【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子の冷却装置およびビデオプロジェクターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、デジタルマイクロミラーデバイス（以下ＤＭＤと表記する）を画像創生素子として用いるビデオプロジェクターが、市場で数多く販売されるようになってきた。ＤＭＤは、半導体製造プロセスと同様のプロセスで製造され、シリコン基板上に一辺が数ミクロンのマイクロミラーが縦横に整列して形成されている。この一つのＤＭＤチップには、マイクロミラーが数十万〜数百万個形成されており、この一つ一つが画像創生の一画素として機能する（特許文献１参照）。
【０００３】
この一画素のマイクロミラーは、所定の軸を回動軸として、電気信号のＯＮ−ＯＦＦによってシーソー運動を行う。したがってマイクロミラーは、電気信号のＯＮの位置と、ＯＦＦの位置との２つの位置を持つことになる。
【０００４】
図１は、マイクロミラーの構成及び動作を示す図である。ＤＭＤ１に形成されたマイクロミラー２（説明上マイクロミラー２は拡大して描いている）に、左斜め下方から入射して来た光線Ｌは、マイクロミラー２がどちらに傾いているかで、反射光の方向が２方向に分かれる。電気信号がＯＮの時は位置ｍをとり、反射光はＲｍの方向に出射される。また電気信号がＯＦＦの時は位置ｎをとり、反射光はＲｎの方向に出射される。
【０００５】
図２は、ＤＭＤを用いた投写光学系を示した図である。図に示す様に、投射光学系は、直方体形状のプリズム３と、三角柱形状のプリズム４及び５を備えている。このプリズム３の一面にマイクロミラー７が設置されている。又、プリズム３のマイクロミラー７が設置されている面に対向する面方向に、投射レンズ８が設置されている。この投射レンズ８とプリズム３の間に、プリズム３の側面と側面が平行になる様に、プリズム４が設置されており、プリズム４の側面と側面が平行になる様に、プリズム５が設置されている。これら、プリズム４とプリズム５は、それらの底面である三角形状が、上下逆になる様に、ごく薄い平行な空気層６（空気層厚は約５ミクロン）を保って結合されている。又、不用光を吸収消滅させるために、プリズム冷却装置９が、マイクロミラー７とプリズム４が設置されている以外の側面に設置されている。
【０００６】
上記構成の従来のＤＭＤを用いた投射光学系の動作について以下に述べる。
【０００７】
Ａの方向から入射した光線は、プリズム４の傾斜面４ａで全反射される（プリズム４と５の間には空気層６が存在するため全反射となる）。４ａ面で反射された光線は、光路Ｌを進行しプリズム３の右側面から出射する。ガラス中から空気中に出射する際に図２に示すように屈折が起こる。右面から出射した光線はＤＭＤチップに内に在るマイクロミラー７に入射する。マイクロミラー７がｍの位置にある時は、反射光線はプリズム３，４，５の中を通過しＲｍ方向に進行する。
【０００８】
プリズム５から出射した光線は、投写レンズ８に入り、投写レンズ８前面に設置されたスクリーン（図示せず）に拡大投写される。
【０００９】
Ａ方向から入射する並行光束は、きわめてエネルギ密度の高い強力な均一光線束である。この光線束がＤＭＤチップのマイクロミラー群に入射する。個々のマイクロミラーは映像信号によって超高速で駆動され、入射光は投写光と不用光に振り分けられる。個々のマイクロミラー７（個々の画素に相当する）で反射された多数の光線群の組み合わせによって映像が形成される。
【００１０】
画像の明暗は、マイクロミラーを高速でＯＮ−ＯＦＦ駆動し、一定時間内に投写方向に駆動されている積算時間の差よって表現される。
【００１１】
一方、マイクロミラー７がｎの位置にあると、反射光線（不用光となる）はＲｎ方向に進行する。Ｒｎ方向に進行する光線は不用光であり、反射，散乱によるコントラストの低下やゴーストの発生を避けるために、出来るだけ速やかに吸収消滅させる必要がある。そのためにプリズム冷却装置９がプリズム３の上面に接合搭載されている。
【００１２】
もしプリズム冷却装置９が無い場合には、図３に示すように、Ｒ１の方向に反射された不用光はプリズム３内を進行し、プリズム３の上面３ａで全反射しプリズムの外へ出て行かない（ガラスの屈折率をＮｄ＝１．５２とすると、全反射角は４１．１４°であり、入射角がこの角度より大きいため）。
【００１３】
そうすると不用光Ｒ１の持っているエネルギの一部はプリズム３内部で熱に変化するため、プリズムの温度が極めて高くなり、プリズムどうしあるいは基台とプリズムを接着している接着剤が熱のため劣化するなど様々な面で不都合が出てくる。また上面３ａで反射した不用光Ｒ１は、各プリズム内をＲ２，Ｒ３，Ｒ４と経路をたどり、プリズム周辺に出て行き不用な光線として散乱し、投写像のコントラストを悪化させたり、ゴースト像発生の原因となったり、また光線の到達した部分の温度上昇を招くなどの深刻な不具合が発生する。
【００１４】
次に、従来のプリズム冷却装置９について説明する。図４は従来のプリズム冷却装置を示したものである。アルミなど熱伝導性の良い金属で造られたヒートシンク１０は、光の吸収がよく且つ熱の放散をよくするために艶消し黒色表面仕上げが成されている（例えば黒色アルマイト仕上げ）。１０ａは放熱効率を高めるための放熱フィンである。
【００１５】
ヒートシンク１０の底面部には、入射した光線を効率的に減衰させるために櫛歯状突起１０ｂが多数個形成されている。図５に示すように櫛歯状突起１０ｂに当った光線は、殆どがその部分で吸収されるが、わずかな反射光は図５に示すように櫛歯状突起１０ｂの間で多段反射を繰り返し最終的に熱に変換される。
【００１６】
１１は透明なシールガラスである。シールガラス１１はヒートシンク１０液密に接着されている。そして上記ヒートシンク１０とシールガラス１１とで構成される液密空間に、オプチカルカップリング液１２（以後ＯＣ液）が充填されている。１３はＯＣ液の注入栓である。図５には注入栓１３を１つしか図示していないが、実際にはＯＣ液注入用と空気抜き用の２つの注入栓が設置されている。ＯＣ液は、残留空気が無いように液密空間全体に充填される。
【００１７】
プリズム冷却器９全体が温度上昇すると、ＯＣ液も同様に温度上昇するので体積が膨張する。この体積膨張を吸収緩和する仕掛けが注入栓１３に組み込まれている。１３ａは中空軸であり、中心部には上下貫通して、ＯＣ液を注入あるいは空気を抜くための貫通孔が形成されている。そして中空軸１３ａを覆うようにゴムキャップ１３ｂが被せられている。さらにその上から封止キャップ１３ｃがねじ止めされている。ゴムキャップ１３ｂの基底部に形成されている断面が円形状しているシール部分が、封止キャップ１３ｃを螺合することで、中空軸１３ａと封止キャップ１３ｃに形成された双方の段差部に挟み込まれ液密なシールがなされる。ＯＣ液の膨張・収縮は、上記封止キャップ１３ｃの弾性によって吸収される。
【００１８】
さて図４のように組み立てられたプリズム冷却器９を、プリズム３の上に透明度の高い接着剤で接合する。接着層での反射を少なくするため、接着剤の屈折率は出来るだけプリズムの屈折率に近いものを用いる必要がある（屈折率Ｎｄ＝１．４８前後）。
【００１９】
図２に示すようにプリズム冷却器９が接合搭載されると、不要光Ｒｎはプリズム上面３ａで全反射することなく、接着層→シールガラス１１→ＯＣ液１２を透過しヒートシンク１０に形成された櫛歯状突起１０ｂに到達する。櫛歯状突起１０ｂに到達した光線は、既に図５で説明したような経過で減衰し熱に変換される。ヒートシンク１０は、自然空冷だけでは高温になる場合、送風空冷される場合もある。
【００２０】
【特許文献１】
特許第３０６５０６８号
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
拡大投写した時、明るい画像を得るために、ＤＭＤに入射してくる光線束はきわめてエネルギ密度が高い。基本的に投写光と不用光は、光のエネルギ密度は同等である。投写光は投写レンズを通してスクリーンに拡大投射されるため問題はないが、不用光は速やかにプリズム外に取り出し、光吸収体に導き入れ熱に変換して減衰消滅させる必要がある。
【００２２】
図４に示す、不用光を導き入れ減衰消滅させる従来のプリズム冷却装置は、光学結合媒体として液体が使われているため、その液体を封止するための透明ガラスが必要であり、また液密にシールするための封止ガラスの接着、注入栓の取り付け、ＯＣ液の注入封止、液漏れ確認作業等々必要であり、現プリズム冷却装置は組み立てにも時間がかかりかなりコストの高いものとなっている。
【００２３】
本発明は、このような課題に鑑み、光学結合媒体である液体の使用を無くし、その帰結として複雑な組み立て工程を必要とする液体封止作業がなくなり、簡単な構成で安価なプリズム冷却装置を提供するものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光の入出射が行われるプリズムと、前記プリズムの一部に光透過性のある接着剤で接着された非弾性材料から形成される光学結合媒体と、前記光学結合媒体と接合している放熱体を備えた光学素子の冷却装置である。
【００２５】
すなわち、例えば、光学結合媒体として屈折率がプリズムガラスのそれに近い、透明度の高い硬質シリコーン樹脂を用いる（理論的には密接するＡ，Ｂの材質の屈折率が同じであれば、境界面で反射が起こらない、また屈折率が近いほど境界面での反射は少なくなる）。
【００２６】
従来例で示した、液体と封止ガラスが占めていた空間に、上記した硬質シリコーン樹脂を充填固化せしめ、アルミなどの金属で造られた放熱体と結合一体化したものを造り、上記硬質シリコーン樹脂の平面部とプリズムガラスの平面部を、光学用接着剤で密着接合する。
【００２７】
この様に構成することでプリズムと放熱体が硬質シリコーンを介して光学的に結合され、硬質シリコーン樹脂を透過してきた不用光は、放熱体に突き当たりそこで光エネルギが熱に変換される。放熱体の温度はかなり上昇するので、放熱効率を高めるために送風空冷を行えばさらに効率的に冷却が行える。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００２９】
図６は、本発明の主要な構成を示した図面である。プリズム４２と４３の間は、ごく薄い平行空気層４４（５〜１０ミクロン）が形成されている。Ｊ方向から入ってきた光線は、プリズム４２の斜面４２ａで全反射されＬ方向に進行し、プリズム４１の右側面４１ａから出射した光線は、ＤＭＤのマイクロミラー４５に入射する。マイクロミラー４５が左倒れの位置（位置ｍ）にある時は、反射光線はＲｎ方向に反射される。Ｒｍ方向に進行した光線は、プリズム４２に進入し斜面４２ａに到達する。光線Ｒｍは斜面４２ａから出射し、微小な空気層４４を経てプリズム４３に入射しその中をさらに進行する（図では見易いように空気層４４は大きな間隔で描いている）。
【００３０】
光線は斜面４２ａで屈折し、さらにプリズム４３の斜面４３ａで屈折する。プリズム４２と４３は同材質なので進行方向は元に戻るが、ごくわずかな段差が生じる。しかし空気層４４は数ミクロンの間隔であり、段差量はごく僅かなので実質上は一直線といえる。斜面４２ａおよび斜面４３ａには、反射防止膜が施されている。
【００３１】
プリズム４３を通過してきた光線は、投写レンズ４６に入射し、先方に設置されたスクリーン（図示せず）に拡大投写される。
【００３２】
さてプリズム４１の上部には、プリズム冷却装置４７が配設されている。図７にそのプリズム冷却装置４７の詳細を示す。４８はアルミニウムなどの金属でできたヒートシンクである。ヒートシンク４８には放熱のためのフィン４８ａが形成されている。また基底凹部には櫛歯状の突起４８ｂが多数個形成されている。
【００３３】
そして底面凹部には硬質シリコーン樹脂４９が合体形成されている。硬質シリコーン樹脂４９は、ヒートシンク４８を鋳型として成形されているので、入り組んだ櫛歯状突起４８ｂとも完全に密着している。また硬質シリコーン樹脂４９の平面部４９ａは、プリズム４１に密着接合させるため平滑な面に仕上げられている。
【００３４】
さて次に図６に示すように、プリズム４１の上面にプリズム冷却装置４７を密着接合させる。この時、接着面に空気が残留しないように接合する必要がある。硬質シリコーン樹脂４９が密着すると、不用光Ｒｎはプリズム４１の上面での全反射が無くなり、少し屈折して硬質シリコーン樹脂４９に進入する。硬質シリコーン樹脂４９は光線透過率が高いのでその内部で光線が減衰することはない。そして不用光Ｒｎはヒートシンク４８に形成された櫛歯状突起４８ｂに突き当たる。
【００３５】
ヒートシンク４８外面は光線の吸収を高めるために、黒く着色されかつ表面は微細な凹凸を有する梨地状態に仕上がっている。櫛歯状突起４８ｂに突き当たり不用光Ｒｎは、図５に示すように多段反射を経ながら減衰してゆく。光エネルギの多くは初回の反射で吸収されるが、図５に示すように多段回反射することでほぼ完全に熱エネルギに変換される。
【００３６】
硬質シリコーン樹脂４９は断熱性が高いので、櫛歯状突起４８ｂ部分で発生した熱は、プリズム４８側に流れるより、熱伝導性の良い放熱フィン４８ａの方に速やかに伝導し空気中に放熱される。ヒートシンク４８を送風空冷すればさらに効率的にプリズム４１の冷却が行える。
【００３７】
また高透明性の硬質シリコーン樹脂４９は、ほとんど光を吸収することなく透し、かつ断熱効果は高いので、櫛歯状突起４８ｂ部分で発生した熱がプリズム４１側に伝導するのを抑制し、熱伝導のよい放熱フィン４８ａ側に伝熱するように作用する。
【００３８】
図７の例では、ヒートシンク４８に硬質シリコーン樹脂を合体成形しているが、既によく知られた、インジェクション成形で金属と樹脂を合体成形する所謂アウトサート成形工法で、光透過性の高い樹脂（例えばアクリル樹脂）を合体成形することも可能である。インジェクション成形の場合、成形直後の成形品が高温の状態から常温の固化状態に至る過程でヒケという現象が生じる。例えばヒートシンク４８の底面にある櫛歯状の如き凹凸のあるものにインジェクション成形を行うと、図８に示すように樹脂の平面部に、櫛歯状の凹凸と同じ周期でヒケによる波打ちが生じる。このようなヒケがあるとプリズム４８の上面に接着する際に、接着層厚が不均一となり気泡が残留し易く、密接着するのが困難な事態が発生する。
【００３９】
さて硬質シリコーン樹脂は、２種類の液状の材料を混合することによって互いの分子が重合し固体化する樹脂材料である（加熱することによって重合が促進される）。重合の前後（液状→固体化）で体積が変化しないため、一般の熱軟化性樹脂のようなヒケが発生することはない。したがって固化した時に、底面４９ａの平面性は極めて良好であり、プリズム４１の上面に接着する時、接着層が均一な層厚になり円滑な貼り付けが出来る。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、光学結合媒体である液体の使用を無くし、その帰結として複雑な組み立て工程を必要とする液体封止作業がなくなり、簡単な構成で安価なプリズム冷却装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＤＭＤデバイスのなかに形成されたマイクロミラーの動作を説明する面図
【図２】従来のプリズム冷却装置が搭載された投写光学系の説明図
【図３】プリズム冷却装置が無い場合の、不用光の進行経路を説明する面図
【図４】従来のプリズム冷却装置の詳細説明図
【図５】不用光が多段反射しながら吸収消滅していく過程を示す説明図
【図６】本発明のプリズム冷却装置が搭載された投写光学系の説明図
【図７】本発明のプリズム冷却装置の詳細説明図
【図８】ヒートシンクに合体成形した透明樹脂のヒケの状態を示す説明図
【符号の説明】
１ ＤＭＤデバイス
２ マイクロミラー
Ｌ ＤＭＤへの入射光
Ｒｍ 投写光
Ｒｎ 不用光
３ カラープリズム
４ プリズム
５ プリズム
６ 空気層
７ マイクロミラー
８ 投写レンズ
９ プリズム冷却装置
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 不用光の光線進路
４１ カラープリズム
４２ プリズム
４３ プリズム
４４ 空気層
４５ マイクロミラー
４６ 投写レンズ
４７ プリズム冷却装置
４８ ヒートシンク
４９ 硬質シリコーン樹脂[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling device for an optical element and a video projector.
[0002]
[Prior art]
Recently, many video projectors using a digital micromirror device (hereinafter, referred to as DMD) as an image generating element have been sold on the market. The DMD is manufactured by a process similar to the semiconductor manufacturing process, and micromirrors having a side length of several microns are formed on a silicon substrate so as to be vertically and horizontally aligned. In this one DMD chip, hundreds of thousands to millions of micromirrors are formed, and each one functions as one pixel of image creation (see Patent Document 1).
[0003]
The micromirror of one pixel performs a seesaw motion by turning on and off an electric signal about a predetermined axis as a rotation axis. Therefore, the micromirror has two positions, that is, the ON position and the OFF position of the electric signal.
[0004]
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration and operation of a micromirror. The light beam L incident on the micromirror 2 formed on the DMD 1 (the micromirror 2 is illustrated in an enlarged manner for the sake of explanation) from the lower left side is reflected light depending on which direction the micromirror 2 is inclined. Is divided into two directions. When the electric signal is ON, it takes position m, and the reflected light is emitted in the direction of Rm. When the electric signal is OFF, it takes position n and the reflected light is emitted in the direction of Rn.
[0005]
FIG. 2 is a diagram showing a projection optical system using a DMD. As shown in the figure, the projection optical system includes a prism 3 having a rectangular parallelepiped shape, and prisms 4 and 5 having a triangular prism shape. A micro mirror 7 is provided on one surface of the prism 3. Further, a projection lens 8 is provided in a surface direction opposite to a surface on which the micro mirror 7 of the prism 3 is provided. The prism 4 is installed between the projection lens 8 and the prism 3 so that the side and the side of the prism 3 are parallel, and the prism 5 is installed so that the side and the side of the prism 4 are parallel. ing. The prisms 4 and 5 are connected while keeping a very thin parallel air layer 6 (air layer thickness is about 5 microns) such that the triangular shapes that are the bottom surfaces thereof are upside down. Further, in order to absorb and eliminate unnecessary light, a prism cooling device 9 is installed on a side surface other than where the micromirror 7 and the prism 4 are installed.
[0006]
The operation of the projection optical system using the conventional DMD having the above configuration will be described below.
[0007]
The light beam incident from the direction A is totally reflected by the inclined surface 4a of the prism 4 (total reflection occurs because the air layer 6 exists between the prisms 4 and 5). The light beam reflected by the surface 4a travels along the optical path L and exits from the right side of the prism 3. Refraction occurs as shown in FIG. 2 when exiting from the glass to the air. The light beam emitted from the right side enters the micromirror 7 inside the DMD chip. When the micromirror 7 is at the position of m, the reflected light passes through the prisms 3, 4, and 5 and travels in the Rm direction.
[0008]
The light beam emitted from the prism 5 enters the projection lens 8 and is enlarged and projected on a screen (not shown) provided in front of the projection lens 8.
[0009]
The parallel light beam incident from the direction A is a strong uniform light beam with extremely high energy density. This light beam enters the micro mirror group of the DMD chip. Each micromirror is driven at a very high speed by a video signal, and incident light is divided into projection light and unnecessary light. An image is formed by a combination of a large number of light beams reflected by individual micromirrors 7 (corresponding to individual pixels).
[0010]
Brightness and darkness of an image are expressed by a difference in integrated time during which a micromirror is driven ON-OFF at high speed and driven in a projection direction within a predetermined time.
[0011]
On the other hand, when the micromirror 7 is at the position n, the reflected light beam (which becomes unnecessary light) travels in the Rn direction. The light traveling in the Rn direction is unnecessary light, and it is necessary to absorb and eliminate the light as quickly as possible in order to avoid a decrease in contrast and the occurrence of ghost due to reflection and scattering. For this purpose, a prism cooling device 9 is mounted on the upper surface of the prism 3.
[0012]
If the prism cooling device 9 is not provided, as shown in FIG. 3, the unnecessary light reflected in the direction R1 travels inside the prism 3, is totally reflected by the upper surface 3a of the prism 3, and goes out of the prism. No (when the refractive index of glass is Nd = 1.52, the total reflection angle is 41.14 ° and the incident angle is larger than this angle).
[0013]
Then, part of the energy of the unnecessary light R1 is converted into heat inside the prism 3, so that the temperature of the prism becomes extremely high, and the adhesive bonding the prisms or the base and the prism is deteriorated by the heat. Inconvenience comes out in various aspects such as doing. The unnecessary light R1 reflected on the upper surface 3a follows the path of R2, R3, and R4 in each prism, goes out around the prism, and is scattered as unnecessary light, deteriorating the contrast of the projected image or generating a ghost image. Or a serious problem such as an increase in the temperature of the portion where the light beam has arrived.
[0014]
Next, the conventional prism cooling device 9 will be described. FIG. 4 shows a conventional prism cooling device. The heat sink 10 made of a metal having good thermal conductivity such as aluminum has a matte black surface finish (for example, a black alumite finish) in order to absorb light well and to dissipate heat well. Reference numeral 10a is a radiating fin for improving the radiation efficiency.
[0015]
A plurality of comb-shaped protrusions 10b are formed on the bottom surface of the heat sink 10 in order to efficiently attenuate incident light rays. As shown in FIG. 5, most of the light rays hitting the comb-shaped projections 10b are absorbed in that portion, but slight reflected light is repeatedly reflected in multiple stages between the comb-shaped projections 10b as shown in FIG. Finally converted to heat.
[0016]
11 is a transparent sealing glass. The seal glass 11 is adhered to the heat sink 10 in a liquid-tight manner. An optical coupling liquid 12 (hereinafter referred to as an OC liquid) is filled in a liquid-tight space formed by the heat sink 10 and the seal glass 11. Reference numeral 13 denotes an OC liquid injection plug. Although only one injection plug 13 is shown in FIG. 5, actually, two injection plugs for OC liquid injection and air release are provided. The OC liquid is filled in the entire liquid-tight space so that there is no residual air.
[0017]
When the temperature of the entire prism cooler 9 rises, the OC liquid also rises in temperature, so that the volume expands. A mechanism for absorbing and relaxing this volume expansion is incorporated in the injection plug 13. Reference numeral 13a denotes a hollow shaft, and a through hole is formed in the center portion so as to penetrate vertically and through which an OC liquid is injected or air is removed. The rubber cap 13b is covered so as to cover the hollow shaft 13a. Further, a sealing cap 13c is screwed from above. The sealing portion having a circular cross section formed at the base portion of the rubber cap 13b is screwed into the sealing cap 13c, so that both the hollow shaft 13a and the stepped portion formed on the sealing cap 13c are formed. A liquid-tight seal is made between them. The expansion and contraction of the OC liquid is absorbed by the elasticity of the sealing cap 13c.
[0018]
Now, the prism cooler 9 assembled as shown in FIG. 4 is joined onto the prism 3 with a highly transparent adhesive. In order to reduce reflection at the adhesive layer, it is necessary to use an adhesive having a refractive index as close as possible to that of the prism (refractive index Nd = 1.48).
[0019]
As shown in FIG. 2, when the prism cooler 9 is mounted on the heat sink 10, the unnecessary light Rn is transmitted through the adhesive layer → the seal glass 11 → the OC liquid 12 without being totally reflected by the prism upper surface 3a. It reaches the comb-shaped projection 10b. The light beam that has reached the comb-shaped protrusion 10b is attenuated and converted into heat in the course described above with reference to FIG. The heat sink 10 may be hot-air-cooled only by natural air cooling, or may be air-cooled.
[0020]
[Patent Document 1]
Patent No. 3065068 [0021]
[Problems to be solved by the invention]
When an enlarged projection is performed, a light beam incident on the DMD has an extremely high energy density in order to obtain a bright image. Basically, the projection light and the unnecessary light have the same light energy density. There is no problem since the projection light is enlarged and projected on the screen through the projection lens, but unnecessary light must be quickly taken out of the prism, introduced into the light absorber, converted into heat, and attenuated.
[0022]
The conventional prism cooling device shown in FIG. 4 for guiding unnecessary light to attenuate and extinguish it uses a liquid as an optical coupling medium, and therefore requires a transparent glass for sealing the liquid, and is liquid-tight. It is necessary to attach sealing glass to seal the glass, attach an injection plug, inject and seal the OC solution, check for leaks, etc., and the current prism cooling device takes a long time to assemble, making it extremely expensive. ing.
[0023]
In view of such problems, the present invention eliminates the use of a liquid as an optical coupling medium, and as a result, eliminates a liquid sealing operation requiring a complicated assembling process, and provides an inexpensive prism cooling device with a simple configuration. To provide.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a prism for inputting and outputting light, an optical coupling medium formed of an inelastic material adhered to a part of the prism with a light-transmitting adhesive, and a joining with the optical coupling medium. This is a cooling device for an optical element provided with a radiator.
[0025]
That is, for example, a highly transparent hard silicone resin having a refractive index close to that of prism glass is used as an optical coupling medium. Does not occur, and the closer the refractive index is, the less the reflection at the interface is.)
[0026]
The space occupied by the liquid and the sealing glass shown in the conventional example is filled with the above-mentioned hard silicone resin, solidified, and combined with a radiator made of a metal such as aluminum to produce an integrated body. The flat portion of the resin and the flat portion of the prism glass are closely bonded with an optical adhesive.
[0027]
With such a configuration, the prism and the heat radiator are optically coupled via the hard silicone, and the unnecessary light transmitted through the hard silicone resin strikes the heat radiator, where the light energy is converted into heat. Since the temperature of the heat radiator rises considerably, cooling can be performed more efficiently if air blowing air cooling is performed to enhance the heat radiation efficiency.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 6 is a diagram showing a main configuration of the present invention. A very thin parallel air layer 44 (5 to 10 microns) is formed between the prisms 42 and 43. Light rays entering from the J direction are totally reflected by the inclined surface 42a of the prism 42 and travel in the L direction, and light rays emitted from the right side surface 41a of the prism 41 enter the micro mirror 45 of the DMD. When the micromirror 45 is located at the position (position m) to the left, the reflected light beam is reflected in the Rn direction. The light beam traveling in the Rm direction enters the prism 42 and reaches the slope 42a. The light ray Rm exits from the slope 42a, enters the prism 43 via the minute air layer 44, and travels further therethrough (the air layer 44 is drawn at large intervals for easy viewing in the figure).
[0030]
The light beam is refracted on the inclined surface 42a and further refracted on the inclined surface 43a of the prism 43. Since the prisms 42 and 43 are made of the same material, the traveling direction returns to the original direction, but a very slight step occurs. However, since the air layer 44 has an interval of several microns and the amount of the step is very small, it can be said that the air layer 44 is substantially straight. The slope 42a and the slope 43a are provided with an anti-reflection film.
[0031]
The light beam that has passed through the prism 43 is incident on the projection lens 46 and is enlarged and projected on a screen (not shown) installed at the front.
[0032]
A prism cooling device 47 is provided above the prism 41. FIG. 7 shows details of the prism cooling device 47. Reference numeral 48 denotes a heat sink made of metal such as aluminum. Fins 48 a for heat radiation are formed on the heat sink 48. Also, a large number of comb-shaped projections 48b are formed in the base recess.
[0033]
The hard silicone resin 49 is united and formed in the concave portion on the bottom surface. Since the hard silicone resin 49 is molded using the heat sink 48 as a mold, it is also in close contact with the intricate comb-shaped projection 48b. The flat portion 49a of the hard silicone resin 49 is finished to have a smooth surface so as to be in close contact with the prism 41.
[0034]
Next, as shown in FIG. 6, a prism cooling device 47 is closely attached to the upper surface of the prism 41. At this time, it is necessary to join so that air does not remain on the bonding surface. When the hard silicone resin 49 comes into close contact, the unnecessary light Rn loses total reflection on the upper surface of the prism 41, and is slightly refracted and enters the hard silicone resin 49. Since the hard silicone resin 49 has a high light transmittance, the light does not attenuate inside. Then, the unnecessary light Rn strikes the comb-shaped protrusion 48 b formed on the heat sink 48.
[0035]
The outer surface of the heat sink 48 is colored black and the surface is finished in a matte state having fine irregularities in order to enhance light absorption. The unnecessary light Rn abuts on the comb-shaped projection 48b and attenuates while undergoing multi-stage reflection as shown in FIG. Most of the light energy is absorbed by the first reflection, but is almost completely converted into heat energy by multiple reflections as shown in FIG.
[0036]
Since the hard silicone resin 49 has a high heat insulating property, the heat generated in the comb-shaped protrusion 48b is quickly conducted to the radiation fins 48a having good thermal conductivity and radiated into the air, rather than flowing to the prism 48 side. You. If the heat sink 48 is cooled by blowing air, the prism 41 can be cooled more efficiently.
[0037]
Further, since the highly transparent hard silicone resin 49 transmits almost no light and has a high heat insulating effect, it suppresses the heat generated in the comb-shaped protrusion 48b from being conducted to the prism 41 side. It acts so as to transfer heat to the radiation fin 48a having good heat conduction.
[0038]
In the example of FIG. 7, the hard silicone resin is integrally formed on the heat sink 48. However, by using a so-called outsert molding method in which a metal and a resin are integrally formed by injection molding, a resin having a high light transmission property is used. For example, it is also possible to integrally mold (acrylic resin). In the case of the injection molding, a phenomenon of sink occurs in a process in which a molded product immediately after molding changes from a high temperature state to a solidified state at room temperature. For example, when injection molding is performed on an irregular surface such as a comb-like shape on the bottom surface of the heat sink 48, as shown in FIG. When such sink marks are present, when the adhesive is adhered to the upper surface of the prism 48, the thickness of the adhesive layer becomes uneven, air bubbles are apt to remain, and it becomes difficult to achieve close adhesion.
[0039]
A hard silicone resin is a resin material in which two kinds of liquid materials are mixed to polymerize each other's molecules and solidify (the polymerization is promoted by heating). Since the volume does not change before and after polymerization (from liquid to solid), sink does not occur as in a general thermosoftening resin. Therefore, when solidified, the flatness of the bottom surface 49a is extremely good, and when bonding to the upper surface of the prism 41, the adhesive layer has a uniform thickness and can be smoothly attached.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, the present invention eliminates the use of a liquid as an optical coupling medium, and as a result, eliminates a liquid sealing operation requiring a complicated assembling process, and provides an inexpensive prism cooling device with a simple configuration. Is what you do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the operation of a micromirror formed in a DMD device. FIG. 2 is an explanatory diagram of a projection optical system equipped with a conventional prism cooling device. FIG. FIG. 4 is a detailed explanatory view of a conventional prism cooling device. FIG. 5 is an explanatory view showing a process in which unnecessary light is absorbed and annihilated while being reflected in multiple stages. FIG. 7 is an explanatory view of a projection optical system equipped with the prism cooling device of the present invention. FIG. 7 is a detailed explanatory view of the prism cooling device of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state of sink of a transparent resin integrally formed on a heat sink. Explanation of code]
Reference Signs List 1 DMD device 2 Micromirror L Incident light Rm to DMD Projection light Rn Unnecessary light 3 Color prism 4 Prism 5 Prism 6 Air layer 7 Micromirror 8 Projection lens 9 Prism cooling device R1, R2, R3, R4 Beam path of unnecessary light 41 color prism 42 prism 43 prism 44 air layer 45 micro mirror 46 projection lens 47 prism cooling device 48 heat sink 49 hard silicone resin