JP2011150141A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像投射装置において、光変調素子の防塵用のフィルタの交換を容易に行う。
【解決手段】画像投射装置は、光変調素子６１Ｇに対向するように配置され、光源からの光を透過させる透光性基板６３と、該透光性基板に貼り付けられたフィルム型光学素子６２Ｇと、光変調素子と透光性基板との間の空間を覆うカバー部材７０とを有する。カバー部材には該空間に対して光変調素子を冷却する空気を流入および流出させるための開口７０Ａ，７０Ｂが形成されており、該開口を覆う防塵フィルタ７１がカバー部材に着脱可能に取り付けられている。カバー部材には、防塵フィルタの該カバー部材に対する所定方向での着脱をガイドするガイド部７５が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶プロジェクタ等の画像投射装置の冷却構造に関し、特に液晶パネル等の光変調素子の冷却構造に関する。

液晶プロジェクタにおいて、光を変調する液晶パネルにゴミ等の異物が付着すると、該異物の像が投射画像中に表示されてしまうおそれがある。このため、従来の液晶プロジェクタには、液晶パネルに対する防塵構造が設けられている。
例えば、特許文献１にて開示された液晶プロジェクタでは、液晶パネルとこれに対して対向配置された偏光板との間の空間を、偏光板が取り付けられた枠体によって囲むことで、液晶パネルに対する防塵構造を実現している。
また、液晶パネルには高輝度の光が入射するため、液晶パネルの積極的な冷却も必要である。このため、従来の液晶プロジェクタでは、液晶パネルに放熱板を取り付け、該放熱板に対して冷却空気を流す冷却構造を設けている。さらに、特許文献１にて開示された液晶プロジェクタでは、液晶パネルと偏光板との間の空間を囲む枠体に開口を形成し、該開口を防塵フィルタで覆うことで、防塵空間内に空気を流入させることができる。

特許第３４１４３９９号公報

液晶プロジェクタを使用している間に防塵フィルタが目詰まりを起こすと、液晶パネルの冷却効率が低下する。このため、防塵フィルタの定期的な又は必要に応じた交換が求められる。
しかしながら、液晶プロジェクタの小型化に伴い、液晶パネルの周辺のスペースはきわめて狭くなっており、防塵フィルタをその交換が容易に配置することが困難になってきている。
本発明は、光変調素子の防塵用のフィルタの交換を容易に行うことが可能な画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての画像投射装置は、光変調素子に対向するように配置され、光源からの光を透過させる透光性基板と、該透光性基板に貼り付けられたフィルム型光学素子と、光変調素子と透光性基板との間の空間を覆うカバー部材とを有する。カバー部材には該空間に対して光変調素子を冷却する空気を流入および流出させるための開口が形成されており、該開口を覆う防塵フィルタがカバー部材に着脱可能に取り付けられている。そして、カバー部材には、防塵フィルタの該カバー部材に対する所定方向での着脱をガイドするガイド部が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、光変調素子の周辺のスペースが狭くても、カバー部材に対する防塵フィルタをガイド部を利用して容易に行うことができる。

本発明の実施例１である液晶プロジェクタの構成を示す分解斜視図。 実施例１の液晶プロジェクタの光学構成を示す側面図および斜視図。 実施例１における１／４波長板ホルダを示す正面図とプリズムベースを示す側面図。 実施例１におけるゴムシールドとＨＥＰＡフィルタを示す斜視図。 実施例１におけるゴムシールドとＨＥＰＡフィルタを示す斜視図。 実施例１におけるゴムシールドとＨＥＰＡフィルタを示す斜視図。 実施例１における液晶パネルの周辺の構成を示す側面図。 本発明の実施例２である液晶プロジェクタに用いられるＨＥＰＡフィルタを示す斜視図。 本発明の実施例３である液晶プロジェクタに用いられるＨＥＰＡフィルタを示す斜視図。 実施例１の液晶プロジェクタにおける液晶パネルの冷却系を示す斜視図。 実施例１の液晶プロジェクタにおける液晶パネルの冷却系を示す側面図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である液晶プロジェクタ（画像投射装置）の構成を示している。

この図において、１は光源ランプ（以下、単にランプという）であり、本実施例では、高圧水銀放電ランプが用いられている。ただし、光源ランプ１として、高圧水銀放電ランプ以外の放電型ランプ（例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ）を用いてもよい。
２はランプ１を保持するランプホルダ、３は防爆ガラス、４はガラス押えである。αはランプ１からの光束を均一な明るさ分布を有する平行光束に変換する照明光学系、βは照明光学系αからの光を色分解して、後述するＲＧＢの３色用の液晶パネルに導き、さらに該液晶パネルからの光を色合成する色分解合成光学系である。
５は色分解合成光学系βからの光（画像）を図示しないスクリーン（被投射面）に投射する投射レンズである。投射レンズ５内には、不図示の投射光学系が収納されている。
６はランプ１、照明光学系α及び色分解合成光学系βを収納するとともに、投射レンズ５が固定される光学ボックスである。該光学ボックス６には、ランプ１の周囲を囲むランプケース６ａが形成されている。

７は光学ボックス６内に照明光学系α及び色分解合成光学系βを収納した状態で蓋をする光学ボックス蓋である。８は商用電源から各基板へのＤＣ電源を作り出すＰＦＣ電源基板、９は電源フィルタ基板、１０はＰＦＣ電源基板８とともに動作してランプ１を点灯駆動するバラスト電源基板である。
１１はＰＦＣ電源基板８からの電力により、液晶パネルの駆動とランプ１の点灯制御を行う制御基板である。１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ、後述する下部外装ケース２１の吸気口２１ａから空気を吸い込むことで、色分解合成光学系β内の液晶パネルや偏光板等の光学素子を冷却するための第１及び第２光学系冷却ファンである。１３は両光学系冷却ファン１２Ａ，１２Ｂからの風を、色分解合成光学系β内の光学素子に導く第１ＲＧＢダクトである。
７０は第１ＲＧＢダクト１３に形成された後述する第１の吸気口を覆う第１のゴミ除去フィルタである。

１４はランプ１に対して吹き付け風を送り、ランプ１を冷却するランプ冷却ファンである。１５はランプ冷却ファン１４を保持しつつ、冷却風をランプ１に導く第１ランプダクトである。１６はランプ冷却ファン１４を保持して、第１ランプダクト１５とともにダクトを構成する第２ランプダクトである。
１７は下部外装ケース２１に設けられた吸気口２１ｂから空気を吸い込み、ＰＦＣ電源基板８とバラスト電源基板１０内に風を流通させることで、これらを冷却するための電源冷却ファンである。１８は排気ファンであり、ランプ冷却ファン１４からランプ１に送られてこれを冷却した後の熱風を、後述する第２側板Ｂ２４に形成された排気口２４ａから排出する。

下部外装ケース２１は、ランプ１、光学ボックス６及び電源系基板８〜１０及び制御基板１１等を収納する。２２は下部外装ケース２１に光学ボックス６等を収納した状態で蓋をするための上部外装ケースである。２３は第１側板であり、第２側板２４とともに外装ケース２１，２２により形成される側面開口を閉じる。下部外装ケース２１には、上述した吸気口２１ａ，２１ｂが形成されており、第２側板２４には上述した排気口２４ａが形成されている。下部外装ケース２１、上部外装ケース２２、第１側板２３及び第２側板２４によって、該プロジェクタの筐体が構成される。

２５は各種信号を取り込むためのコネクタが搭載されたＩＦ基板であり、２６は第１側板２３の内側に取り付けられたＩＦ補強板である。

２７はランプ１からの排気熱を排気ファン１８まで導き、筐体内に排気風を拡散させないようにするための排気ダクトである。排気ダクト２７は、ランプ１からの光が装置の外部に漏れないようにするための遮光機能を有するランプ排気ルーバー１９，２０を内部に保持する。

２８はランプ蓋である。ランプ蓋２８は、下部外装ケース２１の底面に着脱可能に配置され、不図示のビスにより固定される。また、２９はセット調整脚である。セット調整脚２９は、下部外装ケース２１に固定されており、その脚部２９ａの高さを調整可能となっている。脚部２９ａの高さ調整により、プロジェクタの傾斜角度を調整できる。

３０は下部外装ケース２１の吸気口２１ａの外側に取り付けられる第２のゴミ除去フィルタ７１を保持するＲＧＢ吸気プレートである。
３１は色分解合成光学系βを保持するプリズムベースである。３２は色分解合成光学系β内の光学素子と液晶パネルを冷却するために、第１及び第２光学系冷却ファン１２Ａ，１２Ｂからの冷却風を導くダクト形状部を有するボックスサイドカバーである。３３はボックスサイドカバー３２と合わさってダクトを形成する第２ＲＧＢダクトである。
３４は色分解合成光学系β内に配置される液晶パネルから延びたフレキシブル基板が接続され、制御基板１１に接続されるＲＧＢ基板である。
３５はＲＧＢ基板３４に電気ノイズが入り込まないようにするためのＲＧＢ基板カバーである。

以上のように構成された液晶プロジェクタにおいて、光源ランプ１からの白色光は、照明光学系αを介して色分解合成光学系βに導かれる。色分解合成光学系βは、入射した白色光を赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）に分解してそれぞれをＲ用液晶パネル、Ｇ用液晶パネルおよびＢ用液晶パネルに導く。本実施例の液晶パネル（光変調素子）は、反射型液晶パネルであるが、透過型液晶パネルを用いてもよい。Ｒ用液晶パネル、Ｇ用液晶パネルおよびＢ用液晶パネルにてそれぞれ変調された赤色光，緑色光および青色光は、色分解合成光学系βによって合成されて投射レンズ５に入射し、該投射レンズ５によってスクリーンに投射される。

図２（ａ），（ｂ）には、色分解合成光学系βを示している（一部は分解して示している）。これらの図において、５８は照明光学系αからの白色光を緑色光と赤色光および青色光とに分離するダイクロイックミラーである。６０はダイクロイックミラー５８を透過した緑色光を、その偏光方向に応じて透過／反射する偏光ビームスプリッタである。偏光ビームスプリッタ６０を透過した緑色光は、フィルム型光学素子である１／４波長板６２Ｇを透過してＧ用液晶パネル６１Ｇに入射する。Ｇ用液晶パネル６１Ｇで変調された緑色光は、１／４波長板６２Ｇを再び透過して偏光ビームスプリッタ６０で反射され、色合成プリズム６９に入射する。

また、６６はダイクロイックミラー５８で反射した赤色光と青色光を、その偏光方向に応じて透過／反射する偏光ビームスプリッタである。偏光ビームスプリッタ６６で反射された赤色光は、Ｒ用液晶パネル６１Ｒに入射する。また、偏光ビームスプリッタ６６を透過した青色光は、Ｂ用液晶パネル６１Ｂに入射する。Ｒ用液晶パネル６１Ｒで変調された赤色光は、偏光ビームスプリッタ６６を透過して色合成プリズム６９に入射する。また、Ｂ用液晶パネル６１Ｂで変調された青色光は、偏光ビームスプリッタ６６で反射されて色合成プリズム６９に入射する。色合成プリズム６９は、入射した緑色光、赤色光および青色光を合成して、投射レンズ５に導く。

１／４波長板６２Ｇは、透光性基板としてのガラス板６３に貼り付けられている。１／４波長板６２Ｇが貼り付けられたガラス板６３は１／４波長ホルダ７３によって保持され、該１／４波長ホルダ７３は、Ｇ用液晶パネル６１Ｇとともに、偏光ビームスプリッタ６６に取り付けられたパネル保持金具７４によって保持される。
１／４波長板６２Ｇが貼り付けられたガラス板６３は、１／４波長板６２ＧがＧ用液晶パネル６１Ｇの光入出射面に面する向きにてＧ用液晶パネル６１Ｇに対向するように配置される。そして、Ｇ用液晶パネル６１Ｇとガラス板６３（これを保持した１／４波長板ホルダ７３）との間の空間（以下、シールド空間という）は、カバー部材としてのゴムシールド７０によって覆われる。これにより、Ｇ用液晶パネル６１Ｇの光入出射面へのゴミや塵等の異物の付着が阻止される。
ただし、Ｇ用液晶パネル６１Ｇを冷却するために、ゴムシールド７０には、シールド空間に空気を流入させるための流入開口７０Ａと、シールド空間から該空気を流出させるための流出開口７０Ｂが形成されている。そして、ゴムシールド７０には、これら流入開口７０Ａと流出開口７０Ｂをそれぞれ覆う防塵フィルタとしてのＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）７１が着脱可能に取り付けられている。ＨＥＰＡフィルタ７１で流入開口７０Ａと流出開口７０Ｂを覆うことで、シールド空間に導入した空気によるＧ用液晶パネル６１Ｇの冷却を可能としつつ、Ｇ用液晶パネル６１Ｇの光入出射面への異物の付着が防止される。
図３（ａ）に示すように、１／４波長板ホルダ７３の一部には円弧部７３Ａが設けられている。円弧部７３Ａは、偏光ビームスプリッタ６０，６６や色合成プリズム６９等を保持するプリズムベース３１に形成された円弧部に当接している。これにより、１／４波長板ホルダ７３は、Ｇ用液晶パネル６１Ｇおよび１／４波長板６２Ｇの光入出射面（光学面）に平行な面内でこれらＧ用液晶パネル６１Ｇおよび１／４波長板６２Ｇの中心軸７３Ｂの回りで回転可能に保持されている。この回転により、偏光ビームスプリッタ６０の偏光軸とＧ用液晶パネル６１Ｇの液晶分子の光学軸に対して最もコントラストが良好となる回転位置に１／４波長板６２Ｇの進相軸が合うように調整する。該調整後は、ビス７３Ｃによって１／４波長板ホルダ７３がプリズムベース３１に固定される。
さらに、該調整後は、コントラスト値の変動を招く可能性があるため、Ｇ用液晶パネル６１Ｇおよび１／４波長板６２Ｇを偏光ビームスプリッタ６０に対して取り外すことはできない。
また、図７に示すように、１／４波長板ホルダ７３、これにより保持されたガラス板６３および１／４波長板６２Ｇと、Ｇ用液晶パネル６１Ｇとの間には、数ｍｍの間隔しかない。そして、この狭い間隔内に配置されたゴムシールド７０に、前述したＨＥＰＡフィルタ７１が着脱可能に取り付けられている。上記間隔の狭さから、ゴムシールド７０に対するＨＥＰＡフィルタ７１の着脱方向は、Ｇ用液晶パネル６１Ｇおよび１／４波長板６２Ｇの光入出射面（ガラス板６３における１／４波長板６２Ｇの貼り付け面）に平行な方向であることが好ましい。つまり、ＨＥＰＡフィルタ７１を着脱する際にＧ用液晶パネル６１Ｇや１／４波長板ホルダ７３に対してはもちろん、投射レンズ５やパネル保持金具７４にも干渉しないようにＨＥＰＡフィルタ７１のサイズや着脱方向を決定する必要がある。
このため、本実施例でも、ＨＥＰＡフィルタ７１を着脱する所定方向として、Ｇ用液晶パネル６１Ｇの光入出射面および１／４波長板６２Ｇに平行な方向としている。この方向は、図２に示す光路において、色分解合成光学系βの光軸を含む面に対して直交する方向でもあり、Ｇ用液晶パネル６１Ｇに接続されたフレキシブル基板６１Ａに平行な方向でもある。
図４には、ゴムシールド７０とＨＥＰＡフィルタ７１を示す。ＨＥＰＡフィルタ７１は、ポリカーボネイド等の樹脂で形成されたフィルタホルダ（フィルタ枠）７１Ａと、該フィルタホルダ７１Ａによって保持されたＨＥＰＡフィルタ本体（フィルタ部材）７１Ｂとによって構成されている。図５に示すように、フィルタホルダ７１Ａの四隅に形成された突起７１Ｅを、ＨＥＰＡフィルタ本体７１Ｂの四隅に形成された穴に挿入する。そして、図６に示すように、突起７１Ｅを熱により潰してカシメることで、ＨＥＰＡフィルタ本体７１Ｂをフィルタホルダ７１Ａに固定することができる。
また、ゴムシールド７０には、ＨＥＰＡフィルタ７１（フィルタホルダ７１Ａ）の着脱をガイドするガイド部としてのレール７５が形成されている。また、ＨＥＰＡフィルタホルダ７１Ａには、レール７５に係合可能なレール７１Ｃが形成されている。ＨＥＰＡフィルタ７１のレール７１Ｃをレール７５に係合させることで、ＨＥＰＡフィルタ７１をレール７５によってガイドされながらスライドさせることができる。そして、このスライドのガイドによって、ＨＥＰＡフィルタ７１をゴムシールド７０に対して上述した所定方向に容易に、かつ上述した干渉を回避しつつ着脱することができる。
レール７１Ｃには突起７１Ｄが形成されており、ゴムシールド７０のレール７５の内側には該突起７１Ｄが係合可能な凹部（図示せず）が形成されている。ＨＥＰＡフィルタ７１をゴムシールド７０のレール７５に沿って流入開口７０Ａ又は流出開口７０Ｂを覆う所定位置まで挿入すると、突起７１Ｄがレール７５内の凹部に係合することで、ＨＥＰＡフィルタ７１が該所定位置に固定される。
図７には、Ｇ用液晶パネル６１Ｇと１／４波長板ホルダ７３との間にゴムシールド７０が配置され、さらにゴムシールド７０に形成された流入開口７０Ａおよび流出開口７０ＢがＨＥＰＡフィルタ７１によって覆われている様子を示している。
Ｇ用液晶パネル６１Ｇと１／４波長板ホルダ７３の間を通って流れてきた空気ＡＩＲは、流入開口７０Ａを覆うＨＥＰＡフィルタ７１を通ってゴムシールド７０（シールド空間）の内部に流入する。空気ＡＩＲに含まれていた異物は、ＨＥＰＡフィルタ７１によって除去される。シールド空間の内部に流入した空気ＡＩＲは、Ｇ用液晶パネル６１Ｇを冷却し、流出開口７０Ｂを覆うＨＥＰＡフィルタ７１を通ってシールド空間の外部に流出する。
ＨＥＰＡフィルタは、ＪＩＳ規格によって規定された目の細かさを有するフィルタであり、０．３ミクロンの粒子に対して９９．９７％以上の粒子捕集率を持ち、かつ初期圧力損失が２４５Ｐａ以下の性能を持つ。このため、Ｇ用液晶パネル６１Ｇの画素ピッチ（例えば８ミクロン）程度の異物を確実に捕集することができ、スクリーン上で目立つような異物がＧ用液晶パネル６１Ｇの光入出射面に付着することを防ぐことができる。
なお、流入開口７０Ａおよび流出開口７０Ｂを同じ目の細かさを有するＨＥＰＡフィルタ７１によって覆う場合について説明したが、流出開口７０Ｂを覆うＨＥＰＡフィルタは、流入開口７０Ａを覆うＨＥＰＡフィルタよりも目が粗いフィルタであってもよい。流出開口７０Ｂを覆うＨＥＰＡフィルタの目を粗くすることで、冷却系の圧力損失を減少させることができ、空気ＡＩＲの流れを生じさせる冷却ファンの負荷を低減することができる。
図９および図１０には、本実施例の液晶プロジェクタにおいて、各液晶パネルに対して冷却用の空気ＡＩＲを供給する構成を示している。第１光学系冷却ファン（シロッコファン）１２Ａから空気ＡＩＲが吐出される。該空気ＡＩＲは、ボックスサイドカバー３２と第２ＲＧＢダクト３３により形成されたダクトを通ってボックスサイドカバー３２に形成された開口７８，７９，８０を通り、ＨＥＰＡフィルタ７１を通過して液晶パネル６１Ｂ，６１Ｒ，６１Ｇを冷却する。

図８には、本発明の実施例２のＨＥＰＡフィルタを示している。図２や図３に示したように、ＨＥＰＡフィルタを着脱するためのスペースはきわめて狭く、かつゴムシールド７０の周辺は非常に混み入った構成を有する。このため、フィルタ交換作業（着脱作業）を行う作業者がＨＥＰＡフィルタを手で保持して作業を行うことは容易ではない。
そこで、本実施例では、図８に示すように、ＨＥＰＡフィルタホルダ７１Ａに、フィルタの着脱方向（所定方向）に棒状又は帯状に延びる把持部７１Ｆを一体に設けている。作業者は、この把持部７１Ｆの先端付近を手で保持可能である。そして、把持部７１Ｆの先端付近を手で保持してＨＥＰＡフィルタ７１をゴムシールド７０に形成されたレールに対してスライドさせることで、狭いスペースを通して容易にＨＥＰＡフィルタ７１をゴムシールド７０に対して着脱することができる。
また、ＨＥＰＡフィルタホルダ７１Ａには、図８の右下に示すように、傾斜部７１Ｇが形成されている。この傾斜部７１ＧにＨＥＰＡフィルタ本体７１Ｂを押し当てることによって、空気ＡＩＲの流れ方向に対してＨＥＰＡフィルタ本体７１Ｂに角度を持たせることが可能となる。一般にフィルタに対して平行に空気を流すと、フィルタでの圧力損失が大きくなる。このため、なるべくフィルタに対して垂直に近い方向から空気を流すことが望ましい。
しかし、フィルタ面積を大きくすることも必要であり、フィルタ面積の確保とフィルタでの圧力損失の減少とを両立するためには、本実施例のように、ＨＥＰＡフィルタ本体７１Ｂを空気ＡＩＲの流れ方向に対して斜めに傾けることが好ましい。

実施例２では、ＨＥＰＡフィルタホルダ７１Ａに設けた把持部７１Ｆを棒状又は帯状に形成した場合について説明したが、図９に示すように、把持部７１Ｈをダクト形状に形成してもよい。把持部７１Ｈをダクト形状に形成することで、流入開口７０Ａに向けて効率良く空気をガイドすることができ、また流出開口７０Ｂから流出した空気を所定の排気方向にガイドすることができる。
図９および図１０に示した構成において、把持部７１Ｈの先端（ＨＥＰＡフィルタホルダ７１Ａから離れた側の端）の形状をボックスサイドカバー３２に形成された開口７８，７９，８０の形状に合わせる。これにより、該開口７８，７９，８０を通った空気ＡＩＲを効率良く流入開口７０Ａに向けて流すことができ、液晶パネル６１Ｂ，６１Ｒ，６１Ｇの冷却効率を向上させることができる。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記各実施例では、光変調素子として液晶パネルを用いた画像投射装置について説明したが、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等、液晶パネル以外の光変調素子を用いてもよい。

光変調素子に対する良好な防塵性能および冷却性能を有する液晶プロジェクタ等の画像投射装置を提供できる。

６１Ｇ 液晶パネル
６２Ｇ １／４波長板
６３ ガラス板
７０ ゴムシールド
７１ ＨＥＰＡフィルタ
７５ レール

Claims (4)

1. 光源からの光を光変調素子に入射させ、該光変調素子により変調された光を被投射面に投射する画像投射装置であって、
   前記光変調素子に対向するように配置され、前記光源からの光を透過させる透光性基板と、
   該透光性基板に貼り付けられたフィルム型光学素子と、
   前記光変調素子と前記透光性基板との間の空間を覆うカバー部材とを有し、
   前記カバー部材には前記空間に対して前記光変調素子を冷却する空気を流入および流出させるための開口が形成され、該開口を覆う防塵フィルタが前記カバー部材に着脱可能に取り付けられており、
   前記カバー部材には、前記防塵フィルタの該カバー部材に対する所定方向での着脱をガイドするガイド部が形成されていることを特徴とする画像投射装置。
2. 前記所定方向は、前記光変調素子および前記透光性基板の光学面に平行な方向であることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記防塵フィルタは、少なくとも前記所定方向に延びるように形成されて該防塵フィルタの着脱作業を行う作業者が保持可能な把持部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像投射装置。
4. 前記把持部は、前記開口に向かう又は前記空間から排出される前記空気をガイドするダクト形状を有することを特徴とする請求項３に記載の画像投射装置。