WO2015045133A1 - プロジェクタユニット - Google Patents

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石渡　武彦
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ＩＴＳＬａｂ株式会社
Chaori Solar株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a projector unit suitable for mounting on an electronic device.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 shown below as prior arts that deal with the heat generation of this light source.
  • the projector device mounted on an electronic device disclosed in Patent Document 1 since the liquid crystal panel is disposed between the light source and the optical system, the thickness of the device increases in the optical axis direction of the light source, and the thinning of the device is hindered. There is an inconvenience.
  • the projector device disclosed in Patent Document 1 adopts a configuration in which the optical image forming block and the optical block are integrated by a fixing member, and the aluminum substrate on which the light source is mounted is brought into surface contact with the metal fixing member. Therefore, the heat of the light source can be transmitted to the substrate and the fixing member to be radiated.
  • the amount of heat released from the substrate to the fixing member is limited by the contact area between the substrate and the fixing member. Therefore, as the size of the fixing member decreases with the miniaturization of the projector device, the amount of heat released from the fixing member decreases. May decrease. Moreover, since this projector apparatus is mounted in an electronic device, there is a possibility that heat radiation from the fixing member may be slowed down depending on the temperature in the casing of the electronic device.
  • the present invention improves the disadvantages of the conventional example, and in particular, provides a projector unit that can reduce the thickness of the projector unit in the optical axis direction of the light source and radiate the heat of the light source more efficiently than in the past.
  • the present invention adopts the following configuration. That is, Among the width, depth, and height of the unit, the shortest dimension is the height, A substrate having a light source having an optical axis in the height direction and disposed on the bottom surface of the unit; A mirror that is provided directly above the light source and that bends the optical axis of the light source in a plane in the width and depth direction of the unit; A reflective image element that receives the light after bending by the mirror to form image light, and reflects the image light in a plane in the width and depth directions of the unit; A projection optical system disposed on the optical path of the image light reflected by the reflective image element, The mirror, the reflective image element and the projection optical system are provided in the casing of the unit, When the bottom surface of the substrate is exposed from the housing, the substrate is formed of a material having a thermal conductivity of 150 W / (m ⁇ K) or more, and the unit is provided in the housing of the electronic device, the substrate The exposed surface of the contact with the heat radiat
  • the thickness of the unit in the optical axis direction of the light source can be directly transmitted from the board surface to the heat dissipation member on the inner surface of the electronic device casing using the relatively wide board area in the width and depth direction of the unit. More efficient heat dissipation can be realized.
  • the thickness of the projector unit can be reduced in the optical axis direction of the light source, and the heat of the light source can be radiated more efficiently than before.
  • the projector unit of the present embodiment is a thin unit as shown in the front view of FIG. 1B, and is intended to be installed in a thin portable electronic device, for example, a case of a smartphone or a tablet terminal. Designed.
  • the unit housing when viewed from the top, it has a T-shaped appearance.
  • the width W, depth D, and height H of the unit are determined as shown in the figure.
  • the method of determination is that the shortest dimension of the unit is the height H.
  • the width and depth may be either, but as illustrated.
  • the plan view of FIG. 1 (a) and the front view of FIG. 1 (b) show the configuration of the optical system mainly in the housing of the unit.
  • substrate 2 provided with the light sources 11, 12, and 13 is provided in the longitudinal direction edge part of the planar T-shaped housing
  • the light sources 11, 12, and 13 are LED light sources of three primary colors of R, G, and B, respectively, and are fixed to the substrate 2 linearly along the longitudinal direction of the flat T-shaped casing, that is, the width W direction of the unit. ing.
  • the optical axes of the light sources 11, 12, and 13 are set in the direction of the height H of the unit, and dichroic mirrors 31, 32, and 33 are arranged directly above the light sources 11, 12, and 13 on the optical axes. Yes.
  • the dichroic mirrors 31, 32, and 33 reflect the light emitted from the light sources 11, 12, and 13 in the width W direction of the unit, and transmit the light incident from the opposite side to the reflection direction.
  • the light reflected by the dichroic mirrors 31, 32, and 33 in the width W direction of the unit enters the first correction optical system 4.
  • the first correction optical system 4 includes a correction lens or an offset prism, and shifts the position of the optical axis without changing the direction of light incident on the first correction optical system 4. Thereby, it correct
  • the light that has passed through the first correction optical system 4 is incident on the mirror 5A on the extension line of the optical path.
  • the mirror 5A reflects the light that has passed through the first correction optical system 4 in the direction in which the second correction optical system 5B is disposed.
  • the second correction optical system 5B is disposed on one arm of a flat T-shaped casing. The direction of the T-shaped arm is along the direction of the depth D of the unit.
  • the second correction optical system 5 ⁇ / b> B corrects the angle of the optical axis so that the optical axis of the light reflected by the mirror 5 ⁇ / b> A becomes an optical axis suitable for incidence on the reflective image element 5.
  • the reflective image element 5 is disposed at the end of the same arm as the T-shaped arm on which the second correction optical system 5B is disposed.
  • a DLP-type DMD or an LCOS-type liquid crystal mounting chip is employed as the reflective image element 5.
  • DLP Digital Light Processing (registered trademark)
  • LCOS Liquid Crystal On On Silicon (trademark)
  • image light is formed from incident light by liquid crystal display control.
  • the reflective image element 5 emits image light in the direction of the arm on the opposite side of the T-shaped casing (the direction of depth D). The image light emitted from the reflective image element 5 is incident on the second correction optical system 5B again.
  • the second correction optical system 5B corrects the image light emitted from the reflective image element 5 to a spot diameter suitable for entering the projection optical system 6 disposed on the extension of the optical axis.
  • the projection optical system 6 is disposed on the arm opposite to the arm on which the reflective image element 5 of the T-shaped casing is disposed.
  • the projection optical system 6 irradiates the image light whose focus is adjusted according to the operation of the focus knob 6A from the end of the arm of the T-shaped casing, and projects the image light onto an external screen.
  • the light emitted from the three light sources 11, 12, 13 in the direction of the height H of the unit is respectively the dichroic mirror 31 directly above. , 32 and 33 are reflected in the direction of the width W of the unit and enter the first correction optical system 4.
  • the light whose optical axis is offset in the first correction optical system 4 passes through the mirror 5A and the second correction optical system 5B, enters the reflective image element 5, and is converted into video light.
  • the image light emitted from the reflective image element 5 passes through the second correction optical system 5B and enters the projection optical system 6.
  • the image light incident on the projection optical system 6 is adjusted in focus by an optical system having a focus knob 6A and projected onto an external screen.
  • Image light is generated individually for each of R, G, and B colors.
  • the DMD or the like is controlled in the reflective image element 5 so as to generate R image light.
  • G image light is generated when the G light source is on
  • B image light is generated when the B light source is on.
  • the entire bottom surface of the substrate 2 is exposed from the housing of the projector unit.
  • the bottom surface of the substrate 2 serves as a heat dissipation member on the inner surface of the electronic device housing. It is intended to abut.
  • the substrate 2 is formed of a material having high thermal conductivity, and is formed of a material having a thermal conductivity of at least 150 W / (m ⁇ K) or more. As such a material, there is a carbon-based metal composite material, and a substrate having a high thermal conductivity formed of the same material is also disclosed in Japanese Patent No. 3673436.
  • the projector unit of this embodiment When the projector unit of this embodiment is mounted on an electronic device, the projector unit is preferably fixed to the electronic device so that the entire bottom surface of the substrate 2 is in direct contact with the heat radiating member on the inner surface of the electronic device casing. In this way, the heat generated by the light sources 11, 12 and 13 is transmitted to the housing case of the electronic device using the entire area of the bottom surface of the substrate 2, so that the heat radiation efficiency can be improved as compared with the conventional case. . Further, a liquid crystal panel or the like is not interposed between the light sources 11, 12, 13 and the mirrors 31, 32, 33 provided in the optical axis direction of the light sources, and the mirrors 31, 32, 33 are used in the unit width direction.
  • the height H of the unit can be suppressed, and a unit with a small thickness in the optical axis direction of the light source can be realized. It is particularly suitable for mounting on a thin electronic device such as a tablet terminal.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the above embodiment.
  • casing of the projector unit from the bottom side is shown.
  • the substrate 2 is exposed on the bottom surface of the housing, and in this embodiment, the bottom surface of the housing and the bottom surface of the substrate 2 are arranged on the same plane.
  • a thin projector unit with a reduced thickness can be realized, and the substrate 2 is in contact with a heat radiating member (not shown) on the inner surface of the electronic device casing. Since the contact area can be increased, the heat generated by the light source can be radiated more efficiently than in the past.
  • the scope of the present invention is the scope of the invention described in the claims, and is not limited to the above embodiments and examples.
  • the number and arrangement of optical elements used by the optical system for correcting light within the plane of the unit width and depth direction are not limited.
  • the illustrated width W and depth D may be reversed.
  • the planar shape of the housing may not be T-shaped.

Abstract

【課題】光源の光軸方向においてプロジェクタユニットの厚みを薄型化するとともに、光源の熱を従来よりも効率的に放熱する。 【解決手段】ユニットの幅、奥行、高さのうち、一番短い寸法を高さとする。基板２は、ユニットの底面に配置され、高さ方向の光軸を有する光源１１－１３を備える。各光源の直上には、当該光源の光軸をユニットの幅及び奥行方向の面内に曲げるミラー３１－３３を備える。反射型画像素子５は、ミラーが曲げた後の光を受光して映像光を形成し射出する。映像光は、その光路上に配置された投影光学系６により投影される。基板２の底面はユニットから露出し、当該基板は熱伝導率が１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料で形成される。電子機器の筐体内にユニットを装備する際には、基板２の露出面を電子機器筐体内面の放熱部材に当接させる。

Description

プロジェクタユニット
　本発明は、電子機器への搭載に好適なプロジェクタユニットに関する。
　電子機器への搭載を意図したプロジェクタユニットには、小型化が求められている。また、小型のプロジェクタユニットであっても、投影する映像には見やすい明るさが求められる。つまり高輝度の光源の搭載が望まれる。しかし、小型の筐体に高輝度の光源を搭載すると、光源が発する熱が装置に与える悪影響が問題となる。
　この光源の発熱に対処した先行技術として、以下に示す特許文献１及び特許文献２がある。しかし、特許文献１に開示された電子機器搭載用プロジェクタ装置では、光源と光学系との間に液晶パネルを配置するため、光源の光軸方向において装置の厚みが増し、装置の薄型化を妨げる不都合がある。また、特許文献１に開示されたプロジェクタ装置は、光像形成ブロックと光学ブロックとを固定部材で一体化する構成を採り、光源を実装したアルミニウム製の基板を金属製の固定部材に面接触させるため、光源の熱は基板および固定部材に伝達し放熱し得る。しかし、基板から固定部材への熱伝導による放熱量は基板と固定部材との接触面積に制限されるので、プロジェクタ装置の小型化に伴い固定部材が小型化するほど、固定部材からの放熱量が低下するおそれがある。また、このプロジェクタ装置は電子機器に搭載されるため、電子機器の筐体内の温度によっては、固定部材からの放熱が鈍化するおそれがある。
　また、特許文献２に開示されたプロジェクタでは、光源の光軸方向に一切の光学系を設けているため、光源の光軸方向において装置の厚みが増し、装置の薄型化を妨げる不都合がある。また、特許文献２に開示されたプロジェクタを電子デバイスに組み込んだ場合、光源の熱を放熱部材に伝達し、さらに、放熱部材を電子デバイスの筐体内面に当接させることによって、電子デバイスの筐体を通じて筐体外部に放熱することが記載されている。しかし、光源から放熱部材への熱伝達は、光源接続部（開口部）を通じて行われるため、熱の伝達量は、開口部の面積に制限される。
特開２００６－７２２１６号公報 特開２０１３－３５６７号公報
　本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、特に、光源の光軸方向においてプロジェクタユニットの厚みを薄型化するとともに、光源の熱を従来よりも効率的に放熱できるプロジェクタユニットを提供する。
　この課題を解決するため、本発明は、以下の構成を採る。即ち、
ユニットの幅、奥行、高さのうち、一番短い寸法を高さとして、
前記高さ方向の光軸を有する光源を備えて前記ユニットの底面に配置される基板と、
前記光源の直上に設けられ当該光源の光軸を前記ユニットの幅及び奥行方向の面内に曲げるミラーと、
このミラーが曲げた後の光を受光して映像光を形成し、当該映像光を前記ユニットの幅及び奥行方向の面内に反射する反射型画像素子と、
この反射型画像素子が反射した前記映像光の光路上に配置された投影光学系とを備え、
前記ミラー、反射型画像素子及び投影光学系を前記ユニットの筐体内に備えると共に、
前記基板の底面を前記筐体から露出させて設け、当該基板は熱伝導率が１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料で形成し、電子機器の筐体内に前記ユニットを装備したとき、前記基板の露出面が前記電子機器筐体内面の放熱部材に当接するようにした、
プロジェクタユニット。
　このように構成すると、光源とミラーとの間に液晶パネル等が介在せず、かつ、ユニットの高さ方向に向かう光源の光軸を即ミラーで曲げるので、光源の光軸方向においてユニットの厚みを薄型化することができ、かつ、光源の発熱をユニットの幅及び奥行方向の比較的広い基板の面積を利用して基板面から電子機器筐体内面の放熱部材へとダイレクトに伝達し、従来よりも効率的な放熱を実現することができる。
　本発明によれば、光源の光軸方向においてプロジェクタユニットの厚みを薄型化するとともに、光源の熱を従来よりも効率的に放熱することができる。
本発明の実施形態によるユニット内部の構成図であり、図１（ａ）は平面図を示し、図１（ｂ）は正面図を示す。 図１の実施形態を示す外観斜視図である。
　以下、本発明の実施形態を説明する。本実施形態のプロジェクタユニットは、図１（ｂ）の正面図に示すように薄型のユニットになっており、薄型の携帯型電子機器、例えばスマートフォンやタブレット端末の筐体内に装備することを意図して設計されている。
　図１（ａ）の平面図に示すように、ユニットの筐体を平面から見ると、Ｔ字型の外観になっている。いま、ユニットの幅Ｗ、奥行Ｄ、高さＨを図示のように決める。決め方は、ユニットの一番短い寸法を高さＨとする。幅と奥行はどちらでもよいが、図示の通りとする。
　図１（ａ）の平面図と図１（ｂ）の正面図では、それぞれユニットの筐体内の主に光学系の構成を示している。まず、平面Ｔ字型の筐体の長手方向端部には、光源１１，１２，１３を備えた基板２が設けられている。光源１１，１２，１３は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの三原色のＬＥＤ光源であり、平面Ｔ字型の筐体の長手方向、即ちユニットの幅Ｗ方向に沿って直線状に基板２に固定されている。各光源１１，１２，１３の光軸はユニットの高さＨの方向に設定され、当該各光軸上には、ダイクロイックミラー３１，３２，３３が光源１１，１２，１３の直上に配置されている。ダイクロイックミラー３１，３２，３３は、各光源１１，１２，１３からの射出光をユニットの幅Ｗ方向に反射すると共に、当該反射方向とは逆の側から入射した光を透過させる。各ダイクロイックミラー３１，３２，３３によりユニットの幅Ｗ方向に反射された光は、第１の補正光学系４に入射する。第１の補正光学系４は、補正レンズ又はオフセットプリズムを備え、第１の補正光学系４に入射した光の方向を変えずに、光軸の位置をシフトさせる。これにより、第１の補正光学系４から射出する光軸がその先の光路上に配置されている光学素子の適切な位置に入射するように補正される。
　第１の補正光学系４を通過した光は、その光路の延長線上にあるミラー５Ａに入射する。ミラー５Ａは、第１の補正光学系４を通過した光を第２の補正光学系５Ｂが配置されている方向に反射する。第２の補正光学系５Ｂは、平面Ｔ字型の筐体の一方の腕に配置されている。Ｔ字の腕の方向は、ユニットの奥行Ｄの方向に沿っている。第２の補正光学系５Ｂは、ミラー５Ａにより反射された光の光軸が反射型画像素子５への入射に適した光軸になるように光軸の角度を補正する。反射型画像素子５は、第２の補正光学系５Ｂが配置されているＴ字の腕と同じ腕の端部に配置されている。
　反射型画像素子５としては、ＤＬＰ方式用のＤＭＤや、ＬＣＯＳ方式用の液晶搭載チップが採用される。ＤＬＰ（Digital Light Processing、登録商標）方式では、ＤＭＤ（Digital Micro Mirror Device）の制御により、入射光から映像光を形成する。また、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon、商標）方式では、液晶の表示制御により入射光から映像光を形成する。反射型画像素子５は、Ｔ字状の筐体の反対側の腕の方向（奥行Ｄの方向）に映像光を射出する。反射型画像素子５から射出された映像光は、再び第２の補正光学系５Ｂに入射する。第２の補正光学系５Ｂは、反射型画像素子５から射出された映像光を、その光軸の延長上に配置されている投影光学系６に入射させるのに適切なスポット径に修正する。投影光学系６は、Ｔ字状の筐体の反射型画像素子５が配置されている腕とは反対側の腕に配置されている。投影光学系６は、フォーカスノブ６Ａの操作に応じて焦点を調整した映像光をＴ字状の筐体の腕の端部から照射し、外部のスクリーンに投影する。
　これらの光学系をユニットの正面から見れば図１（ｂ）に示すとおりであり、３つの光源１１，１２，１３からユニットの高さＨ方向に射出された光は、それぞれ直上のダイクロイックミラー３１，３２，３３でユニットの幅Ｗ方向に反射され、第１の補正光学系４に入射する。第１の補正光学系４において光軸をオフセットされた光は、ミラー５Ａ及び第２の補正光学系５Ｂを通過して反射型画像素子５に入射し、映像光に変換される。反射型画像素子５から射出した映像光は、第２の補正光学系５Ｂを通過し、投影光学系６に入射する。投影光学系６に入射した映像光は、フォーカスノブ６Ａを備えた光学系により焦点を調整され、外部のスクリーンに投影される。
　映像光は、Ｒ，Ｇ，Ｂの色ごとに個別に生成される。Ｒの光源がオンのとき、反射型画像素子５は、Ｒ用の映像光を生成するようにＤＭＤ等が制御される。同様に、Ｇの光源がオンのときＧ用の映像光が生成され、Ｂの光源がオンのときＢ用の映像光が生成される。ＲＧＢの光源を周期的に高速に切り替えることにより、外部のスクリーンに投影された映像光が、人間の目にフルカラーの映像を見せるようになっている。
　図１（ｂ）において、基板２は、その底面の全体がプロジェクタユニットの筐体から剥き出しており、プロジェクタユニットを電子機器に搭載したとき、基板２の底面が電子機器筐体内面の放熱部材に当接するように意図されている。基板２は、熱伝導率の高い材料で形成し、少なくとも１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料で形成する。そのような材料として炭素基金属複合材料があり、同材料で形成する熱伝導率の高い基板は、特許第３６７３４３６号公報にも開示されている。
　本実施形態のプロジェクタユニットを電子機器に搭載する場合、好ましくは、上記の基板２の底面全体が電子機器筐体内面の放熱部材に直接当接するようにして、プロジェクタユニットを電子機器に固定する。このようにすると、光源１１，１２，１３の発熱が基板２の底面全体の面積を利用して電子機器の筐体ケース等に伝達されるので、従来よりも放熱の効率を向上することができる。また、光源１１，１２，１３と当該光源の光軸方向に設けたミラー３１，３２，３３との間に液晶パネル等が介在せず、かつ、ミラー３１，３２，３３によりユニットの幅方向に曲げた光を、ユニットの奥行方向に投影するように構成しているので、ユニットの高さＨを抑えることができ、光源の光軸方向における厚みが薄いユニットを実現することができ、スマートフォンやタブレット端末のように薄型の電子機器への搭載に特に好適である。
　図２は、上記実施形態の外観斜視図である。プロジェクタユニットの筐体を底面の側から見た状態を示している。筐体の底面には基板２が露出しており、本実施形態では、筐体の底面と基板２の底面とが同一の平面に配置されている。この斜視図からも分かるように、本実施形態によれば厚みを抑えた薄型のプロジェクタユニットを実現することができ、かつ、基板２は電子機器筐体内面の放熱部材（図示略）との当接面積を大きくとることができるので、光源の発熱を従来よりも効率的に放熱することができる。
　ここで、本発明の範囲は、請求の範囲に記載した発明の範囲であり、上記の実施形態及び実施例に限られるものではない。例えば、光学系が、ユニットの幅及び奥行方向の面内でどの方向に光軸を曲げるかを問わない。また、光学系が、ユニットの幅及び奥行方向の面内で光を補正するために使用する光学素子の数や配置を問わない。また、図示した幅Ｗと奥行Ｄの取り方が互いに逆であってもよい。筐体の平面形状はＴ字状でなくてもよい。
２　基板
４　第１の補正光学系
５　反射型画像素子
５Ａ　ミラー
５Ｂ　第２の補正光学系
６　投影光学系
６Ａ　フォーカスノブ
１１，１２，１３　光源
３０　ミラーの組立体
３１，３２，３３　ミラー
４０　補正光学系の組立体
６０　投影光学系の組立体

Claims (1)

  1. ユニットの幅、奥行、高さのうち、一番短い寸法を高さとして、
    前記高さ方向の光軸を有する光源を備えて前記ユニットの底面に配置される基板と、
    前記光源の直上に設けられ当該光源の光軸を前記ユニットの幅及び奥行方向の面内に曲げるミラーと、
    このミラーが曲げた後の光を受光して映像光を形成し、当該映像光を前記ユニットの幅及び奥行方向の面内に反射する反射型画像素子と、
    この反射型画像素子が反射した前記映像光の光路上に配置された投影光学系とを備え、
    前記ミラー、反射型画像素子及び投影光学系を前記ユニットの筐体内に備えると共に、
    前記基板の底面を前記筐体から露出させて設け、当該基板は熱伝導率が１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料で形成し、電子機器の筐体内に前記ユニットを装備したとき、前記基板の露出面が前記電子機器筐体内面の放熱部材に当接するようにした、
    プロジェクタユニット。
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