(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子の法線方向に平行な投写光軸を有する外部の投写レンズとの間に配置されるプリズムであって、
前記可変ミラー素子から第１距離だけ離れた第１端部と第２端部とを備え且つ前記第１端部から前記第２端部に向かって前記可変ミラー素子に対して遠ざかる方向に傾斜しており、外部から入射する光線束を全反射して反射後の外部入射光線束を前記可変ミラー素子側へ向けて伝搬させ得る第１内面と、
前記可変ミラー素子からそれぞれ第２距離及び第３距離だけ離れた第１端部及び第２端部を備える第２内面とを備え、
前記第２内面は、前記第１内面で全反射された前記外部入射光線束が入射するときには前記外部入射光線束を透過させ、前記可変ミラー素子に照射して前記可変ミラー素子によって反射される光線束の内で且つ第１反射状態にある光線束の内で前記第２内面に向かって伝播する第１束が入射するときには入射した第１反射状態光線の第１束を透過させる一方で、前記可変ミラー素子によって反射される前記光線束の内で且つ前記第１反射状態とは異なる第２反射状態にある光線束の内で前記第２内面に向かって伝播する第１束が入射するときには入射した第２反射状態光線の第１束を全反射させ得ると共に、
前記第１距離は前記第３距離よりも大きく、
前記第３距離は前記第２距離よりも大きく、
前記第１内面は、前記第２内面を透過した前記第１反射状態光線の第１束が入射するときには当該第１反射状態光線の第１束を透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得るものであり、
前記プリズムは、
前記第１内面と同一平面内に有り、且つ、前記可変ミラー素子からそれぞれ第４距離及び前記第３距離だけ離れた第１端部及び第２端部を備える第３内面を更に備え、
前記第３内面は、前記第２内面に入射すること無く前記第３内面に向かって伝播して入射した第１反射状態光線の第２束を透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得ると共に、前記第２内面に入射すること無く前記第３内面に向かって伝播して入射した第２反射状態光線の第２束を透過させ得る一方、
前記第２内面の前記第２端部は前記第３内面の前記第２端部に該当することを特徴とする、
プリズム。
【請求項２】
請求項１記載のプリズムであって、
前記第１内面に対向する位置に配設され、入射する前記外部入射光線束を透過させて前記第１内面側へ向けて前記プリズム内を伝搬させ得る入射面である第１外面と、
前記可変ミラー素子、前記第２内面及び第３内面に対向する位置に配設され、前記第２内面の前記第１端部に該当する第１端部と前記第３内面の前記第１端部に該当する第２端部とを備え、前記第２内面を透過して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記可変ミラー素子側へ出射すると共に、前記可変ミラー素子によって反射される前記光線束を前記プリズム内に入射し得る光作用面である第２外面と、
前記第２外面と略平行な面であって、前記投写レンズに対向する位置に配設されており、前記第３内面の前記第１端部の上方に位置する第１端部と前記第１内面の前記第２端部に隣接する第２端部とを備え、前記第１内面を透過して入射する前記第１反射状態光線の第１束と前記第３内面を透過して入射する前記第１反射状態光線の第２束とを透過させ得る出射面である第３外面とを備え、
前記第２外面と前記第３外面との間に、前記第２内面と前記第３内面と前記第１内面とが配設されていることを特徴とする、
プリズム。
【請求項３】
請求項２記載のプリズムであって、
前記第１外面、前記第１内面及び前記第３内面に対向する位置に配設され、前記第３外面の前記第１端部と繋がった第１端部と前記第２外面の前記第２端部の隣接上方に位置する第２端部とを備える第４外面と、
前記第４外面上に配設され、前記第３内面を透過して入射する前記第２反射状態光線の第２束を吸収する遮光部材とを備えることを特徴とする、
プリズム。
【請求項４】
請求項３記載のプリズムであって、
前記第２外面と同一平面内に有り、前記第２外面の前記第１端部に隣接する第１端部と前記第１外面と繋がった第２端部とを備える第５外面を更に備えることを特徴とする、
プリズム。
【請求項５】
請求項４記載のプリズムであって、
前記第１外面と前記第５外面と前記第１内面とを備える第１プリズム片と、
前記第２外面と前記第２内面と前記第３内面とを備える第２プリズム片と、
前記第３外面と前記第４外面とを備える第３プリズム片とを備え、
前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内の任意のプリズム片は他の２つのプリズム片と空気間隙を介して対向配設されており、
前記第３プリズム片の外面の内で前記第３外面と前記第４外面とで挟まれた面は前記第１プリズム片の前記第１内面と前記第２プリズム片の前記第３内面とに対向しており、
前記第１プリズム片の外面の内で前記第１内面と前記第５外面とで挟まれた面は前記第２プリズム片の前記第２内面に対向していることを特徴とする、
プリズム。
【請求項６】
請求項５記載のプリズムであって、
前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内で、互いに対向し合う２つのプリズム片同士は、当該２つのプリズム片の熱膨張率に略等しい熱膨張率を有する、スペーサ及び接着剤によって固定されていることを特徴とする、
プリズム。
【請求項７】
請求項５記載のプリズムであって、
前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内で、互いに対向し合う２つのプリズム片同士は、互いの対向面の一方の面上に光線束の通過部分を避けて設けられた薄膜コーティングを介して、対向配置されていることを特徴とする、
プリズム。
【請求項８】
外部の可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子の法線方向に平行な投写光軸を有する外部の投写レンズとの間に配置されるプリズムであって、
前記可変ミラー素子によって生成される相違なる第１反射状態と第２反射状態とにそれぞれ対応する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを選択的に偏向し得る、第１プリズム片と第２プリズム片と第３プリズム片とを備え、
（ａ）  前記第１プリズム片は、
外部から入射する光線束を透過可能な第１面と、
前記第１面を透過する前記外部入射光線束を全反射すると共に、前記第１プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束を透過させる第２面と、
全反射後に前記第１プリズム片内を伝搬して入射する前記外部入射光線束を透過させると共に、入射する前記第１反射状態光線束を前記第１プリズム片内に透過させる第３面とを備え、
（ｂ）  前記第２プリズム片は、
前記第３面に対向しており、前記第３面を透過して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記第２プリズム片内を伝搬させ、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束を前記第３面側へ向けて透過させると共に、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を全反射する第４面と、
前記可変ミラー素子に対向しており、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記可変ミラー素子へ向けて伝搬させ、前記外部入射光線束が前記可変ミラー素子に照射することによって生成された入射する前記第１反射状態光線束及び前記第２反射状態光線束を共に透過させて前記第２プリズム片内を伝搬させると共に、前記第４面によって全反射された後に前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を少なくとも反射し得る第５面と、
前記第５面を透過後に前記第４面に到達すること無く前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束及び前記第２反射状態光線束を共に透過させ、前記第５面で少なくとも反射された後に前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を透過させると共に、前記第４面に於いて全反射された後に前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を再度全反射し得る第６面とを備え、
（ｃ）  前記第３プリズム片は、
前記第２面と前記第６面とに対向しており、前記第１プリズム片を出射して入射する前記第１反射状態光線束と、前記第２プリズム片を出射して入射する前記第１反射状態光線束及び前記第２反射状態光線束との何れをも透過させる第７面と、
前記投写レンズに対向しており、前記第７面の透過後に前記第３プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束を透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得る第８面とを備えることを特徴とする、
プリズム。
【請求項９】
請求項８記載のプリズムであって、
前記第２面と前記第７面とは平行であり、
前記第３面と前記第４面とは平行であり、
前記第６面と前記第７面とは平行であり、
それぞれの平行面同士の間が空気間隙であることを特徴とする、
プリズム。
【請求項１０】
請求項８記載のプリズムであって、
前記第２面と前記第６面とは同一平面内にあることを特徴とする、
プリズム。
【請求項１１】
請求項８記載のプリズムであって、
前記第１面と前記第２面とのなす角度をαと定義し、
前記第５面と前記第６面とのなす角度をβと定義し、
前記第４面と前記第５面とのなす角度をκと定義する場合に、
前記角度αは、３８．０°よりも大きく且つ５０．４°よりも小さい範囲内にあり、
前記角度βは、２５．０°よりも大きく且つ３７．４°よりも小さい範囲内にあり、
前記角度κは１６．２°よりも大きい角度であることを特徴とする、
プリズム。
【請求項１２】
請求項８記載のプリズムであって、
（ｃ）  前記第３プリズム片は、
前記第７面と前記第８面とで挟まれた側面と、
前記側面上に配設されており、前記第７面の透過後に前記第３プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を遮光し得る遮光部材とを更に備えることを特徴とする、
プリズム。
【請求項１３】
光源と、
前記光源からの光線束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光される集光光を入射する入射面と、ほぼ均一な光強度分布の光線束を出射する出射面とを備える光強度均一化素子と、
前記光強度均一化素子の前記出射面から出射される光線束を伝達する伝達光学系と、
前記伝達光学系によって伝達される光線束が外部から入射する光線束として入射される請求項８記載の前記プリズムと、
前記プリズムの外部に於ける、その反射面と前記光強度均一化素子の前記出射面とが前記伝達光学系及び前記プリズムを介して共役な関係となる位置に配設されており、前記プリズムから入射する光線束をその反射面で反射する際に互いに相違した反射状態に相当する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを生成する可変ミラー素子と、
前記可変ミラー素子から前記プリズムへ入射し、その後、前記プリズムを出射する前記第１反射状態光線束が入射する投写レンズとを備えることを特徴とする、
投写光学系。
【請求項１４】
請求項１３記載の投写光学系であって、
前記伝達光学系からの前記光線束及び前記第１反射状態光線束が通過する前記プリズムの部分を避けて前記プリズムの外形の一部に接することにより、前記プリズムを保持するプリズム保持部材を更に備えることを特徴とする、
投写光学系。
【請求項１５】
請求項１４記載の投写光学系であって、
前記プリズム保持部材は、
前記プリズムを出射する前記第２反射状態光線束を遮光する部分を備えることを特徴とする、
投写光学系。
【請求項１６】
請求項１４記載の投写光学系であって、
前記プリズム保持部材は前記投写レンズに対向する面を備え、
前記プリズム保持部材の前記対向面は、前記第１反射状態光線束が通過し得る寸法を有する光出射開口を備えることを特徴とする、
投写光学系。
【請求項１７】
請求項１３記載の前記投写光学系と、
前記可変ミラー素子を駆動するための電気信号を生成して前記電気信号を前記可変ミラー素子に出力するために配設された信号生成部と、
前記投写光学系から投写される光線束を受けるスクリーンとを備えることを特徴とする、
投写型表示装置。
【請求項１８】
光源と、
前記光源からの光線束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光される集光光を入射する入射面と、ほぼ均一な光強度分布の光線束を出射する出射面とを備える光強度均一化素子と、
前記光強度均一化素子の前記出射面から出射される光線束を伝達する伝達光学系と、
前記伝達光学系によって伝達される光線束が外部から入射する光線束として入射される請求項２記載の前記プリズムと、
前記プリズムの外部に於ける、その反射面と前記光強度均一化素子の前記出射面とが前記伝達光学系及び前記プリズムを介して共役な関係となる位置に配設されており、前記プリズムから入射する光線束をその反射面で反射する際に互いに相違した反射状態に相当する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを生成する可変ミラー素子と、
前記可変ミラー素子から前記プリズムへ入射し、その後、前記プリズムを出射する前記第１反射状態光線束が入射する投写レンズとを備えることを特徴とする、
投写光学系。
【請求項１９】
請求項１８記載の前記投写光学系と、
前記可変ミラー素子を駆動するための電気信号を生成して前記電気信号を前記可変ミラー素子に出力するために配設された信号生成部と、
前記投写光学系から投写される光線束を受けるスクリーンとを備えることを特徴とする、
投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリズム、このプリズムを用いた投写光学系、この投写光学系を用いた投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大画面の画像表示装置としてプロジェクタ装置（投写型表示装置）が注目されている。小型で高精細・高輝度のＣＲＴを用いたＣＲＴプロジェクタ装置、液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いたＤＭＤプロジェクタ装置等が製品化されている。
【０００３】
また、映画やＴＶプログラムといったＡＶソースに対応するだけでなく、コンピュータ画像を投写するデータプロジェクタと呼ばれるカテゴリが急速に市場を拡大しており、投写画面の明るさやコントラスト向上、高解像度化、明るさの均一性向上などの著しい性能改善が行われている。
【０００４】
中でも、明るさの均一性はデータプロジェクタの市場拡大とともに、最も基本的な要求仕様のひとつとなりつつあり、例えば液晶プロジェクタ装置ではフライアイインテグレータ等の均一照明技術が導入され、明るさ向上との両立が図られている。
【０００５】
さて、前述のＬＣＤやＤＭＤなどのようなライトバルブには大きく分けて透過型と反射型があり、前者はライトバルブを照明する照明光軸と投写レンズの光軸を共軸に配置し易い。
【０００６】
よって、照明光学系の設計が比較的容易となるため、ライトバルブを均一に、かつ明るく照明するという基本性能を確保する上で有利である。
【０００７】
一方、後者は照明光軸と投写レンズの光軸を共軸とすることが困難である場合が多く、複雑な光学系を構成せざるを得ないという点で本質的に不利な方式である。
【０００８】
このような反射型ライトバルブの照明光学系については、A. G. Dewey, "Projection Systems for Light Valves," Proc. SID, vol. 18/2, pp.134-146, 1977.等に詳しく述べられている。
【０００９】
図２８から図３１は、反射型ライトバルブの照明方式として前記文献に紹介されている照明光学系の概略図である。
【００１０】
（第１の従来技術）
図２８は軸外し照明光学系の典型例であり、ライトバルブがその法線から外れた方向から照明されるところに特徴がある。
【００１１】
図２８において３００はライトバルブ、８００は光源、８０１はコンデンサレンズ、８０２は投写レンズのライトバルブ側最終レンズ、８１０は光源８００の像を示している。また、６００はライトバルブ３００の法線、６０１は投写レンズの光軸である。
【００１２】
図２８中、実線で表される照明光線束（光線束を光束とも称す。以下、この点は同じ）は、光源８００を出射した後コンデンサレンズ８０１により収束されてライトバルブ３００に入射し、投写レンズのライトバルブ側最終レンズ８０２に入射する直前において最も小さな光線束径となって光源８００の像８１０を形成する。
【００１３】
投写レンズはこれに合わせてライトバルブ側最終レンズ８０２の外側の空気中に絞りが配置される後置絞りレンズの構成を取る。投写レンズの光軸６０１はライトバルブの法線６００と平行であるが、両者６００，６０１これらは共軸ではないため、投写光の向かう方向は点線矢印で示されるように法線６００に対して傾くことになる。
【００１４】
また、後置絞りタイプによって投写レンズのライトバルブ側最終レンズ８０２の直径を小さくできることから、投写レンズと照明光学系との物理的な衝突を回避するにも適している。
【００１５】
（第２の従来技術）
図２９は、図２８とは異なる軸外し照明光学系の概略図である。図２９中の符号は図２８中の符号と同様であるので図２９中の符号の説明を省略する。
【００１６】
本光学系は、投写レンズの絞りが投写レンズ系の内部に配置される点で図２８に示したものより設計が容易なレンズタイプで構成できる可能性が高い。
【００１７】
以上、第１および第２の従来技術に示されたような軸外し光学系は、スクリーンを仰ぎ見る姿勢で投写しても画面が台形に歪むキーストーン歪み（台形歪み）を生じにくく、画面内でのフォーカスぼけを最小限にできる点で優れている。すなわち、装置軸（通常は、鉛直方向に沿う軸）に対して投写方向に一定の仰角を設ける必然性が高いフロント投写型のプロジェクタ装置に適した照明光学系であると言える。
【００１８】
反面、ライトバルブを斜めに照明するため、照明均一性を高めることは本質的に困難な光学系である。
【００１９】
（第３の従来技術）
さらに、先の文献には、図３０に示すようなプリズムを挿入したタイプ、図３１に示すような光線束内に反射ミラーを配置するタイプが紹介されている。図３０において、８０３はプリズム、６０２は照明光線、６０３はプリズム８０３の挿入により折れ曲がるライトバルブ３００の法線方向の光線、６０４は投写光線を模式的に示している。
【００２０】
この方式では、照明光と投写光のなす角度をある程度コントロールすることができ、光学系の構成の自由度が高くなる反面、投写レンズの非点収差、色収差に大きな影響を与えるため実用性が低いと述べられている。
【００２１】
（第４の従来技術）
一方、図３１は、投写レンズ内の絞り位置にミラーを配置し、絞り上に形成される光源像をライトバルブ３００で反射させた後、再びミラー近傍で結像させる自己収束リレー光学系を示している。
【００２２】
この方式は、先の第１乃至第３の従来技術に述べた３種類の照明光学系に比べて投写画像の歪みや照明性能の点に優れているものの、ミラーで反射した照明光がレンズ８０２に入射する際にレンズ８０２の表面で反射光を生じ、この反射光がゴースト光となってスクリーンに到達する不具合点が指摘されている。
【００２３】
この例のように、反射型ライトバルブ３００の近傍にレンズ８０２を配置した場合、光線がこのレンズ８０２を往復２回通過することによる影響を十分に考慮しなければならない。
【００２４】
以上、第１乃至第４の従来技術に述べた４種類の照明光学系について簡単に述べたが、いずれの光学系も、ライトバルブへの均一照明と、照明光学系および投写レンズ系の間における衝突の回避とを両立させることが困難である。
【００２５】
しかしながら、以上のような問題を解決し、特にＤＭＤのような可変ミラー素子の照明に適した光学系が米国特許５，６０４，６２４号広報（以下、ＵＳＰ５，６０４，６２４と称す）に開示されている。
【００２６】
（第５の従来技術）
図３２は、上述のＵＳＰ５，６０４，６２４に開示された、従来の反射型ライトバルブ照明光学系を示す縦断面図である。
【００２７】
図３２において１４０はプリズム、１４１ならびに１４２はプリズム１４０の側面、１４３はプリズム１４０の入射面、１４４ならびに１４５はプリズム１４０の内部に設けられた第１の面および第２の面、３０は反射型ライトバルブとしての可変ミラー素子、８０４は光源、２１０及び２１１はプリズム１４０へ入射する光線束、２１０Ａ及び２１１Ａはプリズム１４０から出射し可変ミラー素子３０へ向かう光線束である。
【００２８】
側面１４１および１４２は互いに平行であり、入射面１４３は側面１４１および１４２の面方向に対して傾斜している。プリズム１４０の内部に設けられる第１の面１４４および第２の面１４５は実質的にほぼ平行に保たれており、この両者間には間隙（空気ギャップ）が介在している。
【００２９】
また、第１の面１４４、第２の面１４５、側面１４１、側面１４２および入射面１４３は、それぞれ対応する紙面に対して垂直な面に含まれている。また、プリズム１４０は言うなれば、２つのプリズム片が組み合わされた一体の構造物とされているが、機能的には２つの部分（パート）、すなわち、側面１４２、入射面１４３および第１の面１４４によって囲まれた第１のパートと、第２の面１４５及び側面１４１を含む第２のパートとから成り立つとみることもできる。
【００３０】
なお、プリズム１４０は、いかなる光学的品質を持った材料から構成されていてもよいとの記述があるが、特に、ＰＭＭＡを用いたものが開示されている。
【００３１】
さて、第１の面１４４が、この第１の面１４４に入射する光線束２１０および２１１がともに全反射するように配置されることにより、光源８０４からプリズム１４０へ入射した光線束２１０，２１１は、図３２に示すように大きく偏向した後、可変ミラー素子３０へ導かれる。
【００３２】
また、光源８０４から、主光線とほぼ平行な光がプリズム１４０に入射した場合、この平行な光は第１の面１４４における全反射作用によって光線束の平行度が保たれたまま可変ミラー素子３０に入射する。
【００３３】
よって、光源８０４の輝度分布がほぼ保たれた照明光線束によって可変ミラー素子３０を照明することが可能であり、この点で図３２の光学系は均一照明に非常に有利な光学系と言える。
【００３４】
しかも、可変ミラー素子３０から反射した光線束は、第１の面１４４における全反射条件を満足しないために第１の面１４４を透過し、空気ギャップ、第２の面１４５を経て、投写レンズ５００へ導かれる。従って、照明光学系と投写レンズ系との物理的な衝突も避けやすい。
【００３５】
このように、この従来技術は、ライトバルブ（可変ミラー素子３０）の均一照明、及び照明光学系と投写レンズ系との衝突回避に優れている。しかしながら、第１の面１４４が、光源８０４からの入射光線束と可変ミラー素子３０からの反射光とに対してそれぞれ異なる作用を生じさせる、すなわち、ここでは、第１面１４４は、光源８０４からの入射光線束を全反射し、可変ミラー素子３０からの反射光を透過する。
【００３６】
ここで、照明光線束の斜入射に対して、その素子の法線方向に光を反射する典型的な可変ミラー素子としてＤＭＤの例について簡単に説明する。
【００３７】
ＤＭＤは、半導体製造技術を用いることで、シリコン基板上に１０数μｍ角の微小なミラーをマトリクス状に多数配列したものであり、これらの微小ミラーの全てによってひとつの平面（反射面）を形成する反射型ライトバルブである。
【００３８】
そして、ＤＭＤは、電気的な制御によって各微小ミラーを傾けることで、入射光をＤＭＤの法線方向へ反射させる第１反射状態と、入射光を法線から所定の角度だけ傾いた方向へ反射させる第２反射状態とを作り出すことができる。
【００３９】
これにより、反射された側からみた場合の、例えば、白表示に対応する第１反射状態（このときの反射光をＯＮ光と称す）、および黒表示に対応する第２反射状態（このときの反射光をＯＦＦ光と称す）の組合せ（変調）によって画像表示を行う。
【００４０】
このように、ＤＭＤによって変調された光は投写レンズ５００を介して図示しないスクリーンに投写され映像情報を表示する。
【００４１】
図３３は、ＤＭＤを構成する２つの微小ミラー（２ピクセルに対応する）の一例を示す斜視図である。図３３において３１０、３１１は微小ミラーとしてのマイクロミラーで、３１２はこれらのベースである。６１０はベース３１２の法線であり、２つマイクロミラー３１０および３１１が、法線６１０からそれぞれ＋１０度あるいは−１０度に傾いているところを示している。
【００４２】
６１１はマイクロミラー３１０の法線（この図３３に示したものでは、ベース３１２の法線６１０に対して＋１０度傾いている）であり、６１２はマイクロミラー３１１の法線（この図３３に示したものでは、ベース３１２の法線６１０に対して−１０度傾いている）である。
【００４３】
マイクロミラー３１０、３１１は、その表面にアルミニウムが蒸着され、高い反射率を有する正方形のミラーとして作用する。図３３に示したような場合、マイクロミラー３１０、３１１の傾きは法線６１０に対してそれぞれ±１０度であるから、結果として、マイクロミラー３１０は法線６１０より２０度傾いた方向から入射した光を法線６１０の方向へ反射し（第１反射状態に対応）、一方、マイクロミラー３１１は法線６１０より２０度傾いた方向から入射した光を法線６１０より４０度傾いた方向へ反射させる（第２反射状態に対応）。
【００４４】
なお、このＤＭＤの動作及びその他の詳細については、Larry J. Hornbeck, "Digital Light Processing for High-Brightness, High-Resolution Applications.", SPIE Vol.3013, pp.27-40,等に詳しく紹介されているので、ここではこれ以上の詳しい説明を省略する。
【００４５】
上述したようなＤＭＤを用いる場合には、第２反射状態において生じる不要光が投写画面に映らないように注意する必要がある。なぜならば、法線６１０から４０度傾いた方向へ進行するＯＦＦ光が、投写光学系における光路中で散乱することにより迷光成分を生じたり、投写レンズ内部に進行（進入）することによりゴースト光を生じたりすれば、投写される映像のコントラストを低減させる原因となるからである。
【００４６】
この場合、投写画面のコントラストの向上を図る上で、ＯＦＦ光を何らかの手段を用いて光路外へ導くか、あるいは遮光部材によってＯＦＦ光を吸収することが必要となってくる。
【００４７】
例えば、図２８を参照して説明した（第１の従来技術）、後置絞りレンズに特徴を持つ光学系においては、投写レンズの像側開口を小さくできるため、ＯＦＦ光の侵入を防ぐことができる点で同光学系は本質的に有利である。
【００４８】
ここで、図３２を参照して説明した（第５の従来技術）、従来の照明光学系におけるＯＦＦ光の振舞いを図３４を用いて説明する。なお、可変ミラー素子３０としては、ＤＭＤを用いた例について述べる（以下、ＤＭＤ３０と記述する）。
【００４９】
図３４において、１４６はプリズム１４０の側面、４０はＤＭＤ３０の上部に配置されるカバーガラス、６１３はＤＭＤの法線、その他の符号は図３２と同様であるので説明を省略する。
【００５０】
前述した第２反射状態におけるＯＦＦ光は、ＤＭＤ３０から図３４中の矢印のように出射し、その一部は実線楕円（図３４中のＡ）で囲んだ光線のようにプリズム１４０の側面１４６に到達する。
【００５１】
残りの光線の多くは、側面１４１からプリズム１４０の外へ出射したのち、点線楕円（図３４中のＢ）で囲んだように進行する。この場合、側面１４６に到達したＯＦＦ光の処理は、例えば、側面１４６上に光吸収剤を塗布することによって、比較的簡単に行うことができる。
【００５２】
一方、図３４のような配置によれば側面１４１から出射する光線のうち、相当の割合の光線が投写レンズ５００に侵入すると考えられる。ＯＦＦ光全体のうちの点線楕円Ｂで囲んだ光線束成分の割合は、プリズム１４０の法線６１３の方向への厚み、すなわち側面１４１と１４２との間の距離及びＤＭＤ３０の寸法によって左右されるため定量的な考察を行うことは容易ではない。
【００５３】
しかしながら、ＯＦＦ光の強度（光強度）はＯＮ光の強度とほぼ同じであり、投写レンズ５００を画面の周辺光量比を高めるのに有利なテレセントリックレンズとした場合には、ＤＭＤ側最終レンズがかなり大きくなることにより、ＯＦＦ光のうちの当該レンズに進入する成分が多くなり易い（進入する可能性が高くなる）ことなどを考慮すると、迷光やゴースト光の原因となるＯＦＦ光の進入を未然に防ぐ必要性がより高くなる。
【００５４】
前述のＵＳＰ５，６０４，６２４には、ＯＦＦ光の投写レンズへの進入の回避を目的とした光学系についても開示されており、これを図３５に示す。
【００５５】
図３５において、１４００は３つのプリズム片からなるプリズム、１４０１、１４０２は図３２を参照して説明した面１４５および１４４の対と同等の作用を呈する空気ギャップを介した一対の面、１４０３はＯＦＦ光が出射する面である。その他の符号は図３２と共通であるので説明を省略する。
【００５６】
図３５に示したようなプリズム１４００によれば、第１の一対の面１４４および１４５により、ＤＭＤ３０への照明光とＤＭＤ３０からの反射光との選択的透過および／または反射作用を実現することができる。
【００５７】
さらに、第２の一対の面１４０１および１４０２によってＯＮ光とＯＦＦ光の選択的透過および／または反射作用を実現することができる。従って、プリズム１４００においては、図３２に示す光学系において問題となった、ＯＦＦ光の投写レンズ５００への進入に起因するコントラストの低減をほぼ解消することができる。
【００５８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような各光線の振舞いを実現しようとする場合、プリズム片を一体的に組み合わせて構成されるプリズム１４００は、図３２のプリズム１４０と比べても相当大きな形状を取らざるを得ないことは図３５から明らかである。
【００５９】
投写レンズ５００にとってのプリズム１４００は、側面１４１および１４２によって定められる平行平面板とみなすことができる。その場合の設計において、側面１４１と１４２との間の距離は、光学設計の難易度と直接関係するパラメータであり、この距離が大きくなれば投写レンズ５００のバックフォーカル長を大きくすることが必要となるため設計の難易度が著しく高くなってしまう。
【００６０】
そればかりでなく、プリズム１４００が増大化すると、プロジェクタ装置の重量及び体積の増加、又は光学材料の大量使用によるコストアップ等の実用上の不具合が引き起こされる。
【００６１】
ところで、ＵＳＰ５，６０４，６２４には、このような実用上の不具合に対しては特に触れられておらず、反射型ライトバルブ、特にＤＭＤのような可変ミラー素子に適するコンパクトなプリズム、及び照明光学系を提供することが望まれていた。
【００６２】
本発明は、コンパクトな、プリズム、投写光学系及び投写型表示装置を得ることを主目的とする。
【００６３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、外部の可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子の法線方向に平行な投写光軸を有する外部の投写レンズとの間に配置されるプリズムであって、前記可変ミラー素子から第１距離だけ離れた第１端部と第２端部とを備え且つ前記第１端部から前記第２端部に向かって前記可変ミラー素子に対して遠ざかる方向に傾斜しており、外部から入射する光線束を全反射して反射後の外部入射光線束を前記可変ミラー素子側へ向けて伝搬させ得る第１内面と、前記可変ミラー素子からそれぞれ第２距離及び第３距離だけ離れた第１端部及び第２端部を備える第２内面とを備え、前記第２内面は、前記第１内面で全反射された前記外部入射光線束が入射するときには前記外部入射光線束を透過させ、前記可変ミラー素子に照射して前記可変ミラー素子によって反射される光線束の内で且つ第１反射状態にある光線束の内で前記第２内面に向かって伝播する第１束が入射するときには入射した第１反射状態光線の第１束を透過させる一方で、前記可変ミラー素子によって反射される前記光線束の内で且つ前記第１反射状態とは異なる第２反射状態にある光線束の内で前記第２内面に向かって伝播する第１束が入射するときには入射した第２反射状態光線の第１束を全反射させ得ると共に、前記第１距離は前記第３距離よりも大きく、前記第３距離は前記第２距離よりも大きく、前記第１内面は、前記第２内面を透過した前記第１反射状態光線の第１束が入射するときには当該第１反射状態光線の第１束を透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得るものであり、前記プリズムは、前記第１内面と同一平面内に有り、且つ、前記可変ミラー素子からそれぞれ第４距離及び前記第３距離だけ離れた第１端部及び第２端部を備える第３内面を更に備え、前記第３内面は、前記第２内面に入射すること無く前記第３内面に向かって伝播して入射した第１反射状態光線の第２束を透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得ると共に、前記第２内面に入射すること無く前記第３内面に向かって伝播して入射した第２反射状態光線の第２束を透過させ得る一方、前記第２内面の前記第２端部は前記第３内面の前記第２端部に該当することを特徴とする。
【００６５】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のプリズムであって、前記第１内面に対向する位置に配設され、入射する前記外部入射光線束を透過させて前記第１内面側へ向けて前記プリズム内を伝搬させ得る入射面である第１外面と、前記可変ミラー素子、前記第２内面及び第３内面に対向する位置に配設され、前記第２内面の前記第１端部に該当する第１端部と前記第３内面の前記第１端部に該当する第２端部とを備え、前記第２内面を透過して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記可変ミラー素子側へ出射すると共に、前記可変ミラー素子によって反射される前記光線束を前記プリズム内に入射し得る光作用面である第２外面と、前記第２外面と略平行な面であって、前記投写レンズに対向する位置に配設されており、前記第３内面の前記第１端部の上方に位置する第１端部と前記第１内面の前記第２端部に隣接する第２端部とを備え、前記第１内面を透過して入射する前記第１反射状態光線の第１束と前記第３内面を透過して入射する前記第１反射状態光線の第２束とを透過させ得る出射面である第３外面とを備え、前記第２外面と前記第３外面との間に、前記第２内面と前記第３内面と前記第１内面とが配設されていることを特徴とする。
【００６６】
請求項３に係る発明は、請求項２記載のプリズムであって、前記第１外面、前記第１内面及び前記第３内面に対向する位置に配設され、前記第３外面の前記第１端部と繋がった第１端部と前記第２外面の前記第２端部の隣接上方に位置する第２端部とを備える第４外面と、前記第４外面上に配設され、前記第３内面を透過して入射する前記第２反射状態光線の第２束を吸収する遮光部材とを備えることを特徴とする。
【００６７】
請求項４に係る発明は、請求項３記載のプリズムであって、前記第２外面と同一平面内に有り、前記第２外面の前記第１端部に隣接する第１端部と前記第１外面と繋がった第２端部とを備える第５外面を更に備えることを特徴とする。
【００６８】
請求項５に係る発明は、請求項４記載のプリズムであって、前記第１外面と前記第５外面と前記第１内面とを備える第１プリズム片と、前記第２外面と前記第２内面と前記第３内面とを備える第２プリズム片と、前記第３外面と前記第４外面とを備える第３プリズム片とを備え、前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内の任意のプリズム片は他の２つのプリズム片と空気間隙を介して対向配設されており、前記第３プリズム片の外面の内で前記第３外面と前記第４外面とで挟まれた面は前記第１プリズム片の前記第１内面と前記第２プリズム片の前記第３内面とに対向しており、前記第１プリズム片の外面の内で前記第１内面と前記第５外面とで挟まれた面は前記第２プリズム片の前記第２内面に対向していることを特徴とする。
【００６９】
請求項６に係る発明は、請求項５記載のプリズムであって、前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内で、互いに対向し合う２つのプリズム片同士は、当該２つのプリズム片の熱膨張率に略等しい熱膨張率を有する、スペーサ及び接着剤によって固定されていることを特徴とする。
【００７０】
請求項７に係る発明は、請求項５記載のプリズムであって、前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内で、互いに対向し合う２つのプリズム片同士は、互いの対向面の一方の面上に光線束の通過部分を避けて設けられた薄膜コーティングを介して、対向配置されていることを特徴とする。
【００７１】
請求項８に係る発明は、外部の可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子の法線方向に平行な投写光軸を有する外部の投写レンズとの間に配置されるプリズムであって、前記可変ミラー素子によって生成される相違なる第１反射状態と第２反射状態とにそれぞれ対応する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを選択的に偏向し得る、第１プリズム片と第２プリズム片と第３プリズム片とを備え、（ａ）前記第１プリズム片は、外部から入射する光線束を透過可能な第１面と、前記第１面を透過する前記外部入射光線束を全反射すると共に、前記第１プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束を透過させる第２面と、全反射後に前記第１プリズム片内を伝搬して入射する前記外部入射光線束を透過させると共に、入射する前記第１反射状態光線束を前記第１プリズム片内に透過させる第３面とを備え、（ｂ）前記第２プリズム片は、前記第３面に対向しており、前記第３面を透過して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記第２プリズム片内を伝搬させ、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束を前記第３面側へ向けて透過させると共に、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を全反射する第４面と、前記可変ミラー素子に対向しており、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記可変ミラー素子へ向けて伝搬させ、前記外部入射光線束が前記可変ミラー素子に照射することによって生成された入射する前記第１反射状態光線束及び前記第２反射状態光線束を共に透過させて前記第２プリズム片内を伝搬させると共に、前記第４面によって全反射された後に前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を少なくとも反射し得る第５面と、前記第５面を透過後に前記第４面に到達すること無く前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束及び前記第２反射状態光線束を共に透過させ、前記第５面で少なくとも反射された後に前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を透過させると共に、前記第４面に於いて全反射された後に前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を再度全反射し得る第６面とを備え、（ｃ）前記第３プリズム片は、前記第２面と前記第６面とに対向しており、前記第１プリズム片を出射して入射する前記第１反射状態光線束と、前記第２プリズム片を出射して入射する前記第１反射状態光線束及び前記第２反射状態光線束との何れをも透過させる第７面と、前記投写レンズに対向しており、前記第７面の透過後に前記第３プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束を透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得る第８面とを備えることを特徴とする。
【００７２】
請求項９に係る発明は、請求項８記載のプリズムであって、前記第２面と前記第７面とは平行であり、前記第３面と前記第４面とは平行であり、前記第６面と前記第７面とは平行であり、それぞれの平行面同士の間が空気間隙であることを特徴とする。
【００７３】
請求項１０に係る発明は、請求項８記載のプリズムであって、前記第２面と前記第６面とは同一平面内にあることを特徴とする。
【００７４】
請求項１１に係る発明は、請求項８記載のプリズムであって、前記第１面と前記第２面とのなす角度をαと定義し、前記第５面と前記第６面とのなす角度をβと定義し、前記第４面と前記第５面とのなす角度をκと定義する場合に、前記角度αは、３８．０°よりも大きく且つ５０．４°よりも小さい範囲内にあり、前記角度βは、２５．０°よりも大きく且つ３７．４°よりも小さい範囲内にあり、前記角度κは１６．２°よりも大きい角度であることを特徴とする。
【００７５】
請求項１２に係る発明は、請求項８記載のプリズムであって、（ｃ）前記第３プリズム片は、前記第７面と前記第８面とで挟まれた側面と、前記側面上に配設されており、前記第７面の透過後に前記第３プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を遮光し得る遮光部材とを更に備えることを特徴とする。
【００７６】
請求項１３に係る発明は、光源と、前記光源からの光線束を集光する集光光学系と、前記集光光学系によって集光される集光光を入射する入射面と、ほぼ均一な光強度分布の光線束を出射する出射面とを備える光強度均一化素子と、前記光強度均一化素子の前記出射面から出射される光線束を伝達する伝達光学系と、前記伝達光学系によって伝達される光線束が外部から入射する光線束として入射される請求項８記載の前記プリズムと、前記プリズムの外部に於ける、その反射面と前記光強度均一化素子の前記出射面とが前記伝達光学系及び前記プリズムを介して共役な関係となる位置に配設されており、前記プリズムから入射する光線束をその反射面で反射する際に互いに相違した反射状態に相当する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを生成する可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子から前記プリズムへ入射し、その後、前記プリズムを出射する前記第１反射状態光線束が入射する投写レンズとを備えることを特徴とする。
【００７７】
請求項１４に係る発明は、請求項１３記載の投写光学系であって、前記伝達光学系からの前記光線束及び前記第１反射状態光線束が通過する前記プリズムの部分を避けて前記プリズムの外形の一部に接することにより、前記プリズムを保持するプリズム保持部材を更に備えることを特徴とする。
【００７８】
請求項１５に係る発明は、請求項１４記載の投写光学系であって、前記プリズム保持部材は、前記プリズムを出射する前記第２反射状態光線束を遮光する部分を備えることを特徴とする。
【００７９】
請求項１６に係る発明は、請求項１４記載の投写光学系であって、前記プリズム保持部材は前記投写レンズに対向する面を備え、前記プリズム保持部材の前記対向面は、前記第１反射状態光線束が通過し得る寸法を有する光出射開口を備えることを特徴とする。
【００８０】
請求項１７に係る発明は、請求項１３記載の前記投写光学系と、前記可変ミラー素子を駆動するための電気信号を生成して前記電気信号を前記可変ミラー素子に出力するために配設された信号生成部と、前記投写光学系から投写される光線束を受けるスクリーンとを備えることを特徴とする。
【００８１】
請求項１８に係る発明は、光源と、前記光源からの光線束を集光する集光光学系と、前記集光光学系によって集光される集光光を入射する入射面と、ほぼ均一な光強度分布の光線束を出射する出射面とを備える光強度均一化素子と、前記光強度均一化素子の前記出射面から出射される光線束を伝達する伝達光学系と、前記伝達光学系によって伝達される光線束が外部から入射する光線束として入射される請求項２記載の前記プリズムと、前記プリズムの外部に於ける、その反射面と前記光強度均一化素子の前記出射面とが前記伝達光学系及び前記プリズムを介して共役な関係となる位置に配設されており、前記プリズムから入射する光線束をその反射面で反射する際に互いに相違した反射状態に相当する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを生成する可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子から前記プリズムへ入射し、その後、前記プリズムを出射する前記第１反射状態光線束が入射する投写レンズとを備えることを特徴とする。
【００８２】
請求項１９に係る発明は、請求項１８記載の前記投写光学系と、前記可変ミラー素子を駆動するための電気信号を生成して前記電気信号を前記可変ミラー素子に出力するために配設された信号生成部と、前記投写光学系から投写される光線束を受けるスクリーンとを備えることを特徴とする。
【００８３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。
【００８４】
（投写型表示装置）
投写型表示装置は、既述した第１および第２の反射状態を作り出すことができる可変ミラー素子（図１の素子３）と、外部より入力される映像信号の情報を反映した電気信号に対応するように可変ミラー素子を駆動するための電気信号を発生する信号生成部（図１の部分２）と、後に詳述する特徴的な構成を有するプリズム（図１の部分１）を含む投写光学系と、この投写光学系から投写される光線束を受けて、その面上に映像を映し出すためのスクリーン（図２７の部分９０）とを備えている。
【００８５】
なお、以下の説明において、Ｆナンバーとは、光線束の入射面（入射面とは、光線が入射する物体の表面に相当。以下、同様。：entrance surface）に対して当該光線束が入射する場合に、この光線束を等価的に１枚のレンズ（等価的なレンズ）から出射する光線束として考え、その様な等価的なレンズの焦点距離をｆ０とし、且つ、等価的なレンズの開口の直径をＤ０として表すことで表現される式、即ち、Ｆ＝ｆ０／Ｄ０によって定義される値である。以下の実施の形態の説明においては、照明光線束のＦナンバー、テレセントリックレンズのＦナンバー、投射レンズのＦナンバー、反射光線束のＦナンバー等の表現を用いるが、特に断りの無い限り、基本的な定義はここにおける説明によるものとする。
【００８６】
実施の形態１．
（プリズムの構成について）
図１は、本発明の実施の形態１に関わるプリズムの縦断面構造を信号生成部２のブロック図と共に模式的に示す図である。図１において、１はプリズム、３は可変ミラー素子、５は投写レンズ、８は照明光源であり、照明光学系はこれら４つの基本的な光学要素８，１，３，５から構成される。また、４は可変ミラー素子３の上部に設けられたカバーガラスである。
【００８７】
２０はプリズム１に入射して可変ミラー素子３を照明する照明光線、２１は可変ミラー素子３から反射されるＯＮ光ないしは第１反射状態光線束、２２および２３は可変ミラー素子３から反射されるＯＦＦ光（第２反射状態光線束）の軌跡を示す光線であり、６は可変ミラー素子３の法線方向に平行な投写光軸を、６０は照明光軸を示している。
【００８８】
可変ミラー素子３は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）に代表される反射型ライトバルブであり、入射光の反射方向を微小ミラー（マイクロミラー）の傾きを変えることによって選択し、入射光線束に画像情報に基づく変調を与えるものである（画像情報に基づいて、その反射光がＯＮ光、ＯＦＦ光に分けられる）。
【００８９】
ＯＮ光２１は、投写レンズ５に向かって反射される光線であり、図１には投写レンズ５に進入する最外光線が示されている。また、５０は投写レンズ５のレンズ部を模式的に示すものである。
【００９０】
投写レンズ５に取り込まれる（入射した）光線（ここではＯＮ光２１）は、画像の白表示の状態（スクリーン上の明点に対応）を提供する。
【００９１】
一方、ＯＦＦ光２２および２３は、ある広がりを有して投写光軸６から所定の角度だけ傾いた方向に反射される光線であり、その殆どは第３プリズム片１３の側面１３２の上に設けられた遮光部材７に到達し同部材７に吸収される。
【００９２】
従って、ＯＦＦ光２２，２３は、投写レンズ５に取り込まれない（入射しないため）ため、画像の黒表示の状態（スクリーン上の暗点に対応）を提供する。
【００９３】
図１に示すように、第１のプリズム片１１、第２のプリズム片１２および第３のプリズム片１３は、それぞれが他の２つのプリズム片に対して後に説明する所定の微小な間隔を隔てて配置されつつ、全体としてひとつの構造体であるプリズム１を構成している。
【００９４】
第１外面１１１、第５外面１１２、第４内面１１３および第１内面１１４Ａを含む外面１１４は第１のプリズム片１１の外形面を特徴付ける平面であり、第２外面１２１、第２内面１２２および第３内面１２３は第２のプリズム片１２の外形面を特徴付ける平面であり、第５内面１３１、第４外面１３２および第３外面１３３は第３のプリズム片１３の外形面を特徴付ける平面である。
【００９５】
なお、図１に示された、断面形状が四角形の第１プリズム片１１、三角形の断面形状を有する第２プリズム片１２および直角三角形の断面形状を有する第３プリズム片１３のそれぞれは、図１に表現された各プリズム片に対応する各辺が紙面に垂直な方向に延伸された面によって構成される立体である。
【００９６】
図１に示すプリズム１の構成の特徴点は、次の通りである。
【００９７】
先ず、プリズム１は、その内部に、第１内面１１４Ａ、第２内面１２２、第３内面１２３、第４内面１１３及び第５内面１３１を有している。
【００９８】
ここで、第１内面１１４Ａは面１１４の一部であり、可変ミラー素子３から第１距離だけ離れた第１端部１Ｅ１を備え、且つ、第１端部１Ｅ１から第２端部１Ｅ２に向かって可変ミラー素子３に対して遠ざかる様に投写光軸６に対して傾斜している。そして、第１内面１１４Ａは、外部から入射する光線束２０を全反射して反射後の外部入射光線束２０を可変ミラー素子３側へ向けてプリズム１内を伝搬させ得ると共に、第２内面１２２及び第４内面１１３を透過した第１反射状態光線（の第１）束２１が入射するときには当該第１反射状態光線束２１を透過させて投写レンズ５側へ向けてプリズム１内を伝搬させ得る光学特性を有する。この様な光学特性を満足させるべく、第１内面１１４Ａ上には誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされており、この誘電体多層膜は、入射する第１反射状態光線束２１の光量の殆どを透過し得る様に設定されている（例えば、透過率を９９％に成る様に設計可能）。
【００９９】
又、第２内面１２２は、可変ミラー素子３からそれぞれ第２距離及び第２距離よりも大きく第１距離よりも小さい第３距離だけ離れた第１端部２Ｅ１及び第２端部２Ｅ２を備えており、しかも、次の光学特性を有する。即ち、第２内面１２２は、第１内面１１４Ａで全反射された外部入射光線束２０が入射するときには外部入射光線束２０を透過させ、可変ミラー素子３に照射して可変ミラー素子３によって反射される光線束の内で第１反射状態にある光線の第１束が入射するときには入射した第１反射状態光線の第１束２１を透過させる一方で、可変ミラー素子３によって反射される光線束の内で第１反射状態とは異なる第２反射状態にある光線の第１束が入射するときには入射した第２反射状態光線の第１束２２を全反射させ得る。ここでも、第２内面１２２が入射した第１反射状態光線束２１の光量の殆どを透過し得る様にするために（例えば、透過率を９９％）、第２内面１２２上には誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされている。
【０１００】
ここで、上記第１距離、第２距離、第３距離及び後述の第４距離は、投写光軸６と交差する可変ミラー素子３の反射面の中心部から対象物までの距離として定義される。この定義では、（第１距離）＞（第３距離）＞（第２距離）であり、（第２距離）＜（第４距離）となる。あるいは、上記第１距離、第２距離、第３距離及び第４距離は、可変ミラー素子３の反射面を含む平面から対象物を眺めたときの最短距離として定義される。この定義では、（第２距離）＝（第４距離）とみなせる。
【０１０１】
更に、第３内面１２３は、第１内面１１４Ａと同一平面内に有り、且つ、可変ミラー素子３からそれぞれ上記第４距離及び前記第３距離だけ離れた第１端部３Ｅ１及び第２端部３Ｅ２を備えている。そして、第２内面１２２の第２端部２Ｅ２は、第３内面１２３の第２端部３Ｅ２に該当する。換言すれば、両面１２２、１２３は端部２Ｅ２（３Ｅ２）に於いて交差している、ないしは繋がっている。加えて、第３内面１２３は、第２内面１２２に入射すること無く入射した第１反射状態光線の第２束２１を透過させて投写レンズ６側へ伝搬させ得ると共に、第２内面１２２に入射すること無く入射した第２反射状態光線の第２束２３を透過させ得る光学特性を有する。更に、第３内面１２３は、第２内面１２２で全反射されて入射する第２反射状態光線の第１束２２を全反射させ得ると共に、第２内面１２２で全反射された後に第２外面１２１で再度全反射されて入射する第２反射状態光線の第１束２２を透過させ得る。ここでも、同様の目的から、第３内面１２３上には誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされている。
【０１０２】
又、第４内面１１３は、第２内面１２２に対して平行対面配置されており、第１内面１１４Ａで全反射されて入射する外部入射光線束２０の殆どと、入射する第１反射状態光線の第１束２１の殆どとを透過させ得る光学特性を有する。ここでも、同様の目的から、第４内面１１３上には誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされている。
【０１０３】
又、第５内面１３１は、第１内面１１４Ａと第３内面１２３とに対して平行対面配置されており、両プリズム片１１、１２を出射した後に入射する光線束の殆どを透過させ得る光学特性を有する。ここでも、同様の目的から、第５内面１３１上には誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされている。
【０１０４】
他方、プリズム１は、以下の外形面を有している。即ち、プリズム１は、第１外面１１１と、第２外面１２１と、第３外面１３３と、第４外面１３２と、第５外面１１２と、面１１４の露出部分１１４Ｂとを有する。
【０１０５】
ここで、第１外面１１１は、第１内面１１４Ａに対向する位置に配設されており、入射する外部入射光線束２０を透過させて第１内面１１４Ａ側へ向けてプリズム１内を伝搬させ得る入射面である。
【０１０６】
又、第２外面１２１は、可変ミラー素子３、第２内面１２２及び第３内面１２３に対向する位置に配設されており、第２内面１２２の第１端部２Ｅ１に該当する第１端部と第３内面１２３の第１端部３Ｅ１に該当する第２端部とを備えている。そして、第２外面１２１は、第２内面１２２を透過して入射する外部入射光線束２０を透過させて可変ミラー素子３側へ出射すると共に、可変ミラー素子３によって反射される光線束２１、２２、２３をプリズム１内に入射し得る光作用面である。
【０１０７】
第３外面１３３は、第２外面１２１と略平行な面であって、投写レンズ５に対向する位置に配設されており、第３内面１２３の第１端部３Ｅ１の上方に位置する第１端部３ＯＥ１と、第１内面１１４Ａの第２端部１Ｅ２に隣接する第２端部３ＯＥ２とを備える。しかも、第３外面１３３は、第１内面１１４Ａを透過して入射する第１反射状態光線の第１束２１と第３内面１２３を透過して入射する第１反射状態光線の第２束２１とを透過させ得る出射面である。
【０１０８】
第４外面１３２は、第１外面１１１、第１内面１１４Ａ、第３内面１２３及び第５内面１３１に対向する位置に配設され、第３外面１３３の第１端部３ＯＥ１と繋がった第１端部と、第２外面１２１の第２端部３Ｅ１の隣接上方に位置する第２端部とを備える。
【０１０９】
第５外面１１２は、第２外面１２１と同一平面内に有り、第２外面１２１の第１端部２Ｅ１に隣接する第１端部と第１外面１１１と繋がった第２端部とを備える。
【０１１０】
尚、第４外面１３２を除いて（但し、後述する様に、遮光部材７を第４外面１３２の上方に設けるときには第４外面１３２をも含める）、他の外面１１１、１２１、１３３、１１２、１１４Ｂ上には、同様の目的から、誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされている。
【０１１１】
以上の様に、第２外面１２１と第３外面１３３との間のプリズム１内部には、可変ミラー素子３から投写レンズ５に向かう方向に沿って、第２内面１２２と第４内面１１３と第１内面１１４Ａと第５内面１３１とが順次に配設されており、又、第３内面１２３と第５内面１３１とが順次に配設されている。
【０１１２】
また、図１中、矢印で示される光線は、図面に平行な面（メリジオナル面）に含まれる光線の軌跡を表しているものとする。
【０１１３】
以下、図１及び後述する図面を参照しながら本照明光学系の光学的作用を説明する。
【０１１４】
（偏向作用について）
まず、図１を参照してプリズム１への入射光に対する偏向作用について説明する。
【０１１５】
可変ミラー素子３を照明する照明光線２０は、照明光軸６０に垂直な面１１１（第１の面。外部から入射する光線束が入射可能な入射面）から第１のプリズム片１１へ入射する。
【０１１６】
第１のプリズム片１１の面１１４（第２の面。第１の反射面として可変ミラー素子３から遠い側に設けられている）と第３プリズム片１３の面１３１（第７の面）とは、後述するような微小な空気間隙を介して互いに平行に配置されており、照明光線２０は第１プリズム片１１の内部を進行して面１１４に到達し、空気間隙と面１１４との界面において全反射される。
【０１１７】
すなわち、面１１４は入射する照明光線２０が全反射を起こすように照明光軸６０に対して傾いて配置されている。
【０１１８】
面１１４における全反射により偏向された照明光線２０の一部は、隣接する第２プリズム片１２を透過した後、プリズム１から出射して可変ミラー素子３へ到達する。
【０１１９】
カバーガラス４は、光学的な平行平面板とみなせるため、ここでは単に光路長を変えるだけの要素であるとして詳しい説明を省略する。
【０１２０】
さて、第１のプリズム片１１の面１１３（第３の面）および第２のプリズム片１２の面１２２（第４の面。第２の反射面として可変ミラー素子３から近い側に設けられている）も、後述するような微小な空気間隙を介して対向し合うと共に互いに平行な位置関係に配置されているため、面１１４において全反射した照明光線２０の一部は、第１のプリズム片１１の面１１３と第２のプリズム片１２の面１２２との間の空気層を通過することになる。
【０１２１】
厳密には、この空気層（空気間隙内にある空気層）の存在により照明光線２０は屈折し、ごく僅かに照明光線２０の進行方向は直進方向からずれるが、この場合の空気層の厚さは、後述するように数μｍ程度であって、しかも、両面１１３，１２２の延在方向に沿ってほぼ一定となるように設定されているため、この屈折の影響をほぼ無視することができる。
【０１２２】
また、第１のプリズム片１１の面１１２と第２のプリズム片１２の面１２１（第５の面。外部から入射する光線束が入射可能な面１１１から入射される光線束を可変ミラー素子３に照射される光線束として出射すると共に、可変ミラー素子３からの反射光を入射し得る光作用面でもある）とは同一平面又は略同一平面となるように配置されているため、プリズム１から出射して可変ミラー素子３へ向かう光線２０の振舞いも出射する位置によらずに同じであるとみなすことができる。
【０１２３】
すなわち、プリズム１の偏向作用に関してプリズム１を見るときには、第１プリズム片１１と第２プリズム片１２とが一体となった三角形の断面形状を有する１つのプリズム片を想定することができる。
【０１２４】
（光線選択作用について）
次にプリズム１の光線選択作用について説明する。
【０１２５】
可変ミラー素子３は、上述した第１反射状態および第２反射状態のように、異なる２つの反射状態を作出し得る。
【０１２６】
まず、第１反射状態においては、可変ミラー素子３は、入射する照明光線２０を投写レンズ５の方へ反射する。
【０１２７】
図１中の、ＯＮ光（第１反射状態光線束）２１は、プリズム１をほぼ直線的に透過して投写レンズ５に到達する。
【０１２８】
図１に示すように、ＯＮ光２１は、プリズム１を構成する３つのプリズム片、すなわち第１乃至第３のプリズム片１１乃至１３の、互いに対向する面間に介在する空気層（空気間隙）の全てを透過する可能性が高い。
【０１２９】
しかしながら、これらの空気層（空気間隙）は、後述するように、それぞれ数μｍ程度の厚さ（面間隔）を有しており、しかも、ほぼ一定の厚みを有し、かつ空気層を作出する対向面の各々が互いに平行となるように設定されているため、空気層を通過することによるＯＮ光２１が受ける屈折の影響を最小限にすることができる。
【０１３０】
勿論、第１のプリズム片１１の面１１４と第２のプリズム片１２の面１２３（第６の面）とは同一平面となるように配置されており、また、第１のプリズム片１１の面１１２と第２のプリズム片１２の面１２１とは同一平面であるとともに、これら両面１１２，１２１と第３のプリズム片１３の面１３３（第８の面。投写レンズ５へ向かう光線束として可変ミラー素子３からの光線束を出射可能な面１２１と略平行である出射面でもある）とは互いに平行となるように配置される。
【０１３１】
上述したように、プリズム１を構成する３つのプリズム片１１，１２，１３の内の第１プリズム片１１及び第２プリズム片１２に関しては、１つのプリズム片（例えば、第１のプリズム片１１）は、他の２つのプリズム片（例えば、第２、第３のプリズム片１２、１３）と、空気間隙を介して対向する２つの対向面を有しており、上述した第１および第２の反射面１１４，１２２はこの２つの対向面のいずれか一方に一致する。
【０１３２】
従って、ＯＮ光２１は、巨視的に見るときには、可変ミラー素子３と投写レンズ５との間に配置された光学的な平行平面板を透過しているとみなすことができる。
【０１３３】
一方、第２反射状態においては、照明光線２０は投写光軸６を挟んで照明光線２０の入射方向とは反対側に出射し（反射偏向され）、図１に示したＯＦＦ光（第２反射状態光線束）２２（第１束）および２３（第２束）として進行する。
【０１３４】
これらのＯＦＦ光２２および２３は、投写レンズ５の受光角度から外れた光線であるため、この第２反射状態は、スクリーンに投写される映像光がＯＦＦの状態、すなわち黒表示に対応する。
【０１３５】
この状態において、ＯＦＦ光（第２反射状態光線の第１束）２２は第２のプリズム片１２の面１２２において全反射され、その進行方向を図１中の右方向へと大きく偏向される。
【０１３６】
つまり、第２のプリズム片１２の面１２２は、投写光軸６に対して所定の角度だけ傾いて配置され、ある大きさ以上の入射角度（全反射条件を満足する角度）を有する光線を全反射させることになる。
【０１３７】
面１２２で全反射されたＯＦＦ光線２２は第２のプリズム片１２の内部を図１中の右方向へ伝播し、ＯＦＦ光２２の一部は面１２１に到達し、このときの入射角は非常に大きいため、面１２１で再び全反射されて第２プリズム片１２内を図１の右方向へと進行する。又、面１２２で全反射された後に面１２３に直接到達したＯＦＦ光２２も、このときの入射角が非常に大きいため、面１２３で全反射され、その後、面１２１に到達し、このときの入射角は大きくないため、その一部は面１２１で反射されて面１２３へ再び到達する。このように、面１２２で全反射されたＯＦＦ光２２の殆どは、両面１２３，１３１を透過して第３のプリズム片１３の面１３２に到達する。又、ＯＦＦ光（第２反射状態光線の第２束）２３も、２つの面１２３，１３１を透過して面１３２に到達する。そこで、これらのＯＦＦ光２２，２３を吸収するために、面１３２上には遮光部材７が配置されている。
【０１３８】
このように構成することによって、ＯＦＦ光２２，２３の大部分が投写レンズ５の内部に進入することがない（取り込まれない）ため、投写レンズ５の鏡筒内面やレンズ面（レンズ表面、境界面）における散乱等を原因とするゴースト光の発生を低減させることが可能となり、主にスクリーン上における黒表示状態における光出力を抑えることによるコントラスト向上を実現することができる。
【０１３９】
また、第１プリズム片１１の面１１４に到達する前の第１プリズム片１１内を伝播する照明光線２０は、第１のプリズム片１１の面１１３と衝突することがない。そのため、第２のプリズム片１２の面１２２を、可変ミラー素子３によって反射されたＯＦＦ光２２を全反射作用し得る位置に配置することができる。又、第１のプリズム片１１の面１１３と第２のプリズム片１２の面１２２との間に介在する空気層（空気間隙）は、照明光線２０およびＯＮ光２１に対してはほぼ影響を与えることがない。本プリズム１では、ＯＦＦ光２２および２３を効果的に遮光部材７へ導くことができる。
【０１４０】
（プリズムの設計例）
さて、プリズム１のコントラスト向上効果をより具体的に説明するため、プリズム１の設計例を示し定性的な考察を行う。ここで、可変ミラー素子３の具体例としてＤＭＤを想定し、先に説明したＤＭＤの特性に従ったプリズム１の具体例を示すものとする（以下、可変ミラー素子３の一例としてＤＭＤを用いたものを示し、ＤＭＤ３と称す）。
【０１４１】
プリズム１の設計は、第１のプリズム片１１と第２のプリズム片１２とからなるＤＭＤ３側プリズム片、すなわち照明光側プリズム片の設計と、第３のプリズム片１３より成る映像光側プリズム片の設計とに大きく分けることができる。
【０１４２】
図２は、プリズム１の設計における設計パラメータを説明する概略図であり、図２において、６１はＤＭＤ３に関する照明光軸、６２は第１のプリズム片１１の面１１４において全反射した後の第１プリズム片１１内部における照明光軸、αとβはプリズム１の形状を特徴付ける頂角である。
【０１４３】
その他の符号は図１と共通であるので説明を省略する。なお、投写光軸６と照明光軸６１とのなす角度は２０°として説明する。
【０１４４】
まず、ＤＭＤ３側の第１のプリズム片１１と第２のプリズム片１２とは一体化されているとし、メリジオナル面内（紙面内）における頂角αと頂角βを求めて、ＤＭＤ３の照明条件を満たすプリズムを設計することから始める。
【０１４５】
頂角αとβの設計条件として、
▲１▼プリズム１に入射する全ての照明光線束が第１のプリズム片１１の面１１４における全反射条件を満足することによりＤＭＤ３側へ偏向されて、プリズム１を出射した照明光線束が２０°の進入角度をもってＤＭＤ３を照明すること。
【０１４６】
▲２▼ＤＭＤ３から、図示しない投写レンズへ向かう反射光（ＯＮ光）が全反射面を全て透過すること
の２つの条件を満足する必要がある。条件▲１▼は図３に示す楔形状のプリズムを想定すれば簡単にその解を得ることができる。
【０１４７】
図３は、仮想的な立体を想定し光線の振舞いを説明する概略図である。図３では、図２における第１のプリズム片１１と第２のプリズム片１２とを一体化したプリズム片１０を示すと共に、同片１０を全反射面１１５に関して面対称に鏡像反転した立体の輪郭を点線で示す。
【０１４８】
頂角αとβの設定を考える場合はプリズム片１０と点線とによって形成される楔形状の仮想プリズムを考えれば良い。図３中、実線矢印で示される２００はプリズム片１０の入射面１１６に対して垂直に入射する光線の振舞いを示している。
【０１４９】
プリズム１０の実体上の出射面は面１１８であり、１１９は、実体上の出射面１１８に対応する仮想的に考えたプリズム（仮想プリズム）の仮想出射面である。
【０１５０】
上述した、投写光軸６と照明光軸６１とのなす角度を２０°とすることから、仮想出射面１１９から出射した光線は仮想出射面１１９の法線６３に対して２０°だけ傾く状態を想定する。このとき、仮想出射面１１９への入射角度をθとすると、α、βおよびθの間には次のような関係式（１）が成り立つ。
【０１５１】
【数１】
0003967874.tif 000002
【０１５２】
ここで、ｎはプリズム片１０を形成する材料の屈折率である。
【０１５３】
（プリズム片における全反射条件）
次に、プリズム片１０に入射する全ての光線が全反射を呈する条件を求める。
【０１５４】
図４は光線の全反射条件を説明する概略図である。図４中、２０１によって示される実線矢印はプリズム片１０に入射する光線のうち、全反射面１１５に対して最も小さな角度で入射する最外角光線を示しており、この光線が全反射条件を満たせば全ての入射光線が全反射を呈することになる。
【０１５５】
図４中、γは光線２０１と全反射面１１５に対する法線６４とのなす角であり、全反射面１１５に対する入射角である。このとき、照明光線束のＦナンバーは図４中の角度δによって次式（２）のように定義される。
【０１５６】
【数２】
0003967874.tif 000003
【０１５７】
さて、光線２０１の全反射面１１５への入射角γと入射面１１６における光線の屈折とにより次式（３）が成り立つ。
【０１５８】
【数３】
0003967874.tif 000004
【０１５９】
入射光線２０１が全反射面１１５において全反射条件を満たすことから、
【０１６０】
【数４】
0003967874.tif 000005
【０１６１】
が成り立つ。また、式（３）および式（４）から、次式（５）が成り立つ。
【０１６２】
【数５】
0003967874.tif 000006
【０１６３】
なお、式（５）の両辺が等しくなるときのαを、特にα1とする。
【０１６４】
ＤＭＤ３への照明光線束は、全反射面１１５において全反射するだけでなく、図３の仮想出射面１１９を全ての光線が透過すること（このことは、照明光線束がＤＭＤ３へ確実に照明されるための条件）も必要である。
【０１６５】
図５は入射面１１６に入射する光線のうち、照明光軸６０に対して、図４に示したとは反対側に角度δで入射する光線２０２の振舞いを示している。
【０１６６】
図５において、ωは光線２０２と仮想出射面１１９の法線６３とのなす角で、仮想出射面１１９に対する入射角を示している。
【０１６７】
この光線２０２は、仮想出射面１１９に対して最も大きな角度ωで進入するため、ここで全反射を生じてプリズム片１０内に光線が閉じ込められないことを確認しなければならない。この場合、まず、角度ωについて次式（６）が成り立つ。
【０１６８】
【数６】
0003967874.tif 000007
【０１６９】
また、仮想出射面１１９において、全反射が起きない条件は次式（７）で表すことができる。
【０１７０】
【数７】
0003967874.tif 000008
【０１７１】
よって、式（６）、式（７）より次式（８）が成り立つ。
【０１７２】
【数８】
0003967874.tif 000009
【０１７３】
この式（８）に基づき、両辺をそれぞれ屈折率ｎの関数としてプロットしたグラフを図６に示す。ただし、式（２）において定義される照明光線束のＦナンバーを３とした。図６中、破線によって示されるのが式（８）の左辺に相当する屈折率ｎの関数であり、実線が同様に右辺の関数を示している。
【０１７４】
図６に示したグラフより、式（８）の不等式が一般的な光学材料の屈折率の範囲である１．４５から１．８５の間で成立することがわかる。
【０１７５】
（プリズム頂角の条件）
次に、ＤＭＤ３から投写レンズへ向かうＯＮ光の振舞いによるプリズム頂角α及びβの条件を求める。
【０１７６】
図７は、２つのプリズム片１０および１３から構成されるプリズム１００を示しており、ＤＭＤ３からのＯＮ光のうち、全反射面１１５に対して最も大きな入射角νで進入する光線２０３を示している。また、６４は全反射面１１５の法線であり、その他の符号は前述の通りである。
【０１７７】
さて、光線２０３が全反射面１１５において全反射せずにプリズム片１３の方へ透過するならば、ＤＭＤ３からの映像光は全てプリズム片１３側へ透過することになる。まず、入射角νについて次式（９）が成り立つ。
【０１７８】
【数９】
0003967874.tif 000010
【０１７９】
また、全反射が起きない条件は式（７）と同様、次式（１０）で表すことができる。
【０１８０】
【数１０】
0003967874.tif 000011
【０１８１】
式（９）、式（１０）から次の不等式（１１）が得られる。
【０１８２】
【数１１】
0003967874.tif 000012
【０１８３】
なお、式（１１）の両辺が等しくなると仮定したときのαを、特にα2とする。
【０１８４】
以上より、プリズム１０の基本形状を規定する頂角α及びβに関する条件式を導出した。この場合、プリズム１０の形状を決定するには式（５）及び式（１１）の両方の条件を満足する頂角αを求め、式（１）よりβを求めれば良い。
【０１８５】
図８は、式（５）による角度α1及び式（１１）による角度α2をプリズム材料の屈折率ｎの関数としてプロットしたものである。横軸をプリズム材料の屈折率とし、縦軸を角度としている。
【０１８６】
式（５）及び式（１１）の両不等式の表す範囲の関係より、角度α1を示す点線と角度α2を示す実線に挟まれた範囲（後述する角度選定範囲）から頂角αの値を選ぶことができる。
【０１８７】
図８を参照すると容易に理解できるように、実用的な光学材料の屈折率の範囲である屈折率１．４５から１．８５の範囲において、角度αとして約３８．０°から約５０．４°の間で最適値を選ぶことができる。
【０１８８】
この場合、角度βは式（１）から簡単に対応付けることができ、約２５．０°から約３８．０°の間で最適値を選定することができる。
【０１８９】
実際的な具定例として、プリズム１０の材料をＢＫ７（ｎd＝１．５１６８）とし、ＤＭＤ３の照明光線束のＦナンバーを３、ＤＭＤ３の照明光軸とＤＭＤ３の法線とのなす角度を前述の通り２０°（すなわち、照明光線束が２０°の進入角度をもってＤＭＤ３を照明することと等価）とすると、頂角αは４７．５５°から４７．９７°の間で最適値を選べば良い。なお、このとき、式（１）より求められる角度βは３４．５２°から３４．９４°の間の値を採り得る。
【０１９０】
図９はプリズム１０の材料（この場合はＢＫ７）における波長分散を考慮して、Ｃ線（６５６．２７ｎｍ。この波長における屈折率をｎCと表記）、ｄ線（５８７．５６ｎｍ。この波長における屈折率をｎdと表記）、及びＦ’線（４７９．９９ｎｍ。この波長における屈折率をｎF’と表記）の場合の各頂角αの値をプロットしたものであり、横軸と縦軸は図８と同様である。
【０１９１】
このように、プリズム１０の材料の波長分散を考慮すると、α≒４７．７°が好適であり、この場合β≒３４．７°となることが理解できる。この値に限らず、材料の波長分散による屈折率の採り得る範囲が図８に示される角度選定範囲に含まれていれば、可視光の領域であって屈折率１．４５から１．８５程度の範囲において好適なプリズム材料を選択することができる。
【０１９２】
一方、図１又は図７に示すプリズム片１３の設計は、ＤＭＤ３側のプリズムが単一のプリズム片であっても、複数のプリズム片の複合体であっても同じであり、図１に示すように第３のプリズム片１３の面１３３は、第２のプリズム片１２の面１２１に平行となる。従って、ＤＭＤ３と投写レンズ５との間に、比較的厚みのある一枚のガラス板が配置されているとみなし得る。このように、投写光軸６に垂直な面で構成される平行平面板で以てプリズム１を構成しているので、投写レンズ５の設計を非常に簡単なものとすることができる。
【０１９３】
以上のような設計に基づく２つのプリズム片から構成されるプリズム１０にＤＭＤ３からの反射光を入射させた場合の光線軌跡を図１０に示す。図１０には、ＤＭＤ３の法線の方向に所定のひろがりをもって進行するＯＮ光と、このＤＭＤ３の法線から所定の角度だけ傾いた方向に進行するＯＦＦ光の両方を描いている。
【０１９４】
プリズム１３の側面上には遮光部材７が設けられているが、図１０中の点線楕円で囲んだ辺りに到達するＯＦＦ光は投写レンズにそのまま進入する可能性が高い。
【０１９５】
その理由は、プロジェクタの投写レンズには画面の周辺光量を高めることを目的としてテレセントリックレンズが用いられることが多く、このようなテレセントリックレンズは、図１０に示すＯＮ光を全て受け取る（入射させる）ために、レンズ開口の大きいものを用いる場合が多く、従ってＯＦＦ光も投写レンズ内に進入し易いという状況が生じてしまうからである。
【０１９６】
テレセントリックレンズの一例を用いた計算機シミュレーションによる光線追跡を行い、投写レンズへＯＦＦ光が進入する様子を調べた例について以下に述べる。
【０１９７】
図１１は、Ｆナンバーが３のテレセントリックレンズ５１をプリズム１００の直後に配置した光学系による計算機シミュレーションの出力であり、説明に必要な部分を拡大して示した図である。
【０１９８】
図１１を参照すると、ＤＭＤ３から出射したＯＦＦ光の一部が投写レンズ５１に進入し、投写レンズ５１を構成する内部のレンズ面において反射を繰り返しながら、さらに投写レンズ５１の内部へ進んで行く様子がわかる。
【０１９９】
この図１１に示した場合においては、理解しやすいようにＯＦＦ光の光線の本数を少なくして示しており、影響が少ないように見えるが、現実にはさらに多くのＯＦＦ光が投写レンズ内に不必要に進入してしまう。
【０２００】
原理的には、投写レンズ５１の有するＦナンバーよりも大きな角度で進入した光線は、レンズ内の絞り面や投写レンズ５１の鏡筒内面等によって吸収され、投写画面（スクリーン）に到達することはないはずである。
【０２０１】
しかしながら、絞り面や鏡筒内面の光吸収が現実的には完全ではない（完全吸収体ではない）こと及び、各レンズの表面に施される減反射コーティングの不完全さ（反射を完全に抑えることができない）に起因して、現実的には様々な位置において迷光が生じることとなり、この迷光がスクリーンに到達することによって投写される画像のコントラストを低減させてしまう。
【０２０２】
従って、ＯＦＦ光を投写レンズ５１に進入しないようにすることができれば、投写される画像のコントラストを直接的に、大きく改善することができる。
【０２０３】
（プリズム片の設計について）
そこで、以下では、主に投写レンズに進入する可能性が高いＯＦＦ光線に効果的に作用するプリズム片１２（図１）の設計方法について説明する。
【０２０４】
このようなプリズム片１２の設計のためには、ＤＭＤ３から反射したＯＦＦ光の振舞いと、プリズム片１２に入射し、このプリズム片１２の有する全反射面に到達する光線の振舞いを調べる必要がある。
【０２０５】
図１２は、ＤＭＤ３から反射したＯＦＦ光の振舞いを示す概略図である。
【０２０６】
光線２０４はＤＭＤ３の、図１２中で最も左端部分から反射される光線であり、ＤＭＤ３の法線６（ここでは投写光軸６とＤＭＤ３の法線とが一致する例について述べるので、便宜的にＤＭＤ３の法線を法線６として説明する）から４０°傾いた方向へ出射するＯＦＦ光の光軸６５から角度δだけ、さらに外側（法線６に寄る方向）に傾いた光線を示している。
【０２０７】
また、６６は光線２０４の方向軸、２０５は反射面１２２上にあって、且つ当該反射面１２２の位置を規定する点Ｐを通る光線である。
【０２０８】
ＤＭＤ３の図１２中の左端部で反射されてプリズム片１２に入射するＯＦＦ光線束は、光軸６５から図１２中の左右へ角度δだけ広がった分布を有している。そこで、ＯＦＦ光２０４をプリズム片１２の反射面１２２において全反射させることができれば、それ以外の角度を有する反射光は全て反射面１２２で全反射されて図１２中の右方向へ進行することになる。従って、この全反射の条件を基に、必要なプリズム片１２の頂角κの値を求めることができる。
【０２０９】
図１３は、プリズム片１２を拡大して示した拡大図であり、図１３を参照しながら頂角κの導出について説明する。なお、図１３において、６７は反射面１２２の法線である。
【０２１０】
光線２０４がプリズム片１２の内部に進入したときの、光線２０４とＤＭＤ３の法線６とのなす角度εは次式（１２）で表すことができる。
【０２１１】
【数１２】
0003967874.tif 000013
【０２１２】
また、角度ε、κおよびμの間には次の式（１３）に示すような関係がある。
【０２１３】
【数１３】
0003967874.tif 000014
【０２１４】
ここで、角度μに関しては光線２０４の全反射条件より、次式（１４）を満たす必要がある。
【０２１５】
【数１４】
0003967874.tif 000015
【０２１６】
以上、式（１２）、式（１３）および式（１４）より、次の不等式が成り立つ。
【０２１７】
【数１５】
0003967874.tif 000016
【０２１８】
図１４は、プリズム１２の材料の屈折率ｎをパラメータとして、照明光線束のＦナンバーに対する頂角κの値を式（１５）に基づいて計算し、その計算結果をプロットしたものである。
【０２１９】
図１４によれば、プリズム１２の材料として実用的な屈折率の範囲である屈折率１．４５から１．８５の間においては、頂角κの最小値として約１６．２°から２４．５°の間にある値を取ることが理解できる。
【０２２０】
実際的な例として、プリズム１２の材料をＢＫ７（ｎd＝１．５１６８）とし、ＤＭＤ３からの反射光線のＦナンバーを３とする場合、式（１５）に基づいて求められる角度κの最小値は、約２１．７５３°となる。
【０２２１】
さて、図１２の反射面１２２にはＤＭＤ３からのＯＦＦ光が全て入射する必要はなく、図１２に示した光線２０４のように、プリズム片１３の側面１３２に到達せずに投写レンズに進入する可能性が高い光線だけが反射すればよい。
【０２２２】
しかしながら、図１のプリズム片１１に関して言えば、図１に示す光線２０が全反射面１１４に到達する前に面１１３に到達してしまうと、照明光線束の一部がけられて欠落するため、プリズム片１１とプリズム片１２との間に設ける空気ギャップ（空気間隙）の位置には注意しなければならない。
【０２２３】
一方、図１２に示した点Ｐを通る光線２０５は、プリズム片１３の側面１３２（望ましくは、遮光部材が側面１３２上部に設けられる）に到達することが望ましいが、これは、ＤＭＤ３の図１２中の最も左端部分から出射される光線２０４が、反射面１２２において反射される条件下で実現することが可能である。
【０２２４】
（点Ｐを求める方法について）
ここで、点Ｐの位置を求める方法について図１５に示す一例を参照しながら説明する。
【０２２５】
図１５において、Ｒはプリズム１の入射面１１１に入射する光線束の半径であり、点Ｑは入射光線束の内で最も外側の光線２０６が反射面１１４に到達する点を示している。
【０２２６】
プリズム１内での屈折角δ’が既知であるので、頂角αをなす頂点Ｓから照明光軸６０までの距離が決まれば、点Ｑの位置は、図１５中のパラメータを用いた簡単な幾何計算から求めることができる。
【０２２７】
点Ｐは、点Ｑより頂点Ｔ側に取ればよく、このときＤＭＤ３から出射する最外光線２０７が反射面１２２に到達することを確認すれば良い。
【０２２８】
さて、図１６は、上述の設計手順により設計された２つのプリズム片から構成されるプリズムを用いて行った計算機シミュレーション（光線追跡シミュレーション）の出力例である。角度κを求めることによって、このような光線軌跡からでも簡単に点Ｐの位置、あるいは反射面１２２の位置を定めることができる。
【０２２９】
以上のように設計された、３つのプリズム片から構成されるプリズム１にＯＦＦ光が進入した状態を光線追跡して求めた出力図を図１７に示す。図１７から分かるように、全反射面１２２によって、投写レンズに侵入する不要な光線の大部分をプリズムの側面１３２に向かわせることができる。
【０２３０】
図１７に示した光線では僅かにプリズム１の最終出射面１３３に直接的に到達する光線が描かれているが、点Ｐの位置を調節することによってこうした光線をなくすことも可能である。
【０２３１】
このようにして、２つのプリズム片により構成されるプリズムの外形形状を保ったまま、特に、投射レンズから見た場合のプリズム１を平行平面板としてみなした場合の板厚を変えることなく、コントラスト低減の主要因であるＯＦＦ光の処理を確実に行うことができる。
【０２３２】
コントラスト比の改善効果は、投写光学系全体の仕様によって異なるので具体的な数値を示すのは困難であるが、ＯＦＦ光処理の役割を面１３２、ならびにこの面１３２上に設けられる遮光部材７に集約することができ、ＯＦＦ光を投射レンズに取り込む（入射させる）ことがなくなるため、先に紹介した第５の従来技術に示したような２つのプリズム片からなるプリズムを用いた光学系に比べて数倍以上のコントラストの改善が期待できる。
【０２３３】
図１８は図１１に示したものと同様の投写レンズと、３つのプリズム片から構成されるプリズム１とを組合せた光学系について行った計算機シミュレーションの出力の一部である。
【０２３４】
このシミュレーションの出力結果によれば、ＤＭＤ３により反射され、一度、全反射面１２２に到達した光線は、プリズム１から外に出ることなく、側面１３２に到達することがわかる。従って、側面１３２の上部に設けられる遮光部材に捕らえられないＯＦＦ光の内、直接投写レンズに進入する光線はほぼ無くすことができる。
【０２３５】
（プリズム１の作製について）
さて、プリズム１を作製するにあたっては各プリズム片の形状及び平面度における精度、材料特性の安定性及び各プリズム片間に設けられる空気ギャップ（空気間隙）の形成精度（すなわち、各プリズム片の配置精度）が、プリズム１の性能を左右する要因となる。
【０２３６】
各プリズム片の形状及び平坦度の精度は、本プリズムの基本的な仕様であり、投写レンズ５１とＤＭＤ３との間に配置される平行平面板としての精度は投写画像の解像度に関わる重要な要素である。
【０２３７】
プリズム１を構成する各プリズム片、ＤＭＤの表面、投写レンズを構成するレンズ面等の各光学面は、減反射コーティングによって透過率を向上させることが好ましく、光学面以外の面はハンドリング向上や迷光の処理に影響が大きいため、例えば砂擦り面処理を行うことも好適である。
【０２３８】
また、プリズム材料の屈折率の公差や分散の値は、全反射条件を満足する上で重要である。後述のように熱膨張係数もプリズム製作には重要なパラメータとなる。
【０２３９】
なお、空気ギャップ（空気間隙）は、全反射作用を起こす為に設けているのであるが、次の点をも考慮する必要がある、即ち、全反射作用を生じずに透過する光線が空気ギャップで屈折作用を受けるため、空気ギャップの大きさ及び精度が光学系の性能、特に投写画像の解像度を大きく左右する点を考慮する必要がある。
【０２４０】
（空気ギャップの形成について）
空気ギャップ（空気間隙）の形成には、一般的に、プリズム片とは別部材のスペーサを挟む方法が最も多く採用される。この場合、プリズム材料の熱膨張による空気ギャップの長さの変化が場所によらず一定であることが必要であるため、スペーサの材料にはプリズムの材料と熱膨張係数の等しいものを用いることが望ましい（例えば、プリズムの材料にＢＫ７を用いている場合、スペーサの材料にＢＫ７を用いる）。
【０２４１】
空気ギャップによる解像度の劣化は、まず空気ギャップの大きさそのものに依存する。
【０２４２】
図１９は、図７に示した２つのプリズム片１０，１３からなるプリズム１００にＦナンバーが３である光線が入射する場合を想定し、図７に示したＤＭＤ３の光軸６に対して所定の角度だけ傾いている空気ギャップと解像度の評価に用いられるＭＴＦとの関係を計算したものである。
【０２４３】
許容されるＭＴＦの劣化はシステムの要求性能によって異なるが、それが例えば数％であるとした場合、図１９に示した空間周波数の範囲（７２ｌｐ／ｍｍまでの空間周波数の範囲。ここで、ｌｐ／ｍｍ＝ｌｉｎｅ  ｐａｉｒ／ｍｍ）における空気ギャップは数ミクロン以下でなければならないという設計条件を得ることができる。
【０２４４】
また、空気ギャップは、これを形成する平面が互いに平行であることが理想であるが、これが偏った場合（光学的に平行であるとみなせる限界を超えて相対的に傾斜している場合）には、投写レンズの非点収差が生じてしまい、著しい画像品質の劣化を引き起こす。
【０２４５】
図２０は、空気ギャップに偏りが生じ、互いに平行であるはずの２つの面が傾いて空気ギャップが楔形状となった場合に、ＭＴＦに及ぼす影響を計算した一例である。
【０２４６】
この計算も、図１９の計算に用いた光学システムを想定しているが、ＤＭＤ３の光軸６に対する空気ギャップの傾きの設定によっては、ＤＭＤ３の光軸６上におけるＭＴＦが最良となるとは限らないため、空気ギャップの傾き角度の許容値を導出することは容易ではない。
【０２４７】
しかしながら、所望の解像度と空間周波数との間の関係から、許容される傾き角度の大きさを概算的に捉えるというような目的に対して以上のような計算は有用である。
【０２４８】
以上の計算結果から考察すると、空気ギャップを２ミクロン又は３ミクロン程度とすることによって、優れた解像度特性を有するプリズムを作製することができる可能性が高い。
【０２４９】
このような微小の空気ギャップを実現するためには、例えば、所定の微小範囲にのみ誘電体多層膜や金属膜等のコーティングを行う方法が好適である。
【０２５０】
図２１は、このような例を示す斜視図であり、図２１において、９は、各プリズム片１１、１２及び１３の、それぞれのプリズム片が他のプリズム片と対向する面上に設けられたスペーサを示しており、図２１に示すように、光線が通る有効領域を避けて（さえぎらないように）、例えば各面のコーナー部分にスペーサ９が配置されている。
【０２５１】
これらのスペーサ９を形成するには、蒸着、あるいはスパッタリングによる多層膜や金属膜等のコーティングを採用することができ、先に述べたスペーサ（多層膜のコーティングによらないスペーサ）の場合に比べて、その対向面の間隔およびスペーサ自身の占有面積がはるかに小さな空気ギャップを安定して形成することができる。
【０２５２】
また、各プリズム片の面上に、直接、コーティングの積層構造による微小突起を形成することができるため、先に述べたスペーサ（多層膜のコーティングによらないスペーサ）を用いる場合に比べて、隣接するプリズム片の相対位置を決定する作業（工程）が簡単になる。
【０２５３】
さらに、このように多層膜のコーティングを用いてスペーサとする場合には、当該スペーサの固定のために必要な接着剤の使用を避けることができ、また、隣接するプリズム片の固定機能をスペーサに担わせないようにすることができる点で優れている。
【０２５４】
なお、上述したスペーサや多層膜のコーティングによって各プリズム片間の空気ギャップを確保するのであるが、その状態における各プリズム片の相対位置を固定するためには、例えば、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂（シリコンゴム系を含む）、シアン系樹脂等の内の少なくとも１つを含有する接着剤を採用することができる。
【０２５５】
また、接着剤を塗布する部分も、光線が通る有効領域を避ける条件を満足する部分であれば、例えばスペーサとプリズム片の面との当接する部分に、このスペーサまたはプリズム片の面上のいずれかに塗付したり、プリズム片の対向面を構成する稜線近傍の部分に塗布することができる。
【０２５６】
あるいは、特別にスペーサを設けなくとも、接着剤によって実質的にスペーサの効果を持たせるようにしてもよい。
【０２５７】
これらにより、互いのプリズム片が、各プリズム片の熱膨張率に略等しい熱膨張率を有するスペーサ（実質的にスペーサの効果を有する接着剤も含む）および接着剤によって各々固定される。
【０２５８】
（プリズム片の固定について）
プリズム片の固定に関しては、照明光線束が投写レンズに入射するまでの間、投写に関与する光が通過する面としての、プリズムの光学作用面以外の面を利用する方法が、実用上効果的である。
【０２５９】
図２２は、３つのプリズム片から構成されるプリズム１を、プリズム材料と同じ部材からなる板材で固定する方法を示した概略図である。
【０２６０】
図２２において、１４は板状の固定部材であり、プリズム片１１、１２及び１３の相互の固定に用いる。
【０２６１】
この場合、固定部材１４は、３つのプリズム片１１、１２及び１３のすべてに接することが可能な大きさと形状とを有する領域（図中、斜線部で示される領域）内における、各プリズム片の一部に該当する部分に接着剤を塗布してこれを固定することができる。
【０２６２】
この場合の固定には、様々な種類の接着剤の中から、特性の適したものを選ぶことができるが、光吸収又は温度変化による接着力の低下又は材料の変形が顕著なものは避けなければならない。
【０２６３】
また、接着面を固定部材１４とプリズム側面との接触面全体とせず、複数の微小領域に分ける場合は、光吸収や温度変化、経時的変化等に起因する接着剤の変形等によって、空気ギャップを変えるような（空気ギャップの変形が起こるような）大きな応力が各プリズム片に働かないように、その接着剤の塗布する位置を選ぶ必要がある。
【０２６４】
図２３は、固定部材１４とそれぞれのプリズム片１１、１２および１３とを固定する接着剤の位置を示す一例である。
【０２６５】
図２３中、斜線部１５が接着剤の塗布位置を示しており、図２３に示すようにプリズム片１１，１２，１３の各々毎に複数の位置に分けて接着剤が塗布されている。
【０２６６】
このように接着剤の塗布する箇所を、１つのプリズム片について複数の場所に分けることによって、接着剤の変形により生じる応力を分散させる効果を得ることができる。
【０２６７】
勿論、接着剤の熱膨張係数は、プリズムの材料、及び固定部材１４の材料の熱膨張係数に近い値を持つことが望ましい。
【０２６８】
（遮光部材について）
次に、コントラストの改善に関係がある重要な要因としてプリズム片１３の側面１３２の上部に設けられる遮光部材７について説明する（図１及び図１７に例示してある）。
【０２６９】
遮光部材７は、単に側面１３２上に塗布された黒色塗装からなる光吸収材であっても良いが、光を吸収することによる発熱を原因とするプリズム１への悪影響（例えば、温度上昇による形状の歪み等）が考えられる場合は、黒色塗料とは別の部材を用いた遮光部材を用いても良い。
【０２７０】
また、側面１３２上に、当該側面１３２と密着するように直接に黒色塗装を施す場合には、側面１３２を粗面（例えば、砂擦り面処理がこれに含まれる）に加工することにより、側面１３２における光反射作用を抑えて光吸収作用を促進させても良い。
【０２７１】
また、別部材により光吸収を行わせる場合には、側面１３２へ到達した光線が反射を起こさずにそのままプリズム１の外部へ出射するように、側面１３２を平面ではなく多面形状に加工するのが好ましい場合もある。この場合、プリズム１と離間する外部（ここに説明されているものについては、プリズム片１３の側面１３２と離間する外部）に光吸収層を配置することができ、このようにすると、光の吸収による発熱がプリズム１に伝導することを極力抑えることができるので、プリズム１の温度上昇を招きにくくなる。
【０２７２】
図２４は、側面１３２に到達した光線を効率よくプリズム１の外部に出射するための側面１３２の形状の一例を示すシミュレーション結果である。
【０２７３】
プリズム片１３０に入射するＯＦＦ光は、図２４中の「ＯＦＦ  ｌｉｇｈｔ  ２」と、全反射面１２２には入射せず、面１２３を透過する「ＯＦＦ  ｌｉｇｈｔ  １」として示される光線とに分けることができる。
【０２７４】
図２４にも示すように、プリズム片１３０の側面１３２は「ＯＦＦ  ｌｉｇｈｔ  １」と「ＯＦＦ  ｌｉｇｈｔ  ２」とに対応した形状になっており、確実にＯＦＦ光をプリズム１の外部へ導くことに成功していることがわかる。
【０２７５】
また、遮光部材（光吸収材料）７Ａを、例えば、図２４中の点線によって示す位置に配置すれば、プリズム片１３０自体（プリズム１自体）の温度上昇をもたらすことなく、ＯＦＦ光の処理（吸収）を行うことができる。
【０２７６】
（プリズムの保持について）
プリズム１（これまで説明されているものについては、プリズム片１３）とは別体に遮光部材（光吸収材料）を配置する場合は、図２５に示すようなプリズム１を保持するための保持部材７０の内面（特に、この場合にはプリズム片１３０の側面に対向する内側面）に光吸収材料を付加すれば、プリズム１の保持と共にＯＦＦ光の吸収を行うことができるといった、２つの機能を同時に達成することが可能となるため、構成部品の数を減らすことができる。
【０２７７】
図２５において、７０はプリズム１のベース部７１に取り付けられてプリズム１を保持するための保持部材であり、プリズム１より透過するＯＦＦ光が入射する保持部材７０の面に光吸収材料（黒色塗料等）が付加されている。
【０２７８】
なお、保持部材７０は、ＯＮ光が、この保持部材７０によって遮られないことを目的として、図２５に示すようにプリズム１の角部（コーナー部）においてプリズム１を保持し、その位置を固定可能な形状とするのが好ましい。
【０２７９】
このように保持することにより、プリズム１のベース部７１との接触方向の動きを抑制することが可能であると共に、投写光軸６に沿う方向への動きを抑制することができる。
【０２８０】
さらに別の形状例として、図２６には、光が出射可能な開口７４（光出射開口７４）を設けたプリズムの保持部材７２を示す。
【０２８１】
保持部材７２は、プリズム１の上面（投射レンズへの出射光が通過する領域を含む面）を、光出射開口７４を除いて覆うのに加えて、（プリズム１の外形の一部である）プリズム片１１の斜面形状部１１４Ｐに適合するように、同部１１４Ｐを覆う形状部７３（ただし、保持部材７２は、プリズム片１１と保持部材７２との間に空気間隙が介在するよう、すなわち、保持部材７２の対向面（斜面形状部７３の裏面に相当）とプリズム片１１の面とが接触しないように配置される）を有している。
【０２８２】
このようにすることによって、プリズム片１１の面の遮光及び防塵を行うことができ、ＯＦＦ光又は、ＯＦＦ光の進入を原因とする迷光が投写レンズに伝達されるのを極力防ぐだけでなく、プリズム片１１の面１１４（プリズム１として露出する部分１１４Ｐ）の汚れによる同面１１４の全反射作用の効率の低下を防ぐ利点もある。
【０２８３】
また、外部の環境変化に対して、光学的な性能の変化を生じにくい、いわゆる環境変化に強いプリズムを構成するという点では、空気ギャップにより生じる空間をシーリング剤等によって密閉することも望ましい。このようにすると、例えば、結露による光学面の曇りや、ガラス研磨面の化学変化による劣化を極力抑えることができる。
【０２８４】
尚、第１，第２及び第３プリズム片１１，１２，１３の各々を、複数のプリズム片の組み合わせより成るプリズム片として構成しても良い。又、第１プリズム片１１の面１１４Ｂを面１１２に平行な外面としても良い。
【０２８５】
以上、３つのプリズム片からなるプリズムについて、図１に示したような基本的な構成から、様々な変形例まで説明したが、ここに述べた実施例だけでなく本発明の目的、用途から逸脱せず、かつその要旨を変更しない範囲において様々な変形例が可能であることも勿論であることは言うまでもない。
【０２８６】
実施の形態２．
（プロジェクタ装置の光学系）
図２７は、本発明に係る実施の形態２であるプロジェクタ装置の光学系を示す図である。図２７において、１は実施の形態１において説明したプリズム、同じく５は投写レンズ、８０はプリズム１の入射面に照明光線束を提供する照明光学系である。
【０２８７】
ライトバルブとしての可変ミラー素子の一例には実施の形態１において説明したＤＭＤ３を想定し、以下、これを１つだけ用いて拡大表示を行う単板式プロジェクタ装置について説明を行うこととする。
【０２８８】
プロジェクタ装置の光学系は主にこれら４つの要素、すなわちプリズム１、投写レンズ５、ＤＭＤ３及び照明光学系８０の各要素から構成され、投写レンズ５から出射した光がスクリーン９０に拡大投射されて、大画面の映像を観視者に提供する。
【０２８９】
また、図２７中、８１は光源ランプ、８２は光源ランプ８１から出射された光線束を集光する集光レンズ、８３は集光レンズ８２の収束光線束の強度分布を一様化するロッド素子、８４はロッド素子８３からの出射光線束を所定の倍率でＤＭＤ３上に結像する結像レンズ系であり、通常、複数のレンズを含んで構成され６８は光源ランプ８１の光軸、８５は光軸６８を曲げてＤＭＤ３の照明光軸６０を提供する反射ミラーであり、必要に応じて任意の位置に配置することが可能である。
【０２９０】
また、８６は照明光学系８０の最終出力面を想定した仮想的な開口（光出射開口と称す）である。８７は例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３原色を少なくとも含む光学的カラーフィルタの領域を有する回転型のカラーフィルタであり、単板ライトバルブ方式に対応して、例えば映像信号の同期信号に同期して回転することによってフィールドシーケンシャルでカラー化を行うための光学素子である。
【０２９１】
以上のように、照明光学系８０は幾つかの光学要素から構成されており、ＤＭＤ３を効率よく照明するための光学系となっている。なお、プリズム１からこの照明光学系８０を見た場合、その直前の光出射開口８６が図１に示した照明光源８に相当するものである。
【０２９２】
さて、実施の形態１の説明において先に述べたように、プリズム１を介してＤＭＤ３を照明するにはテレセントリック照明が好適である。
【０２９３】
この装置に用いられる結像レンズ系８４は、ロッド素子８３の出射端面Ｐに形成されたほぼ一様な光の強度分布を有する発光面を、ＤＭＤ３と共役な関係とするように構成されたレンズ系であり、これをテレセントリックレンズ系として構成（設計）することによって、ＤＭＤ３への光の入射及び出射の前後における光の伝達効率を向上させることができる。
【０２９４】
このようなレンズ系の設計の際には、プリズム１を、図３を参照しながら説明した楔形状からなる光学素子とすることもできるが、より簡単に平行平面板として設計することも可能である。
【０２９５】
プリズム１を楔形状であるとして設計を行う場合、プリズム１を出射した後、楔形状の開き角が、ＤＭＤ３に向かう光線の角度の偏差として発現するため、照明光線束のＦナンバーの変化には注意を払う必要がある。
【０２９６】
実際には、ＤＭＤ３へ入射する周辺光線の入射角度が大きくなるため、プリズム１の設計に応じて、ＤＭＤ３の仕様によって求められるＦナンバー（これまで説明してきた例ではＦナンバー３）よりも大きなＦナンバーを有する結像レンズ系が好適となる場合もある。
【０２９７】
ロッド素子８３の出射端面Ｐに形成される、強度分布が一様な発光面は、光源ランプ８１、集光レンズ８２及びロッド素子８３の組み合わせによって提供される。
【０２９８】
この組み合わせの例としては、光源ランプ８１を放物面鏡と放電ランプとの組合せからなるランプシステムにより構成し、この光源ランプ８１より出射された略平行な光線束を、集光レンズ８２を用いて収束してロッド素子８３の入射面Ｓに効率よく導くようにした系が挙げられる。
【０２９９】
このような、ロッド素子８３を用いて照明光線束の均一性向上を行うようなプロジェクタ装置の光学系（プロジェクタ光学系）については、例えばＵＳＰ５，６３４，７０４に詳細が記述されている。
【０３００】
勿論、この場合の照明光学系８０の構成としては、図２７に例示したものに限られることはなく、プリズム１と整合性が高く、かつＤＭＤ３を効率よく照明し、照明光学系８０を投写レンズ５によって拡大投写した際に、所定の明るさやコントラストを得ることができる照明光線束を提供できるものであれば、この様な照明光学系を本プロジェクタ装置に適用することが可能である。
【０３０１】
例えば、一般には照明光線束分布の均一性向上のためにフライアイインテグレータシステムが採用される場合があるが、これについても本実施の形態へ適用することは全く問題がなく可能である。
【０３０２】
また、プロジェクタ装置のカラー化についても、回転カラーフィルタ８７を用いなければならないということはなく、照明光学系８０との整合が高く、高効率のプロジェクタ装置を提供できるカラー化部であれば、回転カラーフィルタ８７に代えて、このカラー化部を照明光学系の一部に配置することは全く問題がなく可能である。
【０３０３】
以上、本発明に関して上記２つの実施の形態を説明した。本発明はこれら２つの実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱せず、その要旨を変更しない範囲において様々な変形例が可能であることも勿論である。
【０３０４】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【０３０５】
本発明の請求項１によるプリズムは、従来のもの（例えば図３５のもの）に比べて小型のプリズムを得ることができる。
【０３０６】
また、本発明の請求項２によるプリズムは、外部に配置される投写レンズのバックフォーカル長を短くすることが可能なプリズムを得ることができる。
【０３０７】
また、本発明の請求項３及び４によるプリズムは、可変ミラー素子の第２反射状態における反射光を確実に遮光することができる。
【０３０８】
また、本発明の請求項５によるプリズムは、隣接するプリズム片の対向面相互の関係に基づく解像度の劣化を抑え、全反射作用を用いた反射面を実現することができる。
【０３０９】
また、この発明の請求項６によるプリズムは、温度環境の変化による隣接プリズム片の相対位置の変動を抑え、その変動に起因する性能劣化を抑えることができる。
【０３１０】
また、本発明の請求項７によるプリズムは、プリズム片の間の空気間隙を安定して形成することができ、精度のよい空気間隙を実現することができる。
【０３１１】
本発明の請求項８によるプリズムは、従来に比べて小型のプリズムを得ることができる。
【０３１２】
また、本発明の請求項９によるプリズムは、隣接するプリズム片の対向面相互の関係に基づく解像度の劣化を抑え、全反射作用を用いた反射面を実現することができる。
【０３１３】
また、本発明の請求項１０によるプリズムは、プリズム片の組み合わせを行いやすいプリズムを得ることができる。
【０３１４】
また、本発明の請求項１１によるプリズムは、実用的なプリズムの材料における屈折率の範囲において、所定の面における全反射を確実に実現することができる。
【０３１５】
また、本発明の請求項１２によるプリズムは、可変ミラー素子の第２反射状態における反射光を確実に遮光することができる。
【０３１６】
本発明の請求項１３及び１８による投写光学系は、明るくコントラストの高い投写光学系を実現することができる。
【０３１７】
また、本発明の請求項１４による投写光学系は、各光線束を遮ることなくプリズムを確実に保持することができる。
【０３１８】
また、本発明の請求項１５による投写光学系は、プリズムを保持すると共に遮光機能を持たせることができ、コントラストの高い投写光学系を実現することができる。
【０３１９】
また、本発明の請求項１６による投写光学系は、プリズムの汚れによる性能の劣化を抑えることができる。
【０３２０】
本発明の請求項１７及び１９による投写型表示装置は、明るくコントラストの高い投写型表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１に係るプリズムの構成を示す概略図である。
【図２】  プリズム設計における設計パラメータを説明する概略図である。
【図３】  仮想的な立体を想定し光線の振舞いを説明する概略図である。
【図４】  プリズムに入射した光線の全反射条件を説明する概略図である。
【図５】  プリズムを透過する光線の振舞いを説明する概略図である。
【図６】  式（８）に示す不等式の関係をプロットしたグラフである。
【図７】  ２つのプリズム片からなるプリズムを透過する光線の振る舞いを説明する概略図である。
【図８】  式（５）と式（１１）の不等式の関係をプロットしたグラフである。
【図９】  頂角の波長分散依存性を示すグラフである。
【図１０】  ２つのプリズム片からなるプリズムを用いた光線追跡の図である。
【図１１】  ２つのプリズム片からなるプリズムの場合について、投写レンズへの不要光の侵入を調べた計算機シミュレーションの出力図である。
【図１２】  第２プリズム片の作用を説明する概略図である。
【図１３】  第２プリズム片の作用を説明する概略図である。
【図１４】  第２プリズム片の頂角と照明光線束のＦナンバーとの関係を示すグラフである。
【図１５】  第２プリズム片を規定する点の座標を決める方法を説明する概略図である。
【図１６】  ２つのプリズム片からなるプリズムで偏向する照明光線束を解析した計算機シミュレーションの出力図である。
【図１７】  ３つのプリズム片からなるプリズムの作用を説明する光線追跡の図である。
【図１８】  ３つのプリズム片からなるプリズムの場合について、投写レンズへの不要光の侵入を調べた計算機シミュレーションの出力図である。
【図１９】  プリズム片の空気間隙の大きさとＭＴＦの関係を示すグラフである。
【図２０】  空気間隙を形成する平面の傾きとＭＴＦの関係を示すグラフである。
【図２１】  各プリズム片間の空気間隙の大きさを規定するスペーサの配置を説明する概略図である。
【図２２】  各プリズムを互いに固定する固定部材の配置を説明する概略図である。
【図２３】  固定部材に設けられる接着剤の配置を説明する概略図である。
【図２４】  プリズム側面に到達する不要光をプリズム外部へ導く側面形状を説明する概略図である。
【図２５】  光吸収手段の形状と配置を示す概略図である。
【図２６】  開口部を有した光吸収手段の形状と配置を示す概略図である。
【図２７】  本実施の形態２によるプロジェクタ光学系の概略図である。
【図２８】  従来の反射型ライトバルブの照明方式を説明する概略図である。
【図２９】  従来の反射型ライトバルブの照明方式を説明する概略図である。
【図３０】  従来の反射型ライトバルブの照明方式を説明する概略図である。
【図３１】  従来の反射型ライトバルブの照明方式を説明する概略図である。
【図３２】  従来の発明による２つのプリズム片から構成される照明光学系の概略図である。
【図３３】  ＤＭＤ（２ミラー）の動作を説明する概略図である。
【図３４】  従来の発明による２つのプリズム片からなる照明光学系の解決すべき問題を説明する概略図である。
【図３５】従来の発明による３つのプリズム片から構成される照明光学系の概略図である。
【符号の説明】
１，１０，１００  プリズム、３  可変ミラー素子（ＤＭＤ）、５  投写レンズ、２０  光線（照明光線）、２１  ＯＮ光、２２  ＯＦＦ光、６  投写光軸、６０  照明光軸、７  遮光部材、８  照明光源、５０  レンズ手段、１１  第１のプリズム片、１２  第２のプリズム片、１３  第３のプリズム片、１１１，１１２，１１３，１１４  （第１のプリズム片１１を特徴付ける）平面、１２１，１２２，１２３  （第２のプリズム片１２を特徴付ける）平面、１３１，１３２，１３３  （第３のプリズム片１３を特徴付ける）平面。
【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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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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