JP2005234275A - リアプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】筐体内部の部品の熱劣化を防ぐ信頼性の高いリアプロジェクタを提供する
【解決手段】光源から放射された光を変調し、電気信号に応じた光学像を出力する電気光学ユニット２と前記電気光学ユニット２から出力された光学像を透過型スクリーン５に投射する反射鏡３とを密閉構造の筐体６内部に備えるリアプロジェクタにおいて前記反射鏡３は、筐体６内の背面側に配置され、かつ反射面に対向する裏面が外気と接することにより、筺体内の高温の空気を効率よく冷却することが可能となり、筐体内部の使用部品熱劣化を低減する信頼性の高いリアプロジェクタを実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源から放射された光を変調して、画像情報に応じた光学像を出力する電気光学ユニットと、その光学画像を拡大投射する投射光学系を持ち、その投射光学画像を投影するスクリーンを持つリアプロジェクタに関する。

一般に、リアプロジェクタは、光学像を出力する電気光学ユニットと、電気光学ユニットから出力された光学像を透過型スクリーンに投射する反射鏡等を収納する箱状の筐体と、筐体前面に設けられる透過型スクリーンとを備えている。電気光学ユニットは、光源ランプと、光源ランプから放射された光を変調し、電気信号に応じた光学像を出力する液晶パネルおよび偏光板等の電気光学系と、光学像を拡大投射するレンズ等の光学系を備えており、電気光学ユニットで形成された光学像は、反射鏡で反射して透過型スクリーンに投射される。

電気光学ユニットは、光源ランプ、電源回路、液晶のスイッチング作用や偏光板の整流作用等の光熱変換に基づく発熱によって高温となるため、リアプロジェクタ内部に使用する部品の熱劣化が問題になる。そのため、外気を送風ファンによる取り入れて電気光学ユニットを冷却するが、筐体内部に塵が入ると投射画像に悪影響を与えるため、ダスト防止用のフィルタを外気取り入れ経路に設ける必要がある。ところが、防塵と冷却効率とはトレードオフの関係がある。すなわち、フィルタの細孔径は極端に小さくすると防塵効果は高まるが冷却効率が低下し、冷却効率を上げようとすると、フィルタの細孔径を大きくする必要があり、外気と一緒に外部のダストも筐体内に取り込んでしまい防塵効果が低下する。

その対策として、密閉空間内部の空気循環によって電気光学ユニットを冷却する方法が各種考案されている。これらは、ファンで空気を循環させた筐体内に、受熱体と放熱フィンを組合せたヒートシンクを配置する方法（例えば、特許文献１参照）や電気冷却装置を配置する方法（例えば、特許文献２参照）がある。
特開２００３−２７０７２０号公報（第２−３頁、第３図） 特開平７−１５２００９号公報（第２−３頁、第５図、第６図）

しかしながら、上記従来の構成では、放熱部材としてヒートシンクやペルチェ素子など新たな部材を取り付ける必要がある。従って、設計上の制約から局所的な構造となり冷却効率に乏しいという課題や、部品追加によりコストが上昇するなどの課題があった。

例えば、特許文献１の発明では、板状の受熱体を筐体内部に設け、かつ、この受熱体と一体的に形成され筐体外部へ突出した構造のヒートシンクを筐体背面部の左右両端にそれぞれ取り付けることで筐体内部の熱を外部に排出する方法が提案されている。上記ヒートシンクは、反射鏡と筐体の背面部との間に配置する必要があるため、限られたスペースに配置することになり、その形状や大きさに制約が生じる。従って、４０インチ〜６０インチ超のスクリーンを有する大型リアプロジェクタの筐体内部を効率良く冷却出来ない。

また、特許文献２の発明では、液晶パネルに空気を循環送風するダクトにペルチェ素子を配置することにより、筐体内部の発熱を冷却するが、ペルチェ素子や制御回路などの余分な電子冷却機構が必要なためコストや消費電力が上昇し、そのため良好な冷却効率が得られない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、リアプロジェクタの大画面化、高輝度化に伴い発熱量が増加しても、簡単な構成で高い冷却効率を発揮して内部部品の熱劣化を低減するとともに信頼性の高いリアプロジェクタを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のリアプロジェクタは、光源から放射された光を変調し、電気信号に応じた光学像を出力する電気光学ユニットと、前記電気光学ユニットから出力された光学像を透過型スクリーンに投射する反射鏡と、前記電気光学ユニットと前記反射鏡を収めるための筐体と、を備え、前記反射鏡は、その反射面に対向する裏面が外気と接するように前記筐体内に配置されることを特徴としたものである。

以上のように、本発明のリアプロジェクタによれば、電気光学ユニットから出力された光学像を透過型スクリーンに投射する反射鏡を、その反射面に対向する裏面が直接外気と接するようにリアフロジェクタ筐体内に配置したので、反射鏡自体が放熱装置となり、リアプロジェクタの大画面化や高輝度化によって筐体内部の発熱量が増加しても、簡単な構成で高い冷却効率を発揮して筐体内部の構成部品の熱劣化を低減できる。また、反射鏡自体が筐体の一部を構成するため、密閉性が良く防塵性に優れているので、ダストに起因する表示不良が無く信頼性の高いリアプロジェクタを実現できる。

以下に、本発明のリアプロジェクタの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。説明上、液晶プロジェクタを例にとったが、ＣＲＴやミラーデバイスなどを用いたリアプロジェクタにも応用できるものである。

図１および図２は、本発明の実施例１における液晶プロジェクタの要部断面図、図３は電気光学ユニットの要部断面図である。各図とも分かりやすくするため、必要最小限の部品構成を示している。

図１および図２において、筐体６は前面に透過型スクリーン５が配置されるとともに、筐体６の内部は、密閉空間９と開放空間１０を備えた構造となっている。密閉空間９は、背面側にリブ１３で固定された反射鏡３が配置され、下部に電気光学ユニット２、冷却ファン８および送風路５０が配置される。密閉空間９の壁面は反射鏡３、透過型スクリーン５、筐体６、密閉用仕切り７などで密閉され、また、反射鏡３と筐体６の間隙や電気光学ユニット２と密閉用仕切り７の間隙など部品間の間隙は、例えばスポンジやシールテープなどを配置することで密閉される。開放空間１０は、光源ランプ１、冷却ファン５１および電源回路（図略）などが配置されており、防塵フィルタなどを介して外気と連通している。

電気光学ユニット２で形成された光学像は、その光学像の投射光路上に配置された投射レンズ３０から投射され、筐体６の筐体内の背面側に配置された反射鏡３によって反射されて筐体２前面側の透過型スクリーン５へ向かう。

図３に電気光学ユニット２の内部を説明するための上面図を示す。即ち、光学ブロック４０は、光源ランプ１側からレンズアレイ２０、集光レンズ２１が配置され、次に光源ランプ１の光を３色（赤、緑、青）に分光するダイクロイックミラー２２ａ、２２ｂ、分光された光を液晶パネル２７ａ、２７ｂ、２７ｃに導く反射ミラー２３ａ、２３ｂ、２３ｃおよびリレーレンズ２４ｂ、２４ｃが配置される。また、電気光学ブロック４１は、分光された光の経路毎にフィールドレンズ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、入射側偏光板２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、液晶パネル２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、射出側偏光板２８ａ、２８ｂ、２８ｃが配置され、各色光の経路の後段には３色を再度合成するダイクロイックプリズム２９が配置されている。また、ダイクロイックプリズム２９の後段には合成光を投射する上述の投射レンズ３０が設けられている。

また、光学系ブロック４０と電気光学系ブロック４１は、フィールドレンズ２５ａ、２５ｂ、２５ｃで分離されており、電気光学系ブロック４１は前記密閉空間９および送風路５０に連通する構造となっている。

電気光学ユニット２の動作を以下説明する。光源ランプ１からの光は、レンズアレイ２０および集光レンズ２１を通過し、ダイクロイックミラー２２ａで赤色光が分離反射され、反射された赤色光は反射ミラー２３ａでさらに反射され、フィールドレンズ２５ａ、入射側偏光板２６ａ、液晶パネル２７ａおよび射出側偏光板２８ａを透過する。一方、ダイクロイックミラー２２ａを通過した光は、ダイクロイックミラー２２ｂで緑色光が分離反射され、反射された緑色光はフィールドレンズ２５ｂ、入射側偏光板２６ｂ、液晶パネル２７ｂおよび射出側偏光板２８ｂを透過する。また、ダイクロイックミラー２２ｂを通過した青色光は、リレーレンズ２４ｂ、２４ｃや反射ミラー２３ｂ、２３ｃを介して、フィールドレンズ２５ｃ、入射側偏光板２６ｃ、液晶パネル２７ｃおよび射出側偏光板２８ｃを透過する。射出側偏光板２８ａ、２８ｂ、２８ｃを透過した光は、ダイクロイックプリズム２９に入射し再び合成されて投射レンズ３０によって拡大し投射される。以上のように電気光学ユニット２からスクリーン５への光学像の表示がなされる。

次に、電気光学ユニットの冷却機構について説明する。図１に示すように、電気光学ユニット２の電気光学系ブロック４１は、筐体６の密閉空間９および送風路５０と連通している。即ち、電気光学ユニット２の上面の開口部７０と下面の開口部７１は密閉空間９および送風路５０に対してそれぞれ開口している。この連通部分に空気を流すことで、電気光学ユニット２全体を冷却する。

液晶プロジェクタの動作時は、光源ランプ１からの光が電気光学ユニット２内部の３色の液晶パネル２７ａ、２７ｂ、２７ｃや入射側偏光板２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび射出側偏光板２８ａ、２８ｂ、２８ｃ等を透過する際、液晶のスイッチング作用や偏光板の整流作用等の光熱変換に基づく発熱が生じて、これら光学部品は加熱される。同時に、この発熱によって暖められた高温の空気は、送風路５０に設けられた冷却ファン８から送られる空気流によって強制的に電気光学ユニット２から密閉空間９へと排出される。尚、ここでは冷却ファンを用いた強制空気流を用いたが、自然対流による空気流を利用してもよい。

密閉空間９に送られた高温の空気は、反射鏡３の下方から反射鏡３に沿って筺体６内を上昇し、反射鏡３や筐体６に熱を放出して温度が下がると、透過型スクリーン５に沿って筐体内を下降し、冷却ファン８に吸い込まれ、再び送風路５０を通って電気光学ユニット２を冷却する。

本発明の構成では、反射鏡３の光反射面に対向する裏面が直接外気と接するよう筺体６の背面側に取り付けられている。冷却ファン８から送られる空気流によって電気光学ユニット２から密閉空間９に排出された高温の空気は、外気とほぼ等しい温度の反射鏡３に接触し、反射鏡３と熱交換を行う。高温の空気から熱エネルギーを受け取った反射鏡３は、外部に表出した裏面から外気に対して熱交換を行う。これら一連の熱交換は、空気循環用の冷却ファン８以外の動力を必要とせず、筐体６内の密閉空間９の空気が外気と同じ温度になるまで自然に繰り返される。

従って、反射鏡３には熱伝導性に優れた材料が要求される。本実施例における反射鏡の説明を以下に行う。反射鏡３の構造は、筺体６内の熱が外部に伝わりやすく、かつ反射面が光学像を歪みなく反射可能な平面度を有していれば特に限定されるものではないが、例えば、図４Ａ〜図４Ｃに示したような構成が好ましい。即ち、図４Ａの反射鏡３ａは、透明基板６０の少なくとも片面に金属薄膜６１からなる鏡面部を設けることにより、投射レンズ３０からの光を歪みやロスなく反射して透過スクリーン５に光学像を表示することができる。また、図４Ｂの反射鏡３ｂは、金属板６２の少なくとも片面に金属薄膜６１からなる鏡面部を設けることにより、投射レンズ３０からの光を歪みやロスなく反射して透過スクリーン５に光学像を表示することができる。

また、図４Ｃの反射鏡３ｃは、透明基板６０の少なくとも片面に金属薄膜６１からなる鏡面部を設け、その透明基板６０と金属板６３を重ね合わせて積層することにより、投射レンズ３０からの光を歪みやロスなく反射して透過スクリーンに光学像を表示することができるとともに、効率のよい冷却効果を得ることができる。上記３ａ、３ｂ、３ｃいずれの構造の反射鏡もその裏面が直接外気に接することで効率よく熱を放出することができる。さらには、反射鏡の裏面にアルミニウム製等の放熱フィンやリブなどを配置すると冷却効率が向上し、より好ましい。

また、上記反射鏡３を構成する材料は、筺体６内の熱が外部に伝わりやすく、かつ反射面が光学像を歪みなく反射可能な平面度を有する鏡面であれば特に限定されるものではないが、例えば、前記金属薄膜６１は前記金属薄膜がＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれかもしくはその合金で構成され、ガラス、石英、サファイアのいずれかで構成されている透明基板６０に真空蒸着やスパッタリングなどで形成されることが好ましい。また、前記金属板６２はＭｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｃｕのいずれかもしくはその合金（例えばステンレス、黄銅等）で構成されていることが好ましい。尚、透明基板に金属板を重ねる場合、透明基板と金属板間に熱伝導グリースや熱伝導シートなどを介すると熱伝達効率がより向上するため好ましい。

尚、図１では安全性を考慮して放熱孔１２を設けた保護カバー５２を反射鏡３の裏面側に設けているが、反射鏡３の破壊強度が乏しくなければ無くても良い。また、一般的に筐体６はＡＢＳ樹脂やＰＳ樹脂など高分子樹脂から構成されているが、より熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウムやマグネシウム合金などで構成すると冷却効率が向上し、より好ましい。

以上のように、本実施の形態１においては、電気光学ユニットから出力された光学像を透過型スクリーンに投射する反射鏡の裏面が、直接外気と接触可能な構造とすることで、部品増加などのコスト上昇を伴うことなく簡単な構成で、密閉構造の筺体内における高温の空気を効率よく冷却することが可能となり、液晶パネルや偏光板などの部品の熱劣化を低減し、かつ、ダストに起因する表示不良もない、信頼性の高い液晶プロジェクタを実現できる。

本発明にかかるリアプロジェクタは、筐体内部の発熱を、部品点数や工数増加を伴うことなく、高い冷却効率を発揮出来き、かつ、防塵効果が高い効果を有し、大画面化、高輝度化に伴う光源や電気光学系の発熱量が増加したリアプロジェクタの冷却技術として有用である。

本発明の実施例１における液晶プロジェクタの要部側面断面図 本発明の実施例１における液晶パネル部の要部正面断面図 本発明の実施例１における電気光学ユニットの要部断面図 本発明の実施例１おける反射鏡の要部断面図 Ａは、金属薄膜の鏡面部を設けた透明基板の図 Ｂは、金属薄膜の鏡面部を設けた金属板の図 Ｃは、金属薄膜の鏡面部を設けた透明基板と金属板を重ね合わせた積層板の図

符号の説明

１ 光源ランプ
２ 電気光学ユニット
３ 反射鏡
５ 透過型スクリーン
６ 筺体
８ 冷却ファン
１１ 空気流
３０ 投射レンズ

Claims (7)

1. 光源から放射された光を変調し、電気信号に応じた光学像を出力する電気光学ユニットと、
   前記電気光学ユニットから出力された光学像を透過型スクリーンに投射する反射鏡と、
   前記電気光学ユニットと前記反射鏡を収めるための筐体とを備え、
   前記反射鏡は、その反射面に対向する裏面が外気と接するように前記筐体内に配置されること、
   を特徴とするリアプロジェクタ。
2. 前記反射鏡は、透明基板の少なくとも片面に金属薄膜からなる鏡面部を設けた構成であることを特徴とする請求項１に記載のリアプロジェクタ。
3. 前記反射鏡は、金属板の少なくとも片面に金属薄膜からなる鏡面部を設けた反射板であること、特徴とする請求項１に記載のリアプロジェクタ。
4. 前記反射鏡は、透明基板の少なくとも片面に金属薄膜からなる鏡面部を設けた反射板と金属板を重ねた積層板であること、特徴とする請求項１に記載のリアプロジェクタ。
5. 前記金属薄膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれかもしくはその合金で構成されていることを特徴とする請求項２乃至４に記載のリアプロジェクタ。
6. 前記透明基板は、ガラス、石英、サファイアのいずれかで構成されていることを特徴とする請求項２乃至４に記載のリアプロジェクタ。
7. 前記金属板は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｃｕのいずれかもしくはその合金で構成されていることを特徴とする請求項２乃至４に記載のリアプロジェクタ。

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