JP2005121900A

JP2005121900A - 投射型表示装置、および、投射型表示装置用の光学系

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Publication number: JP2005121900A
Application number: JP2003356632A
Authority: JP
Inventors: Takashi Suzuki; 隆司鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2005-05-12
Also published as: US20050083489A1; US7118223B2

Abstract

【課題】反射型表示素子を用いた投射型表示装置において、偏光板の冷却能力を向上させつつ、光学系または装置の大型化を防ぐことができる。
【解決手段】光源から照射された光を用いて反射型表示素子上に表示された画像を投射面に投射する投射型表示装置において、前記光源から前記反射型表示素子までの光路上に偏光板を設け、前記偏光板の光入射側に冷却風を送る送風手段と、前記冷却風が前記偏光板の光入射面に対して斜め方向で前記偏光板に当たるように、前記冷却風をガイドする導風手段と、を具備することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、反射型表示素子（反射型液晶パネル）を用いた投射型表示装置（液晶プロジェクタ）、さらには、投射型表示装置用の光学系（光学エンジン）に係り、特には、偏光板の冷却に関するものである。

従来技術として、特許文献１および特許文献２には、透過型表示素子（透過型液晶パネル）を使用した液晶プロジェクタにおいて、コンデンサーレンズと透過型液晶パネルの間の光路上に、それぞれに離間して偏光板を配置することが記載されている。特に、特許文献２における偏光板は、透明基板にフィルム状の偏光素子を貼着した構成をしている。

偏光板は、光源からの光成分のうち、Ｐ偏光またはＳ偏光のどちらか一方の偏光光を吸収し、もう一方の偏光光のみを通過させる役目をしている。そのため、偏光板では、吸収した偏光光が熱成分となり発熱することになる。この偏光板の発熱を冷却ファンで冷却する方法が周知である。

特許文献２の冷却方法としては、下方に設けた冷却ファンの冷却風を、偏光板と透過型液晶パネル間の間隙に通すことで（すなわち、間隙を冷却ファンの導風路としている）、偏光板、および、透過型液晶パネルを冷却している。さらに、偏光板と透過型液晶パネルの間隙に風向誘導手段を設け、下方に設けた冷却ファンの冷却風が風向誘導手段にガイドされて偏光板表面（さらには、透過型液晶パネル表面）に当たることで、偏光板の冷却を効率良く行なうことが記載されている。また、冷却ファンを偏光板表面に対して傾けて配置し、冷却ファンの冷却風が透過型液晶パネル表面、および、偏光板表面に直接当たることで、偏光板の冷却を効率良く行なうことが記載されている。

さらに、特許文献１には、透過型液晶パネルと偏光板の間隙に風導板を設け、さらには、偏光板を透過型液晶パネル表面に対して僅かに傾けて配置し、偏光板の冷却を効率良く行なうことが記載されている。

一方、特許文献３には、反射型表示素子（反射型液晶パネル）を使用した液晶プロジェクタが記載されている。

ここで、従来技術における反射型液晶パネルを用いた液晶プロジェクタの構成を図８に示す。図８において、５８は、光源５１から照射された白色光のうち、緑（Ｇ）の波長域の光（第１波長域の光）を透過するとともに、赤（Ｒ）および青（Ｂ）の波長域の光（第２波長域の光）を反射するダイクロイックミラーであり、その光入射面が入射する白色光に対して略４５°傾斜するように配置されている。

６０は、第１波長域の光の光路上でダイクロイックミラー５８と緑用反射型液晶パネル６１Ｇ間に設けられ、Ｐ偏光を透過するとともに、Ｓ偏光を反射する偏光分離面を有する第１偏光ビームスプリッターである。一方、６６は、第２波長域の光の光路上でダイクロイックミラー５８と、赤用反射液晶パネル６１Ｒおよび青用反射液晶パネル６１Ｂ間に設けられ、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する偏光分離面を有する第２偏光ビームスプリッターであり、その入射側には、第２波長域の光のうち青（Ｂ）の波長域の光のみ偏光方向を９０度変換させる作用を持つ色選択性位相差板６５が貼着されている。

５９は、第１波長域の光の光路上でダイクロイックミラー５８と第１偏光ビームスプリッター６０間に設けられた第１入射側偏光板である。一方、６４は、第２波長域の光の光路上でダイクロイックミラー５８と第２偏光ビームスプリッター６６（色選択性位相差板６５）間に設けられた第２入射側偏光板である。

そして、特許文献３には、第１入射側偏光板５９と第１偏光ビームスプリッター６０間の隙間、および、第２入射側偏光板６４と第２偏光ビームスプリッター６６（色選択性位相差板６５）間の隙間を、冷却ファンの導風路として、偏光板および偏光ビームスプリッターを冷却することが記載されている。
特開平９−２８８３１５号公報特開平１０−１９７９５４号公報特開２００１−１５４２６８号公報

しかしながら、特許文献２の冷却方法では、下方に設けた冷却ファンの冷却風により、偏光板が下端部から徐々に偏光板全体に渡って冷却されていくことになるので、冷却効率があまり良くないという問題点を有していた。さらに、偏光板と透過型液晶パネルの間隙に風向誘導手段を設けることで、冷却風が偏光板表面に当たるようにはなるが、その反面、偏光板と透過型液晶パネルの間隙に風向誘導手段用のスペースが必要となり、光学系が大型化してしまうという問題点を有していた。また、冷却ファンを偏光板表面に対して傾けて配置することでも、冷却風が偏光板表面に当たるようにはなるが、その反面、冷却ファンを傾けて配置することにより冷却部のスペースが拡大してしまい、装置が大型化してしまうという問題点を有していた。

さらに、特許文献１においても、透過型液晶パネルと偏光板の間隙に、導風板用のスペースが必要となり、さらには、偏光板を傾けて配置することによりスペースが拡大してしまい、光学系が大型化してしまうという問題点を有していた。

一方、特許文献３の反射型液晶パネルを用いた液晶プロジェクタにおいては、図８に示すように、ダイクロイックミラー５８と入射側偏光板５９、６４の間隙には、大きな空間（ダイクロイックミラーの４５°傾斜による三角形の空間）が形成されている。

そこで、本発明は、上記の問題点を解決するためのもので、反射型表示素子を用いた投射型表示装置において、偏光板の冷却能力を向上させつつ、光学系または装置の大型化を防ぐことを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る投射型表示装置は、光源から照射された光を用いて反射型表示素子上に表示された画像を投射面に投射する投射型表示装置において、前記光源から前記反射型表示素子までの光路上に偏光板を設け、前記偏光板の光入射側に冷却風を送る送風手段と、前記冷却風が前記偏光板の光入射面に対して斜め方向で前記偏光板に当たるように、前記冷却風をガイドする導風手段と、を具備することを特徴とする。

また、前記導風手段は、前記冷却風が前記偏光板の略中央部に当たるように、前記冷却風をガイドすることを特徴とする。

また、前記導風手段は、前記冷却風が前記偏光板の光入射面に対して２０°以上５０°以下傾斜した方向で前記偏光板に当たるように、前記冷却風をガイドすることを特徴とする。

また、前記光源から前記偏光板までの光路上に、入射光のうち第１波長域の光を光入射方向と略平行な方向へ出射させ、前記入射光のうち第２波長域の光を前記光入射方向と略垂直な方向へ出射させるダイクロイックミラーをさらに設けたことを特徴とする。

また、前記ダイクロイックミラーは、平行平面板であり、その光入射面は、前記入射光に対して略４５°傾斜するように配置されていることを特徴とする。

また、前記偏光板は、前記第１波長域の光の光路上に設けられた第１偏光板および前記第２波長域の光の光路上に設けられた第２偏光板を含み、前記送風手段は、前記第１偏光板の光入射側に冷却風を送る第１送風手段および前記第２偏光板の光入射側に冷却風を送る第２送風手段を含むことを特徴とする。

また、前記第１波長域と前記第２波長域のうち波長域の大きい方の光の光路上に設けられた前記偏光板の光入射側に送られる冷却風の風量は、前記第１波長域と前記第２波長域のうち波長域の小さい方の光の光路上に設けられた前記偏光板の光入射側に送られる冷却風の風量よりも大きいことを特徴とする。

また、前記送風手段は、冷却風を発生させる冷却風発生源、前記第１偏光板の光入射側に冷却風を吹き出す第１吹き出し口、および、前記第２偏光板の光入射側に冷却風を吹き出す第２吹き出し口を有しており、前記第１波長域と前記第２波長域のうち波長域の大きい方の光の光路上に設けられた前記偏光板の光入射側に冷却風を吹き出す吹き出し口の面積は、前記第１波長域と前記第２波長域のうち波長域の小さい方の光の光路上に設けられた前記偏光板の光入射側に冷却風を吹き出す吹き出し口の面積よりも大きいことを特徴とする。

また、前記第１送風手段は略水平方向に冷却風を送り、前記第２送風手段は略鉛直方向に冷却風を送ることを特徴とする。

さらにまた、前記偏光板は、ガラス、サファイア、または、蛍石から成る基板と、前記基板の光入射側に貼着された偏光素子と、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の側面に係る投射型表示装置は、光源から照射された光を用いて反射型表示素子上に表示された画像を投射面に投射する投射型表示装置において、前記光源から前記反射型表示素子までの光路上に入射光を１色と２色に色分離するダイクロミラーと、前記ダイクロミラーにより色分離された２色側の光路上に偏光板を設け、前記偏光板の光入射側に冷却風を送る送風手段と、前記冷却風が前記偏光板の光入射面に対して斜め方向で前記偏光板に当たるように、前記冷却風をガイドする導風手段と、を具備することを特徴とする。

本発明の第３の側面に係る投射型表示装置用の光学系は、光源から照射された光を用いて反射型表示素子上に表示された画像を投射面に投射する投射型表示装置用の光学系において、前記光源から前記反射型表示素子までの光路上に偏光板を設け、前記偏光板の光入射側に冷却風を送る送風手段と、前記冷却風が前記偏光板の光入射面に対して斜め方向で前記偏光板に当たるように、前記冷却風をガイドする導風手段と、を具備することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、反射型表示素子を用いた投射型表示装置において、偏光板の冷却能力を向上させつつ、光学系または装置の大型化を防ぐことができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、実施例１に係る反射型表示素子を用いた投射型表示装置の構成を示したものである。まず、図１を用いて、本実施例１に係る液晶プロジェクタ（投射型表示装置）の構成を説明する。

図１において、１は連続スペクトルで白色光を発光する光源、２は光源１からの光を所定の方向に集光するリフレクターである。３ａは矩形のレンズをマトリックス状に配置した第１フライアイレンズ、３ｂは第１フライアイレンズの個々のレンズに対応したレンズアレイからなる第２フライアイレンズ、４は無偏光光を所定の偏光光に揃える偏光変換素子である。５は紫外線カットフィルターであり、６はミラーであり、７はコンデンサーレンズである。以上の光源１からコンデンサーレンズ７までで、照明系が構成される。

８は緑（Ｇ）の波長領域の光（第１波長域の光）を透過し、青（Ｂ）と赤（Ｒ）の波長領域の光（第２波長域の光）を反射するダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー８は平行平面板で、その光入射面は照明系からの入射光に対して略４５°傾斜するように配置されており、第１波長域の光を光入射方向と略平行な方向へ透過させて出射させ、第２波長域の光を光入射方向と略垂直な方向へ反射して出射させている。９は透明基板９ａに偏光素子９ｂを貼着したＧ用の第１入射側偏光板であり、Ｓ偏光のみを透過する。１０はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第１偏光ビームスプリッター（プリズム）であり、偏光分離面を有する。１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂはそれぞれ入射した光を反射するとともに画像変調する赤用の反射型液晶パネル（反射型表示素子）、緑用の反射型液晶パネル（反射型表示素子）、青用の反射型液晶パネル（反射型表示素子）である。１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂはそれぞれ、赤用の１／４波長板、緑用の１／４波長板、青用の１／４波長板である。１３は透明基板１３ａに偏光素子１３ｂを貼着したＧ用の第１出射側偏光板であり、Ｐ偏光のみを透過する。

１４は透明基板１４ａに偏光素子１４ｂを貼着したＲＢ用の第２入射側偏光板であり、Ｓ偏光のみを透過する。１５はＢの光の偏光方向を９０度変換し、Ｒの光の偏光方向は変換しない第１色選択性位相差板（第１色選択性位相板）である。１６はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第２偏光ビームスプリッター（プリズム）であり、偏光分離面を有する。１７はＲの光の偏光方向を９０度変換し、Ｂの光の偏光方向は変換しない第２色選択性位相差板（第２色選択性位相板）である。なお、第２偏光ビームスプリッター１６には第１色選択性位相差板１５と第２色選択性位相差板１７が貼着されている。１８は透明基板１８ａに偏光素子１８ｂを貼着したＲＢ用の第２出射側偏光板であり、Ｓ偏光のみを透過する。１９はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第３偏光ビームスプリッター（色合成プリズム）であり、偏光分離面を有する。

以上のダイクロイックミラー８から第３偏光ビームスプリッター１９までで、色分解合成光学系が構成される。

２０は投射レンズであり、投射光学系が構成される。

そして、上記照明系、色分解合成光学系および投射光学系により、投射表示装置用の光学系（光学エンジン）が構成されている。

次に、本実施例１に係る液晶プロジェクタ（投射型表示装置）の光学的作用を説明する。

光源１から発した光はリフレクター２により所定の方向に集光される。リフレクター２は放物面形状を有しており、放物面の焦点位置からの光は放物面の対称軸に略平行な光束となる。但し、光源１は理想的な点光源ではなく有限の大きさを有しているので、集光する光束には放物面の対称軸に平行でない光の成分も多く含まれている。これらの集光光束は、第１フライアイレンズ３ａに入射する。第１フライアイレンズ３ａは、外形が矩形である正の屈折力を有するレンズをマトリックス状に組み合わせて構成されており、入射した光束はそれぞれのレンズに応じた複数の光束に分割、集光され、第２フライアイレンズ３ｂを経て、マトリックス状に複数の光源像を偏光変換素子４の近傍に形成する。

偏光変換素子４は、偏光分離面と反射面と１／２波長板とからなり、マトリックス状に集光される複数の光束は、その列に対応した偏光分離面に入射し、透過するＰ偏光成分の光と反射するＳ偏光成分の光に分割される。反射されたＳ偏光成分の光は反射面で反射し、Ｐ偏光成分と同じ方向に出射する。一方、透過したＰ偏光成分の光は、１／２波長板を透過してＳ偏光成分と同じ偏光成分に変換され、偏光方向が揃った光として出射する。偏光変換された複数の光束は、偏光変換素子４を出射した後、紫外線カットフィルター５を透過し、ミラー６にて反射することで、発散光束としてコンデンサーレンズ７に至る。このコンデンサーレンズ７により、複数の光束は矩形形状の像が重なった形で矩形の均一な照明エリアが形成されることになる。この照明エリアに後述の反射型液晶パネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを配置する。次に、偏光変換素子４によりＳ偏光とされた光は、ダイクロイックミラー８に入射する。なお、ダイクロイックミラー８は、Ｂ（４３０〜４９５ｎｍ）とＲ（５９０〜６５０ｎｍ）の光は反射し、Ｇ（５０５〜５８０ｎｍ）の光は透過する。

続いて、Ｇの光路について説明する。

ダイクロイックミラー８を透過したＧの光は第１入射側偏光板９に入射する。なお、Ｇの光はダイクロイックミラー８によって分解された後もＳ偏光となっている。そしてＧの光は、第１入射側偏光板９から出射した後、第１偏光ビームスプリッター１０に対してＳ偏光として入射して偏光分離面で反射され、Ｇ用の反射型液晶パネル１１Ｇへと至る。Ｇ用の反射型液晶パネル１１Ｇにおいては、Ｇの光が画像変調されて反射される。画像変調されたＧの反射光のうちＳ偏光成分は、再び第１偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面で反射し、光源１側に戻され、投射されない。

一方、画像変調されたＧの反射光のうちＰ偏光成分は、第１偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面を透過し、投射光として第３偏光ビームスプリッター１９に向かう。このとき、すべての偏光成分をＳ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において、第１偏光ビームスプリッター１０とＧ用の反射型液晶パネル１１Ｇとの間に設けられた１／４波長板１２Ｇの遅相軸を所定の方向に調整することにより、第１偏光ビームスプリッター１０とＧ用の反射型液晶パネル１１Ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えることができる。第１偏光ビームスプリッター１０から出射したＧの光は、Ｐ偏光のみを透過する第１出射側偏光板１３で検光される。これにより、第１偏光ビームスプリッター１０とＧ用の反射型液晶パネル１１Ｇを通ることによって生じた無効な成分がカットされた光となる。そして、Ｇの光は、第３偏光ビームスプリッター１９に対してＰ偏光として入射し、第３偏光ビームスプリッター１９の偏光分離面を透過して投射レンズ２０へと至る。

続いて、ＲとＢの光路について説明する。

ダイクロイックミラー８を反射したＲとＢの光は、第２入射側偏光板１４に入射する。なお、ＲとＢの光はダイクロイックミラー８によって分解された後もＳ偏光となっている。そしてＲとＢの光は、第２入射側偏光板１４から出射した後、第１色選択性位相差板１５に入射する。第１色選択性位相差板１５は、Ｂの光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＢの光はＰ偏光として、Ｒの光はＳ偏光として第２偏光ビームスプリッター１６に入射する。Ｓ偏光として第２偏光ビームスプリッター１６に入射したＲの光は、第２偏光ビームスプリッター１６の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶パネル１１Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２偏光ビームスプリッター１６に入射したＢの光は、第２偏光ビームスプリッター１６の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶パネル１１Ｂへと至る。

Ｒ用の反射型液晶パネル１１Ｒに入射したＲの光は画像変調されて反射される。画像変調されたＲの反射光のうちＳ偏光成分は、再び第２偏光ビームスプリッター１６の偏光分離面で反射されて光源１側に戻され、投射されない。一方、画像変調されたＲの反射光のうちＰ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター１６の偏光分離面を透過して投射光として第２色選択性位相板１７に向かう。

また、Ｂ用の反射型液晶パネル１１Ｂに入射したＢの光は画像変調されて反射される。画像変調されたＢの反射光のうちＰ偏光成分は、再び第２偏光ビームスプリッター１６の偏光分離面を透過して光源１側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＢの反射光のうちＳ偏光成分は第２偏光ビームスプリッター１６の偏光分離面で反射して投射光として第２色選択性位相板１７に向かう。

このとき、第２偏光ビームスプリッター１６とＲ用、Ｂ用の反射型液晶パネル１１Ｒ、１１Ｂの間に設けられた１／４波長板１２Ｒ、１２Ｂの遅相軸を調整することにより、Ｇの場合と同じようにＲ，Ｂそれぞれの黒表示の調整を行うことができる。

こうして１つの光束に合成され、第２偏光ビームスプリッター１６から出射したＲとＢの投射光のうちＲの光は、第２色選択性位相板１７によって偏光方向が９０度回転されてＳ偏光成分となり、さらに第２出射側偏光板１８で検光されて第３偏光ビームスプリッター１９に入射する。また、Ｂの光はＳ偏光のまま第２色選択性位相板１７をそのまま透過し、さらに第２出射側偏光板１８で検光されて第３偏光ビームスプリッター１９に入射する。なお、第２出射側偏光板１８で検光されることにより、ＲとＢの投射光は第２偏光ビームスプリッター１６、Ｒ用、Ｂ用の反射型液晶表示素子１１Ｒ、１１Ｂ、および、１／４波長板１２Ｒ、１２Ｂを通ることによって生じた無効な成分をカットされた光となる。

そして、第３偏光ビームスプリッター１９に入射したＲとＢの投射光は第３偏光ビームスプリッター１９の偏光分離面を反射し、前述した偏光分離面にて反射したＧの光と合成されて投射レンズ２０に至る。その後、合成されたＲ、Ｇ、Ｂの投射光は、投射レンズ２０によってスクリーンなどの投射面に拡大投影される。

このとき、入射側偏光板９、１４および出射側偏光板１３、１８は、検光されなかったＰ偏光またはＳ偏光のどちらか一方の偏光光を吸収し、その吸収した光が熱成分となり発熱する。特に、反射型表示素子（反射型液晶パネル）を用いた液晶プロジェクタでは、黒表示の時、出射側偏光板１３、１８に比べて入射側偏光板９、１４の発熱温度が高くなる傾向にある。

ここで、黒表示の時の光学的作用について、図１を用いて説明する。

まず、第１入射側偏光板９においては、ダイクロイックミラー８を透過したＧの光のＳ偏光光は第１入射側偏光板９に入射し、その後、第１偏光ビームスプリッター１０に入射して偏光分離面で反射され、Ｇ用の反射型液晶パネル１１Ｇへと至る。ここで、反射型液晶パネル１１Ｇが黒表示の時、Ｇの光は画像変調されないまま反射される。反射型液晶パネル１１Ｇで反射された後も、Ｇの光はＳ偏光光のままであるため、再び第１偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面で反射し、第１入射側偏光板９を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。すなわち、第１入射側偏光板９においては、Ｇの光が行き帰りの２回分透過することになるため、第１入射側偏光板９にて検光されなかったＰ偏光成分を２回分吸収することになり、第１入射側偏光板９の発熱温度は第１出射側偏光板１３に比べて高くなる。

続いて、第２入射側偏光板１４においては、ダイクロイックミラー８を反射したＲとＢの光のＳ偏光光は、第２入射側偏光板１４に入射する。そして、ＲとＢの光は、第２入射側偏光板１４から出射した後、第１色選択性位相差板１５に入射する。第１色選択性位相差板１５は、Ｂの光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＢの光はＰ偏光として、Ｒの光はＳ偏光として第２偏光ビームスプリッター１６に入射する。Ｓ偏光として第２偏光ビームスプリッター１６に入射したＲの光は、第２偏光ビームスプリッター１６の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶パネル１１Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２偏光ビームスプリッター１６に入射したＢの光は、第２偏光ビームスプリッター１６の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶パネル１１Ｂへと至る。ここで、Ｒ用の反射型液晶パネル１１Ｒが黒表示の時、Ｒ用の反射型液晶パネル１１Ｒに入射したＲの光は画像変調されないまま反射される。Ｒ用の反射型液晶パネル１１Ｒで反射された後も、Ｒの光はＳ偏光光のままであるため、再び第２偏光ビームスプリッター１６の偏光分離面で反射し、第２入射側偏光板１４を通過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、Ｂ用の反射型液晶パネル１１Ｂに入射したＢの光は、Ｂ用の反射型液晶パネル１１Ｂが黒表示の時、画像変調されないまま反射される。Ｂ用の反射型液晶パネル１１Ｂで反射された後も、Ｂの光はＰ偏光光のままであるため、再び第２偏光ビームスプリッター１６の偏光分離面を透過し、第１色選択性位相差板１５により、Ｓ偏光に変換され、第２入射側偏光板１４を透過して光源側に戻されて投射光から除去される。すなわち、第２入射側偏光板１４においては、ＲＢの光が行き帰りの２回分透過することになるため、第２入射側偏光板１４にて検光されなかったＰ偏光成分を２回分吸収することになり、第２入射側偏光板の発熱温度は第２出射側偏光板１８に比べて高くなる。

なお、第２入射側偏光板１４はＲＢ光の２つの検光されなかった光成分を吸収するため、第１入射側偏光板９よりもさらに発熱温度が高くなる。

次に、入射側偏光板９、１４および出射側偏光板１３、１８の冷却構成について説明する。偏光板の冷却には、冷却風を送る送風手段として、ファンの回転軸方向に風を送る軸流ファンや、ファンの回転接線方向に風を送るシロッコファン等の冷却ファンが用いられるが、装置小型化の面から見るとシロッコファンを用いるのがより好ましい。

まず、第１出射側偏光板１３の冷却方法として、第１偏光ビームスプリッター１０と第１出射側偏光板１３、第１出射側偏光板１３と第３偏光ビームスプリッター１９の間隙のそれぞれに、下方に設けられた不図示の冷却ファンにより風を送る。冷却風の大部分が第１出射側偏光板１３表面の略中央部を素通りしてしまうが（偏光板の発熱温度は、表面の略中央部が一番高い。）、第１出射側偏光板１３の側面（板厚面）が冷却され、第１出射側偏光板１３全体が徐々に冷却されることになる。同様に、第２出射側偏光板１８についても、第２色選択性位相板１７と第２出射側偏光板１８、第２出射側偏光板と第３偏光ビームスプリッター１９の間隙のそれぞれに、下方に設けられた不図示の冷却ファンにより風を送る。冷却風の大部分が第２出射側偏光板１８表面の略中央部を素通りしてしまうが（偏光板の発熱温度は、表面の略中央部が一番高い。）、第２出射側偏光板１８の側面（板厚面）が冷却され、第２出射側偏光板１８全体が徐々に冷却されることになる。

しかしながら、前述したように、入射側偏光板９、１４の発熱温度は、出射側偏光板１３、１８よりも高くなるため、出射側偏光板１３、１８の冷却方法では、冷却能力の面で満足しない。そこで、入射側偏光板９、１４の冷却方法について、図２を用いて説明する。

図２において、第１入射側偏光板９は、前述したように透明基板９ａにフィルム状の偏光素子９ｂを貼着することで形成されており、偏光素子９ｂの貼着側がダイクロイックミラー８側に向けて配置されている。すなわち、偏光素子９ｂは透明基板９ａの光入射側に貼着されている。一方、第２入射側偏光板１４は、前述したように透明基板１４ａに偏光素子１４ｂを貼着することで形成されており、偏光素子１４ｂの貼着側がダイクロイックミラー８側に向けて配置されている。すなわち、偏光素子１４ｂは透明基板１４ａの光入射側に貼着されている。

なお、透明基板９ａ、１４ａは、ガラス、または、サファイアや蛍石等の高い熱伝導性を持つ材料から成る平行平面板である。特に、サファイアは高価な材料であるので、ＲとＢの２色側の光路上に設けられる透明基板１４ａのみに、薄型のサファイア基板を用いても良い。

また、ダイクロイックミラー８は、Ｇの光を透過、ＲＢの光を反射させて、それぞれ第１偏光ビームスプリッター１０、第２偏光ビームスプリッター１６に光を入射させるために、入射側偏光板９、１４に対して略４５°傾いた状態で、入射側偏光板９、１４とともに第１固定部材２１により固定保持されている。すなわち、ダイクロイックミラー８と偏光ビームスプリッター１０、１６の間の光路上には、偏光ビームスプリッター１０、１６から光入射側を見て略４５°の開角にて広がっていくような大きなスペース空間がそれぞれ配置されることになる。

２２は、第１入射側偏光板９および第２入射側偏光板１４の光入射側に冷却風を送るためのシロッコファン、２３はシロッコファン２２からの冷却風をガイドする導風手段としてのダクトである。ダクト２３には、冷却風が第１入射側偏光板９および第２入射側偏光板１４の表面略中央部にそれぞれ当たるように、吹き出し口２３ａ、２３ｂが設けられており、第１固定部材２１には、送風穴部２１ａ、２１ｂが上述の略４５°のスペース空間に設けられている。なお、この略４５°のスペース空間は、反射型液晶パネルを用いた液晶プロジェクタの光学系を設計する上で必要となる空間であり、ダクト２３の吹き出し口２３ａ、２３ｂおよび第１固定部材２１の送風穴部２１ａ、２１ｂを設けるために、わざわざ設けた空間ではない。

次に、シロッコファン２２による冷却風の流れについて、図３（ａ）を用いて説明する。なお、図３（ａ）には、第２入射側偏光板１４の冷却構成を示しているが、第１入射側偏光板９の冷却構成も同様である。また、２４は、第１固定部材２１に対して、ダイクロイックミラー８や入射側偏光板１４等の光学素子を収納した状態で上から蓋をするための第２固定部材である。

まず、シロッコファン２２が回転すると、冷却風は、ダクト２３内を図中右方へ流れ、ダクト２３内に設けられたテーパ部２３ｃに当たり、風向きが入射側偏光板１４の表面に対して角度θ傾いた状態で、かつ、入射側偏光板１４の略中央部に当たるようにガイドされる。そして冷却風は、ダクト２３の吹き出し口２３ｂ、第１固定部材２１の送風穴部２１ｂを通って、入射側偏光板１４の略中央表面に到達することになる。

一方、入射側偏光板１４は、透明基板１４ａへの偏光素子１４ｂの貼着側がダイクロイックミラー８側に向けて配置されているため、偏光素子１４ｂを直接冷却でき、効率良い冷却が可能となる。さらに、発熱温度が高くなる入射側偏光板１４の略中央表面に的確に冷却風が到達するため、冷却能力が格段にアップする。さらに、ダイクロイックミラー８と入射側偏光板１４の間隙における光学系設計上必要となるスペース空間（略４５°のスペース空間）を有効利用することで、装置の小型化に大いに貢献できる。さらにまた、冷却能力がアップしたことで、シロッコファンの回転数減・風量減での冷却が可能となり、騒音低減の効果も達成される。

このとき、偏光板冷却に用いられる第１固定部材２１の送風穴部２１ｂの穴面積（すなわち、ダクト２３の吹き出し口２３ｂの面積）は、液晶パネルに１インチ以下のものを採用している液晶プロジェクタにおいて、１００平方ミリメートル以下に設定されているものが一般的である。

ここで、本実施例１では、第１固定部材２１の送風穴部２１ｂの穴面積、および、入射側偏光板１４の略中央表面に対して冷却風が当たる角度（吹き付け角度θ）の両者をパラメータにして、入射側偏光板１４の温度が最も低くなった状態をシミュレーションしてみた。そのシミュレーションデータを示したのが、図３（ｂ）である。図３（ｂ）によると、第１固定部材２１の送風穴部２１ｂの穴面積が１００平方ミリメートル以下の場合において、吹き付け角度θは２０°以上５０°以下の範囲が好ましいことが分かった。さらに、図３（ｂ）によると、穴面積が５０〜１００平方ミリメートルの場合において、好ましい吹き付け角度θは約４７°と略一定であり、穴面積が１００平方メートルミリメートルより大きい場合（装置小型化のため、穴面積はあまり大きくできない。）でも、吹き付け角度は５０°近傍が好ましいことが分かる。

なお、第１入射側偏光板９については、図２で示したように、シロッコファン２２からの冷却風はダクト２３内を流れ、ダクト２３の吹き出し口２３ａ、第１固定部材２１の送風穴部２１ａを通過して、第１入射側偏光板９の略中央表面に到達することになるが、このときの冷却風の吹き付け角度も、同様に、２０°以上５０°以下の範囲が好ましい。

次に、送風手段（シロッコファン２２とダクト２３）の構成について、図４を用いて説明する。図４において、ダクト２３はダクト上部２３ｄとダクト下部２３ｅにて構成されている。このダクト上部２３ｄには吹き出し口２３ａ、２３ｂが設けられている。シロッコファン２２からの冷却風の風向きを変えるためのテーパ部２３ｃは、ダクト上部２３ｄとダクト下部２３ｅを固着した際に形成される。

図５は、実施例２に係る入射側偏光板９、１４の冷却構成を示したものである。

図５において、第１入射側偏光板９は、前述したように透明基板９ａに偏光素子９ｂを貼着することで形成されており、偏光素子９ｂの貼着側がダイクロイックミラー８側に向けて配置されている。一方、第２入射側偏光板１４は、前述したように透明基板１４ａに偏光素子１４ｂを貼着することで形成されており、偏光素子１４ｂの貼着側がダイクロイックミラー８側に向けて配置されている。

また、ダイクロイックミラー８は、Ｇの光を透過、ＲＢの光を反射させて、それぞれ第１偏光ビームスプリッター１０、第２偏光ビームスプリッター１６に光を入射させるために、入射側偏光板９、１４に対して略４５°傾いた状態で、入射側偏光板９、１４とともに第１固定部材１２１により固定保持されている。すなわち、ダイクロイックミラー８と偏光ビームスプリッター１０、１６の間の光路上には、偏光ビームスプリッター１０、１６から光入射側を見て略４５°の開角にて広がっていくような大きなスペース空間がそれぞれ配置されることになる。

１２２は、第１入射側偏光板９および第２入射側偏光板１４の光入射側に冷却風を送るためのシロッコファン、１２３はシロッコファン１２２からの冷却風をガイドする導風手段としてのダクトである。ダクト１２３には、冷却風が第１入射側偏光板９および第２入射側偏光板１４の表面略中央部にそれぞれ当たるように、吹き出し口１２３ａ、１２３ｂが設けられており、第１固定部材１２１には、送風穴部１２１ａ、１２１ｂが上述の略４５°のスペース空間に設けられている。なお、この略４５°のスペース空間は、反射型液晶パネルを用いた液晶プロジェクタの光学系を設計する上で必要となる空間であり、ダクト１２３の吹き出し口１２３ａ、１２３ｂおよび第１固定部材１２１の送風穴部１２１ａ、１２１ｂを設けるために、わざわざ設けた空間ではない。

ここで、本実施例２が実施例１と異なる点は、ダクト１２３の吹き出し口１２３ａ（第１固定部材１２１の送風穴部１２１ａ）の面積に対して、ダクト１２３の吹き出し口１２３ｂ（第１固定部材１２１の送風穴部１２１ｂ）の面積を大きく設定されていることである。

この理由は、前述したように第２入射側偏光板１４はＲＢ光の２つの検光されなかった光成分を吸収するため、Ｇ光の１色が通過する第１入射側偏光板９よりも発熱温度が高くなるからである。したがって、ダクト１２３の吹き出し口１２３ａ（第１固定部材１２１の送風穴部１２１ａ）の面積に対して、ダクト１２３の吹き出し口１２３ｂ（第１固定部材１２１の送風穴部１２１ｂ）の面積を大きく設定することで、小さい面積の穴の吹き出し口１２３ａ（送風穴部１２１ａ）部では、シロッコファンからの冷却風の風圧が高くなり、すなわち、冷却風が流れにくくなり風量が減少することになる。一方、大きな面積の穴の吹き出し口１２３ｂ（送風穴部１２１ｂ）部では、冷却風の風量が増加することになる。これにより、第２入射側偏光板１４の冷却能力を第１入射側偏光板９の冷却能力よりもアップさせることが可能となる。

なお、シロッコファン１２２による冷却風の流れ、および、冷却風の吹き付け角度については、実施例１と同様であるため、説明は省略する。

図６は、実施例３における入射側偏光板９、１４の冷却構成を示したものである。

図６において、第１入射側偏光板９は、前述したように透明基板９ａに偏光素子９ｂを貼着することで形成されており、偏光素子９ｂの貼着側がダイクロイックミラー８側に向けて配置されている。一方、第２入射側偏光板１４は、前述したように透明基板１４ａに偏光素子１４ｂを貼着することで形成されており、偏光素子１４ｂの貼着側がダイクロイックミラー８側に向けて配置されている。

２２２は、第１入射側偏光板９および第２入射側偏光板１４の光入射側に冷却風を送るためのシロッコファン、２２３はシロッコファン２２２からの冷却風をガイドする導風手段としてのダクトである。ダクト２２３には、冷却風が第１入射側偏光板９および第２入射側偏光板１４の表面略中央部にそれぞれ当たるように、側面側に設けられた側面吹き出し口２２３ａ、および、底面側に設けられた底面吹き出し口２２３ｂが設けられており、第１固定部材２２１には、側面側に設けられた側面送風穴部２２１ａ、および、底面側に設けられた底面送風穴部２２１ｂが上述の略４５°のスペース空間に設けられている。なお、この略４５°のスペース空間は、反射型液晶パネルを用いた液晶プロジェクタの光学系を設計する上で必要となる空間であり、ダクト２２３の側面吹き出し口２２３ａ、底面吹き出し口２２３ｂ、および、第１固定部材２２１の側面送風穴部２２１ａ、底面送風穴部２２１ｂを設けるために、わざわざ設けた空間ではない。

ここで、本実施例３では、第１入射側偏光板９に対しては略水平方向に冷却風を送っているが、第２入射側偏光板１４に対しては、略水平方向ではなく、略鉛直方向に冷却風を送っている。その理由は、光源からの光は図６中の矢印で示す向きでダイクロイックミラー８に入射するのであるが、第２入射側偏光板１４に対して略水平方向に冷却風を送る構成であると、光源からの光を一部遮光してしまうからである。

次に、シロッコファン２２２による冷却風の流れについて、図６を用いて説明する。

まず、シロッコファン２２２が回転すると、冷却風は、ダクト２２３の側面吹き出し口２２３ａ（第１入射側偏光板９の冷却用）、および、底面吹き出し口２２３ｂ（第２入射側偏光板１４の冷却用）の２箇所に向かってそれぞれ流れる。なお、ダクト２２３の底面吹き出し口２２３ｂ（第２入射側偏光板１４の冷却用）に向かう風の流れについては、実施例１と同様であるため、説明は省略する。一方、ダクト２２３の側面吹き出し口２２３ａ（第１入射側偏光板９の冷却用）に向かう冷却風は、ダクト２２３内に設けられたテーパ部２２３ｃに当たり、風向きが第１入射側偏光板９の表面の略中央部に当たるような方向に変えられる。そして冷却風は、ダクト２２３の側面吹き出し口２２３ａ、第１固定部材２２１の側面送風穴部２２１ａを通って、第１入射側偏光板９の略中央表面に到達することになる。

一方、第１入射側偏光板９は、透明基板９ａへの偏光素子９ｂの貼着側がダイクロイックミラー８側に向けて配置されているため、偏光素子９ｂを直接冷却でき、効率良い冷却が可能となる。さらに、発熱温度が高くなる第１入射側偏光板９の略中央表面に的確に冷却風が到達可能となるため、冷却能力が格段にアップする。さらに、ダイクロイックミラー８と第１入射側偏光板９の間隙における光学系設計上必要となるスペース空間（略４５°のスペース空間）を有効利用することで、装置の小型化に大いに貢献できる。さらにまた、冷却能力がアップしたことで、シロッコファンの回転数減・風量減での冷却が可能となり、騒音低減の効果も達成される。

次に、送風手段（シロッコファン２２２とダクト２２）の構成について、図７を用いて説明する。図７において、ダクト２２３はダクト上部２２３ｄとダクト下部２２３ｅにて構成されている。このダクト上部２２３ｄには底面吹き出し口２２３ｂが設けられている。シロッコファン２２２からの冷却風の風向きを変えるためのテーパ部２２３ｃおよび側面吹き出し口２２３ａは、ダクト上部２２３ｄとダクト下部２２３ｅを固着した際に形成される。

なお、冷却風の吹き付け角度については、実施例１と同様であるため、説明は省略する。

実施例１に係る反射型表示素子を用いた投射型表示装置の構成図。実施例１に係る入射側偏光板の冷却の説明図。（ａ）は、実施例１に係る入射側偏光板の冷却構成の説明図。（ｂ）は、実施例１に係る送風穴部面積と冷却風の吹き付け角度の関係図。実施例１に係る送風手段の説明図。実施例２に係る入射側偏光板の冷却の説明図。実施例３に係る入射側偏光板の冷却の説明図。実施例３に係る送風手段の説明図従来技術に係る反射型表示素子を用いた投射型表示装置の構成図。

符号の説明

１光源
２リフレクター
３ａ第１のフライアイレンズ
３ｂ第２のフライアイレンズ
４偏光変換素子
５紫外線カットフィルター
６ミラー
７コンデンサーレンズ
８ダイクロイックミラー
９第１入射側偏光板
９ａ透明基板
９ｂ偏光素子
１０第１偏光ビームスプリッター
１１Ｒ反射型液晶パネル
１１Ｇ反射型液晶パネル
１１Ｂ反射型液晶パネル
１２Ｒ１／４波長板
１２Ｇ１／４波長板
１２Ｂ１／４波長板
１３第１出射側偏光板
１４第２入射側偏光板
１４ａ透明基板
１４ｂ偏光素子
１５第１色選択性位相差板
１６第２偏光ビームスプリッター
１７第２色選択性位相差板
１８第２出射側偏光板
１９第３偏光ビームスプリッター
２０投射レンズ
２１第１固定部材
１２１第１固定部材
２２１第１固定部材
２１ａ送風穴部
２１ｂ送風穴部
１２１ａ送風穴部
１２１ｂ送風穴部
２２１ａ送風穴部
２２１ｂ送風穴部
２２シロッコファン
１２２シロッコファン
２２２シロッコファン
２３ダクト
１２３ダクト
２２３ダクト
２３ａ吹き出し口
２３ｂ吹き出し口
１２３ａ吹き出し口
１２３ｂ吹き出し口、
２２３ａ吹き出し口
２２３ｂ吹き出し口
２４第２固定部材

Claims

光源から照射された光を用いて反射型表示素子上に表示された画像を投射面に投射する投射型表示装置において、前記光源から前記反射型表示素子までの光路上に偏光板を設け、前記偏光板の光入射側に冷却風を送る送風手段と、前記冷却風が前記偏光板の光入射面に対して斜め方向で前記偏光板に当たるように、前記冷却風をガイドする導風手段と、を具備することを特徴とする投射型表示装置。
前記導風手段は、前記冷却風が前記偏光板の略中央部に当たるように、前記冷却風をガイドすることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
前記導風手段は、前記冷却風が前記偏光板の光入射面に対して２０°以上５０°以下傾斜した方向で前記偏光板に当たるように、前記冷却風をガイドすることを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
前記光源から前記偏光板までの光路上に、入射光のうち第１波長域の光を光入射方向と略平行な方向へ出射させ、前記入射光のうち第２波長域の光を前記光入射方向と略垂直な方向へ出射させるダイクロイックミラーをさらに設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
前記ダイクロイックミラーは、平行平面板であり、その光入射面は、前記入射光に対して略４５°傾斜するように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
前記偏光板は、前記第１波長域の光の光路上に設けられた第１偏光板および前記第２波長域の光の光路上に設けられた第２偏光板を含み、前記送風手段は、前記第１偏光板の光入射側に冷却風を送る第１送風手段および前記第２偏光板の光入射側に冷却風を送る第２送風手段を含むことを特徴とする請求項４または５に記載の投射型表示装置。
前記第１波長域と前記第２波長域のうち波長域の大きい方の光の光路上に設けられた前記偏光板の光入射側に送られる冷却風の風量は、前記第１波長域と前記第２波長域のうち波長域の小さい方の光の光路上に設けられた前記偏光板の光入射側に送られる冷却風の風量よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の投射型表示装置。
前記送風手段は、冷却風を発生させる冷却風発生源、前記第１偏光板の光入射側に冷却風を吹き出す第１吹き出し口、および、前記第２偏光板の光入射側に冷却風を吹き出す第２吹き出し口を有しており、前記第１波長域と前記第２波長域のうち波長域の大きい方の光の光路上に設けられた前記偏光板の光入射側に冷却風を吹き出す吹き出し口の面積は、前記第１波長域と前記第２波長域のうち波長域の小さい方の光の光路上に設けられた前記偏光板の光入射側に冷却風を吹き出す吹き出し口の面積よりも大きいことを特徴とする請求項６または７に記載の投射型表示装置。
前記第１送風手段は略水平方向に冷却風を送り、前記第２送風手段は略鉛直方向に冷却風を送ることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
前記偏光板は、ガラス、サファイア、または、蛍石から成る基板と、前記基板の光入射側に貼着された偏光素子と、を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
光源から照射された光を用いて反射型表示素子上に表示された画像を投射面に投射する投射型表示装置において、前記光源から前記反射型表示素子までの光路上に入射光を１色と２色に色分離するダイクロミラーと、前記ダイクロミラーにより色分離された２色側の光路上に偏光板を設け、前記偏光板の光入射側に冷却風を送る送風手段と、前記冷却風が前記偏光板の光入射面に対して斜め方向で前記偏光板に当たるように、前記冷却風をガイドする導風手段と、を具備することを特徴とする投射型表示装置。
光源から照射された光を用いて反射型表示素子上に表示された画像を投射面に投射する投射型表示装置用の光学系において、前記光源から前記反射型表示素子までの光路上に偏光板を設け、前記偏光板の光入射側に冷却風を送る送風手段と、前記冷却風が前記偏光板の光入射面に対して斜め方向で前記偏光板に当たるように、前記冷却風をガイドする導風手段と、を具備することを特徴とする光学系。