JP2006308992A - 投写型表示装置及び投写光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 明るさの低減が最小限に留められ、コントラスト低下やゴースト形成が極力抑制された高品質の投写画像を形成し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ており、投写光学系内の、投写光の一部を遮光する絞りの開口が、その重心が投写レンズの光軸に対して偏心しているか又は投写レンズの光軸に対して非対称な形状であり、絞りが、その反射型ライトバルブ側の面の少なくとも一部に、所定の形状を有する構造単位が投写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、投写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、並びに投写光学系。
【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投写光学系に関する。

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１１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１１の投写型表示装置では凸レンズ５５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、投写光学系におけるの投写レンズの光軸の延長線上に位置する反射型ライトバルブに、照明光学系からの照明光が入射する動作を以下に説明する。

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）。

しかしながら、このような投写型表示装置では、図８に示すように、反射型ライトバルブ２６を照明した照明光３１の一部がＤＭＤの微少ミラーに到達する前にカバーガラス２７と空気との界面で反射する。これは不要反射光５０として進行し（斜線部）、その一部は投写光学系２８内の投写レンズ２９に入射する。この不要反射光５０は、微少ミラーのＯＮ信号、ＯＦＦ信号に関係なく投写レンズ２９に入射するため、特にＯＦＦ信号時に、投写画像の黒表示の品質に著しく悪影響を及ぼし、コントラストを低下させる要因となるといった問題があった。

そこで前記不要反射光を抑制する方法として、投写レンズの入射瞳の近傍に光軸に対して回転対称の絞りを配置し、この絞りの径を小さくすることが考えられるが、かかる方法では、投写画像に寄与する有効な入射光まで抑制されてしまう。これを図面を用いて説明する。図９（ａ）に、円３９ａで示された絞り３４の本来の開口３７ａが示されている。この絞り３４における、反射型ライトバルブ側の面に生じた、カバーガラスと空気との界面での照明光の反射による不要反射光が集合した領域（以下、不要反射光領域という）を、図９（ｂ）に示す（斜線部、符号５１）。かかる不要反射光領域５１に起因したコントラストの低下や、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）の形成による投写画像への悪影響を取り除くためには、例えば円３９ａで示された絞り３４の本来の開口３７ａを、図９（ｃ）に示すように、円３９ｂで示された開口３７ｂのように小さくし、不要反射光領域５１が投写レンズのスクリーン側に到達しないようにすることが考えられる。

しかしながら、図９（ｃ）から明らかなように、円３９ｂで示された開口３７ｂの径は、円３９ａで示された本来の開口３７ａの径よりも大幅に小さくなるため、投写画像に寄与すべき有効な入射光も遮光され、投写画像の明るさが大幅に低減してしまう。

そこで前記問題を解決すべく、反射型ライトバルブの前面で反射された不要反射光がスクリーン上へ投写されるのを抑制するために、絞りの開口の重心を、投写レンズの光軸に対して、偏心して配置するとともに変位可能とした投写型表示装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。かかる投写型表示装置によれば、投写画像に寄与すべき有効な入射光の遮光をできる限り抑制し、投写画像の明るさをそれ程低減させることなく、コントラスト性能をある程度向上させることが可能である。
特開２００４−１９１８７８号公報 特開２００４−９４２６２号公報

しかしながら、前記のごとき、開口の重心が投写レンズの光軸に対して偏心しているか又は開口が投写レンズの光軸に対して非対称な形状である絞り（以下、非対称絞りという）は、不要反射光だけではなく、やはり投写画像に寄与すべき非常に明るい入射光も一部遮光してしまうため、該非対称絞りの不要反射光を遮光する部分の表面は、かかる投写画像に寄与すべき強い光で照射されている。そこでこの非対称絞りの表面で不要反射光や投写画像に寄与すべき一部の入射光が反射するのを抑制するために、該表面には例えば艶消し黒色塗装や黒色アルマイト処理を施すことが試みられているものの、図１０に示すように、相当量の光が非対称絞り３４の表面で反射して投写光学系２８内を反射型ライトバルブ２６の方向に戻り、その一部は投写レンズのレンズ面５４で再度反射してスクリーン上に投写される光５２となって投写画像のコントラストを低下させてしまう。また非対称絞り３４の表面で反射して反射型ライトバルブ２６の方向に戻る別の光５３は、一部反射型ライトバルブ２６にまで到達し、スクリーン上にゴーストが形成される原因となる。

このように、投写光学系に非対称絞りを備えた従来の投写型表示装置では、該非対称絞りの表面で反射した光がコントラスト低下やゴースト形成の原因となり、やはり目的とする投写画像の品質が低下してしまう。

したがって、明るさの低減を最小限に留めながら、コントラストの低下やゴーストの形成を極力抑制し、高品質の投写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、
（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である投写光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、前記投写光学系内の、投写光の一部を遮光する絞りの開口が、その重心が投写レンズの光軸に対して偏心しているか又は投写レンズの光軸に対して非対称な形状であり、前記絞りが、その反射型ライトバルブ側の面の少なくとも一部に、所定の形状を有する構造単位が投写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、投写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）ライトバルブで形成された光学像である投写光を投写する投写光学系であって、前記投写光の一部を遮光する絞りの開口が、その重心が投写レンズの光軸に対して偏心しているか又は投写レンズの光軸に対して非対称な形状であり、前記絞りが、そのライトバルブ側の面の少なくとも一部に、所定の形状を有する構造単位が投写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、投写光を吸収可能な材料とを有することを特徴とする投写光学系
に関する。

本発明の投写型表示装置及び投写光学系により、明るさの低減が最小限に留められ、なおかつコントラストの低下やゴーストの形成が極力抑制された、高品質の投写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で形成された光学像である投写光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、前記投写光学系内の、投写光の一部を遮光する
絞り
の開口が、その重心が投写レンズの光軸に対して偏心しているか又は投写レンズの光軸に対して非対称な形状であり、前記絞りが、その反射型ライトバルブ側の面の少なくとも一部に、
所定の形状を有する構造単位が投写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
投写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、反射型ライトバルブに導か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（投写光）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。なお本実施形態において、投写光とは、反射型ライトバルブを照明した照明光のうち、該反射型ライトバルブで反射して形成された、投写光学系内に入射する光（光学像）のことを意味する。

ここで、従来の投写型表示装置の場合には、例えば図８に示すように、反射型ライトバルブ２６を照明した照明光３１の一部がＤＭＤの微少ミラーに到達する前にカバーガラス２７と空気との界面で反射して不要反射光５０として進行し、その一部は微少ミラーのＯＮ信号、ＯＦＦ信号に関係なく投写レンズ２９に入射して投写画像のコントラストが低下する。また、かかるカバーガラスと空気との界面で反射する不要反射光を遮光すべく、投写光学系に非対称絞りを備えた従来の投写型表示装置の場合には、例えば図１０に示すように、非対称絞り３４の表面で反射した光が、投写レンズのレンズ面５４で再度反射してスクリーン上に投写され、投写画像のコントラストが低下したり、反射型ライトバルブ２６にまで到達し、スクリーン上にゴーストが形成されてしまう。

そこで本実施形態の投写型表示装置では、前記コントラストの低下及び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、投写光学系８内の絞り１４で投写光の一部（実質、主に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と空気との界面で反射した不要反射光）を遮光している。該絞り１４はその開口が特定形状の絞り（非対称絞り）であるが、単なる非対称絞りではなく、その反射型ライトバルブ６側の面の少なくとも一部に、後述する特定構造体及び特定材料が存在するものであるので、該絞り１４の表面では、主に不要反射光と、絞り１４の表面で僅かに遮光された投写画像に寄与すべき有効な光（入射光）との反射が極力抑制され、かつこれらの光が内部に吸収される。

なお反射型ライトバルブ６と投写光学系８との配置、投写レンズ９の種類などに応じて適宜変化するが、前記絞り１４と投写レンズ９の入射瞳とは通常３０ｍｍ程度以下の間隔に位置するので、絞り１４が入射瞳の近傍に位置する場合、特に絞り１４が入射瞳と光軸上同一位置となる場合もある。

主に不要反射光を遮光する前記絞り１４は、投写レンズ９の光軸上の光束断面積及び光軸外の光束断面積の大きさを決定する開口絞りであり、該絞り１４の開口は、その重心が光軸に対して偏心するか又はその形状が光軸に対して非対称であるかのいずれか、すなわち絞り１４は非対称絞りである。該絞り１４の開口の形状の一部は、好ましくは遮蔽部によって定められる。該遮蔽部は、主に不要反射光を遮光するといった絞り１４を設けたことによる効果の発現を考慮すると、実質、投写光学系８に入射してしまう不要反射光の照射位置（不要反射光領域）に少なくとも存在していることが好ましい。図２に、本実施形態における絞り１４の開口形状と遮蔽部との関係の好適な一例を示す。図２（ａ）は、円１９に半円形の遮蔽部１８が設けられた形状の開口１７を有する絞り１４を示す模式図で、反射型ライトバルブ側の全面（斜線部分）に後述する特定反射防止構造体及び特定材料が存在する。図２（ｂ）は、円１９に楕円形の遮蔽部１８が設けられた形状の開口１７を有する絞り１４を示す模式図で、反射型ライトバルブ側の全面（斜線部分）に特定反射防止構造体及び特定材料が存在している。なお図２では、円１９に半円形又は楕円形の遮蔽部１８が設けられた形状の開口１７を有する絞り１４を図示したが、他にも例えば、円に円形、三日月形などの遮蔽部が設けられた形状の開口を有する絞りや、多角形に半円形、円形、楕円形、三日月形などの遮蔽部が設けられた形状の開口を有する絞り、多角形に多角形の遮蔽部が設けられた形状の開口を有する絞りなども例示され、非対称絞りである限り絞り１４には特に限定がない。本実施形態においては、絞り１４にて遮光する投写光が光束であり、絞り１４で不要な回折現象などができる限り生じないのが望ましいことを考慮すると、遮蔽部が半円形、円形又は楕円形であることが好ましく、円に半円形、円形又は楕円形の遮蔽部が設けられた形状の開口を有する非対称絞りが好ましい。

なお、例えば図９には不要反射光領域５１を楕円形状で示したが、かかる不要反射光領域の形状は、照明光学系の構成や投写光学系の構成、また反射型ライトバルブとこれらとの位置関係などによって変化する。したがって、前記図２やその他例示した絞り１４の開口の形状はほんの一例であり、不要反射光を充分に遮光し得るように投写型表示装置の構成に応じて開口の形状を適宜変更することが好ましい。

前記絞り１４の反射型ライトバルブ６側の面の少なくとも一部には、特定構造の反射防止構造体及び投写光を吸収可能な材料が存在するので、本実施形態に係る投写型表示装置においては、前記のごとき不要反射光及び僅かな入射光は、絞り１４の表面での反射自体が充分に防止され、なおかつ多少反射したとしても絞り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、スクリーン上に投写されたり、反射型ライトバルブへ戻って目的とする投写画像に悪影響を及ぼす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、投写光の波長（通常、約４００〜７００ｎｍ）の下限値よりも小さいピッチ、すなわち投写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、投写光に対して、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、投写光のなかで、絞り１４で遮光された、不要反射光及び投写画像に寄与すべき有効な僅かな入射光（以下、反射を低減すべき光という）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、投写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は投写光の最短波長の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、通常投写光の最短波長の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、投写光のなかで、非対称絞りで遮光された反射を低減すべき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、投写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、各構造単位が投写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、反射を低減すべき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、空気界面で投写光の屈折率が連続的に変化し、反射を低減すべき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、空気界面で投写光の屈折率がさらに連続的に変化するといった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。

絞り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、投写光を吸収可能な材料としては、通常約４００〜７００ｎｍの波長の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。

本実施形態において絞り１４は、その反射型ライトバルブ６側の面の少なくとも一部に反射防止構造体と投写光を吸収可能な材料とを有するものであるが、絞り１４を設けることによる反射を低減すべき光に対する反射防止及び吸収効果の発現を考慮すると、例えば図２に示すように、絞り１４全体が反射防止構造体及び投写光を吸収可能な材料で構成されていることが最も好ましく、少なくとも遮蔽部１８によって一部形成される開口１７の非対称部分かつ開口１７の周囲といった、反射を低減すべき光が照射される可能性が高い部分に、反射防止構造体と投写光を吸収可能な材料とが存在することが好ましい。

絞り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、反射を低減すべき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投写光を吸収可能な材料からなるものであってもよく、またいずれも投写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投写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、投写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。なお反射を低減すべき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投写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。

反射防止構造体と投写光を吸収可能な材料とを有する絞り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）などの投写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、反射防止構造体と投写光を吸収可能な材料とを有する絞り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絞り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で反射する光の強度は通常高いため、反射を低減すべき光もある程度の強度を有する。したがって、絞り１４は比較的高温となる可能性があるので、かかる絞り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。

なお絞り１４を製造する際には、いわゆる絞り板と遮蔽部１８とを一体的に製造して所望形状の開口１７を有する絞り１４としてもよいし、絞り板と遮蔽部１８とを別々に製造して所望形状の開口１７となるように一体化してもよく、特に限定はない。

このように、本実施形態における絞りは、所定の突出形状や陥没形状を有する構造単位が投写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、黒色材料などの投写光を吸収可能な材料とを、反射型ライトバルブ６側の面の少なくとも一部に有するものであるので、本実施形態の投写型表示装置では、非対称絞りで遮光した反射を低減すべき光の反射率を著しく低下させ、かつ実質的に略完全に吸収することが可能であり、コントラストの低下やゴーストの形成を極力抑制し、高品質の投写画像を形成することができる。

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、必要に応じてカラーホイールが配置されたものであり、該投写光学系内の非対称絞りの、反射型ライトバルブ側の面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と、光学ユニットと、非対称絞りを備えた投写光学系とが配置され、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。

ここで本実施形態の場合、前記第１の実施形態のような、反射型ライトバルブを照明した照明光の一部が例えばＤＭＤの微少ミラーに到達する前にカバーガラスと空気との界面で反射して生じる不要反射光に加え、さらに前記３色分解プリズムの界面で発生する不要反射光も投写画像のコントラスト性能に影響を及ぼすことになる。

そこで本実施形態においても、コントラストの低下及びゴーストの形成に関する問題を解決すべく、投写光学系内の絞りで投写光の一部（実質、主に第１〜第３各反射型ライトバルブの有効表示領域を覆うカバーガラスと空気との界面で反射した不要反射光及び３色分解プリズムの界面で発生した不要反射光）を遮光している。該絞りは、投写レンズの光軸上の光束断面積及び光軸外の光束断面積の大きさを決定する開口絞りであり、絞りの開口は、その重心が光軸に対して偏心するか又はその形状が光軸に対して非対称であるかのいずれか、すなわち本実施形態における絞りも非対称絞りである。しかも該絞りは単なる非対称絞りではなく、その反射型ライトバルブ側の面の少なくとも一部に、前記第１の実施形態と同様に、特定構造体及び特定材料が存在するものであるので、該絞りの表面では、主に不要反射光と、絞りの表面で僅かに遮光された投写画像に寄与すべき有効な光（入射光）との反射が極力抑制され、かつこれらの光が内部に吸収される。

前記絞りの開口の形状の一部は、好ましくは遮蔽部によって定められる。該遮蔽部は、主に不要反射光を遮光するといった絞りを設けたことによる効果の発現を考慮すると、実質、投写光学系に入射してしまう不要反射光の照射位置（不要反射光領域）に少なくとも存在していることが好ましい。なお遮蔽部及び該遮蔽部によってその開口の形状の一部が定められる絞りとしては、例えば前記第１の実施形態において例示したものが好適に適用される。また不要反射光領域の形状は、照明光学系の構成や投写光学系の構成、また反射型ライトバルブとこれらとの位置関係などによって変化する。したがって、前記図２やその他例示した絞りの開口の形状はほんの一例であり、不要反射光を充分に遮光し得るように投写型表示装置の構成に応じて開口の形状を適宜変更することが好ましい。

絞りは、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投写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、黒色材料などの投写光を吸収可能な材料とを、その反射型ライトバルブ側の面の少なくとも一部に設けることによって構成されているので、このような非対称絞りにより、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のように、２種の不要反射光及び投写画像に寄与すべき僅かな入射光、すなわち反射を低減すべき全ての光の反射率を著しく低下させ、かつ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、本実施形態の投写型表示装置により、コントラストの低下やゴーストの形成が極力抑制された、高品質の投写画像を形成することができる。

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、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、該投写光学系内の非対称絞りの、反射型ライトバルブ側の面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。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る投写光学系は、投写型表示装置に用いられ、ライトバルブで形成された光学像である投写光を投写するものであり、該投写光の一部を遮光する絞りの開口が、その重心が投写レンズの光軸に対して偏心しているか又は投写レンズの光軸に対して非対称な形状のものである。そして、本投写光学系における大きな特徴の１つは、前記絞りが、そのライトバルブ側の面の少なくとも一部に、
所定の形状を有する構造単位が投写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
投写光を吸収可能な材料
を有することである。

本実施形態の投写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投写光学系８などがあげられる。該投写光学系８は、ライトバルブの一例である反射型ライトバルブ６で形成された光学像（投写光）を投写するものである。本実施形態の投写光学系は、例えば図１に示すように、少なくとも投写レンズ９及び絞り１４を備えたものである。なお本実施形態においても、投写光とは、ライトバルブを照明した光のうち、該ライトバルブで形成された、投写光学系内に入射する光（光学像）のことを意味する。

本実施形態の投写光学系の特徴は、投写光の一部を遮光する絞りの開口が、その重心が投写レンズの光軸に対して偏心しているか又は投写レンズの光軸に対して非対称な形状のもの、すなわち絞りが非対称絞りであり、該絞りが、そのライトバルブ側の面の少なくとも一部に、特定構造の反射防止構造体及び投写光を吸収可能な材料を有することである。

前記絞り１４は、第１の実施形態にて説明したように、投写光学系８内に入射した投写光の一部（実質、主に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と空気との界面で反射した不要反射光）を遮光する特定形状の絞り（非対称絞り）である。しかも該絞り１４は単なる非対称絞りではなく、その反射型ライトバルブ６側の面の少なくとも一部に、特定構造体及び特定材料が存在するものであるので、該絞り１４の表面では、主に不要反射光と、絞り１４の表面で僅かに遮光された投写画像に寄与すべき有効な光（入射光）との反射が極力抑制され、かつこれらの光が内部に吸収される。

なお本実施形態の投写光学系を用い、実際に投写型表示装置とする場合、反射型ライトバルブなどのライトバルブと投写光学系との配置、投写レンズの種類などに応じて適宜変化するが、前記絞りと投写レンズの入射瞳とは通常３０ｍｍ程度以下の間隔に位置するので、絞りが入射瞳の近傍に位置する場合、特に絞りが入射瞳と光軸上同一位置となる場合もある。

主に不要反射光を遮光する前記絞りは、投写レンズの光軸上の光束断面積及び光軸外の光束断面積の大きさを決定する開口絞りであり、該絞りの開口は、その重心が光軸に対して偏心するか又はその形状が光軸に対して非対称であるかのいずれか、すなわち該絞りは非対称絞りである。該絞りの開口の形状の一部は、前記第１の実施形態の場合と同様に、好ましくは遮蔽部によって定められる。該遮蔽部は、主に不要反射光を遮光するといった絞りを設けたことによる効果の発現を考慮すると、実質、投写光学系に入射してしまう不要反射光の照射位置（不要反射光領域）に少なくとも存在していることが好ましい。

本実施形態における絞りとしては、前記第１の実施形態にて説明したように、例えば図２に示すものなどが好ましく例示され、他にも例えば、円に円形、三日月形などの遮蔽部が設けられた形状の開口を有する絞りや、多角形に半円形、円形、楕円形、三日月形などの遮蔽部が設けられた形状の開口を有する絞り、多角形に多角形の遮蔽部が設けられた形状の開口を有する絞りなども例示されるが、非対称絞りである限り絞りには特に限定がない。本実施形態においても、絞りにて遮光する投写光が光束であり、絞りで不要な回折現象などができる限り生じないのが望ましいことを考慮すると、遮蔽部が半円形、円形又は楕円形であることが好ましく、円に半円形、円形又は楕円形の遮蔽部が設けられた形状の開口を有する非対称絞りが好ましい。

なお、例えば図９には不要反射光領域５１を楕円形状で示したが、かかる不要反射光領域の形状は、実際に投写型表示装置とする場合に、本投写光学系の構成や、適宜用いる照明光学系の構成、また反射型ライトバルブなどのライトバルブとこれらとの位置関係などによって変化する。したがって、前記図２やその他例示した絞りの開口の形状はほんの一例であり、不要反射光を充分に遮光し得るように、実際の投写型表示装置の構成に応じて開口の形状を適宜変更することが好ましい。

前記絞りのライトバルブ側の面の少なくとも一部には、特定構造の反射防止構造体及び投写光を吸収可能な材料が存在するので、本実施形態に係る投写光学系においては、前記のごとき不要反射光及び僅かな入射光は、絞りの表面での反射自体が充分に防止され、なおかつ多少反射したとしても絞りの内部に吸収されてしまい、本投写光学系を備えた投写型表示装置は、従来の投写光学系を備えた投写型表示装置とは比較にならないほど、スクリーン上に投写されたり、ライトバルブへ戻って目的とする投写画像に悪影響を及ぼす光を大幅に削減することができるのである。

なお本実施形態に係る投写光学系において、投写レンズや、絞りが有する特定構造の反射防止構造体及び投写光を吸収可能な材料の種類やこれらの存在箇所などとしては、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適用することができる。したがって本実施形態に係る投写光学系は、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、種々の照明光学系、光学ユニット、反射型ライトバルブなどのライトバルブなどと適宜組み合わせて用いることができる。

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。また本発明の投写光学系は、例えば本発明の投写型表示装置などといった各種投写型表示装置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 本発明に係る投写型表示装置における、絞りの開口形状と遮蔽部との関係の一例を示す概略図であり、（ａ）が円に半円形の遮蔽部が設けられた形状の開口を有する絞りの図面、（ｂ）が円に楕円形の遮蔽部が設けられた形状の開口を有する絞りの図面 本発明に用いる絞りが有する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 本発明に用いる絞りが有する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 本発明に用いる絞りが有する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 本発明に用いる絞りが有する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 本発明に用いる絞りが有する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 本発明に用いる絞りが有する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 本発明に用いる絞りが有する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 本発明に用いる絞りが有する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 従来の投写型表示装置における、絞りの開口と不要反射光領域との関係の一例を示す概略図であり、（ａ）が絞りの本来の開口を示す図面、（ｂ）が絞りの本来の開口と不要反射光領域との関係を示す図面、（ｃ）が絞りの本来の開口、不要反射光領域及び小さくした開口の関係を示す図面 従来の投写型表示装置における、非対称絞りの表面で反射した光の光路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 絞り
１５、３５ 光入射口
１６、３６ 光出射口
１７、３７ａ、３７ｂ 開口
１８ 遮蔽部

Claims (8)

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である投写光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、
   前記投写光学系内の、投写光の一部を遮光する絞りの開口が、その重心が投写レンズの光軸に対して偏心しているか又は投写レンズの光軸に対して非対称な形状であり、
   前記絞りが、その反射型ライトバルブ側の面の少なくとも一部に、所定の形状を有する構造単位が投写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、投写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. 絞りの開口の形状の一部を定める遮蔽部が、半円形、円形又は楕円形である、請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 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。
4. 反射防止構造体の構造単位が、投写光の最短波長の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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. ライトバルブで形成された光学像である投写光を投写する投写光学系であって、
   前記投写光の一部を遮光する絞りの開口が、その重心が投写レンズの光軸に対して偏心しているか又は投写レンズの光軸に対して非対称な形状であり、
   前記絞りが、そのライトバルブ側の面の少なくとも一部に、所定の形状を有する構造単位が投写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、投写光を吸収可能な材料とを有することを特徴とする投写光学系。
   
   
   

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