JP2013142783A - 投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発熱による投射画像の微小移動を効果的に低減することが可能な投射型表示装置を提供すること
【解決手段】投射型表示装置は、ランプ1と、R用反射型液晶表示素子58R、G用反射型液晶表示素子58G、B用反射型液晶表示素子58Bと、照明光学系を収納する光学ボックス6を外装キャビネット18に固定する複数の固定部6cと、冷却ファン22から送風される冷却用の空気を、複数の固定部の中でランプ1の射出側に配置されてランプ1に最も近い固定部Dに案内するダクト23と、を有する。
【選択図】図1
【解決手段】投射型表示装置は、ランプ1と、R用反射型液晶表示素子58R、G用反射型液晶表示素子58G、B用反射型液晶表示素子58Bと、照明光学系を収納する光学ボックス6を外装キャビネット18に固定する複数の固定部6cと、冷却ファン22から送風される冷却用の空気を、複数の固定部の中でランプ1の射出側に配置されてランプ1に最も近い固定部Dに案内するダクト23と、を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、液晶プロジェクタなど投射型表示装置に係り、特に、投射型表示装置の冷却ユニットに関する。
近年、高輝度な画像を投射するためにプロジェクタの光源出力は増加傾向にあり、特に、内部機構が密集して小型化が進む状況では発熱の影響は顕著となる。そこで、特許文献1は、筐体内の排気口付近にファンモータを設け、吸気口から排気口までの空気の流路にある発熱回路素子や光源ランプを冷却(空冷)する機構を提案している。
しかしながら、特許文献1の構成では、外気が吸気口から筐体内に取り込まれてファンモータ、排気口を通って排気されるまでに温度が上昇し、発熱量が高い光源ランプが排気口近傍に設けられているので光源ランプ付近を十分に冷却できない。このため、筐体を構成する材料が有する線膨張係数によって、筐体が変形し温度が高い部分が膨張し、投射画像の微小な移動が発生してしまう。従来は投影画像の移動を抑えるために線膨張係数の低い材料を選定していたため、材料コストが高くなっていた。
また、近年提案されている、複数のプロジェクタを用いて一つの大画面画像を投影するマルチ投影や、1つの画像を複数のプロジェクタで重畳して明るい画像を投影するスタック投影では、上述した微小移動があると画質が劣化が顕著になる。また、筐体の小型化には、画像表示デバイスの小型化、即ち、高解像度化が必要であるが、高解像度になると投射画像の微小移動の影響も大きくなる。
そこで、本発明の例示的な目的は、発熱による投射画像の微小移動を効果的に低減することが可能な投射型表示装置を提供することである。
本発明の投射型表示装置は、画像を投射面に投射する投射型表示装置であって、光源と、前記画像を形成する画像表示素子と、前記光源からの光で前記画像表示素子を照明する照明光学系を収納する光学ボックスと、筺体と、前記光学ボックスを前記筺体に固定する複数の固定部と、前記筺体に固定された冷却用の空気を送風する第1の冷却ファンと、前記第1の冷却ファンから送風される前記冷却用の空気を、前記複数の固定部の中で前記光源の射出側に配置されて前記光源に最も近い固定部に案内するダクトと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、発熱による投射画像の微小移動を効果的に低減することが可能な投射型表示装置を提供することができる。
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、実施例1の投射型表示装置(画像投射装置)の筺体内部の上面図であり、図2は投射型表示装置の光学構成図である。本実施例の投射型表示装置は液晶プロジェクタとして構成されている。
投射型表示装置は、不図示のパーソナルコンピュータ(PC)、DVDプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置からの入力信号を受信し、基板に搭載されたマイクロコンピュータなどを介して、液晶表示素子を変調駆動する。そして、変調駆動された液晶表示素子を、照明光学系を介して照明し、液晶表示素子からの光束を投射レンズユニット5に送る。投射レンズユニット5は、ズームレンズなどから構成される投射光学系を有してズーミングを行い、液晶表示素子からの光束をスクリーン(投射面)に投射する。
投射型表示装置は、照明光学系や投射レンズユニット5を含む図2に示す光学系、基板21、冷却ユニット、その他の部材を、外装キャビネット18と蓋19という2つの部材から構成される筺体の内部に収納している。なお、筺体は少なくとも2つの部材(名称は外装キャビネットと蓋に限定されない複数の部材)から構成されていてもよいし、単一の部材から構成されていてもよい。
光学系は、図2に示すように、R用反射型液晶表示素子58R、G用反射型液晶表示素子58G、B用反射型液晶表示素子58B、照明光学系、投射レンズユニット5を有する。
R用反射型液晶表示素子58R、G用反射型液晶表示素子58G、B用反射型液晶表示素子58Bは、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の色に対応し、入射光を反射するとともに画像変調することによって画像を形成する画像表示素子である。
照明光学系は、これら各色の液晶表示素子をそれぞれ照明し、ランプ1、防爆凸レンズ3、フライアイレンズA43、B44、偏光変換素子45、全反射ミラー46、コンデンサーレンズ47a、47b、および色分離合成系βを有する。
光源であるランプ1は、連続スペクトルで白色光を発光する発光管41と、発光管41からの光を所定の方向に集光するリフレクタ42から構成されている。ランプ1は、ランプ1からの光を集光する防爆凸レンズ3と共に、不図示の複数のバネ部材によってランプホルダに保持されている。
フライアイレンズA43、B44は光束を複数の光束に分割する。偏光変換素子45はランプ1からの方向性の無い光(無偏光光)を所定の偏光光に変換する。全反射ミラー46は光軸を折り曲げる。コンデンサーレンズ47a、47bは、フライアイレンズA43、B44にて分割された複数の光束を反射型表示素子に重ねて照明するための集光手段である。
4はランプ1、ランプホルダ2、防爆凸レンズ3、フライアイレンズA43、B44、偏光変換素子45、全反射ミラー46および不図示の複数の部材によって構成されるランプユニットである。
色分離合成系βは、R用反射型液晶表示素子58R、G用反射型液晶表示素子58G,B用反射型液晶表示素子58Bを照明する照明光を生成し、各液晶表示素子からの反射光を合成する。色分離合成系βは、ダイクロイックミラー48、トリミングフィルタ49、ワイヤーグリッド偏光板50、カラーセレクト51、偏光ビームスプリッタ52、53、合成プリズム54、偏光板55、56、1/4波長板57R、57G、57Bを含む。
ダイクロイックミラー48はBとRの波長領域の光を反射し、Gの波長領域の光を透過する。トリミングフィルタ49はRの色純度を高めるためにR帯域の光の使用する波長域を制限する。ワイヤーグリッド偏光板50は反射型の偏光選択手段である。カラーセレクト51は所定の波長域の光の偏光方向を変換する波長選択性位相板である。合成プリズム54は、BとGに対してはダイクロイックに作用し、Rについては偏光ビームスプリッタと同等に作用する。偏光板55はB用の偏光選択手段であり、偏光板56はG用の偏光選択手段である。1/4波長板57R、57G、57BはそれぞれR用、G用、B用である。
投射レンズユニット5は、色分離合成系βによって合成された液晶表示素子からの光束をスクリーンに投射する。
6はランプユニット4、照明光学系の一部と液晶表示素子(液晶パネル)と投射レンズユニット5が固定される光学ボックスであり、不図示の蓋によって閉じられる。6aは光学ボックス6を外装キャビネット18に固定する固定部であり、ボルトとナットなどを含む。固定部6aは、筺体に複数存在する。
8は筺体内に電力を供給する電源であり、不図示のACインレットを有し、外装キャビネット18に組み込まれる。9はバラストであり、ランプ1を点灯するための点灯電源装置である。バラスト9は電源8およびランプ1と電気的に接続される。
外装キャビネット18は、筐体内に外気を取り込む前面吸気口18aと側面吸気口18dおよび筐体外に排熱する排気口18bを備える。吸気口18aの近傍にはそれを覆うようにエアフィルタ20が設けられ、筐体内に外気を吸入する際に筐体内に塵埃が入ることを抑制する。蓋19はダクト13を保持し、外装キャビネット18と組み付き筐体を覆う。18cは外装キャビネット18と蓋19を固定する固定部であり、ボルトとナットなどを含む。固定部18cは、筺体に複数存在する。
基板21は、画像・制御等の各種信号を取り込むコネクタ(インターフェース)やCPUなどのマイクロコンピュータが搭載され、電源8からの電力により液晶表示素子の駆動、ランプ1への点灯指令、冷却ユニットの後述する冷却ファンへの駆動指令を送る。基板21は液晶表示素子とフレキシブル基板(FPC)を介して接続されている。基板21は、図1の紙面に平行に外装キャビネット18に固定されているが、図1の紙面に垂直に固定されるなど固定の方向は限定されない。
冷却ユニットは、冷却用の空気を送風することによって被冷却部を冷却(空冷)する。被冷却部は、従来と同様に、光学ボックス6の内部、色分離合成系β、電源8、バラスト9を含むが、本実施例ではこれらに加えて更に別の被冷却部を含む。
この被冷却部の一つは、ランプ1の射出側に配置されてランプ1に最も近い固定部6aであり、これを他の固定部6aと区別するために、図中では「D」と記している。また、別の被冷却部は、ランプ1の射出側に配置されてランプ1に最も近い固定部18cであり、これを他の固定部18cと区別するために、図中では「E」と記している。これらの固定部D、Eは、発熱量の大きいランプ1の熱の影響を特に大きく受け、熱膨張や熱変形すれば投射画像に微小な移動が発生する原因となる。しかしながら、従来はこれらの部材の冷却は不十分であった。
冷却ユニットは、冷却ファン10、11、14、16、22、ダクト12、13、17、23を含む。
冷却ファン10、11は、外装キャビネット18に設けられた吸気口18aから吸入した外気によって色分離合成系βを冷却し、吸気方向と排気方向が90度をなしている。ダクト12は、冷却ファン10、11を保持し、吸気口18aから外気を冷却ファン10、11に供給する。ダクト13は、蓋19に保持され、冷却ファン10、11から排気された空気を色分離合成系βに導風する。
冷却ファン(第2の冷却ファン)14は、ランプ1と冷却ファン11(または吸気口18a)の間に配置され、電源8、バラスト9、ランプ1およびその周辺を冷却し、排気口18bより筐体外へ排熱する。15は冷却ファン14を保持する冷却ファンホルダである。従来は、冷却ファン14によって固定部D、Eが(直接ではなく空気の対流によって)冷却されていたが、これでは固定部D、Eの冷却が不十分であり熱膨張や熱変形が生じていた。
冷却ファン16は、ランプ1の吸気口18a側であって冷却ファン11(または14)と色分離合成系βとの間に配置され、色分離合成系βの光学素子を冷却した空気を吸気し、排気によってランプ1を冷却する。ダクト17は、冷却ファン16から排気された空気をランプ1に導風する。
冷却ファン(第1の冷却ファン)22は、側面吸気口18dから吸気し、排気によって固定部D、E、偏光変換素子45を冷却する。本実施例の冷却ファン22はシロッコファンで、吸気方向と排気方向が90度をなしているが、ターボファン、サイレントファン、リミットロードファン、クロスフローファンなど他の冷却ファンの適用を妨げるものではない。冷却ファン22は、全反射ミラー46の非反射面側、または光学ボックス6と排気口18dの間に配置されている。ダクト23は冷却ファン22から排気された空気を固定部D、E、偏光変換素子45に導風する。
従来は、空気を固定部D、Eに案内する専用のダクトが設けられておらず、固定部D、Eの冷却は専ら筺体内部の空気の対流に任されていたが、本実施例は、ダクト23を設けることによって効率的かつ確実に固定部D、Eを冷却している。
上述したように、固定部D,Eを冷却した空気は排気口18bから排気される。しかも、筺体の、ランプ1に関して排気口18bとは反対側に冷却ファン14が固定され、排気口18bに向けて送風しているので、固定部D、Eを冷却して暖められた空気は筺体内に留まらずに冷却ファン14からの送風によって直ちに排気される。
なお、固定部D、Eを冷却するための空気は冷却ファン22以外の冷却ファンから得てもよいが、冷却ファン14、16はランプ1の吸気口18a側にあり、一方、固定部D、Eはこれと反対側にある。このため、冷却ファン14、16から冷却用の空気を得ると、ダクトの長さが長くなり、また、ランプ1の周囲を通る際に温められるので、ランプ1から離れた位置にある冷却ファン22を使用することが好ましい。
また、本実施例ではダクト23を介して固定部D、Eを冷却しているが、冷却ファン22の排気口を固定部D、Eの前に位置するように冷却ファン22を固定部D、Eの近傍に設けて冷却用の空気を、ダクトを介さずに、固定部D、Eに吹き付けてもよい。この場合、必要があれば、冷却ファン22の吸気口を排気口18bが設けられている外装キャビネット18の壁面に向け、その壁面に吸気口を設けてもよい。あるいは、吸気口18dと冷却ファン22の吸気口をダクトで接続してもよい。
図3は、図1において冷却用の空気の移動を示した上面図であり、図4は、投射型表示装置の固定部D、E付近における冷却用の空気の移動を示した部分斜視図である。
図3に実線の矢印で表す風路について説明する。冷却ファン10、11、16の回転によって外気が吸気口18aからエアフィルタ20を通り、筐体内へ流入する。この空気はダクト12を通って冷却ファン10、11に吸気され、冷却ファン10、11から排気された空気はダクト13で合流し、色分離合成系βに流れ、色分離合成系βの光学素子や液晶表示素子を冷却する。色分離合成系βを冷却した空気は冷却ファン16によって吸気され、ダクト17から排出される。この空気は、ランプホルダ2に設けられた不図示の開口から流入し、ランプ1の発光管41を冷却する。発光管41を冷却した空気はランプホルダ2に設けられた不図示の開口から排出され、冷却ファン14の風路に流れ込む。
図3に破線の矢印で表す風路について説明する。冷却ファン14の回転によって外気が吸気口18aからエアフィルタ20を通り筐体内へ流入する。この空気は電源8およびバラスト9を冷却した後に冷却ファン14に吸気され、冷却ファン14から排気された空気はランプユニット4全体を冷却し、ランプ1および後述する偏光変換素子45を冷却した空気と共に排気口18bより排気される。
図3に一点鎖線の矢印で表す風路について説明する。図4はこの風路を詳細に示した部分斜視図である。冷却ファン22の回転によって、外気が外装キャビネット18に設けられた側面吸気口18dから筐体内へ流入する。冷却ファン22から排気された空気はダクト23を通る。ダクト23は、光学ボックス6の内部へ向かう第1の流路(ボックス用ダクト)と、ランプ1の出射側近傍の固定部D、Eへ向かう第2の流路に分割されている。第1の流路に案内された空気は光学ボックス6の内部を冷却した後に冷却ファン14の流路に流れ込み、排気口18bから排気される。第2の流路に案内された空気は固定部D、Eを冷却した後に冷却ファン14の流路に流れ込み、排気口18bから排気される。第1の流路は下方向に延び、第2の流路は水平または上方向に延びている。なお、一つのダクト23を2つに分岐せずに2つの別個のダクトを冷却ファン22の排気口に接続してもよい。
これにより、固定部D、Eが局所的に温度上昇して熱膨張することを防止して筐体の微小な変形を抑えることができる。また、冷却ファン22にシロッコファンを用いることで固定部D、Eの近傍に部品が密集して静圧が高くても、確実に冷却することができる。
図5はスタック投影時の投射型表示装置の配置を示す側面図で、図6はマルチ投影時の投射型表示装置の配置を示す上面図である。図5、6において、100、101は本実施例の投射型表示装置、102は天井、104はスクリーン、105は複数の投射型表示装置100、101が設置される投影台、106は床である。
まず、図5を参照すると、投射型表示装置101の上に投射型表示装置100が乗った状態でスクリーン104の同じ領域に画像が投影される。同じ領域に向かって投影することにより1台で投影した場合の2倍の照度を得られ、より明るい視聴環境でも投影画像を良好に視聴することが可能である。
ただし、2つの画像が同じ位置に投射されるので2つの画像の位置ずれ(回転、歪みを含む)を防止する必要がある。一般に、筐体にかかる荷重から投射型表示装置101の変形量が大きくなり易く、変形量が偏ると投影画像にずれが発生し、画質が劣化する。本実施例の投射型表示装置では局所的な温度上昇による変形を抑えて、良好な投影画像を提供することが可能である。
次に、図6を参照すると、投射型表示装置100、101が並列された状態でスクリーン104に、互いの投影画像が隣接するように投影される。隣接して投影することによってパノラマ画像などダイナミックな画像を視聴者に提供することが可能である。
ただし、2つの画像の境界の位置ずれ(回転、歪みを含む)を防止する必要がある。局所的な熱膨張による投影画像の移動が起きると2つの画像の境界において画質が劣化する。本実施例の投射型表示装置では局所的な温度上昇による変形を抑えて、良好な投影画像を提供することが可能である。
本実施例によれば、固定部D、Eに、ダクト23を介して、もしくは、冷却ファンを近づけることによって、確実に冷却用の空気を送風する冷却手段を設けているので、この部分の熱膨張による変形を抑えて投射画像の画質を維持することができる。本実施例は、特に、投射画像の位置ずれが画質劣化を招くマルチ投影やスタック投影において効果が大きい。また、図1に示す実施例では、偏光変換素子45を冷却する冷却ファン22が固定部D、Eを冷却する冷却手段を兼ねているので、送風手段を増やすことがなく、投射型表示装置の大型化を防ぐことができる。更に、シロッコファンを用いることで、部品の密集するような場所に対しても高静圧で空気を送風でき、より確実に被冷却部に空気を送風することができる。
図7は、実施例2の投射型表示装置(画像投射装置)の筺体内部の上面図であり、図8は、図7において冷却用の空気の移動を示した上面図である。実施例2は、基板21を図1の紙面に垂直に吸気口18eと冷却ファン22との間に配置している点が実施例1と相違している。基板21は、液晶表示素子とFPC24を介して接続され、外装キャビネット18に固定されている。また、外装キャビネット18の前面には前面吸気口B18eが設けられている。
図8に実線の矢印で表す風路について説明する。冷却ファン10、11、16の回転によって外気が吸気口18aからエアフィルタ20を通り、筐体内へ流入する。この空気はダクト12を通って冷却ファン10、11、16に吸気され、冷却ファン10、11から排気された空気はダクト13で合流し、色分離合成系βに流れ、色分離合成系βの光学素子や液晶表示素子を冷却する。色分離合成系βを冷却した空気は基板21の一部を冷却し、冷却ファン22へ流れる。一方、冷却ファン16から排出された空気は、ダクト17を通ってランプホルダ2に設けられた不図示の開口から流入し、ランプ1の発光管41を冷却する。発光管41を冷却した空気はランプホルダ2に設けられた不図示の開口から排出され、冷却ファン14の風路に流れ込む。
図8に破線の矢印で表す風路については実施例1と同様である。
図8に一点鎖線の矢印で表す風路について説明する。冷却ファン22の回転によって、外気が外装キャビネット18に設けられた前面吸気口18eから筐体内へ流入し、基板21を冷却した後で冷却ファン22に吸気される。冷却ファン22から排気された空気がダクト23を介して、偏光変換素子45と固定部D、Eを冷却し、その後、排気口18bから排気される点は実施例1と同様である。
本実施例によれば、偏光変換素子45と固定部D、Eを冷却する冷却手段は基板21もさらに冷却することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
投射型表示装置は、液晶プロジェクタ等の分野に適用することができる。
1…ランプ(光源)、6…光学ボックス、D、E…固定部、18…外装キャビネット(筺体)、19…蓋(筺体)、22…冷却ファン(第1の冷却ファン)、23…ダクト、58R…R用反射型液晶表示素子(画像形成素子)、58G…G用反射型液晶表示素子(画像形成素子)、58B…B用反射型液晶表示素子(画像形成素子)、100、101…投射型表示装置
Claims (9)
- 画像を投射面に投射する投射型表示装置であって、
光源と、前記画像を形成する画像表示素子と、前記光源からの光で前記画像表示素子を照明する照明光学系を収納する光学ボックスと、
筺体と、
前記光学ボックスを前記筺体に固定する複数の固定部と、
前記筺体に固定された冷却用の空気を送風する第1の冷却ファンと、
前記第1の冷却ファンから送風される前記冷却用の空気を、前記複数の固定部の中で前記光源の射出側に配置されて前記光源に最も近い固定部に案内するダクトと、
を有することを特徴とする投射型表示装置。 - 画像を投射面に投射する投射型表示装置であって、
光源と、前記画像を形成する画像表示素子と、前記光源からの光で前記画像表示素子を照明する照明光学系を収納する光学ボックスと、
筺体と、
前記光学ボックスを前記筺体に固定する複数の固定部と、
前記複数の固定部の中で前記光源の射出側に配置されて前記光源に最も近い固定部の前に、冷却用の空気を排気する排気口を有し、前記筺体に固定された第1の冷却ファンと、
を有することを特徴とする投射型表示装置。 - 画像を投射面に投射する投射型表示装置であって、
光源と、前記画像を形成する画像表示素子と、前記光源からの光で前記画像表示素子を照明する照明光学系を収納する光学ボックスと、
少なくとも2つの部材から構成される筺体と、
前記筺体を構成する少なくとも2つの部材を固定する複数の固定部と、
前記筺体に固定された冷却用の空気を送風する第1の冷却ファンと、
前記第1の冷却ファンから送風される前記冷却用の空気を、前記複数の固定部の中で前記光源の射出側に配置されて前記光源に最も近い固定部に案内するダクトと、
を有することを特徴とする投射型表示装置。 - 画像を投射面に投射する投射型表示装置であって、
光源と、前記画像を形成する画像表示素子と、前記光源からの光で前記画像表示素子を照明する照明光学系を収納する光学ボックスと、
少なくとも2つの部材から構成される筺体と、
前記筺体を構成する少なくとも2つの部材を固定する複数の固定部と、
前記複数の固定部の中で前記光源の射出側に配置されて前記光源に最も近い固定部の前に、冷却用の空気を排気する排気口を有し、前記筺体に固定された第1の冷却ファンと、
を有することを特徴とする投射型表示装置。 - 前記第1の冷却ファンからの前記冷却用の空気を、前記光学ボックスの内部に送るボックス用ダクトを更に有することを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の投射型表示装置。
- 前記照明光学系は、光軸を折り曲げる全反射ミラーを有し、
前記第1の冷却ファンは前記全反射ミラーの反射面とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか1項に記載の投射型表示装置。 - 前記筺体は外気を筺体内に取り込むための吸気口を有し、
前記筺体の前記吸気口と前記第1の冷却ファンの吸気口との間に配置され、前記画像表示素子を変調駆動する基板を更に有することを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載の投射型表示装置。 - 前記第1の冷却ファンはシロッコファンであることを特徴とする請求項1乃至7のうちいずれか1項に記載の投射型表示装置。
- 前記筺体は、前記固定部を冷却した空気が排気される排気口を有し、
前記筺体の、前記光源に関して前記排気口とは反対側に固定され、前記排気口に向けて送風する第2の冷却ファンを更に有することを特徴とする請求項1乃至8のうちいずれか1項に記載の投射型表示装置。
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