JP2010250351A - フレネル光学素子及び投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屈折面を透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができるフレネル光学素子を得る。
【解決手段】フレネルプリズム１２の屈折面１２ａのうち、他のフレネルプリズム１２に遮断されてプロジェクタ１から光線が直接照射されない非入射面１２ｃの反射面１２ｂに対する角度τ’が、プリズム先端角τと異なるように構成する。これにより、例えば、屈折面１２ａを透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、プロジェクタなどの発光体から照射された光線を所定の方向に反射させるフレネル光学素子と、そのフレネル光学素子により反射された光線を結像して表示する投写型表示装置とに関するものである。

フレネル光学素子は、プロジェクタなどの発光体から照射された光線を屈折させる屈折面と、その屈折面で屈折された光線を反射させる反射面とを有するフレネルプリズムが基盤面に鋸歯状に複数配置されている。
そのフレネルプリズムにおいて、面の前後で屈折率が異なる屈折面と、面の前後で屈折率が異なる基盤の出射面では、フレネル反射の法則により、各々の面を透過しきれない光線が一部発生する。各々の面の屈折率に依存するが、約５％程度の光線が透過しない。

例えば、発光体から照射された光線のうち、屈折面を透過せずに反射された光線や基盤の出射面で反射された光線（以下、不要光という）は、複数のフレネルプリズムにおいて屈折や反射を繰り返しながら異なる場所へ伝搬されることにより、フレネルプリズムの反射面で反射された光線（以下、信号光という）と異なる位置で出射されることがある。
このような不要光が観測者の視野方向に出射された場合、信号光と同じ映像を現すゴースト像が観測者に認識されるため、投写型表示装置のコントラスト比が著しく劣化することになる。

そこで、従来のフレネル光学素子は、フレネルプリズムの反射面の角度を適切な条件に調整することで、ゴースト像の起源となる基盤の出射面で反射された光線の角度を、発光体から照射された光線の角度より大きくなるように制御し、不要光が観測者の視野方向に出射されないようにしている（例えば、特許文献１参照）。
なお、このようなフレネル光学素子は、大型旋盤で加工した金型に対して樹脂材料を流し込むことにより、レプリカ成形することが公知である。

特開２００２−１９６４１３号公報（段落番号［００１１］から［００１９］、図１）

従来のフレネル光学素子は以上のように構成されているので、基盤の出射面で反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができるが、屈折面を透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射されることがあるなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、屈折面を透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができるフレネル光学素子を得ることを目的とする。
また、この発明は、ゴースト像の表示を防止することができる投写型表示装置を得ることを目的とする。

この発明に係るフレネル光学素子は、フレネルプリズムの屈折面のうち、他のフレネルプリズムに遮断されて発光体から光線が直接照射されない非入射面の反射面に対する角度が、その屈折面と反射面がなすプリズム先端角と異なるようにしたものである。

このことによって、屈折面を透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができるなどの効果がある。

この発明の実施の形態１による投写型表示装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による投写型表示装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１によるフレネル光学素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるフレネル光学素子を示す模式図である。 フレネルプリズム１２に対する光線の入射角を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による他の投写型表示装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるフレネル光学素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるフレネル光学素子を示す構成図である。 フレネルプリズム１２に対する光線の入射角を示す説明図である。 ゴースト低減効果（光線追跡数値計算結果）を示す説明図である。 ゴースト低減効果（光線追跡数値計算結果）を示す説明図である。 光線の光路を示す説明図である。 光線の光路を示す説明図である。 この発明の実施の形態４によるフレネル光学素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態５によるフレネル光学素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態６によるフレネル光学素子を示す構成図である。 フレネルプリズム１２のプリズム先端角を示す説明図である。 ゴースト低減効果（光線追跡数値計算結果）を示す説明図である。 この発明の実施の形態７によるフレネル光学素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態８によるフレネル光学素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態９によるフレネル光学素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態１０によるフレネル光学素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態１１によるフレネル光学素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態１１による他のフレネル光学素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態１１による他のフレネル光学素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態１２によるフレネル光学素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態１３によるフレネル光学素子を示す構成図である。 この発明の実施の形態１４によるフレネル光学素子を示す構成図である。 全反射プリズムを相似縮小して、非入射面をスクリーン面と平行にしている例を示す説明図である。 光線の入射角θ_０と全反射プリズムの入射面の角度ξとの関係を示す説明図である。 光線の入射角θ_０と限界プリズム頂角τ_ｍａｘとの関係を示す説明図である。 光線の入射角θ_０と全反射プリズムの効率との関係を示す説明図である。 光線の入射角θ_０と全反射プリズムの相似縮小比率ｌとの関係を示す説明図である。 光線の入射角θ_０と全反射プリズムの相似縮小比率ｌとの関係を示す説明図である。 観測結果等を示す説明図である。 スクリーン法線からの観測結果を示す説明図である。 斜め下約６０度からの観測結果を示す説明図である。 （ａ）と（ｃ）の方策を組み合わせた例を示す説明図である。 （ａ）と（ｃ）の方策を組み合わせた例を示す説明図である。 （ａ）と（ｂ）の方策を組み合わせた例を示す説明図である。 （ａ）と（ｄ）の方策を組み合わせた例を示す説明図である。 入射角がθ_０＝７５度のときの観測結果を示す説明図である。 （ａ）と（ｃ）と（ｄ）の方策を組み合わせた例を示す説明図である。 （ａ）と（ｂ）と（ｃ）の方策を組み合わせた例を示す説明図である。 （ａ）と（ｂ）と（ｃ）と（ｄ）の方策を組み合わせた例を示す説明図である。 折り返し平面ミラー４による折り返し例を示す説明図である。 折り返し平面ミラー４により斜めに折り返した例を示す説明図である。 結像表示板３の形成例を示す説明図である。 結像表示板３の形成例を示す説明図である。 この発明の実施の形態１８による投写型表示装置を示す斜視図である。 調整機構２９を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１８による投写型表示装置の光路を示す説明図である。 スクリーンのたわみと、それに伴う画像の変化を説明する説明図である。 たわんだスクリーン２６’に格子模様を表示させた状態を示す説明図である。 スクリーンが補強板により補強されている状態を示す説明図である。 この発明の実施の形態２０による投写型表示装置を示す斜視図である。 ごみの影響を示す説明図である。 スクリーン２６が内部応力を有する部材４１を介して筐体２７に取り付けられている状態を示す説明図である。 この発明の実施の形態２２による投写型表示装置の光路を示す説明図である。 この発明の実施の形態２３による投写型表示装置の内部回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態２４による投写型表示装置を示す斜視図である。 図６１の要部拡大図である。 この発明の実施の形態２４による他の投写型表示装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２４による他の投写型表示装置を示す斜視図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による投写型表示装置を示す構成図であり、図２はこの発明の実施の形態１による投写型表示装置を示す斜視図である。
図において、発光体であるプロジェクタ１は画像投影用の光線をフレネル光学素子２に照射する。

フレネル光学素子２はプロジェクタ１から照射される光線を結像表示板３に導く機能を有しており、フレネル光学素子２はプロジェクタ１から照射される光線を屈折させる屈折面と、その屈折面で屈折された光線を反射させる反射面とを有するフレネルプリズムが基盤面に鋸歯状に複数配置された構成である。
結像表示板３はフレネル光学素子２の反射面で反射された光線を結像する結像手段を構成し、結像表示板３は例えばフレネル光学素子２の反射面で反射された光線の広がりを制御するレンチキュラーレンズと光線を散乱させる透過型拡散板とから構成されている。

図３はこの発明の実施の形態１によるフレネル光学素子を示す構成図であり、図において、基盤１１は光線を透過させるシート状の薄板であり、基盤１１の基盤面１１ａには複数のフレネルプリズム１２が鋸歯状に配置されている。
フレネルプリズム１２の屈折面１２ａはプロジェクタ１から照射される光線を屈折させ、フレネルプリズム１２の反射面１２ｂは屈折面１２ａで屈折された光線を反射させる。フレネルプリズム１２の反射面１２ｂで反射された光線が基盤１１の出射面１１ｂから結像表示板３に出射される。

フレネルプリズム１２の非入射面１２ｃは他のフレネルプリズム１２に遮断されてプロジェクタ１から光線が直接照射されない屈折面１２ａの一部であり、反射面１２ｂに対する非入射面１２ｃの角度が、屈折面１２ａと反射面１２ｂがなすプリズム先端角と異なるように形成されている。
図４はこの発明の実施の形態１によるフレネル光学素子を示す模式図である。

次に動作について説明する。
通常、鋸歯形状プリズムは、三角形ＰＥＧが周期（間隔）ｍで連続して並んでいるが、ここでは説明の簡単化のため、プリズムの相似縮小比率をｌ（ただし、ｌ≦１）として説明する（ｌ＝１の場合、プリズムは連続状に連なる）。
プロジェクタ１から照射された光線Ｌ１，Ｌ２は、図４に示すように、図中左側から入射され、反射面１２ｂで反射された光線（以下、信号光という）が図中右側から出射されている。ただし、光線Ｌ１はフレネルプリズム１２の先端Ｅに入射され、光線Ｌ２は図中下側のフレネルプリズム１２の先端Ｅ’をかすめて屈折面１２ａの右端Ｕに入射されているものとする。

ここで、フレネルプリズム１２のプリズム先端角ＰＥＧがτ、反射面１２ｂの傾き角ＧＰＥがα、フレネルプリズム１２の内部の屈折率がｎ_１、フレネルプリズム１２の外部の屈折率がｎ_０であるとすると、信号光の出射角度θ_ｒｅｆｌは以下の関係式で表される。
θ_ｒｅｆｌ（θ_０；α，τ，ｎ_０，ｎ_１）
＝ｓｉｎ^−１［（ｎ_１／ｎ_０）ｓｉｎ｛τ−α＋ｓｉｎ^−１（（ｎ_１／ｎ_０）ｓｉｎ（τ＋α＋θ_０））｝］ （１）
式（１）において、角度αについて解くと、関係式は以下のようになる。
α（θ_０；θ_ｒｅｆｌ，τ，ｎ_０，ｎ_１）
＝ｔａｎ^−１［｛ｓｉｎ（θ_０＋τ）＋（ｎ_１／ｎ_０）ｓｉｎ（τ−ｓｉｎ^−１（（ｎ_１／ｎ_０）ｓｉｎθ_ｒｅｆｌ））｝
／｛−ｃｏｓ（θ_０＋τ）＋（ｎ_１／ｎ_０）ｃｏｓ（τ−ｓｉｎ^−１（（ｎ_１／ｎ_０）ｓｉｎθ_ｒｅｆｌ））｝ （２）

フレネルプリズム１２の屈折面１２ａにおける屈折率ｎ_１は媒質で決まり、場所毎に媒質を変えることは現実的に不可能であるため、屈折率ｎ_１が一定であるとする。一方、外部の屈折率ｎ_０は通常空気であり、これを変えることができないのは言うまでもない。以上より反射面１２ｂの傾きを表す関数αは、出射光線θ_ｒｅｆｌと先端角τの二つの自由度で関数形が決まる入射角の関数となる。
しかしながら、信号光の出射角度θ_ｒｅｆｌは、スクリーン法線方向（観測者の視野方向）と一致しないと、観測者が画像を見ることができず、スクリーンの意味を持たないため、実際にはほとんど自由度がない（自由度はせいぜい数度）。
同様に、プリズム先端角τは、通常、フレネルプリズム１２の母型となる金型加工に用いる、切削用のバイトの先端角度と等しいことから、スクリーンを構成する複数のフレネルプリズムにおいて一定であることが多い。

図５はフレネルプリズム１２に対する光線の入射角を３通り示しており、上記理由により先端角ＰＥＧであるτと、信号光の出射角度θ_ｒｅｆｌを一定とすると、角度αは式（２）より、入射角の関数となり一意に決まる。
以上より、フレネルプリズム１２を構成する三角形の二つの角度α，τが決まるので、三角形の内角の和から残りの角度も決定される。
したがって、フレネルプリズム１２の形状は一意に決定される（相似変形の大きさを除く）。

以上を総合すると、反射面１２ｂの傾きを表す関数αの二つの自由度はほとんどないに等しく、プリズム先端角τも通常一定であるため、「面の傾き」を制御することで、ゴースト像の起源となる不要光の角度を制御するのは現実的には難しい。
ここで、図３の光路に着目すると、フレネルプリズム１２を構成する各面のうち、プロジェクタ１から出射する光線が入射してから出射するまで、光路に寄与する部分（屈折面１２ａと反射面１２ｂは光路に寄与する）と、光路に寄与しない部分（非入射面１２ｃは他のフレネルプリズム１２の陰になるため、プロジェクタ１から光線が直接入射せず、光路に寄与しない。また、反射面１２ｂの一部である面ＶＰも、非入射面１２ｃで屈折された光線が照射されることがないので、光路に寄与しない。）が存在することが分かる。

この寄与する部分を有効面、寄与しない部分を無効面と定義すると、有効面部分は必ず必要だが、無効面部分はあってもなくても問題ない。
したがって、「面の角度」に設計上の自由度がほとんどないことから、この実施の形態１では、「プリズムの形状」に自由度を付加することで不要光の方向を制御する。
具体的には、フレネルプリズム１２の屈折面１２ａの一部を非入射面１２ｃのように形成せず、その屈折面１２ａを図４のＥＵＧのように形成した場合（図３の点線を参照）、例えば、上から２番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａに照射された光線の一部が、その屈折面１２ａで反射されると、その反射光である不要光は、下側のフレネルプリズム１２の反射面１２ｂと屈折面１２ａで屈折を繰り返しながら伝播され、例えば、上から４番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａの点線部分（面ＵＧ）で反射されて観測者が見る方向に出射されることがある。

しかし、この実施の形態１では、フレネルプリズム１２の屈折面１２ａの右端Ｕと、無効部分である面Ｖ’Ｐ’の左端Ｖ’とをつなげることにより、反射面１２ｂに対する非入射面１２ｃの角度τ’がプリズム先端角τより大きくなるように形成すると、上記のような不要光は、上から４番目のフレネルプリズム１２では屈折面１２ａや非入射面１２ｃに当ることなく、そのまま透過して上から５番目のフレネルプリズム１２に入るので、上から４番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａや非入射面１２ｃで不要光が反射されることはなく、不要光は観測者が見ない方向に出射される（図３の例では、右下方向に出射される）。

以上で明らかなように、この実施の形態１では、フレネルプリズム１２の屈折面１２ａのうち、他のフレネルプリズム１２に遮断されてプロジェクタ１から光線を直接入射しない非入射面１２ｃの反射面１２ｂに対する角度τ’が、プリズム先端角τと異なるように構成したので、例えば、屈折面１２ａを透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができる効果を奏する。

したがって、上記のフレネル光学素子２を搭載している投写型表示装置では、ゴースト像の表示を防止することができる効果を奏する。
なお、この実施の形態１では、プロジェクタ１から出射された光線がフレネル光学素子２に入射されるものについて示したが、投写型表示装置の奥行きを小さくするため、図６に示すように、プロジェクタ１から出射された光線を反射する折り返し平面ミラー４を搭載し、折り返し平面ミラー４で反射された光線がフレネル光学素子２に入射されるようにしてもよい。この場合、プロジェクタ１と折り返し平面ミラー４が発光体を構成する。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、フレネルプリズム１２の屈折面１２ａの右端Ｕと、無効部分である面Ｖ’Ｐ’の左端Ｖ’とをつなげることにより、反射面１２ｂに対する非入射面１２ｃの角度τ’がプリズム先端角τより大きくなるように形成するものについて示したが、図７に示すように、複数のフレネルプリズム１２が配置されている基盤面１１ａと平行に非入射面１２ｃを形成するようにしてもよい。

フレネルプリズム１２の屈折面１２ａの一部を非入射面１２ｃのように形成せず、その屈折面１２ａを図４のＥＵＧのように形成した場合（図７の点線を参照）、例えば、上から４番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａに入射した光線の一部が、その屈折面１２ａで反射されると、その反射光である不要光は、下側のフレネルプリズム１２の反射面１２ｂと屈折面１２ａで屈折を繰り返しながら伝播され、例えば、上から６番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａの点線部分（面ＵＧ）で反射されて観測者が見る方向に出射されることがある。

しかし、この実施の形態２では、複数のフレネルプリズム１２が配置されている基盤面１１ａと平行に非入射面１２ｃを形成することにより、反射面１２ｂに対する非入射面１２ｃの角度τ’がプリズム先端角τより大きくなるように形成すると、上記のような不要光は、上から６番目のフレネルプリズム１２では屈折面１２ａや非入射面１２ｃに当ることなく、そのまま透過して上から７番目のフレネルプリズム１２に入るので、上から６番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａや非入射面１２ｃで不要光が反射されることはなく、不要光は観測者が見ない方向に出射される（図７の例では、右下方向に出射される）。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、複数のフレネルプリズム１２が配置されている基盤面１１ａと平行に非入射面１２ｃを形成するように構成したので、例えば、屈折面１２ａを透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができる効果を奏する。

実施の形態３．
上記実施の形態２では、複数のフレネルプリズム１２が配置されている基盤面１１ａと平行に非入射面１２ｃを形成するものについて示したが、図８に示すように、フレネルプリズム１２（点線部分）を全て作成しなくても、実線部分のみを作成することで、図７のフレネルプリズム１２と相似のフレネルプリズム１２を形成することができる。

図９は複数のフレネルプリズム１２の周期（間隔）を変えずにプリズムの比率を相似に縮小（比率ｌ＜１）した場合（先端角τを４５度で一定、光線出射角θ_ｒｅｆｌを０度で一定の場合）の光線の入射角を３通り示しており、プリズムの比率を相似に縮小しても図５と等価の機能を有することがわかる。
ここで、図１０及び図１１はゴースト低減効果（光線追跡数値計算結果）を示す説明図であり、特に、図１０は非入射面１２ｃが形成されていない場合（図８の点線のように形成されている場合）を示し、図１１は非入射面１２ｃが形成されている場合を示している。

ゴースト像は観測者の見る方向に出射する不要光であり、ゴースト像の出射位置は、基盤１１の厚みや、背面の折り返し平面ミラー４など（図６を参照）、光路となる媒質の厚みでほぼ決まる。フレネルプリズム１２の信号光の光路はＩＮから入った光線がＯＵＴ１に出射するものである。
しかしながら、出射面で透過できなかった残りのフレネル反射成分や、入射面で透過できなかった残りのフレネル反射成分は、光路に吸収体が存在しなければ、エネルギー保存則から必ず発生する。
ゴースト像Ａは、スクリーン基盤の厚みに対応する厚みＡに比例して、離れた位置（距離Ａ）から見る方向ＯＵＴ２に出射する（図１０を参照）。

また、ゴースト像Ｂは、背面の折り返し平面ミラー４までの厚みＢに比例して、離れた位置（距離Ｂ）から見る方向ＯＵＴ３’に出射する（図１０を参照）。
これに対して、非入射面１２ｃが形成されている場合、図１１に示すように、信号光は変化せずにＯＵＴ１に出射されるが、不要光の出射位置が変化して、不要光は観測者が見ない方向ＯＵＴ４に出射する。
具体的には次の通りである。

向かい合った平面に入射された光線は、図１２に示すように、スネルの法則にしたがって媒質中で屈折して角度を変えるが、出射平面で再度屈折して、結局元の角度を保存したまま出射するという特徴を有している。
これは、入射した光線が並行移動して出射すると考えることができるので、入射面で透過できなかった残りのフレネル反射成分で平面に入射した成分は、並行移動してスクリーン面から出射する（図１１のＯＵＴ４に相当）。

また、出射面で透過できなかった残りのフレネル反射成分や、入射面で透過できなかった残りのフレネル反射成分が、複数のフレネルプリズム１２を伝搬してスクリーン面に入射した場合を考えると、図１３に示すように、向かい合った平面で全反射条件を満足した場合、その光束は媒質内に閉じこめられる（図１１のＯＵＴ５に相当）。
なお、全反射プリズムの相似比率ｌは、製造公差等のため、手前のプリズムが欠如した場合に備えて、手前のプリズムに入射すべき信号光を救済できるように、すこし余裕を持たせて大きめに設定してもよい。

また、全反射プリズムの相似比率ｌを小さくすると、プリズムの高さが小さくなるため、金型加工の時間が短縮される効果を奏する。
全反射プリズムの相似比率ｌを小さくすると、プリズムの高さが小さくなるため、フレネルプリズムの母型となる金型の加工に用いる、切削用のバイトの先端部の摩耗が少なくなり、金型加工の精度が向上する効果を奏する。

製造公差の関係から加工時に金型の山（プリズムの谷）の部分が曲がることがある。これがあると、フレネルプリズムを金型から離型するときに筋状の不具合を及ぼすことがある。
しかしながら、全反射プリズムの相似比率ｌを小さくすると、プリズムとプリズムが平面で連なっているため、金型の山の部分が存在せず、筋状の不具合を生じない効果を奏する。
全反射プリズムの相似比率ｌを小さくすると、プリズムの高さが小さくなるため、金型から離れやすく、歩留まりがよくなる効果を奏する。
以上より、加工時間、不具合、歩留まり等が改善されるため、コストを削減する効果を奏する。

実施の形態４．
上記実施の形態１では、フレネルプリズム１２の屈折面１２ａの右端Ｕと、無効部分である面Ｖ’Ｐ’の左端Ｖ’とをつなげることにより、反射面１２ｂに対する非入射面１２ｃの角度τ’がプリズム先端角τより大きくなるように形成するものについて示したが、図１４に示すように、反射面１２ｂに対する非入射面１２ｃの角度τ’がプリズム先端角τより小さくなるように形成してもよい。

具体的には、フレネルプリズム１２の下面である屈折面１２ａと非入射面１２ｃが、図４の面ＥＵＴとなるように形成する。
フレネルプリズム１２の屈折面１２ａの一部を非入射面１２ｃのように形成せず、その屈折面１２ａを図４のＥＵＧのように形成した場合（図１４の点線を参照）、例えば、上から２番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａに照射された光線の一部が、その屈折面１２ａで反射されると、その反射光である不要光は、下側のフレネルプリズム１２の反射面１２ｂと屈折面１２ａで屈折を繰り返しながら伝播され、例えば、上から４番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａの点線部分（面ＵＧ）で反射されて観測者が見る方向に出射されることがある。

しかし、この実施の形態４では、フレネルプリズム１２の下面が図４の面ＥＵＴとなるように形成することにより、反射面１２ｂに対する非入射面１２ｃの角度τ’がプリズム先端角τより小さくなるように形成すると、上記のような不要光は、上から４番目のフレネルプリズム１２の非入射面１２ｃで反射されて観測者が見ない方向に出射される（図１４の例では、右上方向に出射される）。よって、この実施の形態４では、反射面１２ｂに対する非入射面１２ｃの角度τ’を小さくするほど、より上の方向に出射させることができる。

以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、反射面１２ｂに対する非入射面１２ｃの角度τ’がプリズム先端角τより小さくなるように形成したので、例えば、屈折面１２ａを透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができる効果を奏する。

実施の形態５．
上記実施の形態１では、フレネルプリズム１２の屈折面１２ａの右端Ｕと、無効部分である面Ｖ’Ｐ’の左端Ｖ’とをつなげることにより、反射面１２ｂに対する非入射面１２ｃの角度τ’がプリズム先端角τより大きくなるように形成するものについて示したが、図１５に示すように、プロジェクタ１や折り返し平面ミラー４から光線が直接入射しない非入射面に補助プリズム１２ｄを形成するようにしてもよい。

具体的には、フレネルプリズム１２の無効面部分（図４のＵＧＰ’Ｖ’）に、信号光Ｅ’Ｕを妨げることがないように新しい補助的なプリズムを付加する。図１５ではスクリーン基盤１１に垂直に切り立った形状例を示している。
このようにして、フレネルプリズム１２の無効面部分に新しい補助プリズム１２ｄを付加すると、フレネルプリズム１２の形状に自由度を付加することができるので、例えば、フレネルプリズム１２の屈折面１２ａにおけるフレネル反射成分が手前のフレネルプリズム１２の反射面１２ｂに入射し、屈折を繰り返しながら離れた場所へ伝搬されても、観測者の見る方向からそらすことができる。

ただし、補助プリズム１２ｄを付加するためには金型を二回加工する必要がある。例えば、すべてのフレネルプリズム１２を掘り終わった後に、補助プリズム１２ｄを掘るようにすると、製造公差のために位置ずれが起こりやすいので、フレネルプリズム１２と補助プリズム１２ｄを交互に掘るのが望ましい。また、交互に掘ることで、フレネルプリズム１２の谷の加工時に発生するバリを削り取ることが可能となり、樹脂による金型転写が容易になる。

以上で明らかなように、この実施の形態５によれば、プロジェクタ１や折り返し平面ミラー４から光線が直接入射しない非入射面に補助プリズム１２ｄを形成するように構成したので、例えば、屈折面１２ａを透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができる効果を奏する。

実施の形態６．
上記実施の形態１では、反射面１２ｂに対する非入射面１２ｃの角度τ’がプリズム先端角τより大きくなるように形成するものについて示したが、図１６に示すように、基盤面１１ａの領域１には、プリズム先端角がτ_１のフレネルプリズム１２を配置し、基盤面１１ａの領域２には、プリズム先端角がτ_２のフレネルプリズム１２を配置するようにしてもよい。

プリズム先端角τは、通常、フレネルプリズム１２の母型となる金型加工のバイトの先端角度で決定されることから、スクリーン全面において一定であることが多いが、金型の掘り方を工夫し、例えば、２回掘ったり、行きと帰りでバイトの傾きを変えて掘ったりすることで、プリズム先端角τを場所毎に変えることは可能である。
図１７は同じ入射角・出射角で、周期を変えずにプリズム先端角τを４５〜５１度にしている例であり、同じ入射角においても先端角を変えることで、フレネルプリズム１２の面の傾きや大きさが変わることがわかる。

したがって、図１６に示すように、基盤面１１ａの領域１には、プリズム先端角がτ_１のフレネルプリズム１２を配置し、基盤面１１ａの領域２には、プリズム先端角がτ_２のフレネルプリズム１２を配置すると、不要光の光路が変化する。図１６ではフレネルプリズム１２の先端角をτ_２に変えることで不要光が図左下の見えない方向に制御されている。
このようにプリズム先端角τを場所毎に他の領域と異なる角度に変えることで、フレネルプリズム１２の形状に自由度を付加することができるので、信号光に影響を与えることなく不要光の方向を制御することができる。

図１８はゴースト低減効果を示す光線追跡数値計算結果であって、プリズム先端角τを５３度に変更した計算例である。
図１８に示すように、不要光は観測者が見ない方向ＯＵＴ６に出射される。また、不要光はＯＵＴ７からも出射されるが、この不要光は入射光線より急な角度で折り返し平面ミラー４に戻される。したがって、ゴースト像の発生が抑制される。

以上で明らかなように、この実施の形態６によれば、屈折面１２ａと反射面１２ｂがなすプリズム先端角τが相互に異なるフレネルプリズム１２が基盤面１１ａに混在するように構成したので、例えば、屈折面１２ａを透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができる効果を奏する。
なお、この実施の形態６のように、プリズム先端角τが相互に異なるフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに混在させると同時に、上記実施の形態１のように、反射面１２ｂに対する非入射面１２ｃの角度τ’がプリズム先端角τより大きくなるように形成してもよい。

実施の形態７．
上記実施の形態６では、屈折面１２ａと反射面１２ｂがなすプリズム先端角τが相互に異なるフレネルプリズム１２が基盤面１１ａに混在しているものについて示したが、図１９に示すように、先端部分の一部が欠けているフレネルプリズム（歯欠けのフレネルプリズム）と、先端部分が欠けていないフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに交互に配置するようにしてもよい。

先端部分が欠けていないフレネルプリズム１２のみを全面に配置する場合（図１９の点線を参照）、例えば、上から３番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａに照射された光線の一部が、その屈折面１２ａで反射されると、その反射光である不要光は、下側のフレネルプリズム１２の反射面１２ｂと屈折面１２ａで屈折を繰り返しながら伝播され、例えば、上から５番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａで反射されて観測者が見る方向に出射されることがある。

しかし、この実施の形態７では、歯欠けのフレネルプリズム１２と、先端部分が欠けていないフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに交互に配置するようにしているので、上記のような不要光は、上から４番目に配置されている歯欠けのフレネルプリズム１２には入射されず、そのまま観測者が見ない方向に出射される（図１９の例では、左下方向に出射される）。

なお、フレネルプリズム１２の先端部分は信号光の光路上にあり、歯欠けであるために、信号光が歯欠けのフレネルプリズム１２に入射されないことがあるが、そのような信号光は、一つ上のフレネルプリズム１２に入射されて救済される。したがって、先端部分の削除は、信号光を救済できる範囲で行うようにするとよい。
また、図１９では、歯欠けのフレネルプリズム１２が１つおきに形成されているが、前述の信号光の救済ができる範囲であれば、二つおきや三つおき、もしくは、それ以上おきに歯欠けのフレネルプリズム１２が形成されていてもよい。

以上で明らかなように、この実施の形態７によれば、先端部分の一部が欠けているフレネルプリズム（歯欠けのフレネルプリズム）と、先端部分が欠けていないフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに混在するように構成したので、例えば、屈折面１２ａを透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができる効果を奏する。

実施の形態８．
上記実施の形態７では、先端部分の一部が欠けている歯欠けのフレネルプリズム１２と、先端部分が欠けていないフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに交互に配置するものについて示したが、図２０に示すように、先端部分の全部が欠けているフレネルプリズム１２と、先端部分が欠けていないフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに交互に配置するようにしてもよい。即ち、フレネルプリズム１２を１個おきに間引いて、先端部分が欠けていないフレネルプリズム１２を飛び飛びに配置するようにしてもよい。

先端部分が欠けていないフレネルプリズム１２のみを連続的に配置する場合（図２０の点線を参照）、例えば、上から３番目のフレネルプリズム１２（点線のフレネルプリズム１２も含めて上から３番目）の屈折面１２ａに入射した光線の一部が、その屈折面１２ａで反射されると、その反射光である不要光は、下側のフレネルプリズム１２の反射面１２ｂと屈折面１２ａで屈折を繰り返しながら伝播され、例えば、上から５番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａで反射されて観測者が見る方向に出射されることがある。

しかし、この実施の形態８では、フレネルプリズム１２を１個おきに間引いているので、上記のような不要光は、上から４番目に配置されている歯欠けのフレネルプリズム１２（点線のフレネルプリズム１２）には入射されず、そのまま観測者が見ない方向に出射される（図２０の例では、左下方向に出射される）。
なお、フレネルプリズム１２の先端部分は信号光の光路上にあり、フレネルプリズム１２が間引かれていなければ、当該フレネルプリズム１２に入射される信号光は、プリズム先端角τが入射角θに対して十分小さい場合、一つ上のフレネルプリズム１２に入射されて救済される。したがって、先端部分の削除は、信号光を救済できる範囲で行うようにするとよい。
また、図２０では、フレネルプリズム１２が１つおきに間引かれているが、前述の信号光の救済ができる範囲であれば、二つおきや三つおき、もしくは、それ以上おきにフレネルプリズム１２が間引かれていてもよい。
なお、図２０の形状は、プリズムの相似倍率を除いて（周期ｍが異なることを除いて）、図７や図８の形状に含まれる。

以上で明らかなように、この実施の形態８によれば、先端部分の全部が欠けている歯欠けのフレネルプリズム１２と、先端部分が欠けていないフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに交互に配置するように構成したので、例えば、屈折面１２ａを透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができる効果を奏する。

実施の形態９．
上記実施の形態７では、先端部分の一部が欠けている歯欠けのフレネルプリズム１２と、先端部分が欠けていないフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに交互に配置するものについて示したが、図２１に示すように、基盤面１１ａに対するプリズム高がＨ１（第１の高さ）であるフレネルプリズム１２と、プリズム高がＨ１より低いＨ２（第２の高さ）であるフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに交互に配置するようにしてもよい。

プリズム高Ｈ１のフレネルプリズム１２のみを連続的に配置する場合（図２１の点線を参照）、例えば、上から２番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａに入射した光線の一部が、その屈折面１２ａで反射されると、その反射光である不要光は、下側のフレネルプリズム１２の反射面１２ｂと屈折面１２ａで屈折を繰り返しながら伝播され、例えば、上から４番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａで反射されて観測者が見る方向に出射されることがある。

しかし、この実施の形態９では、プリズム高Ｈ１のフレネルプリズム１２とプリズム高Ｈ２のフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに交互に配置するようにしているので、上記のような不要光は、上から３番目に配置されているプリズム高Ｈ２のフレネルプリズム１２には入射されず、そのまま観測者が見ない方向に出射される（図２１の例では、左下方向に出射される）。

以上で明らかなように、この実施の形態９によれば、プリズム高Ｈ１のフレネルプリズム１２とプリズム高Ｈ２のフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに交互に配置するように構成しているので、例えば、屈折面１２ａを透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができる効果を奏する。

実施の形態１０．
上記実施の形態９では、プリズム高Ｈ１のフレネルプリズム１２とプリズム高Ｈ２のフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに交互に配置するものについて示したが、図２２に示すように、基盤面１１ａに対する傾きが相互に異なるフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに混在して配置するようにしてもよい。

即ち、信号光と不要光は、図１０に示すように、光線の経由する媒質中の光路長が異なり、信号光の光路に比べて、不要光の光路が長いという特徴を有している。
したがって、光路が長ければ長いほど、光線は面のバラツキの影響を受ける。さらに、反射は反射面の角度変化Δθに対し、反射光の方向変化は２×θとなる関係があるので、不要光のバラツキは倍の影響を受ける。この光路長差を利用し、光路長の短い信号光に比べて、光路長の長い不要光の光束を広げることで、信号光の拡散以上に不要光を拡散すれば、表示画像のコントラスト比を向上させることができる。

図２２の例では、基盤面１１ａの法線に対する傾きがφ１のフレネルプリズム１２、傾きがφ２のフレネルプリズム１２、傾きがφ３のフレネルプリズム１２が順番に配置されている。ただし、図２２の例では、φ３＜φ１＜φ２である。
傾きφ１のフレネルプリズム１２のみを連続的に配置する場合（図２２の点線を参照）、例えば、上から２番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａに照射された光線の一部が、その屈折面１２ａで反射されると、その反射光である不要光は、下側のフレネルプリズム１２の反射面１２ｂと屈折面１２ａで屈折を繰り返しながら伝播され、例えば、上から４番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａで反射されて観測者が見る方向に出射されることがある。

しかし、この実施の形態１０では、傾きが相互に異なるフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに混在して配置するようにしているので、上記のような不要光は、上から４番目のフレネルプリズム１２の屈折面１２ａで反射されても、観測者が見ない方向に出射させることができる（図２２の例では、右上方向に出射される）。なお、基盤面１１ａに対する傾きφ３が小さいほど、より上の方向に出射させることができる。

以上で明らかなように、この実施の形態１０によれば、傾きが相互に異なるフレネルプリズム１２を基盤面１１ａに混在して配置するように構成しているので、例えば、屈折面１２ａを透過せずに反射された光線が不要光として、観測者の視野方向に出射される状況を回避することができる効果を奏する。

実施の形態１１．
上記実施の形態１において、フレネルプリズム１２には光路に寄与する有効面部分と、光路に寄与しない無効面部分（例えば、図４の面ＶＰ、非入射面１２ｃなど）が存在することを示したが、図２３に示すように、光路に寄与しない無効面部分や、反射面１２ｂに光線を吸収する光吸収層１３を付加するようにしてもよい。例えば、光吸収部材としては、黒色の染料（ＶＡＬＩＦＡＳＴ ＢＬＡＣＫ ３８１０、アジン系含金染料）や、クレヨンなどの材料となる顔料を利用して付加する。

このように、光路に寄与しない無効面部分に光吸収層１３を付加した場合、図２３に示すように、不要光が屈折面１２ａに当っても、その屈折面１２ａの光吸収層１３に吸収されて、観測者の見る方向に出射されなくなる。
なお、光が透過する屈折面１２ａに光吸収層１３があると、光強度が減少するが、反射面１２ｂに光吸収層１３があっても、反射面１２ｂの全反射は、境界面の屈折率差にのみ依存するため、光吸収の影響がなく、そのため反射面１２ｂに光吸収層１３を付加してもよい。因みに、不要光が反射面１２ｂを透過する際には、光吸収層１３により光強度が減少するので、ゴースト像の抑制に寄与する。

ここで、光吸収層１３の付加方法であるが、例えば、フレネルプリズム１２の斜面全体に、光を当てると乾く糊を塗布し、その後、信号光をフレネルプリズム１２に照射して、光路に寄与する有効面部分の糊を乾燥させる。
そして、光吸収層１３を塗布することにより、糊が乾燥していない無効面部分のみに光吸収層１３を定着させるようにする。
その他の光吸収層１３の付加方法としては、例えば、フレネルプリズム１２の谷間部分に光吸収層１３を付加すればよいことから、遮光層の形成はフレネルプリズム端部を光吸収材料中に浸漬し、毛管作用により充填した後、乾燥・硬化して作製してもよい。
また、フレネルプリズム１２の入射面部分である屈折面１２ａのみ光吸収層１３が無ければよいことから、フレネルプリズム１２の斜面全体に光吸収層１３を塗布した後、へら状の治具で斜面をこすり、光吸収層１３をふき取るようにしてもよい。

この実施の形態１１における光吸収層１３を付加する技術は、上記実施の形態１〜１０のいずれに適用しても、ゴースト像の抑制効果を高めることができるが、図２４は上記実施の形態１（図３）に適用した場合を示している。
図２４の例では、非入射面１２ｃに光吸収層１３を付加することによって、例えば、基盤１１の出射面１１ｂで反射された戻り光や、反射面１２ｂで反射された戻り光などが、非入射面１２ｃの光吸収層１３に吸収され、ゴースト像の抑制効果が高められる。
また、図２５は上記実施の形態２，３（図７、図８）に適用した場合を示している。
図２５の例では、基盤面１１ａと水平な非入射面１２ｃに光吸収層１３を付加することによって、例えば、基盤１１の出射面１１ｂで反射された戻り光や、屈折面１２ａで反射された光線などが、非入射面１２ｃの光吸収層１３に吸収され、ゴースト像の抑制効果が高められる。

実施の形態１２．
上記実施の形態１１では、光路に寄与しない無効面部分に光線を吸収する光吸収層１３を付加するものについて示したが、図２６に示すように、光路に寄与しない無効面部分（例えば、図４の面ＶＰ、非入射面１２ｃなど）に、光線を拡散させる光拡散層１４を付加するようにしてもよい。例えば、公知のサンドブラスト法などにより、粗面加工を施すことにより、光拡散層１４を付加する。

光路に寄与しない無効面部分に光吸収層１３を付加する代わりに、光拡散層１４を付加する場合、不要光が光拡散層１４で拡散されるため、単位方向当りの光強度が低減され（観測者が見る方向の光強度が低減される）、ゴースト像の抑制効果が高められる。
なお、光路に寄与しない無効面部分に光線を吸収する光吸収層１３を付加する技術は、上記実施の形態１〜１１のいずれに適用してもよい。

実施の形態１３．
上記実施の形態１１では、光路に寄与しない無効面部分に光線を吸収する光吸収層１３を付加するものについて示したが、図２７に示すように、フレネルプリズム１２の媒体に光線を吸収する光吸収物質を添加するようにしてもよい。例えば、プラスチックなどの半透明部材を用いて、フレネルプリズム１２を形成する。

信号光と不要光は、図１０に示すように、光線の経由する媒質中の光路長が異なり、信号光の光路に比べて、不要光の光路が長いという特徴を有している。
したがって、フレネルプリズム１２の媒体に光線を吸収する光吸収物質を添加すると、信号光の強度の低減以上に不要光の強度が低減するため、コントラスト比を向上させることが可能となる。
なお、フレネルプリズム１２の媒体に光吸収物質を添加する技術は、上記実施の形態１〜１２のいずれに適用してもよい。

実施の形態１４．
上記実施の形態１２では、光路に寄与しない無効面部分に光線を拡散させる光拡散層１４を付加するものについて示したが、図２８に示すように、フレネルプリズム１２の媒体に光線を拡散する光拡散物質を添加するようにしてもよい。拡散材としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等のポリエステル樹脂系粒子、スチレン系又はアクリル系架橋粒子、あるいは、シリコン樹脂系粒子などを用いてもよい。

信号光と不要光は、図１０に示すように、光線の経由する媒質中の光路長が異なり、信号光の光路に比べて、不要光の光路が長いという特徴を有している。
したがって、フレネルプリズム１２の媒体に光線を拡散する光拡散物質を添加すると、信号光の拡散以上に不要光が拡散するため、コントラスト比を向上させることが可能となる。
なお、フレネルプリズム１２の媒体に光拡散物質を添加する技術は、上記実施の形態１〜１２のいずれに適用してもよい。

実施の形態１５．
上記実施の形態１１では、光路に寄与しない無効面部分に光線を吸収する光吸収層１３を付加するものについて示したが、屈折面１２ａ又は出射面１１ｂの少なくとも一方にＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティング処理を施すようにしてもよい。
即ち、光線は入射面と出射面において、フレネル反射の法則を満足するため、各々の面を透過しきれない一部の光線が存在することは上述したが、この反射光線がゴースト像の起源となることから、界面での透過率を向上させることで、信号光の効率が向上して、ゴースト像が低減する。

そこで、この実施の形態１５では、屈折面１２ａ、出射面１１ｂ、若しくは、その両面に単層又は多層のＡＲコーティング処理を施すことにより、光線の位相を制御して反射光線の量を減らすことで、透過光線を増やし、ゴーストの起源となる不要光を減らすようにしている。
なお、ＡＲコーティング処理は、コーティング溶液の満ちている水槽にスクリーンを浸し、引き上げ速度を制御することで膜厚の制御を行う液漬け式や、真空層で蒸着する方式などで行う。
なお、この実施の形態１５におけるＡＲコーティング処理を施す技術は、上記実施の形態１〜１４のいずれに適用してもよい。

実施の形態１６．
既に上述したように、ゴースト像の出射位置は、経由する光路の光学厚みに比例する。
スクリーン基盤のみの光路においては、スクリーン基盤の厚み、背面にある折り返し平面ミラー４を経由する光路においては、スクリーンと折り返し平面ミラー４の距離に比例する。
少なくとも前者においては、基盤１１を極限まで薄く（ｄ→０）すれば、出射位置ずれは２ｄ・ｔａｎθに比例するため、出射位置ずれ→０となる。

実際には、スクリーン上に拡大されたライトバルブ（画素）の半分、もしくは、それより薄くすれば、ゴースト像は画素と重なって表示されるため、観測者にはゴースト像とは認識されず、信号として再利用が可能となる。
なお、この実施の形態１６における基盤１１の厚みを画素の半分以下にする技術は、上記実施の形態１〜１５のいずれに適用してもよい。

実施の形態１７．
上記実施の形態では、不要光を低減するために工夫しているものについて示している。
具体的には、下記の（ａ），（ｂ），（ｃ）又は（ｄ）の方策を施すことにより不要光の低減を図っているが、（ａ）の方策を基本にして、（ｂ），（ｃ），（ｄ）の方策のいずれか、もしくは、全部を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
（ａ）全反射プリズムを相似縮小して、非入射面１２ｃをスクリーン面と平行にする（図２９を参照）。
（ｂ）非入射面１２ｃを粗面にする。または、非入射面１２ｃに光拡散機能を付加する。
（ｃ）プリズム先端角τをスクリーン面上の位置に応じて変える。
（ｄ）プリズムの先端部分の一部を欠けさせる。

最初に、組み合わせの基本となる（ａ）の方策について言及する。
図３０は光線の入射角θ_０と全反射プリズムの入射面の角度ξ（フレネルプリズム１２の屈折面１２ｂの角度ξ）との関係を示す説明図である。
即ち、図３０は出射角度がθ_ｒｅｆｌ＝０（スクリーン法線方向）、空気の屈折率がｎ_０＝１．０、媒質の屈折率がｎ_１＝１．５５の場合の計算例であり、横軸に入射角θ_０、縦軸に入射面の角度ξ（＝π−τ−α）を表している。

全反射フレネルプリズムの自由度は、式（２）から明らかなように、プリズム先端角τのみであり、図３０にはプリズム先端角がτ=３８〜６５度の例を示している。
図３０より、入射面の角度ξと入射角θ_０は、プリズム先端角τと関係なく、比例関係にあることがわかる。つまり、入射面の角度ξはプリズム先端角τが一定の条件下では、入射角θ_０の小さい中心に近い側（図２の例では、フレネル光学素子２の中央下側）から、入射角θ_０の大きい遠い側（図２の例では、フレネル光学素子２の四隅側）に向かって大きくなることがわかる。

なお、フレネルプリズム１２の製法の都合上、フレネルプリズム１２が反り返った形になると、上記の金型に紫外線などに代表される光硬化樹脂等を流し込み、紫外線照射等で固めた樹脂を抜き取ることができない。
例えば、全反射フレネルプリズムの場合、入射面の角度ξがπ／２より大きくなると、金型に流し込んだ光硬化樹脂を型から離型するのが難しくなる。
一般に全反射プリズムでは、入射面ξの角度が入射角θ_０に比例することから（図３０を参照）、入射角θ_０の最大値から限界プリズム頂角τ_ｍａｘが求まる。
下記の式（３）はこの条件を示している。現実的にはプリズムが離型できる条件として、式（３）を満足する必要がある。
τ_ｍａｘ（θ_０，θ_ｒｅｆｌ）
≧［ｓｉｎ^−１（（ｎ_０／ｎ_１）ｓｉｎ_ｒｅｆｌ）＋ｃｏｓ^−１（（ｎ_０／ｎ_１）ｃｏｓθ_０）］／２ （３）

図３１は光線の入射角θ_０と限界プリズム頂角τ_ｍａｘとの関係を示す説明図である。
即ち、図３１は出射角度がθ_ｒｅｆｌ＝０（スクリーン法線方向）±５度、空気の屈折率がｎ_０＝１．０、媒質の屈折率がｎ_１＝１．５５の場合の計算例であり、横軸に入射角θ_０、縦軸に限界プリズム頂角τ_ｍａｘを表している。
例えば、入射角θ_０が最大６０度の場合、出射角度θ_ｒｅｆｌ＝０度で限界プリズム頂角τ_ｍａｘ＝３５．６度、同様の条件で７０度の場合、限界プリズム頂角τ_ｍａｘ＝３８．６度になる。

図３２は光線の入射角θ_０と全反射プリズムの効率との関係を示す説明図である。
即ち、図３２は出射角度がθ_ｒｅｆｌ＝０（スクリーン法線方向）、空気の屈折率がｎ_０＝１．０、媒質の屈折率がｎ_１＝１．５５の場合の計算例であり、横軸に入射角θ_０、縦軸に全反射フレネルプリズムの理想的な効率（入射光エネルギーに対するスクリーン法線方向に出射する光エネルギー）を表している。

この場合、全反射フレネルプリズムの自由度は、式（２）から明らかなように、プリズム先端角τのみであり、図３２ではプリズム先端角がτ＝３８〜６５度の例を示している。
入射角θ_０が小さい位置に配置されているフレネルプリズム１２では、プリズム先端角τが小さい程、効率が良いことがわかる。
また、プリズム先端角τ＝３８度の例では、入射角θ_０＝６８度以上でプリズムが離型できる条件である式（３）を満足しない。
即ち、製法上の難度が高く、現実的には作り難いため、ここではあえて効率を０と表現している。
つまり、逆に、入射角θ_０が大きい位置に配置されているフレネルプリズム１２ではプリズム先端角τが大きい程、効率が良いことがわかる。

以上より、全反射フレネルプリズムは、全反射フレネルプリズムの効率（図３２）とプリズムが離型できる条件である式（３）を満足する範囲で、プリズム先端角τの自由度を有する。プリズムの先端角τは使用する入射角θ_０に応じて３８〜６５度の範囲で任意に選択することができる。
入射角使用範囲が例えば４５度＜θ_０＜６０度であれば、プリズム先端角τ＝３８度、６０度＜θ_０＜８０度であれば、プリズム先端角τ＝４２〜６５度の任意の値を選択することができる。
通常、プリズム先端角τを一定のまま加工することが多いが、上記の範囲内で任意の入射角θ_０でプリズム先端角τを変えてもよい。
例えば、スクリーン下部とスクリーン上部でプリズム先端角τを変えたり、スクリーン中間部のみプリズム先端角τを変えたりしてもよい。

全反射プリズムは入射角θ_０が大きくなると、そのプリズムの先端部分のみ使用する。そこで、プリズムを使用する領域のみ作ることを考える。
図３３は光線の入射角θ_０と全反射プリズムの相似縮小比率ｌとの関係を示す説明図である。
即ち、図３３は出射角度がθ_ｒｅｆｌ＝０（スクリーン法線方向）、空気の屈折率がｎ_０＝１．０、媒質の屈折率がｎ_１＝１．５５の場合の計算例であり、横軸に入射角θ_０、縦軸に全反射プリズムの相似縮小比率ｌを表している。ただし、ｌの意味であるが、プリズムをすべて作る（相似縮小しない）場合は、ｌ＝１．０、半分だけ作る場合は、ｌ＝０．５となる。図３３ではプリズム先端角がτ＝３８〜６５度の例を示している。

図３３より、プリズム先端角がτ＝４５度、入射角がθ_０＝７０度では、全反射プリズムの相似縮小比率がｌ＝０．４となる。
入射角θ_０が小さい位置の全反射プリズムの相似縮小比率ｌが大きく、入射角θ_０が大きい位置の全反射プリズムの相似縮小比率ｌが小さくなる。
つまり、全反射プリズムの相似縮小比率ｌは、プリズム先端角τが一定の条件下では、入射角θ_０の小さい中心に近い側（図２の例では、フレネル光学素子２の中央下側）から、入射角θ_０の大きい遠い側（図２の例では、フレネル光学素子２の四隅側）に向かって小さくなることがわかる。

実際には製法上の都合により設計値通りのものはできないため、加工公差が必要となる。
そこで、プリズムを使用する領域に加えて加工の公差分のマージンを含めて、全反射プリズムを大きく作ることを考える。
図３４は光線の入射角θ_０と全反射プリズムの相似縮小比率ｌとの関係を示す説明図である。
即ち、図３４は出射角度がθ_ｒｅｆｌ＝０（スクリーン法線方向）、空気の屈折率がｎ_０＝１．０、媒質の屈折率がｎ_１＝１．５５、プリズム先端角がτ＝４５度の場合の計算例であり、横軸に入射角θ_０、縦軸に全反射プリズムの相似縮小比率ｌを表している。
また、Ｅｘ．０はマージン無し、Ｅｘ．１はマージン小、Ｅｘ．２はマージン大を表している。

実際には、入射角θ_０がおよそ７５度で、上記の全反射フレネルプリズムを試作しており、具体的には、プリズムの周期（ピッチｍ）を１１２μｍと１５６μｍの二種類で試作している。
プリズムの実際の高さはプリズムのピッチに比例するため、ピッチで規格化した値（全反射プリズム比率ｌ）で示している。今回はｌ＝１．０〜０．２の範囲で試作している。
ここで、全反射プリズムは、スクリーン位置で入射角θ_０が異なることから、各位置でプリズムの角度、全反射プリズム比率が異なる。
測定は投写光学系と全反射フレネルプリズムとレンチキュラーレンズスクリーンを用いて、目視と輝度計で行っている。図３５はその結果を示している。

相似縮小しない（ｌ＝１．０）公知の全反射フレネルプリズムでは、法線方向からの観測で、黒背景に対する白窓表示において、像がスクリーンの厚みの約２倍離れた位置に不要光が発生している（図１０の不要光ＯＵＴ２に相当）。
マージン無し（Ｅｘ．０）では、全反射プリズムを使用する領域が十分作られていなかったため、全反射フレネルプリズムとしての機能が不十分となり、その結果として、スクリーン法線方向からの観測で、全白表示において白黒の縞が見られている。
また、スクリーン法線方向からの観測で、黒背景に対する白窓表示において、入射光の一部がそのまま上に付き抜けて観測される不要光が発生している（図１０の不要光ＯＵＴ２とは異なる不具合）。
マージン小（Ｅｘ．１）、マージン大（Ｅｘ．２）においては、上記の不具合は観測できず、いずれも良好な結果が得られている。

なお、全反射プリズムの相似縮小比率ｌの関係式は、全反射フレネルプリズムの周期ｍで規格化しているため、プリズムの周期（ピッチｍ）には依存しない。
実際に、ピッチｍは、ｍ＝１１２μｍと、ｍ＝１５６μｍで試作しているが、いずれも良好な結果が得られている。
特に言及していないが、フレネルプリズムのピッチｍを画面上の画素よりも細かくすれば、解像度の高い画像を表示することができるのは言うまでもない。
特に、図１０の不要光ＯＵＴ２に注目して測定しており（図３５の黒背景、白表示に相当）、図３６及び図３７は入射角がθ_０＝７５度の結果を示している。
図３６はスクリーン法線からの観測結果であり、図３７は斜め下約６０度からの観測結果である。

従来例の全反射フレネルプリズムでは、フレネル光学素子２と基盤１１の総厚みの約２倍（図１０、距離Ａ）ほど離れた位置に不要光（図１０のＯＵＴ２）が、コントラスト比で１５５：１ほどの強さで見られるが、全反射プリズムを小さく作る（Ｅｘ．０〜２）ことにより、図１１の不要光ＯＵＴ４のように光路が変わり、正面から不要光が認識できなくなる（＞６７３：１）。
光路が変わったため、斜め下方向から見ると不要光が認識できるが、スクリーン正面より斜め下６０度方向には、通常、観測者がいないため問題とならない。
以上で基本の（ａ）の方策について説明したので、以下、（ａ）〜（ｄ）の方策の組み合わせについて言及する。

図３８は（ａ）と（ｃ）の方策を組み合わせた例であり、スクリーンの位置、つまり入射角θ_０に応じてプリズム先端角τを変えつつ、全反射プリズムを相似縮小したものである。
例えば、出射角度がθ_ｒｅｆｌ＝０（スクリーン法線方向）、空気の屈折率がｎ_０＝１．０、媒質の屈折率がｎ_１＝１．５５、入射角がθ_０＝７０度である場合、プリズム先端角がτ＝４５度のとき、図１０の不要光ＯＵＴ２が発生するが、プリズム先端角をτ＝５３度に変えることで、図１０の不要光ＯＵＴ２が図１８の不要光ＯＵＴ６のように光路が変化する。

一方で、全反射プリズムの相似縮小比率ｌを小さくする（約ｌ＝０．４）と、図１０の不要光ＯＵＴ２が図１１の不要光ＯＵＴ４のように光路が変化する。
例えば、製法上の都合により相似縮小比率ｌを不要光の完全除去に至るまで十分に小さくできない場合、このような組み合わせで正面方向に出る不要光ＯＵＴ２の低減を行うことが可能となる。

図３９は（ａ）と（ｃ）の方策を組み合わせた例であり、スクリーンの位置、つまり入射角θ_０に応じてプリズム先端角τを変えつつ、全反射プリズムを相似縮小したものである。
ただし、出射角度をθ_ｒｅｆｌ＝０（スクリーン法線方向）としているが、目的に応じてスクリーン中心方向に若干傾けてもよい。例えば、光軸に近い側で出射角度θ_ｒｅｆｌ＞０、中心付近でθ_ｒｅｆｌ＝０、遠い側で出射角度θ_ｒｅｆｌ＜０としてもよい。
図３９では、光線の出射角度θ_ｒｅｆｌをスクリーン上部で略平行下向き、スクリーン下部で略平行上向きに設定している。

図４０は（ａ）と（ｄ）の方策を組み合わせた例であり、非入射面１２ｃに粗面が施され、もしくは、非入射面１２ｃが光拡散機能を備えているものである。
全反射プリズムを相似縮小すると、図１０の不要光ＯＵＴ２が図１１の不要光ＯＵＴ４のように観測者の見ない方向へ光路が変化する。
さらに、この不要光ＯＵＴ４は、フレネル光学素子２と基盤１１の総厚みＡに比例して拡散して広がるため、不要光をより目立ち難くすることが可能となる。

実際に、出射角度がθ_ｒｅｆｌ＝０（スクリーン法線方向）、空気の屈折率がｎ_０＝１．０、媒質の屈折率がｎ_１＝１．５３、プリズム先端角がτ＝４５度、ピッチがｍ＝１１２μｍの場合で、非入射面１２ｃに粗面を施したものを試作している。これをＥｘ．３として、その観測結果を図３６及び図３７に示している。
全反射プリズムを小さく作っているため、光路が下向きに変化して不要光が出ることから、スクリーン法線方向からは不要光が見えなくなっているが（図３６を参照）、斜め下方向から見ると不要光が認識できる（図３７を参照）。
スクリーン正面より斜め下６０度方向には、通常、観測者がいないため問題にはならないが、非入射面を粗面としたものでは（Ｅｘ．３）では、不要光が拡散して広がるため、斜め下方向から見ても不要光が認識できなくなっている。

図４１は（ａ）と（ｄ）の方策を組み合わせた例であり、例えば、出射角度がθ_ｒｅｆｌ＝０（スクリーン法線方向）、空気の屈折率がｎ_０＝１．０、媒質の屈折率がｎ_１＝１．５５、入射角がθ_０＝７０度、プリズム先端角がτ＝４５度の場合において、全反射プリズムの相似縮小比率ｌに余裕を持たせて、少し大きめ（約ｌ＝０．５）に設定しておき、余裕の分だけプリズムの先端部分を約ｌ＝０．１で与えられる形状だけ削除することで不要光を低減することが可能となる。
先端カットによる信号光の効率は、先端カット部分１２ｅの角度に依存し、入射光線から見た先端カット部分１２ｅの見込む面積分だけ低減する。

そこで、先端カットは、先端カット部分１２ｅの角度が入射角θ_０と略平行になるようにするとなおよい。
実際には、先端カット部分１２ｅは、金型を加工するバイトの先端をカットすると簡単にできるので、カット量はスクリーン上部及び下部で一定であることが多い。
また、意図的に先端部をカットしなくても、先端部分がこすれて摩耗したり、製法の都合上、金型に樹脂を流し込み成形する段階で丸まったりすることが多い。

実際に、出射角度がθ_ｒｅｆｌ＝０（スクリーン法線方向）、空気の屈折率がｎ_０＝１．０、媒質の屈折率がｎ_１＝１．５３、プリズム先端角がτ＝４５度、ピッチがｍ＝１５６μｍの場合で、全反射プリズムの先端をカットしたものを試作している。
その測定は投写光学系と全反射フレネルプリズムとレンチキュラーレンズスクリーンを用いて、目視と輝度計で行っている。図４２はその観測結果を示している。
全反射プリズム比率のマージン小（Ｅｘ．１）において、全反射プリズム比率でｌ＝０．０２（＝２％）だけ、全反射プリズムの先端を削除しているが、信号光への悪影響は見られず、良好な結果が得られている。

図４３は（ａ）と（ｃ）と（ｄ）の方策を組み合わせた例であり、スクリーンの位置、つまり、入射角θ_０に応じてプリズム先端角τを変えつつ、先端部分をカットしたものである。
図４４は（ａ）と（ｂ）と（ｃ）の方策を組み合わせた例であり、スクリーンの位置、つまり、入射角θ_０に応じてプリズム先端角τを変えつつ、非入射面１２ｃに粗面を施している。
図４５は（ａ）と（ｂ）と（ｃ）と（ｄ）の方策を組み合わせた例であり、スクリーンの位置、つまり、入射角θ_０に応じてプリズム先端角τを変えつつ、先端部分をカットし、非入射面１２ｃに粗面を施している。

図３９、図４３〜図４５において、小さい入射角θ_１のスクリーン下部では、全反射プリズム比率ｌ_１が相対的に大きく、反対に大きい入射角θ_２のスクリーン上部では、全反射プリズム比率ｌ_２が相対的に小さくなっている（ｌ_２＜ｌ_１）。
なお、入射面の角度ξは、出射角度がθ_ｒｅｆｌ＝０（スクリーン法線方向）で一定、かつ、プリズム先端角τが一定の条件下では、小さい入射角θ_１の中心に近い側から、大きい入射角θ_２の遠い側に向かって大きくなる（ξ_２＞ξ_１）。

図３９、図４３〜図４５の途中の光路を折り返し平面ミラー４で折り返してもよい。
図４６は図４５を折り返したものを示している。
このように、光路を折り曲げることで奥行きを小さくすることが可能となる。
図４６では、スクリーン面に略平行に折り返し平面ミラー４を配置しているが、斜めに折り返してもよい。
図４７は斜めに折り返したものを示している。

この明細書では、フレネルプリズム２を同心円状に配置しているものについて示しているが、フレネルプリズム２を線状に配置していてもよい。
また、同心円の中心は画面の外に配置されていてもよい。
全反射フレネルプリズムの観測面側には、全反射フレネルプリズムを透過した信号光の配光を制御、具体的には、観測者の見やすいように光を広げる機能を持つ結像表示板３（例えば、レンチキュラーレンズスクリーン）を備えることが望ましい。

レンチキュラーレンズスクリーンは配光を制御する光学素子であり、拡散板、ビーズスクリーン、断面が半円、半楕円、もしくは２次以上の非球面形状を備えた一次元方向に長いレンズ、縦横で曲率の異なる断面が半円、半楕円、もしくは２次以上の非球面形状を備えた二次元に配置されたレンズ、もしくは断面が台形状の反射型光学素子が複数配置されたものでよい。
また、レンチキュラーレンズスクリーンは、例えば、光源側にレンズ、観測者側に拡散板といった、上記光学要素の組み合わせで構成されていてもよい。

また、外光の影響を低減するために、上記光学要素に加えて、光吸収層を非レンズ部に形成してもよい。また、同目的のため表面に光の反射を低減させるＡｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ層を備えていてもよい。
また、見た目のぎらつきを押さえるためのアンチグレア層や、静電気によるほこりの付着を防止するための帯電防止層、表面を保護するためのハードコート層を設けてもよい。
なお、全反射フレネルレンズ及びレンチキュラーレンズスクリーンを分かり易くするため、各々独立の構成を示しているが、これらを一つの要素として構成してもよい。
図４８には結像表示板３として、光源側にレンズ３ａを設け、非レンズ部に光吸収層３ｂを形成し、観測者側に拡散板３ｃを設けた構成を示している。本構成において、破線で示す不要光は最終的に光吸収層３ｂで吸収されるため、観測者には見えない。つまり、不要光のない良質な画像が表示できると言える。
図４９では、結像表示板３として、断面が台形状の反射型光学素子３ｄ、光吸収部３ｅ及び拡散板３ｆを設けている。本構成も破線で示した不要光を効率よく除去することができる。
これに加えて、筐体、保持機構、スクリーン補強材、空調、光源、照明光学系、投射光学系、光路折り曲げミラー、光学系保持・調整機構、スピーカ、テレビ台、リモコン、制御回路、電源、色補正、幾何学補正のいずれかを構成要素に持っていてもよい。

実施の形態１８．
図５０はこの発明の実施の形態１８による投写型表示装置を示す斜視図であり、図において、光源であるランプ２１は光を出射する。光学系である光学部２２はランプ２１より出射された光を均一にする照明光学系と、その照明光学系により均一にされた光を着色するカラーホイールと、そのカラーホイールにより着色された光を強度変調して画像を生成するライトバルブと、そのライトバルブにより生成された画像を反射部２３に投影するレンズとが一体化されている。反射部２３は光学部２２により投影された画像を反射する。
電気回路２４はシステムの制御情報や画像情報にしたがって光学部２２のライトバルブ等を制御するとともに、音声信号をスピーカに出力するなどの処理を実施する。
なお、ランプ２１、光学部２２、反射部２３及び電気回路２４から発光体であるプロジェクタ１が構成されている。
本構成では単板式ライトバルブで構成しているが、３板式ライトバルブを使用する場合は、カラーホイールの代わりに色分離合成光学系を用いて構成すればよい。また、本構成では光源にランプ２１を用いているが、ランプ２１の代わりにＬＥＤやレーザを光源として用いてもよい。

反射ミラー２５は反射部２３により反射された画像（光線）をスクリーン２６の方向に反射させる。
スクリーン２６はフレネル光学素子２（上記実施の形態１〜１７で示している何れかのフレネル光学素子）と結像表示板３から構成されている。ただし、スクリーン２６は平面度や保護の強化のため、補強板で補強されていることがある。
筐体２７はスクリーン２６を固定するとともに、光学部２２などからなるプロジェクタ１を収納する。ただし、筐体２７はスクリーン２６を平面に固定しなければ画像がひずむため、精度の高い高剛性の部材で成型されている。
また、筐体２７の内部はランプ２１、光学部２２及び反射部２３から漏れ出す光（迷光）を吸収するべく、光吸収材（黒色塗料など）が施されている。特に、迷光の拡散を防止するにはプロジェクタ１の全体を遮光するカバーを施すことが大きな効果を奏する。

光学プレート２８は光学部２２及び反射部２３がスクリーン２６の下部の略中央部分に位置するように載置し、ランプ２１がスクリーン２６の下部の右端に位置するように載置している。
調整機構２９はスクリーン２６と光学プレート２８の相対的な位置関係や傾き関係を調整する。

投写型表示装置の薄型化を図るには、光学系の光路設計以外に、電気回路２４やランプ２１などの配置を適切にする必要がある。
この実施の形態１８では、図５０に示すように、スクリーン２６の下部の中心付近に反射部２３を配置している。
これにより、光学部２２により投影された画像が、中心付近に位置している反射部２３で反射され、その画像が反射ミラー２５に反射されて、上方のスクリーン２６の方向に向かう光路をとるため、スクリーン２６の下部の左端や右端には光路が存在しない。よって、比較的まとまった空間がスクリーン２６の下部の左右端付近に存在する。
そこで、この実施の形態１８では、スクリーン２６の正面から見て左端に電気回路２４を配置するとともに、右端にランプ２１を配置することにより、装置の薄型化を図っている。

また、ひずみやボケのない画像を表示するには、ランプ２１、光学部２２及び反射部２３の位置を極めて正確に設置する必要があり、ランプ２１、光学部２２及び反射部２３を光学プレート２８の上に固着している。
この光学プレート２８には、位置及び傾きを調整する調整機構２９が付加されており、調整機構２９が光学プレート２８とスクリーン２６の相対的な位置関係や傾き関係を調整する。
調整機構２９としては、例えば、図５１に示すような６軸調整機構からなり、光学プレート２８のＸ軸及びＹ軸方向の移動、光学プレート２８の回転、光学プレート２８の高さを調整することができる。

ここで、薄型の投写型表示装置を構成するため、図５２に示すように、光学部２２及び反射部２３から出射された光がスクリーン２６に対して斜めに急角度で入射するようにしている。
図５２において、実線は所望の画像を得るために、調整機構２９が光学プレート２８の位置や傾きを調整した後の状態を示し、破線は調整前の状態を示している。
破線の矢印の示す光路の通り、光学プレート２８の位置や傾きがわずかに調整されていない場合でも、スクリーン２６への入射角がきついスクリーン２６の上端部では大きな位置ずれが発生する。このため、薄型の投写型表示装置では、高精度の調整機構２９が必要になる。

以上で明らかなように、この実施の形態１８によれば、スクリーン２６の下部の略中央部分に光学部２２及び反射部２３を配置し、スクリーン２６の下部の右端又は左端にランプ２１及び電気回路２４を配置するように構成したので、投写型表示装置の薄型化を図ることができる効果を奏する。
また、この実施の形態１８によれば、スクリーン２６に対する光学プレート２８の相対的な位置及び角度を調整する調整機構２９を備えるように構成したので、ひずみやボケのない画像を表示することができる効果を奏する。

実施の形態１９．
この実施の形態１９では、スクリーン２６の平面度を確保するために工夫している点について説明する。
図５３はスクリーン２６のたわみと、それに伴う画像の変化を説明する説明図である。図において、２６’はたわんだスクリーンを示している。

図５３の実線は、たわみのない平面度の高いスクリーン２６の場合の光路を示し、図５３の破線は、たわんだスクリーン２６’の場合の光路を示している。
図から明らかなように、たわんだスクリーン２６’の場合、観測者は正規の位置と異なる位置に絵（この場合、図中の黒丸）が見えることになる。
図５４はたわんだスクリーン２６’で生じる画像のひずみの状態を理解し易くするため、たわんだスクリーン２６’に格子模様を表示させた状態を示している。

仮にスクリーン２６’が１ｍｍたわみ、スクリーン２６’への入射角が７０度である場合、画面上のずれは１ｍｍ×ｔａｎ（７０度）＝２．７４ｍｍとなり、たわみに対する感度が約３倍になる。
例えば、１画素が１ｍｍに投影されているディスプレイの場合、たわみの影響を１画素以内に抑えるには、感度が３倍の場合、０．３３ｍｍ程度にたわみを押さえる必要がある。大画面のたわみを上記の範囲に抑えるには、ガラスなどの平面度の高い高剛性の基盤１１にフレネルプリズム１２を配置すればよい。あるいは、ガラス板又は合成樹脂板を補強材として、図５５に示すように、スクリーン２６のフレネルプリズム１２に沿わせるようにすれば、平面度を確保することができる。

実施の形態２０．
図５６はこの発明の実施の形態２０による投写型表示装置を示す斜視図であり、図において、図５０と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
換気ファン３１は吸気口３２から筐体２７の内部に空気を吸い込む一方、筐体２７の内部の空気を排気する。吸気口３２には防塵フィルタが取り付けられている。なお、換気ファン３１及び吸気口３２から換気手段が構成されている。

筐体２７の内部の温度変化や湿度変化が激しい場合、スクリーン２６も温度変化や湿度変化に伴って伸縮する量が大きくなる。
温度又は湿度が高くなり、スクリーン２６の伸びが著しくなると、筐体２７が高精度や高剛性であってもスクリーン２６のたわみが生じ、先に述べた画像のひずみが発生してしまう。
そこで、この実施の形態２０では、筐体２７の内部の温度変化や湿度変化を抑制するため、換気ファン３１が筐体２７の内部を換気するようにしている。
なお、更に高い乾燥状態にするため、乾燥材を挿入してもよい。輸送時のように極度に変化する環境に対しては、輸送用外箱と筐体間に乾燥材を入れると、輸送後の開梱時のたわみ残留を抑制することができる。
または、輸送中に外気と触れないように、気密のとれる密封カバーを筐体に施すことで、乾燥材を挿入することなく、たわみを抑制することができる。

また、換気ファン３１が吸気口３２から空気を吸い込む際、細かいほこりを吸い込まないようにするために、吸気口３２には防塵フィルタを取り付けている。
これにより、スクリーン２６へのほこりの付着を防ぎ、ごみの付着による画像の欠落を防止することができる。

上述したように、スクリーン２６への入射角がきついため、小さいほこりでもスクリーン２６に付着すると大きく拡大される。
図５７はごみの影響を示す説明図であり、３３はスクリーン２６に垂直に入射する光束を示し、３４はスクリーン２６に急角度で入射する光束を示している。
また、３３ｓは光束３３がスクリーン２６に付着したごみ３５で生じる影を示し、３４ｓは光束３４がスクリーン２６に付着したごみ３５で生じる影を示している。
図から明らかなように、影３４ｓは影３３ｓより数倍大きくなる。このように、薄型の投写型表示装置では、スクリーン２６にごみが付着しないよう、防塵機能を持たせることは重要であるといえる。

実施の形態２１．
上記実施の形態１８では、筐体２７が精度の高い高剛性の部材で成型し、スクリーン２６が筐体２７に取り付けられているものについて示したが、図５８に示すように、スクリーン２６が内部応力を有する部材４１を介して筐体２７に取り付けられていてもよい。
このように、内部応力を有する部材４１を介して、スクリーン２６を筐体２７に取り付ける場合、スクリーン２６の前面にテンションを与えて、たわみを抑制することができる。

テンション機構として、スクリーン２６の端に固着した部材４１に応力を与えながら、スクリーン２６を筐体２７に固着する方法がある。
また、部材４１として、ゴムなどの弾性体を用いることにより、テンションを与えることができる。
テンション機構を用いる際には、スクリーン２６が単体で剛体である必要がないため、スクリーン２６を薄いシート状に構成することも可能になる。

実施の形態２２．
上記実施の形態１８では、光学部２２及び反射部２３が光学プレート２８に載置されているものについて示したが、図５９に示すように、光学部２２の隣にリモコンの受光素子４２を配置するようにしてもよい。
即ち、光学部２２により投影された画像（光線）は、図の破線が示すように、反射部２３で反射されたのち、反射ミラー２５に反射されてスクリーン２６に至る。

これにより、観測者はスクリーン２６に到達した画像（光線）を見ることができるが、観測者の持つリモコンから発せられる光（赤外線）をスクリーン２６の方向に向けると、図の実線が示すように、観測者に到達した光路とまったく逆の光路をたどる。
このため、光学部２２の付近にリモコンの受光素子４２を設置すれば、高感度でリモコンの発する光を受光できる。

実施の形態２３．
図６０はこの発明の実施の形態２３による投写型表示装置の内部回路を示す構成図であり、図において、図５０と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
電気回路２４のＲＦ回路５０はアンテナにより受信された電波から音声信号とビデオ信号を抽出する。
電気回路２４の音声信号処理部５１はＲＦ回路５０により抽出された音声信号に対する公知の音声信号処理を実施し、スピーカ５２から音声を出力させる。

電気回路２４のビデオ信号処理部５３はＲＦ回路５０により抽出されたビデオ信号に対する公知のビデオ信号処理を実施する。ただし、ビデオ信号処理部５３はスクリーン２６（結像表示板３）の結像面のひずみを補正する幾何学的補正回路（幾何学的補正手段）や、その結像面の色を補正する色補正回路（色補正手段）を備えている。
ランプ制御部５４はビデオ信号処理部５３の指示の下、ランプ２１から出射される光を制御する。
カラー制御部５５はビデオ信号処理部５３における色補正回路の指示の下、光学部２２のカラーホイールを制御する。ただし、３板式ライトバルブで構成した装置では、色制御が各ライトバルブにより行われるためカラーホイールを必要としない。
ライトバルブ制御部５６はビデオ信号処理部５３における幾何学的補正回路の指示の下、光学部２２のライトバルブを制御する。

次に動作について説明する。
アンテナ又は外部から入力された電波はＲＦ回路５０に出力され、ＲＦ回路５０が当該電波から音声信号とビデオ信号を抽出する。
音声信号処理部５１は、ＲＦ回路５０により抽出された音声信号に対する公知の音声信号処理を実施する。
これにより、スピーカ５２から音声が出力され、音声が観測者の耳に到達する。

ビデオ信号処理部５３は、ＲＦ回路５０により抽出されたビデオ信号に対する公知のビデオ信号処理を実施して、ランプ制御部５４、カラー制御部５５及びライトバルブ制御部５６を制御する。
ランプ制御部５４は、ビデオ信号処理部５３の指示の下、ランプ２１から出射される光を制御する。
ランプ２１から出射された光は、光学部２２の照明光学系により均一化されたのち、カラー制御部５５の指示の下、カラーホイールにより必要に応じて着色される。ただし、三板式ライトバルブが用いられている場合、カラーホイールの代わりに色分離光学系が用いられる。
また、カラーホイールにより着色された光は、ライトバルブ制御部５６の指示の下、ライトバルブにより強度変調されて画像が生成される。
ライトバルブにより生成された画像は、レンズにより反射部２３に投影される。

反射部２３は、光学部２２から画像の投影を受けると、その画像を反射する。
反射ミラー２５は、反射部２３により反射された画像（光線）をスクリーン２６の方向に反射させる。
スクリーン２６は、フレネル光学素子２と結像表示板３から構成されているので、フレネル光学素子２が反射ミラー２５から反射された光線を法線方向に曲げて、その光線を結像表示板３に結像する。
これにより、観測者の目に画像が到達する。

ただし、スクリーン２６には、僅かな色づきや光の透過効率分布などがあるため、カラー制御部５５及びライトバルブ制御部５６が、ビデオ信号処理部５３内の色補正回路の指示の下、規格に適合するように適切に色補正を実施して、適切な色で均一に表示できるようにしている。
なお、設置場所によっては、明るい場所、暗い場所、色のついた照明のある場所など、様々な条件が想定されるため、リモコン又は操作ボタンによって補正の度合いを調節することができれば、様々な環境に対応できる適応性の高い装置を実現することができる。

また、厳しい温度・湿度環境では、スクリーン２６のたるみも生じる可能性があり、この場合は、ライトバブルブ制御部５６が、ビデオ信号処理部５３内の幾何学的補正回路の指示の下、電気的に画像のひずみを補正するようにしている。
なお、上記の色補正や幾何学的補正は、例えば、下記の文献に開示されている公知の補正方法を使用すればよく、ここでは、補正方法の具体的な内容は省略する。
・色補正の補正方法 → 国際公開９９／５５０７４
・幾何学的補正の補正方法 → 特開２００４−１５３３２２号公報

以上で明らかなように、この実施の形態２３によれば、スクリーン２６の結像面のひずみを補正する幾何学的補正回路を備えるように構成したので、スクリーン２６の結像面のひずみを解消することができる効果を奏する。
また、この実施の形態２３によれば、スクリーン２６の結像面の色を補正する色補正回路を備えるように構成したので、均一の色表示を実現することができる効果を奏する。

実施の形態２４．
上記実施の形態１８では、スクリーン２６に対する光学プレート２８の相対的な位置及び角度を調整する調整機構２９を備えているものについて示したが、図６１及び図６２に示すように、スクリーン２６を固定している筐体２７の角度を調整する調整機構（電動あおり機構６１、電動回転機構６２）を備えるようにしてもよい。

図６１及び図６２に示すように、ディスプレイの台６０に電動あおり機構６１及び電動回転機構６２を設けると、視野特性を最大限に活用することができる。
即ち、通常、ディスプレイの明るさは、スクリーン２６の法線方向が最も明るいように設計されている。このため、法線方向から外れた位置で視聴する場合は、明るさの落ちた状態で視聴することになる。特に、ディスプレイの上下方向の光の出射角度に対する光の出射強度分布（以後指向性分布）は、左右方向の指向性分布より狭く設定されるのが一般的である。
この実施の形態２４では、電動あおり機構６１が設けられているので、電動あおり機構６１を用いてあおり調節を実施することにより、法線方向から外れた位置で視聴する場合でも、画面の明るさが確保された画像を見ることができるようになる。
特に、リモコンの信号を受けて、電動あおり機構６１や電動回転機構６２が動作する構成では、観測者の利便性が格段に向上する。

上記実施の形態１８〜２４では、反射ミラー２５が設けられている薄型の投写型表示装置について説明したが、図６３及び図６４に示すように、反射ミラー２５が設けられていない薄型の投写型表示装置についても同様に適用することができる。
また、上記実施の形態１８〜２４では、光学プレート２８に反射部２３が設置されているものについて示したが、反射部２３が筐体２７に固着されていてもよい。同様に、図６３の反射部２３も筐体２７に固着されていてもよい。

Claims (9)

1. 発光体から照射される光線を屈折させる屈折面と、上記屈折面で屈折された光線を基盤面の略法線方向に向けて反射させる反射面とを有するフレネルプリズムが基盤面の発光体側に鋸歯状に複数配置されたフレネル光学素子において、上記フレネルプリズムの屈折面のうち、他のフレネルプリズムに遮断されて上記発光体から光線が直接照射されない部分の全部もしくは一部と、隣接する上記反射面のうち上記屈折面で屈折された光線に直接照射されない部分の全部もしくは一部を連結した非入射面を設けると共に、各フレネルプリズムへの上記光線の入射角度が大きいほど、上記フレネルプリズムの反射面を一辺とする断面形状の相似比率が小さくなるように形成したことを特徴とするフレネル光学素子。
2. 複数のフレネルプリズムのそれぞれは、屈折面と反射面が交わって成る先端部分の一部が入射光線と略平行に欠けていることを特徴とする請求項１記載のフレネル光学素子。
3. 先端部分の一部が、フレネルプリズムの反射面を一辺とする断面形状の相似比率で０から０．１の範囲で欠けていることを特徴とする請求項２記載のフレネル光学素子。
4. フレネルプリズムが同心円状に配置されていることを特徴とする請求項２記載のフレネル光学素子。
5. 非入射面が複数のフレネルプリズムが配置されている基盤面と略平行に形成されていることを特徴とする請求項２記載のフレネル光学素子。
6. フレネルプリズムの屈折面、または、反射面で反射された光線を出射するフレネルプリズムの出射面の少なくとも一方がＡＲコーティング処理を施されていることを特徴とする請求項２記載のフレネル光学素子。
7. フレネルプリズムの反射面を一辺とする断面形状の相似比率が０．１以上１以下であることを特徴とする請求項２記載のフレネル光学素子。
8. フレネルプリズムのプリズム先端角が３８度以上６５度以下の範囲であることを特徴とする請求項２記載のフレネル光学素子。
9. 光線を照射する発光体と、上記発光体から照射される光線を屈折させる屈折面を有するとともに、その屈折面で屈折された光線を基盤面の略法線方向に向けて反射させる反射面とを有するフレネルプリズムが基盤面の発光体側に鋸歯状に複数配置されたフレネル光学素子と、上記フレネルプリズムの反射面で反射された光線を結像する結像手段とを備えた投写型表示装置において、上記フレネルプリズムの屈折面のうち、他のフレネルプリズムに遮断されて上記発光体から光線が直接照射されない部分の全部もしくは一部と、隣接する上記反射面のうち上記屈折面で屈折された光線に直接照射されない部分の全部もしくは一部を連結した非入射面を設けると共に、各フレネルプリズムへの上記光線の入射角度が大きいほど、上記フレネルプリズムの反射面を一辺とする断面形状の相似比率が小さくなるように形成したフレネル光学素子を用いることを特徴とする投写型表示装置。

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