JP2014215480A5

JP2014215480A5 -

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Publication number: JP2014215480A5
Application number: JP2013093208A
Authority: JP
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2015-09-24

Description

以上の前提の元で、入射光と反射光トータルで効率のロスをなくすことのできる条件を導出する。まず、第１の条件である、ＤＭＤ反射光が全反射プリズム１２の全反射面１２ａで全反射する条件は、ＤＭＤ反射光の全反射面１２ａに対する入射角φ６が、全反射プリズム１２の臨界角δ１よりも大きくなること、すなわち（７）式を満足することである。
φ６＞δ１（７）
なお、臨界角は、ほぼ、δ１＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ１）で表される。

（７）式に、（４）から（６）式を代入する。さらに、ＤＭＤ反射光角度の中で最も（７）式を満足することが厳しい光線角度であるφ４−θをＤＭＤ反射光角度として代入すると、結局（８）式の関係が成り立つ。
−ｓｉｎ（α−３θ）＜ｎ１・ｓｉｎ（β−ｓｉｎ^−１（１／ｎ１））（８）
次に、第２の条件である、ＤＭＤ入射光が補正プリズム１１の出射面１１ｂで全て透過する条件は、ＤＭＤ入射光の出射面１１ｂに対する入射角φ１が、補正プリズム１１の臨界角δ２よりも小さくなること、すなわち（９）式を満足することである。
φ１＜δ２（９）
なお、臨界角δ２＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ２）で表される。

（９）式に、（１）から（３）式を代入する。さらに、ＤＭＤ入射光角度の中で最も（９）式を満足することが厳しい光線角度である、α−θをＤＭＤ入射光角度として代入すると、結局（１０）式の関係が成り立つ。
ｓｉｎ（α−θ）＞ｎ１・ｓｉｎ（β−ｓｉｎ^−１（１／ｎ１））（１０）
ここで注目すべきは、補正プリズム１１の屈折率ｎ２や臨界角δ２は（１０）式に入っていないことである。つまり、上記２つの条件は補正プリズム１１の硝材には依存しないということを意味している。
（８）および（１０）式より、ＤＭＤ入射光とＤＭＤ反射光がトータルで効率のロスをなくすために必要な全反射プリズムの条件は、（１１）式で表すことができる。
−ｓｉｎ（α−３θ）＜ｎ１・ｓｉｎ（β−ｓｉｎ^−１（１／ｎ１））
＜ｓｉｎ（α−θ）（１１）
この範囲を満足する入射角αと頂角βの全反射プリズムの構成とすることで、ＤＭＤ入射光もＤＭＤ出射光もロスなく光を伝播することができる。従って、スクリーン上の画像が明るい、高輝度プロジェクタを実現することが可能である。

つまり、α−θとε−θが同じ角度になるときに、最も効率よく分離されることになる。符号を考慮すると、α、ε、θは（１２）式で表すことができる。
ε＝α−２θ （１２）
ここで、θはＤＭＤの実施例で述べたようにＤＭＤ回転角であるとともにＦナンバーの広がりを示しているので、（１２）式を（１１）式に代入してθを削除すると、ＤＭＤ入射光とＤＭＤ反射光がトータルで効率のロスをなくすために必要な全反射プリズムの頂角βの条件を、映像表示素子の入射角度αと反射角度εを用いて、（１３）式で表すことができる。
ｓｉｎ（（α−３ε）／２）＜ｎ１・ｓｉｎ（β−ｓｉｎ^−１（１／ｎ１））
＜ｓｉｎ（（α＋ε）／２）（１３）
このように、映像表示素子がＤＭＤでない一般的な反射素子であったとしても、（１３）式を満足する頂角βの全反射プリズムの構成とすることで、ＤＭＤ入射光もＤＭＤ出射光もロスなく光を伝播することができる。従って、スクリーン上の画像が明るい、高輝度プロジェクタを実現することが可能である。

Claims

光源光が入射され、映像表示素子で反射した光源光を投射する投射型表示装置の光学ユニットにおいて、
前記光学ユニットは、光源光の屈折面あるいは全反射面をもつ複数のプリズムを有し、
前記複数のプリズムのうちのひとつのプリズムは、
他のプリズムの光源光の出射面に所定の距離をもって平行に配設されて、他のプリズムからの光源光が入射する第１の境界面と、
その面が映像表示素子に対向して設けられて、映像表示素子を照明する光源光を出射するとともに前記映像表示素子からの反射光が入射する第２の境界面と、をもち、
当該プリズムの屈折率をｎ、前記第１の境界面と第２の境界面とのなす角度をβ、第２の境界面における光源光の前記映像表示素子への出射角をα、第２の境界面における前記映像表示素子からの反射光の入射角をεとしたとき、
ｓｉｎ（（α−３ε）／２）＜ｎ・ｓｉｎ（β−ｓｉｎ^−１（１／ｎ））＜ｓｉｎ（（α＋ε）／２）
の関係を満たして、
前記第１の境界面で、前記第２の境界面から入射した映像表示素子からの反射光を全反射する
ことを特徴とする投射型表示装置の光学ユニット。
光源光が入射され、所定角度で揺動する複数の微小ミラーで構成される映像表示素子で反射した光源光を投射する投射型表示装置の光学ユニットにおいて、
前記光学ユニットは、光源光の屈折面あるいは全反射面をもつ複数のプリズムを有し、
前記複数のプリズムのうちのひとつのプリズムは、
他のプリズムの光源光の出射面に所定の距離をもって平行に配設されて、他のプリズムからの光源光が入射する第１の境界面と、
その面が映像表示素子に対向して設けられて、映像表示素子を照明する光源光を出射するとともに前記映像表示素子からの反射光が入射する第２の境界面と、をもち、
前記映像表示素子の微小ミラーの揺動角を±θとし、
当該プリズムの屈折率をｎ、前記第１の境界面と第２の境界面とのなす角度をβ、第２の境界面における光源光の前記映像表示素子への出射角をα、としたとき、
−ｓｉｎ（α−３θ）＜ｎ・ｓｉｎ（β−ｓｉｎ^−１（１／ｎ））＜ｓｉｎ（α−θ）
の関係を満たして、
前記第１の境界面で、前記第２の境界面から入射した映像表示素子からの反射光を全反射する
ことを特徴とする投射型表示装置の光学ユニット。
請求項２に記載の光学ユニットにおいて、
前記映像表示素子の微小ミラーの揺動角θは、１１度から１３度の範囲であり、
前記プリズムの屈折率ｎは、１．５８から１．６１の範囲であり、
前記出射角αは、２４度よりも大きい範囲であり、
前記プリズムの角度βは、４５．３度≦β≦４７．４度である、
ことを特徴とする光学ユニット。
請求項２に記載の光学ユニットにおいて、
前記映像表示素子の微小ミラーの揺動角θは、１１度から１３度の範囲であり、
前記プリズムの屈折率ｎは、１．５１から１．５４の範囲であり、
前記出射角αは、２４度よりも大きい範囲であり、
前記プリズムの角度βは、４７．７度≦β≦５０．０度である、
ことを特徴とする光学ユニット。
請求項２に記載の光学ユニットにおいて、
前記映像表示素子の微小ミラーの揺動角θは、１６度から１８度の範囲であり、
前記プリズムの屈折率ｎは、１．５８から１．６１の範囲であり、
前記出射角αは、３４度よりも大きい範囲であり、
前記プリズムの角度βは、４８．３度≦β≦５０．５度である、
ことを特徴とする光学ユニット。
請求項２に記載の光学ユニットにおいて、
前記映像表示素子の微小ミラーの揺動角θは、１６度から１８度の範囲であり、
前記プリズムの屈折率ｎは、１．６８から１．７１の範囲であり、
前記出射角αは、３４度よりも大きい範囲であり、
前記プリズムの角度βは、４５．１度≦β≦４７．１である、
ことを特徴とする光学ユニット。
所定角度で揺動する複数の微小ミラーで構成される映像表示素子と、
赤色光束と青色光束と緑色光束のそれぞれの光を出射する光源と、
前記光源のそれぞれの波長光束の光路を合成するクロスダイクロイックプリズムと、
前記クロスダイクロイックプリズムの出射光束を均一化するレンズアレイと、
前記レンズアレイの出射光束が入力され、光束の光路差を補正する補正プリズムと、
前記補正プリズムの出射面に所定の距離をもって平行に配設されて前記補正プリズムからの光源光束が入射する第１の境界面と、その面が映像表示素子に対向して設けられて、映像表示素子を照明する光源光束を出射するとともに前記映像表示素子からの反射光束が入射する第２の境界面と、を有する全反射プリズムと、
前記全反射プリズムの出射光束を拡大投射する投射レンズを備え、
前記補正プリズムで光束損失が生じることなく、前記第１の境界面で前記第２の境界面から入射した映像表示素子からの反射光束を全反射して、前記投射レンズにより拡大投射される
ことを特徴とする投射型表示装置。