照明光学装置及びそれを用いた投射型表示装置
【課題】 光源光中の赤外線帯域の光のエネルギーを除去し、光源及び光学素子の劣化が少ない投射型表示装置を提供する。
【解決手段】光源２から射出した光束の光路上に配設された、平行光変換手段と、赤外線透過手段２３と、紫外線／赤外線反射手段２４と、内部に少なくとも平行光変換手段、赤外線透過手段２３及び前記紫外線／赤外線反射手段２４をそれぞれ配設した光学筐体８とを備え、赤外線透過手段２３は、光源２から射出した光束の光路に対し４５度傾斜して光学筐体８内に配設されており、紫外線／赤外線反射手段２４は、赤外線透過手段２３から射出した光束の光路に対し直交して光学筐体８内に配設されており、赤外線透過手段２３を透過した赤外線帯域の光の光路に対して赤外線減衰体２５を傾斜して設置する。
【解決手段】光源２から射出した光束の光路上に配設された、平行光変換手段と、赤外線透過手段２３と、紫外線／赤外線反射手段２４と、内部に少なくとも平行光変換手段、赤外線透過手段２３及び前記紫外線／赤外線反射手段２４をそれぞれ配設した光学筐体８とを備え、赤外線透過手段２３は、光源２から射出した光束の光路に対し４５度傾斜して光学筐体８内に配設されており、紫外線／赤外線反射手段２４は、赤外線透過手段２３から射出した光束の光路に対し直交して光学筐体８内に配設されており、赤外線透過手段２３を透過した赤外線帯域の光の光路に対して赤外線減衰体２５を傾斜して設置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から射出された光束から不要な赤外線帯域の光を除去することにより、高輝度の可視光を表示素子に照射することができる照明光学装置及びそれを用いた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型表示装置は、光源からの光を表示素子に照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射するものであり、投映像を明るく表示するためには、光源からの光を表示素子に照射する照明光学装置を効率的に高輝度化していくことが望まれている。
特に、映画館や大規模商業施設等で投射型表示装置を用いて多くの人に対して投映像を見せる場合、映像を大画面化すると共に、単位面積当たりの照度を低下させないために、照明光学装置からの射出光の明るさを明るくする必要がある。
【０００３】
投射型表示装置から投影される画像を明るくする技術としては、表示素子のサイズを大きくすること、光学系の絞り値（以下、Ｆ値と称す）を小さくすること、光源を明るくすることの３種類の方法が知られている。
このうち、表示素子のサイズを大きくすることと、光学系のＦ値を小さくすることとに関しては、投射型表示装置が大型化し、装置コストが向上してしまうことに加え、光学設計の大幅な変更が必要であるという問題があった。
一方、光源を明るくすることに関しては、照明光学装置の光学設計の変更点も少なく、光源を交換するだけで容易に投映像の輝度を高めることができるという利点がある。
【０００４】
光源を明るくすることは、同時に光源から射出されている紫外線帯域や赤外線帯域の不要光も増加する。特に赤外線帯域の光に関しては、熱エネルギーが高いため、赤外線帯域の光が照射された部分の温度を急激に上昇してしまう問題がある。
特に、光源に戻る光に含まれる赤外線帯域の光の光量が増加すると、ランプの明るさが低下するばかりでなく、場合によっては、ランプの温度が上昇しすぎて、ランプに不具合が生じる虞がある。
また、液晶表示素子方向に進む光束に含まれる赤外線帯域の光の光量が増加すると、光路上に配設された光学部品の温度が上昇し、光学部品の光学特性を低下させる虞がある。
更に、液晶表示素子に入射する光束に含まれる赤外線帯域の光の光量が増加すると、液晶表示素子の温度が上昇し液晶表示素子の電気光学特性が変化し、場合によっては液晶表示素子の特性が劣化してしまう虞がある。
そこで、この赤外線を帯域の光を除去し、効率的に表示素子を照明することができる技術が特許文献１に記載されている。
【０００５】
特許文献1には、おおむね以下のように記載されている。
特許文献1に記載の光照射装置には、キセノンランプなど高圧のアーク放電により明るい光を発光する高輝度放電ランプなどからなる光源と、射出された光束の光路上に、射出された光束の可視光を透過し赤外線をその光路から９０度横に反射させる赤外線反射フィルタと、赤外線反射フィルタにより反射した赤外線の進行方向に配設された赤外線吸収体と、赤外線吸収体を冷却する送風手段とが設けられている。
この構成にすることにより、光源から射出した光束のうち熱源（熱線）である赤外線を赤外線反射フィルタにより光路から除去し赤外線吸収体にて吸収させているため、光路上に配設されている表示素子などに可視光のみを供給するものであり、他の部品の温度を上昇させることがない。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１７１９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の赤外線吸収体を有する照明装置において、映画館や大規模商業施設等でより大型のキセノンランプを用いてより明るい投映像を多くの人に見せる場合、そのキセノンランプの定格入力は１ＫＷから大きいもので１０ＫＷとなる。そのため赤外線の絶対量が増え赤外線吸収体の温度が上昇し、従来の送風手段では十分に冷却できない虞があった。
また、熱源である赤外線吸収体が投射型表示装置の所定の箇所に固定して設置されるため、表示素子などの光学部品を固定する投射型表示装置の光学筐体内に局所的な熱分布が発生してしまう虞があった。それを解消するためには、光学筐体を大きくする必要があった。
【０００８】
そこで、本発明は、ランプの出力が大きくなった場合でも赤外線帯域の光により投映型投射装置の筐体内の熱分布が悪化せず、高輝度の可視光で表示素子の照射を行うことができる照明光学装置及びそれを用いた投射型表示装置を提供することを目的とする。
また、赤外線フィルタによって除去された赤外線帯域の光を、光源及び表示素子等に影響が無いように減衰させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は、次の１）乃至３）の構成を有する。
１）光源２と、光源２から射出した光束の光路上に配設された、光源２から射出した光束を、平行光の光束にする平行光変換手段と、平行光の光束から、赤外線帯域の光を透過し、それ以外の帯域の光を反射する赤外線透過手段２３と、赤外線透過手段２３を透過した光束から、赤外線帯域の光及び紫外線帯域の光を反射し、それ以外の帯域の光を透過する紫外線／赤外線反射手段２４と、内部に少なくとも平行光変換手段、赤外線透過手段２３及び前記紫外線／赤外線反射手段２４をそれぞれ配設した光学筐体８とを備え、赤外線透過手段２３は、光源２から射出した光束の光路に対し４５度傾斜して光学筐体８内に配設されており、紫外線／赤外線反射手段２４は、赤外線透過手段２３から射出した光束の光路に対し直交して光学筐体８内に配設されており、赤外線透過手段２３を透過した赤外線帯域の光の光路に対して赤外線減衰体２５を傾斜して設置したことを特徴とする照明光学装置３。
２）１）に記載の照明光学装置３において、赤外線減衰体２５は、赤外線透過手段２３を透過した赤外線帯域の光の光路に対して、赤外線透過手段２３と同様な方向に１０度以上２０度以下傾斜させて設置され、赤外線減衰体２５は、赤外線帯域の光の反射率が３０％以下の金属体からなり、光学筐体８は、赤外線帯域の光の反射率が１０％以下の金属体からなることを特徴とする１）に記載の照明光学装置３。
３）１）に記載の照明光学装置３と、照明光学装置３から射出された光束を分光及び直線偏光変換するにする色分解光学系４と、色分解光学系４で色分解された直線偏光の各色光の光束を入力画像信号により光変調する光変調光学系５と、光変調光学系５で光変調された各色光の光束を色合成する色合成光学系６と、色合成光学系６で合成された入力画像信号に応じた光束を拡大投影する投射レンズ７とを有し、照明光学装置３を構成する、赤外線減衰体２５は、赤外線透過手段２３を透過した赤外線帯域の光の光路に対して、赤外線透過手段２３と同様な方向に１０度以上２０度以下傾斜させて設置され、赤外線減衰体２５は、赤外線帯域の光の反射率が３０％以下の金属体からなり、光学筐体８は、赤外線帯域の光の反射率が１０％以下の金属体からなる、ことを特徴とする投射型表示装置１。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高輝度のランプを用い、ランプから射出された光束から赤外線帯域の光を除去すると共に、除去した赤外線帯域の光を入射光の光路に対して傾斜して配設した赤外線減衰体によって赤外線帯域の光の吸収，反射を行うため、ランプの出力が大きくなった場合でも投映型投射装置の筐体内の熱分布が均一化し、高輝度の可視光で表示素子を照射することができる。
また、赤外線減衰体によって赤外線帯域の光の吸収，反射を行うことにより、投映型投射装置の筐体内の熱分布が均一化するため、筐体内の冷却が容易になり、形状の小さい照明光学装置及びそれを用いた投射型表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る投射型表示装置の実施例について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の投射型表示装置の光学系の構成を示す概略平面図である。図２は、本発明の投射型表示装置の光学系の構成を示す詳細平面図である。図３は、本発明の投射型表示装置の光源及び照明光学系の光路を説明する詳細平面図である。図４は、本発明の照明光学装置の減衰部の角度を変化（０度，５度）させた際の光束を示す図である。図５は、本発明の照明光学装置の減衰部の角度を変化（１０度，１５度，２０度）させた際の光束を示す図である。図６は、本発明の照明光学装置の減衰部の角度を変化（３０度，４５度）させた際の光束を示す図である。
なお、全図において、共通な機能を有する部品には同一符号を付して示し、一度説明したものに関しては、繰り返した説明を省略する。
【００１２】
図１に示すように、本発明の投射型表示装置１は、光源２と、照明光学系３と、色分解光学系４と、光変調光学系５と、色合成光学系（クロスダイクロイックプリズム）６と、投射レンズ７とを有してなる。
照明光学系３，色分解光学系４，光変調光学系５及び色合成光学系６は、光学筐体８に収容されている。
更に、光源２と光学筐体８とは、外装部９に収容されており、投射レンズ７は外装部からその一部が突出した状態で光学筐体８に固定されている。
【００１３】
図２を併せ用いて、本発明の投射型表示装置１の各部について詳細に説明する。
光源２は、高輝度の光を照射することができるキセノンランプを用い、構造として、陽極１１及び陰極１２からなる電極部と、電極間の放電によって発生した光を集光する反射鏡ユニット１３と、射出部に配設され反射鏡ユニット１３と固着することにより内部にキセノンガスを封入したガラス部１４を有する。
ガラス部１４の材質としては、放熱性に優れたサファイアガラスを用いることが望ましい。
また、反射鏡ユニット１３の材料として、セラミックを用いることにより光源が小型軽量になり、それにより光学系を小さくでき、なお且つ破裂の可能性も少なくすることができる。
【００１４】
照明光学系３は、光源２から射出した拡散光の光束を平行光の光束にする平行光変換手段である第１コリメータレンズ２１及び第２コリメータレンズ２２と、入射した平行光の光束のうち赤外線帯域の光を透過しそれ以外の帯域の光を反射する赤外線透過手段である赤外線透過フィルタ２３と、入射した光束のうち紫外線帯域及び赤外線帯域の光を反射しそれ以外の帯域の光を透過する紫外線／赤外線反射手段である紫外線／赤外線反射フィルタ２４と、赤外線透過フィルタ２３を透過した赤外線帯域の光を吸収し、その一部を反射する赤外線減衰体２５とを有する。
【００１５】
色分解光学系４は、入射した光束から青色（以下「Ｂ」と称す）光を反射し、赤緑色（以下「ＲＧ」と称す）光を透過することにより入射した光を分光するＢダイクロイックミラー３１を有する。
更に、Ｂダイクロイックミラー３１で分光されたＢ光の光路上には、Ｂ光の光束を９０度折り曲げる反射ミラーと３２、Ｂ光の光束の形状を液晶表示素子の表示領域の形状に一致させると共に、液晶表示素子上の照度を均一するために光束を複数の部分光束に分割する第１フライアイレンズ３３ｂ及び第２フライアイレンズ３４ｂと、ランダム偏光である複数の部分光束を１方向の直線偏光の複数の部分光束に変換する偏光変換素子３５ｂと、偏光変換素子３５ｂで１方向の直線偏光に変換された複数の部分光束を合成し、１方向の直線偏光の光束にまとめるコンデンサレンズ３６ｂとを有する。
【００１６】
更に、Ｂダイクロイックミラー３１で分光されたＲＧ光の光路上には、ＲＧ光の光束の形状を液晶表示素子の表示領域の形状に一致させると共に、液晶表示素子上の照度を均一するために光束を複数の部分光束に分割する第１フライアイレンズ３３ｒｇ及び第２フライアイレンズ３４ｒｇと、ランダム偏光である複数の部分光束を１方向の直線偏光の複数の部分光束に変換する偏光変換素子３５ｒｇと、偏光変換素子３５ｒｇで１方向の直線偏光に変換された複数の部分光束を合成し、１方向の直線偏光の光束にまとめるコンデンサレンズ３６ｒｇと、１つにまとまった直線偏光の光束のうち緑色（以下「Ｇ」と称す）光を反射し、赤色（以下「Ｒ」と称す）光を透過することにより入射した光を分光するＲＧダイクロイックミラー３７とを有する。
【００１７】
光変調光学系５は、Ｒ光，Ｇ光及びＢ光のそれぞれの光路上に、それぞれ次の部材を有する。
１つにまとまった直線偏光の光束をテレセントリックな照明光にするフィールドレンズ４１ｒ，４１ｇ，４１ｂと、入射する光束をその光束が有する偏光状態に応じて透過または反射する反射型偏光板４２ｒ，４２ｇ，４２ｂと、入射した直線偏光の光束を入力画像信号に応じて変調し、変調された光束を反射し射出する反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂと、反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂから射出し反射型偏光板４２ｒ，４２ｇ，４２ｂで反射された光束のうち所定の方向の偏光状態の光束を透過する透過型偏光板４４ｒ，４４ｇ、４４ｂとをそれぞれ有する。
【００１８】
色合成光学系６は、クロスダイクロイックプリズム６からなる。その形状が四角柱であるクロスダイクロイックプリズム６は、透過型偏光板４４ｒ，４４ｇ、４４ｂを透過したＲ光，Ｇ光及びＢ光がそれぞれクロスダイクロイックプリズム６の３側面から入射し、その内部で色合成され、色合成された光束が残りの１側面から射出するようになっている。
更に、投射レンズ７は、クロスダイクロイックプリズム６から射出された光束を拡大し、図示しないスクリーンに投影するものである。
【００１９】
次に、光源２及び照明光学系３の光路について図３を用いて詳細に説明する。
本実施例に用いるキセノンランプは、高価格ではあるが高輝度と色の良さにより、他のランプを使用しがたい大出力投射型表示装置に使用されている。特に、陽極及び陰極の電極間距離（アーク長）の短いショートアーク型の場合、点光源に近づくため光学系の設計がしやすい。
図３に示すように、キセノンランプ光源２は、キセノンガスが封入されている空間内で陽極１１及び陰極１２の電極間に高電圧を印加しキセノン中の電子を放出させキセノン原子或いは分子を励起させることにより電極間で発光する。
発光により発生した光は、電極間から射出した光線が反射鏡ユニット１３の反射鏡にて図３において下方向へ反射される。反射された光線は光軸Ａを中心とした収斂光としてガラス部１４から射出される。
ここで、ガラス１４部は、発光部に非常に近く高熱になるため放熱性の優れたサファイアガラスとすることが望ましい。
【００２０】
光源２から射出された光束Ｈａは、Ｂ部にて焦点を結び拡散光となって第１コリメータレンズ２１に入射する。第１コリメータレンズ２１で屈折され透過した光束は、第２コリメータレンズ２２に入射する。第２コリメータレンズ２２で再び屈折され透過した光束Ｈａは平行光となって射出する。
【００２１】
第２コリメータレンズ２２を射出した平行光の光束Ｈａは、光路に対して４５度傾斜して配設された赤外線透過フィルタ２３に入射する。赤外線透過フィルタ２３に入射した光束Ｈａは赤外線帯域に鋭い輝線を持ち強い熱エネルギーを持つため、赤外線透過フィルタ２３において波長が７００ｎｍ近傍以上の強い熱エネルギーを持つ赤外線帯域の光は透過させ、それ以外の帯域の光は赤外線透過フィルタ２３で反射し、図３の左方向へ９０度折り曲げられる。
【００２２】
赤外線透過フィルタ２３を反射した光束Ｈｂは、紫外線／赤外線反射型フィルタ２４に入射する。紫外線／赤外線反射型フィルタ２４では、入射した光束Ｈｂのうち赤外線透過フィルタ２３で除去しきれなかった７００ｎｍ近傍以上の波長の赤外線帯域の光と４００ｎｍ近傍以下の波長の紫外線帯域の光とが赤外線透過フィルタ２３方向に反射されると共に、赤外線及び紫外線が除去された帯域の光は、透過することにより色分解光学系に射出される。
【００２３】
一方、赤外線透過フィルタ２３を透過した強い熱エネルギーを持つ赤外線帯域の光束Ｈｃは、赤外線透過フィルタ２３を透過した光の光路上に所定の角度を有して配設された赤外線減衰体２５に入射する。
赤外線減衰体２５は、ヒートシンクとしての特性を有し、具体的には入射した赤外線帯域の光束Ｈｃの有する強い熱エネルギーを、赤外線減衰体２５の裏面側に凹凸２５ｔを付けることにより表面積を増やし、そこからの放散によって減衰させるものである。
更に、赤外線減衰体２５の凹凸部２５ｔに対向する位置には図示しない空冷ファンが配設され、空冷ファンで赤外線減衰体２５に送風することにより熱の放散量を増やしている。
【００２４】
赤外線減衰体２５の材料としては、高い熱伝導率を有すると共に表面積が大きくなるような形状加工性の優れた材料が望まれる。熱伝導率の高い材料としては、金属，セラミックス及び炭素繊維等があるが、安価で加工性が良く量産性に優れた材料としてはアルミニウムがあげられる。
【００２５】
ここで光源２として、高輝度で大出力のキセノンランプを用いた場合、赤外線減衰体２５の熱伝導率を上げ、表面積を増やし、空冷ファンで冷却した場合においても、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光の強い熱エネルギーを除去するのは容易ではない。
そこで、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光束Ｈｃの一部を、所定の角度で赤外線透過フィルタ２３方向に反射させ、反射させた光束Ｈｄの光路上にある光学筐体８に入射させ再び赤外線帯域の光束Ｈｄの光の熱エネルギーの除去を行う。
【００２６】
ここで、赤外線減衰体２５で反射した光束Ｈｄには、赤外線減衰体２５へ入射する赤外線帯域の光束Ｈｃの光路に対する赤外線減衰体２５の設置角度（θ）により、光源２方向への戻り光と反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向への漏れ光とがある。
光源２及び光学素子や反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂに与える影響を評価する指標として、赤外線減衰体２５で反射した光束Ｈｄを光源２方向への戻り光と反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向への漏れ光とに分け、それぞれ明るさ及び光束量の積である光の総エネルギーを用いて評価を行う。
明るさは、赤外線透過フィルタ２３を透過した赤外線帯域の光を１００％として、赤外線減衰体２５及び光学筐体８に入射し所定の反射率で反射し、光源２及び反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂに入射したときの比率とする。この際、紫外線／赤外線反射フィルタ２４以外の光学素子でのロスは無視できるものとする。
光束量は、赤外線減衰体２５に入射した光束の面積を１００としたときに、その面積のうち何パーセントの光束の面積が、光源２及び反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂに入射したかを比率で示したものとする。
【００２７】
実際に、図４乃至図６を用いて赤外線減衰体２５を入射光に対して設置角度θを変更させた場合の、赤外線減衰体２５で反射した赤外線帯域の光束の光路について詳細に説明する。
図４は、入射光Ｈｃに対して赤外線減衰体２５の設置角度θを０度（ａ）(垂直に入射)，５度（ｂ）としたときの光路である。図５は、入射光Ｈｃに対して赤外線減衰体２５の設置角度θを１０度（ｃ），１５度（ｄ），２０度（ｅ）としたときの光路である。図６は、入射光Ｈｃに対して赤外線減衰体２５の設置角度（θ）を３０度（ｆ），４５度（ｇ）（赤外線透過フィルタ２３と同じ角度）と傾けたときの光路である。
【００２８】
赤外線減衰体２５の設置角度θが０度（ａ）の場合、赤外線減衰体２５が入射光Ｈｃに対して垂直であるため、赤外線減衰体２５に入射した光束の面積の９８．７％が光源２に戻る。しかしながら、赤外線減衰体２５での反射率は３０％であるため、光源２に戻る光Ｈｄの総エネルギーは、９８．７％×３０％で３０％となる。
【００２９】
一方、赤外線減衰体２５の設置角度θが４５度（ｇ）の場合、赤外線減衰体２５で反射した赤外線帯域の光束Ｈｄの光路は、赤外線透過フィルタ２３とで反射した本来の光束の光路とほぼ一致するため、赤外線減衰体２５に入射した光束の面積の８４．７％が反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向に漏れ光として進む。
しかしながら、赤外線減衰体２５での反射率は３０％であり、途中で赤外線帯域の光の透過率が１０％の紫外線／赤外線反射フィルタ２４を通過するため、反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向に進む光の総エネルギーは、８４．７％×３０％×１０％で２．５％となる。
【００３０】
更に、赤外線減衰体２５の設置角度θが０度（ａ）と４５度（ｇ）との間の角度について検証する。
赤外線減衰体２５の角度が５度（ｂ）の場合、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光束Ｈｃの面積うち一部（３７．８％）が直接光源２に戻る。この際、赤外線減衰体２５の反射率は３０％であるため、光源２に戻る光の総エネルギーは、３７．８％×３０％で１１．３％となる。
それ以外に赤外線減衰体２５で反射した赤外線帯域の光束Ｈｄの残りの面積（６２．２％）は光学筐体８のＣ部またはＤ部に入射し、反射されＤ部またはＣ部に入射し更に反射され赤外線減衰体２５に入射し、更に反射して光源２に戻る。
【００３１】
この光学筐体８で反射される光束Ｈｄは、赤外線減衰体２５，光学筐体８，光学筐体８，赤外線減衰体２５の順に反射される。光学筐体８は、赤外線減衰体２５と同じく放熱性を考慮して金属製としている。しかしながら、光学筐体８に入射する光の総エネルギーは、赤外線減衰体２５での吸収があるため、最大でも赤外線減衰体２５に入射する明るさの３０％である。そのため、赤外線減衰体２５に比べ熱伝導率が低く、反射率も低い材料を使用することができる。
本実施例では、反射率が１０である鉄製の光学筐体８を使用している。
そのため、赤外線減衰体２５に入射する明るさに対する光源２への戻り光の明るさの比率は、３０％×１０％×１０％×３０％で０．０９％となる。
つまり、光学筐体８で反射される光束Ｈｄが光源２に戻る際の光の総エネルギーは、６２．２％×０．０９％で０．０６％となり、十分に無視できると言える。
【００３２】
同様に、赤外線減衰体２５の設置角度θが１０度（ｃ）の場合、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光束Ｈｃのうち直接光源２に戻る光束は無い。
しかしながら、光学筐体８のＣ部に入射した光束Ｈｄの面積の一部（６１％）が、Ｃ部で反射された後、光源２に戻る。
それ以外の赤外線減衰体２５で反射した赤外線帯域の光束Ｈｄの残りの面積は、少なくとも光学筐体８で２回、赤外線減衰体２５で２回反射する必要があるため、その光の総エネルギーは前述のように無視できる。
このため、赤外線減衰体２５の角度が１０度（ｃ）の場合の光の総エネルギーは、６１％×３０％×１０％で０．０６％となる。
【００３３】
次に、赤外線減衰体２５の角度が１５度（ｄ）の場合、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光束Ｈｃのうち直接光源２に戻る光束は無い。
更に、光学筐体８のＣ部に入射した光束Ｈｄは、光学筐体８内で反射を繰返すことにより明るさを減衰するため光源２には戻らない。
一方、赤外線減衰体２５で反射した光束Ｈｄの面積の一部（４０．７％）が反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向への漏れ光となる。
この漏れ光は、赤外線減衰体２５の角度が４５度（ｇ）で説明したように、赤外線減衰体２５で反射し、紫外線／赤外線反フィルタ２４を通過する上に、光学筐体８のＥ部とＦ部と反射を繰返すため、反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向に進む漏れ光の総エネルギーは、無視できる。
【００３４】
次に、赤外線減衰体２５の設置角度θが２０度（ｅ）の場合、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光束Ｈｃのうち光源２に戻る光束は無い。
赤外線減衰体２５で反射した光束Ｈｄの面積の一部（８２％）が反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向への漏れ光となる。
この漏れ光は、赤外線減衰体２５の角度が４５度（ｇ）で説明したように、赤外線減衰体２５で反射し、紫外線／赤外線反フィルタ２４を通過し、その後少なくとも１回以上光学筐体８のＥ部で反射するため、反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向に進む漏れ光の総エネルギーは最大でも、８２％×３０％×１０％×１０％で０．２５％となる。
【００３５】
次に、赤外線減衰体２５の設置角度θが３０度（ｆ）の場合、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光束Ｈｃのうち光源２に戻る光束は無い。
赤外線減衰体２５で反射した光束Ｈｄの面積の一部（８４．７％）が反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向への漏れ光となる。
この漏れ光は、赤外線減衰体２５の角度が４５度（ｇ）で説明したように、赤外線減衰体２５で反射し、紫外線／赤外線反フィルタ２４を通過する。その後、この漏れ光の光束Ｈｄの１部は光学筐体８のＥ部で反射するが、その割合は色分解光学系４の光学設計にもよるので、の反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向に進む漏れ光の総エネルギーは最大でも、８４．７％×３０％×１０％で１．２％となる。
以上の結果を、表１に示す。
【表１】
【００３６】
光源２の方向に光の総エネルギーの１％以上の戻り光がある場合、出力の低下が発生する可能性が出てくる。戻り光がそれ以上に増加すると、光源２に不具合が発生する可能性も出てくる。そのため、赤外線減衰体２５の角度が１０度未満の場合は、使用に適さないといえる。
【００３７】
更に、反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向に進む漏れ光の総エネルギーも１％以上になると、途中に配設されている光学素子を構成する有機材料で吸収が発生し、有機材料に焼けやクラックが発生し光学性能の低下や信頼性の低下が引き起こされる。そのため、赤外線減衰体２５の角度が２０度を超えた場合は、使用に適さないといえる。
つまり、入射光に対して赤外線減衰体２５の設置角度を１０度から２０度の範囲に設定する必要がある。
【００３８】
以上、説明したように、高輝度の光源２を用い、光源２から射出された光束Ｈａから赤外線帯域の光を除去すると共に、除去した赤外線帯域の光を入射光の光路に対して傾斜して配設した赤外線減衰体２５によって赤外線帯域の光の吸収，反射を行うため、光源２の出力が大きくなった場合でも投映型投射装置１の筐体内の熱分布が良化し、高輝度の可視光で反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂを照射することができる。
また、赤外線帯域の光の吸収を赤外線減衰体２５だけでなく光学筐体８で行うため、投影型表示装置１の内部の熱分布が良化するため、投影型表示装置１の冷却が容易になり、照明光学装置及びそれを用いた投射型表示装置の形状を小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の投射型表示装置の構成を示す概略平面図である。
【図２】本発明の投射型表示装置の光学系の構成を示す詳細平面図である。
【図３】本発明の投射型表示装置の光源及び照明光学系の光路を説明する詳細平面図である。
【図４】本発明の照明光学装置の減衰部の角度を変化（０度，５度）させた際の光束を示す図である。
【図５】本発明の照明光学装置の減衰部の角度を変化（１０度，１５度，２０度）させた際の光束を示す図である。
【図６】図６は、本発明の照明光学装置の減衰部の角度を変化（３０度，４５度）させた際の光束を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…投射型表示装置、２…光源、３…照明光学系、４…色分解光学系、５…光変調光学系、６…色合成光学系（クロスダイクロイックプリズム）、７…投射レンズ、８…光学筐体、９…外装部、１１…陽極、１２…陰極、１３…反射鏡ユニット、１４…ガラス部、２１…第１コリメータレンズ、２２…第２コリメータレンズ、２３…赤外線透過フィルタ、２４…紫外線／赤外線反射型フィルタ、２５…赤外線減衰体、３１…Ｂダイクロイックミラー、３２…反射ミラー、３３ｂ，３３ｒｇ…第1フライアイレンズ、３４ｂ，３４ｒｇ…第２フライアイレンズ、３５ｂ，３５ｒｇ…偏光変換素子、３６ｂ，３６ｒｇ…コンデンサレンズ、３７…ＲＧダイクロイックミラー、４１ｒ，４１ｇ、４１ｂ…フィールドレンズ、４２ｒ，４２ｇ、４２ｂ…反射型偏光板、４３ｒ，４３ｇ、４３ｂ…反射型液晶表示素子、４４ｒ，４４ｇ、４４ｂ…透過型偏光板、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から射出された光束から不要な赤外線帯域の光を除去することにより、高輝度の可視光を表示素子に照射することができる照明光学装置及びそれを用いた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型表示装置は、光源からの光を表示素子に照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射するものであり、投映像を明るく表示するためには、光源からの光を表示素子に照射する照明光学装置を効率的に高輝度化していくことが望まれている。
特に、映画館や大規模商業施設等で投射型表示装置を用いて多くの人に対して投映像を見せる場合、映像を大画面化すると共に、単位面積当たりの照度を低下させないために、照明光学装置からの射出光の明るさを明るくする必要がある。
【０００３】
投射型表示装置から投影される画像を明るくする技術としては、表示素子のサイズを大きくすること、光学系の絞り値（以下、Ｆ値と称す）を小さくすること、光源を明るくすることの３種類の方法が知られている。
このうち、表示素子のサイズを大きくすることと、光学系のＦ値を小さくすることとに関しては、投射型表示装置が大型化し、装置コストが向上してしまうことに加え、光学設計の大幅な変更が必要であるという問題があった。
一方、光源を明るくすることに関しては、照明光学装置の光学設計の変更点も少なく、光源を交換するだけで容易に投映像の輝度を高めることができるという利点がある。
【０００４】
光源を明るくすることは、同時に光源から射出されている紫外線帯域や赤外線帯域の不要光も増加する。特に赤外線帯域の光に関しては、熱エネルギーが高いため、赤外線帯域の光が照射された部分の温度を急激に上昇してしまう問題がある。
特に、光源に戻る光に含まれる赤外線帯域の光の光量が増加すると、ランプの明るさが低下するばかりでなく、場合によっては、ランプの温度が上昇しすぎて、ランプに不具合が生じる虞がある。
また、液晶表示素子方向に進む光束に含まれる赤外線帯域の光の光量が増加すると、光路上に配設された光学部品の温度が上昇し、光学部品の光学特性を低下させる虞がある。
更に、液晶表示素子に入射する光束に含まれる赤外線帯域の光の光量が増加すると、液晶表示素子の温度が上昇し液晶表示素子の電気光学特性が変化し、場合によっては液晶表示素子の特性が劣化してしまう虞がある。
そこで、この赤外線を帯域の光を除去し、効率的に表示素子を照明することができる技術が特許文献１に記載されている。
【０００５】
特許文献1には、おおむね以下のように記載されている。
特許文献1に記載の光照射装置には、キセノンランプなど高圧のアーク放電により明るい光を発光する高輝度放電ランプなどからなる光源と、射出された光束の光路上に、射出された光束の可視光を透過し赤外線をその光路から９０度横に反射させる赤外線反射フィルタと、赤外線反射フィルタにより反射した赤外線の進行方向に配設された赤外線吸収体と、赤外線吸収体を冷却する送風手段とが設けられている。
この構成にすることにより、光源から射出した光束のうち熱源（熱線）である赤外線を赤外線反射フィルタにより光路から除去し赤外線吸収体にて吸収させているため、光路上に配設されている表示素子などに可視光のみを供給するものであり、他の部品の温度を上昇させることがない。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１７１９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の赤外線吸収体を有する照明装置において、映画館や大規模商業施設等でより大型のキセノンランプを用いてより明るい投映像を多くの人に見せる場合、そのキセノンランプの定格入力は１ＫＷから大きいもので１０ＫＷとなる。そのため赤外線の絶対量が増え赤外線吸収体の温度が上昇し、従来の送風手段では十分に冷却できない虞があった。
また、熱源である赤外線吸収体が投射型表示装置の所定の箇所に固定して設置されるため、表示素子などの光学部品を固定する投射型表示装置の光学筐体内に局所的な熱分布が発生してしまう虞があった。それを解消するためには、光学筐体を大きくする必要があった。
【０００８】
そこで、本発明は、ランプの出力が大きくなった場合でも赤外線帯域の光により投映型投射装置の筐体内の熱分布が悪化せず、高輝度の可視光で表示素子の照射を行うことができる照明光学装置及びそれを用いた投射型表示装置を提供することを目的とする。
また、赤外線フィルタによって除去された赤外線帯域の光を、光源及び表示素子等に影響が無いように減衰させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は、次の１）乃至３）の構成を有する。
１）光源２と、光源２から射出した光束の光路上に配設された、光源２から射出した光束を、平行光の光束にする平行光変換手段と、平行光の光束から、赤外線帯域の光を透過し、それ以外の帯域の光を反射する赤外線透過手段２３と、赤外線透過手段２３を透過した光束から、赤外線帯域の光及び紫外線帯域の光を反射し、それ以外の帯域の光を透過する紫外線／赤外線反射手段２４と、内部に少なくとも平行光変換手段、赤外線透過手段２３及び前記紫外線／赤外線反射手段２４をそれぞれ配設した光学筐体８とを備え、赤外線透過手段２３は、光源２から射出した光束の光路に対し４５度傾斜して光学筐体８内に配設されており、紫外線／赤外線反射手段２４は、赤外線透過手段２３から射出した光束の光路に対し直交して光学筐体８内に配設されており、赤外線透過手段２３を透過した赤外線帯域の光の光路に対して赤外線減衰体２５を傾斜して設置したことを特徴とする照明光学装置３。
２）１）に記載の照明光学装置３において、赤外線減衰体２５は、赤外線透過手段２３を透過した赤外線帯域の光の光路に対して、赤外線透過手段２３と同様な方向に１０度以上２０度以下傾斜させて設置され、赤外線減衰体２５は、赤外線帯域の光の反射率が３０％以下の金属体からなり、光学筐体８は、赤外線帯域の光の反射率が１０％以下の金属体からなることを特徴とする１）に記載の照明光学装置３。
３）１）に記載の照明光学装置３と、照明光学装置３から射出された光束を分光及び直線偏光変換するにする色分解光学系４と、色分解光学系４で色分解された直線偏光の各色光の光束を入力画像信号により光変調する光変調光学系５と、光変調光学系５で光変調された各色光の光束を色合成する色合成光学系６と、色合成光学系６で合成された入力画像信号に応じた光束を拡大投影する投射レンズ７とを有し、照明光学装置３を構成する、赤外線減衰体２５は、赤外線透過手段２３を透過した赤外線帯域の光の光路に対して、赤外線透過手段２３と同様な方向に１０度以上２０度以下傾斜させて設置され、赤外線減衰体２５は、赤外線帯域の光の反射率が３０％以下の金属体からなり、光学筐体８は、赤外線帯域の光の反射率が１０％以下の金属体からなる、ことを特徴とする投射型表示装置１。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高輝度のランプを用い、ランプから射出された光束から赤外線帯域の光を除去すると共に、除去した赤外線帯域の光を入射光の光路に対して傾斜して配設した赤外線減衰体によって赤外線帯域の光の吸収，反射を行うため、ランプの出力が大きくなった場合でも投映型投射装置の筐体内の熱分布が均一化し、高輝度の可視光で表示素子を照射することができる。
また、赤外線減衰体によって赤外線帯域の光の吸収，反射を行うことにより、投映型投射装置の筐体内の熱分布が均一化するため、筐体内の冷却が容易になり、形状の小さい照明光学装置及びそれを用いた投射型表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る投射型表示装置の実施例について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の投射型表示装置の光学系の構成を示す概略平面図である。図２は、本発明の投射型表示装置の光学系の構成を示す詳細平面図である。図３は、本発明の投射型表示装置の光源及び照明光学系の光路を説明する詳細平面図である。図４は、本発明の照明光学装置の減衰部の角度を変化（０度，５度）させた際の光束を示す図である。図５は、本発明の照明光学装置の減衰部の角度を変化（１０度，１５度，２０度）させた際の光束を示す図である。図６は、本発明の照明光学装置の減衰部の角度を変化（３０度，４５度）させた際の光束を示す図である。
なお、全図において、共通な機能を有する部品には同一符号を付して示し、一度説明したものに関しては、繰り返した説明を省略する。
【００１２】
図１に示すように、本発明の投射型表示装置１は、光源２と、照明光学系３と、色分解光学系４と、光変調光学系５と、色合成光学系（クロスダイクロイックプリズム）６と、投射レンズ７とを有してなる。
照明光学系３，色分解光学系４，光変調光学系５及び色合成光学系６は、光学筐体８に収容されている。
更に、光源２と光学筐体８とは、外装部９に収容されており、投射レンズ７は外装部からその一部が突出した状態で光学筐体８に固定されている。
【００１３】
図２を併せ用いて、本発明の投射型表示装置１の各部について詳細に説明する。
光源２は、高輝度の光を照射することができるキセノンランプを用い、構造として、陽極１１及び陰極１２からなる電極部と、電極間の放電によって発生した光を集光する反射鏡ユニット１３と、射出部に配設され反射鏡ユニット１３と固着することにより内部にキセノンガスを封入したガラス部１４を有する。
ガラス部１４の材質としては、放熱性に優れたサファイアガラスを用いることが望ましい。
また、反射鏡ユニット１３の材料として、セラミックを用いることにより光源が小型軽量になり、それにより光学系を小さくでき、なお且つ破裂の可能性も少なくすることができる。
【００１４】
照明光学系３は、光源２から射出した拡散光の光束を平行光の光束にする平行光変換手段である第１コリメータレンズ２１及び第２コリメータレンズ２２と、入射した平行光の光束のうち赤外線帯域の光を透過しそれ以外の帯域の光を反射する赤外線透過手段である赤外線透過フィルタ２３と、入射した光束のうち紫外線帯域及び赤外線帯域の光を反射しそれ以外の帯域の光を透過する紫外線／赤外線反射手段である紫外線／赤外線反射フィルタ２４と、赤外線透過フィルタ２３を透過した赤外線帯域の光を吸収し、その一部を反射する赤外線減衰体２５とを有する。
【００１５】
色分解光学系４は、入射した光束から青色（以下「Ｂ」と称す）光を反射し、赤緑色（以下「ＲＧ」と称す）光を透過することにより入射した光を分光するＢダイクロイックミラー３１を有する。
更に、Ｂダイクロイックミラー３１で分光されたＢ光の光路上には、Ｂ光の光束を９０度折り曲げる反射ミラーと３２、Ｂ光の光束の形状を液晶表示素子の表示領域の形状に一致させると共に、液晶表示素子上の照度を均一するために光束を複数の部分光束に分割する第１フライアイレンズ３３ｂ及び第２フライアイレンズ３４ｂと、ランダム偏光である複数の部分光束を１方向の直線偏光の複数の部分光束に変換する偏光変換素子３５ｂと、偏光変換素子３５ｂで１方向の直線偏光に変換された複数の部分光束を合成し、１方向の直線偏光の光束にまとめるコンデンサレンズ３６ｂとを有する。
【００１６】
更に、Ｂダイクロイックミラー３１で分光されたＲＧ光の光路上には、ＲＧ光の光束の形状を液晶表示素子の表示領域の形状に一致させると共に、液晶表示素子上の照度を均一するために光束を複数の部分光束に分割する第１フライアイレンズ３３ｒｇ及び第２フライアイレンズ３４ｒｇと、ランダム偏光である複数の部分光束を１方向の直線偏光の複数の部分光束に変換する偏光変換素子３５ｒｇと、偏光変換素子３５ｒｇで１方向の直線偏光に変換された複数の部分光束を合成し、１方向の直線偏光の光束にまとめるコンデンサレンズ３６ｒｇと、１つにまとまった直線偏光の光束のうち緑色（以下「Ｇ」と称す）光を反射し、赤色（以下「Ｒ」と称す）光を透過することにより入射した光を分光するＲＧダイクロイックミラー３７とを有する。
【００１７】
光変調光学系５は、Ｒ光，Ｇ光及びＢ光のそれぞれの光路上に、それぞれ次の部材を有する。
１つにまとまった直線偏光の光束をテレセントリックな照明光にするフィールドレンズ４１ｒ，４１ｇ，４１ｂと、入射する光束をその光束が有する偏光状態に応じて透過または反射する反射型偏光板４２ｒ，４２ｇ，４２ｂと、入射した直線偏光の光束を入力画像信号に応じて変調し、変調された光束を反射し射出する反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂと、反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂから射出し反射型偏光板４２ｒ，４２ｇ，４２ｂで反射された光束のうち所定の方向の偏光状態の光束を透過する透過型偏光板４４ｒ，４４ｇ、４４ｂとをそれぞれ有する。
【００１８】
色合成光学系６は、クロスダイクロイックプリズム６からなる。その形状が四角柱であるクロスダイクロイックプリズム６は、透過型偏光板４４ｒ，４４ｇ、４４ｂを透過したＲ光，Ｇ光及びＢ光がそれぞれクロスダイクロイックプリズム６の３側面から入射し、その内部で色合成され、色合成された光束が残りの１側面から射出するようになっている。
更に、投射レンズ７は、クロスダイクロイックプリズム６から射出された光束を拡大し、図示しないスクリーンに投影するものである。
【００１９】
次に、光源２及び照明光学系３の光路について図３を用いて詳細に説明する。
本実施例に用いるキセノンランプは、高価格ではあるが高輝度と色の良さにより、他のランプを使用しがたい大出力投射型表示装置に使用されている。特に、陽極及び陰極の電極間距離（アーク長）の短いショートアーク型の場合、点光源に近づくため光学系の設計がしやすい。
図３に示すように、キセノンランプ光源２は、キセノンガスが封入されている空間内で陽極１１及び陰極１２の電極間に高電圧を印加しキセノン中の電子を放出させキセノン原子或いは分子を励起させることにより電極間で発光する。
発光により発生した光は、電極間から射出した光線が反射鏡ユニット１３の反射鏡にて図３において下方向へ反射される。反射された光線は光軸Ａを中心とした収斂光としてガラス部１４から射出される。
ここで、ガラス１４部は、発光部に非常に近く高熱になるため放熱性の優れたサファイアガラスとすることが望ましい。
【００２０】
光源２から射出された光束Ｈａは、Ｂ部にて焦点を結び拡散光となって第１コリメータレンズ２１に入射する。第１コリメータレンズ２１で屈折され透過した光束は、第２コリメータレンズ２２に入射する。第２コリメータレンズ２２で再び屈折され透過した光束Ｈａは平行光となって射出する。
【００２１】
第２コリメータレンズ２２を射出した平行光の光束Ｈａは、光路に対して４５度傾斜して配設された赤外線透過フィルタ２３に入射する。赤外線透過フィルタ２３に入射した光束Ｈａは赤外線帯域に鋭い輝線を持ち強い熱エネルギーを持つため、赤外線透過フィルタ２３において波長が７００ｎｍ近傍以上の強い熱エネルギーを持つ赤外線帯域の光は透過させ、それ以外の帯域の光は赤外線透過フィルタ２３で反射し、図３の左方向へ９０度折り曲げられる。
【００２２】
赤外線透過フィルタ２３を反射した光束Ｈｂは、紫外線／赤外線反射型フィルタ２４に入射する。紫外線／赤外線反射型フィルタ２４では、入射した光束Ｈｂのうち赤外線透過フィルタ２３で除去しきれなかった７００ｎｍ近傍以上の波長の赤外線帯域の光と４００ｎｍ近傍以下の波長の紫外線帯域の光とが赤外線透過フィルタ２３方向に反射されると共に、赤外線及び紫外線が除去された帯域の光は、透過することにより色分解光学系に射出される。
【００２３】
一方、赤外線透過フィルタ２３を透過した強い熱エネルギーを持つ赤外線帯域の光束Ｈｃは、赤外線透過フィルタ２３を透過した光の光路上に所定の角度を有して配設された赤外線減衰体２５に入射する。
赤外線減衰体２５は、ヒートシンクとしての特性を有し、具体的には入射した赤外線帯域の光束Ｈｃの有する強い熱エネルギーを、赤外線減衰体２５の裏面側に凹凸２５ｔを付けることにより表面積を増やし、そこからの放散によって減衰させるものである。
更に、赤外線減衰体２５の凹凸部２５ｔに対向する位置には図示しない空冷ファンが配設され、空冷ファンで赤外線減衰体２５に送風することにより熱の放散量を増やしている。
【００２４】
赤外線減衰体２５の材料としては、高い熱伝導率を有すると共に表面積が大きくなるような形状加工性の優れた材料が望まれる。熱伝導率の高い材料としては、金属，セラミックス及び炭素繊維等があるが、安価で加工性が良く量産性に優れた材料としてはアルミニウムがあげられる。
【００２５】
ここで光源２として、高輝度で大出力のキセノンランプを用いた場合、赤外線減衰体２５の熱伝導率を上げ、表面積を増やし、空冷ファンで冷却した場合においても、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光の強い熱エネルギーを除去するのは容易ではない。
そこで、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光束Ｈｃの一部を、所定の角度で赤外線透過フィルタ２３方向に反射させ、反射させた光束Ｈｄの光路上にある光学筐体８に入射させ再び赤外線帯域の光束Ｈｄの光の熱エネルギーの除去を行う。
【００２６】
ここで、赤外線減衰体２５で反射した光束Ｈｄには、赤外線減衰体２５へ入射する赤外線帯域の光束Ｈｃの光路に対する赤外線減衰体２５の設置角度（θ）により、光源２方向への戻り光と反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向への漏れ光とがある。
光源２及び光学素子や反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂに与える影響を評価する指標として、赤外線減衰体２５で反射した光束Ｈｄを光源２方向への戻り光と反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向への漏れ光とに分け、それぞれ明るさ及び光束量の積である光の総エネルギーを用いて評価を行う。
明るさは、赤外線透過フィルタ２３を透過した赤外線帯域の光を１００％として、赤外線減衰体２５及び光学筐体８に入射し所定の反射率で反射し、光源２及び反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂに入射したときの比率とする。この際、紫外線／赤外線反射フィルタ２４以外の光学素子でのロスは無視できるものとする。
光束量は、赤外線減衰体２５に入射した光束の面積を１００としたときに、その面積のうち何パーセントの光束の面積が、光源２及び反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂに入射したかを比率で示したものとする。
【００２７】
実際に、図４乃至図６を用いて赤外線減衰体２５を入射光に対して設置角度θを変更させた場合の、赤外線減衰体２５で反射した赤外線帯域の光束の光路について詳細に説明する。
図４は、入射光Ｈｃに対して赤外線減衰体２５の設置角度θを０度（ａ）(垂直に入射)，５度（ｂ）としたときの光路である。図５は、入射光Ｈｃに対して赤外線減衰体２５の設置角度θを１０度（ｃ），１５度（ｄ），２０度（ｅ）としたときの光路である。図６は、入射光Ｈｃに対して赤外線減衰体２５の設置角度（θ）を３０度（ｆ），４５度（ｇ）（赤外線透過フィルタ２３と同じ角度）と傾けたときの光路である。
【００２８】
赤外線減衰体２５の設置角度θが０度（ａ）の場合、赤外線減衰体２５が入射光Ｈｃに対して垂直であるため、赤外線減衰体２５に入射した光束の面積の９８．７％が光源２に戻る。しかしながら、赤外線減衰体２５での反射率は３０％であるため、光源２に戻る光Ｈｄの総エネルギーは、９８．７％×３０％で３０％となる。
【００２９】
一方、赤外線減衰体２５の設置角度θが４５度（ｇ）の場合、赤外線減衰体２５で反射した赤外線帯域の光束Ｈｄの光路は、赤外線透過フィルタ２３とで反射した本来の光束の光路とほぼ一致するため、赤外線減衰体２５に入射した光束の面積の８４．７％が反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向に漏れ光として進む。
しかしながら、赤外線減衰体２５での反射率は３０％であり、途中で赤外線帯域の光の透過率が１０％の紫外線／赤外線反射フィルタ２４を通過するため、反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向に進む光の総エネルギーは、８４．７％×３０％×１０％で２．５％となる。
【００３０】
更に、赤外線減衰体２５の設置角度θが０度（ａ）と４５度（ｇ）との間の角度について検証する。
赤外線減衰体２５の角度が５度（ｂ）の場合、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光束Ｈｃの面積うち一部（３７．８％）が直接光源２に戻る。この際、赤外線減衰体２５の反射率は３０％であるため、光源２に戻る光の総エネルギーは、３７．８％×３０％で１１．３％となる。
それ以外に赤外線減衰体２５で反射した赤外線帯域の光束Ｈｄの残りの面積（６２．２％）は光学筐体８のＣ部またはＤ部に入射し、反射されＤ部またはＣ部に入射し更に反射され赤外線減衰体２５に入射し、更に反射して光源２に戻る。
【００３１】
この光学筐体８で反射される光束Ｈｄは、赤外線減衰体２５，光学筐体８，光学筐体８，赤外線減衰体２５の順に反射される。光学筐体８は、赤外線減衰体２５と同じく放熱性を考慮して金属製としている。しかしながら、光学筐体８に入射する光の総エネルギーは、赤外線減衰体２５での吸収があるため、最大でも赤外線減衰体２５に入射する明るさの３０％である。そのため、赤外線減衰体２５に比べ熱伝導率が低く、反射率も低い材料を使用することができる。
本実施例では、反射率が１０である鉄製の光学筐体８を使用している。
そのため、赤外線減衰体２５に入射する明るさに対する光源２への戻り光の明るさの比率は、３０％×１０％×１０％×３０％で０．０９％となる。
つまり、光学筐体８で反射される光束Ｈｄが光源２に戻る際の光の総エネルギーは、６２．２％×０．０９％で０．０６％となり、十分に無視できると言える。
【００３２】
同様に、赤外線減衰体２５の設置角度θが１０度（ｃ）の場合、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光束Ｈｃのうち直接光源２に戻る光束は無い。
しかしながら、光学筐体８のＣ部に入射した光束Ｈｄの面積の一部（６１％）が、Ｃ部で反射された後、光源２に戻る。
それ以外の赤外線減衰体２５で反射した赤外線帯域の光束Ｈｄの残りの面積は、少なくとも光学筐体８で２回、赤外線減衰体２５で２回反射する必要があるため、その光の総エネルギーは前述のように無視できる。
このため、赤外線減衰体２５の角度が１０度（ｃ）の場合の光の総エネルギーは、６１％×３０％×１０％で０．０６％となる。
【００３３】
次に、赤外線減衰体２５の角度が１５度（ｄ）の場合、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光束Ｈｃのうち直接光源２に戻る光束は無い。
更に、光学筐体８のＣ部に入射した光束Ｈｄは、光学筐体８内で反射を繰返すことにより明るさを減衰するため光源２には戻らない。
一方、赤外線減衰体２５で反射した光束Ｈｄの面積の一部（４０．７％）が反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向への漏れ光となる。
この漏れ光は、赤外線減衰体２５の角度が４５度（ｇ）で説明したように、赤外線減衰体２５で反射し、紫外線／赤外線反フィルタ２４を通過する上に、光学筐体８のＥ部とＦ部と反射を繰返すため、反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向に進む漏れ光の総エネルギーは、無視できる。
【００３４】
次に、赤外線減衰体２５の設置角度θが２０度（ｅ）の場合、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光束Ｈｃのうち光源２に戻る光束は無い。
赤外線減衰体２５で反射した光束Ｈｄの面積の一部（８２％）が反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向への漏れ光となる。
この漏れ光は、赤外線減衰体２５の角度が４５度（ｇ）で説明したように、赤外線減衰体２５で反射し、紫外線／赤外線反フィルタ２４を通過し、その後少なくとも１回以上光学筐体８のＥ部で反射するため、反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向に進む漏れ光の総エネルギーは最大でも、８２％×３０％×１０％×１０％で０．２５％となる。
【００３５】
次に、赤外線減衰体２５の設置角度θが３０度（ｆ）の場合、赤外線減衰体２５に入射した赤外線帯域の光束Ｈｃのうち光源２に戻る光束は無い。
赤外線減衰体２５で反射した光束Ｈｄの面積の一部（８４．７％）が反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向への漏れ光となる。
この漏れ光は、赤外線減衰体２５の角度が４５度（ｇ）で説明したように、赤外線減衰体２５で反射し、紫外線／赤外線反フィルタ２４を通過する。その後、この漏れ光の光束Ｈｄの１部は光学筐体８のＥ部で反射するが、その割合は色分解光学系４の光学設計にもよるので、の反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向に進む漏れ光の総エネルギーは最大でも、８４．７％×３０％×１０％で１．２％となる。
以上の結果を、表１に示す。
【表１】
【００３６】
光源２の方向に光の総エネルギーの１％以上の戻り光がある場合、出力の低下が発生する可能性が出てくる。戻り光がそれ以上に増加すると、光源２に不具合が発生する可能性も出てくる。そのため、赤外線減衰体２５の角度が１０度未満の場合は、使用に適さないといえる。
【００３７】
更に、反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ方向に進む漏れ光の総エネルギーも１％以上になると、途中に配設されている光学素子を構成する有機材料で吸収が発生し、有機材料に焼けやクラックが発生し光学性能の低下や信頼性の低下が引き起こされる。そのため、赤外線減衰体２５の角度が２０度を超えた場合は、使用に適さないといえる。
つまり、入射光に対して赤外線減衰体２５の設置角度を１０度から２０度の範囲に設定する必要がある。
【００３８】
以上、説明したように、高輝度の光源２を用い、光源２から射出された光束Ｈａから赤外線帯域の光を除去すると共に、除去した赤外線帯域の光を入射光の光路に対して傾斜して配設した赤外線減衰体２５によって赤外線帯域の光の吸収，反射を行うため、光源２の出力が大きくなった場合でも投映型投射装置１の筐体内の熱分布が良化し、高輝度の可視光で反射型液晶表示素子４３ｒ，４３ｇ，４３ｂを照射することができる。
また、赤外線帯域の光の吸収を赤外線減衰体２５だけでなく光学筐体８で行うため、投影型表示装置１の内部の熱分布が良化するため、投影型表示装置１の冷却が容易になり、照明光学装置及びそれを用いた投射型表示装置の形状を小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の投射型表示装置の構成を示す概略平面図である。
【図２】本発明の投射型表示装置の光学系の構成を示す詳細平面図である。
【図３】本発明の投射型表示装置の光源及び照明光学系の光路を説明する詳細平面図である。
【図４】本発明の照明光学装置の減衰部の角度を変化（０度，５度）させた際の光束を示す図である。
【図５】本発明の照明光学装置の減衰部の角度を変化（１０度，１５度，２０度）させた際の光束を示す図である。
【図６】図６は、本発明の照明光学装置の減衰部の角度を変化（３０度，４５度）させた際の光束を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…投射型表示装置、２…光源、３…照明光学系、４…色分解光学系、５…光変調光学系、６…色合成光学系（クロスダイクロイックプリズム）、７…投射レンズ、８…光学筐体、９…外装部、１１…陽極、１２…陰極、１３…反射鏡ユニット、１４…ガラス部、２１…第１コリメータレンズ、２２…第２コリメータレンズ、２３…赤外線透過フィルタ、２４…紫外線／赤外線反射型フィルタ、２５…赤外線減衰体、３１…Ｂダイクロイックミラー、３２…反射ミラー、３３ｂ，３３ｒｇ…第1フライアイレンズ、３４ｂ，３４ｒｇ…第２フライアイレンズ、３５ｂ，３５ｒｇ…偏光変換素子、３６ｂ，３６ｒｇ…コンデンサレンズ、３７…ＲＧダイクロイックミラー、４１ｒ，４１ｇ、４１ｂ…フィールドレンズ、４２ｒ，４２ｇ、４２ｂ…反射型偏光板、４３ｒ，４３ｇ、４３ｂ…反射型液晶表示素子、４４ｒ，４４ｇ、４４ｂ…透過型偏光板、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から射出した光束の光路上に配設された、
前記光源から射出した光束を、平行光の光束にする平行光変換手段と、
前記平行光の光束から、赤外線帯域の光を透過し、それ以外の帯域の光を反射する赤外線透過手段と、
前記赤外線透過手段を透過した光束から、赤外線帯域の光及び紫外線帯域の光を反射し、それ以外の帯域の光を透過する紫外線／赤外線反射手段と、
内部に少なくとも前記平行光変換手段、前記赤外線透過手段及び前記紫外線／赤外線反射手段をそれぞれ配設した光学筐体と、
を備え、
前記赤外線透過手段は、前記光源から射出した光束の光路に対し４５度傾斜して前記光学筐体内に配設されており、
前記紫外線／赤外線反射手段は、前記赤外線透過手段から射出した光束の光路に対し直交して前記光学筐体内に配設されており、
前記赤外線透過手段を透過した赤外線帯域の光の光路に対して赤外線減衰体を傾斜して設置したことを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
請求項１記載の照明光学装置において、
前記赤外線減衰体は、前記赤外線透過手段を透過した赤外線帯域の光の光路に対して、前記赤外線透過手段と同じ方向に１０度以上２０度以下傾斜させて設置され、
前記赤外線減衰体は、赤外線帯域の光の反射率が３０％以下の金属体からなり、
前記光学筐体は、赤外線帯域の光の反射率が１０％以下の金属体からなる、
ことを特徴とする請求項１記載の照明光学装置。
【請求項３】
請求項１記載の照明光学装置と、
前記照明光学装置から射出された光束を分光及び直線偏光変換するにする色分解光学系と、
前記色分解光学系で色分解された直線偏光の各色光の光束を入力画像信号により光変調する光変調光学系と、
前記光変調光学系で光変調された各色光の光束を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系で合成された入力画像信号に応じた光束を拡大投影する投射レンズと、
を有し、
前記照明光学装置を構成する、
前記赤外線減衰体は、前記赤外線透過手段を透過した赤外線帯域の光の光路に対して、前記赤外線透過手段と同じ方向に１０度以上２０度以下傾斜させて設置され、
前記赤外線減衰体は、赤外線帯域の光の反射率が３０％以下の金属体からなり、
前記光学筐体は、赤外線帯域の光の反射率が１０％以下の金属体からなる、
ことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１】
光源と、
前記光源から射出した光束の光路上に配設された、
前記光源から射出した光束を、平行光の光束にする平行光変換手段と、
前記平行光の光束から、赤外線帯域の光を透過し、それ以外の帯域の光を反射する赤外線透過手段と、
前記赤外線透過手段を透過した光束から、赤外線帯域の光及び紫外線帯域の光を反射し、それ以外の帯域の光を透過する紫外線／赤外線反射手段と、
内部に少なくとも前記平行光変換手段、前記赤外線透過手段及び前記紫外線／赤外線反射手段をそれぞれ配設した光学筐体と、
を備え、
前記赤外線透過手段は、前記光源から射出した光束の光路に対し４５度傾斜して前記光学筐体内に配設されており、
前記紫外線／赤外線反射手段は、前記赤外線透過手段から射出した光束の光路に対し直交して前記光学筐体内に配設されており、
前記赤外線透過手段を透過した赤外線帯域の光の光路に対して赤外線減衰体を傾斜して設置したことを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
請求項１記載の照明光学装置において、
前記赤外線減衰体は、前記赤外線透過手段を透過した赤外線帯域の光の光路に対して、前記赤外線透過手段と同じ方向に１０度以上２０度以下傾斜させて設置され、
前記赤外線減衰体は、赤外線帯域の光の反射率が３０％以下の金属体からなり、
前記光学筐体は、赤外線帯域の光の反射率が１０％以下の金属体からなる、
ことを特徴とする請求項１記載の照明光学装置。
【請求項３】
請求項１記載の照明光学装置と、
前記照明光学装置から射出された光束を分光及び直線偏光変換するにする色分解光学系と、
前記色分解光学系で色分解された直線偏光の各色光の光束を入力画像信号により光変調する光変調光学系と、
前記光変調光学系で光変調された各色光の光束を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系で合成された入力画像信号に応じた光束を拡大投影する投射レンズと、
を有し、
前記照明光学装置を構成する、
前記赤外線減衰体は、前記赤外線透過手段を透過した赤外線帯域の光の光路に対して、前記赤外線透過手段と同じ方向に１０度以上２０度以下傾斜させて設置され、
前記赤外線減衰体は、赤外線帯域の光の反射率が３０％以下の金属体からなり、
前記光学筐体は、赤外線帯域の光の反射率が１０％以下の金属体からなる、
ことを特徴とする投射型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１６９０８０（Ｐ２００９−１６９０８０Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６８５５（Ｐ２００８−６８５５）
【出願日】平成２０年１月１６日（２００８．１．１６）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１６日（２００８．１．１６）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
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