JP2016051092A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】奥まった位置にある反射型表示素子の良好な冷却を行う。【解決手段】光源１０は、照明光Ｌを出射し、反射型表示素子１４は、光源１０からの照明光Ｌを変調した画像光Ｍを所定方向に反射し、第二回路基板１５は、反射型表示素子１４の背面側に配置され、ダクト３０は、光源１０の背面側と反射型表示素子１４の背面側とを少なくとも接続し、ファン５０は、ダクト３０内に気流を発生させ、ダクト３０の一部に、ダクト３０内の気流の一部を反射型表示素子１４の背面側に導く導流壁３０４を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、画像投影装置に関する。

画像投影装置としては、特許文献１に開示されているように、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）などの反射型表示素子と、光源などから主に構成され、光源からの光を反射型表示素子で反射することで所定箇所に空間光変調した投影光を投影する。光源は、光を発する際に自己発熱により温度が上昇し、反射型表示素子も光源からの光を受けることにより温度が上昇する。光源及び反射型表示素子は、温度上昇することで動作が正常に行われず、投影する画像の表示品位の低下や光源，反射型表示素子の寿命が短くなってしまう恐れがあった。

特許文献１に記載の画像投影装置は、反射型表示素子の背面に接続されたヒートシンクと光源とをダクトで接続し、ダクトにファンを設けることで、反射型表示素子に接続されたヒートシンクから光源へ気流を発生させ、ファンで発生した気流により反射型表示素子と光源との双方を効率よく冷却するものである。

特開２００６−２９３１７７号公報

また、反射型表示素子は、背面側の中央領域に配置された放熱部を有し、この放熱部を除いた中央領域を取り巻く領域に制御基板を接続する複数のランドを設けたＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージである。そのため、反射型表示素子の背面側に配置される制御基板は、反射型表示素子の放熱部領域に対応した位置に貫通穴で形成される放熱穴を有する。したがって、制御基板を背面側から見た場合、反射型表示素子の放熱部は、制御基板の放熱穴の奥まった位置にあるため、空気の流れが悪くなり空冷しにくいという問題がある。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、奥まった位置にある反射型表示素子の良好な冷却を行う画像投影装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像投影装置は、照明光を出射する光源と、前記光源からの照明光を変調した画像光を所定方向に反射する反射型表示素子と、前記反射型表示素子の背面側に配置され、前記反射型表示素子と電気接続され、前記反射型表示素子の背面側の少なくとも一部を露出する回路基板と、前記光源の背面側と前記反射型表示素子の背面側とを少なくとも接続するダクトと、前記ダクト内に気流を発生させるファンと、前記ダクトの一部に、前記ダクト内の気流の一部を前記反射型表示素子の背面側に導く導流壁と、を備えるものである。

本発明によれば、奥まった位置にある反射型表示素子の良好な冷却を行うことができる。

本発明の実施形態における画像投影装置の概略断面図である。 上記実施形態における通気路の断面図であり、図１におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の変形例における画像投影装置の概略断面図である。 本発明の変形例における画像投影装置の概略断面図である。 本発明の変形例における画像投影装置の概略断面図である。 本発明の変形例における画像投影装置の概略断面図である。

以下、本発明の実施形態の画像投影装置１について、図を参照して説明する。図１は、本実施形態の画像投影装置１の概略断面図である。まず、画像投影装置１の画像投影に関する構成を説明し、その後に本発明特有の冷却構造について説明する。

（画像投影に関する構成）
画像投影装置１は、図１に示すように、照明光Ｌを出射する光源１０と、この光源１０が実装された第一回路基板１１と、光源１０が出射した照明光Ｌを集光する集光レンズ１２と、光源１０から出射された照明光Ｌを反射型表示素子１４に導き、反射型表示素子１４から出射された画像光Ｍを投射光学系１６に導くプリズム１３と、照明光Ｌを光変調した画像光Ｍとして反射する反射型表示素子１４と、反射型表示素子１４と接続される第二回路基板１５と、反射型表示素子１４が生成した画像光Ｍを所定箇所に投影する投射光学系１６と、を備える。

光源１０は、後述する第一回路基板１１に実装されており、例えば、赤色，青色，緑色の光をそれぞれ出力可能な複数のＬＥＤを有し、制御部（図示しない）からの制御のもと、所望の色，光強度，タイミングで照明光Ｌを出射する。複数のＬＥＤから出射されるそれぞれの照明光Ｌは、図示しないダイクロイックミラーなどを用いて光軸を揃えて後述する集光レンズ１２へ出射される。また、本実施形態における表示装置１は、フィールドシーケンシャルカラー（Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｌｏｒ）駆動方式を採用しており、光源１０の各色のＬＥＤが時分割的に照明光Ｌを出射する。

第一回路基板１１は、軽量でありながら熱伝導性が高い材料、例えば、アルミニウム材から形成されている。第一回路基板１１は、その表面に光源１０を実装し、前記制御部からの駆動信号に基づき光源１０を点灯させる。複数の光源１０は、同一の第一回路基板１１上に実装されていてもよいが、複数の第一回路基板１１にそれぞれ別々に実装されていてもよい。なお、第一回路基板１１の光源１０が実装されていない面には、後述するヒートシンク４０が接続され、光源１０が発した熱をヒートシンク４０から放熱するようにしている。また、第一回路基板１１は、後述するケース体２０の外側に係合され、光源１０が後述するケース体２０の第一の開口２０１からケース体２０の内部を臨むように配置される。

集光レンズ１２は、例えば、ポリカーボネート等の透明樹脂からなり、光源１０から出射された照明光Ｌを適正な照射サイズになるように調整し、さらに照射領域における光強度の均一化を行う。

プリズム１３は、後述するケース体２０の内部に固定される。プリズム１３は、反射面１３１を有するガラス基材などから形成され、集光レンズ１２から入射した照明光Ｌを反射面１３１で受光し、照明光Ｌを後述する反射型表示素子１４側に透過する。照明光Ｌを受光した反射型表示素子１４が生成した画像光Ｍは、再び反射面１３１に入射して後述する投射光学系１６の方向へ反射される。

反射型表示素子１４は、例えば、ＤＭＤやＬＣＯＳ（登録商標：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）などの反射型の表示デバイスであり、反射表示面の背面側の中央領域に放熱部１４１を有し、この放熱部１４１を取り巻くように複数のランド（図示しない）を二次元的に配列したＬＧＡパッケージ構造をとる。反射型表示素子１４は、この複数のランドを介して後述する第二回路基板１５に電気的に接続される。反射型表示素子１４の反射表示面は、後述するケース体２０に設けられた第二の開口２０２からケース体２０の内部を臨むように配置される。

第二回路基板１５は、硬質の基材で形成され、反射型表示素子１４の複数のランドに接続され、図示しない配線により制御部と接続される。第二回路基板１５は、制御部からの電気信号や電力を、ランドを介して反射型表示素子１４に供給する。第二回路基板１５は、図示しないネジなどを用いて後述するケース体２０の外側に固定される。
また、第二回路基板１５は、反射型表示素子１４の放熱部１４１に対応する位置に貫通した放熱穴１５１を有する。このように第二回路基板１５が放熱部１４１に対応する位置に放熱穴１５１を設けることで、放熱部１４１に空気を直接当てることができ、効率的に反射型表示素子１４を空冷することができる。なお、第二回路基板１５が放熱穴１５１を有することで形成される反射型表示素子１４の背面に形成される後述する通気路Ｐから奥まった領域を、凹部Ｓとする。なお、第二回路基板１５は、穴ではなく、反射型表示素子１４の放熱部１４１に対応する位置に単数または複数の切り欠きを形成してもよい。

投射光学系１６は、１つ又は複数のレンズを有し、画像光Ｍを拡大投射するものであり、後述するケース体２０の一部に取り付けられる。なお、投射光学系１６は、フォーカス調整する機能も有していてもよい。

以上が本実施形態における画像投影装置１の画像投影に関する構成であり、これより本発明特有の冷却構造の実施形態を説明する。

（冷却構造）
本実施形態における画像投影装置１の冷却構造は、光源１０と反射型表示素子１４との双方を同時に冷却するものであり、光源１０の発熱箇所と反射型表示素子１４の発熱箇所とを外側に向けるように固定するケース体２０と、ケース体２０の外側に配置され、ケース体２０の外壁との間で通気路Ｐを形成するダクト３０と、第一回路基板１１に接続され、少なくとも一部が通気路Ｐ上に配置されるヒートシンク４０と、通気路Ｐ内に気流を発生させるファン５０と、から構成される。

ケース体２０は、樹脂材料や樹脂材料と金属材料とを組み合わせて形成された筐体であり、内部と外部とを連通する貫通穴である第一の開口２０１と、第二の開口２０２とを有する。第一の開口２０１には、光源１０が配置され、第二の開口２０２には、反射型表示素子１４が配置される。そして、第一の開口２０１は、ケース体２０の外部に第一回路基板１１を固定し、第二の開口２０２は、ケース体２０の外部に第二回路基板１５を固定することで、ケース体２０の外部から塵埃の侵入を防止している。ケース体２０は、光源１０の熱が伝達される第一回路基板１１（発熱箇所）と、反射型表示素子１４の放熱部１４１（発熱箇所）とがケース体２０の外側に向くように光源１０及び反射型表示素子１４を保持する。

ダクト３０は、略円弧状の断面を有する一部開口した筒形状であり、少なくとも光源１０から反射型表示素子１４までを接続するようにケース体２０の外壁に沿うようにコ字状に屈曲して形成される。ダクト３０は、図２に示すように、開口箇所をケース体２０の外壁に合わせて固定することで、ダクト３０とケース体２０の外壁との間に断面が略円筒状の通気路Ｐを形成する。

ダクト３０（通気路Ｐ）は、ダクト３０内に吸気する第一の吸気口３０１と、ダクト３０内の外に排気する排気口３０２と、ダクト３０内に吸気する第二の吸気口３０３と、を有する。後述するファン５０の駆動により、第一の吸気口３０１から空気が取り入れられて第一の気流５０１が発生し、第二の吸気口３０３から空気が取り入れられて第二の気流５０２が発生する。

第一の吸気口３０１は、反射型表示素子１４よりも光源１０から離れたダクト３０の一部に形成される開口である。第一の吸気口３０１は、ダクト３０内に空気を取り入れて反射型表示素子１４の面に略平行の第一の気流５０１を発生させる。

排気口３０２は、光源１０よりも反射型表示素子１４から離れたダクト３０の一部に形成される開口である。排気口３０２は、通気路Ｐ内を通過した空気をダクト３０の外に排気する。

第二の吸気口３０３は、反射型表示素子１４の放熱部１４１に対向する位置に、放熱部１４１に向かって突出し、その突出した頂点付近が開口したものであり、放熱部１４１に向かうにしたがい縮径するラッパ形状や円錐筒状で形成される。第二の吸気口３０３は、ダクト３０の外から空気を取り入れて放熱部１４１に向かう第二の気流５０２を発生させる。また、第二の吸気口３０３の外側の入口付近は、ベルマウス状に形成される。このように、第二の吸気口３０３を放熱部１４１に向かって縮径することで第二の気流５０２の流速を速くすることができ、放熱部１４１をより効率的に空冷することができる。また、第二の吸気口３０３の外側の入口付近をベルマウス状に形成することで第二の気流５０２の通風抵抗を低減することができ、第二の気流５０２の流速をさらに速くすることができ、より多くの空気を放熱部１４１に吹き付けて冷却することができる。

第二の吸気口３０３は、その一部に、第一の吸気口３０１から流入した第一の気流５０１を受けて放熱部１４１の方へ風向を変える導流壁３０４を有する。具体的には、第二の吸気口３０３のうち、第一の吸気口３０１側の領域が導流壁３０４に該当する。この導流壁３０４を設けることにより、第一の吸気口３０１から流入して光源１０に向かう第一の気流５０１を用いて、放熱部１４１を局所的に冷却することが可能となる。

ヒートシンク４０は、例えばアルミニウムからなり、放射率の向上を図るためその表面にはアルマイト処理が施されている。ヒートシンク４０の一方は、第一回路基板１１に接続され、他方は、通気路Ｐ側に突出する。ヒートシンク４０は、第一回路基板１１を介した光源１０からの熱を通気路Ｐ内の空気に放熱する。通気路Ｐ内の空気は、気流として流れるのでヒートシンク４０から効率的に光源１０の熱を放熱することができる。

ファン５０は、例えば、軸流ファンや遠心ファンなどであり、排気口３０２付近に配置される。ファン５０は、ダクト３０内の通気路Ｐに反射型表示素子１４から光源１０（ヒートシンク４０）の方向へ気流を発生させる。このように反射型表示素子１４を冷却してから光源１０を冷却することで、高熱の光源１０を通過した温かい空気がダクト３０内を流れることを防止し、画像投影装置１全体の冷却を効率よくすることができる。また、ファン５０をヒートシンク４０よりも排気口３０２側に配置することでヒートシンク４０の周囲の空気を迅速に外に排出することができるため、光源１０を迅速に冷却することができる。

ダクト３０内を通過する気流の流れについて以下に説明する。
第一の吸気口３０１から流入した空気により発生した第一の気流５０１の一部は、導流壁３０４に当たり、導流壁３０４に沿って反射型表示素子１４の放熱部１４１に向かい（図１における５０１ａ）、放熱部１４１を空冷する。一方、導流壁３０４に当たらない第一の気流５０１は、そのまま光源１０の方へ向かう。通気路Ｐを通過する第一の気流５０１の流速は、凹部Ｓを通過する風向調整気流５０１ａの流速より速いため、通気路Ｐの圧力は、凹部Ｓの圧力よりも低くなる。したがって、放熱部１４１（凹部Ｓ）に流入した風向調整気流５０１ａは、再び通気路Ｐ側に引き寄せられる。すなわち、風向調整気流５０１ａが凹部Ｓで淀むことなく流れるため、放熱部１４１の冷却を円滑に行うことができる。
また、第二の吸気口３０３から流入した空気により発生した第二の気流５０２は、反射型表示素子１４の放熱部１４１に向かい、放熱部１４１を空冷し、その後に第一の気流５０１とともに光源１０の方へ向かう。光源１０の方向へ向かった第一の気流５０１と第二の気流５０２とは、後述するヒートシンク４０を通過してから排気口３０２から排気される。

以上に説明したように本実施形態における画像投影装置１は、少なくとも光源１０の背面側と反射型表示素子１４の背面側とをプリズム１３で接続し、ファン５０を用いてプリズム１３内に第一の気流５０１を発生させ、この第一の気流５０１の一部を反射型表示素子１４の背面側に導く導流壁３０４をプリズム１３の一部に設けるため、ファン５０が発生させる第一の気流５０１により、光源１０及び反射型表示素子１４の双方を効率よく空冷することができる。さらに、光源１０と反射型表示素子１４との背面側を冷却するため、光学系の光路上に空冷用の空気の流路を設けずに済むため、塵埃などによる表示品位の低下を防止することができる。

また、ダクト３０は、反射型表示素子１４よりもファン５０から離れた位置にダクト３０内に吸気する第一の吸気口３０１を設け、導流壁３０４は、ダクト３０から突出し、第一の吸気口３０１から流入した第一の気流５０１の一部を反射型表示素子１４の背面側に導くので、第一の吸気口３０１から流入して光源１０に向かう第一の気流５０１を用いて、放熱部１４１を局所的に冷却することが可能となる。

また、ダクト３０は、導流壁３０４よりも第一の吸気口３０１から離れた位置にダクト３０内に吸気する第二の吸気口３０３を設けるので、第一の気流５０１の一部を導流壁３０４で絞った場合でも第二の気流５０２から空気が流入されるため、ファン５０に負荷を低減させることができ、通気路Ｐ内を光源１０方向へ進行する気流の流速も低下しにくくすることができる。

また、第二の吸気口３０３は、反射型表示素子１４の背面に向かうにしたがって縮径された筒状に形成されるので、第二の吸気口３０３から流入する第二の気流５０２の流速を速くすることができ、より多くの空気を反射型表示素子１４の背面に吹き付けて冷却することができる。

また、気流が通過する通気路Ｐを、ダクト３０とケース体２０の外壁とで形成することで、ダクト３０を大型化することなく、ダクト３０の部材費を低く抑えつつ冷却構造を構成することができる。

以上が、本実施形態における画像投影装置１の説明であるが、本発明は上記実施形態及び図面によって限定されるものではない。これらに変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。以下に変形例の一例を示す。

上記実施形態において、気流が通過する通気路Ｐを、ダクト３０とケース体２０の外壁とで形成していたが、図３に示すように中空形状のダクト３０をケース体２０の外側に配置することで形成してもよい。

また、上記実施形態において、第二の吸気口３０３を、反射型表示素子１４に向かって縮径した筒形状であり、その一部に導流壁３０４を形成するとしていたが、第二の吸気口３０３と導流壁３０４とを別々に設けてもよい。例えば、図４に示すように、第一の吸気口３０１から流入する第一の気流５０１を反射型表示素子１４に向ける曲面で形成された導流壁３０４と、導流壁３０４よりも光源１０側に空気を通気路Ｐ内に取り入れる第二の吸気口３０３と、をそれぞれ設けてもよい。また、図５に示すように、導流壁３０４を曲面ではなく、反射型表示素子１４に向かって突出する平面で形成してもよい。このように、導流壁３０４よりも第一の吸気口３０１から離れた位置にダクト３０内に吸気する第二の吸気口３０３を設けることで、第一の気流５０１の一部を導流壁３０４で堰き止めた場合でも第二の気流５０２から空気が流入されるため、ファン５０に負荷を低減させることができ、通気路Ｐ内を光源１０方向へ進行する気流の流速も低下しにくくすることができる。また、導流壁３０４は、反射型表示素子１４に第一の気流５０１を導くように複数設けてもよい。また、第二の吸気口３０３も導流壁３０４から光源１０までの通気路Ｐに空気を取り入れられる位置に複数設けてもよい。

また、上記実施形態において、ファン５０を光源１０よりも排気口３０２側に設けていたが、図６に示すように、ヒートシンク４０付近であり、かつ光源１０よりも反射型表示素子１４側に設けてもよい。斯かる構成により、ヒートシンク４０周辺に空気を円滑に送ることができ、さらにファン５０を停止した場合でも外部への放熱を継続することができる。なお、ファン５０の位置は、排気口３０２付近ではなく、第一の吸気口３０１付近や通気路Ｐ内に配置されてもよい。

また、上記実施形態では、反射型表示素子１４の背面の放熱部１４１を直接空冷するものであったが、これに限定されない。具体的に例えば、反射型表示素子１４の背面にソケット（図示しない）を装着し、このソケットを第二回路基板１５に接続する構造とした場合、ソケットを空冷することで反射型表示素子１４を冷却してもよい。

また、反射型表示素子１４の背面には、第二回路基板１５のみならず、上述したソケット（図示しない）や反射型表示素子１４や第二回路基板１５及び前記ソケットなどの電気的な接続を保持するために、第二回路基板１５や前記ソケットと反射型表示素子１４側に押し当てる押し当て板などを配置してもよい。

また、導流壁３０４の先端は凹部Ｓ内まで延在してもよい。斯かる構成により、第二の気流５０２を第一の気流５０１の影響を受けることなく反射型表示素子１４に直接吹き当てることができるため、反射型表示素子１４を効率よく空冷することができる。さらに、導流壁３０４の先端と反射型表示素子１４の背面との間に隙間と設けてもよい。斯かる構成により、反射型表示素子１４に吹き当てられた第二の気流５０２が円滑に通気路Ｐに抜けるため、さらに反射型表示素子１４を効率よく空冷することができる。

また、上記実施形態において、光源１０は、ＬＥＤとしたが、これに限定されず、キセノンランプやＨＩＤランプなどで形成してもよい。このような場合、光を反射するリフレクタなどが発熱するため、このリフレクタを空冷する構成としてもよい。

また、光源１０とヒートシンク４０との間に光源１０の温度を調整するためのペルチェ素子（図示しない）を設けてもよい。

また、上記実施形態において、ケース体２０は、光源１０，第一回路基板１１，集光レンズ１２，プリズム１３，反射型表示素子１４，第二回路基板１５，投射光学系１６などを保持するものであったが、その他の光学部材や光源１０の光の強さを検出する光センサを内部に保持してもよい。

また、上記実施形態において、導流壁３０４は、反射型表示素子１４に対向する位置に配置されていたが、対向する位置ではなく、ダクト３０内の反射型表示素子１４に対向する位置以外から突出させたものであってもよい。

１ 画像投影装置
１０ 光源
１１ 第一回路基板
１２ 集光レンズ
１３ プリズム
１４ 反射型表示素子
１５ 第二回路基板
１６ 投射光学系
２０ ケース体
３０ ダクト
４０ ヒートシンク
５０ ファン

１４１ 放熱部
１５１ 放熱穴
２０１ 第一の開口
２０２ 第二の開口
３０１ 第一の吸気口
３０２ 排気口
３０３ 第二の吸気口
３０４ 導流壁
５０１ 第一の気流
５０２ 第二の気流

Claims (5)

1. 照明光を出射する光源と、
   前記光源からの照明光を変調した画像光を所定方向に反射する反射型表示素子と、
   前記反射型表示素子の背面側に配置され、前記反射型表示素子と電気接続され、前記反射型表示素子の背面側の少なくとも一部を露出する回路基板と、
   前記光源の背面側と前記反射型表示素子の背面側とを少なくとも接続するダクトと、
   前記ダクト内に気流を発生させるファンと、
   前記ダクトの一部に、前記ダクト内の気流の一部を前記反射型表示素子の背面側に導く導流壁と、を備える、
   ことを特徴とする画像投影装置。
2. 前記ダクトは、前記反射型表示素子よりも前記ファンから離れた位置に前記ダクト内に吸気する第一の吸気口を設け、
   前記導流壁は、前記ダクトから突出し、前記第一の吸気口から流入した気流の一部を前記反射型表示素子の背面側に導く、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記ダクトは、前記導流壁よりも前記第一の吸気口から離れた位置に前記ダクト内に吸気する第二の吸気口を設ける、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像投影装置。
4. 前記第二の吸気口は、前記反射型表示素子の背面に向かうにしたがって縮径された筒状に形成される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像投影装置。
5. 前記反射型表示素子は、前記ダクトの内壁から窪んだ凹部に配置され、前記導流壁の先端は前記凹部まで延在する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像投影装置。
   
   
   
   

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