JP2011099991A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気風を冷却するための特別な部品を用いずに、排気する空気流にヒートスポットが発生しない投射型表示装置の構造を提供する。
【解決手段】意匠ケース２に開口する排気口４と、光源ランプ６と、この光源ランプ６から射出した光を変調して投射する投射光学系７と、この投射光学系７を制御する制御部８と、空冷ファンを回転し、光源ランプ６を冷却する冷却部と、投射光学系７を冷却する冷却部と、排気口４と光源ランプ６との間隙に確保された空気混合空間とを備え、この空気混合空間において、光源ランプ６を冷却したあとの排気流と、投射光学系７を冷却したあとの排気流とを混合することを特徴とする。

【選択図】図３

Description

本発明は、液晶プロジェクター、ＤＬＰ（登録商標）プロジェクター等の投射型表示装置に関し、特に、当該装置の内部を空冷した場合の、冷却及び排気の構成に関するものである。

従来から投射型表示装置は、液晶方式あるいはＤＬＰ方式にかかわらず、明るく、かつ鮮明な投射映像を表示するために、光源ランプには大きな光出力が要求されることが一般的である。そこで光出力を大きくすると発熱も大きくなり、光源ランプは非常に高温になる。光源ランプとして近年一般的に用いられる放電ランプには、メタルハライドランプや超高圧水銀ランプ等があり、特に放電ランプのランプバルブ表面では非常に高温になり、１０００℃程度に温度が上昇する。

しかし放電ランプは所定の温度よりも低音に冷却するとランプ自体の劣化や寿命の短縮を招くため、空冷ファンを利用して光源ランプ周辺に空気流を発生させ、ある程度高温を維持しながら冷却を行う必要がある。そのため、光源ランプを冷却したあとの排気風は高温にならざるを得ない。そしてこの高温の排気風を意匠ケースの排気口から排出した場合、この排気口の部材が高温になるのに加え、排気口近傍の空気も高温になるため、人の手が排気口に触れたり近寄ったりした場合、安全性に問題が生じる。さらに、この排気口からの熱風が投射光の光路に入ると投射映像に揺らぎ現象が発生するという問題も引き起こす。

このような問題を解決する方法として、例えば特許文献１では次のような技術を開示している。図４は特許文献１で開示された投射型表示装置の構成を示したものである。図４は、ＤＬＰ方式の投射型表示装置５１の部分断面図であり、投射型表示装置５１を上方から見た図である。この投射型表示装置５１は前面に投射レンズ５２と排気口５３とを備えており、排気口５３からはランプ５８を冷却した後の排気風５５が排出される。符号５４は軸流ファンであり、装置内部に取り込まれた背面側の外気５６をランプハウジング５７に吹き付ける。ランプハウジング５７の側壁には複数の通風穴が設けてあり、軸流ファン５４からの送風は内部のランプ５８を冷却する。そしてランプ５８を冷却して高温となった排気風５５は、ランプハウジング５７の反対側の通風穴を通り抜けて意匠ケースの排気口５３へと排出される。

ここで、ランプハウジング５７の冷却風排出側の通風穴近傍と意匠ケースの排気口５３の内側にはペルチェ素子５９が複数設けてあり、これらに排気風の熱を吸収させることにより、意匠ケースの排気口５３から排出される排気風の温度を下げるというものである。さらに、ランプハウジング５７と意匠ケースの排気口５３の内側には温度センサーが設けられており、各センサーの温度が所定値より高くなった場合、軸流ファン５４の風量を増し、ペルチェ素子５９の印加電圧を上げるようになっている。

また特許文献２では次のような技術を開示している。図５は特許文献２で開示された投射型表示装置の構成を示したものである。図５は、ＤＬＰ方式の投射型表示装置６１の部分断面図であり、投射型表示装置６１を上方から見た図である。この投射型表示装置６１も前面に投射レンズ６２と排気口６３とを備えており、排気口６３からはランプ６４を冷却した後の排気風６５が排出される。符号６６は遠心ファンであり、装置内部に取り込まれた側面の外気６７をランプ６４に吹き付ける。ランプ６４を冷却して高温となった排気風６５は、ヒートパイプ６８に多数設けられたフィン６９の間隙を通り意匠ケースの排気口６３から排出される。

このときヒートパイプ６８はその長手方向の温度を均一にしようとする作用があるので、これに接触して設けられた多数のフィン６８にも均一な温度になるような作用が生じる。したがって、ランプ６４の近傍に流れる高温の排気風が接触するヒートパイプ６８の領域と、比較的低温の排気風が接触するヒートパイプ６８の領域との均熱化作用により、そのヒートパイプ６８に設けられたフィン６９に接触して熱が移動することで、排気風の温度が均一化されるというものである。

特開２００６−２１５１１８号公報（第７頁、図２） 特開２００７−１４０３３６号公報（第７頁、図７）

しかしながら、特許文献１の方法においては、ペルチェ素子を配設する必要があるために部品点数が増え、その駆動回路も含めてコストがかかる。また、ペルチェ素子のために消費電力も増加する。同様に特許文献２の方法においてもヒートパイプに多数のフィンを接合したものが必要となり、製品コストが増加する。そこで本発明は、排気温を下げるための特別な部品を用いずに、装置内部の空気流を有効に活用することで、意匠ケースの排気口に所定温度以上のヒートスポットが発生せず、また、投射映像に揺らぎ現象が発生しない投射型表示装置の構造を提供するものである。

本発明は第１の態様として、意匠ケースに開口する排気口と、光源ランプと、この光源ランプから射出した光を変調して投射する投射光学系と、この投射光学系を制御する制御部と、商用電源を入力し、前記光源ランプ及び前記制御部を含む電気部品に電力を供給する電源装置と、この電源装置から供給された電力によって空冷ファンを回転し、前記光源ランプを冷却する冷却部と、前記電源装置から供給された電力によって空冷ファンを回転し、前記投射光学系を冷却する冷却部と、前記排気口と前記光源ランプとの間隙に確保された空気混合空間とを備え、この空気混合空間において、前記光源ランプを冷却したあとの排気流と、前記投射光学系を冷却したあとの排気流とを混合することを特徴とする投射型表示装置を提供する。

また本発明の第２の態様として、前記空気混合空間を流通する前記光源ランプを冷却したあとの排気流の方向と、前記空気混合空間を流通する前記投射光学系を冷却したあとの排気流の方向とが、互いに交差する方向であることを特徴とする第１の態様として記載の投射型表示装置を提供する。

また本発明の第３の態様として、前記空気混合空間を流通する前記投射光学系を冷却したあとの排気流は、前記排気口を構成する意匠ケースの主面の内側を、この主面と略平行な方向に流れながら、前期光源ランプを冷却したあとの排気流と混合されることを特徴とする第２の態様として記載の投射型表示装置を提供する。

また本発明の第４の態様として、前記光源ランプの温度を検知するとともに、検知温度に応じた信号を生成する温度検知手段を備え、前記光源ランプを冷却する冷却部は、前記温度検知手段により生成された信号に応じて、前記光源ランプを冷却する空冷ファンの回転数を制御することを特徴とする第１乃至第３のいずれかの態様として記載の投射型表示装置を提供する。

また本発明の第５の態様として、前記投射光学系を冷却する冷却部は、前記光源ランプを冷却する空冷ファンの制御信号に応じて、前記投射光学系を冷却する空冷ファンの回転数を制御することを特徴とする第４の態様として記載の投射型表示装置を提供する。

さらに本発明の第６の態様として、前記投射光学系を冷却する冷却部は、前記光源ランプを冷却する空冷ファンの制御信号が、所定値以上の回転数となるように制御した場合に、前記投射光学系を冷却する空冷ファンの回転数を増加させることを特徴とする第５の態様として記載の投射型表示装置を提供する。

本発明によれば、意匠ケースに設けた排気口と光源ランプとの間隙に空気混合空間を設け、この空気混合空間内で、光源ランプを冷却したあとの排気流と投射光学系を冷却したあとの排気流とを混合することができ、光源ランプを冷却したあとの高温の排気流が、投射光学系を冷却したあとの比較的低温の排気流と混合するため、意匠ケースの排気口にヒートスポットが発生せず、また、投射映像に揺らぎ現象が発生しない。

また、光源ランプを冷却したあとの排気流に対して、交差するように投射光学系を冷却したあとの排気流を流通させることで、空気混合空間内で渦流が発生し、両排気流がよく混ざり合い、均一な温度の排気流が意匠ケースの排気口から排出される。

さらに、光源ランプが高温になり、これを温度検知手段が検知し、光源ランプを冷却した排気風の量が増えた場合、高温の排気風の量が増えるのに対応して、投射光学系を冷却したあとの比較的低温の排気流の量を増やすことができるので、意匠ケースの排気口にヒートスポットが発生せず、投射映像に揺らぎ現象も発生しない。

本発明の一実施形態に係る投射型表示装置を示す概略斜視図 本発明の一実施形態に係る投射型表示装置の内部構成を示す断面図 本発明の一実施形態に係る投射型表示装置の内部空気流を示す要部断面図 従来の技術に係る投射型表示装置の一部断面図 従来の技術に係る他の投射型表示装置の一部断面図

次に、添付図面を参照して本発明に係る投射型表示装置の冷却構造の実施形態を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態である投射型表示装置の外観を示す斜視図である。投射型表示装置１は樹脂成型品からなる意匠ケース２を含み、その内部に略直方体状の空間が提供される。そして意匠ケース２の前面（矢印ア）には投射レンズ３を備え、同じく前面に排気口４を備える。この排気口４から排気される高温の空気流は、投射レンズ３の光路に浸入して揺らぎ現象を発生させないように、投射レンズ３から遠ざかる方向に斜めに排出される。また、意匠ケース２の左側面（矢印イ）には吸気口５が設けられ、意匠ケース２の背面（矢印ウ）にも吸気口（図示せず）が設けられている。

図２は図１で示した投射型表示装置１を上方から見た図であり、ケース２の上部を省略して内部の構成を示した図である。図２において、符号６は光源ランプ、７は光源ランプ６から射出した光を変調して投射レンズ３に導く投射光学系、８は投射光学系７を含み装置全体を制御する制御部、９は商用電源を入力し、光源ランプ３、制御部８、その他冷却ファン等装置全体に電力を供給する電源装置、１０は図１では図示しなかった背面の吸気口である。また、符号１１は微細なチルト式ミラーをマトリクス状に有し、光源ランプ６からの光を反射する光変調手段、１２は光変調手段１１で発生する熱を放熱するためのヒートシンク、１３は投射光学系を冷却するための冷却風の流路を制限する第１の導風壁、１４は電源装置９と光源ランプ６を駆動するバラスト部１５を冷却するための冷却風の流路を制限する第２の導風壁である。

外気は吸気口５から意匠ケース２内に取り込まれ、導風壁１３に誘導されつつヒートシンク１２を含む投射光学系７を冷却し排気口４から排出される。また外気は吸気口１０からも意匠ケース２内に取り込まれ、制御部８を冷却するとともに、導風壁１４に誘導されつつ電源装置９及びバラスト部１５を冷却し更に光源ランプのリフレクタの外面を冷却して排気口４から排出される。ここで、吸気口５から取り込まれた外気は第１の軸流ファン１６により送風され、吸気口１０から取り込まれた外気は第２の軸流ファン１７により送風され更に第３の軸流ファン１８により送風される。さらに、吸気口１０から取り入れられた外気は、遠心ファン１９により光源ランプ６のリフレクタの内側、つまりランプバルブを含んだ部分を冷却し、その排気風は排気口４から排出される。

次に、図３に基づいて本投射型表示装置の空気流について更に詳しい説明を行う。図３は図２の図を見て左側の約半分を省略した図である。また、点線の矢印は空気流を示している。まず、遠心ファン１９が送風を行うと、光源ランプ６の光射出側に冷却風が送られる。この冷却風は遠心ファン６を出るとすぐに第１の制風壁２０に風向を制限され、光源ランプ６のリフレクタ内部つまりランプバルブがある領域に送風される。そしてランプバルブやその周辺を冷却した排気流は第２の制風壁２１に風向を制限され投射レンズ３の光路から離れる方向に意匠ケース２の排気口４から第１の排気流（点線の矢印１０１）として外部に排出される。

次に、電源装置９やバラスト部１５を冷却しながら第３の軸流ファン１８により送風された空気流は光源ランプ６のリフレクタの外面を冷却し、その排気流は、第３から第６の制風壁２２から２５に風向を制限され、これも投射レンズ３の光路から離れる方向に意匠ケース２の排気口４から第２の排気流（点線の矢印１０２）として外部に排出される。ここで、外気の温度が２６℃の状態で計測したところ、第１の排気流（点線の矢印１０１）はその表面温度が１０００℃程度になるランプバルブを冷却するため、冷却したあとの排気流の温度は９５℃程度までに上昇する。また、第２の排気流（点線の矢印１０２）はその表面温度が１５０℃程度になるリフレクタ外面を冷却するため、冷却したあとの排気風の温度は６０℃程度に上昇する。

さらに、第１の軸流ファン１６により送風される空気流は導風壁１３に誘導され、ヒートシンク１２を含む投射光学系７を冷却して４５℃程度に温度上昇した第３の排気流（点線の矢印１０３）となる。この第３の排気流（点線の矢印１０３）は、第７の制風壁２６に風向を制限されて角部２７に吹き付けられ、角部２７で流れの方向を切り替えて排気口４を構成する意匠ケースの主面の内側を、この主面と略平行な方向に流れる。このとき排気口４を構成する意匠ケースの内側面と、第２、第５、第６の制風壁２１、２４、２５との間隙、大きく捉えれば排気口４と光源ランプとの間隙が空気混合空間となり、第１の排気流（点線の矢印１０１）及び第２の排気流（点線の矢印１０２）の方向に交差するように第３の排気流（点線の矢印１０３）が流れ、そしてぶつかることにより渦流を発生し、混合された排気流となって排気口４から排出される。

このように空気混合空間で混合された第１、第２及び第３の排気流（点線の矢印１０１０から１０３）は、混合する前において最高で９５℃程度の排気温度であったものが、混合することにより排気口４の出口全域で低下し、最高温度点においても７５℃未満となる。これにより、排気口４近傍での安全性が確保され、投射レンズ３から投射される投射光の光路に熱風が浸入し、揺らぎ現象を引き起こすこともなくなる。

また光源ランプ６には、周囲を囲むランプハウス（図示省略）に温度検知手段であるサーミスタ２８が設けられており、光源ランプ６の温度を検知して温度に応じた信号を生成し、制御部８に出力する。制御部８はファン駆動回路を含み光源ランプ６を冷却する冷却部を備えており、この冷却部は空冷ファンである遠心ファン１９と第３の軸流ファン１８との回転数を、サーミスタ２８により生成された信号に応じて制御する。つまり、光源ランプ６の温度が高くなれば遠心ファン１９と第３の軸流ファン１８の回転数を増加させ、逆に光源ランプ６の温度が低くなれば遠心ファン１９と第３の軸流ファン１８の回転数を減少させる制御を行う。

しかしながら、光源ランプ６を冷却するファンの風量が増加し、そのため排気風（点線の矢印１０１及び１０２）も増加した場合、高温の排気流が低温の排気流（点線の矢印１０３）に対して相対的に増加することになる。その場合、排気口４から排出される混合されたあとの排気流の温度も上昇する。これを防ぐために、投射光学系７を冷却する第１の軸流ファン１６の回転数を制御する冷却部は、光源ランプ６を冷却する冷却部の制御信号に応じて、ファンの回転数を増減するようになっている。本実施形態では、光源ランプ６を冷却する冷却部の制御信号に所定の閾値（制御するファンの回転数の閾値）を設けておき、その閾値以上となったときに投射光学系７を冷却する第１の軸流ファン１６の回転数を増加させるようにしている。

第１の軸流ファン１６の回転数を、光源ランプ６を冷却するファン（遠心ファン１９及び第３の軸流ファン１８）の回転数に応じて常時増減させるようにしても排気口４での排気温度については、ほぼ同様の効果を奏するが、投射型表示装置内の複数の空冷ファンが同時に回転数の増減を行うことは、使用者に対して空冷ファンの騒音を強く感じさせる要因となるので、本実施形態では採用していない。

このように、比較的温度が低い排気流を温度が高い排気流と混合させること、特に空気混合空間を排気口４の内側に設けて両者の空気を互いに交差させ、ぶつかり合わせることで、特別な冷却用部品を追加することもなく、また、特別に外気を取り入れることもなく、排気口４におけるヒートスポットを無くすことが可能となり、安全で投射映像の揺らぎ現象もない投射型表示装置１を得ることができる。

１ 投射型表示装置
２ 意匠ケース
３ 投射レンズ
４ 排気口
５、１０ 吸気口
６ 光源ランプ
７ 投射光学系
８ 制御部
９ 電源装置
１１ 光変調手段
１２ ヒートシンク
１３、１４ 導風壁
１５ バラスト部
１６ 第１の軸流ファン
１７ 第２の軸流ファン
１８ 第３の軸流ファン
１９ 遠心ファン
２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６ 制風壁
２７ 角部
２８ サーミスタ

Claims (6)

1. 意匠ケースに開口する排気口と、光源ランプと、この光源ランプから射出した光を変調して投射する投射光学系と、この投射光学系を制御する制御部と、商用電源を入力し、前記光源ランプ及び前記制御部を含む電気部品に電力を供給する電源装置と、この電源装置から供給された電力によって空冷ファンを回転し、前記光源ランプを冷却する冷却部と、前記電源装置から供給された電力によって空冷ファンを回転し、前記投射光学系を冷却する冷却部と、前記排気口と前記光源ランプとの間隙に確保された空気混合空間とを備え、この空気混合空間において、前記光源ランプを冷却したあとの排気流と、前記投射光学系を冷却したあとの排気流とを混合することを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記空気混合空間を流通する前記光源ランプを冷却したあとの排気流の方向と、前記空気混合空間を流通する前記投射光学系を冷却したあとの排気流の方向とが、互いに交差する方向であることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記空気混合空間を流通する前記投射光学系を冷却したあとの排気流は、前記排気口を構成する意匠ケースの主面の内側を、この主面と略平行な方向に流れながら、前期光源ランプを冷却したあとの排気流と混合されることを特徴とする請求項２に記載の投射型表示装置。
4. 前記光源ランプの温度を検知するとともに、検知温度に応じた信号を生成する温度検知手段を備え、前記光源ランプを冷却する冷却部は、前記温度検知手段により生成された信号に応じて、前記光源ランプを冷却する空冷ファンの回転数を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の投射型表示装置。
5. 前記投射光学系を冷却する冷却部は、前記光源ランプを冷却する空冷ファンの制御信号に応じて、前記投射光学系を冷却する空冷ファンの回転数を制御することを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
6. 前記投射光学系を冷却する冷却部は、前記光源ランプを冷却する空冷ファンの制御信号が、所定値以上の回転数となるように制御した場合に、前記投射光学系を冷却する空冷ファンの回転数を増加させることを特徴とする請求項５に記載の投射型表示装置。

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