JPWO2013069039A1 - 投射型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

装置の高輝度化を実現しながら、信頼性の高い画質を保つ投射型映像表示装置を提供する。当該投射型映像表示装置は、光源から出射される光を複数の光束に分割するレンズアレイと、レンズアレイからの光を集光する集光レンズと、集光レンズからの光の色を分離する色分離光学系と、色分離光学系によって分離された光から光学像を形成する映像表示素子と、光学像を投射する投射レンズと、映像表示素子を冷却する冷却ファンと、冷却ファンからの風を映像表示素子の下部から送るために配置される送風口と、送風口からの風に流路に沿って、前記映像表示素子の光の入射側に配置される隔壁ダクトを備える。

Description

本発明は、投射型映像表示装置に関する。

従来、高圧水銀ランプなどの光源からの光に対し、液晶パネルなどの映像表示素子により映像信号に応じて光強度変調を行って光学像を形成し、スクリーンなどに拡大投射する投射型映像表示装置（液晶プロジェクタや背面投射型ディスプレイ装置等）が知られている。特にカラー映像対応の投射型映像表示装置においては、光源からの白色光を色分離手段（ダイクロイックミラー）などで構成される色分離光学系で複数色（例えばＲ，Ｇ，Ｂの３色）に分離し、それぞれの色光に対応するライトバルブユニット（液晶パネルなどの映像表示素子と、偏光を揃える偏光板を含めたユニット）に照射して各色光の光学像を形成し、色合成プリズムによって各色光の光学像を合成し投射レンズにて投射する構成となっている。

近年では装置の高輝度化に伴い、映像表示素子や偏光板を通過する光密度も増大しており、映像表示素子や偏光板の冷却性能の向上が重要となってきている。上記課題に対して、液晶パネルの冷却性能に優れた液晶プロジェクタに関する発明が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００９−１４５４４８号公報

特許文献１によれば、色合成プリズムの３面に並んだＲ、Ｇ、Ｂに対応した液晶パネルと、各液晶パネル下部に配置されたシロッコファンからの冷却風を送る送風口部の位置を精度良く決める構造としている。しかし、液晶パネル下部に配置される送風口部がパネルの中心に精度良く配置できたとしても、液晶パネルの有効光領域上部まで冷却風が通過するまでには風が左右にも発散していくため、隣り合う多色のパネルの光路まで進入し合い、圧力損失の発生により十分に効率良く冷却できない場合や、冷却風がライトバルブユニットの有効光領域において均一に風が当たらず、埃などが偏って付着し、画質を損なう事がある。

そこで、本発明の目的は、装置の高輝度化を実現しながら、信頼性の高い画質を保つ投射型映像表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。当該投射型映像表示装置は、光源から出射される光を複数の光束に分割するレンズアレイと、レンズアレイからの光を集光する集光レンズと、集光レンズからの光の色を分離する色分離光学系と、色分離光学系によって分離された光から光学像を形成する映像表示素子と、光学像を投射する投射レンズと、映像表示素子を冷却する冷却ファンと、冷却ファンからの風を映像表示素子の下部から送るために配置される送風口と、送風口からの風に流路に沿って、前記映像表示素子の光の入射側に配置される隔壁ダクトを備える。

本発明によれば、装置の高輝度化を実現しながら、信頼性の高い画質を保つ投射型映像表示装置を提供することができる。

投射型映像表示装置の光学系を示す図。 ライトバルブユニットの上断面図。 ライトバルブユニットと冷却ダクトの斜視図。 ライトバルブユニットと冷却ダクトの側断面図。

以下、実施例について図面を参照して説明する。尚、符号の後に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）を添えて示す構成要素は、色によって分離された複数の光路で区別する必要があるものである。又、説明上特に支障がない場合には、添字を省略する。

図１は、投射型映像表示装置の光学系を示す図である。

１は光源であり、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。光源１は、円形、又は、多角形の出射開口を持つ少なくとも１つの反射鏡２を有する。光源１から出射される光は映像表示素子や偏光板を含むライトバルブユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを通過して投射レンズ１９に向かい、スクリーンへ投影される。光源１のランプから放射される光は、光軸１００を有し、放物面の反射鏡２で反射されて、アフォーカルレンズ３０を介して平行光となり、第１のレンズアレイ３に入射する。尚、光源１と反射鏡２の構成を、光源ユニットと称する。

第１のレンズアレイ３は、マトリックス状に配設された複数の矩形状のレンズセル領域で構成され、それぞれのレンズセル領域で入射した光を複数の光に分割して、効率良く第２のレンズアレイ４と偏光変換素子（ＰＢＳ）５を通過するように導く。即ち、第１のレンズアレイ３は、光源１と第２のレンズアレイ４の各レンズセル領域とが互いに物体と像の関係（共役関係）になるように設計されている。又、第１のレンズアレイ３と映像表示素子１７（液晶パネル等）とが、共役関係になるように設計されている。

マトリックス状に配設された複数の矩形状のレンズセル領域を持つ第２のレンズアレイ４は、構成するレンズセル領域それぞれが対応する第１のレンズアレイ３のレンズセル領域の形状をライトバルブユニット１３内の映像表示素子１７に投影する。偏光変換素子５は、第２のレンズアレイ４からの光を所定の偏光方向に揃える。

そして、第１のレンズアレイ３の各レンズセル領域の投影像は、集光レンズ６、コンデンサレンズ１２、第１のリレーレンズ１４、第２のリレーレンズ１５等により、映像表示素子１７上に重畳される。このようにして、実用上問題のないレベルの均一性の高い照度分布の照明が可能となる。

ダイクロイックミラー７は、集光レンズ６を通過した光のうち、Ｂ光（青色帯域の光）を反射し、Ｇ光（緑色帯域の光）及びＲ光（赤色帯域の光）を透過することにより２色の光に分離する。又、ダイクロイックミラー１１は、当該２色の光のうち、Ｇ光を反射し、Ｒ光を透過することによりＧ光とＲ光を分離する。尚、光の分離の仕方はこれに限定されるものではなく、例えば、ダイクロイックミラー７でＲ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させても良いし、Ｇ光を反射させ、Ｒ光及びＢ光を透過させても良い。

図１の構成では、Ｂ光はダイクロイックミラー７で反射した後、反射ミラー８で反射し、コンデンサレンズ１２Ｂ、及びＢ光用のライトバルブユニット１３Ｂを透過して色合成プリズム１８に入射する。又、Ｇ光はダイクロイックミラー１１で反射した後、コンデンサレンズ１２Ｇ、及びＧ光用のライトバルブユニット１３Ｇを透過して色合成プリズム１８に入射する。又、Ｒ光は、第１のリレーレンズ１４で集光され、反射ミラー１０で反射し、第２のリレーレンズ１５で更に集光され、反射ミラー９で反射した後、コンデンサレンズ１２Ｒ（第３のリレーレンズ）で更に集光されてＲ光用のライトバルブユニット１３Ｒを透過して色合成プリズム１８に入射する。

第１のレンズアレイ３から入射した光がコンデンサレンズ１２を通過してライトバルブユニット１３に光が入射するまでの光学系を総称して色分離光学系と呼ぶ。

映像表示素子１７で映像信号に応じて光強度変調されて形成された光学像は、色合成プリズム１８によってカラー映像として合成された後、例えばズームレンズであるような投射レンズ１９を通過し、スクリーン上に拡大投影される。

ライトバルブユニット１３に光源１からの光が照射されると、映像表示素子１７及び偏光板等の偏光吸収素子あるいは偏光反射素子などが加熱される。そのままでは高温になり、画像表示に悪影響を与えてしまうため、シロッコファンや軸流ファン、遠心ファンといった冷却ファンを配置し、外気を導入し、冷却風２００を各色のライトバルブユニット１３に供給することにより温度上昇を抑えている。

図２は、ライトバルブユニット１３の上断面図である。映像表示素子の有効光領域面において高い流速を保った風を直線的かつ均一に送ることができる構造としている。

ライトバルブユニット１３は、映像表示素子１７Ｒ、Ｇ、Ｂ、映像表示素子１７Ｒ、Ｇ、Ｂの入射側に配置される入射偏光板２１Ｒ、Ｇ、Ｂ、及び、映像表示素子１７Ｒ、Ｇ、Ｂの出射側に配置される出射偏光板２２Ｒ、Ｇ、Ｂで構成される。ライトバルブユニット１３の中心には、光変調された３色光を合成する色合成プリズム１８、及び、色合成プリズム１８を保持するプリズムホルダ２０が配置される。又、入射偏光板２１から色合成プリズム１８までの光路を、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々独立した密閉空間を実現する隔壁ダクト２３がプリズムホルダ２０に取り付けられている。隔壁ダクト２３には、映像表示素子１７へ光を入射させるための開口が必要となるが、当該開口を塞ぐように入射偏光板２１を直接、あるいは間接部材を介して、隔壁ダクト２３に取り付ける構成とする事で密閉空間を実現している。本実施例では隔壁ダクト２３は板金部品を想定しているが、樹脂成形品やシート材を用いて同様の構成を取っても良い。

図３は、ライトバルブユニット１３と冷却ダクト２４の斜視図である。ライトバルブユニット１３Ｒ、Ｇ、Ｂを冷却するため、シロッコファンや軸流ファン、遠心ファンといった冷却ファンを用いて導入した外気を、ライトバルブユニット１３Ｒ、Ｇ、Ｂの下部から送風するための冷却ダクト２４が配置される。冷却ダクト２４から供給された冷却風は、隔壁ダクト２３により、他色の光路に発散する事なく映像表示素子１７の有効光領域面において均一にかつ高い流速を保ったまま直線的に供給される。隔壁ダクト２３により、各光路が密閉されているため、冷却風だけでなく、液晶表示素子の有効光領域外に射出された余分な外光も発散させる事無く抑える事が出来、投射レンズへの不要光取り込みによる画質の劣化等を抑えることもできる。

隔壁ダクト２３は、入射偏光板２１を回転調整部材２５を介して保持している。又、隔壁ダクト２３は、回転調整部材２５の回転中心を決めるピン２６（ここでは、光軸を中心とする円周内に３箇所）と、回転調整部材２５を保持するバネ２７を備えている。入射偏光板２１は、矢印２８の方向に回転する。即ち、隔壁ダクト２３は、回転調整部材２５の回転中心を決める機能と回転調整部材２５を保持する機能を備えている。

従来は、色分離光学系の方に回転調整部材を保持させる構造であったが、本実施例では、隔壁ダクトに回転調整部材を保持させる構造としたため、密閉空間を実現しつつ、入射偏光板回転によるコントラスト調整を行うことができる。

図４は、ライトバルブユニット１３と冷却ダクト２４の側断面図である。冷却ダクト２４が有する送風口２９は、隔壁ダクト２３の内部に印籠関係になる様配置されるのが望ましい。このような構成とすることで、送風口２９から射出される冷却風の発散を限りなく抑えることが可能となる。

尚、隔壁ダクト２３の代わりにプリズムホルダ２０から類似形状を持たせたり、あるいは冷却ダクト２４に類似形状を持たせて、同様の密閉空間を形成させても良い。

上記実施例によれば、各色の液晶パネル下部に配置された送風口と印籠関係にある隔壁ダクトを配置し、他色の液晶パネルに風が回り込まない様に各色のパネルを独立させる隔壁構造を備えるようにしたため、送風口から供給された冷却風を他色の液晶パネルに向かって発散させる事なく、液晶パネル上部まで均一かつ直線的に通過していく。従って、液晶パネル有効光領域面上における流速の高速化、及び、流速ムラ（冷却ムラ）の均一化を図ることができ、ひいては、信頼性と冷却性能に優れた装置の提供が可能となる。又、隔壁ダクトには、液晶パネルの入射側に配置される偏光板を保持する機能も併せ持つため、液晶パネルまで必要な光を到達させながらも密閉度を損ねる事はない。即ち、不要な迷光をカットすることもできる。

１…光源、２…反射鏡、３…第１のレンズアレイ、４…第２のレンズアレイ、５…偏光変換素子（ＰＢＳ）、６…集光レンズ、７…ダイクロイックミラー、８,９，１０…反射ミラー、１１…ダイクロイックミラー、１２…コンデンサレンズ、１３…ライトバルブユニット、１４…第１のリレーレンズ、１５…第２のリレーレンズ、１７…映像表示素子、１８…色合成プリズム、１９…投射レンズ、２０…プリズムホルダ、２１…入射偏光板、２２…出射偏光板、２３…隔壁ダクト、２４…冷却ダクト、２５…回転調整部材、２６…回転調整ピン、２７…バネ、２８…入射偏光板の回転方向、２９…送風口、３０…アフォーカルレンズ、１００…光軸、２００…冷却風。

Claims (4)

1. 光源から出射される光を複数の光束に分割するレンズアレイと、
   前記レンズアレイからの光を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズからの光の色を分離する色分離光学系と、
   前記色分離光学系によって分離された光から光学像を形成する映像表示素子と、
   前記光学像を投射する投射レンズと、
   前記映像表示素子を冷却する冷却ファンと、
   前記冷却ファンからの風を前記映像表示素子の下部から送るために配置される送風口と、
   前記送風口からの風に流路に沿って、前記映像表示素子の光の入射側に配置される隔壁ダクトを備える、投射型映像表示装置。
2. 前記映像表示素子の光の入射側に配置される偏光板を備え、
   前記偏光板は、前記映像表示素子へ光を入射させるための開口を塞ぐように、前記隔壁ダクトに取り付けられる、請求項１記載の投射型映像表示装置。
3. 前記隔壁ダクトと前記送風口は、印籠関係に配置される、請求項１又は２記載の投射型映像表示装置。
4. 前記偏光板は、回転調整部材を介して前記隔壁ダクトに取り付けられ、
   前記隔壁ダクトは、前記回転調整部材の回転中心を決める機能と前記回転調整部材を保持する機能を備える、請求項２又は３記載の投射型映像表示装置。

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