JP2004191878A - プリズム装置とこれを用いた投写型表示装置、リアプロジェクタ、及びマルチビジョンシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】空気層を介して複数のプリズムを組み合わせた全反射プリズム装置において、空気界面での光の透過特性を改善する。
【解決手段】プリズム装置は、ライトバルブ31と第１プリズム32と第２プリズム33とを備える。第１プリズム32と第２プリズム33とは空気層35を挟んで結合されている。第１プリズム32の第３面38から入射した光36は、空気層35との界面である第１プリズム32の第２面37で全反射しライトバルブ31に入射する。ライトバルブ31を反射した画像形成光40は空気層35を通過し第２プリズム33の第２面41から出射する。空気層35を形成する第１プリズム32の第２面37と第２プリズム33の第１面39のうちの少なくとも一方に、入射光の波長より小さいピッチの周期構造が形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】プリズム装置は、ライトバルブ31と第１プリズム32と第２プリズム33とを備える。第１プリズム32と第２プリズム33とは空気層35を挟んで結合されている。第１プリズム32の第３面38から入射した光36は、空気層35との界面である第１プリズム32の第２面37で全反射しライトバルブ31に入射する。ライトバルブ31を反射した画像形成光40は空気層35を通過し第２プリズム33の第２面41から出射する。空気層35を形成する第１プリズム32の第２面37と第２プリズム33の第１面39のうちの少なくとも一方に、入射光の波長より小さいピッチの周期構造が形成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリズム装置、及びこれを用いた投写型表示装置、リアプロジェクタ、マルチビジョンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大画面映像を得るために、ライトバルブ上に映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を照射し投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する方法が従来よりよく知られている。ライトバルブとして、映像信号に応じて光の進行方向を制御することにより画像を形成する反射型の空間光変調素子を用いれば光利用効率の高い高輝度の投写画像を表示できる。
【０００３】
反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置の光学系の従来の構成例を図１１に示す。ランプ１ａ、凹面鏡１ｂで光源１が構成されている。凹面鏡１ｂは楕円面鏡であり、ガラス製基材の内面に赤外光を透過させ可視光を反射させる光学多層膜を蒸着したものである。ランプ１ａはその発光体の中心が凹面鏡１ｂの第１焦点ｆ１に位置するように配置されている。ランプ１ａから放射される光は凹面鏡１ｂにより反射され、凹面鏡１ｂの第２焦点ｆ２に発光体像を形成し、第２焦点ｆ２を通過した後、リレーレンズ２に入射する。リレーレンズ２を出射した光は全反射ミラー３によって反射され、フィールドレンズ４を経て全反射プリズム６に入射する。全反射プリズム６は２つの単体プリズムを空気層８を介して配置したものである。全反射プリズム６への入射光は空気層８の界面によって全反射してライトバルブ５に入射する。ライトバルブ５は映像信号に応じて画素ごとに光の進行方向を制御して反射角を変化させることにより光学像を形成する。ライトバルブ５からの反射光は、プリズム６を透過後、投写レンズ７に入射し、ライトバルブ５上の光学像は投写レンズ７によりスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。ここで、全反射プリズム６の構成と作用について図１２を用いて以下に説明する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
全反射プリズム６は第１プリズム１２と第２プリズム１３とで構成される。第１プリズム１２の第１面１４に近接してライトバルブ５が配置され、第１プリズム１２の第２面１５は第２プリズム１３の第１面１７と空気層８を形成している。第２プリズム１３の第２面１８は、第１プリズム１２の第１面１４と平行であり、第２プリズム１３の第３面１９は第２面１８と垂直である。第１プリズム１２の第３面１６から入射した光２１は第１プリズム１２の第２面１５で全反射してライトバルブ５に斜め方向から入射する。投写画像として反射される光２２はライトバルブ５に対して垂直に進行する。また、不要光として反射される光２３，２４は光２２とは異なる角度で進行するが、このうち光２４は第２プリズム１３の第３面１９で反射されて投写レンズ側に進行し、光２３は第２プリズム１３の第３面１９で反射されることなく直接第２プリズム１３の第２面１８から出射する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−０１００４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の構成の、図１２に示した全反射プリズム６を用いる場合、全反射プリズム６の全反射面（第１プリズム１２の第２面）１５は投写レンズ７の光軸（及びライトバルブ５の法線）に対して斜めに傾いて配置される。一般に光学界面での反射は入射角度が大きいほど大きくなる。図１１に示した光学系では、ライトバルブ５で画像形成光として反射された光２２の主光線が光学界面１５，１７を比較的大きな入射角度で通過するので、この面での反射は大きく、これらの光学界面での反射防止処理が必要である。
【０００７】
図１３に一般的な５層反射防止膜の特性を示す。縦軸は反射率、横軸は光線の波長を示す。条件Ａは入射角０度のとき、条件Ｂは入射角５６．５度の場合である。入射角が大きくなると反射防止帯域が狭くなるとともに、反射率が増加する。従って、投写光学系の透過率は低下する。
【０００８】
従って、従来の全反射プリズム６には、空気層を挟む界面での透過率低下及び透過帯域の狭帯域化によって光学系全体の透過率が低下して表示画像の輝度が低下したり、空気界面での不要反射光の発生によりコントラストが低下したり、透過帯域の狭帯域化や不要反射光の発生により色純度が低下したりするなど、画質が著しく劣化するという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の上記課題を考慮し、透過特性が改善され、その結果、コントラストが良好で高画質映像を実現可能にするプリズム装置、およびそのプリズム装置を用いた用いた投写型表示装置、リアプロジェクタ、マルチビジョンシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を本発明の第１のプリズム装置は、ライトバルブと、前記ライトバルブ側から順に設けられた第１プリズム及び第２プリズムとを備え、前記第１プリズムと前記第２プリズムとは空気層を挟んで結合され、前記第１プリズムは、前記ライトバルブに近接する第１面と、前記第２プリズムとの間に前記空気層を形成する第２面と、光が入射する第３面とを有し、前記第２プリズムは、前記第１プリズムとの間に前記空気層を形成する第１面と、前記ライトバルブからの反射光が出射し、かつ前記第１プリズムの前記第１面と略平行な第２面と、第３面とを有し、前記第１プリズムの前記第２面と前記第２プリズムの前記第１面のうちの少なくとも一方に、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２のプリズム装置は、ライトバルブと、第１プリズムと、第２プリズムと、貼り合わせ透明板とを備え、前記ライトバルブ側から順に、前記第１プリズム、前記貼り合わせ透明板、前記第２プリズムが配置されており、前記貼り合わせ透明板は、前記第１及び第２プリズムと屈折率が実質的に等しい第１透明基板と第２透明基板とが、空気層を挟んで結合されてなり、前記第１プリズム及び前記第１透明基板、前記第２プリズム及び前記第２透明基板は、それぞれ透明接着剤で接合されており、前記第１プリズムは、前記ライトバルブに近接する第１面と、前記第１透明基板と接合されている第２面と、光が入射する第３面とを有し、前記第２プリズムは、前記第２透明基板と接合されている第１面と、前記ライトバルブからの反射光が出射し、かつ前記第１プリズムの前記第１面と略平行な第２面と、第３面とを有し、前記第１透明基板及び前記第２透明基板の前記空気層と接する面のうちの少なくとも一方に、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３のプリズム装置は、ライトバルブと、前記ライトバルブ側から順に設けられた第１プリズム、第２プリズム、及び第３プリズムとを備え、前記第１プリズムと前記第２プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムは、それぞれ空気層を挟んで結合され、前記第１プリズムは、前記ライトバルブに近接する第１面と、前記第２プリズムとの間に前記空気層を形成する第２面と、前記ライトバルブからの反射光が入射する第３面とを有し、前記第２プリズムは、前記第１プリズムとの間に前記空気層を形成する第１面と、前記第３プリズムとの間に前記空気層を形成する第２面と、光が入射する第３面とを有し、前記第３プリズムは、前記第２プリズムとの間に前記空気層を形成する第１面と、前記ライトバルブからの反射光が出射し、かつ前記第１プリズムの前記第１面と略平行な第２面と、第３面とを有し、前記第１プリズムの前記第２面、前記第２プリズムの前記第１面、前記第２プリズムの前記第２面、及び前記第３プリズムの前記第１面のうちの少なくとも一つに、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第４のプリズム装置は、ライトバルブと、第１プリズムと、第２プリズムと、第３プリズムと、第１貼り合わせ透明板と、第２貼り合わせ透明板とを備え、前記ライトバルブ側から順に、前記第１プリズム、前記第１貼り合わせ透明板、前記第２プリズム、第２貼り合わせ透明板、及び前記第３プリズムが配置されており、前記第１及び第２貼り合わせ透明板は、いずれも前記第１〜第３プリズムと屈折率が実質上等しい第１透明基板と第２透明基板とが、空気層を挟んで結合されてなり、前記各透明基板と、これと隣り合う前記プリズムとは透明接着剤で接合されており、前記第１プリズムは、前記ライトバルブに近接する第１面と、前記第１貼り合わせ透明板の前記第１透明基板と接合されている第２面と、前記ライトバルブからの反射光が入射する第３面とを有し、前記第２プリズムは、前記第１貼り合わせ透明板の前記第２透明基板と接合されている第１面と、前記第２貼り合わせ透明板の前記第１透明基板と接合されている第２面と、光が入射する第３面とを有し、前記第３プリズムは、前記第２貼り合わせ透明板の前記第２透明基板と接合されている第１面と、前記ライトバルブからの反射光が出射し、かつ前記第１プリズムの前記第１面と略平行な第２面と、第３面とを有し、前記第１貼り合わせ透明板の前記第１及び第２透明基板、及び前記第２貼り合わせ透明板の前記第１及び第２透明基板の前記空気層と接する面のうちの少なくとも一つに、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有することを特徴とする。
【００１４】
次に、本発明の投写型表示装置は、本発明の上記第１から第４のいずれかのプリズム装置と、光源と、投射レンズとを備え、前記光源からの光が前記プリズム装置に入射し、前記ライトバルブで変調された後、前記プリズム装置を出射し、前記投写レンズにより投写されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のリアプロジェクタは、本発明の前記投写型表示装置と、前記投写型表示装置から投写された光を折り曲げるミラーと、前記投写された光を透過散乱させて画像を表示する透過型スクリーンとを少なくとも備える。
【００１６】
更に、本発明のマルチビジョンシステムは、複数の本発明の前記投写型表示装置と、前記投写型表示装置と一対一に対応する複数の透過型スクリーンと、複数の前記投写型表示装置に映像信号を供給する映像信号供給手段とを少なくとも備える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１から第４のプリズム装置は、隣り合うプリズムの間の空気層を形成する対向する２面のうちの少なくとも一方に、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有する。ここで、入射光の波長が幅を有する場合には、周期構造のピッチは入射光の波長帯の下限波長値より小さいことが必要である。また、周期構造のピッチとは、周期構造が多数の微細構造体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。
【００１８】
これにより、臨界角以上の入射角で入射する第１の光に対しては、空気層との界面での全反射特性を維持しながら、前記第１の光より相対的に小さな入射角で入射する第２の光（画像形成光）に対しては、該界面での反射を入射光の波長帯域のほぼ全域にわたって抑制することができる。その結果、前記第２の光の透過特性が改善されたプリズム装置を提供できる。従って、このようなプリズム装置を用いて画像表示装置を構成することにより、明るく、コントラストが良好な高画質の画像表示を実現できる。
【００１９】
本発明の上記第１及び第２のプリズム装置において、前記ライトバルブに空気中から入射する場合の照明光の入射角をθ０、光線が空気中から前記プリズムに前記入射角θ０で入射した場合の前記プリズム中での屈折角をθ１、前記プリズム中の臨界角をθ２、前記第１プリズムの前記第２面と前記第３面とがなす角度をθ３、前記第２プリズムの前記第１面と前記第２面とがなす角度をθ４、前記プリズムの屈折率をｎとすると、以下の式（１）〜式（４）を満たしていることが好ましい。
【００２０】
ｎ・ｓｉｎθ１＝ｓｉｎθ０ ・・・（１）
ｓｉｎθ２＝１／ｎ ・・・（２）
θ３＝θ１／２＋θ２ ・・・（３）
θ４＝θ２−θ１／２ ・・・（４）
これにより、画像形成光を効率よく第２プリズムの第２面から出射させることができる。
【００２１】
本発明の上記第３及び第４のプリズム装置において、前記ライトバルブに空気中から入射する場合の照明光の入射角をθ０、光線が空気中から前記プリズムに前記入射角θ０で入射した場合の前記プリズム中での屈折角をθ１、前記プリズム中の臨界角をθ２、前記第２プリズムの前記第２面と前記第３面とがなす角度をθ３、前記第３プリズムの前記第１面と前記第２面とがなす角度をθ４、前記ライトバルブから出射する光線の空気中での出射角をθ５、前記第１プリズムの前記第１面と前記第２面とがなす角度をθ６、前記プリズムの屈折率をｎとすると、以下の式（５）〜式（９）を満たしていることが好ましい。
【００２２】
ｎ・ｓｉｎθ１＝ｓｉｎθ０ ・・・（５）
ｓｉｎθ２＝１／ｎ ・・・（６）
θ３＝θ１／２＋θ２ ・・・（７）
θ４＝θ２−θ１／２ ・・・（８）
θ６≧θ２−θ５ ・・・（９）
これにより、画像形成光を効率よく第３プリズムの第２面から出射させることができる。また、不要光を全反射させて第２、第３プリズム内に入射するのを防止することができる。
【００２３】
本発明の上記第３及び第４のプリズム装置において、前記第１プリズムの前記第３面に光吸収手段を備えることが好ましい。これにより、不要光を光吸収手段に吸収させることができる。
【００２４】
あるいは、本発明の上記第３及び第４のプリズム装置において、前記第１プリズムの前記第３面が研磨面又は鏡面であることが好ましい。これにより、不要光を前記第１プリズムの前記第３面からプリズム装置外に出射させることができる。
【００２５】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記ライトバルブは反射型であり、映像信号に応じて画素ごとに光の進行方向を制御することにより画像を形成する空間光変調素子であることが好ましい。これにより、画像形成光のみを所定の方向に導くことができ、画像形成装置への適用が容易となる。
【００２６】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記空気層と接する対向する２面の光学有効領域外に金属又は誘電体からなる薄膜が形成されており、前記薄膜が前記空気層の厚さを規制することが好ましい。これにより、空気層の厚みや空気層を形成する対向２面の平行度の管理が容易且つ高精度に行えるので、光学特性が高度に安定したプリズム装置を提供できる。
【００２７】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記薄膜は、フッ化マグネシウム、二酸化シリコン、又は二酸化チタンからなることが好ましい。これらの材料は汎用性があり、かつ被形成基板であるガラスと同等の特性をもつので、温度膨張、耐久性などの面で有利である。
【００２８】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記周期構造は、入射光の波長の１／２以下のピッチを有することが好ましい。これにより、空気層との界面での透過／反射特性の入射角依存性、波長依存性を一層低減でき、光の透過特性が向上する。
【００２９】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記周期構造は、そのピッチの１倍以上、更には３倍以上の高さを有することが好ましい。これにより、光の透過特性が一層向上する。
【００３０】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記周期構造を構成する一単位が錐体であることが好ましい。これにより、空気界面で屈折率が連続的に変化するので、広がりを有する光束に対しても均一な透過特性が得られる。
【００３１】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記周期構造を構成する一単位の底面形状が略正６角形であることが好ましい。これにより、周期構造を高充填率で配置できるので、光の透過特性が一層向上する。
【００３２】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記入射光の波長帯の下限値が４００ｎｍ、更には４３０ｎｍ、特に４５０ｎｍであることが好ましい。これにより、可視光帯のほぼ全域にわたって良好な透過特性が得られる。
【００３３】
次に、本発明の投写型表示装置は、本発明の上記第１から第４のいずれかのプリズム装置と、光源と、投射レンズとを備え、前記光源からの光が前記プリズム装置に入射し、前記ライトバルブで変調された後、前記プリズム装置を出射し、前記投写レンズにより投写される。これにより、明るく、コントラストが良好な高画質の画像表示を実現できる。
【００３４】
本発明の上記の投写型表示装置が、前記光源からの光が入射して青、緑、赤の３色に時間的に制限して出射する時分割色分離手段を更に備え、前記ライトバルブは入射する光の色に応じた光学像を形成することが好ましい。これにより、高画質のカラー画像表示が可能になる。
【００３５】
更に、本発明のリアプロジェクタは、本発明の前記投写型表示装置と、前記投写型表示装置から投写された光を折り曲げるミラーと、前記投写された光を透過散乱させて画像を表示する透過型スクリーンとを少なくとも備える。これにより、明るく、コントラストが良好な高画質の画像表示を実現できる。
【００３６】
また、本発明のマルチビジョンシステムは、複数の本発明の上記投写型表示装置と、前記投写型表示装置と一対一に対応する複数の透過型スクリーンと、複数の前記投写型表示装置に映像信号を供給する映像信号供給手段とを少なくとも備える。これにより、大画面でありながら、明るく、コントラストが良好な高画質の画像表示を実現できる。
【００３７】
本発明の上記のマルチビジョンシステムにおいて、前記映像信号供給手段は、一の画像の映像信号を分割して、分割された異なる映像信号を複数の前記投写型表示装置にそれぞれ供給し、複数の前記透過型スクリーン全体で前記一の画像を表示するように構成されていても良い。これにより、複数枚の透過型スクリーンで一の大画面を形成でき、しかも明るく、コントラストが良好で、画面全体において表示品質の均一性に優れた高画質の画像表示を実現できる。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１１を用いて説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係るプリズム装置の構成を示したものであり、同図を参照しならが、本実施の形態の構成及び動作を述べる。
【００４０】
同図において、３１はライトバルブとしての空間光変調素子、４４は全反射プリズムである。
【００４１】
空間光変調素子３１は、例えば、光学像面に多数の画素が配列形成され、各画素に映像信号に応じて傾斜角を独立して変更できる反射ミラーが備えられたデジタルミラーデバイスである。空間光変調素子３１に入射する照明光３６のうち画像形成する画素に入射した光は空間光変調素子３１の光学像面の法線方向と平行な光学軸４３に沿って反射され、画像形成に寄与しない画素に入射した光は不要光４５として光学軸４３とは異なる方向に反射される。
【００４２】
全反射プリズム４４は、空間光変調素子３１側から順に、第１プリズム３２、第２プリズム３３の２個の三角プリズムで構成されている。プリズム３２，３３間には薄い空気層３５が形成されている。プリズム３２，３３の材質はいずれも光学ガラスであり、屈折率は１．５１６である。
【００４３】
第１プリズム３２は、空間光変調素子３１に近接する第１面３４と、第２のプリズム３３との間に空気層３５を形成し、照明光３６を全反射して空間光変調素子３１へプリズム中の屈折角θ１で入射させる第２面３７と、外部から照明光３６が入射する第３面３８とを有する。
【００４４】
第２プリズム３３は、第１プリズム３２との間に空気層３５を形成する第１面３９と、空間光変調素子３１で反射され、空気層３５を通過した画像形成光４０が出射する第２面４１と、第３面４２とを有する。
【００４５】
第１プリズム３２は、入射光３６を空間光変調素子３１に斜めから入射させ、投写画像として用いる反射光４０の主光線が空間光変調素子３１と垂直な光学軸４３と平行になるように構成されている。
【００４６】
全反射プリズム４４全体として、投写光学軸４３方向で平行平面とするため、第１プリズム３２の第１面３４と第２プリズム３３の第２面４１とは、それぞれ空間光変調素子３１の光学像面と平行である。
【００４７】
第２プリズム３３の第３面４２は、空間光変調素子３１からの不要光４５を吸収もしくは反射しないように、空間光変調素子３１からの不要光４５の主光線方向と略平行である。
【００４８】
ここで、第１プリズム３２の第２面３７及び第２プリズム３３の第１面３９の有効領域には、空間光変調素子３１から出射し、これらの面に入射する光線の波長より小さい周期を有する微小な突起群（周期構造）が形成されている。具体的には、図２に示すような、ピッチｐ１，高さｈ１の微細な突起群が形成されている。
【００４９】
各突起は、ピッチｐ１が２５０ｎｍ以下、高さｈ１が７５０ｎｍの錐体である。これら錐体は、基材上に塗布したレジストに対し、電子ビーム露光法を用いて、レジスト層を露光、現像を繰り返し行うことにより形成される。これにより、面３７、３９には図２に示すような周期構造をもつ微小な錐体群を形成できる。
【００５０】
このような使用波長以下のピッチｐ１を有する微小構造体からなる周期構造を形成することで、入射光に対し見かけ上、屈折率を連続的に変化させることができ、入射角依存性、波長依存性の小さい反射防止機能面を形成でき、反射率が低減される。しかしながら、このような微小な周期構造を有する面は、屈折率が高い媒質から屈折率が低い媒質方向へ光が入射する場合、入射角が臨界角以上に大きいと全反射する特性は反射防止処理を施さない場合と同様である。
【００５１】
第１プリズム３２に入射する照明光３６は第１のプリズム３２の第２面３７で全反射し、ライトバルブ３１に入射するとともに、ここで反射された画像形成光４０は第１プリズム３２の第２面３７及び第２プリズム３３の第１面３９を通過して全反射プリズム４４を出射する。このとき、画像形成光４０は、このような周期構造により、そのほぼ全波長帯において空気層３５との界面である面３７，３９での反射により低減されることがない。これにより、明るい、色再現性のよい映像が得られる。
【００５２】
周期的な微細構造体は、ピッチｐ１が入射する光の波長（以下、「使用波長」）以下であればよい。ピッチｐ１が使用波長の１／２以下であれば界面での入射角依存性、波長依存性を一層低減でき、光の透過特性が向上するのでより好ましい。また、微細構造体の高さｈ１は、好ましくはピッチｐ１以上、より好ましくはピッチｐ１の３倍以上である。このように高さｈ１が高いほど、光の透過特性が一層向上する。
【００５３】
周期構造を構成する一単位である微細構造体の形状は、図２に示すような円錐形状に限定されず、図３（Ａ）に示すような円柱形状や、図３（Ｂ）に示すような角錐形状であっても良い。あるいは、中心軸を通る高さ方向の断面形状が略正弦波状である、錐体に近似した形状であっても良い。但し、微小構造体が錐体やそれに近似した形状であれば、空気界面で屈折率が連続的に変化するのでより望ましい。
【００５４】
隣り合う微小構造体との間隔は小さい方が好ましい。隣り合う微小構造体の間の平面部分は、従来と同様の反射特性を有するからである。また、微小構造体の底面形状は、円形、楕円形の他、四角形、六角形、三角形などの多角形などのいずれであっても良いが、正六角形であれば、微細構造体の充填率が最大となるので、入射光に対する反射抑制効果は一層向上する。
【００５５】
いずれの構造でも、透過光に対し、周期構造が形成された面で、ごく緩やかに屈折率が変化するのと同等の効果をもつので、反射が低減される。このような周期的な微細構造体は、通常の反射防止膜より帯域の広い、入射角依存性の小さい反射防止手段となる。
【００５６】
第１プリズム３２の第２面３７と第２プリズム３３の第１面３９とはスペーサ４５，４６によりその面間隔（空気層３５の厚み）が規制されて固定されている。スペーサ４５，４６は蒸着により形成された金属又は誘電体からなる薄膜である。スペーサ４５，４６は、第１プリズム３２の第２面３７、第２プリズム３３の第１面３９の光学有効領域外の全体に設けられる必要は無く、４隅に形成されていればよい。本実施の形態では、スペーサ４５，４６は蒸着法により形成された誘電体膜からなり、第１プリズム３２の第２面３７と第２プリズム３３の第１面３９との間の間隔は約５μｍである。
【００５７】
スペーサ４５，４６の形成時には、光学有効領域には遮蔽を施し、周期構造形成領域内に金属もしくは誘電体が付着しないようにする。また、４隅に形成するスペーサ４５，４６は均一厚さの薄膜とする。通常光学薄膜の蒸着では厚み精度は数ｎｍ程度であり、誤差はきわめて小さく、その結果、きわめて平行度の高い空気層３５が形成できる。
【００５８】
スペーサ層４５，４６を構成する材料としては、特性が安定で、安価なものが好ましいが、特に二酸化シリコン、二酸化チタン、フッ化マグネシウムは、反射防止膜の蒸着時にも良く用いられており、汎用性があり、かつ基板であるガラスと同等の特性をもつので、温度膨張、耐久性などの面で有利である。
【００５９】
ここで、第１プリズム３２及び第２プリズム３３の屈折率をｎとし、照明光３６の空間光変調素子３１への空気中の入射角をθ０、プリズム中の屈折角をθ１とすると、以下の式（１）が成り立つ。
【００６０】
【数１０】
ｎ・ｓｉｎθ１＝ｓｉｎθ０ ・・・（１）
【００６１】
また、第１プリズム３２中を進行する照明光３６が、空気との界面（第１プリズム３２の第２面３７）で全反射される臨界角θ２は、以下の式（２）で表すことが出来る。
【００６２】
【数１１】
ｓｉｎθ２＝１／ｎ ・・・（２）
【００６３】
また、第１プリズム３２の第２面３７と第３面３８とがなす角度θ３は、照明光３６が第２面３７で全反射されてプリズム中の屈折角θ１で空間光変調素子３１側へ進行するようにするために、以下の条件式（３）を満たす必要がある。
【００６４】
【数１２】
θ３＝θ１／２＋θ２ ・・・（３）
【００６５】
さらに、第２プリズム３３の第１面３９と第２面４１とがなす角度θ４は、画像形成光４０が出射する第２面４１を空間光変調素子３１の光学像面及び第１プリズム３２の第１面３４と互いに平行とするため、以下の条件式（４）を満たす必要がある。
【００６６】
【数１３】
θ４＝θ２−θ１／２ ・・・（４）
【００６７】
第１プリズム３２の第１面３４及び第３面３８、第２プリズム３３の第２面４１には誘電体多層膜による反射防止膜が形成されている。反射防止膜は、可視光帯域である４００〜７００ｎｍ全体で反射を低減できるよう、３層もしくは５層以上で構成される。この多層膜の材料として二酸化チタン、フッ化マグネシウム、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどが用いられる。蒸着は通常毎秒１ｎｍ程度の厚みを形成するように行う。面３４，３８，４１に入射する光線の入射角は小さく、通常の反射防止膜でも十分有効である。コストに応じて、入射光の波長より小さい前記の周期構造による反射防止構造としてもよい。
【００６８】
本実施の形態によれば、画像形成光の透過特性が改善された、コンパクトな全反射プリズム４４が実現できる。
【００６９】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２に係るプリズム装置の構成を示したものであり、同図を参照しながら本実施の形態の構成及び動作を述べる。
【００７０】
同図において、５１はライトバルブとしての空間光変調素子、６６は全反射プリズムである。
【００７１】
空間光変調素子５１は、例えば、光学像面に多数の画素が配列形成され、各画素に映像信号に応じて傾斜角を独立して変更できる反射ミラーが備えられたデジタルミラーデバイスである。空間光変調素子５１に入射する照明光６１のうち画像形成する画素に入射した光は空間光変調素子５１の光学像面の法線方向と平行な光学軸７０に沿って反射され、画像形成に寄与しない画素に入射した光は不要光６９として光学軸７０とは異なる方向に反射される。
【００７２】
全反射プリズム６６は、空間光変調素子５１側から順に、第１プリズム５２、貼り合わせ透明板６７、第２プリズム５３で構成されている。プリズム５２，５３及び貼り合わせ透明板６７の材質はいずれも光学ガラスであり、屈折率は１．５１６である。
【００７３】
貼り合わせ透明板６７は、２枚の第１，第２透明基板５５，５６をスペーサ５７，５８を間に介して結合してなり、スペーサ５７，５８により透明基板５５，５６間の面間隔が規制されて薄い空気層５９が形成されている。
【００７４】
第１プリズム５２は、空間光変調素子５１に近接する第１面５４と、貼り合わせ透明板６７を構成する第１透明基板５５に接合される第２面６０と、外部から照明光６１が入射する第３面６２とを有する。第１プリズム５２と第１透明基板５５とは透明接着剤により接合されている。
【００７５】
第２プリズム５３は、貼り合わせ透明板６７を構成する第２透明基板５６と接合される第１面６８と、空間光変調素子５１で反射され、空気層５９を通過した画像形成光６５が出射する第２面６３と、第３面６４とを有する。第２プリズム５３と第２透明基板５６とは透明接着剤により接合されている。
【００７６】
第１プリズム５２及び第１透明基板５５は、入射光６１を空間光変調素子５１に斜めから入射させ、投写画像として用いる反射光６５の主光線が空間変調素子５１と垂直な光学軸７０と平行になるように構成されている。
【００７７】
全反射プリズム６６全体として、投写光学軸７０方向で平行平面とするため、第１プリズム５２の第１面５４と第２プリズム５３の第２面６３とは、それぞれ空間光変調素子５１の光学像面と平行である。
【００７８】
第２プリズム５３の第３面６４は、空間光変調素子５１からの不要光６９を吸収もしくは反射しないように、空間光変調素子５１からの不要光６９の主光線方向と略平行である。
【００７９】
第１，第２透明基板５５，５６の空気層５９との界面側の面の有効領域には、空間光変調素子５１から出射し、これらの面に入射する光線の波長より小さい周期を有する、実施の形態１で説明したのと同様の微小な突起群（周期構造）が形成されている。具体的には、図２に示すような、ピッチｐ１，高さｈ１の微細な突起群が形成されている。
【００８０】
各突起は、ピッチｐ１が２５０ｎｍ以下、高さｈ１が３００ｎｍの錐体である。この突起群は、実施の形態１と同様に、基材上に塗布したレジストに対し、電子ビーム露光法などで形成される。
【００８１】
このような使用波長以下のピッチｐ１を有する微小構造体からなる周期構造を形成することで、入射光に対し見かけ上、屈折率を連続的に変化させることができ、入射角依存性、波長依存性の小さい反射防止機能面を形成でき、反射率が低減される。しかしながら、このような微小な周期構造を有する面は、屈折率が高い媒質から屈折率が低い媒質方向へ光が入射する場合、入射角が臨界角以上に大きいと全反射する特性は反射防止処理を施さない場合と同様である。
【００８２】
第１プリズム５２に入射する照明光６１は第１透明基板５５の空気層５９との界面で全反射し、ライトバルブ５１に入射するとともに、ここで反射された画像形成光６５は第１透明基板５５及び第２透明基板５６を通過して全反射プリズム６６を出射する。このとき、画像形成光６５は、このような周期構造により、そのほぼ全波長帯において空気層５９との界面での反射により低減されることがない。これにより、明るい、色再現性のよい映像が得られる。
【００８３】
周期的な微細構造体は、ピッチｐ１が入射する光の波長（以下、「使用波長」）以下であればよい。ピッチｐ１が使用波長の１／２以下であれば界面での入射角依存性、波長依存性を一層低減でき、光の透過特性が向上するのでより好ましい。また、微細構造体の高さｈ１は、好ましくはピッチｐ１以上、より好ましくはピッチｐ１の３倍以上である。このように高さｈ１が高いほど、光の透過特性が一層向上する。
【００８４】
周期構造を構成する一単位である微細構造体の形状は、図２に示すような円錐形状に限定されず、図３（Ａ）に示すような円柱形状や、図３（Ｂ）に示すような角錐形状であっても良い。あるいは、中心軸を通る高さ方向の断面形状が略正弦波状である、錐体に近似した形状であっても良い。但し、微小構造体が錐体やそれに近似した形状であれば、空気界面で屈折率が連続的に変化するのでより望ましい。
【００８５】
隣り合う微小構造体との間隔は小さい方が好ましい。隣り合う微小構造体の間の平面部分は、従来と同様の反射特性を有するからである。また、微小構造体の底面形状は、円形、楕円形の他、四角形、六角形、三角形などの多角形などのいずれであっても良いが、正六角形であれば、微細構造体の充填率が最大となるので、入射光に対する反射抑制効果は一層向上する。
【００８６】
いずれの構造でも、透過光に対し、周期構造が形成された面で、ごく緩やかに屈折率が変化するのと同等の効果をもつので、反射が低減される。このような周期的な微細構造体は、通常の反射防止膜より帯域の広い、入射角依存性の小さい反射防止手段となる。
【００８７】
貼り合わせ透明板６７の薄い空気層５９を形成するためのスペーサ５７，５８は蒸着により形成された金属又は誘電体からなる薄膜である。スペーサ５７，５８は、２枚の透明基板５５，５６の空気層５９側の面の光学有効領域外全体に設けられる必要は無く、４隅に形成されていればよい。本実施の形態では、スペーサ５７，５８は蒸着法により形成された誘電体膜からなり、透明基板５５，５６の面間隔は約５μｍである。
【００８８】
第１の実施の形態と同様に、スペーサ５７，５８は、光学有効領域を遮蔽した状態で形成するのが好ましく、蒸着法によれば精度のよいスペーサを実現できる。
【００８９】
全反射プリズム６６における各角度条件は、実施の形態１と同様に、式（１）〜式（４）を満たすことが好ましい。
【００９０】
第１プリズム５２の第１面５４及び第３面６２、第２プリズム５３の第２面６３には誘電体多層膜による反射防止膜が形成されている。反射防止膜は、可視光帯域である４００〜７００ｎｍ全体で反射を低減できるよう、３層もしくは５層以上で構成される。この多層膜の材料として二酸化チタン、フッ化マグネシウム、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどが用いられる。蒸着は通常毎秒１ｎｍ程度の厚みを形成するように行う。面５４，６２，６３に入射する光線の入射角は小さく、通常の反射防止膜でも十分有効である。コストに応じて、入射光の波長より小さい前記の周期構造による反射防止構造としてもよい。
【００９１】
本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、画像形成光の透過特性が改善された、コンパクトな全反射プリズム６６が実現できる。また、周期構造を第１，第２プリズムに直接形成するのではなく、透明基板５５，５６に形成するので、反射防止効果の高い薄い空気層を容易且つ安価に形成できる。
【００９２】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３に係るプリズム装置の構成を示したものであり、同図を参照しならが、本実施の形態の構成及び動作を述べる。
【００９３】
同図において、８１はライトバルブとしての空間光変調素子、１０１は全反射プリズムである。
【００９４】
空間光変調素子８１は、例えば、光学像面に多数の画素が配列形成され、各画素に映像信号に応じて傾斜角を独立して変更できる反射ミラーが備えられたデジタルミラーデバイスである。空間光変調素子８１に入射する照明光９６のうち画像形成する画素に入射した光は空間光変調素子８１の光学像面の法線方向と平行な光学軸に沿って反射され（画像形成光９７）、画像形成に寄与しない画素に入射した光は不要光９８として画像形成光９７とは異なる方向に反射される。
【００９５】
全反射プリズム１０１は、空間光変調素子８１側から順に、第１プリズム８２、第２プリズム８３、第３プリズム８４の３個の三角プリズムで構成されている。プリズム８２，８３の間及びプリズム８３，８４の間にはそれぞれ薄い空気層９４，９５が形成されている。プリズム８２，８３，８４の材質はいずれも光学ガラスであり、屈折率は１．５１６である。
【００９６】
第１プリズムは８２は、空間光変調素子３１に近接する第１面８５と、第２プリズム８３との間に空気層９４を形成し、空間光変調素子８１で反射される画像形成光９７を透過し、画像形成光９７の主光線に対して角度θ５で反射される不要光９８を全反射する第２面８６と、第２面８６で反射された不要光９８が入射する第３面８７とを有する。
【００９７】
第２プリズム８３は、第１プリズム８２との間に空気層９４を形成する第１面８８と、第３プリズム８４との間に空気層９５を形成し、画像形成光９７を透過し、照明光９６を全反射して空間光変調素子８１へプリズム中の屈折角θ１で入射させる第２面８９と、外部から照明光９６が入射する第３面９０とを有する。
【００９８】
第３プリズム８４は、第２プリズム８３との間に空気層９５を形成する第１面９１と、空間光変調素子８１から反射された画像形成光９７が出射する第２面９２と、第２面９２と直角をなす第３面９３とを有する。
【００９９】
第２プリズム８３は、入射光９６を空間光変調素子８１に斜めから入射させ、投写画像として用いる反射光９７の主光線が空間光変調素子８１と垂直な光学軸と平行になるように構成されている。
【０１００】
また、第１プリズム８２は、空間光変調素子８１からの不要光９８をその第２面８６で全反射させ、投写レンズ及びスクリーン側に進行させない作用を有する。
【０１０１】
全反射プリズム１０１全体として、投写光学軸方向で平行平面とするため、第１プリズム８２の第１面８５と第３プリズム８４の第２面９２は、それぞれ空間光変調素子８１の光学像面と平行である。
【０１０２】
薄い空気層９４、９５を形成する第１プリズムの第２面８６、第２プリズム８３の第１面８８、第２プリズム８３の第２面８９、第３プリズム８４の第１面９１の各有効領域には，これらの面に入射する光線の波長より小さい周期を有する、実施の形態１で説明したのと同様の微小な突起群（周期構造）が形成されている。
【０１０３】
このような使用波長以下のピッチｐ１を有する微小構造体からなる周期構造を形成することで、入射光に対し見かけ上、屈折率を連続的に変化させることができ、入射角依存性、波長依存性の小さい反射防止機能面を形成でき、反射率が低減される。しかしながら、このような微小な周期構造を有する面は、屈折率が高い媒質から屈折率が低い媒質方向へ光が入射する場合、入射角が臨界角以上に大きいと全反射する特性は反射防止処理を施さない場合と同様である。
【０１０４】
第２プリズム８３に入射する照明光９６は第２プリズム８３の第２面８９で全反射した後、第２プリズム８３の第１面８８、第１プリズム８２の第２面８６を通過してライトバルブ８１に入射するとともに、ここで反射された画像形成光９７は第１プリズム８２の第２面８６、第２プリズム８３の第１面８８、第２プリズム８３の第２面８９、第３プリズム８４の第１面９１を順に大きな入射角で通過して全反射プリズム１０１を出射する。このとき、画像形成光９７は、このような周期構造により、そのほぼ全波長帯において空気層９４，９５との界面で反射により低減されることがない。これにより、明るい、色再現性のよい映像が得られる。
【０１０５】
周期的な微細構造体は、ピッチｐ１が入射する光の波長（以下、「使用波長」）以下であればよい。ピッチｐ１が使用波長の１／２以下であれば界面での入射角依存性、波長依存性を一層低減でき、光の透過特性が向上するのでより好ましい。また、微細構造体の高さｈ１は、好ましくはピッチｐ１以上、より好ましくはピッチｐ１の３倍以上である。このように高さｈ１が高いほど、光の透過特性が一層向上する。
【０１０６】
周期構造を構成する一単位である微細構造体の形状は、図２に示すような円錐形状に限定されず、図３（Ａ）に示すような円柱形状や、図３（Ｂ）に示すような角錐形状であっても良い。あるいは、中心軸を通る高さ方向の断面形状が略正弦波状である、錐体に近似した形状であっても良い。但し、微小構造体が錐体やそれに近似した形状であれば、空気界面で屈折率が連続的に変化するのでより望ましい。
【０１０７】
隣り合う微小構造体との間隔は小さい方が好ましい。隣り合う微小構造体の間の平面部分は、従来と同様の反射特性を有するからである。また、微小構造体の底面形状は、円形、楕円形の他、四角形、六角形、三角形などの多角形などのいずれであっても良いが、正六角形であれば、微細構造体の充填率が最大となるので、入射光に対する反射抑制効果は一層向上する。
【０１０８】
いずれの構造でも、透過光に対し、周期構造が形成された面で、ごく緩やかに屈折率が変化するのと同等の効果をもつので、反射が低減される。このような周期的な微細構造体は、通常の反射防止膜より帯域の広い、入射角依存性の小さい反射防止手段となる。
【０１０９】
第１のプリズム８２の第２面８６と第２のプリズム８３の第１面８８とはスペーサ１０２，１０３により、また、第２のプリズム８３の第２面８９と第３のプリズム８４の第１面９１とはスペーサ１０４，１０５により、それぞれ面間隔（空気層９４，９５の厚み）が規制されて固定されている。スペーサ１０２，１０３およびスペーサ１０４，１０５は蒸着により形成された金属又は誘電体からなる薄膜である。本実施の形態では、空気層９４，９５をそれぞれ形成する面間隔は約５μｍである。
【０１１０】
スペーサ１０２，１０３，１０４，１０５は、それぞれ第１プリズム８２の第２面８６、第２プリズム８３の第１面８８、第２プリズム８３の第２面８９、第３プリズム８４の第１面９１の光学有効領域外の全体に設けられる必要は無く、４隅に形成されればよい。
【０１１１】
スペーサ１０２，１０３，１０４，１０５の形成時には、光学有効領域には遮蔽を施し、周期構造形成領域内に金属もしくは誘電体が付着しないようにする。また、４隅に形成するスペーサ１０２，１０３，１０４，１０５は均一厚さの薄膜とする。通常光学薄膜の蒸着では厚み精度は数ｎｍ程度であり、誤差はきわめて小さく、その結果、きわめて平行度の高い空気層９４，９５が形成できる。
【０１１２】
ここで、第１プリズム８２、第２プリズム８３、第３プリズム８４の屈折率をｎとし、照明光９６の空間光変調素子８１への空気中の入射角をθ０、プリズム中の屈折角をθ１とすると、以下の式（５）が成り立つ。
【０１１３】
【数１４】
ｎ・ｓｉｎθ１＝ｓｉｎθ０ ・・・（５）
【０１１４】
また、第２プリズム８３中を進行する照明光９６が、空気との界面（第２プリズム８３の第２面８９）で全反射される臨界角θ２は、以下の式（６）で表すことが出来る。
【０１１５】
【数１５】
ｓｉｎθ２＝１／ｎ ・・・（６）
【０１１６】
また、第２プリズム８３の第２面８９と第３面９０とがなす角度θ３は、照明光９６が第２面８９で全反射されてプリズム中の屈折角θ１で空間光変調素子８１側へ進行するようにするために、以下の条件式（７）を満たす必要がある。
【０１１７】
【数１６】
θ３＝θ１／２＋θ２ ・・・（７）
【０１１８】
さらに、第３プリズム８４の第１面９１と第２面９２とがなす角度θ４は、画像形成光９７が出射する第２面９２が空間光変調素子８１の光学像面及び第１プリズム８２の第１面８５と互いに平行とするため、以下の条件式（８）を満たす必要がある。
【０１１９】
【数１７】
θ４＝θ２−θ１／２ ・・・（８）
【０１２０】
プリズム中での屈折角θ５で反射される不要光９８が第１プリズム８２の第２面８６で全反射されるためには、第１プリズム８２の第１面８５と第２面８６とがなす角度θ６が以下の条件式（９）を満たす必要がある。
【０１２１】
【数１８】
θ６≧θ２−θ５ ・・・（９）
【０１２２】
式（９）を満たしていれば、不要光９８は第２面８６で全反射され、第３面８７に入射する。第３面８７は研磨面であり、空気との界面には光吸収手段として黒色塗料が塗布されている。従って、不要光９８のほとんどがここで吸収される。
【０１２３】
プリズムの外面に光吸収塗料を塗着した場合、境界面への入射角が小さい場合には反射率は低いが、入射角が大きくなり境界面とほぼ平行に入射するような場合には反射率がかなり高くなる。図５に示した全反射プリズム１０１の場合には、空間光変調素子８１から出射した不要光９８が第１プリズム８２の第３面８７に小さな入射角で入射するため、反射率は低い。従って、不要光９８のほとんどが黒色塗料に吸収され、スクリーンに達することがない。
【０１２４】
本実施の形態によれば、画像形成光の透過特性が改善され、しかも不要光９８が全くスクリーン側に進行しない全反射プリズムが実現できる。
【０１２５】
（実施の形態４）
図６は本発明の実施の形態４に係るプリズム装置の構成を示したものであり、同図を参照しながら本実施の形態の構成及び動作を述べる。
【０１２６】
同図において、１１１はライトバルブとしての空間光変調素子、１４０は全反射プリズムである。
【０１２７】
空間光変調素子１１１は、例えば、光学像面に多数の画素が配列形成され、各画素に映像信号に応じて傾斜角を独立して変更できる反射ミラーが備えられたデジタルミラーデバイスである。空間光変調素子１１１に入射する照明光１３２のうち画像形成する画素に入射した光は空間光変調素子１１１の光学像面の法線方向と平行な光学軸に沿って反射され（画像形成光１３３）、画像形成に寄与しない画素に入射した光は不要光１３５として画像形成光１３３とは異なる方向に反射される。
【０１２８】
全反射プリズム１３１は、空間光変調素子１１１側から順に、第１プリズム１１２、第１貼り合わせ透明板１２７、第２プリズム１１３、第２貼り合わせ透明板１３１、第３プリズム１１４が配置されている。プリズム１１２，１１３，１１４及び貼り合わせ透明板１２７，１３１の材質はいずれも光学ガラスであり、屈折率は１．５１６である。
【０１２９】
第１貼り合わせ透明板１２７は、２枚の第１，第２透明基板１２４，１２５をスペーサ１３６，１３７を間に介して結合してなり、スペーサ１３６，１３７により透明基板１２４，１２５間の面間隔が規制されて薄い空気層１２６が形成されている。同様に、第２貼り合わせ透明板１３１は、２枚の第１，第２透明基板１２８，１２９をスペーサ１３８，１３９を間に介して結合してなり、スペーサ１３８，１３９により透明基板１２８，１２９間の面間隔が規制されて薄い空気層１３０が形成されている。
【０１３０】
第１プリズム１１２は、空間光変調素子１１１に近接する第１面１１５と、第１貼り合わせ透明板１２７を構成する第１透明基板１２４と接合され、空間光変調素子１１１で反射される画像形成光１３３を透過する第２面１１６と、空間光変調素子１１１からの不要光１２３が入射する第３面１１７とを有する。
【０１３１】
第２のプリズム１１３は、第１貼り合わせ透明板１２７を構成する第２透明基板１２５と接合される第１面１１８と、第２貼り合わせ透明板１３１を構成する第１透明基板１２８と接合され、画像形成光９７を透過する第２面１１９と、外部から照明光１３２が入射する第３面１２０とを有する。
【０１３２】
第３のプリズム１１４は、第２貼り合わせ透明板１３１を構成する第２透明基板１２９と接合される第１面１２１と、空間光変調素子１１１から反射された画像形成光１３３が出射する第２面１２２と、第２面１２２と直角をなす第３面１２３とを有する。
【０１３３】
第２プリズム１１３及び第２貼り合わせ透明板１３１の第１透明基板１２８は、入射光１３２を空間光変調素子１１１に斜めから入射させ、投写画像として用いる反射光１３３の主光線が空間光変調素子１１１と垂直な光学軸と平行になるように構成されている。
【０１３４】
また、第１プリズム１１２及び第１貼り合わせ透明板１２７の第１透明基板１２４は、空間光変調素子１１１からの不要光１３５を全反射させ、投写レンズ及びスクリーン側に進行させない作用を有する。
【０１３５】
全反射プリズム１４０全体として、投写光学軸方向で平行平面とするため、第１プリズム１１２の第１面１１５と第３プリズム１１４の第２面１１２は、それぞれ空間光変調素子１１１の光学像面と平行である。
【０１３６】
薄い空気層１２６，１３０を形成する第１貼り合わせ透明板１２７の第１透明基板１２４及び第２透明基板１２５の空気層１２６との界面側の面、及び第２貼り合わせ透明板１３１の第１透明基板１２８及び第２透明基板１２９の空気層１３０との界面側の面の各有効領域には、これらの面に入射する光線の波長より小さい周期を有する、実施の形態１で説明したのと同様の微小な突起群（周期構造）が形成されている。
【０１３７】
このような使用波長以下のピッチｐ１を有する微小構造体からなる周期構造を形成することで、入射光に対し見かけ上、屈折率を連続的に変化させることができ、入射角依存性、波長依存性の小さい反射防止機能面を形成でき、反射率が低減される。しかしながら、このような微小な周期構造を有する面は、屈折率が高い媒質から屈折率が低い媒質方向へ光が入射する場合、入射角が臨界角以上に大きいと全反射する特性は反射防止処理を施さない場合と同様である。
【０１３８】
第２プリズム１１３に入射する照明光１３２は第２貼り合わせ透明板１３１の第１透明基板１２８の空気界面で全反射しした後、第１貼り合わせ透明板１２７の第２透明基板１２５及び第１透明基板１２４を通過してライトバルブ１１１に入射するとともに、ここで反射された画像形成光１３３は第１貼り合わせ透明板１２７の第１透明基板１２４及び第２透明基板１２５、第２貼り合わせ透明板１３１の第１透明基板１２８及び第２透明基板１２９を順に大きな入射角で通過して全反射プリズム１４０を出射する。このとき、画像形成光１３３は、このような周期構造により、そのほぼ全波長帯において空気層１２６，１３０との界面で反射により低減されることがない。これにより、明るい、色再現性のよい映像が得られる。
【０１３９】
周期的な微細構造体は、ピッチｐ１が入射する光の波長（以下、「使用波長」）以下であればよい。ピッチｐ１が使用波長の１／２以下であれば界面での入射角依存性、波長依存性を一層低減でき、光の透過特性が向上するのでより好ましい。また、微細構造体の高さｈ１は、好ましくはピッチｐ１以上、より好ましくはピッチｐ１の３倍以上である。このように高さｈ１が高いほど、光の透過特性が一層向上する。
【０１４０】
周期構造を構成する一単位である微細構造体の形状は、図２に示すような円錐形状に限定されず、図３（Ａ）に示すような円柱形状や、図３（Ｂ）に示すような角錐形状であっても良い。あるいは、中心軸を通る高さ方向の断面形状が略正弦波状である、錐体に近似した形状であっても良い。但し、微小構造体が錐体やそれに近似した形状であれば、空気界面で屈折率が連続的に変化するのでより望ましい。
【０１４１】
隣り合う微小構造体との間隔は小さい方が好ましい。隣り合う微小構造体の間の平面部分は、従来と同様の反射特性を有するからである。また、微小構造体の底面形状は、円形、楕円形の他、四角形、六角形、三角形などの多角形などのいずれであっても良いが、正六角形であれば、微細構造体の充填率が最大となるので、入射光に対する反射抑制効果は一層向上する。
【０１４２】
いずれの構造でも、透過光に対し、周期構造が形成された面で、ごく緩やかに屈折率が変化するのと同等の効果をもつので、反射が低減される。このような周期的な微細構造体は、通常の反射防止膜より帯域の広い、入射角依存性の小さい反射防止手段となる。
【０１４３】
第１貼り合わせ透明板１２７を構成する第１，第２透明基板１２４，１２５はスペーサ１３６，１３７により、また、第２貼り合わせ透明板１３１を構成する第１，第２透明基板１２８，１２９はスペーサ１３８，１３９により、それぞれ面間隔（空気層１２６，１３０の厚み）が規制されて固定されている。スペーサ１３６，１３７およびスペーサ１３８，１３９は蒸着により形成された金属又は誘電体からなる薄膜である。本実施の形態では、空気層１２６，１３０をそれぞれ形成する面間隔は約５μｍである。
【０１４４】
スペーサ１３６，１３７，１３８，１３９は、それぞれ第１貼り合わせ透明板１２７を構成する第１，第２透明基板１２４，１２５及び第２貼り合わせ透明板１３１を構成する第１，第２透明基板１２８，１２９の空気層側の面の光学有効領域外全体に設けられる必要は無く、４隅に形成されればよい。
【０１４５】
スペーサ１３６，１３７，１３８，１３９の形成時には、光学有効領域には遮蔽を施し、周期構造形成領域内に金属もしくは誘電体が付着しないようにする。また、４隅に形成するスペーサ１３６，１３７，１３８，１３９は均一厚さの薄膜とする。通常光学薄膜の蒸着では厚み精度は数ｎｍ程度であり、誤差はきわめて小さく、その結果、きわめて平行度の高い空気層１２６，１３０が形成できる。
【０１４６】
全反射プリズム１４０における各角度条件は、実施の形態３と同様に、式（５）〜式（９）を満たすことが好ましい。
【０１４７】
第１プリズム１１２の第３面１１７は、研磨された平滑面又は鏡面である。従って、第１貼り合わせ透明板１２７の第１透明基板１２４の空気界面で全反射され、第１プリズム１１２の第３面１１７に入射した不要光１３５はこれを通過して全反射プリズム１４０外に出射する。よって、不要光１３５がスクリーンに達することがない。
【０１４８】
本実施の形態によれば、画像形成光の透過特性が改善され、しかも不要光１３５が全くスクリーン側に進行しない全反射プリズムが実現できる。また、周期構造を第１〜第３プリズムに直接形成するのではなく、透明基板に形成するので、反射防止効果の高い薄い空気層を容易且つ安価に形成できる。
【０１４９】
（実施の形態５）
次に、本発明のプリズム装置を用いた実施の形態５に係る投写型表示装置を図７に示す。
【０１５０】
図７に示すように、本実施の形態５に係る投写型表示装置は、投写レンズ１６１と、プリズム装置１６２と、光源１６３とを少なくとも備えている。
【０１５１】
光源１６３はランプ１６５と凹面鏡１６６とで構成される。凹面鏡１６６の第１焦点ｆ１に配置されたランプ１６５からの光は、凹面鏡１６６で反射され、第２焦点ｆ２上に効率よく集光された後、コンデンサレンズ１６７、反射ミラー１６８、フィールドレンズ１６９を経て、プリズム装置１６２に入射する。
【０１５２】
プリズム装置１６２は全反射プリズム４４と空間光変調素子３１とで構成された実施の形態１に示したプリズム装置である。プリズム装置１６２に入射した光は全反射プリズム４４の全反射面で反射されて、空間光変調素子３１を照明する。本実施の形態では空間変調素子３１としてＤＭＤが使用される。空間光変調素子３１は、映像信号により駆動されて光学像を形成する。空間変調素子３１上の光学像は光源１６３から放射される光によって照明され、画素ごとに反射光の方向が制御される。画像形成光４０は投射レンズ１６１に入射し、図示しないスクリーン上に光学像が拡大投写される。
【０１５３】
なお、プリズム装置１６２は実施の形態１で示したものに限定されず、実施の形態２〜実施の形態４に示したプリズム装置のいずれであっても良い。
【０１５４】
本実施の形態５の投写型表示装置によれば、上述した本発明のプリズム装置を使用することにより、画像形成光の透過特性が良好で、且つ不要光が投射レンズに入射しないので、明るく、コントラストが良好な、高画質の画像表示を行うことができる。
【０１５５】
（実施の形態６）
次に、本発明のプリズム装置を用いた実施の形態６に係る投写型表示装置を図８（Ａ）に示す。
【０１５６】
図８（Ａ）に示すように、本実施の形態６に係る投写型表示装置は、実施の形態５と同様に、投写レンズ１６１と、プリズム装置１７２と、光源１７３とを少なくとも備えている。但し、本実施の形態６にかかる投写型表示装置には、実施の形態５にかかる投写型表示装置と異なり、更に、光源１７３からの光を青、緑、赤の３色に時間的に制限して透過させる時分割色分離手段１９０と、空間変調素子１１１の有効表示領域を均一に照明するための照明光学系１７８とを備える。また、光源１７３のランプ１７５は白色光を放射する。実施の形態５を示す図７と同一の構成要素には同一の符号を付してそれらについての詳細な説明を省略する。
【０１５７】
光源１７３はランプ１７５と凹面鏡１７６とで構成される。凹面鏡１７６の第１焦点ｆ１に配置されたランプ１７５からの白色光は、凹面鏡１７６で反射され、第２焦点ｆ２上に効率よく集光される。
【０１５８】
第２焦点ｆ２近傍に、時分割色分離手段１９０として、カラーホイールが配置される。図８（Ｂ）に示すようにカラーホイール１９０は、等しい中心角を有する３つの扇型状のカラーフィルターを備え、各カラーフィルターはそれぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色光を透過させる。３つのカラーフィルターを備えた円盤状のカラーホイール１９０はモータなどの原動機（図示せず）により中心軸１９１を中心にして高速で回転する。
【０１５９】
この結果、光源１７３からの白色光は、時分割色分離手段１９０により、青、緑、赤の３色に一定時間ごとに色分離されてここを透過し、照明光学系１７８に入射する。
【０１６０】
照明光学系１７８は、光源１７３からの光束を効率よく均一化するためのものであり、コンデンサレンズ１７９と、第１のレンズアレイ１８０と、第２のレンズアレイ１８１と、リレーレンズ１８２とがこの順に配置されて構成されている。
【０１６１】
カラーホイール１９０を通過した光はコンデンサレンズ１７９により略平行光に変換される。変換された略平行光は第１のレンズアレイ１８０に入射する。第１のレンズアレイ１８０は平面上に配列された複数の正パワーを有するレンズ素子で構成されており、この複数の正パワーのレンズ素子はそれぞれ空間光変調素子１１１の有効表示領域の形状と略相似形の開口を有する。
【０１６２】
第２のレンズアレイ１８１も第１のレンズアレイ１８０と同様に平面上に配列された複数の正パワーのレンズ素子で構成されている。よって、第１のレンズアレイ１８０に入射した略平行光は、第１のレンズアレイ１８０を構成する複数のレンズ素子によって分割され、該レンズ素子に一対一に対応する第２のレンズアレイ１８１を構成する各レンズ素子に発光体像を形成する。
【０１６３】
第２のレンズアレイ１８１を構成する各レンズ素子から出射した複数の光束は、リレーレンズ１８２を透過し、反射ミラー１６８で反射され、フィールドレンズ１６９を透過して、プリズム装置１７２に入射する。
【０１６４】
プリズム装置１７２は全反射プリズム１４０と空間光変調素子１１１とで構成された実施の形態４に示したプリズム装置である。プリズム装置１７２に入射した光は全反射プリズム１４０の全反射面で反射されて、空間光変調素子１１１を照明する。このとき、第２のレンズアレイ１８１の各レンズ素子から出射した複数の光束が空間光変調素子１１１の有効表示領域上で重ね合わされる。これにより、空間光変調素子１１１の有効表示領域が均一に照明される。
【０１６５】
本実施の形態では空間変調素子１１１としてＤＭＤが使用される。空間光変調素子１１１は、入射する光の色に応じた映像信号により駆動されて光学像を形成する。空間変調素子１１１上の光学像は光源１７３から放射される光によって照明され、画素ごとに反射光の方向が制御される。画像形成光１３３は投射レンズ１６１に入射し、図示しないスクリーン上に光学像が拡大投写される。
【０１６６】
時分割色分離手段１９０により発生した時間的に高速に切り替わる赤緑青の各色光で空間変調素子１１１を照明し、空間変調素子１１１を駆動する映像信号を入射する色光の切り替わりのタイミングに合わせて切り替えることにより、スクリーン上にフルカラーの拡大投射画像を形成できる。
【０１６７】
本実施の形態６の投写型表示装置によれば、上述した本発明のプリズム装置を使用することにより、画像形成光の透過特性が良好で、且つ不要光が投射レンズに入射しないので、明るく、コントラストが良好な、高画質のカラー画像表示を行うことができる。
【０１６８】
なお、プリズム装置１７２は実施の形態４で示したものに限定されず、実施の形態１〜実施の形態３に示したプリズム装置のいずれであっても良い。
【０１６９】
また、本実施の形態６では、白色光源１７３と時分割色分離手段１９０とを用いて、一定時間毎に青、緑、赤に切り替わる色光で空間光変調素子１１１を照明することでフルカラーの拡大投写を実現しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、光源として、青、緑、赤の単色を発光する３つの光源を用い、各光源の発光時間を一定時間毎に順次切り替えて空間光変調素子１１１を照明することでもフルカラー画像を形成できる。このような光源の例としては、高輝度ＬＥＤやレーザーを用いた光源などが挙げられる。
【０１７０】
（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７に係るリアプロジェクタについて図面を参照しながら説明する。図９は本発明の実施の形態７にかかるリアプロジェクタの構成図である。
【０１７１】
図９に示すように、本実施の形態７にかかるリアプロジェクタは、投写型表示装置２０１と、投写型表示装置２０１を構成する投写レンズから投写された光を折り曲げるミラー２０２と、投写された光を透過散乱させて画像を表示するスクリーン２０３とを少なくとも備えている。２０４は構成部品を収納するための筐体である。投写型表示装置２０１は実施の形態５又は６で示したものと同様である。
【０１７２】
投写型表示装置２０１から投写された映像光は、ミラー２０２によって反射され、透過型スクリーン２０３上に結像される。
【０１７３】
本実施の形態７においては、ミラー２０２によって反射された拡大映像を透過型スクリーン２０３上に映し出す構成としているため、セットの奥行きと高さを小さく抑えることができ、コンパクトなセットを実現できる。
【０１７４】
また、投写型表示装置２０１として実施の形態５又は６で示した投写型表示装置を用いているので、従来のプリズム装置を用いた投写型表示装置に比べ、明るく、コントラストが良好な、高画質の投写画像を得ることができる。
【０１７５】
（実施の形態８）
次に、本発明の実施の形態１２にかかるマルチビジョンシステムについて図面を参照しながら説明する。図１０は本発明の実施の形態８にかかるマルチビジョンシステムの構成図である。
【０１７６】
図１０に示すように、本実施の形態８にかかるマルチビジョンシステムは、複数の投写型表示装置２１１と、各投写型表示装置２１１に一対一に対応して備えられた複数枚の透過型スクリーン２１２と、各投写型表示装置２１１に映像信号を供給する映像信号供給手段２１４とで構成されている。なお、２１３は、複数の投写型表示装置２１１と複数の透過型スクリーン２１２とを収納するための筐体である。投写型表示装置２１２は実施の形態５又は６で示したものと同様である。
【０１７７】
映像信号供給手段２１４は、一の画像を表示するための映像信号を分割し、各投写型表示装置２１１に、分割された異なる映像信号を供給する機能を有している。この機能は、映像信号供給手段２１４に備えられた映像分割回路によって達成される。よって、本実施の形態８にかかるマルチビジョンシステムでは、一の画像の映像信号を映像分割回路によって分割して複数台の投写型表示装置２１１に送り、各投写型表示装置２１１から投写された映像を透過型スクリーン２１２上に結像し、全体として１枚の画像を構成することができる。
【０１７８】
このように本実施の形態８にかかるマルチビジョンシステムによれば、大画面でありながら、明るく、コントラストが良好な、高画質の画像表示を実現できる。
【０１７９】
また、本実施の形態７にかかるマルチビジョンシステムにおいては、映像信号供給手段２１４は、各投写型表示装置２１１に相互に独立した異なる画像の映像信号を供給することもできる。この場合には、各透過型スクリーン２１２上にそれぞれ異なる画像を表示させることができ、多様な情報を同時に表示することができる。
【０１８０】
本実施の形態８にかかるマルチビジョンシステムにおいては、各透過型スクリーン２１２の点灯開始時の光出力や色再現性を検知するためのセンサを筐体２１３に取り付けても良い。これにより、映像信号供給手段２１４は、各透過型スクリーン２１２の点灯開始時の光出力や色再現性に応じて、各投写型表示装置２１１に分配する信号の輝度や色度を加工することができる。これにより、複数枚の透過型スクリーン２１２で構成された大画面においても、明るく、コントラストが良好で、画面全体において表示品質の均一性に優れた表示を得ることができる。
【０１８１】
上記の実施の形態１〜４では、周期構造は空気層を形成する対向する２面の両方に形成されていたが、本発明はこれに限定されない。いずれか一方のみであっても、効果は劣るものの上述した透過特性の改善効果は得られる。
【０１８２】
また、上記の実施の形態１〜４では、ライトバルブとしてＤＭＤを用いたが、本発明はこれに限定されない。各画素にＯＮ状態とＯＦＦ状態とで光の進行方向を独立して制御できる素子を備えたライトバルブであれば使用できる。
【０１８３】
また、上記の実施の形態１〜４では、空気層の厚みを規制するためのスペーサとして蒸着により形成された薄膜を使用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、対向する２面間に微小な球状ビーズを介在させることにより、空気層の厚みを規制しても良い。
【０１８４】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明のプリズム装置によれば、臨界角以上の入射角で入射する第１の光に対しては、空気層との界面での全反射特性を維持しながら、前記第１の光より相対的に小さな入射角で入射する第２の光（画像形成光）に対しては、該界面での反射を入射光の波長帯域のほぼ全域にわたって抑制することができる。その結果、前記第２の光の透過特性が改善されたプリズム装置を提供できる。従って、このようなプリズム装置を用いて画像表示装置を構成することにより、明るく、コントラストが良好な高画質の画像表示を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプリズム装置の構成を示す概略図
【図２】図１に示したプリズム装置が備える周期構造の一例の概略を示した斜視図
【図３】図３（Ａ）：図１に示したプリズム装置が備える別の周期構造の概略を示した斜視図図３（Ｂ）：図１に示したプリズム装置が備える更に別の周期構造の概略を示した斜視図
【図４】本発明の実施の形態２に係るプリズム装置の構成を示す概略図
【図５】本発明の実施の形態３に係るプリズム装置の構成を示す概略図
【図６】本発明の実施の形態４に係るプリズム装置の構成を示す概略図
【図７】本発明の実施の形態５に係る投写型表示装置の概略構成図
【図８】図８（Ａ）：本発明の実施の形態６に係る投写型表示装置の概略構成図
図８（Ｂ）：本発明の実施の形態６に係る投写型表示装置が備える時分割色分離手段の概略構成を示した正面図
【図９】本発明の実施の形態７に係るリアプロジェクタの概略構成図
【図１０】本発明の実施の形態８に係るマルチビジョンシステムの概略構成図
【図１１】従来の投写型表示装置の一例の概略構成図
【図１２】従来のプリズム装置の一例を示す概略構成図
【図１３】一般的な５層反射防止膜の反射特性を示した図
【符号の説明】
３１ ライトバルブ
３２ 第１プリズム
３３ 第２プリズム
３５ 空気層
３６ 照明光
４４ 全反射プリズム
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリズム装置、及びこれを用いた投写型表示装置、リアプロジェクタ、マルチビジョンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大画面映像を得るために、ライトバルブ上に映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を照射し投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する方法が従来よりよく知られている。ライトバルブとして、映像信号に応じて光の進行方向を制御することにより画像を形成する反射型の空間光変調素子を用いれば光利用効率の高い高輝度の投写画像を表示できる。
【０００３】
反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置の光学系の従来の構成例を図１１に示す。ランプ１ａ、凹面鏡１ｂで光源１が構成されている。凹面鏡１ｂは楕円面鏡であり、ガラス製基材の内面に赤外光を透過させ可視光を反射させる光学多層膜を蒸着したものである。ランプ１ａはその発光体の中心が凹面鏡１ｂの第１焦点ｆ１に位置するように配置されている。ランプ１ａから放射される光は凹面鏡１ｂにより反射され、凹面鏡１ｂの第２焦点ｆ２に発光体像を形成し、第２焦点ｆ２を通過した後、リレーレンズ２に入射する。リレーレンズ２を出射した光は全反射ミラー３によって反射され、フィールドレンズ４を経て全反射プリズム６に入射する。全反射プリズム６は２つの単体プリズムを空気層８を介して配置したものである。全反射プリズム６への入射光は空気層８の界面によって全反射してライトバルブ５に入射する。ライトバルブ５は映像信号に応じて画素ごとに光の進行方向を制御して反射角を変化させることにより光学像を形成する。ライトバルブ５からの反射光は、プリズム６を透過後、投写レンズ７に入射し、ライトバルブ５上の光学像は投写レンズ７によりスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。ここで、全反射プリズム６の構成と作用について図１２を用いて以下に説明する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
全反射プリズム６は第１プリズム１２と第２プリズム１３とで構成される。第１プリズム１２の第１面１４に近接してライトバルブ５が配置され、第１プリズム１２の第２面１５は第２プリズム１３の第１面１７と空気層８を形成している。第２プリズム１３の第２面１８は、第１プリズム１２の第１面１４と平行であり、第２プリズム１３の第３面１９は第２面１８と垂直である。第１プリズム１２の第３面１６から入射した光２１は第１プリズム１２の第２面１５で全反射してライトバルブ５に斜め方向から入射する。投写画像として反射される光２２はライトバルブ５に対して垂直に進行する。また、不要光として反射される光２３，２４は光２２とは異なる角度で進行するが、このうち光２４は第２プリズム１３の第３面１９で反射されて投写レンズ側に進行し、光２３は第２プリズム１３の第３面１９で反射されることなく直接第２プリズム１３の第２面１８から出射する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−０１００４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の構成の、図１２に示した全反射プリズム６を用いる場合、全反射プリズム６の全反射面（第１プリズム１２の第２面）１５は投写レンズ７の光軸（及びライトバルブ５の法線）に対して斜めに傾いて配置される。一般に光学界面での反射は入射角度が大きいほど大きくなる。図１１に示した光学系では、ライトバルブ５で画像形成光として反射された光２２の主光線が光学界面１５，１７を比較的大きな入射角度で通過するので、この面での反射は大きく、これらの光学界面での反射防止処理が必要である。
【０００７】
図１３に一般的な５層反射防止膜の特性を示す。縦軸は反射率、横軸は光線の波長を示す。条件Ａは入射角０度のとき、条件Ｂは入射角５６．５度の場合である。入射角が大きくなると反射防止帯域が狭くなるとともに、反射率が増加する。従って、投写光学系の透過率は低下する。
【０００８】
従って、従来の全反射プリズム６には、空気層を挟む界面での透過率低下及び透過帯域の狭帯域化によって光学系全体の透過率が低下して表示画像の輝度が低下したり、空気界面での不要反射光の発生によりコントラストが低下したり、透過帯域の狭帯域化や不要反射光の発生により色純度が低下したりするなど、画質が著しく劣化するという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の上記課題を考慮し、透過特性が改善され、その結果、コントラストが良好で高画質映像を実現可能にするプリズム装置、およびそのプリズム装置を用いた用いた投写型表示装置、リアプロジェクタ、マルチビジョンシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を本発明の第１のプリズム装置は、ライトバルブと、前記ライトバルブ側から順に設けられた第１プリズム及び第２プリズムとを備え、前記第１プリズムと前記第２プリズムとは空気層を挟んで結合され、前記第１プリズムは、前記ライトバルブに近接する第１面と、前記第２プリズムとの間に前記空気層を形成する第２面と、光が入射する第３面とを有し、前記第２プリズムは、前記第１プリズムとの間に前記空気層を形成する第１面と、前記ライトバルブからの反射光が出射し、かつ前記第１プリズムの前記第１面と略平行な第２面と、第３面とを有し、前記第１プリズムの前記第２面と前記第２プリズムの前記第１面のうちの少なくとも一方に、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２のプリズム装置は、ライトバルブと、第１プリズムと、第２プリズムと、貼り合わせ透明板とを備え、前記ライトバルブ側から順に、前記第１プリズム、前記貼り合わせ透明板、前記第２プリズムが配置されており、前記貼り合わせ透明板は、前記第１及び第２プリズムと屈折率が実質的に等しい第１透明基板と第２透明基板とが、空気層を挟んで結合されてなり、前記第１プリズム及び前記第１透明基板、前記第２プリズム及び前記第２透明基板は、それぞれ透明接着剤で接合されており、前記第１プリズムは、前記ライトバルブに近接する第１面と、前記第１透明基板と接合されている第２面と、光が入射する第３面とを有し、前記第２プリズムは、前記第２透明基板と接合されている第１面と、前記ライトバルブからの反射光が出射し、かつ前記第１プリズムの前記第１面と略平行な第２面と、第３面とを有し、前記第１透明基板及び前記第２透明基板の前記空気層と接する面のうちの少なくとも一方に、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３のプリズム装置は、ライトバルブと、前記ライトバルブ側から順に設けられた第１プリズム、第２プリズム、及び第３プリズムとを備え、前記第１プリズムと前記第２プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムは、それぞれ空気層を挟んで結合され、前記第１プリズムは、前記ライトバルブに近接する第１面と、前記第２プリズムとの間に前記空気層を形成する第２面と、前記ライトバルブからの反射光が入射する第３面とを有し、前記第２プリズムは、前記第１プリズムとの間に前記空気層を形成する第１面と、前記第３プリズムとの間に前記空気層を形成する第２面と、光が入射する第３面とを有し、前記第３プリズムは、前記第２プリズムとの間に前記空気層を形成する第１面と、前記ライトバルブからの反射光が出射し、かつ前記第１プリズムの前記第１面と略平行な第２面と、第３面とを有し、前記第１プリズムの前記第２面、前記第２プリズムの前記第１面、前記第２プリズムの前記第２面、及び前記第３プリズムの前記第１面のうちの少なくとも一つに、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第４のプリズム装置は、ライトバルブと、第１プリズムと、第２プリズムと、第３プリズムと、第１貼り合わせ透明板と、第２貼り合わせ透明板とを備え、前記ライトバルブ側から順に、前記第１プリズム、前記第１貼り合わせ透明板、前記第２プリズム、第２貼り合わせ透明板、及び前記第３プリズムが配置されており、前記第１及び第２貼り合わせ透明板は、いずれも前記第１〜第３プリズムと屈折率が実質上等しい第１透明基板と第２透明基板とが、空気層を挟んで結合されてなり、前記各透明基板と、これと隣り合う前記プリズムとは透明接着剤で接合されており、前記第１プリズムは、前記ライトバルブに近接する第１面と、前記第１貼り合わせ透明板の前記第１透明基板と接合されている第２面と、前記ライトバルブからの反射光が入射する第３面とを有し、前記第２プリズムは、前記第１貼り合わせ透明板の前記第２透明基板と接合されている第１面と、前記第２貼り合わせ透明板の前記第１透明基板と接合されている第２面と、光が入射する第３面とを有し、前記第３プリズムは、前記第２貼り合わせ透明板の前記第２透明基板と接合されている第１面と、前記ライトバルブからの反射光が出射し、かつ前記第１プリズムの前記第１面と略平行な第２面と、第３面とを有し、前記第１貼り合わせ透明板の前記第１及び第２透明基板、及び前記第２貼り合わせ透明板の前記第１及び第２透明基板の前記空気層と接する面のうちの少なくとも一つに、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有することを特徴とする。
【００１４】
次に、本発明の投写型表示装置は、本発明の上記第１から第４のいずれかのプリズム装置と、光源と、投射レンズとを備え、前記光源からの光が前記プリズム装置に入射し、前記ライトバルブで変調された後、前記プリズム装置を出射し、前記投写レンズにより投写されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のリアプロジェクタは、本発明の前記投写型表示装置と、前記投写型表示装置から投写された光を折り曲げるミラーと、前記投写された光を透過散乱させて画像を表示する透過型スクリーンとを少なくとも備える。
【００１６】
更に、本発明のマルチビジョンシステムは、複数の本発明の前記投写型表示装置と、前記投写型表示装置と一対一に対応する複数の透過型スクリーンと、複数の前記投写型表示装置に映像信号を供給する映像信号供給手段とを少なくとも備える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１から第４のプリズム装置は、隣り合うプリズムの間の空気層を形成する対向する２面のうちの少なくとも一方に、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有する。ここで、入射光の波長が幅を有する場合には、周期構造のピッチは入射光の波長帯の下限波長値より小さいことが必要である。また、周期構造のピッチとは、周期構造が多数の微細構造体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。
【００１８】
これにより、臨界角以上の入射角で入射する第１の光に対しては、空気層との界面での全反射特性を維持しながら、前記第１の光より相対的に小さな入射角で入射する第２の光（画像形成光）に対しては、該界面での反射を入射光の波長帯域のほぼ全域にわたって抑制することができる。その結果、前記第２の光の透過特性が改善されたプリズム装置を提供できる。従って、このようなプリズム装置を用いて画像表示装置を構成することにより、明るく、コントラストが良好な高画質の画像表示を実現できる。
【００１９】
本発明の上記第１及び第２のプリズム装置において、前記ライトバルブに空気中から入射する場合の照明光の入射角をθ０、光線が空気中から前記プリズムに前記入射角θ０で入射した場合の前記プリズム中での屈折角をθ１、前記プリズム中の臨界角をθ２、前記第１プリズムの前記第２面と前記第３面とがなす角度をθ３、前記第２プリズムの前記第１面と前記第２面とがなす角度をθ４、前記プリズムの屈折率をｎとすると、以下の式（１）〜式（４）を満たしていることが好ましい。
【００２０】
ｎ・ｓｉｎθ１＝ｓｉｎθ０ ・・・（１）
ｓｉｎθ２＝１／ｎ ・・・（２）
θ３＝θ１／２＋θ２ ・・・（３）
θ４＝θ２−θ１／２ ・・・（４）
これにより、画像形成光を効率よく第２プリズムの第２面から出射させることができる。
【００２１】
本発明の上記第３及び第４のプリズム装置において、前記ライトバルブに空気中から入射する場合の照明光の入射角をθ０、光線が空気中から前記プリズムに前記入射角θ０で入射した場合の前記プリズム中での屈折角をθ１、前記プリズム中の臨界角をθ２、前記第２プリズムの前記第２面と前記第３面とがなす角度をθ３、前記第３プリズムの前記第１面と前記第２面とがなす角度をθ４、前記ライトバルブから出射する光線の空気中での出射角をθ５、前記第１プリズムの前記第１面と前記第２面とがなす角度をθ６、前記プリズムの屈折率をｎとすると、以下の式（５）〜式（９）を満たしていることが好ましい。
【００２２】
ｎ・ｓｉｎθ１＝ｓｉｎθ０ ・・・（５）
ｓｉｎθ２＝１／ｎ ・・・（６）
θ３＝θ１／２＋θ２ ・・・（７）
θ４＝θ２−θ１／２ ・・・（８）
θ６≧θ２−θ５ ・・・（９）
これにより、画像形成光を効率よく第３プリズムの第２面から出射させることができる。また、不要光を全反射させて第２、第３プリズム内に入射するのを防止することができる。
【００２３】
本発明の上記第３及び第４のプリズム装置において、前記第１プリズムの前記第３面に光吸収手段を備えることが好ましい。これにより、不要光を光吸収手段に吸収させることができる。
【００２４】
あるいは、本発明の上記第３及び第４のプリズム装置において、前記第１プリズムの前記第３面が研磨面又は鏡面であることが好ましい。これにより、不要光を前記第１プリズムの前記第３面からプリズム装置外に出射させることができる。
【００２５】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記ライトバルブは反射型であり、映像信号に応じて画素ごとに光の進行方向を制御することにより画像を形成する空間光変調素子であることが好ましい。これにより、画像形成光のみを所定の方向に導くことができ、画像形成装置への適用が容易となる。
【００２６】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記空気層と接する対向する２面の光学有効領域外に金属又は誘電体からなる薄膜が形成されており、前記薄膜が前記空気層の厚さを規制することが好ましい。これにより、空気層の厚みや空気層を形成する対向２面の平行度の管理が容易且つ高精度に行えるので、光学特性が高度に安定したプリズム装置を提供できる。
【００２７】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記薄膜は、フッ化マグネシウム、二酸化シリコン、又は二酸化チタンからなることが好ましい。これらの材料は汎用性があり、かつ被形成基板であるガラスと同等の特性をもつので、温度膨張、耐久性などの面で有利である。
【００２８】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記周期構造は、入射光の波長の１／２以下のピッチを有することが好ましい。これにより、空気層との界面での透過／反射特性の入射角依存性、波長依存性を一層低減でき、光の透過特性が向上する。
【００２９】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記周期構造は、そのピッチの１倍以上、更には３倍以上の高さを有することが好ましい。これにより、光の透過特性が一層向上する。
【００３０】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記周期構造を構成する一単位が錐体であることが好ましい。これにより、空気界面で屈折率が連続的に変化するので、広がりを有する光束に対しても均一な透過特性が得られる。
【００３１】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記周期構造を構成する一単位の底面形状が略正６角形であることが好ましい。これにより、周期構造を高充填率で配置できるので、光の透過特性が一層向上する。
【００３２】
本発明の上記第１〜第４のプリズム装置において、前記入射光の波長帯の下限値が４００ｎｍ、更には４３０ｎｍ、特に４５０ｎｍであることが好ましい。これにより、可視光帯のほぼ全域にわたって良好な透過特性が得られる。
【００３３】
次に、本発明の投写型表示装置は、本発明の上記第１から第４のいずれかのプリズム装置と、光源と、投射レンズとを備え、前記光源からの光が前記プリズム装置に入射し、前記ライトバルブで変調された後、前記プリズム装置を出射し、前記投写レンズにより投写される。これにより、明るく、コントラストが良好な高画質の画像表示を実現できる。
【００３４】
本発明の上記の投写型表示装置が、前記光源からの光が入射して青、緑、赤の３色に時間的に制限して出射する時分割色分離手段を更に備え、前記ライトバルブは入射する光の色に応じた光学像を形成することが好ましい。これにより、高画質のカラー画像表示が可能になる。
【００３５】
更に、本発明のリアプロジェクタは、本発明の前記投写型表示装置と、前記投写型表示装置から投写された光を折り曲げるミラーと、前記投写された光を透過散乱させて画像を表示する透過型スクリーンとを少なくとも備える。これにより、明るく、コントラストが良好な高画質の画像表示を実現できる。
【００３６】
また、本発明のマルチビジョンシステムは、複数の本発明の上記投写型表示装置と、前記投写型表示装置と一対一に対応する複数の透過型スクリーンと、複数の前記投写型表示装置に映像信号を供給する映像信号供給手段とを少なくとも備える。これにより、大画面でありながら、明るく、コントラストが良好な高画質の画像表示を実現できる。
【００３７】
本発明の上記のマルチビジョンシステムにおいて、前記映像信号供給手段は、一の画像の映像信号を分割して、分割された異なる映像信号を複数の前記投写型表示装置にそれぞれ供給し、複数の前記透過型スクリーン全体で前記一の画像を表示するように構成されていても良い。これにより、複数枚の透過型スクリーンで一の大画面を形成でき、しかも明るく、コントラストが良好で、画面全体において表示品質の均一性に優れた高画質の画像表示を実現できる。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１１を用いて説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係るプリズム装置の構成を示したものであり、同図を参照しならが、本実施の形態の構成及び動作を述べる。
【００４０】
同図において、３１はライトバルブとしての空間光変調素子、４４は全反射プリズムである。
【００４１】
空間光変調素子３１は、例えば、光学像面に多数の画素が配列形成され、各画素に映像信号に応じて傾斜角を独立して変更できる反射ミラーが備えられたデジタルミラーデバイスである。空間光変調素子３１に入射する照明光３６のうち画像形成する画素に入射した光は空間光変調素子３１の光学像面の法線方向と平行な光学軸４３に沿って反射され、画像形成に寄与しない画素に入射した光は不要光４５として光学軸４３とは異なる方向に反射される。
【００４２】
全反射プリズム４４は、空間光変調素子３１側から順に、第１プリズム３２、第２プリズム３３の２個の三角プリズムで構成されている。プリズム３２，３３間には薄い空気層３５が形成されている。プリズム３２，３３の材質はいずれも光学ガラスであり、屈折率は１．５１６である。
【００４３】
第１プリズム３２は、空間光変調素子３１に近接する第１面３４と、第２のプリズム３３との間に空気層３５を形成し、照明光３６を全反射して空間光変調素子３１へプリズム中の屈折角θ１で入射させる第２面３７と、外部から照明光３６が入射する第３面３８とを有する。
【００４４】
第２プリズム３３は、第１プリズム３２との間に空気層３５を形成する第１面３９と、空間光変調素子３１で反射され、空気層３５を通過した画像形成光４０が出射する第２面４１と、第３面４２とを有する。
【００４５】
第１プリズム３２は、入射光３６を空間光変調素子３１に斜めから入射させ、投写画像として用いる反射光４０の主光線が空間光変調素子３１と垂直な光学軸４３と平行になるように構成されている。
【００４６】
全反射プリズム４４全体として、投写光学軸４３方向で平行平面とするため、第１プリズム３２の第１面３４と第２プリズム３３の第２面４１とは、それぞれ空間光変調素子３１の光学像面と平行である。
【００４７】
第２プリズム３３の第３面４２は、空間光変調素子３１からの不要光４５を吸収もしくは反射しないように、空間光変調素子３１からの不要光４５の主光線方向と略平行である。
【００４８】
ここで、第１プリズム３２の第２面３７及び第２プリズム３３の第１面３９の有効領域には、空間光変調素子３１から出射し、これらの面に入射する光線の波長より小さい周期を有する微小な突起群（周期構造）が形成されている。具体的には、図２に示すような、ピッチｐ１，高さｈ１の微細な突起群が形成されている。
【００４９】
各突起は、ピッチｐ１が２５０ｎｍ以下、高さｈ１が７５０ｎｍの錐体である。これら錐体は、基材上に塗布したレジストに対し、電子ビーム露光法を用いて、レジスト層を露光、現像を繰り返し行うことにより形成される。これにより、面３７、３９には図２に示すような周期構造をもつ微小な錐体群を形成できる。
【００５０】
このような使用波長以下のピッチｐ１を有する微小構造体からなる周期構造を形成することで、入射光に対し見かけ上、屈折率を連続的に変化させることができ、入射角依存性、波長依存性の小さい反射防止機能面を形成でき、反射率が低減される。しかしながら、このような微小な周期構造を有する面は、屈折率が高い媒質から屈折率が低い媒質方向へ光が入射する場合、入射角が臨界角以上に大きいと全反射する特性は反射防止処理を施さない場合と同様である。
【００５１】
第１プリズム３２に入射する照明光３６は第１のプリズム３２の第２面３７で全反射し、ライトバルブ３１に入射するとともに、ここで反射された画像形成光４０は第１プリズム３２の第２面３７及び第２プリズム３３の第１面３９を通過して全反射プリズム４４を出射する。このとき、画像形成光４０は、このような周期構造により、そのほぼ全波長帯において空気層３５との界面である面３７，３９での反射により低減されることがない。これにより、明るい、色再現性のよい映像が得られる。
【００５２】
周期的な微細構造体は、ピッチｐ１が入射する光の波長（以下、「使用波長」）以下であればよい。ピッチｐ１が使用波長の１／２以下であれば界面での入射角依存性、波長依存性を一層低減でき、光の透過特性が向上するのでより好ましい。また、微細構造体の高さｈ１は、好ましくはピッチｐ１以上、より好ましくはピッチｐ１の３倍以上である。このように高さｈ１が高いほど、光の透過特性が一層向上する。
【００５３】
周期構造を構成する一単位である微細構造体の形状は、図２に示すような円錐形状に限定されず、図３（Ａ）に示すような円柱形状や、図３（Ｂ）に示すような角錐形状であっても良い。あるいは、中心軸を通る高さ方向の断面形状が略正弦波状である、錐体に近似した形状であっても良い。但し、微小構造体が錐体やそれに近似した形状であれば、空気界面で屈折率が連続的に変化するのでより望ましい。
【００５４】
隣り合う微小構造体との間隔は小さい方が好ましい。隣り合う微小構造体の間の平面部分は、従来と同様の反射特性を有するからである。また、微小構造体の底面形状は、円形、楕円形の他、四角形、六角形、三角形などの多角形などのいずれであっても良いが、正六角形であれば、微細構造体の充填率が最大となるので、入射光に対する反射抑制効果は一層向上する。
【００５５】
いずれの構造でも、透過光に対し、周期構造が形成された面で、ごく緩やかに屈折率が変化するのと同等の効果をもつので、反射が低減される。このような周期的な微細構造体は、通常の反射防止膜より帯域の広い、入射角依存性の小さい反射防止手段となる。
【００５６】
第１プリズム３２の第２面３７と第２プリズム３３の第１面３９とはスペーサ４５，４６によりその面間隔（空気層３５の厚み）が規制されて固定されている。スペーサ４５，４６は蒸着により形成された金属又は誘電体からなる薄膜である。スペーサ４５，４６は、第１プリズム３２の第２面３７、第２プリズム３３の第１面３９の光学有効領域外の全体に設けられる必要は無く、４隅に形成されていればよい。本実施の形態では、スペーサ４５，４６は蒸着法により形成された誘電体膜からなり、第１プリズム３２の第２面３７と第２プリズム３３の第１面３９との間の間隔は約５μｍである。
【００５７】
スペーサ４５，４６の形成時には、光学有効領域には遮蔽を施し、周期構造形成領域内に金属もしくは誘電体が付着しないようにする。また、４隅に形成するスペーサ４５，４６は均一厚さの薄膜とする。通常光学薄膜の蒸着では厚み精度は数ｎｍ程度であり、誤差はきわめて小さく、その結果、きわめて平行度の高い空気層３５が形成できる。
【００５８】
スペーサ層４５，４６を構成する材料としては、特性が安定で、安価なものが好ましいが、特に二酸化シリコン、二酸化チタン、フッ化マグネシウムは、反射防止膜の蒸着時にも良く用いられており、汎用性があり、かつ基板であるガラスと同等の特性をもつので、温度膨張、耐久性などの面で有利である。
【００５９】
ここで、第１プリズム３２及び第２プリズム３３の屈折率をｎとし、照明光３６の空間光変調素子３１への空気中の入射角をθ０、プリズム中の屈折角をθ１とすると、以下の式（１）が成り立つ。
【００６０】
【数１０】
ｎ・ｓｉｎθ１＝ｓｉｎθ０ ・・・（１）
【００６１】
また、第１プリズム３２中を進行する照明光３６が、空気との界面（第１プリズム３２の第２面３７）で全反射される臨界角θ２は、以下の式（２）で表すことが出来る。
【００６２】
【数１１】
ｓｉｎθ２＝１／ｎ ・・・（２）
【００６３】
また、第１プリズム３２の第２面３７と第３面３８とがなす角度θ３は、照明光３６が第２面３７で全反射されてプリズム中の屈折角θ１で空間光変調素子３１側へ進行するようにするために、以下の条件式（３）を満たす必要がある。
【００６４】
【数１２】
θ３＝θ１／２＋θ２ ・・・（３）
【００６５】
さらに、第２プリズム３３の第１面３９と第２面４１とがなす角度θ４は、画像形成光４０が出射する第２面４１を空間光変調素子３１の光学像面及び第１プリズム３２の第１面３４と互いに平行とするため、以下の条件式（４）を満たす必要がある。
【００６６】
【数１３】
θ４＝θ２−θ１／２ ・・・（４）
【００６７】
第１プリズム３２の第１面３４及び第３面３８、第２プリズム３３の第２面４１には誘電体多層膜による反射防止膜が形成されている。反射防止膜は、可視光帯域である４００〜７００ｎｍ全体で反射を低減できるよう、３層もしくは５層以上で構成される。この多層膜の材料として二酸化チタン、フッ化マグネシウム、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどが用いられる。蒸着は通常毎秒１ｎｍ程度の厚みを形成するように行う。面３４，３８，４１に入射する光線の入射角は小さく、通常の反射防止膜でも十分有効である。コストに応じて、入射光の波長より小さい前記の周期構造による反射防止構造としてもよい。
【００６８】
本実施の形態によれば、画像形成光の透過特性が改善された、コンパクトな全反射プリズム４４が実現できる。
【００６９】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２に係るプリズム装置の構成を示したものであり、同図を参照しながら本実施の形態の構成及び動作を述べる。
【００７０】
同図において、５１はライトバルブとしての空間光変調素子、６６は全反射プリズムである。
【００７１】
空間光変調素子５１は、例えば、光学像面に多数の画素が配列形成され、各画素に映像信号に応じて傾斜角を独立して変更できる反射ミラーが備えられたデジタルミラーデバイスである。空間光変調素子５１に入射する照明光６１のうち画像形成する画素に入射した光は空間光変調素子５１の光学像面の法線方向と平行な光学軸７０に沿って反射され、画像形成に寄与しない画素に入射した光は不要光６９として光学軸７０とは異なる方向に反射される。
【００７２】
全反射プリズム６６は、空間光変調素子５１側から順に、第１プリズム５２、貼り合わせ透明板６７、第２プリズム５３で構成されている。プリズム５２，５３及び貼り合わせ透明板６７の材質はいずれも光学ガラスであり、屈折率は１．５１６である。
【００７３】
貼り合わせ透明板６７は、２枚の第１，第２透明基板５５，５６をスペーサ５７，５８を間に介して結合してなり、スペーサ５７，５８により透明基板５５，５６間の面間隔が規制されて薄い空気層５９が形成されている。
【００７４】
第１プリズム５２は、空間光変調素子５１に近接する第１面５４と、貼り合わせ透明板６７を構成する第１透明基板５５に接合される第２面６０と、外部から照明光６１が入射する第３面６２とを有する。第１プリズム５２と第１透明基板５５とは透明接着剤により接合されている。
【００７５】
第２プリズム５３は、貼り合わせ透明板６７を構成する第２透明基板５６と接合される第１面６８と、空間光変調素子５１で反射され、空気層５９を通過した画像形成光６５が出射する第２面６３と、第３面６４とを有する。第２プリズム５３と第２透明基板５６とは透明接着剤により接合されている。
【００７６】
第１プリズム５２及び第１透明基板５５は、入射光６１を空間光変調素子５１に斜めから入射させ、投写画像として用いる反射光６５の主光線が空間変調素子５１と垂直な光学軸７０と平行になるように構成されている。
【００７７】
全反射プリズム６６全体として、投写光学軸７０方向で平行平面とするため、第１プリズム５２の第１面５４と第２プリズム５３の第２面６３とは、それぞれ空間光変調素子５１の光学像面と平行である。
【００７８】
第２プリズム５３の第３面６４は、空間光変調素子５１からの不要光６９を吸収もしくは反射しないように、空間光変調素子５１からの不要光６９の主光線方向と略平行である。
【００７９】
第１，第２透明基板５５，５６の空気層５９との界面側の面の有効領域には、空間光変調素子５１から出射し、これらの面に入射する光線の波長より小さい周期を有する、実施の形態１で説明したのと同様の微小な突起群（周期構造）が形成されている。具体的には、図２に示すような、ピッチｐ１，高さｈ１の微細な突起群が形成されている。
【００８０】
各突起は、ピッチｐ１が２５０ｎｍ以下、高さｈ１が３００ｎｍの錐体である。この突起群は、実施の形態１と同様に、基材上に塗布したレジストに対し、電子ビーム露光法などで形成される。
【００８１】
このような使用波長以下のピッチｐ１を有する微小構造体からなる周期構造を形成することで、入射光に対し見かけ上、屈折率を連続的に変化させることができ、入射角依存性、波長依存性の小さい反射防止機能面を形成でき、反射率が低減される。しかしながら、このような微小な周期構造を有する面は、屈折率が高い媒質から屈折率が低い媒質方向へ光が入射する場合、入射角が臨界角以上に大きいと全反射する特性は反射防止処理を施さない場合と同様である。
【００８２】
第１プリズム５２に入射する照明光６１は第１透明基板５５の空気層５９との界面で全反射し、ライトバルブ５１に入射するとともに、ここで反射された画像形成光６５は第１透明基板５５及び第２透明基板５６を通過して全反射プリズム６６を出射する。このとき、画像形成光６５は、このような周期構造により、そのほぼ全波長帯において空気層５９との界面での反射により低減されることがない。これにより、明るい、色再現性のよい映像が得られる。
【００８３】
周期的な微細構造体は、ピッチｐ１が入射する光の波長（以下、「使用波長」）以下であればよい。ピッチｐ１が使用波長の１／２以下であれば界面での入射角依存性、波長依存性を一層低減でき、光の透過特性が向上するのでより好ましい。また、微細構造体の高さｈ１は、好ましくはピッチｐ１以上、より好ましくはピッチｐ１の３倍以上である。このように高さｈ１が高いほど、光の透過特性が一層向上する。
【００８４】
周期構造を構成する一単位である微細構造体の形状は、図２に示すような円錐形状に限定されず、図３（Ａ）に示すような円柱形状や、図３（Ｂ）に示すような角錐形状であっても良い。あるいは、中心軸を通る高さ方向の断面形状が略正弦波状である、錐体に近似した形状であっても良い。但し、微小構造体が錐体やそれに近似した形状であれば、空気界面で屈折率が連続的に変化するのでより望ましい。
【００８５】
隣り合う微小構造体との間隔は小さい方が好ましい。隣り合う微小構造体の間の平面部分は、従来と同様の反射特性を有するからである。また、微小構造体の底面形状は、円形、楕円形の他、四角形、六角形、三角形などの多角形などのいずれであっても良いが、正六角形であれば、微細構造体の充填率が最大となるので、入射光に対する反射抑制効果は一層向上する。
【００８６】
いずれの構造でも、透過光に対し、周期構造が形成された面で、ごく緩やかに屈折率が変化するのと同等の効果をもつので、反射が低減される。このような周期的な微細構造体は、通常の反射防止膜より帯域の広い、入射角依存性の小さい反射防止手段となる。
【００８７】
貼り合わせ透明板６７の薄い空気層５９を形成するためのスペーサ５７，５８は蒸着により形成された金属又は誘電体からなる薄膜である。スペーサ５７，５８は、２枚の透明基板５５，５６の空気層５９側の面の光学有効領域外全体に設けられる必要は無く、４隅に形成されていればよい。本実施の形態では、スペーサ５７，５８は蒸着法により形成された誘電体膜からなり、透明基板５５，５６の面間隔は約５μｍである。
【００８８】
第１の実施の形態と同様に、スペーサ５７，５８は、光学有効領域を遮蔽した状態で形成するのが好ましく、蒸着法によれば精度のよいスペーサを実現できる。
【００８９】
全反射プリズム６６における各角度条件は、実施の形態１と同様に、式（１）〜式（４）を満たすことが好ましい。
【００９０】
第１プリズム５２の第１面５４及び第３面６２、第２プリズム５３の第２面６３には誘電体多層膜による反射防止膜が形成されている。反射防止膜は、可視光帯域である４００〜７００ｎｍ全体で反射を低減できるよう、３層もしくは５層以上で構成される。この多層膜の材料として二酸化チタン、フッ化マグネシウム、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどが用いられる。蒸着は通常毎秒１ｎｍ程度の厚みを形成するように行う。面５４，６２，６３に入射する光線の入射角は小さく、通常の反射防止膜でも十分有効である。コストに応じて、入射光の波長より小さい前記の周期構造による反射防止構造としてもよい。
【００９１】
本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、画像形成光の透過特性が改善された、コンパクトな全反射プリズム６６が実現できる。また、周期構造を第１，第２プリズムに直接形成するのではなく、透明基板５５，５６に形成するので、反射防止効果の高い薄い空気層を容易且つ安価に形成できる。
【００９２】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３に係るプリズム装置の構成を示したものであり、同図を参照しならが、本実施の形態の構成及び動作を述べる。
【００９３】
同図において、８１はライトバルブとしての空間光変調素子、１０１は全反射プリズムである。
【００９４】
空間光変調素子８１は、例えば、光学像面に多数の画素が配列形成され、各画素に映像信号に応じて傾斜角を独立して変更できる反射ミラーが備えられたデジタルミラーデバイスである。空間光変調素子８１に入射する照明光９６のうち画像形成する画素に入射した光は空間光変調素子８１の光学像面の法線方向と平行な光学軸に沿って反射され（画像形成光９７）、画像形成に寄与しない画素に入射した光は不要光９８として画像形成光９７とは異なる方向に反射される。
【００９５】
全反射プリズム１０１は、空間光変調素子８１側から順に、第１プリズム８２、第２プリズム８３、第３プリズム８４の３個の三角プリズムで構成されている。プリズム８２，８３の間及びプリズム８３，８４の間にはそれぞれ薄い空気層９４，９５が形成されている。プリズム８２，８３，８４の材質はいずれも光学ガラスであり、屈折率は１．５１６である。
【００９６】
第１プリズムは８２は、空間光変調素子３１に近接する第１面８５と、第２プリズム８３との間に空気層９４を形成し、空間光変調素子８１で反射される画像形成光９７を透過し、画像形成光９７の主光線に対して角度θ５で反射される不要光９８を全反射する第２面８６と、第２面８６で反射された不要光９８が入射する第３面８７とを有する。
【００９７】
第２プリズム８３は、第１プリズム８２との間に空気層９４を形成する第１面８８と、第３プリズム８４との間に空気層９５を形成し、画像形成光９７を透過し、照明光９６を全反射して空間光変調素子８１へプリズム中の屈折角θ１で入射させる第２面８９と、外部から照明光９６が入射する第３面９０とを有する。
【００９８】
第３プリズム８４は、第２プリズム８３との間に空気層９５を形成する第１面９１と、空間光変調素子８１から反射された画像形成光９７が出射する第２面９２と、第２面９２と直角をなす第３面９３とを有する。
【００９９】
第２プリズム８３は、入射光９６を空間光変調素子８１に斜めから入射させ、投写画像として用いる反射光９７の主光線が空間光変調素子８１と垂直な光学軸と平行になるように構成されている。
【０１００】
また、第１プリズム８２は、空間光変調素子８１からの不要光９８をその第２面８６で全反射させ、投写レンズ及びスクリーン側に進行させない作用を有する。
【０１０１】
全反射プリズム１０１全体として、投写光学軸方向で平行平面とするため、第１プリズム８２の第１面８５と第３プリズム８４の第２面９２は、それぞれ空間光変調素子８１の光学像面と平行である。
【０１０２】
薄い空気層９４、９５を形成する第１プリズムの第２面８６、第２プリズム８３の第１面８８、第２プリズム８３の第２面８９、第３プリズム８４の第１面９１の各有効領域には，これらの面に入射する光線の波長より小さい周期を有する、実施の形態１で説明したのと同様の微小な突起群（周期構造）が形成されている。
【０１０３】
このような使用波長以下のピッチｐ１を有する微小構造体からなる周期構造を形成することで、入射光に対し見かけ上、屈折率を連続的に変化させることができ、入射角依存性、波長依存性の小さい反射防止機能面を形成でき、反射率が低減される。しかしながら、このような微小な周期構造を有する面は、屈折率が高い媒質から屈折率が低い媒質方向へ光が入射する場合、入射角が臨界角以上に大きいと全反射する特性は反射防止処理を施さない場合と同様である。
【０１０４】
第２プリズム８３に入射する照明光９６は第２プリズム８３の第２面８９で全反射した後、第２プリズム８３の第１面８８、第１プリズム８２の第２面８６を通過してライトバルブ８１に入射するとともに、ここで反射された画像形成光９７は第１プリズム８２の第２面８６、第２プリズム８３の第１面８８、第２プリズム８３の第２面８９、第３プリズム８４の第１面９１を順に大きな入射角で通過して全反射プリズム１０１を出射する。このとき、画像形成光９７は、このような周期構造により、そのほぼ全波長帯において空気層９４，９５との界面で反射により低減されることがない。これにより、明るい、色再現性のよい映像が得られる。
【０１０５】
周期的な微細構造体は、ピッチｐ１が入射する光の波長（以下、「使用波長」）以下であればよい。ピッチｐ１が使用波長の１／２以下であれば界面での入射角依存性、波長依存性を一層低減でき、光の透過特性が向上するのでより好ましい。また、微細構造体の高さｈ１は、好ましくはピッチｐ１以上、より好ましくはピッチｐ１の３倍以上である。このように高さｈ１が高いほど、光の透過特性が一層向上する。
【０１０６】
周期構造を構成する一単位である微細構造体の形状は、図２に示すような円錐形状に限定されず、図３（Ａ）に示すような円柱形状や、図３（Ｂ）に示すような角錐形状であっても良い。あるいは、中心軸を通る高さ方向の断面形状が略正弦波状である、錐体に近似した形状であっても良い。但し、微小構造体が錐体やそれに近似した形状であれば、空気界面で屈折率が連続的に変化するのでより望ましい。
【０１０７】
隣り合う微小構造体との間隔は小さい方が好ましい。隣り合う微小構造体の間の平面部分は、従来と同様の反射特性を有するからである。また、微小構造体の底面形状は、円形、楕円形の他、四角形、六角形、三角形などの多角形などのいずれであっても良いが、正六角形であれば、微細構造体の充填率が最大となるので、入射光に対する反射抑制効果は一層向上する。
【０１０８】
いずれの構造でも、透過光に対し、周期構造が形成された面で、ごく緩やかに屈折率が変化するのと同等の効果をもつので、反射が低減される。このような周期的な微細構造体は、通常の反射防止膜より帯域の広い、入射角依存性の小さい反射防止手段となる。
【０１０９】
第１のプリズム８２の第２面８６と第２のプリズム８３の第１面８８とはスペーサ１０２，１０３により、また、第２のプリズム８３の第２面８９と第３のプリズム８４の第１面９１とはスペーサ１０４，１０５により、それぞれ面間隔（空気層９４，９５の厚み）が規制されて固定されている。スペーサ１０２，１０３およびスペーサ１０４，１０５は蒸着により形成された金属又は誘電体からなる薄膜である。本実施の形態では、空気層９４，９５をそれぞれ形成する面間隔は約５μｍである。
【０１１０】
スペーサ１０２，１０３，１０４，１０５は、それぞれ第１プリズム８２の第２面８６、第２プリズム８３の第１面８８、第２プリズム８３の第２面８９、第３プリズム８４の第１面９１の光学有効領域外の全体に設けられる必要は無く、４隅に形成されればよい。
【０１１１】
スペーサ１０２，１０３，１０４，１０５の形成時には、光学有効領域には遮蔽を施し、周期構造形成領域内に金属もしくは誘電体が付着しないようにする。また、４隅に形成するスペーサ１０２，１０３，１０４，１０５は均一厚さの薄膜とする。通常光学薄膜の蒸着では厚み精度は数ｎｍ程度であり、誤差はきわめて小さく、その結果、きわめて平行度の高い空気層９４，９５が形成できる。
【０１１２】
ここで、第１プリズム８２、第２プリズム８３、第３プリズム８４の屈折率をｎとし、照明光９６の空間光変調素子８１への空気中の入射角をθ０、プリズム中の屈折角をθ１とすると、以下の式（５）が成り立つ。
【０１１３】
【数１４】
ｎ・ｓｉｎθ１＝ｓｉｎθ０ ・・・（５）
【０１１４】
また、第２プリズム８３中を進行する照明光９６が、空気との界面（第２プリズム８３の第２面８９）で全反射される臨界角θ２は、以下の式（６）で表すことが出来る。
【０１１５】
【数１５】
ｓｉｎθ２＝１／ｎ ・・・（６）
【０１１６】
また、第２プリズム８３の第２面８９と第３面９０とがなす角度θ３は、照明光９６が第２面８９で全反射されてプリズム中の屈折角θ１で空間光変調素子８１側へ進行するようにするために、以下の条件式（７）を満たす必要がある。
【０１１７】
【数１６】
θ３＝θ１／２＋θ２ ・・・（７）
【０１１８】
さらに、第３プリズム８４の第１面９１と第２面９２とがなす角度θ４は、画像形成光９７が出射する第２面９２が空間光変調素子８１の光学像面及び第１プリズム８２の第１面８５と互いに平行とするため、以下の条件式（８）を満たす必要がある。
【０１１９】
【数１７】
θ４＝θ２−θ１／２ ・・・（８）
【０１２０】
プリズム中での屈折角θ５で反射される不要光９８が第１プリズム８２の第２面８６で全反射されるためには、第１プリズム８２の第１面８５と第２面８６とがなす角度θ６が以下の条件式（９）を満たす必要がある。
【０１２１】
【数１８】
θ６≧θ２−θ５ ・・・（９）
【０１２２】
式（９）を満たしていれば、不要光９８は第２面８６で全反射され、第３面８７に入射する。第３面８７は研磨面であり、空気との界面には光吸収手段として黒色塗料が塗布されている。従って、不要光９８のほとんどがここで吸収される。
【０１２３】
プリズムの外面に光吸収塗料を塗着した場合、境界面への入射角が小さい場合には反射率は低いが、入射角が大きくなり境界面とほぼ平行に入射するような場合には反射率がかなり高くなる。図５に示した全反射プリズム１０１の場合には、空間光変調素子８１から出射した不要光９８が第１プリズム８２の第３面８７に小さな入射角で入射するため、反射率は低い。従って、不要光９８のほとんどが黒色塗料に吸収され、スクリーンに達することがない。
【０１２４】
本実施の形態によれば、画像形成光の透過特性が改善され、しかも不要光９８が全くスクリーン側に進行しない全反射プリズムが実現できる。
【０１２５】
（実施の形態４）
図６は本発明の実施の形態４に係るプリズム装置の構成を示したものであり、同図を参照しながら本実施の形態の構成及び動作を述べる。
【０１２６】
同図において、１１１はライトバルブとしての空間光変調素子、１４０は全反射プリズムである。
【０１２７】
空間光変調素子１１１は、例えば、光学像面に多数の画素が配列形成され、各画素に映像信号に応じて傾斜角を独立して変更できる反射ミラーが備えられたデジタルミラーデバイスである。空間光変調素子１１１に入射する照明光１３２のうち画像形成する画素に入射した光は空間光変調素子１１１の光学像面の法線方向と平行な光学軸に沿って反射され（画像形成光１３３）、画像形成に寄与しない画素に入射した光は不要光１３５として画像形成光１３３とは異なる方向に反射される。
【０１２８】
全反射プリズム１３１は、空間光変調素子１１１側から順に、第１プリズム１１２、第１貼り合わせ透明板１２７、第２プリズム１１３、第２貼り合わせ透明板１３１、第３プリズム１１４が配置されている。プリズム１１２，１１３，１１４及び貼り合わせ透明板１２７，１３１の材質はいずれも光学ガラスであり、屈折率は１．５１６である。
【０１２９】
第１貼り合わせ透明板１２７は、２枚の第１，第２透明基板１２４，１２５をスペーサ１３６，１３７を間に介して結合してなり、スペーサ１３６，１３７により透明基板１２４，１２５間の面間隔が規制されて薄い空気層１２６が形成されている。同様に、第２貼り合わせ透明板１３１は、２枚の第１，第２透明基板１２８，１２９をスペーサ１３８，１３９を間に介して結合してなり、スペーサ１３８，１３９により透明基板１２８，１２９間の面間隔が規制されて薄い空気層１３０が形成されている。
【０１３０】
第１プリズム１１２は、空間光変調素子１１１に近接する第１面１１５と、第１貼り合わせ透明板１２７を構成する第１透明基板１２４と接合され、空間光変調素子１１１で反射される画像形成光１３３を透過する第２面１１６と、空間光変調素子１１１からの不要光１２３が入射する第３面１１７とを有する。
【０１３１】
第２のプリズム１１３は、第１貼り合わせ透明板１２７を構成する第２透明基板１２５と接合される第１面１１８と、第２貼り合わせ透明板１３１を構成する第１透明基板１２８と接合され、画像形成光９７を透過する第２面１１９と、外部から照明光１３２が入射する第３面１２０とを有する。
【０１３２】
第３のプリズム１１４は、第２貼り合わせ透明板１３１を構成する第２透明基板１２９と接合される第１面１２１と、空間光変調素子１１１から反射された画像形成光１３３が出射する第２面１２２と、第２面１２２と直角をなす第３面１２３とを有する。
【０１３３】
第２プリズム１１３及び第２貼り合わせ透明板１３１の第１透明基板１２８は、入射光１３２を空間光変調素子１１１に斜めから入射させ、投写画像として用いる反射光１３３の主光線が空間光変調素子１１１と垂直な光学軸と平行になるように構成されている。
【０１３４】
また、第１プリズム１１２及び第１貼り合わせ透明板１２７の第１透明基板１２４は、空間光変調素子１１１からの不要光１３５を全反射させ、投写レンズ及びスクリーン側に進行させない作用を有する。
【０１３５】
全反射プリズム１４０全体として、投写光学軸方向で平行平面とするため、第１プリズム１１２の第１面１１５と第３プリズム１１４の第２面１１２は、それぞれ空間光変調素子１１１の光学像面と平行である。
【０１３６】
薄い空気層１２６，１３０を形成する第１貼り合わせ透明板１２７の第１透明基板１２４及び第２透明基板１２５の空気層１２６との界面側の面、及び第２貼り合わせ透明板１３１の第１透明基板１２８及び第２透明基板１２９の空気層１３０との界面側の面の各有効領域には、これらの面に入射する光線の波長より小さい周期を有する、実施の形態１で説明したのと同様の微小な突起群（周期構造）が形成されている。
【０１３７】
このような使用波長以下のピッチｐ１を有する微小構造体からなる周期構造を形成することで、入射光に対し見かけ上、屈折率を連続的に変化させることができ、入射角依存性、波長依存性の小さい反射防止機能面を形成でき、反射率が低減される。しかしながら、このような微小な周期構造を有する面は、屈折率が高い媒質から屈折率が低い媒質方向へ光が入射する場合、入射角が臨界角以上に大きいと全反射する特性は反射防止処理を施さない場合と同様である。
【０１３８】
第２プリズム１１３に入射する照明光１３２は第２貼り合わせ透明板１３１の第１透明基板１２８の空気界面で全反射しした後、第１貼り合わせ透明板１２７の第２透明基板１２５及び第１透明基板１２４を通過してライトバルブ１１１に入射するとともに、ここで反射された画像形成光１３３は第１貼り合わせ透明板１２７の第１透明基板１２４及び第２透明基板１２５、第２貼り合わせ透明板１３１の第１透明基板１２８及び第２透明基板１２９を順に大きな入射角で通過して全反射プリズム１４０を出射する。このとき、画像形成光１３３は、このような周期構造により、そのほぼ全波長帯において空気層１２６，１３０との界面で反射により低減されることがない。これにより、明るい、色再現性のよい映像が得られる。
【０１３９】
周期的な微細構造体は、ピッチｐ１が入射する光の波長（以下、「使用波長」）以下であればよい。ピッチｐ１が使用波長の１／２以下であれば界面での入射角依存性、波長依存性を一層低減でき、光の透過特性が向上するのでより好ましい。また、微細構造体の高さｈ１は、好ましくはピッチｐ１以上、より好ましくはピッチｐ１の３倍以上である。このように高さｈ１が高いほど、光の透過特性が一層向上する。
【０１４０】
周期構造を構成する一単位である微細構造体の形状は、図２に示すような円錐形状に限定されず、図３（Ａ）に示すような円柱形状や、図３（Ｂ）に示すような角錐形状であっても良い。あるいは、中心軸を通る高さ方向の断面形状が略正弦波状である、錐体に近似した形状であっても良い。但し、微小構造体が錐体やそれに近似した形状であれば、空気界面で屈折率が連続的に変化するのでより望ましい。
【０１４１】
隣り合う微小構造体との間隔は小さい方が好ましい。隣り合う微小構造体の間の平面部分は、従来と同様の反射特性を有するからである。また、微小構造体の底面形状は、円形、楕円形の他、四角形、六角形、三角形などの多角形などのいずれであっても良いが、正六角形であれば、微細構造体の充填率が最大となるので、入射光に対する反射抑制効果は一層向上する。
【０１４２】
いずれの構造でも、透過光に対し、周期構造が形成された面で、ごく緩やかに屈折率が変化するのと同等の効果をもつので、反射が低減される。このような周期的な微細構造体は、通常の反射防止膜より帯域の広い、入射角依存性の小さい反射防止手段となる。
【０１４３】
第１貼り合わせ透明板１２７を構成する第１，第２透明基板１２４，１２５はスペーサ１３６，１３７により、また、第２貼り合わせ透明板１３１を構成する第１，第２透明基板１２８，１２９はスペーサ１３８，１３９により、それぞれ面間隔（空気層１２６，１３０の厚み）が規制されて固定されている。スペーサ１３６，１３７およびスペーサ１３８，１３９は蒸着により形成された金属又は誘電体からなる薄膜である。本実施の形態では、空気層１２６，１３０をそれぞれ形成する面間隔は約５μｍである。
【０１４４】
スペーサ１３６，１３７，１３８，１３９は、それぞれ第１貼り合わせ透明板１２７を構成する第１，第２透明基板１２４，１２５及び第２貼り合わせ透明板１３１を構成する第１，第２透明基板１２８，１２９の空気層側の面の光学有効領域外全体に設けられる必要は無く、４隅に形成されればよい。
【０１４５】
スペーサ１３６，１３７，１３８，１３９の形成時には、光学有効領域には遮蔽を施し、周期構造形成領域内に金属もしくは誘電体が付着しないようにする。また、４隅に形成するスペーサ１３６，１３７，１３８，１３９は均一厚さの薄膜とする。通常光学薄膜の蒸着では厚み精度は数ｎｍ程度であり、誤差はきわめて小さく、その結果、きわめて平行度の高い空気層１２６，１３０が形成できる。
【０１４６】
全反射プリズム１４０における各角度条件は、実施の形態３と同様に、式（５）〜式（９）を満たすことが好ましい。
【０１４７】
第１プリズム１１２の第３面１１７は、研磨された平滑面又は鏡面である。従って、第１貼り合わせ透明板１２７の第１透明基板１２４の空気界面で全反射され、第１プリズム１１２の第３面１１７に入射した不要光１３５はこれを通過して全反射プリズム１４０外に出射する。よって、不要光１３５がスクリーンに達することがない。
【０１４８】
本実施の形態によれば、画像形成光の透過特性が改善され、しかも不要光１３５が全くスクリーン側に進行しない全反射プリズムが実現できる。また、周期構造を第１〜第３プリズムに直接形成するのではなく、透明基板に形成するので、反射防止効果の高い薄い空気層を容易且つ安価に形成できる。
【０１４９】
（実施の形態５）
次に、本発明のプリズム装置を用いた実施の形態５に係る投写型表示装置を図７に示す。
【０１５０】
図７に示すように、本実施の形態５に係る投写型表示装置は、投写レンズ１６１と、プリズム装置１６２と、光源１６３とを少なくとも備えている。
【０１５１】
光源１６３はランプ１６５と凹面鏡１６６とで構成される。凹面鏡１６６の第１焦点ｆ１に配置されたランプ１６５からの光は、凹面鏡１６６で反射され、第２焦点ｆ２上に効率よく集光された後、コンデンサレンズ１６７、反射ミラー１６８、フィールドレンズ１６９を経て、プリズム装置１６２に入射する。
【０１５２】
プリズム装置１６２は全反射プリズム４４と空間光変調素子３１とで構成された実施の形態１に示したプリズム装置である。プリズム装置１６２に入射した光は全反射プリズム４４の全反射面で反射されて、空間光変調素子３１を照明する。本実施の形態では空間変調素子３１としてＤＭＤが使用される。空間光変調素子３１は、映像信号により駆動されて光学像を形成する。空間変調素子３１上の光学像は光源１６３から放射される光によって照明され、画素ごとに反射光の方向が制御される。画像形成光４０は投射レンズ１６１に入射し、図示しないスクリーン上に光学像が拡大投写される。
【０１５３】
なお、プリズム装置１６２は実施の形態１で示したものに限定されず、実施の形態２〜実施の形態４に示したプリズム装置のいずれであっても良い。
【０１５４】
本実施の形態５の投写型表示装置によれば、上述した本発明のプリズム装置を使用することにより、画像形成光の透過特性が良好で、且つ不要光が投射レンズに入射しないので、明るく、コントラストが良好な、高画質の画像表示を行うことができる。
【０１５５】
（実施の形態６）
次に、本発明のプリズム装置を用いた実施の形態６に係る投写型表示装置を図８（Ａ）に示す。
【０１５６】
図８（Ａ）に示すように、本実施の形態６に係る投写型表示装置は、実施の形態５と同様に、投写レンズ１６１と、プリズム装置１７２と、光源１７３とを少なくとも備えている。但し、本実施の形態６にかかる投写型表示装置には、実施の形態５にかかる投写型表示装置と異なり、更に、光源１７３からの光を青、緑、赤の３色に時間的に制限して透過させる時分割色分離手段１９０と、空間変調素子１１１の有効表示領域を均一に照明するための照明光学系１７８とを備える。また、光源１７３のランプ１７５は白色光を放射する。実施の形態５を示す図７と同一の構成要素には同一の符号を付してそれらについての詳細な説明を省略する。
【０１５７】
光源１７３はランプ１７５と凹面鏡１７６とで構成される。凹面鏡１７６の第１焦点ｆ１に配置されたランプ１７５からの白色光は、凹面鏡１７６で反射され、第２焦点ｆ２上に効率よく集光される。
【０１５８】
第２焦点ｆ２近傍に、時分割色分離手段１９０として、カラーホイールが配置される。図８（Ｂ）に示すようにカラーホイール１９０は、等しい中心角を有する３つの扇型状のカラーフィルターを備え、各カラーフィルターはそれぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色光を透過させる。３つのカラーフィルターを備えた円盤状のカラーホイール１９０はモータなどの原動機（図示せず）により中心軸１９１を中心にして高速で回転する。
【０１５９】
この結果、光源１７３からの白色光は、時分割色分離手段１９０により、青、緑、赤の３色に一定時間ごとに色分離されてここを透過し、照明光学系１７８に入射する。
【０１６０】
照明光学系１７８は、光源１７３からの光束を効率よく均一化するためのものであり、コンデンサレンズ１７９と、第１のレンズアレイ１８０と、第２のレンズアレイ１８１と、リレーレンズ１８２とがこの順に配置されて構成されている。
【０１６１】
カラーホイール１９０を通過した光はコンデンサレンズ１７９により略平行光に変換される。変換された略平行光は第１のレンズアレイ１８０に入射する。第１のレンズアレイ１８０は平面上に配列された複数の正パワーを有するレンズ素子で構成されており、この複数の正パワーのレンズ素子はそれぞれ空間光変調素子１１１の有効表示領域の形状と略相似形の開口を有する。
【０１６２】
第２のレンズアレイ１８１も第１のレンズアレイ１８０と同様に平面上に配列された複数の正パワーのレンズ素子で構成されている。よって、第１のレンズアレイ１８０に入射した略平行光は、第１のレンズアレイ１８０を構成する複数のレンズ素子によって分割され、該レンズ素子に一対一に対応する第２のレンズアレイ１８１を構成する各レンズ素子に発光体像を形成する。
【０１６３】
第２のレンズアレイ１８１を構成する各レンズ素子から出射した複数の光束は、リレーレンズ１８２を透過し、反射ミラー１６８で反射され、フィールドレンズ１６９を透過して、プリズム装置１７２に入射する。
【０１６４】
プリズム装置１７２は全反射プリズム１４０と空間光変調素子１１１とで構成された実施の形態４に示したプリズム装置である。プリズム装置１７２に入射した光は全反射プリズム１４０の全反射面で反射されて、空間光変調素子１１１を照明する。このとき、第２のレンズアレイ１８１の各レンズ素子から出射した複数の光束が空間光変調素子１１１の有効表示領域上で重ね合わされる。これにより、空間光変調素子１１１の有効表示領域が均一に照明される。
【０１６５】
本実施の形態では空間変調素子１１１としてＤＭＤが使用される。空間光変調素子１１１は、入射する光の色に応じた映像信号により駆動されて光学像を形成する。空間変調素子１１１上の光学像は光源１７３から放射される光によって照明され、画素ごとに反射光の方向が制御される。画像形成光１３３は投射レンズ１６１に入射し、図示しないスクリーン上に光学像が拡大投写される。
【０１６６】
時分割色分離手段１９０により発生した時間的に高速に切り替わる赤緑青の各色光で空間変調素子１１１を照明し、空間変調素子１１１を駆動する映像信号を入射する色光の切り替わりのタイミングに合わせて切り替えることにより、スクリーン上にフルカラーの拡大投射画像を形成できる。
【０１６７】
本実施の形態６の投写型表示装置によれば、上述した本発明のプリズム装置を使用することにより、画像形成光の透過特性が良好で、且つ不要光が投射レンズに入射しないので、明るく、コントラストが良好な、高画質のカラー画像表示を行うことができる。
【０１６８】
なお、プリズム装置１７２は実施の形態４で示したものに限定されず、実施の形態１〜実施の形態３に示したプリズム装置のいずれであっても良い。
【０１６９】
また、本実施の形態６では、白色光源１７３と時分割色分離手段１９０とを用いて、一定時間毎に青、緑、赤に切り替わる色光で空間光変調素子１１１を照明することでフルカラーの拡大投写を実現しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、光源として、青、緑、赤の単色を発光する３つの光源を用い、各光源の発光時間を一定時間毎に順次切り替えて空間光変調素子１１１を照明することでもフルカラー画像を形成できる。このような光源の例としては、高輝度ＬＥＤやレーザーを用いた光源などが挙げられる。
【０１７０】
（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７に係るリアプロジェクタについて図面を参照しながら説明する。図９は本発明の実施の形態７にかかるリアプロジェクタの構成図である。
【０１７１】
図９に示すように、本実施の形態７にかかるリアプロジェクタは、投写型表示装置２０１と、投写型表示装置２０１を構成する投写レンズから投写された光を折り曲げるミラー２０２と、投写された光を透過散乱させて画像を表示するスクリーン２０３とを少なくとも備えている。２０４は構成部品を収納するための筐体である。投写型表示装置２０１は実施の形態５又は６で示したものと同様である。
【０１７２】
投写型表示装置２０１から投写された映像光は、ミラー２０２によって反射され、透過型スクリーン２０３上に結像される。
【０１７３】
本実施の形態７においては、ミラー２０２によって反射された拡大映像を透過型スクリーン２０３上に映し出す構成としているため、セットの奥行きと高さを小さく抑えることができ、コンパクトなセットを実現できる。
【０１７４】
また、投写型表示装置２０１として実施の形態５又は６で示した投写型表示装置を用いているので、従来のプリズム装置を用いた投写型表示装置に比べ、明るく、コントラストが良好な、高画質の投写画像を得ることができる。
【０１７５】
（実施の形態８）
次に、本発明の実施の形態１２にかかるマルチビジョンシステムについて図面を参照しながら説明する。図１０は本発明の実施の形態８にかかるマルチビジョンシステムの構成図である。
【０１７６】
図１０に示すように、本実施の形態８にかかるマルチビジョンシステムは、複数の投写型表示装置２１１と、各投写型表示装置２１１に一対一に対応して備えられた複数枚の透過型スクリーン２１２と、各投写型表示装置２１１に映像信号を供給する映像信号供給手段２１４とで構成されている。なお、２１３は、複数の投写型表示装置２１１と複数の透過型スクリーン２１２とを収納するための筐体である。投写型表示装置２１２は実施の形態５又は６で示したものと同様である。
【０１７７】
映像信号供給手段２１４は、一の画像を表示するための映像信号を分割し、各投写型表示装置２１１に、分割された異なる映像信号を供給する機能を有している。この機能は、映像信号供給手段２１４に備えられた映像分割回路によって達成される。よって、本実施の形態８にかかるマルチビジョンシステムでは、一の画像の映像信号を映像分割回路によって分割して複数台の投写型表示装置２１１に送り、各投写型表示装置２１１から投写された映像を透過型スクリーン２１２上に結像し、全体として１枚の画像を構成することができる。
【０１７８】
このように本実施の形態８にかかるマルチビジョンシステムによれば、大画面でありながら、明るく、コントラストが良好な、高画質の画像表示を実現できる。
【０１７９】
また、本実施の形態７にかかるマルチビジョンシステムにおいては、映像信号供給手段２１４は、各投写型表示装置２１１に相互に独立した異なる画像の映像信号を供給することもできる。この場合には、各透過型スクリーン２１２上にそれぞれ異なる画像を表示させることができ、多様な情報を同時に表示することができる。
【０１８０】
本実施の形態８にかかるマルチビジョンシステムにおいては、各透過型スクリーン２１２の点灯開始時の光出力や色再現性を検知するためのセンサを筐体２１３に取り付けても良い。これにより、映像信号供給手段２１４は、各透過型スクリーン２１２の点灯開始時の光出力や色再現性に応じて、各投写型表示装置２１１に分配する信号の輝度や色度を加工することができる。これにより、複数枚の透過型スクリーン２１２で構成された大画面においても、明るく、コントラストが良好で、画面全体において表示品質の均一性に優れた表示を得ることができる。
【０１８１】
上記の実施の形態１〜４では、周期構造は空気層を形成する対向する２面の両方に形成されていたが、本発明はこれに限定されない。いずれか一方のみであっても、効果は劣るものの上述した透過特性の改善効果は得られる。
【０１８２】
また、上記の実施の形態１〜４では、ライトバルブとしてＤＭＤを用いたが、本発明はこれに限定されない。各画素にＯＮ状態とＯＦＦ状態とで光の進行方向を独立して制御できる素子を備えたライトバルブであれば使用できる。
【０１８３】
また、上記の実施の形態１〜４では、空気層の厚みを規制するためのスペーサとして蒸着により形成された薄膜を使用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、対向する２面間に微小な球状ビーズを介在させることにより、空気層の厚みを規制しても良い。
【０１８４】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明のプリズム装置によれば、臨界角以上の入射角で入射する第１の光に対しては、空気層との界面での全反射特性を維持しながら、前記第１の光より相対的に小さな入射角で入射する第２の光（画像形成光）に対しては、該界面での反射を入射光の波長帯域のほぼ全域にわたって抑制することができる。その結果、前記第２の光の透過特性が改善されたプリズム装置を提供できる。従って、このようなプリズム装置を用いて画像表示装置を構成することにより、明るく、コントラストが良好な高画質の画像表示を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプリズム装置の構成を示す概略図
【図２】図１に示したプリズム装置が備える周期構造の一例の概略を示した斜視図
【図３】図３（Ａ）：図１に示したプリズム装置が備える別の周期構造の概略を示した斜視図図３（Ｂ）：図１に示したプリズム装置が備える更に別の周期構造の概略を示した斜視図
【図４】本発明の実施の形態２に係るプリズム装置の構成を示す概略図
【図５】本発明の実施の形態３に係るプリズム装置の構成を示す概略図
【図６】本発明の実施の形態４に係るプリズム装置の構成を示す概略図
【図７】本発明の実施の形態５に係る投写型表示装置の概略構成図
【図８】図８（Ａ）：本発明の実施の形態６に係る投写型表示装置の概略構成図
図８（Ｂ）：本発明の実施の形態６に係る投写型表示装置が備える時分割色分離手段の概略構成を示した正面図
【図９】本発明の実施の形態７に係るリアプロジェクタの概略構成図
【図１０】本発明の実施の形態８に係るマルチビジョンシステムの概略構成図
【図１１】従来の投写型表示装置の一例の概略構成図
【図１２】従来のプリズム装置の一例を示す概略構成図
【図１３】一般的な５層反射防止膜の反射特性を示した図
【符号の説明】
３１ ライトバルブ
３２ 第１プリズム
３３ 第２プリズム
３５ 空気層
３６ 照明光
４４ 全反射プリズム
Claims (22)
- ライトバルブと、前記ライトバルブ側から順に設けられた第１プリズム及び第２プリズムとを備え、
前記第１プリズムと前記第２プリズムとは空気層を挟んで結合され、
前記第１プリズムは、前記ライトバルブに近接する第１面と、前記第２プリズムとの間に前記空気層を形成する第２面と、光が入射する第３面とを有し、
前記第２プリズムは、前記第１プリズムとの間に前記空気層を形成する第１面と、前記ライトバルブからの反射光が出射し、かつ前記第１プリズムの前記第１面と略平行な第２面と、第３面とを有し、
前記第１プリズムの前記第２面と前記第２プリズムの前記第１面のうちの少なくとも一方に、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有することを特徴とするプリズム装置。 - ライトバルブと、第１プリズムと、第２プリズムと、貼り合わせ透明板とを備え、
前記ライトバルブ側から順に、前記第１プリズム、前記貼り合わせ透明板、前記第２プリズムが配置されており、
前記貼り合わせ透明板は、前記第１及び第２プリズムと屈折率が実質的に等しい第１透明基板と第２透明基板とが、空気層を挟んで結合されてなり、
前記第１プリズム及び前記第１透明基板、前記第２プリズム及び前記第２透明基板は、それぞれ透明接着剤で接合されており、
前記第１プリズムは、前記ライトバルブに近接する第１面と、前記第１透明基板と接合されている第２面と、光が入射する第３面とを有し、
前記第２プリズムは、前記第２透明基板と接合されている第１面と、前記ライトバルブからの反射光が出射し、かつ前記第１プリズムの前記第１面と略平行な第２面と、第３面とを有し、
前記第１透明基板及び前記第２透明基板の前記空気層と接する面のうちの少なくとも一方に、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有することを特徴とするプリズム装置。 - 前記ライトバルブに空気中から入射する場合の照明光の入射角をθ０、光線が空気中から前記プリズムに前記入射角θ０で入射した場合の前記プリズム中での屈折角をθ１、前記プリズム中の臨界角をθ２、前記第１プリズムの前記第２面と前記第３面とがなす角度をθ３、前記第２プリズムの前記第１面と前記第２面とがなす角度をθ４、前記プリズムの屈折率をｎとすると、以下の条件を満たしている請求項１又は２に記載のプリズム装置。
- ライトバルブと、前記ライトバルブ側から順に設けられた第１プリズム、第２プリズム、及び第３プリズムとを備え、
前記第１プリズムと前記第２プリズム、及び前記第２プリズムと前記第３プリズムは、それぞれ空気層を挟んで結合され、
前記第１プリズムは、前記ライトバルブに近接する第１面と、前記第２プリズムとの間に前記空気層を形成する第２面と、前記ライトバルブからの反射光が入射する第３面とを有し、
前記第２プリズムは、前記第１プリズムとの間に前記空気層を形成する第１面と、前記第３プリズムとの間に前記空気層を形成する第２面と、光が入射する第３面とを有し、
前記第３プリズムは、前記第２プリズムとの間に前記空気層を形成する第１面と、前記ライトバルブからの反射光が出射し、かつ前記第１プリズムの前記第１面と略平行な第２面と、第３面とを有し、
前記第１プリズムの前記第２面、前記第２プリズムの前記第１面、前記第２プリズムの前記第２面、及び前記第３プリズムの前記第１面のうちの少なくとも一つに、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有することを特徴とするプリズム装置。 - ライトバルブと、第１プリズムと、第２プリズムと、第３プリズムと、第１貼り合わせ透明板と、第２貼り合わせ透明板とを備え、
前記ライトバルブ側から順に、前記第１プリズム、前記第１貼り合わせ透明板、前記第２プリズム、第２貼り合わせ透明板、及び前記第３プリズムが配置されており、
前記第１及び第２貼り合わせ透明板は、いずれも前記第１〜第３プリズムと屈折率が実質上等しい第１透明基板と第２透明基板とが、空気層を挟んで結合されてなり、
前記各透明基板と、これと隣り合う前記プリズムとは透明接着剤で接合されており、
前記第１プリズムは、前記ライトバルブに近接する第１面と、前記第１貼り合わせ透明板の前記第１透明基板と接合されている第２面と、前記ライトバルブからの反射光が入射する第３面とを有し、
前記第２プリズムは、前記第１貼り合わせ透明板の前記第２透明基板と接合されている第１面と、前記第２貼り合わせ透明板の前記第１透明基板と接合されている第２面と、光が入射する第３面とを有し、
前記第３プリズムは、前記第２貼り合わせ透明板の前記第２透明基板と接合されている第１面と、前記ライトバルブからの反射光が出射し、かつ前記第１プリズムの前記第１面と略平行な第２面と、第３面とを有し、
前記第１貼り合わせ透明板の前記第１及び第２透明基板、及び前記第２貼り合わせ透明板の前記第１及び第２透明基板の前記空気層と接する面のうちの少なくとも一つに、入射光の波長より小さいピッチの周期構造を有することを特徴とするプリズム装置。 - 前記ライトバルブに空気中から入射する場合の照明光の入射角をθ０、光線が空気中から前記プリズムに前記入射角θ０で入射した場合の前記プリズム中での屈折角をθ１、前記プリズム中の臨界角をθ２、前記第２プリズムの前記第２面と前記第３面とがなす角度をθ３、前記第３プリズムの前記第１面と前記第２面とがなす角度をθ４、前記ライトバルブから出射する光線の空気中での出射角をθ５、前記第１プリズムの前記第１面と前記第２面とがなす角度をθ６、前記プリズムの屈折率をｎとすると、以下の条件を満たしている請求項４又は５に記載のプリズム装置。
- 前記第１プリズムの前記第３面に光吸収手段を備える請求項４又は５に記載のプリズム装置。
- 前記第１プリズムの前記第３面が研磨面又は鏡面である請求項４又は５に記載のプリズム装置。
- 前記ライトバルブは反射型であり、映像信号に応じて画素ごとに光の進行方向を制御することにより画像を形成する空間光変調素子である１、２、４、又は５に記載のプリズム装置。
- 前記空気層と接する対向する２面の光学有効領域外に金属又は誘電体からなる薄膜が形成されており、前記薄膜が前記空気層の厚さを規制する請求項１、２、４、又は５に記載のプリズム装置。
- 前記薄膜は、フッ化マグネシウム、二酸化シリコン、又は二酸化チタンからなる請求項１０に記載のプリズム装置。
- 前記周期構造は、入射光の波長の１／２以下のピッチを有する請求項１、２、４、又は５に記載のプリズム装置。
- 前記周期構造は、そのピッチの１倍以上の高さを有する請求項１、２、４、又は５に記載のプリズム装置。
- 前記周期構造は、そのピッチの３倍以上の高さを有する請求項１、２、４、又は５に記載のプリズム装置。
- 前記周期構造を構成する一単位が錐体である請求項１、２、４、又は５に記載のプリズム装置。
- 前記周期構造を構成する一単位の底面形状が略正６角形である請求項１、２、４、又は５に記載のプリズム装置。
- 前記入射光の波長帯の下限値が４００ｎｍである請求項１、２、４、又は５に記載のプリズム装置。
- 請求項１〜１７のいずれかに記載のプリズム装置と、光源と、投射レンズとを備え、
前記光源からの光が前記プリズム装置に入射し、前記ライトバルブで変調された後、前記プリズム装置を出射し、前記投写レンズにより投写される投写型表示装置。 - 前記光源からの光が入射して青、緑、赤の３色に時間的に制限して出射する時分割色分離手段を更に備え、
前記ライトバルブは入射する光の色に応じた光学像を形成する請求項１８に記載の投写型表示装置。 - 請求項１８又は１９に記載の投写型表示装置と、前記投写型表示装置から投写された光を折り曲げるミラーと、前記投写された光を透過散乱させて画像を表示する透過型スクリーンとを少なくとも備えるリアプロジェクタ。
- 請求項１８又は１９に記載の複数の投写型表示装置と、前記投写型表示装置と一対一に対応する複数の透過型スクリーンと、複数の前記投写型表示装置に映像信号を供給する映像信号供給手段とを少なくとも備えるマルチビジョンシステム。
- 前記映像信号供給手段は、一の画像の映像信号を分割して、分割された異なる映像信号を複数の前記投写型表示装置にそれぞれ供給し、複数の前記透過型スクリーン全体で前記一の画像を表示する請求項２１に記載のマルチビジョンシステム。
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