JP6624199B2 - 照明光学系及びプロジェクター - Google Patents

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Description

本発明は照明光学系及びプロジェクターに関するものであり、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)等の反射型画像表示素子を照明するための照明光学系と、それを備えた１チップタイプのプロジェクターに関するものである。
ＤＬＰ（digital light processing；米国テキサス・インスツルメンツ社の登録商標）方式のプロジェクターでは、数百万個の小さな鏡（マイクロミラー）が内蔵されたＤＬＰチップという光半導体を利用して画像投影が行われる。３枚のＤＬＰチップを用いる３チップタイプのＤＬＰ方式の場合、特殊なプリズムでランプの光をＲＧＢの光の三原色に分解し、各ＤＬＰチップを照明してカラー画像を表示するのに対し、１枚のＤＬＰチップを用いる１チップタイプのＤＬＰ方式の場合、ＲＧＢの３色に色分けされた１枚のカラーホイールでランプの光をＲＧＢの光の三原色に分解し、１枚のＤＬＰチップを照明してカラー画像を表示する。カラーホイールは高速回転しており、これに応じてマイクロミラーも高速でＯＮ／ＯＦＦが切り替わるようになっているため、人間の目には残像効果によってＲＧＢが合成されたカラー画像に見えることになる。
上記ＤＬＰチップに代表されるデジタル・マイクロミラー・デバイスは、プロジェクター用の反射型画像表示素子として一般的なものとなっている。デジタル・マイクロミラー・デバイスは、複数の微小なマイクロミラーからなる画像表示面を有しており、その画像表示面で各ミラー面の傾きを制御して、照明光を強度変調することにより画像を形成する。つまり、デジタル・マイクロミラー・デバイスの各画素のＯＮ／ＯＦＦは、例えば、画像表示面の各辺に対して４５°の角度をなす回転軸を中心とする±１２°のミラー面の回動（つまり、１軸に関するマイクロミラー駆動）により表現される。そのマイクロミラーの動きに関しては、直交する２軸に関してマイクロミラー駆動を行う新しい動作タイプのデジタル・マイクロミラー・デバイス(Tilt & Roll Pixel DMD)も、非特許文献１で提案されている。
上記デジタル・マイクロミラー・デバイスのような反射型画像表示素子を搭載したプロジェクター用の照明光学系としては、従来よりさまざまなタイプの反射光学系が提案されている。例えば、特許文献１には自由曲面ミラーを有する照明光学系が提案されており、特許文献２，３にはプリズムユニットに曲面反射面を有する照明光学系が提案されている。
特開２００４−４６０２６号公報 特開２００８−２６８８６５号公報 特開２０１２−２４７７７８号公報
DLP Tilt & Roll Pixel Architecture and DLP IntelliBrightTM、インターネット＜URL：http://www.dlp.com/pico-projector/pico-product-developers/2trp-chip.aspx＞
特許文献１に記載の照明光学系は、自由曲面ミラーで構成される光路の媒質が空気であるため、プロジェクターのコンパクト化には不利な構成になっている。特許文献２，３には、曲面反射面の形状に関するデータの記載が無いため、照明光学系の収差がどの程度効率的に補正されているか不明である。また、プリズム間の空隙に関する構成では、設計の自由度が低いため、プロジェクターの高さの最適化が困難である。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、コンパクトでありながら光利用効率の高い照明光学系と、それを備えることにより不要光を抑えた高コントラストのプロジェクターを提供することにある。
上記目的を達成するために、第１の発明の照明光学系は、入射してきた照明光を反射型の画像表示素子に導いて、その画像表示面を照明する照明光学系であって、
前記照明光を集光するレンズ群と、前記照明光を光束規制する絞りと、前記レンズ群又は前記絞りから出射した照明光を前記画像表示素子に導くプリズムユニットと、を備え、
前記プリズムユニットが、第１プリズムと、第２プリズムと、正パワーを有する回転非対称な曲面反射面と、を有し、
前記第１プリズムが、前記レンズ群又は前記絞りから出射した照明光をプリズム内に入射させる第１光学面と、前記第１光学面から入射した照明光を全反射させる第２光学面と、前記第２光学面で全反射した照明光を前記曲面反射面に導く第３光学面と、を有し、
前記曲面反射面が、入射してきた照明光を前記第３光学面から前記第２光学面へと導いて前記第２光学面での透過により前記第１プリズム外へ出射させるよう角度差を持って反射させ、
前記第２プリズムが、前記第２光学面との間に空隙を有し、前記第２光学面から前記第１プリズム外へ出射した照明光をプリズム内に入射させる第４光学面と、前記第４光学面から入射した照明光をプリズム外へ出射させて前記画像表示素子に導く第５光学面と、を有し、
前記曲面反射面が、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
ＰＹａ／ＰＺａ＜ＰＹｂ／ＰＺｂ …（１）
ただし、レンズ群及び絞りの中心を通る光線がプリズムユニット内で形成する面を基準面とし、基準面と画像表示面とが交わる線上において、レンズ群に最も近い側を照明する光束の主光線が曲面反射面に当たる点を点ａとし、レンズ群に最も遠い側を照明する光束の主光線が曲面反射面に当たる点を点ｂとしたとき、
ＰＹａ：点ａの位置において基準面内で有する曲面反射面のパワー、
ＰＺａ：点ａの位置において基準面の法線と曲面反射面の法線とを含む平面内で有する曲面反射面のパワー、
ＰＹｂ：点ｂの位置において基準面内で有する曲面反射面のパワー、
ＰＺｂ：点ｂの位置において基準面の法線と曲面反射面の法線とを含む平面内で有する曲面反射面のパワー、
である。
第２の発明の照明光学系は、上記第１の発明において、前記第２プリズムが、前記画像表示面での照明光の反射により得られた投影光をプリズム外へ出射させる第６光学面を更に有し、前記投影光を前記第５光学面からプリズム内に再入射させ、前記第４光学面で全反射させた後、前記第６光学面からプリズム外へ出射させることを特徴とする。
第３の発明の照明光学系は、上記第１又は第２の発明において、前記基準面と前記画像表示面の短辺方向とが平行であることを特徴とする。
第４の発明の照明光学系は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記プリズムユニットが、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの間に第３プリズムを更に有し、前記第３プリズムが、前記第２光学面との間に空隙を有し、前記第２光学面から前記第１プリズム外へ出射した照明光を入射させる第７光学面と、前記第４光学面との間に空隙を有し、前記第７光学面から入射した照明光を前記第４光学面へと出射させる第８光学面と、を有することを特徴とする。
第５の発明の照明光学系は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記第１プリズムの第３光学面近傍に、前記曲面反射面を有する反射光学素子が配置されていることを特徴とする。
第６の発明の照明光学系は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記第１プリズムの第３光学面が前記曲面反射面の形状を有し、その第３光学面上に反射膜が形成されることにより前記曲面反射面が構成されていることを特徴とする。
第７の発明のプロジェクターは、前記照明光を発生させる光源装置と、前記画像表示面を有する画像表示素子と、前記画像表示面を照明する上記第１〜第６のいずれか１つの発明に係る照明光学系と、前記画像表示面に表示される画像をスクリーン面に拡大投影する投影光学系と、を備えたことを特徴とする。
第８の発明のプロジェクターは、上記第７の発明において、前記光源装置から発せられた照明光をミキシングして空間的なエネルギー分布を均一化し、前記画像表示面と共役又は略共役な出口側端面から出射するインテグラルロッドを更に備えたことを特徴とする。
第９の発明のプロジェクターは、上記第８の発明において、前記インテグラルロッドの出口側端面の形状が、前記基準面と前記画像表示面とが交わる線上で前記レンズ群に最も近い側に対応する側の方が長い台形形状であることを特徴とする。
第１０の発明のプロジェクターは、上記第８又は第９の発明において、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする。
５＜Ｌｉ／Ｌｄ＜１０ …（２）
ただし、
Ｌｉ：インテグラルロッドの長軸方向における、インテグラルロッドの出口側端面の中心から画像表示面の中心までの距離、
Ｌｄ：基準面に沿った方向における画像表示面の長さ、
である。
本発明によれば、特徴的な形状の曲面反射面をプリズムユニットに有する構成になっているため、コンパクトでありながら光利用効率の高い照明光学系と、それを備えることにより不要光を抑えた高コントラストのプロジェクターを実現することが可能である。
プロジェクターの一実施の形態を示す概略構成図。 照明光学系の第１の実施の形態（実施例１）を示す光学構成図。 照明光学系の第２の実施の形態（実施例２）を示す光学構成図。 直交する２軸に関してマイクロミラー駆動を行うデジタル・マイクロミラー・デバイスの動作を説明するための斜視図。 インテグラルロッドの出口側端面と画像表示面での照明領域との関係を説明するための模式図。 実施例１のスポットダイアグラム。 実施例２のスポットダイアグラム。
以下、本発明に係る照明光学系及びプロジェクターの実施の形態等を、図面を参照しつつ説明する。なお、実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
図１に１チップタイプのプロジェクターの一実施の形態を示し、それに搭載されている照明光学系の第１の実施の形態を図２に示す。また、図１に示すプロジェクターＰＪに搭載可能な照明光学系の第２の実施の形態を図３に示す。図１〜図３において、グローバルな直交座標系はロッド出口面Ｒ０の中心を原点とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致した絶対座標系になっており、Ｘ方向はロッド出口面Ｒ０の面法線に対して平行な方向であり、Ｙ方向はロッド出口面Ｒ０の短辺に対して平行な方向である。したがって、図１〜図３の紙面がＸＹ平面に相当する。
図１に示すプロジェクターＰＪは、光源装置１，カラーホイール２，インテグラルロッド３，照明光学系ＩＬ１（図１，図２），投影光学系ＰＯ，デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ等を備えた構成になっている。照明光Ｌ１を発生させる光源装置１としては、例えば、キセノンランプ，レーザー光源等の白色光源が挙げられる。図１に示す光源装置１では、楕円面で構成されたランプリフレクターの反射面の焦点位置に発光点を配置し、光源装置１から出射させた収束光をカラーホイール２に入射させる構成になっている。カラーホイール２は、Ｒ（赤色）・Ｇ（緑色）・Ｂ（青色）の色光を透過させる３種類のカラーフィルターで構成されている。カラーホイール２を回転させることにより、照明する色光が時間的に順次切り替り、各色に対応した画像情報をデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに表示することにより、投影画像をカラー化することが可能となる。
カラーホイール２を通過した光束は、インテグラルロッド３に入射する。ここで想定しているインテグラルロッド３は、４枚の平面ミラーを貼り合わせてなる中空ロッド方式の光強度均一化素子である。インテグラルロッド３の入口側端面（ロッド入口面）から入射してきた照明光Ｌ１は、インテグラルロッド３の側面（すなわち内壁面）で何度も繰り返し反射されることによりミキシングされ、照明光Ｌ１の空間的なエネルギー分布が均一化されて出口側端面（ロッド出口面）Ｒ０から出射する。
インテグラルロッド３の出口側端面Ｒ０の形状は、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの画像表示面ＤＳと略相似の四角形（長方形でもよく、後述するように台形でもよい。）になっており、また、インテグラルロッド３の出口側端面Ｒ０はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの画像表示面ＤＳに対して共役又は略共役になっている。したがって、上記ミキシング効果により出口側端面Ｒ０での輝度分布が均一化されることにより、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰは効率良く均一に照明されることになる。
なお、インテグラルロッド３は中空ロッドに限らず、四角柱形状のガラス体からなるガラスロッドでもよい。また、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの画像表示面ＤＳの形状と適合するならば、その側面についても４面に限らない。つまり、断面形状は長方形，台形等の四辺形に限らない。したがって、用いるインテグラルロッド３としては、複数枚の反射ミラーを組み合わせてなる中空筒体、多角柱形状のガラス体等が挙げられる。
インテグラルロッド３の出口側端面Ｒ０から出射した照明光Ｌ１は、インテグラルロッド３の後方に配置されている照明光学系ＩＬ１（図２）又は照明光学系ＩＬ２（図３）に入射する。照明光学系ＩＬ１，ＩＬ２は、入射してきた照明光Ｌ１をデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに導いて、その画像表示面ＤＳを照明する反射屈折光学系である。そして、照明光Ｌ１を集光するレンズ群ＬＮ１と、レンズ群ＬＮ１から出射した照明光Ｌ１を光束規制する絞りＳＴと、絞りＳＴから出射した照明光Ｌ１をデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに導くプリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２と、を備えており、図２，図３に示すように、インテグラルロッド３の出口側端面Ｒ０と画像表示面ＤＳとを共役又は略共役としている。なお、図１中の光路が照明光Ｌ１と投影光Ｌ２の中心主光線を示しているのに対し、図２（Ａ）と図３（Ａ）の光路はロッド出口面Ｒ０から出射した軸上光束及び軸外光束を示しており、それら光束の主光線のみを図２（Ｂ）と図３（Ｂ）の光路で示している。
第１の実施の形態の照明光学系ＩＬ１（図１，図２）に入射した照明光Ｌ１は、３枚のレンズＧ１〜Ｇ３（レンズＧ２及びレンズＧ３は接合レンズである。）からなるレンズ群ＬＮ１で集光され、絞りＳＴで光束規制された後、プリズムユニットＰＵ１でデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに導かれて、その画像表示面ＤＳを照明する。第２の実施の形態の照明光学系ＩＬ２（図３）に入射した照明光Ｌ１は、２枚のレンズＧ１，Ｇ２からなるレンズ群ＬＮ２で集光され、絞りＳＴで光束規制された後、プリズムユニットＰＵ２でデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに導かれて、その画像表示面ＤＳを照明する。なお、第１，第２の実施の形態ではレンズ群ＬＮ１，ＬＮ２とプリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２との間に絞りＳＴが配置されているが、絞りＳＴ位置はこれに限らず、光学設計に応じた配置にしてもよい。例えば、レンズ群ＬＮ１，ＬＮ２内に絞りＳＴを配置してもよく、プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２内に絞りＳＴを配置してもよい。
プリズムユニットＰＵ１（図２）は、第１プリズムＰ１，第２プリズムＰ２，第３プリズムＰ３及び反射光学素子ＦＲを有する構成になっており、プリズムユニットＰＵ２（図３）は、第１プリズムＰ１，第２プリズムＰ２及び第３プリズムＰ３を有する構成になっている。第１プリズムＰ１，第２プリズムＰ２はＺ方向（図１〜図３における紙面垂直方向）に延びる三角柱形状（プリズムユニットＰＵ２の第１プリズムＰ１は略三角柱形状）を有しており、第３プリズムＰ３はＺ方向に延びる四角柱形状を有している。また、プリズムユニットＰＵ１は反射光学素子ＦＲに曲面反射面ＲＳを有しており、プリズムユニットＰＵ２は第１プリズムＰ１に曲面反射面ＲＳを有している。
第３プリズムＰ３は第１プリズムＰ１と第２プリズムＰ２との間に配置されており、第１プリズムＰ１と第３プリズムＰ３との間に空隙ＡＧ１が設けられており、第３プリズムＰ３と第２プリズムＰ２との間に空隙ＡＧ２が設けられている。つまり、第３プリズムＰ３は、第１プリズムＰ１（第２光学面Ｓ２）との間に空隙ＡＧ１を有し、第２プリズムＰ２（第４光学面Ｓ４）との間に空隙ＡＧ２を有しているので、第２プリズムＰ２は第２光学面Ｓ２との間に２つの空隙ＡＧ１，ＡＧ２を全反射のために有していることになる。
プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２において、第１プリズムＰ１は、絞りＳＴから出射した照明光Ｌ１を第１プリズムＰ１内に入射させる第１光学面Ｓ１と、第１光学面Ｓ１から入射した照明光Ｌ１を全反射させる第２光学面Ｓ２と、第２光学面Ｓ２で全反射した照明光Ｌ１を曲面反射面ＲＳ（図２，図３）に導く第３光学面Ｓ３と、を有している。第１の実施の形態のプリズムユニットＰＵ１（図１，図２）中の反射光学素子ＦＲは、いわゆる自由曲面ミラーであって、第１プリズムＰ１の第３光学面Ｓ３近傍に配置されており、正パワー（パワー：焦点距離の逆数で定義される量）を有する回転非対称な曲面反射面ＲＳを有している。第２の実施の形態のプリズムユニットＰＵ２（図３）中の第１プリズムＰ１は、第３光学面Ｓ３が曲面反射面ＲＳの形状を有しており、その第３光学面Ｓ３上に形成されている反射膜ＬＲで正パワーを有する回転非対称な曲面反射面ＲＳが構成されている。
プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２のいずれの曲面反射面ＲＳも、入射してきた照明光Ｌ１を第３光学面Ｓ３から第２光学面Ｓ２へと導いて第２光学面Ｓ２での透過により第１プリズムＰ１外へ出射させるよう角度差を持って反射させる。第１の実施の形態のプリズムユニットＰＵ１（図１，図２）の場合、第２光学面Ｓ２で全反射したのち第３光学面Ｓ３から出射した照明光Ｌ１は、反射光学素子ＦＲの曲面反射面ＲＳで反射されて第３光学面Ｓ３から第１プリズムＰ１内に再入射し、第２光学面Ｓ２から第１プリズムＰ１外へ出射する。第２の実施の形態のプリズムユニットＰＵ２（図３）の場合、第３光学面Ｓ３上に形成されている反射膜ＬＲで曲面反射面ＲＳが構成されているので、第２光学面Ｓ２で全反射した照明光Ｌ１は、第１プリズムＰ１外へ出射することなく、曲面反射面ＲＳを構成している第３光学面Ｓ３で内面反射され、第２光学面Ｓ２から第１プリズムＰ１外へ出射する。
プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２において、第３プリズムＰ３は、第２光学面Ｓ２から第１プリズムＰ１外へ出射した照明光Ｌ１をプリズムＰ３内に入射させる第７光学面Ｓ７と、第７光学面Ｓ７から入射した照明光Ｌ１を第４光学面Ｓ４へと出射させる第８光学面Ｓ８と、を有している。第２プリズムＰ２は、第２光学面Ｓ２から第１プリズムＰ１外へ出射した後に第３プリズムＰ３を透過した照明光Ｌ１をプリズムＰ２内に入射させる第４光学面Ｓ４と、第４光学面Ｓ４から入射した照明光Ｌ１をプリズムＰ２外へ出射させてデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに導く第５光学面Ｓ５と、画像表示面ＤＳでの照明光Ｌ１の反射により得られた投影光Ｌ２（図１）をプリズムＰ２外へ出射させる第６光学面Ｓ６と、を有しており、投影光Ｌ２を第５光学面Ｓ５からプリズムＰ２内に再入射させ、第４光学面Ｓ４で全反射させた後、第６光学面Ｓ６からプリズムＰ２外へ出射させる。
デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰは、光を変調して画像を生成する反射型の画像表示素子であり、図１〜図３に示すように、照明光Ｌ１の強度変調により２次元画像を形成する画像表示面ＤＳと、その上に配置されたカバーガラスＣＧ等で構成されている。従来よりよく知られているデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの画素は、画像表示面ＤＳが構成する長方形の画像表示領域の各辺に対して４５°の角度をなす回転軸を有しており、その軸回りに例えば±１２°回動することにより、ＯＮ／ＯＦＦを表現する。そして、ＯＮ状態のマイクロミラー（画素面）で反射した光のみが、投影光学系ＰＯを通過することになる。一方、照明光学系ＩＬ１，ＩＬ２に好適な新しい動作タイプのデジタル・マイクロミラー・デバイスの場合（非特許文献１等参照。）、ミラー面の回動は１つの回転軸を中心とするものではなく、直交する２つの回転軸を中心とするものである。
図４に、新しい動作タイプのデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの要部、つまりマイクロミラーＭＲが矩形の画素反射面（マイクロミラー面）ＭＳで構成する画素のＯＮ状態とＯＦＦ状態を示す。このデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ（図４）は、複数の画素反射面ＭＳからなる画像表示面ＤＳにおいて、各画素反射面ＭＳがＯＮ／ＯＦＦ制御されて、マイクロミラーＭＲが画像表示状態（ＯＮ状態）と画像非表示状態（ＯＦＦ状態）と、の２つの角度状態をとることにより、照明光Ｌ１を強度変調して所望の画像を形成することができる。
上記のようにマイクロミラー駆動は直交する２軸に関して行われるため、図４から分かるように、マイクロミラーＭＲの画素反射面ＭＳは、ある一辺方向に傾斜した状態がＯＮ状態であり、それと直交する辺方向に傾斜した状態がＯＦＦ状態である。通常想定されるＯＮ／ＯＦＦ制御では、画素反射面ＭＳがＯＮ状態のとき、マイクロミラーＭＲに入射した照明光Ｌ１は、画像表示面ＤＳの法線方向に反射されて、ＯＮ光（投影光）Ｌ２となる。また、画素反射面ＭＳがＯＦＦ状態のとき、マイクロミラーＭＲに入射した照明光Ｌ１は、画像表示面ＤＳの法線方向から大きな角度を持って反射されて、ＯＦＦ光（不要光）Ｌ３となる。投影光Ｌ２は投影光学系ＰＯに入射してスクリーンへ投射され、ＯＦＦ光Ｌ３は投影光学系ＰＯに入射せずスクリーンには投射されない。結果として、スクリーン上には画像が投影表示されることになる。
照明光学系ＩＬ１，ＩＬ２は、上述したように、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの画像表示面ＤＳに照明光Ｌ１を導き、画像表示面ＤＳに表示される画像を投影光学系ＰＯでスクリーン面に拡大投影するように、プリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２で照明光Ｌ１と投影光Ｌ２との分離を行う構成になっている。そして、プロジェクターＰＪのコンパクトさを保持しながら照明光学系ＩＬ１，ＩＬ２の収差性能を向上させることにより高い光利用効率（つまり高い照明効率）を達成するため、特徴的な形状の曲面反射面ＲＳをプリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２に有する構成になっている。
つまり、本発明の実施の形態に係る照明光学系は、照明光を反射型の画像表示素子に導くプリズムユニットに、正パワーを有し、かつ、以下の条件式（１）を満足する回転非対称な曲面反射面（つまり、回転非対称な自由曲面形状を有する反射面）を有する構成になっている。
ＰＹａ／ＰＺａ＜ＰＹｂ／ＰＺｂ …（１）
ただし、レンズ群及び絞りの中心を通る光線（図１では、照明光Ｌ１，投影光Ｌ２の中心主光線に相当する。）がプリズムユニット内で形成する面を基準面（図１，図２の紙面であるＸＹ平面に相当する。）とし、基準面と画像表示面とが交わる線上において、レンズ群に最も近い側を照明する光束の主光線が曲面反射面に当たる点を点ａとし、レンズ群に最も遠い側を照明する光束の主光線が曲面反射面に当たる点を点ｂとしたとき（第１，第２の実施の形態における点ａ，点ｂを、図２（Ｂ），図３（Ｂ）中に示す。）、
ＰＹａ：点ａの位置において基準面内で有する曲面反射面のパワー、
ＰＺａ：点ａの位置において基準面の法線と曲面反射面の法線とを含む平面内で有する曲面反射面のパワー、
ＰＹｂ：点ｂの位置において基準面内で有する曲面反射面のパワー、
ＰＺｂ：点ｂの位置において基準面の法線と曲面反射面の法線とを含む平面内で有する曲面反射面のパワー、
である。
条件式（１）を満足する回転非対称な曲面反射面ＲＳを用いないと、斜め照明により発生する収差（例えばコマ収差）が増大してフレアが発生し、それが照明ロスとなって光利用効率の低下を招くおそれがある。条件式（１）を満足する回転非対称な曲面反射面ＲＳを用いれば、斜め照明により発生する収差を良好に補正することが可能になるため、照明ロスを抑えて光利用効率を向上させることができる。そして、少なくとも第１，第２プリズムＰ１，Ｐ２を用いて照明光Ｌ１と投影光Ｌ２との分離を行う構成との組み合わせにより、光利用効率の向上とコンパクト化との両立が可能になる。また、収差により照明ロスとなる不要光を減らすことは、コントラストの改善につながるため、プロジェクターＰＪの高コントラスト化に有効である。
前述したように、直交する２軸に関してマイクロミラー駆動を行う新しい動作タイプのデジタル・マイクロミラー・デバイス（図４）では、照明角度が大きいため（従来のタイプでは照明角度：１２度であるのに対し照明角度：１７度である。）、照明される画像表示面上での片ボケの増大は避けられず、片ボケの補正が必須である。片ボケの補正には光学部品の偏芯（光学系の一部を偏芯させること）が有効であるが、偏芯の副作用としてコマ収差が悪化してしまう。そこで、片ボケを補正しつつそのコマ収差の発生も抑えるには、条件式（１）を満足する回転非対称な曲面形状を有する反射面が有効である。
照明光学系ＩＬ１，ＩＬ２のように、第２プリズムＰ２が、画像表示面ＤＳでの照明光Ｌ１の反射により得られた投影光Ｌ２（図１，図４）をプリズムＰ２外へ出射させる第６光学面Ｓ６を更に有し、投影光Ｌ２を第５光学面Ｓ５からプリズムＰ２内に再入射させ、第４光学面Ｓ４で全反射させた後、第６光学面Ｓ６からプリズムＰ２外へ出射させる構成にすることが、照明光学系ＩＬ１，ＩＬ２やプロジェクターＰＪのコンパクト化を達成するうえで好ましい。
照明光学系ＩＬ１，ＩＬ２のように、前記基準面（図１，図２の紙面であるＸＹ平面に相当する。）と画像表示面ＤＳの短辺方向とが平行な構成にすることが、前記新しい動作タイプのデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰを用いる場合に、照明光学系ＩＬ１，ＩＬ２やプロジェクターＰＪのコンパクト化を達成するうえで好ましい。
照明光学系ＩＬ１，ＩＬ２のように、プリズムユニットＰＵ１が、第１プリズムＰ１と第２プリズムＰ２との間に第３プリズムＰ３を更に有し、第３プリズムＰ３が、第２光学面Ｓ２との間に空隙ＡＧ１を有し、第２光学面Ｓ２から第１プリズムＰ１外へ出射した照明光Ｌ１を入射させる第７光学面Ｓ７と、第４光学面Ｓ４との間に空隙ＡＧ２を有し、第７光学面Ｓ７から入射した照明光Ｌ１を第４光学面Ｓ４へと出射させる第８光学面Ｓ８と、を有することが好ましい。このように空隙ＡＧ１，ＡＧ２を設けて第３プリズムＰ３を配置すれば、設計の自由度が高くなるため、プロジェクターＰＪの高さの最適化が可能となる。例えば、投影光軸と照明光軸の高さを近付けて揃えることができる。しかも、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰやその駆動基板をプリズムユニットＰＵ１，ＰＵ２や照明光学系ＩＬ１，ＩＬ２との干渉なしに配置することができる。したがって、照明光学系ＩＬ１，ＩＬ２やプロジェクターＰＪのコンパクト化を効果的に達成することができる。
照明光学系ＩＬ１のように、第１プリズムＰ１の第３光学面Ｓ３近傍に、曲面反射面ＲＳを有する反射光学素子ＦＲが配置されていることが好ましい。このように反射光学素子ＦＲが配置された構成を採用すれば、反射光学素子ＦＲを傾けることで照明エリア調整が可能となるため、照明の光利用効率を向上させることができる。
照明光学系ＩＬ２のように、第１プリズムＰ１の第３光学面Ｓ３が曲面反射面ＲＳの形状を有し、その第３光学面Ｓ３上に反射膜ＬＲが形成されることにより曲面反射面ＲＳが構成されていることが好ましい。このように反射膜ＬＲが配置された構成を採用すれば、部品点数を少なくするとともに、照明光学系ＩＬ２の高さを抑えることも可能である。
図１に示すプロジェクターＰＪのように、光源装置１から発せられた照明光Ｌ１をミキシングして空間的なエネルギー分布を均一化し、画像表示面ＤＳと共役又は略共役な出口側端面Ｒ０から出射するインテグラルロッド３を備えることが好ましい。このように構成すれば、照明系光軸と投影系光軸とを平行に配置することができるので、照明光学系と投影光学系とで高さの差が小さくなる。したがって、高さ方向のコンパクト化が可能になるため、高さの低いコンパクトなプロジェクターＰＪを得ることができる。さらに第３プリズムＰ３を配置すれば、照明系光軸と投影系光軸を略一致させることやその他のメカ部品を考慮した上で、最も高さを抑えられるように調整することも可能になる。
図１に示すプロジェクターＰＪでは、インテグラルロッド３の出口側端面Ｒ０の形状が長方形になっている。しかし、インテグラルロッド３の出口側端面Ｒ０の形状は、前記基準面と画像表示面ＤＳとが交わる線上でレンズ群ＬＮ１，ＬＮ２に最も近い側に対応する側の方が長い台形としてもよい。
図５（Ａ）に、ロッド出口面Ｒ０の形状が長方形である場合、画像表示面ＤＳでの照明領域ＡＳの形状が台形となることを示す。また、図５（Ｂ）に、ロッド出口面Ｒ０の形状が台形である場合、画像表示面ＤＳでの照明領域ＡＳの形状が長方形となることを示す。新しい動作タイプのデジタル・マイクロミラー・デバイス（図４）では照明角度が大きいため、図５（Ａ）に示すように、斜め照明により歪曲収差が発生する。それに対し、図５（Ｂ）に示すようにロッド出口面Ｒ０を台形にすれば、斜め照明により発生する歪曲収差を打ち消すことができ、照明効率を効果的に向上させることができる。
以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
５＜Ｌｉ／Ｌｄ＜１０ …（２）
ただし、
Ｌｉ：インテグラルロッドの長軸方向における、インテグラルロッドの出口側端面の中心から画像表示面の中心までの距離、
Ｌｄ：基準面に沿った方向における画像表示面の長さ（つまり、基準面と画像表示面の短辺方向とが平行な構成における画像表示面の短辺長さ）、
である。
条件式（２）の下限を下回ると、収差の悪化による光利用効率の低下や部品同士の干渉が生じるおそれがある。条件式（２）の上限を上回ると、照明光学系が大きくなるだけでなく、収差バランスが変わってしまって条件式（１）の効果の得にくい傾向となる。したがって、条件式（２）を満たすことにより、条件式（１）の効果を最大限に得ることができ、コンパクトで明るく鮮明なプロジェクターを得ることができる。
以下の条件式（２ａ）を満足することが更に望ましい。
６＜Ｌｉ／Ｌｄ＜９ …（２ａ）
この条件式（２ａ）は、前記条件式（２）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（２ａ）を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
以下、本発明を実施した照明光学系の構成等を、実施例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１，２（ＥＸ１，２）は、前述した第１，第２の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１，第２の実施の形態を表す照明光学系ＩＬ１，ＩＬ２の光学構成図（図２，図３）は、対応する実施例１，２の光学断面形状，光学素子配置，照明光路等をそれぞれ示している。また、プロジェクターＰＪの概略構成例を示す模式図（図１）は、実施例１の照明光学系ＩＬ１を搭載したものを示している。
実施例１，２のコンストラクションデータは、ロッド出口面Ｒ０（インテグラルロッド３の出口側端面であり、照明光Ｌ１の拡大投影における物面に相当する。）から拡大側の画像表示面ＤＳ（照明光Ｌ１の拡大投影における像面に相当する。）までを含めた系の光学配置を示している。後述するローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いて、ロッド出口面Ｒ０の開口サイズ（開口形状は長方形）をＹ方向及びＺ方向について示し、ロッド出口面Ｒ０の形状を台形とした場合の開口サイズもそのＹ方向及びＺ方向について示す。また、照明光学系ＩＬ１，ＩＬ２の倍率（β）とＦナンバー（Ｆｎｏ）を示し、後述するグローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用いて、点ａ，点ｂの位置を示す。
実施例１（ＥＸ１，図２）の照明光学系ＩＬ１では、レンズ群ＬＮ１を構成する３枚のレンズＧ１〜Ｇ３に光学面Ｒ１〜Ｒ５が含まれており、第１〜第３プリズムＰ１〜Ｐ３からなるプリズムユニットＰＵ１に第１〜第８光学面Ｓ１〜Ｓ８が含まれている。レンズ群ＬＮ１とプリズムユニットＰＵ１との間には絞りＳＴが位置しており、第３光学面Ｓ３の近傍には曲面反射面ＲＳを有する反射光学素子ＦＲが配置されている。
実施例２（ＥＸ２，図３）の照明光学系ＩＬ２では、レンズ群ＬＮ２を構成する２枚のレンズＧ１，Ｇ２に光学面Ｒ１〜Ｒ４が含まれており、第１〜第３プリズムＰ１〜Ｐ３からなるプリズムユニットＰＵ２に第１〜第８光学面Ｓ１〜Ｓ８が含まれている。レンズ群ＬＮ２とプリズムユニットＰＵ１との間には絞りＳＴが位置しており、第１プリズムＰ１の第３光学面Ｓ３が曲面反射面ＲＳの形状を有し、その第３光学面Ｓ３上に形成されている反射膜ＬＲで曲面反射面ＲＳが構成されている。
各光学面の配置は、その面頂点をローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点（Ｏ）として、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）におけるローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点（Ｏ）とＸ軸，Ｙ軸の座標軸ベクトル（ＶＸ，ＶＹ）の座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）とで表されている（単位：ｍｍ）。ただし、座標系はすべて右手系で定義されており、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）はロッド出口面Ｒ０のローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致した絶対座標系になっている。したがって、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の原点（ｏ）はロッド出口面Ｒ０の中心に位置する原点（Ｏ）と同一の点であり、ロッド出口面Ｒ０でのベクトルＶＸはロッド出口面Ｒ０の面法線と平行であり、ベクトルＶＹはベクトルＶＸに直交するとともにロッド出口面Ｒ０の短辺に平行である。また、座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）で表された光学面を先頭面として共軸系の一部を成す光学面については、直前の光学面を基準としたＸ方向の軸上面間隔Ｔ’（ｍｍ）で光学面の配置が表されている。ただし、次の光学面が独立の座標を持つときの軸上面間隔Ｔ’の値は意味を持たない。
各光学要素の面形状は、その光学面の曲率Ｃ０（ｍｍ-1），曲率半径ｒ（ｍｍ）等で表されており、各面のローカル座標に対して符号が決まる。また、回転非対称な非球面（いわゆる自由曲面）の面形状は、面頂点を原点（Ｏ）とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた以下の式（ＦＳ）で定義される。自由曲面データを他のデータとあわせて示す。ただし、表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ−ｎ＝×１０-nである。
Ｘ＝（Ｃ０・Ｈ2）／｛１＋√（１−ε・Ｃ０2・Ｈ2）｝＋Σ｛Ｇ（ｊ，ｋ）・Ｙj・Ｚk｝ …（ＦＳ）
ただし、式（ＦＳ）中、
Ｘ：高さＨの位置でのＸ方向の基準面からの変位量（面頂点基準）、
Ｈ：Ｘ軸に対して垂直な方向の高さ｛Ｈ＝√（Ｙ2＋Ｚ2）｝、
Ｃ０：面頂点での曲率（＋／−はローカルな直交座標系のＸ軸に対するものであり、正の場合その曲率中心がベクトルＶＸ上の正方向に存在する。Ｃ０＝１／ｒ）、
ε：２次曲面パラメータ、
Ｇ（ｊ，ｋ）：Ｙのｊ次、Ｚのｋ次の回転非対称非球面係数、
である。
各光学面の入射側に位置する媒質のｄ線に対する屈折率Ｎ，各光学面の射出側に位置する媒質のｄ線に対する屈折率Ｎ’（その光学面が反射面の場合には負の値となる。）及び光学材料のアッベ数νｄを他のデータとあわせて示す。また、表１に各条件式の対応データ及び関連データを各実施例について示す。
コンストラクションデータでは実施例１，２とも、第２光学面Ｓ２と第７光学面Ｓ７の座標が一致しており、第８光学面Ｓ８と第４光学面Ｓ４の座標が一致しているが、実際には数ミクロン程度の空隙ＡＧ１，ＡＧ２が設けられている。データ上、空隙量だけプリズムを小さくしてもよいし、プリズムを後ろにずらしてもよいが、いずれにせよ性能に与える影響はほとんどない。
図６，図７に、実施例１，２のスポットダイアグラムを示す。各スポットダイアグラムは、画像表示面ＤＳ上での結像特性（目盛りは±１ｍｍで表記されている。）を３波長（４６０ｎｍ，５４６ｎｍ，６２０ｎｍ），２５個の評価ポイントについて示している。図中の座標（Ｙ，Ｚ）は、各評価ポイントのスポット重心の照明位置を示す画像表示面ＤＳ上のローカル座標（Ｙ，Ｚ；ｍｍ；ｅ−ｎ＝×１０-n）である。いずれの実施例もＸＹ平面に対して面対称な光学系からなっているため、スポットダイアグラムは画像表示面ＤＳ上でのＺ方向のプラス側の半分のみを示しており、残り半分は図示省略してある。また、これらの評価ポイントはロッド出口面Ｒ０のＺ方向の半分を縦横それぞれ均等に５分割したときの分割点と共役であり、ロッド出口面Ｒ０上の点が持つローカル座標のＹとＺの値に倍率をかけた値がスポットダイアグラム上での理想結像点であり、その計算値からのズレの分が歪曲である。
実施例１
インテグラルロッド開口サイズ : Y=±2.4, Z=±4.1
台形時 : Y=+2.4, Z=±4.1 / Y=-2.4, Z=±3.9
β = 1.8
Fno= 1.1
点a : 53.26 , 19.11 , 0.00
点b : 61.30 , 20.06 , 0.00
コンストラクションデータ
Ｒ０（ロッド出口面）
［座標］
O : 0.00 , 0.00 , 0.00
VX : 1.00 , 0.00 , 0.00
VY : 0.00 , 1.00 , 0.00
N = 1.00000
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.00000
T'= 8.03
Ｒ１（レンズＧ１の前面）
N = 1.00000
C0=-0.003031 (r=-329.919)
N'= 1.59142, νd= 61.3
T'= 6.17
Ｒ２（レンズＧ１の後面）
N = 1.59142, νd= 61.3
C0=-0.069551 (r=-14.378)
N'= 1.00000
T'= 5.95
Ｒ３（レンズＧ２の前面）
N = 1.00000
C0= 0.028094 (r= 35.595)
N'= 1.81263, νd= 25.5
T'= 1.30
Ｒ４（レンズＧ３の前面）
N = 1.81263, νd= 25.5
C0= 0.075960 (r= 13.165)
N'= 1.62032, νd= 63.4
T'= 9.22
Ｒ５（レンズＧ３の後面）
N = 1.62032, νd= 63.4
C0=-0.038689 (r=-25.847)
N'= 1.00000
T'= 6.86
ＳＴ（絞り）
N = 1.00000
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.00000
T'= 0.00
Ｓ１（第１光学面）
［座標］
O : 43.53 , 0.00 , 0.00
VX : 1.00 , 0.00 , 0.00
VY : 0.00 , 1.00 , 0.00
N = 1.00000
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.51872, νd= 64.2
T'= 0.00
Ｓ２（第２光学面）
［座標］
O : 55.77 , 0.51 , 0.00
VX : 0.68 , -0.74 , 0.00
VY : 0.74 , 0.68 , 0.00
N = 1.51872, νd= 64.2
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'=-1.51872, νd= 64.2
T'= 0.00
Ｓ３（第３光学面）
［座標］
O : 56.80 , 14.50 , 0.00
VX : -0.05 , 1.00 , 0.00
VY : 1.00 , 0.05 , 0.00
N = 1.51872, νd= 64.2
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.00000
T'= 0.00
ＲＳ（反射光学素子ＦＲの曲面反射面）
［座標］
O : 60.14 , 19.99 , 0.00
VX : -0.07 , 1.00 , 0.00
VY : 1.00 , 0.07 , 0.00
N = 1.00000
C0=-0.012415 (r=-80.545)
［自由曲面データ］
ε= 1.000000
G( 2, 0)=-0.001948
G( 3, 0)= 1.541674E-5
G( 4, 0)=-2.428665E-7
G( 5, 0)=-2.464112E-8
G( 6, 0)=-9.609595E-9
G( 7, 0)=-3.599796E-10
G( 8, 0)= 6.216286E-11
G( 9, 0)=-1.649594E-12
G(10, 0)=-2.581954E-13
G( 0, 2)=-0.002320
G( 1, 2)= 3.662124E-5
G( 2, 2)= 5.338015E-6
G( 3, 2)= 2.129400E-7
G( 4, 2)=-6.154090E-8
G( 5, 2)=-9.561192E-10
G( 6, 2)= 5.391467E-10
G( 7, 2)= 2.969949E-11
G( 8, 2)= 2.424550E-13
G( 0, 4)= 2.425018E-6
G( 1, 4)= 8.523930E-8
G( 2, 4)=-1.232254E-8
G( 3, 4)=-2.644935E-9
G( 4, 4)= 2.431245E-11
G( 5, 4)=-3.761591E-12
G( 6, 4)=-5.842526E-14
G( 0, 6)=-2.721729E-8
G( 1, 6)=-1.930106E-9
G( 2, 6)= 1.586845E-12
G( 3, 6)= 2.017231E-11
G( 4, 6)= 3.236307E-13
G( 0, 8)= 1.660902E-10
G( 1, 8)= 5.982805E-12
G( 2, 8)= 5.749631E-13
G( 0,10)=-3.284335E-13
N'= -1.00000
T'= 0.00
Ｓ７（第７光学面）
［座標］
O : 55.77 , 0.51 , 0.00
VX : 0.68 , -0.74 , 0.00
VY : 0.74 , 0.68 , 0.00
N = 1.00000
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.51872, νd= 64.2
T'= 0.00
Ｓ８（第８光学面）
［座標］
O : 70.00 , 0.00 , 0.00
VX : 0.71 , -0.71 , 0.00
VY : 0.71 , 0.71 , 0.00
N = 1.51872, νd= 64.2
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.00000
T'= 0.01
Ｓ４（第４光学面）
［座標］
O : 70.00 , 0.00 , 0.00
VX : 0.71 , -0.71 , 0.00
VY : 0.71 , 0.71 , 0.00
N = 1.00000
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.71616, νd= 53.8
T'= 0.00
Ｓ５（第５光学面）
［座標］
O : 70.00 ,-13.00 , 0.00
VX : 0.00 , -1.00 , 0.00
VY : 1.00 , 0.00 , 0.00
N = 1.71616, νd= 53.8
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.00000
T'= 0.00
Ｓ６（第６光学面）
［座標］
O : 95.00 , 0.00 , 0.00
VX : 1.00 , 0.00 , 0.00
VY : 0.00 , 1.00 , 0.00
N = 1.72539, νd= 34.7
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.00000
T'= 0.00
Ｃ１（カバーガラスＣＧの前面）
［座標］
O : 70.00 ,-15.70 , 0.00
VX : 0.00 , -1.00 , 0.00
VY : 1.00 , 0.00 , 0.00
N = 1.00000
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.48914, νd= 70.4
T'= 1.05
Ｃ２（カバーガラスＣＧの後面）
N = 1.48914, νd= 70.4
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.00000
T'= 0.00
ＤＳ（画像表示面）
［座標］
O : 70.00 ,-17.45 , 0.00
VX : 0.00 , -1.00 , 0.00
VY : 1.00 , 0.00 , 0.00
実施例２
インテグラルロッド開口サイズ : Y=±2.5, Z=±4.3
台形時 : Y=+2.5, Z=±4.3 / Y=-2.5, Z=±4.1
β = 1.7
Fno= 1.15
点a : 44.59 , 14.36 , 0.00
点b : 52.55 , 15.08 , 0.00
コンストラクションデータ
Ｒ０（ロッド出口面）
［座標］
O : 0.00 , 0.00 , 0.00
VX : 1.00 , 0.00 , 0.00
VY : 0.00 , 1.00 , 0.00
N = 1.00000
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.00000
T'= 7.00
Ｒ１（レンズＧ１の前面）
N = 1.00000
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.51872, νd= 64.2
T'= 7.60
Ｒ２（レンズＧ１の後面）
N = 1.51872, νd= 64.2
C0=-0.079106 (r=-12.641)
N'= 1.00000
T'= 0.20
Ｒ３（レンズＧ２の前面）
N = 1.00000
C0= 0.021831 (r= 45.807)
N'= 1.51872, νd= 64.2
T'= 4.41
Ｒ４（レンズＧ２の後面）
N = 1.51872, νd= 64.2
C0=-0.038309 (r=-26.104)
N'= 1.00000
T'= 10.00
ＳＴ（絞り）
N = 1.00000
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.00000
T'= 0.00
Ｓ１（第１光学面）
［座標］
O : 35.79 , 0.00 , 0.00
VX : 0.97 , 0.23 , 0.00
VY : -0.23 , 0.97 , 0.00
N = 1.00000
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.51872, νd= 64.2
T'= 0.00
Ｓ２（第２光学面）
［座標］
O : 46.41 , 0.00 , 0.00
VX : 0.71 , -0.71 , 0.00
VY : 0.71 , 0.71 , 0.00
N = 1.51872, νd= 64.2
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'=-1.51872, νd= 64.2
T'= 0.00
Ｓ３（第３光学面）
［座標］
O : 58.48 , 15.00 , 0.00
VX : 0.09 , 1.00 , 0.00
VY : -1.00 , 0.09 , 0.00
N = 1.51872, νd= 64.2
C0=-0.017149 (r=-58.313)
［自由曲面データ］
ε=-0.793389
G( 1, 0)=-0.032899
G( 2, 0)= 0.000553
G( 3, 0)= 9.375342E-5
G( 4, 0)=-1.093571E-5
G( 5, 0)= 2.754745E-7
G( 6, 0)= 2.553290E-8
G( 7, 0)=-9.903741E-10
G( 8, 0)=-6.022816E-11
G( 9, 0)= 3.646630E-12
G(10, 0)=-4.809709E-14
G( 0, 2)= 0.001089
G( 1, 2)=-2.136717E-5
G( 2, 2)=-5.700246E-6
G( 3, 2)=-2.467022E-7
G( 4, 2)= 2.242302E-7
G( 5, 2)=-1.314268E-8
G( 6, 2)=-5.222106E-10
G( 7, 2)= 5.595393E-11
G( 8, 2)=-1.089058E-12
G( 0, 4)= 5.461078E-6
G( 1, 4)=-1.146900E-7
G( 2, 4)= 1.520111E-7
G( 3, 4)=-3.009505E-8
G( 4, 4)= 1.241814E-9
G( 5, 4)= 2.271153E-11
G( 6, 4)=-1.473292E-12
G( 0, 6)=-5.194838E-8
G( 1, 6)=-6.937911E-9
G( 2, 6)= 1.215145E-9
G( 3, 6)=-3.817177E-11
G( 4, 6)= 7.105154E-14
G( 0, 8)= 2.640975E-10
G( 1, 8)= 5.224360E-12
G( 2, 8)=-9.799716E-13
G( 0,10)=-4.052434E-13
N'=-1.51872, νd= 64.2
T'= 0.00
Ｓ７（第７光学面）
［座標］
O : 46.41 , 0.00 , 0.00
VX : 0.71 , -0.71 , 0.00
VY : 0.71 , 0.71 , 0.00
N = 1.00000
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.51872, νd= 64.2
T'= 0.00
Ｓ８（第８光学面）
［座標］
O : 60.10 , 0.00 , 0.00
VX : 0.71 , -0.71 , 0.00
VY : 0.71 , 0.71 , 0.00
N = 1.51872, νd= 64.2
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.00000
T'= 0.00
Ｓ４（第４光学面）
［座標］
O : 60.10 , 0.00 , 0.00
VX : 0.71 , -0.71 , 0.00
VY : 0.71 , 0.71 , 0.00
N = 1.00000
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.72539, νd= 34.7
T'= 0.00
Ｓ５（第５光学面）
［座標］
O : 60.10 ,-15.00 , 0.00
VX : 0.00 , -1.00 , 0.00
VY : 1.00 , 0.00 , 0.00
N = 1.72539, νd= 34.7
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.00000
T'= 0.00
Ｓ６（第６光学面）
［座標］
O : 87.10 , 0.00 , 0.00
VX : 1.00 , 0.00 , 0.00
VY : 0.00 , 1.00 , 0.00
N = 1.72539, νd= 34.7
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.00000
T'= 0.00
Ｃ１（カバーガラスＣＧの前面）
［座標］
O : 60.10 ,-17.70 , 0.00
VX : 0.00 , -1.00 , 0.00
VY : 1.00 , 0.00 , 0.00
N = 1.00000
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.48914, νd= 70.4
T'= 1.05
Ｃ２（カバーガラスＣＧの後面）
N = 1.48914, νd= 70.4
C0= 0.000000 (r= ∞)
N'= 1.00000
T'= 0.00
ＤＳ（画像表示面）
［座標］
O : 60.10 ,-19.45 , 0.00
VX : 0.00 , -1.00 , 0.00
VY : 1.00 , 0.00 , 0.00
Figure 0006624199
ＰＪ プロジェクター
ＩＬ１，ＩＬ２ 照明光学系
ＬＮ１，ＬＮ２ レンズ群
ＳＴ 絞り
ＰＵ１，ＰＵ２ プリズムユニット
Ｐ１〜Ｐ３ 第１〜第３プリズム
Ｓ１〜Ｓ８ 第１〜第８光学面
ＡＧ１，ＡＧ２ 空隙
ＦＲ 反射光学素子
ＬＲ 反射膜
ＲＳ 曲面反射面
ＤＰ デジタル・マイクロミラー・デバイス（反射型の画像表示素子）
ＤＳ 画像表示面
ＭＲ マイクロミラー
ＭＳ 画素反射面
Ｌ１ 照明光
Ｌ２ 投影光
ＡＳ 照明領域
ＰＯ 投影光学系
１ 光源装置
２ カラーホイール
３ インテグラルロッド
Ｒ０ ロッド出口面（出口側端面）

Claims (10)

  1. 入射してきた照明光を反射型の画像表示素子に導いて、その画像表示面を照明する照明光学系であって、
    前記照明光を集光するレンズ群と、前記照明光を光束規制する絞りと、前記レンズ群又は前記絞りから出射した照明光を前記画像表示素子に導くプリズムユニットと、を備え、
    前記プリズムユニットが、第１プリズムと、第２プリズムと、正パワーを有する回転非対称な曲面反射面と、を有し、
    前記第１プリズムが、前記レンズ群又は前記絞りから出射した照明光をプリズム内に入射させる第１光学面と、前記第１光学面から入射した照明光を全反射させる第２光学面と、前記第２光学面で全反射した照明光を前記曲面反射面に導く第３光学面と、を有し、
    前記曲面反射面が、入射してきた照明光を前記第３光学面から前記第２光学面へと導いて前記第２光学面での透過により前記第１プリズム外へ出射させるよう角度差を持って反射させ、
    前記第２プリズムが、前記第２光学面との間に空隙を有し、前記第２光学面から前記第１プリズム外へ出射した照明光をプリズム内に入射させる第４光学面と、前記第４光学面から入射した照明光をプリズム外へ出射させて前記画像表示素子に導く第５光学面と、を有し、
    前記曲面反射面が、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする照明光学系；
    ＰＹａ／ＰＺａ＜ＰＹｂ／ＰＺｂ …（１）
    ただし、レンズ群及び絞りの中心を通る光線がプリズムユニット内で形成する面を基準面とし、基準面と画像表示面とが交わる線上において、レンズ群に最も近い側を照明する光束の主光線が曲面反射面に当たる点を点ａとし、レンズ群に最も遠い側を照明する光束の主光線が曲面反射面に当たる点を点ｂとしたとき、
    ＰＹａ：点ａの位置において基準面内で有する曲面反射面のパワー、
    ＰＺａ：点ａの位置において基準面の法線と曲面反射面の法線とを含む平面内で有する曲面反射面のパワー、
    ＰＹｂ：点ｂの位置において基準面内で有する曲面反射面のパワー、
    ＰＺｂ：点ｂの位置において基準面の法線と曲面反射面の法線とを含む平面内で有する曲面反射面のパワー、
    である。
  2. 前記第２プリズムが、前記画像表示面での照明光の反射により得られた投影光をプリズム外へ出射させる第６光学面を更に有し、前記投影光を前記第５光学面からプリズム内に再入射させ、前記第４光学面で全反射させた後、前記第６光学面からプリズム外へ出射させることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
  3. 前記基準面と前記画像表示面の短辺方向とが平行であることを特徴とする請求項１又は２記載の照明光学系。
  4. 前記プリズムユニットが、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの間に第３プリズムを更に有し、前記第３プリズムが、前記第２光学面との間に空隙を有し、前記第２光学面から前記第１プリズム外へ出射した照明光を入射させる第７光学面と、前記第４光学面との間に空隙を有し、前記第７光学面から入射した照明光を前記第４光学面へと出射させる第８光学面と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明光学系。
  5. 前記第１プリズムの第３光学面近傍に、前記曲面反射面を有する反射光学素子が配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明光学系。
  6. 前記第１プリズムの第３光学面が前記曲面反射面の形状を有し、その第３光学面上に反射膜が形成されることにより前記曲面反射面が構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明光学系。
  7. 前記照明光を発生させる光源装置と、前記画像表示面を有する画像表示素子と、前記画像表示面を照明する請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明光学系と、前記画像表示面に表示される画像をスクリーン面に拡大投影する投影光学系と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。
  8. 前記光源装置から発せられた照明光をミキシングして空間的なエネルギー分布を均一化し、前記画像表示面と共役又は略共役な出口側端面から出射するインテグラルロッドを更に備えたことを特徴とする請求項７記載のプロジェクター。
  9. 前記インテグラルロッドの出口側端面の形状が、前記基準面と前記画像表示面とが交わる線上で前記レンズ群に最も近い側に対応する側の方が長い台形形状であることを特徴とする請求項８記載のプロジェクター。
  10. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項８又は９記載のプロジェクター；
    ５＜Ｌｉ／Ｌｄ＜１０ …（２）
    ただし、
    Ｌｉ：インテグラルロッドの長軸方向における、インテグラルロッドの出口側端面の中心から画像表示面の中心までの距離、
    Ｌｄ：基準面に沿った方向における画像表示面の長さ、
    である。
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