(57)【要約】【課題】光変調素子を冷却する冷却媒体に塵埃等が侵入するのを防止するとともに、装置全体が小型化された光学装置及びプロジェクタを提供すること。【解決手段】光源から射出された光束を変調する光変調素子２と、該光変調素子２を保持するとともに一部が筐体１０の外部に露出する保持部材２０と、光変調素子２を収容する筐体１０と、筐体１０と保持部材２０と光変調素子２によって囲まれた収容空間１７ａ，１７ｂ内に収容された冷却媒体３１と、筐体１０内に設けられるとともに、冷却媒体３１を対流させる対流起動手段３４とを備えることを特徴とする。【選択図】図５
2007240645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光束を変調する光変調素子と、
該光変調素子を収容する筐体と、
前記光変調素子を保持するとともに一部が前記筐体の外部に露出する保持部材と、
前記筐体と前記保持部材と前記光変調素子とによって囲まれた収容空間内に収容された冷却媒体と、
前記筐体内に設けられるとともに前記冷却媒体を対流させる対流起動手段とを備えることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記保持部材に前記対流起動手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記光変調素子が、透過型の液晶素子であり、
前記収容空間の前記光変調素子の画像形成領域の周囲に、前記冷却媒体の一部を貯留する冷媒貯留部が設けられ、
該冷媒貯留部に前記対流起動手段が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記収容空間を構成するカバーガラスの外側に偏光部材が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記収容空間内に、前記冷却媒体の流れを整流させる整流部材が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記対流起動手段を駆動させる駆動手段が、前記筐体の外部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項７】
前記駆動手段が、電磁モータあるいは圧電型超音波モータであることを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
【請求項８】
前記保持部材の前記筐体の外部に露出する部分に放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項９】
光を射出する光源装置と、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光学装置と、
複数の前記光学装置が側面に沿って設けられ、該複数の光学装置から射出された色光を合成する色合成手段と、
該色合成手段により合成された光学像を投射する投射手段とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１０】
前記複数の光学装置の前記保持部材と接触した放熱部を備えることを特徴とする請求項９に記載のプロジェクタ。
【請求項１１】
前記色合成手段が、ダイクロイックプリズムであり、
前記放熱部が、該ダイクロイックプリズムの前記複数の光学装置が設けられていない面上に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置及びプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光変調素子を使用した画像表示装置として、液晶パネルなどの光変調素子に光源から射出された光を照射し、入射した光を光変調素子によって変調した後、変調された光をスクリーンに投影するものがある。このような画像表示装置において、スクリーンに投射される光以外は、光変調素子やその周辺の光学素子などに吸収されて熱が発生する。そこで、この発生した熱を放熱するための気体による冷却装置を備えた装置が提案されている。しかしながら、半導体の高密度化に伴い、単位体積あたりの発熱量が増大し、気体による冷却では十分に放熱することができないため、液体を用いた冷却装置が提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２及び特許文献３参照。）。
【０００３】
この特許文献１に記載のプロジェクタは、冷媒としてエチレングリコールを用いて偏光板を冷却するものである。具体的には、偏光板より発生した熱は、冷媒充填部に充填された冷媒に伝達され、熱により暖められた冷媒は、密度の低下により上昇し、冷媒内に自然対流が発生する。そして、この対流により運ばれた熱が、外気と熱交換を行うことにより偏光板が冷却される。
特許文献２に記載のプロジェクタは、冷媒が流れる流体循環部材を備え、冷却された流体がメインタンクから流体循環部材に送出され、この冷却流体を流体分岐部により３つの光変調素子保持体に分岐して送出する。これにより、液晶パネル及び偏光板から生じた熱が、流体循環部材内部の冷却流体に伝達される。そして、この温められた冷却流体は、ラジエータに送られ、ラジエータの管状部材を通過する際、放熱フィンに伝達されて冷却される。
【０００４】
特許文献３に記載のプロジェクタは、四角箱状の冷却容器内に、赤色光用液晶パネル、緑色光用液晶パネル，青色光用液晶パネル及びそれぞれの入射側偏光素子，射出側偏光素子が配置されている。そして、この冷却容器内に冷媒が封入されており、この冷媒を攪拌手段により強制的に循環させることで、偏光素子及び液晶パネルで発生した熱を冷媒が吸収する。そして、冷媒が吸収した熱は、冷却容器の内壁面に移動し、冷却容器の外側面に設けられた冷却フィンにより、外気と熱交換するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−１９５２５３号公報
【特許文献２】特開２００５−２２７３５３号公報
【特許文献３】特開２００２−１３１７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には以下のような課題が残されている。すなわち、上記特許文献１に記載のプロジェクタでは、自然対流により、偏光板を冷却しているため、偏光板を十分に冷却するのは難しい。
また、特許文献２に記載のプロジェクタは、光変調素子を冷却するために複数の流体循環部材を使用しているため、これら部材の接続により構成が複雑になるとともに、流体循環部材の接続部からの冷媒の漏洩や、流体循環部材の接続により、流体循環部材の内部に塵埃が混入する問題が生じる。
さらに、特許文献３に記載の液晶表示装置は、液晶表示部全体を冷媒の中に浸しているため、液晶パネル内に冷媒が侵入してしまうおそれがある。また、３つの液晶パネルを１つの冷却容器内に配置しているため、液晶表示装置の組み立てが困難である。また、１つの液晶パネルに不具合が生じたときのメンテナンスが行いづらく、さらには、他の液晶パネルに支障を来たすおそれが生じる。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光変調素子を冷却する冷却媒体に塵埃等が侵入するのを防止するとともに、装置全体が小型化された光学装置及びプロジェクタ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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の光学装置は、光源から射出された光束を変調する光変調素子と、該光変調素子を収容する筐体と、前記光変調素子を保持するとともに一部が前記筐体の外部に露出する保持部材と、前記筐体と前記保持部材と前記光変調素子とによって囲まれた収容空間内に収容された冷却媒体と、前記筐体内に設けられるとともに前記冷却媒体を対流させる対流起動手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る光学装置では、まず、対流起動手段により、収容空間内の冷却媒体を強制的に対流させる。これにより、光変調素子において発生した熱が冷却媒体に伝達し、熱を受けた冷却媒体が保持部材側に流動する。そして、保持部材の一部が外部に露出しているため、冷却媒体の熱は保持部材を介して外部に放熱される。その後、外部に放熱され冷却された冷却媒体は、対流起動手段により、再び光変調素子の熱を吸収した後、保持部材より放熱される。この繰り返しにより、光変調素子は効率良く冷却される。さらには、光変調素子が保持部材に保持されているため、保持部材より光変調素子の熱を直接外部に放熱することが可能である。
したがって、従来のように、冷却を送出する対流起動手段、放熱を行うラジエータが筐体の外部にある場合に比べ、本発明は筐体の中にこれらすべてが収容されているので、冷却機能付きの光学装置を容易に組み立てることが可能である。また、筐体内において受熱及び放熱を行うため、外部に対流起動手段及びラジエータがある場合に必要となる、光変調素子に冷却媒体を循環させる循環部材の接続部分がないので、冷却媒体が対流起動手段及びラジエータに向かう途中に漏れることはなく、また、冷却媒体内に塵埃，気泡等が侵入することもない。さらには、循環部材を必要としないので、かさばることがなく液冷でも小型化が可能である。
【０００９】
また、クリンルームにおいて、従来の光変調素子を組み立てる工程で、冷媒まで含んだ光学装置を組み立てることにより、塵埃，気泡等が侵入していない冷媒で、光変調素子を冷却することが可能である。また、この光学装置をプロジェクタ等の表示装置に用いた場合、画質を劣化させることはないので、装置全体の信頼性を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の光学装置は、前記保持部材に前記対流起動手段が設けられていることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る光学装置では、放熱及び受熱を行う保持部材に対流起動手段が設けられているため、収容空間内の冷却媒体を効率良く循環させ保持部材により放熱させることが可能となる。また、対流起動手段を保持する保持部材を別に設ける必要がないので、部品点数を抑えることが可能となる。
【００１２】
また、本発明の光学装置は、前記光変調素子が、透過型の液晶素子であり、前記収容空間の前記光変調素子の画像形成領域の周囲に、前記冷却媒体の一部を貯留する冷媒貯留部が設けられ、該冷媒貯留部に前記対流起動手段が設けられていることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る光学装置では、光変調素子の画像形成領域の周囲に設けられた冷媒蓄積部において、光変調素子より発生した熱が冷却媒体に伝達される。このように、対流起動手段により流動される冷却媒体により、光変調素子の画像形成領域の周囲において受熱が行われる。したがって、画像形成領域の周囲に冷媒貯留部があり、この冷媒貯留部に対流起動手段があるので、画像形成領域内における冷却媒体の温度ムラを抑えることができる。すなわち、光変調素子が、透過型の液晶素子であるため、光束が光変調素子を透過した際、輝度ムラのない光学像とすることができる。
【００１４】
また、本発明の光学装置は、前記収容空間を構成するカバーガラスの外側に偏光部材が設けられていることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る光学装置では、収容空間の冷却媒体により、光変調素子を冷却するのと同時に収容空間を構成するカバーガラスの外側に設けられた偏光部材を冷却することができるので、偏光部材を冷却する手段を特別に設けることなく冷却することができる。すなわち、部品点数を少なくすることができるため、装置全体のコストの低減を図ることが可能である。また、収容空間の外側の筐体に偏光部材が設けられているため、偏光部材を冷却媒体に直接接触させることなく、冷却することができるので、冷却媒体の接触に起因する偏光部材の劣化を抑えることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の光学装置は、前記収容空間内に、前記冷却媒体の流れを整流させる整流部材が設けられていることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る光学装置では、収容空間に、整流部材が形成されているので、収容空間の冷却媒体を内部に拡げ、収容空間に温められた冷却媒体が局所的に滞留したり、偏った流れが生じるのを回避できる。したがって、光変調素子の画像表示領域の温度ムラを抑えるとともに、光変調素子をさらに効率的に冷却できるので、表示特性を向上させることが可能な光学装置を得ることができる。
【００１８】
また、本発明の光学装置は、前記対流起動手段を駆動させる駆動手段が、前記筐体の外部に設けられていることが好ましい。
本発明に係る光学装置では、駆動手段を筐体の外部に設けることで、駆動手段より塵埃が発生する場合でも、収容空間の冷却媒体に塵埃が侵入するのを防ぐことが可能となる。
【００１９】
また、本発明の光学装置は、前記駆動手段が、電磁モータあるいは圧電型超音波モータであることが好ましい。
本発明に係る光学装置では、駆動手段として電磁モータあるいは圧電型超音波モータを用いることにより、装置を大型にすることなく、収容空間の冷却媒体を循環させることが可能となる。
【００２０】
また、本発明の光学装置は、前記保持部材の前記筐体の外部に露出する部分に放熱フィンが設けられていることが好ましい。
本発明に係る光学装置では、光変調素子から発生した熱を保持部材に設けられた放熱フィンにより効率的に外部に放熱することが可能となる。
【００２１】
本発明のプロジェクタは、光を射出する光源装置と、上記の光学装置と、複数の前記光学装置が側面に沿って設けられ、該複数の光学装置から射出された色光を合成する色合成手段と、該色合成手段により合成された光学像を投射する投射手段とを備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係るプロジェクタでは、光源装置から射出された光は、光学装置それぞれに入射する。そして、光学装置に入射した光は、画像情報に応じて変調され、この変調された光学像が、投射手段により投影される。したがって、冷却媒体に塵埃の侵入を抑えた光学装置を備えているため、より鮮明な画像を投影することができるとともに、耐熱性，信頼性が高いプロジェクタを得ることが可能となる。
【００２３】
また、本発明のプロジェクタは、前記複数の光学装置の前記保持部材と接触した放熱部を備えることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、例えば、光変調素子の発熱量が大きい場合、保持部材と接触した放熱部により、この熱を外部に効率良く放熱することが可能となる。
【００２４】
また、本発明のプロジェクタは、前記色合成手段が、ダイクロイックプリズムであり、前記放熱部が、該ダイクロイックプリズムの前記複数の光学装置が設けられていない面上に設けられていることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、放熱部をダイクロイックプリズムの複数の光学装置が設けられていない面上に設けることにより、ダイクロイックプリズムの放熱と保持部材の放熱を共通にすることができるため、より小型化したプロジェクタを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明に係る光学装置及びプロジェクタの実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２６】
［第１実施形態］
本発明の光学装置の第１実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
図１は、本実施形態における光学装置の概略構成を示した平面図であり、図２は、図１の光学装置の要部分解斜視図であり、図３は、図１の光学装置のＡ−Ａ線矢視断面図であり、図４は、図１の光学装置の斜視図であり、図５は、図１の光学装置のＢ−Ｂ線矢視図である。
【００２７】
液晶ライトバルブユニット（光学装置）１は、図１及び図５に示すように、筐体１０の内部に設けられ、光源から射出された光束を変調する液晶ライトバルブ（光変調素子）２と、液晶ライトバルブ２を保持する保持部（保持部材）２０と、冷媒（冷却媒体）３１を循環させる対流駆動部３０とを備えている。
また、液晶ライトバルブ２は、図２に示すように、ＴＦＴ基板３と対向基板４とにより挟まれた領域に、液晶（図示略）が充填された構造をなしている。さらに、液晶ライトバルブ２には、プロジェクタ本体（図示略）と接続される可撓性基板としてのライトバルブＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）５が設けられている。
また、筐体１０は、図２に示すように、保持部２０を挟み込むように設けられている。
【００２８】
まず、保持部について説明する。
保持部２０は、図２に示すように、液晶ライトバルブ２を支持する支持枠２１と、この支持枠２１を挟持して配置された一対の弾性材料からなる液晶パネルパッキン２２ａ，２２ｂと、この液晶パネルパッキン２２ａ，２２ｂを挟持して配置された一対の保持枠２３ａ，２３ｂとを備えている。
【００２９】
支持枠２１は、図２及び図３に示すように、平面視矩形状の板体から構成され、液晶ライトバルブ２を嵌合可能な矩形状の開口部２１ａが形成されている。この開口部２１ａには、段差部２１ｂが形成されており、この段差部２１ｂに接着剤を充填させることにより、液晶ライトバルブ２が固定される。また、支持枠２１は、図３に示すように、保持枠２３ａ，２３ｂに接触した構成となっている。
液晶パネルパッキン２２ａ，２２ｂは、図２に示すように、画像形成領域Ａに応じた大きさの矩形状の開口部２２ｃ，２２ｄを有している。また、液晶パネルパッキン２２ａ，２２ｂとしては、弾性を有するシリコンゴムを採用できる。なお、液晶パネルパッキン２２ａ，２２ｂは、シリコンゴムに限らず、水分透過量の少ないブチルゴムまたはフッ素ゴムを使用してもよい。
【００３０】
第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂには、図３に示すように、液晶ライトバルブ２が配置される側の面に凹部２３ｃ，２３ｄがそれぞれ形成されており、この凹部２３ｃ，２３ｄに第１，第２液晶パネルパッキン２２ａ，２２ｂ及び支持枠２１が配置され、液晶ライトバルブ２を挟持するようになっている。
さらに、第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂには、液晶ライトバルブ２が配置される面と反対側の面に、矩形状の溝部２３ｅ，２３ｆが設けられており、この溝部第１，第２ガラスパッキン２４ａ，２４ｂが設けられている。このように、第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂは、液晶ライトバルブ２の両側に、ほぼ対称形に設けられている。
以上から、この保持部２０により、液晶ライトバルブ２の液晶に冷媒３１が入り込まない構造となっている。
なお、支持枠２１及び保持枠２３ａ，２３ｂは、アルミニウムからなっているが、熱伝導率の高い金属材料、例えばＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｍｇなどの金属材料やこれらの金属を含む合金からなっていれば良い。
【００３１】
次に、筐体について説明する。
筐体１０は、図３に示すように、液晶ライトバルブ２のＴＦＴ基板３側に設けられた第１カバーガラス１１ａと、液晶ライトバルブ２の対向基板４側に設けられた第２カバーカラス１１ｂと、第１ガラスパッキン２４ａを介して第１カバーガラス１１ａと第１保持枠１３ａとを固定する第1固定枠１３ａと、第２ガラスパッキン２４ｂを介して第２カバーガラス１１ｂと第２保持枠２３ｂとを固定する第２固定枠１３ｂとを備えている。
また、第１，第２固定枠１３ａ，１３ｂには、液晶ライトバルブ２の画像形成領域Ａより大きい開口部１３ｃ，１３ｄが形成されており、光束が入射することが可能となっている。
【００３２】
さらに、液晶ライトバルブ２が、図３に示すように、第１カバーガラス１１ａと第２カバーガラス１１ｂとの間に間隔をあけて設けられ、筐体１０から第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂの側面（一部）が露出している。この第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂの外部に露出する部分、すなわち、第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂの外周には、図４に示すように、放熱フィン２７ａ，２７ｂが形成されている。すなわち、第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂは放熱部を兼ねた構造となっており、また、支持枠２１は保持枠２３ａ，２３ｂに接触した構成となっているため、液晶ライトバルブ２の熱は、支持枠２１を介して保持枠２３ａ，２３ｂに伝達され、外部に放熱されるようになっている。
【００３３】
第１，第２固定枠１３ａ，１３ｂは、図４に示すように、第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂに形成された固定フック部２５ａ，２５ｂ部分に、固定枠１３ａ，１３ｂの固定穴１５ａ，１５ｂがスナップフィットで固定されている。なお、第１，第2固定枠１３ａ，１３ｂと第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂとの固定は、ネジ固定でも問題はないが、スナップフィットの方が組み立て，分解，再組み立てが容易である。
また、第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂの放熱フィン２７ａ，２７ｂは、第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂの固定フック部２５ａ，２５ｂ及び固定枠１３ａ，１３ｂの固定穴１５ａ，１５ｂ以外が、できるだけ外部の空気と接触する形状となっている。
【００３４】
また、図５に示すように、第１カバーガラス１１ａと、第１保持枠２３ａ，ＴＦＴ基板３との間には、冷媒３１が流動可能に封入された第１冷却室（収容空間）１７ａが設けられている。また、第２カバーガラス１１ｂと、第２保持枠２３ｂ，対向基板４との間には、冷媒３１が流動可能に封入された第２冷却室（収容空間）１７ｂが設けられている。すなわち、液晶ライトバルブ２のＴＦＴ基板３，対向基板４及び第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂが直接冷媒３１に接触するようになっている。
【００３５】
また、第１，第２冷却室１７ａ，１７ｂに封入された冷媒３１は、熱伝導率やコストの点で水をベースにしたものが用いられている。通常、冷媒３１は、低音時の凍結を考慮してエチレングリコールあるいはプロピレングルコールの水溶液が用いられている。さらに、消泡剤や防錆剤である有機系の化合物などが添加されている。
また、第1カバーガラス１１ａ及び第２カバーガラス１１ｂの冷媒３１と接触する内面１１ｃ，１１ｄと反対の外面（外側面）１１ｅ，１１ｆには、入射側偏光板（偏光部材）１８及び射出側偏光板（偏光部材）１９がそれぞれ設けられている。
【００３６】
さらに、第１，第２冷却室１７ａ，１７ｂは、第１保持枠２３ａと第１カバーガラス１１ａとの間及び第２保持枠２３ｂと第２カバーガラス１１ｂとの間に形成された空間が冷媒貯留部３３ａ，３３ｂとなっている。この冷媒蓄積部３３を設けることにより、第１，第２冷媒室１７ａ，１７ｂの体積が大きくなり、冷媒３１を必要十分なだけの量を貯留することが可能となる。
【００３７】
次に、対流起動部について説明する。
対流駆動部３０は、図５に示すように、第１冷却室１７ａ及び第２冷却室１７ｂ側に設けられているが、同一構成であるため、第１冷却室１７ａ側の対流駆動部３０について説明する。
対流駆動部３０は、冷媒貯留部３３ａに設けられた１つの対流起動板（対流起動手段）３４と、第１カバーガラス１１ａの外面１１ｅに設けられるとともに、第１カバーガラス１１ａを介して対流起動板３４と連結された回転起動板３５と、第１固定枠１３ａに外面１３ｅに設けられるとともに、回転起動板３５を駆動させる駆動装置（駆動手段）３６とを備えている。すなわち、対流起動板３４は第１冷却室１７ａに内部（筐体１０の内部）に設けられ、回転起動板３５及び駆動装置３６は、第１冷却室１７ａの外部に設けられており、外部から対流起動板３４の駆動を行っている。
【００３８】
具体的には、回転起動板３５は、扁平型の電磁モータであり、駆動装置３６の駆動力で回転するようになっている。また、対流起動板３４及び回転起動板３５には、対流起動板側芯部材３７及び回転起動板側芯部材３８がそれぞれ形成されていて、これら芯部材３７，３８は、両方側の芯部材３７，３８ともに、磁石となっている。そして、対流起動板３４は、回転起動板３５の回転力を受けて従動的に、第１保持枠２３ａに形成された回転軸Ｂを中心に回転し、第１冷却室１７ａに強制対流を起こし、冷媒３１を循環させるようになっている。
【００３９】
また、駆動装置３６には、第１固定枠１３ａの外面１３ｅに回転起動板３５の回転数等を制御する駆動装置制御基板３９が設けられている。さらに、この駆動制御基板３９には、プロジェクタ本体（図示略）と接続される可撓性基板としての接続線（駆動部ＦＰＣ）４０が設けられている。なお、駆動装置制御基板３９は、プロジェクタ本体側にあっても良い。
【００４０】
次に、以上の構成からなる本実施形態の液晶ライトバルブユニット１を用いて、液晶ライトバルブ２を冷却する方法について説明する。
まず、駆動装置３６を起動し、回転起動板３５を駆動する。この回転起動板３５の回転に伴い対流起動板３４が回転する。これにより、冷媒貯留部３３ａ，３３ｂにおける冷媒３１が画素形成領域Ａ側に流動し、液晶ライトバルブ２の熱が流体に伝達される。この冷媒３１は、対流起動板３４によって生じる冷媒３１の対流により、冷媒貯留部３３側に流動し、冷媒３１の熱は、第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂ及び放熱フィン２７ａ，２７ｂにより外部に放熱される。すなわち、第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂは直接冷媒３１に接触するようになっているため、冷媒３１の熱は、近接して配置された第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂに、素早く伝達された後、第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂの放熱フィン２７ａ，２７ｂにより、広く放熱される。
【００４１】
そして、外部に放熱され冷却された冷媒３１は、対流起動板３４により、再び画素形成領域Ａ側に流動され、液晶ライトバルブ２の熱が冷媒３１に伝達される。また、液晶ライトバルブ２の熱は支持枠２１を介して第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂより放熱される。さらには、液晶ライトバルブ２を冷却するのと同時に、第1，第2冷却室１７ａ，１７ｂ内の冷媒３１の流動により、入射側，射出側偏光板１８，１９も冷却される。
【００４２】
本実施形態に係る光学装置１では、冷媒３１が密閉された第１，第2冷却室１７ａ，１７ｂ内において、対流駆動部３０により、強制対流を生じさせることで、液晶ライトバルブ２が、例えば、光源から受ける光線による熱エネルギーを効率的に冷却することができる。すなわち、自然対流方式では冷却効率は圧倒的に落ちるが、対流駆動部３０によりわずかでも第１，第２冷却室１７ａ，１７ｂ内の冷媒３１を流動させることにより、冷却効率は飛躍的に高まる。
【００４３】
さらに、従来の強制対流式液冷でよく用いられる冷媒蓄積部、対流起動部、放熱部を液晶ライトバルブとは別に設けるのではなく、筐体１０内に冷媒貯留部３３ａ，３３ｂ、対流駆動部３０、放熱する第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂが設けられているため、小型、かつ、冷媒３１の漏洩による減量、塵埃，気泡等の侵入を回避することが可能な液晶ライトバルブユニット１を得ることができる。
また、第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂの筐体１０の外部に露出する部分に放熱フィン２７ａ，２７ｂを形成することで、より効率的に液晶ライトバルブ２を冷却することが可能となる。すなわち、外部に大きなラジエータを配さなくても液晶ライトバルブ２を十分に冷却することが可能となる。
また、本発明の液晶ライトバルブユニット１は、冷媒を輸送するパイプや接続部材が不要であるため、例えば、プロジェクタに用いられるダイクロイックプリズムへの組み立て方法が従来のライトバルブと同様にできるので、組み立てが容易である。
【００４４】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図６から図９を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係る液晶ライトバルブユニット１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る液晶ライトバルブユニットでは、駆動装置（駆動手段）５０として、圧電式超音波モータを用いる点で、第１実施形態と異なる。
【００４５】
圧電式超音波モータ（ＰＺＴモータ）５０は、図６に示すように、回転可能なロータ（第１実施形態の回転起動板）５１及びこのロータ５１の側面と接触する突起５６を有するステータ（振動子）５２を備えている。
ロータ５１は、ステンレス鋼により形成されており、側面が駆動面となっている。
ステータ５２は、図７に示すように、薄板状の圧電素子（圧電セラミックス）５３をステンレス鋼のシム（薄板）５４の両面に配した構成となっており、総厚は０．４ｍｍである。この２枚の圧電素子５３は、分極方向が、図７に示す方向となるように配置されている。また、圧電素子５３の平面寸法は、およそ７ｍｍ×２ｍｍであり、圧電素子５３の外側面の電極は、図６に示すように、ｙ方向に３分割、この３分割された電極のうち端部５２ａ，５２ｂ側の電極がｘ方向２分割され、合計５分割されている。すなわち、端部５２ａ側及び側面５３ａ側の電極Ａ，端部５２ａ側及び側面５３ｂ側の電極Ｂ、真ん中の電極を電極Ｃ、端部５２ｂ側及び側面５３ａ側の電極Ｄ，端部５２ｂ側及び側面５３ｂ側の電極Ｅから構成されている。
また、ステータ５２の幅方向の側面には、保持及び導通を兼ねた支持部５５が設けられており、この支持部５５を介してロータ５１側に加圧することで、摩擦によりステータ５２の振動をロータ５１側に伝えるようになっている。
【００４６】
次に、以上の構成からなる本実施形態の圧電式超音波モータ５０の動作について説明する。
まず、電極Ａ，Ｃ，Ｅとシム５４との間に約３００ｋＨｚの交流信号を印加すると、ステータ５２には、図８（ａ）に示す縦１次及び図８（ｂ）に示す屈曲２次の定在波が励起される。このような圧電式超音波モータ５０の形状では、縦１次及び屈曲２次の共振周波数の差が約３〜６ｋＨｚと近いため、混合モードの振動となる。このような振動の結果、突起５６の先端では、楕円状の軌跡を描き、効率の良い駆動となる。
また、電圧の印加位置を電極Ｂ，Ｃ，Ｄに切り替えると、楕円振動の方向が逆周りとなり、ロータ５１は逆方向に回転する。そして、このロータ５１の回転に伴い対流起動板３４が回転する。
【００４７】
本実施形態に係る液晶ライトバルブユニットでは、圧電式超音波モータ５０により、小さなサイズで大きなトルクを発生させることが可能である。すなわち、対流起動板３４を回転させるためにトルクが足りない場合に、図９に示すように、第１固定枠１３ａに圧電式超音波モータ５０を固定ネジ５７で固定し、ロータ５１と対流起動板３４とを直結することにより、小型、かつ、トルクの大きい液晶ライトバルブユニットを提供することが可能となる。このときに、ロータ５１と対流起動板３４とを接続する回転軸Ｃから冷媒３１が漏洩するのを防ぐために、軸受５８と回転軸Ｃ、軸受５８と第１カバーガラス１１ａとの間にパッキン（Ｏリング）５９を設けている。なお、液晶ライトバルブユニットに駆動装置を形成するスペースに余裕がある場合には、圧電式超音波モータ５０を用いなくても、トルクの大きい薄型のブラシレスモータでも良いし、または、減速機付きの小型モータを用いても良い。
【００４８】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態として、上記第１実施形態の液晶ライトバルブユニット１を備えるプロジェクタについて説明する。
【００４９】
図１０は、上記実施形態の液晶ライトバルブユニット１を備えたプロジェクタ５００の説明図である。
プロジェクタ５００は、光源装置５１２、５１３、５１４と、赤色光用液晶ライトバルブユニット５２２，緑色光用液晶ライトバルブユニット５２３，青色光用液晶ライトバルブユニット５２４と、これら液晶ライトバルブユニット５２２，５２３，５２４それぞれから射出された色光を合成するダイクロイックプリズム（色合成手段）５２５と、ダイクロイックプリズム５２５から合成された光学像を投射する投射する投射レンズ５２６とを備えている。また、液晶ライトバルブユニット５２２，５２３，５２４は、図１１に示すように、ダイクロイックミラー５２５の側面に沿って、位置決め穴５４０により、ダイクロイックプリズム固定部材５４５に固定されている。また、本実施形態では、高温の冷媒は対流で上部に移動する場合を想定しているため、液晶ライトバルブユニット５２２，５２３，５２４の冷媒貯留部３３ａ，３３ｂが、上部に配置された構成となっている。なお、天吊で使用される場合は、図中の横側に冷媒蓄積部３３ａ，３３ｂを配した構成であっても良い。
【００５０】
各光源装置５１２、５１３、５１４には、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に発光するＬＥＤチップが採用されている。なお、光源光の照度分布を均一化させるための均一照明系として、各光源装置の後方にロッドレンズやフライアイレンズを配置してもよい。
【００５１】
赤色光源装置５１２からの光束は、重畳レンズ５３５Ｒを透過して反射ミラー５１７で反射され、赤色光用液晶ライトバルブユニット５２２の赤色光用液晶ライトバルブ５２２Ｒ（図示略）に入射する。また、緑色光源装置５１３からの光束は、重畳レンズ５３５Ｇを透過して緑色光用液晶ライトバルブユニット５２３の緑色光用液晶ライトバルブ５２３Ｇ（図示略）に入射する。
また、青色光源装置５１４からの光束は、重畳レンズ５３５Ｂを透過して反射ミラー５１６で反射され、青色光用液晶ライトバルブユニット５２４の青色光用液晶ライトバルブ５２４Ｂに入射する。なお、各光源からの光束は重畳レンズを介することにより液晶ライトバルブの表示領域において重畳され、液晶ライトバルブが均一に照明されるようになっている。また、各光源装置５１２，５１３，５１４からの光束のうち所定方向の直線偏光のみが入射側偏光板を透過して、各液晶ライトバルブユニット５２２、５２３、５２４に入射する。
【００５２】
各液晶ライトバルブユニット５２２、５２３、５２４によって変調された３つの色光は、ダイクロイックプリズム５２５に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投射レンズ５２６により投射スクリーン５２７上に投写され、拡大された画像が表示される。
【００５３】
上述した本実施形態のプロジェクタ５００は、冷却媒体に塵埃の侵入を抑えた赤色光用液晶ライトバルブユニット５２２，緑色光用液晶ライトバルブユニット５２３及び青色光用液晶ライトバルブユニット５２４を備えているため、より鮮明な画像を投射スクリーン５２７に投影することが可能となる。
また、液晶ライトバルブユニット５２２，５２３，５２４をプロジェクタ５００に用いることにより、液晶ライトバルブユニット１とプロジェクタ本体との接続部は、位置決めを兼ねる機械的な固定部６０を除けば、ライトバルブＦＰＣ５及び接続線４０のみとなっているため、プロジェクタ５００全体の小型化を図ることが可能となる。
【００５４】
なお、液晶ライトバルブユニット５２２，５２３，５２４の保持枠に十分な放熱フィン２７ａ，２７ｂを設けられない場合や、高輝度タイプで放熱量が足りない場合、図１２に示すように、ダイクロイックミラー５２５の上面（液晶ライトバルブユニット５２２，５２３，５２４が設けられていない面）５２５ａに、液晶ライトバルブユニット５２２，５２３，５２４の放熱フィン２７ｂと接触するとともに、複数の放熱フィン５５０ａを有する放熱部５５０を備えた構成であっても良い。この構成では、放熱部５５０に放熱フィン２７ｂと接触する接触片５５０ｂを設けることにより、放熱フィン２７ｂの熱を放熱部５５０より放熱することができるので、電熱効率を上げることが可能となる。ここでは、放熱部５５０をダイクロイックミラー５２５の上面５２５ａに設けた構成としたが、プロジェクタ本体内にスペースがあれば、ダイクロイックミラー５２５の上面５２５ａに限ることはない。
【００５５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、図１３に示すように、第１，第２冷却室１７ａ，１７ｂに冷媒３１を拡散させる整流突起（整流部材）７１を設けても良い。この構成の場合、対流起動板３４の周囲の流体の流れをスムーズにすることが可能となる。したがって、画像形成領域Ａに、流動の乱れの影響を与えることができるので、液晶ライトバルブ２を透過した光束の乱れを軽減することが可能となる。また、整流突起７１は、画像形成領域Ａの外側である冷媒貯留部３３ａ，３３ｂに形成されていることが好ましいが、透明部材で形成されている場合は、画像形成領域Ａに形成されていても良い。
さらに、第１，第２冷媒室１７ａ，１７ｂの冷媒蓄積部３３ａ，３３ｂに対流起動板３４を形成した構成にしたが、対流起動板３４は、第１，第２冷媒室１７ａ，１７ｂに形成されていれば良いため、画像表示領域Ａ内であっても良い。なお、この場合には、対流起動手段３４は、画像に影響を抑えるために、透明部材であることが好ましい。
【００５６】
また、液晶ライトバルブ２の両面に第１，第２冷却室１７ａ，１７ｂを設けたが、熱量や用途に応じては片側のみであっても良い。
また、対流起動板を駆動させる駆装装置３６を外部に設けたが、筐体１０の内部に設けても良いが、この構成の場合、塵埃等の侵入を防ぐために、例えば、第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂの一部に設けることが好ましい。
また、対流起動板３４を一つ設けた構成にしたが、複数設けても良い。この構成の場合、冷媒３１の対流を大きくすることが可能であるが、流動の乱れや駆動源のコストを考慮すると少ない方が好ましい。また、対流起動板側芯部材３７及び回転起動板側芯部材３８を、磁石としたが、これら芯部材３７，３８は一方側が磁石となっていても良い。また、磁石ではなく静電力を用いても良い。
【００５７】
また、ＴＦＴ基板３側，対向基板４側それぞれに第1冷却室１７ａ，第２冷却室１７ｂを独立して設けたが、第１，第２保持枠２３ａ，２３ｂの一部に連通路を形成しても良い。この構成の場合、第１冷却室１７ａ及び第２冷却室１７ｂ内の冷媒３１が行き来することが可能となるため、対流駆動部３０は、第１冷却室１７ａ及び第2冷却室１７ｂのいずれかに設ければ良い。
【００５８】
また、上記各実施形態において、光変調素子として、透過型の液晶素子を用いたが、これに限らず、例えば、反射型光学変調素子であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子６０２に適用した液晶ライトバルブユニット６００であっても良い。この構成の場合、図１４に示すように、基板６０１に挟持されたＤＭＤ素子６０２と、冷媒６０３中に設けられた対流起動板６０４と、冷却室６０５の外側に設けられ、対流起動板６０４を駆動する駆動回路６０６ａが接続された駆動装置６０６と、冷却室６０５に接触した放熱部材６０７とを備えている。なお、放熱部材６０７は冷却室６０５と一体化されていても良い。また、駆動装置６０６の駆動回路６０６ａと基板６０１との接続は共通化が可能である。この液晶ライトバルブユニット６００は、固定ネジ６１０により所定の位置に固定するようなっている。
【００５９】
また、第１冷却室１７ａ及び第２冷却室１７ｂの冷媒３１により、入射側偏光板１８及び射出側偏光板１９を冷却したが、図１５に示すように、冷媒貯留部３３ａ，３３ｂに流通されるとともに、冷媒３１が対流可能な透明パイプ７０１と、透明パイプ７０１内に冷媒３１を送出するギヤポンプ７０２を備え、この透明パイプ７０１を第１，第２カバーガラス１１ａ，１１ｂに接触させて、入射側偏光板１８及び射出側偏光板１９を冷却しても良い。この構成の場合、入射側，射出側偏光板１８，１９をより冷却することが可能となる。
さらに、図１６に示すように、画像形成領域Ａの周囲に、冷媒貯留部３３ａに流通された中空部８０１を有する固定枠８０２と、中空部８０１内に冷媒３１を送出するギヤポンプ８０３とを備え、固定枠８０２により液晶ライトバルブ２を固定し、中空部８０１に冷媒３１を流動させて強制対流を起こしても良い。この構成の場合、画像形成領域Ａに冷媒３１が流動しないので、画質劣化のリスクを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学装置の概略構成を示した平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光学装置の要部分解斜視図である。
【図３】図１の光学装置のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】図１の光学装置の概略構成を示した斜視図である。
【図５】図１の光学装置のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る光学装置の駆動装置を示した平面図である。
【図７】図６の光学装置の駆動装置を示した側面図である。
【図８】図６の光学装置の駆動装置の動きを示す図である。
【図９】図６の光学装置の固定を示す要部断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示した平面図である。
【図１１】図１０のプロジェクタに用いられる光学装置を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの変形例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の各実施形態に係る光学装置の変形例を示す平面図である。
【図１４】本発明の各実施形態に係る光学装置の変形例を示す平面図である。
【図１５】本発明の各実施形態に係る光学装置の変形例を示す平面図である。
【図１６】本発明の各実施形態に係る光学装置の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６１】
Ａ…画像形成領域、１…液晶ライトバルブユニット（光学装置）、２…液晶ライトバルブ（光変調素子）、１０…筐体、２０…保持部（保持部材）、３４…対流起動板（対流起動手段）、１７ａ…第１冷却室（収容空間）、１７ｂ…第２冷却室（収容空間）、１８…入射側偏光板（偏光部材）、１９…射出側偏光板（偏光部材）、３０…対流駆動部、３３ａ，３３ｂ…冷媒貯留部、３４…対流起動板（対流起動手段）、３６…駆動装置（駆動手段）、２７ａ，２７ｂ…放熱フィン、５０…圧電式超音波モータ（駆動手段）、５１２，５１３，５１４…光源装置、５２２…赤色光用液晶ライトバルブユニット，５２３…緑色光用液晶ライトバルブユニット，５２４…青色光用液晶ライトバルブユニット、５２５…ダイクロイックミラー（色合成手段）、６０２…ＤＭＤ素子（光変調素子）
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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