JP2010224249A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造で、かつ冷却効率を向上できるプロジェクターを提供すること。
【解決手段】入射光束の光量を調整する調光装置１０と、調光装置１０の光束射出側に配設されて入射光束を光学的に変換する偏光変換素子４２３とを備えたプロジェクターは、調光装置１０及び偏光変換素子４２３を冷却する冷却ファン５１と、冷却ファン５１の吐出口５１２に接続され、吐出口５１２から吐出される冷却空気を調光装置１０及び偏光変換素子４２３に導くダクト５２とを備え、ダクト５２は、調光装置１０の光量の調整状態に応じて、調光装置１０または偏光変換素子４２３へ送出する冷却空気の流量を変更する開閉部材５２２を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

従来、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調する複数の光変調装置、及び各光変調装置により変調された光束を合成して画像光を形成する色合成光学装置を有する光学装置と、形成された画像光を拡大投射する投射レンズとを備えるプロジェクターが知られている。
このようなプロジェクターにおいて、投射画像のコントラスト向上等を目的として、光源装置から射出され光変調装置に入射する光束の光量を調整するために、光源装置から射出された光束の光量を調整する調光装置を備えたプロジェクターがある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のプロジェクターでは、調光装置は、入射光束を遮光する際に光を吸収するため、発熱することとなる。そのため、プロジェクター内部に調光装置を冷却する冷却ファンを配設する必要がある。

特開２００４−６９９６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のプロジェクターでは、調光装置による入射光束の非遮光時には、調光装置の光束射出側に配設される光学素子が光を吸収し、発熱するため、当該光学素子を冷却する冷却ファンが必要となる。これにより、複数の冷却ファンをプロジェクター内部に配設しなければならず、部品点数が増加し、さらにプロジェクターが大型化してしまうという問題がある。そこで、簡素な構造で、かつ構成部材の冷却効率を向上できるプロジェクターが望まれている。

本発明の目的は、簡素な構造で、かつ冷却効率を向上できるプロジェクターを提供することにある。

本発明のプロジェクターは、入射光束の光量を調整する調光装置と、前記調光装置の光束射出側に配設されて入射光束を光学的に変換する光学素子とを備えたプロジェクターであって、前記調光装置及び前記光学素子を冷却する冷却ファンと、前記冷却ファンの吐出口に接続され、前記吐出口から吐出される冷却空気を前記調光装置及び前記光学素子に導くダクトとを備え、前記ダクトは、前記調光装置の光量の調整状態に応じて、前記調光装置または前記光学素子へ送出する前記冷却空気の流量を変更する切換手段を備えることを特徴とする。

ここで、調光装置に入射する光束を遮光した場合には、調光装置は光を吸収して発熱する。一方、調光装置に入射する光束を透過した場合には、光束射出側に配設される光学素子が光を吸収して発熱する。
本発明では、冷却ファンの吐出口から吐出される冷却空気は、調光装置及び光学素子に導かれるので、１つの冷却ファンで調光装置及び光学素子を冷却でき、構造の簡素化を図ることができる。
また、調光装置の光量の調整状態に応じて、調光装置または光学素子へ送出する冷却空気の流量を変更する切換手段を備えるので、調光装置が遮光する光量が多い場合には、調光装置に向けて冷却空気を送出するように冷却空気の流量を切換手段により変更できる。また、調光装置が入射する光束を透過させる場合には、光束射出側に配設される光学素子に向けて冷却空気を送出するように冷却空気の流量を切換手段により変更できる。従って、１つの冷却ファンでも調光装置の光量の調整状態に応じて、光を吸収して発熱している構成部材に対して、冷却空気の流量を変更することで、冷却対象に冷却空気を送出でき、冷却効率を向上できる。

本発明のプロジェクターでは、前記ダクトには、前記調光装置及び前記光学素子に向けて前記冷却空気を送出する複数の送出口が形成され、前記切換手段は、前記調光装置の光量の調整状態に応じて、前記複数の送出口を開閉するシャッター部材で構成されることが好ましい。
本発明では、切換手段がシャッター部材で構成され、当該シャッター部材がダクトに形成された複数の送出口を開閉する。これによれば、簡素な構造で、送出口を開閉でき、冷却空気の送出先を容易に変更できる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクターの概略構成を模式的に示す図。 前記実施形態における冷却装置、調光装置、及び偏光変換素子を模式的に示す斜視図。 前記実施形態における冷却装置、調光装置、及び偏光変換素子を模式的に示す斜視図。 前記プロジェクターの構成を示すブロック図。 前記プロジェクターの開閉部材の開閉調整を示すフローチャート。

以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づいて説明する。
［プロジェクターの構成］
図１は、プロジェクター１の概略構成を模式的に示す図である。
なお、以下では、プロジェクター１において投射側（投射レンズ３が配置された側）を「前面」とし、その反対側を「背面」とする。また、以下で記載する「左」、「右」は、プロジェクター１を天面が上側となるようにして、前面から見た時の左右に相当するものである。
プロジェクター１は、画像情報に応じた画像を形成してスクリーン（図示略）上に投射する。このプロジェクター１は、図１に示すように、略直方体状の外装筐体２と、投射光学装置としての投射レンズ３と、光学ユニット４と、プロジェクター１内部の各構成部材を冷却する冷却ファン５１を備えた冷却装置５（図２参照）と、具体的な図示を省略したが、プロジェクター１内部の各構成部材を制御する制御装置６（図４参照）等とを備える。
なお。冷却装置５及び制御装置６の構成の詳細については、後述する。

外装筐体２は、全体略直方体形状を有し、プロジェクター１の天面、前面、背面、及び側面をそれぞれ構成するアッパーケース、及びプロジェクター１の底面、前面、背面、及び側面をそれぞれ構成するロアーケース等で構成される。そして、各ケースは、互いにねじ等で固定されている。
投射レンズ３は、複数のレンズを組み合わせた組レンズとして構成され、光学ユニット４にて形成された画像光をスクリーン上に拡大投射する。

光学ユニット４は、前記制御装置による制御の下、光源から射出された光束を光学的に処理して画像情報に対応した画像光を形成する。この光学ユニット４は、図１に示すように、光源装置４１と、照明光学装置４２と、色分離光学装置４３と、リレー光学装置４４と、光学装置４５と、光源装置４１から射出された光束の照明光軸Ａが内部に設定された照明光軸Ａに対する所定位置に上述の各光学部品４１〜４５を収納する光学部品用筐体４６とを備える。

光源装置４１は、図１に示すように、光源４１１及びリフレクタ４１２等を備える。
そして、光源装置４１は、光源４１１から射出された光束がリフレクタ４１２によって射出方向が揃えられ、照明光学装置４２に向けて光束を射出する。

照明光学装置４２は、図１に示すように、第１レンズアレイ４２１、第２レンズアレイ４２２、光学素子としての偏光変換素子４２３、及び重畳レンズ４２４を備える。そして、光源装置４１から射出された光束は、第１レンズアレイ４２１によって複数の部分光束に分割され、第２レンズアレイ４２２の近傍で結像する。第２レンズアレイ４２２から射出された各部分光束は、その中心軸（主光線）が偏光変換素子４２３の入射面に垂直となるように入射し、偏光変換素子４２３にて略１種類の直線偏光光として射出される。偏光変換素子４２３から直線偏光光として射出され、重畳レンズ４２４を介した複数の部分光束は、光学装置４５の後述する光変調装置４５１上で重畳する。
ここで、第１レンズアレイ４２１と第２レンズアレイ４２２との間には、調光装置１０（図１の破線部分）が配設されている。

調光装置１０は光源４１１から射出された光束の光量を調整する一対の遮光部材１０１（図２、３参照）を備える。この調光装置１０は、第１レンズアレイ４２１から第２レンズアレイ４２２に向かう光束の光量を調整する。これにより、光変調装置４５１に入射する光束の光量を調整する。
なお、調光装置１０の構成の詳細については、後述する。

色分離光学装置４３は、図１に示すように、２枚のダイクロイックミラー４３１，４３２、及び反射ミラー４３３を備え、これらのダイクロイックミラー４３１，４３２、反射ミラー４３３により照明光学装置４２から射出された複数の部分光束を赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有する。
リレー光学装置４４は、図１に示すように、入射側レンズ４４１、リレーレンズ４４３、及び反射ミラー４４２，４４４を備え、色分離光学装置４３で分離された色光、例えば、赤色光を光学装置４５の後述する赤色光側の光変調装置４５１Ｒまで導く機能を有する。

光学装置４５は、入射した光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する。この光学装置４５は、図１に示すように、３つの光変調装置４５１（赤色光側の光変調装置を４５１Ｒ、緑色光側の光変調装置を４５１Ｇ、青色光側の光変調装置を４５１Ｂとする）と、各光変調装置４５１の光束入射側に配置される入射側偏光板４５２と、各光変調装置４５１の光束射出側に配置される射出側偏光板４５３と、クロスダイクロイックプリズム４５４とを備える。

３つの入射側偏光板４５２は、色分離光学装置４３で分離された各光束のうち、偏光変換素子４２３で揃えられた偏光方向と略同一の偏光方向を有する偏光光のみ透過させ、その他の光束を吸収するものであり、透光性基板上に偏光膜が貼付されて構成されている。
３つの射出側偏光板４５３は、入射側偏光板４５２と略同様の機能を有し、光変調装置４５１を介して射出された光束のうち、一定方向の偏光光を透過し、その他の光束を吸収する。

クロスダイクロイックプリズム４５４は、射出側偏光板４５３から射出された色光毎に変調された各色光を合成してカラー画像を形成する。このクロスダイクロイックプリズム４５４は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、２つの誘電体多層膜が形成されている。これら誘電体多層膜は、光変調装置４５１Ｇから射出され射出側偏光板４５３を介した色光を透過し、光変調装置４５１Ｒ，４５１Ｂから射出され各射出側偏光板４５３を介した各色光を反射する。このようにして、各色光が合成されて画像光が形成される。

［冷却装置の構成］
図２は、本実施形態の冷却装置５を模式的に示す斜視図であり、具体的には、調光装置１０が全開状態を背面側から見た斜視図である。
図３は、本実施形態の冷却装置５を模式的に示す斜視図であり、具体的には、調光装置１０が全閉状態を背面側から見た斜視図である。
なお、図２、３では、説明の都合上、遮光部材１０１のみを図示し、調光装置１０の他の構成、及び第１、２レンズアレイ４２１，４２２の図示を省略している。
冷却装置５は、偏光変換素子４２３、及び調光装置１０に対して冷却空気を送風するものであり、冷却ファン５１と、ダクト５２とを備えている。

［冷却ファンの構成］
冷却ファン５１は、図１に示すように、投射レンズ３の右側面側に配設され、図２、３に示すように、シロッコファンで構成される。また、冷却ファン５１は、外部の空気を吸入する吸入口５１１と、吸入した空気を吐出する吐出口５１２とを備えている。
冷却ファン５１は、図２、３に示すように、プロジェクター１の外部の空気を吸入し、冷却対象である偏光変換素子４２３及び調光装置１０に対してダクト５２を介して吐出する。

［ダクトの構成］
ダクト５２は、図２、３に示すように、平面視略Ｌ字状に形成され、ダクト５２の一端側が冷却ファン５１の吐出口５１２に接続される。このダクト５２は、底面側が開口した容器形状を有し、開口部分が図示しない外装筐体２の底面部にて閉塞されるように当該底面部に取り付けられる。
ダクト５２の他端側には、天面側に複数の送出口５２１が形成され、当該複数の送出口５２１の開閉状態を切り換える切換手段としての開閉部材５２２が設けられている。また、ダクト５２の他端側の背面側には、開閉部材５２２を駆動する駆動部５２３が開閉部材５２２に電気的に接続され、配設されている。

送出口５２１は、図２、図３に示すように、空気の流れ方向の上流側から第１送出口５２１１（図３では破線部分）、第２送出口５２１２（図３では破線部分）、及び第３送出口５２１３（図２では破線部分）を備え、各送出口５２１１〜５２１３は、平面視矩形状に形成されている。
第１送出口５２１１は、偏光変換素子４２３の光射出面に向けて空気を送出する部分である。
第２送出口５２１２は、偏光変換素子４２３の光入射面に向けて空気を送出する部分である。
第３送出口５２１３は、ダクト５２の先端部分に形成され、調光装置１０の光入射側に向けて空気を送出する部分である。

開閉部材５２２は、図２、３に示すように、ダクト５２の他端側を覆うように、左右方向（入射側及び射出側方向）に移動自在に配設されている。この開閉部材５２２の天面側には、空気の流れ方向の上流側から第１開口部５２２１及び第２開口部５２２２が形成されている。
第１開口部５２２１は、ダクト５２の第１送出口５２１１と同じ形状を有し、遮光部材１０１が開放されている場合に、第１送出口５２１１と連通することとなる。
第２開口部５２２２は、ダクト５２の第２送出口５２１２と同じ形状を有し、遮光部材１０１が開放されている場合に、第２送出口５２１２と連通することとなる。

駆動部５２３は、図２、３に示すように、四角柱状の筐体を有し、当該筐体内にスピンドルモーターを備える。また、駆動部５２３には、光入射側に向けて延出し、開閉部材５２２に連結される駆動軸５２３１を備える。そして、駆動部５２３は、ダクト５２の背面側に取り付けられて、開閉部材５２２と電気的に接続されている。駆動部５２３は、開閉部材５２２を駆動軸５２３１に沿って、左右方向に移動させ、各送出口５２１１〜５２１３を開閉させる。

［調光装置の構成］
調光装置１０は、図１〜３に示すように、偏光変換素子４２３の光束入射側に配設され、第１レンズアレイ４２１と第２レンズアレイ４２２との間に配設される。この調光装置１０は、図２、３に示すように、一対の遮光部材１０１と、遮光部材駆動部１０２（図４参照）と、位置検出センサー１０３（図４参照）とを備え、制御装置６（図４参照）と電気的に接続されている。
遮光部材１０１は、一端部分に軸１０１１を備え、当該軸１０１１を中心として回動し、光束入射側に向けて開放する（図２中の二点鎖線）。すなわち、遮光部材１０１は、軸１０１１を中心として回動し、入射光束の光量を調整する。例えば、図２に示す遮光部材１０１の非遮光時の全開時では、偏光変換素子４２３に向けて、光源４１１（図１参照）からの入射光束を全て透過させている。一方、遮光部材１０１が入射光束に対して略垂直となった時では、図３に示すように、光源４１１（図１参照）からの入射光束の大部分を遮光している。下記においては、遮光部材１０１が最も閉じた状態を全閉とする。
遮光部材駆動部１０２（図４参照）は、例えば、ステッピングモーターで構成され、遮光部材１０１を駆動し開閉する。この遮光部材駆動部１０２（図４参照）は、制御装置６からの信号に応じて、遮光部材１０１を回動駆動する。
位置検出センサー１０３は、一対の遮光部材１０１の位置（軸の回転位置）を検出するものであり、検出信号を制御装置６へ出力する。

［制御装置の構成］
図４は、本実施形態のプロジェクター１の内部構成を示すブロック図である。
プロジェクター１は、制御装置６と、画像表示装置７とで概略構成される。
制御装置６は、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成される主制御部６１を備え、メモリー６２に記憶された制御プログラムにしたがって、プロジェクター１全体を制御する。この制御装置６は、図４に示すように、主制御部６１及びメモリー６２の他、フレームメモリー６３、及び駆動制御部６４を備える。

フレームメモリー６３は、光変調装置４５１により形成された画像信号（画像情報）を記憶可能に構成され、当該画像信号を主制御部６１へ出力する。
駆動制御部６４は、制御装置６に入力した画像信号に対して画像処理を施し、画像処理を施した画像信号に対する駆動信号を光変調装置４５１に出力するほか、光源装置４１の点消灯及び発光光量を制御する制御信号を出力する。

主制御部６１は、メモリー６２に記憶された制御プログラムにしたがって、所定の処理を実行し、プロジェクター１全体を制御する。この主制御部６１は、図４に示すように、調光制御部６１１と、遮光状態判定部６１２と、開閉部材制御部６１３とを備える。
なお、主制御部６１としては、開閉部材５２２の開閉操作を行なう機能を主に説明し、その他の機能の説明を省略する。

調光制御部６１１は、フレームメモリー６３に記憶された画像信号（画像情報）を解析し、光変調装置４５１に形成させる輝度に応じて、位置検出センサー１０３の検出信号を確認しながら、遮光部材駆動部１０２の駆動を制御する。
例えば、調光制御部６１１は、光変調装置４５１に形成させる画像が全体的に暗い場合には、一対の遮光部材１０１を互いに近接する方向に移動させ、光量を低減させる。
一方、調光制御部６１１は、光変調装置４５１に形成させる画像が全体的に明るい場合には、一対の遮光部材１０１を互いに離間する方向に移動させ、光量を増加させる。
以上の制御により、高コントラスト比の投射画像を実現している。

遮光状態判定部６１２は、位置検出センサー１０３から入力される検出信号に基づいて、一対の遮光部材１０１の位置（遮光状態）を判定する。本実施形態では、遮光状態判定部６１２は、一対の遮光部材１０１が非遮光時の全開時と、遮光時の全閉時とを判定する。すなわち、遮光状態判定部６１２は、全開時及び全閉時のいずれかの状態ある場合にのみ、判定信号を開閉部材制御部６１３に出力する。

開閉部材制御部６１３は、遮光部材１０１の全閉時においてのみ、駆動部５２３を駆動させて、開閉部材５２２を左右方向に移動させる。
すなわち、開閉部材制御部６１３は、遮光部材１０１の全閉時以外の状態には、図２に示すように、開閉部材５２２を光束入射側へ移動させて、第３送出口５２１３を閉塞し、第１送出口５２１１及び第２送出口５２１２を開放する。そして、第１送出口５２１１及び第２送出口５２１２から矢印Ｂ１，Ｂ２に示すように、偏光変換素子４２３の入射面及び射出面に向けて空気を送出する。
一方、開閉部材制御部６１３は、遮光部材１０１の全閉時には、図３に示すように、開閉部材５２２を光束射出側へ移動させて、第１送出口５２１１及び第２送出口５２１２を閉塞し、第３送出口５２１３のみを開放する。そして、第３送出口５２１３から矢印Ｂ３に示すように、調光装置１０の入射側に向けて空気を送出する。

なお、画像表示装置７は、図４に示すように、上述した光源装置４１と、調光装置１０、光変調装置４５１と、投射レンズ３と、冷却装置５とで構成されている。

［開閉部材の開閉処理］
次に、開閉部材５２２の開閉処理について、図５のフローチャートを参照して説明する。
先ず、調光制御部６１１は、フレームメモリー６３に記憶された画像信号（画像情報）を解析し、光変調装置４５１に形成させる輝度に応じて、遮光部材１０１の開閉状態を制御して、遮光する光量を調整する（ステップＳ１）。
次に、遮光状態判定部６１２は、位置検出センサー１０３から入力される検出信号に基づいて、一対の遮光部材１０１の位置（遮光状態）を判定する。この際、一対の遮光部材１０１が全閉であるか否かを判定する（ステップＳ２）。

一対の遮光部材１０１が全閉でない場合には、開閉部材制御部６１３が駆動部５２３を介して、開閉部材５２２を動作させ、第３送出口５２１３を閉塞し、第１送出口５２１１及び第２送出口５２１２を開放する（ステップＳ３）。そして、ステップＳ１に戻り、調光制御部６１１により、遮光部材１０１の開閉状態を制御して、遮光する光量を調整することを繰り返す（ステップＳ１）。
一方、一対の遮光部材１０１が全閉である場合には、開閉部材制御部６１３が駆動部５２３を介して、開閉部材５２２を動作させ、第１送出口５２１１及び第２送出口５２１２を閉塞し、第３送出口５２１３のみを開放する。（ステップＳ４）。そして、ステップＳ１に戻り、調光制御部６１１により、遮光部材１０１の開閉状態を制御して、遮光する光量を調整することを繰り返す（ステップＳ１）。

上述した本実施形態のプロジェクター１によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、冷却ファン５１の吐出口５１２から吐出される冷却空気は、調光装置１０及び偏光変換素子４２３に導かれるので、１つの冷却ファン５１で調光装置１０及び偏光変換素子４２３を冷却でき、構造の簡素化を図ることができる。
また、調光装置１０の光量の調整状態に応じて、調光装置１０または偏光変換素子４２３へ送出する冷却空気の流量を変更する開閉部材５２２を備えるので、調光装置１０が遮光する光量が多い場合には、調光装置１０に向けて冷却空気を送出するように冷却空気の流量を開閉部材５２２により変更できる。また、調光装置１０が入射する光束を透過させる場合には、光束射出側に配設される偏光変換素子４２３に向けて冷却空気を送出するように冷却空気の流量を開閉部材５２２により変更できる。従って、１つの冷却ファン５１でも調光装置１０の光量の調整状態に応じて、光を吸収して発熱している構成部材に対して、冷却空気の流量を変更することで、冷却対象に冷却空気を送出でき、冷却効率を向上できる。

さらに、開閉部材５２２がシャッター部材で構成され、当該開閉部材５２２がダクトに形成された複数の送出口５２１を開閉する。これによれば、簡素な構造で、送出口５２１を開閉でき、冷却空気の送出先を容易に変更できる。

［実施形態の変形］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、遮光部材１０１の全閉時にのみ、開閉部材５２２を動作させていたが、遮光部材１０１の光量の調整状態に応じて、開閉部材５２２を動作させてもよい。
前記実施形態では、偏光変換素子４２３を冷却していたが、これに限定されず、調光装置の光束射出側に配設される他の光学素子であってもよい。
前記実施形態では、透過型の光変調装置４５１を採用していたが、これに限らず、反射型の光変調装置を採用してもよく、あるいは、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を採用してもよい。なお、ＤＭＤは米国テキサスインスツルメンツ社の商標である。

本発明は、プレゼンテーションやホームシアターに用いられるプロジェクターに利用できる。

１…プロジェクター、１０…調光装置、５１…冷却ファン、５２…ダクト、４２３…偏光変換素子（光学素子）、５１２…吐出口、５２１…送出口、５２２…開閉部材（切換手段、シャッター部材）。

Claims (2)

1. 入射光束の光量を調整する調光装置と、前記調光装置の光束射出側に配設されて入射光束を光学的に変換する光学素子とを備えたプロジェクターであって、
   前記調光装置及び前記光学素子を冷却する冷却ファンと、
   前記冷却ファンの吐出口に接続され、前記吐出口から吐出される冷却空気を前記調光装置及び前記光学素子に導くダクトとを備え、
   前記ダクトは、
   前記調光装置の光量の調整状態に応じて、前記調光装置または前記光学素子へ送出する前記冷却空気の流量を変更する切換手段を備える
   ことを特徴とするプロジェクター。
2. 請求項１に記載のプロジェクターにおいて、
   前記ダクトには、
   前記調光装置及び前記光学素子に向けて前記冷却空気を送出する複数の送出口が形成され、
   前記切換手段は、
   前記調光装置の光量の調整状態に応じて、前記複数の送出口を開閉するシャッター部材で構成される
   ことを特徴とするプロジェクター。

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