JP6232761B2 - 画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像投射装置に関する。

画像投射装置として広く知られたプロジェクタは、近来、液晶パネルの高解像化、光源ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化などが進んでいる。また、画像表示素子としてＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を利用した小型軽量な画像投射装置が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広くこれら画像投射装置が利用されるようになってきている。特に、フロントタイプのプロジェクタは携帯性が向上し、数人規模の小会議にも使われるようになってきている。

また、プロジェクタには、大画面の画像を投射できる投射画面の大画面化と共に、プロジェクタ外に必要とされる投影空間をできるだけ小さくできることが要請されている。近年では、投射距離が１〜２ｍで投射サイズが６０インチ〜８０インチを達成できる短焦点型のプロジェクタが開発されている。従来の投射距離が長いプロジェクタではスクリーンの前に会議机等があり、この会議机上のスクリーンから離れた位置にプロジェクタを配置する必要があったが、この短焦点型のプロジェクタでは、会議机のスクリーン側に配置することができ、会議机のプロジェクタの後ろ側の空間を自由に使用できるようになっている。

ところで、画像投射装置は、ランプなどの光源を備えており、光源の点灯により装置内の温度が上昇する。このため、画像投射装置は、一般に、この温度上昇を低減させるための冷却手段として吸排気口を備えており、吸排気口の近傍には、強制気流を起こすためのファン（吸気ファン、排気ファン）が備えられている。

このような吸排気口を備えた画像投射装置では、空気中に飛散している塵埃が装置内に流入し、光源からの光で画像表示素子を照明する照明光学系や、画像表示素子で形成される画像を被照射面に投射する投射光学系内部の光路上に付着することで投射画像に異常が生じるおそれがある。

このような装置内への塵埃の流入に対し、吸気ファンの手前にエアフィルタを設けて流入する塵埃の量を低減したり、照明光学系や投射光学系の内部に塵埃が入らないように光学系部品をシールしたりすることが既に知られている。

しかしながら、吸気ファンの手前にエアフィルタを設置する構成の場合、吸気面積が低減する分、風量が低下し、装置内の冷却性能が落ちてしまうこととなる。このため、ファンの回転数を上げることで冷却性能を確保する必要が生じるが、これにより、装置から発せられる騒音が大きくなってしまうという問題があった。また、エアフィルタに塵埃が付着すると更に冷却性能が落ちるため、装置動作を停止し、ユーザーが定期的にエアフィルタを清掃したり、交換したりする手間が発生してしまう。

また、照明光学系や投射光学系の内部に塵埃が入らないように光学系部品をシールすることで、照明光学系や投射光学系の内部の光路上に塵埃が付着することは無く、投射画像に異常が生じることは無いが、光源から照明光学系までの間に設けられるカラーホイールおよびライトトンネルは、空冷する必要があるため部品全体をシールすることができない。特に、塵埃がライトトンネル内に付着すると投射画像の全体輝度が低下してしまうという問題があった。

ライトトンネルに起因する輝度低下を抑制させる技術として、特許文献１には、ライトトンネルの光入射側に光路が開口しているヒートシンクを配置する技術が開示されている。特許文献１では、ライトトンネルの発熱をヒートシンクにより放熱することで、ライトトンネルの熱劣化を抑制して、ライトトンネルの反射率を維持し、投射画像の輝度低下を抑制している。

上記のように、カラーホイールおよびライトトンネルは、空冷する必要があるため部品全体をシールすることができない。ここで、カラーホイールは回転体（モータ）などの駆動手段により回転中心を中心として回転駆動しており、回転体近辺は気流の速度が速いため、負圧になり易く、回転体中心から外に向かう気流が発生する。その気流に塵埃が乗るため、カラーホイールの外径寄りに配置されるライトトンネル内に多くの塵埃が付着してしまう。そして、ライトトンネルに塵埃が付着すると、塵埃の影が生じるため、光の透過率が下がり、投射画像の輝度が低下してしまうという問題があった。

上記特許文献１では、ライトトンネルへの塵埃流入による輝度低下を抑えることについては開示されておらず、また、ヒートシンクを冷却するためには、ヒートシンクを冷却するために強制気流をヒートシンクに当てる必要があり、より塵埃流入を助長してしまうことも考えられる。

そこで本発明は、ライトトンネルへの塵埃流入を抑制して、投射画像の輝度低下を抑制することができる画像投射装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る画像投射装置は、光を放射する光源と、画像を形成する画像表示素子と、前記光源からの光を用いて前記画像表示素子を照明する照明光学系と、前記画像表示素子で形成された画像を被投射面に投射する投射光学系と、を備えた画像投射装置であって、前記光源から放射される光の光路上に配置され、回転駆動しつつ光を分光するカラーホイールと、該カラーホイールから出射する光を前記照明光学系へ導くライトトンネルと、前記光源からの光の放射方向における前記カラーホイールと前記ライトトンネルとの間の空間において、前記ライトトンネルの前記カラーホイールの回転中心側の面から前記カラーホイール側に延伸する位置に配置されて、前記カラーホイールの回転中心から外周側への気流の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽部材と、を備え、前記カラーホイールは、その回転軸が前記光源から前記ライトトンネルに至る光の光軸に対して傾斜して配置されるとともに、前記遮蔽部材は、前記ライトトンネルに対し、前記カラーホイールと同じ向きに傾けて配置されるものである。

本発明によれば、ライトトンネルへの塵埃流入を抑制して、投射画像の輝度低下を抑制することができる。

本発明に係る画像投射装置の一実施形態を示す外観斜視図である。 画像投射装置の側面図であって、被照射面への投射状態を示した図である。 （Ａ）画像投射装置の外装カバーを外した状態を示す斜視図、（Ｂ）（Ａ）の丸囲み部分の拡大構成図である。 照明ユニット、投射ユニット、および光源ユニットの断面図である。 （Ａ）カラーホイールおよびライトトンネルの側面図、（Ｂ）カラーホイールおよびライトトンネルをライトトンネル側から見た場合の模式図である。 （Ａ）カラーホイールおよびライトトンネルの側面図であって、その間に遮蔽部材を設けた様子を示す図、（Ｂ）カラーホイール、ライトトンネル、および遮蔽部材をライトトンネル側から見た場合の模式図である。 遮蔽部材の構成例を示す斜視図である。 遮蔽部材とカラーホイールとの間の隙間を説明する図である。

以下、本発明に係る構成を図１から図８に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

本実施形態に係る画像投射装置（画像投射装置１）は、光を放射する光源（光源ユニット４）と、画像を形成する画像表示素子（画像表示素子ユニット１０、ＤＭＤ素子１０ａ）と、光源からの光を用いて画像表示素子を照明する照明光学系（リレーレンズ７、平面ミラー８、凹面ミラー９）と、画像表示素子で形成された画像を被投射面（スクリーン１５）に投射する投射光学系と、を備えた画像投射装置であって、光源から放射される光の光路上に配置され、回転駆動しつつ光を分光するカラーホイール（カラーホイール５）と、該カラーホイールから出射する光を照明光学系へ導くライトトンネル（ライトトンネル６）と、光源からの光の放射方向におけるカラーホイールとライトトンネルとの間の空間において、カラーホイールの回転中心に対向する側の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽部材（遮蔽部材２０）と、を備えたものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。

（画像投射装置の構成）
図１は、画像投射装置の一実施形態を示す外観斜視図である。また、図２は、画像投射装置の側面図であって、被照射面であるスクリーンへの投射状態を示した図である。

画像投射装置１は、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置やビデオカメラなどの撮像装置等から入力される映像データを基に映像を生成し、その映像をスクリーン１５に投影表示する装置（プロジェクタ）である。

画像投射装置１は、装置内部に光源としてのランプや多数の電子基板を備えており、起動時には、装置の内部温度が上昇する。このため、画像投射装置１には、内部の構成部品が耐熱温度を超えないように、吸気口１１および排気口１２が設けられており、強制気流による空冷方式が一般的に採用されている。

図３（Ａ）は、画像投射装置１の外装カバー２を外した状態を示す斜視図である。また、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の丸囲み部分で示す光学エンジン３と光源ユニット４の拡大構成図である。図３に示すように、画像投射装置１は、光学エンジン３および光源ユニット４を備えている。また、図４は、光学エンジン３を構成する照射光学系を備えた照明ユニット３ａ、投射光学系を備えた投射ユニット３ｂ、および光源ユニット４の断面図である。

図３に示すように、吸気口１１、排気口１２の内側には、それぞれ吸気ファン１３、排気ファン１４が設けられており、吸気ファン１３から吸入した外気を排気ファン１４から排出することで、装置内の強制気流による空冷がなされる。

画像投射装置１においては、光源ユニット４の光源からの光（白色光）が光学エンジン３の照明ユニット３ａに照射される。照明ユニット３ａ内では、照射された白色光をＲＧＢに分光して、照射光学系により画像表示素子ユニット１０へ導き、変調信号に応じて画像形成する画像表示素子ユニット１０とその画像を投射ユニット３ｂの投射光学系によりスクリーン１５へ拡大投射する構成となっている。

光源ユニット４の光源としては、例えば、高圧水銀ランプを用いることができる。また、光学エンジン３の照明ユニット３ａは、光源から照射された光を分光するカラーホイール５と、カラーホイール５から出射した光を照射光学系に導くライトトンネル６と、照射光学系としてのリレーレンズ７、平面ミラー８および凹面ミラー９と、を備えている。また、照明ユニット３ａ内には、画像表示素子ユニット１０が設けられる。

照明ユニット３ａでは、先ず、光源からの白色光が、円盤状のカラーホイール５で単位時間毎にＲＧＢの各色が繰り返す光に変換され出射される。次いで、板ガラスを張り合わせて筒状に構成されたライトトンネル６に、カラーホイール５から出射された光が導かれ伝送される。

次いで、ライトトンネル６から出射された光は、２枚のレンズを組み合わせてなるリレーレンズ７により、光の軸上色収差を補正しつつ集光される。また、リレーレンズ７から出射される光は、平面ミラー８および凹面ミラー９によって反射されて、複数のマイクロミラーからなる略矩形のミラー面を有し、映像データに基づいて各マイクロミラーが時分割駆動されることにより、所定の映像を形成するように投射光を加工して反射する画像表示素子としてのＤＭＤ素子１０ａを備えた画像表示素子ユニット１０に集光される。

ＤＭＤ素子１０ａにより、時分割で映像データに基づいて、複数のマイクロミラーが使用する光は投射レンズへ反射され、捨てる光はＯＦＦ光板へ反射される。画像表示素子ユニット１０で使用する光は投射ユニット３ｂへ反射し、投射ユニット３ｂ内の複数の投射レンズを通り拡大された映像光はスクリーン１５上へ拡大投影される。

ここで、照明ユニット３ａ内部のリレーレンズ７、平面ミラー８、凹面ミラー９、画像表示素子ユニット１０、および投射ユニット３ｂの入射側は、各部材を覆うように図示しないハウジングが設けられており、かつハウジングの合せ面は、シール材にて密閉されている。

一方、カラーホイール５は、例えば、７０００〜１２０００ｒｐｍ程度で高速回転する回転体であり、モータ等の駆動手段を保持している。このため、カラーホイール５の駆動手段は発熱し、使用可能温度内に冷却する必要がある。したがって、カラーホイール５は、密閉することが困難である。

また、ライトトンネル６は、一般に中空の矩形筒形状であり、カラーホイール５に近接して配置される。また、ライトトンネル６は内部の反射光により、ライトトンネル６を保持する保持部材が高温になるため、冷却する必要がある。したがって、ライトトンネル６についても、密閉することは困難である。

このように、カラーホイール５およびライトトンネル６は、開いた空間に配置する必要があるとともに、冷却するために強制気流による空冷が必要となる。

カラーホイール５およびライトトンネル６を空冷する際に発生する気流について説明する。図５（Ａ）は、カラーホイール５およびライトトンネル６の側面図、図５（Ｂ）は、カラーホイール５およびライトトンネル６をライトトンネル６側から見た場合の模式図であって、点線はライトトンネル６を示している。なお、カラーホイール５は、回転時の振れ等を考慮して、ライトトンネル６とは、光源からの光の放射方向において、数ｍｍ（例えば、２〜３ｍｍ程度）の隙間を有するように配置されることが通常である。また、カラーホイール５の回転軸は、図５に示すように、光源からライトトンネル６に至る光の光軸に対して傾斜して配置されている。

上述のようにカラーホイール５はＤＣモータなどの回転体により、図５（Ｂ）で示す矢印方向に高速で回転駆動しており、回転体近辺は気流の速度が速いため負圧になり易く、回転体の中心から外側に向けて気流が発生する。

また、画像投射装置１の吸気口１１、吸気ファン１３を介して外気中の塵埃が画像投射装置１の内部に入り込むと、塵埃が含まれた気流がカラーホイール５の回転中心５ａに引き込まれる。

カラーホイール５の回転中心５ａから入り込んだ気流は、図中の矢印ａに示すように、カラーホイール５の回転に伴って、カラーホイール５の側面に沿うように流れ、カラーホイール５の回転中心５ａから外側に向けた気流が放射状に発生する。

この気流ａは、カラーホイール５の外周側でライトトンネル６が設けられている位置では、図５に示すように、ライトトンネル６内に入り込んでしまうこととなり、気流ａに含まれる多くの塵埃がライトトンネル６内部に付着してしまう。

そして、ライトトンネル６の内部に塵埃が付着すると、塵埃の影が生じるため、ライトトンネル６内のガラスの光透過率が下がり、投射画像の輝度が低下してしまうことに繋がってしまう。

（遮蔽部材）
そこで、本実施形態に係る画像投射装置は、光源ユニット４からの光の放射方向におけるカラーホイール５とライトトンネル６との間に形成される空間において、カラーホイール５の回転中心５ａに対向する側の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽部材２０を備えるものである。これにより、カラーホイール５周りに生じる気流をライトトンネル６へ案内され難い気流へ変化させて、気流に含まれる塵埃がライトトンネル６内部へ付着することを抑制するものである。

図６（Ａ）は、カラーホイール５およびライトトンネル６の側面図であって、その間に遮蔽部材２０を設けた様子を示す図、図６（Ｂ）は、カラーホイール５、ライトトンネル６および遮蔽部材２０をライトトンネル６側から見た場合の模式図である。

本実施形態では、図６に示すように、光源ユニット４からの光の放射方向におけるカラーホイール５とライトトンネル６との間に形成される空間において、カラーホイール５の回転中心５ａからカラーホイール５の外周側に向かう気流ａを遮断するように、ライトトンネル６のカラーホイール５の回転中心側の面（上面という）と両側面を囲うように遮蔽部材２０を配置している。すなわち、遮蔽部材２０は、ライトトンネル６とカラーホイール５の間の空間において、ライトトンネル６の上面と両側面から所定範囲までを覆っている。

遮蔽部材２０を設けることにより、気流ａのうち遮蔽部材２０を設けない場合にライトトンネル６内に入り込んでしまっていた気流は、図６（Ｂ）中の矢印ｂに示すように、遮蔽部材２０の外形形状に沿うような流路に変化する。したがって、ライトトンネル６の内部へ外気の塵埃が入り込むことを抑制することができる。

なお、図６に示す例では、遮蔽部材２０は、カラーホイール５と同様に所定の傾きをもってライトトンネル６を覆っているが、これに限られるものではない。また、遮蔽部材２０は、ライトトンネル６内の光路（図６（Ｂ）の点線）を覆わないように設ける必要がある。

図６に示す遮蔽部材２０の斜視図を図７（Ａ）に示す。図７（Ａ）に示す遮蔽部材２０は、ライトトンネル６の上面および両側面の三面を覆うコの字状の遮蔽部材である。遮蔽部材２０の形状は、これに限られるものではなく、例えば、図７（Ｂ）に示すような、上面側がＲ形状の遮蔽部材、図７（Ｃ）に示すような、上面側に鋭角形状を有する遮蔽部材等とすることができる。

また、上述のようにカラーホイール５やライトトンネル６は、高温になるため、近接する部材は放熱性に優れた材質であることが要求される。このため、遮蔽部材２０は、熱伝導性の高い材質、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅などで形成することが好ましい。例えば、放熱性に優れたアルミニウム材とすることで、ライトトンネル６の温度上昇を抑制することができ、ライトトンネル６内部のガラスの熱変形を抑制することができる。また、遮蔽部材２０の厚みは、特に限られるものではないが、例えば、０．３ｍｍ程度とすることができる。

また、遮蔽部材２０は、上述した位置に固設されるものであればよく、その固定方法は特に限られるものではないが、例えば、ライトトンネル６等を固定する部材や、カラーホイール５とライトトンネル６近傍に設けられるアパーチャ部材に取り付けることが好ましい。また、遮蔽部材２０をカラーホイール５とライトトンネル６近傍のアパーチャ部材等の部材と一体成型しても良い。また、ライトトンネル６の外周部に固設するものであっても良い。

なお、図６の例では、遮蔽部材２０は、ライトトンネル６の上面および両側面から延伸する位置において、ライトトンネル６からカラーホイール５との間の空間の所定範囲を覆う形状を有しているが、遮蔽部材２０は、少なくとも気流ａがライトトンネル６の内部に入り込む量を抑制できる位置に設けられていれば良い。したがって、遮蔽部材２０は、少なくともライトトンネル６からカラーホイール５との間の空間において、カラーホイール５の回転中心５ａに対向する側の少なくとも一部を遮蔽するものであればよい。好ましくは、ライトトンネルの上面（回転中心５ａ側の面）から延伸して所定範囲まで、上記空間を覆う部材であり、さらに好ましくは、ここまで説明したように、ライトトンネル６の上面および両側面から延伸して所定範囲まで、上記空間を覆う部材である。ライトトンネル６の両側面も覆うことで、上面で変更された気流が回り込んでライトトンネル６の内部へ入り込むことを防ぐことができるため、より好ましい。

次に、図８を参照して、遮蔽部材２０とカラーホイール５との間の隙間Ｌについて説明する。遮蔽部材２０を配置した場合であっても、カラーホイール５との位置関係上、遮蔽部材２０とカラーホイール５との間の隙間Ｌが広い場合は、気流が隙間Ｌに入り込み、ライトトンネル６内にも入り込んでしまう。

上記のように、ライトトンネル６とカラーホイール５との間には通常数ｍｍ程度の隙間が形成されているが、遮蔽部材２０を配置した後の遮蔽部材２０とカラーホイール５との隙間Ｌは、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。この条件を満たすことで、ライトトンネル６の内部へ外気の塵埃が入り込むことを効果的に抑制することができる。

以上説明した本実施形態に係る画像投射装置によれば、吸気口等から外気中の塵埃が内部に入り込む構成の画像投射装置においても、遮蔽部材を設けることによりカラーホイール周りの気流をライトトンネルへ付着し難い気流へ変化させることができる。したがって、ライトトンネル内への塵埃流入を抑制することができ、光透過率が下がることを防止して、投射画像の輝度低下を抑制することができる。

また、画像投射装置への塵埃流入防止のためにエアフィルタを用いる必要がなくなるため、エアフィルタの清掃、交換等の手間を省くと共に、吸気ファンの回転数も抑えることができるため、騒音低減も実現することが可能となる。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

１ 画像投射装置
２ 外装カバー
３ 光学エンジン
３ａ 照明ユニット
３ｂ 投射ユニット
４ 光源ユニット
５ カラーホイール
５ａ 回転中心
６ ライトトンネル
７ リレーレンズ
８ 平面ミラー
９ 凹面ミラー
１０ 画像表示素子ユニット
１０ａ ＤＭＤ素子
１１ 吸気口
１２ 排気口
１３ 吸気ファン
１４ 排気ファン
１５ スクリーン
２０ 遮蔽部材

特開２００４−２１２７２６号公報

Claims (5)

1. 光を放射する光源と、
   画像を形成する画像表示素子と、
   前記光源からの光を用いて前記画像表示素子を照明する照明光学系と、
   前記画像表示素子で形成された画像を被投射面に投射する投射光学系と、を備えた画像投射装置であって、
   前記光源から放射される光の光路上に配置され、回転駆動しつつ光を分光するカラーホイールと、
   該カラーホイールから出射する光を前記照明光学系へ導くライトトンネルと、
   前記光源からの光の放射方向における前記カラーホイールと前記ライトトンネルとの間の空間において、前記ライトトンネルの前記カラーホイールの回転中心側の面から前記カラーホイール側に延伸する位置に配置されて、前記カラーホイールの回転中心から外周側への気流の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽部材と、を備え、
   前記カラーホイールは、その回転軸が前記光源から前記ライトトンネルに至る光の光軸に対して傾斜して配置されるとともに、
   前記遮蔽部材は、前記ライトトンネルに対し、前記カラーホイールと同じ向きに傾けて配置されることを特徴とする画像投射装置。
2. 前記遮蔽部材は、前記位置から前記ライトトンネルの前記カラーホイールの回転中心側の面の所定範囲までを覆う部材であることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記遮蔽部材は、
   前記空間において該遮蔽部材が覆う側から見て前記ライトトンネルが配置される側の両側を覆うとともに、
   前記ライトトンネルの前記カラーホイールの回転中心側の面の両側の面の所定範囲までを覆う部材であることを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
4. 前記遮蔽部材は、前記カラーホイールとの隙間が１ｍｍ以下となるように設けられることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の画像投射装置。
5. 前記遮蔽部材は、アルミニウム材からなることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の画像投射装置。