(57)【要約】【課題】高輝度化によるプリズムの熱歪みを軽減し、高画質な投写型映像表示装置を提供する。【解決手段】ＤＭＤ２３６を光変調素子とした投写型映像表示装置においてＴＩＲプリズム２３５が使用される。ＴＩＲプリズム２３５は第１のプリズム２３３と第２のプリズム２３４からなり、第１のプリズム２３３の照明光反射面２３３ｂと、第２のプリズム２３４の映像光入射面２３４ａが所定の間隔を隔てて対向配置される。第１のプリズム２３３の側面２３３ｄには、熱伝導シートを挟んで第１のヒートシンク３１０と第２のヒートシンク３２０とが取り付けられている。第１のプリズム２３３の発熱は熱伝導シートを介して第１のヒートシンク３１０と第２のヒートシンク３２０から放熱される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を照射する照明光学系と、
前記照明光学系からの前記照明光を、映像信号に基づいて変調して映像光として出射する光変調素子と、
第１のプリズムと第２のプリズムとからなり、前記第１のプリズムの前記照明光を反射する照明光反射面と、前記第２のプリズムの前記映像光を入射する映像光入射面とが、所定の間隔を隔てて対向配置されてなるＴＩＲプリズムと、
前記第１のプリズムの前記照明光を入射する照明光入射面、前記照明光反射面、および前記照明光と前記映像光を透過する透過面を除く２つの側面の、少なくとも一方に取り付けられた放熱部材と、
を備える、投写型映像表示装置。
【請求項２】
前記放熱部材に送風するファンを備えた、請求項１に記載の投写型映像表示装置。
【請求項３】
前記第１のプリズムと前記放熱部材との間に、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性を有する熱伝導部材を備えた、請求項１または２に記載の投写型映像表示装置。
【請求項４】
前記熱伝導部材は、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長域の光に対する反射率が９０％以下である、請求項３に記載の投写型映像表示装置。
【請求項５】
前記熱伝導部材は、揮発量が、１５０℃の環境下において、２４時間経過後に０．２％以下である、請求項３または４に記載の投写型映像表示装置。
【請求項６】
複数の前記放熱部材を有し、
前記放熱部材の少なくとも１つは、前記照明光入射面と前記照明光反射面との間の前記照明光の光軸を前記側面に投影した位置と重なる位置に配置され、
前記放熱部材の少なくとも他の１つは、前記照明光反射面と前記透過面との間の前記照明光の光軸を前記側面に投影した位置と重なる位置に配置される、
請求項１から５のいずれかに記載の投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、映像を投写する投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル・マイクロミラー・デバイス（以下「ＤＭＤ」と表記する）を光変調素子として用いる投写型映像表示装置が市販されている。投写型映像表示装置の高性能化に伴い、高い解像度と、高輝度化が必要とされてきている。高輝度化のために、ＤＭＤに強い照明光が照射されるが、このときＤＭＤの光の吸収によって、ＤＭＤの温度が上昇する。従って、ＤＭＤにはそれを冷却する構造を設けられる。
【０００３】
特許文献１は、映像表示素子とプリズムを冷却する構造を開示する。この投写型映像表示装置は、映像表示素子の冷却とプリズムの冷却を兼ねた冷却構造を備える。これにより、映像表示素子とプリズムの冷却を両立させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第０２／１９０２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、高輝度化によるプリズムの熱歪みを軽減し、高画質な投写型映像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示における投写型映像表示装置は、照明光を照射する照明光学系と、照明光学系からの照明光を、映像信号に基づいて変調して映像光として出射する光変調素子と、第１のプリズムと第２のプリズムとからなるＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ）プリズムと、第１のプリズムの側面に取り付けられた放熱部材と、を備える。ＴＩＲプリズムは、第１のプリズムの照明光を反射する照明光反射面と第２のプリズムの映像光を入射する映像光入射面とが、所定の間隔を隔てて対向配置されて構成される。放熱部材は、第１のプリズムの照明光を入射する照明光入射面、照明光反射面、および照明光と映像光を透過する透過面を除く２つの側面の、少なくとも一方の側面に取り付けられる。
【発明の効果】
【０００７】
本開示における投写型映像表示装置は、プリズムの温度歪みを軽減し、高画質化と高輝度化を図る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態における投写型映像表示装置の全体の構成を示す図
【図２】実施の形態で使用される蛍光体ホイール装置を示す図
【図３】実施の形態における投写型映像表示装置の要部の模式図
【図４】実施の形態における放熱部材と熱伝導部材とプリズムの構成を示す模式図
【図５】実施の形態における放熱部材と熱伝導部材とプリズムの分解状態を示す模式図
【図６】他の実施の形態における投写型映像表示装置の要部の模式図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１０】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１１】
（実施の形態）
以下、図１〜５を用いて、実施の形態を説明する。
【００１２】
［１−１．構成の説明］
［１−１−１．全体の構成］
図１は、蛍光体ホイール装置１０を使用した本開示の投写型映像表示装置１の光学系の構成を説明するための図である。以下の説明の便宜上、図１では図中に示すＸＹＺ直交座標系をとるものする。
【００１３】
まず、投写型映像表示装置１の照明光学系２０について説明する。励起光源であるレーザ光源２０１は、青色半導体レーザであり、高輝度の照明装置を実現するために、複数の半導体レーザにより構成されている。図１では例示的に５個の青色半導体レーザが並置されて記載されているが、複数の青色半導体レーザがマトリックス状に平面上に配置される。それぞれのレーザ光源２０１から出射された励起光であるレーザ光は、それぞれ対応するコリメートレンズ２０２によってコリメートされる。コリメートレンズ２０２を出射した光は、略平行光になっている。この平行光はレンズ２０３によって、その全体光束が集光され、拡散板２０４を通過した後、レンズ２０５によって、再び略平行光化される。レンズ２０５で略平行光化されたレーザ光束は、光軸に略４５度に配置された、ダイクロイックミラー２０６に入射する。
【００１４】
拡散板２０４はガラス平板であり、片面には微細な凹凸が施された拡散面が形成されている。また、ダイクロイックミラー２０６は、青色半導体レーザの波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する特性を有している。
【００１５】
ダイクロイックミラー２０６に図中の−Ｘ方向へ入射したレーザ光は、ダイクロイックミラー２０６で反射し図中−Ｚ方向へ出射する。その後、レーザ光はレンズ２０７、レンズ２０８によって集光され、蛍光体ホイール装置１０に形成された蛍光体を励起する。
【００１６】
蛍光体ホイール装置１０は、図２の側面図（ａ）に示すように、モータ１０１と、モータ１０１の回転軸を中心に回転駆動される円盤状の板体からなる回転基材１０２とで構成される。
【００１７】
回転基材１０２には、図２の正面図（ｂ）に示すように蛍光体ホイールの回転軸中心Ａから距離Ｒ１隔てられた円周上において、この円周の内外に所定の幅Ｗをもって赤色蛍光体部１０３と緑色蛍光体部１０４と開口部１０５が形成されている。
【００１８】
レーザ光源２０１からのレーザ光が蛍光体ホイール装置１０の赤色蛍光体部１０３に集光すると、赤色蛍光体部１０３は励起され、赤色光を発光する。また、レーザ光源２０１からのレーザ光が蛍光体ホイール装置１０の緑色蛍光体部１０４に集光すると、緑色蛍光体部１０４は励起され、緑色光を発光する。さらに、蛍光体ホイール装置１０の開口部１０５に集光するレーザ光源２０１からのレーザ光は、蛍光体ホイール装置１０を透過する。
【００１９】
図１に戻り、蛍光体ホイール装置１０で得られる赤色光及び緑色光は、蛍光体ホイール装置１０から＋Ｚ方向に出射される。赤色蛍光体部１０３と緑色蛍光体部１０４で−Ｚ方向に出射された蛍光光は回転基材１０２で反射して＋Ｚ方向に出射される。これら赤色光、緑色光はレンズ２０８、２０７によって平行化されダイクロイックミラー２０６を透過し、集光レンズ２１７で集光されてロッドインテグレータ２１８に入射する。
【００２０】
一方、開口部１０５を通過した青色半導体レーザの青色光は、レンズ２０９、レンズ２１０、ミラー２１１、レンズ２１２、ミラー２１３、レンズ２１４、ミラー２１５、レンズ２１６の経路で進み、ダイクロイックミラー２０６で反射し、集光レンズ２１７で集光されてロッドインテグレータ２１８に入射する。レンズ２１２、２１４、２１６はリレーレンズとして機能する。
【００２１】
ロッドインテグレータ２１８から出射された光は、レンズ２３０、レンズ２３１、レンズ２３２を通して、第１のプリズム２３３と第２のプリズム２３４の一対のプリズムからなるＴＩＲ（内部全反射）プリズム２３５に入射し、光変調素子であるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）２３６で、映像信号によって入射光が変調され、映像光Ｐとして出射される。レンズ２３０、２３１はリレーレンズ、レンズ２３２は、ロッドインテグレータ２１８の出射面の光をＤＭＤ２３６に結像させる機能を有する。
【００２２】
ＤＭＤ２３６からの出射光は投写レンズ２３７に入射され、投写レンズ２３７からの出射光が映像光Ｐとしてスクリーンに拡大投写される。
【００２３】
［１−１−２．要部の構成］
図３は、実施の形態の投写型映像表示装置１の要部の模式図を示している。ＴＩＲプリズム２３５は、三角柱形状の第１のプリズム２３３と三角柱形状の第２のプリズム２３４から構成されている。第１のプリズム２３３の面のうち、レンズ２３２によって集光された照明光Ｉを反射する照明光反射面２３３ｂと、第２のプリズム２３４の面のうち、ＤＭＤ２３６からの映像光Ｐが入射される映像光入射面２３４ａとが、所定の間隔の空気層を隔てて対向配置される。第１のプリズム２３３は、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長域の光に対する内部吸収性が、１０ｍｍの厚みにおいて１％以下となっている。
【００２４】
図１に示すレンズ２３２によって集光された照明光Ｉは、図３に示すように、第１のプリズム２３３の照明光入射面２３３ａを透過した後、照明光反射面２３３ｂで全反射して透過面２３３ｃから出射する。透過面２３３ｃを透過した照明光ＩはＤＭＤ２３６に入射する。ＤＭＤ２３６に入射した照明光Ｉは、そこで映像信号に基づいて変調され、映像光Ｐとして出射する。ＤＭＤ２３６から出射した映像光Ｐは、第１のプリズム２３３の透過面２３３ｃから入射し、照明光反射面２３３ｂを透過し、第２のプリズム２３４の映像光入射面２３４ａ、光出射面２３４ｂの経路で進行する。
【００２５】
ＴＩＲプリズム２３５を構成する第１のプリズム２３３の一方の側面２３３ｄには、図４に示すように、第１のヒートシンク３１０と第２のヒートシンク３２０が取り付けられている。側面２３３ｄは、第１のプリズム２３３を構成する面のうち、照明光入射面２３３ａと、照明光反射面２３３ｂと、照明光Ｉと映像光Ｐが透過する透過面２３３ｃを除く２つの面である。第１のヒートシンク３１０と第２のヒートシンク３２０は放熱部材の一例である。
【００２６】
第１のヒートシンク３１０は、図３に示すように、第１のプリズム２３３の側面２３３ｄ上の照明光入射面２３３ａ側に配置され、照明光入射面２３３ａと照明光反射面２３３ｂとの間で進行する照明光Ｉの光軸を側面２３３ｄに投影した位置と重なるように配置される。第２のヒートシンク３２０は、図３に示すように、第１のプリズム２３３の側面２３３ｄ上の透過面２３３ｃ側に配置され、照明光反射面２３３ｂと透過面２３３ｃとの間で進行する照明光Ｉの光軸を側面２３３ｄに投影した位置と重なるように配置される。
【００２７】
図４は、第１のヒートシンク３１０と第２のヒートシンク３２０の第１のプリズム２３３への取付け状態を示す模式図であり、図５は図４の分解状態の模式図である。
【００２８】
図４に示すように、第１のプリズム２３３と第１のヒートシンク３１０との間に、熱伝導シート５１０が設けられている。また、第１のプリズム２３３と第２のヒートシンク３２０との間に、熱伝導シート５２０が設けられている。熱伝導シート５１０と熱伝導シート５２０は０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性を有し、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長域の光に対する反射率が９０％以下の特性を有する。
【００２９】
熱伝導シート５１０、５２０としては、このような熱伝導性と反射率の特性を備えるとともに密着性を有するフェーズチェンジシートが使用できる。フェーズチェンジシートを使用すれば、その密着力により特に接着剤を使用しなくても第１のヒートシンク３１０と第２のヒートシンク３２０を第１のプリズム２３３に密着固定することができる。熱伝導シート５１０、５２０は熱伝導部材の一例である。
【００３０】
本実施の形態では、放熱効果を上げるため、第１のヒートシンク３１０と第２のヒートシンク３２０には、ヒートシンクフィン３１１とヒートシンクフィン３２１がそれぞれ複数設けられている。このとき、ヒートシンクフィン３１１、３２１に冷却風が当たるように、冷却ファン４００が配置されている。冷却ファン４００は、冷却風を第１のヒートシンク３１０と第２のヒートシンク３２０に送風する装置であり、冷却風は図４に示す−Ｙ方向に送風される。
【００３１】
第１のプリズム２３３の内部吸収性により、照明光Ｉが第１のプリズム２３３を通過するとき熱となり、第１のプリズム２３３の温度が上昇する。第１のプリズム２３３が温度上昇すると、第１のプリズム２３３は熱膨張し、熱歪みが生じる。第１のプリズム２３３の照明光反射面２３３ｂでの歪み量は、２ワット（Ｗ）の熱吸収が生じた場合に、幅１０μｍ毎に１μｍの高さの変化が生じる。第１のプリズム２３３に熱歪みが生じると、ＤＭＤ２３６、第１のプリズム２３３、第２のプリズム２３４及び投写レンズ２３７の間で位置関係がずれ、スクリーン上に拡大投影される映像の画質が低下する。
【００３２】
このため、本実施の形態では、第１のプリズム２３３で発生する熱が、熱伝導シート５１０、５２０を介して、第１のヒートシンク３１０と第２のヒートシンク３２０に伝導し、第１のヒートシンク３１０と第２のヒートシンク３２０に伝導した熱が、冷却ファン４００から送られる風によって冷却される。
【００３３】
これにより、第１のプリズム２３３の温度上昇が抑制され、第１のプリズム２３３の熱歪みが軽減される。そのため、第１のプリズム２３３の位置のズレが軽減され、スクリーン上に拡大投写される映像の画質が向上する。
【００３４】
また、図４に示すように、照明光Ｉの光線と、ＤＭＤ２３６からの映像光Ｐの光線から生じる迷光Ｓは、第１のプリズム２３３内を通過し、第１のプリズム２３３の側面２３３ｄにも照射され、その迷光Ｓの一部は熱伝導シート５１０、５２０を照射する。迷光Ｓが熱伝導シート５１０、５２０に入射した場合において、熱伝導シート５１０、５２０の反射率が９０％以下であるため、熱伝導シート５１０、５２０で迷光Ｓの１０％以上が吸収される。このため、投写レンズ２３７を介して、スクリーン上に投写される迷光Ｓが軽減される。
【００３５】
尚、熱伝導シート５１０、５２０からの揮発成分の光学部材への付着を抑えるため、その揮発量が出来るだけ少ないことが好ましい。揮発量は、１５０℃の環境下において、２４時間経過後に０．２％以下であれば良い。
【００３６】
本実施の形態では、第１のヒートシンク３１０及び第２のヒートシンク３２０はＴＩＲプリズム２３５の第１のプリズム２３３のみに取り付けられている。これは第２のプリズム２３４においては、ＤＭＤ２３６からの映像光Ｐが通過するだけであり、映像光Ｐは照明光Ｉの一部を利用したものであるので、第２のプリズム２３４では発熱は考慮しなくても良い程度となるからである。
【００３７】
［１−２．効果等］
本実施の形態によれば、ＤＭＤを照射する照明光によって発生するＴＩＲプリズムの熱を、ヒートシンクによって効果的に放熱でき、ＴＩＲプリズムの熱歪みを軽減できる。これにより、スクリーン上に拡大投写される映像の画質を向上させることができる。また、ヒートシンクをプリズムに密着固定するための熱伝導シートとして反射率が９０％以下のものを使用しているので、熱伝導シートに入射する迷光の１０％以上が吸収されて迷光が軽減され、スクリーン上の画質が向上する。
【００３８】
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
【００３９】
実施の形態では、放熱部材の一例としてヒートシンクを使用しているが、放熱部材は、ヒートシンクに限定されない。放熱部材としてペルチェ素子とヒートシンクを用いれば、プリズムの熱歪みのさらなる低減効果を得ることができる。また、熱伝導シートとしてフェーズチェンジシート以外の接着性のある部材を用いてもよい。接着手段として熱伝導部材を用いれば、放熱の作用効果を得られる。
【００４０】
また、第１のプリズム２３３の一側面にヒートシンクを設けていたが、両側面にヒートシンクを設けることもできる。かかる構成によれば、プリズムの放熱効果を高め、熱歪みのさらなる低減効果を得る。
【００４１】
実施の形態では、放熱部材として２つのヒートシンク（第１のヒートシンク３１０及び第２のヒートシンク３２０）を用いたが、図６に示すヒートシンク３３０のように、一体に構成することもできる。かかる構成によれば、ヒートシンクフィン３３１をより大きく構成することが可能となり、プリズムの放熱効果を高め、熱歪みのさらなる低減効果を得る。
【００４２】
なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本開示は、プロジェクタなどの投写型映像表示装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１    投写型映像表示装置
２０    照明光学系
２３３    第１のプリズム
２３３ａ    照明光入射面
２３３ｂ    照明光反射面
２３３ｃ    透過面
２３３ｄ    側面
２３４    第２のプリズム
２３４ａ    映像光入射面
２３４ｂ    光出射面
２３５    ＴＩＲプリズム
２３６    ＤＭＤ
３１０    第１のヒートシンク
３１１，３２１，３３１    ヒートシンクフィン
３２０    第２のヒートシンク
３３０    ヒートシンク
４００    冷却ファン
５１０，５２０    熱伝導シート
【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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