JP2006215118A - プロジェクタ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像を投影するプロジェクタ装置において、冷却ファンからの排気風の温度を低下して排出することにより、装置内の温度を安定化すると共に、排気口からの熱風が投影光の光路上に流れ込むのを防ぎ、投影画像上における揺らぎの発生を防止し、安定した投影画面を得る。
【解決手段】画像を投影するプロジェクタ装置において、冷却風を与えてランプ8を冷却する冷却ファン6と、このランプ8を通過した排気風を冷却するペルチェ素子P1乃至P4と、本装置1内の空気温度を測定する温度センサ20とを備え、温度センサ20の検出電圧信号に基いて、冷却ファン6とペルチェ素子P1乃至P4の両方を制御すると共に、前面カバー部4の排気口41の通気孔42を投影光軸から離れる方向に配設し、投影画面の安定化を図る。
【選択図】図2

Description

本発明は、テレビジョン映像をスクリーンに拡大して投影するプロジェクタ装置に係り、特に、装置内部からの排気熱を冷却する技術に関する。
近年、テレビジョン受像機の表示画面の大型化と共に、テレビジョン映像をスクリーンに投射して、大画面映像を楽しむことができるプロジェクション・テレビジョン(以下、プロジェクタと略す)が、機器の小型化と輝度の向上により、注目され、需要が高まってきている。
プロジェクタの輝度を向上させるには、光源となるランプの輝度をできるだけ高くすることが必要とされる。しかしながら、ランプの高輝度化は大きな電力消費を伴うと共に、大きな発熱を伴うため、ランプの冷却化が不可欠となり、冷却ファン等により、ランプを含めた光学系全体の温度を下げ、プロジェクタ内の温度を一定の温度以下に抑えることが安全上必須とされている。従って、従来から、プロジェクタ内において、冷却ファンやペルチェ効果を用いたペルチェ素子を使用する等、種々の冷却対策が取られてきている。
この種の装置において、不特定多数の視聴者に対する光源ランプ漏れ光の影響と、冷却用排気ファンからの排気熱風や騒音の影響を軽減する目的で、送風ファンによる冷却後の熱風を装置外部に排出するための吹き出し口を装置外装ケースの前面に投影レンズと並べて配設したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、上記従来例におけるプロジェクタ装置では、装置外装ケースの前面に熱風排出用の排気口と投影レンズとを並べて配設しているのため、排気口から排出される熱風が投影レンズによる投影光の光路上に流れ込んで、この熱風の影響によりスクリーン上の投影画像に揺らぎ(ヒートウェーブ)が生じるという問題があった。
上記の投影画像上における揺らぎの発生のメカニズムについて図5を参照して説明する。プロジェクタ装置101において、光源となるランプ104からの光は、赤外線フィルタ(図示せず)や、ライトトンネル等の集光光学系(図示せず)を介して、キャスティングエンジン107に入射し、反射ミラー108で反射されて、映像信号のレベルで反射角が変化するDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)109に入射し、このDMD109で反射された光が投影レンズ105によりスクリーン上に拡大投影される。
そして、プロジェクタ101の外装ケース103における図示で右側面と後面とにそれぞれ設けられた通気口111と通気口112とから装置本体102内に流入したランプ冷却用の空気は、送風ファン106によりランプ104の周辺部に送られる。そして、ランプ104の冷却後における熱風の一部は、外装ケース103の前面に設けられた排気口110から装置外部に排出されて、矢印Cに示されるように、投影レンズ105による投影光120の光路上に流れ込む。このため、投影光120の排気口110に近い部分の光が、排気口110から排出された熱風の影響を受けるので、スクリーン上の投影画像に揺らぎが生じる。
他の従来例として、ヒートパイプと、ペルチェ素子と、軸流ファンとを備えた冷却装置を液晶プロジェクタの光学装置に設け、液晶プロジェクタで生じた熱がヒートパイプを介してペルチェ素子で吸熱されると共に、このペルチェ素子が軸流ファンで冷却されて、光学装置が冷却されることにより、ヒートパイプを介して液晶プロジェクタの熱をペルチェ素子に移動させて光学装置を冷却するプロジェクタ装置がある(例えば、特許文献2参照)。しかし、ヒートパイプ、ペルチェ素子及び軸流ファン等による冷却装置を別途必要とするため、構造が複雑になり、コストアップになると共に、ペルチェ素子からの冷却風は光学装置を冷却するためのものであり、光学装置を冷却した後の排気風には直接作用していないので上記ヒートウェーブの問題を解決することはできない。
また、他の従来例として、液晶プロジェクタにおいて、液晶パネルを冷却するための冷却風を起こす冷却ファンと、冷却風を液晶パネルに導く導風ダクトとを備え、導風ダクト内にペルチェ素子を配置し、ペルチェ素子により冷却風の熱を吸熱することにより、冷却効果を向上させるものがある(例えば、特許文献3参照)。しかしながら、導風ダクト内にペルチェ素子を配置する等、構造が複雑であり、また、ペルチェ素子による冷却風は液晶パネルを冷却するもので、排気風を直接冷却するものでないので、上記ヒートウェーブの問題を解決することはできない。
さらに、他の従来例として、プロジェクタ装置のメインフレームに取付られ、ダイクロイックプリズムと、液晶パネルと、偏光板とで構成される光学要素を備え、放熱面部に放熱板を取り付けたペルチェ素子を持ち、その冷却面部をダクト内に露出して配設し、ファンと出風口との間をダクトで接続して、光学要素を冷却するプロジェクタ装置がある(例えば、特許文献4参照)。しかしながら、本装置においても、送風ファンからの冷却風を、ペルチェ素子でさらに冷却して光学要素を冷却するものであり、光学要素を冷却後の排気風を、直接冷却するものではなく、上記と同様に、ヒートウェーブの問題を解決することはできない。
特開平10−90811号公報 特開2003−57754号公報 特開平8−194201号公報 特開2003−233132号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、温度センサの検出電圧信号に基いて、冷却風を送る冷却ファンと、冷却風が光源を冷却後に高温化された熱風を冷却するペルチェ素子とを制御することにより、プロジェクタからの排気風の温度を低下させると共に、排気口の通気孔の方向を投影画像の光路から遠ざけることにより、排気風の熱風によるヒートウェーブの影響を低減させ、安定した投射画像を得ることができる小型、高輝度のプロジェクタ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために請求項1の発明は、集光光学部で集光された光源からの光を、DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)に照射して、前記DMDにより形成された画像を投射光学部で投射して拡大画像を得るプロジェクタ装置において、前記プロジェクタ装置の本体部と嵌合して前面を被う排気口を有する前面カバーと前記光源を冷却するための冷却風を起こし、電圧で回転制御される冷却ファンと、前記冷却ファンの冷却風が前記光源を冷却することにより生ずる熱風を冷却するペルチェ素子と、前記プロジェクタ装置内の温度を検出する少なくとも1つ以上の温度センサとを備え、前記前面カバーの排気口は複数の通気孔を有し、その通気孔は前記プロジェクタ装置から排出される空気(排気)が前記投射光学部の投射方向から離れる方向に前記前面カバー内を斜めに貫通し、前記ペルチェ素子は、前記光源の前記冷却ファンと反対側の位置、又は/及び前記前面カバーの内側の排気口に近接した位置に、その冷却表面が前記熱風に触れる向きに配設され、前記温度センサは、前記プロジェクタ装置内の光源の近傍に配設され、前記プロジェクタ装置内の空気温度を検出して検出電圧信号を出力し、前記温度センサの検出電圧信号に基いて、前記冷却ファンの回転数を変えて風量を制御すると共に、前記温度センサの検出電圧信号に基いて、前記ペルチェ素子への印加電圧を変えて該ペルチェ素子の表面温度を制御することにより、前記プロジェクタ装置からの排気の温度を制御するものである。
請求項2の発明は、集光光学部で集光された光源からの光を、DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)に照射して、前記DMDにより形成された画像を投射光学部で投射して拡大画像を得るプロジェクタ装置において、前記光源周辺を冷却するための冷却風を起こす冷却ファンと、前記プロジェクタ装置から排気される空気(排気)の温度を電子的に低減する電子冷却素子と、前記プロジェクタ装置からの排気の温度を検出する少なくとも1つ以上の温度センサとを備え、前記温度センサの検出信号に基いて、前記冷却ファン、又は/及び前記電子冷却素子を制御するものである。
請求項3の発明は、請求項2に記載のプロジェクタ装置において、前記冷却ファンは、その回転数が電圧で制御され、前記電子冷却素子をペルチェ効果を用いたペルチェ素子とし、前記ペルチェ素子は、前記冷却ファンの冷却風が前記光源を冷却後、熱風となって通過する位置に配設され、前記温度センサは、前記プロジェクタ装置内の環境温度を検出して検出信号を出力し、前記温度センサの検出信号に基いて、前記冷却ファンの風量の制御を行うこと、又は/及び前記温度センサの検出信号に基いて、前記ペルチェ素子の表面温度の制御を行うことにより、前記プロジェクタ装置からの排気の温度を制御するものである。
請求項4の発明は、請求項2または請求項3に記載のプロジェクタ装置において、前記温度センサは、検出した信号を検出電圧信号として出力し、前記検出電圧信号に基いて、前記冷却ファンの回転数を変えて該冷却ファンからの風量を制御すること、及び前記ペルチェ素子への印加電圧を変えて該ペルチェ素子の表面温度を制御するものである。
請求項1の発明によれば、温度センサからの装置内温度の検出電圧信号に基いて、冷却風を送る冷却ファンの回転数と、冷却風が光源を冷却後に高温化された熱風を冷却するペルチェ素子の表面温度とを電子的に制御することにより、プロジェクタから排気される熱風の温度を自動的に低下させることができ、装置内の温度を許容温度範囲内に保つことができる。また、熱風を排出する排気口の通気孔の方向を、投射画像の光路から遠ざかる方向に配設することにより、装置から排気される熱風によるヒートウェーブの影響を低減できる。これにより、安定した美しい投射画像を得ることができる信頼性の高い、小型、高輝度のプロジェクタ装置を実現できる。
請求項2の発明によれば、プロジェクタ装置は、温度センサの検出信号に基き、冷却ファンと、電子冷却素子の両方の冷却作用を用いて装置内の温度を制御することができるので、プロジェクタ装置から排気される空気(排気)の温度を低下させることでき、ヒートウェーブの少ない、安定した美しい投射画像を得ることが可能なプロジェクタ装置を得ることができる。
請求項3の発明によれば、電子冷却素子としてサイズの小さいペルチェ素子を用いているので、装置を小型化でき、また、冷却ファンからの排気風に近い位置にペルチェ素子を配置し、温度センサから得られる環境温度の検出信号に基いて冷却ファンとペルチェ素子を制御できるので、熱風の温度を効率的に低下させることができる。
請求項4の発明によれば、温度センサの検出電圧信号に基き、ペルチェ素子と冷却ファンとが電圧で電子的に制御されるので、制御し易く、排気風の温度を迅速に精度よく制御することがきる。
以下、本発明の一実施形態に係るプロジェクタについて図面を参照して説明する。図1は、本実施形態のプロジェクタ装置の外観を示す。プロジェクタ装置1(以下、プロジェクタと略す)は、テレビジョン受像機、ビデオテープレコーダ、DVDプレーヤ及びパソコン等から入力される画像データを基に画像を生成し、その画像をスクリーンに拡大して投影表示する装置である。プロジェクタ1は、装置本体2(本体部)の外装ケース3の前面に、画像を投影するための投影レンズ5と、装置本体2内部のランプの冷却に使用される空気(エアー)を装置本体2の外部に排出するために、外装ケース3の前面ケース部4に設けられた排気口41と、ケース側面に設けられた排気口22と、ケース背面に設けられた吸入口23(図2参照)とを有している。
次に、上記プロジェクタ1の内部構造について図2を参照して説明する。装置本体2の外装ケース3内には、ランプボックス7と、このランプボックス7内に格納されたランプ8(光源)からの光に基いて画像を生成して投影するキャスティングエンジン11(投射光学部)とが配設されている。ランプボックス7は、光源となるランプ8と、ランプ8から発せられた光を反射して集光させるランプリフレクタ9と、ランプリフレクタ9から出射された光から赤外線と紫外線を除去するカットフィルタ10とを保持している。キャスティングエンジン11は、このエンジン11内に入射する光に対して波長等の影響を補正するためのタブレットレンズ12(集光光学部)、このタブレットレンズ12から出射された光を反射する反射ミラー13、反射ミラー13等により導かれた光に基いて、画像を生成するDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)14、DMD14により生成された画像を投射する投影レンズ5等を保持している。また、キャスティングエンジン11は、DMD14と投影レンズ5との間にDMD14を光熱から保護するためのDMDカバー15を有している。また、ランプボックス7とキャスティングエンジン11との間には、4枚の板ガラスを張り合わせて筒状に構成したライトトンネル16(集光光学部)と、色分解用のカラーホイール17とが配設されている。
上記DMD14は、多数のマイクロミラーからなるDMDミラーを有し、このDMDミラーを構成する各マイクロミラーは、外部から入力される映像信号に基いて、ランプ8から反射ミラー13等を介して入射される光を投影レンズ5に向けて反射する白画素の状態、又はこの光を投影レンズ5以外の方向に向けて反射する黒画素の状態に切り替えられる。この白画素と黒画素との切り替えはマイクロミラーの角度を変更することにより行われる。これにより、映像信号が光信号に変換され、投射画像が得られる。
図2において、ランプボックス7は、光源冷却用の冷却ファン6からの冷却風を通すため、冷却風の吸入側と排出側の各側面にそれぞれ通気網71、72を二つずつ設けている。外装ケース3の前面の前面カバー部4は、複数の排気口41を有している。これらの各排気口41には、投射画面の方向から遠ざかる方向に斜めに配設された通気孔42が含まれる。また、前面カバー部4は、排気風を通気孔42に導く導風板43を有している。ランプボックス7の排出側の側面の通気網72からの熱風を冷却するため、通気網72に近接して、ペルチェ素子P1、P2が設けられ、さらに続けてランプボックス7からの排気の熱風を冷却するため、前面カバー部4(前面カバー)の排気口41の内面に近接してペルチェ素子P3、P4が配設されている。また、本装置1内の環境温度を測定する温度センサ20が、ランプボックス7の近傍や排気口41近くの空気温度を測定できる位置に配設され、プロジェクタ装置内の空気温度を検出して検出電圧信号を出力し、この検出電圧信号に基き、冷却ファン6の回転数及びペルチェ素子P1〜P4の電圧を制御して、装置内の温度を調整する。この電圧制御により高速で精度の高い温度制御が可能となる。また、この温度制御は、測定温度により5段階程度に段階的に制御できるようにしている。
上記構成において、冷却ファン6からの冷却風は、ランプボックス7の側面の通気網71からランプボックス7内に入り、ランプボックス7内のランプ8を冷却して、反対側の側面の通気網72から排気される。この時、この排気風は、通気網72に配設されたペルチェ素子P1、P2で冷却され、そして続けて、ペルチェ素子P3、P4に触れることにより、さらに冷却され、通気孔42を通って排気口41より、投射画像の光路21から遠ざかる方向に斜めに排出される。ここで、導風板43は、排気風の流れを通気孔42に導くための空気の反射板である。同図の点線の矢印Aは、冷却ファン6からの冷却風の流れを示す。この矢印が示すように、排気風は全て、投影画像の光路21から遠ざかる方向に流れるので、排気風の熱風が投影画像の光路21に入ってくることがなくなり、ヒートウェーブの影響を回避することができる。
図3は、図2におけるペルチェ素子P1、P2のランプボックス7への取り付けの具体的構成を示す。同図において、ランプボックス7は、通気網72a、72b、72c、72dを横方向に橋渡しするブリッジ77a、77b、77c、77dを有している。ブリッジ77a、77b間にはペルチェ素子P1が、ブリッジ77c、77d間にはペルチェ素子P2が、それぞれの冷却面をランプボックス7側に向けて配設されている。各ペルチェ素子P1、P2は、電源が供給されるための不図示のリード線を有している。ここで、冷却ファン6から送風される矢印Bの方向からの冷却風は、ランプ8で熱せられて熱風となるが、この熱風は、ペルチェ素子P1、P2の冷却面に直接触れるので効率的に冷却される。また、ペルチェ素子P1、P2の保持をランプボックス7の筐体で行うことにより、取り付けが簡単で場所も取らないので、装置の小型化が可能となる。
次に、プロジェクタ1内の環境温度をコントロールする制御の流れを、図4に示すフローチャートを参照して説明する。先ず、予めプロジェクタ1内の環境温度の許容温度範囲(80℃以内)を設定し(S1)、次に、温度センサ20で装置内のランプ8近傍の空気温度が測定される(S2)。そして、プロジェクタ1内の各種制御を行うために設けられたマイクロコンピュータ(以下、マイコンと略す)において、この測定温度と先の設定温度とを比較し(S3)、もし、測定温度が許容温度範囲内であれば(S4でYES)、冷却ファンの回転数は現状のまま維持されると共に(S5)、冷却素子の温度も現状のまま維持され(S6)、本装置1内の温度が許容温度範囲内に維持される。そして、温度測定のステップにフィードバックされて(S2)、装置内の温度が引き続き許容温度範囲内に維持されるように、マイコンで温度制御される。そして、S4において、もし、測定温度が設定された許容温度範囲内から外れ(S4でNO)、許容温度範囲より高い場合は(S7でYES)、冷却ファンの回転数を増加させると共に(S8)、ペルチェ素子への印加電圧を上げてその表面温度を下げることにより(S9)、装置内の温度が下がるように制御される。そして、温度測定ステップにフィードバックされて(S2)、装置内の温度が許容温度範囲内に入るまで繰り返し、マイコンで温度制御される。また、S7において、測定温度が許容温度範囲以下の場合(S7でNO)、冷却ファン6の回転数を減らし(S10)、さらにペルチェ素子への印加電圧を下げて表面温度を上げることにより(S11)、装置内の温度を上げ、さらに、上記と同様に、温度測定ステップにフィードバックされて(S2)、装置内の温度が許容温度範囲内に入るように、マイコンで温度制御される。このような温度制御により、装置内の温度を許容温度範囲内に維持することが可能となる。
以上述べたように、本発明によるプロジェクタ1によれば、装置1内に配置した温度センサ20の検出電圧信号に基き、冷却ファン6を制御すると共に、温度センサ20の検出電圧信号に基き、ペルチェ素子P1乃至P4を制御することにより、装置1内の空気温度の冷却を二つの冷却作用によって強力かつ効果的に行える。また、プロジェクタ1からの排気風の温度を電子的に制御することができるので、プロジェクタ1の内部温度及び外部への排気温度を自動的に制御して、装置内の温度を常に許容温度範囲内に保つことができる。また、排気口41の通気孔42の方向を投射画像の光路21から遠ざかる方向に配設することにより、高温の排気風により生じるヒートウェーブの影響をさらに低減させることができる。以上により、スクリーン上に投影された画像上における揺らぎの発生を防止し、安定した美しい投射画像を得られる、信頼性の高い、小型、高輝度のプロジェクタを実現できる。
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。温度センサ及びペルチェ素子を装置内に複数個配置して、各位置の温度を検出して制御信号とすることにより、各位置のペルチェ素子の表面温度を変えて、きめ細かく装置内の温度を最適に調整することができる。また、ペルチェ素子として発熱面に放熱板を装着するモジュールタイプのものを使用してもよい。
また、上記実施形態は、電気信号としての映像信号を光信号の映像信号に変換するライトバルブとして、DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を用いたが、液晶パネルを用いる液晶ライトバルブ等の他のライトバルブ使用のプロジェクタにも適用できる。
本発明の第1の実施形態に係るプロジェクタ装置の外観を示す斜視図。 上記プロジェクタ装置の内部構成を示す一部破断した平面図。 上記プロジェクタ装置内のランプボックスへのペルチェ素子の取り付け方を示す図。 上記プロジェクタ装置に温度制御処理を示すフローチャート。 従来のプロジェクタ装置における揺らぎの発生のメカニズムに関する説明図。
符号の説明
1 プロジェクタ(プロジェクタ装置)
2 装置本体(本体部)
4 前面カバー部(前面カバー)
6 冷却ファン
8 ランプ(光源)
11 キャスティングエンジン(投射光学部)
16 ライトトンネル(集光光学部)
20 温度センサ
41 排気口
42 通気孔
P1,P2,P3,P4 ペルチェ素子

Claims (4)

  1. 集光光学部で集光された光源からの光を、DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)に照射して、前記DMDにより形成された画像を投射光学部で投射して拡大画像を得るプロジェクタ装置において、
    前記プロジェクタ装置の本体部と嵌合して前面を被う排気口を有する前面カバーと
    前記光源を冷却するための冷却風を起こし、電圧で回転制御される冷却ファンと
    前記冷却ファンの冷却風が前記光源を冷却することにより生ずる熱風を冷却するペルチェ素子と、
    前記プロジェクタ装置内の温度を検出する少なくとも1つ以上の温度センサとを備え、
    前記前面カバーの排気口は複数の通気孔を有し、その通気孔は前記プロジェクタ装置から排出される空気(排気)が前記投射光学部の投射方向から離れる方向に前記前面カバー内を斜めに貫通し、
    前記ペルチェ素子は、前記光源の前記冷却ファンと反対側の位置、又は/及び前記前面カバーの内側の排気口に近接した位置に、その冷却表面が前記熱風に触れる向きに配設され、
    前記温度センサは、前記プロジェクタ装置内の光源の近傍に配設され、前記プロジェクタ装置内の空気温度を検出して検出電圧信号を出力し、
    前記温度センサの検出電圧信号に基いて、前記冷却ファンの回転数を変えて風量を制御すると共に、前記温度センサの検出電圧信号に基いて、前記ペルチェ素子への印加電圧を変えて該ペルチェ素子の表面温度を制御することにより、前記プロジェクタ装置からの排気の温度を制御することを特徴とするプロジェクタ装置。
  2. 集光光学部で集光された光源からの光を、DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)に照射して、前記DMDにより形成された画像を投射光学部で投射して拡大画像を得るプロジェクタ装置において、
    前記光源周辺を冷却するための冷却風を起こす冷却ファンと、
    前記プロジェクタ装置から排気される空気(排気)の温度を電子的に低減する電子冷却素子と、
    前記プロジェクタ装置からの排気の温度を検出する少なくとも1つ以上の温度センサとを備え、
    前記温度センサの検出信号に基いて、前記冷却ファン、又は/及び前記電子冷却素子を制御することを特徴とするプロジェクタ装置。
  3. 前記冷却ファンは、その回転数が電圧で制御され、
    前記電子冷却素子をペルチェ効果を用いたペルチェ素子とし、
    前記ペルチェ素子は、前記冷却ファンの冷却風が前記光源を冷却後、熱風となって通過する位置に配設され、
    前記温度センサは、前記プロジェクタ装置内の環境温度を検出して検出信号を出力し、
    前記温度センサの検出信号に基いて、前記冷却ファンの風量の制御を行うこと、又は/及び前記温度センサの検出信号に基いて、前記ペルチェ素子の表面温度の制御を行うことにより、前記プロジェクタ装置からの排気の温度を制御することを特徴とする請求項2に記載のプロジェクタ装置。
  4. 前記温度センサは、検出した信号を検出電圧信号として出力し、
    前記検出電圧信号に基いて、前記冷却ファンの回転数を変えて該冷却ファンからの風量を制御すること、及び前記ペルチェ素子への印加電圧を変えて該ペルチェ素子の表面温度を制御することを特徴とする請求項2又は3に記載のプロジェクタ装置。
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