JP2006308990A - 投写型表示装置及び照明光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 投写画像の色純度やコントラストの低下及びゴーストの形成が充分に抑制され得る投写型表示装置を提供すること。
【解決手段】 照明光学系、光学ユニット、反射型ライトバルブ及び投写光学系を備え、照明光学系内のロッドプリズムと光学ユニットとの間にカラーホイールが配置された投写型表示装置であって、ロッドプリズムの光出射口の近傍に、光出射口に対応した開口部を有する遮蔽板が配置されており、遮蔽板が、少なくともその一部に、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と、照明光を吸収可能な材料とを有することを特徴とする投写型表示装置、並びに照明光学系。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置及び照明光学系に関する。

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写レンズにてスクリ−ン上に拡大投写する方法が従来から良く知られている。かかる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って光学像を形成する反射型ライトバルブを用いた場合には、光利用効率の高い高輝度の投写画像を表示することができる。

前記のごとき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 Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ、以下、ＤＭＤという）が特に注目されている。ＤＭＤはシリコン基板上に多数の微少な反射ミラー（以下、微少ミラーという）が２次元的に配置され、各微少ミラーが画素を構成しており、これら各微少ミラーは±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度又は−θ度傾かせることで光線の出射方向を制御し、光学像を形成するものである。

従来より、例えば前記ＤＭＤなどの反射型ライトバルブを用いた各種投写型表示装置の開発が進められてきている。このような従来の投写型表示装置の一例を図９及び図１２の概略水平断面図に示す。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写光学系に入力させる光学ユニットとして、図９の投写型表示装置では全反射プリズム２５Ａ、２５Ｂが用いられ、図１２の投写型表示装置では凸レンズ４４が用いられている。いずれの投写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、光学ユニットとして全反射プリズム２５Ａ、２５Ｂを用いた図９の投写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２１から照射される放射光を集光して被照明面（反射型ライトバルブ２６）を照明する照明光学系３０は、ランプ２１、凹面鏡２２、断面が反射型ライトバルブ２６の有効表示面と略同じアスペクト比で、例えば四角柱状のロッドプリズム２３及びコンデンサーレンズ２４によって構成されている。凹面鏡２２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。ランプ２１の発光体の中心が、凹面鏡２２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２３の光入射口３５が、凹面鏡２２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２２は、通常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。

ランプ２１から照射される放射光は凹面鏡２２により反射及び集光され、凹面鏡２２の第２焦点にランプ２１の発光体像を形成する。ランプ２１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。この問題は、凹面鏡２２の第２焦点付近にロッドプリズム２３の光入射口３５を配置し、ロッドプリズム２３の内側面で照明光３１を多重反射させて輝度の均一化を図り、ロッドプリズム２３の光出射口３６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２４、さらには光学ユニットである全反射プリズム２５Ａの面２５ａから全反射プリズム２５Ｂの面２５ｂを介し、カバーガラス２７を通して反射型ライトバルブ２６を照明し、照明光３１の均一性を確保することができる。特に反射型ライトバルブ２６としてＤＭＤを使用した場合、ＤＭＤの微少ミラーに入射した照明光３１の反射光の光束は、微少ミラーがＯＮ信号時には投写光学系２８の投写レンズ２９に入射する入射光３２となり、逆にＯＦＦ信号時には投写レンズ２９に入射しない方向に進行する非入射光３３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、スクリーン上に投写すべき画像を形成させる。

さらに単色画像ではなくカラー画像を形成しようとする場合には、一般にカラーホイールが用いられ、該カラーホイールと前記ロッドプリズム、コンデンサーレンズ、全反射プリズム、反射型ライトバルブなどとを組み合わせた投写型表示装置も種々提案されてきている（例えば特許文献１参照）。

例えば前記図９に示す投写型表示装置の場合、ロッドプリズム２３とコンデンサーレンズ２４との間にカラーホイール３４が配置されている。該カラーホイール３４は、図３に示すように、ロッドプリズム２３からの光のうち、場所により赤色（Ｒ）又は緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）の光のみを透過させるような光学多層膜を施した円盤であり、これを回転させることによって反射型ライトバルブ２６上へのＲＧＢ３原色の時分割照射が可能となる。
特開２００３−３１５７３３号公報

前記のごときカラーホイールを使用した投写型表示装置において、スクリーン上に色純度の高い投写すべき画像を形成させるには、コンデンサーレンズにはカラーホイールからの光のみを入射させ、ランプから直接照射される放射光などの不要光を遮蔽しなければならない。そこで図１０に示すように、例えばロッドプリズム２３の光出射口３６の外側を遮蔽する遮蔽板３７を設けることが検討されている。なおかかる図１０に示す投写型表示装置は、該遮蔽板３７が設けられた以外は前記図９に示す投写型表示装置と同様の構成を有するものである。この遮蔽板３７をカラーホイール３４側から見た図を図１１に示す。図１１に示すように、遮蔽板３７により、ロッドプリズム２３の光出射口３６の部分は開口し（開口部、符号３８）、その外側は遮蔽されている（斜線で示した箇所、遮蔽部、符号３９）。

ところが前記遮蔽板３７を設けた構成において、例えばカラーホイール３４が赤色（Ｒ）の光を透過する状態の場合、すなわちロッドプリズム２３の光出射口３６の位置にカラーホイール３４のＲの領域が位置した場合、照明光のなかでもＲ以外の光は、カラーホイール３４のＲの領域面で反射される。そしてこの反射光の一部はロッドプリズム２３に戻り、一部は遮蔽板３７の開口部３８の外側（遮蔽部３９）に到達する。一般にロッドプリズム２３から出射される照明光の強度は高いため、遮蔽板３７の開口部３８の外側（遮蔽部３９）に到達する反射光もある程度の強度を有し、一部は遮蔽板３７で再度反射して全反射プリズム２５Ａ、２５Ｂに不要光として入射する。その結果、反射型ライトバルブ２６にもこの不要光が入射し、投写画像の色純度やコントラストが低下したり、本来の所望の像とは別の像（以下、ゴーストという）が形成されてしまう。

したがって、反射型ライトバルブへの不要光の入射が確実に防止され、投写画像の色純度やコントラストの低下及びゴーストの形成が充分に抑制され得る投写型表示装置を提供することを課題とする。

本発明は前記背景技術に鑑みてなされたものであり、
（イ）光源からの放射光を集光して反射型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反射型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して光学像を形成する反射型ライトバルブと、反射型ライトバルブが形成した光学像を投写する投写光学系とを備え、該照明光学系内のロッドプリズムと光学ユニットとの間にカラーホイールが配置された投写型表示装置であって、前記ロッドプリズムの光出射口の近傍に、該光出射口に対応した開口部を有する遮蔽板が配置されており、該遮蔽板が、少なくともその一部に、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と、照明光を吸収可能な材料とを有することを特徴とする投写型表示装置、並びに
（ロ）光源からの放射光を集光して被照明面を照明する照明光学系であって、ロッドプリズムと被照明面との間にカラーホイールが配置され、前記ロッドプリズムの光出射口の近傍に、該光出射口に対応した開口部を有する遮蔽板が配置されており、該遮蔽板が、少なくともその一部に、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と、照明光を吸収可能な材料とを有することを特徴とする、投写型表示装置に用いる照明光学系
に関する。

本発明の投写型表示装置及び照明光学系により、投写画像の色純度やコントラストの低下及びゴーストの形成が極めて充分に抑制され得る。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る投写型表示装置は、前記したように、
光源からの放射光を集光して反射型ライトバルブを照明する照明光学系、
照明光学系からの照明光を反射型ライトバルブに導く光学ユニット、
導かれた照明光を反射して光学像を形成する反射型ライトバルブ、及び
反射型ライトバルブが形成した光学像を投写する投写光学系
を備え、前記照明光学系内のロッドプリズムと光学ユニットとの間に
カラーホイール
が配置されている。そして本投写型表示装置における大きな特徴の１つは、前記ロッドプリズムの光出射口の近傍に、該光出射口に対応した開口部を有する
遮蔽板
が配置されており、該遮蔽板が、少なくともその一部に、
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、及び
照明光を吸収可能な材料
を有することである。

以下、図面を用いて前記投写型表示装置について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る投写型表示装置の第１の実施形態を示す概略水平断面図である。かかる投写型表示装置には、光源としてのランプ１から照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が配置されている。本発明の投写型表示装置に用いられる照明光学系には、少なくとも光源及びロッドプリズムが備えられるが、例えば図１に示す照明光学系１０は、ランプ１、凹面鏡２、ロッドプリズム３及びコンデンサーレンズ４によって構成されている。該凹面鏡２は、反射面の断面形状が楕円形をなし、第１焦点と第２焦点とを有する。ランプ１の発光体の中心が、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の光入射口１５が、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。

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。またロッドプリズム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、例えば内面に鏡を貼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。かかるロッドプリズム３の内部を通った光は略全反射して進むので、反射損失が殆どないという利点がある。

まずランプ１から照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２の第２焦点にランプ１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があるため、輝度に不均一性が残る。そこで凹面鏡２の第２焦点付近にロッドプリズム３の光入射口１５を配置し、ロッドプリズム３の内側面で照明光１１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の光出射口１６を２次光源としている。そしてこの２次光源から、以降のコンデンサーレンズ４、さらには全反射プリズム５Ａ、５Ｂを介し、実質反射型ライトバルブ６の有効表示面を覆うカバーガラス７を通して反射型ライトバルブ６を照明して照明光１１の均一性を確保している。なお本実施形態において、照明光とは、光源から照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、後述するカラーホイール１４との間に配置される。なおかかる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、５Ｂに入射する。かかる全反射プリズム５Ａ、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、５Ｂは、空気層を介して面５ａと面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、導かれた照明光１１を反射して光学像を形成するものであり、かかる反射型ライトバルブ６としては、例えば前記ＤＭＤを好適に使用することができる。該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、各微少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、各微少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。該微少ミラーに入射した照明光１１の反射光の光束は、微少ミラ−がＯＮ信号時には、光学像を投写するための投写光学系８の投写レンズ９に入射する入射光（ＯＮ光）１２となり、逆にＯＦＦ信号時には、投写レンズ９に入射しない方向に進行する非入射光（ＯＦＦ光）１３となる。このように各微少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写すべき画像を形成させることができる。

本実施形態の投写型表示装置はカラー画像投写用であり、前記照明光学系１０内のロッドプリズム３と光学ユニットである全反射プリズム５Ａとの間にカラーホイール１４が配置されている。カラーホイール１４は、図３の概略図に示すように、ロッドプリズム３からの光を、場所により赤色（Ｒ）又は緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）の光のみ透過させるような光学多層膜を施した円盤であり、これを１秒間に通常１２０回程度回転させてＲＧＢのサイクルを繰り返し、反射型ライトバルブ６上へのＲＧＢ３原色の時分割照射を可能にするものである。なおここで反射型ライトバルブ６としてＤＭＤが用いられている場合、該ＤＭＤでは各色の映像信号に対応させて制御がなされる。

なお前記カラーホイール１４上のＲＧＢの配置は、図３に示す配置に限定されるものではなく、本発明の目的を阻害しない限り、例えばさらにＲＧＢの分割数を多くしたものであってもよく、輝度を向上させるために一部透明な領域が施されたものであってもよい。またこれらの他にも、反射型のカラーホイールを用いることも可能である。

本実施形態の投写型表示装置の大きな特徴は、ロッドプリズム３の光出射口１６の近傍に、光軸上カラーホイール１４と略並列に、該光出射口１６に対応した開口部を有する遮蔽板１７が配置されており、該遮蔽板１７が、特定構造の反射防止構造体及び照明光を吸収可能な材料を有することである。該遮蔽板１７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ものであり、光出射口１６の部分は開口し、その外側を遮蔽するものである。以下にかかる遮蔽板１７及び該遮蔽板１７による不要光の削減について図面を用いて詳細に説明する。

なお遮蔽板１７は、前記したように、光出射口１６の近傍に配置されるが、該光出射口１６は２次光源で、光出射口１６から照射される照明光１１は拡散光であることを考慮すると、遮蔽板１７による不要光の削減効果を充分に発現させるには、該遮蔽板１７は光出射口１６の面と光軸上同一位置に配置されることが特に好ましい。ただし本実施形態において、光出射口１６の近傍とは、このような光出射口１６の面と光軸上同一位置のみをいうものではなく、遮蔽板１７による不要光の削減効果が充分に発現される限り、光出射口１６から離れた位置も含まれる。なお遮蔽板１７が光出射口１６からあまりにも離れた位置であっては本発明の目的を達成することが困難であるので、通常、光出射口１６と遮蔽板１７とは１０ｍｍ程度以下の間隔で配置されることが望ましい。

また、光出射口１６の近傍に配置した遮蔽板１７をカラーホイール１４側から見た図を図２に示す。かかる図２に示すように、ロッドプリズム３の光出射口１６の部分は開口し（開口部、符号１８）、その外側は遮蔽されている（斜線で示した箇所、遮蔽部、符号１９）。

例えばカラーホイール１４が赤色（Ｒ）の光を透過する状態の場合、すなわちロッドプリズム３の光出射口１６の位置にカラーホイール１４のＲの領域が位置した場合、ランプ１から照射された光のうち、Ｒの光は、図４に示すように、カラーホイール１４を透過する光４０となり、Ｒ以外の光は、カラーホイール１４のＲの領域面で反射される。この反射光の一部はロッドプリズム３に戻る光４１となり、一部は遮蔽板１７の開口部（図２の開口部１８）の外側（図２の遮蔽部１９）に到達する。一般にロッドプリズム３から出射される照明光の強度は高いため、遮蔽板１７の開口部の外側に到達する反射光もある程度の強度を有し、一部は遮蔽板１７で再度反射し（図４の４２）、全反射プリズム５Ａに不要光として入射してくる（図４の４３）。不要光には、カラーホイール１４の外側を通過する光と、カラーホイール１４のＲ、Ｇ、Ｂ領域の切り替わり状態において、別領域から通過して全反射プリズム５Ａに入射する光とがある。このＲ以外の光である不要光は、反射型ライトバルブ６においてＲの光のみが照射すべきところに、遮蔽板１７からの反射光として到達し、最終的に投写画像の色純度やコントラストを低下させてしまうほか、ゴーストを形成する恐れもある。

ところが本実施形態に係る投写型表示装置においては、前記遮蔽板１７が、少なくともその一部に反射防止構造体と照明光を吸収可能な材料とを有するので、前記のごとき不要な反射光は、その発生自体が充分に防止され、なおかつ遮蔽板１７内部に吸収されてしまい、従来の投写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のである。

前記反射防止構造体とは、所定の形状を有する構造単位が、照明光（カラーホイール１４の表面で反射して遮蔽板１７に到達してしまう光）の波長（通常、約４００〜７００ｎｍ）の下限値よりも小さいピッチ、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とは、反射を低減すべき光（照明光のなかの不要光）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。

本実施形態においては、前記したように、反射防止構造体として構造単位が例えば円錐形状（図５Ａ）の構造体を用いることができるが、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。

さらに前記図５〜８では、反射防止構造体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／又は略錐状の陥没形状である反射防止構造体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。

遮蔽板１７の少なくとも一部を前記反射防止構造体と共に構成する、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。

本実施形態に用いられる遮蔽板１７は、少なくともその一部に反射防止構造体と照明光を吸収可能な材料とを有するものであるが、勿論、遮蔽板１７全体が反射防止構造体及び照明光を吸収可能な材料で構成されていてもよい。なおかかる遮蔽板１７を配置することによる照明光のなかの不要光に対する反射防止及び吸収効果の発現を考慮すると、これら反射防止構造体及び照明光を吸収可能な材料は、少なくとも、光出射口１６の周囲及び／又はカラーホイール１４との対向部分に相当する遮蔽板１７の部位に存在していることが好ましい。

遮蔽板１７において、反射防止構造体と照明光を吸収可能な材料との関係は、照明光のなかの不要光に対する反射防止及び吸収効果が充分に発現される限り特に限定がない。例えば基材上に反射防止構造体が該基材と一体化して形成されており、これら反射防止構造体及び基材全体がいずれも照明光を吸収可能な材料からなるものであってもよく、またいずれも照明光を吸収可能な材料からなる反射防止構造体及び基材が、別々に形成された後に一体化されていてもよい。さらに、例えば透明樹脂などの任意の材料からなる基材上に照明光を吸収可能な材料からなる反射防止構造体が形成されていてもよく、照明光を吸収可能な材料からなる基材上に例えば透明樹脂などの任意の材料からなる反射防止構造体が形成されていてもよい。なお不要光に対する反射防止及び吸収効果のさらなる充分な発現を考慮すると、反射防止構造体及び基材全体が照明光を吸収可能な材料からなるものであることが好ましい。

遮蔽板１７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、反射防止構造体と照明光を吸収可能な材料とを有する遮蔽板１７を安価でかつ大量に製造することができる。

また前記の他にも、本実施形態に用いる遮蔽板１７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、前記したように、遮蔽板１７の開口部１８の外側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、遮蔽板１７が配置されるロッドプリズム３の光出射口１６の近傍は、比較的高温となる可能性があるので、かかる遮蔽板１７としては、前記金属類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。

このように、本実施形態における遮蔽板は、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と、黒色材料などの照明光を吸収可能な材料とを、少なくともその一部に設けることによって構成されているので、かかる遮蔽板を所定の位置に配置することにより、本実施形態の投写型表示装置では、空気との界面で照明光のなか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可能である。

本実施形態に係る投写型表示装置は、以上説明したように、照明光学系、光学ユニット、反射型ライトバルブ及び投写光学系を備え、所定の位置にカラーホイール及び遮蔽板が配置されたものであり、該遮蔽板の少なくとも一部に特定の反射防止構造体及び材料が存在する限り、その構造に特に限定はない。したがって、該投写型表示装置は、例えば前記図１に示したようなフロントタイプの投写型表示装置であってもよく、またリアタイプの投写型表示装置であってもよい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る照明光学系は、投写型表示装置に用いられ、光源からの放射光を集光して被照明面を照明するものであり、ロッドプリズムと被照明面との間にカラーホイールが配置されている。そして、本照明光学系における大きな特徴の１つは、前記ロッドプリズムの光出射口の近傍に、該光出射口に対応した開口部を有する
遮蔽板
が配置されており、該遮蔽板が、少なくともその一部に、
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、及び
照明光を吸収可能な材料
を有することである。

本実施形態の照明光学系の好適な一例として、例えば図１に示すような、前記第１の実施形態に係る投写型表示装置における照明光学系１０などがあげられる。該照明光学系１０は、光源としてのランプ１から照射される放射光を集光及び照明するものである。本実施形態の照明光学系は少なくとも光源及びロッドプリズムを備え、所定の位置にカラーホイール及び遮蔽板が配置されたものであるが、例えば図１の照明光学系１０は、第１の実施形態にて説明したように、ランプ１、凹面鏡２、ロッドプリズム３及びコンデンサーレンズ４によって構成され、所定の位置にカラーホイール１４及び遮蔽板１７が配置されている。かかる照明光学系１０において、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の光入射口１５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。ロッドプリズム３の内側面で輝度の均一化が図られた照明光１１は、該ロッドプリズム３の光出射口１６を２次光源として、コンデンサーレンズ４へと進む。なお本実施形態においても、照明光とは、光源から照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。

さらに本照明光学系１０内のロッドプリズム３と被照明面（図１では反射型ライトバルブ６）との間にはカラーホイール１４が配置されており、該照明光学系１０はカラー画像投写用の投写型表示装置に好適に使用することができる。

本実施形態の照明光学系の特徴は、ロッドプリズム３の光出射口１６の近傍に、光軸上カラーホイール１４と略並列に、該光出射口１６に対応した開口部を有する遮蔽板１７が配置されており、該遮蔽板１７が、特定構造の反射防止構造体及び照明光を吸収可能な材料を有することである。該遮蔽板１７は、前記第１の実施形態にて説明したように、照明光１１のなかの不要光に対してその反射を低減させ、かつ内部に吸収するものであり、図２に示すように、かかる遮蔽板１７が配置された際、ロッドプリズム３の光出射口１６の部分は開口し（開口部、符号１８）、その外側は遮蔽されている（斜線で示した箇所、遮蔽部、符号１９）。

遮蔽板１７は光出射口１６の近傍に配置されるが、前記第１の実施形態にて説明したように、該光出射口１６は２次光源で、光出射口１６から照射される照明光１１は拡散光であることを考慮すると、遮蔽板１７による不要光の削減効果を充分に発現させるには、該遮蔽板１７は光出射口１６の面と光軸上同一位置に配置されることが特に好ましい。ただし本実施形態においても、光出射口１６の近傍とは、このような光出射口１６の面と光軸上同一位置のみをいうものではなく、遮蔽板１７による不要光の削減効果が充分に発現される限り、光出射口１６から離れた位置も含まれる。なお遮蔽板１７が光出射口１６からあまりにも離れた位置であっては本発明の目的を達成することが困難であるので、通常、光出射口１６と遮蔽板１７とは１０ｍｍ程度以下の間隔で配置されることが望ましい。

前記遮蔽板１７は、少なくともその一部に反射防止構造体と照明光を吸収可能な材料とを有するので、カラーホイール１４を通過する不要光は、その発生自体が充分に防止され、なおかつ遮蔽板１７内部に吸収されてしまい、従来とは比較にならないほど不要光が大幅に削減される。したがって、このような照明光学系を例えば投写型表示装置に用いた場合には、最終的に投写画像の色純度やコントラストを低下させたり、ゴーストを形成する恐れが極めて小さいといった優れた利点が生じる。

なお本実施形態に係る照明光学系において、光源、凹面鏡、ロッドプリズム、コンデンサーレンズ、カラーホイール、遮蔽板などとしては、例えば前記第１の実施形態にて詳細に説明したものを各々好適に使用することができる。したがって本実施形態に係る照明光学系は、第１の実施形態に係る投写型表示装置を構成し得るのは勿論のこと、その他の投写型表示装置を構成するものであってもよく、種々の光学ユニット、ライトバルブ、投写光学系などと組み合わせて用いることができる。

さらに本実施形態に係る照明光学系において、例えば特に前記カラーホイールを配置しない形態の場合には、前記のごとき投写型表示装置に限らず、例えば光学露光装置などの他の光学装置にも、一般的な照明光学系に代えて本実施形態に係るカラーホイールなしの照明光学系を設置することができる。

本発明の投写型表示装置は、各種ビジョンシステムなどに好適に使用することができる。また本発明の照明光学系は、例えば本発明の投写型表示装置などといった各種カラー画像投写用の投写型表示装置や、光学露光装置などの他の光学装置にも好適に使用することができる。

本発明に係る投写型表示装置の一実施形態を示す概略水平断面図 図１の投写型表示装置において、遮蔽板をカラーホイール側から見た概略断面図 カラーホイールの一例を示す概略図 カラーホイールでの不要光の発生原理を示す概略説明図 本発明に用いる遮蔽板の反射防止構造体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面 本発明に用いる遮蔽板の反射防止構造体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面 本発明に用いる遮蔽板の反射防止構造体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面 本発明に用いる遮蔽板の反射防止構造体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の図面 本発明に用いる遮蔽板の反射防止構造体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の図面 本発明に用いる遮蔽板の反射防止構造体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の図面 本発明に用いる遮蔽板の反射防止構造体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の図面 本発明に用いる遮蔽板の反射防止構造体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の図面 従来の投写型表示装置の一例を示す概略水平断面図であり、光学ユニットとして全反射プリズムを用いた投写型表示装置の図面 従来の投写型表示装置の一例を示す概略水平断面図であり、光学ユニットとして全反射プリズムを用いた投写型表示装置の図面 図１０の投写型表示装置において、遮蔽板をカラーホイール側から見た概略断面図 従来の投写型表示装置の一例を示す概略水平断面図であり、光学ユニットとして凸レンズを用いた投写型表示装置の図面

符号の説明

１、２１ ランプ
２、２２ 凹面鏡
３、２３ ロッドプリズム
４、２４ コンデンサーレンズ
５Ａ、５Ｂ、２５Ａ、２５Ｂ 全反射プリズム
５ａ、５ｂ、２５ａ、２５ｂ 面
６、２６ 反射型ライトバルブ
７、２７ カバーガラス
８、２８ 投写光学系
９、２９ 投写レンズ
１０、３０ 照明光学系
１１、３１ 照明光
１２、３２ 入射光
１３、３３ 非入射光
１４、３４ カラーホイール
１５、３５ 光入射口
１６、３６ 光出射口
１７、３７ 遮蔽板
１８、３８ 開口部
１９、３９ 遮蔽部

Claims (7)

1. 光源からの放射光を集光して反射型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反射型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して光学像を形成する反射型ライトバルブと、反射型ライトバルブが形成した光学像を投写する投写光学系とを備え、該照明光学系内のロッドプリズムと光学ユニットとの間にカラーホイールが配置された投写型表示装置であって、
   前記ロッドプリズムの光出射口の近傍に、該光出射口に対応した開口部を有する遮蔽板が配置されており、
   該遮蔽板が、少なくともその一部に、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と、照明光を吸収可能な材料とを有することを特徴とする投写型表示装置。
2. 光学ユニットとカラーホイールとの間にコンデンサーレンズが配置された、請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 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列された、請求項１に記載の投写型表示装置。
4. 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に記載の投写型表示装置。
5. 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に記載の投写型表示装置。
6. 反射防止構造体の構造単位が、略錐状の突出形状及び／又は略錐状の陥没形状である、請求項１に記載の投写型表示装置。
7. 光源からの放射光を集光して被照明面を照明する照明光学系であって、
   ロッドプリズムと被照明面との間にカラーホイールが配置され、
   前記ロッドプリズムの光出射口の近傍に、該光出射口に対応した開口部を有する遮蔽板が配置されており、
   該遮蔽板が、少なくともその一部に、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と、照明光を吸収可能な材料とを有することを特徴とする、投写型表示装置に用いる照明光学系。
   
   
   

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