JP2004093631A - 投写型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自由曲面ミラーを用いた投写型画像表示装置において、自由曲面ミラーの光路内を通った装置本体の熱風が最終投射ミラーの前面より排気されることにより、投影映像の揺らぎを防止する。
【解決手段】投射レンズ鏡筒の最終反射鏡と投影面以外の２つの反射鏡の間に送風装置を設け、鏡筒内の空気を強制的に排出する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、装置本体内に発生した熱風を強制的に排出する異が可能な投写型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の投射型画像表示装置においては、装置本体内にある発熱源、例えば、ランプ、電気回路を冷却する目的で設けられた送風装置を有している。また、ランプからの光束を反射するミラー、３色分解するためのダイクロイックミラー、偏光板、位相板などの照明光学系と変調素子に蓄熱された熱を冷却する目的で設けられた送風装置などを有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の投射型画像表示装置における投射レンズは、屈折光学系を用いることが主流となっている。屈折光学系においては、装置本体と投影面がレンズ本体でふさがれている構成となっており、装置本体内で発生した熱によって暖められた機体内の空気は、レンズ鏡筒とレンズによって遮断され投影面方向にはレンズ部から流出することはない。
【０００４】
本発明の構成である反射鏡を用いた反射光学系による光学構成においては、３色合成プリズムから射出した投射光束の光路が複数の反射鏡を反射し投影面に到達するまでの間、屈折光学系のように空気とレンズの間を繰り返し入射出することが無いためにレンズが壁面の代わりとなり空気を遮断するということが無いため、暖められた空気は反射鏡によって構成された鏡筒内を通過し、最終反射鏡より排出されてしまうということが起きてしまう。
【０００５】
これにより暖められた本体の内の空気が反射光学系の前面より排出された場合、排気熱と外気の間に温度差がある場合には、暖かい空気と冷たい空気とでは屈折率が異なるために、投影された画像に揺らぎが発生してしまい見苦しいものとなってしまう。
【０００６】
また、排気手段を最終反射面と投影面の間に配置した場合や、最終反射面とその直前の反射面の間に配置した場合には、排気手段から排出された温まった空気が投影面側へ流れ込む可能性が有り、流れ込んだ場合には上記同様投影された映像が揺らぎ見苦しいものになってしまうことがある。
【０００７】
本発明では、上記の問題点を解決するためにレンズ鏡筒内に送風装置を設け、映像が正常に投影される構成となる投射装置および、それを有する光学機器の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１の発明は、投射レンズ鏡筒の最終反射鏡と投影面以外の２つの反射鏡の間に送風装置を設け、鏡筒内の空気を強制的に排出することを特徴としている。
【０００９】
本願請求項２の発明は、請求項１の発明において、最終反射鏡近傍に設けた開口部から流入してくる外気と機体内で暖められた空気を混合して排出することを特徴としている。
【００１０】
本願請求項３の発明は、請求項１と請求項２の発明において、送風装置によって排出される空気が投影面と反対の面方向に排出されることを特徴としている。
【００１１】
本願請求項４の発明は、請求項１と請求項２の発明において、空気の排出方向が投影面方向の場合、送風装置に風向板を設け、投影面の方向以外へ機体内の空気を排出することを特徴としている。
【００１２】
本願請求項５の発明は、請求項１と請求項２の発明において、空気の排出方向が投影面方向の場合、送風装置に風向板を設け、レンズ鏡筒の最終投射開口部以外の方向へ機体内の空気を排出することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下に、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態の構成を示す斜視図であり、図３は投射装置の概略を説明する平面図である。
【００１４】
図３を用いて、一般的な液晶プロジェクターの内部に構成されている照明光学系、合成光学系及び投射光学系を説明する。
【００１５】
ランプバーナー１はランプハウジング２の内部に挿入され、不図示の電気回路によって点灯する。ランプハウジング２の曲面は、ランプハウジング２前面からの光線が略平行光束になるように設定されている。
【００１６】
ランプから射出された白色光は、第１フライアイレンズ３を透過し、第１反射鏡５によって反射し第２フライアイレンズ４を透過する。第２フライアイレンズ４までを透過してきた光線は、ランプハウジング２から照射された光線を積分し、光路内の光束が均等になるように設計されている。
【００１７】
積分された光束は、ＰＳ変換素子６を透過する際に偏光が行われ偏光の向きを一定方向に統一され、コンデンサーレンズ７に到達する。ダイクロイックミラー８には、分光透過膜がコーティングされ、ブルー系の光線が反射し、それ以外の光線が透過し分光される。
【００１８】
分割されたブルー系の光は凹レンズ９を透過し第２反射鏡１１に反射し、コンデンサーレンズ１８、コンデンサーレンズ１８に接着された偏光板２３を透過し、青表示用の透過型液晶表示装置２６に到達する。
【００１９】
一方、ダイクロイックミラー８を透過した光線は、凹レンズ１０を透過し、第２のダイクロイックミラー１２に到達する。第２のダイクロイックミラー１２は、グリーン系の光を反射し、それ以外の光線を透過する性質の反射膜をコーティングしてあり、到達した光線を分光する。
【００２０】
分光されたグリーン系の光線はコンデンサーレンズ１９と、コンデンサーレンズ１９に接着された偏光板２０を透過し、緑表示用の透過型液晶表示装置２５に到達する。
【００２１】
一方、ダイクロイックミラー１２を透過した光線は、赤透過フィルター１４によって、レッド以外の光線をカットされ、レッド系の光線のみが、自由曲面にて構成された反射鏡３３、凹面鏡２２、自由曲面にて構成された反射鏡３４によって反射を繰り返し、フィルター２１に到達する。自由曲面にて構成された反射鏡３３、凹面鏡２２、自由曲面にて構成された反射鏡３４の３面のミラーは、リレー光学系として構成されている。
【００２２】
フィルター２１を透過した光線は、赤表示用の透過型液晶表示装置２４に到達する。
【００２３】
青・緑・赤に分光された光線は、各々の液晶表示装置に表示された画像を液晶表示装置の透過・不透過によって映像として表示させる。各々の透過型液晶表示装置（２４・２５・２６）には液晶プロジェクター内部の回路（不図示）が接続され、映像出力装置（不図示）からの信号を処理し、液晶プロジェクター内部の回路（不図示）によって処理された信号によって映像を表示する。
【００２４】
液晶表示装置を透過した光線は、合成光学系３２によって、青・緑・赤に分光された光線が合成され、投射レンズ３１に導かれる。合成光学系３２の構成には、次のようなタイプのものがあり、一般的に用いられているクロスダイクロプリズムや、４つのピースで構成され各面にダイクロイック膜を形成した三角プリズム、または３つのピースによって構成され各面にダイクロイック膜を形成した三角プリズムであり、いずれも青・緑・赤に分光された光線を合成する構造となっている。
【００２５】
次に図１を用いて本実施形態の構成を説明する。投射光学系３１は、複数の自由曲面によって所定の間隔に設定され、不図示のレンズ鏡筒によって保持され各反射鏡の間は空間であるように構成されている。投射光学系３１の内部には、焦点調節を行うためのレンズ鏡筒（不図示）に保持された反射鏡３１ａ・３１ｂとレンズ性能（倍率や収差補正）保持のための反射鏡３１ｃから３１ｆから成り立っている。
【００２６】
本図では、反射鏡の構成を示すためにレンズ鏡筒本体を不図示としているが、レンズ鏡筒本体は、各反射鏡を左右方向から挟み込むような形で構成され、反射鏡間が空洞の煙突のような構成となっている。
【００２７】
液晶表示装置２４から２６に表示された映像は合成光学系３２を通過し、３色合成され合成光学系３２の射出面から射出され、投射光学系３１の第１反射鏡３１ｆに到達する。到達した光束は、反射し第２反射鏡３１ｅに到達する。第２反射鏡３１ｅに到達した光束は反射し、第３反射鏡３１ｄに到達する。
【００２８】
第３反射鏡３１ｄに到達した光束は反射し、第４反射鏡３１ｃに到達する。第４反射鏡３１ｃに到達した光束は反射し、第５反射鏡３１ｂに到達する。第５反射鏡３１ｂに到達した光束は第６反射鏡３１ａに到達し、第６反射鏡３１ａに到達した光束は反射し、投影面に到達する。
【００２９】
第６反射鏡３１ａを反射した光束は、投影面に到達するが、その時、レンズ鏡筒本体（不図示）には、光束を遮るものはなく開口している構成となっている。
【００３０】
第５反射鏡３１ｂと第６反射鏡３１ａは、移動鏡筒（不図示）にて構成されており、第１反射鏡３１ｆから第４反射鏡３１ｃまではレンズ鏡筒に構成されている。移動鏡筒は、送りネジやカムなどで移動可能なように構成され、第５反射鏡３１ｂと第４反射鏡３１ｃとの面間隔を変更することで投射距離によるピントの変化を補正する構成となっている。
【００３１】
図３で示している投射装置本体では、ランプバーナー１で発生した光と熱がランプハウジング２を介して投射装置本体内に蓄熱していく、熱を逃すためにランプハウジング２後部には空冷ファンが設けられ吸気もしくは排気を行い冷却している。また、液晶表示装置２４・２５・２６と入射側偏光板２３・２０・２１と出射側偏光板２９・２８・２７は、光束が通過するときに光を熱に変換してしまい各々に蓄熱してしまう。液晶表示装置２４・２５・２６と入射側偏光板２３・２０・２１と出射側偏光板２９・２８・２７は温度が上がることにより性能が劣化するという性質を持つため冷却を欠かすことは不可能で、冷却ファンにより冷却を行っている。
【００３２】
このように、投射装置本体の内部は、発熱によって温度が高くなっており、空冷ファンによる強制的な空気の移動と自然対流によって空気の移動が起きている。
【００３３】
合成光学系３２近傍は、暖まった各素子（液晶表示装置２４・２５・２６と入射側偏光板２３・２０・２１と出射側偏光板２９・２８・２７）を冷却するファンからの風が渦巻き、吸入された空気の行き場としてレンズ鏡筒内部に流れ込んでくる。暖められた空気は、温度の高いほうから低いほうに流れることと、暖まった空気は軽くなるので上方へ向かう性質があり、流れ込んだ空気は、暖まっているためにレンズ鏡筒上部へ向かって対流していく。
【００３４】
レンズ鏡筒には軸流ファン３５が設置されており、レンズ鏡筒内の空気を排出する方向にファンが回転するように取付けられている。暖められた空気は第１反射鏡３１ｆから第２反射鏡３１ｅを通っていく。
【００３５】
ここで、仮に軸流ファン３５が設けられていない場合には、暖められた空気は第３反射鏡３１ｄから各反射鏡との空間を通過して第６反射鏡３１ａ近傍の光束通過の開口部へ到達し排出される。排出された空気と外気には温度差があり、第６反射鏡３１ａと投影面（スクリーン）の光束内の空気に温度差が生じると空気の温度差によって光束の屈折が変化し、スクリーン上の映像が揺らいで見えてしまうという問題が生じてくる。
【００３６】
本実施形態では、第２反射鏡３１ｅと第３反射鏡３１ｄとの間に空気を誘導する開口部３６を設け、その先に排気用の軸流ファン３５を設けたことにより、機体で暖められた空気は、第２反射鏡３１ｅ付近を通過した後に軸流ファン３５によって引き出されレンズ本体外に排出される。
【００３７】
また、レンズ鏡筒内部は、軸流ファン３５によって空気が排出されるために、外部より気圧が低くなる。これにより第６反射鏡３１ａ近傍に設けられている光束通過の開口部からは外気がレンズ鏡筒内に吸い込まれてくる。吸い込まれた外気は、第６反射鏡３１ａから第３反射鏡３１ｄを通過し、第２反射鏡３１ｅと第３反射鏡３１ｄとの間に設けられた空気を誘導する開口部を通り、軸流ファン３５によってレンズ鏡筒外に排出される。
【００３８】
軸流ファン３５の空気を排出する方向は、投影装置の後方を向いており、暖まった空気が投影面側へ流れ込むことが無い様に構成されている。軸流ファン３５には、風向板３７が設置されている。風向板３７は、複数の板状から形成されており、板の向きが軸流ファン３５の回転軸の向きと角度を持った向きにて構成されている。
【００３９】
風向板３７の板の角度は、回転軸に対して３０度から５０度程度傾いている。傾きが少ない場合には、反射鏡からの洩れ光が軸流ファン３５を通過し、レンズ鏡筒から洩れ光がでてしまうという問題点が発生する。また角度がきつく構成されている場合には、軸流ファン３５から排出される空気の流れの妨げとなり効率よく空気の流れを作ることができなくなるという問題が懸念される。
【００４０】
風向板３７が軸流ファン３５からの風向きを変えることにより、暖められた空気はレンズ鏡筒から投射される光束の方向に流れ込むことが無い様に構成されている。
【００４１】
本実施形態では軸流ファンを用いて説明しているが、シロッコファンやクロスフローファンを用いても同様の結果となる。
【００４２】
（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態の投影型画像表示装置は、第１実施形態と同様の構成とするので省略する。
【００４３】
本実施形態のレンズ鏡筒について、図２を用いて構成を説明する。
【００４４】
投射光学系１３１は、複数の自由曲面によって所定の間隔に設定され、不図示のレンズ鏡筒によって保持され各反射鏡の間は空間であるように構成されている。投射光学系１３１の内部には、焦点調節を行うためのレンズ鏡筒（不図示）に保持された反射鏡１３１ａ・１３１ｂとレンズ性能（倍率や収差補正）保持のための反射鏡１３１ｃから１３１ｆから成り立っている。
【００４５】
本図では、反射鏡の構成を示すためにレンズ鏡筒本体を不図示としているが、レンズ鏡筒本体は、各反射鏡を左右方向から挟み込むような形で構成され、反射鏡間が空洞の煙突のような構成となっている。
【００４６】
液晶表示装置１２４から１２６に表示された映像は合成光学系１３２を通過し、３色合成され合成光学系１３２の射出面から射出され、投射光学系１３１の第１反射鏡１３１ｆに到達する。到達した光束は、反射し第２反射鏡１３１ｅに到達する。第２反射鏡１３１ｅに到達した光束は反射し、第３反射鏡１３１ｄに到達する。
【００４７】
第３反射鏡１３１ｄに到達した光束は反射し、第４反射鏡１３１ｃに到達する。第４反射鏡１３１ｃに到達した光束は反射し、第５反射鏡１３１ｂに到達する。第５反射鏡１３１ｂに到達した光束は第６反射鏡１３１ａに到達し、第６反射鏡１３１ａに到達した光束は反射し、投影面に到達する。
【００４８】
第６反射鏡１３１ａを反射した光束は、投影面に到達するが、その時、レンズ鏡筒本体（不図示）には、光束を遮るものはなく開口している構成となっている。
【００４９】
第５反射鏡１３１ｂと第６反射鏡１３１ａは、移動鏡筒（不図示）にて構成されており、第１反射鏡１３１ｆから第４反射鏡１３１ｃまではレンズ鏡筒に構成されている。移動鏡筒は、送りネジやカムなどで移動可能なように構成され、第５反射鏡１３１ｂと第４反射鏡１３１ｃとの面間隔を変更することで投射距離によるピントの変化を補正する構成となっている。
【００５０】
図３で示している投射装置本体では、ランプバーナー１で発生した光と熱がランプハウジング２を介して投射装置本体内に蓄熱していく、熱を逃すためにランプハウジング２後部には空冷ファンが設けられ吸気もしくは排気を行い冷却している。また液晶表示装置２４・２５・２６と入射側偏光板２３・２０・２１と出射側偏光板２９・２８・２７は、光束が通過するときに光を熱に変換してしまい各々に蓄熱してしまう。
【００５１】
液晶表示装置２４・２５・２６と入射側偏光板２３・２０・２１と出射側偏光板２９・２８・２７は温度が上がることにより性能が劣化するという性質を持つため冷却を欠かすことは不可欠で、冷却ファンにより冷却を行っている。
【００５２】
このように、投射装置本体の内部は、発熱によって温度が高くなっており、空冷ファンによる強制的な空気の移動と自然対流によって空気の移動が起きている。
【００５３】
合成光学系３２近傍は、暖まった各素子（液晶表示装置２４・２５・２６と入射側偏光板２３・２０・２１と出射側偏光板２９・２８・２７）を冷却するファンからの風が渦巻き、吸入された空気の行き場としてレンズ鏡筒内部に流れ込んでくる。暖められた空気は、温度の高いほうから低いほうに流れることと、暖まった空気は軽くなるので上方へ向かう性質があり、流れ込んだ空気は、暖まっているためにレンズ鏡筒上部へ向かって対流していく。
【００５４】
レンズ鏡筒には軸流ファン１３５が設置されており、レンズ鏡筒内の空気を排出する方向にファンが回転するように取付けられている。
【００５５】
これにより、暖められた空気は第１反射鏡１３１ｆから第３反射鏡１３１ｄを通っていく。
【００５６】
ここで、仮に軸流ファン１３５が設けられていない場合には、暖められた空気は第３反射鏡１３１ｃから各反射鏡との空間を通過して第６反射鏡３１ａ近傍の光束通過の開口部へ到達し排出される。排出された空気と外気には温度差があり、第６反射鏡１３１ａと投影面（スクリーン）の光束内の空気に温度差が生じると空気の温度差によって光束の屈折が変化し、スクリーン上の映像が揺らいで見えてしまうという問題が生じてくる。
【００５７】
本実施形態では、第３反射鏡１３１ｅと第５反射鏡１３１ｂとの間に空気を誘導する開口部を設け、その先に排気用の軸流ファン１３５を設けたことにより、機体で暖められた空気は、第４反射鏡１３１ｄ付近を通過した後に軸流ファン１３５によって引き出されレンズ本体外に排出される。
【００５８】
また、レンズ鏡筒内部は、軸流ファン１３５によって空気が排出されるために、外部より気圧が低くなる。これにより第６反射鏡１３１ａ近傍に設けられている光束通過の開口部からは外気がレンズ鏡筒内に吸い込まれてくる。吸い込まれた外気は、第６反射鏡１３１ａから第５反射鏡１３１ｂを通過し、第３反射鏡１３１ｅと第５反射鏡１３１ｂとの間に設けられた空気を誘導する開口部を通り、軸流ファン１３５によってレンズ鏡筒外に排出される。
【００５９】
軸流ファン１３５の空気を排出する方向は、投影装置の前方を向いており、暖まった空気が投影面側へ排出されるが、軸流ファン１３５には、風向板１３６が設置されている。風向板１３６は、複数の板状から形成されており、板の向きが軸流ファン１３５の回転軸の向きと角度を持った向きにて構成されている。
【００６０】
風向板１３６の板の角度は、回転軸に対して３０度から５０度程度傾いている。傾きが少ない場合には、反射鏡からの洩れ光が軸流ファン１３５を通過し、投影面に余計な光りとして投影されてしまうという問題点が発生する。また角度がきつく構成されている場合には、軸流ファン１３５から排出される空気の流れの妨げとなり効率よく空気の流れを作ることができなくなるという問題が懸念される。
【００６１】
風向板１３６が軸流ファン１３５からの風向きを変えることにより、暖められた空気はレンズ鏡筒から投射される光束の方向に流れ込むことが無い様に構成されている。
【００６２】
本実施形態では軸流ファンを用いて説明しているが、シロッコファンやクロスフローファンを用いても同様の結果となる。シロッコファンを用いた場合には、風量が軸流ファンに比べて少なくなるが、吸い込み方向と排出方向を変更することができるので排出方向の制約を考慮した構成を取ることが可能となる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば複数の自由曲面にて構成されたレンズ鏡筒に送風装置を設けることにより、投射装置から排出される熱で空気が暖まり、冷えた空気と暖まった空気による光の屈折の違いで投影されている映像が揺らいでしまうことを防止できる投射装置を構成することができる。
【００６４】
また、暖まった空気の排出方向を強制的に変更する風向板を設けることで、冷えた空気と暖まった空気による光の屈折の違いで投影されている映像が揺らいでしまうことを防止できる投射装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における投写装置の部分斜視図。
【図２】本発明の第２実施形態における投写装置の部分斜視図。
【図３】投写装置の概略断面図。
【符号の説明】
１：バーナー
２：ランプハウジング
３：第１フライアイレンズ
４：第２フライアイレンズ
５：反射鏡
６：ＰＳ変換素子
７：コンデンサーレンズ
８：ダイクロイックミラー
９：凹レンズ
１０：凹レンズ
１１：反射鏡
１２：ダイクロイックミラー
１４：赤透過フィルター
１８：コンデンサーレンズ
１９：コンデンサーレンズ
２０：偏光板
２１：フィルター
２３：偏光板
２４・２５・２６：液晶表示素子
２７・２８・２９：偏光板
３０：凹面鏡
３１：反射鏡（第１から第６）
３３・３４自由曲面鏡
３５：軸流ファン
１３５：軸流ファン
１３６：風向板

Claims (5)

1. 光源を複数色の光束に分離する分離光学手段と、これらの分離された各光束を変調する液晶表示素子と、この液晶表示素子によって変調された前記各光束を合成する合成手段と、この合成手段によって合成された映像光を投影する投射レンズを有する投写型画像表示装置であって、
   前記投射レンズが複数の自由曲面からなる反射投射光学系の構成において、最終反射鏡と投射面以外の二つの反射鏡の間に送風装置を設け、反射鏡にて構成された装置本体内の空気を強制的に排出することを特徴とする投写型画像表示装置。
2. 前記送風装置は、装置本体内で発生した熱と、送風装置によって吸い出されることにより投射鏡筒内部の圧力が低くなることで投射面に最も近い反射鏡付近に設けられた開口部から流入してくる外気とを混合して排出することを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
3. 前記送風装置は、投射面と反対の向きに空気を排出することを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型画像表示装置。
4. 前記送風装置による空気の排出方向が投射面の向きとなっており、
   前記送風装置に風向板が設けられ、前記風向板の風向き方向が、投影面方向以外の向きに構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型画像表示装置。
5. 前記送風装置による空気の排出方向が投射面の向きとなっており、
   前記送風装置に風向板が設けられており、前記風向板の風向き方向が、投影レンズ鏡筒の投射開口部方向以外の向きに構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型画像表示装置。

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