JP3938466B2 - プリズム、投写光学系及び投写型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリズム、このプリズムを用いた投写光学系、この投写光学系を用いた投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大画面の画像表示装置としてプロジェクタ装置（投写型表示装置）が注目されている。小型で高精細・高輝度のＣＲＴを用いたＣＲＴプロジェクタ装置、液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いたＤＭＤプロジェクタ装置等が製品化されている。
【０００３】
また、映画やＴＶプログラムといったＡＶソースに対応するだけでなく、コンピュータ画像を投写するデータプロジェクタと呼ばれるカテゴリが急速に市場を拡大しており、投写画面の明るさやコントラスト向上、高解像度化、明るさの均一性向上などの著しい性能改善が行われている。
【０００４】
中でも、明るさの均一性はデータプロジェクタの市場拡大とともに、最も基本的な要求仕様のひとつとなりつつあり、例えば液晶プロジェクタ装置ではフライアイインテグレータ等の均一照明技術が導入され、明るさ向上との両立が図られている。
【０００５】
さて、前述のＬＣＤやＤＭＤなどのようなライトバルブには大きく分けて透過型と反射型があり、前者はライトバルブを照明する照明光軸と投写レンズの光軸を共軸に配置し易い。
【０００６】
よって、照明光学系の設計が比較的容易となるため、ライトバルブを均一に、かつ明るく照明するという基本性能を確保する上で有利である。
【０００７】
一方、後者は照明光軸と投写レンズの光軸を共軸とすることが困難である場合が多く、複雑な光学系を構成せざるを得ないという点で本質的に不利な方式である。
【０００８】
このような反射型ライトバルブの照明光学系については、A. G. Dewey, "Projection Systems for Light Valves," Proc. SID, vol. 18/2, pp.134-146, 1977.等に詳しく述べられている。
【０００９】
図２８から図３１は、反射型ライトバルブの照明方式として前記文献に紹介されている照明光学系の概略図である。
【００１０】
（第１の従来技術）
図２８は軸外し照明光学系の典型例であり、ライトバルブがその法線から外れた方向から照明されるところに特徴がある。
【００１１】
図２８において３００はライトバルブ、８００は光源、８０１はコンデンサレンズ、８０２は投写レンズのライトバルブ側最終レンズ、８１０は光源８００の像を示している。また、６００はライトバルブ３００の法線、６０１は投写レンズの光軸である。
【００１２】
図２８中、実線で模式的に表される照明光線束は、光源８００を出射した後コンデンサレンズ８０１により収束されてライトバルブ３００に入射し、投写レンズのライトバルブ側最終レンズ８０２に入射する直前において小さな光線束径となって光源８００の像８１０を形成する。
【００１３】
投写レンズはこれに合わせてライトバルブ側最終レンズ８０２の近傍に絞りが配置される後置絞りレンズの構成を取る。投写レンズの光軸６０１はライトバルブ３００の法線６００と平行であるが、両者６００，６０１は共軸ではないため、投写光の向かう方向は点線矢印で示されるように法線６００に対して傾くことになる。
【００１４】
また、後置絞りタイプによって投写レンズのライトバルブ側最終レンズ８０２の直径を小さくできることから、投写レンズと照明光学系、あるいは照明光線束との物理的な衝突を回避するにも適している。
【００１５】
（第２の従来技術）
図２９は、図２８とは異なる軸外し照明光学系の概略図である。図２９中の符号は図２８中の符号と同様であるので図２９中の符号の説明を省略する。
【００１６】
本光学系は、投写レンズの絞りが投写レンズ系の内部に配置される点で図２８に示したものより設計が容易なレンズタイプで構成できる可能性が高い。
【００１７】
以上、第１および第２の従来技術に示されたような軸外し光学系は、スクリーンを仰ぎ見る姿勢で投写しても画面が台形に歪むキーストーン歪み（台形歪み）を生じにくく、画面内でのフォーカスぼけを最小限にできる点で優れている。すなわち、装置軸（通常は、鉛直方向に沿う軸）に対して投写方向に一定の仰角を設ける必然性が高いフロント投写型のプロジェクタ装置に適した照明光学系であると言える。
【００１８】
反面、ライトバルブを斜めに照明するため、照明均一性を高めることは本質的に困難な光学系である。
【００１９】
（第３の従来技術）
さらに、先の文献には、図３０に示すようなプリズムを挿入したタイプ、図３１に示すような光線束内に反射ミラーを配置するタイプが紹介されている。図３０において、８０３はプリズム、６０２は照明光線、６０３はプリズム８０３の挿入により折れ曲がるライトバルブ３００の法線方向の光線、６０４は投写光線を模式的に示している。
【００２０】
この方式では、照明光と投写光のなす角度をある程度コントロールすることができ、光学系の構成の自由度が高くなる反面、投写レンズの非点収差、色収差に大きな影響を与えるため実用性が低いと述べられている。
【００２１】
（第４の従来技術）
一方、図３１は、投写レンズ内の絞り位置にミラーを配置し、絞り上に形成される光源像をライトバルブ３００で反射させた後、再びミラー近傍で結像させる自己収束リレー光学系を示している。
【００２２】
この方式は、先の第１乃至第３の従来技術に述べた３種類の照明光学系に比べて投写画像の歪みや照明性能の点に優れているものの、ミラーで反射した照明光がレンズ８０２に入射する際にレンズ８０２の表面で反射光を生じ、この反射光がゴースト光となってスクリーンに到達する不具合点が指摘されている。
【００２３】
この例のように、反射型ライトバルブ３００の近傍にレンズ８０２を配置した場合、光線がこのレンズ８０２を往復２回通過することによる影響を十分に考慮しなければならない。
【００２４】
以上、第１乃至第４の従来技術に述べた４種類の照明光学系について簡単に述べたが、いずれの光学系も、ライトバルブへの均一照明と、照明光学系および投写レンズ系の間における衝突の回避とを両立させることが困難である。
【００２５】
しかしながら、以上のような問題を解決し、特にＤＭＤのような可変ミラー素子の照明に適した光学系が米国特許５，６０４，６２４号広報（以下、ＵＳＰ５，６０４，６２４と称す）に開示されている。
【００２６】
（第５の従来技術）
図３２は、上述のＵＳＰ５，６０４，６２４に開示された、従来の反射型ライトバルブ照明光学系を示す縦断図である。
【００２７】
図３２において１４０はプリズム、１４１ならびに１４２はプリズム１４０の側面、１４３はプリズム１４０の入射面、１４４ならびに１４５はプリズム１４０の内部に設けられた第１の面および第２の面、３０は反射型ライトバルブとしての可変ミラー素子、８０４は光源、２１０及び２１１は入射面１４３からプリズム１４０へ入射した後、再び側面１４２から出射して可変ミラー素子３０へ向かう光線束である。尚、「光線束」を「光束」とも称し得る。この点は、以後の記述でも同一である。
【００２８】
側面１４１および１４２は互いに平行であり、入射面１４３は側面１４１および１４２の面方向に対して傾斜している。プリズム１４０の内部に設けられる第１の面１４４および第２の面１４５は実質的にほぼ平行に保たれており、この両者間には間隙（空気ギャップ）が介在している。
【００２９】
また、第１の面１４４、第２の面１４５、側面１４１、側面１４２および入射面１４３は、それぞれ対応する紙面に対して垂直な面に含まれている。また、プリズム１４０は言うなれば、２つのプリズム片が組み合わされた一体の構造物とされているが、機能的には２つの部分（パート）、すなわち、側面１４２、入射面１４３および第１の面１４４によって囲まれた第１のパートと、第２の面１４５及び側面１４１を含む第２のパートとから成り立つとみることもできる。
【００３０】
なお、プリズム１４０は、いかなる光学的品質を持った材料から構成されていてもよいとの記述があるが、特に、ＰＭＭＡを用いたものが開示されている。
【００３１】
さて、第１の面１４４が、この第１の面１４４に入射する光線束２１０および２１１がともに全反射するように配置されることにより、光源８０４からプリズム１４０へ入射した光線束２１０，２１１は、図３２に示すように大きく偏向した後、可変ミラー素子３０へ導かれる。
【００３２】
また、光源８０４から、主光線が互いにほぼ平行な光（テレセントリックな光）がプリズム１４０に入射した場合、この光は第１の面１４４における全反射作用によって主光線の平行性が保たれたまま可変ミラー素子３０に入射する。
【００３３】
よって、光源８０４の輝度分布がほぼ保たれた照明光線束によって可変ミラー素子３０を照明することが可能であり、この点で図３２の光学系は均一照明に非常に有利な光学系と言える。
【００３４】
しかも、可変ミラー素子３０から反射した光線束は、第１の面１４４における全反射条件を満足しないために第１の面１４４を透過し、空気ギャップ、第２の面１４５を経て側面１４１から出射し、投写レンズ５００へ導かれる。従って、照明光学系と投写レンズ系との物理的な衝突も避けやすい。
【００３５】
このように、この従来技術は、ライトバルブ（可変ミラー素子３０）の均一照明及び照明光学系と投写レンズ系との衝突回避に優れている。しかしながら、第１の面１４４が、光源８０４からの入射光線束と可変ミラー素子３０からの反射光とに対してそれぞれ異なる作用を生じさせる、すなわち、ここでは、第１面１４４は、光源８０４の入射光線束を全反射し、可変ミラー素子３０からの反射光を透過する。
【００３６】
ここで、照明光線束の斜入射に対して、その素子の法線方向に光を反射する典型的な可変ミラー素子としてＤＭＤの例について簡単に説明する。
【００３７】
ＤＭＤは、半導体製造技術を用いることで、シリコン基板上に１０数μｍ角の微小なミラーをマトリクス状に多数配列したものであり、これらの微小ミラーの全てによってひとつの平面（反射面）を形成する反射型ライトバルブである。
【００３８】
そして、ＤＭＤは、電気的な制御によって各微小ミラーを傾けることで、入射光をＤＭＤの法線方向へ反射させる第１反射状態と、入射光を法線から所定の角度だけ傾いた方向へ反射させる第２反射状態とを作り出すことができる。
【００３９】
これにより、反射された側からみた場合の、例えば、白表示に対応する第１反射状態（このときの反射光をＯＮ光と称す）、および黒表示に対応する第２反射状態（このときの反射光をＯＦＦ光と称す）の組合せ（変調）によって画像表示を行う。
【００４０】
このように、ＤＭＤによって変調された光は投写レンズ５００を介して図示しないスクリーンに投写され映像情報を表示する。
【００４１】
図３３は、ＤＭＤを構成する２つの微小ミラー（２ピクセルに対応する）の一例を示す斜視図である。図３３において３１０、３１１は微小ミラーとしてのマイクロミラーで、３１２はこれらのベースである。６１０はベース３１２の法線であり、２つマイクロミラー３１０および３１１が、法線６１０からそれぞれ＋１０度あるいは−１０度に傾いているところを示している。
【００４２】
６１１はマイクロミラー３１０の法線（この図３３に示したものでは、ベース３１２の法線６１０に対して＋１０度傾いている）であり、６１２はマイクロミラー３１１の法線（この図３３に示したものでは、ベース３１２の法線６１０に対して−１０度傾いている）である。
【００４３】
マイクロミラー３１０、３１１は、その表面にアルミニウムが蒸着され、高い反射率を有する正方形のミラーとして作用する。図３３に示したような場合、マイクロミラー３１０、３１１の傾きは法線６１０に対してそれぞれ±１０度であるから、結果として、マイクロミラー３１０は法線６１０より２０度傾いた方向から入射した光を法線６１０の方向へ反射し（第１反射状態に対応）、一方、マイクロミラー３１１は法線６１０より２０度傾いた方向から入射した光を法線６１０より４０度傾いた方向へ反射させる（第２反射状態に対応）。
【００４４】
なお、このＤＭＤの動作及びその他の詳細については、Larry J. Hornbeck, "Digital Light Processing for High-Brightness, High-Resolution Applications.", SPIE Vol.3013, pp.27-40,等に詳しく紹介されているので、ここではこれ以上の詳しい説明を省略する。
【００４５】
上述したようなＤＭＤを用いる場合には、第２反射状態において生じる不要光が投写画面に映らないように注意する必要がある。なぜならば、法線６１０から４０度傾いた方向へ進行するＯＦＦ光が、投写光学系における光路中で散乱することにより迷光成分を生じたり、投写レンズ内部に進行（進入）することによりゴースト光を生じたりすれば、投写される映像のコントラストを低減させる原因となるからである。
【００４６】
この場合、投写画面のコントラストの向上を図る上で、ＯＦＦ光を何らかの手段を用いて光路外へ導くか、あるいは遮光部材によってＯＦＦ光を吸収することが必要となってくる。
【００４７】
例えば、図２８を参照して説明した（第１の従来技術）、後置絞りレンズに特徴を持つ光学系においては、投写レンズの像側開口を小さくできるため、ＯＦＦ光の侵入を防ぐことができる点で同光学系は本質的に有利である。
【００４８】
ここで、図３２を参照して説明した（第５の従来技術）、従来の照明光学系におけるＯＦＦ光の振舞いを図３４を用いて説明する。なお、可変ミラー素子３０としては、ＤＭＤを用いた例について述べる（以下、ＤＭＤ３０と記述する）。
【００４９】
図３４において、１４６はプリズム１４０の側面、４０はＤＭＤ３０の上部に配置されるカバーガラス、６１３はＤＭＤの法線、その他の符号は図３２と同様であるので説明を省略する。
【００５０】
前述した第２反射状態におけるＯＦＦ光は、ＤＭＤ３０から図３４中の矢印のように出射し、その一部は実線楕円（図３４中のＡ）で囲んだ光線のようにプリズム１４０の側面１４６に到達する。
【００５１】
残りの光線の多くは、側面１４１からプリズム１４０の外へ出射したのち、点線楕円（図３４中のＢ）で囲んだように進行する。この場合、側面１４６に到達したＯＦＦ光の処理は、例えば、側面１４６上に光吸収剤を塗布することによって、比較的簡単に行うことができる。
【００５２】
一方、図３４のような配置によれば側面１４１から出射する光線のうち、相当の割合の光線が投写レンズ５００に侵入すると考えられる。ＯＦＦ光全体のうちの点線楕円Ｂで囲んだ光線束成分の割合は、プリズム１４０の法線６１３の方向への厚み、すなわち側面１４１と１４２との間の距離やＤＭＤ３０の寸法によって左右されるため定量的な考察を行うことは容易ではない。
【００５３】
しかしながら、ＯＦＦ光の強度（光強度）はＯＮ光の強度とほぼ同じであり、投写レンズ５００を画面の周辺光量比を高めるのに有利なテレセントリックレンズとした場合には、ＤＭＤ側最終レンズがかなり大きな径を持つことになり、ＯＦＦ光のうちの当該レンズに進入する成分が多くなり易い（進入する可能性が高くなる）ことなどを考慮すると、迷光やゴースト光の原因となるＯＦＦ光の進入を未然に防ぐ必要性がより高くなる。
【００５４】
前述のＵＳＰ５，６０４，６２４には、ＯＦＦ光の投写レンズへの進入の回避を目的とした光学系についても開示されており、これを図３５に示す。
【００５５】
図３５において、１４００は３つのプリズム片からなるプリズム、１４０１、１４０２は図３２を参照して説明した面１４５および１４４の対と同等の作用を呈する空気ギャップを介した一対の面、１４０３はＯＦＦ光が出射する面である。その他の符号は図３２と共通であるので説明を省略する。
【００５６】
図３５に示したようなプリズム１４００によれば、第１の一対の面１４４および１４５により、ＤＭＤ３０への照明光とＤＭＤ３０からの反射光との選択的透過および／または反射作用を実現することができる。
【００５７】
さらに、第２の一対の面１４０１および１４０２によってＯＮ光とＯＦＦ光の選択的透過および／または反射作用を実現することができる。従って、プリズム１４００においては、図３２に示す光学系において問題となった、ＯＦＦ光の投写レンズ５００への進入に起因するコントラストの低減をほぼ解消することができる。
【００５８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような各光線の振舞いを実現しようとする場合、プリズム片を一体的に組み合わせて構成されるプリズム１４００は、図３２のプリズム１４０と比べても相当大きな形状を取らざるを得ないことは図３５から明らかである。
【００５９】
投写レンズ５００にとってのプリズム１４００は、側面１４１および１４２によって定められる平行平面板とみなすことができる。その場合の設計において、側面１４１と１４２との間の距離は、光学設計の難易度と直接関係するパラメータであり、この距離が大きくなれば投写レンズ５００のバックフォーカル長を大きくすることが必要となるため設計の難易度が著しく高くなってしまう。
【００６０】
そればかりでなく、プリズム１４００が増大化すると、プロジェクタ装置の重量及び体積の増加、又は光学材料の大量使用によるコストアップ等の実用上の不具合が引き起こされる。
【００６１】
ところで、ＵＳＰ５，６０４，６２４には、このような実用上の不具合に対しては特に触れられておらず、反射型ライトバルブ、特にＤＭＤのような可変ミラー素子に適するコンパクトなプリズム、及び照明光学系を提供することが望まれていた。
【００６２】
本発明は、以上のような問題に鑑み、コンパクトなプリズム、コンパクトな投写光学系およびコンパクトな投写型表示装置を得ることを主目的とする。
【００６３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、外部の可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子の法線方向に平行な投写光軸を有する外部の投写レンズとの間に配置されるプリズムであって、前記可変ミラー素子から第１距離だけ離れた第１端部と第２端部とを備え且つ前記第１端部から前記第２端部に向かって前記可変ミラー素子に対して遠ざかる方向に傾斜しており、外部から入射する光線束を全反射して反射後の外部入射光線束を前記可変ミラー素子側へ向けて伝搬させ得る第１内面と、前記可変ミラー素子からそれぞれ第２距離及び第３距離だけ離れた第１端部及び第２端部を備え、前記第１内面で全反射された前記外部入射光線束が入射するときには前記外部入射光線束を透過させ、前記可変ミラー素子に照射して前記可変ミラー素子によって反射される光線束の内で第１反射状態にある光線束が入射するときには入射した第１反射状態光線束を透過させる一方で、前記可変ミラー素子によって反射される前記光線束の内で前記第１反射状態とは異なる第２反射状態にある光線束が入射するときには入射した第２反射状態光線束を全反射させ得る第２内面とを備え、前記第１内面の前記第１端部は、前記第２内面の前記第１端部と前記第２端部との間に位置する前記第２内面内の所定の箇所よりも前記可変ミラー素子側から見て上方に位置しており、前記第３距離は前記第１距離及び前記第２距離の何れよりも大きく、前記第１距離は前記第２距離よりも大きく、前記第１内面は、前記第２内面を透過した前記第１反射状態光線束が入射するときには当該第１反射状態光線束を透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得るものであり、前記プリズムは、前記第１内面の前記第１端部に対向しており且つ前記可変ミラー素子から第４距離だけ離れた第１端部及び前記第２内面の前記第２端部に対向しており且つ前記可変ミラー素子から第５距離だけ離れた第２端部を備え、前記第２内面に対向する面であって、前記第２内面を透過した前記第１反射状態光線束が入射するときには当該第１反射状態光線束を透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得る第３内面を更に備え、前記第５距離は前記第３距離及び前記第４距離の何れよりも大きく、前記第４距離は前記第１距離よりも大きいことを特徴とする。
【００６５】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のプリズムであって、前記第１内面に対向する位置に配設され、入射する前記外部入射光線束を透過させて前記第１内面側へ向けて前記プリズム内を伝搬させ得る入射面である第１外面と、前記可変ミラー素子及び前記第２内面に対向する位置に配設され、前記第２内面の前記第１端部に該当する第１端部と前記第２内面の前記第２端部の下方に位置する第２端部とを備え、前記第２内面を透過して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記可変ミラー素子側へ出射すると共に、前記可変ミラー素子によって反射される前記光線束を前記プリズム内に入射し得る光作用面である第２外面と、前記第２外面と略平行な面であって、前記投写レンズに対向する位置に配設されており、前記第３内面の前記第２端部の上方に位置する第１端部と前記第１内面の前記第２端部に隣接する第２端部とを備え、前記第１内面を透過して入射する前記第１反射状態光線束と前記第３内面を透過して入射する前記第１反射状態光線束とを透過させ得る出射面である第３外面とを備え、前記第２外面と前記第３外面との間に、前記第２内面と前記第３内面と前記第１内面とが配設されていることを特徴とする。
【００６６】
請求項３に係る発明は、請求項２記載のプリズムであって、前記第１外面に対向する位置に配設され、前記第２外面の前記第２端部と繋がった第１端部と前記第２内面の前記第２端部と繋がった第２端部とを備える第４外面と、前記第４外面上に配設され、前記第２内面で全反射された前記第２反射状態光線束が入射するときには前記第２反射状態光線束を吸収する遮光部材とを備えることを特徴とする。
【００６７】
請求項４に係る発明は、請求項３記載のプリズムであって、前記第２外面と同一平面内に有り、前記第２外面の前記第１端部に隣接する第１端部と前記第１外面と繋がった第２端部とを備える第５外面を更に備えることを特徴とする。
【００６８】
請求項５に係る発明は、請求項４記載のプリズムであって、前記第１外面と前記第５外面と前記第１内面とを備える第１プリズム片と、前記第２外面と前記第４外面と前記第２内面とを備える第２プリズム片と、前記第３外面と前記第３内面とを備える第３プリズム片とを備え、前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内の任意のプリズム片は他の２つのプリズム片と空気間隙を介して対向配設されており、前記第１プリズム片の外面の内で前記第１内面と前記第５外面とで挟まれた第４内面は前記第２プリズム片の前記第２内面に対向しており、前記第３プリズム片の外面の内で前記第３外面と前記第３内面とで挟まれた第５内面は前記第１プリズム片の前記第１内面に対向していることを特徴とする。
【００６９】
請求項６に係る発明は、請求項５記載のプリズムであって、前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内で、互いに対向し合う２つのプリズム片同士は、当該２つのプリズム片の熱膨張率に略等しい熱膨張率を有する、スペーサ及び接着剤によって固定されていることを特徴とする。
【００７０】
請求項７に係る発明は、請求項５記載のプリズムであって、前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内で、互いに対向し合う２つのプリズム片同士は、互いの対向面の一方の面上に光線束の通過部分を避けて設けられた薄膜コーティングを介して、対向配置されていることを特徴とする。
【００７１】
請求項８に係る発明は、請求項５記載のプリズムであって、前記第２プリズム片は、（ａ）前記第２外面と、前記第２内面の内で前記第４内面のみと対向する第１面と、前記第２外面と前記第２内面の前記第１面とで挟まれた第６内面とを備えるプリズム片と、（ｂ）前記第４外面と、前記第２内面の内で前記第３内面のみと対向する第２面と、前記第４外面と前記第２内面の前記第２面とで挟まれ且つ前記第６内面と対向する第７内面とを備えるプリズム片とを備えることを特徴とする。
【００７２】
請求項９に係る発明は、外部の可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子の法線方向に平行な投写光軸を有する外部の投写レンズとの間に配置されるプリズムであって、前記可変ミラー素子によって生成される相違なる第１反射状態と第２反射状態とにそれぞれ対応する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを選択的に偏向し得る、第１プリズム片と第２プリズム片と第３プリズム片とを備え、（ａ）前記第１プリズム片は、外部から入射する光線束を透過可能な第１面と、前記第１面を透過する前記外部入射光線束を全反射すると共に、前記第１プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束を透過させる第２面と、全反射後に前記第１プリズム片内を伝搬して入射する前記外部入射光線束を透過させると共に、入射する前記第１反射状態光線束を前記第１プリズム片内に透過させる第３面とを備え、（ｂ）前記第２プリズム片は、前記第３面に対向しており、前記第３面を透過して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記第２プリズム片内を伝搬させ、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束を透過させると共に、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を全反射する第４面と、前記可変ミラー素子に対向しており、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記可変ミラー素子へ向けて伝搬させ、前記外部入射光線束が前記可変ミラー素子に照射することによって生成された入射する前記第１反射状態光線束及び前記第２反射状態光線束を共に透過させて前記第２プリズム片内を伝搬させると共に、前記第４面によって全反射された後に前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を全反射し得る第５面とを備え、（ｃ）前記第３プリズム片は、前記第２面と前記第３面との交差部分に隣接した端部を有し且つ前記第４面に対向しており、前記第４面を透過後に入射する前記第１反射状態光線束を透過させる第６面と、前記第２面に対向しており、前記第６面の前記端部と交差していると共に、前記第２面を透過後に入射する前記第１反射状態光線束を透過させる第７面と、前記投写レンズに対向しており、前記第６面の透過後に前記第３プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束と前記第７面の透過後に前記第３プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束とを透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得る第８面とを備えることを特徴とする。
【００７３】
請求項１０に係る発明は、請求項９記載のプリズムであって、前記第２面と前記第７面とは平行であり、前記第３面及び前記第６面は共に前記第４面とは平行であり、それぞれの平行面同士の間が空気間隙であることを特徴とする。
【００７４】
請求項１１に係る発明は、請求項９記載のプリズムであって、前記第３面と前記第６面とは同一平面内にあることを特徴とする。
【００７５】
請求項１２に係る発明は、請求項９記載のプリズムであって、前記第１面と前記第２面とのなす角度をαと定義し、前記第４面と前記第５面とのなす角度をγと定義し、前記第２面と前記第３面とのなす角度を（β＋γ）と定義する場合に、前記角度αは、３８．０°よりも大きく且つ５０．４°よりも小さい範囲内にあり、前記角度βは、２５．０°よりも大きく且つ３７．４°よりも小さい範囲内にあり、前記角度γは１６．２°よりも大きく且つ２４．５°よりも小さい範囲内にあることを特徴とする。
【００７６】
請求項１３に係る発明は、請求項９記載のプリズムであって、（ｂ）前記第２プリズム片は、前記第４面と前記第５面とで挟まれた側面と、前記側面上に配設されており、前記第４面での全反射後に前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を遮光し得る遮光部材とを更に備えることを特徴とする。
【００７７】
請求項１４に係る発明は、光源と、前記光源からの光線束を集光する集光光学系と、前記集光光学系によって集光される集光光を入射する入射面と、ほぼ均一な光強度分布の光線束を出射する出射面とを備える光強度均一化素子と、前記光強度均一化素子の前記出射面から出射される光線束を伝達する伝達光学系と、前記伝達光学系によって伝達される光線束が外部から入射する光線束として入射される請求項１０記載の前記プリズムと、前記プリズムの外部に於ける、その反射面と前記光強度均一化素子の前記出射面とが前記伝達光学系及び前記プリズムを介して共役な関係となる位置に配設されており、前記プリズムから入射する光線束をその反射面で反射する際に互いに相違した反射状態に相当する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを生成し得る可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子から前記プリズムへ入射し、その後、前記プリズムを出射する前記第１反射状態光線束が入射する投写レンズとを備えることを特徴とする。
【００７８】
請求項１５に係る発明は、請求項１４記載の投写光学系であって、前記伝達光学系からの前記光線束及び前記第１反射状態光線束が通過する前記プリズムの部分を避けて前記プリズムの外形の一部に接することにより、前記プリズムを保持するプリズム保持部材を更に備えることを特徴とする。
【００７９】
請求項１６に係る発明は、請求項１５記載の投写光学系であって、前記プリズム保持部材は、前記プリズムを出射する前記第２反射状態光線束を遮光する部分を備えることを特徴とする。
【００８０】
請求項１７に係る発明は、請求項１５記載の投写光学系であって、前記プリズム保持部材は前記投写レンズに対向する面を備え、前記プリズム保持部材の前記対向面は、前記第１反射状態光線束が通過し得る寸法を有する光出射開口を備えることを特徴とする。
【００８１】
請求項１８に係る発明は、請求項１４記載の前記投写光学系と、前記可変ミラー素子を駆動するための電気信号を生成して前記電気信号を前記可変ミラー素子に出力するために配設された信号生成部と、前記投写光学系から投写される光線束を受けるスクリーンとを備えることを特徴とする。
【００８２】
請求項１９に係る発明は、光源と、前記光源からの光線束を集光する集光光学系と、前記集光光学系によって集光される集光光を入射する入射面と、ほぼ均一な光強度分布の光線束を出射する出射面とを備える光強度均一化素子と、前記光強度均一化素子の前記出射面から出射される光線束を伝達する伝達光学系と、前記伝達光学系によって伝達される光線束が外部から入射する光線束として入射される請求項２記載の前記プリズムと、前記プリズムの外部に於ける、その反射面と前記光強度均一化素子の前記出射面とが前記伝達光学系及び前記プリズムを介して共役な関係となる位置に配設されており、前記プリズムから入射する光線束をその反射面で反射する際に互いに相違した反射状態に相当する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを生成し得る可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子から前記プリズムへ入射し、その後、前記プリズムを出射する前記第１反射状態光線束が入射する投写レンズとを備えることを特徴とする。
【００８３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。
【００８４】
（投写型表示装置）
投写型表示装置は、既述した第１および第２の反射状態を作出し得る可変ミラー素子（図１の素子３）と、外部より入力される映像信号の情報を反映した電気信号に対応するように可変ミラー素子を駆動するための電気信号を発生する信号生成部（図１の部分２）と、後に詳述する特徴的な構成を有するプリズム（図１の要素１）を含む投写光学系と、この投写光学系から投写される光線束を受けて、その面上に映像を映し出すためのスクリーン（図２７の部分９０）とを備えている。
【００８５】
なお、以下の説明において、Ｆナンバーとは、光線束の入射面（ここで、入射面とは、光線束が入射する物体の表面、即ち、entrance surfaceである。この点は、以下の記載でも同じである。）に対して当該光線束が入射する場合に、この光線束を等価的に１枚のレンズ（等価的なレンズ）から出射する光線束として考え、その様な等価的なレンズの焦点距離をｆ０とし、且つ、等価的なレンズの開口の直径をＤ０として表すことで表現される式、即ち、Ｆ＝ｆ０／Ｄ０によって定義される値である。以下の実施の形態の説明においては、照明光線束のＦナンバー、テレセントリックレンズのＦナンバー、投写レンズのＦナンバー、反射光線束のＦナンバー等の表現を用いるが、特に断りの無い限り、基本的な定義はここにおける説明によるものとする。
【００８６】
実施の形態１．
（プリズムの構成について）
図１は、本発明の実施の形態１に関わるプリズムの縦断面構造を信号生成部２のブロック図と共に模式的に示す図である。図１において、１はプリズム、３は可変ミラー素子、５は投写レンズ、８４０はプリズム１の直前に配置されるレンズ（光学系によってはフィールドレンズと称される）、８（図１中の破線部分）はレンズ８４０の出射端面に形成される仮想的な面光源（仮想面光源）であり、照明光学系はこれら５つの基本的な光学要素８４０，８，１，３，５から構成される。また、４は可変ミラー素子３の上部に設けられたカバーガラスである。
【００８７】
２０はプリズム１に入射して可変ミラー素子３を照明する照明光線、２１は可変ミラー素子３から反射されるＯＮ光ないしは第１反射状態光線束、２２は可変ミラー素子３から反射されるＯＦＦ光ないしは第２反射状態光線束の軌跡を示す光線であり、６は可変ミラー素子３の法線方向に平行な投写光軸を、６０は照明光軸を示している。
【００８８】
可変ミラー素子３は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）に代表される反射型ライトバルブであり、入射光の反射方向を微小ミラー（マイクロミラー）の傾きを変えることによって選択し、入射光線束に画像情報に基づく変調を与えるものである（画像情報に基づいて、その反射光がＯＮ光、ＯＦＦ光に分けられる）。
【００８９】
ＯＮ光２１は、投写レンズ５に向かって反射される光線であり、図１には投写レンズ５に進入する最外光線が概念的に示されている。また、ＯＦＦ光２２は、投写レンズ５に進入する前に、投写レンズ５へ進入しないように偏向される。また、５０は投写レンズ５のレンズ部を模式的に示すものである。
【００９０】
投写レンズ５に取り込まれた（入射した）光線（ここではＯＮ光２１）は、画像の白表示の状態（スクリーン上の明点に対応）を提供する。
【００９１】
一方、ＯＦＦ光２２は、ある広がりを有して投写光軸６から所定の角度だけ傾いた方向に反射される光線であり、その殆どはプリズム片１２の側面１２３上に又は上方に設けられた遮光部材７に到達し同材７に吸収される。
【００９２】
従って、ＯＦＦ光２２は、投写レンズ５に取り込まれない（入射しないため）ため、画像の黒表示の状態（スクリーン上の暗点に対応）を提供する。
【００９３】
図１に示すように、第１のプリズム片１１、第２のプリズム片１２および第３のプリズム片１３のそれぞれが他の２つのプリズム片に対して後に説明する所定の微小な間隔を隔てて配置され、これらのプリズム片１１，１２，１３は全体としてひとつの構造体であるプリズム１を構成している。
【００９４】
第１外面１１１、第５外面１１２、第４内面１１３および第１内面１１４Ａを含む外面１１４は第１のプリズム片１１の外形面を特徴付ける平面であり、第２外面１２１、第２内面１２２および第４外面１２３は第２のプリズム片１２の外形面を特徴付ける平面であり、第５内面１３１、第６外面１３２、第３外面１３３および第３内面１３４は第３のプリズム片１３の外形面を特徴付ける平面である。
【００９５】
なお、図１に示された、断面形状が四角の第１プリズム片１１、直角三角形の断面形状を有する第２プリズム片１２および四角形の断面形状を有する第３プリズム片１３のそれぞれは、図１に表現された各プリズム片に対応する各辺が紙面に垂直な方向に延伸された面によって構成される立体である。
【００９６】
図１に示すプリズム１の構成の特徴点は、次の通りである。
【００９７】
プリズム１は、その内部に、第１内面１１４Ａ、第２内面１２２、第３内面１３４、第４内面１１３及び第５内面１３１を有している。
【００９８】
第１内面１１４Ａは面１１４の一部であり、可変ミラー素子３から第１距離だけ離れた第１端部１Ｅ１を備え、且つ、第１端部１Ｅ１から第２端部１Ｅ２に向かって可変ミラー素子３に対して遠ざかる様に投写光軸６に対して傾斜している。しかも、第１内面１１４Ａは、外部から入射する光線束２０を全反射して反射後の外部入射光線束２０を可変ミラー素子３側へ向けてプリズム１内を伝搬させ得ると共に、第２内面１２２及び第４内面１１３を透過した第１反射状態光線の第１束（単に第１反射状態光線束とも称す）２１が入射するときには当該第１反射状態光線束２１を透過させて投写レンズ５側へ向けてプリズム１内を伝搬させ得る光学特性を有する。この様な光学特性を実現すべく、第１内面１１４Ａ上には誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされており、この誘電体多層膜は、入射する第１反射状態光線束２１の光量の殆どを透過し得る様に設定されている（例えば透過率９９％）。
【００９９】
他方、第２内面１２２は、可変ミラー素子３からそれぞれ第２距離及び第３距離だけ離れた第１端部２Ｅ１及び第２端部２Ｅ２を備える傾斜面である。ここで、第３距離は第１距離及び第２距離の何れよりも大きく、第１距離は前記第２距離よりも大きい。そして、第２内面１２２は、第１内面１１４Ａで全反射された外部入射光線束２０が入射するときには外部入射光線束２０を透過させ、可変ミラー素子３に照射して可変ミラー素子３によって反射される光線束の内で第１反射状態にある光線の第１束及び第２束が入射するときには入射した第１反射状態光線の第１束及び第２束２１を透過させる一方で、可変ミラー素子３によって反射される光線束の内で第２反射状態にある光線束が入射するときには入射した第２反射状態光線束２２を全反射させ得る光学特性を有する。しかも、両内面１１４Ａ、１２２間には次の配置関係がある。即ち、第１内面１１４Ａの第１端部１Ｅ１は、可変ミラー素子３側から見て、第２内面１２２の第１端部２Ｅ１と第２端部２Ｅ２との間に位置する第２内面１２２内の所定の箇所Ｐ（可変ミラー素子３から見て投写光軸６の右側に位置する）よりも上方に位置している。
【０１００】
又、第３内面１３４は、第１内面１１４Ａの第１端部１Ｅ１に対向しており且つ可変ミラー素子３から第４距離だけ離れた第１端部３Ｅ１及び第２内面１２２の第２端部２Ｅ２に対向しており且つ可変ミラー素子３から第５距離だけ離れた第２端部３Ｅ２を備えており、しかも、第２内面１２２に全面的に対向する面である。加えて第３内面１３４は、第２内面１２２を透過した第１反射状態光線の第２束（単に第１反射状態光線束とも称す）２１が入射するときには当該第１反射状態光線束２１を透過させて投写レンズ５側へ伝搬させ得る光学特性を有する。ここで、第５距離は第３距離及び第４距離の何れよりも大きく、第４距離は第１距離よりも大きい。
【０１０１】
尚、上記第１距離、第２距離、第３距離、第４距離及び第５距離は、投写光軸６と交差する可変ミラー素子３の反射面の中心部から対象物までの距離として定義される。あるいは、上記第１距離、第２距離、第３距離、第４距離及び第５距離は、可変ミラー素子３の反射面を含む平面から対象物を眺めたときの最短距離として定義される。
【０１０２】
更に第４内面１１３は、第２内面１２２に対して平行に対向配設された面であり、第１内面１１４Ａの第１端部１Ｅ１に該当する第１端部と、後述する第２外面１２１と同一平面内に有り且つ第２内面１２２の第１端部２Ｅ１に対向する第２端部４Ｅ２とを有する。
【０１０３】
更に第５内面１３１は、第１内面１１４Ａに対して平行に対向配設された面であり、第３内面１３４の第１端部３Ｅ１に該当する第１端部と、後述する第３外面１３３と同一平面内に有り且つ第１内面１１４Ａの第２端部１Ｅ２に対向する第２端部５Ｅ２とを有する。
【０１０４】
尚、第２内面１２２、第３内面１３４、第４内面１１３及び第５内面１３１の各面上には、同一目的達成のために、誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされている。
【０１０５】
他方、プリズム１の外形面の構成の特徴点は、次の通りである。
【０１０６】
先ず、第１外面１１１は、第１内面１１４Ａに対向する位置に配設されており、入射する外部入射光線束２０を透過させて第１内面１１４Ａ側へ向けてプリズム１内を伝搬させ得る入射面である。
【０１０７】
第２外面１２１は、可変ミラー素子３及び第２内面１２２に対向する位置に配設されており、第２内面１２２の第１端部２Ｅ１に該当する第１端部と、第２内面１２２の第２端部２Ｅ２の下方に位置する第２端部とを備える。そして、第２外面１２１は、第２内面１２２を透過して入射する外部入射光線束２０を透過させて可変ミラー素子３側へ出射すると共に、可変ミラー素子３によって反射される光線束２１，２２をプリズム１内に入射し得る光作用面である。
【０１０８】
第３外面１３３は、第２外面１２１と略平行な面であって、投写レンズ５に対向する位置に配設されており、第３内面１３４の第２端部３Ｅ２の上方に位置する第１端部と、第５内面１３１の第２端部５Ｅ２に該当する第２端部とを備えている。そして、第３外面１３３は、第１内面１１４Ａ及び第５内面１３１を透過して入射する第１反射状態光線の第１束２１と第３内面１３４を透過して入射する第１反射状態光線の第２束２１とを透過させ得る出射面である。
【０１０９】
以上の通り、第２外面１２１と第３外面１３３との間のプリズム１の内部には、可変ミラー素子３から投写レンズ５に向かう方向に沿って、第２内面１２２と第４内面１１３と第１内面１１４Ａと第５内面１３１とが順次に配設されており、又、第２内面１２２と第３内面１３４とが順次に配設されている。
【０１１０】
更に第４外面１２３は、第１外面１１１に対向する位置に配設されており、第２外面１２１の第２端部と繋がった第１端部と第２内面１２２の第２端部２Ｅ２と繋がった第２端部とを備える。
【０１１１】
更に第５外面１１２は、第２外面１２１と同一平面内に有り、第４内面１１３の第２端部４Ｅ２に該当する第１端部と第１外面１１１と繋がった第２端部とを備える。
【０１１２】
更に第６外面１３２は、第１外面１１１に対向する位置に配設されており、且つ、第４外面１２３と略同一平面内に有り、第３内面１３４の第２端部３Ｅ２に該当する第１端部と第３外面１３３の第１端部に該当する第２端部とを有する。
【０１１３】
ここで、第４外面１２３を除いて（但し、後述する様に、遮光部材７を第４外面１２３の上方に設けるときには第４外面１２３をも含める）、他の外面１１１、１２１、１３３、１１２、１３２、１１４Ｂ上には、同一目的達成のために、誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされている。
【０１１４】
また、図１中で矢印で示される光線は、図面に平行な面（メリジオナル面）に含まれる光線の軌跡を表しているものとする。
【０１１５】
以下、図１及び後述の図面を参照しながら本照明光学系の光学的作用を説明する。
【０１１６】
（偏向作用について）
図１を参照してプリズム１への入射光に対する偏向作用について説明する。
【０１１７】
まず、仮想面光源８は、レンズ８４０の前段に配置される図示しない光源、あるいは光源を含む光学系から出射された光線がレンズ８４０を通過し、その出射面において所定の発散角を有する仮想的な光源である。この仮想面光源８から出射し可変ミラー素子３を照明する照明光線２０は、照明光軸６０に垂直な面１１１（第１の面。外部から入射する光線束が入射可能な入射面）から第１のプリズム片１１へ入射する。
【０１１８】
第１のプリズム片１１の面１１４（第２の面。第１の反射面として可変ミラー素子３から遠い側に設けられている）と第３プリズム片１３の面１３１（第７の面）とは、後述するような微小な空気間隙を介して互いに平行に配置されており、照明光線２０は第１プリズム片１１の内部を進行して面１１４に到達し、空気間隙と面１１４との界面において全反射される。
【０１１９】
すなわち、面１１４は入射する照明光線２０が全反射を起こすように照明光軸６０に対して傾いて配置されている。
【０１２０】
面１１４における全反射により偏向された照明光線２０の一部は、隣接する第２プリズム片１２を透過した後、プリズム１から出射して可変ミラー素子３へ到達する。
【０１２１】
カバーガラス４は、光学的な平行平面板とみなせるため、ここでは単に光路長を変えるだけの要素であるとして詳しい説明を省略する。
【０１２２】
なお、図１ではレンズ８４０をプリズム１とは非接触に配置しているが、照明性能が変わらないのであれば両要素８４０，１を互いに接触させて配置しても構わない。
【０１２３】
さて、第１のプリズム片１１の面１１３（第３の面）および第２のプリズム片１２の面１２２（第４の面。第２の反射面として可変ミラー素子３から近い側に設けられている）も、後述するような微小な空気間隙を介して対向し合うと共に互いに平行な位置関係に配置されているため、面１１４において全反射した照明光線２０の一部は、第１のプリズム片１１の面１１３と第２のプリズム片１２の面１２２との間の空気層を通過することになる。
【０１２４】
厳密には、この空気層（空気間隙内にある空気層）の存在により照明光線２０は屈折し、ごく僅かに照明光線２０の進行方向は直進方向からずれるが、この場合の空気層の厚さは、後述するように数μｍ程度であって、しかも、両面１１３，１２２の延在方向に沿ってほぼ一定となるように設定されているため、この屈折の照明性能へ与える影響をほぼ無視することができる。
【０１２５】
また、第１のプリズム片１１の面１１２と第２のプリズム片１２の面１２１（第５の面。外部から入射する光線束が入射可能な面１１１から入射される光線束を可変ミラー素子３に照射される光線束として出射すると共に可変ミラー素子３からの反射光が入射可能な光作用面でもある）とは同一平面又は略同一平面となるように配置されているため、プリズム１から出射して可変ミラー素子３へ向かう光線２０の振舞いも出射する位置によらずに同じであるとみなすことができる。
【０１２６】
（光線選択作用について）
次にプリズム１の光線選択作用について説明する。
【０１２７】
可変ミラー素子３は、上述した第１反射状態および第２反射状態のように、互いに異なる２つの反射状態を作出する。
【０１２８】
まず、第１反射状態においては、可変ミラー素子３は、入出する照明光線２０を投写レンズ５の方へ反射させる。図１中の、ＯＮ光（第１反射状態光線束）２１は、第２のプリズム片１２の面１２１と第３のプリズム片１３の面１３３とをそれぞれ入射面および出射面とする平行平面板を透過するように振る舞い、プリズム１をほぼ直線的に透過して投写レンズ５に到達する。
【０１２９】
図１に示すように、ＯＮ光２１は、プリズム１を構成する３つのプリズム片、すなわち第１乃至第３のプリズム片１１乃至１３の、互いに対向する面間に介在する空気層（空気間隙）の全てを透過する可能性が高い。
【０１３０】
しかしながら、これらの空気層（空気間隙）は、後述するように、それぞれ数μｍ程度の厚さ（面間隔）を有しており、しかも、ほぼ一定の厚みを有し、かつ空気層を作出する対向面の各々が互いに平行となるように設定されているため、空気層を通過することによるＯＮ光２１が受ける屈折の影響を最小限にすることができる。
【０１３１】
勿論、第１のプリズム片１１の面１１３と第３のプリズム片１３の面１３４（第６の面）とは同一平面となるように配置されており、また、これらの両面１１３，１３４の各々と第２のプリズム片１２の面１２２とは互いに平行となるように配置され、面（１１３，１３４）と面１２２との間に数μｍ程度でほぼ一定の厚みを有する空気間隙を保つように面（１１３，１３４）と面１２２とが配置されている。このため、光がこの空気間隙を通過する際の光線に対する屈折による影響を最小限にすることができる。
【０１３２】
なお、少なくとも第２のプリズム片１２の面１２１と第３のプリズム片１３の面１３３（第８の面）とは平行となるように形成される。すなわち、面１３３は、可変ミラー素子３からの光線束２１を投写レンズ５へ向かう光線束として出射可能な、面１２１と略平行である出射面である。
【０１３３】
従って、ＯＮ光２１は、巨視的に見るときには、可変ミラー素子３と投写レンズ５との間に配置された光学的な平行平面板を透過しているとみなすことができる。
【０１３４】
上述したように、プリズム１を構成する３つのプリズム片１１，１２，１３の内の第１及び第３プリズム片１１，１３に関しては、１つのプリズム片（例えば、第１のプリズム片１１）が他の２つのプリズム片（例えば、第２、第３のプリズム片１２、１３）と空気間隙を介して対向する２つの対向面を有している。他方、第２プリズム片１２は、他の２つのプリズム片１１，１３と空気間隙を介して対向する１つの対向面を有する。
【０１３５】
一方、第２反射状態においては、照明光線２０は投写光軸６を挟んで照明光線２０の入射方向とは反対側に出射し（反射偏向され）、図１に示したＯＦＦ光２２（第２反射状態光線束）として進行する。
【０１３６】
このＯＦＦ光２２は、投写レンズ５の受光角度から外れた光線であるため、この第２反射状態は、スクリーンに投写される映像光がＯＦＦの状態、すなわち黒表示に対応する。
【０１３７】
この状態において、ＯＦＦ光２２は第２のプリズム片１２の面１２２において全反射され、その進行方向を図１中の右方向へと大きく偏向される。
【０１３８】
つまり、第２のプリズム片１２の面１２２は、投写光軸６に対して所定の角度だけ傾いて配置されており、可変ミラー素子３から反射される全てのＯＦＦ光２２が実質的に全反射条件を満足する角度となるように、所定の角度は設定されている。
【０１３９】
従って、面１２２で全反射されたＯＦＦ光線２２は第２のプリズム片１２の内部を図１中の右方向へ伝播し、図１７に示す様に、ＯＦＦ光２２の一部は面１２１に到達して面１２１で再び全反射されて第２プリズム片１２内を図１の右方向へと進行して面１２３に到達する。又、面１２２で全反射されたＯＦＦ光２２の一部は直接に面１２３に到達する。又、面１２１より入射して直接に面１２３に到達するＯＦＦ光２２もある。この様に、ＯＦＦ光２２の殆どは、第２のプリズム片１２の面１２３に到達する。そこで、面１２３に到達するＯＦＦ光２２を吸収するために、面１２３の面上に、あるいはその近傍に、遮光部材７を配置している。
【０１４０】
このように構成することによって、ＯＦＦ光２２の大部分が投写レンズ５の内部に進入することがない（取り込まれない）ため、投写レンズ５の鏡筒内面やレンズ面（レンズ表面、境界面）における散乱等を原因とするゴースト光の発生を低減させることが可能となり、主にスクリーン上における黒表示状態における光出力を抑えることによるコントラスト向上を実現することができる。
【０１４１】
また、第１プリズム片１１の面１１４に到達する前の第１プリズム片１１内を進行する照明光線２０は、第１のプリズム片１１の面１１３と衝突することがない。そのため、第２のプリズム片１２の面１２２を、可変ミラー素子３によって反射されたＯＦＦ光２２を全反射作用し得る位置に配置することができる。又、第１のプリズム片１１の面１１３と第２のプリズム片１２の面１２２との間に介在する空気層（空気間隙）は、照明光線２０およびＯＮ光２１に対してはほぼ影響を与えることがない。本プリズム１では、ＯＦＦ光２２を効果的に遮光部材７へ導くことができる。
【０１４２】
（プリズムの設計例）
さて、プリズム１のコントラスト向上効果をより具体的に説明するため、プリズム１の設計例を示し定性的な考察を行う。ここで、可変ミラー素子３の具体例としてＤＭＤを想定し、先に説明したＤＭＤの特性に従ったプリズム１の具体例を示すものとする（以下、可変ミラー素子３の一例としてＤＭＤを用いたものを示し、ＤＭＤ３と称す）。
【０１４３】
図２は、プリズム１の設計における設計パラメータを説明する概略図であり、図２において、６１はＤＭＤ３に関する照明光軸、６２は第１のプリズム片１１の面１１４において全反射した後の第１プリズム片１１内部における照明光軸である。
【０１４４】
６３はＤＭＤ３によって反射するＯＦＦ光２２の方向軸（反射する方向を示す軸）、また、αは第１のプリズム片１１の面１１１と面１１４とのなす角度、βは第１のプリズム片１１の面１１４と面１２１と平行な面とのなす角度、γは第２のプリズム片１２の面１２１と面１２２とのなす角度である。
【０１４５】
第１のプリズム片１１の形状を特徴づける面１１４と面１１３とのなす角は、図２より（β＋γ）となることは明白である。
【０１４６】
その他の符号は図１と共通であるので説明を省略する。なお、投写光軸６と照明光軸６１とのなす角度は２０°、一方、投写光軸６とＯＦＦ光の方向軸６３とのなす角度は４０°として説明する。
【０１４７】
以下、図２を参照して頂角αおよびβの関係を導出する。
【０１４８】
まず、頂角αとβの設計条件として、
i）プリズム１に入射する全ての照明光線束が第１のプリズム片１１の面１１４における全反射条件を満足することによりＤＭＤ３側へ偏向されて、プリズム１を出射した照明光線束が２０°の進入角度をもってＤＭＤ３を照明すること。
【０１４９】
ii）ＤＭＤ３から、図示しない投写レンズへ向かう反射光（ＯＮ光）が全反射面をほぼ直線的に全て透過すること
の２つの条件を満足する必要がある。条件i）は図３に示す楔形状のプリズムを想定すれば簡単にその解を得ることができる。
【０１５０】
図３は、仮想的な立体を想定し光線の振舞いを説明する概略図である。図３では、図２における第１のプリズム片１１と第２のプリズム片１２の図２中の点線の部分において分割したうちの第１のプリズム片１１側の欠片とを一体化して成るプリズム片１０を示すと共に、同片１０を全反射面１１５に関して面対称に鏡像反転して出来る立体の輪郭を破線で示す。
【０１５１】
なお、図３中には、第１のプリズム片１１の面１１３と第２のプリズム片１２の面１２２とによって形成される空気層を二重の点線によって表現している。
【０１５２】
頂角αとβの設定を考える場合はプリズム片１０と点線とによって形成される楔形状の仮想プリズムを考えれば良い。図３中、実線矢印で示される２００はプリズム片１０の入射面１１６に対して垂直に入射する光線の振舞いを示している。
【０１５３】
プリズム１０の実体上の出射面は面１１８であり、これに対応する仮想的に考えたプリズム（仮想プリズム）の仮想的な出射面を１１９（仮想出射面１１９）とする。
【０１５４】
このような、実線によって示されるプリズム１０と破線によって示される仮想的な楔形状のプリズムとを想定すると、角度αおよびβの導出を簡単に説明できる。
【０１５５】
上述した、投写光軸６と照明光軸６１とのなす角度を２０°とすることから、仮想出射面１１９から出射した光線は仮想出射面１１９の法線６４に対して２０°だけ傾く状態となる。このとき、仮想出射面１１９への入射角度をθとすると、屈折の法則よりα、βおよびθの間には次のような関係式（１）が成り立つ。
【０１５６】
【数１】
【０１５７】
ここで、ｎはプリズム片１０を形成する材料の屈折率である。
【０１５８】
（プリズム片における全反射条件）
次に、プリズム片１０に入射する全ての光線が全反射を呈する条件を求める。
【０１５９】
図４は光線の全反射条件を説明する概略図である。図４中、２０１によって示される実線矢印はプリズム片１０に入射する光線のうち、全反射面１１５に対して最も小さな角度で入射する最外角光線を示しており、この光線が全反射条件を満たせば全ての入射光線が全反射を呈することになる。
【０１６０】
図４中、ψは光線２０１と全反射面１１５の法線６５とのなす角であり、全反射面１１５に対する入射角である。このとき、照明光線束のＦナンバーは図４中の角度δによって次式（２）のように定義される。
【０１６１】
【数２】
【０１６２】
さて、光線２０１の全反射面１１５への入射角ψと入射面１１６における光線の屈折とより次式（３）が成り立つ。
【０１６３】
【数３】
【０１６４】
入射光線２０１が全反射面１１５において全反射条件を満たすことから、
【０１６５】
【数４】
【０１６６】
が成り立つ。また、式（３）および式（４）から、次式が成り立つ。
【０１６７】
【数５】
【０１６８】
なお、式（５）の両辺が等しくなるときのαを、特にα1とする。
【０１６９】
ＤＭＤ３への照明光線束は、全反射面１１５において全反射するだけでなく、図３の仮想出射面１１９を全ての光線が透過すること（このことは、照明光線束がＤＭＤ３へ確実に照明されるための条件）も必要である。
【０１７０】
図５は入射面１１６に入射する光線のうち、照明光軸６０に対して、図４に示したとは反対側に角度δで入射する光線２０２の振舞いを示している。
【０１７１】
図５において、ωは光線２０２と仮想出射面１１９の法線６４とのなす角で、仮想出射面１１９に対する入射角を示している。
【０１７２】
この光線２０２は、仮想出射面１１９に対して最も大きな角度ωで進入するため、ここで全反射を生じてプリズム片１０内に光線が閉じ込められないことを確認しなければならない。この場合、まず、角度ωについて次式（６）が成り立つ。
【０１７３】
【数６】
【０１７４】
また、仮想出射面１１９において、全反射が起きない条件は次式（７）で表すことができる。
【０１７５】
【数７】
【０１７６】
よって、式（６）、式（７）より次式（８）が成り立つ。
【０１７７】
【数８】
【０１７８】
この式（８）に基づき、両辺をそれぞれ屈折率ｎの関数としてプロットしたグラフを図６に示す。ただし、式（２）において定義される照明光線束のＦナンバーを３とした。
【０１７９】
これはＤＭＤ３を効率よく照明する光線束のＦナンバーがほぼ３であることに対応している。
【０１８０】
図６中、破線によって示されるのが式（８）の左辺に相当する屈折率ｎの関数であり、実線が同様に右辺の関数を示している。
【０１８１】
図６に示したグラフより、式（８）の不等式が一般的な光学材料の屈折率の範囲である１．４５から１．８５の間で成立することがわかる。すなわち、この屈折率の範囲においてはプリズム１０の内部に光が閉じ込められる角度条件は成立しないことがわかる。
【０１８２】
（プリズム頂角の条件）
次に、ＤＭＤ３から投写レンズへ向かうＯＮ光の振舞いによるプリズム頂角α及びβの条件を求める。
【０１８３】
図７は、２つのプリズム片１０および１３０（第３のプリズム片１３と全反射面１１５に平行な面によって第２のプリズム片１２を分割した欠片とを一体化したプリズム片）から構成されるプリズム１００を示しており、ＤＭＤ３からのＯＮ光のうち、全反射面１１５に対して最も大きな入射角νで進入する光線２０３を示している。なお、その他の符号は前述の通りである。
【０１８４】
さて、光線２０３が全反射面１１５において全反射せずにプリズム片１３０の方へ透過するならば、ＤＭＤ３からの映像光（ＯＮ光）は全てプリズム片１３０側へ透過することになる。まず、入射角νについて次式（９）が成り立つ。
【０１８５】
【数９】
【０１８６】
また、全反射が起きない条件は式（７）と同様、次式（１０）で表すことができる。
【０１８７】
【数１０】
【０１８８】
式（９）、式（１０）を整理すると次の不等式が得られる。
【０１８９】
【数１１】
【０１９０】
なお、式（１１）の両辺が等しくなると仮定したときのαを、特にα2とする。
【０１９１】
以上より、プリズム１０の基本形状を規定する頂角α及びβに関する条件式を導出した。この場合、プリズム１０の形状を決定するには式（５）及び式（１１）の両方の条件を満足する頂角αを求め、式（１）よりβを求めれば良い。
【０１９２】
図８は、式（５）による角度α1及び式（１１）による角度α2をプリズム材料の屈折率ｎの関数としてプロットしたものである。横軸をプリズム材料の屈折率とし、縦軸を角度としている。
【０１９３】
式（５）及び式（１１）の両不等式の表す範囲の関係より、角度α1を示す点線と角度α2を示す実線に挟まれた範囲（後述する角度選定範囲）から頂角αの値を選ぶことができる。
【０１９４】
図８を参照すると容易に理解できるように、実用的な光学材料の屈折率の範囲である屈折率１．４５から１．８５の範囲において、頂角αとして約３８．０°から約５０．４°の間で最適値を選ぶことができる。
【０１９５】
この場合、頂角βは式（１）から簡単に対応付けることができ、約２５．０°から約３８．０°の間で最適値を選定することができる。
【０１９６】
実際的な具定例として、プリズム１０の材料をＢＫ７（ｎd＝１．５１６８）とし、ＤＭＤ３の照明光線束のＦナンバーを３、ＤＭＤ３の照明光軸とＤＭＤ３の法線とのなす角度を前述の通り２０°（すなわち、照明光線束が２０°の進入角度をもってＤＭＤ３を照明することと等価）とすると、頂角αは４７．５５°から４７．９７°の間で最適値を選べば良い。なお、このとき、式（１）より求められる角度βは３４．５２°から３４．９４°の間の値を採り得る。
【０１９７】
図９はプリズム１０の材料（この場合はＢＫ７）における波長分散を考慮して、Ｃ線（６５６．２７ｎｍ。この波長における屈折率をｎCと表記）、ｄ線（５８７．５６ｎｍ。この波長における屈折率をｎdと表記）、及びＦ’線（４７９．９９ｎｍ。この波長における屈折率をｎF’と表記）の場合の頂角αの対応する角度をプロットしたものであり、横軸と縦軸は図８と同様である。
【０１９８】
このように、プリズム１０の材料の波長分散を考慮すると、α≒４７．７°が好適であり、この場合β≒３４．７°となることが理解できる。この値に限らず、材料の波長分散による屈折率の採り得る範囲が図８に示される角度選定範囲に含まれていれば、可視光の領域であって屈折率１．４５から１．８５程度の範囲において好適なプリズム材料を選択することができる。
【０１９９】
一方、プリズム片１３０の設計は図７から明らかなように、面１３３が面１１８と平行となるように成形すればよい。ただし、ＤＭＤ３の第１反射状態による反射光（ＯＮ光）の全てが面１３３を通過する平行平面板としなければならないので、面１３３と面１１８との距離はある値以上が必要となる。
【０２００】
以上のような設計に基づく２つのプリズム片から構成されるプリズム１０にＤＭＤ３からの反射光を入射させた場合の光線軌跡を図１０に示す。図１０には、ＤＭＤ３の法線の方向に所定のひろがりをもって進行するＯＮ光と、このＤＭＤ３の法線から所定の角度だけ傾いた方向に進行するＯＦＦ光の両方を描いている。
【０２０１】
このとき、プリズム１３０の側面全体にわたって遮光部材７を設けても、ＤＭＤ３からのＯＦＦ光が同部材７によって全て作用されるわけではなく、図１０に示すように点線楕円で囲んだ辺りに到達するＯＦＦ光は投写レンズにそのまま進入する可能性が高い。
【０２０２】
その理由は、プロジェクタの投写レンズには画面の周辺光量を高めることを目的としてＤＭＤ３からのＯＮ光の主光線が投写光軸６にほぼ平行なテレセントリックレンズが用いられることが多く、このようなテレセントリックレンズは、図１０に示すＯＮ光を主光線だけでなく周辺光線も含めて受け取る（入射させる）ために、レンズ開口の大きいものを用いる場合が多く、従ってＯＦＦ光も投写レンズ内に進入し易いという状況が生じてしまうからである。
【０２０３】
テレセントリックレンズの一例を用いた計算機シミュレーションによる光線追跡を行い、投写レンズへＯＦＦ光が進入する様子を調べた例について以下に述べる。
【０２０４】
図１１は、Ｆナンバーが３の投写レンズ（ここではテレセントリックレンズ）５１をプリズム１００の直後に配置した光学系による計算機シミュレーションの出力であり、説明に必要な部分を拡大して示した図である。
【０２０５】
図１１を参照すると、ＤＭＤ３から出射したＯＦＦ光の一部が投写レンズ５１に進入し、投写レンズ５１を構成する内部のレンズ面において反射を繰り返しながら、さらに投写レンズ５１の内部へ進んで行く様子がわかる。
【０２０６】
この図１１に示した場合においては、理解しやすいようにＯＦＦ光の光線の本数を少なくして示しており、影響が少ないように見えるが、現実にはさらに多くのＯＦＦ光が投写レンズ５１内に不必要に進入してしまう（コントラストを低減させる原因）。
【０２０７】
理想的には、投写レンズ５１の有するＦナンバーよりも大きな角度で進入した光線は、レンズ内の絞り面や投写レンズ５１の鏡筒内面等によって吸収され、投写画面（スクリーン）に到達することはないはずである。
【０２０８】
しかしながら、絞り面や鏡筒内面の光吸収が現実的には完全ではない（完全吸収体ではない）こと、及び各レンズの表面に施される減反射コーティングの不完全さ（反射を完全に抑えることができない）に起因して、現実的には様々な位置において迷光が生じることとなり、この迷光がスクリーンに到達することによって投写される画像のコントラストを低減させてしまう。
【０２０９】
従って、ＯＦＦ光を投写レンズ５１に進入しないようにすることができれば、投写される画像のコントラストを直接的に、大きく改善することができる。
【０２１０】
（プリズム片の設計について）
そこで、以下では、主に投写レンズに進入する可能性が高いＯＦＦ光線に効果的に作用するプリズム片１２（図１）の設計方法について説明する。
【０２１１】
このようなプリズム片１２の設計のためには、ＤＭＤ３から反射したＯＦＦ光の振舞いと、プリズム片１２に入射し、このプリズム片１２の有する全反射面に到達する光線の振舞いを調べる必要がある。
【０２１２】
図１２は、ＤＭＤ３から反射したＯＦＦ光の振舞いを示す概略図である。
【０２１３】
光線２０４はＤＭＤ３の、図１２中で最も左端部分から反射される光線であり、ＤＭＤ３の法線６（ここでは投写光軸６とＤＭＤ３の法線とが一致する例について述べるので、便宜的にＤＭＤ３の法線を法線６として説明する）から４０°傾いた方向へ出射するＯＦＦ光の光軸６５から角度δだけ、さらに外側（法線６に寄る方向）に傾いた光線を示している。
【０２１４】
また、６６は光線２０４の出射する方向を示す方向軸である。
【０２１５】
ここで、ＯＦＦ光としての光線２０４をプリズム片１２の反射面１２２において全反射させることができれば、それ以外の角度を有するＤＭＤ３からの全てのＯＦＦ光は反射面１２２において全反射されて図１２中の右方向へ進行することになる。従って、この全反射の条件を基に、必要なプリズム片１２の頂角γの値を求めることができる。
【０２１６】
図１３は、プリズム片１２を拡大して示した拡大図であり、この図１３を参照しながら頂角γの導出について説明する。なお、図１３において、６７は反射面１２２の法線である。
【０２１７】
光線２０４がプリズム片１２の内部に進入したときの、光線２０４とＤＭＤ３の法線６とのなす角度εは次式（１２）によって表すことができる。
【０２１８】
【数１２】
【０２１９】
また、角度ε、γおよびμの間には次の（１３）式に示すような関係がある。
【０２２０】
【数１３】
【０２２１】
ここで、角度μに関しては光線２０４の全反射条件より、次式（１４）を満たす必要がある。
【０２２２】
【数１４】
【０２２３】
以上、式（１２）、式（１３）および式（１４）より、次の不等式が成り立つ。
【０２２４】
【数１５】
【０２２５】
図１４は、プリズム１２の材料の屈折率ｎをパラメータとして、照明光線束のＦナンバーに対する頂角γの値を式（１５）に基づいて計算し、その計算結果をプロットしたものである。
【０２２６】
図１４によれば、プリズム１２の材料として実用的な屈折率の範囲である屈折率１．４５から１．８５の間においては、頂角γの最小値として約１６．２°から２４．５°の間にある値を採ることが理解できる。
【０２２７】
実際的な例として、プリズム１２の材料をＢＫ７（ｎd＝１．５１６８）とし、ＤＭＤ３からの反射光線のＦナンバーを３とする場合、式（１５）に基づいて求められる角度γの最小値は、約２１．７５３°となる。
【０２２８】
（点Ｐを求める方法について）
ここで、点Ｐの位置を求める方法について図１５に示す一例を参照しながら説明する。
【０２２９】
図１５において、Ｒはプリズム１の入射面１１１に入射する光線束の半径であり、点Ｑは入射光線束のうちで最も外側の光線２０６が反射面１１４に到達する点を示している。
【０２３０】
プリズム１内での屈折角δ’が既知であるので、頂角αをなす頂点Ｓから照明光軸６０までの距離が決まれば、点Ｑの位置は、図１５中のパラメータを用いた簡単な幾何計算から求めることができる。
【０２３１】
点Ｐは、点Ｑより頂点Ｔ側に取ればよく、このときＤＭＤ３から出射する最外光線２０７が反射面１２２に到達することを確認すれば良い。
【０２３２】
さて、図１６は、上述の設計手順により設計された２つのプリズム片から構成されるプリズムを用いて行った計算機シミュレーション（光線追跡シミュレーション）の出力例である。角度γを求めることによって、このような光線軌跡からでも簡単に点Ｐの位置、あるいは反射面１２２の位置を定めることができる。
【０２３３】
以上のように設計された、３つのプリズム片から構成されるプリズム１にＯＦＦ光が進入した状態を光線追跡して求めた出力例を図１７に示す。図１７から分かるように、全反射面１２２によって、投写レンズに侵入する不要な光線の大部分をプリズム１の側面１２３に向かわせることができる。
【０２３４】
このようにして、２つのプリズム片により構成されるプリズムの外形形状を保ったまま、特に、投写レンズから見た場合のプリズム１を平行平面板としてみなした場合の板厚を変えることなく、コントラスト低減の主要因であるＯＦＦ光の処理を確実に行うことができる。
【０２３５】
コントラスト比の改善効果は、投写光学系全体の仕様によって異なるので具体的な数値を示すのは困難であるが、ＯＦＦ光処理の役割を面１２３、ならびにこの面１２３上に設けられる遮光部材７に集約することができ、ＯＦＦ光を投写レンズに取り込む（入射させる）ことがなくなるため、先に紹介した第５の従来技術に示したような２つのプリズム片からなるプリズムを用いた光学系に比べて数倍以上のコントラストの改善効果が期待できる。
【０２３６】
図１８は図１１に示したものと同様の投写レンズ（投写レンズ５１）と、３つのプリズム片から構成されるプリズム１とを組合せた光学系について行った計算機シミュレーションの出力の一例である。
【０２３７】
このシミュレーションの出力結果によれば、ＤＭＤ３により反射され、一度、全反射面１２２に到達した光線は、プリズム１から外に出ることなく、面１２３に到達することがわかる。ところで、この面１２３上には遮光部材７が設けられており、この面１２３に到達するＯＦＦ光はこの遮光部材７によって効率よく処理される（例えば、吸収される）。
【０２３８】
（プリズム１の作製について）
さて、プリズム１を作製するにあたっては各プリズム片の形状及び平面の面精度、材料特性の安定性、及び各プリズム片間に設けられる空気ギャップ（空気間隙）の形成精度（すなわち、各プリズム片の配置精度）が、プリズム１の性能を左右する要因となる。
【０２３９】
各プリズム片の形状及び平坦度の精度は、本プリズムの基本的な仕様であり、投写レンズ５１とＤＭＤ３との間に配置される平行平面板としての精度は投写画像の解像度に関わる重要な要素である。
【０２４０】
プリズム１を構成する各プリズム片、ＤＭＤの表面、投写レンズを構成するレンズ面等の各光学面は、減反射コーティングによって透過率を向上させることが好ましく、光学面以外の面はハンドリング向上や迷光の処理に影響が大きいため、例えば砂擦り面処理を行うことも好適である。
【０２４１】
また、プリズム材料の屈折率の公差や分散の値は、全反射条件を満足する上で重要である。後述のように熱膨張係数もプリズム製作には重要なパラメータとなる。
【０２４２】
なお、空気ギャップ（空気間隙）は、全反射作用を起こす為に設けているのであるが、次の点をも考慮する必要がある。即ち、全反射作用を生じずに透過する光線が空気ギャップで屈折作用を受けるため、空気ギャップの大きさ及び精度が光学系の性能、特に投写画像の解像度を大きく左右する点を考慮する必要がある。
【０２４３】
（空気ギャップの形成について）
空気ギャップ（空気間隙）の形成には、一般的に、プリズム片とは別部材のスペーサを挟む方法が最も多く採用される。この場合、プリズム材料の熱膨張による空気ギャップの長さの変化が場所によらず一定であることが必要であるため、スペーサの材料にはプリズムの材料と熱膨張係数の等しいものを用いることが望ましい（例えば、プリズムの材料にＢＫ７を用いている場合、スペーサの材料にＢＫ７を用いる）。
【０２４４】
空気ギャップによる解像度の劣化は、まず空気ギャップの大きさそのものに依存する。
【０２４５】
図１９は、図７に示した２つのプリズム片１０，１３０からなるプリズム１００にＦナンバーが３である光線が入射する場合を想定し、図７に示したＤＭＤ３の光軸６に対して所定の角度だけ傾いている空気ギャップと解像度の評価に用いられるＭＴＦとの関係を計算したものである。
【０２４６】
許容されるＭＴＦの劣化はシステムの要求性能によって異なるが、それが例えば数％であるとした場合、図１９に示した空間周波数の範囲（７２ｌｐ／ｍｍまでの空間周波数の範囲。ここで、ｌｐ／ｍｍ＝ｌｉｎｅ ｐａｉｒ／ｍｍ）における空気ギャップは数ミクロン以下でなければならないという設計条件を得ることができる。
【０２４７】
また、空気ギャップは、これを形成する平面が互いに平行であることが理想であるが、これが偏った場合（光学的に平行であるとみなせる限界を超えて相対的に傾斜している場合）には、投写レンズの非点収差が生じてしまい、著しい画像品質の劣化を引き起こす。
【０２４８】
図２０は、空気ギャップに偏りが生じ、互いに平行であるはずの２つの面が傾いて空気ギャップが楔形状となった場合に、ＭＴＦに及ぼす影響を計算した一例である。
【０２４９】
この計算も、図１９の計算に用いた光学システムを想定しているが、ＤＭＤ３の光軸６に対する空気ギャップの傾きの設定によっては、ＤＭＤ３の光軸６上におけるＭＴＦが最良となるとは限らないため、空気ギャップの傾き角度の許容値を導出することは容易ではない。
【０２５０】
しかしながら、所望の解像度と空間周波数との間の関係から、許容される傾き角度の大きさを概算的に捉えるというような目的に対して以上のような計算は有用である。
【０２５１】
以上の計算結果から考察すると、空気ギャップを２ミクロン又は３ミクロン程度とすることによって、優れた解像度特性を有するプリズムを作製することができる可能性が高い。
【０２５２】
このような微小の空気ギャップを実現するためには、例えば、所定の微小範囲にのみ誘電体多層膜や金属膜等のコーティングを行う方法が好適である。
【０２５３】
図２１は、このような例を示す斜視図であり、図２１において、９は、各プリズム片１１、１２及び１３の、それぞれのプリズム片が他のプリズム片と対向する面上に設けられたスペーサを示しており、図２１に示すように、光線が通る有効領域を避けて（さえぎらないように）、例えば各面のコーナー部分にスペーサ９が配置されている。
【０２５４】
これらのスペーサ９を形成するには、蒸着、あるいはスパッタリングによる多層膜や金属膜等のコーティングを採用することができ、先に述べたスペーサ（多層膜のコーティングによらないスペーサ）の場合に比べて、その対向面の間隔およびスペーサ自身の占有面積がはるかに小さな空気ギャップを安定して形成することができる。
【０２５５】
また、各プリズム片の面上に、直接、コーティングの積層構造による微小突起を形成することができるため、先に述べたスペーサ（多層膜のコーティングによらないスペーサ）を用いる場合に比べて、隣接するプリズム片の相対位置を決定する作業（工程）が簡単になる。
【０２５６】
さらに、このように多層膜のコーティングを用いてスペーサとする場合には、当該スペーサの固定のために必要な接着剤の使用を避けることができ、また、隣接するプリズム片の固定機能をスペーサに担わせないようにすることができる点で優れている。
【０２５７】
なお、上述したスペーサや多層膜のコーティングによって各プリズム片間の空気ギャップを確保するのであるが、その状態における各プリズム片の相対位置を固定するためには、例えば、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂（シリコンゴム系を含む）、シアン系樹脂等の内の少なくとも１つを含有する接着剤を採用することができる。
【０２５８】
また、接着剤を塗布する部分も、光線が通る有効領域を避ける条件を満足する部分であれば、例えばスペーサとプリズム片の面との当接する部分に、このスペーサまたはプリズム片の面上のいずれかに塗付したり、プリズム片の対向面を構成する稜線近傍の部分に塗布することができる。
【０２５９】
あるいは、特別にスペーサを設けなくとも、接着剤によって実質的にスペーサの効果を持たせるようにしてもよい。
【０２６０】
これらにより、互いのプリズム片が、各プリズム片の熱膨張率に略等しい熱膨張率を有するスペーサ（実質的にスペーサの効果を有する接着剤も含む）および接着剤によって各々固定される。
【０２６１】
（プリズム片の固定について）
プリズム片の固定に関しては、照明光線束が投写レンズに入射するまでの間、投写に関与する光が通過する面としての、プリズムの光学作用面以外の面を利用する方法が、実用上効果的である。
【０２６２】
図２２は、３つのプリズム片から構成されるプリズム１を、プリズム材料と同じ部材からなる板材で固定する方法を示した概略図である。
【０２６３】
図２２において、１４は板状の固定部材であり、プリズム片１１、１２及び１３の相互の固定に用いる。
【０２６４】
この場合、固定部材１４は、３つのプリズム片１１、１２及び１３のすべてに接することが可能な大きさと形状とを有する領域（図中斜線部で示される領域）内における、各プリズム片の一部に該当する部分に接着剤を塗布してこれを固定することができる。
【０２６５】
この場合の固定には、様々な種類の接着剤の中から、特性の適したものを選ぶことができるが、光吸収又は温度変化による接着力の低下又は材料の変形が顕著なものは避けなければならない。
【０２６６】
また、接着面を固定部材１４とプリズム側面との接触面全体とせず、複数の微小領域に分ける場合は、光吸収や温度変化、経時的変化等に起因する接着剤の変形等によって、空気ギャップを変えるような（空気ギャップの変形が起こるような）大きな応力が各プリズム片に働かないように、その接着剤の塗布する位置を選ぶ必要がある。
【０２６７】
図２３は、固定部材１４とそれぞれのプリズム片１１、１２および１３とを固定する接着剤の位置を示す一例である。
【０２６８】
図２３中、斜線部１５が接着剤の塗布位置を示しており、図２３に示すようにプリズム片１１，１２，１３の各々毎に複数の位置に分けて接着剤が塗布されている。
【０２６９】
このように接着剤の塗布する箇所を、１つのプリズム片について複数の場所に分けることによって、接着剤の変形により生じる応力を分散させる効果を得ることができる。
【０２７０】
勿論、接着剤の熱膨張係数は、プリズムの材料、及び固定部材１４の材料の熱膨張係数に近い値を持つことが望ましい。
【０２７１】
（遮光部材について）
次に、コントラストの改善に関係がある重要な要因としてプリズム片１２の面１２３の上部に設けられる遮光部材７について説明する（図１及び図１７に例示してある）。
【０２７２】
遮光部材７は、単に面１２３上に塗布された黒色塗装からなる光吸収材であっても良いが、光を吸収することによる発熱を原因とするプリズム１への悪影響（例えば、温度上昇による形状の歪み等）が考えられる場合は、黒色塗料とは別の部材を用いた遮光部材を用いても良い。
【０２７３】
また、面１２３の上に、当該面１２３と密着するように直接に黒色塗装を施す場合には、面１２３を粗面（例えば、砂擦り面処理がこれに含まれる）に加工することにより、面１２３における光反射作用を抑えて光吸収作用を促進させても良い。
【０２７４】
また、別部材により光吸収を行わせる場合は、面１２３へ到達した光線が反射を起こさずにそのままプリズム１の外部へ出射するように、面１２３に減反射コーティングを施して面１２３におけるプリズム片１２内への反射を減じ、遮光部材７への光の入射を行うようにしても良い。
【０２７５】
なお、面１２３に到達する光線は、図１８に示すように、ほぼ全ての光線が当該面１２３より出射させることが可能であるので、プリズム１の温度上昇を抑えながらＯＦＦ光の処理を行わせることも可能である。
【０２７６】
この場合、プリズム１と離間する外部（ここに説明されているものについては、プリズム片１２の側面１２３と離間する外部）に光吸収層を配置することができ、このようにすると、光の吸収による発熱がプリズム１に伝導することを極力抑えることができるので、プリズム１の温度上昇を招きにくくなる。
【０２７７】
（プリズムの保持について）
プリズム１（これまで説明されているものについては、プリズム片１２）とは別体に遮光部材（光吸収材料）を配置する場合は、図２４に示すようなプリズム１を保持するための保持部材７０の内面（特に、この場合には、少なくとも、プリズム片１２の面１２３に対向する内側面）に光吸収材料を付加すれば、プリズム１の保持と共にＯＦＦ光の吸収を行うことができるといった、２つの機能を同時に達成することが可能となるため、構成部品の数を減らすことができる。
【０２７８】
図２４において、７０はプリズム１のベース部７１に取り付けられてプリズム１を保持するための保持部材であり、少なくとも、プリズム片１２の面１２３より透過するＯＦＦ光が入射する保持部材７０の面に光吸収材料（黒色塗料等）が付加されている。
【０２７９】
なお、保持部材７０は、ＯＮ光が、この保持部材７０によって遮られないことを目的として、図２４に示すようにプリズム１の角部（コーナー部）においてプリズム１を保持し、その位置を固定可能な形状とするのが好ましい。
【０２８０】
このように保持することにより、プリズム１のベース部７１との接触方向の動きを抑制することが可能であると共に、投写光軸６に沿う方向への動きを抑制することができる。
【０２８１】
さらに別の形状例として、図２５には、光が出射可能な開口７４（光出射開口７４）を設けたプリズムの保持部材７２を示す。
【０２８２】
保持部材７２は、プリズム１の上面（投写レンズへの出射光が通過する領域を含む面）を、光出射開口７４を除いて覆うのに加えて、（プリズム１の外形の一部である）プリズム片１１の斜面形状部１１４Ｐに適合するように、同部１１４Ｐを覆う形状部７３（ただし、保持部材７２は、プリズム片１１と保持部材７２との間に空気間隙が介在するよう、すなわち、保持部材７２の対向面（斜面形状部７３の裏面に相当）とプリズム片１１の面とが接触しないように配置される）を有している。
【０２８３】
このようにすることによって、プリズム片１１の面の遮光、及び防塵を行うことができ、ＯＦＦ光、又はＯＦＦ光の進入を原因とする迷光が投写レンズに伝達されるのを極力防ぐだけでなく、プリズム片１１の面１１４（プリズム１として露出する部分１１４Ｐ）の汚れによる同面１１４の全反射作用の効率の低下を防ぐ利点もある。
【０２８４】
また、外部の環境変化に対して、光学的な性能の変化を生じにくい、いわゆる環境変化に強いプリズムを構成するという点では、空気ギャップにより生じる空間をシーリング剤等によって密閉することも望ましい。このようにすると、例えば、結露による光学面の曇りや、ガラス研磨面の化学変化による劣化を極力抑えることができる。
【０２８５】
尚、第１，第２及び第３プリズム片１１，１２，１３の各々を、複数のプリズム片の組み合わせより成るプリズム片として構成しても良い。又、第１プリズム片１１の面１１４Ｂを面１１２に平行な外面として形成しても良い。
【０２８６】
以上、３つのプリズム片からなるプリズムについて、図１に示したような基本的な構成から、様々な変形例まで説明したが、ここに述べた実施例だけでなく本発明の目的、用途から逸脱せず、かつその要旨を変更しない範囲において様々な変形例が可能であることも勿論であることは言うまでもない。
【０２８７】
実施の形態２．
図２６は本発明に係わる別の実施の形態であるプリズムを示す縦断面図である。プリズム１０１は図１を参照しながら説明した第２のプリズム片１２を、第１のプリズム片１１の面１１４を延長した面によってさらに分割したものであり、全部で４つのプリズム片１１、１２０、１３および１５から構成される。その他の符号は、図１と同様であるので説明を省略する。
【０２８８】
一般に、隣接する各プリズム片の相対的な位置決めはプリズム片の個数が少ないほど簡単であるが、プリズム１０１のように空気ギャップを形成する面が巨視的に見てクロスする２つの面からなる場合には、製造面でも有利になる場合が考えられる。
【０２８９】
すなわち、具体的な製造手順は、まずプリズム片１１および１２０、ならびにプリズム片１３および１５の２つの組み合わせを考え、まずそれぞれのプリズム片の組について別々に位置関係を固定する。すると巨視的に見て２つの三角形のプリズム片から構成されるプリズムと同様の方法でプリズム１０１に仕上げることが可能となる（当然のことながら、この場合、お互いの組の対向する面に相当する面は、同一平面となるように配置することが必要である）。
【０２９０】
このようにすれば、プリズム１０１の作用によるＤＭＤ３からのＯＦＦ光を処理する効果は、図１のプリズム１とほぼ同等のレベルに保つことは可能であり、４つのプリズム片から構成されるという点を除けば、実施の形態１において説明したさまざまな作用、効果をプリズム１０１においても得ることができる。
【０２９１】
ここでは、プリズム片１２０のプリズム片１１と対向する面１２２Ａと、プリズム片１５のプリズム片１３と対向する面１２２Ｂとが、図１で示した第２内面１２２に相当する。前者１２２Ａが第２内面の第１面、後者１２２Ｂが第２内面の第２面であり、両面１２２Ａ，１２２Ｂは共に入射したＯＦＦ光を全反射させる。又、空気間隙を介して互いに対向し合う第６内面１２０Ｓと第７内面１５Ｓとは、共にＯＮ光及びＯＦＦ光を透過し得る。そして、ＯＦＦ光の殆どは側面１２３に達し得る。両プリズム片１２０，１５は第２プリズム片１２Ａとして総称される。
【０２９２】
実施の形態３．
（プロジェクタ装置の光学系）
図２７は、本発明に係る実施の形態３であるプロジェクタ装置の光学系を示す図である。
【０２９３】
図２７において、１は上記各実施の形態において説明したプリズム、同じく５は投写レンズ、８０は可変ミラー素子を照明する照明光線束を提供する照明光学系である。
【０２９４】
ライトバルブとしての可変ミラー素子の一例には実施の形態１において説明したＤＭＤ３を想定し、以下、これを１つだけ用いて拡大表示を行う単板式プロジェクタ装置について説明を行うこととする。
【０２９５】
プロジェクタ装置の光学系は主にこれら４つの要素、すなわちプリズム１、投写レンズ５、ＤＭＤ３及び照明光学系８０の各要素から構成され、投写レンズ５から出射した光がスクリーン９０に拡大投写されて、大画面の映像を観視者に提供する。
【０２９６】
また、同図２７中、８１は光源ランプ、８２は光源ランプ８１から出射された光線束を集光する集光レンズ、８３は集光レンズ８２の収束光線束の強度分布を一様化するロッド素子、８４はロッド素子８３からの出射光線束を所定の倍率でＤＭＤ３上に結像する結像レンズ系であり、通常、複数のレンズを含んで構成される。
【０２９７】
図２７において、光源ランプ８１とロッド素子８３の入射面Ｓとの共役関係、およびロッド素子８３の出射端面ＰとＤＭＤ３との共役関係を実線で概略的に示している。
【０２９８】
６８は光源ランプ８１の光軸、８５は光軸６８を曲げてＤＭＤ３の照明光軸６０を提供する反射ミラーであり、必要に応じて任意の位置に配置することが可能である。
【０２９９】
また、８７は例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３原色を少なくとも含む光学的カラーフィルタの領域を有する回転型のカラーフィルタであり、単板ライトバルブ方式に対応して、例えば映像信号の同期信号に同期して回転することによってフィールドシーケンシャルでカラー化を行うための光学素子である。
【０３００】
以上のように、照明光学系８０は幾つかの光学要素から構成されており、ＤＭＤ３を効率よく照明するための光学系となっている。
【０３０１】
さて、上述した各実施の形態の説明において先に述べたように、プリズム１を介してＤＭＤ３を照明するにはテレセントリック照明が好適である。
【０３０２】
この装置に用いられる結像レンズ系８４は、ロッド素子８３の出射端面Ｐに形成されたほぼ一様な光の強度分布を有する発光面を、ＤＭＤ３と共役な関係とするように構成されたレンズ系であり、これをテレセントリックレンズ系として構成（設計）することによって、ＤＭＤ３への光の入射及び出射の前後における光の伝達効率を向上させることができる。
【０３０３】
このようなレンズ系の設計の際には、プリズム１を、図３を参照しながら説明した楔形状からなる光学素子とすることもできるが、より簡単に平行平面板として投写光軸上の厚さを用いて設計することも可能である。
【０３０４】
プリズム１を楔形状であるとして設計を行う場合、プリズム１を出射した後、楔形状の開き角が、ＤＭＤ３に向かう光線の角度の偏差として発現するため、照明光線束のＦナンバーの変化には注意を払う必要がある。
【０３０５】
これは、結像レンズ系８４がテレセントリック系であるので主光線は場所によらずほぼ光軸に平行であると考えられるのに対し、周辺光線は楔状のプリズム１を透過する位置によって異なる角度で出射するからである。
【０３０６】
実際には、ＤＭＤ３へ入射する周辺光線の入射角度が大きくなるため、プリズム１の設計に応じて、ＤＭＤ３の仕様によって求められるＦナンバー（これまで説明してきた例ではＦナンバー３）よりも大きなＦナンバーを有する結像レンズ系が光学的な整合性を高める（光の伝達効率を向上させる）上で好適となる場合もある。
【０３０７】
ロッド素子８３の出射端面Ｐに形成される、強度分布が一様な発光面は、光源ランプ８１、集光レンズ８２及びロッド素子８３の組み合わせによって提供される。
【０３０８】
この組み合わせの例としては、光源ランプ８１を放物面鏡と放電ランプとの組合せからなるランプシステムにより構成し、この光源ランプ８１より出射された略平行な光線束を、集光レンズ８２を用いて収束してロッド素子８３の入射端面Ｓに効率よく導くようにした系が挙げられる。
【０３０９】
このような、ロッド素子８３を用いて照明光線束の均一性向上を行うようなプロジェクタ装置の光学系（プロジェクタ光学系）については、例えば米国特許ＵＳＰ５，６３４，７０４号公報に詳細が記述されている。
【０３１０】
詳しい説明は省略するが、ロッド素子８３の出射端面Ｐの形状はＤＭＤ３の有効領域とほぼ相似な形状とするのが好ましい。出射端面Ｐの寸法は結像レンズ系８４の倍率に合わせて最適化することが可能であり、ロッド素子８３の長さはロッド素子８３の内側面において全反射を繰り返しながら進行する光線の混ざり具合で最適化することができる。
【０３１１】
以上に説明したような照明光学系によればコンパクトで安価な光学システムを構成することが可能であり、このような照明光学系を有するプロジェクタ装置によれば、明るくかつ非常にコントラストの高い投写画像を最終的に得ることが可能となる。これはフロント投写、リア投写といった投写方式に係わらず得ることができる。
【０３１２】
勿論、この場合の照明光学系８０の構成としては、図２７に例示したものに限られることはなく、プリズム１と整合性が高く、かつＤＭＤ３を効率よく照明し、照明光学系８０を投写レンズ５によって拡大投写した際に、所定の明るさやコントラストを得ることができる照明光線束を提供できるものであれば、この様な照明光学系を本プロジェクタ装置に適用することが可能である。
【０３１３】
例えば、液晶プロジェクタに用いられる光学系の照明光線束分布の均一性向上のためにフライアイインテグレータシステムが採用される場合があるが、これについても本実施の形態へ適用することは全く問題がなく可能である。
【０３１４】
また、プロジェクタ装置のカラー化についても、回転カラーフィルタ８７を用いなければならないということはなく、照明光学系８０との整合が高く、高効率のプロジェクタ装置を提供できるカラー化部であれば、回転カラーフィルタ８７に代えて、このカラー化部を光学系の一部に配置することは全く問題がなく可能である。
【０３１５】
いずれにしても、実施の形態１において参照した図１に示した仮想光源８を形成する光学系であれば、どのような構成であっても、これを照明光学系として適用することができる。勿論、実施の形態２において参照した図２６に示したプリズム１０１を用いることも可能である。
【０３１６】
以上、本発明に関して上記３つの実施の形態を説明した。本発明はこれら３つの実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱せず、その要旨を変更しない範囲において様々な変形例が可能であることも勿論である。
【０３１７】
【発明の効果】
本発明の請求項１によるプリズムは、従来のものに比べ小型のプリズムを得ることができる。
【０３１８】
また、本発明の請求項２によるプリズムは、外部に配置される投写レンズのバックフォーカル長を短くすることが可能なプリズムを得ることができる。
【０３１９】
また、本発明の請求項３によるプリズムは、可変ミラー素子の第２反射状態における反射光を確実に遮光することができる。
【０３２０】
また、本発明の請求項４及び請求項５によるプリズムは、隣接するプリズム片の対向面相互の関係に基づく解像度の劣化を抑え、全反射作用を用いた反射面を実現することができる。
【０３２１】
また、本発明の請求項６によるプリズムは、温度環境の変化による隣接プリズム片の相対位置の変動を抑え、その変動に起因する性能劣化を抑えることができる。
【０３２２】
また、本発明の請求項７によるプリズムは、プリズム片の間の空気間隙を安定して形成することができ、精度のよい空気間隙を実現することができる。
【０３２３】
また、本発明の請求項８によるプリズムは、同等レベルのＯＦＦ光処理効果を奏することができる。
【０３２４】
また、本発明の請求項９によるプリズムは、従来に比べて小型のプリズムを得ることができる。
【０３２５】
また、本発明の請求項１０によるプリズムは、隣接するプリズム面片の対向相互の関係に基づく解像度の劣化を抑え、全反射作用を用いた反射面を実現することができる。
【０３２６】
また、本発明の請求項１１によるプリズムは、プリズム片の組み合わせを行いやすいプリズムを得ることができる。
【０３２７】
また、本発明の請求項１２によるプリズムは、実用的なプリズムの材料における屈折率の範囲において、所定の面における全反射を確実に実現することができる。
【０３２８】
また、本発明の請求項１３によるプリズムは、可変ミラー素子の第２反射状態における反射光を確実に遮光することができる。
【０３２９】
本発明の請求項１４及び請求項１９による投写光学系は、明るくコントラストの高い投写光学系を実現することができる。
【０３３０】
また、本発明の請求項１５による投写光学系は、投写にとって必要な光線の通過を遮断することなく、プリズムを確実に保持することができるという効果を奏する。
【０３３１】
また、本発明の請求項１６による投写光学系は、プリズムを保持すると共に遮光機能を持たせることができ、コントラストの高い投写光学系を実現することができる。
【０３３２】
また、本発明の請求項１７による投写光学系は、プリズムの汚れによる性能の劣化を抑えることができる。
【０３３３】
また、本発明の請求項１８による投写型表示装置は、明るくコントラストの高い投写型表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１に係るプリズムの構成を示す概略図である。
【図２】 プリズム設計における設計パラメータを説明する概略図である。
【図３】 仮想的な立体を想定し光線の振舞いを説明する概略図である。
【図４】 プリズムに入射した光線の全反射条件を説明する概略図である。
【図５】 プリズムを透過する光線の振舞いを説明する概略図である。
【図６】 式８に示す不等式の関係をプロットしたグラフである。
【図７】 ２つのプリズム片からなるプリズムを透過する光線の振る舞いを説明する概略図である。
【図８】 式５と式１１の不等式の関係をプロットしたグラフである。
【図９】 頂角の波長分散依存性を示すグラフである。
【図１０】 ２つのプリズム片からなるプリズムを用いた光線追跡の図である。
【図１１】 ２つのプリズム片からなるプリズムの場合について、投写レンズへの不要光の侵入を調べた計算機シミュレーションの出力図である。
【図１２】 第２プリズム片の作用を説明する概略図である。
【図１３】 第２プリズム片の作用を説明する概略図である。
【図１４】 第２プリズム片の頂角と照明光線束のＦナンバーの関係を示すグラフである。
【図１５】 第２プリズム片を規定する点の座標を決める方法を説明する概略図である。
【図１６】 ２つのプリズム片からなるプリズムで偏向する照明光線束を解析した計算機シミュレーションの出力図である。
【図１７】 ３つのプリズム片からなるプリズムの作用を説明する光線追跡の図である。
【図１８】 ３つのプリズム片からなるプリズムの場合について、投写レンズへの不要光の侵入を調べた計算機シミュレーションの出力図である。
【図１９】 プリズム片の空気間隙の大きさとＭＴＦの関係を示すグラフである。
【図２０】 空気間隙を形成する平面の傾きとＭＴＦの関係を示すグラフである。
【図２１】 各プリズム片間の空気間隙の大きさを規定するスペーサの配置を説明する概略図である。
【図２２】 各プリズムを互いに固定する固定部材の配置を説明する概略図である。
【図２３】 固定部材に設けられる接着剤の配置を説明する概略図である。
【図２４】 プリズム側面近傍に配置される光吸収手段を説明する概略図である。
【図２５】 開口部を有した光吸収手段の形状と配置を示す概略図である。
【図２６】 実施の形態２によるプリズムの概略図である。
【図２７】 実施の形態２による投写型表示装置の構成を示す概略図である。
【図２８】 従来の反射型ライトバルブの照明方式を説明する概略図である。
【図２９】 従来の反射型ライトバルブの照明方式を説明する概略図である。
【図３０】 従来の反射型ライトバルブの照明方式を説明する概略図である。
【図３１】 従来の反射型ライトバルブの照明方式を説明する概略図である。
【図３２】 従来の装置による２つのプリズム片から構成される照明光学系の概略図である。
【図３３】 ＤＭＤ（２ミラー）の動作を説明する概略図である。
【図３４】 従来の装置による２つのプリズム片からなる照明光学系の解決すべき問題を説明する概略図である。
【図３５】従来の装置による３つのプリズム片から構成される照明光学系の概略図である。
【符号の説明】
１，１００，１０１ プリズム、３ 可変ミラー素子（ＤＭＤ）、５ 投写レンズ、２０ 光線（照明光線）、２１ ＯＮ光、２２ ＯＦＦ光、６ 投写光軸、６０ 照明光軸、７ 遮光部材、８ 仮想面光源、８４０ レンズ、１１ 第１のプリズム片、１２ 第２のプリズム片、１３ 第３のプリズム片、１１１，１１２，１１３，１１４ （第１のプリズム片１１を特徴付ける）平面、１２１，１２２，１２３ （第２のプリズム片１２を特徴付ける）平面、１３１，１３２，１３３，１３４ （第３のプリズム片１３を特徴付ける）平面。
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリズム、このプリズムを用いた投写光学系、この投写光学系を用いた投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大画面の画像表示装置としてプロジェクタ装置（投写型表示装置）が注目されている。小型で高精細・高輝度のＣＲＴを用いたＣＲＴプロジェクタ装置、液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いたＤＭＤプロジェクタ装置等が製品化されている。
【０００３】
また、映画やＴＶプログラムといったＡＶソースに対応するだけでなく、コンピュータ画像を投写するデータプロジェクタと呼ばれるカテゴリが急速に市場を拡大しており、投写画面の明るさやコントラスト向上、高解像度化、明るさの均一性向上などの著しい性能改善が行われている。
【０００４】
中でも、明るさの均一性はデータプロジェクタの市場拡大とともに、最も基本的な要求仕様のひとつとなりつつあり、例えば液晶プロジェクタ装置ではフライアイインテグレータ等の均一照明技術が導入され、明るさ向上との両立が図られている。
【０００５】
さて、前述のＬＣＤやＤＭＤなどのようなライトバルブには大きく分けて透過型と反射型があり、前者はライトバルブを照明する照明光軸と投写レンズの光軸を共軸に配置し易い。
【０００６】
よって、照明光学系の設計が比較的容易となるため、ライトバルブを均一に、かつ明るく照明するという基本性能を確保する上で有利である。
【０００７】
一方、後者は照明光軸と投写レンズの光軸を共軸とすることが困難である場合が多く、複雑な光学系を構成せざるを得ないという点で本質的に不利な方式である。
【０００８】
このような反射型ライトバルブの照明光学系については、A. G. Dewey, "Projection Systems for Light Valves," Proc. SID, vol. 18/2, pp.134-146, 1977.等に詳しく述べられている。
【０００９】
図２８から図３１は、反射型ライトバルブの照明方式として前記文献に紹介されている照明光学系の概略図である。
【００１０】
（第１の従来技術）
図２８は軸外し照明光学系の典型例であり、ライトバルブがその法線から外れた方向から照明されるところに特徴がある。
【００１１】
図２８において３００はライトバルブ、８００は光源、８０１はコンデンサレンズ、８０２は投写レンズのライトバルブ側最終レンズ、８１０は光源８００の像を示している。また、６００はライトバルブ３００の法線、６０１は投写レンズの光軸である。
【００１２】
図２８中、実線で模式的に表される照明光線束は、光源８００を出射した後コンデンサレンズ８０１により収束されてライトバルブ３００に入射し、投写レンズのライトバルブ側最終レンズ８０２に入射する直前において小さな光線束径となって光源８００の像８１０を形成する。
【００１３】
投写レンズはこれに合わせてライトバルブ側最終レンズ８０２の近傍に絞りが配置される後置絞りレンズの構成を取る。投写レンズの光軸６０１はライトバルブ３００の法線６００と平行であるが、両者６００，６０１は共軸ではないため、投写光の向かう方向は点線矢印で示されるように法線６００に対して傾くことになる。
【００１４】
また、後置絞りタイプによって投写レンズのライトバルブ側最終レンズ８０２の直径を小さくできることから、投写レンズと照明光学系、あるいは照明光線束との物理的な衝突を回避するにも適している。
【００１５】
（第２の従来技術）
図２９は、図２８とは異なる軸外し照明光学系の概略図である。図２９中の符号は図２８中の符号と同様であるので図２９中の符号の説明を省略する。
【００１６】
本光学系は、投写レンズの絞りが投写レンズ系の内部に配置される点で図２８に示したものより設計が容易なレンズタイプで構成できる可能性が高い。
【００１７】
以上、第１および第２の従来技術に示されたような軸外し光学系は、スクリーンを仰ぎ見る姿勢で投写しても画面が台形に歪むキーストーン歪み（台形歪み）を生じにくく、画面内でのフォーカスぼけを最小限にできる点で優れている。すなわち、装置軸（通常は、鉛直方向に沿う軸）に対して投写方向に一定の仰角を設ける必然性が高いフロント投写型のプロジェクタ装置に適した照明光学系であると言える。
【００１８】
反面、ライトバルブを斜めに照明するため、照明均一性を高めることは本質的に困難な光学系である。
【００１９】
（第３の従来技術）
さらに、先の文献には、図３０に示すようなプリズムを挿入したタイプ、図３１に示すような光線束内に反射ミラーを配置するタイプが紹介されている。図３０において、８０３はプリズム、６０２は照明光線、６０３はプリズム８０３の挿入により折れ曲がるライトバルブ３００の法線方向の光線、６０４は投写光線を模式的に示している。
【００２０】
この方式では、照明光と投写光のなす角度をある程度コントロールすることができ、光学系の構成の自由度が高くなる反面、投写レンズの非点収差、色収差に大きな影響を与えるため実用性が低いと述べられている。
【００２１】
（第４の従来技術）
一方、図３１は、投写レンズ内の絞り位置にミラーを配置し、絞り上に形成される光源像をライトバルブ３００で反射させた後、再びミラー近傍で結像させる自己収束リレー光学系を示している。
【００２２】
この方式は、先の第１乃至第３の従来技術に述べた３種類の照明光学系に比べて投写画像の歪みや照明性能の点に優れているものの、ミラーで反射した照明光がレンズ８０２に入射する際にレンズ８０２の表面で反射光を生じ、この反射光がゴースト光となってスクリーンに到達する不具合点が指摘されている。
【００２３】
この例のように、反射型ライトバルブ３００の近傍にレンズ８０２を配置した場合、光線がこのレンズ８０２を往復２回通過することによる影響を十分に考慮しなければならない。
【００２４】
以上、第１乃至第４の従来技術に述べた４種類の照明光学系について簡単に述べたが、いずれの光学系も、ライトバルブへの均一照明と、照明光学系および投写レンズ系の間における衝突の回避とを両立させることが困難である。
【００２５】
しかしながら、以上のような問題を解決し、特にＤＭＤのような可変ミラー素子の照明に適した光学系が米国特許５，６０４，６２４号広報（以下、ＵＳＰ５，６０４，６２４と称す）に開示されている。
【００２６】
（第５の従来技術）
図３２は、上述のＵＳＰ５，６０４，６２４に開示された、従来の反射型ライトバルブ照明光学系を示す縦断図である。
【００２７】
図３２において１４０はプリズム、１４１ならびに１４２はプリズム１４０の側面、１４３はプリズム１４０の入射面、１４４ならびに１４５はプリズム１４０の内部に設けられた第１の面および第２の面、３０は反射型ライトバルブとしての可変ミラー素子、８０４は光源、２１０及び２１１は入射面１４３からプリズム１４０へ入射した後、再び側面１４２から出射して可変ミラー素子３０へ向かう光線束である。尚、「光線束」を「光束」とも称し得る。この点は、以後の記述でも同一である。
【００２８】
側面１４１および１４２は互いに平行であり、入射面１４３は側面１４１および１４２の面方向に対して傾斜している。プリズム１４０の内部に設けられる第１の面１４４および第２の面１４５は実質的にほぼ平行に保たれており、この両者間には間隙（空気ギャップ）が介在している。
【００２９】
また、第１の面１４４、第２の面１４５、側面１４１、側面１４２および入射面１４３は、それぞれ対応する紙面に対して垂直な面に含まれている。また、プリズム１４０は言うなれば、２つのプリズム片が組み合わされた一体の構造物とされているが、機能的には２つの部分（パート）、すなわち、側面１４２、入射面１４３および第１の面１４４によって囲まれた第１のパートと、第２の面１４５及び側面１４１を含む第２のパートとから成り立つとみることもできる。
【００３０】
なお、プリズム１４０は、いかなる光学的品質を持った材料から構成されていてもよいとの記述があるが、特に、ＰＭＭＡを用いたものが開示されている。
【００３１】
さて、第１の面１４４が、この第１の面１４４に入射する光線束２１０および２１１がともに全反射するように配置されることにより、光源８０４からプリズム１４０へ入射した光線束２１０，２１１は、図３２に示すように大きく偏向した後、可変ミラー素子３０へ導かれる。
【００３２】
また、光源８０４から、主光線が互いにほぼ平行な光（テレセントリックな光）がプリズム１４０に入射した場合、この光は第１の面１４４における全反射作用によって主光線の平行性が保たれたまま可変ミラー素子３０に入射する。
【００３３】
よって、光源８０４の輝度分布がほぼ保たれた照明光線束によって可変ミラー素子３０を照明することが可能であり、この点で図３２の光学系は均一照明に非常に有利な光学系と言える。
【００３４】
しかも、可変ミラー素子３０から反射した光線束は、第１の面１４４における全反射条件を満足しないために第１の面１４４を透過し、空気ギャップ、第２の面１４５を経て側面１４１から出射し、投写レンズ５００へ導かれる。従って、照明光学系と投写レンズ系との物理的な衝突も避けやすい。
【００３５】
このように、この従来技術は、ライトバルブ（可変ミラー素子３０）の均一照明及び照明光学系と投写レンズ系との衝突回避に優れている。しかしながら、第１の面１４４が、光源８０４からの入射光線束と可変ミラー素子３０からの反射光とに対してそれぞれ異なる作用を生じさせる、すなわち、ここでは、第１面１４４は、光源８０４の入射光線束を全反射し、可変ミラー素子３０からの反射光を透過する。
【００３６】
ここで、照明光線束の斜入射に対して、その素子の法線方向に光を反射する典型的な可変ミラー素子としてＤＭＤの例について簡単に説明する。
【００３７】
ＤＭＤは、半導体製造技術を用いることで、シリコン基板上に１０数μｍ角の微小なミラーをマトリクス状に多数配列したものであり、これらの微小ミラーの全てによってひとつの平面（反射面）を形成する反射型ライトバルブである。
【００３８】
そして、ＤＭＤは、電気的な制御によって各微小ミラーを傾けることで、入射光をＤＭＤの法線方向へ反射させる第１反射状態と、入射光を法線から所定の角度だけ傾いた方向へ反射させる第２反射状態とを作り出すことができる。
【００３９】
これにより、反射された側からみた場合の、例えば、白表示に対応する第１反射状態（このときの反射光をＯＮ光と称す）、および黒表示に対応する第２反射状態（このときの反射光をＯＦＦ光と称す）の組合せ（変調）によって画像表示を行う。
【００４０】
このように、ＤＭＤによって変調された光は投写レンズ５００を介して図示しないスクリーンに投写され映像情報を表示する。
【００４１】
図３３は、ＤＭＤを構成する２つの微小ミラー（２ピクセルに対応する）の一例を示す斜視図である。図３３において３１０、３１１は微小ミラーとしてのマイクロミラーで、３１２はこれらのベースである。６１０はベース３１２の法線であり、２つマイクロミラー３１０および３１１が、法線６１０からそれぞれ＋１０度あるいは−１０度に傾いているところを示している。
【００４２】
６１１はマイクロミラー３１０の法線（この図３３に示したものでは、ベース３１２の法線６１０に対して＋１０度傾いている）であり、６１２はマイクロミラー３１１の法線（この図３３に示したものでは、ベース３１２の法線６１０に対して−１０度傾いている）である。
【００４３】
マイクロミラー３１０、３１１は、その表面にアルミニウムが蒸着され、高い反射率を有する正方形のミラーとして作用する。図３３に示したような場合、マイクロミラー３１０、３１１の傾きは法線６１０に対してそれぞれ±１０度であるから、結果として、マイクロミラー３１０は法線６１０より２０度傾いた方向から入射した光を法線６１０の方向へ反射し（第１反射状態に対応）、一方、マイクロミラー３１１は法線６１０より２０度傾いた方向から入射した光を法線６１０より４０度傾いた方向へ反射させる（第２反射状態に対応）。
【００４４】
なお、このＤＭＤの動作及びその他の詳細については、Larry J. Hornbeck, "Digital Light Processing for High-Brightness, High-Resolution Applications.", SPIE Vol.3013, pp.27-40,等に詳しく紹介されているので、ここではこれ以上の詳しい説明を省略する。
【００４５】
上述したようなＤＭＤを用いる場合には、第２反射状態において生じる不要光が投写画面に映らないように注意する必要がある。なぜならば、法線６１０から４０度傾いた方向へ進行するＯＦＦ光が、投写光学系における光路中で散乱することにより迷光成分を生じたり、投写レンズ内部に進行（進入）することによりゴースト光を生じたりすれば、投写される映像のコントラストを低減させる原因となるからである。
【００４６】
この場合、投写画面のコントラストの向上を図る上で、ＯＦＦ光を何らかの手段を用いて光路外へ導くか、あるいは遮光部材によってＯＦＦ光を吸収することが必要となってくる。
【００４７】
例えば、図２８を参照して説明した（第１の従来技術）、後置絞りレンズに特徴を持つ光学系においては、投写レンズの像側開口を小さくできるため、ＯＦＦ光の侵入を防ぐことができる点で同光学系は本質的に有利である。
【００４８】
ここで、図３２を参照して説明した（第５の従来技術）、従来の照明光学系におけるＯＦＦ光の振舞いを図３４を用いて説明する。なお、可変ミラー素子３０としては、ＤＭＤを用いた例について述べる（以下、ＤＭＤ３０と記述する）。
【００４９】
図３４において、１４６はプリズム１４０の側面、４０はＤＭＤ３０の上部に配置されるカバーガラス、６１３はＤＭＤの法線、その他の符号は図３２と同様であるので説明を省略する。
【００５０】
前述した第２反射状態におけるＯＦＦ光は、ＤＭＤ３０から図３４中の矢印のように出射し、その一部は実線楕円（図３４中のＡ）で囲んだ光線のようにプリズム１４０の側面１４６に到達する。
【００５１】
残りの光線の多くは、側面１４１からプリズム１４０の外へ出射したのち、点線楕円（図３４中のＢ）で囲んだように進行する。この場合、側面１４６に到達したＯＦＦ光の処理は、例えば、側面１４６上に光吸収剤を塗布することによって、比較的簡単に行うことができる。
【００５２】
一方、図３４のような配置によれば側面１４１から出射する光線のうち、相当の割合の光線が投写レンズ５００に侵入すると考えられる。ＯＦＦ光全体のうちの点線楕円Ｂで囲んだ光線束成分の割合は、プリズム１４０の法線６１３の方向への厚み、すなわち側面１４１と１４２との間の距離やＤＭＤ３０の寸法によって左右されるため定量的な考察を行うことは容易ではない。
【００５３】
しかしながら、ＯＦＦ光の強度（光強度）はＯＮ光の強度とほぼ同じであり、投写レンズ５００を画面の周辺光量比を高めるのに有利なテレセントリックレンズとした場合には、ＤＭＤ側最終レンズがかなり大きな径を持つことになり、ＯＦＦ光のうちの当該レンズに進入する成分が多くなり易い（進入する可能性が高くなる）ことなどを考慮すると、迷光やゴースト光の原因となるＯＦＦ光の進入を未然に防ぐ必要性がより高くなる。
【００５４】
前述のＵＳＰ５，６０４，６２４には、ＯＦＦ光の投写レンズへの進入の回避を目的とした光学系についても開示されており、これを図３５に示す。
【００５５】
図３５において、１４００は３つのプリズム片からなるプリズム、１４０１、１４０２は図３２を参照して説明した面１４５および１４４の対と同等の作用を呈する空気ギャップを介した一対の面、１４０３はＯＦＦ光が出射する面である。その他の符号は図３２と共通であるので説明を省略する。
【００５６】
図３５に示したようなプリズム１４００によれば、第１の一対の面１４４および１４５により、ＤＭＤ３０への照明光とＤＭＤ３０からの反射光との選択的透過および／または反射作用を実現することができる。
【００５７】
さらに、第２の一対の面１４０１および１４０２によってＯＮ光とＯＦＦ光の選択的透過および／または反射作用を実現することができる。従って、プリズム１４００においては、図３２に示す光学系において問題となった、ＯＦＦ光の投写レンズ５００への進入に起因するコントラストの低減をほぼ解消することができる。
【００５８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような各光線の振舞いを実現しようとする場合、プリズム片を一体的に組み合わせて構成されるプリズム１４００は、図３２のプリズム１４０と比べても相当大きな形状を取らざるを得ないことは図３５から明らかである。
【００５９】
投写レンズ５００にとってのプリズム１４００は、側面１４１および１４２によって定められる平行平面板とみなすことができる。その場合の設計において、側面１４１と１４２との間の距離は、光学設計の難易度と直接関係するパラメータであり、この距離が大きくなれば投写レンズ５００のバックフォーカル長を大きくすることが必要となるため設計の難易度が著しく高くなってしまう。
【００６０】
そればかりでなく、プリズム１４００が増大化すると、プロジェクタ装置の重量及び体積の増加、又は光学材料の大量使用によるコストアップ等の実用上の不具合が引き起こされる。
【００６１】
ところで、ＵＳＰ５，６０４，６２４には、このような実用上の不具合に対しては特に触れられておらず、反射型ライトバルブ、特にＤＭＤのような可変ミラー素子に適するコンパクトなプリズム、及び照明光学系を提供することが望まれていた。
【００６２】
本発明は、以上のような問題に鑑み、コンパクトなプリズム、コンパクトな投写光学系およびコンパクトな投写型表示装置を得ることを主目的とする。
【００６３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、外部の可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子の法線方向に平行な投写光軸を有する外部の投写レンズとの間に配置されるプリズムであって、前記可変ミラー素子から第１距離だけ離れた第１端部と第２端部とを備え且つ前記第１端部から前記第２端部に向かって前記可変ミラー素子に対して遠ざかる方向に傾斜しており、外部から入射する光線束を全反射して反射後の外部入射光線束を前記可変ミラー素子側へ向けて伝搬させ得る第１内面と、前記可変ミラー素子からそれぞれ第２距離及び第３距離だけ離れた第１端部及び第２端部を備え、前記第１内面で全反射された前記外部入射光線束が入射するときには前記外部入射光線束を透過させ、前記可変ミラー素子に照射して前記可変ミラー素子によって反射される光線束の内で第１反射状態にある光線束が入射するときには入射した第１反射状態光線束を透過させる一方で、前記可変ミラー素子によって反射される前記光線束の内で前記第１反射状態とは異なる第２反射状態にある光線束が入射するときには入射した第２反射状態光線束を全反射させ得る第２内面とを備え、前記第１内面の前記第１端部は、前記第２内面の前記第１端部と前記第２端部との間に位置する前記第２内面内の所定の箇所よりも前記可変ミラー素子側から見て上方に位置しており、前記第３距離は前記第１距離及び前記第２距離の何れよりも大きく、前記第１距離は前記第２距離よりも大きく、前記第１内面は、前記第２内面を透過した前記第１反射状態光線束が入射するときには当該第１反射状態光線束を透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得るものであり、前記プリズムは、前記第１内面の前記第１端部に対向しており且つ前記可変ミラー素子から第４距離だけ離れた第１端部及び前記第２内面の前記第２端部に対向しており且つ前記可変ミラー素子から第５距離だけ離れた第２端部を備え、前記第２内面に対向する面であって、前記第２内面を透過した前記第１反射状態光線束が入射するときには当該第１反射状態光線束を透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得る第３内面を更に備え、前記第５距離は前記第３距離及び前記第４距離の何れよりも大きく、前記第４距離は前記第１距離よりも大きいことを特徴とする。
【００６５】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のプリズムであって、前記第１内面に対向する位置に配設され、入射する前記外部入射光線束を透過させて前記第１内面側へ向けて前記プリズム内を伝搬させ得る入射面である第１外面と、前記可変ミラー素子及び前記第２内面に対向する位置に配設され、前記第２内面の前記第１端部に該当する第１端部と前記第２内面の前記第２端部の下方に位置する第２端部とを備え、前記第２内面を透過して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記可変ミラー素子側へ出射すると共に、前記可変ミラー素子によって反射される前記光線束を前記プリズム内に入射し得る光作用面である第２外面と、前記第２外面と略平行な面であって、前記投写レンズに対向する位置に配設されており、前記第３内面の前記第２端部の上方に位置する第１端部と前記第１内面の前記第２端部に隣接する第２端部とを備え、前記第１内面を透過して入射する前記第１反射状態光線束と前記第３内面を透過して入射する前記第１反射状態光線束とを透過させ得る出射面である第３外面とを備え、前記第２外面と前記第３外面との間に、前記第２内面と前記第３内面と前記第１内面とが配設されていることを特徴とする。
【００６６】
請求項３に係る発明は、請求項２記載のプリズムであって、前記第１外面に対向する位置に配設され、前記第２外面の前記第２端部と繋がった第１端部と前記第２内面の前記第２端部と繋がった第２端部とを備える第４外面と、前記第４外面上に配設され、前記第２内面で全反射された前記第２反射状態光線束が入射するときには前記第２反射状態光線束を吸収する遮光部材とを備えることを特徴とする。
【００６７】
請求項４に係る発明は、請求項３記載のプリズムであって、前記第２外面と同一平面内に有り、前記第２外面の前記第１端部に隣接する第１端部と前記第１外面と繋がった第２端部とを備える第５外面を更に備えることを特徴とする。
【００６８】
請求項５に係る発明は、請求項４記載のプリズムであって、前記第１外面と前記第５外面と前記第１内面とを備える第１プリズム片と、前記第２外面と前記第４外面と前記第２内面とを備える第２プリズム片と、前記第３外面と前記第３内面とを備える第３プリズム片とを備え、前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内の任意のプリズム片は他の２つのプリズム片と空気間隙を介して対向配設されており、前記第１プリズム片の外面の内で前記第１内面と前記第５外面とで挟まれた第４内面は前記第２プリズム片の前記第２内面に対向しており、前記第３プリズム片の外面の内で前記第３外面と前記第３内面とで挟まれた第５内面は前記第１プリズム片の前記第１内面に対向していることを特徴とする。
【００６９】
請求項６に係る発明は、請求項５記載のプリズムであって、前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内で、互いに対向し合う２つのプリズム片同士は、当該２つのプリズム片の熱膨張率に略等しい熱膨張率を有する、スペーサ及び接着剤によって固定されていることを特徴とする。
【００７０】
請求項７に係る発明は、請求項５記載のプリズムであって、前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内で、互いに対向し合う２つのプリズム片同士は、互いの対向面の一方の面上に光線束の通過部分を避けて設けられた薄膜コーティングを介して、対向配置されていることを特徴とする。
【００７１】
請求項８に係る発明は、請求項５記載のプリズムであって、前記第２プリズム片は、（ａ）前記第２外面と、前記第２内面の内で前記第４内面のみと対向する第１面と、前記第２外面と前記第２内面の前記第１面とで挟まれた第６内面とを備えるプリズム片と、（ｂ）前記第４外面と、前記第２内面の内で前記第３内面のみと対向する第２面と、前記第４外面と前記第２内面の前記第２面とで挟まれ且つ前記第６内面と対向する第７内面とを備えるプリズム片とを備えることを特徴とする。
【００７２】
請求項９に係る発明は、外部の可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子の法線方向に平行な投写光軸を有する外部の投写レンズとの間に配置されるプリズムであって、前記可変ミラー素子によって生成される相違なる第１反射状態と第２反射状態とにそれぞれ対応する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを選択的に偏向し得る、第１プリズム片と第２プリズム片と第３プリズム片とを備え、（ａ）前記第１プリズム片は、外部から入射する光線束を透過可能な第１面と、前記第１面を透過する前記外部入射光線束を全反射すると共に、前記第１プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束を透過させる第２面と、全反射後に前記第１プリズム片内を伝搬して入射する前記外部入射光線束を透過させると共に、入射する前記第１反射状態光線束を前記第１プリズム片内に透過させる第３面とを備え、（ｂ）前記第２プリズム片は、前記第３面に対向しており、前記第３面を透過して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記第２プリズム片内を伝搬させ、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束を透過させると共に、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を全反射する第４面と、前記可変ミラー素子に対向しており、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記可変ミラー素子へ向けて伝搬させ、前記外部入射光線束が前記可変ミラー素子に照射することによって生成された入射する前記第１反射状態光線束及び前記第２反射状態光線束を共に透過させて前記第２プリズム片内を伝搬させると共に、前記第４面によって全反射された後に前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を全反射し得る第５面とを備え、（ｃ）前記第３プリズム片は、前記第２面と前記第３面との交差部分に隣接した端部を有し且つ前記第４面に対向しており、前記第４面を透過後に入射する前記第１反射状態光線束を透過させる第６面と、前記第２面に対向しており、前記第６面の前記端部と交差していると共に、前記第２面を透過後に入射する前記第１反射状態光線束を透過させる第７面と、前記投写レンズに対向しており、前記第６面の透過後に前記第３プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束と前記第７面の透過後に前記第３プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束とを透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得る第８面とを備えることを特徴とする。
【００７３】
請求項１０に係る発明は、請求項９記載のプリズムであって、前記第２面と前記第７面とは平行であり、前記第３面及び前記第６面は共に前記第４面とは平行であり、それぞれの平行面同士の間が空気間隙であることを特徴とする。
【００７４】
請求項１１に係る発明は、請求項９記載のプリズムであって、前記第３面と前記第６面とは同一平面内にあることを特徴とする。
【００７５】
請求項１２に係る発明は、請求項９記載のプリズムであって、前記第１面と前記第２面とのなす角度をαと定義し、前記第４面と前記第５面とのなす角度をγと定義し、前記第２面と前記第３面とのなす角度を（β＋γ）と定義する場合に、前記角度αは、３８．０°よりも大きく且つ５０．４°よりも小さい範囲内にあり、前記角度βは、２５．０°よりも大きく且つ３７．４°よりも小さい範囲内にあり、前記角度γは１６．２°よりも大きく且つ２４．５°よりも小さい範囲内にあることを特徴とする。
【００７６】
請求項１３に係る発明は、請求項９記載のプリズムであって、（ｂ）前記第２プリズム片は、前記第４面と前記第５面とで挟まれた側面と、前記側面上に配設されており、前記第４面での全反射後に前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を遮光し得る遮光部材とを更に備えることを特徴とする。
【００７７】
請求項１４に係る発明は、光源と、前記光源からの光線束を集光する集光光学系と、前記集光光学系によって集光される集光光を入射する入射面と、ほぼ均一な光強度分布の光線束を出射する出射面とを備える光強度均一化素子と、前記光強度均一化素子の前記出射面から出射される光線束を伝達する伝達光学系と、前記伝達光学系によって伝達される光線束が外部から入射する光線束として入射される請求項１０記載の前記プリズムと、前記プリズムの外部に於ける、その反射面と前記光強度均一化素子の前記出射面とが前記伝達光学系及び前記プリズムを介して共役な関係となる位置に配設されており、前記プリズムから入射する光線束をその反射面で反射する際に互いに相違した反射状態に相当する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを生成し得る可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子から前記プリズムへ入射し、その後、前記プリズムを出射する前記第１反射状態光線束が入射する投写レンズとを備えることを特徴とする。
【００７８】
請求項１５に係る発明は、請求項１４記載の投写光学系であって、前記伝達光学系からの前記光線束及び前記第１反射状態光線束が通過する前記プリズムの部分を避けて前記プリズムの外形の一部に接することにより、前記プリズムを保持するプリズム保持部材を更に備えることを特徴とする。
【００７９】
請求項１６に係る発明は、請求項１５記載の投写光学系であって、前記プリズム保持部材は、前記プリズムを出射する前記第２反射状態光線束を遮光する部分を備えることを特徴とする。
【００８０】
請求項１７に係る発明は、請求項１５記載の投写光学系であって、前記プリズム保持部材は前記投写レンズに対向する面を備え、前記プリズム保持部材の前記対向面は、前記第１反射状態光線束が通過し得る寸法を有する光出射開口を備えることを特徴とする。
【００８１】
請求項１８に係る発明は、請求項１４記載の前記投写光学系と、前記可変ミラー素子を駆動するための電気信号を生成して前記電気信号を前記可変ミラー素子に出力するために配設された信号生成部と、前記投写光学系から投写される光線束を受けるスクリーンとを備えることを特徴とする。
【００８２】
請求項１９に係る発明は、光源と、前記光源からの光線束を集光する集光光学系と、前記集光光学系によって集光される集光光を入射する入射面と、ほぼ均一な光強度分布の光線束を出射する出射面とを備える光強度均一化素子と、前記光強度均一化素子の前記出射面から出射される光線束を伝達する伝達光学系と、前記伝達光学系によって伝達される光線束が外部から入射する光線束として入射される請求項２記載の前記プリズムと、前記プリズムの外部に於ける、その反射面と前記光強度均一化素子の前記出射面とが前記伝達光学系及び前記プリズムを介して共役な関係となる位置に配設されており、前記プリズムから入射する光線束をその反射面で反射する際に互いに相違した反射状態に相当する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを生成し得る可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子から前記プリズムへ入射し、その後、前記プリズムを出射する前記第１反射状態光線束が入射する投写レンズとを備えることを特徴とする。
【００８３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。
【００８４】
（投写型表示装置）
投写型表示装置は、既述した第１および第２の反射状態を作出し得る可変ミラー素子（図１の素子３）と、外部より入力される映像信号の情報を反映した電気信号に対応するように可変ミラー素子を駆動するための電気信号を発生する信号生成部（図１の部分２）と、後に詳述する特徴的な構成を有するプリズム（図１の要素１）を含む投写光学系と、この投写光学系から投写される光線束を受けて、その面上に映像を映し出すためのスクリーン（図２７の部分９０）とを備えている。
【００８５】
なお、以下の説明において、Ｆナンバーとは、光線束の入射面（ここで、入射面とは、光線束が入射する物体の表面、即ち、entrance surfaceである。この点は、以下の記載でも同じである。）に対して当該光線束が入射する場合に、この光線束を等価的に１枚のレンズ（等価的なレンズ）から出射する光線束として考え、その様な等価的なレンズの焦点距離をｆ０とし、且つ、等価的なレンズの開口の直径をＤ０として表すことで表現される式、即ち、Ｆ＝ｆ０／Ｄ０によって定義される値である。以下の実施の形態の説明においては、照明光線束のＦナンバー、テレセントリックレンズのＦナンバー、投写レンズのＦナンバー、反射光線束のＦナンバー等の表現を用いるが、特に断りの無い限り、基本的な定義はここにおける説明によるものとする。
【００８６】
実施の形態１．
（プリズムの構成について）
図１は、本発明の実施の形態１に関わるプリズムの縦断面構造を信号生成部２のブロック図と共に模式的に示す図である。図１において、１はプリズム、３は可変ミラー素子、５は投写レンズ、８４０はプリズム１の直前に配置されるレンズ（光学系によってはフィールドレンズと称される）、８（図１中の破線部分）はレンズ８４０の出射端面に形成される仮想的な面光源（仮想面光源）であり、照明光学系はこれら５つの基本的な光学要素８４０，８，１，３，５から構成される。また、４は可変ミラー素子３の上部に設けられたカバーガラスである。
【００８７】
２０はプリズム１に入射して可変ミラー素子３を照明する照明光線、２１は可変ミラー素子３から反射されるＯＮ光ないしは第１反射状態光線束、２２は可変ミラー素子３から反射されるＯＦＦ光ないしは第２反射状態光線束の軌跡を示す光線であり、６は可変ミラー素子３の法線方向に平行な投写光軸を、６０は照明光軸を示している。
【００８８】
可変ミラー素子３は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）に代表される反射型ライトバルブであり、入射光の反射方向を微小ミラー（マイクロミラー）の傾きを変えることによって選択し、入射光線束に画像情報に基づく変調を与えるものである（画像情報に基づいて、その反射光がＯＮ光、ＯＦＦ光に分けられる）。
【００８９】
ＯＮ光２１は、投写レンズ５に向かって反射される光線であり、図１には投写レンズ５に進入する最外光線が概念的に示されている。また、ＯＦＦ光２２は、投写レンズ５に進入する前に、投写レンズ５へ進入しないように偏向される。また、５０は投写レンズ５のレンズ部を模式的に示すものである。
【００９０】
投写レンズ５に取り込まれた（入射した）光線（ここではＯＮ光２１）は、画像の白表示の状態（スクリーン上の明点に対応）を提供する。
【００９１】
一方、ＯＦＦ光２２は、ある広がりを有して投写光軸６から所定の角度だけ傾いた方向に反射される光線であり、その殆どはプリズム片１２の側面１２３上に又は上方に設けられた遮光部材７に到達し同材７に吸収される。
【００９２】
従って、ＯＦＦ光２２は、投写レンズ５に取り込まれない（入射しないため）ため、画像の黒表示の状態（スクリーン上の暗点に対応）を提供する。
【００９３】
図１に示すように、第１のプリズム片１１、第２のプリズム片１２および第３のプリズム片１３のそれぞれが他の２つのプリズム片に対して後に説明する所定の微小な間隔を隔てて配置され、これらのプリズム片１１，１２，１３は全体としてひとつの構造体であるプリズム１を構成している。
【００９４】
第１外面１１１、第５外面１１２、第４内面１１３および第１内面１１４Ａを含む外面１１４は第１のプリズム片１１の外形面を特徴付ける平面であり、第２外面１２１、第２内面１２２および第４外面１２３は第２のプリズム片１２の外形面を特徴付ける平面であり、第５内面１３１、第６外面１３２、第３外面１３３および第３内面１３４は第３のプリズム片１３の外形面を特徴付ける平面である。
【００９５】
なお、図１に示された、断面形状が四角の第１プリズム片１１、直角三角形の断面形状を有する第２プリズム片１２および四角形の断面形状を有する第３プリズム片１３のそれぞれは、図１に表現された各プリズム片に対応する各辺が紙面に垂直な方向に延伸された面によって構成される立体である。
【００９６】
図１に示すプリズム１の構成の特徴点は、次の通りである。
【００９７】
プリズム１は、その内部に、第１内面１１４Ａ、第２内面１２２、第３内面１３４、第４内面１１３及び第５内面１３１を有している。
【００９８】
第１内面１１４Ａは面１１４の一部であり、可変ミラー素子３から第１距離だけ離れた第１端部１Ｅ１を備え、且つ、第１端部１Ｅ１から第２端部１Ｅ２に向かって可変ミラー素子３に対して遠ざかる様に投写光軸６に対して傾斜している。しかも、第１内面１１４Ａは、外部から入射する光線束２０を全反射して反射後の外部入射光線束２０を可変ミラー素子３側へ向けてプリズム１内を伝搬させ得ると共に、第２内面１２２及び第４内面１１３を透過した第１反射状態光線の第１束（単に第１反射状態光線束とも称す）２１が入射するときには当該第１反射状態光線束２１を透過させて投写レンズ５側へ向けてプリズム１内を伝搬させ得る光学特性を有する。この様な光学特性を実現すべく、第１内面１１４Ａ上には誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされており、この誘電体多層膜は、入射する第１反射状態光線束２１の光量の殆どを透過し得る様に設定されている（例えば透過率９９％）。
【００９９】
他方、第２内面１２２は、可変ミラー素子３からそれぞれ第２距離及び第３距離だけ離れた第１端部２Ｅ１及び第２端部２Ｅ２を備える傾斜面である。ここで、第３距離は第１距離及び第２距離の何れよりも大きく、第１距離は前記第２距離よりも大きい。そして、第２内面１２２は、第１内面１１４Ａで全反射された外部入射光線束２０が入射するときには外部入射光線束２０を透過させ、可変ミラー素子３に照射して可変ミラー素子３によって反射される光線束の内で第１反射状態にある光線の第１束及び第２束が入射するときには入射した第１反射状態光線の第１束及び第２束２１を透過させる一方で、可変ミラー素子３によって反射される光線束の内で第２反射状態にある光線束が入射するときには入射した第２反射状態光線束２２を全反射させ得る光学特性を有する。しかも、両内面１１４Ａ、１２２間には次の配置関係がある。即ち、第１内面１１４Ａの第１端部１Ｅ１は、可変ミラー素子３側から見て、第２内面１２２の第１端部２Ｅ１と第２端部２Ｅ２との間に位置する第２内面１２２内の所定の箇所Ｐ（可変ミラー素子３から見て投写光軸６の右側に位置する）よりも上方に位置している。
【０１００】
又、第３内面１３４は、第１内面１１４Ａの第１端部１Ｅ１に対向しており且つ可変ミラー素子３から第４距離だけ離れた第１端部３Ｅ１及び第２内面１２２の第２端部２Ｅ２に対向しており且つ可変ミラー素子３から第５距離だけ離れた第２端部３Ｅ２を備えており、しかも、第２内面１２２に全面的に対向する面である。加えて第３内面１３４は、第２内面１２２を透過した第１反射状態光線の第２束（単に第１反射状態光線束とも称す）２１が入射するときには当該第１反射状態光線束２１を透過させて投写レンズ５側へ伝搬させ得る光学特性を有する。ここで、第５距離は第３距離及び第４距離の何れよりも大きく、第４距離は第１距離よりも大きい。
【０１０１】
尚、上記第１距離、第２距離、第３距離、第４距離及び第５距離は、投写光軸６と交差する可変ミラー素子３の反射面の中心部から対象物までの距離として定義される。あるいは、上記第１距離、第２距離、第３距離、第４距離及び第５距離は、可変ミラー素子３の反射面を含む平面から対象物を眺めたときの最短距離として定義される。
【０１０２】
更に第４内面１１３は、第２内面１２２に対して平行に対向配設された面であり、第１内面１１４Ａの第１端部１Ｅ１に該当する第１端部と、後述する第２外面１２１と同一平面内に有り且つ第２内面１２２の第１端部２Ｅ１に対向する第２端部４Ｅ２とを有する。
【０１０３】
更に第５内面１３１は、第１内面１１４Ａに対して平行に対向配設された面であり、第３内面１３４の第１端部３Ｅ１に該当する第１端部と、後述する第３外面１３３と同一平面内に有り且つ第１内面１１４Ａの第２端部１Ｅ２に対向する第２端部５Ｅ２とを有する。
【０１０４】
尚、第２内面１２２、第３内面１３４、第４内面１１３及び第５内面１３１の各面上には、同一目的達成のために、誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされている。
【０１０５】
他方、プリズム１の外形面の構成の特徴点は、次の通りである。
【０１０６】
先ず、第１外面１１１は、第１内面１１４Ａに対向する位置に配設されており、入射する外部入射光線束２０を透過させて第１内面１１４Ａ側へ向けてプリズム１内を伝搬させ得る入射面である。
【０１０７】
第２外面１２１は、可変ミラー素子３及び第２内面１２２に対向する位置に配設されており、第２内面１２２の第１端部２Ｅ１に該当する第１端部と、第２内面１２２の第２端部２Ｅ２の下方に位置する第２端部とを備える。そして、第２外面１２１は、第２内面１２２を透過して入射する外部入射光線束２０を透過させて可変ミラー素子３側へ出射すると共に、可変ミラー素子３によって反射される光線束２１，２２をプリズム１内に入射し得る光作用面である。
【０１０８】
第３外面１３３は、第２外面１２１と略平行な面であって、投写レンズ５に対向する位置に配設されており、第３内面１３４の第２端部３Ｅ２の上方に位置する第１端部と、第５内面１３１の第２端部５Ｅ２に該当する第２端部とを備えている。そして、第３外面１３３は、第１内面１１４Ａ及び第５内面１３１を透過して入射する第１反射状態光線の第１束２１と第３内面１３４を透過して入射する第１反射状態光線の第２束２１とを透過させ得る出射面である。
【０１０９】
以上の通り、第２外面１２１と第３外面１３３との間のプリズム１の内部には、可変ミラー素子３から投写レンズ５に向かう方向に沿って、第２内面１２２と第４内面１１３と第１内面１１４Ａと第５内面１３１とが順次に配設されており、又、第２内面１２２と第３内面１３４とが順次に配設されている。
【０１１０】
更に第４外面１２３は、第１外面１１１に対向する位置に配設されており、第２外面１２１の第２端部と繋がった第１端部と第２内面１２２の第２端部２Ｅ２と繋がった第２端部とを備える。
【０１１１】
更に第５外面１１２は、第２外面１２１と同一平面内に有り、第４内面１１３の第２端部４Ｅ２に該当する第１端部と第１外面１１１と繋がった第２端部とを備える。
【０１１２】
更に第６外面１３２は、第１外面１１１に対向する位置に配設されており、且つ、第４外面１２３と略同一平面内に有り、第３内面１３４の第２端部３Ｅ２に該当する第１端部と第３外面１３３の第１端部に該当する第２端部とを有する。
【０１１３】
ここで、第４外面１２３を除いて（但し、後述する様に、遮光部材７を第４外面１２３の上方に設けるときには第４外面１２３をも含める）、他の外面１１１、１２１、１３３、１１２、１３２、１１４Ｂ上には、同一目的達成のために、誘電体多層膜（図示せず）がコーティングされている。
【０１１４】
また、図１中で矢印で示される光線は、図面に平行な面（メリジオナル面）に含まれる光線の軌跡を表しているものとする。
【０１１５】
以下、図１及び後述の図面を参照しながら本照明光学系の光学的作用を説明する。
【０１１６】
（偏向作用について）
図１を参照してプリズム１への入射光に対する偏向作用について説明する。
【０１１７】
まず、仮想面光源８は、レンズ８４０の前段に配置される図示しない光源、あるいは光源を含む光学系から出射された光線がレンズ８４０を通過し、その出射面において所定の発散角を有する仮想的な光源である。この仮想面光源８から出射し可変ミラー素子３を照明する照明光線２０は、照明光軸６０に垂直な面１１１（第１の面。外部から入射する光線束が入射可能な入射面）から第１のプリズム片１１へ入射する。
【０１１８】
第１のプリズム片１１の面１１４（第２の面。第１の反射面として可変ミラー素子３から遠い側に設けられている）と第３プリズム片１３の面１３１（第７の面）とは、後述するような微小な空気間隙を介して互いに平行に配置されており、照明光線２０は第１プリズム片１１の内部を進行して面１１４に到達し、空気間隙と面１１４との界面において全反射される。
【０１１９】
すなわち、面１１４は入射する照明光線２０が全反射を起こすように照明光軸６０に対して傾いて配置されている。
【０１２０】
面１１４における全反射により偏向された照明光線２０の一部は、隣接する第２プリズム片１２を透過した後、プリズム１から出射して可変ミラー素子３へ到達する。
【０１２１】
カバーガラス４は、光学的な平行平面板とみなせるため、ここでは単に光路長を変えるだけの要素であるとして詳しい説明を省略する。
【０１２２】
なお、図１ではレンズ８４０をプリズム１とは非接触に配置しているが、照明性能が変わらないのであれば両要素８４０，１を互いに接触させて配置しても構わない。
【０１２３】
さて、第１のプリズム片１１の面１１３（第３の面）および第２のプリズム片１２の面１２２（第４の面。第２の反射面として可変ミラー素子３から近い側に設けられている）も、後述するような微小な空気間隙を介して対向し合うと共に互いに平行な位置関係に配置されているため、面１１４において全反射した照明光線２０の一部は、第１のプリズム片１１の面１１３と第２のプリズム片１２の面１２２との間の空気層を通過することになる。
【０１２４】
厳密には、この空気層（空気間隙内にある空気層）の存在により照明光線２０は屈折し、ごく僅かに照明光線２０の進行方向は直進方向からずれるが、この場合の空気層の厚さは、後述するように数μｍ程度であって、しかも、両面１１３，１２２の延在方向に沿ってほぼ一定となるように設定されているため、この屈折の照明性能へ与える影響をほぼ無視することができる。
【０１２５】
また、第１のプリズム片１１の面１１２と第２のプリズム片１２の面１２１（第５の面。外部から入射する光線束が入射可能な面１１１から入射される光線束を可変ミラー素子３に照射される光線束として出射すると共に可変ミラー素子３からの反射光が入射可能な光作用面でもある）とは同一平面又は略同一平面となるように配置されているため、プリズム１から出射して可変ミラー素子３へ向かう光線２０の振舞いも出射する位置によらずに同じであるとみなすことができる。
【０１２６】
（光線選択作用について）
次にプリズム１の光線選択作用について説明する。
【０１２７】
可変ミラー素子３は、上述した第１反射状態および第２反射状態のように、互いに異なる２つの反射状態を作出する。
【０１２８】
まず、第１反射状態においては、可変ミラー素子３は、入出する照明光線２０を投写レンズ５の方へ反射させる。図１中の、ＯＮ光（第１反射状態光線束）２１は、第２のプリズム片１２の面１２１と第３のプリズム片１３の面１３３とをそれぞれ入射面および出射面とする平行平面板を透過するように振る舞い、プリズム１をほぼ直線的に透過して投写レンズ５に到達する。
【０１２９】
図１に示すように、ＯＮ光２１は、プリズム１を構成する３つのプリズム片、すなわち第１乃至第３のプリズム片１１乃至１３の、互いに対向する面間に介在する空気層（空気間隙）の全てを透過する可能性が高い。
【０１３０】
しかしながら、これらの空気層（空気間隙）は、後述するように、それぞれ数μｍ程度の厚さ（面間隔）を有しており、しかも、ほぼ一定の厚みを有し、かつ空気層を作出する対向面の各々が互いに平行となるように設定されているため、空気層を通過することによるＯＮ光２１が受ける屈折の影響を最小限にすることができる。
【０１３１】
勿論、第１のプリズム片１１の面１１３と第３のプリズム片１３の面１３４（第６の面）とは同一平面となるように配置されており、また、これらの両面１１３，１３４の各々と第２のプリズム片１２の面１２２とは互いに平行となるように配置され、面（１１３，１３４）と面１２２との間に数μｍ程度でほぼ一定の厚みを有する空気間隙を保つように面（１１３，１３４）と面１２２とが配置されている。このため、光がこの空気間隙を通過する際の光線に対する屈折による影響を最小限にすることができる。
【０１３２】
なお、少なくとも第２のプリズム片１２の面１２１と第３のプリズム片１３の面１３３（第８の面）とは平行となるように形成される。すなわち、面１３３は、可変ミラー素子３からの光線束２１を投写レンズ５へ向かう光線束として出射可能な、面１２１と略平行である出射面である。
【０１３３】
従って、ＯＮ光２１は、巨視的に見るときには、可変ミラー素子３と投写レンズ５との間に配置された光学的な平行平面板を透過しているとみなすことができる。
【０１３４】
上述したように、プリズム１を構成する３つのプリズム片１１，１２，１３の内の第１及び第３プリズム片１１，１３に関しては、１つのプリズム片（例えば、第１のプリズム片１１）が他の２つのプリズム片（例えば、第２、第３のプリズム片１２、１３）と空気間隙を介して対向する２つの対向面を有している。他方、第２プリズム片１２は、他の２つのプリズム片１１，１３と空気間隙を介して対向する１つの対向面を有する。
【０１３５】
一方、第２反射状態においては、照明光線２０は投写光軸６を挟んで照明光線２０の入射方向とは反対側に出射し（反射偏向され）、図１に示したＯＦＦ光２２（第２反射状態光線束）として進行する。
【０１３６】
このＯＦＦ光２２は、投写レンズ５の受光角度から外れた光線であるため、この第２反射状態は、スクリーンに投写される映像光がＯＦＦの状態、すなわち黒表示に対応する。
【０１３７】
この状態において、ＯＦＦ光２２は第２のプリズム片１２の面１２２において全反射され、その進行方向を図１中の右方向へと大きく偏向される。
【０１３８】
つまり、第２のプリズム片１２の面１２２は、投写光軸６に対して所定の角度だけ傾いて配置されており、可変ミラー素子３から反射される全てのＯＦＦ光２２が実質的に全反射条件を満足する角度となるように、所定の角度は設定されている。
【０１３９】
従って、面１２２で全反射されたＯＦＦ光線２２は第２のプリズム片１２の内部を図１中の右方向へ伝播し、図１７に示す様に、ＯＦＦ光２２の一部は面１２１に到達して面１２１で再び全反射されて第２プリズム片１２内を図１の右方向へと進行して面１２３に到達する。又、面１２２で全反射されたＯＦＦ光２２の一部は直接に面１２３に到達する。又、面１２１より入射して直接に面１２３に到達するＯＦＦ光２２もある。この様に、ＯＦＦ光２２の殆どは、第２のプリズム片１２の面１２３に到達する。そこで、面１２３に到達するＯＦＦ光２２を吸収するために、面１２３の面上に、あるいはその近傍に、遮光部材７を配置している。
【０１４０】
このように構成することによって、ＯＦＦ光２２の大部分が投写レンズ５の内部に進入することがない（取り込まれない）ため、投写レンズ５の鏡筒内面やレンズ面（レンズ表面、境界面）における散乱等を原因とするゴースト光の発生を低減させることが可能となり、主にスクリーン上における黒表示状態における光出力を抑えることによるコントラスト向上を実現することができる。
【０１４１】
また、第１プリズム片１１の面１１４に到達する前の第１プリズム片１１内を進行する照明光線２０は、第１のプリズム片１１の面１１３と衝突することがない。そのため、第２のプリズム片１２の面１２２を、可変ミラー素子３によって反射されたＯＦＦ光２２を全反射作用し得る位置に配置することができる。又、第１のプリズム片１１の面１１３と第２のプリズム片１２の面１２２との間に介在する空気層（空気間隙）は、照明光線２０およびＯＮ光２１に対してはほぼ影響を与えることがない。本プリズム１では、ＯＦＦ光２２を効果的に遮光部材７へ導くことができる。
【０１４２】
（プリズムの設計例）
さて、プリズム１のコントラスト向上効果をより具体的に説明するため、プリズム１の設計例を示し定性的な考察を行う。ここで、可変ミラー素子３の具体例としてＤＭＤを想定し、先に説明したＤＭＤの特性に従ったプリズム１の具体例を示すものとする（以下、可変ミラー素子３の一例としてＤＭＤを用いたものを示し、ＤＭＤ３と称す）。
【０１４３】
図２は、プリズム１の設計における設計パラメータを説明する概略図であり、図２において、６１はＤＭＤ３に関する照明光軸、６２は第１のプリズム片１１の面１１４において全反射した後の第１プリズム片１１内部における照明光軸である。
【０１４４】
６３はＤＭＤ３によって反射するＯＦＦ光２２の方向軸（反射する方向を示す軸）、また、αは第１のプリズム片１１の面１１１と面１１４とのなす角度、βは第１のプリズム片１１の面１１４と面１２１と平行な面とのなす角度、γは第２のプリズム片１２の面１２１と面１２２とのなす角度である。
【０１４５】
第１のプリズム片１１の形状を特徴づける面１１４と面１１３とのなす角は、図２より（β＋γ）となることは明白である。
【０１４６】
その他の符号は図１と共通であるので説明を省略する。なお、投写光軸６と照明光軸６１とのなす角度は２０°、一方、投写光軸６とＯＦＦ光の方向軸６３とのなす角度は４０°として説明する。
【０１４７】
以下、図２を参照して頂角αおよびβの関係を導出する。
【０１４８】
まず、頂角αとβの設計条件として、
i）プリズム１に入射する全ての照明光線束が第１のプリズム片１１の面１１４における全反射条件を満足することによりＤＭＤ３側へ偏向されて、プリズム１を出射した照明光線束が２０°の進入角度をもってＤＭＤ３を照明すること。
【０１４９】
ii）ＤＭＤ３から、図示しない投写レンズへ向かう反射光（ＯＮ光）が全反射面をほぼ直線的に全て透過すること
の２つの条件を満足する必要がある。条件i）は図３に示す楔形状のプリズムを想定すれば簡単にその解を得ることができる。
【０１５０】
図３は、仮想的な立体を想定し光線の振舞いを説明する概略図である。図３では、図２における第１のプリズム片１１と第２のプリズム片１２の図２中の点線の部分において分割したうちの第１のプリズム片１１側の欠片とを一体化して成るプリズム片１０を示すと共に、同片１０を全反射面１１５に関して面対称に鏡像反転して出来る立体の輪郭を破線で示す。
【０１５１】
なお、図３中には、第１のプリズム片１１の面１１３と第２のプリズム片１２の面１２２とによって形成される空気層を二重の点線によって表現している。
【０１５２】
頂角αとβの設定を考える場合はプリズム片１０と点線とによって形成される楔形状の仮想プリズムを考えれば良い。図３中、実線矢印で示される２００はプリズム片１０の入射面１１６に対して垂直に入射する光線の振舞いを示している。
【０１５３】
プリズム１０の実体上の出射面は面１１８であり、これに対応する仮想的に考えたプリズム（仮想プリズム）の仮想的な出射面を１１９（仮想出射面１１９）とする。
【０１５４】
このような、実線によって示されるプリズム１０と破線によって示される仮想的な楔形状のプリズムとを想定すると、角度αおよびβの導出を簡単に説明できる。
【０１５５】
上述した、投写光軸６と照明光軸６１とのなす角度を２０°とすることから、仮想出射面１１９から出射した光線は仮想出射面１１９の法線６４に対して２０°だけ傾く状態となる。このとき、仮想出射面１１９への入射角度をθとすると、屈折の法則よりα、βおよびθの間には次のような関係式（１）が成り立つ。
【０１５６】
【数１】
ここで、ｎはプリズム片１０を形成する材料の屈折率である。
【０１５８】
（プリズム片における全反射条件）
次に、プリズム片１０に入射する全ての光線が全反射を呈する条件を求める。
【０１５９】
図４は光線の全反射条件を説明する概略図である。図４中、２０１によって示される実線矢印はプリズム片１０に入射する光線のうち、全反射面１１５に対して最も小さな角度で入射する最外角光線を示しており、この光線が全反射条件を満たせば全ての入射光線が全反射を呈することになる。
【０１６０】
図４中、ψは光線２０１と全反射面１１５の法線６５とのなす角であり、全反射面１１５に対する入射角である。このとき、照明光線束のＦナンバーは図４中の角度δによって次式（２）のように定義される。
【０１６１】
【数２】
さて、光線２０１の全反射面１１５への入射角ψと入射面１１６における光線の屈折とより次式（３）が成り立つ。
【０１６３】
【数３】
入射光線２０１が全反射面１１５において全反射条件を満たすことから、
【０１６５】
【数４】
が成り立つ。また、式（３）および式（４）から、次式が成り立つ。
【０１６７】
【数５】
なお、式（５）の両辺が等しくなるときのαを、特にα1とする。
【０１６９】
ＤＭＤ３への照明光線束は、全反射面１１５において全反射するだけでなく、図３の仮想出射面１１９を全ての光線が透過すること（このことは、照明光線束がＤＭＤ３へ確実に照明されるための条件）も必要である。
【０１７０】
図５は入射面１１６に入射する光線のうち、照明光軸６０に対して、図４に示したとは反対側に角度δで入射する光線２０２の振舞いを示している。
【０１７１】
図５において、ωは光線２０２と仮想出射面１１９の法線６４とのなす角で、仮想出射面１１９に対する入射角を示している。
【０１７２】
この光線２０２は、仮想出射面１１９に対して最も大きな角度ωで進入するため、ここで全反射を生じてプリズム片１０内に光線が閉じ込められないことを確認しなければならない。この場合、まず、角度ωについて次式（６）が成り立つ。
【０１７３】
【数６】
また、仮想出射面１１９において、全反射が起きない条件は次式（７）で表すことができる。
【０１７５】
【数７】
よって、式（６）、式（７）より次式（８）が成り立つ。
【０１７７】
【数８】
この式（８）に基づき、両辺をそれぞれ屈折率ｎの関数としてプロットしたグラフを図６に示す。ただし、式（２）において定義される照明光線束のＦナンバーを３とした。
【０１７９】
これはＤＭＤ３を効率よく照明する光線束のＦナンバーがほぼ３であることに対応している。
【０１８０】
図６中、破線によって示されるのが式（８）の左辺に相当する屈折率ｎの関数であり、実線が同様に右辺の関数を示している。
【０１８１】
図６に示したグラフより、式（８）の不等式が一般的な光学材料の屈折率の範囲である１．４５から１．８５の間で成立することがわかる。すなわち、この屈折率の範囲においてはプリズム１０の内部に光が閉じ込められる角度条件は成立しないことがわかる。
【０１８２】
（プリズム頂角の条件）
次に、ＤＭＤ３から投写レンズへ向かうＯＮ光の振舞いによるプリズム頂角α及びβの条件を求める。
【０１８３】
図７は、２つのプリズム片１０および１３０（第３のプリズム片１３と全反射面１１５に平行な面によって第２のプリズム片１２を分割した欠片とを一体化したプリズム片）から構成されるプリズム１００を示しており、ＤＭＤ３からのＯＮ光のうち、全反射面１１５に対して最も大きな入射角νで進入する光線２０３を示している。なお、その他の符号は前述の通りである。
【０１８４】
さて、光線２０３が全反射面１１５において全反射せずにプリズム片１３０の方へ透過するならば、ＤＭＤ３からの映像光（ＯＮ光）は全てプリズム片１３０側へ透過することになる。まず、入射角νについて次式（９）が成り立つ。
【０１８５】
【数９】
また、全反射が起きない条件は式（７）と同様、次式（１０）で表すことができる。
【０１８７】
【数１０】
式（９）、式（１０）を整理すると次の不等式が得られる。
【０１８９】
【数１１】
なお、式（１１）の両辺が等しくなると仮定したときのαを、特にα2とする。
【０１９１】
以上より、プリズム１０の基本形状を規定する頂角α及びβに関する条件式を導出した。この場合、プリズム１０の形状を決定するには式（５）及び式（１１）の両方の条件を満足する頂角αを求め、式（１）よりβを求めれば良い。
【０１９２】
図８は、式（５）による角度α1及び式（１１）による角度α2をプリズム材料の屈折率ｎの関数としてプロットしたものである。横軸をプリズム材料の屈折率とし、縦軸を角度としている。
【０１９３】
式（５）及び式（１１）の両不等式の表す範囲の関係より、角度α1を示す点線と角度α2を示す実線に挟まれた範囲（後述する角度選定範囲）から頂角αの値を選ぶことができる。
【０１９４】
図８を参照すると容易に理解できるように、実用的な光学材料の屈折率の範囲である屈折率１．４５から１．８５の範囲において、頂角αとして約３８．０°から約５０．４°の間で最適値を選ぶことができる。
【０１９５】
この場合、頂角βは式（１）から簡単に対応付けることができ、約２５．０°から約３８．０°の間で最適値を選定することができる。
【０１９６】
実際的な具定例として、プリズム１０の材料をＢＫ７（ｎd＝１．５１６８）とし、ＤＭＤ３の照明光線束のＦナンバーを３、ＤＭＤ３の照明光軸とＤＭＤ３の法線とのなす角度を前述の通り２０°（すなわち、照明光線束が２０°の進入角度をもってＤＭＤ３を照明することと等価）とすると、頂角αは４７．５５°から４７．９７°の間で最適値を選べば良い。なお、このとき、式（１）より求められる角度βは３４．５２°から３４．９４°の間の値を採り得る。
【０１９７】
図９はプリズム１０の材料（この場合はＢＫ７）における波長分散を考慮して、Ｃ線（６５６．２７ｎｍ。この波長における屈折率をｎCと表記）、ｄ線（５８７．５６ｎｍ。この波長における屈折率をｎdと表記）、及びＦ’線（４７９．９９ｎｍ。この波長における屈折率をｎF’と表記）の場合の頂角αの対応する角度をプロットしたものであり、横軸と縦軸は図８と同様である。
【０１９８】
このように、プリズム１０の材料の波長分散を考慮すると、α≒４７．７°が好適であり、この場合β≒３４．７°となることが理解できる。この値に限らず、材料の波長分散による屈折率の採り得る範囲が図８に示される角度選定範囲に含まれていれば、可視光の領域であって屈折率１．４５から１．８５程度の範囲において好適なプリズム材料を選択することができる。
【０１９９】
一方、プリズム片１３０の設計は図７から明らかなように、面１３３が面１１８と平行となるように成形すればよい。ただし、ＤＭＤ３の第１反射状態による反射光（ＯＮ光）の全てが面１３３を通過する平行平面板としなければならないので、面１３３と面１１８との距離はある値以上が必要となる。
【０２００】
以上のような設計に基づく２つのプリズム片から構成されるプリズム１０にＤＭＤ３からの反射光を入射させた場合の光線軌跡を図１０に示す。図１０には、ＤＭＤ３の法線の方向に所定のひろがりをもって進行するＯＮ光と、このＤＭＤ３の法線から所定の角度だけ傾いた方向に進行するＯＦＦ光の両方を描いている。
【０２０１】
このとき、プリズム１３０の側面全体にわたって遮光部材７を設けても、ＤＭＤ３からのＯＦＦ光が同部材７によって全て作用されるわけではなく、図１０に示すように点線楕円で囲んだ辺りに到達するＯＦＦ光は投写レンズにそのまま進入する可能性が高い。
【０２０２】
その理由は、プロジェクタの投写レンズには画面の周辺光量を高めることを目的としてＤＭＤ３からのＯＮ光の主光線が投写光軸６にほぼ平行なテレセントリックレンズが用いられることが多く、このようなテレセントリックレンズは、図１０に示すＯＮ光を主光線だけでなく周辺光線も含めて受け取る（入射させる）ために、レンズ開口の大きいものを用いる場合が多く、従ってＯＦＦ光も投写レンズ内に進入し易いという状況が生じてしまうからである。
【０２０３】
テレセントリックレンズの一例を用いた計算機シミュレーションによる光線追跡を行い、投写レンズへＯＦＦ光が進入する様子を調べた例について以下に述べる。
【０２０４】
図１１は、Ｆナンバーが３の投写レンズ（ここではテレセントリックレンズ）５１をプリズム１００の直後に配置した光学系による計算機シミュレーションの出力であり、説明に必要な部分を拡大して示した図である。
【０２０５】
図１１を参照すると、ＤＭＤ３から出射したＯＦＦ光の一部が投写レンズ５１に進入し、投写レンズ５１を構成する内部のレンズ面において反射を繰り返しながら、さらに投写レンズ５１の内部へ進んで行く様子がわかる。
【０２０６】
この図１１に示した場合においては、理解しやすいようにＯＦＦ光の光線の本数を少なくして示しており、影響が少ないように見えるが、現実にはさらに多くのＯＦＦ光が投写レンズ５１内に不必要に進入してしまう（コントラストを低減させる原因）。
【０２０７】
理想的には、投写レンズ５１の有するＦナンバーよりも大きな角度で進入した光線は、レンズ内の絞り面や投写レンズ５１の鏡筒内面等によって吸収され、投写画面（スクリーン）に到達することはないはずである。
【０２０８】
しかしながら、絞り面や鏡筒内面の光吸収が現実的には完全ではない（完全吸収体ではない）こと、及び各レンズの表面に施される減反射コーティングの不完全さ（反射を完全に抑えることができない）に起因して、現実的には様々な位置において迷光が生じることとなり、この迷光がスクリーンに到達することによって投写される画像のコントラストを低減させてしまう。
【０２０９】
従って、ＯＦＦ光を投写レンズ５１に進入しないようにすることができれば、投写される画像のコントラストを直接的に、大きく改善することができる。
【０２１０】
（プリズム片の設計について）
そこで、以下では、主に投写レンズに進入する可能性が高いＯＦＦ光線に効果的に作用するプリズム片１２（図１）の設計方法について説明する。
【０２１１】
このようなプリズム片１２の設計のためには、ＤＭＤ３から反射したＯＦＦ光の振舞いと、プリズム片１２に入射し、このプリズム片１２の有する全反射面に到達する光線の振舞いを調べる必要がある。
【０２１２】
図１２は、ＤＭＤ３から反射したＯＦＦ光の振舞いを示す概略図である。
【０２１３】
光線２０４はＤＭＤ３の、図１２中で最も左端部分から反射される光線であり、ＤＭＤ３の法線６（ここでは投写光軸６とＤＭＤ３の法線とが一致する例について述べるので、便宜的にＤＭＤ３の法線を法線６として説明する）から４０°傾いた方向へ出射するＯＦＦ光の光軸６５から角度δだけ、さらに外側（法線６に寄る方向）に傾いた光線を示している。
【０２１４】
また、６６は光線２０４の出射する方向を示す方向軸である。
【０２１５】
ここで、ＯＦＦ光としての光線２０４をプリズム片１２の反射面１２２において全反射させることができれば、それ以外の角度を有するＤＭＤ３からの全てのＯＦＦ光は反射面１２２において全反射されて図１２中の右方向へ進行することになる。従って、この全反射の条件を基に、必要なプリズム片１２の頂角γの値を求めることができる。
【０２１６】
図１３は、プリズム片１２を拡大して示した拡大図であり、この図１３を参照しながら頂角γの導出について説明する。なお、図１３において、６７は反射面１２２の法線である。
【０２１７】
光線２０４がプリズム片１２の内部に進入したときの、光線２０４とＤＭＤ３の法線６とのなす角度εは次式（１２）によって表すことができる。
【０２１８】
【数１２】
また、角度ε、γおよびμの間には次の（１３）式に示すような関係がある。
【０２２０】
【数１３】
ここで、角度μに関しては光線２０４の全反射条件より、次式（１４）を満たす必要がある。
【０２２２】
【数１４】
以上、式（１２）、式（１３）および式（１４）より、次の不等式が成り立つ。
【０２２４】
【数１５】
図１４は、プリズム１２の材料の屈折率ｎをパラメータとして、照明光線束のＦナンバーに対する頂角γの値を式（１５）に基づいて計算し、その計算結果をプロットしたものである。
【０２２６】
図１４によれば、プリズム１２の材料として実用的な屈折率の範囲である屈折率１．４５から１．８５の間においては、頂角γの最小値として約１６．２°から２４．５°の間にある値を採ることが理解できる。
【０２２７】
実際的な例として、プリズム１２の材料をＢＫ７（ｎd＝１．５１６８）とし、ＤＭＤ３からの反射光線のＦナンバーを３とする場合、式（１５）に基づいて求められる角度γの最小値は、約２１．７５３°となる。
【０２２８】
（点Ｐを求める方法について）
ここで、点Ｐの位置を求める方法について図１５に示す一例を参照しながら説明する。
【０２２９】
図１５において、Ｒはプリズム１の入射面１１１に入射する光線束の半径であり、点Ｑは入射光線束のうちで最も外側の光線２０６が反射面１１４に到達する点を示している。
【０２３０】
プリズム１内での屈折角δ’が既知であるので、頂角αをなす頂点Ｓから照明光軸６０までの距離が決まれば、点Ｑの位置は、図１５中のパラメータを用いた簡単な幾何計算から求めることができる。
【０２３１】
点Ｐは、点Ｑより頂点Ｔ側に取ればよく、このときＤＭＤ３から出射する最外光線２０７が反射面１２２に到達することを確認すれば良い。
【０２３２】
さて、図１６は、上述の設計手順により設計された２つのプリズム片から構成されるプリズムを用いて行った計算機シミュレーション（光線追跡シミュレーション）の出力例である。角度γを求めることによって、このような光線軌跡からでも簡単に点Ｐの位置、あるいは反射面１２２の位置を定めることができる。
【０２３３】
以上のように設計された、３つのプリズム片から構成されるプリズム１にＯＦＦ光が進入した状態を光線追跡して求めた出力例を図１７に示す。図１７から分かるように、全反射面１２２によって、投写レンズに侵入する不要な光線の大部分をプリズム１の側面１２３に向かわせることができる。
【０２３４】
このようにして、２つのプリズム片により構成されるプリズムの外形形状を保ったまま、特に、投写レンズから見た場合のプリズム１を平行平面板としてみなした場合の板厚を変えることなく、コントラスト低減の主要因であるＯＦＦ光の処理を確実に行うことができる。
【０２３５】
コントラスト比の改善効果は、投写光学系全体の仕様によって異なるので具体的な数値を示すのは困難であるが、ＯＦＦ光処理の役割を面１２３、ならびにこの面１２３上に設けられる遮光部材７に集約することができ、ＯＦＦ光を投写レンズに取り込む（入射させる）ことがなくなるため、先に紹介した第５の従来技術に示したような２つのプリズム片からなるプリズムを用いた光学系に比べて数倍以上のコントラストの改善効果が期待できる。
【０２３６】
図１８は図１１に示したものと同様の投写レンズ（投写レンズ５１）と、３つのプリズム片から構成されるプリズム１とを組合せた光学系について行った計算機シミュレーションの出力の一例である。
【０２３７】
このシミュレーションの出力結果によれば、ＤＭＤ３により反射され、一度、全反射面１２２に到達した光線は、プリズム１から外に出ることなく、面１２３に到達することがわかる。ところで、この面１２３上には遮光部材７が設けられており、この面１２３に到達するＯＦＦ光はこの遮光部材７によって効率よく処理される（例えば、吸収される）。
【０２３８】
（プリズム１の作製について）
さて、プリズム１を作製するにあたっては各プリズム片の形状及び平面の面精度、材料特性の安定性、及び各プリズム片間に設けられる空気ギャップ（空気間隙）の形成精度（すなわち、各プリズム片の配置精度）が、プリズム１の性能を左右する要因となる。
【０２３９】
各プリズム片の形状及び平坦度の精度は、本プリズムの基本的な仕様であり、投写レンズ５１とＤＭＤ３との間に配置される平行平面板としての精度は投写画像の解像度に関わる重要な要素である。
【０２４０】
プリズム１を構成する各プリズム片、ＤＭＤの表面、投写レンズを構成するレンズ面等の各光学面は、減反射コーティングによって透過率を向上させることが好ましく、光学面以外の面はハンドリング向上や迷光の処理に影響が大きいため、例えば砂擦り面処理を行うことも好適である。
【０２４１】
また、プリズム材料の屈折率の公差や分散の値は、全反射条件を満足する上で重要である。後述のように熱膨張係数もプリズム製作には重要なパラメータとなる。
【０２４２】
なお、空気ギャップ（空気間隙）は、全反射作用を起こす為に設けているのであるが、次の点をも考慮する必要がある。即ち、全反射作用を生じずに透過する光線が空気ギャップで屈折作用を受けるため、空気ギャップの大きさ及び精度が光学系の性能、特に投写画像の解像度を大きく左右する点を考慮する必要がある。
【０２４３】
（空気ギャップの形成について）
空気ギャップ（空気間隙）の形成には、一般的に、プリズム片とは別部材のスペーサを挟む方法が最も多く採用される。この場合、プリズム材料の熱膨張による空気ギャップの長さの変化が場所によらず一定であることが必要であるため、スペーサの材料にはプリズムの材料と熱膨張係数の等しいものを用いることが望ましい（例えば、プリズムの材料にＢＫ７を用いている場合、スペーサの材料にＢＫ７を用いる）。
【０２４４】
空気ギャップによる解像度の劣化は、まず空気ギャップの大きさそのものに依存する。
【０２４５】
図１９は、図７に示した２つのプリズム片１０，１３０からなるプリズム１００にＦナンバーが３である光線が入射する場合を想定し、図７に示したＤＭＤ３の光軸６に対して所定の角度だけ傾いている空気ギャップと解像度の評価に用いられるＭＴＦとの関係を計算したものである。
【０２４６】
許容されるＭＴＦの劣化はシステムの要求性能によって異なるが、それが例えば数％であるとした場合、図１９に示した空間周波数の範囲（７２ｌｐ／ｍｍまでの空間周波数の範囲。ここで、ｌｐ／ｍｍ＝ｌｉｎｅ ｐａｉｒ／ｍｍ）における空気ギャップは数ミクロン以下でなければならないという設計条件を得ることができる。
【０２４７】
また、空気ギャップは、これを形成する平面が互いに平行であることが理想であるが、これが偏った場合（光学的に平行であるとみなせる限界を超えて相対的に傾斜している場合）には、投写レンズの非点収差が生じてしまい、著しい画像品質の劣化を引き起こす。
【０２４８】
図２０は、空気ギャップに偏りが生じ、互いに平行であるはずの２つの面が傾いて空気ギャップが楔形状となった場合に、ＭＴＦに及ぼす影響を計算した一例である。
【０２４９】
この計算も、図１９の計算に用いた光学システムを想定しているが、ＤＭＤ３の光軸６に対する空気ギャップの傾きの設定によっては、ＤＭＤ３の光軸６上におけるＭＴＦが最良となるとは限らないため、空気ギャップの傾き角度の許容値を導出することは容易ではない。
【０２５０】
しかしながら、所望の解像度と空間周波数との間の関係から、許容される傾き角度の大きさを概算的に捉えるというような目的に対して以上のような計算は有用である。
【０２５１】
以上の計算結果から考察すると、空気ギャップを２ミクロン又は３ミクロン程度とすることによって、優れた解像度特性を有するプリズムを作製することができる可能性が高い。
【０２５２】
このような微小の空気ギャップを実現するためには、例えば、所定の微小範囲にのみ誘電体多層膜や金属膜等のコーティングを行う方法が好適である。
【０２５３】
図２１は、このような例を示す斜視図であり、図２１において、９は、各プリズム片１１、１２及び１３の、それぞれのプリズム片が他のプリズム片と対向する面上に設けられたスペーサを示しており、図２１に示すように、光線が通る有効領域を避けて（さえぎらないように）、例えば各面のコーナー部分にスペーサ９が配置されている。
【０２５４】
これらのスペーサ９を形成するには、蒸着、あるいはスパッタリングによる多層膜や金属膜等のコーティングを採用することができ、先に述べたスペーサ（多層膜のコーティングによらないスペーサ）の場合に比べて、その対向面の間隔およびスペーサ自身の占有面積がはるかに小さな空気ギャップを安定して形成することができる。
【０２５５】
また、各プリズム片の面上に、直接、コーティングの積層構造による微小突起を形成することができるため、先に述べたスペーサ（多層膜のコーティングによらないスペーサ）を用いる場合に比べて、隣接するプリズム片の相対位置を決定する作業（工程）が簡単になる。
【０２５６】
さらに、このように多層膜のコーティングを用いてスペーサとする場合には、当該スペーサの固定のために必要な接着剤の使用を避けることができ、また、隣接するプリズム片の固定機能をスペーサに担わせないようにすることができる点で優れている。
【０２５７】
なお、上述したスペーサや多層膜のコーティングによって各プリズム片間の空気ギャップを確保するのであるが、その状態における各プリズム片の相対位置を固定するためには、例えば、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂（シリコンゴム系を含む）、シアン系樹脂等の内の少なくとも１つを含有する接着剤を採用することができる。
【０２５８】
また、接着剤を塗布する部分も、光線が通る有効領域を避ける条件を満足する部分であれば、例えばスペーサとプリズム片の面との当接する部分に、このスペーサまたはプリズム片の面上のいずれかに塗付したり、プリズム片の対向面を構成する稜線近傍の部分に塗布することができる。
【０２５９】
あるいは、特別にスペーサを設けなくとも、接着剤によって実質的にスペーサの効果を持たせるようにしてもよい。
【０２６０】
これらにより、互いのプリズム片が、各プリズム片の熱膨張率に略等しい熱膨張率を有するスペーサ（実質的にスペーサの効果を有する接着剤も含む）および接着剤によって各々固定される。
【０２６１】
（プリズム片の固定について）
プリズム片の固定に関しては、照明光線束が投写レンズに入射するまでの間、投写に関与する光が通過する面としての、プリズムの光学作用面以外の面を利用する方法が、実用上効果的である。
【０２６２】
図２２は、３つのプリズム片から構成されるプリズム１を、プリズム材料と同じ部材からなる板材で固定する方法を示した概略図である。
【０２６３】
図２２において、１４は板状の固定部材であり、プリズム片１１、１２及び１３の相互の固定に用いる。
【０２６４】
この場合、固定部材１４は、３つのプリズム片１１、１２及び１３のすべてに接することが可能な大きさと形状とを有する領域（図中斜線部で示される領域）内における、各プリズム片の一部に該当する部分に接着剤を塗布してこれを固定することができる。
【０２６５】
この場合の固定には、様々な種類の接着剤の中から、特性の適したものを選ぶことができるが、光吸収又は温度変化による接着力の低下又は材料の変形が顕著なものは避けなければならない。
【０２６６】
また、接着面を固定部材１４とプリズム側面との接触面全体とせず、複数の微小領域に分ける場合は、光吸収や温度変化、経時的変化等に起因する接着剤の変形等によって、空気ギャップを変えるような（空気ギャップの変形が起こるような）大きな応力が各プリズム片に働かないように、その接着剤の塗布する位置を選ぶ必要がある。
【０２６７】
図２３は、固定部材１４とそれぞれのプリズム片１１、１２および１３とを固定する接着剤の位置を示す一例である。
【０２６８】
図２３中、斜線部１５が接着剤の塗布位置を示しており、図２３に示すようにプリズム片１１，１２，１３の各々毎に複数の位置に分けて接着剤が塗布されている。
【０２６９】
このように接着剤の塗布する箇所を、１つのプリズム片について複数の場所に分けることによって、接着剤の変形により生じる応力を分散させる効果を得ることができる。
【０２７０】
勿論、接着剤の熱膨張係数は、プリズムの材料、及び固定部材１４の材料の熱膨張係数に近い値を持つことが望ましい。
【０２７１】
（遮光部材について）
次に、コントラストの改善に関係がある重要な要因としてプリズム片１２の面１２３の上部に設けられる遮光部材７について説明する（図１及び図１７に例示してある）。
【０２７２】
遮光部材７は、単に面１２３上に塗布された黒色塗装からなる光吸収材であっても良いが、光を吸収することによる発熱を原因とするプリズム１への悪影響（例えば、温度上昇による形状の歪み等）が考えられる場合は、黒色塗料とは別の部材を用いた遮光部材を用いても良い。
【０２７３】
また、面１２３の上に、当該面１２３と密着するように直接に黒色塗装を施す場合には、面１２３を粗面（例えば、砂擦り面処理がこれに含まれる）に加工することにより、面１２３における光反射作用を抑えて光吸収作用を促進させても良い。
【０２７４】
また、別部材により光吸収を行わせる場合は、面１２３へ到達した光線が反射を起こさずにそのままプリズム１の外部へ出射するように、面１２３に減反射コーティングを施して面１２３におけるプリズム片１２内への反射を減じ、遮光部材７への光の入射を行うようにしても良い。
【０２７５】
なお、面１２３に到達する光線は、図１８に示すように、ほぼ全ての光線が当該面１２３より出射させることが可能であるので、プリズム１の温度上昇を抑えながらＯＦＦ光の処理を行わせることも可能である。
【０２７６】
この場合、プリズム１と離間する外部（ここに説明されているものについては、プリズム片１２の側面１２３と離間する外部）に光吸収層を配置することができ、このようにすると、光の吸収による発熱がプリズム１に伝導することを極力抑えることができるので、プリズム１の温度上昇を招きにくくなる。
【０２７７】
（プリズムの保持について）
プリズム１（これまで説明されているものについては、プリズム片１２）とは別体に遮光部材（光吸収材料）を配置する場合は、図２４に示すようなプリズム１を保持するための保持部材７０の内面（特に、この場合には、少なくとも、プリズム片１２の面１２３に対向する内側面）に光吸収材料を付加すれば、プリズム１の保持と共にＯＦＦ光の吸収を行うことができるといった、２つの機能を同時に達成することが可能となるため、構成部品の数を減らすことができる。
【０２７８】
図２４において、７０はプリズム１のベース部７１に取り付けられてプリズム１を保持するための保持部材であり、少なくとも、プリズム片１２の面１２３より透過するＯＦＦ光が入射する保持部材７０の面に光吸収材料（黒色塗料等）が付加されている。
【０２７９】
なお、保持部材７０は、ＯＮ光が、この保持部材７０によって遮られないことを目的として、図２４に示すようにプリズム１の角部（コーナー部）においてプリズム１を保持し、その位置を固定可能な形状とするのが好ましい。
【０２８０】
このように保持することにより、プリズム１のベース部７１との接触方向の動きを抑制することが可能であると共に、投写光軸６に沿う方向への動きを抑制することができる。
【０２８１】
さらに別の形状例として、図２５には、光が出射可能な開口７４（光出射開口７４）を設けたプリズムの保持部材７２を示す。
【０２８２】
保持部材７２は、プリズム１の上面（投写レンズへの出射光が通過する領域を含む面）を、光出射開口７４を除いて覆うのに加えて、（プリズム１の外形の一部である）プリズム片１１の斜面形状部１１４Ｐに適合するように、同部１１４Ｐを覆う形状部７３（ただし、保持部材７２は、プリズム片１１と保持部材７２との間に空気間隙が介在するよう、すなわち、保持部材７２の対向面（斜面形状部７３の裏面に相当）とプリズム片１１の面とが接触しないように配置される）を有している。
【０２８３】
このようにすることによって、プリズム片１１の面の遮光、及び防塵を行うことができ、ＯＦＦ光、又はＯＦＦ光の進入を原因とする迷光が投写レンズに伝達されるのを極力防ぐだけでなく、プリズム片１１の面１１４（プリズム１として露出する部分１１４Ｐ）の汚れによる同面１１４の全反射作用の効率の低下を防ぐ利点もある。
【０２８４】
また、外部の環境変化に対して、光学的な性能の変化を生じにくい、いわゆる環境変化に強いプリズムを構成するという点では、空気ギャップにより生じる空間をシーリング剤等によって密閉することも望ましい。このようにすると、例えば、結露による光学面の曇りや、ガラス研磨面の化学変化による劣化を極力抑えることができる。
【０２８５】
尚、第１，第２及び第３プリズム片１１，１２，１３の各々を、複数のプリズム片の組み合わせより成るプリズム片として構成しても良い。又、第１プリズム片１１の面１１４Ｂを面１１２に平行な外面として形成しても良い。
【０２８６】
以上、３つのプリズム片からなるプリズムについて、図１に示したような基本的な構成から、様々な変形例まで説明したが、ここに述べた実施例だけでなく本発明の目的、用途から逸脱せず、かつその要旨を変更しない範囲において様々な変形例が可能であることも勿論であることは言うまでもない。
【０２８７】
実施の形態２．
図２６は本発明に係わる別の実施の形態であるプリズムを示す縦断面図である。プリズム１０１は図１を参照しながら説明した第２のプリズム片１２を、第１のプリズム片１１の面１１４を延長した面によってさらに分割したものであり、全部で４つのプリズム片１１、１２０、１３および１５から構成される。その他の符号は、図１と同様であるので説明を省略する。
【０２８８】
一般に、隣接する各プリズム片の相対的な位置決めはプリズム片の個数が少ないほど簡単であるが、プリズム１０１のように空気ギャップを形成する面が巨視的に見てクロスする２つの面からなる場合には、製造面でも有利になる場合が考えられる。
【０２８９】
すなわち、具体的な製造手順は、まずプリズム片１１および１２０、ならびにプリズム片１３および１５の２つの組み合わせを考え、まずそれぞれのプリズム片の組について別々に位置関係を固定する。すると巨視的に見て２つの三角形のプリズム片から構成されるプリズムと同様の方法でプリズム１０１に仕上げることが可能となる（当然のことながら、この場合、お互いの組の対向する面に相当する面は、同一平面となるように配置することが必要である）。
【０２９０】
このようにすれば、プリズム１０１の作用によるＤＭＤ３からのＯＦＦ光を処理する効果は、図１のプリズム１とほぼ同等のレベルに保つことは可能であり、４つのプリズム片から構成されるという点を除けば、実施の形態１において説明したさまざまな作用、効果をプリズム１０１においても得ることができる。
【０２９１】
ここでは、プリズム片１２０のプリズム片１１と対向する面１２２Ａと、プリズム片１５のプリズム片１３と対向する面１２２Ｂとが、図１で示した第２内面１２２に相当する。前者１２２Ａが第２内面の第１面、後者１２２Ｂが第２内面の第２面であり、両面１２２Ａ，１２２Ｂは共に入射したＯＦＦ光を全反射させる。又、空気間隙を介して互いに対向し合う第６内面１２０Ｓと第７内面１５Ｓとは、共にＯＮ光及びＯＦＦ光を透過し得る。そして、ＯＦＦ光の殆どは側面１２３に達し得る。両プリズム片１２０，１５は第２プリズム片１２Ａとして総称される。
【０２９２】
実施の形態３．
（プロジェクタ装置の光学系）
図２７は、本発明に係る実施の形態３であるプロジェクタ装置の光学系を示す図である。
【０２９３】
図２７において、１は上記各実施の形態において説明したプリズム、同じく５は投写レンズ、８０は可変ミラー素子を照明する照明光線束を提供する照明光学系である。
【０２９４】
ライトバルブとしての可変ミラー素子の一例には実施の形態１において説明したＤＭＤ３を想定し、以下、これを１つだけ用いて拡大表示を行う単板式プロジェクタ装置について説明を行うこととする。
【０２９５】
プロジェクタ装置の光学系は主にこれら４つの要素、すなわちプリズム１、投写レンズ５、ＤＭＤ３及び照明光学系８０の各要素から構成され、投写レンズ５から出射した光がスクリーン９０に拡大投写されて、大画面の映像を観視者に提供する。
【０２９６】
また、同図２７中、８１は光源ランプ、８２は光源ランプ８１から出射された光線束を集光する集光レンズ、８３は集光レンズ８２の収束光線束の強度分布を一様化するロッド素子、８４はロッド素子８３からの出射光線束を所定の倍率でＤＭＤ３上に結像する結像レンズ系であり、通常、複数のレンズを含んで構成される。
【０２９７】
図２７において、光源ランプ８１とロッド素子８３の入射面Ｓとの共役関係、およびロッド素子８３の出射端面ＰとＤＭＤ３との共役関係を実線で概略的に示している。
【０２９８】
６８は光源ランプ８１の光軸、８５は光軸６８を曲げてＤＭＤ３の照明光軸６０を提供する反射ミラーであり、必要に応じて任意の位置に配置することが可能である。
【０２９９】
また、８７は例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３原色を少なくとも含む光学的カラーフィルタの領域を有する回転型のカラーフィルタであり、単板ライトバルブ方式に対応して、例えば映像信号の同期信号に同期して回転することによってフィールドシーケンシャルでカラー化を行うための光学素子である。
【０３００】
以上のように、照明光学系８０は幾つかの光学要素から構成されており、ＤＭＤ３を効率よく照明するための光学系となっている。
【０３０１】
さて、上述した各実施の形態の説明において先に述べたように、プリズム１を介してＤＭＤ３を照明するにはテレセントリック照明が好適である。
【０３０２】
この装置に用いられる結像レンズ系８４は、ロッド素子８３の出射端面Ｐに形成されたほぼ一様な光の強度分布を有する発光面を、ＤＭＤ３と共役な関係とするように構成されたレンズ系であり、これをテレセントリックレンズ系として構成（設計）することによって、ＤＭＤ３への光の入射及び出射の前後における光の伝達効率を向上させることができる。
【０３０３】
このようなレンズ系の設計の際には、プリズム１を、図３を参照しながら説明した楔形状からなる光学素子とすることもできるが、より簡単に平行平面板として投写光軸上の厚さを用いて設計することも可能である。
【０３０４】
プリズム１を楔形状であるとして設計を行う場合、プリズム１を出射した後、楔形状の開き角が、ＤＭＤ３に向かう光線の角度の偏差として発現するため、照明光線束のＦナンバーの変化には注意を払う必要がある。
【０３０５】
これは、結像レンズ系８４がテレセントリック系であるので主光線は場所によらずほぼ光軸に平行であると考えられるのに対し、周辺光線は楔状のプリズム１を透過する位置によって異なる角度で出射するからである。
【０３０６】
実際には、ＤＭＤ３へ入射する周辺光線の入射角度が大きくなるため、プリズム１の設計に応じて、ＤＭＤ３の仕様によって求められるＦナンバー（これまで説明してきた例ではＦナンバー３）よりも大きなＦナンバーを有する結像レンズ系が光学的な整合性を高める（光の伝達効率を向上させる）上で好適となる場合もある。
【０３０７】
ロッド素子８３の出射端面Ｐに形成される、強度分布が一様な発光面は、光源ランプ８１、集光レンズ８２及びロッド素子８３の組み合わせによって提供される。
【０３０８】
この組み合わせの例としては、光源ランプ８１を放物面鏡と放電ランプとの組合せからなるランプシステムにより構成し、この光源ランプ８１より出射された略平行な光線束を、集光レンズ８２を用いて収束してロッド素子８３の入射端面Ｓに効率よく導くようにした系が挙げられる。
【０３０９】
このような、ロッド素子８３を用いて照明光線束の均一性向上を行うようなプロジェクタ装置の光学系（プロジェクタ光学系）については、例えば米国特許ＵＳＰ５，６３４，７０４号公報に詳細が記述されている。
【０３１０】
詳しい説明は省略するが、ロッド素子８３の出射端面Ｐの形状はＤＭＤ３の有効領域とほぼ相似な形状とするのが好ましい。出射端面Ｐの寸法は結像レンズ系８４の倍率に合わせて最適化することが可能であり、ロッド素子８３の長さはロッド素子８３の内側面において全反射を繰り返しながら進行する光線の混ざり具合で最適化することができる。
【０３１１】
以上に説明したような照明光学系によればコンパクトで安価な光学システムを構成することが可能であり、このような照明光学系を有するプロジェクタ装置によれば、明るくかつ非常にコントラストの高い投写画像を最終的に得ることが可能となる。これはフロント投写、リア投写といった投写方式に係わらず得ることができる。
【０３１２】
勿論、この場合の照明光学系８０の構成としては、図２７に例示したものに限られることはなく、プリズム１と整合性が高く、かつＤＭＤ３を効率よく照明し、照明光学系８０を投写レンズ５によって拡大投写した際に、所定の明るさやコントラストを得ることができる照明光線束を提供できるものであれば、この様な照明光学系を本プロジェクタ装置に適用することが可能である。
【０３１３】
例えば、液晶プロジェクタに用いられる光学系の照明光線束分布の均一性向上のためにフライアイインテグレータシステムが採用される場合があるが、これについても本実施の形態へ適用することは全く問題がなく可能である。
【０３１４】
また、プロジェクタ装置のカラー化についても、回転カラーフィルタ８７を用いなければならないということはなく、照明光学系８０との整合が高く、高効率のプロジェクタ装置を提供できるカラー化部であれば、回転カラーフィルタ８７に代えて、このカラー化部を光学系の一部に配置することは全く問題がなく可能である。
【０３１５】
いずれにしても、実施の形態１において参照した図１に示した仮想光源８を形成する光学系であれば、どのような構成であっても、これを照明光学系として適用することができる。勿論、実施の形態２において参照した図２６に示したプリズム１０１を用いることも可能である。
【０３１６】
以上、本発明に関して上記３つの実施の形態を説明した。本発明はこれら３つの実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱せず、その要旨を変更しない範囲において様々な変形例が可能であることも勿論である。
【０３１７】
【発明の効果】
本発明の請求項１によるプリズムは、従来のものに比べ小型のプリズムを得ることができる。
【０３１８】
また、本発明の請求項２によるプリズムは、外部に配置される投写レンズのバックフォーカル長を短くすることが可能なプリズムを得ることができる。
【０３１９】
また、本発明の請求項３によるプリズムは、可変ミラー素子の第２反射状態における反射光を確実に遮光することができる。
【０３２０】
また、本発明の請求項４及び請求項５によるプリズムは、隣接するプリズム片の対向面相互の関係に基づく解像度の劣化を抑え、全反射作用を用いた反射面を実現することができる。
【０３２１】
また、本発明の請求項６によるプリズムは、温度環境の変化による隣接プリズム片の相対位置の変動を抑え、その変動に起因する性能劣化を抑えることができる。
【０３２２】
また、本発明の請求項７によるプリズムは、プリズム片の間の空気間隙を安定して形成することができ、精度のよい空気間隙を実現することができる。
【０３２３】
また、本発明の請求項８によるプリズムは、同等レベルのＯＦＦ光処理効果を奏することができる。
【０３２４】
また、本発明の請求項９によるプリズムは、従来に比べて小型のプリズムを得ることができる。
【０３２５】
また、本発明の請求項１０によるプリズムは、隣接するプリズム面片の対向相互の関係に基づく解像度の劣化を抑え、全反射作用を用いた反射面を実現することができる。
【０３２６】
また、本発明の請求項１１によるプリズムは、プリズム片の組み合わせを行いやすいプリズムを得ることができる。
【０３２７】
また、本発明の請求項１２によるプリズムは、実用的なプリズムの材料における屈折率の範囲において、所定の面における全反射を確実に実現することができる。
【０３２８】
また、本発明の請求項１３によるプリズムは、可変ミラー素子の第２反射状態における反射光を確実に遮光することができる。
【０３２９】
本発明の請求項１４及び請求項１９による投写光学系は、明るくコントラストの高い投写光学系を実現することができる。
【０３３０】
また、本発明の請求項１５による投写光学系は、投写にとって必要な光線の通過を遮断することなく、プリズムを確実に保持することができるという効果を奏する。
【０３３１】
また、本発明の請求項１６による投写光学系は、プリズムを保持すると共に遮光機能を持たせることができ、コントラストの高い投写光学系を実現することができる。
【０３３２】
また、本発明の請求項１７による投写光学系は、プリズムの汚れによる性能の劣化を抑えることができる。
【０３３３】
また、本発明の請求項１８による投写型表示装置は、明るくコントラストの高い投写型表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１に係るプリズムの構成を示す概略図である。
【図２】 プリズム設計における設計パラメータを説明する概略図である。
【図３】 仮想的な立体を想定し光線の振舞いを説明する概略図である。
【図４】 プリズムに入射した光線の全反射条件を説明する概略図である。
【図５】 プリズムを透過する光線の振舞いを説明する概略図である。
【図６】 式８に示す不等式の関係をプロットしたグラフである。
【図７】 ２つのプリズム片からなるプリズムを透過する光線の振る舞いを説明する概略図である。
【図８】 式５と式１１の不等式の関係をプロットしたグラフである。
【図９】 頂角の波長分散依存性を示すグラフである。
【図１０】 ２つのプリズム片からなるプリズムを用いた光線追跡の図である。
【図１１】 ２つのプリズム片からなるプリズムの場合について、投写レンズへの不要光の侵入を調べた計算機シミュレーションの出力図である。
【図１２】 第２プリズム片の作用を説明する概略図である。
【図１３】 第２プリズム片の作用を説明する概略図である。
【図１４】 第２プリズム片の頂角と照明光線束のＦナンバーの関係を示すグラフである。
【図１５】 第２プリズム片を規定する点の座標を決める方法を説明する概略図である。
【図１６】 ２つのプリズム片からなるプリズムで偏向する照明光線束を解析した計算機シミュレーションの出力図である。
【図１７】 ３つのプリズム片からなるプリズムの作用を説明する光線追跡の図である。
【図１８】 ３つのプリズム片からなるプリズムの場合について、投写レンズへの不要光の侵入を調べた計算機シミュレーションの出力図である。
【図１９】 プリズム片の空気間隙の大きさとＭＴＦの関係を示すグラフである。
【図２０】 空気間隙を形成する平面の傾きとＭＴＦの関係を示すグラフである。
【図２１】 各プリズム片間の空気間隙の大きさを規定するスペーサの配置を説明する概略図である。
【図２２】 各プリズムを互いに固定する固定部材の配置を説明する概略図である。
【図２３】 固定部材に設けられる接着剤の配置を説明する概略図である。
【図２４】 プリズム側面近傍に配置される光吸収手段を説明する概略図である。
【図２５】 開口部を有した光吸収手段の形状と配置を示す概略図である。
【図２６】 実施の形態２によるプリズムの概略図である。
【図２７】 実施の形態２による投写型表示装置の構成を示す概略図である。
【図２８】 従来の反射型ライトバルブの照明方式を説明する概略図である。
【図２９】 従来の反射型ライトバルブの照明方式を説明する概略図である。
【図３０】 従来の反射型ライトバルブの照明方式を説明する概略図である。
【図３１】 従来の反射型ライトバルブの照明方式を説明する概略図である。
【図３２】 従来の装置による２つのプリズム片から構成される照明光学系の概略図である。
【図３３】 ＤＭＤ（２ミラー）の動作を説明する概略図である。
【図３４】 従来の装置による２つのプリズム片からなる照明光学系の解決すべき問題を説明する概略図である。
【図３５】従来の装置による３つのプリズム片から構成される照明光学系の概略図である。
【符号の説明】
１，１００，１０１ プリズム、３ 可変ミラー素子（ＤＭＤ）、５ 投写レンズ、２０ 光線（照明光線）、２１ ＯＮ光、２２ ＯＦＦ光、６ 投写光軸、６０ 照明光軸、７ 遮光部材、８ 仮想面光源、８４０ レンズ、１１ 第１のプリズム片、１２ 第２のプリズム片、１３ 第３のプリズム片、１１１，１１２，１１３，１１４ （第１のプリズム片１１を特徴付ける）平面、１２１，１２２，１２３ （第２のプリズム片１２を特徴付ける）平面、１３１，１３２，１３３，１３４ （第３のプリズム片１３を特徴付ける）平面。
Claims (19)
- 外部の可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子の法線方向に平行な投写光軸を有する外部の投写レンズとの間に配置されるプリズムであって、
前記可変ミラー素子から第１距離だけ離れた第１端部と第２端部とを備え且つ前記第１端部から前記第２端部に向かって前記可変ミラー素子に対して遠ざかる方向に傾斜しており、外部から入射する光線束を全反射して反射後の外部入射光線束を前記可変ミラー素子側へ向けて伝搬させ得る第１内面と、
前記可変ミラー素子からそれぞれ第２距離及び第３距離だけ離れた第１端部及び第２端部を備え、前記第１内面で全反射された前記外部入射光線束が入射するときには前記外部入射光線束を透過させ、前記可変ミラー素子に照射して前記可変ミラー素子によって反射される光線束の内で第１反射状態にある光線束が入射するときには入射した第１反射状態光線束を透過させる一方で、前記可変ミラー素子によって反射される前記光線束の内で前記第１反射状態とは異なる第２反射状態にある光線束が入射するときには入射した第２反射状態光線束を全反射させ得る第２内面とを備え、
前記第１内面の前記第１端部は、前記第２内面の前記第１端部と前記第２端部との間に位置する前記第２内面内の所定の箇所よりも前記可変ミラー素子側から見て上方に位置しており、
前記第３距離は前記第１距離及び前記第２距離の何れよりも大きく、
前記第１距離は前記第２距離よりも大きく、
前記第１内面は、前記第２内面を透過した前記第１反射状態光線束が入射するときには当該第１反射状態光線束を透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得るものであり、
前記プリズムは、
前記第１内面の前記第１端部に対向しており且つ前記可変ミラー素子から第４距離だけ離れた第１端部及び前記第２内面の前記第２端部に対向しており且つ前記可変ミラー素子から第５距離だけ離れた第２端部を備え、前記第２内面に対向する面であって、前記第２内面を透過した前記第１反射状態光線束が入射するときには当該第１反射状態光線束を透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得る第３内面を更に備え、
前記第５距離は前記第３距離及び前記第４距離の何れよりも大きく、
前記第４距離は前記第１距離よりも大きいことを特徴とする、
プリズム。 - 請求項１記載のプリズムであって、
前記第１内面に対向する位置に配設され、入射する前記外部入射光線束を透過させて前記第１内面側へ向けて前記プリズム内を伝搬させ得る入射面である第１外面と、
前記可変ミラー素子及び前記第２内面に対向する位置に配設され、前記第２内面の前記第１端部に該当する第１端部と前記第２内面の前記第２端部の下方に位置する第２端部とを備え、前記第２内面を透過して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記可変ミラー素子側へ出射すると共に、前記可変ミラー素子によって反射される前記光線束を前記プリズム内に入射し得る光作用面である第２外面と、
前記第２外面と略平行な面であって、前記投写レンズに対向する位置に配設されており、前記第３内面の前記第２端部の上方に位置する第１端部と前記第１内面の前記第２端部に隣接する第２端部とを備え、前記第１内面を透過して入射する前記第１反射状態光線束と前記第３内面を透過して入射する前記第１反射状態光線束とを透過させ得る出射面である第３外面とを備え、
前記第２外面と前記第３外面との間に、前記第２内面と前記第３内面と前記第１内面とが配設されていることを特徴とする、
プリズム。 - 請求項２記載のプリズムであって、
前記第１外面に対向する位置に配設され、前記第２外面の前記第２端部と繋がった第１端部と前記第２内面の前記第２端部と繋がった第２端部とを備える第４外面と、
前記第４外面上に配設され、前記第２内面で全反射された前記第２反射状態光線束が入射するときには前記第２反射状態光線束を吸収する遮光部材とを備えることを特徴とする、
プリズム。 - 請求項３記載のプリズムであって、
前記第２外面と同一平面内に有り、前記第２外面の前記第１端部に隣接する第１端部と前記第１外面と繋がった第２端部とを備える第５外面を更に備えることを特徴とする、
プリズム。 - 請求項４記載のプリズムであって、
前記第１外面と前記第５外面と前記第１内面とを備える第１プリズム片と、
前記第２外面と前記第４外面と前記第２内面とを備える第２プリズム片と、
前記第３外面と前記第３内面とを備える第３プリズム片とを備え、
前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内の任意のプリズム片は他の２つのプリズム片と空気間隙を介して対向配設されており、
前記第１プリズム片の外面の内で前記第１内面と前記第５外面とで挟まれた第４内面は前記第２プリズム片の前記第２内面に対向しており、
前記第３プリズム片の外面の内で前記第３外面と前記第３内面とで挟まれた第５内面は前記第１プリズム片の前記第１内面に対向していることを特徴とする、
プリズム。 - 請求項５記載のプリズムであって、
前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内で、互いに対向し合う２つのプリズム片同士は、当該２つのプリズム片の熱膨張率に略等しい熱膨張率を有する、スペーサ及び接着剤によって固定されていることを特徴とする、
プリズム。 - 請求項５記載のプリズムであって、
前記第１プリズム片と前記第２プリズム片と前記第３プリズム片との内で、互いに対向し合う２つのプリズム片同士は、互いの対向面の一方の面上に光線束の通過部分を避けて設けられた薄膜コーティングを介して、対向配置されていることを特徴とする、
プリズム。 - 請求項５記載のプリズムであって、
前記第２プリズム片は、
（ａ） 前記第２外面と、前記第２内面の内で前記第４内面のみと対向する第１面と、前記第２外面と前記第２内面の前記第１面とで挟まれた第６内面とを備えるプリズム片と、
（ｂ） 前記第４外面と、前記第２内面の内で前記第３内面のみと対向する第２面と、前記第４外面と前記第２内面の前記第２面とで挟まれ且つ前記第６内面と対向する第７内面とを備えるプリズム片とを備えることを特徴とする、
プリズム。 - 外部の可変ミラー素子と、前記可変ミラー素子の法線方向に平行な投写光軸を有する外部の投写レンズとの間に配置されるプリズムであって、
前記可変ミラー素子によって生成される相違なる第１反射状態と第２反射状態とにそれぞれ対応する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを選択的に偏向し得る、第１プリズム片と第２プリズム片と第３プリズム片とを備え、
（ａ） 前記第１プリズム片は、
外部から入射する光線束を透過可能な第１面と、
前記第１面を透過する前記外部入射光線束を全反射すると共に、前記第１プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束を透過させる第２面と、
全反射後に前記第１プリズム片内を伝搬して入射する前記外部入射光線束を透過させると共に、入射する前記第１反射状態光線束を前記第１プリズム片内に透過させる第３面とを備え、
（ｂ） 前記第２プリズム片は、
前記第３面に対向しており、前記第３面を透過して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記第２プリズム片内を伝搬させ、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束を透過させると共に、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を全反射する第４面と、
前記可変ミラー素子に対向しており、前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記外部入射光線束を透過させて前記可変ミラー素子へ向けて伝搬させ、前記外部入射光線束が前記可変ミラー素子に照射することによって生成された入射する前記第１反射状態光線束及び前記第２反射状態光線束を共に透過させて前記第２プリズム片内を伝搬させると共に、前記第４面によって全反射された後に前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を全反射し得る第５面とを備え、
（ｃ） 前記第３プリズム片は、
前記第２面と前記第３面との交差部分に隣接した端部を有し且つ前記第４面に対向しており、前記第４面を透過後に入射する前記第１反射状態光線束を透過させる第６面と、 前記第２面に対向しており、前記第６面の前記端部と交差していると共に、前記第２面を透過後に入射する前記第１反射状態光線束を透過させる第７面と、
前記投写レンズに対向しており、前記第６面の透過後に前記第３プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束と前記第７面の透過後に前記第３プリズム片内を伝搬して入射する前記第１反射状態光線束とを透過させて前記投写レンズ側へ伝搬させ得る第８面とを備えることを特徴とする、
プリズム。 - 請求項９記載のプリズムであって、
前記第２面と前記第７面とは平行であり、
前記第３面及び前記第６面は共に前記第４面とは平行であり、
それぞれの平行面同士の間が空気間隙であることを特徴とする、
プリズム。 - 請求項９記載のプリズムであって、
前記第３面と前記第６面とは同一平面内にあることを特徴とする、
プリズム。 - 請求項９記載のプリズムであって、
前記第１面と前記第２面とのなす角度をαと定義し、
前記第４面と前記第５面とのなす角度をγと定義し、
前記第２面と前記第３面とのなす角度を（β＋γ）と定義する場合に、
前記角度αは、３８．０°よりも大きく且つ５０．４°よりも小さい範囲内にあり、
前記角度βは、２５．０°よりも大きく且つ３７．４°よりも小さい範囲内にあり、
前記角度γは１６．２°よりも大きく且つ２４．５°よりも小さい範囲内にあることを特徴とする、
プリズム。 - 請求項９記載のプリズムであって、
（ｂ） 前記第２プリズム片は、
前記第４面と前記第５面とで挟まれた側面と、
前記側面上に配設されており、前記第４面での全反射後に前記第２プリズム片内を伝搬して入射する前記第２反射状態光線束を遮光し得る遮光部材とを更に備えることを特徴とする、
プリズム。 - 光源と、
前記光源からの光線束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光される集光光を入射する入射面と、ほぼ均一な光強度分布の光線束を出射する出射面とを備える光強度均一化素子と、
前記光強度均一化素子の前記出射面から出射される光線束を伝達する伝達光学系と、
前記伝達光学系によって伝達される光線束が外部から入射する光線束として入射される請求項１０記載の前記プリズムと、
前記プリズムの外部に於ける、その反射面と前記光強度均一化素子の前記出射面とが前記伝達光学系及び前記プリズムを介して共役な関係となる位置に配設されており、前記プリズムから入射する光線束をその反射面で反射する際に互いに相違した反射状態に相当する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを生成し得る可変ミラー素子と、
前記可変ミラー素子から前記プリズムへ入射し、その後、前記プリズムを出射する前記第１反射状態光線束が入射する投写レンズとを備えることを特徴とする、
投写光学系。 - 請求項１４記載の投写光学系であって、
前記伝達光学系からの前記光線束及び前記第１反射状態光線束が通過する前記プリズムの部分を避けて前記プリズムの外形の一部に接することにより、前記プリズムを保持するプリズム保持部材を更に備えることを特徴とする、
投写光学系。 - 請求項１５記載の投写光学系であって、
前記プリズム保持部材は、
前記プリズムを出射する前記第２反射状態光線束を遮光する部分を備えることを特徴とする、
投写光学系。 - 請求項１５記載の投写光学系であって、
前記プリズム保持部材は前記投写レンズに対向する面を備え、
前記プリズム保持部材の前記対向面は、前記第１反射状態光線束が通過し得る寸法を有する光出射開口を備えることを特徴とする、
投写光学系。 - 請求項１４記載の前記投写光学系と、
前記可変ミラー素子を駆動するための電気信号を生成して前記電気信号を前記可変ミラー素子に出力するために配設された信号生成部と、
前記投写光学系から投写される光線束を受けるスクリーンとを備えることを特徴とする、
投写型表示装置。 - 光源と、
前記光源からの光線束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光される集光光を入射する入射面と、ほぼ均一な光強度分布の光線束を出射する出射面とを備える光強度均一化素子と、
前記光強度均一化素子の前記出射面から出射される光線束を伝達する伝達光学系と、
前記伝達光学系によって伝達される光線束が外部から入射する光線束として入射される請求項２記載の前記プリズムと、
前記プリズムの外部に於ける、その反射面と前記光強度均一化素子の前記出射面とが前記伝達光学系及び前記プリズムを介して共役な関係となる位置に配設されており、前記プリズムから入射する光線束をその反射面で反射する際に互いに相違した反射状態に相当する第１反射状態光線束と第２反射状態光線束とを生成し得る可変ミラー素子と、
前記可変ミラー素子から前記プリズムへ入射し、その後、前記プリズムを出射する前記第１反射状態光線束が入射する投写レンズとを備えることを特徴とする、
投写光学系。
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