WO2017141753A1 - 投射型表示装置 - Google Patents

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WO2017141753A1
WO2017141753A1 PCT/JP2017/004241 JP2017004241W WO2017141753A1 WO 2017141753 A1 WO2017141753 A1 WO 2017141753A1 JP 2017004241 W JP2017004241 W JP 2017004241W WO 2017141753 A1 WO2017141753 A1 WO 2017141753A1
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image display
prism unit
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PCT/JP2017/004241
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雅之 今岡
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コニカミノルタ株式会社
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    • G02B27/0994—Fibers, light pipes

Definitions

  • the present invention relates to a projection display device, for example, a projection display device including a reflective image display element such as a digital micromirror device.
  • a DLP digital light processing; registered trademark of Texas Instruments, USA
  • image projection is performed by using an optical semiconductor called a DLP chip in which millions of small mirrors (micromirrors) are incorporated.
  • a special prism separates the lamp light into the three primary colors of RGB light and illuminates each DLP chip to display a color image.
  • the lamp light is separated into the three primary colors of RGB light by one color wheel that is color-coded into three colors of RGB, and one DLP chip. Illuminate and display a color image. Since the color wheel rotates at a high speed and the micromirrors are switched at a high speed accordingly, the human eye can see a color image in which RGB is synthesized by the afterimage effect. .
  • Digital micromirror devices typified by the above DLP chip are common as reflective image display elements for projectors.
  • the digital micromirror device has an image display surface composed of a plurality of minute micromirrors.
  • the image display surface controls the tilt of each mirror surface and modulates the intensity of the illumination light.
  • ON / OFF of each pixel of the digital micromirror device is, for example, rotation of a mirror surface of ⁇ 12 ° about a rotation axis that forms an angle of 45 ° with respect to each side of the image display surface ( That is, it is expressed by micromirror driving for one axis.
  • a new operation type digital micromirror device tilt & Roll Pixel DMD
  • the diaphragm arranged in the projection optical system has image light and unnecessary light (that is, a digital micromirror device, It is shaped to shield the interference part with the unnecessary light that is regularly reflected by the prism surface and enters the projection optical system.
  • the projection display device described in Patent Document 3 includes correction means having an asymmetric shape with respect to the optical axis of the lens unit in order to suppress deterioration in imaging performance.
  • none of the projection type display devices described in Patent Documents 1 to 3 considers flare generated when image light passes through the air gap, and therefore improves image quality by shielding flare components. It is not configured to be able to.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a projection display device that improves the image quality by shielding the flare component generated in the prism unit.
  • a projection display device includes a reflective image display element that converts illumination light to image light by reflecting the illumination light on an image display surface, and an optical path of the illumination light.
  • a projection type display device comprising: a prism unit that performs bending and image light transmission; and a projection optical system that projects image light transmitted through the prism unit onto a screen,
  • the image display surface is composed of a plurality of micromirrors, and on the image display surface, the inclination of each micromirror surface is ON / OFF controlled to form an image by modulating the intensity of illumination light
  • the prism unit has an air gap inclined at a predetermined angle with respect to a principal ray of image light emitted from the center of the image display surface, and the image light is transmitted through the air gap.
  • the projection optical system has a stop having a non-circular aperture having a shape in which a peripheral portion of the circular aperture is partially cut out by an arcuate light-shielding portion, and an end on the side having a large incident angle with respect to the air gap in the F-number light beam
  • the image light corresponding to the part is shielded by the light shielding part, The following conditional expressions (1) to (3) are satisfied.
  • F Minimum F number of the projection optical system
  • G Angle (degree) of air gap with respect to a plane perpendicular to the principal ray of image light emitted from the center of the image display surface
  • T Air gap thickness (mm)
  • P Distance between centers of adjacent micromirror surfaces (mm)
  • a projection display device is the projection type display device according to the first aspect, wherein a boundary between the noncircular aperture of the diaphragm and the light shielding portion corresponds to an arcuate string and is a straight line perpendicular to a reference plane. It is characterized by making a shape.
  • a projection-type display device that includes a reflection-type image display element that converts illumination light into image light by reflecting the light on an image display surface and emits the light, bending an optical path of the illumination light, and transmitting image light.
  • a projection type display device comprising: a prism unit that performs the above operation; and a projection optical system that projects image light transmitted through the prism unit onto a screen.
  • the image display element is provided for each of a plurality of wavelength bands,
  • the prism unit bends the optical path of illumination light including the plurality of wavelength bands, and the illumination light emitted from the first prism unit is separated into the plurality of wavelength bands, and the plurality of image display elements.
  • the first prism unit has an air gap inclined at a predetermined angle with respect to a principal ray of image light emitted from the center of the image display surface; The image light incident on the first prism unit passes through the air gap, exits from the first prism unit, and enters the projection optical system.
  • the projection optical system has a stop having a non-circular aperture having a shape in which a peripheral portion of the circular aperture is partially cut out by an arcuate light-shielding portion, and an end on the side having a large incident angle with respect to the air gap in the F-number light beam The image light corresponding to the part is shielded by the light shielding part.
  • a projection-type display device that includes a reflection-type image display element that converts illumination light into image light by reflecting the illumination light on an image display surface, emits light, and folds the optical path of the illumination light and transmits image light.
  • a projection type display device comprising: a prism unit that performs the above operation; and a projection optical system that projects image light transmitted through the prism unit onto a screen.
  • the image display element is provided for each of a plurality of wavelength bands
  • the prism unit includes a plurality of first prism units that respectively bend the optical paths of the plurality of illumination lights divided into the plurality of wavelength bands and enter the plurality of image display elements, and the plurality of image display elements.
  • a second prism unit that combines a plurality of image lights reflected and transmitted through the first prism unit to be incident on the projection optical system, and
  • the plurality of first prism units each have an air gap inclined at a predetermined angle with respect to a principal ray of image light emitted from the center of the image display surface,
  • the image light respectively incident on the plurality of first prism units passes through the air gap, exits from the first prism unit, and enters the second prism unit.
  • the projection optical system has a stop having a non-circular aperture having a shape in which a peripheral portion of the circular aperture is partially cut out by an arcuate light-shielding portion, and an end on the side having a large incident angle with respect to the air gap in the F-number light beam The image light corresponding to the part is shielded by the light shielding part.
  • the flare component generated by the image light passing through the air gap in the prism unit is shielded by the characteristic stop of the projection optical system. Accordingly, it is possible to improve the image quality by shielding the flare component generated in the prism unit, and it is possible to realize a bright and high-definition projection display device.
  • the schematic block diagram which shows 1st Embodiment of a projection type display apparatus The top view which shows an example of the principal part of 1st Embodiment.
  • the schematic block diagram which shows 2nd Embodiment of a projection type display apparatus The top view which shows an example of the principal part of 2nd Embodiment.
  • FIG. 1 shows a three-chip type projector PJ1 as a first embodiment of a projection display device
  • FIG. 2 shows an example of a main part thereof
  • FIG. 3 shows a three-chip type projector PJ2 as a second embodiment of the projection display apparatus
  • FIG. 4 shows an example of the main part thereof
  • FIG. 5 shows a one-chip type projector PJ3 as a third embodiment of the projection display device.
  • the global orthogonal coordinate system is an absolute coordinate system that coincides with the local orthogonal coordinate system (X, Y, Z) having the origin at the center of the rod exit surface R0.
  • the direction is a direction parallel to the surface normal of the rod exit surface R0
  • the Y direction is a direction parallel to the short side of the rod exit surface R0.
  • the three-chip type projectors PJ1 and PJ2 include a light source device 1, an integral rod 3, an illumination optical system IL, a projection optical system PO, a digital micromirror device DP, and the like. ing.
  • the one-chip type projector PJ3 includes a light source device 1, a color wheel 2, an integral rod 3, an illumination optical system IL, a projection optical system PO, a digital micromirror device DP, and the like. It has become.
  • Examples of the light source device 1 that generates the illumination light L1 in the projectors PJ1, PJ2, and PJ3 include a xenon lamp and a laser light source.
  • the light source device 1 used in the projectors PJ1 and PJ3 is a white light source, and the light source device 1 used in the projector PJ2 generates color light in three wavelength bands: R (red), G (green), and B (blue), respectively. It is a color light source.
  • a light emitting point is arranged at the focal position of the reflecting surface of the lamp reflector formed of an elliptical surface, and the convergent light emitted from the light source device 1 is integrated with the integral rod 3 (FIGS. 1 and 3) or the color wheel. 2 (FIG. 5).
  • the projectors PJ1 and PJ2 are configured to cause the convergent light to be incident on the integral rod 3
  • the projector PJ3 is configured to cause the convergent light to be incident on the color wheel 2.
  • the light beam that has passed through the color wheel 2 is incident on the integral rod 3. Will do.
  • the color wheel 2 mounted on the projector PJ3 includes three types of color filters that transmit R, G, and B color light. By rotating the color wheel 2, the color light to be illuminated is sequentially switched over time, and the image information corresponding to each color is displayed on the digital micromirror device DP, so that the projected image can be colored. Become.
  • the integral rod 3 assumed here is a light intensity uniformizing element of a hollow rod type in which four plane mirrors are bonded together.
  • the illumination light L1 that has entered from the entrance-side end surface (rod entrance surface) of the integral rod 3 is mixed by being repeatedly reflected by the side surface (that is, the inner wall surface) of the integral rod 3, and the illumination light L1
  • the spatial energy distribution is made uniform and the light is emitted from the outlet side end face (rod outlet face) R0.
  • the shape of the exit-side end surface R0 of the integral rod 3 is a quadrangle (which may be rectangular or trapezoidal) substantially similar to the image display surface DS of the digital micromirror device DP, and the integral rod 3, the exit-side end surface R0 is conjugated or substantially conjugated to the image display surface DS of the digital micromirror device DP. Therefore, the luminance distribution at the exit side end face R0 is made uniform by the mixing effect, so that the digital micromirror device DP is efficiently and uniformly illuminated.
  • the integral rod 3 is not limited to a hollow rod, but may be a glass rod made of a square columnar glass body. Further, as long as it matches the shape of the image display surface DS of the digital micromirror device DP, the side surfaces are not limited to four. That is, the cross-sectional shape is not limited to a quadrilateral such as a rectangle or a trapezoid. Accordingly, examples of the integral rod 3 to be used include a hollow cylinder formed by combining a plurality of reflection mirrors, and a polygonal columnar glass body.
  • the illumination optical system IL is a catadioptric optical system that guides the incident illumination light L1 to the digital micromirror device DP and illuminates the image display surface DS.
  • a condensing lens system LN (consisting of a lens, a plane mirror, etc.) that condenses the illumination light L1, and first and second prisms that perform bending of the optical path of the illumination light L1 and transmission of the image light L2.
  • Units PU1 and PU2 are provided, and the exit-side end surface R0 of the integral rod 3 and the image display surface DS are conjugated or substantially conjugated.
  • the optical paths in FIGS. 1 to 5 indicate central principal rays (corresponding to the optical axis AX and passing through the center of the image display surface DS) of the illumination light L1 and the image light L2.
  • the illumination light L1 incident on the illumination optical system IL is collected by the condenser lens system LN and then enters the first prism unit PU1.
  • the first prism unit PU1 is composed of TIR (Total Internal Reflection) prisms composed of two substantially triangular prisms P1 and P2, and an air gap AG is provided between the prisms P1 and P2.
  • the air gap AG is inclined by a predetermined angle (90 ° -G) with respect to the central principal ray L2p (FIG. 7) of the image light L2 emitted from the center of the image display surface DS.
  • Optical path separation between illumination light (input light) L1 and image light (output light) L2 for the micromirror device DP is performed.
  • the first prism unit PU1 bends the optical path of the illumination light L1 including the RGB wavelength bands and causes the illumination light L1 to enter the second prism unit PU2. This bending of the optical path is performed by making the light incident on the slope of the prism P1 forming the air gap AG at an angle satisfying the total reflection condition and performing total reflection.
  • the second prism unit PU2 mounted on the projector PJ1 is composed of a color prism for color separation / synthesis composed of three prisms PR, PG, and PB.
  • the illumination light L1 emitted from the first prism unit PU1 is separated into RGB wavelength bands and is incident on three digital micromirror devices DR, DG, and DB, respectively.
  • the image light L2 emitted from the mirror devices DR, DG, and DB is combined and incident on the first prism unit PU1.
  • the image light L2 incident on the first prism unit PU1 passes through the air gap AG, exits from the first prism unit PU1, enters the projection optical system PO, and is projected onto the screen.
  • FIG. 2 shows the first and second prism units PU1 and PU2 as viewed from the upper surface side orthogonal to the rotation axes of the pixels of the digital micromirror devices DR, DG, and DB.
  • the second prism unit PU2 has a configuration in which a substantially triangular prismatic blue prism PB and a red prism PR, and a block-shaped green prism PG are sequentially combined.
  • DP digital micromirror device
  • a device DG and a blue digital micromirror device DB are provided.
  • a blue dichroic surface that reflects blue light and an air gap layer adjacent thereto are provided between the blue prism PB and the red prism PR.
  • the air gap layer is inclined with respect to the optical axis AX.
  • a red dichroic surface that reflects red light and an air gap layer adjacent thereto are provided between the red prism PR and the green prism PG.
  • This air gap layer is also inclined with respect to the optical axis AX.
  • the inclination direction is opposite to the inclination direction of the air gap layer formed by the blue prism PB and the red prism PR.
  • the illumination light L1 incident from the entrance / exit surface of the blue prism PB is reflected by the blue dichroic surface and the other green light and red light are transmitted.
  • the blue light reflected by the blue dichroic surface is totally reflected by the incident / exiting surface of the blue prism PB and is emitted from the blue incident / exiting surface which is the side surface of the blue prism PB to illuminate the blue digital micromirror device DB.
  • red light and red light transmitted through the blue dichroic surface red light is reflected by the red dichroic surface and green light is transmitted.
  • the red light reflected by the red dichroic surface is totally reflected by the air gap layer provided adjacent to the blue dichroic surface, and is emitted from the red incident / exit surface which is the side surface of the red prism PR.
  • Illuminate device DR The green light transmitted through the red dichroic surface is emitted from the green incident / exit surface which is the side surface of the green prism PG, and illuminates the green digital micromirror device DG.
  • the blue image light L2 reflected by the blue digital micromirror device DB is incident on the blue incident / exit surface and is totally reflected by the incident / exit surface of the blue prism PB, and then reflected by the blue dichroic surface.
  • the red image light L2 reflected by the red digital micromirror device DR enters the red incident / exit surface and is totally reflected by an air gap layer provided adjacent to the blue dichroic surface. Reflected by the red dichroic surface and further transmitted through the blue dichroic surface.
  • the green image light L2 reflected by the green digital micromirror device DG is incident on the green incident / exit surface and is transmitted through the red dichroic surface and the blue dichroic surface.
  • the red, blue, and green image lights L2 are combined on the same optical axis AX, emitted from the incident / exit surface of the blue prism PB, and incident on the first prism unit PU1. Since the image light L2 incident on the first prism unit PU1 does not satisfy the total reflection condition here, it passes through the air gap AG (FIG. 1), and the image is projected onto the screen by the projection optical system PO.
  • the light source device 1, the integral rod 3, the condensing lens system LN, and the first prism unit PU1 are provided for each of the RGB wavelength bands without using the color separation prism. Therefore, for example, as shown in FIG. 4, the three first prism units PU1 fold the optical paths of the illumination light L1 divided into the RGB wavelength bands into three digital micromirror devices DR, DG, and DB, respectively. Make each incident. This bending of the optical path is performed by making the light incident on the slope of the prism P1 forming the air gap AG at an angle satisfying the total reflection condition and performing total reflection.
  • the second prism unit PU2 mounted on the projector PJ2 is made up of a color prism for color synthesis composed of three prisms PR, PG, and PB.
  • a color prism for color synthesis composed of three prisms PR, PG, and PB.
  • three image lights L2 reflected by three digital micromirror devices DR, DG, and DB, respectively, transmitted through the first prism unit PU1, and emitted are combined into the projection optical system PO. Make it incident.
  • the image light L2 incident on each of the three first prism units PU1 passes through the air gap AG, exits from the first prism unit PU1, and enters the second prism unit PU2.
  • the image light L2 incident on the projection optical system PO is projected on the screen.
  • FIG. 4 shows the first and second prism units PU1 and PU2 as viewed from the upper surface side orthogonal to the rotation axes of the pixels of the digital micromirror devices DR, DG, and DB.
  • the second prism unit PU2 has a configuration in which a substantially triangular prismatic blue prism PB and a red prism PR, and a block-shaped green prism PG are sequentially combined.
  • the digital micromirror device DP (FIG. 3) that modulates the illumination light L1 on the image display surface DS according to the image signal
  • a red digital micromirror device DR and a green digital micromirror A device DG and a blue digital micromirror device DB are provided.
  • a blue dichroic surface that reflects blue light and an air gap layer adjacent thereto are provided between the blue prism PB and the red prism PR.
  • the air gap layer is inclined with respect to the optical axis AX.
  • a red dichroic surface that reflects red light and an air gap layer adjacent thereto are provided between the red prism PR and the green prism PG.
  • This air gap layer is also inclined with respect to the optical axis AX.
  • the inclination direction is opposite to the inclination direction of the air gap layer formed by the blue prism PB and the red prism PR.
  • the blue image light L2 reflected by the blue digital micromirror device DB passes through the first prism unit PU1, enters the blue incident surface, and is totally reflected by the exit surface of the blue prism PB. Reflected by dichroic surface.
  • the red image light L2 reflected by the red digital micromirror device DR passes through the first prism unit PU1, enters the red incident surface, and is provided adjacent to the blue dichroic surface. After being totally reflected by the gap layer, it is reflected by the red dichroic surface and further passes through the blue dichroic surface.
  • the green image light L2 reflected by the green digital micromirror device DG is transmitted through the first prism unit PU1, is incident on the green incident surface, and is transmitted through the red dichroic surface and the blue dichroic surface.
  • the red, blue, and green image lights L2 are combined on the same optical axis AX, emitted from the emission surface of the blue prism PB, and incident on the projection optical system PO.
  • the image is projected onto the screen by the projection optical system PO. Is projected.
  • the image light L2 reflected by the digital micromirror devices DR, DG, and DB and incident on the first prism unit PU1 does not satisfy the total reflection condition, and thus passes through the air gap AG (FIG. 3).
  • the first prism unit PU1 bends the optical path of the illumination light L1, and causes the illumination light L1 to enter the digital micromirror device DP.
  • the image light L2 reflected by the digital micromirror device DP and incident on the first prism unit PU1 passes through the air gap AG, exits from the first prism unit PU1, enters the projection optical system PO, and enters the screen. Projected.
  • the digital micromirror device DP; DR, DG, DB is a reflective image display element that modulates light to generate an image, and an image display surface DS that forms a two-dimensional image by intensity modulation of the illumination light L1.
  • the cover glass CG etc. which are arrange
  • the image display surface DS is composed of a plurality of micromirrors MR, and the inclination of each micromirror surface (pixel reflection surface) MS is controlled to be ON / OFF on the image display surface DS, thereby illuminating light L1.
  • An image is formed by modulating the intensity.
  • each micromirror surface MS is ON / OFF controlled on the image display surface DS composed of a plurality of rectangular micromirror surfaces MS, and the micromirror MR is in an image display state (ON State) and an image non-display state (OFF state), the illumination light L1 can be intensity-modulated to form a desired image.
  • the well-known digital micromirror device DP; DR, DG, and DB pixels have a rotation axis that forms an angle of 45 ° with respect to each side of the rectangular image display area formed by the image display surface DS.
  • ON / OFF is expressed by rotating, for example, ⁇ 12 ° around the axis. Only the light reflected by the micro mirror in the ON state passes through the projection optical system PO.
  • the rotation of the mirror surface is not centered on one rotation axis but is orthogonal. It is centered on two rotating shafts.
  • FIG. 7 shows the optical path of the axial light beam of the image light L2 in the projector PJ1.
  • the illumination light L1 enters the prism P1
  • the optical path is bent by total reflection at the air gap AG in the first prism unit PU1.
  • the illumination light L1 is emitted from the prism P1, and is irradiated on the image display surface DS of the digital micromirror device DP through the second prism unit PU2.
  • the illumination light L1 is irradiated on the image display surface DS of the digital micromirror device DP
  • the image light L2 is emitted from the digital micromirror device DP by reflection on the illuminated image display surface DS.
  • the chief ray L2p of the image light L2 just reflected at the center of the image display surface DS with respect to the chief ray L1p of the illumination light L1 just before entering the center of the image display surface DS is The image light L2 is separated from the illumination light L1 at an angle R.
  • the image light L2 passes through the first prism unit PU1 via the second prism unit PU2. At this time, the image light L2 passes through the air gap AG inclined by the angle G with respect to the optical axis AX, exits the second prism unit PU2 from the prism P2, and then enters the projection optical system PO and is projected onto the screen.
  • the lower end of the air gap AG is preferably set below the lower limit position that does not block the image light L2.
  • FIG. 9 shows an enlarged main part M1 where the refraction occurs.
  • the light ray incident on the air gap AG at the incident angle ⁇ 2 in the image light L2 is largely refracted by the air gap AG.
  • the flare component ⁇ generated by this refraction is imaged by the projection optical system PO.
  • flare occurs. Note that the direction of the flare component ⁇ is parallel to the screen surface, and the flare is evaluated as a distance on the screen surface.
  • the projection optical system PO is provided with a stop ST having a light shielding part SP as shown in FIGS.
  • the aperture stop ST has a non-circular opening A1 having a shape in which a peripheral portion of the circular opening A0 is partially cut out by an arcuate light-shielding portion SP. Then, in the F-number light beam, the image light L2 corresponding to the end portion on the side having a large incident angle with respect to the air gap AG (incident angle ⁇ 2 side, ⁇ 1 ⁇ 2) is shielded by the light shielding portion SP.
  • the light shielding portion SP is provided in the aperture stop ST of the projection optical system PO so as to shield light rays incident on the air gap AG at a large incident angle ⁇ 2 in the image light L2.
  • the flare component ⁇ (FIG. 9) is shielded from light, so that the flare of the projected image is eliminated and high image quality is possible.
  • the projectors PJ1, PJ2, and PJ3 are configured to include the characteristic aperture stop ST in the projection optical system PO in order to improve the image quality by shielding the flare component ⁇ generated in the first prism unit PU1. More specifically, the projectors PJ1, PJ2, and PJ3 are configured to satisfy the following conditional expressions (1) to (3).
  • F Minimum F number of the projection optical system PO
  • G The angle of the air gap AG with respect to a plane perpendicular to the principal ray L2p (optical axis AX) of the image light L2 emitted from the center of the image display surface DS (the unit is degrees, and the angle G is shown in FIG. 7).
  • T Air gap thickness (mm)
  • P Distance between centers of adjacent micromirror surfaces MS (unit is mm, distance P is shown in FIG. 6)
  • Conditional expression (1) defines an appropriate angle G of the air gap AG
  • conditional expressions (2) and (3) define an appropriate size S of the light shielding part SP in the stop ST.
  • conditional expression (2) if the micromirror surface MS constituting one pixel is large, there is no problem even if flare occurs. If the thickness T of the air gap AG is small, the amount of flare component ⁇ generated is small.
  • conditional expression (3) the light blocking ratio S increases as the F number decreases.
  • the air gap AG provided in the first prism unit PU1 for guiding the illumination light L1 to the digital micromirror device DP satisfies the conditional expression (1), so that the illumination light L1 is totally reflected and image light. L2 can be appropriately transmitted, and the light utilization efficiency can be maximized. Further, by providing a light-shielding portion SP that satisfies the conditional expressions (2) and (3) in the aperture stop ST of the projection optical system PO (FIGS. 1, 3, 5, and 10), the brightness is more than necessary. The image quality can be improved by removing the flare component ⁇ generated in the air gap AG without loss.
  • conditional expression (1) If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the total reflection condition of the illumination light L1 is not satisfied, and the light utilization efficiency tends to decrease. If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, a flare component ⁇ due to the air gap AG is greatly generated, and the image quality tends to deteriorate. If the lower limit of conditional expression (2) or conditional expression (3) is not reached, the flare component ⁇ cannot be removed and the image quality tends to deteriorate. When the upper limit of conditional expression (2) or conditional expression (3) is exceeded, the image light L2 is shielded more than necessary, and the brightness tends to decrease.
  • conditional expression (1) it is desirable to satisfy the following conditional expression (1a), and it is more desirable to satisfy conditional expression (1b).
  • conditional expression (1a) 0.9 ⁇ Cg ⁇ G ⁇ 1.1 ⁇ Cg (1a) 0.95 ⁇ Cg ⁇ G ⁇ 1.05 ⁇ Cg (1b)
  • conditional expressions (1a) and (1b) define more preferable condition ranges based on the above viewpoints, etc., among the condition ranges defined by the conditional expression (1). Therefore, the above-mentioned effect can be further enhanced by preferably satisfying conditional expression (1a), more preferably satisfying conditional expression (1b).
  • conditional expression (2) it is desirable to satisfy the following conditional expression (2a). (0.15 ⁇ T / P ⁇ 0.15) ⁇ S ⁇ 0.35 ⁇ T / P (2a)
  • This conditional expression (2a) defines a more preferable condition range based on the above viewpoints, etc., among the condition ranges defined by the conditional expression (2). Therefore, preferably, the above-described effect can be further increased by satisfying conditional expression (2a).
  • conditional expression (3) it is desirable to satisfy the following conditional expression (3a). (0.37 ⁇ 0.1 ⁇ F) ⁇ S ⁇ (0.9 ⁇ 0.2 ⁇ F) (3a)
  • This conditional expression (3a) defines a more preferable condition range based on the above viewpoints, etc., among the condition ranges defined by the conditional expression (3). Therefore, preferably, the above-described effect can be further increased by satisfying conditional expression (3a).
  • N 1.5168
  • Cg 33.029
  • S 0.3
  • T 0.01 mm
  • P 0.01 mm
  • conditional expression (1) 0.85 ⁇ Cg ⁇ G ⁇ 1.15 ⁇ Cg To correspond to 0.85 ⁇ 33.029 ⁇ 0.999 ⁇ 33.029 ⁇ 1.15 ⁇ 33.029 0.85 ⁇ 0.999 ⁇ 1.15 It becomes. Similarly, when corresponding to the conditional expressions (1a) and (1b), 0.9 ⁇ 0.999 ⁇ 1.1 0.95 ⁇ 0.999 ⁇ 1.05 It becomes.
  • conditional expression (2) (0.1 ⁇ T / P ⁇ 0.1) ⁇ S ⁇ (0.4 ⁇ T / P + 0.1) To correspond to (0.1 ⁇ 0.01 / 0.01 ⁇ 0.1) ⁇ S ⁇ 0.4 ⁇ 0.01 / 0.01 + 0.1 0 ⁇ 0.3 ⁇ 0.5 It becomes. Similarly, when corresponding to the conditional expression (2a), 0 ⁇ 0.3 ⁇ 0.35 It becomes.
  • conditional expression (3) (0.25-0.07 ⁇ F) ⁇ S ⁇ (1-0.2 ⁇ F) To correspond to (0.25-0.07 ⁇ 2.5) ⁇ 0.3 ⁇ (1-0.2 ⁇ 2.5) 0.075 ⁇ 0.3 ⁇ 0.5 It becomes. Similarly, when corresponding to the conditional expression (3a), (0.37-0.1 ⁇ 2.5) ⁇ 0.3 ⁇ (0.9-0.2 ⁇ 2.5) 0.12 ⁇ 0.3 ⁇ 0.4 It becomes.
  • Each of the projectors PJ1, PJ2, and PJ3 described above is a digital micromirror device DP that converts the illumination light L1 into the image light L2 by reflecting the illumination light L1 on the image display surface DS, and bends the optical path of the illumination light L1.
  • a first prism unit PU1 that transmits the image light L2
  • a projection optical system PO that projects the image light L2 transmitted through the first prism unit PU1 onto a screen.
  • the first prism unit PU1 has an air gap AG inclined by a predetermined angle (90 ° -G) with respect to the principal ray L2p of the image light L2 emitted from the center of the image display surface DS, and the air gap AG ,
  • the projection optical system PO has a stop ST having a non-circular aperture A1 having a shape in which the peripheral portion of the circular aperture A0 is partially cut off by an arcuate light-shielding portion SP.
  • the image light L2 corresponding to the end portion on the side having a larger incident angle with respect to the air gap AG is shielded by the light shielding portion SP.
  • the flare component ⁇ generated when the image light L2 passes through the air gap AG is shielded by the characteristic stop ST included in the projection optical system PO, and the image quality can be improved. Therefore, it is possible to achieve high definition while maintaining brightness.
  • digital micromirror devices DR, DG, and DB are provided for each of a plurality of wavelength bands RGB, and the illumination includes a plurality of wavelength bands RGB as a prism unit.
  • the first prism unit PU1 that bends the optical path of the light L1, and the illumination light L1 emitted from the first prism unit PU1 is separated into a plurality of wavelength bands RGB and incident on a plurality of digital micromirror devices DR, DG, and DB, respectively.
  • Second prism unit PU2 (color prism for color separation / synthesis) that combines the image light L2 emitted from each of the digital micromirror devices DR, DG, and DB and enters the first prism unit PU1. It is out.
  • the first prism unit PU1 has an air gap AG inclined by a predetermined angle (90 ° -G) with respect to the principal ray L2p of the image light L2 emitted from the center of the image display surface DS.
  • the image light L2 incident on the PU1 passes through the air gap AG, exits the PU1 from the first prism unit, and enters the projection optical system PO. According to this configuration, it is possible to improve the image quality by shielding the flare component ⁇ generated in the air gap AG for totally reflecting the illumination light L1 with the characteristic stop ST having the light shielding part SP. Therefore, it is possible to achieve high definition while maintaining brightness.
  • the three-chip type projector PJ2 includes digital micromirror devices DR, DG, and DB (FIG. 4) for each of a plurality of wavelength bands RGB, and is divided into a plurality of wavelength bands RGB as a prism unit.
  • a plurality of first prism units PU1 that respectively bend the optical paths of the plurality of illumination lights L1 and enter the plurality of digital micromirror devices DR, DG, DB, respectively, and a plurality of digital micromirror devices DR, DG,
  • a second prism unit PU2 color prism for color synthesis
  • Each of the plurality of first prism units PU1 has an air gap AG inclined at a predetermined angle (90 ° -G) with respect to the principal ray L2p of the image light L2 emitted from the center of the image display surface DS.
  • the image light L2 respectively incident on the first prism unit PU1 passes through the air gap AG, exits from the first prism unit PU1, and enters the second prism unit PU2.
  • the boundary B1 (FIG. 10) between the non-circular aperture A1 of the stop ST and the light-shielding portion SP corresponds to an arcuate chord, and is a reference plane (XY plane which is the paper surface of FIGS. 1, 3, 5 and 7) It is preferable to form a straight line perpendicular to the above. Making the boundary B1 in such a straight line is effective in cutting the flare component ⁇ to the maximum and minimizing the decrease in brightness.
  • PJ1, PJ2, PJ3 Projector (Projection type display device) IL illumination optical system LN condenser lens system PU1 first prism unit PU2 second prism unit PR red prism PG green prism PB blue prism P1, P2 prism AG air gap DP digital micromirror device (reflection type image display device) DR Red digital micromirror device (reflective image display device) DG Green digital micromirror device (reflective image display device) DB Digital micromirror device for blue (reflective image display device) DS Image display surface MR Micromirror MS Micromirror surface L1 Illumination light L2 Image light L1p, L2p Central principal ray PO Projection optical system ST Aperture SP Light-shielding part A0 Circular aperture A1 Non-circular aperture B1 Boundary XY Reference plane AX Optical axis 1 Light source device 2 Color wheel 3 Integral rod R0 Rod exit surface

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Abstract

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、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影光学系と、を備える。画像表示面は複数のマイクロミラーからなり、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る。プリズムユニットは、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画像光が透過する。投影光学系は、円形開口の周辺部分が弓形の遮光部で一部切り欠かれた形状の非円形開口を持つ絞りを有し、Ｆナンバー光束においてエアギャップに対する入射角の大きい側の端部に対応する画像光が、所定の条件を満たす遮光部で遮光される。

Description

投射型表示装置
　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１～３参照。）、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２００３－３２２８２２号公報 特開２００６－３０８９９２号公報 特開２０１３－３７０４４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１，２に記載の投射型表示装置では、コントラストを向上させるために、投影光学系内に配置されている絞りが、画像光と不要光（つまり、デジタル・マイクロミラー・デバイスやプリズム面で正反射し投影光学系に侵入する不要光）との干渉部分を遮光する形状になっている。また、特許文献３に記載の投射型表示装置では、結像性能の劣化を抑制するために、レンズユニットの光軸に関して非対称な形状を有する補正手段を備えている。しかし、特許文献１～３に記載の投射型表示装置は、いずれも画像光がエアギャップを透過する際に発生するフレアについては考慮されていないため、フレア成分の遮光により画質の向上を図ることのできる構成にはなっていない。
　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遮光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影光学系と、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、
　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、
　前記投影光学系が、円形開口の周辺部分が弓形の遮光部で一部切り欠かれた形状の非円形開口を持つ絞りを有し、Ｆナンバー光束において前記エアギャップに対する入射角の大きい側の端部に対応する画像光が前記遮光部で遮光され、
　以下の条件式（１）～（３）を満たすことを特徴とする。
０．８５×Ｃｇ＜Ｇ＜１．１５×Ｃｇ　…（１）
（０．１×Ｔ／Ｐ－０．１）＜Ｓ＜（０．４×Ｔ／Ｐ＋０．１）　…（２）
（０．２５－０．０７×Ｆ）＜Ｓ＜（１－０．２×Ｆ）　…（３）
　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：投影光学系の最小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）
Ｓ：絞りの非円形開口を構成する遮光率（Ｓ＝［遮光部の弓形の半径方向の幅］／［円形開口の半径］）、
Ｓ＞０
である。
　第２の発明の投射型表示装置は、上記第１の発明において、前記絞りの非円形開口と前記遮光部との境界が、弓形の弦に相当し、かつ、基準平面に対して垂直な直線状をなすことを特徴とする。
　第３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影光学系と、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を含む照明光の光路を折り曲げる第１プリズムユニットと、前記第１プリズムユニットから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、を含み、
　前記第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有し、
　前記第１プリズムユニットに入射した画像光が、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投影光学系に入射し、
　前記投影光学系が、円形開口の周辺部分が弓形の遮光部で一部切り欠かれた形状の非円形開口を持つ絞りを有し、Ｆナンバー光束において前記エアギャップに対する入射角の大きい側の端部に対応する画像光が前記遮光部で遮光されることを特徴とする。
　第４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影光学系と、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影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、
　前記投影光学系が、円形開口の周辺部分が弓形の遮光部で一部切り欠かれた形状の非円形開口を持つ絞りを有し、Ｆナンバー光束において前記エアギャップに対する入射角の大きい側の端部に対応する画像光が前記遮光部で遮光され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したフレア成分は、投影光学系に有する特徴的な絞りで遮光される。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遮光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。 第１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。 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１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。 非円形開口を持つ絞りを示す平面図。
　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、３チップタイプのプロジェクターＰＪ１を示し、その要部の一例を図２に示す。図３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４に示す。図５に、投射型表示装置の第３の実施の形態として、１チップタイプのプロジェクターＰＪ３を示す。
　図１，図３，図５において、グローバルな直交座標系はロッド出口面Ｒ０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方向はロッド出口面Ｒ０の面法線に対して平行な方向であり、Ｙ方向はロッド出口面Ｒ０の短辺に対して平行な方向である。したがって、図１，図３，図５の紙面がＸＹ平面に相当し、図２，図４の紙面がＺＸ平面に相当する。
　３チップタイプのプロジェクターＰＪ１，ＰＪ２（図１，図３）は、光源装置１，インテグラルロッド３，照明光学系ＩＬ，投影光学系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、１チップタイプのプロジェクターＰＪ３（図５）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，投影光学系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，ＰＪ３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ＰＪ２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１，図３）又はカラーホイール２（図５）に入射させる構成になっている。つまり、プロジェクターＰＪ１，ＰＪ２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ＰＪ３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ＰＪ３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、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入射し、全反射することにより行われる。
　プロジェクターＰＪ１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２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から出射して投影光学系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２は、第１，第２プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２をデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢの画素の回転軸と直交する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２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１）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１）、投影光学系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ＰＪ２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４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で構成された色合成用のカラープリズムからなっている。例えば図４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を合成して投影光学系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、投影光学系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４は、第１，第２プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２をデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢの画素の回転軸と直交する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４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３）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の出射面から出射して投影光学系ＰＯに入射し、投影光学系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３）。
　プロジェクターＰＪ３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。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から出射して投影光学系ＰＯに入射し、スクリーンに投射される。
　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、投影光学系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ＰＪ１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、投影光学系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、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、投影光学系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。
　投影光学系ＰＯには、図１，図３，図５に示すように、遮光部ＳＰを有する絞りＳＴが設けられている。その絞りＳＴは、図１０に示すように、円形開口Ａ０の周辺部分が弓形の遮光部ＳＰで一部切り欠かれた形状の非円形開口Ａ１を有している。そして、Ｆナンバー光束においてエアギャップＡＧに対する入射角の大きい側（入射角α２側，α１＜α２）の端部に対応する画像光Ｌ２が遮光部ＳＰで遮光される。つまり、画像光Ｌ２のうち大きい入射角α２でエアギャップＡＧに入射した光線を遮光するように、投影光学系ＰＯの絞りＳＴに遮光部ＳＰを設けている。これにより、前記フレア成分Δ（図９）が遮光されるため、投影像のフレアが解消されて高画質化が可能となる。
　プロジェクターＰＪ１，ＰＪ２，ＰＪ３は、第１プリズムユニットＰＵ１内で発生するフレア成分Δを遮光して画質を向上させるため、上記特徴的な絞りＳＴを投影光学系ＰＯに有する構成になっている。より具体的には、プロジェクターＰＪ１，ＰＪ２，ＰＪ３は以下の条件式（１）～（３）を満たす構成になっている。
０．８５×Ｃｇ＜Ｇ＜１．１５×Ｃｇ　…（１）
（０．１×Ｔ／Ｐ－０．１）＜Ｓ＜（０．４×Ｔ／Ｐ＋０．１）　…（２）
（０．２５－０．０７×Ｆ）＜Ｓ＜（１－０．２×Ｆ）　…（３）
　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３，図５，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：投影光学系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。）
Ｓ：絞りＳＴの非円形開口Ａ１を構成する遮光率、
Ｓ＝ｔ／ｒ（ｔ：遮光部ＳＰの弓形の半径方向の幅、ｒ：円形開口Ａ０の半径であり、それぞれ図１０に示す。）、
Ｓ＞０
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），（３）は、絞りＳＴにおける遮光部ＳＰの適切な大きさＳを規定している。条件式（２）では１つの画素を構成するマイクロミラー面ＭＳが大きければ少々フレアが発生しても問題なく、エアギャップＡＧの厚みＴが小さければフレア成分Δの発生量が小さくなる。条件式（３）ではＦナンバーが小さいほど遮光率Ｓが増大する。
　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、投影光学系ＰＯの絞りＳＴに条件式（２）及び（３）を満たすような遮光部ＳＰを設けることで（図１，図３，図５，図１０）、明るさを必要以上に失うことなくエアギャップＡＧで発生するフレア成分Δを除去して画質を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によるフレア成分Δが大きく発生して、画質が劣化傾向となる。条件式（２）又は条件式（３）の下限を下回ると、フレア成分Δを除去しきれなくなって、画質が劣化傾向となる。条件式（２）又は条件式（３）の上限を上回ると、必要以上に画像光Ｌ２を遮光することになって、明るさが低下傾向となる。
　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。
（０．１５×Ｔ／Ｐ－０．１５）＜Ｓ＜０．３５×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（３）との関連で、以下の条件式（３ａ）を満足することが望ましい。
（０．３７－０．１×Ｆ）＜Ｓ＜（０．９－０．２×Ｆ）　…（３ａ）
　この条件式（３ａ）は、前記条件式（３）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（３ａ）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）～（３）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），
Ｓ＝０．３，
Ｔ＝０．０１ｍｍ，
Ｐ＝０．０１ｍｍ，
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）：
（０．１×Ｔ／Ｐ－０．１）＜Ｓ＜（０．４×Ｔ／Ｐ＋０．１）
に対応させると、
（０．１×０．０１／０．０１－０．１）＜Ｓ＜０．４×０．０１／０．０１＋０．１
０＜０．３＜０．５
となる。同様に、条件式（２ａ）に対応させると、
０＜０．３＜０．３５
となる。
　上記データを条件式（３）：
（０．２５－０．０７×Ｆ）＜Ｓ＜（１－０．２×Ｆ）
に対応させると、
（０．２５－０．０７×２．５）＜０．３＜（１－０．２×２．５）
０．０７５＜０．３＜０．５
となる。同様に、条件式（３ａ）に対応させると、
（０．３７－０．１×２．５）＜０．３＜（０．９－０．２×２．５）
０．１２＜０．３＜０．４
となる。
　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影光学系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が透過し、投影光学系ＰＯが、円形開口Ａ０の周辺部分が弓形の遮光部ＳＰで一部切り欠かれた形状の非円形開口Ａ１を持つ絞りＳＴを有し、Ｆナンバー光束においてエアギャップＡＧに対する入射角の大きい側の端部に対応する画像光Ｌ２が遮光部ＳＰで遮光される構成になっている。この構成によれば、エアギャップＡＧを画像光Ｌ２が透過することにより発生したフレア成分Δを、投影光学系ＰＯに有する特徴的な絞りＳＴで遮光して、画質を向上させることができる。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。
　３チップタイプのプロジェクターＰＪ１は、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＲ，ＤＧ，ＤＢ（図２）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から出射した照明光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、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出射して投影光学系ＰＯに入射する構成になっている。この構成によれば、照明光Ｌ１を全反射させるためのエアギャップＡＧで発生するフレア成分Δを、遮光部ＳＰを有する特徴的な絞りＳＴで遮光して、画質を向上させることができる。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。
　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４）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を合成して投影光学系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。この構成によれば、照明光Ｌ１を全反射させるためのエアギャップＡＧで発生するフレア成分Δを、遮光部ＳＰを有する特徴的な絞りＳＴで遮光して、画質を向上させることができる。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。
　絞りＳＴの非円形開口Ａ１と遮光部ＳＰとの境界Ｂ１（図１０）が、弓形の弦に相当し、かつ、基準平面（図１，図３，図５，図７の紙面であるＸＹ平面に相当する。）に対して垂直な直線状をなすことが好ましい。境界Ｂ１をそのような直線状にすることは、フレア成分Δを最大限にカットし、かつ、明るさの低下を最小限に抑える上で効果的である。
　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
　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　　投影光学系
　ＳＴ　　絞り
　ＳＰ　　遮光部
　Ａ０　　円形開口
　Ａ１　　非円形開口
　Ｂ１　　境界
　ＸＹ　　基準平面
　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 (4)

  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影光学系と、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、
    　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、
    　前記投影光学系が、円形開口の周辺部分が弓形の遮光部で一部切り欠かれた形状の非円形開口を持つ絞りを有し、Ｆナンバー光束において前記エアギャップに対する入射角の大きい側の端部に対応する画像光が前記遮光部で遮光され、
    　以下の条件式（１）～（３）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）
    （０．１×Ｔ／Ｐ－０．１）＜Ｓ＜（０．４×Ｔ／Ｐ＋０．１）　…（２）
    （０．２５－０．０７×Ｆ）＜Ｓ＜（１－０．２×Ｆ）　…（３）
    　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：投影光学系の最小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）
    Ｓ：絞りの非円形開口を構成する遮光率（Ｓ＝［遮光部の弓形の半径方向の幅］／［円形開口の半径］）、
    Ｓ＞０
    である。
  2. 　前記絞りの非円形開口と前記遮光部との境界が、弓形の弦に相当し、かつ、基準平面に対して垂直な直線状をなすことを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
  3. 　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影光学系と、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を含む照明光の光路を折り曲げる第１プリズムユニットと、前記第１プリズムユニットから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、を含み、
    　前記第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有し、
    　前記第１プリズムユニットに入射した画像光が、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投影光学系に入射し、
    　前記投影光学系が、円形開口の周辺部分が弓形の遮光部で一部切り欠かれた形状の非円形開口を持つ絞りを有し、Ｆナンバー光束において前記エアギャップに対する入射角の大きい側の端部に対応する画像光が前記遮光部で遮光されることを特徴とする投射型表示装置。
  4. 　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影光学系と、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影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、
    　前記投影光学系が、円形開口の周辺部分が弓形の遮光部で一部切り欠かれた形状の非円形開口を持つ絞りを有し、Ｆナンバー光束において前記エアギャップに対する入射角の大きい側の端部に対応する画像光が前記遮光部で遮光されることを特徴とする投射型表示装置。
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