JP2003337380A

JP2003337380A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP2003337380A
Application number: JP2002146549A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Okada; 俊範岡田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2003-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】光学素子の塵埃防止と効率的な冷却を期待す
ることのできる投射型表示装置を提供する。【解決手段】光源ランプユニットの光源１からの照明
光の利用効率を向上させ、略均一な照明光を得るための
偏光変換素子５、オプティカルインテグレータと、出射
された光束を光学的に処理して映像情報に対応した光学
像を形成する光学ユニットとを備え、形成された光学像
をスクリーン上に拡大投射する装置であって、光源ラン
プユニットを除く全ての光学系を実質的に気密状態とな
るよう密閉して密閉空間ＣＳを形成する。そして、密閉
空間内に、循環空気形成用の冷却ファン２３を設置し、
発熱する光学素子を順に接続して循環空気を一方向に循
環させる空気循環路を形成し、密閉空間内の光学素子で
発生した熱を密閉空間外側空気と熱交換する第一の熱交
換手段を循環空気の最大温度点の下流に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶プロジ
ェクターや液晶テレビジョン、投射型ディスプレイ装置
等、液晶パネル等のライトバルブ素子を利用してスクリ
ーン上に任意の映像を投影する投射型表示装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネル等のライトバルブ素子を利用
してスクリーン上に映像を表示する一般的な投射型表示
装置は、図示しないが、液晶パネル等のライトバルブ素
子に電球等からなる光源からの光線が照射されてその透
過光がスクリーン上に投写され、ライトバルブ素子にお
いて画素毎に偏光量が調整されることにより、任意の表
示が行われる。このライトバルブ素子には、動作方式に
より透過式と反射式の２種類がある。

【０００３】このようなライトバルブ素子に関しては、
明るい場所でも良好な投写映像を得たいというユーザの
要求に鑑み、光源の高輝度化や光利用効率の向上によ
り、投写映像の光出力を増す試みがなされている。例え
ば、光源からの不定偏光を互いに直交する２つの直線偏
光に分離する偏光手段と、分離された直線偏光の一方を
他方の直線偏光に一致するよう回転させる偏光方向回転
手段からなる偏光変換素子とを用い、光源からの光利用
効率を向上させるようにしている。

【０００４】ところで、光源から照射された光線の内、
最終的に投写される光線以外の光線は、偏光変換素子、
ライトバルブ素子やその周辺の光学素子等に吸収されて
熱となり、偏光変換素子、ライトバルブ素子やその周辺
の光学素子等を加熱することとなる。特に、光源の高輝
度化や光利用効率の向上のため、投写光出力を増加させ
ることは、光学素子に入射する光量を増加させ、偏光変
換素子、ライトバルブ素子やその周辺の光学素子等での
発熱を増加させることにつながる。ライトバルブ素子は
一般に半導体の駆動素子と液晶等の光学機能材料とから
構成されており、これらは、いずれも正常な動作のため
には、所定の温度以下に保持される必要がある。同様
に、偏光変換素子や光学素子等も加熱による損傷を防止
するため、所定の温度以下に保たれる必要がある。そこ
で、偏光変換素子、ライトバルブ素子やその周辺の光学
素子等の冷却が必要となる。

【０００５】また、この種の表示装置における光学系は
ライトバルブ素子の画像面に焦点を結ぶことになり、ラ
イトバルブ素子付近に付着する塵埃等の異物がそのまま
拡大投射され、影としてスクリーン等に映し出されるこ
ととなる。また、インテグレータのフライアイレンズ面
に塵埃が付着すると、ライトバルブ素子面に塵埃の影が
投影されてしまうので、特に全面が白色等の単色画面の
場合には、画像として認識されてしまう。その他、光学
素子に塵埃が付着すると、光源からの光の透過率が減少
することにより、スクリーン上に表示される画像の輝度
が低下するおそれが少なくない。そこで、上記冷却の
他、光学素子の塵埃の防止も重要な解決課題となる。

【０００６】係る解決課題を解決するため、従来におい
ては以下の技術が採用されている。先ず、光学素子の冷
却に関する第１の技術としては、ライトバルブ素子の冷
却方式として冷却ファンを使用し、投射型表示装置外部
の冷却空気を流入させて偏光変換素子、ライトバルブ素
子やその周辺の光学素子等を直接冷却する方法があげら
れる。この方法においては、外部の冷却空気をエアフィ
ルタを介して吸気用ファンによりキャビネット内に流入
させ、この冷却空気を偏光変換素子、ライトバルブ素子
やその周辺の光学素子等に吹き付けて冷却し、温度の上
昇した空気を吐出し用ファンによりキャビネットの外部
に排出する。なお、液晶パネルの温度上昇が少ない場合
には、吸気用ファンと吐出し用ファンのいずれか一方が
省略される。

【０００７】また、光学素子の塵埃防止に関する第２の
技術としては、冷却液を使用する冷却装置、具体的に
は、特開平１１−１８３８８５号公報に記載されている
装置があげられる。この装置を詳細に説明すると、光源
からの光線を駆動信号を表わす光信号に変換する液晶変
換素子と、これを投写対象に向けて投写する投写光学系
と、出射側偏光素子と、これらを液晶表示素子と共に固
定保持する保持部材と、冷却用の冷却媒体と入射側偏光
素子と、投写光学系を構成する第１の光学素子とを備
え、入射側偏光素子及び液晶表示素子のいずれか一方
と、第１の光学素子と保持部材とが液晶表示素子と第１
の光学素子との間に、冷却媒体充填用の空間を形成す
る。

【０００８】このような構成において、液晶表示部で発
生した熱は、その一部が保持部材に伝えられて液晶表示
部の外部に放出されるとともに、他の大部分が冷却媒体
に吸収されて冷却媒体の自然対流に伴い移動し、保持部
材の内壁面に伝導して外部に放出される。

【０００９】また、第３の技術として、特開平７−１５
２００９号公報記載の装置があげられる。この装置は、
透過型のライトバルブ素子である液晶パネルを密閉され
た空間内に設置し、密閉空間内の空気を循環させて液晶
パネルの発熱を放熱し、密閉空間外部に伝える構成であ
る。さらに、インテグレータの塵埃防止に関する第４の
技術として、インテグレータの焦点をインテグレータの
フライアイレンズ面からずらす方法がある。この方法に
おいては、照明効率の観点からはインテグレータのフラ
イアイレンズ面にインテグレータの焦点を合わせるのが
最も好ましいものの、照明効率が多少悪化しても、イン
テグレータの焦点をインテグレータのフライアイレンズ
面からずらし、ライトバルブ素子に塵埃の影が投影され
ることのないようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、外部の
空気を取り入れて冷却する第１の技術の場合には、吸気
口にエアフィルタ等を設置して塵を捕捉し、吸気を濾過
するものの、十分とはいえず、微細な塵埃が装置の内部
に侵入することがある。微細な塵埃は、装置の内部に外
気と共に侵入して光学素子の表面を通過すると、光学素
子の表面に付着する。ライトバルブ素子には、投射レン
ズの焦点が合っており、投射レンズのＦ値により、実質
的に影響される塵埃の大きさと付着する場所が焦点面か
らどれだけ離れているかが判明するが、ライトバルブ素
子に表示された画像は勿論、ライトバルブ素子付近に付
着する塵埃等も投射される画像の影となる。また、光源
からの光の透過率が減少すると、スクリーン上に表示さ
れる画像輝度の低下を招く。また、エアフィルタにおい
ても、大きな塵が付着してエアフィルタの透過率が低下
し、液晶パネルの冷却機能が低下することとなる。

【００１１】また、第２の技術の場合には、ライトバル
ブ素子に対する塵埃の付着という問題は発生しないもの
の、インテグレータの塵埃防止に対してはなんら対策が
とられていないので、インテグレータに付着する塵埃の
投影という問題は解消されない。また、ライトバルブ素
子の冷却は自然対流のみで冷却媒体を循環させ、冷却媒
体の流速は放熱面と加熱面の温度差による冷却媒体の密
度差が支配的となるため、光源の光を高輝度化したと
き、液晶表示素子等の許容温度が決まっている関係上、
冷却媒体の流速を増加させることができず、必要な冷却
性能を得ることができないという問題がある。また、冷
却媒体の取り扱い、例えば温度変化による膨張や収縮に
伴う液漏れ等の液体の処理が困難である点、加えて装置
自体の大型化や複雑化を招くおそれも少なくない。

【００１２】また、第３の技術の場合には、密閉空間内
を循環する空気により光学素子を冷却し、密閉空間内の
冷却手段により密閉空間内の空気を冷却し、密閉空間内
で発生した熱を外部に放熱する構成であるので、外部空
気を発熱体である光学素子に直接当てて冷却するときと
比較して冷却機能が低下する。そのため、光源光の強度
の増加により、加熱量が増加したとき等には、十分にラ
イトバルブ素子を冷却できない可能性があり、冷却効率
については十分考慮されていなかった。

【００１３】さらに、第４の技術の場合、ライトバルブ
素子面で像がぼやけ、又、インテグレータの各セグメン
トの重なりがずれるため、輝度が劣化したり、ライトバ
ルブ素子上での照明範囲が狭くなったり、あるいはケラ
レが発生してしまうという問題がある。このようなケラ
レを回避するため、照明範囲を広げると、照明効率がさ
らに悪化し、輝度の劣化を招くという問題がある。ま
た、インテグレータの焦点をインテグレータのフライア
イレンズ面からずらす方法は、ライトバルブ素子面に塵
埃の影が投影されるのを抑制防止する根本策とはならな
いので、インテグレータのフライアイレンズ面に大きな
塵埃が付着した際には、画像として認識されてしまい、
商品価値を著しく低下させることとなる。

【００１４】本発明は、上記に鑑みなされたもので、光
学素子の塵埃防止と効率的な冷却を期待することのでき
る投射型表示装置を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明にお
いては、上記課題を達成するため、光源ランプユニット
と、この光源ランプユニットの光源からの照明光の利用
効率を向上させ、略均一な照明光を得るための偏光変換
素子、オプティカルインテグレータと、出射された光束
を光学的に処理して映像情報に対応した光学像を形成す
る光学ユニットとを備え、形成された光学像をスクリー
ンに拡大投射するものであって、光源ランプユニットを
除く全ての光学系を実質的に気密状態となるよう密閉し
て密閉空間を形成するとともに、この密閉空間内に、循
環空気形成用のファンを設置し、発熱する光学素子を順
に接続して循環空気を一方向に循環させる空気循環路を
形成し、密閉空間内の光学素子で発生した熱を密閉空間
外側空気と熱交換する第一の熱交換手段を循環空気の最
大温度点の下流に設けたことを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１ないし図４等を参照し
て本発明の好ましい実施形態を説明すると、図中、１は
光源ランプユニットの光源を示し、この光源１は可視域
でスペクトルを有する白色光源であり、キセノンラン
プ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の連続ス
ペクトルの光源であっても、ＬＥＤ光源のような離散ス
ペクトルの光源でも良い。この光源１は、方物面形状を
したリフレクタ２の焦点位置に配置され、光束が略平行
光となってリフレクタ２の出射口前方に出射し、第１フ
ライアイレンズ３に到達する。この第１フライアイレン
ズ３は、矩形のレンズセルを多数配列した形状に形成さ
れ、各レンズセルの形状が後述のプリズム８前方の集光
位置における光束断面形状と相似形状とされる。

【００１７】第１フライアイレンズ３の各レンズセル
は、第２フライアイレンズ４の各レンズセルと一対一に
対応しており、リフレクタ２より入射した平行光が第２
フライアイレンズ４の対応する各レンズセルの中心付近
に焦点を結ぶよう、レンズの中心や焦点距離等が定めら
れる。第１フライアイレンズ３から第２フライアイレン
ズ４を経た光束は青反射ダイクロイックミラー１１によ
り青光路と赤緑光路とに分けられた後、赤緑光路はさら
に第１の緑反射ダイクロイックミラー１２により緑光路
と赤光路とに分けられるが、どの光路においても、光束
はコンデンサレンズ６により長方形状にプリズム８前方
に集光する。この光束断面形状は、第１フライアイレン
ズ３の各レンズセルと光学的に共役な位置関係にある。

【００１８】なお、図中、５は偏光変換素子、７はアル
ミミラー、９はリレーレンズ、１３は第２の緑反射ダイ
クロイックミラー、１４は赤反射ダイクロイックミラ
ー、１７は入射偏光板、１８は出射偏光板、１９はダイ
クロイックプリズムである。

【００１９】すなわち、第１フライアイレンズ３の各レ
ンズセルは、第２フライアイレンズ４及びコンデンサレ
ンズ６により、一定の倍率でプリズム８前方に結像させ
られる。この光束断面形状は、第１フライアイレンズ３
のレンズセル形状と相似であり、ライトバルブ素子１０
上をスクロールする帯状の照明領域とも相似である。長
方形状に集光された光束断面は、プリズム８を通過して
第２の緑反射ダイクロイックミラー１３及び全反射ミラ
ー１６により同一光路上に戻されながらリレーレンズ９
によりライトバルブ素子１０上に一定の倍率で結像す
る。

【００２０】なお、本実施形態では、光源１から全反射
ミラー１６までの光路を下段、ライトバルブ素子１０周
辺を上段と呼ぶとすると、全反射ミラー１６により下段
から光束が９０°曲げられて上段に入射する構造であ
る。また、プリズム８は正方形断面をした四角柱であ
り、角速度ωで回転しており、このときライトバルブ素
子１０上に結像した長形状の光束断面は帯状の照明領域
としてスクロールする。

【００２１】筐体２０は、図２ないし図４に示すよう
に、略箱形に形成され、上部ダクト２１により蓋がなさ
れる構造に構成されている。上部ダクト２１と下部ダク
ト２２とは、筐体２０の上下にそれぞれ設置される。こ
れら筐体２０の下部、上部ダクト２１、下部ダクト２２
には、ライトバルブ素子１０とインテグレータ照明系を
連通する流路が構成されるよう、それぞれ連通口２７が
設置されている。筐体２０、上部ダクト２１、下部ダク
ト２２は、所定の樹脂（例えば、ＰＥＴ、ＰＣ、ＰＰ
Ｓ、ＰＯＭ等）で成形されている。また、白色光源部分
を除き、光学系は、外部空間から遮断され、完全な密閉
構造となっている。

【００２２】各光学素子は筐体２０と上部ダクト２１に
保持され、光源１からの光が透過可能なよう、筐体２０
の光の入射側は紫外線を吸収するＵＶ・ＩＲカットフィ
ルタ１５により気密封止されており、上部ダクト２１の
出射側は投射レンズ３４により封止される構造となって
いる。筐体２０、上部ダクト２１、下部ダクト２２は、
塵埃の進入がないよう弾性部材である耐熱性のシリコー
ンゴムが介在することにより接続されている。

【００２３】下部ダクト２２には、密閉空間内に空気を
循環させる冷却ファン２３が設置され、図にはブロワー
型のシロッコファンが図示されている。また、ヒートシ
ンク２４は、密閉空間内部側の高温側ヒートシンク２５
と密閉空間外部側の低温側シートシンクとから構成され
ている。以上のような構成により、外部からの塵埃の侵
入を完全に防止することができ、光学部品への付着に伴
う画像への映りこみ、透過率の減少による輝度低下を防
ぐことができる。なお、製造時に予め混入する塵埃を抑
制防止するため、構成部品に付着している塵埃を除去し
た後、クリーンルーム内部で組み立てられる。

【００２４】次に、光学素子の冷却構造について説明す
る。光源１から照射された光のうち、最終的に投写され
るもの以外の光は、偏光変換素子５、ライトバルブ素子
１０やその周辺の光学素子等に吸収されて熱になるの
で、偏光変換素子５、ライトバルブ素子１０、入射偏光
板１７が発熱し、所定温度以下に冷却する必要がある。
そこで、下部ダクト２２に設置された冷却ファン２３に
より排出された空気は、図２の矢印に示すように、下部
ダクト２２を通過して偏光変換素子５の下方に案内さ
れ、この偏光変換素子５を冷却して上部ダクト２１に流
入し、高温側ヒートシンク２５に案内される。

【００２５】こうして高温側ヒートシンク２５に案内さ
れたら、高温側ヒートシンク２５により、密閉空間内部
の空気と外気空気の熱交換が行われ、高温側ヒートシン
ク２５の出口までに密閉空間内部の空気が冷却される。
冷却された空気は、上部ダクト２１により、ライトバル
ブ素子１０、入射偏光板１７を冷却し、再度冷却ファン
２３に導かれる循環を繰り返す構造となっている。な
お、ライトバルブ素子１０は、密閉空間内部の空気だけ
ではなく、光の入射側の裏面側に設置された放熱フィン
２８によっても冷却される。

【００２６】反射型のライトバルブ素子１０の場合に
は、ライトバルブ素子１０で発生した熱は背面の放熱フ
ィン２８によっても冷却することができるため、密閉空
間内部で発生する発熱量はライトバルブ素子１０周辺よ
りも偏光変換素子５の方が多くなる。そのため、密閉空
間内部を循環する空気の温度は、偏光変換素子５の後が
最も高温となる。通常、このような表示装置に使用され
る光学素子の耐熱温度は、高いもので７５℃程度であ
り、使用される環境の最大温度は例えば４０℃となるた
め、小さな温度差の中で効率的な熱交換が必要となる。

【００２７】そこで、本実施形態のように密閉空間ＣＳ
の内部で最大温度になる点にヒートシンク２４を設置
し、集中的に放熱することにより、冷却効率を高めるこ
とが可能になる。ヒートシンク２４については、低温側
ヒートシンク２６の能力を可能な限り、大きくとること
が好ましい。図５は、その試算結果を示し、横軸がヒー
トシンク能力比、縦軸が密閉空間内部の空気循環比であ
る。高温側ヒートシンク能力を例えば２倍にした場合
と、低温側ヒートシンク能力を２倍にした場合とでは、
空気循環比はそれぞれ０．８６８、０．７５９になり、
低温側ヒートシンク能力の影響のほうが大きく、密閉空
間内部の空気循環量は低温側ヒートシンク能力を増加さ
せるほうがより少なくすることができる。これは、低温
側ヒートシンク能力により、高温側ヒートシンク出口側
の空気温度が大きく左右されるためである。

【００２８】筐体２０、上部ダクト２１、下部ダクト２
２を樹脂で成形するので、例えば表示装置の近傍に電源
回路等の発熱部品が設置される場合でも、その熱が表示
装置の内部に伝わりにくく、密閉空間内の空気が加熱さ
れることもないため、常に安定した冷却性能を得ること
ができる。また逆に、表示装置の熱が電源回路等に伝わ
るのを抑制防止することができるので、電源回路側に悪
影響を及ぼすこともない。

【００２９】図１１にフライアイレンズ周辺の側断面の
拡大図を示す。第１フライアイレンズ３と第２フライア
イレンズ４との素材は、通常ガラスが使用されるが、こ
のガラス素材を使用する場合には、耐熱温度が高く、特
に冷却に問題はない。これに対し、ガラスの代わりに透
光性の樹脂材料を使用する場合、耐熱温度が低くなると
ともに、紫外線による劣化も発生するため、冷却が非常
に重要となる。その場合、第１、第２フライアイレンズ
３・４、偏光変換素子５は、近接設置され、各々で発熱
量が異なり、それぞれを冷却するのに必要な空気の流量
が異なってくるので、最適な冷却能力に調整する必要が
ある。

【００３０】そこで、下部ダクト２２には、第１フライ
アイレンズ３側、第２フライアイレンズ４、偏光変換素
子５側の下部ダクト２２の流路高さＤ１、Ｄ２、上部ダ
クト２１の流路高さＤ３、Ｄ４を異なる高さに構成して
いる。本実施形態の場合、第１フライアイレンズ３、第
２フライアイレンズ４、偏光変換素子５合計の発熱量
は、第１フライアイレンズ３単体の発熱量のほうが小さ
くなるので、Ｄ１、Ｄ３を、Ｄ２、Ｄ４と比較して小さ
くなるよう構成している。このように、ダクトの流路高
さを変更することにより、流路の抵抗を変化させること
ができ、必要な流量が必要な個所に流れるように調整す
ることができる。

【００３１】また、下部ダクト２２から第１フライアイ
レンズ３、第２フライアイレンズ４、偏光変換素子５の
上下部に設けてある連通口２７の開口面積を変更するこ
とにより、発熱部を通過する空気の流速を変化させるこ
とができる。例えば、連通口２７の幅を変更すれば、流
速と流路抵抗とを調整することが可能である。冷却能力
は、発熱面を通過する空気の流速に比例するため、ダク
トの流路高さを変化させるだけではなく、連通口２７の
開口面積をも変化させることにより、さらに細やかな冷
却能力を調整することができる。

【００３２】次に、密閉空間外部部品の冷却方法を示
す。低温側ヒートシンク２６は外部冷却ファン２９で発
生する空気流により、熱交換を行っている。外部冷却フ
ァン２９は光源１の冷却も兼ね、ライトバルブ素子１０
冷却用の放熱フィン２８、低温側ヒートシンク２６、外
部冷却ファン２９、光源１の順に空気を直列に流通させ
る構造となっており、一のファンで密閉空間外部部品を
冷却する。必要な冷却風量は、直列経路の中で最も発熱
量の大きい部品で必要な流量に調整することにより、他
の部品の冷却能力を達成することができるため、複雑な
流量調整が必要なく、必要な冷却能力を簡単に得ること
ができる。

【００３３】また、一のファンにより密閉空間外部の部
品を冷却する方法として、実施形態とは別の形態を図１
０(ａ)、(ｂ)に示す。これは、光源１の冷却と低温側ヒ
ートシンク２６の冷却空気を並列に引き回す方法であ
る。密閉空間外部の空気は、ライトバルブ素子１０冷却
用の放熱フィン２８、低温側ヒートシンク２６を通過し
て外部冷却ファン２９に吸い込まれる。また、光源１を
通過した空気も同様に、外部冷却ファン２９に吸い込ま
れる。このように２系統の吸い込みを行うことにより、
一のファンによる冷却が可能である。但し、このような
並列の空気引き回しの場合には、その流路抵抗により、
各流路を通過する空気の流量が定まるため、各流路で必
要な空気の流量が得られるよう流路の抵抗を調整するこ
とが必要である。

【００３４】さらに、密閉空間ＣＳの外部には温度セン
サ３０が配置され、この温度センサ３０は外部空気の温
度を測定する。密閉空間外部の空気により、密閉空間内
部における空気の最低温度が決定されるので、最低温度
時に必要な循環量が求まる。予め外部空気温度に対して
必要な冷却ファン２３の駆動電圧を測定しておき、外部
空気の温度によるファン駆動電圧テーブルを制御すれ
ば、必要以上に騒音が増加することなく、静音化が可能
になる。

【００３５】次に、本発明の第２の実施形態を説明する
と、図６は単板式反射型表示装置の構成例を示す分解斜
視図である。筐体２０は、密閉されても、外部空気の混
入を防ぐことは実に困難である。そのため、空気中に含
まれる水分、例えば外部空間に高湿度の空気が存在する
ときに、密閉空間内に混入した空気中に含まれる水分、
組み立て時の密閉空間内の空気に予め含まれる水分等
は、外気温度の変化、例えば空輸による飛行機内の低温
状態等により結露を生じさせるおそれがある。結露が生
じると、投影画像に対する水滴の映りこみ、輝度の低下
を招くこととなる。

【００３６】そこで、本実施形態においては、密閉空間
内における空気の湿度を調整する調湿手段３１を配設す
るようにしている。この調湿手段３１は、例えば吸着力
が大きく、乾燥剤として汎用されるシリカゲル等が使用
され、密閉空間内部の空気循環経路の一部である冷却フ
ァン２３の横に設けられる。この調湿手段３１の設けら
れる位置は、冷却ファン２３の横になんら限定されるも
のではなく、密閉空間内の空気と触れ、かつ空気循環経
路を阻害しない個所とされる。このように、空気循環経
路を阻害することなく、調湿手段３１を設置するので、
密閉空間内部の空気は常に湿度が保たれ、結露を防止す
ることができる。

【００３７】次に、本発明の第３の実施形態を説明する
と、図７は単板式反射型表示装置の構成例を示す分解斜
視図である。上記実施例では塵埃の除去後に組み立てら
れ、完全に密閉される構造なので、外部から塵埃が侵入
することはない。しかしながら、密閉空間内部に設置さ
れた冷却ファン２３の軸受部には、ボールベアリング、
あるいはスリーブベアリング等が使用されているため、
ボール又はスリーブの磨耗による塵埃、グリース等のオ
イルの飛散が発生し、発生した塵埃が密閉空間内部を循
環する空気と共に循環することとなる。

【００３８】そこで、本実施形態においては、冷却ファ
ン２３の出口に発生した塵埃を捕捉する捕捉手段３２を
設置するようにしている。この捕捉手段３２としては、
例えばフィルター等があげられる。本実施形態によれ
ば、密閉空間内部で発生する塵埃は冷却ファン２３から
発生するので、冷却ファン２３から光学素子までの流路
中に捕捉手段３２を設置すれば、発生した塵埃が光学素
子に付着することなく、捕捉することが可能となる。

【００３９】また、本実施形態の別の形態として、捕捉
手段３２に粘着性部材３３を併用、あるいは単独で使用
することもできる。冷却ファン２３から排出された空気
には、偏光変換素子５の下部で９０°の曲りが発生する
が、この曲り個所に粘着性部材３３が設置されている。
このような曲り個所では、空気の流れが曲がることによ
り、追従する塵埃も曲ろうとするが、その質量から遠心
力により外側に飛ばされ、この飛ばされた塵埃が粘着性
部材３３に付着して捕捉される。捕捉する塵埃の粒径
は、空気の流速と流路の曲り径により調整することが可
能である。本実施形態によれば、粘着性部材３３を使用
することにより、フィルターで捕捉できなかった塵埃を
も捕捉することができ、密閉空間内部で発生する塵埃に
よる問題をも解決することが可能となる。

【００４０】なお、上記実施形態では単板式反射型表示
装置を示したが、なんらこれに限定されるものではな
く、図８や図９に示す単板式透過型表示装置にも同様に
適用することができる。また、単板式の表示装置に限定
されるものではなく、３板式の表示装置でも良い。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光学素子
の塵埃防止と効率的な冷却を期待することができるとい
う効果がある。また、光源ランプユニットを除く全ての
光学系を実質的に気密状態となるよう密閉して密閉空間
を形成するとともに、この密閉空間内に、循環空気形成
用のファンを設置し、発熱する光学素子を順に接続して
循環空気を一方向に循環させる空気循環路を形成し、密
閉空間内の光学素子で発生した熱を密閉空間外側空気と
熱交換する第一の熱交換手段を循環空気の最大温度点の
下流に設けるので、密閉空間内部の空気の熱交換効率が
最も高くなり、塵埃防止と高効率の冷却が期待できる。

【００４２】また、第一の熱交換手段以外の空気循環路
を断熱材で形成するので、例えば表示装置の近傍に電源
回路等の発熱部品等が設置される場合でも、熱が表示装
置の内部に伝わりにくく、密閉空間内の空気が加熱され
ることもないため、常に安定した冷却性能を得ることが
できる。また逆に、表示装置の熱が電源回路等に伝わる
のを抑制防止することができるので、電源回路側等に悪
影響を及ぼすこともない。また、第一の熱交換手段を通
過した第一の熱交換手段の密閉空間外側空気を、ランプ
冷却手段として利用するので、必要な冷却風量は流路の
中で最も発熱量の大きい部品で必要な流量に調整するこ
とにより、他の部品の冷却能力を達成することができる
ため、複雑な流量調整を必要とせず、必要な冷却能力を
容易に得ることができる。

【００４３】また、第一の熱交換手段として、密閉空間
内と外部とに放熱フィンを設け、密閉空間内における放
熱フィンの放熱能力よりも密閉空間外部における放熱フ
ィンの放熱能力を大きくするので、密閉空間内部の循環
冷却風量を低減することができ、より高効率で光学素子
を冷却することができる。

【００４４】また、オプティカルインテグレータのフラ
イアイレンズ素材を合成樹脂とし、このフライアイレン
ズ素材と偏光変換素子とを冷却する空気循環路を、循環
空気が一の循環経路から分かれてフライアイレンズ素材
と偏光変換素子とをそれぞれ冷却し、一の循環経路に戻
るよう構成し、フライアイレンズ素材と偏光変換素子を
それぞれ冷却する循環空気の流量を循環経路の大きさに
より調整可能とするので、各々で異なる発熱量が存在し
ても、流路抵抗を変化させることができるとともに、必
要な流量が必要な個所に流れるよう調整でき、温度と紫
外線による劣化を抑制防止することが可能になる。

【００４５】また、オプティカルインテグレータのフラ
イアイレンズ素材を合成樹脂とし、このフライアイレン
ズ素材と偏光変換素子とを冷却する空気循環路を、循環
空気が一の循環経路から分かれてフライアイレンズ素材
と偏光変換素子とをそれぞれ冷却し、一の循環経路に戻
るよう構成し、フライアイレンズ素材と偏光変換素子を
それぞれ冷却する循環空気の流量を循環経路と開口部の
大きさにより調整可能とするので、発熱部を通過する空
気の流速に比例するため、ダクトの流路高さを変化させ
るだけではなく、連通口の開口面積をも変化させるの
で、さらに細やかに冷却能力を調整することが可能にな
る。

【００４６】また、光学ユニットのライトバルブとして
反射型ライトバルブを用い、この反射型ライトバルブの
光入出射面を密閉空間側に保持させるとともに、反射型
ライトバルブの光入出射面とは反対側の部分を密閉空間
外部の第二の熱交換手段に接続される状態で設け、密閉
空間外側空気を第二の熱交換手段、第一の熱交換手段、
及びランプ冷却手段の順に通過させるので、一のファン
で密閉空間の外部部品を冷却することができる。必要な
冷却風量は、直列経路の中で最も発熱量の大きい部品で
必要な流量に調整することにより、他の部品の適切な冷
却を達成することができるため、複雑な流量の調整を必
要とせず、必要な冷却を簡易に得ることが可能になる。

【００４７】また、光学ユニットのライトバルブとして
反射型ライトバルブを用い、この反射型ライトバルブの
光入出射面を密閉空間側に保持させるとともに、反射型
ライトバルブの光入出射面とは反対側の部分を密閉空間
外部の第二の熱交換手段に接続される状態で設け、密閉
空間外側空気を、第二の熱交換手段、第一の熱交換手段
を冷却する経路と、ランプ冷却手段を冷却する経路の少
なくとも二つに分割し、一のファンにより循環空気を循
環させるので、密閉空間外部の空気は、ライトバルブ冷
却用の放熱フィン、低温側ヒートシンクを通過し、冷却
ファンに吸い込まれる。また、光源を通過した空気も同
様に冷却ファンに吸い込まれる。また、２系統の空気引
き回しの場合、その流路抵抗により、各経路を通過する
空気流量が定まるため、各流路で必要な空気流量が得ら
れるよう流路抵抗を調整することにより、一のファンに
より冷却することができる。

【００４８】また、密閉空間の外側に温度センサを配置
し、この温度センサにより、密閉空間内に循環空気を形
成するファンを制御するので、密閉空間外部の空気温度
により、密閉空間内部における空気の最低温度が決定さ
れるので、最低温度時に必要な循環空気流量が求まる。
また、予め外部の空気温度に対する必要な冷却ファン駆
動電圧を測定しておき、外部の空気温度によるファン駆
動電圧テーブルを制御することにより、必要以上に騒音
の増加することがなく、これを通じて静音化を図ること
ができる。

【００４９】また、例えば外部空間に高湿度の空気が存
在する場合に、密閉空間内に混入した空気中に含まれる
水分、組み立て時の密閉空間内の空気に予め含まれる水
分等の外気温度の変化により、結露が生じたときでも、
密閉空間内部における空気の湿度を調整する調湿手段を
循環空気路を阻害することのないよう設置するので、投
影画像に対する水滴の映りこみ、輝度の低下を抑制防止
することができる。また、密閉空間外部に混入した塵埃
を捕捉する捕捉手段を設置することにより、密閉空間内
部で発生した塵埃の捕捉が大いに期待できる。また、捕
捉手段を密閉空間内のファンの出口側に設置するので、
発生した塵埃が光学素子に付着することなく、捕捉する
ことが可能になる。

【００５０】また、捕捉手段として粘着性を有する部材
を使用すれば、微細な塵埃を捕捉することができる。ま
た、捕捉手段を、密閉空間内の空気循環経路の角部に設
置するので、循環空気の曲り部分から追従する塵埃が遠
心力により、外側に飛ばされて粘着性の部材に付着する
ので、効果的な捕捉が期待できる。さらに、捕捉手段
を、密閉空間内の空気循環経路のファンと光学素子間に
存在する角部に設置すれば、ファンから発生する塵埃が
光学素子に付着する前に捕捉することが可能になる。さ
らにまた、捕捉手段を、密閉空間内のファンの出入口側
に設置し、密閉空間内の空気循環経路のファンと光学素
子間に存在する角部に粘着性を有する部材を設けるの
で、最も効果的に塵埃を捕捉することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る投射型表示装置の実施形態におけ
る光学素子を示す構成図である。

【図２】本発明に係る投射型表示装置の実施形態におけ
る光学素子を示す断面側面図である。

【図３】本発明に係る投射型表示装置の実施形態におけ
る光学素子を示す背面図である。

【図４】本発明に係る投射型表示装置の実施形態におけ
る光学素子の筐体を示す分解斜視図である。

【図５】本発明に係る投射型表示装置の実施形態におけ
るヒートシンク能力と密閉空間内部の空気循環量比を示
すグラフである。

【図６】本発明に係る投射型表示装置の第２の実施形態
における単板式反射型表示装置を示す分解斜視図であ
る。

【図７】本発明に係る投射型表示装置の第３の実施形態
における単板式反射型表示装置を示す分解斜視図であ
る。

【図８】３板式透過型表示装置を示す構成図である。

【図９】本発明に係る投射型表示装置の実施形態におけ
る３板式透過型表示装置の適用例を示す断面図である。

【図１０】本発明に係る投射型表示装置の実施形態の別
の実施形態における単板式反射型表示装置を示す図で
(ａ)図は側面図、(ｂ)は背面図である。

【図１１】本発明に係る投射型表示装置の実施形態にお
けるフライアイレンズ周辺を示す断面拡大説明図であ
る。

【符号の説明】

１光源２リフレクタ３第１フライアイレンズ４第２フライアイレンズ５偏光変換素子８プリズム１０ライトバルブ素子１７入射偏光板１８出射偏光板２０筐体２１上部ダクト２２下部ダクト２７連通口２８放熱フィン２９外部冷却ファン３０温度センサ３１調湿手段３２捕捉手段３３粘着性部材３４投射レンズＣＳ密閉空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 ＺＦターム(参考） 2H088 EA13 EA14 EA68 HA13 HA18 HA21 HA24 HA25 HA28 MA20 2H089 HA40 QA06 QA08 TA12 TA15 TA16 TA17 TA18 UA05 2H091 FA05Z FA08X FA08Z FA14Z FA26X FA26Z FA29Z FA41Z FA45Z LA04 LA07 MA07 2K103 AA05 AA14 AB10 BC26 CA67 DA02 DA06 DA09 DA11 DA16 DA24 DA25 5C058 AB03 AB06 BA35 EA02 EA12 EA21 EA52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源ランプユニットと、この光源ランプ
ユニットの光源からの照明光の利用効率を向上させ、略
均一な照明光を得るための偏光変換素子、オプティカル
インテグレータと、出射された光束を光学的に処理して
映像情報に対応した光学像を形成する光学ユニットとを
備え、形成された光学像をスクリーンに拡大投射する投
射型表示装置であって、光源ランプユニットを除く全ての光学系を実質的に気密
状態となるよう密閉して密閉空間を形成するとともに、
この密閉空間内に、循環空気形成用のファンを設置し、
発熱する光学素子を順に接続して循環空気を一方向に循
環させる空気循環路を形成し、密閉空間内の光学素子で
発生した熱を密閉空間外側空気と熱交換する第一の熱交
換手段を循環空気の最大温度点の下流に設けたことを特
徴とする投射型表示装置。
【請求項２】第一の熱交換手段以外の空気循環路を断
熱材で形成した請求項１記載の投射型表示装置。
【請求項３】第一の熱交換手段を通過した第一の熱交
換手段の密閉空間外側空気を、ランプ冷却手段として利
用するようにした請求項１又は２記載の投射型表示装
置。
【請求項４】第一の熱交換手段として、密閉空間内と
外部とに放熱フィンを設け、密閉空間内における放熱フ
ィンの放熱能力よりも密閉空間外部における放熱フィン
の放熱能力を大きくした請求項１、２、又は３記載の投
射型表示装置。
【請求項５】オプティカルインテグレータのフライア
イレンズ素材を合成樹脂とし、このフライアイレンズ素
材と偏光変換素子とを冷却する空気循環路を、循環空気
が一の循環経路から分かれてフライアイレンズ素材と偏
光変換素子とをそれぞれ冷却し、一の循環経路に戻るよ
う構成し、フライアイレンズ素材と偏光変換素子をそれ
ぞれ冷却する循環空気の流量を循環経路の大きさにより
調整可能とした請求項１ないし４記載の投射型表示装
置。
【請求項６】オプティカルインテグレータのフライア
イレンズ素材を合成樹脂とし、このフライアイレンズ素
材と偏光変換素子とを冷却する空気循環路を、循環空気
が一の循環経路から分かれてフライアイレンズ素材と偏
光変換素子とをそれぞれ冷却し、一の循環経路に戻るよ
う構成し、フライアイレンズ素材と偏光変換素子をそれ
ぞれ冷却する循環空気の流量を循環経路と開口部の大き
さにより調整可能とした請求項１ないし４記載の投射型
表示装置。
【請求項７】光学ユニットのライトバルブとして反射
型ライトバルブを用い、この反射型ライトバルブの光入
出射面を密閉空間側に保持させるとともに、反射型ライ
トバルブの光入出射面とは反対側の部分を密閉空間外部
の第二の熱交換手段に接続される状態で設け、密閉空間
外側空気を第二の熱交換手段、第一の熱交換手段、及び
ランプ冷却手段の順に通過させるようにした請求項３な
いし６いずれかに記載の投射型表示装置。
【請求項８】光学ユニットのライトバルブとして反射
型ライトバルブを用い、この反射型ライトバルブの光入
出射面を密閉空間側に保持させるとともに、反射型ライ
トバルブの光入出射面とは反対側の部分を密閉空間外部
の第二の熱交換手段に接続される状態で設け、密閉空間
外側空気を、第二の熱交換手段、第一の熱交換手段を冷
却する経路と、ランプ冷却手段を冷却する経路の少なく
とも二つに分割し、一のファンにより循環空気を循環さ
せるようにした請求項３ないし６いずれかに記載の投射
型表示装置。
【請求項９】密閉空間の外側に温度センサを配置し、
この温度センサにより、密閉空間内に循環空気を形成す
るファンを制御するようにした請求項１ないし８いずれ
かに記載の投射型表示装置。
【請求項１０】密閉空間内に、内部空気中の水分量を
調整する調湿手段を設置した請求項１ないし９いずれか
に記載の投射型表示装置。
【請求項１１】密閉空間内に混入した塵埃を捕捉する
捕捉手段を含んでなる請求項１ないし１０いずれかに記
載の投射型表示装置。
【請求項１２】捕捉手段をフィルターとした請求項１
１記載の投射型表示装置。
【請求項１３】捕捉手段を密閉空間内のファンの出口
側に設置した請求項１１又は１２記載の投射型表示装
置。
【請求項１４】捕捉手段を、粘着性を有する部材とし
た請求項１１記載の投射型表示装置。
【請求項１５】捕捉手段を、密閉空間内の空気循環経
路の角部に設置した請求項１１又は１２記載の投射型表
示装置。
【請求項１６】捕捉手段を、密閉空間内の空気循環経
路のファンと光学素子間に存在する角部に設置した請求
項１１ないし１５いずれかに記載の投射型表示装置。
【請求項１７】捕捉手段を、密閉空間内のファンの出
入口側に設置し、密閉空間内の空気循環経路のファンと
光学素子間に存在する角部に粘着性を有する部材を設け
た請求項１１ないし１６いずれかに記載の投射型表示装
置。