WO2012172615A1 - 投射型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

映像表示装置の冷却性能を向上させつつ、装置の厚みにも影響することなく、可搬性・携帯性に優れた小型・薄型の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（１）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（３、４）と、レンズアレイ（３、４）からの光を集光する集光レンズ（６）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（１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ）と、光学像を投射する投射レンズ（１９）と、映像表示素子を冷却する冷却ファン（２０）と、を備え、冷却ファン（２０）が送り出す冷却風（２００）は、色分離光学系の光通過領域内に形成された経路を通って、映像表示素子に供給される。

Description

投射型映像表示装置

　本発明は、投射型映像表示装置に関する。

　近年、PCの小型化・高機能化に伴い、移動先でのプレゼンテーション用途が増えているため、投射型映像表示装置においては、携帯性や可搬性を備えることが求められる。そこで、光学部品（光源、映像表示素子、偏光板等）の小型化が進められている。一方、高輝度化も同時に実現するため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いる。

　ここで、従来は、映像表示素子の下に冷却ファンや導風ダクトを配置し、下から上に向かって垂直方向に冷却を行う構造が主流であったため、投射型映像表示装置が構造的に厚くなるという課題があった。そこで、可搬性・携帯性に優れる小型・薄型の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２００１－２８１６１３号公報

　特許文献１によれば、色合成プリズムの３面に並んだ液晶パネル側面の片端部にシロッコファンを配置し、Ｒ(Ｂ)→Ｇ→Ｂ(Ｒ)と液晶パネルや偏光板を含むライトバルブを順次冷却することで、ファンの厚みが装置の厚みに影響しなくなり、小型の液晶プロジェクタが実現可能であるとされている。しかし、ライトバルブを冷却風が通過する度に、熱を奪いながら高温の空気を次のライトバルブに送風していく事になるため、３枚目のライトバルブには、十分な冷却ができない場合がある。

　そこで、本発明の目的は、液晶パネルの冷却性能を向上させつつ、可搬性・携帯性に優れた小型・薄型の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、を備え、冷却ファンが送り出す冷却風は、色分離光学系の光通過領域内に形成された経路を通って、映像表示素子に供給される。

　本発明によれば、液晶パネルの冷却性能を向上させつつ、可搬性・携帯性に優れた小型・薄型の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。 映像表示素子の送風経路を示す図。 送風経路の上部の構成を示す図。 映像表示素子の送風経路を示す図。 映像表示素子の送風経路を示す図。

　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。

　図２は、映像表示素子の送風経路を示す図である。

　ライトバルブ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２０を配置し、外気を導入し、冷却風２００を各色のライトバルブ１３に供給することにより温度上昇を抑えている。

　特に、ライトバルブ１３Ｇは、１３Ｒ、１３Ｂに比べ光源１から入射する光密度が大きいため、積極的に冷却風を送風する必要があり、１３Ｂもエネルギー密度の高い短波長の光が入射されるため高温となりやすく、１３Ｒよりも積極的に冷却する必要がある。

　そこで、ライトバルブ１３に冷却風２００を送風するため、冷却ファン２０を図２のように配置する。そして、冷却風２００は、色分離光学系の光通過領域内に形成された経路を通って、液晶表示素子１７に供給される。ここでは、ダイクロイックミラー７とダイクロイックミラー１１の間に当該経路が形成されており、冷却風２００はライトバルブ１３Ｇとライトバルブ１３Ｂの側面あるいは側斜面方向へと供給される。ライトバルブ１３Ｒは１３Ｇを通過した風で冷却される。

　又、冷却風２００を発散させる事無く供給するため、透過型のガラス基板２２をダイクロイックミラー７とダイクロイックミラー１１の間に配置し、送風ダクトの一部とすれば、より高効率の冷却を実現できる。ガラス基板２２の透過率は９５％以上であるのが望ましく、ガラス基板２２には反射防止膜などがコーティングされていても良い。

　又、風速を低下させないようにするため、冷却ファン２０の送風口からライトバルブ１３Ｇ、１３Ｂまで略直線的に風を送風するようにしている。即ち、冷却ファン２０の送風開口領域は、冷却風２００が色分離光学系の光軸を通るようになっている。

　更に、ライトバルブ１３Ｇ、１３Ｂに適当な風量を分配するため、冷却風２００が色分離光学系の光路領域を通過した後の位置に、整流板３００を配置しても良い。整流板３００は、エンジンケース２１の一部として配置しても良いし、独立した部品として配置しても良い。

　尚、送風経路の下部は、ダイクロイックミラーやコンデンサレンズといった光学部品を固定・保持するためのエンジンケース２１にて形成している。一方、送風経路の上部は、図３のように蓋ケース２４を用いて形成している。２４としては、金属、樹脂、ゴム、シート材、パッキン、接着剤等を使用すると良い。

　図４は、映像表示素子の送風経路を示す図である。図２とは異なる態様で示している。

　ここでは、コンデンサレンズ２３Ｇを用いて送風経路を形成している。図２の実施例では、集光させるのを６と１２Ｂの２枚で行っていたのを、図４では６と１２Ｂと２３Ｇの３枚で行うことになる。これにより、パワー配分が分散され、部品毎のレンズ位置バラツキによるラスタずれの感度を下げることができる。

　尚、コンデンサレンズ２３Ｇに限定されるものではなく、その他の光学部品、あるいは金属や樹脂製の構造部品を用いて送風経路を形成しても良い。

　図５は、映像表示素子の送風経路を示す図である。図２、４とは異なる態様で示している。

　ここでは、ダイクロイックミラー７とダイクロイックミラー８の間からライトバルブ１３Ｇ、１３Ｂに向かって冷却風を送風している。尚、図５に示すように、コンデンサレンズ２３Ｂや、ガラス基板２５等を用いて送風経路を最適化しても良い。ガラス基板２５にＵＶカットガラスを使用した場合は、パネルへの紫外線を減少させる事も可能である。

　又、光学系の設計においては、図１のライトバルブ１３Ｒと１３Ｂの配置が逆になる場合も考えられる。その際は、例えばダイクロイックミラー１１とダイクロイックミラー１０の間から冷却風を供給したり、あるいはダイクロイックミラー９とダイクロイックミラー１０の間から冷却風を供給する事によって、ライトバルブ１３Ｇ、１３Ｂに冷却風を先行供給できるため、同様の効果が期待できる。

　上記実施例によれば、色分離光学系の何れかの光通過領域を通して冷却ファン２０から冷却風２００をライトバルブ１３に送風する構造としているため、色分離光学系やライトバルブと同等の高さに冷却ファン２０を配置できる。従って、ライトバルブ１３の冷却性能を向上させながら、装置全体の厚みを抑えられ、可搬性・携帯性に優れた装置を提供できる。又、高温となるＧ及びＢのライトバルブに冷却風を先行供給できるため、パネルの冷却性能がより向上する。更に、既存の光学部品を用いて送風経路を形成できるため、コストを低減することができる。

　尚、上記実施例のうち、ガラス基板２２、コンデンサレンズ２３Ｇ、ガラス基板２５は、より高効率な装置を実現するために追加した部品ではあるが、結果として、冷却ファンの個数低減やセットの厚み低減につながるため、全体として、装置小型化及びコスト低減を図ることができる。

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、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、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…冷却ファン、２１…エンジンケース、２２…ガラス基板、２３…コンデンサレンズ、２４…蓋ケース、２５…ガラス基板、３０…アフォーカルレンズ、１００…光軸、２００…冷却風、３００…整流板。

Claims (5)

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、を備え、
   前記冷却ファンが送り出す冷却風は、前記色分離光学系の光通過領域内に形成された経路を通って、前記映像表示素子に供給される、投射型映像表示装置。
2. 前記経路の一部は、前記色分離光学系に用いられる光学部品により形成される、請求項１記載の投射型映像表示装置。
3. Ｇ色に対応する第１の液晶表示素子、Ｂ色に対応する第２の液晶表示素子、及び、Ｒ色に対応する第３の液晶表示素子を更に備え、
   前記冷却風は、前記第３の液晶表示素子よりも先に、前記第１及び第２の液晶表示素子に供給される、請求項１又は２記載の投射型映像表示装置。
4. 前記冷却ファンの送風開口領域は、前記冷却風が前記色分離光学系の光軸を通る、請求項１乃至３何れか一に記載の投射型映像表示装置。
5. 前記色分離光学系と前記映像表示素子の間に、整流板が配置される、請求項１乃至４何れか一に記載の投射型映像表示装置。

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