(57)【要約】【課題】反射型の空間光変調素子を適用した投射表示装置のにおいて、ゴミ付き防止し温度分布を均一にすることのできる光学デバイス及びこれを用いた投射表示装置を提供する。【解決手段】偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５は、それぞれの間に隙間を設けセラミックスベース２１とセラミックスベース２０とでに固着している。セラミックスベース２０には、空気清浄フィルタ入りノズル３１の一端を配置し、空気清浄フィルタ入りノズル３１の他端にファン３０を配置して、空気清浄フィルタによって浄化した空気をその隙間に流すことによって、ゴミ付き防止しつつ光学系部材を冷却するようにする。【選択図】      図３
2004286945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとから成り、
これら反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとをセラミックスから成るベース材に固定した光学デバイスであって、
前記ベース材の略中央位置に空気流通用の孔を形成し、このベース材の一面側であって、前記孔に通じると共に互いに空気流通用の間隙を有して前記光学部品をそれぞれ設置し、前記他面側の孔に空気清浄手段を連結させると共に、この空気清浄手段への送風を行わせるためのファンを設けたことを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の光学デバイスに、
光学デバイスの外表面を覆うと共に、前記送風の送出用の開閉部を有したカバーを更に設けたことを特徴とする光学デバイス。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光学デバイスを色分解合成光学系に用いたことを特徴とする投射表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型空間光変調素子及び反射型空間光変調素子の周辺光学部材が一体となった光学デバイス及びこれを用いた投射表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー投射表示装置は、白色光から３原色光に係るＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色光を分解して対応色の空間光変調素子に導き、当該空間光変調素子で映像信号に応じて光変調された色光を合成して投射し、スクリーン上にカラー映像を表示させるものである。
【０００３】
カラー投射表示装置は、それに適用される空間光変調素子の種類によって次にあげる３種類に大別される。透過型の空間光変調素子を適用したもの、反射型の空間光変調素子を適用したもの、またＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を適用したものがある。
【０００４】
透過型の空間光変調素子及びＤＭＤは、光学構成が比較的簡単にできるために小型化が容易であるが高解像度化に難がある。一方、反射型の空間光変調素子は高解像度化に有利であるが光学構成が複雑となるために小型化に難がある。
【０００５】
特に、反射型の空間光変調素子を適用した投射表示装置は、空間光変調素子に照射される入射光と当該空間光変調素子で変調された反射光とを分離するために偏光ビームスプリッタを必要とする。高コントラストを実現するためには一つの空間光変調素子に対して、通常２つ以上の偏光ビームスプリッタを作用させるために、これが反射型の投射表示装置の光学構成を複雑にしていた。
【０００６】
このような反射型の空間光変調素子における光学構成の課題を解決し構成を小型化した色分解合成光学系が、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この色分解合成光学系は、複数の偏光ビームスプリッタを至近距離に配置してセラミックスベース等に接着固定をし、光学系を構成することにより小型化を達成している。そのために、白色光からＲ、Ｇ、Ｂへの分解も前記偏光ビームスプリッタの至近にカラー偏光フィルタを配置しており、複数の偏光ビームスプリッタ及びカラー偏光フィルタから構成される光学系には光源からの白色光がそのまま照射される構成となっている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２２８８０９公報（第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、投射表示装置の光学系には光源からの光が照射されるため、通常ファンなどの送風により光学系を冷却する構成が用いられている。しかし、前述の光学系は、光学部材をセラミックスベース等で接着固定する構成であり、色分解していない白色光がそのまま照射されるので、送風により光学系を冷却しても、表面部分は冷却されるが、光学系内部は高温にさらされる。従って、特光学系の内部の温度上昇による性能劣化、あるいは光学系の光入射部分と出射部分との温度上昇の違いにより引き起こされるＲ、Ｇ、Ｂの光学特性が相違するという問題があった。
【０００９】
さらに、空間光変調素子の性能が向上し高精細な映像を表示する場合、送風により光学系を冷却する構成では、投射光の光路上の光学系にゴミが付着して、スクリーン上に投影される映像にそのゴミの影が映り込み映像の品位を劣化してしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、反射型の空間光変調素子を適用した投射表示装置の光学系部材である偏光ビームスプリッタ及びカラー偏光フィルタをセラミックスベースに接着固定する際、それぞれの光学系部材の間に隙間を設けて配置して、空気清浄フィルタによって浄化した空気をその隙間に流すことによって、ゴミ付きの防止を図り温度分布を均一にすることのできる光学デバイス及びこれを用いた投射表示装置を提供することを目的とする。
また、偏光ビームスプリッタの外壁をカバーで覆い、カバーの一部に排気口とフタとを設け、ファンを回すことによる圧力によりフタが開いて空気が出ていく構成により、ファンが回っていない状態では、フタが閉ざされているので、外部からゴミが進入することがなく、ゴミ付きの防止を行い温度分布を均一にすることのできる光学デバイス及びこれを用いた投射表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の１）〜３）に記載の手段よりなる。
すなわち、
１）少なくとも反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとから成り、
これら反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、カラー偏光フィルタとをセラミックスから成るベース材に固定した光学デバイスであって、
前記ベース材の略中央位置に空気流通用の孔を形成し、このベース材の一面側であって、前記孔に通じると共に互いに空気流通用の間隙を有して前記光学部品をそれぞれ設置し、前記他面側の孔に空気清浄手段を連結させると共に、この空気清浄手段への送風を行わせるためのファンを設けたことを特徴とする光学デバイス。
２）１）に記載の光学デバイスに、
光学デバイスの外表面を覆うと共に、前記送風の送出用の開閉部を有したカバーを更に設けたことを特徴とする光学デバイス。
３）１）または２）に記載の光学デバイスを色分解合成光学系に用いたことを特徴とする投射表示装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学デバイス及びこれを用いた投射表示装置の発明の実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。
図１は、第１の実施例に適用される光学デバイス及びこれを用いた投射表示装置の光学構成を示した概略平面図である。
色分解合成光学系２９０（図中破線で囲まれた部分）は、立方体または角柱状の第１，第２，第３，第４の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５を、その偏光分離面１２１，１３１，１４１，１５１が略Ｘ字状に交差するように配置したものであり、さらに、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の入射側の透光面（第１の偏光ビームスプリッタの左側面）、及び第４の偏光ビームスプリッタ１０５の出射側の透光面（第４の偏光ビームスプリッタの右側面）には、共にＧ光の偏波面を９０°回転する機能を有するＧ用カラー偏光フィルタ１０６，１７を、また、第１と第３の偏光ビームスプリッタ１０２，１０４間及び第３と第４の偏光ビームスプリッタ１０４，１０５間には、共にＲ光の偏波面を９０°回転させる機能を有するＲ用カラー偏光フィルタ１０８，１９を備えており上記構成要素は透明な接合部材（例えば、接着剤）１８３で接合して一体化されいる。
【００１３】
実施例１に適用される投射表示装置３００は次のように動作する。
光源１７１から発した不定偏光の白色光は第１の偏光板１８１に入射する。そして、Ｓ偏光のみが第１の偏光板１８１を透過して、Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６はＧ光のみの偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６を透過するＧ光（図１の実線）に係るＳ偏光はＰ偏光に変換される。また、Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６はＲ光（図１の破線）及びＢ光（図１の２点鎖線）に対しては何ら作用しないため、それらはＳ偏光のままである。
以後、それぞれの色光について個別にその光路及び偏波面の変移について説明する。
【００１４】
先ず、Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６を透過したＰ偏光のＧ光（実線）は、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３の偏光分離面１２１，１３１を透過直進して、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の透光面１０３ｃより出射してＧ対応の反射型空間光変調素子１６１に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６１においてＧ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００１５】
光変調されて生成したＧ光のＳ偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１３１で反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１において反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用カラー偏光フィルタ１０７に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１０７は前述したようにＧ光に係る偏波面を９０°回転させる機能を有するものであるので、Ｇ光のＳ偏光はＰ偏光に変換されて出射する。
【００１６】
次に、Ｒ光（破線）について説明する。Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６を透過したＳ偏光のＲ光は、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１２１で反射されＲ用カラー偏光フィルタ１０８に入射する。ここで、Ｒ用カラー偏光フィルタ１０８はＲ光の偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、Ｒ光はＳ偏光からＰ偏光に偏光変換されてこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。さらに、Ｐ偏光のＲ光は第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１を直進透過しての透光面１０４ｂより出射し、Ｒ対応の反射型空間光変調素子１６２に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６２においてＲ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００１７】
光変調されて生成したＲ光のＳ偏光成分は、第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１で反射され、Ｒ用カラー偏光フィルタ１０９に入射する。当該Ｒ用カラー偏光フィルタ１０９において、Ｒ光のＳ偏光成分はＰ偏光に偏光変換されて第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１を透過直進して、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用カラー偏光フィルタ１０７に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１０７はＲ光には何ら作用せず、Ｒ光はＰ偏光のままこれを出射する。
【００１８】
次に、Ｂ光（２点鎖線）について説明する。Ｇ用カラー偏光フィルタ１０６を透過したＳ偏光のＢ光は、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１２１で反射されＲ用カラー偏光フィルタ１０８に入射する。ここで、Ｒ用カラー偏光フィルタ１０８は上記したようにＲ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光は偏光変換されることなくＳ偏光のままこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。
【００１９】
Ｓ偏光のＢ光は第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１で反射され透光面１０４ａより出射し、Ｂ対応の反射型空間光変調素子１６３に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６２においてＢ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００２０】
光変調されて生成したＢ光のＰ偏光成分は、第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１を透過直進しＲ用カラー偏光フィルタ１９に入射する。当該Ｒ用カラー偏光フィルタ１０９は前述したようにＢ光に対しては何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射して第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１を透過直進して、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用カラー偏光フィルタ１０７に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１０７は前述したように、Ｇ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射する。
このようにして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の偏波面はＰ偏光に揃えられて、投射レンズ１９１を介して図示せぬスクリーンにカラー映像を拡大表示する。
【００２１】
図２，図３を用いて、実施例１に適用される光学デバイスの概略構成図を説明する。図２は、第１〜第４の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５とセラミックスベース２０，２１の分解図を示しており、説明の便宜上カラー偏光フィルタを省略して記載している。セラミックスベース２１の偏光ビームスプリッタ接合面は平面を形成し、第１〜第４偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５は、それぞれ２つの三角プリズムの底面をそろえた状態で接着される。セラミックスベース２１の上面に斜線で示した範囲２１ａ、及び第１〜第４偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５の上面に斜線で示した範囲１０２ｓ，１０３ｓ，１０４ｓ，１０５ｓは、偏光ビームスプリッタとセラミックスベースとの接着部であり、偏光分離面１２１，１３１，１４１，１５１を避けて接着する。セラミックスベース２０の中心位置には孔２０ａが空いている。
また、第１〜第４偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５は互いに隙間を有して配置しており、図示していないカラー偏光フィルタも同様に、偏光ビームスプリッタに対して隙間を有して配置されている。
【００２２】
図３は、空間光変調素子、空気清浄フィルタ、ファンを加えた光学デバイスの組立図を示す。空間光変調素子１６１，１６２，１６３は、偏光ビームスプリッタ１０３，１０４の側面にブラケット１６１ａ，１６２ａ，１６３ａを介してセラミックスベース２１とセラミックスベース２０とに固着している。セラミックスベース２１は図示していない投射表示装置の筐体にネジ止めされる。
セラミックスベース２０の孔２０ａには、空気清浄フィルタ入りノズル３１の一端を配置し、空気清浄フィルタ入りノズル３１の他端にファン３０を配置する。
【００２３】
ファン３０から出た空気は空気清浄フィルタ入りノズル３１を通過して、セラミックスベース２０の孔２０ａから第１〜第４偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５の間に流入する。
第２の偏光ビームスプリッタ１０３の外壁に沿って流れる空気は、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の上辺と左辺に沿う２系統の流れに別れた後、光学デバイスの外に排出される。
第３の偏光ビームスプリッタ１０４の外壁に沿って流れる空気は、第３の偏光ビームスプリッタ１０４の右辺と下辺に沿う２系統の流れに別れた後、光学デバイスの外に排出される。
空気清浄フィルタに蓄積したゴミはランプ交換時などに合わせて、定期的にフィルターを交換することにより、効果を持続することができる。
なお、空気清浄フィルタはファンの吸気側に設置してもよい。
【００２４】
図４に第２の実施例に適用される光学デバイスの概略平面図を示す。説明の便宜上セラミックスベースを省略して記載している。同図中央の破線円２０ａが、セラミックスベース２０の空気孔２０ａに相当する位置である。
第２及び第３の偏光ビームスプリッタ１０３，１０４の外壁を斜線で示したカバー４０で覆う。カバー４０の一部には排気口４３ａと排気口４３ｂとが配置され、それぞれフタ４２ａとフタ４２ｂとが取り付けられている。
図示しないファン３０を回すと、同図中央の破線円２０ａよりファン３０からの送風空気が流れ込むことにより内部の気圧が上がり、排気弁４２ａ，４２ｂが開いて空気が出ていく。
第２の偏光ビームスプリッタ１０３の外壁に沿って流れる空気は、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の上辺−右辺と左辺−下辺に沿う２系統の流れに別れた後、再び合流して排気口４３ｂより光学デバイスの外に排出される。このとき第２の偏光ビームスプリッタ１０３の右辺の流れによって、空間光変調素子１６１を冷却する。
第３の偏光ビームスプリッタ１０４の外壁に沿って流れる空気は、第３の偏光ビームスプリッタ１０４の右辺−上辺と下辺−左辺に沿う２系統の流れに別れた後、合流して排気口４３ａより光学デバイスの外に排出される。このとき第３の偏光ビームスプリッタ１０４の上辺の流れによって、空間光変調素子１６３を冷却し、左辺の流れによって、空間光変調素子１６２を冷却する。
ファン３０が回っていない状態では、排気弁４２ａ，４２ｂはヒンジ４１ａ，４１ｂに取り付けられたばねの力によって閉ざされているので、外部からゴミが進入することはない。
【００２５】
図５に第３の実施例に適用される光学デバイスの概略平面図を示す。説明の便宜上セラミックスベースを省略して記載している。同図中央の破線円２０ａが、セラミックスベース２０の空気孔２０ａに相当する位置である。実施例２における排気口４３ａの部分に、さらに遮蔽板５０を追加して第３の偏光ビームスプリッタ１０４側の空気の流れを制御することができる構成とした。
図示しないファン３０を回すと、同図中央の破線円２０ａよりファン３０からの送風空気が流れ込むことにより内部の気圧が上がり、フタ５２ａ，５２ｂ，５２ｃが開いて空気が出ていく。
第３の偏光ビームスプリッタ１０４の上辺を流れる空気は、空間光変調素子１６３を冷却し、排気口５３ａから光学デバイスの外に排出される。
第３の偏光ビームスプリッタ１０４の左辺を流れる空気は、空間光変調素子１６２を冷却し、排気口５３ｂから光学デバイスの外に排出される。
第２の偏光ビームスプリッタ１０３の外壁に沿って流れる空気の流れは、実施例２と同じである。
ファン３０が回っていない状態では、フタ５２ａ，５２ｂ，５２ｃはヒンジ５１ａ，５１ｂ，５１ｃに取り付けられたばねの力によって閉ざされているので、外部からゴミが進入することはない。
【００２６】
なお、ヒンジ５１ａ，５１ｂ，５１ｃをモータ等の電気駆動装置として、図示していない外部の制御回路によって開閉制御する構成としてもよい。このとき、第１〜第４偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５あるいは、空間光変調素子１６１，１６２，１６３に温度センサを取り付け、その検出温度によりヒンジ５１ａ，５１ｂ，５１ｃの開閉角度を決めるように構成すればより精度が高い温度制御ができる。
【００２７】
また、図６は空間光変調素子にヒートシンクを装着した概略構成図である。各実施例において同図に示すように、空間光変調素子１６１，１６２，１６３に冷却効果を上げるためのヒートシンク６０を装着した構成としてもよい。、ヒートシンク６０のフィン６０ａは、空気の流れに平行な向きに配置されるのが望ましい。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、反射型の空間光変調素子を適用した投射表示装置の光学系部材をセラミックスベースに接着固定する際に、光学系部材間に隙間を設けて、空気清浄フィルタを通してゴミを排除した空気をそれらの隙間を通し外部に排出させる構成とすることで、光学系部材である偏光ビームスプリッタやカラー偏光フィルタにゴミが付着することを防ぐことができるとともに、冷却を同時に行うことができる光学デバイスを提供することができ、これを用いた高品質の投射表示装置を提供することができる。
また、偏光ビームスプリッタの外壁をカバーで覆い、カバーの一部に排気口とフタとを設け、ファンを回すことによる圧力によりフタが開いて空気が出ていく構成により、ファンが回っていない状態では、フタが閉ざされているので、外部からゴミが進入することがなく、ゴミ付きの防止を行い温度分布を均一にすることのできる光学デバイス及びこれを用いた高品質の投射表示装置を提供することができる。
さらには、ファンの静圧あるいは、フタの開口率を変化させることにより光学系部材の冷却効率を自由に設定できるので、温度分布を均一にした光学デバイスを提供することができ、これを用いた高品質の投射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】本発明の実施例１に適用される光学デバイス及びこれを用いた投射表示装置の概略平面図である。
【図２】本発明の実施例１に適用される偏光ビームスプリッタとセラミックスベースとの接合の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に適用される光学デバイスの概略外観図である。
【図４】本発明の実施例２に適用される光学デバイスの概略平面図である。
【図５】本発明の実施例３に適用される光学デバイスの概略平面図である。
【図６】本発明の各実施例に適用される空間光変調素子にヒートシンクを装着した一例を示す図である。
【符号の説明】
３００…投射表示装置
２９０…色分解合成光学系
１７１…光源
１８１…第１の偏光手段
１８２…第２の偏光手段
１８３…接合部材
１９１…投射レンズ
１０２…第１の偏光ビームスプリッタ（入射側偏光ビームスプリッタ）
１０３…第２の偏光ビームスプリッタ（主偏光ビームスプリッタ）
１０４…第３の偏光ビームスプリッタ（主偏光ビームスプリッタ）
１０３ｃ，１０４ａ，１０４ｂ…透光面
１０５…第４の偏光ビームスプリッタ（出射側偏光ビームスプリッタ）
１０６，１０７…Ｇ用カラー偏光フィルタ
１０８，１０９…Ｒ用カラー偏光フィルタ
１６１，１６２，１６３…空間光変調素子
１２１，１３１，１４１，１５１…偏光分離面
２０，２１…セラミックスベース
２０ａ…セラミックスベース空気孔
２１ａ，１０２ｓ，１０３ｓ，１０４ｓ，１０５ｓ…接着面
３０…ファン
３１…空気清浄フィルタ入りノズル
４０，５０…カバー
４１ａ，４１ｂ，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…ヒンジ
４２ａ，４２ｂ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…フタ
４３ａ，４３ｂ，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ…排気口
５０…遮蔽板
６０…ヒートシンク
６０ａ…フィン
【図１】
2004286945.tif 000003
【図２】
2004286945.tif 000004
【図３】
2004286945.tif 000005
【図４】
2004286945.tif 000006
【図５】
2004286945.tif 000007
【図６】
2004286945.tif 000008