JP3671977B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光束を、赤、青、緑の３色光束に分解し、これらの各色光束を液晶パネルから構成されるライトバルブを通して画像情報に対応させて変調し、変調した後の各色の変調光束を再合成して、投写レンズを介してスクリーン等の投写面上に拡大投写するようなタイプの投写型表示装置に関する。

投写型表示装置は、基本的に、光源ランプユニットから出射された光束を画像情報に対応したカラー画像を合成できるように光学的に処理して、合成した光束を投写レンズユニットによってスクリーン上に投写する光学ユニットと、電源ユニットと、制御回路等が搭載された回路基板群とを有して構成されている。

光学ユニットは、光源ランプユニットから出射された光束を、赤、青、緑の３色光束に分解し、これらの各色光束を液晶パネルから構成されるライトバルブを通して画像情報に対応させて変調し、変調した後の各色の変調光束をクロスダイクロイックプリズム等を用いて再合成して、スクリーン上に投写するようになっている。

また、本出願人は、投写画像に生じる暗線を目立ちにくくするために、光源ランプユニットから出射された光束の偏光方向を揃えるための偏光変換素子を搭載した投写型表示装置を提案した（特願平９−９３００３号）。この偏光変換素子は、互いに平行な偏光分離膜および反射膜の複数の組を備えた偏光ビームスプリッタアレイを有し、この偏光ビームスプリッタアレイにより、入射した光束を二種類の直線偏光成分に分離し、これらの二種類の直線偏光成分の偏光方向を偏光変換手段によって揃えるようにしている。

このような投写型表示装置を構成する偏光変換素子および光学ユニット等の各部分は、外装ケース内に収納されている。このうち、投写レンズユニットは、その投写面側となる先端部が、外装ケースの前面から突出した状態で収納されている。外装ケースには、電源スイッチ等の操作部、リモートコントロール用の受光窓、外部との信号の授受を行う入出力端子群等が設けられている。

この種の投写型表示装置においては、光源ランプユニット、電源ユニット、光学ユニットを構成する各光学素子等が発熱源となる。光学素子のうち、とくに、液晶ライトバルブやそれに対して設けた偏光板は、通過光の一部を吸収するために、発熱源となる。

これらの発熱源を冷却するために、投写型表示装置には冷却機構が組み込まれている。

この冷却機構は、一般的に、外装ケースの吸気口から吸気ファンを用いて外気を導入し、導入した外気を外装ケースの内部に流通させて冷却を行い、しかる後に、排気ファンによって、外装ケースに開けた排気口から外部に排出するものである。

偏光変換素子は、その偏光分離膜および反射膜が入射光の一部を吸収して昇温するため、冷却が必要になるが、特別な冷却手段が設けられていないので、吸気口から排気口に向かって流通する空気によって冷却されるにすぎず、装置の構造等によっては、冷却用空気が偏光変換素子周辺に効率よく流通しないで充分な冷却効果が得られないおそれがある。

本発明の目的は、光源ランプから出射された光束を光学的に処理して画像情報に対応した光学像を形成するタイプの投写型表示装置において、偏光変換素子を確実に冷却できる投写型表示装置を提供することにある。

本発明は、光源ランプと、前記光源ランプから出射された光束を光学的に処理して画像情報に対応した光学像を形成する光学系と、前記光学像を拡大投写する投写レンズユニットと、電源ユニットと、前記光源ランプ、前記光学系、前記投写レンズユニットおよび電源ユニットとを収納する外装ケースと、前記光源ランプの近傍で前記外装ケース内からの排気を行う排気ファンとを備えた投写型表示装置であって、前記光学系は、前記光源ランプの出射面に対向配置されかつ前記光源ランプから出射された光束を二種類の直線偏光成分に分離してこれらの直線偏光成分の偏光方向を揃える偏光変換素子を備え、前記外装ケース内には、前記光学系を収容するとともに、前記偏光変換素子に応じた位置に吸気口が形成されたライトガイドが配置され、前記外装ケースには、冷却用空気取り入れ口が形成されており、前記電源ユニットの内部に設けられた冷却用空気を流通させるための通風路と、前記冷却用空気取り入れ口の一部から前記通風路の入口に前記外装ケースの外部の外気を直接導入するための冷却用空気導入手段とを備え、前記冷却用空気導入手段は、前記冷却用空気取り入れ口の一部を覆い、この冷却用空気取り入れ口の一部と、前記電源ユニットの通風路の入口とを連結するダクト部を有し、前記外装ケースに形成された前記冷却用空気取り入れ口からの空気の一部は、前記冷却用空気導入手段により、前記電源ユニット内部に直接導入され、前記冷却用空気取り入れ口からの他の一部の空気は、前記ライトガイドと外装ケースとの間を通り、前記ライトガイドの吸気口からライトガイド内部に導入され、前記偏光変換素子の光入射面および光出射面の少なくともいずれか一方に沿って流通する通風路が設けられていることを特徴とする。

本発明では、偏光変換素子の光入射面および光出射面の少なくともいずれか一方に沿って冷却用空気を流通させるための通風路が設けられているので、装置の構造等に拘らず、偏光変換素子周辺に冷却用空気を確実に流通させることができるから、充分な冷却効果が得られる。
また、外気を通風路に直接導入する冷却用空気導入手段を設けたため、外装ケース内の空気よりも低温な外気によって電源ユニットの内部を冷却できるから、冷却効率を高めることができる。
さらに、本発明では、冷却用空気導入手段は、冷却用空気取り入れ口の一部と、前記電源ユニットの通風路の入口とを連結するダクト部を有しており、冷却用空気取り入れ口から取り込まれる外気のみを通風路に導入できるので、外気よりも高温な外装ケース内の空気が通風路に流入するのを防止できるから、電源ユニットの内部を一層効率よく冷却できる。

この場合、偏光変換素子の光入射面および光出射面の少なくともいずれか一方に沿って流通した冷却用空気を光源ランプの方に導くためのガイドが配置されていることが好ましい。

このように構成すると、偏光変換素子を冷却した後の冷却用空気を、ガイドにより光源ランプの方へ導くことができるので、光源ランプを効率よく冷却できる。従って、ランプ寿命が延びるので、高い信頼性が得られるうえ、光源ランプの交換頻度が低くなる分、使い勝手がよくなる。

以上において、前記外装ケースには、主電源をオン・オフするためのメインスイッチを含む複数のスイッチを備えた操作部が設けられ、メインスイッチと、このメインスイッチに隣接したスイッチとの間には、当該メインスイッチよりも突出した突出部が設けられていることが望ましく、これによると、スイッチの誤操作を防止でき、便利である。

また、この突出部は、メインスイッチの周縁に沿って設けられていることが望ましく、これによると、メインスイッチに不用意に触れるのを回避できるので、使用中の誤操作を確実に防止できる。

以上において、光学系の上には、回路基板が配置され、この回路基板における光源ランプ近傍には、温度センサが搭載されていることが好ましい。

このように構成すると、光源ランプユニットの温度を監視できるとともに、温度センサを回路基板に直に搭載してあるので、そのための配線を省略できる。
さらに、本発明では、前記光学系は、プリズムユニットを備え、前記プリズムユニット上には、一対の回路基板が略平行に配置されており、前記回路基板のうち、前記プリズムユニットに隣接する一方の回路基板には、前記プリズムユニットに対応する部分に切欠きが形成されており、前記冷却用空気取り入れ口からの他の一部の空気は、前記プリズムユニットにも供給され、前記一方の回路基板の切欠きを介して一対の回路基板間に通して前記一対の回路基板を冷却する通風路を備えることが好ましい。

以上において、前記光源ランプの近傍で前記外装ケース内からの排気を行う排気ファンを有することが好ましく、これによると、通風路から排出された空気を含む外装ケース内の空気を、光源ランプ近傍に集合させてから外部に排出できるので、高温になる光源ランプを確実に冷却できる。

また、冷却用空気導入手段は、通風路の入口に設けられて外気を吸引する吸気ファンを含むことが好ましく、これによると、多量の外気を通風路に安定供給できるので、電源ユニットを効率よく確実に冷却できる。

さらに、この吸気ファンを前述したダクト部と接続すれば、外装ケースの開口部、例えば、投写レンズユニットおよび外装ケースの間の隙間等から、異物の混入した外気を外装ケース内に吸引するのを確実に防止できる。従って、異物の光学系への付着を回避できるので、表示の品位を維持でき、充分な信頼性を確保できる。

このように吸気ファンを取り付けた電源ユニットの外装ケース内における位置は、とくに限定されないが、投写型表示装置では、外装ケース内の限られた空間に光源ランプから投写レンズユニットに至るまでの光路を確保しなければならない。このため、外装ケース内で何も配置されない空いた空間に吸気ファンが位置するように電源ユニットを配置して、外装ケース内の空間を有効利用することが好ましい。

具体的には、前記投写レンズユニットは、その先端部が外装ケースから突出するように配置され、電源ユニットは、吸気ファンがこの投写レンズユニットの基端部の側方に位置するように配置され、冷却用空気取り入れ口は、外装ケースの底壁のうち、投写レンズユニットの下方の領域を含む領域に形成されていることが望ましい。

一般に、投写レンズユニットを、光源ランプや各種光学素子等から突出するように配置して、光学素子等により合成した光を投写レンズの基端部から入射させるようにしている。このため、投写レンズユニットをその先端部が外装ケースから突出するように配置すると、その基端部の側方には無駄な空間が生じる。

本発明においては、電源ユニットは、その通風路の入口に取り付けた吸気ファンが投写レンズユニットの基端部の側方に位置するように配置されているため、外装ケース内の空間を有効利用できるから、装置の小型化を妨げない。

また、冷却用空気取り入れ口は、投写レンズユニットの下方の領域に形成されているため、前述したダクト部を配置するにあたっても、外装ケース内において、投写レンズユニットの下方からその基端部の側方にわたる無駄な空間に設置できるから、外装ケース内の空間を有効利用できる。

図面を参照して、本発明の代表的な実施の一形態を説明する。
〈全体構成〉
図１（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本実施形態の投写型表示装置の正面図、背面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本実施形態の投写型表示装置の平面図、底面図である。

これらの図１および図２に示すように、本実施形態に係る投写型表示装置１は、直方体形状をした外装ケース２を有している。外装ケース２は、基本的には、アッパーケース３と、ロアーケース４とから構成されている。

外装ケース２の後壁には、外部電力供給用のＡＣインレット３６や各種の入出力端子群５０が配置されている。従って、利用者が通常、位置する装置側面部に信号ケーブル等が置かれないので、使い勝手がよい。

〈外装ケースの構造〉
外装ケース２のアッパーケース３は、長方形の上壁３ａと、その四方の辺からほぼ垂直に下方に延びている左右の側壁３ｂ、３ｃ、前壁３ｄ、および後壁３ｅから形成されている。ロアーケース４は、長方形の底壁４ａと、その四方の辺からほぼ垂直に起立している左右の側壁４ｂ、４ｃ、前壁４ｄ、および後壁４ｅから形成されている。

アッパーケース３およびロアーケース４は、前方からみて中央部分からやや左寄りの部分が凹んでおり、そこに形成された円形の開口から投写レンズユニット６の前端側の部分が装置前方側に延びており、投写レンズユニット６の先端部は、外装ケース２前面から突出している。

この突出する部分のうち、ズームレンズを保持しているズームリング６１には、その軸線方向に延びる１条のノブ等といった突起６１０が形成されている。このため、手探りでもズームリング６１とフォーカスリング６２とを判別でき、かつ、それを回すのに便利である。このような突起６１０はフォーカスリング６２の動きを妨げない位置であればフォーカスリング６２の方に形成してもよい。

図１（Ａ）に示すように、装置前面を規定しているアッパーケース３の前壁３ｄのうち、投写レンズユニット６の右側位置には受光窓３５が設けられている。この受光窓３５は、図示しないリモートコントローラからの制御光を受けるためのものである。

アッパーケース３の上壁３ａの前方側の中央部分には、図２（Ａ）に示すように、内蔵スピーカー（図示せず）に対応した位置に多数の連通孔２５が形成されている。

また、上壁３ａの前方側の中央部分には、操作部としての操作スイッチ２６が設けられている。この操作スイッチ２６に形成されている各スイッチ群のうち、主電源のオンオフを行うためのメインスイッチ２６１と、このメインスイッチ２６１に隣接する他のスイッチ２６３との間には、メインスイッチ２６１よりも突出した突出部である突条部２６２が形成されている。この突条部２６２は、平面視で円状に形成されたメインスイッチ２６１の周縁に沿って、円弧状に形成され、具体的には、メインスイッチ２６１の周縁全体における９０度の角度範囲に設けられている。この円弧状の突条部２６２はメインスイッチ２６１の上端面よりも上方に突き出ているので、他のスイッチ２６３を触れるときに誤ってメインスイッチ２６１を押してしまうことがなく、誤操作を確実に防止できる。

一方、ロアーケース４の底壁４ａの後端の中央にはフット３１Ｃが配置され、前端の左右にはフット３１Ｒ、３１Ｌが配置されている。これらのフットのうち、左右のフット３１Ｒ、３１Ｌは、それを回すことによってフット高さ、つまり、底壁４ａからの突出長さの調整ができる。

〈装置本体の内部構造〉
図３には、投写型表示装置１の外装ケース２の内部における各構成部分の配置を示してある。外装ケース２の内部には、前述した投写レンズユニット６を含む光学ユニット１０および電源ユニット７が並設され、光学ユニット１０の上には、装置駆動制御用の制御基板１３およびビデオ基板１１が積層配置されている。

〈光学ユニット〉
光学ユニット１０は、光源ランプ８１（図４参照）をハウジング８０２内に収納した光源ランプユニット８と、この光源ランプユニット８から出射された光束を光学的に処理して画像情報に対応した光学像を形成する光学レンズユニット９と、この光学像を投写面上に拡大投写する投写レンズユニット６とを含んで構成されている。この光学ユニット１０は、外装ケース２の内部空間において、後方からみてその右半分以上を占有している。

〈光学レンズユニット〉
光学レンズユニット９は、後述する各種光学素子を内蔵した箱状の上下のライトガイド９０１，９０２に、プリズムユニット９１０を取り付けた構造を備えている。これらの上ライトガイド９０１および下ライトガイド９０２は、それぞれ、図１および図２に示したアッパーケース３およびロアーケース４の側に固定ねじにより固定されている。

ライトガイド９０１，９０２の前側の中央部分には、平面視で矩形の切り欠き９００１が形成され、この切欠き９００１にプリズムユニット９１０が組み込まれている。

プリズムユニット９１０は、マグネシウムやアルミニウムのダイキャスト板である厚手のヘッド板９０３に取り付けられ、このヘッド板９０３を介してライトガイド９０１，９０２に固定されている。

ヘッド板９０３は、装置の幅方向に向けて垂直な姿勢で延びる垂直壁９１と、この垂直壁９１の下端から水平に延びる底壁９２（図７参照）とから基本的に略Ｌ字型に構成され、この底壁９２上にプリズムユニット９１０が固定されている。垂直壁９１の中央部分には、プリズムユニット９１０からの出射光が通過するための矩形の開口（図示省略）が形成され、この開口に投写レンズユニット６の基端部が固定されている。このように、剛性の高い垂直壁９１を挟み、位置合わせした状態で、プリズムユニット９１０および投写レンズユニット６が光学レンズユニット９に固定されるので、これらの一体性は高く、衝撃力等が作用しても、相互の位置ずれが発生するおそれは極めて少ないという利点がある。

この投写レンズユニット６の基端部は、光学レンズユニット９の前側の中央に位置し、その基端部の側方、つまりヘッド板９０３と外装ケース２の前壁３ｄ，４ｄとの間には、投写レンズユニット６の外装ケース２からの突出長さに応じた隙間が形成されている。

このような光学レンズユニット９の後端部の電源ユニット７側の角部は、平面視でへこみ部とされ、このへこみ部分に光源ランプユニット８が組み込まれている。すなわち、光源ランプユニット８は、外装ケース２内において、電源ユニット７の後端部および光学レンズユニット９のへこみ部によって構成される略矩形の領域に配置されている。

ここで、ロアーケース４の底壁４ａには、光源ランプユニット８に対応する位置にランプ交換蓋２７がねじ止めされており、ねじを緩めて蓋２７を取り外すことにより、内蔵の光源ランプユニット８を交換できるようになっている。

〈基板〉
光学ユニット１０（光学レンズユニット９）の上面側には、装置駆動制御用の制御基板１３がねじ止め固定され、その上面側にはこれと平行に、ビデオ信号処理回路が搭載されたビデオ基板１１が配置されている。

制御基板１３については、光学ユニット１０の上面側にねじ止め固定されているため、制御基板１３を光学ユニット１０に固定した状態でＯＥＭ等で生産する際には、全ての組み立てが完了する前であっても外部給電さえすれば、制御基板１３や光学ユニット１０を試験用に駆動できる。この制御基板１３のプリズムユニット９１０に対応した部分、つまり、プリズムユニット９１０と重なる部分には、切り欠き１３０が形成されている。

なお、各基板１１，１３間の電気的接続はコネクタ１１４，１１６によって行われる。

〈電源ユニット〉
電源ユニット７は、表示装置１を後方から見て、外装ケース２の内部の左端、つまり、光学ユニット１０の左側に配置されている。

この電源ユニット７は、外装ケース２と光学ユニット１０との隙間形状に合わせて、装置後方から装置前方に向けて配置された本体部分７１と、本体部分７１の前方端部で屈曲する延設部分７２とからなるＬ字形状を備え、この延設部分７２は、投写レンズユニット６の基端部の側方に位置している。

このように、電源ユニット７は、外装ケース２の前端部分から投写レンズユニット６の突出寸法を短くすればするほど広く空いてしまう投写レンズユニット６の基端部の側方位置の隙間を延設部分７２が埋めるような構造になっている。従って、外装ケース２の内部を有効利用できるので、投写型表示装置１の小型化を図ることができる。

電源ユニット７は、金属製のＬ字状のシールドケース７０に各種の電子部品を内蔵した構造とされ、これに用いるシールドケース７０は、電源ユニット７の内部を冷却用空気が流れる際の通風路を構成している。また、シールドケース７０は、電源ユニット７で発生する電気的、磁気的ノイズが外部に漏れることを防止するとともに、電源ユニット７に引き回されてきたＡＣ入力ラインや出力線等を覆い、それから発生するノイズを遮断している。

このようなシールドケース７０の内部には、図示しないが、一次側アクティブフィルタ、パワーサプライおよびバラスト等が収納され、これらは、各種の素子を回路基板に搭載した構造を有している。具体的には、一次側アクティブフィルタの回路基板には、発信用ＦＥＴ等の素子が搭載され、パワーサプライの基板には、整流用ダイオードブリッジ、Ｄ／Ｄコンバータ用発振トランジスタおよびＤ／Ｄコンバータ用３端子レギュレータ等が搭載され、バラストの回路基板には、チョッパー回路用ドライブＦＥＴおよびチョッパー回路用逆流防止用ダイオード等が搭載されている。これらの素子は発熱源となるため、ヒートシンクを固定して放熱させることで、冷却効率を高めるようにしている。

なお、外装ケース２の内部は、無駄な隙間が発生しないように各種光学部品が密に配置されていることから、金属製の通常のシャーシを外装ケース２の全体に配置することは困難である。そこで、シート状のシールド材（図示せず）を被せるとともに、必要な箇所で折り曲げれば、無駄な隙間を発生させることなく全体を覆うことができる。

〈光学系〉
図４を参照して、光学ユニット１０に組み込まれている光学系について説明する。本実施形態の光学系は、光源ランプユニット８と、インテグレータレンズ９２１，９２２および偏光変換素子９２０を含む照明光学系９２３と、この照明光学系９２３から出射される光束Ｗを、赤、緑、青の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分離する色分離光学系９２４と、各色光束を変調する変調系（ライトバルブ）としての３枚の液晶ライトバルブ９２５Ｒ，９２５Ｇ，９２５Ｂと、変調された色光束を再合成する色合成光学系としてのプリズムユニット９１０と、合成された光束をスクリーン上に拡大投写する投写レンズユニット６とから構成される。

光源ランプユニット８の光源ランプ８１は、ハロゲンランプ等のランプ本体８０５と、リフレクタ８０６と、リフレクタ８０６の前面部に貼られたガラス面８０７とを備え、当該ガラス面８０７が露出するようにハウジング８０２（図３および図８参照）に収納されている。この光源ランプ８１は、ランプ本体８０５からの光をガラス面８０７を通して、光学レンズユニット９のインテグレータレンズ９２１に向けて、装置１の前後方向と直交する方向に出射するようになっている。

なお、光源ランプ８１としては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いることができる。

照明光学系９２３は、微小レンズがマトリクス状に配置された二枚のインテグレータレンズ９２１，９２２と、これらのインテグレータレンズ９２１，９２２とほぼ平行に配置された偏光変換素子９２０と、この偏光変換素子９２０とほぼ直交するように配置された集光レンズ９３０とを含んで構成されている。この集光レンズ９３０の前段、つまり、偏光変換素子９２０および集光レンズ９３０の間には、反射ミラー９３１が配置され、光源ランプ８１からの出射光の中心光軸１ａを装置前方向に向けて直角に折り曲げるようにしている。

インテグレータレンズ９２１は、光源ランプユニット８から出射された光束を複数の部分光束に分割し、各部分光束をインテグレータレンズ９２２の近傍で集光させる。

インテグレータレンズ９２２は、インテグレータレンズ９２１から出射された各部分光束の中心光路を光軸１ａに対して平行に揃える機能を有している。光源ランプユニット８から出射される光束が光軸１ａに完全に平行な光である場合には、インテグレータレンズ９２１から出射される部分光束も、その中心光路が光軸１ａに平行となるので、光源ランプユニット８から出射される光束の平行度が高い場合には、インテグレータレンズ９２２を省略してもよい。

集光レンズ９３０は、各部分光束をライトバルブ９２５Ｒ，９２５Ｇ，９２５Ｂ上に重畳させる機能を有している。

このように、本実施形態の投写型表示装置１では、光源ランプユニット８から出射された光束を、インテグレータレンズ９２１によって複数の部分光束に分割し、それぞれの部分光束を、集光レンズ９３０によって液晶ライトバルブ９２５Ｒ，９２５Ｇ，９２５Ｂ上に重畳させるようにしているため、液晶ライトバルブ９２５Ｒ，９２５Ｇ，９２５Ｂをほぼ均一な照度の光で照明することができ、従って、照度ムラの少ない画像を得ることができる。

偏光変換素子９２０は、偏光分離膜とλ／２位相差板との集合体によって、入射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離した後、Ｓ偏光に揃えるものである。すなわち、図５に示すように、偏光変換素子９２０は、偏光ビームスプリッタアレイ９２０１と、選択位相差板９２０２とを備えている。偏光ビームスプリッタアレイ９２０１は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性板材９２０３が、交互に貼り合わされた形状を有している。透光性板材９２０３の界面には、偏光分離膜９２０４と反射膜９２０５とが交互に形成されている。なお、この偏光ビームスプリッタアレイ９２０１は、偏光分離膜９２０４と反射膜９２０５が交互に配置されるように、これらの膜が形成された複数枚の板ガラスを貼り合わせて、所定の角度で斜めに切断することによって作製される。

インテグレータレンズ９２１，９２２（図４参照）を通過したランダムな偏光方向を有する光は、偏光分離膜９２０４でｓ偏光光とｐ偏光光とに分離される。ｓ偏光光は、偏光分離膜９２０４によってほぼ垂直に反射され、反射膜９２０５によってさらに垂直に反射されてから出射される。一方、ｐ偏光光は、偏光分離膜９２０４をそのまま透過する。選択位相差板９２０２は、偏光分離膜９２０４を通過する光の出射面部分にλ／２位相差層９２０６が形成されており、反射膜９２０５で反射された光の出射面部分はλ／２位相差層が形成されていない光学素子である。従って、偏光分離膜９２０４を透過したｐ偏光光は、λ／２位相差層９２０６によってｓ偏光光に変換されて出射する。この結果、偏光変換素子９２０に入射したランダムな偏光方向を有する光束は、ほとんどｓ偏光光となって出射する。

このようにＳ偏光のみを利用できるようにすると、Ｐ偏光およびＳ偏光が混在しているランダム偏光をそのまま利用する場合に比べて、後述する色分離光学系９２４のダイクロイックミラー９４１，９４２（図４参照）における色分離性が改善される。また、ミラーを用いて光束を反射しているが、Ｓ偏光はＰ偏光に比べて反射率が良いので、光量損失等を抑制することができるという利点もある。

再び、図４に戻って説明する。色分離光学系９２４は、青緑反射ダイクイロックミラー９４１と、緑反射ダイクロイックミラー９４２と、反射ミラー９４３から構成される。

このような色分離光学系９２４では、光束Ｗは、まず、青緑反射ダイクロイックミラー９４１において、そこに含まれている赤色光束Ｒが通過し、後方の反射ミラー９４３で直角に反射されて、赤色光束の出射部９４４からプリズムユニット９１０の側に出射される。

一方、光束Ｗに含まれる青色光束Ｂおよび緑色光束Ｇは、青緑反射ダイクロイックミラー９４１で直角に反射され、緑反射ダイクロイックミラー９４２の側に向かい、緑反射ダイクロイックミラー９４２において、緑色光束Ｇのみが直角に反射されて、緑色光束の出射部９４５からプリズムユニット９１０の側に出射される。この緑反射ダイクロイックミラー９４２を通過した青色光束Ｂは、導光系９２７を介して、青色光束の出射部９４６からプリズムユニット９１０の側に出射される。

この導光系９２７は、青色光束Ｂを、対応する液晶ライトバルブ９２５Ｂに導くためのものであり、入射側反射ミラー９７１と、出射側反射ミラー９７２と、これらの間に配置した中間レンズ９７３と、入射側反射ミラー９７１の前段に配置した集光レンズ９７６から構成される。照明光学系９２３から各色光束Ｒ，Ｇ，Ｂの出射部９４４，９４５，９４６までの距離は、青色光束Ｂの場合が最も大きくなるが、このような導光系９２７を配置することにより、光の損失を防ぐようにしている。

色分離光学系９２４の赤色光束Ｒおよび緑色光束Ｇの各出射部９４４，９４５には、それぞれ集光レンズ９５１，９５２が配置されている。従って、各出射部９４４，９４５からそれぞれ出射した赤色光束Ｒおよび緑色光束Ｇは、これらの集光レンズ９５１，９５２に入射して平行化される。

このように平行化された赤色光束Ｒおよび緑色光束Ｇは、それぞれ、各液晶ライトバルブ９２５Ｒ，９２５Ｇに対して配置された偏光板９８１，９８２を介して、液晶ライトバルブ９２５Ｒ，９２５Ｇに入射して変調され、各色光に対応した画像情報が付加される。すなわち、これらのライトバルブ９２５Ｒ，９２５Ｇは、図示しない駆動手段によって画像情報に応じてスイッチング制御されて、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われる。

これらの光束Ｒ，Ｇと同様に、導光系９２７を通過した青色光束Ｂは、当該青色光束Ｂの出射部９４６に配置された集光レンズ９５３に入射して平行化され、液晶ライトバルブ９２５Ｂに対して配置された偏光板９８３を通じて、液晶ライトバルブ９２５Ｂに入射し、ここにおいて、前述した赤色光束Ｒおよび緑色光束Ｇと同様に、画像情報に応じて変調が施される。

なお、液晶ライトバルブ９２５Ｒ，Ｇ，Ｂとしては、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として用いたものを使用できる。

次に、各液晶パネル９２５Ｒ，Ｇ，Ｂを通って変調された各色光束は、前述のようにダイクロイリックプリズムからなるプリズムユニット９１０に入射して再合成される。ここで再合成されたカラー映像は、投写レンズユニット６を介して、所定の位置にある投写面としてのスクリーン上に拡大投写される。

本実施形態の光学ユニット１０においては、これらの照明光学系９２３、色分離光学系９２４、液晶ライトバルブ９２５Ｒ，９２５Ｇ，９２５Ｂ、偏光板９８１〜９８３、および導光系９２７は、前述したライトガイド９０１，９０２（図３参照）内に光軸を合わせた状態で位置決め固定されている。

このように構成された本実施形態では、光源ランプユニット８から出射された光束は、反射ミラー９３１によって反射されて大回りのＬ字形の光路を進行し、色分離光学系９２４を介してプリズムユニット９１０に到達する。従って、各光学部品が狭い領域内に配置されている割りには光路を最大限長く設定してある。それ故、Ｆ値の小さなレンズを用いながら、かつ、インテグレータレンズ９２１，９２２や偏光変換素子９２０の配置位置を十分に確保しながら、光源ランプユニット８から出射された光束を平行光束として液晶ライトバルブ９２５Ｒ、９２５Ｇに到達させることができる。また、インテグレータレンズ９２１，９２２の配置領域を十分広く確保できる分、その分割数を増やすことができる。従って、インテグレータレンズ９２１，９２２を接近して配置することができ、結果的には小型化を図ることができる。

〈吸気口および吸気ファン等の配置〉
次に、本実施形態の投写型表示装置１における冷却のための構造を、図３、図６および図７を参照して説明する。本実施形態の装置１では、外装ケース２に形成された冷却用空気取り入れ口１５０から吸い込んだ外気（冷却用空気）を、外装ケース２内で循環させて、外装ケース２後端面の排気口１６０から排出することで、ケース２内の各発熱源を冷却するように構成されている。

すなわち、冷却用空気取り入れ口１５０（吸気口）は、図３に示すように、外装ケース２の底面部となるロアーケース４の底壁４ａに形成された多数の通気孔１５１により構成されている。これらの通気孔１５１は、ロアーケース４の底壁４ａのうち、プリズムユニット９１０の下方領域１５０Ａおよび投写レンズユニット６の基端部の下方領域１５０Ｂにわたって形成されている。

このような通気孔１５１が形成された領域１５０Ａ，１５０Ｂ全体には、ロアーケース４の底壁４ａの下方からスポンジ状のエアーフィルタ２４１が被せられ、このエアーフィルタ２４１は、ロアーケース４の底壁４ａにねじ止め固定されたエアーフィルタカバー２３によって保持されている。このエアーフィルタカバー２３にも多数の通気孔２３１が形成されている。このように、エアーフィルタ２４１は、底壁４ａにおいて、光学レンズユニット９の配置領域１５０Ａおよび投写レンズユニット６の下方の領域１５０Ｂの双方に跨がって設置されているので、そこは１枚のエアーフィルタ２４１で足りる。それ故、エアーフィルタ２４１を交換する手間が減る分、使い勝手がよい。また、防塵という面での信頼性が高い。

このような冷却用空気取り入れ口１５０の後半分、つまり、プリズムユニット９１０の下方領域１５０Ａには、冷却用の吸気ファン１５が設けられている。この吸気ファン１５は、図７に示すように、プリズムユニット９１０を搭載した前記ヘッド板９０３の底壁９２の下面に固定されている。このヘッド板９０３の底壁９２には、吸引した冷却用空気を流通させるための通気孔（図示省略）が形成されている。

また、冷却用空気取り入れ口１５０の前半分となる投写レンズユニット６の下方領域１５０Ｂは、投写レンズユニット６の基端部の側方に位置する電源ユニット７の延設部分７２近傍に形成される。図６に示すように、この延設部分７２の端部となるシールドケース７０の投写レンズユニット６側の端面は、ケース７０内に形成された通風路の入口とされ、本体部分７１の後端部になるシールドケース７０の端面は、通風路の出口とされている。

通風路の入口には、冷却用空気導入手段としての補助冷却ファン１７（電源ユニット７内に冷却用空気を吸引するための吸気ファン）が取り付けられ、シールドケース７０前部の入口から通風路に空気を取り入れて、ケース７０後部の出口から通風路の空気を排気するようになっている。

この補助冷却ファン１７と、投写レンズユニット６の下方領域１５０Ｂとは、図３にも示すように、空気通路を区画形成するダクト部であるダクトカバー１７０（冷却用空気導入手段）で接続され、冷却用空気取り入れ口１５０から外気を直接電源ユニット７内に吸引するようになっている。

一方、装置後端側、具体的には、電源ユニット７および光源ランプユニット８の後方には、排気ファン１６を備えた排気口１６０が設けられている。このように排気口１６０を装置後端部に設けると、通常、利用者が位置する装置側面部から排気されないので、装置１の使い勝手がよい。排気ファン１６は、光源ランプユニット８のハウジング８０２の後側面に形成された開口を覆うように当該ハウジング８０２に取り付けられ、ハウジング８０２内部を通じて外装ケース２内の空気を排出するように構成されている。

〈冷却用空気の流れ〉
このように構成された投写型表示装置１では、プリズムユニット９１０の下方位置には、冷却用の吸気ファン１５を具備する冷却用空気取り入れ口１５０が設けられ、かつ、プリズムユニット９１０は、投写レンズユニット６に面する前側面以外の側面が、所定の隙間を隔てて液晶ライトバルブ９２５Ｒ，９２５Ｇ，９２５Ｂ等で囲まれている。しかも、光学ユニット１０の上面側に被せられた制御基板１３のうち、プリズムユニット９１０に対応する部分は、切り欠き１３０になっており、その上方にビデオ基板１１が被さっている状態にある。それ故、冷却用空気取り入れ口１５０から取り入れた空気は、排気ファン１６に吸引され、図７中矢印Ａ１で示すように、プリズムユニット９１０の各端面に沿って上昇していき、プリズムユニット９１０、液晶ライトバルブ９２５Ｒ，９２５Ｇ，９２５Ｂおよび偏光板９８１〜９８３を冷却する。プリズムユニット９１０の上方に抜けた冷却用空気は、図６および図７中矢印Ａ２で示すように、排気ファン１６に吸引されてビデオ基板１１と制御基板１３との間を通って光源ランプユニット８の方に流れ、光源ランプユニット８を冷却した後、排気口１６０から排出される。従って、外装ケース２の底面部から取り入れた冷却用空気で基板１１，１３上の回路を冷却するような空気通路を構成することができる。しかも、基板１１，１３を冷却した後、最も高温になる光源ランプユニット８を冷却するので、冷却効率が高い。

このように、外装ケース２の底面部に設けた冷却用空気取り入れ口１５０から取り入れた冷却用空気で少なくともプリズムユニット９１０、液晶ライトバルブ９２５Ｒ，９２５Ｇ，９２５Ｂ、偏光板９８１，９８２，９８３、および光源ランプユニット８を冷却できるので、各部品を狭い領域内に配置した場合でも効率よく冷却することができ、信頼性が向上する。

また、冷却用空気取り入れ口１５０からは、電源ユニット７に設けた補助冷却ファン１７によっても冷却用空気（外気）が吸い込まれ、この空気は、図６中矢印Ａ３で示すように、ダクトカバー１７０を通って電源ユニット７内、つまり、シールドケース７０内の通風路に引き込まれる。そこで、冷却用空気は、排気ファン１６に吸引されながら、延設部分７２から本体部分７１に向かって電源ユニット７の内部を冷却しながら通り抜け、排気口１６０から外部に排出される。

この電源ユニット７では、素子に取り付けたヒートシンクが高温になるため、このヒートシンクを冷却する必要が生じるが、冷却用空気取り入れ口１５０から取り入れた冷却用空気（外気）を直接シールドケース７０内の通風路に導入するので、ヒートシンクを効率よく確実に冷却できる。すなわち、外気を電源ユニット７に直接供給するので、外装ケース２内の空気、つまり、電源ユニット７以外の部品を冷却した後の空気を電源ユニット７に導入するよりも、低温な冷却用空気を電源ユニット７に供給できるから、ヒートシンクから熱を効率よく奪うことができる。

とくに、補助冷却ファン１７と冷却用空気取り入れ口１５０の前半分とはダクトカバー１７０により連結されているため、外装ケース２の外部の低温な外気のみをシールドケース７０内の通風路に導入できるから、電源ユニット７の冷却効率を一層高めることができる。

また、補助冷却ファン１７を用いることで、多量の外気を通風路に安定供給できるので、電源ユニット７を効率よく確実に冷却できる。

さらに、この補助冷却ファン１７は、ダクトカバー１７０を介して冷却用空気取り入れ口１５０に接続されているので、ファン１７を作動させても、投写レンズユニット６および外装ケース２の間の隙間等から異物の混入した外気が外装ケース２内に吸引されることを確実に防止できる。従って、異物の光学系への付着を回避できるので、表示の品位を維持できるから、充分な信頼性を確保できる。

ここで、図３および図６に示すように、制御基板１３のうち、発熱源となるプリズムユニット９１０や液晶ライトバルブ９２５Ｒ，９２５Ｇ，９２５Ｂに近い位置、および発熱源である光源ランプユニット８に近い位置には、それぞれ温度センサＳ１，Ｓ２が直に搭載されている。これにより、これらの発熱源を通って発熱した空気の温度を測定できるため、異常な温度上昇を監視できる。また、温度センサＳ１，Ｓ２を制御基板１３上に直に搭載してある分、そのための配線を省略できる。

〈偏光変換素子等の冷却〉
本実施形態の光学ユニット１０においては、図８に示すように、インテグレータレンズ９２１，９２２および偏光変換素子９２０の間には、それぞれ上下方向に貫通する通風路としての隙間が確保されている。また、下ライトガイド９０２のうち、インテグレータレンズ９２１，９２２および偏光変換素子９２０の下方となる領域には、複数の吸気口９０９が形成されている。これらの隙間および吸気口９０９により、インテグレータレンズ９２１，９２２および偏光変換素子９２０の光入射面および光出射面の少なくともいずれか一方に沿って冷却用空気を流通させるための通風路が構成されている。

また、インテグレータレンズ９２１，９２２および偏光変換素子９２０の上方位置には、これらの光学素子の光入射面および光出射面の少なくともいずれか一方に沿って流通してきた冷却用空気を、光源ランプユニット８のハウジング８０２に設けられたフード８４８に導くためのガイド板８９が配置されている。

これらのレンズ９２１，９２２および偏光変換素子９２０等の光学素子の冷却は、前述した冷却用空気取り入れ口１５０から吸気ファン１５で吸い込まれた冷却用空気により行う。

すなわち、冷却用空気取り入れ口１５０から外装ケース２内に取り込まれた冷却用空気は、光源ランプユニット８の背後に配置した排気ファン１６に吸引されて、下ライトガイド９０２の吸気口９０９を通じて光学レンズユニット９内に吸い込まれる。この吸い込まれた冷却用空気は、図８中矢印Ａ７で示すように、インテグレータレンズ９２１，９２２および偏光変換素子９２０の光入射面および光出射面の少なくともいずれか一方に沿って通風路を上昇し、これらの光学素子を冷却する。

光学素子のうち、とくに、偏光変換素子９２０では、入射したｓ偏光光が、偏光分離膜９２０４および反射膜９２０５（図５参照）で若干吸収されて発熱するので、冷却の必要性が生じる。本実施形態の装置１では、この偏光変換素子９２０に沿って冷却用空気を流通させる通風路が設けられているので、偏光変換素子９２０を確実に冷却することができる。

これらの偏光変換素子９２０およびインテグレータレンズ９２１，９２２を冷却して上昇した冷却用空気は、図８中矢印Ａ８で示したように、ガイド板８９に沿ってハウジング８０２のフード８４８に導かれ、ハウジング８０２内に導入されて光源ランプ８１を冷却した後に、排気口１６０から排出されることになる。

従って、ガイド板８９により、偏光変換素子９２０およびインテグレータレンズ９２１，９２２を冷却した後の冷却用空気を光源ランプユニット８の方へ導くことができるので、高温になりやすい光源ランプユニット８を効率よく確実に冷却できる。

また、光学レンズユニット９内に取り込まれた冷却用空気の一部は、排気ファン１６に吸引されてそのまま光源ランプユニット８に向かい、図８中矢印Ａ９で示すように、光源ランプ８１のガラス面８０７に沿って上昇し、当該ガラス面８０７を冷却する。このようにガラス面８０７を冷却した後の空気は、ハウジング８０２のフード８４８や、光源ランプ８１およびハウジング８０２の間の隙間を通ってハウジング８０２内に吸い込まれ、光源ランプ８１を冷却し、しかる後に、排気口１６０から排出される。

それ故、光源ランプ８１や光学素子に対する冷却効率が高いので、高い信頼性が得られるうえ、光源ランプ８１の交換頻度が少なくて済むので、使い勝手も向上する。

なお、以上に述べた実施形態では、電源ユニット７の通風路の入口を、シールドケース７０の投写レンズユニット６側の端面に形成した場合について説明したが、例えば、通風路の入口は、シールドケースの投写面側の前方側面に形成してもよい。この場合、外装ケースの投写面側の側面に冷却用空気取り入れ口を設けて、この冷却用空気取り入れ口および通風路の入口を直接接続してもよい。

本発明は、投写型表示装置に利用することができる。

本発明の実施の一形態である投写型表示装置の正面図および背面図。 前記実施形態の投写型表示装置の平面図および底面図。 前記実施形態の光学系および電源ユニット等の配置を示す分解斜視図。 前記実施形態の光学系を示す説明図。 前記実施形態の偏光変換素子を示す断面図および斜視図。 前記実施形態の投写型表示装置における冷却用空気の流れを示す平断面図。 前記実施形態の投写型表示装置における冷却用空気の流れを示す断面図。 前記実施形態の投写型表示装置における冷却用空気の流れを示す断面図。

符号の説明

１…投写型表示装置、２…外装ケース、３…アッパーケース、４…ロアーケース、６…投写レンズユニット、７…電源ユニット、８…光源ランプユニット、９…光学レンズユニット、１０…光学ユニット、１５…吸気ファン、１６…排気ファン、１７…補助冷却ファン（冷却用空気導入手段）、２３…エアーフィルタカバー、２６…操作スイッチ（操作部）、８１…光源ランプ、８０２…ハウジング、８９…ガイド板（ガイド）、１５０…冷却用空気取り入れ口、１６０…排気口、１７０…ダクトカバー（冷却用空気導入手段）、２４１…エアーフィルタ、２６１…メインスイッチ、２６２…突条部（突出部）、９０１，９０２…ライトガイド、９０９…吸気口、９１０…プリズムユニット、９２０…偏光変換素子、９２３…照明光学系、９２４…色分離光学系、９２５Ｒ、９２５Ｇ、９２５Ｂ…液晶ライトバルブ、９２７…導光系、Ｓ１，Ｓ２…温度センサ

Claims (6)

1. 光源ランプと、前記光源ランプから出射された光束を光学的に処理して画像情報に対応した光学像を形成する光学系と、前記光学像を拡大投写する投写レンズユニットと、
   電源ユニットと、
   前記光源ランプ、前記光学系、前記投写レンズユニットおよび電源ユニットとを収納する外装ケースと、
   前記光源ランプの近傍で前記外装ケース内からの排気を行う排気ファンとを備えた投写型表示装置であって、
   前記光学系は、前記光源ランプの出射面に対向配置されかつ前記光源ランプから出射された光束を二種類の直線偏光成分に分離してこれらの直線偏光成分の偏光方向を揃える偏
   光変換素子を備え、
   前記外装ケース内には、前記光学系を収容するとともに、前記偏光変換素子に応じた位置に吸気口が形成されたライトガイドが配置され、
   前記外装ケースには、冷却用空気取り入れ口が形成されており、
   前記電源ユニットの内部に設けられた冷却用空気を流通させるための通風路と、
   前記冷却用空気取り入れ口の一部から前記通風路の入口に前記外装ケースの外部の外気を直接導入するための冷却用空気導入手段とを備え、
   前記冷却用空気導入手段は、前記冷却用空気取り入れ口の一部を覆い、この冷却用空気取り入れ口の一部と、前記電源ユニットの通風路の入口とを連結するダクト部を有し、
   前記外装ケースに形成された前記冷却用空気取り入れ口からの空気の一部は、前記冷却用空気導入手段により、前記電源ユニット内部に直接導入され、
   前記冷却用空気取り入れ口からの他の一部の空気は、前記ライトガイドと外装ケースとの間を通り、前記ライトガイドの吸気口からライトガイド内部に導入され、前記偏光変換素子の光入射面および光出射面の少なくともいずれか一方に沿って流通する通風路が設けられていることを特徴とする投写型表示装置。
2. 請求項１に記載した投写型表示装置において、
   前記偏光変換素子の光入射面および光出射面の少なくともいずれか一方に沿って流通した冷却用空気を前記光源ランプの方に導くためのガイドが配置されていることを特徴とする投写型表示装置。
3. 請求項１又は２に記載した投写型表示装置において、
   前記外装ケースには、主電源をオン・オフするためのメインスイッチを含む複数のスイッチを備えた操作部が設けられ、
   前記メインスイッチと、このメインスイッチに隣接した前記スイッチとの間には、当該メインスイッチよりも突出した突出部が設けられていることを特徴とする投写型表示装置。
4. 請求項３に記載した投写型表示装置において、
   前記突出部は、前記メインスイッチの周縁に沿って設けられていることを特徴とする投写型表示装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれかに記載した投写型表示装置において、
   前記光学系の上には、回路基板が配置され、
   この回路基板における前記光源ランプ近傍には、温度センサが搭載されていることを特徴とする投写型表示装置。
6. 請求項１から請求項５までの何れかに記載した投写型表示装置において、
   前記光学系は、プリズムユニットを備え、
   前記プリズムユニット上には、一対の回路基板が略平行に配置されており、
   前記回路基板のうち、前記プリズムユニットに隣接する一方の回路基板には、前記プリズムユニットに対応する部分に切欠きが形成されており、
   前記冷却用空気取り入れ口からの他の一部の空気は、前記プリズムユニットにも供給され、前記一方の回路基板の切欠きを介して一対の回路基板間に通して前記一対の回路基板
   を冷却する通風路を備えることを特徴とする投写型表示装置。

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