JP6642426B2 - 画像投影用光学ユニット及びプロジェクター - Google Patents

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Description

本発明は画像投影用光学ユニット及びプロジェクターに関するものであり、例えば、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(digital micromirror device)を有する画像投影用光学ユニットと、それを備えた３板式のプロジェクターに関するものである。
プロジェクターに搭載される反射型画像表示素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイスが知られている。デジタル・マイクロミラー・デバイスは、複数の微小な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。
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では、投影画像に使われないＯＦＦ光と呼ばれる不要光が発生する。そのＯＦＦ光は、迷光となって投影画像のコントラスト低下を招いたり、機構部品を含む光学ユニットの温度上昇を招いたりする原因となる。そのため、デジタル・マイクロミラー・デバイスを使用したプロジェクターでは、プリズム内に入射したＯＦＦ光の処理が重要になり、さまざまな対策が提案されている。例えば、特許文献１にはＯＦＦ光を放熱体に吸収させる構成が提案されており、特許文献２には合成プリズムの高さを増大させてＯＦＦ光の光路を確保することによりＯＦＦ光を投影光から分離する構成が提案されている。
特開２００４−３０９９４１号公報 特開２００５−３００９９１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＞
例えば、色合成にクロスプリズムを使用する場合、特許文献１で提案されているような放熱体を用いると、クロスプリズムの接合面での接着に不具合が生じる可能性がある。また、特許文献２で提案されているように、合成プリズムの高さを単純に増やすだけでＯＦＦ光の光路を確保することは、１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・デバイスを使用する場合に限られる。例えば、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・デバイスを使用する場合、照明光の光軸と投影光の光軸を含む平面から外れた方向にＯＦＦ光が進むことになる。このため、想定外の面に入射したＯＦＦ光がプリズム内で温度上昇を招いたり、迷光となって投影画像のコントラスト低下を招いたりするおそれがある。
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、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・デバイスからの出射光のうち、画像投影に必要なＯＮ光から画像投影に不要なＯＦＦ光を適正に空間分離することの可能な画像投影用光学ユニットと、それを備えた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の発明の光学ユニットは、複数のマイクロミラーからなる画像表示面において各マイクロミラー面の傾きがＯＮ／ＯＦＦ制御されて照明光を強度変調することにより画像を形成し、その際、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御されるマイクロミラー駆動を２軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射されたＯＮ光を、画像投影側へ射出するプリズム光学系と、
を備えた画像投影用光学ユニットであって、
前記プリズム光学系がＴＩＲプリズムと色合成クロスプリズムとから構成され、前記ＴＩＲプリズムが前記デジタル・マイクロミラー・デバイスと前記色合成クロスプリズムとの間に配置されており、
前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射されたＯＦＦ光を、前記ＯＮ光とは異なる方向で画像投影側へ射出させる光路が、前記プリズム光学系内に確保されており、
前記色合成クロスプリズムの上面で反射されたＯＦＦ光が前記色合成クロスプリズムの射出面上でＯＮ光と分離できるように、前記色合成クロスプリズムの高さが設定されていることを特徴とする。
第２の発明の光学ユニットは、複数のマイクロミラーからなる画像表示面において各マイクロミラー面の傾きがＯＮ／ＯＦＦ制御されて照明光を強度変調することにより画像を形成し、その際、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御されるマイクロミラー駆動を２軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射されたＯＮ光を、画像投影側へ射出するプリズム光学系と、
を備えた画像投影用光学ユニットであって、
前記プリズム光学系がＴＩＲプリズムと色合成クロスプリズムとから構成され、前記ＴＩＲプリズムが前記デジタル・マイクロミラー・デバイスと前記色合成クロスプリズムとの間に配置されており、
前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射されたＯＦＦ光を、前記ＯＮ光とは異なる方向で画像投影側へ射出させる光路が、前記プリズム光学系内に確保されており、
以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする。
Ｈ≧（ｈ１＋ｈ２）／２−ｈ３＋ｍ …（１）
ただし、
ｈ１＝Ｙ１＋Ｘ１・ｔａｎα１＋Ｘ２・ｔａｎα２＋Ｘ３・ｔａｎα３＋Ｘ４・ｔａｎα４
ｈ２＝Ｙ１＋Ｘ１・ｔａｎβ１＋Ｘ２・ｔａｎβ２＋Ｘ３・ｔａｎβ３＋Ｘ４・ｔａｎβ４
ｈ３＝Ｙ１＋Ｘ１・ｔａｎγ１＋Ｘ２・ｔａｎγ２＋Ｘ３・ｔａｎγ３＋Ｘ４・ｔａｎγ４
α２＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ１／ｎ２）・ｓｉｎα１｝
α３＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ２／ｎ３）・ｓｉｎα２｝
α４＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ３／ｎ４）・ｓｉｎα３｝
β２＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ１／ｎ２）・ｓｉｎβ１｝
β３＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ２／ｎ３）・ｓｉｎβ２｝
β４＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ３／ｎ４）・ｓｉｎβ３｝
γ２＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ１／ｎ２）・ｓｉｎγ１｝
γ３＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ２／ｎ３）・ｓｉｎγ２｝
γ４＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ３／ｎ４）・ｓｉｎγ３｝
であり、
前記デジタル・マイクロミラー・デバイスが前記画像表示面上にカバーガラスを有し、前記色合成クロスプリズムを横から見たとき、
Ｙ１：画像表示面の中心から最も上側に離れた画素までの距離、
α１：画像表示面の中心から上側に距離Ｙ１離れたＯＮ光の光線と投影光の光軸とがなす角度、
β１：画像表示面の中心から上側に距離Ｙ１離れたＯＦＦ光の光線と投影光の光軸とがなす角度、
γ１：画像表示面の中心から下側に距離Ｙ１離れたＯＮ光の光線と投影光の光軸とがなす角度（α１，β１と逆方向であり負で表す）、
Ｘ１：画像表示面からカバーガラスまでの距離、
ｎ１：画像表示面からカバーガラスまでの間の屈折率、
Ｘ２：カバーガラスの厚み、
ｎ２：カバーガラスの屈折率、
Ｘ３：カバーガラスからＴＩＲプリズムまでの距離、
ｎ３：カバーガラスからＴＩＲプリズムまでの間の屈折率、
Ｘ４：ＴＩＲプリズムから色合成クロスプリズムまでの厚み、
ｎ４：ＴＩＲプリズムから色合成クロスプリズムまでの間の屈折率、
ｍ：製造時における余裕しろ、
Ｈ：色合成クロスプリズムの高さ、
である。
第３の発明の光学ユニットは、上記第１又は第２の発明において、前記ＯＦＦ光が入射する前記ＴＩＲプリズムの側面が反射面であることを特徴とする。
第４の発明の光学ユニットは、上記第３の発明において、前記反射面がＯＦＦ光に対して全反射特性を有することを特徴とする。
第５の発明の光学ユニットは、上記第２の発明において、前記色合成クロスプリズムの上面で反射されたＯＦＦ光が前記色合成クロスプリズムの射出面上でＯＮ光と分離できるように、前記色合成クロスプリズムの高さが設定されていることを特徴とする。
第６の発明の光学ユニットは、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記ＴＩＲプリズムと前記色合成クロスプリズムとの間にエアーギャップ層を有することを特徴とする。
第７の発明の光学ユニットは、複数のマイクロミラーからなる画像表示面において各マイクロミラー面の傾きがＯＮ／ＯＦＦ制御されて照明光を強度変調することにより画像を形成し、その際、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御されるマイクロミラー駆動を２軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射されたＯＮ光を、画像投影側へ射出するプリズム光学系と、を備え、
前記プリズム光学系が、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射されたＯＦＦ光を、前記ＯＮ光と同じ射出面から前記ＯＮ光とは異なる方向で画像投影側へ射出する画像投影用光学ユニットであって、
前記プリズム光学系が、ダイクロイックコーティングを有する色分解合成プリズムであり、
前記デジタル・マイクロミラー・デバイスとして、前記ダイクロイックコーティングで反射した照明光が入射する第１のデジタル・マイクロミラー・デバイスと、前記ダイクロイックコーティングを透過した照明光が入射する第２のデジタル・マイクロミラー・デバイスと、を備え、
前記第２のデジタル・マイクロミラー・デバイスの画像表示面での照明光の光軸と投影光の光軸とを含む平面を第１平面とし、前記ダイクロイックコーティングの面法線と前記第２のデジタル・マイクロミラー・デバイスの中心を通る面法線とを含む平面を第２平面とすると、
前記第１平面と第２平面とが直交した状態から相対的に回転した配置で、前記第１，第２のデジタル・マイクロミラー・デバイスからのＯＦＦ光が、前記ＯＮ光と同じ射出面から前記ＯＮ光とは異なる方向で画像投影側へ射出されることを特徴とする。
第８の発明の光学ユニットは、複数のマイクロミラーからなる画像表示面において各マイクロミラー面の傾きがＯＮ／ＯＦＦ制御されて照明光を強度変調することにより画像を形成し、その際、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御されるマイクロミラー駆動を２軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射されたＯＮ光を、画像投影側へ射出するプリズム光学系と、を備え、
前記プリズム光学系が、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射されたＯＦＦ光を、前記ＯＮ光と同じ射出面から前記ＯＮ光とは異なる方向で画像投影側へ射出する画像投影用光学ユニットであって、
前記プリズム光学系が、照明光の入射順に、第１ダイクロイックコーティング及び第２ダイクロイックコーティングを有する色分解合成プリズムであり、
前記デジタル・マイクロミラー・デバイスとして、前記第１ダイクロイックコーティングで反射した照明光が入射する第１のデジタル・マイクロミラー・デバイスと、前記第２ダイクロイックコーティングで反射した照明光が入射する第２のデジタル・マイクロミラー・デバイスと、前記第１，第２ダイクロイックコーティングを透過した照明光が入射する第３のデジタル・マイクロミラー・デバイスと、を備え、
前記第３のデジタル・マイクロミラー・デバイスの画像表示面での照明光の光軸と投影光の光軸とを含む平面を第１平面とし、前記第１，第２ダイクロイックコーティングの面法線を含む平面を第２平面とすると、
前記第１平面と第２平面とが直交した状態から相対的に回転した配置で、前記第１〜第３のデジタル・マイクロミラー・デバイスからのＯＦＦ光が、前記ＯＮ光と同じ射出面から前記ＯＮ光とは異なる方向で画像投影側へ射出されることを特徴とする。
第９の発明のプロジェクターは、光源と、その光源からの光を集光して照明光を射出する照明光学系と、上記第１〜第８のいずれか１つの発明に係る光学ユニットと、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスに表示された画像をスクリーン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。
本発明の光学ユニットによれば、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・デバイスからの出射光のうち、画像投影に必要なＯＮ光から画像投影に不要なＯＦＦ光を適正に空間分離することができる。その結果、ＯＦＦ光に起因する温度上昇や迷光の発生を防止することが可能となる。そして、その光学ユニットをプロジェクターに備えることにより、安定した性能を有する高コントラストの３板式のプロジェクターを実現することができる。
光学ユニットの第１の実施の形態を示す概略構成図。 図１の光学ユニットを搭載したプロジェクターの概略構成例を示す模式図。 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。 図３のマイクロミラーの基準状態，ＯＮ状態及びＯＦＦ状態を示す斜視図。 図３のマイクロミラーに対する照明光と、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射されたＯＮ光と、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射されたＯＦＦ光と、を示す模式図。 光学ユニットの第１の実施の形態においてプリズム光学系内に確保するＯＦＦ光の光路の最適化を説明するための側面図。 第１の実施の形態においてエアーギャップ層が無い場合のＯＦＦ光の光路を比較のために示す上面図。 光学ユニットの第２の実施の形態を示す概略構成図。 光学ユニットの第３の実施の形態を示す概略構成図。 第３の実施の形態において第１，第２平面を互いに直交した状態から相対的に回転させる前と後での照明光，投影光及び不要光の光線広がり角度分布を示す図。
以下、本発明に係る画像投影用光学ユニット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。
従来よりよく知られているデジタル・マイクロミラー・デバイスの各画素のＯＮ／ＯＦＦは、前述したように、例えば画像表示面の各辺に対して４５°の角度をなす回転軸を中心とする±１２°のミラー面の回動により表現される。そのため、照明光，投影光（ＯＮ光），不要光（ＯＦＦ光）は同一平面上に位置することになる。したがって、色合成等に用いられるプリズム光学系の高さを増大させれば、不要光をプリズム光学系から容易に排出することが可能である。
一方、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。そのため、プリズム光学系の高さを単に増大させただけでは、不要光をプリズム光学系から問題無く排出することは困難である。本発明に係る画像投影用光学ユニットは、この新しい動作タイプのデジタル・マイクロミラー・デバイスで発生する不要光の処理を適正に行うことを可能とするものである。そこで、その効果を説明するために、まず新しい動作のデジタル・マイクロミラー・デバイスを説明する。
図３に、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。また図４に、マイクロミラーＭＲの基準状態を基準平面ＭＳ１で示し、マイクロミラーＭＲのＯＮ状態をＯＮ反射面ＭＳ２で示し、マイクロミラーＭＲのＯＦＦ状態をＯＦＦ反射面ＭＳ３で示す。デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰは直交する２軸に関してマイクロミラー駆動を行う構成になっているので、マイクロミラーＭＲは、図４に示すように、第１軸ａｘ１に対して傾いた後に第２軸ａｘ２に対して回動することができる。したがって、このデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ（図３）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３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。
その結果、図５に示すように、ＯＦＦ光（不要光）Ｌ３は、照明光Ｌ１とＯＮ光（投影光）Ｌ２を含む平面とは異なる方向に進むことになる。したがって、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰを使用したプリズム光学系では、ＯＦＦ光Ｌ３の光路を確保することが困難であり、プリズム内から排出できないＯＦＦ光Ｌ３がプリズムの温度上昇やゴースト光の要因となる。こういった問題が発生しないようにＯＦＦ光Ｌ３の処理を適正に行うため、以下に説明する各実施の形態では、ＯＮ光Ｌ２とは異なる方向でＯＦＦ光Ｌ３を画像投影側へ射出させる光路がプリズム光学系内に確保されている。
図１に、第１の実施の形態に係る光学ユニットＰＵ１を示す。図１（Ａ）は光学ユニットＰＵ１を上面側から見た状態で示しており、図１（Ｂ）は光学ユニットＰＵ１を側面側から見た状態で示している。図１において、Ｚ方向はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１の画像表示面ＤＳの法線方向であり、Ｘ方向はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ２，ＤＰ３の画像表示面ＤＳの法線方向であり、Ｙ方向はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１〜ＤＰ３の画像表示面ＤＳに対して平行方向である。
図２に、光学ユニットＰＵ１を搭載したプロジェクターＰＪの概略構成例を示す。プロジェクターＰＪは、図２に示すように、投影光学系ＬＮ，光学ユニットＰＵ１，光源１，照明光学系２，制御部３，アクチュエーター４等を備えており、光学ユニットＰＵ１はＴＩＲ(Total Internal Reflection)プリズムＰＡ，色合成クロスプリズムＰＢ，色分解クロスプリズムＰＣ，デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ等からなっており、制御部３によりプロジェクターＰＪ全体の制御が行われる。
図２に示すように、光源１から射出した照明光Ｌ１は、照明光学系２，色分解クロスプリズムＰＣ及びＴＩＲプリズムＰＡでデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに導かれる。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画像表示素子であり、画像を表示する画像表示面ＤＳ上にはカバーガラスＣＧが設けられている。デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの画像表示面ＤＳでは、照明光Ｌ１の強度変調により２次元画像が形成される。デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰは、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ことにより、ＯＮ／ＯＦＦを表現する。そして、図３に示すＯＮ状態のマイクロミラーＭＲの画素反射面ＭＳで反射した光のみが、後述するように光学ユニットＰＵ１及び投影光学系ＬＮを通過することになる。
光学ユニットＰＵ１は、図１に示すように３板式の画像投影用光学ユニットである。つまり、３つのデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１〜ＤＰ３（図２中のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに相当する。）と、３つのＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３（図２中のＴＩＲプリズムＰＡに相当する。）と、１つの色合成クロスプリズムＰＢと、１つの色分解クロスプリズムＰＣと、を備えたプリズムシステムである。色合成クロスプリズムＰＢとデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１〜ＤＰ３との間にはＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３がそれぞれ配置されており、色分解クロスプリズムＰＣで３色に分解された照明光Ｌ１が、折り返しミラー２ａで反射され、リレーレンズ２ｂを通過した後、各ＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３に入射して各デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１〜ＤＰ３に導かれる。
各デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１〜ＤＰ３の画像表示面ＤＳ上でＯＮ状態のマイクロミラーＭＲにより反射されたＯＮ光（投影光）Ｌ２は、各ＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３を経由して色合成クロスプリズムＰＢに入射する。このとき、ＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３によって照明光Ｌ１とＯＮ光Ｌ２との分離が行われ（図１（Ｂ））、各色のＯＮ光Ｌ２は色合成クロスプリズムＰＢによって色合成される。色合成されたＯＮ光Ｌ２は、色合成クロスプリズムＰＢから射出し、投影光学系ＬＮを経由してスクリーンＳＣに投射される。つまり、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１〜ＤＰ３に表示された画像は、投影光学系ＬＮでスクリーンＳＣに拡大投影される。なお、投影光学系ＬＮ又はその一部の移動（例えば、ズーミング，フォーカシング）は、アクチュエーター４（図２）で行われる。
プリズム光学系を構成するＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３及び色合成クロスプリズムＰＢ内には、ＯＮ光Ｌ２とは異なる方向でＯＦＦ光Ｌ３が画像投影側へ射出する光路が確保されている。この光路が、投影光学系ＬＮの後方焦点距離（レンズ最終面から画像表示面ＤＳまでの距離）を抑制しながら、ＯＦＦ光Ｌ３を投影光学系ＬＮ側から排出させることにより、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ＤＰ１〜ＤＰ３に適した投影光（ＯＮ光）Ｌ２と不要光（ＯＦＦ光）Ｌ３との光路分離を可能としている。
上記光路は、ＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３及び色合成クロスプリズムＰＢの側面でＯＦＦ光Ｌ３が反射され、さらに、色合成クロスプリズムＰＢの投影光学系ＬＮ側からＯＦＦ光Ｌ３が射出して遮光板ＰＴに吸収されるように、色合成クロスプリズムＰＢの高さ等を設定することにより構成される。したがって、上記のように光路を構成するには、ＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３がデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１〜ＤＰ３と色合成クロスプリズムＰＢとの間に配置されることが好ましい。
上記光学ユニットＰＵ１によれば、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ＤＰ１〜ＤＰ３からの出射光のうち、画像投影に必要なＯＮ光Ｌ２から画像投影に不要なＯＦＦ光Ｌ３を適正に空間分離することができる。その結果、ＯＦＦ光Ｌ３に起因する温度上昇や迷光の発生を防止することが可能となる。そして、その光学ユニットＰＵ１をプロジェクターＰＪに備えることにより、３板式のプロジェクターＰＪにおける性能の安定化及び高コントラスト化を達成することができる。
各デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１〜ＤＰ３の画像表示面ＤＳ上でＯＦＦ状態のマイクロミラーＭＲにより反射されたＯＦＦ光（不要光）Ｌ３の一部は、図１（Ａ）に示すように、ＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３の側面に入射する。ここで、ＯＦＦ光Ｌ３が入射するＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３の側面は、反射面ＲＳからなっている。ＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３の側面を反射面ＲＳにすることにより、側面での光の散乱や吸収による温度上昇を抑制することができる。
ＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３の側面に構成され、かつ、ＯＦＦ光Ｌ３の一部が入射する反射面ＲＳは、全反射面でもよく、ミラーコート面でもよい。例えば、ＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３の側面を研磨面にすることにより、反射面ＲＳがＯＦＦ光Ｌ３に対して全反射特性を有するようにすれば、その全反射角を利用してＯＦＦ光Ｌ３を反射させることができる。その結果、ＯＦＦ光Ｌ３が温度上昇を招いたりＯＦＦ光Ｌ３が迷光になったりするのを、効果的に防止することができる。
ＯＦＦ光Ｌ３の光路を最適化するには、色合成クロスプリズムＰＢの上面で反射されたＯＦＦ光Ｌ３が色合成クロスプリズムＰＢの射出面上でＯＮ光Ｌ２と分離できるように、色合成クロスプリズムＰＢの高さを設定することが好ましい。ＯＦＦ光Ｌ３の光路の最適化を説明するために、図６（Ａ）に光学ユニットＰＵ１の概略側面図を示し、図６（Ｂ）にその要部を示す。図６に示すように、ＯＦＦ光Ｌ３はＯＮ光Ｌ２より上側に進むため、ＴＩＲプリズムＰＡにＯＦＦ光Ｌ３の光路を確保するだけでなく、色合成クロスプリズムＰＢに対してもＯＦＦ光Ｌ３の光路を確保する必要がある。
ＯＦＦ光Ｌ３の光路を確保するには、以下の条件式（１）を満たすことが好ましい。
Ｈ≧（ｈ１＋ｈ２）／２−ｈ３＋ｍ …（１）
ただし、
ｈ１＝Ｙ１＋Ｘ１・ｔａｎα１＋Ｘ２・ｔａｎα２＋Ｘ３・ｔａｎα３＋Ｘ４・ｔａｎα４
ｈ２＝Ｙ１＋Ｘ１・ｔａｎβ１＋Ｘ２・ｔａｎβ２＋Ｘ３・ｔａｎβ３＋Ｘ４・ｔａｎβ４
ｈ３＝Ｙ１＋Ｘ１・ｔａｎγ１＋Ｘ２・ｔａｎγ２＋Ｘ３・ｔａｎγ３＋Ｘ４・ｔａｎγ４
α２＝ｓｉｎ-1｛（ｎ１／ｎ２）・ｓｉｎα１｝
α３＝ｓｉｎ-1｛（ｎ２／ｎ３）・ｓｉｎα２｝
α４＝ｓｉｎ-1｛（ｎ３／ｎ４）・ｓｉｎα３｝
β２＝ｓｉｎ-1｛（ｎ１／ｎ２）・ｓｉｎβ１｝
β３＝ｓｉｎ-1｛（ｎ２／ｎ３）・ｓｉｎβ２｝
β４＝ｓｉｎ-1｛（ｎ３／ｎ４）・ｓｉｎβ３｝
γ２＝ｓｉｎ-1｛（ｎ１／ｎ２）・ｓｉｎγ１｝
γ３＝ｓｉｎ-1｛（ｎ２／ｎ３）・ｓｉｎγ２｝
γ４＝ｓｉｎ-1｛（ｎ３／ｎ４）・ｓｉｎγ３｝
であり、
デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰが画像表示面ＤＳ上にカバーガラスＣＧを有し、色合成クロスプリズムＰＢを横から見たとき（つまり、照明光Ｌ１の光軸ＡＸ１とＯＮ光Ｌ２の光軸ＡＸ２とを含む平面（図６の紙面に相当する。）において）、
Ｙ１：画像表示面ＤＳの中心から最も上側に離れた画素までの距離（ｍｍ）、
α１：画像表示面ＤＳの中心から上側に距離Ｙ１離れたＯＮ光Ｌ２の光線と投影光Ｌ２の光軸ＡＸ２とがなす角度（°）、
β１：画像表示面ＤＳの中心から上側に距離Ｙ１離れたＯＦＦ光Ｌ３の光線と投影光Ｌ２の光軸ＡＸ２とがなす角度（°）、
γ１：画像表示面ＤＳの中心から下側に距離Ｙ１離れたＯＮ光Ｌ２の光線と投影光Ｌ２の光軸ＡＸ２とがなす角度（°；α１，β１と逆方向であり負で表す）、
Ｘ１：画像表示面ＤＳからカバーガラスＣＧまでの距離（ｍｍ）、
ｎ１：画像表示面ＤＳからカバーガラスＣＧまでの間の屈折率、
Ｘ２：カバーガラスＣＧの厚み（ｍｍ）、
ｎ２：カバーガラスＣＧの屈折率、
Ｘ３：カバーガラスＣＧからＴＩＲプリズムＰＡまでの距離（ｍｍ）、
ｎ３：カバーガラスＣＧからＴＩＲプリズムＰＡまでの間の屈折率、
Ｘ４：ＴＩＲプリズムＰＡから色合成クロスプリズムＰＢまでの厚み（ｍｍ）、
ｎ４：ＴＩＲプリズムＰＡから色合成クロスプリズムＰＢまでの間の屈折率、
ｍ：製造時における余裕しろ（ｍｍ）、
Ｈ：色合成クロスプリズムＰＢの高さ（ｍｍ）、
である。
色合成クロスプリズムＰＢの高さＨが少なくとも条件式（１）を満たせば、色合成クロスプリズムＰＢの上面で反射したＯＦＦ光Ｌ３も色合成クロスプリズムＰＢの射出面でＯＮ光Ｌ２と分離できるため、ＯＦＦ光Ｌ３が投影光学系ＬＮに入射するのを遮光板ＰＴで防ぐことができる。
また、以下の条件式（２）を満たすことが好ましい。色合成クロスプリズムＰＢの高さＨが条件式（２）も満たせば、ＯＦＦ光Ｌ３は色合成クロスプリズムＰＢの上面に入射することなく、色合成クロスプリズムＰＢの射出面からＯＦＦ光Ｌ３を排出することができる。
ｈ２−ｈ３＋２・ｍ≧Ｈ …（２）
ＯＦＦ光Ｌ３の光路の最適化に関して、光学ユニットＰＵ１における条件式（１），（２）の対応値を、具体的な数値を挙げて以下に示す（図６）。
ｎ１＝１．０
ｎ２＝１．４８７
ｎ３＝１．０
ｎ４＝１．５１８７２
Ｘ１＝ ０．５ｍｍ
Ｘ２＝ １．０ｍｍ
Ｘ３＝ ４．０ｍｍ
Ｘ４＝４０．０ｍｍ
α１＝ １２．０３゜
α２＝ ８．０６゜
α３＝ １２．０３゜
α４＝ ７．８９゜
β１＝ ５１．１６゜
β２＝ ３１．５９゜
β３＝ ５１．１６゜
β４＝ ３０．８５゜
γ１＝−１２．０３゜
γ２＝ −８．０６゜
γ３＝−１２．０３゜
γ４＝ −７．８９゜
Ｙ ＝３．０ｍｍ
ｈ１＝ ９．６４ｍｍ
ｈ２＝３３．１０ｍｍ
ｈ３＝−９．６４ｍｍ
ｍ＝２．０ｍｍ

（ｈ１＋ｈ２）／２−ｈ３＋ｍ
＝（９．６４＋３３．１０）／２−（−９．６４）＋２．０
＝３３．０１

ｈ２−ｈ３＋２・ｍ
＝３３．１０−（−９．６４）＋２・２．０
＝４６．７４

（ｈ１＋ｈ２）／２−ｈ３＋ｍ≦Ｈ≦ｈ２−ｈ３＋２・ｍ
３３．０１≦Ｈ≦４６．７４
上記データの計算結果から、Ｙ＝３．０ｍｍ，α１＝１２．０３゜，β１＝５１．１６゜，γ１＝−１２．０３゜，ｎ１＝１．０，ｎ２＝１．４８７，ｎ３＝１．０，ｎ４＝１．５１８７２、Ｘ１＝０．５ｍｍ，Ｘ２＝１．０ｍｍ，Ｘ３＝４．０ｍｍ，Ｘ４＝４０．０ｍｍとしたとき、製造等における余裕しろを：ｍ＝２．０ｍｍとすると、色合成クロスプリズムＰＢの高さは、３３．０１ｍｍ以上４６．７４ｍｍ以下が最適サイズであることが分かる。
図１（Ａ）に示すように、ＴＩＲプリズムＰＡ２，ＰＡ３と色合成クロスプリズムＰＢとの間にエアーギャップ層ＡＧを有することが好ましい。ＴＩＲプリズムＰＡ２，ＰＡ３と色合成クロスプリズムＰＢとの間にエアーギャップ層ＡＧを設けることにより、色合成クロスプリズムＰＢに入射したＯＦＦ光Ｌ３を全反射させ、ＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３に再度入射させることなく、色合成クロスプリズムＰＢの射出面から排出させることができる。これにより遮光板ＰＴをコンパクト化することができるため、遮光板ＰＴの配置が容易になる。
図７に、光学ユニットＰＵ１においてエアーギャップ層ＡＧ（図１（Ａ））が無い場合のＯＦＦ光Ｌ３の光路を比較のために示す。ＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３と色合成クロスプリズムＰＢとを接着剤（屈折率がプリズムに近い接着剤）で接合した場合、その間にはエアーギャップ層ＡＧが無いので、ＯＦＦ光Ｌ３は接合面ＳＧで全反射しない。例えば、ＴＩＲプリズムＰＡ１を透過したＯＦＦ光Ｌ３は、色合成クロスプリズムＰＢを透過して、ＴＩＲプリズムＰＡ２に入射することになる。そのＴＩＲプリズムＰＡ２に入射したＯＦＦ光Ｌ３を投影光学系ＬＮ側（つまり、遮光板ＰＴ側）に排出させるためには、ＴＩＲプリズムＰＡ２の投影光学系ＬＮ側の側面を全反射可能な透過面ＲＴにすることが好ましい。その際、ＯＦＦ光Ｌ３の光路確保のためにＴＩＲプリズムＰＡ２の高さを色合成クロスプリズムＰＢと同程度に高くする必要がある。
ＴＩＲプリズムＰＡ１〜ＰＡ３と色合成クロスプリズムＰＢとを接合する場合でも、上記接合面ＳＧにＯＦＦ光Ｌ３を反射させる機能膜を配置すれば、ＯＦＦ光Ｌ３を色合成クロスプリズムＰＢの射出面から排出させることが可能である。図８に、上記機能膜を有する光学ユニットＵ２を第２の実施の形態として示す。図８に示す光学ユニットＰＵ２では、ＯＦＦ光Ｌ３を反射させる機能膜として、ダイクロイックコーティングＫＳが配置されている。デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１，ＤＰ２，ＤＰ３をＧ（緑）用，Ｒ（赤）用，Ｂ（青）用としてそれぞれ対応させた場合、Ｇ反射・Ｒ透過のダイクロイックコーティングＫＳを設けることにより、ＧのＯＦＦ光Ｌ３を色合成クロスプリズムＰＢの射出面から排出させることが可能である。
図９に、第３の実施の形態に係る光学ユニットＰＵ３を示す。図９（Ａ）は光学ユニットＰＵ３を斜め上方から見た状態で示しており、図９（Ｂ）は光学ユニットＰＵ３をデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ３の画像表示面ＤＳの法線方向から見た状態で示している。図９において、Ｚ方向はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ３の画像表示面ＤＳの法線方向であり、Ｙ方向はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１〜ＤＰ３の画像表示面ＤＳに対して平行方向であり、Ｘ方向は前記Ｚ方向と前記Ｙ方向とを含む平面に対する法線方向である。
光学ユニットＰＵ３は、ＴＩＲプリズムＰＡと、いわゆるフィリップスプリズムタイプの色分解合成プリズムＰＤからなるプリズム構成を有している。ＴＩＲプリズムＰＡは略三角柱状の単一のプリズムからなっており、このＴＩＲプリズムＰＡによって、第１〜第３のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１〜ＤＰ３に対する照明光Ｌ１と投影光（ＯＮ光）Ｌ２との分離が行われる。照明光学系２（図２）から射出した照明光Ｌ１は、図９（Ａ）に示すようにＴＩＲプリズムＰＡに入射し、その斜面に全反射条件を満たした角度で入射し、全反射して色分解合成プリズムＰＤに入射する。
色分解合成プリズムＰＤは、Ｂ（青）・Ｒ（赤）・Ｇ（緑）に対応した３つのプリズムＰ１，Ｐ２，Ｐ３が組み合わされた構成になっており（図９（Ａ））、その３つのプリズムＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、略三角柱状の青用プリズム及び赤用プリズム、並びにブロック状の緑用プリズムである。色分解合成プリズムＰＤは、照明光Ｌ１の入射順に、第１ダイクロイックコーティングＣ１及び第２ダイクロイックコーティングＣ２を有している。つまり、プリズムＰ１とプリズムＰ２との間には、青色光を反射する第１ダイクロイックコーティングＣ１、及びそれに隣接してエアギャップ層が設けられており、また、プリズムＰ２とプリズムＰ３との間には、赤色光を反射する第２ダイクロイックコーティングＣ２、及びそれに隣接してエアギャップ層が設けられている。
デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ（図３）としては、青用，赤用，緑用の第１，第２，第３のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１，ＤＰ２，ＤＰ３が設けられており、照明光Ｌ１は色分解合成プリズムＰＤで青，赤，緑の各色に分解される。つまり、光学ユニットＰＵ３は、第１ダイクロイックコーティングＣ１で反射した照明光Ｌ１が入射する第１のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１と、第２ダイクロイックコーティングＣ２で反射した照明光Ｌ１が入射する第２のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ２と、第１，第２ダイクロイックコーティングＣ１，Ｃ２を透過した照明光Ｌ１が入射する第３のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ３と、を備えている。
色分解合成プリズムＰＤのプリズムＰ１に入射した照明光Ｌ１は、第１ダイクロイックコーティングＣ１で青色光が反射され、赤色光及び緑色光は透過する。第１ダイクロイックコーティングＣ１で反射された青色の照明光Ｌ１は、全反射された後、色分解合成プリズムＰＤから射出し、青用のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１を照明する。第１ダイクロイックコーティングＣ１を透過した赤色と緑色の照明光Ｌ１のうち、赤色の照明光Ｌ１は第２ダイクロイックコーティングＣ２で反射され、緑色の照明光Ｌ１は透過する。第２ダイクロイックコーティングＣ２で反射された赤色の照明光Ｌ１は、全反射された後、色分解合成プリズムＰＤから射出し、赤用のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ２を照明する。第２ダイクロイックコーティングＣ２を透過した緑色の照明光Ｌ１は、色分解合成プリズムＰＤから射出し、緑用のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ３を照明する。
青用のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１で反射された青色のＯＮ光Ｌ２は、色分解合成プリズムＰＤに入射して全反射された後、第１ダイクロイックコーティングＣ１で反射される。赤用のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ２で反射された赤色のＯＮ光Ｌ２は、色分解合成プリズムＰＤに入射して全反射された後、第２ダイクロイックコーティングＣ２で反射され、更に第１ダイクロイックコーティングＣ１を透過する。緑用のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤ３で反射された緑色のＯＮ光Ｌ２は、色分解合成プリズムＰＤに入射して第２ダイクロイックコーティングＣ２及び第１ダイクロイックコーティングＣ１を透過する。
上記のようにして、照明光Ｌ１を受けた３つのデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１〜ＤＰ３からの出射光のうち、画像投影に用いられるＯＮ光Ｌ２は第１，第２ダイクロイックコーティングＣ１，Ｃ２で色合成される。光学ユニットＰＵ３（図９）では、上記青色，赤色，及び緑色の各ＯＮ光Ｌ２が、同一光軸ＡＸ（図２）に合成され、色分解合成プリズムＰＤから射出して、投影光学系ＬＮによってスクリーンＳＣに投影される。一方、ＯＦＦ光Ｌ３は、ＯＮ光Ｌ２とは異なる方向で画像投影側へ射出して遮光板（不図示）に吸収される。
図９に示すように、第３のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ３の画像表示面ＤＳでの照明光Ｌ１の光軸ＡＸ１とＯＮ光Ｌ２の光軸ＡＸ２とを含む平面を第１平面Ｈ１とし、第１，第２ダイクロイックコーティングＣ１，Ｃ２の面法線Ｎ１，Ｎ２を含む平面を第２平面Ｈ２とすると、第１平面Ｈ１と第２平面Ｈ２とが直交した状態から相対的に回転することにより、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ３からのＯＦＦ光Ｌ３の光路が色分解合成プリズムＰＤ内に確保されている。このようにＯＦＦ光Ｌ３の光路を色分解合成プリズムＰＤ内に確保することにより、Ｘ方向の光線広がり角度を小さくすることができる。図１０（Ａ）に回転前のＸ方向の光線広がり角度を示し、図１０（Ｂ）に回転後のＸ方向の光線広がり角度を示す。
光学ユニットＰＵ３に搭載されている第１〜第３のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ１〜ＤＰ３においては、光学ユニットＰＵ１，ＰＵ２と同様、投影画像に使われないＯＦＦ光Ｌ３と呼ばれる不要光が発生する。ＯＦＦ光Ｌ３は、投影画像のコントラスト低下や機構部品等を含む光学ユニットＰＵ３の温度上昇を招く原因となる。光学ユニットＰＵ３では、これを解消するために、プリズム光学系を構成する色分解合成プリズムＰＤ内に、ＯＮ光Ｌ２とは異なる方向でＯＦＦ光Ｌ３が画像投影側へ射出する光路が確保されており、また図１０に示すように、ＯＦＦ光Ｌ３の光路確保に必要な色分解合成プリズムＰＤのサイズ増加を最小限に抑えることができるようにしている。したがって、フィリップスプリズムを用いたプリズム光学系であっても、上記光路が、投影光学系ＬＮの後方焦点距離を抑制しながら、ＯＦＦ光Ｌ３を投影光学系ＬＮ側から排出させることにより、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ＤＰ１〜ＤＰ３に適した投影光（ＯＮ光）Ｌ２と不要光（ＯＦＦ光）Ｌ３との光路分離を効果的に可能としている。
ＰＪ プロジェクター
ＬＮ 投影光学系
ＰＵ１〜ＰＵ３ 光学ユニット
ＰＴ 遮光板
ＤＰ デジタル・マイクロミラー・デバイス
ＤＰ１〜ＤＰ３ 第１〜第３のデジタル・マイクロミラー・デバイス
ＤＳ 画像表示面
ＭＲ マイクロミラー
ＭＳ 画素反射面
ＰＡ ＴＩＲプリズム
ＰＡ１〜ＰＡ３ ＴＩＲプリズム
ＰＢ 色合成クロスプリズム
ＰＣ 色分解クロスプリズム
ＰＤ 色分解合成プリズム
Ｐ１〜Ｐ３ プリズム
ＡＧ エアーギャップ層
ＲＳ 反射面
Ｌ１ 照明光
Ｌ２ ＯＮ光（投影光）
Ｌ３ ＯＦＦ光（不要光）
ＡＸ１ 照明光の光軸
ＡＸ２ 投影光（ＯＮ光）の光軸
ＡＸ３ ＯＦＦ光の光軸
ＭＳ１ 基準平面
ＭＳ２ ＯＮ反射面
ＭＳ３ ＯＦＦ反射面
１ 光源
２ 照明光学系
２ａ 折り返しミラー
２ｂ リレーレンズ
３ 制御部
４ アクチュエーター
ＡＸ 光軸
ＳＣ スクリーン
Ｃ１，Ｃ２ 第１，第２ダイクロイックコーティング
Ｈ１，Ｈ２ 第１，第２平面

Claims (9)

  1. 複数のマイクロミラーからなる画像表示面において各マイクロミラー面の傾きがＯＮ／ＯＦＦ制御されて照明光を強度変調することにより画像を形成し、その際、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御されるマイクロミラー駆動を２軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
    前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射されたＯＮ光を、画像投影側へ射出するプリズム光学系と、
    を備えた画像投影用光学ユニットであって、
    前記プリズム光学系がＴＩＲプリズムと色合成クロスプリズムとから構成され、前記ＴＩＲプリズムが前記デジタル・マイクロミラー・デバイスと前記色合成クロスプリズムとの間に配置されており、
    前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射されたＯＦＦ光を、前記ＯＮ光とは異なる方向で画像投影側へ射出させる光路が、前記プリズム光学系内に確保されており、
    前記色合成クロスプリズムの上面で反射されたＯＦＦ光が前記色合成クロスプリズムの射出面上でＯＮ光と分離できるように、前記色合成クロスプリズムの高さが設定されていることを特徴とする光学ユニット。
  2. 複数のマイクロミラーからなる画像表示面において各マイクロミラー面の傾きがＯＮ／ＯＦＦ制御されて照明光を強度変調することにより画像を形成し、その際、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御されるマイクロミラー駆動を２軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
    前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射されたＯＮ光を、画像投影側へ射出するプリズム光学系と、
    を備えた画像投影用光学ユニットであって、
    前記プリズム光学系がＴＩＲプリズムと色合成クロスプリズムとから構成され、前記ＴＩＲプリズムが前記デジタル・マイクロミラー・デバイスと前記色合成クロスプリズムとの間に配置されており、
    前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射されたＯＦＦ光を、前記ＯＮ光とは異なる方向で画像投影側へ射出させる光路が、前記プリズム光学系内に確保されており、
    以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする光学ユニット；
    Ｈ≧（ｈ１＋ｈ２）／２−ｈ３＋ｍ …（１）
    ただし、
    ｈ１＝Ｙ１＋Ｘ１・ｔａｎα１＋Ｘ２・ｔａｎα２＋Ｘ３・ｔａｎα３＋Ｘ４・ｔａｎα４
    ｈ２＝Ｙ１＋Ｘ１・ｔａｎβ１＋Ｘ２・ｔａｎβ２＋Ｘ３・ｔａｎβ３＋Ｘ４・ｔａｎβ４
    ｈ３＝Ｙ１＋Ｘ１・ｔａｎγ１＋Ｘ２・ｔａｎγ２＋Ｘ３・ｔａｎγ３＋Ｘ４・ｔａｎγ４
    α２＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ１／ｎ２）・ｓｉｎα１｝
    α３＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ２／ｎ３）・ｓｉｎα２｝
    α４＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ３／ｎ４）・ｓｉｎα３｝
    β２＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ１／ｎ２）・ｓｉｎβ１｝
    β３＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ２／ｎ３）・ｓｉｎβ２｝
    β４＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ３／ｎ４）・ｓｉｎβ３｝
    γ２＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ１／ｎ２）・ｓｉｎγ１｝
    γ３＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ２／ｎ３）・ｓｉｎγ２｝
    γ４＝ｓｉｎ -1 ｛（ｎ３／ｎ４）・ｓｉｎγ３｝
    であり、
    前記デジタル・マイクロミラー・デバイスが前記画像表示面上にカバーガラスを有し、前記色合成クロスプリズムを横から見たとき、
    Ｙ１：画像表示面の中心から最も上側に離れた画素までの距離、
    α１：画像表示面の中心から上側に距離Ｙ１離れたＯＮ光の光線と投影光の光軸とがなす角度、
    β１：画像表示面の中心から上側に距離Ｙ１離れたＯＦＦ光の光線と投影光の光軸とがなす角度、
    γ１：画像表示面の中心から下側に距離Ｙ１離れたＯＮ光の光線と投影光の光軸とがなす角度（α１，β１と逆方向であり負で表す）、
    Ｘ１：画像表示面からカバーガラスまでの距離、
    ｎ１：画像表示面からカバーガラスまでの間の屈折率、
    Ｘ２：カバーガラスの厚み、
    ｎ２：カバーガラスの屈折率、
    Ｘ３：カバーガラスからＴＩＲプリズムまでの距離、
    ｎ３：カバーガラスからＴＩＲプリズムまでの間の屈折率、
    Ｘ４：ＴＩＲプリズムから色合成クロスプリズムまでの厚み、
    ｎ４：ＴＩＲプリズムから色合成クロスプリズムまでの間の屈折率、
    ｍ：製造時における余裕しろ、
    Ｈ：色合成クロスプリズムの高さ、
    である。
  3. 前記ＯＦＦ光が入射する前記ＴＩＲプリズムの側面が反射面であることを特徴とする請求項１又は２記載の光学ユニット。
  4. 前記反射面がＯＦＦ光に対して全反射特性を有することを特徴とする請求項３記載の光学ユニット。
  5. 前記色合成クロスプリズムの上面で反射されたＯＦＦ光が前記色合成クロスプリズムの射出面上でＯＮ光と分離できるように、前記色合成クロスプリズムの高さが設定されていることを特徴とする請求項２記載の光学ユニット。
  6. 前記ＴＩＲプリズムと前記色合成クロスプリズムとの間にエアーギャップ層を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学ユニット。
  7. 複数のマイクロミラーからなる画像表示面において各マイクロミラー面の傾きがＯＮ／ＯＦＦ制御されて照明光を強度変調することにより画像を形成し、その際、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御されるマイクロミラー駆動を２軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
    前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射されたＯＮ光を、画像投影側へ射出するプリズム光学系と、を備え、
    前記プリズム光学系が、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射されたＯＦＦ光を、前記ＯＮ光と同じ射出面から前記ＯＮ光とは異なる方向で画像投影側へ射出する画像投影用光学ユニットであって、
    前記プリズム光学系が、ダイクロイックコーティングを有する色分解合成プリズムであり、
    前記デジタル・マイクロミラー・デバイスとして、前記ダイクロイックコーティングで反射した照明光が入射する第１のデジタル・マイクロミラー・デバイスと、前記ダイクロイックコーティングを透過した照明光が入射する第２のデジタル・マイクロミラー・デバイスと、を備え、
    前記第２のデジタル・マイクロミラー・デバイスの画像表示面での照明光の光軸と投影光の光軸とを含む平面を第１平面とし、前記ダイクロイックコーティングの面法線と前記第２のデジタル・マイクロミラー・デバイスの中心を通る面法線とを含む平面を第２平面とすると、
    前記第１平面と第２平面とが直交した状態から相対的に回転した配置で、前記第１，第２のデジタル・マイクロミラー・デバイスからのＯＦＦ光が、前記ＯＮ光と同じ射出面から前記ＯＮ光とは異なる方向で画像投影側へ射出されることを特徴とする光学ユニット。
  8. 複数のマイクロミラーからなる画像表示面において各マイクロミラー面の傾きがＯＮ／ＯＦＦ制御されて照明光を強度変調することにより画像を形成し、その際、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御されるマイクロミラー駆動を２軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
    前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射されたＯＮ光を、画像投影側へ射出するプリズム光学系と、を備え、
    前記プリズム光学系が、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスで強度変調された射出光のうち、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射されたＯＦＦ光を、前記ＯＮ光と同じ射出面から前記ＯＮ光とは異なる方向で画像投影側へ射出する画像投影用光学ユニットであって、
    前記プリズム光学系が、照明光の入射順に、第１ダイクロイックコーティング及び第２ダイクロイックコーティングを有する色分解合成プリズムであり、
    前記デジタル・マイクロミラー・デバイスとして、前記第１ダイクロイックコーティングで反射した照明光が入射する第１のデジタル・マイクロミラー・デバイスと、前記第２ダイクロイックコーティングで反射した照明光が入射する第２のデジタル・マイクロミラー・デバイスと、前記第１，第２ダイクロイックコーティングを透過した照明光が入射する第３のデジタル・マイクロミラー・デバイスと、を備え、
    前記第３のデジタル・マイクロミラー・デバイスの画像表示面での照明光の光軸と投影光の光軸とを含む平面を第１平面とし、前記第１，第２ダイクロイックコーティングの面法線を含む平面を第２平面とすると、
    前記第１平面と第２平面とが直交した状態から相対的に回転した配置で、前記第１〜第３のデジタル・マイクロミラー・デバイスからのＯＦＦ光が、前記ＯＮ光と同じ射出面から前記ＯＮ光とは異なる方向で画像投影側へ射出されることを特徴とする光学ユニット。
  9. 光源と、その光源からの光を集光して照明光を射出する照明光学系と、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学ユニットと、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスに表示された画像をスクリーン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。
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