JP2018084728A - 光学装置およびプロジェクター - Google Patents
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Abstract
Description
光学素子保持体は、開口部を有し、液晶パネルを支持するパネル支持枠と、液体流通管と、を備える。液体流通管は、U字状に屈曲され、液晶パネルの画像形成領域を平面視で3方向において囲むように形成され、内部に液体が流通する。パネル支持枠は、液体流通管を挟持する入射側支持枠および出射側支持枠を備える。
液冷装置は、液体圧送部と、タンクと、熱交換ユニットと、複数の液体循環部材と、を備え、液体流通管に液体を循環させる。
よって、光学素子の温度上昇が効率よく抑えられるので、光学素子の劣化が抑制され、光学素子が有する光学特性を確実に発揮できる光学装置の提供が可能となる。
また、保持部とは異なる部材を用いて液体を流通させる構成に比べて少ない部品点数で構成できるので、製造工数や部品コストの低減、および小型化が可能な光学装置の提供が可能となる。
また、流路形成部に対して流入部および流出部を同一側(第3方向側)に形成することが可能となるので、液体を流路に循環させるために、流入部および流出部それぞれに接続される部材をコンパクトに配置することが可能となる。よって、この光学装置を搭載する装置や機器の小型に寄与できる光学装置の提供が可能となる。
また、保持部とは異なる部材を用いて液体を流通させる構成に比べ、流路の形状の自由度を高めることができるので、低い圧力で液体を循環させることが可能となる。これによって、液体を循環させるために、液冷装置が備える装置(例えば、ポンプ等)の小型化や低パワー化が可能となる。
また、低い圧力で液体を循環させることが可能なので、光学装置に液体を循環させるための保持部と液冷装置との接続部や、液冷装置内の接続部から液体の揮発や漏れを防止することが可能となる。これによって、プロジェクター内の他の部材への液体の付着を防止できると共に、備える液体の量を少なく構成することが可能となる。よって、小型、低消費電力の液冷装置を備えたプロジェクターの提供が可能となる。
本実施形態のプロジェクターは、光源から射出された光を画像情報に応じて変調し、変調した光をスクリーン等の投写面に拡大投写する。
図1は、本実施形態のプロジェクター1の主な構成を示す模式図である。
プロジェクター1は、図1に示すように、外装を構成する外装筐体2、制御部(図示省略)、光源装置31を有する光学ユニット3、液冷装置4、および空冷装置9を備えている。なお、図示は省略するが、プロジェクター1は、光源装置31や制御部等に電力を供給する電源装置や、外装筐体2内の温まった空気を外部に排気する排気装置等を備えている。
光学ユニット3は、図1に示すように、光源装置31に加え、インテグレーター照明光学系32、色分離光学系33、後述する光変調装置341を有する電気光学装置34、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344、投写光学装置35、およびこれらの光学部品を光路上の所定位置に配置する光学部品用筐体36を備える。
第1レンズアレイ321は、小レンズがマトリクス状に配列された構成を有しており、光源装置31から射出された光を複数の部分光に分割する。第2レンズアレイ322は、第1レンズアレイ321と略同様の構成を有しており、重畳レンズ324とともに、部分光を光変調装置341の表面に略重畳させる。偏光変換素子323は、第2レンズアレイ322から射出されたランダム光を光変調装置341で利用可能な略1種類の偏光光に揃える機能を有している。
光変調装置341は、図3に示すように、透過型の液晶パネル340、防塵ガラス340N,340S、およびフレキシブル基板340Fを備えている。
液晶パネル340は、ガラス等からなる素子基板、および素子基板に対向して配設された対向基板の間に液晶が密閉封入され、微小画素がマトリクス状に形成された矩形状の画像形成領域(図示省略)を有している。画像形成領域は、画像を形成するための光学有効領域となる。
防塵ガラス340N,340Sは、例えば、石英ガラス、サファイア、水晶等で形成され、液晶パネル340の表面に塵埃が付着することを防止する。これによって、防塵ガラス340Nや防塵ガラス340Sに塵埃が付着したとしても、塵埃の位置が焦点位置からずれるので、投写される画像は、塵埃の影が目立たなくなるようになっている。
図4は、液冷装置4の主な構成を模式的に示す図である。
液冷装置4は、図4に示すように、液体圧送部41、タンク42、熱交換装置43、複数の管状部材44、および冷却ファン45を備える。液体圧送部41、タンク42、熱交換装置43、および複数の管状部材44は、保持部5とで液体が循環する循環流路4Fを形成する。
受熱部431は、内部に液体が流通する複数の微細な流路(図示省略)、およびこの流路に連通する流入口、流出口を備え、いわゆるマイクロチャンネル等の熱交換器の構造を有している。そして、受熱部431は、流入口から流入し、微細な流路を流れる液体から熱を受熱する。
冷却ファン45は、放熱部433に空気を送風し、放熱部433による放熱を促進させる。
ここで、光学装置50における保持部5について詳細に説明する。各保持部5R,5G,5Bは、共通に形成されており、1つの保持部5に注目して説明する。
図5は、光学装置50、および保持部5に接続された管状部材44の分解斜視図であり、光入射側から見た図である。図6は、光入射側から見た保持部5の分解斜視図である。図7は、光射出側から見た保持部5の分解斜視図である。
流入部51および流出部53は、矩形状の保持部5における一方の辺側に設けられている。なお、以下では、説明の便宜上、保持部5における流入部51および流出部53が設けられた側を「上側」、流入部51および流出部53が上側となる姿勢において、光入射側から見た保持部5の右側を「右側」(+X側)として記載する。
流路形成部52は、光変調装置341の周縁に沿って環状に配設されている。環状の流路形成部52の内周縁は、光Lが通過する開口部521となる。流路形成部52は、光入射側から見て、液晶パネル340の矩形状の光学有効領域を囲むように形成され、内部には、流入部51からの液体が流通する流路6が設けられている。
第1フレーム7は、図6、図7に示すように、第1枠部72、第1起立部71、および凹部73,74を有している。
第1枠部72は、環状の流路形成部52の内周縁に沿う開口部を有し、光軸34Aに対して交差する方向に延出している。
第1起立部71は、図6、図7に示すように、第1枠部72における開口部の縁部から第2フレーム8側に起立している。
第1起立部71は、環状の流路形成部52の内周縁、すなわち保持部5の開口部521(図5参照)の縁部を形成している。
また、第1枠部72には、凹部73,74それぞれの近傍に位置決め孔72hが形成されている。
図8は、下方から見た光学装置50の断面図である。図9は、左方(−X方向)から見た光学装置50の断面図である。
第2枠部82は、図6に示すように、第1起立部71が挿通可能な挿通開口部821を有し、図8に示すように、第1枠部72に空間を介して対向するように形成されている。
第2起立部81は、図7に示すように、挿通開口部821の縁部から第1フレーム7側に起立して平面視矩形状に形成され、図8に示すように、第1起立部71の外周、すなわち、第1起立部71の開口部521とは反対側に積層されるように形成されている。
凹部84は、第1フレーム7の凹部74に対向する位置に設けられ、第1フレーム7側が半円筒状に凹む形状を有している。そして、凹部84は、凹部74とで流出部53を形成する。
狭窄部86は、第2起立部81の上側(後述する第2流路部62)に設けられ、第2起立部81と上側の外周縁部85との間が上下方向において部分的に窄まるように、すなわち、上側の外周縁部85が部分的に第2起立部81に近づくように形成されている。
流路6は、図8に示すように、光軸34Aに沿う方向から見て、一部が光変調装置341に重なるように設けられている。具体的に、流路6は、光変調装置341の端部からオーバーラップOLを有して設けられている。
流路6は、図7に示すように、環状に配置された第1流路部61、第2流路部62、第3流路部63、および第4流路部64を有している。
第1流路部61は、開口部521の左方(−X方向)で、流入部51の下方に設けられ、下方に延出している。第2流路部62は、開口部521の上方に設けられ、流入部51の下方から右方(+X方向)に延出している。第3流路部63は、開口部521の下方に設けられ、第1流路部61の下方から右方(+X方向)に延出している。第4流路部64は、開口部521の右方(+X方向)に設けられ、第3流路部63の右方(+X方向)から上方に延出している。また、第2流路部62は、第4流路部64の上方に接続されている。
そして、第1流路部61を流れた液体は、第3流路部63で方向が変更されて右方(+X方向)に流通する。第3流路部63を流れた液体は、第4流路部64で方向が変更されて上方に流通し、第2流路部62を流通した液体が合流する。第4流路部64を流れた液体は、流出部53から液冷装置4に流出する。下方は第1方向に相当し、右方は第2方向に相当する。そして、下方(第1方向)とは反対側の上方は、第3方向に相当する。
すなわち、第1経路60Aが第2経路60Bより長く形成されているので、この第1経路60Aを流れる液体は、第1流路部61、第3流路部63、および第4流路部64と進むにしたがって次第に温度が上昇する。このため、第4流路部64を流れる液体の温度は、第1流路部61や第2流路部62を流れる液体の温度より高いものとなる。狭窄部86が設けられていない構成においては、その温度差は、顕著なものとなる。すなわち、狭窄部86が設けられていない構成においては、光変調装置341の表面の温度分布は、最も高温となる部位が表面の中央から第4流路部64側に偏ったものとなる。
このように、光変調装置341は、環状の流路6を有する保持部5に保持され、流路6に供給された液体によって冷却される。
(1)光変調装置341は、保持部5に設けられた環状の流路6に流通する液体によって冷却される。また、保持部5とは異なる部材(パイプ状の部材)を用いて液体を流通させる構成に比べ、光変調装置341と液体との間に介在する部材が減るので、光変調装置341の熱は、効率よく液体に伝わる。これによって、光学装置50は、流入部51に液体が供給されることで、入射する光によって発熱する光変調装置341が効率よく冷却される。
よって、光変調装置341の温度上昇が効率よく抑えられるので、光変調装置341の劣化が抑制され、光変調装置341が有する光学特性を確実に発揮できる光学装置50の提供が可能となる。
また、保持部5とは異なる部材を用いて液体を流通させる構成に比べて少ない部品点数で構成できるので、製造工数や部品コストの低減、および小型化が可能な光学装置50の提供が可能となる。
また、保持部5とは異なる部材を用いて液体を流通させる構成に比べ、流路6の形状の自由度を高めることができるので、低い圧力で液体を循環させることが可能となる。これによって、液体を循環させるための液体圧送部41の小型化や低パワー化が可能となる。
また、低い圧力で液体を循環させることが可能なので、循環流路4Fにおける各部材間の接続部から液体の揮発や漏れを防止することが可能となる。これによって、プロジェクター1内の他の部材への液体の付着を防止できると共に、備える液体の量を少なく構成することが可能となる。よって、小型、低消費電力の液冷装置4を備えたプロジェクター1の提供が可能となる。
前記実施形態では、液体が流通する保持部5に保持される光学素子として光変調装置341が構成されているが、光変調装置341に限らず、他の光学部品をこの光学素子として構成してもよい。この光学素子としては、例えば、入射側偏光板342や射出側偏光板343を例示することができる。また、光学ユニット3が位相差板や光の位相差を補償する補償素子等を備える構成とし、これらの位相差板や補償素子等を光学素子として構成してもよい。
前記実施形態の保持部5は、光軸34Aに沿う方向から見て、流路6の一部が光変調装置341に重なるように構成されているが、流路6の全てが重なるように構成してもよい。
前記実施形態の光学装置50は、流路形成部52が光変調装置341の光入射側に配置されているが、光変調装置341の光射出側に配置された流路形成部を備える構成であってもよい。また、光変調装置341の両側(光入射側および光射出側)に流路形成部が設けられる構成であってもよい。
前記実施形態の保持部5は、狭窄部86を有しているが、狭窄部86を有さない保持部を構成してもよい。
前記実施形態の保持部5は、流路形成部52に対し、流入部51および流出部53が同一側に配置されているが、流入部51および流出部53の位置は、この位置に限定されるものではない。図10は、この変形例の一例である保持部15を模式的に示す平面図である。
保持部15は、図10に示すように、流入部151、流路形成部152および流出部153を備え、流出部153が流路形成部152に対し、流入部151の対角となる位置に設けられている。そして、流路形成部152内には、環状の流路16が設けられている。
環状の流路16は、前記実施形態の流路6における第1流路部61〜第4流路部64の位置に対応する第1流路部161〜第4流路部164を有している。
この構成によれば、第1経路の長さと、第2経路の長さは略同じなので、それぞれを流れた液体には、光学素子からの熱が略同様に伝わり、光学素子は、光学有効領域の全周が略同様に冷却される。
前記実施形態の保持部5は、2つの部材(第1フレーム7、第2フレーム8)が組み合わされて構成されているが、金属粉等を用い、3Dプリンター等の立体物造形装置によって1つの部材で保持部を構成してもよい。この保持部の場合、流路形成部の内周縁を形成する肉厚を前記実施形態における肉厚(第1起立部71および第2起立部81の厚み)より薄く形成可能なので、流路を光学有効領域にさらに近づけることが可能となる。また、前記実施形態における端部851が不要となるので、さらに小型の保持部が可能となる。
前記実施形態の光変調装置341(光学素子)は、接着剤を用いて保持部5に保持されているが、この構成に限らない。例えば、光学素子の保持部5とは反対側に配置された押え部材を備え、保持部5とこの押え部材とで光学素子を挟持することによって光学素子を保持する構成であってもよい。
前記実施形態の液冷装置4は、タンク42を備えているが、タンク42を備えない構成も可能である。
前記実施形態の光源装置31は、放電型の光源311を有して構成されているが、放電型に限らず、その他の方式のランプや、発光ダイオードやレーザー等の固体光源等を備える構成であってもよい。
また、前記実施形態の光学ユニット3は、図1に示すように、光源装置31が光を射出する方向と、投写光学装置35が投写する方向とが同一方向になるように構成されているが、光源装置31が光を射出する方向と、投写光学装置35が投写する方向とが異なる方向となるように構成してもよい。
前記実施形態のプロジェクター1は、R光、G光、およびB光に対応する3つの光変調装置341R,341G,341Bを備えた、いわゆる3板方式を採用しているが、これに限らず、単板方式を採用してもよく、あるいは、2つまたは4つ以上の光変調装置341を備える構成であってもよい。
また、前記実施形態の光変調装置341は、透過型の液晶パネル340を有して構成されているが、反射型の液晶パネルで構成された態様であってもよい。また、光変調装置としてマイクロミラー型の光変調装置、例えば、DMD(Digital Micromirror Device)等を利用したものであってもよい。
Claims (8)
- 入射する光の光軸上に配置された光学素子と、前記光学素子を保持する保持部と、を備えた光学装置であって、
前記保持部は、
当該保持部の外部から供給された液体が流入する流入部と、
前記光学素子の周縁に沿って環状に配設され、内部に前記流入部からの前記液体が流通する流路を有する流路形成部と、
前記流路を流れた前記液体を当該保持部の外部に流出させるための流出部と、
を備えることを特徴とする光学装置。 - 請求項1に記載の光学装置であって、
前記流路形成部は、前記光学素子の光入射側に配置され、
前記流路は、前記光軸に沿う方向から見て、少なくとも一部が前記光学素子に重なるように設けられていることを特徴とする光学装置。 - 請求項1または請求項2に記載の光学装置であって、
前記流路は、
前記流入部から流入された前記液体の一部が第1方向に分流される第1流路部と、
前記流入部から流入された前記液体の残部が前記第1方向に交差する第2方向に分流される第2流路部と、
前記第1流路部を流れた液体が前記第2方向に流通する第3流路部と、
前記第3流路部を流れた液体が前記第1方向とは反対側となる第3方向に流通し、前記第2流路部を流通した液体が合流する第4流路部と、
を有し、
前記流出部は、前記第4流路部を流通した液体が流出することを特徴とする光学装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の光学装置であって、
前記保持部は、
前記光軸に沿う方向において互いに対向して配置された第1フレームおよび第2フレームを備え、
前記流路は、前記第1フレームと前記第2フレームとが接合されて形成されていることを特徴とする光学装置。 - 請求項4に記載の光学装置であって、
前記第1フレームは、
前記流路形成部の内周縁に沿う開口部を有し、前記光軸に対して交差する方向に延出する第1枠部と、
前記開口部の縁部から前記第2フレーム側に起立し、前記内周縁を形成する第1起立部と、
を有し、
前記第2フレームは、
前記第1起立部が挿通可能な挿通開口部を有し、前記第1枠部に空間を介して対向する第2枠部と、
前記挿通開口部の縁部から前記第1フレーム側に起立し、前記第1起立部の外周に積層された第2起立部と、
を有し、
前記流路は、前記第1枠部と前記第2枠部との間の前記第2起立部の外側に設けられていることを特徴とする光学装置。 - 請求項4または請求項5に記載の光学装置であって、
前記保持部は、前記第1フレームと前記第2フレームとがろう付けまたは溶接によって接合されて形成されていることを特徴とする光学装置。 - 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の光学装置であって、
前記光学素子は、入射する光を変調する光変調装置であることを特徴とする光学装置。 - 光を射出する光源と、
前記光源から射出された光が入射する請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の光学装置と、
前記光学装置から射出された光に応じた画像を投写する投写光学装置と、
前記光学装置に液体を循環させる液冷装置と、
を備えることを特徴とするプロジェクター。
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