(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）が付着され、それらのデジタルマイクロミラーデバイスを制御することによって入射光を特定方向に全反射させる全反射（ＴＩＲ）プリズム系において、
四角形の入射面及び出射面と、前記入射面又は出射面に対して側面側に位置し三角形である第１の面及び四角形である第２の面と、前記入射面又は出射面に対してそれぞれ上面側及び下面側に位置し三角形である第３の面及び四角形である第４の面とからなり、前記入射面に入射した前記入射光を所定の角度で屈折して内部に透過し、その屈折光を前記出射面から出力する第１プリズムと、
前記第１プリズムと結合され、第１プリズムから出力された光を入射させて前記ＤＭＤに送り、前記ＤＭＤが制御されてその制御されたＤＭＤで反射した光を全反射させて出力する第２プリズムと、
を備え、
前記入射面は、入射した前記入射光を、前記第２プリズムに取り付けられた前記ＤＭＤに屈折させて送り出すために、前記第４の面に対して所定の第１角度に傾き、
前記出射面は、前記ＤＭＤから反射された光が前記第２プリズム内で全反射されて出射されるように、前記ＤＭＤに入射される光の角度を計算して得られる第２角度で傾いていることを特徴とするＤＭＤ用全反射プリズム系。
【請求項２】
前記第１プリズムは、前記入射光を透過させて光の経路を変えた後前記出射面から透過させることを特徴とする請求項１記載のＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系。
【請求項３】
前記第１プリズムと前記第２プリズムとは、微細な空気層の間隔を有して結合されることを特徴とする請求項１記載のＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系。
【請求項４】
前記第２プリズムは、
前記第１プリズムの出射面と結合して前記第１プリズムから出射された光を入力させるとともに、前記ＤＭＤから反射された光を全反射させる入射面と、
前記ＤＭＤと接する面と、
前記入射面で全反射された光を出射する出射面と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載のＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系。
【請求項５】
前記デジタルマイクロミラーデバイスは、所定角度に回転される複数個のマイクロミラーが所定間隔で配列されていることを特徴とする請求項１記載のＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系。
【請求項６】
所定光を生成して出力する光源と、
前記光源から出力された光を処理して平行光を出力する光処理部と、
第１プリズムと、この第１プリズムと結合される第２プリズムとからなり、前記光処理部から出力されて第１プリズムに入射され第１プリズムを透過した後、第２プリズムを２回透過し、さらに第２プリズムで１回の全反射を行った光を出力する全反射（ＴＩＲ）プリズム系と、
前記全反射プリズム系に付着されて、全反射プリズム系から全反射された光が出射されるようにその内部で光の経路を制御するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）と、
前記ＤＭＤから出力された光が入射されて所定スクリーンに出力する投射レンズと、
を備え、
四角形の入射面及び出射面と、前記入射面又は出射面に対して側面側に位置し三角形である第１の面及び四角形である第２の面と、前記入射面又は出射面に対してそれぞれ上面側及び下面側に位置し三角形である第３の面及び四角形である第４の面とからなる前記第１プリズムは、前記入射面に前記光処理部から出力された光を入射して所定角度で屈折させた後、その屈折された光を前記出射面から出力し、
前記第２プリズムは、前記第１プリズムから出力された光を入射して、前記ＤＭＤに送り、前記ＤＭＤが制御されてそこから反射した光を全反射させて出力し、
前記入射面は、入射した前記入射光を、前記第２プリズムに取り付けられた前記ＤＭＤに屈折させて送り出すために、前記第４の面に対して所定の第１角度に傾き、
前記出射面は、前記ＤＭＤから反射された光が前記第２プリズム内で全反射されて出射されるように、前記ＤＭＤに入射される光の角度を計算して得られる第２角度で傾いていることを特徴とするＤＭＤ用全反射プリズム系を利用したプロジェクター。
【請求項７】
前記複数の光処理部は、
前記光源から出力された光の入力を受けて、画像信号に従って該当色の光を生成して出力するカラーホイールと、
前記カラーホイールから出力される光の入力を受けて所定強度の光を生成して出力する棒レンズと、
前記棒レンズから出力された光が入射されて前記ＴＩＲプリズム系に反射するミラーと、
を備えていることを特徴とする請求項６記載のＤＭＤ用全反射プリズム系を利用したプロジェクター。
【請求項８】
前記光処理部は、
前記ミラーに入射される光を集光する第１レンズと、
前記ミラーからの出射光を集めて前記ＴＩＲプリズム系に出力する第２レンズと、
により構成されることを特徴とする請求項７記載のＤＭＤ用全反射プリズム系を利用したプロジェクター。
【請求項９】
前記ＤＭＤは、所定の画像信号に従って、前記全反射プリズム系内部の光を全反射させて全反射プリズム系から出力させるか、または、前記全反射プリズム内部から出力されないように反射させるマイクロミラーを備えていることを特徴とする請求項６記載のＤＭＤ用全反射プリズム系を利用したプロジェクター。
【請求項１０】
入射光が第１プリズムの少なくとも１つの表面に平行に入力されることを特徴とする請求項１記載のＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系。
【請求項１１】
入射光が第１プリズム内で全反射することなく第２プリズムへ送られることを特徴とする請求項１記載のＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系。
【請求項１２】
入射面が入射光に対して斜めであることを特徴とする請求項１記載のＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系。
【請求項１３】
入射光が第１プリズム内で全反射することなく第２プリズムへ送られることを特徴とする請求項６記載のＤＭＤ用全反射プリズム系を利用したプロジェクター。
【請求項１４】
入射面が入射光に対して斜めであることを特徴とする請求項６記載のＤＭＤ用全反射プリズム系を利用したプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤと略称す）用全反射（以下、ＴＩＲと略称す）プリズム系及びそれを利用したプロジェクターに係るもので、詳細には、入射光の損失が少なく、小型軽量のデジタルマイクロミラーデバイス用全反射プリズム系及びそれを利用したプロジェクターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、液晶表示デバイスやＤＭＤのような表示デバイスを利用して画像を表示する装置であるプロジェクターが使用され始め、小型で携帯に便利であるため、益々普及されている。液晶表示デバイスは光バルブディスプレーデバイスの機能を有し、ＤＭＤは光スイッチディスプレーデバイスの機能を有する。
【０００３】
ＤＭＤは、米国ＴＩ（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）社が、デジタル光プロセシング（Digital Light Processing：ＤＬＰ）システムによって、光を制御するように開発した投射型表示デバイスである。このデバイスは、シリコンウエハの表面に１６マイクロメーター（μｍ）サイズの多数のマイクロミラー（または、超小型アルミニウムミラー）が１μｍ間隔に設けた一つのマイクロチップにより実現されている。
【０００４】
マイクロチップに数十万個のマイクロミラーを設置することが可能である。それらのマイクロミラーは、動画像信号に従って、入射光を＋１０°から−１０°間の角度で反射するようにその角度位置が制御（オンまたはオフの２種類モード）されて、オン状態に対応するミラーからの反射光をスクリーンに導いて画像を表示するようになっている。ＤＭＤから出力される光の強度は、光が特定の角度に出力される時間に従属するため、その出力時間が長くなるほどその強度も大きくなる。
【０００５】
従来、ＤＭＤを利用したプロジェクターは、図５に示したように、ランプのような所定波長の光を出力する光源９と、光源９から出力された光を信号によって所望の角度に反射させるＤＭＤ１０と、ＤＭＤ１０から反射される光を集光してスクリーン１５に映し出す投射レンズ１１と、ＤＭＤ１０から反射されるが投射レンズ１１に入射されなかった光を吸収する吸収板１３とを含んでいる。
【０００６】
ＤＭＤ１０は、ブラックボード１と、そのブラックボード１に設けられた複数の電極３と、光源９から出力される光を特定の角度に反射させる複数のデジタルマイクロミラー５と、それらデジタルマイクロミラー５を支持する支持台７とを備えている。
【０００７】
複数の電極３は外部から入力される電圧信号により静電界を発生させて支持台７の動きを制御する。すなわち、支持台７に取り付けられた１６μｍの微細な正方形状の各デジタルマイクロミラー５が、支持台７の動きによって±１０゜の範囲で所定の角度に回転し、その回転によって光源９から入射された光を投射レンズ１１へまたは吸収板１３へ向けて反射させる。また、投射レンズ１１は、ＤＭＤ１０から反射された光を入射してスクリーン１５に映し出す画像を表示する。
【０００８】
以下、このように構成された従来のＤＭＤを利用したプロジェクターの動作について説明する。
先ず、動作の初期に、ＤＭＤ１０に取り付けられた各デジタルマイクロミラー５は、平面に対して所定の初期角度に傾いている。光源９から出力された光が各デジタルマイクロミラー５に照射されると、それらのデジタルマイクロミラー５は初期角度によって投射レンズ１１に反射させず、吸収板１３に反射させるため、スクリーン１５はブラック状態になる。
【０００９】
次いで、外部の電源ソースからブラックボード１に設けられた複数の電極３に電圧信号が入力されると、それら電極３は静電界を発生して、支持台７を所定角度、例えば、＋１０゜から−１０゜間の何れかの角度に回転させる。このとき、支持台７に取り付けられた各デジタルマイクロミラー５も支持台７と一緒に回転し、各デジタルマイクロミラー５に入射された光を投射レンズ１１に反射させ、スクリーン１５に向けるため、スクリーン１５にオンとされたミラーからの光による画像が映し出される。
【００１０】
すなわち、外部の電源ソースから複数の電極３に電圧信号が入力されると、それら電極３は静電界を発生させて±１０゜の角度で支持台７を回転させる。それによって、各デジタルマイクロミラー５が光源９から出力された光をスクリーン１５に照射する。このとき、各デジタルマイクロミラー５は、入力される動画像信号に従って、高速回転動作（またはオン／オフ動作）を行う。
【００１１】
このような駆動特性を有する従来のＤＭＤを利用したプロジェクターは、ＤＭＤに光が入射及び出射される方式によって、直接反射方式のプロジェクターと、全反射プリズム方式のプロジェクターとに大別される。
【００１２】
ＤＭＤ用直接反射方式のプロジェクターにおいては、図６に示したように、光源１９と、光源１９から出力される光を赤色、緑色及び青色の光に変えて出力するカラーホイール１７と、カラーホイール１７から出力される光を受けて所定スクリーン２３に反射させるＤＭＤ２０とを備えていた。ここで、ＤＭＤ２０は、一つのチップに実装されてボード２１に付着される。
【００１３】
このように構成された従来のＤＭＤ用直接反射方式のプロジェクターは、光源１９から出力された光がカラーホイール１７を通過してＤＭＤ２０によってスクリーンに直接反射されて、スクリーン２３に画像を表示することができる。ここで、カラーホイール１７は、入射された光を赤色、緑色及び青色に変換して出力することができる素子が取り付けられた輪であって、所定回転速度で回転する。
【００１４】
しかし、ＤＭＤ用直接反射方式のプロジェクターは、光学系のサイズを小さくすることができない。そこで、全反射（ＴＩＲ）プリズムのような光学系を利用したプロジェクターが新たに開発された。
【００１５】
それについて以下説明する。従来のＤＭＤ用全反射（ＴＩＲ）プリズム系を利用したプロジェクターにおいては、図７（Ａ）（Ｂ）に示したように、光源２５と、光源２５から出力される光を赤色、緑色及び青色の光に変換して出力するカラーホイール２７と、カラーホイール２７から出力された光が入射されて所定強度の光を生成して出力する棒レンズ２９と、その棒レンズ２９から出力された光を集光してその直径を減少させる第１集光レンズ３０と、その第１集光レンズ３０から出力された光を所定角度で反射するミラー３１と、ミラー３１から反射された光を集光して出力する第２集光レンズ３２と、第２集光レンズ３２から出力された光が入射されて、所定画像信号に従って入射された光を出力するＴＩＲプリズム系３３と、ＴＩＲプリズム系３３の内部に位置されて進行する光を調節するＤＭＤ３５と、ＴＩＲプリズム系３３から出力された光が入射されて所定スクリーン３８に出力する投射レンズ３７とを備えていた。
【００１６】
そして、ＤＭＤ３５用のＴＩＲプリズム系３３においては、図８（Ａ）（Ｂ）に示したように、光源２５からの光を面ＩＳ５の所定位置Ｐ１に入射させて全反射（ＩＳ４；Ｐ２及びＩＳ２；Ｐ３）させる入射プリズム３３−１と、入射プリズム３３−１と特定角度で連結され、入射プリズム３３−１を透過した光（ＯＳ４；Ｐ３）が入射され、入射後、内部（ＯＳ１；Ｐ４及びＯＳ４；Ｐ５）で全反射させて出射（ＯＳ２；Ｐ６）させる出射プリズム３３−２により構成される。この出射プリズムに入射時には全反射が発生しないようにする。すなわち、入射プリズム３３−１と出射プリズム３３−２とは微細な間隔を保って結合されているため、入射プリズム３３−１から出射プリズム３３−２へ進行する光は結合面（すなわち、入射プリズム３３−１と出射プリズム３３−２との結合面）で全反射されず、かつ、出射プリズム３３−２に入射した光は、結合面で全反射されて出射される。
【００１７】
図中、各面の表示符号に連結された線中、実線は前方面、すなわち、前方側から見える面を意味し、実線＋点線は後方面、すなわち、前方側から見えないで隠れている面を意味する。
【００１８】
出射プリズム３３−２の底面（ＯＳ１）に取り付けられたＤＭＤ３５は、出射プリズム３３−２の底面（ＯＳ１；Ｐ４）を通してＤＭＤ３５に入射された光を反射させ、出射プリズム３３−２の斜面（ＯＳ４；Ｐ５）で全反射させて出射面（ＯＳ２；Ｐ６）を介して出力させる。
【００１９】
ここで、ＴＩＲプリズム系３３を構成する入射プリズム３３−１と出射プリズム３３−２に対して詳しく説明すると以下のようである。
【００２０】
ＴＩＲプリズム系３３の出射プリズム３３−２は、図９（Ａ）に示したように、ＤＭＤ３５と接する面（ＯＳ１）と、その面と直角で光を出力させる面（ＯＳ２）と、ＤＭＤ３５から反射された光を全反射する斜面（ＯＳ４）とにより構成された直角プリズムである。
【００２１】
一方、図９（Ｂ）は入射プリズム３３−１であり、５面体の形状である。所定直角柱からこのＴＩＲプリズム系３３の入射プリズム３３−１を制作する方法について説明する。
【００２２】
先ず、Ｔ１から所定の距離離れたＴ４で面（ＩＳ３）において底辺、すなわち面（ＩＳ１）に対して所定角度（ａ１＝∠Ｔ１Ｔ４Ｔ３）で直角柱を切断し、次に、同じＴ１から底辺と直角方向に所定の距離離れたＴ２で面（ＩＳ５）に対して所定角度（ａ２＝∠Ｔ１Ｔ２Ｔ３）で直角柱を切断することで、面（ＩＳ３）の形状が形成される。
【００２３】
次いで、Ｔ２において面（ＩＳ５）に対して所定角度（ａ３＝∠Ｔ１Ｔ２Ｔ６）で直角柱を切断し、面（ＩＳ２）に対して所定角度（ａ４＝∠Ｔ４Ｔ３Ｔ７）で直角柱を切断することによって、入射プリズム３３−１が生成される。
【００２４】
ここで、入射プリズム３３−１を構成する各角度は、ＤＭＤ３５の複数のマイクロミラーが回転する方向（すなわち、ＤＭＤ３５の回転した角度での反射方向）を考慮して、予め設定された方向で入射プリズム３３−１に入射した光が内部の面（ＩＳ４）で全反射してからＤＭＤ３５の各マイクロミラーに到達するように決定される。それに伴って、入射プリズム３３−１に結合される出射プリズム３３−２の角度も決定される。
【００２５】
このように制作されたＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系（３３−１、３３−２）を利用したプロジェクターは、光学系の配置で説明したように、光源２５から発生された光が、カラーホイール２７、棒レンズ２９、第１集光レンズ３０、ミラー３１、第２集光レンズ３３、ＴＩＲプリズム系３３、ＤＭＤ３５及び投射レンズ３７を経由してスクリーン３８に映し出されるように制御して、スクリーン３８に画像を表示するようになっていた。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、従来のＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系を利用したプロジェクターにおいては、ＴＩＲプリズム系３３のサイズが大きいだけでなく、ＤＭＤがＴＩＲプリズム系３３の底面に取り付けられるため、製品が大型化されるという不都合な点があった。
【００２７】
かつ、ＴＩＲプリズム系は、入射プリズムに入射される光をＤＭＤに全反射させるためには、光を垂直面に入射させてからその垂直面に対して傾斜した方向に進めてＤＭＤに到達するように構成されていたので、最小４つの角度を計算してＴＩＲプリズム系を作成しなければならなかった。そのため、製作が難しく製作コストが高いという不都合な点があった。
【００２８】
また、ＴＩＲプリズム系は、図８（Ａ）（Ｂ）に示したように、入射光が透過（Ｐ１）、全反射（Ｐ２）、透過（Ｐ３）、ＤＭＤから反射（Ｐ４）、全反射（Ｐ５）及び透過（Ｐ６）の過程を経て出射されるため、光エネルギーの効率が低下するという不都合な点があった。
【００２９】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、入射光の損失が少なく作りやすいデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）用全反射（ＴＩＲ）プリズム系を提供することを目的とする。
【００３０】
そして、本発明の他の目的は、入射光の損失が少なく小型軽量のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）用全反射（ＴＩＲ）プリズム系を利用したプロジェクターを提供することである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係るＤＭＤ用全反射プリズム系は、複数のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）が取り付けられ、それらのデジタルマイクロミラーデバイスを制御することによって入射光を特定方向に全反射させる全反射（ＴＩＲ）プリズム系において、予め設定された面に入射光が所定角度で屈折するように透過し、その屈折した光を出力する第１プリズムとしての入射プリズムと、第１プリズムと結合され、第１プリズムから出力された光が入射されてＤＭＤに伝達し、ＤＭＤが制御されると伝達された光を全反射して出力する第２プリズムとしての出射プリズムとで構成されている。
【００３２】
かつ、本発明に係るＤＭＤ用全反射プリズム系を利用したプロジェクターは、所定光を生成して出力する光源と、光源から出力された光を処理して平行光を出力する光処理部としてのカラーホイール、棒レンズ及びミラーと、それら光処理部から出力される光を入射させて３回の透過及び１回の全反射を行った光を出力する全反射（ＴＩＲ）プリズム系としての入射プリズムと出射プリズムと、全反射プリズム系に付着されて、全反射プリズム系から全反射された光が出射されるようにその内部で光の経路を制御するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）と、ＤＭＤから出力された光が入射されて所定スクリーンに出力する投射レンズとを備えている。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
本発明に係るデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）用全反射（ＴＩＲ）プリズム系を利用したプロジェクターは、図１に示したように、光源２５０と、光源２５０から出力される光を赤色、緑色及び青色の光に変換して出力するカラーホイール２７０と、カラーホイール２７０から出力された光が入射されて所定強度の光を生成して出力する棒レンズ２９０と、棒レンズ２９０から出力された光を集光してその直径を減少させる第１集光レンズ３００と、第１集光レンズ３００から出力された光を所定角度に反射させるミラー３１０と、ミラー３１０で反射した光を集光して出力する第２集光レンズ３２０と、第２集光レンズ３２０から出力された光が入射され、所定の画像信号に従って入射された光を出力するＴＩＲプリズム系３３０と、ＴＩＲプリズム系３００の内部に位置されて進行する光を調節するＤＭＤ３５０と、ＴＩＲプリズム系３３０から出力された光が入射されて所定スクリーン３８０に出力する投射レンズ３７０とを備えている。なお、上記したカラーホイール２７０、棒レンズ２９０、第１集光レンズ３００、ミラー３１０、第２集光レンズ３２０で光処理部を構成している。これらはすべての部材を必要とするものではなく、必要に応じて必要なものを組み合わせて使用すればよい。要するに、光源２５０からの光を平行光にしてＴＩＲプリズム系３３０に送り込めればよい。
【００３４】
そして、ＤＭＤ３５０用のＴＩＲプリズム系３３０は、図２（Ａ）（Ｂ）に示したように、光源２５０から来た光を面（ＩＳ５）から入射させて面（ＩＳ２）で透過させる入射プリズム３３０−１と、入射プリズム３３０−１と特定角度で結合され、入射プリズム３３０−１の面（ＩＳ２）を透過した光を面（ＯＳ３、ＯＳ２）を透過させてＤＭＤで反射して面（ＯＳ３）で全反射させた後、出射面（ＯＳ５）を介して出力する出射プリズム３３０−２とにより構成されている。入射プリズム３３０−１の入射面（ＩＳ５）は入射光に対して垂直になっておらず、入射光が屈折してＭＤＭへ向かうように傾斜させられている。
【００３５】
ここで、入射プリズム３３０−１と出射プリズム３３０−２とは、前者の出射面（ＩＳ２）と出射プリズム３３０−２の入射面（ＯＳ３）とが微細な間隔を保って平行に結合されていて、出射プリズム３３０−２に入射された光がＤＭＤから反射されて戻ったときに結合面から透過されず、全反射された後出力されるような角度に面（ＩＳ２）と面（ＯＳ３）とが形成されている。
【００３６】
図中、各面の表示符号に連結された線中、実線は前方面、すなわち、前方側から見える面を意味し、実線＋点線は後方面、すなわち、前方側から見えないで隠れている面、を意味する。
【００３７】
出射プリズム３３０−２の面（ＯＳ２）に取り付けられたＤＭＤ３５０は、従来同様、出射プリズム３３０−２の面（ＯＳ２；Ｐ３）を通ってＤＭＤ３５０に入射された光をオン、オフ状態に応じて異なる方向へ反射させる。プロジェクトする方向に反射させた光は、図示のように、出射プリズム３３０−２によってその斜面（ＯＳ３；Ｐ４）で全反射させられ出射面（ＯＳ５；Ｐ５）から出力させられる。
【００３８】
このＴＩＲプリズム系３３０を構成する入射プリズム３３０−１及び出射プリズム３３０−２に対して以下さらに詳しく説明する。
【００３９】
ＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系３３０の出射プリズム３３０−２は、図３（Ａ）に示したように、ＤＭＤと接する面（ＯＳ２）と光が出力される面（ＯＳ５）とが直角で、ＤＭＤから反射された光を全反射する斜面（ＯＳ３）がこれらに所定の角度で配置された直角プリズムである。従来のものとそれほどの違いはない。
【００４０】
入射プリズム３３０−１は単純な形ではない。図３（Ｂ）を参照して、所定の直角柱からそのＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系３３０の入射プリズム３３０−１を制作する方法について説明する。
【００４１】
先ず、面（ＩＳ３）に対して所定角度（ｂ１＝∠Ｔ２Ｔ３Ｔ６または∠Ｔ１Ｔ４Ｔ７）で直角柱を切断して面（ＩＳ２、ＩＳ１）を形成させ、面（ＩＳ１）に対して所定角度（ｂ２＝∠Ｔ４Ｔ１Ｔ２または∠Ｔ７Ｔ５Ｔ６）で直角柱を切断して面（ＩＳ５）を切り出せば、入射プリズム３３０−１が製作される。すなわち、２度の切断によってプリズムを完成させることができる。角度の計算も２度だけである。
【００４２】
ここで、プリズムを製作するために使用される角度（または面角）を設計または計算する過程について説明する。
【００４３】
図２（Ａ）（Ｂ）に示したように、角度ｂ２は図２（Ｂ）で紙面に平行な入射光が面（ＩＳ５）で屈折してそのまま面（ＩＳ３）を透過してＤＭＤ３５０に所定の角度で入射できる角度に選定する。一方、角度ｂ１は、面（ＩＳ５）で屈折されてＤＭＤ３５０に入射し、そこでプロジェクトする方向に反射する光が結合面（ＯＳ３、ＩＳ２）で全反射して、出射プリズム３３０−２の面（ＯＳ５）を介して出るように選定される。
【００４４】
結合面に入射される光は、スネルの法則によって、ａｒｃｓｉｎ（ｎ／ｎ’）の角度よりも大きい角度で入射されると全反射される（ここで、ｎ及びｎ’は各媒質の屈折率を意味する）。すなわち、屈折率の異なる二つの媒質が結合されているとき、一方側の媒質から他方側の媒質に進行する光は、他方側の媒質に入射される角度によってその媒質内部で全反射される。
【００４５】
例えば、次式（１）のスネルの法則を利用して、屈折率ｎが１．５の媒質の全反射される角度を調べると次の通りである。
ｎ・ｓｉｎ（ａ）＝ｎ’・ｓｉｎ（ａ’）  ．．．  （１）
【００４６】
ここで、ｎ’は空気の屈折率であって１とし、ａ’は屈折角であって全反射の場合は９０°となるべきである。すると、入射角ａは、約４１．８°となる。すなわち、４１．８゜より大きな角で入射した光は全反射する。
【００４７】
このような関係を適用して、ＤＭＤの付着面に対して入射プリズム３３０−１と出射プリズム３３０−２との結合面（ＩＳ２またはＯＳ３）の角度を調節することができる。
【００４８】
入射プリズム３３０−１から出射プリズム３３０−２の面（ＯＳ３）を透過した光は、ＤＭＤ３５０に設置された各デジタルマイクロミラーが制御されることによって＋／−１０゜の角度で回転して、オン状態のミラーで反射した光が出射プリズム３３０−２の面（ＯＳ３）入へ向かう。
【００４９】
従って、ＤＭＤに入射された光を出射プリズム３３０−２の面（ＯＳ３）で全反射させたい場合は、入射プリズム３３０−１の面（ＩＳ２）から出射プリズム３３０−２の面（ＯＳ３）に入射される光の角度をＤＭＤ３５０からの反射光が面（ＯＳ３）で全反射できるように調節すべきである。すなわち、最初に、ＤＭＤ３５０に設置された各デジタルマイクロミラーは平面に対して＋／−１０゜何れかの状態に設定されるため、ＤＭＤに入射された光を全反射させるために、各デジタルマイクロミラーが設定された角度（＋／−１０゜）のオンに対応する角度に変化したとき、全反射されるように角度ｂ２が設定される。
【００５０】
ＤＭＤ３５０から反射された光は、面（ＯＳ３）に入射された後、全反射されて、面（ＯＳ５）を介して出力される。このとき、面（ＯＳ３）に入射される光は、以前に設定されたＤＭＤ３５０によって全反射角度の条件を満足する。
【００５１】
このような構成を有する本発明に係るＴＩＲプリズム系３３０は、図示されたように、光源から進行された光を入射（ＩＳ５；Ｐ１）、透過（ＩＳ２；Ｐ２またはＯＳ３；Ｐ３）、ＤＭＤから反射（ＯＳ２；Ｐ３）、全反射（ＯＳ３；Ｐ４）及び透過（ＯＳ５；Ｐ５）させる。
【００５２】
以下、このように構成された本発明に係るＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系の動作を図４（Ａ）（Ｂ）に基づいて説明する。図４（Ａ）は、ＤＭＤの各デジタルマイクロミラーがオン状態であるとき、図４（Ｂ）はＤＭＤの各デジタルマイクロミラーがオフ状態であるときをそれぞれ示す。
【００５３】
所定屈折率を有する入射プリズム３３０−１の面（ＩＳ５）に入射される光は、入射プリズム３３０−１で屈折された後、各結合面（ＩＳ５とＯＳ３）間の空気層及び出射プリズムの面（ＯＳ３）を透過してＤＭＤ３５０に入射する。このとき、ＤＭＤ３５０に入射した光は、ＤＭＤ３５０に設置された各マイクロミラーのオン・オフ状態によって進む方向が決まる。例えば、ＤＭＤに設置された各マイクロミラーが平面に対して＋１０゜に傾いていると、図４（Ａ）に示したように、ＴＩＲプリズム系は“オン”状態になって投射レンズ３７０に光を出力する。一方、ＤＭＤに設置された各マイクロミラーが平面に対して−１０゜に傾いていると、図４（Ｂ）に示したように、ＴＩＲプリズム系は、“オフ”状態になって、面（ＯＳ５）で全反射された後、投射レンズ３７０ではない他の方向に出力される。
【００５４】
従って、このように製作されたＴＩＲプリズム系３３０−１、３３０−２を利用したプロジェクターは、光学系の配列で説明したように、光源２５０で発生した光が、カラーホイール２７０、棒レンズ２９０、第１集光レンズ３００、ミラー３１０、第２集光レンズ３２０、ＴＩＲプリズム系３３０、ＤＭＤ３５０及び投射レンズ３７０を経由してスクリーン３８０に映し出されるように動作して、スクリーン３８０に画像を表示することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るデジタルマイクロミラーデバイス用全反射プリズム系は、光源からの光を屈折させるだけでＤＭＤへ向かうようにしたので、結局、入射（ＩＳ５；Ｐ１）、透過（ＩＳ２；Ｐ２またはＯＳ３；Ｐ２）、ＤＭＤから反射（ＯＳ２；Ｐ３）、全反射（ＯＳ３；Ｐ４）及び透過（ＯＳ５；Ｐ５）と２箇所の透過でＤＭＤへ入射させ、その後は１回の全反射と１度の透過だけであり、入射後の全反射をなくしているので、内部における光エネルギーの損失を低減し得るという効果がある。
【００５６】
そして、本発明に係るデジタルマイクロミラーデバイス用全反射プリズム系においては、二つの角度を計算するだけで製作することができるため、製作が容易で製造費容も節減し得るという効果がある。
【００５７】
かつ、本発明に係るデジタルマイクロミラーデバイス用全反射プリズム系を利用したプロジェクターにおいては、ＴＩＲプリズム系の面にＤＭＤが付着されるために、製品の高さ及び容積を縮小し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系を利用したプロジェクターを示した平面図である。
【図２】  図１のＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系を示したもので、（Ａ）は立体図、（Ｂ）は平面図、である。
【図３】  図２のＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系を示したもので、（Ａ）は入射プリズム、（Ｂ）は出射プリズム、を示した斜視図である。
【図４】  図２のＤＭＤ用ＴＩＲプリズム系の駆動特性を示した平面図である。
【図５】  従来のＤＭＤを利用したプロジェクターを示した構成図である。
【図６】  従来のＤＭＤ用直接反射方式のプロジェクターを示した斜視図である。
【図７】  従来のＤＭＤ用全反射（ＴＩＲ）プリズム系を利用したプロジェクターを示したもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は斜視図、である。
【図８】  図７のＴＩＲプリズム系を示したもので、（Ａ）は立体図、（Ｂ）は側面図、である。
【図９】  図８のＴＩＲプリズム系を示したもので、（Ａ）は出射プリズム、（Ｂ）は入射プリズム、を示した斜視図である。
【符号の説明】
２５０：光源   ２７０：カラーホイール
２９０：棒レンズ  ３００：第１集光レンズ
３１０：ミラー   ３２０：第２集光レンズ
３３０：全反射（ＴＩＲ）プリズム系
３３０−１：入射プリズム ３３０−２：出射プリズム
３５０：デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）
３７０：投射レンズ  ３８０：スクリーン
【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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