JP3738779B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光をライトバルブに照射することによって得られた映像をスクリーン等に投射する投射型表示装置に関するものである。

図９〜１０に従来の投射型表示装置を示す。投射型表示装置１は、光学系ユニット２と、該光学系ユニット２を冷却する軸流ファン３と、光学系ユニット２，軸流ファン３等を取付けた外装キャビネット（筺体）４とを備えている。

光学系ユニット２は、光源（ランプ）２１と、フライアイレンズ群２２と、ＰＳ変換素子２３と、色分解ミラー（ダイクロイックミラー）２５，２６と、反射ミラー２４，２７，２８，２９と、３枚のコンデンサレンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂと、入射側偏光板３６，液晶パネル３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ及び出射側偏光板３７からなる３組のライトバルブ３５と、色合成用のクロスプリズム（ダイクロイックプリズム）３２と、プロジェクションレンズ３３と、ユニットフレーム３４を備えている。

ＰＳ変換素子２３は、誘電体膜がコーティングされた短冊状のガラスを接着剤で貼り合わせることにより形成されている。また、液晶パネル３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂの入射側には、それぞれ入射側の偏光板（偏光フィルム）３６が薄いガラス板を介してコンデンサレンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂに接着されているとともに、液晶パネル３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂの出射側には、それぞれ偏光板３７が薄いガラス板を介してクロスプリズム３２に接着されている。

光源２１から照射された照明光は、フライアイレンズ群２２によって均一化され、ＰＳ変換素子２３によって偏光方向が揃えられたのち、反射ミラー２４，２７，２８，２９、色分解ミラー２５，２６によって、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分解される。

コンデンサレンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ及び偏光板３６を通して液晶パネル３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂに照射された各色の光は、画像信号によって変調され、偏光板３７を通してその透過率が制御される。このようにして液晶パネル３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ上に形成された画像は、クロスプリズム３２によって色合成され、投射レンズ３３によって外部のスクリーン（図示省略）に投射される。

次に偏光板３６、３７を光が通過するときに発生する温度上昇を押さえるための冷却手段について説明する。ユニットフレーム３４の下面には、３枚の液晶パネル３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂや偏光板３６，３７に臨む吸気用の開口部３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂが設けられているとともに、これら吸気用の開口部３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂに対向する光学系ユニットフレーム３４の上面位置には、排気用の開口部３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂが設けられている。

軸流ファン３は、光学系ユニット２の下部、即ちクロスプリズム３２の略真下に配置されていて、ユニットフレーム３４に設けた吸気用の開口部３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂから冷却風を３枚の液晶パネル３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂや偏光板３６，３７等に吹き付けたのち、排気用の開口部３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂを通り、外装キャビネット４に設けた排気口（図示省略）から外部に排出されるようになっている。

上記投射型表示装置１は、光源２１や光学部品等の技術改良によって、輝度の向上を図ることができるようになった。しかしながら、輝度の向上とともに例えば偏光板３６，３７等での発熱を抑えるため、冷却性能の向上が重要な課題となっている。

また、一方で、会議室内等で使用される投射型表示装置の騒音レベルが問題視されている。従来、カタログ上の騒音レベルの低い軸流ファンが多く使用されているが、軸流ファンの特性は風量を得るには有利だが大きな静圧を得るには適していない。従って、さらなる冷却のために流路抵抗の大きなクロスプリズム３２周辺等に冷却風を通すには、大容量の軸流ファンを使うか、高電圧駆動、高回転での使用を余儀なくされ、ファンの騒音は悪化する。また光学部品へのゴミの付着を防ぐ為、ファンの吸入口にフィルタを配置するのが通例であるが、これによっても騒音レベルは悪化する。

そこで、冷却ファンにシロッコファンを使用した投射型表示装置も開発されている。シロッコファンは、図１１の静圧−風量特性図に示したように、軸流ファンに較べて高い静圧状態において大きな風量を確保できる。従って、投射型表示装置内の流路抵抗が大きい場所に冷却風を送り込んで効果的に冷却することができる利点がある反面、同容量の軸流ファンに較べて騒音レベルが高いために、投射型表示装置を使用しての会議において不都合をきたす問題点があった。

本発明は、光学系ユニットを冷却風により効率良く冷却すると共に、装置全体の騒音を、会議等において不都合をきたさないレベルまで低減させた、高冷却効率の低騒音な投射型表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、光源および当該光源の光出力側に配置された偏光変換素子、並びにライトバルブを有する光学系ユニットと、上記光学系ユニットを冷却する冷却手段と、上記光学系ユニット及び冷却手段を組付けた外装キャビネットとを備えた投射型表示装置において、上記冷却手段は、シロッコファンと、上記シロッコファンからの冷却風を上記ライトバルブと共に上記偏光変換素子または上記光源まで導くダクトと、上記ダクト内に設けられた風量制御手段とを備え、上記光源からの光の出力を小さくするモードにおいて、上記シロッコファンから上記光源への送風量を少なくした。上記ダクトは、上記シロッコファンからの冷却風を上記ライトバルブに導く第1のダクトと、上記第1のダクトから上記冷却風を上記光源に導く第２のダクトとで構成するとよい。また、上記第２のダクトにより、上記光源と共に、当該光源からの光の偏光方向を揃えるためのＰＳ変換素子へ上記冷却風を導くとよい。また、上記冷却手段は、上記光源を冷却した冷却風を上記外装キャビネットの外に排気する光源部排気ファンをさらに備え、上記光源からの光の出力が小さくなると上記光源部排気ファンの回転数を落とすとよい。

ここで、シロッコファンはダクト内に静圧の高い冷却風を生じさせ、ライトバルブ等の流路抵抗の高い場所を効率良く冷却できる。またダクト内に設けられた風量制御手段は、静圧の高い冷却風を光学系ユニット内に配分するため、総合的に適切な条件で冷却することができる。

本発明の投射型表示装置によれば、冷却ファンにシロッコファンを使用し、かつダクトを設け、さらにダクト内に風量制御手段を設けることで適切な冷却風をライトバルブ部周辺に導いて該部を効果的に冷却することにより、小容量のシロッコファンの使用を可能にし、会議等での使用なレベルまで装置の騒音を低減することができる。
さらに、シロッコファンの冷却風によって、光源も冷却することができ、光源からの光の出力が小さくなると、これに合わせてシロッコファンから光源への送風量を少なくし、騒音を低減することができる。

図１は本発明の投射型表示装置１の斜視図、図２は同平面図、図３は同側面図である。

上記投射型表示装置１は、光学系ユニット２と、該光学系ユニット２を冷却する冷却ファン３と、上記光学系ユニット２及びシロッコファン３を組付けた外装キャビネット（筺体）４と、上記冷却ファン３で作られた冷却風を上記光学系ユニット２に導くダクト５と、該ダクト５に設けられていて冷却ファン３で作られた冷却風を所定の割合で光学系ユニット２のライトバルブ３５に導く風量制御手段６と、光源排気用ファン７を備えている。

上記光学系ユニット２は、図９〜１０に示した従来の光学系ユニットと略同じ構成であるので重複する説明を省略する。

上記冷却ファン３には、シロッコファン（偏平形多翼ファン）が用いられている。

上記冷却ファン３は、送風口３ａを、上記光学系ユニット２に設けたＲ，Ｇ，Ｂの吸気用の開口部３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂの下方側に向けた状態で上記プロジェクションレンズ３３と外装キャビネット４の間に配置されている。そして、上記冷却ファン３の送風口３ａから吹き出された冷却風は、ダクト５によって上記光学系ユニット２の各部に導かれるようになっている。

図２〜３に示したように、上記ダクト５は、冷却ファン３から送り出されてきた冷却風を上記光学系ユニット２のクロスプリズム３２周辺に導くためのＲ，Ｇ，Ｂ用の第１のダクト部５１と、上記冷却風を光源２１周辺に導くための光源用の第２のダクト部５２を備えている。

図４に示したように、上記第１のダクト部５１は、冷却ファン３から送り出されてきた冷却風の向きを変えるための傾斜面５３と、上記光学系ユニット２に設けた吸気用の開口部３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂへ導入される冷却風の風量を制御するための風量制御手段６を備えている。そして、上記冷却ファン３から送り出されてきた冷却風は、上記傾斜面５３に当って略９０゜向きを変えられ、かつ上記風量制御手段６によって風量を制御され、上記開口部３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂから上記クロスプリズム３２側に導入される。

上記傾斜面５３は、冷却に大きな風量を必要とするＧ，Ｂの開口部３８Ｇ，３８Ｂの下方に設けるのが良い。

また、風量制御手段６は、軸５４によって風量制御板５５を回動可能に取付けることによって構成されていて、上記軸５４を中心にして上記風量制御板５５を回動させ、該風量制御板５５の角度を制御することにより、上記ＲＧＢ用の開口部３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂに導入される風量を微調整することができるようになっている。上記風量制御手段６は、図示省略の操作手段によって外部から操作可能になっている。

図６は、風量と偏光板温度の関係を示すものであり、ＲＧＢの各開口部毎の個別送風量と温度の低減曲線を示す。このカーブに基づいて適切な風量バランスを与えることにより、偏光板を適切な温度範囲に保つことが可能になる。

実験の結果、開口部３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂから、偏光板３６、３７と、その間に介在する赤色、緑色及び青色の液晶パネルに、その順番に１：２：３の風量比で冷却風を配分することで、ライトバルブの温度を総合的に最も効率的に低減できることがわかった。

そして、ＲＧＢの各液晶パネルの発熱比に応じて１：２：３の割合で冷却風を導入する構成にしたので上記ＲＧＢの各液晶パネルを理想的な形で冷却することができる。

また、図２に示したように、上記第２のダクト部５２は、上記第１のダクト部５１の一端部から上記光学系ユニット２のＰＳ変換素子２３の下方を通って上記光源２１の下方まで延びている。そして、冷却ファン３の冷却風によって光源２１も冷却することができる。
上記第２のダクト部５２は、上記ＰＳ変換素子２３に臨む部分と、上記光源２１に臨む部分にそれぞれ第１，第２の開口部５６，５７を有している。上記第１のダクト５１を通って風量制御手段で制御され、第２のダクト部５２内に導入されてきた冷却風は、上記第１の開口部５６を通って上記ＰＳ変換素子２３に当たりこれを冷却するとともに、上記第２の開口部５７を通って上記光源２１に当たり、これを冷却したのち上記光源部排気用ファン７で作られた排気とともに外装キャビネット４外に排出されるようになっている。

上記第２のダクト部５２は、上記第１の開口部５６よりも上流側（第１のダクト部５１側）に風量制御板６１を有している。この風量制御板６１は、スライドスイッチ（図示省略）に連動して作動し、上記ＰＳ変換素子２３や光源２１側への送風量を調整することができるようになっている。

そして、上記光源２１の長期信頼性を向上させる為に設けられた節電モードにおいては、上記光源２１からの出力が小さくなるのでこれに合わせて送風量を少なくするとともに、光源部排気用ファン７の電圧（回転数）を落として騒音を低減させることができる。

図４に示したように、上記外装キャビネット４の下面の上記冷却ファン３に対応する位置には空気吸入口７１が設けられていて、該空気吸入口７１にはフィルター７２が取付けられている。上記フィルター７２は、外気中に含まれている塵埃等を除去することにより、これら塵埃等から上記液晶パネル３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂやクロスプリズム３２等を保護するためのものである。上記フィルター７２を使用した場合に吸入側流入抵抗が増大し、送風量は低下する。特に、冷却ファンに従来のように軸流ファンを使用した場合には、上記送風量の低下とともに騒音が増大する。シロッコファン３を使用した場合には、送風量の低下は避けられないが、シロッコファン３の騒音は、上記フィルター７２の密閉効果により外装キャビネット４内に封じ込められた状態になるのでむしろ減少する。

上記ダクト５は、光学系ユニット２や外装キャビネット４とは別部材として構成して、上記外装キャビネット４に取付ける構成にしても、或は上記外装キャビネット４と一体的に形成してもよい。

次に、騒音レベルを低減させる為のファンの基本仕様に関する検討について述べる。なお、上記騒音レベルを表現するため、後述するＮＣ値を用い、本実施の形態において達成される騒音レベルを明確化した。これにより、従来の技術に較べ改善したレベルをより具体的に示すことを目的とする。

音圧を基準値に対してデシベル表示したものを音圧レベルといい、その音圧レベルに聴感特性に基づく周波数補正（Ａ特性）をかけたものを騒音レベル（単位ｄＢ（Ａ））という。さらに、聴衆の会話における聴取妨害の程度を示す値としてＮＣ（Ｎｏｉｓｅ Ｃｒｉｔｅｒｉａ）値がある。ＮＣ値は３１.５〜８０００Ｈ_Z程度までの各周波数帯域毎の騒音の音圧レベルより、所定の周波数曲線群（ＮＣ曲線）と比較することによって求められる。そして、そのレベルは、ＮＣ２０〜３０の基準が、非常に静か、大会議可能。ＮＣ３０〜３５が、静か、１５フィートのテーブルで会議可能、１０〜３０フィート離れて普通の声の会話が可能。ＮＣ２５〜３０程度なら寝室・音楽室・映画館等での使用が可能。ＮＣ３５〜４０が、１０〜１５フィート離れての普通の声の会話が可能、電話に支障無しとされている。

図７は、軸流ファンとシロッコファンのユニットインピーダンス（静圧−風量）曲線及びＰ−Ｑ曲線を示す。実装密度（流路抵抗）が高い部分への送風はシロッコファンが適していることは既に明らかなことであるが８Ｖ程度の駆動電圧でも、最大風量に対して２２〜４２％程度まで送風可能である。軸流ファンの１２Ｖ駆動に対してシロッコファンは、８Ｖ駆動でも約７０％増しの風量が確保できる。なお、Ｐ−Ｑ曲線と静圧−風量曲線との交点が光学系ユニット内に実際に送風されている風量を示す。

図８に示す表は軸流ファンと、シロッコファンの基本仕様と、本実施の形態の投射表示装置１において、上記ＲＧＢ用の開口部３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂから導入されてくる冷却風の風速と開口面積から送風量をモニターしたものである。その結果、８Ｖ・０.５Ａ駆動のシロッコファンによっても充分な冷却効果を得ることができ、かつ騒音もセット測定性能でＮＣ３５以下に抑えることが可能であることが判明した。なお、この実験では、風量制御板６１を偏光板温度が軸流ファンにおける温度条件以下となるよう調整している。上述の最適風量に風量制御板６１を調整すれば、さらなる冷却効果、ひいては騒音低減効果が期待できる。

上述の実施の形態においては、風量制御手段６が回動可能であり、外部より調整できるようになっているが、本発明はこれに限らず、風量制御手段６がダクトに固定もしくは一体成形され、単に風量の配分を制御する場合にも適用することができる。

また、上述の実施の形態においては、風量制御手段６が一つの仕切り板として図示されているが、本発明はこれに限らず、複数の部品であったり、その形状が曲面であったり、さらに冷却風の一部を通す多孔質材で構成されても構わない。

投射型表示装置の斜視図。 投射型表示装置の略示的平面図。 投射型表示装置の略示的断面図。 投射型表示装置の第１のダクト部の断面図。 投射型表示装置の第２のダクト部の断面図。 軸流ファン、シロッコファンによる実測偏光板温度−風量特性曲線を示すグラ フ。 クロスプリズム部の静圧−風量（インピータンス）曲線を示すグラフ。 軸流ファン、シロッコファンの基本仕様、及び測定風量・測定温度の関係を示 す表。 従来の投射型表示装置の略示的平面図。 従来の投射型表示装置の略示的断面図。 静圧−風量特性図。

符号の説明

１…投射型表示装置、２…光学系ユニット、３…冷却ファン、４…外装置キャビネット、５…ダクト、６…風量調整手段、２１…光源、３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ…液晶パネル。

Claims (4)

1. 光源および当該光源の光出力側に配置された偏光変換素子、並びにライトバルブを有する光学系ユニットと、
   上記光学系ユニットを冷却する冷却手段と、
   上記光学系ユニット及び冷却手段を組付けた外装キャビネットと
   を備えた投射型表示装置において、
   上記冷却手段は、
   シロッコファンと、上記シロッコファンからの冷却風を上記ライトバルブと共に上記偏光変換素子または上記光源まで導くダクトと、
   上記ダクト内に設けられた風量制御手段とを備え、
   上記光源からの光の出力を小さくするモードにおいて、上記シロッコファンから上記光源への送風量を少なくする
   ことを特徴とする投射型表示装置。
2. 上記ダクトは、
   上記シロッコファンからの冷却風を上記ライトバルブに導く第1のダクトと、
   上記第1のダクトから上記冷却風を上記光源に導く第２のダクトから構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 上記第２のダクトにより、上記光源と共に、当該光源からの光の偏光方向を揃えるためのＰＳ変換素子へ上記冷却風を導く
   ことを特徴とする請求項２に記載の投射型表示装置。
4. 上記冷却手段は、
   上記光源を冷却した冷却風を上記外装キャビネットの外に排気する光源部排気ファンをさらに備え、
   上記光源からの光の出力が小さくなると上記光源部排気ファンの回転数を落とす
   ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。

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