JP5010753B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は投写型表示装置に関し、特に圧力調整室を有する投写型表示装置に関する。

家電製品等においては静音性が求められており、各種の静音化技術が開発されている。この傾向は家電製品に留まらず、一般の電子機器にまで拡大している。特にパーソナルコンピュータ関連機器においては、コンピュータの構成部品である磁気ディスク装置、ＣＰＵクーラ、電源クーラだけでなく、その周辺装置である投写型表示装置等に対しても静音化の要求が高い。

投写型表示装置は、特に大きな発熱体を有する機器であり、性能や信頼性の確保のために冷却を行うことが必須である。その冷却方法は大きく空冷と水冷を含む液冷との２つに分類することができる。電子機器を空冷する場合、その空冷方法は自然空冷と強制空冷とにさらに分類することができる。強制空冷においては各種の送風機によって空気を強制的に被冷却物に当てたり、あるいは、機器内部の暖まった空気を排気したりしている。この冷却用の送風機からは音が発生し、電子機器の冷却能力を高めようとすると冷却用の送風機から発生する音が騒音となって問題になることがある。この傾向は大きな発熱体を具備する電子機器において顕著であり、また装置が小型化するに従って顕著になる傾向にある。

特に光源ランプは９００℃前後の温度に保つ必要があり、液冷による冷却は構造的に難しいので空冷によって冷却されるのが一般的である。高出力のランプに対しては、冷却効率を高めるために非常に流速の速い冷却風が必要とされる。このため光源ランプの冷却にはシロッコファンに代表される多翼ファンが多用されている。高い流速を得るために導風ダクトによって流れを絞り込んで使用されているが、高い圧力損失を伴うために、送風機から発生する音が騒音となって問題になることがある。また、小型の装置の場合には送風機の周りに充分な空間が取れない場合が多いため、送風機を効率が高い状態で使用することが難しい。

このため、高い圧力損失に対応できる高静圧で低騒音の冷却デバイスが求められている。各種の送風圧縮機の中で容積型の往復動型の圧縮機は非常に高い静圧を得ることができ、中でもダイアフラム型の空気圧縮機は小型ながら一般的なシロッコファンに比べて百倍以上の空気圧を得ることができるので、光源ランプの冷却手段としての利用方法が検討されている。しかし、容積型の往復動型の圧縮機の高静圧空気には脈動があり、対象物を定常状態で冷却するにはこの脈動を抑える必要がある。

特許文献１には、ポンプの脈動防止構造に関する圧力室の破損防止のアプローチとして、圧力室の圧力を検知してポンプ上流の管路に空気を導入する方法が開示されている。

また、特許文献２には、ポンプの吐出口の後の流路に設けられた圧力計の測定値に電気的なフィルタをかけることにより、ポンプに起因する圧力変動のみに対し、ポンプのモータの回転を制御して吐出圧の変動を抑える方法が開示されている。特許文献３においてはマイクロガスタービンの配管上流側に一定容積をもつ第一緩衝室と第二緩衝室の二つの緩衝室を直列にもうけることにより脈動を減少させる方法が開示されている。

特開平１１−２７０７７３号公報 特開平９−２６８９８２号公報 特開２００２−３４０２７８号公報

ところが、上述した従来の技術では、次のような問題がある。即ち、第１の問題点は、従来の脈動防止構造は、圧力変動を抑制することはできるが、断続運転によりポンプが停止した際には、流体の流れが止まってしまうという問題がある。

第２の問題点は、小型のダイアフラム型の空気圧縮機では、ダイアフラム膜に使用できる材料の特性上、連続使用できる時間が短く断続的な休止時間を設ける必要がある場合があり、短時間の休止の間にも冷却対象に送気を続ける必要があるという問題がある。

第３の問題点は、小型のダイアフラム型の空気圧縮機では、断続運転することによりダイアフラム膜の寿命を延長することができるが、光源ランプの冷却に使用する場合には、短時間の停止であっても光源ランプの温度変動への影響が大きく、発光特性に影響するという問題がある。

本発明の目的は、脈動が防止され、短時間の停止の場合にも連続して冷却対象への定常的な冷却気体の噴射が可能な、送風圧縮機を用いた投写型表示装置を提供することにある。

本発明の投写型表示装置は、気体を被冷却部位に直接噴射する気体噴射冷却システムを具備している。気体噴射冷却システムは、送風圧縮機と、気体を被冷却部位に直接噴射する噴射部と、容量可変な内部空間を有する圧力調整室と、送風圧縮機と圧力調整室とを接続する第一の気体配管と、圧力調整室と噴射部とを接続する第二の気体配管と、第二の気体配管の内部圧力を測定する圧力検出手段と、を有している。送風圧縮機が停止した後に、圧力検出手段で測定した内部圧力の値が所定の値以下になると、送風圧縮機が動作する。

本発明は、送風圧縮機と噴射部と間に容量可変な内部空間を有する圧力調整室を設けたので、気体の脈動が平均化され、送風圧縮機を間欠運転しても気体を被冷却部位に同じ状態で噴射できて冷却状態を同一に維持できるという効果がある。

小型で高静圧が得られる往復式の送風圧縮機を用いることによって、気体噴射冷却システムを小型化でき、例えば光源ランプの冷却に空冷冷却システムを用いる投写型表示装置などを小型化できるという効果がある。

本発明の第１の実施の形態の投写型表示装置のランプユニットと光学ユニットと高圧空気噴射冷却システムの模式的構成図である。 本発明の第１の実施の形態の投写型表示装置の筐体上部カバーを外した状態の斜視図である。 図２の投写型表示装置を裏面側から見た斜視図である。 図２における投写レンズを除いた光学ユニットとランプユニットとの斜視図である。 ランプユニットとランプユニットを取り外した光学ユニットとの裏面側から見た斜視図である。 ランプユニットの斜視図である。 ランプユニットの分解斜視図である。 ランプユニットの模式的断面図である。 ランプユニットのリフレクタ保持部材を下面側より見た斜視図である。 図９のフレクタ保持部材の冷却用穴近傍の拡大斜視図である。 本発明の第１の実施の形態の高圧空気噴射冷却システムとランプユニットとを示す模式的斜視図である。 高圧空気噴射冷却システムの圧力調整室の動作を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は空気圧縮機停止中、（ｂ）は空気圧縮機作動中を示す。 本発明の第２の実施の形態の高圧空気噴射冷却システムとランプユニットとを示す模式的斜視図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の投写型表示装置のランプユニットと光学ユニットと高圧空気噴射冷却システムの模式的構成図であり、図２は本発明の第１の実施の形態の投写型表示装置の筐体上部カバーを外した状態の斜視図であり、図３は図２の投写型表示装置を裏面側から見た斜視図であり、図４は図２における投写レンズを除いた光学ユニットとランプユニットとの斜視図であり、図５はランプユニットとランプユニットを取り外した光学ユニットとの裏面側から見た斜視図であり、図６はランプユニットの斜視図であり、図７はランプユニットの分解斜視図であり、図８はランプユニットの模式的断面図であり、図９はランプユニットのリフレクタ保持部材を下面側より見た斜視図であり、図１０は図９のフレクタ保持部材の冷却用穴近傍の拡大斜視図である。

本実施の形態では、冷却の対象として高い冷却特性とコンパクト化が求められる投写型表示装置の光源ランプを例として説明するが、これに限定されるものではなく、気体噴射により冷却が可能な対象に対して広く適用できる。気体を一般的に用いられる空気として説明するが、熱伝導率の大きいヘリュームやアルゴンなどを用いることも可能である。また、送風圧縮機は、小型で高圧、低騒音のダイアグラム型空気圧縮機として説明するが、これに限定されるもではなく、往復式のピストン圧縮機や、必要な圧力や吐出量が得られれば回転式などの送風圧縮機も使用可能である。気体噴射冷却システムは本実施の形態では高圧空気噴射冷却装置として説明する。

本発明における投写型表示装置１は、図１に示すように、ランプユニット１０と、本発明の第１の実施の形態である高圧空気噴射冷却システム３０と、光学ユニット６０とを有する。

ランプユニット１０は、図７、図８に示すように、光源ランプ１１、光源ランプ１１の出射光を反射して焦点に集束するリフレクタ１２、リフレクタ１２を保持して隣接する光学ユニット６０に対して位置決めするリフレクタ保持部材１４、リフレクタ１２を外部から保護するリフレクタカバー１３、および光源ランプ１１に電源を供給するランプコネクタ５２を有する。

高圧空気噴射冷却システム３０は、図４に示すように、小型で高圧の空気を発生できるダイアフラム型空気圧縮機３１と、容量可変な内部空間を有し高圧空気の脈動を防止し、短時間の圧縮機の停止の場合にも連続して冷却対象への定常的な冷却空気の噴射を可能とする圧力調整室３３と、ランプユニット１０のリフレクタ保持部材１４に接続してリフレクタ保持部材１４の内部に設けられた噴射部の噴射口である冷却用穴２２（図８）に高圧空気を供給する送風スタッド４１と、それらを接続する配管とを有する。小型で高圧の空気を発生できる送風圧縮機としては往復式圧縮機が適しており、往復式圧縮機にはピストン型とダイアフラム型とがあり、ここでは小型の点からダイアフラム型を使用することで説明するがピストン形であっても使用できる。またダイアフラム型にもダイアフラムが１個のものと２個のものがあり、２個のほうがより小型となる。ただダイアフラム型の空気圧縮機の場合、ダイアフラム膜の疲労現象の蓄積防止のために、回復のための短時間の停止を断続的に行う必要のある場合があるので、連続的な空気の供給を必要とする場合にはその対応を行う必要があり、本実施の形態では後に詳細に説明するように圧力調整室３３がその対応を行う。

光学ユニット６０は、画像形成素子であり反射型光変調素子であるＤＭＤ６７を照明する照明光学系と、画像形成素子であるＤＭＤ（デジタルマイクロデバイス）６７と、ＤＭＤ６７からの光束をスクリーン８０に投写する投写レンズ６１とから構成されている。照明光学系は、リフレクタ１２で反射された光源ランプ１１からの光束の集光点にカラーセグメントが位置するように配置され、ランプユニット１０からの光を複数の色に時分割するカラーホイール６３と、カラーホイール６３を透過した光束を受ける位置に入射端面が位置するように配置されていて、ランプユニット１０からの光束の輝度分布を均一化して出射面から出射する輝度ムラ低減素子であるロッドインテグレータ６４と、ロッドインテグレータ６４からの出射光束をＤＭＤ６７に導くアフォーカル光学系とで構成されている。アフォーカル光学系はレンズ６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、平面鏡６６ａ、６６ｂとから成る。ここでは画像表示器としてＤＭＤで説明しているが液晶表示装置であっても本発明の高圧空気噴射冷却システム３０は同様に使用できる。

ここで、冷却の対象となる光源ランプ１１を有するランプユニット１０について図５〜図９を参照して更に詳細に説明する。ランプユニット１０は上述のように光源ランプ１１、リフレクタ１２、リフレクタカバー１３、リフレクタ保持部材１４を有する。リフレクタ保持部材１４には、円形開口部１７があり、この円形開口部１７にはパイレックス（登録商標）カラス製の防爆ガラス１８が設けられている。また、リフレクタ保持部材１４には、高圧空気噴射冷却システム３０の送風スタッド４１と接続するエア接続部２１が設けられており、エア接続部２１が噴射部の噴射口である冷却用穴２２に連通して高圧空気噴射冷却システム３０の一部を構成している。一方、投写型表示装置本体の光学ユニット６０には、図５に示すように、ランプユニット１０を位置決めするランプユニット位置決め部１５と、ランプユニット１０を固定するランプユニット固定部６２と、外部と電気的に接続する電源コネクタ５３（図２）とが設けられており、これに加えて、高圧空気噴射冷却システム３０の配管と接続された送風スタッド４１の取り付け部を有している。図４に示すように、送風スタッド４１には、シリコンチューブ３２が接続され圧力調整室３３を介してダイアフラム型空気圧縮機３１が接続されている。送風スタッド４１の取り付け部に取り付けられた送風スタッド４１とランプユニット１０のエア接続部２１とはランプユニット１０を投写型表示装置本体の光学ユニット６０に取付けることで接続し、電源コネクタ５３もランプユニット１０と接続されるように構成されている。

光源ランプ１１を冷却するためにリフレクタ保持部材１４に設けられたエア接続部２１には、図１０に示すように、内面に向けて冷却用穴２２ａ、２２ｂ、２２ｃが設けられている。冷却用穴２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、図９に示すように、光源ランプ１１のバルブ部５０の先端部５０ａ、陰極部５０ｂ、バルブ上部５０ｃに向かって開口している。冷却用穴２２ａ、２２ｂ、２２ｃはダイアフラム型空気圧縮機３１の高静圧を利用して速い流速の冷却風に変換するために直径０．５ｍｍ程度の非常に小さい穴径となっており、高圧の空気が高速の空気流に変換される。

次に、本発明の第１の実施の形態の高圧空気噴射冷却システム３０の構成と動作について説明する。図１１は本発明の第１の実施の形態の高圧空気噴射冷却システムとランプユニットとを示す模式的斜視図であり、図１２は高圧空気噴射冷却システムの圧力調整室の動作を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は空気圧縮機停止中、（ｂ）は空気圧縮機動作中を示す。図４、図１１において圧力調整室３３は部分断面図として示されている。

高圧空気噴射冷却システム３０は、上述のように小型で高圧の空気を発生できるダイアフラム型空気圧縮機３１と、容量可変な内部空間を有し高圧空気の脈動を防止し、短時間のダイアフラム型空気圧縮機３１の停止の場合にも連続して冷却対象への定常的な冷却空気の噴射を可能とする圧力調整室３３と、ランプユニット１０のリフレクタ保持部材１４に接続してリフレクタ保持部材１４の内部に設けられたエア接続部２１の冷却用穴２２ａ、２２ｂ、２２ｃに高圧空気を供給する送風スタッド４１と、それらを接続する配管とを有する。ここでは冷却用穴２２を３個として説明するが、３個に限定されるものではなく冷却対象に対応させて増減させてもよく、穴径と穴の方向も冷却対象に対応させて設定すればよい。ここでは最も用途の大きい投写型表示装置のランプユニットの光源ランプの冷却を例として説明するが、これに限定されるものではなく、冷却対象部位に対応するように冷却用穴を設けられるならば装置の発熱部位の冷却に広く応用することが可能である。

ダイアフラム型空気圧縮機３１を動作させることにより、接続された吐出側の配管であるシリコンチューブ３２内の圧力が上昇する。配管内の圧力Ｐはシリコンチューブ３２内の抵抗、リフレクタ保持部材１４に設けられたエア接続部２１内の抵抗および冷却用穴２２の開口面積と数、およびモータポンプ３１の運転条件によって決定される。

圧力調整室３３の内壁面はシリンダ３８となっており、シリンダ３８内面を自由に滑動可能なピストン３９が内蔵されている。ピストン３９の圧縮空気側と反対の側には、スプリング４０が設けられており、スプリング４０によりピストン３９に押圧力が加えられている。図１２（ａ）に示すように、ダイアフラム型空気圧縮機３１の停止中、ピストン３９はスプリング４０により押圧されてシリンダ３８の下端に位置する。ダイアフラム型空気圧縮機３１の動作中は、配管内が所定の圧力Ｐ１に保たれるため、リフレクタ保持部材１４に設けられた冷却用穴２２ａ、２２ｂ、２２ｃからエアを噴出しながらも図１２（ｂ）に示すように、ピストン３９は上昇し、シリンダ３８の内部の空気量は増加する。

この際、ピストン３９にはＦ＝Ｐ１×Ａの力が作用している。この際のスプリング４０とピストン３９の移動量Ｘとの関係はＦ＝Ｐ１×Ａ＝ｋＸであらわされる。ここで、Ａはピストン底面積、ｋはバネ定数である。一定時間ダイアフラム型空気圧縮機３１を動作させた後にダイアフラム型空気圧縮機３１を停止すると、シリンダ３８内部のエアはピストン３９に加わるスプリング４０の押圧力により圧力調整室３３から押し出され冷却用穴２２ａ、２２ｂ、２２ｃから噴出される。この際にピストン３９は最終的にポンプ停止中の位置に戻る。図９に示す冷却風２３ａ、２３ｂ、２３ｃの流速と持続時間はシリンダ３８の内径および有効長さとスプリング４０のバネ定数ｋおよび冷却用穴２２ａ、２２ｂ、２２ｃの穴径により求めることができる。

光源ランプ１１を冷却したエアは、リフレクタ保持部材１４に設けられた排気用穴１９（図９）からリフレクタ保持部材１４の外に排気される。

このように圧力調整室３３が動作することにより、ダイアフラム型空気圧縮機３１の停止中もエアを送風することが可能になるため、一定の時間ダイアフラム型空気圧縮機３１の運転を停止することができる。これにより光源ランプ１１の温度の上昇を抑えつつダイアフラム型空気圧縮機３１の断続運転が実現でき、ダイアフラム膜の耐用時間を延ばすことができる。ダイアフラム型空気圧縮機３１の断続運転は駆動回路に設けられたタイマーで制御可能であり、また圧力調整室３３の空気出口側に圧力センサを設け、圧力が所定の値以下になった場合は再起動することにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態の高圧空気噴射冷却システムについて説明する。図１３は本発明の第２の実施の形態の高圧空気噴射冷却システムとランプユニットとを示す模式的斜視図である。第２の実施の形態の高圧空気噴射冷却システム１３０は、第１の実施の形態の高圧空気噴射冷却システム３０と、第３の配管接続部である動力出力部４３と制御弁４４と圧力センサ４２とが設けられていることが異なるだけで他の構成と動作は第１の実施の形態と同じなので、第１の実施の形態と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。また、ここでは高圧空気噴射冷却システム１３０の高圧空気を用いて操作される空気操作式可動構造体を筐体７０のチルトフット７１の空気式昇降部として説明するがこれに限定されるものではなく、空気操作式の可動構造体に広く適用できる。

第２の実施の形態の高圧空気噴射冷却システム１３０の圧力調整室３３には、送風スタッド４１と接続される圧力調整室出力部３５（図１１）の他に、投写型表示装置１の筐体７０に設けられていて投写型表示装置１の上下方向の傾斜角度を調整するチルトフット７１を押出すための動力として使用するための、第３の配管接続部である動力出力部４３を有する。動力出力部４３とチルトフット７１とはソレノイドにより弁の開閉が制御される制御弁４４を介してシリコンチューブ３２により接続される。ロック部材４５を操作することにより、チルトフット７１のロックが解除され、かつ制御弁４４が連動して開くことによりチルトフット７１が配管内のエアの圧力により押出され装置前面を持ち上げることができる。この際ダイアフラム型空気圧縮機３１の駆動条件と連動させることにより、配管内の圧力を可変させることができ、チルトフット７１の押出し力を増減することが可能である。

また、圧力調整室３３の圧力調整室出口部３５に接続する配管に圧力センサ４２が設けられている。この圧力センサ４２はチルトフット７１の押出し力の増減の調整や、ダイアフラム型空気圧縮機３１の断続運転の制御に使用できるが、必ずしも設けられていなくてもよい。

１ 投写型表示装置
１０ ランプユニット
１１ 光源ランプ
１２ リフレクタ
１３ リフレクタカバー
１４ リフレクタ保持部材
１５ ランプユニット位置決め部
１６ ランプ固定部
１７ 円形開口部
１８ 防爆ガラス
１９ 排気用穴
２１ エア接続部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 冷却用穴
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 冷却風
３０、１３０ 高圧空気噴射冷却システム
３１ ダイアフラム型空気圧縮機
３２ シリコンチューブ
３３ 圧力調整室
３４ 圧力調整室入口部
３５ 圧力調整室出口部
３６ 管内流（流入）
３７ 管内流（流出）
３８ シリンダ
３９ ピストン
４０ スプリング
４１ 送風スタッド
４２ 圧力センサ
４３ 動力出力部
４４ 制御弁
４５ ロック部材
５０ バルブ部
５０ａ 先端部
５０ｂ 陰極部
５０ｃ バルブ上部
５１ 押付け部材
５２ ランプコネクタ
５３ 電源コネクタ
６０ 光学ユニット
６１ 投写レンズ
６２ ランプユニット固定部
６３ カラーホイール
６４ ロッドインテグレータ
６５ａ、６５ｂ、６５ｃ レンズ
６６ａ、６６ｂ 平面鏡
６７ ＤＭＤ
６９ 電源ユニット
７０ 筐体
７１ チルトフット
７２ エンジンベース
８０ スクリーン

Claims (6)

1. 気体を被冷却部位に直接噴射する気体噴射冷却システムを具備した投写型表示装置であって、
   前記気体噴射冷却システムは、
   送風圧縮機と、
   気体を前記被冷却部位に直接噴射する噴射部と、
   容量可変な内部空間を有する圧力調整室と、
   前記送風圧縮機と前記圧力調整室とを接続する第一の気体配管と、
   前記圧力調整室と前記噴射部とを接続する第二の気体配管と、
   前記第二の気体配管の内部圧力を測定する圧力検出手段と、を有し、
   前記送風圧縮機が停止した後に、前記圧力検出手段で測定した前記内部圧力の値が所定の値以下になると、前記送風圧縮機が動作することを特徴とする投写型表示装置。
2. 前記被冷却部位は光源ランプである、請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記噴射部の噴射口の噴射方向は、前記光源ランプのバルブ上部、バルブ先端部、および陰極部である、請求項２に記載の投写型表示装置。
4. 前記圧力調整室は、シリンダを形成する周壁と、前記シリンダ内をスプリング収納部と気体室とに分離するピストンと、前記スプリング収納部に収納され前記ピストンを押圧するスプリングと、前記気体室に設けられた、前記第一の気体配管および前記第二の気体配管との接続部である２箇所の開口部を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
5. 前記送風圧縮機はダイアフラム型の送風圧縮機である、請求項１から４のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
6. 前記気体は空気である、請求項１から５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。

Images