JP6550829B2 - プロジェクター - Google Patents
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Description
また、液晶パネル等の冷却を必要とする光学部品の形状や、冷却風の吹き付け方などにより、光学部品の周辺で、気流の剥離が発生することで、光学部品に沿って冷却風が流動せず、冷却効率が低下してしまうという課題があった。
従って、気流の剥離を抑制すると共に温度境界層を薄くする構成により、光学部品に対する冷却効率を向上させるプロジェクターが要望されていた。
そして、板状の突出部は冷却風の流入方向に対して傾斜角度を有しているため、冷却風は、板状の突出部(突出部の側面)に衝突して流動することにより、乱流を発生させる。この乱流により、光学部品の露出する表面近くを流動する運動量の小さい(速度の遅い)冷却風と、光学部品の表面より上層を流動する運動量の大きい(速度の速い)冷却風とが混ざり合い、活発に運動量の交換が行われる。これにより、温度境界層の厚さを薄くすることができ、光学部品の熱が冷却風に効率的に伝達され、光学部品を効率的に冷却することができる。
また、乱流発生部は、光学部品または保持部材の冷却風の上流側の端部に設置されており、光学部品の表面近くの冷却風には上述する乱流による運動量が供給され続けるため、光学部品の表面内での気流の剥離を抑制することができる。
従って、乱流を発生させて気流の剥離を抑制し、温度境界層の厚さを薄くすることができるため、冷却対象となる光学部品に対する冷却効率を向上させるプロジェクターを実現することができる。
また、複数設置することができることにより、冷却風の流動のさせ方の自由度を向上させることができる。例えば、光学部品の面内において特に冷却したい領域(冷却風を流動させたい領域)がある場合には、複数の突出部を用いることで、その領域に冷却風を流動させることができる。
図1は、第1実施形態に係るプロジェクター1の概構成を模式的に示す図である。なお、図1は、机上に設置されるプロジェクター1の内部構成を上方から見た模式図である。また、図1は、冷却機構4も模式的に示している。図1を参照して、本実施形態のプロジェクター1の概構成と動作を説明する。
プロジェクター1は、光源装置30から射出された光(光束)を、画像情報に応じて光変調装置としての液晶パネル341で変調し、変調光を画像光として投写レンズ35を介してスクリーン(図示省略)等に拡大投写する装置である。プロジェクター1は、光学ユニット3、制御部(図示省略)、制御部等に電力を供給する電源ユニット(図示省略)、およびプロジェクター1の内部を冷却する冷却機構4等を備え、これらが外装筐体10の内部に収容されている。
光学ユニット3は、制御部による制御に基づいて動作し、画像情報に応じて画像光を形成するものである。光学ユニット3は、図1に示すように、発光管301およびリフレクター302を有する光源装置30と、レンズアレイ311,312、偏光変換装置313、重畳レンズ314、および平行化レンズ315を有する照明光学装置31とを備えている。また、光学ユニット3は、ダイクロイックミラー321,322、および反射ミラー323を有する色分離光学装置32と、入射側レンズ331、リレーレンズ333、および反射ミラー332,334を有するリレー光学装置33とを備えている。
電気光学装置34は、クロスダイクロイックプリズム344の隣接する3つの側面に色光毎に射出側偏光板343および液晶パネル341が設置される。また、クロスダイクロイックプリズム344は、固定基板37に固定される。
冷却機構4は、防塵用のフィルター41、冷却ファン42、ダクト(図示省略)、排気ファン43等を備えて構成されている。冷却ファン42は、概ね直方体形状を有して形成される外装筐体10の側面の内面側に、防塵用のフィルター41を介して設置されている。ダクトは、冷却ファン42の吐出口421に接続して設置されている。また、ダクトは、複数に分岐し、冷却を必要とする(冷却対象となる)光学部品の近傍まで延設されている。排気ファン43は、外装筐体10の側面の内面側に設置されている。
冷却ファン42が動作することにより、フィルター41を介して、外装筐体10外部から外気が冷却風Wとして吸気される。吸気された冷却風Wは冷却ファン42の吐出口421からダクト内に流入する。ダクトは、本実施形態では、電気光学装置34を構成する液晶パネル341、射出側偏光板343、入射側偏光板342の下部まで延びて設置されている。詳細には、ダクトは、色光(R光、G光、B光)毎に3つに分岐されて色光毎の光学素子の下部に吐出口(図示省略)を有して設置されている。
液晶パネル341は、画素電極(図示省略)と画素電極に接続されるスイッチング素子(図示省略)とを有する素子基板(図示省略)と、素子基板に対向して設置された対向基板(図示省略)とを有している。液晶パネル341には、素子基板と対向基板とに挟まれて液晶が密封封入されている。また、液晶パネル341は、素子基板と対向基板との外面に、防塵用の透明基板(図示省略)を備えている。
保持部材としての液晶パネル枠5は、液晶パネル341を収容して保持している。液晶パネル枠5は、概ね、光の入射側から、第1枠51、第2枠52、および第3枠53を有して構成されている。
乱流発生部6は、第2枠52に形成されている。乱流発生部6は、第2枠52の下側を形成する傾斜面621を有する傾斜部62と、傾斜面621に設置される突出部61とで構成されている。乱流発生部6は、第2枠52の下側で、液晶パネル341よりも上流側に設置されている。詳細には、乱流発生部6(突出部61)は、本実施形態では、上流側となる後述する気流の剥離点αよりも上流側となる第2枠52の端部に設置されている。
図5(a)に示すように、第2枠52の傾斜面521(乱流発生部6の傾斜面621に対応する)に乱流発生部6(突出部61)を設置しない従来の場合には、冷却風Wが光変調装置に下方向から吹き付けた場合、光変調装置の中心部での断面方向において、傾斜面521の頂上付近に、気流の剥離点αが生じる。そして、気流の剥離点α以降の下流側となる光変調装置の面(液晶パネル341の表面341a)には、気流の剥離により冷却風Wが吹き付けにくい状態となる。また、図5(b)に示すように、液晶パネル341の表面341aの近傍全体においても、気流の剥離により風速が低下している状態となっている。また、液晶パネル341の表面341aにおいて、通常、中心部の温度が周囲の温度に比べて最も高くなる。そのため、中心部を冷却することが、効率的な冷却方法となるが、図5(b)に示すように、気流の剥離の影響により、中心部は十分に冷却できない状態となっている。
図2、図3、図4(a)に示すように、乱流発生部6を設置した(第2枠52の傾斜面621に突出部61を設置した)本実施形態の場合、乱流発生部6に下方向から流入した冷却風Wは、冷却風Wの流入方向W1に対して傾斜して設置される突出部61の側面に衝突することで、流動方向が変えられる。この時、概ね層流であった冷却風Wは、乱流を発生させて下流側に流動する。
本実施形態のプロジェクター1において、光変調装置(液晶パネル341)に設置される乱流発生部6は、傾斜面621を有する傾斜部62と、傾斜面621上に形成される板状の突出部61とを備えている。乱流発生部6が傾斜部62(傾斜面621)を備えることにより、冷却風Wが乱流発生部6に流入する際の冷却風Wの流動性の向上や、液晶パネル341と傾斜部62との段差を抑制することで、段差が冷却風Wに対して抵抗として働くことを低減させることができる。
そして、板状の突出部61は冷却風Wの流入方向W1に対して傾斜角度a=15°を有しているため、冷却風Wは、板状の突出部61の側面に衝突して流動することにより、乱流を発生させる。この乱流により、液晶パネル341の露出する表面341a近くを流動する運動量の小さい(速度の遅い)冷却風Wと、液晶パネル341の表面341aより上層を流動する運動量の大きい(速度の速い)冷却風Wとが混ざり合い、活発に運動量の交換が行われる。これにより、温度境界層の厚さを薄くすることができ、液晶パネル341の熱が冷却風Wに効率的に伝達され、液晶パネル341を効率的に冷却することができる。
また、乱流発生部6は、液晶パネル341に対して冷却風Wの上流側となる第2枠52の端部に設置されており、液晶パネル341の表面341a近くの冷却風Wには上述する乱流による運動量が供給され続けるため、液晶パネル341の表面341a内での気流の剥離を抑制することができる。
従って、乱流を発生させて気流の剥離を抑制し、温度境界層の厚さを薄くすることができるため、液晶パネル341に対する冷却効率を向上させるプロジェクター1を実現することができる。
図6は、第2実施形態に係る射出側偏光板343に乱流発生部7を設置した図であり、図6(a)は斜視図を示し、図6(b)は平面図を示し、図6(c)は下側から見た側面図を示している。なお、本実施形態の乱流発生部7は、液晶パネル341から射出された変調光が入射する入射面側に設置されている。
射出側偏光板343は、フィルム状の有機偏光板で構成される偏光板本体3431と、偏光板本体3431の射出側を貼付する透光性の基板(本実施形態では、透明なガラス板3432)とで構成されている。
本実施形態の乱流発生部7は、傾斜して形成される傾斜面721を有する板状の傾斜部72と、傾斜面721上に形成される板状の突出部71とで構成されている。なお、突出部71と傾斜部72とは、合成樹脂材料を用いた射出成型により一体に構成される。乱流発生部7は、図6に示すように、ガラス板3432の下端部3432aと、貼付された偏光板本体3431の下端部3431aとの間の領域に設置(貼着)される。
突出部71は、図6に示すように、傾斜面721に設置され、第1実施形態の乱流発生部6の突出部61と略同様に、板状で略三角形状の突出部71として形成される。突出部71は、図6(b)に示すように、平面視で、冷却風Wの流入方向W1に対して傾斜角度a=15°の角度を有して形成されている。また、突出部71は、図6(a)に示すように、第1実施形態の突出部61と同様に、傾斜面721から突出する高さh、突出部71に沿う長さl、およびピッチpの関係として、l=2h,p=3.3h、の関係で形成されている。本実施形態の突出部71は、偏光板本体3431の左右方向の全域にわたって合計で7つ設置されている。
図8(a)に示すように、射出側偏光板343に乱流発生部7(突出部71)を設置しない従来の場合には、冷却風Wが射出側偏光板343に下方向から吹き付けた場合、射出側偏光板343の中心部での断面方向において、偏光板本体3431の下端部3431aに、気流の剥離点βが生じる。そして、気流の剥離点β以降の下流側となる偏光板本体3431の表面3431bには、気流の剥離により冷却風Wが吹き付けにくい状態となる。また、図8(b)に示すように、偏光板本体3431の表面3431bの近傍全体においても、気流の剥離により風速が低下している状態となっている。また、射出側偏光板343(偏光板本体3431)の表面3431bにおいて、通常、中心部の温度が周囲の温度に比べて最も高くなる。そのため、中心部を冷却することが、効率的な冷却方法となるが、図8(b)に示すように、気流の剥離の影響により、中心部は十分に冷却できない状態となっている。
図6、図7(a)に示すように、射出側偏光板343に乱流発生部7を設置した本実施形態の場合、乱流発生部7の下方向から流入した冷却風Wは、冷却風Wの流入方向W1に対して傾斜して設置される突出部71の側面に衝突することで、流動方向が変えられる。この時、概ね層流であった冷却風Wは、乱流を発生させて下流側に流動する。
図9は、第3実施形態に係る射出側偏光板343Aに乱流発生部7Aを設置した図であり、図9(a)は斜視図を示し、図9(b)は平面図を示し、図9(c)は下側から見た側面図を示している。なお、本実施形態の乱流発生部7Aは、液晶パネル341から射出された変調光が入射する入射面側に設置されている。
本実施形態の射出側偏光板343Aは、石英ガラス基板上にアルミニウム等からなる微細な線状リブを平行に多数配列したワイヤーグリッド層を有する構成としている。射出側偏光板343Aは、線状リブの延出方向に対して垂直な偏光方向の偏光光を透過し、線状リブの延出方向に平行な偏光方向の偏光光を吸収する。
本実施形態では、第2実施形態の乱流発生部7と同様に構成される乱流発生部7Aを用いて構成されている。詳細には、本実施形態の乱流発生部7Aは、傾斜して形成される傾斜面721Aを有する板状の傾斜部72Aと、傾斜面721A上に形成される板状の突出部71Aとで構成されている。なお、本実施形態の突出部71Aは第2実施形態の突出部71に対応し、本実施形態の傾斜部72Aは第2実施形態の傾斜部72に対応している。また、本実施形態の傾斜面721A、突起部722Aは、第2実施形態の傾斜面721、突起部722に対応している。なお、乱流発生部7Aは、射出側偏光板343Aのワイヤーグリッド層が形成される面とは反対側の面(本実施形態では、変調光が入射する入射面側)の下端部に設置される。
図10は、第4実施形態に係る光学部品用筐体36に乱流発生部8を設置した図であり、図10(a)は乱流発生部8を下方向から見た斜視図を示し、図10(b)は乱流発生部8を拡大した断面図を示している。
本実施形態の入射側偏光板342は、有機偏光板を用いており、第2実施形態の射出側偏光板343(偏光板本体3431とガラス板3432)と略同様に構成されている。詳細には、フィルム状の偏光板本体3421と偏光板本体3421を貼付する透光性の基板(本実施形態では、透明なガラス板3422)とで構成されている。
光学部品用筐体36の先端部には、図10に示すように、液晶パネル341に相対する側面の両側から前側(液晶パネル341側)に向かって突出して形成される一対の偏光板収容部361が形成されている。この偏光板収容部361の相対する側面には、上端部から、下方向の後述する乱流発生部8の傾斜部82に当接するまで、スリット溝(図示省略)がそれぞれ形成されている。入射側偏光板342は、このスリット溝にガラス板3422の左右の両端部を挿入して上方向から挿入し、下方向にスライドすることにより収容される。なお、この場合、入射側偏光板342の偏光板本体3421が液晶パネル341側を向くように挿入する。
乱流発生部8は、本実施形態では、この一対の偏光板収容部361を繋いで設置され、収容する入射側偏光板342の下端部(詳細には、ガラス板3422の下端部)を当接させるように形成されている。本実施形態の乱流発生部8は、傾斜して形成される傾斜面821を有する板状の傾斜部82と、傾斜面821上に形成される板状の突出部81とで構成されている。傾斜部82は、乱流発生部8を構成すると共に、偏光板収容部361も構成している。
傾斜部82は、液晶パネル341に相対する側に傾斜面821を有している。傾斜部82(傾斜面821)は、図10(b)に示すように、入射側偏光板342に当接する上端部が厚く、下端部が薄くなるように形成されている。また、傾斜部82の上端部の厚さは、本実施形態では、入射側偏光板342のガラス板3422の板厚と同じに形成されている。また、傾斜面821の上端部が、ガラス板3422の前側の表面と略一致するように形成されている。
突出部81は、この傾斜面821に設置されている。突出部81は、図10に示すように、第1実施形態の乱流発生部6と略同様に、板状で略三角形状の突出部として形成されている。詳細には、突出部81は、入射側偏光板342の平面視で、冷却風Wの流入方向W1に対して傾斜角度a=15°の角度を有して形成されている。また、突出部81は、第1実施形態の突出部61と同様に、高さh、長さl、ピッチpの関係として、l=2h,p=3.3h、の関係で形成されている。本実施形態の突出部81は、傾斜面821の全域にわたって合計7つ設置されている。
図11は、第5実施形態に係る入射側偏光板342Aを保持する偏光板保持部材20に乱流発生部9を設置した図であり、図11(a)は平面図を示し、図11(b)は斜視図を示している。なお、図11(a)は、入射側偏光板342A、偏光板保持部材20を前側から見た平面図を示している。また、図11(b)は、入射側偏光板342A、偏光板保持部材20を前側の右側上方から見た斜視図を示している。
本実施形態の乱流発生部9は、入射側偏光板342Aを保持する偏光板保持部材20に設置されている。偏光板保持部材20は、入射側偏光板342Aの位置調整を行う部材である。なお、偏光板保持部材20を用いて入射側偏光板342Aの位置調整を行うことにより、偏光変換装置313から射出されて入射する所定の方向に揃えられた偏光光に対応して、偏光方向を合せることで、入射側偏光板342Aの位置ズレによる光の利用効率の低下を防止する。
保持部21は、概略、平面視で矩形状をなし、その上部が三角形状に延びて形成されている。保持部21の矩形状の部分には、矩形状の開口部211が形成されている。また、保持部21には、開口部211を囲む左右の外周部と、開口部211の上方向の外周部とに、前側に曲折して起立する辺部212が形成されている。辺部212は、入射側偏光板342Aの左右方向の外周部と、上方向の外周部とを案内する。また、保持部21には、下方向の外周部の近傍を基準として、開口部211の下方向の外周部を前側に、切り込みと同時に曲げ加工を行ういわゆる切り起こし加工で、所定の角度となるまで切り起こされて傾斜部92が形成される。この傾斜部92の切り起こされた上方向の外周部が、入射側偏光板342Aの下方向の外周部を案内する。なお、この傾斜部92が本実施形態の乱流発生部9を構成している。なお、乱流発生部9の詳細は後述する。
調整部22は、概略、上方向からの平面視で矩形状をなし、上述したように、照明光軸OAを中心とする同心円状に湾曲して形成されている。そして、調整部22には、長手方向が径方向に沿った概トラック形状に形成される2つの調整用孔221,222が、照明光軸OAに沿って平行に形成されている。また、調整部22には、左側の外周部に、上方向に曲折する調整用辺部223が形成されている。
入射側偏光板342Aは、第3実施形態での透過型の無機偏光板を入射側の偏光板として用いている。従って、本実施形態の入射側偏光板342Aは、第3実施形態の射出側偏光板343A(透過型の無機偏光板)と同様に構成されている。なお、本実施形態では、入射側偏光板342Aは、線状リブが形成される面が前側(光の射出側)を向き、反対側の面の左右方向の面が、保持部21の左右方向の4つの辺部212に囲まれる面に貼付されることにより、偏光板保持部材20に固定される。なお、入射側偏光板342Aを偏光板保持部材20に固定した場合、側面視で、切り起こされた傾斜部92の上方向の端部の先端は、固定された入射側偏光板342Aの射出側の面(線状リブが形成される面)に、略一致する状態となっている。
本実施形態の乱流発生部9は、切り起こされて形成される板状の傾斜部92と、傾斜部92に形成される板状の突出部91とで構成されている。なお、切り起こされて形成された傾斜部92の面が傾斜面921となる。突出部91は、傾斜部92の形成方法と同様に、傾斜部92に対して、前側(傾斜面921上)に切り起こし、側面視で略三角形となるように形成される。突出部91は、第1実施形態の突出部61と略同様に形成される。突出部91は、本実施形態では、高さh=1mm、長さl=2mm、幅w=0.5mm(偏光板保持部材20を構成する板厚)、ピッチp=3.3mm、として形成されている。また、突出部91は、図11(a)に示すように、平面視で、冷却風Wの流入方向W1に対して傾斜角度a=15°の角度を有して形成されている。なお、傾斜角度aは、入射側偏光板342Aの位置調整の調整範囲を考慮して乱流を発生させるのに最適な角度とすることが望ましい。
入射側偏光板342Aを保持した偏光板保持部材20は、光学部品用筐体36に形成される受部(図示省略)に、上方向から、調整部22の内周面22Aを当接させる。調整部22に形成される調整用孔221に対応する受部には、ネジ孔(図示省略)が設置されている。受部に設置した調整部22の調整用孔221の上方向から固定用のネジ(図示省略)を調整用孔221に挿通し、ネジ孔に仮に螺合(仮留め)する。この状態で、調整用辺部223を左右方向に押圧して、調整部22を受部に対して摺動させる。これにより、偏光板保持部材20を、偏光変換装置313から射出される所定方向に揃えられた光に対して入射側偏光板342Aからの射出光が最大となる位置に位置調整する。その後、ネジをネジ孔に螺合して調整部22を受部に固定する。この一連の動作により、入射側偏光板342Aの位置調整が行われる。
Claims (6)
- 光源装置から射出される光を複数の光学部品を有する光学系で光学処理して画像光を投写するプロジェクターであって、
冷却対象としての前記光学部品へ冷却風を吐出する冷却ファンと、
額縁状に形成された枠を有し、前記枠によって前記光学部品を保持する保持部材と、を備え、
前記枠は、第1端部と、前記光学部品に対して前記第1端部と反対側に位置する第2端部と、を有し、
前記第1端部が、前記光学部品に対して前記冷却風の流入方向における上流側に位置するように前記保持部材が配置され、
前記保持部材は、前記第1端部に設置され、前記冷却風に対し、乱流を発生させて前記光学部品に流動する乱流発生部を備え、
前記乱流発生部は、傾斜面を有する傾斜部と、前記傾斜面上に形成されて流入方向に対して傾斜角度を有する板状の突出部と、を備えていることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1に記載のプロジェクターであって、
前記乱流発生部は、気流の剥離点よりも前記上流側に設置されていることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1または請求項2に記載のプロジェクターであって、
前記突出部は、前記冷却風の前記流入方向に直交する方向に複数設置されていることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のプロジェクターであって、
前記突出部は、側面視で略三角形状に形成されていることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のプロジェクターであって、
前記突出部は、
前記傾斜面から突出する高さをh、前記傾斜角度をa、前記傾斜角度および前記傾斜面に沿う方向の長さをl、とした場合、
l=2h,a=15°で形成されていることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のプロジェクターであって、
前記光学部品は、偏光板、位相差板、前記光を画像情報に応じて変調する光変調装置、および前記光の偏光方向を揃える偏光変換装置を含むことを特徴とするプロジェクター。
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