JP2008107746A

JP2008107746A - Projection type display device

Info

Publication number: JP2008107746A
Application number: JP2006314302A
Authority: JP
Inventors: Yuji Sekiguchi; 裕士関口; Yoshihiro Yokote; 恵紘横手; Takashi Ikeda; 貴司池田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Fujinon Sano Corp
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Fujinon Sano Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2008-05-08

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection type display device reflecting light without using a mirror cover, a reflection film or the like. SOLUTION: The projection type display device comprises: a light source 10; an imaging optics system 70 for forming an image of light emitted from the light source 10; and a prism 40 made of a transparent member for refracting the light emitted from the light source 10 and guiding the same to the imaging optics system 70. A refractive index nt that achieves total reflection of a light entering the imaging optics system 70 within the maximum effective incident angle among the whole light made incident to the image formation system 70 is imparted to the prism 40. Thereby, the projection type display device can totally reflect light without the need for a reflection film or the like. Preferably, the refractive index nt satisfies the conditional inequality of 1.59597≤nt. COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、反射膜等の特別な部材を必要とすることなく光を反射させることができる投射型表示装置に関するものである。 The present invention relates to a projection display device that can reflect light without requiring a special member such as a reflective film.

光学システムにおいては、光源から射出した光の光路が変えられて種々の光学部品に入射される。例えば、液晶プロジェクタ等の投射型表示装置においては、光源から射出した光は光変調を施してダイクロイック素子に入射させるが、光源とダイクロイック素子との間の光路が直線状であると、装置全体が大型化する。近年の投射型表示装置は、薄型化・小型化の要請が高いため、光源から射出した光の進行方向を変える手段を設けることにより、薄型化・小型化の要請を充足している。 In an optical system, the optical path of light emitted from a light source is changed and incident on various optical components. For example, in a projection display device such as a liquid crystal projector, light emitted from a light source is modulated and incident on a dichroic element, but if the optical path between the light source and the dichroic element is linear, the entire device is Increase in size. In recent years, there is a high demand for thinning and miniaturization of the projection display device, and thus the means for changing the traveling direction of light emitted from the light source is provided to satisfy the demand for thinning and miniaturization.

光の進行方向を変えるための手段としては、プリズム（主に三角プリズム）を用いることが有効である。三角プリズムの斜面には反射面が形成され、当該反射面に光が入射することにより進行方向が変化する。その一例が特許文献１に開示されている。特許文献１では、光学システムとして液晶プロジェクタを適用したものであるが、光源から射出した光が、プリズムの反射面（特許文献１の対角面）で反射されて光路が変えられている。そして、反射機能を発揮するために、対角面に反射又はミラーカバーを有している。
特開２００５―３１６４４６号公報 As a means for changing the traveling direction of light, it is effective to use a prism (mainly a triangular prism). A reflective surface is formed on the inclined surface of the triangular prism, and the traveling direction changes when light enters the reflective surface. An example thereof is disclosed in Patent Document 1. In Patent Document 1, a liquid crystal projector is applied as an optical system, but light emitted from a light source is reflected by a reflecting surface of a prism (diagonal surface of Patent Document 1) to change an optical path. And in order to exhibit a reflective function, it has a reflection or a mirror cover in a diagonal surface.
JP 2005-316446 A

特許文献１ではミラーカバーを用いているが、ミラーカバーはプリズムに取り付けられる必要があるため、その取り付け精度によっては、入射光が所定の方向に反射せず、液晶表示素子（特許文献１の画像形成手段）に光源からの光を導くことができなくなることもある。また、ミラーカバーにより反射機能を実現する場合、その分の部品点数が増加するという問題がある。さらに、ミラーカバーの部品点数が増加すれば、その分のコストも増大することにもなる。また、ミラーカバーではなくプリズムの反射面に反射膜を形成する方法もある。反射膜を形成すれば、部品点数の問題や取り付け精度等の問題を回避し、入射光を反射させることができる。しかし、反射膜に使用される銀やアルミ等の金属反射膜は光吸収を起こすこと等により反射率が低下する問題、酸化や硫化等による耐候性の低下といった問題がある。 Although the mirror cover is used in Patent Document 1, since the mirror cover needs to be attached to the prism, depending on the attachment accuracy, the incident light may not be reflected in a predetermined direction, and the liquid crystal display element (the image of Patent Document 1). The light from the light source may not be able to be guided to the forming means). In addition, when the reflection function is realized by the mirror cover, there is a problem that the number of parts increases accordingly. Furthermore, if the number of parts of the mirror cover increases, the cost will increase accordingly. There is also a method of forming a reflective film on the reflective surface of the prism instead of the mirror cover. If a reflective film is formed, problems such as the number of parts and mounting accuracy can be avoided and incident light can be reflected. However, a metal reflective film such as silver or aluminum used for the reflective film has a problem that the reflectivity is lowered due to light absorption or the like, and a problem that the weather resistance is lowered due to oxidation or sulfuration.

そこで、本発明では、ミラーカバーや反射膜等を用いることなく、効率よく光の光路を変えることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to efficiently change the optical path of light without using a mirror cover, a reflective film, or the like.

本発明の投射型表示装置は、光源と、前記光源から射出した光を結像させるための結像光学系と、前記光源から射出した光を折り曲げて前記結像光学系に導くための透明部材からなるプリズムとを有し、前記結像光学系に入射する光のうち、前記結像光学系と前記プリズムとの間の媒質である入射側媒質の屈折率と、前記結像光学系とにより定まる前記結像光学系への最大有効入射角以下の光を全反射させる屈折率を前記プリズムに持たせることを特徴とする。このような構成により、反射膜等を必要とすることなく、光の反射効率を高めることができ、光の損失を抑制することができる。 The projection display device of the present invention includes a light source, an imaging optical system for imaging light emitted from the light source, and a transparent member for bending the light emitted from the light source and guiding it to the imaging optical system. Of the light incident on the imaging optical system, the refractive index of the incident side medium that is a medium between the imaging optical system and the prism, and the imaging optical system. The prism is provided with a refractive index that totally reflects light having a maximum effective incident angle to the imaging optical system. With such a configuration, it is possible to increase the light reflection efficiency without the need for a reflective film or the like, and to suppress light loss.

また、本発明の投射型表示装置は、前記投射型表示装置において、前記プリズムは、光を反射する反射面と、この反射面で反射した光が出射する出射面とを有し、前記プリズムの屈折率をｎｔとし、前記プリズムの外部領域の屈折率をｎａとし、前記入射側媒質の屈折率をｎｉとし、前記最大有効入射角をθｉとし、前記出射面への入射角をθｒとし、前記反射面と前記出射面とのなす角度をβとし、前記反射面と前記出射面との両方に垂直な面内において、前記反射面における反射角が、前記結像光学系に入射する光の光軸中心と平行な方向と前記反射面の法線方向とによって形成される、前記反射面における反射角のうち前記垂直な面内成分の角度Δよりも小さい光が反射する方向を「負方向」とし、前記反射角が前記角度Δよりも大きい光が反射する方向を「正方向」とし、前記結像光学系の法線方向を直交方向としたときに、「ｎｔ＞ｎａ」、「ｎｔ＞ｎｉ」の条件を満たし、前記正方向から前記結像光学系に入射する光は、「θｒ＜（９０−β）°」のときには、「ｎｔ×ｓｉｎ（ｓｉｎ^―１（（ｎｉ／ｎｔ）×ｓｉｎθｉ）＋β）／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」、前記直交方向から前記結像光学系に入射する光は、「ｎｔ×ｓｉｎβ／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」、前記負方向から前記結像光学系に入射する光は、「θｒ＜β°」のときには、「ｎｔ×ｓｉｎ（ｓｉｎ^―１（（ｎｉ／ｎｔ）×ｓｉｎθｉ）―β）／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」の条件を満たすことを特徴とする。 In the projection display device according to the aspect of the invention, in the projection display device, the prism includes a reflection surface that reflects light, and an emission surface from which the light reflected by the reflection surface is emitted. The refractive index is nt, the refractive index of the external region of the prism is na, the refractive index of the incident side medium is ni, the maximum effective incident angle is θi, the incident angle on the exit surface is θr, The angle between the reflecting surface and the emitting surface is β, and the angle of reflection at the reflecting surface in the plane perpendicular to both the reflecting surface and the emitting surface is the light that is incident on the imaging optical system. The direction in which light smaller than the angle Δ of the vertical in-plane component among the reflection angles at the reflection surface formed by the direction parallel to the axis center and the normal direction of the reflection surface is reflected as the “negative direction”. And light having a reflection angle larger than the angle Δ. When the normal reflection direction of the imaging optical system is the orthogonal direction, the conditions of “nt> na” and “nt> ni” are satisfied, and the connection direction from the positive direction is When “θr <(90−β) °”, the light incident on the image optical system is “nt × sin (sin− ¹ ((ni / nt) × sin θi) + β) / na ≧ sin 90 °”, the orthogonality Light incident on the imaging optical system from the direction is “nt × sin β / na ≧ sin 90 °”, and light incident on the imaging optical system from the negative direction is “nt” when “θr <β °”. Xsin (sin− ¹ ((ni / nt) × sinθi) −β) / na ≧ sin90 ° ”is satisfied.

また、本発明の投射型表示装置は、前記投射型表示装置において、前記プリズムの屈折率ｎｔは、「１．５９５９７≦ｎｔ」の条件を満たすことを特徴とする。前記プリズムの屈折率ｎｔの値としては前記の範囲が好ましい。 The projection display device according to the present invention is characterized in that, in the projection display device, the refractive index nt of the prism satisfies a condition of “1.59597 ≦ nt”. The above range is preferable as the value of the refractive index nt of the prism.

また、前記の投射型表示装置において、前記光均一化部材と前記プリズムとの間を連結するために、透明部材からなる懸架部材を適用することができる。前記懸架部材は前記光均一化部材と前記プリズムとの１側面及びその反対面に接着剤により接着され、前記光均一化部材と前記プリズムとを強固に連結するために用いられる。前記懸架部材の材料としては、熱膨張等の観点から、前記光均一化部材及び前記プリズムと同種の透明部材を適用することが好ましい。前記光均一化部材から一部の光が前記懸架部材に入射したとしても、前記懸架部材には全反射条件を満たすような高屈折率の材料が使用されているため、一部の光は前記懸架部材を透過することなく、再び前記プリズムに戻される。従って、光量ロスの問題を回避することができる。 In the projection display device, a suspension member made of a transparent member can be applied to connect the light uniformizing member and the prism. The suspension member is adhered to one side surface of the light uniformizing member and the prism and the opposite surface thereof with an adhesive, and is used to firmly connect the light uniformizing member and the prism. As a material of the suspension member, it is preferable to apply the same kind of transparent member as the light uniformizing member and the prism from the viewpoint of thermal expansion and the like. Even if some light is incident on the suspension member from the light homogenizing member, a high refractive index material that satisfies the total reflection condition is used for the suspension member. The light is returned to the prism again without passing through the suspension member. Therefore, the problem of light loss can be avoided.

本発明は、画像形成のために利用される利用光を全反射するようプリズムの屈折率を高めることで、ミラーカバーや反射膜等を要することなく、高い光利用効率で光路を折り曲げることができる。また、反射膜を使用することなく光を反射させることができるため、耐候性の向上を図ることもできる。 The present invention increases the refractive index of the prism so as to totally reflect the utilized light used for image formation, so that the optical path can be bent with high light utilization efficiency without requiring a mirror cover or a reflective film. . Moreover, since light can be reflected without using a reflective film, weather resistance can also be improved.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１には、投射型表示装置の一例として液晶プロジェクタを示している。なお、以下において、「赤色用」とは赤色光のための光学部品であり、「緑色用」とは緑色光のための光学部品であり、「青色用」とは青色光のための光学部品を示すものとする。各光学部品の具体例は順次説明していく。図１に例示される液晶プロジェクタは、光源１０（赤色用光源１０Ｒ、緑色用光源１０Ｇ及び青色用光源１０Ｂを総称したもの）と、導光ユニット２０（赤色用導光ユニット２０Ｒ、緑色用導光ユニット２０Ｇ及び青色用導光ユニット２０Ｂを総称したもの）と、プリズム４０と、液晶表示素子５０（赤色用液晶表示素子５０Ｒ、緑色用液晶表示素子５０Ｇ及び青色用液晶表示素子５０Ｂを総称したもの）と、クロスダイクロイックプリズム６０と、結像光学系７０と、スクリーン８０とを有して構成される。導光ユニット２０は、導光角制御部材２１（赤色用導光角制御部材２１Ｒ、緑色用導光角制御部材２１Ｇ及び青色用導光角制御部材２１Ｂを総称したもの）と光均一化部材２２（赤色用光均一化部材２２Ｒ、緑色用光均一化部材２２Ｇ及び青色用光均一化部材２２Ｂを総称したもの）とを有している。赤色用光源１０Ｒ、緑色用光源１０Ｇ及び青色用光源１０Ｂは、夫々赤色の波長域の光（赤色光）を発光する光源、緑色の波長域の光（緑色光）を発光する光源及び青色の波長域の光（青色光）を発光する光源である。光源としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が適用される場合について説明するが、これに限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a liquid crystal projector as an example of a projection display device. In the following, “for red” is an optical component for red light, “for green” is an optical component for green light, and “for blue” is an optical component for blue light. It shall be shown. Specific examples of each optical component will be described sequentially. The liquid crystal projector illustrated in FIG. 1 includes a light source 10 (generically referring to a red light source 10R, a green light source 10G, and a blue light source 10B) and a light guide unit 20 (red light guide unit 20R, green light guide). Unit 20G and blue light guide unit 20B), prism 40, and liquid crystal display element 50 (generic name for red liquid crystal display element 50R, green liquid crystal display element 50G, and blue liquid crystal display element 50B). A cross dichroic prism 60, an imaging optical system 70, and a screen 80. The light guide unit 20 includes a light guide angle control member 21 (generically referring to a red light guide angle control member 21R, a green light guide angle control member 21G, and a blue light guide angle control member 21B) and a light equalizing member 22. (A general term for the red light uniformizing member 22R, the green light uniformizing member 22G, and the blue light uniformizing member 22B). The red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B are respectively a light source that emits light in the red wavelength region (red light), a light source that emits light in the green wavelength region (green light), and a blue wavelength. It is a light source that emits light in the region (blue light). The case where an LED (Light Emitting Diode) is applied will be described as the light source, but is not limited thereto.

赤色用導光角制御部材２１Ｒ、緑色用導光角制御部材２１Ｇ及び青色用導光角制御部材２１Ｂはテーパ形状のロッド部材である。ここでは、透明部材としてアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスその他の透明部材（以下、単に透明部材とする）が適用された場合について説明する。光源１０から射出した各色光は導光角制御部材２１に入射する。導光角制御部材２１はテーパ形状をしているため、入射した光はテーパ面で全反射しながら進行方向に角度が与えられて進行していく。つまり、導光角制御部材２１により光は進行方向に角度を与えられながら、進行していくことになる。導光角制御部材２１は透明部材であるため、透明部材内部を光は進行していくことになる。 The red light guide angle control member 21R, the green light guide angle control member 21G, and the blue light guide angle control member 21B are tapered rod members. Here, a case where an acrylic resin, polycarbonate resin, glass or other transparent member (hereinafter simply referred to as a transparent member) is applied as the transparent member will be described. Each color light emitted from the light source 10 enters the light guide angle control member 21. Since the light guide angle control member 21 has a tapered shape, incident light travels at an angle in the traveling direction while being totally reflected by the tapered surface. That is, the light travels while being given an angle in the traveling direction by the light guide angle control member 21. Since the light guide angle control member 21 is a transparent member, light travels through the transparent member.

赤色用光均一化部材２２Ｒ、緑色用光均一化部材２２Ｇ及び青色用光均一化部材２２Ｂは透明部材であり、その形状は直方体の形状をしている。光均一化部材２２は導光角制御部材２１の出射側に配置され、導光角制御部材２１を進行した光が光均一化部材２２に入射する。図１にも示されるように、光均一化部材２２の直方体形状の断面を、導光角制御部材２１の出射端面と同一にする。導光角制御部材２１に透明部材が適用されると、光のエネルギー分布が不均一になることがある。そこで、光均一化部材２２に直方体の形状の透明部材を使用すると、様々な角度の光が混ざり合うことでムラをなくし、エネルギー分布の均一化を図ることができる。 The light uniformizing member for red 22R, the light uniformizing member for green 22G, and the light uniformizing member for blue 22B are transparent members, and the shape thereof is a rectangular parallelepiped. The light uniformizing member 22 is disposed on the light exit side of the light guide angle control member 21, and the light traveling through the light guide angle control member 21 enters the light uniformizing member 22. As shown in FIG. 1, the rectangular parallelepiped cross section of the light uniformizing member 22 is made the same as the emission end face of the light guide angle control member 21. When a transparent member is applied to the light guide angle control member 21, the light energy distribution may be non-uniform. Therefore, when a rectangular parallelepiped transparent member is used as the light uniformizing member 22, unevenness can be eliminated by mixing light of various angles, and the energy distribution can be made uniform.

プリズム４０は、透明部材からなるプリズムであり、図１では三角プリズムを例示している。ここでは、緑色光の光路を折り曲げるためにプリズム４０が用いられている。図１では、緑色光と青色光とは平行な光路を辿って、また緑色光及び青色光とは進行方向が逆ではあるが、赤色光も平行な光路を辿っている。従って、３色の光の全ての光路を平行にすることができるため、液晶プロジェクタの装置全体のコンパクト化に資することになる。一方で、クロスダイクロイックプリズム６０の３側面から各色の光を入射させるために、３色の光のうち少なくとも１色の光については、光路を折り曲げる必要がある。図１では、緑色光の光路を９０°折り曲げることにより、３色の光をクロスダイクロイックプリズム６０に入射させている。以下、緑色光の光路は９０°折り曲げられるものとして説明するが、９０°以外の角度で光路を折り曲げてもよい。 The prism 40 is a prism made of a transparent member, and FIG. 1 illustrates a triangular prism. Here, a prism 40 is used to bend the optical path of green light. In FIG. 1, green light and blue light follow parallel optical paths, and green light and blue light travel in opposite directions, but red light also follows parallel optical paths. Accordingly, all the optical paths of the three colors of light can be made parallel, which contributes to the compactness of the entire liquid crystal projector. On the other hand, in order for light of each color to enter from the three side surfaces of the cross dichroic prism 60, it is necessary to bend the optical path for light of at least one of the three colors. In FIG. 1, light of three colors is made incident on the cross dichroic prism 60 by bending the optical path of green light by 90 °. Hereinafter, the description will be made assuming that the optical path of green light is bent by 90 °, but the optical path may be bent at an angle other than 90 °.

赤色用光均一化部材２２Ｒを透過した赤色光と、プリズム４０で光路が折り曲げられた緑色光と、青色用光均一化部材２２Ｂを透過した青色光とは、クロスダイクロイックプリズム６０に入射する前に、夫々赤色用液晶表示素子５０Ｒ、緑色用液晶表示素子５０Ｇ及び青色用液晶表示素子５０Ｂに入射する。各液晶表示素子５０は、夫々の色の光に対して光変調を施し、各色の画像を形成する。そして、各液晶表示素子５０により光変調が施された赤色光、緑色光及び青色光は、クロスダイクロイックプリズム６０の３側面から入射する。 Before the red light transmitted through the red light uniformizing member 22R, the green light whose optical path is bent by the prism 40, and the blue light transmitted through the blue light uniformizing member 22B are incident on the cross dichroic prism 60. The liquid crystal display element 50R for red, the liquid crystal display element 50G for green, and the liquid crystal display element 50B for blue are respectively incident. Each liquid crystal display element 50 performs light modulation on the light of each color and forms an image of each color. Then, the red light, the green light, and the blue light that are light-modulated by each liquid crystal display element 50 are incident from the three side surfaces of the cross dichroic prism 60.

クロスダイクロイックプリズム６０はキューブ状のプリズムであり、２つの誘電体多層膜（第１の誘電体多層膜６１と第２の誘電体多層膜６２）がクロスするように形成されている。第１の誘電体多層膜６１は青色光の波長域の光のみを反射し、他の波長域の光を透過させる光学特性を有する多層膜である。第２の誘電体多層膜６２は赤色光の波長域の光のみを反射し、他の波長域の光を透過させる光学特性を有する多層膜である。従って、クロスダイクロイックプリズム６０に入射する青色光は第１の誘電体多層膜６１で反射し、赤色光は第２の誘電体多層膜６２で反射する。クロスダイクロイックプリズム６０に入射する緑色光は、そのままクロスダイクロイックプリズム６０を透過する。 The cross dichroic prism 60 is a cube-shaped prism, and is formed such that two dielectric multilayer films (a first dielectric multilayer film 61 and a second dielectric multilayer film 62) cross each other. The first dielectric multilayer film 61 is a multilayer film having an optical characteristic of reflecting only light in the blue wavelength range and transmitting light in other wavelength ranges. The second dielectric multilayer film 62 is a multilayer film having optical characteristics that reflects only light in the red wavelength range and transmits light in other wavelength ranges. Accordingly, blue light incident on the cross dichroic prism 60 is reflected by the first dielectric multilayer film 61, and red light is reflected by the second dielectric multilayer film 62. The green light incident on the cross dichroic prism 60 passes through the cross dichroic prism 60 as it is.

よって、クロスダイクロイックプリズム６０において、赤色光、緑色光及び青色光の３色の光は色合成がされる。結像光学系７０は、クロスダイクロイックプリズム６０で色合成された光をスクリーン８０に投影するためのものである。ここで、結像光学系７０にはレンズが用いられる。一般的には投射レンズが用いられ、当該投射レンズによりカラー画像がスクリーン８０に表示されることになる。以下、結像光学系７０のレンズは投射レンズ７１であるものとして説明する。ただし、後述するように、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いた投射型表示装置の場合等には、投射レンズではなく、ＤＭＤ等に光を導くためのリレーレンズ群が結像光学系となる。 Therefore, in the cross dichroic prism 60, the three colors of light of red light, green light, and blue light are color-combined. The imaging optical system 70 is for projecting the light color-combined by the cross dichroic prism 60 onto the screen 80. Here, a lens is used for the imaging optical system 70. In general, a projection lens is used, and a color image is displayed on the screen 80 by the projection lens. Hereinafter, description will be made assuming that the lens of the imaging optical system 70 is the projection lens 71. However, as will be described later, in the case of a projection display device using a DMD (Digital Micromirror Device), a relay lens group for guiding light to the DMD or the like instead of the projection lens is an imaging optical system.

図２にも示されるように、プリズム４０は緑色光が入射する入射面４１、緑色光が反射する反射面４２、緑色光が出射する出射面４３を有している。図１及び図２では、三角プリズムを例示しているが、入射面４１、反射面４２及び出射面４３を有していれば、任意の形状のプリズムを適用することができる。図２に示されるように、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間には間隙領域４４が形成される。間隙領域４４は屈折率が低い媒質からなる領域であり、一般的には空気層が適用される。空気層が適用される場合には、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間には空気間隙（エア・ギャップ）が形成されることになる。ただし、屈折率が低い媒質であれば、空気層以外にも任意の媒質を適用することができる。 As shown in FIG. 2, the prism 40 has an incident surface 41 on which green light is incident, a reflecting surface 42 on which green light is reflected, and an exit surface 43 on which green light is emitted. 1 and 2 exemplify a triangular prism, but a prism having an arbitrary shape can be applied as long as it has an incident surface 41, a reflective surface 42, and an output surface 43. As shown in FIG. 2, a gap region 44 is formed between the green light uniformizing member 22 G and the prism 40. The gap region 44 is a region made of a medium having a low refractive index, and generally an air layer is applied. When an air layer is applied, an air gap (air gap) is formed between the green light uniformizing member 22G and the prism 40. However, any medium other than the air layer can be applied as long as the medium has a low refractive index.

プリズム４０の外部領域（反射面４２を境界にしてプリズム４０の外側の領域）４７についても間隙領域４４と同様に屈折率の低い媒質を選択する。従って、間隙領域４４と同じく、外部領域４７にも一般に空気層が適用されるが、空気層に限定されることはない。以下、間隙領域４４と外部領域４７とは同じ屈折率ｎａの媒質（総称して低屈折率領域とする）が適用されるものとして説明する。ただし、間隙領域４４と外部領域４７とは異なる媒質であってもよい。また、プリズム４０と投射レンズ７１との間の媒質を入射側媒質４８とし、当該入射側媒質４８としてはプリズム４０の屈折率よりも低い屈折率を有する材料（屈折率ｎｉの材料とする）を適用する。 For the external region 47 of the prism 40 (region outside the prism 40 with the reflecting surface 42 as a boundary) 47, a medium having a low refractive index is selected similarly to the gap region 44. Accordingly, an air layer is generally applied to the outer region 47 as well as the gap region 44, but is not limited to the air layer. Hereinafter, the gap region 44 and the external region 47 will be described assuming that a medium having the same refractive index na (generally referred to as a low refractive index region) is applied. However, the gap area 44 and the external area 47 may be different media. The medium between the prism 40 and the projection lens 71 is an incident side medium 48, and the incident side medium 48 is a material having a refractive index lower than the refractive index of the prism 40 (a material having a refractive index ni). Apply.

ここで、プリズム４０はガラス等の透明部材から構成されるものであり、その屈折率（以下、屈折率ｎｔ）は低屈折率領域の屈折率ｎａよりも高い。従って、プリズム４０と低屈折率領域との間に屈折率差を有することになる。また、図２に示されるように、プリズム４０の内部を進行している緑色光は、反射面４２に対して角度をもって入射することになる。この反射面４２で全反射させれば、画像形成のために利用される光の光量が最大になる。ただし、結像光学系７０による利用可能な光の入射角は制限されることから、必ずしもあらゆる角度の光を全反射させる必要はない。要するに、画像形成のために、結像光学系７０で利用される角度の光、つまり利用光が全反射されればよい。そこで、プリズム４０でこの反射効率を高めるための手法としては、プリズム４０と低屈折率領域との間の屈折率差を大きくすること、プリズム４０と外部領域４７との屈折率で規定される全反射角度範囲内にプリズム４０の反射面４２への入射光の角度を制御すること、の２つの手法がある。 Here, the prism 40 is composed of a transparent member such as glass, and its refractive index (hereinafter referred to as refractive index nt) is higher than the refractive index na of the low refractive index region. Accordingly, there is a refractive index difference between the prism 40 and the low refractive index region. As shown in FIG. 2, the green light traveling inside the prism 40 is incident on the reflecting surface 42 at an angle. If the light is totally reflected by the reflecting surface 42, the amount of light used for image formation is maximized. However, since the incident angle of light that can be used by the imaging optical system 70 is limited, it is not always necessary to totally reflect light at all angles. In short, it is only necessary to totally reflect the light having the angle used in the imaging optical system 70 for forming an image, that is, the used light. Therefore, as a technique for increasing the reflection efficiency in the prism 40, the refractive index difference between the prism 40 and the external region 47 is increased by increasing the refractive index difference between the prism 40 and the low refractive index region. There are two methods of controlling the angle of incident light on the reflecting surface 42 of the prism 40 within the reflection angle range.

以上の２つの反射効率を高めるための手法のうち、プリズム４０の反射面４２への入射角度をプリズム４０の前段の光学系に完全に制御することは困難であり、多少の光量ロスを生じる可能性がある。そこで、本発明では、プリズム４０の屈折率ｎｔの制御を行うことにより、反射面４２での反射角度を広くする。具体的には、プリズム４０の材料に屈折率が高いハイ・インデックスのものを使用する。プリズム４０に高い屈折率の材料を使用すれば、入射面４１に入射する緑色光の入射角に依らず、反射面４２での全反射角度を広くすることができる。 Of the above two methods for improving the reflection efficiency, it is difficult to completely control the incident angle of the prism 40 on the reflecting surface 42 to the optical system in front of the prism 40, which may cause a slight light loss. There is sex. Therefore, in the present invention, by controlling the refractive index nt of the prism 40, the reflection angle at the reflection surface 42 is widened. Specifically, a high index material having a high refractive index is used as the material of the prism 40. If a material having a high refractive index is used for the prism 40, the total reflection angle on the reflecting surface 42 can be widened regardless of the incident angle of the green light incident on the incident surface 41.

そこで、本発明では、結像光学系７０のＦ値に応じてプリズム４０に最低限必要となる屈折率（最小屈折率Ｍｉｎとする）を規定する。プリズム４０の屈折率ｎｔを「Ｍｉｎ≦ｎｔ」となるように、好適にコントロールすることにより、反射膜や反射カバー等の特別な部材を使用することなく、反射効率を高める。 Therefore, in the present invention, a refractive index (minimum refractive index Min) necessary for the prism 40 is defined according to the F value of the imaging optical system 70. By appropriately controlling the refractive index nt of the prism 40 so as to satisfy “Min ≦ nt”, the reflection efficiency is increased without using a special member such as a reflection film or a reflection cover.

プリズム４０の反射面４２で反射した緑色光は、クロスダイクロイックプリズム６０により色合成されて最終的に投射レンズ７１に入射する。光源１０Ｇから射出する緑色光のうち、投射レンズ７１のＦ値で規定される最大有効入射角以上の光は、最終的にスクリーン８０に投影される画像に寄与しない。従って、プリズム４０に入射する緑色光のうち投射レンズ７１の最大有効入射角以下の緑色光の反射効率を高めるようにする。 The green light reflected by the reflecting surface 42 of the prism 40 is color-combined by the cross dichroic prism 60 and finally enters the projection lens 71. Of the green light emitted from the light source 10G, light having a maximum effective incident angle defined by the F value of the projection lens 71 does not contribute to the image finally projected on the screen 80. Accordingly, the reflection efficiency of green light that is equal to or less than the maximum effective incident angle of the projection lens 71 out of the green light incident on the prism 40 is increased.

図２に示されるように、プリズム４０の出射面４３への入射角をθｒとし、投射レンズ７１の前記最大有効入射角をθｉとする。また、プリズム４０の入射面４１と出射面４３とのなす角度をα、反射面４２と出射面４３とのなす角度をβ、入射面４１と反射面４２とのなす角度をγとする。このとき、投射レンズ７１の最大有効入射角θｉは、出射面４３から出射した緑色光の屈折角と等しくなる。また、プリズム４０の角度を夫々α、β、γ（α＋β＋γ＝１８０°）としているが、直角二等辺三角形の形状の三角プリズムが用いられる場合には、「α＝９０°」、「β＝γ＝４５°」となる。 As shown in FIG. 2, the incident angle of the prism 40 on the exit surface 43 is θr, and the maximum effective incident angle of the projection lens 71 is θi. In addition, an angle formed between the incident surface 41 and the output surface 43 of the prism 40 is α, an angle formed between the reflective surface 42 and the output surface 43 is β, and an angle formed between the incident surface 41 and the reflective surface 42 is γ. At this time, the maximum effective incident angle θi of the projection lens 71 is equal to the refraction angle of the green light emitted from the emission surface 43. The angles of the prisms 40 are α, β, and γ (α + β + γ = 180 °), respectively. However, when a triangular prism having a right isosceles triangle shape is used, “α = 90 °”, “β = γ = 45 ° ”.

この場合において、最大有効入射角θｉの範囲内の緑色光がプリズム４０の反射面４２で全反射するための全反射条件は、反射面４２と出射面４３との両方に垂直な面内において、反射面４２における反射角が、投射レンズ７１に入射する光の光軸中心と平行な方向と反射面４２の法線方向とによって形成される、反射面４２における反射角のうち前記した反射面４２と出射面４３との両方に垂直な面内成分の角度Δよりも小さい光が反射する方向を「負方向」とし、反射角が角度Δよりも大きい光が反射する方向を「正方向」とし、投射レンズ７１の入射面に直交する方向を「直交方向」としたときに、下記の条件式を満足するようにプリズム４０の屈折率ｎｔが制御された場合である。なお、下記の条件式において、「ｎｔ＞ｎａ」及び「ｎｔ＞ｎｉ」の２つの条件は具備しているものとする。 In this case, the total reflection condition for the green light within the range of the maximum effective incident angle θi to be totally reflected by the reflecting surface 42 of the prism 40 is as follows in a plane perpendicular to both the reflecting surface 42 and the emitting surface 43. Of the reflection angles at the reflection surface 42, the reflection surface 42 described above is formed by the reflection angle at the reflection surface 42 formed by the direction parallel to the optical axis center of the light incident on the projection lens 71 and the normal direction of the reflection surface 42. The direction in which light smaller than the angle Δ of the in-plane component perpendicular to both the output surface 43 and the output surface 43 is reflected is the “negative direction”, and the direction in which light having a reflection angle greater than the angle Δ is reflected is “positive direction”. This is a case where the refractive index nt of the prism 40 is controlled so as to satisfy the following conditional expression when the direction orthogonal to the incident surface of the projection lens 71 is defined as an “orthogonal direction”. In the following conditional expression, it is assumed that two conditions “nt> na” and “nt> ni” are satisfied.

正方向から入射する光は、「θｒ＜（９０―β）°」のときには、「ｎｔ×ｓｉｎ（ｓｉｎ^―１（（ｎｉ／ｎｔ）×ｓｉｎθｉ）＋β）／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」、直交方向から入射する光は、「ｎｔ×ｓｉｎβ／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」、負方向から入射する光は、「θｒ＜β°」のときには、「ｎｔ×ｓｉｎ（ｓｉｎ^―１（（ｎｉ／ｎｔ）×ｓｉｎθｉ）―β）／ｎａ≧ｓｉｎ９０°」の条件を満たす場合である。 The light incident from the positive direction is “nt × sin (sin− ¹ ((ni / nt) × sin θi) + β) / na ≧ sin 90 °” when “θr <(90−β) °”, and from the orthogonal direction. The incident light is “nt × sin β / na ≧ sin 90 °”, and the incident light from the negative direction is “nt × sin (sin ⁻¹ ((ni / nt) × sin θi)” when “θr <β °”. −β) / na ≧ sin 90 ° ”.

前記式において、屈折率ｎｔを決定するための可変要素としては、「ｎａ、ｎｉ、β、θｉ」があるが、これらのうちｎａ及びｎｉについては、低屈折率領域として予め任意の媒質及び入射側媒質を選択しておくことができ、βについても、プリズム４０に何れの形状を採用するか予め選択しておくことができる。一般的には、低屈折率領域の媒質としては空気が選択されるため、「ｎａ＝１．０」であり、入射側媒質４８についても、空気が選択されるため、「ｎｉ＝１．０」である。そして、プリズム４０の形状は直角二等辺三角形の形状をしたものが採用されるため、「β＝４５°」である。よって、ｎａ、ｎｉ及びβは固定要素とすることができ、実質的に屈折率ｎｔを決定するための可変要素となるのはθｉになる。つまり、投射レンズ７１の最大有効入射角θｉによって、プリズム４０の屈折率ｎｔは決定されることになる。前記式から明らかなように、最大有効入射角θｉの角度幅が広がるのに比例して、プリズム４０の屈折率ｎｔも高くする必要がある。 In the above equation, there are “na, ni, β, θi” as variable elements for determining the refractive index nt. Of these, na and ni are preliminarily selected as an arbitrary medium and incident as a low refractive index region. The side medium can be selected, and with respect to β, it is possible to select in advance which shape is adopted for the prism 40. In general, since air is selected as the medium in the low refractive index region, “na = 1.0”, and air is also selected for the incident-side medium 48, so that “ni = 1.0”. Is. Since the prism 40 is in the shape of a right isosceles triangle, “β = 45 °” is satisfied. Therefore, na, ni, and β can be fixed elements, and θi is substantially a variable element for determining the refractive index nt. That is, the refractive index nt of the prism 40 is determined by the maximum effective incident angle θi of the projection lens 71. As is apparent from the above equation, the refractive index nt of the prism 40 needs to be increased in proportion to the increase in the angle width of the maximum effective incident angle θi.

投射レンズ７１の最大有効入射角θｉは、投射レンズ７１のＦ値で規定される。つまり、投射レンズ７１のＦ値が小さいほど、最大有効入射角θｉの幅は広くなる。そうすると、投射レンズ７１のＦ値が小さいほど、プリズム４０の屈折率ｎｔを高くする必要があり、Ｆ値が大きいほど、屈折率ｎｔは低くてもよいことになる。なお、前記の最大有効入射角θｉは、投射レンズ７１のＦ値の他に入射側媒質４８の屈折率ｎｉも可変要素となる。ここでは、「ｎｉ＝１．０」としているため、投射レンズ７１のＦ値で最大有効入射角θｉが規定されるが、ｎｉが可変の場合には、投射レンズ７１のＦ値と入射側媒質４８の屈折率ｎｉとによって最大有効入射角θｉが規定される。 The maximum effective incident angle θi of the projection lens 71 is defined by the F value of the projection lens 71. That is, the smaller the F value of the projection lens 71, the wider the maximum effective incident angle θi. Then, it is necessary to increase the refractive index nt of the prism 40 as the F value of the projection lens 71 is smaller. As the F value is larger, the refractive index nt may be lower. In addition to the F value of the projection lens 71, the refractive index ni of the incident side medium 48 is also a variable factor for the maximum effective incident angle θi. Here, since “ni = 1.0”, the maximum effective incident angle θi is defined by the F value of the projection lens 71. However, when ni is variable, the F value of the projection lens 71 and the incident side medium The maximum effective incident angle θi is defined by the refractive index ni of 48.

なお、図２に示しているように、「正方向」と「負方向」とを決定するために、投射レンズ７１に入射する光の光軸中心と平行な方向と反射面４２の法線方向とによって形成される角度Δを用いている。プリズム４０が直角二等辺三角形の形状をしており（つまり、α＝９０°、β＝γ＝４５°）、投射レンズ７１の法線方向と投射レンズ７１に入射する光の光軸中心の方向と一致している場合、前記の角度Δは、反射面４２での反射角（つまり、４５°）と等しくなる。従って、この場合、反射面４２における反射角が４５°よりも大きい光の反射方向が「正方向」、４５°よりも小さい光の反射方向が「負方向」となる。 As shown in FIG. 2, in order to determine the “positive direction” and the “negative direction”, the direction parallel to the optical axis center of the light incident on the projection lens 71 and the normal direction of the reflecting surface 42 The angle Δ formed by is used. The prism 40 has the shape of a right isosceles triangle (that is, α = 90 °, β = γ = 45 °), and the normal direction of the projection lens 71 and the direction of the optical axis center of the light incident on the projection lens 71 , The angle Δ is equal to the reflection angle at the reflecting surface 42 (that is, 45 °). Therefore, in this case, the reflection direction of light having a reflection angle on the reflection surface 42 larger than 45 ° is “positive direction”, and the reflection direction of light smaller than 45 ° is “negative direction”.

以上により、反射面４２で全反射させる場合に、投射レンズ７１のＦ値で規定される最大有効入射角θｉによって必要となるプリズム４０の最小屈折率Ｍｉｎを規定することができる。 As described above, the minimum refractive index Min of the prism 40 required by the maximum effective incident angle θi defined by the F value of the projection lens 71 can be defined when total reflection is performed by the reflection surface 42.

ところで、投射レンズ７１のＦ値に応じてプリズム４０の屈折率制御を行うことにより、反射面４２における緑色光の反射効率の向上を図っているが、本発明では、プリズム４０の屈折率ｎｔを投射レンズ７１のＦ値に応じて決定することにより、投射レンズ７１に必要な画像形成に寄与する緑色光のみを反射させ、必要ない緑色光については排除するという機能も有している。つまり、投射レンズ７１のＦ値に応じてプリズム４０の屈折率ｎｔを最小屈折率Ｍｉｎに近づける制御を行うことにより、単に緑色光の光路を変えるという機能だけではなく、スクリーン８０に投影される画像形成に寄与する光だけを選択的に反射させるフィルタ機能という側面も有している。 By the way, by controlling the refractive index of the prism 40 in accordance with the F value of the projection lens 71, the reflection efficiency of the green light on the reflecting surface 42 is improved. However, in the present invention, the refractive index nt of the prism 40 is set. By determining according to the F value of the projection lens 71, the projection lens 71 also has a function of reflecting only the green light contributing to image formation necessary for the projection lens 71 and eliminating unnecessary green light. That is, by controlling the refractive index nt of the prism 40 to be close to the minimum refractive index Min according to the F value of the projection lens 71, not only the function of changing the optical path of green light but also the image projected on the screen 80. It also has a side of a filter function that selectively reflects only light that contributes to formation.

プリズム４０の反射面４２が単に光を反射するという機能のみを有している場合（例えば、反射膜等を形成することにより光を反射させている場合等）、本来画像形成に必要となる光以外の光が投射レンズ７１に入射する可能性がある。そうすると、不必要な光は正規でない反射光であるため、投射レンズ７１の結像に有害な光（所謂、迷光）となり、最終的にスクリーン８０に形成される画像に対してコントラストの低下という悪影響を及ぼすことになる。本発明では、投射レンズ７１のＦ値に応じた最小屈折率Ｍｉｎに近い値の屈折率ｎｔを有するプリズム４０を選択する。投射レンズ７１のＦ値により規定される最大有効入射角θｉよりも大きい角度の光は迷光の要因となるため、当該光は反射させずにプリズム４０の反射面４２を透過させるようにした方がよい。そこで、投射レンズ７１のＦ値に応じた最小屈折率Ｍｉｎに近い値の屈折率ｎｔを有するプリズム４０を選択することにより、最大有効入射角θｉの範囲内の光のみの反射効率を高めることができる。つまり、画像形成に必要のない光については、積極的に反射させずに排除（透過）させるように制御していることになる。従って、プリズム４０の屈折率ｎｔを投射レンズ７１のＦ値に応じた最小屈折率Ｍｉｎに近い値のものを選択することにより、光の反射機能という役割とフィルタ機能という役割との２つの役割を発揮することができる。 When the reflecting surface 42 of the prism 40 only has a function of reflecting light (for example, when reflecting light by forming a reflecting film or the like), light that is originally required for image formation There is a possibility that light other than the light enters the projection lens 71. Then, since unnecessary light is non-regular reflected light, it becomes light harmful to the image formation of the projection lens 71 (so-called stray light), and an adverse effect of lowering contrast with respect to an image finally formed on the screen 80. Will be affected. In the present invention, the prism 40 having the refractive index nt having a value close to the minimum refractive index Min corresponding to the F value of the projection lens 71 is selected. Since light having an angle larger than the maximum effective incident angle θi defined by the F value of the projection lens 71 causes stray light, it is preferable to transmit the light through the reflecting surface 42 of the prism 40 without reflecting the light. Good. Therefore, by selecting the prism 40 having the refractive index nt close to the minimum refractive index Min according to the F value of the projection lens 71, the reflection efficiency of only light within the range of the maximum effective incident angle θi can be increased. it can. That is, light that is not necessary for image formation is controlled to be excluded (transmitted) without being actively reflected. Accordingly, by selecting the refractive index nt of the prism 40 having a value close to the minimum refractive index Min corresponding to the F value of the projection lens 71, two roles of a role of a light reflection function and a role of a filter function are achieved. It can be demonstrated.

図３を参照して、プリズム４０に必要となる最小屈折率Ｍｉｎについて説明する（β＝４５°、ｎｉ＝１．０、ｎａ＝１．０であるものとする：つまり、ｎｉ及びｎａは空気であるものとする）。図３において、投射レンズ７１のＦ値が「１．７」のときには、最大有効入射角θｉが「１７．１０°」となる。つまり、投射レンズ７１に入射する光のうち入射角が「１７．１０°」以内の光のみが、スクリーン８０に投影される画像形成に寄与するため、当該範囲内の光のみをプリズム４０の反射面４２において全反射させる。このとき、前述した式により導き出せる最小屈折率Ｍｉｎは、「１．７３３４７」となる。従って、投射レンズ７１のＦ値が「１．７」のときに、全反射させるために必要となるプリズム４０の屈折率ｎｔは、「ｎｔ≧１．７３３４７」となる。なお、図３の表中の反射面入射角度は、プリズム４０の反射面４２に入射する光の入射角度を示している。 The minimum refractive index Min required for the prism 40 will be described with reference to FIG. 3 (assuming that β = 45 °, ni = 1.0, na = 1.0: That is, ni and na are air. ). In FIG. 3, when the F value of the projection lens 71 is “1.7”, the maximum effective incident angle θi is “17.10 °”. That is, only the light with an incident angle within “17.10 °” of the light incident on the projection lens 71 contributes to the image formation projected onto the screen 80, so that only the light within the range is reflected by the prism 40. Total reflection is performed on the surface 42. At this time, the minimum refractive index Min that can be derived from the above-described equation is “1.773347”. Therefore, when the F value of the projection lens 71 is “1.7”, the refractive index nt of the prism 40 necessary for total reflection is “nt ≧ 1.73347”. The reflection surface incident angle in the table of FIG. 3 indicates the incident angle of light incident on the reflection surface 42 of the prism 40.

同様に、Ｆ値が「２．０」のときには、屈折率ｎｔは「ｎｔ≧１．６８２８９」、Ｆ値が「２．４」のときには、屈折率ｎｔは「ｎｔ≧１．６３５８７」、Ｆ値が「２．９」のときには、屈折率ｎｔは「ｎｔ≧１．５９５９７」の条件を満足すると、投射レンズ７１のＦ値で規定される最大有効入射角以内の光は、全反射を行う。そして、プリズム４０の屈折率ｎｔの最大値としては、２．００１７のものまで用いることができる。具体的な硝材としては、ＨＯＹＡ株式会社製のＴＡＦＤ２５（ｎｔ＝１．９０３６６）等が好適に用いられる。 Similarly, when the F value is “2.0”, the refractive index nt is “nt ≧ 1.68289”, and when the F value is “2.4”, the refractive index nt is “nt ≧ 1.63587”, F When the value is “2.9” and the refractive index nt satisfies the condition “nt ≧ 1.59597”, light within the maximum effective incident angle defined by the F value of the projection lens 71 undergoes total reflection. . The maximum value of the refractive index nt of the prism 40 can be up to 2.0017. As a specific glass material, TAFD25 (nt = 1.90366) manufactured by HOYA Corporation is preferably used.

ところで、反射面４２への入射角によっては、反射光の一部は出射面４３に向かって反射せず、入射面４１に向かって反射する可能性もある。本発明では、図２に示されるように、間隙領域４４によって低屈折率領域が形成されている。低屈折率領域が形成されると、入射面４１に向かって反射した一部の緑色光はプリズム４０の屈折率ｎｔと低屈折率領域の屈折率ｎａとの屈折率差により、入射面４１を透過せず、再び出射面４３に向かって反射することになる。このため、反射面４２で反射した緑色光の一部が入射面４１に向かったとしても、低屈折率領域が形成されていることにより、当該一部の光は出射面４３に戻されるため、光量ロスが生じることを抑制することができる。 By the way, depending on the incident angle to the reflecting surface 42, a part of the reflected light may not be reflected toward the emitting surface 43 but may be reflected toward the incident surface 41. In the present invention, as shown in FIG. 2, a low refractive index region is formed by the gap region 44. When the low refractive index region is formed, a part of the green light reflected toward the incident surface 41 is incident on the incident surface 41 due to the refractive index difference between the refractive index nt of the prism 40 and the refractive index na of the low refractive index region. The light is not transmitted, but is reflected again toward the emission surface 43. For this reason, even if a part of the green light reflected by the reflecting surface 42 is directed to the incident surface 41, since the part of the light is returned to the emitting surface 43 due to the formation of the low refractive index region, It is possible to suppress the occurrence of light loss.

そこで、低屈折率領域を形成するために、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間にスペーサ４５を介在させている。スペーサ４５を介在させて、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間に低屈折率の媒質（屈折率ｎａの媒質）を充填すれば、低屈折率領域を形成することができる。特に、低屈折率領域が空気層である場合には、特別な媒質を使用しなくても、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間にスペーサ４５を介在させるだけで、低屈折率領域を形成することができる。以下、低屈折率領域は空気層であるものとして説明する。 Therefore, a spacer 45 is interposed between the green light uniformizing member 22G and the prism 40 in order to form a low refractive index region. If a medium having a low refractive index (medium having a refractive index na) is filled between the green light uniformizing member 22G and the prism 40 with the spacer 45 interposed, a low refractive index region can be formed. In particular, when the low refractive index region is an air layer, the low refractive index can be reduced only by interposing the spacer 45 between the green light uniformizing member 22G and the prism 40 without using a special medium. Regions can be formed. In the following description, it is assumed that the low refractive index region is an air layer.

前述したように緑色用光均一化部材２２Ｇには透明部材が用いられているため、緑色用光均一化部材２２Ｇから低屈折率領域に射出する緑色光は屈折率差により屈折する。また、プリズム４０にも透明部材が使用されているため、低屈折率領域からプリズム４０に入射する緑色光は、再び屈折することになる。このため、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間の隙間管理は厳格に行う必要がある。前述したように、緑色光は屈折を繰り返して異なる媒質間を進行しているため、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０とのクリアランスが厳格に管理されないと、所定角度で屈折をすることができなくなるためである。ここでは、隙間管理を行うスペーサ４５は球状の形状（例えば、ビーズ等）をしており、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間の連結部分の四隅に配置されている。スペーサ４５としては、その他にも例えば細長の円柱形状の部材を、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間の端部に２箇所配置する構成も採用し得る。 As described above, since the transparent member is used for the green light uniformizing member 22G, the green light emitted from the green light uniformizing member 22G to the low refractive index region is refracted by the refractive index difference. Further, since a transparent member is also used for the prism 40, the green light incident on the prism 40 from the low refractive index region is refracted again. For this reason, it is necessary to strictly manage the gap between the green light uniformizing member 22G and the prism 40. As described above, since the green light is repeatedly refracted and travels between different media, if the clearance between the green light uniformizing member 22G and the prism 40 is not strictly controlled, the green light may be refracted at a predetermined angle. It is because it becomes impossible. Here, the spacers 45 for managing the gap have a spherical shape (for example, beads) and are arranged at the four corners of the connecting portion between the green light uniformizing member 22G and the prism 40. In addition, as the spacer 45, for example, a configuration in which two elongated cylindrical members are disposed at the end portion between the green light uniformizing member 22G and the prism 40 may be employed.

また、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間の低屈折率領域は密閉された空間とすることが好ましい。低屈折率領域が空気層であるとした場合、当該低屈折率領域は短い波長の緑色光（青色光、赤色光も同様）の通路となるため、ゴミその他の不純物が混入すると、緑色光が不純物による影響を受けるおそれがある。そこで、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間の低屈折率領域を密閉状態とするため、シール部材４６を形成する。シール部材４６は、スペーサ４５の内側を囲むように形成され、当該シール部材４６の内部に密閉空間の低屈折率領域が形成される。 The low refractive index region between the green light uniformizing member 22G and the prism 40 is preferably a sealed space. If the low-refractive index region is an air layer, the low-refractive index region is a path for short-wavelength green light (the same applies to blue light and red light). May be affected by impurities. Therefore, the seal member 46 is formed to seal the low refractive index region between the green light uniformizing member 22G and the prism 40. The seal member 46 is formed so as to surround the inside of the spacer 45, and a low refractive index region of a sealed space is formed inside the seal member 46.

ここで、低屈折率領域を介在して緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０とを連結させることが好ましい。スペーサ４５やシール部材４６に接着剤を用いて両者を接着させる方法もあるが、ここでは懸架部材３０を用いる。懸架部材３０として適用されるのは、光透過性の板状部材であり、最も好ましくは緑色用光均一化部材２２Ｇ及びプリズム４０と同種の透明部材（例えば、同じ種類のガラス部材等のように屈折率が等しいもの）が適用される。懸架部材３０は緑色用光均一化部材２２Ｇ及びプリズム４０と接着剤等により接着され、両者を連結した状態とする。懸架部材３０は、緑色用光均一化部材２２Ｇ及びプリズム４０に接着されて両者を強固に連結するために利用されるが、異なる種類の透明部材が適用されると、例えば温度が上昇したときに熱膨張係数の差により、接着面に剥離を生じること等があり得る。従って、同種の透明部材を適用することが好ましい。 Here, it is preferable to connect the green light uniformizing member 22G and the prism 40 with a low refractive index region interposed therebetween. Although there is a method of bonding the spacer 45 and the seal member 46 to each other using an adhesive, the suspension member 30 is used here. The suspension member 30 is a light-transmitting plate-like member, and most preferably a transparent member of the same type as the green light uniformizing member 22G and the prism 40 (for example, the same type of glass member or the like). With the same refractive index). The suspension member 30 is bonded to the green light uniformizing member 22G and the prism 40 with an adhesive or the like, and is connected to each other. The suspension member 30 is bonded to the green light uniformizing member 22G and the prism 40, and is used to firmly connect both. However, when different types of transparent members are applied, for example, when the temperature rises Due to the difference in coefficient of thermal expansion, peeling may occur on the adhesive surface. Therefore, it is preferable to apply the same type of transparent member.

図２に示されるように、懸架部材３０のうち大半の部分が緑色用光均一化部材２２Ｇ及びプリズム４０との接着面となる。図２では、一枚の懸架部材３０を図示しているが、これと反対側に同一の懸架部材３０が接着される。このため、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０とは２方向から連結されるため、連結強度はさらに強いものとなる。 As shown in FIG. 2, most of the suspension member 30 serves as an adhesive surface between the green light uniformizing member 22 G and the prism 40. Although one suspension member 30 is illustrated in FIG. 2, the same suspension member 30 is bonded to the opposite side. For this reason, since the green light uniformizing member 22G and the prism 40 are coupled from two directions, the coupling strength is further increased.

ここで、緑色用光均一化部材２２Ｇを進行している緑色光は、その大半が低屈折率領域に入射するが、図４に示されるように、一部の緑色光が懸架部材３０に入射することも考えられる。懸架部材３０に入射した一部の緑色光が外部に漏れてしまうと、当該一部の緑色光は損失するため、光量ロスの要因となる。しかし、本発明では、懸架部材３０に一部の緑色光が入射したとしても、懸架部材３０はプリズム４０と同じ種類の透明部材が使用されているため、ハイ・インデックスである。従って、低屈折率領域の屈折率と懸架部材３０との間の屈折率差は大きいため、懸架部材３０に入射した一部の緑色光は、懸架部材３０の接着面とは反対面で反射する。このため、外部に漏れることなく、再びプリズム４０に戻される。 Here, most of the green light traveling through the green light uniformizing member 22G is incident on the low refractive index region, but a part of the green light is incident on the suspension member 30 as shown in FIG. It is also possible to do. If a part of the green light incident on the suspension member 30 leaks to the outside, the part of the green light is lost, which causes a light amount loss. However, in the present invention, even if some green light is incident on the suspension member 30, the suspension member 30 is a high index because the same type of transparent member as the prism 40 is used. Therefore, since the refractive index difference between the refractive index in the low refractive index region and the suspension member 30 is large, a part of the green light incident on the suspension member 30 is reflected on the surface opposite to the bonding surface of the suspension member 30. . For this reason, it returns to the prism 40 again without leaking outside.

なお、図１では、緑色光の光路を折り曲げる液晶プロジェクタについて説明したが、青色光又は赤色光を折り曲げる液晶プロジェクタであってもよい。また、１色の光の光路を折り曲げるのではなく、２色ないし３色の光の光路を折り曲げるものであってもよい。また、光源については、ＬＥＤを前提として説明したが、例えば放電ランプ、レーザ光源、ＥＬ（電場発光素子）等を適用してもよい。 Although the liquid crystal projector that bends the optical path of green light has been described with reference to FIG. 1, it may be a liquid crystal projector that bends blue light or red light. Further, instead of bending the optical path of light of one color, the optical path of light of two or three colors may be bent. Further, the light source has been described on the premise of the LED, but for example, a discharge lamp, a laser light source, an EL (electroluminescent element), or the like may be applied.

ところで、投射型表示装置として構成したときに、プリズム４０の外部領域４７は、特殊な環境下に置かれる場合はともかく、通常は空気中に配置される。しかしながら、緑色用光均一化部材２２Ｇとプリズム４０との間の間隙領域４４は、スペーサ４５で囲まれた閉鎖空間であるから、必ずしも空気層が形成されるのではなく、所望の媒質を封入することが可能である。例えば、内部に屈折率を調整するための部材として光学接着剤等を充填することも可能である。そこで、光学接着剤ＡＣＲ２２０Ｂ（丸紅ケミックス株式会社製）を間隙空間４４内に充填した場合において、結像光学系７０のＦ値における最大の反射効率を得るためのプリズム４０の屈折率の関係は図５に示すとおりである。 By the way, when configured as a projection display device, the external region 47 of the prism 40 is usually arranged in the air, regardless of being placed in a special environment. However, since the gap region 44 between the green light uniformizing member 22G and the prism 40 is a closed space surrounded by the spacer 45, an air layer is not necessarily formed, and a desired medium is enclosed. It is possible. For example, it is possible to fill the inside with an optical adhesive or the like as a member for adjusting the refractive index. Therefore, when the optical adhesive AC R220B (manufactured by Marubeni Chemix Co., Ltd.) is filled in the gap space 44, the relationship of the refractive index of the prism 40 for obtaining the maximum reflection efficiency at the F value of the imaging optical system 70 is As shown in FIG.

次に、図６を用いて、ＤＭＤを用いた投射型表示装置について説明する。図６において、ＤＭＤを用いた投射型表示装置は、光源９１と導光角制御部材９２とプリズム９３と光均一化部材９４と結像光学系９５とＤＭＤ９６と投射レンズ９７とスクリーン９８とを有して構成される。これらのうち、導光角制御部材９２とプリズム９３と光均一化部材９４と投射レンズ９７とスクリーン９８とは、前述したものと同一の機能を果たすものである。光源９１は、青色光、緑色光及び赤色光の３色の光を発振する光源である。結像光学系９５は、光均一化部材９４を出射した各色の光をＤＭＤ９６に結像させるためのリレーレンズ群である。ＤＭＤ９６は、１画素に対応した微小ミラーであり、当該微小ミラーの傾斜方向を駆動制御することにより、光変調を行う。 Next, a projection display device using DMD will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the projection display device using DMD has a light source 91, a light guide angle control member 92, a prism 93, a light uniformizing member 94, an imaging optical system 95, a DMD 96, a projection lens 97, and a screen 98. Configured. Of these, the light guide angle control member 92, the prism 93, the light uniformizing member 94, the projection lens 97, and the screen 98 perform the same functions as described above. The light source 91 is a light source that oscillates light of three colors of blue light, green light, and red light. The imaging optical system 95 is a relay lens group for imaging the light of each color emitted from the light uniformizing member 94 on the DMD 96. The DMD 96 is a micro mirror corresponding to one pixel, and performs light modulation by driving and controlling the tilt direction of the micro mirror.

ＤＭＤを用いた投射型表示装置においても、プリズム９３の屈折率を制御することにより、反射膜等を形成することなく、必要となる光を反射させることができる。つまり、ＤＭＤ９６に結像させるための結像光学系９５のリレーレンズ群のＦ値で規定される最大有効入射角以下の光のみが画像形成に寄与するため、当該光のみを選択的に全反射させるような屈折率をプリズム９３に持たせる。また、プリズム９３の屈折率を、光量損失が許容される範囲内に抑制する。プリズム９３の屈折率を好適に制御することにより、プリズム９３に反射膜等を形成することなしに、全反射させることができ、且つ光量損失を抑制することができる。なお、投射型表示装置は、ＤＭＤを用いたものに限定されず、反射型液晶表示素子等の任意の投射型表示装置についても適用することができる。 Also in the projection display device using DMD, by controlling the refractive index of the prism 93, necessary light can be reflected without forming a reflection film or the like. That is, since only light having a maximum effective incident angle or less defined by the F value of the relay lens group of the imaging optical system 95 for forming an image on the DMD 96 contributes to image formation, only the light is selectively totally reflected. The prism 93 is given such a refractive index as described above. Further, the refractive index of the prism 93 is suppressed within a range in which the loss of light amount is allowed. By suitably controlling the refractive index of the prism 93, total reflection can be achieved without forming a reflection film or the like on the prism 93, and light loss can be suppressed. The projection display device is not limited to one using DMD, and can be applied to any projection display device such as a reflective liquid crystal display element.

液晶プロジェクタの概略構成図である。It is a schematic block diagram of a liquid crystal projector. プリズムと投射レンズとの説明図である。It is explanatory drawing of a prism and a projection lens. Ｆ値と屈折率との関係を示す表である。It is a table | surface which shows the relationship between F value and a refractive index. 懸架部材の説明図である。It is explanatory drawing of a suspension member. 最大の反射効率を得るためのプリズムの屈折率の関係Relation of refractive index of prism for maximum reflection efficiency ＤＭＤを用いた液晶プロジェクタの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the liquid crystal projector using DMD.

Explanation of symbols

１０光源２０導光ユニット
２１導光角制御部材２２光均一化部材
３０懸架部材４０プリズム
４１入射面４２反射面
４３出射面４４間隙領域
４５スペーサ４６シール部材
Ｍｉｎ最小屈折率ｎａ屈折率
ｎｔ屈折率 θｉ最大有効入射角 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light source 20 Light guide unit 21 Light guide angle control member 22 Light equalization member 30 Suspension member 40 Prism 41 Incidence surface 42 Reflection surface 43 Output surface 44 Gap area 45 Spacer 46 Seal member Min Minimum refractive index na Refractive index nt Refractive index θi Maximum effective incident angle

Claims

A light source, an imaging optical system for imaging light emitted from the light source, and a prism made of a transparent member for bending the light emitted from the light source and guiding it to the imaging optical system,
Of the light incident on the imaging optical system, the refractive index of the incident side medium, which is a medium between the imaging optical system and the prism, and the imaging optical system determined by the imaging optical system A projection-type display device, wherein the prism has a refractive index that totally reflects light having a maximum effective incident angle or less.

The projection display device according to claim 1,
The prism has a reflection surface that reflects light and an emission surface from which light reflected by the reflection surface is emitted,
The refractive index of the prism is nt, the refractive index of the external region of the prism is na, the refractive index of the incident side medium is ni, the maximum effective incident angle is θi, and the incident angle to the exit surface is θr. And the angle formed by the reflection surface and the exit surface is β, and the reflection angle at the reflection surface is incident on the imaging optical system in a plane perpendicular to both the reflection surface and the exit surface. A direction in which light smaller than an angle Δ of the vertical in-plane component among reflection angles at the reflection surface formed by a direction parallel to the optical axis center of light and a normal direction of the reflection surface is reflected. When `` negative direction '', the direction in which the reflection angle is larger than the angle Δ is reflected as `` positive direction '', and the normal direction of the imaging optical system is the orthogonal direction,
Satisfy the conditions of “nt> na” and “nt> ni”
The light incident on the imaging optical system from the positive direction is “nt × sin (sin− ¹ ((ni / nt) × sin θi) + β) / na ≧ when“ θr <(90−β) ° ”. sin 90 ° ”, light incident on the imaging optical system from the orthogonal direction is“ nt × sin β / na ≧ sin 90 ° ”, and light incident on the imaging optical system from the negative direction is“ θr <β ° ”, A projection type display device characterized by satisfying the condition of“ nt × sin (sin− ¹ ((ni / nt) × sin θi) −β) / na ≧ sin 90 ° ”.

The projection display device according to claim 1,
The projection type display device, wherein the refractive index nt of the prism satisfies a condition of “1.59597 ≦ nt”.