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

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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