JP2006308991A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本来必要な投写画像以外のゴーストがスクリーン上に形成されるのを極力抑制し、高品質の画像を形成することができ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た投写型表示装置であって、反射型ライトバルブと光学ユニットとの間に、反射型ライトバルブの有効表示領域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。
【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ー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８及び図１４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８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１４の投写型表示装置では凸レンズ４６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８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の有効表示領域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主な照明光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。

このように光学ユニットとして２枚以上のプリズムを用い、これとＤＭＤなどの反射型ライトバルブとを組み合わせ、さらに照明光学系及び投写光学系を備えた投写型表示装置が、従来より種々提案されてきている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−１９１８７８号公報

しかしながら、ライトバルブとして特に前記反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置においては、スクリーン上に投写された投写画像の周りに、本来必要な画像とは無関係で、ある程度の明るさを有する不要な投写画像（以下、ゴーストという）が形成されてしまい、画像の品質が低下する場合が多い。近年投写型表示装置の明るさが向上するにつれて、このようなゴーストによる画像の品質低下がますます大きな問題となってきている。

前記のごときゴーストは、反射型ライトバルブの有効表示領域の外側に到達した照明光の一部が反射して不必要な像（以下、不要像という）が形成され、この不要像が投写レンズに入射することによってスクリーン上に形成されたものである。この不要像が形成される原因の１つは、反射型ライトバルブの有効表示領域と略同じ形状の照明光が該反射型ライトバルブを照明するものの、照明光による像（以下、照明像という）は反射型ライトバルブの有効表示領域よりもやや大きく構成されることであると考えられる。反射型ライトバルブの概略図を図９に、反射型ライトバルブの有効表示領域と照明像との関係をモデル化した概略図を図１０に示す。図９には、反射型ライトバルブ２６とその略中央の有効表示領域３７とが示されている。また図１０には、反射型ライトバルブ２６と、その略中央の有効表示領域３７と、照明光によって形成された、有効表示領域３７よりもやや大きい形状の照明像３８（斜線部）とが示されている。照明光学系を組み立てる際の誤差や構成部品の誤差が原因で、このように反射型ライトバルブ２６の有効表示領域３７と照明像３８とが完全に重ならない（合致しない）場合、この有効表示領域３７と重ならなかった一部の照明像によって、スクリーン上で本来得るべき投写画像に欠けが生じてしまう。また、もし仮に反射型ライトバルブ２６の有効表示領域３７と照明像３８とが完全に重なったとしても、光学設計上の収差や照明光学系を組み立てる際の誤差に起因して、目標とする照明像３８の外側には必ずといっていいほど明るい部分が生じてしまう。

不要像が形成されるもう１つの原因は、反射型ライトバルブの有効表示領域の外側が、入射する照明光をある程度反射してしまう基材で構成されていることであると考えられる。図１１に、反射型ライトバルブの有効表示領域の外側に到達し、反射した照明光の一部によって形成された不要像３９（斜線部）と本来目的とする投写すべき画像４０とを示す。また図１２には、この不要像によって形成されるスクリーン上のゴースト４１（斜線部）と本来目的とする投写画像４２とを示す。このように有効表示領域の外側が照明光を反射してしまう基材で構成されている場合に、ゴーストを形成させない、もしくは極力形成させない方法として、例えば図１３に示すような、投写光学系２８の前に不要像に由来の光束４３を遮蔽するための絞り４５を設ける方法が考えられる。しかしながら、図１３からも明らかなように、本来目的とする投写画像に寄与する光束４４（実線）と不要像に由来の光束４３（破線）とは、投写光学系２８のスクリーン側近傍では一部が重なり合っており、不要像に由来の光束４３のみを完全に遮蔽することは非常に困難である。また不要像に由来の光束４３をある程度遮蔽するとしても、そのためには、投写光学系２８からある距離の位置に、投写光学系２８内の投写レンズ２９の径よりも相当大きな絞り４５を設けなければならず、このような絞りを設けることは、極めて現実性が低い。

したがって、本来必要な投写画像以外のゴーストがスクリーン上に形成されるのを極力抑制し、高品質の画像を形成することができ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、
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た投写型表示装置であって、前記反射型ライトバルブと光学ユニットとの間に、該反射型ライトバルブの有効表示領域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関する。

本発明の投写型表示装置により、本来必要な投写画像以外のゴーストがスクリーン上に形成されることが極力抑制され、高品質の画像が提供され得る。

（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、前記反射型ライトバルブと光学ユニットとの間に、該反射型ライトバルブの有効表示領域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の有効表示領域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の有効表示領域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、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、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。

ここで、例えば図８に示す従来の投写型表示装置の場合には、反射型ライトバルブ２６の有効表示領域の外側に到達した照明光の一部が反射して不要像が形成され、この不要像が投写レンズ２９に入射することによって、スクリーン上の本来の投写画像の周りにゴーストが形成され、画像の品質が低下してしまう。

そこで本実施形態の投写型表示装置では、前記ゴーストの形成に関する問題を解決すべく、図１に示すように、反射型ライトバルブ６と光学ユニットである全反射プリズム５Ａとの間に、光軸上反射型ライトバルブ６と略並列に、該反射型ライトバルブ６の有効表示領域に対応した開口部を有する遮蔽板１４を配置している。該遮蔽板１４は、照明光１１のうち、有効表示領域の外側に到達した不要な光（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、有効表示領域の部分は開口し、その外側を遮蔽するものである。図２に、反射型ライトバルブ６と全反射プリズム５Ａとの間に遮蔽板１４を配置し、反射型ライトバルブ６を全反射プリズム５Ａ側から見た図を示す。かかる図２に示すように、反射型ライトバルブ６の有効表示領域の部分は開口し（開口部、符号１７）、その外側は遮蔽されている（黒色の箇所、遮蔽部、符号１８）。

なお遮蔽板１４は、前記したように、反射型ライトバルブ６と全反射プリズム５Ａとの間に配置されるものであり、該反射型ライトバルブ６の有効表示領域の外側に到達した不要光の反射が充分に削減される限り、遮蔽板１４と反射型ライトバルブ６との間隔には特に限定がないが、反射型ライトバルブ６と全反射プリズム５Ａとの間隔を考慮すると、通常１０ｍｍ程度以下であることが好ましい。なお遮蔽板１４が反射型ライトバルブ６から離れるにつれて、例えば照明光１１の反射型ライトバルブ６への入射が遮られたり、非入射光１３が遮蔽板１４内に吸収され、遮蔽板１４の温度が上昇するといった不都合が生じ易くなるので、遮蔽板１４はできる限り反射型ライトバルブ６に近づけて配置することが好ましく、遮蔽板１４と反射型ライトバルブ６の有効表示領域の面とが光軸上略同一位置であることが特に好ましい。

前記遮蔽板１４は、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ものであるので、本実施形態に係る投写型表示装置においては、前記のごとき不要光は、その発生自体が充分に防止され、なおかつ遮蔽板１４の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。

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（反射型ライトバルブ６の有効表示領域の外側に到達してしまう不要光）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３Ａ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３Ａ）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３Ｂ）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４Ａ）や角柱形状（図４Ｂ）などの柱状であっても、先端が丸くなっている釣鐘状（図５Ａ及び図５Ｂ）であっても、円錐台形状（図６Ａ）や角錐台形状（図６Ｂ）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３〜６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１４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１４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１４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１４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、実際照明像が形成される可能性が高い、反射型ライトバルブ６の有効表示領域のごく周囲に相当する遮蔽板１４の部位に、実質照明像よりも広い面積で存在していることが好ましい。

遮蔽板１４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１４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、ロッドプリズム３から出射され、反射型ライトバルブ６を照明する照明光１１の強度は通常高いため、遮蔽板１４の開口部１７の外側に到達する不要光もある程度の強度を有する。したがって、遮蔽板１４が配置される反射型ライトバルブ６と全反射プリズム５Ａとの間は、比較的高温となる可能性があるので、かかる遮蔽板１４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、すなわち反射型ライトバルブと光学ユニットとの間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、空気との界面における不要光の反射率を著しく低下させ、かつ入射した不要光を実質的に略完全に吸収することが可能である。したがって、照明光が反射型ライトバルブの有効表示領域の外側を照明した場合であっても、反射は極めて少なく、不要像が発生しないか、発生したとしても非常に暗いものであり、投写レンズによる投写の際にゴーストが目立たず、投写画像の品質低下を招くことはない。

本実施形態の投写型表示装置は前記のごとき構成のものであるが、例えば本投写型表示装置をカラー画像投写に用いる場合には、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を配置すればよい。カラーホイールは、図７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上のＲＧＢの配置は、図７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、所定の位置に遮蔽板が、また必要に応じてカラーホイール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の実施形態として、前記第１の実施形態に係る投写型表示装置を一部変更した、３つの反射型ライトバルブ及び３色分解プリズムを備えた投写型表示装置があげられる。すなわち、第２の実施形態に係る投写型表示装置は、第１の実施形態と同様の照明光学系、光学ユニット及び投写光学系が配置され、これに３つの反射型ライトバルブと、光学ユニットとしてさらに３色分解プリズムとが備えられたものである。かかる３色分解プリズムで３色に分解された赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光は、各々対応する３つの反射型ライトバルブに与えられ、ここで形成される各色の光学像が、３色分解プリズムで合成されて投写光学系によりスクリーン上に投写される。

３色分解プリズムは、３つのプリズムが接合されたものであり、例えば第１のプリズムと第２のプリズムとの界面ではＢの光のみが反射され、第２のプリズムと第３のプリズムとの界面ではＲの光のみが反射される。これにより、光学ユニットである全反射プリズムからの照明光（白色光）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光に分解され、第１〜第３の各プリズムの後方に配置された各々対応する第１〜第３の反射型ライトバルブに入射する。

第１〜第３の反射型ライトバルブは、いずれも前記第１の実施形態におけるものと同様の構成であり、本実施形態においてもやはり、各反射型ライトバルブの有効表示領域の外側に到達した不要光の反射を削減し、かかる不要光に起因する不要像の形成を抑制してスクリーン上の本来の投写画像の周りにゴーストが形成されないようにするために、第１〜第３の各反射型ライトバルブと、３色分解プリズムにおける各々対応した第１〜第３のプリズムとの間に、光軸上各反射型ライトバルブと略並列に、各反射型ライトバルブの有効表示領域に対応した開口部を有する遮蔽板を１枚ずつ配置する。これらの遮蔽板は、３色に分解された各々の光のうち、有効表示領域の外側に到達した不要な光（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、各反射型ライトバルブの有効表示領域の部分はいずれも開口し、その外側は遮蔽される。

なお遮蔽板は、第１〜第３の各反射型ライトバルブと３色分解プリズムにおける各々対応した第１〜第３のプリズムとの間に配置されるものであり、第１の実施形態と同様に、各反射型ライトバルブの有効表示領域の外側に到達した不要光の反射が充分に削減される限り、遮蔽板と各反射型ライトバルブとの間隔には特に限定がないが、各反射型ライトバルブと３色分解プリズムとの間隔も考慮し、通常５ｍｍ程度以下であることが好ましい。なお遮蔽板が反射型ライトバルブから離れるにつれて、例えば照明光の各反射型ライトバルブへの入射が遮られたり、最終的に投写レンズに入射しない方向に進行する非入射光が遮蔽板内に吸収され、遮蔽板の温度が上昇するといった不都合が生じ易くなるので、遮蔽板はできる限り反射型ライトバルブに近づけて配置することが好ましく、各遮蔽板と反射型ライトバルブの有効表示領域の面とが光軸上略同一位置であることが特に好ましい。

前記遮蔽板は、第１の実施形態と同様の、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、すなわち各反射型ライトバルブと３色分解プリズムにおける各々対応したプリズムとの間に配置することにより、本実施形態の投写型表示装置でも、前記第１の実施形態に係る投写型表示装置と同様に、空気との界面における不要光の反射率を著しく低下させ、かつ入射した不要光を実質的に略完全に吸収することが可能である。したがって、照明光が各反射型ライトバルブの有効表示領域の外側を照明した場合であっても、反射は極めて少なく、不要像が発生しないか、発生したとしても非常に暗いものであり、投写レンズによる投写の際にゴーストが目立たず、投写画像の品質低下を招くことはない。

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、３色分解プリズムを含む光学ユニット、３つの反射型ライトバルブ及び投写光学系を備えたカラー画像投写用の投写型表示装置で、所定の位置に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、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。

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。

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、反射型ライトバルブを全反射プリズム側から見た概略断面図 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 カラーホイールの一例を示す概略図 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全反射プリズムを用いた投写型表示装置の図面 反射型ライトバルブの一例を示す概略図 従来の投写型表示装置における、反射型ライトバルブの有効表示領域と照明像との関係をモデル化した概略図 従来の投写型表示装置による、不要像と投写すべき画像とを示す概略図 図１１の不要像にて形成されるスクリーン上のゴーストと投写画像とを示す概略図 従来の投写型表示装置における、投写画像に寄与する光束、不要像に由来の光束及び絞りの関係を示す概略図 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 遮蔽板
１５、３５ 光入射口
１６、３６ 光出射口
１７ 開口部
１８ 遮蔽部

Claims (6)

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た投写型表示装置であって、
   前記反射型ライトバルブと光学ユニットとの間に、該反射型ライトバルブの有効表示領域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. 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。
   
   
   

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