JP2015004866A - 画像投射装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像生成素子および光源を空冷する構成において、投射光学部の光学部品にゴミなどが付着するのを抑制することができる画像投射装置を提供する。【解決手段】 画像を投射するための投射光学系などの投射光学部と、投射光学部を収納するための筐体とを備えた画像投射装置において、投射光学部は、第1光学部30と曲面ミラー42の下面との間に隙間を備え、隙間から空気の流入が可能であり、筐体は、所定の面に設けられ排気ファン86などの第1のファンを備える排気口85、吸気ブロワ91などの第2のファンを備え排気口85へ向かう流路が隙間付近を含まない第1の吸気口92、および、第1吸気口92とは異なる面に設けられ排気口85へ向かう流路が隙間付近を含みファンを備えない第2の吸気口84を備える。【選択図】図14

Description

本発明は、画像投射装置に関するものである。
従来から、パソコンなどからの画像データに基づいて光を変調する画像生成素子と、この画像生成素子に光源からの光を照射する照射部とからなる画像形成部を備え、画像形成部で画像を形成し、画像形成部によって形成された画像を、投射光学部を用いて投射面に結像させる画像投射装置が知られている。
画像投射装置には、画像生成素子、光源、電源装置など、発熱する部材を有している。特許文献1には、画像生成素子、光源および電源装置に空気を流して、冷却する画像投射装置が記載されている。
図19は、特許文献1に記載の画像投射装置の内部構成を示す概略斜視図である。
図19に示すように、特許文献1の画像投射装置には、画像形成部として、画像生成素子12を備えた光変調部10と、光源60からの光を、画像生成素子に照射する照明部20とを備えている。照明部20は、カラーホイール21、ライトトンネル22、2枚のリレーレンズ23、シリンダミラー24および凹面ミラー25を有しており、これらは、照明ブラケット26に保持されている。
また、特許文献1の画像投射装置には、投射光学部として、投射レンズ部31を保持した第1光学部30と、曲面ミラー42、折り返しミラー41などを保持した第2光学部40とを備えている。投射レンズ部31はレンズホルダー32に保持されており、レンズホルダー32は照明ブラケット26の上面に固定されている。
光変調部10、照明部20、第1光学部30および第2光学部40は、図中Y方向に並べて配置されている。また、照明部20の図中左側には、光源61を備えた光源装置60が配置されている。
図20は、特許文献1に記載の画像投射装置の光変調部10、照明部20、第1光学部30および第2光学部40を示す斜視図である。
図20に示すように、光変調部10は、照明部20の照明ブラケット26の下面に固定されており、光変調部10には、画像生成素子の熱を放熱する放熱手段としてのヒートシンク13が設けられている。
第2光学部40は、折り返しミラー41と画像をスクリーンに投射するための不図示の筐体に設けられた開口部を塞ぐ防塵ガラス51とを保持するミラーブラケット43を備えている。また、曲面ミラー42を保持する自由ミラーブラケット44と、ミラーブラケット43および自由ミラーブラケット44が取り付けられるミラーホルダー45とを備えている。第2光学部40は、第1光学部30のレンズホルダー32に積載固定される。
また、先の図19に示すように、投射レンズ部31には、ピント調整のためのフォーカスギヤ36が設けられており、フォーカスギヤ36には、不図示の複数のギヤを介して、図20に示すフォーカスレバー33に連結されている。フォーカスレバー33を回動さすと、不図示の複数ギヤを介して、フォーカスギヤ36が回転駆動し、投射レンズ部31が保持する複数のレンズがY方向に動いて、ピントが調整される。先の図19に示すように、曲面ミラー42の下端と、レンズホルダー32との間には、隙間が形成されており、この隙間に上述した不図示の複数のギヤが配置されている。
図21は、特許文献1に記載の画像投射装置の空気の流れを示す正面図である。
画像投射装置の側面の一方(図中左側)に装置内に装置外の空気を取り込むための開口した吸気口84が設けられており、装置側面の他方(図中右側)に装置内の空気を排気する開口した排気口85が設けられている。また、排気口85と対向するように、排気ファン86が設けられている。
装置本体の図中左下側には、ヒートシンク13、光源装置60などを冷却する冷却手段としての冷却部120が配置されている。冷却部120は、吸気ブロワ191、垂直ダクト192および水平ダクト93を有している。
吸気ブロワ191は、吸気口84の下側の部分に対向するように配置されており、吸気口84と対向する面から吸気口84を介して装置外の空気を吸気するとともに、吸気口と対向する面と反対側の面からも装置内部の空気を吸気する。吸気ブロワ191により吸気された空気は、吸気ブロワ191の下方に配置された垂直ダクト192へ流入する。垂直ダクト192へ流入した空気は、下方へと移動し、垂直ダクト192の下方部で連結された水平ダクト93へ送れられる。
水平ダクト93内には、上記ヒートシンク13が配置されており、ヒートシンク13が、水平ダクト93を流れる空気により冷却される。ヒートシンク13が冷却されることにより、効率よく画像生成素子12を冷却することができ、画像生成素子12が、高温になるのを抑制することができる。
水平ダクト93内を移動してきた空気は、光源装置60へ流入し、光源装置60を冷却した後、排気ダクト94を通って、光源61を保持するホルダ64に設けられた光源排気口64Cの直上に排気される。そして、光源排気口64から排気された空気とともに、電源装置80が配置された空間に流れ込む。
また、排気ファン86により、吸気口84から装置外の空気が取り込まれる。排気ファン86により取り込まれた装置外の空気は、先の図20に示す第2光学部40の曲面ミラー42の裏面や、折り返しミラー41の裏面などにまわりこむ。そして、曲面ミラー42の裏面や折り返しミラー41の裏面に沿いながら、第2吸気口84へ向かって移動し、光源装置60の上方の電源装置80が配置された空間に流れ込む。そして、その空間で、上述した光源排気口64Cから排気された高温の空気と混合された後、排気口85から排出される。
特許文献1に記載の画像投射装置においては、先の図19に示した曲面ミラー42の下端と、レンズホルダー32との間に隙間があり、筐体内と第2光学部内との間で空気の出入りがある構成となっている。そのため、吸気口84から取り込まれた装置外の空気が第2光学部内に流れ込むおそれがあった。その結果、第2光学部40が保持する光学部品としての曲面ミラー42や折り返しミラー41の反射面に、装置外の空気に含まれるゴミなどが付着するおそれがあった。曲面ミラーや折り返しミラーの反射面にゴミなどが付着すると、投射画像の品質を劣化させてしまうという問題が発生する。
本発明は以上の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、画像生成素子および光源を空冷する構成において、投射光学部の光学部品にゴミなどが付着するのを抑制することができる画像投射装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、画像を投射するための投射光学部と、前記投射光学部を収納するための筐体とを備えた画像投射装置において、前記投射光学部は、隙間を備え、前記隙間から空気の流入が可能であり、前記筐体は、所定の面に設けられ第1のファンを備える排気口、第2のファンを備え前記排気口へ向かう流路が前記隙間付近を含まない第1の吸気口、および、前記第1吸気口とは異なる面に設けられ前記排気口へ向かう流路が前記隙間付近を含みファンを備えない第2の吸気口を備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、投射光学部の光学部品にゴミなどが付着するのを抑制することができる画像投射装置。
本実施形態に係るプロジェクタと投射面とを示す斜視図。 プロジェクタから投射面までの光路図。 プロジェクタの内部構成を示す概略斜視図。 光源装置の概略斜視図。 照明部に収納された光学系部品を、他の部とともに示す斜視図。 照明部と投射レンズ部と画像形成部とを図5のA方向から見た斜視図。 照明部内での光の光路を説明する図。 第1光学系から投射面までの光路を示す図。 プロジェクタを設置面側見た斜視図。 第1光学部を、照明部と光変調部とともに示す斜視図。 装置内の各部の配置関係を示した模式図。 プロジェクタの使用例を示す図。 プロジェクタの別の使用例を示す図。 プロジェクタ内の空気の流れを説明する説明図。 光変調部と照明部と吸気ブロワと示す斜視図。 外装カバーの投射面との対向面に、排気口を設けたプロジェクタの模式図。 第2吸気口を無くした構成のプロジェクタの斜視図。 第2吸気口を無くした構成のプロジェクタ内における空気の流れを説明する説明図。 従来のプロジェクタの内部構成を示す概略斜視図。 従来のプロジェクタの光変調部10、照明部20、第1光学部30、第2光学部40を示す斜視図。 従来のプロジェクタ内における空気の流れを説明する正面図。
以下、本発明が適用される画像投射装置としてのプロジェクタの実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るプロジェクタ1とスクリーンなどの投射面101とを示す斜視図である。なお、以下の説明では、投射面101の法線方向をX方向、投射面の短軸方向(上下方向)をY方向、投射面101の長軸方向(水平方向)をZ方向とする。
プロジェクタは、パソコンやビデオカメラ等から入力される画像データに基づいて投射画像を形成し、その投射画像Pをスクリーンなどの投射面101に投射表示する装置である。特に、液晶プロジェクタは、近来、液晶パネルの高解像化、光源(ランプ)の高効率化に伴う明るさの改善、低価格化などが進んでいる。また、微小駆動ミラー装置であるDMD(Digital Micro-mirror Device:登録商標)を利用した小型軽量なプロジェクタ1が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広くプロジェクタ1が利用されるようになってきている。また、フロントタイプのプロジェクタは、携帯性が向上し、数人規模の小会議にも使われるようになってきている。このようなプロジェクタでは、大画面の画像を投射できること(投射面の大画面化)とともに、「プロジェクタ外に必要とされる投射空間」をできるだけ小さくできることが要請されている。後述のように、本実施形態のプロジェクタ1は、投射レンズ等の透過光学系を投射面101と平行に設定し、折り返しミラーで光束を折り返した後、自由曲面ミラーで光束を投射面101に対して拡大投射するように構成されている。この構成により、光学エンジン部を縦型で3次元的に小型化を図ることができる。
図1に示すように、プロジェクタ1の上面には、投射画像Pが出射する透過ガラス51が設けられており、透過ガラス51から出射した投射画像Pが、スクリーンなどの投射面101に投射される。
また、プロジェクタ1の上面には、ユーザがプロジェクタ1を操作するための操作部83が設けられている。また、プロジェクタ1の側面には、ピント調整のためのフォーカスレバー33が設けられている。
図2は、プロジェクタ1から投射面101までの光路図である。
投射対象の画像を生成するDMD12は、不図示の光源の光が照明部20によって照射され、この照明部20によって照射された光を変調することで画像を生成する。DMD12によって生成された画像は、第1光学部30の第1光学系70、第2光学部40の折り返しミラー41、曲面ミラー42を介して、投射面101に投射される。
図3は、プロジェクタ1の内部構成を示す概略斜視図である。
図3に示すように、光変調部10、照明部20、第1光学部30、第2光学部40が、投射面および投射像の像面と平行な方向のうち図中Y方向に並べて配置されている。また、照明部20の図中右側には、光源装置60が配置されている。
なお、図3に示す符号32a1、32a2は、第1光学部30のレンズホルダー32の脚部であり、符号263は、光変調部10を照明部20にネジ止めするためのネジ止め部である。
次に、各部の構造について、詳細に説明する。
まず、光源装置60について説明する。
図4は、光源装置60の概略斜視図である。
光源装置60は、光源ブラケット62を有しており、光源ブラケット62の上部にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどの光源61が装着さている。また、光源ブラケット62には、不図示の電源部に接続された電源コネクタと接続するコネクタ部62aが設けられている。コネクタ部62aは、光源装置60の長手方向(Z方向)一端側に設けられている。
また、光源ブラケット62の上部の光源61の光出射側(光源装置60の長手方向他端側)には、図示しないリフレクタなどが保持された保持部材としてのホルダ64がネジ止めされている。ホルダ64の光源61配置側と反対側の面には、出射窓63が設けられている。光源61から出射した光は、ホルダ64に保持された不図示のリフレクタにより出射窓63に集光され、出射窓63から出射する。
また、ホルダ64の上面と、ホルダ64の下面のX方向両端には、光源装置60を照明部20の照明ブラケット26(図6参照)に位置決めするため光源位置決め部64a1、64a2が設けられている。ホルダ64の下面に設けられた2つの光源位置決め部64a1,64a2は穴形状となっている。
また、ホルダ64の側面には、光源61を冷却するための空気が流入する光源給気口64bが設けられており、ホルダ64の上面には、光源61の熱により加熱された空気が排気される光源排気口64cが設けられている。
光源ブラケット62には、光源装置60の交換の際に使用者が指で摘んで光源装置60を取り出す取っ手部68が設けられている。取っ手部68は、光源ブラケット62の長手方向(図中Z方向)において、コネクタ部62aと光源位置決め部64a1,64a2の略中央部に回動自在に光源ブラケット62に取り付けられている。この取っ手部68は図示した形状以外にも人が指先で摘める程度に適度な形状であってもよい。
次に、照明部20について説明する。
図5は、照明部20に収納された光学系部品を、他の部とともに示す斜視図である。
図5に示すように、照明部20は、カラーホイール21、ライトトンネル22、2枚のリレーレンズ23、シリンダミラー24、凹面ミラー25を有しており、これらは、照明ブラケット26に保持されている。照明ブラケット26は、2枚のリレーレンズ23、シリンダミラー24、凹面ミラー25が収納される筐体状の部分261を有しており、この筐体状の部分261の4つの側面部のうち、図中右側のみ側面を有し、他の3面は、開口した形状となっている。そして、図中X方向の奥側の側面部開口には、OFF光板27(図6参照)が取り付けられており、図中X方向手前側の側面部開口には、いずれの図面にも図示されていないカバー部材が取り付けられる。これにより、照明ブラケット26の筐体状の部分261に収納される2枚のリレーレンズ23、シリンダミラー24、凹面ミラー25は、照明ブラケット26と、OFF光板27(図6参照)と、いずれの図面にも図示されていないカバー部材とにより覆われる。
また、照明ブラケット26の筐体状の部分261の下面には、DMD12が露出するための照射用貫通孔26dを有している。
また、照明ブラケット26には、3つの脚部29を有している。これら脚部29は、プロジェクタ1のベース部材53(図9参照)に当接して、照明ブラケット26に積み重ねて固定される第1光学部30、第2光学部40の重量を支持している。また、脚部29を設けることにより、光変調部10のDMD12の熱を放熱する放熱手段としてのヒートシンク13(図6参照)に、装置外の空気が流入するための空間を形成する。
なお、図5に示す符号32a3、32a4は、第1光学部30のレンズホルダー32の脚部であり、符号45a3は、第2光学部40のネジ止め部45a3である。
図6は、照明部20と投射レンズ部31と光変調部10とを図5のA方向から見た斜視図である。
照明ブラケット26の筐体状の部分261の上部には、図中Y方向に対して直交する上面26bが設けられている。この上面26bの4角には、第1光学部30をネジ止めするためのネジが貫通する貫通孔が設けられている(図6では、貫通孔26c1と26c2とが図示されており、残りの貫通孔については、不図示)。また、図中X方向手前側の貫通孔26c1,26c2に隣接して、第1光学部30を照明部20に位置決めするための位置決め孔26e1,26e2が設けられている。図中X方向手前側に設けられた2個の位置決め孔のうち、カラーホイール21配置側の位置決め孔26e1は、位置決めの主基準であり、丸穴形状となっている。カラーホイール21配置側と反対側の位置決め孔26e2は、位置決めの従基準であり、Z方向に延びる長穴となっている。また、各貫通孔26c1,26c2の周囲は、照明ブラケット26の上面26bよりも突出しており、第1光学部30をY方向に位置決めするための位置決め突起26fとなっている。位置決め突起26fを設けずに、Y方向の位置精度を高める場合、照明ブラケット26の上面全体の平面度を高める必要があり、コスト高になる。一方、位置決め突起26fを設けることで、位置決め突起26fの部分だけ、平面度を高めればよいので、コストを抑えて、Y方向の位置精度を高めることができる。
また、照明ブラケット26上面の開口部には、投射レンズ部31の下部が嵌合する遮光板262が設けられており、上方から筐体状の部分261内への光の進入を防いでいる。
また、照明ブラケット26の上面26bの貫通孔26c1,26c2の間は、後述するように、第2光学部40を、第1光学部30にネジ止めする際に邪魔とならないように切り欠いている。
照明ブラケット26のカラーホイール21側端部(図中Z方向手前側)には、ホルダ64の光源ブラケット62側に設けられた2つの穴形状の光源位置決め部64a1,64a2が嵌合する突起状の2個の光源被位置決め部26a1,26a2が設けられている。そして、ホルダ64の2つの光源位置決め部64a1,64a2が、照明部20の照明ブラケット26に設けられた2箇所の光源被位置決め部26a1,26a2に嵌合することで、光源装置60は、照明部20に位置決め固定される(図3参照)。
また、照明ブラケット26には、カラーホイール21、ライトトンネル22を覆う、照明カバー28が取り付けられている。
図7は、照明部20内での光の光路Lを説明する図である。
カラーホイール21は、円盤形状のものであり、カラーモータ21aのモータ軸に固定されている。カラーホイール21には、回転方向にR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)などのフィルタが設けられている。光源装置60のホルダ64に設けられた不図示のリフレクタにより集光された光は、出射窓63を通って、カラーホイール21の周端部に到達する。カラーホイール21の周端部に到達した光は、カラーホイール21の回転により時分割でR,G,Bの光に分離される。
カラーホイール21により分離された光は、ライトトンネル22へ入射する。ライトトンネル22は、四角筒形状であり、その内周面が鏡面となっている。ライトトンネル22に入射した光は、ライトトンネル22内周面で複数回反射しながら、均一な面光源にされてリレーレンズ23へ向けて出射する。
ライトトンネル22を抜けた光は、2枚のリレーレンズ23を透過し、シリンダミラー24、凹面ミラー25により反射され、DMD12の画像生成面上に集光して結像される。
次に、光変調部10について、説明する。
図7に示すように、光変調部10は、DMD12が装着されるDMDボード11を備えている。DMD12は、マイクロミラーが格子状に配列された画像生成面を上向きにしてDMDボード11に設けられたソケット11aに装着されている。DMDボード11には、DMDミラーを駆動するための駆動回路などが設けられている。DMDボード11の裏面(ソケット11aが設けられた面と反対側の面)には、DMD12の熱を放熱する放熱手段としてのヒートシンク13が固定されている。DMDボード11のDMD12が装着される箇所は、貫通しており、ヒートシンク13には、この不図示の貫通孔に挿入される突起部13aが形成されている。この突起部13aの先端は、平面状になっている。突起部13aを不図示の貫通孔に挿入して、DMD12の裏面(画像生成面と反対側の面)に突起部13a先端の平面部を当接させている。この平面部やDMD12の裏面のヒートシンク13が当接する箇所に弾性変形可能な伝熱シートを貼り付けて、突起部13aの平面部とDMD12の裏面との密着性を高めて、熱伝導性を高めてもよい。
ヒートシンク13は、光変調部10を照明ブラケット26(図6参照)にネジ止めすると、固定部材14により、DMDボード11のソケット11aが設けられた面と反対側の面に加圧されて固定される。
以下に、光変調部10の照明ブラケット26の固定について、説明する。まず、DMD12が、先の図5で示した照明部20の照明ブラケット26下面に設けられた照射用貫通孔26dの開口面と対向するように光変調部10を、照明ブラケット26に位置決めする。次に、固定部14aに設けられた不図示の貫通孔と、DMDボード11の貫通孔15とを貫通するように図中下側からネジを挿入する。次に、ネジを照明ブラケット26に設けられたネジ止め部263(図3参照)の下面に設けられたネジ穴にねじ込んで、光変調部10を照明ブラケット26に固定する。また、照明ブラケット26に設けられたネジ止め部263にネジをねじ込んでいくと、固定部材14が、ヒートシンク13をDMDボード側へ押し込んでいく。これにより、ヒートシンク13が、固定部材14により、DMDボード11のソケット11aが設けられた面と反対側の面に加圧されて固定される。
このように、光変調部10は、照明ブラケット26に固定され、先の図5に示した3つの脚部29は、光変調部10の重量も支持している。
DMD12の画像生成面には、可動式の複数のマイクロミラーが格子状に配列されている。各マイクロミラーは鏡面をねじれ軸周りに所定角度傾斜させることができ、「ON」と「OFF」の2つの状態を持たせることができる。マイクロミラーが「ON」のときは、先の図7の矢印L2に示すように、光源61からの光を第1光学系70(図2参照)に向けて反射する。「OFF」のときは、先の図6に示す照明ブラケット26の側面に保持されたOFF光板27に向けて光源61からの光を反射する(図7の矢印L1参照)。従って、各ミラーを個別に駆動することにより、画像データの画素ごとに光の投射を制御することができ、画像を生成することができる。
不図示のOFF光板27に向けて反射された光は、熱となって吸収され外側の空気の流れで冷却される。
次に、第2光学部40について説明する。
図8は、第1光学系から投射面までの光路を示す斜視図である。
第2光学部40は、図8に示すように、第2光学系を構成する折り返しミラー41と、凹面状の曲面ミラー42とを備えている。曲面ミラー42の光を反射する面は、球面、回転対称非球面、自由曲面形状などにすることができる。
また、第2光学部40は、先の図3に示すように、曲面ミラー42から反射した画像を透過するとともに、装置内の光学系部品を防塵するための透過ガラス51も備えている。第2光学部40は、折り返しミラー41と透過ガラス51とを保持するミラーブラケット43とを備えている。また、曲面ミラー42を保持する自由ミラーブラケット44と、ミラーブラケット43および自由ミラーブラケット44が取り付けられるミラーホルダー45を備えている。
ミラーブラケット43は、ミラーホルダー45の上部に取り付けられる。ミラーブラケット43の傾斜面の開口部を塞ぐように、折り返しミラー41が保持されており、ミラーブラケット43の上部開口部を塞ぐように透過ガラス51が保持されている。曲面ミラー42を保持する自由ミラーブラケット44は、ミラーホルダー45に取り付けられている。第2光学部40は、第1光学部30のレンズホルダー32に積載固定される。したがって、投影レンズ部31は、折り返しミラー41、曲面ミラー42、ミラーブラケット43、自由ミラーブラケット44、ミラーホルダー45、透過ガラス51で、周囲を囲まれたような状態になる。
図8に示すように、第1光学系70を構成する投射レンズ部31を透過した光束は、折り返しミラー41と曲面ミラー42との間で、DMD12で生成された画像に共役な中間像を形成する。この中間像は、折り返しミラー41と曲面ミラー42との間に曲面像として結像される。次に、中間像を結像した後の発散する光束は、凹面状の曲面ミラー42に入射し、収束光束になり、曲面ミラー42により中間像を「さらに拡大した画像」にして投射面101に投射結像する。
このように、投射光学系を、第1光学系70と、第2光学系とで構成し、第1光学系70と第2光学系の曲面ミラー42との間に中間像を形成し、曲面ミラー42で拡大投射することで、投射距離を短くでき、狭い会議室などでも使用することができる。
また、照明ブラケット26には、第1光学部30、第2光学部40が積載固定される。また、光変調部10も固定される。よって、照明ブラケット26の脚部29が、第1光学部30、第2光学部40および光変調部10の重量を支える形でベース部材53に固定される。
光源61は、経時使用で寿命を迎えるので、定期的な交換が必要である。このため、本実施形態においては、光源装置60は、装置本体から着脱可能に設けられている。
図9は、プロジェクタ1の設置面側を見た斜視図である。
図9に示すように、プロジェクタ1の底面を構成するベース部材53には、開閉カバー54が設けられており、開閉カバー54には、回転操作部54aが設けられている。回転操作部54aを回転すると、開閉カバー54と装置本体との固定が解除され、開閉カバー54が、装置本体から取り外し可能となる。また、ベース部材53のDMD12と対向する箇所には、第1吸気口92が設けられている。
また、図9に示すように、プロジェクタ1の外装カバー59の一方のY−X平面には、第2吸気口84と、パソコンなどの外部装置からの画像データなどが入力される外部入力部88が設けられている。
図10は、第1光学部30を、照明部20と光変調部10とともに示す斜視図である。
図10に示すように、投射レンズ部31には、フォーカスギヤ36が設けられており、フォーカスギヤ36には、アイドラギヤ35が噛み合っている。アイドラギヤ35には、レバーギヤ34が噛み合っており、レバーギヤ34の回転軸には、フォーカスレバー33が固定されている。フォーカスレバー33の先端部分は、先の図1に示すように、装置本体から露出している。
フォーカスレバー33を動かすと、レバーギヤ34、アイドラギヤ35を介して、フォーカスギヤ36が回動する。フォーカスギヤ36が回動すると、投射レンズ部31内の第1光学系70を構成する複数のレンズが、それぞれ所定の方向へ移動し、投射画像のピントが調整される。
上記アイドラギヤ35は、先の図5に示す、曲面ミラー42の下面とレンズホルダー32との間の隙間に設けられている。
図11は、装置内の各部の配置関係を示した模式図である。図11に示すように、光変調部10、照明部20、第1光学部30、第2光学部40は、投射面の短軸方向であるY方向に積層配置されている。光源装置60は、光変調部10、照明部20、第1光学部30、第2光学部40が積層された積層体に対して投射面の長軸方向であるZ方向に配置されている。このように、本実施形態においては、光変調部10、照明部20、第1光学部30、第2光学部40および光源部が、投射画像および投射面101に対して平行な方向であるY方向またはZ方向に並べて配置されている。さらに具体的には、光変調部10と照明部20とからなる画像形成部と、第1光学部30と第2光学部40とからなる投射光学系とが積層された方向に対して直交する方向に光源装置60が画像形成部に連結されている。また、画像形成部と光源装置60とは、ベース部材53に平行な同一の直線上に配置されている。また、画像形成部と投射光学系とは、ベース部材53に垂直な同一の直線上に配置され、ベース部材53側から、画像形成部、投射光学系の順番で配置されている。これにより、装置の設置スペースが投射面101に投射された投射画像の面に対して直交する方向に取られるのを抑制することができる。これにより、画像投射装置を机などの上に載せて使用する場合、狭い室内においても装置が、机や椅子の配置の邪魔になるのを抑制することができる。
また、本実施形態においては、光源装置60の上方に、光源61やDMD11に電力を供給するための電源装置80が積層配置されている。これら光源装置60、電源装置80、画像形成部、投射光学系は、上述のプロジェクタの上面と、ベース部材53と、プロジェクタ1の周囲を覆う外装カバー59からなるプロジェクタ1の筐体に収納されている。
図12は、本実施形態のプロジェクタ1の使用例を示す図である。
図12に示すように、プロジェクタ1は、例えば会議室などで使用する場合、プロジェクタ1をテーブル100に置いてホワイトボードなどの投射面101に画像を投射して使用される。また、図13に示すように、本実施形態のプロジェクタ1は、天井105に吊り下げて使用することもできる。
また、本実施形態においては、第2光学系を折り返しミラー41と曲面ミラー42とで構成しているが、第2光学系を曲面ミラー42のみで構成してもよい。また、折り返しミラー41は、平面ミラーでも正の屈折力を持ったミラーでも負の屈折力を持ったミラーでもよい。また、本実施形態においては、曲面ミラー42として凹面ミラーを用いているが、凸面ミラーを用いることもできる。この場合は、第1光学系70と曲面ミラー42との間で中間像を形成しないように第1光学系70を構成する。
図14は、本実施形態のプロジェクタ1内の空気の流れを説明する説明図である。この図は、プロジェクタ1を投射面101に対して直交する方向(X方向)から見た図である。
図14に示すように、プロジェクタ1の側面の一方(図中左側)にプロジェクタ1内に装置外の空気を取り込むための開口した第2吸気口84が設けられている。第2吸気口84には吸気用のファンは配置されていない。また、プロジェクタ1の側面の他方(図中右側)にプロジェクタ1内の空気を排気する開口した排気口85が設けられている。また、排気口85と対向するように、排気ファン86が設けられている。
排気口85と第2吸気口84の一部は、プロジェクタ1を投射面101に対して直交する方向(X方向)から見たとき、光源装置60と操作部83との間となるように設けられている。これにより、第2吸気口84から取り込まれた装置外の空気は、先の図5に示す曲面ミラー42の下面とレンズホルダー32との間の隙間や、第2光学部40のミラーホルダ45のZY平面や曲面ミラー42の裏面にまわりこんで、ミラーホルダ45や曲面ミラー42の裏面に沿いながら、排気口85へ向かって移動する。また、第2吸気口84から取り込まれた装置外の空気の一部は、筐体内でさらに光源ブロワ95に吸い込まれて光源装置60へ流れる。光源装置60の上部に配置された電源装置80は、図中Z方向から見たとき、3枚の基板の配置によって、コの字の光源装置60側が開いた形状をしている。
排気口85と第2吸気口84の一部が、プロジェクタ1を投射面101に対して直交する方向(X方向)から見たとき、光源装置60と操作部83との間となるように設けることで、以下の効果を得ることができる。すなわち、光源装置60と操作部83との間を通って、排気口85から排出される気流を生じさせることができるという効果である。
また、照明部20のカラーホイール21を回転駆動させるためのカラーモータ21a(図5参照)の周囲の空気が吸引できるような箇所に光源ブロワ95が配置されている。これにより、光源ブロワ95の吸気により発生する気流でカラーモータ21aを冷却することができる。
光源ブロワ95により吸引された空気は、光源ダクト96を通って、ホルダ64の光源給気口64b(図4参照)へ流入する。また、光源ダクト96へ流入した空気の一部は、光源ダクト96の外装カバー59(図9参照)との対向面に形成された開口部96aから光源ハウジング97と外装カバー59との間に流れる。
光源ダクト96の開口部96aから光源ハウジング97と外装カバー59との間に流れてきた空気は、光源ハウジング97と外装カバー59とを冷却した後、排気ファン86によって排気口85から排出される。
また、光源給気口64bへと流れた空気は、光源61へ流入し、光源61を冷却した後、ホルダ64の上面に設けられた光源排気口64cから排気される。光源排気口64cから排気された空気は、光源ハウジング97上面の開口部から電源装置80に囲われた空間へ排気される。その後、第2光学部40を周り込んで電源装置80の囲われた空間に流れ込んできた低温の空気と混ざった後、排気ファン86により排気口85から排出される。このように、光源排気口64cから排気された高温の空気が、第2吸気口84から取り込まれた装置外の空気と混合させてから、排気することにより、排気口85から排気される空気が高温となるのを抑制することができる。
また、ユーザーが操作する操作部83は、ユーザーが操作しやすいように、装置の上面に設けるのが好ましい。しかし、本実施形態においては、プロジェクタ1上面に、投射面101に画像を投射するための透過ガラス51を設けているため、プロジェクタをY方向から見たとき、光源61と重なる位置に、操作部83を設ける必要がある。
本実施形態においては、光源装置60と操作部83との間に吸気口84から排気口85へ向かって流れる気流で、光源61を冷却して高温となった空気を、排気口へ向けて排気するので、この高温の空気が、操作部83へ移動するのを抑制することができる。これにより、光源61を冷却して高温となった空気で、操作部83が温度上昇するのを抑制することができる。また、吸気口84から第2光学部40を周り込んで、排気口85へ向かって流れる空気の一部は、操作部83の真下を通って、操作部83を冷却する。このことも、操作部83の温度上昇を抑制することができる。
また、排気ファン86による吸気により、先の図9に示したベース部材53に設けられた電源吸気口56から、装置外の空気が吸気される。光源ハウジング97よりも図中X方向奥側には、光源61に安定した電力(電流)を供給するための不図示のバラスト基板が配置されている。電源吸気口56から吸引された装置外の空気は、光源ハウジング97と不図示のバラスト基板との間を上方へ移動しながら、バラスト基板を冷却する。その後、バラスト基板の上方に配置されている電源装置80で囲われた空間に流れた後、排気ファン86により排気口85から排気される。
また、装置本体の図中左下側には、光変調部10のヒートシンク13や、光源装置60の光源ブラケット62などを冷却する冷却部120が配置されている。冷却部120は、吸気ブロワ91、水平ダクト93を有している。また、ベース部材53の吸気ブロワ91と対向する箇所には、第1吸気口92が設けられている。このような構成によって、第1吸気口92に吸気ブロワ91が配置された状態になっている。
図15に示すように、吸気ブロワ91は、両面吸気シロッコファンである。吸気ブロワ91のベース部材側ブロワ吸気口91aが、プロジェクタの筐体のDMD12と対向する対向面部であるベース部材53に設けられた第1吸気口92に対向するように、吸気ブロワ91は、光変調部10に取り付けられている。また、吸気ブロワ91のベース部材側ブロワ吸気口91aの反対面も吸気口であるが、吸気量はベース部材側ブロワ吸気口91aの方が多い。ヒートシンク13は、フィンの高さが所定の第1フィン部と、この第1フィン部よりもフィンの高さが高い第2フィン部とで形成されている。吸気ブロワ91のブロワ排気口91bが、ヒートシンク13の第2フィン部と対向するように、吸気ブロワ91は、第1フィン部に取り付けられている。吸気ブロワ91を両面吸気シロッコファンとすることで、ヒートシンク13の第1フィン部を効率的に冷却することができる。
先の図14に示すように、水平ダクト93は、その上面と下面の一部が開口しており、下面の開口部が、ベース部材53に設けられた第1吸気口92と対向するように、水平ダクト93は、プロジェクタ1のベース部材53に固定されている。また、水平ダクト上面の開口部に光変調部10のヒートシンク13と、光変調部10に取り付けられた吸気ブロワ91が貫通するように、光変調部10が水平ダクト93上に配置される。
吸気ブロワ91は、第1吸気口92を介してベース部材側ブロワ吸気口91aで装置外の空気を吸気し、ブロワ排気口91bからヒートシンク13の第2フィン部向けて吸気ブロワ91吸気した装置外の空気を排気する。これにより、ヒートシンク13の第2フィン部が、空冷される。ヒートシンク13の第2フィン部が空冷されることにより、効率よくDMD12を冷却することができ、DMD12が、高温になるのを抑制することができる。
図14に示すように、吸気ブロワ91によって流れが生じ、ヒートシンク13を抜けた空気は、水平ダクト93を移動していき、先の図4に示す光源装置60の光源ブラケット62に設けられた通過部65または開口部65aへ流入する。開口部65aへ流入した空気は、開閉カバー54と光源ブラケット62との間へと流れ、開閉カバー54を冷却する。
一方、通過部65へ流入した空気は、光源ブラケット62を冷却した後、光源61の出射側とは反対側の部分へ流入し、光源61のリフレクタの反射面とは反対側を冷却することで、光源61のリフレクタを冷却する。したがって、通過部65を通過する空気は、光源ブラケット62と光源61の両方の熱を奪う。リフレクタ付近を通過した空気は、光源ブラケット62の高さから排気ファン86の下部付近の高さまでの空気を導く排気ダクト94を通った後に、光源排気口64Cから排気された空気と合流し、流体ガイド87を通って、排気ファン86により排気口85から排出される。また、開口部65aを通って開閉カバー54と光源ブラケット62との間へ流入した空気は、開閉カバー54を冷却した後、装置内部を移動して、排気ファン86により排気口85から排出される。したがって、第1吸気口92から排気口85までの流路は、曲面ミラー42の下面とレンズホルダー32との間の隙間付近を含んでいない。
本実施形態においては、上述したように、投射レンズ部31のフォーカスギヤ36と噛み合うアイドラギヤ35の配置スペースを確保するために、曲面ミラー42の下面とレンズホルダー32との間に隙間を設けている。このような隙間があるため、第2光学部40内外で空気の出入りがある。そのため、ミラーホルダ45や曲面ミラー42の裏面に沿いながら、排気口85へ向かって移動する第2吸気口84から取り込まれた装置外からの空気の一部が、上記曲面ミラー42の下面とレンズホルダー32との間の隙間に流れ込む。その結果、空気が、第2光学部40内に流れ込み、装置外からの空気に含まれるホコリなどのゴミが、曲面ミラー42、折り返しミラー41などに付着するおそれがある。
そこで、本実施形態においては、プロジェクタの筐体のヒートシンク13と対向する対向面部であるベース部材53に第1吸気口92を設けた。これにより、第1吸気口92から吸気された装置外からの冷却用の空気が、直接、ヒートシンク13へ流れ込む。よって、先の図21に示したように、垂直ダクト192を経由してヒートシンク13に装置外から取り入れた冷却用の空気が流れ込む特許文献1に記載の画像投射装置に比べて、冷却用の空気がヒートシンク13に到達するまでの圧力損失を抑えることができる。その結果、吸気ブロワ91と吸気ブロワ191が同じ吸い込み性能であってもヒートシンク13と光源装置60を経由して排気口85へ流れ込む空気の流量を、特許文献1に記載の画像投射装置に比べて増加させることができる。排気ファン86により排気口85から排気される空気の流量は、本実施形態の場合と先の図21の場合(特許文献1の場合)とで同じある。従って、ヒートシンク13と光源装置60を経由して排気口85へ流れ込む空気の流量が増えることで、第2吸気口84には吸気用のファンが配置されていないので、排気ファン86により、第2吸気口84から取り込まれ、曲面ミラー42の下面とレンズホルダー32との間の隙間付近や、ミラーホルダ45や曲面ミラー42の裏面に沿いながら、排気口85へ向かって移動する装置外からの空気の流量を特許文献1の場合よりも減少させることができる。その結果、第2光学部40の曲面ミラー42や折り返しミラー41に装置外の空気に含まれるゴミなどが付着するのを抑制することができる。このように、曲面ミラー42や折り返しミラー41にゴミなどが付着するのを抑制することができるので、長期にわたり、良好な投射画像を投射することができ、信頼性の高いプロジェクタを提供することができる。
なお、特許文献1に記載の構成の画像投射装置において、吸気ブロワのファンの回転数を上げることで、排気口85へ流れ込むDMD12および光源冷却後の冷却後空気の流量を増やすことができる。しかし、この場合、吸気ブロワ91のファンの風切り音が増加して、騒音となる。また、消費電力が増加するというデメリットがある。一方、本実施形態においては、吸気ブロワのファンの回転数を上げずに、排気口85へ流れ込むDMD12および光源冷却後の冷却後空気の流量を増やすことができる。これにより、騒音や消費電力の増加を抑えることができる。
また、外装ケース59のDMD12と対向する部分に、第1吸気口92を設けてもよい。かかる構成としても第1吸気口92で吸気された装置外の空気を、直接ヒートシンク13へ流すことができる。
また、図14に示すように、プロジェクタを、図中Z軸方向に2等分、図中Y軸方向に2等分して、プロジェクトをS1〜S4の4つの領域に区分に区分したとき、排気口85を、S3の領域に配置し、光源装置60をS4の領域に配置している。これにより、第1吸気口92から吸気された装置外の空気が、図14に示すように、S2→S3→S4の順に領域を巡って、機外に排出され、第2光学部40が配置された領域S1を通らなくすることができる。これにより、第1吸気口92で吸気された装置外の空気を、第2光学部40が設けられた領域を通らずに、DMD12、光源装置60を冷却することができる。
また、排気口85は、図14に示す領域S3にあればよい。例えば、図16に示すように、外装カバー59の投射面101との対向面(フォーカスレバー33が設けられた面と反対側の面)に、排気口85を設け、その排気口85と対向する面に排気ファン86を設けてもよい。
また、図17に示すように、第2吸気口84を無くして、外装カバー59の投射光学系(第2光学部40,第1光学部30)と対向する箇所が塞がれた構成にしてもよい。
図18は、第2吸気口84を無くした構成のプロジェクタ1内における空気の流れを説明する説明図である。
図18に示すように、第2吸気口84を無くことで、機内の流れは主に画像形成部(照明部20、光変調部10)が配置された領域S2→光源装置60が配置された領域S4→電源装置80が配置された領域S3の順に流れる。それに対して投射光学系(第1光学部30、第2光学部40)が配置された領域S1(図中左上)は、空気の流れがほとんど無い領域になる。これにより、装置内に取り込まれた装置外の空気が、第2光学部内に入り込み、装置外の空気に含まれるゴミなどが、曲面ミラー42や折り返しミラー41に付着するのをより一層抑制することができる。このように、曲面ミラー42や折り返しミラー41にゴミなどが付着するのを抑制することができるので、長期にわたり、良好な投射画像を投射することができ、信頼性の高いプロジェクタを提供することができる。
以上に説明したものは一例であり、本発明は、以下の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様1)
画像を投射するための投射光学系などの投射光学部と、投射光学部を収納するための筐体(本実施形態では、外装カバー59、ベース部材53などで構成)とを備えた画像投射装置において、投射光学部は、隙間(本実施形態では、第1光学部30と曲面ミラー42の下面との間)を備え、隙間から空気の流入が可能であり、筐体は、所定の面に設けられ排気ファン86などの第1のファンを備える排気口85、吸気ブロワ91などの第2のファンを備え排気口85へ向かう流路が隙間付近を含まない第1の吸気口92、および、第1吸気口92とは異なる面に設けられ排気口85へ向かう流路が隙間付近を含みファンを備えない第2の吸気口84を備える。
態様1によれば、第1吸気口92を、第2吸気口84が設けられた面とは異なる面である光変調部10と対向するベース部材53に設ければ、第1吸気口92から吸気された装置外の空気が、直接、光変調部10(本実施形態では光変調部10のヒートシンク13)へ流すことができる。これにより、第1吸気口92から吸気した装置外の空気を、垂直ダクト192を経由して光変調部10に流す特許文献1に記載の画像投射装置に比べて、装置外の空気が光変調部10に到達するまでの圧力損失を抑えることができる。その結果、排気口85へ流れ込む流路が上記隙間を含まない、光変調部10および光源を経由する流路の流量を、特許文献1に記載の画像投射装置に比べて増加させることができる。光源冷却後の空気の流量が増えることで、排気ファン86により、ファンを有さない第2吸気口84から取り込まれる外気の流量を、特許文献1に記載の画像投射装置に比べて低下させることができる。その結果、上記隙間付近を経由する排気口85へ流れ込む流路の流量が低下し、投射光学部内に装置外の空気が流れ込むのを抑制することができる。これにより、投射光学部が保持するミラーやレンズなどの光学部品に外気に含まれるゴミなどが付着するのを抑制することができる。
(態様2)
(態様1)において、DMD12などの画像生成素子を備え、DMD12などの画像生成素子の画像出射方向が、上下方向または左右方向に平行となるように、光源61の光出射方向および画像生成素子の画像出射方向いずれにも直交する方向から当該画像投射装置を見たとき、当該画像投射装置を、上下方向および左右方向に2等分して、4つの領域に区分けしたとき、排気口85を、第1吸気口92が配置された領域(図14のS2)に対して対角の領域(図14のS3)に配置し、光源61を、投射光学系などの投射光学部が配置された領域(図14のS1)に対して対角の領域(図14のS4)に配置した。
かかる構成を備えることで、実施形態で説明したように、第1吸気口92などの吸気口から吸気した外気を、投射光学系などの投射光学部が配置された領域(図14のS1)に流さずに、DMD12などの画像生成素子、光源61を冷却して排気口85から排気することができる。これにより、投射光学部の曲面ミラー42や折り返しミラー41などの光学部品に外気に含まれるホコリなどが付着するのを抑制することができる。
(態様3)
(態様1)または(態様2)において、筐体の投射光学系などの投射光学部と対向する箇所は、塞がれている。
かかる構成を備えることで、先の図18を用いて説明したように、投射光学系Bなどの投射光学部が配置された領域S1に装置内に取り込まれた装置外の空気がほとんど流れなくするようにできる。これにより、経時にわたり、曲面ミラー42や折り返しミラー41などの光学部品に外気に含まれるホコリなどが付着するのを抑制することができる。
1:プロジェクタ
10:光変調部
11:ボード
13:ヒートシンク
20:照明部
30:第1光学部
40:第2光学部
40, 光学部
41:折り返しミラー
42:曲面ミラー
53:ベース部材
59:外装カバー
60:光源装置
61:光源
80:電源装置
84:第2吸気口
85:排気口
86:排気ファン
91:吸気ブロワ
91a:ブロワ吸気口
91b:ブロワ排気口
92:第1吸気口
93:水平ダクト
94:排気ダクト
95:光源ブロワ
96:光源ダクト
120:冷却部
特開2013−97340号公報

Claims (3)

  1. 画像を投射するための投射光学部と、
    前記投射光学部を収納するための筐体とを備えた画像投射装置において、
    前記投射光学部は、隙間を備え、前記隙間から空気の流入が可能であり、
    前記筐体は、所定の面に設けられ第1のファンを備える排気口、第2のファンを備え前記排気口へ向かう流路が前記隙間付近を含まない第1の吸気口、および、前記第1吸気口とは異なる面に設けられ前記排気口へ向かう流路が前記隙間付近を含みファンを備えない第2の吸気口を備えることを特徴とする画像投射装置。
  2. 請求項1に記載の画像投射装置において、
    前記画像を生成するための画像生成素子を備え、
    前記画像生成素子の画像出射方向が、上下方向または左右方向に平行となるように、前記光源の光出射方向および画像生成素子の画像出射方向いずれにも直交する方向から当該画像投射装置を見たとき、
    当該画像投射装置を、上下方向および左右方向に2等分して、4つの領域に区分けしたとき、
    前記排気口を、前記第1吸気口が配置された領域に対して対角の領域に配置し、前記光源を、前記投射光学部が配置された領域に対して対角の領域に配置したことを特徴とする画像投射装置。
  3. 請求項1または2に記載の画像投射装置において、
    前記筐体の前記投射光学部と対向する箇所は、吸気口がないことを特徴とする画像投射装置。
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