(57)【要約】【課題】ライトバルブの有効表示領域の外側に入射する不要照明光の反射光がスクリーン側に出射することに起因する投写画像の表示品位の劣化を低減させる。【解決手段】ライトバルブの近傍に、不要照明光が入射する遮光部が透明ガラス基板側から順に少なくとも１層の誘電体層、Ｓｉ層が形成された光吸収素子となっている開口絞りを配置する。ライトバルブ有効表示領域の外側を照明する不要光を効率よく吸収させることができ、ライトバルブの発熱防止と投写画像の表示品位の劣化抑制を両立させることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射する側から順に、平行平面基板、少なくとも１層の誘電体薄膜層、Ｓｉ薄膜層から構成されていることを特徴とする光吸収素子。
【請求項２】
誘電体薄膜層は、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＳ、ＨｆＯ２のいずれか、もしくはこれらの混合物からなることを特徴とする請求項１記載の光吸収素子。
【請求項３】
誘電体薄膜層は、平行平面基板側から順に低屈折率層、高屈折率層が積層された２層構成であり、前記低屈折率層はＳｉＯ２、ＭｇＦ２のいずれかであり、前記高屈折率層はＮｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＳ、ＨｆＯ２のいずれか、もしくはこれらの混合物からなることを特徴とする請求項１記載の光吸収素子。
【請求項４】
Ｓｉ薄膜層は、物理的膜厚が１μｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光吸収素子。
【請求項５】
光を透過する開口部と光を遮蔽する非開口部を有し、前記非開口部は請求項１記載の光吸収素子からなることを特徴とする開口絞り。
【請求項６】
開口部は透明平行平面基板からなり、両面に反射防止膜が形成されている請求項５記載の開口絞り。
【請求項７】
光源と、画像形成手段としてのライトバルブと、前記光源の放射光を前記ライトバルブ上に集光する照明光学系と、前記ライトバルブ上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズとを具備し、前記ライトバルブの近傍に請求項５記載の開口絞りを配置していることを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平行平面基板上に多層膜を積層して光を吸収させる光吸収素子と、非開口部がこの光吸収素子が構造を有している開口絞り、及びこの開口絞りを用いライトバルブ上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大画面映像を得るために、ライトバルブ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投写型表示装置が従来からよく知られている。赤，緑，青の３原色光に対応してライトバルブを３つ用いれば高輝度、高解像度でかつ色再現性の良好な投写画像を表示できる。
【０００３】
ライトバルブを３つ用いた投写型表示装置の構成例を図７に示す。光源１からの放射光は、凹面鏡２によって略平行光に変換され、照明光学系８によってライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ上に集光される。照明光学系８は、光源像を細分化して反射型ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ上に高効率で均一性の高い照明をするためのレンズアレイ３，４、集光レンズ５，７、照明光導入ミラー６とで構成される。照明光学系８からの光は、全反射プリズム９を経て白色光を赤、青、緑の３原色光に分解する色分解合成プリズム１０よって分解された後、対応する３つのライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに入射する。３つのライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、それぞれの映像信号に応じて光の進行方向を変調して光学像を形成する反射型のライトバルブである。ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂからの反射光は色分解合成プリズム１０によって再び１つに合成され、全反射プリズム９を透過して投写レンズ１３によって拡大投写される。
【０００４】
【技術文献１】
特開２００２−１３１６８８号公報
【０００５】
【技術文献２】
特許２５８６２６７号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示した構成において、照明光学系８からの照明光の一部はライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの有効表示領域の外側に不要光として照明される。この不要光が、ライトバルブの発熱や反射及び散乱による投写画像のコントラスト劣化や表示品位の低下という問題の要因となるため、ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの近傍にはライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの有効表示領域に用いる光のみを透過させる開口を有する開口絞り１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを設けている。
【０００７】
ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと開口絞り１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの配置関係図を斜視図で表したものを図８に示す。ライトバルブ１１と開口絞り１２の配置関係は図７に示した赤用・緑用・青用とも同様である。開口絞り１２の遮光部である不要光入射面は、ＳＵＳなどの金属表面に塗料により黒色塗装したものである。
【０００８】
しかし、開口絞り１２の黒色塗装面は、表面がわずかに光を散乱させ、この散乱光を完全に除去することは困難である。開口絞り１２が無い場合に比べ、ライトバルブ１１の非有効表示領域への不要光の入射を防ぐ遮光効果は大きいものの、開口絞り１２自体の表面で散乱された残存不要光が図７に示した投写レンズ１３に入射してスクリーン上に到達し、これを完全に回避させることが困難であるため、良好な表示品位を得るには不十分である。
【０００９】
本発明は、光を遮光するだけでなく不要な反射光及び散乱光も投写画像側にほとんど出射させない開口絞りを実現し、高コントラストで表示品位が良好な投写型表示装置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】
この課題を解決するため本発明の光吸収素子は、光が入射する側から順に、平行平面基板、少なくとも１層の誘電体薄膜層、Ｓｉ薄膜層から構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の開口絞りは、光を透過する開口部と光を遮蔽する非開口部を有し、非開口部は上記の光吸収素子からなることを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、本発明の投写型表示装置は、光源と、画像形成手段としてのライトバルブと、光源の放射光をライトバルブ上に集光する照明光学系と、ライトバルブ上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズとを具備し、ライトバルブの近傍に上記の開口絞りを配置していることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図６を参照して説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における光吸収素子の概略構成を示したものであり、同図において、２５は光吸収素子であり、光吸収素子２５の構成要素となる２２は透明ガラス基板、２３は誘電体層、２４はＳｉ層である。
【００１５】
また、後述するように、本実施の形態の光吸収素子２５は開口絞り２１の遮光部として用いるため、光吸収素子２５の誘電体層２３，及びＳｉ層２４の形成面はマスキング等によって透明ガラス基板２２の中心部には形成せずに周辺部のみに形成させている。
【００１６】
誘電体層２３の材質はＮｂ２Ｏ５を用いており屈折率は２．３、物理的膜厚は５５ｎｍである。また、Ｓｉ層の膜厚は約１０μｍである。
【００１７】
誘電体層２３は屈折率が２．０以上のものが望ましく、Ｎｂ２Ｏ５の他にＴａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＳ、ＨｆＯ２のいずれか、またはこれらの物質の混合物を用いても良い。また、その場合の物理的膜厚は誘電体層２３の屈折率に応じて最適化すればよい。
【００１８】
次に、Ｓｉ層の膜厚は１μｍ以上１５μｍ以下が望ましい。１μｍ以下の場合、透過率を抑えることが困難となり光吸収素子としては不十分な特性となる。また、１５μｍ以上の場合、ほとんど分光特性に変化は見られなくなるため、これ以上膜厚を厚くする必要がない。
【００１９】
光吸収素子２５は図１に示した透明ガラス基板２２側から光を矢印（入射光）のように入射させて用いる。この場合の分光特性を図２に示す。
【００２０】
図２に示したグラフは横軸を波長として、透過率、反射率、吸収率を示している。透過率、反射率とも非常に小さく、吸収率がほぼ９０％以上の高い値を示していることが分かる。
【００２１】
図１に示したＳｉ層２４のみを透明ガラス基板２２に形成させた場合は反射率が２０％以上あり、光吸収素子としとは不十分である。即ち、前述の屈折率及び膜厚条件の誘電体層２３が、Ｓｉ層２４の反射率を抑え吸収率を高める作用を有している。
【００２２】
光吸収素子２５を開口絞り２１の遮光部として反射型ライトバルブ１１の近傍に配置して用いた場合の開口絞り２１と反射型ライトバルブ１１との配置関係図を図３に、この投写型表示装置の構成を図４に示す。
【００２３】
開口絞り２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ以外の構成は、図７に示した従来例と同じであり、１は光源、２は凹面鏡、８は照明光学系、９は全反射プリズム、１０は色分解合成プリズム、１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは反射型ライトバルブ、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは開口絞り、１３は投写レンズである。
【００２４】
反射型ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、画素ごとにミラー素子がマトリックス状に配列され、映像信号に応じて光の進行方向を変調し反射角の変化として光学像が形成されるものである。
【００２５】
光源１は超高圧水銀灯を用い、凹面鏡２は断面形状が放物面をなす放物面鏡ある。光源１の発光体中心が凹面鏡２の略焦点付近に位置するように配置されることによって、光源１から出力される放射光を略平行光に変換する。また、凹面鏡２はガラス製機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形成したものである。
【００２６】
照明光学系８は、光源像を細分化して反射型ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ上に高効率で均一性の高い照明をするためのレンズアレイ３，４、集光レンズ５，７、照明光導入ミラー６とで構成される。凹面鏡２から出力する光は光軸に近い中心付近が最も明るく、周辺ほど急激に暗くなる傾向にあるため、面内に輝度の不均一性が残る。そこで、第１のレンズアレイ３は細分化された各レンズの開口形状を二次面光源として扱い、反射型ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの有効表示面と同じアスペクト比とし、第１のレンズアレイ３の各レンズから、対応する第２のレンズアレイ４の各レンズ上に光源像をレンズアレイの数だけ細分化して結像させるようにする。第２のレンズアレイ４からの出力光は第２のレンズアレイ４と集光レンズ５，７とによって反射型ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ上に第１のレンズアレイ３の各レンズ形状の像が重畳されて照明される。
【００２７】
こうすることによって、均一でかつ反射型ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂのアスペクト比に対応した集光効率の高い照明をさせることができる。
【００２８】
なお、この場合、第２レンズアレイ４の各レンズの開口形状は、第１のレンズアレイ３によって細分化されて結像させた光源１の光源像の大きさと形状に対応してレンズ開口部の輝度分布ができるだけ最密充填となるように最適化すれば、より集光効率の高い照明を実現することができる。
【００２９】
照明光学系８を出射した照明光は、全反射プリズム９に入射するように構成している。全反射プリズム９は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には非常に薄い空気層を形成している。空気層は、照明光が空気層に入射する場合には臨界角以上の角度で入射して全反射されて反射型ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ側に斜め方向から進行し、投写画像としてライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから反射された光は臨界角以下の角度で空気層に入射及び透過して投写レンズ１３に入射するように角度設定されている。このように、全反射プリズム９を設けることにより、光学系全体をコンパクトに構成できる。
【００３０】
全反射プリズム９と反射型ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂとの間には色分解合成プリズム１０が配置されおり、反射型ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは赤用、緑用、青用に３つ用いている。色分解合成プリズム１０は３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反射ダイクロイックミラーと赤反射ダイクロイックミラーが形成されている。
【００３１】
全反射プリズム９から入射した光が、まず青反射ダイクロイックミラーによって青色光のみ反射され青色光となって青色用反射型ライトバルブ１１Ｂに入射する。次に、青反射ダイクロイックミラーを透過した光は赤反射ダイクロイッミラーによって赤色光のみ反射され赤色光となって赤色用反射型ライトバルブ１１Ｒに入射する。そして、青反射ダイクロイックミラーと赤反射ダイクロイックミラーをいずれも透過した緑色光は緑色用反射型ライトバルブ１１Ｇに入射する。３色の光はそれぞれ対応する反射型ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂによって反射された後、再び青反射ダイクロイックミラーと赤反射ダイクロイックミラーによって１つ合成され、全反射プリズム９に入射する。このように、白色光を赤、青、緑の３原色に分解及び合成し、それぞれの映像信号に対応する３つの反射型ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを用いることで、高精細でフルカラーの投写画像を表示できる。
【００３２】
反射型ライトバルブ１１Ｂ，１１Ｒ，１１Ｇに入射した照明光うち、白表示に相当する光は全反射プリズム９、投写レンズ１３を透過してスクリーン上（図示せず）に拡大投写される。一方、黒表示に相当する光は投写レンズ１３の有効径外に進行し、スクリーンには到達しない。
【００３３】
照明光学系８から照明される光のうち、ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの有効表示領域の外側に入射する不要光は、開口絞り２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの光吸収素子面に入射し、図２に示したグラフからも分かるように、ほとんど透過、反射及び散乱されることなく吸収される。
【００３４】
従って、図７に示した従来例で用いた開口絞り１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの場合に比べ、投写画像の有効表示領域外に出射する不要な光を著しく低減させることが出来る。
【００３５】
なお、本実施の形態においてはライトバルブとして光の進行方向を変調する反射型のライトバルブを用いたが、有効表示領域の外側に一部の不要光が照射される構成の場合であれば、光の偏光方向や散乱状態を変調するタイプのライトバルブや、透過型ライトバルブのタイプを用いた場合でも同様の効果を発揮する。
【００３６】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における光吸収素子の概略構成を示したものであり、同図において、４０は光吸収素子であり、光吸収素子４０の構成要素となる３２は透明ガラス基板、３６は反射防止層、３７，３８は誘電体層、３９はＳｉ層である。
【００３７】
また、この場合も光吸収素子４０は開口絞り３１として用いるため、光吸収素子４０を形成するための誘電体層３７，３８、及びＳｉ層はマスキング等によって透明ガラス基板３２の中心部には形成せずに周辺部のみに積層させている。
【００３８】
透明ガラス基板３２は開口部の透過率を高めるため、あらかじめ反射防止層３６を両面に形成したものを用いている。反射防止層は透明ガラス基板３２側から順次Ａｌ２Ｏ３層３３、ＺｒＯ層３４、ＭｇＦ２層３５からなる３層で構成されている。
【００３９】
誘電体層３７の材質はＳｉＯ２を用いており屈折率は１．４６、物理的膜厚は５９ｎｍである。また、誘電体層３８の材質はＮｂ２Ｏ５を用いており屈折率は２．３、物理的膜厚は４６ｎｍである。また、Ｓｉ層３９の膜厚は約１０μｍである。
【００４０】
誘電体層３７は屈折率が１．５以下のものが望ましく、ＳｉＯ２の他にＭｇＦ２を用いても良い。一方、誘電体層３８は屈折率が２．０以上のものが望ましく、Ｎｂ２Ｏ５の他にＴａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＳ、ＨｆＯ２のいずれか、またはこれらの物質の混合物を用いても良い。また、他の材質を用いた場合の物理的膜厚は誘電体層３７，３８の屈折率に応じて最適化すればよい。
【００４１】
次に、Ｓｉ層３９膜厚は実施の形態１と同様にこの場合も１μｍ以上１５μｍ以下が望ましい。１μｍ以下の場合、透過率を抑えることが困難となり光吸収素子としては不十分な特性となる。また、１５μｍ以上の場合、ほとんど分光特性に変化は見られなくなるため、これ以上膜厚を厚くする必要がない。
【００４２】
光吸収素子４０は図５に示した透明ガラス基板３２側から光を矢印（入射光）のように入射させて用いる。この場合の分光特性を図６に示す。
【００４３】
図６に示したグラフは横軸を波長として、透過率、反射率、吸収率を示している。この場合も透過率、反射率とも非常に小さく、吸収率がほぼ９０％以上の高い値を示していることが分かる。
【００４４】
本実施の形態においては、開口絞り３１の開口部の透過率を高めるために反射防止層３６があらかじめ形成された透明ガラス基板３２を用いたが、図１に示した実施の形態１のような１層の誘電体層２３だけでは光吸収特性が不十分であったため、２層構成として十分な分光特性を得ている。即ち、前述の屈折率及び膜厚条件の誘電体層３７，３８が、Ｓｉ層３９の反射率を抑え吸収率を高める作用を有している。
【００４５】
図３，図４に示した実施の形態１の投写型表示装置に用いた開口絞り２１，２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを本実施の形態の開口絞り３１に置き換えて用いた場合でも、図４に示した照明光学系８から照明される光のうち、ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの有効表示領域の外側に入射する不要光は、開口絞り３１の光吸収素子面に入射し、実施の形態１の効果と同様に、ほとんど透過、反射及び散乱されることなく吸収される。
【００４６】
従って、この場合も図７に示した従来例で用いた開口絞り１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの場合に比べ、投写画像の有効表示領域外に出射する不要な光を著しく低減させることが出来る。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ライトバルブ有効表示領域の外側を照明する不要光を効率よく吸収させることができ、ライトバルブの発熱防止と投写画像の表示品位の劣化抑制を両立させた投写型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による光吸収素子及び開口絞りの概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１による光吸収素子の分光特性グラフ
【図３】本発明の一実施の形態による投写型表示装置におけるライトバルブと開口絞りとの関係図
【図４】本発明の一実施の形態による投写型表示装置の概略構成図
【図５】本発明の実施の形態２による光吸収素子及び開口絞りの概略構成図
【図６】本発明の実施の形態２による光吸収素子の分光特性グラフ
【図７】従来の投写型表示装置の概略構成図
【図８】従来の投写型表示装置におけるライトバルブと開口絞りとの関係図
【符号の説明】
１　光源
２　凹面鏡
８　照明光学系
１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ　反射型ライトバルブ
１３　投写レンズ
２１，２１Ｒ，２１Ｇ，２１，３１　開口絞り
２２，３２　透明ガラス基板
２３，３７，３８　誘電体層
２４，３９　Ｓｉ層
２５，４０　光吸収素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004126264.tif 000008
【図７】
2004126264.tif 000009
【図８】
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