(57)【要約】【課題】  ミラー基板を筒状に組み合わせて形成されるライトトンネルにおいて、ミラー基板の内部を通過する不要光が被走査面に届くことを防ぐライトトンネルを提供する。【解決手段】  複数のミラー基板を筒状に組み合わせて形成され、入射開口から入射した光を出射開口から出射するライトトンネルにおいて、前記複数のミラー基板のうち少なくとも一部のミラー基板には、入射開口側の前記ミラー基板の第１端面と出射開口側の前記ミラー基板の第２端面との間に、特別層が配置されていて、前記特別層は、前記第１端面と前記第２端面とは非平行の面を形成し、前記特別層の屈折率は、前記ミラー基板の前記特別層以外の部分の屈折率よりも低い、ライトトンネルによる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のミラー基板を筒状に組み合わせて形成され、入射開口から入射した光を出射開口から出射するライトトンネルにおいて、
前記複数のミラー基板のうち少なくとも一部のミラー基板には、入射開口側の前記ミラー基板の第１端面と出射開口側の前記ミラー基板の第２端面との間に、特別層が配置されていて、
前記特別層は、前記第１端面と前記第２端面とは非平行の面を形成し、
前記特別層の屈折率は、前記ミラー基板の前記特別層以外の部分の屈折率よりも低い、
ことを特徴とするライトトンネル。
【請求項２】
前記ミラー基板は、前記ライトトンネルの長手方向において分割された複数のミラー板を備え、
前記特別層は、前記ライトトンネルの長手方向における前記複数のミラー板の間に配置されている、
請求項１記載のライトトンネル。
【請求項３】
前記特別層の法線は、前記ミラー基板が備えるミラー面に平行な面内に含まれる、
請求項１または２記載のライトトンネル。
【請求項４】
前記筒状に組み合わされた複数のミラー基板のうち、対向位置に配置されているミラー基板同士の前記特別層の法線は異なる方向に向いている、
請求項１乃至３のいずれかに記載のライトトンネル。
【請求項５】
前記筒状に組み合わされた複数のミラー基板のうち、隣接する位置ミラー基板同士の前記特別層は、互いに隣接するミラー基板の端面に接する位置に配置されている、
請求項１乃至４のいずれかに記載のライトトンネル。
【請求項６】
光源であるランプと、
前記ランプから出射された光が入射されて出射されるライトトンネルと、
前記ライトトンネルから出射された光により、入力画像信号に基づき画像表示する空間光変調素子を照明するリレー光学系と、
を備える照明光学系であって、
前記ライトトンネルは、請求項１乃至５のいずれかに記載のライトトンネルである、
ことを特徴とする照明光学系。
【請求項７】
照明光学系と、
前記照明光学系により照明された光を用いて入力画像信号に基づく画像を形成する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子により形成された画像を拡大投影する投射レンズと、
を備える画像表示装置であって、
前記照明光学系は、請求項６記載の照明光学系である、ことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライトトンネル、ライトトンネルを備える照明光学系、及び、これらを備える画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のミラー基板を筒状に組み合わせて、各ミラー基板のミラー面を内側に向け、一方の開口から入射された光を他方の開口から出射するライトトンネルが知られている。ライトトンネルは、各基板のミラー面により形成される内壁において光を複数回反射させて均一な面光源を得る照明均一化素子である。
【０００３】
ライトトンネルの入射開口側に配置される光源からの光は、ライトトンネルの入射開口近傍に集光される。この光源からの光のうちの一部の光は、入射開口からライトトンネルの内部へと進入せずに、ライトトンネルを形成するミラー基板のライトトンネルの入射開口側端面から、ミラー基板の内部に進入する。ミラー基板の内部に進入した光は、ライトトンネルの出射開口側端面から出射される。このような光は、ライトトンネルにより得られる面光源とは異なる光であって「不要光」である。このような不要光が、ライトトンネルの出射口側の後段に配置される光学系に作用すると、「迷光」を生じることになる。
【０００４】
上記のようなライトトンネルは、プロジェクタなどの画像表示装置の照明光学系に用いられる。照明光学系に用いられるライトトンネルが、迷光を生じさせると、ライトトンネルからの面光源により照明される空間光変調素子の有効画素領域の周囲に、迷光が照明される。そうすると、有効画素領域近傍に当たった迷光の一部が反射されて、投射レンズを介してスクリーンの投射画素領域の周囲に到達する。迷光がスクリーンに到達すると、投射画像に直接の悪影響を与えるわけではないが、その周囲に薄く明るい領域が映し出されて不快感を与えてしまう。空間変調器の有効画像領域の周囲の反射率を完全にゼロにすることは困難であるため、迷光はライトトンネルでカット（遮光）できることが望ましい。
【０００５】
そこで、上記のような悪影響を生じさせないようにするために、迷光を生じさせないように工夫したライトトンネルが知られている（特許文献１を参照）。
【０００６】
特許文献１のライトトンネルは、入射開口と出射開口のうち、少なくとも一方の開口側のミラー基板端部を先細り形状にしている。入射開口側のミラー基板端部を先細り形状にすれば、ミラー基板内部に入射して不要光となる光量を減らすことが出来る。また、出射開口側のミラー基板端部を先細り形状にすれば、ミラー基板内部を通過した不要光を、ライトトンネルの後段に配置されている光学素子から遠ざけることが出来る。
【０００７】
しかし、特許文献１のように、ミラー基板の端部のいずれか、又は、両方を先細り形状にするとライトトンネルの開口部分の強度が下がる。画像表示装置などに用いられる光源からの光は非常に高温であるから、ライトトンネルの開口側端面の強度が低下すると、熱により変形したり、破損しやすくなる。ライトトンネルの開口側端面に変形や破損があると、ライトトンネルへの光の入射効率が低下する。また、ライトトンネルの端面の先細り部分の厚さをゼロにすることは出来ないから、不要光による迷光を防ぐことは出来ない。
【０００８】
ライトトンネルにおける迷光が全くスクリーンに到達しないように、不要光を導光することが出来るライトトンネルは知られていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、ミラー基板内部を通過した光が、空間変調器に到達することを抑制するライトトンネルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、複数のミラー基板を筒状に組み合わせて形成され、入射開口から入射した光を出射開口から出射するライトトンネルにおいて、前記複数のミラー基板のうち少なくとも一部のミラー基板には、入射開口側の前記ミラー基板の第１端面と出射開口側の前記ミラー基板の第２端面との間に、特別層が配置されていて、前記特別層は、前記第１端面と前記第２端面とは非平行の面を形成し、前記特別層の屈折率は、前記ミラー基板の前記特別層以外の部分の屈折率よりも低い、ことを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ミラー基板内部を通過した光が、空間変調器に到達することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るライトトンネルの実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】上記ライトトンネルの長手方向の縦断面図である。
【図３】本発明に係るライトトンネルの別の実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明に係るライトトンネルの別の実施形態を示す分解斜視図である。
【図５】本発明に係るライトトンネルのさらに別の実施形態を示す分解斜視図である。
【図６】本発明に係る照明光学系の実施形態を示す光学配置図である。
【図７】本発明に係る画像表示装置の実施形態を示す光学配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
●ライトトンネルの第１実施形態
本発明に係るライトトンネルの実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るライトトンネル１の分解斜視図である。図１に示す通り、ライトトンネル１は、複数（４枚）のミラー基板１０を筒状に組み合わせてなる部材であって、光源（不図示）からの光Ｌが、ライトトンネル１へ入射する入射開口１１と、ライトトンネル１へ入射した光Ｌが、面光源として出射される出射開口１２と、を有している。
【００１４】
入射開口１１は、ミラー基板１０のそれぞれの第１端面である入射口側端面１１０により形成される。また、出射開口１２は、ミラー基板１０のそれぞれの第２端面である出射口側端面１２０により形成される。
【００１５】
複数のミラー基板１０のそれぞれは、板状であって、１面には、ミラー面が形成されていて、ライトトンネル１の内壁を形成する。すなわち、ミラー面は、ライトトンネル１の反射面１３を形成する。
【００１６】
ライトトンネル１の入射開口１１から入射した光Ｌは、反射面１３により反射を繰り返し、照度分布が均一化される。このように、照度分布が均一化された光Ｌが出射開口１２から出射される。これによって、出射開口１２が、照度が均一化された面光源となる。
【００１７】
ミラー基板１０は、ライトトンネル１の長手方向において分割された２つのミラー板を備えている。入射開口１１側のミラー板を、第１ミラー板１０１とする。出射開口１２側のミラー板を、第２ミラー板１０２とする。また、各ミラー基板１０の入射口側端面１１０と出射口側端面１２０との間であって、第１ミラー板１０１と第２ミラー板１０２との対向面には、特別層１０３が配置されている。
【００１８】
特別層１０３によって、ミラー基板１０のそれぞれには、入射口側端面１１０と出射口側端面１２０のいずれにも非平行の面が形成される。特別層１０３によりミラー基板１０に形成される面は、各ミラー基板１０の長手方向を横切る斜面である。
【００１９】
特別層１０３の屈折率は、前記ミラー基板の前記特別層以外の部分、つまり、第１ミラー板１０１と第２ミラー板１０２の屈折率よりも低い屈折率である。したがって、特別層１０３は、第１ミラー板１０１と第２ミラー板１０２との間に隙間を設ける空気層（エアギャップ）であってもよい。また、特別層１０３は、前述の屈折率の条件を満たすものであればよく、接着剤であってもよい。
【００２０】
次に、ライトトンネル１の効果について説明する。図２は、ライトトンネル１の長手方向縦断面図である。図２に示すように、ライトトンネル１は、入射口側端面１１０から第１ミラー板１０１に進入した不要光３が、特別層１０３により全反射して、ミラー基板１０の外側に出て行くように構成されている。
【００２１】
第１ミラー板１０１と第２ミラー板１０２の互いに対向する面のそれぞれは、入射口側端面１１０と出射口側端面１２０に対して非平行であって、ライトトンネル１の長手方向において斜めになっている。この斜めの対向面の間に、第１ミラー板１０１と第２ミラー板１０２の屈折率よりも低い屈折率の特別層１０３が配置されている。これによって、入射口側端面１１０からミラー基板１０の内部に進入した不要光３は、特別層１０３の斜面で全反射されて、ミラー基板１０の外側に出て行く。
【００２２】
特別層１０３がミラー基板１０に形成する斜面は、入射口側端面１１０から出射口側端面１２０方向を見た場合において、ライトトンネル１の外方向に向くように形成されている。すなわち、入射口側端面１１０から特別層１０３までの距離は、第１ミラー板１０１を形成する面のうち、ミラー面と、ミラー面に対向する面（ライトトンネル１の外壁を形成する面）とで異なる。つまり、入射口側端面１１０から特別層１０３までの距離は、ミラー面側の距離がミラー面に対向する面側の距離よりも短い。
【００２３】
仮に、特別層１０３がミラー基板１０に形成する斜面が、入射口側端面１１０から出射口側端面１２０方向を見た場合において、ライトトンネル１の内側向に向くように形成されていたとする。そうすると、特別層１０３において全反射された不要光３は、その後、反射面１３で反射されて、ミラー基板１０の内部で反射を繰り返して、入射口側端面１１０から外に出る。入射口側端面１１０から出た不要光３は、光源（不図示）に戻ることになる。このような戻り光は、光源の光強度を不安定にし、また、光源の寿命化を縮める原因となる。
【００２４】
したがって、ライトトンネル１は、特別層１０３による斜面がライトトンネル１の外側に向くように、第１ミラー板１０１と第２ミラー板１０２及び特別層１０３を配置している。
【００２５】
ここで、仮に、特別層１０３を設けずに、第１ミラー板１０１と第２ミラー板１０２とを密着させた場合を、比較例として説明する。第１ミラー板１０１の屈折率を１．６０７とし、第２ミラー板１０２の屈折率を１．５１７とする。この場合、第１ミラー板１０１と第２ミラー板１０２の密着面が斜面であっても、この斜面への不要光３の入射角θ１が７０．７°以上（Ｓｉｎθ１≧１．５１７／１．６０７）でなければ、不要光３は、全反射しない。
【００２６】
密着面への不要光３の入射角θ１が７０．７°よりも小さければ、不要光３は斜面を通過して、迷光になる。
【００２７】
以上説明したライトトンネル１によれば、ミラー基板１０の内部を通過した光Ｌをミラー基板１０の外側、つまり、ライトトンネル１の外壁側に導光して、ＤＭＤ２０５の照明領域の周囲に到達しないため、スクリーンに到達することを抑制することができる。また、ライトトンネル１によれば、戻り光を生じさせないから、光源の光強度の安定化を図ることができ、また、光源の長寿命化を図ることができる。
【００２８】
●ライトトンネルの第２実施形態
次に、本発明に係るライトトンネルの別の実施形態について図３を用いて説明する。本実施形態に係るライトトンネル１ａは、ミラー基板１０ａに設置されている特別層１０３ａの面方向が、ライトトンネル１の特別層１０３とは異なっている。すなわち、図３に示すように、ライトトンネル１ａの特別層１０３ａにより、ミラー基板１０ａに形成される面は、入射口側端面１１０及び出射口側端面１２０とは平行しない斜面で、かつ、ライトトンネル１の短手方向を横切る斜面である。
【００２９】
すなわち、入射口側端面１１０から特別層１０３ａまでの距離は、ミラー板１０１ａの２つの側面（ミラー板１０１ａを形成する６面のうち、ミラー面、ミラー面に対向する面、入射口側端面１１０および特別層１０３ａと対向する面を除く２面）で異なる。つまり、入射口側端面１１０から特別層１０３ａまでの距離は、一方の側面側の距離と他方の側面側の距離とが異なる。
【００３０】
ライトトンネル１ａのように特別層１０３ａを形成すると、ミラー基板１０ａを筒状に組み合わせたときに、隣接するミラー基板１０ａ同士の特別層１０３ａの端部１０３１ａが、互いに接しない。つまり、特別層１０３ａの端部は、隣接するミラー基板１０ａの端面（第１ミラー板１０１ａまたは第２ミラー板１０２ａの端面）に接する。これによって、ミラー基板１０ａを組合せてライトトンネル１ａを形成するとき、各ミラー基板１０ａの位置決めを精度良くし、固定精度を高めることができる。また、隣接する特別層１０３ａ同士が接しない構造になるので、ライトトンネル１の強度を高く保つことができる。
【００３１】
図４は本実施形態に係るライトトンネル１ａの分解斜視図である。図４に示すように、ライトトンネル１ａにおいて、対向位置に配置されるミラー基板１０ａを構成する第１ミラー板１０１同士の形状は、同一形状である。同様に、対向位置に配置されるミラー基板１０ａを構成する第２ミラー板１０２同士の形状も、同一形状である。
【００３２】
また、ライトトンネル１ａの特別層１０３ａは、その法線Ｎの方向が、ミラー基板１０ａの反射面１３に平行な面内に存在する。したがって、入射口側端面１１０からミラー基板１０ａに進入した不要光３は、特別層１０３ａにおいて反射されて、ミラー基板１０ａの側面から放出されるこれによって、不要光３が出射口側端面１２０から出射されることを防ぐことができる。
【００３３】
なお、１つのミラー基板１０ａを構成する、第１ミラー板１０１と第２ミラー板１０２の形状も、同一形状であってもよい。
【００３４】
以上説明したライトトンネル１ａによれば、ミラー基板１０ａに入射した光はミラー基板１０ａの側面から外部に放出されて、光源側に戻る光量は非常に小さい。よって、光源の長期信頼性を図ることができる。また、特別層１０３ａにおける全反射条件が成立すると、特別層１０３ａを透過する不要光３は存在しない。よって、不要光３が出射口側端面１２０から放出されることを防ぐことができる。
【００３５】
●ライトトンネルの第３実施形態
次に、本発明に係るライトトンネルのさらに別の実施形態について図５を用いて説明する。本実施形態に係るライトトンネル１ｂは、ミラー基板１０ｂに形成されている特別層１０３ｂの法線Ｎの方向が、ライトトンネル１ａの特別層１０３ａとは異なっている。すなわち、本実施形態では、図５に示すように、ライトトンネル１ｂを構成する４枚のミラー基板１０ｂのうち、対向する２枚のミラー基板１０ｂの特別層１０３ｂの法線の方向は異なる。一方、図４に示したライトトンネル１ａを構成する４枚のミラー基板１０ａのうち、対向する２枚のミラー基板１０ａの特別層１０３ａの法線の方向は同じである。
【００３６】
図５は、本実施形態に係るライトトンネル１ｂの分解斜視図である。図５に示すように、ライトトンネル１ｂの特別層１０３ｂにより、ミラー基板１０ｂに形成される面は、入射口側端面１１０及び出射口側端面１２０とは平行しない斜面で、かつ、ライトトンネル１の短手方向の斜め方向に横切る斜面である。
【００３７】
ライトトンネル１ｂの特別層１０３ｂは、その法線Ｎの方向が、ミラー基板１０ｂの反射面１３ｂに平行な面内に存在する。また、特別層１０３ｂは、対向するミラー基板１０ｂ同士において、法線Ｎの方向が、ライトトンネル１ｂの軸に対して対称である。
【００３８】
なお、１つのミラー基板１０ｂを構成する第１ミラー板１０１ｂと第２ミラー板１０２ｂは同一形状であってもよい。
【００３９】
また、ライトトンネル１ｂの入射開口１１は正方形であってもよい。この場合、ミラー基板１０ｂを構成する全ての第１ミラー板１０１ｂと第２ミラー板１０２ｂを、同一形状にすることができる。
【００４０】
以上説明したライトトンネル１ｂによれば、特別層１０３ｂによる迷光の抑制はもちろんのこと、隣接する特別層１０３ｂの端部同士が接しないため、ミラー基板１０ｂを組み付けたときの強度不足を回避できる。また、ミラー基板１０ｂを形成する第１ミラー板１０１ｂと第２ミラー板１０２ｂの形状を同一にすることができるため、ミラー基板１０ｂの単価を抑えることもできる。
【００４１】
●照明光学系の実施形態
次に、本発明に係る照明光学系の実施形態について説明する。図６は、本実施形態に係る照明光学系２００を示す光学配置図である。図６において、照明光学系２００は、回転楕円リフレクタ付きの光源であるランプ２０１と、既に説明をしたライトトンネル１と、リレーレンズ２０２と、平面ミラー２０３と、凹面ミラー２０４と、を有してなる。
【００４２】
ライトトンネル１は、ミラー基板１０のミラー面を内側に向けた四角柱形状を有する。
【００４３】
照明光学系２００は、ランプ２０１から出射された光をライトトンネル１により照度を均一化し、リレーレンズ２０２、平面ミラー２０３、凹面ミラー２０４を介して空間光変調素子であるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）２０５の有効画素領域を照明するものである。
【００４４】
照明光学系２００によれば、ライトトンネル１により、不要光３がリレーレンズ２０２側に漏れることがなく、迷光がＤＭＤ２０５の有効画素領域近傍を照明することを抑止することができる。
【００４５】
以上説明したように、本発明に係る照明光学系によれば、本発明に係るライトトンネルを用いることで、空間変調素子の有効画素領域近傍への不要光による照明を抑止することができる。
【００４６】
●画像表示装置の実施形態
次に、本発明に係る画像表示装置の実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係る画像表示装置３００を示す光学配置図である。図７において、画像表示装置３００は、既に説明をした照明光学系２００と、空間光変調素子であるＤＭＤ２０５と、ＤＭＤ２０５において反射された光をスクリーン（不図示）に拡大投影する投射レンズを備える投射光学系３０１と、を有してなる。
【００４７】
ＤＭＤ２０５は、入力画像信号に基づき画像を表示する空間光変調素子である。照明光学系２００は、ＤＭＤ２０５を照明するリレー光学系である。
【００４８】
画像表示装置３００によれば、４組のミラー基板によって四角柱形状を形成するライトトンネル１は、図１に示したように特別層１０３が配置されていることで、不要光３がリレーレンズ２０２側に漏れることがない。これによって、迷光がＤＭＤ２０５の照明領域の周囲に到達しないため、迷光がスクリーンに到達することを抑止することができる。
【００４９】
以上説明したように、本発明に係る画像表示装置によれば、投射画像近傍の迷光による不要な画像投影を抑止することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１      ライトトンネル
１０    ミラー基板
１１    入射開口
１２    出射開口
１１０  入射口側端面
１２０  出射口側端面
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５１】
【特許文献１】特開２００８−２９３７３３号公報
【図２】
2014175107.tif 000003
【図３】
2014175107.tif 000004
【図６】
2014175107.tif 000005
【図７】
2014175107.tif 000006
【図１】
2014175107.tif 000007
【図４】
2014175107.tif 000008
【図５】
2014175107.tif 000009