JP5083598B2 - 光学系ユニット及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、光学系ユニット及び当該光学系ユニットを備えるプロジェクタに関するものである。

今日、パーソナルコンピュータの画面に表示される画像やビデオ信号の画像、更にはメモリカードなどに記録されている画像データによる画像などをスクリーンに投影するデータプロジェクタが多用されている。

データプロジェクタは、多くの場合、メタルハイランドランプや超高圧水銀ランプなどの小型高輝度の光源を用い、光源から射出された光をカラーフィルタにより３原色の光として光源側光学系により液晶やＤＭＤ（デジタル・マイクロ・デバイス）と呼ばれる表示素子に照射し、表示素子の透過光又は反射光をズーム機能を備えた投影側光学系とされるレンズ群を介してスクリーンに投影する構造とされている。

このＤＭＤは光源から射出された光が照射されるため高温となるが、ＤＭＤは常に６５度以下の温度に保つ必要があるため、ＤＭＤの近傍に冷却手段を設けることで常に冷却した状態となっている。この場合、光源から射出された光によって高温になる場所と、冷却手段により低温となる場所に温度差が生じ、結露によってＤＭＤを保護するカバーガラス等に熱せられた樹脂等から発生するガスやゴミ等の浮遊物が付着することがある。これらの浮遊物は投影画像の画質の劣化に繋がるため問題となる。

特開２０００−９８３２９号公報（特許文献１）では、液晶を用いたプロジェクタにおける光変調素子に付着する浮遊物を取り除くため、光変調素子の入射側及び射出側近傍に透明ガラスを配置することで光源から射出される光の温度を低減する提案がなされている。
特開２０００−９８３２９号公報

上述したような従来のプロジェクタにおいては、ＤＭＤを保護するカバーガラス等に付着する付着物が投影画像の画質の劣化を招くといった問題点があった。

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、カバーガラス等にゴミ等の浮遊物が付着することを防止する付着防止手段を備えた光学系ユニット及び当該光学系ユニットを備えたプロジェクタを提供することを目的としている。

本発明の光学系ユニットは、表示素子と、光源からの光を前記表示素子に導光する光源側光学系と、透光性を有し、前記表示素子の正面を保護するカバーガラスと、前記カバーガラスに浮遊物が付着することを防止する付着防止手段と、を備え、前記付着防止手段は、前記カバーガラスの正面側に配置され、前記表示素子へ照射される光を避ける略方形状の開口を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、カバーガラスに浮遊物が付着することを防止することができる。

本発明を実施するための最良の形態のプロジェクタ10は、光源手段とする光源装置63と、光学系ユニット77と、プロジェクタ制御手段を備えた制御回路基板103とを有し、光学系ユニット77は、光源側光学系61の一部を備えた照明側ブロック78と、光源側光学系61の一部及び表示素子51並びに付着防止手段を備えた画像生成ブロック79と、投影側光学系62を備えた投影側ブロック80とを有し、表示素子51は正面を透光性の薄板であるカバーガラス52によって保護され、当該カバーガラス52の正面側には、表示素子51へ照射される光を避ける略方形状の開口を備えた付着防止手段とするガラス枠55を備えるものである。

又、ガラス枠55は、カバーガラス52と同一材料で形成され、カバーガラス52よりも厚みを有し、カバーガラス52の外周縁近傍とガラス枠55の内枠近傍が接するように配置されているものである。

以下、本発明の実施例を図に基づいて詳説する。本発明の一つの実施例に係るプロジェクタ10は、図１に示すように、略直方体形状であって、本体ケースの前方の側板とされる前面板12の側方に投影口を覆うレンズカバー19を有すると共に、この前面板12には複数の排気孔17を設けている。更に、図示しないがリモートコントローラからの制御信号を受信するＩｒ受信部を備えている。

又、本体ケースである上面板11にはキー／インジケータ部37を有するものであり、このキー／インジケータ部37には、電源スイッチキーや電源のオン又はオフを報知するパワーインジケータ、光源装置のランプを点灯させるランプスイッチキー及びランプの点灯を表示するランプインジケータ、光源装置等が過熱したときに報知をする過熱インジケータ等のキーやインジケータを備えているものである。

更に、本体ケースの背面には、背面板にＵＳＢ端子や画像信号入力用のＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、ＲＣＡ端子等を設ける入出力コネクタ部及び電源アダプタプラグ等の各種端子20、図示しないメモリカードスロット等を有しているものである。

尚、図示しない本体ケースの側板である右側板、及び、図１に示した側板である左側板15の下部近傍には、各々複数の吸気孔18を備えるものである。

そして、このプロジェクタ10のプロジェクタ制御手段は、図２に示すように、制御部38、入出力インターフェース22、画像変換部23、表示エンコーダ24、表示駆動部26等を有するものであって、入出力コネクタ部21から入力された各種規格の画像信号は、入出力インターフェース22、システムバス（ＳＢ）を介して画像変換部23で表示に適した所定のフォーマットの画像信号に統一するように変換された後、表示エンコーダ24に送られるものである。

又、表示エンコーダ24は、送られてきた画像信号をビデオＲＡＭ25に展開記録させた上でこのビデオＲＡＭ25の記録内容からビデオ信号を生成して表示駆動部26に出力するものである。

そして、表示エンコーダ24からビデオ信号が入力される表示駆動部26は、送られてくる画像信号に対応して適宜フレームレートで空間的光変調素子（ＳＯＭ）である表示素子51を駆動するものであり、光源装置63からの光を光源側光学系を介して表示素子51に入射することにより、表示素子51の反射光で光像を形成し、投影側光学系を介して図示しないスクリーンに画像を投影表示するものであり、この投影側光学系の可動レンズ群97は、レンズモータ45によりズーム調整や焦点調整のための駆動が行われるものである。

又、画像圧縮伸長部31は、画像信号の輝度信号及び色差信号をＡＤＴＣ及びハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮して着脱自在な記録媒体とされるメモリカード32に順次書き込む記録処理や、再生モード時はメモリカード32に記録された画像データを読み出し、一連の動画を構成する個々の画像データを１フレーム単位で伸長して画像変換部23を介して表示エンコーダ24に送り、メモリカード32に記録された画像データに基づいて動画等の表示を可能とするものである。

そして、制御部38は、プロジェクタ10内の各回路の動作制御を司るものであって、ＣＰＵや各種セッティング等の動作プログラムを固定的に記録したＲＯＭ及びワークメモリとして使用されるＲＡＭ等により構成されている。

又、本体ケースの上面板11に設けられるメインキー及びインジケータ等により構成されるキー／インジケータ部37の操作信号は、直接に制御部38に送出され、リモートコントローラからのキー操作信号は、Ｉｒ受信部35で受信され、Ｉｒ処理部36で復調されたコード信号が制御部38に送られるものである。

尚、制御部38にはシステムバス（ＳＢ）を介して音声処理部47が接続されており、音声処理部47はＰＣＭ音源等の音源回路を備え、投影モード及び再生モード時には音声データをアナログ化し、スピーカ48を駆動して拡声放音させることができるものである。

又、この制御部38は、電源制御回路41を制御しており、この電源制御回路41は、ランプスイッチキーが操作されると光源装置63の放電ランプを点灯させる。更に、制御部38は、冷却ファン駆動制御回路43も制御しており、この冷却ファン駆動制御回路43は、光源装置63等に設けた複数の温度センサによる温度検出を行わせて、冷却ファンの回転速度を制御させ、又、タイマー等により光源装置63のランプ消灯後も冷却ファンの回転を持続させるものであり、更に、温度センサによる温度検出の結果によっては光源装置63を停止してプロジェクタ本体の電源をＯＦＦにする等の制御も行うものである。

又、このプロジェクタ10の内部構造は、図３に示したように、ランプ電源回路ブロック101等を取付けた電源制御回路基板102を右側板14の近傍に配置し、筐体内を区画用隔壁120により背面板13側の吸気側空間室121と前面板12側の排気側空間室122とに気密に区画し、プロジェクタ10の中央近傍にシロッコファンタイプのブロア110を冷却ファンとして配置し、吸気側空間室121にブロア110の吸込み口111を排気側空間室122にブロア110の吐出口113を位置させている。

更に、排気側空間室122内に光源装置63を配置し、左側板15に沿って照明側ブロック78及び画像生成ブロック79並びに投影側ブロック80で構成する光学系ユニット77を配置し、光学系ユニット77の照明側ブロック78を排気側空間室122に開口連通させて光学系ユニット77の一部が排気側空間室122に位置するように配置している。又、排気側空間室122の前面板12に沿って光源装置63を冷却した後外部に排気される排気の温度を低減するための排気温低減装置114を配置している。

又、光源装置63は、内面に反射面とする反射膜を有し前方に開口部を有したリフレクタと、このリフレクタの内部に内蔵するハロゲン等を用いた放電ランプとを有したものである。

そして、この光源装置63等を冷却する冷却ファンとしてのブロア110は、中心部に吸込み口111を有し、吐出口113は略正方形断面であって、区画用隔壁120に接続され、区画用隔壁120によって区画された排気側空間室122にブロア110からの排風を排出するものであって、ブロア110の吸込み口111の近傍には制御回路基板103が配設されるものである。

そして、光学系ユニット77は、光源装置63の近傍に位置し光源装置63からの射出光を画像生成ブロック79に向けて射出する照明側ブロック78と、照明側ブロック78からの射出光を画像データに合わせて投影側ブロック80に向けて反射する画像生成ブロック79と、左側板15の近傍に配置され画像生成ブロック79で反射した光をスクリーン上に投影する投影側ブロック80との３つのブロックから構成されているものである。

この照明側ブロック78は、図４に示すように、光源側光学系61の一部を備えたものであり、この照明側ブロック78に位置している光源側光学系61としては、光源装置63から射出された光をカラーホイール71に反射する第１反射ミラー72や、赤色光、緑色光、青色光とするカラーフィルタを周囲に設けてホイールモータ73により回転されるカラーホイール71、及びカラーホイール71のフィルタを透過した光を均一な強度分布の光束とする導光装置75等を備えている。

又、画像生成ブロック79は、導光装置75から射出された光の向きを変更する第２反射ミラー74や、この第２反射ミラー74により反射した光を表示素子51に集光させる集光レンズ群83及びこの集光レンズ群83を透過した光を表示素子51に所定の角度で照射する照射ミラー84等の光源側光学系61の一部と、表示素子51であるＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を備えており、更に、ガスやゴミ等の浮遊物が温度差によっておこる結露によって光路上の光学系に付着することを防止する付着防止手段を備えるものである。

このＤＭＤは、複数のマイクロミラーがマトリックス状に配置され、正面方向に対して一方向に傾いた入射方向から入射した光を、複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより正面方向のオン状態光線と斜め方向のオフ状態光線とに分けて反射することにより画像を表示するものであり、一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより正面方向に反射するオン状態光線とし、他方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより斜め方向に反射してオフ状態光線とすると共に、このオフ状態光線を吸光板で吸収し、正面方向への反射による明表示と、斜め方向への反射による暗表示とにより画像を生成するものである。

そして、図５に示すように、表示素子51は表示素子ユニット54に保持され、透明な薄板であるカバーガラス52によって正面側を保護されている。この表示素子ユニット54は、表示素子51が非常に繊細で壊れやすいものであり、固定するために直接圧力を負荷すると表示素子51が損傷するおそれがあるため、表示素子51の背面を表示素子固定板等に固定し、表示素子51の表面側には開口を設けて光路を形成した板を配置し、裏面側には熱伝導率の高い板を配置してこれらの板で表示素子固定板を挟持して固定するものである。又、表示素子51の表面側は保護するものがないため、カバーガラス52によって保護するものである。

又、カバーガラス52の正面側には、表示素子51に照射する光を避けるための略方形状の開口を備えた上述した付着防止手段とされるガラス枠55が、カバーガラス52の外周縁近傍とガラス枠55の内枠近傍とが接するように配置されている。このガラス枠55は、カバーガラス52と同一材料でカバーガラス52よりも分厚く形成されたものであり、光を避ける開口を備えているため、光源装置63から射出され光源側光学系61を透過した光や表示素子51から射出された光が直接当たることはなく、カバーガラス52よりも低温となっている。

又、表示素子ユニット54は、背面側から表面をメッシュ状に形成され開口を備えた表示素子取付部材56によって光学系ユニット77のケースに取付けられており、更に、表示素子取付部材56の背面側には、表示素子取付部材56の開口と対向する位置に開口を備えた背面蓋57が光学系ユニット77の背面側を蓋するように配置されているものである。

更に、この背面蓋57の背面には表面に突出部を備えた放熱板58が近接して配置され、放熱板58の後方にはスペーサー59を介して表示素子冷却フィン53が配置されている。この放熱板58は、熱伝導性に優れた薄板であり、表示素子取付部材56及び背面蓋57の開口を突出部が貫挿して表示素子ユニット54と接しており、表示素子冷却フィン53によって放熱板58を冷却することによって表示素子51を冷却することができるものである。

表示素子51は、光源装置63からの射出光が照射されるため高温となるが、常に６５度以下に温度を保つ必要があるため表示素子冷却フィン53等によって低温に保たれている。しかし、従来の光学系ユニット77は、冷却されることにより低温となった表示素子51と、光源装置63からの射出光が照射されるために高温となっている光学系等との温度差により結露が発生し、これによりガスやゴミ等の浮遊物が表示素子51と共に低温となったカバーガラス52に付着することがあった。

一方本実施例では、カバーガラス52の周縁にカバーガラス52よりも低温となるガラス枠55を配置することにより、ガラス枠55がカバーガラス52よりも低温となるため、温度差によって結露が発生し、浮遊物は、カバーガラス52よりも低温なガラス枠55の内枠表面に付着することとなり、有効光となる光が透過するカバーガラス52に浮遊物が付着することを防止できる。これにより浮遊物の付着による投影画像の画質の劣化等が防止できるものである。

そして、図４に示したように、表示素子51の明表示光線束を投影側光学系62のレンズ群を介して図示しないスクリーンに投影することによってスクリーンに画像を投影表示するものであって、投影側ブロック80は、画像を形成する明表示の光線束をスクリーン等に照射する投影側光学系62のレンズ群を有し、この投影側光学系62は、固定レンズ群93や可動レンズ群97を備えているものである。そして、これらの投影側光学系62のレンズ群によりズーム機能を備えた可変焦点型レンズとしているものであり、光学系ユニット77と左側板15の間に配置された光学系制御基板86によりレンズモータ45を制御して可動レンズ群97を光軸に沿って移動させ、ズーム調整や焦点調整を可能としているものである。

本発明によれば、付着防止手段とするガラス枠55を表示素子51の近傍に配置することにより、有効光が透過する光学系の中で冷却されたことにより低温となった光学系に付着していた浮遊物が、更に低温とされたガラス枠55に付着することとなり、有効光の光路上に浮遊物が付着することを防止できる。

又、ガラス枠55の開口をカバーガラス52の外形と同一形状に形成し、ガラス枠55の内枠近傍とカバーガラス52の外周縁近傍が接するように配置することで、ガラス枠55に直接光が照射されることがなくなるためガラス枠55を低温に保つことができ、有効光が透過する光学系に付着していた浮遊物をガラス枠55に付着させることができる。

又、カバーガラス52と同一材料でガラス枠55を形成することによって両部材の熱伝導率が等しくなるため、光が照射されるカバーガラス52の温度よりも光が照射されないガラス枠55の温度の方が常に低温となり、有効光が透過する光学系に付着していた浮遊物をガラス枠55に付着させることができる。

尚、ガラス枠55の内枠の表面に複数の溝を形成することで、浮遊物がガラス枠55の内枠に付着し易くなるため、付着防止手段としてのガラス枠55の機能を更に向上させることができる。

又、本実施例においては付着防止手段としてカバーガラスと同一材料で形成されたガラス枠55を用いていたが、ガラス枠55と同形状のカバーガラスとは材質の異なるガラス材料や或いは金属枠を用いることもできる。カバーガラスとは材質の異なるガラス材料で形成されたガラス枠55を用いた場合は、ガラスであれば熱伝導率も低いため、光が照射されるカバーガラス52の温度の影響をあまり受けず、直接光が照射されないためカバーガラス52よりも低温となり、カバーガラス52に付着していた浮遊物がガラス枠55に付着するので、付着防止手段としての効果を得ることができる。又、カバーガラスと同一材料でなくてよいので汎用性がある。

金属枠を用いた場合、金属は熱伝導率が高いためカバーガラス52と略同じ温度となるが、直接光が照射されないためカバーガラス52よりも低温となり、カバーガラス52に付着していた浮遊物が金属枠に付着するので、付着防止手段としてガラス枠を用いた場合と同様の効果を得ることができる。

尚、本発明は、以上の実施例に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。

本発明の実施例に係るプロジェクタの外観を示す斜視図。 本発明の実施例に係るプロジェクタの機能回路ブロックを示す図。 本発明の実施例に係るプロジェクタの上面板を取り除いた概略上面図。 本発明の実施例に係るプロジェクタの光学ユニットの内部を示す概略上面図。 本発明の実施例に係る表示素子周辺の分解斜視図。

符号の説明

10 プロジェクタ 11 上面板
12 前面板 13 背面板
14 右側板 15 左側板
17 排気孔 18 吸気孔
19 レンズカバー 20 各種端子
21 入出力コネクタ部 22 入出力インターフェース
23 画像変換部 24 表示エンコーダ
25 ビデオＲＡＭ 26 表示駆動部
31 画像圧縮伸長部 32 メモリカード
35 Ｉｒ受信部 36 Ｉｒ処理部
37 キー／インジケータ部 38 制御部
41 電源制御回路 43 冷却ファン駆動制御回路
45 レンズモータ 47 音声処理部
48 スピーカ 51 表示素子
52 カバーガラス 53 表示素子冷却フィン
54 表示素子ユニット 55 ガラス枠
56 表示素子取付部材 57 光学系ユニット背面蓋
58 放熱板 59 スペーサー
61 光源側光学系 62 投影側光学系
63 光源装置 71 カラーホイール
72 第１反射ミラー 73 ホイールモータ
75 導光装置 77 光学系ユニット
78 照明側ブロック 79 画像生成ブロック
80 投影側ブロック 83 集光レンズ群
84 照射ミラー 86 光学系制御基板
93 固定レンズ群 97 可動レンズ群
101 ランプ電源回路ブロック 102 電源制御回路基板
103 制御回路基板 110 ブロア
111 吸込み口 113 吐出口
114 排気温低減装置 120 区画用隔壁
121 吸気側空間室 122 排気側空間室

Claims (5)

1. 表示素子と、
   光源からの光を前記表示素子に導光する光源側光学系と、
   透光性を有し、前記表示素子の正面を保護するカバーガラスと、
   前記カバーガラスに浮遊物が付着することを防止する付着防止手段と、を備え、
   前記付着防止手段は、前記カバーガラスの正面側に配置され、前記表示素子へ照射される光を避ける略方形状の開口を備えていることを特徴とする光学系ユニット。
2. 前記付着防止手段は、ガラス材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学系ユニット。
3. 前記付着防止手段は、前記カバーガラスと同一材料で形成され、当該カバーガラスよりも厚みを有し、カバーガラスの外周縁近傍と付着防止手段の内枠近傍が接するように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学系ユニット。
4. 前記付着防止手段の内枠表面には複数の溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光学系ユニット。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかの光学系ユニットを備えることを特徴とするプロジェクタ。
   

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