JP2017015927A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像表示装置におけるコントラスト比の向上を実現する。
【解決手段】画像表示装置は、光源１０と、光源１０の光の明度を均一化して照明光を出力する照明光学系２０と、照明光学系２０からの照明光を反射させて表示画像の画像光を出力する画像表示素子６０と、画像表示素子６０からの画像光を外部に投射する投射光学系８０と、画像表示素子６０と投射光学系８０との間に設けられた遮光部材９０とを有する。遮光部材９０は、画像表示素子の反射光の一部を投射光学系８０に入射しないように遮光する遮光面が画像表示素子６０の方向に伸びている。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置に関する。

プロジェクタなどの画像表示装置では、表示画像（投射画像）の画質を表す指標の１つとしてコントラスト比が用いられている。コントラスト比は、例えばスクリーンなどの被投射物に表示された画像全体を白色にしたときの輝度と、同じく画像全体を黒色にしたときの輝度とを比較して、その比率により算出される。一般に、コントラスト比が高い画像は、黒色部分の輝度が低いことから、元の画像の再現性すなわち元の画像への忠実度が高いものとなり、画質が良くなる。他方、コントラスト比が低い画像は、黒色部分の輝度が高いことから、元の画像の再現性すなわち元の画像への忠実度が低いものとなり、画質が悪くなる。

画像表示装置において、画像表示素子からの画像光に基づく回折光などのノイズ的な光が投射レンズなどの光学系に入射されると、迷光としてスクリーンに表示されることになる。このような迷光は、表示画像の黒色部分が正しく「黒」として表示されない現象、例えば暗闇を表示した場合の所謂「黒浮き」などの現象を引き起こし、表示画像のコントラスト比を低下させる。したがって、プロジェクタなどの画像表示装置では、表示画像のコントラスト比を可及的に高くするために、コントラスト比を低下させる要因となる回折光などの不要な光を可能な限り排除することが求められている。

画像表示装置におけるコントラスト比の向上を図るために、以下のような提案がなされている。特許文献１では、遮光手段としてレンズを部分的に遮光する部材を設け、不要な光を遮光することで、コントラスト比を向上させる案が開示されている（文献１の図５等を参照）。

特許文献２では、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）において、マイクロミラーの回転軸を従来の一つからチルト軸及びロール軸の二つに増やすことで、マイクロミラーの偏向角を従来の１２°から１７°まで大きくした構成が開示されている。

特許文献３は、ノンテレセントリック投射系を開示する。

本発明は、回折光による迷光を低減して高コントラスト化を実現可能な画像表示装置を提供することを主たる目的とする。

本発明に係る画像表示装置は、光源と、前記光源の光の明度を均一化して照明光を出力する照明光学系と、前記照明光学系からの照明光を反射させて表示画像の画像光を出力する画像表示素子と、前記画像表示素子からの画像光を外部に投射する投射光学系と、前記画像表示素子と前記投射光学系との間に設けられ、前記画像表示素子の反射光の一部を前記投射光学系に入射しないように遮光する遮光面を有する遮光部材と、を有し、前記遮光部材は、前記遮光面が前記画像表示素子の方向に伸びている。

本発明によれば、回折光による迷光を低減して高コントラスト化を実現可能な画像表示装置を提供することができる。

本発明に係る画像表示装置の実施形態であるプロジェクタの構成を示す斜視図である。 プロジェクタの光源の構成を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。 ＤＭＤを模式的に示す図で、(ａ)は全体を上から見た平面図、(ｂ)は画像表示領域の一部を拡大して示す図、(ｃ)は画像表示領域中の一つのミラーを拡大して示す図、(ｄ)は（ｂ）の横断面図、(ｅ)はオン及びオフの状態を示す図である。 ＤＭＤの画像光と投射光学系との関係を説明する図で、ＯＦＦ光及びＯＮ光の反射状態を（ａ）及び（ｂ）に、ＯＦＦ光の場合に生じる回折光及び迷光を（ｃ）に、本実施形態の概要を（ｄ）に、従来の遮光部材を用いた例を（ｅ）に、それぞれ示す。 実施形態の遮光部材の構成例を示す図で、（ａ）が円弧状の遮光部材を斜視的に表した図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ｂ方向断面図である。 遮光部材の他の構成例を示す図で、（ａ）が円弧状かつテーパー形状の遮光部材を斜視的に表した図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ｂ方向断面図である。 遮光部材の他の構成例を示す図で、（ａ）が円弧状かつ二重構造の遮光部材を斜視的に表した図、（ｂ）が（ａ）ののＡ−Ｂ方向断面図である。 図７の二重構造の遮光部材の機能を示す図である。 図７の二重構造の遮光部材の変形例及びその機能を示す図である。 図７の二重構造の遮光部材の他の変形例及びその機能を示す図である。 図７の二重構造の遮光部材のさらに他の変形例及びその機能を示す図である。 二重構造の遮光部材をプロジェクタに適用した例を示す一部切欠き外観図である。 遮光部材の表面に円錐状の微細構造を設けた例を説明する図である。 遮光部材の表面に円錐状の微細構造を設けた他の例を説明する図である。 遮光部材の表面に蛾の目状の微細構造を設けた例を説明する図である。 遮光部材の表面に蛾の目状の微細構造を設けた他の例を説明する図である。 微細構造の配列例を説明する図であり、（ａ）が正方配列、（ｂ）が最密配列を各々示す。 テーパーを設けた二重構造の遮光部材の一例を示す一部切欠き外観図である。 テーパー有りとテーパー無しの組み合わせによる二重構造の遮光部材の一例を示す一部切欠き外観図である。 放熱フィンを設けた遮光部材の一例を示す一部切欠き外観図である。 放熱フィンを設けた遮光部材の他の例を示す一部切欠き外観図である。

本発明に係る実施形態は、光源と、光源の光の明度を均一化して照明光を出力する照明光学系と、照明光学系からの照明光を反射させて表示画像の画像光を出力する画像表示素子と、投射光学系と、遮光部材と、を有する画像表示装置を開示する。投射光学系は、画像表示素子からの画像光を外部に投射するための１以上のレンズを備える。遮光部材は、表示素子と投射光学系との間に設けられ、画像表示素子の反射光の一部が投射光学系に入射しないように、遮光面が画像表示素子の方向に伸びている。

遮光部材で遮光する「画像表示素子の反射光の一部」は、コントラスト比低下の原因となる種々のノイズ的な光が含まれるが、以下は、主として画像表示素子からの画像光に基づく回折光を遮光するのに好適な構成を開示する。

プロジェクタなどの画像表示装置で表示画像のコントラスト比を低下させる要因の一つとして、装置内部に配置される光学系において、投射画像を形成する画像光以外の光が発生することが挙げられる。画像光以外の光は、迷光やゴースト光などと呼ばれており、以下は「迷光」と総称して説明する。投射画像を形成する「画像光」とは、空間光変調素子から被投射物（スクリーンなど）に到達する光のうち、表示画像の形成に寄与する光のことをいう。

画像表示装置における迷光の発生原因としては、装置内部の光学系における光の多重反射や、光の散乱、光の回折などが挙げられる。特に、画像表示素子として用いられるデジタルマイクロミラーデバイス（以下「ＤＭＤ」という。）などの空間光変調素子においては、光の回折によって迷光が生じやすい。

本実施形態は、かかる点に着目して案出されたものであり、上述の主要な構成を有するものである。以下、本実施形態の画像表示装置を図面を参照して詳細に説明する。

図１に示す画像表示装置としてのプロジェクタ１は、光路の進行方向に、光源、照明均一化素子２０、リレーレンズ３０、第１ミラー４０、第２ミラー５０、ＤＭＤ６０、投射光学系を構成する複数の投射レンズ８０を備える。また、プロジェクタ１では、ＤＭＤ６０と複数の投射レンズ８０の入射側のレンズとの間に、遮光部材９０が設けられている。図１の例では、遮光部材９０は、複数の投射レンズ８０を支持する鏡筒７０の端部に、画像表示素子６０に最も近いレンズの形状に対応した平面視で円弧状の部分円筒形状で設けられている。

プロジェクタ１の光源は、本実施形態では放電ランプであり、その構成例を図２に示す。図２に示すように、放電ランプ１０は、超高圧水銀ランプによる管球１２と、管球１２からの光を反射させるリフレクタ１１とを備える。

リフレクタ１１は、管球１２からの光を反射して出力するために、反射面Ｒが、図２（ａ）に示すように正面視で円形をなし、図２（ｂ）に示すように断面形状が楕円状をなす楕円体の形状となっている。本実施形態では、かかる楕円の第一焦点の位置に発光部である管球１２を設置し、第二焦点の位置に照明均一化素子２０の入射端を設置する。

なお、リフレクタ１１の他の例として、反射面Ｒを断面双曲線状の形状とすることもできる。リフレクタ１１は、反射面Ｒの形状に関わらず、仮想的な回転軸Ｓを有し（図２参照）、この回転軸Ｓ上に管球１２が設置される。

管球１２は、白色光を発するランプであり、紫外線から可視光線、そして赤外線まで広い波長範囲の光を放射する。

なお、プロジェクタ１の光源は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、或いは半導体レーザ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）などの固体光源であってもよい。特に、半導体レーザを光源に用いる場合、可干渉性が高くなり、画像表示素子６０の画素配列による回折が顕著になるが、本実施形態は、この回折光に対しても遮光できる。

照明均一化素子２０は、四枚の板状のミラーを、ミラー面が互いに向き合うように組み合わせて構成された素子であり、ライトトンネルとも呼ばれる。照明均一化素子２０は、光源の光の明度を均一化して照明光を出力するものであり、具体的には、光源から入射した光束の明度（輝度分布）を各ミラーで均一化し、該均一化された光束を照明光としてリレーレンズ３０に向けて出射する。

リレーレンズ３０は、照明均一化素子２０からの照明光を結像して第１ミラー４０に照射する役割を有する光学レンズである。第１ミラー４０は平面ミラーであり、第２ミラー５０は球面ミラーである。プロジェクタ１において、放電ランプ１０からの光は、照明均一化素子２０、リレーレンズ３０、第１ミラー４０、及び第２ミラー５０を経て、画像表示素子６０を照射する。以下、照明均一化素子２０から第２ミラー５０までを「照明光学系」と称する。

本実施形態では、画像表示素子６０は、空間光変調素子であるＤＭＤが用いられている。ＤＭＤの構成については詳細を後述する。

投射レンズ８０は、複数枚のレンズからなり、この例では非テレセントリック光学系となっている。投射レンズ８０を構成する複数枚のレンズは、鏡筒７０によって支持されている。図１では、簡明化のため鏡筒７０を部分的に示しており、実際には、投射レンズ８０の全体を鏡筒７０が覆っている。

遮光部材９０は、投射レンズ８０と画像表示素子６０との間の位置、かつ、投射レンズ８０の光軸よりも外側であって投射レンズ８０の周辺部に対応する位置に設けられている。図１の例では、投射レンズ８０の複数枚のレンズのうち、画像表示素子６０に最も近いレンズを部分的に囲うように、鏡筒７０の端部から平面視が円弧状で部分円筒状の遮光部材９０が設置されている。

かかる構成のプロジェクタ１では、放電ランプ１０からの光は、照明光学系を経て画像表示素子６０に入射され、画像表示素子６０で「ＯＮ」状態で反射されることにより、かかる反射光が投射レンズ８０を経て外部のスクリーンに投射される。

次に、図３を参照して、画像表示素子６０としてのＤＭＤの構成を説明する。

ＤＭＤは、一辺が数μｍから十数μｍの正方形状の微小鏡面（マイクロミラー、図３（ｃ）参照）が平面に多数個配列されたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスである。

各マイクロミラーは、ＯＮ／ＯＦＦの２値制御により、図３（ｃ）に示す回転軸Ｒ周りに＋／−所定角度に傾くことで、照明光学系から入射する光を当該傾き方向に応じて反射する。すなわち、マイクロミラーが「ＯＮ」の状態では、入射光を投射レンズ８０に向かうように反射し、マイクロミラーが「ＯＦＦ」の状態では、入射光を投射レンズ８０とは異なる方向に反射する。

ここで、マイクロミラーがＯＮ状態の場合、当該マイクロミラーで反射した光束が投射レンズ８０に向かい、かかる光束が投射レンズ８０を経て外部のスクリーンに到達することにより、画像表示素子６０すなわちＤＭＤの像がスクリーンに拡大して投射される。以下、ＤＭＤのマイクロミラーがＯＮ状態の場合の光束をＯＮ（オン）光と称する。

マイクロミラーがＯＦＦ状態の場合、当該マイクロミラーで反射した光束は投射レンズ８０には入らず、したがって、ＤＭＤの像は、スクリーンにも到達しない。以下、ＤＭＤのマイクロミラーがＯＦＦ状態の場合の光束をＯＦＦ（オフ）光と称する。

なお、プロジェクタ１で表示する画像すなわちスクリーンに拡大投射する画像を「画像光」と定義した場合、画像光は、ＯＮ光だけでなくＯＦＦ光も含まれる。これは、ＯＦＦ光は、明度の無い画像すなわち黒色を表現できるからである。

ＤＭＤにおける画像表示のサイズは、図３(ａ)に示すように、ＤＭＤの矩形の画面表示領域（有効領域）６１における対角線Ｃの長さで決定される。例えば、ＤＭＤの画面表示領域６１の対角線Ｃの長さが０．５インチ、０．６５インチの場合、画像表示のサイズは０．５インチ、０．６５インチになる。また、かかる矩形の長辺と短辺との比を用いることで、４：３、１６：１０など、画面の縦横比が表現される。

画像表示領域６１は、図３（ｂ）に示すように、微小なミラーＭが画素として配列される。かかる画素は、正方形かつ格子状に配列され、かかる配列の周期は画素ピッチと称される。一般に、ＤＭＤでの画素ピッチは、１０μｍ前後である。図３では細部まで描かれていないが、実際のミラーＭのサイズは画素ピッチよりも若干小さいものであり、画素ピッチに対する実際のミラーサイズを開口率と呼ぶ。図３（ｂ）の画素配列を横から見ると図３（ｄ）のようになり、配列された各画素の上方に保護用のカバーガラス６２が配置される。

各々の正方形の画素すなわちミラーＭは、図３（ｃ）に示すように、その対角線を回転軸Ｒとし、かかる回転軸Ｒ周りに回転する。このようなミラーＭの回転を「チルト」と呼ぶこともある。ミラーＭの回転方向は、回転軸Ｒに対して時計方向及び半時計方向の両方であり、プラス（＋）とマイナス（−）で区別される。本実施形態では、ミラーＭの回転角度は、±１０°乃至１２°の範囲に設定される。

このように回転するミラーＭは、図３（ｅ）に示すように、プラスとマイナスとで、入射光ＥＬに対する反射光の方向を変えることできる。入射光ＥＬに対する反射光の方向は、二値すなわちＯＮとＯＦＦとに区分することができる。ＯＮ光は、投射レンズ８０を経て、スクリーンに到達する光である。ＯＦＦ光は、投射レンズ８０には入らず、スクリーンには到達しないので、スクリーン上では黒の表示となる。

ＤＭＤの他の例として、ミラーＭの回転軸を従来の一つから二つすなわちチルトとロールにして、マイクロミラーの偏向角を大きくした構成としてもよい（特許文献２参照）。マイクロミラーの偏向角が大きくなった場合、回折光の回折角、各次数の強度が異なるが、他は同様の構成で、遮光部材９０による遮光が可能である。

次に、図４（ａ）乃至（ｅ）を参照して、遮光部材９０について説明する。図４では、上述した複数のレンズからなる投射レンズ８０の、画像表示素子６０に最も近い一枚のレンズを投射レンズ８１として図示している。また、以下の説明では、ＤＭＤを構成する全ての微小なミラーＭを総称して「マイクロミラーアレイ」と称する。

図４（ａ）乃至（ｅ）では、各々、照明光学系からの照明光ＩＬが画像表示素子６０を照射し、画像表示素子６０が照明光ＩＬを反射して映像光ＰＬとして出力する場合を表している。画像表示素子６０にＤＭＤを用いる本実施形態では、マイクロミラーがＯＮのとき、図４（ｂ）に示すように、映像光ＰＬすなわちＯＮ光は、投射レンズ８１に入り、他の投射レンズを経てスクリーンに投射される。

他方、ＤＭＤのマイクロミラーがＯＦＦのとき、図４（ａ）に示すように、反射された映像光ＰＬ（ＯＦＦ光）は、投射レンズ８１には入らない。言い換えると、ＯＦＦ光が投射レンズ８１に入射しないように、各部の設計や設定、位置決め等を行う。マイクロミラーのＯＮとＯＦＦとは、上述した微小なミラーＭの傾き角により区別される。

但し、実際には、ＤＭＤのマイクロミラーがＯＦＦのとき、図４（ｃ）に破線で示すように、上述した映像光ＰＬ（ＯＦＦ光）に加えて、回折光ＤＬが生じる。これは、マイクロミラーアレイは、一辺が数μｍから十数μｍの正方形の微小なミラーＭの配列からなり、かかる配列構造が回折格子として機能するからである。従って、このミラー配列に光が入射すると、回折が生じる。

マイクロミラーがＯＦＦのとき、ＯＦＦ光に加えて生じる回折光ＤＬは、図４（ｃ）に示すように、投射レンズ８１の端部側に入射し、他の投射レンズを経て、迷光ＳＬとしてスクリーンに到達する。

上述のように、マイクロミラーアレイの配列構造が回折格子として機能する以上、マイクロミラーがＯＮの場合であっても回折光が生じることになる。しかしながら、マイクロミラーがＯＮの場合には、スクリーンに表示される映像光ＰＬ（ＯＮ光）の画面が明るいため、回折光の影響はそれほど目立たない。

これに対し、マイクロミラーがＯＦＦのときは、映像光ＰＬ（ＯＦＦ光）がスクリーンに到達しないため（図４（ａ）参照）、通常、スクリーンは黒表示となる。しかしながら、マイクロミラーがＯＦＦのときに図４（ｃ）に示す映像光ＰＬに基づく回折光ＤＬが投射レンズ８１に入射すると、他の投射レンズを経て迷光ＳＬとなり、この迷光ＳＬのために黒表示の画面が黒くなくなって、いわゆる黒浮きとなる。かかる黒浮きにより、コントラスト比の低下が引き起こされる。したがって、コントラスト比の向上のために、マイクロミラーがＯＦＦのときの回折光ＤＬが投射レンズ８１に入ることを阻止し、迷光ＳＬの発生を低減することが求められる。

かかる迷光ＳＬの発生を低減するため、従来技術としては、図４（ｅ）に示すように、投射レンズ８１の光入射側に絞りとしての遮光部９００を設け、遮光部９００で光束を制限することによって迷光ＳＬを低減する構成が知られている。

図４（ｅ）では、投射レンズ８１の下側から見た図を上段に加えており、遮光部９００は、投射レンズ８１の入射面に近接して配置され、遮光部９００の遮光面が画像表示素子６０の画像表示面に対して平行に伸びる構成であることが分かる。言い換えると、遮光部９００は、その遮光面が投射レンズ８１の光軸に対して直交方向に延設される構成である。

しかしながら、このような遮光部９００の構成は、投射レンズ８１の一端側へのＯＮ光の入射を制限するものであるため、光学特性上好ましいものとは言ない。また、遮光面の面積を大きくするとＯＮ光も大きく遮光されてしまうため、遮光する面積に制限を受ける。さらには、後述するような放熱に関する問題もある。

これに対し、本実施形態では、図４（ｄ）に示すように、遮光面が画像表示素子６０の方向に伸びる形状の遮光部材９０を用いる。換言すると、実施形態の遮光部材９０は、その遮光面が投射レンズ８１側から画像表示素子６０側に向かって伸びるように配置されている。さらに言い換えると、遮光部材９０は、鏡筒７０に取り付けられる側を基端側とすると、その先端側が画像表示素子６０を臨む方向に伸びるように設けられている。

図４（ｄ）の例では、遮光部材９０の遮光面が画像表示素子６０の画像表示面に対して鉛直方向すなわち直交する方向に伸びる構成である。言い換えると、遮光部材９０は、その遮光面が投射光学系（投射レンズ８１）の光軸に対して平行な角度に設定される構成である。

但し、遮光部材９０の遮光面の設定角度は、これに限定されるものではなく、投射レンズ８１の光軸に対して傾斜していてもよい。以下、遮光部材９０の遮光面が投射レンズ８１の光軸に対して傾斜する場合を「テーパー有り」あるいは「テーパーを設ける」と称して説明する。

本実施形態において、遮光部材９０は、画像表示素子６０であるＤＭＤのＯＦＦ時の回折光ＤＬを効率良く遮光するために、回折光ＤＬが入射される投射レンズ８１の一端側に配置される。また、遮光部材９０は、熱伝導性に優れたアルミニウムなどの金属製とすることが好ましい。

図４（ｄ）の例では、回折光ＤＬを遮光するために、遮光部材９０の端部が投射レンズ８１の入射面の一部を覆っているが、図４（ｅ）の遮光部９００と比較して明らかなように、遮光部材９０の遮光面の面積を大きくしてもＯＮ光の遮光量は増えない。したがって、本実施形態では、遮光部材９０の遮光面の面積を大きく確保することができ、従来と比較してＯＮ光の遮光をより少なくしながら、画像表示素子６０のＯＦＦ時の回折光ＤＬを効率良く遮光することが可能となる。また、遮光部材９０自体を大きくできることから、後述のように、二重構造としたり放熱のための構成を設けるなど、種々の発展的な構成を任意的に付加することができる。

迷光ＳＬになり得るのは、画像表示素子６０からの回折光ＤＬ以外にも、光学素子や光学素子の保持部材、筐体などによる散乱光が挙げられる。本実施形態によれば、遮光部材９０の遮光面の面積を大きく確保できることから、回折光ＤＬだけでなく、上記の散乱光も遮光することができる。

また、画像表示素子６０のＯＦＦ光は、それ自体が投射レンズ８１に直接入射されることはないが、例えば画像表示素子６０と投射レンズ８１間の装置内壁で反射、散乱を繰り返して投射レンズ８１に入り、迷光となることもある。本実施形態によれば、遮光面積を大きく確保できることから、このような光にも有効に対処することができる。

図４（ｄ）の例では平板状の遮光部材９０を例示したが、これに限定されるものではない。遮光部材９０は、上述のように、遮光面及び先端側が画像表示素子６０の方向に伸びる形状、換言すると、遮光面及び先端側が画像表示素子６０側に向かって延設される構成であればよい。かかる構成は、遮光部材９０の遮光面が投射レンズ８１の光軸と平行に伸びる、すなわち画像表示素子６０の画像表示面と垂直方向に伸びる形態、及び遮光面が投射レンズ８１の光軸に対して勾配（傾斜）を有するテーパー有りの形態の両方を含む。以下、遮光部材９０のかかる特徴的な構成を総称して、「投射レンズ８１の光軸と平行方向に長さを有する」あるいは「画像表示素子６０の画像表示面と直交する方向に長さを有する」と表現する。

遮光部材９０は、投射レンズ８１の光軸と平行方向に長さを有する構成であればよく、以下に説明するように、種々の形状、構造等とすることができる。

（円弧状の構成）
遮光部材９０は、図１及び図５（ａ）に示すように、平面視で円弧状をなす形状とすることができる。この場合、遮光部材９０は、投射レンズ８１及び鏡筒７０の円形形状に合わせて形成する（図１参照）。また、遮光部材９０における円弧の半径は、投射レンズ８１よりも小さいことが好ましい（図５（ｂ）参照）。この場合、遮光部材９０の端部が投射レンズ８１の一部を円周方向に覆うことになるが、このような構成とすることで、投射レンズ８１の端側の円周方向に入射する回折光を遮光することが可能となる。このように、 遮光部材９０は、投射レンズ８１の光軸方向に長いことに加え、円弧状の形状とした場合には、より多くのノイズ的な光を遮光して迷光の発生を防止ないし抑制することが可能となる。

（テーパー有りの構成）
また、遮光部材９０は、図６に示すように、テーパー有りの形状とすることができる。テーパー有りの形状とは、上述のように、遮光部材９０の遮光面が投射レンズ８１の光軸に対して勾配（傾斜）を有するようにした形状である。図６の遮光部材９０の構成は、図５に示す円弧状の形状とした上で、さらに遮光面の先端側が投射レンズ８１の光軸側に近づくように傾斜する勾配を持たせたものである。

図６においては省略したが、図１に示すように、遮光部材９０の周囲には、第一ミラー４０が存在する。このため、遮光部材９０が円弧状で、かつ、投射レンズ８１の光軸方向の長さを長く確保した場合に、第一ミラー４０と干渉（接触）する場合がある。そこで、遮光部材９０をテーパー有りの形状とすることで、遮光効果を維持しつつ、第一ミラー４０との接触を回避することが可能となる。

図６の例では、遮光部材９０の下端が投射レンズ８１の光軸側に接近するように傾斜しているが、用途や必要等に応じて、この逆すなわち、投射レンズ８１の光軸から離れるように傾斜させてもよい。

以上のように、本実施形態では、画像表示素子６０と投射レンズ８１との間に、投射レンズ８１の光軸と平行方向、すなわち画像表示素子６０の画像表示面と直交する方向に長さを有する遮光部材９０を設ける。かかる構成により、画像表示素子６０から生じる回折光を低減することができ、高コントラスト比を達成可能な画像表示装置を提供できる。

また、上述した実施形態では、遮光部材９０を円弧状の形状とし、投射レンズ８１の入射面を部分的に覆い、画像表示素子６０の画像表示面と直交する方向に長い構成とすることにより、従来よりも遮光面積を大幅に増大でき、遮光効果の増大化が実現できる。

さらに、上述した実施形態では、遮光部材９０をテーパー有りの形状とすることにより、遮光部材９０の小型化が可能となり、他の光学素子への接触を避けることができる。

（二重構造）
遮光部材９０は、図７に示すように、内側の第１遮光部材９１と外側の第２遮光部材９２とで二重に配置する構成（以下「二重構造」とも称する。）としてもよい。このように遮光部材９０を二重構造とすることにより、遮光効果を向上させることが可能になる。これは、図８に示すように、二つの遮光部材９１，９２の間に入射したノイズ的な光を捕獲（トラップ）できるからである。したがって、遮光部材９０を二重構造とすることにより、例えば設計上の理由により投射レンズ８１の光軸方向の長さに制限がある場合や、回折光ＤＬなどのノイズ的な光が比較的広い角度で発生する場合であっても、有効に遮光できるようになる。

なお、遮光部材９０を二重構造とした場合には、図８に示すように、第１遮光部材９１は、内面及び外面の両面が遮光面として機能することになる。

また、遮光部材９０を二重構造とする場合、図９に示すように、第１遮光部材９１と第２遮光部材９２とで投射レンズ８１の光軸方向の長さを互いに異なる長さとしてもよい。図９の例では第１遮光部材９１の方が第２遮光部材９２よりも短くなっているが、この逆に第２遮光部材９２の方を短くすることもできる。さらに、図示を省略するが、第１遮光部材９１と第２遮光部材９２とで投射レンズ８１の円周方向の幅を互いに異なる幅にしてもよく、この場合も、第１遮光部材９１と第２遮光部材９２とでいずれか一方の幅を他方よりも長くすることができる。

また、図１０に示すように、二つの遮光部材９１，９２のいずれかをテーパー有りの形状とすることができる。図１０の例では第１遮光部材９１をテーパー有りとし、第２遮光部材９２をテーパー無しすなわち遮光面を投射レンズ８１の光軸と平行としている。この逆すなわち第１遮光部材９１をテーパー無し、第２遮光部材９２をテーパー有りとしてもよい。

さらに、図１１に示すように、二つの遮光部材９１，９２の両方をテーパー有りの構成としてもよく、この場合には、それぞれの傾き（勾配角度）が異なっていてもよい。

このように、遮光部材９０を第１遮光部材９１及び第２遮光部材９２の二重構造とすることにより、光を捕獲（トラップ）するのに適した構造となり、回折光を効果的に捕捉でき、より遮光効果を高めることが可能となる。

（遮光部材の表面処理）
以下、図１２以下を参照して、遮光部材９０に種々の表面処理を施した例について説明する。なお、図１２以下は、図１に示した遮光部材９０の部分の拡大図であり、遮光部材９０を二重構造とした例を示している。

（黒塗装）
遮光部材９０の遮光性を高めるための代表的な表面処理として、その遮光面に黒塗装を施すことができる。黒塗装は、遮光性に加え、耐光、耐熱性も付加する塗装が好ましく、このようなものとして、例えば黒アルマイトサテン処理を施すことができる。

黒塗装は、第１遮光部材９１の遮光面だけでなく、第２遮光部材９２の遮光面に施されてもよい。また、第１遮光部材９１の第２遮光部材９２と対峙する面にも回折光ＤＬが当たる場合があるため、かかる面にも黒塗装が施されてもよい。

このように、遮光部材９０の表面に黒塗装を施すことにより、遮光効果を高めることが可能となる。また、遮光部材９０を第１遮光部材９１及び第２遮光部材９２の二重構造とすることにより、光を捕獲（トラップ）するのに適した構造となり、遮光効果の増大化が図られる。

（微細構造作製）
遮光部材９０の表面処理の他の例は、表面に微細な凹凸構造を形成（作製）する処理である。図１３に示す例では、微細構造として、円錐状の微細な突起部９１０を遮光部材９０の表面にマトリクス状に配列して形成している。図１３では簡便化のため突起部９１０の配列を５×６個しか描いていないが、実際には、遮光部材９０の全面、或いは、回折光が当たる領域全体に無数の突起部９１０が形成されている。

このような表面構造は、無反射構造と呼ばれ、ナノインプリント等の微細構造作製技術を用いて作製することができる。突起部９１０のサイズ（高さや幅）は、可視光の波長程度、或いはその数分の一程度であることが好ましい。

突起部９１０からなる微細構造は、第１遮光部材９１の遮光面だけでなく、第２遮光部材９２の遮光面に形成されてもよい。また、第１遮光部材９１の第２遮光部材９２と対峙する面にも回折光ＤＬが当たる場合があるため、かかる面にも微細構造が形成されてもよい。

遮光部材９０の表面の微細構造の配列は、図１４に示すように、各突起部９１０の頂点の伸びる方向が、画像表示素子６０であるＤＭＤからの光が入射する方向であってもよい。

遮光部材９０の表面の微細構造の形状は、上述した円錐形に限られず、例えば図１５に示すような丸みを有する形状の突起部９１１とすることもできる。このような構造は、蛾の目状構造として知られており、高い反射防止効果が期待できる。

上述した円錐形の例と同様に、遮光部材９０の表面の蛾の目状構造の配列は、図１６に示すように、突起部９１１の頭部の伸びる方向が、ＤＭＤからの光が入射する方向となるように形成されてもよい。

上述した円錐構造、蛾の目状構造などの微細構造の配列は、図１７（ａ）に示す正方配列とすることができ、或いは、図１７（ｂ）に示す最密配列とすることもできる。また、微細構造を無機物で作製すると、黒塗装の処理よりも耐久性を確保できる。

図１８に示すように、遮光部材９０がテーパー有りの場合でも、上述した表面処理を同様に行うことができる。すなわち、遮光部材９０の表面に、黒塗装、微細構造作製の表面処理を行うことで、遮光効果が高められる。

遮光部材９０の二重の構造は、図１９に示すように、テーパー有りとテーパー無しの組み合わせであってもよい。図１９では、内側の第１遮光部材９１がテーパー有り、外側の第２遮光部材９２がテーパー無しとした例であり、第２遮光部材９２が投射レンズ８１の光軸に平行に伸びるのに対して、第１遮光部材９１は、部材先端が光軸に近づくように傾斜して伸びている。

テーパー有りとテーパー無しの組み合わせは、この逆、すなわち、内側の第１遮光部材９１が投射レンズ８１の光軸に平行に伸びるテーパー無し、外側の第２遮光部材９２が投射レンズ８１の光軸に近づくように傾斜して伸びるテーパー有りの構成としてもよい。

このようにテーパー有りとテーパー無しを組み合わせた場合でも、上述した表面処理を同様に行うことができる。すなわち、遮光部材９０の表面に、黒塗装または微細構造形成の表面処理を行うことで、遮光効果が高められる。

以上のように、遮光部材９０の表面に遮光効果が得られる表面処理を施すことにより、回折光ＤＬの遮光効果を一層高めることが可能となる。

他方、遮光部材９０で遮光された光は、表面処理された箇所も含めて遮光部材９０に吸収される。したがって、回折光ＤＬが遮光部材９０で遮光されると、遮光部材９０の温度上昇をもたらす。さらに、光吸収の程度、上昇する温度、照射時間などの諸条件によっては、黒塗装の劣化や微細構造の破壊などを引き起こす可能性がある。従って、遮光部材９０を冷却する必要が生じてくる。以下、遮光部材９０を冷却するために、遮光部材９０に放熱構造を設けた例を図示及び説明する。

（放熱構造）
遮光部材９０に放熱構造としての放熱フィンを設けた構成を図２０に示す。図２０では、第２遮光部材９２の遮光部として機能する遮光面と反対側の外面に、矩形のフィン部材９３１が投射レンズ８１の光軸に対して放射状に周方向に所定間隔で配設されてなる放熱フィン９３の例を示す。

放熱フィン９３の他の例として、図２１に示すように、平面円弧状の平板のフィン部材９３２が第２遮光部材９２の遮光面と反対側の外面に、投射レンズ８１の光軸と平行方向に所定間隔で複数配設された構造としてもよい。

上述のような構造の放熱フィン９３を設けることにより、遮光部材９０を効果的に冷却して遮光部材９０の温度の上昇を低減することができる。また、ファンを用いて気流を起こし、かかる気流が放熱フィン９３を通過するようにファンを配置する構成とすることもできる。かかる構成とすることで、放熱フィン９３の空冷が促進され、遮光部材９０の温度上昇低減により効果的である。

従来の遮光部材は、投射レンズ８１の一部を覆う板状の部材などであり、遮光の効果は確保できるものの、冷却構造を設けることは、大きさや形状の制約があり難しい。これに対して本実施形態では、遮光部材９０の遮光面が、投射レンズ８１の光軸と略平行な方向すなわち表示素子６０の表示面に対する略垂直方向に伸びる構成とした。かかる構成により、遮光部材９０自体の大きさを確保することができ、放熱フィン９３を種々の形状で設けることが可能となる。

なお、図２０及び図２１の例では、放熱フィン９３を二重構造の遮光部材９０に設けた場合について説明したが、図１や図４（ｄ）、図５及び図６で説明した二重構造でない遮光部材９０にも放熱フィン９３を設けることが出来る。

遮光部材９０に上述した表面処理を施すことによって、ノイズ的な光の遮光効果をより効果的に高めることができ、さらに、遮光部材９０に放熱フィン９３を設けることによって、遮光部材９０を効果的に冷却することが可能となる。したがって、上述した実施形態によれば、長期に渡り、安定した遮光が可能なる。

また、上述した実施形態のプロジェクタ１においては、画像表示素子６０（ＤＭＤ）からの回折光を効果的に遮光でき、コントラスト比の高い画像を実現さらには維持することができる。従って、上述した実施形態によれば、ＯＦＦ時の回折光の遮光を効果的に行うことができる高コントラスト比のプロジェクタ装置を提供することが可能となる。

１ プロジェクタ（画像表示装置）
１０ 放電ランプ（光源）
２０ 照明均一化素子、３０ リレーレンズ、４０ 第１ミラー、５０ 第２ミラー（照明光学系）
６０ ＤＭＤ（画像表示素子）
８０，８１ 投射レンズ（投射光学系）
９０ 遮光部材
９１ 第１遮光部材
９２ 第２遮光部材
９３ 放熱フィン
ＤＬ 回折光

特開２００６−１１３２５５号公報 ＵＳ２０１４／０４３０６８７８Ａ１ 特願２０１５−０１７９９８号

Claims (15)

1. 光源と、
   前記光源の光の明度を均一化して照明光を出力する照明光学系と、
   前記照明光学系からの照明光を反射させて表示画像の画像光を出力する画像表示素子と、
   前記画像表示素子からの画像光を外部に投射する投射光学系と、
   前記画像表示素子と前記投射光学系との間に設けられ、前記画像表示素子の反射光の一部を前記投射光学系に入射しないように遮光する遮光面を有する遮光部材と、を有し、
   前記遮光部材は、前記遮光面が前記画像表示素子の方向に伸びている
   画像表示装置。
2. 前記遮光部材は、前記遮光面が前記投射光学系の光軸と平行に伸びるように設けられる請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記遮光部材は、前記遮光面が前記投射光学系の光軸に対して傾斜を有するように設けられる請求項１記載の画像表示装置。
4. 前記遮光部材は、前記遮光面の先端が前記投射光学系の光軸に近づくように前記光軸に対して傾斜している請求項３記載の画像表示装置。
5. 前記遮光部材は、前記投射光学系のレンズ形状に対応した部分円筒状の部材である請求項１乃至４のいずれかに記載の画像表示装置。
6. 前記遮光部材は、第１遮光部材と前記第１遮光部材の外側に配置される第２遮光部材とからなる二重構造である請求項１乃至５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記遮光部材は、前記遮光面に表面処理が施されている請求項１乃至６のいずれかに記載の画像表示装置。
8. 前記表面処理は、黒塗装である請求項７に記載の画像表示装置。
9. 前記表面処理は、微細な凹凸構造の作製処理である請求項７又は８に記載の画像表示装置。
10. 前記微細な凹凸構造は、蛾の目状構造である請求項９に記載の画像表示装置。
11. 前記遮光部材は、前記遮光面と反対側の面に複数の放熱フィンが設けられている請求項１乃至１０のいずれかに記載の画像表示装置。
12. 各々の前記放熱フィンは、前記投射光学系の光軸に対して放射状に配設されている請求項１１に記載の画像表示装置。
13. 各々の前記放熱フィンは、前記投射光学系の光軸と平行方向に配設されている請求項１１に記載の画像表示装置。
14. 前記画像表示素子は、デジタルマイクロミラーデバイスである請求項１乃至１３のいずれかに記載の画像表示装置。
15. 前記遮光部材の前記遮光面は、前記デジタルマイクロミラーデバイスの画素がオフの場合に前記デジタルマイクロミラーデバイスから生じる回折光が当たる位置に設けられる請求項１４に記載の画像表示装置。
    
    
    
    

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