专利名称：光学单元及使用该光学单元的投影型图象显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使来自光源的光入射到反射型图象显示元件，并用投影透镜将经该反射型图象显示元件反射的光放大投影的光学单元及使用其的投影型图象显示装置。
背景技术：
目前众所周知一种投影型图象显示装置，该装置装有用图象显示元件将来自光源的光进行通过图象信号改变浓淡的光强度调制，形成光学像，并通过投影透镜将该光学像放大投影的光学单元。作为图象显示元件众所周知的有透射型液晶板、反射型液晶板、微镜板等。
其中关于使用反射型液晶板的光学单元，如专利文献1(特开2001-142028号公报)中图12所述的，使用一种偏振光束分离器(下面称为PBS)棱镜作为起偏镜、兼检偏镜。其使用偏振光变换元件将从光源射出的光调整产生一定方向偏向，并入射到PBS棱镜中。入射光在PBS膜面产生反射，并入射到反射型液晶板。入射到反射型液晶板的光根据图象信号在每个象素中调制偏振光状态。经反射型液晶板反射的光再次入射到PBS棱镜，且仅仅调制偏振光状态的光透过PBS棱镜，并被投影透镜放大投影。
可是，在该技术中，为了减少在与由光轴和PBS膜面的法线形成的面(主入射面)不平行的斜光入射到PBS棱镜的情况下所产生的漏光，需要1/4波长板，但由于它并不产生完全效果，所以存在不能提高对比度的课题。
此外，例如在非专利文献1“光学平板偏振的分束器”(Optically FlatPolarizing Beamsplitters)美国Moxtek公司目录No.PBF02A(2002年5月)”中介绍的例子为，用光学的光栅形成的衍射在与光栅方向平行地反射偏振光，并将使用透过与光栅方向垂直的偏振光的衍射光栅的反射型偏振光板作为起偏镜、兼检偏镜使用。
发明内容
在上述非专利文献1中，使用彩色轮作为显示彩色图象的装置，但是这种情况下，由于透过彩色轮时的光量损耗大体在2/3左右，故光利用效率低，不使用高输出的灯不能得到足够的亮度。此外，由于使用反射型偏振光板作为辅助检偏镜，因此，存在产生双重图象的可能。此外，对比度也不能认为是充分的，需要进行改善。
此外，申请人已经在专利2002-226806号中提出有，考虑有使用小型轻量且亮度、对比度、分辨率等图象质量性能优良的反射型图象显示元件的投影型图象显示装置用光学单元。
图8为表示该光学单元的图示。
在图8中，1为光源、2为光学单元的光轴、3为具有积分仪功能并具有偏振光变换作用的棒状透镜。41、42、43是将棒状透镜3的出射口的像照射到反射型液晶板111、112、113上的成像透镜。5为白色反射镜，6为B透过RG反射分色镜，7为R透过G反射分色镜，8为B反射镜，91、92、93分别为吸收型或反射型的R用辅助起偏镜、G用辅助起偏镜、B用辅助起偏镜，101’、102’、103’分别为用衍射光栅的R用反射型偏振光板、G用反射型偏振光板、B用反射型偏振光板。111、112、113分别为R用反射型液晶板、G用反射型液晶板、B用反射型液晶板，121、122、123分别为吸收型的R用辅助检偏镜、G用辅助检偏镜、B用辅助检偏镜，132为G用1/2波长板，14为交叉分色棱镜，15为投影透镜。其中，辅助起偏镜91、92、93和辅助检偏镜121、122、123配置或形成在透明的平行平板的基片上。此外，R为红色、G为绿色、B为蓝色。
在图8中从光源1射出的光经聚光后通过棒状透镜3。此时，由于棒状透镜3具有积分仪功能，故射出的光在面内均匀。此外，由于棒状透镜具有未图示的偏振光变换作用，故射出的光的偏振光方向被调整成P偏振光。经棒状透镜3射出的光透过成像透镜41，并使用白色反射镜5将光线的方向转90°，而后入射到B透过RG反射分色镜6，B光透过RG光反射。反射的RG光透过成像透镜42，并通过R透过G反射分色镜7，使R光透过G光反射。
透过R透过G反射分色镜7的R光入射到R用辅助起偏镜91。
与R用辅助起偏镜91的吸收轴或反射轴垂直的偏振光方向的光(在此为P偏振光)透过R用辅助起偏镜91，并入射到R用反射型偏振光板101’。由于配置使用衍射光栅的R用反射型偏振光板101’，使其与光栅方向平行的反射轴与R用辅助起偏镜91的吸收轴或反射轴大体平行，因此，入射到R用反射型偏振光板101’的光透过，入射到R用反射型液晶板111。
经R透过G反射分色镜7反射的G光入射到G用辅助起偏镜92中。与R光一样，与G用辅助起偏镜92的吸收轴或反射轴垂直的偏振光方向的光(在此为P偏振光)透过G用辅助起偏镜92，入射到G用反射型偏振光板102’。由于配置使用衍射光栅的G用反射型偏振光板102’，使其与光栅方向平行的反射轴与G用辅助起偏镜92的吸收轴或反射轴大体平行，因此，入射到G用反射型偏振光板102’的光透过，入射到G用反射型液晶板112。
透过B透过RG反射分色镜6的B光透过成像透镜43。通过B反射镜8，将光线的方向转90°后，入射到B用辅助起偏镜93中。其中，由于B光的光路长度较长，且与RG光的光路长度不同，因此，通过在B光路配置中继透镜44、45，在B用反射型液晶板113上成像。入射到B用辅助起偏镜93的光中与B用反射型起偏镜93的吸收轴或反射轴垂直的偏振光方向的光(在此为P偏振光)透过B用辅助起偏镜93，入射到B用反射型偏振光板103’。由于配置使用衍射光栅的B用反射型偏振光板103’，使其与光栅方向平行的反射轴与B用辅助起偏镜93的吸收轴或反射轴大体平行，因此，入射到B用反射型偏振光板103’的光透过，入射到B用反射型液晶板113。这样，颜色被分离成R、G、B。
入射到R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113的光，在分别由显示R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113的白色图象的像素反射时，偏振光被转90°，并成为S偏振光，入射到R用反射型偏振光板101’、G用反射型偏振光板102’、B用反射型偏振光板103’。此时，由于入射的光是S偏振光且与反射轴平行，因此，被从R用反射型偏振光板101’、G用反射型偏振光板102’、B用反射型偏振光板103’反射，进而光线的方向被转90°，且分别入射到R用辅助检偏镜121、G用辅助检偏镜122、B用辅助检偏镜123。由于配置辅助检偏镜121、122、123的吸收轴，使其与反射型偏振光板101’、102’、103’的反射轴大体垂直，因此，经反射型偏振光板101’、102’、103’反射的光透过辅助检偏镜121、122、123，RB维持S偏振光，G通过G用1/2波长板132变成P偏振光，并且R、G、B光同时入射到交叉分色棱镜14。R、G、B光被交叉分色棱镜14合成白色，并被投影透镜15放大投影到荧光屏(未图示)。
在上述专利文献1中所述的光学单元中，在起偏镜、检偏镜中使用分束棱镜(下面称为PBS棱镜)。比较便宜的PBS棱镜具有感应体多层膜面，并通过该膜面(下面称为PBS膜)透过P偏振光，反射S偏振光。在使用PBS棱镜的光学单元中，为了提高对比度，需要减少黑图象时的从PBS棱镜产生的漏光，需要该用途的1/4波长板，但是，即使使用1/4波长板，其效果也不完善。这是因为1/4波长板具有波长特性及角度特性，入射光线波长越偏离设计的中心波长就越会产生偏离，而且入射角越大也会使入射角变的越大，进而使其的功能下降。因此，入射到反射型液晶板的光在具有某个波长范围和某个角度范围的光学单元中，对减少全部入射光的漏光的效果并不好。
与此相反，上述反射型偏振光板101’、102’、103’通过仅在特定方向具有光栅作用来作为偏振光板起作用，反射与光栅方向平行的偏振光，并透过与光栅方向垂直的偏振光。配置反射型偏振光板101’、102’、103’，使得在其反射轴与包括光轴和反射型偏振光板法线的平面的法线平行时，最能发挥偏振光分离性能。换言之，将反射轴配置成与相对光轴光线的S偏振光方向平行，并在以反射光轴光线的S偏振光、透过P偏振光的方式使用时，最大幅度地提高透过光和反射光的偏振光度。因此，在本结构中采用如上配置。
反射型偏振光板反射平行于光栅方向的偏振光，透过垂直于光栅方向的偏振光，但是，实际上仅有极少量平行于光栅方向的偏振光透过，且极少量垂直于光栅方向的偏振光反射，从而对比度降低。所以，将辅助起偏镜91、92、93设置在入射侧，将辅助检偏镜121、122、123设置在出射侧，可以减少黑显示时的漏光，进而制成对比度性能良好的光学单元。
此外，由于辅助检偏镜121、122、123为吸收型，因此可以抑制双重图象的产生。
接下来，说明上述光学单元的问题。
从图8可以看出，由于从各反射型液晶板111、112、113到交叉分色棱镜14的光路之间存在空气，因此，在使用反射型偏振光板101’、102’、103’的光学单元中，从投影透镜15的交叉分色棱镜一侧的透镜到各反射型液晶板111、112、113的光学长度(将其称为背焦)变长。因此，出现投影透镜大型化，产生对光学单元的小型化、轻量化不利的问题。
此外，谋求有对应装置的HD等的高分辨率化，因此，液晶板的像素尺寸也变小。例如，在作为目前主流的0.7英寸WXGA(1368×768)板的情况下，像素间距约为15μm，但在同样0.7英寸且对应1080iHD(1920×1080)的情况下，像素间距大约减为一半，约为8μm。各反射型液晶板111、112、113的位置偏离(下面称为变焦偏离)的允许值也变成大约一半。另一方面，为了提高装置的亮度，使灯的输出增加，此外，为了使照明光学系统提高效率，也要增加照射到板上的光能量，温度的升高也有所增加。若温度升高，则保持反射型液晶板111、112、113的保持部件产生热膨胀，各反射型液晶板111、112、113的位置产生移动，进而存在容易产生上述变焦偏离的问题。
另外，由于照射到各光学部件上的光能量增加，使得反射型液晶板、反射型偏振光板、辅助起偏镜、辅助检偏镜的温度上升都比原来大，所以为了某种程度地抑制各光学部件温度上升，需用风扇进行冷却。换言之，用风扇将外面的气体弄到装置内，通过各光学部件与外部气体接触进行冷却。虽然在吸入口安装有过滤器，但是并不能完全防止灰尘(尘埃、灰尘等)，存在有在光学部件表面附着灰尘的问题。此外，为了抑制温度的升高，如果或增加风扇的数量、或加大风扇来提高风量，则存在噪音增加的缺点。
本发明鉴于上述问题，其目的在于提高一种实现小型、轻量化的光学单元及使用其的投影型图象显示装置。
为了解决上述问题，在本发明的光学单元，将来自光源的光通过颜色分离装置分离成多个颜色的光，进而使它们分别入射到对应的反射型图象显示元件中，并使用对应每种颜色的光的反射型图象显示元件所具有的偏振光特性，形成对应于图象信号的光学像，而后通过颜色合成装置将对应每种光的光学像进行合成，从而用投影透镜放大投影，在从上述颜色分离装置到上述反射型图象显示元件的光路上，配置利用衍射起到偏振光板作用的反射型偏振光板作为针对上述反射型图象显示元件的起偏镜和检偏镜，并保持上述反射型偏振光板和上述反射型图象显示元件，在上述反射型偏振光板的入射光一侧具有透光窗，上述反射型偏振光板的出射光一侧具有被上述颜色合成装置的入射面封住的光学底座，并由该光学底座、上述反射型图象显示元件、上述颜色合成装置的入射面形成密闭空间，该密闭空间是使用折射率1.2至1.9的透光性流体填充的结构。
在该反射型偏振光板的起偏镜和检偏镜的特性不充分，不能确保给定对比度的情况下，也可以在该反射型偏振光板的入射一侧配置辅助起偏镜，在出射一侧配置辅助检光镜。这种情况下，设置此辅助起偏镜来替代上述光学底座的透光窗，并将该辅助检偏镜安装在该颜色分离装置的入射面。
这样，由于在上述密闭空间配置上述光学部件(辅助起偏镜、反射型偏振光板、反射型液晶板、辅助检偏镜、颜色分离装置)，故可以防止附着灰尘。此外，由于在上述密闭空间填充与上述光学部件的折射率差小的上述透光性流体，所以与空气介质的情况相比，可以减小从上述反射型图象显示元件经过上述反射型偏振光板到上述颜色分离装置的光路的光学长度，可以使上述投影透镜小型化。此外，由于可以减少在上述光学部件的界面的反射，所以无须防止在上述光学部件上实施的反射，可以使成本降低。此外，由于上述透光性流体还具有冷却介质的功能，所以可以减少上述光学部件温度升高，以及可以减少变焦偏离，而且，还可以不需要冷却用风扇或降低风扇转数，可以降低因风扇产生的噪音。
如上所述，根据本发明，可以实现投影型图象显示装置的小型轻量化。
图1为本发明的第一实施方式的光学单元的平面图。
图2为本发明的第一实施方式的光学单元的光学底座部分的侧视图。
图3为表示R用反射型偏振光板的保持机构的一个实施方式的图示。
图4为本发明的第二实施方式的光学单元的平面图。
图5为本发明的第三实施方式的光学单元的平面图。
图6为安装有本发明的实施方式的光学单元的投影装置的示意图。
图7为将也安装有本发明的光学单元的投影装置用于背面投影型图象显示装置中的一个实施方式。
图8为目前光学单元的平面图。
具体实施例方式
参照图对本发明的实施方式进行说明。
图1为表示本发明的光学单元的第一实施方式的图示，图2为图1的光学底座部分的侧视图。另外，图1(a)为光学单元的平面图，图1(b)为反射型偏振光板的放大结构图。此外，在图1、图2中，对于与图8具有同样作用的部分标注相同的符号，并省略了对其说明。
在图1、图2中，161、162、163分别为R用光学底座、G用光学底座、B用光学底座，101、102、103分别为使用衍射光栅的R用反射型偏振光板、G用反射型偏振光板、B用反射型偏振光板，171、172、173分别为R用透光性流体、G用透光性流体、B用透光性流体。18为散热风扇。
R用反射型偏振光板101为，如图1(b)所示，用透明部件1012夹着形成衍射光栅的作用面(断面线部分)1011构成三明治结构，并在内部填充光学用粘接剂(未图示)，使得中间不夹有空气。或者，也可以是在透明部件上形成作为作用面的衍射光栅，并在该作用面上实施用于保护作用面的透明镀层的结构(未图示)。
G用反射型偏振光板102和B用反射型偏振光板103也是一样的结构。
在本发明的光学单元中，用R用辅助起偏镜91、R用反射型液晶板111的液晶板面、安装有R用辅助检偏镜121的交叉分色棱镜14的入射面和R用光学底座161形成密闭空间。
下面，为了方便将从R用辅助起偏镜91到交叉分色棱镜14的入射面的R光的光路区域称为R光部件组。对于G光部件组、B光部件组也一样。
在R用光学底座161的光的入射出射口，以使光通过的方式设置有R用通过口(R用透光窗)161’，将此R用通过口161’以R用辅助起偏镜91、R用反射型液晶板111覆盖，在R用辅助起偏镜91、R用反射型液晶板111、交叉分色棱镜14的入射面和R用光学底座161之间，介有O型圈等的弹性体(未图示)，并通过压紧弹性体进行密封。另外，在R用反射型偏振光板101的入射光一侧，具有以R用辅助起偏镜91覆盖的R用通过口161’。此外，在R用反射型偏振光板101的入出射光一侧，具有以反射型液晶板111覆盖的R用通过口161’。
R用反射型液晶板111被通过R用安装部件111’保持在R用光学底座161上，同样，R用辅助起偏镜91也被通过未图示的保持部件保持着。
此外，位于上述密闭空间内G的R用反射型偏振光板101被保持在R用光学底座161上。图3为表示R用反射型偏振光板的保持机构的一个实施方式的图示，是沿B-B’将图1的R光部件组的R用反射型偏振光板101附近剖断，并从A方向看的B-B’断面图。在图3中，通过设置在R用光学底座161上面部件161a和底面部件161b的槽161’a、161’b保持R用反射型偏振光板101。
同样，在G光部件组、B光部件组一侧也形成密闭空间。换言之，在G光部件组一侧，用G用辅助起偏镜92、G用反射型液晶板112的液晶板面、装有G用辅助检偏镜122和G用1/2波长板132的交叉分色棱镜14的入射面、和G用光学底座162形成密闭空间。与上述R用光学底座161一样，在G用光学底座162的光的入射出射口，已光可以通过的方式设置有G用通过口(G用透光窗)162’，并将该G用通过口162’以G用辅助起偏镜92、G用反射型液晶板112覆盖，在G用辅助起偏镜92、G用反射型液晶板112、交叉分色棱镜14的入射面和G用光学底座162之间，介有O型圈等的弹性体(未图示)，并通过压紧弹性体进行密封。
G用反射型液晶板112被通过G用安装部件112’保持在G用光学底座162上，同样，G用辅助起偏镜92也被通过未图示的保持部件保持着。此外，位于上述密闭空间内的G用反射型偏振光板102也与R光部件组一侧一样，被保持在G用光学底座162上，对其的说明予以省略。
同样，在B光部件组一侧，以B用辅助起偏镜93、B用反射型液晶板113的液晶板面、装有B用辅助检偏镜123的交叉分色棱镜14的入射面、和B用光学底座163形成密闭空间。与上述R用光学底座161、G用光学底座162一样，在B用光学底座163的光的入出射口，以广可以通过的方式设置有B用通过口(B用透光窗)163’，并将该B用通过口163’用B用辅助起偏镜93、B用反射型液晶板113覆盖，并且在B用辅助起偏镜93、G用反射型液晶板113、交叉分色棱镜14的入射面和B用光学底座163之间，介有O型圈等的弹性体(未图示)，通过压紧弹性体进行密封。
B用反射型液晶板113被通过B用安装部件113’安装在B用光学底座163上，同样，B用辅助起偏镜93也被通过未图示的保持部件保持着。此外，在上述密闭空间内的B用反射型偏振光板103也与R光部件组一侧、G光部件组一侧一样，被安装在B用光学底座163上，对其的说明予以省略。
在交叉分色棱镜14的各入射面上，分别安装有R用辅助检偏镜121、G用辅助检偏镜122和G用1/2波长板132、B用辅助检偏镜123，并利用交叉分色棱镜14的各入射面与R用光学底座161、G用光学底座162、B用光学底座163的各光学底座一起构成上述各密闭空间。换言之，交叉分色棱镜14的各入射面构成各光学底座的一个壁面。
如上所述，由于在密闭空间内配置有上述辅助起偏镜91、92、92、反射型偏振光板101、102、103、反射型液晶板111、112、113、辅助检偏镜121、122、123(下面为了方便，将这些统称为光学部件)，因此，没有从外部侵入灰尘的问题，也能防止在上述光学部件上附着灰尘。
此外，在密闭的R用光学底座161、G用光学底座162、B用光学底座163内的各密闭空间内，填充折射率为1.2以上、1.9以下的R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173。由此，从R用反射型液晶板111经过R用反射型偏振光板101到R用辅助检偏镜121的光路位于上述R用透光性流体171中，从G用反射型液晶板112经过G用反射型偏振光板102到G用辅助检偏镜122的光路位于上述G用透光性流体172中，从B用反射型液晶板113经过B用反射型偏振光板103到B用辅助检偏镜123的光路位于上述B用透光性流体173中。因此，光学长度＝(图8的空气情况下的光学长度)/(透明性流体171、172、173的折射率)，故各光路的光学长度分别变小。因此，由于相对于图8的空气的情况，背焦变小，所以可以使投影透镜15小型化。
作为折射率为1.2以上、1.9以下的R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173，有氟化非活性液(折射率1.25～1.5)、乙二醇(折射率1.43)、甘油(折射率1.47)、甘油-乙二醇混合液(折射率1.45)等。优选R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173的折射率，与R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113或R用反射型偏振光板101、G用反射型偏振光板102、B用反射型偏振光板103等、与光路上的R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173相接触的光学部件的折射率大体相同。其中，在光学部件上使用的光学玻璃和光学塑料的折射率约1.4～1.5。因此，由于甘油-乙二醇混合液的折射率是1.45，优选作为R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173使用。另外，如果满足上述条件，即使在没有例举也可以使用，该点不言自明。
这样，由于通过以R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173的折射率与光学部件的折射率大体相等的方式进行选择，减小在R用辅助起偏镜91和R用透光性流体171的界面、R用反射型偏振光板101和R用透光性流体171的界面、R用反射型液晶板111和R用透光性流体171的界面、R用辅助检偏镜121和R用透光性流体171的界面、G用辅助起偏镜92和G用透光性流体172的界面、G用反射型偏振光板102和G用透光性流体172的界面、G用反射型液晶板112和G用透光性流体172的界面、G用辅助检偏镜122和G用透光性流体172的界面、B用辅助起偏镜93和B用透光性流体173的界面、B用反射型偏振光板103和B用透光性流体173的界面、B用反射型液晶板113和B用透光性流体173的界面、B用辅助检偏镜123和B用透光性流体173的界面的折射率差，所以基本不在上述各界面上发生反射。
由于在图8中上述光学部件与折射率为1的空气接触，所以，在界面蒸镀防止反射的膜来防止在界面产生的反射，但是，由于在本发明中的在上述光学部件和R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173的界面几乎不发生反射，所以，不必蒸镀防止反射膜。因此，由于可以省略蒸镀防止反射膜的工序，所以可以谋求上述光学部件的低成本化。此外，还可以抑制在界面反射的反射光产生的对比度降低。
此外，由于R用反射型偏振光板101、G用反射型偏振光板102、B用反射型偏振光板103被分别配置在R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173中，因此，如图8所示的R用反射型偏振光板101’、G用反射型偏振光板102’、B用反射型偏振光板103’，如果作用面(断面线部分)露出，有可能因R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173产生腐蚀。因此，如在图1(b)中所描述的，以透明部件1012夹着作用面(断面线部分)1011形成三明治结构，并在内部填充光学用粘接剂(未图示)，以使作用面1011不露出，可以防止产生腐蚀。可是，在这种情况下，在经R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113反射的光中，对应于由R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113改变偏振光的像素的光，经R用反射型偏振光板101、G用反射型偏振光板102、B用反射型偏振光板103反射，入射到R用辅助检偏镜121、G用辅助检偏镜122、B用辅助检偏镜123。此时，虽然光在入射时和反射时透过R用反射型偏振光板101、G用反射型偏振光板102、B用反射型偏振光板103的玻璃部分，如图8所示，配置在空气中的情况存在有因折射率差产生象散的问题，但是，在本发明的实施方式中，由于R用反射型偏振光板101、G用反射型偏振光板102、B用反射型偏振光板103被配置在R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173中，折射率差很小，几乎不产生象散。
此外，上述R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173还具有冷却介质的功能。在R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113中，由入射光产生的热一部分被传到各自背面一侧的R用安装部件111’、G安装部件112’、B安装部件113’，并释放出去。其他大部分热被R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173吸收。在R用辅助起偏镜91、G用辅助起偏镜92、B用辅助起偏镜93或R用辅助检偏镜121、G用辅助检偏镜122、B用辅助检偏镜123中，通过将偏振光面设置在与R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173接触的一侧，可以将在偏振光面上产生的大部分热吸收到R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173。此外，在R用反射型偏振光板101、G用反射型偏振光板102、B用反射型偏振光板103中，与上述光学部件相同地产生的大部分热可以也被吸收到透光性流体171、172、173。
被吸收到R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173的热通过R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173的自然对流，分别转移到R用光学底座161、G用光学底座162、B用光学底座163内，然后传递到R用光学底座161、G用光学底座162、B用光学底座163的内壁面，而后释放到外部。因此，通过用Fe、Cu、Al、Mg等的金属及其合金、以及含有其的导热性优良的材料形成R用光学底座161、G用光学底座162、B用光学底座163，加速向外部的散热。此外，通过在R用光学底座161、G用光学底座162、B用光学底座163外壁设置散热风扇18，可以提高散热效率。由于通过利用空气的自然对流来进行散热，不使用现在必须使用的冷却用风扇，因此，不产生冷却风扇造成的噪音，可以实现低噪音冷却。此外，即使不使用散热风扇18，直接通过冷却风扇(未图示)对R用光学底座161、G用光学底座162、B用光学底座163外壁进行强制冷却，也可以提高散热效率。在这种情况下，由于使用比目前小的冷却风扇就够了，可以实现低噪音化。此外，在R用光学底座161、G用光学底座162、B用光学底座163外壁设置散热风扇18，再通过冷却风扇进行强制冷却，可以进一步提高散热效果。
此外，由于将在R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113中产生的热吸收至R用透光性流体171、G用透光性流体172、B用透光性流体173，并通过以Fe、Cu、Al、Mg等的金属及其合金、以及含有其的导热性优良的材料形成R用安装部件111’、G安装部件112’、B安装部件113’，与目前方式相比，可以抑制液晶面温度的升高，所以，可以抑制因R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113的R用安装部件111’、G安装部件112’、B安装部件113’的热膨胀造成的变焦偏离。如果通过冷却风扇对R用安装部件111’、G安装部件112’、B安装部件113’进行强制冷却，效果将更加明显。
此外，由于生成的热能量因波长带域(各种颜色)而不同，与产生的热能量成比例，通过使R用光学底座161、G用光学底座162、B用光学底座163的容积不同，可以更有效地冷却。
此外，由于R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113的寿命与运行时的液晶部分的温度成反比，因此，采用上述的结构，可以使运行时的液晶面温度比目前的低，也可以实现延长R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113的寿命。
其中，由于除投影透镜15以外的光学部件几乎与图8所示的光学单元相同，不言自明对比度性能也很好。
下面，对本发明的第二实施方式进行说明。
图4为表示本发明光学单元的第二实施方式的图示。在图4中，16为光学底座，17为透光性流体。另外，在图4中，具有与图1相同作用的部件标注以同一符号，并省略其说明。此外，由于光学部件的配置图由于与图1的第一实施方式相同，故光学性能也相同，省略其说明，对于其效果仅叙述新的效果。
在本发明的第二实施方式中，如图4所示，虽然光学部件的配置与图1的第一实施方式相同，但将在图1的第一实施方式中分别以不同材料构成的R用光学底座161、G用光学底座162、B用光学底座163和R、G、B每个部件所构成的光学底座，作成一个整体的光学底座16。因此，由光学底座16、反射型液晶板111、112、113、辅助起偏镜91、92、93、安装辅助检偏镜121、122、123或G用1/2波长板132的交叉分色棱镜14等构成的密闭空间也是一个整体，并且，在其中填充的透光性流体17也可以在R、G、B各部件间移动。
由于采用这样的结构，具有与第一实施方式相同的效果，同时还通过透光性流体17在光学底座16内的密闭空间内进行对流，可以使产生的热均匀地分散，所以，可以提高冷却效率。通过或者在光学底座16外壁设置散热风扇18，或利用冷却风扇(未图示)进行强制冷却，不言自明还可以提高冷却效率。
另外，在上述说明中，将R、G、B部件的光学底座作成一个整体结构，只形成一个密闭空间，但是并不限于此，例如，将相邻的R和G部件的光学底座作成整体结构，用R和G部件形成一个密闭空间也可以。此外，还可以使在上述说明中形成一个密闭空间的各R、G、B部件的空间的容积不同。
下面，对本发明的第三实施方式进行说明。
图5为表示本发明的光学单元的第三实施方式的图示。在图5中216为光学底座。此外，具有与图1、图2作用相同的部件使用同一符号表示，并省略其说明。
在第三实施方式中，如图5所示，将在第二实施方式中的R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113的配置平行于以各液晶面反射的反射光所入射的交叉分色棱镜14的入射面。因此，反射型偏振光板101、102、103与第1、第2的实施方式不同，使在给定方向上偏振的入射光(P偏振光)反射，并以朝向R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113的方式设定反射轴。此外，R用辅助检偏镜121、G用辅助检偏镜122、B用辅助检偏镜123的吸收轴被以与反射型偏振光板101、102、103的反射轴大体平行的方式进行设定。
由于是如上的结构，所以本实施方式中光学底座216的光的入出射口的通过口161’(R用反射型液晶板111的通过口和R用辅助起偏镜91的通过口)不相互面对，而相互垂直。通过口162’、163’也同样垂直。
在图5中，R、G、B各自的光路在到R用辅助起偏镜91、G用辅助起偏镜92、B用辅助起偏镜93之前与上述第一、第二实施方式的光学单元相同。
由于入射到R用辅助起偏镜91中的R光是与R用辅助起偏镜91的吸收轴或反射轴垂直的偏振光方向的光(在此为P偏振光)，所以，透过R用辅助起偏镜91，入射到R用反射型偏振光板101。由于使用衍射光栅的R用反射型偏振光板101的与光栅方向平行的反射轴被以与R用辅助起偏镜91的吸收轴或反射轴大体垂直(在第一、第二实施方式中为平行)的方式进行配置，因此，入射到R用反射型偏振光板101的光产生反射，光线旋转90°，入射到R用反射型液晶板111。
入射到G用辅助起偏镜92中的G光与R光相同，与G用辅助起偏镜92的吸收轴或反射轴垂直的偏振光方向的光(在此为P偏振光)透过G用辅助起偏镜92，入射到G用反射型偏振光板102。由于使用衍射光栅的G用反射型偏振光板102的与光栅方向平行的反射轴被以与G用辅助起偏镜92的吸收轴或反射轴大体垂直的方式进行配置，所以，入射到G用反射型偏振光板102的光产生反射，光线旋转90°，入射到G用反射型液晶板112。
入射到B用辅助起偏镜93中的B光与R、G光相同，与B用辅助起偏镜93的吸收轴或反射轴垂直的偏振光方向的光(在此为P偏振光)透过B用辅助起偏镜93，入射到B用反射型偏振光板103。由于使用衍射光栅的B用反射型偏振光板103的与光栅方向平行的反射轴被以与B用辅助起偏镜93的吸收轴或反射轴大体垂直的方式进行配置，因此，入射到B用反射型偏振光板103的光产生反射，光线旋转90°，入射到B用反射型液晶板113。
入射到R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113的光，在分别被由显示R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113的白色图象的像素反射时，偏振光被转90°成为S偏振光，并入射到R用反射型偏振光板101、G用反射型偏振光板102、B用反射型偏振光板103。此时，由于入射的光是S偏振光且与反射轴垂直，所以透过R用反射型偏振光板101、G用反射型偏振光板102、B用反射型偏振光板103，分别入射到R用辅助检偏镜121、G用用辅助检偏镜122、B用用辅助检偏镜123。由于R用辅助检偏镜121、G用用辅助检偏镜122、B用辅助检偏镜123的吸收轴以与R用反射型偏振光板101、G用反射型偏振光板102、B用反射型偏振光板103的反射轴大体平行的方式进行配置，所以，透过R用反射型偏振光板101、G用反射型偏振光板102、B用反射型偏振光板103的光透过R用辅助检偏镜121、G用用辅助检偏镜122、B用辅助检偏镜123，R、B光维持为S偏振光，G光通过G用1/2波长板132，变成P偏振光，R、G、B光同时入射到交叉分色棱镜14。利用交叉分色棱镜14将R、G、B光合成白色，并用投影透镜15放大投影到屏幕(未图示)。
此外，在经R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113反射的光中，对应于以R用反射型液晶板111、G用反射型液晶板112、B用反射型液晶板113改变偏振光的像素的光透过R用反射型偏振光板101、G用反射型偏振光板102、B用反射型偏振光板103，入射到R用辅助检偏镜121、G用用辅助检偏镜122、B用辅助检偏镜123。此时，光在入射时和出射时透过R用反射型偏振光板101、G用反射型偏振光板102、B用反射型偏振光板103，但如上所述，在本发明的实施方式中，由于R用反射型偏振光板101、G用反射型偏振光板102、B用反射型偏振光板103被配置在透光性流体17中，因此，折射率差很小，几乎不产生象散。
由于通过采用如上结构，可以将R用反射型液晶板111和B用反射型液晶板113配置在偏离投影透镜15的位置，因此，产生增加安装部件111’、113’的结构或增加调整机构(未图示)的结构的自由度的效果。此外，由于图象光透过反射型偏振光101、102、103，入射到辅助检偏镜121、122、123，因此，与如第1和第二实施方式的图象光经反射型偏振光101、102、103反射后入射到辅助检偏镜121、122、123中的情况相比，可以减少因热造成反射型偏振光101、102、103的配置角度变化或减少由变形所引起的产生的变焦偏离。
其中，在图5所示的第三实施方式中，虽然一一体结构的光学底座216形成密闭空间，但是，像图1所示的第一实施方式所说明的，也可以与R用光学底座、G用光学底座、B用光学底座构成其他的结构。此外，在图5所示的第三实施方式中，虽然关于G光，R、B光也一样，采用的结构为经G用反射型液晶板112反射的光透过G用反射型偏振光板102，但是，也可以采用仅G光如第一、第二实施方式一样，采用经G用反射型液晶板112反射的光由G用反射型偏振光板102产生反射的结构。此外，在图5所示的第三实施方式中，虽然也可以经反射型偏振光101、102、103反射P偏振光并形成透过S偏振光的方向的结构，但是，也可以形成如第1和第二实施方式一样，使P偏振光反射且使S偏振光透过的方向的结构。在这种情况下，从棒状透镜射出的偏振光相对反射型偏振光101、102、103是S偏振光，辅助起偏镜91、92、93成为透过S偏振光的吸收轴或反射轴的方向，辅助检偏镜121、122、123成为透过P偏振光的吸收轴的方向，在R用辅助起偏镜和交叉分色棱镜14之间插入R用1/2波长板，并在B用辅助起偏镜和交叉分色棱镜14之间插入B用1/2波长板，而后去掉G用1/2波长板。
另外，在上述中说明中，说明有在反射型偏振光板的入射一侧设置辅助起偏镜，在出射一侧设置辅助检偏镜，但是，在反射型偏振光板的透过和反射特性足够且可以确保对比度的情况下，不说自明去掉辅助起偏镜和辅助检偏镜也可以。在这种情况下，在光学底座上配置辅助起偏镜的部位也可以换成配置透光窗。由于辅助起偏镜安装在交叉分色棱镜上，故可以简单地去掉。
图6为安装上述说明的本发明实施方式的光学单元的投影装置的示意图。在图6中，具有与图1、图4、图5相同功能的部分用同一符号表示。
在图6中，投影装置310由如上述说明的本发明的实施方式的光学单元300和以在液晶板上形成光学图象的方式进行显示驱动的显示驱动电路301构成。下面，说明投影装置310的功能。
在图6中，来自光源1的光用未图示的偏振光变换元件(例如图1的棒状透镜3)备调整成给定的偏振光，并被未图示的颜色分离装置(例如图1的反射分色镜6、7)离成R、G、B光，照射到反射型液晶板111(112、113)上。在反射型液晶板111(112、113)中，根据来自显示驱动电路301的图象信号，在每种颜色上改变上述给定偏振光的偏振光方向，并进行改变各色光浓淡的光强度调制，从而形成光学图象。各色光的此光学图象被未图示的颜色合成装置(例如图1的交叉分色棱镜14)合成，并被通过投影透镜15放大投影。
图7为将上述投影装置用于投影型图象显示装置中的一个实施方式的背投图象显示装置，是从侧面看的简要截面图。在图7中，来自投影装置310的投影图象光被背面反射镜311改变光路成为屏幕312方向，从屏幕312的背面投影。另外，313为背面投影型图象显示装置的框架。
如上所述，在本发明中，采用在密闭的光学底座内设置反射型液晶板的面板一侧、反射型偏振光板、辅助检偏镜、辅助起偏镜、交叉分色棱镜的结构。由于通过将上述光学部件配置在密闭的空间中，可以防止来自外部的灰尘侵入，因此，在光学部件表面不附着灰尘。
此外，采用在密闭的内部填充折射率1.2以上、1.9以下的透光性流体17的结构。这样，由于从反射型液晶板、经反射型偏振光板到辅助检偏镜的光路位于上述透光性流体中，所以，此光路的光学长度＝(图8的空气情况下的光学长度)/(透光性流体的折射率)，光学长度变小。因此，由于相对于图8的空气的情况，背焦变小，所以可以使投影透镜小型化。
此外，由于透光性流体也具有冷却介质的功能，因此可以抑制反射型液晶板的温度升高，所以，可以抑制因安装部件的热膨胀造成的变焦偏离。
根据本发明，可以实现投影型图象显示装置的小型轻量化。
权利要求
1.一种光学单元，其特征在于，所述光学单元将来自光源的光通过颜色分离装置分离成多个颜色的光，并使其分别入射到对应的反射型图象显示元件中，并且使用与每种颜色的光相对应的所述反射型图象显示元件所具有的偏振光特性，根据图象信号的形成光学像，并通过使用颜色合成装置将与每种光相对应的所述光学像进行合成，然后用投影透镜放大投影，在从所述颜色分离装置到所述反射型图象显示元件的光路上，配置作为与所述反射型图象显示元件相对应的起偏镜和检偏镜的、通过衍射起到偏振光板的作用的反射型偏振光板，具有光学底座，所述光学底座保持所述反射型偏振光板和所述反射型图象显示元件，在所述反射型偏振光板的入射光一侧具有透光窗，并且通过所述颜色合成装置的入射面密封所述反射型偏振光板的出射光一侧，由所述光学底座、所述反射型图象显示元件和所述颜色合成装置的入射面形成密闭空间，并在所述密闭空间内配置折射率为1.2至1.9的透光性流体。
2.一种光学单元，其特征在于，所述光学单元将来自光源的光通过颜色分离装置分离成多个颜色的光，从而使其分别入射到对应的反射型图象显示元件中，并使用与每种颜色的光相对应的所述反射型图象显示元件所具有的偏振光特性，根据图象信号的形成光学像，并且通过使用颜色合成装置将与每种光相对应的所述光学像进行合成，然后用投影透镜放大投影，在从所述颜色分离装置到所述反射型图象显示元件的光路上，配置作为与所述反射型图象显示元件相对应的起偏镜和检偏镜的、通过衍射起到偏振光板的作用的反射型偏振光板，具有光学底座，所述光学底座保持所述反射型偏振光板，在所述反射型偏振光板的入射光一侧和出射光一侧具有透光窗，并且通过所述颜色合成装置的入射面密封所述反射型偏振光板的出射光一侧，以所述光学底座和所述颜色合成装置的入射面形成密闭空间，并在所述密闭空间内配置折射率为1.2至1.9的透光性流体。
3.如权利要求2所述的光学单元，其特征在于，在所述光学底座的所述入射光一侧的透光窗配置辅助起偏镜，并在所述光学底座的所述入出射一侧的透光窗上配置所述反射型图象显示元件。
4.如权利要求1所述的光学单元，其特征在于，配置辅助起偏镜，代替所述光学底座的所述入射光一侧的透光窗。
5.如权利要求2所述的光学单元，其特征在于，配置辅助起偏镜，代替所述光学底座的所述入射光一侧的透光窗。
6.一种投影型图象显示装置，其特征在于，具有如权利要求1所述的光学单元和驱动所述反射型图象显示元件的驱动电路。
7.一种投影型图象显示装置，其特征在于，具有如权利要求2所述的光学单元和驱动所述反射型图象显示元件的驱动电路。
8.一种投影型图象显示装置，其特征在于，具有如权利要求3所述的光学单元和驱动所述反射型图象显示元件的驱动电路。
全文摘要
本发明提供一种光学单元，该元件将来自光源的光通过颜色分离装置分离成多个颜色的光，并使其分别入射到对应的反射型图象显示元件中，并且使用与每种颜色的光相对应的所述反射型图象显示元件所具有的偏振光特性，根据图象信号的形成光学像，并通过使用颜色合成装置将与每种光相对应的所述光学像进行合成，然后用投影透镜放大投影，在从所述颜色分离装置到所述反射型图象显示元件的光路上，配置作为与所述反射型图象显示元件相对应的起偏镜和检偏镜的、通过衍射起到偏振光板的作用的反射型偏振光板，具有光学底座，所述光学底座保持所述反射型偏振光板和所述反射型图象显示元件，在所述反射型偏振光板的入射光一侧具有透光窗，并且通过所述颜色合成装置的入射面密封所述反射型偏振光板的出射光一侧，由所述光学底座、所述反射型图象显示元件和所述颜色合成装置的入射面形成密闭空间，并在所述密闭空间内配置折射率为1.2至1.9的透光性流体。
文档编号G02B27/28GK1701268SQ20048000072
公开日2005年11月23日 申请日期2004年3月26日 优先权日2003年3月27日
发明者平田浩二, 中岛努, 谷津雅彦, 益冈信夫 申请人:株式会社日立制作所