WO2016098859A1 - 光学ユニット及びそれを備えたプロジェクター - Google Patents

光学ユニット及びそれを備えたプロジェクター Download PDF

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WO2016098859A1
WO2016098859A1 PCT/JP2015/085389 JP2015085389W WO2016098859A1 WO 2016098859 A1 WO2016098859 A1 WO 2016098859A1 JP 2015085389 W JP2015085389 W JP 2015085389W WO 2016098859 A1 WO2016098859 A1 WO 2016098859A1
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WO
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light
prism
sin
micromirror device
digital micromirror
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PCT/JP2015/085389
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English (en)
French (fr)
Inventor
寺田　昌弘
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details

Definitions

  • the present invention relates to an optical unit having a digital micromirror device that drives a micromirror about two axes, and a projector including the same.
  • Patent Documents 1 and 2 Conventional optical units are disclosed in Patent Documents 1 and 2.
  • the optical unit of Patent Document 1 is mounted on a projector and includes a digital micromirror device, a first prism, a second prism, and a third prism.
  • the digital micromirror device is a reflective image display element, and has an image display surface composed of a plurality of minute micromirrors.
  • the first prism has a reflecting surface that reflects the illumination light, and the illumination light reflected by the reflecting surface is guided to the digital micromirror device.
  • the inclination of the surface of each micromirror is ON / OFF controlled to form an image by intensity-modulating illumination light.
  • Each micromirror that is ON / OFF controlled is driven with respect to one axis, and the tilt angle of the micromirror in the ON state is different from the tilt angle of the micromirror in the OFF state.
  • the second prism has a total reflection surface that transmits the ON light reflected by the micro mirror in the ON state and totally reflects the OFF light reflected by the micro mirror in the OFF state.
  • the ON light transmitted through the total reflection surface enters the third prism.
  • the third prism emits ON light incident from the second prism to the image projection side. Thereby, an image is projected.
  • the optical axis of the ON light reflected by the digital micromirror device is arranged on the center plane in the thickness direction of the first prism, the second prism, and the third prism. Further, the optical axis of the OFF light reflected by the digital micromirror device is disposed on the center plane in the thickness direction of the first prism and the second prism.
  • the OFF light (unnecessary light) that is not used in the projection image enters the projection lens, ghost light is generated. Further, when OFF light is incident on the projection lens, a local temperature rise of the projection lens occurs, and the imaging performance of the projection lens is degraded. Thereby, the contrast of a projection image falls. According to the optical unit of Patent Document 1, the OFF light is reflected by the total reflection surface of the second prism and is emitted in a direction different from the ON light. Thereby, OFF light is not emitted to the image projection side, and a decrease in contrast due to the OFF light of the projected image can be prevented.
  • Non-patent document 1 discloses a digital micromirror device (Tilt (& Roll Pixel DMD) that drives micromirrors about two orthogonal axes.
  • each micromirror reflects OFF light in a direction in which the optical axis of OFF light is away from a plane including the optical axis of ON light and the optical axis of illumination light. For this reason, the brightness of the projected image can be improved by mounting the two-axis control digital micromirror device in the optical unit of Patent Documents 1 and 2.
  • the present invention forms an image by modulating the intensity of illumination light by controlling the inclination of the surface of each micromirror on an image display surface composed of a plurality of micromirrors.
  • a digital micromirror device that drives each micromirror that is controlled in an OFF direction with respect to two axes;
  • An optical unit comprising:
  • Each of the micromirrors reflects OFF light in a direction in which the optical axis of OFF light is away from the first plane including the optical axis of ON light and the optical axis of illumination light, and the second prism is relative to the first plane.
  • the first prism has an illumination light reflecting surface that reflects the illumination light, and the ON light passes through the illumination light reflecting surface and satisfies the following conditional expression (3): And preferred.
  • n1 refractive index of the first prism
  • ⁇ 2 an angle formed between the normal line of the digital micromirror device and the normal line of the illumination light reflecting surface, It is.
  • the illumination light emitted from the first prism is guided to the micromirror via the second prism, and the ON light reflected by the micromirror is the second prism, the first prism It is preferable to transmit in the order of the prism and the third prism.
  • the ON light reflected by the micromirror is transmitted in the order of the first prism, the second prism, and the third prism, and the OFF light reflected by the micromirror passes through the first prism.
  • the light enters the second prism through the second prism.
  • the first prism and the second prism do not protrude with respect to the exit surface that emits the ON light of the third prism to the projection side.
  • a light source configured as described above, an illumination optical system that emits illumination light toward the optical unit, and an image displayed on the digital micromirror device are enlarged and projected onto a screen.
  • a projection optical system a projection optical system.
  • the second prism having the OFF light reflecting surface that reflects the OFF light reflected by the micromirror in the OFF state and transmits the ON light reflected by the micromirror in the ON state is provided.
  • Each micromirror reflects OFF light in a direction in which the optical axis of OFF light is away from the first plane including the optical axis of ON light and the optical axis of illumination light, and the second prism is relative to the first plane. And one of the first regions where the optical axis of the OFF light is arranged and the other second region. Then, the end of the component vector obtained by projecting the outward normal vector of the OFF light reflecting surface starting from the first plane onto the second plane perpendicular to the optical axis of the ON light is arranged in the second region. Thereby, the thickness of the second prism can be reduced, and the optical unit and the projector can be reduced in size.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projector including an optical unit according to a first embodiment of the invention.
  • the perspective view which shows the optical unit of 1st Embodiment of this invention.
  • the front view which shows the optical unit of 1st Embodiment of this invention.
  • Top surface sectional drawing of the reflection position of the optical axis of OFF light of the optical unit of 1st Embodiment of this invention The side view which shows the optical unit of 1st Embodiment of this invention.
  • the perspective view which shows the reference
  • Illumination light for the micromirror of the digital micromirror device of the optical unit according to the first embodiment of the present invention ON light reflected by the micromirror in the ON state, and OFF light reflected by the micromirror in the OFF state
  • Schematic diagram showing The side view which expanded the periphery of the digital micromirror device of the optical unit of 1st Embodiment of this invention The perspective view which shows the optical unit of 2nd Embodiment of this invention.
  • the front view which shows the optical unit of 2nd Embodiment of this invention.
  • Top surface sectional drawing of the reflection position of the optical axis of OFF light of the optical unit of 2nd Embodiment of this invention The side view which shows the optical unit of 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projector including the optical unit according to the first embodiment.
  • the one-chip type (single plate type) projector PJ includes a light source 1, an illumination optical system 2, an optical unit PU, a projection optical system LN, an actuator 4, and a control unit 3.
  • the light source 1 is made of an LED, for example, and emits white light.
  • the illumination optical system 2 includes a lens 71 (see FIG. 5), condenses light from the light source 1, and emits illumination light toward the optical unit PU.
  • the optical unit PU includes a digital micromirror device DP, a first prism P1, a second prism P2, and a third prism P3, and is supported in the projector PJ by a support member (not shown).
  • the optical unit PU emits projection light (ON light described later) reflected by the digital micromirror device DP toward the projection optical system LN. Details of the optical unit PU will be described later.
  • the projection optical system LN includes lenses 51 and 52 (see FIG. 5), and enlarges and projects an image displayed on the digital micromirror device DP onto the screen SC.
  • the actuator 4 moves the lenses 51 and 52, and performs, for example, zooming, focusing, vertical shift of the projected image, and the like.
  • the control unit 3 has a CPU and controls the entire projector PJ.
  • 2 to 5 show a perspective view, a front view, a top sectional view, and a side view of the optical unit PU, respectively.
  • 4 shows a top sectional view of the reflection position of the optical axis AX3 of the OFF light L3.
  • the X direction indicates the thickness direction of the first to third prisms P1 to P3.
  • the Z direction indicates the optical axis direction of projection light (ON light described later) reflected by the digital micromirror device DP.
  • the Y direction indicates a direction perpendicular to the X direction and the Z direction.
  • the first prism P1, the second prism P2, and the third prism P3 are composed of total internal reflection prisms (TIR Prism: Total Internal Reflection Prism), for example, glass.
  • TIR Prism Total Internal Reflection Prism
  • the first to third prisms P1 to P3 are made of glass having the same refractive index.
  • the support member is disposed in contact with both side surfaces (both end surfaces in the thickness direction of the first to third prisms) of the optical unit PU, and sandwiches the optical unit PU.
  • a second prism P2 and a first prism P1 are arranged between the digital micromirror device DP and the third prism P3.
  • the second prism P2 is disposed between the digital micromirror device DP and the first prism P1
  • the first prism P1 is disposed between the second prism P2 and the third prism P3.
  • An air gap layer (not shown) is provided between the first prism P1 and the second prism P2, between the second prism P2 and the third prism P3, and between the first prism P1 and the third prism P3. Provided.
  • the digital micromirror device DP is arranged so as to overlap the first to third prisms P1 to P3, and is one side from the center in the thickness direction (X direction) of the second prism P2 (right in FIG. 3). ).
  • a cover glass CG is provided between the digital micromirror device DP and the second prism P2.
  • the digital micromirror device DP forms an image by modulating the intensity of the illumination light L1 by controlling the inclination of the surface of each micromirror MR (see FIG. 7) ON / OFF.
  • the ON light L2 reflected by the micromirror MR in the ON state is emitted from the optical unit PU and used for image display.
  • the OFF light L3 reflected by the micromirror MR in the OFF state is not used for image display. As shown in FIG.
  • each micromirror MR has OFF light in a direction in which the optical axis AX3 of the OFF light L3 is away from the first plane PL1 including the optical axis AX2 of the ON light L2 and the optical axis AX1 of the illumination light L1.
  • Reflect L3 Details of the digital micromirror device DP will be described later.
  • the first prism P1 has an incident surface 12, an illumination light reflecting surface 11, and an exit surface 13.
  • the incident surface 12 is inclined with respect to the Z direction, and enters the illumination light L ⁇ b> 1 facing the lens 71.
  • the illumination light reflecting surface 11 is inclined so as to be closer to the digital micromirror device DP as it is farther from the lens 71, and reflects the illumination light L 1 incident from the incident surface 12.
  • the emission surface 13 faces the second prism P2, and emits the illumination light L1 reflected by the illumination light reflection surface 11.
  • the second prism P2 has an OFF light reflecting surface 21, an exit surface 24, and an entrance surface 25.
  • the incident surface 25 is opposed to the cover glass CG and receives the ON light L2 and the OFF light L3 reflected by the digital micromirror device DP.
  • the OFF light reflecting surface 21 transmits the ON light L2 incident from the incident surface 25 and reflects the OFF light L3.
  • the emission surface 24 is formed on the opposite side of the incident surface 12 with respect to the optical axis AX2 of the ON light L2 reflected by the micromirror MR in the ON state, and emits the OFF light L3 reflected by the OFF light reflection surface 21.
  • the second prism P2 has one (left side in FIG. 3) first region 22 and the other (right side in FIG. 3) second region 23 with respect to the first plane PL1.
  • the length D1 of the first region 22 in the normal direction (X direction) of the first plane PL1 is formed longer than the length D2 of the second region 23 in the normal direction (X direction) of the first plane PL1.
  • the optical axis AX3 of the OFF light L3 is included in the first region 22.
  • the outward normal vector NR (see FIG. 2) of the OFF light reflecting surface 21 starting from the first plane PL1 is set on the second plane PL2 (see FIG. 5) perpendicular to the optical axis AX2 of the ON light L2.
  • the end of the projected component vector NR1 (see FIG. 3) is arranged in the second region 23.
  • the OFF light reflecting surface 21 of the first region 22 is inclined so as to approach the projection optical system LN (see FIG. 5) as the distance from the first plane PL1 increases.
  • a light absorbing member PT (see FIG. 5) is provided so as to face away from the emission surface 24 of the second prism P2.
  • the light absorbing member PT is formed of, for example, a black-treated metal plate, and absorbs the OFF light L3 emitted from the emission surface 24.
  • the third prism P3 has an entrance surface 33 and an exit surface 32.
  • the incident surface 33 is inclined so as to be closer to the digital micromirror device DP as it is away from the lens 71, and enters the ON light L ⁇ b> 2 that has passed through the OFF light reflecting surface 21 of the second prism P ⁇ b> 2.
  • the exit surface 32 faces the lenses 51 and 52 of the projection optical system LN, and emits the ON light L2 incident from the entrance surface 33.
  • the end of the first prism P1 on the projection optical system LN side protrudes toward the emission side with respect to the emission surface 32 of the third prism P3.
  • the first prism P ⁇ b> 1 may be formed so as not to protrude toward the emission side with respect to the emission surface 32.
  • the projector PJ when light is emitted from the light source 1, the light is condensed by the lens 71 of the illumination optical system 2 and emitted to the optical unit PU.
  • the illumination light L1 is incident on the incident surface 12 of the first prism P1 and then reflected by the illumination light reflecting surface 11.
  • the illumination light L1 reflected by the illumination light reflecting surface 11 exits from the exit surface 13, and then enters the second prism P2 via the OFF light reflecting surface 21.
  • the illumination light L1 incident on the second prism P2 sequentially passes through the second prism P2 and the cover glass CG, and then enters the digital micromirror device DP. Thereby, the illumination light L1 is guided to the digital micromirror device DP by the first prism P1.
  • FIG. 6 shows perspective views of the reference state, the ON state, and the OFF state of the micromirror MR of the digital micromirror device DP.
  • FIG. 7 is a perspective view for explaining the operation of the digital micromirror device DP.
  • the digital micromirror device DP includes a plurality of minute micromirrors MR having a rectangular shape, and a pixel reflection surface (micromirror surface) MS that forms a pixel is formed by the micromirror MR.
  • the reference state of the micromirror MR is indicated by the reference plane MS1
  • the ON state of the micromirror MR is indicated by the reflecting surface MS2
  • the OFF state of the micromirror MR is indicated by the reflecting surface MS3.
  • the micromirror MR can be rotated with respect to the second axis ax2 after being tilted with respect to the first axis ax1 from the reference state.
  • each pixel reflection surface MS is ON / OFF controlled on the image display surface DS including the plurality of pixel reflection surfaces MS, and the micromirror MR is in an image display state (ON state).
  • Two angle states are taken: an image non-display state (OFF state).
  • the digital micromirror device DP drives the micromirror MR with respect to two orthogonal axes, and the micromirror MR can take a reference state, an ON state, and an OFF state.
  • the digital micromirror device DP constitutes a reflective image display element that generates a desired image by intensity-modulating the illumination light L1.
  • each micromirror MR is driven with respect to two orthogonal axes (first axis ax1, second axis ax2)
  • the pixel reflection surface MS of the micromirror MR is inclined in different planes.
  • the state inclined in the YZ plane is the ON state
  • the state inclined in the XZ plane is the OFF state.
  • the illumination light L1 incident on the micromirror MR is in the normal direction of the image display surface DS (normal direction of the digital micromirror device DP). Is reflected to become ON light L2 (projection light).
  • the illumination light L1 incident on the micromirror MR is reflected with a large angle from the normal direction of the image display surface DS, and becomes OFF light L3 (unnecessary light).
  • each micromirror MR has a direction in which the optical axis AX3 of the OFF light L3 is away from the first plane PL1 including the optical axis AX2 of the ON light L2 and the optical axis AX1 of the illumination light L1. Reflects the OFF light L3.
  • the normal line of the image display surface DS (the normal line of the digital micromirror device DP) is parallel to the optical axis AX2 of the ON light L2 (projection light) in the vicinity of the digital micromirror device DP.
  • the digital micromirror device DP expresses ON / OFF by driving the micromirror MR about two orthogonal axes.
  • the ON light L2 reflected by the micromirror MR in the ON state enters the second prism P2 from the incident surface 25 of the second prism P2, passes through the OFF light reflecting surface 21, and then enters the first prism P1.
  • the ON light L2 incident on the first prism P1 passes through the illumination light reflecting surface 11 and then enters the third prism P3 via the incident surface 33.
  • the ON light L2 incident on the third prism P3 passes through the third prism P3 and is emitted from the emission surface 32 toward the projection optical system LN.
  • the ON light L2 incident on the projection optical system LN is projected on the screen SC (see FIG. 1).
  • the image displayed on the digital micromirror device DP is enlarged and projected on the screen SC.
  • zooming, focusing, vertical shift of the projected image (movement in the Y direction), and the like are performed by the actuator 4.
  • the OFF light L3 reflected by the micromirror MR in the OFF state is incident on the second prism P2 from the incident surface 25 of the second prism P2, and then reflected by the OFF light reflecting surface 21.
  • the OFF light L3 reflected by the OFF light reflecting surface 21 is emitted from the emitting surface 24 and is emitted to the outside of the second prism P2.
  • the OFF light L3 emitted from the second prism P2 is absorbed by the light absorbing member PT.
  • the light absorbing member PT is provided apart from the emission surface 24 of the second prism P2. Thereby, the heat transfer to the 2nd prism P2 of the heat
  • the optical axis AX3 of the OFF light L3 is included in the first region 22.
  • the light on the optical axis AX3 of the OFF light L3 passing through the second prism P2 is emitted from an emission surface 24 different from the end surface 22a facing the first plane PL1 of the first region 22.
  • the incidence of the OFF light L3 on the end face 22a can be reduced. Therefore, temperature rise due to light scattering and light absorption at the end face 22a can be reduced.
  • the processing (for example, polishing) of the end surface 22a for reflecting the OFF light L3 by the end surface 22a can be omitted, an increase in cost can be suppressed.
  • the illumination light L1 flat light
  • the micromirror MR that is transitioning from one of the ON state and the OFF state to the other is reflected in a direction opposite to the illumination light L1 with respect to the normal direction of the micromirror MR.
  • the reflected light of the illumination light L1 from the flat light or the cover glass CG is also incident on the second prism P2, reflected by the OFF light reflecting surface 21, and then emitted from the emitting surface 24.
  • the second prism P2 reflected by the OFF light reflecting surface 21, and then emitted from the emitting surface 24.
  • a color wheel (not shown) may be provided between the illumination optical system 2 and the light source 1.
  • the color wheel has an annular frame, and red, blue, and green filters are sequentially arranged in the circumferential direction in the frame. By rotating the color wheel in the circumferential direction and allowing the illumination light L1 to pass through the filter, a color image can be projected.
  • the angle ⁇ 1 formed between the normal line of the OFF light reflecting surface 21 and the normal line of the digital micromirror device DP satisfies the following conditional expression (1), and is formed by the component vector NR1 and the first plane PL1. It is preferable that the angle ⁇ satisfies the following conditional expression (2) because the OFF light reflecting surface 21 can transmit the ON light L2 and substantially totally reflect the OFF light L3.
  • ⁇ angle formed by the optical axis of the incident light of the digital micromirror device DP and the normal line of the digital micromirror device DP
  • ⁇ angle formed between the normal line of the micromirror MR in the ON state and the normal line of the digital micromirror device DP,
  • the illumination light L1 having the optical axis AX1 on the first plane PL1 has a spread of an angle ⁇ F based on the F number.
  • the angle ⁇ a represents an angle at which the incident angle when the light beam L12 (Lower Ray) of the illumination light L1 farthest from the optical axis AX2 of the ON light is incident on the OFF light reflecting surface 21 as the ON light L2 is a critical angle.
  • the angle ⁇ b is an angle at which the incident angle when the light beam having the smallest incident angle out of the illumination light L1 reflected by the micromirror MR in the OFF state enters the OFF light reflecting surface 21 as the OFF light L3 becomes a critical angle. Represents.
  • the angle ⁇ 1 is set to 21.69 ° and the OFF light reflecting surface 21 is formed, all of the incident OFF light L3 can be totally reflected, but the angle ⁇ 1 is made somewhat smaller than 21.69 °. However, the OFF light reflecting surface 21 can totally reflect most of the OFF light L3.
  • the F number of the illumination light L1 in which all of the OFF light L3 is totally reflected is F / 2.13. Only the illumination light L1 of F / 1.80 to F / 2 ⁇ 13 in only one direction where the incident angle becomes shallower with respect to the OFF light reflection surface 21 does not actually satisfy the total reflection condition.
  • the illumination light L1 having an F number of F / 1.80 to F / 1.90 is incident even if the angle ⁇ is varied within a range of ⁇ 15 °.
  • the OFF light reflecting surface 21 can totally reflect all of the incident OFF light L3.
  • the angle ⁇ 1 satisfies 30.64 ° ⁇ ⁇ 1 ⁇ 20.19 °.
  • the angle ⁇ satisfies 54.7 ° ⁇ ⁇ ⁇ 24.7 °, the OFF light reflecting surface 21 can transmit the ON light L2 and almost totally reflect the OFF light L3.
  • the angle ⁇ 1 is set to the lower limit angle of 20.19 ° and the OFF light reflecting surface 21 is formed, the length of the ON light L2 (projection light) of the optical unit PU in the optical axis AX2 direction (Z direction) is increased. Can be shortened. As a result, the rear focal length of the projection optical system LN (the distance from the forefront surface of the lens 51 to the image display surface DS) can be shortened. Therefore, the optical unit PU and the projector PJ can be reduced in size.
  • the illumination light reflecting surface 11 transmits the ON light L2.
  • the illumination light L1 can be almost totally reflected, which is preferable.
  • ⁇ angle formed by the optical axis of the incident light of the digital micromirror device DP and the normal line of the digital micromirror device DP
  • ⁇ angle formed between the normal line of the micromirror MR in the ON state and the normal line of the digital micromirror device DP
  • n1 Refractive index of the first prism P1, F: F number, It is.
  • the angle ⁇ c represents an angle at which the incident angle when the light beam L11 (see FIG. 9) enters the illumination light reflecting surface 11 as the ON light L2 becomes a critical angle.
  • the angle ⁇ d represents an angle at which the incident angle when the light beam L11 incident from the incident surface 12 enters the illumination light reflecting surface 11 as illumination light becomes a critical angle.
  • the illumination light reflecting surface 11 can transmit the ON light L2 and substantially totally reflect the illumination light L1.
  • the illumination light reflecting surface 11 is formed by setting the angle ⁇ 2 to the lower limit angle of 29.52 °
  • the length of the ON light L2 (projection light) of the optical unit PU in the optical axis AX2 direction (Z direction) is increased.
  • the rear focal length of the projection optical system LN (the distance from the forefront surface of the lens 51 to the image display surface DS) can be shortened. Therefore, the optical unit PU and the projector PJ can be reduced in size.
  • the OFF light L3 unnecessary for image projection is properly spatially separated from the ON light L2 necessary for image projection. Can do. Therefore, generation of ghost light due to incidence of the OFF light L3 on the projection optical system LN can be prevented.
  • the second prism P2 has one first region 22 where the optical axis AX3 of the OFF light L3 is arranged with respect to the first plane PL1, and the other second region 23, and starts on the first plane PL1.
  • the end of the component vector NR1 obtained by projecting the outward normal vector NR of the OFF light reflecting surface 21 onto the second plane PL2 perpendicular to the optical axis AX2 of the ON light L2 is arranged in the second region 23.
  • the thickness of the 2nd prism P2 can be made small and optical unit PU and the projector PJ can be reduced in size.
  • the OFF light reflecting surface 21 can transmit the ON light L2 and substantially totally reflect the OFF light L3.
  • the illumination light reflecting surface 11 can transmit the ON light L2 and substantially totally reflect the illumination light L1.
  • the illumination light L1 emitted from the first prism P1 is guided to the micromirror MR via the second prism P2, and the ON light L2 reflected by the micromirror MR is the second prism P2, the first prism P1, and the third prism.
  • the light passes through the prism P3 in this order. Thereby, it is possible to prevent the OFF light L3 from entering the projection optical system LN and to shorten the rear focal length of the projection optical system LN.
  • the projector PJ also includes an illumination optical system 2 that emits illumination light L1 toward the optical unit PU, and a projection optical system LN that enlarges and projects an image displayed on the digital micromirror device DP on the screen SC. .
  • the projector PJ can be downsized and the projector PJ can project a high-contrast image.
  • FIGS. 10 to 13 are a perspective view, a front view, a top view, and a side view, respectively, of the optical unit according to the second embodiment.
  • FIG. 12 shows a top sectional view of the reflection position of the optical axis AX3 of the OFF light L3.
  • the same reference numerals are given to the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS.
  • the arrangement of the first to third prisms P1 to P3 is different from that of the first embodiment.
  • Other parts are the same as those in the first embodiment.
  • a first prism P1 and a second prism P2 are disposed between the digital micromirror device DP and the third prism P3.
  • the second prism P2 is disposed between the first prism P1 and the third prism P3.
  • the first prism P1 is disposed between the digital micromirror device DP and the second prism P2.
  • the exit surface 13 of the first prism P1 faces the cover glass CG.
  • the incident surface 25 of the second prism P2 is inclined so as to approach the digital micromirror device DP as the distance from the lens 71 increases.
  • the exit surface 24 is formed on the front surface of the second prism P2.
  • a light absorbing member PT is provided so as to face away from the emission surface 24.
  • the incident surface 33 is inclined so as to be away from the digital micromirror device DP as the distance from the lens 71 increases.
  • the first prism P1 and the second prism P2 do not protrude toward the image projection side with respect to the emission surface 32 of the third prism P3.
  • the illumination light L1 incident on the first prism P1 from the incident surface 12 is reflected by the illumination light reflecting surface 11 and emitted from the emission surface 13 toward the digital micromirror device DP. .
  • the ON light L2 reflected by the micromirror MR in the ON state passes through the illumination light reflecting surface 11 of the first prism P1, and then enters the second prism P2 from the incident surface 25.
  • the ON light L2 incident on the second prism P2 passes through the OFF light reflecting surface 21 and enters the third prism P3 from the incident surface 33.
  • the ON light L2 incident on the third prism P3 is emitted from the emission surface 32 toward the projection optical system LN.
  • the ON light L2 reflected by the micromirror MR in the ON state is transmitted in the order of the first prism P1, the second prism P2, and the third prism P3.
  • the OFF light L3 reflected by the micromirror MR in the OFF state passes through the illumination light reflecting surface 11 of the first prism P1 and enters the second prism P2. Then, the OFF light L3 incident on the second prism P2 is reflected by the OFF light reflecting surface 21 and is emitted from the emission surface 24 to the outside of the second prism P2. The OFF light L3 discharged to the outside of the second prism P2 is absorbed by the light absorbing member PT.
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the first prism P1 and the second prism P2 do not protrude toward the image projection side with respect to the emission surface 32 of the third prism P3.
  • interference between the lenses 51 and 52 of the projection optical system LN moving in the Y direction and the optical unit PU can be prevented. Accordingly, it is possible to easily shift the projected image up and down by the projection optical system LN.
  • the present invention can be used for an optical unit having a digital micromirror device that drives a micromirror with respect to two axes, and a projector including the optical unit.
  • PJ Projector LN Projection optical system PU Optical unit PT Light absorbing member DP Digital micromirror device DS Image display surface MR Micromirror MS Pixel reflection surface NR Normal vector NR1 Component vector CG Cover glass P1 First prism P2 Second prism P3 Third prism L1 Illumination light L2 ON light (projection light) L3 OFF light (unnecessary light) AX1 Optical axis of illumination light AX2 Optical axis of projection light (ON light) AX3 Optical axis of OFF light MS1 Reference plane MS2 ON reflection surface MS3 OFF reflection surface PL1 First plane PL2 Second plane 1 Light source 2 Illumination optical system 3 Control unit 4 Actuator 11 Illumination light reflection surface 21 OFF light reflection surface 51, 52, 71 Lens AX Optical axis SC screen

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Abstract

　小型化できる光学ユニットを提供する。光学ユニット（ＰＵ）は、ＯＮ／ＯＦＦ制御される各マイクロミラー（ＭＲ）の駆動を２軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＰ）と、照明光（Ｌ１）をデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＰ）に導く第１プリズム（Ｐ１）と、ＯＦＦ状態のマイクロミラー（ＭＲ）で反射されたＯＦＦ光（Ｌ３）を反射するとともにＯＮ状態のマイクロミラー（ＭＲ）で反射されたＯＮ光（Ｌ２）を透過するＯＦＦ光反射面（２１）を有する第２プリズム（Ｐ２）と、第２プリズム（Ｐ２）から出射されたＯＮ光（Ｌ２）が入射して投影側に射出する第３プリズム（Ｐ３）と、を備える。各マイクロミラー（ＭＲ）はＯＦＦ光（Ｌ３）の光軸（ＡＸ３）がＯＮ光（Ｌ２）の光軸（ＡＸ２）と照明光（Ｌ１）の光軸（ＡＸ１）とを含む第１平面（ＰＬ１）に対して離れる方向にＯＦＦ光（Ｌ３）を反射し、第２プリズム（Ｐ２）が第１平面（ＰＬ１）に対してＯＦＦ光（Ｌ３）の光軸（ＡＸ３）が配される一方の第１領域（２２）と他方の第２領域（２３）とを有し、第１平面（ＰＬ１）上を始端とするＯＦＦ光反射面（２１）の外向きの法線ベクトル（ＮＲ）をＯＮ光（Ｌ２）の光軸（ＡＸ２）に垂直な第２平面（ＰＬ２）に投影した成分ベクトル（ＮＲ１）の終端が第２領域（２３）に配される。

Description

光学ユニット及びそれを備えたプロジェクター
　本発明は２軸に関してマイクロミラーの駆動を行うデジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)を有する光学ユニット及びそれを備えたプロジェクターに関する。
　従来の光学ユニットは特許文献１、２に開示されている。特許文献１の光学ユニットはプロジェクターに搭載され、デジタル・マイクロミラー・デバイス、第１プリズム、第２プリズム及び第３プリズムを有する。デジタル・マイクロミラー・デバイスは反射型画像表示素子であり、複数の微小なマイクロミラーから成る画像表示面を有する。
　第１プリズムは照明光を反射する反射面を有し、該反射面で反射した照明光はデジタル・マイクロミラー・デバイスに導かれる。デジタル・マイクロミラー・デバイスは各マイクロミラーの面の傾きが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する。ＯＮ／ＯＦＦ制御される各マイクロミラーの駆動は１軸に関して行われ、ＯＮ状態のマイクロミラーの傾き角度とＯＦＦ状態のマイクロミラーの傾き角度は異なっている。
　第２プリズムはＯＮ状態のマイクロミラーで反射したＯＮ光を透過するとともにＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射したＯＦＦ光を全反射する全反射面を有する。全反射面を透過したＯＮ光は第３プリズムに入射する。第３プリズムは第２プリズムから入射したＯＮ光を画像投射側に射出する。これにより、画像が投影される。この時、デジタル・マイクロミラー・デバイスで反射するＯＮ光の光軸は第１プリズム、第２プリズム及び第３プリズムの厚み方向の中心面上に配される。また、デジタル・マイクロミラー・デバイスで反射するＯＦＦ光の光軸は第１プリズム及び第２プリズムの厚み方向の中心面上に配される。
　投影画像に使用されないＯＦＦ光（不要光）が投影レンズに入射すると、ゴースト光が発生する。また、ＯＦＦ光が投影レンズに入射すると投影レンズの局所的な温度上昇が発生し、投影レンズの結像性能が低下する。これにより、投影画像のコントラストが低下する。特許文献１の光学ユニットによれば、ＯＦＦ光は第２プリズムの全反射面で反射してＯＮ光とは異なる方向に射出される。これにより、ＯＦＦ光が画像投影側に射出されず、投影画像のＯＦＦ光によるコントラストの低下を防止することができる。
　また、直交する２軸に関してマイクロミラーの駆動を行うデジタル・マイクロミラー・デバイス(Tilt & Roll Pixel DMD)が非特許文献１に開示されている。このデジタル・マイクロミラー・デバイスでは、各マイクロミラーはＯＦＦ光の光軸がＯＮ光の光軸と照明光の光軸とを含む平面に対して離れる方向にＯＦＦ光を反射する。このため、２軸制御のデジタル・マイクロミラー・デバイスを上記特許文献１、２の光学ユニットに搭載することにより、投影画像の輝度を向上させることができる。
米国特許第６４５４４１７号明細書 米国特許第６８４０６３４号明細書
TEXAS INSTRUMENTS、"DLP Tilt & Roll Pixel Architecture and DLP IntelliBrightTM"、［online］、［平成２６年１０月３日検索］、インターネット＜URL：http://www.dlp.com/pico-projector/pico-product-developers/2trp-chip.aspx＞
　プロジェクターに搭載される光学ユニットは小型化の市場要求がある。上記特許文献１、２の光学ユニットに２軸制御のデジタル・マイクロミラー・デバイスを搭載すると、ＯＮ光の光軸が第２プリズムの厚み方向の中心面上に配され、ＯＦＦ光の光軸が該中心面から離れて配される。このため、第２プリズムの厚みが大きくなり、光学ユニットが大型になる問題があった。
　本発明は、小型化できる光学ユニット及びそれを用いたプロジェクターを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために本発明は、複数のマイクロミラーからなる画像表示面において各前記マイクロミラーの面の傾きが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、ＯＮ／ＯＦＦ制御される各前記マイクロミラーの駆動を２軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
　照明光を前記デジタル・マイクロミラー・デバイスに導く第１プリズムと、
　ＯＦＦ状態の前記マイクロミラーで反射されたＯＦＦ光を反射するとともにＯＮ状態の前記マイクロミラーで反射されたＯＮ光を透過するＯＦＦ光反射面を有する第２プリズムと、
　第２プリズムから出射されたＯＮ光が入射して投影側に射出する第３プリズムと、
　を備えた光学ユニットであって、
　各前記マイクロミラーはＯＦＦ光の光軸がＯＮ光の光軸と照明光の光軸とを含む第１平面に対して離れる方向にＯＦＦ光を反射し、第２プリズムが第１平面に対してＯＦＦ光の光軸が配される一方の第１領域と他方の第２領域とを有し、
　第１平面上を始端とする前記ＯＦＦ光反射面の外向きの法線ベクトルをＯＮ光の光軸に垂直な第２平面に投影した成分ベクトルの終端が第２領域に配されることを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の光学ユニットにおいて、以下の条件式（１）及び（２）を満たすと好ましい。
　θａ≧θ１≧θｂ－１．５・・・（１）
　θｅ－１５≦φ≦θｅ＋１５・・・（２）
　ただし、
　θａ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ）－ｓｉｎ-1｛ｓｉｎ（α＋θＦ－２・β）／ｎ｝
　θｂ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ）－ｓｉｎ-1〈ｓｉｎ［ｃｏｓ-1｛ｃｏｓα・ｃｏｓ（２・γ）｝－θＦ］／ｎ〉
　θｅ＝ｔａｎ-1｛ｓｉｎ（２・γ）／ｔａｎα｝
　θＦ＝ｓｉｎ-1（１／２・Ｆ）
　であり、
　α：前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの入射光の光軸と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
　β：ＯＮ状態の前記マイクロミラーの法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
　γ：ＯＦＦ状態の前記マイクロミラーの法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
　ｎ：第２プリズムの屈折率、
　Ｆ：Ｆナンバー、
　θ１：前記ＯＦＦ光反射面の法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
　φ：前記成分ベクトルと第１平面との成す角度、
　である。
　また本発明は、上記構成の光学ユニットにおいて、第１プリズムが照明光を反射する照明光反射面を有してＯＮ光が前記照明光反射面を透過し、以下の条件式（３）を満たすと好ましい。
　θｃ≧θ２≧θｄ・・・（３）
　ただし、
　θｃ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ１）＋ｓｉｎ-1｛ｓｉｎ（α－θＦ－２・β）／ｎ１｝
　θｄ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ１）－ｓｉｎ-1｛ｓｉｎ（α－θＦ）／ｎ１｝
　θＦ＝ｓｉｎ-1（１／２・Ｆ）
　であり、
　ｎ１：第１プリズムの屈折率、
　θ２：前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線と前記照明光反射面の法線との成す角度、
　である。
　また本発明は、上記構成の光学ユニットにおいて、第１プリズムから出射される照明光が第２プリズムを介して前記マイクロミラーに導かれ、前記マイクロミラーで反射したＯＮ光は第２プリズム、第１プリズム及び第３プリズムの順に透過すると好ましい。
　また本発明は、上記構成の光学ユニットにおいて、前記マイクロミラーで反射したＯＮ光が第１プリズム、第２プリズム及び第３プリズムの順に透過し、前記マイクロミラーで反射したＯＦＦ光が第１プリズムを介して第２プリズムに入射すると好ましい。
　また本発明は、上記構成の光学ユニットにおいて、第１プリズム及び第２プリズムは第３プリズムのＯＮ光を投影側へ出射する出射面に対して突出しないと好ましい。
　また本発明のプロジェクターは、光源と、上記構成の光学ユニットと、前記光学ユニットに向けて照明光を出射する照明光学系と、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している。
　本発明の光学ユニットによると、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射されたＯＦＦ光を反射するとともにＯＮ状態のマイクロミラーで反射されたＯＮ光を透過するＯＦＦ光反射面を有する第２プリズムを備える。これにより、２軸に関してマイクロミラーの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。したがって、光学ユニット及びプロジェクターの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できる。
　また、各マイクロミラーはＯＦＦ光の光軸がＯＮ光の光軸と照明光の光軸とを含む第１平面に対して離れる方向にＯＦＦ光を反射し、第２プリズムが第１平面に対してＯＦＦ光の光軸が配される一方の第１領域と他方の第２領域とを有する。そして、第１平面上を始端とするＯＦＦ光反射面の外向きの法線ベクトルをＯＮ光の光軸に垂直な第２平面に投影した成分ベクトルの終端が第２領域に配される。これにより、第２プリズムの厚みを小さくして光学ユニット及びプロジェクターの小型化を図ることができる。
本発明の第１実施形態の光学ユニットを備えるプロジェクターを示す概略構成図 本発明の第１実施形態の光学ユニットを示す斜視図 本発明の第１実施形態の光学ユニットを示す正面図 本発明の第１実施形態の光学ユニットのＯＦＦ光の光軸の反射位置の上面断面図 本発明の第１実施形態の光学ユニットを示す側面図 本発明の第１実施形態の光学ユニットのデジタル・マイクロミラー・デバイス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 本発明の第１実施形態の光学ユニットのデジタル・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 本発明の第１実施形態の光学ユニットのデジタル・マイクロミラー・デバイス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 本発明の第１実施形態の光学ユニットのデジタル・マイクロミラー・デバイスの周辺を拡大した側面図 本発明の第２実施形態の光学ユニットを示す斜視図 本発明の第２実施形態の光学ユニットを示す正面図 本発明の第２実施形態の光学ユニットのＯＦＦ光の光軸の反射位置の上面断面図 本発明の第２実施形態の光学ユニットを示す側面図
　＜第１実施形態＞
　以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の光学ユニットを備えるプロジェクターの概略構成図を示している。１チップタイプ（単板式）のプロジェクターＰＪは光源１、照明光学系２、光学ユニットＰＵ、投影光学系ＬＮ、アクチュエーター４及び制御部３を備える。
　光源１は例えばＬＥＤから成り、白色光を出射する。照明光学系２はレンズ７１（図５参照）を有し、光源１からの光を集光して照明光を光学ユニットＰＵに向けて出射する。光学ユニットＰＵはデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ、第１プリズムＰ１、第２プリズムＰ２及び第３プリズムＰ３を有し、支持部材（不図示）によりプロジェクターＰＪ内で支持される。光学ユニットＰＵはデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰで反射した投影光（後述のＯＮ光）を投影光学系ＬＮに向けて射出する。なお、光学ユニットＰＵの詳細については後述する。
　投影光学系ＬＮはレンズ５１、５２（図５参照）を有し、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ上に表示された画像をスクリーンＳＣに拡大投影する。アクチュエーター４はレンズ５１、５２を移動させ、例えばズーミング、フォーカシングや投影画像の上下シフト等を行う。制御部３はＣＰＵを有し、プロジェクターＰＪ全体の制御を行う。
　図２～図５は光学ユニットＰＵの斜視図、正面図、上面断面図及び側面図をそれぞれ示している。なお、図４はＯＦＦ光Ｌ３の光軸ＡＸ３の反射位置の上面断面図を示している。図２～図５において、Ｘ方向は第１～第３プリズムＰ１～Ｐ３の厚み方向を示している。Ｚ方向はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰで反射する投影光（後述のＯＮ光）の光軸方向を示している。Ｙ方向はＸ方向及びＺ方向に垂直な方向を示している。
　第１プリズムＰ１、第２プリズムＰ２及び第３プリズムＰ３は内部全反射プリズム（ＴＩＲ Prism：Total Internal Reflection Prism）から成り、材質として例えばガラスを用いることができる。本実施形態では、第１～第３プリズムＰ１～Ｐ３は屈折率が同じガラスにより形成される。支持部材は光学ユニットＰＵの両側面（第１～第３プリズムの厚み方向の両端面）に接して配され、光学ユニットＰＵを挟持する。
　デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰと第３プリズムＰ３との間には第２プリズムＰ２及び第１プリズムＰ１が配置される。第２プリズムＰ２はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰと第１プリズムＰ１との間に配置され、第１プリズムＰ１は第２プリズムＰ２と第３プリズムＰ３との間に配置される。なお、第１プリズムＰ１と第２プリズムＰ２との間、第２プリズムＰ２と第３プリズムＰ３との間及び第１プリズムＰ１と第３プリズムＰ３との間にはエアーギャップ層（不図示）が設けられる。
　デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰは正面投影において、第１～第３プリズムＰ１～Ｐ３に重なるように配置されるとともに第２プリズムＰ２の厚み方向（Ｘ方向）の中央よりも一方（図３において右方）に片寄って配置される。また、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰと第２プリズムＰ２との間にはカバーガラスＣＧが設けられる。
　デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰは各マイクロミラーＭＲ（図７参照）の面の傾きがＯＮ／ＯＦＦ制御されて照明光Ｌ１を強度変調することにより画像を形成する。ＯＮ状態のマイクロミラーＭＲで反射されたＯＮ光Ｌ２は光学ユニットＰＵから射出されて画像表示に使用される。一方、ＯＦＦ状態のマイクロミラーＭＲで反射されたＯＦＦ光Ｌ３は画像表示に使用されない。図８に示すように、各マイクロミラーＭＲはＯＦＦ光Ｌ３の光軸ＡＸ３がＯＮ光Ｌ２の光軸ＡＸ２と照明光Ｌ１の光軸ＡＸ１とを含む第１平面ＰＬ１に対して離れる方向にＯＦＦ光Ｌ３を反射する。なお、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰについての詳細は後述する。
　第１プリズムＰ１は入射面１２、照明光反射面１１及び出射面１３を有している。入射面１２はＺ方向に対して傾斜し、レンズ７１に対向して照明光Ｌ１を入射する。照明光反射面１１はレンズ７１から離れるほどデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに近づくように傾斜し、入射面１２から入射した照明光Ｌ１を反射する。出射面１３は第２プリズムＰ２に対向し、照明光反射面１１で反射した照明光Ｌ１を出射する。
　第２プリズムＰ２はＯＦＦ光反射面２１、出射面２４及び入射面２５を有している。入射面２５はカバーガラスＣＧに対向し、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰで反射したＯＮ光Ｌ２及びＯＦＦ光Ｌ３を入射する。
　ＯＦＦ光反射面２１は入射面２５から入射したＯＮ光Ｌ２を透過するとともにＯＦＦ光Ｌ３を反射する。出射面２４はＯＮ状態のマイクロミラーＭＲで反射したＯＮ光Ｌ２の光軸ＡＸ２に対して入射面１２の反対側に形成され、ＯＦＦ光反射面２１で反射したＯＦＦ光Ｌ３を出射する。
　第２プリズムＰ２は第１平面ＰＬ１に対して一方（図３において左方）の第１領域２２及び他方（図３において右方）の第２領域２３を有する。第１領域２２の第１平面ＰＬ１の法線方向（Ｘ方向）の長さＤ１は第２領域２３の第１平面ＰＬ１の法線方向（Ｘ方向）の長さＤ２よりも長く形成される。ＯＦＦ光Ｌ３の光軸ＡＸ３は第１領域２２に含まれる。
　また、第１平面ＰＬ１上を始端とするＯＦＦ光反射面２１の外向きの法線ベクトルＮＲ（図２参照）をＯＮ光Ｌ２の光軸ＡＸ２に垂直な第２平面ＰＬ２（図５参照）に投影した成分ベクトルＮＲ１（図３参照）の終端は第２領域２３に配される。これにより、図４に示すように、第１領域２２のＯＦＦ光反射面２１は第１平面ＰＬ１から離れるほど投影光学系ＬＮ（図５参照）に近づくように傾斜している。
　また、第２プリズムＰ２の出射面２４に離れて対向して光吸収部材ＰＴ（図５参照）が設けられる。光吸収部材ＰＴは例えば黒色処理した金属プレートにより形成され、出射面２４から出射されたＯＦＦ光Ｌ３を吸収する。
　第３プリズムＰ３は入射面３３及び出射面３２を有している。入射面３３はレンズ７１から離れるほどデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに近づくように傾斜し、第２プリズムＰ２のＯＦＦ光反射面２１を透過したＯＮ光Ｌ２を入射する。出射面３２は投影光学系ＬＮのレンズ５１、５２に対向し、入射面３３から入射したＯＮ光Ｌ２を出射する。第１プリズムＰ１の投影光学系ＬＮ側の端部は第３プリズムＰ３の出射面３２に対して出射側に突出している。なお、第１プリズムＰ１を出射面３２に対して出射側に突出しないように形成してもよい。
　上記構成のプロジェクターＰＪにおいて、光源１から光が出射されると、照明光学系２のレンズ７１で集光されて照明光Ｌ１が光学ユニットＰＵに向けて出射される。照明光Ｌ１は第１プリズムＰ１の入射面１２に入射した後に照明光反射面１１で反射する。照明光反射面１１で反射した照明光Ｌ１は出射面１３から出射した後に、ＯＦＦ光反射面２１を介して第２プリズムＰ２に入射する。第２プリズムＰ２に入射した照明光Ｌ１は第２プリズムＰ２及びカバーガラスＣＧを順に透過した後にデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに入射する。これにより、第１プリズムＰ１により照明光Ｌ１がデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに導かれる。
　図６はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰのマイクロミラーＭＲの基準状態、ＯＮ状態及びＯＦＦ状態の斜視図を示している。図７はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの動作を説明するための斜視図を示している。デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰは複数の矩形形状の微小なマイクロミラーＭＲを有し、マイクロミラーＭＲにより画素を構成する画素反射面（マイクロミラー面）ＭＳが形成される。
　図６において、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状態を反射面ＭＳ２で示し、マイクロミラーＭＲのＯＦＦ状態を反射面ＭＳ３で示している。マイクロミラーＭＲは基準状態から第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。これにより、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰ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、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。すなわち、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ＭＲの駆動を行い、マイクロミラーＭＲは基準状態、ＯＮ状態及びＯＦＦ状態をとることができる。これにより、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰは照明光Ｌ１を強度変調して所望の画像を生成する反射型画像表示素子を構成する。
　各マイクロミラーＭＲの駆動は直交する２軸（第１軸ａｘ１、第２軸ａｘ２）に関して行われるため、マイクロミラーＭＲの画素反射面ＭＳは異なる面内で傾斜する。本実施形態ではＹＺ平面内で傾斜した状態がＯＮ状態であり、ＸＺ平面内で傾斜した状態が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（デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの法線）方向に反射されてＯＮ光Ｌ２（投影光）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、ＯＦＦ光Ｌ３（不要光）となる。
　このため、図８に示すように、各マイクロミラーＭＲはＯＦＦ光Ｌ３の光軸ＡＸ３がＯＮ光Ｌ２の光軸ＡＸ２と照明光Ｌ１の光軸ＡＸ１とを含む第１平面ＰＬ１に対して離れる方向にＯＦＦ光Ｌ３を反射する。また、画像表示面ＤＳの法線（デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの法線）はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの近傍のＯＮ光Ｌ２（投影光）の光軸ＡＸ２と平行になっている。
　以上のように、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ＭＲの駆動を行うことによりＯＮ／ＯＦＦを表現する。
　ＯＮ状態のマイクロミラーＭＲで反射したＯＮ光Ｌ２は第２プリズムＰ２の入射面２５から第２プリズムＰ２に入射し、ＯＦＦ光反射面２１を透過した後に第１プリズムＰ１に入射する。第１プリズムＰ１に入射したＯＮ光Ｌ２は照明光反射面１１を透過した後に入射面３３を介して第３プリズムＰ３に入射する。第３プリズムＰ３に入射したＯＮ光Ｌ２は第３プリズムＰ３を透過して出射面３２から投影光学系ＬＮに向けて出射される。
　投影光学系ＬＮに入射したＯＮ光Ｌ２はスクリーンＳＣ（図１参照）に投射される。これにより、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに表示された画像はスクリーンＳＣに拡大投影される。この時、アクチュエーター４により例えばズーミング、フォーカシングや投影画像の上下シフト（Ｙ方向での移動）等が行われる。
　一方、ＯＦＦ状態のマイクロミラーＭＲで反射したＯＦＦ光Ｌ３は第２プリズムＰ２の入射面２５から第２プリズムＰ２に入射した後にＯＦＦ光反射面２１で反射する。ＯＦＦ光反射面２１で反射したＯＦＦ光Ｌ３は出射面２４から出射され、第２プリズムＰ２の外部へ排出される。第２プリズムＰ２から排出されたＯＦＦ光Ｌ３は光吸収部材ＰＴにより吸収される。
　この時、光吸収部材ＰＴは第２プリズムＰ２の出射面２４から離れて設けられている。これにより、ＯＦＦ光Ｌ３を吸収した光吸収部材ＰＴの熱の第２プリズムＰ２への伝熱を低減することができる。したがって、第２プリズムＰ２の温度上昇を抑え、第２プリズムＰ２の熱変形等を防止することができる。その結果、光学ユニットＰＵ及びプロジェクターＰＪの長寿命化を図ることができる。
　また、ＯＦＦ光Ｌ３の光軸ＡＸ３は第１領域２２に含まれる。第２プリズムＰ２を通るＯＦＦ光Ｌ３の光軸ＡＸ３上の光は第１領域２２の第１平面ＰＬ１に対向する端面２２ａとは異なる出射面２４から出射される。これにより、ＯＦＦ光Ｌ３の端面２２ａへの入射を低減することができる。したがって、端面２２ａでの光の散乱や光の吸収による温度上昇を低減することができる。また、ＯＦＦ光Ｌ３を端面２２ａで反射させるための端面２２ａの処理（例えば研磨等）を省くことができるため、コストの増大を抑えることができる。
　なお、ＯＮ状態及びＯＦＦ状態の一方から他方へ移行中のマイクロミラーＭＲで反射した照明光Ｌ１（フラット光）はマイクロミラーＭＲの法線方向に対して照明光Ｌ１とは反対方向へ反射される。フラット光やカバーガラスＣＧでの照明光Ｌ１の反射光も第２プリズムＰ２に入射してＯＦＦ光反射面２１で反射し、その後に出射面２４から出射される。これにより、フラット光やカバーガラスＣＧでの照明光Ｌ１の反射光の投影光学系ＬＮへの入射を防止することができる。したがって、投影画像のコントラストの低下を防止することができる。
　なお、本実施形態において、照明光学系２と光源１との間にカラーホイール（不図示）を設けてもよい。カラーホイールは環状の枠を有し、枠内に赤色、青色及び緑色のフィルタが周方向に順に配置される。カラーホイールを周方向に回転させてフィルタに照明光Ｌ１を透過させることにより、カラー画像を投影することができる。
　ここで、ＯＦＦ光反射面２１の法線とデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの法線との成す角度θ１が以下の条件式（１）を満たすとともに、成分ベクトルＮＲ１と第１平面ＰＬ１との成す角度φが以下の条件式（２）を満たすと、ＯＦＦ光反射面２１はＯＮ光Ｌ２を透過してＯＦＦ光Ｌ３をほぼ全反射することができるので好ましい。
　θａ≧θ１≧θｂ－１．５・・・（１）
　θｅ－１５≦φ≦θｅ＋１５・・・（２）
　ただし、
　θａ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ）－ｓｉｎ-1｛ｓｉｎ（α＋θＦ－２・β）／ｎ｝
　θｂ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ）－ｓｉｎ-1〈ｓｉｎ［ｃｏｓ-1｛ｃｏｓα・ｃｏｓ（２・γ）｝－θＦ］／ｎ〉
　θｅ＝ｔａｎ-1｛ｓｉｎ（２・γ）／ｔａｎα｝
　θＦ＝ｓｉｎ-1（１／２・Ｆ）
　であり、
　α：デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの入射光の光軸とデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの法線との成す角度、
　β：ＯＮ状態のマイクロミラーＭＲの法線とデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの法線との成す角度、
　γ：ＯＦＦ状態のマイクロミラーＭＲの法線とデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの法線との成す角度、
　ｎ：第２プリズムＰ２の屈折率、
　Ｆ：Ｆナンバー、
　である。
　図９に示すように、第１平面ＰＬ１上の光軸ＡＸ１を有する照明光Ｌ１はＦナンバーに基づく角度θＦの広がりを有している。角度θａは、ＯＮ光の光軸ＡＸ２から最も離れた照明光Ｌ１の光線Ｌ１２（Lower Ray）がＯＮ光Ｌ２としてＯＦＦ光反射面２１に入射する際の入射角が臨界角となる角度を表している。角度θｂは、ＯＦＦ状態のマイクロミラーＭＲで反射された照明光Ｌ１のうち最も入射角が小さくなる光線がＯＦＦ光Ｌ３としてＯＦＦ光反射面２１に入射する際の入射角が臨界角となる角度を表している。
　例えば、α＝３４°、β＝１７°、γ＝１７°、ｎ＝１．５１８７２、ＦナンバーをＦ／１．８０とすると、角度θａは３０．６４°、角度θｂは２１．６９°、角度φは３９．７°となる。
　ここで、角度θ１を２１．６９°に設定してＯＦＦ光反射面２１を形成すると、入射したＯＦＦ光Ｌ３をすべて全反射することができるが、角度θ１を２１．６９°よりもある程度小さくしてもＯＦＦ光反射面２１はＯＦＦ光Ｌ３の大部分を全反射することができる。ここで、角度θ１が２１．６９°よりも１．５°小さい２０．１９°の時に、ＯＦＦ光Ｌ３のすべてが全反射される照明光Ｌ１のＦナンバーはＦ／２．１３である。実際に全反射条件を満たさないのは、ＯＦＦ光反射面２１に対して入射角度が浅くなる１方向のみのＦ／１．８０～Ｆ／２・１３の照明光Ｌ１のみである。また、角度θ１が２１．６９°であれば、角度φを±１５°の範囲で変動させてもＦナンバーがＦ／１．８０からＦ／１．９０までの照明光Ｌ１を入射させた場合に、ＯＦＦ光反射面２１は入射したＯＦＦ光Ｌ３のすべてを全反射することができる。
　したがって、α＝３４°、β＝１７°、γ＝１７°、ｎ＝１．５１８７２、ＦナンバーをＦ／１．８０とすると、角度θ１が３０．６４°≧θ１≧２０．１９°を満たすとともに、角度φが５４．７°≧φ≧２４．７°を満たせば、ＯＦＦ光反射面２１はＯＮ光Ｌ２を透過してＯＦＦ光Ｌ３をほぼ全反射することができる。
　ここで、角度θ１を下限角度の２０．１９°に設定してＯＦＦ光反射面２１を形成すると、光学ユニットＰＵのＯＮ光Ｌ２（投影光）の光軸ＡＸ２方向（Ｚ方向）の長さを短くすることができる。これにより、投影光学系ＬＮの後方焦点距離（レンズ５１の最前面から画像表示面ＤＳまでの距離）を短くすることができる。したがって、光学ユニットＰＵ及びプロジェクターＰＪの小型化を図ることができる。
　また、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの法線と照明光反射面１１の法線との成す角度θ２が以下の条件式（３）を満たすと、照明光反射面１１はＯＮ光Ｌ２を透過して照明光Ｌ１をほぼ全反射することができるので好ましい。
　θｃ≧θ２≧θｄ・・・（３）
　ただし、
　θｃ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ１）＋ｓｉｎ-1｛ｓｉｎ（α－θＦ－２・β）／ｎ１｝
　θｄ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ１）－ｓｉｎ-1｛ｓｉｎ（α－θＦ）／ｎ１｝
　θＦ＝ｓｉｎ-1（１／２・Ｆ）
　であり、
　α：デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの入射光の光軸とデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの法線との成す角度、
　β：ＯＮ状態のマイクロミラーＭＲの法線とデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの法線との成す角度、
　ｎ１：第１プリズムＰ１の屈折率、
　Ｆ：Ｆナンバー、
　である。
　角度θｃは光線Ｌ１１（図９参照）がＯＮ光Ｌ２として照明光反射面１１に入射する際の入射角が臨界角となる角度を表している。角度θｄは入射面１２から入射した光線Ｌ１１が照明光として照明光反射面１１に入射する際の入射角が臨界角となる角度を表している。
　例えば、α＝３４°、β＝１７°、γ＝１７°、ｎ１＝１．５１８７２、ＦナンバーをＦ／１．８０としたときに、３０．６４°≧θ２≧２９．５２°となる。この時、照明光反射面１１はＯＮ光Ｌ２を透過して照明光Ｌ１をほぼ全反射することができる。
　ここで、角度θ２を下限角度の２９．５２°に設定して照明光反射面１１を形成すると、光学ユニットＰＵのＯＮ光Ｌ２（投影光）の光軸ＡＸ２方向（Ｚ方向）の長さを短くすることができる。これにより、投影光学系ＬＮの後方焦点距離（レンズ５１の最前面から画像表示面ＤＳまでの距離）を短くすることができる。したがって、光学ユニットＰＵ及びプロジェクターＰＪを小型化することができる。
　本実施形態によると、ＯＦＦ状態のマイクロミラーＭＲで反射されたＯＦＦ光Ｌ３を反射するとともにＯＮ状態のマイクロミラーＭＲで反射されたＯＮ光Ｌ２を透過するＯＦＦ光反射面２１を有する第２プリズムＰ２を備える。これにより、２軸に関してマイクロミラーＭＲの駆動を行うデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰの反射光のうち、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。したがって、ＯＦＦ光Ｌ３の投影光学系ＬＮへの入射によるゴースト光の発生を防止することができる。また、ＯＦＦ光Ｌ３の投影光学系ＬＮへの入射による投影光学系ＬＮの局所的な温度上昇を防止することができる。したがって、投影光学系ＬＮの結像性能の低下を防止し、投影画像のコントラストの低下を防止することができる。
　また、第２プリズムＰ２が第１平面ＰＬ１に対してＯＦＦ光Ｌ３の光軸ＡＸ３が配される一方の第１領域２２と他方の第２領域２３とを有し、第１平面ＰＬ１上を始端とするＯＦＦ光反射面２１の外向きの法線ベクトルＮＲをＯＮ光Ｌ２の光軸ＡＸ２に垂直な第２平面ＰＬ２に投影した成分ベクトルＮＲ１の終端が第２領域２３に配される。これにより、第２プリズムＰ２の厚みを小さくして光学ユニットＰＵ及びプロジェクターＰＪを小型化することができる。
　また、条件式（１）及び（２）を満たすと、ＯＦＦ光反射面２１はＯＮ光Ｌ２を透過させるとともにＯＦＦ光Ｌ３をほぼ全反射することができる。
　また、条件式（３）を満たすと、照明光反射面１１はＯＮ光Ｌ２を透過させるとともに照明光Ｌ１をほぼ全反射することができる。
　また、第１プリズムＰ１から出射される照明光Ｌ１が第２プリズムＰ２を介してマイクロミラーＭＲに導かれ、マイクロミラーＭＲで反射したＯＮ光Ｌ２は第２プリズムＰ２、第１プリズムＰ１及び第３プリズムＰ３の順に透過する。これにより、ＯＦＦ光Ｌ３の投影光学系ＬＮへの入射を防止して投影光学系ＬＮの後方焦点距離を短くすることができる。
　また、プロジェクターＰＪは、光学ユニットＰＵに向けて照明光Ｌ１を出射する照明光学系２と、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに表示された画像をスクリーンＳＣに拡大投影する投影光学系ＬＮとを備える。これにより、プロジェクターＰＪを小型化できるとともにプロジェクターＰＪは高コントラストの画像を投影することができる。
　＜第２実施形態＞
　次に本発明の第２実施形態について説明する。図１０～図１３は第２実施形態の光学ユニットの斜視図、正面図、上面図及び側面図をそれぞれ示している。なお、図１２はＯＦＦ光Ｌ３の光軸ＡＸ３の反射位置の上面断面図を示している。説明の便宜上、図１～図９に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態では第１～第３プリズムＰ１～Ｐ３の配置が第１実施形態とは異なっている。その他の部分は第１実施形態と同様である。
　デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰと第３プリズムＰ３との間には第１プリズムＰ１及び第２プリズムＰ２が配置される。第２プリズムＰ２は第１プリズムＰ１と第３プリズムＰ３との間に配置される。第１プリズムＰ１はデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰと第２プリズムＰ２との間に配置される。
　第１プリズムＰ１の出射面１３はカバーガラスＣＧに対向している。第２プリズムＰ２の入射面２５はレンズ７１から離れるほどデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに近づくように傾斜している。出射面２４は第２プリズムＰ２の前面に形成される。出射面２４に離れて対向して光吸収部材ＰＴが設けられる。入射面３３はレンズ７１から離れるほどデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰから離れるように傾斜している。
　また、第１プリズムＰ１及び第２プリズムＰ２は第３プリズムＰ３の出射面３２に対して画像投影側に突出していない。これにより、光学ユニットＰＵとレンズ５１との間の距離を短くしてもＺ方向に移動する投影光学系ＬＮのレンズ５１、５２と光学ユニットＰＵとの干渉を防止することができる。したがって、投影画像の拡大や縮小を容易に行うことができる。また、Ｙ方向に移動する投影光学系ＬＮのレンズ５１、５２と光学ユニットＰＵとの干渉を防止することができる。したがって、投影光学系ＬＮによる投影画像の上下シフト（Ｙ方向での移動）を容易に行うことができる。また、投影光学系ＬＮの後方焦点距離を長くすることなく、出射面３２とレンズ５１との間に他の部材（例えばスムースピクチャ）等を配置することができる。
　本実施形態の光学ユニットＰＵにおいて、入射面１２から第１プリズムＰ１に入射した照明光Ｌ１は照明光反射面１１で反射して出射面１３からデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＰに向けて出射される。ＯＮ状態のマイクロミラーＭＲで反射したＯＮ光Ｌ２は第１プリズムＰ１の照明光反射面１１を透過した後に入射面２５から第２プリズムＰ２に入射する。第２プリズムＰ２に入射したＯＮ光Ｌ２はＯＦＦ光反射面２１を透過して入射面３３から第３プリズムＰ３に入射する。第３プリズムＰ３に入射したＯＮ光Ｌ２は出射面３２から投影光学系ＬＮに向けて出射される。これにより、ＯＮ状態のマイクロミラーＭＲで反射したＯＮ光Ｌ２は第１プリズムＰ１、第２プリズムＰ２及び第３プリズムＰ３の順に透過する。
　一方、ＯＦＦ状態のマイクロミラーＭＲで反射したＯＦＦ光Ｌ３は第１プリズムＰ１の照明光反射面１１を透過して第２プリズムＰ２に入射する。そして、第２プリズムＰ２に入射したＯＦＦ光Ｌ３はＯＦＦ光反射面２１で反射して出射面２４から第２プリズムＰ２の外部へ出射される。第２プリズムＰ２の外部へ排出されたＯＦＦ光Ｌ３は光吸収部材ＰＴにより吸収される。
　本実施形態でも第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１プリズムＰ１及び第２プリズムＰ２は第３プリズムＰ３の出射面３２に対して画像投影側に突出していない。これにより、Ｙ方向に移動する投影光学系ＬＮのレンズ５１、５２と光学ユニットＰＵとの干渉を防止することができる。したがって、投影光学系ＬＮによる投影画像の上下シフトを容易に行うことができる。
　本発明は、マイクロミラーの駆動を２軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイスを有する光学ユニット及びそれを備えたプロジェクターに利用することができる。
　ＰＪ　　プロジェクター
　ＬＮ　　投影光学系
　ＰＵ　　光学ユニット
　ＰＴ　　光吸収部材
　ＤＰ　　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
　ＮＲ　　法線ベクトル
　ＮＲ１　　成分ベクトル
　ＣＧ　　カバーガラス
　Ｐ１　　第１プリズム
　Ｐ２　　第２プリズム
　Ｐ３　　第３プリズム
　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
　ＰＬ１　　　第１平面
　ＰＬ２　　　第２平面
　１　　　　光源
　２　　　　照明光学系
　３　　　　制御部
　４　　　　アクチュエーター
　１１　　　照明光反射面
　２１　　　ＯＦＦ光反射面
　５１、５２、７１　　　レンズ
　ＡＸ　　　光軸
　ＳＣ　　　スクリーン

Claims (8)

  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前記マイクロミラーの面の傾きが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、ＯＮ／ＯＦＦ制御される各前記マイクロミラーの駆動を２軸に関して行うデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
    　照明光を前記デジタル・マイクロミラー・デバイスに導く第１プリズムと、
    　ＯＦＦ状態の前記マイクロミラーで反射されたＯＦＦ光を反射するとともにＯＮ状態の前記マイクロミラーで反射されたＯＮ光を透過するＯＦＦ光反射面を有する第２プリズムと、
    　第２プリズムから出射されたＯＮ光が入射して投影側に射出する第３プリズムと、
    　を備えた光学ユニットであって、
    　各前記マイクロミラーはＯＦＦ光の光軸がＯＮ光の光軸と照明光の光軸とを含む第１平面に対して離れる方向にＯＦＦ光を反射し、第２プリズムが第１平面に対してＯＦＦ光の光軸が配される一方の第１領域と他方の第２領域とを有し、
    　第１平面上を始端とする前記ＯＦＦ光反射面の外向きの法線ベクトルをＯＮ光の光軸に垂直な第２平面に投影した成分ベクトルの終端が第２領域に配されることを特徴とする光学ユニット。
  2. 　以下の条件式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
    　θａ≧θ１≧θｂ－１．５・・・（１）
    　θｅ－１５≦φ≦θｅ＋１５・・・（２）
    　ただし、
    　θａ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ）－ｓｉｎ-1｛ｓｉｎ（α＋θＦ－２・β）／ｎ｝
    　θｂ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ）－ｓｉｎ-1〈ｓｉｎ［ｃｏｓ-1｛ｃｏｓα・ｃｏｓ（２・γ）｝－θＦ］／ｎ〉
    　θｅ＝ｔａｎ-1｛ｓｉｎ（２・γ）／ｔａｎα｝
    　θＦ＝ｓｉｎ-1（１／２・Ｆ）
    　であり、
    　α：前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの入射光の光軸と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
    　β：ＯＮ状態の前記マイクロミラーの法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
    　γ：ＯＦＦ状態の前記マイクロミラーの法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
    　ｎ：第２プリズムの屈折率、
    　Ｆ：Ｆナンバー、
    　θ１：前記ＯＦＦ光反射面の法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
    　φ：前記成分ベクトルと第１平面との成す角度、
    　である。
  3. 　第１プリズムが照明光を反射する照明光反射面を有してＯＮ光が前記照明光反射面を透過し、
    　以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
    　θｃ≧θ２≧θｄ・・・（３）
    　ただし、
    　θｃ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ１）＋ｓｉｎ-1｛ｓｉｎ（α－θＦ－２・β）／ｎ１｝
    　θｄ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ１）－ｓｉｎ-1｛ｓｉｎ（α－θＦ）／ｎ１｝
    　θＦ＝ｓｉｎ-1（１／２・Ｆ）
    　であり、
    　ｎ１：第１プリズムの屈折率、
    　θ２：前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線と前記照明光反射面の法線との成す角度、
    　である。
  4. 　第１プリズムが照明光を反射する照明光反射面を有してＯＮ光が前記照明光反射面を透過し、
    　以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
    　θｃ≧θ２≧θｄ・・・（３）
    　ただし、
    　θｃ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ１）＋ｓｉｎ-1｛ｓｉｎ（α－θＦ－２・β）／ｎ１｝
    　θｄ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ１）－ｓｉｎ-1｛ｓｉｎ（α－θＦ）／ｎ１｝
    　θＦ＝ｓｉｎ-1（１／２・Ｆ）
    　であり、
    　α：前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの入射光の光軸と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
    　β：ＯＮ状態の前記マイクロミラーの法線と前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線との成す角度、
    　ｎ１：第１プリズムの屈折率、
    　Ｆ：Ｆナンバー、
    　θ２：前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの法線と前記照明光反射面の法線との成す角度、
    　である。
  5. 　第１プリズムから出射される照明光が第２プリズムを介して前記マイクロミラーに導かれ、
    　前記マイクロミラーで反射したＯＮ光は第２プリズム、第１プリズム及び第３プリズムの順に透過することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかに記載の光学ユニット。
  6. 　前記マイクロミラーで反射したＯＮ光が第１プリズム、第２プリズム及び第３プリズムの順に透過し、前記マイクロミラーで反射したＯＦＦ光が第１プリズムを介して第２プリズムに入射することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかに記載の光学ユニット。
  7. 　第１プリズム及び第２プリズムは第３プリズムのＯＮ光を投影側へ出射する出射面に対して突出しないことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光学ユニット。
  8. 　光源と、請求項１～請求項７のいずれかに記載の光学ユニットと、前記光学ユニットに向けて照明光を出射する照明光学系と、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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