JP2016001270A - Optical unit and image projection device - Google Patents

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天田  琢
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical unit that reduces an increase in temperature of a lens barrel during image projection without requiring an opening to suppress a deterioration of images to be projected.SOLUTION: There is provided an optical unit 200 used for an image projection device 100, the optical unit 200 including: an image display element 21 that modulates incident light beams and provides image information to the light beams; a lens unit 300 that has a projection optical system 22 having at least one lens on which the light beams passed through the image display element 21 are made incident and a lens barrel 30 holding the projection optical system 22; a cooling part 25 for cooling the lens unit 200; and a heat transfer part 15 that connects the cooling part 25 and the lens barrel 30 to transfer heat of the lens barrel 30 to the cooling part 25.

Description

本発明は、画像表示素子を用いた光学ユニット及び当該光学ユニットを有する画像投影装置に関する。   The present invention relates to an optical unit using an image display element and an image projection apparatus having the optical unit.

光源からの出射光に画像表示素子を用いて画像情報を付与して、投射光学系を介してスクリーン上に画像を投射するプロジェクタ等の画像投影装置(例えば特許文献1〜7)では、高輝度化や投射面の大型化のために大光量の光源を用いることが望ましい。   In an image projection apparatus such as a projector (for example, Patent Documents 1 to 7) that applies image information to light emitted from a light source using an image display element and projects an image on a screen via a projection optical system, high brightness It is desirable to use a light source with a large amount of light in order to increase the size of the projection surface.

画像投影装置に大光量の光源を用いた場合には、光源から入射した光束を吸収することによる、レンズユニットの温度上昇が問題となっている。
具体的には、投射光学系や鏡筒をはじめとする光学部材の温度上昇により、当該光学部材の配置、姿勢、形状等のずれが引き起こされ、結果としてスクリーン上に投影する画像の劣化が生じるという問題がある。
When a light source with a large amount of light is used in the image projection apparatus, the temperature rise of the lens unit due to absorption of the light beam incident from the light source is a problem.
Specifically, an increase in temperature of an optical member such as a projection optical system or a lens barrel causes a shift in the arrangement, posture, shape, or the like of the optical member, resulting in deterioration of an image projected on the screen. There is a problem.

こうした問題を解決するために、鏡筒に開口部を設け、開口部から外気を取り入れて鏡筒を冷却する技術が知られている(例えば特許文献4)。
しかしながら、開口部を設けると、埃などの流入による投影画像の劣化が生じる可能性がある。
In order to solve such a problem, a technique is known in which an opening is provided in the lens barrel, and the lens barrel is cooled by taking in outside air from the opening (for example, Patent Document 4).
However, when the opening is provided, there is a possibility that the projected image is deteriorated due to inflow of dust or the like.

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、開口部を必要とすることなく、画像投影時の鏡筒の温度上昇を低減して、投影する画像の劣化を抑える光学ユニットの提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an optical unit that suppresses deterioration of an image to be projected by reducing a temperature rise of a lens barrel during image projection without requiring an opening. The purpose is to provide.

上述した課題を解決するため、本発明における光学ユニットは、画像投影装置に用いられる光学ユニットであって、入射した光束を変調して当該光束に画像情報を付与する画像表示素子と、前記画像表示素子を経た前記光束が入射する少なくとも1つのレンズを有する投射光学系と当該投射光学系を保持する鏡筒とを有するレンズユニットと、当該レンズユニットの冷却を行うための冷却部と、前記冷却部と前記鏡筒とを連結して前記鏡筒の熱を前記冷却部へと伝える伝熱部とを有する。   In order to solve the above-described problems, an optical unit according to the present invention is an optical unit used in an image projection apparatus, which modulates an incident light beam and gives image information to the light beam, and the image display A lens unit having a projection optical system having at least one lens on which the luminous flux having passed through the element is incident, a lens barrel holding the projection optical system, a cooling unit for cooling the lens unit, and the cooling unit And a heat transfer section that couples the lens barrel and transfers the heat of the lens barrel to the cooling section.

本発明によれば、画像投影時の鏡筒の温度上昇を低減して、投影する画像の劣化を抑える光学ユニットを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical unit which suppresses the temperature rise of the lens barrel at the time of image projection, and suppresses deterioration of the image to project can be provided.

本発明の第1の実施形態における画像投影装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the image projector in the 1st Embodiment of this invention. 図1に示した画像投影装置に備えられる光学ユニットの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the optical unit with which the image projector shown in FIG. 1 is equipped. 図2に示す投射光学系の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the projection optical system shown in FIG. 図2に示す光学ユニットの画像投影時の動作の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an operation at the time of image projection of the optical unit illustrated in FIG. 2. 図2に示す光学ユニットの構成の第1の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification of a structure of the optical unit shown in FIG. 図2に示す光学ユニットの構成の第2の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification of a structure of the optical unit shown in FIG. 図2に示す光学ユニットの構成の第3の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd modification of a structure of the optical unit shown in FIG. 図2に示す光学ユニットの構成の第4の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 4th modification of a structure of the optical unit shown in FIG.

本発明の第1の実施形態として、画像投影装置の構成の一例を図1に示す。
図1において、X方向を後述する投射光学系に入射する光束の光軸方向と定め、X方向に垂直な方向のうち、鉛直上方をZ方向、X方向及びZ方向に垂直な方向をY方向と定める。それぞれの方向の正負は図中矢印の通り定める。
画像投影装置100は、光束を射出する光源101と、光束に色情報を付与するカラーホイール122と、光源101から入射した光束の輝度を均一化するためのライトトンネル123と、を有している。
画像投影装置100はまた、光学ユニット200と、画像投影のために必要な各情報を制御する制御部109と、を有している。
As a first embodiment of the present invention, an example of the configuration of an image projection apparatus is shown in FIG.
In FIG. 1, the X direction is defined as the optical axis direction of a light beam incident on a projection optical system, which will be described later, and among the directions perpendicular to the X direction, the vertically upward direction is the Z direction, and the direction perpendicular to the X direction and the Z direction is the Y direction. It is determined. The sign of each direction is determined as shown by the arrows in the figure.
The image projection apparatus 100 includes a light source 101 that emits a light beam, a color wheel 122 that gives color information to the light beam, and a light tunnel 123 that equalizes the luminance of the light beam incident from the light source 101. .
The image projection apparatus 100 also includes an optical unit 200 and a control unit 109 that controls information necessary for image projection.

光源101は、放射状の光線を出射する放射光源としての発光源たる高圧水銀ランプ101aと、入射した光線をライトトンネル123の入口付近に集光する光束として出射する凹面鏡101bとの組み合わせにより、白色光を出射する。ここで放射光源としてはメタルハライドランプやハロゲンランプを用いても良いし、LED光源や、レーザー光源などの放射光源を用いても良い。   The light source 101 is a combination of a high-pressure mercury lamp 101 a serving as a light source that emits a radial light beam and a concave mirror 101 b that emits the incident light beam as a light beam that converges near the entrance of the light tunnel 123. Is emitted. Here, a metal halide lamp or a halogen lamp may be used as the radiation light source, or a radiation light source such as an LED light source or a laser light source may be used.

カラーホイール122は、円周方向たる回転方向に色分けされたガラスであり、図示しない駆動源によって回転することで透過する光束に色情報を付与する。
ライトトンネル123は、内部に反射膜を形成され、透過した光束の輝度分布を均一化するためのインテグレーター光学系たる光学素子である。
The color wheel 122 is glass that is color-coded in the rotational direction, which is the circumferential direction, and gives color information to the transmitted light beam by being rotated by a driving source (not shown).
The light tunnel 123 is an optical element as an integrator optical system that has a reflection film formed therein and makes the luminance distribution of the transmitted light beam uniform.

光学ユニット200の構成について、図2を用いて説明する。
光学ユニット200は、照明用レンズ24と、ミラーM1と、入射した光束に画像情報を与える画像表示素子21と、を有している。
光学ユニット200はまた、画像表示素子21を経た光束を拡大して投射する投射光学系22と、投射光学系22を支持する鏡筒30と、画像表示素子21を保持するための筐体20と、光学ユニット200の冷却を行うための冷却部25と、を有している。
光学ユニット200はまた、鏡筒30と冷却部25とを連結して鏡筒30の熱を冷却部25へと伝える伝熱部15を有している。
なお、鏡筒30と、投射光学系22とは組み合わされてレンズユニット300を構成している。
The configuration of the optical unit 200 will be described with reference to FIG.
The optical unit 200 includes an illumination lens 24, a mirror M1, and an image display element 21 that gives image information to an incident light beam.
The optical unit 200 also includes a projection optical system 22 that magnifies and projects the light beam that has passed through the image display element 21, a lens barrel 30 that supports the projection optical system 22, and a housing 20 that holds the image display element 21. And a cooling unit 25 for cooling the optical unit 200.
The optical unit 200 also includes a heat transfer unit 15 that connects the lens barrel 30 and the cooling unit 25 to transmit heat of the lens barrel 30 to the cooling unit 25.
The lens barrel 30 and the projection optical system 22 are combined to form a lens unit 300.

画像表示素子21は、表面に微小な画素ミラーを形成され、各画素ミラー毎にON/OFFのスイッチングを行うことで画像情報を付与する反射型の画像表示素子たるDMD(Digital Micromirror Device)である。   The image display element 21 is a DMD (Digital Micromirror Device), which is a reflective image display element in which minute pixel mirrors are formed on the surface and image information is given by performing ON / OFF switching for each pixel mirror. .

投射光学系22は、図3に示すように、鏡筒30内部に配置された少なくとも1枚のレンズを含んだ光学系であり、レンズ群32、33、34と、絞り31とを有している。
なお、投射光学系22は、レンズや絞り以外にもプリズムやミラー、ダイクロイックフィルターなどを含んでも良い。
As shown in FIG. 3, the projection optical system 22 is an optical system including at least one lens disposed inside the lens barrel 30, and includes lens groups 32, 33, and 34 and a diaphragm 31. Yes.
The projection optical system 22 may include a prism, a mirror, a dichroic filter, and the like in addition to the lens and the diaphragm.

絞り31は、鏡筒30内を透過する光束の光量を制限するために、板状の部材に設けられた孔である。   The diaphragm 31 is a hole provided in a plate-like member in order to limit the amount of light beam transmitted through the lens barrel 30.

鏡筒30は、投射光学系22を保持するアルミニウム合金製の円筒部材である。
鏡筒30は、A5052等のアルミニウム合金を使用できて、このとき熱伝導率100W/m・K〜150W/m・Kである。
鏡筒30は、X軸方向に対して傾斜を持って鏡筒30に設けられた溝である図示しないカム溝を有しており、YZ平面内の回転運動によって、レンズ群32、33、34のうち少なくとも1つのレンズ群をX軸方向に移動可能に支持する。
鏡筒30は、かかる構成により、レンズ群32、33、34のうち少なくとも1つのレンズ群を移動させることでズーム調整やフォーカス調整を目的とするレンズ移動機能を有している。
なお、ここでは鏡筒30に用いるアルミニウム合金をA5052としたが、例えばA7075やA2017など、その他のアルミニウム合金を用いても良いし、その他金属部材や樹脂材料を用いても良い。
The lens barrel 30 is an aluminum alloy cylindrical member that holds the projection optical system 22.
The lens barrel 30 can use an aluminum alloy such as A5052, and has a thermal conductivity of 100 W / m · K to 150 W / m · K at this time.
The lens barrel 30 has a cam groove (not shown) that is a groove provided in the lens barrel 30 with an inclination with respect to the X-axis direction. At least one lens group is supported so as to be movable in the X-axis direction.
With this configuration, the lens barrel 30 has a lens moving function for zoom adjustment and focus adjustment by moving at least one of the lens groups 32, 33, and 34.
Here, the aluminum alloy used for the lens barrel 30 is A5052, but other aluminum alloys such as A7075 and A2017 may be used, and other metal members and resin materials may be used.

筐体20は、画像表示素子21を支持し、光学ユニット200の外壁を形成するハウジング部材たるマグネシウム合金製の支持部材であり、熱伝導率約100W/m・Kである。
筐体20は、光学ユニット200内部に入射した光束の迷光を防ぐために、内面を黒化処理して、内部での反射を防ぐようになっている。
なお、筐体20は、光学ユニット200の組み上げの容易性を考慮して、上壁、底壁、側壁等の複数の板状部材を組み合わせて構成されるものが望ましいが、一体に構成された箱状の部材でも良い。
また、筐体20に使用する金属は、ここでは軽量化、熱伝導率、加工性などを考慮してマグネシウム合金としたが、アルミニウム合金その他の金属材料であっても良い。
The housing 20 is a magnesium alloy support member that is a housing member that supports the image display element 21 and forms the outer wall of the optical unit 200, and has a thermal conductivity of about 100 W / m · K.
The housing 20 is blackened on the inner surface to prevent reflection inside the optical unit 200 in order to prevent stray light from entering the optical unit 200.
The casing 20 is preferably configured by combining a plurality of plate-like members such as an upper wall, a bottom wall, and a side wall in consideration of ease of assembly of the optical unit 200, but is configured integrally. A box-shaped member may be used.
The metal used for the housing 20 is a magnesium alloy in consideration of weight reduction, thermal conductivity, workability, etc., but may be an aluminum alloy or other metal material.

冷却部25は、筐体20の一面に一体に形成された、冷却手段たる所謂剣山状の放熱用フィンである。
冷却部25は、かかる構成により、光学ユニット200の放熱源たる画像表示素子21等の冷却を行うとともに、後述する伝熱部15を介してレンズユニット300の冷却を行う。
なお、冷却部25はかかる構成に限定されるものではなく、例えば放熱用のフィンを筐体20とは別個に設けても良いし、あるいは筐体20そのものを冷却部25として扱っても良い。
また、冷却部25に、冷却ファンを取り付けて、さらに効率よく冷却する構成としても良い。
The cooling unit 25 is a so-called sword mountain-shaped heat radiation fin that is integrally formed on one surface of the housing 20 and serves as a cooling means.
With this configuration, the cooling unit 25 cools the image display element 21 that is a heat radiation source of the optical unit 200 and also cools the lens unit 300 via the heat transfer unit 15 described later.
The cooling unit 25 is not limited to such a configuration, and for example, a heat radiating fin may be provided separately from the housing 20, or the housing 20 itself may be handled as the cooling unit 25.
Moreover, it is good also as a structure which attaches a cooling fan to the cooling part 25, and cools it still more efficiently.

伝熱部15は、冷却部25と鏡筒30とを連結して鏡筒30の熱を冷却部25へと伝える熱伝達手段たる冷却補助手段としての銅合金製の部材である。
伝熱部15の熱伝導率は、およそ200W/m・Kであり、鏡筒30の熱伝導率よりも大きくなるように設計されている。また、冷却部25への熱の移動を考慮し、伝熱部15の熱伝導率は、冷却部25の熱伝導率よりもさらに大きいことが望ましい。
The heat transfer unit 15 is a member made of copper alloy as a cooling auxiliary unit that is a heat transfer unit that couples the cooling unit 25 and the lens barrel 30 and transfers heat of the lens barrel 30 to the cooling unit 25.
The heat conductivity of the heat transfer section 15 is approximately 200 W / m · K, and is designed to be larger than the heat conductivity of the lens barrel 30. Further, in consideration of heat transfer to the cooling unit 25, it is desirable that the thermal conductivity of the heat transfer unit 15 is larger than the thermal conductivity of the cooling unit 25.

制御部109は、画像表示素子21に、投影するべき画像情報を付与するための画像パターン生成手段としての機能を有している。
制御部109はまた、鏡筒30のレンズ移動動作を制御する制御手段である。
The control unit 109 has a function as image pattern generation means for giving image information to be projected to the image display element 21.
The control unit 109 is also a control unit that controls the lens moving operation of the lens barrel 30.

かかる構成の画像投影装置100において、画像を投影する方法について説明する。   A method for projecting an image in the image projecting apparatus 100 having such a configuration will be described.

ハロゲンランプ101aから全方位に射出された白色光は、凹面鏡101bによって反射され、ライトトンネル123の入口付近に集光する光束となってカラーホイール122へと入射する。   White light emitted in all directions from the halogen lamp 101 a is reflected by the concave mirror 101 b and enters the color wheel 122 as a light beam that converges near the entrance of the light tunnel 123.

カラーホイール122において、光束は円周方向たる回転方向に色分けされたカラーホイール122の領域に従って波長別に透過することで、R、G、Bそれぞれの色情報に時間的に分解される。
ここでカラーホイール122は、光束をR、G、Bそれぞれの色情報に分解する色情報分解手段として動作する。
In the color wheel 122, the luminous flux is transmitted by wavelength according to the region of the color wheel 122 that is color-coded in the rotation direction that is the circumferential direction, and is temporally decomposed into R, G, and B color information.
Here, the color wheel 122 operates as color information decomposing means for decomposing the light beam into R, G, and B color information.

R、G、Bそれぞれの色情報に分解された光束は、その輝度分布をライトトンネル123によって均一化され、時間的に分割された略一様な輝度を持つ光束となる。
ライトトンネル123を通過した光束は、光学ユニット200に入射し、ミラーM1と、照明用レンズ24とを経てその進行方向を変化させながら、画像表示素子21へと入射する。
画像表示素子21は、各画素サイズに調整された画素ミラーによって、入射した光束をON・OFFの各状態に応じた角度へと反射する。
すなわち、画素ミラーがON状態のときには、図4のON光Aに示すように、光束を投射光学系22の方向たるX方向へと反射し、画素ミラーがOFF状態のときには、図4に示すOFF光Bのように、入射光をON光Aを挟んで反対側の方向へと反射している。
言い換えると、画像表示素子21は、画像表示素子21を経た光束を投射光学系22に入射させるか投射光学系22と異なる位置に入射させるかを切替可能な反射面切替機能を有する反射面切替部材である。
反射位置の切り替え動作によって、画像表示素子21は、時間的に色情報を分割された光束の反射方向を制御して、特定の色情報を持つ光束を、特定の位置に反射させることで、画像表示素子21によって反射されたON光Aに画像情報を付与している。
画像情報の付与に寄与しない、言い換えると投射光学系22へ入射しないOFF光Bは、筐体20内面の、投射光学系22と異なる位置に照射される。OFF光Bは、黒化処理された筐体20の内面に吸収されることで、熱として冷却部25によって排熱される。
画像情報を付与された光束は、投射光学系22の縮小側にあるレンズ群32によって縮小され、絞り31によって光量を制限された後、投射光学系22の拡大側にあるレンズ群33、34によって拡大されてX軸正方向に透過する。
かかる構成によって画像情報を付与された光束が、投影面104に投影・結像されることで、画像投影を行う。
The luminous flux decomposed into the R, G, and B color information has its luminance distribution made uniform by the light tunnel 123, and becomes a luminous flux having substantially uniform luminance divided in time.
The light beam that has passed through the light tunnel 123 enters the optical unit 200 and enters the image display element 21 while changing its traveling direction through the mirror M1 and the illumination lens 24.
The image display element 21 reflects an incident light beam to an angle corresponding to each ON / OFF state by a pixel mirror adjusted to each pixel size.
That is, when the pixel mirror is in the ON state, as shown in the ON light A in FIG. 4, the light beam is reflected in the X direction, which is the direction of the projection optical system 22, and when the pixel mirror is in the OFF state, the OFF is shown in FIG. Like the light B, the incident light is reflected in the opposite direction across the ON light A.
In other words, the image display element 21 has a reflection surface switching member having a reflection surface switching function capable of switching whether the light beam that has passed through the image display element 21 is incident on the projection optical system 22 or is incident on a position different from the projection optical system 22. It is.
By the operation of switching the reflection position, the image display element 21 controls the reflection direction of the light beam obtained by temporally dividing the color information, and reflects the light beam having specific color information to a specific position, whereby the image is displayed. Image information is given to the ON light A reflected by the display element 21.
The OFF light B that does not contribute to the application of image information, in other words, that does not enter the projection optical system 22 irradiates the inner surface of the housing 20 at a position different from the projection optical system 22. The OFF light B is absorbed by the inner surface of the blackened casing 20 and is discharged by the cooling unit 25 as heat.
The luminous flux to which the image information is given is reduced by the lens group 32 on the reduction side of the projection optical system 22, the amount of light is limited by the diaphragm 31, and then the lens groups 33 and 34 on the enlargement side of the projection optical system 22. It is enlarged and transmitted in the positive direction of the X axis.
Image projection is performed by projecting and forming an image of a light beam to which image information is provided by such a configuration on the projection surface 104.

ところで、画像投影装置100においては、高輝度化や投射面の大型化のために、光源101の光量は、大きいほうが望ましい。
しかし画像投影装置100に大光量の光源101を用いた場合には、光源101から入射した光束を吸収することによる、光学ユニット200の温度上昇が問題となり得る。
具体的には、前述のOFF光Bが筐体20の内部で熱として吸収されることによる温度上昇や、ON光Aが鏡筒30や、絞り31をはじめとする光学部材に照射されることによる温度上昇により、鏡筒30の配置、姿勢、形状等のずれが引き起こされる可能性がある。
なかでも、画像投影時には、ON光Aが鏡筒30に照射されることによる温度上昇の影響が、特に大きい。
その結果として、レンズ群32、33、34等の配置、姿勢、形状等のずれによってスクリーン上に投影する画像の劣化が生じ得る。
また、光束が画像表示素子21に入射することによる画像表示素子21の温度上昇もこれらの画像の劣化に影響を与える恐れがある。
By the way, in the image projector 100, it is desirable that the light amount of the light source 101 is large in order to increase the brightness and the size of the projection surface.
However, when the light source 101 with a large amount of light is used in the image projection apparatus 100, the temperature rise of the optical unit 200 due to the absorption of the light beam incident from the light source 101 can be a problem.
Specifically, the temperature rise due to the above-described OFF light B being absorbed as heat inside the housing 20, and the ON light A is irradiated to the optical member such as the lens barrel 30 and the diaphragm 31. Due to the temperature rise due to the above, there is a possibility that displacement of the arrangement, posture, shape, etc. of the lens barrel 30 may be caused.
In particular, during the image projection, the influence of the temperature rise due to the ON light A being applied to the lens barrel 30 is particularly large.
As a result, the image projected on the screen may be deteriorated due to the displacement of the arrangement, posture, shape, or the like of the lens groups 32, 33, and 34.
In addition, a rise in temperature of the image display element 21 due to the incident light flux on the image display element 21 may affect the deterioration of these images.

そのため、光学ユニット200は、レンズユニット300の冷却を行うための冷却部25と、冷却部25と鏡筒30とを連結して鏡筒30の熱を冷却部25へと伝える伝熱部15とを有している。
ここで伝熱部15は、ON光Aの鏡筒30等への照射によって生じた熱を冷却部25へと伝えることで、鏡筒30の温度上昇を低減する。
かかる構成により、鏡筒30に開口部を形成することなく、画像投影時の鏡筒の温度上昇を低減して、投影する画像の劣化を抑える。
Therefore, the optical unit 200 includes a cooling unit 25 for cooling the lens unit 300, and a heat transfer unit 15 that couples the cooling unit 25 and the lens barrel 30 to transmit heat of the lens barrel 30 to the cooling unit 25. have.
Here, the heat transfer unit 15 reduces the temperature rise of the lens barrel 30 by transmitting heat generated by the irradiation of the ON light A to the lens barrel 30 and the like to the cooling unit 25.
With this configuration, the temperature rise of the lens barrel during image projection is reduced without forming an opening in the lens barrel 30, and deterioration of the projected image is suppressed.

冷却部25は、画像表示素子21の温度上昇を低減すると共にOFF光Bの吸収による筐体20の温度上昇を低減し、さらには伝熱部15を介して鏡筒30の温度上昇をも低減する冷却手段としての機能を有している。
かかる構成により、光学ユニット200の複数の排熱部たる筐体20と、鏡筒30と、画像表示素子21とが、それぞれ冷却部25と連結されるから、画像投影時の鏡筒30の温度上昇を低減しながらも冷却手段を省スペース化して、低コスト、小型化が容易になる。
The cooling unit 25 reduces the temperature rise of the image display element 21, reduces the temperature rise of the housing 20 due to absorption of the OFF light B, and further reduces the temperature rise of the lens barrel 30 via the heat transfer unit 15. It functions as a cooling means.
With this configuration, the housing 20, which is a plurality of heat exhausting units, the lens barrel 30, and the image display element 21 of the optical unit 200 are connected to the cooling unit 25, respectively. While reducing the rise, the cooling means can be saved in space, and the cost and size can be easily reduced.

また、伝熱部15の熱伝導率は、鏡筒30の熱伝導率よりも大きい。
かかる構成により、伝熱性が向上して、さらに効率よく画像投影時の鏡筒の温度上昇を低減して、投影する画像の劣化を抑える。
なお、このとき伝熱部15の熱伝導率を、筐体20の熱伝導率よりも大きいとすれば、さらに効率よく画像投影時の光学ユニット200の温度上昇を低減して、投影する画像の劣化を抑える。
Further, the heat conductivity of the heat transfer section 15 is larger than the heat conductivity of the lens barrel 30.
With this configuration, heat transfer is improved, and the temperature rise of the lens barrel during image projection is more efficiently reduced, and deterioration of the projected image is suppressed.
At this time, if the thermal conductivity of the heat transfer section 15 is greater than the thermal conductivity of the housing 20, the temperature rise of the optical unit 200 during image projection can be reduced more efficiently, and the projected image Reduce deterioration.

本発明の実施形態の第1の変形例を図5に示す。
第1の変形例においては、冷却部25は、画像表示素子21を固定するための筐体20である。
鏡筒30は、レンズ群32を支持するアルミニウム合金製の第1鏡筒36と、レンズ群33をX方向に移動可能に支持する樹脂製の第2鏡筒37と、レンズ群34をX方向に可動に支持する樹脂製の第3鏡筒38とを有している。
言い換えると、鏡筒30は、それぞれ少なくとも1つのレンズ群を支持する複数の鏡筒が組み合わされた構成である。
すなわち、本変形例においては、光学ユニット200は、それぞれ少なくとも1つのレンズ群を支持する複数の鏡筒36、37、38を有している。
以下、複数の鏡筒36、37、38をX軸方向の−X側、言い換えると投射光学系22の入射光上流側から順に、第1鏡筒36、第2鏡筒37、第3鏡筒38とする。
第1鏡筒36は、図5に示すように、鏡筒30の最もX軸方向の−X側、すなわち投射光学系22における入射光側に配置されているため、ON光Aの照射による温度上昇、言い換えると照射される光エネルギーが最も多いと考えられる。
一方、第2鏡筒37、第3鏡筒38は、何れも第1鏡筒36よりも下流にあり、第1鏡筒36よりも温度上昇が少ないと考えられる。コスト低減や軽量化のためには、第2鏡筒37、第3鏡筒38には樹脂材料を用いることが望ましい。
従って、第2鏡筒37及び第3鏡筒38は、何れも熱伝導率が低く、およそ1W/m・K程度の樹脂材料で構成されている。
このように第2鏡筒37と、第3鏡筒38とを、第1鏡筒36よりも熱伝導率の低い樹脂材料で構成するときには、第1鏡筒36の熱が、第2鏡筒37及び第3鏡筒38に伝わりにくくなり、第1鏡筒36の温度が上昇しやすくなるという懸念がある。
そのため、第1鏡筒36には、冷却部25と第1鏡筒36とを連結して第1鏡筒36の熱を冷却部25へと伝える伝熱部15が当接して配置されている。
第1鏡筒36はまた、熱伝導率の高い、例えばアルミニウム合金のような金属材料で構成されることが望ましい。
かかる構成により、鏡筒30における最も温度上昇の大きい部位を効率よく冷却して温度上昇を低減しながらも、鏡筒30の材料選択の自由度を高めて低コスト、小型化を容易にする。
本変形例における伝熱部15は、前記複数の鏡筒36、37、38のうち最もX軸方向の−X側に位置する第1鏡筒36と冷却部25とを連結して、第1鏡筒36の熱を冷却部25へと伝えるように配置されている。
かかる構成により、画像投影時の鏡筒30における最も温度上昇の大きい部位を効率よく冷却するから、鏡筒30の温度上昇を低減して、投影する画像の劣化を抑える。
なお、既に述べたように、冷却部25は放熱用フィンであっても良い
A first modification of the embodiment of the present invention is shown in FIG.
In the first modification, the cooling unit 25 is a housing 20 for fixing the image display element 21.
The lens barrel 30 includes a first lens barrel 36 made of an aluminum alloy that supports the lens group 32, a second lens barrel 37 that supports the lens group 33 so as to be movable in the X direction, and a lens group 34 that is in the X direction. And a resin-made third lens barrel 38 that is movably supported.
In other words, the lens barrel 30 is configured by combining a plurality of lens barrels each supporting at least one lens group.
In other words, in this modification, the optical unit 200 includes a plurality of lens barrels 36, 37, and 38 that support at least one lens group.
Hereinafter, the plurality of lens barrels 36, 37, and 38 are arranged in order from the −X side in the X-axis direction, in other words, the incident light upstream side of the projection optical system 22, in order, the first lens barrel 36, the second lens barrel 37, and the third lens barrel. 38.
As shown in FIG. 5, the first lens barrel 36 is disposed on the −X side in the X-axis direction of the lens barrel 30, that is, on the incident light side in the projection optical system 22. It is considered that the amount of light energy that rises, in other words, is the highest.
On the other hand, it is considered that the second lens barrel 37 and the third lens barrel 38 are both downstream of the first lens barrel 36 and the temperature rise is smaller than that of the first lens barrel 36. In order to reduce cost and weight, it is desirable to use a resin material for the second lens barrel 37 and the third lens barrel 38.
Accordingly, the second lens barrel 37 and the third lens barrel 38 both have a low thermal conductivity and are made of a resin material of about 1 W / m · K.
As described above, when the second lens barrel 37 and the third lens barrel 38 are made of a resin material having a lower thermal conductivity than the first lens barrel 36, the heat of the first lens barrel 36 is changed to the second lens barrel. There is a concern that the temperature of the first lens barrel 36 is likely to rise due to the difficulty of being transmitted to 37 and the third lens barrel 38.
Therefore, the first lens barrel 36 is disposed in contact with the heat transfer portion 15 that connects the cooling portion 25 and the first lens barrel 36 and transfers the heat of the first lens barrel 36 to the cooling portion 25. .
The first lens barrel 36 is also preferably made of a metal material having a high thermal conductivity, such as an aluminum alloy.
With this configuration, the portion of the lens barrel 30 with the largest temperature rise is efficiently cooled to reduce the temperature rise, while increasing the degree of freedom of material selection for the lens barrel 30 to facilitate low cost and downsizing.
The heat transfer unit 15 in the present modified example connects the first lens barrel 36 located closest to the −X side in the X-axis direction and the cooling unit 25 among the plurality of lens barrels 36, 37, and 38, It arrange | positions so that the heat | fever of the lens-barrel 36 may be transmitted to the cooling part 25. FIG.
With such a configuration, the portion of the lens barrel 30 with the largest temperature rise during image projection is efficiently cooled, so the temperature rise of the lens barrel 30 is reduced and deterioration of the projected image is suppressed.
As already described, the cooling unit 25 may be a heat radiating fin.

本発明の実施形態の第2の変形例を図6に示す。
第2の変形例において、伝熱部15は、筐体20のOFF光Bの照射される内壁とは異なる面の内壁に、OFF光Bの照射されない位置に配置されている。
かかる構成により、OFF光Bの照射による伝熱部15の温度上昇を防いで、鏡筒30の温度上昇を低減して投影する画像の劣化を抑える。
伝熱部15は、図4に示すように、OFF光Bに対してON光Aを挟んで反対側の位置に設置することが望ましい。あるいはON光Aから見てOFF光Bと同じ側に配置する場合には、図6に示すように、OFF光Bを照射されない位置に配置することで、OFF光Bの照射による温度上昇を抑えることができる。
A second modification of the embodiment of the present invention is shown in FIG.
In the second modification, the heat transfer unit 15 is disposed on the inner wall of the housing 20 on a surface different from the inner wall irradiated with the OFF light B at a position where the OFF light B is not irradiated.
With this configuration, the temperature increase of the heat transfer unit 15 due to the irradiation of the OFF light B is prevented, and the temperature increase of the lens barrel 30 is reduced to suppress deterioration of the projected image.
As shown in FIG. 4, the heat transfer unit 15 is preferably installed at a position opposite to the OFF light B with the ON light A interposed therebetween. Or when arrange | positioning on the same side as the OFF light B seeing from the ON light A, as shown in FIG. 6, the temperature rise by irradiation of the OFF light B is suppressed by arrange | positioning in the position where the OFF light B is not irradiated. be able to.

本発明の実施形態の第3の変形例を図7に示す。
図7において、伝熱部15は、筐体20の外側に、OFF光Bの照射されない位置に配置されている。
かかる構成により、OFF光Bの照射による伝熱部15の温度上昇を防いで、鏡筒30の温度上昇を低減して投影する画像の劣化を抑える。
FIG. 7 shows a third modification of the embodiment of the present invention.
In FIG. 7, the heat transfer unit 15 is disposed outside the housing 20 at a position where the OFF light B is not irradiated.
With this configuration, the temperature increase of the heat transfer unit 15 due to the irradiation of the OFF light B is prevented, and the temperature increase of the lens barrel 30 is reduced to suppress deterioration of the projected image.

本発明の実施形態の第4の変形例を図8(a)、(b)に示す。
伝熱部15は、固定部15aと、弾性部15bとを有している。
固定部15aは、伝熱部15の一方の端部に形成されたネジ等の固定部材を貫通させるための開口部たる貫通孔であり、筐体20と一体に構成された冷却部25に、図示しない固定部材としてのネジにより一体に固定されている。
弾性部15bは、伝熱部15において固定部15aの他方の端部に形成された、形状、材料などによって弾性を有する部分であり、鏡筒30が移動するときにも、鏡筒30と弾性的に当接した状態が維持するように形成されている。
具体的には、弾性部15bが鏡筒30に対して、−Z向きの弾性力で押圧された状態になっているから、ズーム調整やフォーカス調整により鏡筒30がX軸方向に移動しても、常に弾性部15bが鏡筒30に弾性的に当接した状態を維持することができる。
なお、図8においては、固定部15aは冷却部25に固定され、弾性部15bは弾性的に鏡筒30に当接しているが、鏡筒30に固定部15aが固定され、弾性部15bが冷却部25に弾性的に当接するとしても良い。
かかる構成により、ズーム調整やフォーカス調整のために鏡筒30を移動させるときにも、伝熱部15は、鏡筒30と冷却部25とを連結し当接した状態を保って、画像投影時の鏡筒30の温度上昇を低減して、投影する画像の劣化を抑える。
なお、鏡筒30と、弾性部15bとの接触面には、鏡筒30の移動による接触面の変化を抑制して熱伝導性を向上することを目的として、所謂熱伝導グリスなどを塗布することが望ましい。
The 4th modification of embodiment of this invention is shown to Fig.8 (a), (b).
The heat transfer part 15 has a fixed part 15a and an elastic part 15b.
The fixing portion 15a is a through-hole serving as an opening for allowing a fixing member such as a screw formed at one end of the heat transfer portion 15 to pass therethrough. In the cooling portion 25 configured integrally with the housing 20, It is fixed integrally with a screw as a fixing member (not shown).
The elastic portion 15b is a portion formed at the other end of the fixed portion 15a in the heat transfer portion 15 and having elasticity depending on the shape, material, and the like. Even when the lens barrel 30 moves, the elastic portion 15b is elastic with the lens barrel 30. It is formed so as to maintain the state of contact with each other.
Specifically, since the elastic portion 15b is pressed against the lens barrel 30 by the elastic force in the -Z direction, the lens barrel 30 moves in the X-axis direction by zoom adjustment or focus adjustment. In addition, it is possible to always maintain the state in which the elastic portion 15b is in elastic contact with the lens barrel 30.
In FIG. 8, the fixing portion 15a is fixed to the cooling portion 25, and the elastic portion 15b elastically contacts the lens barrel 30, but the fixing portion 15a is fixed to the lens barrel 30, and the elastic portion 15b is The cooling unit 25 may be elastically contacted.
With this configuration, even when the lens barrel 30 is moved for zoom adjustment or focus adjustment, the heat transfer unit 15 keeps the lens barrel 30 and the cooling unit 25 connected and in contact with each other so that the image projection can be performed. The temperature rise of the lens barrel 30 is reduced to suppress the deterioration of the projected image.
Note that so-called heat conductive grease or the like is applied to the contact surface between the lens barrel 30 and the elastic portion 15b in order to improve the thermal conductivity by suppressing the change of the contact surface due to the movement of the lens barrel 30. It is desirable.

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and the present invention described in the claims is not specifically limited by the above description. Various modifications and changes are possible within the scope of the above.

例えば、画像投影装置100は、白色光源を用いたカラーの画像投影装置であるが、単一の光源を用いたモノクロの画像投影装置であっても良い。   For example, the image projection apparatus 100 is a color image projection apparatus using a white light source, but may be a monochrome image projection apparatus using a single light source.

また、伝熱部15を複数設けて、それぞれ鏡筒30と冷却部25とを連結する構成としても良い。
あるいは、第1〜第4の変形例の何れかあるいは複数を組み合わせて、複数の伝熱部15としても良い。
また、画像表示素子21を投射光学系22の光軸上流側に配置された液晶素子などの透過型の画像表示素子として、液晶素子を用いた画像投影装置100としても良い。
Alternatively, a plurality of heat transfer units 15 may be provided, and the lens barrel 30 and the cooling unit 25 may be connected to each other.
Alternatively, any one or a plurality of the first to fourth modifications may be combined to form a plurality of heat transfer units 15.
In addition, the image display element 21 may be an image projection apparatus 100 using a liquid crystal element as a transmissive image display element such as a liquid crystal element disposed on the upstream side of the optical axis of the projection optical system 22.

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。   The effects described in the embodiments of the present invention are only the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.

15 伝熱部
20 筐体
21 画像表示素子
22 投射光学系
25 冷却部
30 鏡筒
31 絞り
32 レンズ群
33 レンズ群
34 レンズ群
36 第1鏡筒
37 第2鏡筒
38 第3鏡筒
100 画像投影装置
101 光源
104 像面(投影面)
109 制御部
200 光学ユニット
300 レンズユニット
Z 鉛直上向き方向
X 光軸方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Heat-transfer part 20 Case 21 Image display element 22 Projection optical system 25 Cooling part 30 Lens barrel 31 Diaphragm 32 Lens group 33 Lens group 34 Lens group 36 First lens barrel 37 Second lens barrel 38 Third lens barrel 100 Image projection Device 101 Light source 104 Image plane (projection plane)
109 Control unit 200 Optical unit 300 Lens unit Z Vertical upward direction X Optical axis direction

特開2013−097326号公報JP 2013-097326 A 特開2011−158862号公報JP 2011-158862 A 特開2006−227087号公報JP 2006-227087 A 特開2005−331791号公報JP 2005-331791 A 特許5298443号公報Japanese Patent No. 5298443 特開2013−109042号公報JP2013-109042A 特開2008−292953号公報JP 2008-292953 A

Claims (8)

画像投影装置に用いられる光学ユニットであって、
入射した光束を変調して当該光束に画像情報を付与する画像表示素子と、
前記画像表示素子を経た前記光束が入射する少なくとも1つのレンズを有する投射光学系と当該投射光学系を保持する鏡筒とを有するレンズユニットと、
当該レンズユニットの冷却を行うための冷却部と、
前記冷却部と前記鏡筒とを連結して前記鏡筒の熱を前記冷却部へと伝える伝熱部とを有する光学ユニット。
An optical unit used in an image projection device,
An image display element that modulates an incident light beam and gives image information to the light beam;
A lens unit having a projection optical system having at least one lens on which the light flux that has passed through the image display element enters, and a lens barrel that holds the projection optical system;
A cooling unit for cooling the lens unit;
An optical unit having a heat transfer section that connects the cooling section and the lens barrel and transfers heat of the lens barrel to the cooling section.
請求項1に記載の光学ユニットにおいて、
前記伝熱部の熱伝導率は、前記鏡筒の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする光学ユニット。
The optical unit according to claim 1,
The optical unit according to claim 1, wherein a thermal conductivity of the heat transfer unit is larger than a thermal conductivity of the lens barrel.
請求項1又は2に記載の光学ユニットにおいて、
前記冷却部は放熱用フィンであることを特徴とする光学ユニット。
The optical unit according to claim 1 or 2,
The optical unit according to claim 1, wherein the cooling unit is a heat radiating fin.
請求項1乃至3の何れか1つに記載の光学ユニットにおいて、
前記冷却部は前記画像表示素子を固定するための筐体であることを特徴とする光学ユニット。
The optical unit according to any one of claims 1 to 3,
The optical unit, wherein the cooling unit is a housing for fixing the image display element.
請求項4に記載の光学ユニットにおいて、
前記伝熱部の熱伝導率は、前記筐体の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする光学ユニット。
The optical unit according to claim 4,
The optical unit characterized in that the heat conductivity of the heat transfer section is larger than the heat conductivity of the casing.
請求項1乃至5の何れか1つに記載の光学ユニットにおいて、
前記伝熱部は弾性を有し、前記冷却部と前記鏡筒とのうちの何れか一方に固定されて支持され、前記鏡筒が移動されたときにも前記冷却部と前記鏡筒とのうちの何れか他方に弾性的に当接した状態が維持されることを特徴とする光学ユニット。
The optical unit according to any one of claims 1 to 5,
The heat transfer section has elasticity, is fixed and supported by either the cooling section or the lens barrel, and the cooling section and the lens barrel are moved even when the lens barrel is moved. An optical unit characterized in that a state of elastic contact with either one of the two is maintained.
請求項1乃至6の何れか1つに記載の光学ユニットにおいて、
前記画像表示素子は、当該画像表示素子を経た光を前記投射光学系に入射させるか当該投射光学系と異なる位置に入射させるかを切替可能であり、
前記伝熱部は、前記画像表示素子によって前記光束が前記異なる位置に入射するときにも、前記光束を照射されない位置に配置されていることを特徴とする光学ユニット。
The optical unit according to any one of claims 1 to 6,
The image display element can switch whether the light passing through the image display element is incident on the projection optical system or a position different from the projection optical system,
The optical unit, wherein the heat transfer unit is disposed at a position where the light beam is not irradiated even when the light beam is incident on the different position by the image display element.
請求項1乃至7の何れか1つに記載の光学ユニットを有する画像投影装置。   An image projection apparatus comprising the optical unit according to claim 1.
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