(57)【要約】【課題】放熱性が高く、且つコンパクトな光学フィルタを得ることを目的とする。【解決手段】入射光から不要なノイズ成分である不要光を除去して、前記不要光以外の必要光のみを透過させる光学フィルタ１０は、複数の柱状プリズム１１が積層された平板状のフィルタ本体１１Ｂから構成され、各柱状プリズム１１には、入射光のうち、必要光を透過させ、不要光を反射させるフィルタ機能膜１３が入射光の光路に対して傾斜した方向に形成されている。相互に接合される柱状プリズム１１の間には、フィルタ機能膜１３で反射した不要光を吸収し、且つこの吸収により生じる熱を伝熱するための伝熱性を有する光吸収・伝熱層として光吸収性・熱伝導性接着剤１４が介装され、各柱状プリズム１１の端面部１１Ｆには外部に露出するように、光吸収性・熱伝導性接着剤１４と当接する半田２１が形成されている。【選択図】  図１
2008096639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光から不要光を除去して、前記不要光以外の必要光のみを透過させる光学フィルタであって、
複数の柱状プリズムが積層された平板状のフィルタ本体から構成され、
前記各柱状プリズムには、入射光のうち、前記必要光を透過させ、前記不要光を反射させるフィルタ機能膜が前記入射光の光路に対して傾斜した方向に形成され、
相互に接合される柱状プリズムの間には、前記フィルタ機能膜で反射した前記不要光を吸収し、且つこの吸収により生じる熱を伝熱するための伝熱性を有する光吸収・伝熱層が介装され、
前記各柱状プリズムの端面部には外部に露出するように、前記光吸収・伝熱層と当接する放熱材が形成されていることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
請求項１記載の光学フィルタであって、
前記複数の柱状プリズムは接着剤により接合されて連結され、前記接着剤は光吸収性の顔料と熱伝導性の充填剤とが含まれた光吸収性・熱伝導性接着剤であり、この光吸収性・熱伝導性接着剤が前記光吸収・伝熱層として機能することを特徴とする光学フィルタ。
【請求項３】
請求項１記載の光学フィルタであって、
前記柱状プリズムの隣接する柱状プリズムとの接合面には光吸収性を有する吸収膜が成膜され、前記複数の柱状プリズムは接着剤により接合されて連結され、前記接着剤は熱伝導性の充填剤が含まれた熱伝導性接着剤であり、
前記吸収膜と前記熱伝導性接着剤とが前記光吸収・伝熱層として機能することを特徴とする光学フィルタ。
【請求項４】
請求項１記載の光学フィルタであって、
前記フィルタ本体の側面の相互に隣接する柱状プリズムの間の接合部分には、前記放熱材として機能する半田が形成されることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項５】
請求項１記載の光学フィルタであって、
前記フィルタ本体の側面には、前記放熱材として機能する細長の金属板が形成されていることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項６】
請求項１記載の光学フィルタであって、
前記柱状プリズムの隣接する柱状プリズムとの接合面には光吸収性を有する光吸収膜が成膜され、その上には熱伝導性を有する金属膜が成膜され、前記光吸収膜と前記金属膜とが前記光吸収・伝熱層として機能し、
前記複数の柱状プリズムは金属フレームによって固定され、前記金属フレームが前記放熱材として機能することを特徴とする光学フィルタ。
【請求項７】
請求項１乃至６記載の光学フィルタであって、
前記光学フィルタは偏光フィルタとして機能し、前記フィルタ機能膜は、入射光のうちＰ偏光光又はＳ偏光光のうち何れか一方の光のみを透過し、他方の光を反射する偏光分離膜であり、前記偏光分離膜で反射した光を前記光吸収・伝熱層が吸収することを特徴とする光学フィルタ。
【請求項８】
請求項１記載の光学フィルタであって、
前記光学フィルタは赤外光除去フィルタとして機能し、前記フィルタ機能膜は赤外光以外の光を透過させ、赤外光を反射させ、前記フィルタ機能膜で反射した光を前記吸収材が吸収することを特徴とする光学フィルタ。
【請求項９】
請求項１乃至８記載の光学フィルタを含む投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光のうち不要光を除去するフィルタであって、放熱性の高い光学フィルタ及びこれを適用した投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタ等の種々の光学装置では、入射光のうちノイズ成分の光を除去するフィルタリング機能を発揮する光学部品が使用されることがある。例えば、Ｐ偏光光又はＳ偏光光のうち、何れか一方の偏光光のみを透過させ、他方の偏光光を除去する偏光フィルタがある。また、入射光のうち赤外光（赤外線の波長の光）を除去する赤外光除去フィルタ等もある。前記各種フィルタを使用して、必要光（実際に使用される信号光等の光）のみを透過させ、不要光（ノイズ成分の光）を予め除去する。
【０００３】
前記した偏光フィルタや赤外光除去フィルタ等の光学フィルタは不要光を除去するための光学部品であるが、例えば所定の光学的機能を有する他の光学部品の一部に不要光を除去するためのフィルタ機能が組み込まれているものもある。その一例として、偏光変換素子の一部に不要光を吸収するための光吸収層が形成されているものが特許文献１に開示されている。特許文献１の偏光変換素子は、入射光のうちＰ偏光光又はＳ偏光光のうち何れか一方の偏光光を他の偏光光に変換して射出するものであるが、偏光方向が変換されない方の偏光光を吸収させるべく、光吸収層が形成されている。
【０００４】
また、偏光フィルタが専用の光学部品として使用されているものが特許文献２に開示されている。特許文献２では、偏光分離機能を発揮する偏光ビームスプリッタと同一の偏光ビームスプリッタを偏光フィルタとして使用している。特許文献２の偏光フィルタは、偏光膜が形成された所定長さを有するプリズムからなる小型光学素子が階段形状になるように配置されたものであり、各小型光学素子の偏光膜を透過する面に、透過光による干渉防止のための吸収膜が形成されている。
【特許文献１】特開２００２−４０２４６公報
【特許文献２】特開平９−８０３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の偏光変換素子は、２枚のガラスの間に光吸収層を挟みこませており、この光吸収層では、吸収した光エネルギーを熱エネルギーに変換することになる。このため、光吸収層を挟んだ両側に配置したガラスが断熱材として機能することになり、その結果光吸収層で発生した熱が放散せずに内部に蓄積されることになる。従って、長期間にわたって偏光変換素子を使用していると、この偏光変換素子は高温状態となり、偏光変換素子としての機能に悪影響を与え、プリズムを形成するためにガラスを接合した接着剤を劣化させる等の種々の問題を招来する。
【０００６】
特許文献１では、偏光方向によって光吸収層に光を吸収させているが、例えば赤外光除去フィルタとして機能する場合、光吸収層には熱線である赤外光を吸収させるため、光吸収層は極めて高温状態になり、上記の問題はさらに顕著なものになる。
【０００７】
一方、特許文献２の偏光フィルタとして機能する偏光ビームスプリッタは、階段形状をしているため、吸収膜が形成される面を外部に露出させることができる。しかし、吸収膜を外部に露出させることができるのは、あくまでも階段形状をしていることが前提である。特許文献２の階段形状の偏光フィルタを用いると、光の進行方向及びこれに直交する方向にある程度のスペースを必要とすることになる。そうすると、近年の液晶プロジェクタ等の光学装置においては装置全体のコンパクト化は必須の解決すべき課題であるが、偏光フィルタとして階段形状の偏光ビームスプリッタを用いることは、装置全体の大型化を招来し、前記の課題を解決することができない。
【０００８】
そこで、本発明は、放熱性が高く、且つコンパクトな光学フィルタ及びこれを適用した投射型表示装置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】
【０００９】
本発明の請求項１に係る光学フィルタは、入射光から不要光を除去して、前記不要光以外の必要光のみを透過させる光学フィルタであって、複数の柱状プリズムが積層された平板状のフィルタ本体から構成され、前記各柱状プリズムには、入射光のうち、前記必要光を透過させ、前記不要光を反射させるフィルタ機能膜が前記入射光の光路に対して傾斜した方向に形成され、相互に接合される柱状プリズムの間には、前記フィルタ機能膜で反射した前記不要光を吸収し、且つこの吸収により生じる熱を伝熱するための伝熱性を有する光吸収・伝熱層が介装され、前記各柱状プリズムの端面部には外部に露出するように、前記光吸収・伝熱層と当接する放熱材が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
光学フィルタとしての基本的な機能は、信号光等に利用される光を必要光として透過させ、ノイズ成分の光を不要光として遮断することにある。必要光と不要光とを分別する基準としては、波長や偏光方向等の種々の基準を適用することができる。波長を基準として必要光と不要光とを分ける場合には、所定の波長域の光を必要光とし、これ以外の波長域の光を不要光とする。例えば、可視光領域の波長域を必要光として取り出し、可視光領域より長波長側、即ち赤外光を除去するために用いられる。また、偏光方向を基準とする場合には、所定方向の偏光光のみを必要光として取り出し、これ以外の偏光光を不要光とする。
【００１１】
光学フィルタに形成されているフィルタ機能膜で反射した不要光はフィルタ外部に導くのではなく、フィルタ内部において光吸収・伝熱層に吸収させて熱エネルギーに変換する。光吸収・伝熱層において光吸収機能を発揮させるために、光吸収率の高い顔料（例えば黒色顔料）を分散させた接着剤で構成することもでき、また光吸収性を有する誘電体多層膜で構成することもできる。不要光は光吸収・伝熱層のうち光吸収作用により光エネルギーから熱エネルギーに変換される。また、光吸収・伝熱層は伝熱性をも有するものであり、光吸収により生じた熱は蓄積されることなく、柱状プリズムの端面において外部に露出するように形成される放熱材に伝達されて、最終的には外部に放出される。つまり、光吸収・伝熱層は、光エネルギーを熱エネルギーに変換し、且つ２枚のガラス間の断熱構造部からの熱の伝熱経路となり、外気に開放状態となっている放熱材に速やかに伝熱される。従って、放熱材の外部に露出する表面積を広くすることにより、高い放熱効果を得ることができ、光学フィルタが高熱状態になることを防止することができる。
【００１２】
複数の柱状プリズムは接着剤を用いて相互に連結することができ、この接着剤に光吸収性の顔料と熱伝導率の高い充填剤（熱伝導率の高い金属粉を分散させてもよい）とを混入させることにより、光吸収・伝熱層とすることができる。つまり、光吸収機能及び伝熱機能を有する単層の部材で光吸収・伝熱層を形成することができる。また、光吸収機能を有する層と伝熱機能を有する層とを別個独立に構成して光吸収・伝熱層を形成することもできる。例えば、誘電体多層膜や光吸収率の高い顔料を分散させた接着剤、コーティング材等により光吸収機能層となし、伝熱機能は熱伝導率の高い金属、例えば金、銀、銅、アルミニウム（Ａｌ）等の金属膜や金属フィルム等で構成することも可能である。
【００１３】
そして、複数の柱状プリズムは、接着剤により相互に固着することもできるが、金属フレーム等のクランプ手段により保持させる構成とすることも可能である。放熱材は伝熱機能を有する部材と熱伝達が可能な状態に接触させる。放熱材としては、例えば熱伝導率の高い金属板で構成し、金属板を柱状プリズムの端面に熱伝導率の高い接着剤を用いて固着すること等ができる。また、熱伝導率の観点からは、これらを一体化することが望ましい。このために、半田付け手段を用いて一体化することができる。ただし、ガラスの表面に通常の半田付けを行うことは困難であるため、固着性を確実なものとするために、例えば超音波半田を用いることができる。
【００１４】
光吸収機能を有する層の具体的な一例として、Ｃｒ膜とＳｉＯ２膜とを交互に積層した誘電体多層膜で構成することができ、ガラスを接合した柱状プリズムとして構成する際に、光を反射させる金属膜を、伝熱機能を有する層として介装する構成を採用することができる。金属膜を用いる構成を採用すると、光吸収層を透過した不要光は金属膜で反射し、再び光吸収層を透過することになるので、光吸収層の構成を簡略化して、膜総数を少なくして、より高い光吸収機能を発揮することができる。さらに、補助的に赤外カット層をガラス表面に形成することもできる。
【００１５】
光学フィルタが装着される光学機器としては種々のものがあり、撮像装置に組み込まれるもの、受光素子への入射光を制御するもの、投射型表示装置に組み込まれるもの等があり、投射型表示装置の代表的なものとして液晶プロジェクタがある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光学フィルタは、平板状の形状をし、フィルタリング機能を果たすフィルタ機能膜が複数並列することによりコンパクト化を達成することができる。このとき、フィルタ機能膜により分離された不要光は光吸収・伝熱層の光吸収機能により光吸収され、吸収した光により発生した熱エネルギーは伝熱機能により速やかに外部に露出している放熱材に伝熱され、外部に放熱されることにより、放熱性の高い光学フィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１に示されるように、本発明の光学フィルタ１０は平板状の形状をしている。光学フィルタ１０の入射平面１０Ｓから光が入射し、出射平面１０Ｒから光が射出する。光学フィルタ１０は、入射光から必要光（実際に使用される信号光等の光）のみを透過させ、不要光（ノイズ成分の光）を除去するフィルタリング機能を発揮する。入射平面１０Ｓから必要光と不要光とが混在している光が入射したときには、出射平面１０Ｒから出射する光は不要光が除去され、純粋な必要光のみとなる。
【００１８】
光学フィルタ１０は、柱状の形状をした柱状プリズム１１を複数並列して積層させたフィルタ本体１１Ｂをベースとして構成されるため、全体の形状としては平板状の形状となる。光学フィルタ１０は、フィルタ本体１１Ｂの放熱材形成面１１Ｆ（入射平面１０Ｓと光の進行方向とに直交する平面であって、複数の柱状プリズム１１の端面が集合して形成される面）に後述する放熱材が形成されて構成される。柱状プリズム１１はガラス等の透明部材１２を材料とするものであり、その内部にフィルタ機能膜１３が所定角度（主に４５度）をもって形成されている。例えば、フィルタ機能膜１３が４５°で形成されている場合、断面が直角二等辺三角形の細長のプリズムを２つ用意し、うち１つのプリズムの斜面にフィルタ機能膜１３を成膜して、フィルタ機能膜１３が成膜されている面が接合面となるように接合を行うことにより生成することができる。
【００１９】
光学フィルタ１０は複数の柱状プリズム１１から構成されるため、光学フィルタ１０の内部には複数のフィルタ機能膜１３が形成されていることになる。光学フィルタ１０を複数の柱状プリズム１１から構成した理由は薄型化・コンパクト化という理由による。つまり、入射光のスポット径はある程度の大きさを有しているが、入射光の全ての光線にフィルタ機能膜の作用を及ぼしてフィルタリング機能を発揮する必要がある。フィルタ機能膜は傾斜しているため、これを同一平面上に形成すると、フィルタ機能膜１３には広範な面積が要求されることになる。このため、同一平面上の広範な面積のフィルタ機能膜をカバーするためには、それに相当する形状のプリズムが必要となり、フィルタ全体が大型化する。そこで、本来なら同一平面上にあるフィルタ機能膜１３を複数に分割して並列させることにより、入射光の全ての光線に対してフィルタリング機能を発揮させ、且つ光の進行方向における光学フィルタ１０の容積を圧縮することができる。これにより、光学フィルタ１０の薄型化を図ることができ、装置全体をコンパクト化することができる。
【００２０】
このとき、光の進行方向に直交する方向において、つまり柱状プリズム１１が積層される方向において、隣接するフィルタ機能膜１３の間に隙間が発生しないように構成する必要がある。隙間が発生すると、当該隙間から光が漏れてしまい、漏れ光に対してフィルタリング機能を発揮することができないからである。そこで、柱状プリズム１１を積層するときには、相互に隣接する柱状プリズム１１の間には隙間が発生しないように積層を行う。
【００２１】
フィルタ機能膜１３は、入射光のうち必要光を透過させ不要光を反射する機能を有する機能膜である。例えば、光学フィルタ１０が偏光フィルタとして機能する場合、フィルタ機能膜１３は入射光のうちＰ偏光光又はＳ偏光光の何れか一方の光のみを透過させ、他方の光を反射させる偏光分離機能を有していることになる。また、赤外光除去フィルタとして機能する場合には、フィルタ機能膜１３は入射光のうち赤外光の波長成分の光を反射し、それ以外の波長成分の光を透過させる機能を有していることになる。
【００２２】
光学フィルタ１０は複数の柱状プリズム１１から構成されるフィルタ本体１１Ｂをベースとしているため、各柱状プリズム１１を連結して固定する必要がある。このために接着剤が用いられる。本実施形態での接着剤は、単に物体と物体とを接合するための機能だけではなく、光吸収機能を有し、伝熱機能を有する光吸収・伝熱層としても機能する。具体的には、光吸収機能として光吸収性を有する顔料と、伝熱機能として熱伝導性を有する充填剤とが混入された接着剤が、光吸収・伝熱層としての光吸収性・熱伝導性接着剤１４となる。
【００２３】
光吸収性・熱伝導性接着剤１４が使用される理由は、フィルタリング機能の低下防止にある。つまり、フィルタ機能膜１３により、必要光と不要光とを分離することができるが、分離された不要光が再び必要光と同一の光路を辿る可能性があり、その場合、必要光と不要光とが混在することになるため、フィルタリング機能が低下してしまう。そこで、分離された不要光を処理する必要があるが、不要光を処理する方法としては、必要光とは異なる方向の外部に排出することが考えられる。しかし、外部に排出する方法を採用すると、光学フィルタ１０には複数のフィルタ機能膜１３が形成されていることから、あるフィルタ機能膜１３で反射した不要光が隣接するフィルタ機能膜１３で再び反射して、必要光と同じ方向に不要光が出射するおそれがある。また、光学フィルタ１０は、ガラス等の透明部材１２から構成されるため、透明部材１２と空気との間には屈折率差が存在する。従って、透明部材１２の境界面に不要光が入射したときに、屈折率差により反射光が生じる。当該反射光が必要光と同じ方向に進行すると、やはり必要光と同じ方向に不要光が出射するおそれがある。
【００２４】
そこで、分離された不要光を外部に排出するのではなく、光学フィルタ１０の内部で処理する手法を採用する。本発明では、柱状プリズム１１を接合するための光吸収性・熱伝導性接着剤１４が光吸収作用を発揮することにより、不要光は外部に排出されることなく、光学フィルタ１０の内部に形成されている光吸収性・熱伝導性接着剤１４に吸収されて処理される。
【００２５】
図１のＸ−Ｘ断面図を図２に、Ｙ−Ｙ断面図を図３に、柱状プリズム１１同士の接合部の拡大図（図中Ａ）を図４に示す。図１乃至図４に示した例では、フィルタ機能膜１３の傾斜角度は４５°であるため、不要光はフィルタ機能膜１３で反射して光吸収性・熱伝導性接着剤１４に対して直交方向に入射する。そうすると、不要光は光吸収性・熱伝導性接着剤１４の内部を進行することになるが、光吸収性・熱伝導性接着剤１４に含まれる光吸収性顔料により不要光のエネルギーは吸収されることになる。これにより、不要光を外部に放出することなく、光学フィルタ１０の内部で処理を行うことができる。
【００２６】
ところで、光吸収性・熱伝導性接着剤１４に不要光が入射すると、光吸収性・熱伝導性接着剤１４において光エネルギーから熱エネルギーに変換されるため、光吸収性・熱伝導性接着剤１４の温度は上昇することになる。光吸収性・熱伝導性接着剤１４は基本的には接着剤として機能するものであるが、これは前述したように光学フィルタ１０の薄型化を図るため、複数の柱状プリズム１１から構成しているためである。従って、柱状プリズム１１同士は接着剤としての光吸収性・熱伝導性接着剤１４により接着されることになるため、光吸収性・熱伝導性接着剤１４自体は２つの柱状プリズム１１に挟み込まれている状態になる。このため、光吸収性・熱伝導性接着剤１４の殆どの部分は柱状プリズム１１と密着している状態となり、ガラス等の透明部材１２が断熱材として機能してしまうことから、熱エネルギーが蓄積する。従って、不要光を吸収するに応じて熱エネルギーが発生するが、この熱エネルギーは蓄積されてしまうため、光吸収性・熱伝導性接着剤１４は異常な高温状態となってしまうことになる。
【００２７】
そこで、光吸収性を有する顔料だけではなく、熱伝導性を有する充填剤が含まれた光吸収性・熱伝導性接着剤１４を用いることにより、熱エネルギーを効率よく外部に放熱する。ただし、光吸収性・熱伝導性接着剤１４に熱伝導性充填剤が含まれているだけでは伝熱性を高めることはできても、外部に効率よく放熱することはできない。本発明では、図１に示されるように、フィルタ本体１１Ｂの放熱材形成面１１Ｆに放熱材としての半田２１を形成している。半田２１はスズとＳｂ（アンチモン）、Ｃｕ、Ｎｉ等との合金であり金属性の材料であるため、放熱性としては有効な材料である。放熱材としての半田２１とフィルタ本体１１Ｂとにより、光学フィルタ１０が構成される。
【００２８】
このとき、前記の半田２１は柱状プリズム１１同士を接合する接合部分に形成されている。従って、光吸収性・熱伝導性接着剤１４と半田２１とは接触することになる。そうすると、光吸収性・熱伝導性接着剤１４が不要光による熱エネルギーを吸収したとしても、当該熱エネルギーは熱伝導性充填剤により、光吸収性・熱伝導性接着剤１４に接触している放熱材としての半田２１に効率よく速やかに伝達される。半田２１は多くの部分が外部に露出しているため、半田２１に伝達された熱エネルギーは放熱される。
【００２９】
従って、光学フィルタ１０の薄型化を図りつつ、光吸収性・熱伝導性接着剤１４と半田２１とにより、光吸収することによって発生する熱エネルギーを外部に効率よく放熱することができる。
【００３０】
なお、放熱材としての半田２１は、柱状プリズム１１の端面の集合面である放熱材形成面１１Ｆに形成されるが、フィルタ本体１１は放熱材形成面１１Ｆを２面有している。そこで、１面だけに半田２１を形成してもよいが、放熱効率の向上を図るためには、図３に示されるように、２面に半田２１が形成されていることが好ましい。
【実施例１】
【００３１】
前述した実施形態では、光吸収・伝熱層として単体の光吸収性・熱伝導性接着剤１４を用いて柱状プリズム１１を接合していたが、本実施例では、光吸収機能だけを別個独立に設けている。図５は、柱状プリズム１１同士の接合部の拡大図を示しているが、各柱状プリズム１１の隣接する柱状プリズム１１と接合する接合面には光吸収機能を発揮する吸収膜１５が成膜されている。吸収膜１５としては、光吸収作用を起こす任意の誘電体多層膜を適用することができるが、例えばＣｒ膜とＳｉＯ２膜との交互積層による誘電体多層膜を適用することができる。
【００３２】
そして、吸収膜１５が成膜された面同士が接合面となるように、柱状プリズム１１同士を接合させる。このときに使用される接着剤は、光吸収性顔料は含まないが、熱伝導性充填剤が含まれる接着剤である熱伝導性接着剤１６である。つまり、光吸収・伝熱層の機能のうち、光吸収性の機能は吸収膜１５が担い、熱伝導性の機能は熱伝導性接着剤１６が担うことになる。従って、フィルタ機能膜１３で反射した不要光は吸収膜１５に入射することにより、吸収膜１５により光エネルギーが吸収され、吸収膜１５に接着されている熱伝導性接着剤１６により吸収されたエネルギーが熱エネルギーとして放熱材としての半田２１に伝達される。そして、半田２１が外部に放熱する。これにより、効率よく不要光による熱エネルギーを放熱させることができる。
【００３３】
前述した実施形態で説明した光吸収性・熱伝導性接着剤１４の代わりに、吸収膜１５及び熱伝導性接着剤１６を使用することにより、接着剤の耐用年数が向上するという効果を奏する。つまり、光吸収性顔料は耐久性に問題があるため、これを混入した光吸収性・熱伝導性接着剤１４は、それほど耐用年数が長くない。そこで、光吸収性の機能を吸収膜１５に担わせることにより、接着剤としての耐用年数の問題を回避することができる。
【００３４】
なお、柱状プリズム１１に吸収膜１５を成膜したが、吸収膜１５に代用して、例えば光吸収性塗料を塗布することもできる。吸収膜１５は誘電体多層膜であるため、シビアな蒸着精度が要求されるが、光吸収性を有する光吸収性塗料を使用することにより、塗料を塗布するだけでよいため、工程が複雑化することを回避することができる。
【実施例２】
【００３５】
本実施例では、光吸収・伝熱層のうち光吸収機能については光吸収性を有する吸収膜１５が、伝熱機能については金属膜１７がその役割を果たすように構成する。図６に示されるように、柱状プリズム１１には吸収膜１５が成膜されている。本実施例では、さらにその上に金属膜１７を成膜している。金属膜１７は金、銀、銅、アルミニウム、クロム、チタン等の金属性の光学膜であるため、熱伝導率が高い。金属膜１７は吸収膜１５の上に成膜されているため、吸収膜１５が吸収した熱エネルギーを効率よく外部に伝熱することが可能となる。このため、伝熱機能を金属膜１７が発揮することができる。このとき、吸収膜１５と金属膜１７とを用いていることにより、柱状プリズム１１同士を接合するための接着剤１８には、光吸収機能及び伝熱機能を持たせなくてもよい。つまり、接着剤１８としては純粋に接着機能だけを持っているものを使用することができる。
【００３６】
そして、金属膜１７を用いることにより、隣接するフィルタ機能膜１３に不要光が漏れることを防止することができるという効果も奏する。つまり、光吸収性を有する吸収膜１５は、入射した不要光を完全に吸収しきれない場合もある。そうすると、吸収膜１５から残余の不要光が透過し、当該不要光が隣接するフィルタ機能膜１３で反射して、必要光と同じ方向に向かって反射することになり、フィルタリング機能を発揮することができない。
【００３７】
そこで、金属膜１７が吸収膜１５の上に形成されている。吸収膜１５から一部の不要光が漏れたとしても、金属膜１７を透過することなく反射する。そして、反射した一部の不要光は再度吸収膜１５に入射して、完全に不要光のエネルギーは吸収し尽くされる。従って、金属膜１７により確実に不要光を吸収膜１５に吸収させることができ、隣接するフィルタ機能膜１３に一部の不要光が漏れることを防止することができる。
【００３８】
このとき、金属膜１７は必ずしも漏れた不要光を全反射させる機能を有している必要はない。つまり、この場合においての金属膜１７の役割は隣接するフィルタ機能膜１３に不要光が漏れることを防止することにあり、換言すれば不要光の進行を遮断する遮断膜として機能することにある。従って、金属膜１７の反射率は１００％ではなくともよく、例えば６０％の反射率を有しているものでもよい。この場合、残りの４０％の不要光のエネルギーは透過することなく金属膜１７に吸収されることになるが、不要光を遮断する遮断膜としての機能を発揮していることになる。
【００３９】
また、図７に示したように、柱状プリズム１１の上に赤外光除去フィルタ１９を形成し、その上に吸収膜１５、金属膜１７を成膜することもできる。この場合、フィルタ機能膜１３で反射した光は最初に赤外光除去フィルタ１９に入射し、赤外光が除去される。そうすると、吸収膜１５が吸収する光は赤外光成分が除去された光であるため、吸収膜１５に発生する熱の負担を軽減することができる。従って、赤外光除去フィルタ１９を補助的な役割を果たすものとして形成することもできる。
【実施例３】
【００４０】
前述してきた光学フィルタ１０は、フィルタ本体１１Ｂの放熱材形成面１１Ｆに形成されている半田２１が外部への放熱機能を果たしている。本実施例では、放熱材として半田２１と比較して非常に広範な面積を有する放熱板２２を使用する。放熱板２２としては主に金属板を適用することができる。金属板を適用する理由としては放熱性に優れているという理由から、放熱性に優れている材料であれば、任意の材料を適用することが可能である。そして、図８に示されるように、放熱板２２はフィルタ本体１１Ｂの放熱材形成面１１Ｆの大部分をカバーしているものであり、最上段の柱状プリズム１１から最下段の柱状プリズム１１までの全ての柱状プリズムの端面の大部分を覆うように設けられている。
【００４１】
放熱板２２とフィルタ本体１１Ｂの放熱材形成面１１Ｆとの接合は半田により行われる。図９（ａ）に示されるように、最初に放熱材形成面１１Ｆに超音波半田２３を複数箇所に形成する。前述したように、放熱板２２は金属板であるが、光学フィルタ１０を構成する透明部材１２は主にガラス等が適用される。そうすると、金属板とガラスとの接合に通常の半田を用いた場合、半田は金属板との親和性は高いが、ガラスとの親和性は低いため、接合強度が弱くなる。そこで、ガラスとの親和性の高い超音波半田２３を光学フィルタ１０の放熱材形成面１１Ｆに形成しておき、超音波半田２３を用いて放熱板２２との接合を行う。
【００４２】
放熱板２２には予め放熱材形成面１１Ｆとの接合面に半田（接合用半田）を塗布しておく。そして、接合用半田２４が塗布された放熱板２２と超音波半田２３が形成された放熱材形成面１１Ｆとの接合を行う。放熱板２２と超音波半田２３とは溶着を行うことにより接合されることになる。そうすると、接合用半田２４と超音波半田２３とが高い結合力で結合することから、放熱板２２はフィルタ本体１１Ｂの放熱材形成面１１Ｆに接合されることになる。このとき、放熱材形成面１１Ｆには複数の光吸収性・熱伝導性接着剤１４が露出している。従って、放熱板２２は露出している光吸収性・熱伝導性接着剤１４に接触することになる。
【００４３】
前述したように、放熱板２２は放熱性の高い部材であり、しかも放熱材形成面１１Ｆの大部分を占める広範な面積を有している部材であるため、放熱効率は非常に高くなる。そうすると、光吸収性・熱伝導性接着剤１４から伝達される熱エネルギーを高い放熱効率をもって放熱させることができる。なお、本実施例では、光吸収性・熱伝導性接着剤１４を前提として説明したが、吸収膜１５と熱伝導性接着剤１６とを使用するものであってもよい。
【実施例４】
【００４４】
前述してきたものは、柱状プリズム１１を連結させるための手段として、光吸収性・熱伝導性接着剤１４や熱伝導性接着剤１６、接着機能のみを有する接着剤１８を使用しているが、本実施例では、接着剤を用いずに金属フレーム３１を用いて柱状プリズム１１を連結して固定させる。図１０に示されるように、金属フレーム３１は柱状プリズム１１を収納可能なステンレス等の金属を素材とする支持枠である。金属フレーム３１の内部には溝３２が形成され、当該溝３２により柱状プリズム１１の端部が当接されて支持される。ただし、金属フレーム３１の３辺には溝３２が形成されているが、残りの１辺には溝３２は形成されていない。
【００４５】
柱状プリズム１１は溝３２が形成されていない１辺から順次金属フレーム３１に収納する。最後の柱状プリズム１１を収納した後に、弾性金属蓋３３で残りの１辺に蓋をして柱状プリズム１１を固定させる。弾性金属蓋３３はステンレス等の金属を素材とする弾性を有する蓋であり、金属フレーム３１の柱状プリズム１１の長手方向に対応する辺の寸法よりも若干短い寸法を有する蓋である。弾性金属蓋３３は弾性を有するため、金属フレーム３１よりも長く広げることができる。そして、弾性金属蓋３３を広げた状態で金属フレーム３１の溝３２が形成されていない辺から挿入する。そうすると、弾性金属蓋３３は復元力により金属フレーム３１の溝３２の端部に対して押し付け力が加わるため、この状態で固定される。従って、金属フレーム３１と弾性金属蓋３３とにより、複数の柱状プリズム１１は固定されて光学フィルタ１０が構成される。
【００４６】
本実施例では、各柱状プリズム１１の固定を金属フレーム３１と弾性金属蓋３３とにより行うため、接着剤を使用しない。そこで、柱状プリズム１１のうち隣接する柱状プリズム１１との接触面には、光吸収するための光吸収材と熱伝導性の熱伝導材とが形成される。例えば、光吸収材には前述したような吸収膜や光吸収性塗料を適用することができ、熱伝導材としてはＡｌ等の金属膜を適用することができる。
【００４７】
そして、金属フレーム３１の溝３２の内周は、全ての柱状プリズム１１を収納したときに強固に固定されるような寸法となるように設計を行う。このため、柱状プリズム１１の端面と金属フレーム３１とは接触することになる。柱状プリズム１１には熱伝導材が形成されているため、当該熱伝導材の端部と金属フレーム３１とが接触することにより、光吸収材が吸収した不要光のエネルギーは熱伝導材から金属フレーム３１に伝達されることにより外部に放熱される。
【００４８】
従って、複数の柱状プリズム１１を接合するための接着剤を使用しなくても、金属フレーム３１と弾性金属蓋３３とで各柱状プリズム１１を固定することができる。金属は接着剤に比較して、耐候性、耐久性に優れている。このため、金属フレーム３１と弾性金属蓋３３とを用いることにより、耐候性、耐久性に優れた光学フィルタ１０を実現することができる。
【００４９】
なお、フィルタ本体１１Ｂの放熱材形成面１１Ｆに前述した半田２１を形成しておいて、金属フレーム３１に収容させることにより、さらに熱伝導性を高めることができる。つまり、半田２１も金属フレーム３１も金属であるため、金属同士が接触することにより、熱伝導性を高めることができる。
【実施例５】
【００５０】
次に、光学フィルタ１０を適用した光学システムとして、投射型表示装置について説明する。なお、本実施例で適用する光学フィルタ１０は、実施形態で説明した、光吸収性・熱伝導性接着剤１４を用いたものであるが、前述してきた各実施例の光学フィルタを適用するものであってもよい。
【００５１】
図１１には、投射型表示装置の一例として、反射型液晶プロジェクタが示されている。図１１の投射型表示装置は、光源５１とフライアイレンズ５２と偏光変換素子５３とダイクロイックミラー５４と光学フィルタ５５と偏光ビームスプリッタ５６と液晶表示素子５７と投射レンズ５８とスクリーン５９とを有して構成される。
【００５２】
光源５１からは白色光が射出される。このため、例えば、光源５１には発光体とリフレクタとが具備され、発光体により発光された白色光がリフレクタにより反射され、高い集光率で白色光が射出される。光源５１から射出した白色光はフライアイレンズ５２に入射する。フライアイレンズ５２は、単レンズを縦・横に配列したレンズアレイであり、２組の偏心させたフライアイレンズ５２により、光源５１の輝度むらを分散させて、一様な照度分布を得るものである。フライアイレンズ５２を透過した白色光は偏光変換素子５３に入射する。偏光変換素子５３は、白色光を直線偏光に変換する機能を発揮する。ここでは、白色光のうち青色光（青色の波長域の光）のみをＰ偏光光（Ｐ偏光成分の光）に変換し、緑色光（緑色の波長域の光）及び赤色光（赤色の波長域の光）をＳ偏光光（Ｓ偏光成分の光）に変換する。
【００５３】
偏光変換素子５３により偏光方向が変換された光は、ダイクロイックミラー５４に入射する。ダイクロイックミラー５４は、入射光の波長域によって透過と反射とを分ける色分解用の光学素子である。ここでは、青色光の波長域の光のみを透過し、他の波長域を反射する光学特性をダイクロイックミラー５４が有しているものとする。従って、図１１に示すように、青色光（図中Ｂで示す）は透過し、緑色光（図中Ｇで示す）及び赤色光（図中Ｒで示す）は反射する。
【００５４】
ダイクロイックミラー５４を透過した青色光は、光学フィルタ５５に入射する。光学フィルタ５５は、前述してきた光学フィルタ１０である。本実施例では、光学フィルタ１０は偏光フィルタとして機能する。つまり、入射光のうちＰ偏光光又はＳ偏光光の何れか一方の光のみを必要光（信号光）として透過させ、他方の光を不要光として除去するフィルタリング機能を発揮する。ここでは、Ｐ偏光光である青色光が信号光となるため、信号光であるＰ偏光光のみを透過し、Ｐ偏光光以外の光（Ｓ偏光光）は不要光になるため、これを除去する。従って、青色光は純粋なＰ偏光光となって、偏光ビームスプリッタ５６に入射する。
【００５５】
偏光ビームスプリッタ５６は、入射光の偏光方向によって透過と反射とを分ける光学素子である。ここでは、偏光ビームスプリッタ５６は、Ｐ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する光学特性を有するものとして説明するが、Ｐ偏光光を反射し、Ｓ偏光光を透過する偏光ビームスプリッタであってもよい。偏光分離作用を発揮するため、偏光ビームスプリッタには誘電体多層膜である偏光分離膜が形成されている。通常は、ガラス等を素材とするキューブ形状のプリズムの内部に偏光分離膜が形成されて偏光ビームスプリッタ５６が構成される。
【００５６】
偏光ビームスプリッタ５６に入射する青色光は、前述したようにＰ偏光光である。従って、偏光分離膜に入射した青色光は、液晶表示素子５７に向かって透過する。液晶表示素子５７は、各画素の選択（ＯＮ）・非選択（ＯＦＦ）に対応して、入射光の偏光方向の変調制御（光変調）を行う反射型のライトバルブである。液晶表示素子５７には、各画素に対応してスイッチング素子が配置され、当該スイッチング素子により、各画素の液晶分子に電圧が印加される。液晶分子に電圧が印加されると、液晶分子の配列方向が変化し、入射光の偏光方向を９０°回転させる配列方向に液晶分子が変化する。従って、画素が選択状態である場合は、入射光のＰ偏光光はＳ偏光光に偏光方向が変調されて、偏光ビームスプリッタ５６に向かって反射する。一方、画素が非選択状態である場合は、液晶分子に電圧が印加されないため、液晶分子の配列方向に変化は生じない。従って、入射光に対して変調作用を及ぼさないため、入射光のＰ偏光光はそのままＰ偏光光として、偏光ビームスプリッタ５６に向かって反射する。
【００５７】
液晶表示素子５７で反射した青色光は、再び偏光ビームスプリッタ５６の偏光分離膜に入射する。画素が非選択状態（ＯＦＦ）になっている青色光はＰ偏光光であるため、偏光分離膜を透過する。一方、画素が選択状態（ＯＮ）になっている青色光はＳ偏光光となっているため、偏光分離膜で反射する。偏光分離膜で反射した青色光、即ち画素が選択状態となっている青色光は投射レンズ５８に入射し、当該投射レンズ５８によりスクリーン５９に画像が投影される。
【００５８】
なお、前述してきたものは、青色光についての説明であるが、ダイクロイックミラー５４で反射した緑色光及び赤色光についても、図示しない別のダイクロイックミラーにより色分解が行われ、緑色光及び赤色光の夫々の光について、図示しない専用の液晶表示素子により光変調が行われる。そして、光変調が施された緑色光、赤色光及び青色光は、図示しない色合成用のダイクロイックミラーにより色合成が行われ、投射レンズ５８によりスクリーン５９にカラー画像が表示される。
【００５９】
ここで、光学フィルタ５５は、Ｐ偏光光のみを透過させて、Ｓ偏光光を除去するフィルタリング機能を発揮する。従って、光学フィルタ５５に形成されている複数のフィルタ機能膜１３は、入射光のうちＰ偏光光のみを透過させて、Ｓ偏光光を反射させる偏光分離機能を有する誘電多層膜となる。そして、フィルタ機能膜１３で反射した不要光であるＳ偏光光は、光吸収性・熱伝導性接着剤１４に入射する。光吸収性・熱伝導性接着剤１４によりＳ偏光光の光エネルギーは吸収され、発生した熱エネルギーは光吸収性・熱伝導性接着剤１４を伝達して半田２１から外部に放熱される。ここでは、前述した実施形態の光吸収性・熱伝導性接着剤１４を用いた光学フィルタを適用しているが、勿論、各実施例の光学フィルタを適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】光学フィルタの外観図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】図１のＹ−Ｙ断面図である。
【図４】光吸収性・熱伝導性接着剤を用いた場合の光学フィルタの一部の断面を拡大した拡大図である。
【図５】吸収膜と熱伝導性接着剤とを用いた場合の光学フィルタの一部の断面を拡大した拡大図である。
【図６】吸収膜と金属膜と接着剤とを用いた場合の光学フィルタの一部の断面を拡大した拡大図である。
【図７】赤外光除去フィルタを用いた場合の一例を示す拡大図である。
【図８】放熱板を用いた場合の光学フィルタの外観図である。
【図９】放熱板を形成するときの説明図である。
【図１０】金属フレームを用いて光学フィルタを形成するときの説明図である。
【図１１】投射型表示装置の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０    光学フィルタ                １１    柱状プリズム
１１Ｂ    フィルタ本体                １１Ｆ    放熱材形成面
１３    フィルタ機能膜            １４    光吸収性・熱伝導性接着剤
１５    吸収膜                    １６    熱伝導性接着剤
１７    金属膜                    ２１    半田
２２    放熱板                    ３１    金属フレーム
３３    弾性金属蓋
【図１】
2008096639.tif 000003
【図２】
2008096639.tif 000004
【図３】
2008096639.tif 000005
【図４】
2008096639.tif 000006
【図５】
2008096639.tif 000007
【図６】
2008096639.tif 000008
【図７】
2008096639.tif 000009
【図８】
2008096639.tif 000010
【図９】
2008096639.tif 000011
【図１０】
2008096639.tif 000012
【図１１】
2008096639.tif 000013