JP2015169926A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】寒冷環境下でプロジェクタの電源投入直後、電力消費を最小限に抑えながら、速やかに電池温度を適切な値まで上昇させ、安定的な動作を保障する機器を提供することである。
【解決手段】電池を内蔵し、それを利用して動作することができ、かつ光源を冷却する方式のプロジェクタであって、電池の温度を検出する温度検出手段を有し、電池の温度に応じて、光源を冷却した媒体と電池本体との間で任意に熱交換できることを特徴とする構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池を内蔵し、それを利用して動作するプロジェクタにおいて、寒冷地での電池電圧の安定化に関するものであり、特に発熱体でもある光源の冷却媒体を使用して電池温度を速やかに上昇させ、機器動作の安定化を図ることに関する。

ＬＥＤ光源、レーザー光源の技術進展により、プロジェクタにおいても電池内蔵の小型製品が登場している。このようなプロジェクタにおいては、他の携帯型機器と同様に使用環境が屋内外に拡大し、動作環境の多様化が予想される。

特に寒冷環境下での使用の場合、電源投入直後は電池内部の温度が低いために、化学反応が低下し、常温時と比較して電池電圧が著しく降下してしまう。そのため、電池の温度を適切に管理することは、機器の安定的な動作を保障するためにも重要である。

従来、プロジェクタ内部の温度を適切に管理する技術として、光源の冷却に関するものは多数開示されている(例えば特許文献１）。他方、電池を内蔵する携帯型パソコンでは、電池の充放電における発熱を抑制する技術や、筺体内で発生する熱を拡散する発明は多数開示されている。

特開２０１３−１５６９６号公報

しかしながら、設置環境の温度変化に対して、プロジェクタに内蔵する電池の安定的な出力保障に関する発明はほとんどなされていない。特に、寒冷環境下で電源投入直後の電池温度を上昇させるためには、安定動作を保障するうえで重要である。

例えば、電池が配置される近傍にニクロム線などを用いた電熱器や、赤外線を利用したヒーターを配置することは容易に想像がつくが、これらは多くの電力を必要とし、かえって電池の消耗を早めてしまう。

さらに酸化還元反応の過程で熱を発生する携帯型カイロのような発熱体の利用も考えられるが、製品の電源のオン／オフに連動して化学反応を制御するのは機器の構成、制御、メンテナンスともに容易ではない。

そこで、本発明の目的は、寒冷環境下でプロジェクタの電源投入直後、電力消費を最小限に抑えながら、速やかに電池温度を適切な値まで上昇させ、安定的な動作を保障する機器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、プロジェクタの光源、およびその駆動回路で発生する熱を冷媒によって吸収し、それらを電池まで循環させ、熱を電池側に伝えることによって、電池温度を速やかに上昇させることを特徴とする。

本発明によれば、寒冷地においてプロジェクタの光源、およびその駆動回路で発生する熱を電池の予熱に再利用することで、新たな発熱源を準備とすることなく、必要最低限度の電力で電池電圧の初期降下を速やかに改善することができる。これにともない、幅広い温度環境下で安定した使用が可能になる。

第１の実施形態（外形） 第１の実施形態（内部構成） 第１の実施形態（ブロック図） 第１の実施形態（遮蔽板構成） 第１の実施形態（フローチャート） 電池の温度特性 第２の実施形態（外形） 第２の実施形態（内部構成） 第２の実施形態（ブロック図） 第２の実施形態（フローチャート）

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

［実施例１］
図１は、本発明に係る実施形態のプロジェクタを示す上面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）である。

図１（Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）において、１０１はプロジェクタ本体、１０２は投射レンズである。１０３は電源釦、１０４は設定画面を呼び出すためのメニュー釦、１０５は映像信号の入力先を選択する釦、１０６はメニュー画面で決定を行なう釦である。１０７〜１１０はメニュー項目の選択を行なうための上下左右方向の釦である。１１１は光源を冷却するのに必要な外気を取り入れる吸気口であり、１１２は光源の冷却風を機器外に排出するための第１の排出口である。１１３は光源の冷却風を機器外に排出するための第２の排気口である。

図１（Ｂ）において、１１４はデジタル映像信号入力端子、１１５はアナログ映像信号入力端子である。図１（Ｄ）において、１１６は電池充電時に使用するＡＣインレットであり、外部の商用電源とケーブルで接続する。

図２は図１（Ａ）に示したプロジェクタ本体の内部構成を示したものである。２０１は光源であり高輝度ＬＥＤとドライバＩＣなどが実装された基板で構成されている。２０２は透過型の液晶パネルであり、ＬＥＤ光源２０１からの光はこれを透過して投射レンズ１０２に入射する。図では模式的に１対の光源と液晶パネルで表現しているが、実際にはＲＧＢそれぞれのＬＥＤ光源に対して液晶パネルが対になっており、これら液晶パネルの透過光の合成されたものが投射レンズ１０２に入射する構成になっている。

２０３は光源２０１を冷却するための気流を発生させるファンであり、吸気口１１１から外気を取り入れ、第１の排気口１１２または第２の排気口１１３から排気する役目をする。２０４は充電が可能な大容量の電池である。２０５は電池２０４が格納される電池ボックス内に配置した温度センサーである。２０６は開閉式の遮蔽板であり、光源２０１を冷却した気流を電池ボックス内に通過させたり、遮蔽したりする機能を有する。２０７、２０８はプロジェクタ内の気流を適切に導くための導風路である。

図２の２Ａ〜２Ｆは、光源２０１を冷却する気流の流路を示したものである。遮蔽板２０６が開いている場合は機器内の冷却気流は第２の排気口１１３から流路２Ｆの方向に排出される。遮蔽板２０６が閉じている場合は、第１の排気口１１２から流路２Ｄの方向に排出される。

図３は図１に示すプロジェクタ本体１０１に内蔵する電子回路、センサー、アクチュエータ、光源、電池、電源などの構成部品を制御信号の観点からブロック図で示したものである。

３０１は外部の映像信号出力機器からアナログまたはデジタルのフォーマットで入力された映像信号をプロジェクタの液晶パネルの解像度にスケーリング処理するためのワンチップ型のマイクロコンピュータである（以下、映像信号処理マイコンという）。

映像信号処理マイコン３０１は、デジタル映像入力端子１１４、またはアナログ映像入力端子１１５からの入力を検知すると、入力端子から入力された映像信号を前者の場合はデコード、後者の場合はＡ／Ｄ変換して、液晶パネル３０３の表示サイズになるように解像度変換（スケーリング）を行ない、液晶パネルドライバ３０２にデータを送る。液晶パネル３０３は液晶パネルドライバ３０２からの信号を受け、映像を液晶パネル上に表示する。本実施例では、液晶パネルはＲ、Ｇ、Ｂの３板式の構成となっている。

３０４はプロジェクタの各種操作釦１０３〜１１０からの設定の処理、冷却ファンを駆動するドライバ回路３０７、ＬＥＤ光源の制御回路３０５、温度センサー２０５など、プロジェクタ内蔵のセンサー、アクチュエータ全体を統括制御するマイコン（以下、プロジェクタ制御マイコンという）である。

操作釦からズーム制御の指示が出されると、プロジェクタ制御マイコン３０４はモータドライバ回路３０６に信号を送り、ズームモータ３１０を駆動してレンズユニットを制御する。

２０５はプロジェクタの電池ボックス内外に取り付けられている１つまたは複数の温度センサーであり、プロジェクタ制御マイコン３０４が電池２０５近傍の温度を検知して、ＬＥＤ光源２０１の冷却気流を通過／遮断する遮蔽板制御モータ３１１を制御する。３０５はＬＥＤ光源２０１の制御回路であり、ＬＥＤ光源の点灯・消灯をコントロールする。

３０８はプロジェクタのＡＣ−ＤＣ電源変換回路であり、商用ＡＣ電源から変換されたＤＣ電源を電池充電回路３０９に供給できるようになっている。充電回路３０９はプロジェクタ制御マイコンの管理のもとで電池２０５を充電する。

３１１、３１３は不揮発性のメモリであり、それぞれ接続先のマイコンのプログラム／データを格納している。３１２は揮発性のメモリであり、投影画像のフレームバッファとして使用される。

図４（Ａ）は遮蔽板２０６の部分を拡大して図示したものである。４０１はフィンであり、遮蔽板はこれらを複数個並べて構成している。フィン４０１の両端はそれぞれ独立した紐４０８に固定されている。

４０２は遮蔽板制御用のモータであり、回転軸の先端４０３に紐４０８の一端が結び付けられている。４０４はゼンマイばねであり、前述の紐４０８のもう一端側が結び付けられている。４０５〜４０７はプーリーであり、フィン４０１を経由してモータ４０２、ゼンマイばね４０４間をスムーズにつなぐため、紐４０８の向きを調節している。紐４０８は上記ゼンマイばねに張られた状態で固定されている。

図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ−Ｙ方向にフィン４０１の断面を見た図である。ここで、図４（Ａ）の遮蔽板制御モータ４０２が回転し、紐４０８が巻き取られるにしたがって、フィン４０１は取付軸４１０を中心に回転し、巻き取り量に応じて角度が変更できるようになっている。最終的には、フィンが排気口１１８を塞ぐことができる。この状態を示したものが図４（Ｃ）である。 次に、図５に本実施例のフローチャートを示す。

ユーザーが電源釦１０３を押して電源を投入する（Ｓ５０１）。電池ボックスに取り付けられた温度センサー２０５で測定した温度が、ある閾値Θｔｈを下回るかどうか、プロジェクタ制御マイコン３０４で判定する（Ｓ５０２）。

もし温度がΘｔｈを下回る場合、プロジェクタ制御マイコン３０４が遮蔽板制御モータ４０２を駆動し、遮蔽板２０６に取り付けられたフィン４０１を開く方向に回転させる。このとき、ＬＥＤを冷却した気流は第２の排気口１１３から流路２Ｆの向きに排出されるようになり、排気熱で電池２０４が温められる（Ｓ５０３）。

一方、温度がΘｔｈ以上の場合、プロジェクタ制御マイコン３０４が遮蔽板制御モータ４０２を駆動し、遮蔽板２０６に取り付けられたフィン４０１が排気口を塞ぐ方向に回転させる。このときＬＥＤを冷却した気流は第１の排気口１１２から流路２Ｄの向きに排出されるようになり、電池２０４側に気流は流れ込まない（Ｓ５０４）。

このあと所定時間動作する中で（Ｓ５０５）、もし電源釦１０３が押された場合は、プロジェクタは電源を落とす（Ｓ５０７）。もし電源釦１０３が押されない場合は、再び電池ボックス内の温度を測定し、再びステップＳ５０２に戻って、以降のシーケンスを繰り返す。

上記実施例では、遮蔽板を閉じたり開いたりしているが、システムに応じて遮蔽板の開閉度合いを調節することで、最適な温度の気流を電池ボックス内に供給することも可能である。

図６に電池の放電特性と温度の関係を図示する。

電池は化学反応によって、電力を外部に供給するため、一般的に低温環境下では化学反応速度が低下し、電力を安定的に供給することが困難になる。

例えば、プロジェクタの動作に必要な最低限度の電池電圧をＶｂａｔとする。図６において、電池の初期電圧からＶｂａｔまで降下する時間を、低温環境下でＴ１、常温環境下（Θｔｈ）ではＴ２とするとＴ１＜Ｔ２の関係になる。つまり、温度によってプロジェクタの動作時間に大きな差が出てくることになる。

本実施形態では、低温環境下では通常Ｔ１時間しか動作できないところを、前記フローチャートの制御をおこなうことで、電池温度を速やかに常温（Θｔｈ）まで引き上げ、動作時間をＴ２時間まで引き延ばせる点で効果的である。

［実施例２］
次に第２の実施形態について説明する。

第１の実施形態が電池本体の熱交換を行う媒体として空気を利用したが、第２の実施形態では媒体として液体を利用する例を示す。

図７は、本発明に係る実施形態のプロジェクタを示す上面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）である。図の７０１から７１６の構成は図１の１０１〜１１６に対応し、図１の第２の排気口１１３が削除され、第１の排気口７１２の位置が変更されていること以外は、実施例１の構成と同じである。

図８は本実施例におけるプロジェクタ本体の内部構成を示したものである。８０１は光源であり高輝度ＬＥＤとドライバＩＣなどが実装された基板で構成されている。８０２は透過型の液晶パネルであり、ＬＥＤ光源８０１からの光はこれを透過して投射レンズ８０２に入射する。図では模式的に１対の光源と液晶パネルで表現しているが、実際にはＲＧＢそれぞれのＬＥＤ光源に対して液晶パネルが対になっており、これら液晶パネルの透過光の合成されたものが投射レンズ７０２に入射する構成になっている。

８０８はＬＥＤ光源８０１を冷却するためのヒートシンクである。８０４は充電可能な電池であり、ヒートシンク８０７に接触するように配置されている。ヒートシンク８０７〜８０９は内部に液体の冷媒が流れるようになっており、それぞれ伸縮性のあるパイプ８Ａ〜８Ｆのいずれかと接続されている。８０５は冷媒循環用ポンプであり、ここからヒートシンクに向けて冷却用の液体を循環させている。８０６は冷媒の循環経路の切換え器であり、以下の２つの経路のうちの１つを選択できる。

一つ目は、ポンプ８０５→パイプ８Ｆ→ヒートシンク８０７→パイプ８Ｅ→切換え器８０６→パイプ８Ｃ→ヒートシンク８０９→パイプ８Ｂ→ヒートシンク８０８→パイプ８Ａ→ポンプ８０５に至る第１の循環経路である。

二つ目は、ポンプ８０５→パイプ８Ｄ→切換え器８０６→パイプ８Ｃ→ヒートシンク８０９→パイプ８Ｂ→ヒートシンク８０８→パイプ８Ａ→ポンプ８０５に至る第２の循環経路である。

８０４は充電可能な電池であり、かつ電池本体の温度を測定し、測定したデータを通信により外部に通知できる機能を有している。

８０３はファンであり、７１１から外気を吸入してヒートシンク８０９を冷やしたのち、第１の排気口７１２から排出される。図の矢印は気流の経路を示したものである。

図９はプロジェクタ本体７０１に内蔵する電子回路、センサー、アクチュエータ、光源、電池、電源などの構成部品を制御信号の観点からブロック図で示したものである。

９０１はマイコンであり、図３に記載した映像信号処理マイコン３０１と同じ役割を担う。映像信号処理マイコン９０１は、デジタル映像入力端子７１４、またはアナログ映像入力端子７１５からの入力を検知すると、入力端子から入力された映像信号を前者の場合はデコード、後者の場合はＡ／Ｄ変換して、液晶パネル９０３の表示サイズになるように解像度変換（スケーリング）を行ない、液晶パネルドライバ９０２にデータを送る。本実施例では、液晶パネルはＲ、Ｇ、Ｂの３板式の構成となっている。

９０４はマイコンであり、図３に記載したプロジェクタ制御マイコン３０４と同じ役割を担う。操作釦からズーム制御の指示が出されると、プロジェクタ制御マイコン８０４はモータドライバ回路９０６に信号を送り、ズームモータ９１０を駆動してレンズユニットを制御する。

プロジェクタ制御マイコン９０４は電池８０４から電池温度情報を通信により取得する。これを基に循環切換器９１４を制御し、前記のとおりヒートシンク９０７〜９０９を循環する冷媒の経路を切り換える。９０５はＬＥＤ光源８０１の制御回路であり、ＬＥＤ光源の点灯・消灯・調光を制御する。

９０８はプロジェクタのＡＣ−ＤＣ電源変換回路であり、商用ＡＣ電源から変換されたＤＣ電源を電池充電回路９０９に供給できるようになっている。充電回路９０９はプロジェクタ制御マイコン９０４の管理下で電池８０４を充電する。 ９１１、９１３は不揮発性のメモリであり、それぞれ接続先のマイコンのプログラム／データを格納している。９１２は揮発性のメモリであり、投影画像のフレームバッファとして使用される。

次に、図１０に本実施例のフローチャートを示す。

ユーザーが電源釦７０３を押して電源を投入する（Ｓ１００１）。電池に内蔵する温度センサーから通信により取得した数値が、ある閾値Θｔｈを下回るかどうか、プロジェクタ制御マイコン７０４で判定する（Ｓ１００２）。

もし温度がΘｔｈを下回る場合、プロジェクタ制御マイコン３０４が循環切換器９１４を制御し、前記第１の経路に冷媒を循環させる。このとき、ＬＥＤ光源で温められた冷媒が電池８０４のヒートシンク８０７を経由することになり、電池８０４が温められる（Ｓ１００３）。

一方、温度がΘｔｈ以上の場合、プロジェクタ制御マイコン９０４が循環経路切換器９１４を制御し、前記第２の経路に冷媒を循環させる。このときＬＥＤ光源を温められた冷媒は電池８０４のヒートシンク８０７を経由せず、ヒートシンク８０９から放熱される（Ｓ１００４）。

このあと所定時間動作する中で（Ｓ１００５）、もし電源釦７０３が押された場合は、プロジェクタは電源を落とす（Ｓ１００７）。もし電源釦１０３が押されない場合は、プロジェクタ制御マイコンが再び電池内の温度を通信により取得し、再びステップＳ１００２に戻って、以降のシーケンスを繰り返す。

本実施形態においても前記実施例１と同様に、低温環境下におけるプロジェクタの動作時間を常温時と同程度に改善することができる。

以上、実施例１、２において本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１１１ 吸気口
１１２、７１２ 第１の排気口
１１４ 第２の排気口
２０１ ＬＥＤ光源
２０４ 電池
２０５ 温度センサー
２０６ 遮蔽板
７０１ 吸気口
８０５ ポンプ
８０６ 流路切換え器
８０７、８０８、８０９ ヒートシンク

Claims (7)

1. 電池を内蔵し、それを利用して動作することができ、
   かつ光源を冷却する方式のプロジェクタであって、
   電池の温度を検出する温度検出手段を有し、
   電池の温度に応じて、光源を冷却した媒体と電池本体との間で任意に熱交換できること
   を特徴とするプロジェクタ。
2. 光源を冷却する媒体が空気であって、電池を格納する空間に光源を冷却した気流を通過、あるいは遮断することが可能な調節機構を有することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記調節機構は、前記冷却気流を任意の流量で制御することが可能なことを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 光源を冷却する媒体が液体であって、電池を格納する空間に前記冷却液体と熱交換できる熱交換機を有することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
5. 前記熱交換機は、前記冷却液体を任意の流量で制御することが可能なことを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
6. 前記電池の温度を検出する温度検出手段は、前記電池格納空間周辺の温度を測定すること
   を特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のプロジェクタ。
7. 前記電池の温度を検出する温度検出手段は、前記電池自体が自身の内部温度を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のプロジェクタ。