JP2004341179A - 液晶プロジェクタの画像投影ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】画像品位が低下することなく、騒音を低減させ、画像生成光学系を冷却する。
【解決手段】画像生成ユニットケース１９は、偏光変換素子２２と投影レンズの前群２８ａを除く画像生成光学系２０を外気から遮断する。画像生成ユニットケース１９の内部には、収納室３５と空冷室３７とが形成されている。収納室３５には画像生成光学系２０が収納され、空冷室３７には送風ファン３９が配置されている。送風ファン３９が回転すると収納室３５と空冷室３９との間で内気が循環する。画像生成光学系２０が高温になることで熱せられた収納室３５の内気は、送風ファン３９の回転に伴って空冷室３７に移動して、空冷室３７内で外気と熱交換をすることによって冷却される。冷却された内気は再び収納室３５に移動して、画像生成光学系２０を冷却する。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、白色光を照射する光源と、光源からの光を集光する集光光学系と、集光光学系からの光を基本色光に色分解する色分解光学系と、それぞれの基本色光の光路内に配置され基本色光に対応する画像が各々表示される液晶パネル及びそれぞれの液晶パネルからの出射光を合成する合成光学系を含む画像生成ユニットと、それぞれの液晶パネルに表示された画像をスクリーンに投影する投影光学系と、これら光学系及び画像生成ユニットを収納する筺体とからなる液晶プロジェクタの画像投影ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像表示装置として、液晶素子によって光変調された光をスクリーンに投影して画像表示を行う液晶プロジェクタが広く知られている。液晶プロジェクタには、スクリーンの前面側から画像を投影するフロント方式とスクリーンの背面側から画像を投影するリア方式とがある。また、使用する液晶が透過型のものであるか反射型のものであるかによって照明の仕方が異なるが、いずれにせよ投影する画像を液晶素子に表示し、これに照明を与えて投影レンズでスクリーン上に画像を結像させる構成になっている。
【０００３】
液晶プロジェクタには、光源や液晶素子などの配置された画像投影ユニットが設けられている。液晶素子としては、例えば、赤色、緑色、青色それぞれに対応する３種類の液晶素子が用いられる。画像投影ユニットは、光源からの照明光を赤色光、青色光、緑色光の３種類の光に分解した後、それぞれ対応する液晶素子に照射する。そして、それぞれの色チャンネルごとに液晶素子によって光変調された基本色光は、合成プリズムなどにより合成され、投影光学系によりスクリーン上に投影される。
【０００４】
照明光の光源には光量の大きなものが用いられるので、光源や光源によって照明される液晶素子の周辺は高温となる。このため、高温となる部材が収納された筺体に送風ファンなどが設置される開口部を設け、開口部から外気を採り入れることによって冷却を行うようにしている。また、下記特許文献１には、外気を採り入れて冷却を行う際に、冷却ムラを減少させて冷却効率を高めることのできる液晶プロジェクタが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−０４３４４４
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷却する際に外気を採り入れると、外気と一緒に外気中のゴミなどが混入してしまう。このように混入したゴミが、例えば、液晶素子に付着すると、投影画像においてノイズのように再現されてしまうので、画像品位の低下を招いてしまう。
【０００７】
こういった問題は、外気を採り入れる開口部にフィルタなどを設ければ、ある程度は防ぐことが可能である。しかし、フィルタを設けた場合には、外気を採り入れる際の抵抗が増加するので、送風ファンを大型化したり、強力なものを用いたりしなければならない。その結果、外気の吸入音や送風ファンの動作音などの騒音が大きくなってしまう。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、騒音を低減することができ、また、画像品位が低下することなく、高温となる部材の冷却を行うことができる液晶プロジェクタの画像投影ユニットを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の液晶プロジェクタの画像投影ユニットは、白色光を放射する光源と、光源からの光を集光する集光光学系と、集光光学系からの光を基本色光に色分解する色分解光学系と、それぞれの基本色光の光路内に配置され基本色光に対応する画像が各々表示される液晶パネル及びそれぞれの液晶パネルからの出射光を合成する合成光学系を含む画像生成ユニットと、それぞれの液晶パネルに表示された画像をスクリーンに投影する投影光学系と、これら光学系及び画像生成ユニットを収納する筺体とからなる液晶プロジェクタの画像投影ユニットにおいて、前記筺体が、光源及び集光光学系を収納する第一収納室と、この第一収納室から区画され前記色分解光学系の少なくとも一部と画像生成ユニットとを外気から遮断して収納する第二収納室とを有するとともに、外気から遮断された状態で前記第二収納室に連通し、かつ第一収納室から空間的に離れる方向に連設され、第二収納室内の温度上昇に伴う熱気を受け入れて外気との間の熱交換により冷却する空冷室を備えたことを特徴としている。
【００１０】
前記第二収納室からの熱気を空冷室に送り、空冷室からの冷気を第二収納室に送る送風器を設けてもよい。また、前記空冷室の外壁に放熱用のフィンを設けてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１にリア方式の液晶プロジェクタ１の外観を示す。筺体２の前面に拡散透過型のスクリーン３が設けられ、その背面に投影された画像が前面側から観察される。筐体２の内部には投影ユニット５が組み込まれ、その投影画像はミラー７で反射されスクリーン３の背面に結像される。液晶プロジェクタ１は、筺体２の内部にチューナー回路などの他、ビデオ信号及び音声信号再生用の周知の回路ユニットを組み込み、投影ユニット５に画像表示手段として組み込まれた液晶素子にビデオ信号の再生画像を表示することによって大画面のテレビジョンとして使用することができる。
【００１２】
図２に、投影ユニット５の概略的な構成図を示す。投影ユニット５は、光源ユニット９と、画像生成ユニット１０とからなる。光源ユニット９には、超高圧水銀ランプ１２ａの配置された光源部１２と、光源部１２からの照明光を集光して効率よく画像生成ユニット１０に向けて照射するための導光手段であるフィルタ１３、フライアイレンズ１４、コンデンサレンズ１５が設けられている。
【００１３】
光源部１２からの放射光は、紫外線及び赤外線をカットするフィルタ１３を透過することにより赤色光，緑色光，青色光を含む白色光となり、光源から液晶素子に至る照明光軸にしたがってフライアイレンズ１４に入射する。フライアイレンズ１４の光入射面は、光源部１２に用いられている放物面鏡の前面に位置し、光源部１２からの光は効率よくフライアイレンズ１４に入射する。
【００１４】
フライアイレンズ１４は、照明光軸と垂直な面に複数のレンズが配置されており入射した光を均斉化して出射させる。コンデンサレンズ１５は、２枚のレンズにより構成され、光源部１２側に配置された１枚目のレンズにより照明光を集光して照射範囲の調節をした後、画像生成ユニット１０側に配置された２枚目のレンズにより平行な光にして出射させる。均斉化及び照射範囲の調節がされた白色光は光源ユニット９から出射して、画像生成ユニット１０へ向けて照射される。
【００１５】
画像生成ユニット１０には、光源ユニット９からの照明光を基本色光に分解して、基本色光ごとに光変調した後、これらを合成した画像光をスクリーン３に投影する画像生成光学系２０が配置されている。画像生成光学系２０は、反射型の三枚の液晶素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ、偏光変換素子２２、特定波長偏光変換素子２３、ダイクロイックミラー２４Ｂ、ビームスプリッタ２５、合成プリズム２６、ミラー２７、前群２８ａ及び後群２８ｂとからなる投影レンズ２８によって形成されている。
【００１６】
光源ユニット９からの照明光は、偏光変換素子２２によってＳ偏光光に変換された後、青色光だけを反射するダイクロイックミラー２４Ｂにて２光束に分けられる。反射した青色光は、反射面２５ａを有するビームスプリッタ２５に入射する。ビームスプリッタ２５の反射面２５ａは、Ｐ偏光光を反射させ、Ｓ偏光光を透過させる性質を持つ。青色光は、反射面２５ａを透過して、液晶素子２１Ｂに照射される。そして、青色光は液晶素子２１Ｂで反射する際に、青色の画像光に光変調されるとともに、Ｐ偏光光に変換される。Ｐ偏光光に変換された青色光は、反射面２５ａにて反射され、投影レンズの後群２８ｂを通った後、合成プリズム２６に入射する。
【００１７】
一方、ダイクロイックミラー２４Ｂを透過した緑色光と赤色光は、特定波長偏光変換素子２３を透過する際に緑色光のみがＰ偏光光に変換される。緑色光は、ビームスプリッタ２５の反射面２５ａにて反射され、液晶素子２１Ｇに照射される。緑色光は液晶素子２１Ｇで反射する際に、緑色の画像光に光変調されるとともに、Ｓ偏光光に変換され、反射面２５ａを透過して、投影レンズの後群２８ｂを通って、合成プリズム２６に入射する。また、Ｓ偏光光である赤色光は、ビームスプリッタ２５の反射面２５ａを透過して、液晶素子２１Ｂに照射される。赤色光は液晶素子２１Ｒで反射する際に、赤色の画像光に光変調されるとともに、Ｐ偏光光に変換され、反射面２５ａにて反射され、投影レンズの後群２８ｂを通って、合成プリズム２６に入射する。
【００１８】
合成プリズム２６は、液晶素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂから光学的に等距離となる位置に中心がくるように配置されている。合成プリズム２６は、液晶素子２１Ｒからの赤色光、液晶素子２１Ｇからの緑色光、液晶素子２１Ｂからの青色光を合成して出射する。合成後の画像光はミラー２７にて反射されて、投影レンズの前群２８ａに入射する。投影レンズ２８は、その物体側焦点面が液晶素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの反射面に一致し、像面側焦点面がスクリーン３に一致するように調節されており、合成プリズム２６で合成されたフルカラー画像は、スクリーン３に結像される。
【００１９】
図３に示すように、光源ユニット９は、光源ユニットケース１７に収納され、画像生成ユニット１０は、画像生成ユニットケース１９に収納されている。画像投影が開始されて光源部１２が点灯すると、これに伴って光源部１２周辺や、光源部１２によって照明される画像生成光学系２０の温度が上昇する。詳しくは後述するが、投影ユニット５は、光源部１２の点灯に伴う温度上昇を抑えるために、光源ユニットケース１７内には外気を採り入れ、また、画像生成ユニットケース１９内では内気を循環させることによって、高温となる部材の冷却を行う。
【００２０】
図４に示すように、光源ユニットケース１７の側面には吸気用の開口１７ａが設けられており、この開口１７ａには送風ファン１８が嵌め込まれている。また、開口１７ａと反対側の側面には、排気用の開口１７ｂが設けられている。送風ファン１８は、光源部１２の点灯とともに回転を開始する。これにより、外部の冷気が開口１７ａより内部に採り入れられ、内部の熱気が開口１７ｂより外部に排出されるので、光源ユニットケース１７の内部に配置された光源部１２や導光手段が冷却される。
【００２１】
図５、図６に示すように、画像生成ユニットケース１９の側面には、開口３０が設けられており、偏光変換素子２２が露呈している。また、上面には、投影レンズの前群２８ａが嵌め込まれる開口３１が設けられており、前群２８ａはこの開口３１と嵌合して画像生成ユニットケース１９に保持される。これらの開口３０、３１は、画像生成ユニットケース１９内部が気密性を保つように大きさや形状が調節されており、画像生成ユニットケース１９は、露呈した偏光変換素子２２と前群２８ａを除く画像生成光学系２０を外気から遮断する。
【００２２】
画像生成ユニットケース１９は、内気温度が上昇して内気と外気との間に温度差が生じた場合に、内気と外気との間で熱交換を行うことによって内気温度を下げるように、例えば、アルミなどの放熱性に優れた材料によって形成される。さらに、画像生成ユニットケース１９の側面には、表面積を増加させて放熱効率を高めるように放熱フィン３３が形成されている。
【００２３】
画像生成ユニットケース１９の内部は、収納室３５と、前述のように、外気との間で熱交換を行って高温となった内気を冷却するための空冷室３７とが形成されている。収納室３５には、上下から挟まれように保持された画像生成光学系２０が収納されている。空冷室３７は、光源ユニットケース１７から空間的に遠ざかるように形成されている。また、空冷室３７には、画像生成ユニットケース１９の内気を循環させるための送風ファン３９が配置されており、光源部１２の点灯とともに送風ファン３９は回転を開始するようになっている。
【００２４】
図７に示すように、送風ファン３９が回転すると収納室３５と空冷室３９との間で内気が循環する。スムーズに内気の循環が行われるように、画像生成ユニットケース１９内部のほぼ中央には仕切り板４０が設けられている。画像生成光学系２０が高温になることで熱せられた収納室３５の内気は、送風ファン３９の回転に伴って空冷室３７に移動して、空冷室３７内で外気と熱交換をすることによって冷却される。冷却された内気は再び収納室３５に移動して、画像生成光学系２０を冷却する。
【００２５】
以下、上記構成による本発明の作用について説明を行う。液晶プロジェクタ１は、画像生成ユニット１０の内部にゴミなどが混入してしまうと投影される画像の品位が低下してしまうので、製造の際は画像生成ユニットケース１９の内部をクリーンに保つように組み立てられる。そして画像生成ユニット１０は、画像生成ユニットケース１９によって外気と遮断された状態で製品化される。
【００２６】
画像の投影時には、光源部１２が点灯するので、光源部１２の周辺や、光源部１２によって照明される画像生成光学系２０の温度が上昇する。このとき、光源部１２の点灯と同時に送風ファン１８、３９が回転するので、光源部１２の周辺や画像生成光学系２０の温度の上昇を抑えることができる。
【００２７】
送風ファン１８が回転すると、光源ユニットケース１７内の熱気が外部に排出されるとともに、外部の冷気が光源ユニットケース１７内に採り入れられる。これにより、光源部１２や導光手段が冷却される。また、図７に示すように、送風ファン３９が回転すると、画像生成ユニットケース１９の内気が循環する。この循環によって、高温となった収納室３５の内気は、空冷室３７に移動して空冷室３７内で外気と熱交換をすることによって冷却される。この後、冷却された内気は再び収納室３５に移動して、画像生成光学系２０を冷却する。
【００２８】
このように、画像生成光学系２０は、外気を流入させることなく外気から遮断された画像生成ユニットケース１９の内気を循環させることによって冷却される。このため、冷却の際に外気中に含まれるゴミなどが混入してしまい投影される画像の品位が低下してしまうといったことがない。また、フィルタなども必要ないため、フィルタの抵抗による騒音が発生しない。さらに、フィルタの抵抗が無いので送風ファンを小型化できる。また、騒音源となる送風ファン３９を画像生成ユニットケース１９の内部に配置したので、静音化が図れる。
【００２９】
なお、画像生成ユニットケースの形状は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、画像生成ユニットケースの外面に設けた放熱フィンの数を増加させて冷却効率を高めるようにしてもよい。また、画像生成ユニットケースの内部形状を変更したり、複数の仕切板を設けるなどして、特に高熱となりやすい部分を中心に効率よく内気を循環させるといったことも考えられる。
【００３０】
また、画像生成光学系を外気と遮断する例で説明をしたが、これに限定されず、画像生成光学系に加えて、例えば、導光手段を外気と遮断するようにしても良い。この場合、導光手段を画像生成ユニットケース内に収納してもよいし、光源ユニットケースを画像生成ユニットケースと同様に気密に設けてもよい。また、導光手段を気密に収納するための専用のケースを設けてもよい。
【００３１】
こうすることによって、光源部からの照明光軸が気密になるので、ゴミなどの混入を防止でき、投影される画像の品位が向上する。また、専用のケースを設けた場合には、光源部と画像生成ユニットとの間に空間が形成されるので、この空間が断熱作用をなし、光源部の熱が画像生成光学系に伝達されにくくなる。
【００３２】
また、上記実施形態では、反射型の液晶素子を用いる例で説明をしたが、透過型の液晶素子を用いてもよい。さらに、スクリーン背後から画像を投影するリア型の液晶プロジェクタを例に説明をしたが、スクリーン前面から画像を投影するフロント型の液晶プロジェクタにおいても本発明は適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の液晶プロジェクタの画像投影ユニットは、外気と遮断された部屋の中に高温となる部材を配置して、外気を採り入れることなく冷却するようにしたので、外気中に含まれるゴミなどの混入による投影画像の品位の低下を防止することができるとともに、外気を採り入れる際に発生する騒音を防止することができる。
【００３４】
また、前記部屋の内気を循環させる送風器を設けたので、冷却効率を向上させることができる。このとき、フィルタを設ける必要がないため、フィルタの抵抗による騒音が発生しない。さらに、フィルタの抵抗が無いので送風ファンを小型化できる。また、騒音源となる送風ファンを前記部屋の中に配置したので、静音化が図れる。さらに、前記部屋の外壁に放熱用のフィンを設けたので、冷却効率をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶プロジェクタの概略を表す外観図である。
【図２】投影ユニットの概略構成図である。
【図３】投影ユニットの外観図である。
【図４】光源ユニットの分解図である。
【図５】画像生成ユニットの分解図である。
【図６】画像生成ユニットの内部構成を表す説明図である。
【図７】画像生成ユニットケース内の内気の循環の様子を表す説明図である。
【符号の説明】
１ 液晶プロジェクタ
３ スクリーン
５ 投影ユニット
９ 光源ユニット
１０ 画像生成ユニット
１２ 光源部
１７ 光源ユニットケース
１８、３９ 送風ファン
１９ 画像生成ユニットケース
２０ 画像生成光学系
２１Ｒ、２１Ｇ、１２Ｂ 液晶素子
３５ 収納室
３７ 空冷室

Claims (3)

1. 白色光を放射する光源と、光源からの光を集光する集光光学系と、集光光学系からの光を基本色光に色分解する色分解光学系と、それぞれの基本色光の光路内に配置され基本色光に対応する画像が各々表示される液晶パネル及びそれぞれの液晶パネルからの出射光を合成する合成光学系を含む画像生成ユニットと、それぞれの液晶パネルに表示された画像をスクリーンに投影する投影光学系と、これら光学系及び画像生成ユニットを収納する筺体とからなる液晶プロジェクタの画像投影ユニットにおいて、
   前記筺体が、光源及び集光光学系を収納する第一収納室と、この第一収納室から区画され前記色分解光学系の少なくとも一部と画像生成ユニットとを外気から遮断して収納する第二収納室とを有するとともに、外気から遮断された状態で前記第二収納室に連通し、かつ第一収納室から空間的に離れる方向に連設され、第二収納室内の温度上昇に伴う熱気を受け入れて外気との間の熱交換により冷却する空冷室を備えたことを特徴とする液晶プロジェクタの画像投影ユニット。
2. 前記第二収納室からの熱気を空冷室に送り、空冷室からの冷気を第二収納室に送る送風器を備えたことを特徴とする請求項１記載の液晶プロジェクタの画像投影ユニット。
3. 前記空冷室の外壁に放熱用のフィンを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の液晶プロジェクタの画像投影ユニット。

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