(57)【要約】【課題】不良の原因となる汚染物質を発生する部材を使用しても、汚染物質を十分に除去することのできる投射型画像表示装置を提供する。【解決手段】光源から出射された照明光の紫外光成分を反射するＵＶカットフィルター１２と、紫外光によって活性化し汚染物質を分解する光触媒１０とを備え、ＵＶカットフィルター１２を±１５度以内で傾けることにより、ＵＶカットフィルター１２の特性を劣化させることなく照明光の紫外光成分の光を光触媒１０へ反射させ、光触媒１０を活性化することで光学エンジン内の汚染物質を分解することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を異なる光透過特性に変換して画像投射光を出力するカラーホイールユニットと、
前記画像投射光の光軸上に配置されたＵＶカットフィルターと、
前記ＵＶカットフィルターと前記光軸に直交する平面とのなす角度は、前記ＵＶカットフィルターの反射光を前記カラーホイールユニットに導くように配置され、且つ前記カラーホイールユニット内部に前記反射光を導くための透過孔を設け、前記透過孔を通して入射される前記反射光を受ける位置に光触媒を備えた投射型画像表示装置。
【請求項２】
前記カラーホイールユニットと前記ＵＶカットフィルターとの間に光平行化手段を備えた請求項１記載の投射型画像表示装置。
【請求項３】
前記ＵＶカットフィルターと前記光軸に直交する平面とのなす角度は、前記光源の光軸に直交する平面に対して±１５度以下の角度で配置する請求項１記載の投射型画像表示装置。
【請求項４】
前記ＵＶカットフィルターは、４１３ｎｍより波長の小さい光を反射する請求項１記載の投射型画像表示装置。
【請求項５】
前記光触媒は、前記カラーホイールユニットの筐体に取り付けられている請求項１記載の投射型画像表示装置。
【請求項６】
前記筐体は、前記光触媒の近傍に空気流出入り口を持つ請求項５記載の投射型画像表示装置。
【請求項７】
前記光触媒は、金属酸化物である請求項１記載の投射型画像表示装置。
【請求項８】
前記金属酸化物は、ＴｉＯ2である請求項７記載の投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源より表示素子に光を照射し表示素子からの光をスクリーン等に投射する投射型画像表示装置に関し、より詳細には、投射型画像表示装置内で発生する汚染物質によるカラーホイールの品質低下を防止することができる投射型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、投射型画像表示装置では、デジタルマイクロミラーデバイスを用いたＤＬＰ方式が光学エンジンに用いられており、高輝度で画像応答速度が速いこと等の利点から、投射型画像表示装置の主流になっている。図６にＤＬＰ方式の投射型画像表示装置を示す。光源２１から出射された照明光２３は楕円型のリフレクター２２によって焦点を合わした後、その光学系のほぼ第２焦点に配置された、赤、青、緑を含む複数の異なるカラーフィルターからなる回転駆動するカラーホイール２６を通過し、折り返しミラー３５を介して、デジタルマイクロミラーデバイス３６に投射される。デジタルマイクロミラーデバイス３６には数１０万個の微細なミラーデバイスから構成され、各ミラーデバイスの傾きを制御することで、光の反射方向を切り替えることにより、投射レンズ３７を通じてスクリーン３８に画像が投射される。（例えば、特許文献1参照。）
ところが、光学エンジンに用いられる樹脂から生じるアウトガスによって汚染物質がカラーホイールに付着し、光透過特性を損なうために投射型画像品質が低下するという問題があった。この汚染物質によるカラーホイールの品質劣化を防止する対策として、ランプを保持するためのランプホルダーの最も汚染物質が発生しやすい位置に、樹脂製の部材が配置されないように、金属製のカバープレートを取り付けることにより汚染物質の発生を防ぐ手法が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
【特許文献１】特開平８−１２９１３８号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１０４４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の投射型画像表示装置では、カラーホイール２６を回転駆動させるためのモータ２５にはエアベアリングモータが使われている。ところが、エアベアリングモータは高価なので、オイルを潤滑剤に用いたより安価な流体軸受けモータや含油軸受けモータが使用され始めている。この場合、モータから汚染物質が発生してカラーホイールを形成しているカラーフィルター等の光学部材に付着し、光透過特性を損ない、さらには画像品質が低下するという問題が生じる。
【０００４】
このようなモータを用いた構成にすると、モータ内のオイルが揮発して光学エンジン内の汚染物質濃度が上昇し、カラーホイールを汚染するという新たな課題が生じ、特許文献２に開示されている従来技術では解決することが出来ない。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、オイルを用いたモータを使用した場合においても、カラーホイールの品質劣化の原因となる汚染物質を十分に除去できる投射型画像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】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の投射型画像表示装置は、光源と、前記光源からの光を異なる光透過特性に変換して画像投射光を出力するカラーホイールユニットと、前記画像投射光の光軸上に配置されたＵＶカットフィルターと、前記ＵＶカットフィルターと前記光軸に直交する平面とのなす角度は、前記ＵＶカットフィルターの反射光を前記カラーホイールユニットに導くように配置され、且つ前記カラーホイールユニット内部に前記反射光を導くための透過孔を設け、前記透過孔を通して入射される前記反射光を受ける位置に光触媒を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の投射型画像表示装置によれば、従来の構成では不要であった紫外領域の光を、光触媒により有効利用することで汚染物質を分解除去するものであり、汚染物質に起因するカラーホイールの品質劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の投射型画像表示装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態における投射型画像表示装置の内部構成を示す平面図を示す。本発明の投射型画像表示装置において、楕円型のリフレクター２の第1焦点に光源１を配置し、光源１から出射された照明光３は楕円型のリフレクター２によって、第２焦点に集光される。第２焦点上には、赤、青、緑の各セグメント４からなるカラーホイール６を配置する。ここで、カラーホイール６を回転させるためのモータ５として、本実施例では流体軸受モータを使用している。また、カラーホイール６は、カラーホイールユニット７に内装支持されており、カラーホイールユニット７には、照明光３が入出射される出入り口９と、空気を通気させるための出入り口８が配置されており、空気の出入り口８の近傍には光触媒１０が配置されている。そして、このカラーホイール６を透過した照明光３に含まれる紫外光１４を効率的に光触媒１０へ照射するために、カラーホイール６とＵＶカットフィルター１２の間に集光レンズ１１を設置することにより、照明光３は平行光となり、ＵＶカットフィルター１２へ出射される。このＵＶカットフィルター１２によって不要な紫外光１４を反射させ、必要な照明光のみを透過する。また、ＵＶカットフィルター１２によって反射された紫外光１４の出射先には、カラーホイールユニット７に配置された光触媒１０がある。ＵＶカットフィルター１２を透過した照明光３は、折り返しミラー１５によってデジタルマイクロミラーデバイス１６に投射された後、投射レンズ１７によってスクリーン１８に投射される構造となっている。
【００１０】
図１の光源１は、高い輝度を要求されるため、高圧紫外線ランプ、キセノンランプ等の高エネルギーの紫外線光を長波長の光に変換するランプが用いられる。本実施例では高圧水銀ランプを使用する。カラーホイール６は、光源１からの白色光を複数のカラーフィルターによって４００ー５００ｎｍの青色、５００ー５９０ｎｍの緑色、５９０ー８００ｎｍの赤色に時分割する。カラーホイール６を透過した光は集光レンズ１１を通過することで平行光として出射される。ここで、カラーホイール６とＵＶカットフィルター１２の間に集光レンズ１１を設置することで、ＵＶカットフィルター１２にて反射される紫外光１４も平行光となり、紫外光１４の出射先にある光触媒１０へ効率的に紫外光１４を照射することが出来る。また、集光レンズ１１によって平行光になった光はＵＶカットフィルター１２によって、ある一定の波長以下の光を反射させ、それ以外の光を透過させる。
【００１１】
図２に本発明で使用したＵＶカットフィルター１２の光学特性図を示す。図に示されるとおり、約４３０ｎｍ以下の光を反射させていることが分かる。また、本実施例における投射型画像表示装置のＵＶカットフィルター１２に求められる特性として、紫外光が他の光学部品を劣化させることがあるため、厳しいスペックが要求されている。特に、ＵＶカット特性が急峻であることが求められる。
【００１２】
本実施例では、前記ＵＶカットフィルター１２で反射された４３０ｎｍ以下の光を光触媒１０へ出射するために、ＵＶカットフィルター１２を傾ける。図３は、本実施例にて使用したＵＶカットフィルター１２を３０度傾けた場合の偏光特性図である。基本的にＵＶカットフィルター１２が、光源１の光軸１３に対して垂直である場合には、ＵＶカットフィルター１２を透過する光はＰ偏光、Ｓ偏光に分離されることはない。しかしながら、図３に示すように、ＵＶカットフィルター１２が光源１の光軸１３に対して傾いていると、ＵＶカットフィルター１２を透過した光がＰ偏光、Ｓ偏光に分離される。通常ＤＬＰ方式の投射型画像表示装置ではＰ偏光、Ｓ偏光の平均値を使用するため、図に示されるような平均値になる。このように、ＵＶカットフィルター１２を傾けることで要求されるＵＶカット特性が得られなくなってしまう。
【００１３】
このため、ＵＶカットフィルター１２に要求されるスペックを満たすために、ＵＶカットフィルター１２を傾ける角度を制御する必要がある。図４は本実施例で使用した、ＵＶカットフィルター１２を傾けた場合の、ＵＶカット特性の角度依存性である。この図から、ＵＶカットフィルター１２を傾ける角度の許容量としては最大１５度であることが分かる。
【００１４】
本実施例では、ＵＶカットフィルター１２を１５度傾けて、紫外光１４を効率的に出射している。この紫外光１４により、光触媒１０を活性化させ、汚染物質を除去することができる。ここで汚染物質とは、光学エンジン内のカラーフィルター等に固着するガス状物質を言い、主に揮発性有機化合物である。このような汚染物質は、主にカラーホイール６を回転駆動させるために用いられている流体軸受モータ５の潤滑油（例えばフッ素系）が揮発することによって発生する。このように流体軸受モータ５から発生する汚染物質を収集するために、光触媒１０は流体軸受モータ５の近傍に配置する必要がある。このため、光触媒１０はカラーホイールユニット７内に配置する。さらに、発生した汚染物質を効率よく光触媒１０へ導くために、カラーホイール６が回転することで生じる空気の流れを利用する。このため、光触媒１０の近傍に空気出入り口８を形成する。これにより、流体軸受モータ５から発生した汚染物質を効果的に光触媒１０により分解除去することが可能となる。
【００１５】
光触媒１０は、揮発性有機化合物などの汚染物質の酸化分解を促進するものを言う。一般に光触媒としては、Ｔｉ（チタン）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｆｅ（鉄）、Ｗ（タングステン）などの金属酸化膜が使用されている。本実施例では、前記光触媒材料の通常環境下での使用において、酸、アルカリ、水、有機溶剤に溶解せず、フッ化水素、塩素、硫化水素など反応性の強いガスとも反応しない、きわめて安定な物質であるＴｉＯ2を使用する。また、ＴｉＯ2は、光触媒として耐久性、耐摩耗性に優れており、経済性、安全性、実用性などで他の光触媒材料に比べて多くの利点を有している。
【００１６】
本実施例では光触媒１０であるＴｉＯ2を活性化するために、ＵＶカットフィルター１２により４３０ｎｍ以下の光を反射させ光触媒１０へ照射している。これは光触媒であるＴｉＯ2を活性化させるためには、ＴｉＯ2にバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照射する必要があるためである。ＴｉＯ2には、ルチル型、アナターゼ型、ブルッカイト型の３種類の結晶構造がある。これらのバンドギャップの値はルチル型で３．０ｅＶ、アナターゼ型とブルッカイト型で３．２ｅＶであるため、それ以上のエネルギーを持った光が必要となる。ここで、アナターゼ型とブルッカイト型のバンドギャップエネルギーを波長に換算すると３８８ｎｍ以下、ルチル型では４１３ｎｍ以下の短波長の光となる。光触媒としては、アナターゼ型のほうがルチル型より高い光触媒活性を示すことが知られており、より効果的に汚染物質を除去するためにはアナターゼ型を使用することが好ましいが、本実施例では、光触媒１０を活性化させるために４３０ｎｍ以下の光を照射しており、活性化するために必要なエネルギーが得られていることが分かる。
【００１７】
図５は、ガスクロマトグラフ質量分析計で測定した結果で、図５（ａ）は、図６に示す従来の構成を有するＤＬＰ方式の投射型画像表示装置の光学エンジン内のガスクロマトグラフ、図５（ｂ）は、図1に示す本発明の構成を有するＤＬＰ方式の投射型画像表示装置の光学エンジン内のガスクロマトグラフである。横軸は時間、縦軸はガス成分（ガスのアバンダンス（発生量））を示す。上記２種類の投射型画像表示装置においては、ＵＶカットフィルター１２の傾きと光触媒１０を除いては同様の構成を有している。
【００１８】
図５（ａ）（ｂ）から、ＵＶカットフィルター１２で反射された紫外光１４が出射される先に光触媒１０を配置したことで、汚染物質量が減少したことが分かる。
【００１９】
このように、ＵＶカットフィルター１２によって反射された紫外光１４の出射先に光触媒１０を配置することで、光触媒１０を活性化して、光学エンジン内の汚染物質を分解することができる。汚染物質が揮発性有機化合物である場合には、光触媒ＴｉＯ2等に接触することで効率よく酸化分解され、水蒸気と二酸化炭素に転嫁することになる。これらは少量では投射型画像表示装置の光学エンジンにとっては無害である。光触媒１０は薄膜として形成できるので、わずかな設置スペースですみ光学エンジンの小型化にも対応することが出来る。光触媒自体は消耗せず、性能低下をきたさないという利点もある。従って、使用する部品・部材にある程度の汚染を許容することが可能となり、製造コストを低減できる。また、部品・部材の洗浄度を厳しく管理するのであれば、光学エンジンの寿命を増大することができる。このように本発明を用いることにより、本来不必要であった紫外成分の光を使用し、光触媒を活性化することにより、光学エンジン内の汚染物質を除去することができる。
【００２０】
上記したのは代表例にすぎず、光学エンジン内の他の部分で紫外光を分離して利用してもよく、ＤＬＰ方式以外の投射型画像表示装置に適用しても有用である。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明にかかる投射型画像表示装置は、光触媒を活性化して汚染物質を分解させるための光源として、本来不必要であった紫外成分の光を利用するようにしたものであり、汚染物質に起因する性能低下を防止することができ、投射型画像表示装置の信頼性を向上させる手法としてとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例における投射型画像表示装置の平面図
【図２】本発明の実施例におけるＵＶカットフィルターの光学特性図
【図３】本発明の実施例におけるＵＶカットフィルターを傾けた場合の偏光特性図
【図４】本発明の実施例におけるＵＶカットフィルターの傾き依存性図
【図５】（ａ）図１の投射型画像表示装置のガスクロマトグラフ、（ｂ）図６の投射型画像表示装置の光学エンジン内のガスのガスクロマトグラフ
【図６】従来の投射型画像表示装置の平面図
【符号の説明】
【００２３】
１、２１  光源
２、２２  楕円型のリフレクター
３、２３  照明光
４、２４  セグメント
５、２５  モータ
６、２６  カラーホイール
７  カラーホイールユニット
８  空気流出入り口
９  照明光の出入り口
１０  光触媒
１１、３１  集光レンズ
１２、３２  ＵＶカットフィルター
１３  光軸
１４  紫外光
１５、３５  折り返しミラー
１６、３６  デジタルマイクロミラーデバイス（画像表示素子）
１７、３７  投射レンズ
１８、３８  スクリーン
【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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