JP2006337940A

JP2006337940A - 投写型表示装置

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Publication number: JP2006337940A
Application number: JP2005165766A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Yoshii; 正一吉居; Hisashi Okada; 久司岡田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-06-06
Also published as: CN100576017C; JP4420857B2; CN1877393A; US20060274279A1

Abstract

【課題】この発明は、照明光学系をミラーで折り曲げたＵ字型構成の投写型表示装置において、熱負荷を低減させ、光源を折り曲げるミラーを耐熱性ガラスを用いることなく構成できる装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ランプ１ａとパラボラ形状の金属リフレクタ１ｂとからなる光源１からの光をコールドミラー２で折り曲げ、フライアイインテグレータ３、４経て光変調素子１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｒに与え、この光変調素子で変調された変調光を投写レンズ２０で拡大投写する投写型表示装置において、コールドミラー２をファン３２からの冷却風で冷却するとともに、コールドミラー２を透過した紫外線及び赤外線をキャビネット３０の外に放出し、紫外線及び赤外線がランプ１ａ側へ再帰反射することを防止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、カラー画像を表示する投写型表示装置に関する。

カラー画像を投写する投写型表示装置では、照明光学系から出射された光が、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの色の波長を有する光に分光される。分光された３つの色の光は、それぞれ用意された液晶ライトバルブにより、それぞれの色信号に応じて変調される。そして、変調後の各色光を再び合成することにより形成されたカラー画像が投写レンズから出射され、スクリーンなどに画像が投影される。

上記した投写型表示装置において、照明光学系を直線配置したＬ字型構成と、照明光学系をミラーで折り曲げたＵ字型構成のものが知られている。これらの投写型表示装置において、光源から放射される可視光以外の紫外線、赤外線成分（ＵＶＩＲ成分）をどこで吸収するか、また、このＵＶＩＲ成分が照射される光学部品の冷却が極めて重要である。

従来、ＵＶＩＲカットフィルタを光源の前方に配置して、光源からのＵＶＩＲ成分を除去する構成が取られている。しかしながら、この構成では、ＵＶＩＲ成分が光源側へ再帰反射することにより、光源のランプバーナ部の温度上昇を誘起し、光源ランプの寿命を低下させるという難点があった。

一方、照明光学系をミラーで折り曲げたＵ字型構成の投写型表示装置において、光源からの光を折り曲げるミラーとしてコールドミラーを用い、可視光は反射させ、可視光以外のＵＶＩＲ成分の光を光路外に出すように構成したものが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−２１９９７２号公報（図３、段落番号００２１ないし００２３参照）

一般に、光源は、ランプ出射光をほぼ平行光束化するために、ガラス製のリフレクタが用いられている。しかし、ガラス製のリフレクタは、万一中のランプが破裂した場合にリフレクタ自体も破損し、表示装置内部にガラス等の破片が散らばるという問題がある。また、ガラスは冷えにくい熱特性を有するため、一旦ランプを消灯後、ランプバーナが再点灯可能な温度まで低下するのに数分の時間を要するという難点もあった。

そこで、リフレクタを金属化することにより、破損を防止し、また、リフレクタの冷却特性を向上させる構成が実現されている。しかし、金属製のリフレクタは可視光以外のＵＶＩＲ成分も全て前方へ反射させるため、光源からの光を折り曲げるコールドミラーに対して、ガラス製リフレクタを用いた時に比べてより温度の上昇をもたらすことになり、コールドミラーに対する温度対策が必要となってくる。このため、コールドミラーとして耐熱性ガラスを用いる必要があり、コストが高くなるという問題があった。

この発明は、上述した従来の問題点を鑑みなされたものにして、照明光学系をミラーで折り曲げたＵ字型構成の投写型表示装置において、熱負荷を低減させ、光源を折り曲げるミラーを耐熱性ガラスを用いることなく構成できる装置を提供することを目的とする。

この発明は、ランプとパラボラ形状のリフレクタとからなる光源からの光をミラーで折り曲げ、フライアイインテグレータを経て光変調素子に与え、この光変調素子で変調された変調光を投写レンズで拡大投写する投写型表示装置において、前記リフレクタは金属リフレクタで構成され、前記光源から可視光、紫外線、赤外線を含む光が与えられるミラーを冷却する手段を設けるともに、前記光源からの光から紫外線及び赤外線を除去する紫外線及び赤外線除去手段を備え、除去した紫外線及び赤外線のランプ側への再帰反射を防止するように、前記紫外線及び赤外線除去手段を配置したことを特徴とする。

また、前記ミラーは青板ガラスで形成され、前記ミラー設置面上下に通風口を設け、ミラー面に沿って冷却風を案内し、ミラー面を冷却することを特徴とする。

更に、前記ミラーの背面にミラーの温度分布を考慮して形成されたヒートシンクを設けてもよい。

前記ミラーとしてコールドミラーを用い、このコールドミラーを透過した紫外線及び赤外線を光路外に放出するように構成することができる。

また、前記ミラーは全反射ミラーであり、前記フライアイインテグレータ間に紫外線及び赤外線カットフィルタを光路に対して傾斜させて配置し、前記紫外線及び赤外線カットフィルタで反射された紫外線及び赤外線を光路外に放出するように構成しても良い。

また、前記ミラーは全反射ミラーであり、前記フライアイインテグレータの前記ミラーに対向するレンズ面に紫外線及び赤外線カットの膜を被覆し、ランプ側への紫外線及び赤外線の反射光を拡散させるように構成しても良い。

この発明は、可視光、紫外線、赤外線を含む光が与えられるミラーを冷却する手段を設けることで、金属リフレクタを用いた場合においても安価な青板ガラスでミラーを構成できる。しかも、紫外線及び赤外線のランプ側への再帰反射を防止するように構成しているので、ランプへの熱負荷が低減され、ランプの寿命を長くすることができる。

この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、この発明の第１の実施形態に係る照明光学系をＵ字型配置にした、すなわち、光源と投写レンズとがＵ字状に折れ曲がって配置された投写型表示装置の構成を示す模式図である。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。

図１に示すように、光源１は、高圧水銀ランプ１ａとこのランプ１ａから射出された白色光をほぼ平行光束化するパラボラ形状の金属製リフレクタ１ｂで構成される。リフレクタとして金属リフレクタ１ｂを用いているので、破損が防止され、またリフレクタ１ｂの冷却特性が向上し、ランプ１ａの再点灯可能な時間を短縮化できる。なお、金属製リフレクタ１ｂは、可視光以外のＵＶＩＲ成分も全て前方へ反射させることになる。

光源１から出射された光は、コールドミラー２で構成されるミラーにより光路を９０度折り曲げられる。このコールドミラー２は、可視光を反射し、可視光以外の光を透過する特性を有する。従って、ＵＶＩＲ成分はコールドミラー２を透過し、光路外に放出される。コールドミラー２から放出されるＵＶＩＲ成分をプロジェクタのエンジン外に放出するために、エンジンキャビネット３０のコールドミラ２の背面に位置する箇所には、開口部３０ａが設けられている。このようにして、コールドミラー２により、ＵＶＩＲ成分を透過させて光路外に放出し、後段光学部材への熱負荷を低減する。また、光源１側へのＵＶＩＲ成分の再帰反射を回避でき、ランプ１ａの熱負荷も低減できる。

パラボラ形状のリフレクタ１ｂにて平行光として出射された光は、コールドミラー２により赤外および紫外成分が透過され、可視光が反射され光路が９０度折り曲げられる。そして、凸レンズ群で構成された第１、第２のフライアイレンズ３、４からなるいわゆるフライアイインテグレータにて光束分割される。それぞれの光束は収束して偏光変換素子５に入射し、偏光方向が揃えられて出射される。

そして、偏光方向が揃えられた光はコンデンサーレンズ６等を通過した後、ダイクロイックミラー７によって赤から緑色帯域の光は透過し、青色帯域光は反射される。

ダイクロイックミラー７によって反射され、光路を９０度変えた青色帯域光は全反射ミラー８によって光路を９０度変え、フィールドレンズ９Ｂを介して青色帯域光成分画像を表示する青色用液晶表示素子１０Ｂに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。液晶表示素子には、入射側偏光板ＰＩ、出射側偏光板ＰＯが設けられている。

光変調された光は、ダイクロイックプリズム１１に入射し、ダイクロイックプリズム１１内で光路を９０度変えて投写レンズ２０に入射し、拡大投影されスクリーン（図示しない）上に結像される。

一方、ダイクロイックミラー７を透過した赤〜緑色帯域光はダイクロイックミラー１２に入射する。ダイクロイックミラー１２は緑色帯域光を反射する特性を有しているため、ここで緑色帯域光は反射され、その光路を９０度変え、フィールドレンズ９Ｇを介して緑色帯域光成分画像を表示する緑色用液晶表示素子９Ｇに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された緑色帯域光はダイクロイックプリズム１１、投写レンズ２０の順に入射し、拡大投影されスクリーン上に結像される。

ダイクロイックミラー１２を透過した赤色帯域光は、レンズ１３〜１４や全反射ミラー１６、１７を経てフィールドレンズ９Rから赤色帯域光成分画像を表示する赤色用液晶表示素子１０Ｒに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された赤色帯域光は、ダイクロイックプリズム１１に入射し、ダイクロプリズム１１で光路を９０度変えて投写レンズ２０に入射し拡大投影されスクリーン上に結像される。

さて、金属製リフレクタ１ｂは、可視光以外のＵＶＩＲ成分も全て前方へ反射させることになるので、コールドミラー２は非常に熱せられる。通常コールドミラーの材質として耐熱ガラスを用いていたが、この第１の実施形態では、コールドミラー２を安価な青板ガラスを用いている。このため、この実施形態では、コールドミラー２を冷却する手段を用いて、コールドミラー２の材質として青板ガラスを用いることを可能とした。

図１に示す第１の実施形態では、キャビネット３０のコールドミラー２設置面上下に通風口３１を設け、ミラー面に沿って上若しくは下からファン３２の風を案内し、ミラー面を冷却するように構成している。このように、ファン３２からの冷却風をコールドミラー２のミラー面に沿って流すことで、コールドミラー２の温度上昇を抑制でき、安価な青板ガラスで構成したコールドミラーを利用することができる。

図２は、この発明の第２の実施形態に係る照明光学系をＵ字型配置にした投写型表示装置の構成を示す模式図である。この第２の実施形態は、青板ガラスから成るコールドミラー２の背面中央部にヒートシンク３３を設け、このヒートシンク３３をファン３４からの冷却風で冷却し、コールドミラー２を冷却するように構成したものである。この実施形態では、コールドミラー２の中央部分が最も熱くなるので、その部分にヒートシンク２１を設けて冷却効率を向上させている。また、この実施形態では、ヒートシンク２１を中央部分に設けているが、コールドミラー２の熱の温度分布に応じてヒートシンク２１の形状を構成しても良い。すなわち、温度が高くなるところは冷却効果が大きくなるようにヒートシンク２１のフィン形状を大きく又は多くするなどの対策を講じるように構成しても良い。

また、ヒートシンク３３のみで青板ガラスが破損しない程度にコールドミラー２の冷却が可能であれば、ファンを省略しても良い。

図３は、この発明の第３の実施形態に係る照明光学系をＵ字型配置にした投写型表示装置の構成を示す模式図である。第１、第２の実施形態においては、コールドミラー２により、光源１からの光を９０度折り曲げているが、この第３の実施形態においては、光源１からの光を青板ガラスで構成した全反射ミラー２ａを用いて折り曲げている。そして、第１フライアイレンズ３と第２フライアイレンズ４との間にＵＶＩＲカットフィルタ３５を光路に対して傾斜して配置している。光源１から全反射ミラー２ａを介して案内されたＵＶＩＲ成分を含む光は第１フライアイレンズ３を経てＵＶＩＲカットフィルタ３５に与えられる。このＵＶＩＲカットフィルタ３５にて、ＵＶＩＲ成分は反射され、ＵＶＩＲ成分が除去された可視光成分が透過して第２のフライアイレンズ４に与えられることになる。

ＵＶＩＲカットフィルタ３５は光路に対して傾斜して配置されているので、反射されたＵＶＩＲ成分は光路から外れる方向に反射することになる。この実施形態では、反射されたＵＶＩＲ成分の光が到達する箇所のエンジンのキャビネット３には、開口部３０ｂが設けられている。このようにして、ＵＶカットフィルタ３５により、ＵＶＩＲ成分をキャビネット３０外に放出し、後段光学部材への熱負荷を低減する。また、光源１側へのＵＶＩＲ成分の再帰反射も回避でき、ランプ１ａの熱負荷も低減できる。

上記したように、金属製リフレクタ１ｂは、可視光以外のＵＶＩＲ成分も全て前方へ反射させることになるので、全反射ミラー２ａは非常に熱せられる。このため、この実施形態では、全反射ミラー２ａを冷却する手段を用いて、全反射ミラー２ａの材質として青板ガラスを用いることを可能とした。図３に示す第３の実施形態では、キャビネット３０の全反射ミラー２設置面上下に通風口３１を設け、ミラー面に沿って上若しくは下からファン３２の風を案内し、ミラー面を冷却するように構成している。このように、ファン３２からの冷却風を全反射ミラー２ａのミラー面に沿って流すことで、全反射ミラー２ａの温度上昇を抑制でき、安価な青板ガラスで構成した全反射ミラーを利用することができる。また、第２の実施形態と同様に、全反射ミラー２ａの背面にヒートシンクを設けるように構成しても良い。

図４は、この発明の第４の実施形態に係る照明光学系をＵ字型配置にした投写型表示装置の構成を示す模式図である。この第４の実施形態は、全反射ミラー２ａからの反射光が与えられる第１フライアイレンズ３の全反射ミラー２ａ側のレンズ面にＵＶＩＲカットコート３ａを施したものである。

第１フライアイレンズ３のレンズ面に設けたＵＶＩＲカットコート３ａによりランプ側への再帰反射光を拡散させ、ランプ側への熱負荷を低減している。

この第４の実施形態においてもキャビネット３０の全反射ミラー２設置面上下に通風口３１を設け、ミラー面に沿って上若しくは下からファン３２の風を案内し、ミラー面を冷却するように構成している。このように、ファン３２からの冷却風を全反射ミラー２ａのミラー面に沿って流すことで、全反射ミラー２ａの温度上昇を抑制でき、安価な青板ガラスで構成した全反射ミラーを利用することができる。また、第２の実施形態と同様に、全反射ミラー２ａの背面にヒートシンクを設けるように構成しても良い。

図５ないし図７は、この発明を背面投写型表示装置に用いた第５の実施形態を示し、第５図はプロジェクタ部分を示す模式図、第６図は模式的側面図、第７図は模式的正面図である。

この実施形態における背面投写型表示装置におけるプロジェクタエンジン４０の構成は、第１の実施形態と同様に構成され、青板ガラスで構成されたコールドミラー３１により、光源１からの可視光を９０度折り曲げ、ＵＶＩＲ成分はコールドミラー２を透過させ、エンジン部のキャビネット３０の開口部から光路外に放出される。このコールドミラー２はファン３２からの冷却風によりミラー面が冷却される。そして、このプロジェクタエンジン４０は、本体の背面に設けられたミラー５２に映像光を投射するために、レンズ２０ａが斜め後方に映像光を投射するに構成されている。

そして、レンズ２０ａから投射された映像光はミラー５２で反射され、スクリーン５１に映像光が結像される。

プロジェクタエンジン４０は、光源１と投写レンズ２０ａとがＵ字状に折れ曲がって配置され、光源１と投射レンズ２０ａがスクリーン５１側に下方部の正面に位置している。従って、光源１を交換する場合には、スクリーン５１の正面下方部から光源１の脱着が行えるように構成できる。交換作業も容易にできる。

図５ないし図７に示した背面投写型表示装置においては、第１の実施形態のプロジェクタエンジンを用いたが、第２ないし第３の実施形態のプロジェクタエンジンの構成も適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、プロジェクタ、リアプロジェクタなどの投写型表示装置に利用できる。

この発明の第１の実施形態に係る照明光学系をＵ字型配置にした投写型表示装置の構成を示す模式図である。この発明の第２の実施形態に係る照明光学系をＵ字型配置にした投写型表示装置の構成を示す模式図である。この発明の第３の実施形態に係る照明光学系をＵ字型配置にした投写型表示装置の構成を示す模式図である。この発明の第４の実施形態に係る照明光学系をＵ字型配置にした投写型表示装置の構成を示す模式図である。この発明を背面投写型表示装置に用いた第５の実施形態のプロジェクタ部分を示す模式図である。この発明を背面投写型表示装置に用いた第５の実施形態の模式的側面図である。この発明を背面投写型表示装置に用いた第５の実施形態の模式的正面図である。

符号の説明

１光源、１ａランプ、１ｂリフレクタ、２コールドミラー、２ａ全反射ミラー３，４フライアイレンズ、１０１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ液晶表示素子、１１ダイクロイックプリズム、２０投写レンズ２０、３１通風口、３２ファン。

Claims

ランプとパラボラ形状のリフレクタとからなる光源からの光をミラーで折り曲げ、フライアイインテグレータを経て光変調素子に与え、この光変調素子で変調された変調光を投写レンズで拡大投写する投写型表示装置において、前記リフレクタは金属リフレクタで構成され、前記光源から可視光、紫外線、赤外線を含む光が与えられるミラーを冷却する手段を設けるともに、前記光源からの光から紫外線及び赤外線を除去する紫外線及び赤外線除去手段を備え、除去した紫外線及び赤外線のランプ側への再帰反射を防止するように、前記紫外線及び赤外線除去手段を配置したことを特徴とする投写型表示装置。
前記ミラーは青板ガラスで形成され、前記ミラー設置面上下に通風口を設け、ミラー面に沿って冷却風を案内し、ミラー面を冷却することを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
前記ミラーの背面にミラーの温度分布を考慮して形成されたヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の投写型表示装置。
前記ミラーとしてコールドミラーを用い、このコールドミラーを透過した紫外線及び赤外線を光路外に放出するように構成したことを特徴とする請求項１ないし３に記載の投写型表示装置。
前記ミラーは全反射ミラーであり、前記フライアイインテグレータ間に紫外線及び赤外線カットフィルタを光路に対して傾斜させて配置し、前記紫外線及び赤外線カットフィルタで反射された紫外線及び赤外線を光路外に放出するように構成したことを特徴とする請求項１ないし３に記載の投写型表示装置。
前記ミラーは全反射ミラーであり、前記フライアイインテグレータの前記ミラーに対向するレンズ面に紫外線及び赤外線カットの膜を被覆し、ランプ側への紫外線及び赤外線の反射光を拡散させるとを特徴とする請求項１ないし３に記載の投写型表示装置。