JP2013148702A - 画像投映装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デジタル・マイクロミラー・デバイスでの回折の影響を抑えて、色ムラの少ない高品質の投映像が得られる画像投映装置を提供する。
【解決手段】照明光に含まれる光の波長λ１，λ２の照明光軸上の光線がＯＮ状態のデジタル・マイクロミラー・デバイスで回折されることによって生じた回折光のうち、鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ１の回折光と、鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ２の回折光と、で進行方向を比較したとき、波長λ２の回折光より波長λ１の回折光の方が鏡面反射光より遠い位置に回折されるものとすると、画像投映装置Ｐ１は、条件式：Ｆλ２＜Ｆλ１（Ｆλ１：第１の波長λ１の照明光のＦナンバー、Ｆλ２：第２の波長λ２の照明光のＦナンバー）を満たす照明光の角度分布を少なくとも１つ含むように、照明光の角度分布を補正する色分解合成光学系９を有する。
【選択図】図８

Description

本発明は画像投映装置に関するものであり、更に詳しくは、表示素子としてデジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)を備え、その画像表示面を照明するための光源として例えばレーザ光源を備えたカラー画像投映装置に関するものである。

画像投映装置に搭載される表示素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイスが知られている。デジタル・マイクロミラー・デバイスは、複数の微小なミラーから成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。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°のミラー面の回動により表現される。

近年、高精細な画像投映装置の要望に応えるため、上記デジタル・マイクロミラー・デバイスの高精細化が進められている。デジタル・マイクロミラー・デバイスの高精細化により画素ピッチが細かくなると、それに伴う回折の影響が無視できなくなる。つまり、画素ピッチが小さくなるとデジタル・マイクロミラー・デバイスが回折格子として作用してしまい、入射光の波長ごとに回折角度が異なるので、スクリーン上に画像投映装置で映像を投映すると色ムラが発生することになる。特にレーザ光源を用いた場合には、その影響が大きく表れることになる。

デジタル・マイクロミラー・デバイスでの回折の影響を低減する技術としては、特許文献１で提案されている加工用レーザ照射装置が挙げられる。そのレーザ照射装置では、回折による光の伝達効率の低下を防ぐために、デジタル・マイクロミラー・デバイスの画像表示面を対物レンズの光軸に対して所定角度傾けており、幾何的な反射角と回折角とを合わせることで、回折の影響を抑えることを可能としている。

特開２０１０−４４２７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術を画像投映装置に適用することは困難である。画像投映装置では、画面全体の結像状態を適正にする必要があるため、回折の影響が抑えられるほどデジタル・マイクロミラー・デバイスを傾けることは投影画像の品質を低下させるからである。このため、デジタル・マイクロミラー・デバイスでの回折の影響を考慮した画像投映装置は未だ提案されていない。

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、デジタル・マイクロミラー・デバイスでの回折の影響を抑えて、色ムラの少ない高品質の投映像が得られる画像投映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の発明の画像投映装置は、照明光を出射する光源装置と、照明光を画像表示面で画像信号に応じて変調するデジタル・マイクロミラー・デバイスと、変調された光で画像の拡大投映を行う投映光学系と、を備えた画像投映装置であって、照明光に含まれる光の波長のうち、第１の波長をλ１、第２の波長をλ２とし（ただし、λ１，λ２は互いに異なる色の波長帯域に属する。）、前記画像表示面で各画素を構成するミラー面を画素面とし、その画素面で照明光軸上の光線が鏡面反射されることによって生じた反射光を鏡面反射光とし、波長λ１，λ２の照明光軸上の光線がＯＮ状態のデジタル・マイクロミラー・デバイスで回折されることによって生じた回折光のうち、前記鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ１の回折光と、前記鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ２の回折光と、で進行方向を比較したとき、波長λ２の回折光より波長λ１の回折光の方が前記鏡面反射光より遠い位置に回折されるものとすると、以下の条件式（１）を満たす照明光の角度分布を少なくとも１つ含むように、照明光の角度分布を補正する補正手段を有することを特徴とする。
Ｆλ２＜Ｆλ１ …（１）
ただし、
Ｆλ１：第１の波長λ１の照明光のＦナンバー、
Ｆλ２：第２の波長λ２の照明光のＦナンバー、
である。

第２の発明の画像投映装置は、上記第１の発明において、前記補正手段が、照明光の角度分布の補正により以下の式（２）で表される値を小さくすることを特徴とする。
｜β１−γ｜−｜β２−γ｜ …（２）
ただし、
β１：鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ１の回折光の回折角度、
β２：鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ２の回折光の回折角度、
γ：画像表示面の法線と鏡面反射光とが成す鏡面反射角度であり、
β１，β２＝ｓｉｎ^-1{ｍ・λ／（√２・ｄ）−ｓｉｎα}
γ＝α−２・θ
ｍ：鏡面反射光に進行方向が最も近い回折光の回折次数、
λ：デジタル・マイクロミラー・デバイスに入射する照明光の波長、
ｄ：デジタル・マイクロミラー・デバイスの画素ピッチ、
α：画像表示面に対する照明光軸上の照明光の入射角度、
θ：画素面の傾斜角度（画像表示面の法線と画素面の法線とが成す角度）、
である。

第３の発明の画像投映装置は、上記第１又は第２の発明において、前記補正手段が波長λ１の照明光の角度分布を補正することを特徴とする。

第４の発明の画像投映装置は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記光源装置がそれぞれ発振波長の異なる複数の単色光源から構成されることを特徴とする。

第５の発明の画像投映装置は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、ロッドインテグレータを含む照明光学系を備え、前記補正手段が、前記ロッドインテグレータに前記光源装置からの光を集光する集光レンズを備え、前記集光レンズが、前記波長λ２の光と前記波長λ２の光の光束径よりも小さい光束径を持つ前記波長λ１の光とを略同一位置に集光することを特徴とする。

第６の発明の画像投映装置は、上記第５の発明において、前記補正手段が、前記光源装置からの照明光を略平行光にするコリメータ光学系と、前記略平行光を前記波長λ１の略平行光と前記波長λ２の略平行光とに分離する色分解光学系と、前記波長λ１の略平行光の光束径を前記第２の波長λ２の略平行光の光束径よりも小さくするアフォーカル光学系と、そのアフォーカル光学系で少なくとも一方の光束径が変更された前記波長λ１，λ２の略平行光を同一光路に合成して前記集光レンズに入射させる色合成光学系と、を有することを特徴とする。

第７の発明の画像投映装置は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記補正手段が、前記光源装置と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスとの間に配され、前記光源装置からの照明光のうち波長λ１の光の角度分布が波長λ２の光の角度分布よりも小さくなるように、波長λ１の光を反射又は吸収する領域が少なくとも１つ輪帯状に形成されたフィルター部材を有することを特徴とする。

第８の発明の画像投映装置は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、ロッドインテグレータを含む照明光学系を備え、前記補正手段が、前記ロッドインテグレータに前記光源装置からの光束を集光する集光レンズを備え、前記集光レンズが、前記波長λ１の光を前記波長λ２の光よりも前記集光レンズに対して遠い側に集光することを特徴とする。

第９の発明の画像投映装置は、上記第８の発明において、前記補正手段が、前記波長λ１の光の発散度合いを前記波長λ２の光よりも小さくなるように前記集光レンズに入射させることを特徴とする。

第１０の発明の画像投映装置は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、レンズアレイインテグレータを含む照明光学系をさらに含み、前記補正手段が、前記波長λ１の光の光束径を前記第２の波長λ２の光の光束径よりも小さくするように、前記光源装置からの光を前記レンズアレイインテグレータに入射させることを特徴とする。

第１１の発明の画像投映装置は、上記第５，第８，第９又は第１０の発明において、前記光源装置がそれぞれ発振波長の異なる複数の単色光源から構成されており、前記補正手段が、それぞれの単色光源からの光を合成する色合成光学系を含むことを特徴とする。

本発明では、条件式（１）を満たす照明光の角度分布を少なくとも１つ含むように、補正手段で照明光の角度分布を補正する構成になっているため、照明光に含まれる光のなかでも回折の影響を大きく受ける波長の光の角度分布を回折前に小さくすることができる。したがって本発明によれば、デジタル・マイクロミラー・デバイスでの回折の影響を抑えて、色ムラの少ない高品質の投映像が得られる画像投映装置を実現することができる。

デジタル・マイクロミラー・デバイスの画像表示面とそれにより生じる回折パターンを示す図。 デジタル・マイクロミラー・デバイスをブレーズド回折格子と見立てたときの照明光，鏡面反射光及び回折光を模式的に示す断面図。 照明光の波長が５３２ｎｍの場合の各次数の回折光の分布を示す図。 照明光の波長が６３５ｎｍの場合の各次数の回折光の分布を示す図。 キセノンランプの光強度の角度分布（角度分布の補正前後）を示すグラフ。 単色光源の光強度の角度分布（角度分布の補正後）を示すグラフ。 画像投映装置の比較のための一形態を示す側面図。 画像投映装置の第１の実施の形態を示す側面図。 画像投映装置の第２の実施の形態を示す側面図。 画像投映装置の第３の実施の形態を示す側面図。 画像投映装置の第４の実施の形態を示す側面図。 画像投映装置の第５の実施の形態を示す側面図。 図７〜図１１の画像投映装置に用いられているカラープリズムユニットの具体例を示す正面図。 図９及び図１０の画像投映装置に用いられている１色補正用のフィルター部材の具体例を示す平面図。 図９及び図１０の画像投映装置に用いられている２色補正用のフィルター部材の具体例を示す平面図。 画像投映装置の第６の実施の形態を示す側面図。 画像投映装置の第７の実施の形態を示す側面図。

以下、本発明に係る画像投映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。

《デジタル・マイクロミラー・デバイスによる回折の説明》
図１（Ａ）に示すように、デジタル・マイクロミラー・デバイス６は、画像表示面６ａにおいて各画素を構成するミラー面を画素面６ｂとして有している。各画素面６ｂは正方形状であり、対角に回転軸を持ち±１２°傾斜してＯＮ／ＯＦＦを表示する。照明光は、回転軸に直交する斜め４５°方向（つまり、画像表示面６ａが構成する矩形の画像表示領域の各辺に対して４５°の方向）から画像表示面６ａに入射するが、このときデジタル・マイクロミラー・デバイス６は回折格子として作用し、図１（Ｂ）に示すように回折反射によって回折パターンが形成される。つまり、画素の配列方向である左右上下方向（ｘ−ｙ方向）に回折次数に応じた回折光が生じることになる。

デジタル・マイクロミラー・デバイス６を画素面６ｂの回転軸方向から（すなわち、回転軸に直交する断面で）見ると、図２に示すようなブレーズド回折格子に見立てることができる。このとき、デジタル・マイクロミラー・デバイス６の画像表示面６ａ（Ｎａ：画像表示面６ａの法線）に対する照明光Ｌｉの入射角をαとし、デジタル・マイクロミラー・デバイス６の画素面６ｂ（Ｎｂ：画素面６ｂの法線）の傾斜角をθとすると、鏡面反射光Ｌｒの鏡面反射角γは、式：γ＝α−２・θで表される。また、画素ピッチ（ｘ−ｙ方向）をｄとし、波長をλとし、回折次数をｍとすると、回折光Ｌｄの回折角度βは、式：β＝ｓｉｎ^-1{ｍ・λ／（√２・ｄ）−ｓｉｎα}で表される。

このとき、照明光Ｌｉの入射方向（すなわち画素対角方向）での回折次数ｍと回折光Ｌｄ（図２）の分布は、図３に示すようになる。図３（Ａ）は、デジタル・マイクロミラー・デバイス６を正面から見たときの回折の様子を示しており、図３（Ｂ）は、画素面６ｂの回転軸と直交する断面から見た回折の様子を示している。

図３は、画素ピッチｄ＝７．５６μｍ、画素傾斜角θ＝１２°（ＯＮ状態）、照明光Ｌｉの入射角α＝２４°、波長λ＝５３２ｎｍの場合の回折の様子を示している。この場合、偶数次の回折光軸（すなわち８次の回折光（ｍ＝８））と鏡面反射光軸Ｘｒが非常に近く、その差は０．５°ほどである。８次の回折光はほぼ鏡面反射方向に反射しており、その鏡面反射光軸Ｘｒに最も近い回折光（塗りつぶしの丸）に９５％以上のエネルギーが集中する。その他の回折次数の光束は、ほとんどエネルギーを持たず、回折の影響をあまり受けずに反射している。

図４は、画素ピッチｄ＝７．５６μｍ、画素傾斜角θ＝１２°、照明光Ｌｉの入射角α＝２４°、波長λ＝６３５ｎｍの場合の回折の様子を示している。図４（Ａ）は、デジタル・マイクロミラー・デバイス６を正面から見たときの回折の様子を摸式的に示しており、図４（Ｂ）は、画素面６ｂの回転軸と直交する断面から見た回折の様子を示している。図４（Ａ）から分かるように、鏡面反射光軸Ｘｒの近くには奇数次の回折光が存在しないので、最も鏡面反射光軸Ｘｒに近いのは偶数次である６次の回折光（ｍ＝６）となっている。このとき、鏡面反射光軸Ｘｒに近い鏡面反射から２．９°離れた６次の回折光が２８．３％のエネルギーを持ち、２つの７次の回折光は鏡面反射から３．４°離れて、それぞれ１５．３％ほどのエネルギーを持ち、鏡面反射から３．９°離れた８次の回折光が８．３％のエネルギーを持つことになる。

以上のように、画素ピッチｄ＝７．５６μｍ、画素傾斜角θ＝１２°、照明光Ｌｉの入射角α＝２４°の場合、波長λ＝５３２ｎｍでは、鏡面反射光軸Ｘｒ方向からほとんど拡散せず反射するが、波長λ＝６３５ｎｍでは、回折により鏡面反射光軸Ｘｒから拡散して反射する。このように、波長によっては回折によりエネルギーをもつ光束の進行方向が広がってしまう。カラー表示のための赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各波長に関して色ムラの少ない画像をスクリーン上に投映するには、回折により拡散する波長の照明光があらかじめ小さい角度分布の光束としてデジタル・マイクロミラー・デバイスの画像表示面に入射するように補正をかければよい。つまり、回折により拡散する波長の光強度分布のＦナンバーを、回折の影響の小さい波長の光強度分布のＦナンバーよりも大きくすればよい。

図２に示す鏡面反射角γと青・緑・赤の各色光との角度関係では、例えば、画素ピッチｄ＝７．５６μｍ、画素傾斜角θ＝１２°、照明光Ｌｉの入射角α＝２４°のとき、鏡面反射角γ＝０°となる。照明光Ｌｉである青色の波長λＢ＝４４５ｎｍ、緑色の波長λＧ＝５３２ｎｍ、赤色の波長λＲ＝６３５ｎｍに関し、それぞれの回折角度βは以下の表１（設計例１）に示すようになる。

表１から分かるように、波長λＢ＝４４５ｎｍでは１０次の０．５°、波長λＧ＝５３２ｎｍでは８次の−０．５°、波長λＲ＝６３５ｎｍでは６次の−２．９°が、それぞれ鏡面反射光軸Ｘｒに最も近い回折光である。そのうち絶対値の最も大きな回折角度は、波長λＲ＝６３５ｎｍの６次の−２．９°である。したがって、画像投映装置において波長λＲ＝６３５ｎｍの赤色の照明光の角度分布を他の波長の照明光の角度分布よりも小さく設定すればよい。つまり、波長λＲ＝６３５ｎｍの光強度分布のＦナンバーを、他の波長の光強度分布のＦナンバーよりも大きくすればよい。

回折角度βは、照明光Ｌｉの入射角α、画素ピッチｄ、計算波長λ等により異なる。このため、補正する光の波長は上記設計例１の場合に限らない。他の設計例として、表２（設計例２）に、画素ピッチｄ＝３．８μｍ、画素傾斜角θ＝１２°、照明光Ｌｉの入射角α＝２４°で、青色の波長λＢ＝４４５ｎｍ、緑色の波長λＧ＝５３２ｎｍ、赤色の波長λＲ＝６３５ｎｍの場合の回折角度βを示す。

このとき、波長λＧ＝５３２ｎｍの４次の光は−０．６°とほぼ正反射光付近に回折されるが、波長λＢ＝４４５ｎｍと波長λＲ＝６３５ｎｍの光は広がりをもって回折される。したがって、画像投映装置において波長λＧ＝５３２ｎｍの照明光以外の波長の照明光の角度分布を小さく設定する補正を少なくとも１つ含むようにすればよい。このとき、補正する色はＢ，Ｒのうちの１色でもよく、Ｂ，Ｒの２色でもよい。つまり、波長λＢ＝４４５ｎｍと波長λＲ＝６３５ｎｍのうちの少なくとも一方の光強度分布のＦナンバーを、波長λＧ＝５３２ｎｍの光強度分布のＦナンバーよりも大きくすればよい。また、回折角が鏡面反射光軸から最も離れている色を補正することが好ましく、回折角が鏡面反射光軸に最も近い色以外の色を補正することがさらに好ましい。

画素ピッチｄを更に細かくした設計例として、表３（設計例３）に、画素ピッチｄ＝３．１μｍ、画素傾斜角θ＝１２°、照明光Ｌｉの入射角α＝２４°で、青色の波長λＢ＝４４５ｎｍ、緑色の波長λＧ＝５３２ｎｍ、赤色の波長λＲ＝６３５ｎｍの場合の回折角度βを示す。

このとき、波長λＢ＝４４５ｎｍの４次の光は０．０°とほぼ正反射光付近に回折されるが、波長λＧ＝５３２ｎｍと波長λＲ＝６３５ｎｍの光は広がりをもって回折される。したがって、画像投映装置において波長λＢ＝４４５ｎｍの照明光以外の波長の照明光の角度分布を小さく設定する補正を少なくとも１つ含むようにすればよい。このとき、補正する色はＧ，Ｒのうちの１色でもよく、Ｇ，Ｒの２色でもよい。つまり、波長λＧ＝５３２ｎｍと波長λＲ＝６３５ｎｍのうちの少なくとも一方の光強度分布のＦナンバーを、波長λＢ＝４４５ｎｍの光強度分布のＦナンバーよりも大きくすればよい。また、回折角が鏡面反射光軸から最も離れている色を補正することが好ましく、回折角が鏡面反射光軸に最も近い色以外の色を補正することがさらに好ましい。

前記設計例２，３（表２，表３）のように、デジタル・マイクロミラー・デバイスが高精細化してその画素ピッチが細かくなると、例えば、波長λＢの照明光がほぼ正反射光位置に回折されるのに対して、波長λＧ，λＲの照明光の回折角度が大きくなる場合がある。こういった場合、波長λＧ，λＲのどちらか一方の光、又はその両方の光の角度分布を小さく補正すれば、色ムラを抑えた最適な照明を行うことができる。また、回折角が鏡面反射光軸から最も離れている色を補正することが好ましく、回折角が鏡面反射光軸に最も近い色以外の色を補正することがさらに好ましい。

上記観点から、画像投映装置は、照明光を出射する光源装置と、照明光を画像表示面で画像信号に応じて変調するデジタル・マイクロミラー・デバイスと、変調された光で画像の拡大投映を行う投映光学系と、を備え、
照明光に含まれる光の波長のうち、第１の波長をλ１、第２の波長をλ２とし（ただし、λ１，λ２は互いに異なる色の波長帯域に属する。）、
前記画像表示面で各画素を構成するミラー面を画素面とし、その画素面で照明光軸上の光線が鏡面反射されることによって生じた反射光を鏡面反射光とし、
波長λ１，λ２の照明光軸上の光線がＯＮ状態のデジタル・マイクロミラー・デバイスで回折されることによって生じた回折光のうち、前記鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ１の回折光と、前記鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ２の回折光と、で進行方向を比較したとき、波長λ２の回折光より波長λ１の回折光の方が前記鏡面反射光より遠い位置に回折されるものとすると、
以下の条件式（１）を満たす照明光の角度分布を少なくとも１つ含むように、照明光の角度分布を補正する補正手段を有することが好ましい。
Ｆλ２＜Ｆλ１ …（１）
ただし、
Ｆλ１：第１の波長λ１の照明光のＦナンバー、
Ｆλ２：第２の波長λ２の照明光のＦナンバー、
である。

条件式（１）を満たす照明光の角度分布を少なくとも１つ含むように、例えば、補正手段で波長λ１の照明光の角度分布を補正すれば、照明光に含まれる光のなかでも回折の影響を大きく受ける波長の光の角度分布を回折前に小さくすることができる。したがって、デジタル・マイクロミラー・デバイスでの回折の影響を抑えて、色ムラの少ない高品質の投映像が得られる画像投映装置を実現することができる。

また、前述した設計例１〜３から分かるように、前記補正手段は照明光の角度分布の補正により以下の式（２）で表される値を小さくすることが好ましい。
｜β１−γ｜−｜β２−γ｜ …（２）
ただし、
β１：鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ１の回折光の回折角度、
β２：鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ２の回折光の回折角度、
γ：画像表示面の法線と鏡面反射光とが成す鏡面反射角度であり、
β１，β２＝ｓｉｎ^-1{ｍ・λ／（√２・ｄ）−ｓｉｎα}
γ＝α−２・θ
ｍ：鏡面反射光に進行方向が最も近い回折光の回折次数、
λ：デジタル・マイクロミラー・デバイスに入射する照明光の波長、
ｄ：デジタル・マイクロミラー・デバイスの画素ピッチ、
α：画像表示面に対する照明光軸上の照明光の入射角度、
θ：画素面の傾斜角度（画像表示面の法線と画素面の法線とが成す角度）、
である。

《画像投映装置の実施の形態等》
画像投映装置の第１の実施の形態を図８に示し、それとの比較のための画像投映装置の一形態を図７に示す。図８に示す画像投映装置ＰＪ１は、図７に示す画像投映装置ＰＪ０において、ランプ１と照明光学系３との間に負レンズ８と色分解合成光学系９を追加したものであり、それ以外は画像投映装置ＰＪ０と同一の構成になっている。つまり、画像投映装置ＰＪ０は、白色光源であるランプ（光源装置）１，照明光学系３，ＴＩＲ(Total Internal Reflection)プリズムユニット４，カラープリズムユニット５，デジタル・マイクロミラー・デバイス６，投映光学系７等で構成されており（ＡＸ１：照明光軸，ＡＸ２：投映光軸）、画像投映装置ＰＪ１は、それに加えて負レンズ８と色分解合成光学系９を備えている。

図７，図８では画像投映装置ＰＪ０，ＰＪ１の全体構成をデジタル・マイクロミラー・デバイス６の画素の回転軸に平行な方向から見た状態で示している。ランプ１は発光部（発光点）２，リフレクタ等で構成されている。照明光学系３は、ロッドインテグレータ３ａ，リレー光学系３ｃ，折り返しミラー３ｄ，エントランスレンズ３ｅ等で構成されている。また、ＴＩＲプリズムユニット４は、第１プリズム４ａ，第２プリズム４ｂ等で構成されている。

画像投映装置ＰＪ０（図７）では、ランプ１からＲ・Ｇ・Ｂを含む照明光が集光状態で出射し、ロッドインテグレータ３ａに入射する。ロッドインテグレータ３ａに入射した光は、ここで内面反射を繰り返し、均一な光量分布となって他端の射出面より射出する。ロッドインテグレータ３ａの後方には、リレー光学系３ｃが配置されている。ロッドインテグレータ３ａから射出した光は、リレー光学系３ｃと折り返しミラー３ｄを経て、ＴＩＲプリズムユニット４の入射側に配置されたエントランスレンズ３ｅを介して、ＴＩＲプリズムユニット４からカラープリズムユニット５を経てデジタル・マイクロミラー・デバイス６を照明する。

デジタル・マイクロミラー・デバイス６の画像表示面６ａでは、照明光の強度変調により２次元画像が形成される。デジタル・マイクロミラー・デバイス６の画素は、画像表示面６ａが構成する矩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。ＯＮ状態のマイクロミラー（画素面６ｂ）で反射した光のみがＴＩＲプリズムユニット４，カラープリズムユニット５及び投映光学系７を通過することができるため、デジタル・マイクロミラー・デバイス６の表示画像がスクリーン（不図示）上に拡大投映されることになる。

ＴＩＲプリズムユニット４は、それぞれ略三角柱状の第１プリズム４ａと第２プリズム４ｂとから成っており、各プリズム斜面間にエアギャップ層４ｄが設けてある。このＴＩＲプリズムユニット４によって、デジタル・マイクロミラー・デバイス６に対する入力光と出力光との分離が行われる。照明光学系３から射出した照明光は、第２プリズム４ｂに入射し、エアギャップ層４ｄを形成する斜面に全反射条件を満たす角度で入射し、全反射してカラープリズムユニット５に入射する。

照明光は、カラープリズムユニット５で赤，緑，青の各色に分解される。図１３に、カラープリズムユニット５をデジタル・マイクロミラー・デバイス６の画素の回転軸と直交する上面側から見た状態で示す。カラープリズムユニット５は、図１３に示すように、略三角柱状の青プリズム５Ｂ及び赤プリズム５Ｒ、並びにブロック状の緑プリズム５Ｂが、順次組み合わされた構成になっている。また、照明光を画像表示面６ａ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６として、赤用のデジタル・マイクロミラー・デバイス６Ｒと、緑用のデジタル・マイクロミラー・デバイス６Ｇと、青用のデジタル・マイクロミラー・デバイス６Ｂと、が設けられている。

青プリズム５Ｂと赤プリズム５Ｒとの間には、青色光を反射する青ダイクロイック面ＤＢ、及びそれに隣接してエアギャップ層５ｄが設けられている。このエアギャップ層５ｄは投映光軸ＡＸ２に対し傾斜しており、投映光軸ＡＸ２とエアギャップ層５ｄの法線を含む面は、ＴＩＲプリズムユニット４のエアギャップ層４ｄと投映光軸ＡＸ２を含む面と直交している。

また、赤プリズム５Ｒと緑プリズム５Ｇとの間には、赤色光を反射する赤ダイクロイック面ＤＲ、及びそれに隣接してエアギャップ層５ｆが設けられている。このエアギャップ層５ｆも投映光軸ＡＸ２に対し傾斜しており、投映光軸ＡＸ２とエアギャップ層５ｆの法線を含む面は、同様にＴＩＲプリズムユニット４のエアギャップ層４ｄの法線と投映光軸ＡＸ２を含む面と直交している。傾斜方向は、青プリズム５Ｂと赤プリズム５Ｒによるエアギャップ層５ｄの傾き方向とは逆方向である。

青プリズム５Ｂの入射出面５ｅより入射した照明光は、青ダイクロイック面ＤＢ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ＤＢで反射された青色光は、青プリズム５Ｂの入射出面５ｅにより全反射され、青プリズム９Ｂ側面である青入射出面ＳＢより射出して、青用デジタル・マイクロミラー・デバイス６Ｂを照明する。青ダイクロイック面ＤＢ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ＤＲで反射され、緑色光は透過する。赤ダイクロイック面ＤＲで反射された赤色光は、青ダイクロイック面ＤＢに隣接して設けられたエアギャップ層５ｄにより全反射され、赤プリズム５Ｒ側面である赤入射出面ＳＲより射出して、赤用デジタル・マイクロミラー・デバイス６Ｒを照明する。赤ダイクロイック面ＤＲを透過した緑色光は、緑プリズム５Ｇ側面である緑入射出面ＳＧより射出して、緑用デジタル・マイクロミラー・デバイス６Ｇを照明する。

青用デジタル・マイクロミラー・デバイス６Ｂで反射された青色の投映光は、青入射出面ＳＢに入射して青プリズム５Ｂの入射出面５ｅで全反射された後、青ダイクロイック面ＤＢ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６Ｒで反射された赤色の投映光は、赤入射出面ＳＲに入射して、青ダイクロイック面ＤＢに隣接して設けられたエアギャップ層５ｄにより全反射された後、赤ダイクロイック面ＤＲで反射され、更に青ダイクロイック面ＤＢ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６Ｇで反射された緑色の投映光は、緑入射出面ＳＧに入射して、赤ダイクロイック面ＤＲ及び青ダイクロイック面ＤＢを透過する。

そして、これら赤色，青色，及び緑色の各投映光は、同一光軸に合成され、青プリズム５Ｂの入射出面５ｅから射出して、ＴＩＲプリズムユニット４に入射する。ＴＩＲプリズムユニット４に入射した投映光は、ここでは全反射条件を満たさないのでエアギャップ層４ｄを透過し、投映光学系７によってスクリーンに投映される。

画像投映装置ＰＪ１（図８）では、ランプ１と照明光学系３との間に、照明光の角度分布を補正する補正手段が配置されている。その補正手段は負レンズ８及び色分解合成光学系９から成っている。負レンズ８は、ランプ１からの照明光を略平行光にするコリメータ光学系である。色分解合成光学系９は、第１のダイクロイックプリズム９ａ，第２のダイクロイックプリズム９ｂ，正レンズ９ｃ，折り返しミラー９ｄ，正レンズ９ｅ，折り返しミラー９ｆ及び集光レンズ９ｇから成っている。第１のダイクロイックプリズム９ａは、略平行光を波長λ１の略平行光と波長λ２の略平行光とに分離する色分解光学系である。正レンズ９ｃ，９ｅは、波長λ１の略平行光の光束径を波長λ２の略平行光の光束径よりも小さくするアフォーカル光学系である。また、第２のダイクロイックプリズム９ｂは、正レンズ９ｃ，９ｅで光束径が変更された波長λ１の略平行光と波長λ２の略平行光とを同一の光路に合成する色合成光学系である。

ランプ１から集光状態で出射した照明光（Ｒ・Ｇ・Ｂを含む。）は、負レンズ８に入射して略平行光に変換された後、第１のダイクロイックプリズム９ａに入射する。ここで、第１のダイクロイックプリズム９ａによって反射される光は、デジタル・マイクロミラー・デバイス６での回折角度が相対的に大きい波長の光であって、角度分布がその他の波長の光よりも小さくなるように補正したい光である。例えば、前述した設計例１（表１）では、最も回折角度が大きく散らばって回折される波長λＲ＝６３５ｎｍの光である。したがって、ランプ１に含まれるＲの光が第１のダイクロイックプリズム９ａで反射され、その他の光（つまりＧ，Ｂの光）はダイクロイックプリズム９ａを透過する。

第１のダイクロイックプリズム９ａで反射された光は正レンズ９ｃで集光され、折り返しミラー９ｄで反射され、正レンズ９ｅによって光線の光束径が小さくなるように略平行状態に変換される。光束径が縮小された略平行光は、折り返しミラー９ｆによって反射され、第２のダイクロイックプリズム９ｂに入射する。一方、第１のダイクロイックプリズム９ａを透過した光は第２のダイクロイックプリズム９ｂに入射する。第１のプリズム９ａを透過したＧ，Ｂの光と第１のダイクロイックプリズム９ａで反射されたＲの光は、第２のダイクロイックプリズム９ｂで色合成され、集光レンズ９ｇに入射する。同一の光路に合成された照明光は、集光レンズ９ｇによってロッドインテグレータ３ａの入射端面に集光されて入射する。ロッドインテグレータ３ａに入射した照明光は、画像投映装置ＰＪ０と同様に、各光学素子を通って投映光学系７に入射し、最終的にスクリーン上に映像として投映される。

画像投映装置ＰＪ１においては、Ｒの光の光束径がＢ及びＧの光の光束径よりも相対的に小さくなるように光束径を変換し、集光レンズ９ｇで同一位置（ロッドインテグレータ３ａの入射端面）に集光している。その結果、色によって照明光の角度分布を変化させている。

図５（Ａ）に画像投映装置ＰＪ０（図７）の照明光学系３に対する光強度の角度分布を示し、図５（Ｂ）に設計例１（表１）を採用した画像投映装置ＰＪ１（図８）の照明光学系３に対する光強度の角度分布を示す。ただし、ランプ１はキセノンランプ（Ｗ：白色光）であり、最大の光強度が１となるように規格化されている。ランプ１の構造上、いずれも光軸上及び光軸周辺に光強度が小さくなっているが（中抜けしたドーナツ状の光強度角度分布）、画像投映装置ＰＪ０ではどの波長の照明光も光線の広がりがほぼ同じになっており、光強度５０％での角度分布は１４．４°（Ｆナンバー＝１／２／ｓｉｎ（光線の広がりの角度：１４．４°）＝２．０）である。

デジタル・マイクロミラー・デバイス６で照明光が回折されると、前述したようにＲの光が他の色Ｇ，Ｂの光より散らばって回折されるため、Ｒの光のみをデジタル・マイクロミラー・デバイス６の入射前に角度分布を予め小さくしておけば、色ごとに異なる回折角度の差異が小さくなり、その結果、画像投映時のスクリーン上での色ムラが小さくなる。画像投映装置ＰＪ１では、投映画像の色ムラを小さくするために負レンズ８及び色分解合成光学系９が補正手段として設けられているため、回折角度の大きいＲの光の角度分布がＧ，Ｂの光の角度分布よりも小さくなるように設定されている。つまり、光強度５０％での角度分布が、Ｒの光で１０．７°（Ｆλ１＝１／２／ｓｉｎ（１０．７°）＝２．７）であり、Ｇ，Ｂの光で１４．４°（Ｆλ２＝１／２／ｓｉｎ（１４．４°）＝２．０）である。

画像投映装置ＰＪ１のように色分解を利用する方式を採用し、Ｒ・Ｇ・Ｂのうちの２色の光を補正する場合には、第１，第２のダイクロイックプリズム９ａ，９ｂの代わりにＲ・Ｇ・Ｂの３色の色分解及び色合成を行う色分解合成光学系を用いればよい。例えば、設計例２においてＢ，Ｒの２色を補正する場合、Ｒ・Ｇ・Ｂの３色の色分解を行うクロスダイクロイックプリズムと、ＢとＲの光の光束径をＧの光の光束径よりも小さくするアフォーカル光学系と、Ｒ・Ｇ・Ｂの３色の色合成を行うクロスダイクロイックプリズムと、を用いればよい。

画像投映装置の第２の実施の形態を図９に示し、画像投映装置の第３の実施の形態を図１０に示す。図９に示す画像投映装置ＰＪ２は、図７に示す画像投映装置ＰＪ０において、波長選択性を有するフィルター部材１０をランプ１と照明光学系３との間に追加したものであり、それ以外は画像投映装置ＰＪ０と同一の構成になっている。また、図１０に示す画像投映装置ＰＪ３は、図７に示す画像投映装置ＰＪ０において、波長選択性を有するフィルター部材１０をリレー光学系３ｃ内に追加したものであり、それ以外は画像投映装置ＰＪ０と同一の構成になっている。

画像投映装置ＰＪ２，ＰＪ３（図９，図１０）に用いられているフィルター部材１０は、前記画像投映装置ＰＪ１（図８）に用いられている負レンズ８及び色分解合成光学系９と同様、照明光の角度分布を補正する補正手段である。そしてフィルター部材１０には、ランプ１からの照明光のうち波長λ１の光の角度分布が波長λ２の光の角度分布よりも小さくなるように、波長λ１の光を反射又は吸収する領域が少なくとも１つ輪帯状に形成されている。フィルター部材１０の位置は、ランプ１とデジタル・マイクロミラー・デバイス６との間であればよいが、発光部（発光点）２の共役位置付近が好ましい。例えば、照明光学系３のリレー光学系３ｃ内における光源共役位置(照明系絞り位置付近)にフィルター部材１０を配置するのが好ましい。

１色補正用のフィルター部材１０の具体例を、図１４に示す。図１４に示すフィルター部材１０Ａには、光の角度分布を小さくしたい光のみを反射する多層膜コートが周囲に施されている。設計例１（表１）の場合、フィルター周辺部の１色反射領域Ａ１をＲの光を反射させる多層膜コートで構成する。フィルター中心部の全透過領域Ａ０は、無コート領域としてもよく、開口部（エア領域）で構成してもよい。このフィルター部材１０Ａをランプ１とデジタル・マイクロミラー・デバイス６と間に配置すれば、Ｒの光のみをフィルター周辺部の１色反射領域Ａ１で反射させることができるため、前記色分解合成光学系（図８）を用いた場合に比べてコンパクト化が可能になり、補正手段を既存の製品に対しても容易に用いることが可能となる。なお、角度調整を行いたい波長の光のみを反射させる多層膜コートを用いる代わりに、所望の波長を吸収する吸収型のフィルターを用いてもよい。

フィルター部材１０（図９，図１０）は、上記のように１色のみ反射させるもの（図１４）に限らず、２色又は３色以上を反射させるものでもよい。２色補正用のフィルター部材１０の具体例を、図１５に示す。図１５に示すフィルター部材１０Ｂには、光の角度分布を小さくしたい光を反射する２種類の多層膜コートが、フィルター中心からフィルター周辺にかけて順に施されており、Ｒ・Ｇ・Ｂの各Ｆナンバーを異なる形態で補正することが可能になっている。設計例２（表２）の場合、フィルター中心部の全透過領域Ａ０を無コート領域又は開口部（エア領域）で構成し、フィルター中間部の１色反射領域Ａ１をＢ，Ｒのうちの一方の光を反射させる多層膜コートで構成し、フィルター外周部の２色反射領域Ａ２をＢ，Ｒの両方の光を反射させる多層膜コートで構成する。設計例３（表３）の場合、フィルター中心部の全透過領域Ａ０を無コート領域又は開口部（エア領域）で構成し、フィルター中間部の１色反射領域Ａ１をＲ，Ｇのうちの一方の光を反射させる多層膜コートで構成し、フィルター外周部の２色反射領域Ａ２をＲ，Ｇの両方の光を反射させる多層膜コートで構成する。なお、角度調整を行いたい波長の光のみを反射させる多層膜コートを用いる代わりに、所望の波長を吸収する吸収型のフィルターを用いてもよい。

画像投映装置の第４の実施の形態を図１１に示し、画像投映装置の第５の実施の形態を図１２に示す。図１１に示す画像投映装置ＰＪ４は、図７に示す画像投映装置ＰＪ０において、ランプ１の代わりに赤用，緑用，青用の単色光源１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを用い、赤用，緑用，青用のコリメータレンズ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂとダイクロイッククロスプリズム１４と集光レンズ１５を、ランプ１と照明光学系３との間に追加したものであり、それ以外は画像投映装置ＰＪ０と同一の構成になっている。

図１２に示す画像投映装置ＰＪ５も、図７に示す画像投映装置ＰＪ０において、ランプ１の代わりにそれぞれ発振波長の異なる赤用，緑用，青用の単色光源１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを用い、赤用，緑用，青用のコリメータレンズ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂとダイクロイッククロスプリズム１４と集光レンズ１５を、ランプ１と照明光学系３との間に追加したものであるが、画像投映装置ＰＪ０〜ＰＪ４が３板式であるのに対し、画像投映装置ＰＪ５は単板式となっている。単板式の場合は、カラープリズムユニット５が無く、Ｒ・Ｇ・Ｂの単色光源１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂが映像情報に応じて時間順次で発光する。順次切り替わる色光に合わせてデジタル・マイクロミラー・デバイス６に対応する色光の画像が表示され、スクリーンに投映される。人の目では認識できないほど色光の切り替えを高速で行うことにより、カラー画像として認識させることが可能となる。また画像投映装置ＰＪ５では、第１，第２プリズム４Ａａ，４Ａｂから成る単板式用のＴＩＲプリズムユニット４Ａと１つのデジタル・マイクロミラー・デバイス６が用いられており、照明光学系３には折り返しミラー３ｄが含まれていない。

画像投映装置ＰＪ４，ＰＪ５（図１１，図１２）に用いられているコリメータレンズ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂとダイクロイッククロスプリズム１４と集光レンズ１５は、前記画像投映装置ＰＪ１（図８）に用いられている負レンズ８及び色分解合成光学系９と同様、照明光の角度分布を補正する補正手段である。コリメータレンズ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂは、波長λ１の照明光の角度分布が波長λ２又はその他の波長の照明光の角度分布よりも小さくなるように、単色光源１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂからの照明光をそれぞれ略平行光にするコリメータ光学系であり、ダイクロイッククロスプリズム１４は、前記波長λ１，λ２の略平行光を同一の光路に合成する色合成光学系である。

画像投映装置ＰＪ４，ＰＪ５に用いられている単色光源１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂとしては、例えば、半導体レーザやＬＥＤ(Light Emitting Diode)が挙げられる。単色光源１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂから出射したＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の光は、コリメータレンズ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂでそれぞれ略平行光束に変換された後、ダイクロイッククロスプリズム１４に入射する。このとき、Ｒの光の光束径がＧ，Ｂの光の光束径より小さい略平行光束となるように、各色の光束径の変換が行われる。ダイクロイッククロスプリズム１４には、Ｒの光を反射し、ＢとＧの光を透過するダイクロイックコート１４ａと、Ｂの光を反射し、ＲとＧの光を透過するダイクロイックコート１４ｂと、が施されている。したがって、Ｒ，Ｂ，Ｇの光はダイクロイックプリズム１４で同一の光路に色合成される。相対的に光束径が変換され同一の光路に合成されたＲ，Ｇ，Ｂの光は集光レンズ１５によりロッドインテグレータ３ａの入射端面に集光される。集光レンズ１５上でＲの光の光束径がＢ，Ｇの光の光束径よりも小さいため、Ｒの光の集光角はＢ，Ｇの光の集光角よりも小さい。その結果、Ｒの光の照明光のＦナンバーがＢ，Ｇの光の照明光のＦナンバーよりも大きくなる。

図６に、設計例１（表１）を採用した画像投映装置ＰＪ４，ＰＪ５（図１１，図１２）の照明光学系３に対する光強度の角度分布を示す（ただし、最大の光強度が１となるように規格化されている。）。画像投映装置ＰＪ４，ＰＪ５では、投映画像の色ムラを小さくするためにコリメータレンズ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂとダイクロイッククロスプリズム１４が補正手段として設けられているため、回折角度の大きいＲの光の角度分布がＧ，Ｂの光の角度分布よりも小さくなるように設定されている。つまり、光強度５０％での角度分布が、Ｒの光で８．１°（Ｆλ１＝１／２／ｓｉｎ（８．１°）＝３．５）であり、Ｇ，Ｂの光で９．４°（Ｆλ２＝１／２／ｓｉｎ（９．４°）＝３．０）である。図６に示す角度分布を持つ各色の光は、集光レンズ１５によってロッドインテグレータ３ａの入射端面に集光されて入射する。ロッドインテグレータ３ａに入射した照明光は、画像投映装置ＰＪ０と同様に、各光学素子を通って投映光学系７に入射し、最終的にスクリーン上に映像として投映される。

単色光源の場合はランプ光源と異なり、光源光の色分解を行わなくても色ごとに角度分布を調整することが可能であるため、高効率である。なお、各単色光源１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは単一の単色光源に限らず、例えば複数の単色光源の光を一方のファイバー端に入射し、もう一方の射出側から出射する照明光であってもよい。

画像投映装置ＰＪ４，ＰＪ５（図１１，図１２）のように発振波長の互いに異なる複数の単色光源を用いた構成では、他の補正手段で照明光の角度分布を補正する構成にしてもよい。例えば、角度分布を補正せずにダイクロイッククロスプリズム１４でＲ・Ｇ・Ｂの光を色合成し、ロッドインテグレータ３ａに入射させる前に前記フィルター部材１０(図９)を透過させて角度分布を補正してもよく、リレー光学系３ｃ内に配置した前記フィルター部材１０(図１０)で角度分布を補正してもよい。

図１６に、画像投映装置の第６の実施の形態を示す。図１６に示す画像投映装置ＰＪ６は、赤用のコリメータレンズ１３Ｒの集光作用が異なるほかは、画像投映装置ＰＪ４（図１１）と同一の構成になっている。つまり、Ｒの光路では赤用の単色光源１２Ｒから出た光をコリメータレンズ１３Ｒが発散光となるように集光している。集光レンズ１５上では、Ｒ，Ｇ，Ｂの光束径が略同じとなっている。その結果、集光レンズ１５によってＲ光はＢ，Ｇ光よりも集光レンズ１５から遠い位置（ロッドインテグレータ３ａの内部）に集光されている。このため、Ｒ光の照明光のＦナンバーはＢ、Ｇ光の照明光のＦナンバーよりも大きくなっている。なお、集光レンズ１５上でのＲ，Ｇ，Ｂの光束径は同じでなくてもよく、また、Ｒの光を略平行光に変換しＢ，Ｇの光をＲの光よりも集光させて集光レンズ１５に入射させてもよい。集光レンズ１５に入射する光の発散度合い（ここでの発散とは集光する場合も含む）を変えることで、集光レンズ１５からロッドインテグレータ３ａに向かう光の集光角を変化させることができる。その結果、色によって照明光の角度分布を変化させることができる。

図１７に、画像投映装置の第７の実施の形態を示す。図１７に示す画像投映装置ＰＪ７は、集光レンズ１５，ロッドインテグレータ３ａ及びリレー光学系３ｃの代わりにレンズアレイインテグレータ３ｂを有するほかは、画像投映装置ＰＪ４（図１１）と同一の構成になっている。レンズアレイインテグレータ３ｂは、第１のレンズアレイ板３ｆ，第２のレンズアレイ板３ｇ，及び重畳レンズ３ｈから成っている。なお、補正手段は、コリメータレンズ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂとダイクロイックプリズム１４とから構成されている。

ダイクロイッククロスプリズム１４から射出したＢ光，Ｇ光の光束径は、Ｒ光の光束径よりも大きく、Ｂ光及びＧ光はＲ光の光が入射するレンズアレイよりも外側のレンズアレイにも入射するように、光束径が設定されている。その結果、第２のレンズアレイ板３ｇにおいてもＢ光，Ｇ光の光束径はＲ光の光束径よりも大きい。第２のレンズアレイ板３ｇの各レンズアレイを射出した光束は、重畳レンズ３ｈによりデジタル・マイクロミラー・デバイス６上で重ね合わされる。レンズアレイインテグレータ３ｂにおいては、第２のレンズアレイ板３ｇ上での光束径が照明光のＦナンバーと関係しているため、Ｒ光の照明光のＦナンバーはＢ光，Ｇ光よりも大きな値を示す。

レンズアレイインテグレータ３ｂを採用した画像投映装置ＰＪ７の場合、第１のレンズアレイ板３ｆと第２のレンズアレイ板３ｇとの間から、エントランスレンズ３ｅとＴＩＲプリズムユニット４との間までの光路中に、前記フィルター部材１０を配置することにより角度分布を補正してもよい。第２のレンズアレイ板３ｇの入射側面近傍から重畳レンズ３ｈの射出面近傍に前記フィルター部材１０を配置するのが更に好ましい。

単色光源１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを用いた第４，第５，第６及び第７の実施の形態では、ダイクロイッククロスプリズム１４のコート特性を簡略化する観点から、コリメータレンズ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを用いているが、ダイクロイッククロスプリズム１４を透過する光束は平行光に限らない。また、コリメータレンズ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを用いなくてもよい。ロッドインテグレータ３ａを用いた第４，第５及び第６の実施の形態の場合は、集光レンズ１５からロッドインテグレータ３ａに入射する光の集光角を変えれば照明光のＦナンバーを変えることができる。レンズアレイインテグレータ３ｂを用いた第７の実施の形態の場合には、レンズアレイインテグレータ３ｂに入射する光束径を変えれば、照明光のＦナンバーを変えることができる。

１ ランプ（光源装置）
２ 発光部（発光点）
３ 照明光学系
３ａ ロッドインテグレータ
３ｂ レンズアレイインテグレータ
３ｃ リレー光学系
３ｄ 折り返しミラー
３ｅ エントランスレンズ
３ｆ 第１のレンズアレイ板
３ｇ 第２のレンズアレイ板
３ｈ 重畳レンズ
４，４Ａ ＴＩＲプリズムユニット
４ａ，４Ａａ 第１プリズム
４ｂ，４Ａｂ 第２プリズム
４ｄ，４Ａｄ エアギャップ層
５ カラープリズムユニット
５Ｒ 赤プリズム
５Ｇ 緑プリズム
５Ｂ 青プリズム
５ｄ，５ｆ エアギャップ層
ＳＲ 赤入出射面
ＳＧ 緑入出射面
ＳＢ 青入出射面
６ デジタル・マイクロミラー・デバイス
６ａ 画像表示面
６ｂ 画素面
６Ｒ 赤用のデジタル・マイクロミラー・デバイス
６Ｇ 緑用のデジタル・マイクロミラー・デバイス
６Ｂ 青用のデジタル・マイクロミラー・デバイス
７ 投映光学系
８ 負レンズ（コリメータ光学系）
９ 色分解合成光学系（補正手段）
９ａ 第１のダイクロイックプリズム（色分解光学系）
９ｂ 第２のダイクロイックプリズム（色合成光学系）
９ｃ 正レンズ（アフォーカル光学系）
９ｄ 折り返しミラー
９ｅ 正レンズ（アフォーカル光学系）
９ｆ 折り返しミラー
９ｇ 集光レンズ
１０，１０Ａ，１０Ｂ フィルター部材（補正手段）
Ａ０ 全透過領域
Ａ１ １色反射領域
Ａ２ ２色反射領域
１２Ｒ 赤用の単色光源
１２Ｇ 緑用の単色光源
１２Ｂ 青用の単色光源
１３Ｒ 赤用のコリメータレンズ（コリメータ光学系，補正手段）
１３Ｇ 緑用のコリメータレンズ（コリメータ光学系，補正手段）
１３Ｂ 青用のコリメータレンズ（コリメータ光学系，補正手段）
１４ ダイクロイッククロスプリズム（色合成光学系，補正手段）
１５ 集光レンズ（補正手段）
ＰＪ０〜ＰＪ７ 画像投映装置
Ｌｉ 照明光
Ｌｒ 鏡面反射光
Ｌｄ 回折光
Ｎａ 画像表示面の法線
Ｎｂ 画素面の法線
α 照明光Ｌｉの入射角
β 回折角
γ 鏡面反射角
θ 画素面の傾斜角
ＡＸ１ 照明光軸
ＡＸ２ 投映光軸
Ｘｒ 鏡面反射光軸

Claims (11)

1. 照明光を出射する光源装置と、照明光を画像表示面で画像信号に応じて変調するデジタル・マイクロミラー・デバイスと、変調された光で画像の拡大投映を行う投映光学系と、を備えた画像投映装置であって、
   照明光に含まれる光の波長のうち、第１の波長をλ１、第２の波長をλ２とし（ただし、λ１，λ２は互いに異なる色の波長帯域に属する。）、
   前記画像表示面で各画素を構成するミラー面を画素面とし、その画素面で照明光軸上の光線が鏡面反射されることによって生じた反射光を鏡面反射光とし、
   波長λ１，λ２の照明光軸上の光線がＯＮ状態のデジタル・マイクロミラー・デバイスで回折されることによって生じた回折光のうち、前記鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ１の回折光と、前記鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ２の回折光と、で進行方向を比較したとき、波長λ２の回折光より波長λ１の回折光の方が前記鏡面反射光より遠い位置に回折されるものとすると、
   以下の条件式（１）を満たす照明光の角度分布を少なくとも１つ含むように、照明光の角度分布を補正する補正手段を有することを特徴とする画像投映装置；
   Ｆλ２＜Ｆλ１ …（１）
   ただし、
   Ｆλ１：第１の波長λ１の照明光のＦナンバー、
   Ｆλ２：第２の波長λ２の照明光のＦナンバー、
   である。
2. 前記補正手段が、照明光の角度分布の補正により以下の式（２）で表される値を小さくすることを特徴とする請求項１記載の画像投映装置；
   ｜β１−γ｜−｜β２−γ｜ …（２）
   ただし、
   β１：鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ１の回折光の回折角度、
   β２：鏡面反射光に進行方向が最も近い波長λ２の回折光の回折角度、
   γ：画像表示面の法線と鏡面反射光とが成す鏡面反射角度であり、
   β１，β２＝ｓｉｎ^-1｛ｍ・λ／（√２・ｄ）−ｓｉｎα｝
   γ＝α−２・θ
   ｍ：鏡面反射光に進行方向が最も近い回折光の回折次数、
   λ：デジタル・マイクロミラー・デバイスに入射する照明光の波長、
   ｄ：デジタル・マイクロミラー・デバイスの画素ピッチ、
   α：画像表示面に対する照明光軸上の照明光の入射角度、
   θ：画素面の傾斜角度（画像表示面の法線と画素面の法線とが成す角度）、
   である。
3. 前記補正手段が波長λ１の照明光の角度分布を補正することを特徴とする請求項１又は２記載の画像投映装置。
4. 前記光源装置がそれぞれ発振波長の異なる複数の単色光源から構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像投映装置。
5. ロッドインテグレータを含む照明光学系を備え、前記補正手段が、前記ロッドインテグレータに前記光源装置からの光を集光する集光レンズを備え、前記集光レンズが、前記波長λ２の光と前記波長λ２の光の光束径よりも小さい光束径を持つ前記波長λ１の光とを略同一位置に集光することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像投映装置。
6. 前記補正手段が、前記光源装置からの照明光を略平行光にするコリメータ光学系と、前記略平行光を前記波長λ１の略平行光と前記波長λ２の略平行光とに分離する色分解光学系と、前記波長λ１の略平行光の光束径を前記第２の波長λ２の略平行光の光束径よりも小さくするアフォーカル光学系と、そのアフォーカル光学系で少なくとも一方の光束径が変更された前記波長λ１，λ２の略平行光を同一光路に合成して前記集光レンズに入射させる色合成光学系と、を有することを特徴とする請求項５記載の画像投映装置。
7. 前記補正手段が、前記光源装置と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスとの間に配され、前記光源装置からの照明光のうち波長λ１の光の角度分布が波長λ２の光の角度分布よりも小さくなるように、波長λ１の光を反射又は吸収する領域が少なくとも１つ輪帯状に形成されたフィルター部材を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像投映装置。
8. ロッドインテグレータを含む照明光学系を備え、前記補正手段が、前記ロッドインテグレータに前記光源装置からの光束を集光する集光レンズを備え、前記集光レンズが、前記波長λ１の光を前記波長λ２の光よりも前記集光レンズに対して遠い側に集光することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像投映装置。
9. 前記補正手段が、前記波長λ１の光の発散度合いを前記波長λ２の光よりも小さくなるように前記集光レンズに入射させることを特徴とする請求項８記載の画像投映装置。
10. レンズアレイインテグレータを含む照明光学系をさらに含み、前記補正手段が、前記波長λ１の光の光束径を前記第２の波長λ２の光の光束径よりも小さくするように、前記光源装置からの光を前記レンズアレイインテグレータに入射させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像投映装置。
11. 前記光源装置がそれぞれ発振波長の異なる複数の単色光源から構成されており、前記補正手段が、それぞれの単色光源からの光を合成する色合成光学系を含むことを特徴とする請求項５，８，９又は１０記載の画像投映装置。

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