JP6167492B2

JP6167492B2 - 画像表示装置

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Publication number: JP6167492B2
Application number: JP2012204368A
Authority: JP
Inventors: 柴山　恭之; 恭之柴山
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2032-09-18
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Description

本発明は、画像表示装置に関し、さらに詳しくは、画像を拡大してスクリーンなどに投写するプロジェクタの投写光学系に関する。

一般的にプロジェクタと称されている画像表示装置は、画像表示素子の違いによって、ＣＲＴプロジェクタ、液晶プロジェクタ、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）プロジェクタなどがある。
上記ＤＭＤは、２次元的に配置された複数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾斜角度を変化させて反射光をオン・オフする反射型画像表示素子である。

上述したＤＭＤを反射型画像表示素子として備えた画像表示装置としては、特許文献１乃至３に示す技術が知られている。
特許文献１には、白色光源、カラーフィルタ、レンズ、平面ミラー、球面ミラー、反射型画像表示素子の一種であるＤＭＤ、投写レンズがこの順に配置され、上記球面ミラーを投写レンズの入射部の直下に配置し、かつ、上記レンズの中心軸と投写レンズの中心軸とを平面から見て所定角度で交差させた画像表示装置が記載されている。

特許文献２に記載されている画像表示装置も特許文献１に記載されている画像表示装置と略同じ構成になっていて、レンズを通った光線を反射させてＤＭＤに導く折り返しミラーを単一の凹面形状のミラーとし、この折り返しミラーを、上記ＤＭＤの微小ミラーから投写レンズに向かう反射光の光路外に配置したものである。
特許文献３には、発光体、集光手段、光ミキシング手段、第１レンズ群、第２レンズ群、反射型画像表示素子の一種であるライトバルブをこの順に配置してなる照明装置を備え、また、上記ライトバルブから出射した光をスクリーンに伝達する投写レンズ（投写光学系に相当）を備えた投写型表示装置が記載されている。

投写型表示装置に平板ガラスが備わっている場合、平板ガラスが被投写面における照度むらの一因になるが、上記特許文献記載の発明では、この点についての考慮がなされていない。

本発明の目的は、被投写面における照度むらを低減し、表示画像の高品質化を実現した画像表示装置を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明は、光源から出射される光を反射型画像表示素子に導く照明光学系と、前記反射型画像表示素子からの光を被投写面に投写する投写光学系とを有した画像表示装置において、前記投写光学系は投写レンズ系と投写ミラー系とを有し、前記投写レンズ系の光軸は前記被投写面に平行に配置され、前記投写ミラー系は前記投写レンズ系を透過した光束を前記被投写面に向けて反射するように配置され、反射防止膜が形成され、前記被投写面に対して直角をなすように配置された平板ガラスを具備しており、前記反射防止膜は、τＣＣ／τＡＣ≧τＣＮ／τＡＮ、およびτＣＣ／τＡＣ≧０．８を満足する多層膜構造であり、（但し、τＡＣ：平板ガラス入射光線の波長５５０［ｎｍ］、入射角１５〜６５［度］における平均透過率、τＣＣ：平板ガラス入射光線の波長５５０［ｎｍ］、前記被投写面へ向かう光束の平板ガラスへの最大入射角度における透過率、τＡＮ：反射防止膜が無い場合における平板ガラス入射光線の波長５５０［ｎｍ］、入射角１５〜６５［度］における平均透過率、τＣＮ：反射防止膜が無い場合における平板ガラス入射光線の波長５５０［ｎｍ］、前記被投写面へ向かう光束の平板ガラスへの最大入射角度における透過率）、前記照明光学系は、前記光源から出射される光を集光して所定の位置に集光像を形成する集光器と、前記集光像の近傍に入射端を有する光ミキシング素子と、前記光ミキシング素子の入射端近傍または出射端近傍に配置された回転カラーフィルタと、前記光ミキシング素子の出射端から前記反射型画像表示素子までの間に配置されているレンズと照明用ミラーとからなり、前記反射型画像表示素子は、２次元的に配置された複数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾き角度をオン状態とオフ状態で変化させることにより反射光の出射をオン・オフさせ、前記照明用ミラーは、前記反射型画像表示素子で反射され、前記投写レンズ系に入射する光束の最大サイズをＲｆとすると、前記照明用ミラーの反射面の稜線の一部が前記Ｒｆ内に入り込むように配置されていることを特徴とする画像表示装置にある。

本発明によれば、被投写面に投射される画像の照度むらを低減することができる。これにより、投写画像の品質を高めることが可能となる。

本発明の実施形態を説明するための実施例に係る画像表示装置の要部を一方向からみた側面図である。上記実施例の要部を別の角度から見た側面図である。上記実施例に用いる照明用ミラーと投写レンズ鏡筒の部分を拡大して示す側面図である。上記照明用ミラーと投写レンズ鏡筒の部分を別の角度から示す側面図である。上記照明用ミラーと投写レンズ鏡筒の部分を拡大して示す底面図である。上記照明用ミラーと投写レンズ鏡筒の部分を拡大して示す底面図である。本発明の実施形態を説明するための実施例１に係る画像表示装置において第２投写ミラーから平板ガラスへ入射する光線の入射角度を被投写面の各領域に分けて示す図である。上記実施例１の反射型画像表示素子における照度分布の例を示す等高線図である。上記実施例１における第１照明用ミラーの曲率を説明するためのモデル図である。上記実施例１における第２照明用ミラーの外形および稜線を説明するための正面図である。本発明の実施形態を説明するための実施例に係る画像表示装置における光源から光ミキシング素子に至るまでの光学部品配置例を示す側面図である。本発明の実施形態を説明するための実施例に係る画像表示装置の実施例と被投写面との関係を示す正面図である。本発明の実施形態を説明するための実施例に係る画像表示装置の実施例と被投写面との関係を示す側面図である。上記実施例における第２照明用ミラーのローカル座標系を示す斜視図である。本発明の実施形態を説明するための実施例に係る画像表示装置において反射防止膜の無い平板ガラスを用いた場合の片面当たりの透過率を被投写面の各領域に分けて示す図である。上記実施例における反射型画像表示素子としてのＤＭＤの微小ミラー配置例を示す斜視図である。本発明の実施形態を説明するための実施例に係る画像表示装置において、本発明の反射防止膜を有する平板ガラスの片面当たりの透過率波長分布を示す図である。本発明の実施形態を説明する実施例に係る画像表示装置において本発明の反射防止膜を有する平板ガラスを用いた場合の片面当たりの透過率を被投写面の各領域に分けて示す図である。本発明の実施形態を説明するための実施例に係る画像表示装置における反射防止膜の膜構成を説明するための図である。本発明の実施形態を説明するための実施例２による画像表示装置における反射防止膜の膜構成を説明するための図である。本発明の実施例２による画像表示装置において本発明の反射防止膜を有する平板ガラスを用いた場合の片面当たりの透過率を被投写面の各領域に分けて示す図である。本発明の実施例２による画像表示装置において、本発明の反射防止膜を有する平板ガラスの片面当たりの透過率波長分布を示す図である。本発明の実施形態を説明するための実施例３による画像表示装置における反射防止膜の膜構成を説明するための図である。実施例３による画像表示装置において本発明の反射防止膜を有する平板ガラスを用いた場合の片面当たりの透過率を被投写面の各領域に分けて示す図である。実施例３による画像表示装置において、本発明の反射防止膜を有する平板ガラスの片面当たりの透過率波長分布を示す図である。

以下、図面に示された実施例により本発明を実施するための形態について説明する。
なお、図示の実施例は、投写光学系に投写レンズ系と投写ミラーとが装備され、投写レンズ系の光軸が被投写面に平行に配置されるとともに、投写レンズ系を透過する光束を投写ミラーが被投写面に向けて反射するように各部材が配置されている構成を対象としている。しかし、本発明に用いられる投写光学系はこの構成に限定されるものではない。

まず、図１２、図１３を参照しながら本実施例に係る画像表示装置の概略を説明する。
図１２、図１３において、符号１００は画像表示装置を、１０１はスクリーンすなわち被投写面を示している。
本実施例の絶対座標原点は、後述する反射型画像表示素子の中心とし、水平面内の一方向をｘ軸、これに直交する水平面内の一方向をｚ軸、ｘ軸にもｚ軸にも直交する垂直方向の軸をy軸とする。

図１３は画像表示装置１００を−ｚ方向から見た図である。
図１２、図１３に表されている画像表示装置１００の構成部材は、光源１と、光源１から放射される光を集光して所定の位置に集光像を形成する集光器と、集光像の近傍に入射端を有する光ミキシング素子２と、第１照明用ミラー４と、第２照明用ミラー５と、投写レンズ系を保持している鏡筒１０と、投写レンズ系とともに投写光学系を構成する第１投写ミラー８４と、第２投写ミラー８５と、平板ガラス９とを備えている。

光源１およびその集光器と、光ミキシング素子２と、第１照明用ミラー４と、第２照明用ミラー５は照明光学系を構成しており、図示されない反射型画像表示素子の反射面を均等に照明するようになっている。
反射型画像表示素子は前記ＤＭＤからなり、ＤＭＤに表示されている画像に対応した反射光が投写光学系を構成するレンズ鏡筒１０内の投写レンズ系、第１、第２の投写ミラー８４、８５（以下、便宜上、第１投写ミラー８４、第２投写ミラー８５と表示する場合もある）を経て被投写面１０１に投写されるように構成されている。なお、画像表示素子としては、上述したＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）に限らず、ＬＣＤ（液晶）パネルを用いることも可能である。

上記投写レンズ系の光軸はｙ軸方向に向いており、被投写面１０１はｘｙ面に平行に、投写レンズ系の光軸はｙ軸に平行に設置されている。

画像表示装置１００は、被投写面１０１の下端よりも下方にあって、斜め上方にある被投写面１０１に向かい投写光が斜め上方に出射するように構成されている。被投写面１０１に向かい斜め上方に出射されて被投写面１０１に投写される画像の上下左右の歪みを矯正するために、第２投写ミラー８５の反射面は、自由曲面に形成されている。

上記画像表示装置１００の構成をより具体的に説明する。
図１、図２は、上記照明光学系と投写光学系を含む画像表示装置１００の構成を、見る方向を変えて示している。図２は画像表示装置１００を＋ｘ方向から見た図である。

図１、図２において、光源１は、キセノンランプ、水銀ランプ、あるいはメタルハライドランプなどからなる発光体を内部に備えている。上記発光体から放射される照明光はリフレクタ４０１の内側に設けられている集光ミラーにより所定の位置で集光される。

光源１はその前部に図示されないランプカバーが取り付けられており、図１１に示すように、ランプカバーの前面には、発光体の光軸（絶対座標のｚ軸方向）に対し角度を１０度だけ傾けて防爆ガラス１２が配置されている。また、防爆ガラス１２の先には回転カラーフィルタ（カラーホイール）１３が配置されている。
回転カラーフィルタ１３は、防爆ガラス１２と同様に光源１の光軸（図中、ｚ軸方向）に対して１０度傾けて配置されている。

回転カラーフィルタ１３は、輪帯部分が光の三原色〔赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）〕に分割され、または、上記赤、緑、青に加えて白（Ｗ）に分割された周知の光学フィルタである。
回転カラーフィルタ１３が回転駆動されると、照明光の光路を上記輪帯部分が横切り、光源１からの照明光は、Ｒ、Ｇ、Ｂ、さらにはＷの各色の照明光に時分割され、後方の光ミキシング素子２に入射する。この回転カラーフィルタ１３により被投写面にはカラー画像が形成できる。

図１、図２において、光源１から出射する照明光の光路上には光ミキシング素子２が配置され、上記照明光の焦点位置近傍に光ミキシング素子２の入射端が位置している。光ミキシング素子２として本実施例では矩形の開口を有する周知のライトトンネルが用いられている。
ライトトンネルは、４枚の板状のミラーを、反射面を内側にして四角筒を形成するように結合したものである。

ライトトンネルの一端近傍に上記照明光の焦点位置があることによって照明光がライトトンネルに入射する。この入射光は４枚のミラーの内面で反射を繰り返し、ライトトンネルの他端の出射端からは、照度分布が均一化された横断面矩形の照明光が出射される。
光ミキシング素子２として、ライトトンネルのほかに、公知のロッドインテグレータ、ライトパイプなどを用いてもよい。

光ミキシング素子２から出射した照明光の進路上にはレンズ３、第１照明用ミラー４、第２照明用ミラー５がこの順に配置されている。
レンズ３と第１照明用ミラー４は、光ミキシング素子２から出射する照明光の略直進路上にある。

第１照明用ミラー４は、レンズ３から出射される照明光を斜め後ろ上方に向かって折り曲げるように、ｘ軸方向にもｚ軸方向にも傾いた斜め上向きの姿勢で設置されている。
第２照明用ミラー５は、第１照明用ミラー４による反射光を、下方に設置されている反射型画像表示素子であるＤＭＤ７に向かい下前方に折り曲げるように、ｘ軸方向にもｚ軸方向にも傾いた斜め下向きの姿勢で設置されている。
このように、照明光がレンズ３、第１照明用ミラー４、第２照明用ミラー５の順に透過し反射されることにより、照明光の横断面形状が整形され、第２照明用ミラー５で反射された照明光がＤＭＤ７に照射されるようになっている。

光ミキシング素子２の出射端には非図示のライトトンネルの配置調整手段が設けられており、光ミキシング素子２の出射端を矩形開口の長手方向、短手方向（それぞれ、図１の１０５、１０６の方向）に傾動させることでＤＭＤ７の照射光の位置調整がなされる。

ＤＭＤ７の前面にはカバーガラス６が配置されている。ＤＭＤ７はほぼ水平面に沿って配置され、ＤＭＤ７が有している微小ミラーがオンのとき、第２照明用ミラー５を経て照射される照明光を垂直方向上方に向かって反射するようになっている。

光ミキシング素子２の出射端とＤＭＤ７の、後述する微小ミラー面は、レンズ３、第１照明用ミラー４、第２照明用ミラー５からなる照明光学系に関し共役な位置にあり、光ミキシング素子２の出射端の均一な照明光がＤＭＤ７の微小ミラー面に均一に照射される。

上記のように、照明光は、レンズ３から、第１照明用ミラー４、第２照明用ミラー５、ＤＭＤ７を経て投写光学系８に至るまでに、三次元的に数回反射される。その間に照明光が上記各部材によって干渉されないように、第１照明用ミラー４、第２照明用ミラー５は、ｘ軸、ｙ軸方向に対して傾くとともに、平面方向から見て、投写レンズ系８１の光軸を中心にしてその周囲に配置されている。
上記光源１からＤＭＤ７に至る光学系の部品仕様を表１に、そして各光学部品の位置座標を表２に示す。

表１、表２において、「ランプ１」とは上記光源１のことである。また、「レンズ１」および「レンズ２」とは、レンズ３を構成する第１レンズおよび第２レンズ、「第１ミラー４」とは第１照明用ミラー４、「第２ミラー５」とは第２照明用ミラー５をそれぞれ示している。

反射型画像表示素子であるＤＭＤ７は、図１６に示すように、７−１から７−ｋまで２次元状に配置された微小ミラーを有している。
各微小ミラーは独立して傾きを変化させ、所定の向きから所定の角度で入射する光の反射角度を変化させることによりオン状態とオフ状態を作ることができる。各微小ミラーの偏向角度はおよそ±１２度である。

上記オン状態とは、例えば反射光を後続の光学系に入射させる状態、オフ状態とは反射光が後続の光学系からそれる状態をいう。本実施例におけるＤＭＤ７は、長手方向の微小ミラー数Ｍが、Ｍ＝１２８０個、短手方向の微小ミラー数Ｎが、Ｎ＝８００個、合計ｋ＝Ｍ×Ｎ＝１０２４０００個の微小ミラーにより構成され、アスペクト比は１２８０：８００＝１６：１０である。各微小ミラーの配置間隔（画素ピッチ）は１０．８ミクロンである。

上記光学系を構成する各光学部品の絶対座標の原点は、図１、図２、図１２、図１６に示すように、ＤＭＤ７の反射面の中心とする。ＤＭＤ７の長手方向をｚ軸、短手方向をｘ軸、ＤＭＤ７の法線方向をｙ軸とし、ｘ、ｙ、ｚ軸回りの回転をそれぞれα、β、γとする。光源１から出射する照明光の光軸はｚ軸方向になる。
レンズ３は、それぞれ出射面に非球面を有する２枚のレンズ（表１、表２における「レンズ１」と「レンズ２」）によって構成され、非球面は数式１で定義される非球面と、表１に示した曲率半径、非球面係数によって表される。

ただし、非球面の定義式（数式１）におけるｚ’は個々のレンズの面頂点を原点としたローカル座標系ｘ’、ｙ’、ｚ’で表される。すなわち、ｚ’がレンズ面のサグ量である。

第１照明用ミラー４はシリンダ形状の反射面を持つミラーであり、第２照明用ミラー５は球面形状の反射面を持つ凹面ミラーである。第１照明用ミラー４のシリンダ面は、図９に示すように、ｘ軸方向の曲率半径をＲｘ、ｙ軸方向の曲率半径をＲｙとするとき、Ｒｘ＝−４７５ｍｍ、Ｒｙ＝∞（平面）の凹のシリンダ面である。

ＤＭＤ７のオン状態にある微小ミラーは、第２照明用ミラー５で反射される照明光を投写光学系８に向けて反射する。微小ミラーからの反射光は、投写光学系８により、ｙ軸およびｚ軸を含む平面に平行に設置された被投写面１０１上に結像投写される。投写画像サイズは最大８０インチである。

図１、図２に示すように、投写光学系８は、鏡筒１０によってその内部に保持されている投写レンズ系８１と、投写ミラーとで構成され、投写ミラーは、第１投写ミラー８４と第２投写ミラー８５で構成されている。
投写レンズ系８１は、入射端のレンズ８１１から出射端のレンズ８２１に至る１１枚のレンズで構成されている。

表３は、投写レンズ系８１のデータを示している。上記入射端のレンズ８１１から出射端のレンズ８２１に向かって順に「投写レンズ１」から「投写レンズ１１」としている。Ｒは面番号に該当する面の曲率半径、ｄは隣り合う面相互の間隔、ｎｄは各レンズのＤ線に対する屈折率、νｄは各レンズのアッベ数を示している。

上記表３中の「投写レンズ１」、「投写レンズ１０」、「投写レンズ１１」は両側の面がともに非球面のレンズである。各々の非球面形状は数式１で定義されるローカル座標系を用いた非球面式と表４に示す非球面係数で表される。

また、第２投写ミラー８５に該当する「投写ミラー２」の反射面は、図１４に示すようにローカル座標軸ｘ´、ｙ´、ｚ´をとったとき、数式２で定義される非球面式と表５の非球面係数を用いて表される非球面に形成される。

表６は、投写光学系８を構成する投写レンズおよび第２投写ミラー８５以外の光学部品の仕様を示す。表６において「投写ミラー１」は、第２投写ミラー８４に該当する。「絞り１」、「絞り２」、「絞り３」は図示していない。

表７は、被投写面１０１に投写される画面サイズが４３インチの場合における投写光学系の光学部品の配置座標を示す。

図１、図２において、第１投写ミラー８４、第２投写ミラー８５の上端に近接してｘ軸とｚ軸を含む面に平行に平板ガラス９が配置されている。
本実施例での画像表示装置１００は図示されない筐体内に組み込まれていて、上記筐体の上端開口に平板ガラス９が嵌め込まれることにより、画像表示装置１００内部の防塵が図られている。

次に、図３から図６を参照しながら、照明光学系、特に、第１照明用ミラー４、第２照明用ミラー５と、投写光学系８を構成する投写レンズ系８１およびその鏡筒１０の配置関係および形状についてより詳細に説明する。図５、図６では、錯綜を避けるためにＤＭＤ７とカバーガラス６は描かれていない。

図３から図６において、前記光ミキシング素子２の出射端で均一化された輝度分布をもつ照明光は、レンズ３、第１照明用ミラー４、第２照明用ミラー５の順に配置された光学素子を経てＤＭＤ７の照射光となる。したがって、光路の途中で光束が物理的に干渉されていわゆる「けられ」が生じると、ＤＭＤ７の照明光照射領域で照度むらが生じ、被投写面に投写される画像に照度むらを生じ、投写画像の品質が劣化する。

光ミキシング素子２の出射端からＤＭＤ７に至る光路上では、第２照明用ミラー５が投写レンズ系８１に近接しているため、第２照明用ミラー５と投写レンズ系８１の鏡胴１０が干渉しないように、第２照明用ミラー５を部分的に切り欠くことが多い。そのため、第２照明用ミラー５の上記切り欠きの部分で光束の「けられ」が発生しやすかった。

そこで、図示の実施例では、上記の問題点を解消するために、光ミキシング素子２から反射型画像表示素子であるＤＭＤ７に至る光路においてＤＭＤ７に最も近い位置に第２照明用ミラー５を配置し、この照明用ミラー５の反射面を、投写光学系８の一部を構成する投写レンズ系８１よりもＤＭＤ７側に位置させている。

図３において符号１５を付して点線で示す円弧は、第２照明用ミラー５の反射面およびその延長線を示している。第２照明用ミラー５の反射面を、上記のように投写レンズ系８１よりもＤＭＤ７側に位置させたことにより、第２照明用ミラー５の反射面を大きくしても、第２照明用ミラー５が投写レンズ系８１やその鏡筒１０と干渉することはない。

また、本発明では、反射型画像表示素子であるＤＭＤ７の中心を原点、ＤＭＤ７が配置されている面をｘ軸およびこれに直交するｚ軸を含む面とし、投写光学系８を構成する投写レンズ系８１の光軸方向を前記ｘ軸およびｚ軸に直交するｙ軸、照明用ミラー（本実施例では第２照明用ミラー５）のｙ軸方向最大高さをｙｍａｘ、投写レンズ系８１を保持する鏡胴１０の入射端からｙ＝ｙｍａｘの範囲における上記光軸からｘ軸方向およびｚ軸方向の最大サイズをＲｍａｘとすると、上記第２照明用ミラー５の反射面の稜線の一部が投写レンズ系８１の光軸から上記Ｒｍａｘまでの間に位置している。

上記反射面の「稜線」とは、第２照明用ミラー５の反射面をｘ軸とｚ軸を含む面に投写したときに生成される投写像の限界線のことである。
図１０は第２照明用ミラー５の反射面をｙ軸方向から見た図であって、点線５１は上記稜線を示している。

本実施例では、投写レンズ鏡胴１０の入射端部のｙ座標はｙ＝４２．１３、第２照明用ミラー５のｙ軸方向最大高さはｙｍａｘ＝４６．６５ｍｍ、上記鏡胴１０の入射端からｙ＝ｙｍａｘの範囲における光軸からの最大半径はＲｍａｘ＝１３．２ｍｍである。

本実施例ではまた、ＤＭＤ７で反射され、投写レンズ系８１に入射する光束の最大サイズをＲｆとすると、上記稜線５１の一部が上記Ｒｆ内に入り込むように配置されている。換言すれば、投写レンズ系８１の光軸方向の投写面において、上記稜線５１の一部が投写レンズ系８１の投写面に侵入している。

本実施例では、Ｒｆ＝１０．１ｍｍで、図５、図６に示すように、投写レンズ系８１の光軸から第２照明用ミラー５の反射面の稜線５１までの距離の最小値をｄｓｐとすると、ｄｓｐ＝８．９［ｍｍ］である。上記の構成を備えていることにより、ＤＭＤ７の被照射面の照度の均一性が向上し、被投写面に投写される画像の品質を高めることができる。

図８は、上記実施例の光学系構成において、照明用光学系による照明光のＤＭＤ７の反射面における照度分布をシミュレーションによって求めた結果を示す。
ＤＭＤ７の照度分布位置は、−ｚ方向が被投写面（スクリーン）を正面から見て左方向、＋ｚ方向が右方向、−ｘ方向が被投写面を正面から見て上方向、＋ｘ方向が下方向にそれぞれ対応する。

図８中、点線７１で囲まれた領域がＤＭＤ７の有効領域である。照度分布は領域内最大照度を１すなわち１００［％］として規格化して表示している。有効範囲内での規格化照度分布の最小値は７６.４［％］、被投写面に投写される投写画像を正面から見た時、その四隅に対応する規格化照度分布は、左上７６.４［％］、左下８３.７［％］、右上７６.４［％］、右下８５.６［％］である。

ところで、本実施例に示す画像表示装置１００は、表５に示したように投写レンズ系８１の光軸がｙ軸に平行、すなわち被投写面に平行で、図１、図２に示すように防塵用の平板ガラス９がｘ軸およびｚ軸を含む面に平行すなわち被投写面に対して直角をなす方向に設置されている。
このため、投写光学系８の第２投写ミラー８５で反射され平板ガラス９を透過する光線のうち、被投写面の左右下隅に向かう光線は、平板ガラス９への入射角度が大きくなり、透過損失が大きくなる。

（図面に、ｘ、ｙ、ｚ軸方向）
図７は、被投写面を正面から見た場合の投写画像のＡＮＳＩ９ポイント（投写画面を縦３列×横３行の計９個のセルに均等分割した際の各セルの中心点）と四隅に向かう光線との平板ガラス９への入射角度を示している。

平板ガラス９への入射角度は、ＡＮＳＩ９ポイントでは最小１７.２［度］、最大６３.３［度］、被投写面全域では最小１７.２［度］、最大８０.２［度］で角度範囲６３［度］の広範囲なものになる。

平板ガラス９への入射角度は被投写面の中央から左右下隅に近づくにしたがって大きくなり、左右下隅に向かう光線の入射角度は最大の８０.２［度］になる。
一般に光学素子への入出射角度は大きくなるほど透過率が低下するため、被投写面の左右下隅では平板ガラス９による透過損失により照度低下が発生しやすい。

最大入射角を小さくする方法として、平板ガラス９を傾けたり、ドーム型（メニスカス形状）の曲面カバーに代替する方法があるが、装置の上部に凸部ができ、装置の小型化の妨げになる。
図１５は平板ガラス９の光入出射面がノンコート（反射防止膜無し）の場合における片面当たりの透過率のシミュレーション結果である。各セルは図７のセルと１対１対応している。
なお、シミュレーションはランダム偏光、波長は比視感度曲線のピーク波長近傍の５５０［ｎｍ］の光線を選んで計算した。

ここで、被投写面のＡＮＳＩ９ポイントに向かう光線に対応するものとして入射角度１５［度］から６５［度］までの平均透過率をτＡＮとするとτＡＮ＝９３.８［％］、一方、被投写面に投射される画像の左右下隅に向かう光線に対応するものとして最大入射角度８０.２［度］の透過率をτＣＮとすると、τＣＮ＝６０.２％であるから、その比はτＣＮ／τＡＮ＝０.６４になる。
これを平板ガラス９の透過率でみると平板ガラス９の光入出射の両面を考慮する必要があるので、ＡＮＳＩ９ポイントに向かう光線の平均透過率と投写画像の左右下隅に向かう光線の透過率の比は、（τＣＮ／τＡＮ）＾２＝０.４１となる。

これは、被投写面に投写される画像の中央付近から左右下隅にかけての照度が次第に低下することを意味する。上述したようにＤＭＤ７上における投写画像の左右下隅に対応する位置の規格化照度は、左下８３.７［％］、右下８５.６［％］であったから、投写画像の左右下隅では少なくとも左下０.８３７×０.４１＝３４.３［％］、右下０.８５.６×０.４１＝３５.１［％］になる。

一般に人間の眼は、画面内で５０％程度以下の照度分布があるとその違いを認識できるので、このような照度分布は画像品質の劣化になる。なお、被投写面に投射される画像の左右上隅に向かう光線の透過率はいずれもτＡＮ以上になっており、平板ガラス９に起因する照度低下の影響は小さく、問題は生じない。以下に実施例における具体的な特性を実施例として示す。

（実施例１）
本発明では上記の問題に対応するために平板ガラス９の光入出射面（図１、図２における９−ａと９−ｂ）に多層構造の反射防止膜を形成している。この反射防止膜の具体例な構造を図１９に示す。反射防止膜は７層からなる多層膜構造をしている。

図１９において，ｄが膜厚、λが基準波長、Ｎ_MとＮ_Tはそれぞれ膜材質であるＭｇＦ_２とＴｉＯ_２の屈折率である。
膜厚ｄは、平板ガラス９側より順に略、０.４７０λ／Ｎ_M、０.０４６λ／Ｎ_T、０.１６４λ／Ｎ_M、０.０９２λ／Ｎ_T、０.０９４λ／Ｎ_M、０.４１１λ／Ｎ_T、０.３３６λ／Ｎ_Mである。
なお，基板（平板ガラス９）は（株）オハラ製のＳ−ＢＳＬ７としている。基準波長を比視感度曲線のピーク波長近傍のλ＝５５０［ｎｍ］とすると、ＭｇＦ_２とＴｉＯ_２の屈折率はそれぞれ、Ｎ_M＝１.３８４４、Ｎ_T＝２．３１８３６−０.０００１６ｉ≒２．３１８３６。これより、前記膜厚は平板ガラス９側より順に略、１８６.５［ｎｍ］、１０.８［ｎｍ］、６５.３［ｎｍ］、２１.８［ｎｍ］、３７.４［ｎｍ］、９７.４［ｎｍ］、１３３.１［ｎｍ］とすればよい。

図１７はこの多層構造反射防止膜を有する平板ガラス９の片面当たりの透過率の波長分布である。平板ガラス９へ光線入射角をパラメータとしている。図１７からわかるように、τＡＣ＝９１.９［％］≦τＡＮになっており、τＡＮ＝９３.８［％］よりも小さい値に抑えられている。

τＡＣを抑制することは次に述べるように投射画像の中心部と四隅の照度むら低減に寄与する。
図１８は、光入出射面に本発明の多層構造反射防止膜を有する平板ガラス９の片面当たりの波長５５０［ｎｍ］における透過率のシミュレーション結果で、図７同様に投写画像のＡＮＳＩ９ポイントと四隅に向かう光線の透過率に対応している。

ＡＮＳＩ９ポイントに向かう光線に対応するものとして入射角度１５［度］から６５［度］までの平均透過率をτＡＣとするとτＡＣ＝９１.９［％］、一方、被投写面の左右下隅に向かう光線の透過率をτＣＣとするとτＣＣ＝７７.６［％］であるから、その比はτＣＣ／τＡＣ＝０.８４である。τＡＣの抑制はτＣＣ／τＡＣの向上に寄与している。

先述した反射防止膜無しの場合における透過率の比τＣＮ／τＡＮと比較すると、τＣＣ／τＡＣ≧τＣＮ／τＡＮの関係を満足している。
これは、投写画像中央付近から左右下隅に向かって生じる透過率の変動が反射防止膜無しの場合と比べて緩やかになっていることであり、投射画像の面内照度むらが改善できていることになる。

平板ガラス９の透過率でみると、（τＣＣ／τＡＣ）＾２＝０.７１になる。上述したようにＤＭＤ上における投写画像の左右下隅に対応する位置の規格化照度は、左下８３.７［％］、右下８５.６［％］であったから、投写画像の左右下隅では少なくとも左下０.８３７×０.７１＝５９.４［％］、右下０.８５.６×０.７１＝６０.８［％］となり、照度分布は問題ならないレベル（＞５０［％］）にできる。

このような構造と特性を有する反射防止膜は、先述したように平板ガラス９への入射角度は角度範囲が６０［度］以上になるような光学系を有するが俗表示装置において、特にその効果を発揮する。

（実施例２）
図２０に本発明の別の実施例として７層構造反射防止膜の構造を示す。
各々の層の膜厚ｄは、基準波長をλ、基準波長におけるＭｇＦ_２とＴｉＯ_２の屈折率をそれぞれＮ_M、Ｎ_T とするとき、平板ガラス９側より順に略、０.４７５λ／Ｎ_M、０.０４３λ／Ｎ_T、０.１７０λ／Ｎ_M、０.０８８λ／Ｎ_T、０.０９８２／Ｎ_M、０.４１０λ／Ｎ_T、０.３３３λ／Ｎ_Mである。

基板（平板ガラス９）は（株）オハラ製のＳ−ＢＳＬ７としている。基準波長を比視感度曲線のピーク波長近傍の５５０［ｎｍ］とすると、ＭｇＦ_２とＴｉＯ_２の屈折率はそれぞれ、Ｎ_M＝１.３８４４、Ｎ_T＝２．３１８３６−０.０００１６ｉ≒２．３１８３６。これより、前記膜厚は平板ガラス９側より順に略、１８８.６［ｎｍ］、１０.１［ｎｍ］、６７.７［ｎｍ］、２０.９［ｎｍ］、３９.０［ｎｍ］、９７.４［ｎｍ］、１３２.３［ｎｍ］とすればよい。

図２２は、この多層構造反射防止膜を有する平板ガラス９の片面当たりの透過率の波長分布である。平板ガラス９へ光線入射角をパラメータとしている。図２２からわかるように、τＡＣ＝９２．１［％］≦９２．５［％］になっており、τＡＮ＝９３.８［％］よりも小さい値に抑えられている。

図２１は、光入出射面に本発明の多層構造反射防止膜を有する平板ガラス９の片面当たりの波長５５０［ｎｍ］における透過率のシミュレーション結果を示している。
図７同様に投写画像のＡＮＳＩ９ポイントと四隅に向かう光線の透過率に対応している。ＡＮＳＩ９ポイントに向かう光線に対応するものとして入射角度１５［度］から６５［度］までの平均透過率をτＡＣとするとτＡＣ＝９２.１［％］、一方、被投写面の左右下隅に向かう光線の透過率をτＣＣとするとτＣＣ＝７７.４［％］であるから、その比はτＣＣ／τＡＣ＝０.８４である。τＡＣの抑制はτＣＣ／τＡＣの向上に寄与している。

先述した反射防止膜無しの場合における透過率の比τＣＮ／τＡＮと比較すると、τＣＣ／τＡＣ≧τＣＮ／τＡＮの関係を満足している。
これは、投写画像中央付近から左右下隅に向かって生じる透過率の変動が反射防止膜無しの場合と比べて緩やかになっていることであり、投射画像の面内照度むらが改善できていることになる。
平板ガラス９の透過率でみると、（τＣＣ／τＡＣ）＾２＝０.７１になる。
上述したようにＤＭＤ上における投写画像の左右下隅に対応する位置の規格化照度は、左下８３.７［％］、右下８５.６［％］であったから、投写画像の左右下隅では少なくとも左下０.８３７×０.７１＝５９.４［％］、右下０.８５.６×０.７１＝６０.８［％］となり、照度分布は問題ならないレベル（＞５０［％］）にできる。

（実施例３）
図２３に本発明の別の実施例として５層構造反射防止膜の構造を示す。
各々の層の膜厚ｄは、基準波長をλ、基準波長におけるＭｇＦ_２とＴｉＯ_２の屈折率をそれぞれＮ_M、Ｎ_T とするとき、平板ガラス９側より順に略、０.１５２λ／Ｎ_M、０.０４５λ／Ｎ_T、０.０９６λ／Ｎ_M、０.３５３λ／Ｎ_T、０.３２２λ／Ｎ_Mである。基板（平板ガラス９）は（株）オハラ製のＳ−ＢＳＬ７としている。
基準波長を比視感度曲線のピーク波長近傍の５５０［ｎｍ］とすると、ＭｇＦ_２とＴｉＯ_２の屈折率はそれぞれ、Ｎ_M＝１.３８４４、Ｎ_T＝２．３１８３６−０.０００１６ｉ≒２．３１８３６。これより、前記膜厚は平板ガラス９側より順に略、６０.４［ｎｍ］、１０.８［ｎｍ］、３８.２［ｎｍ］、８３.７［ｎｍ］、１２８.０［ｎｍ］とすればよい。

図２５はこの多層構造反射防止膜を有する平板ガラス９の片面当たりの透過率の波長分布である。平板ガラス９へ光線入射角をパラメータとしている。
図２５からわかるように、τＡＣ＝９２．1［％］≦９２.5［％］になっており、τＡＮ＝９３.８［％］よりも小さい値に抑えられている。

図２４は光入出射面に本発明の多層構造反射防止膜を有する平板ガラス９の片面当たりの波長５５０［ｎｍ］における透過率のシミュレーション結果で、図７同様に投写画像のＡＮＳＩ９ポイントと四隅に向かう光線の透過率に対応している。
ＡＮＳＩ９ポイントに向かう光線に対応するものとして入射角度１５［度］から６５［度］までの平均透過率をτＡＣとするとτＡＣ＝９２.１［％］、一方、被投写面の左右下隅に向かう光線の透過率をτＣＣとするとτＣＣ＝７７.２［％］であるから、その比はτＣＣ／τＡＣ＝０.８３である。τＡＣの抑制はτＣＣ／τＡＣの向上に寄与している。

平板ガラス９の透過率でみると、（τＣＣ／τＡＣ）＾２＝０.６９になる。上述したようにＤＭＤ上における投写画像の左右下隅に対応する位置の規格化照度は、左下８３.７［％］、右下８５.６［％］であったから、投写画像の左右下隅では少なくとも左下０.８３７×０.６９＝５７.８［％］、右下０.８５.６×０.６９＝５９.１［％］となり、照度分布は問題ならないレベル（＞５０［％］）にできる。
このような構造と特性を有する反射防止膜は、先述したように平板ガラス９への入射角度は角度範囲が６０［度］以上になるような光学系を有するが俗表示装置において、特にその効果を発揮する。

以上、本発明の多層構造反射防止膜は、膜材質にＭｇＦ_２とＴｉＯ_２を使用した場合を示したが同様の光学特性を有するものであれば別の材質であっても良い。また、層数もこれに限るものではない。
上記実施の形態においては、画像表示素子がＤＭＤである場合について説明してあるが、本発明は、画像表示素子としてＣＲＴプロジェクタ、液晶プロジェクタ等、他の表示素子を用いる形態であっても適用可能である。
また、本発明に係る画像表示装置は、パソコン、テレビ、ＤＶＤプレーヤ等からの映像信号を表示するためのプロジェクタ、その他の画像表示装置として広く利用することができる。

１光源
３照明光学系に用いられるレンズ
４照明光学系に用いられる第１照射用ミラー
５照明光学系に用いられる第２照射用ミラー
７ＤＭＤ
８投写光学系
９平板ガラス

特開２０００−９８２７２号公報特許第３１２１８４３号公報特許第４１５８３１７号公報

Claims

光源から出射される光を反射型画像表示素子に導く照明光学系と、
前記反射型画像表示素子からの光を被投写面に投写する投写光学系とを有した画像表示装置において、
前記投写光学系は投写レンズ系と投写ミラー系とを有し、
前記投写レンズ系の光軸は前記被投写面に平行に配置され、
前記投写ミラー系は前記投写レンズ系を透過した光束を前記被投写面に向けて反射するように配置され、
反射防止膜が形成され、前記被投写面に対して直角をなすように配置された平板ガラスを具備しており、
前記反射防止膜は、τＣＣ／τＡＣ≧τＣＮ／τＡＮ、およびτＣＣ／τＡＣ≧０．８を満足する多層膜構造であり、
（但し、τＡＣ：平板ガラス入射光線の波長５５０［ｎｍ］、入射角１５〜６５［度］における平均透過率
τＣＣ：平板ガラス入射光線の波長５５０［ｎｍ］、前記被投写面へ向かう光束の平板ガラスへの最大入射角度における透過率
τＡＮ：反射防止膜が無い場合における平板ガラス入射光線の波長５５０［ｎｍ］、入射角１５〜６５［度］における平均透過率
τＣＮ：反射防止膜が無い場合における平板ガラス入射光線の波長５５０［ｎｍ］、前記被投写面へ向かう光束の平板ガラスへの最大入射角度における透過率）、
前記照明光学系は、
前記光源から出射される光を集光して所定の位置に集光像を形成する集光器と、
前記集光像の近傍に入射端を有する光ミキシング素子と、
前記光ミキシング素子の入射端近傍または出射端近傍に配置された回転カラーフィルタと、
前記光ミキシング素子の出射端から前記反射型画像表示素子までの間に配置されているレンズと照明用ミラーとからなり、
前記反射型画像表示素子は、２次元的に配置された複数の微小ミラーを有し、個々の微小ミラーの傾き角度をオン状態とオフ状態で変化させることにより反射光の出射をオン・オフさせ、
前記照明用ミラーは、前記反射型画像表示素子で反射され、前記投写レンズ系に入射する光束の最大サイズをＲｆとすると、前記照明用ミラーの反射面の稜線の一部が前記Ｒｆ内に入り込むように配置されていることを特徴とする画像表示装置。
前記反射防止膜は、前記平板ガラスの光入出射面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
前記反射防止膜は、前記平板ガラス側より順にＭｇＦ _２とＴｉＯ _２とが交互に形成されている多層膜構造であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記多層膜構造は、５層構造乃至７層構造であることを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
前記多層膜構造を構成する各々の層の膜厚は、基準波長をλ＝５５０［ｎｍ］、該基準波長におけるＭｇＦ _２とＴｉＯ _２の屈折率をそれぞれＮ _M 、Ｎ _T とするとき平板ガラス側より順に略、０．４７０λ／Ｎ _M 、０．０４６λ／Ｎ _T 、０．１６４λ／Ｎ _M 、０．０９２λ／Ｎ _T 、０．０９４λ／Ｎ _M 、０．４１１λ／Ｎ _T 、０．３３６λ／Ｎ _M であることを特徴とする請求項１、３または４に記載の画像表示装置。
前記多層膜構造を構成する各々の層の膜厚は、基準波長をλ＝５５０［ｎｍ］、該基準波長におけるＭｇＦ _２とＴｉＯ _２の屈折率をそれぞれＮ _M 、Ｎ _T とするとき平板ガラス側より順に略、０．４７５λ／Ｎ _M 、０．０４３λ／Ｎ _T 、０．１７０λ／Ｎ _M 、０．０８８λ／Ｎ _T 、０．０９８２／Ｎ _M 、０．４１０λ／Ｎ _T 、０．３３３λ／Ｎ _Mであることを特徴とする請求項１、３または４に記載の画像表示装置。
前記多層膜構造を構成する各々の層の膜厚は、基準波長をλ＝５５０［ｎｍ］、該基準波長におけるＭｇＦ _２とＴｉＯ _２の屈折率をそれぞれＮ _M 、Ｎ _T とするとき平板ガラス側より順に略、０．１５２λ／Ｎ _M 、０．０４５λ／Ｎ _T 、０．０９６λ／Ｎ _M 、０．３５３λ／Ｎ _T 、０．３２２λ／Ｎ _Mであることを特徴とする請求項１、３または４に記載の画像表示装置。