(57)【要約】【課題】セラミックスベース面に予め光学系部材を接着する部位を除いて溝を形成し、光学系部材を接着した後も内部に空気の流れを持たせることにより温度分布を均一にした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】セラミックスベース２０ａに予め光学系部材を接着する部位を除いて溝を形成し、セラミックスベース２０ａ，２０ｂの間に、偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５、カラー偏光フィルタ１６，１７，１８，１９、反射型空間光変調素子１６１，１６２，１６３を接着固定することにより温度分布が均一な光学デバイス及びこれを用いた投射表示装置。【選択図】　　　図２
2004070202.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、
前記ベース材の光学部品が設置される少なくとも一方の面に、空気の流通用の溝を形成したことを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記請求項１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】
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、空間光変調素子を照射す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。
【０００４】
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た色分解合成光学系が、最近、米国のカラーリンク社（Ｃｏｌｏｒｌｉｎｋ　ｉｎｃ．）から提供されている。また、これに関しては、文献　Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｇ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎ　ｅｔ．”Ｈｉｇｈ　Ｃｏｎｔｒａｓｔ　Ｃｏｌｏｒ　Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｕｓｉｎｇ　Ｃｏｌｏｒ　Ｐｏｌａｒａｉｚａｔｉｏｎ　Ｆｉｌｔｅｒｓ”，ＳＩＤ　００　ＤＩＧＥＳＴ　，９２−９５（２０００）にも紹介されている。
【０００５】
前述のカラーリンク社から提供されている色分解合成光学系は、２枚のセラミックスベースの間に４個の偏光ビームスプリッタを至近距離に配置して接着固定を行い光学系を構成することにより、１つの反射型空間光変調素子に対して３個の偏光ビームスプリッタを作用させていながら、比較的簡易な光学構成とすることができ、高コントラストな投射表示装置が実現できるというものである。
【０００６】
また、カラー投射表示装置は高出力の光源ランプを使用しており光学系に強力な光が照射されるため、光学系の性能を安定させるため冷却する必要があった。この問題を解決するため、特開２０００−２２７５８３公報には、クロスプリズムと液晶パネルとの固定法を改良しクロスプリズムと液晶パネルとの隙間への通風を良好として冷却効率を高めた液晶プロジェクタが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開２０００−２２７５８３公報に開示されている液晶プロジェクタは、透過型空間光変調素子を用いた構成である。そして、空間光変調素子（液晶パネル）近傍の光学系構成部品はクロスプリズムと液晶パネルとであり、しかも液晶パネルに照射される光はすでにＲ、Ｇ、Ｂに分解されている構成であるため光エネルギーとしても分散されており、この液晶プロジェクタにおいては、十分光学系の冷却が可能な構成であると考えられる。
【０００８】
しかしながら、前述の反射型の空間光変調素子を適用した投射表示装置において光学系の構成を小型簡易化していくと、前述のカラーリンク社から提供されている色分解合成光学系にみるように、複数の偏光ビームスプリッタを至近距離に配置して接着固定を行い光学系を構成することが必要となる。そのためには、セラミックスベース等を用いて固定することが必要となり、また白色光から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いるので、複数の偏光ビームスプリッ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。
【０００９】
従って、ファンなどの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。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るので、特開２０００−２２７５８３公報に開示されている冷却方法は用いることができず、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。
【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を接着固定するセラミックスベース面に予め光学系部材を接着する部位を除いて溝を形成し、このセラミックスベースに光学系部材を接着し、セラミックスベースに光学系部材を接着した後も内部に空気の流れを持たせることにより光学系全体を冷却し、温度分布を均一にす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。
【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）及び２）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、
前記ベース材の光学部品が設置される少なくとも一方の面に、空気の流通用の溝を形成したことを特徴とする光学デバイス。
２）前記１）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、そ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１６，１７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１８，１９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】
本実施例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１６に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１６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１６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１６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１６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１７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１６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１８に入射する。ここで、Ｒ用カラー偏光フィルタ１８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１９に入射する。当該Ｒ用カラー偏光フィルタ１９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１７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１６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１８に入射する。ここで、Ｒ用カラー偏光フィルタ１８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１９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１７に入射する。
Ｇ用カラー偏光フィルタ１７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は、本実施例に適用される光学デバイスの概略外観図を示したものである。セラミックスベース２０ａ，２０ｂの間に、前述の偏光ビームスプリッタ１０２（２０ｂに隠れている），１０３，１０４，１０５及びカラー偏光フィルタ１６，１８，１９（２０ｂに隠れている），１７が接着固定されている。
また、反射型空間光変調素子１６１，１６２，１６３は、素子を保持する部材、駆動用の配線、放熱板と一体化されセラミックスベース２０ａ，２０ｂに固定されている。
その後一体化した光学デバイスを投射表示装置のシャーシ２１に固定している。
【００２２】
図３に、セラミックスベース２０ａを示しさらに詳細に説明する。（ａ）は、セラミックスベース２０ａの外観を示しており、光学部材を接着固定する面の接着に必要な部分を除いて（ｂ）のように溝を形成し、光学部材を接着固定するようにして、一体化された光学デバイスの内部にも冷却用の空気が流れるよう構成する。
また、溝の形状は使用する光源ランプ、投射表示装置の内部配置に合わせ（ｃ）のような形状にしてもよく、接着固定に問題が無い限り目的とする光学部材の使用温度状態に合わせどのような形状にしてもよい。
【００２３】
更には、セラミックスベース２０ｂ側に溝を形成してもよく、セラミックスベース２０ａ，２０ｂ両側に形成してもよい。溝の形状は、セラミックスベース２０ａ，２０ｂで同じでも違っていてもよい。
【００２４】
【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接着固定するセラミックスベース面に予め光学系部材を接着する部位を除いて溝を形成し、このセラミックスベースに光学系部材を接着し、セラミックスベースに光学系部材を接着した後も内部に空気の流れを持たせることにより光学系表面だけでなく、光学系全体を冷却することができ、また溝の形状を変化させることにより光学系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】本発明の実施例に適用されるカラー偏光フィルタ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】本発明の実施例に適用される光学デバイスの概略外観図である。
【図３】本発明の実施例に適用される光学デバイスの構成するセラミックスベースの一例を示す図である。
【符号の説明】
１６，１７…Ｇ用カラー偏光フィルタ
１８，１９…Ｒ用カラー偏光フィルタ
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）
１６１，１６２，１６３…空間光変調素子
１２１，１３１，１４１，１５１…偏光分離面
２０ａ，２０ｂ…セラミックスベース
２１…シャーシ
【図１】
2004070202.tif 000003
【図２】
2004070202.tif 000004
【図３】
2004070202.tif 000005