以下，参照附图说明本发明的实施例。此外，在以下的实施例中，
只要不作另外的定义，将互相正交的3个轴定为x、y、z，将光的行
进方向(与光轴平行的方向)定为z轴，将水平方向和垂直方向分别
定为x轴方向和y轴方向。
图1是在平面上观察作为本发明的一实施例的投射型显示装置的
主要部分的概略结构图。该投射型显示装置1000具备：照明光学系
统100、微镜型光调制装置200、棱镜300以及投射透镜(投射光学
系统)400。配置微镜型光调制装置200和投射透镜400，使其各自的
中心轴200ax、300ax一致。配置照明光学系统100，如后面所述，
使得由于对微镜型光调制装置200进行照明的光的入射角的限制，照
明光学系统的中心轴100ax相对于微镜型光调制装置200的中心轴
(光照射面202的法线)200ax的斜率为预定值。在此，「光照射面」
表示可利用被照射的光作为形成图像的光的区域、即作为下述的形成
了微镜的区域的狭义的光照射面。但是，在以下也有将还包含形成了
微镜的区域的外侧的、光照射的整个区域称为光照射面的情况。
照明光学系统100具备光源部110、第1聚光透镜120、彩色转
盘130、第2聚光透镜140、第1透镜阵列150、第2透镜阵列160
以及重叠透镜170。将这些光学元件100、120、130、140、150、160、
170按顺序沿照明光学系统100的中心轴100ax配置。
光源部110具有光源灯112和凹面镜114。光源灯112是射出辐
射状的光线的辐射光源。作为光源灯112，使用了金属卤素灯及高压
水银灯等的高压放电灯。凹面镜114是以反射来自光源灯112的辐射
光线并入射到第1聚光透镜120的方式，从开口部116作为聚光的光
射出的椭圆面凹面镜。作为凹面镜114，也可使用反射来自光源灯112
的辐射光线并作为大致平行光射出的抛物面镜。此时，也可在光源部
110与聚光透镜120之间附加其它的聚光透镜以便使大致平行光入射
到聚光透镜120上。
第1聚光透镜120是为了缩小照射到彩色转盘130上的光斑而使
来自光源部110的光聚集在彩色转盘130上用的光学元件。
图2是从光源部110一侧观察彩色转盘130的正面图。彩色转盘
130是在沿旋转方向上被区分为3个扇形的区域中形成了3个透射型
滤色器130R、130G、130B的转盘。第1滤色器130R具有透过红色的
波长区域的光(以下，称为「红彩色光R」)、反射或吸收其它波长区
域的光的功能。同样，第2和第3滤色器130G、130B分别具有透过
绿色、蓝色的波长区域的光(以下，称为「绿彩色光G」、「蓝彩色光
B」)、反射或吸收其它波长区域的光的功能。滤色器由使用例如电介
质多层膜、染料而形成的滤色板等构成。
将彩色转盘130配置成使由第1聚光透镜120聚光的光斑SP照
射偏离彩色转盘130的中心轴130ax的预定的周边位置。而且，彩色
转盘130用未图示的电机以中心轴(旋转轴)130ax为中心以一定的
速度旋转。此时，光斑SP对应于彩色转盘130的旋转，以一定间隔
循环地照射滤色器130R、130G、130B的各区域。其结果，透过彩色
转盘130的光对应于彩色转盘130的旋转，循环地变化为红彩色光R、
绿彩色光G、蓝彩色光B。
图1的第2聚光透镜140具有聚光的功能，以使透过了彩色转盘
130的光入射到第1透镜阵列150上。在本实施例中，设定第2聚光
透镜140，以使透过彩色转盘130的发散光成为大致平行的光。
第1透镜阵列150是由具有四边形状的轮廓的多个小透镜152构
成的透镜阵列。该第1透镜阵列150具有将从第2聚光透镜140射出
的大致平行的光分割为与多个小透镜152对应的多个部分光束并使各
部分光束分别在第2透镜阵列160的附近聚光的功能。
第2透镜阵列160具备与第1透镜阵列150的各个小透镜152对
应的小透镜162。第2透镜阵列160具有对齐的功能，以使从第1透
镜阵列150射出的部分光束的各自的中心轴变得与中心轴100ax大致
平行。再有，如果第2透镜阵列160的各小透镜162可入射从第1透
镜阵列150射出的对应的各部分光束，则也可采取四边形以外的形
状。在本实施例中，使用了与第1透镜阵列150只是透镜面(凸面)
的方向不同的透镜阵列。
重叠透镜170具有将从第2透镜阵列160射出的多个部分光束重
叠在微镜型光调制装置200的光照射面202上的功能。
2个透镜阵列150、160、重叠透镜170构成了所谓的积分光学系
统。由此，照明光学系统100均匀地对微镜型光调制装置200的光照
射面202进行照明。
微镜型光调制装置200是通过根据图像信息用微镜反射来对照射
到光照射面上的照明光进行调制并将该光射出到投射透镜400上的光
调制装置。图3是示出作为微镜型光调制装置200的例子的DMD的说
明图。如图3(A)中所示，在DMD200的光照射面202上以矩阵状形
成了具有大致正方形的轮廓的多个微镜204。各微镜204被形成为以
连结左上与右下的顶点的对角线为转动轴204c可在预定的范围内转
动。这些微镜204与构成图像的各像素对应。
在此，将光照射面202的水平方向轴设为h，将垂直方向轴设为
v。此外，为了使说明变得容易，将照射到光照射面202上的照明光
用代表该照明光的中心光线(入射光线)IR来表示。为了使装置的结
构变得容易，照射到DMD200上的照明光IR最好具有与各微镜204的
转动轴204c垂直的入射面。在此，由于转动轴204c是连结微镜204
的左下与右上的顶点的对角线，故相对于水平轴h的斜率约为在右斜
上方向上45度。因此，如图3(A)中所示，照射到DMD200上的照明
光IR从右斜下方向被入射，使得投影到光照射面202上的照明光IR
的对于水平轴h的斜率θh约为45度。此外，如图3(B)中所示，这
样来入射照明光IR，使得对于光照射面202的法线200ax的斜率θL
约为20度。
图3(C)示出了包含朝向微镜204的入射光和其反射光的入射面、
即与转动轴204c垂直的剖面上的光路。微镜204相对于与光照射面
202平行的平面F(在图3(C)中用虚线示出)，以转动轴204c为中
心，转动约±(θL/2)度(
![]()
度)。再有，假定沿顺时针转动的
角度为正。如上所述，照明光IR由从平面F的法线Fn倾斜了+θL(
![]()
+20度)的方向入射到微镜204上。
在微镜204相对于平面F倾斜了+(θL/2)的状态的情况下，
照明光IR在从照明光IR倾斜了-θL的方向、即与法线Fn平行的方
向上作为反射光RR(+θL/2)而被射出。在微镜204倾斜了-(θL
/2)的状态的情况下，照明光IR在从照明光IR倾斜了-(3·θL)
的方向上作为反射光RR(-θL/2)而被射出。这样，照射到微镜204
上的照明光IR根据微镜204的转动角度在不同的方向上反射而被射
出。例如，如果在反射光RR(+θL/2)的方向上配置投射透镜，则
只有反射光RR(+θL/2)作为形成图像用的光而被利用。由此，在
微镜204倾斜了+(θL/2)的状态下，反射光通过投射透镜而被投
射，实现亮显示，在微镜204倾斜了-(θL/2)的状态下，反射光
不被通过投射透镜投射，实现暗显示。中间的灰度是用在1个像素描
绘图像的一定时间中根据灰度控制亮和暗的显示的比例的方法(被称
为所谓的脉冲宽度调制的方法)来实现的。
图1的棱镜300具有反射从照明光学系统100射出后入射的照明
光并使其以预定的角度入射到DMD200的光照射面202上的功能。此
外，具有透过从DMD200射出的调制光并射出到投射透镜400上的功
能。通常，将设定为对来自照明光学系统100的入射光进行全反射。
再有，如上所述，配置投射透镜400，以便将在微镜204倾斜了+(θL
/2)的状态下的反射光作为形成图像用的光来利用。由此，根据图像
信息从微镜型光调制装置200射出的调制光通过投射透镜400而被投
射，以显示图像。再有，关于棱镜300的结构的细节，如下所述。
如上所述，根据彩色转盘130的旋转，从照明光学系统100以一
定间隔循环地射出红彩色光R、绿彩色光G、蓝彩色光B。此时，通过
根据与被照射的彩色光对应的图像信息来控制微镜型光调制装置200
的各微镜204，可显示彩色图像。再有，也可省略彩色转盘130，以
显示黑白图像。此时，也可省略2个聚光透镜120、140。此外，也可
代替抛物面凹面镜，用光源部110的凹面镜114来射出大致平行的
光。
本发明的投射型显示装置1000在棱镜300的结构方面具有特
征。图4是示出棱镜300的结构的说明图。图4(A)示出了棱镜300
的斜视图。棱镜300具备2个棱镜柱300A、300B。
图5是示出第1棱镜柱300A的结构的说明图。图5(A)、(B)、
(C)、(F)分别示出了平面图、正面图、右侧面图、斜视图。此外，
图5(D)、(E)示出了从图5(F)的D方向和E方向观察的矢视图。
第1棱镜柱300A的各顶点的位置用符号V1～V8来示出。如图5(F)
的斜视图中所示，第1棱镜柱300A是具有面V5V6V7V8(下表面
310A)、面V1V2V3V4(上表面312A)、面V1V5V6V2(侧面302A)、面
V8V7V3V4(侧面304A)、面V4V8V5V1(侧面306A)、面V2V6V7V3(侧
面308A)的柱状6面体。D方向是与连结2个顶点V5、V6的棱角线
V5V6平行的方向，E方向是与连结2个顶点V8、V5的棱角线V8V5平
行的方向。在图5(A)的平面图中，棱镜柱300A是这样来形成的，
使连结2个顶点V1、V2的棱角线V1V2与连结2个顶点V4、V3的棱
角线V4V3的夹角约为35度，使棱角线V1V2与连结2个顶点V3、V2
的棱角线V3V2的夹角约为125度，使连结侧2个顶点V1、V4的棱角
线V1V4与连结2个顶点V3、V4的棱角线V3V4的夹角约为100.9度。
此外，在图5(B)的正面图中，这样来形成侧面308A，使其与下表
面310A和上表面312A垂直。再者，在图5(D)的矢视图中，侧面
302A与底面310A的夹角约为90.9度，在图5(E)的矢视图中，侧
面306A与底面310A的夹角约为97.9度。
图6是示出制造第1棱镜柱300A的方法的说明图。图6(A)是
示出制造第1棱镜柱300A用的直角棱镜300AO的平面图，图6(B)、
(C)示出了从图6(A)的B方向和C方向观察的矢视图。B方向是
与下表面310AO与切断面SL2的交线SL2D平行的方向，C方向是与
下表面310AO与切断面SL1的交线SL1D平行的方向。直角棱镜300AO
为底面、即下表面310AO与上表面312AO的形状是直角三角形，3个
侧面302AO、304AO、306AO是长方形的三角柱状棱镜。棱镜柱300A
通过沿3个切断面SL1、SL2、SL3切断直角棱镜300AO来制造。再有，
直角棱镜300AO的上表面312AO和下表面310AO相当于图5(A)中
示出的棱镜柱300A的上表面312A和下表面310A。
如图6(A)中所示，切断面SL1与直角棱镜300AO的上表面312A
的交线SL1U相对于侧面304AO的斜率约为35度。此外，如图6(C)
中所示，切断面SL1相对于下表面310AO的斜率约为90.9度。通过
用这样的切断面SL1来切断直角棱镜300AO，如图5(D)的矢视图中
所示，可形成相对于第1棱镜柱300A的下表面310A的斜率约为90.9
度的侧面302A。
如图6(A)中所示，切断面SL2与直角棱镜300AO的上表面312A
的交线SL2U相对于侧面304AO的斜率约为100.9度。此外，如图6
(B)中所示，切断面SL2相对于下表面310AO的斜率约为97.9度。
通过用这样的切断面SL2来切断直角棱镜300AO，如图5(E)的矢视
图中所示，可形成相对于棱镜柱300A的下表面310A的斜率约为97.9
度的侧面306A。
如图6(A)中所示，切断面SL3与侧面304AO垂直。通过用这样
的切断面SL3来切断直角棱镜300AO，如图5(A)中所示，可形成侧
面308A，使得连结顶点V1、V2的棱角线V1V2与连结顶点V2、V3的
棱角线V2V3的夹角为约125度。
图7是示出第2棱镜柱300B的结构的说明图。图7(A)、(B)、
(C)、(E)分别示出了平面图、正面图、右侧面图、斜视图。此外，
图7(D)示出了从图7(E)的D方向观察的矢视图。第2棱镜柱300B
的各顶点的位置用符号P1～P8来示出。如图7(E)的斜视图中所示，
第2棱镜柱300B是具有面P5P6P7P8(下表面310B)、面P1P2P3P4(上
表面312B)、面P4P8P7P3(侧面302B)、面P1P5P6P2(侧面304B)、
面P2P6P7P3(侧面306B)、面P4P8P5P1(侧面308B)的柱状6面体。
D方向是与连结2个顶点P8、P7的棱角线P8P7平行的方向。在图7
(A)的平面图中，棱镜柱300B是这样来形成的，使连结2个顶点P2、
P1的棱角线P2P1与连结2个顶点P3、P4的棱角线P3P4的夹角约为
35度，使连结2个顶点P1、P2的棱角线P1P2与连结2个顶点P3、
P2的棱角线P3P2的夹角约为90度，使连结侧2个顶点P2、P3的棱
角线P2P3与连结2个顶点P4、P3的棱角线P4P3的夹角约为55度。
此外，在图7(B)的正面图中，这样来形成侧面306B、308B，使其
与下表面310B和上表面312B垂直。再者，在图7(D)的矢视图中，
侧面302B(面P4P8P7P3)与底面310B(面P5P6P7P8)的夹角约为
89.1度，在图7(C)的右侧面图中，连结2个顶点P5、P1的棱角线
P5P1与连结2个顶点P8、P4的棱角线P8P4的夹角约为1.1度。
图8是示出制造第2棱镜柱300B的方法的说明图。图8(A)是
示出制造第2棱镜柱300B用的直角棱镜300BO的平面图，图8(B)
示出了从图8(A)的B方向观察的矢视图。B方向是与下表面310BO
与切断面SL4的交线SL4D平行的方向。作为该直角棱镜300BO，通
常使用与直角棱镜300AO形状及特性相同的棱镜。棱镜柱300B通过
沿2个切断面SL4、SL5切断直角棱镜300BO来制造。再有，直角棱
镜300BO的上表面312BO、下表面310BO、侧面304BO、侧面306BO
相当于图7(A)中示出的棱镜柱300B的上表面312B、下表面310B、
侧面304B、侧面306B。
如图8(A)中所示，切断面SL4与直角棱镜300BO的上表面312BO
的交线SL4U相对于侧面304BO的斜率约为35度。此外，如图8(B)
中所示，切断面SL4相对于下表面310BO的斜率约为89.1度。通过
用这样的切断面SL4来切断直角棱镜300BO，如图7(D)中所示，可
形成相对于棱镜柱300B的下表面310B的斜率约为89.1度的侧面
302B。
如图8(A)中所示，切断面SL5是与上表面312BO和下表面310BO
垂直的面。通过用这样的切断面SL5来切断直角棱镜300BO，如图7
(B)中所示，可形成与上表面312B、下表面310B和侧面304B垂直
的侧面308B。此外，如图8(B)中所示，切断面SL4相对于下表面
310BO的斜率约为89.1度。因而，通过用这样的切断面SL4、SL5来
切断直角棱镜300BO，如图7(C)中所示，可形成侧面308B，使连
结2个顶点P5、P1的棱角线P5P1与连结2个顶点P8、P4的棱角线
P8P4的夹角约为1.1度。
在棱镜300中，如图4(A)的斜视图中所示，通过来图示的垫片
来接合上述第1棱镜柱300A的侧面302A与第2棱镜柱300B的侧面
302B。因而，在棱镜柱300A的侧面302A与棱镜柱300B的侧面302B
之间形成了相当于垫片的高度的空隙。该空隙通常约为0.01mm。2个
棱镜柱300A、300B的折射率n约为1.56883。由此，侧面302A具有
作为反射和透过的特性根据光的入射角而变化的选择反射透过面的
功能。再有，2个棱镜柱300A、300B的折射率n及2个侧面302A、
302B之间的空隙的大小不限定于如上述那样，可根据所要求的规格进
行调整。
如图4(B)的平面图中所示那样，由上述2个棱镜柱300A、300B
构成的棱镜300的侧面306A与上表面312A的交线316A被形成为，
相对于与垂直于侧面304A的中心轴CLz平行的引出线PLz的斜率约
为10.9度。此外，侧面302A与上表面312A的交线318A被形成为，
相对于与平行于侧面304A的中心轴CLx平行的引出线PLx的斜率约
为35度。如图4(E)的背面图中所示那样，侧面304A与306A的交
线314A被形成为，相对于与垂直于中心轴CLz、CLx的中心轴CLy平
行的引出线PLy的斜率约为8.1度。
图9是示出通过棱镜300入射到DMD200上的照明光的说明图。
图9(A)、(B)、(C)、(D)分别示出了正面图、平面图、右侧面图、
斜视图。将棱镜300配置在DMD200的附近，使得侧面304A与DMD200
的光照射面202大致平行。将棱镜300的中心轴CLz配置成与垂直于
DMD200的光照射面202的中心轴200ax一致。将平行于该中心轴的
轴定为z轴，而且将从DMD200朝向棱镜300的方向定为正方向。此
外，在与z轴垂直且互相正交的轴中，将水平方向的轴定为x轴，将
垂直方向的轴定为y轴。将棱镜300的中心轴CLx、CLy分别配置成
与x轴、y轴平行。以下，为了使说明变得容易，以入射到光照射面
202的中心的照明光为代表来说明。即，以下说明的各照明光表示各
照明光的中心光线(中心轴)。
如图9(B)中所示，从未图示的照明光学系统100射出的照明光
I1垂直地入射到棱镜300的侧面306A上。入射到棱镜300上的照明
光I1被棱镜300的选择反射透过面302A全反射。由选择反射透过面
302A反射的照明光I2从侧面304A射出，照射到DMD200的光照射面
202上。DMD200根据图像信息反射照射到光照射面202上的照明光
I2。在被DMD200反射的照明光中，在z方向上被反射的调制光I3作
为表示图像的光来利用。从DMD200射出的调制光I3垂直地入射到棱
镜300的侧面304A上，在透过选择反射透过面302A的同时，也透过
侧面302B，从侧面304B射出到未图示的投射透镜400上。
为了满足用图3说明了的限制，如图9(A)中所示，将照射到光
照射面上的照明光I2的光路设定为，在投影到与光照射面202平行
的xy平面上时，相对于与x轴平行的中心轴Lx(与棱镜300的中心
轴CLx平行的中心轴)朝向右斜下约45度的方向。此外，如图9(D)
中所示，在包含照明光I2的光路和调制光I3的光路的入射面内，照
明光I2的入射角约为20度。
另一方面，如图9(A)中所示，从侧面306A入射的照明光I1
的光路在投影到与光照射面202平行的xy平面上时，相对于中心轴
Lx的斜率为右斜下约8.1度。因而，可使投影到xy平面上的照明光
I1对于中心轴Lx的斜率比投影到xy平面上的照明光I2的斜率小。
图10是将本实施例中的投射型显示装置的整体尺寸与现有的投
射型显示装置的整体尺寸进行比较而示出的说明图。如图10(A)中
所示，在现有的投射型显示装置中，配置照明光学系统100，使得在
将从照明光学系统100射出的照明光I1的光路投影到与DMD200的大
致矩形的光照射面202平行的xy平面上时，照明光I1的光路相对于
x轴朝向右斜下约45度的方向。另一方面，如图10(B)中所示，在
本实施例的投射型显示装置1000中，这样配置照明光学系统100即
可，在将从照明光学系统100射出的照明光I1的光路投影到与DMD200
的大致矩形的光照射面202平行的xy平面上时，照明光I1的光路相
对于x轴朝向右斜下约8.1度的方向。因而，在本实施例的投射型显
示装置1000中，作为为了配置照明光学系统100所必要的空间，与
以往相比可减少垂直方向的空间。由此，与以往相比，可谋求投射型
显示装置的小型化。
此外，在本实施例中，以设定照明光I1的光路，使得在将入射
到棱镜300上的照明光I1的光路投影到与DMD200的光照射面202平
行的xy平面上时该照明光I1的光路相对于x轴朝向右斜下约8.1度
的方向的情况为例进行了说明，但不限于此。例如，也可这样来构成
棱镜，使照明光I1的光路相对于x轴的斜率比右斜下45度大。此时，
如图10(C)中所示，作为配置照明光学系统100所必要的空间，与
以往相比可减少水平方向的空间。此时，与以往相比也可谋求投射型
显示装置的小型化。
再有，以具有下述限制的情况为例进行了说明，即，在上述实施
例中作为微镜型光调制装置200使用的DMD中，将投影到与光照射面
202平行的xy平面上的照明光I2的光路设定为相对于x轴朝向右斜
下约45度的方向，而且，在包含照明光I2的光路和调制光I3的光
路的入射面内，照明光I2的入射角约为20度，但不限于此。例如，
也可以是具有将照明光I2的光路设定为相对于x轴朝向斜率大于或
小于右斜下约45度的方向限制的微镜型光调制装置。此外，也可以
是具有在包含照明光I2的光路和调制光I3的光路的入射面内照明光
I2的入射角小于或大于20度的限制的情况。此时，这样来形成棱镜
的选择反射透过面即可，在将照明光的光路投影到与微镜型光调制装
置的光照射面平行的预定的平面上时，从照明光学系统射出后入射到
选择反射透过面上的照明光的中心轴的斜率与被选择反射透过面反
射后入射到光照射面上的照明光的中心轴的斜率不同。
此外，在上述投射型显示装置中，以使用了具备带有透镜阵列和
重叠透镜的积分光学系统的照明光学系统的情况为例进行了说明，但
不限于此。例如，也可使用具备采用了被称为积分棒(integrator
rod)的棱镜的积分光学系统的照明光学系统。此外，也可使用不采
用积分光学系统的照明光学系统。即，只要是能对微镜型光调制装置
的光照射面进行照明的照明光学系统即可。
在上述实施例中，以使用了微镜型光调制装置的投射型显示装置
进行了说明，但不限于此，在通过根据图像信息控制照射到光照射面
上的照明光的射出方向来对光进行调制的各种光调制装置中都可利
用。
再有，本发明不限于上述的实施例及实施形态，在不脱离其要旨
的范围内，可在各种形态中实施。