JP2009244819A - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンによるセット外部からの吸気による塵埃の装置内部への侵入を防止し、塵埃がセット内部に潜入しても映像表示素子や光学部品に付着せず、良好な性能を長時間維持する投写型映像表示装置を提供する。
【解決手段】空気の取り入れ側から順に機械的に大粒な塵埃の進入を遮蔽するプレフィルタと放電電極と対向電極で構成された塵埃帯電部と前記塵埃帯電部により帯電した塵埃を集塵する高圧電極と集塵電極とで構成した集塵部を設け、前記集塵部を通過した空気を機械的に吸塵する帯電したメインフィルタを配置し、その後段にイオン化された塵埃を電気的に中和する除電器を設け、吸い込んだ空気を送風する送風ファン備え、前記冷却用ファンにより前記照明光学系を構成する部材の一部及び映像表示素子を冷却する構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、映像表示素子と照明光学系を具備し、該照明光学系により得られた光束を映像表示素子により変調しスクリーン上に映像を投影する投写型映像表示装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置に関し、特に、照明光学系と映像表示素子を冷却するための空気取り込み口に電気的集塵装置と機械式塵埃除去フィルタ或いは機械式塵埃除去フィルタと静電塵埃除去フィルタ併設した投写型映像表示装置に関するものである。

投写型映像表示装置は、光源から出射した光束を照明光学系により映像表示素子である液晶パネル又は反射型液晶パネル、反射型映像表示素子で変調することで得られた映像を投写レンズにより拡大投影する構成であるため、高輝度な光源を必要とする。更に前述の映像表示素子及び照明光学系を構成する所謂光学部品は小型であるため入射光束の面パワー密度が大きくなる。このために、例えば映像表示素子を液晶パネルとした場合には液晶パネルと偏光板あるいは光学部品へ光が吸収され発熱する。更に、光源で発生する熱についてもセット外部に取り出す必要があった。このため従来から特許文献１に記載されているようにモータによってファンを回転させて外気をセット内部に吸気し、前述した光学部品の発熱や光源の熱をセット外部に放出していた。この時、セット外の空気を吸気してセット内部に送風する場合、セット外の塵埃が装置に入り込んでします恐れがあり通常は塵埃除去フィルタを設け構成していた。

更にファンによる吸気で塵埃が入り込むのを防止しつつ気流に対する抵抗を生じさせない集塵送風装置及びこれを備えた投写型映像表示装置として特許文献２に記載された構成のものも提案されている。

特開２００１−２２２０６５号公報 特開２００５−９５８２８号公報

しかしながら特許文献１に記載された塵埃除去フィルタの捕捉効率を向上させるためにはフィルタの開口部分の幅を液晶パネルの画素サイズ（７〜１３μｍ）の半分程度にする必要があるが、空気の流れに対して抵抗（圧損が大きくなる）となり放熱効率が低下すると言う問題点がある。

更に特許文献２に記載された集塵送風装置では塵埃除去フィルタの代わりに電気的な集塵手段を設けることで圧損を低減した構成の送風装置を提案している。この電気集塵手段を設けた送風装置では一方側電極によりイオン化された塵埃はメッシュ状の他方電極でクーロン力により吸引され吸着するが、補足率を向上するため電極間隔，形状や印加電圧をパラメータとして最適化されるが、大きさや成分が異なる塵埃を１００％捕捉することは極めて困難である。更に一方側電極は針状の電極で数（ｋｖ）から数十（ｋｖ）の電圧を印加しコロナ放電させるため、周囲の湿度などの変化で安定的な放電が成されなくなり電極が磨耗すると言う課題がある。

更に電気集塵手段を設けた送風装置を通過しセット内部に侵入した塵埃は前述した電気集塵装置の作用によりイオン化され、映像表示素子や光学部品に活性化した状態で付着するため投影映像の明るさの低下、明るさ及び色斑等が発生し性能上大きな問題となることが実験の結果明らかになった。

本発明は、上記の従来技術に鑑み、安定的に長期間に亘ってファンによるセット外部からの吸気により塵埃が装置内部に入り込むことを防止しつつ、万が一セット内部に塵埃が潜入しても映像表示素子や光学部品に塵埃が付着することなく良好な性能が維持できる投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の投写型映像表示装置は、空気の取り入れ側から順に機械的に大粒な塵埃の進入を遮蔽するプレフィルタと放電電極と対向電極で構成された塵埃帯電部と前記塵埃帯電部により帯電した塵埃を集塵する高圧電極と集塵電極とで構成した集塵部を配し、前記集塵部の後段に除電器を配置し、前記除電器を通過した空気を機械的に吸塵する帯電したメインフィルタを配置し、吸い込んだ空気を送風する遠心式送風機とを備え、前記遠心式送風機により発生した風により前記照明光学系を構成する部材の一部及び映像表示素子を冷却する構成とする。

前記除電器は、前記塵埃帯電部によりイオン化された塵埃を映像表示装置や光学部品に付着させないように電気的に中和させる役目がある。

本発明によれば、塵埃帯電部により帯電した塵埃を、高圧電極と集塵電極で構成される集塵部によって集塵した後、集塵されないで通過したイオン化されて活性化された塵埃を、除電器にて電荷を中和することにより、冷却用のファンによる吸気で塵埃がセット内部に侵入しにくくするとともにたとえ進入しても光学性能に影響を与えることのない投写型映像表示装置を提供できる。

以下、本発明の最良の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、各図において、共通な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、一度説明したものについてはその説明を省略する。

図１は本実施形態の原理を判り易くによる説明するための原理図である。セット本体に設けた機械式の塵埃除去フィルタ１（プレフィルタ）により空気中に浮遊する塵埃ａのうち比較的寸法の大きい（例えば５００μｍ以上）塵埃を遮断する。次に帯電部６−１に設けた高圧電源８の正極（高圧）側電極３とその負極（アース）側電極２−１の間でコロナ放電を発生させ塵埃ｂを正に荷電させ、コレクタ部６−２には高圧電源９の正極（高圧）側電極４とコレクタ電極２−２を設けた構成とする。前述の帯電部６−１を通過することで正に荷電した塵埃ｂは高圧電極４に反発するとともに正電荷によるクーロン力によりコレクタ電極２−２に吸着する。

更に最終段に備えた機械式の塵埃除去フィルタ５（メインフィルタ）により吸引した空気の塵埃を除去した後、除電器２０でイオン化した塵埃を電気的に中和した空気を遠心式送風機により照明光学系を構成する部材の一部及び映像表示素子に送り、冷却する構成とする。この時、機械式塵埃除去フィルタ５には静電型のフィルタを用いる事で更に集塵効率を向上させることができることは言うまでも無い。

除電器２０は、針状電極２１と高電圧発生電源２２を持ち、この針状電極２１にプラス・マイナス（±）の交流（ＡＣ）の高電圧を印加することで、プラスイオンとマイナスイオンを放出する。前記塵埃帯電部６−１でプラスにイオン化された塵埃bは、集塵部６−２、機械式塵埃除去フィルタ５で吸着されるが、数％はこれらを抜けてしまう。各フィルタから抜けたイオン化された塵埃bは、そのまま送風ファンによって内部に送られると、イオン化されて活性化されているため構成部材に付き易くなっているが、前記除電器２０から放出されるプラスやマイナスイオンと混合されることによって電気的に中和させることが出来るため、送風ファンによって光学部品が配置される内部に送られても、付着を防止することが出来るという効果がある。

図２は本発明の実施例１としての集塵装置（電気式集塵装置と機械式塵埃除去フィルタの組み合わせ）１０の全体構成を示す配置図である。セット内部に外部電源回路１１を併設している。図１では機械式の塵埃除去フィルタ１をセットと一体化して設けると説明したが、別体として取り外し可能とし顧客が必要に応じて取り外し掃除するなどのメンテナンスを実施するよう構成することもある。

以上本願発明の集塵装置の構成について説明した。次に冷却用ファンを含めたセット内部の照明光学系の配置及び作用について図３及び図４を用いて説明する。

図３において、光源ユニット１０１から出射した光束は、ＵＶカットフィルタ１０２で紫外線をカットされ、インテグレータとしての一対のマルチレンズアレイ１０３ａ・１０３ｂに入射する。なお、通常、紫外線カットは、他の光学素子でも行うが、赤外線カットも含め、本発明の要点ではないので詳しい記載を省略する。

マルチレンズアレイ１０３ａ・１０３ｂには、凸レンズ（セル）が二次元状に配置されており、マルチレンズアレイ１０３ａに入射した光束は、マルチレンズアレイ１０３ｂの各セルに光源像を二次元状に形成する。それぞれ集光した光源像は、偏光変換素子１０４で自然光は振動方向が一定方向の直線偏光に変換される。これは、後述する映像表示素子１２２ａ・１２２ｂ・１２２ｃが、振動方向が一定方向の直線偏光のみしか通過させないからである。マルチレンズアレイ１０３ａ・１０３ｂで二次元状に分割された光源像は、重畳作用を有する重畳レンズ１０５により、映像表示素子１２２ａ・１２２ｂ・１２２ｃの映像表示面に重畳される。

なお、重畳レンズ１０５と映像表示素子１２２ａ・１２２ｂ・１２２ｃの間にある色分解光学系で、赤色・緑色・青色の３色に分解される。

重畳レンズ１０５を通り全反射ミラー１０６ａで光路折り返された偏向方向が一定の光束は、先ず、第１のダイクロイックミラー１０７ａによって、青色の光束が透過し、赤色と緑色が反射される。青色の光束は全反射ミラー１０６ｂで反射されコンデンサレンズ１０８ｂを経て青色用の映像表示素子１２２ｂに照射される。赤色と緑色は、第２のダイクロイックミラー１０７ｂによって、緑色の光束が反射し、赤色が透過する。緑色の光束はコンデンサレンズ１０８ａを経て緑色用の映像表示素子１２２ａに照射される。赤色の光束は、全反射ミラー１０６ｃ・１０６ｄで反射されコンデンサレンズ１０８ｃを経て赤色用の映像表示素子１１２ｃに照射される。なお、赤色の光路はその光路長が青色や緑色より長いので、リレーレンズ１０９・１１０を用いてさらに写像されている。

青色用の映像表示素子１２２ｂと、緑色用の映像表示素子１２２ａと、赤色用の映像表示素子１２２ｃに照射された各光束は、クロスプリズム１１１により色合成され、投射レンズ１２０に入射する構成となっている。

なお、以上の照明光学系の原理説明において、実際の照明光学系に存在する所定の偏光光線以外の光線をカットする偏光板や、各色の偏光光線の振動方向を制御する位相差板についてはここでは説明を省略する。

図３は冷却ファン１１２ｂ（図示せず）をセットに対して縦置きにした場合の構成を示す配置図で、セット本体に取り付けられた機械式の塵埃除去フィルタ１と集塵装置（電気式集塵装置と機械式塵埃除去フィルタの組み合わせ）１０、さらに除電器２０を通過した空気は冷却ファン１１２ｂ（図示せず）によりダクト１１３を通して映像表示素子や偏向板（図示せず）を冷却する。ここでは集塵装置１０、除電器２０はセット内部に設けた電源回路から必要な電力を供給されるように図示しているが、集塵装置１０や除電器２０と一体の構成としてもよい。図３に示す本願発明の実施例において除電器２０を冷却ファン１１２ｂより集塵装置側に配置した理由は冷却風の風速が遅く除電効果が最も期待出来る為である。

次に図４は冷却ファン１１２ａをセットに対して横置きにした場合の構成を示す配置図で、図３に示した実施例と同様にセット本体に取り付けられた機械式の塵埃除去フィルタ１と集塵装置（電気式集塵装置と機械式塵埃除去フィルタの組み合わせ）１０、除電器２０を通過した空気は冷却ファン１１２ｂ（図示せず）によりダクト１１３を通して映像表示素子や偏向板（図示せず）を冷却する。

図５は本願発明の集塵装置１０と送風ファン１１２ｂ（図示せず）、１１２ａ（図示せず）及びダクト１１３が照明光学系の主要部品である映像表示素子１２２ｃ、１２２ｂ、１２２ａ及びクロスプリズム（図示せず）に対してどのように配置されているかを示す具体的な実施例を示す図である。

セット外部から塵埃を含んだ空気を集塵装置１０により集塵しセット内部に取り込み、送風ファン１１２ａ,１１２ｂ（図示せず）によりダクト１１３を通して送風し照明光学系の主要部品を冷却する。

具体的には、セットに一体形成したプレフィルタにより機械的に空気中に浮遊する塵埃ａのうち比較的寸法の大きい（例えば５００μｍ以上）塵埃を遮断する。ついで集塵装置１０の内部では、図１を用いて基本原理を説明したように正極（高圧）側電極３とその負極（アース）側電極２の間でコロナ放電を発生させ塵埃ｂを正に荷電させ、コレクタ部に設けた正極（高圧）側電極４とコレクタ電極２により正に荷電した塵埃を高圧電極４に反発するとともに正電荷によるクーロン力によりコレクタ電極２に吸着させる。

更に静電型の塵埃除去フィルタ５（メインフィルタ）の後段に除電器２０を配置し吸引した空気の塵埃を除去、電気的に中和し、送風ファン１１２ａ,１１２ｂ（図示せず）より照明光学系を構成する部材の一部及び映像表示素子を冷却する構成とした試作機を作成し効果を検証した。

この時、電気集塵装置の正極（高圧）は線径９０（μｍ）のタングステン線を使用し電極３を４段形成するとともに４．５（ｋｖ）直流電圧を印加し、その負極（アース）側電極は合成樹脂に高伝導物質を混入し電気抵抗を抑えた平板２（奥行き１２ｍｍ）を１３（ｍｍ）間隔で４段形成しこの間でコロナ放電を発生させ塵埃ｂを正に荷電させ、集塵部（奥行き１５ｍｍ、間隔３．５ｍｍ）に、３．５（ｋｖ）直流電圧を印加した非集塵側電極４と集塵側電極２により正に荷電した塵埃ｂを集塵させ、前記集塵部を透過した塵埃ｂ’を電気的・機械的に吸塵する帯電したメインフィルタ（東洋紡 不織布フィルタ（２４ＮＨ））を通して送風ファンによりダクトを介して前記照明光学系を構成する主要部材に吹き付け冷却効率を計測するとともに防塵性能を検証した。

この時使用した電気集塵装置の集塵効率は通過風速１．０ｍ/ｓにおいて粒径０．５〜１．０（μｍ）の塵埃については７６％であった。同様に０．３（μｍ）以下については集塵効率が６０％以下となった。更に最終段に設けたメインフィルタ（東洋紡 不織布フィルタ（２４ＮＨ））の同様に０．３（μｍ）以下の塵埃に対する集塵効率は７％程度しかなく電気集塵装置により正電荷に帯電した塵埃が照明光学系の主要部材に付着することが判明した。

そこで、発明者らは、静電型の塵埃除去フィルタ５（メインフィルタ）の後段に除電器２０を配置し吸引した空気の塵埃を除去、電気的に中和し、送風ファン１１２ａ,１１２ｂ（図示せず）より照明光学系を構成する部材の一部及び映像表示素子を冷却する構成の試作機を作成し効果を検証した。

次に電気式集塵装置１０の集塵効率を更に優れたものとするため第２次試作機は第１次試作機とほぼ同様の構成で、形状と印加電圧の一部を変更した。この時、前述した照明光学系の主要部材には電気的に接続する処理を行った。

第２次試作機は、電気集塵装置の正極（高圧）は線径１２０（μｍ）のタングステン線を使用し電極３を４段形成するとともに４．８（ｋｖ）直流電圧を印加し、対向電極は合成樹脂に高伝導物質を混入し電気抵抗を抑えた平板２（奥行き１２ｍｍ）を１３（ｍｍ）間隔で４段形成し、この間でコロナ放電を発生させ塵埃ｂを正に荷電させ、集塵部（奥行き２７ｍｍ、間隔３．５ｍｍ）に、４．０（ｋｖ）直流電圧を印加した非集塵側電極４と集塵側電極２により正に荷電した塵埃を集塵させ、前記集塵部を透過した塵埃ｂ’を、電気的・機械的に吸塵する帯電したメインフィルタ（東洋紡 不織布フィルタ（２４ＮＨ））を通して送風ファンによりダクトを介して前記照明光学系を構成する主要部材に吹き付け冷却効率を計測するとともに防塵性能を検証した。

この時使用した電気集塵装置の集塵効率は通過風速１．０ｍ/ｓにおいて粒径０．３〜０．５（μｍ）の塵埃については９９％であった。同様に０．３（μｍ）以下については集塵効率が９５％以下となった。更に最終段に設けたメインフィルタ（東洋紡 不織布フィルタ（２４ＮＨ））の同様に０．３（μｍ）以下の塵埃に対する集塵効率は７％程度しかないが、前述した電気的に接続する対策により、電気集塵装置から正電荷に帯電した塵埃が照明光学系の主要部材に接触してもほとんど付着することなく、前述の結果に比べさらに４倍以上の効果が確認できた。

以上述べたように、電気集塵装置を用いた投写映像表示装置では集塵効率の向上と合わせて、電気集塵装置の後段に除電器を設け、電気集塵装置でイオン化され、フィルタを抜けた帯電塵埃を電気的に中和させることで、イオン化された塵埃を映像表示装置や光学部品に付着させないように良好な効果が得られることが分かった。

更に、電気的・機械的に吸塵する帯電したメインフィルタとして前述の東洋紡 不織布フィルタ（２４ＮＨ）に変えて、超低圧損フィルタである３Ｍ製ＨＡＦ（Ｈｉｇｈ Ａｉｒ Ｆｌｏｗ）フィルタを使用すると電気集塵装置において塵埃が正電荷に帯電しているので、ファンの圧損を損なうことなく集塵効率を飛躍的に向上できることが判明した。

一方、図１１に示すように、電気集塵装置を搭載した投写型映像表示装置に使用する高圧水銀ランプをＡＣ駆動方式とすることにより、ランプ内部やランプリフレクタ部に送られるイオン化された塵埃粒子が電気的に中和させられるため、前記塵埃帯電部によりイオン化された塵埃を映像表示装置や光学部品に付着させないようにすることができ、ＤＣ駆動ランプに比べて塵埃が付着することを低減し、照度劣化に対しても効果のあることがわかった。

また、本願発明の実施例において、電気集塵装置１０のコロナ放電発生時に発生するオゾンを分解する触媒フィルタをメインフィルタと併設する事でオゾン臭を低減できる事は言うまでも無い。

本発明は、映像表示素子と照明光学系を具備し、該照明光学系により得られた光束を映像表示素子により変調しスクリーン上に映像を投影する投写型映像表示装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置に関し、特に防塵性に優れた投射型映像表示装置を提供できる。

本発明の実施形態の原理説明図である。 本発明の実施例としての集塵装置の全体構成を示す構成図である。 本発明の投写型映像表示装置の実施例の構成を示す構成図である。 本発明の投写型映像表示装置の実施例の構成を示す構成図である。 本発明の実施例としての集塵装置を含めた主要部の構成を示す構成図である。 本発明の実施例としての主要部の構成を示す構成図である。 本発明の実施例としての主要部の構成を示す構成図である。 本発明の実施例としての主要部の構成を示す構成図である。 本発明の実施例としてのランプ駆動方式による照度低減比較線図である。

符号の説明

１…機械式塵埃除去フィルタ，２−１…アース側電極，２−２…コレクタ電極，３…正極側電極，４…正極側電極，５…機械式塵埃除去フィルタ，６−１…帯電部，６−２…コレクタ部，８…高圧電源，９…高圧電源，１０…集塵装置，１１…外部電源，２０…除電器、２１…針状電極、２２…高電圧発生電源、１１２ａ…送風ファン，１１２ｂ…送風ファン，１２０…投写レンズ、１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ…映像表示素子、１０１…光源ユニット、１０２…ＵＶカットフィルタ、１０３…マルチレンズアレイ、１０４…偏光変換素子、１０５…重畳レンズ、１０６…全反射ミラー、１０７…ダイクロイックミラー、１０８…コンデンサレンズ、１０９、１１０…リレーレンズ、１１１…クロスプリズム、１１３…ダクト，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…フレーム，２１…後面筐体，２２…前面筐体，２３…補強プレート，１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ…透過型液晶パネル，１２６，１２７，１２８…入射側偏光板，Ａ…導電性塗料，Ｂ…導電性部材，Ｃ…導電性部材，Ｄ…導電性部材，１２２ａｆ，１２２ｂｆ，１２２ｃｆ，…透過型液晶パネルのフレキシブル電極

Claims (3)

1. 光源から出射した光束を照明光学系により映像表示素子に入射させ該映像表示素子で変調することで得られた映像を投写レンズにより拡大投影する投写型映像表示装置で、空気の取り入れ側から順に塵埃荷電部と前記塵埃荷電部により荷電した塵埃を集塵する集塵電極とで構成した集塵部を配置し、前記集塵部を通過した空気を吸い込んで送風する送風機とを備え前記送風機により発生した風により前記照明光学系を構成する部材の一部及び映像表示素子を冷却する投写型映像表示装置であって、
   前記集塵部と前記照明光学系を構成する部材の一部及び映像表示素子の間に除電器を配置したことを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 光源から出射した光束を照明光学系により映像表示素子に入射させ該映像表示素子で変調することで得られた映像を投写レンズにより拡大投影する投写型映像表示装置で、空気の取り入れ側から順に第一の機械式塵埃除去フィルタを備え、塵埃荷電部と前記塵埃荷電部により帯電した塵埃を集塵する集塵電極とで構成した集塵部を備え、更に第二の機械式塵埃除去フィルタを配置し、該第二の機械式塵埃除去フィルタを通過した空気を吸い込んで送風する送風機とを備え、前記送風機により発生した風により前記照明光学系を構成する部材の一部及び映像表示素子を冷却する投写型映像表示装置であって、
   前記第二の機械式塵埃除去フィルタと前記照明光学系を構成する部材の一部及び映像表示素子の間に除電器を配置したことを特徴とする投写型映像表示装置。
3. 光源から出射した光束を照明光学系により映像表示素子に入射させ該映像表示素子で変調することで得られた映像を投写レンズにより拡大投影する投写型映像表示装置で、空気の取り入れ側から順に第一の機械式塵埃除去フィルタを備え、塵埃荷電部と前記塵埃荷電部により帯電した塵埃を集塵する集塵電極とで構成した集塵部を備え、更に第二の静電塵埃除去フィルタを配置し、該第二の静電塵埃除去フィルタを通過した空気を吸い込んで送風する送風機とを備え、前記送風機により発生した風により前記照明光学系を構成する部材の一部及び映像表示素子を冷却する投写型映像表示装置であって、
   前記第二の静電塵埃除去フィルタと前記照明光学系を構成する部材の一部及び映像表示素子の間に除電器を配置したことを特徴とする投写型映像表示装置。

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