１では、緑色光の光路を９０°折り曲げることにより、３色の光をクロスダイクロイックプリズム６０に入射させている。以下、緑色光の光路は９０°折り曲げられるものとして説明するが、９０°以外の角度で光路を折り曲げてもよい。
【００１５】
赤色用光均一化部材２２Ｒを透過した赤色光と、プリズム４０で光路が折り曲げられた緑色光と、青色用光均一化部材２２Ｂを透過した青色光とは、クロスダイクロイックプリズム６０に入射する前に、夫々赤色用液晶表示素子５０Ｒ、緑色用液晶表示素子５０Ｇ及び青色用液晶表示素子５０Ｂに入射する。各液晶表示素子５０は、夫々の色の光に対して光変調を施し、各色の画像を形成する。そして、各液晶表示素子５０により光変調が施された赤色光、緑色光及び青色光は、クロスダイクロイックプリズム６０の３側面から入射する。
【００１６】
クロスダイクロイックプリズム６０はキューブ状のプリズムであり、２つの誘電体多層膜（第１の誘電体多層膜６１と第２の誘電体多層膜６２）がクロスするように形成されている。第１の誘電体多層膜６１は青色光の波長域の光のみを反射し、他の波長域の光を透過させる光学特性を有する多層膜である。第２の誘電体多層膜６２は赤色光の波長域の光のみを反射し、他の波長域の光を透過させる光学特性を有する多層膜である。従って、クロスダイクロイックプリズム６０に入射する青色光は第１の誘電体多層膜６１で反射し、赤色光は第２の誘電体多層膜６２で反射する。クロスダイクロイックプリズム６０に入射する緑色光は、そのままクロスダイクロイックプリズム６０を透過する。
【００１７】
よって、クロスダイクロイックプリズム６０において、赤色光、緑色光及び青色光の３色の光は色合成がされる。結像光学系７０は、クロスダイクロイックプリズム６０で色合成された光をスクリーン８０に投影するためのものである。ここで、結像光学系７０にはレンズが用いられる。一般的には投射レンズが用いられ、当該投射レンズによりカラー画像がスクリーン８０に表示されることになる。以下、結像光学系７０のレンズは投射レンズ７１であるものとして説明する。ただし、後述するように、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いた投射型表示装置の場合等には、投射レンズではなく、ＤＭＤ等に光を導くためのリレーレンズ群が結像光学系となる。
【００１８】
図２にも示されるように、プリズム４０は緑色光が入射する入射面４１、緑色光が反射する反射面４２、緑色光が出射する出射面４３を有している。図１及び図２では、三角プリズムを例示しているが、入射面４１、反射面４２及び出射面４３を有していれば、任意の形状のプリズムを適用することができる。図２に示されるように、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間には間隙領域４４が形成される。間隙領域４４は屈折率が低い媒質からなる領域であり、一般的には空気層が適用される。空気層が適用される場合には、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間には空気間隙（エア・ギャップ）が形成されることになる。ただし、屈折率が低い媒質であれば、空気層以外にも任意の媒質を適用することができる。
【００１９】
プリズム４０の外部領域（反射面４２を境界にしてプリズム４０の外側の領域）４７についても間隙領域４４と同様に屈折率の低い媒質を選択する。従って、間隙領域４４と同じく、外部領域４７にも一般に空気層が適用されるが、空気層に限定されることはない。以下、間隙領域４４と外部領域４７とは同じ屈折率ｎａの媒質（総称して低屈折率領域とする）が適用されるものとして説明する。ただし、間隙領域４４と外部領域４７とは異なる媒質であってもよい。また、プリズム４０と投射レンズ７１との間の媒質を入射側媒質４８とし、当該入射側媒質４８としてはプリズム４０の屈折率よりも低い屈折率を有する材料（屈折率ｎｉの材料とする）を適用する。
【００２０】
ここで、プリズム４０はガラス等の透明部材から構成されるものであり、その屈折率（以下、屈折率ｎｔ）は低屈折率領域の屈折率ｎａよりも高い。従って、プリズム４０と低屈折率領域との間に屈折率差を有することになる。また、図２に示されるように、プリズム４０の内部を進行している緑色光は、反射面４２に対して角度をもって入射することになる。この反射面４２で全反射させれば、画像形成のために利用される光の光量が最大になる。ただし、結像光学系７０による利用可能な光の入射角は制限されることから、必ずしもあらゆる角度の光を全反射させる必要はない。要するに、画像形成のために、結像光学系７０で利用される角度の光、つまり利用光が全反射されればよい。そこで、プリズム４０でこの反射効率を高めるための手法としては、プリズム４０と低屈折率領域との間の屈折率差を大きくすること、プリズム４０と外部領域４７との屈折率で規定される全反射角度範囲内にプリズム４０の反射面４２への入射光の角度を制御すること、の２つの手法がある。
【００２１】
以上の２つの反射効率を高めるための手法のうち、プリズム４０の反射面４２への入射角度をプリズム４０の前段の光学系に完全に制御することは困難であり、多少の光量ロスを生じる可能性がある。そこで、本発明では、プリズム４０の屈折率ｎｔの制御を行うことにより、反射面４２での反射角度を広くする。具体的には、プリズム４０の材料に屈折率が高いハイ・インデックスのものを使用する。プリズム４０に高い屈折率の材料を使用すれば、入射面４１に入射する緑色光の入射角に依らず、反射面４２での全反射角度を広くすることができる。
【００２２】
そこで、本発明では、結像光学系７０のＦ値に応じてプリズム４０に最低限必要となる屈折率（最小屈折率Ｍｉｎとする）を規定する。プリズム４０の屈折率ｎｔを「Ｍｉｎ≦ｎｔ」となるように、好適にコントロールすることにより、反射膜や反射カバー等の特別な部材を使用することなく、反射効率を高める。
【００２３】
プリズム４０の反射面４２で反射した緑色光は、クロスダイクロイックプリズム６０により色合成されて最終的に投射レンズ７１に入射する。光源１０Ｇから射出する緑色光のうち、投射レンズ７１のＦ値で規定される最大有効入射角以上の光は、最終的にスクリーン８０に投影される画像に寄与しない。従って、プリズム４０に入射する緑色光のうち投射レンズ７１の最大有効入射角以下の緑色光の反射効率を高めるようにする。
【００２４】
図２に示されるように、プリズム４０の出射面４３への入射角をθｒとし、投射レンズ７１の前記最大有効入射角をθｉとする。また、プリズム４０の入射面４１と出射面４３とのなす角度をα、反射面４２と出射面４３とのなす角度をβ、入射面４１と反射面４２とのなす角度をγとする。このとき、投射レンズ７１の最大有効入射角θｉは、出射面４３から出射した緑色光の屈折角と等しくなる。また、プリズム４０の角度を夫々α、β、γ（α＋β＋γ＝１８０°）としているが、直角二等辺三角形の形状の三角プリズムが用いられる場合には、「α＝９０°」、「β＝γ＝４５°」となる。
【００２５】
この場合において、最大有効入射角θｉの範囲内の緑色光がプリズム４０の反射面４２で全反射するための全反射条件は、反射面４２と出射面４３との両方に垂直な面内において、反射面４２における反射角が、投射レンズ７１に入射する光の光軸中心と平行な方向と反射面４２の法線方向とによって形成される、反射面４２における反射角のうち前記した反射面４２と出射面４３との両方に垂直な面内成分の角度Δよりも小さい光が反射する方向を「負方向」とし、反射角が角度Δよりも大きい光が反射する方向を「正方向」とし、投射レンズ７１の入射面に直交する方向を「直交方向」としたときに、下記の条件式を満足するようにプリズム４０の屈折率ｎｔが制御された場合である。なお、下記の条件式において、「ｎｔ＞ｎａ」及び「ｎｔ＞ｎｉ」の２つの条件は具備しているものとする。
【００２６】
正方向から入射する光は、「θｒ＜（９０―β）°」のときには、「ｎｔ×ｓｉｎ（ｓｉｎ―１（（ｎｉ／ｎｔ）×ｓｉｎθｉ）＋β）／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」、直交方向から入射する光は、「ｎｔ×ｓｉｎβ／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」、負方向から入射する光は、「θｒ＜β°」のときには、「ｎｔ×ｓｉｎ（ｓｉｎ―１（（ｎｉ／ｎｔ）×ｓｉｎθｉ）―β）／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」の条件を満たす場合である。
【００２７】
前記式において、屈折率ｎｔを決定するための可変要素としては、「ｎａ、ｎｉ、β、θｉ」があるが、これらのうちｎａ及びｎｉについては、低屈折率領域として予め任意の媒質及び入射側媒質を選択しておくことができ、βについても、プリズム４０に何れの形状を採用するか予め選択しておくことができる。一般的には、低屈折率領域の媒質としては空気が選択されるため、「ｎａ＝１．０」であり、入射側媒質４８についても、空気が選択されるため、「ｎｉ＝１．０」である。そして、プリズム４０の形状は直角二等辺三角形の形状をしたものが採用されるため、「β＝４５°」である。よって、ｎａ、ｎｉ及びβは固定要素とすることができ、実質的に屈折率ｎｔを決定するための可変要素となるのはθｉになる。つまり、投射レンズ７１の最大有効入射角θｉによって、プリズム４０の屈折率ｎｔは決定されることになる。前記式から明らかなように、最大有効入射角θｉの角度幅が広がるのに比例して、プリズム４０の屈折率ｎｔも高くする必要がある。
【００２８】
投射レンズ７１の最大有効入射角θｉは、投射レンズ７１のＦ値で規定される。つまり、投射レンズ７１のＦ値が小さいほど、最大有効入射角θｉの幅は広くなる。そうすると、投射レンズ７１のＦ値が小さいほど、プリズム４０の屈折率ｎｔを高くする必要があり、Ｆ値が大きいほど、屈折率ｎｔは低くてもよいことになる。なお、前記の最大有効入射角θｉは、投射レンズ７１のＦ値の他に入射側媒質４８の屈折率ｎｉも可変要素となる。ここでは、「ｎｉ＝１．０」としているため、投射レンズ７１のＦ値で最大有効入射角θｉが規定されるが、ｎｉが可変の場合には、投射レンズ７１のＦ値と入射側媒質４８の屈折率ｎｉとによって最大有効入射角θｉが規定される。
【００２９】
なお、図２に示しているように、「正方向」と「負方向」とを決定するために、投射レンズ７１に入射する光の光軸中心と平行な方向と反射面４２の法線方向とによって形成される角度Δを用いている。プリズム４０が直角二等辺三角形の形状をしており（つまり、α＝９０°、β＝γ＝４５°）、投射レンズ７１の法線方向と投射レンズ７１に入射する光の光軸中心の方向と一致している場合、前記の角度Δは、反射面４２での反射角（つまり、４５°）と等しくなる。従って、この場合、反射面４２における反射角が４５°よりも大きい光の反射方向が「正方向」、４５°よりも小さい光の反射方向が「負方向」となる。
【００３０】
以上により、反射面４２で全反射させる場合に、投射レンズ７１のＦ値で規定される最大有効入射角θｉによって必要となるプリズム４０の最小屈折率Ｍｉｎを規定することができる。
【００３１】
ところで、投射レンズ７１のＦ値に応じてプリズム４０の屈折率制御を行うことにより、反射面４２における緑色光の反射効率の向上を図っているが、本発明では、プリズム４０の屈折率ｎｔを投射レンズ７１のＦ値に応じて決定することにより、投射レンズ７１に必要な画像形成に寄与する緑色光のみを反射させ、必要ない緑色光については排除するという機能も有している。つまり、投射レンズ７１のＦ値に応じてプリズム４０の屈折率ｎｔを最小屈折率Ｍｉｎに近づける制御を行うことにより、単に緑色光の光路を変えるという機能だけではなく、スクリーン８０に投影される画像形成に寄与する光だけを選択的に反射させるフィルタ機能という側面も有している。
【００３２】
プリズム４０の反射面４２が単に光を反射するという機能のみを有している場合（例えば、反射膜等を形成することにより光を反射させている場合等）、本来画像形成に必要となる光以外の光が投射レンズ７１に入射する可能性がある。そうすると、不必要な光は正規でない反射光であるため、投射レンズ７１の結像に有害な光（所謂、迷光）となり、最終的にスクリーン８０に形成される画像に対してコントラストの低下という悪影響を及ぼすことになる。本発明では、投射レンズ７１のＦ値に応じた最小屈折率Ｍｉｎに近い値の屈折率ｎｔを有するプリズム４０を選択する。投射レンズ７１のＦ値により規定される最大有効入射角θｉよりも大きい角度の光は迷光の要因となるため、当該光は反射させずにプリズム４０の反射面４２を透過させるようにした方がよい。そこで、投射レンズ７１のＦ値に応じた最小屈折率Ｍｉｎに近い値の屈折率ｎｔを有するプリズム４０を選択することにより、最大有効入射角θｉの範囲内の光のみの反射効率を高めることができる。つまり、画像形成に必要のない光については、積極的に反射させずに排除（透過）させるように制御していることになる。従って、プリズム４０の屈折率ｎｔを投射レンズ７１のＦ値に応じた最小屈折率Ｍｉｎに近い値のものを選択することにより、光の反射機能という役割とフィルタ機能という役割との２つの役割を発揮することができる。
【００３３】
図３を参照して、プリズム４０に必要となる最小屈折率Ｍｉｎについて説明する（β＝４５°、ｎｉ＝１．０、ｎａ＝１．０であるものとする：つまり、ｎｉ及びｎａは空気であるものとする）。図３において、投射レンズ７１のＦ値が「１．７」のときには、最大有効入射角θｉが「１７．１０°」となる。つまり、投射レンズ７１に入射する光のうち入射角が「１７．１０°」以内の光のみが、スクリーン８０に投影される画像形成に寄与するため、当該範囲内の光のみをプリズム４０の反射面４２において全反射させる。このとき、前述した式により導き出せる最小屈折率Ｍｉｎは、「１．７３３４７」となる。従って、投射レンズ７１のＦ値が「１．７」のときに、全反射させるために必要となるプリズム４０の屈折率ｎｔは、「ｎｔ≧１．７３３４７」となる。なお、図３の表中の反射面入射角度は、プリズム４０の反射面４２に入射する光の入射角度を示している。
【００３４】
同様に、Ｆ値が「２．０」のときには、屈折率ｎｔは「ｎｔ≧１．６８２８９」、Ｆ値が「２．４」のときには、屈折率ｎｔは「ｎｔ≧１．６３５８７」、Ｆ値が「２．９」のときには、屈折率ｎｔは「ｎｔ≧１．５９５９７」の条件を満足すると、投射レンズ７１のＦ値で規定される最大有効入射角以内の光は、全反射を行う。そして、プリズム４０の屈折率ｎｔの最大値としては、２．００１７のものまで用いることができる。具体的な硝材としては、ＨＯＹＡ株式会社製のＴＡＦＤ２５（ｎｔ＝１．９０３６６）等が好適に用いられる。
【００３５】
ところで、反射面４２への入射角によっては、反射光の一部は出射面４３に向かって反射せず、入射面４１に向かって反射する可能性もある。本発明では、図２に示されるように、間隙領域４４によって低屈折率領域が形成されている。低屈折率領域が形成されると、入射面４１に向かって反射した一部の緑色光はプリズム４０の屈折率ｎｔと低屈折率領域の屈折率ｎａとの屈折率差により、入射面４１を透過せず、再び出射面４３に向かって反射することになる。このため、反射面４２で反射した緑色光の一部が入射面４１に向かったとしても、低屈折率領域が形成されていることにより、当該一部の光は出射面４３に戻されるため、光量ロスが生じることを抑制することができる。
【００３６】
そこで、低屈折率領域を形成するために、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間にスペーサ４５を介在させている。スペーサ４５を介在させて、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間に低屈折率の媒質（屈折率ｎａの媒質）を充填すれば、低屈折率領域を形成することができる。特に、低屈折率領域が空気層である場合には、特別な媒質を使用しなくても、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間にスペーサ４５を介在させるだけで、低屈折率領域を形成することができる。以下、低屈折率領域は空気層であるものとして説明する。
【００３７】
前述したように緑色用光均一化部材２２Ｇには透明部材が用いられているため、緑色用光均一化部材２２Ｇから低屈折率領域に射出する緑色光は屈折率差により屈折する。また、プリズム４０にも透明部材が使用されているため、低屈折率領域からプリズム４０に入射する緑色光は、再び屈折することになる。このため、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間の隙間管理は厳格に行う必要がある。前述したように、緑色光は屈折を繰り返して異なる媒質間を進行しているため、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０とのクリアランスが厳格に管理されないと、所定角度で屈折をすることができなくなるためである。ここでは、隙間管理を行うスペーサ４５は球状の形状（例えば、ビーズ等）をしており、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間の連結部分の四隅に配置されている。スペーサ４５としては、その他にも例えば細長の円柱形状の部材を、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間の端部に２箇所配置する構成も採用し得る。
【００３８】
また、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間の低屈折率領域は密閉された空間とすることが好ましい。低屈折率領域が空気層であるとした場合、当該低屈折率領域は短い波長の緑色光（青色光、赤色光も同様）の通路となるため、ゴミその他の不純物が混入すると、緑色光が不純物による影響を受けるおそれがある。そこで、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間の低屈折率領域を密閉状態とするため、シール部材４６を形成する。シール部材４６は、スペーサ４５の内側を囲むように形成され、当該シール部材４６の内部に密閉空間の低屈折率領域が形成される。
【００３９】
ここで、低屈折率領域を介在して緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０とを連結させることが好ましい。スペーサ４５やシール部材４６に接着剤を用いて両者を接着させる方法もあるが、ここでは懸架部材３０を用いる。懸架部材３０として適用されるのは、光透過性の板状部材であり、最も好ましくは緑色用光均一化部材２２Ｇ及びプリズム４０と同種の透明部材（例えば、同じ種類のガラス部材等のように屈折率が等しいもの）が適用される。懸架部材３０は緑色用光均一化部材２２Ｇ及びプリズム４０と接着剤等により接着され、両者を連結した状態とする。懸架部材３０は、緑色用光均一化部材２２Ｇ及びプリズム４０に接着されて両者を強固に連結するために利用されるが、異なる種類の透明部材が適用されると、例えば温度が上昇したときに熱膨張係数の差により、接着面に剥離を生じること等があり得る。従って、同種の透明部材を適用することが好ましい。
【００４０】
図２に示されるように、懸架部材３０のうち大半の部分が緑色用光均一化部材２２Ｇ及びプリズム４０との接着面となる。図２では、一枚の懸架部材３０を図示しているが、これと反対側に同一の懸架部材３０が接着される。このため、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０とは２方向から連結されるため、連結強度はさらに強いものとなる。
【００４１】
ここで、緑色用光均一化部材２２Ｇを進行している緑色光は、その大半が低屈折率領域に入射するが、図４に示されるように、一部の緑色光が懸架部材３０に入射することも考えられる。懸架部材３０に入射した一部の緑色光が外部に漏れてしまうと、当該一部の緑色光は損失するため、光量ロスの要因となる。しかし、本発明では、懸架部材３０に一部の緑色光が入射したとしても、懸架部材３０はプリズム４０と同じ種類の透明部材が使用されているため、ハイ・インデックスである。従って、低屈折率領域の屈折率と懸架部材３０との間の屈折率差は大きいため、懸架部材３０に入射した一部の緑色光は、懸架部材３０の接着面とは反対面で反射する。このため、外部に漏れることなく、再びプリズム４０に戻される。
【００４２】
なお、図１では、緑色光の光路を折り曲げる液晶プロジェクタについて説明したが、青色光又は赤色光を折り曲げる液晶プロジェクタであってもよい。また、１色の光の光路を折り曲げるのではなく、２色ないし３色の光の光路を折り曲げるものであってもよい。また、光源については、ＬＥＤを前提として説明したが、例えば放電ランプ、レーザ光源、ＥＬ（電場発光素子）等を適用してもよい。
【００４３】
ところで、投射型表示装置として構成したときに、プリズム４０の外部領域４７は、特殊な環境下に置かれる場合はともかく、通常は空気中に配置される。しかしながら、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間の間隙領域４４は、スペーサ４５で囲まれた閉鎖空間であるから、必ずしも空気層が形成されるのではなく、所望の媒質を封入することが可能である。例えば、内部に屈折率を調整するための部材として光学接着剤等を充填することも可能である。そこで、光学接着剤ＡＣ  Ｒ２２０Ｂ（丸紅ケミックス株式会社製）を間隙空間４４内に充填した場合において、結像光学系７０のＦ値における最大の反射効率を得るためのプリズム４０の屈折率の関係は図５に示すとおりである。
【００４４】
次に、図６を用いて、ＤＭＤを用いた投射型表示装置について説明する。図６において、ＤＭＤを用いた投射型表示装置は、光源９１と導光角制御部材９２とプリズム９３と光均一化部材９４と結像光学系９５とＤＭＤ９６と投射レンズ９７とスクリーン９８とを有して構成される。これらのうち、導光角制御部材９２とプリズム９３と光均一化部材９４と投射レンズ９７とスクリーン９８とは、前述したものと同一の機能を果たすものである。光源９１は、青色光、緑色光及び赤色光の３色の光を発振する光源である。結像光学系９５は、光均一化部材９４を出射した各色の光をＤＭＤ９６に結像させるためのリレーレンズ群である。ＤＭＤ９６は、１画素に対応した微小ミラーであり、当該微小ミラーの傾斜方向を駆動制御することにより、光変調を行う。
【００４５】
ＤＭＤを用いた投射型表示装置においても、プリズム９３の屈折率を制御することにより、反射膜等を形成することなく、必要となる光を反射させることができる。つまり、ＤＭＤ９６に結像させるための結像光学系９５のリレーレンズ群のＦ値で規定される最大有効入射角以下の光のみが画像形成に寄与するため、当該光のみを選択的に全反射させるような屈折率をプリズム９３に持たせる。また、プリズム９３の屈折率を、光量損失が許容される範囲内に抑制する。プリズム９３の屈折率を好適に制御することにより、プリズム９３に反射膜等を形成することなしに、全反射させることができ、且つ光量損失を抑制することができる。なお、投射型表示装置は、ＤＭＤを用いたものに限定されず、反射型液晶表示素子等の任意の投射型表示装置についても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】液晶プロジェクタの概略構成図である。
【図２】プリズムと投射レンズとの説明図である。
【図３】Ｆ値と屈折率との関係を示す表である。
【図４】懸架部材の説明図である。
【図５】最大の反射効率を得るためのプリズムの屈折率の関係
【図６】ＤＭＤを用いた液晶プロジェクタの概略構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０    光源                    ２０    導光ユニット
２１    導光角制御部材            ２２    光均一化部材
３０    懸架部材                ４０    プリズム
４１    入射面                    ４２    反射面
４３    出射面                    ４４    間隙領域
４５    スペーサ                ４６    シール部材
Ｍｉｎ    最小屈折率                ｎａ    屈折率
ｎｔ    屈折率                    θｉ    最大有効入射角
【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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