JP2006292837A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 投射レンズへの不要光の入射を確実に防止し、ゴーストの形成を実質的に完全に抑制することができる投射型表示装置を提供すること。
【解決手段】 照明光学系１０は、光源からの放射光を集光してライトバルブを照明する。光学ユニットは、照明光学系１０からの照明光を反射型ライトバルブ６に導く。反射型ライトバルブ６は、導かれた照明光を反射又は透過して光学像を形成する。投射光学系８は、反射型ライトバルブ６が形成した光学像を投射する。支持部１２〜１４は、投射型表示装置に含まれる光学素子の少なくとも一部を支持し、支持部１２〜１４の少なくとも一部に、所定の形状を有する構造単位が照明光の最短波長よりも小さいピッチで周期的にアレイ状に配列された反射防止構造体が設けられ、反射防止構造体自体、及び支持部の反射防止構造体が設けられた部分のうち、少なくとも一方は、照明光を吸収可能な材料からなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ライトバルブを用いた投射型表示装置に関する。

大画面映像を得る方法として、ライトバルブ上に映像信号に応じた画像を形成し、その画像に光を照射して形成された光学像を投射レンズによりスクリーン上に拡大投射する方法が従来からよく知られている（例えば、特許文献１）。ライトバルブとして、映像信号に応じて光の進行方向を制御することにより光学像を形成する空間光変調素子を用いた場合、光利用効率の高い高輝度の投射画像を表示することができる。ライトバルブには、例えば、液晶を使った透過型ライトバルブや、反射を使った反射型ライトバルブがある。以下、主に反射型ライトバルブを用いる場合を例に説明する。

反射型ライトバルブとしては、近年、デジタル・マイクロミラー・デバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ、以下、ＤＭＤと呼ぶ）が注目されている。ＤＭＤは、シリコン基板上に多数の微少な反射ミラー（以下、微少ミラーと呼ぶ）が２次元的に配置されており、各微少ミラーが画素を構成する。各微少ミラーは、±θ度（通常、θは約１０）の範囲でシーソーのように可動するように構成されている。ＤＭＤは、映像信号に応じて、各微少ミラーを＋θ度または−θ度傾かせることで光線の出射方向を制御し、光学像を形成する。

図９及び図１０は、反射型ライトバルブを用いた従来の投射型表示装置の構成を示す水平断面図である。照明光を反射型ライトバルブに導き、形成された光学像を投射光学系に入力させる光学ユニットとして、図９に示す投射型表示装置では全反射プリズム１０５Ａ及び１０５Ｂが用いられ、図１０に示す投射型表示装置では凸レンズ１１８が用いられている。いずれの投射型表示装置の場合も、光学ユニット以外は概ね同様の構成を有するので、代表して、図９に示す全反射プリズム１０５Ａ及び１０５Ｂを用いた従来の投射型表示装置について以下に説明する。

光源としてのランプ１０１から放射される光を反射型ライトバルブ１０６上に集光及び照明する照明光学系１１０は、ランプ１０１、凹面鏡１０２、ロッドプリズム１０３及びコンデンサーレンズ１０４によって構成される。ロッドプリズム１０３は、例えば四角柱状であり、その断面は、反射型ライトバルブ１０６の有効表示領域にほぼ等しいアスペクト比を有する。凹面鏡１０２は、反射面の断面形状が楕円形をなし、第１焦点と第２焦点とを有する。また、ランプ１０１の発光体の中心は、凹面鏡１０２の第１焦点付近に位置するように配置され、ロッドプリズム１０３の光入射面は、凹面鏡１０２の第２焦点付近に位置するように配置されている。また、凹面鏡１０２は、赤外光を透過させ、可視光を反射させる光学多層膜をガラス製基材の内面に形成したものである。

ランプ１０１から放射される放射光は、凹面鏡１０２により反射及び集光され、凹面鏡１０２の第２焦点にランプ１０１の発光体像を形成する。ランプ１０１の発光体像は、光軸に近い中心付近が最も明るく、周辺ほど急激に暗くなる傾向があるため、輝度に不均一性が残るという問題がある。この問題は、凹面鏡１０２の第２焦点付近にロッドプリズム１０３の入射面口を配置し、ロッドプリズム１０３の内側面で入射光を多重反射させて輝度の均一化を図り、ロッドプリズム１０３の出射面口を２次光源とすることによって解決される。そしてこの２次光源から、以降のコンデンサーレンズ１０４、さらに光学ユニットである全反射プリズム１０５Ａの面１０５ａから全反射プリズム１０５Ｂの面１０５ｂを介し、カバーガラス１０７を通して反射型ライトバルブ１０６を照明し、照明光１１１の均一性を確保することができる。

特に、反射型のライトバルブとしてＤＭＤを使用した場合、ＤＭＤの微小ミラーに入射した照明光１１１の反射光の光束は、微少ミラーがＯＮ信号時には投射レンズ１０９に入射する入射光１１６となり、逆にＯＦＦ信号時には投射レンズに入射しない方向に進行する非入射光１１５となる。このようにＯＮ信号時の光とＯＦＦ信号時の光との時間配分を映像信号に応じて制御することによりスクリーン上に投射すべき画像を形成させる。
特開２００２−２５０８９４号公報

しかしながら、特に反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置においては、スクリーン上に投射された画像の上に、必要な画像とは無関係であり、かつ所定の明るさを有する不要な投射光（以下、不要光と呼ぶ）が投射されてしまう場合がある。不要光がスクリーン上に到達すると、本来の所望の像とは別の像（以下、ゴーストと呼ぶ）が形成されてしまうため、画質が劣化してしまう。近年、投射型表示装置の明るさが向上するにつれ、不要光による画質の劣化がますます大きな問題となってきている。

不要光は、例えば、ランプより放射された放射光が光学素子を支持する保持具等の部品の間で反射を繰り返すことによって生じ、最終的に投射レンズを通過してスクリーン上に到達する。不要光が発生する原因は主に２つある。その１つは、ランプより放射された照明光が、屈折率の異なる光学素子の界面で必ず反射してしまうためであり、もう１つは、照明光が反射型ライトバルブ上に結像される際に、照明光がライトバルブの有効表示領域外に到達してしまうためである。

図１１は、モデル化した反射型ライトバルブの正面図である。図１１Ａは、反射型ライトバルブ１０６と、その中央に位置する有効表示領域１２１とを示す。図１１Ｂは、図１１Ａに示す反射型ライトバルブ１０６上に結像した照明光の像（以下、照明像と呼ぶ）２２を示す。通常、照明像は、反射型ライトバルブ１０６の有効表示領域１２１よりもやや大きく構成されているため、有効表示領域１２１外に到達する光は不要光となる。

照明像がライトバルブの有効表示領域よりも大きく構成されているのは、照明光学系を組み立てる際の誤差や構成部品の誤差で、有効表示領域に照明像が重ならない部分が存在することによるスクリーン上の投射像の欠けを防止するためである。仮に、ライトバルブの有効表示領域の大きさと照明像の大きさとを完全に一致させたとしても、照明像には必ず光学設計上の収差や照明光学系組み立て時の誤差が発生するため、反射型ライトバルブの有効表示領域外に照明像の一部がはみ出し、不要光が生じてしまう。

また、反射型ライトバルブとしてＤＭＤを使用した場合、ＯＦＦ信号時の反射光である非入射光はすべて不要光となる。これらの不要光が、光学素子やそれを支持する支持部材間で反射を繰り返し、投射レンズを通してスクリーン上に達した場合、ゴーストが形成されてしまうため、画質劣化の原因となる。

図１２は、全反射プリズムを用いた従来の投射型表示装置の構成を示す水平断面図である。以下、図１２に示す従来の投射型表示装置において、不要光がスクリーン上に到達する一例について具体的に説明する。ランプ１０１より放射された放射光は、ロッドプリズム１０３、コンデンサーレンズ１０４を経由し、全反射プリズム１０５Ａで全反射して反射型ライトバルブ１０６に入射する。反射型ライトバルブ１０６に入射した照明光は、微小ミラーがＯＮ信号時は投射レンズ１０９へ進行するが、逆に微小ミラーがＯＦＦ信号時は全反射プリズム１０５Ｂへ入射する。全反射プリズム１０５Ｂへ入射した不要光のうち、大部分が全反射プリズム１０５Ｂの外部へ抜けていくが（図１２の１１７）、その一部は全反射プリズム１０５Ｂの内部及び支持部１１２で反射し、投射レンズ１０９を通過してスクリーン上に到達してしまう（図１２の１２２）。なお、図１２では、支持部材のうち、光学素子に接している部材のみを支持部１１２〜１１４として図示し、その他の支持部材の図示は省略している。

上記では、支持部１１２で不要光が反射する典型的な例について説明したが、投射型表示装置の内部ではさまざまな不要光が飛び交っているため、図１２に示す他の支持部１１３または１１４で不規則に反射した不要光が投射レンズ１０９内に入射する可能性もある。

それゆえに、本発明の目的は、投射レンズへの不要光の入射を確実に防止し、ゴーストの形成を実質的に完全に抑制することができる投射型表示装置を提供することである。

本発明は、光源からの放射光を集光してライトバルブを照明する照明光学系と、照明光学系からの照明光をライトバルブに導く光学ユニットと、導かれた照明光を反射又は透過して光学像を形成するライトバルブと、ライトバルブが形成した光学像を投射する投射光学系とを備える投射型表示装置であって、投射型表示装置に含まれる光学素子の少なくとも一部を支持する支持部を備え、支持部の少なくとも一部に、所定の形状を有する構造単位が照明光の最短波長よりも小さいピッチで周期的にアレイ状に配列された反射防止構造体が設けられ、反射防止構造体自体、及び支持部の反射防止構造体が設けられた部分のうち、少なくとも一方は、照明光を吸収可能な材料からなることを特徴とする。

好ましくは、支持部は、光学ユニット及びライトバルブの少なくともいずれか一方を支持するとよい。

また、反射防止構造体はシート上に形成されており、支持部の少なくとも一部にシートが貼付されていてもよい。例えば、シートは、照明光を吸収可能な材料からなるものであってもよく、または、シートは、透明材料からなり、かつシートが貼付される支持部は、照明光を吸収可能な材料からなるものであってもよい。

好ましくは、反射防止構造体の構造単位が、照明光の最短波長の１／２以下のピッチで周期的にアレイ状に配置されるとよい。

好ましくは、反射防止構造体の構造単位が、少なくともピッチ以上の高さを有し、より好ましくは、少なくともピッチの３倍以上の高さを有するとよい。

また、反射防止構造体の構造単位が、略錐状の突出形状および／または略錐状の陥没構造であってもよい。

また、照明光を吸収可能な材料が、照明光を吸収するための染料を含有するものであってもよい。

好ましくは、シートと、当該シートが貼付される基材との屈折率の差が０．２以下、より好ましくは、０．１以下であるとよい。

また、反射防止構造体が形成される基材が、ガラス、樹脂または金属であるとよい。

本発明によれば、投射レンズへの不要光の入射を確実に防止し、ゴーストの形成を実質的に完全に抑制することができる投射型表示装置が提供される。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る投射型表示装置の構成を示す水平断面図である。図１において、投射型表示装置は、照明光学系１０と、全反射プリズム５と、反射型ライトバルブ６と、カバーガラス７と、投射光学系８と、支持部１２〜１４とを備える。

照明光学系１０は、光源としてのランプ１から放射される放射光を集光して、被照明面である反射型ライトバルブ６を照明する。照明光学系１０は、ランプ１と、凹面鏡２と、ロッドプリズム３と、コンデンサーレンズ４とを含む。投射光学系８は、投射レンズ９を含む。

凹面鏡２は、反射面の断面形状が楕円形をなし、第１焦点と第２焦点を有する。ランプ１の発光体の中心は、凹面鏡２の第１焦点付近に位置するように配置され、ロッドプリズム３の光入射面は、凹面鏡２の第２焦点付近に位置するように配置されている。また、凹面鏡２は、例えばガラス製基材の内面に赤外光を透過させて可視光を反射させる光学多層膜を形成したものである。

ロッドプリズム３は、その断面が反射型ライトバルブ６の有効表示面と略同じアスペクト比であり、例えば内面に鏡を張り合わせた四角柱プリズムやガラス製四角柱プリズムである。

まず、ランプ１から放射される放射光は凹面鏡２により反射及び集光され、凹面鏡の第２焦点にランプの発光体像を形成する。ランプ１の発光体像は光軸に近い中心付近が最も明るく、周辺ほど急激に暗くなる傾向にあるため、輝度に不均一性が残る。この問題に対し、第２焦点付近にロッドプリズムの入射面を配置し、ロッドプリズム３の側面で入射光を多重反射させて輝度の均一化を図り、ロッドプリズム３の出射面を２次光源として以降のコンデンサーレンズ４、さらに全反射プリズム５を介して反射型ライトバルブ６上に結像させれば、照明光の均一性を確保することが出来る。なお、本実施形態において、照明光とは、光源から放射される放射光のうち、光学像を形成するために用いられる光のことを意味する。

コンデンサーレンズ４は、２次光源からの照明光１１を集光するものであり、本実施形態においては、例えば図１に示すように、光学ユニットである全反射プリズム５Ａと、ロッドプリズム３との間に配置される。なお、コンデンサーレンズ４は、図１に示すように１枚のみが配置されていてもよいが、例えば光軸上に複数枚が並列して配置されていてもよい。またコンデンサーレンズ４と全反射プリズム５Ａとが一体化したものを用いることも可能である。

次に、コンデンサーレンズ４にて集光した照明光１１は、全反射プリズム５Ａ及び５Ｂに入射する。全反射プリズム５Ａ及び５Ｂは、照明光１１を反射型ライトバルブ６に導くための光学ユニットであり、これら２つの全反射プリズム５Ａ及び５Ｂは、空気層を介して面５ａと５ｂとが対向するように接合されている。このような接合により、全反射プリズム５Ａの面５ａへ入射する照明光１１を全反射プリズム５Ｂの面５ｂで全反射させ、反射型ライトバルブ６に入射させることができる。

反射型ライトバルブ６は、例えばＤＭＤであって、導かれた照明光１１を反射して光学像を形成する。ＤＭＤは、基板上に２次元的に配置された多数の微少ミラーが各々画素を構成しており、各微小ミラーの反射方向は各々独立して２方向（挟角約２０度）に切り替えることができる。この反射方向の切り替えは、各微小ミラーを画素としてＤＭＤに入力される映像信号のＯＮ・ＯＦＦ制御によって行われる。微小ミラーに入射した照明光１１の反射光の光束は、微小ミラーがＯＮ信号時には、光学像を投射するために投射レンズ９に入射する入射光（ＯＮ光）１６となり、逆にＯＦＦ信号時には、投射レンズに入射しない方向に進行する非入射光（ＯＦＦ光）１５となる。このように各微小ミラーの傾きを変え、ＯＮ信号時の光とＯＦＦ信号時の光との時間配分を映像信号に応じて制御することにより、所望の反射光のみをスクリーン上に収束させて投射すべき画像を形成させることができる。

支持部１２〜１４は、投射型表示装置に含まれる光学素子の少なくとも一部を支持する支持部材（保持具）の一部である。光学素子は、例えば、照明光学系１０や投射光学系８、光学ユニット等を構成する素子や反射型ライトバルブである。なお、図１では、支持部材のうち、光学素子に接している部材のみを支持部１２〜１４として図示し、その他の支持部材の図示は省略している。支持部材１２は、全反射プリズム５Ｂの投射光学系８と対向する面の一部に配置され、全反射プリズム５Ｂを支持する。支持部材１３は、反射型ライトバルブ６及び全反射プリズム５Ａを支持する。支持部材１４は、全反射プリズム５Ａの反射型ライトバルブ６と対向する面の一部に配置され、全反射プリズム５Ａを支持する。

本実施形態に係る投射型表示装置の大きな特徴は、支持部１２〜１４が照明光を吸収可能な材料からなり、かつ、支持部１２〜１４の少なくとも一部に反射防止構造体２３が形成されていることである。これにより、支持部１２〜１４は、照明光１１のなかの不要な光（不要光）の反射を低減させ、かつ内部に吸収することができる。以下、支持部１２〜１４及び支持部１２〜１４による不要光の削減について図面を参照しながら詳細に説明する。

図２は、図１に示す投射型表示装置において、入射光１６、非入射光１５及び不要光が経由する光路を示す図である。図２において、入射光１６及び非入射光１５が経由する光路を実線で示し、不要光が経由する光路を点線で示す。

コンデンサーレンズ４から出射した照明光１１は、全反射プリズム５Ａの面５ａで反射し、反射型ライトバルブ６へ入射する。ここで、反射型ライトバルブ６へ入射する照明光１１のうちの一部は、反射型ライトバルブ６の有効表示領域外へ進行する。有効表示領域外へ進行した照明光１１の一部は、支持部１３で反射して全反射プリズム５Ｂを通過し、投射レンズ９へ入射してしまう（図２の２１）。また、微小ミラーがＯＦＦ信号時に、反射型ライトバルブ６で反射した非入射光１５の大部分は全反射プリズム５Ｂの外部へ抜け、投射レンズ９に入射しないが（図２の１７）、非入射光１５の一部は、全反射プリズム５Ｂ及び支持部１２で反射し、投射レンズ９へ入射してしまう（図２の２２）。これらの不要光２１及び２２が投射レンズ９へ入射することによって、ゴーストが形成されてしまう。

しかしながら、本実施形態に係る投射型表示装置は、支持部１２〜１４が照明光を吸収可能な材料からなり、かつ少なくともその一部に反射防止構造体が形成されているため、上記の不要な反射光の発生を十分に防止し、かつ支持部１２〜１４内部に吸収させることができるため、従来の投射型表示装置とは比較にならないほど不要光を大幅に削減することができる。

図３Ａは、図１に示す全反射プリズム５Ｂ及び支持部１２の拡大図である。支持部１２において、反射防止構造体２３が形成されている部分を斜線で示す。図３Ａに示すように、不要光である非入射光２２が到達する面、つまり全反射プリズム５Ｂと対向する面の少なくとも一部には、反射防止構造体２３が形成されている。なお、図３Ａでは、全反射プリズム５Ｂと対向する面の全体に反射防止構造体２３が形成されている場合を示しているが、必ずしも全反射プリズム５Ｂと対向する面の全体に反射防止構造体２３が形成されている必要はなく、少なくとも一部に反射防止構造体２３が形成されていればよい。

また、図３Ｂに示すように、支持部１２において、全反射プリズム５Ｂと対向する面だけでなく、当該面の側面に反射防止構造体２３が形成されていてもよい。このように、支持体１２が照明光を吸収可能な材料からなり、かつ少なくともその一部に反射防止構造体が形成されていることにより、全反射プリズム５Ｂを通過し、支持部１２の側面に到達する不要光の反射を防止することができる。支持部１２の側面に到達する不要光は、照明光と同じ波長を有しているため、反射防止構造体２３及び支持部１２を形成する照明光を吸収可能な材料によって、不要光の反射を実質的に完全に抑制することができる。

図３では、支持部１２を例に説明したが、支持部１３及び１４も同様に、表面の少なくとも一部に反射防止構造体が形成されている。全反射プリズム５Ａを支持する支持部１４において、好ましくは、照明光が到達する面、つまり、支持部１４の全反射プリズム５Ａに対向する面の少なくとも一部に反射防止構造体２３が形成されているとよい。

図４Ａは、拡大した支持部１３の水平断面図である。図４Ａに示すように、反射型ライトバルブ６及び全反射プリズム５Ａに対向する面に反射防止構造体２３が形成されていてもよく、また、図４Ｂに示すように、反射型ライトバルブ６及び全反射プリズム５Ａに対向する面、及びその側面に反射防止構造体２３が形成されていてもよい。

反射防止構造体２３とは、所定の形状を有する構造単位が、不要光（全反射プリズム５Ａ、５Ｂで反射して支持部１２〜１４の表面へ到達してしまう光）となる照明光の波長（通常、約４００〜７００ｎｍ）の下限値、すなわち照明光の最短波長よりも小さいピッチで周期的にアレイ状に配列されたものである。このように所定の形状を有する構造単位を周期的にアレイ状に配列させることによって、照明光に対して、見かけ上屈折率を連続的に変化させ、空気層との界面での透過／反射特性の入射角依存性及び波長依存性が少ない反射防止機能面を形成させることができる。

なお前記ピッチとは、反射防止構造体２３が多数の微細構造単位の二次元的な配列により構成されている場合には、最も密な配列方向におけるピッチを意味する。

また反射防止構造体２３とは、反射を低減すべき照明光の反射を防止するために、表面に微細構造が形成された部材を意味し、反射を低減すべき光を完全に反射させない態様だけではなく、所定波長の反射を低減すべき光の反射を防止する効果を有する態様も含むものである。

本実施形態に用いることができる反射防止構造体２３としては、例えば図５Ａの概略拡大図に示すような、高さＨ１の円錐形状の突起を構造単位とし、これら円錐形状の突起がピッチＰ１で周期的にアレイ状に配列された構造体があげられる。

構造単位のピッチＰ１は、反射防止構造体２３中、一配列方向において実質上略一定であり、照明光の最短波長よりも小さければよいが、界面での透過／反射特性の入射角依存性及び波長依存性をより一層低減させることができるという点から、かかるピッチＰ１は照明光の最短波長の１／２以下、さらには１／３以下であることが好ましい。なお例えば後述するような反射防止構造体２３の製造性を考慮すると、かかるピッチＰ１はある程度の大きさを有することが望ましく、通常照明光の最短波長の１／５程度以上であることが好ましい。

また構造単位の高さＨ１には特に限定がなく、反射防止構造体２３中、全ての構造単位の高さＨ１が必ずしも一定でなくてもよいが、かかる高さＨ１が高いほど、照明光のなかの不要光に対する反射防止機能が向上するという利点がある。したがって該構造単位の高さＨ１は、少なくとも前記ピッチＰ１以上（最小の構造単位の高さがピッチ以上）、さらには少なくともピッチＰ１の３倍以上（最小の構造単位の高さがピッチの３倍以上）であることが好ましい。なおやはり、例えば後述するような反射防止構造体２３の製造性を考慮すると、かかる高さＨ１がある程度の大きさまでであることが望ましく、通常高くともピッチＰ１の５倍程度以下（最大の構造単位の高さがピッチの５倍程度以下）であることが好ましい。

しかしながら、反射防止構造体２３の構造は、必ずしも図５Ａに示す円錐形の構造体に限定されるものではなく、例えば構造単位が正六角錐形状や、四角錐形状などの角錐形状（図５Ｂ）の構造体であってもよい。また、かかる構造単位の形状は必ずしも錐状に限定されるものでもなく、円柱形状（図６Ａ）や角柱形状（図６Ｂ）などの柱状であっても、先端が丸くなっている釣鐘状（図７Ａ及び図７Ｂ）であっても、円錐台形状（図８Ａ）や角錐台形状（図８Ｂ）などの錐台状であってもよい。また、各構造単位は厳密な幾何学的な形状である必要はなく、実質的に錐状、柱状、釣鐘状、錐台状などであればよい。

さらに上記図５〜図８では、反射防止構造体２３として構造単位が突出形状のものを示しているが、本実施形態においてはこのような突出形状のものに限定されることもなく、例えば平面に錐状、柱状、釣鐘状、錐台状などの陥没形状の構造単位が、照明光の最短波長よりも小さいピッチで周期的にアレイ状に配列するように形成された反射防止構造体２３を用いることも可能である。また突出形状の構造単位と陥没形状の構造単位とが１つの反射防止構造体２３中に同時に存在していてもよい。なお、かかる突出形状の構造単位と陥没形状の構造単位とが同時に存在した反射防止構造体２３の場合、その突出部の高さと陥没部の深さとの合計が前記高さＨ１の範囲内であることが好ましい。このように、本実施形態に用いられる反射防止構造体２３は、各構造単位が照明光の最短波長よりも小さいピッチで周期的にアレイ状に配列され、不要光の反射を充分に防止することができるものであれば、その構造単位の形状などは特に限定されるものではない。

なお本実施形態においては、空気界面で照明光の屈折率が連続的に変化し、不要光の反射をより充分に防止することができるという点から、構造単位が略錐状の突出形状及び／または略錐状の陥没形状である反射防止構造体２３を用いることが好ましく、略錐状が略正六角錐状である場合には、構造単位が高充填率で配列され、空気界面で照明光の屈折率がさらに連続的に変化するといった照明光の透過特性がより一層向上するという点から、特に好ましい。

支持部１２〜１４を構成する、照明光を吸収可能な材料としては、通常約４００〜７００ｎｍの波長の照明光を吸収することができる材料であれば特に限定がなく、例えば黒色材料を好適に用いることができる。かかる黒色材料は、例えばポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂などの樹脂に、シアン、マゼンタ、イエローなどの色素を混合して得られる黒色染料（例えば、Ｐｌａｓｔ Ｂｌａｃｋ ８９５０、Ｐｌａｓｔ Ｂｌａｃｋ ８９７０（いずれも商品名、有本化学工業（株）製））などの染料や、カーボンブラックなどの顔料を含有させることによって得ることができる。

本実施形態に係る支持部１２〜１４の製造方法にも特に限定がないが、一例として、例えば石英ガラス基板などに電子線描画などの方法でパターンを描画してドライエッチングなどの加工を行い、予め反射防止構造体２３と同一形状に精密加工された高精度のマスター型を形成した後、該マスター型を用いて、加熱軟化したガラス材料をプレス成形することによってガラス製の反射防止構造体成形用型を作製し、該反射防止構造体成形用型を用いて、例えば前記黒色材料（黒色樹脂）などの照明光を吸収可能な材料をプレス成形に供する方法などがあげられる。かかる方法を採用した場合には、反射防止構造体２３をその表面の少なくとも一部に有する支持部１２〜１４を安価でかつ大量に製造することができる。

また上記の他にも、本実施形態に係る支持部１２〜１４を製造する際には、例えばアルミニウム、真鍮、アルミニウムマグネシウム合金などの金属類を用い、成形、エッチング、Ｘ線リソグラフィ、フォトリソグラフィなどを適宜組み合わせる方法を採用することも可能である。なお、通常ロッドプリズム３から出射される照明光１１の強度は高いため、上述のように、支持部１２〜１４に到達する反射光もある程度の強度を有する。したがって、支持部１２〜１４の近傍は、比較的高温となる可能性があるので、かかる支持部１２〜１４としては、上記金属などの耐熱性を有する材料からなるものをより好適に用いることができる。

また、本実施形態に係る支持部１２〜１４は、その表面に反射防止構造体２３が形成されているため、反射防止構造体２３が形成される基材２４の表面と、支持部１２〜１４により支持される光学素子とは、少なくとも反射防止構造体の高さＨ１だけ離れた位置に配置される。一方、支持部１２〜１４と、それにより支持される光学素子との距離が離れすぎると、本発明の目的を達成することが困難である。また、支持部１２〜１４とそれにより支持される光学素子とは、例えばＬ字型部材などの接続部材によって接続されてもよい。

このように、本実施形態に係る支持部は照明光を吸収可能な材料からなり、所定の突出形状や陥没形状を有する構造単位が照明光の最短波長よりも小さいピッチで周期的にアレイ状に配列された反射防止構造体が少なくともその一部に形成されているため、空気との界面で照明光の中の不要光が反射するのを充分に防止し、かつ入射した不要光を実質的に完全に吸収することができる。

なお、本実施形態に係る投射型表示装置は、以上のように、照明光学系、光学ユニット、反射型ライトバルブ、投射光学系、支持部を備え、支持部が照明光を吸収可能な材料からなり、かつ少なくともその一部に反射防止構造体が形成されている限り、その構造に特に限定はない。したがって、投射型表示装置は、例えば図１に示すようなフロントタイプの投射型表示装置であってもよく、またリアタイプの投射型表示装置であってもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る投射型表示装置について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態に係る投射型表示装置の基本構成は第１の実施形態と同様であるが、支持部１２〜１４の少なくも一部が有する反射防止構造体２３及び照明光を吸収可能な材料の構成が第１の実施形態と相違する。本実施形態は、支持部１２〜１４を構成する基材の上に、反射防止構造体２３を有するシートが貼付されていることを特徴とする。

支持部１２〜１４を構成する基材は、吸収すべき所望の光束を包括する大きさ、機械的強度及び構成上必要な厚みを有する。基材は、照明光を吸収することができる材料であれば特に限定がなく、例えば黒色材料を好適に用いることができる。黒色材料は、第１の実施形態と同様に、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂等の基材中にシアン、マゼンタ、イエロー等の色素を混ぜることによって得られる黒色染料（例えば、Ｐｌａｓｔ Ｂｌａｃｋ ８９５０、Ｐｌａｓｔ Ｂｌａｃｋ ８９７０（いずれも商品名、有本化学工業（株）製））等の染料や、カーボンブラックなどの顔料を含有させることによって得られる。

シートは、例えば、アクリル樹脂等の透明材料からなり、その表面の少なくとも一部に、照明光の最短波長よりも小さいピッチで形成された反射防止構造体２３を有する。シートの厚みは、ハンドリングが容易で、かつ機械的強度が十分に得ることができればよいが、好ましくは１０μｍ以上であるとよい。

反射防止構造体２３の高さ及びピッチは、第１の実施形態と同様に決定すればよく、反射防止構造体２３は、照明光の最短波長よりも小さいピッチで、かつ、当該ピッチ以上の高さを有する。

また、シートと基材との屈折率の差は、０．２以下である。シートと基材の屈折率の差を０．２以下とすることにより、シートと基材との界面で発生する反射率を問題とならない程度まで抑えることができる。さらには、シートと基材との屈折率の差は、０．１以下であるのが望ましい。シートと基材との屈折率の差を０．１以下とすることにより、シートと基材との界面で発生する反射率をさらに低減することが可能となり、迷光の発生を効率よく抑えることができる。

以上のように反射防止構造体２３が形成されたシートと、当該シートが貼付される基材とは、例えば紫外線硬化樹脂を用いて接着することができる。なお、反射防止構造体２３を少なくともその一部に有するシート自体を紫外線硬化樹脂で製造することとしてもよい。

反射防止構造体２３を有するシートの製造法には特に限定がないが、シートは、例えば、以下のようにして製造することができる。例えば石英ガラス基板などに電子線描画などの方法でパターンを描画してドライエッチングなどの加工を行い、予め反射防止構造体２３と同一形状に精密加工された高精度のマスター型を形成した後、該マスター型を用いて、加熱軟化したガラス材料をプレス成形することによってガラス製の反射防止構造体成形用型を作製し、該反射防止構造体成形用型を用いて、例えば上記アクリル樹脂などの材料をプレス成形に供する方法などがあげられる。かかる方法を採用した場合には、反射防止構造体２３を少なくとも一部に有するシートを安価でかつ大量に製造することができる。

プレス成形に用いるアクリル樹脂は、ハンドリングの容易性及び機械的強度の点から、厚みが１０μｍ以上（シートの厚み＋０．１５μｍ）であることが好ましい。これにより、ハンドリングが容易で、かつ充分な機械的強度を有するシートを製造することができる。

以上のように、本実施形態によれば、照明光を吸収可能な材料からなる基材の表面に、反射防止構造体２３を有するシートを貼付することによって、入射する不要な照明光を、空気との界面での反射を充分に防止し、かつ入射した不要な照明光を実質的に完全に吸収することができる。したがって、これにより、目的の構造物に対して、安価かつ簡易に反射防止機能を付与することができる。

また、本実施形態では、シートの材料はアクリル樹脂であるものとして説明したが、シートの材料はこれに限られず、例えば。ポリカーボネート樹脂や、ポリエチレンテレフタレート樹脂等を用いることもできる。

なお、本実施形態においては、シートの材料として透明材料が用いられていたが、必ずしも透明材料に限定されるものではなく、照明光を吸収可能な材料、例えば、染料や顔料により黒色に着色された黒色材料を用いてもよい。照明光を吸収可能な材料からなるシートを用いることにより、照明光の吸収効率のさらなる向上を図ることができる。なお、シートが照明光を吸収可能な材料からなる場合、シートが貼付される基材は必ずしも吸収可能な材料で構成されている必要はない。

また、本実施形態では、反射防止構造体として構造単位が例えば円錐形状（図５Ａ）の構造体を用いる場合を例に説明したが、第１の実施形態の場合と同様に、反射防止構造体の構造単位は必ずしもこのような形状の構造体に限定されるものではなく、例えば構造単位が正六角錐形状や、四角錐形状などの角錐形状（図５Ｂ）の構造体であってもよい。また、かかる構造単位の形状は必ずしも錐状に限定されるものでもなく、円柱形状（図６Ａ）や角柱形状（図６Ｂ）などの柱状であっても、先端が丸くなっている釣鐘状（図７Ａ及び図７Ｂ）であっても、円錐台形状（図８Ａ）や角錐台形状（図８Ｂ）などの錐台状であってもよい。また、各構造単位は厳密な幾何学的な形状である必要はなく、実質的に錐状、柱状、釣鐘状、錐台状などであればよい。また、第１の実施形態と同様に、反射防止構造体として構造単位は突出形状であってもよく、また、陥没形状であってもよい。

また、第１及び第２の実施形態では、投写型表示装置が反射型ライトバルブを備える場合を例に説明したが、投写型表示装置が備えるライトバルブは液晶ライトバルブであってもよい。また、反射防止構造体が形成される支持部は、光学ユニット及び反射型ライトバルブの少なくともいずれか一方を支持するものとして説明したが、これに限定されず、投写型表示装置が備える光学素子を支持する支持金具や筐体等を照明光を吸収可能な基材で構成し、反射防止構造体を形成することにより、不要投射像を著しく低減でき、高品位の画像を形成させることができる。

本発明は、投射レンズへの不要光の入射を確実に防止し、ゴーストの形成を実質的に完全に抑制することができる投射型表示装置等として有用である。

本発明の第１の実施形態に係る投射型表示装置の構成を示す水平断面図 図１に示す投射型表示装置において、入射光１６、非入射光１５及び不要光が経由する光路を示す図 図１に示す全反射プリズム５Ｂ及び支持部１２の拡大図 図１に示す全反射プリズム５Ｂ及び支持部１２の拡大図 図１に示す支持部１３の拡大図 図１に示す支持部１３の拡大図 本発明に用いる反射防止構造体２３の一例を示す概略拡大図であり、構造単位が円錐形状の構造体の図 本発明に用いる反射防止構造体２３の一例を示す概略拡大図であり、構造単位が角錐形状の構造体の図 本発明に用いる反射防止構造体２３の一例を示す概略拡大図であり、構造単位が円柱形状の構造体の図 本発明に用いる反射防止構造体２３の一例を示す概略拡大図であり、構造単位が角柱形状の構造体を示す図 本発明に用いる反射防止構造体２３の一例を示す概略拡大図であり、構造単位が釣鐘状の構造体を示す図 本発明に用いる反射防止構造体２３の一例を示す概略拡大図であり、構造単位が釣鐘状の構造体を示す図 本発明に用いる反射防止構造体２３の一例を示す概略拡大図であり、構造単位が円錐台形状の構造体を示す図 本発明に用いる反射防止構造体２３の一例を示す概略拡大図であり、構造単位が角錐台形状の構造体を示す図 従来の投射型表示装置の構成の一例を示す水平断面図であり、光学ユニットとして全反射プリズムを用いたもの。 従来の投射型表示装置の構成の一例を示す水平断面図であり、光学ユニットとして凸レンズを用いたもの 反射型ライトバルブの正面図 反射型ライトバルブの正面図 不要光の発生を示す投射型表示装置の関係図

符号の説明

１、１０１ ランプ
２、１０２ 凹面鏡
３、１０３ ロッドプリズム
４、１０４ コンデンサーレンズ
５Ａ、５Ｂ、１０５Ａ、１０５Ｂ 全反射プリズム
５ａ、５ｂ、１０５ａ、１０５ｂ 面
６、１０６ 反射型ライトバルブ
７、１０７ カバーガラス
８、１０８ 投射光学系
９、１０９ 投射レンズ
１０、１１０ 照明光学系
１１、１１１ 照明光
１２、１３、１４、１１２、１１３、１１４ 支持部
１５、１１５ 非入射光
１６、１１６ 入射光
１１８ 凸レンズ

Claims (13)

1. 光源からの放射光を集光してライトバルブを照明する照明光学系と、照明光学系からの照明光をライトバルブに導く光学ユニットと、導かれた照明光を反射又は透過して光学像を形成するライトバルブと、ライトバルブが形成した光学像を投射する投射光学系とを備える投射型表示装置であって、
   前記投射型表示装置に含まれる光学素子の少なくとも一部を支持する支持部を備え、
   前記支持部の少なくとも一部に、所定の形状を有する構造単位が前記照明光の最短波長よりも小さいピッチで周期的にアレイ状に配列された反射防止構造体が設けられ、
   前記反射防止構造体自体、及び前記支持部の前記反射防止構造体が設けられた部分のうち、少なくとも一方は、前記照明光を吸収可能な材料からなることを特徴とする、投射型表示装置。
2. 前記支持部は、前記光学ユニット及び前記ライトバルブの少なくともいずれか一方を支持する、請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記反射防止構造体はシート上に形成されており、
   前記支持部の少なくとも一部に前記シートが貼付されていることを特徴とする、請求項１に記載の投射型表示装置。
4. 前記シートは、前記照明光を吸収可能な材料からなることを特徴とする、請求項３に記載の投射型表示装置。
5. 前記シートは、透明材料からなり、かつ前記シートが貼付される支持部は、前記照明光を吸収可能な材料からなることを特徴とする、請求項３に記載の投射型表示装置。
6. 前記反射防止構造体の構造単位が、前記照明光の最短波長の１／２以下のピッチで周期的にアレイ状に配置された、請求項１に記載の投写型表示装置。
7. 前記反射防止構造体の構造単位が、少なくともピッチ以上の高さを有する、請求項１に記載の投射型表示装置。
8. 前記反射防止構造体の構造単位が、少なくともピッチの３倍以上の高さを有する、請求項１に記載の投射型表示装置。
9. 前記反射防止構造体の構造単位が、略錐状の突出形状および／または略錐状の陥没構造である、請求項１に記載の投射型表示装置。
10. 前記照明光を吸収可能な材料が、前記照明光を吸収するための染料を含有する、請求項１に記載の投射型表示装置。
11. 前記シートと、当該シートが貼付される基材との屈折率の差が０．２以下である、請求項３に記載の投射型表示装置。
12. 前記シートと、当該シートが貼付される基材との屈折率の差が０．１以下である、請求項３に記載の投射型表示装置。
13. 前記反射防止構造体が形成される基材が、ガラス、樹脂または金属である、請求項１に記載の投射型表示装置。

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