JP2016103009A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ライトバルブを含む光学素子の効率的な冷却と光学素子の塵埃付着を抑制することを可能にした画像表示装置を提供する。【解決手段】 画像表示装置が、光源と、ライトバルブと、第１の導光光学系と第２の導光光学系のうち少なくとも一方の導光光学系を有する。さらに、ポンプとラジエータとを備え、光源、ライトバルブ、第１の導光光学系、第２の導光光学系のうち少なくとも１つを冷却する第１の冷却手段と、吸気口を有する。さらに、送風ファンを備え、光源、ライトバルブ、第１の導光光学系、第２の導光光学系のうち少なくとも１つを冷却する第２の冷却手段と、フィルタとを有する。そして、ラジエータは吸気口とフィルタの間に配置されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に冷却と塵埃除去構成に関するものである。

従来、投射光学系を備えた画像表示装置としてのプロジェクタは、高解像度化および高輝度化に伴い、冷却能力の向上と塵埃付着抑制を行う必要があり、そのため液冷技術によって密閉構造内に配置された熱源（ライトバルブ等）を冷却する構成を採っていた。

具体的に、特許文献１では、密閉空間に配置された複数の熱源を液冷技術により冷却する構成が開示されている。また、特許文献２では、塵埃付着抑制のため、熱源を密閉空間に配置して液冷技術により冷却する構成が開示されている。

特開２００８−１７６０７９号公報 特開２００５−１１４９９７号公報

しかしながら、上記従来技術では、ライトバルブ等の少数の熱源に対しては密閉空間において冷却することができるが、その他の光学素子に関しては冷却と塵埃付着抑制の両立を行うことが困難であった。

本発明の目的は、ライトバルブを含む光学素子の効率的な冷却と光学素子の塵埃付着を抑制することを可能にした画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る画像表示装置は、光源と、ライトバルブと、前記光源からの光束を前記ライトバルブに導光する第１の導光光学系と前記ライトバルブからの光束を被投射面に導く第２の導光光学系のうち少なくとも一方の導光光学系と、冷媒をチューブの内部で循環させるポンプと、前記光源、前記ライトバルブ、前記第１の導光光学系、前記第２の導光光学系のうち少なくとも１つの熱を前記冷媒を介して放熱するラジエータとを備え、前記光源、前記ライトバルブ、前記第１の導光光学系、前記第２の導光光学系のうち少なくとも１つを冷却する第１の冷却手段と、吸気口と、送風ファンを備え、前記吸気口から吸気される風を用いて、前記光源、前記ライトバルブ、前記第１の導光光学系、前記第２の導光光学系のうち少なくとも１つを冷却する第２の冷却手段と、
前記吸気口から前記送風ファンによって送風される部材に至る風路内に配置されたフィルタと、を有し、前記ラジエータは前記吸気口と前記フィルタの間に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、ライトバルブを含む光学素子の効率的な冷却と光学素子の塵埃付着を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る画像表示装置の全体構成図である。 本発明の実施形態に係る第２の冷却手段の冷却構成図である。 本発明の実施形態に係る第１の冷却手段の冷却構成図である。 本発明の実施形態に係る第１の冷却手段における液冷システム詳細図である。 本発明の実施形態に係る第１の冷却手段における液冷システムの受熱ジャケット詳細図である。 本発明の実施形態に係る画像表示装置の光学系詳細図である。 第１の実施形態に係る第１の清掃手段の説明図である。 第１の実施形態に係る第２の清掃手段の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置の全体構成図である。 第２の実施形態に係る第１の清掃手段の説明図である。 第２の実施形態に係る第２の清掃手段の説明図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（画像表示装置）
図１は、本発明の実施形態に係る画像表示装置の全体構成を示し、以下に説明するような光学構成と、冷却構成と、塵埃除去構成を備える。そして、本実施形態では、冷却構成におけるラジエータを塵埃除去構成にも適した位置に配置する。先ず、光学構成について説明する。

１）光学構成
図６は、本発明の実施形態に係る画像表示装置であるプロジェクタの光学構成概略図である。図６で、光学系２は、照明光学系２２、色分解合成系２３、投射レンズ（投射光学系）２４を備える。照明光学系２２は、光を発する光源２１からの光を用いてライトバルブ２３０５を照明する。色分解合成系２３は、照明光学系２２からの光を液晶等より成るライトバルブ２３０５（２３０５Ｒ、２３０５Ｇ、２３０５Ｂ）に導く色分解光学系と、ライトバルブ２３０５からの光束を合成して投射レンズ２４に導く色合成光学系とを備える。投射レンズ２４は、色分解合成系２３からの光束を被投射面に導く。

なお、照明光学系２２、色分解光学系を本発明の各実施形態では第１の導光光学系と呼ぶものとする。つまり、光源２１からの光をライトバルブ２３０５に導く光学系を第１の導光光学系とする。また、色合成光学系（色分解合成系２３から色分解光学系を除いたもの）、更には投射光学系としての投射レンズ２４を本実施形態では第２の導光光学系と呼ぶものとする。

光源２１は、超高圧水銀ランプなどの高輝度光源であって連続スペクトルで白色光を発光する発光管と、光を所定の方向に集光するリフレクタとを有し、次段階の照明光学系２２へ向けて照射する。照明光学系２２は、シリンダアレイやフライアイレンズ等のガラス部材を有し、その光学的作用により、複数の光束に対し矩形状の像が重なった矩形状の均一な照明エリアが形成され、次段階のライトバルブ２３０５を照明する。

色分解合成系２３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イックミラー２３０１を有する。緑（Ｇ）の波長領域の光に対しては、１／２波長板２３０２、Ｓ偏光のみを透過する透明基板に偏光素子を貼着したＧ用の入射側偏光板２３０３、偏光分離面を有し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２３０４が備わる。

光路を分岐するプリズムとしての第１の偏光ビームスプリッタ２３０４で反射されたＳ偏光は緑用の１／４波長板２３０６Ｇを介して円偏光とされ、ヒートシンク３２Ｇの上に載置される緑用のライトバルブ２３０５Ｇへ向かう。１／４波長板２３０６Ｇは、第１の偏光ビームスプリッタ２３０４と緑用のライトバルブ２３０５Ｇとの間の光路中に設けられている。

緑用のライトバルブ２３０５Ｇで反射された光は、緑用の１／４波長板２３０６Ｇを介してＰ偏光とされる。そして、第１の偏光ビームスプリッタ２３０４、Ｐ偏光のみを透過させるＧ用出射側偏光板２３１１Ｇを透過して、ＲＢ光を透過しＧ光を反射するダイクロイックプリズム２３１２へ向かう。

ダイクロイックミラー２３０１で反射されたＲとＢの光に対しては、Ｐ偏光のみを透過し透明基板に偏光素子を貼着したＲＢ用の入射側偏光板２３０７、色選択性位相差板２３０８が設けられている。色選択性位相差板２３０８は、Ｒの光の偏光方向を９０度変換し、Ｂの光の偏光方向は変換しない機能を備えるため、赤（Ｒ）の波長領域の光はＳ偏光に変換され、青（Ｂ）の波長領域の光はＰ偏光のままで通過する。なお、色選択性位相差板２３０８を通過した光路にＲの色純度を高めるためにオレンジ光をランプに戻すトリミングフィルタ２３０９が設けられている。

そして、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射し、光路を分岐もしくは合成するプリズムとしての第２の偏光ビームスプリッタ２３１０により、Ｓ偏光であるＲの光は反射する一方、Ｐ偏光であるＢの光は透過する。第２の偏光ビームスプリッタ２３１０で反射されたＲの光は赤用の１／４波長板２３０６Ｒを介して円偏光とされ、ヒートシンク３２Ｒの上に載置される赤用のライトバルブ２３０５Ｒへ向かう。赤用のライトバルブ２３０５Ｒで反射された光は、赤用の１／４波長板２３０６Ｒを介してＰ偏光とされる。

そして、第２の偏光ビームスプリッタ２３１０、ＢのＳ偏光のみを整流するＢ用出射側偏光板（偏光素子）２３１１Ｂ、ダイクロイックプリズム２３１２を透過して、投射光学系としての投射レンズ２４に入射する。

一方、第２の偏光ビームスプリッタ２３１０を透過したＢの光は青用の１／４波長板２３０６Ｂを介して円偏光とされ、ヒートシンク３２Ｂの上に載置される青用のライトバルブ２３０５Ｂへ向かう。青用のライトバルブ２３０５Ｂで反射された光は、青用の１／４波長板２３０６Ｂを介してＰ偏光とされる。そして、第２の偏光ビームスプリッタ２３１０で反射され、ＢのＳ偏光のみを整流するＢ用出射側偏光板（偏光素子）２３１１Ｂ、ダイクロイックプリズム２３１２を透過して、投射光学系としての投射レンズ２４に入射する。

反射型液晶表示素子である赤用のライトバルブ２３０５Ｒ、緑用のライトバルブ２３０５Ｇ、青用のライトバルブ２３０５Ｂは、入射した光を反射するとともに画像変調する。そして、上述した色分解合成系を用いることで、投射レンズ２４により被投射面（スクリーン面）にライトバルブ２３０５における画像がカラー画像として投射される。以上の色分解合成系２３のうち、ダイクロイックプリズム２３１２、Ｂ用出射側偏光板２３１１Ｂ、Ｇ用出射側偏光板２３１１Ｇを色合成光学系とし、それ以外の光学素子を色分解光学系とする。

２）冷却構成
本実施形態における画像表示装置は、装置本体としての筺体１の内部に、ライトバルブ２３０５を冷却する第１の冷却手段である液冷ユニット３（図３、図４）と、ライトバルブ２３０５を含む光学系２を送風により冷却する第２の冷却手段（図２）を備える。

２−１）第１の冷却手段
ライトバルブ２３０５は、光の反射時に吸熱する熱量と、画像変調時に自己消費する熱量により発熱するため、第１の冷却手段である液冷ユニット３で冷却される。図４に示すように、液冷ユニット３は、各構成部品をつなぐチューブ３５、チューブ内を流れる冷媒（不図示）、冷媒を循環させるポンプ３１を備える。さらに、受熱部である受熱ジャケット３２、放熱部であるラジエータ３３、冷媒を貯蔵し気層も存在するタンク３４を備える。

この液冷ユニット３では、色分解合成系２３内に配置されるライトバルブ２３０５の熱に関し、受熱ジャケット３２が受熱し、ポンプ３１が冷媒を介してラジエータ３３へ熱輸送し、吸気口１１からの外気風によりラジエータ３３が放熱する。

ここで、液冷ユニット３の受熱ジャケット３２の構成の詳細を図５を参照して説明する。液冷ジャケット３２は、ライトバルブ２３０５と熱伝導シート３２４によって接触する。具体的な構成としては、熱伝導シート３２４との接触部３２１１を有し、フィン形状を有した中空溝が設けられたジャケットベース３２１にジャケットカバー３２３が液漏れ防止ゴム３２２を挟み込むように固定され、空洞化した受熱ジャケット３２となる。

ジャケットベース３２１には継ぎ手部３２１２が設けられており、チューブ３５を取り付けることによって配管される。ライトバルブ２３０５で発生した熱は、熱伝導シート３２４によってジャケットベース３２１に熱伝導され、ジャケットベース３２１のフィン形状により、受熱ジャケット３２の中空内を流れる冷媒に熱伝達される。ジャケット３２内を流れる冷媒は接続されたチューブ３５内を流れ、ラジエータ３３によって放熱される。なお、本実施形態においては、熱伝導シート３２４を用いたが、熱伝導グリス等その他熱を伝導する旨のものを用いても良い。

２−２）第２の冷却手段
また、光学系２は、送風ファン４からの送風で冷却される。即ち、筺体１に設けられた吸気口１１より冷却風を筺体内に取り込み、送風ファン４による強制冷却によって光学系２の部品を冷却し、筺体内の冷却風を排気する排気ファン７を用いて排気口１２より冷却風を排気する。ここで、排気ファン７は筺体内の空気を排気するファンであり、吸気口１１より外気を取り込み、光学系２を冷却した風や光源２１のリフレクタ部、その他電気部品等の発熱体を冷却した風を筺体外へ排気することで筺体内の冷却を行う。

このように、装置本体の吸気口１１から吸気される風として、ライトバルブ２３０５に加えて、光学系２を構成する部材の少なくとも１つ（光学系２の部品）に向かって送風されることで、送風された部材が冷却される。即ち、ライトバルブ２３０５など、局所的に高熱を発する部分だけでなく、その周辺および他の光学系や複数の冷却対象に対しても効率的な冷却を施すことができる。もちろん、光源２１、ライトバルブ２３０５、第１の導光光学系、第２の導光光学系の少なくとも一つに送風する構成であってもよい。

なお、本実施形態においては、図１に示すように、照明光学系２２の光軸と投射光学系としての投射レンズ２４の光軸は交差（直交）し、送風ファン４からの送風方向は、送風ファン４から、照明光学系２２の光軸と投射レンズ２４の光軸で挟まれる領域（両光軸の交点）へ向かう方向である。言い換えれば、送風ファン４は、吸気口１１から吸気された風を照明光学系２２および色分解合成系２３に導くように配置されており、本発明の各実施形態で送風ファン４はシロッコファンである。

３）塵埃除去構成
本画像表示装置では、筐体１の吸気口１１（図１、図２）より、筺体内の送風ファン４によって外気を吸気する際、吸気口１１の下流側位置に塵埃を除去（収集）するフィルタとしての集塵フィルタ５（防塵フィルタ）が配置される。ここで、吸気口１１から送風ファン４により送風される部材（部品）に至る風路内（本実施形態では、送風ファン４の送風方向における上流側である送風ファン４の吸気口位置）に配置される集塵フィルタ５は、第１サイズ（２０μｍ以下）より大きい塵埃を除去する。言い換えれば、集塵フィルタ５は、送風ファン４とラジエータ３３との間に配置されている。

これにより、外気吸気による筺体内への塵埃侵入を防止でき、光学系２は送風ファンからの送風で冷却されると共に、第１サイズより大きい塵埃の付着から免れる。

４）ラジエータの配置位置
本実施形態では、吸気口１１と集塵フィルタ５の間にラジエータ３３を配置する。これにより、以下の効果を奏する。

第１には、コットンリンターなどのサイズが大きな粒子（防塵フィルタ５で除去される第１サイズより大きい第２サイズの粒子）が、ラジエータ３３によって振るい落とされ、集塵フィルタ５による集塵を少なくすることができる。これにより、集塵効率の向上と共にフィルタ交換のメンテンナンスサイクルを長期化（長寿命化）する効果が得られる。このように、
集塵フィルタを第２フィルタ（微フィルタ）と考えるとき、第２フィルタの上流側に第１フィルタ（粗フィルタ）としてのラジエータ３３が備わり、風路に沿って順に吸気口１１、ラジエータ３３、集塵フィルタ５、送風ファン４が設けられる。

第２には、筺体内熱、および筺体内の発熱の影響をラジエータ３３自体が受けることなく、外気とラジエータ３３が熱交換を行うことができる。即ち、吸気口１１と集塵フィルタ５の間にラジエータ３３を配置することで、液冷ユニット３の冷却効率が高まり、高発熱体のライトバルブ２３０５の冷却を効率良く行うことができる。

５）清掃部材構成
加えて、本実施形態においては、図７に示すように、ラジエータ３３の近傍に塵埃を払い落す第１の清掃部材としてのブラシ６を配置し、ラジエータ３３を清掃することで、ラジエータ３３に塵埃が付着した場合の冷却効率低下を防ぐ効果を有する。即ち、図７において、ブラシ６に取り付けられたモータ６１が、ラジエータ３３の通気方向に対して垂直な面を平行移動することによって、ブラシ６も同一方向へ稼働し、ラジエータ３３の上流側（前面）に付着した塵埃を払い落す。

また、図８に示すように、ラジエータ３３と塵埃フィルタ５の間に第２の清掃部材としてのブラシ６０を配置し、ラジエータ３３の下流側（後面）及び集塵フィルタ５を清掃する。即ち、本実施形態では、ブラシ６０に関しては、ブラシ６と構造体にすることで、モータ６１の移動によってブラシ６と同様に稼働できる。

このように、ラジエータ３３０の近傍に清掃手段としてのブラシ６およびブラシ６０を配置することで、ラジエータ３３とフィルタ５の塵埃を同時に同一駆動で払い落すことができる。これにより、油分やたばこのヤニなどの吸着物を除去できる効果と、集塵フィルタ５の交換などのメンテンナンスサイクルを更に長期化もしくはメンテンナンスフリー化する効果を奏する。

《第２の実施形態》
以下、図９を参照して、塵埃付着を抑制しかつ効率的な冷却を行う本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置としてのプロジェクタの構成について説明する。第１の実施形態に対し、本実施形態では、ラジエータが所定の材質から成ることを特徴とする。即ち、本実施形態におけるラジエータ３３０は、フッ素加工やイオン蒸着などの防汚加工が施された防汚材質で形成されており、外気吸入時の塵埃の付着を抑制する効果を有している。

また、本実施形態においても、図１０、図１１に示すように、第１の実施形態と同様に、ラジエータ３３０の近傍に清掃手段としてのブラシ６およびブラシ６０を配置する。このように、ラジエータ３３０の近傍に清掃手段としてのブラシ６およびブラシ６０を配置することで、ラジエータ３３とフィルタ５の塵埃を同時に同一駆動で払い落すことができる。これにより、油分やたばこのヤニなどの吸着物を除去できる効果と、集塵フィルタ５の交換などのメンテンナンスサイクルを長期化更に長期化もしくはメンテンナンスフリー化する効果を奏する。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。即ち、光学系の構成、液冷システムの構成、ファンの個数、清掃手段の方法など、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、ライトバルブは反射型としたが、透過型であっても良い。また、ライトバルブが自ら発光するものである場合には、上述した光源、照明光学系、色分解光学系は不要となる。

（変形例２）
上述した実施形態では、画像表示装置として投射光学系としての投射レンズを備えスクリーン面を表示位置としたプロジェクタを説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、投射光学系を備えず、ＬＥＤを光源とする液晶テレビなどの画像表示装置にも同様に適用できる。この場合の表示位置は、ライトバルブからの光束が色合成光学系で導光された画像表示面となる。一方、ＬＥＤをテレビの端部に並べたエッジ型ＬＥＤバックライトにおいては、光源をＬＥＤ、ライトバルブを液晶パネル、第１の導光光学系をＬＥＤからの光束を液晶パネルに導く導光板としてもよい。また、ＬＥＤを液晶パネルの裏面に２次元的に配列した直下型ＬＥＤバックライトにおいては、光源をＬＥＤ、ライトバルブを液晶パネル、第１の導光光学系を２次元的に配列されたＬＥＤと液晶パネルの間の拡散版としてもよい。

（変形例３）
上述した実施形態では、超高圧水銀ランプを光源とし、第１の冷却手段がライトバルブを液冷する構成を開示したが、本発明はこれに限定されるものではない。超高圧水銀ランプではなく、レーザーダイオード（以下、ＬＤ）などの固体光源のみ、あるいは固体光源と蛍光体を光源として、第１の冷却手段がＬＤとライトバルブのうち少なくとも一方を冷却する構成などであってもよい。

（変形例４）
上述した実施形態では、第１の冷却手段がライトバルブを液冷し、第２の冷却手段が、照明光学系および色分解合成系を空冷する構成を開示したが、本発明はこれに限定されるものではない。第１の冷却手段および第２の冷却手段が冷却する対象は、画像表示装置が備える部材であれば良く、例えば、第１の冷却手段および第２の冷却手段が投射光学系を冷却する構成などであってもよい。すなわち、第１の冷却手段および第２の冷却手段は、光源、ライトバルブ、第１の導光光学系、第２の導光光学系のうち少なくとも１つを冷却すればよい。

３ 液冷ユニット
４ 送風ファン
５ 集塵フィルタ
１１ 吸気口（筐体）
２１ 光源
２２ 照明光学系
２３ 色分解合成系
３１ ポンプ
３３ ラジエータ
３５ チューブ
２３０５ ライトバルブ

Claims (11)

1. 光源と、
   ライトバルブと、
   前記光源からの光束を前記ライトバルブに導光する第１の導光光学系と前記ライトバルブからの光束を被投射面に導く第２の導光光学系のうち少なくとも一方の導光光学系と、
   冷媒をチューブの内部で循環させるポンプと、前記光源、前記ライトバルブ、前記第１の導光光学系、前記第２の導光光学系のうち少なくとも１つの熱を前記冷媒を介して放熱するラジエータとを備え、前記光源、前記ライトバルブ、前記第１の導光光学系、前記第２の導光光学系のうち少なくとも１つを冷却する第１の冷却手段と、
   吸気口と、
   送風ファンを備え、前記吸気口から吸気される風を用いて、前記光源、前記ライトバルブ、前記第１の導光光学系、前記第２の導光光学系のうち少なくとも１つを冷却する第２の冷却手段と、
   前記吸気口から前記送風ファンによって送風される部材に至る風路内に配置されたフィルタと、を有し、
   前記ラジエータは前記吸気口と前記フィルタの間に位置していることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記吸気口と前記ラジエータの間に位置し、前記ラジエータを清掃する第１の清掃手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記ラジエータと前記フィルタの間に位置し、前記ラジエータおよび前記フィルタを清掃する第２の清掃手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記ラジエータは、防汚材質で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記フィルタは、前記送風ファンと前記ラジエータの間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 前記第１の導光光学系は、前記光源からの光束を用いて前記ライトバルブを照明する照明光学系と、前記照明光学系からの光束を前記ライトバルブに導く色分解光学系とを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記第２の導光光学系は、投射光学系と、前記第１の導光光学系からの光束を前記投射光学系に導く色合成光学系を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記ライトバルブは反射型の液晶表示素子であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 前記ライトバルブは透過型の液晶表示素子であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
10. 前記送風ファンは前記吸気される風を前記第１の導光光学系および前記第２の導光光学系のうち少なくとも一方に導くことが可能な位置に位置していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
11. 前記光源は固体光源であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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