WO2004086136A1 - 光学ユニット及びそれを用いた投写型映像表示装置 - Google Patents

光学ユニット及びそれを用いた投写型映像表示装置 Download PDF

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WO2004086136A1
WO2004086136A1 PCT/JP2004/004321 JP2004004321W WO2004086136A1 WO 2004086136 A1 WO2004086136 A1 WO 2004086136A1 JP 2004004321 W JP2004004321 W JP 2004004321W WO 2004086136 A1 WO2004086136 A1 WO 2004086136A1
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WO
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light
optical
reflective
reflection
polarizer
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/004321
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English (en)
French (fr)
Inventor
Koji Hirata
Tsutomu Nakashima
Masahiko Yatsu
Nobuo Masuoka
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi, Ltd. filed Critical Hitachi, Ltd.
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto

Definitions

  • the present invention relates to an optical unit that causes light from a light source to be incident on a reflection type image display element and enlarges and projects the light reflected by the reflection type image display element with a projection lens, and a projection type image display apparatus using the same. Things. Gastric technique
  • a projection-type image equipped with an optical unit that forms an optical image by performing light intensity modulation that changes the shading of the light from a light source with an image signal using an image display element, and forms an enlarged image of the optical image with a projection lens Display devices are known.
  • the image display element a transmission type liquid crystal panel, a reflection type liquid crystal panel, a micro mirror panel, and the like are known.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 2001-142020.
  • a polarizing beam splitter (hereinafter referred to as PBS) prism is used as a polarizer and analyzer.
  • PBS polarizing beam splitter
  • the light emitted from the light source is deflected in a certain direction by a polarization conversion element, and is incident on a PBS prism.
  • Incident light is reflected by the PBS film surface and enters the reflective liquid crystal panel.
  • the polarization state of light incident on the reflective liquid crystal panel is modulated for each pixel according to the video signal.
  • the light reflected by the reflective liquid crystal panel enters the PBS prism again, and only the light whose polarization state is modulated passes through the PBS prism and is enlarged and projected by the projection lens.
  • this technique reduces leakage light that occurs when oblique light that is not parallel to the plane formed by the optical axis and the normal to the PBS film surface (main incident surface) enters the PBS prism.
  • a quarter-wave plate is indispensable for this purpose, but the effect is not perfect, so there is a problem that the contrast cannot be increased.
  • Non-Patent Document 1 Optically Flat Polarizing Beamsplitters: Catalog No. PBF 02 A of Moxtek, USA (May 2002)”. Disclosure of the invention
  • Non-Patent Document 1 a color wheel is used as a means for displaying a color image, but in this case, since the light amount aperture at the time of transmission through the color wheel is approximately 2/3, the light use efficiency is reduced. Brightness cannot be obtained unless low-power, high-power lamps are used. Also, since a reflective polarizer is used as the auxiliary analyzer, a ghost image may be generated. The contrast is still not enough, and further improvement is needed.
  • optical unit for a projection-type image display device using a reflection-type image display device which is small and lightweight and has good image quality performance such as brightness, contrast, and resolution, has been considered.
  • image quality performance such as brightness, contrast, and resolution
  • FIG. 8 is a diagram showing the optical unit.
  • 1 is a light source
  • 2 is an optical axis of an optical unit
  • 3 is a rod lens having an integrator function and having a polarization conversion function.
  • Reference numerals 41, 42, and 43 denote imaging lenses for irradiating an image of the exit of the load lens 3 onto the reflective liquid crystal panels 111, 112, and 113.
  • 5 is white reflection mirror
  • 6 is B transmission
  • RG reflection dichroic mirror is 1
  • 7 is R transmission
  • G reflection dichroic mirror is
  • 8 is B reflection mirror
  • 91, 92, 93 are absorption or reflection type.
  • R auxiliary polarizer, G auxiliary polarizer, B auxiliary Auxiliary polarizer 101 ', 102', 103 5 are then it for R using a diffraction grating reflective polarizer, G-use reflection-type polarization plate, B-use reflection-type polarizing plate, hatched portion is a working surface .
  • 1 1 1, 1 12 and 1 13 are reflective LCD panels for R, G reflective LCD panels, B reflective LCD panels, 121, 122, and 123 are absorption-type auxiliary analyzers for R A auxiliary analyzer for G, an auxiliary analyzer for B, 132 is a half-wave plate for G, 14 is a cross dichroic prism, and 15 is a projection lens.
  • the auxiliary polarizers 91, 92, 93 and the auxiliary analyzers 121, 122, 123 are arranged or formed on a transparent parallel plate substrate.
  • R indicates red
  • G indicates green
  • B indicates blue.
  • the R light transmitted through the R transmission G reflection dichroic mirror 17 enters the auxiliary polarizer 91 for R.
  • Light in the polarization direction orthogonal to the absorption axis or the reflection axis of the R auxiliary polarizer 91 (here, P-polarized light) passes through the R auxiliary polarizer 91 and is incident on the R reflective polarizer 101.
  • the reflection type polarizing plate for R 10 I 3 using a diffraction grating is arranged such that the reflection axis parallel to the grating direction is substantially parallel to the absorption axis or the reflection axis of the R auxiliary polarizer 91.
  • the light that has entered the reflective polarizer 10 1 ′ for R is transmitted and enters the reflective liquid crystal panel 11 1 for R.
  • the G light reflected by the R transmission G reflection dichroic mirror 7 enters the G auxiliary polarizer 92. As with R light, it is orthogonal to the absorption axis or reflection axis of the G auxiliary polarizer 92
  • the light in the polarization direction passes through the auxiliary polarizer for G 92 and enters the reflective polarizer for G 102 ′.
  • the reflection polarizer for G 102 ′ using a diffraction grating is arranged so that the reflection axis parallel to the grating direction is substantially parallel to the absorption axis or the reflection axis of the auxiliary polarizer 92 for G.
  • the light that has entered the reflective polarizing plate 102 ′ is transmitted and enters the G reflective liquid crystal panel 112.
  • the B light transmitted through the RG reflection dichroic mirror 6 transmits through the imaging lens 43.
  • the direction of the light beam is bent by 90 ° by the B reflection mirror 18 and is incident on the B auxiliary polarizer 93.
  • the optical path length of the B light is different from the RG light and the optical path length. Therefore, by arranging the relay lenses 44 and 45 in the B optical path, an image is formed on the reflective liquid crystal panel 113 for B.
  • the light incident on the auxiliary polarizer for B 93 is polarized in a direction perpendicular to the absorption axis or the reflection axis of the auxiliary polarizer for B 93 (here, P-polarized light). Incident on the reflection type polarizing plate 103 ′.
  • the reflection type polarizing plate 103 for B using a diffraction grating is arranged such that the reflection axis parallel to the grating direction is substantially parallel to the absorption axis or the reflection axis of the auxiliary polarizer 93 for B.
  • the light incident on the reflective liquid crystal panel 111 for R, the reflective liquid crystal panel 112 for G, and the reflective liquid crystal panel 113 for B are respectively reflected on the reflective liquid crystal panel 111 for R, the reflective liquid crystal panel 112 for G, and the reflection for B.
  • the polarized light is rotated by 90 ° to become S-polarized light, and the R-use reflective polarizer 101 ⁇ G-use reflective polarizer 102 'and B-use reflective type The light enters the polarizing plate 103 '.
  • the incident light is S-polarized light and is parallel to the reflection axis, it is reflected by the R reflective polarizer 10, the G reflective polarizer 102 ′, and the ⁇ reflective polarizer 103 ′, and the direction of the light beam is reflected.
  • the light is bent by 90 ° and enters the auxiliary analyzer 121 for R, the auxiliary analyzer 122 for G, and the auxiliary analyzer 123 for ⁇ .
  • Reflective polarizer 101 5, 102 ', 103 5 light reflected by the transmitted through the auxiliary analyzer 121, 1 22, 123, RB remains S-polarized light
  • G is over through a G for 1/2-wavelength plate 132
  • the light becomes P-polarized light
  • all of the R, G, and B lights enter the cross dichroic prism 14.
  • the R, G, and B lights are combined into a white color by the cross dichroic prism 14, and are enlarged and projected on a screen (not shown) by the projection lens 15.
  • a polarizing beam splitter prism (hereinafter referred to as a PBS prism) is used as a polarizer and an analyzer.
  • PBS prisms have a dielectric multilayer film surface, and transmit P-polarized light and reflect S-polarized light through the film surface (hereinafter referred to as PBS film).
  • PBS film the film surface
  • a quarter-wave plate is indispensable. Even if a quarter-wave plate is used, the effect is not perfect.
  • the quarter-wave plate has wavelength characteristics and angular characteristics, and its function decreases as the incident light wavelength moves further away from the design center wavelength and as the incident angle increases. . Therefore, in an optical unit having a certain wavelength range and a certain angle range for light incident on a reflective liquid crystal panel, the effect of reducing leakage light for all incident light is not perfect.
  • the above-mentioned reflective polarizing plates 101, 102 ', 103 act as polarizing plates by having a grid effect only in a specific direction, reflect polarized light parallel to the grating direction, and are orthogonal to the grating direction. Transmits polarized light.
  • the reflective polarizers 101, 102 ', and 103 exhibit the best polarization separation performance when their reflection axes are arranged parallel to the optical axis and the normal to the plane including the normal of the reflective polarizer.
  • the reflection axis when the reflection axis is arranged parallel to the S-polarization direction with respect to the optical axis ray, the S-polarized light of the optical axis ray is reflected and the degree of polarization of the transmitted light and the reflected light is highest when used to transmit the P-polarized light. Become. Therefore, they are arranged as such in this configuration.
  • the reflective polarizer reflects polarized light parallel to the grating direction and changes polarized light orthogonal to the grating direction. Although transmitted, a small amount of polarized light that is parallel to the grating direction is actually transmitted, and a small amount of polarized light that is orthogonal to the grating direction is reflected and the contrast is reduced. Therefore, auxiliary polarizers 91, 92, and 93 are provided on the input side, and auxiliary analyzers 121, 122, and 123 are provided on the output side to reduce leakage light during black display and provide an optical unit with good contrast performance. And
  • auxiliary analyzers 121, 122, and 123 are of an absorption type, generation of a ghost image can be suppressed.
  • the reflective polarizers 101, 102, 103 since air is present between the optical paths from the reflective liquid crystal panels 111, 112, 113 to the cross dichroic prism 14, the reflective polarizers 101, 102, 103 'were used.
  • the optical length from the lens on the cross dichroic prism side of the projection lens 15 to each of the reflective liquid crystal panels 111, 112, and 113 (this is called back focus) becomes long. For this reason, there is a problem that the projection lens becomes large, which is disadvantageous for reducing the size and weight of the optical unit.
  • misalignment the permissible value of the misalignment of each of the reflective liquid crystal panels 111, 112, and 113 (hereinafter, referred to as misalignment) is also about half.
  • the output of the lamp is increased, and the illumination optical system is also made more efficient, so that the light energy applied to the panel is increased and the temperature rise is also increased.
  • the holding members that hold the reflective liquid crystal panels 111, 112, and 113 thermally expand, and the positions of the reflective liquid crystal panels 111, 112, and 113 shift, and the misalignment occurs. There is a problem that it becomes easier.
  • the temperature of the reflective liquid crystal panel, reflective polarizer, auxiliary polarizer, and auxiliary analyzer has increased more than before. It is cooled by a fan in order to reduce to some extent.
  • outside air is taken into the device by a fan, and is cooled by exposing each optical member to the outside air.
  • the inlet is filled with dust, it cannot completely prevent dust (dust, dust, etc.), and there is also a problem that dust adheres to the surface of optical components.
  • increasing the number of fans or increasing the size of the fans to increase the air flow in order to suppress the temperature rise has the disadvantage of increasing the noise.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an optical unit that has been reduced in size and weight, and a projection display apparatus using the optical unit.
  • light from a light source is separated into a plurality of color lights by a color separation unit, and the plurality of color lights are incident on corresponding reflective image display elements.
  • An optical unit that forms an optical image corresponding to a video signal using the polarization characteristics of the video display element, combines the optical images for each of the color lights with color combining means, and magnifies and projects with a projection lens.
  • a reflection type polarization plate acting as a polarization plate by diffraction is provided as a polarizer and an analyzer for the reflection type image display device, It holds a reflective polarizer and the reflective image display element, has a light-transmitting window on the incident light side of the reflective polarizer, and has an output light side of the reflective polarizer on an incident surface of the color combining means.
  • An optical chassis sealed with A closed space is formed by the chassis, the reflective image display element, and the incident surface of the color synthesizing means, and the closed space is filled with a translucent fluid having a refractive index of 1.2 to 1.9. I do.
  • an auxiliary polarizer is provided on the incident side of the reflective polarizing plate and an auxiliary analyzer is provided on the exit side. It may be provided.
  • the auxiliary polarizer is provided in place of the light transmission window of the optical chassis, and the auxiliary analyzer is mounted on the incident surface of the color separation means.
  • the closed space is filled with the translucent fluid having a small difference in the refractive index from the optical component, the light reaches the front color separation unit from the reflection type image display device via the front reflection type polarizing plate.
  • the optical length of the optical path can be made smaller than that of an air medium, and the projection lens can be downsized.
  • reflection at the interface of the front optical component can be reduced, it is not necessary to provide antireflection to the front optical component, and the cost can be reduced.
  • the pre-translucent fluid also functions as a cooling medium, the temperature rise of the front optical components can be reduced, the deviation of the converter can be reduced, and the fan for cooling is eliminated or the number of rotations is reduced. It is possible to reduce the noise generated by the fan.
  • the size and weight of the projection display apparatus can be reduced.
  • FIG. 1 is a plan view of an optical unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the optical chassis of the optical unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a holding mechanism for the R reflection type polarizing plate.
  • FIG. 4 is a plan view of the optical unit according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view of an optical unit according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a projection device equipped with an optical unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows an embodiment in which a projection device equipped with an optical unit according to the present invention is applied to a rear projection type video display device.
  • FIG. 8 is a plan view of a conventional optical unit. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the optical unit according to the present invention
  • FIG. 2 is a side view of the optical chassis unit of FIG.
  • FIG. 1A is a plan view of the optical unit
  • FIG. 1B is an enlarged configuration diagram of the reflective polarizer.
  • components having the same functions as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • FIGS. 1 components having the same functions as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • 16 1, 16 2, and 16 3 are an optical chassis for R, an optical chassis for G, and an optical chassis for B, respectively, and 101, 102, and 103 are These are the reflective polarizer for R, the reflective polarizer for G, and the reflective polarizer for B, each using a diffraction grating, and 1 7 1 7 1 7 2 and 1 7 3 are translucent for R, respectively.
  • Reference numeral 18 denotes a radiation fin.
  • Figure 1 (b) the diffraction grating as shown in the form of action surface (hatched portion) 1 0 1 a structure in which sandwiched by the transparent member 1 0 1 2, the inner portion Filled with optical adhesive (not shown) to prevent air from intervening.
  • a configuration may be employed in which a diffraction grating as an operation surface is formed on a transparent member, and a transparent coating is applied on the operation surface to protect the operation surface (not shown).
  • the G-type reflective polarizer 102 and the B-type reflective polarizer 103 have the same configuration.
  • an auxiliary polarizer 91 for R, a liquid crystal panel surface of a reflective liquid crystal panel 111 for R, and a cross dich-open prism 14 equipped with an auxiliary analyzer 121 for R are mounted.
  • a closed space is formed by the entrance surface of the optical system and the optical chassis for R 16 1.
  • the optical path area of the R light from the auxiliary polarizer for R 91 to the entrance surface of the cross dichroic prism 14 is referred to as an R light block.
  • Optical chassis for R 1 6 1 (: R translucent window) 16 1, is provided, and the R opening 16 1, is covered with the R auxiliary polarizer 91 and the R reflective liquid crystal panel 111.
  • An elastic body such as an O-ring (not shown) is provided between the R auxiliary polarizer 91, the reflective LCD panel 111 for R, and the entrance surface of the cross dichroic prism 14 and the optical chassis 16 1 for R. ), And the elastic body is pressed and sealed.
  • the R transmission port 16 covered with the R auxiliary polarizer 91 is provided on the incident light side of the R reflection type polarizing plate 101.
  • the R passage port 16 1 ′ that covers the reflective liquid crystal panel 11 1 is provided on the incoming / outgoing light side of the R reflective polarizing plate 101.
  • the R reflective LCD panel 1 1 1 is held on the R optical chassis 16 1 by the R holding member 1 1 1 ′, and the R auxiliary polarizer 91 is also held by a holding member (not shown). Have been.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line B-B 'of FIG.
  • R-use reflection-type polarizing plate 1 0 1 grooves 1 6 1 5 a is provided top member 1 6 1 a and the bottom member 1 6 1 alligator R optical chassis 1 6 1 1 6 1 , B.
  • a sealed space is formed on the G light block and B light block sides. That is, on the G light block side, the auxiliary polarizer 92 for G, the liquid crystal panel surface of the reflective liquid crystal panel 112 for G, the auxiliary analyzer 122 for G and the half-wave plate 1 for G
  • a closed space is formed by the entrance surface of the cross dichroic prism 14 equipped with 32 and the optical chassis for G 16 2.
  • the light entrance and exit of the optical chassis for G 16 2 as in the optical chassis for R 16 1, above, allow the G to pass through (light transmissive window for G) 16 2 ′ so that light can pass through.
  • the G passage 16 2 ′ is covered with the G auxiliary polarizer 92 and the G reflective LCD panel 112, and the G auxiliary polarizer 92 and the G reflection are provided.
  • An elastic body (not shown) such as an O-ring is interposed between the two, and the elastic body is pressed and sealed.
  • the G reflective LCD panel 1 1 2 is held on the G optical chassis 16 2 by the G holding member 1 1 2 ′, and the G auxiliary polarizer 9 2 is also held by the holding member (not shown). Have been. Further, the G-use reflective polarizing plate 102 in the above-mentioned closed space is also held by the G-use optical chassis 162 in the same manner as the R light block side, and the description thereof is omitted.
  • the auxiliary polarizer 93 for B, the liquid crystal panel surface of the reflective liquid crystal panel 113 for B, and the cross dichroic prism 14 fitted with the auxiliary analyzer 123 for B are mounted on the B light block side.
  • a closed space is formed by the incident surface of the optical system and the optical chassis for B 16 3.
  • the light passes through the B passage (B Window) 16 3, is provided, and the passage opening 16 3, B for B is covered with the auxiliary polarizer 9 B for B and the reflective liquid crystal panel 13 13 for B.
  • the reflective LCD panel 113 for B is held on the optical chassis 163 for B by holding members 113 for B, and the auxiliary polarizer 93 for B is also held by a holding member (not shown). Have been.
  • the B-type reflective polarizing plate 103 in the above-mentioned closed space is also held by the B-type optical chassis 163 in the same manner as the R-light block side and the G-light block side, and a description thereof will be omitted.
  • each incident surface of the cross dichroic prism 14 constitutes one wall surface of each optical chassis.
  • auxiliary polarizers 91, 92, 93, the reflective polarizers 101, 102, 103, the reflective liquid crystal panels 111, 112, 113, and the auxiliary analyzers 121, 122, 123 (hereinafter referred to for convenience) Since these are collectively referred to as optical components), dust does not enter from the outside and dust can be prevented from adhering to the optical components.
  • a transparent fluid 171 for R having a refractive index of 1.2 or more and 1.9 or less is provided in each of the sealed spaces in the sealed optical chassis 161 for R, the optical chassis 162 for G, and the optical chassis 163 for B.
  • a translucent fluid 172 for G and a translucent fluid 173 for B are filled.
  • the optical path from the reflective liquid crystal panel 111 for R to the auxiliary analyzer 121 for R via the reflective polarizer 101 for R is in the translucent fluid 171 for R, and the reflective liquid crystal panel 112 for G
  • the optical path from the reflective liquid crystal panel 102 for G to the auxiliary analyzer 122 for G is in the translucent fluid 172 for G, and from the reflective liquid crystal panel 113 for B to the auxiliary liquid crystal panel 103 for B via the reflective liquid crystal panel 103 for B.
  • the translucent fluid 171 for R, the translucent fluid G for G, and the translucent fluid B for B having a refractive index of 1.2 or more and 1.9 or less, a fluorinated inert liquid (refractive index 1.25 to 1.5), ethylene glycol (refractive index: 1.43), glycerin (refractive index: 1.47), glycerin-ethylene glycol mixture (refractive index: 1.45), etc.
  • the refractive indices of the R translucent fluid 171, G translucent fluid 172, and B translucent fluid 173 are R reflective liquid crystal panel 111, G reflective liquid crystal panel 112, B reflective Liquid crystal panel 113, reflective polarizer for R 101, reflective polarizer for G 102, reflective for B Index of optical components that are in contact with the R translucent fluid 17 1, G translucent fluid 17 2, B translucent fluid 17 3, etc.
  • the refractive index of the optical glass or the optical plastic used for the optical component is about 1.4 to 1.5. Therefore, since the refractive index of the glycerin.ethylene glycol mixed liquid is 1.45, it is suitable as the translucent fluid for R 17 the translucent fluid for IG 17 2 and the translucent fluid for B 17 3 It is. It goes without saying that any material not listed here can be used as long as it satisfies the above conditions.
  • the refractive indices of the R translucent fluid 17 1, the G translucent fluid 17 2, and the B translucent fluid 1 73 are selected to be substantially equal to the refractive indices of the optical components.
  • the reflective polarizer for R 101, the reflective polarizer for G 102, and the reflective polarizer for B 103 are each a translucent fluid for R 17 1 and a translucent fluid for G 1 7 2 ⁇ Reflective polarizing plate for R 10 0 I 3 , reflective type for G 10 2 ′ shown in Fig. 8
  • the translucent fluid for R 171, the translucent fluid for G 172, and the translucent fluid for B Corrosion may occur due to 173. Therefore, the working surface as described in FIG.
  • the reflection liquid crystal panel for R, the reflection liquid crystal panel for G, and the reflection liquid crystal panel for B, among the light reflected from the reflection liquid crystal panel for R, are: 1, Reflective liquid crystal panel for G 1 1 2, Reflective liquid crystal panel for B 1 13
  • the plate 102 and the reflective polarizer 103 for B are reflected, and are incident on the auxiliary analyzer for R 121, the auxiliary analyzer for G 122, and the auxiliary analyzer for B 123.
  • the light passes through the glass parts of the reflective polarizer for R 101, the reflective polarizer for G 102, and the reflective polarizer for B 103 at the time of incidence and reflection.
  • the reflective polarizers for R 101, G Reflective polarizing plate 102 for B and reflective polarizing plate 103 for B are translucent fluids for R 17 1, translucent fluid for G 17 2, and translucent fluid for B 17 3 Since they are arranged at a low refractive index, the difference in refractive index is small and astigmatism hardly occurs.
  • the R translucent fluid 17 1, the G translucent fluid 17 2, and the B translucent fluid 17 3 also function as cooling media.
  • the heat generated by the incident light is partially It is transmitted to the R holding member 1 1 1 ′, the G holding member 1 1, 2, and the B holding member 1 1 3 ′ and is discharged to the outside.
  • Most other heat is translucent for R Fluid 171, translucent fluid for G 1 72, and translucent fluid for B 1 73 are absorbed.
  • Auxiliary polarizer for R 9 1, Auxiliary polarizer for G 92, Auxiliary polarizer for B 93, Auxiliary analyzer for R 1 2 1, Auxiliary analyzer for G 1 2 2, Auxiliary analyzer for B 1 2 3
  • the heat generated on the polarization plane Most of the light can be absorbed by the translucent fluid for R 171, the translucent fluid for G172, and the translucent fluid for B173.
  • the reflective polarizer 101 for R, the reflective polarizer 102 for G, and the reflective polarizer 103 for B also transmit most of the heat generated in the same manner as the above optical components. It can be absorbed by optical fluids 17 1, 17 2 17 3.
  • Translucent fluid for R 1 7 1, translucent fluid for G 1 7 2, translucent fluid for B 1 7 3 The heat absorbed by translucent fluid for R 1 7 1 and translucent for G Fluid 1 72, optical translucent fluid for B 1 73 3
  • optical chassis for R 16 1, optical chassis for G 16 2, optical chassis 16 for B move in optical chassis 16 3, and R Optical chassis 16 1, G optical chassis 16 2, and B optical chassis 16 3. Therefore, the optical chassis for R 16 1, the optical chassis for G 16 2, and the optical chassis for B 16 3 are made of metal such as Fe, Cu, Al, Mg, etc. They are made of a material with excellent thermal conductivity including them to promote heat radiation to the outside.
  • the heat radiation efficiency can be increased.
  • the outer walls of the optical chassis for R, the optical chassis for G, the optical chassis for B, and the optical chassis for B are forcibly cooled by a direct cooling fan (not shown) without using the radiation fins. This also increases the efficiency of heat dissipation. In this case, since a cooling fan smaller than the conventional one is sufficient, noise can be reduced.
  • optical chassis for R 16 1, optical chassis for G 16 2, optical chassis for B 1 By providing the radiation fin 18 on the outer wall of 63 and forcibly cooling it with a cooling fan, the heat radiation effect can be further enhanced.
  • R holding member 1 1 1 ', G holding member 1 1 2', B holding member 1 which is absorbed by optical fluid 17 2 and B translucent fluid 17 13 ' is made of metal such as Fe, Cu, Al, and Mg and its alloys, and materials containing them and having excellent thermal conductivity to suppress the rise in liquid crystal surface temperature more than before.
  • the reflective LCD panel for R 1 1 1, the reflective LCD panel for G 1 1 2, the reflective LCD panel for B 1 1 3, R holding member 1 1 1 5 , G holding member 1 1 2 5, B for holding member 1 1 3 'it is possible to suppress generation of convergence deviation due to thermal expansion. It is more effective to forcibly cool the R holding member 1 1 1 ⁇ G holding member 1 1 2 ⁇ B holding member 1 13 with a cooling fan.
  • the lifetime of the reflective LCD panel for R, the reflective LCD panel for G, and the reflective LCD panel for B is inversely proportional to the temperature of the LCD during operation. With this configuration, the temperature of the liquid crystal surface during operation can be lower than before, and the reflective LCD panel for R, the reflective LCD panel for G, the reflective LCD panel for B, Life can be extended.
  • FIG. 4 is a view showing a second embodiment of the optical unit according to the present invention.
  • Fig. 4 In the figure, 16 is an optical chassis, and 17 is a translucent fluid.
  • components having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the arrangement of the optical components is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, the optical performance is also the same, and the description is omitted, and only the new effects will be described.
  • the arrangement of the optical components is the same as that of the first embodiment of FIG. 1, but in the first embodiment of FIG.
  • the optical chassis 161, the optical chassis 16 for G, the optical chassis 16 for B, the optical chassis 16 for B, and the optical chassis that are separate components for each of the R, G, and B blocks have been changed to an optical chassis 16 that is integrated. It has a special feature. Therefore, the optical chassis 16, the reflective liquid crystal panels 1 1 1, 1 1 2, 1 13, the auxiliary polarizers 9 1, 9 2, 9 3, and the auxiliary analyzers 1 2 1, 1 2 2, 1 An enclosed space consisting of a cross dichroic prism 14 fitted with a 1/2 wavelength plate 13 2 for 23 or G is also integrated, and the translucent fluid 17 filled inside is also R, G A, B can move each block.
  • the cooling efficiency can be increased. It goes without saying that the cooling efficiency can be further increased by providing a heat radiation fin 18 on the outer wall of the optical chassis 16 or forcibly cooling by a cooling fan (not shown).
  • the optical chassis of the Rs G ⁇ B block is integrally formed to form only one closed space.
  • the present invention is not limited to this.
  • the optical chassis of the adjacent R and G blocks may be formed.
  • the chassis may be integrated into one, and the R and G blocks may be used as one closed space. Needless to say, the volumes of the R, G, and B blocks forming one closed space may be different.
  • FIG. 5 is a view showing a third embodiment of the optical unit according to the present invention.
  • Fig. 5 In the figure, 2 16 is an optical chassis. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the reflective liquid crystal panel for R, the reflective liquid crystal panel for G, and the reflective liquid crystal panel for B in the second embodiment are different from each other.
  • the arrangement of 3 is such that the light reflected by each liquid crystal panel is parallel to the incident surface of the cross dichroic prism 14 where the light enters. Therefore, unlike the first and second embodiments, the reflective polarizers 101, 102, and 103 reflect incident light (P-polarized light) polarized in a predetermined direction, and the reflective type for R
  • the reflection axis is set so as to face the liquid crystal panel 111, the reflective liquid crystal panel 112 for G, and the reflective liquid crystal panel 113 for B.
  • the auxiliary analyzers for R, 121, G, and B auxiliary analyzers have their absorption axes reflected by the reflective polarizing plates 101, 102, and 103. It is set to be approximately parallel to the axis.
  • the passage port 1 6 1 5 (the passage port of the reflective liquid crystal panel 1 11 for R and the auxiliary Are not orthogonal to each other but are orthogonal to each other.
  • the passages 16 2 ′ and 16 3 are also orthogonal.
  • the optical paths of R, G, and B are the same as those of the first and second embodiments up to the auxiliary polarizer 91 for R, the auxiliary polarizer 92 for G, and the auxiliary polarizer 93 for B. It is the same as the optical unit.
  • the R light incident on the R auxiliary polarizer 91 is light in a polarization direction perpendicular to the absorption axis or the reflection axis of the R auxiliary polarizer 91 (here, P-polarized light).
  • the light passes through 1 and is incident on the reflection type polarizing plate 101 for R.
  • the reflection axis parallel to the grating direction is almost orthogonal to the absorption axis or the reflection axis of the auxiliary polarizer 91 for R (first and second embodiments).
  • the light incident on the reflective polarizer 101 for R is reflected and the direction of the light beam is bent 90 °, so that the reflective liquid crystal panel for R 1 1 1 Incident on.
  • the G light incident on the G auxiliary polarizer 92 has light in the polarization direction perpendicular to the absorption axis or the reflection axis of the G auxiliary polarizer 92 (here, P-polarized light), and the G auxiliary light.
  • the light passes through the polarizer 92 and is incident on the G-use reflective polarizing plate 102.
  • the reflection polarizer for G 102 using a diffraction grating is arranged so that the reflection axis parallel to the grating direction is substantially perpendicular to the absorption axis or the reflection axis of the auxiliary polarizer 92 for G.
  • the light incident on the G-use reflective polarizing plate 102 is reflected, the direction of the light beam is bent by 90 °, and enters the G-use reflective liquid crystal panel 112.
  • the B light incident on the B auxiliary polarizer 93 has a polarization direction (here, P-polarized light) orthogonal to the absorption axis or reflection axis of the B auxiliary polarizer 93.
  • a polarization direction here, P-polarized light
  • the reflective polarizer 103 for B enters the reflective polarizer 103 for B. Since the reflection type polarizing plate 103 for B using a diffraction grating is arranged such that the reflection axis parallel to the grating direction is substantially orthogonal to the absorption axis or the reflection axis of the auxiliary polarizer 93 for B.
  • the light incident on the reflective polarizer 103 for reflection is reflected, the direction of the light beam is bent by 90 °, and is incident on the reflective liquid crystal panel 113 for B.
  • the light enters the reflective polarizing plate for G 102 and the reflective polarizing plate 103 for B.
  • the incident light is S-polarized light and is orthogonal to the reflection axis, it passes through the reflective polarizer for R 101, the reflective polarizer for G 102, and the reflective polarizer for B 103.
  • Auxiliary analyzer for G 1 2 2 and auxiliary analyzer for B 1 2 3 The absorption axes of the auxiliary analyzer for R 1 2 1, the auxiliary analyzer for G 1 2 2, and the auxiliary analyzer for B 1 2 3 are the reflective polarizer for R 101, the reflective polarizer for G 102, The reflective polarizers for R and G are arranged so as to be substantially parallel to the reflection axis of the reflective polarizer for B 103 and the reflective polarizer for G 101 and G, respectively.
  • the light that has passed through the reflective polarizer 103 for B is reflected by the auxiliary analyzer for R 121, and the auxiliary detector for G. Photons 1 and 2 pass through auxiliary analyzer 1 and 2 for B, R and B lights remain S-polarized light, and G light passes through 1/2 wavelength plate 13 and 2 for G and become P-polarized light, and R and G And B light enter the cross dichroic prism 14.
  • the R, G, and B lights are combined into white by the cross dichroic prism 14, and are enlarged and projected on a screen (not shown) by the projection lens 15.
  • the reflective LCD panel for R the reflective LCD panel for G
  • the reflective LCD panel for B the reflective LCD panel for R
  • the light corresponding to the pixel whose polarization has been changed by the reflective liquid crystal panel 1 1 2 and the reflective liquid crystal panel 1 13 for B is reflected by the R reflective polarizer 101 and the G reflective polarizer 10 0. 2.
  • the light passes through the reflective polarizer 103 for B and enters the auxiliary analyzer for R 121, the auxiliary analyzer for G 122, and the auxiliary analyzer for B 123.
  • the light passes through the glass portions of the reflective polarizer 101 for R, the reflective polarizer 102 for G, and the reflective polarizer 103 for B at the time of incidence and emission.
  • the reflective polarizer for R 101, the reflective polarizer for G 102, and the reflective polarizer for B 103 are formed of a translucent fluid 17. Since they are arranged in a space, the difference in refractive index is small and astigmatism hardly occurs.
  • the reflective liquid crystal panel for R 111 and the reflective liquid crystal panel for B 113 can be arranged at a position away from the projection lens 15, so that the holding member 1 1 1 ⁇ This has the effect of increasing the degree of freedom in the structure of (1) and (3) and the configuration of the adjustment mechanism (not shown).
  • the first and second Compared with the case where the image light as in the embodiment is reflected by the reflective polarizers 101, 102, and 103 and enters the auxiliary analyzers 121, 122, and 123, It is possible to reduce the misalignment caused by heat due to the deformation of the reflective polarizers 101, 102, and 103 caused by the heat.
  • the optical chassis is formed of the optical chassis 2 16, but may be configured differently from the optical chassis for R, the optical chassis for G, and the optical chassis for B as in the first embodiment shown in FIG. .
  • the optical chassis for R similarly to the R and B lights, the light reflected by the G reflection type liquid crystal panel 112 is reflected by the G reflection type polarizing plate 102.
  • the configuration is such that only the G light is transmitted, the light reflected on the reflective liquid crystal panel for G 112 as in the first and second embodiments reflects on the reflective polarizer for G 102. Such a configuration may be adopted.
  • FIG. 5 the third embodiment shown in FIG.
  • the reflective axes of the reflective polarizers 101, 102, and 103 are configured so as to reflect P-polarized light and transmit S-polarized light.
  • the configuration may be such that the light is reflected in the S-polarized light and transmitted in the P-polarized light.
  • the output polarized light from the load lens is S-polarized with respect to the reflective polarizers 101, 102, and 103, and the auxiliary polarizers 91, 92, and 93 absorb the S-polarized light.
  • Auxiliary analyzers 12 1, 12 2, 12 3 are directed in the direction of the absorption axis that transmits P-polarized light, and R is placed between the auxiliary analyzer for R and the cross dichroic prism 14. Insert the half-wave plate for B, insert the half-wave plate for B between the auxiliary polarizer for B and the cross dichroic prism 14, and delete the half-wave plate for G.
  • the auxiliary polarizer is arranged on the incident side of the reflective polarizer and the auxiliary analyzer is arranged on the output side.However, when the reflective polarizer has sufficient transmission / reflection characteristics and the contrast can be ensured. Needless to say, the auxiliary polarizer and the auxiliary analyzer may be omitted. In this case, the place where the auxiliary polarizer is provided on the optical chassis may be replaced with a light transmitting window. Since the auxiliary analyzer was attached to the cross dichroic prism, it was simply deleted.
  • FIG. 6 is a schematic view of a projection device equipped with the optical unit according to the embodiment of the present invention. 6, elements having the same functions as those in FIGS. 1, 4, and 5 are denoted by the same reference numerals.
  • a projection device 310 is a light source according to the above-described embodiment of the present invention.
  • the display unit 300 includes a learning unit 300 and a display driving circuit 301 for performing display driving so as to form an optical image on a liquid crystal panel.
  • the function of the projection device 310 will be described.
  • the light from the light source 1 is adjusted to a predetermined polarization by a polarization conversion element (for example, a rod lens 3 in FIG. 1) not shown, and is separated by a color separation means (for example, dichroic mirrors 6, 7 in FIG. 1).
  • a polarization conversion element for example, a rod lens 3 in FIG. 1
  • a color separation means for example, dichroic mirrors 6, 7 in FIG. 1).
  • G, and B light are separated and applied to the reflective liquid crystal panel 1 1 1 (1 1 2, 1 13).
  • the reflective liquid crystal panel 1 1 1 (1 1 2, 1 1 3) the polarization direction of the predetermined polarization is changed for each color light according to the video signal from the display drive circuit 301, and the light is changed to the density of each color light.
  • the light intensity modulation is performed to form an optical image.
  • FIG. 7 shows an embodiment in which the above-mentioned projection device is applied to a rear projection type video display device which is one form of a projection type video display device, and is a schematic cross-sectional view as viewed from the side.
  • the projected image light from the projection device 310 is turned back in the direction of the screen 3112 by the rear mirror 3111, and is projected from the rear side of the screen 3112.
  • Reference numeral 313 denotes a housing of the rear projection type video display device.
  • the panel side of the reflective liquid crystal panel, the reflective polarizer, the auxiliary analyzer, the auxiliary polarizer, and the cross dichroic prism are provided in a sealed optical chassis.
  • a configuration is employed in which the sealed interior is filled with a translucent fluid 17 having a refractive index of 1.2 or more and 1.9 or less.
  • the translucent fluid also functions as a cooling medium, a rise in the temperature of the reflective liquid crystal panel can be suppressed, and thus a deviation in comparability due to thermal expansion of the holding member can be suppressed.

Abstract

本発明は、光源からの光を色分離手段で複数個の色光に分離して、それぞれ対応する反射型映像表示素子に入射させ、該色光毎に反射型映像表示素子の有する偏光特性を用いて映像信号に応じた光学像を形成し、該色光毎の光学像を色合成手段で合成して投写レンズで拡大投写する光学ユニットであって、前記色分離手段から前記反射型映像表示素子への光路上に、前記反射型映像表示素子に対する偏光子及び検光子として、回折により偏光板として作用する反射型偏光板を配設し、前記反射型偏光板と前記反射型映像表示素子とを保持し、前記反射型偏光板の入射光側に透光窓を有し、前記反射型偏光板の出射光側が前記色合成手段の入射面で封止されている光学シャーシを備え、該光学シャーシと、前記反射型映像表示素子と、前記色合成手段の入射面とで密閉空間を形成し、該密閉空間に屈折率1.2乃至1.9の透光性流体を配することを特徴とする。

Description

明 細 書 光学ュニット及びそれを用いた投写型映像表示装置 技術分野
本発明は、 光源からの光を反射型映像表示素子に入射させ、 該反射型映像表示 素子を反射した光を投写レンズで拡大投影する光学ュニット及ぴそれを用いた投 写型映像表示装置に関するものである。 胃景技術
従来より、 光源からの光を映像表示素子で映像信号により濃淡を変える光強度 変調を行い、 光学像を形成し、 その光学像を投写レンズにて拡大投影する光学ュ ニットを搭載した投写型映像表示装置が知られている。 映像表示素子としては、 透過型液晶パネル、 反射型液晶パネル、 マイクロミラーパネルなどが知られてい る。
その中で、 反射型液晶パネルを用いた光学ユニットについては、 例えば特許文 献 1 (特閧 2 0 0 1 - 1 4 2 0 2 8号公報) の図 1 2に記載されているように、 偏光子、 兼検光子として偏光ビ一ムスプリヅ夕 (以下、 P B Sという) プリズム が用いられている。 これは光源から出射した光を偏光変換素子にて、 偏向を一定 方向にそろえ、 P B Sプリズムに入射させる。 入射光は P B S膜面にて反射し、 反射型液晶パネルに入射する。 反射型液晶パネルに入射した光は映像信号に応じ て画素毎に偏光状態が変調される。 反射型液晶パネルを反射した光は再び P B S プリズムに入射し、 偏光状態が変調された光のみ P B Sプリズムを透過し、 投写 レンズにて拡大投影されるものである。
しかし、 この技術では、 光軸と P B S膜面の法線とで形成する面 （主入射面） に平行でない斜め光が P B Sプリズムに入射した場合に生じる漏れ光を少なくす るために 1/4波長板が必須となるが、 その効果は完全ではないため、 コントラ ストを高くできないという課題があった。
そこで、 光学的な格子による回折で格子方向に平行な偏光を反射し、 格子方向 に直交する偏光を透過する回折格子を用いた反射型偏光板を偏光子、 兼検光子と して用いる例が例えば非特許文献 1「ォプティカリ ·フラヅト ·ボラライジング' ビームスプリッ夕一ズ（Optically Flat Polarizing Beamsplitters)：米国 Mox t ek社カタログ No.PBF 02 A( 2002年 5月）」 で紹介されている。 発明の開示
上記非特許文献 1においては、 カラ一映像を表示する手段としてカラーホイ一 ルが用いられているが、 この場合はカラーホイール透過時の光量口スが概略 2 / 3程度あるため、 光利用効率が低く、 高出力のランプを用いないと明るさが得ら れない。 また、 補助検光子として反射型偏光板が用いられているため、 ゴースト 像が発生する可能性がある。 また、 コントラストはまだ充分とはいえず、 さらな る改善が必要である。
そこで、 小型軽量で明るさ、 コントラスト、 解像度等の画質性能が良好である 反射型映像表示素子を用いた投射型映像表示装置用の光学ュニットを考え、 出願 人は既に特願 2002-226806号で出願した。 以下その光学ュニヅトにつ いて説明する。
図 8は、 その光学ユニットを示す図である。
図 8において、 1は光源、 2は光学ユニットの光軸、 3はインテグレー夕機能 を持ち偏光変換作用を備えたロッドレンズである。 41、 42、 43はロヅドレ ンズ 3の出射口の像を反射型液晶パネル 111、 112、 113上に照射する結 像レンズである。 5は白色反射ミラ一、 6は B透過 RG反射ダイクロイツクミラ 一、 7は R透過 G反射ダイクロイツクミラ一、 8は B反射ミラ一、 91、 92、 93はそれそれ吸収型または反射型の R用補助偏光子、 G用補助偏光子、 B用補 助偏光子、 101'、 102'、 1035 はそれそれ回折格子を用いた R用反射 型偏光板、 G用反射型偏光板、 B用反射型偏光板であり、 ハッチング部が作用面 である。 1 1 1、 1 12、 1 13はそれそれ R用反射型液晶パネル、 G用反射型 液晶パネル、 B用反射型液晶パネル、 12 1、 122、 123はそれそれ吸収型 の R用補助検光子、 G用補助検光子、 B用補助検光子、 132は G用 1/2波長 板、 14はクロスダイクロイツクプリズム、 15は投写レンズである。 ここで補 助偏光子 9 1、 92、 93および補助検光子 12 1、 122、 123は透明な平 行平板の基板上に配置あるいは形成されている。 また、 Rは赤色、 Gは緑色、 B は青色を示す。
図 8において、 光源 1を出射した光は集光しロッドレンズ 3内部を通過する。 このときロッドレンズ 3にはィンテグレー夕機能があるので、 出射する光は面内 で均一となる。 さらに、 ロッドレンズには図示しない偏光変換作用が備えられて いるので、 出射する光は偏光方向が P偏光に整えられる。 ロッドレンズ 3を出射 した光は結像レンズ 41を透過し、 白色反射ミラ一 5にて光線の方向を 90° 曲 げられ、 B透過 RG反射ダイクロイツクミラー 6に入射し、 B光は透過し RG光 は反射する。 反射した RG光は結像レンズ 42を透過し、 R透過 G反射ダイク口 イツクミラー 7によって R光は透過し G光は反射する。
R透過 G反射ダイクロイヅクミラ一7を透過した R光は R用補助偏光子 9 1に 入射する。 R用補助偏光子 9 1の吸収軸あるいは反射軸に直交する偏光方向の光 (ここでは P偏光） が R用補助偏光子 9 1を透過し、 ： R用反射型偏光板 101， に入射する。 回折格子を用いた R用反射型偏光板 10 I3 は格子方向に平行な反 射軸が R用補助偏光子 9 1の吸収軸あるいは反射軸と略平行となるように配置し てあるため、 R用反射型偏光板 10 1' に入射した光は透過し、 R用反射型液晶 パネル 1 1 1に入射する。
R透過 G反射ダイクロイックミラー 7を反射した G光は G用補助偏光子 92に 入射する。 R光と同様に G用補助偏光子 92の吸収軸あるいは反射軸に直交する 偏光方向の光 （ここでは P偏光） が G用補助偏光子 92を透過し、 G用反射型偏 光板 102' に入射する。 回折格子を用いた G用反射型偏光板 102' は格子方 向に平行な反射軸が G用補助偏光子 92の吸収軸あるいは反射軸と略平行となる ように配置してあるため、 G用反射型偏光板 102' に入射した光は透過し、 G 用反射型液晶パネル 112に入射する。
B透過 RG反射ダイクロイックミラ一 6を透過した B光は結像レンズ 43を透 過する。 B反射ミラ一 8により光線の方向を 90° 曲げられ B用補助偏光子 93 に入射する。 ここで、 B光の光路長は: RG光と光路長と異なり長いため、 B光路 にリレーレンズ 44、 45を配置することにより、 B用反射型液晶パネル 113 に結像する。 B用補助偏光子 93に入射した光は B用補助偏光子 93の吸収軸あ るいは反射軸に直交する偏光方向の光 （ここでは P偏光） が B用補助偏光子 93 を透過し、 B用反射型偏光板 103' に入射する。 回折格子を用いた B用反射型 偏光板 103， は格子方向に平行な反射軸が B用補助偏光子 93の吸収軸あるい は反射軸と略平行となるように配置してあるため、 B用反射型偏光板 1035 に 入射した光は透過し、 B用反射型液晶パネル 113に入射する。 このように R、 G、 Bに色分離される。
R用反射型液晶パネル 111、 G用反射型液晶パネル 112、 B用反射型液晶 パネル 113に入射した光は、 それそれ R用反射型液晶パネル 111、 G用反射 型液晶パネル 112、 B用反射型液晶パネル 113の白映像を表示する画素によ り反射される際に偏光が 90° 回転され S偏光となり、 R用反射型偏光板 101\ G用反射型偏光板 102'、 B用反射型偏光板 103'に入射する。 この時、入射 する光は S偏光で反射軸と平行であるため、 R用反射型偏光板 10 、 G用反射 型偏光板 102'、 Β用反射型偏光板 103 'より反射されて光線の方向を 90 ° 曲げられ、 それそれ R用補助検光子 121、 G用補助検光子 122、 Β用補助検 光子 123に入射する。 補助検光子 121、 122、 123の吸収軸は反射型偏 光板 1013、 102'、 103， の反射軸に略直交となるように配置するため、 反射型偏光板 1015、 102'、 1035 を反射した光は補助検光子 121、 1 22、 123を透過し、 RBは S偏光のまま、 Gは G用 1 /2波長板 132を通 過し P偏光となり、 R、 G、 B光ともクロスダイクロイツクプリズム 14に入射 する。 R、 G、 B光はクロスダイクロイツクプリズム 14によって白色に合成さ れ、 投写レンズ 15によってスクリーン （図示せず） に拡大投写される。
上記特許文献 1に記載されている光学ユニットでは、 偏光子、 検光子には偏光 ビ一ムスプリヅ夕プリズム （以後 PB Sプリズムという） が用いられている。 比 較的安価な P B Sプリズムは誘電体多層膜面を備えておりその膜面 （以後 P B S 膜という） により P偏光を透過し S偏光を反射する。 PBSプリズムを用いた光 学ユニットにおいて、 コントラストを高くするためには黒映像時の PB Sプリズ ムからの漏れ光を少なくする必要があり、 そのための 1/4波長板が必須である が、 1/4波長板を用いてもその効果は完全ではない。 これは、 1/4波長板は 波長特性および角度特性を有しているためであり、 入射光線波長が設計中心波長 から離れれば離れるほど、 また入射角が大きくなれば大きくなるほどその機能は 低下する。 したがって、 反射型液晶パネルに入射する光がある波長範囲とある角 度範囲を有している光学ユニットにおいては全ての入射光に対して漏れ光を少な くする効果は完全ではない。
これに対し、 上記反射型偏光板 101，、 102'、 103， は特定方向のみ格 子作用を有することにより偏光板として作用し、 格子方向に平行な偏光を反射し て、 格子方向に直交する偏光を透過する。 反射型偏光板 101，ヽ 102'、 10 3， は、 その反射軸を光軸と反射型偏光板の法線を含む面の法線と平行に配置し た時に最も偏光分離性能を発揮する。 言い換えると、 反射軸を光軸光線に対する S偏光方向と平行に配置し、 光軸光線の S偏光を反射し、 P偏光を透過するよう に使用した時に最も透過光および反射光の偏光度が高くなる。 したがって、 本構 成においてはそのように配置している。
反射型偏光板は格子方向に平行な偏光を反射して、 格子方向に直交する偏光を 透過するが、 実際には格子方向に平行な偏光も僅かな量は透過してしまい、 格子 方向に直交する偏光も僅かな量は反射してコントラストが低下する。 そこで、 入 射側に補助偏光子 91、 92、 93を設け、 出射側に補助検光子 121、 122 、 123を設けて、 黒表示時の漏れ光を少なくして、 コントラスト性能がよい光 学ユニットとしている。
また、 補助検光子 121、 122、 123を吸収型としているため、 ゴースト 像の発生を抑制することができる。
次に、 上記光学ユニットの課題を説明する。
図 8から明らかなように、 各反射型液晶パネル 111、 112、 113からク ロスダイクロイックプリズム 14までの光路の間が空気であるため、 反射型偏光 板 101，、 102，、 103' を用いた光学ユニットにおいては、 投写レンズ 1 5のクロスダイクロイツクプリズム側のレンズから各反射型液晶パネル 111、 112、 113までの光学長 (これをバヅクフォーカスという） が長くなつてし まう。 このため、 投写レンズが大型化してしまい、 光学ュニットの小型、 軽量化 に対して不利となるという課題がある。
また、 装置の HD対応など高解像度化が求められており、 このため、 液晶パネ ルの画素の大きさも小さくなつている。 例えば、 従来の主流である 0. 7インチ WXGA ( 1368 x 768)パネルの場合は、 画素ピッチは約 15〃mであつ たものが、 同じ 0. 7インチで 1080 i HD対応 (1920x 1080) とし た場合、 画素ピツチが約 8〃mと約半分となる。 各反射型液晶パネル 111、 1 12, 113の位置ずれ（以下、 コンパ一ずれという）の許容値も約半分となる。 一方、 装置の高輝度化のため、 ランプの出力を増加させ、 さらに照明光学系も高 効率化を図るため、 パネルに照射される光エネルギも大きくなり、 温度上昇も大 きくなる。 温度が上昇すると、 反射型液晶パネル 111、 112、 113を保持 している保持部材が熱膨張し、 各反射型液晶パネル 111、 112、 113の位 置がシフトして、 上記コンパ一ずれが生じ易くなるという問題がある。 さらに、 各光学部品に照射される光エネルギが大きくなつたため、 反射型液晶 パネルや、 反射型偏光板、 補助偏光子、 補助検光子の温度上昇が従来より大きく なるため、 各光学部品の温度上昇をある程度抑えるためにファンによって冷却し ている。 すなわち、 ファンで外気を装置内に取り込み、 各光学部材に外気を当て ることで冷却している。 吸入口にフィル夕を付けているが、 完全にゴミ （埃、 麈 など）を防ぐことができず、光学部品の表面にゴミが付着するという問題もある。 また、 温度上昇を抑えるため、 ファンの数を増やしたり、 ファンを大型化して風 量を大きくすると、 騒音が大きくなるというデメリットがある。
本発明は、 上記課題を鑑み、 小型、 軽量化を実現した光学ユニットおよびそれ を用いた投写型映像表示装置の提供を目的とする。
上記課題を解決するために、 本発明では、 光源からの光を色分離手段で複数個 の色光に分離して、 それそれ対応する反射型映像表示素子に入射させ、 該色光毎 に該反射型映像表示素子の有する偏光特性を用いて映像信号に応じた光学像を形 成し、 該色光毎の該光学像を色合成手段で合成して投写レンズで拡大投写する光 学ュニットであつて、前記色分離手段から前記反射型映像表示素子への光路上に、 前記反射型映像表示素子に対する偏光子及び検光子として、 回折により偏光板と して作用する反射型偏光板を配設し、 前記反射型偏光板と前記反射型映像表示素 子とを保持し、 前記反射型偏光板の入射光側に透光窓を有し、 前記反射型偏光板 の出射光側が前記色合成手段の入射面で封止されている光学シャーシを備え、 該 光学シャーシと、 前記反射型映像表示素子と、 前記色合成手段の入射面とで密閉 空間を形成し、 該密閉空間を屈折率 1 . 2乃至 1 . 9の透光性流体で満たした構 成とする。
該反射型偏光板の偏光子と検光子としての特性が不十分で所定のコントラスト が確保できない場合には、 該反射型偏光板の入射側に補助偏光子を、 出射側に補 助検光子を配設してもよい。 この場合は、 前記光学シャーシの透光窓に替えて該 補助偏光子を設け、 該色分離手段の入射面に該補助検光子を装着する。 このように、 前記密閉空間に前記光学部品 （補助偏光子、 反射型偏光板、 反射 型液晶パネル、 補助検光子、 色分離手段） を配置するためにゴミが付着するのを 防ぐ事が出来る。 また、 前記密閉空間に前記光学部品との屈折率差が小さい前記 透光性流体を充填しているので、 前記反射型映像表示素子から前反射型偏光板を 経由して前色分離手段に到る光路の光学長を空気媒体の場合に比べて小さくする ことができ、 前記投写レンズを小型化することができる。 また、 前光学部品の界 面での反射を低減できるので、 前光学部品に反射防止を施す必要が無く、 コスト を下げることができる。 また、 前透光性流体は冷却媒体としても機能するので、 前光学部品の温度上昇を低減でき、コンバ一ずれを低減することができ、さらに、 冷却用のフアンをなくす或は回転数をさげることが可能となり、 ファンで生じる 騒音を低減することができる。
以上説明したように、 本発明によれば、 投写型映像表示装置の小型軽量化を実 現することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1の実施の形態の光学ュニットの平面図である。
図 2は、 本発明の第 1の実施の形態の光学ュニットの光学シャーシ部の側面図 である。
図 3は、 R用反射型偏光板の保持機構の一実施の形態を示す図である。
図 4は、 本発明の第 2の実施の形態の光学ュニットの平面図である。
図 5は、 本発明の第 3の実施の形態の光学ュニットの平面図である。
図 6は、 本発明の実施の形態である光学ュニットを搭載した投写装置の模式図 である。
図 7は、 本発明も光学ュニットを搭載した投写装置を背面投写型映像表示装置 に適用した一実施の形態である。
図 8は、 従来の光学ユニットの平面図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図 1は本発明による光学ュニットの第 1の実施の形態を示す図であり、 図 2は 図 1の光学シャーシ部の側面図である。 なお、 図 1 ( a ) は光学ユニットの平面 図、 図 1 ( b )は反射型偏光板の拡大構成図である。また、図 1、 図 2において、 図 8と同じ作用をするものには同じ符号を付して示し、 その説明を省略する。 図 1、 図 2において、 1 6 1、 1 6 2、 1 6 3はそれそれ R用光学シャーシ、 G用光学シャーシ、 B用光学シャーシであり、 1 0 1、 1 0 2、 1 0 3はそれそ れ回折格子を用いた R用反射型偏光板、 G用反射型偏光板、 B用反射型偏光板で あり、 1 7 1ヽ 1 7 2、 1 7 3はそれそれ R用透光性流体、 G用透光性流体、 B 用透光性流体である。 1 8は放熱フィンである。
R用反射型偏光板 1 0 1は図 1 ( b ) に示すように回折格子が形成された作用 面（ハッチング部） 1 0 1 を透明部材 1 0 1 2でサンドイッチした構成とし、 内 部に光学用接着剤 (図示せず) を充填し空気が介在しないようにしている。 ある いは透明部材上に作用面である回折格子を形成し、 その作用面上に作用面を保護 するための透明コ一ティングを施した構成としてもよい (図示せず）。
G用反射型偏光板 1 0 2、 B用反射型偏光板 1 0 3も同様に構成されている。 本発明の光学ユニットにおいては、 R用補助偏光子 9 1と、 R用反射型液晶パ ネル 1 1 1の液晶パネル面と、 R用補助検光子 1 2 1を装着したクロスダイク口 ィヅクプリズム 1 4の入射面と、 R用光学シャーシ 1 6 1とで、 密閉空間を形成 している。
以下便宜上、 R用補助偏光子 9 1からクロスダイクロイックプリズム 1 4の入 射面までの R光の光路領域を R光ブロックと称する。 G光ブロック、 B光プロヅ クについても同様である。
R用光学シャーシ 1 6 1の光の入出射口には光が通過するように R用通過口 (： R用透光窓） 1 6 1， が設けられており、 その： R用通過口 1 6 1， を R用補助 偏光子 9 1、 R用反射型液晶パネル 1 1 1で覆う様にし、 R用補助偏光子 9 1、 R用反射型液晶パネル 1 1 1、 クロスダイクロイツクプリズム 1 4の入射面と R 用光学シャーシ 1 6 1の間には 0リングなどの弾性体 (図示せず）を介してあり、 弾性体を圧接し封止している。 なお、 R用補助偏光子 9 1で覆う R用通過口 1 6 は、 R用反射型偏光板 1 0 1の入射光側に有することになる。 また、 反射型 液晶パネル 1 1 1を覆う R用通過口 1 6 1 ' は、 R用反射型偏光板 1 0 1の入出 射光側に有することになる。
R用反射型液晶パネル 1 1 1は R用保持部材 1 1 1 ' により R用光学シャーシ 1 6 1に保持されており、 同様に R用補助偏光子 9 1も図示しない保持部材によ り保持されている。
また、 上記密閉空間内にある R用反射型偏光板 1 0 1は、 I用光学シャーシ 1 6 1に保持されている。 図 3は R用反射型偏光板の保持機構の一実施の形態を示 す図で、 図 1の R光プロヅクの R用反射型偏光板 1 0 1近傍を B— B 3 線に沿つ て切断して A方向から見た B— B ' 断面図である。 図 3において、 R用反射型偏 光板 1 0 1は R用光学シャーシ 1 6 1の上面部材 1 6 1 aと底面部材 1 6 1わに 設けられている溝 1 6 1 5 a、 1 6 1， bで保持されている。
同様に G光ブロック、 B光プロック側でも密閉空間が形成されている。 即ち、 G光ブロック側では、 G用補助偏光子 9 2と、 G用反射型液晶パネル 1 1 2の液 晶パネル面と、 G用補助検光子 1 2 2と G用 1 / 2波長板 1 3 2を装着したクロ スダイクロイツクプリズム 1 4の入射面と、 G用光学シヤーシ 1 6 2とで、 密閉 空間を形成している。 G用光学シャーシ 1 6 2の光の入出射口には、 上記 R用光 学シャーシ 1 6 1と同様に、 光が通過するように G用通過口 （G用透光窓） 1 6 2 ' が設けられており、 その G用通過口 1 6 2 ' を G用補助偏光子 9 2、 G用反 射型液晶パネル 1 1 2で覆う様にし、 G用補助偏光子 9 2、 G用反射型液晶パネ ル 1 1 2、 クロスダイクロイヅクプリズム 1 4の入射面と G用光学シャーシ 1 6 2の間には 0リングなどの弾性体（図示せず） を介してあり、 弾性体を圧接し封 止している。
G用反射型液晶パネル 1 1 2は G用保持部材 1 1 2 ' により G用光学シャーシ 1 6 2に保持されており、 同様に G用補助偏光子 9 2も図示しない保持部材によ り保持されている。 また、 上記密閉空間内にある G用反射型偏光板 1 0 2も R光 ブロック側と同様にして G用光学シャーシ 1 6 2に保持されており、 その説明は 省略する。
同様に B光プロック側では、 B用補助偏光子 9 3と、 B用反射型液晶パネル 1 1 3の液晶パネル面と、 B用補助検光子 1 2 3を装着したクロスダイクロイヅク プリズム 1 4の入射面と、 B用光学シャーシ 1 6 3とで、 密閉空間を形成してい る。 B用光学シャーシ 1 6 3の光の入出射口においても、 上記 R用光学シャーシ 1 6 1、 G用光学シャーシ 1 6 2と同様に光が通過するように B用通過口 （B用 透光窓） 1 6 3， が設けられており、 その B用通過口 1 6 3， を B用補助偏光子 9 3、 B用反射型液晶パネル 1 1 3で覆う様にし、 B用補助偏光子 9 3、 G用反 射型液晶パネル 1 1 3、 クロスダイクロイヅクプリズム 1 4の入射面と B用光学 シャーシ 1 6 3の間には 0リングなどの弾性体 (図示せず) を介してあり、 弾性 体を圧接し封止している。
B用反射型液晶パネル 1 1 3は B用保持部材 1 1 3， により B用光学シャーシ 1 6 3に保持されており、 同様に B用補助偏光子 9 3も図示しない保持部材によ り保持されている。 また、 上記密閉空間内にある B用反射型偏光板 1 0 3も R光 ブロック側、 G光ブロック側と同様にして B用光学シャーシ 1 6 3に保持されて おり、 その説明は省略する。
クロスダイクロイックプリズム 1 4の各入射面には、 R用補助検光子 1 2 1、 G用補助検光子 1 2 2と G用 1 / 2波長板 1 3 2、 B用補助検光子 1 2 3がそれ それ装着されており、 R用光学シャーシ 1 6 1、 G用光学シャーシ 1 6 2、 B用 光学シャーシ 1 6 3の各光学シャ一シとともにクロスダイクロイヅクプリズム 1 4の各入射面で、 上記各密閉空間を構成している。 即ち、 クロスダイクロイツク プリズム 14の各入射面は各光学シャーシの一壁面を構成している。
以上のように、 密閉した空間に上記補助偏光子 91、 92、 93、 反射型偏光 板 101、 102、 103、 反射型液晶パネル 111、 112、 113、 補助検 光子 121、 122、 123 (以下便宜上これらを総称して光学部品と称する） を配置するため、 外部からゴミが侵入することがなく、 上記光学部品にゴミが付 着するのを防ぐ事が出来る。
さらに、 密閉した R用光学シャーシ 161、 G用光学シャーシ 162、 B用光 学シャーシ 163内の各密閉空間内には屈折率 1. 2以上、 1. 9以下の R用透 光性流体 171、G用透光性流体 172、 B用透光性流体 173を充填している。 これにより R用反射型液晶パネル 111から R用反射型偏光板 101を経て R用 補助検光子 121までの光路は上記 R用透光性流体 171中にあり、 G用反射型 液晶パネル 112から G用反射型液晶パネル 102を経て G用補助検光子 122 までの光路は上記 G用透光性流体 172中にあり、 B用反射型液晶パネル 113 から B用反射型液晶パネル 103を経て B用補助検光子 123までの光路は上記 B用透光性流体 173中にある。 したがってそれそれの各光路の光学長は、 光学 長 = (図 8の空気の場合の光学長) / (透光性流体 171、 172、 173の屈 折率) となり小さくなる。 したがって、 図 8の空気の場合に対してバックフォー カスが小さくなるため、 投写レンズ 15を小型化することが出来る。
屈折率が 1. 2以上、 1. 9以下の R用透光性流体 171、 G用透光性流体 1 72、 B用透光性流体 173としては、フヅ素化不活性液（屈折率 1. 25〜 1. 5)、 エチレングリコール（屈折率 1. 43)、 グリセリン （屈折率 1. 47)、 グ リセリン 'エチレングリコール混合液 （屈折率 1. 45) 等がある。望ましくは R用透光性流体 171、 G用透光性流体 172、 B用透光性流体 173の屈折率 は、 R用反射型液晶パネル 11 1、 G用反射型液晶パネル 112、 B用反射型液 晶パネル 113や R用反射型偏光板 101、 G用反射型偏光板 102、 B用反射 型偏光板 1 0 3など、 光路上で R用透光性流体 1 7 1、 G用透光性流体 1 7 2、 B用透光性流体 1 7 3と接触している光学部品の屈折率と略等しくなるようにす る。 ここで、 光学部品に用いられる光学ガラスや光学プラスチックの屈折率は約 1 . 4〜1 . 5である。したがって、 グリセリン.エチレングリコール混合液は、 屈折率が 1 . 4 5であるため、 R用透光性流体 1 7 I G用透光性流体 1 7 2、 B用透光性流体 1 7 3として好適である。なお、上記条件を満たすものであれば、 ここに挙げていないものでも用いることが出来るのは言うまでもない。
このように、 R用透光性流体 1 7 1、 G用透光性流体 1 7 2、 B用透光性流体 1 7 3の屈折率を光学部品の屈折率と略等しくなるように選択することにより、 R用補助偏光素子 9 1と R用透光性流体 1 7 1の境界面、 R用反射型偏光板 1◦ 1と R用透光性流体 1 7 1の境界面、 R用反射型液晶パネル 1 1 1と R用透光性 流体 1 7 1の境界面、 R用補助検光子 1 2 1と R用透光性流体 1 7 1の境界面、 G用補助偏光子 9 2と G用透光性流体 1 7 2の境界面、 G用反射型偏光板 1 0 2 と G用透光性流体 1 7 2の境界面、 G用反射型液晶パネル 1 1 2と G用透光性流 体 1 7 2の境界面、 G用補助検光子 1 2 2と G用透光性流体 1 7 2の境界面、 B 用補助偏光子 9 3と B用透光性流体 1 7 3の境界面、 B用反射型偏光板 1 0 3と B用透光性流体 1 7 3の境界面、 B用反射型液晶パネル 1 1 3と B用透光性流体 1 7 3の境界面、 および B用補助検光子 1 2 3と B用透光性流体 1 7 3の境界面 における屈折率の差が小さいので上記各境界面での反射がほとんどない。
図 8では上記光学部品は屈折率 1の空気と接していたため、 境界面に反射防止 膜を蒸着し、 境界面での反射を防止していたが、 本発明では上記光学部品と R用 透光性流体 1 7 1、 G用透光性流体 1 7 2、 B用透光性流体 1 7 3との境界面で の反射がほとんどないため、 反射防止膜を蒸着する必要がない。 したがって、 反 射防止膜の蒸着工程が省略できるため、 上記光学部品は低コスト化を図ることが 出来る。 さらには境界面にて反射していた反射光によるコントラストの低下も抑 制できる。 また、 R用反射型偏光板 1 0 1、 G用反射型偏光板 1 0 2、 B用反射型偏光板 1 0 3はそれぞれ R用透光性流体 1 7 1、 G用透光性流体 1 7 2、 B用透光性流 体 1 7 3中に配置されるため、図 8に示す R用反射型偏光板 1 0 I 3、 G用反射型 偏光板 1 0 2 '、 B用反射型偏光板 1 0 3 ' のように、作用面（ハッチング部）が 露出していると、 R用透光性流体 1 7 1、 G用透光性流体 1 7 2、 B用透光性流 体 1 7 3により、 腐食する可能性がある。 したがって、 図 1 ( b ) で述べたよう に作用面（ハヅチング部） 1 0 1 を透明部材 1 0 1 2でサンドイッチした構成と し、 内部に光学用接着剤 （図示せず） を充填し作用面 1 0 1 が露出しない様に して腐食するのを防止している。 しかし、 この場合、 R用反射型液晶パネル 1 1 1、 G用反射型液晶パネル 1 1 2、 B用反射型液晶パネル 1 1 3を反射した光の うち、 ： R用反射型液晶パネル 1 1 1、 G用反射型液晶パネル 1 1 2、 B用反射型 液晶パネル 1 1 3にて偏光が変えられた画素に対応する光は、 R用反射型偏光板 1 0 1、 G用反射型偏光板 1 0 2、 B用反射型偏光板 1 0 3を反射して R用補助 検光子 1 2 1、 G用補助検光子 1 2 2、 B用補助検光子 1 2 3に入射する。 この 時、 光は R用反射型偏光板 1 0 1、 G用反射型偏光板 1 0 2、 B用反射型偏光板 1 0 3のガラス部を入射時と反射時に透過することになり、 図 8のように空気中 に配置した場合は屈折率の差により非点収差が発生してしまうという問題がある が、 本発明の実施の形態においては、 R用反射型偏光板 1 0 1、 G用反射型偏光 板 1 0 2、 B用反射型偏光板 1 0 3は R用透光性流体 1 7 1、 G用透光性流体 1 7 2、 B用透光性流体 1 7 3の中に配置されているため、 屈折率の差が小さく非 点収差はほとんど発生しない。
また、 上記 R用透光性流体 1 7 1、 G用透光性流体 1 7 2、 B用透光性流体 1 7 3は冷却媒体としても機能する。 ； 用反射型液晶パネル 1 1 1、 G用反射型液 晶パネル 1 1 2、 B用反射型液晶パネル 1 1 3においては、 入射光により発生し た熱は、 一部がそれそれ背面側の R用保持部材 1 1 1 '、 G用保持部材 1 1 2，、 B用保持部材 1 1 3 ' に伝わり外部に放出される。他の大部分の熱は R用透光性 流体 1 7 1、 G用透光性流体 1 7 2、 B用透光性流体 1 7 3に吸収される。 R用 補助偏光子 9 1、 G用補助偏光子 9 2、 B用補助偏光子 9 3や R用補助検光子 1 2 1、 G用補助検光子 1 2 2、 B用補助検光子 1 2 3においては、 偏光面を R用 透光性流体 1 7 1、 G用透光性流体 1 7 2、 B用透光性流体 1 7 3と接する側に 設けることにより、 偏光面で発生する熱の大部分を R用透光性流体 1 7 1、 G用 透光性流体 1 7 2、 B用透光性流体 1 7 3に吸収させることが出来る。 また、 R 用反射型偏光板 1 0 1、 G用反射型偏光板 1 0 2、 B用反射型偏光板 1 0 3にお いても、上記光学部品と同様に発生した熱の大部分を透光性流体 1 7 1 , 1 7 2 1 7 3に吸収させることが出来る。
R用透光性流体 1 7 1、 G用透光性流体 1 7 2、 B用透光性流体 1 7 3に吸収 された熱は R用透光性流体 1 7 1、 G用透光性流体 1 7 2、 B用透光性流体 1 7 3の自然対流によりそれそれ R用光学シャーシ 1 6 1、G用光学シャーシ 1 6 2、 B用光学シャーシ 1 6 3内を移動し、 そして R用光学シャーシ 1 6 1、 G用光学 シャーシ 1 6 2、B用光学シャーシ 1 6 3の内壁面に伝導して外部に放出される。 したがって、 R用光学シャーシ 1 6 1、 G用光学シャーシ 1 6 2、 B用光学シャ —シ 1 6 3は、 F e、 C u、 A l、 M gなどの金属おょぴその合金や、 それらを 含む熱伝導性に優れた材料で形成することにより外部への放熱を促すようにして いる。 また、 R用光学シャーシ 1 6 1、 G用光学シャーシ 1 6 2、 B用光学シャ —シ 1 6 3の外壁に放熱フィン 1 8を設けることで放熱の効率を高めることが出 来る。 空気の自然対流により放熱を行うことで、 従来は必須だった冷却用ファン を用いることがないため、 冷却ファンによる騒音の発生しない低騒音冷却を実現 できる。 また、 放熱フィン 1 8を用いずに R用光学シャーシ 1 6 1、 G用光学シ ヤーシ 1 6 2、 B用光学シャーシ 1 6 3の外壁を直接冷却ファン （図示せず） に より強制冷却することでも、 放熱の効率を高めることが出来る。 この場合におい ては、従来よりも小型な冷却ファンで十分なため、低騒音化を図ることが出来る。 また、 R用光学シャーシ 1 6 1、 G用光学シャーシ 1 6 2、 B用光学シャーシ 1 6 3の外壁に放熱フィン 1 8を設け、 さらに冷却ファンにて強制冷却することに より、 放熱の効果をより高めることが出来る。
また、 R用反射型液晶パネル 1 1 1、 G用反射型液晶パネル 1 1 2、 B用反射 型液晶パネル 1 1 3においては発生した熱を R用透光性流体 1 7 1、 G用透光性 流体 1 7 2、 B用透光性流体 1 7 3に吸収させて、 かつ背面に設けた R用保持部 材 1 1 1 '、 G用保持部材 1 1 2 '、 B用保持部材 1 1 3 ' を F e、 C u、 A l、 M gなどの金属およびその合金や、 それらを含む熱伝導性に優れた材料で形成す ることにより液晶面の温度の上昇を従来よりも抑えることが出来るため、 R用反 射型液晶パネル 1 1 1、 G用反射型液晶パネル 1 1 2、 B用反射型液晶パネル 1 1 3の R用保持部材 1 1 1 5、 G用保持部材 1 1 2 5、 B用保持部材 1 1 3 ' が熱 膨張することによるコンバーずれの発生を抑えることが出来る。 R用保持部材 1 1 1 \ G用保持部材 1 1 2 \ B用保持部材 1 1 3， を冷却ファンにより強制冷 却すると、 さらに効果的である。
また、 発生する熱エネルギ量は、 波長帯域 （各色） により異なるため、 発生す る熱エネルギ量に比例して、 R用光学シャーシ 1 6 1、G用光学シャーシ 1 6 2ヽ B用光学シャーシ 1 6 3の容積が異なるようにすることにより、 より効果的な冷 却が可能となる。
また、 R用反射型液晶パネル 1 1 1、 G用反射型液晶パネル 1 1 2、 B用反射 型液晶パネル 1 1 3の寿命は、 動作時の液晶部の温度に反比例しているため、 上 記構成とすることで、 動作時の液晶面の温度を従来よりも低くでき、 R用反射型 液晶パネル 1 1 1、 G用反射型液晶パネル 1 1 2、 B用反射型液晶パネル 1 1 3 の長寿命化を図ることも出来る。
ここで、 投写レンズ 1 5を除く光学部品は図 8に示す光学ュニットとほとんど 同様であるため、 コントラスト性能が良いのは言うまでもない。
次に、 本発明の第 2の実施の形態について説明する。
図 4は、 本発明による光学ユニットの第 2の実施の形態を示す図である。 図 4 において、 1 6は光学シャーシ、 1 7は透光性流体である。なお、図 4において、 図 1と同じ作用を有するものには同一符号を付して示し、 その説明を省略する。 また、 光学部品の配置は図 1の第 1の実施の形態と同じであるため、 光学性能も 同じであり説明は省略し、 その効果については新たなものについてのみ述べる。 本発明の第 2の実施の形態は、 図 4に示すように、 光学部品の配置は図 1の第 1の実施の形態と同じであるが、 図 1の第 1の実施の形態で R用光学シャーシ 1 6 1、 G用光学シャーシ 1 6 2、 B用光学シャーシ 1 6 3と R、 G、 Bブロック 毎に別部材構成となっていた光学シャーシを、 一体構成の光学シャーシ 1 6とし たことに特徴がある。 従って、 光学シャーシ 1 6と、 反射型液晶パネル 1 1 1、 1 1 2、 1 1 3と、補助偏光子 9 1、 9 2、 9 3と、補助検光子 1 2 1、 1 2 2、 1 2 3や G用 1 / 2波長板 1 3 2を装着したクロスダイクロイヅクプリズム 1 4 などで構成される密閉空間も一体であり、なかに充填される透光性流体 1 7も R、 G、 Bの各プロックを移動できるようになつている。
このような構成とすることで、 第 1の実施の形態と同じ効果を有しながら、 さ らに、 光学シャーシ 1 6内の密閉空間を透光性流体 1 7が対流することで、 発生 する熱を均一に分散することが出来るため、 冷却効率を高くできる。 光学シャ一 シ 1 6の外壁に放熱フイン 1 8を設けたり、 冷却用ファン (図示せず) により強 制冷却を行うことで、 さらに冷却効率を高く出来るのは言うまでもない。
なお、 上記では、 Rs Gヽ Bプロックの光学シャーシを一体構成として、 ただ —つの密閉空間を形成するようにしたが、 これに限定されるものではなく、 例え ば隣接する Rと Gプロックの光学シヤーシを一体構成として、 Rと Gブロックで —つの密閉空間としてもよいことはいうまでもない。 また、 上記で一つの密閉空 間を形成する各 R、 G、 Bプロックの空間の容積を異なるようにしてもよいこと もいうまでもない。
次に、 本発明の第 3の実施の形態について説明する。
図 5は、 本発明による光学ユニットの第 3の実施の形態を示す図である。 図 5 において、 2 1 6は光学シャーシである。 なお、 図 1、 図 2と同じ作用を有する ものには同一符号を付して示し、 その説明を省略する。
第 3の実施の形態は、 図 5に示すように、 第 2の実施の形態における R用反射 型液晶パネル 1 1 1、 G用反射型液晶パネル 1 1 2、 B用反射型液晶パネル 1 1 3の配置を各液晶パネルで反射された反射光が入射するクロスダイクロイックプ リズム 1 4の入射面に平行となるようにしたものである。従って、 反射型偏光板 1 0 1、 1 0 2、 1 0 3は、 第 1、 第 2の実施の形態と異なり、 所定方向に偏光 した入射光 （P偏光） を反射させ、 R用反射型液晶パネル 1 1 1、 G用反射型液 晶パネル 1 1 2、 B用反射型液晶パネル 1 1 3に向かうように反射軸が設定され ている。 また、 R用補助検光子 1 2 1、 G用補助検光子 1 2 2、 B用補助検光子 1 2 3はその吸収軸が反射型偏光板 1 0 1、 1 0 2、 1 0 3の反射軸と略平行と なるように設定されている。
このように構成されているため、 本実施の形態では光学シャーシ 2 1 6の光の 入出射口である通過口 1 6 1 5 (R用反射型液晶パネル 1 1 1の通過口と R用補助 偏光子 9 1の通過口） は互いに対向せず直交している。 通過口 1 6 2 '、 1 6 3， も同様に直交している。
図 5において、 R、 G、 Bそれそれの光路は R用補助偏光子 9 1、 G用補助偏 光子 9 2、 B用補助偏光子 9 3までは上記第 1、 第 2の実施の形態の光学ュニッ トと同じである。
R用補助偏光子 9 1に入射した R光は、 R用補助偏光子 9 1の吸収軸あるいは 反射軸に直交する偏光方向の光 （ここでは P偏光） であるため、 R用補助偏光子 9 1を透過し、 R用反射型偏光板 1 0 1に入射する。 回折格子を用いた R用反射 型偏光板 1 0 1は格子方向に平行な反射軸が R用補助偏光子 9 1の吸収軸あるい は反射軸と略直交 （第 1、 第 2の実施の形態では平行） となるように配置してあ るため、 R用反射型偏光板 1 0 1に入射した光は反射し光線の方向を 9 0 ° 曲げ られ、 R用反射型液晶パネル 1 1 1に入射する。 G用補助偏光子 9 2に入射した G光は、 R光と同様に、 G用補助偏光子 9 2の 吸収軸あるいは反射軸に直交する偏光方向の光 （ここでは P偏光） が G用補助偏 光子 9 2を透過し、 G用反射型偏光板 1 0 2に入射する。 回折格子を用いた G用 反射型偏光板 1 0 2は格子方向に平行な反射軸が G用補助偏光子 9 2の吸収軸あ るいは反射軸と略直交となるように配置してあるため、 G用反射型偏光板 1 0 2 に入射した光は反射し光線の方向を 9 0 ° 曲げられ、 G用反射型液晶パネル 1 1 2に入射する。
R、 G光と同様に、 B用補助偏光子 9 3に入射した B光は、 B用補助偏光子 9 3の吸収軸あるいは反射軸に直交する偏光方向の光 （ここでは P偏光） が B用補 助偏光子 9 3を透過し、 B用反射型偏光板 1 0 3に入射する。 回折格子を用いた B用反射型偏光板 1 0 3は格子方向に平行な反射軸が B用補助偏光子 9 3の吸収 軸あるいは反射軸と略直交となるように配置してあるため、 B用反射型偏光板 1 0 3に入射した光は反射し光線の方向を 9 0 ° 曲げられ、 B用反射型液晶パネル 1 1 3に入射する。 、
R用反射型液晶パネル 1 1 1、 G用反射型液晶パネル 1 1 2、 B用反射型液晶 パネル 1 1 3に入射した光は、 それそれ R用反射型液晶パネル 1 1 1ヽ G用反射 型液晶パネル 1 1 2、 B用反射型液晶パネル 1 1 3の白映像を表示する画素によ り反射される際に偏光が 9 0 ° 回転され S偏光となり、 R用反射型偏光板 1 0 1、 G用反射型偏光板 1 0 2、 B用反射型偏光板 1 0 3に入射する。 この時、 入射す る光は S偏光で反射軸と直交であるため、 R用反射型偏光板 1 0 1、 G用反射型 偏光板 1 0 2、 B用反射型偏光板 1 0 3を透過し、 それそれ R用補助検光子 1 2
1、 G用補助検光子 1 2 2、 B用補助検光子 1 2 3に入射する。 R用補助検光子 1 2 1、 G用補助検光子 1 2 2、 B用補助検光子 1 2 3の吸収軸は R用反射型偏 光板 1 0 1、 G用反射型偏光板 1 0 2、 B用反射型偏光板 1 0 3の反射軸に略平 行となるように配置するため、 R用反射型偏光板 1 0 1、 G用反射型偏光板 1 0
2、 B用反射型偏光板 1 0 3を透過した光は R用補助検光子 1 2 1、 G用補助検 光子 1 2 2、 B用補助検光子 1 2 3を透過し、 R、 B光は S偏光のまま、 G光は G用 1 / 2波長板 1 3 2を通過し P偏光となり、 R、 G、 B光ともクロスダイク ロイックプリズム 1 4に入射する。 R、 G、 B光はクロスダイクロイツクプリズ ム 1 4によって白色に合成され、投写レンズ 1 5によってスクリーン（図示せず） に拡大投写される。
また、 R用反射型液晶パネル 1 1 1、 G用反射型液晶パネル 1 1 2、 B用反射 型液晶パネル 1 1 3を反射した光のうち、 R用反射型液晶パネル 1 1 1、 G用反 射型液晶パネル 1 1 2、 B用反射型液晶パネル 1 1 3にて偏光が変えられた画素 に対応する光は、 R用反射型偏光板 1 0 1、 G用反射型偏光板 1 0 2、 B用反射 型偏光板 1 0 3を透過して R用補助検光子 1 2 1、 G用補助検光子 1 2 2、 B用 補助検光子 1 2 3に入射する。 この時、 光は R用反射型偏光板 1 0 1、 G用反射 型偏光板 1 0 2、 B用反射型偏光板 1 0 3のガラス部を入射時と出射時に透過す ることになるが、 上記したように本発明の実施の形態においては、 R用反射型偏 光板 1 0 1、 G用反射型偏光板 1 0 2、 B用反射型偏光板 1 0 3は透光性流体 1 7の中に配置されているため、 屈折率の差が小さく非点収差はほとんど発生しな い。
以上のような構成とすることで、 R用反射型液晶パネル 1 1 1と B用反射型液 晶パネル 1 1 3を投写レンズ 1 5から離れた位置に配置できるため、 保持部材 1 1 1 \ 1 1 3， の構造や、調整機構（図示せず）の構成の自由度が増すという効 果がある。 さらには映像光が反射型偏光板 1 0 1、 1 0 2、 1 0 3を透過して補 助検光子 1 2 1、 1 2 2、 1 2 3に入射するため、 第 1および第 2の実施の形態 のような映像光が反射型偏光板 1 0 1、 1 0 2、 1 0 3を反射して補助検光子 1 2 1、 1 2 2、 1 2 3に入射する場合と比べて、 熱による反射型偏光板 1 0 1、 1 0 2、 1 0 3の配置角度変ィ匕ゃ変形に起因して発生するコンパ一ずれを少なく することができる。
ここで、 図 5に示した第 3の実施の形態においては、 密閉空間を一体構成の光 学シャーシ 2 1 6にて形成しているが、 図 1に示す第 1の実施の形態のように、 R用光学シャーシ、 G用光学シャーシ、 B用光学シャーシと別構成のようにして もよい。 また、 図 5に示す第 3の実施の形態においては、 G光に関しても R、 B 光と同様に G用反射型液晶パネル 1 1 2を反射した光が G用反射型偏光板 1 0 2 を透過するような構成としているが、 G光のみ第 1、 第 2の実施の形態のように G用反射型液晶パネル 1 1 2を反射した光が G用反射型偏光板 1 0 2を反射する ような構成としても良い。 また、 図 5に示す第 3の実施の形態においては、 反射 型偏光板 1 0 1、 1 0 2、 1 0 3の反射軸を P偏光を反射し S偏光を透過させる 方向となる構成としたが、 第 1および第 2の実施の形態と同じように S偏光を反 射し P偏光を透過する方向となる構成としても良い。 この場合、 ロヅドレンズか らの出射偏光は反射型偏光板 1 0 1、 1 0 2、 1 0 3に対して S偏光とし、 補助 偏光子 9 1、 9 2、 9 3は S偏光を透過する吸収軸あるいは反射軸方向とし、 補 助検光子 1 2 1、 1 2 2、 1 2 3は P偏光を透過する吸収軸方向とし、 R用補助 検光子とクロスダイクロイヅクプリズム 1 4の間に R用 1 / 2波長板を挿入し、 B用補助偏光子とクロスダイクロイヅクプリズム 1 4の間に B用 1 / 2波長板を 挿入し、 G用 1 / 2波長板を削除する。
なお、 上記では、 反射型偏光板の入射側に補助偏光子を、 出射側に補助検光子 を配置して説明したが、 反射型偏光板の透過反射特性が十分でコントラストが確 保できる場合には、 補助偏光子や補助検光子をなくしてもよいことはいうまでも ない。 この場合には、 光学シャーシに補助偏光子を配設した箇所は透光窓に置き 換えればよい。補助検光子はクロスダイクロイックプリズムに装着していたので、 単に削除するだけである。
図 6は、 上記した本発明の実施の形態である光学ュニットを搭載した投写装置 の模式図である。 図 6において、 図 1、 図 4、 図 5に同じ機能を有する要素には 同一符号を付して示す。
図 6において、 投写装置 3 1 0は、 上記した本発明による実施の形態である光 学ュニット 3 0 0と液晶パネルに光学像を形成させるように表示駆動を行う表示 駆動回路 3 0 1とからなる。 以下、 投写装置 3 1 0の機能を述べる。
図 6において、 光源 1からの光は図示しない偏光変換素子 （例えば図 1のロッ ドレンズ 3 ) で所定偏光に揃えられ、 図示しない色分離手段 （例えば図 1のダイ クロィヅクミラ一 6、 7 ) で R、 G、 B光に分離されて反射型液晶パネル 1 1 1 ( 1 1 2、 1 1 3 ) に照射される。 反射型液晶パネル 1 1 1 ( 1 1 2、 1 1 3 ) では表示駆動回路 3 0 1からの映像信号に応じて色光毎に前記所定偏光の偏光方 向が変えられ、 各色光の濃淡に変えられる光強度変調が行なわれて、 光学像が形 成される。 各色光の該光学像は図示しない色合成手段 （例えば図 1のクロスダイ クロィヅクプリズム 1 4 )で合成されて投写レンズ 1 5で拡大されて投写される。 図 7は上記投写装置を投写型映像表示装置のうちの一形態である背面投写型映 像表示装置に適用した一実施の形態であり、 側面から見た概略断面図である。 図 7において、 投写装置 3 1 0からの投写映像光は背面ミラ一 3 1 1でスクリーン 3 1 2方向に光路を折り返えされて、スクリーン 3 1 2の背面側から投写される。 なお、 3 1 3は背面投写型映像表示装置の筐体である。
以上述べたように、本発明では、反射型液晶パネルのパネル側、反射型偏光板、 補助検光子、 補助偏光子、 クロスダイクロイヅクプリズムを密閉した光学シャ一 シ内に設ける構成とする。 上記光学部品を密閉した空間に配置することにより外 部からのゴミの侵入を防ぐことが出来るため、 光学部品の表面にゴミが付着する ことはない。
さらに、 密閉した内部に屈折率 1 . 2以上、 1 . 9以下の透光性流体 1 7を満 たした構成とする。 これにより反射型液晶パネルから反射型偏光板を絰て補助検 光子までの光路は上記透光性流体中にあるため、 該光路の光学長は光学長 = (図 8の空気の場合の光学長） / (透光性流体の屈折率） となり小さくなる。 したが つて、 図 8の空気の場合に対してバックフォーカスが小さくなるため、 投写レン ズを小型化することが出来る。 また、 透光性流体は冷却媒体としても機能するため、 反射型液晶パネルの温度 上昇を抑えることが出来るため、 保持部材の熱膨張によるコンパ一ずれを抑える ことが出来る。 産業上の利用可能性
本発明によれば、投写型映像表示装置の小型軽量化を実現することができる。

Claims

1 . 光源からの光を色分離手段で複数個の色光に分離して、 それそれ対応する反 射型映像表示素子に入射させ、 該色光毎に該反射型映像表示素子の有する偏光特 性を用いて映像信号に応じた光学像を形成し、 該色光毎の該光学像を色合成手段 で合成して投写レンズで拡大投写する光学ュニットであって、
前記色分離手段から前記反射型映像表示素子への光路上に、 前記反射型映像表 示素子に対する偏光子及び検光子として、 回折により偏光板として作用する反射 型偏光板を配設し、
前記反射型偏光板と前記反射型映像表示素子とを保持し、 前記反射型偏光板の 入射光側に透光窓を有し、 前記反射型偏光板の出射光側が前記色合成手段の入射 面で封止されている光学シャーシを備え、
該光学シャーシと、 前記反射型映像表示素子と、 前記色合成手段の入射面とで 密閉空間を形成し、 該密閉空間に屈折率 1 . 2乃至 1 . 9の透光性流体を配する ことを特徴とする光学ュニット。
2 . 光源からの光を色分離手段で複数個の色光に分離して、 それそれ対応する反 射型映像表示素子に入射させ、 該色光毎に該反射型映像表示素子の有する偏光特 性を用いて映像信号に応じた光学像を形成し、 該色光毎の該光学像を色合成手段 で合成して投写レンズで拡大投写する光学ュニヅトであって、
前記色分離手段から前記反射型映像表示素子への光路上に、 前記反射型映像表 示素子に対する偏光子及び検光子として、 回折により偏光板として作用する反射 型偏光板を配設し、
前記反射型偏光板を保持し、 前記反射型偏光板の入射光側と入出射光側に透光 窓を有し、 前記反射型偏光板の出射光側が前記色合成手段の入射面で封止されて いる光学シャーシを備え、
該光学シャーシと、 前記色合成手段の入射面とで密閉空間を形成し、 該密閉空 間を屈折率 1 . 2乃至 1 . 9の透光性流体で満たしたことを特徴とする光学ュニ ッ卜。
3 .前記光学シャ一シの前記入射光側の透光窓に補助偏光子を配設し、前記光学シ ャ一シの前記入出射光側の透光窓に前記反射型映像表示素子を配設したことを特 徴とする請求項 2に記載の光学ュニット。
4 . 前記光学シャーシの前記入射光側の透光窓に替えて、 補助偏光子を配設した ことを特徴とする請求項 1に記載の光学ュニット。
5 . 前記光学シャーシの前記入射光側の透光窓に替えて、 補助偏光子を配設した ことを特徴とする請求項 2に記載の光学ュニット。
6 . 請求項 1に記載の光学ュニットと、 前記反射型映像表示素子を駆動する駆動 回路とを備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
7 . 請求項 2に記載の光学ユニットと、 前記反射型映像表示素子を駆動する駆動 回路とを備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
8 . 請求項 3に記載の光学ユニットと、 前記反射型映像表示素子を駆動する駆動 回路とを備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
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