JP2016051121A - 投射光学装置及び画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の温度上昇を抑制可能な投射光学装置を提供すること。【解決手段】それぞれ外周の一部に平坦面が形成されている複数のレンズと、前記複数のレンズを保持する略中空円筒状のレンズホルダと、前記複数のレンズの各平坦面と前記レンズホルダとの間隙が連通して形成される通気口と、を有する投射光学装置。【選択図】図６

Description

本発明は、投射光学装置及び画像投射装置に関する。

従来から、ＰＣやビデオカメラ等から送信される画像データを、スクリーン等に投射して表示するプロジェクタが広く用いられている。このようなプロジェクタでは、例えば光源が発する熱や、光源からの光が投射された部分に生じる熱等によって様々な不具合が発生し、表示画像の品質が低下する場合がある。

そこで、断熱層である介装体によって、光源を含む発熱領域と回路基板等を含む熱抑制領域とにプロジェクタの内部を区画するプロジェクタの熱対策構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に係る熱対策構造によれば、介装体によって発熱領域の光源から生じる熱が遮断され、熱抑制領域の回路基板等の温度上昇が抑制されることで、回路基板の故障や動作不良といった不具合が抑制される。

しかしながら、上記した特許文献１に係る構造では、光源と同じ発熱領域に設けられているレンズ等の光学系は、光源からの熱や光源から照射された光の赤外成分の影響を受けて温度が上昇する可能性がある。例えばレンズやレンズを保持するレンズホルダが温度上昇して熱膨張すると、レンズの位置ずれ等により投射方向や焦点位置が変動し、表示画像の品質が低下する場合がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、光学系の温度上昇を抑制可能な投射光学装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の投射光学装置によれば、それぞれ外周の一部に平坦面が形成されている複数のレンズと、前記複数のレンズを保持する略中空円筒状のレンズホルダと、前記複数のレンズの各平坦面と前記レンズホルダとの間隙が連通して形成される通気口と、を有する。

本発明の実施形態によれば、光学系の温度上昇を抑制可能な投射光学装置が提供される。

第１の実施形態における画像投射装置を例示する斜視図である。 第１の実施形態における画像投射装置を例示する側面図である。 第１の実施形態における外装カバーが外された画像投射装置を例示する斜視図である。 第１の実施形態における投射光学装置を例示する斜視図である。 第１の実施形態における投射光学装置を例示する断面図である。 第１の実施形態における投射光学装置を例示する断面概略図である。 第１の実施形態における投射光学装置を例示する断面概略図である。 第２の実施形態における投射光学装置を例示する断面概略図である。 第２の実施形態における投射光学装置を例示する断面概略図である。 第３の実施形態における投射光学装置を例示する断面概略図である。 第４の実施形態における投射光学装置を例示する断面概略図である。 第４の実施形態における投射光学装置を例示する断面概略図である。 第４の実施形態における風量制御処理のフローチャートを例示する図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

[第１の実施形態]
（画像投射装置の構成）
まず、第１の実施形態における画像投射装置１の構成について、図１から図３に基づいて説明する。

図１は、第１の実施形態における画像投射装置１を例示する斜視図であり、図２は、画像投射装置１を例示する側面図である。また、図３は、外装カバー１１が外された画像投射装置１を例示する斜視図である。なお、以下に示す図面において、Ｘ方向は画像投射装置１の幅方向、Ｙ方向は奥行き方向、Ｚ方向は高さ方向である。

図１及び図２に示されるように、画像投射装置１は、スクリーン２に画像を投射する投射光学装置１０、投射光学装置１０を覆う外装カバー１１、外部機器に接続される外部端子１２、各種操作を受け付ける操作部１３を有する。

外部端子１２は、例えばＲＧＢ端子、ビデオ端子、音声端子等であり、外部機器と接続する際に用いられる。操作部１３は、例えば電源ボタン、メニュー表示ボタン、決定ボタン等のハードキーで構成されている。

投射光学装置１０は、図３に示されるように、画像投射装置１の実線で囲まれた部分に設けられている。投射光学装置１０は、画像投射装置１に入力される画像データに基づいて生成される表示画像を、図２に示されるようにスクリーン２等に投射する。

画像投射装置１は、上記した構成を有し、例えば外部端子に接続されるＰＣ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表示画像を生成し、生成した投射画像を投射光学装置１０によりスクリーン２等に投射して表示する。

（投射光学装置の構成）
次に、第１の実施形態における投射光学装置１０の構成について、図４及び図５に基づいて説明する。図４は、第１の実施形態における投射光学装置１０の斜視図であり、図５は、投射光学装置１０のＸＹ断面図である。

図４に示されるように、投射光学装置１０は、投射光学系１１０、光源１２０を有する。また、図５に示されるように、投射光学装置１０は、カラーホイール１２５、ライトトンネル１２６、リレーレンズ１２７、平面ミラー１２８、凹面ミラー１２９、デジタルミラーデバイス（以下、「ＤＭＤ（Digital mirror device）」という）１３０を有する。

カラーホイール１２５は、例えば周方向の異なる部分にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色のフィルタが設けられている円盤である。カラーホイール１２５は、高速回転することで光源１２０から照射される光をＲＧＢ各色に時分割してライトトンネル１２６に導く。

ライトトンネル１２６は、例えば板ガラスを張り合わせることで形成され、四角筒状の形状を有する。ライトトンネル１２６は、カラーホイール１２５を透過したＲＧＢ各色の光をリレーレンズ１２７に導く。

リレーレンズ１２７は、二枚のレンズで構成され、ライトトンネル１２６から出射された光の軸上色収差を補正しつつ集光する。

平面ミラー１２８及び凹面ミラー１２９は、リレーレンズ１２７から出射された光を反射して、ＤＭＤ１３０の画像生成面上に集光する。

ＤＭＤ１３０は、可動式の複数のマイクロミラーが格子状に配列された画像生成面を有する。ＤＭＤ１３０の各マイクロミラーは、鏡面がねじれ軸周りに傾動可能に設けられており、投射する表示画像に基づいてＯＮ／ＯＦＦ駆動される。マイクロミラーは、例えば「ＯＮ」の場合には、光源１２０からの光を投射光学系１１０に反射する方向に傾斜角度が制御される。また、マイクロミラーは、例えば「ＯＦＦ」の場合には、光源１２０からの光を不図示のＯＦＦ光板に向けて反射する方向に傾斜角度が制御される。

このように、ＤＭＤ１３０は、投射する表示画像に基づいて各マイクロミラーの傾斜角度が制御され、光源１２０から出射された光を変調して表示画像の各画素を生成する。

投射光学系１１０は、複数のレンズを有し、ＤＭＤ１３０により生成される表示画像の反射光をスクリーン２等に拡大して投射する。投射光学系１１０の構成については後述する。

投射光学装置１０は、このような構成を有し、光源１２０から照射される光から表示画像を生成し、投射光学系１１０によりスクリーン２等に表示画像を拡大投射する。

（投射光学系）
次に、第１の実施形態における投射光学系１１０の構成について説明する。

図６は、第１の実施形態における投射光学系１１０の構成を例示するＹＺ断面概略図である。

図６に示されるように、投射光学系１１０は、複数のレンズＬ１〜Ｌ１４、レンズホルダ１１１を有し、凹面ミラー１２９の反射光からＤＭＤ１３０によって生成される表示画像を拡大投射する。

複数のレンズＬ１〜Ｌ１４は、それぞれ外周の一部に平坦面Ｄ１〜Ｄ１４が形成されており、平坦面Ｄ１〜Ｄ１４が光軸ＯＡに対して同じ側であって互いに平行になるように設けられている。なお、以下の説明において、複数のレンズＬ１〜Ｌ１４、平坦面Ｄ１〜Ｄ１４を、それぞれ単にレンズＬ、平坦面Ｄという場合がある。

レンズホルダ１１１は、略中空円筒状の形状を有し、各レンズＬが光軸ＯＡに沿って配列されるように、各レンズＬの平坦面Ｄ以外の外周を保持する。なお、レンズホルダ１１１は、例えばズームレバー等の操作に応じて各レンズＬの間隔を変えることができるように構成されてもよい。

投射光学系１１０には、各レンズＬの平坦面Ｄとレンズホルダ１１１の内周面との間隙が連通して通気口１１４が形成されている。このような通気口１１４によって、投射光学装置１０に設けられている光源１２０が発する熱等が投射光学系１１０の外部に排出され、各レンズＬやレンズホルダ１１１の温度上昇が抑制される。

ここで、投射光学装置１０では、ライトトンネル１２６の光出口から傾斜した方向に出射される不要光が存在する。このような不要光は、ＤＭＤ１３０に向かわずに投射光学系１１０のレンズホルダ１１１等に照射され、レンズホルダ１１１の温度上昇の要因となる。しかし、本実施形態に係る投射光学系１１０では、不要光によって加熱されたレンズホルダ１１１の熱が通気口１１４から外部に排出されるため、レンズホルダ１１１の温度上昇が抑制される。

さらに、ＤＭＤ１３０からの反射光の赤外成分によって生じる各レンズＬの熱が、同様に通気口１１４から外部に排出されることで、各レンズＬの温度上昇が抑制される。

このように、各レンズＬの平坦面Ｄとレンズホルダ１１１の内周面との間隙が連通して形成される通気口１１４によって、各レンズＬやレンズホルダ１１１の温度上昇が抑制される。したがって、各レンズＬやレンズホルダ１１１の温度上昇による熱膨張が抑制され、各レンズＬの位置ずれ等により投射方向や焦点位置が変動するような不具合が低減される。

なお、第１の実施形態における投射光学系１１０では、通気口１１４を空気が流れ易くなるように、各レンズＬの平坦面Ｄが光軸ＯＡに対して同じ側であって互いに平行になるように設けられている。しかし、通気口１１４内で空気の流通が可能であれば、各レンズＬの平坦面Ｄは、互いに非平行であって光軸ＯＡの周方向において異なる位置に設けられてもよい。

また、図７に示されるように、Ｚ方向における平坦面Ｄと光軸ＯＡとの距離Ｈは、全てのレンズＬにおいて一定でなくてもよい。例えば、ＤＭＤ１３０や光源１２０に近く、加熱されて温度上昇し易いレンズＬが、他のレンズＬに比べて通気口１１４側に突出するように、Ｚ方向における平坦面Ｄと光軸ＯＡとの距離Ｈが大きくなるように設けられてもよい。

図７に例示される構成では、Ｚ方向におけるレンズＬ９の平坦面Ｄ９と光軸ＯＡとの距離Ｈ１、レンズＬ１０の平坦面Ｄ１０と光軸ＯＡとの距離Ｈ２が、他のレンズＬの平坦面Ｄと光軸ＯＡとの距離Ｈよりも大きくなるように設けられている。このように通気口１１４に突出するレンズＬ９，Ｌ１０は、通気口１１４に放熱し易くなり、温度上昇がより低減される。

したがって、熱に敏感なレンズＬや、温度上昇し易い位置に設けられているレンズＬを通気口１１４に突出させ、レンズＬの平坦面Ｄを段違いに構成することで、レンズＬの熱膨張をより抑制することが可能になる。

以上で説明したように、第１の実施形態に係る投射光学装置１０によれば、通気口１１４における放熱効果によって、投射光学系１１０のレンズＬやレンズホルダ１１１等の温度上昇が抑制される。このため、投射光学装置１０では、レンズＬやレンズホルダ１１１等の熱膨張に起因する投射方向や焦点位置の変動が低減される。したがって、投射光学装置１０を備える画像投射装置１では、投射光学装置１０において投射方向や焦点位置の変動が低減されることで、表示画像の品質を保つことが可能になっている。

[第２の実施形態]
次に、第２の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する。

図８は、第２の実施形態における投射光学系１１０の構成を例示するＹＺ断面概略図である。図８に示されるように、第２の実施形態における投射光学系１１０には、放熱板１１５が設けられている。

放熱板１１５は、例えば熱伝導性の高いアルミニウムや銅等の金属材料で形成された板状部材であり、投射光学系１１０に設けられている複数のレンズＬの各平坦面Ｄの少なくとも一つに当接するように設けられている。なお、放熱板１１５は、表面積が増大して放熱効果が向上するように、例えば通気口１１４側の面にＸ方向又はＹ方向に延伸する複数のリブを有してもよい。

このような構成により、ＤＭＤ１３０からの反射光の赤外成分等に起因してレンズＬに生じる熱が、放熱板１１５を介して通気口１１４に放熱され、レンズＬの温度上昇がより抑制される。

また、図９に示されるように、熱に敏感なレンズＬや、温度上昇し易い位置に設けられているレンズＬには、放熱板１１５から通気口１１４に突出する突出部Ｐが設けられてもよい。

図９に例示される構成では、レンズＬ４，Ｌ９，Ｌ１０に、それぞれ放熱板１１５から通気口１１４に突出する突出部Ｐ４，Ｐ９，Ｐ１０が設けられている。このように突出部Ｐ４，Ｐ９，Ｐ１０を有するレンズＬ４，Ｌ９，Ｌ１０は、放熱板１１５により放熱されると同時に、通気口１１４に流れる空気による冷却効果が得られ、温度上昇がより低減される。

以上で説明したように、第２の実施形態に係る投射光学装置１０では、通気口１１４及び放熱板１１５の放熱効果によって、投射光学系１１０のレンズＬやレンズホルダ１１１等の温度上昇が抑制される。したがって、投射光学装置１０においてレンズＬやレンズホルダ１１１等の熱膨張に起因する投射方向や焦点位置の変動が低減され、画像投射装置１による表示画像の品質が保たれる。

[第３の実施形態]
次に、第３の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する。

図１０は、第３の実施形態における投射光学系１１０の構成を例示するＹＺ断面概略図である。図１０に示されるように、第３の実施形態における投射光学系１１０には、ヒートパイプ１１６が設けられている。

ヒートパイプ１１６は、投射光学系１１０に設けられている複数のレンズＬの各平坦面Ｄの少なくとも一つに当接するように設けられている。ヒートパイプ１１６により、レンズＬが冷却され、ＤＭＤ１３０からの反射光の赤外成分等に起因するレンズＬの温度上昇が抑制される。

なお、ヒートパイプ１１６は、第２の実施形態において例示された放熱板１１５と共に投射光学系１１０に設けられてもよい。この場合において、ヒートパイプ１１６は、例えばレンズＬの平坦面Ｄに当接する放熱板１１５の通気口１１４側の面に設けられ、放熱板１１５を介してレンズＬの平坦面Ｄに当接するように構成される。

また、放熱板１１５とヒートパイプ１１６との間には、例えば熱伝導性が高く弾性変形可能な材料で形成された伝熱シートが設けられてもよい。伝熱シートにより、放熱板１１５とヒートパイプ１１６とが密着され、ヒートパイプ１１６による冷却効果が向上する。さらに、ヒートパイプ１１６は、レンズＬの放熱板１１５から通気口１１４に突出する突出部Ｐに当接するように設けられてもよい。

このように、投射光学系１１０に放熱板１１５及びヒートパイプ１１６が設けられることで、放熱板１１５による放熱効果及びヒートパイプ１１６による冷却効果を同時に得ることが可能になり、レンズＬの温度上昇がより抑制される。

以上で説明したように、第３の実施形態に係る投射光学装置１０では、通気口１１４による放熱効果に加えて、ヒートパイプ１１６による冷却効果によって、投射光学系１１０のレンズＬやレンズホルダ１１１等の温度上昇が抑制される。したがって、投射光学装置１０においてレンズＬやレンズホルダ１１１等の熱膨張に起因する投射方向や焦点位置の変動が低減され、画像投射装置１による表示画像の品質が保たれる。

[第４の実施形態]
次に、第４の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する。

図１１は、第４の実施形態における投射光学系１１０の構成を例示するＹＺ断面概略図である。図１１に示されるように、第４の実施形態における投射光学系１１０には、通気口１１４に送風する送風手段としてファン１１７が設けられている。

ファン１１７は、通気口１１４に送風し、投射光学装置１０において光源１２０から生じる熱等を通気口１１４から外部に排出すると同時に、投射光学系１１０のレンズＬやレンズホルダ１１１を冷却する。このように、第４の実施形態における投射光学系１１では、ファン１１７がレンズＬやレンズホルダ１１１を冷却することで、レンズＬやレンズホルダ１１１の温度上昇が抑制される。

なお、本実施形態に係る投射光学系１１０において、例えば熱に敏感なレンズＬや、温度上昇し易いレンズＬ等が通気口１１４側に突出して平坦面Ｄが段違いになるように構成されてもよい。このような構成により、通気口１１４側に突出するレンズＬは、ファン１１７からの風を受けて冷却され易くなる。

また、ファン１１７は、上記した各実施形態において例示された放熱板１１５及びヒートパイプ１１６の少なくとも一方と共に設けられてもよい。放熱板１１５による放熱効果や、ヒートパイプ１１６による冷却効果と共に、ファン１１７による冷却効果が得られ、投射光学系１１０におけるレンズＬやレンズホルダ１１１の温度上昇がより抑制される。

さらに、図１２に示されるように、例えば投射光学系１１０に取り付けられている温度検出手段１１８の温度検出結果に基づいて、制御手段１１９がファン１１７の風量を制御する構成であってもよい。

温度検出手段１１８は、例えば熱電対等であり、レンズホルダ１１１の外周面に取り付けられる。なお、温度検出手段１１８は、本実施形態とは異なる位置に設けられてもよく、異なる位置に複数設けられてもよい。

制御手段１１９は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有し、ＣＰＵ及びＲＡＭが協働してＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで、温度検出手段１１８の温度検出結果に基づいてファン１１７の風量を制御する。

図１３は、第４の実施形態における風量制御処理のフローチャートを例示する図である。

図１３に示されるように、まずステップＳ１０１にて、制御手段１１９は、温度検出手段１１８から検出温度を取得する。続いてステップＳ１０２にて、制御手段１１９は、取得した検出温度と、予め設定されている閾値とを比較する。

制御手段１１９は、検出温度が閾値よりも大きい場合には、ステップＳ１０３にて、ファン１１７の回転数を上げて風量を「強」に設定する。ファン１１７から送られる風量が大きくなることで、投射光学系１１０のレンズＬやレンズホルダ１１１の冷却効果が増大する。

また、制御手段１１９は、検出温度が閾値以下の場合には、ステップＳ１０４にて、ファン１１７の回転数を下げて風量を「弱」に設定する。このように、レンズＬやレンズホルダ１１１の温度が上昇していない場合には、ファン１１７の回転数を下げて、騒音を低減すると共に消費電力を低減することが可能になる。

なお、制御手段１１９は、予め設定される複数の閾値に基づいてファン１１７の風量を多段階に制御してもよい。投射光学系１１０のレンズＬやレンズホルダ１１１の温度に応じてファン１１７を適した風量に制御し、電力を浪費することなくレンズＬやレンズホルダ１１１を冷却することが可能になる。

以上で説明したように、第４の実施形態に係る投射光学装置１０では、ファン１１７が通気口１１４に送風することで、投射光学系１１０のレンズＬやレンズホルダ１１１等が冷却されて温度上昇が抑制される。したがって、投射光学装置１０においてレンズＬやレンズホルダ１１１等の熱膨張に起因する投射方向や焦点位置の変動が低減され、画像投射装置１による表示画像の品質が保たれる。

以上、実施形態に係る投射光学装置及び画像投射装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。例えば、投射光学系１１０におけるレンズＬの構成や、レンズホルダ１１１の形状等は、上記した各実施形態とは異なる構成であってもよい。

１ 画像投射装置
１０ 投射光学装置
１１０ 投射光学系
１１１ レンズホルダ
１１４ 通気口
１１５ 放熱板
１１６ ヒートパイプ
１１７ ファン（送風手段）
１１８ 温度センサ（温度検出手段）
１１９ 制御手段
１２０ 光源
１３０ デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）
Ｄ 平坦面
Ｌ レンズ
Ｐ 突出部

特開２００８−５１９１９号公報

Claims (10)

1. それぞれ外周の一部に平坦面が形成されている複数のレンズと、
   前記複数のレンズを保持する略中空円筒状のレンズホルダと、
   前記複数のレンズの各平坦面と前記レンズホルダとの間隙が連通して形成される通気口と、を有する
   ことを特徴とする投射光学装置。
2. 前記複数のレンズは、前記各平坦面が光軸に対して同じ側であって互いに平行になるように設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の投射光学装置。
3. 前記複数のレンズは、前記平坦面の位置が段違いに設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の投射光学装置。
4. 前記複数のレンズの前記各平坦面の少なくとも一つに当接して放熱する放熱板を有する
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の投射光学装置。
5. 前記複数のレンズの少なくとも一つは、前記放熱板から前記通気口に突出する突出部を有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の投射光学装置。
6. 前記複数のレンズの前記各平坦面の少なくとも一つに当接して冷却するヒートパイプを有する
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の投射光学装置。
7. 前記通気口に送風する送風手段を有する
   ことを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の投射光学装置。
8. 前記レンズホルダに取り付けられている温度検出手段と、
   前記温度検出手段による温度検出結果に基づいて、前記送風手段の風量を制御する制御手段と、を有する
   ことを特徴とする請求項７に記載の投射光学装置。
9. 請求項１から８の何れか一項に記載の投射光学装置を有する
   ことを特徴とする画像投射装置。
10. 投射する表示画像に基づいて、光源から出射された光を変調して前記複数のレンズに導くデジタルミラーデバイスを有する
    ことを特徴とする請求項９に記載の画像投射装置。