JP4794195B2 - Projection display - Google Patents
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本発明は、ライトバルブを用いた投射型表示装置に関する。 The present invention relates to a projection display device using a light valve.
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射レンズによりスクリーン上に拡大投射する方法が従来からよく知られている(例えば、特許文献1)。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り光学像を形成する空間光変調素子を用いた場合、光利用効率の高い高輝度の投射画像を表示することができる。ライトバルブには、例えば、液晶を使った透過型ライトバルブや、反射を使った反射型ライトバルブがある。以下、主に反射型ライトバルブを用いる場合を例に説明する。 As a method for obtaining a large screen image, a method of forming an image according to a video signal on a light valve and irradiating the image with light and then enlarging and projecting the optical image formed on the screen by a projection lens is often used. Known (for example, Patent Document 1). When a spatial light modulator that forms an optical image by controlling the traveling direction of light according to a video signal is used as the light valve, a high-luminance projection image with high light utilization efficiency can be displayed. Examples of the light valve include a transmissive light valve using liquid crystal and a reflective light valve using reflection. Hereinafter, a case where a reflective light valve is mainly used will be described as an example.
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 Micro Mirror Device、以下、DMDと呼ぶ)が注目されている。DMDは、シリコン基板上に多数の微少な反射ミラー(以下、微少ミラーと呼ぶ)が2次元的に配置されており、各微少ミラーが画素を構成する。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度または−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。 In recent years, a digital micromirror device (hereinafter referred to as DMD) has attracted attention as a reflective light valve. In the DMD, a large number of minute reflecting mirrors (hereinafter referred to as minute mirrors) are two-dimensionally arranged on a silicon substrate, and each minute mirror constitutes a pixel. Each micromirror is configured to move like a seesaw within a range of ± θ degrees (usually θ is about 10). The DMD forms an optical image by controlling the light emission direction by tilting each micromirror by + θ degrees or −θ degrees in accordance with the video signal.
図9及び図10は、反射型ライトバルブを用いた従来の投射型表示装置の構成を示す水平断面図である。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射光学系に入力させる光学ユニットとして、図9に示す投射型表示装置では全反射プリズム105A及び105Bが用いられ、図10に示す投射型表示装置では凸レンズ118が用いられている。いずれの投射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、図9に示す全反射プリズム105A及び105Bを用いた従来の投射型表示装置について以下に説明する。
9 and 10 are horizontal cross-sectional views showing the configuration of a conventional projection display device using a reflective light valve. As the optical unit for guiding the illumination light to the reflection type light valve and inputting the formed optical image to the projection optical system, the
光源としてのランプ101から放射される光を反射型ライトバルブ106上に集光及び照明する照明光学系110は、ランプ101、凹面鏡102、ロッドプリズム103及びコンデンサーレンズ104によって構成される。ロッドプリズム103は、例えば四角柱状であり、その断面は、反射型ライトバルブ106の有効表示領域にほぼ等しいアスペクト比を有する。凹面鏡102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。また、ランプ101の発光体の中心は、凹面鏡102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103の光入射面は、凹面鏡102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102は、赤外光を透過させ、可視光を反射させる光学多層膜をガラス製基材の内面に形成したものである。
An illumination
ランプ101から放射される放射光は、凹面鏡102により反射及び集光され、凹面鏡102の第2焦点にランプ101の発光体像を形成する。ランプ101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という問題がある。この問題は、凹面鏡102の第2焦点付近にロッドプリズム103の入射面口を配置し、ロッドプリズム103の内側面で入射光を多重反射させて輝度の均一化を図り、ロッドプリズム103の出射面口を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104、さらに光学ユニットである全反射プリズム105Aの面105aから全反射プリズム105Bの面105bを介し、カバーガラス107を通して反射型ライトバルブ106を照明し、照明光111の均一性を確保することができる。
The radiated light emitted from the
特に、反射型のライトバルブとしてDMDを使用した場合、DMDの微小ミラーに入射した照明光111の反射光の光束は、微少ミラーがON信号時には投射レンズ109に入射する入射光116となり、逆にOFF信号時には投射レンズに入射しない方向に進行する非入射光115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射すべき画像を形成させる。
しかしながら、特に反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置においては、スクリーン上に投射された画像の上に、必要な画像とは無関係であり、かつ所定の明るさを有する不要な投射光(以下、不要光と呼ぶ)が投射されてしまう場合がある。不要光がスクリーン上に到達すると、本来の所望の像とは別の像(以下、ゴーストと呼ぶ)が形成されてしまうため、画質が劣化してしまう。近年、投射型表示装置の明るさが向上するにつれ、不要光による画質の劣化がますます大きな問題となってきている。 However, particularly in a projection display device using a reflective light valve, unnecessary projection light (hereinafter referred to as “unnecessary projection light”) having a predetermined brightness on the image projected on the screen is irrelevant to the necessary image. , Called unnecessary light). When unnecessary light reaches the screen, an image different from the original desired image (hereinafter referred to as a ghost) is formed, so that the image quality deteriorates. In recent years, as the brightness of projection display devices has improved, image quality degradation due to unnecessary light has become an increasingly serious problem.
不要光は、例えば、ランプより放射された放射光が光学素子を支持する保持具等の部品の間で反射を繰り返すことによって生じ、最終的に投射レンズを通過してスクリーン上に到達する。不要光が発生する原因は主に2つある。その1つは、ランプより放射された照明光が、屈折率の異なる光学素子の界面で必ず反射してしまうためであり、もう1つは、照明光が反射型ライトバルブ上に結像される際に、照明光がライトバルブの有効表示領域外に到達してしまうためである。 Unnecessary light is generated, for example, when the radiated light emitted from the lamp is repeatedly reflected between components such as a holder that supports the optical element, and finally passes through the projection lens and reaches the screen. There are mainly two causes for generating unnecessary light. One is that the illumination light emitted from the lamp is always reflected at the interface of optical elements having different refractive indexes, and the other is that the illumination light is imaged on the reflective light valve. This is because the illumination light reaches outside the effective display area of the light valve.
図11は、モデル化した反射型ライトバルブの正面図である。図11Aは、反射型ライトバルブ106と、その中央に位置する有効表示領域121とを示す。図11Bは、図11Aに示す反射型ライトバルブ106上に結像した照明光の像(以下、照明像と呼ぶ)22を示す。通常、照明像は、反射型ライトバルブ106の有効表示領域121よりもやや大きく構成されているため、有効表示領域121外に到達する光は不要光となる。
FIG. 11 is a front view of the modeled reflective light valve. FIG. 11A shows a
照明像がライトバルブの有効表示領域よりも大きく構成されているのは、照明光学系を組み立てる際の誤差や構成部品の誤差で、有効表示領域に照明像が重ならない部分が存在することによるスクリーン上の投射像の欠けを防止するためである。仮に、ライトバルブの有効表示領域の大きさと照明像の大きさとを完全に一致させたとしても、照明像には必ず光学設計上の収差や照明光学系組み立て時の誤差が発生するため、反射型ライトバルブの有効表示領域外に照明像の一部がはみ出し、不要光が生じてしまう。 The illumination image is configured to be larger than the effective display area of the light valve. This is due to errors in assembling the illumination optical system and errors in the components, and there is a screen where the illumination image does not overlap in the effective display area. This is to prevent chipping of the upper projected image. Even if the size of the effective display area of the light valve and the size of the illumination image are perfectly matched, the illumination image always includes aberrations in optical design and errors during assembly of the illumination optical system. A part of the illumination image protrudes outside the effective display area of the light valve, and unnecessary light is generated.
また、反射型ライトバルブとしてDMDを使用した場合、OFF信号時の反射光である非入射光はすべて不要光となる。これらの不要光が、光学素子やそれを支持する支持部材間で反射を繰り返し、投射レンズを通してスクリーン上に達した場合、ゴーストが形成されてしまうため、画質劣化の原因となる。 Further, when DMD is used as a reflection type light valve, all non-incident light that is reflected light at the time of OFF signal becomes unnecessary light. When the unnecessary light is repeatedly reflected between the optical element and the support member that supports the optical element and reaches the screen through the projection lens, a ghost is formed, which causes image quality deterioration.
図12は、全反射プリズムを用いた従来の投射型表示装置の構成を示す水平断面図である。以下、図12に示す従来の投射型表示装置において、不要光がスクリーン上に到達する一例について具体的に説明する。ランプ101より放射された放射光は、ロッドプリズム103、コンデンサーレンズ104を経由し、全反射プリズム105Aで全反射して反射型ライトバルブ106に入射する。反射型ライトバルブ106に入射した照明光は、微小ミラーがON信号時は投射レンズ109へ進行するが、逆に微小ミラーがOFF信号時は全反射プリズム105Bへ入射する。全反射プリズム105Bへ入射した不要光のうち、大部分が全反射プリズム105Bの外部へ抜けていくが(図12の117)、その一部は全反射プリズム105Bの内部及び支持部112で反射し、投射レンズ109を通過してスクリーン上に到達してしまう(図12の122)。なお、図12では、支持部材のうち、光学素子に接している部材のみを支持部112〜114として図示し、その他の支持部材の図示は省略している。
FIG. 12 is a horizontal sectional view showing a configuration of a conventional projection display apparatus using a total reflection prism. Hereinafter, an example in which unnecessary light reaches the screen in the conventional projection display device shown in FIG. 12 will be specifically described. The radiated light emitted from the
上記では、支持部112で不要光が反射する典型的な例について説明したが、投射型表示装置の内部ではさまざまな不要光が飛び交っているため、図12に示す他の支持部113または114で不規則に反射した不要光が投射レンズ109内に入射する可能性もある。
In the above, a typical example in which unnecessary light is reflected by the support unit 112 has been described. However, since various unnecessary light is scattered inside the projection display device, the
それゆえに、本発明の目的は、投射レンズへの不要光の入射を確実に防止し、ゴーストの形成を実質的に完全に抑制することができる投射型表示装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a projection display device that can reliably prevent unwanted light from entering a projection lens and can substantially completely suppress ghost formation.
本発明は、光源からの光を集光してライトバルブを照明する照明光学系と、前記照明光学系からの照明光をライトバルブに導く光学ユニットと、前記光学ユニットにより導かれた照明光を反射又は透過して光学像を形成するライトバルブと、前記ライトバルブが形成した光学像を投射する投射光学系と、前記照明光学系、光学ユニット、ライトバルブ及び投射光学系を構成する光学素子の少なくとも一部を支持する支持部とを備えた投射型表示装置であって、前記支持部は、前記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所定形状の構造単位を配列してなる反射防止構造体を形成したシートを有し、かつ前記支持部に設けたシートは、前記照明光を吸収可能なものであることを特徴とする。 The present invention relates to an illumination optical system for condensing light from a light source to illuminate a light valve, an optical unit for guiding illumination light from the illumination optical system to a light valve, and illumination light guided by the optical unit. A light valve that reflects or transmits light to form an optical image, a projection optical system that projects the optical image formed by the light valve, and an optical element that constitutes the illumination optical system, the optical unit, the light valve, and the projection optical system. A projection-type display device comprising: a support unit supporting at least a part thereof, wherein the support unit periodically arranges structural units having a predetermined shape in an array at a pitch smaller than the shortest wavelength of the illumination light. The sheet having the antireflection structure formed thereon and having the sheet provided on the support portion is capable of absorbing the illumination light .
また、反射防止構造体はシート上に形成されており、支持部の少なくとも一部にシートが貼付されていてもよい。例えば、シートは、照明光を吸収可能な材料からなるものであってもよく、または、シートは、透明材料からなり、かつシートが貼付される支持部は、照明光を吸収可能な材料からなるものであってもよい。 Moreover, the antireflection structure is formed on a sheet, and the sheet may be attached to at least a part of the support portion. For example, the sheet may be made of a material that can absorb illumination light, or the sheet is made of a transparent material, and the support portion to which the sheet is attached is made of a material that can absorb illumination light. It may be a thing.
好ましくは、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置されるとよい。 Preferably, the structural units of the antireflection structure are periodically arranged in an array at a pitch of ½ or less of the shortest wavelength of illumination light.
好ましくは、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し、より好ましくは、少なくともピッチの3倍以上の高さを有するとよい。 Preferably, the structural unit of the antireflection structure has a height of at least the pitch, and more preferably has a height of at least three times the pitch.
また、反射防止構造体の構造単位が、略錐状の突出形状および/または略錐状の陥没構造であってもよい。 Further, the structural unit of the antireflection structure may be a substantially conical protruding shape and / or a substantially conical depressed structure.
また、照明光を吸収可能な材料が、照明光を吸収するための染料を含有するものであってもよい。 Moreover, the material which can absorb illumination light may contain the dye for absorbing illumination light.
本発明によれば、投射レンズへの不要光の入射を確実に防止し、ゴーストの形成を実質的に完全に抑制することができる投射型表示装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the projection type display apparatus which can prevent incidence | injection of the unnecessary light to a projection lens reliably, and can suppress formation of a ghost substantially completely is provided.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る投射型表示装置の構成を示す水平断面図である。図1において、投射型表示装置は、照明光学系10と、全反射プリズム5と、反射型ライトバルブ6と、カバーガラス7と、投射光学系8と、支持部12〜14とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a horizontal sectional view showing a configuration of a projection display apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the projection display device includes an illumination
照明光学系10は、光源としてのランプ1から放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は、ランプ1と、凹面鏡2と、ロッドプリズム3と、コンデンサーレンズ4とを含む。投射光学系8は、投射レンズ9を含む。
The illumination
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焦点を有する。ランプ1の発光体の中心は、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の光入射面は、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。また、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。
The concave mirror 2 has an elliptical cross-sectional shape, and has a first focal point and a second focal point. The center of the light emitter of the lamp 1 is disposed so as to be positioned near the first focal point of the concave mirror 2, and the light incident surface of the
ロッドプリズム3は、その断面が反射型ライトバルブ6の有効表示面と略同じアスペクト比であり、例えば内面に鏡を張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。
The cross section of the
まず、ランプ1から放射される放射光は凹面鏡2により反射及び集光され、凹面鏡の第2焦点にランプ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にあるため、輝度に不均一性が残る。この問題に対し、第2焦点付近にロッドプリズムの入射面を配置し、ロッドプリズム3の側面で入射光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の出射面を2次光源として以降のコンデンサーレンズ4、さらに全反射プリズム5を介して反射型ライトバルブ6上に結像させれば、照明光の均一性を確保することが出来る。なお、本実施形態において、照明光とは、光源から放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。
First, the radiated light emitted from the lamp 1 is reflected and collected by the concave mirror 2 to form a luminous body image of the lamp at the second focal point of the concave mirror. The luminous body image of the lamp 1 is brightest in the vicinity of the center near the optical axis and tends to become darker as the periphery becomes darker. To solve this problem, the incident surface of the rod prism is disposed near the second focal point, the incident light is multiply reflected by the side surface of the
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、光学ユニットである全反射プリズム5Aと、ロッドプリズム3との間に配置される。なお、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、例えば光軸上に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。
The condenser lens 4 collects the
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及び5Bに入射する。全反射プリズム5A及び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及び5Bは、空気層を介して面5aと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。
Next, the
反射型ライトバルブ6は、例えばDMDであって、導かれた照明光11を反射して光学像を形成する。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、各微小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、各微小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。微小ミラーに入射した照明光11の反射光の光束は、微小ミラーがON信号時には、光学像を投射するために投射レンズ9に入射する入射光(ON光)16となり、逆にOFF信号時には、投射レンズに入射しない方向に進行する非入射光(OFF光)15となる。このように各微小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射すべき画像を形成させることができる。
The reflective
支持部12〜14は、投射型表示装置に含まれる光学素子の少なくとも一部を支持する支持部材(保持具)の一部である。光学素子は、例えば、照明光学系10や投射光学系8、光学ユニット等を構成する素子や反射型ライトバルブである。なお、図1では、支持部材のうち、光学素子に接している部材のみを支持部12〜14として図示し、その他の支持部材の図示は省略している。支持部材12は、全反射プリズム5Bの投射光学系8と対向する面の一部に配置され、全反射プリズム5Bを支持する。支持部材13は、反射型ライトバルブ6及び全反射プリズム5Aを支持する。支持部材14は、全反射プリズム5Aの反射型ライトバルブ6と対向する面の一部に配置され、全反射プリズム5Aを支持する。
The
本実施形態に係る投射型表示装置の大きな特徴は、支持部12〜14が照明光を吸収可能な材料からなり、かつ、支持部12〜14の少なくとも一部に反射防止構造体23が形成されていることである。これにより、支持部12〜14は、照明光11のなかの不要な光(不要光)の反射を低減させ、かつ内部に吸収することができる。以下、支持部12〜14及び支持部12〜14による不要光の削減について図面を参照しながら詳細に説明する。
A major feature of the projection display device according to the present embodiment is that the
図2は、図1に示す投射型表示装置において、入射光16、非入射光15及び不要光が経由する光路を示す図である。図2において、入射光16及び非入射光15が経由する光路を実線で示し、不要光が経由する光路を点線で示す。
FIG. 2 is a diagram showing an optical path through which
コンデンサーレンズ4から出射した照明光11は、全反射プリズム5Aの面5aで反射し、反射型ライトバルブ6へ入射する。ここで、反射型ライトバルブ6へ入射する照明光11のうちの一部は、反射型ライトバルブ6の有効表示領域外へ進行する。有効表示領域外へ進行した照明光11の一部は、支持部13で反射して全反射プリズム5Bを通過し、投射レンズ9へ入射してしまう(図2の21)。また、微小ミラーがOFF信号時に、反射型ライトバルブ6で反射した非入射光15の大部分は全反射プリズム5Bの外部へ抜け、投射レンズ9に入射しないが(図2の17)、非入射光15の一部は、全反射プリズム5B及び支持部12で反射し、投射レンズ9へ入射してしまう(図2の22)。これらの不要光21及び22が投射レンズ9へ入射することによって、ゴーストが形成されてしまう。
The
しかしながら、本実施形態に係る投射型表示装置は、支持部12〜14が照明光を吸収可能な材料からなり、かつ少なくともその一部に反射防止構造体が形成されているため、上記の不要な反射光の発生を十分に防止し、かつ支持部12〜14内部に吸収させることができるため、従来の投射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。
However, in the projection display device according to the present embodiment, the
図3Aは、図1に示す全反射プリズム5B及び支持部12の拡大図である。支持部12において、反射防止構造体23が形成されている部分を斜線で示す。図3Aに示すように、不要光である非入射光22が到達する面、つまり全反射プリズム5Bと対向する面の少なくとも一部には、反射防止構造体23が形成されている。なお、図3Aでは、全反射プリズム5Bと対向する面の全体に反射防止構造体23が形成されている場合を示しているが、必ずしも全反射プリズム5Bと対向する面の全体に反射防止構造体23が形成されている必要はなく、少なくとも一部に反射防止構造体23が形成されていればよい。
FIG. 3A is an enlarged view of the
また、図3Bに示すように、支持部12において、全反射プリズム5Bと対向する面だけでなく、当該面の側面に反射防止構造体23が形成されていてもよい。このように、支持体12が照明光を吸収可能な材料からなり、かつ少なくともその一部に反射防止構造体が形成されていることにより、全反射プリズム5Bを通過し、支持部12の側面に到達する不要光の反射を防止することができる。支持部12の側面に到達する不要光は、照明光と同じ波長を有しているため、反射防止構造体23及び支持部12を形成する照明光を吸収可能な材料によって、不要光の反射を実質的に完全に抑制することができる。
Moreover, as shown in FIG. 3B, in the
図3では、支持部12を例に説明したが、支持部13及び14も同様に、表面の少なくとも一部に反射防止構造体が形成されている。全反射プリズム5Aを支持する支持部14において、好ましくは、照明光が到達する面、つまり、支持部14の全反射プリズム5Aに対向する面の少なくとも一部に反射防止構造体23が形成されているとよい。
In FIG. 3, the
図4Aは、拡大した支持部13の水平断面図である。図4Aに示すように、反射型ライトバルブ6及び全反射プリズム5Aに対向する面に反射防止構造体23が形成されていてもよく、また、図4Bに示すように、反射型ライトバルブ6及び全反射プリズム5Aに対向する面、及びその側面に反射防止構造体23が形成されていてもよい。
FIG. 4A is a horizontal sectional view of the
反射防止構造体23とは、所定の形状を有する構造単位が、不要光(全反射プリズム5A、5Bで反射して支持部12〜14の表面へ到達してしまう光)となる照明光の波長(通常、約400〜700nm)の下限値、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。
The
なお前記ピッチとは、反射防止構造体23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。
In addition, the said pitch means the pitch in the densest arrangement direction, when the
また反射防止構造体23とは、反射を低減すべき照明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。
Further, the
本実施形態に用いることができる反射防止構造体23としては、例えば図5A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。
As the
構造単位のピッチP1は、反射防止構造体23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23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。
The pitch P1 of the structural unit is substantially constant in one arrangement direction in the
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23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23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。
The height H1 of the structural unit is not particularly limited, and the height H1 of all the structural units in the
しかしながら、反射防止構造体23の構造は、必ずしも図5Aに示す円錐形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5B)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6A)や角柱形状(図6B)などの柱状であっても、先端が丸くなっている釣鐘状(図7A及び図7B)であっても、円錐台形状(図8A)や角錐台形状(図8B)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。
However, the structure of the
さらに上記図5〜図8では、反射防止構造体23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23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23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23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23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。
Further, in FIGS. 5 to 8, the
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/または略錐状の陥没形状である反射防止構造体23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。
In the present embodiment, the refractive index of the illumination light continuously changes at the air interface, and the reflection of unnecessary light can be more sufficiently prevented. Alternatively, it is preferable to use the
支持部12〜14を構成する、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。
The material that can absorb the illumination light that constitutes the
本実施形態に係る支持部12〜14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23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23をその表面の少なくとも一部に有する支持部12〜14を安価でかつ大量に製造することができる。
Although there is no particular limitation on the manufacturing method of the
また上記の他にも、本実施形態に係る支持部12〜14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、通常ロッドプリズム3から出射される照明光11の強度は高いため、上述のように、支持部12〜14に到達する反射光もある程度の強度を有する。したがって、支持部12〜14の近傍は、比較的高温となる可能性があるので、かかる支持部12〜14としては、上記金属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。
In addition to the above, when manufacturing the
また、本実施形態に係る支持部12〜14は、その表面に反射防止構造体23が形成されているため、反射防止構造体23が形成される基材24の表面と、支持部12〜14により支持される光学素子とは、少なくとも反射防止構造体の高さH1だけ離れた位置に配置される。一方、支持部12〜14と、それにより支持される光学素子との距離が離れすぎると、本発明の目的を達成することが困難である。また、支持部12〜14とそれにより支持される光学素子とは、例えばL字型部材などの接続部材によって接続されてもよい。
Moreover, since the support parts 12-14 which concern on this embodiment have the
このように、本実施形態に係る支持部は照明光を吸収可能な材料からなり、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が少なくともその一部に形成されているため、空気との界面で照明光の中の不要光が反射するのを充分に防止し、かつ入射した不要光を実質的に完全に吸収することができる。 As described above, the support unit according to the present embodiment is made of a material capable of absorbing illumination light, and the structural units having a predetermined protruding shape or depression shape are periodically arrayed at a pitch smaller than the shortest wavelength of the illumination light. Since the arrayed antireflection structure is formed on at least a part thereof, unnecessary light in the illumination light is sufficiently prevented from being reflected at the interface with the air, and incident unnecessary light is substantially prevented. Can be completely absorbed.
なお、本実施形態に係る投射型表示装置は、以上のように、照明光学系、光学ユニット、反射型ライトバルブ、投射光学系、支持部を備え、支持部が照明光を吸収可能な材料からなり、かつ少なくともその一部に反射防止構造体が形成されている限り、その構造に特に限定はない。したがって、投射型表示装置は、例えば図1に示すようなフロントタイプの投射型表示装置であってもよく、またリアタイプの投射型表示装置であってもよい。 Note that, as described above, the projection display device according to the present embodiment includes an illumination optical system, an optical unit, a reflective light valve, a projection optical system, and a support unit, and the support unit is made of a material that can absorb illumination light. As long as the antireflection structure is formed at least in part, the structure is not particularly limited. Therefore, the projection type display device may be a front type projection type display device as shown in FIG. 1, for example, or may be a rear type projection type display device.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る投射型表示装置について、図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Next, a projection type display apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態に係る投射型表示装置の基本構成は第1の実施形態と同様であるが、支持部12〜14の少なくも一部が有する反射防止構造体23及び照明光を吸収可能な材料の構成が第1の実施形態と相違する。本実施形態は、支持部12〜14を構成する基材の上に、反射防止構造体23を有するシートが貼付されていることを特徴とする。
The basic configuration of the projection display device according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the
支持部12〜14を構成する基材は、吸収すべき所望の光束を包括する大きさ、機械的強度及び構成上必要な厚みを有する。基材は、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。黒色材料は、第1の実施形態と同様に、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂等の基材中にシアン、マゼンタ、イエロー等の色素を混ぜることによっ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))等の染料や、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られる。 The base material which comprises the support parts 12-14 has the magnitude | size which includes the desired light beam which should be absorbed, mechanical strength, and thickness required for a structure. A base material will not be specifically limited if it is a material which can absorb illumination light, For example, a black material can be used suitably. As in the first embodiment, the black material is a black dye obtained by mixing a pigment such as cyan, magenta, or yellow in a base material such as polycarbonate resin or acrylic resin (for example, Plaster Black 8950, Plaster Black 8970). (All are trade names, manufactured by Arimoto Chemical Co., Ltd.)) and pigments such as carbon black.
シートは、例えば、アクリル樹脂等の透明材料からなり、その表面の少なくとも一部に、照明光の最短波長よりも小さいピッチで形成された反射防止構造体23を有する。シートの厚みは、ハンドリングが容易で、かつ機械的強度が十分に得ることができればよいが、好ましくは10μm以上であるとよい。
A sheet | seat consists of transparent materials, such as an acrylic resin, for example, and has the
反射防止構造体23の高さ及びピッチは、第1の実施形態と同様に決定すればよく、反射防止構造体23は、照明光の最短波長よりも小さいピッチで、かつ、当該ピッチ以上の高さを有する。
The height and pitch of the
また、シートと基材との屈折率の差は、0.2以下である。シートと基材の屈折率の差を0.2以下とすることにより、シートと基材との界面で発生する反射率を問題とならない程度まで抑えることができる。さらには、シートと基材との屈折率の差は、0.1以下であるのが望ましい。シートと基材との屈折率の差を0.1以下とすることにより、シートと基材との界面で発生する反射率をさらに低減することが可能となり、迷光の発生を効率よく抑えることができる。 Moreover, the difference in refractive index between the sheet and the substrate is 0.2 or less. By setting the difference in refractive index between the sheet and the base material to 0.2 or less, the reflectance generated at the interface between the sheet and the base material can be suppressed to a level that does not cause a problem. Furthermore, the difference in refractive index between the sheet and the substrate is desirably 0.1 or less. By setting the difference in refractive index between the sheet and the substrate to 0.1 or less, it becomes possible to further reduce the reflectance generated at the interface between the sheet and the substrate, and to effectively suppress the generation of stray light. it can.
以上のように反射防止構造体23が形成されたシートと、当該シートが貼付される基材とは、例えば紫外線硬化樹脂を用いて接着することができる。なお、反射防止構造体23を少なくともその一部に有するシート自体を紫外線硬化樹脂で製造することとしてもよい。
As described above, the sheet on which the
反射防止構造体23を有するシートの製造法には特に限定がないが、シートは、例えば、以下のようにして製造することができる。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23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、例えば上記アクリル樹脂などの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23を少なくとも一部に有するシートを安価でかつ大量に製造することができる。
Although the manufacturing method of the sheet | seat which has the
プレス成形に用いるアクリル樹脂は、ハンドリングの容易性及び機械的強度の点から、厚みが10μm以上(シートの厚み+0.15μm)であることが好ましい。これにより、ハンドリングが容易で、かつ充分な機械的強度を有するシートを製造することができる。 The acrylic resin used for press molding preferably has a thickness of 10 μm or more (sheet thickness + 0.15 μm) from the viewpoint of easy handling and mechanical strength. Thereby, the sheet | seat which is easy to handle and has sufficient mechanical strength can be manufactured.
以上のように、本実施形態によれば、照明光を吸収可能な材料からなる基材の表面に、反射防止構造体23を有するシートを貼付することによって、入射する不要な照明光を、空気との界面での反射を充分に防止し、かつ入射した不要な照明光を実質的に完全に吸収することができる。したがって、これにより、目的の構造物に対して、安価かつ簡易に反射防止機能を付与することができる。
As described above, according to the present embodiment, the unnecessary illumination light that is incident on the surface of the base material made of a material that can absorb illumination light is attached to the surface of the base material by attaching the sheet having the
また、本実施形態では、シートの材料はアクリル樹脂であるものとして説明したが、シートの材料はこれに限られず、例えば。ポリカーボネート樹脂や、ポリエチレンテレフタレート樹脂等を用いることもできる。 Further, in the present embodiment, the sheet material is described as being an acrylic resin, but the sheet material is not limited to this, for example. A polycarbonate resin, a polyethylene terephthalate resin, etc. can also be used.
なお、本実施形態においては、シートの材料として透明材料が用いられていたが、必ずしも透明材料に限定されるものではなく、照明光を吸収可能な材料、例えば、染料や顔料により黒色に着色された黒色材料を用いてもよい。照明光を吸収可能な材料からなるシートを用いることにより、照明光の吸収効率のさらなる向上を図ることができる。なお、シートが照明光を吸収可能な材料からなる場合、シートが貼付される基材は必ずしも吸収可能な材料で構成されている必要はない。 In the present embodiment, a transparent material is used as a material for the sheet. However, the material is not necessarily limited to the transparent material, and is colored black by a material that can absorb illumination light, for example, a dye or a pigment. A black material may be used. By using a sheet made of a material that can absorb illumination light, it is possible to further improve the absorption efficiency of illumination light. In addition, when a sheet | seat consists of a material which can absorb illumination light, the base material on which a sheet | seat is affixed does not necessarily need to be comprised with the material which can absorb.
また、本実施形態では、反射防止構造体として構造単位が例えば円錐形状(図5A)の構造体を用いる場合を例に説明したが、第1の実施形態の場合と同様に、反射防止構造体の構造単位は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5B)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6A)や角柱形状(図6B)などの柱状であっても、先端が丸くなっている釣鐘状(図7A及び図7B)であっても、円錐台形状(図8A)や角錐台形状(図8B)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。また、第1の実施形態と同様に、反射防止構造体として構造単位は突出形状であってもよく、また、陥没形状であってもよい。 In the present embodiment, the case where a structural unit having a conical shape (for example, FIG. 5A) is used as an example of the antireflection structure has been described as an example. However, as in the case of the first embodiment, the antireflection structure is used. The structural unit is not necessarily limited to such a structure. For example, the structural unit may be a structure having a pyramid shape (FIG. 5B) such as a regular hexagonal pyramid shape or a quadrangular pyramid shape. Further, the shape of such a structural unit is not necessarily limited to a conical shape, and even if it is a columnar shape (FIG. 6A) or a prismatic shape (FIG. 6B), it has a bell shape (FIG. 7A and FIG. 7B) may be a truncated cone shape such as a truncated cone shape (FIG. 8A) or a truncated pyramid shape (FIG. 8B). Moreover, each structural unit does not need to be a strict geometric shape, and may be substantially a cone shape, a column shape, a bell shape, a frustum shape, or the like. As in the first embodiment, the structural unit of the antireflection structure may be a protruding shape, or may be a depressed shape.
また、第1及び第2の実施形態では、投写型表示装置が反射型ライトバルブを備える場合を例に説明したが、投写型表示装置が備えるライトバルブは液晶ライトバルブであってもよい。また、反射防止構造体が形成される支持部は、光学ユニット及び反射型ライトバルブの少なくともいずれか一方を支持するものとして説明したが、これに限定されず、投写型表示装置が備える光学素子を支持する支持金具や筐体等を照明光を吸収可能な基材で構成し、反射防止構造体を形成することにより、不要投射像を著しく低減でき、高品位の画像を形成させることができる。 In the first and second embodiments, the case where the projection display device includes the reflection type light valve has been described as an example. However, the light valve included in the projection display device may be a liquid crystal light valve. In addition, the support portion on which the antireflection structure is formed has been described as supporting at least one of the optical unit and the reflection type light valve. However, the present invention is not limited to this, and an optical element included in the projection display device is provided. By forming the supporting bracket, the case, and the like to be supported by a base material capable of absorbing illumination light and forming an antireflection structure, unnecessary projection images can be remarkably reduced, and high-quality images can be formed.
本発明は、投射レンズへの不要光の入射を確実に防止し、ゴーストの形成を実質的に完全に抑制することができる投射型表示装置等として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a projection display device that can reliably prevent unwanted light from entering the projection lens and can substantially completely suppress the formation of ghosts.
1、101 ランプ
2、102 凹面鏡
3、103 ロッドプリズム
4、104 コンデンサーレンズ
5A、5B、105A、105B 全反射プリズム
5a、5b、105a、105b 面
6、106 反射型ライトバルブ
7、107 カバーガラス
8、108 投射光学系
9、109 投射レンズ
10、110 照明光学系
11、111 照明光
12、13、14、112、113、114 支持部
15、115 非入射光
16、116 入射光
118 凸レンズ
1, 101
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