JP2015212745A - 画像投射装置および画像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型で軸上色収差を低減可能な画像投射装置を提供する。【解決手段】画像投射装置は、光源から出射した照明光を変調して第１方向または第２方向に偏向する光変調手段と、投射光を投射する投射光学系と、照明光を光変調手段に導くとともに、光変調手段により変調され第１方向に偏向された照明光を投射光として投射光学系に導く光学部材とを有し、光学部材は、第１プリズム群および第２プリズム群を含み、第１プリズム群および第２プリズム群の一方は、照明光を光変調手段に導くとともに、第１方向に偏向された照明光を透過させるように構成され、第１プリズム群および第２プリズム群の他方は、第１方向に偏向された照明光を透過させるとともに、第２方向に偏向された照明光を全反射させるように構成され、第１プリズム群および２プリズム群の特性は互いに異なる。【選択図】図１

Description

本発明は、画像投射装置に係り、特に微小ミラーを有する画像変調素子を備えた画像投射装置に関する。

近年、プロジェクタなどの画像投射装置においては、投射画像のコントラストを向上させることを要望されている。コントラストを向上させるには、照明光を効率的に画像変調素子に照射し、画像変調素子からの投射光を効率的に投射して高輝度画像を形成するとともに、不要光の投射を回避することが必要である。

特許文献１には、２つの空気層が形成されたプリズムを備えたプロジェクションシステムが開示されている。特許文献２には、ＯＦＦ光や平面反射光を全反射させるプリズムの全反射面の端面を、投射レンズの投射光束内に配置したプリズムが開示されている。

米国特許第５，５５２，９２２号（図３） 特開２００１−１６６１１８号公報（図１）

しかしながら、特許文献１の構成では、プリズムが大きくなり、結果として画像投射装置が大型化してしまう。一方、特許文献２の構成では、プリズムを小型化することは可能である。しかし実際には、３つのプリズムの空気間隔を均一に保持することは困難である。このため、解像劣化やスクリーン上のすじ（縞などの暗部）が発生し、軸上色収差を低減することも困難である。

そこで本発明は、小型で軸上色収差を低減可能な画像投射装置および画像表示システムを提供する。

本発明の一側面としての画像投射装置は、光源から出射した照明光を変調して第１方向または第２方向に偏向する光変調手段と、投射光を投射する投射光学系と、前記照明光を前記光変調手段に導くとともに、該光変調手段により変調され前記第１方向に偏向された該照明光を前記投射光として前記投射光学系に導く光学部材とを有し、前記光学部材は、第１プリズム群および第２プリズム群を含み、前記第１プリズム群および前記第２プリズム群の一方は、前記照明光を前記光変調手段に導くとともに、前記第１方向に偏向された該照明光を透過させるように構成され、前記第１プリズム群および前記第２プリズム群の他方は、前記第１方向に偏向された該照明光を透過させるとともに、前記第２方向に偏向された該照明光を全反射させるように構成され、前記第１プリズム群および前記第２プリズム群の特性は互いに異なる。

本発明の一側面としての画像表示システムは、前記画像投射装置と、前記画像投射装置に画像情報を供給する画像供給装置とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、小型で軸上色収差を低減可能な画像投射装置および画像表示システムを提供することができる。

第１実施形態における画像投射装置の構成図である。 第１実施形態における画像投射装置の要部構成および光路を示す図である。 第２実施形態における画像投射装置の要部構成および光路を示す図である。 第３実施形態における画像投射装置の要部構成および光路を示す図である。 第１数値実施例における画像投射装置の要部断面図である。 第１数値実施例における軸上色収差を示す図である。 第２数値実施例における軸上色収差を示す図である。 第３数値実施例における軸上色収差を示す図である。 全てのプリズムが同一ガラスである場合の軸上色収差を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態における画像投射装置について説明する。図１は、本実施形態における画像投射装置１００（プロジェクタ）の構成図である。図１（Ａ）において、光源１から出射した白色光（照明光）は、楕円反射鏡２により、ガラスロッドインテグレータ５の端面にカラーホイール３を介して集光される。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）中の矢印ＢＢの方向から見たカラーホイール３の構成図である。図１（Ｃ）に示されるように、カラーホイール３は、白色（Ｗ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、および、赤色（Ｒ）のフィルタが分割して配置された色フィルタを有し、モータ４により回転可能に構成されている。

ガラスロッドインテグレータ５は、外周部の６面の全てが光学研磨された４角柱の形状を有する。図１（Ａ）において、ガラスロッドインテグレータ５の左側の端面から出射した光は、集光レンズ６、７、９、および、反射ミラー８を介して、プリズム１５（第１プリズム群）の入射面１７に入射し、プリズム１５の面１５Ａで全反射される。そして、面１５Ａにて全反射した光は、プリズム１０、１１（第２プリズム群）を透過して、画像変調素子１２に照射される。画像変調素子１２（光変調手段）は、後述のように、光源１から出射した照明光を変調し、画像変調素子１２のモードや照明光の位置に応じて、第１方向または第２方向を含む互いに異なる方向に偏向する。

図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中の矢印ＡＡの方向（画像変調素子１２の法線方向）から見た画像変調素子１２の配置図である。図１（Ｂ）に示されるように、画像変調素子１２（画像変調素子１２の矩形状の表示範囲）は、４５°傾斜して配置されている。画像変調素子１２は、複数の微小ミラー（微小ミラー素子）を備えている。微小ミラーとしては、例えばデジタルマイクロミラーデバイスが用いられる。微小ミラーは、その傾きを変更可能な高反射率の矩形形状のミラーである。複数の微小ミラーは、ＣＭＯＳ半導体技術を応用してシリコンメモリチップ上に形成され、独立してデジタル制御可能であり、それぞれ画素単位で構成される（すなわち、微小ミラーのそれぞれが映像の１画素に対応する）。そして、各微小ミラーの傾き（角度）を可変制御することにより、光源からの光の反射方向を制御し、所望の反射光のみをスクリーン上に集束させて所望の映像を投射することができる。このような構成において、画像変調素子１２は、微小ミラーのＯＮモードおよびＯＦＦモードの時間を不図示の制御回路からの指令に基づいて制御することにより、画像変調を行う。

図１（Ａ）において、照明光（光源１から出射して画像変調素子１２に入射した光）を細い点線、ＯＮモード時の反射光を実線、画像変調素子１２の平面部における反射光（平面部反射光）を太い点線、ＯＦＦモード時の反射光を２点鎖線で示す。

画像変調素子１２（微小ミラー）がＯＮモード（第１モード）の場合、微小ミラーは、紙面上、反時計方向に１２°傾斜している。このため、画像変調素子１２に図１（Ａ）中の左下から投射レンズ１６の光軸ＯＡに対して２４°の角度で入射した照明光は、０°の方向（すなわち光軸ＯＡと平行の方向）に反射する。そして、反射した照明光は、プリズム１１、１０（第２プリズム群）およびプリズム１５、１３（第１プリズム群）を介して、投射レンズ１６（投射光学系）に入射する。投射レンズ１６は、入射光（投射光）を、図１（Ａ）の左側に配置される不図示のスクリーン（投射面）に投射する。

一方、画像変調素子１２（微小ミラー）がＯＦＦモード（第２モード）の場合、微小ミラーは、紙面上、時計方向に１２°傾斜している。このため、画像変調素子１２に図１（Ａ）中の左下から光軸ＯＡに対して２４°の角度で入射した照明光は、図１（Ａ）中の左上へ光軸ＯＡに対して４８°の方向に反射する。そして反射した照明光は、プリズム１１の面１１Ａで全反射し、遮光板１４に到達する。遮光板１４は、プリズム１１の射出面１８に設けられ、第１方向とは異なる第２方向に偏向された照明光が投射レンズ１６へ入射するのを低減するための遮光手段である。

また、画像変調素子１２の微小ミラーの境界部や、表示部以外の部分の面は、投射レンズ１６の光軸ＯＡに対して垂直である。このため、画像変調素子１２に図１（Ａ）の左下から光軸ＯＡに対して２４°の角度で入射した照明光は、図１（Ａ）の左上へ光軸ＯＡに対して２４°の方向に反射され、プリズム１１の面１１Ａで全反射され、遮光板１４に到達する。

プリズム１１の面１１Ａおよびプリズム１０の面１０Ａは、投射レンズ１６の光軸ＯＡに垂直な方向に対して（図１（Ａ）の上下方向に対して反時計回りに）２７°傾斜している。また、プリズム１５の面１５Ａおよびプリズム１３の面１３Ａは、投射レンズ１６の光軸ＯＡに垂直な方向に対して（図１（Ａ）の上下方向に対して時計回りに）３３．５°傾斜している。

プリズム１１、１５の全反射面（面１１Ａ、面１５Ａ）の投射レンズ１６の光軸ＯＡに対して垂直な方向に対する角度（傾斜角度）は、プリズム１１、１５（のガラス）の屈折率、および、画像変調素子１２の微小ミラーの傾斜角度に応じて決定される。プリズム１０の面１０Ａおよびプリズム１３の面１３Ａの傾斜角度についても同様である。プリズム（のガラス）の屈折率をＮｄ、画像変調素子１２の微小ミラーの傾斜角度をθｐとするとき、プリズムの全反射面の角度θ（投射レンズ１６の光軸ＯＡに対して垂直な方向に対する角度）は、以下の式（１）のように表される。

θ＝ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎｄ）−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（（ｓｉｎ（θｐ））／Ｎｄ） … （１）
（Ｎｄ：１．５１６３３、θｐ：１２°のとき、θ＝３３．３８°）
（Ｎｄ：１．８０５１８、θｐ：１２°のとき、θ＝２７．０２５°）
式（１）で表されるように、プリズムの屈折率Ｎｄを高くすることにより、プリズムの全反射面の角度θ（投射レンズ１６の光軸ＯＡに垂直な方向に対する角度）を小さく設定することができる。この結果、プリズムの小型化が可能となる。

本実施形態において、第１プリズム群を構成するプリズム１３、１５の間には、プリズム１３の面１３Ａとプリズム１５の面１５Ａにより形成された薄い空気層（第１空気層）が光軸ＯＡに対して第１傾斜角度で設けられている。また、第２プリズム群を構成するプリズム１０、１１の間には、プリズム１０の面１０Ａとプリズム１１の面１１Ａにより形成された薄い空気層（第２空気層）が光軸ＯＡに対して第２傾斜角度で設けられている。このように、２つの薄い空気層（第１空気層、第２空気層）を、光軸ＯＡに対して互いに異なる方向に傾斜させるようにプリズム１０、１１、１３、１５を配置することにより、ＯＮ光（ＯＮモード時の光）以外の不要光を完全に除去することができる。

本実施形態において、プリズム１０、１１（第２プリズム群）の特性（材質）は、プリズム１３、１５（第１プリズム群）の特性（材質）と異なる。具体的には、プリズム１０、１１のアッベ数および屈折率は、プリズム１３、１５のアッベ数および屈折率と異なる。例えば本実施形態において、プリズム１０、１１の屈折率をプリズム１３、１５の屈折率よりも高く設定し、かつ、プリズム１０、１１のアッベ数をプリズム１３、１５のアッベ数よりも小さく設定する。これにより、第１プリズム群および第２プリズム群の小型化および投射レンズ１６の軸上色収差の低減を実現することが可能となる。

プリズム１０、１１の屈折率を高くすることにより、全反射の臨界角を小さくすることができる。このため、投射レンズ１６の光軸ＯＡに対して垂直な方向に対するプリズムの全反射面１１Ａの角度を小さく設定することができ、各プリズムの小型化が可能となる。本実施形態において、プリズム１３、１５（第１プリズム群）として、例えばオハラ社のＳ−ＢＳＬ７（屈折率Ｎｄ：１．５１６３３、アッベ数Ｖｄ：６４．１４）が用いられる。また、プリズム１０、１１（第２プリズム群）として、例えばオハラ社のＳ−ＴＩＨ６（屈折率：Ｎｄ：１．８０５１８、アッベ数Ｖｄ：２５．４３）が用いられる。このような構成により、各プリズム群の小型化および投射レンズの色収差の低減を実現することができる。また、薄い空気層が形成された第１プリズム群および第２プリズム群のアッベ数を互いに異ならせ、２つのプリズム群の厚さの比を変更することにより、軸上色収差のバランスを変更することが可能となる。

図２は、画像投射装置１００の要部構成および光路を示す図である。図２（Ａ）は画像変調素子１２がＯＮモードである場合の光路、図２（Ｂ）は画像変調素子１２の平面部における反射光の光路、図２（Ｃ）はＯＦＦモードである場合の光路をそれぞれ示している。

図２（Ａ）に示されるＯＮモード時において、プリズム１５（第１プリズム群）に入射した照明光は、面１５Ａで全反射され、プリズム１０、１１（第２プリズム群）を介して、画像変調素子１２に照射される。画像変調素子１２は、微小ミラーに照射された光を第１方向（本実施形態では、時計回りに２４°だけ傾斜した方向）に偏向する。このため、画像変調素子１２で反射した光（ＯＮモード光）は、プリズム１１、１０（第２プリズム群）のそれぞれの面１１Ａ、面１０Ａを透過する。そして、この光はプリズム１５、１３（第１プリズム群）を透過して投射レンズ１６に入射し、図２（Ａ）中の左側の不図示のスクリーン（投射面）に投射される。

図２（Ｂ）において、画像変調素子１２は、その平面部に照射された光を第３方向（本実施形態では、時計回りに４８°だけ傾斜した方向）に偏向する。このため、画像変調素子１２に入射した照明光の平面部において反射した光（平面部反射光）は、投射レンズ１６の光軸ＯＡに対して図２（Ｂ）中の左上方向に反射される。そして、この光はプリズム１１の面１１Ａで全反射し、遮光板１４に到達する。

図２（Ｃ）に示されるＯＦＦモード時において、画像変調素子１２は、微小ミラーに照射された光を第２方向（本実施形態では、時計回りに７２°だけ傾斜した方向）に偏向する。このため、画像変調素子１２で反射した光（ＯＦＦモード光）は、投射レンズ１６の光軸ＯＡに対して図２（Ｃ）中の左上方向に反射される。そして、この光はプリズム１１の面１１Ａで全反射し、遮光板１４に到達する。

図２（Ａ）〜（Ｃ）において、画像変調素子１２に対する照明光（画像変調素子１２への入射光）を点線で示し、画像変調素子１２による反射光を実線で示している。照明光は、画像変調素子１２に対して垂直な方向（光軸ＯＡの方向）に対して、図２（Ａ）〜（Ｃ）中のそれぞれの左下側から所定の角度範囲（本実施形態では１３°〜３５°）で入射する。図２（Ａ）に示されるＯＮモードの場合、画像変調素子１２からの反射光（ＯＮモード光）は、画像変調素子１２に対して垂直な方向（光軸ＯＡの方向）から±１１°の角度範囲（第１方向における領域）で、図２（Ａ）中の左方向に向かって反射する。図２（Ｂ）に示される平面部反射光は、画像変調素子１２に対して垂直な方向から１３°〜３５°の角度範囲（第３の方向における領域）で、図２（Ｂ）中の左上方向に向って反射する。図２（Ｃ）に示されるＯＦＦモードの場合、画像変調素子１２からの反射光（ＯＦＦモード光）は、画像変調素子１２に対して垂直な方向から３７°〜５９°の角度範囲（第２の方向における領域）で、図２（Ｃ）中の左上方向に向かって反射する。

図２（Ｂ）、（Ｃ）に示されるように、画像変調素子１２で反射した平面部反射光およびＯＦＦモード光は、プリズム１１の面１１Ａで全反射するため、投射レンズ１６には入射しない。このため、画像投射装置１００によれば、黒表示時においてスクリーン上に迷光を発生させることなく、コントラストの高い画像を形成することができる。

このように、本実施形態の画像投射装置１００は、第１プリズム群（プリズム１３、１５）および第２プリズム群（プリズム１０、１１）を含む光学部材を有する。光学部材は、照明光を光変調手段（画像変調素子１２）に導くとともに、光変調手段により変調され第１方向に偏向された照明光を投射光として投射光学系（投射レンズ１６）に導く。第１プリズム群および第２プリズム群の一方（本実施形態ではプリズム１３、１５）は、照明光を前記光変調手段に導くとともに、第１方向に偏向された照明光を透過させるように構成される。また、第１プリズム群および第２プリズム群の他方（本実施形態ではプリズム１０、１１）は、第１方向に偏向された照明光を透過させるとともに、第２方向に偏向された照明光を全反射させるように構成される。そして、第１プリズム群および前記第２プリズム群の特性（材質）は互いに異なる。

好ましくは、第１プリズム群は、投射光学系の側（投射レンズ１６の近傍）に配置されたプリズム群であり、第２プリズム群は、光変調手段の側（画像変調素子１２の近傍）に配置されたプリズム群である。すなわち、投射レンズ１６、第１プリズム群、第２プリズム群、および、画像変調素子１２は、この順に並んで配置されている。

好ましくは、第１プリズム群は、光源１から出射した照明光の入射面１７を有する。第２プリズム群は、光変調手段により第２方向に偏向された照明光の射出面１８を有する。そして入射面１７および射出面１８は、光変調手段の法線（光軸ＯＡ）を挟んで互いに反対側（例えば図１に示される断面から見た場合において、それぞれ、光軸ＯＡの上側および下側）に位置している。

好ましくは、第１プリズム群および第２プリズム群のアッベ数は互いに異なる。また好ましくは、第１プリズム群および第２プリズム群の屈折率は互いに異なる。より好ましくは、第２プリズム群のアッベ数は、第１プリズム群のアッベ数よりも小さく、第２プリズム群の屈折率は、第１プリズム群の屈折率よりも大きい。

好ましくは、第１プリズム群は、照明光を光変調手段に導くとともに、第１方向に偏向された照明光を透過させる。第２プリズム群は、第１方向に偏向された該照明光を透過させるとともに、第２方向に偏向された照明光を全反射させる。より好ましくは、第１プリズム群のｄ線における屈折率をＮｇ１Ｐ、第２プリズム群のｄ線における屈折率をＮｇ２Ｐ、第１プリズム群のアッベ数をＶｄ１Ｐ、第２プリズム群のアッベ数をＶｄ２Ｐとするとき、以下の条件式（２）〜（５）を満たす。

１．４＜Ｎｇ１Ｐ＜１．６５ … （２）
１．６５＜Ｎｇ２Ｐ＜１．９ … （３）
５０＜Ｖｄ１Ｐ＜１００ … （４）
１５＜Ｖｄ２Ｐ＜４５ … （５）
より好ましくは、屈折率Ｎｇ１Ｐ、Ｎｇ２Ｐおよびアッベ数Ｖｄ１Ｐ、Ｖｄ２Ｐは、以下の条件式（２ａ）〜（５ｂ）を満たす。

１．４＜Ｎｇ１Ｐ＜１．６ … （２ａ）
１．７＜Ｎｇ２Ｐ＜１．９ … （３ａ）
５５＜Ｖｄ１Ｐ＜１００ … （４ａ）
１５＜Ｖｄ２Ｐ＜４０ … （５ａ）
このような各条件式を満たすことにより、第１プリズム群および第２プリズム群をより小型化することができるため、小型の画像投射装置を提供することが可能となる。

また本実施形態において、好ましくは、第１プリズム群には、投射光学系の光軸ＯＡに垂直な方向に対して傾斜した第１空気層（面１３Ａと面１５Ａとの間の空気層）が形成されている。また第２プリズム群には、投射光学系の光軸ＯＡに垂直な方向に対して傾斜した第２空気層（面１０Ａと面１１Ａとの間の空気層）が形成されている。より好ましくは、第１空気層および第２空気層の空気間隔はそれぞれ、０．１〜１０μｍの範囲に設定されている。

また本実施形態において、第１プリズム群に含まれる複数のプリズムの間の第１界面（面１３Ａ、１５Ａ）は、図１中の矢印αの方向に傾斜している。第２プリズム群に含まれる複数のプリズムの間の第２界面（面１０Ａ、１１Ａ）は、図１中の矢印βの方向に傾斜している。このように第１界面の傾斜方向と第２界面の傾斜方向は、光変調手段の法線（光軸ＯＡ）に関して互いに逆方向（例えば図１に示される断面から見た場合において、それぞれ光軸ＯＡの下方向および上方向）である。

また本実施形態において、画像投射装置１００と、画像投射装置１００に画像情報を供給する画像供給装置４０とを備えた画像表示システムを提供することもできる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態における画像投射装置について説明する。本実施形態は、第１プリズム群（第１プリズム群を構成するプリズム１５）と第２プリズム群（第２プリズム群を構成するプリズム１０）とが互いに接合されている点で、第１実施形態と異なる。本実施形態の画像投射装置のその他の構成については、第１実施形態の画像投射装置１００と同様であるため、その説明は省略する。

図３は、本実施形態の画像投射装置における要部構成および光路を示す図である。図３（Ａ）は画像変調素子１２がＯＮモードである場合の光路、図３（Ｂ）は画像変調素子１２の平面部における反射光の光路、図３（Ｃ）はＯＦＦモードである場合の光路をそれぞれ示している。

図３（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、プリズム１０とプリズム１５は互いに接合されている。また、プリズム１０とプリズム１５との接合面３０には、反射防止コートが施されている。これにより、プリズム１０とプリズム１５との対向面における光反射による光量損失を低減させることができる。なお本実施形態において、各プリズムによる光線の作用は、第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

本実施形態において、プリズム１３、１５（第１プリズム群）のガラスは、オハラ社Ｓ−ＢＳＬ７（屈折率Ｎｄ：１．５１６３３、アッベ数Ｖｄ：６４．１４）が用いられる。また、プリズム１０、１１（第２プリズム群）のガラスは、オハラ社Ｓ−ＮＢＨ５５（屈折率Ｎｄ：１．８００００、アッベ数Ｖｄ：２９．９）が用いられる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態における画像投射装置について説明する。本実施形態は、第１実施形態および第２実施形態と比較して、プリズムによる光量損失の影響をより低減させた構成に関する。

図４は、本実施形態の画像投射装置における要部構成および光路を示す図である。図４（Ａ）は画像変調素子１２がＯＮモードである場合の光路、図４（Ｂ）は画像変調素子１２の平面部における反射光の光路、図４（Ｃ）はＯＦＦモードである場合の光路をそれぞれ示している。

本実施形態の画像投射装置は、プリズム２３、２４（第１プリズム群）およびプリズム２１、２２（第２プリズム群）を有する。プリズム２１は、画像変調素子１２側に配置された照明光導入プリズムである。実施形態１および実施形態２の構成と比較して、プリズム内を通過する光路長を短くし、プリズムの表面反射による反射回数を減らすことにより、プリズムによる光量損失を低減させることができる。また、屈折率が高く、かつ、アッべ数が小さいプリズム２３、２４（第１プリズム群）を投射レンズ１６側に配置している。このような構成により、プリズム（ガラス）の内部吸収による光量損失を低減させることができる。一般的に、光学ガラスは、屈折率が高いほど、または、アッべ数が小さいほど、可視光の短波長側の光吸収が多くなる傾向がある。このため、透過率の小さいプリズムを投射レンズ１６側に配置したほうが、全体としての透過率を改善することができる。

本実施形態において、プリズム２３、２４（第１プリズム群）として、例えばオハラ社のＳ−ＴＩＭ３５（屈折率Ｎｄ：１．６９８９５、アッベ数Ｖｄ：２９．９）が用いられる。また、プリズム２１、２２（第２プリズム群）として、例えばオハラ社のＳ−ＢＳＬ７（屈折率Ｎｄ：１．５１６３３、アッベ数Ｖｄ：６４．１４）が用いられる。

図４（Ａ）に示されるＯＮモード時において、プリズム２１（第２プリズム群）に入射した照明光は、面２１Ａで全反射され、画像変調素子１２に照射される。画像変調素子１２は、微小ミラーに照射された光を第１方向に偏向する。このため、画像変調素子１２で反射した光（ＯＮモード光）は、プリズム２１、２２（第２プリズム群）の面２１Ａ、２Ａおよびプリズム２３、２４（第１プリズム群）の面２３Ａ、２４Ａを透過する。そして、この光は投射レンズ１６に入射し、図４（Ａ）中の左側の不図示のスクリーン（投射面）に投射される。

図４（Ｂ）において、画像変調素子１２は、その平面部に照射された光を第３方向に偏向する。このため、画像変調素子１２に入射した照明光の平面部において反射した光（平面部反射光）は、投射レンズ１６の光軸ＯＡに対して図４（Ｂ）中の左上方向に反射される。そして、この光はプリズム２１、２２（第２プリズム群）を透過し、プリズム２３（第１プリズム群）の面２３Ａで全反射し、遮光板２５または遮光板２６に到達する。

図４（Ｃ）に示されるＯＦＦモード時において、画像変調素子１２は、微小ミラーに照射された光を第２方向に偏向する。このため、画像変調素子１２で反射した光（ＯＦＦモード光）は、投射レンズ１６の光軸ＯＡに対して図４（Ｃ）中の左上方向に反射される。そして、この光はプリズム２１、２２（第２プリズム群）、および、プリズム２３（第１プリズム群）を透過し、遮光板２５または遮光板２６に到達する。

本実施形態において、第２プリズム群（プリズム２１、２２）のアッベ数は、第１プリズム群（プリズム２３、２４）のアッベ数よりも大きい。また、第２プリズム群の屈折率は、第１プリズム群の屈折率よりも小さい。好ましくは、第２プリズム群は、照明光を光変調手段（画像変調素子１２）に導くとともに、第１方向に偏向された照明光を透過させる。また第１プリズム群は、第１方向に偏向された照明光を透過させるとともに、第２方向に偏向された照明光を全反射させる。

好ましくは、第１プリズム群のｄ線における屈折率をＮｇ１Ｐ、第２プリズム群のｄ線における屈折率をＮｇ２Ｐ、第１プリズム群のアッベ数をＶｄ１Ｐ、第２プリズム群のアッベ数をＶｄ２Ｐとするとき、以下の条件式（６）〜（９）を満たす。

１．４＜Ｎｇ２Ｐ＜１．６５ … （６）
１．６５＜Ｎｇ１Ｐ＜１．９ … （７）
５０＜Ｖｄ２Ｐ＜１００ … （８）
１５＜Ｖｄ１Ｐ＜４５ … （９）
より好ましくは、屈折率Ｎｇ１Ｐ、Ｎｇ２Ｐおよびアッベ数Ｖｄ１Ｐ、Ｖｄ２Ｐは、以下の条件式（６ａ）〜（９ａ）を満たす。

１．４＜Ｎｇ２Ｐ＜１．６ … （６ａ）
１．７＜Ｎｇ１Ｐ＜１．９ … （７ａ）
５５＜Ｖｄ２Ｐ＜１００ … （８ａ）
１５＜Ｖｄ１Ｐ＜４０ … （９ａ）
このような各条件式を満たすことにより、第１プリズム群および第２プリズム群における光路長をより短くすることができるため、投射光の明るさという点でより有利な画像投射装置を提供することが可能となる。

以下に、第１数値実施例〜第３数値実施例、および、プリズムが同一ガラスの場合の数値実施例を示す。

図５は、第１数値実施例における画像投射装置の要部断面図である。図５に示されるように、投射レンズ１６は、図中の左側から順に、レンズＧ１〜Ｇ１４を含む。また投射レンズ１６において、レンズＧ８とレンズＧ９との間には、絞りＳが設けられている。また、第１実施形態にて図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明したプリズム１１、１２、１３、１５が設けられている。

図６は、第１数値実施例における軸上色収差を示す図である。図６において、波長０．５５μｍを実線、波長０．４７μｍを二点鎖線、波長０．６２μｍを一点鎖線、波長０．４４μｍを点線で示している。軸上色収差は、波長０．５５μｍに対する他の波長が略０．０１ｍｍ以内に収まっており、収差は良好に補正（低減）されている。図７は、第２数値実施例における軸上色収差を示す図である。軸上色収差は、波長０．５５μｍに対する他の波長が略０．０１ｍｍ以内に収まっており、収差は良好に補正（低減）されている。図８は、第３数値実施例における軸上色収差を示す図である。軸上色収差は、波長０．５５μｍに対する他の波長が略０．０１ｍｍ以内に収まっており、収差は良好に補正（低減）されている。

図９は、全てのプリズムが同一ガラスの場合の軸上色収差を示す図である。各実施形態において、プリズムの一部にアッべ数の小さいガラスが用いられる。このため、軸上色収差の補正に関しては、アッべ数の小さい負レンズが追加された場合と同等の効果を得ることができる。したがって、投射レンズの軸上色を補正する負レンズのアッべ数を大きくすることができ、軸上色収差を低減することが可能となる。一般的に、光学ガラスは、アッべ数が大きいほどｇ線の異常分散性θｇＦ＝（Ｎｇ−Ｎｆ）／（Ｎｆ−Ｎｃ）の値が小さい。このため、正レンズと負レンズのアッベ数の差を小さくすることにより、軸上色の２次スペクトルを減少させることが可能となる。

このように、図６乃至図８に示される第１数値実施例〜第３数値実施例の軸上色収差は、図９に示される全てのプリズムが同一ガラスの場合の軸上色収差に対して大きく減少している。また、薄い空気層が形成されている２つのプリズム群のアッベ数の差を大きく設定することにより、投射レンズの軸上色収差の色消しの負担を軽減することができる。このため、プリズムを含めた投射光学系全体として軸上色収差を低減することが可能である。

各実施例によれば、小型で軸上色収差を低減可能な画像投射装置および画像表示システムを提供することができる。より具体的には、画像変調素子における複数の微小ミラーの角度が可変にして画像変調可能な小型の画像投射装置において、平面反射光やＯＦＦモード光などの不要光を効果的に除去し、投射レンズの軸上色収差を低減させることができる。各実施例の画像投射装置は、特に、高いコントラストが要求されるプロジェクタに適して用いられる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

以下の各数値実施例において、面番号の右側に「※」が付記されている面は、以下の式（２）に示される関数に従った非球面形状であることを示している。

ｚ＝（ｙ^２／Ｒ）／（（１＋（１−ｙ^２・ｋ／Ｒ^２）^０．５）＋Ａ４・ｙ^４＋Ａ６・ｙ^６＋Ａ８・ｙ^８＋Ａ１０・ｙ^１０＋Ａ１２・ｙ^１２ … （２）
式（２）において、Ｋはコーニック係数、ｙは径方向の座標、ｚは光軸ＯＡの方向（光軸方向）の座標である。Ｒは近軸曲率半径である。Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２は、それぞれ、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数である。

（第１数値実施例）
面番号 Ri Di Ni Vi
1 47.294 2.2 1.72342 37.95
2 22.959 5.5 1
3※ 132.164 3.0 1.53110 55.9
4※ 47.542 10.46 1
5 -34.260 1.7 1.58913 61.14
6 150.580 7.954 1
7 813.095 5.6 1.80610 40.92
8 -51.092 33.169 1
9 60.046 4.95 1.80100 34.97
10 -1313.058 29.891 1
11 46.786 5.65 1.67790 55.34
12 -46.803 1.25 1.834 37.16
13 59.553 2.14 1
14 -110.367 1.9 1.69680 55.53
15 -54.973 0.57 1
16 ∞ 2.646 1
17 -122.206 1.15 1.80610 33.27
18 25.815 6.5 1.51633 64.14
19 -36.678 2.844 1
20 -22.265 1.45 1.80610 33.27
21 69.894 7.3 1.48749 70.23
22 -35.504 0.22 1
23 196.927 9.95 1.497 81.54
24 -30.710 1.707 1
25 77.314 5.3 1.80810 22.76
26 -302.740 1.5 1
27 ∞ 40.38 1.51633 64.14
28 ∞ 2
29 ∞ 17.5 1.80518 25.43
30 ∞

非球面係数
3面
K=0
A4=4.179304e-5
A6=-9.988676e-8
A8=2.279017e-10
A10=-2.611658e-13
A12=8.807346e-17
4面
K=0
A4=3.84474e-5
A6=-1.003286e-7
A8=1.668871e-10
A10=-6.932698e-14
A12=-2.899652e-16
焦点距離 23.1mm
Fナンバー 1.89
第１プリズム群のｄ線における屈折率Ng1P=1.51633
第２プリズム群のｄ線における屈折率Ng2P=1.80518
第１プリズム群のアッベ数Vd1P=64.14
第２プリズム群のアッベ数Vd2P=25.43

（第２数値実施例）
面番号 Ri Di Ni Vi
1 47.294 2.2 1.72342 37.95
2 22.959 5.5 1
3 132.164 3.0 1.53110 55.9
4 47.542 10.46 1
5 -34.260 1.7 1.58913 61.14
6 150.580 7.954 1
7 813.095 5.6 1.80610 40.92
8 -51.092 33.169 1
9 60.046 4.95 1.80100 34.97
10 -1313.058 29.891 1
11 46.786 5.65 1.67790 55.34
12 -46.803 1.25 1.834 37.16
13 59.553 2.14 1
14 -110.367 1.9 1.69680 55.53
15 -54.973 0.57 1
16 ∞ 2.646 1
17 -122.206 1.15 1.80610 33.27
18 25.815 6.5 1.51633 64.14
19 -36.678 2.844 1
20 -22.265 1.45 1.80610 33.27
21 69.894 7.3 1.48749 70.23
22 -35.504 0.22 1
23 196.927 9.95 1.497 81.54
24 -30.710 1.707 1
25 77.314 5.3 1.80810 22.76
26 -302.740 1.5 1
27 ∞ 38.38 1.51633 64.14
28 ∞ 19.5 1.80000 29.9
29 ∞

非球面係数
3面
K=0
A4=4.179304e-5
A6=-9.988676e-8
A8=2.279017e-10
A10=-2.611658e-13
A12=8.807346e-17
4面
K=0
A4=3.84474e-5
A6=-1.003286e-7
A8=1.668871e-10
A10=-6.932698e-14
A12=-2.899652e-16
焦点距離 23.1mm
Fナンバー 1.89
第１プリズム群のｄ線における屈折率Ng1P=1.51633
第２プリズム群のｄ線における屈折率Ng2P=1.80000
第１プリズム群のアッベ数Vd1P=64.14
第２プリズム群のアッベ数Vd2P=29.9

（第３数値実施例）
面番号 Ri Di Ni Vi
1 47.294 2.2 1.72342 37.95
2 22.959 5.5 1
3 132.164 3.0 1.53110 55.9
4 47.542 10.46 1
5 -34.260 1.7 1.58913 61.14
6 150.580 7.954 1
7 813.095 5.6 1.80610 40.92
8 -51.092 33.169 1
9 60.046 4.95 1.80100 34.97
10 -1313.058 29.891 1
11 46.786 5.65 1.67790 55.34
12 -46.803 1.25 1.834 37.16
13 59.553 2.14 1
14 -110.367 1.9 1.69680 55.53
15 -54.973 0.57 1
16 ∞ 2.646 1
17 -122.206 1.15 1.80610 33.27
18 25.815 6.5 1.51633 64.14
19 -36.678 2.844 1
20 -22.265 1.45 1.80610 33.27
21 69.894 7.3 1.48749 70.23
22 -35.504 0.22 1
23 196.927 9.95 1.497 81.54
24 -30.710 1.707 1
25 77.314 5.3 1.80810 22.76
26 -302.740 1.5 1
27 ∞ 22.5 1.69895 30.1
28 ∞
29 ∞ 35.38 1.51633 64.14
30 ∞

非球面係数
3面
K=0
A4=4.179304e-5
A6=-9.988676e-8
A8=2.279017e-10
A10=-2.611658e-13
A12=8.807346e-17
4面
K=0
A4=3.84474e-5
A6=-1.003286e-7
A8=1.668871e-10
A10=-6.932698e-14
A12=-2.899652e-16
焦点距離 23.1mm
Fナンバー 1.89
第１プリズム群のｄ線における屈折率Ng1P=1.69895
第２プリズム群のｄ線における屈折率Ng2P=1.51633
第１プリズム群のアッベ数Vd1P=30.1
第２プリズム群のアッベ数Vd2P=64.14

（全てのプリズムが同一ガラスの場合の数値実施例）
面番号 Ri Di Ni Vi
1 47.294 2.2 1.72342 37.95
2 22.959 5.5 1
3 132.164 3.0 1.53110 55.9
4 47.542 10.46 1
5 -34.260 1.7 1.58913 61.14
6 150.580 7.954 1
7 813.095 5.6 1.80610 40.92
8 -51.092 33.169 1
9 60.046 4.95 1.80100 34.97
10 -1313.058 29.891 1
11 46.786 5.65 1.67790 55.34
12 -46.803 1.25 1.834 37.16
13 59.553 2.14 1
14 -110.367 1.9 1.69680 55.53
15 -54.973 0.57 1
16 ∞ 2.646 1
17 -122.206 1.15 1.80610 33.27
18 25.815 6.5 1.51633 64.14
19 -36.678 2.844 1
20 -22.265 1.45 1.80610 31.7
21 69.894 7.3 1.48749 70.23
22 -35.504 0.22 1
23 196.927 9.95 1.497 81.54
24 -30.710 1.707 1
25 77.314 5.3 1.80810 22.76
26 -302.740 1.5 1
27 ∞ 57.88 1.51633 64.14
28 ∞

非球面係数
3面
K=0
A4=4.179304e-5
A6=-9.988676e-8
A8=2.279017e-10
A10=-2.611658e-13
A12=8.807346e-17
4面
K=0
A4=3.84474e-5
A6=-1.003286e-7
A8=1.668871e-10
A10=-6.932698e-14
A12=-2.899652e-16
焦点距離 23.1mm
Fナンバー 1.89

１０、１１、２１、２２ プリズム（第２プリズム群）
１２ 画像変調素子
１３、１５、２３、２４ プリズム（第１プリズム群）
１６ 投射レンズ
１００ 画像投射装置

Claims (19)

1. 光源から出射した照明光を変調して第１方向または第２方向に偏向する光変調手段と、
   投射光を投射する投射光学系と、
   前記照明光を前記光変調手段に導くとともに、該光変調手段により変調され前記第１方向に偏向された該照明光を前記投射光として前記投射光学系に導く光学部材と、を有し、
   前記光学部材は、第１プリズム群および第２プリズム群を含み、
   前記第１プリズム群および前記第２プリズム群の一方は、前記照明光を前記光変調手段に導くとともに、前記第１方向に偏向された該照明光を透過させるように構成され、
   前記第１プリズム群および前記第２プリズム群の他方は、前記第１方向に偏向された該照明光を透過させるとともに、前記第２方向に偏向された該照明光を全反射させるように構成され、
   前記第１プリズム群および前記第２プリズム群の特性は互いに異なることを特徴とする画像投射装置。
2. 前記第１プリズム群は、前記投射光学系の側に配置されたプリズム群であり、
   前記第２プリズム群は、前記光変調手段の側に配置されたプリズム群であることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記第１プリズム群は、前記光源から出射した前記照明光の入射面を有し、
   前記第２プリズム群は、前記光変調手段により前記第２方向に偏向された前記照明光の射出面を有し、
   前記入射面および前記射出面は、前記光変調手段の法線を挟んで互いに反対側に位置していることを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
4. 前記第１プリズム群および前記第２プリズム群のアッベ数は互いに異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像投射装置。
5. 前記第１プリズム群および前記第２プリズム群の屈折率は互いに異なることを特徴とする請求項４に記載の画像投射装置。
6. 前記第２プリズム群の前記アッベ数は、前記第１プリズム群の前記アッベ数よりも小さく、
   前記第２プリズム群の前記屈折率は、前記第１プリズム群の前記屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の画像投射装置。
7. 前記第１プリズム群は、前記照明光を前記光変調手段に導くとともに、前記第１方向に偏向された該照明光を透過させ、
   前記第２プリズム群は、前記第１方向に偏向された該照明光を透過させるとともに、前記第２方向に偏向された該照明光を全反射させることを特徴とする請求項６に記載の画像投射装置。
8. 前記第１プリズム群のｄ線における前記屈折率をＮｇ１Ｐ、前記第２プリズム群のｄ線における前記屈折率をＮｇ２Ｐ、前記第１プリズム群の前記アッベ数をＶｄ１Ｐ、前記第２プリズム群の前記アッベ数をＶｄ２Ｐとするとき、
   １．４＜Ｎｇ１Ｐ＜１．６５
   １．６５＜Ｎｇ２Ｐ＜１．９
   ５０＜Ｖｄ１Ｐ＜１００
   １５＜Ｖｄ２Ｐ＜４５
   を満たすことを特徴とする請求項６または７に記載の画像投射装置。
9. 前記屈折率Ｎｇ１Ｐ、Ｎｇ２Ｐおよび前記アッベ数Ｖｄ１Ｐ、Ｖｄ２Ｐは、
   １．４＜Ｎｇ１Ｐ＜１．６
   １．７＜Ｎｇ２Ｐ＜１．９
   ５５＜Ｖｄ１Ｐ＜１００
   １５＜Ｖｄ２Ｐ＜４０
   を満たすことを特徴とする請求項８に記載の画像投射装置。
10. 前記第２プリズム群の前記アッベ数は、前記第１プリズム群の前記アッベ数よりも大きく、
    前記第２プリズム群の前記屈折率は、前記第１プリズム群の前記屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の画像投射装置。
11. 前記第２プリズム群は、前記照明光を前記光変調手段に導くとともに、前記第１方向に偏向された該照明光を透過させ、
    前記第１プリズム群は、前記第１方向に偏向された該照明光を透過させるとともに、前記第２方向に偏向された該照明光を全反射させることを特徴とする請求項１０に記載の画像投射装置。
12. 前記第１プリズム群のｄ線における前記屈折率をＮｇ１Ｐ、前記第２プリズム群のｄ線における前記屈折率をＮｇ２Ｐ、前記第１プリズム群の前記アッベ数をＶｄ１Ｐ、前記第２プリズム群の前記アッベ数をＶｄ２Ｐとするとき、
    １．４＜Ｎｇ２Ｐ＜１．６５
    １．６５＜Ｎｇ１Ｐ＜１．９
    ５０＜Ｖｄ２Ｐ＜１００
    １５＜Ｖｄ１Ｐ＜４５
    を満たすことを特徴とする請求項１０または１１に記載の画像投射装置。
13. 前記屈折率Ｎｇ１Ｐ、Ｎｇ２Ｐおよび前記アッベ数Ｖｄ１Ｐ、Ｖｄ２Ｐは、
    １．４＜Ｎｇ２Ｐ＜１．６
    １．７＜Ｎｇ１Ｐ＜１．９
    ５５＜Ｖｄ２Ｐ＜１００
    １５＜Ｖｄ１Ｐ＜４０
    を満たすことを特徴とする請求項１２に記載の画像投射装置。
14. 前記第１プリズム群には、前記投射光学系の光軸に垂直な方向に対して傾斜した第１空気層が形成されており、
    前記第２プリズム群には、前記投射光学系の前記光軸に垂直な方向に対して傾斜した第２空気層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の画像投射装置。
15. 前記第１空気層および前記第２空気層の空気間隔はそれぞれ、０．１〜１０μｍの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１４に記載の画像投射装置。
16. 前記第１プリズム群および前記第２プリズム群は互いに接合されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の画像投射装置。
17. 前記第２方向に偏向された前記照明光が前記投射光学系へ入射するのを低減する遮光手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の画像投射装置。
18. 前記第１プリズム群に含まれる複数のプリズムの間の第１界面の傾斜方向、および、前記第２プリズム群に含まれる複数のプリズムの間の第２界面の傾斜方向は、前記光変調手段の法線に関して互いに逆方向であることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の画像投射装置。
19. 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の画像投射装置と、
    前記画像投射装置に画像情報を供給する画像供給装置と、を有することを特徴とする画像表示システム。