JP4963647B2 - 画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶プロジェクタ等の画像投射装置に関し、さらに詳しくは、画像投射装置の排気構造に関する。

画像投射装置（以下、プロジェクタという）は、光源ランプやその他の発熱部材を冷却した空気をファンを用いて強制的に外部に排出する排気構造を有する。ただし、プロジェクタの排気口を壁等の障害物に近接させた状態（排気口が塞がれた状態）でプロジェクタを使用すると、発熱部材の冷却が阻害され、プロジェクタの動作に支障をきたすおそれがある。このため、プロジェクタ内部に温度センサを設け、異常な温度上昇を検出した場合にユーザーに警告を行ったり光源ランプを消灯させたりする保護機能を有するプロジェクタが多い。

特許文献１では、プロジェクタ内部に複数の温度センサを配置し、プロジェクタ内部の各部の温度を細かく把握するようにしたプロジェクタが開示されている。また、特許文献２には、外気温度を検出する温度センサと、光源ランプ近傍の温度を検出する温度センサとを有し、これらにより検出された温度差が大きくなったときに光源ランプを消灯させるプロジェクタが開示されている。
特開２００２−２５８２３８号公報 特開２００３−０４３５７７号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に開示されたプロジェクタをその排気口が塞がれた状態で使用すると、まず光源ランプ周囲の空気の温度が上昇する。その後、光源ランプを囲む断熱部材であるランプケースが熱せられ、ランプケースからその周囲の空気に熱が伝わることで、はじめて温度センサにより温度上昇が検出される。つまり、光源ランプの温度上昇は、ランプケースやその周囲の空気への熱伝達を経た後に検出されるため、排気口が塞がれた状態を迅速に検出することができない。

なお、ランプケースの内部に温度センサを設けてもよいが、ランプケースの内部は通常の使用状態でも高温になるため、その内部に設けられる温度センサは、バイメタルを使用したメカニカルセンサが一般的である。さらに、このメカニカルセンサは、最終的な光源ランプ保護のために光源ランプを強制消灯させる場合に使用され、メカニカルセンサが作動してしまうとユーザーによる容易な回復が難しい。

本発明は、排気口が塞がれた状態を迅速に検出でき、ユーザーによる対処も容易な画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての画像投射装置は、該装置の内部から外部への排気を行わせるための排気口と、外部空気を該装置内に流入させるための吸気口と、該吸気口から流入した空気の温度を検出する温度検出手段と、該吸気口は、該装置の外装面のうち前記排気口が設けられた面に互いに隣接するよう設けられ、排気面が塞がれた状態で前記排気口からの排出空気が吸気口に流入したとき、前記温度検出手段により、該排出空気の温度に対応した所定温度又は該排出空気の流入に応じた所定温度変化が検出された場合に保護動作を行う制御手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、排気口が塞がれた状態で吸気口から装置内に流入した排気に対応した温度又は温度変化を検出することで、その状態を迅速（敏感）に判別し、警告出力や光源ランプの消灯等の保護動作を行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

（プロジェクタの全体構成）
図７には、本発明の実施例１である液晶プロジェクタ（画像投射装置）の構成を示している。

この図において、１は光源ランプ（以下、単にランプという）であり、本実施例では、高圧水銀放電ランプが用いられている。ただし、光源ランプ１として、高圧水銀放電ランプ以外の放電型ランプ（例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ）を用いてもよい。

２はランプ１を保持するランプホルダ、３は防爆ガラス、４はガラス押えである。αはランプ１からの光束を均一な明るさ分布を有する平行光束に変換する照明光学系、βは照明光学系αからの光を色分解して、後述するＲＧＢの３色用の液晶パネルに導き、さらに該液晶パネルからの光を色合成する色分解合成光学系である。

５は色分解合成光学系βからの光（画像）を図示しないスクリーン（被投射面）に投射する投射レンズ鏡筒である。投射レンズ鏡筒５内には、後述する投射光学系が収納されている。

６はランプ１、照明光学系α及び色分解合成光学系βを収納するとともに、投射レンズ鏡筒５が固定される光学ボックスである。該光学ボックス６には、ランプ１の周囲を囲むランプケース６ａが形成されている。

７は光学ボックス６内に照明光学系α及び色分解合成光学系βを収納した状態で蓋をする光学ボックス蓋である。８は商用電源から各基板へのＤＣ電源を作り出すＰＦＣ電源基板、９は電源フィルタ基板、１０はＰＦＣ電源基板８とともに動作してランプ１を点灯駆動するバラスト電源基板である。

１１はＰＦＣ電源基板８からの電力により、液晶パネルの駆動とランプ１の点灯制御を行う制御基板である。１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ、後述する下部外装ケース２１の吸気口２１ａから空気を吸い込むことで、色分解合成光学系β内の液晶パネルや偏光板等の光学素子を冷却するための第１及び第２光学系冷却ファンである。１３は両光学系冷却ファン１２Ａ，１２Ｂからの風を、色分解合成光学系β内の光学素子に導く第１ＲＧＢダクトである。

１４はランプ１に対して吹き付け風を送り、ランプ１を冷却するランプ冷却ファンである。１５はランプ冷却ファン１４を保持しつつ、冷却風をランプ１に導く第１ランプダクトである。１６はランプ冷却ファン１４を保持して、第１ランプダクト１５とともにダクトを構成する第２ランプダクトである。

１７は下部外装ケース２１に設けられた吸気口２１ｂから空気を吸い込み、ＰＦＣ電源基板８とバラスト電源基板１０内に風を流通させることで、これらを冷却するための電源冷却ファンである。１８は排気ファンであり、ランプ冷却ファン１４からランプ１に送られてこれを冷却した後の熱風を、後述する第２側板２４に形成された排気口２４ａから排出する。

下部外装ケース２１は、ランプ１、光学ボックス６及び電源系基板８〜１０及び制御基板１１等を収納する。２２は下部外装ケース２１に光学ボックス６等を収納した状態で蓋をするための上部外装ケースである。２３は第１側板であり、第２側板２４とともに外装ケース２１，２２により形成される側面開口を閉じる。下部外装ケース２１には、上述した吸気口２１ａ，２１ｂが形成されており、第２側板２４には上述した排気口２４ａが形成されている。下部外装ケース２１、上部外装ケース２２、第１側板２３及び第２側板２４によって、該プロジェクタの筐体が構成される。

２５は各種信号を取り込むためのコネクタが搭載されたＩＦ基板であり、２６は第１側板２３の内側に取り付けられたＩＦ補強板である。

２７はランプ１からの排気熱を排気ファン１８まで導き、筐体内に排気風を拡散させないようにするための排気ダクトである。

２８はランプ蓋である。ランプ蓋２８は、下部外装ケース２１の底面に着脱可能に配置され、不図示のビスにより固定される。また、２９はセット調整脚である。セット調整脚２９は、下部外装ケース２１に固定されており、その脚部２９ａの高さを調整可能となっている。脚部２９ａの高さ調整により、プロジェクタの傾斜角度を調整できる。

３０は下部外装ケース２１の吸気口２１ａの外側に取り付けられる不図示のフィルタを保持するＲＧＢ吸気プレートである。

３１は色分解合成光学系βを保持するプリズムベースである。３２は色分解合成光学系β内の光学素子と液晶パネルを冷却するために、第１及び第２光学系冷却ファン１２Ａ，１２Ｂからの冷却風を導くダクト形状部を有するボックスサイドカバーである。３３はボックスサイドカバー３２と合わさってダクトを形成する第２ＲＧＢダクトである。

３４は色分解合成光学系β内に配置される液晶パネルから延びたフレキシブル基板が接続され、制御基板１１に接続されるＲＧＢ基板である。
３５はＲＧＢ基板３４に電気ノイズが入り込まないようにするためのＲＧＢ基板カバーである。

（冷却構造）
次に、本実施例のプロジェクタにおける冷却構成について、図８を用いて説明する。前述したように、本プロジェクタ内には、５つのファン１２Ａ，１２Ｂ，１４，１７，１８が収納されており、以下に示す複数の流路に空気流を流してそれぞれの冷却対象を冷却する。

図８中に実線矢印で示す流路Ｂでは、ランプ冷却ファン１４によって吸い込まれた筐体内の空気が、ダクト１５，１６を介して冷却風としてランプ１まで送られる。ランプ１を冷却した空気流は、排気ダクト２７に導かれ、排気ファン１８によって筐体外部に排気される。

図８中に点線矢印で示す流路Ａでは、投射レンズ鏡筒５の下側の吸気口２１ａから第１及び第２冷却ファン１２Ａ，１２Ｂ（１２Ｂは投射レンズ鏡筒５の下側に配置されている）によって筐体外部から吸い込まれた空気が流入する。該空気流による冷却風は、光学ボックス６内に配置された色分解合成系βの光学素子を冷却する。そして、その冷却風の多くは、光学ボックス６に隣接するＰＦＣ電源基板８及びバラスト電源基板１０に向かって流れ、該基板９，１０に実装された電気部品を冷却した後、排気ファン１８及び電源冷却ファン１７によって筐体外部に排出される。

さらに、図８中に一点鎖線矢印で示す流路Ｃでは、下部外装ケース２１の吸気口２１ｂ（図８中には示していない）から吸い込まれた空気が流入する。該空気流による冷却風は、筐体内の空気とともに電源冷却ファン１７もしくは排気ファン１８による吸い込み力によってバラスト電源基板１０及びＰＦＣ電源基板８に導かれる。そして、これら基板８，１０を冷却した後、電源冷却ファン１７及び排気ファン１８によって筐体外部に排出される。

以上のように構成される冷却構造において、ランプ１の周辺の排吸気構造について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。図２は、図１に示すランプケース６ａ及び排気ダクト２７の断面を示している。

発熱部材としてのランプ１及びランプ１を保持するランプホルダ２等で構成されるランプユニット１０１は、断熱部材としてのランプ収納部材であるランプケース６ａの内部に収納される。ランプケース６ａには排熱用の開口６ａ１が設けられ、排気ダクト２７の一方の開口に連結されている。排気ダクト２７の他方の開口は、排気ファン１８の吸気面に対向配置されている。これにより、ランプケース６ａ内の空気は排気ダクト２７の内部を通過して排気ファン１８に至り、排気ファン１８の下流側に設けられた排気口２４ａから排気される。排気口２４ａは、前述したように、プロジェクタの外装面の一部を構成する第２側板２４に形成されている。

このような構成において、ランプ１は点灯状態において多くの熱を発生するため、ランプケース６ａの内部は２００℃近い高温になる。このため、ランプ１を冷却した後の熱風に冷たい外気を混合しても、排気口２４ａからの排出空気は高温となってしまう。

ところで、ランプユニット１０１からプロジェクタ外部に排気されるまでのメインの空気流Ｗ１は、前述した流路Ｂを流れるが、本実施例では、サブの空気流Ｗ２を流すための流路を形成する。このサブの空気流Ｗ２用の流路を形成するための構成について以下に説明する。

まず、第２側板２４における排気口２４ａに隣接（近接）する位置には吸気口２４ｂが設けられている。つまり、吸気口２４ｂは、プロジェクタの外装面のうち排気口２４ａが設けられた面（第２側板２４）に設けられている。以下、排気口２４ａが設けられた面を、単にプロジェクタの排気面という。

また、排気ファン１８と排気ダクト２７との連結部近傍には、ランプケース６ａの外周領域から排気ファン１８への空気流を形成するために開口（間隙）Ｈ１を設ける。

このような構成により、排気ファン１８を駆動すると、排気ファン１８の吸気側が負圧となり、ランプケース６ａの内部を通過する空気流Ｗ１とランプケース６ａの外周領域を通過する空気流Ｗ２とが形成される。

ランプケース６ａには、該ランプケース６ａの内部の温度を検出するための第１温度センサＳ１が設けられている。また、吸気口２４ｂの近傍（ランプケース６ａの外面と吸気口２４ｂとに面した領域）には、吸気口２４ｂから流入した空気（外部空気）の温度（雰囲気温度）を検出する第２温度センサＳ２が配置されている。第２温度センサＳ２は、「温度検出手段」に相当し、第１温度センサＳ１は「別の温度検出手段」に相当する。

排気口２４ａが後述する障害物によって覆われていない状態では、第２温度センサＳ２は、ランプケース６ａの近傍に配置されているものの、外気温度（プロジェクタが設置された室内の温度等）と同等な温度を検出することができる。

ここで、第１温度センサＳ１は、他の温度センサが故障してもランプ１を保護することができるように、バイメタル等を利用したメカニカルセンサである。そして、第１温度センサＳ１は、その検出温度がある温度（他の温度センサの検出温度範囲よりも高い温度）を超えた場合にランプ１を点灯させている電流を遮断する機能を持つ。

これに対し、第２温度センサＳ２は、ＩＣ素子を利用した温度センサであり、温度の変化に応じた電気信号を出力する。このため、第２温度センサＳ２の出力に応じた電気的制御を行うことが可能である。

図３には、プロジェクタがその排気面を室内の壁等の障害物（外部物体）ＷＬに近づけて設置された状態を示している。このような設置状態を、以下、「排気面（排気口２４ａ）が塞がれた状態」という。

この状態では、排気口２４ａから外部に排出された空気Ｗ１ａは、障害物ＷＬによってその進行を妨げられ、障害物ＷＬに沿って広がる（Ｗｂ）。上述したように、排気口２４ａに隣接して設けられた吸気口２４ｂの内部には負圧が生じているため、排出空気の一部Ｗ２ｃが吸気口２４ｂを通ってプロジェクタの内部に流入する。流入した排出空気Ｗ２ｃは、排気ファン１８によって引っ張られて排気ファン１８の吸気側に戻る（Ｗ２ｄ）。このように、排気面が塞がれた状態では、排気口２４ａからの排出空気が再び吸気口２４ｂから吸気されるという排気流の閉ループ（Ｗ１ａ→Ｗｂ→Ｗ２ｃ→Ｗ２ｄ→Ｗ１ａ）が形成される。

その結果、第２温度センサＳ２は、吸気口２４ｂからプロジェクタ内部に流入した排出空気Ｗ２ｃの温度を検出することが可能になる。つまり、排気面が塞がれた状態になると瞬時に上述した排気流の閉ループが形成される。このため、プロジェクタ内部に流入した排出空気の温度を第２温度センサＳ２で迅速（敏感）に検出することができ、この結果、後述するように、排気面が塞がれた状態を迅速にユーザーに知らせることが可能となる。

図４には、上記構成を採用したプロジェクタと上記構成を採用していない従来のプロジェクタを用いて行った実験結果を示す。破線のグラフは、排気口に隣接した位置に吸気口を設けていない従来のプロジェクタにおいて、ランプケースの外部でかつその近傍に配置した温度センサによる検出温度の推移を示す。実線のグラフは、排気口２４ａに隣接した位置に吸気口２４ａを設けた本実施例のプロジェクタにおける第２温度センサＳ２による検出温度の推移を示す。いずれのプロジェクタについても、時刻Ｔ１で排気面が塞がれた状態とした。

従来のプロジェクタでは、時刻Ｔ１より前の状態（排気面が塞がれていない通常の状態）では、ランプケース６ａ周辺の温度の上昇に伴って温度センサによる検出温度も徐々に上昇した。そして、時刻Ｔ１の後では、時刻Ｔ１より前の状態よりも温度センサによる検出温度が上昇するものの、上昇率はそれほど高くならなかった。

一方、本実施例のプロジェクタでは、時刻Ｔ１より前の状態では、吸気口２４ｂからランプケース周辺に冷たい外気が取り込まれるため、第２温度センサＳ２による検出温度はほとんど上昇しなかった。しかし、時刻Ｔ１の後では、ただちに第２温度センサＳ２による検出温度が急激に上昇した。また、上昇後の温度も従来の場合に比べてはるかに高い温度になった。

これらのグラフの比較から分かるように、第２温度センサＳ２による検出温度又はその変化をモニタすることで、排気面が塞がれた状態を迅速に検出することができる。

このことを利用して、本実施例では、図９に示すフローチャートに従い、排気面が塞がれたことに対する保護動作を行う。この保護動作は、図７に示した制御基板１１に搭載された制御手段としてのＣＰＵ（以下、コントローラという）１１Ａが、その内部に格納されたコンピュータプログラムに従って実行する。

ステップ（図ではＳと略す）１００１では、コントローラ１１Ａは、第２温度センサＳ２の出力を取り込む。次に、ステップ１００２では、コントローラ１１Ａは、第２温度センサＳ２による検出温度が、所定温度より高い（温度異常が生じている）か否かを判別する。所定温度とは、排気口２４ａからの排出空気の温度に対応した温度であり、例えば図４に示すＴｓ２（６５℃程度の温度）である。所定温度Ｔｓ２は、排気面が塞がれた状態で第２温度センサＳ２により検出される特有の温度であるので、これを検出することで排気面が塞がれた状態を正確に判別することができる。

なお、「排出空気の温度に対応した温度」といっても、排出空気と同じ温度である必要はなく、様々な状況で排出空気が吸入口２４ｂから流入した場合に第２温度センサＳ２により検出される温度を実験により求め、その平均値や最低値等を設定すればよい。

また、所定温度Ｔｓ２は、第１温度センサＳ１によるランプ１の消灯が行われる温度（第１温度センサＳ１の動作温度）Ｔｓ１より低い温度に設定される。すなわち、
Ｔｓ１＞Ｔｓ２
の関係を満足する。これにより、第２温度センサＳ２により第１温度センサＳ１よりも先に温度異常を検出することができる。

ステップ１００２において温度異常が生じていない場合は、ステップ１００１に戻る。一方、温度異常が生じている場合は、ステップ１００３に進み、第１の保護動作を行う。第１の保護動作としては、排気面が塞がれた状態により温度異常が生じていることをユーザーに報知するための警告表示を行ったり警告音を発生したりする。

次に、ステップ１００４では、コントローラ１１Ａは、第２の保護動作を行う。第２の保護動作として、排気ファン１８の回転数を増加させる。

次に、ステップ１００５では、コントローラ１１Ａは、第２温度センサＳ２の出力を再度取り込む。そして、第２温度センサＳ２による検出温度が、前述した所定温度より高い（温度異常が生じている）か否かを再度判別する。

温度異常が解消され、異常が生じていない場合は、ステップ１００１に戻る。一方、温度異常が生じている場合は、ステップ１００６に進み、第３の保護動作を行う。第３の保護動作として、ランプ１を消灯する。そして、本フローを終了する。

なお、ステップ１００２においては、図４にてΔＴｍｐと示される、排出空気の流入に応じた所定温度変化(単位時間あたりの温度上昇率)の有無を判別してもよい。所定温度変化ΔＴｍｐは、排気面が塞がれた状態で生ずる特有の温度上昇率であるので、これを検出することで排気面が塞がれた状態を正確に判別することができる。

また、第１温度センサＳ１も第２温度センサＳ２と同様にＩＣを用いた温度センサとしてもよい。この場合、両温度センサＳ１，Ｓ２により検出された温度の積を評価することで、より温度異常を敏感に検出することも可能になる。

なお、上述した保護動作としては、第１〜第３の保護動作を行わなくてもよく、警告の表示、警告音の発生、ランプ１の消灯及び排気ファン１８の回転数増加のうち少なくとも１つを行えばよい。

また、本実施例では、吸気口２４ｂを排気口２４ａが設けられた排気面に形成された場合について説明したが、図５に示すように、外装面のうち排気面に隣り合う面に排気口２４ａに近接させて吸気口２４ｂを設けてもよい。この場合でも、排気面が塞がれた状態で排気流の閉ループ（Ｗ１ａ→Ｗｂ→Ｗ２ｃ→Ｗ２ｄ→Ｗ１ａ）が形成されるので、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

図６には、本発明の実施例２である液晶プロジェクタにおけるランプ周辺の排吸気構造を示している。

実施例１では、吸気口２４ｂの近傍に第２の温度センサＳ２が設けられている場合について説明したが、第２温度センサＳ２を以下に説明する位置に配置とするとともに以下に説明する導風部材を用いてもよい。

本実施例では、吸気口２４ｂから排気ファン１８の吸気面までを、ダクト形状を有する導風部材２０１で連結する。そして、導風部材２０１によって囲まれた流路の中に第２温度センサＳ２を配置する。

これにより、排気面が障害物ＷＬによって塞がれて、実施例１（図６）と同様に排気流の閉ループ（Ｗ１ａ→Ｗｂ→Ｗ２ｃ→Ｗ２ｄ→Ｗ１ａ）が形成された状態で、吸気口２４ｂから導風部材２０１内に流入した空気Ｗ２ｃは確実に第２温度センサＳ２に導かれる。したがって、実施例１に比べて、第２温度センサＳ２を吸気口２４ｂから離れた位置に配置することができる。つまり、第２温度センサＳ２の配置自由度が向上する。

また、導風部材２０１を設けることで、上記閉ループを構成する空気Ｗ２ｃをプロジェクタ内部で独立した流路を流すことができるため、排気面が塞がれたことをより敏感に検出することができる。

第２温度センサＳ２を用いた保護動作の制御については、実施例１と同じである。

以上のように、上記各実施例によれば、排気面が塞がれた状態を第２温度センサＳ２を用いて敏感に検出することができる。これにより、プロジェクタ内部の過度の温度上昇が生じる前に、保護動作を行うことができ、この結果、ランプの寿命低下や光学素子等の熱に弱い部品の熱によるダメージを回避することができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。例えば、上記各実施例では、ランプを冷却した空気の排気部分の構成について説明したが、同様の構成を、ランプ以外の発熱部材を冷却した空気の排気部分（図８に示す流路Ａ，Ｃの排気部分）に採用してもよい。また、反射型液晶パネルに代えて、透過型液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いてもよい。

本発明の実施例１であるランプ周辺の排吸気構造を示す斜視図。 実施例１の排吸気構造を示す断面図。 実施例１の排吸気構造での空気流を示す断面。 実施例１の温度センサによる検出温度の推移を示すグラフ。 実施例１の排吸気構造の変形例を示す断面図。 本発明の実施例２の構成図。 実施例１の液晶プロジェクタの分解斜視図。 実施例１の液晶プロジェクタの冷却風の流れを示す平面図。 実施例１における保護動作を示すフローチャート。

符号の説明

１０１ ランプユニット
６ａ ランプケース
１８ 排気ファン
２４ａ 排気口
２４ｂ 吸気口
２７ 排気ダクト
Ｗ１，Ｗ２ 空気流
Ｓ１，Ｓ２ 温度センサ
Ｈ１ 間隙
ＷＬ 障害物
２０１ 導風部材

Claims (6)

1. 光源からの光を用いて画像を投射する画像投射装置であって、
   該装置の内部から外部への排気を行わせるための排気口と、
   外部空気を該装置内に流入させるための吸気口と、
   該吸気口から流入した空気の温度を検出する温度検出手段と、
   該吸気口は、該装置の外装面のうち前記排気口が設けられた面に互いに隣接するよう設けられ、
   排気面が塞がれた状態で前記排気口からの排出空気が吸気口に流入したとき、前記温度検出手段により、該排出空気の温度に対応した所定温度又は該排出空気の流入に応じた所定温度変化が検出された場合に保護動作を行う制御手段とを有することを特徴とする画像投射装置。
2. 前記吸気口から流入した空気を前記排気口に導く流路を有することを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記流路を囲む導風部材を有し、
   前記温度検出手段が、前記導風部材の内部に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
4. 前記排気口から光源ランプを冷却した空気が排気され、
   前記温度検出手段は、前記光源ランプを収納するランプ収納部材の外面と前記吸気口とに面した領域に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の画像投射装置。
5. 前記温度検出手段は、前記排気口からの排出空気の温度に対応した所定温度を検出し、
   該装置は、前記所定温度よりも高い温度で動作する別の温度検出手段を有することを特徴とする請求項４に記載の画像投射装置。
6. 前記保護動作は、警告の表示、警告音の発生、光源ランプの消灯及びファンの回転数増加のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の画像投射装置。