JP5123818B2 - リアプロジェクタ - Google Patents
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Description
また、塵埃を除去する手段によって塵埃を除去した空気を用いて光変調装置を冷却することにより、光路に塵埃が付着することを抑制するプロジェクタなども知られている。(例えば、特許文献2:特開2006−195368号公報参照)
そのため、スクリーンの下部に「袴部」と呼ばれる大きなスペースが必要となり、キャビネットの奥行きを小さくして薄型化することが困難であり、薄型の液晶テレビやプラズマテレビに対して商品競争力を確保することが困難となっていた。
このような状況を打破するために、非球面反射鏡を投写光学系内に設置して広角投写することにより、奥行きを小さくしたプロジェクタが提案されている。(例えば、特許文献3:特開2004−133483号公報参照)
しかしながら、特許文献3の構成ではスクリーン下部に大きなスペースが必要とされるため、ローハイト( low hight :背が低いこと)にすることが難しい。
しかしながら、特許文献4の構成では、箱状のデザインを避けることができず、薄型となってもスリムな印象が得られない。
このような問題を解決できる「薄型ローハイトでスリムなデザインの新たなリアプロジェクタ」の実現が望まれている。
光源装置にレーザを用いれば、これらの問題が解決できるだけでなく、レーザ光源の単色性を生かして表示装置としての色域を人間の可視域全体まで拡大することができる。
そのため、レーザ光源をリアプロジェクタへ搭載することが望まれている。
しかし、レーザ光源を用いたリアプロジェクタを実現するには、高コストになることや、レーザ光源の冷却器が大きくなることなどの問題がある。
そのような中で、信頼性の高い冷却装置をそなえつつ、製品の品位を高めるべく低騒音にすることは非常に難しい。
また、薄型ローハイトでスリムなデザインを実現しても、十分な冷却を可能とするために背面側に大きな空間を必要となると、設置する際の制約が多く、商品価値を損なうことになる。
上記光源ユニット、上記光ファイバおよび上記電気回路基板は、第一筐体に内装され、上記光学ユニットおよび上記非球面反射鏡は、上記スクリーンを前面とする第二筐体の下部に内装され、上記第一筐体は、上記第二筐体の傾斜させた背面側において上記第二筐体とは隔離されて配置されているとともに、
上記光学ユニットは、上記光変調装置を冷却するための冷却風を発生する光変調装置冷却用ファンと、上記光変調装置を制御する光変調装置制御基板と、上記光変調装置制御基板を電気遮蔽するシールドケースと、上記光変調装置冷却用ファンにより発生する冷却風を上記光変調装置制御基板と上記シールドケースの間の空間を通して上方に設けられた排気口から排出するように整流する光変調装置冷却器を備えている。
また、発熱部となる光源ユニットおよび電気回路基板を第一筐体に纏めて内装しているので、これらの冷却用の排気ダクトを複雑に引き回すことなく、光源ユニットおよび電気回路基板を効率良く冷却できる。 更に、第二筐体は密閉構造であるので、光学ユニットを高効率に冷却しながらも、光変調装置冷却用ファンの騒音が外部に漏れ出すことを抑制できる。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1によるリアプロジェクタの外観を示す斜視図である。
なお、図1において、105はリアプロジェクタのスクリーンであり、O(×印)はスクリーン105の中心(中央)である。
図2は、図1に示した本実施の形態によるリアプロジェクタのスクリーン105の中心“O”を通る縦断面における断面図であり、図3は、図2のA−A′面での横断面図である。
108は、光学ユニット104、非球面反射鏡106および平面ミラー107を所定の精度に支持する光学ユニット支持台である。
また、バンドル(bundle)光ファイバとは、一方の端が各色のレーザ光源に繋がり、他端が後述するインテグレータロッドに繋がった光ファイバを束ねたものである。
第一筐体109は、第二筐体110の傾斜させた背面側に設置されており、レーザ光源ユニット101、およびレーザ光源ユニット101や第二筐体110に内装されている光学ユニット104を駆動する電源部などを搭載した電気回路基板102を内装しており、上部および側面に開口部(吸気口や排気口)を備えている。
第二筐体110は、光学ユニット104、非球面反射鏡106、平面ミラー106および光学ユニット支持台108を内装し、一面がスクリーン105で構成され、密閉空間を形成している。
光源ユニット冷却用ファン111は、第一筐体109内に吸い込んだ空気を強制的に外部に排気して第一筐体109の内部を冷却するので、111は、第一筐体用冷却用ファンとも称すことができる。
なお、図2中における実線の矢印(→)は映像光束を示し、ブロック矢印(⇒)は筐体内の冷却空気の流れを示す。
図4において、201は、バンドル光ファイバ103が接続されており、光学ユニット104に3色以上のレーザ光を送り込むレーザ光源であり、202は、レーザ光源201を所定の温度以下に冷却するヒートパイプ式のレーザ光源冷却器である。
203は、レーザ光源201と接続されており、レーザ光源201を駆動するとともに、レーザ光源ユニット101からの発光を制御するレーザ光源基板であり、レーザ光源ユニット101に内装される。
レーザ光源基板203は、電気回路基板102と接続、駆動されている。
204は、光学ユニット104とレーザ光源基板203を接続し、光学ユニット104の動作とレーザ光源ユニット101の動作を同期させるストロボケーブルである。
205は、電気回路基板102と光学ユニット104を接続し、光学ユニット104を駆動する光学ユニットケーブルである。
バンドル光ファイバ103、ストロボケーブル204および光学ユニットケーブル20
5は、第一筐体109から密閉された第二筐体110の内部を接続しているため、その境界において、第二筐体110の内部への塵埃の侵入を抑制するために、空気の流れを抑制できる圧力損失が大きい「狭い隙間」を介して接続される。
図5において、301は、照射光束を変調し、映像光束を生成する光変調素子(以下、光変調装置とも称す)である。
302は、光学ユニット104内の光学素子(例えば、後述するインテグレータロッド、リレーレンズ系、回転拡散板、投写レンズなど)を保持する金属製の光学ユニット筐体である。
303は、バンドル光ファイバ103から出射した多色レーザ光束を混合するとともに、光変調装置301の長方形の照射エリアを均一に照射させるように光束の外形を成形するガラス製のインテグレータロッドである。
305は、例えば中心に穴を開けたガラス円盤にマイクロレンズのフィルムを貼りつけた光拡散板を3相ブラシレスモータを用いて回転させることにより、光束の拡散性を高めて、リレーレンズ系304から出射した光の干渉性を低減し、均一に光変調素子(光変調装置)を照射する回転拡散板である。
306は、回転拡散板305を透過した光束を折り返す平面鏡、307は平面鏡306により折り返された光束を集光し、光変調装置301を照射する凹面鏡である。
310は、透過型画素ずらし素子308を透過してきた映像光束をスクリーン105に拡大投写する投写レンズである。
311は、光変調装置301を駆動する光変調装置制御基板であり、312は、金属製の光学ユニット筐体302と合わせて光変調装置制御基板311を電気遮蔽するシールドケースである。
314は、光変調装置冷却器313および光変調装置制御基板311に冷却風を送り込む光変調装置冷却用ファンであり、315は、光変調装置301と光変調相父冷却器312の間の接触熱抵抗を低減し、効果的に光変調素子を冷却するためのシリコーン樹脂製の熱伝導シートである。
316は、光変調装置冷却用ファン314からシールドケース312の内部に吹き込まれた空気をシールドケース312の上方に排出する排気口である。
なお、図5中における実線の矢印(→)は映像光束を示し、ブロック矢印(⇒)は冷却空気の流れを示す。
光学ユニット104内においては、光変調装置冷却器313は光変調装置制御基板311の下部に設置され、光変調装置冷却器313が備える上下方向の直線フィンにより、光変調装置冷却ファン314から吹き込まれた冷却風が上方に整流され、光学変調装置基板311とシールドケース312によって更に上方に導かれ、光変調装置冷却器313の上方に位置する光変調装置制御基板311の発熱部品を冷却し、排気口316から光学絵エンジンユニットの上方に排出される。
これにより、排気口316から排出された排気が光変調装置冷却用ファン314に直接吸い込まれることを抑制し、冷却効率が低下することが無い。
その間に、斜面となっている第二筐体110の背面側の壁面に衝突し、主な熱が壁面に伝達される。
更に、第二筐体110の全体に広がり筐体全体の壁面により冷却された後、下降し再び光学ユニット104が備える光変調装置冷却用ファン314に吸い込まれる。
これにより、光変調装置冷却用ファン314には密閉空間内部で冷却された空気が吸い込まれるため、冷却効率が低下しない。
なお、第二筐体110の内部に図示しない冷却ファンを備えることにより、第二筐体110の内の冷却効果を更に高めることができる。
レーザ光源は熱に弱く、発熱量に比して大きな風量で冷却する必要があるため、レーザ光源冷却器202を通過した後でも空気の温度上昇は僅かであり、第二筐体110との間を隔てる境界壁面を十分に冷却することができる。
境界壁面を冷却した空気は、光源ユニット冷却用ファン111により光源ユニット101の内部から筐体外に排気される。
このため、第二筐体110の温度上昇を更に抑制することができるため、光変調装置301や光変調装置制御基板311などの光学素子の温度上昇も抑制することができる。
そのため、レーザ光源201を駆動するために必要となるエネルギーのうち、可視光に変換された光エネルギーおよび光学ユニット104を駆動するための電気エネルギーのみが光学ユニット104にまで伝送される。
従って、第二筐体110内には最小限のエネルギーのみ供給され、レーザ光源201などを駆動するための大きなエネルギーは、通風冷却される第一筐体109内部で消費されるため、光路の防塵および安全のために密閉された第二筐体110内部の温度上昇を抑制することができる。
本実施の形態によるリアプロジェクタは、照明光束を出射する光源ユニットと、映像を変調する光変調装置と、照明光束を光変調装置に照射し、映像光束を生成する光学ユニットと、映像光束を拡大投写する非球面反射鏡と、映像光束が通過する光路と、投影される透過型のスクリーンと光学ユニットおよび光源ユニットを駆動する電気回路基板と、それらを内装する筐体とで構成されており、筐体は少なくとも二つの隔離された空間で構成されている。
そのうち一つの空間(即ち、第二筐体の空間)には、光学ユニットと非球面反射鏡と光路が内装されており、その一面は前記スクリーンで構成され、その他の面は筐体および、筐体内部の仕切りにより密閉されている。
また、第二筐体の密閉された空間の上方に設置された「開口部を備える空間(即ち、第一筐体の空間)」の内部には、光源ユニットおよび電気回路基板などの主要な発熱部が内装されている。
また、本実施の形態によると、主要な発熱部を搭載した電気回路基板および光源ユニットを備え、開口部を備えた第一筐体が第二筐体の上方に設置され、その開口部がその側面および上面に設置され、その側面開口部から外気を吸い込み、レーザ光源ユニットおよび電気回路基板を冷却した空気が上面(上部)の開口部から排出されるので、たとえ筐体のスクリーンと対向する背面側を壁面に密着設置させたとしても、排気口が塞がれて光源ユニットおよび主要な電気回路基板の冷却が不十分となることを抑制できるため、リアプロジェクタの設置の自由度を損ねることがない。
また、光学ユニットは、光変調装置、光変調装置を冷却する光変調装置冷却器、光変調装置冷却用ファンと光変調装置を駆動・制御する光変調装置制御基板、および光変調装置と光変調装置制御基板と光変調装置冷却器を遮蔽する金属製のシールドケースとによって構成されており、シールドケースの開口部分は上方に設けることが望ましい。
そのとき、光学ユニットの下方に設置された光変調装置冷却用ファンによって、光変調装置冷却器に吹き付けて熱を奪った冷却風が更に光変調装置制御基板を冷却しながら上方に排出され、密閉空間である第二筐体の外壁から放熱される。
これにより、複雑な構造にすることなく、光変調装置冷却用ファンの吸い込み口付近の温度が上昇することを抑制することができるため、光学ユニットを効果的に冷却しつつ、光変調装置冷却用ファンが発生する騒音を抑制することができる。
また、本実施の形態によると、図示しない冷却ファンを更に設け、温度が高くなる密閉された第二筐体の壁面を強制空冷することにより、第二筐体内部の空気温度を低減し、第二筐体内部の素子温度を低減することができる。
第一筐体109は、第二筐体110の傾斜させた背面側において第二筐体110とは隔離されて配置され、光学ユニット104および非球面反射鏡106は第二筐体110の下部に内装されているので、筐体の奥行きや筐体下部が大型化するのを抑制でき、スリムな印象のリアプロジェクタを実現できる。
また、発熱部となる光源ユニット101および電気回路基板102を第一筐体109に纏めて内装しているので、冷却用の排気ダクトを複雑に引き回すことなく、光源ユニット101および電気回路基板102を効率良く冷却できる。
第二筐体110は密閉構造であるので、塵埃の外部からの流入を防止でき、光変調装置301を含む光学ユニット104や非球面反射鏡106に塵埃が付着することに起因する映像の劣化を抑制できる。また、第二筐体110内部の光学素子上の傷等でレーザ光が反射されたとしても、レーザ光が第二筐体110の外部に漏れ出すことはなく、投写光学系において十分な安全性を確保することができる。
従って、光源に放電ランプを用いて場合に比べて、高速に点灯し、寿命が長い。更に、表示する色域を人間の可視域全体まで拡大することが可能となる。
従って、第二筐体110に影響を与えることなく、発熱部である光源ユニット101および電気回路基板102を高効率に冷却できる。
第二筐体110は密閉構造であるので、光学ユニット104を高効率に冷却しながらも、光変調装置冷却用ファン314の騒音が外部に漏れ出すことを抑制できる。
第二筐体110は密閉構造であるので、光学ユニット104に透過型画素ずらし素子や回転拡散板等を用いても、これらが発生させる騒音が筐体外に漏れ出すことを抑制することができる。
従って、密閉された第二筐体110の内部の壁面を強制的に空冷することが可能となり、密閉された第二筐体110の内部の温度を低減し、第二筐体内部の素子温度を低減することができる。
103 バンドル光ファイバ 104 光学ユニット
105 スクリーン 106 非球面反射鏡
107 平面ミラー 108 光学ユニット支持台
109 第一筐体 110 第二筐体
111 光源ユニット冷却用ファン 112 光源ユニット吸気口
113 電源吸気口 114 排気口
201 レーザ光源 202 レーザ光源冷却器
203 レーザ光源基板 204 ストロボケーブル
205 光学ユニットケーブル 301 光変調装置
302 光学ユニット筐体 303 インテグレータロッド
304 リレーレンズ系 305 回転拡散板
306 平面鏡 307 凹面鏡
308 透過型画素ずらし素子 309 ガラス窓、
310 投写レンズ 311 光変調装置制御基板
312 シールドケース 313 光変調装置冷却器
314 光変調装置冷却用ファン 315 熱伝導シート
316 排気口
Claims (6)
- 照明光束を出射する光源ユニットと、上記光源ユニットから出射された照明光束を導波する光ファイバと、上記光ファイバにより導波された照明光束を光変調装置により変調して映像光束を生成して出射する光学ユニットと、上記光学ユニットから出射された映像光束を拡大する非球面反射鏡と、上記非球面反射鏡で拡大された映像光束が投写されるスクリーンと、上記光源ユニットおよび上記光学ユニットを駆動する電気回路基板とで構成されたリアプロジェクタであって、
上記光源ユニット、上記光ファイバおよび上記電気回路基板は、第一筐体に内装され、上記光学ユニットおよび上記非球面反射鏡は、上記スクリーンを前面とする第二筐体の下部に内装され、上記第一筐体は、上記第二筐体の傾斜させた背面側において上記第二筐体とは隔離されて配置されているとともに、
上記光学ユニットは、上記光変調装置を冷却するための冷却風を発生する光変調装置冷却用ファンと、上記光変調装置を制御する光変調装置制御基板と、上記光変調装置制御基板を電気遮蔽するシールドケースと、上記光変調装置冷却用ファンにより発生する冷却風を上記光変調装置制御基板と上記シールドケースの間の空間を通して上方に設けられた排気口から排出するように整流する光変調装置冷却器を備えていることを特徴とするリアプロジェクタ。 - 上記第二筐体は、密閉された構造であることを特徴とする請求項1に記載のリアプロジェクタ。
- 上記光源ユニットは、レーザ光源を用いていることを特徴とする請求項1または2に記載のリアプロジェクタ。
- 上記第一筐体は、外気を吸い込むための吸気口と、上方に設けた排気口から上記第一筐体内に吸い込んだ空気を強制的に外部に排気する第一筐体用冷却ファンを備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のリアプロジェクタ。
- 上記光学ユニットは、透過型画素ずらし素子や回転拡散板等の騒音発生源となる光学素子を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のリアプロジェクタ。
- 上記第二筐体の内部に冷却ファンを備えることを特徴とする請求項2に記載のリアプロジェクタ。
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