JP3065068B1 - Projection optical system - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 戻り光を防ぐことにより表示素子及びその周
辺機器の温度上昇を防止し、所望の投影画像が得られる
投影光学系を提供することを目的とする。 【解決手段】 対応する波長域の照明光を画像を投影す
る像光と不用光とで異なる方向に射出することにより分
離する複数のＤＭＤと、前記複数のＤＭＤから射出され
る光を合成する色合成プリズムと、前記色合成プリズム
により合成された像光を投影面に導く投影レンズとを備
え、前記色合成プリズムは、ダイクロイック面を有する
プリズムブロックを含む複数のプリズムブロックからな
るものである投影光学系において、前記ダイクロイック
面の像光が到達する領域には像光と同様の入射角度を有
する光線に最適化された特性を有するダイクロイック膜
が形成され、不用光が到達する領域には不用光と同様の
入射角度を有する光線に最適化された特性を有するダイ
クロイック膜が形成されている構成とする。An object of the present invention is to provide a projection optical system capable of preventing a return light from preventing a temperature rise of a display element and peripheral devices thereof and obtaining a desired projection image. SOLUTION: A plurality of DMDs for separating illumination light in a corresponding wavelength range by projecting image light for projecting an image and unnecessary light in different directions to separate the light, and a color for combining light emitted from the plurality of DMDs. Projection optics comprising: a combining prism; and a projection lens that guides the image light combined by the color combining prism to a projection surface, wherein the color combining prism includes a plurality of prism blocks including a prism block having a dichroic surface. In the system, a dichroic film having characteristics optimized for light rays having the same incident angle as the image light is formed in a region where the image light of the dichroic surface reaches, and a region where the unnecessary light reaches It is assumed that a dichroic film having characteristics optimized for light beams having similar incident angles is formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の表示素子に
より形成されるそれぞれ波長域の異なる光学画像を色合
成プリズムで合成した後投影するカラー画像投影光学系
に関するものであり、特に照明光の反射方向を調節して
光学画像を形成する表示素子を用いた投影光学系に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a color image projection optical system which combines optical images formed by a plurality of display elements, each having a different wavelength range, with a color synthesizing prism and then projects the combined image. The present invention relates to a projection optical system using a display element that forms an optical image by adjusting a reflection direction.

【０００２】[0002]

【従来の技術】図１１は、投影光学系の一従来例の全体
構成を示す水平断面図である。図１２は、図１１に示す
投影光学系の投影レンズの光軸Ａｘを含む部分的な垂直
断面図である。この投影光学系５０は、照明系１と、光
路分離プリズム２と、色合成プリズム６と、３つのデジ
タル・マイクロミラー・デバイス（以下、ＤＭＤと称
す）３Ｒ、３Ｇ、３Ｂと、投影レンズ４とを備えてな
る。2. Description of the Related Art FIG. 11 is a horizontal sectional view showing the entire structure of a conventional example of a projection optical system. FIG. 12 is a partial vertical sectional view including the optical axis Ax of the projection lens of the projection optical system shown in FIG. The projection optical system 50 includes an illumination system 1, an optical path separating prism 2, a color combining prism 6, three digital micromirror devices (hereinafter, referred to as DMDs) 3R, 3G, 3B, and a projection lens 4. Is provided.

【０００３】上記照明系１は、白色光を発光する光源１
１と、回転楕円面鏡であるリフレクター１２と、平行変
換レンズ１３と、ミラー１４と、コンデンサーレンズ１
５からなる。照明系１において、光源１１からの光はリ
フレクター１２で反射されて又は直接平行変換レンズ１
３に入射しここで平行光に変換される。この平行光は、
さらにミラー１４で反射されてコンデンサーレンズ１５
で集光され、光路分離プリズム２に入射する。The illumination system 1 includes a light source 1 that emits white light.
1, a reflector 12, which is a spheroidal mirror, a parallel conversion lens 13, a mirror 14, and a condenser lens 1.
Consists of five. In the illumination system 1, light from a light source 11 is reflected by a reflector 12 or is directly reflected by a parallel conversion lens 1.
3 and is converted to parallel light. This parallel light
Further, the light is reflected by the mirror 14 and the condenser lens 15
And is incident on the optical path separating prism 2.

【０００４】上記光路分離プリズム２は、空気層を介し
て面２１ｂと面２２ａが対向するように配されている２
つのプリズムブロック２１、２２からなる。このような
構成により、プリズムブロック２１の面２１ａから光路
分離プリズム２に入射する照明光は、プリズムブロック
２１の面２１ｂで全反射され、色合成プリズム６に入射
する。The optical path separating prism 2 is arranged such that the surface 21b and the surface 22a face each other with an air layer therebetween.
It consists of two prism blocks 21 and 22. With such a configuration, illumination light that enters the optical path separating prism 2 from the surface 21 a of the prism block 21 is totally reflected by the surface 21 b of the prism block 21 and enters the color combining prism 6.

【０００５】色合成プリズム６は、図１１に示すように
３つのプリズム６１、６２、６３からなる。プリズム６
１は面６１ａが薄い空気層を介してプリズム６２の面６
２ａと対向するように配されている。プリズム６３は面
６３ａが薄い空気層を介してプリズム６２の面６２ｂと
対向するように配されている。面６１ａは、青色（Ｂ）
の光のみを反射するダイクロイック膜が蒸着されたダイ
クロイック面である。面６２ｂは、赤色（Ｒ）の光のみ
を反射するダイクロイック膜が蒸着されたダイクロイッ
ク面である。[0005] The color synthesizing prism 6 is composed of three prisms 61, 62 and 63 as shown in FIG. Prism 6
Reference numeral 1 denotes a surface 6a of the prism 62 through an air layer having a thin surface 61a.
2a. The prism 63 is disposed such that the surface 63a faces the surface 62b of the prism 62 via a thin air layer. The surface 61a is blue (B)
Is a dichroic surface on which a dichroic film that reflects only this light is deposited. The surface 62b is a dichroic surface on which a dichroic film that reflects only red (R) light is deposited.

【０００６】色合成プリズム６の上記構成により、光路
分離プリズム２からの白色光のうち、Ｂの光は面６１ａ
で反射され、面６１ｂで全反射された後対応するＤＭＤ
３Ｂに導かれる。Ｒの光は、面６２ｂで反射され、面６
２ａで全反射された後対応するＤＭＤ３Ｒに導かれる。
Ｇの光は、いずれの面でも反射されることなく色合成プ
リズム６を透過し、対応するＤＭＤ３Ｇに導かれる。With the above configuration of the color synthesizing prism 6, the B light of the white light from the optical path separating prism 2 is emitted to the surface 61a.
And the corresponding DMD after being totally reflected by the surface 61b
It is led to 3B. The R light is reflected by the surface 62b,
After being totally reflected at 2a, it is guided to the corresponding DMD 3R.
The G light passes through the color combining prism 6 without being reflected on any surface, and is guided to the corresponding DMD 3G.

【０００７】ＤＭＤ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂは、基板上に極め
て多数のミラー素子が配列されたミラー面を備えてな
り、このミラー面を構成するミラー素子の反射方向を各
々独立して二方向（挟角約２０度）に切り替え得るよう
に構成されている。この反射方向の切り替えは、上記ミ
ラー素子を画素としてＤＭＤ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに入力さ
れる映像信号のオンオフ制御により行われる。各ＤＭＤ
３Ｒ、３Ｇ、３Ｂのミラー面で反射された光は、再び色
合成プリズム６に入射する。The DMDs 3R, 3G, and 3B each have a mirror surface on which a very large number of mirror elements are arranged on a substrate. (About 20 degrees). The switching of the reflection direction is performed by on / off control of a video signal input to the DMDs 3R, 3G, and 3B using the mirror element as a pixel. Each DMD
The light reflected by the mirror surfaces of 3R, 3G, and 3B enters the color combining prism 6 again.

【０００８】色合成プリズム６内において、ＤＭＤ３Ｂ
からの反射光は、面６１ｂ、面６１ａで反射され、ＤＭ
Ｄ３Ｒからの反射光は面６２ａ、面６２ｂで反射され、
ＤＭＤ３Ｇからの反射光はいずれの面でも反射されるこ
となくそのまま透過されることによって、各色の光が合
成される。In the color combining prism 6, the DMD 3B
Is reflected by the surfaces 61b and 61a,
The reflected light from D3R is reflected on surfaces 62a and 62b,
The reflected light from the DMD 3G is transmitted through the DMD 3G as it is without being reflected on any surface, so that the light of each color is synthesized.

【０００９】以下、ＤＭＤ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂのミラー面
からの反射光について説明する。説明をわかりやすくす
るために、ＤＭＤ３Ｇを代表させて図１１に基づいて説
明する。図１１においては、ＤＭＤ３Ｇのミラー面を形
成する素子のうち二つのミラー素子３ａ、３ｂを模式的
に図示する。ミラー素子３ａは対応する画素信号がオン
であるオン状態にあり、ミラー素子３ｂは対応する画素
信号がオフであるオフ状態にあるものとする。Hereinafter, light reflected from the mirror surfaces of the DMDs 3R, 3G and 3B will be described. For the sake of simplicity, the description will be made with reference to FIG. 11 on behalf of the DMD3G. FIG. 11 schematically illustrates two mirror elements 3a and 3b among the elements forming the mirror surface of the DMD 3G. It is assumed that the mirror element 3a is in an on state in which a corresponding pixel signal is on, and the mirror element 3b is in an off state in which a corresponding pixel signal is off.

【００１０】ＤＭＤ３Ｇのミラー面への光入射は、上記
照明系１から光路分離プリズム２、色合成プリズム６を
介して行われるが、その際、投影レンズ４の光軸Ａｘと
所定角度なす方向からミラー面へ光が入射される。各ミ
ラー素子の反射方向は、オン状態のときには投影レンズ
４の光軸Ａｘ方向（ミラー素子３ａからの反射光を参
照）、オフ状態のときには投影レンズ４に入射しないよ
うなオン状態のときとは異なる方向（ミラー素子３ｂか
らの反射光を参照）である。以下、オン状態のミラー素
子からの反射光をオン光、オフ状態のミラー素子からの
反射光をオフ光ということにする。Light is incident on the mirror surface of the DMD 3G from the illumination system 1 via the optical path separating prism 2 and the color synthesizing prism 6, and at this time, from a direction forming a predetermined angle with the optical axis Ax of the projection lens 4. Light is incident on the mirror surface. The reflection direction of each mirror element is the optical axis Ax direction of the projection lens 4 (see the reflected light from the mirror element 3a) when in the on state, and the on state where the light does not enter the projection lens 4 when in the off state. They are in different directions (see the reflected light from the mirror element 3b). Hereinafter, the reflected light from the mirror element in the on state is referred to as on light, and the reflected light from the mirror element in the off state is referred to as off light.

【００１１】Ｇのオン光、オフ光には、面６２ｂにおい
てそれぞれＲのオン光、オフ光が合成され、面６１ａに
おいてそれぞれＢのオン光、オフ光の光が合成される。
上記各ＤＭＤ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂのミラー面からの反射光
のうち、信号光（像光）となるオン光は、色分離合成プ
リズム６で合成された後、光路分離プリズム２を透過し
投影レンズ４により前方のスクリーン上に投影される。
投影レンズ４は、複数のレンズよりなる（図１１におい
ては、最前部及び最後部のレンズ４１、４２のみを示
す）。As the G on-light and off-light, R on-light and off-light are combined on the surface 62b, and B on-light and off light are combined on the surface 61a.
Of the reflected light from the mirror surfaces of the DMDs 3R, 3G, and 3B, ON light serving as signal light (image light) is combined by the color separation / combination prism 6 and then transmitted through the optical path separation prism 2 to pass through the projection lens 4 Is projected on the screen in front of the camera.
The projection lens 4 is composed of a plurality of lenses (only the forefront and rearmost lenses 41 and 42 are shown in FIG. 11).

【００１２】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ダイクロイック膜は、
特定の波長（以下、カットオフ波長という）付近を境界
に入射光の反射・透過を異とするが、入射角度によって
カットオフ波長はシフトするという入射角度依存性があ
る。上記従来の投影光学系５０の色合成プリズム６のダ
イクロイック面６２ｂ、６１ａは、オン光の入射角度に
最適化されて形成されている。The dichroic film is
Although the reflection and transmission of incident light are different around a specific wavelength (hereinafter, referred to as a cutoff wavelength) as a boundary, there is an incident angle dependency that the cutoff wavelength shifts depending on the incident angle. The dichroic surfaces 62b and 61a of the color combining prism 6 of the conventional projection optical system 50 are formed so as to be optimized for the incident angle of the ON light.

【００１３】上記従来の投影光学系５０においては、先
述のように、オン光とオフ光の光路が異なるため、ダイ
クロイック面６２ｂ、６１ａへのオン光とオフ光の入射
角度が異なる（図１１参照）。すなわち、ダイクロイッ
ク面６２ｂ、６１ａにおいて、最適化されたオン光とは
異なる入射角度を有するオフ光に対するカットオフ波長
はシフトしている。よって、このシフトの有無により反
射・透過が変わる波長域のオフ光は、本来の光路を通ら
ず、プリズム内の内面反射によるゴースト発生の原因と
なったり、ミラー素子近傍に戻って素子及びその周辺機
器の温度上昇を招く。In the above-mentioned conventional projection optical system 50, as described above, since the optical paths of the ON light and the OFF light are different, the incident angles of the ON light and the OFF light to the dichroic surfaces 62b and 61a are different (see FIG. 11). ). That is, on the dichroic surfaces 62b and 61a, the cutoff wavelength for the off light having an incident angle different from that of the optimized on light is shifted. Therefore, the off-light in the wavelength range where the reflection / transmission changes depending on the presence or absence of this shift does not pass through the original optical path and may cause ghost due to internal reflection in the prism, or may return to the vicinity of the mirror element and the vicinity of the element. This causes the temperature of the equipment to rise.

【００１４】図１３に、ＤＭＤ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂからの
反射光の水平断面図における光路を示す。ダイクロイッ
ク面６２ｂは、オン光に最適化されているのでＧのオン
光はここを透過される。しかし、Ｇのオフ光はオン光と
は異なる入射角度でこの面に入射されるので、その一部
５２Ｇがここで反射されることになる。同じくダイクロ
イック面６１ａは、オン光に最適化されているのでＢの
オン光はここを反射される。しかし、Ｂのオフ光はオン
光とは異なる入射角度でこの面に入射されるので、その
一部５２Ｂがここを透過される。これら本来の光路を通
らない不用光５２Ｂ、５２Ｇが、先述のようにゴースト
や温度上昇の原因となる。FIG. 13 shows an optical path in a horizontal sectional view of the reflected light from the DMDs 3R, 3G, and 3B. Since the dichroic surface 62b is optimized for ON light, G ON light is transmitted therethrough. However, the off light of G is incident on this surface at an incident angle different from that of the on light, and a part 52G thereof is reflected here. Similarly, since the dichroic surface 61a is optimized for ON light, ON light of B is reflected there. However, the off light of B is incident on this surface at an incident angle different from that of the on light, and a part 52B of the off light is transmitted therethrough. These unnecessary lights 52B and 52G that do not pass through the original optical path cause ghost and temperature rise as described above.

【００１５】図１４に、ミラー素子近傍に戻るＧのオフ
光の垂直断面図における光路を示す。ダイクロイック面
６２ｂで反射されたＧのオフ光は、プリズムブロック６
３の側面６３ｂに入射されここで全反射された後、端面
６３ｃからＤＭＤ３Ｇへ与えられる。または、ダイクロ
イック面６２ｂで反射された後、端面６３ｃへ直接入射
し、ＤＭＤ３Ｇへ与えられる。FIG. 14 shows an optical path in a vertical sectional view of G off-light returning to the vicinity of the mirror element. The G off-light reflected by the dichroic surface 62b is
After being incident on the side surface 63b and totally reflected there, it is provided from the end surface 63c to the DMD 3G. Alternatively, after being reflected by the dichroic surface 62b, it is directly incident on the end face 63c and is provided to the DMD 3G.

【００１６】図１５に、ミラー素子近傍に戻るＢのオフ
光の垂直断面図における光路を示す。ダイクロイック面
６１ａで透過されたＢのオフ光は、プリズムブロック６
２の面６２ｂに入射されここで全反射された後、端面６
２ｃからＤＭＤ３Ｒへ与えられる。または、ダイクロイ
ック面６１ａで透過された後、端面６２ｃへ直接入射
し、ここからＤＭＤ３Ｒへ与えられる。FIG. 15 shows an optical path in a vertical sectional view of the OFF light of B returning to the vicinity of the mirror element. The B off-light transmitted through the dichroic surface 61a is
2 after being incident on the surface 62b and totally reflected here.
2c to DMD3R. Alternatively, after being transmitted through the dichroic surface 61a, it is directly incident on the end face 62c and is supplied to the DMD 3R from here.

【００１７】図１４、図１５で示すようなＤＭＤへの戻
り光は、ミラー素子及びその周辺機器の温度上昇を招
く。近年の投影光学系においては、その高輝度化にとも
ない、戻り光による温度上昇が大きくなり、ミラー素子
を正常に制御できないなどの問題が生じ得る。ミラー素
子の制御が正常になされないと、所望の投影画像が得ら
れない。Return light to the DMD as shown in FIGS. 14 and 15 causes a rise in the temperature of the mirror element and its peripheral devices. In a recent projection optical system, as the brightness increases, the temperature rise due to the return light increases, which may cause a problem that the mirror element cannot be controlled normally. Unless the mirror element is controlled normally, a desired projected image cannot be obtained.

【００１８】本発明は、戻り光を防止することで、表示
素子及びその周辺機器の温度上昇を防止し、所望の投影
画像を得ることができる投影光学系を提供することを目
的とする。An object of the present invention is to provide a projection optical system capable of preventing a return light, thereby preventing a temperature rise of a display element and its peripheral devices, and obtaining a desired projection image.

【００１９】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、画像を表示する複数の表
示素子を備え、前記各表示素子は対応する波長域の照明
光を前記画像を投影する像光と不用光とで異なる方向に
射出することにより分離するものであり、さらに前記複
数の表示素子から射出される光を合成する色合成プリズ
ムと、前記色合成プリズムにより合成された像光を投影
面に導く投影レンズとを備え、前記色合成プリズムは、
ダイクロイック面を有するプリズムブロックを含む複数
のプリズムブロックからなるものである投影光学系にお
いて、前記ダイクロイック面は、前記像光が到達する第
１の領域と、前記不用光が到達する第２の領域に分割さ
れており、第１の領域には前記像光と同様の入射角度を
有する光線に最適化された特性を有するダイクロイック
膜が形成され、第２の領域には前記不用光と同様の入射
角度を有する光線に最適化された特性を有するダイクロ
イック膜が形成されていることを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided an image display apparatus comprising a plurality of display elements for displaying an image, wherein each of the display elements emits illumination light in a corresponding wavelength range. The image light for projecting the image and the unnecessary light are separated by being emitted in different directions, and further combined by the color combining prism for combining light emitted from the plurality of display elements and the color combining prism. A projection lens for guiding the image light to the projection surface, the color synthesis prism,
In a projection optical system including a plurality of prism blocks including a prism block having a dichroic surface, the dichroic surface includes a first region where the image light reaches and a second region where the unnecessary light reaches. A dichroic film having characteristics optimized for light rays having the same incident angle as the image light is formed in the first area, and an incident angle similar to that of the unnecessary light is formed in the second area. A dichroic film having characteristics optimized for a light beam having the following characteristics.

【００２０】上記表示素子から射出される像光と不用光
は異なる方向に進行する。よって、像光と不用光は、色
合成プリズムのダイクロイック面の異なる領域に到達
し、その入射角度も異なる。像光が到達する第１の領域
は、像光の入射角度に対して最適化されているので、同
じ波長域の像光を一律に透過又は反射させる。不用光が
到達する第２の領域は、不用光の入射角度に最適化され
ているので、同じ波長域の不用光が一律に像光と同様の
作用を受けるように形成できる。よって、像光、不用光
を問わず表示素子からの光が本来の光路通りに進行する
ように構成できる。The image light and unnecessary light emitted from the display element travel in different directions. Therefore, the image light and the unnecessary light reach different areas of the dichroic surface of the color combining prism, and their incident angles are also different. Since the first area where the image light reaches is optimized with respect to the incident angle of the image light, the image light in the same wavelength range is transmitted or reflected uniformly. Since the second region to which the unnecessary light reaches is optimized for the incident angle of the unnecessary light, it can be formed so that the unnecessary light in the same wavelength region uniformly receives the same action as the image light. Therefore, the light from the display element can be configured to travel along the original optical path regardless of the image light or the unnecessary light.

【００２１】請求項２に記載の発明は、画像を表示する
複数の表示素子を備え、前記各表示素子は対応する波長
域の照明光を前記画像を投影する像光と不用光とで異な
る方向に射出することにより分離するものであり、さら
に前記複数の表示素子から射出される光を合成する色合
成プリズムと、前記色合成プリズムにより合成された像
光を投影面に導く投影レンズとを備え、前記色合成プリ
ズムは、ダイクロイック面を有するプリズムブロックを
含む複数のプリズムブロックからなるものである投影光
学系において、前記ダイクロイック面は、前記像光が到
達する第１の領域と、前記不用光が到達する第２の領域
とに分割されており、前記ダイクロイック面における前
記像光の主光線のプリズムブロックから空気層への入射
角度をα、前記表示素子の出射面における前記像光の主
光線と前記不用光の主光線のなす角度を４θ、前記プリ
ズムブロックのｅ線の屈折率をｎ_e、前記投影レンズの
ＦＮｏ．をＡとすると、第１の領域には、プリズムブロ
ックから空気層への入射角度がα±sin^-1｛１／（２
Ａ）｝である光線に最適化された特性を有するダイクロ
イック膜が形成されており、第２の領域には、プリズム
ブロックから空気層への入射角度がｘである光線に最適
化された特性を有するダイクロイック膜が形成されてお
り、 ｘ＝cos^-1［cosα・cos｛sin^-1（ｎ_e ^-1sin４θ）｝］±
sin^-1｛１／（２Ａ）｝ を満たすことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there are provided a plurality of display elements for displaying an image, wherein each of the display elements emits illumination light in a corresponding wavelength range in a different direction between image light for projecting the image and unnecessary light. And a color synthesizing prism that synthesizes light emitted from the plurality of display elements, and a projection lens that guides image light synthesized by the color synthesizing prism to a projection surface. In the projection optical system, wherein the color combining prism includes a plurality of prism blocks including a prism block having a dichroic surface, the dichroic surface includes a first region where the image light reaches, and the unnecessary light. And the angle of incidence of the principal ray of the image light from the prism block to the air layer on the dichroic surface is α; The angle between the principal ray of the principal ray and the unnecessary light of the image light at the exit surface of the element 4?, E-ray refractive index n _e of the prism block, FNo of the projection lens. Is A, the incident angle from the prism block to the air layer is α ± sin ⁻¹ ｛1 / (2
A) A dichroic film having characteristics optimized for a light beam of｝ is formed, and the second region has characteristics optimized for a light beam of an incident angle x from the prism block to the air layer. and dichroic film is formed to ^{have, x = cos -1 [cosα ·} cos {sin -1 (n e -1 sin4θ)}] ±
sin ^-1 {1 / (2A)}.

【００２２】表示素子から射出される像光は、投影光学
系のＦＮＯ．に依存する広がりを加味すると、ダイクロ
イック面におけるプリズムブロックから空気層への入射
角度はα±sin^-1｛１／（２Ａ）｝となる。よって、上
記構成において第１の領域は像光と同様の入射角度を有
する光線に最適化されていることになる。また、同様に
不用光は、上記式を満たす入射角度ｘで前記ダイクロイ
ック面に入射される。よって、第２の領域が入射角度ｘ
に最適化されているということは、不用光に対して最適
化されていることになる。このような構成により、像
光、不用光を問わず表示素子からの光が本来の光路通り
に進行することになる。The image light emitted from the display element is transmitted to the FNO. Taking into account the spread depending on, the incident angle from the prism block to the air layer on the dichroic surface is α ± sin ^-1 {1 / (2A)}. Therefore, in the above configuration, the first region is optimized for a light beam having the same incident angle as the image light. Similarly, the unnecessary light is incident on the dichroic surface at an incident angle x satisfying the above expression. Therefore, the second area has an incident angle x
Is optimized for unnecessary light. With such a configuration, light from the display element, regardless of image light or unnecessary light, travels along the original optical path.

【００２３】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の投影光学系において、前記ダイクロイック面
は、第１の領域のダイクロイック膜が形成された第１の
プリズム部材と、第２の領域のダイクロイック膜が形成
された第２のプリズム部材を接合して形成されているこ
とを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the projection optical system according to the first or second aspect, the dichroic surface includes a first prism member on which a dichroic film in a first region is formed; Is formed by bonding the second prism member on which the dichroic film in the region is formed.

【００２４】[0024]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の一実施形態である投影光学系について説明する。本投
影光学系は、図１１に示した従来の投影光学系５０と
は、色合成プリズム６のダイクロイック面６１ａ、６２
ｂの特性及び形成方法が異なるだけなので、同一の構成
要素には同一の符号を付して説明を省略する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a projection optical system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This projection optical system is different from the conventional projection optical system 50 shown in FIG. 11 in that dichroic surfaces 61 a and 62 of the color synthesizing prism 6.
Since only the characteristics and the forming method of b differ, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

【００２５】本投影光学系の色分離合成プリズム６のダ
イクロイック面６１ａ、６２ｂは、オン光（像光）が到
達する領域とオフ光（不用光）が到達する領域とでその
特性が異なるように形成されている。図１に、本投影光
学系の投影レンズ４の光軸Ａｘを含む一部分の水平断面
図を示す。The dichroic surfaces 61a and 62b of the color separation / combination prism 6 of the present projection optical system are designed so that the characteristics thereof are different between a region where ON light (image light) reaches and a region where OFF light (unnecessary light) reaches. Is formed. FIG. 1 shows a horizontal cross-sectional view of a part including the optical axis Ax of the projection lens 4 of the projection optical system.

【００２６】それぞれのダイクロイック面６１ａ、６２
ｂにおいて、実線で示す領域Ｎがオン光が到達する領域
（以下、オン光領域という）であり、点線で示す領域Ｆ
がオフ光が到達する領域（以下、オフ光領域という）で
ある。Each dichroic surface 61a, 62
b, a region N indicated by a solid line is a region where the ON light reaches (hereinafter, referred to as an ON light region), and a region F indicated by a dotted line.
Is an area where the off light reaches (hereinafter, referred to as an off light area).

【００２７】各ダイクロイック面６１ａ、６２ｂには、
ＤＭＤからの反射光が、さまざまな入射角度で入射す
る。反射光は投影光学系４のＦＮｏ．に依存する広がり
を有するので、オン光に関しても、主光線Ｎ１と最外光
線Ｎ２、Ｎ３とでは入射角度が異なる。オフ光に関して
も、主光線Ｆ１、最外光線Ｆ２、最外光線Ｆ３とで入射
角度が異なる。Each dichroic surface 61a, 62b has
Reflected light from the DMD enters at various angles of incidence. The reflected light is the FNo. , The incident angles of the principal ray N1 and the outermost rays N2 and N3 are also different for the ON light. As for the off-light, the incident angle is different between the principal ray F1, the outermost ray F2, and the outermost ray F3.

【００２８】本実施形態において、各ダイクロイック面
６１ａ、６２ｂのオン光領域Ｎはオン光の主光線Ｎ１の
入射角度に対して最適化されており、オフ光領域Ｆはオ
フ光の主光線Ｆ１の入射角度に対して最適化されてい
る。よって、Ｇのオフ光はオン光同様ほぼ全てダイクロ
イック面６２ｂを透過され、またＦのオフ光はオン光同
様ほぼ全てダイクロイック面６１ａで反射される。これ
らの光は、本来の光路を通って色合成プリズム６の外部
へ排出される。In the present embodiment, the ON light area N of each dichroic surface 61a, 62b is optimized with respect to the incident angle of the ON light chief ray N1, and the OFF light area F is the OFF light chief ray F1. Optimized for angle of incidence. Therefore, almost all of the G off light is transmitted through the dichroic surface 62b as in the case of the on light, and almost all of the off light of F is reflected by the dichroic surface 61a as in the case of the on light. These lights are emitted to the outside of the color combining prism 6 through the original optical path.

【００２９】以下、ダイクロイック面６１ａ、６２ｂの
反射率特性について説明する。反射率特性とは、入射光
線の波長と反射率の関係のことをいう。以下、波長域６
００nm以上の光をＲの光、５００nm〜６００nmの光をＧ
の光、５００nm以下の光をＢの光とする。Hereinafter, the reflectance characteristics of the dichroic surfaces 61a and 62b will be described. The reflectance characteristic refers to the relationship between the wavelength of the incident light and the reflectance. Below, wavelength range 6
The light of 00 nm or more is R light, and the light of 500 nm to 600 nm is G light.
The light of 500 nm or less is defined as B light.

【００３０】まず、ダイクロイック面６２ｂでの反射率
特性について説明する。図２に、ダイクロイック面６２
ｂのオン光領域Ｎの反射率特性を示す。図２において、
横軸は波長を、縦軸は反射率を表す。ａＮ１はオン光の
主光線Ｎ１と同じ入射角度を有する光線、ａＮ２はオン
光の最外光線Ｎ２、Ｎ３と同じ入射角度を有する光線、
ａＦ１はオフ光の主光線Ｆ１と同じ入射角度を有する光
線、ａＦ２はオフ光の最外光線Ｆ２と同じ入射角度を有
する光線、ａＦ３はオフ光の最外光線Ｆ３と同じ入射角
度を有する光線の反射率特性を表す曲線である。First, the reflectance characteristic on the dichroic surface 62b will be described. FIG. 2 shows the dichroic surface 62.
13B shows the reflectance characteristics of the ON light region N of FIG. In FIG.
The horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents reflectance. aN1 is a ray having the same incident angle as the principal ray N1 of the ON light, aN2 is a ray having the same incident angle as the outermost rays N2 and N3 of the ON light,
aF1 is a ray having the same incident angle as the principal ray F1 of the off-light, aF2 is a ray having the same incident angle as the outermost ray F2 of the off-light, and aF3 is a ray having the same incident angle as the outermost ray F3 of the off-light. It is a curve showing a reflectance characteristic.

【００３１】ダイクロイック面６２ｂのオン光領域Ｎ
は、６００nm以上の波長域を有するＲの光のみが反射さ
れるようにオン光の主光線Ｎ１に最適化されて形成され
ている。したがって、曲線ａＮ１で表される反射率特性
において、波長６００nmで略５０％の反射率となる。The on-light area N of the dichroic surface 62b
Is optimized to be the principal ray N1 of the ON light so that only the R light having a wavelength range of 600 nm or more is reflected. Therefore, in the reflectance characteristic represented by the curve aN1, the reflectance is approximately 50% at a wavelength of 600 nm.

【００３２】その他の入射角度を有する光線に関して
は、最適化されて形成されているオン光の主光線Ｎ１の
入射角度からのずれが大きいほど、カットオフ波長が低
波長側にシフトする。すなわち、波長域が５００nm〜６
００nmであるＧの光のうち、オン光は、主光線Ｎ１から
のずれが小さい入射角度を有するのでほぼ透過される。
一方、オフ光が入射された場合は、主光線Ｎ１からのず
れが大きい入射角度を有するので、波長域が略５７０nm
以上である一部の光が反射されることが図２からわか
る。With respect to light rays having other incident angles, as the deviation of the optimized ON light from the incident angle of the main light ray N1 increases, the cutoff wavelength shifts to a lower wavelength side. That is, the wavelength range is from 500 nm to 6
Of the G light of 00 nm, the ON light is substantially transmitted because it has an incident angle with a small deviation from the principal ray N1.
On the other hand, when the off light is incident, the wavelength range is approximately 570 nm because the incident light has a large angle of deviation from the principal ray N1.
It can be seen from FIG. 2 that a part of the above light is reflected.

【００３３】よって、本実施形態においては、ダイクロ
イック面６２ｂのオフ光が到達する領域Ｆは、図２とは
異なる反射特性を有するダイクロイック膜を蒸着した。
図３に、ダイクロイック面６２ｂのオフ光領域Ｆの反射
率特性を示す。Therefore, in the present embodiment, a dichroic film having a reflection characteristic different from that of FIG. 2 is deposited in the area F of the dichroic surface 62b where the off light reaches.
FIG. 3 shows the reflectance characteristics of the off-light region F on the dichroic surface 62b.

【００３４】図３において、横軸は波長を、縦軸は反射
率を表す。ｂＦ１はオフ光の主光線Ｆ１と同じ入射角度
を有する光線、ｂＦ２はオフ光の最外光線Ｆ２、Ｆ３と
同じ入射角度を有する光線の反射率特性を表す曲線であ
る。In FIG. 3, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents reflectance. bF1 is a curve representing a light ray having the same incident angle as the principal ray F1 of the off-light, and bF2 is a curve representing a reflectance characteristic of a light ray having the same incident angle as the outermost rays F2 and F3 of the off-light.

【００３５】ダイクロイック面６２ｂのオフ光領域Ｆ
は、６００nm以上の波長域を有するＲの光のみが反射さ
れるようにオフ光の主光線Ｆ１に最適化されて形成され
ている。したがって、曲線ｂＦ１で表される反射率特性
において、波長６００nmで略５０％の反射率となる。す
なわち、波長域が５００nm〜６００nmであるＧのオフ光
の入射角度は、主光線Ｆ１からのずれが小さいのでほぼ
全て透過される。The off-light area F of the dichroic surface 62b
Is formed so as to be optimized for the off-light principal ray F1 so that only R light having a wavelength range of 600 nm or more is reflected. Therefore, in the reflectance characteristic represented by the curve bF1, the reflectance is approximately 50% at a wavelength of 600 nm. That is, almost all incident angles of the G off-light having a wavelength range of 500 nm to 600 nm are transmitted because the deviation from the principal ray F1 is small.

【００３６】図４に、ダイクロイック面６２ｂにおいて
実際に入射する光の反射率特性すなわちオン光領域Ｎに
おける反射率特性ａＮ１、ａＮ２、オフ光領域Ｆにおけ
る反射率特性ｂＦ１、ｂＦ２を重ね合わせて示す。図４
からわかるように、５００nm〜６００nmの波長域を有す
るＧの光はいずれもほぼ透過される。オフ光の最外光線
Ｆ２、Ｆ３の一部が反射されるが、その光量はわずかで
あり、ミラー素子や周辺機器の温度上昇を招くほどのエ
ネルギーは有さない。FIG. 4 shows the reflectance characteristics of the light actually incident on the dichroic surface 62b, that is, the reflectance characteristics aN1 and aN2 in the on-light region N and the reflectance characteristics bF1 and bF2 in the off-light region F. FIG.
As can be seen from the graph, G light having a wavelength range of 500 nm to 600 nm is almost all transmitted. Some of the outermost rays F2 and F3 of the off-light are reflected, but the amount of light is small, and does not have enough energy to cause a rise in the temperature of the mirror element and peripheral devices.

【００３７】次に、ダイクロイック面６１ａの反射率特
性について説明する。図５に、ダイクロイック面６１ａ
のオン光領域Ｎの反射率特性を示す。図５において、横
軸は波長を、縦軸は反射率を表す。ｃＮ１はオン光の主
光線Ｎ１と同じ入射角度を有する光線、ｃＮ２はオン光
の最外光線Ｎ２、Ｎ３と同じ入射角度を有する光線、ｃ
Ｆ１はオフ光の主光線Ｆ１と同じ入射角度を有する光
線、ｃＦ２はオフ光の最外光線Ｆ２と同じ入射角度を有
する光線、ｃＦ３はオフ光の最外光線Ｆ３と同じ入射角
度を有する光線の反射率特性を表す曲線である。Next, the reflectance characteristics of the dichroic surface 61a will be described. FIG. 5 shows a dichroic surface 61a.
5 shows the reflectance characteristics of the ON light region N. In FIG. 5, the horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents reflectance. cN1 is a ray having the same incident angle as the principal ray N1 of the ON light, cN2 is a ray having the same incident angle as the outermost rays N2 and N3 of the ON light, c
F1 is a ray having the same incident angle as the principal ray F1 of the off light, cF2 is a ray having the same incident angle as the outermost ray F2 of the off light, and cF3 is a ray having the same incident angle as the outermost ray F3 of the off light. It is a curve showing a reflectance characteristic.

【００３８】ダイクロイック面６１ａのオン光領域Ｎ
は、５００nm以下の波長域を有するＢの光のみが反射さ
れるようにオン光の主光線Ｎ１に最適化されて形成され
ている。したがって、曲線ｃＮ１で表される反射率特性
において、波長５００nmで略５０％の反射率となる。The on-light area N of the dichroic surface 61a
Is formed so as to be optimized for the principal ray N1 of the ON light so that only the B light having a wavelength range of 500 nm or less is reflected. Therefore, in the reflectance characteristic represented by the curve cN1, the reflectance is approximately 50% at a wavelength of 500 nm.

【００３９】その他の入射角度を有する光線に関して
は、最適化されて形成されているオン光の主光線Ｎ１の
入射角度からのずれが大きいほど、カットオフ波長が低
波長側にシフトする。すなわち、波長域が５００nm以下
であるＢの光のうち、オン光は、主光線Ｎ１からのずれ
が小さい入射角度を有するのでほぼ全て透過される。一
方、オフ光が入射された場合は、主光線Ｎ１からのずれ
が大きい入射角度を有するので、波長域が略４７０nm以
下である一部の光が反射されることが図５からわかる。With respect to light beams having other incident angles, as the deviation of the optimized ON light from the incident angle of the main light beam N1 is larger, the cutoff wavelength shifts to the lower wavelength side. That is, of the B light having a wavelength range of 500 nm or less, almost all of the ON light is transmitted because the ON light has an incident angle with a small deviation from the principal ray N1. On the other hand, it can be seen from FIG. 5 that when the off-light is incident, a part of light having a wavelength range of about 470 nm or less is reflected because the off-light has an incident angle with a large deviation from the principal ray N1.

【００４０】よって、本実施形態においては、ダイクロ
イック面６１ａのオフ光が通過する領域Ｆには、図５と
は異なる反射特性を有するダイクロイック膜を蒸着し
た。図６に、ダイクロイック面６２ｂのオフ光領域Ｆの
反射率特性を示す。Therefore, in this embodiment, a dichroic film having a reflection characteristic different from that shown in FIG. 5 is deposited in the area F of the dichroic surface 61a where the off light passes. FIG. 6 shows the reflectance characteristics of the off-light region F of the dichroic surface 62b.

【００４１】図６において、横軸は波長を、縦軸は反射
率を表す。ｄＦ１はオフ光の主光線Ｆ１と同じ入射角度
を有する光線、ｄＦ２はオフ光の最外光線Ｆ２、Ｆ３と
同じ入射角度を有する光線の反射率特性を表す曲線であ
る。In FIG. 6, the horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents reflectance. dF1 is a light ray having the same incident angle as the principal ray F1 of the off-light, and dF2 is a curve representing the reflectance characteristic of the light rays having the same incident angle as the outermost rays F2 and F3 of the off-light.

【００４２】ダイクロイック面６１ａのオフ光領域Ｆ
は、５００nm以下の波長域を有するＢの光のみが反射さ
れるようにオフ光の主光線Ｆ１に最適化されて形成され
ている。したがって、曲線ｄＦ１で表される反射率特性
において、波長５００nmで略５０％の反射率となる。す
なわち、波長域が５００nm以下であるＢのオフ光の入射
角度は、主光線Ｆ１からのずれが小さいのでほぼ全て透
過される。The off-light area F of the dichroic surface 61a
Is formed so as to be optimized for the off-light principal ray F1 so that only B light having a wavelength range of 500 nm or less is reflected. Accordingly, in the reflectance characteristic represented by the curve dF1, the reflectance is approximately 50% at a wavelength of 500 nm. That is, the incident angle of the off-light of B having a wavelength range of 500 nm or less is almost completely transmitted because the deviation from the principal ray F1 is small.

【００４３】図７に、ダイクロイック面６１ａにおいて
実際に入射する光の反射率特性すなわちオン光領域Ｎに
おける反射率特性ｃＮ１、ｃＮ２、オフ光領域Ｆにおけ
る反射率特性ｄＦ１、ｄＦ２を重ね合わせて示す。図７
からわかるように、５００nm以下の波長域を有するＢの
光はいずれもほぼ反射される。オフ光の最外光線Ｆ２、
Ｆ３の一部が反射されるが、その光量はわずかであり、
ミラー素子や周辺機器の温度上昇を招くほどのエネルギ
ーは有さない。FIG. 7 shows the reflectance characteristics of light actually incident on the dichroic surface 61a, that is, the reflectance characteristics cN1 and cN2 in the on-light region N and the reflectance characteristics dF1 and dF2 in the off-light region F. FIG.
As can be seen from the graph, all of the B light having a wavelength range of 500 nm or less is almost reflected. The outermost ray F2 of the off light,
Although a part of F3 is reflected, the light amount is small,
It does not have enough energy to cause a rise in the temperature of the mirror element and peripheral devices.

【００４４】上述のように、ダイクロイック面６１ａ、
６２ｂにおけるオン光の主光線Ｎ１の入射角度をαとす
ると、オン光領域Ｎには、入射角度がαである光線に最
適化された特性を有するダイクロイックコートが蒸着さ
れている。また、ダイクロイック面６１ａ、６２ｂにお
けるオフ光の主光線の入射角度をβとすると、オフ光領
域Ｆには、入射角度がβである光線に最適化された特性
を有するダイクロイックコートが蒸着されている。As described above, the dichroic surface 61a,
Assuming that the incident angle of the main light beam N1 of the ON light in 62b is α, a dichroic coat having characteristics optimized for the light beam whose incident angle is α is deposited in the ON light region N. Further, assuming that the incident angle of the principal ray of the off-light on the dichroic surfaces 61a and 62b is β, a dichroic coat having characteristics optimized for the ray whose incident angle is β is deposited in the off-light region F. .

【００４５】入射角度α、βがともに、ダイクロイック
面６１ａ、６２ｂにおけるプリズムブロックから空気層
への入射角度で定義される値であるとし、ＤＭＤの出射
面におけるオン光の主光線とオフ光の主光線Ｆ１のなす
角度を４θ（すなわちＤＭＤの各ミラー素子の回転角は
±θとなる）、プリズムブロックのｅ線の屈折率をｎ_e
とすると、αとβは以下に示す関係式を満たす。 β＝cos^-1［cosα・cos｛sin^-1（ｎ_e ^-1sin４θ）｝］ ・・・（１）It is assumed that both the incident angles α and β are values defined by the incident angles from the prism blocks on the dichroic surfaces 61a and 62b to the air layer, and the main light beam of the ON light and the main light beam of the OFF light at the exit surface of the DMD. ray angle 4θ forms of F1 (the rotation angle of each mirror element or a DMD becomes ± theta), the refractive index of the e-line of the prism block n _e
Then, α and β satisfy the following relational expression. ^{β = cos -1 [cosα · cos} {sin -1 (n e -1 sin4θ)}] ··· (1)

【００４６】上記αとβの関係式（１）が成り立つこと
を、以下図８を用いて説明する。図８（ａ）に色合成プ
リズム６の水平断面（ｙ-ｚ平面とする）図を、図８
（ｂ）に色合成プリズム６の垂直断面（ｘ-ｙ平面とす
る）図を示す。図８においては、各プリズムブロック間
の薄い空気層を便宜的に広く示す。尚、以下において、
各光線のダイクロイック面における入射角度は全てプリ
ズムブロックから空気層への入射角度で定義される値で
表す。入射角度α、βの関係は、いずれのダイクロイッ
ク面６１ａ、６２ｂでも同じなので、以下ダイクロイッ
ク面６１ａで関係式（１）が成り立つことを示す。The fact that the relational expression (1) between α and β is satisfied will be described below with reference to FIG. FIG. 8A is a horizontal sectional view (assumed as a yz plane) of the color combining prism 6, and FIG.
FIG. 2B shows a vertical cross section (referred to as an xy plane) of the color combining prism 6. In FIG. 8, a thin air layer between each prism block is shown widely for convenience. In the following,
The angle of incidence of each ray on the dichroic surface is represented by a value defined by the angle of incidence from the prism block to the air layer. Since the relationship between the incident angles α and β is the same for any of the dichroic surfaces 61a and 62b, the following shows that the relational expression (1) is satisfied on the dichroic surface 61a.

【００４７】図８（ａ）において、オフ光の主光線Ｆ１
のダイクロイック面６１ａへの入射角度をθ'とする
と、スネルの式より以下の式が成り立つ。 θ'＝sin^-1（ｎ_e ^-1sin４θ） ・・・（２） また、プリズムブロック６１内のオフ光の主光線Ｆ１の
単位ベクトルａは以下のように表される。 ａ＝（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，cosθ'，sinθ'） ・・・（３）In FIG. 8A, the principal ray F1 of the off-light is shown.
When the incident angle of the light incident on the dichroic surface 61a is θ ′, the following equation is established from the Snell equation. _{^{θ '= sin -1 (n e}} -1 sin4θ) ··· (2) Further, the unit vector a principal ray F1 off light in the prism block 61 is expressed as follows. a = (x, y, z) = (0, cos θ ′, sin θ ′) (3)

【００４８】図８（ｂ）を見るとわかるように、ダイク
ロイック面６１ａはｚ軸に平行なので、ダイクロイック
面６１ａの法線ベクトルｂは以下のように表される。 ｂ＝（ｘ，ｙ，ｚ）＝（sinα，cosα，０） ・・・（４）As can be seen from FIG. 8B, since the dichroic surface 61a is parallel to the z-axis, the normal vector b of the dichroic surface 61a is expressed as follows. b = (x, y, z) = (sinα, cosα, 0) (4)

【００４９】（３）、（４）で表されるベクトルのなす
角度が、ダイクロイック面６１ａにおけるオフ光の主光
線Ｆ１の入射角度βである。よって、以下の式が成り立
つ。 ａ・ｂ＝｜ａ｜｜ｂ｜cosβ ・・・（５） （５）式に、（３）式、（４）式を代入して展開すると
次式が導かれる。 cosθ'cosα＝cosβ β＝cos^-1（cosαcosθ'） ・・・（６）The angle formed by the vectors represented by (3) and (4) is the incident angle β of the principal ray F1 of the off-light on the dichroic surface 61a. Therefore, the following equation holds. a · b = | a || b | cosβ (5) By substituting the equations (3) and (4) into the equation (5) and expanding it, the following equation is derived. cosθ'cosα = cosβ β = cos ^-1 (cosαcosθ ') (6)

【００５０】（６）式に（２）式を代入すると、以下の
式が導かれる。 β＝cos^-1［cosα・cos｛sin^-1（ｎ_e ^-1sin４θ）｝］ ・・・（７） （７）式は、上記（１）式と同じであり、すなわち
（１）式が成り立つことが示された。By substituting equation (2) into equation (6), the following equation is derived. ^{β = cos -1 [cosα · cos} {sin -1 (n e -1 sin4θ)}] ··· (7) (7) equation is the same as above (1), i.e., (1) is It was shown to hold.

【００５１】尚、ダイクロイック面６１ａ、６２ｂのオ
フ光領域Ｆは、オフ光の主光線Ｆ１と同様の入射角度β
を有する光線に最適化した特性のダイクロイックコート
に限らず、広がりを考慮したオフ光の入射角度に最適化
されているものであれば十分である。なぜなら、図３、
図６の反射率特性からもわかるように、オフ光の最外光
線Ｆ２、Ｆ３に最適化されていれば、ほとんどのオフ光
が本来の光路を進行する（ダイクロイック面６１ａ、６
２ｂで反射または透過いずれかの望ましい作用を受け
る）ために十分であるからである。The off-light area F of the dichroic surfaces 61a and 62b has an incident angle β similar to that of the off-light principal ray F1.
Not only the dichroic coat having the characteristics optimized for the light beam having the above-mentioned condition but also a dichroic coat optimized for the incident angle of the off-light in consideration of the spread is sufficient. Because, in Figure 3,
As can be seen from the reflectance characteristics of FIG. 6, if the off-light is optimized for the outermost rays F2 and F3, most of the off-light travels along the original optical path (the dichroic surfaces 61a and 61a).
2b is sufficient to undergo the desired effect of either reflection or transmission).

【００５２】投影レンズ４のＦＮｏ．をＡとすると、オ
フ光の広がりはＡを用いて±sin^-1｛１／（２Ａ）｝と
なる。よって、オフ光領域Ｆは、次式を満たすｘの入射
角度を有する光線に対して最適化されていればよい。 ｘ＝β±sin^-1｛１／（２Ａ）｝ ・・・（８） （８）式に（７）式を代入すると、次式が導かれる。 ｘ＝cos^-1［cosα・cos｛sin^-1（ｎ_e ^-1sin４θ）｝］±
sin^-1｛１／（２Ａ）｝The FNo. Is A, the spread of off-light is ± sin ^-1 {1 / (2A)} using A. Therefore, the off-light area F only needs to be optimized for a light ray having an incident angle of x that satisfies the following equation. x = β ± sin ⁻¹ {1 / (2A)} (8) When the equation (7) is substituted into the equation (8), the following equation is derived. ^{x = cos -1 [cosα · cos} {sin -1 (n e -1 sin4θ)}] ±
sin ^-1 {1 / (2A)}

【００５３】尚、同様にオン光領域に関しても、入射角
度がα±sin^-1｛１／（２Ａ）｝である光線に対して最
適化されたダイクロイック膜が蒸着されていればよい。Similarly, in the on-light region, a dichroic film optimized for a light beam having an incident angle α ± sin ^-1 {1 / (2A)} may be deposited.

【００５４】次に、ダイクロイック面６１ａ、６２ｂの
形成方法について二つの実施例を示す。Next, two examples of a method for forming the dichroic surfaces 61a and 62b will be described.

【００５５】（第１の実施例）図９（ａ）、（ｂ）に、
第１の実施例の形成方法に従って形成されたダイクロイ
ック面６１ａ、６２ｂの上面図をそれぞれ示す。本実施
例では、プリズムブロック６１、６２の面６１ａ、６１
ｂにオン光通過領域Ｎとオフ光通過領域Ｆとで異なる特
性のダイクロイック膜を蒸着する。この特性は、先述の
通りである。この方法によると、簡単にダイクロイック
面６１ａ、６２ｂを形成できる。(First Embodiment) FIGS. 9A and 9B show:
The top views of the dichroic surfaces 61a and 62b formed according to the forming method of the first embodiment are shown respectively. In the present embodiment, the surfaces 61a, 61 of the prism blocks 61, 62
b, a dichroic film having different characteristics in the ON light passage region N and the OFF light passage region F is deposited. This characteristic is as described above. According to this method, the dichroic surfaces 61a and 62b can be easily formed.

【００５６】尚、特性の異なる二つのダイクロイック膜
を隙間なく蒸着することは困難であり、二つの領域のダ
イクロイック膜の境界部分にダイクロイック膜が蒸着さ
れていない隙間が生じてしまう。It is difficult to vapor-deposit two dichroic films having different characteristics without a gap, and a gap where the dichroic film is not vapor-deposited occurs at the boundary between the two regions of the dichroic film.

【００５７】（第２の実施例）図１０（ａ）、（ｂ）
に、第２の実施例の形成方法に従って形成されたダイク
ロイック面６１ａ、６２ｂの上面図をそれぞれ示す。本
実施例では、プリズムブロック６１、６２を形成するた
めにそれぞれ二つのガラスブロックを用いる。二つのガ
ラスブロックの一方のある面にオン光領域Ｎ用のダイク
ロイック膜を蒸着し、他方のある面にオフ光通過領域Ｆ
用のダイクロイック膜を蒸着する。そして、これらの二
つのガラスブロックをダイクロイック膜が蒸着されてい
る面が同一平面を形成するように接合する。(Second Embodiment) FIGS. 10A and 10B
FIG. 7 shows top views of dichroic surfaces 61a and 62b formed according to the forming method of the second embodiment. In this embodiment, two glass blocks are used to form the prism blocks 61 and 62, respectively. A dichroic film for the ON light region N is deposited on one surface of the two glass blocks, and the OFF light passing region F is formed on the other surface.
A dichroic film is deposited. Then, these two glass blocks are joined so that the surface on which the dichroic film is deposited forms the same plane.

【００５８】ダイクロイック膜は、蒸着する面の一辺に
対しては、隙間なく端まで蒸着することが可能である。
よって、本実施例では、二つのガラスブロックにおい
て、ある一辺に対して端までダイクロイック膜を蒸着す
る。そして、この辺が接合されるように二つのガラスブ
ロックを接着する。このように形成することにより、図
１０に示すように、オン光領域Ｎとオフ光領域Ｆとの境
目に隙間がないダイクロイック面６１ａ、６２ｂが得ら
れる。この方法によりダイクロイック面６１ａ、６２ｂ
を形成すると、たとえオン光領域Ｎとオフ光領域Ｆの境
界付近に入射する光が存在したとしても、この光に対し
ても反射または透過のうち所望の作用を与えることがで
きる。The dichroic film can be vapor-deposited on one side of the surface to be vapor-deposited without any gap.
Therefore, in this embodiment, a dichroic film is vapor-deposited on one side of two glass blocks. Then, the two glass blocks are bonded so that the sides are joined. By forming in this manner, as shown in FIG. 10, dichroic surfaces 61a and 62b having no gap at the boundary between the ON light region N and the OFF light region F are obtained. By this method, the dichroic surfaces 61a, 62b
Is formed, even if there is light incident near the boundary between the ON light region N and the OFF light region F, a desired effect of reflection or transmission can be given to this light.

【００５９】また、一方のダイクロイック膜を蒸着する
過程において、他方のダイクロイック膜に影響を与える
ことがない。よって、蒸着済みのダイクロイック膜が、
他のダイクロイック膜を蒸着するための高温化により損
傷することはない。In the process of depositing one dichroic film, the other dichroic film is not affected. Therefore, the deposited dichroic film is
There is no damage due to high temperature for depositing other dichroic films.

【００６０】上記二つの実施例において、ダイクロイッ
ク膜は、複数の層からなるように形成するが、層の厚み
を調節することによって最適な特性を有するようにす
る。尚、二つの領域Ｎ、Ｆのダイクロイック膜の層数、
材質は同じであっても、異なっていてもよい。In the above two embodiments, the dichroic film is formed to have a plurality of layers. The dichroic film has optimum characteristics by adjusting the thickness of the layers. Incidentally, the number of layers of the dichroic film in the two regions N and F,
The materials may be the same or different.

【００６１】[0061]

【発明の効果】請求項１または２に記載の投影光学系に
よると、像光、不用光ともに本来の光路を辿るように構
成できるので、表示素子周辺への戻り光が発生すること
がない。よって、表示素子及びその周辺機器の温度上昇
が生じることがないので、表示素子の制御が正常になさ
れ、所望の投影画像が得られる。また、装置の耐久性も
上がる。さらに、本来の光路からそれる不用光により形
成されるゴーストが取り除かれる。According to the projection optical system of the first or second aspect, since both the image light and the unnecessary light can be configured to follow the original optical path, no return light to the periphery of the display element is generated. Therefore, since the temperature of the display element and its peripheral devices does not increase, the control of the display element is performed normally, and a desired projection image can be obtained. Also, the durability of the device is increased. In addition, ghosts formed by unwanted light deviating from the original optical path are eliminated.

【００６２】請求項３に記載の投影光学系によると、二
つの異なる特性のダイクロイック膜が形成されているに
もかかわらず、境目に隙間を生じさせることなく高性能
のダイクロイック面を構成することが可能である。よっ
て、隙間に到達した光が本来の光路とは異なる方向に進
んでしまうという事態を防ぐことができる。According to the projection optical system of the third aspect, it is possible to form a high-performance dichroic surface without forming a gap at the boundary even though two dichroic films having different characteristics are formed. It is possible. Therefore, it is possible to prevent a situation in which the light reaching the gap travels in a direction different from the original optical path.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 本発明の投影光学系の一部分の水平断面図。FIG. 1 is a horizontal sectional view of a part of a projection optical system according to the present invention.

【図２】 ダイクロイック面６２ｂのオン光領域の反射
率特性を示す図。FIG. 2 is a diagram illustrating a reflectance characteristic of an on-light region of a dichroic surface 62b.

【図３】 ダイクロイック面６２ｂのオフ光領域の反射
率特性を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a reflectance characteristic of an off-light region of a dichroic surface 62b.

【図４】 ダイクロイック面６２ｂの反射率特性を示す
図。FIG. 4 is a diagram showing a reflectance characteristic of a dichroic surface 62b.

【図５】 ダイクロイック面６１ａのオン光領域の反射
率特性を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a reflectance characteristic of an on-light region of a dichroic surface 61a.

【図６】 ダイクロイック面６１ａのオフ光領域の反射
率特性を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a reflectance characteristic of an off-light region of a dichroic surface 61a.

【図７】 ダイクロイック面６１ａの反射率特性を示す
図。FIG. 7 is a diagram showing a reflectance characteristic of a dichroic surface 61a.

【図８】 色合成プリズムの（ａ）水平断面図と（ｂ）
垂直断面。FIG. 8A is a horizontal sectional view of the color combining prism, and FIG.
Vertical section.

【図９】 第１の実施例のダイクロイック面の上面図。FIG. 9 is a top view of a dichroic surface according to the first embodiment.

【図１０】第２の実施例のダイクロイック面の上面図。FIG. 10 is a top view of a dichroic surface according to the second embodiment.

【図１１】投影光学系の一従来例の全体構成を示す水平
断面図。FIG. 11 is a horizontal sectional view showing the entire configuration of a conventional example of a projection optical system.

【図１２】図１１に示す投影光学系の一部分の水平断面
図。12 is a horizontal sectional view of a part of the projection optical system shown in FIG.

【図１３】ＤＭＤからの反射光の水平断面図における光
路を示す図。FIG. 13 is a diagram illustrating an optical path in a horizontal cross-sectional view of reflected light from a DMD.

【図１４】Ｇの戻り光の垂直断面図における光路を示す
図。FIG. 14 is a diagram showing an optical path in a vertical sectional view of the return light of G.

【図１５】Ｂの戻り光の垂直断面図における光路を示す
図。FIG. 15 is a diagram illustrating an optical path in a vertical cross-sectional view of the return light in B.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 照明系 ２ 光路分離プリズム ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ ＤＭＤ ４ 投影レンズ ６ 色合成プリズム １１ 光源 １２ リフレクター ２１、２２、２３ プリズムブロック ６１、６２、６３ プリズムブロック ６１ａ、６２ｂ ダイクロイック面 Ｎ オン光領域 Ｎ１ オン光主光線 Ｆ オフ光領域 Ｆ１ オフ光主光線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Illumination system 2 Optical path separation prism 3R, 3G, 3B DMD 4 Projection lens 6 Color combining prism 11 Light source 12 Reflector 21, 22, 23 Prism block 61, 62, 63 Prism block 61a, 62b Dichroic surface N ON light area N1 ON light Principal ray F Off light area F1 Off light principal ray

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特表 平11−505334（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−510021（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/18 G02B 26/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References Table 11-505334 (JP, A) Table 9-510021 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int. Cl. ⁷ , DB name) G02B 27/18 G02B 26/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 画像を表示する複数の表示素子を備え、
前記各表示素子は対応する波長域の照明光を前記画像を
投影する像光と不用光とで異なる方向に射出することに
より分離するものであり、 さらに前記複数の表示素子から射出される光を合成する
色合成プリズムと、前記色合成プリズムにより合成され
た像光を投影面に導く投影レンズとを備え、前記色合成
プリズムは、ダイクロイック面を有するプリズムブロッ
クを含む複数のプリズムブロックからなるものである投
影光学系において、 前記ダイクロイック面は、前記像光が到達する第１の領
域と、前記不用光が到達する第２の領域に分割されてお
り、 第１の領域には前記像光と同様の入射角度を有する光線
に最適化された特性を有するダイクロイック膜が形成さ
れ、第２の領域には前記不用光と同様の入射角度を有す
る光線に最適化された特性を有するダイクロイック膜が
形成されていることを特徴とする投影光学系。A plurality of display elements for displaying an image;
Each of the display elements separates the illumination light in the corresponding wavelength range by emitting the image light for projecting the image and the unnecessary light in different directions, and further, the light emitted from the plurality of display elements. A color combining prism for combining, and a projection lens for guiding the image light combined by the color combining prism to a projection surface, wherein the color combining prism includes a plurality of prism blocks including a prism block having a dichroic surface. In one projection optical system, the dichroic surface is divided into a first area where the image light reaches and a second area where the unnecessary light reaches, and the first area has the same shape as the image light. A dichroic film having characteristics optimized for a light beam having an incident angle is formed, and a second region is optimized for a light beam having an incident angle similar to that of the unnecessary light. A projection optical system, wherein a dichroic film having characteristics are formed. 【請求項２】 画像を表示する複数の表示素子を備え、
前記各表示素子は対応する波長域の照明光を前記画像を
投影する像光と不用光とで異なる方向に射出することに
より分離するものであり、 さらに前記複数の表示素子から射出される光を合成する
色合成プリズムと、前記色合成プリズムにより合成され
た像光を投影面に導く投影レンズとを備え、前記色合成
プリズムは、ダイクロイック面を有するプリズムブロッ
クを含む複数のプリズムブロックからなるものである投
影光学系において、 前記ダイクロイック面は、前記像光が到達する第１の領
域と、前記不用光が到達する第２の領域とに分割されて
おり、 前記ダイクロイック面における前記像光の主光線のプリ
ズムブロックから空気層への入射角度をα、前記表示素
子の出射面における前記像光の主光線と前記不用光の主
光線のなす角度を４θ、前記プリズムブロックのｅ線の
屈折率をｎ_e、前記投影レンズのＦＮｏ．をＡとする
と、第１の領域には、プリズムブロックから空気層への
入射角度がα±sin^-1｛１／（２Ａ）｝である光線に最
適化された特性を有するダイクロイック膜が形成されて
おり、第２の領域には、プリズムブロックから空気層へ
の入射角度がｘである光線に最適化された特性を有する
ダイクロイック膜が形成されており、 ｘ＝cos^-1［cosα・cos｛sin^-1（ｎ_e ^-1sin４θ）｝］±
sin^-1｛１／（２Ａ）｝ を満たすことを特徴とする投影光学系。2. A display device comprising: a plurality of display elements for displaying an image;
Each of the display elements separates the illumination light in the corresponding wavelength range by emitting the image light for projecting the image and the unnecessary light in different directions, and further, the light emitted from the plurality of display elements. A color combining prism for combining, and a projection lens for guiding the image light combined by the color combining prism to a projection surface, wherein the color combining prism includes a plurality of prism blocks including a prism block having a dichroic surface. In one projection optical system, the dichroic surface is divided into a first region where the image light reaches and a second region where the unnecessary light reaches, and a chief ray of the image light on the dichroic surface Α is the angle of incidence from the prism block to the air layer, and the angle formed by the principal ray of the image light and the principal ray of the unnecessary light on the exit surface of the display element. theta, e line refractive index n _e of the prism block, FNo of the projection lens. Is A, a dichroic film having characteristics optimized for a light beam whose incident angle from the prism block to the air layer is α ± sin ⁻¹ {1 / (2A)} is formed in the first region. In the second region, a dichroic film having characteristics optimized for a light beam whose incident angle from the prism block to the air layer is x is formed, and x = cos ⁻¹ [cosα · cos ｛] ^{_{sin -1 (n e -1 sin4θ)}} }] ±
A projection optical system satisfying sin ^-1 {1 / (2A)}. 【請求項３】 前記ダイクロイック面は、第１の領域の
ダイクロイック膜が形成された第１のプリズム部材と、
第２の領域のダイクロイック膜が形成された第２のプリ
ズム部材を接合して形成されていることを特徴とする請
求項１または２に記載の投影光学系。3. A dichroic surface comprising: a first prism member on which a dichroic film in a first region is formed;
The projection optical system according to claim 1, wherein the projection optical system is formed by joining a second prism member on which a dichroic film in a second region is formed.