JP2012198403A - プロジェクター - Google Patents

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佳幸 柳澤
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Abstract

【課題】光学素子を効果的に冷却できるプロジェクターを提供する。
【解決手段】プロジェクター1は、光学素子6に空気を送風する冷却ファンと、光束を透過させる開口部73を有し、光学素子6が取り付けられる光学素子保持部7とを備える。光学素子保持部7には、当該光学素子保持部7外面から開口部73の内側縁73Dに貫通し、冷却ファンからの空気を開口部73の内側縁73Dから光学素子6の表面に沿って流通させる貫通孔8が形成されている。
【選択図】図5

Description

本発明は、プロジェクターに関する。
従来、プロジェクターにおいて、液晶パネルや偏光板等の光学素子を冷却するために、冷却ファンから光学素子に空気を送風する構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載のプロジェクターは、一対のシロッコファンと、一対のシロッコファンから吐出された空気を光学素子の下方側に導くダクトとを備える。
そして、一対のシロッコファンから吐出された空気は、ダクトを介して、下方側から上方側に向けて光学素子の表面に沿って流通し、当該光学素子を冷却する。
特開2003−121931号公報
しかしながら、特許文献1に記載のプロジェクターでは、ダクトと光学素子とが離間して配設され、かつ、光学素子が保持枠等の部材に取り付けられているので、光学素子の表面に沿って空気を良好に流通させることが難しい。
したがって、光学素子を効果的に冷却することが難しい、という問題がある。
本発明の目的は、光学素子を効果的に冷却できるプロジェクターを提供することにある。
本発明のプロジェクターは、光学素子に空気を送風する冷却ファンを備えたプロジェクターであって、光束を透過させる開口部を有し、前記光学素子が取り付けられる光学素子保持部を備え、前記光学素子保持部には、前記光学素子保持部外面から前記開口部内側縁に貫通し、前記冷却ファンからの空気を前記開口部内側縁から前記光学素子の表面に沿って流通させる貫通孔が形成されていることを特徴とする。
本発明では、プロジェクターは、冷却ファンと、上述した貫通孔が形成された光学素子保持部とを備える。
このことにより、例えば、冷却ファンにおける空気を吐出する吐出口と、光学素子保持部外面(貫通孔)とをチューブ等により接続すれば、冷却ファンから吐出された空気を、貫通孔を介して開口部内側縁から光学素子の表面に沿って確実に流通させることができる。
したがって、光学素子を効果的に冷却できる。
本発明のプロジェクターでは、前記貫通孔は、前記開口部内側縁の複数の位置にそれぞれ貫通し、前記冷却ファンからの空気を前記複数の位置から前記光学素子の表面に沿ってそれぞれ流通させることが好ましい。
本発明では、貫通孔が上述したように形成されているので、冷却ファンからの空気を開口部内側縁の複数の位置から光学素子の表面に沿ってそれぞれ流通させることができる。
すなわち、光学素子の表面全体に亘って空気を流通させることができ、光学素子全体を均等に冷却することができる。
本発明のプロジェクターでは、前記貫通孔は、前記複数の位置からの空気の各流通方向が互いに交差するように設けられていることが好ましい。
ところで、光学素子の表面には、空気の粘性の影響により、所謂、速度境界層(空気の流速の変化が激しい薄い層の領域(表面で流速がゼロ)が存在する。
この速度境界層は、流通する空気と光学素子との間での熱交換を阻害するものである。
本発明では、開口部内側縁における複数の位置からの空気の各流通方向が互いに交差するように設定されている。
このことにより、当該複数の位置から光学素子の表面に沿ってそれぞれ流通する空気同士を互いに衝突させることができる。このため、当該衝突によって、光学素子の表面に沿って所謂、乱流(乱れを含む流れ)の状態で空気を流通させることができる。
そして、光学素子の表面に沿って乱流の状態で空気が流通した場合には、光学素子の表面に存在する速度境界層を破壊する、あるいは、速度境界層を薄くすることができる。
すなわち、光学素子の表面の速度境界層を破壊あるいは薄くすることで、流通する空気と光学素子との間で熱交換を良好に行わせることができ、光学素子をより効果的に冷却できる。
本発明のプロジェクターでは、前記貫通孔は、前記光学素子に入射する光束の光軸に沿う方向から見て、前記光学素子の表面の中心位置で前記各流通方向が互いに交差するように設けられていることが好ましい。
ところで、光学素子に光束を照射する場合には、光学素子の表面における中心領域(中心位置を含む所定の領域)の照度が高く、他の領域の照度が低くなる。すなわち、光学素子には、高い照度の中心領域の温度が高く、低い照度の他の領域の温度が低くなり、照度分布に応じて温度分布が生じることとなる。
本発明では、開口部内側縁における複数の位置からの空気の各流通方向が上述したように設定されているので、当該複数の位置から光学素子の表面に沿ってそれぞれ流通する空気同士を光学素子の表面の中心位置で互いに衝突させることができる。
すなわち、光学素子の表面に沿って流通する空気には、光学素子の表面における中心領域で乱流が生じることとなり、当該中心領域の速度境界層を主に破壊あるいは薄くすることができる。
したがって、光学素子の表面における中心領域の速度境界層を主に破壊あるいは薄くすることで、流通する空気により当該中心領域を主に冷却し、光学素子の温度分布を均一化することができる。
本発明のプロジェクターでは、前記開口部は、第1〜第4内側縁を有する矩形状に形成され、前記貫通孔は、前記第1内側縁の複数の位置にそれぞれ貫通し、前記光学素子に入射する光束の光軸に沿う方向から見て、前記光学素子の表面の中心位置を通り前記第1内側縁に直交する仮想線を基準として対称となるように設けられていることが好ましい。
本発明では、貫通孔は、第1内側縁の複数の位置にそれぞれ貫通し、上述した仮想線を基準として対称となるように設けられている。
このことにより、例えば、第1内側縁を上述した仮想線で第1領域及び第2領域に分けた場合に、第1領域からの空気と、第2領域からの空気とのバランス(流量や流速等のバランス)をとることができる。
したがって、第1内側縁の複数の位置からの空気同士を、光学素子に入射する光束の光軸に沿う方向から見て、光学素子の表面における仮想線上の所望の位置(例えば、光学素子の表面の中心位置)で衝突させるように容易に設定できる。
本発明のプロジェクターでは、前記冷却ファンは、前記貫通孔を介して、前記光学素子の表面に沿ってレイノルズ数が300000以上となる流速で空気を流通させることが好ましい。
ところで、平板表面に沿って流体を流通させる場合、当該流体の流速をレイノルズ数が300000以上となる流速に設定すると、当該流体は、乱流の状態で平板表面に沿って流通する。
本発明では、冷却ファンは、上述したように光学素子の表面に沿って空気を流通させる。言い換えれば、冷却ファンは、乱流の状態で光学素子の表面に沿って空気を流通させる。
すなわち、光学素子の表面に沿って乱流の状態で空気を流通させることで、光学素子の表面に存在する速度境界層を破壊あるいは薄くすることができ、流通する空気と光学素子との間で熱交換を良好に行わせることができ、光学素子をより効果的に冷却できる。
第1実施形態におけるプロジェクターの概略構成を示す図。 第1実施形態における光変調装置の構造を示す図。 第1実施形態における光変調装置の構造を示す図。 第1実施形態における液晶パネルの冷却構造を示す図。 第1実施形態における液晶パネルの冷却構造を示す図。 第2実施形態における光学素子保持部を光入射側から見た図。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクターの構成〕
図1は、プロジェクター1の概略構成を示す図である。
プロジェクター1は、画像を投射してスクリーン(図示略)上に投影画像を表示する。
そして、このプロジェクター1は、図1に示すように、外装筐体2内部に収納される光学ユニット3及び冷却ファン4(図4参照)を備える。
〔光学ユニットの構成〕
光学ユニット3は、図1に示すように、発光管311及びリフレクター312を有する光源装置31と、レンズアレイ321,322、偏光変換素子323、及び重畳レンズ324を有する照明光学装置32と、ダイクロイックミラー331,332、及び反射ミラー333を有する色分離光学装置33と、入射側レンズ341、リレーレンズ343、及び反射ミラー342,344を有するリレー光学装置34と、3つの入射側偏光板35と、3つの光変調装置5と、3つの出射側偏光板37と、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム38と、投射光学装置としての投射レンズ39とを備える。
そして、光学ユニット3では、上述した構成により、光源装置31から出射され照明光学装置32を介した光束は、色分離光学装置33にて赤(R)、緑(G)、青(B)の3つの色光に分離される。また、分離された各色光は、各光変調装置5(液晶パネル6)にてそれぞれ変調される。変調された各色光は、プリズム38にて合成されて画像となり、投射レンズ39にてスクリーンに投射される。
なお、各部材31〜39については、一般的なプロジェクターの光学系として用いられるものであるため、説明を省略し、以下では、光変調装置5の構成を説明する。
〔光変調装置の構成〕
図2及び図3は、光変調装置5の構成を示す図である。具体的に、図2は、光変調装置5を光入射側から見た図である。図3は、図2のIII-III線の断面図である。
なお、3つの光変調装置5は、同様の構成であり、以下では1つの光変調装置5のみを説明する。
光変調装置5は、図2または図3に示すように、光学素子としての液晶パネル6と、光学素子保持部7とを備える。
液晶パネル6は、図3に示すように、ガラス等からなる一対の基板6A,6Bに電気光学物質である液晶が密閉封入された構成を有している。
一対の基板6A,6Bのうち、一方の基板6Aは、液晶を駆動するための駆動基板であり、具体的な図示は省略したが、複数のデータ線と、複数の走査線と、走査線及びデータ線の交差に対応して形成された画素電極と、TFT(Thin Film Transistor)等のスイッチング素子とを有している。
また、他方の基板6Bは、駆動基板6Aに対して所定間隔を空けて対向配置される対向基板であり、具体的な図示は省略したが、所定の電圧Vcomが印加される共通電極を有している。
そして、駆動基板6Aは、図3に示すように、対向基板6Bの外形形状よりも大きい外形形状となるように形成されている。
また、対向基板6Bの光入射面、及び駆動基板6Aの光出射面には、図3に示すように、入射側防塵ガラス6C及び出射側防塵ガラス6Dがそれぞれ貼り付けられている。
入射側防塵ガラス6Cは、水晶等の熱伝導性の高い透光性材料から構成され、対向基板6Bと略同一の外形形状を有し、対向基板6Bの光入射面に貼り付けられている。
出射側防塵ガラス6Dは、入射側防塵ガラス6Cと同様の材料から構成され、駆動基板6Aと略同一の外形形状を有し、駆動基板6Aの光出射面に貼り付けられている。
光学素子保持部7は、光変調装置5を保持する部材であり、図2または図3に示すように、光変調装置5が内部に収納される矩形枠形状を有する。
具体的に、光学素子保持部7において、光出射面には、図3に示すように、駆動基板6Aの外形形状に対応した第1凹部71が形成されている。
また、第1凹部71の底部分には、対向基板6Bの外形形状に対応した第2凹部72が形成されている。
さらに、第2凹部72の底部分には、図2または図3に示すように、光変調装置5の画像形成領域に対応して、光学素子保持部7の光入射面に貫通した矩形状の開口部73が形成されている。
なお、以下では、開口部73における4つの内側縁のうち、下方側の内側縁を第1内側縁73D、上方側の内側縁を第2内側縁73U、左右両側の各内側縁を第3,第4内側縁73L,73Rと記載する。
以上のように、光学素子保持部7は、各凹部71,72及び開口部73により光変調装置5に入射する光束の光軸に沿って貫通する枠状に形成されている。
そして、液晶パネル6は、光学素子保持部7の光出射側から、光学素子保持部7内部に挿入され、図3に示すように、入射側防塵ガラス6Cの光入射面が第2凹部72の底部分に当接し、駆動基板6Aが第1凹部71の底部分に当接した状態で、光学素子保持部7内部に収納される。
また、光学素子保持部7には、図2または図3に示すように、下方側の外側面から開口部73の第1内側縁73Dに貫通する貫通孔8が形成されている。
貫通孔8は、図3に示すように、流入孔81と、連通凹部82と、複数の溝部83とで構成されている。
流入孔81は、図2または図3に示すように、光学素子保持部7の下方側の外側面における左右方向の略中央部分から第2凹部72における下方側の側壁に向けて穿設された断面円形状の孔である。
また、光学素子保持部7の下方側の外側面には、図2または図3に示すように、外部に向けて突出し、流入孔81に連通する接続管81Aが設けられている。
連通凹部82は、図2または図3に示すように、第2凹部72における下方側の側壁に設けられた凹部であり、底部分が流入孔81に連通するように形成されている。
そして、連通凹部82は、図2に示すように、光入射側から見て左右方向に延びるように形成されている。
複数の溝部83は、図3に示すように、第2凹部72の底部分にそれぞれ形成され、下方側が連通凹部82にそれぞれ連通し、連通凹部82との連通位置から上方側に延びて開口部73の第1内側縁73Dにそれぞれ貫通する断面半円状の溝(図4参照)である。
なお、本実施形態では、溝部83は、図2に示すように、7つ形成されている。
また、7つの溝部83は、図2に示すように、液晶パネル6に入射する光束の光軸に沿う方向から見て、連通凹部82との連通位置から、液晶パネル6(入射側防塵ガラス6C)の表面の中心位置Oに向けてそれぞれ延びるように形成されている。
そして、貫通孔8は、図2に示すように、液晶パネル6に入射する光束の光軸に沿う方向から見て、中心位置Oを通り、第1内側縁73Dに直交する仮想線Vを基準として対称となるように形成されている。
そして、光学素子保持部7に液晶パネル6が収納された状態では、各溝部83及び連通凹部82の開口部分が液晶パネル6にて閉塞され、流入孔81に流入した空気を、流入孔81〜連通凹部82〜各溝部83を介して開口部73内部に流出させる流路C(図5参照)が形成される。
〔液晶パネルの冷却構造〕
図4及び図5は、液晶パネル6の冷却構造を示す図である。具体的に、図4は、光変調装置5と冷却ファン4との接続状態を模式的に示す図である。図5は、空気の流通状態を示す図である。
冷却ファン4は、図4に示すように、空気を吐出する吐出口(図示略)がチューブ等の空気流通管4Aを介して光学素子保持部7の接続管81Aに接続する。そして、冷却ファン4は、空気流通管4Aを介して光学素子保持部7に空気を導入する。
光学素子保持部7に導入された空気は、図5に示すように、流路Cを辿って流通し、第1内側縁73Dの7つの位置(各溝部83の形成位置)から開口部73内部にそれぞれ流出し、液晶パネル6(入射側防塵ガラス6C)の表面に沿ってそれぞれ流通する。
ここで、7つの溝部83は、上述したように、中心位置Oに向うように延びている。
このため、7つの溝部83を介した空気A1〜A7は、図5に示すように、中心位置Oで互いに交差する流通方向R1〜R7(各溝部83の延出方向)に沿って流通する。
すなわち、空気A1〜A7は、中心位置Oで互いに衝突し、乱流の状態で液晶パネル6の表面に沿って流通しながら、液晶パネル6を冷却する。
上述した第1実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、プロジェクター1は、冷却ファン4と、貫通孔8が形成された光学素子保持部7と、冷却ファン4の吐出口、及び接続管8A(貫通孔8)を接続する空気流通管4Aとを備える。
このことにより、冷却ファン4から吐出された空気を、空気流通管4A及び貫通孔8を介して開口部73の第1内側縁73Dから液晶パネル6の表面に沿って確実に流通させることができる。
したがって、液晶パネル6を効果的に冷却できる。
また、貫通孔8が7つの溝部83を備えるので、冷却ファン4からの空気を開口部73の第1内側縁73Dにおける7つの位置(各溝部83の形成位置)から液晶パネル6の表面に沿ってそれぞれ流通させることができる。
すなわち、液晶パネル6の表面全体に亘って空気を流通させることができ、液晶パネル6全体を均等に冷却することができる。
さらに、7つの溝部83を介した空気A1〜A7の各流通方向R1〜R7が互いに交差するように設定されている。
このことにより、7つの溝部83を介した空気A1〜A7同士を互いに衝突させることができる。このため、当該衝突によって、液晶パネル6の表面に沿って乱流の状態で空気を流通させることができる。
そして、液晶パネル6の表面に沿って乱流の状態で空気が流通した場合には、液晶パネル6の表面に存在する速度境界層を破壊あるいは薄くすることができる。
すなわち、液晶パネル6の表面の速度境界層を破壊あるいは薄くすることで、流通する空気と液晶パネル6との間で熱交換を良好に行わせることができ、液晶パネル6をより効果的に冷却できる。
また、各流通方向R1〜R7が中心位置Oで互いに交差するので、7つの溝部83を介した空気A1〜A7同士を中心位置Oで互いに衝突させることができる。
すなわち、液晶パネル6の表面に沿って流通する空気には、液晶パネル6の表面における中心領域(中心位置Oを含む所定の領域)で乱流が生じることとなり、当該中心領域の速度境界層を主に破壊あるいは薄くすることができる。
したがって、液晶パネル6の表面における中心領域の速度境界層を主に破壊あるいは薄くすることで、流通する空気により当該中心領域を主に冷却し、液晶パネル6の温度分布を均一化することができる。
さらに、貫通孔8は、開口部73の第1内側縁73Dにおける7つの位置にそれぞれ貫通し、仮想線Vを基準として対称となるように設けられている。
このことにより、例えば、第1内側縁73Dを仮想線Vで第1領域及び第2領域に分けた場合に、第1領域からの空気(例えば、空気A2〜A4)と、第2領域からの空気(例えば、空気A5〜A7)とのバランス(流量や流速等のバランス)をとることができる。
したがって、7つの溝部83を介した空気A1〜A7同士を、液晶パネル6の表面における仮想線V上の中心位置Oで衝突させるように容易に設定できる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を図面に基づいて説明する。
図6は、第2実施形態における光学素子保持部7を光入射側から見た図である。
以下の説明では、前記第1実施形態と同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
本実施形態では、前記第1実施形態に対して、図6に示すように、7つの溝部83を介した空気A1〜A7の流通方向R1〜R7が異なる。その他の構成は、前記第1実施形態と同様である。
具体的に、7つの溝部83は、図6に示すように、液晶パネル6に入射する光束の光軸に沿う方向から見て、連通凹部82との連通位置から上方側に向けて延び、互いに平行となるように形成されている。
このため、7つの溝部83を介した空気A1〜A7は、図6に示すように、互いに平行となる流通方向R1〜R7(各溝部83の延出方向)に沿って流通する。
また、本実施形態の冷却ファン4は、液晶パネル6の表面に沿って流通する空気に乱流が生じるように、空気を吐出する。
ここで、液晶パネル6の表面に沿って流通する空気に乱流が生じる条件は、以下に示すように定義される。
すなわち、流体の流速をu、代表長さをL、動粘性係数をνとした場合、以下の式(1)で示されるレイノルズ数Reが300000以上となると、流体の流通状態が層流から乱流に遷移することが知られている。
〔数1〕
なお、式(1)において、代表長さLは、空気の流れ方向の長さ(第1,第2内側縁73U,73D間の離間寸法)を意味する。
また、本実施形態では、流体として空気を利用しているため、式(1)において、動粘性係数νは、空気の動粘性係数である。
そして、本実施形態では、冷却ファン4は、開口部73内部に流入した空気の流速uが、式(1)において、レイノルズ数が300000以上となる流速uとなるように空気を吐出する。
したがって、空気A1〜A7は、開口部73内部に流入した後、層流ではなく乱流の状態で液晶パネル6の表面に沿って流通することとなる。
上述した第2実施形態によれば、前記第1実施形態と同様の効果の他、以下の効果がある。
本実施形態では、冷却ファン4は、乱流の状態で液晶パネル6の表面に沿って空気を流通させる。
すなわち、液晶パネル6の表面に沿って乱流の状態で空気を流通させることで、液晶パネル6の表面に存在する速度境界層を破壊あるいは薄くすることができ、流通する空気と液晶パネル6との間で熱交換を良好に行わせて液晶パネル6をより効果的に冷却できる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態において、冷却対象として液晶パネル6を採用していたが、これに限らず、偏光変換素子323、入射側偏光板35、出射側偏光板37等の他の光学素子を冷却対象としても構わない。
前記各実施形態において、貫通孔8の形成位置は、前記各実施形態で説明した形成位置に限らず、その他の位置に形成しても構わない。
また、前記各実施形態では、貫通孔8は、空気の流路下流側が分岐した構成(溝部83を複数設けた構成)としていたが、これに限らず、溝部83を1つのみ有する貫通孔8を光学素子保持部7に複数設けた構成を採用しても構わない。
前記各実施形態では、液晶パネル6は、3つ設けられていたが、その数は3つに限らず、1つ、2つ、あるいは、4つ以上であっても構わない。
前記各実施形態において、光変調装置としては、透過型または反射型の液晶パネルの他、マイクロミラーを用いたデバイス等、液晶以外の光変調装置を採用しても構わない。
前記各実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行うフロントタイプのプロジェクターの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行うリアタイプのプロジェクターにも適用可能である。
本発明は、プレゼンテーションやホームシアターに用いられるプロジェクターに利用できる。
1・・・プロジェクター、4・・・冷却ファン、6・・・液晶パネル(光学素子)、7・・・光学素子保持部、8・・・貫通孔、73・・・開口部、73D,73U,73L,73R・・・第1〜第4内側縁、O・・・中心位置、R1〜R7・・・流通方向、V・・・仮想線。

Claims (6)

  1. 光学素子に空気を送風する冷却ファンを備えたプロジェクターであって、
    光束を透過させる開口部を有し、前記光学素子が取り付けられる光学素子保持部を備え、
    前記光学素子保持部には、
    前記光学素子保持部外面から前記開口部内側縁に貫通し、前記冷却ファンからの空気を前記開口部内側縁から前記光学素子の表面に沿って流通させる貫通孔が形成されている
    ことを特徴とするプロジェクター。
  2. 請求項1に記載のプロジェクターにおいて、
    前記貫通孔は、
    前記開口部内側縁の複数の位置にそれぞれ貫通し、前記冷却ファンからの空気を前記複数の位置から前記光学素子の表面に沿ってそれぞれ流通させる
    ことを特徴とするプロジェクター。
  3. 請求項2に記載のプロジェクターにおいて、
    前記貫通孔は、
    前記複数の位置からの空気の各流通方向が互いに交差するように設けられている
    ことを特徴とするプロジェクター。
  4. 請求項3に記載のプロジェクターにおいて、
    前記貫通孔は、
    前記光学素子に入射する光束の光軸に沿う方向から見て、前記光学素子の表面の中心位置で前記各流通方向が互いに交差するように設けられている
    ことを特徴とするプロジェクター。
  5. 請求項2から請求項4のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
    前記開口部は、
    第1〜第4内側縁を有する矩形状に形成され、
    前記貫通孔は、
    前記第1内側縁の複数の位置にそれぞれ貫通し、前記光学素子に入射する光束の光軸に沿う方向から見て、前記光学素子の表面の中心位置を通り前記第1内側縁に直交する仮想線を基準として対称となるように設けられている
    ことを特徴とするプロジェクター。
  6. 請求項1または請求項2に記載のプロジェクターにおいて、
    前記冷却ファンは、
    前記貫通孔を介して、前記光学素子の表面に沿ってレイノルズ数が300000以上となる流速で空気を流通させる
    ことを特徴とするプロジェクター。
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