JP2006011114A - クロスローファンによる冷却構造を備えたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 熱源を効率よく冷却し、かつ遮光構造を必要としない冷却構造を備えたプロジェクタを提供することを目的とする。
【解決手段】 プロジェクタ２００は、光源２０８と、光源２０８からの光を変調するＤＭＤ２３４と、変調された光を投射する投射レンズ２４０と、光源２０８の一方の側面に配され、光源に対し流体を送風する送風ファン２０６と、光源２０８を挟んで送風ファン２０６と対向する位置に配され、送風ファン２０６から供給された流体を外部へ排出させるクロスフローファン２１０とを有するものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、投影型の高品位テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムやビデオプロジェクタ等に使用される投影型のプロジェクタに関し、特に、プロジェクタの冷却構造に関する。

投影型のプロジェクタは、液晶素子やＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等の空間変調デバイスを用い、光源からの光を変調させ、スクリーン上へカラー画像の表示を行うものである。

プロジェクタの光源には、一般にハロゲンランプやキセノンランプ等の放電ランプが用いられている。放電ランプの出力を増加させると、より明るいスクリーン映像を得ることができるが、その一方で、放電ランプからの発熱が大きくなり、この熱源によって電子部品が誤動作したり、熱的にダメージを受けるおそれがある。さらに、プロジェクタのケース本体が高温となり、ユーザーにとっても危険な場合がある。こうした問題を回避するために、プロジェクタのケース本体内は、熱源を冷却するための冷却機構が設けられている。

特許文献１は、液晶パネルを構成する偏光板による熱を冷却可能な液晶プロジェクタを提供するものである。図４に示すように、液晶プロジェクタ内の光学ユニット３の側面に、クロスフローファン１０が取り付けられるとともに、クロスフローファン１０の送風口に対応する部分には開口が設けられている。また、液晶パネル７の下部と光学ユニット３の開口との間には、第１ダクト１１Ａが設けられ、クロスフローファン１０からの冷却風が第１ダクト１１Ａを介して液晶パネル７に送風されるようになっている。

さらに特許文献１には、図５に示すように、３板式液晶プロジェクタにクロスフローファンを適用した構造、すなわち、光学ユニット３の側面にクロスフローファン１０を取り付け、ダクト１１Ｄ、１１Ｅを介して液晶パネル７Ｒ、７Ｇ、７Ｂを冷却する構造が開示されている。また、図６に示すように、光源１の熱を冷却するために光源１の近傍にクロスフローファン１０を取り付ける構造も開示している。

特開平９−４９９９８号

クロスフローファンの特徴は、一般に排出量を大きくでき、かつ騒音が静かな点である。しかしながら、特許文献１の図４ないし図６に示す冷却構造では、クロスフローファン１０に対して効果的に空気が吸入されるような構造になっていないため、クロスフローファンからの送風により光学ユニット３および光源１を効率よく冷却することが難しい。さらに、図６の冷却構造の場合、クロスフローファン１−が光源１の上部に取り付けられるため、プロジェクタを薄型化することが困難である。

一方、クロスフローファンの他にも、軸流ファンやシロッコファンを用いて冷却することも可能であるが、軸流ファンは、一般に排気もしくは送風する力は強い。このため、熱源に対し空気を送風するには適しているが、熱源で熱交換された高温の空気を排気するには不適である。

さらに、ケース本体内にファンを配置させる場合、外部との給排気のためのスリットもしくは開口をケース本体に形成する必要があるが、軸流ファンを用いると、軸流ファンを介して光源からの光が漏れてしまうことがあり、遮光用の導風板を介して冷却をしなければならない。

これらの課題を解決するような冷却構造がいまだ開発されていないのが現状である。そこで本発明は、これらの課題を解決し、熱源を効率よく冷却し、かつ遮光構造を必要としない冷却構造を備えたプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明に係るプロジェクタは、光源と、光源からの光を変調する変調手段と、変調された光を投射する投射手段と、光源の一方の側面側に配され、光源に対し流体を送風する送風ファンと、光源を挟んで送風ファンと対向する位置に配され、送風ファンから供給された流体を外部へ排出させるクロスフローファンとを有するものである。

好ましくはプロジェクタは、光源、変調手段、投射手段、送風ファンおよびクロスフローファンを収容するケース本体を有し、クロスフローファンは、ケース本体の一側面に近接して配され、当該一側面には排出用の開口が形成されている。これらの手段は、すべて並置されることが望ましく、プロジェクタの薄型可を図ることができる。

クロスフローファンは、ファン本体とファン本体を駆動するモータ部とを含み、ファン本体は光源の光軸方向と平行であることが望ましい。これにより、ケース本体の側面に近接してクロスフローファンを配置しても、クロスフローファン自身が遮光構造となり開口から光が漏れないため、遮光構造を必ずしも必要としない。

好ましくは、クロスフローファンのモータ部は、光源からオフセットされた位置に配されるようにする。これにより、光源からの熱風によりモータ等が熱的に損傷するのを防止することができる。

本発明に係るプロジェクタによれば、送風ファンとクロスフローファンとの間に光源を配するようにしたので、送風ファンから送風された流体が熱源である光源において熱交換され、暖められた流体がクロスフローファンにより外部へ排出され、熱源を効率よく冷却することができる。さらに、クロスフローファンをケース本体の側面に配置させ、ケース本体に排出用の開口を形成させた場合でも、光源からの光が漏れないため、遮光構造体が不要である。

本発明に係るプロジェクタは、ＤＭＤを用いた投射型プロジェクタにおいて実施される。図１は、本発明に係るプロジェクタの基本概念を説明する図であり、図１(ａ)は、プロジェクタの内部構成を模式的に示した平面図、図１(ｂ)は、その側面図である。

プロジェクタ１００は、矩形状の内部空間１０２を形成するケース本体１０４を有し、ケース本体１０４内に、送風ファン１０６、光源ユニット１０８およびクロスフローファン１１０を含んでいる。ここでは、その他のＤＭＤや回路基板は本質的ではないため省略している。

本発明では、光源ユニット１０８の一方の側面側に送風ファン１０６が配され、送風ファン１０６と対向する他方の側面側にクロスフローファン１１０が配されている。送風ファン１０６は、単一若しくは複数の軸流ファンやシロッコファンを用いて構成され、その送風口からは、送風力が強い送風Ａが光源ニット１０８に向けて吹き付けられる。

光源ユニット１０８は、キセノンランプや水銀ランプ等の放電ランプと、放電ランプから発せられた光を所定方向へ反射させるリフレクタとを含んで構成される。光源ユニット１０８は、その側面の全域にまんべんなく送風Ａが当たるように配置されている。そして、光源ユニット１０８で発生した熱は、送風Ａによって冷却される。

クロスフローファン１１０は、回転される羽根またはブレードの軸に直角な方向から空気が吸入され、取り込まれた空気が排出口から排出させる特徴として、羽根またはブレードを軸方向に長くすることで、吸入できる空気容量を大きくすることができる。光源ユニット１０８で熱交換された送風Ｂは、まんべんなくクロスフローファン１１０によって取り込まれるように、クロスフローファン１１０の長さを調整する。取り込まれた熱気は、クロスフローファン１１０の排出口から送風Ｃとして排気される。

好ましくは、ケース本体１０４の送風ファン１０６と対向する側面には、複数のスリット状の開口１１２が形成される。これにより、ケース本体１０４の外部の冷気が、開口１１２を介して送風ファン１０６に取り込まれる。また、ケース本体１０４のクロスフローファン１１０と対向する側面には、複数のスリット状の開口１１４が形成され、これにより、クロスフローファン１１０からの送風Ｃをケース本体１０４の外部へ排気させる。

このように、光源ユニット１０８の対向する側に送風ファン１０６とクロスフローファン１１０を設けることで、送風ファン１０６から力のある送風Ａを多量に熱源に吹き付け、クロスフローファン１１０から熱交換された高温の送風Ｂを効率良く吸気し、これを排気させることができる。その結果、プロジェクタの冷却効率を改善することができる。

次に、本発明の基本概念を適用したプロジェクタの詳細について説明する。図２（ａ）は、プロジェクタの背面図、図２（ｂ）は、プロジェクタの内部のレイアウトを示す平面図、図２（ｃ）は正面図である。

本実施例に係るプロジェクタ２００は、矩形状の内部空間２０２を形成するマグネシウム合金などの金属やプラスチックなどから構成されるケース本体２０４と、ケース本体２０４内に並置される送風ファン２０６と、光源ユニット２０８と、クロスフローファン２１０とを含んで構成される。

光源ユニット２０８のＹ１方向に近接して送風ファン２０６が配されている。送風ファン２０８は、Ｙ２方向に空気を送風し、光源ユニット２０８を冷却する。送風ファン２０６は、軸流ファンまたはシロッコファンを用いることができ、また、複数のファンにより多量の空気を吹き付けるようにしてもよい。複数のファンを用いる場合には、風向方向を規制する導風ガイドを設けるようにしてもよい。

図３は、クロスフローファンの構成を示す図である。同図に示すように、クロスフローファン２１０は、複数のフィンまたはブレードを備えたファン部２１０ａと、ファン部のフィンまたはブレードを回転させるモータ部２１０ｂとを備えている。クロスフローファン２１０は、光源ユニットのＹ２方向に近接して配される、好ましくは、モータ部２１０ｂが光源ユニット２０８からＸ１方向にややオフセットされ、距離的に離間させる。これによりモータ部２１０ｂが、光源ユニット２０８からの熱風を直接受けることを抑制し、熱的なダメージを受け難くする。

ケース本体２０４の正面には、水平方向に延びる複数の開口２１４が形成されている。クロスフローファン２１０は、開口２１４に近接して配置することが可能であり、吸入した空気をケース本体内部に滞留させることなく迅速に外部へ排出させることができる。

クロスフローファン２１０のファン部２１０ａは、光源ユニット２０８の全長に亘りＸ方向に延在しているため、光源ユニット２０８でＹ２方向に漏れた光は、クロスフローファン２１０によって効果的に遮光され、開口２１４から外部へ漏れることが防止される。これにより、遮光構造物を別個に用意する必要がなくなる。

光源ユニット２０８は、放電ランプ２０８ａとそこから発せられた光をＸ１方向に向けて反射する回転楕円面鏡からなるリフレクタ２０８ｂとを有している。リフレクタ２０８ｂの正面には、ランプ破損時の破片の飛散を防止するための平面ガラス２２２が取り付けられる。リフレクタ２０８ｂから反射された光は、平面ガラス２２２に入射され、その光は、焦点位置近傍においてカラーホイール２２４に入射される。カラーホイール２２４は、その円周方向に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルターを配列しており、このカラーフィルターによって光源ユニットからの光が、赤、緑、青の波長に時分割的に色分離される。

カラーホイール２２４から出射された光は、ライトトンネルもしくは光インテグレータ２２６において光強度が均一化された光線束となり、コンデンサレンズ２２８、第１のミラー２３０および第２のミラー２３２を介して、ＤＭＤ２３４を照明する。

ＤＭＤ２３４は、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、各ピクセル毎に、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、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型表示素子である。ピクセルがオン状態のとき、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影レンズ２４０に入射され、ピクセルがオフ状態のとき、当該ピクセルの微小ミラーによる反射光が投影レンズ２４０に入射されないように光学部品が配置されている。各ピクセルのオン・オフの駆動タイミングは、カラーホイール２２４によるＲ、Ｇ、Ｂの透過タイミングと同期して行われる。なお、各ピクセルの微小ミラーのオン時の傾き角は、ＤＭＤの光線の入射面に対して１０から１２度程度に決められている。

ＤＭＤ２３４の裏面には、放熱用のヒートシンク２３６が取り付けられている。また、外部からのテレビ映像またはビデオ映像に関する画像信号を入力する入力インターフェース２３８が配され、入力された画像信号はメイン回路基板２２０へ供給される。メイン回路基板２２０は、光源ユニット２０８、送風ファン２０６、クロスフローファン２１０、カラーホイール２２４などの駆動を制御する回路を含み、それらの回路は半導体デバイスとして回路に実装されている。

プロジェクタ２００の動作が起動されると、光源ユニット２０８が点灯され、その光は、照明光学系２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２を介してＤＭＤの微小ミラーの領域を照明する。ＤＭＤ２３４は、メイン回路基板２２０から供給される画像信号に応じて、微小ミラーのオン・オフ駆動を行い、オン状態の微小ミラーから反射された光が投影レンズ２４０により拡大される。これにより、スクリーン上には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の映像を時分割的に照射され、カラー映像の投射表示が行われる。

送風ファン２０６は、開口２１２から外部の冷気を光源ユニット２０８に吹き付けることで、光源ユニット２０８が冷却される。光源ユニット２０８の動作を安定させるため、光源ユニットの温度を一定に保持することが好ましく、従って、送風ファン２０６による送風量も一定であることが望ましい。

送風ファン２０６からの冷気は、Ｙ２方向に向けて送風されるが、導風ガイドを用いて、ライトトンネル２２４などの光学部品を冷却するようにしてもよい。光源ユニット２０８からの暖気は、Ｘ方向に吸入口を供えたクロスフローファン２１０によって効率よく取り込まれ、開口２１４を介してケース本体外へ排出される。このように、光源ユニットの上流側に送風ファン２０６を配し、下流側にクロスフローファン２１０を配し、流体の流れをＹ１からＹ２方向に規制することにより、光源ユニット２０８の冷却温度を安定化させることができる。

本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

上記実施例では、光変調素子としてＤＭＤを用いた例を示したが、これ以外の光変調素子、例えば液晶素子などを用いたプロジェクタにも適用することができる。

本発明に係るプロジェクタは、映像や画像を投射する前面投射型、または背面投射型プロジェクタに利用することができる。

本発明の基本概念を説明する図であり、図１（ａ）は模式的なプロジェクタ内の平面図、図１（ｂ）はその側面図である。 本発明の実施例に係るプロジェクタを示し、図２（ａ）は、プロジェクタの背面図、図２（ｂ）はプロジェクタ内の各部品のレイアウトを示す平面図、図２（ｃ）は正面図である。 クロスフローファンを示し、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は斜視図である。 従来のプロジェクタの構成を示す図である。 従来のプロジェクタの構成を示す図である。 従来のプロジェクタの構成を示す図である。

符号の説明

１００、２００：プロジェクタ
１０２、２０２：内部空間
１０４、２０４：ケース本体
１０６、２０６：送風ファン
１０８、２０８：光源ユニット
１１０、２１０：クロスフローファン
１１２、１１４、２１２、２１４：開口
２２４：カラーホイール
２３４：ＤＭＤ

Claims (8)

1. 光源と、
   光源からの光を変調する変調手段と、
   変調された光を投射する投射手段と、
   光源の一方の側面側に配され、光源に対し流体を送風する送風ファンと、
   光源を挟んで送風ファンと対向する位置に配され、送風ファンから供給された流体を外部へ排出させるクロスフローファンと、
   を有するプロジェクタ。
2. プロジェクタはさらに、光源、変調手段、投射手段、送風ファンおよびクロスフローファンを収容するケース本体を有し、クロスフローファンは、ケース本体の一側面に近接して配され、当該一側面には排出用の開口が形成されている、請求項１に記載のプロジェクタ。
3. クロスフローファンは、ファン本体とファン本体を駆動するモータ部とを含み、ファン本体は光源の光軸方向と平行である、請求項１または２に記載のプロジェクタ。
4. クロスフローファンのモータ部は、光源からオフセットされた位置に配される、請求項３に記載のプロジェクタ。
5. 送風ファンによる流体の送風方向は、光源の光軸方向とほぼ直交する、請求項１ないし４いずれか１つに記載のプロジェクタ。
6. プロジェクタはさらに、光源からの光を、少なくとも赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に分離する色分離手段を含み、分離された光は光学部材を介して時分割的に変調手段に入力される、請求項１に記載のプロジェクタ。
7. 色分離手段は、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターが配列されたカラーホイールを含み、当該カラーホイールは、光源から入射された光をＲ、Ｇ、Ｂの光に分離する、請求項６に記載のプロジェクタ。
8. 送風ファンは、さらに色分離手段および光学部材に流体を送風する、請求項６または７に記載のプロジェクタ。

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