JP2007025331A - 投写型表示装置および全反射プリズム - Google Patents

Abstract

【課題】投写型表示装置において、簡易な構造で不要光の投写レンズへの入射を抑制する。
【解決手段】投写型表示装置の画像表示デバイス１２は、入射した光を画像信号に応じて第１の方向または第２の方向に反射させる。第１の方向に反射された光は第２のプリズム面９２に入射し、第３のプリズム面９３で全反射し、第１のプリズム面９１から出射し、投写レンズに入射する変調光経路を構成する。第１のプリズム面９１のうち、変調光経路が通過する第１の有効光線領域を除く領域の少なくとも一部に第１の遮蔽領域２１ｂが設けられている。
【選択図】 図３

Description

本発明は投写型表示装置および全反射プリズムに関し、特に不要光の除去を容易にする全反射プリズム構造に関する。

投写型表示装置は、入射した光を画像表示デバイスで変調し、変調された光を投写レンズで投写することによって映像を表示する。画像表示デバイスとしては従来から液晶表示パネルが用いられてきたが、最近ではＤＭＤ(Digital micro-mirror device)が広く用いられるようになっている。ＤＭＤは、多数の微小ミラーを平面状に配列した画像表示デバイスで、個々のミラーの傾きを映像信号に応じて＋１０°（オン）または−１０°程度に傾け（オフ）、光の反射方向を変えることで光変調をおこなう。ＤＭＤを用いた投写型表示装置には、光源からの光をカラーフィルタで時分割的に各色光に分離し、１つのＤＭＤで順次各色光を変調する１チップ方式と、ＤＭＤを赤色光、青色光、緑色光毎に専用に設け、各色光を同時に変調する３チップ方式とが知られている。このうち、１チップ方式は構造が単純で、比較的廉価に製造できるため、一般用途向きの需要が拡大している。１チップ方式には、ＤＭＤ周りの光学系としていくつかの方式が存在しており、その一つとしてＤＭＤの手前に全反射プリズムを設ける方式が知られている。

投写型表示装置は近年益々高画質表示が求められており、高いコントラストや迷光の防止が重要な課題となっている。このため、特許文献１では、ＤＭＤに入射光を供給する照明光学系に光束の一部を遮光する遮光板を設置する技術が開示されている。遮光板は、光路内の複数枚のレンズ群と折り返しミラーとの間に、挿抜可能に設置されている。ＤＭＤがオフ状態の際に生じる反射光などの不要な光が投写レンズに入射されることが防止され、コントラストの向上につながる。

また、特許文献２では、ファイバースコープ用の光学部品の例であるが、不要な反射光線を遮光する蒸着遮光膜が形成されたガラス基板が、プリズムの出射面に接着された構造が開示されている。蒸着遮光膜はプリズムを除く領域にガラス基板から突き出して設けられ、蒸着遮光膜の形成されていないガラス基板の部分とプリズム面との間は空間部となっている。これによれば、出射面に隣接する撮像素子への不要光の入射が制限され、反射ゴースト像の形成が防止される。
特開２００４−２５８４３９号公報 特開平８−５０２５１号公報

しかし、ＤＭＤの手前に全反射プリズムを設ける方式の投写型表示装置においては、以下の問題があった。ＤＭＤではミラー要素の傾き角を個々に制御して、入射光を投写レンズに入射する光束（オン光速）と入射しない光束（オフ光束）とに分離している。オフにされた光束は、オンの光束と光路がずれているため、投写レンズに直接入射しない。しかし、オフにされた光束はＤＭＤによって遮蔽されるわけではなく、反射方向を変えられるだけであるので、いずれにせよ全反射プリズムには入射する。また、全反射プリズムの手前にはコンデンサレンズを装着することが多いが、光源からコンデンサレンズに入射する各々の光束は完全な平行光束ではない。また、各光束の1つ1つは、主光線を中心としてある角度分布を有している光束である。したがって、光束の断面内の位置によってコンデンサレンズへの入射角がばらついている。このため光束の一部がコンデンサレンズに入射後、コンデンサレンズの出射面で反射し、コンデンサレンズ内から隣接する全反射プリズムに侵入することがある。このような光束は不要光と呼ばれ、全反射プリズム内で反射を繰り返し、その一部は投写レンズに入射する。

ここでは、スクリーン上に画像を表示するための光線とは別に、画像を表示するために必要のない光線を不要光と呼ぶ。不要光の発生原因として、オフ光束や上述したような反射光速などがある。

不要光は、このように画像を表示するためのオンの光束とは別に全反射プリズム内に存在し、投写レンズを通じてスクリーンに投写される。不要光の影響は投写画面が明るいときには目立たないが、暗いときには顕著に現れ、コントラストの低下や迷光の原因となる。その対策としては、不要光の発生原因自体を根本的に排除することが最も望ましいが、ＤＭＤを用いる方式では原理上困難である。この問題は、不要光が投写レンズに入射しやすい全反射プリズムが１つしかない方式において特に顕著に現れる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、本発明は、簡易な構造で不要光の投写レンズへの入射を抑制し、コントラストの向上とスクリーン上の迷光発生を防止することの容易な投写型表示装置を提供することを目的とする。また、本発明はかかる投写型表示装置の実現に有用な全反射プリズムを提供することを目的とする。

本発明の投写型表示装置は、第１のプリズム面と、第２のプリズム面と、第３のプリズム面とを備えた全反射プリズムと、第１のプリズム面に対向して設けられた投写レンズと、第２のプリズム面に対向して設けられた画像表示デバイスとを有している。画像表示デバイスは、入射した光を画像信号に応じて第１の方向または第２の方向に反射させる。第１、第２、および第３のプリズム面は、第１の方向に反射された光が第２のプリズム面に入射し、第３のプリズム面で全反射し、第１のプリズム面から出射し、投写レンズに入射する変調光経路を構成するように形成されている。第１のプリズム面のうち、変調光経路が通過する第１の有効光線領域を除く領域の少なくとも一部に第１の遮蔽領域が設けられている。

このように、第１のプリズム面に第１の遮蔽領域を設けることによって、第１のプリズム面から出射する光は、第１の遮蔽領域の設けられていない領域からの出射に限られる。この領域には変調光経路が通過する第１の有効光線領域が完全に含まれているので、投写レンズによる画像投写に必要な本来の光は第１の遮蔽領域の影響を受けずにそのまま投写レンズに入射する。一方、不要光はこの本来必要な光とは異なる経路を進むので、第１の遮蔽領域からも出射しようとするが、この領域からの出射は抑制されるので、不要光の出射は全体として抑制されることになる。

投写型表示装置は光源を有し、全反射プリズムの第２および第３のプリズム面は、光源から出射した光が第３のプリズム面に入射して、第２のプリズム面から出射し、画像表示デバイスに入射する入射光経路を構成するように形成されている。このとき、第２のプリズム面のうち、入射光経路が通過する領域と変調光経路が通過する領域とを包含する第２の有効光線領域を除く領域の少なくとも一部に第２の遮蔽領域が設けられていてもよい。

全反射プリズムは、第１のレンズ面と、第２のレンズ面とを備えたコンデンサレンズを有していてもよい。このとき、第１のレンズ面は、少なくとも入射光経路が通過する領域で、全反射プリズムの第３のプリズム面と対向し、第１、第２のレンズ面は、入射光経路を通る光が第２のレンズ面に入射し、第１のレンズ面から出射し、第３のプリズム面に入射するように形成され、第２のレンズ面のうち、入射光経路が通過する第３の有効光線領域を除く領域の少なくとも一部に第３の遮蔽領域が設けられていてもよい。

遮蔽領域はカーボンを主成分とするのが望ましい。この場合、遮蔽領域は塗装で形成することができる。また、遮蔽領域の、入射する光に対する反射率と透過率は共に１０％以下であることが望ましい。

有効光線領域は略矩形の形状を有し、遮蔽領域は、有効光線領域を構成する辺のうち、プリズム面またはレンズ面の周縁部に相対的に近い少なくとも１つの辺に沿った領域には形成されていないようにしてもよい。

全反射プリズムの第１のプリズム面と第３のプリズム面との間の境界エッジに沿って面取り部が形成され、面取り部に第４の遮蔽領域が設けることもできる。

全反射プリズムは第１、第２、第３のプリズム面と略直交する天面と底面とを有し、底面は接着剤によって投写型表示装置に固定され、天面は荒摺り加工されていてもよい。ここで、荒摺り加工とは表面に細かな凹凸を設ける加工であり、本願発明ではその凹凸の程度はＲａ＝０．２μｍ〜０．５μｍ程度である。これよりも平坦であると光がそのまま透過してしまい迷光の原因となるので好ましくない。

本発明の全反射プリズムは、第１のプリズム面と、第２のプリズム面と、第３のプリズム面とを有している。第１、第２、および第３のプリズム面は、光が第２のプリズム面に入射し、第３のプリズム面で全反射し、第１のプリズム面から出射する変調光経路を有するように形成されている。第１のプリズム面のうち、変調光経路が通過する第１の有効光線領域を除く領域の少なくとも一部に第１の遮蔽領域が設けられている。

第２および第３のプリズム面は、光が第３のプリズム面に入射して、第２のプリズム面から出射する入射光経路を有するように形成され、第２のプリズム面のうち、入射光経路が通過する領域と変調光経路が通過する領域とを包含する第２の有効光線領域を除く領域の少なくとも一部に第２の遮蔽領域が設けられていてもよい。

第１のレンズ面と、第２のレンズ面とを備えたコンデンサレンズを有し、第１のレンズ面は、少なくとも入射光経路が通過する領域で、第３のプリズム面と対向し、第１、第２のレンズ面は、入射光経路を通る光が第２のレンズ面に入射し、第１のレンズ面から出射し、第３のプリズム面に入射するように形成され、第２のレンズ面のうち、入射光経路が通過する第３の有効光線領域を除く領域の少なくとも一部に第３の遮蔽領域が設けられていてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、簡易な構造で不要光の投写レンズへの入射を抑制することができるので、コントラストの向上とスクリーン上の迷光発生を防止することの容易な投写型表示装置を提供することができる。また、本発明の全反射プリズムは、かかる投写型表示装置の実現に有用である。

次に、図面を参照して本発明の投写型表示装置の実施形態について説明する。図１は、本発明の投写型表示装置の一実施形態を示す概略構成図である。投写型表示装置１は、光源を含む照明光学系１４と、全反射プリズム９と、投写レンズ１３と、画像表示デバイス１２とを有している。

照明光学系１４は、光源１を構成するランプ２およびランプ２からの光を反射・集光するリフレクタ３を備えている。光源１の前方にはリフレクタ３が設けられ、その集光部には赤色光、青色光、緑色光の各色を透過させる３種類のフィルター（図示せず）が設けられたカラーホイール４が設置されている。カラーホイール４が回転することによって、ランプ２から出射した光束は、回転する各色フィルターを順次通過し、時分割的に赤色光、青色光、緑色光に分離される。カラーホイール４の光出謝側には、光束を平滑化するインテグレータロッド５が設けられている。インテグレータロッド５の光出謝側にはレンズ６ａ，６ｂが設けられ、光束は平行かつ所定の光路断面に整えられる。レンズ６ａ，６ｂの前方には反射ミラー８が設けられ、光束はここで向きを調整されて、全反射プリズム９に入射する。全反射プリズム９の２つのプリズム面９１，９２（図２参照）に対向して、投写レンズ１３と、画像表示デバイス１２とが各々配置されている。なお、「対向」という用語は、距離的な大小を意味するものではなく、互いに向い合うような位置的関係を意味する。照明光学系１４は、以上説明した光源１から全反射プリズム９までの要素によって構成されている。

反射ミラー８を出た光束が画像表示デバイス１２に至るまでの光束の通る経路を、入射光経路Ｓ１と呼び、図１，２では太破線で表示している。入射光経路Ｓ１は実際には、図面の奥行き方向にも厚さを持つ２次元的な広がりを持った光束断面を有している。

図２は、全反射プリズムの拡大図である。全反射プリズム９は、二等辺三角形形状の三角プリズムであり、プリズムの頂角に相対する面にコンデンサレンズ１０が接合されている。全反射プリズム９とコンデンサレンズ１０は同じ材質である。全反射プリズム９は、第１のプリズム面９１と、第２のプリズム面９２と、第３のプリズム面９３とを備えている。コンデンサレンズ１０は、第１のレンズ面１０１と、第２のレンズ面１０２とを備えている。コンデンサレンズ１０の第１のレンズ面１０１は、全反射プリズム９の第３のプリズム面９３と対向している。

光束は、図１に示したように、入射光経路Ｓ１を通って反射ミラー８からコンデンサレンズ１０に入射する。入射光経路Ｓ１を通る光束は、コンデンサレンズ１０の第２のレンズ面１０２に入射し、コンデンサレンズ１０内を進み、第１のレンズ面１０１から出射し、全反射プリズム９の第３のプリズム面９３に入射する。

第３のプリズム面９３に入射した光束は、全反射プリズム９内を進み、第２のプリズム面９２から出射し、画像表示デバイス１２に入射する。画像表示デバイスは、画像信号に応じて微小ミラーの角度を制御し、入射した光を第１の方向（図中角度Ｃ１として表示）または第２の方向（図中角度Ｃ２として表示）に反射させる。ここでは、第１の方向を、画像表示デバイス１２のミラーがオンになる状態、第２の方向を、画像表示デバイス１２のミラーがオフになる状態としている。第１の方向に反射された光は、第２のプリズム面９２に再び入射し、第３のプリズム面９３で全反射し、第１のプリズム面９１から出射し、投写レンズ１３に入射する。このように、光束が画像表示デバイス１２から第１の方向に反射され、投写レンズ１３に入射するまでの経路を変調光経路Ｔ１と呼び、図１，２では太実線で表示している。

光束が第２の方向に反射された場合も、光束は同様に第２のプリズム面９２に再び入射するが、プリズム面で複雑に反射する。光束のこのような経路を変調光経路Ｔ２と呼び、図２のみに細鎖線で表示している。変調光経路Ｔ２を通る光束の一部は第１のプリズム面９１に達する場合もある。なお、画像表示デバイス１２のすべてのミラーがオフとなり、光束全体が変調光経路Ｔ２を通る場合が全黒表示、すべてのミラーがオンととなり、光束全体が変調光経路Ｔ１を通る場合が全白表示である。

図３は、プリズムとコンデンサレンズの各面の状態を示す模式図である。図４は、プリズムとコンデンサレンズの各面の有効光線領域を示す模式図である。各図において、（ａ）は全反射プリズム９の平面図を、（ｂ）はプリズム９の第１のプリズム面９１の平面図を、（ｃ）は全反射プリズム９の第２のプリズム面９２の平面図を、（ｄ）は、コンデンサレンズ１０の第２のレンズ面１０２の平面図を各々示す。全反射プリズム９とコンデンサレンズ１０は一体化されているが、さらに補強材１５でも補強されている。

図４を参照すると、（ｂ）〜（ｄ）において、ハッチングまたは色つき部で示された領域が示されている。光束が全反射プリズム９に入射する場合、まずコンデンサレンズ１０の第２のレンズ面１０２に入射する。このとき、光束が実際に入射する領域、すなわち第２のレンズ面１０２のうち、入射光経路Ｓ１が通過する領域はレンズ面の一部を占める。それが第３の有効光線領域２３ａである。

光束は次に全反射プリズム９の第２のプリズム面９２から出射し、画像表示デバイス１２で光変調され、オンにされた光束とオフにされた光束が各々全反射プリズム９の第２のプリズム面９２に各々入射する。光束のうち画像表示上必要なものは、画像表示デバイス１２への入射光と、画像表示デバイス１２から出射するオンにされた光束である。前者の領域は図４（ｃ）にＤＭＤ入射前有効光線領域３１として、後者の領域はＤＭＤ反射後有効光線領域３２として示されている。また、これらの領域３１，３２を包含する領域、すなわち第２のプリズム面９２のうち、入射光経路Ｓ１が通過する領域と変調光経路Ｔ１が通過する領域とを包含する領域は、画像表示上必要な光束の通過領域となり、それが第２の有効光線領域２２ａである。同図では後述する遮蔽領域の形成を容易とするために矩形領域としているが、両方の領域３１，３２を包含していれば矩形に限定されない。

光束はさらに、全反射プリズム９の第１のプリズム面９１から出射する。このとき、光束が実際に出射する領域、すなわち第１のプリズム面９１のうち、変調光経路Ｔ１が通過する領域はプリズム面の一部を占める。それが第１の有効光線領域２１ａである。

なお、これらの有効光線領域２１ａ、２２ａ、２３ａは、全白を表示したときの光線(ＯＮ−ＳＴＡＴＥ光)に対応している必要があり、実際には、全白光線が入射光経路Ｓ１と変調光経路Ｔ１を通って投写レンズ１３へ入射するときの光線の領域となる。

次に、図３を参照すると、第１のプリズム面９１の第１の有効光線領域２１ａを除く領域の一部に、光を遮蔽する第１の遮蔽領域２１ｂが設けられている（同図（ｂ）参照）。同様に第１のプリズム面９１の第２の有効光線領域２２ａを除く領域に、光を遮蔽する第２の遮蔽領域２２ｂが設けられている（同図（ｃ）参照）。第２のレンズ面１０２の第３の有効光線領域２３ａを除く領域には、光を遮蔽する第３の遮蔽領域２３ｂが設けられている（同図（ｄ）参照）。

有効光線領域２１ａ〜２３ａは、上述のように矩形状とは限らない。しかし、遮蔽領域は塗装によって形成されるため、各遮蔽領域２１ｂ〜２３ｂの形状は、塗装の容易さを考え、矩形状とするのが望ましい。具体的には、各遮蔽領域２１ｂ〜２３ｂは有効光線領域２１ａ〜２３ａに接し、かつプリズム面(または、コンデンサレンズ面)の各辺に平行な直線で囲まれた部分とするのがよい。また、各遮蔽領域２１ｂ〜２３ｂは、有効光線領域２１ａ〜２３ａと完全に相補的な形状となっている必要はない。たとえば、図４（ｄ）に示すように、有効光線領域２３ａが第２のレンズ面１０２の一方の端に片寄って形成されている場合、端に近いほうの辺に沿って遮蔽領域を形成する必要はない。一般的にいえば、遮蔽領域は、有効光線領域を構成する辺のうち、プリズム面またはレンズ面の周縁部に相対的に近い少なくとも１つの辺に沿った領域には形成されなくてもよい。これも、遮蔽領域の塗装の手間を省くためである。

次に、各遮蔽領域の詳細な構造と作用を遮蔽領域毎に説明する。ここでは便宜上、光の通過順序にしたがい、第３の遮蔽領域から順に説明する。

図５には、第３の遮蔽領域における光路を示す。同図には入射光経路Ｓ１のほか、不要光としてスクリーン上に現れる光線の光路の例を示す。このような不要光の光路を入射光経路Ｓ２と呼ぶ。同一の投写型表示装置において、入射光経路Ｓ１と入射光経路Ｓ２とが同時に存在するのは、前述したように、入射光が完全な平行光ではなかったり角度分布を有していたりするため、コンデンサレンズ１０への入射角が場所によって異なるためであり、図５の例では、図中左側の光束部分が不要光（入射光経路Ｓ２）となりやすい。

コンデンサレンズ１０の第１のレンズ面１０１に入射する光線の角度をθｃとし、コンデンサレンズ１０の屈折率をｎとする。θｃ＜ｓｉｎ^-1(１/ｎ)のとき、光線は、第１のレンズ面１０１を透過して画像表示デバイス１２に入射される。θｃ≧ｓｉｎ^-1(１/ｎ)のとき、コンデンサレンズ１０を通り画像表示デバイス１２に向かう光線の一部は、コンデンサレンズ内面(第１のレンズ面１０１)で全反射される。第１のレンズ面１０１で全反射された光線は、第３のレンズ面１０３、第２のレンズ面１０２で全反射される。第２のレンズ面１０２で全反射された光線は、全反射プリズム９の第３のプリズム面９３、第１のプリズム面９１を透過して投写レンズ１３に入射する。この光線がスクリーン上に迷光として現れる。したがって、この光線を投写レンズ１３に対して遮断すればよい。なお、光線が全反射角で入射する面は、光束がプリズムから空気に出ようとする面に限る。

そこで、このような経路（入射光経路Ｓ２）を通って投写レンズ１３に入射する光線を遮断するために、コンデンサレンズ１０の第２のレンズ面１０２に第３の遮蔽領域２３ｂを設ける。第３の遮蔽領域２３ｂは、第２のレンズ面１０２にマスキング物質を塗布することによって形成される（他の遮蔽領域についても同様）。第３の遮蔽領域２３ｂを構成するマスキング物質は下記の条件を満たすことが必要である。
（１）プリズムとマスキング物質の界面で全反射しない。
（２）マスキング物質表面での反射率が低い。
（３）マスキング物質の透過率が低い。
ここで、プリズムとは三角プリズムまたはコンデンサレンズを意味する。以下の第３の遮蔽領域についての説明はプリズムで統一し、本実施形態への適用においては、プリズムはレンズに置き換えて読むものとする。

次に、上記条件（１）、（２）、（３）を満たすようなマスキング物質を検討する。図６は、プリズムからマスキング物質へ入射した光線の光路を示す。空気の屈折率をｎ₀、プリズムの屈折率をｎ₁−ｉｋ₁、マスキング物質の屈折率をｎ₂−ｉｋ₂とする。ここでｉは虚数単位である。このとき、プリズムを完全な透過物体と仮定すると複素屈折率ｋ₁＝０となるため、プリズムの屈折率はｎ₁となる。マスキング物質は一様な吸収性をもつ物質とする。

条件（１）を満たすためには、界面２で全反射しないことが条件となり、数式１で表される。

ｎ₁＜ｎ₂・・・（数式１）
条件（２）を満たすためには、界面２に入射した光線のマスキング物質による反射率Ｒが１０％以下になることが条件となる。ｐ偏光の光線の反射率をＲｐ、ｓ偏光の光線の反射率をＲｓとすると、

で表される。ここで、

とする。

条件（３）を満たすためには、マスキング物質を透過する際の透過率Ｔ＝Ｔ₀/Ｔ₁が１０％以下になることが条件となる。ｐ偏光の光線の透過率をＴｐ、ｓ偏光の光線の反射率をＴｓとすると、

で表される。ここで、δは、

で表される。λは真空中の光の波長、ｔ₁は界面１での振幅透過率、ｔ₂は界面２での振幅透過率、ｒ₁は界面１での振幅反射率、ｒ₂は界面２での振幅反射率を表す。また、Ｉ₀は空気層での光強度、Ｉ₁はプリズム内での光強度を、添字ｐ、ｓは各々ｐ偏光、ｓ偏光の光線であることを示す。

界面２での反射率およびマスキング物質の透過率をともに１０％以下と規定したのは、目視ではっきりと見える迷光の強度に対して１０％の強度の迷光は、目視で確認できないレベルになるためである。ただし、この条件はプロジェクタの場合に限る。

上記の条件（１）〜（３）が満たされると、プリズム面で反射する光線は吸収または減衰され、全反射プリズムに起因する迷光が除去される。

ここで、遮蔽領域を構成するマスキング物質は、プリズム面に密着されていることが重要である。すなわち、少なくとも入射光経路Ｓ１が通過する界面においては、図６に示したような、マスキング物質とプリズム面とが空気層を挟まないで密着された構造が実現されている必要がある。マスキング物質がプリズム面に密着されていると、界面がプリズム−マスキング物質となり、プリズム内面で光線が全反射しなくなる。この結果、プリズム内面での乱反射が減少し、不要光となる光線を除去することが容易となる。これに対して、例えば、特許文献２に記載の従来技術は、そもそもコンデンサレンズが設けられていないという点で本実施形態とはまったく異なるものであるが、入射光経路Ｓ１が通過する界面には遮蔽領域（同文献では遮光膜）が設けられておらず、プリズム−空気−ガラス基板という界面構成となっている。このようにプリズムが空気と接している構成では、光束はプリズム−空気の界面で全反射されてしまう。その結果、図５の入射光経路Ｓ２で示したような複雑な反射を生じ、遮蔽領域を設けた効果が生じない。なお、マスキング物質の具体的な材料は後述の実施例にて検討した。

次に第２の遮蔽領域について説明する。第２の有効光線領域２２ａ外から画像表示デバイス１２に入射される光線は、第２の遮蔽領域２２ｂのマスキング物質により遮ることができる。第２の遮蔽領域２２ｂはまた、画像表示デバイス１２で反射され、第２の有効光線領域２２ａ外を通り投写レンズ１３に入射する光線も遮ることができる。さらに、オフにされた光束が、第２のプリズム面９２の有効光線領域２２ａ外を通り、投写レンズ１３からスクリーン上へ照射される光線（変調光経路Ｔ２を通る光線）を除去できる。これによって、不要光が除去されやすくなるのでコントラストの改善につながる。加えて、迷光防止にもなる。第２のプリズム面９２にマスキングを施すときの条件は、上記（１）〜（３）と同様である。

次に第１の遮蔽領域について説明する。図７には不要光としてスクリーン上に現れる光線の光路（変調光経路Ｔ２）の例を示す。同図（ａ）は全反射プリズムの平面図を、同図（ｂ）は側面図を示す。全反射プリズムは第１、第２、第３のプリズム面と略直交する天面９４（三角プリズムの上面）と底面９５（三角プリズムの下面）とを有している。

画像表示デバイスで反射され変調光経路Ｔ２を進む光束の一部は、第３のプリズム面９３およびプリズムの天面９４に照射される。光束はこれらの面で全反射されて、第２のプリズム面９２からプリズム外へ出射し、その一部が投写レンズ方向へ照射する。この光線は、第１のプリズム面９１のマスキングで遮ることにより減少させることができる。この結果、投写レンズへ入射する光線は減少し、コントラストが向上する。

ここで、第３のプリズム面９３にもマスキングを施せば、第３のプリズム面９３に入射する不要光を一層効果的に除去することができる。しかし、第３のプリズム面９３は、画像表示デバイス１２で反射され第３のプリズム面９３に入射する、画像表示に必要な光線を全反射させ、投写レンズ１３に入射させる機能をもっている。第３のプリズム面９３にマスキングを施すと、光束は第３のプリズム面９３の内面で全反射しなくなり、投写レンズ１３に入射する光線が減少する。したがって、第３のプリズム面９３へのマスキングは好ましくない。

変調光経路Ｔ２を進む光束の一部はまた、第２のプリズム面９２から直接投写レンズ１３へ入射する光速もある。このような光束も第１のプリズム面９１のマスキングで遮ることができる。第１のプリズム面９１は投写レンズ１３の光線入射面に最も近く、有効光線領域外からの光線を多く遮ることができるため、コントラストを向上させるのに最も有効である。第１のプリズム面９１にマスキングを施すときの条件は、上記（１）〜（３）と同様である。

図７において、プリズムの天面９４は荒摺り状態にされた構造をもっている。変調光経路Ｔ２を進む光束の一部は、上述のようにプリズムの天面９４に照射され、その一部が反射されて、投写レンズ１３に入射する。そのため、天面９４は荒摺り状態にされており、変調光経路Ｔ２を進み天面９４に照射される光束の一部は拡散される。この結果、投写レンズ１３に入射する不要光が減少する。荒摺り状態が荒い程、投写レンズ１３に入射する光線は減少する。

変調光経路Ｔ２を進む光束を完全に遮るためには、プリズムの天面９４にもマスキングを行った方がよいとも考えられる。しかし、プリズムは、プロジェクタ内に搭載されるとき、底面９５に付けられたＵＶ接着剤（紫外線硬化接着剤）によって固定されている。ＵＶ接着剤を用いるのは、接着に要する時間が短く、接着時間も任意に設定でき、生産性に優れているためである。プリズムの天面９４がマスキング物質で塗装されていると、ＵＶ接着剤を硬化させるＵＶ光が、接着剤に届きにくくなる。プリズムの横方向からＵＶ光を照射する方法も考えられるが、照射方向が底面に対して斜めとなるため、ＵＶ光の強度が著しく弱くなる。このため、ＵＶ接着剤にＵＶ光を照射させるため、プリズムの天面９４はＵＶ光が透過する状態(荒摺り状態)とする方が合理的である。

図８は、プリズムの変形例を示す平面図である。同図（ａ）はプリズムの平面図、（ｂ）は（ａ）の丸で囲った部分の拡大図、同図（ｃ）はプリズムの斜視図である。変調光経路Ｔ２を進む光束は、図７にも示されているように、全体として第３のプリズム面９３と第１のプリズム面９１との間の境界エッジ部の方向に反射され、その一部は境界エッジ部に入射する。この部分に入射した光線も、反射して投写レンズに入射する場合がある。そこで、第３のプリズム面９３と第１のプリズム面９１との間の境界エッジを面取りし（切り欠いて）、面取り部をマスキングして第４の遮蔽領域２１ｄを設けている。この部分にマスキングを施すことにより、エッジ部で乱反射する光線が減少し、投写レンズに入射する光線が減少し、迷光を除去することができる。

（実施例）
以下、実施例に基づき試験をおこない、マスキング物質の条件や遮蔽領域の形成面の検討をおこなった。

（マスキング物質）
プリズムの第１のプリズム面、第２のプリズム面、コンデンサレンズの第２のレンズ面面に塗料を塗布し、マスキングを施した。図９に、光線が界面２(塗料)へ入射したときの入射角度と反射率の関係を示す（界面２は図６参照）。図中に例として示す塗料の材料は、カーボン(ｎ₂=１.７３、ｋ₂=０.５８)、空気(ｎ₂=１、ｋ₂=０)、銀(ｎ₂=０.２０、ｋ₂=３.４４)、アルミニウム(ｎ₂=１.４４、ｋ₂=５.２３)である。

まず、塗料が空気(塗装なし)のときは、ｎ₁＞ｎ₂となり、入射角が４１.２°以上のときに界面２で全反射してしまう。塗料が銀やアルミニウムのような金属のときは、プリズムの材質より屈折率が高いため界面２で全反射はしないが、入射角度によらず反射率が非常に高い。カーボンの場合、プリズムの材質よりも屈折率が高く、界面２で全反射することがない。さらに、反射率が金属に比べると非常に低く数％程度である。したがって、カーボンを主成分とし、あるいはカーボン相当の屈折率を持つ物質が塗装用の塗料として有効である。ここで、塗料の膜厚は無限大と仮定し、入射する光線の波長は５４０ｎｍとしている。

塗装厚は、塗装物質を光線が透過しないことが条件となるため、光線が透過しない程度の厚さとした（数μｍ程度）。塗装領域は図３に示すような範囲とした。プリズム天面の荒摺りの粗さは、算術平均粗さＲａ≧０．２μｍとした。

各面の塗装による投写画面への効果を表１に示す。ここで、コントラストは、スクリーン上に表示された１００％全白画面上の９ポイントの照度平均と、０％全黒画面上の９ポイントの照度平均の比によって表した。(規格書番号ＡＮＳＩ/ＮＡＰＭ ＩＴ７.２２８−１９９７を参照)。照度測定ポイントを図１０に黒丸として示す。第１のプリズム面への塗装は、コントラストを２割以上向上させることができた。第１、第２の両面への塗装はさらにコントラストを向上させることができた。また、第２のプリズム面だけに塗装した場合も、コントラストを約１割向上させることができた。コンデンサレンズの第２のレンズ面への塗装によって、第２のレンズ面内面の全反射によってスクリーン上に現れる迷光を除去することができた。

以上説明したように、有効光線領域外に遮蔽領域としてマスキングを施すことにより、オフにされた光束がプリズム面の有効光線領域外から投写レンズに入射し、スクリーンまで到達することを防止しやすくなる。このため、コントラストの向上が可能になるとともに、同じような光路で投写レンズに入射した光によってスクリーン上に現れる迷光も除去しやすくなる。

特に、全反射プリズムの投写レンズと向き合った面の有効光線領域外にマスキングを施す場合、コントラストの向上効果が大きい。全反射プリズムの画像表示デバイスと向き合った面の有効光線領域外にマスキングを施すことによっても、コントラストを向上させることができる。さらに、コンデンサレンズの光線入射面の有効光線領域外にマスキングを施すことにより、投写画面における迷光を除去しやすくなる。

本発明の投写型表示装置の一実施形態を示す概略構成図である。 図１に示す全反射プリズムの拡大図である。 プリズムとコンデンサレンズの各面の状態を示す模式図である。 プリズムとコンデンサレンズの各面の有効光線領域を示す模式図である。 第３の遮蔽領域における光路を示す模式図である。 プリズムからマスキング物質へ入射した光線の光路を示す模式図である。 不要光としてスクリーン上に現れる光線の光路の例を示す模式図である。 プリズムの変形例を示す平面図である。 光線が界面２へ入射したときの入射角度と反射率の関係を示すグラフである。 照度測定ポイントの説明図である。

符号の説明

１ 投写型表示装置
９ プリズム
９１ 第１のプリズム面
９２ 第２のプリズム面
９３ 第３のプリズム面
９４ 天面
１０ コンデンサレンズ
１０１ 第１のレンズ面
１０２ 第２のレンズ面
１２ 画像表示デバイス
１３ 投写レンズ
１４ 照明光学系
２１ａ 第１の有効光線領域
２１ｂ 第１の遮蔽領域
２２ａ 第２の有効光線領域
２２ｂ 第２の遮蔽領域
２３ａ 第３の有効光線領域
２３ｂ 第３の遮蔽領域
Ｓ１，Ｓ２ 入射光経路
Ｔ１，Ｔ２ 変調光経路

Claims (12)

1. 第１のプリズム面と、第２のプリズム面と、第３のプリズム面とを備えた全反射プリズムと、
   前記第１のプリズム面に対向して設けられた投写レンズと、
   前記第２のプリズム面に対向して設けられた画像表示デバイスと、
   を有し、
   前記画像表示デバイスは、入射した光を画像信号に応じて第１の方向または第２の方向に反射させ、
   前記第１、第２、および第３のプリズム面は、前記第１の方向に反射された光が該第２のプリズム面に入射し、該第３のプリズム面で全反射し、該第１のプリズム面から出射し、前記投写レンズに入射する変調光経路を構成するように形成され、
   前記第１のプリズム面のうち、前記変調光経路が通過する第１の有効光線領域を除く領域の少なくとも一部に第１の遮蔽領域が設けられている、
   投写型表示装置。
2. 光源を有し、
   前記全反射プリズムの前記第２および第３のプリズム面は、前記光源から出射した光が該第３のプリズム面に入射して、該第２のプリズム面から出射し、前記画像表示デバイスに入射する入射光経路を構成するように形成され、
   前記第２のプリズム面のうち、前記入射光経路が通過する領域と前記変調光経路が通過する領域とを包含する第２の有効光線領域を除く領域の少なくとも一部に第２の遮蔽領域が設けられている、
   請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記全反射プリズムは、第１のレンズ面と第２のレンズ面とを備えたコンデンサレンズを有し、
   前記第１のレンズ面は、少なくとも前記入射光経路が通過する領域で、前記全反射プリズムの前記第３のプリズム面と対向され、
   前記第１、第２のレンズ面は、前記入射光経路を通る光が該第２のレンズ面に入射し、該第１のレンズ面から出射し、前記第３のプリズム面に入射するように形成され、
   前記第２のレンズ面のうち、前記入射光経路が通過する第３の有効光線領域を除く領域の少なくとも一部に第３の遮蔽領域が設けられている、請求項２に記載の投写型表示装置。
4. 前記遮蔽領域はカーボンを主成分としている、請求項１から３のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
5. 前記遮蔽領域は塗装で形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
6. 前記遮蔽領域の、入射する光に対する反射率と透過率は共に１０％以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
7. 前記有効光線領域は略矩形の形状を有し、
   前記遮蔽領域は、前記有効光線領域を構成する辺のうち、前記プリズム面または前記レンズ面の周縁部に相対的に近い少なくとも１つの辺に沿った領域には形成されていない、請求項１から６のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
8. 前記全反射プリズムの前記第１のプリズム面と前記第３のプリズム面との間の境界エッジに沿って面取り部が形成され、
   前記面取り部に第４の遮蔽領域が設けられている、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
9. 前記全反射プリズムは前記第１、第２、第３のプリズム面と略直交する天面と底面とを有し、
   前記底面は接着剤によって前記投写型表示装置に固定され、
   前記天面は荒摺り加工されている、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
10. 第１のプリズム面と、第２のプリズム面と、第３のプリズム面とを有し、
    前記第１、第２、および第３のプリズム面は、光が該第２のプリズム面に入射し、該第３のプリズム面で全反射し、該第１のプリズム面から出射する変調光経路を有するように形成され、
    前記第１のプリズム面のうち、前記変調光経路が通過する第１の有効光線領域を除く領域の少なくとも一部に第１の遮蔽領域が設けられている、
    全反射プリズム。
11. 前記第２および第３のプリズム面は、前記光が該第３のプリズム面に入射して、該第２のプリズム面から出射する入射光経路を有するように形成され、
    前記第２のプリズム面のうち、前記入射光経路が通過する領域と前記変調光経路が通過する領域とを包含する第２の有効光線領域を除く領域の少なくとも一部に第２の遮蔽領域が設けられている、
    請求項１０に記載の全反射プリズム。
12. 第１のレンズ面と、第２のレンズ面とを備えたコンデンサレンズを有し、
    前記第１のレンズ面は、少なくとも前記入射光経路が通過する領域で、前記第３のプリズム面と対向し、
    前記第１、第２のレンズ面は、前記入射光経路を通る光が該第２のレンズ面に入射し、該第１のレンズ面から出射し、前記第３のプリズム面に入射するように形成され、
    前記第２のレンズ面のうち、前記入射光経路が通過する第３の有効光線領域を除く領域の少なくとも一部に第３の遮蔽領域が設けられている、請求項１１に記載の全反射プリズム。

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