WO2012042613A1

WO2012042613A1 - 投写型映像表示装置

Info

Publication number: WO2012042613A1
Application number: PCT/JP2010/066976
Authority: WO
Inventors: 平田　浩二; 雅千福井; 長平小野; 秀春斉藤; 片山　猛
Original assignee: 日立コンシューマエレクトロニクス株式会社
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-04-05
Also published as: CN103080836B; CN103080836A; JPWO2012042613A1; US20130235355A1; US9122139B2; JP5535329B2

Abstract

　投写レンズ（２）から出射された映像光を投写ミラー（３）で反射させて投写する投写型映像表示装置において、投写ミラー（３）の開閉機構（３ａ）の位置に、外気を吸引するための吸気口（４ｄ）を設ける。この吸気口（４ｄ）により、投写レンズ（２）の周囲に設けた開口部（２ａ，２ｂ）から吹き出した空気を筐体内に吸引する。投写ミラー（３）を閉じて筐体内の部品を冷却するクーリング動作を行うときは、吸気口（４ｄ）からの吸引動作を停止させる。これにより、投写型映像表示装置の設置状態に係わらず、外気中の粉塵が投写ミラーの反射面に付着することを防止する。

Description

投写型映像表示装置

　本発明は、投写型映像表示装置に関する。

　液晶プロジェクタなどの投写型映像表示装置においては、投写レンズと投写面（スクリーンなど）の間に光路折り返し用の投写ミラー（反射ミラー）を設けて投写面との距離を短縮した短投写型表示装置が製品化されている。また投写型映像表示装置の設置形態は、机上等に設置する据置き設置だけでなく、天井から吊り下げる天吊り設置、天井等に向けて投写する上投写設置、机上等に向けて投写する下投写設置など、用途に合わせて多様の設置形態が可能となっている。

　これらの投写型映像表示装置では、水銀ランプ等の光源から発せられた光を液晶パネルなどの映像表示素子に照射し、表示素子からの映像光を投写レンズを介してスクリーンへ拡大投写する。水銀ランプ等の光源は密閉された状態で使用されるため高温になり、また表示素子は光源からの光が照射されることによって加熱され温度が上昇する。過度の温度上昇は、光源の寿命を短くし、また表示素子の変形と画像劣化の原因となるので、冷却ファンにより光源や表示素子に冷却風を送り温度上昇を抑えている。これに用いる冷却風は、吸気ファンにより装置外の外気を吸気口から導入し、光源や表示素子に吹き付けた後、排気口から装置外へ排出するようにしている。

　光源や表示素子を効果的に冷却するには冷却風の風速や流路の構造が重要となる。例えば特許文献１に記載のプロジェクタ装置では、装置の各種の設置状態、すなわち据置設置や天吊り設置の他、上投写設置や下投写設置で使用する場合であっても、光源ランプを適正な温度に保つための構成が開示されている。この構成では、プロジェクタ装置の設置姿勢を検知する姿勢センサと、姿勢センサが検知した姿勢に応じてファンを制御する制御部を備えている。

特開２００９－４２４４４号公報

　冷却風に含まれる埃やゴミや微細な粉塵（以下、粉塵等と呼ぶ）が表示素子に付着すると、表示素子を透過する光量が減少し、スクリーン等に投写される映像の輝度が低下したり輝度むらが発生することになる。そこで、外気から冷却風を取り込む吸気口には、粉塵等の進入を防止するための防塵フィルタを取り付けている。また、吸気口以外の筐体隙間から粉塵等が進入しないように、吸気ファンにより取り込んだ空気により装置内部の気圧を装置外部よりも高い状態（正圧状態）として、外部の空気が入り込まないようにしている。すなわち、装置内部の空気を筐体隙間から外部へ吹き出す構造としている。例えば、投写レンズと筐体の間には投写レンズを光軸方向に移動調整可能とするための隙間（開口部）が存在し、この開口部から装置内部の空気の一部が外部に吹き出すことになる。

　本願発明者は、投写ミラー付き投写型映像表示装置を天吊り設置状態で使用している場合に、投写ミラーに微細な粉塵が付着する現象を発見した。その結果、表示素子への粉塵付着の場合と同様に、投写映像の輝度が低下したり輝度むらが発生することになった。なお、表示装置を据置き状態で使用する場合には投写ミラーに粉塵が付着することはない。解析の結果、天吊り状態では前述の投写レンズ周辺の開口部から吹き出した空気が外気と混合しミラー表面で滞留するため、発生した静電気でミラー表面に外気に含まれる粉塵が付着したものと推測される。このような場合、投写映像の輝度を回復させるためにミラー表面に付着した粉塵を除去する作業が必要となるだけでなく、表示装置を天吊り状態で設置している場合にはミラー表面の清掃作業は困難となる。

　本発明の目的は、投写型映像表示装置の設置状態に係わらず、外気中の粉塵が投写ミラーの反射面に付着することを防止することである。

　本発明は、筐体の上面の開閉可能な投写ミラーを有し、投写レンズから出射された映像光を投写ミラーで反射させて投写面に拡大して投写する投写型映像表示装置において、筐体内に収納する部品を冷却するために外気を取り込んで排気する複数の冷却ファンを備えるとともに、投写ミラーを開閉動作させる開閉機構の位置に、筐体内に外気を吸引するための吸気口を設けたことを特徴とする。

　また、投写レンズを移動調整するために投写レンズの周囲に開口部を設け、前記投写ミラーに設けた吸気口は、投写レンズに設けた開口部から吹き出した空気を筐体内に吸引する。

　また、投写ミラーを閉じて筐体内の部品を冷却するクーリング動作を行うときは、前記投写ミラーに設けた吸気口からの吸引動作を停止又は低減させる。

　本発明によれば、投写型映像表示装置の設置状態に係わらず、投写ミラーの反射面に付着する粉塵による投写映像の輝度の劣化がなくなり、安定した表示性能を保持することができる。

投写型映像表示装置の一実施例を示す外観図。図１の投写型映像表示装置の投写ミラー近傍の拡大図。図１の投写型映像表示装置の内部構成と冷却風の流れを示す図。図１の投写型映像表示装置の光学系の構成図。２つの設置状態における冷却風の流れを示す断面図。従来の投写型映像表示装置のミラー近傍の拡大図。従来の装置内部の冷却風の流れを示す図。２つの設置状態における従来の冷却風の流れを示す断面図。従来の投写ミラーへの粉塵付着のメカニズムを示す図。粉塵付着による投写ミラーの汚れを模式的に示した図。投写型映像表示装置の投写ミラーを閉じた状態を示す外観図。クーリング動作中の投写ミラー近傍の空気の流れを示す断面図。装置内の各冷却ファンの動作と吸排気量の関係を示す図。

　以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

　図１は、投写型映像表示装置の一実施例を示す外観図である。また図２は、図１の投写型映像表示装置の投写ミラー近傍の拡大図である。

　投写型映像表示装置の構成は、筐体１の上面に開閉可能な投写ミラー３を有し、投写レンズ２から出射された映像光を投写ミラー３で反射させてスクリーン等の投写面に拡大して投写する。筐体１内の内部には光源や表示素子（液晶パネル）などの光学部品を収納するが、発熱部品を冷却するために、冷却ファンにより吸気口４ａ～４ｄから外気を取り込み、冷却後の空気を排気口５から排出する。吸気口４ａ，４ｂは筐体前面側、吸気口４ｃは筐体裏面側に設けたものであるが、さらに投写ミラー３を開閉動作させる開閉機構３ａの位置に新たな吸気口４ｄを設けている。吸気口４ｄの形状をハッチングで示すが、投写ミラー３の下端部にわたって形成する。排気口５は、冷却後の空気を筐体の反対側の側面から外部に排気する。投写レンズ２の周囲には、投写レンズ２の移動調整を可能とするために開口部２ａ，２ｂが設けられている。

　図３は、図１の投写型映像表示装置の内部構成と冷却風の流れを示す図である。装置内部には、主要部品として、水銀ランプなどの光源６、映像表示素子としての液晶パネル７（円で囲んだ部分）、投写レンズ２、投写ミラー３、及び電源部８を収納している。また、冷却用ファン１１～１５により収納した各部品に冷却風を送る。冷却風の主な流路を矢印で示す。冷却ファン１１，１２は液晶パネル７に、冷却ファン１３，１４は光源６に冷却風を送り、冷却ファン１５は電源部８を冷却した風を装置外へ排気する構造としている。

　冷却風の流路のうち空気流１０１は、液晶パネル７を冷却した空気の一部が投写レンズ２に沿って移動し開口部２ａ，２ｂから装置外へ吹き出すことを示す。これは、冷却ファン１１，１２からの送風作用により投写レンズ２近傍の装置内が正圧状態（外気より気圧が高い状態）になっているためである。また空気流１０２は、投写ミラー３の周囲に設けた吸気口４ｄから外気が吸引されることを示す。これは、冷却ファン１５の排気作用により投写ミラー３近傍の装置内が負圧状態（外気より気圧が低い状態）になっているためである。空気流１０３は、吸気口４ｄから吸引された空気が電源部８を冷却することを示し、その後冷却ファン１５により排気口５から装置外へ排気される。ここで、開口部２ａ，２ｂと吸気口４ｄは近接して配置されているので、開口部２ａ，２ｂから装置外へ吹き出した空気流１０１は、吸気口４ｄから空気流１０２として吸引される。よって、空気流１０１が投写ミラー３の前面に滞留することはない。

　図４は、図１の投写型映像表示装置の光学系の構成図である。光源２１（６）は、水銀ランプとリフレクタとからなる。光源２１から射出された光は、インテグレータ２２、偏光変換素子２３、反射ミラー２４を経て、ダイクロイックミラー２５にてＲ，Ｇ，Ｂ光に分離され液晶パネル２６ａ，２６ｂ，２６ｃ（７）を照射する。液晶パネル２６ａ，２６ｂ，２６ｃではＲ，Ｇ，Ｂ映像信号の光学像を形成し、これを透過した各映像光は光合成プリズム２７にて合成される。合成光は投写レンズ２８（２）で拡大されて出射され、投写ミラー２９（３）にて反射されてスクリーン等に投写される。

　図５は、２つの設置状態における冷却風の流れを示す断面図であり、（ａ）は据置き設置、（ｂ）は天吊り設置の場合である。液晶パネル７を冷却後の空気流の一部１０１ａ，１０１ｂは、投写レンズ２の周囲の開口部２ａ，２ｂから一旦装置外部に吹き出す。これは、投写レンズ２近傍の装置内が正圧になっているためである。吹き出した空気流１０１ａ，１０１ｂは液晶パネル７を通過しているため高温であり、従来構造では上昇気流となってしまう。

　これに対し本実施例では、図５（ａ）の据置き設置、（ｂ）の天吊り設置のいずれにおいても、投写ミラー３の開閉機構３ａに吸気口４ｄを設けてあるため、開口部２ａ，２ｂから吹き出した空気流１０１ａ，１０１ｂは、吸気口４ｄから装置内部に空気流１０２ａ，１０２ｂとなって吸引される。これは、装置内の排気用ファン１５により投写ミラー３近傍の吸気口４ｄが負圧になっているためである。その後空気流１０２ａ，１０２ｂは、装置内の電源部８を冷却して排気口５から外部へ排気される。

　このため、開口部２ａ，２ｂから一旦外部に吹き出した空気流１０１ａ，１０１ｂは投写ミラー３の前面で滞留することなく、装置内へ吸引される。これにより、投写ミラー３の反射面が粉塵で汚れることを防止できる。

　ここでは設置形態として据置き設置と天吊り設置の場合を示したが、天井等に向けて投写する上投写設置、机上等に向けて投写する下投写設置などの場合でも同様である。

　以下、従来の投写型映像表示装置の構造と冷却風の流れを示し、本実施例と比較して説明する。

　図６は、従来の投写型映像表示装置のミラー近傍の拡大図である。投写レンズ２の周囲には開口部２ａ，２ｂが設けられているが、投写ミラー３の開閉機構３ａには吸気口はなく、外気は装置内部に進入できない構造となっている。

　図７は、従来の装置内部の冷却風の流れを示す図である。液晶パネル７を通過した冷却風の一部１０１は、投写レンズ２の開口部２ａ，２ｂから装置外へ吹き出す。これは、投写レンズ２近傍の装置内が正圧になっているためである。一旦吹き出された空気流１０１は装置内には戻らない。

　図８は、２つの設置状態における従来の冷却風の流れを示す断面図であり、（ａ）は据置き設置、（ｂ）は天吊り設置の場合である。液晶パネル７を冷却後の空気流の一部１０１ａ，１０１ｂは、投写レンズ２の周囲の開口部２ａ，２ｂから一旦装置外部に吹き出す。投写レンズ２近傍の装置内が正圧になっているためである。

　図８（ａ）の据置き設置の場合、開口部２ａ，２ｂから吹き出した空気流１０１ａ，１０１ｂは周囲より高温になっているので、投写ミラー３の反射面を伝って上昇気流１０４ａ，１０４ｂとなって発散する。この場合には、上昇気流１０４ａ，１０４ｂが投写ミラー３の前面で滞留することはなく、反射面に粉塵が付着することはない。

　一方図８（ｂ）の天吊り設置の場合には、開口部２ａ，２ｂから吹き出した空気流１０１ａ，１０１ｂは筐体１及び投写ミラー３に上方を遮られて上昇できず、投写ミラー３の前面において渦流１０５ａ，１０５ｂとなって滞留する。このような場合には、投写ミラー３の反射面に粉塵が付着して汚れることになる。

　これ以外の設置形態として、天井等に向けて投写する上投写設置、机上等に向けて投写する下投写設置などの場合がある。開口部から吹き出した空気流は上投写設置の場合は上昇気流となって発散するが、下投写設置の場合は投写ミラーに上方を遮られて滞留するため、反射面に粉塵が付着することになる。

　図９は、従来の投写ミラーへの粉塵付着のメカニズムを示す図である。図９（ａ）は、前記図８（ｂ）（天吊り設置）における投写ミラー近傍の冷却風の拡大図である。空気流１０１ａ，１０１ｂは開口部２ａ，２ｂから吹き出した後、投写ミラー３の反射面３ｂに伝って一旦下降するが周囲より高温のため上昇し、渦流１０５ａ，１０５ｂとなって投写ミラー３の前面で滞留する。

　図９（ｂ）は、粉塵付着のメカニズムを説明する図である。投写ミラー３の前面に滞留する渦流１０５ａ，１０５ｂは、投写ミラー３の前面空間にある外気と混合して外気中に含まれる粉塵２０２を巻き込みながら、反射面３ｂと接触する摩擦流１０５ｃとなる。その結果、反射面３ｂには静電気２０１が発生し、渦流に巻き込まれた粉塵２０２が吸引されて反射面３ｂに付着する。粉塵の付着量は摩擦流１０５ｃの流速に依存する。なお、図８（ａ）のような据置き設置の場合には、吹き出す空気流１０４ａ，１０４ｂは渦流ではなく比較的流速が速い層流となるので、外気中に含まれる粉塵２０２を巻き込むことが少なく反射面３ｂへの付着量は少ない。

　図１０は、粉塵付着による投写ミラーの汚れを模式的に示した図である。図１０（ａ）は正常な場合で、投写ミラー３の反射面３ｂに粉塵の付着がない状態を示す。図１０（ｂ），（ｃ）は、投写ミラー３の反射面３ｂに粉塵２０２が付着した状態を示し、従来の投写型映像表示装置を天吊り状態（図８（ｂ））で使用した場合である。

　図１０（ｂ）は、投写ミラー３の反射面３ｂの全面に粉塵２０２が付着した場合を示す。反射面３ｂに粉塵が付着すると反射率が低下し、スクリーンへ投写される映像の輝度が暗くなってしまう。また図１０（ｃ）は、投写ミラー３の反射面３ｂに粉塵２０２が不均一に付着した場合を示す。この場合にも、粉塵２０２の付着むら２０３が反射率のむらとなり、投写映像の輝度むらとなって映し出されることになる。このように反射面３ｂに粉塵２０２が付着することは、投写映像の品質を損ねることになる。

　実施例１の投写型映像表示装置によれば、天吊り状態を含めいかなる設置状態においても投写ミラーの反射面への粉塵の付着を防止し、図１０（ａ）のようにきれいな反射面を維持することができ高品質の投写映像を安定して表示することができる。

　実施例１では、投写ミラーを開いた状態で投写型映像表示装置を使用中に、投写ミラーへの粉塵等の付着を防止する構造について述べた。これに対し実施例２では、投写ミラーを閉じた状態で投写型映像表示装置を使用中に、投写ミラーへの粉塵等の付着を大幅に低減する構造について述べる。

　図１１は、実施例１で用いた投写型映像表示装置の投写ミラーを閉じた状態を示す外観図である。ミラー開閉タイプの投写型映像表示装置では、電源をオフにすると光源の点灯をオフし投写ミラー３を閉じる動作を行う。ただし、装置内部の発熱した部品を冷却するために所定時間クーリング動作を行う。このクーリング動作では、冷却用のファンを継続して動作させ、各吸気口４ａ～４ｄから外気を取り込んで排気口５から排気する。このとき、投写ミラー近傍に設けた吸気口４ｄも同様に吸気動作を行うと、閉じた投写ミラー３と筐体１の隙間１ａから外気１０６を吸引することになる。吸引される外気１０６には粉塵等が含まれているので、それが投写ミラー３の反射面に付着して汚れが発生することになる。

　図１２は、クーリング動作中の投写ミラー近傍の空気の流れを示す断面図である。クーリング中に各冷却ファンを動作させると、吸気口４ｄが負圧状態になるので、吸引された外気１０６は投写レンズ２と投写ミラー３の隙間を通って装置内に取り込まれる。この隙間は幅が狭いため、外気１０６中に含まれている粉塵等（ゴミ）が投写ミラー３の反射面に付着しやすい。その結果、再び投写ミラー３を開いて映像を表示するとき映像品質を劣化させることになる。この現象は表示装置の設置状態に係わらず発生し、例えば据置き設置でも支障になる。

　そこで本実施例は、クーリング動作中に投写ミラーの反射面に粉塵等が付着することを防止するために、冷却ファンの動作を制御して吸気口４ｄからの吸気動作を停止又は大幅に低減させるようにしたものである。

　図１３は、装置内の各冷却ファンの動作と吸排気量の関係を示す図である。図１３（ａ）は投写ミラーを開いて使用する場合（実施例１）に相当し、装置内の全ての冷却ファンを駆動している。図１３（ｂ）は投写ミラーを閉じて使用する場合（実施例２のクーリング動作）に相当し、冷却ファンを選択して駆動している。それぞれの場合について、各ファン１１～１５の駆動電圧Ｖと各吸排気口４ａ～４ｄ，５での風量Ｑの測定値（いずれも相対値）の一例を記載している。

　図１３（ａ）では、全てのファン１１～１５を駆動電圧Ｖ１～Ｖ５で駆動している。このときの各吸気口４ａ，４ｂ，４ｃからの吸気量は、それぞれＱ１＝１００、Ｑ２＝４９、Ｑ３＝１１であり、吸気口４ｄからもＱ４＝１２だけの吸気量が存在する。これは、排気口５からの排気量Ｑ５＝１７２に対して、吸気口４ａ～４ｃからの吸気量の和Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＝１６０では不足するため、吸気口４ｄから不足分Ｑ４＝１２を供給しているためである。すなわち、排気口５からの排気量Ｑ５を過剰に設定することで、吸気口４ｄを吸気量Ｑ４の分だけ負圧状態としている。

　これに対し図１３（ｂ）では、電源部８に近いファン１５の駆動を停止（Ｖ５＝０）させ、他のファン１１～１４の電圧Ｖ１～Ｖ４も低下させている。このときの各吸気口４ａ，４ｂ，４ｃからの吸気量は、それぞれＱ１＝７０、Ｑ２＝２０、Ｑ３＝０であり、吸気口４ｄからの吸気量Ｑ４＝０～３程度である。これは、排気口５からの排気量Ｑ５＝６０～６３に対して、吸気口４ａ～４ｂからの吸気量の和Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＝９０が上回っているので、吸気口４ｄから不足分を吸気する必要がないからである。すなわち、ファン１５を停止して排気口５からの排気量Ｑ５を減少させることで、吸気口４ｄを負圧状態から外気圧に近い状態に切り替える。この場合ファン１５を停止させることで電源部８の冷却が弱まることになるが、クーリング動作では光源６の冷却が主目的なのでクーリング機能が損なわれることはない。これより、吸気口４ｄからの外気の進入を防止又は大幅に低減することができる。ここで示したファンの駆動電圧と風量分布は一例であり、装置内の部品配置に応じて適宜設定すればよい。

　このように実施例２では、クーリング動作時の冷却ファンの風量を制御することで閉じた投写ミラー周辺からの外気の進入をなくし、投写ミラーの反射面に粉塵等が付着して汚れることを大幅に低減することができる。

　１…筐体、
　２…投写レンズ、
　２ａ，２ｂ…開口部
　３…投写ミラー、
　３ａ…開閉機構、
　３ｂ…反射面、
　４ａ～４ｄ…吸気口、
　５…排気口、
　６…光源、
　７…液晶パネル、
　８…電源部、
　９…パネル駆動回路、
　１０…ＣＰＵ（制御部）、
　１１～１５…冷却用ファン、
　１０１～１０６…空気流、
　２０１…静電気、
　２０２…粉塵。

Claims

　筐体の上面の開閉可能な投写ミラーを有し、投写レンズから出射された映像光を該投写ミラーで反射させて投写面に拡大して投写する投写型映像表示装置において、
　筐体内に収納する部品を冷却するために外気を取り込んで排気する複数の冷却ファンを備えるとともに、
　前記投写ミラーを開閉動作させる開閉機構の位置に、筐体内に外気を吸引するための吸気口を設けたことを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項１に記載の投写型映像表示装置において、
　前記投写レンズを移動調整するために該投写レンズの周囲に開口部を設け、
　前記投写ミラーに設けた前記吸気口は、前記投写レンズに設けた前記開口部から吹き出した空気を筐体内に吸引することを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項２に記載の投写型映像表示装置において、
　前記冷却ファンからの送風作用により、前記投写レンズに設けた前記開口部を外気よりも気圧の高い正圧状態とし、
　前記冷却ファンの排気作用により、前記投写ミラーに設けた前記吸気口を外気よりも気圧の低い負圧状態としたことを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項１に記載の投写型映像表示装置において、
　前記投写ミラーを閉じて筐体内の部品を冷却するクーリング動作を行うときは、前記投写ミラーに設けた前記吸気口からの吸引動作を停止又は低減させることを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項４に記載の投写型映像表示装置において、
　前記クーリング動作中は一部の前記冷却ファンの排気動作を停止させることで、前記投写ミラーに設けた前記吸気口を負圧状態から外気圧に近い状態に切り替えることを特徴とする投写型映像表示装置。