JP2005266833A - 映像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】液晶プロジェクタにおいて、ライトバルブ素子414の冷却と塵埃付着時の除去及び光学機能部品の冷却という課題を解決する。
【解決手段】直交以上の角度で複数の吹き出し口から風を当ててライトバルブ素子414の冷却効率を上げる。また、遠心ファン140の風の流路に分岐を設けて単一のファンでライトバルブ素子414と光学機能部品であるインテグレータレンズB203などの複数箇所を冷却する手段を設けた。さらには、光学ユニットから、投射系ユニットを上方に取り外し可能として、メンテナンス時の取り扱いを容易にする手段とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、液晶パネルなどのライトバルブ素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する、たとえば、液晶プロジェクタ装置や、液晶テレビジョン、投写型ディスプレイ装置等の映像表示装置に関するものである。
従来より、電球などの光源からの光を、液晶パネルなどのライトバルブ素子で画素毎の濃淡に変えて調節し、スクリーンなどに画像を拡大投射する液晶プロジェクタ等の投写型の表示装置が知られている。
さて、ライトバルブ素子は、一般には半導体の駆動素子と液晶等の光学機能材料とにより構成されており、いずれも正常に動作させるためには、所定の温度(例えば60℃など)以下に保つ必要がある。一方、光源から出た光は、最終的に投射される分以外は、ライトバルブ素子およびその周辺の光学素子等に吸収されて熱となる。そのため、投影型の表示装置では、正常に動作する範囲を越えて過熱しないようにライトバルブ素子を冷却する必要がある。そして、このような冷却の重要性は、最近の投射映像の高輝度化のための光源光の強度の増加に伴い、ますます増加している。光源光の強度の増加によって、ライトバルブ素子の発熱量も増加するからである。
ライトバルブ素子以外に光学機能部品の中には、高分子材料を用いたものなど、高温ではその性能や機能に変化をきたすものがあり、これらも所定の温度以下(たとえば150℃など)に保つ必要がある。上記したような高輝度化に伴って、ライトバルブ素子以外の光学機能部品に関しても冷却が必要となってきた。
また、このような映像表示装置では、光学系は、ライトバルブ素子の画像面に焦点を結ぶことになるため、ライトバルブ素子付近に付着する塵埃などの異物はそのまま拡大投射されて影としてスクリーンなどに映し出されることになるため、ライトバルブ素子付近の塵埃の防止はもちろん塵埃が付着した後に除去できるなどのメンテナンス性も重要な課題となっている。
従来、ライトバルブ素子の冷却に関する技術としては、たとえば特開平9−120046号公報に記載されている技術が知られている。この技術では、液晶ライトバルブの側面に風を供給し、液晶ライトバルブの発熱を冷却するというものである。このようにすると、液晶ライトバルブ素子の発熱による温度上昇は冷却により抑えることが可能である。しかしながら、この従来技術では、片側からの風により、冷却風の入り口側の温度が低くなり、出口側が高くなるなどの温度差ができてしまい、特に高輝度化時に充分な性能が得られないことがある点、従来十分に認識されていなかった。また、高輝度化に伴ってライトバルブ素子などの発熱全体が増し、冷却能力が不足することがある点など、十分に認識されていなかった。さらには、高輝度化にともなって、ライトバルブ素子以外の光学機能部品の冷却が必要になってくる点も十分認識されていなかった。
また、別の従来の技術としては、たとえば特開平5−53200号公報に記載されている技術が知られている。この技術では、ライトバルブ手段の冷却に、圧力型の遠心タイプのシロッコファンを用いている。このようにすると、比較的狭いダクト(風路)においても風量を確保でき、効率よく冷却が可能である。この、従来技術では、高輝度化にともなって、ライトバルブ手段以外の光学機能素子の冷却が必要になる点、従来十分に認識されていなかった。
また、映像表示装置における塵埃防止に関する技術としては、特開平7−152009号公報記載の技術が知られている。この技術では、透過型のライトバルブ素子である液晶パネルを密閉された空間内に置き、密閉空間内の空気を 循環させて液晶パネルの発熱を放熱し、さらに密閉空間外へ伝えるというものである。このようにすると、塵埃の付着を防止することは可能であるが、高輝度化に伴って、冷却能力が不足することがある点など、従来十分に認識されていなかった。
さらには、製造過程などで混入する塵埃については、一旦密閉空間内に入ってしまうと、取り出すのが困難である点、メンテナンス性について、従来十分に認識されていなかった。
映像表示装置のメンテナンス性に関しては、たとえば特開平7−311372号公報に記載されている技術が知られている。この技術では装置内がユニットの組み合わせ構成となっており、それぞれが個別に着脱可能となっている。このようにすると、各ユニット毎のメンテナンスや交換が容易となる。しかしながら、この従来技術では、メンテナンスの機会の多い投射レンズおよび液晶ライトバルブ素子部分を含むユニットは、投射レンズの投射方向に着脱する構成となっており、実際に着脱を行う場合には、光学系全体のユニットを解体する必要がある点、従来十分に認識されていなかった。
特開平9−120046号公報 特開平5−53200号公報 特開平7−311372号公報
前記特開平9−120046号公報および特開平5−53200号公報技術記載の装置では、高輝度化に伴うライトバルブ素子の冷却と、ライトバルブ素子付近の塵埃の処理について十分考慮されておらず、前述した過熱によって正常動作しなくなったり、スクリーン上に塵埃による影が生じてしまうと除去が困難となることがある点、従来十分に考慮されていなかった。また、光学機能素子の冷却も同時に必要である点も、十分に認識されていなかった。
また、特開平7−152009号公報記載の技術では、密閉空間内の空気を介して冷却を行うものであるため、あまり効率的な冷却は期待できず、光源光の強度の増加によって加熱量が増加した場合などには、充分にライトバルブ素子を冷却できない可能性がある。そして、この場合には、映像表示装置を正常に動作させることができなくなる点、従来十分に考慮されていなかった。また、装置のメンテナンスついて困難となる点、十分に考慮されていなかった。
特開平7−311372号公報記載の技術では、ライトバルブ素子付近のメンテナンス時に、周辺の部材を解体する必要があるなど、その取り扱いについて、十分に考慮されていなかった。
そこで、本発明は、ライトバルブ素子及び光学機能部品の効率的な冷却を行うことができ、さらにはライトバルブ素子周りのメンテナンス性に優れる投射型の表示装置を提供することを課題とする。
前記課題達成のために、本発明が提供する映像表示装置の一例を示すならば、それは、光源光を、ライトバルブ手段に入射し、ライトバルブ素子で変調された光を投映する表示装置であって、ライトバルブ手段の冷却に関しては、異なる複数角度の冷却風をライトバルブ手段に当てて、乱流を発生させて冷却を効率よく行うようにしている。また、ライトバルブ手段以外の光学機能部品の冷却としては、ダクト手段の分岐により分流して、同じ圧力型の遠心型ファンを用いてライトバルブ手段の冷却同時に行う手段としている。また、投射手段を、光学系部から上方に離脱できる構成とし、かつ投射手段と取り付け基準は光学系部の光学部品と同一手段とし、着脱に伴う光学位置ずれの問題を防止している。また、着脱時には、光学系部を解体すること無く、投射手段のみを単独で取り扱える構成としている。
以上のように本発明によれば、ライトバルブ素子付近および光学機能部品の冷却と、ライトバルブ素子の塵埃除去が可能な投射型の表示装置を提供することができるという効果がある。
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図1から図12は、本発明による、第1番目の一実施の形態の説明図である。
図1において、投射系ユニット500は、光学ユニット10の下側ユニットケース700から着脱可能となっており、その着脱方向は、この図1での投射レンズの投射方向に対して上方となっている。
詳細な説明に先立って、図2から図8を用いて本実施の形態に係る映像表示装置の概略構成について説明しておく。
図2は、本発明の一実施の形態の外観を示した図である。映像表示装置1の内部には、光学ユニットが収容されている。図示する映像表示装置1において、投射系ユニット500の一部である投射レンズ手段は映像表示装置の外装匡体の外部に露出しており、この投射レンズ手段より、外部のスクリーンなどに映像が投射される。また前方には吸気口110が、側面後方には排気口111が設けられており、吸気口110から外気を取り入れて装置内部を冷却後、暖まった空気を排気口111から装置外部へ排出する。
装置の操作は、操作ボタン113もしくは遠隔操作受信部A117経由で外部からの操作信号により行う。また、装置の移動時には、ハンドル122を使用する。
図3は、図2に示した映像表示装置の底面側の外観を示している。
映像表示装置1の底面側には、光源の交換蓋114が設けてあり、この蓋を開けて光源を交換する。また、装置全体の設置角度を調整して投射する映像の角度を調整する調整脚A112及び調整脚B115が設けてある。これら2つの脚の高さを調整して、投射する映像の位置や傾きの微調整を行う。
装置への外部からの映像信号は入力端子A118や入力端子B120より入力する。また、電源は電源コネクタ119へ入力する。装置後方側にも遠隔操作受信部B116が設けてあり、図2に示した受信部と同様に動作する。
図2に示したハンドル122の反対側には、脚121が上記入力端子より高い位置に設けてあり、ハンドル122を持って、床面などに置いた場合に、入力端子などが損傷を受けないようになっている。
図4は、図1に示した映像表示装置の動作状態の斜視図(a)と側面図(b)である。映像表示装置1から投射された光束はスクリーン上に映像122として映る。このとき、映像表示装置1とスクリーン上の映像との位置関係は、この図4においては投射系ユニットの光軸123に対して投射光束の光軸124は上方を向いており、投射レンズの光軸にいわゆるあおり角度が設けてある。投射レンズの光軸に設けたあおり角度は、机などの水平な台に装置を設置した状態で、上方のスクリーンに映像を投射する場合に発生するキーストンひずみ(台形ひずみ)を防止するために設けてある。照明側の光軸123に対して投射レンズを所定の量ずらし(あおり量126を設ける)て投射レンズ光軸125の位置に配置すると、斜めに投射されてできる映像が長方形などのひずみのない形状となる。このあらかじめ設定されている所定の光軸をずらすことをあおりと呼んでいる。この図4の設定では、図面の上方にあおり量126が設定されている。
天井などの上方に設置する場合には、装置全体を図4とは上下逆向きに設置することにより、天井より下向きに、下側のスクリーンなどに映像を表示することが可能となる。
図5は、図1に示した表示装置内部の光学構成を示す。
光源101から出射された適当な光量の光束は、まずインテグレータレンズA202、インテグレータレンズB203及びコリメータレンズA401を透過した後、反射ミラーA407で反射し、コリメータレンズB301を透過してダイクロイックミラーB408へと導かれる。ダイクロイックミラーB408では、2色成分、たとえば赤色及びシアン色成分に分離し、赤色成分を透過して反射ミラーDへ、シアン色成分を反射してダイクロイックミラーC409へとそれぞれ導く。ダイクロイックミラーC409では、入射したシアン色成分をさらに2色成分、たとえば緑色成分と青色成分に分離し、緑色成分を反射してコンデンサレンズG405へ、青色成分を透過してリレーレンズA402へとそれぞれ導く。このようにして、カラーの映像表現に必要な複数色成分に分離する。
分離された色成分毎の光束は、それぞれの色成分を担当するライトバルブ手段へと進む。すなわち、反射ミラーD412から反射した赤色の光束はコンデンサレンズR404を経由してライトバルブ素子R413へと進む。コンデンサレンズG405に入射した緑色の光束はライトバルブ素子G415へと進む。また、リレーレンズA402に入射した青色成分の光束は、フィルタ419、反射ミラーD410、リレーレンズB403、反射ミラーF411、コンデンサレンズB406とすすみ、ライトバルブ素子B414へと進む。各色成分のライトバルブ手段には、図示しない駆動回路手段により、画像が表示されており、上記のように各色成分の入射光はライトバルブ手段により変調されて投射系ユニット500へと進む。投射系ユニット500には、複数の色成分の光束を合成する合成手段としてのプリズム手段が設けてあり、最終的に変調された光束は投射レンズ501により装置外部へと進む。
これにより、スクリーン(図示せず)上には、各色表示用のライトバルブ、413、414、415に表示された画像が映像として拡大投射されることになる。
図4で説明したように、投射系ユニット500には、プリズム手段と投射レンズ手段との光軸をずらすなどにより、所定のあおり量を設定してある。すなわち、プリズム手段で合成された光束は、投射レンズ手段により設定されたあおり量に見合う角度だけずれた方向に投射される。
図6は、図1に示した映像表示装置内部の、光学ユニットの構成を示す。図5に示した図では、光学部品の配置を示したが、実際には、光学ユニット10を構成する下側ユニットケース700により各光学部品は支持されている。
また、光源101は、光源ユニット100に支持された上で光学ユニット10に取り付けられている。光源ユニット100は使用状況によって交換が必要であり、光学ユニット10から着脱可能となっている。
遠心冷却手段130は、外部からの空気を取り込んで、光学ユニット10内のライトバルブ手段などの冷却が必要な部材へ風を送り冷却する。
投射系ユニット500は、光学ユニット10の下側を構成する下側ユニットケース700に取り付けられている。すなわち、光学部品を支持している下側ケース700に投射系ユニット500が取り付けられている。
図7は、図6で説明した光学ユニット10を構成する下側ユニットケース700に上側ユニットケース701が取り付けられた状態を示す。
上側ユニットケース701には、さらに第1カバー160と第2カバー161が取り付けられていて、ライトバルブ手段の上方に配置されている。
光源ユニット100の上方には、光源ハウジング151が設けられていて、さらにこの光源ハウジング151には軸流ファン150が取り付けられていて、主に光学ユニット100付近の冷却を行っている。
図8は、光学ユニット10が外装筐体に収納された状態を示す。説明のため、筐体の上部は切断して示している。
映像表示装置1の筐体に納められた光学ユニット10は、吸気口112から取り入れた外部の空気を遠心冷却手段130により取り込み、主に光学ユニット10内部の冷却に使用する。冷却後の空気は、筐体内部に放出される。一方、排気口111に面して軸流ファン150が設けてあり、光源ユニット100付近を冷却して暖まった空気を映像表示装置1外部へと排出する。このとき、光源ユニット100付近に流れ込む空気は、筐体内部にある空気であり、上記した光学ユニット10内部の冷却に使用した空気が含まれる。このほか、図示しない電源や信号処理などの電気回路部分を冷却した空気もまとめて軸流ファン150が装置1外部へと排出する。
光学ユニット10や図示しない電源などの冷却温度、たとえば50度Cなどに比較して、光源ユニット100に含まれる光源101の冷却温度、たとえば600度Cのように遥かに高い。このため、いったん光学ユニット10を冷却して温度上昇した空気、たとえば外気温度20度Cであったものが25度Cに上昇したような空気であっても、光源101の冷却に使用しても問題ない。
このようにして、映像表示装置1全体の冷却を行っている。
再び第1図に戻って詳細な説明を行う。
下側ユニットケース700と投射系ユニット500とは着脱可能となっていて、それらの位置合わせは、下側ユニットケース700に設けてある位置決め突起A710位置決め突起B711位置決め突起C712の3つの突起に勘合して行う。投射系ユニット500側には、位置決め穴510、位置決め長穴A511、位置決め長穴B512が設けてあり、まず、位置決め穴510が下側ユニットケース700の位置決め突起A710と勘合する。さらに、位置決め長穴A511が位置決め突起B711に、位置決め長穴B512が位置決め突起C712にそれぞれ勘合して取り付け位置が確定される。
投射系ユニット500を下側ユニット700に勘合させた後、固定ネジ713により、投射系ユニット500と下側ユニット700とを固定する。
図9は、図1の投射系ユニットの着脱状態を別の角度からみた斜視図である。このように、下側ユニット700から、直接着脱することができる。すなわち、上側ユニットなどその他の構成部品を取り外すこと無くライトバルブ手段を含む投射系ユニット500を取り外し、ライトバルブ手段の清掃などのメンテナンスを行うことができる。
この時の、投射系ユニット500の取り外し方向の矢印730の方向は、投射レンズ手段のあおり量の設定方向と一致させると、取り外す距離が少なくて済み、取り外し易い。
図10は、冷却部分の詳細を示す斜視図である。また、図11は図10のダクト部分の接続詳細を示す。
光学ユニット10の下側ユニット700には、ダクトとしての導風部714があり、別体のガイド部材717とで導風路が構成されている。遠心ファン140から出る風は、この導風路を経由してライトバルブ手段などへ進む。導風部714の先には、分岐部があり、導風部B715が続いている。この導風部B715に対しては、導風板716があり、この導風板716と導風部B715の2つの部材によりダクトとしての導風路が構成されている。枝別れした導風路の先には、コリメータレンズA301とインテグレータレンズB203との形成する空間718があり、この空間718に上述したダクト手段715が接続されている。この状態で遠心ファン140を動作させると、遠心ファン140からの風は、導風部714で分岐してライトバルブ手段414と枝分かれした導風部715などよりなる導風路に進む。風はさらに進むとコリメータレンズA301とインテグレータレンズB203との形成する空間718へとすすみ、光学機能部品であるコリメータレンズA301とインテグレータレンズB203とを冷却して、光学ユニット外部へぬける。
このようにすると、ライトバルブ手段およびその周辺部品のみならず、光学機能部品の冷却も可能となる。
図12は、ライトバルブ手段付近の冷却風の方向を示す説明図である。遠心ファン140から送られる風は、ダクトにより分割されて、さらに、ライトバルブ手段に対しては、図12では側面の吹き出し口722および底面吹き出し口721のほぼ直交する2つの吹き出し口から吹き付ける構成となっている。つまり、略45度以上、略315度以下の範囲で複数の吹き出し口からの風を吹き付ける構成である。このようにすると、異なる角度の2つの風を当てることにより、ライトバルブ手段のほぼ中央付近では風の流れが乱流となり、熱交換効率が増し、効果的に冷却することが可能となる。すなわち、強制的に乱流を発生させて、冷却効率を増す。このようにして、特に風量を増大させることなく冷却能力を増大することができる。
図12の説明では、ライトバルブ手段を用いて説明を行ったが、実際にはライトバルブ手段と前後して偏光手段を設ける場合が多い。偏光手段もライトバルブ手段と同様に発熱してその冷却が必要な光学機能部品である。偏光手段の冷却を行う場合にも、図12のライトバルブ手段の位置に偏光手段を置いて冷却する場合でも同様であることは、言うまでもない。さらに、ライトバルブ手段と偏光手段の両方を同時に冷却する場合でも同様である。
以上まとめると、本発明による第1番目の一実施の形態によれば、高輝度化に伴う光学機能部品の発熱量の増加という課題に対しては、冷却風を複数の角度で当てて熱交換効率を増して冷却能力を増し、ライトバルブ素子以外の光学機能部品もライトバルブ手段と同じ冷却手段で冷却することにより解決できるという効果がある。また、ライトバルブ手段付近のメンテナンス性に関しては、投射系ユニット手段を光学ユニットから、着脱可能とし、この時の着脱方向を投射レンズ手段のあおり量方向に設定したことにより、着脱が容易となり、メンテナンス性に優れるという効果がある。
図13は、本発明による第2番目の一実施の形態の冷却状態を示す斜視図である。
ライトバルブ手段414付近の冷却風の方向は、ライトバルブ手段の表裏すなわち光の入射面と出射面とで対向する関係と設定している。すなわち、入射面側の吹き出し口722の吹き出し方向724と出射面側の吹き出し口721の吹き出し方向423とを対向させている。このようにすると、従来のようにライトバルブ手段を冷却する風の方向が一方向の場合は風の吹き出し口側の温度が低くなり、出口側の温度が相対的に高くなることが無く、ライトバルブ手段の温度勾配を平均化することが可能となる。また、温度勾配が平均化できるため、問題となるライトバルブ手段内での最高温度が押さえられ、結果として冷却効率を増大することになる。本発明による第2番目の一実施の形態によれば、ライトバルブ手段付近の冷却効率を増すことができるという効果がある。
図14は、本発明による第3番目の一実施の形態のダクトの分岐状態を示す説明図である。
遠心ファン140からの風は、導風部714で分岐してライトバルブ手段414と枝分かれした導風部715などよりなる導風路に進む。風はさらに進むと別の枝分かれ部に達し一方はコリメータレンズA301とインテグレータレンズB203との形成する空間718へとすすむ。もう一方は光源101とインテグレータレンズA401との形成する空間780へと進む。空間718では光学機能部品であるコリメータレンズA301とインテグレータレンズB203とが冷却される。空間780では光源101の出射面側とインテグレータレンズA401とが冷却される。冷却後の風は、光学ユニット外部へぬける。本発明による第3番目の一実施の形態によれば、冷却が必要な複数の光学機能部品対を効率よく冷却できるようになるという効果がある。
図15は、本発明による第4番目の一実施の形態の斜視図である。
色合成手段であるプリズムユニット760およびプリズムユニットに一体となっているライトバルブ手段413、414、415のが光学ユニットから着脱可能となっている構成である。
このように、本発明による第4番目の一実施の形態によれば、ライトバルブ手段の塵埃の付着などの問題に対する清掃などのメンテナンスが容易となる効果がある。
本発明の説明では、実施の形態として、ライトバルブ手段に液晶を用いた例で説明したが、他のライトバルブ手段、たとえば微少鏡駆動方式、レーザーアドレス液晶方式など、入射光を変調して映像として投影できるものであれば透過式・反射式ともに同様に実現可能である。また、ライトバルブ手段を3枚使用するいわゆる3板方式で説明を行ったが、2枚、あるいは1枚などのライトバルブ手段を用いる方式であっても同様の効果を有することは言うまでもない。
説明では、投射型としての装置の説明で、正面からスクリーンに投射するものを例として使用したが、背面側から投射するいわゆる背面投射型の装置とした場合でも、同様の効果がある。
装置の外形の説明としては、可搬型の小型装置を例に説明したが、固定型たとえば劇場などに固定して使用する形態のもの、あるいは屋外に設置する建物と一体となった形態のものであっても同様の効果がある点は言うまでもない。
このような表示装置によれば、ライトバルブ手段の冷却は乱流により効率よく冷却することが可能となる。また、高輝度化に伴って必要となる光学機能部品の冷却もライトバルブ手段と兼用できる。さらには、投射手段を光学系部から容易に離脱できて、メンテナンスが容易となる。
本発明の第1実施形態に係る表示装置の着脱の説明図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置の外観を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置の外観底面側を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置の動作時の、投射映像位置を示す断面図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置の光学系の構成を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置の構成を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置の構成を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置の内部構成を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置の着脱の説明図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置の冷却ダクトの構成を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置の冷却構成を示す断面図である。 本発明の第2実施形態に係る表示装置の冷却部分の構成を示す斜視図である。 本発明の第3実施形態に係る表示装置の冷却部分の構成を示す斜視図である。 本発明の第4実施形態に係る表示装置の冷却ダクトの構成を示す断面図である。 本発明の第5実施形態に係る表示装置の着脱の説明図である。
符号の説明
1 表示装置
10 光学ユニット
100 光源ユニット
101 光源
140 遠心ファン
203 インテグレータレンズB
301 コリメータレンズA
413、414、415 ライトバルブ
500 投射系ユニット
501 投射レンズ
700 下側ユニットケース
701 上側ユニットケース
714 導風部
715 導風部B
716 導風板
717 ガイド部材
718 空間

Claims (2)

  1. 光を放射する光源と、
    前記光源からの光を映像表示素子に照射させる照明手段と、
    ライトバルブ手段と、
    投射手段とを有し、
    前記ライトバルブ手段に風を当てて冷却する冷却手段を持つ表示装置であって、
    前記ライトバルブ手段への冷却風は、入射側と出射側で、冷却風の方向が、異なることを特徴とする映像表示装置。
  2. 光を放射する光源と、
    前記光源からの光を映像表示素子に照射させる照明手段と、
    ライトバルブ手段と、
    投射手段とを有し、
    前記ライトバルブ手段に風を当てて冷却する冷却手段を持つ表示装置において、
    前記ライトバルブ手段の冷却風は、入射側と出射側で、冷却風の方向が、略逆向きとなることを特徴とする映像表示装置。
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