JP2012078844A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成素子への迷光の入射をより確実に防止する。
【解決手段】ライトトンネル３０は、複数の板状部材１２によって、光が入射する入射開口と、入射開口から入射した光が反射を繰り返しながら進行する内部空間と、内部空間を進行した光が出射される出射開口１１とが形成されたライトトンネルであって、板状部材１２の出射開口１１における厚さは、入射開口における厚さよりも薄い。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源から出射された光の輝度分布を均一化させるライトトンネルと該ライトトンネルを備えた投写型表示装置とに関するものである。

光源から出射された光の輝度分布を均一化させる光学素子としてライトトンネルが知られている。例えば、一般的な投写型表示装置は、光源と、該光源から照射された光の輝度分布を均一化させるライトトンネルを含む照明光学系と、照明光学系によって導かれた光を映像信号に基づいて変調する画像形成素子と、画像形成素子によって変調された光（画像）をスクリーンに向けて投射（投写）する投射光学系とを備えている。

図６（ａ）に一般的なライトトンネル５０を示す。図６（ａ）に示されているライトトンネル５０は、同図（ｂ）に示す長方形のガラス板５２を組み合わせてなる角筒である。図６（ｂ）に示すように、ライトトンネル５０を構成している各ガラス板５２の一方の主面５２ｂには誘電体多層膜もしくは銀蒸着膜などの高反射特性を持った膜が成膜されており、各ガラス板５２は誘電体多層膜もしくは銀蒸着膜が対面する向きで組み合わされている。すなわち、ライトトンネル５０の内面には誘電体多層膜もしくは銀蒸着膜が形成されている。

ライトトンネル５０の一方の開口部（入射開口５１）から該ライトトンネル５０内に入射した光は、誘電体多層膜によって複数回反射されながら内部空間内を進行し、他方の開口部（出射開口）から出射される。ライトトンネル５０を通過する光の輝度分布は、光が反射を繰り返しながら内部空間内を進行する間に均一化される。

しかし、図６（ａ）に示す入射開口５１からライトトンネル５０内に光が入射する際、該ライトトンネル５０の内部空間のみでなく、該ライトトンネル５０の端面にも光が入射し、入射した光は反対側の端面から出射する。尚、本明細書においてライトトンネルの端面という用語は、入射開口又は出射開口の周囲の各ガラス板の端面を総称する用語として用いる。また、入射開口の周囲のガラス板の端面と出射開口の周囲のガラス板の端面とを区別する必要がある場合には、前者を「入射側端面」、後者を「出射側端面」という。従って、上記事項を換言すれば、図６（ａ）に示す入射開口５１からライトトンネル５０内に光が入射する際、該ライトトンネル５０の内部空間のみでなく、該ライトトンネル５０の入射側端面５３にも光が入射し、入射した光は不図示の出射側端面から出射する。

従って、ライトトンネルを含む照明光学系を備えた投写型表示装置では、ライトトンネルの出射側端面から出射された光が迷光となって映像品質に影響を与える場合がある。以下、図７を参照して具体的に説明する。図７は、図６（ａ）に示すライトトンネル５０から出射された光（照明光）の反射型画像形成素子６０に対する照射状態を模式的に示した図である。尚、照明光は不図示の光源から出射されるものとする。また、光源はリフレクタを備えており、ライトトンネル５０の入射開口５１及び入射側端面５３は、光源から発せられた照明光がリフレクタによって集光される焦点近傍に配置されている。また、ライトトンネル５０と反射型画像形成素子６０との間には、ライトトンネル５０から出射された照明光を反射型画像形成素子６０の表面に集光させる不図示のレンズが介在している。そして、ライトトンネル５０の出射開口５１及び出射側端面５３と反射型画像形成素子６０の表面とは、上記レンズを介して共役関係にある。

再び図７を参照する。図７において鎖線で示されたエリア７１は、反射型画像形成素子６０の有効表示エリアである。また、有効表示エリア６０を内包するドットで示されたエリア７１は、ライトトンネル５０の出射開口から出射された光の照射エリア（以下「第一照射エリア７１」）である。さらに、第一照射エリア７１の外側の斜線で示されたエリア７２は、ライトトンネル５０の出射側端面５３から出射された光の照射エリア（以下「第二照射エリア７２」）である。

有効表示エリア７０を隈なく照明すべく、第一照射エリア７１は、有効表示エリア７０よりも若干大きく設定されている。換言すれば、第一照射エリア７１は、有効表示エリア７０に対して所定のマージンを有しており、反射型画像形成素子６０の有効表示エリア７０は、ライトトンネル５０の出射開口５１から出射された光によって過不足なく照明される。従って、第二照射エリア７２に照射される光（ライトトンネル５０の出射側端面から出射された光）は画像形成に寄与しない不要光（迷光）である。ここで、ライトトンネル５０の出射側端面と反射側画像表示素子６０の表面とは、上記のとおり共役関係にある。従って、上記迷光が第二照射エリア７２に照射されていることは、ライトトンネル５０の出射側端面の像が反射側画像表示素子６０の表面に結像されていることを意味する。この結果、反射側画像表示素子６０の表面に結像された出射側端面の像が投写映像の周囲に投影され映像品質を悪化させる。映像品質は、反射側画像表示素子の表面に結像される出射側端面の像が大きいほど悪化する。

そこで、特許文献１には、光変調装置を保持する保持枠であって、画像形成領域を外れる光束（上記迷光に相当）を反射する反射面を備えた保持枠が記載されている。すなわち、画像形成素子の光束入射側に、該画像形成素子とは別体のマスクを設けることによって、迷光が画像形成素子に入射することを防止する技術が開示されている。また、図８に示すように、ライトトンネル５０の入射側端面５３を枠状の反射板８０で覆って、入射側端面５３への光の入射を防止する技術も知られている。

特開２００７−１９９２７９号公報

しかし、マスクや反射板の寸法のバラツキ、マスクや反射板と画像形成素子やライトトンネルとの位置合わせバラツキなどにより、画像形成素子への迷光の入射を完全に防止することは難しい。

本発明の目的は、画像形成素子への迷光の入射をより確実に防止可能なライトトンネルとそれを備えた投写型表示装置とを提供することである。

本発明のライトトンネルは、複数の板状部材によって、光が入射する入射開口と、入射開口から入射した光が反射を繰り返しながら進行する内部空間と、内部空間を進行した光が出射される出射開口とが形成されたライトトンネルであって、板状部材の出射開口における厚さは、入射開口における厚さよりも薄いことを特徴とする。

本発明の投写型表示装置は、光源と、光源から照射された光の輝度分布を均一化させる上述のライトトンネルと、を含む照明光学系と、照明光学系によって導かれた光を映像信号に基づいて変調する画像形成素子と、画像形成素子によって変調された光を投射する投射光学系とを有している。

画像形成素子への迷光の入射をより確実に防止することができるライトトンネルと、そのライトトンネルを備えた投写型表示装置とが実現される。

実施形態１に係るライトトンネルの斜視図である。 実施形態２に係るライトトンネルの斜視図である。 （ａ）は実施形態３に係るライトトンネルの斜視図、（ｂ）は縦断面図である。 実施形態３に係るライトトンネルによる照明光の照射状態を示す模式図である。 実施形態４に係るライトトンネルの縦断面図である。 （ａ）は一般的なライトトンネルの斜視図、（ｂ）はライトトンネルを構成しているガラス板の斜視図である。 図６（ａ）に示すライトトンネルによる照明光の照射状態を示す模式図である。 迷光の発生を防止するための手段の一例を示す斜視図である。

（実施形態１）
以下、本発明のライトトンネルの実施形態の一例について説明する。図１は、本実施形態に係るライトトンネル１０を出射開口１１の側から見た斜視図である。図示されているライトトンネル１０は、４枚の長方形のガラス板１２を組み合わせてなる角筒である。ライトトンネル１０を構成している各ガラス板１２の主面には不図示の誘電体多層膜もしくは銀蒸着膜が成膜されており、各ガラス板１２は誘電体多層膜が対面する向きで組み合わされている。すなわち、ライトトンネル１０の内面には誘電体多層膜もしくは銀蒸着膜が形成されている。

さらに、ライトトンネル１０の出射側端面１３には、波長が４００[nm]〜６５０[nm]の光に対する反射率が９８％以上である光学薄膜１４が蒸着によって形成されている。具体的には、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂などの酸化物系の材料からなる誘電体多層膜が蒸着されている。ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂以外の酸化物系の材料によっても、波長が４００[nm]〜６５０[nm]の光に対する反射率が９５％である誘電体多層膜を形成することが可能であり、光学薄膜１４に含まれる。

また、光学薄膜１４には、ＡｌやＡｌの上にＭｇＦ₂、ＳｉＯなどのフッ化物や酸化物をコーティングした金属膜も含まれる。かかる金属膜は、波長が４００[nm]〜６５０[nm]の光に対して９０％前後の反射率を有している。かかる金属膜は、上記誘電体多層膜に比べて安価である。よって、光学薄膜１４を上記金属膜とすることによって、ライトトンネル１０のコストダウンを図ることができる。

さらに、光学薄膜１４には、ライトトンネル１０の出射側端面１３に塗布された耐熱塗料からなる塗膜も含まれる。耐熱塗料としては、シリコーン樹脂またはフッ素樹脂をベースとする塗料が望ましく、色は黒が望ましい。

尚、光学薄膜は、ライトトンネルの入射側端面（不図示）に形成してもよく、入射側端面及び出射側端面の双方に形成してよい。例えば、光学薄膜を誘電体多層膜よりも安価ではあるが反射率が低い金属膜とした場合、入射側端面及び出射側端面の双方に光学薄膜（金属膜）を形成することによって、全体として十分な反射率を確保しつつ、コストを低減させることができる。

また、入射側端面及び出射側端面に形成する光学薄膜は同一の膜でなくともよい。例えば、入射側端面に形成する光学薄膜を誘電体多層膜、出射側端面に形成される光学薄膜を金属膜や塗膜とすることもできる。これら光学薄膜の組み合わせは、ライトトンネルの温度やコストなどに応じて適宜選択することができる。

（実施形態２）
以下、本発明のライトトンネルの実施形態の他例について図２を参照しつつ説明する。もっとも、本実施形態に係るライトトンネル２０の基本構成は、実施形態１に係るライトトンネル１０と同一である。そこで、同一の構成については図中に同一の符号を付して説明に代え、異なる構成についてのみ以下に説明する。

図２は、本実施形態に係るライトトンネル２０を出射開口１１の側から見た斜視図である。ライトトンネル２０の出射側端面１３には拡散処理が施されている。具体的には、フロスト処理などの粗面処理によって表面を粗（磨りガラス状）とすることによって、出射側端面１３から出射される光が周囲に拡散されるようにしてある。

尚、フロスト処理に代えて、出射側端面１３に粒状物質を含有する液体材料を塗布して塗膜を形成しても同様の拡散効果が得られる。例えば、ガラス粒が混合された液体材料を出射側端面１３に塗布・乾燥させ、ガラス粒を出射側端面１３上に定着させる。

フロスト処理その他の拡散処理は、出射側端面でなく、入射側端面に施してもよく、出射側端面及び入射側端面の双方に施してもよい。また、出射側端面に施す拡散処理と入射側端面に施す拡散処理とが異なってもよい。

（実施形態３）
以下、本発明のライトトンネルの実施形態の他例について図３を参照しつつ説明する。もっとも、本実施形態に係るライトトンネル３０の基本構成は、実施形態１に係るライトトンネル１０と同一である。そこで、同一の構成については図中に同一の符号を付して説明に代え、異なる構成についてのみ以下に説明する。

図３（ａ）は、本実施形態に係るライトトンネル３０を出射開口１１の側から見た斜視図である。また、図３（ｂ）は、ライトトンネル３０の縦断面図である。ライトトンネル３０は、図６（ａ）に示すライトトンネル５０の出射開口５１と同一面積の出射開口１１を有する一方、出射側端面１３の面積は、図６（ａ）に示すライトトンネル５０の出射端面の面積よりも小さい。具体的には、ライトトンネル３０を構成している各ガラス板１２の主面１２ａの出射側端面寄りの一部をテーパ面１４としてある。

ここで、図３（ｂ）から明らかなように、テーパ面１４が形成されているガラス板１２の主面（外面）１２ａは、誘電体多層膜（不図示）が形成されている主面（内面）１２ｂと反対側の主面である。換言すれば、ガラス板１２の２つの主面１２ａ、１２ｂのうち、ライトトンネル３０の外面を形成している主面１２ａの一部にテーパ面１４が形成されている。また、テーパ面１４は、出射側端面１３に近接するに連れて、主面１２ｂに近接するように傾斜していることも図３（ｂ）から明らかである。

図４は、ライトトンネル３０から出射された光（照明光）によって図７に示す反射型画像形成素子６０を照明した場合の照明光の照射状態を模式的に示した図である。また、図７と同様に、図４中に鎖線で示されたエリアは、反射型画像形成素子６０の有効表示エリア２０である。また、有効表示エリア２０を内包するドットで示されたエリア２１は、ライトトンネル３０の出射開口１１から出射された光の照射エリア（以下「第一照射エリア２１」）である。さらに、第一照射エリア２１の外側の斜線で示されたエリア２２は、ライトトンネル３０の出射側端面１３から出射された光の照射エリア（以下「第二照射エリア２２」）である。

図４と図７とを比較すると、次のことが分かる。本実施形態に係るライトトンネル３０は、図６（ａ）に示すライトトンネル５０の出射開口５１と同一面積の出射開口１１有する。従って、図４に示されている第一照射エリア２１と図７に示されている第一照射エリア７１とは同一面積を有する。すなわち、ライトトンネル３０を用いた場合も、有効表示エリア２０に対して所定のマージンを有する第一照射エリア２１が確保され、有効表示エリア２０は隈なく照明される。

一方、ライトトンネル３０の出射側端面１３の面積は、図６（ａ）に示すライトトンネル５０の出射側端面の面積よりも小さい。従って、図４に示されている第二照射エリア２２は、図７に示されている第二照射エリア７２よりも小さい。換言すれば、ライトトンネル３０を用いた場合に反射型画像形成素子６０上に結像される出射側端面１３の像の大きさは、ライトトンネル５０を用いた場合に結像される出射側端面の像の大きさよりも小さい。

テーパ面１４は、主面１２ａの入射側端面寄りに形成してもよいし、入射側端面寄り及び出射側端面寄りの双方に形成してもよい。テーパ面１４を主面１２ａの入射側端面寄りに形成した場合、ライトトンネル３０の入射側端面の面積が図６（ａ）に示すライトトンネル５０の入射側端面の面積よりも小さくなる。この結果、ライトトンネル３０の入射側端面に入射する光の量がライトトンネル５０の入射側端面に入射する光の量に比べて少なくなり、これに応じて、ライトトンネル３０の出射側端面１３から出射される光の量も少なくなる。すなわち、迷光の光量が低減される。

（実施形態４）
以下、本発明のライトトンネルの実施形態の他例について図５を参照しつつ説明する。もっとも、本実施形態に係るライトトンネル４０の基本構成は、実施形態１に係るライトトンネル１０と同一である。そこで、同一の構成については図中に同一の符号を付して説明に代え、異なる構成についてのみ以下に説明する。

図５は、本実施形態に係るライトトンネル４０の縦断面図である。ライトトンネル４０は、図６（ａ）に示すライトトンネル５０の出射開口５１と同一面積の出射開口１１を有する一方、出射側端面１３の面積は、図６（ａ）に示すライトトンネル５０の出射端面の面積よりも小さい。具体的には、ライトトンネル４０を構成している各ガラス板１２の出射側端面寄りの厚みを他の部分よりも薄くしてある。従って、実施形態３に係るライトトンネル３０と同様の作用効果が得られる。また、各ガラス板１２の入射側端面寄りの厚みを他の部分よりも薄くしてもよく、入射側端面寄り及び出射側端面寄りの双方における厚みを他の部分に比べて薄くしてもよい。

尚、図５に示す出射側端面１３と、それよりも光の進行方向後方に一段後退した端面１３ａとの合計面積は、図６（ａ）に示すライトトンネル５０の出射側端面５１の面積に等しい。しかし、端面１３ａは、出射側端面１３及び出射開口１１よりも光の進行方向後方に後退している。すなわち、出射側端面１３及び出射開口１１は、不図示のレンズを介して、不図示の画像形成素子の表面と共役関係にあるが、端面１３ａと画像形成素子の表面とは共役関係にない。よって、端面１３ａの像が画像形成素子の表面に結像されることなく、迷光の影響は低減される。

また、ガラス板１２の入射側端面寄りの一部の厚みを他の部分よりも薄くした場合、入射側端面よりも光の進行方向前方に、端面１３ａと同様の端面が形成される。しかし、この端面は、ライトトンネル４０に入射される光の焦点位置（入射開口及び入射側端面の位置）から外れている。従って、上記端面に入射する光の量は、該端面が上記焦点位置にある場合に比べて少なくなる。

１０、２０、３０、４０、５０ ライトトンネル
１１、５１ 出射開口
１２、５２ ガラス板
１２ａ 外面
１２ｂ、５２ｂ 内面
１３、５３ 出射側端面
１３ａ 端面
１４ テーパ面
２０、７０ 有効表示エリア
２１、７１ 第一照明エリア
２２、７２ 第二照明エリア
６０ 反射型画像形成素子
８０ 反射板

Claims (5)

1. 複数の板状部材によって、光が入射する入射開口と、前記入射開口から入射した光が反射を繰り返しながら進行する内部空間と、前記内部空間を進行した光が出射される出射開口とが形成されたライトトンネルであって、
   前記板状部材の前記出射開口における厚さは、前記入射開口における厚さよりも薄いことを特徴とするライトトンネル。
2. 前記板状部材の前記出射開口寄りの端部の外面が内面に近接するように傾斜している、請求項１に記載のライトトンネル。
3. 前記板状部材の前記出射開口寄りの端部の外面が段階的に内面に近接している、請求項１に記載のライトトンネル。
4. 前記入射開口の面積は前記出射開口の面積と等しい、請求項１から３のいずれか１項に記載のライトトンネル。
5. 光源と、前記光源から照射された光の輝度分布を均一化させる請求項１から４のいずれか１項に記載のライトトンネルと、を含む照明光学系と、
   前記照明光学系によって導かれた光を映像信号に基づいて変調する画像形成素子と、
   前記画像形成素子によって変調された光を投射する投射光学系と、を有する投写型表示装置。

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