JP2006084990A - 投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 省スペース化を維持するとともに光学系又は光学部材を熱的に保護する縦型投射装置を提供する。
【解決手段】 光源部と、前記光源部からの光により前記光変調素子を照明する照明光学系と、前記光変調素子から出射した光を投射する投射光学系と、前記光源部から発生する熱を送風により放熱する放熱機構とを筐体内に有し、光路が鉛直面内に形成される投射装置であって、前記光源部は前記投射光学系よりも上部に配置され、前記放熱機構は前記光源部から前記筐体に設けられた排気口へ送風しており、前記照明光学系及び前記投射光学系は、前記光源部から前記排気口までの送風路から外れた位置に配置されていることを特徴とする投射装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般には、光源からの照射光を用いて、液晶パネルなどの表示装置上に表示された表示画像を投射光学系を介して投射面上に拡大投射する投射装置に係り、特に、縦型の投射装置に関する。

近年、プロジェクタなどの投射装置は、省スペース化のみならず高性能化の要請が高まっている。投射装置としては、従来から超高圧水銀ランプなどの高輝度光源を用いて、複眼レンズ、ミラー及び偏光板などの照明光学系を介して液晶パネルを照明し、液晶パネルに表示された画像または映像を投射光学系を介してスクリーンに拡大投射する液晶プロジェクタが知られている。また、近年では、省スペース化を達成するために使用時の光路が鉛直面内に形成される縦型液晶プロジェクタ（縦型投射装置）も提案されている（例えば、特許文献１乃至３を参照のこと）。

縦型投射装置においては、光源部は最も重いため、通常、特許文献１及び２のように、筐体底部に設けられている。また、光源部が生成する熱がこもって光学系に悪影響を与えることを防止するために、特許文献２は、光源部を放熱するファンを設けている。
特許第３３３９５０４号 特開２００１−５１３４９号 ＷＯ９７／２７５１２号

光源部は、光を発生するために発熱量が投射装置の中で最も高く、特許文献１及び２の投射装置のように筐体底部にあると光源部からの熱気は筐体上部に移動する。それにより、光源部上部にある投射光学系、照明光学系や回路などが変形や破損する可能性がある。より具体的には、光学部材（偏光板等）、光源部及び液晶パネル等の耐使用年数が低下する、光学部材（レンズ）の線膨張及び屈折率が変化して収差や解像度等の性質が変わる、電源や基板に用いられるＩＣの誤作動や破損する、などの問題が起こる可能性がある。

特に、熱気は筐体内に拡散しながら上昇するため、光学系や回路は、たとえ特許文献１のように光源部の真上に配置されていなくても熱気の影響を受ける。この点、特許文献２は、ファンが送風路を形成して熱気の流れを規定するので熱気の筐体内での拡散を防止することができる。しかし、送風路上に光学系や回路が配置されているので、これらは依然として熱気の影響を受ける。これを解決するために、特許文献３のように、光源部を比較的上部の、筐体に設けられた排気口近傍に配置することが考えられる。しかし、熱気は筐体内に拡散すれば特許文献１と同様の問題が発生する。また、特許文献３では、投射光学系と光源部がほぼ同じ高さなので、投射光学系は熱気の影響を受けてしまう。

そこで、本発明は、省スペース化を維持するとともに光学系又は光学部材を熱的に保護する投射装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての縦型投射装置は、光源部と、前記光源部からの光により前記光変調素子を照明する照明光学系と、前記光変調素子から出射した光を投射する投射光学系と、前記光源部から発生する熱を送風により放熱する放熱機構とを筐体内に有し、光路が鉛直面内に形成される投射装置であって、前記光源部は前記投射光学系よりも上部に配置され、前記放熱機構は前記光源部から前記筐体に設けられた排気口へ送風しており、前記照明光学系及び前記投射光学系は、前記光源部から前記排気口までの送風路から外れた位置に配置されていることを特徴とする。

本発明の別の側面としての縦型投射装置は、光変調素子を照明するための光を生成する光源部と、前記光変調素子から出射した光を投射する投射光学系とを筐体内に有し、前記光源部は前記投射光学系よりも上部に配置され、前記筐体は前記光源部に近接して形成されるとともに前記光源部の熱を放熱する排気口を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下の添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、省スペース化を維持するとともに光学系又は光学部材を熱的に保護する投射装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の例示的一態様である投射装置１００について説明する。ここで、図１は、投射装置１００の構成を示す断面図である。図２は、投射装置１００の斜視断面図である。

投射装置１００は、光源部１１０からの照射光を用いて、表示画像を投射面（スクリーン）上に投射し、光源部１１０と、照明光学系１３０と、合成光学系１５０と、投射光学系１７０と、電源部１８０と、放熱機構２００とを有する。また、投射装置１００は、縦型の投射装置である。本実施形態では、投射装置１００として、液晶プロジェクタを用いて説明するが、液晶プロジェクタ装置に限定されず、ＣＲＴプロジェクタ、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）プロジェクタ等の各種構成形態のプロジェクタ装置に適用してもよい。尚、本実施形態の液晶プロジェクタは、前面投射型プロジェクタを使用して説明する。また、投射装置１００は、筐体１０１の上部と底部に複数の矩形状の開口１０２及び１０３を更に有している。

開口１０２は、筐体１０１内部の熱気を放熱するために形成され、開口１０３は、外気を筐体１０１内部に供給するために形成されている。開口１０２及び１０３の形状は、矩形状でなくても網目状や多角形状などの開口が採用されてもよい。開口１０２及び１０３の位置は、自然対流現象を最大限に発揮できるように形成されている。つまり、開口１０２及び１０３の送風路は、略一直線上に整列する。ここで、自然対流現象とは、熱せられた流体が膨張することにより密度が低下し、その流体が上昇する現象である。そのため、本実施形態のように、形成される位置の高さが異なる２つ以上の開口を有することが好ましい。それにより、投射装置１００は、筐体１０１内部の熱気を排気口１０２より排出し、使用部材の変形や破損を低減することができる。

光源部１１０は、光変調素子を照明するための光を生成する。光源部１１０は、光源１１１と、リフレクタ１１２と、凹レンズ１１３とを有する。光源１１１は、一般的にランプを使用し、例えば、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなどの高輝度放電（ＨＩＤ：Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプが反射鏡と一体化されて用いられる。また、光源１１１として、高指向性光源であるコンパクトな固体レーザ、マイクロ波励起の無電極ＨＩＤランプ、カーボンナノチューブ電子源と蛍光体で構成されたランプなどを使用することもできる。リフレクタ１１２は、光源１１１からの光を反射し、平行光を出射する機能を有する。そのため、リフレクタ１１２は、放物面形状であり、内部が反射部材で形成される。凹レンズ１１３は、光を平行な光線にする機能を有する。また、凹レンズ１１３は、リフレクタ１１２の左方に配置される。

また、光源部１１０は、投射光学系１７０よりも上部に配置されている。なぜならば、光源部１１０から発生する熱は、例えば超高圧水銀ランプである場合、非常に高く、１０００度程度になり、また、ランプを覆うリフレクタ１１２も数百度まで発熱し、投射光学系１７０が上方であれば光学系を熱変形又は破損させるからである。上述の配置により、投射装置１００は、光源部１１０の熱気を効率的に放熱し、使用部材の変形や破損を低減することができる。

また、光源部１１０は、開口１０２及び１０３から流入出する気体の流路にくるように配置されている。その結果、投射装置１００は、上述したように、光源部１１０の熱気を効率的に放熱し、使用部材の変形や破損を低減することができる。

照明光学系１３０は、光源部１１０からの光により光変調素子を照明する。また、照明光学系１３０は、光源部１１０から開口１０２に向かう送風路から外れた位置に配置されている。照明光学系１３０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の三原色に分離する。そのため、照明光学系１３０は、光インテグレータ、偏光変換光学系、ダイクロミラーなどの色分離光学系、およびコンデンサレンズなどの各種レンズ系などで構成される。また、照明光学系１３０は、液晶パネル１５４ａ乃至１５４ｃを均一に照明及び効率よく照明するようにレンズ系を組み合わせられている。本実施形態では、照明光学系１３０は、光学ボックス１３０ａに内蔵され、フライアイレンズ１３１ａ及び１３１ｂと、偏光変換素子１３２と、コンデンサレンズ１３３ａ及び１３３ｂと、反射ダイクロミラー１３４ａ及び１３４ｂと、全反射ミラー１３５ａ、１３５ｂ及び１３５ｃと、リレーレンズ１３６とを有する。

光学ボックス１３０ａは、縦型の投射装置１００の筐体１０１に光源１１１、リフレクタ１１２、凹レンズ１１３、フライアイレンズ１３１ａ及び１３１ｂ、偏光変換素子１３２、コンデンサレンズ１３３ａ及び１３３ｂが縦方向に配置されている。

フライアイレンズ１３１ａ及び１３１ｂは、碁盤の目状に配置されたレンズ群の集まりであり、フライアイレンズ１３１ａで光束を分割し、それぞれの光束を２枚目の偏心したフライアイレンズ１３１ｂにより照射領域に導く。偏光変換素子１３２は、光の偏光方向をそろえる機能を有し、本実施形態では、フライアイレンズ１３１ｂの左方に配置される。コンデンサレンズ１３３ａ及び１３３ｂは、入射光を集光する機能を有し、本実施形態では、コンデンサレンズ１３３ａは、偏光変換素子１３２の左方に配置され、コンデンサレンズ１３３ｂは、反射ダイクロミラー１３４ｂの下方に配置される。反射ダイクロミラー１３４ａ及び１３４ｂは、所定の周波数帯域の光を透過及び反射する。反射ダイクロミラー１３４ａは、緑と赤の周波数帯域を反射し、青の周波数帯域を透過する。反射ダイクロミラー１３４ｂは、緑の周波数帯域を反射し、赤の周波数帯域を透過する。また、本実施形態では、反射ダイクロミラー１３４ａは、コンデンサレンズ１３３ａの左方に配置され、反射ダイクロミラー１３４ｂは、反射ダイクロミラー１３４ａの下方に配置される。全反射ミラー１３５ａ、１３５ｂ及び１３５ｃは、入射光を全反射する機能を有する。全反射ミラー１３５ａは、青の周波数帯域を全反射し、全反射ミラー１３５ｂ及び１３５ｃは、赤の周波数帯域を全反射する。また、本実施形態では、全反射ミラー１３５ａは反射ダイクロミラー１３４ａの左方に配置され、全反射ミラー１３５ｂはコンデンサレンズ１３３ｂの下方に配置され、全反射ミラー１３５ｃはリレーレンズ１３６の左方に配置される。

合成光学系１５０は、照明光学系１３０で分離された光（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の三原色）を合成する。合成光学系１５０は、照明光学系１３０とともに光学ボックス１３０ａに内蔵されており、フィールドレンズ１５１ａ、１５１ｂ及び１５１ｃと、偏光板１５２ａ乃至１５２ｆと、偏光板基板１５３ａ及び１５３ｂと、液晶パネル１５４ａ、１５４ｂ及び１５４ｃと、プリズム１５５とを有する。

フィールドレンズ１５１ａ、１５１ｂ及び１５１ｃは、画像の周辺の明るさを向上させ、明瞭な視野を確保する機能を有する。フィールドレンズ１５１ａは、全反射ミラー１３５ｃの左上方に配置され、フィールドレンズ１５１ｂは、全反射ミラー１３５ａの下方に配置され、フィールドレンズ１５１ｃは、反射ダイクロミラー１３４ｂの左方に配置されている。偏光板１５２ａ乃至１５２ｆは、所定方向の偏光を有する光のみを通過させる薄い板である。偏光板１５２ａ及び１５２ｆは、赤光用に使用され、赤光用の液晶パネル１５４ｃを挟んでそれぞれ配置される。偏光板１５２ｂ及び１５２ｅは、緑光用に使用され、緑光用の液晶パネル１５４ｂを挟んでそれぞれ配置される。偏光板１５２ｃ及び１５２ｄは、青光用に使用され、青光用の液晶パネル１５４ａを挟んでそれぞれ配置される。偏光板基板１５３ａ及び１５３ｂは、上述の偏光板と同様に所定方向の偏光を有する光のみを通過させる。偏光板基板１５３ａは、青光用に用いられ、偏光板１５２ｃの下方に配置される。偏光板基板１５３ｂは、緑光用に用いられ、偏光板１５２ｂの左方に配置される。

液晶パネル１５４ａ、１５４ｂ及び１５４ｃは、照明光学系１３０から入射する光を変調させる。液晶パネル１５４ａ、１５４ｂ及び１５４ｃは、２次元面内の各空間位置における光学特性（透過、反射、位相、散乱、回折、屈折及び吸収）を制御する素子であり、光学特性を変化させることにより画像情報を形成する。液晶パネル１５４ａ、１５４ｂ及び１５４ｃへの入力信号（画像情報）のアドレス（書き込み）方法は、ｐ−Ｓｉ ＴＦＴやｃ−Ｓｉ ＭＯＳＦＥＴなどの半導体集積回路を用いた電気アドレス方式、小型表示素子の光学像やレーザビームなどにより書き込む光アドレス方式、真空中の電子ビーム走査により情報を書き込む電子ビームアドレス方式などがある。また、液晶パネル１５４ａは青光用として使用され、液晶パネル１５４ｂは緑光用として使用され、液晶パネル１５４ｃは赤光用として使用される。

プリズム１５５は、分解された光を合成する。プリズム１５５は、偏光板１５２ｄ乃至１５２ｆが貼り付いており、液晶パネル１５４ａ乃至１５４ｃからの光が入射する位置に配置される。

投射光学系１７０は、光変調素子から出射した光を拡大投射する。本実施形態では、投射光学系１７０は、光源部１１０よりも下方に配置され、円柱形状を有する。また、投射光学系１７０は、図示していないが、複数のミラーやレンズなどの光学系から構成される。また、投射光学系１７０は、光源部１１０から開口１０２に向かう送風路から外れた位置に配置されている。

電源部１８０は、光源部１１０と放熱機構２００との間の送風路上に配置され、光源部１１０へ電力を供給する。それにより、電源部１８０からの熱も後述する放熱機構２００によって放熱することができる。また、電源部１８０は、光源１１１の初期点灯のための高電圧印加とその後の電圧変動を安定化させるバラスト回路を含んでいる。

放熱機構２００は、製品下部の開口１０３より冷気を取り込み光源部１１０に冷気を強制的に送風し放熱する機能を有し、二機のファン２０１及び２０３を有する。また、放熱機構２００は、送風路を形成して光源部１１０に向かう開口１０２と、開口１０２とは異なる面に設けられる開口１０３も含む概念である。放熱機構２００による送風路は、光源部１１０から開口１０２へ向かう。さらに、放熱機構２００は、自然対流現象を利用するために、本実施形態では、筐体１０１の下部に配置されている。それにより、放熱機構２００は、光源部１１０からの熱気を効率的に外部へ放出し、使用部材の変形や破損を低減することができる。また、放熱機構２００の隣接する面（この場合、底面）には、開口１０３があることが好ましい。本実施形態では、効率的に光源部１１０からの熱気を放出するために、鉛直方向に開口部１０３、放熱機構２００、光源部１１０及び開口部１０２が直線的に配置されるように設計されている。それにより、放熱機構２００は、筐体１０１の内部に効率的に自然対流を発生させ、従来の投射装置より放熱効率を高めることができる。その結果、投射装置１００は、使用部材の変形や破損を低減させることができる。

光源１１１において発生する熱は例えば超高圧水銀ランプである場合、非常に高く、１０００℃程度になる。また光源１１１を覆うリフレクタ１１２も数百℃まで発熱する。そのため光源部１１０の放熱は必須であり、放熱の条件によっては光源部１１０の発光効率が変化するため、投射装置１００の明るさが変化してしまう。一方、偏光変換素子１３１ｂも光源１１１から射出されたランダム偏光をＰ偏光もしくはＳ偏光にそろえる機能上、不要な偏光成分を偏光変換素子１３１ｂが熱として吸収してしまうため発熱する。従って、投射装置１００は、放熱を考慮する必要がある。

また、電源部１８０も光源部１１０と同様に発熱するため、本実施形態では、電源部１８０も放熱機構２００の作る流路上に配置、つまり、放熱機構２００上に配置している。それにより、投射装置１００は、電源部１８０からの熱気も効率的に外部へ放出することができる。

以下、投射装置１００の動作を説明する。

光源１１１を出た光は、リフレクタ１１２により反射し、凹レンズ１１３を経て主光線が光軸と平行な光線となる。ここで、放熱機構２００は、光源部１１０からの熱気を効率的に外部へ放出することにより、使用部材の変形や破損を低減させている。次に、平行な光線となった光は、フライアイレンズ１３１ａに入力され、さらにフライアイレンズ１３１ｂにより集光された各光束は偏光変換素子１３２に入射する。偏光変換素子１３２によって偏光方向がそろえられた光は、コンデンサレンズ１３３ａにより集光され、次にダイクロミラー１３４ａに導かれる。ダイクロミラー１３４ａを透過した青光は全反射ミラー１３５ａにより反射させられ、フィールドレンズ１５１ｂ及び青光用の偏光板基板１５３ａ、青光用の偏光板１５２ｃを透過し、青光用の液晶パネル１５４ａに到達する。反射ダイクロミラー１３４ａにて反射した光は、緑周波数帯域を反射するダイクロミラー１３４ｂにて緑光と赤光に分離される。反射された緑光はフィールドレンズ１５１ｃ及び偏光板基板１５３ｂと偏光板１５２ｂを透過し、緑光用の液晶パネル１５４ｂに到達する。ダイクロミラー１３４ｂを透過した赤光は、フィールドレンズ１３３ｂ、全反射ミラー１３５ｂ、リレーレンズ１３６、全反射ミラー１３５ｃ、フィールドレンズ１５１ａを透過した後、フィールドレンズ１５１ａに貼り付けられた偏光板１５２ａを透過し赤光用の液晶パネル１５４ｃに到達する。これら液晶パネル１５４ａ乃至１５４ｃを照明する光線はフライアイレンズ１３１ａ及び１３１ｂの１駒１駒を通った光線が重畳されているため、光源１１１のアーク像による不均一な光量分布が改善されることになる。さらに各色の液晶パネル１５４ａ乃至１５４ｃに到達した偏光の偏波方向は液晶パネル１５４ａ乃至１５４ｃにて画像信号に対応した偏光方向に変調された後、プリズム１５５に貼り付けられた偏光板１５２ｄ乃至１５２ｆを透過した後に画像信号に対応した光強度分布となる。プリズム１５５で色合成された後の光は投射光学系１７０によって主にスクリーン上等に拡大投影される。また、投射装置１００は、光源部１１０が光を射出する方向と、投射光学系１７０が光を投射する方向とは略平行である。

上述の動作により、投射装置１００は、光学系又は光学部材を熱的に保護することが可能となる。

以下、図３及び図４を参照して、第２の実施形態である投射装置１００Ａを説明する。ここで、図３は、第２の実施形態である投射装置１００Ａの斜視断面図である。図４は、第２の実施形態である投射装置１００Ａの側面断面図である。

上述の実施形態においては、放熱機構２００を筐体１０１の下部に配置したが、開口１０３付近に放熱機構２００を配置すると騒音などの問題が生じることがある。よって図３に示すように放熱機構２００ａは、投射装置１００Ａの外装からなるべく離した位置、すなわち製品内部に設けることによって、ファンの騒音を低減することが可能である。よって、本実施形態は、放熱機構２００ａを光源部１１０と電源部１８０との間に設置している。

投射装置１００Ａの空気の流れとしては、筐体１０１の下部に設けられた開口１０３から内部の放熱機構２００ａを気体が図中の送風路Ａに進行するように回転させた場合放熱用の外気が投射装置１００Ａ内部に取り込まれ、電源部１８０に流入する。電源部１８０を通過した気体は、放熱機構２００ａによって空気の流れを加速され、光源部１１０に風が送り込まれる。光源部１１０には空気穴１１４及び１１５が空いており、リフレクタ１１２内を送風路Ｂに風が流れるようになっている。放熱機構２００ａのタイプは軸流ファンであっても良く、また局所に風を送ることができるシロッコファンであっても良い。図３に示した図には偏光変換素子１３２の局所を放熱できるようにシロッコファンを用いた例を示している。リフレクタ１１２内を放熱できるようにファン２００ａにシロッコファンを用いても良い。光源１１１、リフレクタ１１２を通過した風は液晶プロジェクタ製品形態上部に設けられた開口１０２から排出される。

それにより、投射装置１００Ａは、光源部１１０及び電源部１８０からの熱気を効率的に外部へ放出することができる。

以下、図５を参照して、第３の実施形態である投射装置１００Ｂを説明する。ここで、図５は、第３の実施形態である投射装置１００Ｂの側面断面図である。

第２の実施形態においては、放熱機構２００ａを電源部１８０と、光源部１１０との間に設置した構成について述べたが、投射装置１００Ｂにおいて、開口１０４及び１０５を筐体１０１の側面に設ける場合について述べる。光源部１１０の側面に放熱用の空気穴１１５ａ及び１１５ｂが左右に設けてある。また、光源部１１０の側面の空気穴１１５ａ及び１１５ｂに対応した排気用の開口１０４及び１０５が筐体１０１の左右に設けられている。即ち、開口１０４及び１０５の送風路は、略直交して設けられる。また、開口１０４及び１０５は、それぞれ異なる面（本実施形態では側面と下部）に設けられている。光源部１１０の発熱による対流と投射装置１００Ｂ内部に取り付けられた放熱機構２００ａによって開口１０３から放熱用の気体が送風路Ａから取り込まれる。取り込まれた気体は電源部１８０からの熱を放熱した後、放熱機構２００ａによって気体の流速は加速され、光源部１１０及び照明光学系１３０に送風される。光源部１１０に送られた風はリフレクタ１１２ａの空気穴１１４に入り、光源１１１からの熱を放熱した後、リフレクタ１１２ａの側面に設けられた左右の空気穴１１５ａから排気される。さらに空気穴１１５ａに対応した投射装置１００Ｂの側面に設けられた左右の開口１０４及び１０５から風が送風路Ｂへ排気される。光源部１１０及び偏光変換素子部の熱を放熱する放熱機構２００ａは、軸流ファンであっても局所を放熱する事が可能なシロッコファンであってもかまわない。

上述の構成により、投射装置１００Ｂは、光源部１１０及び電源部１８０からの熱気を効率的に外部へ放出することができる。

以下、図６を参照して、第４の実施形態である投射装置１００Ｃを説明する。ここで、図６は、第４の実施形態である投射装置１００Ｃの側面断面図である。

本実施形態は、図６に示すように縦型の投射装置１００Ｃの側面に開口１０６及び１０５を設けている。即ち、開口１０６及び１０５の送風路は、側面に対して略直交して設けられる。また、開口１０６及び１０５は、それぞれ異なる面に設けられている。風は、縦型の投射装置１００Ｃ内の光源部１１０の発熱によって発生する対流と、投射装置１００Ｃ内部に設けられた放熱機構２００ａによって投射装置１００Ｃの側面の開口１０６から送風路Ａへ吸入される。気体は、投射装置１００Ｃ内部を下から上に移動する。取り込まれた気体は電源部１８０からの熱を放熱した後、投射装置１００Ｃ内部に設けられた放熱機構２００ａによって気体の流速は加速され、光源部１１０および照明光学系１３０に送風される。リフレクタ１１２ｂに設けられた空気穴１１４より流入した気体は光源１１１からの熱を放熱し、光源部１１０側面に設けられた空気穴１１５ａより排気され、さらに光源部１１０側面の空気穴１１５ａに対応した筐体１０１側面に設けられた開口１０５から送風路Ｂへ排気される。また、光源部１１０及び偏光変換素子部の熱を放熱する放熱機構２００ａは軸流ファンであっても、局所を放熱する事が可能なシロッコファンであってもかまわない。

上述の構成により、投射装置１００Ｃは、光源部１１０及び電源部１８０からの熱気を効率的に外部へ放出することができる。

以下、図７及び図８を参照して、第５の実施形態である投射装置１００Ｄを説明する。ここで、図７は、第５の実施形態である投射装置１００Ｄの斜視断面図である。図８は、第５の実施形態である投射装置１００Ｄの側面断面図である。

第５の実施形態である投射装置１００Ｄは、光源部１１０の側面に放熱機構２００ｂを配置している。開口１０３及び１０５は、それぞれ異なる面に設けられている。風は、筐体１０１内部に設けられた放熱機構２００ｂによって筐体１０１下部の開口１０３から送風路Ａへ吸入される。気体は、筐体１０１内部を下から上に移動する。取り込まれた気体は電源部１８０からの熱を放熱した後、筐体１０１内部に設けられた放熱機構２００ｂによって気体の流速は加速され、光源部１１０に送風される。リフレクタ１１２ｃには空気穴１１４及び１１５ａが設けられており、ファン２０１ｂから送風された気体は、空気穴１１４よりリフレクタ１１２ｃ内に取り込まれ、光源１１１からの熱を放熱する。さらに放熱後の気体は光源部１１０側面に設けられた空気穴１１５ａを介して開口１０５から送風路Ｂへ排気される。光源部１１０側面に設けられたファン２０３ｂによって空気穴１１５ａからの排気が助長され、より光源部１１０からの熱を放熱することが可能となる。なお、縦型の投射装置１００Ｄの容積をなるべく小さくするために左右の幅を狭くするためには光源部１１０側面に設けられたファン２０３ｂをなるべく薄型にすることによってこれを実現することができる。

上述の構成により、投射装置１００Ｄは、光源部１１０及び電源部１８０からの熱気を効率的に外部へ放出することができる。

以下、図９を参照して、第６の実施形態である投射装置１００Ｅを説明する。ここで、図９は、第６の実施形態である投射装置１００Ｅの断面図である。

図中、１１１は連続スペクトルで白色光を発光する光源で、１１２は光を所定の方向に集光するリフレクタで、１３１ａｂは矩形のレンズをマトリックス状に配置した第１のフライアイレンズで、１３１ｂｂは第１のフライアイレンズの個々のレンズに対応したレンズアレイからなる第２のフライアイレンズで、１３１ｃｂは紫外線吸収フィルターである。１３２ａは無偏光光を所定の偏光光に揃える偏光変換素子で、１３３ｂはコンデンサーレンズで、１３８ｂはフィールドレンズで、１３６ｂは反射ミラーで、１３４ｂは青（Ｂ）と赤（Ｒ）の波長領域の光を反射し、緑（Ｇ）の波長領域の光を透過するダイクロミラーで、１６５ｃはＧとＲの中間の波長領域の光を一部カットするカラーフィルターと緑色用偏光板で、１６４ａ及び１６４ｂはＢの光の偏光方向を９０度変換し、Ｒの光の偏光方向は変換しない第１の色選択性位相差板、第２の色選択性位相差板で、１６５ａ及び１６５ｂは赤青光路用の第１の偏光板、第２の偏光板で、１６６ａ、１６６ｂ及び１６６ｃはＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第１の偏光ビームスプリッター、第２の偏光ビームスプリッター、第３の偏光ビームスプリッターで、１５８ｂ、１６１ｂ及び１５３ｂは光を反射し、画像変調して画像を表示する赤光用の反射型液晶表示素子、緑光用の反射型液晶表示素子、青光用の反射型液晶表示素子で、１６７ａ、１６７ｂ及び１６７ｃは、緑光用の１／４波長板、赤光用の１／４波長板及び青光用の１／４波長板で、１７０は投射光学系である。

次に、光学的な作用を説明する。電源部１１０の光源１１１から発した光はリフレクタ１１２により所定の方向に集光される。ここでリフレクタ１１２は放物面形状をなしており、放物面の焦点位置からの光は放物面の対称軸に平行な光束となる。ただし、光源１１１は理想的な点光源ではなく有限の大きさを有しているので、集光する光束には放物面の対称軸に平行でない光の成分も多く含まれている。これらの集光光束は、第１のフライアイレンズ１３１ａｂに入射する。第１のフライアイレンズ１３１ａｂは、外形が矩形の正の屈折力を有するレンズをマトリックス状に組み合わせて構成されており、入射した光束はそれぞれのレンズに応じた複数の光束に分割され、かつ集光され、第２のフライアイレンズ１３１ｂｂを経て、マトリックス状に複数の光源像を偏光変換素子１３２ａの近傍に形成する。また、光は、紫外線吸収フィルター１３１ｃｂによって有害な紫外線がカットされる。偏光変換素子１３２ａは、偏光分離面と反射面と１／２波長板からなり、マトリックス状に集光する複数の光束はその列に対応した偏光分離面に入射し、透過するＰ偏光成分の光と反射するＳ偏光成分の光に分割される。反射されたＳ偏光成分の光は、反射面で反射し、Ｐ偏光成分と同じ方向に出射する。一方、透過したＰ偏光成分の光は、１／２波長板を透過し、Ｓ偏光成分と同じ偏光成分に変換され、偏光方向が揃った光として射出される。偏光変換された複数の光束は、偏光変換素子の近傍で集光した後、発散光束として集光光学系に至る。ここで、集光光学系は、コンデンサーレンズ１３３ｂとフィールドレンズ１３８ｂからなる光学系である。集光作用によりこれ複数の光束は、フライアイレンズの個々のレンズの矩形形状の像ができる位置で重なり、矩形の均一な照明エリアを形成する。また、フィールドレンズ１３８ｂから反射型液晶表示素子１５８ｂ、１６１ｂ及び１５３ｂに至る光路において、反射型液晶表示素子上に集光する光は、集光光学系の光軸に対してほぼテレセントリックとなるように設定し、ダイクロミラー１３４ｂ及び偏光ビームスプリッター１６６ａ及び１６６ｂの光学薄膜で発生する入射角度による特性の変動が反射型液晶表示素子上に画像として現れない構成となっている。

ダイクロミラー１３４ｂは、青光と赤光とを反射し、緑光を透過する。緑光の光路において、ダイクロミラー１３４ｂを透過した光は、カラーフィルター及び偏光板１６５ｃに入射する。カラーフィルター１６５ｃは、緑光と赤光の中間の波長領域にあたる黄色の色光を反射するダイクロイックフィルターとし、黄色の光を除去する。緑光に黄色の色成分が多いと緑が黄緑になってしまうので黄色の光を除去する方が色再現上望ましい。また、カラーフィルター１６５ｃは黄色の光を吸収する特性でもよい。カラーフィルターおよび緑光用偏光板１６５ｃはカラーフィルターの蒸着されたガラス板に緑波長帯域用の偏光板フィルムが貼られる構成となっており、ダイクロミラー１３４ｂによってわずかに乱れた偏光を再び直線偏光に修正する機能を果たしている。

色を調整された光は、第１の偏光ビームスプリッター１６６ａに対してＳ偏光として入射し、偏光分離面で反射され、緑光用の反射型液晶表示素子１６１ｂへと至る。緑光用の反射型液晶表示素子１６１ｂにおいて、緑光は、画像変調されて反射される。変調された緑光の反射光のＳ偏光成分は、再び偏光分離面で反射され、光源側に戻され投射光から除去される。変調された緑光の反射光のＰ偏光成分は、偏光分離面を透過し投射光となる。このとき、すべての偏光成分をＳ偏光に変換した状態において第１の偏光ビームスプリッター１６６ａと緑光用の反射型液晶表示素子１６１ｂの間に設けられた1／４波長板１６７ａの遅相軸を所定の方向に調整し、第１の偏光ビームスプリッター１６６ａと緑光用の反射型液晶表示素子１６１ｂで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えている。

ダイクロミラー１３４ｂを反射した赤光と青光は、赤、青帯域の偏光板１６５ａを通過する。赤、青帯域の偏光板１６５ａに入射する以前の光学系でわずかに乱れた偏光を再び直線偏光に修正する機能を果たしている。次に、第１の色選択性位相差板１６４ａに入射する。第１の色選択性位相差板１６４ａは、赤光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これにより青光は、Ｐ偏光として、赤光は、Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１６６ｂに入射する。よって、第２の偏光ビームスプリッター１６６ｂにおいて、青光は、偏光分離面を透過して青光用の反射型液晶表示素子１５３ｂに至り、赤光は、偏光分離面を反射して赤光用の反射型液晶表示素子１５８ｂに至る。

青光用の反射型液晶表示素子１５３ｂにおいて、青光が画像変調されて反射される。変調された青光の反射光のＰ偏光成分は、再び偏光分離面を透過し、光源側に戻され投射光から除去される。変調された青光の反射光のＳ偏光成分は、偏光分離面で反射し投射光となる。同様に赤光用の反射型液晶表示素子１５８ｂにおいて赤光が画像変調されて反射される。変調された赤光の反射光のＳ偏光成分は、再び偏光分離面を反射し、光源側に戻され投射光から除去される。変調された赤光の反射光のＰ偏光成分は、偏光分離面を透過し投射光となる。これにより青光と赤光の投射光は、一つの光束に合成される。

合成された赤光と青光の投射光は、第２の色選択性位相差板１６４ｂに入射する。第２の色選択性位相差板１６４ｂは、青光の偏光方向のみを９０度回転し、赤光、青光ともにＳ偏光として第３の偏光ビームスプリッター１６６ｃに入射し、偏光分離面を透過することで緑光の投射光と合成される。

合成された赤青緑の投射光は、投射光学系１８０によりスクリーンなどに投影される。各光学素子の空気との境界面には反射防止コートが施され、緑光のみが透過する面にはもっとも反射率が低下する波長帯域を５５０ｎｍの近傍に設定した反射防止コートとし、赤光のみが透過する面にはもっとも反射率が低下する波長帯域を６１０ｎｍの近傍に設定した反射防止コートとし、青光のみが透過する面にはもっとも反射率が低下する波長帯域を４５０ｎｍの近傍に設定した反射防止コートとし、赤光と青光が透過する面には反射率が低下する波長帯域を４５０ｎｍの近傍と６１０ｎｍの近傍に２つあるような反射防止コートとしている。

投射光学系１８０のＦｎｏは、反射型液晶表示素子における回折や取り付け誤差による投射レンズの光軸と集光光学系の光軸のずれを考慮して照明系のＦｎｏよりも明るく設定している。

これらの光学系は、筐体１０１に収納されている。図９に示すレイアウトは光源１１１の熱が製品内に影響を及ぼさないように製品上部に取り付けられている。

上述の構成により、投射装置１００Ｄは、光源部１１０からの熱気を効率的に外部へ放出することができる。

尚、１８１は光源部１１０に高圧電源を供給する電源部、１８２は製品の電気基板および光源部１１０を供給する電源を表している。この場合、投射光学系１７０が筐体１０１下部にくるため、レンズの光軸シフト量を多くとることにより、机上に製品を設置した場合も机の淵で映像がけられることなく投影できるようにしている。

図９及び図１０に示す投射装置１００Ｅは赤光用の反射型液晶表示素子、緑光用の反射型液晶表示素子、青光用の反射型液晶表示素子はそれぞれ表示画面のアスペクト比の長辺方向が合成光学系の複数の光軸を含む平面と直交するように配置しており、なおかつ赤青緑の色分離合成光学系の光軸を含む平面が重力の方向ベクトルを含むように配置した縦型投射装置１００Ｆである。このような液晶表示素子の配置をすることによって、合成光学系の複数の光軸を含む平面側から見たプリズム１６６ａ、１６６ｂ及び１６６ｃの大きさを小さくすることができる。

図１０に示す光学系は図９に示した光学系において光源部１１０から全反射ミラー１３６ｃまでの光学系の折り返し方向を反転させたものである。さらに光源部１１０から出た平行光を全反射ミラー１３６ｃで反射させる構成である。その他の光学系の機能は図９で示したものと同様であるため、説明は省略する。このように光学系の折り曲げ方向を工夫することで、前述したように熱的に有利な、光源部１１０が筐体１０１上部で光学系が光源部１１０より下部にある配置をとりながらも投射レンズの位置を製品の下部ではなく上部にレイアウトすることが可能となる。

上述の構成により、投射装置１００Ｄは、光源部１１０からの熱気を効率的に外部へ放出することができる。

更に、図９に示す製品においてはレンズの光軸シフト量を多く取る必要があったが、投射光学系１７０の位置がより高くなるため、シフト量を減らすことができる。また、レンズのより中心部分を光線が通過するようになり、明るさや光学性能に有利となる。つまり、光源部１１０の位置を製品の上部にレイアウトしつつ、投射光学系１７０の位置をなるべく製品の上部に配置することで、使い勝手の良くかつ放熱効率のよい投射装置が実現可能である。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の投射装置の構成を示す概略断面図である。 図１に記載の投射装置の概略斜視図である。 図１及び図２に記載の投射装置のとは別の第２の実施形態である投射装置の概略斜視断面図である。 図１及び図２に記載の投射装置のとは別の第２の実施形態である投射装置の概略断面図である。 図１及び図２に記載の投射装置のとは別の第３の実施形態である投射装置の概略斜視断面図である。 図１及び図２に記載の投射装置のとは別の第３の実施形態である投射装置の概略断面図である。 図１及び図２に記載の投射装置のとは別の第４の実施形態である投射装置の概略斜視断面図である。 図１及び図２に記載の投射装置のとは別の第４の実施形態である投射装置の概略断面図である。 図１及び図２に記載の投射装置のとは別の第５の実施形態である投射装置の概略断面図である。 図１及び図２に記載の投射装置のとは別の第６の実施形態である投射装置の概略断面図である。

符号の説明

１００ 投射装置
１１０ 光源部
１１１ 光源
１１２ リフレクタ
１１３ 凹レンズ
１３０ 照明光学系
１３０ａ 光学ボックス
１３１ａ、１３１ｂ フライアイレンズ
１３２ 偏光変換素子
１３３ａ、１３３ｂ コンデンサレンズ
１３４ａ、１３４ｂ 反射ダイクロミラー
１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ 全反射ミラー
１３６ リレーレンズ
１５０ 合成光学系
１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ フィールドレンズ
１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄ、１５２ｅ、１５２ｆ 偏光板
１５３ａ、１５３ｂ 偏光板基板
１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ 液晶パネル
１５５ プリズム
１７０ 投射光学系
１８０ 電源部
２００ 放熱機構
１０２、１０３ 開口

Claims (9)

1. 光源部と、前記光源部からの光により前記光変調素子を照明する照明光学系と、前記光変調素子から出射した光を投射する投射光学系と、前記光源部から発生する熱を送風により放熱する放熱機構とを筐体内に有し、光路が鉛直面内に形成される投射装置であって、
   前記光源部は前記投射光学系よりも上部に配置され、
   前記放熱機構は前記光源部から前記筐体に設けられた排気口へ送風しており、
   前記照明光学系及び前記投射光学系は、前記光源部から前記排気口までの送風路から外れた位置に配置されていることを特徴とする投射装置。
2. 前記光源部と前記放熱機構との間の前記送風路上に配置され、前記光源部へ電力を供給する電源部を更に有することを特徴とする請求項１記載の投射装置。
3. 前記放熱機構は、
   前記送風路を形成して前記光源部に向かう排気部と、
   前記送風路に連通する別の送風路を形成し、前記排気部とは異なる面に設けられる吸気部とを有し、
   前記投射装置は、
   前記放熱機構の下部に前記別の送風路上に配置され、前記光源部へ電力を供給する電源部を更に有することを特徴とする請求項１記載の投射装置。
4. 前記放熱機構から前記光源部に向かう前記送風路と前記光源部から前記排気口に向かう前記送風路とは略一直線上に整列することを特徴とする請求項１記載の投射装置。
5. 前記放熱機構から前記光源部に向かう前記送風路と前記光源部から前記排気口に向かう前記送風路とは略直交することを特徴とする請求項１記載の投射装置。
6. 前記放熱機構は、
   前記送風路を形成して前記光源部に向かう排気部と、
   前記送風路に連通する別の送風路を形成し、前記排気部とは異なる面に設けられる吸気部とを有し、
   前記光源部と前記排気口との間に配置されることを特徴とすることを特徴とする請求項１記載の投射装置。
7. 前記光源部が前記光を射出する方向と、前記投射光学系が前記光を投射する方向とは略平行であることを特徴とする請求項１記載の投射装置。
8. 光変調素子を照明するための光を生成する光源部と、
   前記光変調素子から出射した光を投射する投射光学系とを筐体内に有し、
   前記光源部は前記投射光学系よりも上部に配置され、前記筐体は前記光源部に近接して形成されるとともに前記光源部の熱を放熱する排気口を有することを特徴とする投射装置。
9. 前記光源部から前記投射光学系までの光路は、鉛直面内に形成されることを特徴とする請求項８に記載の投射装置。