JP2004093655A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

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JP2004093655A JP2002251326A JP2002251326A JP2004093655A JP 2004093655 A JP2004093655 A JP 2004093655A JP 2002251326 A JP2002251326 A JP 2002251326A JP 2002251326 A JP2002251326 A JP 2002251326A JP 2004093655 A JP2004093655 A JP 2004093655A
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渡邊 孝司
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Abstract

【課題】自由曲面ミラーを用いた投射型表示装置において、自由曲面ミラーに投射される光束によって自由曲面ミラーが暖められ熱膨張によって反射面が歪んでしまうのを防止する。
【解決手段】光源を複数色の光束に分離する分離光学手段と、こ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とを有する投射型画像表示装置であって、前記投射レンズは複数の自由曲面からなって反射投射光学系を構成しており、前記合成手段から射出された光束が第1回目に反射する第1面に送風装置によって風をあてることを特徴とした投射型画像表示装置。
【選択図】図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は投射型画像表示装置などに設けられているレンズ鏡筒および反射鏡で構成された鏡筒、それを有する光学機器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、投射型画像表示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送風装置や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送風装置が設けられていた。
【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いての投射レンズは屈折光学系を用いることが主流になっており、この屈折光学系においては、投射型画像表示装置本体と投影面がレンズ本体でふさがれた構成になっている。そのため、投射型画像表示装置内で発生した熱により暖められた機体内の空気は、レンズによって遮断され、レンズ部から投影面方向に流出することはない。
【0004】
その一方で、反射鏡を用いた反射光学系による投射型画像表示装置は、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ない。そのため、空気はレンズにより遮断するということなく、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る。
【0005】
また、反射鏡の反射率は良いものでも98%程度、普通で95%程度であるため、合成光学系から射出された光と熱エネルギーの一部が、反射面に蓄熱されるという問題がある。
【0006】
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、この送風装置からの風を効率よく反射面にあてることにより、反射鏡の蓄熱による熱膨張を抑えて自由曲面の反射面の歪みを防止するとともに、映像が正常に投影される構成となる投射型画像表示装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の投射型画像表示装置は、投射レンズ鏡筒に送風装置を設け鏡筒内の空気を強制的に導入することを特徴としている。
【0008】
また、送風装置からの風が導風路を通り、反射鏡に直接当てるようにしてもよい。
【0009】
また、送風装置から送られる空気を第1反射面と第2反射面との間に設けた導風板で導き、第1反射面と第2反射面に空気をあてるようにしてもよい。
【0010】
上記投射型画像表示装置において鏡筒上面部に排気穴を設けるようにしてもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態の構成を示す斜視図であり、図2は投射型画像表示装置を概略説明する平面図である。
【0012】
図2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。
【0013】
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。
【0014】
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を透過した光線は、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。
【0015】
積分された光束は、PS変換素子6を透過する際に一定方向を向くように偏光され、コンデンサーレンズ7に到達する。
【0016】
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。
【0017】
分光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で反射され、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。
【0018】
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。
【0019】
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、レッド以外の光線がカットされ、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、それぞれ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。
【0024】
それぞれ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。
【0025】
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。
【0026】
次に図1を用いて本発明の構成を説明する。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により成り立っている。
【0027】
同図では、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。
【0028】
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。
【0029】
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。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。
【0030】
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。
【0031】
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。図3で示している投射型画像表示装置本体では、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を介して投射型画像表示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。
【0032】
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熱が蓄積される。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。
【0033】
このように、投射型画像表示装置本体の内部は、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。
【0034】
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。
【0035】
ここで暖められた空気は、温度の高いほうから低いほうに流れるとともに上方へ向かう性質がある。このため、レンズ鏡筒内部に流れ込む暖かい空気は、レンズ鏡筒上部へ向かって対流する。暖められた空気は第1反射鏡31fから第2反射鏡31eを通り、第3反射鏡31dのあたりに溜まってしまう。
【0036】
このような理由から、反射鏡は暖められ常温よりも高い温度になる。
【0037】
また、合成光学系から射出された光束は、第1反射面で反射するが、第1反射面の反射率が96%程度であると反射面で全てを反射せずに、反射鏡内に蓄熱される。特に第1反射面と第2反射面では、反射による減衰が起きないため、蓄積する光と熱のエネルギー量が大きい。このように光が当たる事でも反射鏡は温度上昇が起きてしまう。
【0038】
このように暖められた反射鏡は、熱膨張を起こし、反射面が歪んでしまうという減少が起き、投影性能の劣化が起こってしまう。
【0039】
なお、複数回反射された光線は、光と熱のエネルギー量が減少しているため、反射する反射面に生じる温度上昇が少ない。
【0040】
本実施形態では、レンズ鏡筒に軸流ファン35が設置されており、これによりレンズ鏡筒内に空気が吸気されるようになっている。軸流ファン35と第1反射鏡31fとの間には、軸流ファン35からの風を反射面に直接吹き付けるためのダクト37が設けてあり、ダクト37は軸流ファン35の取付け部の開口部面積より反射面に吹き付ける排出口の開口面積のほうが小さく作られており、軸流ファン35からの風速を高める役割もしている。
【0041】
第1の反射鏡31fと第2の反射鏡31eの間には、光路を遮らない様に導風板36が設けられており、軸流ファン35から吹き付けられた風が第1反射面を通過し、導風板36によって効率よく第2の反射面に導かれる。
【0042】
第2の反射面に導かれた風は、第2の反射鏡と第3の反射鏡の間に設けられている排気口38から排出される。
排気口38には導風口39が設けられており、導風口39は、複数の板状部材から形成されており、板の向きが光軸の向きと角度を持った向きにて構成されている。
【0043】
導風口39の板の角度は、光軸に対して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排気口39を通過し、レンズ鏡筒からの洩れ光として投射されてしまうという問題が発生する。また角度がきつく構成されている場合には、レンズ鏡筒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生じる。
【0044】
導風口39が軸流ファン35から噴出され、レンズ鏡筒内を流れる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ないように構成されている。
【0045】
また、排気口38はレンズ鏡筒上部に構成されているために効率よく自然排気される。
【0046】
本実施形態では軸流ファン35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。
【0047】
【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で、投射型画像表示装置から排出される熱で空気が暖まり、反射鏡を暖めてしまうとういことと、投射される光束によって、反射鏡の反射率が100%でない事で反射鏡に蓄熱し、反射鏡が熱膨張して反射面の面の歪みが発生し投影性能の劣化が起きてしまう事に対して、送風装置、導風路と導風板を設けることにより、冷えた外気を反射鏡に吹き付け、反射鏡の温度上昇を防止し、投影性能の劣化の無い投射型画像表示装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態であるレンズ鏡筒の斜視図。
【図2】投射型画像表示装置の概略断面図。
【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
36 ダクト
37 導風板
38 排気口
39 導風口

Claims (4)

  1. 光源を複数色の光束に分離する分離光学手段と、こ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とを有する投射型画像表示装置であって、前記投射レンズは複数の自由曲面からなって反射投射光学系を構成しており、前記合成手段から射出された光束が第1回目に反射する第1面に送風装置によって風をあてることを特徴とした投射型画像表示装置。
  2. 前記投射型画像表示装置の送風装置と反射する第1面との間に空気導入路を設けたことを特徴とする請求項1記載の投射型画像表示装置。
  3. 前記投射型画像表示装置の送風装置から排出された空気が空気導入路を通り、反射する第1面の表面を通過し、反射する第1面と反射する第2面の光束外の位置に導風板を設けたことを特徴とした請求項1又は2に記載の投射型画像表示装置。
  4. 鏡筒上面部に排気穴を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1に記載の投射型画像表示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013097343A (ja) * 2011-11-04 2013-05-20 Ricoh Co Ltd 画像投影装置
WO2020003871A1 (ja) * 2018-06-25 2020-01-02 富士フイルム株式会社 投影装置及びその排気方法
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