JP4006833B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はライトバルブ手段を用いる液晶プロジェクタ等の光学装置に係わり、特に、ライトバルブ手段の冷却に好適な冷却装置を備えた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のライトバルブ手段を用いた光学装置は、特開平８−１７９４２４号公報に示されているように、ライトバルブ手段の温度上昇を抑えるためにライトバルブ手段の下方に送風手段として軸流型の送風手段を配置している。
この場合送風手段からの風を直接ライトバルブ手段にあてることができるので、前記ライトバルブ手段を冷却することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光学装置においては、 ライトバルブ手段の下方に送風手段を設けており、送風手段への空気の供給は装置底面側から行なっている。装置側面側から吸入する空気の吸入抵抗を低減するためには装置の底面側に空間を確保する必要がある。
また、この光学装置の全体高さ寸法は、投射レンズ又はライトバルブ手段の高さに送風手段と整流器の高さを加算した高さ寸法となり、装置の薄型化が困難である。
さらに、この送風手段は、投射レンズに対して下方に突出した位置に配置されるため投射レンズの下方には装置の構成上有効活用しにくいスペース（デッドスペース）が生じてしまい、装置全体のサイズおよび高さ寸法の低減に向かないという課題があった。
【０００４】
本発明の目的は高さ寸法を低減し、装置の小型化に対応した冷却装置を有する光学装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、例えば、特許請求の範囲に記載されたように構成すればよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明による光学装置の実施の形態を幾つかの実施例を用いて説明する。
【００１４】
最初に、本発明の第１の実施例を図を用いて説明する。
図１は本発明による光学装置の一実施例を示す平面図である。図において、光源として用いる放電ランプ１からの照明光２は、放物面鏡のランプリフレクタ３、レンズ４、レンズ５を介して偏光変換素子６に入射され、更に第１のレンズアレイ７、ミラー８、第２のレンズアレイ９を介してダイクロイックミラー１０に入射される。
【００１５】
ダイクロイックミラー１０では、赤色光１１が透過され、緑および青色光１２が反射される。赤色光１１は、第１のミラー１３で反射され、第１の入射側偏光板８１を透過して、第１のライトバルブ手段１４に入射される。緑および青色光１２は、緑色光１６を反射し、青色光１７を透過するダイクロイックミラー１５に入射され、ここで緑色光１６が反射され、青色光１７は透過される。緑色光１６は、第２の入射側偏光板８２を透過し、第２のライトバルブ手段１８に入射される。
青色光１７は、第２のミラー１９、第３のミラー２０を介して、第３の入射側偏光板８３を透過し、第３のライトバルブ手段２１に入射される。
【００１６】
第１のライトバルブ手段１４からの赤透過光、ライトバルブ手段１８からの緑透過光及びライトバルブ手段２１からの青透過光はクロスダイクロイックプリズム２５により合成されて、色合成された出射光２６となり、投射レンズ２７によりスクリーン（図示せず）上に投射される。
本実施例では、色分離光学系を第１のダイクロイックミラー１０、第２のダイクロイックミラー１５、第１のミラー１３、第２のミラー１９、第３のミラー２０から構成し、これをクロスダイクロイックプリズム２５の周囲に配置している。また、照明光学系は、光源からの照明光の利用効率を向上させ、かつ均一な照明光を得るためのものであり、光源である放電ランプ１、ランプリフレクタ３、レンズ４、レンズ５、偏光変換素子６、オプティカルインテグレータ手段である第１レンズアレイ７、ミラー８、第２レンズアレイ９から構成されている。さらに、光源用電源であるランプ電源３１を備えている。
【００１７】
本実施例において、図１の上方から下方に、投射レンズ２７、クロスダイクロイックプリズム２５、色分離光学系、照明光学系、ランプ電源３１がこの順に並べられている。また、色分離光学系及び照明光学系の光学部品は光学ケース２００によって内包保持されている。
さらに、図において、２９は筐体であり、筐体２９の側面には、第１の吸入口９１、第２の吸入口９２および排気口９３が設けられている。６１は第１、第２、第３のライトバルブ手段１４、１８、２１を冷却するための送風手段であり、本実施例では遠心ファンを用いている。６５は前記光学ケースの下方に冷風を導くための送風路であり、６７は送風手段６１の吸入用送風路である。９５は外気を送風手段に導くためのダクトである。
【００１８】
図１において、吸入口９１から吸入された外気は矢印Ｗ１〜Ｗ５で示すように、吸気ファン６３により筐体２９の中に送風される。吸入用送風路６７を通過した風は送風手段６１の側面から吸入される。送風手段６１から送風路６５を通り第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８、２１を冷却した風は上方に抜け筐体２９内に排出される。
さらに本実施例においては、前述のように筐体２９に第２の吸気口９２が設けられており吸気ファン６２により外気が吸入され、外気は第１レンズアレイ７、偏光変換素子６、レンズ５、ランプ電源３１を矢印Ｗ６で示すように通過してこれらを冷却する。
さらに、高温となる光源から発生する熱が光源以外の構成部品に影響を及ぼさないようにするために、放電ランプ１、ランプリフレクタ３の近傍には、光源冷却用の排気ファン２８が配置されており、液晶プロジェクタの筐体２９の外に排気口９３を通して熱風３０を排気する。また、放電ランプ１の近傍にはランプ電源３１が配置される。さらに排気ファン２８は、吸入口９１から入り、第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８、２１を冷却し、筐体２９内に排出される風も同時に排出する。
【００１９】
以下、図２、図３を用いて本発明の冷却装置の詳細について説明する。ここで、図２、図３は送風手段が図１の送風手段６１と投射レンズ２７を挟んで反対側、すなわち図１に向って投射レンズ２７の右側に配置された場合の冷却構造を示している。送風手段を図１に向って投射レンズ２７の左側に配置した場合も同様に構成することができる。
図２は送風路の一実施例を示す斜視図である。図３は図２に示す送風路を用いた冷却構造の一実施例を示す斜視図である。図２、図３の斜視図は共に図１のＸ方向から見た斜視図である。
図２に示すように、送風路６５内には、第１の案内部材１２３、第２の案内部材１２４、第３の案内部材１２５、第４の案内部材１２６が配置されており、送風手段６１から出た風（空気、気体などを含む）、すなわち冷却風は、第１の案内部材１２３により第１の流路１０１と第２の流路１０２とに分割される。すなわち、第１の流路１０１を通り、第２のライトバルブ手段１８を冷却するための第１の風と、第２の流路１０２を通り第１のライトバルブ手段１４および第３のライトバルブ手段２１を冷却するための第２の風とに分割されて送風される。
【００２０】
次に、第２の流路１０２を通る第２の風は第２の案内部材１２４により第３の流路１０３および第４の流路１０４に分割される。すなわち、第３の流路１０３を通り第１のライトバルブ手段１４を冷却する第３の風と、第４の流路１０４を通り第３のライトバルブ手段２１を冷却する第４の風とに分割されて送風される。
【００２１】
さらに、第１の風は、第４の案内部材１２６により第５の流路１０５と第６の流路１０６とに分割される。すなわち、第５の流路１０５を通り第２のライトバルブ手段１８の光の入射側へ抜け、第２のライトバルブ手段１８の光の入射側を冷却する第５の風と、第６の流路１０６を通り、第２のライトバルブ手段１８の光の出射側へ抜け、第２のライトバルブ手段１８の光の出射側を冷却する第６の風とに分割されて送風される。
さらに、第２の流路１０２は第２の案内部材１２４により第７の流路１０７と第８の流路１０８に分割される。すなわち、第７の流路１０７を通り、第１のライトバルブ手段１４の光の入射側へ抜け、第１のライトバルブ手段１４の光の入射側を冷却する第７の風と、第８の流路１０８を通り、第１のライトバルブ手段１４の光の出射側へ抜け、第１のライトバルブ手段１４の光の出射側を冷却する第８の風とに分割されて送風される。
さらに、第４の流路１０４は、第３の案内部材１２５により第９の流路１０９と第１０の流路１１０に分割される。すなわち、第９の流路１０９を通り、第３のライトバルブ手段２１の光の入射側へ抜け、第３のライトバルブ手段２１の光の入射側を冷却する第９の風と、第１０の流路１１０を通り第３のライトバルブ手段２１の光の出射側へ抜け、第３のライトバルブ手段２１の光の出射側を冷却する第１０の風とに分割されて送風される。
【００２２】
次に第３図を用いてライトバルブ手段近傍の冷却構造について詳細に説明する。図３に示すように送風路６５から送風された各冷却用の風のうち、第５の風は第２のライトバルブ手段１８の光の入射側、すなわち第２の入射側偏光板８２の側に送風されて、第２のライトバルブ手段１８の光の入射側および第２の入射側偏光板８２を冷却する。また、第６の風は、第２のライトバルブ手段１８の光の出射側に送風されて、第２のライトバルブ手段１８の光の出射側とクロスダイクロイックプリズム２５の入射側を冷却する。
送風路６５から送風された第７の風は、第１のライトバルブ手段１４の光の入射側、すなわち第１の入射側偏光板８１側に送風されて、第１のライトバルブ手段１４の光の入射側および第１の入射側偏光板８１を冷却する。
第８の風は、第１のライトバルブ手段１４の光の出射側に送風され、第１のライトバルブ手段１４の光の出射側とクロスダイクロイックプリズム２５の入射側を冷却する。
【００２３】
送風路６５から送風された第９の風は、第３のライトバルブ手段２１の光の入射側、すなわち第３の入射側偏光板８３側に送風されて、第３のライトバルブ手段２１の光の入射側および第３の入射側偏光板８３を冷却する。
さらに、送風路６５から送風された第１０の風は、第３のライトバルブ手段２１の光の出射側に送風されて、第３のライトバルブ手段２１の光の出射側とクロスダイクロイックプリズム２５の入射側を冷却する。
【００２４】
以上、第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８、２１を冷却する構成について述べたが、この構成において、各第１〜第４の案内部材１２３、１２４、１２５、１２６の位置および形状を適切に配置することで、各第１〜第１０の風の風量および流速を容易に調整することができる。仮に、第２のライトバルブ手段１８の光の出射側とと第１のライトバルブ手段１４の光の出射側の発熱量が大きい場合、第２のライトバルブ手段１８を冷却するための第６の風と第１のライトバルブ手段１４を冷却するための第８の風が最大の送風量または風速が得られるように配置すれば良い。また、仮に第３のライトバルブ手段２１の発熱量があまり高くない場合には、これを冷却するための第９、第１０の風を絞って送風する。このようにすると、各第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８、２１の温度上昇値をほぼ均等化できる。さらに、入射側の各第１〜第３の入射側偏光板８１、８２、８３も第５、第７、第９の風の風量を第２〜第４の案内部材１２４、１２５、１２６で調節することによって、容易に温度上昇値を制御できる。したがって、送風手段６１の風量を非常に効率的に使用できる。このように、本発明においては、各第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８、２１の光の入出射側、第１〜第３の入射側偏光板８１、８２，８３の発熱量によって、第１〜第４の案内部材１２３、１２４、１２５、１２６で形成される第１〜第１０の流路１０１〜１１０の断面形状、断面積等を変えて、各流路１０１〜１１０の風量、風速などを変えることができる。
【００２５】
以上図２、図３に示したように、本発明では、送風路を複数に分割された流路で構成しているので、各第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８、２１に専用の流路１０１、１０２、１０３、１０４を設けることができる。従って、小型化、薄型化に有効であり、かつ高輝度化に対応した発熱量の大きいライトバルブ手段に対しても有効かつ高効率の冷却装置を有する光学装置を提供することができる。
さらに本発明では、送風手段６１を遠心ファンとし、各ライトバルブ手段の光の入出射側に圧力損失が極力少なくなるようになめらかに吹き分ける流路を設けているので十分な風量が得られる。従って、高効率な冷却を行なうことができ、かつ装置の高さ寸法の削減を図ることができる。
【００２６】
また、本発明では、送風手段６１から送風された風を、各第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８、２１の温度上昇が平均化するように第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８、２１に供給することができる。従って、各第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８、２１の温度を低減することができる。また、自由に風量および風速を制御できるため効率的な冷却装置を備えた光学装置を得ることができる。
さらに、光の吸収率の大きく発熱量の大きい第２のライトバルブ手段１８および第３のライトバルブ手段２１への風量および風速が大きくになるようにし、第１のライトバルブ手段１４への風量および風速が小さくになるように、そこを通過する風を調節することができるので、効率的な冷却装置を備えた光学装置を提供することができる。
【００２７】
さらに、各第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８、２１の入射側偏光板８１、８２、８３の温度をも許容値以内に下げることができるように、第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８、２１の入射側と出射側の風量を制御できる構成としている。
また、上記の実施例においては、送風手段６１からの風を第１〜第４の案内部材１２３、１２４、１２５、１２６により分割しているが、これは複数の断面積の異なるパイプ等で分割する構造であっても同様の効果が得られるものである。
【００２８】
この実施例においては、第１の吸入口９１を送風手段近傍の筐体２９の側面に設け、排気口９３を筐体２９の他の側面に設けているため、光学装置の高さ寸法を少なくすることができる。更に、排気ファン２８を放電ランプ１の近傍に配置したので、光熱を発する放電ランプ１を容易に冷却することができる。
【００２９】
次に、参考発明である光学装置の送風手段６１の配置について図４、５を用いて説明する。
【００３０】
図４は、参考発明による光学装置の参考例を示す斜視図であり、図５は、参考発明による光学装置のさらに他の参考例を示す斜視図である。図４、５において、図１から図３と同じ機能を持つ各要素については同一の参照番号を付けた。また、図４、図５の斜視図は光学装置を通常の使用状態で台の上に置いた場合の平面図（上から見た図）に対して、下方から見た斜視図である。前述の図１に示す実施例においては送風手段６１は図１に向って投射レンズ２７の側面左側に位置し、これを立てた状態で配置されているが、図５の送風手段６１は図１の送風手段６１をほぼ９０度回転させて（寝かせた状態で）配置されている。図４に示す送風手段６１は寝かせた状態で図５とは反対側に配置されている。
【００３１】
本参考例では、送風手段６１の吸入方向を筐体２９の側面、特に、図１に示す筐体２９の上方側面としているために、装置下面側に流路を確保する必要がないため、少ない吸入抵抗で吸気が可能である。さらに、送風手段６１を図４、図５に示すように投射レンズ２７の左右いずれの側に配置しても同じ効果が得られる。また、図４、５に示した光学ユニット２００は、送風路６５が左右どちらに取り付いた場合でも第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８，２１への送風が可能なような構成になっている。
【００３２】
図６は本発明による光学装置に使用する冷却構造の他の実施例を示す断面図である。
本発明の冷却装置は前述のように３枚の別々のライトバルブ手段１４，１８，２１を用いた場合以外にも適用できる。すなわち、図６に示すように１枚の大型のライトバルブ手段２１０の発熱量の大きい中心部分に多く風をあて周辺を少なくするようなライトバルブ手段の冷却装置にも適応することも可能である。
図において、送風手段６１から送風路６５を通った風は、ライトバルブ手段２１０の中心部に送風される第１の風（矢印１０１ａ）と、ライトバルブ手段２１０の周辺部に送風される第２の風（矢印１０２ａ）、第３の風（矢印１０３ａ、）に分割送風されて、大型のライトバルブ手段２１０を冷却する。この場合にも送風手段６１の吸気は筐体２９の側面から行われるため、吸入抵抗が少なく、さらには装置の薄型化にも有利である。
前述の実施例においては、送風手段６１を風を送る手段として利用していたが、以下に、送風手段６１を風を吸入する手段として用いる例について説明する。
【００３３】
図７は、参考発明による光学装置に使用される冷却構造の他の参考例を示す断面図である。図において、送風手段６１は風の排気側に設けられ、第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８、２１を冷却後の風を吸入する。送風路６５を通り第２の流路１０２を通った風は第１のライトバルブ手段１４を冷却した後、送風手段６１を通して排気される。第１の流路１０１を通った風は第２のライトバルブ手段１８を冷却した後、送風手段６１を通して排気される。また、第４の流路１０４を通った風は第３のライトバルブ手段２１を冷却した後、送風手段６１によって筐体２９の外に排気される。
【００３４】
図８は本発明による光学装置のさらに他の実施例を示す平面図である。図において、光源である放電ランプ１からの照明光２は、放物面鏡のランプリフレクタ３、レンズ４、レンズ５を介して偏光変換素子６、第１レンズアレイ７、ミラー８、第２レンズアレイ９を介してダイクロイックミラー４０に入射される。ダイクロイックミラー４０は赤色光４１を反射し、緑および青色光４２を透過する。赤色光４１はミラー１３で反射され、第１のライトバルブ手段１４に入射される。緑および青色光４２は緑色光１６を反射し、青色光１７を透過するダイクロイックミラー１５に入射される。緑色光１６は第２のライトバルブ手段１８に入射される。青色光１７はミラー１９、ミラー２０を介して、第３のライトバルブ手段２１に入射される。
【００３５】
第１のライトバルブ手段１４からの赤透過光と、第２のライトバルブ手段１８からの緑透過光と、第３のライトバルブ手段２１からの青透過光は、クロスダイクロイックプリズム２５により色合成され、色合成された出射光２６は投射レンズ２７によりスクリーン（図示せず）上に投射される。この実施例においては、放電ランプ１から出射された光はＵ字状に曲げられてスクリーン（図示せず）投射される。
高温になる光源から発生する熱が光源以外の構成部品に影響を及ぼさないようにするために、放電ランプ１、ランプリフレクタ３の近傍には、光源冷却用の排気ファン５０が配置されており、液晶プロジェクタの筐体４４の側面から外に熱風４５が排気される。
また、放電ランプ１の近傍にはランプ電源３１が配置される。
【００３６】
図８に向って、投射レンズ２７、クロスダイクロイックプリズム２５を右から左に配置し、色分離光学系を構成する第１のダイクロイックミラー４０、第２のダイクロイックミラー１５、第１のミラー１３、第２のミラー１９、第３のミラー２０をクロスダイクロイックプリズム２５の周囲に配置している。また、光源からの照明光の利用効率を向上させ、かつ均一な照明光を得るための光源である放電ランプ１と、ランプリフレクタ３と、レンズ４と、レンズ５、偏光変換素子６、オプティカルインテグレータ手段である第１レンズアレイ７、ミラー８、第２レンズアレイ９とから構成される照明光学系と、光源用電源であるランプ電源３１とを投射レンズ２７、クロスダイクロイックプリズム２５及び色分離光学系の下部に、照明光学系、ランプ電源３１の順に配置している。
【００３７】
図８に示した実施例においては、送風手段６１は図１の実施例と同じく投射レンズ２７の左側に配置されているが、逆に、右側に配置してもかまわない。送風手段６１の吸気は矢印Ｗ１１で示したように吸気され、矢印Ｗ１２で示すように送風される。この光学装置も図１に示す実施例と同様に、装置全体を小型化できると共に高さ寸法を低減できる効果がある。
なお、図８の実施例において、排気ファン５０を取り去るか、または他の場所に移動し、投射レンズ２７と放電ランプ１の間に送風手段６１を設けてもよい。以上説明したように、本発明の光学装置では送風手段６１の吸入を側面方向か行い、光学装置の吸気口および排気口を側方に配置しているので、吸入抵抗を低減して冷却効果を高めることができると共に、装置の高さ寸法を低減することができる。
【００３８】
さらに、本発明においては、送風路は複数に分割された流路により構成されているため、送風路により各第１〜第３のライトバルブ手段１４、１８、２１に専用の流路１０１、１０２、１０３、１０４を設けることができる。従って、装置の小型化、薄型化に有効であり、かつ放射熱の高い高輝度化に対応したライトバルブ手段に有効に利用することができる高効率な冷却装置を有する光学装置を提供することができる。
さらに本発明では、送風手段６１を遠心ファンとし、さらに流路を各ライトバルブ手段の光の入出射側に圧力損失が極力少なくなるようになめらかに吹き分ける流路を設けることができるので十分な風量が得られる。したがって、高効率な冷却を行うことができ、かつ装置の高さ寸法の削減が図れる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高さ寸法を低減し、装置を小型化でき、高効率の冷却装置を備えた光学装置を提供できる。また、複数のライトバルブ手段を高効率にほぼ均等な温度に冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光学装置の一実施例を示す平面図である。
【図２】送風路の一実施例を示す斜視図である。
【図３】 図２に示す送風路を用いた冷却構造の一実施例を示す斜視図である。
【図４】 参考発明による光学装置の参考例を示す斜視図である。
【図５】 参考発明による光学装置のさらに他の参考例を示す斜視図である。
【図６】 本発明による光学装置に使用する冷却構造の他の実施例を示す断面図である。
【図７】 参考発明による光学装置に使用される冷却構造のさらに他の参考例を示す断面図である。
【図８】 本発明による光学装置のさらに他の実施例を示す平面図である。

Claims (2)

1. 光を出射する光源と、前記光源からの光を変調して光学像を形成するライトバルブと、前記ライトバルブからの光学像を投射する投射レンズを備えた光学装置であって、
   前記光学装置の筐体の側面であって、前記投射レンズが光学像を投射する面に設けられた吸入口と、
   前記吸入口と前記投射レンズとの間であって、前記投射レンズの側方に縦置きで配置され、前記吸入口からの空気を第１の方向で吸入し、前記第１の方向に対して垂直な方向である第２の方向に空気を送風する遠心ファンと、
   前記遠心ファンから送風された空気を前記ライトバルブに導く送風路と、
   前記送風路内に設けられ、前記ライトバルブの入射側と出射側の各々に前記空気を導く案内部材を備え、
   前記第２の方向が、前記投射レンズの光軸と平行となるように前記遠心ファンを配置したことを特徴とする光学装置。
2. 請求項１に記載の光学装置であって、
   前記光源の近傍に配置され、前記ライトバルブを冷却した空気を吸入し、排気する排気手段と、
   前記排気手段からの空気を排気する排気口を備えたことを特徴とする光学装置。

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