JP2006330147A - プロジェクタの恒温装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度化された高性能なプロジェクタにおいても、冷却ファンの騒音が大きくなることなく、又、外気温が低い場合においても、過冷却によって立ち上がりが遅くなることのないプロジェクタの恒温装置を提供する。
【解決手段】吸気ファン（１）で吸入した吸気を通過させ、冷却若しくは加温するための熱交換用金属フィン（２）と、この金属フィンを冷却若しくは加温するペルチェ素子（３）と、金属フィンを通過した吸気の温度を検出する温度センサ（５）と、温度センサの検出温度と所定の基準温度とを比較する比較手段と、比較結果に応じてペルチェ素子の駆動電流の極性と電流値とを制御する制御手段と、制御手段により制御された駆動電流をペルチェ素子に供給する駆動手段とを有する構成により、吸入した吸気を外気温に拘らず常に所定の基準温度に保つことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタの恒温装置に係り、特に、プロジェクタを使用する場所の周囲環境温度が変化しても吸気温度を一定に保つことができるプロジェクタの恒温装置に関する。

従来から、ビデオ信号等をスクリーンに拡大投写する液晶プロジェクタが知られている。通常、プロジェクタは内部に熱源となる光源ランプを有しているため、ファンを用いて外部から空気を強制的に吸気するか、あるいは内部の空気を強制的に排気するなどの換気によりプロジェクタ内部を冷却することが行われている。

近年は、プロジェクタの性能が向上し、より明るい投写画面を得るために高輝度ランプを使用するようになり、ランプの発熱量が増してきている。このため、内部にある光学フィルタや液晶等の空間光変調素子の性能劣化、寿命短縮が問題になってきた。こうした背景から、プロジェクタ内部の冷却手段に関する改良技術が数多く提案されている（例えば、下記特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００３−５２８９号公報 特開平８−１９４２０１号公報

上記特許文献１では、吸気用と排気用のファンの回転数を外気温によって変化させることで換気量を最適に制御するものであり、外気温が低い場合には低速で回転させることでファンの騒音の減少を優先させ、外気温が高い場合には回転数を高くして冷却効果を優先させる技術が開示されている。
しかしながら、この改良技術は、外気温が高いときにはファンの騒音レベルが高くなるという問題を有している。

又、特許文献２は、従来の外部からの吸気による冷却では冷却風の温度が外気温度以下にならないために冷却能力に限度があるので、吸気した冷却風をペルチェ素子で吸熱し冷やすことで冷却効果を向上させる技術が開示されている。
しかしながら、この改良技術は、外気温に関係なく吸気を強制冷却してしまうため、特に外気温が低いときの最初の起動時には、更に内部温度が低下するので、光源ランプに超高圧水銀ランプを用いたときには輝度不足やフリッカが生じたり、他の光学部品も低温による性能低下を招き、立ち上がりが極めて遅くなる問題がある。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたものであり、高輝度化された高性能なプロジェクタにおいても、冷却ファンの騒音が大きくなることなく、又、外気温が低い場合においても、過冷却によって立ち上がりが遅くなることのないプロジェクタの恒温装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決する手段として、以下に記載の構成からなる。すなわち、光源に高圧水銀ランプを用いて照射光を発光し、前記照射光を光学フィルターを介して空間光変調素子で輝度変調しスクリーンに投写するプロジェクタに用いられる前記高圧水銀ランプを冷却若しくは加温する恒温装置において、外気を吸入するための吸気ファン（１）と、前記吸気ファンで取り込んだ吸気を通過させ、冷却若しくは加温するための熱交換用金属フィン（２）と、前記金属フィンに密着して前記金属フィンを冷却若しくは加温するペルチェ素子（３）と、前記金属フィンを通過した前記吸気の温度を検出する温度センサ（５）と、前記温度センサの検出温度と所定の基準温度とを比較する比較手段（１２）と、前記比較手段の比較結果に応じて、前記ペルチェ素子の駆動電流の極性と電流値とを制御する制御手段１４と、前記制御手段により制御された前記駆動電流を前記ペルチェ素子に供給する駆動手段（１５）と、を有することを特徴とするプロジェクタの恒温装置である。

本発明によれば、外気を吸入するための吸気ファンと、吸入した吸気を通過させ冷却若しくは加温するための熱交換用金属フィンと、金属フィンに密着して金属フィンを冷却若しくは加温するペルチェ素子と、金属フィンを通過した吸気の温度を検出する温度センサと、温度センサの検出温度と所定の基準温度とを比較する比較手段と、比較手段の比較結果に応じてペルチェ素子の駆動電流の極性と電流値とを制御する制御手段と、制御手段により制御された駆動電流をペルチェ素子に供給する駆動手段とによる格別な構成があるので、吸入した吸気を外気温に拘らず常に所定の基準温度に保つことができる。

これにより、外気温が変化しても冷却ファンの騒音が大きくなることなく、又、外気温が低い場合においても、過冷却によって光源ランプの輝度不足やフリッカが生じたり、光学部品の性能低下などがなくなるので、立ち上がりが早いプロジェクタの恒温装置とすることが可能となる。

以下、本発明の各実施形態に係るプロジェクタの恒温装置について、図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るプロジェクタの恒温装置の構成を示す配置図で、（ａ）は平面図（ｂ）は側面図である。図２は図１のＡ点方向から見た斜視図、図３はペルチェ素子の駆動電流を制御するための制御回路のブロック図、図４は光学フィルタの寿命と周囲温度の関係を示した図、図５は高圧水銀ランプの管内壁温度と内部の蒸気圧の関係を示した図である。

まず、本実施形態における構成を説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）において、プロジェクタの内部には恒温装置として外気を吸入する吸入ファン１があり、吸入された吸気は直後に配置された金属フィン２の中を通過する。金属フィン２の側面の一端にはペルチェ素子３の端面が密着して取り付いている。又、ペルチェ素子３の反対側の端面には、ペルチェ素子３の排熱用の排熱フィン４が外気に触れるように取り付いている。

金属フィン２の中を通過する吸気は、ペルチェ素子３の動作状態に応じて、外気温よりも低温に冷やされるか、若しくは外気温よりも高温に暖められる。このペルチェ素子３の動作は、図３に示すペルチェ素子制御回路により制御されるが、詳しくは後述する。

金属フィン２の中を通過して温度制御された吸気の温度は、金属フィン２の下流に配置されている温度センサ５で検出され、前記ペルチェ素子駆動回路に供給される。
次いで、吸気はダクト６の中を通過して、冷却若しくは加温対象となる光学部品（図示せず）に向かう。
尚、図２は、ペルチェ素子３と、ペルチェ素子３を挟んでいる金蔵フィン２と排熱フィン４、及び、温度センサ５の構成位置を分り易く実体的に示したものである。

次に、ペルチェ素子３の温度制御について、図３に示す制御回路を用いて説明する。
温度センサ１１（図１の５）で検出された検出温度は、次に比較部１２に入力され、ここで基準温度設定回路１３から供給されている基準温度と比較されて、比較エラー信号を得る。
比較エラー信号は、次に制御部１４に入り、ゲインの調整やオフセット電圧調整等の最適化が行われた後に駆動電源回路１５に供給される。駆動電源回路１５では、この最適化が行われた比較エラー信号をペルチェ素子１６（図１の３）に駆動用の電力として供給する。
ペルチェ素子１６は、供給された駆動用電力に応じて、前記金属フィン２との接触面の温度が変化し、その温度変化は金属フィン２に伝わり、そこを通過する前記吸気の温度を変える働きをする。そして、温度制御された吸気は再度温度センサ１１で温度検出される。以上のループによってペルチェ素子１６による吸気の温度制御が行われる。

以上の構成により、吸気ファン１で吸入された吸気は、金属フィン２を通過すると、ほぼ基準温度設定回路１３で設定した基準温度に保たれることになる。
したがって、ペルチェ素子１６の動作は、外気温が基準温度に対して高ければ、冷却動作を、又、外気温が基準温度以下であれば加温動作を行うことになる。
本実施形態で用いるペルチェ素子は、よく知られているように、駆動電流の極性によって冷却と加温を切替えることができるので、騒音を発しない利点を加えて上記恒温装置の構成要素として最適である。
尚、本実施形態に用いる場合のペルチェ素子の所要容量は、吸気の風量を0.2立法m/秒、外気温を30度Ｃ、設定基準温度を20度Ｃとして求めると、熱交換効率を70％として約60Wとなる。

次に、プロジェクタ内部の光学部品で温度管理が重要な光学フィルタと光源に使用する高圧水銀ランプについて図４と図５を用いて説明する。
図４はプロジェクタに使用するプラスチック製の光学フィルタの寿命と温度の関係を実験的に求めたグラフ（アレニウスカーブ）の一例である。
この図では、５０度では４万時間以上の寿命のものが、６０度になると半分以下の寿命となってしまうことを表している。これは、プロジェクタ動作時の周囲温度が１０度高くなると部品の寿命が半減してしまうことを示している。
従って、特に光学フィルタの周囲温度が高くならないようにすることは、寿命の点で重要である。

逆に、過冷却での弊害は光源ランプで発生し易い。
光源に使用する高圧水銀ランプでは、発光物質の蒸気圧は発光管内壁の最冷部の温度で規制される。高圧水銀ランプでは連続した発光スペクトラムが得られるよう動作時の蒸気圧は２００気圧程度に設計されている。
図５は水銀の２００気圧近辺の蒸気圧と温度の関係を示したものであり、１０度温度が下がると蒸気圧はおよそ５％低下することがわかる。高圧水銀ランプの水銀蒸気圧が低下すると発光スペクトラムが変化したり、蒸発しきれなかった水銀の影響で照射光にフリッカが発生する恐れがある。

高圧水銀ランプの発光管内壁温度は、長時間の使用では高温になっているが、立ち上がり時には、外気温に左右される。そこで、特に外気温が低い寒冷地では、起動を早くするために、起動の当初は外気温を暖めることが上記の高圧水銀ランプの不安定さを取り除くのに有効である。

以上詳述したように、本発明に係るプロジェクタの恒温装置では、特に光源に高圧水銀ランプを用いて照射光を発光し、光学フィルターを介して空間光変調素子で輝度変調してスクリーンに投写するビデオプロジェクタの恒温装置において、吸気ファンで吸入した吸気を通過させ、冷却若しくは加温するための熱交換用金属フィンと、この金属フィンを冷却若しくは加温するペルチェ素子と、金属フィンを通過した吸気の温度を検出する温度センサと、温度センサの検出温度と所定の基準温度とを比較する比較手段と、比較結果に応じてペルチェ素子の駆動電流の極性と電流値とを制御する制御手段と、制御手段により制御された駆動電流をペルチェ素子に供給する駆動手段とを有する構成により、吸入した吸気を外気温に拘らず常に所定の基準温度に保つことができる。

これにより外気温が変化しても冷却ファンの騒音が大きくなることなく、又、外気温が低い場合においても、過冷却によって光源ランプの輝度不足やフリッカが生じたり、光学部品の性能低下などがなくなるので、立ち上がりが早いプロジェクタの恒温装置とすることが可能となる。

本発明に係るプロジェクタの恒温装置の構成を示す配置図で（ａ）は平面図（ｂ）は側面図である。 図１のＡ点方向から見た斜視図である。 ペルチェ素子の駆動電流を制御するための制御回路のブロック図である。 光学フィルタの寿命と周囲温度の関係を示した図である。 高圧水銀ランプの管内壁温度と内部の蒸気圧の関係を示した図である。

符号の説明

１…吸入ファン
２…金属フィン
３、１６…ペルチェ素子
４…排熱フィン
５、１１…温度センサ
６…ダクト
１２…比較部（比較手段）
１３…基準温度設定回路
１４…制御部（制御手段）
１５…駆動電源回路（駆動手段）

Claims (1)

1. 光源に高圧水銀ランプを用いて照射光を発光し、前記照射光を光学フィルターを介して空間光変調素子で輝度変調しスクリーンに投写するプロジェクタに用いられる前記高圧水銀ランプを冷却若しくは加温する恒温装置において、
   外気を吸入するための吸気ファンと、
   前記吸気ファンで取り込んだ吸気を通過させ、冷却若しくは加温するための熱交換用金属フィンと、
   前記金属フィンに密着して前記金属フィンを冷却若しくは加温するペルチェ素子と、
   前記金属フィンを通過した前記吸気の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの検出温度と所定の基準温度とを比較する比較手段と、
   前記比較手段の比較結果に応じて、前記ペルチェ素子の駆動電流の極性と電流値とを制御する制御手段と、
   前記制御手段により制御された前記駆動電流を前記ペルチェ素子に供給する駆動手段と、
   を有することを特徴とするプロジェクタの恒温装置。
   
   

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