JP2019128555A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効果を維持しつつ、小型化の点で有利な投射型表示装置を提供する。【解決手段】光源１と、光源１からの光束によって照明される光変調素子３５，３６，３７と、光源１からの光束を光変調素子３５，３６，３７に導く色分離合成系と、色分離合成系に含まれる光学素子３４に冷却風を供給する冷却手段と、光学素子３４を保持する保持部材と、を備える投射型表示装置であって、保持部材は、冷却風を光学素子へ導くガイド部材を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、投射型表示装置に関する。

従来の投射型表示装置として、光の三原色対応する３つの光変調素子で生成された光を光合成プリズムによって合成し投写することにより、映像を表示する３板方式の光学系が知られている。近年、投射型表示装置は、プレゼンテーションやプロジェクションマッピング、フライトシュミレーター及び３Ｄ映像投影等、使用用途は多岐に渡っている。これに伴い、設置環境も屋内に限らず、屋外で設置される機会も多く、高画質に加えて小型化、軽量化が図られた設置性に優れた投射型表示装置の要求が増加している。

特許文献１では、光合成プリズムの位置を調整するための、プリズムブロック調整装置が投射レンズを支持する支持部材を含むことにより、小型化を実現している。

特開２０１１−１７８７０号公報

しかしながら、前述の特許文献に開示された従来技術であっても、プリズムブロックを構成する光学部品の保持構造を収納するスペースを確保する都合上、投射型表示装置の小型化を図る障害となる可能性がある。また、光合成プリズム近傍に配置される光学素子を所定の温度以下に保つための冷却風を有効に通過させるための風路を設けることが困難になる。

本発明は、冷却効果を維持しつつ、小型化の点で有利な投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、光源と、光源からの光束によって照明される光変調素子と、光源からの光束を光変調素子に導く色分離合成系と、色分離合成系に含まれる光学素子に冷却風を供給する冷却手段と、光学素子を保持する保持部材と、を備える投射型表示装置であって、保持部材は、冷却風を光学素子へ導くガイド部材を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、冷却効果を維持しつつ、小型化の点で有利な投射型表示装置を提供することができる。

第１実施形態に係る投射型表示装置の外観概略図である。 投射型表示装置の内部構造図である。 第１実施形態に係る投射型表示装置の光学構成図である。 第１実施形態に係る光変調合成ブロックの斜視図。 第１実施形態に係る光変調合成ブロックの分解斜視図である。 図４中のＷ−Ｗ線断面図である。 第１実施形態に係る保持部材を示す図である。 第１実施形態に係る保持部材による、保持構造を説明する図である。 光変調合成ブロックを図４中の矢印Ｐ方向から見た図である。 図９中Ｓの拡大図である。 第２実施形態に係る光変調合成ブロックの斜視図である。 第２実施形態に係る第１の保持部材の斜視図である。 第２実施形態に係る第２の保持部材の斜視図である。 第２実施形態に係る保持部材による、保持構造を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。
（第１実施形態）

まず、図１および図２を参照して、第１実施形態に係る投射型表示装置の全体構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る投射型表示装置１００の外観概略図である。図２は、投射型表示装置１００の内部構造図である。図２は、一部の部品（収納部材など）を省略している。なお、図面中ｘ、ｙ、ｚ軸は、それぞれの方向を示す。

投射型表示装置１００は、光源１、光学ブロック２、光変調合成ブロック３、投射レンズ４を含む。光源１は、光を射出する。光源１は、ランプ冷却ファン５によって冷却される。ランプ冷却ファン５は、吸気部６から空気を吸気し、光源１を冷却する冷却ファンである。投射型表示装置１００内に流入した空気は排気ファン７により投射型表示装置１００外へと排気される。

さらに、投射型表示装置１００は、不図示の光学冷却ファンを含む。光学冷却ファンは、吸気部６から外気を吸入した空気を排気ダクト８から排気し、後述する色分離合成系に含まれる光学素子を冷却する。光学冷却ファンおよび排気ダクト８は冷却手段であって、後述する色分離合成系に含まれる光学素子に対し、光源１からの光が入射する方向と直交する方向であるｘ方向に冷却風を供給する。

次に、図３を用いて、第１実施形態に係る投射型表示装置１００の光学構成について説明する。図３は、第１実施形態に係る投射型表示装置１００の光学構成図である。光学ブロック２は、光源１からの光を光変調合成ブロック３に導く光学素子９（光学部品、照明光学系）を収容する。また、光学ブロック２は、光源１を保持する光源ユニット１０も収容する。

光源ユニット１０から射出された白色光は、複数の光学素子９を透過してダイクロイックミラー３１に向かう。ダイクロイックミラー３１の表面には赤色波長と青色波長は反射し、緑色波長は透過する特性の膜がコーティングされている。

ダイクロイックミラー３１により反射された赤色波長、及び青色波長は、ワイヤグリット（ＲＢ）３２に向かう。ワイヤグリッド（ＲＢ）３２は、一つの方向にのみ振動する光だけを透過する偏光機能を有する。ワイヤグリッド（ＲＢ）３２を透過した振動方向の同じ赤色波長、及び青色波長は、トリミングフィルタ３３に向かう。

トリミングフィルタ３３は、赤色波長、及び青色波長から更に特定の波長域を透過させることで、各々の色純度を向上させる機能を有する。トリミングフィルタ３３を透過した赤色波長、及び青色波長はカラーセレクト３４に向かう。

カラーセレクト３４は、赤色波長、及び青色波長の偏光のいずれかの振動方向を９０°回転させる偏光機能を有する。カラーセレクト３４を透過したのち、色合成プリズム３９の偏光ビームスプリッタにより透過する偏光と反射する偏光に分離され、赤色波長、及び青色波長は各々の色に対応した光変調素子（３５、３６）に入射する。

一方、ダイクロイックミラー３１を透過した緑色波長は、ワイヤグリット（Ｇ）３８に向かう、ワイヤグリッド（Ｇ）３８は、前述の通り一つの方向にのみ振動する光だけを透過する偏光機能を有する。ワイヤグリッド（Ｇ）３８により振動方向が揃えられた緑色波長は、光変調素子（３７）に入射する。

それぞれの光変調素子によって変調された光は色合成プリズム３９で再び色合成され、収納筐体３１１（図３には不図示、図４参照。）の開口部を通過し、投射ブロック４０を通り、投射光学系である投射レンズ４によって被投射面（スクリーン等）へ投射される。

次に、図４から図９を用いて、第１実施形態に係る光変調合成ブロック３の詳細について説明する。図４は、第１実施形態に係る光変調合成ブロック３の斜視図である。図５は、第１実施形態に係る光変調合成ブロック３の分解斜視図である。光変調合成ブロック３は、トリミングフィルタ３３と、カラーセレクト３４と、赤、青、緑の各色に対応する３つの光変調素子（３５、３６、３７）と、ワイヤグリッド（３２、３８）と、色合成プリズム３９と、を含む。また、光変調合成ブロック３は、色合成プリズム３９と光変調素子（３５、３６、３７）を収納する収納筐体３１１と、ワイヤグリット（３２、３８）、トリミングフィルタ３３、カラーセレクト３４と、を収納筐体３１１に保持する保持部材３１２を備える。

図６は、図４中のＷ-Ｗ線断面図である。収納筐体３１１は、光源ユニット１０から出射された光が通過するため通過部（不図示）を有している。また、収納筐体３１１は、色合成プリズム３９の位置調整用突当て部３１１ａと色合成プリズム３９の接着部（不図示）を備える。

さらに、収納筐体３１１は、ワイヤグリッド（３２、３８）およびトリミングフィルタ３３それぞれ保持するための保持溝３２ａ、３８ａ、３３ａを備える。保持溝３２ａ、３８ａ、３３ａは、ｘ方向に伸び、それぞれの光学素子の厚みに対応した溝形状である。該溝形状と、ワイヤグリッド（３２、３８）およびトリミングフィルタ３３が係合することにより、ワイヤグリッド（３２、３８）およびトリミングフィルタ３３は、収納筐体３１１にｚ方向およびｙ方向を支持される。

カラーセレクト３４の保持溝３４ａの構造は、ワイヤグリッド（３２、３８）の保持溝３２ａ、３８ａ、および、トリミングフィルタ３３の保持溝３３ａと同様に設けられている。しかし、小型化を図るためカラーセレクト３４の一部は露出し、保持溝３４ａに係合しない構成となっている（図１０拡大図参照）。このため、収納筐体３１１単体では、カラーセレクト３４のｚ方向の保持が不十分となっている。つまり、カラーセレクト３４は、ｚ方向にばたつきが生じうる。

図７は、第１実施形態に係る保持部材３１２を示す図である。図７（Ａ）は、保持部材３１２の斜視図であり、図７（Ｂ）は、保持部材３１２の上面図である。保持部材３１２は、カラーセレクト３４などの色分離合成系に含まれる光学素子を保持する１つの部品である。

保持部材３１２は、風路形成部３１２ａおよび支持部３１２ｂを備える。図８は、第１実施形態に係る保持部材３１２による、保持構造を説明する図である。本図は、図６中の矢印Ｕ方向から保持部材３１２および色分離合成系に含まれる一部の光学素子を見た図である。風路形成部３１２ａは、ｘｙ方向の面であって、光変調合成ブロック３を通過する光に干渉することなく、ワイヤグリッド３２、トリミングフィルタ３３、カラーセレクト３４から所定の隙間有して配置されている。風路形成部３１２ａは、ワイヤグリッド３２、トリミングフィルタ３３、カラーセレクト３４をｘ方向から支持する。これにより、ワイヤグリッド３２、トリミングフィルタ３３、カラーセレクト３４のｘ方向のずれを抑制することができる。

支持部３１２ｂは、切欠部３１２ｃに係合するカラーセレクト３４をｚ方向から支持する。これにより、カラーセレクト３４の保持溝３４ａに保持されずに一部露出していた部分が、支持部３１２ｂにより支持される。このように構成することにより、カラーセレクト３４のｚ方向のばたつきを抑制することが可能となる。つまり、保持部材３１２を収納筐体３１１に取付けることで、カラーセレクト３４は、収納筐体３１１と保持部材３１２によって保持される。

次に、図９および図１０を用いて、色分離合成系に含まれる光学素子を冷却するための風路構造について説明する。図９は、光変調合成ブロック３を図４中の矢印Ｐ方向から見た図である。図１０は、図９中Ｓの拡大図である。収納筐体３１１は、光学冷却ファンからの冷却風を通過させる風路部３１１ｂを有する。排気ダクト８から排気された冷却風は、ｘ方向へと流れ、風路部３１１ｂを通り、ワイヤグリッド（３２、３８）とトリミングフィルタ３３とカラーセレクト３４を所定温度に冷却する。

しかし、収納筐体３１１だけでは、冷却風がｙ方向へと流れることがあり、色分離合成系の光学素子を適正に冷却できない場合がある。風路形成部３１２ａは、風路の一部を構成し、冷却風を色分離合成系に含まれる光学素子へ導くガイド部材である。風路形成部３１２ａは、各光学素子を透過する有効光束（図中光線光路外形）よりも外側に配置されるため、光変調合成ブロック３を通過する光に干渉しない。

また、風路形成部３１２ａは、光学素子を支持すると同時に、風路の一部を構成する。風路形成部３１２ａは、冷却風の気流と平行に配置される。なお、気流は直線的に流れるとは限らない。よってここで、冷却風の気流と平行に配置とは、例えば、冷却風の供給方向であるｘ方向と略平行（例えば、ｘ方向に延びる軸との差が３°以内）に配置されることである。本実施形態においては、風路形成部３１２ａは、ｘｙ方向の面であって、ｘ方向に延びる軸と平行に配置されるものとしたが、効率的に冷却風を通過させることがきればよく、これに限られない。

このように構成されることにより、冷却風がｙ方向へ流れることを抑制でき、冷却効果を維持しつつ、小型化の点で有利な投射型表示装を提供することができる。
（第２実施形態）

図１１から図１４を用いて第２実施形態について説明する。図１１は、第２実施形態に係る光変調合成ブロック３の斜視図である。なお、第１実施形態と同様の構成は同符号で示し、説明は省略する。図１２は、第２実施形態に係る第１の保持部材３２２の斜視図である。図１３は、第２実施形態に係る第２の保持部材３２３の斜視図である。第２実施形態に係る保持部材は、第１の保持部材３２２と第２の保持部材３２３の複数の部品からなる。

図１４は、第２実施形態に係る保持部材による、保持構造を説明する図である。第１の保持部材３２２は、収納筐体３１１に取付けられることで、カラーセレクト３４を支持する。第２の保持部材３２３は、収納筐体３１１に取付けられることで、ワイヤグリッド３２とトリミングフィルタ３３を支持する。

カラーセレクト３４は、一定の使用時間経過に伴い交換が必要な部品であるが、ワイヤグリッド３２とトリミングフィルタ３３は、交換が不要な部品である。よって、カラーセレクト３４を交換する際に、収納筐体３１１から第１の保持部材３２２のみを取り外すことで、カラーセレクト３４の交換が可能となる。この際、第２の保持部材３２３がワイヤグリッド３２とトリミングフィルタ３３を保持し続けるため、交換対象部品であるカラーセレクト３４のみ取り外すことができ、光学素子の誤組等を抑制することができる。

これにより、第１実施形態と同様の効果に加えて、一定の使用時間経過により交換が必要となる光学素子の交換作業容易性を向上させることができる。
（その他の実施形態）

以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変更が可能である。例えば、投射ブロック４０は、投射型表示装置１００と別体であっても良い。

１ 光源
２ 光学ブロック
３ 光変調合成ブロック
１０ 光源ユニット
３１ ダイクロイックミラー
３２、３８ワイヤグリット
３３ トリミングフィルタ
３４ カラーセレクト
３１１ｂ 風路部
３１２ 保持部材
３１２ａ 風路形成部
３１２ｂ 支持部

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源からの光束によって照明される光変調素子と、
   前記光源からの光束を前記光変調素子に導く色分離合成系と、
   前記色分離合成系に含まれる光学素子に冷却風を供給する冷却手段と、
   前記光学素子を保持する保持部材と、を備える投射型表示装置であって、
   前記保持部材は、前記冷却風を前記光学素子へ導くガイド部材を備える、
   ことを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記冷却手段は、前記冷却風を前記光源からの光が前記光学素子に入射する方向と直交する方向に供給する、ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記ガイド部材は、前記冷却風の供給方向と平行に配置される、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. 前記保持部材は、１つの部品から構成される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
5. 前記保持部材は、複数の部品から構成される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
6. 前記色分離合成系に含まれる複数の光学素子のうち、少なくとも一部の光学素子は、前記光源からの光が前記光学素子に入射する方向および前記冷却風が供給される方向を前記保持部材によって保持され、それ以外の方向を前記複数の光学素子を収納する筐体によって保持される、こと特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
   
   
   

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