JP6642298B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は投射型表示装置に関するものであり、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)等の反射型画像表示素子を備えた投射型表示装置に関するものである。

ＤＬＰ（digital light processing；米国テキサス・インスツルメンツ社の登録商標）方式のプロジェクターでは、数百万個の小さな鏡（マイクロミラー）が内蔵されたＤＬＰチップという光半導体を利用して画像投影が行われる。３枚のＤＬＰチップを用いる３チップタイプのＤＬＰ方式の場合、特殊なプリズムでランプの光をＲＧＢの光の三原色に分解し、各ＤＬＰチップを照明してカラー画像を表示する。また、１枚のＤＬＰチップを用いる１チップタイプのＤＬＰ方式の場合、ＲＧＢの３色に色分けされた１枚のカラーホイールでランプの光をＲＧＢの光の三原色に分解し、１枚のＤＬＰチップを照明してカラー画像を表示する。カラーホイールは高速回転しており、これに応じてマイクロミラーも高速でＯＮ／ＯＦＦが切り替わるようになっているため、人間の目には残像効果によってＲＧＢが合成されたカラー画像に見えることになる。

上記ＤＬＰチップに代表されるデジタル・マイクロミラー・デバイスは、プロジェクター用の反射型画像表示素子として一般的なものとなっている。デジタル・マイクロミラー・デバイスは、複数の微小なマイクロミラーからなる画像表示面を有しており、その画像表示面で各ミラー面の傾きを制御して、照明光を強度変調することにより画像を形成する。つまり、デジタル・マイクロミラー・デバイスの各画素のＯＮ／ＯＦＦは、例えば、画像表示面の各辺に対して４５°の角度をなす回転軸を中心とする±１２°のミラー面の回動（つまり、１軸に関するマイクロミラー駆動）により表現される。そのマイクロミラーの動きに関しては、直交する２軸に関してマイクロミラー駆動を行う新しい動作タイプのデジタル・マイクロミラー・デバイス(Tilt & Roll Pixel DMD)も、非特許文献１で提案されている。

上記デジタル・マイクロミラー・デバイスのような反射型の画像表示素子を搭載したプロジェクターとして、従来よりさまざまなタイプの投射型表示装置が提案されており（例えば、特許文献１，２参照。）、また、明るく高精細なプロジェクターが求められている。

特開２００２−０４９０９４号公報 特開２００３−１４９４１４号公報

DLP(R) TRP pixel architecture and chipsets,インターネット＜URL：http://www.ti.com/lsds/ti/dlp/video-and-data-display/trp-technology.page#0.2＞

しかし、反射型の画像表示素子を用いた従来の投射型表示装置では、照明光を全反射させて画像表示素子へ導くためのエアギャップが、透過させる画像光に画像劣化（フレア）を生じさせてしまう。そのため、現状のままでは高精細化に限界がある。

例えば、特許文献１に記載の投射型表示装置では、エアギャップをくさび状にすることで収差の発生を抑えているが、エアギャップの狭い側でプリズム同士がぶつからないようにしようとすると、エアギャップを充分に広くすることが必要になり、その結果、フレアが増大するおそれがある。また、特許文献２に記載の投射型表示装置では、金属等を用いた蒸着膜厚の制御によりエアギャップを狭くして収差の発生を抑えているが、エアギャップを狭くしすぎると、温度変化時にプリズムが変形して対向するガラス面が接触し、全反射できなくなるおそれがある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、プリズムユニット内で発生するフレア成分を減らして画質を向上させた投射型表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明の投射型表示装置は、照明光を画像表示面で反射させることにより画像光に変換して出射する反射型の画像表示素子と、照明光の光路の折り曲げと画像光の透過とを行うプリズムユニットと、前記プリズムユニットを透過した画像光をスクリーンに投射する投射光学系と、を備えた投射型表示装置であって、
前記プリズムユニットが、前記画像表示面の中心から出射した画像光の主光線に対して所定の角度傾いたエアギャップを有し、そのエアギャップを前記画像光が透過し、
前記プリズムユニットにおいて、プリズム内に画像光が入射するプリズム面とプリズム外へ画像光が出射するプリズム面のうち、前記エアギャップを構成するプリズム面以外の少なくとも１つのプリズム面の法線が前記投射光学系の光軸に対して傾いており、
前記プリズム内に画像光が入射するプリズム面を第１プリズム面とし、前記プリズム外へ画像光が出射するプリズム面を第２プリズム面とするとき、前記第１プリズム面から前記第２プリズム面までの前記光軸方向の長さが、前記第２プリズム面に対して前記エアギャップが近い側で長くなり、前記第１プリズム面に対して前記エアギャップが近い側で短くなるように、前記第１，第２プリズム面が共に前記投射光学系の光軸に対して垂直な状態を基準として、前記第１，第２プリズム面のうちの少なくとも一方が傾いていることを特徴とする。

第２の発明の投射型表示装置は、照明光を画像表示面で反射させることにより画像光に変換して出射する反射型の画像表示素子と、照明光の光路の折り曲げと画像光の透過とを行うプリズムユニットと、前記プリズムユニットを透過した画像光をスクリーンに投射する投射光学系と、を備えた投射型表示装置であって、
前記プリズムユニットが、前記画像表示面の中心から出射した画像光の主光線に対して所定の角度傾いたエアギャップを有し、そのエアギャップを前記画像光が透過し、
前記プリズムユニットにおいて、プリズム内に画像光が入射するプリズム面とプリズム外へ画像光が出射するプリズム面のうち、前記エアギャップを構成するプリズム面以外の少なくとも１つのプリズム面の法線が前記投射光学系の光軸に対して傾いており、
前記画像表示面が複数のマイクロミラーからなり、前記画像表示面において各マイクロミラー面の傾きがＯＮ／ＯＦＦ制御されて照明光を強度変調することにより画像が形成され、
以下の条件式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする。
０．８５×Ｃｇ＜Ｇ＜１．１５×Ｃｇ …（１）
（０．０５×Ｔ／Ｐ−０．０５）＜Ｋ＜０．２×Ｔ／Ｐ …（２）
ただし、前記画像表示面の中心に対する入射直前の照明光の主光線と、その反射直後の画像光の主光線と、を含む平面を基準平面とするとき、
Ｃｇ＝ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）−（Ｒ−ａｒｃｓｉｎ（１／（２Ｆ）））／Ｎ
Ｎ：画像光が通過するプリズムのｄ線での屈折率、
Ｒ：画像表示面の中心に入射する直前の照明光の主光線と画像表示面の中心で反射した直後の画像光の主光線とが基準平面上に射影されたときになす角度（度）、
Ｆ：投射光学系の最小Ｆナンバー、
Ｇ：画像表示面の中心から出射した画像光の主光線に垂直な平面に対するエアギャップの角度（度）、
Ｔ：エアギャップ厚（ｍｍ）、
Ｐ：隣り合って位置するマイクロミラー面の中心間距離（ｍｍ）、
Ｋ：傾いたプリズム面の法線が投射光学系の光軸に対してなす角度（度）、
である。

第３の発明の投射型表示装置は、上記第２の発明において、前記プリズム内に画像光が入射するプリズム面を第１プリズム面とし、前記プリズム外へ画像光が出射するプリズム面を第２プリズム面とするとき、前記第１プリズム面から前記第２プリズム面までの前記光軸方向の長さが、前記第２プリズム面に対して前記エアギャップが近い側で長くなり、前記第１プリズム面に対して前記エアギャップが近い側で短くなるように、前記第１，第２プリズム面が共に前記投射光学系の光軸に対して垂直な状態を基準として、前記第１，第２プリズム面のうちの少なくとも一方が傾いていることを特徴とする。

第４の発明の投射型表示装置は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記画像表示素子が、複数の波長帯域のそれぞれについて設けられており、
前記プリズムユニットが、前記複数の波長帯域を含む照明光の光路を、前記エアギャップを構成するプリズム面での反射により折り曲げる第１プリズムユニットと、前記第１プリズムユニットで折り曲げられて出射した照明光を前記複数の波長帯域に分離して複数の前記画像表示素子にそれぞれ入射させ、各画像表示素子から出射した画像光を合成して前記第１プリズムユニットに入射させる第２プリズムユニットと、を含むことを特徴とする。

第５の発明の投射型表示装置は、照明光を画像表示面で反射させることにより画像光に変換して出射する反射型の画像表示素子と、照明光の光路の折り曲げと画像光の透過とを行うプリズムユニットと、前記プリズムユニットを透過した画像光をスクリーンに投射する投射光学系と、を備えた投射型表示装置であって、
前記画像表示素子が、複数の波長帯域のそれぞれについて設けられており、
前記プリズムユニットが、前記複数の波長帯域に分けられた複数の照明光の光路をそれぞれ折り曲げて複数の前記画像表示素子にそれぞれ入射させる複数の第１プリズムユニットと、前記複数の画像表示素子でそれぞれ反射され前記第１プリズムユニットを透過して出射した複数の画像光を合成して前記投射光学系に入射させる第２プリズムユニットと、を含み、
前記複数の第１プリズムユニットが、前記画像表示面の中心から出射した画像光の主光線に対して所定の角度傾いたエアギャップをそれぞれ有し、
前記複数の第１プリズムユニットにそれぞれ入射した画像光が、前記エアギャップを透過し、前記第１プリズムユニットから出射して前記第２プリズムユニットに入射し、
前記第２プリズムユニットにおいて、プリズム外へ画像光が出射するプリズム面の法線が前記投射光学系の光軸に対して傾いていることを特徴とする。

第６の発明の投射型表示装置は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記投射光学系の光軸に対して傾いた法線を有するプリズム面が、前記エアギャップよりも前記投射光学系側に位置することを特徴とする。

本発明によれば、プリズムユニット内のエアギャップを画像光が透過することにより発生するフレア成分を、投射光学系の光軸に対して傾いた法線を有するプリズム面で打ち消すことができる。したがって、プリズムユニット内で発生するフレア成分を減らして画質を向上させることができ、明るく高精細な投射型表示装置を実現することが可能である。

投射型表示装置の第１の実施の形態を示す概略構成図。 投射型表示装置の第２の実施の形態を示す概略構成図。 第２の実施の形態の要部の一例を示す上面図。 投射型表示装置の第３の実施の形態を示す概略構成図。 第３の実施の形態の要部の一例を示す上面図。 デジタル・マイクロミラー・デバイスにおいて隣接するマイクロミラーの中心間距離Ｐを説明するための図。 第２の実施の形態における照明光と画像光との光路分離を示す光路図。 照明光と画像光との分離角度Ｒを説明するための図。 図７中の要部Ｍ１を拡大して示す光路図。 第２の実施の形態におけるプリズム面の傾きを説明するための図。 第２の実施の形態におけるフレア補正前後のＭＴＦを示すグラフ。 第２の実施の形態におけるフレア補正前後の横収差を示すグラフ。

以下、本発明に係る投射型表示装置の実施の形態等を、図面を参照しつつ説明する。なお、実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。

図１に、投射型表示装置の第１の実施の形態として、１チップタイプのプロジェクターＰＪ１を示す。図２に、投射型表示装置の第２の実施の形態として、３チップタイプのプロジェクターＰＪ２を示し、その要部の一例を図３に示す。図４に、投射型表示装置の第３の実施の形態として、３チップタイプのプロジェクターＰＪ３を示し、その要部の一例を図５に示す。

図１，図２，図４において、グローバルな直交座標系はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの画像表示面ＤＳの中心を原点とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致した絶対座標系になっており、Ｘ方向は画像表示面ＤＳの面法線に対して平行な方向であり、Ｚ方向はエアギャップＡＧの傾き回転の軸に対して平行な方向であり、Ｙ方向はＸ方向及びＺ方向に直交する方向である。したがって、図１，図２，図４の紙面がＸＹ平面に相当し、図３，図５の紙面がＸＺ平面に相当する。

１チップタイプのプロジェクターＰＪ１（図１）は、光源装置１，カラーホイール２，インテグラルロッド３，照明光学系ＩＬ，投射光学系ＰＯ，デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ等を備えた構成になっている。また、３チップタイプのプロジェクターＰＪ２，ＰＪ３（図２，図４）は、光源装置１，インテグラルロッド３，照明光学系ＩＬ，投射光学系ＰＯ，デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ等を備えた構成になっている。

プロジェクターＰＪ１，ＰＪ２，ＰＪ３において照明光Ｌ１を発生させる光源装置１としては、例えば、キセノンランプ，レーザー光源等が挙げられる。プロジェクターＰＪ１，ＰＪ２で用いられる光源装置１は白色光源であり、プロジェクターＰＪ３で用いられる光源装置１は３つの波長帯域：Ｒ（赤色）・Ｇ（緑色）・Ｂ（青色）の色光をそれぞれ発生させるカラー光源である。

光源装置１では、楕円面で構成されたランプリフレクターの反射面の焦点位置に発光点を配置し、光源装置１から出射させた収束光をインテグラルロッド３（図２，図４）又はカラーホイール２（図１）に入射させる構成になっている。つまり、プロジェクターＰＪ２，ＰＪ３ではインテグラルロッド３に収束光を入射させ、プロジェクターＰＪ１ではカラーホイール２に収束光を入射させる構成になっており、カラーホイール２を通過した光束はインテグラルロッド３に入射することになる。

プロジェクターＰＪ１に搭載されているカラーホイール２は、Ｒ・Ｇ・Ｂの色光を透過させる３種類のカラーフィルターで構成されている。カラーホイール２を回転させることにより、照明する色光が時間的に順次切り替り、各色に対応した画像情報をデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに表示することにより、投影画像をカラー化することが可能となる。

ここで想定しているインテグラルロッド３は、４枚の平面ミラーを貼り合わせてなる中空ロッド方式の光強度均一化素子である。インテグラルロッド３の入口側端面（ロッド入口面）から入射してきた照明光Ｌ１は、インテグラルロッド３の側面（すなわち内壁面）で何度も繰り返し反射されることによりミキシングされ、照明光Ｌ１の空間的なエネルギー分布が均一化されて出口側端面（ロッド出口面）Ｒ０から出射する。

インテグラルロッド３の出口側端面Ｒ０の形状は、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの画像表示面ＤＳと略相似の四角形（長方形でもよく、台形でもよい。）になっており、また、インテグラルロッド３の出口側端面Ｒ０はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの画像表示面ＤＳに対して共役又は略共役になっている。したがって、上記ミキシング効果により出口側端面Ｒ０での輝度分布が均一化されることにより、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰは効率良く均一に照明されることになる。

なお、インテグラルロッド３は中空ロッドに限らず、四角柱形状のガラス体からなるガラスロッドでもよい。また、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの画像表示面ＤＳの形状と適合するならば、その側面についても４面に限らない。つまり、断面形状は長方形，台形等の四辺形に限らない。したがって、用いるインテグラルロッド３としては、複数枚の反射ミラーを組み合わせてなる中空筒体、多角柱形状のガラス体等が挙げられる。

インテグラルロッド３の出口側端面Ｒ０から出射した照明光Ｌ１は、照明光学系ＩＬに入射する。照明光学系ＩＬは、入射してきた照明光Ｌ１をデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに導いて、その画像表示面ＤＳを照明する反射屈折光学系である。そして、照明光Ｌ１を集光する集光レンズ系ＬＮ（レンズ，平面ミラー等からなっている。）と、照明光Ｌ１の光路の折り曲げと画像光Ｌ２の透過とを行うプリズムユニットとして、第１プリズムユニットＰＵ１又は第１，第２プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２と、を備えており、インテグラルロッド３の出口側端面Ｒ０と画像表示面ＤＳとを共役又は略共役としている。なお、図１〜図５中の光路は、照明光Ｌ１と画像光Ｌ２の中心主光線（光軸ＡＸに相当し、画像表示面ＤＳの中心を通る。）を示している。

照明光学系ＩＬに入射した照明光Ｌ１は、集光レンズ系ＬＮで集光された後、第１プリズムユニットＰＵ１に入射する。第１プリズムユニットＰＵ１は、２つの略三角柱状のプリズムＰ１，Ｐ２で構成されたＴＩＲ(Total Internal Reflection)プリズムからなっており、プリズムＰ１，Ｐ２間にはエアギャップＡＧが設けられている。このエアギャップＡＧは、後述するように画像表示面ＤＳの中心から出射した画像光Ｌ２の中心主光線Ｌ２ｐ（図７）に対して所定の角度（９０°−Ｇ）だけ傾いており、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに対する照明光（入力光）Ｌ１と画像光（出力光）Ｌ２との光路分離を行う。

プロジェクターＰＪ１では、第１プリズムユニットＰＵ１が照明光Ｌ１の光路を折り曲げて、照明光Ｌ１をデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに入射させる。この光路の折り曲げは、エアギャップＡＧを形成するプリズムＰ１の斜面に全反射条件を満たす角度で照明光Ｌ１が入射し、全反射することにより行われる。デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰで反射され、第１プリズムユニットＰＵ１に入射した画像光Ｌ２は、エアギャップＡＧを透過し、第１プリズムユニットＰＵ１から出射して投射光学系ＰＯに入射し、スクリーンに投射される。

プロジェクターＰＪ２では、第１プリズムユニットＰＵ１が、ＲＧＢの波長帯域を含む照明光Ｌ１の光路を折り曲げて、照明光Ｌ１を第２プリズムユニットＰＵ２に入射させる。この光路の折り曲げは、エアギャップＡＧを形成するプリズムＰ１の斜面に全反射条件を満たす角度で照明光Ｌ１が入射し、全反射することにより行われる。

プロジェクターＰＪ２に搭載されている第２プリズムユニットＰＵ２は、３つのプリズムＰＲ，ＰＧ，ＰＢで構成された色分離合成用のカラープリズムからなっている。例えば図３に示すように、第１プリズムユニットＰＵ１から出射した照明光Ｌ１をＲＧＢの波長帯域に分離して３つのデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢにそれぞれ入射させ、各デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢから出射した画像光Ｌ２を合成して第１プリズムユニットＰＵ１に入射させる。そして、第１プリズムユニットＰＵ１に入射した画像光Ｌ２は、エアギャップＡＧを透過し、第１プリズムユニットＰＵ１から出射して投射光学系ＰＯに入射し、スクリーンに投射される。

第２プリズムユニットＰＵ２での色分離合成を更に詳しく説明する。図３は、第１，第２プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２をＹ方向（図２）に沿って上面側から見た状態で示している。第２プリズムユニットＰＵ２は、図３に示すように、略三角柱状の青プリズムＰＢ及び赤プリズムＰＲ、並びにブロック状の緑プリズムＰＧが、順次組み合わされた構成になっている。また、照明光Ｌ１を画像表示面ＤＳで画像信号に応じて変調するデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ（図２）として、赤用のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲと、緑用のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＧと、青用のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＢと、が設けられている。

青プリズムＰＢと赤プリズムＰＲとの間には、青色光を反射する青ダイクロイック面、及びそれに隣接してエアギャップ層が設けられている。このエアギャップ層は光軸ＡＸに対し傾斜している。また、赤プリズムＰＲと緑プリズムＰＧとの間には、赤色光を反射する赤ダイクロイック面、及びそれに隣接してエアギャップ層が設けられている。このエアギャップ層も光軸ＡＸに対し傾斜している。その傾斜方向は、青プリズムＰＢと赤プリズムＰＲによるエアギャップ層の傾き方向とは逆方向である。

青プリズムＰＢの入出射面より入射した照明光Ｌ１は、青ダイクロイック面で青色光が反射され、他の緑色光及び赤色光は透過する。青ダイクロイック面で反射された青色光は、青プリズムＰＢの入出射面により全反射され、青プリズムＰＢ側面である青入出射面より出射して、青用デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＢを照明する。青ダイクロイック面を透過した緑色光と赤色光のうち、赤色光は赤ダイクロイック面で反射され、緑色光は透過する。赤ダイクロイック面で反射された赤色光は、青ダイクロイック面に隣接して設けられたエアギャップ層により全反射され、赤プリズムＰＲ側面である赤入出射面より出射して、赤用デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲを照明する。赤ダイクロイック面を透過した緑色光は、緑プリズムＰＧ側面である緑入出射面より出射して、緑用デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＧを照明する。

青用デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＢで反射された青色の画像光Ｌ２は、青入出射面に入射して青プリズムＰＢの入出射面で全反射された後、青ダイクロイック面で反射される。また、赤用デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲで反射された赤色の画像光Ｌ２は、赤入出射面に入射して、青ダイクロイック面に隣接して設けられたエアギャップ層により全反射された後、赤ダイクロイック面で反射され、更に青ダイクロイック面を透過する。さらに、緑用デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＧで反射された緑色の画像光Ｌ２は、緑入出射面に入射して、赤ダイクロイック面及び青ダイクロイック面を透過する。

そして、これら赤色，青色，及び緑色の各画像光Ｌ２は、同一光軸ＡＸに合成され、青プリズムＰＢの入出射面であるプリズム面ＳＢから出射して、第１プリズムユニットＰＵ１に入射する。第１プリズムユニットＰＵ１に入射した画像光Ｌ２は、ここでは全反射条件を満たさないのでエアギャップＡＧを透過し（図２）、投射光学系ＰＯによってスクリーンに画像が投影される。

プロジェクターＰＪ３では、色分離用のプリズムを用いずに、光源装置１，インテグラルロッド３，集光レンズ系ＬＮ及び第１プリズムユニットＰＵ１が、ＲＧＢの波長帯域のそれぞれについて設けられている。したがって、例えば図５に示すように、３つの第１プリズムユニットＰＵ１が、ＲＧＢの波長帯域に分けられた照明光Ｌ１の光路をそれぞれ折り曲げて３つのデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢにそれぞれ入射させる。この光路の折り曲げは、エアギャップＡＧを形成するプリズムＰ１の斜面に全反射条件を満たす角度で照明光Ｌ１が入射し、全反射することにより行われる。

プロジェクターＰＪ３に搭載されている第２プリズムユニットＰＵ２は、３つのプリズムＰＲ，ＰＧ，ＰＢで構成された色合成用のカラープリズムからなっている。例えば図５に示すように、３つのデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢでそれぞれ反射され第１プリズムユニットＰＵ１を透過して出射した３つの画像光Ｌ２を合成して投射光学系ＰＯに入射させる。このとき、３つの第１プリズムユニットＰＵ１にそれぞれ入射した画像光Ｌ２は、エアギャップＡＧを透過し、第１プリズムユニットＰＵ１から出射して第２プリズムユニットＰＵ２に入射する。そして、投射光学系ＰＯに入射した画像光Ｌ２はスクリーンに投射される。

第２プリズムユニットＰＵ２での色合成を更に詳しく説明する。図５は、第１，第２プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２をＹ方向（図４）に沿って上面側から見た状態で示している。第２プリズムユニットＰＵ２は、図５に示すように、略三角柱状の青プリズムＰＢ及び赤プリズムＰＲ、並びにブロック状の緑プリズムＰＧが、順次組み合わされた構成になっている。また、照明光Ｌ１を画像表示面ＤＳで画像信号に応じて変調するデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ（図４）として、赤用のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲと、緑用のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＧと、青用のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＢと、が設けられている。

青プリズムＰＢと赤プリズムＰＲとの間には、青色光を反射する青ダイクロイック面、及びそれに隣接してエアギャップ層が設けられている。このエアギャップ層は光軸ＡＸに対し傾斜している。また、赤プリズムＰＲと緑プリズムＰＧとの間には、赤色光を反射する赤ダイクロイック面、及びそれに隣接してエアギャップ層が設けられている。このエアギャップ層も光軸ＡＸに対し傾斜している。その傾斜方向は、青プリズムＰＢと赤プリズムＰＲによるエアギャップ層の傾き方向とは逆方向である。

青用デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＢで反射された青色の画像光Ｌ２は、第１プリズムユニットＰＵ１を透過し、青入射面に入射して青プリズムＰＢの出射面で全反射された後、青ダイクロイック面で反射される。また、赤用デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲで反射された赤色の画像光Ｌ２は、第１プリズムユニットＰＵ１を透過し、赤入射面に入射して、青ダイクロイック面に隣接して設けられたエアギャップ層により全反射された後、赤ダイクロイック面で反射され、更に青ダイクロイック面を透過する。さらに、緑用デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＧで反射された緑色の画像光Ｌ２は、第１プリズムユニットＰＵ１を透過し、緑入射面に入射して、赤ダイクロイック面及び青ダイクロイック面を透過する。

そして、これら赤色，青色，及び緑色の各画像光Ｌ２は、同一光軸ＡＸに合成され、青プリズムＰＢの出射面であるプリズム面ＳＢから出射して投射光学系ＰＯに入射し、投射光学系ＰＯによってスクリーンに画像が投影される。なお、各デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢで反射されて第１プリズムユニットＰＵ１に入射した画像光Ｌ２は、全反射条件を満たさないのでエアギャップＡＧを透過する（図４）。

デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ；ＤＲ，ＤＧ，ＤＢは、光を変調して画像を生成する反射型の画像表示素子であり、照明光Ｌ１の強度変調により２次元画像を形成する画像表示面ＤＳと、その上に配置されたカバーガラスＣＧ等で構成されている。例えば図６に示すように、画像表示面ＤＳは複数のマイクロミラーＭＲからなっており、画像表示面ＤＳにおいて各マイクロミラー面（画素反射面）ＭＳの傾きがＯＮ／ＯＦＦ制御されて照明光Ｌ１を強度変調することにより画像が形成される。つまり、このデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰは、複数の矩形のマイクロミラー面ＭＳからなる画像表示面ＤＳにおいて、各マイクロミラー面ＭＳがＯＮ／ＯＦＦ制御されて、マイクロミラーＭＲが画像表示状態（ＯＮ状態）と画像非表示状態（ＯＦＦ状態）と、の２つの角度状態をとることにより、照明光Ｌ１を強度変調して所望の画像を形成することを可能としている。

従来よりよく知られているデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ；ＤＲ，ＤＧ，ＤＢの画素は、画像表示面ＤＳが構成する長方形の画像表示領域の各辺に対して４５°の角度をなす回転軸を有しており、その軸回りに例えば±１２°回動することにより、ＯＮ／ＯＦＦを表現する。そして、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光のみが、投射光学系ＰＯを通過することになる。一方、新しい動作タイプのデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ；ＤＲ，ＤＧ，ＤＢの場合（非特許文献１等参照。）、ミラー面の回動は１つの回転軸を中心とするものではなく、直交する２つの回転軸を中心とするものである。

図７に、プロジェクターＰＪ２における画像光Ｌ２の軸上光束の光路を示す。照明光Ｌ１がプリズムＰ１に入射すると、第１プリズムユニットＰＵ１内のエアギャップＡＧでの全反射により光路が折り曲げられる。照明光Ｌ１は、プリズムＰ１から出射し、第２プリズムユニットＰＵ２を経て、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの画像表示面ＤＳに照射される。照明光Ｌ１がデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの画像表示面ＤＳに照射されると、照明された画像表示面ＤＳでの反射により画像光Ｌ２がデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰから出射する。このとき、図８に示すように、画像表示面ＤＳの中心に入射する直前の照明光Ｌ１の主光線Ｌ１ｐに対して画像表示面ＤＳの中心で反射した直後の画像光Ｌ２の主光線Ｌ２ｐが角度Ｒをなして、照明光Ｌ１から画像光Ｌ２が分離される。

画像光Ｌ２は、図７に示すように、第２プリズムユニットＰＵ２を経て、第１プリズムユニットＰＵ１を透過する。このとき画像光Ｌ２は、光軸ＡＸに対して角度Ｇだけ傾いたエアギャップＡＧを透過し、プリズムＰ２から第２プリズムユニットＰＵ２を出射した後、投射光学系ＰＯに入射してスクリーンへ投射される。なお、エアギャップＡＧの下端は、画像光Ｌ２を遮らない下限位置より下方に設定されるのが好ましい。

画像光Ｌ２のうち入射角α２でエアギャップＡＧに入射する光線は、エアギャップＡＧに対して大きく傾いているので（α１＜α２）、エアギャップＡＧで大きく屈折する。その屈折が生じる要部Ｍ１を拡大して図９に示す。画像光Ｌ２のうち入射角α２でエアギャップＡＧに入射した光線は、図９から分かるように、エアギャップＡＧで大きく屈折するが、この屈折により生じるフレア成分Δは、投射光学系ＰＯによる結像時にフレアが発生する原因となる。なお、フレア成分Δの方向はスクリーン面に対して平行であり、フレアはスクリーン面上での距離として評価される。

プロジェクターＰＪ１（図１）に搭載されている第１プリズムユニットＰＵ１には、エアギャップＡＧを構成するプリズム面Ａ１，Ａ２（図９）以外にも、画像光Ｌ２が入射又は出射するプリズム面が存在する。具体的には、プリズムＰ１内に画像光Ｌ２が入射するプリズム面Ｓ１と、プリズムＰ２外へ画像光Ｌ２が出射するプリズム面Ｓ２である。プロジェクターＰＪ１では、これらのプリズム面Ｓ１，Ｓ２のうち、少なくとも１つのプリズム面の法線が投射光学系ＰＯの光軸ＡＸに対して傾いている。そのようにプリズム面を傾けることによって、結果としてフレアを打ち消すことができる。したがって、第１プリズムユニットＰＵ１内で発生するフレア成分Δを減らして投影画像品質を向上させることができ、明るく高精細なプロジェクターＰＪ１を実現することが可能である。

プロジェクターＰＪ２（図２，図３）に搭載されている第１，第２プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２には、エアギャップＡＧを構成するプリズム面Ａ１，Ａ２（図９）以外にも、ＲＧＢ全色の画像光Ｌ２が入射又は出射するプリズム面が存在する。具体的には、プリズムＰ１内に画像光Ｌ２が入射するプリズム面Ｓ１と、プリズムＰ２外へ画像光Ｌ２が出射するプリズム面Ｓ２と、青プリズムＰＢに対して画像光Ｌ２が入出射するプリズム面ＳＢである。プロジェクターＰＪ２では、これらのプリズム面Ｓ１，Ｓ２，ＳＢのうち、少なくとも１つのプリズム面の法線が投射光学系ＰＯの光軸ＡＸに対して傾いている。そのようにプリズム面を傾けることによって、結果としてフレアを打ち消すことができる。したがって、第１プリズムユニットＰＵ１内で発生するフレア成分Δを減らして投影画像品質を向上させることができ、明るく高精細なプロジェクターＰＪ２を実現することが可能である。

なお、プロジェクターＰＪ２の第２プリズムユニットＰＵ２には、図３から分かるように、プリズムＰＲ，ＰＧ，ＰＢがデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢにそれぞれ対向するプリズム面を有しており、ＲＧＢ各色の画像光Ｌ２がそれぞれ入射する構成になっている。したがって、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢにそれぞれ対向するプリズム面を、その法線が光軸ＡＸに対して傾くように配置してもフレア成分Δを打ち消すことは可能である。しかし、ＲＧＢ各色に対応した３つのプリズム面を傾ける必要があるため、構成の複雑化を招くことになる。したがって、プロジェクターＰＪ２の第２プリズムユニットＰＵ２では、プリズム面ＳＢでフレア補正を行うことが好ましい。

プロジェクターＰＪ３（図４，図５）に搭載されている第１，第２プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２には、エアギャップＡＧを構成するプリズム面Ａ１，Ａ２（図９）以外にも、ＲＧＢ全色の画像光Ｌ２が入射又は出射するプリズム面が存在する。具体的には、青プリズムＰＢ外へ画像光Ｌ２が出射するプリズム面ＳＢである。プロジェクターＰＪ３では、このプリズム面ＳＢの法線が投射光学系ＰＯの光軸ＡＸに対して傾いている。そのようにプリズム面を傾けることによって、結果としてフレアを打ち消すことができる。したがって、第１プリズムユニットＰＵ１内で発生するフレア成分Δを減らして投影画像品質を向上させることができ、明るく高精細なプロジェクターＰＪ３を実現することが可能である。

なお、プロジェクターＰＪ３の第１，第２プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２には、図５から分かるように、プリズム面ＳＢ以外にもＲＧＢ各色の画像光Ｌ２が入射又は出射するプリズム面が存在する。プロジェクターＰＪ２に関して前述したように、それらのプリズム面を、その法線が光軸ＡＸに対して傾くように配置してもフレア成分Δを打ち消すことは可能である。しかし、ＲＧＢ各色に対応した３つのプリズム面を傾ける必要があるため、構成の複雑化を招くことになる。したがって、プロジェクターＰＪ３ではプリズム面ＳＢでフレア補正を行うことが好ましい。

上述したプロジェクターＰＪ１，ＰＪ２，ＰＪ３は、いずれも照明光Ｌ１を画像表示面ＤＳで反射させることにより画像光Ｌ２に変換して出射するデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰと、照明光Ｌ１の光路の折り曲げと画像光Ｌ２の透過とを行う第１プリズムユニットＰＵ１と、第１プリズムユニットＰＵ１を透過した画像光Ｌ２をスクリーンに投射する投射光学系ＰＯと、を備えている。そして、第１プリズムユニットＰＵ１が、画像表示面ＤＳの中心から出射した画像光Ｌ２の主光線Ｌ２ｐに対して所定の角度（９０°−Ｇ）傾いたエアギャップＡＧを有し、そのエアギャップＡＧを画像光Ｌ２が透過する。この第１プリズムユニットＰＵ１を含むプリズムユニットにおいては、プリズム内に画像光Ｌ２が入射するプリズム面とプリズム外へ画像光Ｌ２が出射するプリズム面のうち、エアギャップＡＧを構成するプリズム面以外の少なくとも１つのプリズム面の法線が投射光学系ＰＯの光軸ＡＸに対して傾いた構成になっている。

プリズム面の法線が投射光学系ＰＯの光軸ＡＸに対して傾くと、投射光学系ＰＯに対する画像光Ｌ２の入射角度が変わるので、コマ収差が発生することになる。エアギャップＡＧを画像光Ｌ２が透過することにより発生するフレア成分Δ（図９）と逆方向にコマ収差を発生させると、フレアの発生が打ち消されるため、投影像のフレアが解消されて高画質化が可能となる。しかも、フレアをカットするのではなく、フレアをキャンセルするコマ収差を発生させるので、このフレア補正には明るさが落ちないというメリットがある。したがって、明るさを保持しながら高精細化を達成することが可能である。

ここで、フレア成分Δを打ち消すためのプリズム面の傾きを、プロジェクターＰＪ２のプリズム面Ｓ１，Ｓ２を例に挙げて説明する。図１０（Ａ）に、プリズム面Ｓ１，Ｓ２の傾きを互いに平行な状態（つまり、投射光学系ＰＯの光軸ＡＸに対してプリズム面Ｓ１，Ｓ２が共に垂直な状態）と対比させて点線で示す。さらに、図１０（Ｂ）に、傾いたプリズム面Ｓ１，Ｓ２の法線ＮＬが光軸ＡＸに対してなす角度Ｋを示す。

図１０（Ａ）に示すように、プリズムＰ１内に画像光Ｌ２が入射するプリズム面Ｓ１と、プリズムＰ２外へ画像光Ｌ２が出射するプリズム面Ｓ２と、では傾き方向が異なっている。エアギャップＡＧの傾きの軸とプリズム面Ｓ１，Ｓ２の傾きの軸とが平行であることから、プリズム面Ｓ２はエアギャップＡＧと同じ傾き方向（左回り）になり、プリズム面Ｓ１はエアギャップＡＧと反対の傾き方向（右回り）になる。なお、これらの面の傾きの軸は紙面（ＸＹ平面）に対して垂直（Ｚ方向）である。

プリズム面Ｓ１，Ｓ２間の距離で考えた場合、プリズム面Ｓ１からプリズム面Ｓ２までの光軸ＡＸ方向の長さが、プリズム面Ｓ２に対してエアギャップＡＧが近い側（距離ｄ２）で長く、プリズム面Ｓ１に対してエアギャップＡＧが近い側（距離ｄ１）で短くなるように（ｄ１＜ｄ２）、プリズム面Ｓ１，Ｓ２が共に光軸ＡＸに対して垂直な状態を基準として、プリズム面Ｓ１，Ｓ２のうちの少なくとも一方が傾いていることが好ましい。つまり、投射光学系ＰＯの光軸ＡＸに対し、プリズムＰ１内に画像光Ｌ２が入射するプリズム面Ｓ１のみを傾けてもよく、プリズムＰ２外へ画像光Ｌ２が出射するプリズム面Ｓ２のみを傾けてもよく、プリズム面Ｓ１，Ｓ２の両方を傾けてもよい。

上記のようにプリズム面Ｓ１，Ｓ２の傾き方向を設定すると、エアギャップＡＧを画像光Ｌ２が透過することに起因するフレアを効果的に打ち消すことができる。プロジェクターＰＪ２，ＰＪ３において、青プリズムＰＢ外へ画像光Ｌ２が出射するプリズム面ＳＢに関しても、プリズム面Ｓ２と同様にフレアを効果的に打ち消すことができる。また、プリズムＰ１，Ｐ２，ＰＢのみでフレアの打ち消しが完結するので、他の部品を変更する必要がないというメリットもある。なお、プリズム面Ｓ１，Ｓ２，ＳＢの傾きは投射光学系ＰＯの光軸ＡＸを基準とした相対的なものであるため、プリズム面Ｓ１，Ｓ２又はＳＢに対して投射光学系ＰＯを傾けてもよい。図１０（Ａ）では、プリズム面Ｓ２の代わりに傾けた投射光学系ＰＯの配置を点線で示している。

第１プリズムユニットＰＵ１内で発生するフレア成分Δを減らして画質を更に向上させるには、プロジェクターＰＪ１，ＰＪ２，ＰＪ３のように、画像表示素子としてデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰを備え、以下の条件式（１）及び（２）を満たすことが好ましい。
０．８５×Ｃｇ＜Ｇ＜１．１５×Ｃｇ …（１）
（０．０５×Ｔ／Ｐ−０．０５）＜Ｋ＜０．２×Ｔ／Ｐ …（２）
ただし、画像表示面ＤＳの中心に対する入射直前の照明光Ｌ１の主光線Ｌ１ｐと、その反射直後の画像光Ｌ２の主光線Ｌ２ｐと、を含む平面を基準平面（図１，図２，図４，図７の紙面であるＸＹ平面に相当する。）とするとき、
Ｃｇ＝ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）−（Ｒ−ａｒｃｓｉｎ（１／（２Ｆ）））／Ｎ
Ｎ：画像光Ｌ２が通過するプリズムＰ１，Ｐ２のｄ線での屈折率、
Ｒ：画像表示面ＤＳの中心に入射する直前の照明光Ｌ１の主光線Ｌ１ｐと画像表示面ＤＳの中心で反射した直後の画像光Ｌ２の主光線Ｌ２ｐとが基準平面上に射影されたときになす角度（単位は度であり、角度Ｒを図８に示す。）、
Ｆ：投射光学系ＰＯの最小Ｆナンバー、
Ｇ：画像表示面ＤＳの中心から出射した画像光Ｌ２の主光線Ｌ２ｐ（光軸ＡＸ）に垂直な平面に対するエアギャップＡＧの角度（単位は度であり、角度Ｇを図７に示す。）、
Ｔ：エアギャップ厚（ｍｍ）、
Ｐ：隣り合って位置するマイクロミラー面ＭＳの中心間距離（単位はｍｍであり、距離Ｐを図６に示す。）、
Ｋ：傾いたプリズム面Ｓ１，Ｓ２，ＳＢの法線ＮＬが投射光学系ＰＯの光軸ＡＸに対してなす角度（度）、
である。

条件式（１）は、エアギャップＡＧの適切な角度Ｇを規定しており、条件式（２）は、フレア補正用プリズム面の適切な傾き角度Ｋを規定している。照明光Ｌ１をデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに導くために第１プリズムユニットＰＵ１内に設けられているエアギャップＡＧが条件式（１）を満たすことで、照明光Ｌ１を全反射させるとともに画像光Ｌ２を適切に透過させることができ、光利用効率を最大限に上げることができる。また、条件式（２）を満たす範囲でプリズム面Ｓ１，Ｓ２，ＳＢの法線ＮＬを投射光学系ＰＯの光軸ＡＸに対して傾けると、エアギャップＡＧでのフレア成分Δの発生を効果的に抑えることができ、画質を更に向上させることができる。

条件式（１）の下限を下回ると、照明光Ｌ１の全反射条件を満たさなくなり、光利用効率が低下傾向となる。条件式（１）の上限を上回ると、エアギャップＡＧによるフレアが大きく発生して、画質が劣化傾向となる。条件式（２）の下限を下回ると、フレアが除去しきれなくなって、フレアを打ち消すことが困難になる。条件式（２）の上限を上回ると、過剰補正となって、新たなフレアが発生するおそれがある。

条件式（１）との関連で、以下の条件式（１ａ）を満たすことが望ましく、条件式（１ｂ）を満たすことが更に望ましい。
０．９×Ｃｇ＜Ｇ＜１．１×Ｃｇ …（１ａ）
０．９５×Ｃｇ＜Ｇ＜１．０５×Ｃｇ …（１ｂ）
これらの条件式（１ａ），（１ｂ）は、前記条件式（１）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（１ａ）、更に好ましくは条件式（１ｂ）を満たすことにより、前記効果をより一層大きくすることができる。

条件式（２）との関連で、以下の条件式（２ａ）を満足することが望ましい。
（０．０５×Ｔ／Ｐ−０．０５）＜Ｋ＜０．１５×Ｔ／Ｐ …（２ａ）
この条件式（２ａ）は、前記条件式（２）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（２ａ）を満たすことにより、前記効果をより一層大きくすることができる。

条件式（１）及び（２）を満たす構成としては、
Ｎ＝１．５１６８，
Ｒ＝２４，
Ｆ＝２．５，
Ｃｇ＝３３．０２９，
Ｇ＝３３（＝０．９９９×Ｃｇ），
Ｔ＝０．０１ｍｍ，
Ｐ＝０．０１ｍｍ，
Ｋ＝０．１，
が挙げられる。

上記データを条件式（１）：
０．８５×Ｃｇ＜Ｇ＜１．１５×Ｃｇ
に対応させると、
０．８５×３３．０２９＜０．９９９×３３．０２９＜１．１５×３３．０２９
０．８５＜０．９９９＜１．１５
となる。同様に、条件式（１ａ），（１ｂ）に対応させると、
０．９＜０．９９９＜１．１
０．９５＜０．９９９＜１．０５
となる。

上記データを条件式（２）：
（０．０５×Ｔ／Ｐ−０．０５）＜Ｋ＜０．２×Ｔ／Ｐ
に対応させると、
（０．０５×０．０１／０．０１−０．０５）＜Ｋ＜０．２×０．０１／０．０１
０＜０．１＜０．２
となる。同様に、条件式（２ａ）に対応させると、
０＜０．１＜０．１５
となる。

図１１及び図１２に、プロジェクターＰＪ２において上記データを用いていられるフレア補正前後の光学性能を示す（フレア補正プリズム面Ｓ２（前面傾斜），Ｋ＝０．１ｄｅｇ，波長：５５０ｎｍ）。図１１はデフォーカス（ｍｍ）によるＭＴＦ(Modulation Transfer Function)の変化を示すグラフ（実線：ＸＹ平面でのＭＴＦ値，破線：ＸＺ平面でのＭＴＦ値；空間周波数：９０サイクル／ｍｍ）であり、図１１（Ａ）はフレア補正前のＭＴＦ、図１１（Ｂ）はフレア補正後のＭＴＦをそれぞれ示している。また、図１２は横収差を示すグラフであり、図１２（Ａ），（Ｂ）はフレア補正前の横収差、図１２（Ｃ），（Ｄ）はフレア補正後の横収差をそれぞれ示している（最大スケール：±２５μｍ）。図１２（Ａ），（Ｃ）に示す実線はＸＹ平面での横収差ｅｙ（Ｐｙ：入射高）であり、図１２（Ｂ），（Ｄ）に示す破線はＸＺ平面での横収差ｅｚ（Ｐｚ：入射高）である。

３チップタイプのプロジェクターＰＪ２は、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢ（図３）が、複数の波長帯域ＲＧＢのそれぞれについて設けられており、プリズムユニットとして、複数の波長帯域ＲＧＢを含む照明光Ｌ１の光路を、エアギャップＡＧを構成するプリズム面Ａ１での反射により折り曲げる第１プリズムユニットＰＵ１と、第１プリズムユニットＰＵ１で折り曲げられて出射した照明光Ｌ１を複数の波長帯域ＲＧＢに分離して複数のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢにそれぞれ入射させ、各デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢから出射した画像光Ｌ２を合成して第１プリズムユニットＰＵ１に入射させる第２プリズムユニットＰＵ２（色分離合成用のカラープリズム）と、を含んでいる。そして、第１プリズムユニットＰＵ１に有するエアギャップＡＧは、画像表示面ＤＳの中心から出射した画像光Ｌ２の主光線Ｌ２ｐに対して所定の角度（９０°−Ｇ）傾いており、第１プリズムユニットＰＵ１に入射した画像光Ｌ２が、エアギャップＡＧを透過し、第１プリズムユニットからＰＵ１出射して投射光学系ＰＯに入射する構成になっている。

前述したように、エアギャップＡＧでのフレアの発生は、結果として少なくとも１つの傾いたプリズム面Ｓ１，Ｓ２，ＳＢで打ち消される。したがって、画質は向上し、明るさを保持しながら高精細化を達成することが可能となる。３チップタイプの投射型表示装置では、より高輝度が求められるため、大きな温度変化に対応できるようエアギャップＡＧを比較的広めに設定する必要がある。その分発生するフレアも大きくなるので、上記効果も大きなものとなる。

３チップタイプのプロジェクターＰＪ３は、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢ（図５）が、複数の波長帯域ＲＧＢのそれぞれについて設けられており、プリズムユニットとして、複数の波長帯域ＲＧＢに分けられた複数の照明光Ｌ１の光路をそれぞれ折り曲げて複数のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢにそれぞれ入射させる複数の第１プリズムユニットＰＵ１と、複数のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢでそれぞれ反射され第１プリズムユニットＰＵ１を透過して出射した複数の画像光Ｌ２を合成して投射光学系ＰＯに入射させる第２プリズムユニットＰＵ２（色合成用のカラープリズム）と、を含んでいる。そして、複数の第１プリズムユニットＰＵ１が、画像表示面ＤＳの中心から出射した画像光Ｌ２の主光線Ｌ２ｐに対して所定の角度（９０°−Ｇ）傾いたエアギャップＡＧをそれぞれ有し、複数の第１プリズムユニットＰＵ１にそれぞれ入射した画像光Ｌ２が、エアギャップＡＧを透過し、第１プリズムユニットＰＵ１から出射して第２プリズムユニットＰＵ２に入射する構成になっている。

前述したように、エアギャップＡＧでのフレアの発生は、結果として第２プリズムユニットＰＵ２において傾いたプリズム面ＳＢで打ち消される。したがって、画質は向上し、明るさを保持しながら高精細化を達成することが可能となる。しかも、プリズム面ＳＢは第１，第２プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２においてデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢから最も離れた位置にあるため、プリズム面の傾きに起因する片ボケはほとんど生じない。

前述したプロジェクターＰＪ１，ＰＪ２，ＰＪ３において、投射光学系ＰＯの光軸ＡＸに対して傾いた法線ＮＬを有するプリズム面は、エアギャップＡＧよりも投射光学系ＰＯ側に位置することが好ましい。例えば、プリズムユニットＰＪ１，ＰＪ２ではプリズム面Ｓ２を傾けることが、その傾きに起因する片ボケの発生を防止するうえで効果的である。

ＰＪ１，ＰＪ２，ＰＪ３ プロジェクター（投射型表示装置）
ＩＬ 照明光学系
ＬＮ 集光レンズ系
ＰＵ１ 第１プリズムユニット
ＰＵ２ 第２プリズムユニット
ＰＲ 赤プリズム
ＰＧ 緑プリズム
ＰＢ 青プリズム
Ｐ１，Ｐ２ プリズム
Ｓ１ プリズム面（第１プリズム面）
Ｓ２ プリズム面（第２プリズム面）
ＳＢ プリズム面
Ａ１，Ａ２ プリズム面
ＡＧ エアギャップ
ＤＰ デジタル・マイクロミラー・デバイス（反射型の画像表示素子）
ＤＲ 赤用のデジタル・マイクロミラー・デバイス（反射型の画像表示素子）
ＤＧ 緑用のデジタル・マイクロミラー・デバイス（反射型の画像表示素子）
ＤＢ 青用のデジタル・マイクロミラー・デバイス（反射型の画像表示素子）
ＤＳ 画像表示面
ＭＲ マイクロミラー
ＭＳ マイクロミラー面
Ｌ１ 照明光
Ｌ２ 画像光
Ｌ１ｐ，Ｌ２ｐ 中心主光線
ＰＯ 投射光学系
ＸＹ 基準平面
ＮＬ 法線
ＡＸ 光軸
１ 光源装置
２ カラーホイール
３ インテグラルロッド
Ｒ０ ロッド出口面

Claims (6)

1. 照明光を画像表示面で反射させることにより画像光に変換して出射する反射型の画像表示素子と、照明光の光路の折り曲げと画像光の透過とを行うプリズムユニットと、前記プリズムユニットを透過した画像光をスクリーンに投射する投射光学系と、を備えた投射型表示装置であって、
   前記プリズムユニットが、前記画像表示面の中心から出射した画像光の主光線に対して所定の角度傾いたエアギャップを有し、そのエアギャップを前記画像光が透過し、
   前記プリズムユニットにおいて、プリズム内に画像光が入射するプリズム面とプリズム外へ画像光が出射するプリズム面のうち、前記エアギャップを構成するプリズム面以外の少なくとも１つのプリズム面の法線が前記投射光学系の光軸に対して傾いており、
   前記プリズム内に画像光が入射するプリズム面を第１プリズム面とし、前記プリズム外へ画像光が出射するプリズム面を第２プリズム面とするとき、前記第１プリズム面から前記第２プリズム面までの前記光軸方向の長さが、前記第２プリズム面に対して前記エアギャップが近い側で長くなり、前記第１プリズム面に対して前記エアギャップが近い側で短くなるように、前記第１，第２プリズム面が共に前記投射光学系の光軸に対して垂直な状態を基準として、前記第１，第２プリズム面のうちの少なくとも一方が傾いていることを特徴とする投射型表示装置。
2. 照明光を画像表示面で反射させることにより画像光に変換して出射する反射型の画像表示素子と、照明光の光路の折り曲げと画像光の透過とを行うプリズムユニットと、前記プリズムユニットを透過した画像光をスクリーンに投射する投射光学系と、を備えた投射型表示装置であって、
   前記プリズムユニットが、前記画像表示面の中心から出射した画像光の主光線に対して所定の角度傾いたエアギャップを有し、そのエアギャップを前記画像光が透過し、
   前記プリズムユニットにおいて、プリズム内に画像光が入射するプリズム面とプリズム外へ画像光が出射するプリズム面のうち、前記エアギャップを構成するプリズム面以外の少なくとも１つのプリズム面の法線が前記投射光学系の光軸に対して傾いており、
   前記画像表示面が複数のマイクロミラーからなり、前記画像表示面において各マイクロミラー面の傾きがＯＮ／ＯＦＦ制御されて照明光を強度変調することにより画像が形成され、
   以下の条件式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする投射型表示装置；
   ０．８５×Ｃｇ＜Ｇ＜１．１５×Ｃｇ …（１）
   （０．０５×Ｔ／Ｐ−０．０５）＜Ｋ＜０．２×Ｔ／Ｐ …（２）
   ただし、前記画像表示面の中心に対する入射直前の照明光の主光線と、その反射直後の画像光の主光線と、を含む平面を基準平面とするとき、
   Ｃｇ＝ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）−（Ｒ−ａｒｃｓｉｎ（１／（２Ｆ）））／Ｎ
   Ｎ：画像光が通過するプリズムのｄ線での屈折率、
   Ｒ：画像表示面の中心に入射する直前の照明光の主光線と画像表示面の中心で反射した直後の画像光の主光線とが基準平面上に射影されたときになす角度（度）、
   Ｆ：投射光学系の最小Ｆナンバー、
   Ｇ：画像表示面の中心から出射した画像光の主光線に垂直な平面に対するエアギャップの角度（度）、
   Ｔ：エアギャップ厚（ｍｍ）、
   Ｐ：隣り合って位置するマイクロミラー面の中心間距離（ｍｍ）、
   Ｋ：傾いたプリズム面の法線が投射光学系の光軸に対してなす角度（度）、
   である。
3. 前記プリズム内に画像光が入射するプリズム面を第１プリズム面とし、前記プリズム外へ画像光が出射するプリズム面を第２プリズム面とするとき、前記第１プリズム面から前記第２プリズム面までの前記光軸方向の長さが、前記第２プリズム面に対して前記エアギャップが近い側で長くなり、前記第１プリズム面に対して前記エアギャップが近い側で短くなるように、前記第１，第２プリズム面が共に前記投射光学系の光軸に対して垂直な状態を基準として、前記第１，第２プリズム面のうちの少なくとも一方が傾いていることを特徴とする請求項２記載の投射型表示装置。
4. 前記画像表示素子が、複数の波長帯域のそれぞれについて設けられており、
   前記プリズムユニットが、前記複数の波長帯域を含む照明光の光路を、前記エアギャップを構成するプリズム面での反射により折り曲げる第１プリズムユニットと、前記第１プリズムユニットで折り曲げられて出射した照明光を前記複数の波長帯域に分離して複数の前記画像表示素子にそれぞれ入射させ、各画像表示素子から出射した画像光を合成して前記第１プリズムユニットに入射させる第２プリズムユニットと、を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
5. 照明光を画像表示面で反射させることにより画像光に変換して出射する反射型の画像表示素子と、照明光の光路の折り曲げと画像光の透過とを行うプリズムユニットと、前記プリズムユニットを透過した画像光をスクリーンに投射する投射光学系と、を備えた投射型表示装置であって、
   前記画像表示素子が、複数の波長帯域のそれぞれについて設けられており、
   前記プリズムユニットが、前記複数の波長帯域に分けられた複数の照明光の光路をそれぞれ折り曲げて複数の前記画像表示素子にそれぞれ入射させる複数の第１プリズムユニットと、前記複数の画像表示素子でそれぞれ反射され前記第１プリズムユニットを透過して出射した複数の画像光を合成して前記投射光学系に入射させる第２プリズムユニットと、を含み、
   前記複数の第１プリズムユニットが、前記画像表示面の中心から出射した画像光の主光線に対して所定の角度傾いたエアギャップをそれぞれ有し、
   前記複数の第１プリズムユニットにそれぞれ入射した画像光が、前記エアギャップを透過し、前記第１プリズムユニットから出射して前記第２プリズムユニットに入射し、
   前記第２プリズムユニットにおいて、プリズム外へ画像光が出射するプリズム面の法線が前記投射光学系の光軸に対して傾いていることを特徴とする投射型表示装置。
6. 前記投射光学系の光軸に対して傾いた法線を有するプリズム面が、前記エアギャップよりも前記投射光学系側に位置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。

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