JP2006072216A - 電子機器搭載用プロジェクタ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】放熱性と小型化とを両立させた電子機器搭載用プロジェクタ装置を提供する。
【解決手段】プロジェクタモジュールPJは、光像形成ブロック30および光学ブロック40を固定部材25で一体化する構成とする。光像形成ブロック30は、熱伝導性が低いプラスチック材料で構成した筐体26に、LED21Aを実装したアルミニウム製基板21Bと液晶パネル22とを配設して構成する。金属製薄板を板金曲げ加工して固定部材25を構成し、固定部材25と上記基板21Bとを面接触させる。光学ブロック40は、熱伝導性が低いプラスチック材料で構成した筐体24に、PBS23Aと反射部材23Bとを配設し、両部材の境界に1/4波長板23λを設けて構成する。
【選択図】図3

Description

本発明は、画像やテキストなどの情報を投射する電子機器搭載用のプロジェクタ装置に関する。
携帯電話機などのハンドホールド機器にプロジェクタを搭載した電子機器が知られている(特許文献1参照)。特許文献1に記載のプロジェクタ付き携帯電話機は、通話者が通話しながら通話者自身の手のひらに情報を投射したり、通話しながら壁面に情報を投射したりする。プロジェクタは、液晶パネルなどで構成されるライトバルブと、ライトバルブを照明する光源とを含み、ライトバルブを透過した光(変調光)による像を投射する。明るい投射像を得るためには大きな電流を光源に供給する必要があるが、供給電流の増加とともに発熱量も増加するので、機器の温度上昇を抑えるための放熱対策が必要になる。据え置きタイプのプロジェクタでは、特許文献2に記載のようにペルチェ素子やファンなどで冷却する技術が採用されている。
特開2000−236375号公報 特開2000−194275号公報
電池駆動を前提とするハンドホールド機器に対してペルチェ素子やファンなどを用いる放熱方式を採用することは、消費電力の増加に伴って電池寿命(放電時間)が短くなったり、機器の大型化を招いたりすることから困難である。
本発明による電子機器搭載用プロジェクタ装置は、熱伝導性を有する材料で形成され、その表面に発光素子が配設されている第1の部材と、発光素子からの光を変調するライトバルブと、ライトバルブによって変調された光の像を投射する投射光学系と、第1の部材より熱伝導性が低い材料で形成され、少なくとも第1の部材およびライトバルブが配設される第2の部材と、第1の部材と同一材料もしくは第2の部材より熱伝導性が高い材料で形成され、第2の部材および投射光学系を一体化支持するとともに、第1の部材の少なくとも一面上で面接触する第3の部材とを備えることを特徴とする。
上記電子機器搭載用プロジェクタ装置の第2の部材は通過光束を囲む角柱形状を有してもよく、この場合の第3の部材は角柱の外面に沿うように折り曲げるとよい。
第1の部材は第2の部材において角柱形状の底面位置に配設されてもよく、この場合の第3の部材は底面位置において第1の部材と面接触させるとよい。
上記電子機器搭載用プロジェクタ装置の第2の部材は、第3の部材から離間してライトバルブを保持するとよい。
電子機器搭載用プロジェクタ装置の第3の部材は、電子機器と一体化するための取り付け代を有してもよい。
電子機器搭載用プロジェクタ装置の第2の部材にはさらに、第1の部材側およびライトバルブ側の空間を分離する分離手段が配設されてもよい。
本発明によれば、熱伝導性を有する第1部材に発光素子を配設し、第1部材とライトバルブとを熱伝導性が低い第2部材に配設し、第2部材と投射光学系とを熱伝導性を有する第3部材で一体化支持するとともに、第1部材と第3部材とを面接触させたので、発光素子による熱について、第1部材および第3部材から放熱する一方でライトバルブへ伝わりにくくしした。これにより、ペルチェ素子などを用いずに放熱性を確保し、小型化を損なわない電子機器搭載用プロジェクタ装置を提供できる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
(第一の実施形態)
図1は、本発明の第一の実施形態によるハンドホールドで用いられるプロジェクタ付き携帯電話機の外観図であり、(a)は側面図、(b)は正面図である。携帯電話機10には、アンテナ11と、液晶表示器12と、ダイヤルボタンなどを含む操作部材13と、通気孔14と、プロジェクタ投射口20とが設けられている。携帯電話機10は、不図示の基地局を介して他の電話機との間で通話を行う他、メールやデータなどの送受信を行う。また、後述するプロジェクタモジュールを搭載しており、液晶表示器12に表示している画像や受信メールなどをプロジェクタ投射口20から壁などに向けて投射する。
本発明は、携帯電話機10に搭載されるプロジェクタモジュールの構成に特徴を有するので、以下プロジェクタモジュールを中心に説明する。
図2は、プロジェクタモジュールPJの三面図であり、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は底面図を表す。プロジェクタモジュールPJは光学ブロック40と光像形成ブロック30とで構成され、両者は固定部材25によって一体化されている。固定部材25は、たとえば、アルミ板などの金属製薄板を板金曲げ加工したものである。固定部材25はビス止め用の穴を有する取り付け部25Aおよび25Bを有しており、これら取り付け部25Aおよび25Bを用いてプロジェクタモジュールPJが携帯電話機10の筐体に固定される。
図3は、図2(b)におけるG−G'断面図である。光像形成ブロック30は、光像形成ブロック用筐体26に基板21Bが配設されたものである。筐体26は、プラスチックなどの熱伝導性が低い材料で形成される。基板21Bはアルミニウム製基板であり、当該基板21BのLED実装面上の絶縁層上に形成されているパターン上に高輝度の白色LED21Aが実装される。LED21Aは、ハーネス21Cを介して供給される電流に応じた明るさで液晶パネル22を照明する。液晶パネル22は、ガラス22A、22Bの間に液晶が封入されて構成されている。なお、液晶パネル22はカラー表示対応のものであってもモノクロ表示対応のものであってもよい。
液晶パネル22は、フレキシブル基板21Dを介して供給される画像やテキストなどを再生するための駆動信号によって駆動される。たとえば、液晶表示器12に供給される表示用信号(駆動信号)と同様の駆動信号を液晶パネル22の駆動信号とすれば、液晶表示器12の表示内容と同様の画像を液晶パネル22に形成できる。具体的には、液晶層に対して画像の濃淡に応じた電圧を画素ごとに印加する。電圧が印加された液晶層は液晶分子の配列が変わり、当該液晶層の光の透過率が変化する。このように、駆動信号に応じてLED21Aからの光を変調することにより、液晶パネル22が光像を生成する。液晶パネル22を透過した光束は図3において上向きに進み、光学ブロック40へ入射される。
光学ブロック40は、光学ブロック用筐体24に偏光ビームスプリッタ(以下PBSとする)23Aと反射部材23Bとが配設され、PBS23Aおよび反射部材23Bの境界に1/4波長板23λが設けられたものである。筐体24は、プラスチックなどの熱伝導性が低い材料で形成される。
光学ブロック40へ入射された光束は図3の下からPBS23Aへ入射され、入射光のS偏光成分が偏光分離部23Pで反射されて左方へ進む。左方へ進んだ反射光束はPBS23Aから射出され、1/4波長板23λを介して反射部材23Bの反射面23Cで反射される。反射光束は1/4波長板23λを介して再びPBS23Aに入射される。PBS23Aに再入射された光束は、1/4波長板23λを2回通過したことによりP偏光成分に変換されている。このため、PBS23Aの偏光分離部23Pを透過して右方へ進む。
右方へ進んだ透過光束はPBS23Aから射出されて右方へ進み、プロジェクタ投射口20から投射される。これにより、液晶パネル22による光像がスクリーンなどへ向けて投射される。なお、反射面23Cは、投射レンズを省略できるように所定の曲面に形成されている。
図2(a)〜(c)に示されるように、固定部材25は略直方体状の光像形成ブロック30を4面で挟持する。つまり、図2(b)において左から、下から、右から、および紙面上方の4方から光像形成ブロック30を覆うように光像形成ブロック30の対応する面とそれぞれ接合する。光像形成ブロック30と接合する固定部材25の面のうち、図2(a)において正対する面と、図2(b)において正対する面とにそれぞれ穴25X(図2(a))および穴25Y(図2(b))とが設けられている。これらの穴25Xおよび穴25Yは、光像形成ブロック30が固定部材25に狭持された状態で、光像形成ブロック30の筐体26に設けられている突部26Xおよび突部26Yとそれぞれ係合するように構成される。これにより、ビスや接着剤などを用いずに固定部材25と光像形成ブロック30とを一体化できる。
また、光像形成ブロック30と接合する固定部材25の面のうち図2(c)において正対する面は、とくに基板21Bの底面と面接触するように構成され、熱伝導性がよい充填材(たとえば、シリコングリス)を塗布した上で接合される。さらに、固定部材25の当該面には、固定部材25が光像形成ブロック30を狭持した状態で基板21Bの一部を露出させるように穴25Zが設けられている。
固定部材25と光像形成ブロック30とを一体化した状態で、図2(a)、(b)に示されるように、固定部材25が略直方体状の光学ブロック40を2面で挟持する。つまり、図2(b)において左右からそれぞれ光学ブロック40の面と接合する。固定部材25で狭持された光学ブロック40は、固定部材25に沿って図3の光軸Ax方向、すなわち図2(a)、(b)の上下方向に摺動自在に構成される。光学ブロック40を図2(a)、(b)の上下方向に摺動させることにより、プロジェクタモジュールPJによる投射像のフォーカス調整を行う。なお、光学ブロック40を少しずつ摺動させる微調整機構は、図2において図示を省略している。このように、ビスや接着剤などを用いることなく、固定部材25と光像形成ブロック30、および固定部材25と光学ブロック40を一体化できる。
以上のように一体化形成したプロジェクタモジュールPJを携帯電話機10の筐体に固定した場合、基板21Bの露出部分が携帯電話機10の通気孔14(図1)のすぐ内側に位置するように構成される。
以上説明した第一の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)プロジェクタモジュールPJは、光像形成ブロック30および光学ブロック40を固定部材25で一体化する構成とする。光像形成ブロック30は、熱伝導性が低いプラスチック材料で構成した筐体26に、LED21Aを実装したアルミニウム製基板21Bと液晶パネル22とを配設して構成する。筐体26は、液晶パネル22を固定部材25から離間して保持し、LED21Aで発生した熱が液晶パネル22へ伝わりにくくしたので、液晶パネル22が高温になることを防止できる。
(2)高輝度の白色LED21Aを金属製基板21B上に実装するようにしたので、誘電体基板を用いる場合に比べて熱伝導性が高く、LED21Aで発生する熱を素早く基板21Bへ逃がすことができる。これにより、機器の温度が許容範囲を超えて上昇することを防止できる。とくに、LED21Aを高輝度で発光させる場合にはLED21Aの発熱量が増加するので、放熱効果を高めることはLED21Aを温度上昇から保護する上で重要である。
(3)金属製薄板を板金曲げ加工して固定部材25を構成し、固定部材25と上記基板21Bとが面接触するようにしたので、基板21Bへ逃がした熱を固定部材25から効率よく放熱させることができる。
(4)固定部材25が基板21Bと接触する面に、基板21Bの一部を露出させるように穴25Zを設けたので、基板21Bから直接放熱させることもできる。
(5)光学ブロック40は、熱伝導性が低いプラスチック材料で構成した筐体24に、PBS23Aと反射部材23Bとを配設し、両部材の境界に1/4波長板23λを設けて構成する。光像形成ブロック30から固定部材25に伝わった熱は、光学ブロック40内のPBS23Aや反射部材23Bにほとんど伝わらないので、熱膨張に起因する投射画質の劣化を防止できる。
(6)固定部材25と光像形成ブロック30との一体化は、固定部材25が略直方体状の光像形成ブロック30を覆うように4面で挟持し、固定部材25と光像形成ブロック30との接合面のうち2つの面にそれぞれ穴25X(図2(a))および穴25Y(図2(b))を設け、光像形成ブロック30が固定部材25に狭持された状態で、光像形成ブロック30の筐体26に設けられている突部26Xおよび突部26Yとそれぞれ係合するようにした。これにより、ビスや接着剤などが不要で組立作業性が向上し、固定部材25と光像形成ブロック30との一体化が容易である。また、熱伝導性がよい固定部材25が光像形成ブロック30の外側を覆うので、放熱効果を高める効果も得られる。
(7)固定部材25と光学ブロック40との一体化は、固定部材25が略直方体状の光学ブロック40を2面で挟持し、狭持された光学ブロック40が固定部材25に沿って図3の光軸Ax方向、すなわち図2(a)〜(b)の上下方向に摺動するようにした。これにより、簡単にプロジェクタモジュールPJによる投射像のフォーカス調整を行うことができる。
取り付け部25Aおよび25Bを用いてプロジェクタモジュールPJを電子機器の筐体に固定するとき、熱伝導性のよいシャシーなどに面で接触するように固定するのが望ましい。光像形成ブロック30から固定部材25に伝導した熱がシャシーへさらに伝わる結果、放熱効果をさらに高めることができる。
プロジェクタモジュールPJを搭載する電子機器に金属製のシャシーが備えられていない場合は、液晶表示器12(図1)のバックライト(不図示)で発生する熱を放熱するバックライト用放熱部材と、プロジェクタモジュールPJの取り付け部25Aおよび25Bとを面で接触させるのが好ましい。
取り付け部25Aおよび25Bは、上記バックライト用放熱部材の他、パワートランジスタ用の放熱部材などと面接触させるようにしてもよい。
(第二の実施形態)
図4は、本発明の第二の実施形態によるプロジェクタモジュールPJの五面図であり、(a)は背面図、(b)は底面図、(c)は左側面図、(d)は正面図、(e)は右側面図を表す。第二の実施形態では、光学ブロックおよび光像形成ブロックが1ブロックで構成される点が第一の実施形態と異なり、1ブロックで構成されたモジュールが固定部材125と一体化される。固定部材125は、アルミ板などの金属製薄板を板金曲げ加工したものである。固定部材125はビス止め用の穴を有する取り付け部125Aおよび125Bを有しており、これら取り付け部125Aおよび125Bを用いて電子機器の筐体に固定される。
図5は、図4(e)におけるG−G'断面図である。図5において、筐体126に基板121Bが配設される。筐体126は、プラスチックなどの熱伝導性が低い材料で形成される。基板121Bはアルミニウム製基板であり、当該基板121Bに形成されているパターン上に高輝度の白色LED121Aが実装される。LED121Aは、ハーネス121Cを介して供給される電流に応じた明るさで液晶パネル122を照明する。液晶パネル122は、ガラス122A、122Bの間に液晶が封入されて構成されている。なお、液晶パネル122はカラー表示対応のものであってもモノクロ表示対応のものであってもよい。
LED基板121B(LED121A)と、液晶パネル122との間に集光部材127が配設される。集光部材127は、樹脂材料を用いてフレネルレンズを形成したものであり、筐体126内の空間をLED121A側と液晶パネル122側とに分離遮断する機能も兼ね備えている。
液晶パネル122は、画像やテキストなどを再生するための駆動信号によって駆動される。液晶パネル122は駆動信号に応じてLED121Aからの光を変調することによって光像を生成する。液晶パネル122を透過した光束は図5において右方へ進み、レンズ123へ入射される。
レンズ123は、入射された光束を集光してプロジェクタ投射口20から射出する。レンズ123は複数のレンズ群によって構成され、これらレンズ群が鏡筒124内に配設される。鏡筒124の外周には螺子山が形成されており、筐体126の内周に形成されている螺子山と螺合する。鏡筒124を図5の光軸Axの回りに回転させるとレンズ123が光軸Ax方向に進退駆動し、プロジェクタモジュールPJによる投射像のフォーカス調整が行われる。
図4(a)〜(e)に示されるように、固定部材125は略直方体状の筐体126を5面で挟持する。つまり、図4(c)において左から、下から、右から、上から、および紙面上方の5方から筐体126を覆うように筐体126の対応する面とそれぞれ接合する。筐体126と接合する固定部材125の面のうち、図4(a)において正対する面と、図4(d)において正対する面とにそれぞれ穴125Y(図4(a))および穴125X(図4(d))とが設けられている。これらの穴125Yおよび穴125Xは、筐体126が固定部材125に狭持された状態で、筐体126に設けられている突部126Yおよび突部126Xとそれぞれ係合するように構成される。これにより、ビスや接着剤などを用いずに固定部材125と筐体126とを一体化できる。
また、筐体126と接合する固定部材125の面のうち図4(c)において正対する面は、とくに基板121Bと面接触するように構成され、熱伝導性がよい充填材(たとえば、シリコングリス)を塗布した上で接合される。さらに、固定部材125の当該面には、固定部材125が筐体126を狭持した状態で基板121Bの一部を露出させるように穴125Zが設けられている。
以上のように一体化形成したプロジェクタモジュールPJを電子機器の筐体に固定する場合、基板121Bの露出部分が電子機器の通気孔の近傍に位置するように構成するのが望ましい。
以上説明した第二の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)光学ブロック(レンズ123)および光像形成ブロック(筐体126)を1ブロックで構成したので、複数のブロックで構成する場合に比べてプロジェクタモジュールPJをコンパクトに構成できる。
(2)集光部材127を設けて筐体126内の空間をLED121A側と液晶パネル122側とに分離遮断するようにしたので、内部空気による熱の拡散によってLED側で発生した熱が液晶パネル側に伝わることを抑えることができる。
上記集光部材127に拡散性を持たせてもよい。この場合には、液晶パネル122の有効領域が均一に照明される結果、投射画面全体で輝度ムラを抑えた高画質の投射像が得られる。
固定部材125が略直方体状の筐体126を5面から挟持するようにしたが、5面でなくても3面でも4面でもよい。ただし、少なくとも対向する2面と、これら2面と直交する面を加えた3面で狭持するのが好ましい。たとえば、図4(c)において左から、右から、および紙面上方の3方から筐体126を覆うように筐体126の対応する面とそれぞれ接合する。
筐体126を直方体形状、すなわち、四角柱形状にする例を説明したが、五角柱でも六角柱でもよい。
集光部材127は、上述した第一の実施形態によるプロジェクタモジュールPJに適用してもよい。
上述した説明では、プロジェクタモジュールPJをハンドホールドで用いられる携帯電話機10に搭載する例を説明したが、携帯電話機10の代わりにノート型パソコン、PDA、電子カメラ、再生装置などのポータブル電子機器に搭載させてもよい。
また、他の電子機器と組み合わせずに、プロジェクタモジュールPJによる投射機能のみを備えるプロジェクタ装置として構成してもよい。図6は、プロジェクタ装置を説明する内部配置図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。筐体60内にシャシー63が配設され、シャシー63上にメイン基板61、電源部62、およびプロジェクタモジュールPJ(固定部材25、光像形成ブロック30、光学ブロック40)がそれぞれ配設される。
電源部62はメイン基板61へ電力を供給する。画像信号がインターフェイスコネクタ64を介して外部機器から入力されると、メイン基板61上に構成されている液晶駆動回路(不図示)がハーネス21Dを介して光像形成ブロック30の液晶パネル22へ駆動信号を供給し、LED駆動回路(不図示)がハーネス21Cを介してLED21Aへ駆動電流を供給する。
以上の説明では、プロジェクタ光源として白色光源を用いる構成について説明したが、モノクロ表示対応の液晶パネルの光源としてカラー(複数色)光源を用いる場合にも本発明を適用できる。この場合には、複数の色のLEDを時分割で順次点灯させ、各色の点灯時に、それぞれの色に応じた画像信号(駆動信号)によって液晶パネルを時分割で順次駆動する。各色の光像が時分割で順次投射されることにより、観察者の目にはカラー画像として観察できる。複数の色は、たとえば、R(赤)、G(緑)、B(青)の3原色や、Y(黄)およびB(青)である。
特許請求の範囲における各構成要素と、発明を実施するための最良の形態における各構成要素との対応について説明する。発光素子は、たとえば、LED21A(121A)によって構成される。第1の部材は、たとえば、アルミニウム基板21B(121B)によって構成される。ライトバルブは、たとえば、液晶パネル22(122)によって構成される。投射光学系は、たとえば、光学ブロック40(レンズ123)によって構成される。第2の部材は、たとえば、筐体26(126)によって構成される。第3の部材は、たとえば、固定部材25(125)によって構成される。プロジェクタ装置は、たとえば、プロジェクタモジュールPJによって構成される。電子機器は、たとえば、携帯電話機10によって構成される。取り付け代は、たとえば、取り付け部25A、25B(125A、125B)が対応する。分離手段は、たとえば、集光部材127によって構成される。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
本発明の第一の実施形態によるプロジェクタ付き携帯電話機の外観図であり、(a)は側面図、(b)は正面図である。 プロジェクタモジュールの三面図であり、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は底面図である。 プロジェクタモジュールの断面図である。 第二の実施形態によるプロジェクタモジュールの五面図であり、(a)は背面図、(b)は底面図、(c)は左側面図、(d)は正面図、(e)は右側面図である。 プロジェクタモジュールの断面図である。 プロジェクタ装置を説明する内部配置図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。
符号の説明
10…形態電話機
14…通気孔
20…プロジェクタ投射口
21A(121A)…LED
21B(121B)…アルミニウム基板
22(122)…液晶パネル
22A(122A)、22B(122B)…ガラス
24、26、126…筐体
25、125…固定部材
25A、25B…取り付け部
25X、25Y、25Z、125X、125Y、125Z…穴
26X、26Y、126X、126Y…突部
30…光像形成ブロック
40…光学ブロック
123…レンズ
124…鏡筒
127…集光部材
Ax…光軸
PJ…プロジェクタモジュール

Claims (6)

  1. 熱伝導性を有する材料で形成され、その表面に発光素子が配設されている第1の部材と、
    前記発光素子からの光を変調するライトバルブと、
    前記ライトバルブによって変調された光の像を投射する投射光学系と、
    前記第1の部材より熱伝導性が低い材料で形成され、少なくとも前記第1の部材および前記ライトバルブが配設される第2の部材と、
    前記第1の部材と同一材料もしくは前記第2の部材より熱伝導性が高い材料で形成され、前記第2の部材および前記投射光学系を一体化支持するとともに、前記第1の部材の少なくとも一面上で面接触する第3の部材とを備えることを特徴とする電子機器搭載用プロジェクタ装置。
  2. 請求項1に記載の電子機器搭載用プロジェクタ装置において、
    前記第2の部材は通過光束を囲む角柱形状を有し、
    前記第3の部材は前記角柱の外面に沿うように折り曲げられていることを特徴とする電子機器搭載用プロジェクタ装置。
  3. 請求項2に記載の電子機器搭載用プロジェクタ装置において、
    前記第1の部材は前記第2の部材において前記角柱形状の底面位置に配設され、
    前記第3の部材は前記底面位置において前記第1の部材と面接触することを特徴とする電子機器搭載用プロジェクタ装置。
  4. 請求項1に記載の電子機器搭載用プロジェクタ装置において、
    前記第2の部材は、前記第3の部材から離間して前記ライトバルブを保持することを特徴とする電子機器搭載用プロジェクタ装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の電子機器搭載用プロジェクタ装置において、
    前記第3の部材は、電子機器と一体化するための取り付け代を有することを特徴とする電子機器搭載用プロジェクタ装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の電子機器搭載用プロジェクタ装置において、
    前記第2の部材には前記第1の部材側および前記ライトバルブ側の空間を分離する分離手段がさらに配設されることを特徴とする電子機器搭載用プロジェクタ装置。
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