JP2009008808A - 光学ユニットおよび表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源とベース部材との間に介在する遮光部材の熱がベース部材に伝わり悪影響を及ぼすことを防止すること。
【解決手段】本発明は、光源１から照射された光を複数の色に分光して、各色に対応した光変調素子へ導く光学ユニットにおいて、光源１の取り付け部分に設けられ、光源１から照射された光の一部を遮光する遮光部材１００に熱拡散部材１０１が取り付けられているものである。この遮光部材１００としては、例えば金属板や樹脂製板によって構成し、熱拡散部材１０１としてはグラファイト部材（例えば、グラファイトシート）といった熱拡散性能の高い薄膜部材を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源から照射された光を複数の色に分光して、各色に対応した光変調素子へ導く光学ユニットおよび表示装置に関する。

液晶プロジェクタ等の投射型の表示装置は、光源から出射した光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色に分光し、各色所定の経路で各々対応した光変調素子（液晶パネル等）に導いて変調を行い、合成プリズムで合成した後、投射光学系を介してスクリーン上に拡大投射している（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１０−１３３３０３号公報

ここで、光源から照射された光を複数の色に分光して、各色に対応した光変調素子へ導く光学ユニットには、光源からの光を集光するオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）やＰＳ変換素子が設けられており、これらの光学部品を支持するためのベース部材が設けられている。ベース部材は樹脂製部品であることから、光源から照射される光が直接当たることを防止する観点から、金属薄板の遮光板が取り付けられている。

しかし、この金属薄板の遮光板に光源からの光が当たることでヒートスポットが発生し、遮光板を通してベース部材の温度が上昇することによって、樹脂製部品であるベース部材の寸法精度の悪化を招くという問題が生じる。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、光源から照射された光を複数の色に分光して、各色に対応した光変調素子へ導く光学ユニットにおいて、光源の取り付け部分に設けられ、光源から照射された光の一部を遮光する遮光部材に熱拡散部材が取り付けられているものである。

ここで、遮光部材としては、例えば金属板や樹脂製板によって構成し、熱拡散部材としてはグラファイト部材（例えば、グラファイトシート）といった熱拡散性能の高い薄膜部材を用いる。

これにより、遮光部材に光源からの光が照射されても熱拡散部材によって熱を拡散させることができ、遮光部材にヒートスポットを発生させずに済む。

また、遮光部材は、光源から照射された光を集光するレンズを支持するベース部材における光源の取り付け口に配置されており、遮光部材における光源と反対側の面に熱拡散部材が取り付けられているものである。このため、光源に近いベース部材であっても、光源から照射される光による熱の影響が直接伝わることを防止できるようになる。

また、本発明は、光源と、この光源から照射された光を複数の色に分光して、各色に対応した光変調素子へ導き、各光変調素子で変調された光を合成する光学ユニットと、光学ユニットによって合成された光を投射する投射光学系とを備える表示装置において、光学ユニットが、光源の取り付け部分に設けられ、光源から照射された光の一部を遮光する遮光部材を備えているとともに、遮光部材に熱拡散部材が取り付けられているものである。

このような本発明では、遮光部材に光源からの光が照射されても熱拡散部材によって熱を拡散させることができ、遮光部材にヒートスポットを発生させずに済む。

本発明によれば次のような効果がある。すなわち、光源から遮光部材に照射される光による熱の集中を解消でき、熱による寸法精度の狂いを抑制して品質の高い映像を表示することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。

（光学ユニットの全体構成）
図１は、本実施形態に係る光学ユニットの全体構成を説明する模式分解斜視図である。この光学ユニットは、光源１から照射された光を複数の色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））に分光して、各色に対応した光変調素子（例えば、液晶パネル）へ導くためのもので、各種レンズ、各種ミラー、液晶パネル等の光変調素子を筐体の所定位置に各々配置し、光学的な位置決めが成された状態で組み上げられた部材である。

光学ユニットの周辺には、光の入射側に光源１、光の出射側に投射レンズ１３が設けられ、ユニット内部の冷却を行うファン１４、光学部品のケースの蓋となるケース上部１５も取り付けられる。

光源１が取り付けられるベース部材２００は、オプティカルインテグレータ２やＰＳ変換素子３を支持するもので、樹脂製（例えば、ＰＣ（PolyCarbonate）、ＰＰＥ（PolyPhenylene Ether）、ＰＰＳ（PolyPhenylene Sulfide）、ＢＭＣ（Bulk Molding Compounds））によって成形される。

ベース部材２００には所定の溝が形成されており、この溝に合わせてオプティカルインテグレータ２を構成するフライアイレンズやＰＳ変換素子３を取り付けることで、光学的な位置合わせと支持とができるようになっている。

ベース部材２００の前面には光源１の取り付け孔が設けられている。光源１はランプを内蔵するホルダーによって構成され、ホルダーをベース部材２００に取り付けることで光源１をセットできる。

このベース部材２００に光源１を取り付けるにあたり、光源１から出射される光が直接ベース部材２００に当たることを防ぐため、ベース部材２００と光源１との間に遮光部材１００を介在させている。

本実施形態では、この遮光部材１００に熱拡散部材を取り付けており、遮光部材１００に光源１から照射される光が当たっても、その光による熱を拡散してヒートスポットを発生させないようにしている。

光学ユニットの内部には、オプティカルインテグレータ２やＰＳ変換素子３の他に、コンデンサレンズや分光および反射のためのミラー、各色に対応した光変調素子、光変調後の各色の光（映像光）を合成するクロスプリズムが配置され、光出射側には投射レンズ１３が取り付けられる。

（光学ユニットの構成例）
図２は、３板式液晶プロジェクタの光学ユニットの構成例を示す模式図である。すなわち、光学ユニットは、オプティカルインテグレータ２、ＰＳ変換素子３、本実施形態の光学装置（ダイクロイックミラー４、５、ミラー６、７、８、コンデンサレンズＬ１２、Ｌ１４、Ｌ１６、リレーレンズＬ１３、Ｌ１５およびトリミングフィルタＦ１〜Ｆ３等）、光変調素子であるＬＣＤ（液晶パネル）９〜１１、クロスプリズム１２が１つのパッケージに組み込まれており、各種光学部品の位置合わせが完了したものとなっている。

したがって、３板式液晶プロジェクタを構成する際は、このユニットに光源１および投射レンズ１３を取り付けることで容易に表示装置を構築することができる。例えば、投射レンズ１３が取り付けられたハウジングＨにこのユニットを取り付けるだけでユニットと投射レンズ１３との光軸が設定され、光源１を装置筐体（図示せず）に配置することで３板式液晶プロジェクタを構成することができる。

この光学ユニットにおいては、光源１から出射した光がオプティカルインテグレータ２、ＰＳ変換素子３およびコンデンサレンズＬ１１を介してダイクロイックミラー４に送られ、例えばＢ（青）のみを反射させ、Ｒ（赤）およびＧ（緑）を透過させる。

ダイクロイックミラー４で反射したＢ（青）色光は、ミラー６で反射してコンデンサレンズＬ１４を介してＬＣＤ９に送られ、青色に対応した映像に変調される。一方、ダイクロイックミラー４を透過したＲ（赤）およびＧ（緑）の光は、ダイクロイックミラー５に送られ、ここでＲ（赤）のみを反射させ、Ｇ（緑）を透過させる。

ダイクロイックミラー５で反射したＲ（赤）色光は、コンデンサレンズＬ１２を介してＬＣＤ１０に送られ、赤色に対応した映像に変調される。一方、ダイクロイックミラー５を透過したＧ（緑）色光は、リレーレンズＬ１３を介してミラー７で反射し、リレーレンズＬ１５を介してミラー８で反射する。そして、コンデンサレンズＬ１６を介してＬＣＤ１１に送られ、緑色に対応した映像に変調される。

ＬＣＤ９、１０、１１で各々変調された光はクロスプリズム１２で合成され、投射レンズ１３を介してスクリーンＳに拡大投影される。

（遮光部材の構成）
図３は、遮光部材の構成を説明する模式図である。先に説明したように、遮光部材１００はベース部材２００と光源１との間に配置され、光源１から照射された光が直接ベース部材２００に当たらないよう不要部分を遮光するものである。したがって、遮光部材１００の中央には光を透過するための孔１００ａが設けられ、その周囲に遮光部分が形成されている。

本実施形態の遮光部材１００では、光源が取り付けられる面（表面）とは反対側の面（裏面）に熱拡散部材１０１が設けられている。これにより、遮光部材１００とベース部材２００（図１参照）との直接の接触を回避できる。

熱拡散部材１０１としては、熱拡散性能の高い薄膜材料が適用され、例えばグラファイト（黒鉛）部材、好ましくはグラファイトシートが用いられる。なお、熱拡散部材１０１は、グラファイト部材以外でも、遮光部材１００より熱伝導係数が大きい材料を用いればよく、グラファイト以外の金属や樹脂であってもよい。

熱拡散部材１０１としてグラファイトシートを用いる場合、グラファイトシートの厚さは０．１ｍｍ程度である。グラファイトシートは、遮光部材１００の必要箇所に例えばシリコーン接着剤を介して貼り付けられている。

遮光部材１００は、例えば金属薄板をプレス加工して設けられたもので、金属薄板としては例えばステンレスが用いられる。また、遮光部材１００は樹脂の成型品として構成してもよい。樹脂で構成する場合には、所定の耐熱性、線膨張係数、寸法精度・安定性、加工性が要求される。適用可能な樹脂としては、例えば、ＢＭＣ（Bulk Molding Compounds）、ＰＰＳ（PolyPhenylene Sulfide）、ＰＣ（PolyCarbonate）、ＰＰＥ（PolyPhenylene Ether）が挙げられる。

ここで、ＢＭＣやＰＰＳは耐熱性の一つである荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ）がＢＭＣ２３０℃、ＰＰＳ２６０℃で優れており、加工性にも優れている。特にＢＭＣは寸法精度・安定性にも優れている。

一方、ＰＣやＰＰＥは安価であるものの、耐熱性や寸法精度・安定性においてはＢＭＣ、ＰＰＳより劣っている。

本実施形態では、遮光部材１００として樹脂製を用いる場合でも、熱拡散部材１０１を取り付けているため、上記のような諸特性に優れたＢＭＣやＰＰＳのみならず、ＰＣやＰＰＥであっても十分に適用することが可能となる。

図３（ｂ）は、熱拡散部材１０１による熱拡散の様子を矢印で示している。遮光部材１００には、図中破線○印で示す位置に光源からの光が照射され、孔１００ａを抜けて光学ユニット内部へ送られる。この際、孔１００ａの周囲となる遮光部分の一部には光源からの光が照射され、ここが加熱領域となる。熱拡散部材１０１を取り付けることで、この加熱領域で発生した熱は、図中矢印に示すように外方に拡散していき、加熱領域がヒートスポット（加熱集中部分）として局所的に加熱されることがなくなる。

遮光部材１００の縁は折り返しが設けられており、この部分に冷却ファンからの風が当たるようになっている。したがって、外方に拡散した熱は、遮光部材１００の縁の折り返しから外部に発散されることになる。

（表示装置の全体構成）
図４は、本実施形態の光学ユニットを適用した投射型表示装置（３板式液晶プロジェクタ）の光学構成の一例を示す図である。図４において、３板式液晶プロジェクタは、光源１、オプティカルインテグレータ２、ＰＳ変換素子３、ＬＣＤ９〜１１、クロスプリズム１２および投射レンズ１３を備えている。

この３板式液晶プロジェクタにおいて、光源１から出射された光束は、不図示のレンズ系により平行光束化され、ＵＶ−ＩＲカットフィルタにより可視光線領域外の光束を遮光されて、遮光部材１００を介してオプティカルインテグレータ２に入射する。オプティカルインテグレータ２は、光源１からの光束に基づいて、複数の光源像から成る多光源を形成する。

このオプティカルインテグレータ２により形成された多光源からの光束は、ＰＳ変換素子３で偏光方向が設定された後、コンデンサレンズＬ１１を経て本実施形態の光学ユニットへ入射する。

本実施形態では、先に説明した遮光部材１００に熱拡散部材１０１が取り付けられていることから、光源１から照射された光がオプティカルインテグレータ２やＰＳ変換素子３、コンデンサレンズＬ１１を支持するベース部材２００に直接照射されず、しかも遮光部材１００に照射された光による熱が熱拡散部材１０１によって拡散してヒートスポットを発生させない構造となる。これにより、ベース部材２００が熱によって不具合を起こすことがなく、ベース部材２００で支持されるオプティカルインテグレータ２やＰＳ変換素子３、コンデンサレンズＬ１１の光学的な特性に悪影響を与えず、品質の高い映像を提供することが可能となる。

（実施効果）
このような本実施形態により、高ワット数ランプから成る光源１を用いても、ベース部材２００の材料を熱可塑性樹脂など安価なものを利用でき、コスト削減かつ高輝度セットを実現することが可能となる。

本実施形態に係る光学ユニットの全体構成を説明する模式分解斜視図である。 ３板式液晶プロジェクタの光学ユニットの構成例を示す模式図である。 遮光部材の構成を説明する模式図である。 本実施形態の光学ユニットを適用した投射型表示装置（３板式液晶プロジェクタ）の光学構成の一例を示す図である。

符号の説明

１…光源、２…オプティカルインテグレータ２…ＰＳ変換素子、４…ダイクロイックミラー、５…ダイクロイックミラー、６…ミラー、７…ミラー、８…ミラー、９…ＬＣＤ、１０…ＬＣＤ、１１…ＬＣＤ、１２…クロスプリズム、１３…投射レンズ、１００…遮光部材、１０１…熱拡散部材、２００…ベース部材、Ｆ１…トリミングフィルタ、Ｆ２…トリミングフィルタ、Ｆ３…トリミングフィルタ、Ｌ１１…コンデンサレンズ、Ｌ１２…コンデンサレンズ、Ｌ１３…リレーレンズ、Ｌ１４…コンデンサレンズ、Ｌ１５…リレーレンズ、Ｌ１６…コンデンサレンズ、Ｓ…スクリーン

Claims (6)

1. 光源から照射された光を複数の色に分光して、各色に対応した光変調素子へ導く光学ユニットにおいて、
   前記光源の取り付け部分に設けられ、前記光源から照射された光の一部を遮光する遮光部材に熱拡散部材が取り付けられている
   ことを特徴とする光学ユニット。
2. 前記遮光部材は金属板であり、前記熱拡散部材はグラファイト部材である
   ことを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
3. 前記遮光部材は樹脂製板であり、前記熱拡散部材はグラファイト部材である
   ことを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
4. 前記遮光部材は、前記光源から照射された光を集光するレンズを支持するベース部材における前記光源の取り付け口に配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
5. 前記熱拡散部材は、前記遮光部材における前記光源と反対側の面に取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
6. 光源と、
   前記光源から照射された光を複数の色に分光して、各色に対応した光変調素子へ導き、各光変調素子で変調された光を合成する光学ユニットと、
   前記光学ユニットによって合成された光を投射する投射光学系とを備える表示装置において、
   前記光学ユニットは、
   前記光源の取り付け部分に設けられ、前記光源から照射された光の一部を遮光する遮光部材を備えているとともに、前記遮光部材に熱拡散部材が取り付けられている
   ことを特徴とする表示装置。