JP2006146109A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクタに関するものであり、光学部品を密閉構造にして光量低下を防止すると共に、内部に篭る熱による光学部品の変形や特性劣化、更には電子機器の劣化を防止するため、密閉構造の外部を効率よく冷却し、内部の熱を効率的に放出することを目的としている。
【解決手段】光源と、この光源から発生する光を一方向に出力する光学部品と、この光学部品からの出力光を投影画像に変調する画像形成装置と、この画像形成部品からの出力光を拡大投影する投影レンズと、前記光源を冷却する冷却ファンとを有するプロジェクタにおいて、前記光源の光出射口に、傾斜した略円錐形状の側面を有し、前記光源内を密閉するように配置される筒体を有すると共に、前記冷却ファンからの冷却風の一部が、前記筒体の傾斜面に沿って流れ、前記光源を冷却した後の排気風と混合されるように、前記冷却ファンを配置したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、投影形の高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムやビデオプロジェクタ等に使用される投影形の画像表示装置に関し、例えばリアプロジェクションテレビに関する。

本件発明者は、先に、特願２００１−７１９３７号に示される画像表示装置を発明した。この画像表示装置は、白色光源と、白色光源からの光線を２次光源として集光する集光ミラーと、２次光源の位置に配置され、白色光を時間的に光の３原色に分解するカラーフィルタと、コンデンサレンズと、第１及び第２の折り返しミラーと、２次元に配列された各ピクセルの微小ミラーの傾きを変化させることにより反射光の角度を変化させてオン／オフ状態を作る反射表示手段と、この反射表示手段によって表された画像をスクリーンに拡大して投影する投影レンズとを備えるものである。

図５は、上記従来技術の構造図であり、２０は白色光源のアーク（発光点）、２１は集光ミラーとしての楕円ミラー、２２は輪帯部分が光の三原色（赤、緑、青）に分割された回転可能なカラーフィルタ、２３は光学部品であるライトトンネル、２４はコンデンサレンズ、２５は折り返しミラーとしての平面ミラー、２６は第２の折り返しミラーとしての球面ミラー、２７は後述する反射表示手段としてのＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）、２８は第２のコンデンサレンズ、２９は投影レンズである。

ここで、ＤＭＤ２７は、「光学」（ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．６，ｐ．３１３〜３１４，１９９６年）に記載されているように、２次元的に配列した各ピクセルが微小なミラーから構成され、各ピクセルごとにその直下に配置されたメモリー素子による静電界作用によって上記微小ミラーの傾きを制御し、反射光の反射角度を変化させることによってオン／オフ状態を作る反射形表示素子である。そして、ピクセルがオフの状態では、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影レンズに入射せず、ピクセルがオンの状態では、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影レンズ２９に入射してスクリーンに画像を形成するように光学系部品を配置する必要がある。なお、各ピクセルの微小ミラーのオン時の傾き角は、ＤＭＤ２７の光線の入射面に対して１０から１２度程度と決められている。

特開２００３−３３７３７７ 特開２００３−１０７５８１ 特開２００３−２７０７２０

従来、プロジェクタ装置では、高圧水銀灯からなる放電ランプを用いているが、この高圧水銀灯からなる放電ランプが破損した場合、その破片がプロジェクタ本体から飛散することがあり危険が伴う。
また、塵埃等による汚れは、発光体光学部品の光学特性を劣化させるため、防塵対策として、密閉構造にする必要がある。
この問題を解決するためには、反射鏡の前部をガラス板で覆うことによって、反射鏡の内部を密閉することが考えられる。
しかしながら、反射鏡の内部を密閉すると、放電ランプから発生する熱が、この密閉空間に篭るという問題がある。
このような熱は、光学部品を変形させ、光軸を歪ませたり、また、回路基板の誤作動を引き起こすことがあり、更に光源や光学部品の寿命の低下を招くこともある。

特に、リアプロジェクションテレビは、家庭内において、プロジェクタをテレビとして用いるものであり、通常のプロジェクタに比べ使用時間が長く、かつ塵埃等の多い環境や高温多湿の条件下で使用されることがあり、光学部品の汚れや、光学部品の表面に設けられたコーティングの劣化等により光量低下や、故障の原因となる。
この対策としても、光源や光学部品を密閉構造とするが必須となるが、密閉することにより、光源のランプから発生する光の熱が光路に篭り、光学部品や電子機器等の温度上昇が生じ、信頼性が損なわれる。
このため、密閉構造において、効率良く冷却することが必要となる。

本発明は、このような、放電ランプ及び光学部品を密閉した場合において、効率的に冷却すること、及びこのような冷却をより小さな空間で行い、装置自体をより小型化することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載するように、光源と、この光源から発生する光を一方向に出力する光学部品と、この光学部品からの出力光を投影画像に変調する画像形成装置と、この画像形成部品からの出力光を拡大投影する投影レンズと、前記光源を冷却する冷却ファンとを有するプロジェクタにおいて、前記光源の光出射口に、傾斜した略円錐形状の側面を有し、前記光源内を密閉するように配置される筒体を有すると共に、前記冷却ファンからの冷却風の一部が、前記筒体の傾斜面に沿って流れ、前記光源を冷却した後の排気風と混合されるように、前記冷却ファンを配置したことを特徴としている。

更に、請求項２項から７項に記載するように、
前記光学部品は、カラーホイールを含み、このカラーホイールを密閉する光学部品ケース体を有することを特徴とし、また、
前記冷却ファンからの冷却風は、前記光学部品ケース体を冷却するよう分岐されると共に、前記光学部品ケース体には、前記分岐された冷却風の流れに沿った冷却用のフィンが設けられていることを特徴とし、また、
前記ファンからの冷却風の一部が前記光源の側面を冷却すると共に、一部は前記、筒体を冷却し、前記光源の下方で合流するように、前記ファンは、水平に配置された前記光源に対して傾斜して配置したことを特徴とし、また、
前記光学部品は、コールドミラー材からなる反射鏡を含み、この反射鏡から赤外線を前記冷却風の排出方向に放出することを特徴とし、また、
前記筒体の光出射開口に、赤外線及び紫外線を反射するフィルタを有することを特徴とし、また、
前記ファンは、光源収納時は、前記光源からの出射光の方向に冷却風が出力されるように、傾斜して配置され、前記光源の交換時は、水平、或いは、前記傾斜方向とは逆方向に傾斜して配置されるように、回転可能に保持、固定されることを特徴としている。

本発明の装置は、光源や光学部品を密閉構造とすることにより、ランプの破損が生じても、破片が飛散することが無くなり、かつ塵埃や高温多湿による光学部材の劣化、例えば光量低下や、光学部品の損傷を抑えることが可能となる。また密閉構造であっても、冷却ファンの配置や、この密閉部材の形状を、ファンの冷却風が効率的に流れる構造とすることにより、効率的に冷却することが可能となる。
更に、排気風を、プロジェクタの利用者から遠ざける方向に導くことで、排気風による不快感を与えることを防止できる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１、２は本発明の実施形態を示す構造図であり、光源周辺の主要部品の位置関係を示している。
図１は側面から見た状態、図２は上面から見た状態を表している。
尚、図１、２以外の構成部品は、本実施例のリアプロジェクションテレビの概要を示す図４に示しており、それ以外の構成部品は、図５に示した従来例とほぼ同様である。

これらの図において、１は内部に高圧水銀灯からなる放電ランプが配置され、その回りをコールドミラー材によって構成された断面が楕円形状のリフレクタからなる光源である。
２は光源１を密閉するための略円錐形状の側面を有する筒体であり、例えば銅のような熱伝導率の良い金属材によって構成されている。
３は光源とその他の光学部品とを分離する仕切り板であり、不必要な迷光を遮蔽する作用を有する。
４は仕切り板３に設けられ、光源１からの出力光内の紫外線成分を反射し、可視光を透過させる紫外線遮蔽フィルタである。
５は前記紫外線遮蔽フィルタを透過してきた光に対して、赤外線成分を透過させ、可視光を反射するコールドミラー反射板である。
６は前記コールドミラー反射板５から反射された可視光である白色光が入射され、赤、青、緑などの色成分のみ時系列に出力するカラーホイール、であって、図示しないモーターによって回転駆動される。
７は投影面の光の明るさを均一化するためのライトトンネルである。
８は光学部品ケース体であり、コールドミラー反射板３、カラーホイール６、ライトトンネル７は、この光学部品ケース体８内に密閉される。
家庭内で、長時間利用される本実施例装置では、光学部品に対する塵埃が付着することが多く、その影響が大きい。このため、熱の対策としては不利であるが、光学部品を密閉空間に配置することにより、光学部品に塵埃が付着することを防いでいる。
９は冷却ファンであり、光源１、筒体２、及び光学部品ケース体８は、この冷却ファン９によって冷却される。

尚、図示しないが、ライトトンネル７に続いて、光を集中させるコンデンサレンズ、均一光から画像を形成するための画像形成装置である光変調装置（本実施例では、デジタルマイクロミラーデバイスを用いている。）、光変調装置で形成された画像を拡大して投影する投影レンズが設けられている。
尚、投影レンズは、投影光を所定の方向に出射するためのミラー或いはプリズムなどを含んでいる。

光源１から出力される光は、図２の矢印Ｃで示されるよう出射される。
紫外線遮蔽フィルタ４で、紫外線成分が除かれ、コールドミラー反射板５で、赤外線成分が除かれて、可視光のみがカラーホイール６に出力される。
カラーホイール６は、赤、青、緑の光のみ透過させるフィルタが、同心円状に配置され、中央に設けられたモータにて、回転駆動されるものである。
このカラーホイール６に入射された光源１からの白色光は、赤、青、緑の光に分離され、それぞれの色の光が、時系列でライトトンネル７に出力される。
この時系列にライトトンネル７に入力される各色の光は、ライトトンネル７の内壁で反射を繰り返すことにより、均一な明るさの光となって、図示しないコンデンサレンズ、光変調装置、及び投影レンズへと出射される。
尚、カラーホイール６は、赤、青、緑のフィルタの他、透明領域を設け白色光を利用することで、投影画像の照度を向上させてもよい。

仕切り板３、及び光学部品ケース体８の外形を、図３に斜視図で示す。
仕切り板３には、冷却ファンからの冷却風が通過する開口１１が、上部と下部に設けられており、中央付近には、光源からの出力光が通過する開口１２が設けられている。
尚、出力光が通過する開口１２には、紫外線遮蔽フィルタ４が設けられている。光学部品ケース体８は、放熱効果を高めるため、熱伝導性の良い、例えば銅などが用いられている。
また、この光学部品ケース体８の外表面には、冷却風がスムーズに流れ、かつ効率的に冷却されるように、冷却風の風向に沿って設けられた複数の壁面で構成されたフィン１３が設けられている。
このため、熱が冷却風によって、個々のフィン間を通して、スムーズに排気される。
また、図示しないが、光学部品ケース体８の内壁にも、フィンが設けられており、カラーホイールの高速回転（７６００ｒｐｍ〜１０８００ｒｐｍ）による風の対流が発生しているため、より効率的に光学部品及びその周辺の熱を吸収し、排気することが可能となっている。

冷却ファン９は、図１に示すように、装置本体のフレーム１０に回転可能に保持されており、光源１が配置された状態では、冷却風が光の出射方向に出力されるように、光源１の開口側に位置する部分が上方に、逆の側が下方に傾斜して配置される。
冷却風は、図中矢印Ａで示すように、光源１の側面を冷却する風と、筒体２の傾斜側面を流れる風と、光学部品ケース８を冷却する風に分岐される。
光源１の側面は高温であり、この光源１を冷却した後の排気風は高温であるが、比較的低温の筒体２の側面を流れる低温の冷却風と合流し、混合するため、比較的低温となり、装置本体外へ排気される。
尚、この排気風は、表示面とは異なる方向に排気されるため、本実施例装置の利用者が、排気風を感じることはない。
尚、図示しないが、光源１を交換する場合は、光源１の取外しが容易となるように、図中矢印Ｂに示すように回転され、水平状態に配置される。

筒体２は、光源１から出射される光を遮らない程度に円錐形状となるような傾斜面が構成され、その一端は光源１の開口端に固定される。
この傾斜によって、冷却風はスムーズに流れ、その後、光源１を冷却した後の高温の排気風と合流、混合される。
尚、この傾斜面は、光源の開口を狭めるように構成され、略凹部を形成している。
従って、この光源１内の図示しないランプが破損した場合であっても、その破片は、この凹部に集積されるため、筒体２はランプ破損時の破片の飛散防止効果も有している。
この筒体２の他端にはシリコーンゴムが、端部全体に設けられており、このシリコーンゴムが、仕切り板３に圧接される。
光源１は、この筒体２、仕切り板３、及び紫外線遮蔽フィルタ４により密閉状態となる。

尚、本実施例では、光学部品ケース体８は、仕切り板３に密着固定されており、仕切り板３、紫外線遮蔽フィルタ４、及び光学部品ケース体８によって、カラーホイール６、ライトトンネル７を密閉状態にしており、特に、紫外線遮蔽フィルタ４は、光源１で発生する熱の対流がカラーホイール６、ライトトンネル７などの光学部品を加熱することを防止する作用を有している。
このような各構成部品の配置や構造によって、極めてコンパクトに投影光学系の装置が構成される。

図４（１）及び（２）に、本実施例のリアプロジェクションテレビの側面図、及び正面図を示す。
プロジェクションテレビの脚部３１に、光源１から投影レンズ３２までの、光学部品が収納される。
投影レンズ３２から照射される投影光は、ミラー３３で反射され、スクリーン３４に照射される。このスクリーン３４によって、投影画像が表示される。
尚、図中３５は、ＤＶＤ装置やゲーム機等、外部機器との入出力を行う外部接続端子であり、３６はスピーカーである。

本発明は、上記一実施例に限定されるものではなく、例えば、光変調装置は、液晶ライトバルブであってもよい。また、光源や光学部品は、密閉構造であれば、その構造や配置は、種々変更可能である。
例えば、光源、或いは光学部品ケースは、仕切り板を用いることなく、それ自体で密閉構造としてもよい。
また、紫外線遮蔽フィルタは、紫外線及び赤外線を遮蔽するフィルタであってもよく、また、遮蔽効果のない透明なガラス材であってもよい。
更に、構成部品も他の光学部品などの追加が可能である。
また、プロジェクタの形状は、図４に図示した形状に限定されない。

以上述べたように本発明では、従来よりも装置の小型化、コンパクト化が可能となり、また、光源の破損が生じても、破片が飛散することを防止できるため、リアプロジェクタ装置の利用範囲が広がり、家庭内での投影表示装置としての利用が可能となる。

図１は、本発明の実施例の形態に係る主要な構成を示す側面構成図であり、冷却風の方向を示している。 図２は、本発明の実施例の形態に係る主要な構成を示す上面構成図であり、光源からの出射光の方向を示している。 図３は、本発明の実施例の形態に係る、仕切り板と光学部品ケースの斜視図である。 図４は、本発明の実施例の形態に係るリアプロジェクションテレビの概念図であり、（１）は側面図、（２）は正面図である。 図５は、従来のプロジェクタの主要構成部品を示す概念図である。

符号の説明

１：光源
２：筒体
６：光学部品（カラーホイール）
８：光学部品ケース体
９：冷却ファン

Claims (7)

1. 光源と、この光源から発生する光を一方向に出力する光学部品と、この光学部品からの出力光を投影画像に変調する画像形成装置と、この画像形成部品からの出力光を拡大投影する投影レンズと、前記光源を冷却する冷却ファンとを有するプロジェクタにおいて、
   前記光源の光出射口に、傾斜した略円錐形状の側面を有し、前記光源内を密閉するように配置される筒体を有すると共に、前記冷却ファンからの冷却風の一部が、前記筒体の傾斜面に沿って流れ、前記光源を冷却した後の排気風と混合されるように、前記冷却ファンを配置したことを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記光学部品は、カラーホイールを含み、このカラーホイールを密閉する光学部品ケース体を有することを特徴とする請求項１項記載のプロジェクタ。
3. 前記冷却ファンからの冷却風は、前記光学部品ケース体を冷却するよう分岐されると共に、前記光学部品ケース体には、前記分岐された冷却風の流れに沿った冷却用のフィンが設けられていることを特徴とする請求項２項記載のプロジェクタ。
4. 前記ファンからの冷却風の一部が前記光源の側面を冷却すると共に、一部は前記、筒体を冷却し、前記光源の下方で合流するように、前記ファンは、水平に配置された前記光源に対して傾斜して配置したことを特徴とする請求項１項記載のプロジェクタ。
5. 前記光学部品は、コールドミラー材からなる反射鏡を含み、この反射鏡から赤外線を前記冷却風の排出方向に放出することを特徴とする請求項１項記載のプロジェクタ。
6. 前記筒体の光出射開口に、赤外線及び紫外線を反射するフィルタを有することを特徴とする請求項１項記載のプロジェクタ。
7. 前記ファンは、光源収納時は、前記光源からの出射光の方向に冷却風が出力されるように、傾斜して配置され、前記光源の交換時は、水平、或いは、前記傾斜方向とは逆方向に傾斜して配置されるように、回転可能に保持、固定されることを特徴とする請求項１項記載のプロジェクタ。

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