JP2010032944A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光源を使用した投写型表示装置において、光源の温度管理に関し高精度で確実な制御を行い、光源の白化、寿命の低下、黒化、輝度低下などを抑制し、高品質で信頼性の高い投写型表示装置を提供する。
【解決手段】複数の光源２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄと、表示デバイス部５と、複数の光源の出力光を合成する光合成部３と、光合成部３の出力光を表示デバイス部５に伝搬する集光部４と、表示デバイス部５の出力光により映像を投写する投写部６とを備えた投写型表示装置であって、複数の光源にそれぞれ配設された冷却ファンと、冷却ファンを制御する制御部とを備え、制御部は、複数の光源の点灯状況に関する情報に基づき、冷却ファンの回転数を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光体としての光源を冷却する冷却手段を備えたプロジェクター等の投写型表示装置に関し、特に複数の光源を使用した投写型表示装置において、光源を適切に冷却できる投写型表示装置の技術に係るものである。

従来、大画面の映像を得るための装置として、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）や液晶等の画像表示デバイスを使って光源ランプからの光を映像信号で変調して光学像を形成して照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写するプロジェクター等の投写型表示装置が知られている。

光源ランプ内には、水銀、希ガス、ハロゲン化金属等が封入されており、光源ランプの電極に所定の電圧を印加すると、放電アークが発生し、内部に封入されているガスが対流する。放電アークは封入ガスの対流により山なりのアーチ状になり、光源ランプの上部に近づき、光源ランプ上部の温度が上昇する。光源ランプの温度が過度に上昇すると、白化、寿命の低下等が発生し、逆に光源ランプの温度が低すぎる場合には、黒化や光源の輝度の低下等が発生する原因となる。したがって、光源の温度管理の良否が、投写型表示装置の品質および信頼性に重要な影響を与えることとなる。

特に、高輝度な投写画像を実現する目的で複数の光源を使用した装置（例えば、特許文献１、２参照）では、一つの光源に不具合が発生して不点灯となった場合でも、他の光源の点灯が維持されれば、投写画像が途切れないという利点がある反面、光源の点灯に係わる条件が複雑になるという新たな課題が発生する。特に、複数の光源の相互の影響を含めた光源の温度管理についての検討が重要であるが、従来、光源の温度管理については、単一の光源に関する冷却ファンの制御方法ついての開示例に止まっている（例えば、特許文献３参照）。
特許第３５８１５６８号公報 特開２０００−１７１９０１号公報 特開２００６−１０６４０９号公報

しかしながら、複数の光源を使用し、それぞれの光源からの出力光を合成して表示デバイスに照射し、映像を投写する場合には、合成されて有効光として使用される出力光の有効成分のほかに、散逸または不要な照射を行う無効成分があることに注意しなければならない。例えば、複数の光源からの出力光を合成する装置において、出力光の一部は有効光とならず対向する光源を照射し、照射された光源の温度を上昇させる。これが光源の白化、寿命の低下等の問題を発生させる原因となる。

本発明は、このような課題を解決するものであり、複数の光源を使用した投写型表示装置において、光源の温度管理に関し高精度で確実な制御を可能にすることにより、光源の白化、寿命の低下、黒化、輝度低下などを抑制し、高品質で信頼性の高い投写型表示装置を実現することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の投写型表示装置は、複数の光源と、表示デバイスと、複数の光源の出力光を合成する光合成手段と、光合成手段の出力光を表示デバイスに伝搬する集光手段と、表示デバイスの出力光により映像を投写する投写手段とを備えた投写型表示装置であって、複数の光源にそれぞれ配設されたファンを備えた冷却手段と、冷却手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、複数の光源の点灯状況に関する情報に基づき、冷却手段のファンの回転数を制御することを特徴とする。

このような構成により、複数の光源の点灯状況に関する情報に基づき、複数の光源にそれぞれ配設された冷却手段のファンの回転数を制御することが可能となる。したがって、複数の光源それぞれの点灯状況に関する情報に基づいて冷却手段の冷却効果を制御し、それぞれの光源の発熱に対して適切な冷却を行うことができる。これにより、光源の白化、寿命の低下等を防止すると共に、黒化や輝度低下を防止することが可能となり、信頼性の高い投射型表示装置を実現することができる。

また、本発明の投写型表示装置では、複数の光源は少なくとも一組の対向する光源を含み、制御手段は、対向する光源の点灯状況に関する情報に基づき、対向する光源に配設された冷却手段の駆動電圧を制御し、冷却手段のファンの回転数を制御する。

このような構成により、対向する光源の点灯状況に関する情報に基づき、それぞれの光源に配設された冷却手段の駆動電圧を制御し、冷却手段のファンの回転数を制御することが可能となる。したがって、対向する光源の点灯状況に関する情報に基づいて冷却手段の冷却効果を制御し、例えば、対向する光源が共に点灯する場合には冷却手段の冷却効果を高めるなど、対向する光源の発熱に対して適切な冷却を行うことができる。これにより、光源の劣化や寿命低下などを発生しにくい信頼性の高い投射型表示装置を実現することができる。

また、本発明の投写型表示装置では、冷却手段のファンの回転数を検知する回転検知手段を更に備え、回転検知手段から出力される情報に基づき、冷却手段のファンの回転数を所定の回転数に制御する。このような構成により、回転検知手段により冷却手段のファンの回転数を検知して、冷却手段のファンの回転数を所定の回転数に制御することが可能となり、冷却手段の回転数の制御を正確かつ確実に行うことができる。

また、本発明の投写型表示装置では、気温検出手段、気圧検出手段および設置姿勢検出手段を更に備え、気温検出手段、気圧検出手段および設置姿勢検出手段から出力された情報、ならびに複数の光源の点灯状況に関する情報に基づき、冷却手段のファンの回転数を制御する。このような構成により、光源の点灯状況に関する情報に加え、気温検出手段、気圧検出手段および設置姿勢検出手段から出力された情報に基づいて冷却手段のファンの回転数を制御することが可能となる。したがって、投写型表示装置の設置に関し、設置場所の温度や、高度、垂直・水平の設置姿勢を冷却手段の制御要件とすることができる。これにより、冷却手段の制御品質および冷却効率を高め、光源に対して更に確実かつ適切な冷却を行うことができる。

また、本発明の投写型表示装置では、複数の光源のそれぞれに配設された冷却手段は、導風ダクトおよび導風ダクト内に設けられた風量制御弁を更に備え、複数の光源の点灯状況に関する情報に基づき、制御部は、冷却手段のファンの回転数及び風量制御弁を制御する。

このような構成により、冷却手段のファンの回転数および冷却手段の導風ダクト内に設けられた風量制御弁を制御することが可能となり、冷却手段の制御を効率良く、確実に行うことができる。

本発明の構成によれば、複数の光源を使用した投写型表示装置において、光源の温度管理に関し高精度で確実な制御が可能となり、光源の白化、寿命の低下、黒化、輝度低下などを抑制し、高品質で信頼性の高い投写型表示装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図９を用いて説明する。

（実施の形態）
まず、図１および図２により、本発明の実施の形態における投写型表示装置における光学システムの概要について簡単に説明する。図１は、本発明の実施の形態における投写型表示装置（以下、本装置１と略記する）の光学システム２の概略の構成を示す斜視図、図２は、本装置１における４灯合成光学システムの基本構成をそれぞれ示す。

本装置１における光学システム２は、４個の光源ランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄからの出力光を合成する光合成手段としての光合成部３、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）などの画像表示素子を備えた表示デバイス部５、光合成部３からの出力光を表示デバイス部５に伝搬する集光手段としての集光部４、および表示デバイス部５からの出力光により映像を投写する投写手段としての投写部６を備えている。

光学システム２は４個の光源を備え、それぞれの光源は断面形状が楕円面である凹面鏡の内部に配設されている。光源には超高圧水銀灯を使用し、凹面鏡には、ガラス製機材の内面に赤外光を透過させ可視光を反射させる誘電体光学多層膜が形成されている。

以下、光学システム２の主要な構成および機能について述べる。

光源ランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄからの出力光は、凹面鏡２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄによってそれぞれ集光され、光源像が合成プリズム２３ａ、２３ｂのミラー面に結像されて、集光レンズ２４ａ、２４ｂに反射される。

合成プリズム２３ａ、２３ｂを出射した光は、一旦、発散した後、集光レンズ２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂを経由することにより、再び収束光となって、合成プリズム２６のミラー面で再び発散光として反射され、集光部４に至る。

合成プリズム２３ａ、２３ｂ、２６は断面が二等辺三角形の三角柱状であり、光が入射する面には、低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層した誘電体多層膜ミラーが形成されている。また、光源ランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄからの出力光が微小な面積に集光されるため、ミラー面を形成する多層膜に用いる材料には、耐熱性、対紫外線に優れた材料を使用する。

集光部４は、集光レンズ（図示せず）およびミラー（図示せず）などを備え、光合成部３からの出力光の進行径路を整えて表示デバイス部５に伝搬する。

表示デバイス部５は、全反射プリズム（図示せず）および画像表示素子としての反射型ライトバルブ（図示せず）を備え、投写画像を形成する。反射型ライトバルブは、画素ごとにミラー素子がマトリックス状に配列され、映像信号に応じて光の進行方向を変調し、反射角の変化として光学画像を形成することができる。

表示デバイス部５で形成された光学画像は投写部６に出力され、投写部６の投射レンズにより、スクリーン（図示せず）に投写される。

なお、本実施の形態においては、ライトバルブとして、光の進行方向を変調する反射型のライトバルブを使用しているが、光の偏光方向や散乱状態を変調するタイプのライトバルブや、透過型ライトバルブのタイプを用いた場合でも同様の効果を発揮することができる。

つぎに、本装置１の概略の構成について、図３〜図６により説明する。

図３は、本装置１に搭載された光学システム２を構成する主要な機構部品に関する配置図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。また、図４は、本装置１の設置姿勢に関する説明図、図５は、図３の一部拡大断面図、図６は、本装置１の光合成部３に関する要部斜視図をそれぞれ示す。

本装置１は、筺体１０の内部に光学システム２を構成する主要な機構部品である光合成部３および投写部６が、図３に示すように配置されている。また、本装置１は、通常、図４（ａ）に示すように、水平の姿勢で使用するが、図４（ｂ）、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、天井に取り付けた姿勢、垂直の姿勢で真上または真下に向けて設置し、表示画像の投写を行うことができる。

図５は、本装置１に搭載される光合成部３において、対向する二つの光源ランプ２１ａおよび２１ｂの相互関係、および光源ランプ２１ａ、２１ｂに配設された冷却手段の構成例を示す。

凹面鏡２２ａ、２２ｂの内部にそれぞれ配設された光源ランプ２１ａ、２１ｂは光軸を共有し、光軸４１ａ、４１ｂ（図２）が一致するように構成されている。また、光源ランプ２１ａには、内部に風量制御弁１３ａを備えた導風ダクト１２ａを介して、渦巻き型の送風機（以下、冷却ファンと略記する）１１ａが接続されている。同様に光源ランプ２１ｂには風量制御弁１３ｂを備えた導風ダクト１２ｂを介して、冷却ファン１１ｂが接続されている。もう一対の対向する光源ランプ２１ｃ、２１ｄの相互の関係および冷却手段の構成も、図５に示す光源ランプ２１ａ、２１ｂと同様に構成されている。図６に、二組の対向する光源ランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを使用した場合の光合成部３の構成事例を示す。

これにより、光源ランプ２１ａ、２１ｂからの出力光は凹面鏡２２ａ、２２ｂによって反射した後、光軸が揃った状態で導光管内を進行し、第１の合成プリズム２３ａで再度反射して集光レンズ２４ａ、２５ａを経由して第２の合成プリズム２６に至り、もう一対の対向する光源ランプ２１ｃ、２１ｄから到達する出力光と合成することができる。

また、光源ランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、点灯時の発熱に対して、冷却ファン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄによりそれぞれ送風を行い、冷却することができる。さらに、風量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを動作させることにより、冷却ファンから供給される風量を調節することができる。

つぎに、本発明の特徴である、本装置１における光源ランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの温度管理の方法について、図７〜図９により説明する。

光源ランプが点灯した場合の出力光の光学特性を図７に示す。図７（ａ）に示すように、光源Ａからの出力光は凹面鏡Ｍ_ＡおよびプリズムＰにおいて反射して、発散光ａ、ｂとなり、光径路上を有効光として進行する。一方、図７（ｂ）に示すように、発散光ａ、ｂのほかに、プリズムＰから外れる光束ｃ、ｄがあり、この光束は対向する光源Ｂの凹面鏡ＭＢにより反射して光源Ｂに至る。したがって、光源Ａ、Ｂが同時に点灯すると、相互に出力光の一部の照射を受けることとなり、光源を一つだけ点灯する場合に較べて、光源の温度上昇が大きくなる。以上の通り、複数の光源を使用し、それぞれの光源からの出力光を合成して表示デバイスに照射し、映像を投写する場合には、合成されて有効光として使用される出力光の有効成分のほかに、散逸または不要な照射を行う無効成分があることに注意が必要である。例えば、複数の光源からの出力光を合成する装置において、対向する光源を照射し、照射された光源の温度を過度に上昇させる。これが光源の白化、寿命の低下等の問題を発生させる原因となる。

これに対して、本装置１では、光源ランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの温度管理の方法として、以下の措置を講じている。

既に述べたように、光源ランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄには、それぞれ冷却ファン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが配設されており、冷却ファンの回転数を制御することができる。これにより、４個の光源における過度の温度上昇を防止することができる。

以下、光源ランプに点灯状況の判定プロセスについて、図８により説明する。

冷却ファンの回転数制御のプロセスがスタートすると、本装置１の設置場所の高度について、二つの区分により判定を行う。本装置１は気圧センサー（図示せず）を備えており、気圧と冷却ファンの冷却効率との関係に関する情報に基づき、「高地」であるか否かによって、冷却ファンの回転数制御の指示を区分する（ステップ１：図８ではＳ１と略記する。以下、同様とする）。

その後、本装置１の設置の姿勢に関する判定を行う。冷却ファンは設置方向により効率に差異が発生するため、本装置１では、設置の姿勢が水平および垂直のいずれであるかにより、冷却ファンの回転数制御の指示を区分する（ステップ２ａ、２ｂ）。

つぎに、光源ランプ２１ａ、２１ｂ（あるいは光源ランプ２１ｃ、２１ｄ）など、対向する光源ランプが同時に点灯するか否かの判定を行う。対向する光源ランプが同時に点灯しない場合は相互の照射による温度上昇が発生しないが、光源ランプが同時に点灯すると相互照射の影響受けるため、光源の温度上昇が大きくなる。したがって、対向する光源ランプが同時に点灯するか否かにより、冷却ファンの回転数制御の指示を区分する（ステップ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）。

以上のプロセスに従って光源ランプの点灯状況の判定を行う。図８に示すように、冷却ファンの回転数制御に関する実施条件を１,８００ｒｐｍ〜３，２００ｒｐｍの範囲で８段階に区分して、維持制御すべき冷却ファンの回転数を決定する。

また、温度センサーを備え、本装置１の設置された周辺の温度を判別し、冷却ファンの回転数制御の指示を区分してもよい。

さらに、設置場所の高度、および設置姿勢は、センサーを設けることなく、設置時に本装置１の高度、設置姿勢情報を設定してもよい。

つぎに、光源ランプの点灯状況の判定を行い、判定に従って冷却ファンを駆動するための構成および機能について、図９により説明する。

図９は、本装置１における光源ランプおよび冷却ファンの制御に係わる構成を示すブロック図である。

本装置１は、光源ランプおよび冷却ファンの制御を行うために、電源部９０１、制御部９０２および記憶部９０３を備えている。

電源部９０１には光源ランプ９１１、９１２、９１３、９１４、および冷却ファン９２１、９２２、９２３、９２４がそれぞれ独立して接続されており、光源ランプおよび冷却ファンのすべてを、制御部９０２から受信した指示情報に基づいて、それぞれ個別に駆動し制御することができる。

制御部９０２は電源部９０１と接続され、電源部９０１に対して光源ランプおよび冷却ファンに関する電源のＯＮ／ＯＦＦ、駆動電圧、駆動電流、送風制御（流量制御）などの指示情報を送信し、光源ランプおよび冷却ファンのすべてに関する駆動制御の指示を行う。

なお、制御部９０２には、回転数センサー９３１、９３２、９３３、９３４、姿勢センサー９０４、気圧センサー９０５および温度センサー９０６がそれぞれ接続されている。

回転数センサー９３１、９３２、９３３、９３４は、冷却ファン９２１，９２２，９２３にそれぞれ配設されており、冷却ファンの回転数を検出し、制御部９０２に検出情報を送信することができる。

姿勢センサー９０４は、本装置１の設置姿勢を検出する機能を備え、制御部９０２に検出情報を送信することができる。姿勢センサー９０４は、本装置１の筺体１０（図３）の内部に配設され（図示せず）る。センサーの材料としては、感圧素子などを使用することができる。

気圧センサー９０５は、本装置１が設置された場所の気圧を検出し、制御部９０２に検出情報を送信することができる。気圧センサー９０５は、姿勢センサー９０４と同様に、感圧素子などを使用して、本装置１の筺体１０の内部または外部に配設する。

温度センサー９０６は、本装置１が設置された場所の気温を検出し、制御部９０２に検出情報を送信することができる。温度センサー９０６は、本装置１の筺体１０の吸気口近傍に配設する。

記憶部９０３には、上記の各種センサーから受信した情報に基づいて光源ランプおよび冷却ファンの制御条件を決定するための制御プログラムやデータベースなどが予め保存されている。

以上の通り、本発明による投写型表示装置によれば、複数の光源を使用した投写型表示装置において、光源の温度管理の不備に起因する光源の白化、寿命の低下、黒化、輝度低下などの課題を解決することができる。

本発明の構成によれば、複数の光源を使用した投写型表示装置において、光源の温度管理に関し高精度で確実な制御が可能となり、光源の白化、寿命の低下、黒化、輝度低下などを抑制し、小型、超高輝度で信頼性の高い投写型表示装置を実現することができる。

なお、本実施の形態においては、４個の光源を使用しているが、２個または４個以上の光源数であっても、同様の考え方に基づいて投写型表示装置を構成することができることは、言うまでもない。

本発明の構成によれば、複数の光源を使用した投射型表示装置において、光源の温度管理に関し、高精度で確実な制御が可能であり、光源の劣化や寿命の低下などが発生しにくく、超高輝度で高い信頼性が求められるプロジェクター等の投写型表示装置として有用である。

本発明の実施の形態における投写型表示装置の要部の構成を示す斜視図 同投写型表示装置の光合成部に関する基本構成図 同投写型表示装置の光学システムに関する主要配置図 同投写型表示装置の設置姿勢に関する説明図 同投写型表示装置の光学システムに関する一部拡大断面図 同投写型表示装置の光合成部に関する要部斜視図 同投写型表示装置の光合成部における光学特性を示す説明図 同投写型表示装置の冷却ファンの制御プロセスを示すブロック図 同投写型表示装置の光源および冷却ファンの制御に関するブロック図

符号の説明

１ 投写型表示装置
２ ４灯合成光学システム（光学システム）
３ 光合成部
４ 集光部
５ 表示デバイス部
６ 投写部
７ａ，７ｂ，７６ｃ， 脚部
１０ 筺体
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，９２１，９２２，９２３，９２４ 冷却ファン
１２ａ，１２ｂ 導風ダクト
１３ａ，１３ｂ 風量制御弁
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 導光管
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，９１１，９１２，９１３，９１４ 光源ランプ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 凹面鏡
２３ａ，２３ｂ，２６ 合成プリズム
２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ，２７ 集光レンズ
２８ 投写レンズ
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４２ 光軸
９０１ 電源部
９０２ 制御部
９０３ 記憶部
９０４ 姿勢センサー
９０５ 気圧センサー
９０６ 温度センサー
９３１，９３２，９３３，９３４ 回転数センサー

Claims (5)

1. 複数の光源と、表示デバイスと、前記複数の光源の出力光を合成する光合成手段と、前記光合成手段の出力光を前記表示デバイスに伝搬する集光手段と、前記表示デバイスの出力光により映像を投写する投写手段とを備えた投写型表示装置であって、前記複数の光源にそれぞれ配設されたファンを備えた冷却手段と、前記冷却手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記複数の光源の点灯状況に関する情報に基づき、前記冷却手段のファンの回転数を制御することを特徴とする投写型表示装置。
2. 前記複数の光源は少なくとも一組の対向する光源を含み、前記制御手段は、前記対向する光源の点灯状況に関する情報に基づき、前記対向する光源に配設された冷却手段の駆動電圧を制御し、前記冷却手段のファンの回転数を制御することを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記冷却手段のファンの回転数を検知する回転検知手段を更に備え、前記回転検知手段から出力される情報に基づき、前記冷却手段のファンの回転数を所定の回転数に制御することを特徴とする請求項２に記載の投写型表示装置。
4. 気温検出手段、気圧検出手段および設置姿勢検出手段を更に備え、前記気温検出手段、前記気圧検出手段および設置姿勢検出手段から出力された情報、ならびに前記複数の光源の点灯状況に関する情報に基づき、前記冷却手段のファンの回転数を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
5. 前記複数の光源のそれぞれに配設された冷却手段は、導風ダクトおよび前記導風ダクト内に設けられた風量制御弁を更に備え、前記複数の光源の点灯状況に関する情報に基づき、前記制御部は、前記冷却手段のファンの回転数及び風量制御弁を制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の投写型表示装置。

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