JP2004240286A - 照明光学装置、この照明光学装置を備えた光学装置、およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】冷却空気量が減少しても、遮光板を確実に冷却できる照明光学装置を提供すること。
【解決手段】照明光学装置５０は、複数の偏光分離膜、複数の反射膜、複数のガラス部材、および複数の位相差板６４を備えた偏光変換素子６１と、この偏光変換素子６１の光束入射側に設けられ、反射膜の配列に応じて形成されて該反射膜に入射する不要光を遮断する遮光部を有する遮光板６２と、偏光変換素子６１および遮光板６２を、エチレングリコールとともに密閉収納する筐体５１とを備えている。これにより、遮光板６２が発熱すると、この熱によって遮光板６２周囲のエチレングリコール（冷却液）が循環して自然対流が生じる。したがって、冷却ファン等による冷却空気量が減少しても、遮光板６２を確実に冷却できる。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学機器に用いられ、入射光束を１種類の直線偏光光束に揃えて射出する偏光変換素子を備えた照明光学装置、光学装置、およびプロジェクタに関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、光源ランプと、この光源ランプから射出された光束を画像情報に応じて変調する電気光学装置と、この電気光学装置で変調された光束を拡大投写する投写光学系とを備えたプロジェクタが利用されている。
このようなプロジェクタでは、光源ランプから射出された光束により、電気光学装置の画像形成領域をムラ無く均一に照明するために、光源ランプおよび電気光学装置の間に複数の光学素子から構成される照明光学系が介在配置されている。
【０００３】
この照明光学系は、例えば、光源ランプから射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割素子、分割された複数の部分光束を電気光学装置の画像形成領域上に集光する集光素子、および、光源ランプから射出された光束の偏光方向を略同一方向に揃える偏光変換素子を含む光学部品から構成される。このうち、偏光変換素子には、部分光束のうち不要な光を遮断する遮光板が設けられる。
【０００４】
このような照明光学系では、光源ランプからの光束の照射によって、偏光変換素子、特に遮光板が発熱するため、偏光変換素子と他の光学部品との間の隙間に冷却空気を導入することにより、強制的に冷却を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３１８４３号公報（［００３７］および図９）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、プロジェクタの小型化、低騒音化、および高輝度化が要請されている。そのため、偏光変換素子の遮光板で発生する熱量が増大するにもかかわらず、冷却ファンの小型化や設置数量の削減により冷却空気量が減少し、偏光変換素子で発生する熱を速やかに排熱できない場合があった。
【０００７】
本発明の目的は、冷却空気量が減少しても、遮光板を確実に冷却できる照明光学装置、光学装置、およびプロジェクタを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明光学装置は、光学機器に用いられ、入射光束を１種類の直線偏光光束に揃えて射出する偏光変換素子を備えた照明光学装置において、前記入射光束に対して傾斜して配置され、該入射光束を２種類の直線偏光光束に分離する複数の偏光分離膜、これら偏光分離膜の間に介在配置され、前記分離された直線偏光光束のうち一方を反射する複数の反射膜、前記偏光分離膜および反射膜が形成される複数の透光性部材、ならびに、これら透光性部材の光束射出側に設けられ、前記分離された直線偏光光束のうち一方を他方の偏光方向に変換する複数の位相差膜を備えた偏光変換素子と、この偏光変換素子の光束入射側に設けられ、前記反射膜の配列に応じて形成されて該反射膜に入射する不要光を遮断する遮光部を有する遮光板と、前記偏光変換素子および遮光板を、冷却流体とともに密閉収納する筐体とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、冷却流体としては、熱伝導率、比熱、動粘性係数、プラントル数が大きく、かつ光源からの光束の透過率が高い液体が好ましい。
【００１０】
この発明によれば、光源からの光束の照射によって遮光板が発熱すると、この熱によって遮光板周囲の冷却流体の温度が上昇し、上方へ流動する。この上方へ流動した冷却流体は、筐体との間で熱交換を行い、これにより温度が低下して再び下方に流動する。このように冷却流体が循環して自然対流が生じる。このとき、筐体内に冷却流体が密閉収納されているため、冷却流体が遮光板の全周を囲むことになり、遮光板の発熱部分に対する接触面積を大きく確保でき、遮光板から冷却流体への熱の移動が円滑に行われる。したがって、冷却ファン等による冷却空気量が減少しても、遮光板を確実に冷却できる。
【００１１】
本発明では、前記筐体のうち前記偏光変換素子の入射光束光軸に交わる両端面には、それぞれ開口部が形成され、前記開口部のうちいずれか一方には、該開口部を塞ぐとともに、前記入射光束を複数の部分光束に分割して前記偏光変換素子に導入する光束分割素子が設けられ、前記開口部のうち他方には、該開口部を塞ぐとともに、前記偏光変換素子で変換された光束を集光する集光素子が設けられていることが好ましい。
【００１２】
ここで、光束分割素子としては、例えば、電気光学装置の画像形成領域に応じた小レンズを照明光軸に直行する面内でマトリクス状に配列したレンズアレイを採用できる。すなわち、光源から射出された光束を複数の部分光束に分割できる光学素子であれば、種々のものを採用できる。
また、集光素子は、分割された複数の部分光束を電気光学装置の画像形成領域上に集光するものである。
この発明によれば、光束分割素子および集光素子で開口部を塞いだので、例えば透明性部材で開口部を塞ぐ場合に比べ、部品点数を削減できる。また、光束分割素子および集光素子についても、遮光板と同様に冷却でき、冷却効率を向上できる。
【００１３】
本発明では、前記筐体は、外側に膨出する膨出部を有し、この膨出部の内側でかつ前記偏光変換素子の外形より外側の空間は、前記偏光変換素子または遮光板によって加熱された冷却流体を冷却する冷却空間とされていることが好ましい。
この発明によれば、加熱された冷却流体が膨出部に接触しながら冷却空間を流動することにより、冷却流体の熱が膨出部に伝わって放熱されるから、冷却効率を向上できる。
【００１４】
本発明では、前記膨出部は、上部に向かうに従って細くなる先細り形状とされていることが好ましい。
開口を通過する流体の流速は、開口の断面積に反比例する。したがって、この発明によれば、膨出部内を上昇する冷却流体の流速を徐々に上げて、冷却流体を速やかに流動させることができ、遮光板の熱を迅速に放熱できる。
【００１５】
本発明では、前記筐体には、前記光学機器に設けられる放熱部材に接触する熱伝導性を有する弾性部材が設けられていることが好ましい。
この発明によれば、冷却流体は、遮光板の熱によって温度が上昇し、上方へ流動して、筐体との間で熱交換を行う。この筐体に伝わった熱は、弾性部材を介して筐体から放熱部材へと伝わって放熱される。これにより、さらに効率よく冷却できる。また、放熱部材に外部から衝撃が加わっても、弾性部材でこの衝撃を緩和できるから、筐体の変形を防止できる。
【００１６】
本発明では、前記冷却流体は、エチレングリコールとされていることが好ましい。
この発明によれば、冷却流体として空気よりも熱伝導率、比熱、動粘性係数、プラントル数が大きいエチレングリコールを用いたので、熱が拡散して温度分布が均一化され、冷却流体の一部の温度が急上昇するのを抑制できる。したがって、冷却流体に接触することによって透光性部材や位相差板等の材質が劣化するのを防止できる。
【００１７】
本発明では、前記遮光板は、熱伝導性を有する接着剤を用いて前記筐体に取り付けられていることが好ましい。
この発明によれば、遮光板に発生した熱を、冷却液だけでなく、接着剤を介しても筐体から放熱できるから、遮光板の冷却効率をさらに向上できる。
【００１８】
本発明では、前記位相差板の光束射出端面は、無機材料で形成された透光性基板で覆われていることが好ましい。
ここで、無機材料で形成された透光性基板としては、ガラスが挙げられる。
位相差板は、通常、有機材料で形成されるため、耐熱性が低い。そのため、遮光板の熱で冷却流体の温度が上昇すると、この高温となった冷却流体が位相差板に接触して、位相差板の光学特性が劣化するおそれがある。しかしながら、この発明によれば、透光性基板で位相差板表面を保護したので、冷却流体の温度が上昇しても、位相差板が劣化するのを防止できる。
【００１９】
本発明の光学装置は、光源を収納する光源収納部、およびレンズ、ミラー等の光学部品を収納する光学部品収納部を有する光学部品用筐体を備えた光学装置であって、光源収納部と前記光学部品収納部との境界部分には、請求項１から８のいずれかに記載の照明光学装置が配置されていることが好ましい。
照明光学装置は、冷却流体が収容されているため、他の光学部品に比べて熱容量が大きい。そのため、この発明によれば、光源収納部と光学部品収納部との間に熱容量の大きな照明光学装置が配置されることにより、光源収納部の熱が光学部品収納部に配置された光変調装置等に伝わって温度が上昇するのを防ぐことができ、光学装置の耐久性を向上できる。
【００２０】
本発明のプロジェクタは、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、拡大投写するプロジェクタであって、請求項９に記載の光学装置を備えていることを特徴とする。
この発明によれば、上述した光学装置をプロジェクタとして利用できる。
【００２１】
本発明では、前記照明光学装置の筐体を冷却する冷却手段を備えていることが好ましい。
ここで、冷却手段としては、例えば、照明光学装置の筐体表面に風を送る冷却ファンや、冷媒が充填された冷却パイプ等が挙げられる。
この発明によれば、冷却手段で筐体を冷却することにより、筐体からの放熱を促進し、さらに冷却効率を向上できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔１．プロジェクタの主な構成〕
図１は、本発明の一実施形態に係る照明光学装置が適用されたプロジェクタ１を上方から見た全体斜視図である。図２は、図１の状態からアッパーケース２１を外した分解斜視図である。
プロジェクタ１は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、拡大投写するものであり、全体略直方体形状の外装ケース２と、プロジェクタ１内に滞留する熱を冷却する冷却ユニット３と、光源から射出された光束を光学的に処理して画像情報に対応した光学像を形成する光学装置としての光学ユニット４とを備えて構成されている。
なお、図２において、図示は省略するが、外装ケース２内の光学ユニット４以外の空間には、電源ブロック、ランプ駆動回路が収納される。
【００２３】
外装ケース２は、それぞれ金属で構成され、プロジェクタ１の天面、前面、背面、および側面をそれぞれ構成するアッパーケース２１と、プロジェクタ１の底面、前面、側面、および背面をそれぞれ構成するロアーケース２２とで構成されている。これらのケース２１，２２は、互いにねじ等で固定されている。なお、外装ケース２は、金属製に限らず、合成樹脂等により構成してもよい。
アッパーケース２１は、上面部２１１と、その周囲に設けられた、側面部２１２と、背面部２１３と、正面部２１４とで構成されている。
上面部２１１には、光学ユニット４の後述する光変調装置４４の上方に位置し、冷却ユニット３によって外部から冷却空気を吸引するための吸気口２１１Ａが設けられている。
側面部２１２のうち、一方の側面部２１２（前面から見て右側面）には、冷却ユニット３によって、プロジェクタ１内部で温められた空気を排出するための排気口２１２Ａが設けられている。
【００２４】
背面部２１３には、図示は省略するが、コンピュータ接続用の接続部や、ビデオ入力端子、オーディオ機器接続端子等の各種の機器接続用端子が設けられており、該背面部２１３の内側には、映像信号等の信号処理を行う信号処理回路が実装されたインターフェース基板が配置されている。
正面部２１４には、切欠部２１４Ａが形成されており、ロアーケース２２と組み合わされた状態で、円形の開口部２Ａを形成し、この開口部２Ａから、外装ケース２内部に配置された光学ユニット４の一部が、外部に露出している。この開口部２Ａを通して光学ユニット４で形成された光学像が射出され、スクリーン上に画像が表示される。
【００２５】
ロアーケース２２は、底面部２２１と、その周囲に設けられた、側面部２２２と、背面部２２３と、正面部２２４とで構成されている。
底面部２２１には、図示は省略するが、光学ユニット４の下方に位置し、後述する光源装置４１１を着脱する開口部が形成されており、該開口部には、ランプカバーが嵌め込み式で着脱可能に設けられている。
正面部２２４には、切欠部２２４Ａが形成され、アッパーケース２１と組み合わされた状態で、切欠部２１４Ａと連続して円形の開口部２Ａを形成する。
【００２６】
冷却ユニット３は、プロジェクタ１の内部に形成される冷却流路に冷却空気を送り込み、プロジェクタ１内で発生する熱を冷却する。この冷却ユニット３は、光学ユニット４の後述する光変調装置４４の上方に位置し、アッパーケース２１の上面部２１１に形成された吸気口２１１Ａから冷却空気を吸引する軸流吸気ファン３１と、光変調装置４４の後述する光源装置４１１の近傍に位置し、光学ユニット４内およびプロジェクタ１内の空気を引き寄せ、アッパーケース２１の側面部２１２に形成された排気口２１２Ａから温められた空気を排出する冷却手段としてのシロッコファン３２とを備えている。
【００２７】
光学ユニット４は、光源ランプ４１６から射出された光束を、光学的に処理して画像情報に対応した光学像を形成するユニットである。この光学ユニット４は、図２に示すように、ロアーケース２２の右側の側面部２２２から背面部２２３に沿って、さらに、左側の側面部２２２に沿って正面部２１４へと延びる平面視略Ｌ字形状を有している。また、この光学ユニット４は、図示は省略するが、電源ケーブルを通して電力が供給され、供給された電力を該光学ユニット４の光源ランプ４１６に供給するための電源装置と電気的に接続している。さらに、この光学ユニット４の上方には、図示は省略するが、画像情報に応じた光学像を投写するために、画像情報を取り込んで制御および演算処理等を行い、後述する光変調装置４４０を構成する液晶パネル４４１を制御する制御基板が配置される。
【００２８】
〔２．光学系の詳細な構成〕
図３は、光学ユニット４内の光学系を模式的に示す平面図である。
光学ユニット４は、インテグレータ照明光学系４１と、色分離光学系４２と、リレー光学系４３と、光変調装置４４と、投写レンズ４６と、これら光学部品４１〜４４，４６を収納する合成樹脂製のライトガイド４７とを備える。
【００２９】
インテグレータ照明光学系４１は、光変調装置４４を構成する３枚の液晶パネル４４１（赤、緑、青の色光毎にそれぞれ液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂとする）の画像形成領域をほぼ均一に照明するための光学系であり、光源装置４１１と、光束分割素子としての第１レンズアレイ４１２と、第２レンズアレイ４１３と、偏光変換装置４１４と、集光素子としての重畳レンズ４１５とを備えている。
【００３０】
光源装置４１１は、放射光源としての光源ランプ４１６と、リフレクタ４１７とを備え、光源ランプ４１６から射出された放射状の光線をリフレクタ４１７で反射して平行光線とし、この平行光線を外部へと射出する。光源ランプ４１６には、高圧水銀ランプを採用している。なお、高圧水銀ランプ以外に、メタルハライドランプやハロゲンランプ等も採用できる。また、リフレクタ４１７には、放物面鏡を採用している。なお、放物面鏡の代わりに、平行化凹レンズおよび楕円面鏡を組み合わせたものを採用してもよい。
【００３１】
第１レンズアレイ４１２は、光軸方向から見てほぼ矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。各小レンズは、光源ランプ４１６から射出される光束を、複数の部分光束に分割している。各小レンズの輪郭形状は、液晶パネル４４１の画像形成領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。
第２レンズアレイ４１３は、第１レンズアレイ４１２と略同様な構成を有しており、小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。この第２レンズアレイ４１３は、重畳レンズ４１５とともに、第１レンズアレイ４１２の各小レンズの像を液晶パネル４４１上に結像させる機能を有する。
【００３２】
偏光変換装置４１４は、第２レンズアレイ４１３と重畳レンズ４１５との間に配置され、第２レンズアレイ４１３からの入射光束を１種類の偏光光束に変換する。この偏光変換装置４１４により１種類の偏光光に変換された各部分光は、重畳レンズ４１５によって最終的に光変調装置４４の液晶パネル４４１上にほぼ重畳される。偏光光を変調するタイプの液晶パネル４４１を用いたプロジェクタ１では、１種類の偏光光しか利用できないため、他種類のランダムな偏光光を発する光源ランプ４１６からの光束の略半分が利用されない。このため、偏光変換装置４１４を用いることにより、光源ランプ４１６から射出された光束を略１種類の偏光光束に変換し、光変調装置４４での光の利用効率を高めている。
以上の第１レンズアレイ４１２、第２レンズアレイ４１３、偏光変換装置４１４、および重畳レンズ４１５は、一体的に組み合わされた照明光学装置５０を構成し、ライトガイド４７内に設置固定される。この照明光学装置５０については、後に詳述する。
【００３３】
色分離光学系４２は、２枚のダイクロイックミラー４２１，４２２と、反射ミラー４２３とを備え、ダイクロイックミラー４２１，４２２によりインテグレータ照明光学系４１から射出された複数の部分光束を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する機能を有している。
【００３４】
リレー光学系４３は、入射側レンズ４３１と、リレーレンズ４３３と、反射ミラー４３２，４３４とを備え、色分離光学系４２で分離された色光である赤色光を液晶パネル４４１Ｒまで導く機能を有している。
【００３５】
この際、色分離光学系４２のダイクロイックミラー４２１では、インテグレータ照明光学系４１から射出された光束のうち、赤色光成分と緑色光成分とは透過し、青色光成分は反射する。ダイクロイックミラー４２１によって反射した青色光は、反射ミラー４２３で反射し、フィールドレンズ４１８を通って、青色用の液晶パネル４４１Ｂに到達する。このフィールドレンズ４１８は、第２レンズアレイ４１３から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶パネル４４１Ｇ、４４１Ｒの光入射側に設けられたフィールドレンズ４１８も同様である。
【００３６】
また、ダイクロイックミラー４２１を透過した赤色光と緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイックミラー４２２によって反射し、フィールドレンズ４１８を通って、緑色用の液晶パネル４４１Ｇに到達する。一方、赤色光は、ダイクロイックミラー４２２を透過してリレー光学系４３を通り、さらにフィールドレンズ４１８を通って、赤色光用の液晶パネル４４１Ｒに到達する。
なお、赤色光にリレー光学系４３が用いられているのは、赤色光の光路の長さが他の色光の光路長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ４３１に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４１８に伝えるためである。なお、リレー光学系４３には、３つの色光のうちの赤色光を通す構成としたが、これに限らず、例えば、青色光を通す構成としてもよい。
【００３７】
光変調装置４４は、入射された光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、色分離光学系４２で分離された各色光が入射される３つの入射側偏光板４４２と、各入射側偏光板４４２の後段に配置される液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂと、各液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂの後段に配置される射出側偏光板４４３と、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム４４４とを備える。
【００３８】
液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂは、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として用いたものである。
光変調装置４４において、色分離光学系４２で分離された各色光は、これら３枚の液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ、入射側偏光板４４２、および射出側偏光板４４３によって画像情報に応じて変調されて光学像を形成する。
【００３９】
入射側偏光板４４２は、色分離光学系４２で分離された各色光のうち、一定方向の偏光光束のみ透過させ、その他の光束を吸収するものであり、サファイアガラス等の基板に偏光膜が貼付されたものである。また、基板を用いずに、偏光膜をフィールドレンズ４１８に貼り付けてもよい。
射出側偏光板４４３も、入射側偏光板４４２と略同様に構成され、液晶パネル４４１（４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ）から射出された光束のうち、所定方向の偏光光束のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。また、基板を用いずに、偏光膜をクロスダイクロイックプリズム４４４に貼り付けてもよい。
これらの入射側偏光板４４２および射出側偏光板４４３は、互いの偏光方向が直交するように設定されている。
【００４０】
クロスダイクロイックプリズム４４４は、射出側偏光板４４３から射出され、各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成するものである。
クロスダイクロイックプリズム４４４には、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、４つの直角プリズムの界面に沿って略Ｘ字状に設けられ、これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成される。
【００４１】
以上説明した液晶パネル４４１、射出側偏光板４４３およびクロスダイクロイックプリズム４４４は、一体的にユニット化された電気光学装置４５として構成されている。
投写レンズ４６は、クロスダイクロイックプリズム４４４で合成されたカラー画像を拡大して投写するものである。
【００４２】
図４は、ライトガイドの構造を示す斜視図である。
ライトガイド４７は、上述した各光学部品を上方からスライド式に嵌め込む複数の溝部が形成された下ライトガイド４７１と、この下ライトガイド４７１の上側開口を閉塞する蓋状の上ライトガイド４７２（図７参照）とを備えて構成される。
【００４３】
下ライトガイド４７１は、平面視略Ｌ字状とされ、その一端側（図４中右側）に形成されて光源装置４１１が収容される光源収納部４７３と、他端側に形成されて光学部品４１８，４２１〜４２３，４３１〜４３４，４４２が収納される光学部品収納部４７４と、投写レンズ４６を設置する投写レンズ設置部４７５とを備えている。
【００４４】
光源収納部４７３は、下方が開放され、かつ、内側面に矩形状の開口部４７３Ａを有する箱形形状を有しており、該光源収納部４７３に光源装置４１１が収納される。
光学部品収納部４７４は、側面部４７４Ａと、底面部４７４Ｂとを備えて構成されている。側面部４７４Ａの内側面には、ダイクロイックミラー４２１，４２２、反射ミラー４２３、入射側レンズ４３１、反射ミラー４３２，４３４、およびリレーレンズ４３３を上方からスライド式に嵌め込むための溝部４７６が形成されている。
光学部品収納部４７４の底面部４７４Ｂのうち、光源収納部４７３との境界部分には、上述した照明光学装置５０が配置されている。
投写レンズ設置部４７５は、光学部品収納部４７４の側面部４７４Ａの正面部分に、半円筒状に形成されている。
【００４５】
〔３．照明光学装置の構造〕
図５および図６は、照明光学装置の斜視図および断面図である。なお、図５および図６において、右側が光束入射側であり、左側が光束射出側である。
照明光学装置５０は、光束分割素子としての第１レンズアレイ４１２と、第２レンズアレイ４１３と、偏光変換装置４１４と、集光素子としての重畳レンズ４１５と、これら光学部品４１２〜４１５を冷却流体としてのエチレングリコール（以降、冷却液と呼ぶ）とともに密閉収納する筐体５１とを備える。
偏光変換装置４１４は、第２レンズアレイ４１３の各小レンズにより集光された入射光束を１種類の偏光光束に揃えて射出する偏光変換素子６１と、この偏光変換素子の光束入射側に設けられた遮光板６２とを備える。
【００４６】
筐体５１は、Ｍｇ合金またはＡｌ合金で形成され、筐体５１のうち偏光変換素子６１の入射光束光軸に交わる両端面には、それぞれ開口部５２，５３が形成されている。このうち、開口部５２は、筐体５１の光束入射側に形成され、開口部５３は、筐体５１の光束射出側に形成される。
開口部５２は、入射光束を複数の部分光束に分割して偏光変換素子６１に導入する第１レンズアレイ４１２で塞がれており、開口部５３は、偏光変換素子６１で変換された光束を集光する重畳レンズ４１５で塞がれている。なお、開口部５２，５３と第１レンズアレイ４１２および重畳レンズ４１５との間には、図示しない防水パッキンが介装されている。
【００４７】
また、筐体５１には、外側に膨出して、上部に向かうに従って細くなる先細り形状の膨出部５１１が形成されている。この膨出部５１１は、上端面５１２を有し、この上端面５１２には、全面に亘って弾性部材５１３が設けられている。弾性部材５１３は、熱伝導性を有する材料、ここではシリコンゴムで形成されている。
この膨出部５１１の内側でかつ偏光変換素子６１の外形より外側の空間は、偏光変換素子６１または遮光板６２によって加熱された冷却液を冷却する冷却空間５１４とされている。なお、この冷却空間５１４における冷却効率を向上させるため、膨出部５１１の上端面５１２は、偏光変換素子６１および遮光板６２の真上に位置するように形成されている。
【００４８】
以上の照明光学装置５０は、図７に示すように、下ライトガイド４７１内に配置されるが、上ライトガイド４７２に覆われていない。すなわち、膨出部５１１は、ライトガイド４７から突出し、膨出部５１１に設けられた弾性部材５１３で放熱部材としてのアッパーケース２１の上面部２１１に密着している。また、上述のシロッコファン３２で引き寄せられた空気は、冷却流路Ａを通って、照明光学装置５０の膨出部５１１を冷却する。
【００４９】
〔４．偏光変換装置の詳細な構造〕
図８は、偏光変換装置４１４を部分拡大した平断面図である。
偏光変換装置４１４の偏光変換素子６１は、板状の偏光変換素子アレイ６３と、この偏光変換素子アレイ６３の光束射出側に貼り付けられた位相差膜としての位相差板６４とで構成されている。
【００５０】
偏光変換素子アレイ６３は、入射光束に対して傾斜して配置され、該入射光束を２種類の直線偏光光束に分離する複数の偏光分離膜６３１と、これら偏光分離膜６３１の間に介在配置され、分離された直線偏光光束のうち一方を反射する複数の反射膜６３２と、これら偏光分離膜６３１と反射膜６３２が形成される透光性部材としてのガラス部材６３３とを備えている。
偏光分離膜６３１および反射膜６３２は、光束入射方向および光束射出方向に対して平面視で略４５°に傾斜し、かつ、等しい配列ピッチで交互に配置されている。
【００５１】
偏光分離膜６３１は、ブリュースター角が略４５°に設定された誘電体多層膜等で構成され、ランダムな偏光光束を２種類の偏光光束に分離するものであり、該偏光分離膜６３１の入射面に対して、平行な偏光方向を有する光束（Ｓ偏光光束）を反射し、該Ｓ偏光光束と直交する偏光方向を有する光束（Ｐ偏光光束）を透過するものである。
反射膜６３２は、例えば、高反射性を有するＡｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｒ等の単一金属材料、これら複数種類の金属を含む合金等で構成され、上記偏光分離膜６３１で反射されるＳ偏光光束を反射するものである。
ガラス部材６３３は、光束が内部を通過するものであり、通常、白板ガラス等を加工して形成される。
【００５２】
位相差板６４は、偏光変換素子アレイ６３を構成するガラス部材６３３の光束射出側に設けられ、偏光変換素子アレイ６３から射出された２種類の光束のうち、一方の直線偏光光束の偏光方向を９０°回転させて他方の直線偏光光束の偏光方向と同一にするものである。具体的には、位相差板６４は、偏光変換素子アレイ６３の光束射出端面のうち偏光分離膜６３１からの光束が透過する部分に貼り付けられて、偏光分離膜６３１を透過するＰ偏光光束の偏光方向を９０°回転させる。
また、位相差板６４の光束射出端面には、該光束射出端面を覆う無機材料で形成された透光性基板としてのガラス板６４１が設けられている。
【００５３】
ここで、遮光板６２は、ステンレスまたはＡｌ合金で形成され、偏光変換素子アレイ６３の光束入射側に設けられ、熱伝導性を有する接着剤を用いて筐体５１の内側面に取り付けられている。この遮光板６２は、反射膜６３２の配列に応じて形成されてかつ反射膜６３２に入射する不要光を遮断する遮光部６２１を備えている。つまり、遮光板６２は、第２レンズアレイ４１３から偏光分離膜６３１に入射する光束のみを通すものである。
【００５４】
〔５．照明光学装置の動作〕
以上の照明光学装置５０の動作は、以下のようになる。
光源装置４１１から射出された光束は、第１レンズアレイ４１２で複数の部分光束に分割されて、第２レンズアレイ４１３に入射する。この第２レンズアレイ４１３に入射した光束は、各小レンズにより集光されて偏光変換装置４１４の偏光変換素子６１に射出される。ここで、遮光板６２の遮光部６２１によって、第２レンズアレイ４１３から射出される光束のうち無効領域に進む光束が遮光される。
【００５５】
第２レンズアレイ４１３から射出されて偏光変換素子６１に入射した光束は、ランダムな偏光方向を有する光束であるため、偏光分離膜６３１により、Ｐ偏光光束およびＳ偏光光束に分離される。すなわち、Ｐ偏光光束は、該偏光分離膜６３１を透過し、Ｓ偏光光束は該偏光分離膜６３１で反射し、光路が略９０°変換される。偏光分離膜６３１で反射したＳ偏光光束は、反射膜６３２で反射され、再度、光路が略９０°変換され、偏光変換素子６１に入射した光と略同一方向に進む。
また、偏光分離膜６３１を透過したＰ偏光光束は、位相差板６４に入射し、偏光方向を９０°回転されることにより、Ｓ偏光光束として射出される。
これにより、偏光変換素子６１からは、略１種類のＳ偏光光束が射出され、重畳レンズ４１５によって液晶パネル４４１上で結像される。
【００５６】
ここで、遮光板６２は、光源装置４１１からの光束の一部を遮光するため、この遮光した光束により発熱する。そのため、遮光板６２周囲の冷却液（エチレングリコール）の温度が上昇し、上方へ流動する。この上方へ流動する冷却液は、筐体５１膨出部５１１が細くなっているので、流速を徐々に上げながら冷却空間５１４を上昇し、この冷却空間５１４で膨出部５１１との間で熱交換を行う。すると、冷却液の温度は低下して、重畳レンズ４１５と偏光変換素子６１との間を通る冷却流路Ｂと、第１レンズアレイ４１２と第２レンズアレイ４１３との間を通る冷却流路Ｃとの大きく２つに分かれて、再び下方に流動する。以上の動作を繰り返すことにより、冷却液が循環して自然対流が生じる（図６参照）。
一方、膨出部５１１に伝わった熱は、弾性部材５１３を介して膨出部５１１からアッパーケース２１の上面部２１１に伝達されて放熱されるとともに、冷却流路Ｃを通る冷却風で冷却されて放熱が促進される。
【００５７】
〔６．実施形態の効果〕
したがって、本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）照明光学装置５０を、偏光変換素子６１と、遮光板６２と、これら偏光変換素子６１および遮光板６２をエチレングリコールとともに密閉収容する筐体５１とを含んで構成したので、遮光板６２が発熱すると、この熱によって遮光板６２周囲のエチレングリコール（冷却液）が循環して自然対流が生じる。このとき、筐体５１内に冷却液が密閉収納されているため、冷却液が遮光板６２の全周を囲むことになり、遮光板６２の発熱部分に対する接触面積を大きく確保でき、遮光板６２から冷却液への熱の移動が円滑に行われる。したがって、冷却ファン等による冷却空気量が減少しても、遮光板６２を確実に冷却できる。
【００５８】
（２）筐体５１に開口部５２，５３を形成し、これら開口部５２，５３を部を第１レンズアレイ４１２および重畳レンズ４１５で塞いだので、例えばガラス等の透明性部材で開口部５２，５３を塞ぐ場合に比べ、部品点数を削減できる。また、第１レンズアレイ４１２および重畳レンズ４１５についても、遮光板６２と同様に冷却でき、冷却効率を向上できる。
（３）筐体５１に膨出部５１１を設け、膨出部５１１の内側でかつ偏光変換素子６１の外形より外側の空間を冷却空間５１４としたので、加熱された冷却液が膨出部５１１に接触しながら冷却空間５１４を流動することにより、冷却液の熱が膨出部５１１に伝わって放熱されるから、冷却効率を向上できる。
【００５９】
（４）膨出部５１１を上部に向かうに従って細くなる先細り形状としたので、膨出部５１１内を上昇する冷却液の流速を徐々に上げて、冷却液を速やかに流動させることができ、遮光板６２の熱を迅速に放熱できる。
（５）筐体５１にアッパーケース２１の上面部２１１に密着する弾性部材５１３を設けたので、冷却液から膨出部５１１に伝わった熱は、弾性部材５１３を介して膨出部５１１からアッパーケース２１へと伝わって放熱される。したがって、さらに効率よく冷却できる。また、アッパーケース２１に外部から衝撃が加わっても、弾性部材５１３で緩和できるから、筐体５１の変形を防止できる。
【００６０】
（６）冷却液として、空気よりも熱伝導率、比熱、動粘性係数、プラントル数が大きいエチレングリコールを用いたので、熱が拡散して温度分布が均一化され、冷却液の一部の温度が急上昇するのを抑制できる。したがって、冷却液に接触することによって位相差板６４等の材質が劣化するのを防止できる。
（７）遮光板６２を熱伝導性を有する接着剤を用いて筐体５１の内側面に取り付けたので、遮光板６２に発生した熱を、冷却液だけでなく、接着剤を介しても筐体５１から放熱できるから、遮光板６２の冷却効率をさらに向上できる。
【００６１】
（８）ガラス板６４１で位相差板６４を覆ったので、ガラス板６４１で位相差板６４の表面を保護して、冷却液の温度が上昇しても位相差板６４が劣化するのを防止できる。
（９）光源収納部４７３と光学部品収納部４７４との境界部分に照明光学装置５０を配置したので、光源装置４１１で発生した熱の大部分を、照明光学装置５０を介して冷却できる。したがって、光源収納部４７３の熱が光学部品収納部４７４に配置された電気工学装置４５等に伝わって温度が上昇するのを防ぐことができ、プロジェクタ１の耐久性を向上できる。
（１０）照明光学装置５０の筐体５１を冷却するシロッコファン３２を設けたので、筐体５１からの放熱を促進し、さらに冷却効率を向上できる。
【００６２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る照明光学装置が適用されたプロジェクタの全体斜視図。
【図２】前記実施形態に係るプロジェクタの内部構造を示す分解斜視図。
【図３】前記各実施形態におけるプロジェクタの光学系の模式図。
【図４】前記実施形態に係るライトガイドの構造を示す斜視図。
【図５】前記実施形態に係る照明光学装置の斜視図。
【図６】前記実施形態に係る照明光学装置の縦断面図。
【図７】前記実施形態に係る照明光学装置がプロジェクタ内に配置された状態を示す縦断面図。
【図８】前記実施形態に係る偏光変換素子および遮光板の平断面図。
【符号の説明】
１…プロジェクタ（光学危機）、２１…アッパーケース（放熱部材）、４７…ライトガイド（光学部品用筐体）、５０…照明光学装置、５１…筐体、５２，５３…開口部、６１…偏光変換素子、６２…遮光板、６４…位相差板（位相差膜）、４１２…第１レンズアレイ（光束分割素子）、４１５…重畳レンズ（集光素子）、５１１…膨出部、５１４…冷却空間、６２１…遮光部、６３１…偏光分離膜、６３２…反射膜、６３３…ガラス部材（透光性部材）、６４１…ガラス板（透光性基板）。

Claims (11)

1. 光学機器に用いられ、入射光束を１種類の直線偏光光束に揃えて射出する偏光変換素子を備えた照明光学装置において、
   前記入射光束に対して傾斜して配置され、該入射光束を２種類の直線偏光光束に分離する複数の偏光分離膜、これら偏光分離膜の間に介在配置され、前記分離された直線偏光光束のうち一方を反射する複数の反射膜、前記偏光分離膜および反射膜が形成される複数の透光性部材、ならびに、これら透光性部材の光束射出側に設けられ、前記分離された直線偏光光束のうち一方を他方の偏光方向に変換する複数の位相差膜を備えた偏光変換素子と、
   この偏光変換素子の光束入射側に設けられ、前記反射膜の配列に応じて形成されて該反射膜に入射する不要光を遮断する遮光部を有する遮光板と、
   前記偏光変換素子および遮光板を、冷却流体とともに密閉収納する筐体とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
2. 請求項１に記載の照明光学装置において、
   前記筐体のうち前記偏光変換素子の入射光束光軸に交わる両端面には、それぞれ開口部が形成され、
   前記開口部のうちいずれか一方には、該開口部を塞ぐとともに、前記入射光束を複数の部分光束に分割して前記偏光変換素子に導入する光束分割素子が設けられ、
   前記開口部のうち他方には、該開口部を塞ぐとともに、前記偏光変換素子で変換された光束を集光する集光素子が設けられていることを特徴とする照明光学装置。
3. 請求項１または２に記載の照明光学装置において、
   前記筐体は、外側に膨出する膨出部を有し、
   この膨出部の内側でかつ前記偏光変換素子の外形より外側の空間は、前記偏光変換素子または遮光板によって加熱された冷却流体を冷却する冷却空間とされていることを特徴とする照明光学装置。
4. 請求項３に記載の照明光学装置において、
   前記膨出部は、上部に向かうに従って細くなる先細り形状とされていることを特徴とする照明光学装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の照明光学装置において、
   前記筐体には、前記光学機器に設けられる放熱部材に接触する熱伝導性を有する弾性部材が設けられていることを特徴とする照明光学装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の照明光学装置において、
   前記冷却流体は、エチレングリコールとされていることを特徴とする照明光学装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の照明光学装置において、
   前記遮光板は、熱伝導性を有する接着剤を用いて前記筐体に取り付けられていることを特徴とする照明光学装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の照明光学装置において、
   前記位相差板の光束射出端面は、無機材料で形成された透光性基板で覆われていることを特徴とする照明光学装置。
9. 光源を収納する光源収納部、およびレンズ、ミラー等の光学部品を収納する光学部品収納部を有する光学部品用筐体を備えた光学装置であって、
   光源収納部と前記光学部品収納部との境界部分には、請求項１から８のいずれかに記載の照明光学装置が配置されていることを特徴とする光学装置。
10. 光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、拡大投写するプロジェクタであって、
    請求項９に記載の光学装置を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
11. 請求項１０に記載のプロジェクタにおいて、
    前記照明光学装置の筐体を冷却する冷却手段を備えていることを特徴とするプロジェクタ。

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