JP2002214564A - 照明光学系および映像投射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明光をリレー光学系よりプリズムに導き入
れてプリズム表面で全反射することにより照明対象面に
導き、照明対象面からの角度差のある必要な反射光と不
要な反射光をプリズムを透過させて外部に導く照明光学
系において、不要な反射光がプリズム表面で再反射され
て照明対象面に再入射するのを防止する。 【解決手段】 波長選択性を有する透過部材をリレー光
学系の絞り近傍における照明光の光路の一部に配置し
て、不要な反射光となったときに、プリズム表面で再反
射されると照明対象面に再入射することになる成分を、
照明光から除去しておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光をプ
リズムに導き入れその表面で全反射して照明対象面に導
き、照明対象面からの反射光をプリズムを透過させて外
部に導く照明光学系、および、光を２方向に反射して一
方の反射光を映像を表す光とする映像表示素子により照
明光学系からの光を反射して、映像を表す反射光を投射
する映像投射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＤＭＤ（Digital Micromirror De
vice：デジタルマイクロミラー素子）と呼ばれる反射型
の映像表示素子を備えた映像投射装置が開発されてい
る。ＤＭＤは、方向可変の微小なミラー素片が平面上に
多数配列された素子である。各ミラー素片の方向は所定
の２方向から択一的に選択可能であり、表示する映像に
応じて選択される。ＤＭＤに与えられる照明光は２方向
に反射され、一方の反射光が映像を表す光となり、他方
の反射光は映像を表さない不要な光となる。

【０００３】以下、映像を表す光をＯＮ光、不要な光を
ＯＦＦ光といい、ＯＮ光を生じる方向を向いたミラー素
片の状態をＯＮ状態、ＯＦＦ光を生じる方向を向いたミ
ラー素片の状態をＯＦＦ状態という。ミラー素片の方向
の変化範囲は狭く、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の角度は通常
±１０゜程度であり、したがって、ＯＮ光とＯＦＦ光の
角度差は４０゜程度である。

【０００４】均一な明るさの映像を提供するためには、
ＤＭＤ上での照明光の強度分布を均一にする必要があ
る。このため、一般に、ＤＭＤ照明用の照明光学系に
は、照明光を発する光源のほか、光源からの照明光の強
度分布を均一にするインテグレータと、インテグレータ
の出射面とＤＭＤの反射面（ミラー素片が配列された
面）を共役にするリレー光学系が備えられ、また、照明
光をＤＭＤに垂直に近い方向から入射させ、ＤＭＤから
垂直に近い方向に反射されることになるＯＮ光を遮るこ
となく投射光学系に導くためのプリズム群が備えられ
る。

【０００５】照明光学系に備えられるプリズム群の構成
と、照明光、ＯＮ光、ＯＦＦ光に対する作用の原理を図
１１に模式的に示す。プリズム群は第１のプリズム３１
と第２のプリズム３２より成る。第１のプリズム３１は
表面３１ａ、３１ｂ、３１ｃを有し、第２のプリズム３
２は表面３２ａ、３２ｂ、３２ｃを有する。プリズム３
１、３２は、表面３１ａと表面３２ａが微小な間隙を介
して対向し、ＤＭＤの反射面に対して傾斜するように配
置されている。表面３１ｂ、３２ｂは互いに平行であ
り、ＤＭＤの反射面とも平行である。なお、図１１にお
いて、４１はＤＭＤの１つのミラー素片であり、（ａ）
はミラー素片４１がＯＮ状態のとき、（ｂ）はミラー素
片４１がＯＦＦ状態のときを表している。

【０００６】リレー光学系を透過した照明光は、表面３
１ｃを透過して第１のプリズム３１に入り、表面３１ａ
に達する。表面３１ａに対する照明光の入射角は臨界角
を超えるように設定されており、プリズム３１に入った
照明光は表面３１ａで全反射される。表面３１ａで全反
射された照明光は表面３１ｂを透過し、垂直に近い方向
からＤＭＤに入射して、反射面上の各ミラー素片４１を
照明する。

【０００７】図１１（ａ）に示すように、ＯＮ状態のミ
ラー素片４１は、ＤＭＤの表面全体に対して略垂直な方
向に照明光を反射する。この反射光がＯＮ光となる。Ｏ
Ｎ光は、表面３１ｂより再び第１のプリズム３１に入っ
て、表面３１ａに達する。表面３１ａに対するＯＮ光の
入射角は臨界角未満であり、ＯＮ光は表面３１ａを透過
して、プリズム３１、３２間の間隙に出る。間隙に出た
ＯＮ光は表面３２ａを透過して第２のプリズム３２に入
り、表面３２ｂに達してこれを透過し、プリズム３２の
外に出る。プリズム３２から出たＯＮ光は、投射光学系
（不図示）に入射して投射される。

【０００８】図１１（ｂ）に示すように、ＯＦＦ状態の
ミラー素片４１は、ＯＮ光に関して入射側とは反対側に
照明光を反射する。この反射光がＯＦＦ光となる。ＯＦ
Ｆ光は、ＯＮ光と同様に第１のプリズム３１および第２
のプリズム３２を透過するが、投射光学系には入射せ
ず、捨てられる。

【０００９】プリズム３１、３２の表面３１ａ、３２ａ
には、ＯＮ光およびＯＦＦ光を効率よく透過させるため
に、反射防止膜が設けられている。ところが、反射防止
膜は入射角依存性と波長依存性を有しており、入射角と
波長の関係によっては、光を完全には透過させず、一部
を反射してしまう。ＯＮ光の一部が反射されると、提供
する映像の明るさが低下し、また、色も変化してしま
う。そこで、表面３１ａ、３２ａに設けられる反射防止
膜は、ＯＮ光の入射角θに対して最適化されて、ＯＮ光
に対して波長依存性を有さないように設定されている。
したがって、ＯＮ光は、波長にかかわらず、ほとんど全
て表面３１ａ、３２ａを透過する。

【００１０】しかし、ＯＦＦ光の入射角はＯＮ光の入射
角θと大きく相違するため、表面３１ａ、３２ａに設け
られた反射防止膜には波長依存性が残存し、全ての波長
の光に対する透過率を十分に高くすることはできない。
例えば、図１１に示したようにＯＦＦ光の入射角がＯＮ
光の入射角よりも小さくなる場合、反射防止膜の透過率
は短波長の光に対して低下し、青色光の一部が反射され
る。

【００１１】表面３１ａ、３２ａで反射されたＯＦＦ光
は、図１２に示すように、表面３１ｂに再入射する。表
面３１ｂに再入射したＯＦＦ光のうち、入射角が臨界角
を超えるものは全反射されるが、入射角が臨界角未満の
ものは表面３１ｂを透過してＤＭＤに再入射する。ＤＭ
Ｄに再入射したＯＦＦ光の一部は、ＯＮ光と略同じ方向
に反射され、ＯＮ光に混入してゴースト光となって、提
供する映像のコントラストを低下させる。

【００１２】図１３、１４に、従来の照明光学系のより
具体的な構成と、照明光、ＯＮ光、ＯＦＦ光の光路を示
す。これらの図において、１３ｂはインテグレータの出
射面、２１はリレー光学系の前群、２２はリレー光学系
の後群、２３はリレー光学系の絞り、４０はＤＭＤであ
る。図１３は照明光が長波長（赤色光または緑色光）の
場合であり、図１４は照明光が短波長（青色光）の場合
である。また、図１３、１４において、（ａ）はＤＭＤ
４０のミラー素片がＯＮ状態のとき、（ｂ）はミラー素
片がＯＦＦ状態のときを表している。

【００１３】ＯＮ光は、図１３（ａ）、図１４（ａ）に
示すように、波長にかかわらずプリズム３１、３２の表
面３１ａ、３２ａを透過する。一方、ＯＦＦ光は、長波
長であれば、図１３（ｂ）に示すように表面３１ａ、３
２ａを透過するが、短波長であれば、図１４（ｂ）に示
すように表面３１ａ、３２ａによって一部反射される。
反射されたＯＦＦ光のうち、プリズム３１の表面３１ｂ
に対する入射角が臨界角未満になって表面３１ｂを透過
するするものは、照明光の光束のうち、表面３１ａへの
入射位置がＤＭＤ４０から遠い側になる部分に由来す
る。すなわち、リレー光学系の絞り２３の開口のうちＤ
ＭＤ４０から遠い側の端部を通過する照明光がゴースト
光となる。

【００１４】米国特許５４４２４１４には、絞りの開口
を円形ではなくＤ字形にして、照明光の光束の一部を遮
断することにより、コントラストを高めるようにした映
像投射装置が提案されている。このような絞り２３’を
図１３、１４の照明光学系に適用した構成を図１５、１
６に示す。図１５は照明光が長波長、図１６は照明光が
短波長の場合であり、両図とも、（ａ）はＤＭＤ４０の
ミラー素片がＯＮ状態、（ｂ）はミラー素片がＯＦＦ状
態のときを表している。

【００１５】図１６（ｂ）に示したように、短波長のＯ
ＦＦ光は表面３１ａ、３２ａで一部反射されるが、反射
されたＯＦＦ光は、表面３１ｂに対する入射角が臨界角
を超えるもののみとなるため、表面３１ｂで全て反射さ
れて、ＤＭＤ４０には再入射しない。したがって、ＯＮ
光にゴースト光となるＯＦＦ光が混入せず、コントラス
トの低下のない質の高い映像を提供することができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、開口がＤ字
形の絞り２３’を用いて照明光の一部を遮断すると、ミ
ラー素片がＯＮ状態であるかＯＦＦ状態であるかにかか
わらず、また、照明光が長波長であるか短波長であるか
にかかわらず、ＤＭＤ４０への照明光の一部を捨てるこ
とになり、ＯＮ光の量が減少してしまう。光量の減少
は、図１６（ａ）の短波長のＯＮ光だけでなく、図１５
（ａ）の長波長のＯＮ光にも生じる。

【００１７】ＯＦＦ光となったときにＤＭＤ４０に再入
射する短波長のＯＮ光の量が減少するのは、コントラス
トを高めるという目的のためにやむを得ないが、それに
伴って、ＯＦＦ光となったときでもＤＭＤ４０に再入射
することのない長波長のＯＮ光の量が減少するのは、提
供する映像の明るさの低下を招いて好ましくない。絞り
２３’によるＯＮ光の減少は、光源の発光量を増すこと
で補い得るが、そのようにすると光源が短寿命化し、ま
た電力消費の増大を招く。

【００１８】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、ＯＦＦ光の混入によるコントラストの低下
がなく、しかも、光源からの光を効率よく利用して明る
い映像を提供する映像投射装置、および、そのような映
像投射装置に適した照明光学系を提供することを目的と
する。

【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、本発明では、所定の波長範囲の光を射出する光源部
と、絞りを有するリレー光学系と、第１の表面を有する
第１のプリズムと、第１の表面に間隙を介して対向する
第２の表面を有する第２のプリズムとを備え、光源部か
らの光をリレー光学系を介して第１のプリズム内に導き
入れ、第１の表面で全反射することにより光源部に対し
略共役な照明対象面に導くとともに、照明対象面によっ
て所定方向に反射された光を第１の表面および第２の表
面を透過させて外部に導く照明光学系において、光源部
からの光に対して波長選択性を有する選択透過部材を、
リレー光学系の絞りの近傍における光源部からの光の光
路の断面内の一部位に備えるものとする。

【００２０】第１のプリズムの第１の表面と第２のプリ
ズムの第２の表面は、照明対象面に対して傾斜すること
になる。リレー光学系は、光源部の出射面と照明対象面
を略共役な位置関係にして、光源部の出射面の像を照明
対象面全体に形成する。光源部の出射面上での光の強度
分布を均一にしておくことにより、照明対象面を均一な
明るさで照明することができる。照明対象面のどの部位
にも、リレー光学系の絞りの開口のあらゆる部位を通過
した光が導かれるが、絞りの開口のどの部位を通過する
かによって、照明対象面に対する光の入射角には差が生
じる。

【００２１】絞り近傍の光路上の一部には選択透過部材
が備えられているため、選択透過部材を透過し得ない波
長の光は、選択透過部材の傍らを通過したもののみが照
明対象面に入射する。一方、選択透過部材を透過し得る
波長の光は、選択透過部材の傍らを通過するものも、選
択透過部材を透過するものも、照明対象面に入射する。
すなわち、選択透過部材を透過し得ない光の照明対象面
に対する入射角の範囲は、選択透過部材を透過し得る光
の照明対象面に対する入射角の範囲の一部に限られる。
照明対象面が光を反射するものであれば、選択透過部材
を透過し得ない光の反射角の範囲も、選択透過部材を透
過し得る光の反射角の範囲の一部のみとなる。

【００２２】照明対象面で反射された光が、波長によ
り、プリズムの第１の表面や第２の表面で反射される場
合でも、選択透過部材の波長選択性と光束の断面内の位
置の設定次第で、第１、第２の表面からの反射光を第１
のプリズムの照明対象面側の表面に対する入射角が臨界
角を超えるもののみとすることが可能であり、これによ
り、第１、第２の表面からの反射光が照明対象面に再入
射するのを防止することができる。しかも、選択透過部
材は、一部の波長範囲の光のみを遮断するものであるか
ら、光源部からの光は照明対象面の照明に有効に利用さ
れ、照明対象面は明るく照明される。この照明光学系は
ＤＭＤの照明に利用可能であり、第１、第２の表面で反
射されたＯＦＦ光がＯＮ光に混入するのを防止しつつ、
明るい映像を提供するのに適する。

【００２３】ここで、選択透過部材が、光路の断面内の
うち、第１の表面への光の入射位置が照明対象面から遠
くなる側の端部に位置する構成とするとよい。第１の表
面への入射位置が照明対象面から遠い光は、照明対象面
に近い光よりも、照明対象面への入射角が大きい。した
がって、照明対象面で反射されると、照明対象面に対し
て傾斜している第１、第２の表面への入射角が小さくな
り、照明対象面に再入射する方向に反射される。しか
し、選択透過部材を第１の表面への光の入射位置が照明
対象面から遠くなる側の端部に位置させることで、その
ような光をなくすことができる。

【００２４】光源部からの光に対して波長選択性を有さ
ず、波長選択性の有無を除いて選択透過部材と同等の全
透過部材を、光路の断面内の選択透過部材を除く部位全
体に備えるとよい。選択透過部材を備えると、その屈折
率と厚さに応じて光路長が変化し、照明対象面上での結
像状態が一様でなくなるが、選択透過部材と同等の全透
過部材を選択透過部材の傍らに配置することで、照明対
象面上での結像状態を一様にすることができる。

【００２５】この場合、選択透過部材が、波長選択性を
有さない基板と、基板上に設けられた波長選択性を有す
る選択透過膜より成り、基板が光路の断面全体にわたっ
ていて、全透過部材を兼ねる構成とすることができる。
このようにすると、照明対象面上での結像状態を一様に
することができる上、基板内に光の進行方向に沿う境界
面が存在せず、境界面で光が反射されて照明対象面上で
の光の強度分布が変化するという問題が生じる恐れもな
い。

【００２６】全透過部材の表面には反射防止膜を設ける
とよい。反射防止膜により、選択透過膜の傍らを通過す
る光の量の減少を避けることができる。

【００２７】光源部が可視の波長範囲の光を射出し、選
択透過部材が５００ｎｍ以上の波長の光のみを透過させ
る設定とすることができる。このようにすると、ＤＭＤ
の照明に好適な照明光学系となる。

【００２８】前記目的を達成するために、本発明ではま
た、上記のいずれかの照明光学系と、方向可変の多数の
ミラー素片を照明光学系の照明対象面上に有し、与えら
れる映像信号に応じて各ミラー素片を所定の２方向のい
ずれかに向けて、照明光学系より導かれた光を第１の面
と第２の面が透過させる所定方向とこの所定方向以外の
方向に反射する映像表示素子と、映像表示素子によって
所定方向に反射されて第１の面と第２の面を透過した光
を投射する投射光学系とで、映像投射装置を構成する。

【００２９】映像表示素子はＤＭＤであり、これを照明
するために上記の照明光学系が備えられている。この映
像投射装置は、照明光学系のプリズムの第１、第２の表
面で反射されるＯＦＦ光のうちＯＮ光に混入してゴース
ト光となる波長の光を、選択透過部材によってあらかじ
め除去しておくことができるから、コントラストの高い
良質の映像を提供することができる。しかも、ゴースト
光となる波長以外の光を全てＤＭＤに導いてＯＮ光の量
の減少を最小限に抑えることができるから、明るい映像
を提供することが可能である。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の照明光学系および
映像投射装置の実施形態について、図面を参照しながら
説明する。なお、既に説明した光学部材と同一または類
似の機能を司る光学部材は、同じ符号で示す。

【００３１】本発明の一実施形態である映像投射装置１
の構成を図１に模式的に示す。映像投射装置１は、光源
部１０、リレー光学系２０、プリズム群３０、ＤＭＤ４
０、投射光学系５０、ミラー６０、および選択透過部材
７０を備えており、光源部１０が射出する照明光でＤＭ
Ｄ４０を照明し、ＤＭＤ４０により反射された映像を表
すＯＮ光を投射光学系５０によって投射するものであ
る。映像投射装置１における光源部１０、リレー光学系
２０、プリズム群３０および選択透過部材７０は、照明
光学系２を成す。

【００３２】光源部１０は、ランプ１１、リフレクタ１
２、インテグレータロッド１３、およびカラーホイール
１４より成る。ランプ１１は可視の波長範囲全体にわた
る白色光を発し、リフレクタ１２はランプ１１が発した
光を収束させてインテグレータロッド１３に入射させ
る。リフレクタ１２は回転楕円面鏡であり、その第１焦
点にランプ１１は配置されている。インテグレータロッ
ド１３は、入射端面１３ａがリフレクタ１２の第２焦点
上に位置するように配置されており、ランプ１１が発し
た光はインテグレータロッド１３の入射端面１３ａ上に
収束する。

【００３３】インテグレータロッド１３に入射した光
は、側面で全反射されながら出射端面１３ｂに達する。
インテグレータロッド１３の側面での全反射の回数は入
射端面１３ａへの光の入射角に依存し、したがって、出
射端面１３ｂ上ではリフレクタ１２からの光束の中央部
と周辺部の光が混じり合うようになり、インテグレータ
ロッド１３から出射する光の強度分布は均一になる。

【００３４】カラーホイール１４は、インテグレータロ
ッド１３の入射端面１３ａに近い光路上に配置されてお
り、軸１４ａを中心に回転する。カラーホイール１４に
は、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光および青色（Ｂ）光を
選択的に透過させる３種のカラーフィルターが設けられ
ており、光路上にどのフィルターが位置するかによっ
て、照明光をＲ光、Ｇ光およびＢ光間で切り替える。

【００３５】リレー光学系２０は前レンズ群２１、後レ
ンズ群２２、および絞り２３より成る。リレー光学系２
０は、発散光束となっているインテグレータロッド１３
からの照明光を前レンズ群２１と後レンズ群２２により
収束させて、インテグレータロッド１３の出射端面１３
ｂと共役な面上に結像させる。絞り２３は、前レンズ群
３１と後レンズ群３２の間の前レンズ群３１に近い光路
上に配置されている。絞り２３は、円形の開口を有して
おり、前レンズ群３１を透過した照明光の光束径を規制
して、結像面上での結像範囲を規定する。結像範囲内の
どの部位にも出射端面１３ｂのあらゆる部位からの光が
導かれ、結像範囲全体にわたって照明光の強度分布は均
一になる。

【００３６】ミラー６０は絞り２３と後レンズ群２２の
間に配置されており、照明光を反射して光路を折曲げ
る。なお、ミラー６０は装置構成を小型化するために備
えたものであり、省略することも可能である。選択透過
部材７０は、可視の波長範囲の光に対して波長選択性を
有しており、ランプ１１が発する白色光のうち一部の波
長範囲の光のみを透過させる。選択透過部材７０は絞り
２３の近傍の光路上の一部に配置されている。選択透過
部材７０については後に詳述する。

【００３７】プリズム群３０は、第１のプリズム３１と
第２のプリズム３２より成る。プリズム３１、３２の設
定は前述のとおりである。すなわち、プリズム３１、３
２は、表面３１ａと表面３２ａが微小な間隙を介して対
向し、ＤＭＤ４０の反射面に対して傾斜するように配置
されている。また、表面３１ｂ、３２ｂは互いに平行で
あり、ＤＭＤ４０の反射面とも平行である。プリズム３
１、３２の全ての表面３１ａ〜３１ｃ、３２ａ〜３２ｃ
には誘電体多層膜より成る反射防止膜が設けられている

【００３８】リレー光学系２０からの照明光は、表面３
１ｃを透過して第１のプリズム３１に入り、臨界角を超
える入射角で表面３１ａに入射して全反射され、表面３
１ｂを透過して、ＤＭＤ４０の反射面を照明する。ＤＭ
Ｄ４０は、プリズム３１からの照明光の主光線が反射面
の中心を通り、かつ、リレー光学系２０の結像面と反射
面が２０゜程度の角度で交差するように配置されてい
る。ただし、この傾斜角はあまり大きくないから、リレ
ー光学系２０からの照明光はＤＭＤ４０の反射面上で略
結像し、また、反射面全体がリレー光学系２０の結像範
囲の略全体に対応する。

【００３９】ＤＭＤ４０の個々のミラー素片は、前述の
ようにＯＮ状態とＯＦＦ状態をとる。ＯＮ状態における
ミラー素片の法線は、反射面全体の法線とプリズム３１
からの照明光の主光線の成す角を２等分する。したがっ
て、ＤＭＤ４０からの反射光のうちＯＮ光は、反射面全
体の法線に対して略平行になる。ＯＮ状態とＯＦＦ状態
のミラー素片の角度差は２０゜程度であり、ＯＦＦ状態
のミラー素片の法線は、反射面全体の法線に関して、照
明光の主光線の反対側になる。ＤＭＤ４０による反射光
のうちＯＦＦ光は、反射面全体の法線に対して４０゜程
度の傾きを成す。

【００４０】ＯＮ光は、表面３１ｂを透過して第１のプ
リズム３１に入り、臨界角未満で表面３１ａに入射して
これを透過し、プリズム３１、３２間の間隙に出る。間
隙に出たＯＮ光は表面３２ａを透過して第２のプリズム
３２に入り、表面３２ｂを透過してプリズム３２の外に
出る。プリズム３２の外に出たＯＮ光は、投射光学系５
０に入射する。

【００４１】投射光学系５０は、その光軸がＤＭＤ４０
の反射面の中心を通り、反射面と直交するように配置さ
れている。投射光学系５０に入射したＯＮ光は、スクリ
ーン（不図示）に投射され、スクリーン上に映像を形成
する。

【００４２】ＤＭＤ４０の表示動作はカラーホイール１
４の回転に同期して制御され、ＤＭＤ４０は、Ｒ光、Ｇ
光、Ｂ光を受ける間、それぞれＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分
の映像を表示する。すなわち、Ｒ光を受けている間は、
映像のうちＲ成分を含む部分のミラー素片がＯＮ状態と
され、同様に、Ｇ光またはＢ光を受けている間は、映像
のうちＧ成分またはＢ成分を含む部分のミラー素片がＯ
Ｎ状態とされる。これにより、スクリーン上の映像はカ
ラー映像となる。また、ＯＮ状態とされるミラー素片で
あっても、ＯＮ状態とＯＦＦ状態を高速で切り替えら
れ、成分の強弱によってＯＮ状態をとる時間を変えられ
る。これにより、スクリーン上のカラー映像の色調が調
節される。

【００４３】ＯＦＦ光は、表面３１ｂを透過して第１の
プリズム３１に入り、表面３１ａに達する。表面３１ａ
に達したＯＦＦ光の大部分はこれを透過して、プリズム
３１、３２間の間隙に出る。間隙に出たＯＦＦ光は表面
３２ａに達し、大部分がこれを透過し第２のプリズム３
２に入る。プリズム３２に入ったＯＦＦ光は表面３２ｂ
を透過して、プリズム３２の外に出る。このＯＦＦ光
は、投射光学系５０に入射することなく捨てられる。

【００４４】プリズム３１、３２の表面に設けられた反
射防止膜のうち、ＤＭＤ４０の反射面に対して傾斜して
いる表面３１ａ、３２ａ上のものは、ＯＮ光に対して波
長依存性がないように、表面３１ａ、３２ａに対するＯ
Ｎ光の入射角を考慮して設定されている。表面３１ａ、
３２ａ上の反射防止膜は、ＯＦＦ光に対してもできるだ
け波長依存性がないように設定されているが、ＯＮ光と
ＯＦＦ光とで表面３１ａ、３２ａに対する入射角が大き
く相違するため、いくらか波長依存性が残存している。

【００４５】光の波長と表面３１ａ、３２ａの透過率の
関係を図２に示す。ＯＮ光に対する透過率は、可視の波
長範囲全体にわたって、９０〜９８％程度となってい
る。一方、ＯＦＦ光に対する透過率は、５００ｎｍ以上
ではＯＮ光の透過率と同程度あるいはそれ以上である
が、５００ｎｍ未満ではＯＮ光の透過率よりも低く、特
に４００ｎｍ以下では８５％程度となっている。

【００４６】このため、ＯＦＦ光のうち短波長のＢ光の
一部が表面３１ａ、３２ａで反射されることになる。表
面３１ａ、３２ａに対するＯＦＦ光の入射角は小さく、
表面３１ａ、３２ａで反射されたＯＦＦ光は表面３１ｂ
に再入射する。表面３１ｂに再入射したＯＦＦ光には、
その入射角により反射されるものと透過するものが存在
し得るが、映像投射装置１では、選択透過部材７０を備
えることにより、表面３１ｂを透過してＤＭＤ４０に再
入射することになる光をあらかじめ除去しておくように
している。

【００４７】波長と選択透過部材７０の透過率の関係を
図３に示す。選択透過部材７０は、波長が５００ｎｍ以
上の光をほとんど透過させる一方、波長が５００ｎｍ未
満の光をほとんど遮断する。したがって、表面３１ａ、
３２ａの波長依存性が図２に示したものであっても、表
面３１ｂを透過してＤＭＤ４０に再入射するＯＦＦ光は
ほとんどない。

【００４８】表面３１ａ、３２ａで反射されたＯＦＦ光
のうち、表面３１ｂに再入射してこれを透過することに
なるのは、表面３１ｂに対する入射角の小さい光であ
り、ＤＭＤ４０で反射されたＯＦＦ光のうち、ＤＭＤ４
０の反射面全体の法線に対する角度が大きいもののみで
ある。換言すれば、リレー光学系２０からの照明光の光
束のうち、表面３１ａへの入射位置がＤＭＤ４０から遠
い端部の部分のみが、ＯＦＦ光となったときに、表面３
１ａ、３２ａで反射され、表面３１ｂに再入射してこれ
を透過することになる。

【００４９】したがって、選択透過部材７０は、リレー
光学系２０の絞り２３近傍における光路の断面のうち、
表面３１ａへの入射位置がＤＭＤ４０から遠くなる照明
光が通過する端部に配置されている。映像投射装置１で
は、ミラー６０を備えて光路を折曲げるようにしている
ので、選択透過部材７０はＤＭＤ４０に近い側に位置す
る。

【００５０】映像投射装置１における照明光学系２の構
成と、照明光、ＯＮ光、ＯＦＦ光の光路を図４、図５に
模式的に示す。これらの図は、従来の照明光学系を示す
図１３、１４に対応させて表したものであり、ミラー６
０を省略して表している。図４は光源部１０からの照明
光の波長が５００ｎｍ以上の場合であり、図５は照明光
の波長が５００ｎｍ未満の場合である。図４、５におい
て、（ａ）はＤＭＤ４０のミラー素片がＯＮ状態のと
き、（ｂ）はミラー素片がＯＦＦ状態のときを表してい
る。

【００５１】絞り２３によって規制される照明光の光束
に対する選択透過部材７０の位置の関係を図６に模式的
に示す。図６において、（ａ）は照明光の主光線を含む
縦断面図であり、（ｂ）は主光線に垂直な横断面図であ
る。

【００５２】図４に示すように、５００ｎｍ以上の長波
長の照明光は、選択透過部材７０により遮られることな
く全てＤＭＤ４０に導かれて、ＯＮ光またはＯＦＦ光と
なる。長波長の照明光は、図４（ｂ）に示すように、Ｏ
ＦＦ光となってもプリズム３１、３２の表面３１ａ、３
２ａを透過し、ＤＭＤ４０に向かって戻ることはない。

【００５３】図５に示すように、５００ｎｍ未満の短波
長の照明光は、選択透過部材７０により一部が遮られ、
残りがＤＭＤ４０に導かれて、ＯＮ光またはＯＦＦ光と
なる。短波長の照明光は量が減少することになるが、Ｄ
ＭＤ４０のどの部位にも選択透過部材７０の傍らのあら
ゆる部位からの光が導かれるため、短波長の照明光の強
度分布がＤＭＤ４０上で不均一になることはない。した
がって、短波長のＯＮ光の量は減少するものの、提供す
る映像に色むらは生じない。

【００５４】図５（ｂ）に示すように、短波長のＯＦＦ
光の一部は表面３１ａ、３２ａで反射されて表面３１ｂ
に再入射するが、入射角が臨界角未満となる光はなく、
全て全反射される。したがって、ＤＭＤ４０に再入射し
てＯＮ光に混入するゴースト光はなく、提供する映像の
コントラストは高い。

【００５５】なお、選択透過部材７０による短波長のＯ
Ｎ光の光量減少は、ＤＭＤ４０の駆動制御で補うことが
可能である。人の視感度はＧ光に対して最も高くＲ光に
対して最も低いから、通常は、Ｒ成分の映像を表示する
ときのミラー素片のＯＮ状態の時間を、Ｇ成分やＢ成分
の映像を表示するときのミラー素片のＯＮ状態の時間よ
りも長くすることによって、カラー映像の色合いを調節
している。したがって、短波長のＢ成分の映像を表示す
るときのミラー素片のＯＮ状態の時間を長くし得る余裕
があり、そのようにすることで光量減少を補うことがで
きる。

【００５６】選択透過部材７０は、波長選択性を有する
材料を加工して板状にすることで作製することができる
し、波長選択性を有さないガラス、樹脂等の基板の表面
に波長選択性を有する膜を設けることによっても作製す
ることができる。ただし、いずれの方法によっても、屈
折率が空気と異なりやや厚さのある部材が照明光の光路
上の一部に存在することになり、光路長が部分的に短く
なって、ＤＭＤ４０上での結像状態が一様でなくなる。
ＤＭＤ４０上での結像状態が一様でなくなると、提供す
る映像の明るさにむらが生じ易くなるが、これは、波長
選択性を有さず、他の特性においては同等の部材を選択
透過部材７０の傍らの光路上に配置することで回避する
ことができる。

【００５７】図１に示した構成は、その一例である。こ
の選択透過部材７０は波長選択性を有する材料を加工し
て板状にしたものであり、選択透過部材７０には波長選
択性を有さない板状の全透過部材７１が接合されてい
る。全透過部材７１は、屈折率および厚さが選択透過部
材７０の屈折率および厚さと等しく、照明光の光束のう
ち選択透過部材７０の傍らの部分全体に位置する。この
構成では、照明光の光路長が一定になり、映像の明るさ
にむらが生じることはない。

【００５８】選択透過部材７０と全透過部材７１の別の
構成を図７に示す。図７において、（ａ）は照明光の主
光線を含む縦断面図であり、（ｂ）は主光線に垂直な横
断面図である。選択透過部材７０は波長選択性を有さな
いガラス板７２の表面にダイクロイック膜７３を設ける
ことにより作製されている。選択透過部材７０には、ガ
ラス板７２と同じ材質で同じ厚さの全透過部材７１が接
合されている。全透過部材７１の表面には反射防止膜７
４が設けられており、光路長を一定にするための全透過
部材７１によって失われる照明光はほとんどない。な
お、図１の構成においても、全透過部材７１の表面に反
射防止膜が設けられている。

【００５９】選択透過部材７０と全透過部材７１のさら
に別の構成を図８に示す。図８において、（ａ）は照明
光の主光線を含む縦断面図であり、（ｂ）は主光線に垂
直な横断面図である。選択透過部材７０はガラス板７５
の表面にダイクロイック膜７３を設けることで作製され
ているが、ガラス板７５は照明光の光束の断面全体にわ
たる大きさを有している。ダイクロイック膜７３はガラ
ス板７５の一部分のみに設けられており、ガラス板７５
の残りの部位が全透過部材７１となっている。また、ガ
ラス板７５の表面のうちダイクロイック膜７３が設けら
れていない部位、すなわち全透過部材７１の表面には、
反射防止膜７４が設けられている。

【００６０】図１や図７のように選択透過部材７０と全
透過部材７１を接合した構成では、接合に不完全な部分
があると、両部材の境界で反射される光が生じて、ＤＭ
Ｄ４０上での照明光の強度分布が不均一になる可能性が
ある。一方、図８のようにガラス板７５が選択透過部材
７０の基板と全透過部材７１とを兼ねるようにした構成
では、その可能性は皆無であり、明るさにむらのない映
像を確実に提供することができる。

【００６１】図８の選択透過部材７０および全透過部材
７１を備えた照明光学系２の構成と、照明光、ＯＮ光、
ＯＦＦ光の光路を図９、図１０に模式的に示す。図９は
光源部１０からの照明光の波長が５００ｎｍ以上の場合
であり、図１０は照明光の波長が５００ｎｍ未満の場合
である。図９、１０において、（ａ）はＤＭＤ４０のミ
ラー素片がＯＮ状態のとき、（ｂ）はミラー素片がＯＦ
Ｆ状態のときを表している。ミラー６０は省略して表し
ている。照明光に対する選択透過部材７０と全透過部材
７１の作用は図１の構成と同じである。

【００６２】なお、本実施形態では、リレー光学系２０
の絞り２３の直後に選択透過部材７０や全透過部材７１
を配置しているが、選択透過部材７０や全透過部材７１
は絞り２３の直前に配置してもよいし、絞り２３の開口
の縁に接するように開口内に配置してもよい。また、プ
リズム３１、３２の表面３１ａ、３２ａの反射防止膜の
波長依存性および選択透過部材７０の波長選択性の具体
的な設定例を掲げたが、両者を対応させる限り、他の設
定とすることもできる。

【００６３】

【発明の効果】リレー光学系の絞り近傍の光路の一部に
選択透過部材を備える本発明の照明光学系は、照明対象
面によって反射された後、プリズムの第１、第２の表面
に特定の角度で入射して反射され照明対象面に再入射す
ることになる特定の波長の光を、あらかじめ除去してお
くことができる。したがって、照明対象面を所望の方向
のみから照明して、照明対象面からの反射光に予期せぬ
光が混入するのを防止することが可能である。しかも、
第１、第２の表面に特定の角度で入射すれば反射されて
照明対象面に再入射することになる波長の光であって
も、その特定の角度以外の角度で第１、第２の表面に入
射することになる光や、その波長以外の光は除去しない
から、照明対象面を明るく照明することができる。

【００６４】本発明の映像投射装置では、照明光学系の
特長が生かされて、映像を表す光に不要な光の一部が混
入するのが防止されるとともに、映像表示素子を照明す
る光の量の減少が最小限に抑えられ、コントラストが高
く、しかも明るい映像を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の映像投射装置の構成を
模式的に示す図。

【図２】 上記映像投射装置のプリズムの表面の透過率
と波長との関係を示す図。

【図３】 上記映像投射装置の選択透過部材の透過率と
波長との関係を示す図。

【図４】 上記映像投射装置に含まれる照明光学系の構
成と、長波長の照明光、ＯＮ光、ＯＦＦ光の光路を模式
的に示す断面図。

【図５】 上記映像投射装置に含まれる照明光学系の構
成と、短波長の照明光、ＯＮ光、ＯＦＦ光の光路を模式
的に示す断面図。

【図６】 上記映像表示装置の照明光の光束に対する選
択透過部材の位置関係を模式的に示す断面図。

【図７】 上記映像表示装置の照明光の光束に対する選
択透過部材および全透過部材の位置関係を模式的に示す
断面図。

【図８】 上記映像表示装置の照明光の光束に対する別
の構成の選択透過部材および全透過部材の位置関係を模
式的に示す断面図。

【図９】 図８の選択透過部材と全透過部材を備えた照
明光学系の構成と、長波長の照明光、ＯＮ光、ＯＦＦ光
の光路を模式的に示す断面図。

【図１０】 図８の選択透過部材と全透過部材を備えた
照明光学系の構成と、短波長の照明光、ＯＮ光、ＯＦＦ
光の光路を模式的に示す断面図。

【図１１】 従来の照明光学系に備えられたプリズム群
の構成と、照明光、ＯＮ光、ＯＦＦ光に対する作用の原
理を模式的に示す図。

【図１２】 従来の照明光学系においてプリズムで再反
射される光の光路を模式的に示す図。

【図１３】 従来の照明光学系の構成と、長波長の照明
光、ＯＮ光、ＯＦＦ光の光路を模式的に示す断面図。

【図１４】 従来の照明光学系の構成と、短波長の照明
光、ＯＮ光、ＯＦＦ光の光路を模式的に示す断面図。

【図１５】 従来の照明光学系に開口がＤ字形の絞りを
備えた構成と、長波長の照明光、ＯＮ光、ＯＦＦ光の光
路を模式的に示す断面図。

【図１６】 従来の照明光学系に開口がＤ字形の絞りを
備えた構成と、短波長の照明光、ＯＮ光、ＯＦＦ光の光
路を模式的に示す断面図。

【符号の説明】

１ 映像投射装置 ２ 照明光学系 １０ 光源部 １１ ランプ １２ リフレクタ １３ インテグレータロッド １４ カラーホイール ２０ リレー光学系 ２１ 前レンズ群 ２２ 後レンズ群 ２３ 絞り ３０ プリズム群 ３１ 第１のプリズム ３２ 第２のプリズム ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ プリズム表面 ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ プリズム表面 ４０ ＤＭＤ（映像表示素子） ４１ ミラー素片 ５０ 投射光学系 ６０ ミラー ７０ 選択透過部材 ７１ 全透過部材 ７２ ガラス板 ７３ ダイクロイック膜 ７４ 反射防止膜 ７５ ガラス板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 康之 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 5C058 AA18 EA01 EA02 EA12 EA13 EA14 EA42

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の波長範囲の光を射出する光源部
   と、絞りを有するリレー光学系と、第１の表面を有する
   第１のプリズムと、第１の表面に間隙を介して対向する
   第２の表面を有する第２のプリズムとを備え、光源部か
   らの光をリレー光学系を介して第１のプリズム内に導き
   入れ、第１の表面で全反射することにより光源部に対し
   略共役な照明対象面に導くとともに、照明対象面によっ
   て所定方向に反射された光を第１の表面および第２の表
   面を透過させて外部に導く照明光学系において、 光源部からの光に対して波長選択性を有する選択透過部
   材を、リレー光学系の絞りの近傍における光源部からの
   光の光路の断面内の一部位に備えることを特徴とする照
   明光学系。
2. 【請求項２】 選択透過部材が、光路の断面内のうち、
   第１の表面への光の入射位置が照明対象面から遠くなる
   側の端部に位置することを特徴とする請求項１に記載の
   照明光学系。
3. 【請求項３】 光源部からの光に対して波長選択性を有
   さず、波長選択性の有無を除いて選択透過部材と同等の
   全透過部材を、光路の断面内の選択透過部材を除く部位
   全体に備えることを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載の照明光学系。
4. 【請求項４】 選択透過部材が、波長選択性を有さない
   基板と、基板上に設けられた波長選択性を有する選択透
   過膜より成り、基板が光路の断面全体にわたっていて、
   全透過部材を兼ねていることを特徴とする請求項３に記
   載の照明光学系。
5. 【請求項５】 全透過部材の表面に反射防止膜が設けら
   れていることを特徴とする請求項３または請求項４に記
   載の照明光学系。
6. 【請求項６】 光源部が可視の波長範囲の光を射出し、
   選択透過部材が５００ｎｍ以上の波長の光のみを透過さ
   せることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれ
   か１項に記載の照明光学系。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれか１項
   に記載の照明光学系と、 方向可変の多数のミラー素片を照明光学系の照明対象面
   上に有し、与えられる映像信号に応じて各ミラー素片を
   所定の２方向のいずれかに向けて、照明光学系より導か
   れた光を前記所定方向と前記所定方向以外の方向に反射
   する映像表示素子と、 映像表示素子によって前記所定方向に反射されて第１の
   面と第２の面を透過した光を投射する投射光学系とを備
   えることを特徴とする映像投射装置。