JPWO2020090318A1 - 光学ユニット及び投影装置 - Google Patents

Abstract

光学ユニット（１２）は、第１〜第３プリズム（２１，２２，２３）を備える。第１プリズムは、第１の波長帯において照明光を反射する第１コート面（２１ｃ）、第１面（２１ａ）、及び第１透光面（２１ｂ）を有する。第２プリズムは、第２の波長帯において照明光を反射する第２コート面（２２ｃ）、第２面（２２ａ）、及び第２透光面（２２ｂ）を有する。第３プリズムは、第３透光面（２３ａ）、及び第４透光面（２３ｂ）を有する。第１コート面と第１面と第１透光面との各々の法線が、同一平面上にないように第１プリズムが形成されている、及び／又は第２コート面と第２面と第２透光面との各々の法線が、同一平面上にないように第２プリズムが形成されている。

Description

本開示は、光学ユニット及び光学ユニットを備えた投影装置に関する。

特許文献１は、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(digital micromirror device)を備えた画像投影用光学ユニットを開示している。画像投影用光学ユニットにおいては、上記のデジタルマイクロミラーデバイスは、入射する照明光を強度変調して、画像を形成する。強度変調された光のうち、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射されたＯＮ光が、画像投影用光学ユニットのプリズム光学系を介して射出される。特許文献１は、画像投影に必要なＯＮ光と不必要なＯＦＦ光を適切に空間分離することにより、ＯＦＦ光に起因する温度上昇及び迷光の防止を図っている。

国際公開第２０１５／１９４４５４号

本開示の目的は、照明光からの光量の損失を低減することができる光学ユニット及び投影装置を提供することにある。

本開示に係る光学ユニットは、第１プリズムと、第２プリズムと、第３プリズムとを備える。第１プリズムは、第１の波長帯において照明光を反射する第１コート面、照明光を透過して第１コート面へ導くと共に第１コート面で反射した照明光を反射する第１面、及び第１面で反射した照明光を透過する第１透光面を有する。第２プリズムは、第２の波長帯において照明光を反射する第２コート面、第１コート面を透過した照明光を透過して第２コート面へ導くと共に、第２コート面で反射した照明光を反射する第２面、及び第２面で反射した照明光を透過する第２透光面を有する。第３プリズムは、第１及び第２コート面を透過した照明光が透過する第３透光面、及び第３透光面を透過した照明光を透過する第４透光面を有する。第１コート面と第１面と第１透光面との各々の法線が、同一平面上にないように第１プリズムが形成されている、及び／又は第２コート面と第２面と第２透光面との各々の法線が、同一平面上にないように第２プリズムが形成されている。

本開示に係る投影装置は、上記の光学ユニットと、光学ユニットに入射する照明光を供給する投影光源とを備える。

本開示に係る光学ユニット及び投影装置によると、照明光からの光量の損失を低減することができる。

本開示の実施形態１に係る投影装置の構成を示す図 実施形態１に係る光学ユニットの外観を示す斜視図 実施形態１に係る光学ユニットの構成を示す三面図 図３とは反対側の光学ユニットの三面図 実施形態１に係る光学ユニットの赤プリズムの法線を示す斜視図 実施形態１におけるＤＭＤの画素を説明するための図 実施形態１における照明光の光路を示す光学ユニットの斜視図 実施形態１におけるＯＮ光の光路を示す光学ユニットの斜視図 実施形態１におけるＯＦＦ光の光路を示す光学ユニットの斜視図 光学ユニットにおける緑用ＤＭＤに入射する光路を例示する図 光学ユニットにおける緑用ＤＭＤから出射する光路を例示する図 光学ユニットにおける青用ＤＭＤに入射する光路を説明するための図 光学ユニットにおける青用ＤＭＤから出射する光路を説明するための図 光学ユニットにおける赤用ＤＭＤに入射する光路を説明するための図 光学ユニットにおける赤用ＤＭＤから出射する光路を説明するための図 実施形態２に係る光学ユニットを例示する斜視図 実施形態２に係る光学ユニットの構成を例示する三面図 実施形態２の変形例に係る光学ユニットを示す斜視図 実施形態２の変形例に係る光学ユニットの構成を示す三面図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施形態１）
以下、図面を用いて、本開示の実施形態１に係る投影装置および光学ユニットについて説明する。

１．構成
１−１．投影装置について
実施形態１に係る投影装置について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る投影装置１の構成を示す図である。

本実施形態に係る投影装置１は、図１に示すように、投影光源１１と、光学ユニット１２と、投影光学系１３と、制御部１４とを備える。投影装置１は、例えば３つのＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を用いる三板式のＤＬＰプロジェクタである。投影装置１は、種々の投影画像を外部のスクリーン等に投影する。

投影光源１１は、例えば白色ＬＥＤなどの光源素子を含み、白色光の照明光を生成する。投影光源１１による照明光は、光学ユニット１２に供給される。投影光源１１の光源素子は、他のＬＥＤであってもよいし、半導体レーザなどのレーザ光源、或いはハロゲンランプなどの種々の光源素子であってもよい。また、投影光源１１は、蛍光体などによる各種の波長変換素子を含んでもよい。

本実施形態の光学ユニット１２は、ＴＲＰ(Tilt and Roll Pixel)方式のＤＭＤと、プリズム光学系とを備える。光学ユニット１２は、例えば投影装置１において照明光を入射させる光学素子がモジュール化された装置である。本実施形態の光学ユニット１２は、投影光源１１からの照明光に三色分の色分解、空間光変調および色合成を行って、投影画像を示す光を生成する。光学ユニット１２の詳細及びＴＲＰ方式のＤＭＤについては後述する。

投影光学系１３は、複数のレンズ素子及び絞り等を含む。投影光学系１３は、光学ユニット１２から投影画像を示す光を取り込んで、投影装置１の外部に出射する。投影光学系１３は、投影装置１の画角を設定するズームレンズ、及び焦点を調整するフォーカスレンズ等を構成してもよい。投影装置１は、投影光源１１と光学ユニット１２間あるいは光学ユニット１２と投影光学系１３間で光を導光する各種光学系を適宜、含んでもよい。

制御部１４は、投影装置１の全体動作を制御する。制御部１４は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含み、種々の演算処理を行って各種の機能を実現する。例えば、制御部１４は、投影光源１１の発光を制御したり、投影画像を示す制御信号を光学ユニット１２のＤＭＤに供給したりする。制御部１４は、ズーム制御及びフォーカス制御などを行ってもよい。制御部１４は、マイコン，ＤＳＰ，ＦＰＧＡ，ＡＳＩＣ等の種々の半導体集積回路で構成されてもよい。

１−２．光学ユニットの構成
実施形態１に係る光学ユニット１２の構成の詳細について、図２〜図４を用いて説明する。

図２は、本実施形態に係る光学ユニット１２の外観を示す斜視図である。図３は、光学ユニット１２の構成を示す三面図である。図４は、図３とは反対側の光学ユニット１２の三面図である。

本実施形態の光学ユニット１２は、プリズム光学系を構成する３つのプリズム２１，２２，２３と、３つのＤＭＤ３０Ｂ，３０Ｒ，３０Ｇとを備える。以下、青用ＤＭＤ３０Ｂ、赤用ＤＭＤ３０Ｒ及び緑用ＤＭＤ３０Ｇの総称を「ＤＭＤ３０」とする。ＤＭＤ３０は、ＴＲＰ方式の画素がマトリクス状に並んだ空間光変調面３１を有する。空間光変調面３１上で互いに直交し、画素が並んだ２方向を、水平方向および垂直方向とする。以下、緑用ＤＭＤ３０Ｇの空間光変調面３１における水平方向をＸ方向とし、垂直方向をＹ方向とし、法線方向をＺ方向とする。

図３（Ａ）は、光学ユニット１２を＋Ｙ側から見た平面図を示す。図３（Ｂ）は、＋Ｚ側から見た光学ユニット１２の正面図を示す。図３（Ｃ）は、＋Ｘ側から見た光学ユニット１２の右側面図を示す。なお、＋Ｘ側を右側といい、−Ｘ側を左側という場合がある。また、＋Ｙ側を上側、−Ｙ側を下側、＋Ｚ側を前側、−Ｚ側を後側という場合がある。

光学ユニット１２において、Ｚ方向の前側から順番に青プリズム２１、赤プリズム２２、及び緑プリズム２３が並んでいる。また、Ｘ方向において、青プリズム２１は右側に位置し、赤プリズム２２は左側に位置し、緑プリズム２３は青プリズム２１と赤プリズム２２間に位置する。各プリズム２１〜２３は、Ｙ方向において延在する。各プリズム２１〜２３は、例えばガラス又は透明樹脂など、光が透過する透光性を有する材料で構成される。

青プリズム２１には、例えば−Ｚ側の面にダイクロイックコーティングを施すことによって青反射面２１ｃが設けられる。青反射面２１ｃは、入射する光において、例えば波長４８０ｎｍ以下などの青色光を含む第１の波長帯の範囲内の成分を反射し、残りの成分を透過する光学特性を有する。青反射面２１ｃは、本実施形態における第１コート面の一例である。

赤プリズム２２には、例えば−Ｚ側の面にダイクロイックコーティングを施すことによって赤反射面２２ｃが設けられる。赤反射面２２ｃは、入射する光において、例えば波長６１０ｎｍ以上などの赤色光を含む第２の波長帯の範囲内の成分を反射し、残りの成分を透過する光学特性を有する。赤反射面２２ｃは、本実施形態における第２コート面の一例である。

図３（Ａ）に示すように、青反射面２１ｃは、ＸＺ平面上で右後方から左前方に向いている。一方、赤反射面２２ｃは、左後方から右前方に向いている。本実施形態の光学ユニット１２において、青反射面２１ｃと赤反射面２２ｃとの双方は、図３（Ａ）及び図３（Ｃ）に示すように、Ｙ方向に対して下方ほど前側となるように傾斜している。

青プリズム２１は、例えば図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、略三角柱状の外形を有する。また、青プリズム２１の前側の面すなわち前面２１ａは、本実施形態では、ＸＹ平面と平行である。青プリズム２１の前面２１ａは、本実施形態における第１面の一例である。

青用ＤＭＤ３０Ｂは、青プリズム２１の右側の側面２１ｂに沿って配置される。当該側面２１ｂは、ＸＺ平面上で左後方から右前方に向き、Ｙ方向に対して下方ほど右側となるように傾斜している。青用ＤＭＤ３０Ｂは、図３（Ｃ）に示すように、同側面２１ｂ上で反時計回りに所定の角度θ１分、回転した向きに配置される。角度θ１は、青用ＤＭＤ３０Ｂにおいて入出射する光の光路に応じて設定される。青用ＤＭＤ３０Ｂは、第１空間光変調素子の一例である。上記の側面２１ｂは、本実施形態における第１透光面の一例である。

図４（Ａ）は、−Ｚ側から見た光学ユニット１２の背面図を示す。図４（Ｂ）は、−Ｘ側から見た光学ユニット１２の左側面図を示す。図４（Ｃ）は、−Ｙ側から見た光学ユニット１２の底面図を示す。

赤プリズム２２は、例えば図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、略三角柱状の外形を有する。本実施形態では、赤プリズム２２の前面２２ａは、青プリズム２１の青反射面２１ｃと平行に隣接している。赤プリズム２２の前面２２ａは、本実施形態における第２面の一例である。

赤用ＤＭＤ３０Ｒは、赤プリズム２２の−Ｘ側（即ち左側）の側面２２ｂに沿って配置される。図４（Ａ）に示すように、赤プリズム２２の側面２２ｂは、Ｙ方向に対して青プリズム２１の側面２１ｂとは反対側に傾斜している。赤用ＤＭＤ３０Ｒは、図４（Ｂ）に示すように、赤プリズム２２の側面２２ｂ上で反時計回りに所定の角度θ２分、回転した向きに配置される。角度θ２は、赤用ＤＭＤ３０Ｒにおいて入出射する光の光路に応じて設定される。赤用ＤＭＤ３０Ｒは、第２空間光変調素子の一例である。上記の側面２２ｂは、本実施形態における第２透光面の一例である。

本実施形態において緑プリズム２３は、例えば図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、略五角柱状の外形を有する。緑プリズム２３の前面２３ａは屈曲しており、＋Ｘ側において青プリズム２１の青反射面２１ｃに平行に隣接する部分と、−Ｘ側において赤プリズム２２の赤反射面２２ｃに平行に隣接する部分とを含む。緑プリズム２３の前面２３ａは、本実施形態における第３透光面の一例である。

緑用ＤＭ３０Ｇは、緑プリズム２３の後側の側面２３ｂに沿って配置される。当該側面２３ｂは、例えば緑用ＤＭ３０ＧのＸ方向に平行な幅方向、Ｙ方向に平行な高さ方向、及びＺ方向に平行な法線方向を有する。同側面２３ｂは、本実施形態における第４透光面の一例である。緑用ＤＭ３０Ｇは、第３空間光変調素子の一例である。

図５は、本実施形態の光学ユニット１２における赤プリズム２２の斜視図を示す。図５では、赤プリズム２２の前面２２ａの法線Ｄ２２ａと、側面２２ｂの法線Ｄ２２ｂと、赤反射面２２ｃの法線Ｄ２２ｃとを示している。各法線Ｄ２２ａ〜Ｄ２２ｃは図中の紙面方向で手前側に向いている。このように、本実施形態の光学ユニット１２では、赤プリズム２２の前面２２ａ、側面２２ｂ及び赤反射面２２ｃの各々の法線Ｄ２２ａ〜Ｄ２２ｃ（或いは等価的に法線ベクトル）が、同一平面上にないように各面２２ａ〜２２ｃが傾斜して、赤プリズム２２が形成されている。

なお、本実施形態の青プリズム２１については、図３（Ａ）及び図４（Ｃ）に示すように上面と底面とが同じ形状であり、且つ互いに平行であることから、側方の各面２１ａ，２１ｂ，２１ｃ各々の法線は、同一平面上にあることが分かる。

１−３．ＴＲＰ方式のＤＭＤについて
本実施形態の光学ユニット１２におけるＴＲＰ方式のＤＭＤ３０について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態におけるＤＭＤ３０の画素３２を説明するための図である。

ＤＭＤ３０は、空間光変調面３１の水平方向Ｄｘ及び垂直方向Ｄｙにおいてマトリクス状に配置された複数の画素３２を備える。ＴＲＰ方式のＤＭＤ３０において、各画素３２は、チルトとロールの二軸回転的に駆動可能なマイクロミラーで構成される。各画素３２は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との一方に切り替え駆動される。

図６（Ａ）は、ＤＭＤ３０の画素３２におけるＯＮ状態を例示する。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の画素３２におけるＯＦＦ状態を例示する。

ＯＮ状態において画素３２は、例えば図６（Ａ）に示すように、空間光変調面３１の垂直方向Ｄｙに対して傾いて、水平方向Ｄｘとは平行になるように駆動される。このとき、画素３２の法線方向Ｄｎは、空間光変調面３１の法線方向Ｄｚに対して＋Ｄｙ側に傾く。一方、ＯＦＦ状態において画素３２は、例えば図６（Ｂ）に示すように、空間光変調面３１の水平方向Ｄｘに対して傾いて、垂直方向Ｄｙとは平行になるように駆動される。このとき、画素３２の法線方向Ｄｎが、空間光変調面３１の法線方向Ｄｚに対して＋Ｄｘ側に傾く。

図６（Ａ）では、画素３２に入射する照明光５０に応じたＯＮ光５１を例示している。ＯＮ光５１は、ＤＭＤ３０において、ＯＮ状態の画素３２が照明光５０を反射することにより生成される。ＯＮ光５１は、本実施形態における第１の変調光の一例である。また、図６（Ｂ）では、図６（Ａ）と同様の照明光５０に応じたＯＦＦ光５２を例示している。ＯＦＦ光５２は、ＤＭＤ３０において、ＯＦＦ状態の画素３２が照明光５０を反射することにより生成される。ＯＦＦ光５２は、本実施形態における第２の変調光の一例である。

ＴＲＰ方式のＤＭＤ３０によると、画素３２に入射する照明光５０とＯＮ光５１とＯＦＦ光５２とが、同一平面上ではない立体的な位置関係の光路になり、広い角度差（例えば１７°）によって光の取り込み範囲を拡大できる。本実施形態の光学ユニット１２では、種々の面の傾斜により、光の取り込み時におけるプリズム２１〜２３内部での光量損失を低減することができる。

２．動作
本実施形態に係る光学ユニット１２を用いた投影装置１の動作について、図７〜図９を参照して説明する。図７は、本実施形態における照明光５０の光路を示す光学ユニット１２の斜視図である。図８は、ＯＮ光５１の光路を示す。図９は、ＯＦＦ光５２の光路を示す。

本実施形態の投影装置１は、投影光源１１において照明光５０を生成し、生成した照明光５０を光学ユニット１２に供給する。図７に例示するように、照明光５０は、光学ユニット１２の前方における＋Ｙ側から、Ｚ方向よりも下方に向けて照射され、光学ユニット１２に入射する。照明光５０は、例えば白色光を構成する青色成分、赤色成分および緑色成分を含む。

光学ユニット１２において、入射した照明光５０は順次、青プリズム２１、赤プリズム２２及び緑プリズム２３を通過して各色成分に分離され、色成分毎に対応するＤＭＤ３０に到達する。各ＤＭＤ３０は、空間光変調面３１で照明光５０を反射する際に、例えば制御部１４の制御により投影画像に応じて各画素３２のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御して、ＯＮ光５１及びＯＦＦ光５２を生成する（図６参照）。

図８に示すように、ＯＮ光５１は、光学ユニット１２から前方に向けて、Ｚ方向に沿って出射する。光学ユニット１２は、各プリズム２１〜２３によって、三色分のＤＭＤ３０Ｂ〜３０Ｒからの光路を外部出射時に合致させるように、ＯＮ光５１を合成する。投影装置１において、ＯＮ光５１は光学ユニット１２からＺ方向に進んで投影光学系１３に取り込まれる。投影光学系１３が取り込んだＯＮ光５１を外部に出射することにより、投影装置１は、ＯＮ光５１が示す投影画像を投影する。

一方、ＯＦＦ光５２は、ＯＮ光５１とは異なる出射方向において光学ユニット１２から出射する。図９の例では、ＯＦＦ光５２の出射方向は、Ｚ方向よりも右下方に向いている。これにより、ＯＦＦ光５２が投影光学系１３に取り込まれず、投影画像に影響しないようにすることができる。

ＴＲＰ方式のＤＭＤ３０によると、光学ユニット１２から投影光学系１３へのＯＮ光５１の取り込み範囲を広げて、投影装置１による投影画像の高輝度化を図ることができる。本実施形態の光学ユニット１２によると、各反射面２１ｃ，２２ｃの傾斜により、照明光５０に基づきＯＮ光５１を生成する際の光量損失を低減し、高輝度化を行い易くすることができる。以下、本実施形態の光学ユニット１２における光路について詳細を説明する。

２−１．緑色光の光路
光学ユニット１２における緑色光の光路について、図１０〜図１１を用いて説明する。

図１０は、光学ユニット１２における緑用ＤＭ３０Ｇに入射する光路を例示する図である。図１１は、緑用ＤＭ３０Ｇから出射する光路を例示する図である。図１０及び図１１において、青用ＤＭＤ３０Ｂ及び赤用ＤＭＤ３０Ｒの図示は省略している。

図１０（Ａ）は、光学ユニット１２の平面図において、緑用ＤＭ３０Ｇまでの照明光５０の光路を示す。図１０（Ｂ）は、光学ユニット１２の側面図において、照明光５０、及び緑用ＤＭ３０ＧによるＯＮ光５１Ｇの光路を示す。

照明光５０は、光学ユニット１２に入射すると、青プリズム２１の前面２１ａから青反射面２１ｃに進む。青プリズム２１は、青反射面２１ｃにおいて、入射した照明光５０の青色成分を反射し（図１２参照）、残りの成分を透過させる。照明光５０のうちの青プリズム２１を透過した成分は、赤プリズム２２の前面２２ａに入射し、赤反射面２２ｃに進む。赤プリズム２２は、赤反射面２２ｃにおいて、入射した照明光５０の赤色成分を反射し（図１４参照）、残りの成分を透過させる。

光学ユニット１２における青反射面２１ｃ及び赤反射面２２ｃの透過により、照明光５０において緑プリズム２３に入射する成分は、緑色成分（以下「緑色光５０Ｇ」という）となる。緑プリズム２３は、前面２３ａから入射した緑色光５０Ｇを通過させ、側面２３ｂから緑用ＤＭ３０Ｇに導光する。

本実施形態の光学ユニット１２においては、青反射面２１ｃ及び赤反射面２２ｃがＹ方向から傾斜しており、図１０（Ｂ）に示すように、各々の法線がＺ方向よりも照明光５０の入射方向に向けられている。このため、緑色光５０Ｇ等を含む照明光５０が各反射面２１ｃ，２２ｃに入射する入射角θ１１は、各反射面がＹ方向に平行である場合よりも小さくなる。

一般に、ダイクロイックコーティング等による反射面は、光の入射角が大きい場合、特定の波長帯の成分を選択的に反射させる光学特性の効率が低下することが知られている。この場合、照明光に対する色分離の精度が悪くなり、光量の損失を生じてしまう。これに対して、本実施形態の光学ユニット１２によると、各反射面２１ｃ，２２ｃにおいて照明光５０の入射角θ１１を小さくして、精度良く色分離を行い、照明光５０からの光量の損失を低減することができる。

図１１（Ａ）は、光学ユニット１２の平面図において、図１０の緑色光５０Ｇに応じた緑用ＤＭ３０ＧのＯＮ光５１Ｇの光路を示す。緑用ＤＭ３０Ｇは、ＯＮ状態の画素３２において入射する緑色光５０Ｇを反射して、ＯＮ光５１Ｇを生成する。緑用ＤＭ３０Ｇの画素３２の法線方向Ｄｎは、ＯＮ状態においてＺ方向よりも＋Ｙ側に傾く（図６（Ａ）参照）。緑用ＤＭ３０ＧのＯＮ光５１Ｇは、図１０（Ｂ）及び図１１（Ａ）に示すように、Ｚ方向に沿って順次、緑プリズム２３、赤プリズム２２及び青プリズム２１を通過し、光学ユニット１２から前方に出射する。

本実施形態の光学ユニット１２によると、青反射面２１ｃ及び赤反射面２２ｃの傾斜により、傾斜していない場合よりも、照明光５０の入射角θ１１とＯＮ光５１Ｇの出射角θ１２間の差が小さくなる。これにより、光学ユニット１２において照明光５０からＯＮ光５１を生成する際の光量の損失を低減できる。

図１１（Ｂ）は、光学ユニット１２の平面図において、図１０の緑色光５０Ｇに応じた緑用ＤＭ３０ＧのＯＦＦ光５２Ｇの光路を示す。緑用ＤＭ３０Ｇは、ＯＦＦ状態の画素３２において入射する緑色光５０Ｇを反射して、ＯＦＦ光５２Ｇを生成する。緑用ＤＭ３０Ｇの画素３２の法線方向Ｄｎは、ＯＦＦ状態においてＺ方向よりも＋Ｘ側に傾く（図６（Ｂ）参照）。緑用ＤＭ３０ＧのＯＦＦ光５２Ｇが光学ユニット１２から出射する出射方向は、ＯＮ光５１Ｇの出射方向よりも＋Ｘ側且つ−Ｙ側となる。

２−２．青色光の光路
光学ユニット１２における青色光の光路について、図１２〜図１３を用いて説明する。

図１２は、光学ユニット１２における青用ＤＭＤ３０Ｂに入射する光路を例示する図である。図１３は、青用ＤＭＤ３０Ｂから出射する光路を例示する図である。図１２及び図１３において、赤用ＤＭＤ３０Ｒ及び緑用ＤＭ３０Ｇの図示は省略している。

図１２（Ａ）は、光学ユニット１２の平面図において、青用ＤＭＤ３０Ｂまでの照明光５０の光路を示す。図１２（Ｂ）は、光学ユニット１２の側面図において、照明光５０、及び青用ＤＭＤ３０ＢによるＯＮ光５１Ｂの光路を示す。

図１２（Ａ）に示すように、照明光５０における青色成分である青色光５１Ｂは、青反射面２１ｃにおいて反射する。青プリズム２１は、青反射面２１ｃからの青色光５１Ｂを前面２１ａで全反射して、側面２１ｂから青用ＤＭＤ３０Ｂに導光する。

青用ＤＭＤ３０Ｂは、画素３２のＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて、青色光５１Ｂの反射によってＯＮ光５１Ｂ及びＯＦＦ光５２Ｂをそれぞれ生成する。図１２（Ｂ）に示すように、青用ＤＭＤ３０Ｂの垂直方向は青プリズム２１の側面２１ｂ上で、Ｙ方向から角度θ１に向いている。青用ＤＭＤ３０Ｂの画素３２の法線方向Ｄｎ（図６参照）は、ＯＮ状態において＋Ｙ側に傾き、ＯＦＦ状態において＋Ｚ側（且つ＋Ｘ側）に傾くこととなる。

図１３（Ａ）は、光学ユニット１２の平面図において、図１２の青色光５０Ｂに応じた青用ＤＭＤ３０ＢのＯＮ光５１Ｂの光路を示す。青用ＤＭＤ３０Ｂから出射したＯＮ光５１Ｂは、青プリズム２１の前面２１ａにおいて全反射し、青プリズム２１の青反射面２１ｃにおいて更に反射する。青プリズム２１の側面２１ｂの傾斜、同側面２１ｂ上の青用ＤＭＤ３０Ｂの位置及び向き等により、青用ＤＭＤ３０ＢのＯＮ光５１Ｂの光路は、青反射面２１ｃにおける反射後に、緑用ＤＭ３０ＧのＯＮ光５１Ｇの光路と合致する。

図１３（Ｂ）は、光学ユニット１２の平面図において、図１２の青色光５０Ｂに応じた青用ＤＭＤ３０ＢのＯＦＦ光５２Ｂの光路を示す。青用ＤＭＤ３０ＢのＯＦＦ光５２Ｂは、ＯＮ光５１Ｂと同様に青プリズム２１の前面２１ａ及び青反射面２１ｃにおいて反射して、光学ユニット１２から出射する。青用ＤＭＤ３０Ｂについても、ＯＦＦ光５２Ｂの出射方向は、ＯＮ光５１Ｂよりも＋Ｘ側且つ−Ｙ側となる。

本実施形態の光学ユニット１２によると、青反射面２１ｃ等の傾斜により、以上のように照明光５０における青色光５０Ｂから青用ＤＭＤ３０ＢのＯＮ光５１Ｂを生成する際の光量損失を低減することができる。

２−３．赤色光の光路
光学ユニット１２における赤色光の光路について、図１４〜図１５を用いて説明する。

図１４は、光学ユニット１２における赤用ＤＭＤ３０Ｒに入射する光路を例示する図である。図１５は、赤用ＤＭＤ３０Ｒから出射する光路を例示する図である。図１４及び図１５において、青用ＤＭＤ３０Ｂ及び緑用ＤＭ３０Ｇの図示は省略している。

図１４（Ａ）は、光学ユニット１２の平面図において、赤用ＤＭＤ３０Ｒまでの照明光５０の光路を示す。図１４（Ｂ）は、光学ユニット１２の側面図において、照明光５０、及び赤用ＤＭＤ３０ＲによるＯＮ光５１Ｒの光路を示す。

図１４（Ａ）に示すように、照明光５０における赤成分である赤色光５０Ｒは、青プリズム２１を通過して、赤プリズム２２の赤反射面２２ｃにおいて反射する。赤プリズム２２は、赤反射面２２ｃからの赤色光５０Ｒを前面２２ａで全反射して、側面２２ｂから赤用ＤＭＤ３０Ｒに導光する。

赤用ＤＭＤ３０Ｒは、画素３２のＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて、赤色光５０Ｒの反射によってＯＮ光５１Ｒ及びＯＦＦ光５２Ｒをそれぞれ生成する。図１４（Ｂ）に示すように、赤用ＤＭＤ３０Ｒの垂直方向は赤プリズム２２の側面２２ｂ上で、Ｙ方向から角度θ２に向いている。赤用ＤＭＤ３０Ｒの画素３２の法線方向Ｄｎ（図６参照）は、ＯＮ状態において＋Ｙ側に傾き、ＯＦＦ状態において−Ｚ側（且つ＋Ｘ側）に傾くこととなる。

図１５（Ａ）は、光学ユニット１２の平面図において、図１４の赤色光５０Ｒに応じた赤用ＤＭＤ３０ＲのＯＮ光５１Ｒの光路を示す。赤用ＤＭＤ３０Ｒから出射したＯＮ光５１Ｒは、赤プリズム２２の前面２２ａにおいて全反射し、赤反射面２２ｃにおいて更に反射する。赤反射面２２ｃからのＯＮ光５１Ｒは、赤プリズム２２の前面２２ａから出射して、青プリズム２１の青反射面２１ｃを透過する。赤用ＤＭＤ３０ＲのＯＮ光５１Ｒの光路は、青反射面２１ｃの透過後に、他のＯＮ光５１Ｇ，５１Ｂの光路と合致する。

図１５（Ｂ）は、光学ユニット１２の平面図において、図１４の赤色光５０Ｒに応じた赤用ＤＭＤ３０ＲのＯＦＦ光５２Ｒの光路を示す。赤用ＤＭＤ３０Ｒから出射したＯＦＦ光５２Ｒにおいて、＋Ｚ側の光束は赤プリズム２２の前面２２ａに入射して全反射され、赤反射面２２ｃに到達する一方、−Ｚ側の光束は、前面２２ａを介さずに赤用ＤＭＤ３０Ｒから直接、赤反射面２２ｃに入射する。その後、赤反射面２２ｃからのＯＦＦ光５２Ｒは、ＯＮ光５１Ｒよりも＋Ｘ側且つ−Ｙ側に出射する。以上のようなＯＮ光５１Ｒ及びＯＦＦ光５２Ｒの光路は、赤プリズム２２の側面２２ｂの傾斜、同側面２２ｂ上の赤用ＤＭＤ３０Ｒの位置及び向き等によって設定できる。

本実施形態の光学ユニット１２によると、赤反射面２２ｃ等の傾斜により、以上のように照明光５０における赤色光５０Ｒから赤用ＤＭＤ３０ＲのＯＮ光５１Ｒを生成する際の光量損失を低減することができる。また、ＯＦＦ光５２Ｒの一部を直接、赤反射面２２ｃに入射させる光路を用いることにより、光学ユニット１２の小型化も可能である。

３．まとめ
以上のように、本実施形態に係る光学ユニット１２は、第１プリズムの一例である青プリズム２１と、第２プリズムの一例である赤プリズム２２と、第３プリズムの一例である緑プリズム２３とを備える。青プリズム２１は、第１の波長帯において照明光を反射する第１コート面としての青反射面２１ｃ、照明光を透過して青反射面２１ｃへ導くと共に青反射面２１ｃで反射した照明光を反射する第１面としての前面２１ａ、及び前面２１ａで反射した照明光を透過する第１透光面としての側面２１ｂを有する。赤プリズム２２は、第２の波長帯において照明光を反射する第２コート面としての赤反射面２２ｃ、赤反射面２２ｃを透過した照明光を透過して赤反射面２２ｃへ導くと共に、赤反射面２２ｃで反射した照明光を反射する第２面としての前面２２ａ、及び前面２２ａで反射した照明光を透過する第２透光面としての側面２２ｂを有する。緑プリズム２３は、青反射面２１ｃ及び赤反射面２２ｃを透過した照明光が透過する第３透光面としての前面２３ａ、及び前面２３ａを透過した照明光を透過する第４透光面としての側面２３ｂを有する。赤プリズム２２が、赤反射面２２ｃと前面２２ａと側面２２ｂとの各々の法線Ｄ２２ｃ，Ｄ２２ａ，Ｄ２２ｂが同一平面上にないように形成されている。

以上の光学ユニット１２によると、赤プリズム２２における赤反射面２２ｃ等の傾斜により、照明光５０からの光量の損失を低減することができる。なお、赤プリズム２２に代えて、又はこれに加えて、青プリズム２１が、青反射面２１ｃと前面２１ａと側面２１ｂとの各々の法線が同一平面上にないように形成されてもよい。

また、本実施形態の光学ユニット１２は、第１プリズムの一例である青プリズム２１と、第２プリズムの一例である赤プリズム２２と、第３プリズムの一例である緑プリズム２３とを備える。青プリズム２１は、光を透過する第１面としての前面２１ａ、及び第１の波長帯において光を反射する第１コート面としての青反射面２１ｃを有する。赤プリズム２２は、青プリズム２１の前面２１ａよりも青反射面２１ｃに近接する第２面としての前面２２ａ、及び第１の波長帯とは異なる第２の波長帯において光を反射する第２コート面としての赤反射面２２ｃを有する。緑プリズム２３は、赤プリズム２２の前面２２ａよりも赤反射面２２ｃに近接する第３透光面としての前面２３ａ、及び互いに交差する高さ方向および幅方向を有する第４透光面としての側面２３ｂを有する。緑プリズム２３は、側面２３ｂの幅方向（即ちＸ方向）において、青プリズム２１と赤プリズム２２との間に位置する。青反射面２１ｃ及び赤反射面２２ｃが、緑プリズム２３の側面２３ｂの高さ方向（即ちＹ方向）に対して傾斜するように、各プリズム２１〜２３が配置される。これによっても、各反射面２１ｃ，２２ｃの傾斜により、各波長帯の成分を効率良く反射して、照明光５０からの光量の損失を低減することができる。

本実施形態において、青反射面２１ｃ及び赤反射面２２ｃの双方が、Ｙ方向に対して、＋Ｚ側のように互いに同じ側に傾斜する。これにより、照明光５０を＋Ｚ側から光学ユニット１２に入射させることで、照明光５０の入射角θ１１を小さくして、光学ユニット１２における光量の損失を低減することができる。

また、本実施形態の光学ユニット１２においては、青プリズム２１の青反射面２１ｃと赤プリズム２２の前面２２ａとが隣接する。青プリズム２１の前面２１ａと緑プリズム２３の側面２３ｂとが平行となるように、青プリズム２１及び緑プリズム２３が配置される。これにより、３つのプリズム２１〜２３によって光学ユニット１２を小型に構成することができる。

また、本実施形態において、光学ユニット１２は、青プリズム２１の側面２１ｂを透過した照明光が入射するように側面２１ｂに隣接して配置される青用ＤＭＤ３０Ｂ（第１空間光変調素子）と、赤プリズム２２の側面２２ｂを透過した照明光が入射するように側面２２ｂに隣接して配置される赤用ＤＭＤ３０Ｒ（第２空間光変調素子）と、緑プリズム２３の側面２３ｂを透過した照明光が入射するように側面２３ｂに隣接して配置される緑用ＤＭＤ３０Ｇ（第３空間光変調素子）とをさらに備える。光学ユニット１２によると、照明光５０から各ＤＭＤ３０Ｂ，３０Ｒ，３０ＧのＯＮ光５１Ｂ，５１Ｒ，５１Ｇを生成する際の光量損失を低減できる。

また、本実施形態において、各ＤＭＤ３０Ｂ，３０Ｒ，３０Ｇは、それぞれ入射した照明光に基づき、互いに異なる方向に出射するＯＮ光５１（第１の変調光）及びＯＦＦ光５２（第２の変調光）を生成する。緑用ＤＭＤ３０Ｇに入射する照明光５０の光軸と、緑用ＤＭＤ３０ＧからのＯＮ光５１の光軸とを含む平面、即ちＹＺ平面上で、青反射面２１ｃ及び赤反射面２２ｃの少なくとも一方が、ＯＮ光５１の光軸とは直交しないように、各プリズム２１〜２３が配置されている（図１０（Ｂ）参照）。これにより、照明光５０の入射角θ１１等を適切に設定して、光学ユニット１２における光量の損失を低減できる。

また、本実施形態において、赤用ＤＭＤ３０Ｒから出射するＯＦＦ光５２Ｒの一部が、前面２２ａで反射して赤反射面２２ｃに入射する一方、ＯＦＦ光５２Ｒの残部が、前面２２ａを介さずに赤反射面２２ｃに入射するように、赤用ＤＭＤ３０Ｒが配置されてもよい。このようなＯＦＦ光５２Ｒの光路を採用することにより、光学ユニット１２を小型化できる。

また、本実施形態において、各ＤＭＤ３０Ｂ，３０Ｒ，３０Ｇは、ＴＲＰ方式のＤＭＤである。本実施形態の光学ユニット１２によると、ＴＲＰ方式のＤＭＤ３０がＯＮ光５１を生成する際の光量損失の低減を実現することができる。

また、本実施形態において、投影装置１は、光学ユニット１２と、光学ユニット１２に入射する照明光５０を供給する投影光源１１とを備える。本実施形態の投影装置１によると、投影光源１１による照明光５０からの光量の損失を低減することができる。

（実施形態２）
以下、図面を用いて、実施形態２を説明する。実施形態１の光学ユニット１２は、３つのプリズム２１〜２３を備えた。実施形態２では、４つのプリズムを備える光学ユニットについて、図１６〜図１９を参照して説明する。

実施形態１に係る光学ユニット１２及び投影装置１と同様の構成、動作の説明は適宜、省略して、本実施形態に係る光学ユニットを説明する。

図１６は、実施形態２に係る光学ユニット１２Ａを例示する斜視図である。図１７は、本実施形態に係る光学ユニット１２Ａの構成を例示する三面図である。図１７（Ａ）は、光学ユニット１２Ａの平面図を示す。図１７（Ｂ）は、光学ユニット１２Ａの背面図を示す。図１７（Ｃ）は、光学ユニット１２Ａの左側面図を示す。

本実施形態に係る光学ユニット１２Ａは、３つのプリズム２１〜２３に加えて、さらに４つ目のプリズム２４を備える。当該プリズム２４は、例えば緑プリズム２３と同様に透光性を有する。プリズム２４は、本実施形態における第４プリズムの一例である。

プリズム２４は、図１６及び図１７の例において、青プリズム２１の前方、即ち光学ユニット１２Ａにおいて最も前側に配置されている。本例のプリズム２４は、ＸＹ平面に平行な前面２４ａを有し、後側において青プリズム２１及び赤プリズム２２に隣接する。また、本例において、青プリズム２１の前面２１ａはＸＹ平面から傾斜している。

また、本例では、例えば図１６（Ａ）に示すように青プリズム２１について、上面と底面の形状が互いに異なる。即ち、本例の青プリズム２１は、各面２１ａ，２１ｂ，２１ｃの法線が、同一平面上にないように形成されている。赤プリズム２２についても同様である。

以上のように、本実施形態の光学ユニット１２Ａにおいては、青プリズム２１が、青反射面２１ｃと前面２１ａと側面２１ｂとの各々の法線が同一平面上にないように形成されている。且つ、赤プリズム２２が、赤反射面２２ｃと前面２２ａと側面２２ｂとの各々の法線が同一平面上にないように形成されている。これにより、各波長帯の成分を効率良く反射して、照明光５０からの光量の損失を低減することができる。

また、本実施形態の光学ユニット１２Ａは、緑プリズム２３の側面２３ｂと平行な前面２４ａ（第５透光面）を有し、青プリズム２１の前面２１ａに隣接する４つ目のプリズム２４（第４プリズム）をさらに備えてもよい。青プリズム２１の青反射面２１ｃと赤プリズム２２の前面２２ａとは、隣接してもよい。この場合においても実施形態１と同様に、各反射面２１ｃ，２２ｃの傾斜によって光量の損失を低減することができる。

なお、光学ユニット１２Ａにおける４つ目のプリズム２４の配置は、最も前側でなくてもよい。実施形態２の変形例について、図１８及び図１９を用いて説明する。

図１８は、実施形態２の変形例に係る光学ユニット１２Ｂを示す斜視図である。図１９は、本変形例に係る光学ユニット１２Ｂの構成を例示する三面図である。図１９（Ａ）は、光学ユニット１２Ｂの平面図を示す。図１９（Ｂ）は、光学ユニット１２Ｂの背面図を示す。図１９（Ｃ）は、光学ユニット１２Ｂの左側面図を示す。

本変形例に係る光学ユニット１２Ｂにおいて、４つ目のプリズム２４は、青プリズム２１と赤プリズム２２との間に配置されている。この場合、青プリズム２１の前面２１ａは、光学ユニット１２Ｂにおいて最も前側となり、実施形態１と同様にＸＹ平面と平行になっている。本変形例においては、例えば青プリズム２１のダイクロイックコーティングの代わりに、プリズム２４の前面２４ａにダイクロイックコーティングが施されることにより、当該前面に隣接する青プリズム２１の側面が青反射面２１ｃとして機能してもよい。

以上のように、本実施形態において、光学ユニット１２Ｂは、青プリズム２１と赤プリズム２２との間に配置されるプリズム２４（第４プリズム）をさらに備えてもよい。この場合においても実施形態１と同様に、各反射面２１ｃ，２２ｃの傾斜によって光量の損失を低減することができる。

（他の実施形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態１，２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置換、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記各実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施形態を例示する。

上記の実施形態１，２では、青反射面２１ｃ及び赤反射面２２ｃがＹ方向に対して傾斜する光学ユニット１２〜１２Ｂについて説明した。本実施形態の光学ユニットは、青反射面２１ｃ及び赤反射面２２ｃの一方がＹ方向に対して傾斜し、他方はＹ方向に対して平行となるように構成されてもよい。この場合であっても、傾斜した反射面において対応する波長帯の成分を効率良く反射して、照明光５０からの光量の損失を低減することができる。即ち、本実施形態において、第１及び第２コート面の少なくとも一方が、第４透光面の高さ方向に対して傾斜するように、第１、第２及び第３プリズムが配置されてもよい。

上記の各実施形態では、緑用ＤＭＤ３０Ｇの水平方向及び垂直方向が、緑プリズム２３の側面２３ｂの幅方向及び高さ方向と平行である例を説明したが、緑用ＤＭＤ３０Ｇの配置は特に上記に限定されない。本実施形態において、緑用ＤＭＤ３０Ｇは、緑プリズム２３の側面２３ｂ上で適宜、傾けて配置されてもよい。この場合においても、緑プリズム２３の側面２３ｂの高さ方向に対して各反射面２１ｃ，２２ｃを傾けることにより、光量損失を低減可能である。

また、上記の各実施形態では、第１の波長帯の一例として青色光を含む波長帯を例示し、第２の波長帯の一例として青色光を含む波長帯を例示した。本実施形態において、第１及び第２の波長帯は上記に限らず、種々の波長帯であってもよい。例えば、第１の波長帯が赤色光を含む波長帯であり、第２の波長帯が青色光を含む波長帯であってもよい。

また、上記の各実施形態では、ＤＭＤ３０がＴＲＰ方式である例について説明した。本実施形態の光学ユニットは、ＴＲＰ方式のＤＭＤに限らず、種々の空間光変調素子に適用されてもよく、例えばＶＳＰ(Voltage Scalable Pixel)方式のＤＭＤに適用されてもよい。

また、上記の各実施形態では、ＤＭＤ３０を備える光学ユニット１２〜１２Ｂについて説明した。本実施形態の光学ユニットは、ＤＭＤ３０等とは別体のモジュールとして提供されてもよい。つまり、本実施形態の光学ユニットは、ＤＭＤ３０等の空間光変調素子を備えなくてもよく、各プリズム２１〜２３等のプリズム光学系で構成されてもよい。第４透光面の高さ方向に対して第１及び第２コート面の少なくとも一方が傾斜するように、光学ユニットを構成でき、これによって入射する照明光の光量損失を低減できる。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、種々の変更、置換、付加、省略などを行うことができる。

本開示に係る光学ユニットは、例えばＴＲＰ方式のＤＭＤを用いた投影装置に適用可能である。

Claims (9)

1. 第１の波長帯において照明光を反射する第１コート面、照明光を透過して前記第１コート面へ導くと共に前記第１コート面で反射した照明光を反射する第１面、及び前記第１面で反射した照明光を透過する第１透光面を有する第１プリズムと、
   第２の波長帯において照明光を反射する第２コート面、前記第１コート面を透過した照明光を透過して前記第２コート面へ導くと共に、前記第２コート面で反射した照明光を反射する第２面、及び前記第２面で反射した照明光を透過する第２透光面を有する第２プリズムと、
   前記第１及び第２コート面を透過した照明光が透過する第３透光面、及び前記第３透光面を透過した照明光を透過する第４透光面を有する第３プリズムとを備え、
   前記第１コート面と前記第１面と前記第１透光面との各々の法線が、同一平面上にないように前記第１プリズムが形成された、及び／又は
   前記第２コート面と前記第２面と前記第２透光面との各々の法線が、同一平面上にないように前記第２プリズムが形成された
   光学ユニット。
2. 前記第１プリズムの第１コート面と前記第２プリズムの第２面とが隣接し、
   前記第１面と前記第４透光面とが平行となるように、前記第１及び第３プリズムが配置された
   請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記第１プリズムの第１コート面と前記第２プリズムの第２面とが隣接し、
   前記第４透光面と平行な第５透光面を有し、前記第１プリズムの第１面に隣接する第４プリズムをさらに備える
   請求項１に記載の光学ユニット。
4. 前記第１プリズムと前記第２プリズムとの間に配置される第４プリズムをさらに備える
   請求項１に記載の光学ユニット。
5. 前記第１透光面を透過した照明光が入射する第１空間光変調素子と、前記第２透光面を透過した照明光が入射する第２空間光変調素子と、前記第４透光面を透過した照明光が入射する第３空間光変調素子とをさらに備える
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学ユニット。
6. 前記各空間光変調素子は、それぞれ入射した照明光に基づき第１の変調光を生成し、
   前記第３空間光変調素子に入射する照明光の光軸と、前記第３空間光変調素子からの前記第１の変調光の光軸とを含む平面上で、前記第１及び第２コート面の少なくとも一方が、当該第１の変調光の光軸とは直交しないように、前記第１ないし第３プリズムが配置された
   請求項５に記載の光学ユニット。
7. 前記第２空間光変調素子から出射する第２の変調光の一部が、前記第２面で反射して前記第２コート面に入射する一方、当該第２の変調光の残部が、前記第２面を介さずに前記第２コート面に入射するように、前記第２空間光変調素子が配置された
   請求項５又は６に記載の光学ユニット。
8. 前記第１、第２及び第３空間光変調素子は、ＴＲＰ方式のデジタルマイクロミラーデイバイスである
   請求項５〜７のいずれか１項に記載の光学ユニット。
9. 請求項５〜８のいずれか１項に記載の光学ユニットと、
   前記光学ユニットに入射する照明光を供給する投影光源と
   を備えた投影装置。

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