(57)【要約】【課題】本発明は、耐熱性に優れたガラス材を用いたリフレクタ、及び、それを用いた投射型表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】白色光を照射する光源と、光源から出射した光束を反射するリフレクタと、照明光束を変調するライトバルブと、該ライトバルブ上の映像を投射する投射レンズからなるプロジェクタ装置において、リフレクタがＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの群のうちの少なくとも１種の希土類元素を含有するガラスからなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射した光束を反射するリフレクタであって、
該リフレクタがＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの群のうちの少なくとも１種の希土類元素を含有するガラスからなることを特徴とするリフレクタ。
【請求項２】
前記リフレクタに含まれる希土類元素がＬｎ２Ｏ３（Ｌｎは希土類元素）の酸化物換算で、ガラス全体に対して０．５〜３０重量％含有することを特徴とする請求項１に記載のリフレクタ。
【請求項３】
前記リフレクタに含まれる希土類元素以外の成分として、ＳｉＯ２を４０〜９０重量％、Ｂ２Ｏ３を０〜２０重量％、Ｒ２Ｏ（Ｒはアルカリ金属）を０〜３０重量％、Ａｌ２Ｏ３を０〜３０重量％、Ｒ‘Ｏ（Ｒ’はアルカリ土類金属）を０〜３０重量％含有することを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れか一項に記載のリフレクタ。
【請求項４】
白色光を照射する光源と、光源から出射した光束を反射するリフレクタと、照明光束を変調するライトバルブと、該ライトバルブ上の映像光を投射する投射レンズからなる投射型表示装置であって、
前記リフレクタがＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの群のうちの少なくとも１種の希土類元素を含有するガラスからなることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】
前記リフレクタに含まれる希土類元素がＬｎ２Ｏ３（Ｌｎは希土類元素）の酸化物換算で、ガラス全体に対して０．５〜３０重量％含有することを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記リフレクタに含まれる希土類元素以外の成分として、ＳｉＯ２を４０〜９０重量％、Ｂ２Ｏ３を０〜２０重量％、Ｒ２Ｏ（Ｒはアルカリ金属）を０〜３０重量％、Ａｌ２Ｏ３を０〜３０重量％、Ｒ‘Ｏ（Ｒ’はアルカリ土類金属）を０〜３０重量％含有することを特徴とする請求項４乃至請求項５の何れか一項に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、背面投射型の投射型テレビや、前面投射型のプロジェクタといった分野に広く利用できる投射型表示装置に関し、特に投射型表示装置の小型化好適なリフレクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
業務用途のプロジェクタが大きく普及してきている。また、従来のブラウン管に表示された画像をスクリーンに投影する方式の画像表示装置に代わるものとして、液晶表示素子等を用いた投射型テレビの開発が行われてきた。
【０００３】
投射型テレビはスクリーンも含むテレビであるので、比較的に大きいサイズのリフレクタが用いられている。この理由は、▲１▼投射型テレビにおいては比較的に大きな配置スペースを確保できること、▲２▼ランプの長寿命化を図るためにアーク長（発光部の大きさ）の大きな光源と焦点距離の大きなリフレクタを用いる、ことが多いからである。一方、プロジェクタはその可搬性の観点から、小型・軽量が特に重要であり、例えば下記特許文献１においては、光源光軸近傍を通過する光路を有する光線を光源光軸に対して略平行光に補正するための凹状の補正面を楕円リフレクタと第２焦点との間に配置する方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４４１９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以下、図２と図３を用いて、リフレクタの動作について説明する。図２に投射型テレビに多く用いられているリフレクタの例を、図３にプロジェクタ装置に多く用いられている小型リフレクタの例を示す。
【０００６】
図２で、１は光源、２は断面形状が放物面であるリフレクタ、３は光軸である。図２（１）が斜視図であり、図２（２）が断面図である。図２のリフレクタ２では、光軸３に対して回転対称に反射面が存在している。光源１はリフレクタ２の焦点位置に配置する。光源１から出射した光線は、放物面形状であるリフレクタ２で反射し、光軸３に平行な光線となる。尚、実際の光源１は点光源ではなく、ある大きさを持っているので、大部分の光線は該平行光線を中心に広がりを持った光束となる。また、リフレクタ２には光源１としての管球を通す穴が開いている。図３も同様である。
【０００７】
一方、斜視図でわかるように、図３のリフレクタ２では、光軸３に対して、反射面が回転対称には存在していない。この理由は、リフレクタ２の上下・左右のカットによるプロジェクタ装置の小型化である。この物理的な小型化に加えて、プロジェクタ装置に用いるリフレクタ２においては、リフレクタ２の焦点距離自体も小さくし、小型化を図っている。ここで、リフレクタ２の焦点距離を小さくするとリフレクタ２と光源１の発光部との距離が近くなるので、リフレクタ２の温度上昇が大きくなる。
【０００８】
尚、図２と図３は、同一尺度であり、図２と図３でのリフレクタの大きさの違いを表している。
【０００９】
プロジェクタ装置を、更に小型化するためにリフレクタ２を小型化すると、リフレクタ２の温度上昇が大きくなる。従って、リフレクタ２の小型化で、リフレクタ２の温度上昇が起こるので、熱衝撃に強いガラス材が必要となる。
【００１０】
ところで、リフレクタ２自体はファンを用いて空冷しており、ファンの冷却能力を大きくすることで、リフレクタ２の温度上昇を抑えること自体は技術的には可能である。しかし、そもそもリフレクタ２を冷却する目的は、光源１の温度上昇を抑えることである。例えば、ある光源１から距離ａの距離にあるリフレクタ２の温度がＡ度だとすると、光源１から距離ｂ（ａ＞ｂ＞０）にリフレクタ２を配置した場合は、その温度はＢ度（Ｂ＞Ａ＞０）となる。即ち、光源１の温度を一定とするためのリフレクタ２の冷却すべき温度は、焦点距離を小さくした場合には高くてもよいことになる。
【００１１】
仮に、ファン自体を大型化すれば同じリフレクタ２の温度は確保できるかもしれないが、プロジェクタ装置の小型化に反するばかりか、ファンによる騒音の発生も問題となる。しかし、プロジェクタの小型・軽量化及び低コスト化のためには、ライトバルブやリフレクタの小型化が今後とも必要である。このリフレクタの小型化により、リフレクタと光源の距離が近くなるので、リフレクタの温度がさらに上昇する。
【００１２】
通常の耐熱ガラスの熱衝撃温度差は１２０〜１５０度程度である。この熱衝撃温度の向上のために、現行の小型リフレクタでは結晶化ガラスが用いられている。しかし、この結晶化処理という工程はリフレクタ形状の形成後に行うことが必要であり、コストの上昇につながる。また、結晶化処理を行うことにより、ガラス材の表面粗さが劣化することにより、ガラス上に良好な反射膜を形成することが困難になる。またリフレクタの更なる小型化に伴い、結晶化処理により形成される結晶の形状や分布が不均一になり、リフレクタの強度の低下やバラツキという問題が生じる。
【００１３】
本発明ではこのような問題点を解決し、低コスト、高性能なリフレクタを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、白色光を照射する光源と、光源から出射した光束を反射するリフレクタと、照明光束を変調するライトバルブと、該ライトバルブ上の映像光を投射する投射レンズからなる投射型表示装置であって、前記リフレクタがＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの群のうちの少なくとも１種の希土類元素を含有するガラスから構成する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を用いて詳細に説明する。
【００１６】
先ず、希土類をガラスに含有させることによる強度の向上、即ち、耐熱性能の改善の理由について説明する。
【００１７】
希土類元素の含有の形態としては、ガラスに微細粒子が分散しており、かつ該微細粒子中に前記希土類元素が含まれていることが好ましい。
【００１８】
網目構造を有するガラス組織中に溶け込むことのできる希土類元素の量には上限（固溶限）があり、上限を超える量の希土類元素が添加されると結晶相、または非晶質相としてガラス母相中に析出する。このような結晶相、または非晶質相からなる粒子を微細粒子と称している。希土類元素の分布が不均一の場合は、部分的に固溶限を超えて微細粒子が析出する場合もあるため、必ずしも希土類元素の含有量が、母相ガラスの固溶限を超えている必要はない。希土類元素は、ガラス母相中と、微細粒子のどちらにも存在することが好ましい。
【００１９】
そして、この微細粒子がガラス母相中に分散していることにより、応力を受けた際にも粒子がガラス母相の変形、破壊を抑制する作用をするため、ガラスの強度がより向上する。
【００２０】
希土類元素を含有させたガラスの特徴は上記の微細粒子分散が挙げられるが、これに限られるものではない。この微細粒子分散の有無は添加する希土類元素の種類や添加量、ガラス製造プロセスでの製造条件などに由来するものであって、微細粒子の分散が観察されない場合もありうる。このような場合であっても、希土類元素を添加することにより、添加希土類元素を中心として、ガラス母相の基本骨格が引きつけられた一種の圧縮応力場を形成し、このような応力場が均一に分散することによりガラス材の強度の向上が図られる。
【００２１】
また、希土類元素はＬｎ２Ｏ３（Ｌｎは希土類元素）の酸化物換算で、ガラス全体に対して０．５  〜３０重量％含有することが好ましい。更に好ましくは、希土類元素を０．５  〜２０重量％とする。希土類元素の含有量が０．５  重量％未満では機械的強度の向上効果が小さい。逆に、３０重量％を超えるとガラス溶解時に希土類元素酸化物の原料粉末が残存し、均一なガラスを得ることが難しい。また、希土類元素の含有量が上限値を超えると微細粒子の粒径が大きくなり、基板の表面粗さが大きくなる。
【００２２】
更には、希土類元素がＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕの中から選ばれた少なくとも１種以上であることが好ましい。希土類元素はイオン半径が大きいため微細粒子としてガラス母相中に析出しやすい。しかし、希土類元素の中でも上記元素は、ガラス母相中で最も微細粒子を均一に析出させ易く、強度向上効果が高いという特徴がある。
【００２３】
希土類元素はＬｎ２Ｏ３（Ｌｎは希土類元素）の酸化物換算で、ガラス全体に対して０．５〜３０重量％含有し、他の成分として少なくともＳｉＯ２：４０〜９０重量％、Ｂ２Ｏ３：０〜２０重量％、Ｒ２Ｏ  （Ｒはアルカリ金属）：０〜２０重量％、ＲＯ（Ｒはアルカリ土類金属）：０〜２０重量％、Ａｌ２Ｏ３：０〜１０重量％を含み、かつＲ２Ｏ  とＲＯの合計量が１０〜３０重量％であることが好ましい。ガラスの中では、ソーダライムガラスと呼ばれるガラスが母相成分であるとき最もガラス強度の向上が大きい。また、アルカリ元素とアルカリ土類元素が含有されているケイ酸塩ガラスにおいて、特に希土類元素の添加効果が高い。
【００２４】
本発明で用いるガラス材料は、上記した耐熱性に優れたガラス材料である。
【００２５】
この耐熱性に優れたガラス材料を用いたリフレクタと、ライトパイプと、カラーホイールについて以下説明する。
【００２６】
本発明の第１の実施の形態として、図１を用いて、本発明の耐熱性に優れたガラス材料を用いたリフレクタ及び、該リフレクタを用いた投射型表示装置について説明する。
【００２７】
図１で、１は光源、２はリフレクタ、３は光軸、４はマルチレンズアレイ、５は偏光変換素子、６は合焦レンズ、７はダイクロイックミラー、８はミラー、９はフィールドレンズ、１０はリレーレンズ、１１はライトバルブ、１２はクロスプリズム、１３は投射レンズ、１５はＩＲカットフィルタ、１６はＵＶカットフィルタである。
【００２８】
図１で、リフレクタ２は、Ｓｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの群から選ばれた少なくとも１種の希土類元素を含有するガラス材で構成された放物面リフレクタである。該リフレクタ２の焦点位置から出射した光線は、該リフレクタ２の反射面で反射し、光軸３に平行な光線となる。しかし、光源１は点光源でないので、該リフレクタ２の焦点位置に配置した光源１から出射した光束は、放物面形状であるリフレクタ２の反射面により光軸３に平行な光線を中心として広がりを持った光束としてリフレクタ２を出射する。リフレクタ２からの出射光束は、インテグレータ４により明るさの一様性が改善される。
【００２９】
リフレクタ２から出射した光束の、光軸に垂直な断面での光量分布は、リフレクタ２に開けた管球を通す穴のために中心部が暗くなる。加えて、光源１の配光分布（エネルギーの角度分布）と、リフレクタ２で取込む立体角のために、外側が暗い分布となる。本実施例では、インテグレータの方式として、凸レンズを二次元状に配置したマルチレンズアレイ４を２枚用いる方式を採用した。この方式では、一様でない光量分布を第１のマルチレンズアレイ４の各凸レンズで複数の領域に分割し、第２のマルチレンズアレイ４の対応した各凸レンズ上に集光させて、後続の合焦レンズ６によって、ライトバルブ１１面上に重畳させることで、光量分布の一様性を改善している。尚、第２のマルチレンズアレイ４の後ろで、光束が集光している個所には、自然光を一種類の直線偏光に変換するための偏光変換素子５を設けている。この目的は、後続のライトバルブ１１として一般的な液晶には、ある特定の直線偏光のみを透過させる透過軸が存在するからである。尚、ライトバルブ１１の各画素をミラーで構成した場合は、偏光変換素子５は不要となる。
【００３０】
合焦レンズ６とライトバルブ１１の間の光路には順次、白色光を赤・緑・青の３色に分割するためのダイクロイックミラー７と、光路を折り曲げるミラー８と、光束をテレセントリック化するフィールドレンズ９を配置している。透過型のライトバルブ１１で変調された光束は、クロスプリズム１２で白色光として合成され、投射レンズ１３によってスクリーン等に投射される。尚、クロスプリズム１２を用いた方式では、１色の光路長が他の２色の光路長と異なるので、その長い光路上には光量分布をライトバルブ１１面に写像するためのリレーレンズ１０を配置している。図１において、色分離は最初のダイクロイックミラー７でＲ光束を透過しＧ光束とＢ光束を反射している、第二のダイクロイックミラー７でＧ光束を反射しＢ光束を透過し、３色に分離している。尚、Ｒ光路にはＩＲカットフィルタ１５を配置し赤外線によるライトバルブ１１の温度が上昇するのを防いでいる。また、Ｂ光路にはＵＶカットフィルタ１５を配置し、紫外線により有機材料を変質するのを防止している。また、図１のライトバルブ１１は液晶タイプであり、この液晶には偏光光線に対する透過軸が存在するので、コントラスト性能を改善するために、ライトバルブ１１の入射側と出射側に偏光子としての位相差板を配置している。
【００３１】
ところで、リフレクタ２の小型化を、リフレクタ２に耐熱性の優れたガラス材料を用いることで実現可能としたが、リフレクタ２の小型化で熱が篭りやすくなるため、光源１を内包する管球の温度も上昇する。管球に直接、冷却のための風を導いて、管球の冷却を行った。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施の形態として、図４を用いて、本発明の耐熱性に優れたガラス材料を用いたライトパイプとカラーホイール及び、該ライトパイプと該カラーホイールを用いた投射型表示装置について説明する。
【００３３】
図４で、１は光源、２はリフレクタ、３は光軸、４ｂはライトパイプ、１４はカラーホイール、１０ｂはリレーレンズ、１１ｂはライトバルブ、１３は投射レンズである。
【００３４】
図４で、インテグレータ４ｂは、Ｓｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの群から選ばれた少なくとも１種の希土類元素を含有するガラス材で構成されたインテグレータ４ｂであり、カラーホイール１４は、Ｓｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの群から選ばれた少なくとも１種の希土類元素を含有するガラス材で構成されたカラーホイール１４である。第２の実施の形態においては、該リフレクタ２は断面が楕円の楕円リフレクタとした。楕円の第１焦点に配置した光源１から出射した光束は、同じ楕円の第２焦点位置に集光する。この集光位置近傍にインテグレータとしてのライトパイプ４ｂの入射面を配置した。前記したように、ライトパイプ４ｂの内面で反射を繰返すことで、光量分布の一様性が改善され、ライトパイプ４ｂの出射面において、一様な光量分布が得られる。このライトパイプ４ｂの出射面での光量分布は、リレーレンズ１０ｂにより、ライトバルブ１１ｂ面上に写像される。そして、ライトバルブ１１ｂで光変調された画像情報は、投射レンズ１３によりスクリーン等へ投射される。
ここで、本発明の第２の実施の形態でのライトバルブ１１ｂは、個々の画素に対応した微小ミラーの向きがＯＮとＯＦＦで回転するマイクロミラーデバイス方式である反射型のライトバルブ１１ｂとした。このライトバルブ１１ｂに対して所定の角度を照明光束を入射させると、ＯＮの光束がライトバルブ１１ｂの有効面に対して、ほぼ垂直に反射し、投射レンズ１３に入射する。
【００３５】
尚、楕円リフレクタの代わりに、放物面リフレクタで反射した光束を凸レンズで集光しても同様の作用は得られる。また、ライトパイプ４ｂとしては、本発明の第２の実施の形態で説明した中空のものでなくとも、中実のいわゆるロッドレンズの方式でも良い。カラーホイール１４についても、本発明の第２の実施の形態で説明したＲ・Ｇ・Ｂ用のダイクロイックミラーを２組リング状に配置した形式でなくとも、Ｗ（白色）用のダイクロイックミラーも配置しても良く、また、カラーホイ−ル１４の反射光を利用する方式等々でも良い。
【００３６】
以上の実施の形態は、光源１に近い個所に配置した光学部品と、光束が集光している個所の光学部品での実施の形態であり、夫々、特に、温度が高くなるので、本発明の効果が特に大きい個所である。
【００３７】
以上の個所でなくとも、投射型表示装置の小型化を進めていくことで、他の光学部品への本発明の適用が必須となる。
【００３８】
例えば、上記の実施の形態の中で説明した光学部品であるマルチレンズアレイ、或いは、偏光変換素子の基板となるガラス材、或いは、ダイクロイックミラー、或いは、レンズ玉、或いは、ＵＶカットフィルタ、或いは、ＩＲカットフィルタ、或いは、位相差板の基板となるガラス材、或いは、クロスプリズム、等々の光学部品の基板となるガラス材を、Ｓｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの群から選ばれた少なくとも１種の希土類元素を含有するガラスで形成することであり、また、該光学部品を投射型表示装置に用いることである。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、耐熱性に優れたリフレクタを用いた投射型表示装置を得ることができる。これによって、リフレクタの小型化、即ち、投射型表示装置の小型化を達成している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるリフレクタを含む投射型表示装置の要部の構成図である。
【図２】リフレクタの説明図である。
【図３】コンパクトなリフレクタの説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における投射型表示装置の要部の構成図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるライトパイプの作用図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるカラーホイールの作用図である。
【符号の説明】
１…光源、２…リフレクタ、３…光軸、４…マルチレンズアレイ、４ｂ…ライトパイプ、５…偏光変換素子、６…合焦レンズ、７…ダイクロイックミラー、８…ミラー、９…フィールドレンズ、１０…リレーレンズ、１１…ライトバルブ、１２…クロスプリズム、１３…投射レンズ、１４…カラーホイール、１５…ＩＲカットフィルタ、１６…ＵＶカットフィルタ。
【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】
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