JP2018205579A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音を抑制しつつ、光源を効率的に冷却可能である投射型表示装置を提供すること。【解決手段】光源ユニットから射出された光の光路を曲げる反射部材と、反射部材により反射された光を用いて光変調素子を照明する照明光学系と、光源ユニットを冷却するための冷却風を生成する冷却ファンと、冷却風を光源ユニットに導く冷却ダクトと、を有する投射型表示装置であって、冷却ファンおよび冷却ダクトは、投射型表示装置の使用時に、重力方向において反射部材の上側に位置するように配置され、冷却ダクトは、照明光学系の光軸に沿って形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、投射型表示装置に関する。

近年、プロジェクタの高輝度化に伴い、より高出力な光源の必要性が高まってきている。従来から用いられている光源である超高圧水銀ランプ（以後、ランプ）は使用時に全体的に熱を帯びるが、光を発する発光管部では重力方向において上側が下側より熱くなる。発光管部の上下の温度差が大きい場合、照度低下の原因となるため、重力方向上側を冷却風により特に冷却させる必要がある。

液晶プロジェクタの設置姿勢は据置や天吊があるため、ランプの高温側が姿勢により異なる。そこで、自重により回動する導風板を用いて、姿勢ごとに冷却風の当て方を変えたり、ダクトの開口を絞り、冷却風をランプ高温側に集中させたりする構成が提案されている。特許文献１では、ダクト内部が仕切板によって分割され、風向切り替え部が重力方向上部側に冷却風を集中させるプロジェクタ装置が提案されている。また、特許文献２では、発光管部の外形寸法より冷却ダクトの開口寸法を小さくし、発光管部の重力方向上側を逸れた冷却風が重力方向下側を冷却しない光源装置が提案されている。

特開２０１１−２５３１５６号公報 特開２０１２−１５９６１１号公報

特許文献１のプロジェクタ装置のように、風向切り替え部が重力方向上部側に冷却風を集中させると、ダクトの開口面積が減少することで、通風抵抗が増加し、結果として冷却効率が低下する。また、バルブに対して高温側に横から冷却風を吹き付けるため、熱伝達率が低く、高出力のランプの冷却で騒音値が増加してしまう。

特許文献２の光源装置のように、重力方向上側のみ冷却風が当たるように開口を絞ると、ダクトの開口面積が減少し、通風抵抗が増加し、結果として冷却効率が低下する。また、発光管部のみに冷却風を集中させるため、その他のランプ冷却対象が高温になってしまう。

本発明では、騒音を抑制しつつ、光源を効率的に冷却可能である投射型表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての投射型表示装置は、光源ユニットから射出された光の光路を曲げる反射部材と、前記反射部材により反射された光を用いて光変調素子を照明する照明光学系と、前記光源ユニットを冷却するための冷却風を生成する冷却ファンと、前記冷却風を前記光源ユニットに導く冷却ダクトと、を有する投射型表示装置であって、前記冷却ファンおよび前記冷却ダクトは、前記投射型表示装置の使用時に、重力方向において前記反射部材の上側に位置するように配置され、前記冷却ダクトは、前記照明光学系の光軸に沿って形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、騒音を抑制しつつ、光源を効率的に冷却可能である投射型表示装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る画像投影装置のブロック図である。 ランプ冷却構成の斜視図である。 ランプ冷却構成の断面図である。 ランプ冷却構成の断面図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る画像投影装置（投射型表示装置）１０００のブロック図である。本実施形態では、光源ユニット１００は、光源としてランプ１を有する。ランプ１から射出された光は、全反射ミラー（反射部材）１６を介して照明光学系αに入射する。全反射ミラー１６は、ランプ１から射出された光の光軸を９０度曲げる。「９０度曲げる」とは厳密に９０度曲げる場合だけでなく、実質的に９０度（略９０度）曲げる場合も含まれている。照明光学系αは、全反射ミラー１６により反射された光を均一に分布させる。照明光学系αからの光は、色分離合成光学系βに入射する。色分離合成光学系βは、Ｒ・Ｇ・Ｂの３色用の液晶パネル（光変調素子）を備えている。色分離合成光学系βからの光は、投射レンズユニット２に入射する。投射レンズユニット２は、不図示のスクリーン（被投射面）に画像を投射する。なお、図中の実線矢印は、光源ユニット１から射出された光の進行方向を表している。

吸気口３は、筐体内に外気（空気）を吸入するために設けられている。吸気口３には、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不図示のエアフィルタが取り付けられている。電源部４は、ランプ１に電力を供給する。光源電力変更手段５は、電源部４からランプ１に供給される電力の供給量を制御する。制御装置６は、ＣＰＵやＲＯＭ等で構成され、制御装置６内に格納された、プログラムに従って、ユーザーにより入力された投影モードを検出し、ランプ１の制御を行う。ＲＧＢ制御基板７は、色分離合成系βを制御する。

ランプ冷却ファン８は、ランプ１を冷却するための冷却風を生成する。照明光学系冷却ファン９は、吸気口３から吸入した外気を用いて照明光学系αを冷却する。色分離合成光学系冷却ファン１０は、吸気口３から吸入した外気を用いて色分離合成光学系βを冷却する。ＲＧＢ制御基板例冷却ファン１１は、ＲＧＢ制御基板７を冷却する。電源排気ファン１２は、電源部４を冷却する。光源排気ファン１３は、光源冷却のため高温となった空気を筺体外に排気する。制御装置冷却ファン１４は、制御装置６を冷却する。なお、図中の点線矢印は、各ファンの冷却風の向きを表している。

色分離合成光学系冷却ダクト１５は、吸気口３から吸入した空気を色分離合成光学系冷却ファン１０まで導く。外装キャビネット１７は、上述した部材を格納する筐体である。
（ランプ冷却構成）
リフレクタの開口部から冷却する場合、ランプを冷却するファンおよびダクトの、ランプ以外の光学素子を冷却するファンおよびダクトに対する配置はレイアウト上の制約により難しく、装置の大型化につながる。また、設置面と平行に発光管部の上部にのみ冷却風を当てることは非常に困難である。

図２は、画像投影装置１０００が据置状態で使用される場合のランプ冷却構成の斜視図である。ランプ冷却ファン８は、画像投影装置１０００が据置状態である場合に主に使用される据置側ランプ冷却ファン８Ａと、画像投影装置１０００が天吊状態である場合に主に使用される天吊側ランプ冷却ファン８Ｂを備える。ランプホルダ（保持部材）１８は、ランプ１を保持している。光源保持部材１９は、ランプホルダ１８および全反射ミラー１６を保持している。照明系保持部材２０は、照明光学系αを保持している。照明系保持部材２０には、照明光学系αに照明光学系冷却ファン９からの冷却風を当てるために、照明系保持部材開口部２０１が設けられている。冷却ダクト２１は、据置側ランプ冷却ダクト（第１の冷却ダクト）２１Ａおよび天吊側ランプ冷却ダクト（第２の冷却ダクト）２１Ｂを備える。据置側ランプ冷却ダクト２１Ａは、据置側ランプ冷却ファン８Ａを覆い、ランプ１に据置側ランプ冷却ファン８Ａにより生成された冷却風（第１の冷却風）を導く。天吊側ランプ冷却ダクト２１Ｂは、天吊側ランプ冷却ファン８Ｂを覆い、ランプ１に天吊側ランプ冷却ファン８Ｂにより生成された冷却風（第２の冷却風）を導く。

図３は、図２のランプ冷却構成の設置面に直交する方向（重力方向）の断面図である。防爆ガラス２２は、ランプ１から射出された光を集光させる。据置側ランプ冷却ダクト２１Ａおよび天吊側ランプ冷却ダクト２１Ｂは、冷却風の吹き出し口が光軸に直交する平面に平行になるように、光軸に沿って形成されている。画像投影装置１０００が据置状態である場合、ランプ１の据置時発光管高温部１Ａは、重力方向上側に位置し、重力方向下側に位置するランプ１の天吊時発光管高温部１Ｂに比べて高温になる。このとき、ランプ１を冷却するために、実線矢印で示される、据置側ランプ冷却ファン８Ａにより生成され、冷却ダクト２１Ａに導かれた冷却風により据置時発光管高温部１Ａが冷却される。また、天吊側ランプ冷却ファン８Ｂを据置側ランプ冷却ファン８Ａより低回転で駆動させることで、冷却後の熱風が天吊側ランプ冷却ファン８Ｂに逆流することを防止することが望ましい。

また、画像投影装置１０００が天吊状態である場合、天吊時発光管高温部１Ｂは、重力方向上側に位置し、重力方向下側に位置する据置時発光管高温部１Ａに比べて高温になる。このとき、ランプ１を冷却するために、天吊側ランプ冷却ファン８Ｂにより生成され、冷却ダクト２１Ｂに導かれた冷却風により天吊時発光管高温部１Ｂが冷却される。また、据置側ランプ冷却ファン８Ａを天吊側ランプ冷却ファン８Ｂより低回転で駆動させることで、冷却後の熱風が据置側ランプ冷却ファン８Ａに逆流することを防止することが望ましい。

以上説明したように、ランプ１を冷却するランプ冷却ファン８、およびランプ冷却ファン８により生成された冷却風を導く冷却ダクト２１は、画像投影装置１０００の使用時に、重力方向において全反射ミラー１６の上側に位置するように配置されている。

図４は、図２のランプ冷却構成の設置面に平行な方向の断面図である。本実施形態では、ランプ１から射出された光の進行方向において、防爆ガラス２２、全反射ミラー１６、および照明光学系αが順に配列されている。そのため、ランプ１から射出された光は、防爆ガラス２２を通り、全反射ミラー１６により重力方向に直交する平面内で光軸が９０度曲げられた後、照明光学系αに入射する。

本実施形態では、据置側ランプ冷却ファン８Ａ、天吊側ランプ冷却ファン８Ｂ、据置側ランプ冷却ダクト２１Ａ、および天吊側ランプ冷却ダクト２１Ｂは、照明系保持部材開口部２０１と干渉しない。そのため、高出力のランプ１の冷却を低回転、すなわち低騒音で実現できる。仮に、照明光学系αを全反射ミラー１６の手前に配置した場合、ランプ１の冷却風路と照明光学系αの冷却風路とが干渉するため、ランプ１の冷却風路を曲げる必要があり、通風抵抗が悪化する。また、冷却ダクト２１は、冷却風の吹き出し口が光軸に直交する平面に平行になるように、光軸に沿って形成されており、通風抵抗を悪化させることはない。したがって、本実施形態では、騒音を抑制しつつ、光源を効率的に冷却することができる。

また、ランプ１から照明光学系αまでの距離を十分にとると、完全な平行光でない限り光の拡散が発生し、照度低下や筺体の大型化につながる。本実施形態では、ランプ冷却ファン８および冷却ダクト２１は全反射ミラー１６を挟むように配置されているため、筐体を小型化することができる。

本実施形態では、ランプ１から投射レンズユニット２までの構成はＬ字であるため、光源保持部材１９と照明系保持部材２０を同部品で製作する場合、成型時にねじれが発生し、寸法が安定しないおそれがある。そのため、光源保持部材１９と照明系保持部材２０を別部品で製作することが望ましい。また、光源保持部材１９と照明系保持部材２０を別部品で製作することで、光源保持部材１９を高耐熱性材料、照明系保持部材２０を安価な樹脂材料で製作することができるため、コストを削減することができる。

本実施形態では、紫外光を含む光が全反射ミラー１６に直接、入射するため全反射ミラー１６の温度劣化が懸念される。そのため、防爆ガラス２２にＵＶ反射膜を蒸着またはコーティングさせることが望ましい。また、平面部にＵＶ反射膜を形成すると、戻り光が発光管に集中するため、防爆ガラス２２の凹面にＵＶ反射膜を蒸着させることがより望ましい。

本実施形態では、光源としてランプ１を使用しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、光源として反射型のレーザー光源を使用してもよい。この場合、光源保持部材１９の代わりにレーザー光源ユニットを配置することで、ランプ機の大部分の部品を流用することができ、製品の拡張性も広がる。

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。

８ ランプ冷却ファン（冷却ファン）
１６ 全反射ミラー（反射部材）
２１ 冷却ダクト
α 照明光学系
１００ 光源ユニット
１０００ 画像投影装置（投射型表示装置）

Claims (9)

1. 光源ユニットから射出された光の光路を曲げる反射部材と、
   前記反射部材により反射された光を用いて光変調素子を照明する照明光学系と、
   前記光源ユニットを冷却するための冷却風を生成する冷却ファンと、
   前記冷却風を前記光源ユニットに導く冷却ダクトと、を有する投射型表示装置であって、
   前記冷却ファンおよび前記冷却ダクトは、前記投射型表示装置の使用時に、重力方向において前記反射部材の上側に位置するように配置され、
   前記冷却ダクトは、前記照明光学系の光軸に沿って形成されていることを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記反射部材は、前記光源ユニットから射出された光の光路を９０度曲げるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記冷却ダクトは、前記冷却風の吹き出し口が前記光軸に直交する平面に平行になるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
4. 前記光軸と直交する方向視において、前記冷却ファンの少なくとも一部は、前記反射部材の少なくとも一部と重なっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
5. 前記冷却ファンは、前記光源を冷却するための第１の冷却風を生成する第１の冷却ファンと、前記光源を冷却するための第２の冷却風を生成する第２の冷却ファンと、を備え、
   前記冷却ダクトは、前記第１の冷却風を前記光源ユニットに導く第１の冷却ダクトと、前記第２の冷却風を前記光源ユニットに導く第２の冷却ダクトと、を備え、
   前記第１の冷却ファンおよび前記第１の冷却ダクトは、前記投射型表示装置が据置状態で使用される場合に、前記重力方向において前記反射部材の上側に位置するように配置され、
   前記第２の冷却ファンおよび前記第２の冷却ダクトは、前記投射型表示装置が天吊状態で使用される場合に、前記重力方向において前記反射部材の上側に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
6. 前記光源ユニットは、ランプと、前記ランプから射出された光を集光する防爆ガラスと、前記ランプおよび前記防爆ガラスを保持する保持部材と、を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
7. 前記ランプから射出された光の進行方向において、前記防爆ガラス、前記反射部材、および前記照明光学系が順に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の投射型表示装置。
8. 前記防爆ガラスの凹面には、ＵＶ反射膜が形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の投射型表示装置。
9. 前記反射部材は、前記投射型表示装置の使用時に、重力方向に直交する平面内で前記光路を曲げることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の投射型表示装置。