(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光源から出射した３原色Ｒ，Ｇ，Ｂの各照明光であって光路合成された照明光で反射型表示素子の画像表示面を照明し、その反射光を投影光として投影光学系によりスクリーンに画像投影を行う画像投影装置であって、
３原色Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する３つの波長域について、特定の入射角のレーザー光を反射させ、かつ、他の入射角のレーザー光を透過させる一つの光学多層膜を有する光学部材を前記反射型表示素子と前記投影光学系との間に配置し、
その光学部材の光学多層膜に、Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザー光からなる照明光の光束を入射させるとともに、Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザー光からなる投影光の光束を照明光の光束とは異なる角度で入射させ、投影光の光束と照明光の光束のいずれか一方を反射させ、他方を透過させることを特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
レーザー光源から出射した３原色Ｒ，Ｇ，Ｂの各照明光で反射型表示素子の画像表示面を照明し、その反射光を投影光として投影光学系によりスクリーンに画像投影を行う画像投影装置であって、
前記反射型表示素子と前記投影光学系との間に、３原色Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する３つの波長域について、特定の入射角のレーザー光を反射させ、かつ、他の入射角のレーザー光を透過させる光学多層膜を有する光学部材が配置されており、その光学部材が前記照明光と前記投影光とを分離し、
前記光学多層膜を有する光学部材が、板ガラス上に光学多層膜を形成して成る多層膜フィルタであり、その多層膜フィルタが、投影光を反射させ、かつ、照明光を透過させるように配置されており、前記多層膜フィルタを微小振動させるアクチュエータを更に有することを特徴とする画像投影装置。
【請求項３】
前記光学多層膜を有する光学部材が、投影光を透過させ、かつ、照明光を反射させるように配置されており、投影光の主光線の光学多層膜への入射角が１０度以下であることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記反射型表示素子がＲ用，Ｇ用，Ｂ用の３つの反射型表示素子から成り、前記光学多層膜を有する光学部材と各反射型表示素子との間に色分解合成光学系を更に有することを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記光学多層膜を有する光学部材が、複数のプリズムを接着剤で貼り合わせて成るプリズム体であり、その貼り合せ面に前記光学多層膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
【請求項６】
前記反射型表示素子がデジタル・マイクロミラー・デバイスであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像投影装置に関するものであり、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)，ＬＣＯＳ(liquid crystal on silicon)等の反射型表示素子を搭載した画像投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタル・マイクロミラー・デバイス等の反射型表示素子を用いて、その表示画像を略テレセントリックな投影光学系によりスクリーンに投映する画像投影装置においては、反射型表示素子に入射する照明光と表示素子から射出する投影光とを分離する必要がある。その照明光と投影光との分離には、ＴＩＲ(total internal reflection)プリズム又はＰＢＳ(polarizing beam splitter)プリズムが一般的に使用されている。例えば特許文献１記載の画像投影装置では、エアギャップを有するＴＩＲプリズムでの臨界角を照明光と投影光との分離に利用している。また特許文献２記載の画像投影装置では、ＰＢＳプリズムの偏光分離機能を照明光と投影光との分離に利用している。
【特許文献１】米国特許第５，５５２，９２２号明細書
【特許文献２】特開平９−２３０２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載されている画像投影装置では、エアギャップ面での入射角が大きいため、界面での光量損失が大きいという問題がある。つまり、ＴＩＲプリズムでは投影光と照明光のうち、透過する方の光線が臨界角に非常に近い角度で界面を透過するため、透過率が低くなり、結果として光量損失の増大を招いてしまうのである。
【０００４】
特許文献２に記載されている画像投影装置では、ＰＢＳプリズムとデジタル・マイクロミラー・デバイスとの間に、照明光と投影光とを分離するために投影光の偏光特性を変換する位相差板が必要である。また、照明光の偏光状態を揃えるための光学部品、投影光の偏光特性を変化させる光学部品等も追加する必要があり、光学系が複雑で高価になる。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単かつコンパクトな構成でありながら、照明光と投影光とを分離する際の光量損失が少ない画像投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明の画像投影装置は、レーザー光源から出射した３原色Ｒ，Ｇ，Ｂの各照明光で反射型表示素子の画像表示面を照明し、その反射光を投影光として投影光学系によりスクリーンに画像投影を行う画像投影装置であって、前記反射型表示素子と前記投影光学系との間に、３原色Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する３つの波長域について、特定の入射角のレーザー光を反射させ、かつ、他の入射角のレーザー光を透過させる光学多層膜を有する光学部材が配置されており、その光学部材が前記照明光と前記投影光とを分離することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明の画像投影装置は、上記第１の発明において、前記光学多層膜を有する光学部材が、板ガラス上に光学多層膜を形成して成る多層膜フィルタであり、その多層膜フィルタが、投影光を反射させ、かつ、照明光を透過させるように配置されており、前記多層膜フィルタを微小振動させるアクチュエータを更に有することを特徴とする。
【０００８】
第３の発明の画像投影装置は、上記第１の発明において、前記光学多層膜を有する光学部材が、投影光を透過させ、かつ、照明光を反射させるように配置されており、投影光の主光線の光学多層膜への入射角が１０度以下であることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明の画像投影装置は、上記第１の発明において、前記反射型表示素子がＲ用，Ｇ用，Ｂ用の３つの反射型表示素子から成り、前記光学多層膜を有する光学部材と各反射型表示素子との間に色分解合成光学系を更に有することを特徴とする。
【００１０】
第５の発明の画像投影装置は、上記第１の発明において、前記光学多層膜を有する光学部材が、複数のプリズムを接着剤で貼り合わせて成るプリズム体であり、その貼り合せ面に前記光学多層膜が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
第６の発明の画像投影装置は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記反射型表示素子がデジタル・マイクロミラー・デバイスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、照明光と投影光とを分離するために、反射型表示素子と投影光学系との間に、３原色Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する３つの波長域について、特定の入射角のレーザー光を反射させ、かつ、他の入射角のレーザー光を透過させる光学多層膜を有する光学部材が配置された構成になっているので、ＴＩＲプリズムを用いた場合と比べて、照明光と投影光とを分離する際の光量損失を抑えることができ、ＰＢＳプリズムを用いた場合と比べて、光学構成が簡単になり光学部品の追加に伴うコストアップも抑えることができる。したがって、簡単かつコンパクトな構成でありながら、照明光と投影光とを分離する際の光量損失が少ない画像投影装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る画像投影装置の実施の形態等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００１４】
《第１の実施の形態(反射時の入射角α＝45°，透過時の入射角β＝31.86°)》
図１に、第１の実施の形態に係る画像投影装置の主要な光学配置の概略を上面側から示す。この画像投影装置は、反射型表示素子１０と、その画像表示面１０ａを照明するための照明光学系と、画像表示面１０ａに表示される画像をスクリーン(不図示)に対して拡大投影するための投影光学系１１と、を備えている。ここでは、反射型表示素子１０として画像表示面１０ａが長方形のデジタル・マイクロミラー・デバイスを想定している。このため図１では、その画像表示面１０ａの長辺方向から見た構成において、照明系の光軸ＡＸ０が紙面内にあるような図となっているが、画素の偏向軸は紙面に対し４５°傾いて、照明系の光軸ＡＸ０も紙面上に無く、紙面の下側から画像表示面１０ａに入射している。
【００１５】
照明光学系は、レーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ；反射ミラー３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ；ダイクロイックミラー４Ｒ，４Ｇ；レンズアレイ５；ロッドインテグレータ６；リレー光学系７；多層膜フィルタ８等で構成されている。レーザーアレイ光源１Ｒからは赤色(波長６２０ｎｍのＲ)の照明光束Ｐが出射され、レーザーアレイ光源１Ｇからは緑色(波長５３２ｎｍのＧ)の照明光束Ｐが出射され、レーザーアレイ光源１Ｂからは青色(波長４６５ｎｍのＢ)の照明光束Ｐが出射される。つまり、３原色Ｒ，Ｇ，Ｂの照明光束Ｐをそれぞれ出射する３つのレーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂが順次点滅し、反射型表示素子１０が照明光束Ｐの色に応じた画像を画像表示面１０ａに表示することにより、カラー画像の表示が行われる。
【００１６】
各レーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの光源配列は、いずれも扁平になっている(例えば１列又は２列×１０数列)。このため、各レーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから出射される照明光束Ｐは、いずれも扁平な光束断面を有している。そして、３つのレーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、各照明光の光束断面の長尺方向が略一直線状になるように配列されており、３つのレーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂには共通のヒートシンク２が取り付けられている。
【００１７】
レーザーアレイ光源１Ｒから出射したＲの照明光束Ｐは、反射ミラー３Ｒで反射された後、ダイクロイックミラー４Ｒで反射される。ダイクロイックミラー４ＲはＲの照明光束Ｐを反射し、Ｇ，Ｂの照明光束Ｐを透過するので、Ｒの照明光束Ｐはダイクロイックミラー４Ｒで反射されることにより、Ｇ，Ｂの照明光束Ｐと同一の光軸に光路合成される。光路合成後のＲの照明光束Ｐは、レンズアレイ５に入射して分割・拡散される。レーザーアレイ光源１Ｇから出射したＧの照明光束Ｐは、反射ミラー３Ｇで反射された後、ダイクロイックミラー４Ｇで反射される。ダイクロイックミラー４ＧはＧの照明光束Ｐを反射し、Ｂの照明光束Ｐを透過するので、Ｇの照明光束Ｐはダイクロイックミラー４Ｇで反射されることにより、Ｂの照明光束Ｐと同一の光軸に光路合成される。光路合成後のＧの照明光束Ｐは、ダイクロイックミラー４Ｒを透過し、レンズアレイ５に入射して分割・拡散される。レーザーアレイ光源１Ｂから出射したＢの照明光束Ｐは、反射ミラー３Ｂで反射された後、ダイクロイックミラー４Ｇ，４Ｒを順に透過することにより、Ｒ，Ｇの照明光束Ｐと同一の光軸に光路合成される。光路合成後のＢの照明光束Ｐは、レンズアレイ５に入射して分割・拡散される。
【００１８】
上記のように、３枚の反射ミラー３Ｒ，３Ｇ，３Ｂと２種類のダイクロイックミラー４Ｒ，４Ｇによって、Ｒ，Ｇ，Ｂの各照明光束Ｐが同一の光路に合成される。この光路合成(つまり色合成)により、Ｒ，Ｇ，Ｂの各照明光束Ｐは、同軸になるとともに各発光面からロッドインテグレータ６までの光路長が互いに等しくなる。その結果、光路合成後の同一面における光束断面が略等しくなる。これについては後で詳しく説明する。
【００１９】
光路合成後のＲ，Ｇ，Ｂの各照明光束Ｐは、複数のレンズセルで構成されたレンズアレイ５で分割・拡散された後、ロッドインテグレータ６に入射する。レンズアレイ５で拡散状態となったＲ，Ｇ，Ｂの各照明光束Ｐは、ロッドインテグレータ６を通ることによって光強度が均一化される。ここで想定しているロッドインテグレータ６は、４枚の平面ミラーを貼り合わせて成る中空ロッド方式の光強度均一化手段であるが、これに限らず、四角柱形状のガラス体から成るガラスロッドでも構わない。
【００２０】
入射端面から入射してきた照明光束Ｐは、ロッドインテグレータ６の側面(すなわち内壁面)で何度も繰り返し反射されることによりミキシングされ、照明光束Ｐの空間的なエネルギー分布が均一化されて出射端面から出射する。ロッドインテグレータ６の出射端面の形状は、反射型表示素子１０の画像表示面１０ａと略相似の四角形になっており、また、ロッドインテグレータ６の出射端面は、リレー光学系７により反射型表示素子１０の画像表示面１０ａに対して共役になっている。したがって、上記ミキシング効果により出射端面での照度分布が均一化されることにより、反射型表示素子１０は効率良く均一に照明されることになる。なお、反射型表示素子１０の画像表示面１０ａの形状と適合するならば、ロッドインテグレータ６の断面形状は長方形等の四辺形に限らない。
【００２１】
この照明光学系では、ロッドインテグレータ６の手前に置かれたレンズアレイ５で照明光束Ｐに角度をつけることにより、ロッドインテグレータ６内で反射しやすくしている。このように、レーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂからの照明光がレンズアレイ５の各レンズセルで集光又は発散する構成にすれば、ロッドインテグレータ６に対してより角度を持って入射すること(つまり、入射端面に対する入射角度が大きいこと)になるため、ロッドインテグレータ６内での反射回数が多くなり、均一な照度分布がより得やすくなる。
【００２２】
この照明光学系では、レンズアレイ５を用いて照明光束Ｐを等方的に拡散させている。レンズアレイ５は、正方形の凸レンズから成る同一レンズ形状(つまり同一曲率のレンズ面)・同一レンズサイズの複数のレンズセルで構成されている。各レンズセルは、小さい方の光束幅よりも十分に小さいサイズで構成されており、どの方向にも十分に光束を分割して拡散させている。したがってレンズアレイ５は、照明光束Ｐを複数に分割してそれぞれの光束状態を等方的に変化させることにより、照明光束Ｐを等方的に拡散させる。つまり、レンズアレイ５に入射した照明光束Ｐは、複数に分割されて、光束幅の大きい方も小さい方も同様の角度で屈折することになる。照明光束Ｐの断面が扁平であれば、その光束幅は方向によって異なるが、照明光束Ｐを複数に分割してそれぞれの光束状態を等方的に変化させれば、光束幅の違いはＮＡ分布に影響しない。したがって等方的なＮＡ分布が得られ、等方的なＮＡ分布を有する照明光束Ｐでの均質な照明を、簡単な構成で実現することが可能となる。また、レンズアレイ５を構成している各レンズセルが、レンズアレイ５に入射する際の照明光束Ｐの断面の最小幅より小さいので、光束幅の小さい方向に関しても効果的な拡散が可能となる。
【００２３】
レンズアレイ５は、照明光束Ｐを複数に分割してそれぞれを同一(又は略同一)の等方的な集光状態(凹レンズでレンズセルを構成した場合には発散状態)にすることにより、照明光束Ｐを等方的に拡散させる構成になっているので、光束幅の差に関係なく、ロッドインテグレータ６に入射させる照明光束Ｐの角度分布(つまり集光度合い又は発散度合い)をすべての方向で同一(又は略同一)にすることができ、照明光学系の構成も簡単になる。また、拡散部材としてレンズアレイ５を用いれば、個々のレンズセルで入射光束を同じ角度分布で等方的に拡散させることができるので、照明光学系の構成や組み立てが簡単になり、低コスト化も容易になる。なお、レンズアレイ５を構成している各レンズセルは、そのレンズ形状が正方形になっているが、他の正多角形(例えば正六角形)のレンズセルから成るレンズアレイ５を用いてもよい。正多角形のレンズセルから成るレンズアレイ５を用いた場合、光束幅の大きい方向も小さい方向も同様の屈折が行われるため、より等方的なＮＡ分布を得ることができる。
【００２４】
上記のようにレンズアレイ５での等方的な拡散により扁平なＮＡ分布が等方的なＮＡ分布に変換されるので、扁平な断面の照明光束Ｐを出射するレーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを備え、かつ、コンパクトな構成でも、等方的なＮＡ分布を有する照明光束Ｐを得ることが可能となり、高い照明効率と高い解像力を保持しつつ均一な照度分布を得ることが可能となる。また、レンズアレイ５で照明光束Ｐが等方的に拡散されるため、ロッドインテグレータ６に対してより角度を持って照明光束Ｐが入射することになる。その結果、ロッドインテグレータ６内での反射回数が多くなり、均一な照度分布がより得やすくなる。したがって、レンズアレイ５とロッドインテグレータ６との組合せにより、ロッドインテグレータ６の出射端面でのＮＡ分布及び輝度分布は均一になり、結果として、等方的なＮＡ分布を有する照明光束Ｐで均質な照明を実現することが可能となる。
【００２５】
ところで、レーザー光源のように点光源に近く指向性のある光源から、同じ微小角度の発散角を持って発光した光束は、その光路長の差がそのまま光学部品(ここではレンズアレイ５)での光束幅の差になる。このため、Ｒ，Ｇ，Ｂの各レーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂからの光路長が異なれば、レンズアレイ５での光束幅の差異の比率が比較的大きくなり、レンズアレイ５で色ごとの光束分割度合いに大きな差異が発生する。したがって、色ごとに照度分布の差異が生じて色ムラが生じることになる。図１に示す照明光学系では、光路合成されたＲ，Ｇ，Ｂの３つの照明光束Ｐが同じ角度分布でロッドインテグレータ６に入射するように光学配置されているため、上記のような色ムラが生じる危険性は排除される。そして、色ムラの発生が抑えられることにより、各色光で略等しい均一な照度分布での照明をより確実に達成することが可能となる。また、各レーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂからロッドインテグレータ６までの光路長が等しい(又は略等しい)光学配置を採用することにより、色ムラの発生防止をより簡単な構成で行うことが可能となる。
【００２６】
図１に示すように、ロッドインテグレータ６から出射した照明光は、照明用のリレー光学系７を通って多層膜フィルタ８に入射する。多層膜フィルタ８は板ガラス８ｂ上に光学多層膜８ａを形成して成るものであり、照明光は図１の紙面下から入射角β＝３１．８６°で光学多層膜８ａに入射することになる。
【００２７】
本実施の形態で多層膜フィルタ８に用いる光学多層膜８ａの一例を実施例１として、その膜構成(層番号，材料，屈折率，膜厚)を以下に示す。実施例１の光学多層膜８ａは、高屈折率材料：ＴｉＯ2(酸化チタン)から成る膜と、低屈折率材料：ＳｉＯ2(酸化ケイ素)から成る膜と、が交互に複数層、層番号の順に積層された構成になっており、図２に示す分光反射率特性(破線：入射角β＝３１．８６°，実線：入射角α＝４５°)を有している。図２のグラフから分かるように、入射角β＝３１．８６°で入射するＲ(波長６２０ｎｍ)，Ｇ(波長５３２ｎｍ)，Ｂ(波長４６５ｎｍ)の各色の照明光は、多層膜フィルタ８を透過することになる。
【００２８】
実施例１
層番号   材料    屈折率     膜厚
(波長550nm)  (nm)
ガラス
1     TiO2    2.404      83.03
2     SiO2    1.469     376.38
3     TiO2    2.404     121.05
4     SiO2    1.469     374.21
5     TiO2    2.404      23.45
6     SiO2    1.469     150.35
7     TiO2    2.404     313.44
8     SiO2    1.469     102.57
9     TiO2    2.404     277.07
10     SiO2    1.469      81.1
11     TiO2    2.404     103.63
12     SiO2    1.469     344.54
13     TiO2    2.404      27.7
14     SiO2    1.469     142.08
15     TiO2    2.404      12.72
16     SiO2    1.469     196.64
17     TiO2    2.404     130.68
18     SiO2    1.469      81.71
19     TiO2    2.404     223.7
20     SiO2    1.469      83.82
21     TiO2    2.404     183.23
22     SiO2    1.469     223.92
23     TiO2    2.404     219.12
24     SiO2    1.469     348.52
25     TiO2    2.404      49.93
26     SiO2    1.469      91.54
27     TiO2    2.404     258.91
28     SiO2    1.469     591.59
29     TiO2    2.404      39.73
30     SiO2    1.469     187.64
31     TiO2    2.404      15.49
32     SiO2    1.469     275.3
33     TiO2    2.404     437.6
34     SiO2    1.469     147.11
35     TiO2    2.404      42.86
36     SiO2    1.469      96.86
37     TiO2    2.404     121.32
38     SiO2    1.469     365.07
39     TiO2    2.404     220.29
40     SiO2    1.469      85.42
41     TiO2    2.404     201.11
42     SiO2    1.469     208.37
43     TiO2    2.404     351.03
44     SiO2    1.469     391.59
45     TiO2    2.404      10.88
46     SiO2    1.469     328.91
空気
【００２９】
多層膜フィルタ８を透過した照明光は、反射型表示素子１０の画像表示面１０ａの面法線に対し入射角２４°で入射して、画像表示面１０ａを均一に照明する。このときリレー光学系７は、照明光をリレーしてロッドインテグレータ６の出射端面を反射型表示素子１０の画像表示面１０ａ上で結像させる。つまり、反射型表示素子１０の画像表示面１０ａ上にはロッドインテグレータ６の出射端面の像が形成されることになる。
【００３０】
反射型表示素子１０の画像表示面１０ａでは、照明光を変調することにより２次元画像が形成される。反射型表示素子１０としては、前述したようにデジタル・マイクロミラー・デバイスを想定しているので、その画像表示面１０ａに入射した光は、ＯＮ／ＯＦＦ状態(±１２°の傾き状態)の各マイクロミラーで反射されることにより空間的に変調される。つまり反射型表示素子１０は、各画素が±１２°偏向することにより、照明光の反射方向を変えて、画素のＯＮ／ＯＦＦを表現している。なお、使用される反射型表示素子１０はデジタル・マイクロミラー・デバイスに限らず、投影光学系１１に適した他の非発光・反射型の表示素子(例えば反射型液晶表示素子)を用いても構わない。
【００３１】
ＯＮの光は、画像表示面１０ａに垂直に反射され、多層膜フィルタ８に対し入射角α＝４５°で入射する。多層膜フィルタ８に再び導かれたＲ(波長６２０ｎｍ)，Ｇ(波長５３２ｎｍ)，Ｂ(波長４６５ｎｍ)の各色の投影光は多層膜フィルタ８で反射され、投影光学系１１へと入射する。一方、ＯＦＦの光は、照明光の進入側とは反対側に大きく偏向されるため、投影光学系１１に対してはまったく進入しない。したがって、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光のみが、多層膜フィルタ８で反射されて投影光学系１１に入射し、投影光学系１１のパワーにより、画像表示面１０ａの表示画像がスクリーン上に拡大投影される。前述したように各レーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを順次点滅させ、それぞれの色光に応じた画像を画像表示面１０ａに表示することにより、単一の反射型表示素子１０でカラー画像の表示が可能となる。
【００３２】
多層膜フィルタ８には、アクチュエータ９が取り付けられている。アクチュエータ９により、矢印Ｑで示すように、多層膜フィルタ８は投影系の光軸ＡＸ１位置を中心に振動する。その結果、投影光学系１１側から見れば、反射型表示素子１０が半画素分だけシフトすることになる。アクチュエータ９により多層膜フィルタ８を高速で微小振動させ、投影像の投影位置を例えば１／２画素相当分移動させることにより、見かけ上の画素数を増やすことができ、より高解像な投影像を得ることができる。このような画素ずらしは高速で行う必要があり、その実現のためには軽量な反射ミラー等を振動させる必要がある。また、投影光学系中に反射ミラーを設けることには、コスト，サイズ等の制約がある。このため、このような画素ずらしを行う画像投影装置は、固定焦点の投影光学系を搭載したもの(リアプロジェクションテレビ等)に限られていた。多層膜フィルタ８は、デジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた画像投影装置において、投影光と照明光とを分離するだけでなく、アクチュエータ９が取り付けられることによって画素ずらしを行い、より高解像な投影像を生成する機能も兼ねることができる。したがって、本実施の形態の構成をとることにより、投影光学系がズームレンズでも特段の制約無しに画素ずらしによる高解像化を実現することができる。
【００３３】
本発明に係る画像投影装置では、照明光と投影光とを分離するために、反射型表示素子と投影光学系との間に、３原色Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する３つの波長域について、特定の入射角のレーザー光を反射させ、かつ、他の入射角のレーザー光を透過させる光学多層膜を有する光学部材が配置されていることを１つの特徴としている。この特徴的な構成は、本実施の形態に限らず、後述する他の実施の形態に関しても同様である。レーザー光は波長帯域が狭く光束の広がり幅が狭いので、上記特徴的な光学多層膜を用いることにより、偏光や臨界角によらず、光学多層膜の入射角度による特性差を利用して投影光と照明光との分離を効率良く行うことが可能となる。
【００３４】
上記光学多層膜を用いると、臨界角を利用して投影光と照明光との分離を行うときのエアギャップが無いため、界面での損失が少なく、結果として明るく効率の良い画像投影装置を実現することができる。後述する第４の実施の形態(図８)のように、プリズム体１６に光学多層膜１６ａを形成することによっても実現可能である。その場合、エアギャップ無しのプリズム体１６ａになるため、エアギャップによる非点隔差の影響が無くなり、良好な投影画質を得ることができる。
【００３５】
デジタル・マイクロミラー・デバイス等の反射型表示素子を用い、投影光と照明光との分離に偏光を利用する場合には、投影光の偏光を変換する位相差板が必要となるが、上記光学多層膜を用いることによって位相差板は不要となる。また、レーザー光は偏光した状態で発光するが、照明光の照度分布の均一化やスペックル防止のために必要となるインテグレータ等が偏光状態に乱れを生じさせてしまう。よって、偏光状態を揃え直さないと伝達効率が低下するので、偏光を揃えるための光学部材が必要となるが、上記光学多層膜を用いることによってそのような光学部材は不要となる。このように光学多層膜を用いることによって、部品点数が少なくなるため低コスト化・軽量化が可能となり、伝達効率が良くコンパクトな単板式又は３板式のカラー画像投影装置を実現することができる。
【００３６】
本実施の形態のように、板ガラス上に光学多層膜を形成することにより多層膜フィルタを構成し、投影光を反射させ、かつ、照明光を透過させるように多層膜フィルタを配置し、アクチュエータで多層膜フィルタを微小振動させる構成にすれば、以下のような効果を得ることができるので好ましい。まず、プリズムを用いずに板ガラスで前記特徴のある光学多層膜を実現できるので、軽量化・低コスト化を達成できるという効果が得られる。投影光を反射で用いることにより、投影光に板ガラスによる非点隔差が生じないという効果が得られる。光学多層膜面で投影光を反射させる構成において、その光学多層膜が形成されている板ガラスを振動させることにより、見かけの解像力を上げることできるという効果(つまり画素ずらしによる高解像化)が得られる。例えば、ＴＩＲプリズムを用いた場合には振動させる物体の質量が大きいため十分な振動量やスピードが得られないが、板ガラス上に光学多層膜を形成することにより多層膜フィルタを構成すれば、その軽量化により十分な振動量やスピードを得ることが可能となる。
【００３７】
画素ずらしによって見かけの解像力を増やすため、投影光学系内部に折り返しミラーを配置して、それを振動させる手法は従来より知られている。しかしその場合、投影光学系としてズームレンズを用いると、折り返しミラーを配置する空間が確保しにくいため、前述したように投影光学系は固定焦点レンズに限られてしまう。反射型表示素子と投影光学系との間に多層膜フィルタを配置すれば、投影光学系の内部に折り返しミラーを設ける必要がないので、投影光学系としてのズームレンズの適用が容易になる。つまり、投影光学系にズームレンズを用いた場合でも、ズーム状態にかかわらず同じ振動量の制御により、解像力を上げることが可能となる。
【００３８】
《第２の実施の形態(反射時の入射角α＝30°，透過時の入射角β＝6°)》
図３に、第２の実施の形態に係る画像投影装置の主要な光学配置の概略を上面側から示す。この画像投影装置では、多層膜フィルタ８を投影光が透過する構成になっており、レーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂからリレー光学系７までは、第１の実施の形態(図１)と同じ構成になっている。
【００３９】
図３に示すように、ロッドインテグレータ６から出射した照明光は、照明用のリレー光学系７を通って折り返しミラー１２で反射された後、多層膜フィルタ８に入射する。多層膜フィルタ８は板ガラス８ｂ上に光学多層膜８ａを形成して成るものであり、照明光は入射角α＝３０°で光学多層膜８ａに入射することになる。
【００４０】
本実施の形態で多層膜フィルタ８に用いる光学多層膜８ａの一例を実施例２として、その膜構成(層番号，材料，屈折率，膜厚)を以下に示す。実施例２の光学多層膜８ａは、高屈折率材料：ＴｉＯ2(酸化チタン)から成る膜と、低屈折率材料：ＳｉＯ2(酸化ケイ素)から成る膜と、が交互に複数層、層番号の順に積層された構成になっており、図４に示す分光反射率特性(破線：入射角β＝６°，実線：入射角α＝３０°)を有している。図４のグラフから分かるように、入射角α＝３０°で入射するＲ(波長６２０ｎｍ)，Ｇ(波長５３２ｎｍ)，Ｂ(波長４６５ｎｍ)の各色の照明光は、多層膜フィルタ８で反射することになる。
【００４１】
実施例２
層番号   材料    屈折率     膜厚
(波長550nm)  (nm)
ガラス
1     TiO2    2.404     162.66
2     SiO2    1.469     438.52
3     TiO2    2.404     106.48
4     SiO2    1.469     329.03
5     TiO2    2.404      34.23
6     SiO2    1.469     104
7     TiO2    2.404     822.94
8     SiO2    1.469     458.74
9     TiO2    2.404     102.75
10     SiO2    1.469     119.87
11     TiO2    2.404     620.75
12     SiO2    1.469     275.91
13     TiO2    2.404     253.08
14     SiO2    1.469     255.48
15     TiO2    2.404     331.89
16     SiO2    1.469     631.7
17     TiO2    2.404      81.73
18     SiO2    1.469     136.34
19     TiO2    2.404      52.34
20     SiO2    1.469     275.05
21     TiO2    2.404     358.57
22     SiO2    1.469     166.71
23     TiO2    2.404     185.85
24     SiO2    1.469     176.31
25     TiO2    2.404     462.45
26     SiO2    1.469      94.05
27     TiO2    2.404     382.74
28     SiO2    1.469     369.99
29     TiO2    2.404      30.96
30     SiO2    1.469     259.33
空気
【００４２】
多層膜フィルタ８で反射した照明光は、反射型表示素子１０の画像表示面１０ａの面法線に対し入射角２４°で入射して、画像表示面１０ａを均一に照明する。このときリレー光学系７は、照明光をリレーしてロッドインテグレータ６の出射端面を反射型表示素子１０の画像表示面１０ａ上で結像させる。つまり、反射型表示素子１０の画像表示面１０ａ上にはロッドインテグレータ６の出射端面の像が形成されることになる。
【００４３】
反射型表示素子１０の画像表示面１０ａでは、照明光を変調することにより２次元画像が形成される。反射型表示素子１０としては、前述したようにデジタル・マイクロミラー・デバイスを想定しているので、その画像表示面１０ａに入射した光は、ＯＮ／ＯＦＦ状態(±１２°の傾き状態)の各マイクロミラーで反射されることにより空間的に変調される。つまり反射型表示素子１０は、各画素が±１２°偏向することにより、照明光の反射方向を変えて、画素のＯＮ／ＯＦＦを表現している。なお、使用される反射型表示素子１０はデジタル・マイクロミラー・デバイスに限らず、投影光学系１１に適した他の非発光・反射型の表示素子(例えば反射型液晶表示素子)を用いても構わない。
【００４４】
ＯＮの光は、画像表示面１０ａに垂直に反射され、多層膜フィルタ８に対し入射角β＝６°で入射する。多層膜フィルタ８に再び導かれたＲ(波長６２０ｎｍ)，Ｇ(波長５３２ｎｍ)，Ｂ(波長４６５ｎｍ)の各色の投影光は多層膜フィルタ８を透過し、投影光学系１１へと入射する。一方、ＯＦＦの光は、照明光の進入側とは反対側に大きく偏向されるため、投影光学系１１に対してはまったく進入しない。したがって、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光のみが、多層膜フィルタ８を透過して投影光学系１１に入射し、投影光学系１１のパワーにより、画像表示面１０ａの表示画像がスクリーン上に拡大投影される。前述したように各レーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを順次点滅させ、それぞれの色光に応じた画像を画像表示面１０ａに表示することにより、単一の反射型表示素子１０でカラー画像の表示が可能となる。
【００４５】
本実施の形態では、光学多層膜８ａに対して投影光を入射角β＝６°という非常に小さい角度で入射させているため、多層膜フィルタ８を透過することにより生じる非点隔差の発生を非常に小さく抑えることができ、投影光を透過させる構成でも非常に良好な投影画質が得られる。つまり、投影光を透過させ、かつ、照明光を反射させるように光学多層膜を配置し、投影光の主光線(投影系の光軸ＡＸ１に相当する。)の光学多層膜への入射角が１０度以下にすると、例えば、光学多層膜が形成される光学基板を板ガラスにした場合に、その板ガラスによる非点隔差の発生を小さく抑えることができる。また、投影光を透過で用い、かつ、光学多層膜への入射角を小さくすることにより、投影光学系と反射型表示素子との間のスペースを小さくすることができる。その結果、投影光学系のレンズバック長を小さくすることができ、コンパクトで安価な画像投影装置を実現することができる。
【００４６】
《第３の実施の形態(反射時の入射角α＝48°，透過時の入射角β＝24°；３板式)》
図５に、第３の実施の形態に係る画像投影装置の主要な光学配置の概略を上面側から示し、図６に、その要部概略構成を側面側から示す。この画像投影装置では、多層膜フィルタ８を投影光が透過する構成になっており、レーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂからリレー光学系７までの基本的な構成は、第１の実施の形態(図１)と同じになっている。また、３板式になっており、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応した３つの反射型表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ(図６)を有している。リレー光学系７と反射型表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとの間には、３つのプリズム１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂから成るカラープリズム１３が配置されており、リレー光学系７はそれに対応した設計となっている。なお、図５は反射型表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの画素の偏向軸方向から見た構成を示しており、図６はそれと直交する方向で、３つの反射型表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの配置状況を示している。
【００４７】
図５に示すように、ロッドインテグレータ６から出射した照明光は、照明用のリレー光学系７を通って多層膜フィルタ８に入射する。多層膜フィルタ８は板ガラス８ｂ上に光学多層膜８ａを形成して成るものであり、照明光は入射角α＝４８°で光学多層膜８ａに入射することになる。
【００４８】
本実施の形態で多層膜フィルタ８に用いる光学多層膜８ａの一例を実施例３として、その膜構成(層番号，材料，屈折率，膜厚)を以下に示す。実施例３の光学多層膜８ａは、高屈折率材料：ＴｉＯ2(酸化チタン)から成る膜と、低屈折率材料：ＳｉＯ2(酸化ケイ素)から成る膜と、が交互に複数層、層番号の順に積層された構成になっており、図７に示す分光反射率特性(破線：入射角β＝２４°，実線：入射角α＝４８°)を有している。図７のグラフから分かるように、入射角α＝４８°で入射するＲ(波長６２０ｎｍ)，Ｇ(波長５３２ｎｍ)，Ｂ(波長４６５ｎｍ)の各色の照明光は、多層膜フィルタ８で反射することになる。
【００４９】
実施例３
層番号   材料    屈折率     膜厚
(波長550nm)  (nm)
ガラス
1     TiO2    2.404      68.89
2     SiO2    1.469      40.49
3     TiO2    2.404     106.69
4     SiO2    1.469     387.17
5     TiO2    2.404      94.47
6     SiO2    1.469     171.39
7     TiO2    2.404      50.36
8     SiO2    1.469     112.53
9     TiO2    2.404      48.99
10     SiO2    1.469     130
11     TiO2    2.404     520.01
12     SiO2    1.469     139.93
13     TiO2    2.404      55.59
14     SiO2    1.469      97.93
15     TiO2    2.404     125.77
16     SiO2    1.469     270.87
17     TiO2    2.404      19.69
18     SiO2    1.469     262.2
19     TiO2    2.404      87.1
20     SiO2    1.469      92.18
21     TiO2    2.404      49.15
22     SiO2    1.469     137.1
23     TiO2    2.404      31.77
24     SiO2    1.469     135.34
25     TiO2    2.404     104.86
26     SiO2    1.469     164.83
27     TiO2    2.404      21.05
28     SiO2    1.469     226.25
29     TiO2    2.404      68.14
30     SiO2    1.469     122
31     TiO2    2.404      57.46
32     SiO2    1.469     121.13
33     TiO2    2.404     124.23
34     SiO2    1.469      17.26
35     TiO2    2.404     110.11
36     SiO2    1.469     157.84
37     TiO2    2.404      94.78
38     SiO2    1.469      27.63
空気
【００５０】
多層膜フィルタ８で反射した照明光は、カラープリズム１３に入射する。カラープリズム１３は、前述したように、Ｒ用，Ｇ用，Ｂ用の３つのプリズム１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂで構成されている。カラープリズム１３に入射した照明光は、まずＢ用のプリズム１３Ｂに入射し、Ｂ反射ダイクロイック面１４ＢでＢの色光が反射される。Ｂの色光は、さらにＢ用のプリズム１３Ｂの多層膜フィルタ８側の面で全反射し、Ｂ用の反射型表示素子１０Ｂを照明する。Ｂ反射ダイクロイック面１４Ｂを透過したＲとＧの色光は、エアギャップ層１５を経て、Ｒ用のプリズム１３Ｒに入射し、Ｒ反射ダイクロイック面１４ＲでＲの色光が反射される。Ｒの色光は、さらにＲ用のプリズム１３ＲのＢ用のプリズム１３Ｂ側の面で全反射し、Ｒ用の反射型表示素子１０Ｒを照明する。Ｒ反射ダイクロイック面１４Ｒを透過したＧの色光は、Ｇ用のプリズム１３Ｇを経た後、Ｇ用の反射型表示素子１０Ｇを照明する。
【００５１】
Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光は、反射型表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの各画像表示面１０ａの面法線に対し入射角２４°で入射して、画像表示面１０ａを均一に照明する。このときリレー光学系７は、照明光をリレーしてロッドインテグレータ６の出射端面を反射型表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの画像表示面１０ａ上で結像させる。つまり、反射型表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの画像表示面１０ａ上にはロッドインテグレータ６の出射端面の像が形成されることになる。
【００５２】
反射型表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの各画像表示面１０ａでは、照明光を変調することにより２次元画像が形成される。反射型表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとしては、前述したようにデジタル・マイクロミラー・デバイスを想定しているので、その画像表示面１０ａに入射した光は、ＯＮ／ＯＦＦ状態(±１２°の傾き状態)の各マイクロミラーで反射されることにより空間的に変調される。つまり反射型表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、各画素が±１２°偏向することにより、照明光の反射方向を変えて、画素のＯＮ／ＯＦＦを表現している。なお、使用される反射型表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂはデジタル・マイクロミラー・デバイスに限らず、投影光学系１１に適した他の非発光・反射型の表示素子(例えば反射型液晶表示素子)を用いても構わない。
【００５３】
ＯＮの光は、画像表示面１０ａに垂直に反射され、投影光としてカラープリズム１３に入射する。各色光は、図６の方向から見た場合、照明光と同じ光路を逆に進行し、同一光路に合成され、多層膜フィルタ８へ入射する。このとき、図５の方向から見た場合、投影光は、照明光と異なる角度でカラープリズム１３を進行し、多層膜フィルタ８へは入射角β＝２４°で入射することになる。このため、多層膜フィルタ８に再び導かれたＲ(波長６２０ｎｍ)，Ｇ(波長５３２ｎｍ)，Ｂ(波長４６５ｎｍ)の各色の投影光は多層膜フィルタ８を透過し、投影光学系１１へと入射する。一方、ＯＦＦの光は、照明光の進入側とは反対側に大きく偏向されるため、投影光学系１１に対してはまったく進入しない。したがって、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光のみが、多層膜フィルタ８を透過して投影光学系１１に入射し、投影光学系１１のパワーにより、各画像表示面１０ａの表示画像がスクリーン上に拡大投影される。本実施の形態では３板式を採用しているので、各レーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを同時に動作させて、それぞれの色光に応じた画像を反射型表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの各画像表示面１０ａに同時に表示することにより、カラー画像の表示が可能となる。
【００５４】
本実施の形態のように反射型表示素子を３つ用いることにより、反射型表示素子を１つだけ用いた画像投影装置よりも、より明るい画像投影装置を実現することができる。さらに、従来のＴＩＲプリズムの代わりに多層膜フィルタを用いることにより、エアギャップでの界面反射による損失を減らすことができるので、より一層明るい画像投影装置を実現することができる。また、照明光の色分解前であって投影光の色合成後に、投影光と照明光との分離を行う構成とすることにより、照明系も投影系も単一の光学系だけで済み(色ごとにリレー光学系等の照明光学系を設けなくて済む。)、この多層膜フィルタ８を用いることによりその実現が容易に可能となる。したがって、反射型表示素子がＲ用，Ｇ用，Ｂ用の３つの反射型表示素子から成り、光学多層膜を有する光学部材と各反射型表示素子との間に色分解合成光学系を有することが好ましい。なお、本実施の形態では、色分解合成光学系としてカラープリズム１３を用いているが、プリズム１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂの代わりにダイクロイックミラーで色分解合成光学系を構成してもよい。
【００５５】
《第４の実施の形態(反射時の入射角α＝45.6°，透過時の入射角β＝30°；プリズムタイプ)》
図８に、第４の実施の形態に係る画像投影装置の主要な光学配置の概略を上面側から示す。この画像投影装置では、光学多層膜１６ａをプリズム体１６内に形成した構成になっており、レーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂからリレー光学系７までの基本的な構成は、第１の実施の形態(図１)と同じになっている。リレー光学系７と反射型表示素子１０との間には２つのプリズム１６Ａ，１６Ｂから成るプリズム体１６が配置されており、リレー光学系７はそれに対応した設計となっている。２つのプリズム１６Ａ，１６Ｂは接着剤で貼り合わされており、その貼り合わせ面の一方に光学多層膜１６ａが形成されている。
【００５６】
図８に示すように、ロッドインテグレータ６から出射した照明光は、照明用のリレー光学系７を通ってプリズム体１６に入射する。そして、プリズム１６Ａを透過した後、光学多層膜１６ａに入射する。このとき、照明光は入射角α＝４５．６°で光学多層膜１６ａに入射することになる。
【００５７】
本実施の形態で多層膜フィルタ８に用いる光学多層膜８ａの一例を実施例４として、その膜構成(層番号，材料，屈折率，膜厚)を以下に示す。実施例４の光学多層膜１６ａは、高屈折率材料：ＴｉＯ2(酸化チタン)から成る膜と、中間屈折率材料：Ａｌ2Ｏ3(酸化アルミニウム)から成る膜と、が交互に複数層、層番号の順に積層された構成になっており、図９に示す分光反射率特性(破線：入射角β＝３０°，実線：入射角α＝４５．６°)を有している。図９のグラフから分かるように、入射角α＝４５．６°で入射するＲ(波長６２０ｎｍ)，Ｇ(波長５３２ｎｍ)，Ｂ(波長４６５ｎｍ)の各色の照明光は、光学多層膜１６ａで反射することになる。本実施の形態では、光学多層膜に低屈折率材料のＳｉＯ2の代わりに中間屈折率材料のＡｌ2Ｏ3を使用し、光学多層膜の入射角度依存性を抑えることにより、適切な光学多層膜特性を得ている。このように、プリズム体に光学多層膜を設ける場合は、Ａｌ2Ｏ3等の中間屈折率材料を使用するのが望ましい。
【００５８】
実施例４
層番号   材料    屈折率     膜厚
(波長550nm)  (nm)
ガラス
1     TiO2    2.404     210.44
2     Al2O3   1.654     172.14
3     TiO2    2.404      75.55
4     Al2O3   1.654      22.58
5     TiO2    2.404     155.33
6     Al2O3   1.654     135.61
7     TiO2    2.404      58.66
8     Al2O3   1.654     110
9     TiO2    2.404      66.48
10     Al2O3   1.654     146.96
11     TiO2    2.404      86.38
12     Al2O3   1.654      95.72
13     TiO2    2.404     150.74
14     Al2O3   1.654     108.73
15     TiO2    2.404     177.93
16     Al2O3   1.654     114.33
17     TiO2    2.404      70.43
18     Al2O3   1.654     167.59
19     TiO2    2.404     291.88
20     Al2O3   1.654     300.86
21     TiO2    2.404      62.32
22     Al2O3   1.654     110.52
23     TiO2    2.404     231.49
24     Al2O3   1.654     112.41
25     TiO2    2.404      73.73
26     Al2O3   1.654      50.58
27     TiO2    2.404      48.83
28     Al2O3   1.654      23.86
29     TiO2    2.404      88.42
30     Al2O3   1.654     130.1
31     TiO2    2.404      62.63
32     Al2O3   1.654     103.32
33     TiO2    2.404     228.87
34     Al2O3   1.654      99.21
35     TiO2    2.404      57.36
36     Al2O3   1.654      98.5
37     TiO2    2.404     287.83
38     Al2O3   1.654     110.56
39     TiO2    2.404     235.31
40     Al2O3   1.654     109.95
41     TiO2    2.404      61.44
42     Al2O3   1.654     287.51
43     TiO2    2.404     163.5
44     Al2O3   1.654      96.9
45     TiO2    2.404     108.42
46     Al2O3   1.654     115.56
47     TiO2    2.404      65.22
48     Al2O3   1.654     103.47
49     TiO2    2.404      63.09
50     Al2O3   1.654     100.7
51     TiO2    2.404     167.03
52     Al2O3   1.654      35.87
53     TiO2    2.404     222.7
54     Al2O3   1.654     164.55
55     TiO2    2.404      53.52
56     Al2O3   1.654     151.23
57     TiO2    2.404      28.51
58     Al2O3   1.654     125.27
ガラス
【００５９】
光学多層膜１６ａで反射した照明光は、プリズム１６Ａを透過した後、反射型表示素子１０の画像表示面１０ａの面法線に対し入射角２４°で入射して、画像表示面１０ａを均一に照明する。このときリレー光学系７は、照明光をリレーしてロッドインテグレータ６の出射端面を反射型表示素子１０の画像表示面１０ａ上で結像させる。つまり、反射型表示素子１０の画像表示面１０ａ上にはロッドインテグレータ６の出射端面の像が形成されることになる。
【００６０】
反射型表示素子１０の画像表示面１０ａでは、照明光を変調することにより２次元画像が形成される。反射型表示素子１０としては、前述したようにデジタル・マイクロミラー・デバイスを想定しているので、その画像表示面１０ａに入射した光は、ＯＮ／ＯＦＦ状態(±１２°の傾き状態)の各マイクロミラーで反射されることにより空間的に変調される。つまり反射型表示素子１０は、各画素が±１２°偏向することにより、照明光の反射方向を変えて、画素のＯＮ／ＯＦＦを表現している。なお、使用される反射型表示素子１０はデジタル・マイクロミラー・デバイスに限らず、投影光学系１１に適した他の非発光・反射型の表示素子(例えば反射型液晶表示素子)を用いても構わない。
【００６１】
ＯＮの光は、画像表示面１０ａに垂直に反射され、プリズム１６Ａを透過した後、光学多層膜１６ａに対し入射角β＝３０°で入射する。光学多層膜１６ａに再び導かれたＲ(波長６２０ｎｍ)，Ｇ(波長５３２ｎｍ)，Ｂ(波長４６５ｎｍ)の各色の投影光は光学多層膜１６ａを透過し、プリズム１６Ｂを透過してプリズム体１６から射出した後、投影光学系１１へと入射する。一方、ＯＦＦの光は、照明光の進入側とは反対側に大きく偏向されるため、投影光学系１１に対してはまったく進入しない。したがって、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光のみが、光学多層膜１６ａを有するプリズム体１６を透過して投影光学系１１に入射し、投影光学系１１のパワーにより、画像表示面１０ａの表示画像がスクリーン上に拡大投影される。前述したように各レーザーアレイ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを順次点滅させ、それぞれの色光に応じた画像を画像表示面１０ａに表示することにより、単一の反射型表示素子１０でカラー画像の表示が可能となる。
【００６２】
光学多層膜が形成される光学基板は、板ガラスに限らず、本実施の形態のようにプリズム体でもよい。プリズム体に光学多層膜を設けることにより、プリズム体に多層膜フィルタの機能を付加することができる。なお、前述した第１〜第３の実施の形態においても板ガラス８ｂの代わりにプリズム１６Ａ，１６Ｂを用いて、多層膜フィルタ８からプリズム体１６への置き換えは可能である。
【００６３】
本実施の形態のように、光学多層膜を有する光学部材が、複数のプリズムを接着剤で貼り合わせて成るプリズム体であり、その貼り合せ面に光学多層膜が形成されていることが好ましい。プリズム体に光学多層膜を設ける場合には、その光学多層膜面を接着剤で貼り合わせることが可能である。このため、プリズム体にはエアギャップが存在せず、従来のＴＩＲプリズムでは問題となっていたエアギャップによる非点隔差の発生が無い。また、エアギャップ面での大きな界面反射の発生も防ぐことができるため、光利用効率の良い画像投影装置を得ることができる。さらに、従来のＴＩＲプリズムを搭載した画像投影装置において、そのＴＩＲプリズムの代わりに光学多層膜を有するプリズム体を用いることが可能であり、他の光学系(投影光学系等)の流用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】画像投影装置の第１の実施の形態を示す概略構成図。
【図２】第１の実施の形態に用いられる光学多層膜(実施例１)の分光反射率特性を示すグラフ。
【図３】画像投影装置の第２の実施の形態を示す概略構成図。
【図４】第２の実施の形態に用いられる光学多層膜(実施例２)の分光反射率特性を示すグラフ。
【図５】画像投影装置の第３の実施の形態を示す概略構成図。
【図６】第３の実施の形態の要部概略構成を示す側面図。
【図７】第３の実施の形態に用いられる光学多層膜(実施例３)の分光反射率特性を示すグラフ。
【図８】画像投影装置の第４の実施の形態を示す概略構成図。
【図９】第４の実施の形態に用いられる光学多層膜(実施例４)の分光反射率特性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６５】
１Ｒ    赤色発光のレーザーアレイ光源(レーザー光源)
１Ｇ    緑色発光のレーザーアレイ光源(レーザー光源)
１Ｂ    青色発光のレーザーアレイ光源(レーザー光源)
３Ｒ  Ｒ用の反射ミラー
３Ｇ  Ｇ用の反射ミラー
３Ｂ  Ｂ用の反射ミラー
４Ｒ  Ｒ反射用のダイクロイックミラー
４Ｇ  Ｇ反射用のダイクロイックミラー
５    レンズアレイ
６    ロッドインテグレータ
８    多層膜フィルタ(光学部材)
８ａ    光学多層膜
８ｂ    板ガラス
９    アクチュエータ
１０    反射型表示素子
１０ａ    画像表示面
１０Ｒ  Ｒ用の反射型表示素子
１０Ｇ  Ｇ用の反射型表示素子
１０Ｂ  Ｂ用の反射型表示素子
１１    投影光学系
１３    カラープリズム(色分解合成光学系)
１３Ｒ  Ｒ用のプリズム
１３Ｇ  Ｇ用のプリズム
１３Ｂ  Ｂ用のプリズム
１６    プリズム体
１６Ａ，１６Ｂ    プリズム
１６ａ    光学多層膜
α    光学多層膜に対する反射時の入射角
β    光学多層膜に対する透過時の入射角
ＡＸ０    照明系の光軸
ＡＸ１    投影系の光軸(投影光の主光線)
Ｐ    照明光束
【図１】
0005239237.tif 000002
【図２】
0005239237.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005239237.tif 000007
【図７】
0005239237.tif 000008
【図８】
0005239237.tif 000009
【図９】
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