JP2006065332A - 光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトで、冷却効率のよい投射型映像表示装置を提供する。
【解決手段】 光源ユニットから出射された光を映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、光を映像表示素子に照射する照射手段と、映像表示素子から出射した光を投射する投射手段とを備え、上記光源ユニット、照射手段、映像表示素子、投射手段を支持または構成する構造体の少なくとも一部分を構成している発熱体、熱源あるいはエネルギの熱変換体の少なくとも一箇所に熱線放射膜、あるいは、ふく射熱発散膜、例えばセラミック膜を密着させたことを特徴とする映像表示装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶パネル、又は映像表示素子などのライトバルブ素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、投射型リアプロジェクションテレビ等の光学ユニット、投射型映像表示装置及び冷却方法に係わり、特に光源、光学素子、ライトバルブ素子に入射する光により発生する熱および周辺構造体を冷却し、安定した映像を投射する技術に関するものである。

液晶パネル等のライトバルブ素子に、電球などの光源からの光を当てて、液晶パネル上の画像を拡大投射する液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置が知られている。

この種の映像表示装置は、光源からの光をライトバルブ素子で画素毎の濃淡に変えて調節し、スクリーンなどに投射するものである。例えば、液晶表示素子の代表例であるツイステッド・ネマティック(TN)型液晶表示素子は、透明な電極被膜をもつ一対の透明基板間に液晶を注入して成る液晶セルの前後に、各々の偏光方向が互いに90°異なるように２枚の偏光板を配置したものであり、液晶の電気光学効果により偏光面を回転させる作用と、偏光板の偏光成分の選択作用とを組み合わせることにより、入射光の透過光量を制御して画像情報を表示するようになっている。近年、こうした透過型あるいは反射型の映像表示素子では、素子自体の小型化が進むとともに、解像度等の性能も急速に向上している。

このため、該映像表示素子を用いた表示装置の小型高性能化も進み、単に従来のようにビデオ信号等による映像表示を行うだけでなく、パーソナルコンピュータの画像出力装置としての投射型映像表示装置も新たに提案されている。この種の投射型映像表示装置には、特に、小型であることと、画面の隅々まで明るい画像が得られることが要求される。しかし、従来の投射型映像表示装置は、小型化するために、映像表示素子のサイズを１.８“(インチ)から１.３“、０.９”、０.７“、０.５”へと小さくする必要が生じた。この時、光源の光を映像表示素子のサイズに集光するため、単位面積当たりの光束量が急激に増加する。パネルサイズに合わせてランプ光源の光を集光するため、パネルが小さくなると、パネル、レンズ、偏光板、ＰＢＳ、色分離ミラー、合成プリズム、波長板、投射レンズ等に到達する光の面積も小さくなり、光による発熱量も増加、また、ランプ光源の光を集光し、反射するリフレクタも小型化するため、高いワット(Ｗ)のランプになるにつれて冷却の問題が重要となってきている。したがって、従来の空気冷却方法では冷却性能が不十分であるといった問題がある。

冷却に関しては、例えば、光源からのランダムな偏光光を一方向の偏光方向に揃えて液晶表示素子に照射する光学系としては、公開特許公報平４−６３３１８号公報に開示されているような偏光ビームスプリッターを利用して、光源から出射するランダムな偏光光をＰ偏光光とＳ偏光光に分離してプリズムを用いて合成するものがある。しかし、Ｓ偏光光路に漏れ込んで入射した不要光を遮光することができず、従来、映像表示素子近傍の偏光板の温度上昇を引き起こしていた。

以上より、液晶表示装置の明るさおよび画質向上ということと、小型化という２つの観点から、各光学素子、構造体、回路素子のそれぞれの効率よい冷却の対応が必要となっている。

特開平４−６３３１８号公報

小型化した光学エンジンは全体として単位面積当たりの光束量が増加し、パネルや偏光板等の光学素子、構造体、での発熱量が大きくなる。

更に、投射型映像表示装置に使われる液晶パネルでは液晶の応答時間が長い。このため、従来の投射型映像表示装置のように、液晶パネル、偏光板、光源ユニット等の光学素子を放熱フィン、あるいは軸流ファン、シロッコファン等により風を流して冷却していたが、単位面積当たりの発熱量が増加してきたため、効率が悪くなってきた。

本発明の目的は小型、高輝度であり、冷却効率のよい、新規かつ有用な投射型映像表示技術を提供することにある。

本発明の目的を達成するために、光学ユニットの一実施の形態では、光を出射する光源ユニットと、該光源ユニットから出射された光を映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、該光源ユニットから出射された光を該映像表示素子に照射する照射手段と、前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段とを有する光学ユニットであって、前記光源ユニットと前記映像表示素子と前記照射手段と前記投射手段の少なくとも何れか１つを支持する支持体を有し、該支持体と前記光源ユニットと前記映像表示素子と前記照射手段と前記投射手段の少なくとも一部分を構成している発熱源の少なくとも一部に、ふく射熱発散膜を密着させた構成とする

以上述べたように、本発明によれば、低コスト、コンパクトで、冷却効率のよい投射型映像表示装置が得られる。また、光の利用効率がよい映像表示装置が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態を示す。

本第１の実施の形態は、電子的に入射光を色分離する電子的色分離手段として、光透過型のものを用いた光学エンジンの冷却の必要部分にセラミック膜を付着させて冷却を行う構成例である。

図１において、１は光源ユニット、２は複数の微小な集光レンズより成り複数の２次光源像を形成する第１のアレイレンズ、３は複数の微小な集光レンズより成り該第１のアレイレンズの個々のレンズ像を結像する第２のアレイレンズ、４は該第２のアレイレンズ側からの光をＰ偏光光とＳ偏光光に分離する偏光ビームスプリッタ、４ａは該偏光ビームスプリッタの出射光であるＰ偏光光とＳ偏光光のいずれかの偏光方向を回転するための１／２波長位相差板、５、６は光を集める第１の集光レンズとしてのコリメータレンズ、１６は反射により光路の方向を変える反射ミラー、８は第２の集光レンズとしてのコンデンサレンズ、９ａは所定方向の偏光光を通す第１の偏光板、７は電子的制御で入射光を色分離する電子的色分離手段、１０は偏光ビームスプリッタ、１１は１／４波長位相差板、１２は反射型液晶パネルやマイクロミラー式パネル等の反射型表示素子、１３は投射レンズユニット、９ｂは第２の偏光板である。上記第１のアレイレンズ２から偏光ビームスプリッタ１０及び１／４波長位相差板１１までの光学系は、上記表示素子に対する照明光学系を構成する。

上記構成において、上記光源ユニット１の光源部１９から出た光は、楕円面または方物面または非球面のリフレクタ1にて反射集光され、上記第１のアレイレンズ２で複数の２次光源像を形成した後、上記第２のアレイレンズ３で該複数の２次光源像を結像し、該結像光が、偏光ビームスプリッタ４でＰ偏光光とＳ偏光光とに分離され、１／２波長位相差板４ａで該Ｐ偏光光と該Ｓ偏光光のいずれかが偏光方向を回転され、コリメータレンズ５、６で集光されて、反射ミラー１６に略４５゜の入射角で入射する。該反射ミラー１６では、反射により光路方向が変更される。該ミラー１６からの反射光は、コンデンサレンズ８で再び集光されて第１の偏光板９ａに入る。該第１の偏光板９ａでは所定の偏光方向の光のみ透過し、偏光の純度を上げる。ここで、偏光の純度を上げて、電子的色分離手段７に入射させることにより、該電子的色分離手段７からの出射光の色の純度を上げることができる。該偏光板９ａから出た偏光光は、電子的色分離手段７で電子的な制御（該色分離手段への電圧印加・非印加）により色毎に偏光を制御される。例えば、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）色光の偏光を交互に９０゜回転させ、Ｓ偏光光とＰ偏光光を切換える。第１の偏光板９ａによって所定の偏光方向の光である赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の光が順次に抽出され、偏光ビームスプリッタ１０に入る。該偏光ビームスプリッタ１０では、この実施の形態の場合は、入射して来た光を反射して、外側部に配した１／４波長位相差板１１を介し反射型表示素子１２に照射する。該反射型表示素子１２は、表示する画素に対応する（例えば、横１０２４画素、縦７６８画素など）数の映像表示部が設けてある。そして、外部より入力される映像信号に基づき駆動回路で駆動され、上記照射された光を該映像信号に対応して光の偏光状態を変調し、反射光として再び該偏光ビームスプリッタ１０内に出射する。光の偏光状態と偏光ビームスプリッタ１０の透過及び反射の偏光軸との関係で、投射レンズ１３側へ出射する光量と光源部１９側へ出射する光量が決まる。このようにして、外部入力映像信号に従った画像を投影する。反射型表示素子が黒表示を行う場合に、出射光の偏光状態は入射光と略同一であり、そのまま、入射光路にそって、光源側に戻される。該偏光ビームスプリッタからの出射光は、Ｐ偏光光である。該第３の偏光板９ｂでは、Ｐ偏光光のみを透過する構成である。これにより、偏光スクリーンの使用が可能になる。また、該第３の偏光板９ｂの偏光度を偏光ビームスプリッタ１０より高くすることにより、偏光ビームスプリッタからのＳ偏光光のもれ光をカットでき、スクリーン上のコントラストを向上できる。該投射レンズユニットからの光はスクリーン等に拡大投射されて映像を映し出す。

かかる第１の実施の形態構成では、上記のように、照明光学系中の光学要素のうちの上記リフレクタ１、第１のアレイレンズ２、第２アレイレンズ３、偏光ビームスプリッタ４、偏光板９ａ、電子的色分離手段７、第２の偏光板９ｂ、偏光ビームスプリッタ１０及び１／４波長位相差板１１と、反射型表示素子１２等の光が通過する有効範囲以外の裏面部や周辺部、あるいは、これらを保持あるいは支持する構造物に、セラミック膜等の放熱手段を設ける。このセラミック膜は、液体セラミックや粉末状セラミック等を塗布したり、焼結等により成形可能であるが、本願発明は特に限定するものではない。また、このセラミック膜はセラミックを主成分とする材料から生成される。これにより、光の照射を受けて発生した熱が、熱伝導および熱伝達によりセラミック膜に伝わり、セラミック膜は、表面が荒く、表面積が大きくなるので、発熱効率が増大し、なおかつ、セラミック膜なので、遠赤外線等による放熱効果が大きい。すなわち、遠赤外線を含む熱線は、ふく射により放熱され、冷却効果を得ることが可能となる。よって、発熱源の中で放熱を考えている部分に簡単に塗布すれば、冷却効率が向上し、同時に集光する光束量も増大できるので、より明るい映像表示装置ガ実現できる。また、その部分を軸流ファンやシロッコファンを使って単に冷却を行うよりも、セラミック膜を塗布してファンで冷却する方が、さらなる冷却効率向上が可能で、しかもファンの能力を下げることも可能で、低価格、低騒音、低消費電力、小型の軸流ファンやシロッコファンが選択できるので、セット全体で同様の効果が可能である。

当然ながら、発熱源に設けられている金属板、ヒートシンク等の金属やガラス等からなる放熱用部品に塗布しても、放熱効果が増大する。

図２は、本発明による第２番目の投写型液晶表示装置の一実施形態を示す、光学系構成図である。

図２において、投射型液晶表示装置には、光源１があり、光源１は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。光源１は、円形ないし多角形の出射開口を持つ少なくとも１つの反射面鏡５と、この光源１から出される光はライトバルブ素子である液晶表示素子２を通過して投射レンズ３に向かい、スクリーン４へ投影される。

光源１９の電球から放射される光は楕円面または放物面または非球面のリフレクタ１にて集光され、第一のアレイレンズ２に入射する。光は第一のアレイレンズ２を通過後、第二のアレイレンズ３を通過し、この出射光は第二のアレイレンズ３の各々のレンズ光軸の横方向のピッチに適合するように配置された各々のレンズ幅の略１／２サイズの菱形プリズムの列へ入射する。このプリズム面には偏光ビームスプリッター４の膜付けが施されており、この入射光は偏光ビームスプリッター４により透過光はＰ偏光光、反射光はＳ偏光光に分離され、該Ｐ偏光光は偏光ビームスプリッター４の出射側面に配置されたλ／２位相差板４ａにより偏光方向が９０°回転し、Ｓ偏光光となり、コンデンサレンズ５に入射する。また、前記Ｓ偏光光は反射を繰り返し、隣接する偏光ビームスプリター４の出射面から出射され、コンデンサレンズ５に入射する。コンデンサレンズ５、６は、少なくとも1枚以上の構成であり、正の屈折力を有し、このＳ偏光光をさらに集光させる作用を持ち、このコンデンサレンズ５、６を通過した光は透過型表示素子、例えば液晶表示素子１２を照射する。液晶表示素子１２の入射側にはＳ偏光光を透過する入射偏光板９ａを配置する。従来の投射型液晶表示装置では入射偏光板９ａと液晶表示素子１２と出射側偏光板９ｂの組合せにより、一方向の偏光光しか透過しないため透過光量が約半分になっていた。しかし、本実施の形態では偏光ビームスプリッター４を用いるため、光源１９から出射するランダムな偏光光の偏光方向を揃えて液晶表示素子１２に入射するため、理想的には従来の投射型液晶表示装置の２倍の明るさが得られる。

この液晶表示素子１２を通過した光は、例えばズームレンズであるような投射手段１３を通過し、スクリーンに到達する。前記投射手段１３により、液晶表示素子１２に形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。

図２の実施の形態は、液晶ライトバルブとして透過型液晶表示素子１２をいわゆる色の３原色のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色に対応して合計３枚用いた３板式投射型表示装置を示している。本実施の形態において、偏光ビームスプリッター４の出射光は、全反射ミラー１７ａによりその光路を９０°折り曲げられ、光軸に対して４５°の角度に配置されたＢ（青色），Ｇ（緑色）反射ダイクロイックミラー１６により、Ｒ（赤色）の光は透過し、Ｂ，Ｇの光は反射する。透過したＲ光線は、Ｒ用全反射ミラー１７によりその光路を９０°折り曲げられて、液晶表示素子前コンデンサレンズ８及び入射偏光板９を通過し、対向電極、液晶等で構成された液晶表示素子１２に入射され、液晶表示素子１２の光の出射側に設けられた出射偏光板１１を通過する。

液晶表示素子１２には、表示する画素に対応する（例えば横８００画素縦６００画素各３色など）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、液晶表示素子１２の各画素の偏光角度が変わり、最終的に出射偏光板１１の偏光方向と一致する方向になった光が出射され、直交方向になった光が出射偏光板１１で吸収される。この途中の角度の偏光を持った光は、出射偏光板１１の偏光角度との関係で偏光板を通る光の量と偏光板に吸収される量とが決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った画像を投影する。

出射偏光板１１を出射したＲ光線は、Ｒ光線を反射させる作用を有するダイクロイックプリズム２７にて反射され、例えばズームレンズのような投射手段１３に入射し、スクリーンに投射される。

一方、Ｂ，Ｇ反射ダイクロイックミラー１６を透過したＢ光線とＧ光線は、Ｇ反射ダイクロイックミラー２０に入射し、このミラーによりＧ光線は反射し、液晶表示素子前コンデンサレンズ８及び入射偏光板９を通過し、液晶表示素子１２に入射し、液晶表示素子１２の光の出射側に設けられた出射偏光板１１を通過する。出射偏光板１１を出射したＧ光線は、G光線を透過する作用を有するダイクロイックプリズム２７を透過し、投射レンズ１３に入射し、スクリーンに投射される。

また、Ｇ反射ダイクロイックミラー２０を透過したＢ光線は、リレーレンズ２１を透過し、全反射ミラー２２によりその光路を９０°折り曲げられてリレーレンズ２１を透過後、全反射ミラー２３によりその光路を９０°折り曲げられて液晶表示素子前コンデンサレンズ８及び入射偏光板９を通過し、液晶表示素子１２に入射され、液晶表示素子１２の光の出射側に設けられた出射偏光板１１を通過する。出射偏光板１１を出射したＢ光線は、Ｂ光線を反射させる作用を有するダイクロイックプリズム２７にて反射後、投射レンズ１３に入射し、スクリーンに投射される。

以上より、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応した光線が色分離手段及び色合成手段により分離、合成され、投射レンズ１３によりＲ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応した液晶表示素子１２上の画像を拡大し、スクリーン上に各色の画像を合成し拡大した実像を得るものである。同図において、電源回路２４、映像信号回路２５のように配置し、また、吹き出しファン２６により光源１９で発生する熱を外部に導く作用を有する。また、本実施の形態では偏光合成手段によりランダムな光源からの出射光を一方向に揃えるため、入射偏光板の熱の発生が少なくなる。但し、まだ十分とはいえず、上記偏光板９、１１、液晶表示素子１２等の光による発熱体の光通過の有効面以外にセラミック膜を施すと、例えば、偏光板９の周囲のガラス部分あるいは偏光板付ガラス板を保持する構造体、すなわち偏光板調整構造体等や、液晶表示素子１２の入射側の遮光板あるいは開口部を除く本体周辺あるいはそれを固定支持している構造体等、にセラミック膜を塗布することにより、遠赤外線にる放熱効果の増大と、表面積の増加による放熱効果の増大の両方を可能とする。また、リフレクタ１、各種レンズ群、反射ミラーの光の通過または反射する有効範囲以外の部分の少なくとも一部分にセラミック膜を塗布し、さらにこれらの光学素子から熱が伝わる構造体にもセラミック膜を塗布して冷却効率を向上できる。もちろん、反射ミラー１７、２２、２３やリフレクタ１９の裏面等に塗布する場合は、できるだけ均一に塗布すると、熱ムラが少なくなり、安定した光学性能を保持できる。あるいは、放熱方向や、放熱によるリフレクタ１９内部の熱気流のながれをコントロールする場合は、あえて、設計値に従って、塗布する部分と塗布しない部分を設けたりして、塗布する部品と塗布しない部品も生じる場合がある。リフレクタ１を保持しているランプハウス２９あるいはランプハウス２９を構成する遮光板等のリフレクタ側面にセラミック膜４０を施しし、冷却ファン２６によりランプハウスを冷却すると、冷却効率がさらに向上する。これは、リフレクタ１からの熱線が、ランプハウス２９側のセラミック膜で効率良く吸収され、光源１９からの放熱を完結させるので、リフレクタ１からの遠赤外線を積極的にランプハウス２９が吸収し、冷却ファン２６が、ランプハウスを強制冷却するので、冷却効率がさらに向上するものである。さらにＩＲ透過ミラー１７ａの裏面、あるいは裏面側に対向して配置された透過して捨てるＩＲ光を受ける構造体２８、にセラミック膜４０を塗布すると、ＩＲ透過ミラー１７ａからのＩＲ光の吸収を効率良く行える。また、この構造体２８を金属板などにしてＩＲ光が入射する部分にセラミック膜４０を塗布し、この裏面側に同様のセラミック膜４０を施して冷却効率を向上する場合もあり、また、この裏面側は金属のままとして、冷却ファンからの冷却空気を流し、空冷することにより、あるいは、両方の方式を組み合わせることにより、冷却効率を格段に向上することが可能となる。

また、電源回路２４及び映像信号回路２５を同図に示すように配置し、この回路の発熱部分、すなわちコンデンサやＩＣチップ、電源回路のヒートシンクを必要とする部分、トランス、あるいは回路を保護しているカバー、金属膜、ＥＭＩ等ノイズ対策金属板等にセラミック膜４０を施すことにより、回路および装置全体の冷却効率を向上でき、かつヒートシンクを無くしたりまたは小型化できるので、回路部分および装置全体を小型化することができる。もちろんＥＭＩ対策シールド板等は、穴が空いている場合があり、ランプ光源１９から発生する熱線を受けるのに近い部分に配置すると、逆に熱を吸収することが可能なので、ランプ光源１９の放熱手段としても有効に使える。この時、冷却ファン２６により金属板等を冷却してやる、さらに高効率の冷却が可能となる。

したがって、投射型液晶表示装置では、冷却効率が向上できるので、装置全体の小型化と、さらにハイパワーの光源が利用可能であるので、明るさ等の性能向上を同時に実現することができる。

図３は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第３の実施の形態を示す模式図である。図において、図１と同じ構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１の実施の形態では、電子的光学特性切替素子を使用したが本実施の形態ではカラーホイール等の回転方式の光学特性切替素子７ａが使用される。光源ユニット１，１９から出射された光は、楕円鏡１あるいは集光レンズにより、光学特性切替素子７ａに集光される。光学特性切替素子７ａでは、カラーホイールあるいは回転プリズム等で代表され、時系列的にＲ、Ｇ、Ｂ光やＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗ(ホワイト)光等の色分離を行っている。光学特性切替素子７ａでの時系列的な色光は、ガラス棒状のライトパイプ２０、あるいはミラー構成のライトファネルに入射する。もちろん集光光を広げてテレセントリック光学系に光を戻し、第一マルチレンズおよび第二マルチレンズを通過させても良く、映像表示素子１２上にて光分布がより略均一分布になれば、どの方式を利用してもよい。該光学特性切替素子７ａから順次出射された複数の色の光を該反射型の映像表示素子１２、例えばマイクロミラー型映像表示素子あるいは反射型液晶表示素子、に入力し、反射光のうちＯＮ光を該投射レンズ１３に入射し、ＯＦＦ光を投射レンズ１３に入射しないように設計する。この時、前記光源ユニット、照射手段、映像表示素子、投射手段、および構造体の少なくとも一部分を構成している発熱体、熱源あるいはエネルギの熱変換体の少なくとも一箇所にセラミック膜を密着させた構成とする。具体的には、前記カラーホイールの騒音防止のためのカバー部１８に付着させ、さらにヒートシンクを設けて、このヒートシンクにセラミック膜４０を付着させる等して、冷却効率を向上させても良い。さらには、反射型映像表示素子１２の裏面あるいは裏面に熱が伝わるように設けたヒートシンク３５にセラミック膜４０を付着させることにより、放熱効率が向上するので、現在対角寸法が１．３“サイズから０．７”サイズである映像表示素子１２を０．５“あるいは０．３”サイズへと、より小型化の映像表示素子が利用でき、さらにハイパワーの光源を利用できるので、明るさ向上と装置全体の小型化を同時に達成できる。

他にも光源であるランプ官球の不要光出射部、リフレクタ開口部に近い部分のランプ自体の先端部のガラス柱から出た電極ワイヤの接点部やガラス部分、リフレクタ１、ライトパイプ２０等や、これらの光学素子を支持固定している構造体、例えばライトパイプ２０を保持する構造体３０にもセラミック膜ｏｒセラミックス膜を塗布し、従来より効率良く放熱することが可能である。

また、ＯＦＦ反射光が、例えば全反射プリズム１４から投射レンズ１３の開口部以外に出射し、迷光とならないように、遮光板１５等にて受光するか、構造ケース等で受けるなどして、実施しているが、この遮光板１５も光エネルギーが熱に変換され、熱が発生するので、受光部分の反対側にセラミック膜４０などの放熱部材を塗布、または吸着、または固定、または接着して、光の放熱効率、冷却効率を向上させる。以上のように、本発明では、相当部分の冷却性能向上が可能であり、間接的効果としてはセット全体の小型化、高輝度も同時に達成できる。

図４は本発明による投射型映像表示装置における透過型パネルに具体的に適用した実施の形態を示す模式図である。図４（ａ１）において、光の入射側に遮光板４５を取付け、当然ながら遮光板４５は、迷光や乱反射を防ぐために黒色にしてあるので、熱を吸収しやすい。したがって、図４（ａ２）の本発明のようにセラミック膜４０を施せば、放熱効率が向上し、かつ遮光板４５および映像表示素子１２自体の冷却も可能となる。このとき入射面に偏光板や１／２λ板が設置されている場合は、映像表示装置１２の側面方向の遮光板や映像表示素子１２自体の周辺面にセラミック膜４０を塗布し熱線の放熱がおこなえるように工夫しても良い。

当然ながら、映像表示素子１２自体にセラミック膜４０を塗布して、遮光及び冷却を同時に行うようにしても良い。遮光に関しては、光の通過エリアを除いてセラミック膜４０を施せば可能であり、この時、セラミック膜４０の材料を黒く、あるいは低反射色にしたり、または黒色膜を施して、遮光効果を強化しても良い、当然、光から吸収した熱線は光の当たらない外周部に伝わり、再び放熱され冷却が進行していく。 本実施の形態において、図４（ｂ１）は偏光板９や１／２λ板１１あるいは１／４λ板等の位相差板や特定波長偏光回転素子、金属蒸着偏光板、蒸着板、ミラー等を示しており、特に偏光板や位相差板１１の場合を図（ｂ１）に示す。１１ａは位相差板の本体であり、白板ガラス、青板ガラス等の光学ガラスやサファイヤガラス等のガラス基板上に貼り合せてある。この時、図４（ｂ２）に示すように、光通過の有効範囲を除いて、外側にセラミック膜４０を施せば、冷却効率が格段に向上する。さらに、冷却条件、例えば冷却ファンからの冷却風の流れに従い、塗布する場所を調整すると冷却風の上流から下流に対する温度分布からくる冷却ムラを略均一にでき、偏光板や位相差板１１ａあるいはガラス基板の熱による膨張あるいは収縮率を制御でき、光の通過する中心と通過しない外周部、あるいはコーナ部分に発生する位相差ズレや複屈折を低減できる。

図５は本発明による投射型映像表示装置における反射型パネルに具体的に適用した実施の形態を示す模式図である。図５（ａ）に従来の冷却を示す。図において、反射液晶パネルの場合は、光は入射側に存在する１／４λ板１１を通過し、反射型映像表示素子１２に入射する。この入射光は反射型映像表示素子１２によりＯＮ光とＯＦＦ光で偏光方向が回転させられ、反射し出射する。この映像表示素子１２の裏面は、放熱用に金属板が設けられていたり、図のように放熱フィン３５が固定されている。この放熱フィンは、冷却ファンにより直にあるいは流路を介して導かれる冷却風３６により冷却され、映像表示素子１２上に発生した熱を放熱する構成であった。マイクロミラー式反射型映像表示素子の場合は、光の入射側に位相差板１１が存在しないのみで、冷却構成は概略同じである。

図５（ｂ）は、本発明のセラミック膜４０を映像表示素子１２の裏面に塗布した構成であり、非常に簡単な構成であるが高い冷却効率を得ることが可能となる。

セラミック膜４０から放熱される遠赤外線は、空気と熱交換を行い、冷却風３６により、さらに冷却効率が向上する。構成が簡単なので、低コスト、小型化には最適である。

図５（ｃ）は、図５（ｂ）のセラミック膜４０の対向側に、金属板やセラミック板などの熱線吸材を設けた発明である。したがって、セラミック膜４０から発っせられる遠赤外線は、対向側の熱線吸収材３７を熱し、これに吸収され、熱線吸収材３７の温度が上昇する。この時、冷却風３６でこの熱線吸収材３７を冷却して、映像表示素子１２の発熱を放熱していく構成である。

これにより、図５（ｂ）よりも高効率で高速な冷却システムとなる。当然ながら、熱線吸収材３７の映像表示素子１２側にはセラミック膜４０を塗布すると、さらに遠赤外線の吸収効率が向上し、全体構成の冷却効率がさらに高効率となる。

当然ながら、冷却風３６は、映像表示素子１２の表面、裏面および熱線吸収材３７の全てを冷却しても良く、また、各部品に対し、この風の当てる割合を調整して、温度管理や温度分布を調整することが可能である。これにより、温度ムラの少ない、また温度勾配の無理のない最適冷却設計が可能となり、冷却効率向上できる。当然ながら、セラミック膜４０や熱線吸収材３７の色は黒色が望ましく、迷光の散乱を防ぐことが可能である。

図５（ｄ）は、放熱フィン３５の少なくとも一部にもセラミック膜４０を施しており、映像表示素子１２からの放熱が、図５（ａ）よりも高効率に行え、かつ熱線吸収材３７の映像表示素子１２側にはセラミック膜４０を塗布しているので、さらに遠赤外線の吸収効率が向上し、冷却効率がさらに高効率となる。

この時、冷却風３６でこの熱線吸収材３７を冷却して、映像表示素子１２の発熱を放熱していく構成である。

以上より、本発明は、従来の代替えとしての低コストな冷却から、高効率の冷却までを可能とし、映像表示素子１２の幅広い冷却ニーズに対応可能である。

図６は本発明による投射型映像表示装置における光源の冷却方法に具体的に適用した実施の形態を示す模式図である。図６（ａ）に示すように、リフレクタ１の反射する有効範囲以外の部分の少なくとも一部分にセラミック膜を塗布し、さらにリフレクタ１から熱が伝わる構造体にもセラミック膜を塗布して冷却効率を向上できる。もちろん、リフレクタ１９の裏面等に塗布する場合は、できるだけ均一に塗布すると、熱ムラが少なくなり、安定した光学性能を保持できる。あるいは、放熱方向や、放熱によるリフレクタ１内部の熱気流のながれをコントロールする場合は、あえて、設計値に従って、塗布する部分と塗布しない部分を設けたりして、塗布する部品と塗布しない部品も生じる場合がある。

図６（ｂ）に本発明のさらに冷却効率向上の発明を示す。リフレクタ１を保持しているランプハウスあるいはランプハウスを構成する遮光板４１等のリフレクタ側面にセラミック膜４０を施し、冷却ファン２６によりランプハウスを冷却すると、冷却効率がさらに向上する。これは、リフレクタ１からの熱線が、ランプハウスの遮光板４１側のセラミック膜４０で効率良く吸収され、光源１９からの放熱を行うので、リフレクタ１からの遠赤外線を積極的にランプハウスの遮光板４１が吸収し、冷却ファン２６が、ランプハウスごと遮光板４１を強制冷却するので、冷却効率がさらに向上するものである。もちろん、遮光板４１はランプハウスであってもよく、あるいは単純な放熱板であっても良い。

図６（ｃ）は、図６（ｂ）の構成に加え、本発明をダブルリフレクタ４２にも適用した例を示している。このダブルリフレクタ４２は球面リフレクタである場合が多く、従来のリフレクタ１では補足しきれていない出射光を、ダブルリフレクタ４２で補足し、もう一度リフレクタ１に戻して使える光にするための構成であり、金属、ガラス、セラミック、樹脂等の材質に反射膜蒸着等を施した構成である。この場合、ダブルリフレクタ４２の裏面にもセラミック膜４０を塗布し、放熱効率を向上させ、熱による変形歪みを抑え、光利用効率を安定化させ、かつ冷却も高効率で行える。この時、冷却ファン２６は遮光板４１とダブルリフレクタ４２を同時に冷却する構成をとり、遮光板４１はリフレクタ１の面側にセラミック膜４０を塗布して、遠赤外線の吸収を高効率で行い、冷却効率を増大させても良い。リフレクタ１から発生する熱線を受けるのに近い部分に遮光板４１に塗布したセラミック膜４０を配置すると、逆に熱を吸収することが可能なので、リフレクタ１の放熱手段としても有効に使える。この時、冷却ファン２６により遮光板４１の金属板等を冷却してやる、さらに高効率の冷却が可能となる。

もちろん、遮光板４１は、ダブルリフレクタ４２の外周にも設けて、熱線の吸収を行うことも可能である。遮光板４１は、単純な熱線吸収板であっても良いし、これが、ランプハウスであっても良い。これにより、従来よりも効率良く放熱することを可能としている。

図６（ｄ）は、本発明を小型のリフレクタに適用した実施の形態である。

光源であるランプ官球の不要光出射部、あるいはリフレクタ１の有効エリア以外の面、例えば平面部を有するコンパクトリフレクタの平面部や裏面（外側面）、リフレクタ開口部に近い部分のランプ自体の先端部のガラス柱から出た電極ワイヤの接点部１９やガラス部分、リフレクタ１の頂点付近のランプ官球に近い部分の外側面等にもセラミック膜４０を塗布し、従来より効率良く放熱することが可能としている。

本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第１の実施の形態を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第２の実施の形態を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第３の実施の形態を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用の光学素子に適用した第４の実施の形態を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用の映像表示素子に適用した第５の実施の形態を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用の光源ユニットに適用した第６の実施の形態を示す模式図である。

符号の説明

１…リフレクタ、２…第１のレンズアレイ、３…第２のレンズアレイ、４…偏光ビームスプリッタ、４ａ…λ／２位相差板、５…集光レンズ、６…集光レンズ、７、７ａ…時分割光学特性切替素子（光学特性切替素子）、８…コンデンサレンズ、９ａ、９ｂ…偏光板、１０…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、１１…λ／４位相差板、１２…映像表示素子、１３…投射レンズ、１４…全反射プリズム、１５…遮光板、１６…反射ミラー、１７…遮光板、１８…カラーホイールカバー、１９…光源、２０…ライトバルブ、２１…リレーレンズ、２６…冷却ファン、２８…ＩＲ透過ミラー、２９…ランプハウス、３５…ヒートシンク、３６…冷却風、３７…熱線吸収板、４０…セラミック膜、４１…遮光板、４２…ダブルリフレクタ。

Claims (4)

1. 光を出射する光源ユニットと、
   前記光源ユニットから出射された光から映像信号に応じた光学像を形成する映像表示素子と、
   前記光源ユニットから出射された光を該映像表示素子に照射する照射手段と、
   前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段とを有する光学ユニットであって、
   前記光源ユニットは、光源と、前記光源をはさんで前記映像表示素子と反対側に配置され、背面にセラミック膜が付着された第1反射鏡を有することを特徴とする光学ユニット。
2. 請求項１に記載の光学ユニットであって、
   さらに前記セラミック膜に対向する位置にふく射熱吸収手段を有することを特徴とする光学ユニット。
3. 請求項２に記載の光学ユニットにおいて、前記ふく射熱吸収手段はセラミック膜であることを特徴とする光学ユニット。
4. 請求項１乃至３のいずれか一に記載の光学ユニットであって、さらに
   前記光源からの光のうち前記第１反射鏡を照射しない光を反射して前記第１反射鏡に戻す第２反射鏡であって、背面にセラミック膜が塗布された第2反射鏡を有することを特徴とする光学ユニット。
   

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