JP2016218123A - 光変調素子ユニットおよび画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉構造によらずに、異物を捕集して、光変調素子への異物の付着を防止する。
【解決手段】光変調素子ユニット３は、入射した光を変調する変調部および該変調部の光入射面を覆うカバーガラス３１ａを有する光変調素子３１と、カバーガラスの表面に沿って配置され、変調部に向かう光を通過させる開口部３２ａおよび該開口部を通過しない光を遮る遮光部３２ｂを有する遮光部材３２と、光変調素子に対してカバーガラスの方向とは異なる方向に設けられた放熱部材３６とを有する。遮光部材は、カバーガラスよりも外側に延びて放熱部材と対向する延出部３２ｃを有する。延出部と放熱部材との間の第１のギャップＧ１を、遮光部とカバーガラスの表面との間の第２のギャップＧ２よりも小さくする。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像投射装置（プロジェクタ）に用いられる光変調素子ユニットに関し、特に光変調素子への異物の付着を防止する構造に関する。

プロジェクタには液晶パネル等の光変調素子が用いられており、光源からの光を該光変調素子により変調してスクリーン等の被投射面に投射することで画像を表示することができる。ただし、プロジェクタの外部から筐体内に取り込まれた冷却用の空気中に浮遊する塵埃等の異物が光変調素子の変調面（カバーガラス面）に付着すると、その異物の影響によって投射画像の画質が劣化するおそれがある。

特許文献１には、光変調素子を保持するベースと光変調素子のうち変調領域外への光源からの光の入射を遮る遮光板との間に第１の防塵部材を配置し、また遮光板と変調領域に向かう光が通過する波長板との間に第２の防塵部材を配置した防塵構造が開示されている。また、特許文献２には、光変調素子側の遮光板と光源からの光を光変調素子に導く偏光ビームスプリッタとの間に防塵カバーを設ける防塵構造が開示されている。

特開平１１−３０５６７４号公報 特開２００４−０２０６０３号公報

しかしながら、特許文献１，２にて開示されたように光変調素子が配置される空間をほぼ密閉するような防塵構造を採用しても、該防塵構造の構成部品間の小さな隙間からより微小な異物が侵入して光変調素子の変調面に付着するおそれがある。

本発明は、密閉構造によらずに、異物を捕集する構造を用いることで、光変調素子への異物の付着を防止することができるようにした光変調素子ユニットをおよびこれを用いた画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての光変調素子ユニットは、入射した光を変調する変調部および該変調部の光入射面を覆うカバーガラスを有する光変調素子と、カバーガラスの表面に沿って配置され、変調部に向かう光を通過させる開口部および該開口部を通過しない光を遮る遮光部を有する遮光部材と、光変調素子に対してカバーガラスの方向とは異なる方向に設けられた放熱部材とを有する。遮光部材は、カバーガラスよりも外側に延びて放熱部材と対向する延出部を有する。そして、延出部と放熱部材との間の第１のギャップが、遮光部とカバーガラスの表面との間の第２のギャップよりも小さいことを特徴とする。

また、本発明の他の一側面としての光変調素子ユニットは、入射した光を変調する変調部および該変調部の光入射面を覆うカバーガラスを有する光変調素子と、カバーガラスの表面に沿って配置され、変調部に向かう光を通過させる開口部および該開口部を通過しない光を遮る遮光部を有する遮光部材と、光変調素子に対してカバーガラスの方向とは異なる方向に設けられた放熱部材とを有する。遮光部材は、カバーガラスよりも外側に延びて放熱部材と対向する延出部を有している。そして、延出部と放熱部材との間の第１のギャップにおける温度勾配が、遮光部とカバーガラスの表面との間の第２のギャップにおける温度勾配よりも大きいことを特徴とする。
なお、上記光変調素子ユニットと、光源からの光を光変調素子に入射させ、該光変調素子で変調された光を被投射面に投射する光学系とを有する画像投射装置も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、密閉構造によらずに、異物を捕集する構造を用いることで、光変調素子への異物の付着を効果的に防止することができる。

本発明の実施例１である光変調素子ユニットの分解斜視図。 実施例１の光変調素子ユニットの外観斜視図。 実施例１の光変調素子ユニットを図２中のＷ−Ｗ線で切断したときの断面図。 図３中のＡ部の拡大図とＡ部内での遮光マスク、カバーガラスおよび放熱器の温度の関係を示すグラフ。 本発明の実施例２である光変調素子ユニットの分解斜視図。 実施例２の光変調素子ユニットの外観斜視図。 実施例２の光変調素子ユニットを図６中のＸ−Ｘ線で切断したときの断面図。 図７中のＡ部の拡大図とＡ部内での遮光マスク、カバーガラスおよび放熱器の温度の関係を示すグラフ。 本発明の実施例３である画像投射装置の外観図。 実施例３の画像投射装置の内部構造を示す斜視図。

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。

まず、本発明の実施例１である光変調素子ユニットを備えた画像投射装置（液晶プロジェクタ）の構成について図９および図１０を用いて説明する。

液晶プロジェクタは、図９に示すように、外装ケース（筐体）７とこの外装ケース７に形成された開口部から一部が突出した投射レンズ４とを有する。また、外装ケース７には、この外装ケース７内に収容された後述する光源、光学系ブロック、電源ブロック等を冷却するための空気（外気）をケース７内に取り込むための吸気口７１が形成されている。

図１０において、１は光源（ランプ）であり、２は光源１からの光を光変調素子ユニット３の光変調素子（液晶パネル）に導く光学部品を収納した光学系ブロックである。投射レンズ４は、光変調素子により変調された光をスクリーン等の被投射面に拡大投射する。５は光変調素子を含む複数の光学部品を冷却する空気をこれら光学部品に導く光学冷却ダクトである。６は光変調素子ユニット３を冷却する空気の流れを生成するパネル冷却ファンであり、シロッコファンにより構成されている。８は図９に示した吸気口７１に配置される集塵フィルタである。１０は外装ケース７の内部から該外装ケース７に形成された不図示の排気口を通して排出される空気の流れを生成するための排気ファンである。９は光源１を点灯させたり光変調素子を駆動したりファン６，１０を回転させたりするための電源を生成する電源ブロックである。

冷却手段としてのパネル冷却ファン６の回転によって、吸気口７１および集塵フィルタ８を通過して外装ケース７内に流入した外気は、光学冷却ダクト５を通って光変調素子ユニット３（特に後述する放熱器）に吹き付けられる。この際、外気中に浮遊する塵埃等の異物の多くは集塵フィルタ８によって捕集されるが、集塵フィルタ８によって捕集されなかった微小な粒子等の異物は外気とともに光変調素子ユニット３に吹き付けられる。

次に、光変調素子ユニット３について、図１、図２、図３および図４（ａ）を用いて説明する。これらの図において、３１は光変調素子としての反射型液晶パネル（以下、単に液晶パネルという）である。液晶パネル３１のうち入射した光を実際に液晶によって変調する矩形の有効変調領域を変調部という。液晶パネル３１の光入射面には、カバーガラス３１ａが設けられている。３８は液晶パネル３１に接続されたフレキシブル配線基板であり、処理回路からの画像信号（または画像信号に基づく電気信号）を液晶パネルに送信するための配線を有する。フレキシブル配線基板３８は、光変調素子３１のうちカバーガラス３１ａが設けられた面を前面としたときの側面に相当する部分に接続されている。

３６は液晶パネル３１の裏面、すなわちカバーガラス側とは反対側の面に接触する放熱部材としての放熱器である。放熱器３６としては、ヒートシンク等が用いられる。

３２はカバーガラス３１ａの表面に沿って配置された遮光部材としての遮光マスクである。遮光マスク３２は、液晶パネル３１の変調部に向かう光（光源１から出射して光学系ブロック２を通った光）を通過させる矩形の開口部３２ａと、開口部３２ａの周囲において該開口部３２ａを通過しない不要な光を遮る矩形枠形状の遮光部３２ｂとを有する。開口部３２ａは、変調部よりも若干大きな開口サイズを有する。図４（ａ）に図３中のＡ部を拡大して示すように、遮光マスク３２の遮光部３２ｂとカバーガラス３１ａの表面と間にはギャップ（第２のギャップ）Ｇ２が設けられている。

また、遮光マスク３２は、カバーガラス３１ａの表面に沿った方向（本実施例では開口部３２ａの長辺方向）において、遮光部３２ｂからカバーガラス３１ａよりも外側に延びる延出部３２ｃを有する。延出部３２ｃは、カバーガラス３１ａよりもパネル冷却ファン６からの空気（外気）の流れの上流側に設けられている。また、延出部３２ｃは、液晶パネル３１を挟んで上記フレキシブル配線基板３８とは反対側に設けられている。

図３および図４（ａ）に示すように、延出部３２ｃは、その根元部分で放熱器３６側に折り曲げられ、さらにその先の先端部分が放熱器３６に沿って延びるように折り曲げられて放熱器３６に対向する。図４（ａ）に示すように、延出部３２ｃの先端部分と放熱器３６の光変調素子側の表面（以下、パネル側表面という）との間には、ギャップ（第１のギャップ）Ｇ１が設けられている。このギャップＧ１は、前述したギャップＧ２よりも小さい。

３７は遮光マスク３２を支持するマスク支持板（支持部材）であり、遮光マスク３２とは数箇所においてスポット溶接により接合されている。マスク支持板３７は、カバーガラス３１ａの表面に沿って遮光マスク３２の延出部３２ｃが延びる方向に対して直交する方向（開口部３２ａの短辺方向）においてカバーガラス３１ａよりも外側に延びる部分が放熱器３６に固定されている。これにより、遮光マスク３２は液晶パネル３１に対して位置決めされる。

３３は防塵カバーであり、放熱器３６と接触して液晶パネルのカバーガラス３１ａの表面に異物が付着するのを防止する。３４は液晶パネルに向かう光（偏光光）に作用する波長板である。３５は波長板３４を保持する波長板保持部材であり、遮光マスク３２の開口部３２ａよりも大きな開口サイズの開口部にて波長板３４を保持する。波長板保持部材３４は、防塵カバー３３に対して液晶パネルの光入射面（カバーガラス３１ａの表面）に対して回転可能に取り付けられ、回転することで波長板３４の液晶パネル（変調部）に対する回転位置の調整を可能としている。

防塵カバー３３は放熱器３６を抱え込むように放熱器３６に取り付けられ、これにより防塵カバー３３と放熱器３６との間の隙間は概ね除去される。また、防塵カバー３３と波長板保持部材３４とが互いに圧接されることで防塵カバー３３と波長板保持部材３４との間の隙間も概ね除去され、波長板保持部材３４が回転された場合も隙間の発生（増加）が防止される。このような構成を採ることで、パネル冷却ファン６からの外気（冷却風）によって波長板保持部材３４、防塵カバー３３および放熱器３６にある程度の風圧がかかったとしてもこれらの内部への異物の侵入を抑制することができる。しかし、防塵カバー３３と放熱器３６との間の隙間を完全になくすることは難しく、図４（ａ）に破線矢印で示すように、残ったわずかな隙間を通って冷却風に含まれる微小な異物が防塵カバー３３の内側に侵入して液晶パネルに向かう。

図４（ｂ）のグラフには、遮光マスク３２、カバーガラス３１ａの表面および放熱器３６のパネル側表面の温度（℃：縦軸）を図４（ａ）中の位置（ｘ：横軸）に対応付けて示している。太い実線が遮光マスク３２の温度を、細い実線がカバーガラス３１ａの表面の温度を、破線が放熱器３６のパネル側表面の温度を示している。

図４（ａ）において、Ｌは光学系ブロック２（つまりは光源１）から遮光マスク３２に光が照射される範囲を示す。光学系ブロック２からの光は波長板３４を通過して遮光マスク３２の開口部３２ａおよび遮光部３２ｂの一部に照射される。この際、光の多くは遮光マスク３２の開口部３２ａおよび液晶パネルのカバーガラス３１ａを通過して変調部に到達するが、一部は遮光マスク３２の遮光部３２ｂにより反射される。このため、光が照射されるカバーガラス３１の表面と遮光マスク３２の温度が上昇する。

ここで、遮光マスク３２は金属により構成されており、金属は樹脂やガラスに比べて熱伝導率が高いため、光が照射されていない延出部３２ｃまで熱が拡散する。これにより、図４（ｂ）の太い実線で示すように、遮光マスク３２の全体の温度がほぼ同じ温度まで上昇する。一方、液晶パネルのカバーガラス３１ａは熱伝導率が低いため、光が照射される領域の温度は上昇するが、遮光マスク３２の遮光部３２ｂによって遮光された部分の温度は上昇しない。なお、ガラスは光透過率が高いため、カバーガラス３１ａの温度は遮光マスク３２に比べて低くなる。

ここで、遮光マスク３２を支持して放熱器３６に取り付けられるマスク支持板３７は、遮光マスク３２の金属材料（第１の材料）に比べて熱伝導率が高い金属材料（第２の材料）によって形成されている。また、前述したように、遮光マスク３２とマスク支持板３７は数箇所のスポット溶接によって接合されているだけで熱的には結合されていないが、マスク支持板３７は放熱器３６に対しては熱的に結合されるように取り付けられる。したがって、遮光マスク３２の温度は上昇するが、マスク支持板３７の温度は遮光マスク３２の温度上昇に伴って上昇することはない。

このような温度分布において、前述したように遮光マスク３２の延出部（先端部分）３２ｃと放熱器３６のパネル側表面との間に、遮光マスク３２の遮光部３２ｂとカバーガラス３１ａの表面との間のギャップＧ２よりも小さいギャップＧ１が設けられている。図４（ｂ）に示すように、遮光マスク３２の延出部３２ｃと放熱器３６のパネル側表面との間（領域ｖ）の温度差は、遮光マスク３２の遮光部３２ｂとカバーガラス３１ａの表面との間（領域ｕ）の温度差よりも大きい。つまり、より大きな温度差がより小さいギャップＧ１を挟んだ遮光マスク３２の延出部３２ｃと放熱器３６のパネル側表面との間の領域ｖに生成される。言い換えれば、領域ｖ（ギャップＧ１）における温度勾配が、領域ｕ（ギャップＧ２）における温度勾配よりも大きい。

ここで、粒子を含む流体が間に存在する２面間において安定的な温度勾配を維持すると、その温度勾配とは逆方向に安定的な濃度勾配を形成する。しかも、温度勾配が高いほど濃度勾配も高くなる。このため、冷却風に微粒子等の異物が含まれる場合に、温度勾配が高い領域ｖにおいては、低温側である放熱器３６のパネル側表面付近に微粒子を偏らせることができ、放熱器３６のパネル側表面にそれら異物を積極的に付着させることができる。この結果、領域ｖに、液晶パネルに向かう微粒子等の異物を捕集するフィルタ機能を付与することができる。これにより、異物が液晶パネルのカバーガラス３１ａの表面まで流れてそこに付着することを効果的に防止することができる。

なお、本実施例では、領域ｕにおいても温度勾配が存在し、この領域ｕでも濃度勾配を生じさせることができる。つまり、領域ｕの低温側であるカバーガラス３１ａの表面における遮光部３２ｂに対向する領域に微粒子を付着させることも可能である。この結果、仮に領域ｖにて捕集しきれなかった異物がある場合でも、これを領域ｕにて捕集してカバーガラス３１ａの表面のうち変調部を覆う領域まで異物が流れてそこに付着することを防止することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、遮光マスク３２の延出部３２ｃと放熱器３６のパネル側表面との間に小さなギャップを形成するとともに大きな温度差を与えることで、ここを流れる異物を積極的に捕集することができる。したがって、液晶パネルのカバーガラス３１ａの表面（特に、変調部を覆う領域）に異物が付着することを防止でき、異物による投射画像の画質の低下を防止することができる。この結果、浮遊する微粒子等の異物の量が多い使用環境においても長期にわたって高画質を維持することが可能な画像投射装置を実現することができる。

図５、図６、図７および図８（ａ）には、本発明の実施例２である光変調素子ユニット３′の構成を示している。本実施例において、実施例１と共通する構成要素および構成部分については実施例１と同符号を付して説明に代える。

本実施例では、遮光マスク３２′は、カバーガラス３１ａの表面に沿った方向（開口部３２ａの長辺方向）において、遮光部３２ｂからカバーガラス３１ａよりも外側に、折り曲げられることなく真っ直ぐに延びる延出部３２ｃ′を有する。一方、放熱器３６′におけるパネル側表面には、カバーガラス３１ａよりも外側において、遮光マスク側（遮光部材側）、つまりは延出部３２ｃ′に向かって突出する凸部３６ａ′を有する。延出部３２ｃ′と凸部３６ａ′の端面とは、図８（ａ）に示すようにギャップ（第１のギャップ）Ｇ１′が設けられている。このギャップＧ１′は、遮光マスク３２′の遮光部３２ｂとカバーガラス３１ａの表面との間のギャップＧ２よりも小さい。

本実施例でも、図８（ｂ）に示すように、遮光マスク３２′の延出部３２ｃ′と放熱器３６′の凸部３６ａ′の端面との間（領域ｕ１）の温度差は、遮光マスク３２′の遮光部３２ｂとカバーガラス３１ａの表面との間（領域ｖ１）の温度差よりも大きい。つまり、より大きな温度差がより小さいギャップＧ１′を挟んだ延出部３２ｃ′と放熱器３６′の凸部３６ａ′の端面との間の領域ｖ１に生成される。したがって、実施例１と同様に、放熱器３６′の凸部３６ａ′の端面に異物を積極的に付着させることができ、領域ｖ１に、液晶パネルに向かう微粒子等の異物を捕集するフィルタ機能を付与することができる。これにより、異物が液晶パネルのカバーガラス３１ａの表面まで流れてそこに付着することを効果的に防止することができる。

また、本実施例でも、領域ｕ１において低温側であるカバーガラス３１ａの表面における遮光部３２ｂに対向する領域に微粒子を付着させることも可能であり、領域ｖ１にて捕集しきれなかった異物を捕集することができる。

したがって、本実施例でも、液晶パネルのカバーガラス３１ａの表面（特に、変調部を覆う領域）に異物が付着することを防止でき、異物による投射画像の画質の低下を防止することができる。この結果、浮遊する微粒子等の異物の量が多い使用環境においても長期にわたって高画質を維持することが可能な画像投射装置を実現することができる。

なお、上記各実施例では光変調素子として反射型液晶パネルを用いた場合について説明したが、透過型液晶パネル等、他の光変調素子を用いてもよい。

また、上記各実施例において、放熱器をペルチェ素子により冷却して遮光マスクの延出部と放熱器のパネル側表面または凸部との温度差をより拡大してもよい。その他、遮光マスクと放熱器との温度差を拡大する様々な方法を用いることもできる。

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。

３，３′ 光変調素子ユニット
３１ 液晶パネル（光変調素子）
３１ａ カバーガラス
３６，３６′ 放熱器
３２，３２′ 遮光マスク
３２ａ 開口部
３２ｂ 遮光部
３２ｃ，３２ｃ′ 延出部

Claims (9)

1. 入射した光を変調する変調部および該変調部の光入射面を覆うカバーガラスを有する光変調素子と、
   前記カバーガラスの表面に沿って配置され、前記変調部に向かう光を通過させる開口部および該開口部を通過しない光を遮る遮光部を有する遮光部材と、
   前記光変調素子に対して前記カバーガラスの方向とは異なる方向に設けられた放熱部材とを有し、
   前記遮光部材は、前記カバーガラスよりも外側に延びて前記放熱部材と対向する延出部を有しており、
   前記延出部と前記放熱部材との間の第１のギャップが、前記遮光部と前記カバーガラスの前記表面との間の第２のギャップよりも小さいことを特徴とする光変調素子ユニット。
2. 前記放熱部材は、前記カバーガラスよりも外側において前記遮光部材側に突出する凸部を有し、前記延出部が前記凸部に対向しており、
   前記延出部と前記凸部との間の前記第１のギャップが、前記遮光部と前記カバーガラスの前記表面との間の第２のギャップよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光変調素子ユニット。
3. 前記遮光部材は第１の材料により形成されており、
   前記第１の材料よりも熱伝導率が高い第２の材料により形成され、前記遮光部材を支持するとともに前記放熱部材に取り付けられる支持部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光変調素子ユニット。
4. 前記遮光部材と前記支持部材とがスポット溶接により接合されていることを特徴とする請求項３に記載の光変調素子ユニット。
5. 前記光変調素子は、前記カバーガラスが設けられた面を正面としたときの側面に相当する部分に接続されて該光変調素子に対して信号を送信する配線を有しており、
   前記延出部は、前記光変調素子を挟んで前記配線とは反対側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の光変調素子ユニット。
6. 前記第１のギャップにおける温度勾配が、前記第２のギャップにおける温度勾配よりも大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光変調素子ユニット。
7. 入射した光を変調する変調部および該変調部の光入射面を覆うカバーガラスを有する光変調素子と、
   前記カバーガラスの表面に沿って配置され、前記変調部に向かう光を通過させる開口部および該開口部を通過しない光を遮る遮光部を有する遮光部材と、
   前記光変調素子に対して前記カバーガラスの方向とは異なる方向に設けられた放熱部材とを有し、
   前記遮光部材は、前記カバーガラスよりも外側に延びて前記放熱部材と対向する延出部を有しており、
   前記延出部と前記放熱部材との間の第１のギャップにおける温度勾配が、前記遮光部と前記カバーガラスの前記表面との間の第２のギャップにおける温度勾配よりも大きいことを特徴とする光変調素子ユニット。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の光変調素子ユニットと、
   光源からの光を前記光変調素子に入射させ、該光変調素子で変調された前記光を被投射面に投射する光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。
9. 前記光変調素子ユニットに対して空気を流す冷却手段を有し、
   前記延出部が、前記カバーガラスよりも前記空気の流れの上流側に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の画像投射装置。