JP2004212727A - プロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】光学エンジンハウジングを効率よく冷却することが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題手段】光源60と、光源60からの光を少なくともR、G、Bの光に分離するカラーホイール70と、カラーホイール70によって分離された光を入射する光学ハウジング110と、光学ハウジング110に接続された光誘導部材200とを有する。光学ハウジング110は、実質的に密閉された内部空間を形成し、その内部空間内に、角度を2方向に変化可能なミラーをアレイ状に配置したDMD50と、ミラーが第1の角度にあるときにミラーによって反射された光を入射しこれを投影する投影レンズ150と、カラーホイール80からの光を入射するコンデンサレンズ130とを含む。光誘導部材200は、ミラーが第2の角度にあるときにミラーによって反射された光を入射しこれを外部へ誘導する。
【選択図】 図2
【課題手段】光源60と、光源60からの光を少なくともR、G、Bの光に分離するカラーホイール70と、カラーホイール70によって分離された光を入射する光学ハウジング110と、光学ハウジング110に接続された光誘導部材200とを有する。光学ハウジング110は、実質的に密閉された内部空間を形成し、その内部空間内に、角度を2方向に変化可能なミラーをアレイ状に配置したDMD50と、ミラーが第1の角度にあるときにミラーによって反射された光を入射しこれを投影する投影レンズ150と、カラーホイール80からの光を入射するコンデンサレンズ130とを含む。光誘導部材200は、ミラーが第2の角度にあるときにミラーによって反射された光を入射しこれを外部へ誘導する。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタに関し、特に、DMD(Digital Mirror Device)を用いたDLP(Digital Light Processing:DLPはテキサス・インスツルメンツ社の登録商標)方式のプロジェクタの光学エンジンハウジングの冷却に関する。
【0002】
【従来の技術】
DLP方式プロジェクタは、半導体素子からなるDMDに光を照射し、その反射光をレンズ等で拡大投影して画像表示を行うものである。本出願人により先に出願された特許文献1の図1に示すように、光源からの光が回転楕円面鏡52によって反射され、その反射光がR、G、Bのカラーフィルターを配列した円盤状のカラーホイール53によってRGB光に順次分離され、そしてDMD56に入射される。DMD56は、RGB光に同期して時分割駆動され、画像データに従い入射光を反射させる。その反射光は投影レンズ57を介してスクリーン58上に投影される。このようなカラー映像表示は、一枚のカラーホイールを用いてカラー表示を行うことから、いわゆる単板式光学系とも呼ばれている。
【0003】
【特許文献1】
特許第3、121、843号明細書
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の単板DMDを用いてプロジェクタ用の光学エンジンハウジングを形成する場合、DMDや光学部材をチリやほこりから遮蔽するためにハウジングを密閉構造にする必要がある。DMDの特徴として、ミラーを±10ないし12度にスイッチング(オン/オフ)させ、オンの光のみを有効な光として取り出し、これを投影レンズに入射させスクリーン上に投影し、オフの光は光学エンジンハウジング内の所定位置に照射させている。プロジェクタの動作時間が長くなると、ハウジング内に照射されたオフの光により光学ハウジング内の温度が上昇し、これによりDMD素子の耐熱性に変化が生じたり、ハウジング内のプラスチック素材や光学部材が熱により変形等を生じるという課題があった。さらに、照射される光の強度は大きいため、これらの光がハウジング内で反射することで、投射映像のコントラストを低下させてしまうという弊害もあった。
【0005】
他方、このような密閉構造を有する光学エンジンハウジング内部を効率よく冷却することが困難であった。例えば、ハウジングに開口を形成し、その開口にフィルターを取り付け、ファン等によりフィルターを介して内部を冷却しようとすると、フィルターに目詰まりが生じたり、ファンの騒音がうるさいという問題があった。
【0006】
そこで本発明は上記従来の課題を解決し、光学エンジンハウジングを効率よく冷却することが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
さらに本発明は、低騒音でかつ鮮明な映像を投射可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、温度上昇の主原因であるDMDから反射されたオフの光を光誘導体により冷却が行える場所に誘導し、そこで光の熱変換を行い冷却をする。第2の発明は、DMDから反射されたオフの光が照射される位置に熱伝導体を結合し、ハウジングで発熱された熱を熱伝導体により外部に熱伝導し、そこで冷却する。ハウジング内での反射を防止し、かつ効率よく熱を熱誘導体へ伝導させるために、光が照射される位置に光吸収部を設けることが望ましい。
【0008】
請求項1に係るプロジェクタは、ミラーの角度を2方向に変化させる画素子およびミラーが一方の角度にあるときにミラーによって反射された光を投影する投影部材を含む光学ハウジングと、ミラーが他方の角度にあるときにミラーによって反射された光を前記光学ハウジングの外に誘導する光誘導手段とを有し、前記光学ハウジングの前記投影部材からの光により画像を投影させる。これによりミラーによって反射された不要な光を光学ハウジングの外に誘導することができ、光学ハウジングの温度上昇が抑制され、かつ投影画像のコントラストの低下を防止することができる。
【0009】
好ましくは、プロジェクタはさらに、光誘導手段によって誘導された光を熱に変換する変換部を含む。さらにプロジェクタは、変換部を冷却する冷却装置を含み、変換部の放熱効率を向上させることができる。光誘導手段は、例えば、光ファイバー、ライトトンネル、内面鏡、面パイプ等を用いることができる。熱変換部は、光の受光面に例えば黒色顔料をコーティングし、光の吸収および熱変換を促進させることが望ましい。
【0010】
請求項5に係るプロジェクタは、ミラーの角度を2方向に変化させる画素子およびミラーが一方の角度にあるときにミラーによって反射された光を投影する投影部材を含む光学ハウジングと、ミラーが他方の角度にあるときにミラーの反射光によって照射される位置に熱的に結合され、前記照射された位置における熱を前記光学ハウジング外に伝導する熱伝導手段とを有し、前記光学ハウジングの前記投影部材からの光により画像を投影させるものである。これによりミラーからの反射光により光学ハウジングが照射されても、そこで発生された熱を光学ハウジングの外に誘導若しくは伝導することができ、光学ハウジングの温度の上昇を抑制することができる。
【0011】
好ましくは熱伝導手段は、前記光学ハウジングに熱結合される結合部と前記結合部から延在する放熱部を有する。結合部と放熱部との間に連結部を介在し、連結部内に流体を充填させることで、熱伝導効率を向上させることが可能である。さらに、光学ハウジングは、ミラーからの反射光の照射位置に光の反射を抑制する光吸収材を含むことが望ましい。光吸収材により光の反射を抑制し、光学ハウジング内の明るさを暗くすることで投射映像のコントラストを高めることができ、同時に光吸収材による光−熱変換効率を向上させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態に係るDLP方式プロジェクタの主要な構成を示すブロック図である。プロジェクタ1は、画像信号11を入力し、これをDMDと同じ画素数のRGBデジタル画像データに変換する前処理部10と、前処理部10からのデジタル画像データに基づきDMD50の駆動を制御するとともにランプ駆動回路30及びカラーホイール駆動部40等の制御を行う制御部20とを有する。ランプ駆動回路30は、光源60の放電ランプの起動及び起動後の放電ランプのAC駆動を制御する。カラーホイール駆動部40は、カラーホイール80を回転させ、光源60からライトトンネル70を介して入射された光をRGBに分離させる。DMD50は、各画素に相当するミラーをアレイ状に配置させ、それらのミラーをスイッチングさせて入射光を反射させる。投射光学系100は、DMD50からの反射光を拡大投射しスクリーン上に画像を表示させる。
【0013】
図2に光学系システムの構成を示す。光源60は、回転楕円面鏡61とその光軸に取り付けられた放電ランプ62とを含む。放電ランプ62は、例えばキセノンアークショートランプ、メタルハライドランプ、あるいは超高圧水銀ランプなどが用いられる。回転楕円面鏡61は、放電ランプ62からの可視光を反射し赤外光を透過するようなダイクロックミラーやコールドミラーが用いられる。回転楕円面鏡61の光軸上にロッド状のライトトンネル70が配置される。ライトトンネル70はその断面が矩形状であり、入射口から入射された光を内部で全反射を繰り返し、その出射口から均一な光強度を有する光線束を出射する。出射口のアスペクト比は、投射映像のアスペクト比を決定し、4:3または16:9に設定される。
【0014】
カラーホイール80は、薄いガラス円盤状にR、G、Bのカラーフィルターを配列し、そこを透過する光の波長帯域を選択する。カラーホイール80は、カラーホイール駆動部40によって一定速度で回転され、ライトトンネル70からの入射光を順次R、G、Bの波長帯域を有する光に分離する。
【0015】
カラーホイール80からのR、G、Bの光は、光学エンジンハウジング110に入射される。光学ハウジング110は、例えばアルミニウムあるいはマグネシウムのような金属材から構成される筐体であり、その内部に実質的に密閉された空間を形成する。
【0016】
光学ハウジング110は、カラーホイール80と対向する位置に配置される。カラーホイール80と対向する第1の面120には、コンデンサレンズ130が取り付けられる。コンデンサレンズ130は、その光軸が回転楕円面鏡61の光軸と一致するように、第1の面120に形成された開口内にはめ込むように取り付けられる。
【0017】
第1の面120と対向する第2の面121には第1の反射鏡140が取り付けられる。第1の反射鏡140は、第2の面121に対して所定の角度を有するように取り付けられ、コンデンサレンズ130によって集光された光線束を入射しこれを所定の反射角で出射する。
【0018】
第2の面121と隣接する第3の面122には、第2の反射鏡141がその面と所定の角度を有するように取り付けられる。第1の反射鏡140によって反射された光は、第2の反射鏡141に入射されそこで反射されてDMD50に入射される。第3の面122にはさらに投影レンズ150が取り付けられる。
【0019】
第3の面122と対向する第4の面123には、DMD50が取り付けられる。DMD50は、アレイ状に配置された複数のミラーを2方向(±10ないし12度)に変化させる。DMD50には、第2の反射鏡141からの反射光が所定の入射角で入射されその画素領域(各ミラーが配置された領域)が照射される。
【0020】
DMD50の駆動は、制御部20によって制御される。デジタル画像データの2値に応じてミラーが可変され、画像データがオン(例えば“1”)のとき、ミラーが第1の角度にあり、そのミラーによって反射された光は投影レンズ150に入射される。画等データがオフ(例えば“0”)のとき、ミラーが第2の角度にあり、そのミラーによって反射された光は第1の面120に照射され、映像の投影には採用されない。
【0021】
本発明は、DMD50による投影に採用されないミラーの反射光による光学エンジンハウジング110の熱的な不具合を解消するものである。すなわち、ミラーが第2の角度にあるとき、その反射光は第1の面120に照射され、プロジェクタの動作時間が長くなると、その照射された部分の温度が非常に高温になり、結果として光学ハウジング110内の温度が上昇する。これにより、DMD50が熱により劣化したり、あるいはその他の光学部材である、第1、第2の反射鏡140、141、コンデンサレンズ130および投影レンズ150が熱により変形を受けたり、さらにはハウジング自身が熱膨張し光学系に誤差を生じさせてしまうおそれがある。
【0022】
本実施の形態では、DMD50のミラーが第2の角度にあるときミラーによって反射された光を光学ハウジング110の外部に誘導する光誘導部材200を有する。図3(a)に光誘導部材の構成を示す。光誘導部材200は、コネクター部210と、コネクター部210に連結された光伝送部220と、光伝送部220の端部に接続された熱変換部230とを含む。コネクター部210は中空の円筒状を有し、これに光伝送部220が接続される。光伝送部220は、例えば、光ファイバー、ライトトンネル、内面鏡、あるいは面パイプ等を用いることができる。光伝送部220の内部の反射面は、好ましくは紫外線カット(吸収)しかつ遠赤外線に対して十分に反射率が高い物質が用いられ、あるいはそのような物質がコーティングされる。
【0023】
熱変換部230は、光伝送部220からの光を熱に変換する。その放熱効率を良くするために、熱変化部230は例えばアルミニウムやマグネシウムのような金属から構成され、さらに光伝送部220との接続部位である受光面に黒体顔料等をコーティングし、光伝送部220から光を効率よく吸収し熱に変換させる。熱変換部230の外形には複数のフィン231が形成され、フィン221により放熱面積が増加され、その放熱特性が向上される。
【0024】
図4(a)は、光誘導部材200を光学ハウジング110に取り付けた状態を示す断面図である。光学ハウジング110の第1の面120において、ミラーが第2の角度にあるときミラーからの反射光160が照射される領域170に円形状の貫通孔180が形成される。貫通孔180内にコネクター部210が嵌合される。これとは別に、図4(b)に示すように、貫通孔180とコネクター部210との間にゴム等のドーナツ形状の弾性部材190を介在させて密閉しても良い。こうすることで、DMD50のミラーからの反射光160、すなわち投影される映像に採用されない光は、光学ハウジング110の第1の面120に照射されることなく、光誘導部材200によって外部に誘導され、光学ハウジング110の内部空間の温度上昇することが抑制され、結果的に光学ハウジング110が冷却されることとなる。さらに、ミラーからの反射光160が領域170において反射されず、光学ハウジング110内がオフの光(反射光160)によって明るく照らされることが抑制されるので、投影される映像のコントラストの低下を防止することができる。
【0025】
コネクター部210に入射された光160は、図2に示すように光伝送部220により熱変換部230に誘導され、そこで熱に変換されて放熱される。熱変換部230をより急速にあるいはより効率よく冷却するために、冷却ファン250を用いることが可能である。冷却ファン250は、エアーの吸気あるいは排気を行うことで、放熱フィン231に空気流を与え、熱変換部230を効果的に冷却させる。冷却ファン250は、光源60の冷却を行うものを併用しても良い。
【0026】
本例では、光誘導部材200に円形状のものを用いたが、勿論これ以外の形状のものを用いることができる。例えば、図3(b)に示すような矩形状断面を有するロッド状の光伝送部220を用いても良い。また、図3(b)、(c)に示すように、コネクター部210と光伝送部220とを一体に形成したものであっても良い。さらに、光伝送部220は、その内部が空洞であっても良いし、あるいは所定の屈折率を有する媒体(コア)を充填するものであっても良い。
【0027】
次に本発明の第2の実施の形態について説明する。第1の実施の態様では、光学ハウジング110を冷却するための光誘導部材200を用いたが、第2の実施の態様では熱伝導部材もしくは熱誘導部材300を用いて光学ハウジング110を冷却するものである。
【0028】
図5(a)、(b)に熱伝導部材300の構成を示す。図5(a)において、熱伝導部材300は、光学ハウジング110と熱的に結合される熱結合部310と、熱結合部310に接続された熱伝導部320と、熱伝導部320の端部に接続された放熱部330とを有する。熱伝導部320は、例えば熱伝導性の高い金属部材を用いることができる。放熱部330は好ましくは複数の放熱フィン331を有する。また、図5(b)に示すように、熱結合部310と熱伝導部320とが一体形状であっても良い。
【0029】
図6(a)、(b)は熱伝導部材300を光学ハウジング110に取り付けたときの断面図である。図6(a)に示すように、熱伝導部材300の熱結合部310が光学ハウジング110に接続される。接続される位置は、ミラーが第2の角度にあるときにミラーからの反射光160が光学ハウジング110の第1の面120に照射される領域170に対向する位置である。照射される領域170には、ミラーからの反射光160が第1の面120から反射されるのを防止し、かつ反射光160を熱に効率よく変換させるための光吸収層340がコーティングされる。光吸収層340は、例えば黒色顔料等が用いられる。ミラーからの反射光160は、領域170において光吸収層340により吸収され、熱に変換され、この熱は熱伝導部材300によって光学ハウジング110の外部へ伝導され、放熱部330において放熱される。これにより反射光160による光学ハウジング110の温度上昇が抑制される。なお、放熱部330を冷却ファン250により冷却してもよい。
【0030】
熱伝導部材300は、光学ハウジング110において発生した熱を効率よく放熱部に伝導させるために熱伝導部320内部に流体350を充填することもできる。
【0031】
図6(b)は、光学ハウジング110の第1の面120の領域170に、貫通孔180を形成し、貫通孔180内に熱結合部310を嵌合させた例を示す。貫通孔180内に挿入された熱結合部310の端面には、光吸収層340が直接的に結合されるため、光吸収層340において生じた熱が効率よく熱伝導部材300に伝えられる。
【0032】
このように本実施の形態によれば、DMD50およびその他の光学部材を収容する光学ハウジング110において生じる熱を効率よく外部に逃がすことにより、光学ハウジング110の内部空間を実質的に密閉状態に保持したままで、光学ハウジング110の温度上昇を抑制することができる。同時に、光学ハウジング内において不要な反射光160による照明を抑制することができる。このため、DMD50やその他の光学部材が熱的に劣化されるのを抑制し、かつ熱による膨張、ひずみによる光学特性のズレや誤差を抑制することができる。これにより、DMD50や光学部材の寿命を長期化させ、投影される映像の優れたコントラストを維持した高品位かつ鮮明な映像を提供することができる。
【0033】
上記実施の態様は、DLP方式のプロジェクタを例に説明したが、勿論、これ以外の液晶デバイスを用いたプロジェクタや、リア投射型のプロジェクタ等に広く適用することができる。
【0034】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【0035】
【発明の効果】
本発明によれば、内部に密閉空間を有する光学ハウジングにおいて発生される不要な反射光を、密閉状態を保持しながら外部に逃がすための光誘導部材を設けたことにより、光学ハウジングの温度上昇を抑制し、光学ハウジング内に収容される光学部材等の熱による劣化や光学精度の劣化を抑制することができる。さらに本発明によれば、内部に密閉空間を有する光学ハウジングにおいて発生される熱を、密閉状態を保持しながら外部に逃がすための熱伝導部材を設けたことにより、光学ハウジングの温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施の形態に係るプロジェクタの構成を示すブロック図である。
【図2】図2は本実施の形態に係るプロジェクタの光学システムを示す図である。
【図3】図3(a)ないし(c)は光誘導部材の構成例を示す斜視図である。
【図4】図4(a)および(b)は光誘導部材を光学ハウジングに取り付けたときの状態を示す断面図である。
【図5】図5(a)及び(b)は熱伝導部材の構成を示す斜視図である。
【図6】図6(a)および(b)は熱伝導部材を光学ハウジングに取り付けたときの状態を示す断面図である。
【符号の説明】
10:前処理部、 20:制御部、
30:ランプ駆動回路、 40:カラーホイール駆動部、
50:DMD、 60:光源、
70:インテグレーター、 80:カラーホイール、
110:光学エンジンハウジング、 130:コンデンサレンズ、
140、141:反射鏡、 150:投影レンズ、
160:反射光、 170:照射領域、
180:貫通孔、 190:弾性部材、
200:光誘導部材、 250:冷却ファン、
300:熱伝導部材、 340:光吸収層
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタに関し、特に、DMD(Digital Mirror Device)を用いたDLP(Digital Light Processing:DLPはテキサス・インスツルメンツ社の登録商標)方式のプロジェクタの光学エンジンハウジングの冷却に関する。
【0002】
【従来の技術】
DLP方式プロジェクタは、半導体素子からなるDMDに光を照射し、その反射光をレンズ等で拡大投影して画像表示を行うものである。本出願人により先に出願された特許文献1の図1に示すように、光源からの光が回転楕円面鏡52によって反射され、その反射光がR、G、Bのカラーフィルターを配列した円盤状のカラーホイール53によってRGB光に順次分離され、そしてDMD56に入射される。DMD56は、RGB光に同期して時分割駆動され、画像データに従い入射光を反射させる。その反射光は投影レンズ57を介してスクリーン58上に投影される。このようなカラー映像表示は、一枚のカラーホイールを用いてカラー表示を行うことから、いわゆる単板式光学系とも呼ばれている。
【0003】
【特許文献1】
特許第3、121、843号明細書
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の単板DMDを用いてプロジェクタ用の光学エンジンハウジングを形成する場合、DMDや光学部材をチリやほこりから遮蔽するためにハウジングを密閉構造にする必要がある。DMDの特徴として、ミラーを±10ないし12度にスイッチング(オン/オフ)させ、オンの光のみを有効な光として取り出し、これを投影レンズに入射させスクリーン上に投影し、オフの光は光学エンジンハウジング内の所定位置に照射させている。プロジェクタの動作時間が長くなると、ハウジング内に照射されたオフの光により光学ハウジング内の温度が上昇し、これによりDMD素子の耐熱性に変化が生じたり、ハウジング内のプラスチック素材や光学部材が熱により変形等を生じるという課題があった。さらに、照射される光の強度は大きいため、これらの光がハウジング内で反射することで、投射映像のコントラストを低下させてしまうという弊害もあった。
【0005】
他方、このような密閉構造を有する光学エンジンハウジング内部を効率よく冷却することが困難であった。例えば、ハウジングに開口を形成し、その開口にフィルターを取り付け、ファン等によりフィルターを介して内部を冷却しようとすると、フィルターに目詰まりが生じたり、ファンの騒音がうるさいという問題があった。
【0006】
そこで本発明は上記従来の課題を解決し、光学エンジンハウジングを効率よく冷却することが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
さらに本発明は、低騒音でかつ鮮明な映像を投射可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、温度上昇の主原因であるDMDから反射されたオフの光を光誘導体により冷却が行える場所に誘導し、そこで光の熱変換を行い冷却をする。第2の発明は、DMDから反射されたオフの光が照射される位置に熱伝導体を結合し、ハウジングで発熱された熱を熱伝導体により外部に熱伝導し、そこで冷却する。ハウジング内での反射を防止し、かつ効率よく熱を熱誘導体へ伝導させるために、光が照射される位置に光吸収部を設けることが望ましい。
【0008】
請求項1に係るプロジェクタは、ミラーの角度を2方向に変化させる画素子およびミラーが一方の角度にあるときにミラーによって反射された光を投影する投影部材を含む光学ハウジングと、ミラーが他方の角度にあるときにミラーによって反射された光を前記光学ハウジングの外に誘導する光誘導手段とを有し、前記光学ハウジングの前記投影部材からの光により画像を投影させる。これによりミラーによって反射された不要な光を光学ハウジングの外に誘導することができ、光学ハウジングの温度上昇が抑制され、かつ投影画像のコントラストの低下を防止することができる。
【0009】
好ましくは、プロジェクタはさらに、光誘導手段によって誘導された光を熱に変換する変換部を含む。さらにプロジェクタは、変換部を冷却する冷却装置を含み、変換部の放熱効率を向上させることができる。光誘導手段は、例えば、光ファイバー、ライトトンネル、内面鏡、面パイプ等を用いることができる。熱変換部は、光の受光面に例えば黒色顔料をコーティングし、光の吸収および熱変換を促進させることが望ましい。
【0010】
請求項5に係るプロジェクタは、ミラーの角度を2方向に変化させる画素子およびミラーが一方の角度にあるときにミラーによって反射された光を投影する投影部材を含む光学ハウジングと、ミラーが他方の角度にあるときにミラーの反射光によって照射される位置に熱的に結合され、前記照射された位置における熱を前記光学ハウジング外に伝導する熱伝導手段とを有し、前記光学ハウジングの前記投影部材からの光により画像を投影させるものである。これによりミラーからの反射光により光学ハウジングが照射されても、そこで発生された熱を光学ハウジングの外に誘導若しくは伝導することができ、光学ハウジングの温度の上昇を抑制することができる。
【0011】
好ましくは熱伝導手段は、前記光学ハウジングに熱結合される結合部と前記結合部から延在する放熱部を有する。結合部と放熱部との間に連結部を介在し、連結部内に流体を充填させることで、熱伝導効率を向上させることが可能である。さらに、光学ハウジングは、ミラーからの反射光の照射位置に光の反射を抑制する光吸収材を含むことが望ましい。光吸収材により光の反射を抑制し、光学ハウジング内の明るさを暗くすることで投射映像のコントラストを高めることができ、同時に光吸収材による光−熱変換効率を向上させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態に係るDLP方式プロジェクタの主要な構成を示すブロック図である。プロジェクタ1は、画像信号11を入力し、これをDMDと同じ画素数のRGBデジタル画像データに変換する前処理部10と、前処理部10からのデジタル画像データに基づきDMD50の駆動を制御するとともにランプ駆動回路30及びカラーホイール駆動部40等の制御を行う制御部20とを有する。ランプ駆動回路30は、光源60の放電ランプの起動及び起動後の放電ランプのAC駆動を制御する。カラーホイール駆動部40は、カラーホイール80を回転させ、光源60からライトトンネル70を介して入射された光をRGBに分離させる。DMD50は、各画素に相当するミラーをアレイ状に配置させ、それらのミラーをスイッチングさせて入射光を反射させる。投射光学系100は、DMD50からの反射光を拡大投射しスクリーン上に画像を表示させる。
【0013】
図2に光学系システムの構成を示す。光源60は、回転楕円面鏡61とその光軸に取り付けられた放電ランプ62とを含む。放電ランプ62は、例えばキセノンアークショートランプ、メタルハライドランプ、あるいは超高圧水銀ランプなどが用いられる。回転楕円面鏡61は、放電ランプ62からの可視光を反射し赤外光を透過するようなダイクロックミラーやコールドミラーが用いられる。回転楕円面鏡61の光軸上にロッド状のライトトンネル70が配置される。ライトトンネル70はその断面が矩形状であり、入射口から入射された光を内部で全反射を繰り返し、その出射口から均一な光強度を有する光線束を出射する。出射口のアスペクト比は、投射映像のアスペクト比を決定し、4:3または16:9に設定される。
【0014】
カラーホイール80は、薄いガラス円盤状にR、G、Bのカラーフィルターを配列し、そこを透過する光の波長帯域を選択する。カラーホイール80は、カラーホイール駆動部40によって一定速度で回転され、ライトトンネル70からの入射光を順次R、G、Bの波長帯域を有する光に分離する。
【0015】
カラーホイール80からのR、G、Bの光は、光学エンジンハウジング110に入射される。光学ハウジング110は、例えばアルミニウムあるいはマグネシウムのような金属材から構成される筐体であり、その内部に実質的に密閉された空間を形成する。
【0016】
光学ハウジング110は、カラーホイール80と対向する位置に配置される。カラーホイール80と対向する第1の面120には、コンデンサレンズ130が取り付けられる。コンデンサレンズ130は、その光軸が回転楕円面鏡61の光軸と一致するように、第1の面120に形成された開口内にはめ込むように取り付けられる。
【0017】
第1の面120と対向する第2の面121には第1の反射鏡140が取り付けられる。第1の反射鏡140は、第2の面121に対して所定の角度を有するように取り付けられ、コンデンサレンズ130によって集光された光線束を入射しこれを所定の反射角で出射する。
【0018】
第2の面121と隣接する第3の面122には、第2の反射鏡141がその面と所定の角度を有するように取り付けられる。第1の反射鏡140によって反射された光は、第2の反射鏡141に入射されそこで反射されてDMD50に入射される。第3の面122にはさらに投影レンズ150が取り付けられる。
【0019】
第3の面122と対向する第4の面123には、DMD50が取り付けられる。DMD50は、アレイ状に配置された複数のミラーを2方向(±10ないし12度)に変化させる。DMD50には、第2の反射鏡141からの反射光が所定の入射角で入射されその画素領域(各ミラーが配置された領域)が照射される。
【0020】
DMD50の駆動は、制御部20によって制御される。デジタル画像データの2値に応じてミラーが可変され、画像データがオン(例えば“1”)のとき、ミラーが第1の角度にあり、そのミラーによって反射された光は投影レンズ150に入射される。画等データがオフ(例えば“0”)のとき、ミラーが第2の角度にあり、そのミラーによって反射された光は第1の面120に照射され、映像の投影には採用されない。
【0021】
本発明は、DMD50による投影に採用されないミラーの反射光による光学エンジンハウジング110の熱的な不具合を解消するものである。すなわち、ミラーが第2の角度にあるとき、その反射光は第1の面120に照射され、プロジェクタの動作時間が長くなると、その照射された部分の温度が非常に高温になり、結果として光学ハウジング110内の温度が上昇する。これにより、DMD50が熱により劣化したり、あるいはその他の光学部材である、第1、第2の反射鏡140、141、コンデンサレンズ130および投影レンズ150が熱により変形を受けたり、さらにはハウジング自身が熱膨張し光学系に誤差を生じさせてしまうおそれがある。
【0022】
本実施の形態では、DMD50のミラーが第2の角度にあるときミラーによって反射された光を光学ハウジング110の外部に誘導する光誘導部材200を有する。図3(a)に光誘導部材の構成を示す。光誘導部材200は、コネクター部210と、コネクター部210に連結された光伝送部220と、光伝送部220の端部に接続された熱変換部230とを含む。コネクター部210は中空の円筒状を有し、これに光伝送部220が接続される。光伝送部220は、例えば、光ファイバー、ライトトンネル、内面鏡、あるいは面パイプ等を用いることができる。光伝送部220の内部の反射面は、好ましくは紫外線カット(吸収)しかつ遠赤外線に対して十分に反射率が高い物質が用いられ、あるいはそのような物質がコーティングされる。
【0023】
熱変換部230は、光伝送部220からの光を熱に変換する。その放熱効率を良くするために、熱変化部230は例えばアルミニウムやマグネシウムのような金属から構成され、さらに光伝送部220との接続部位である受光面に黒体顔料等をコーティングし、光伝送部220から光を効率よく吸収し熱に変換させる。熱変換部230の外形には複数のフィン231が形成され、フィン221により放熱面積が増加され、その放熱特性が向上される。
【0024】
図4(a)は、光誘導部材200を光学ハウジング110に取り付けた状態を示す断面図である。光学ハウジング110の第1の面120において、ミラーが第2の角度にあるときミラーからの反射光160が照射される領域170に円形状の貫通孔180が形成される。貫通孔180内にコネクター部210が嵌合される。これとは別に、図4(b)に示すように、貫通孔180とコネクター部210との間にゴム等のドーナツ形状の弾性部材190を介在させて密閉しても良い。こうすることで、DMD50のミラーからの反射光160、すなわち投影される映像に採用されない光は、光学ハウジング110の第1の面120に照射されることなく、光誘導部材200によって外部に誘導され、光学ハウジング110の内部空間の温度上昇することが抑制され、結果的に光学ハウジング110が冷却されることとなる。さらに、ミラーからの反射光160が領域170において反射されず、光学ハウジング110内がオフの光(反射光160)によって明るく照らされることが抑制されるので、投影される映像のコントラストの低下を防止することができる。
【0025】
コネクター部210に入射された光160は、図2に示すように光伝送部220により熱変換部230に誘導され、そこで熱に変換されて放熱される。熱変換部230をより急速にあるいはより効率よく冷却するために、冷却ファン250を用いることが可能である。冷却ファン250は、エアーの吸気あるいは排気を行うことで、放熱フィン231に空気流を与え、熱変換部230を効果的に冷却させる。冷却ファン250は、光源60の冷却を行うものを併用しても良い。
【0026】
本例では、光誘導部材200に円形状のものを用いたが、勿論これ以外の形状のものを用いることができる。例えば、図3(b)に示すような矩形状断面を有するロッド状の光伝送部220を用いても良い。また、図3(b)、(c)に示すように、コネクター部210と光伝送部220とを一体に形成したものであっても良い。さらに、光伝送部220は、その内部が空洞であっても良いし、あるいは所定の屈折率を有する媒体(コア)を充填するものであっても良い。
【0027】
次に本発明の第2の実施の形態について説明する。第1の実施の態様では、光学ハウジング110を冷却するための光誘導部材200を用いたが、第2の実施の態様では熱伝導部材もしくは熱誘導部材300を用いて光学ハウジング110を冷却するものである。
【0028】
図5(a)、(b)に熱伝導部材300の構成を示す。図5(a)において、熱伝導部材300は、光学ハウジング110と熱的に結合される熱結合部310と、熱結合部310に接続された熱伝導部320と、熱伝導部320の端部に接続された放熱部330とを有する。熱伝導部320は、例えば熱伝導性の高い金属部材を用いることができる。放熱部330は好ましくは複数の放熱フィン331を有する。また、図5(b)に示すように、熱結合部310と熱伝導部320とが一体形状であっても良い。
【0029】
図6(a)、(b)は熱伝導部材300を光学ハウジング110に取り付けたときの断面図である。図6(a)に示すように、熱伝導部材300の熱結合部310が光学ハウジング110に接続される。接続される位置は、ミラーが第2の角度にあるときにミラーからの反射光160が光学ハウジング110の第1の面120に照射される領域170に対向する位置である。照射される領域170には、ミラーからの反射光160が第1の面120から反射されるのを防止し、かつ反射光160を熱に効率よく変換させるための光吸収層340がコーティングされる。光吸収層340は、例えば黒色顔料等が用いられる。ミラーからの反射光160は、領域170において光吸収層340により吸収され、熱に変換され、この熱は熱伝導部材300によって光学ハウジング110の外部へ伝導され、放熱部330において放熱される。これにより反射光160による光学ハウジング110の温度上昇が抑制される。なお、放熱部330を冷却ファン250により冷却してもよい。
【0030】
熱伝導部材300は、光学ハウジング110において発生した熱を効率よく放熱部に伝導させるために熱伝導部320内部に流体350を充填することもできる。
【0031】
図6(b)は、光学ハウジング110の第1の面120の領域170に、貫通孔180を形成し、貫通孔180内に熱結合部310を嵌合させた例を示す。貫通孔180内に挿入された熱結合部310の端面には、光吸収層340が直接的に結合されるため、光吸収層340において生じた熱が効率よく熱伝導部材300に伝えられる。
【0032】
このように本実施の形態によれば、DMD50およびその他の光学部材を収容する光学ハウジング110において生じる熱を効率よく外部に逃がすことにより、光学ハウジング110の内部空間を実質的に密閉状態に保持したままで、光学ハウジング110の温度上昇を抑制することができる。同時に、光学ハウジング内において不要な反射光160による照明を抑制することができる。このため、DMD50やその他の光学部材が熱的に劣化されるのを抑制し、かつ熱による膨張、ひずみによる光学特性のズレや誤差を抑制することができる。これにより、DMD50や光学部材の寿命を長期化させ、投影される映像の優れたコントラストを維持した高品位かつ鮮明な映像を提供することができる。
【0033】
上記実施の態様は、DLP方式のプロジェクタを例に説明したが、勿論、これ以外の液晶デバイスを用いたプロジェクタや、リア投射型のプロジェクタ等に広く適用することができる。
【0034】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【0035】
【発明の効果】
本発明によれば、内部に密閉空間を有する光学ハウジングにおいて発生される不要な反射光を、密閉状態を保持しながら外部に逃がすための光誘導部材を設けたことにより、光学ハウジングの温度上昇を抑制し、光学ハウジング内に収容される光学部材等の熱による劣化や光学精度の劣化を抑制することができる。さらに本発明によれば、内部に密閉空間を有する光学ハウジングにおいて発生される熱を、密閉状態を保持しながら外部に逃がすための熱伝導部材を設けたことにより、光学ハウジングの温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施の形態に係るプロジェクタの構成を示すブロック図である。
【図2】図2は本実施の形態に係るプロジェクタの光学システムを示す図である。
【図3】図3(a)ないし(c)は光誘導部材の構成例を示す斜視図である。
【図4】図4(a)および(b)は光誘導部材を光学ハウジングに取り付けたときの状態を示す断面図である。
【図5】図5(a)及び(b)は熱伝導部材の構成を示す斜視図である。
【図6】図6(a)および(b)は熱伝導部材を光学ハウジングに取り付けたときの状態を示す断面図である。
【符号の説明】
10:前処理部、 20:制御部、
30:ランプ駆動回路、 40:カラーホイール駆動部、
50:DMD、 60:光源、
70:インテグレーター、 80:カラーホイール、
110:光学エンジンハウジング、 130:コンデンサレンズ、
140、141:反射鏡、 150:投影レンズ、
160:反射光、 170:照射領域、
180:貫通孔、 190:弾性部材、
200:光誘導部材、 250:冷却ファン、
300:熱伝導部材、 340:光吸収層
Claims (16)
- ミラーの角度を2方向に変化させる画素子と、ミラーが一方の角度にあるときにミラーによって反射された光を投影する投影部材とを含む光学ハウジングと、
ミラーが他方の角度にあるときにミラーによって反射された光を前記光学ハウジングの外に誘導する光誘導手段とを有し、
前記光学ハウジングの前記投影部材を介して投影画像を形成させる、プロジェクタ。 - 前記プロジェクタはさらに、前記光誘導手段によって誘導された光を熱に変換する変換部を含む、請求項1に記載のプロジェクタ。
- 前記プロジェクタはさらに、前記変換部を冷却する冷却装置を含む、請求項2に記載のプロジェクタ。
- 前記光誘導手段は、光ファイバーを含む、請求項1ないし3いずれかに記載のプロジェクタ。
- ミラーの角度を2方向に変化させる画素子と、ミラーが一方の角度にあるときにミラーによって反射された光を投影する投影部材とを含む光学ハウジングと、
ミラーが他方の角度にあるときにミラーの反射光によって照射される位置に熱的に結合され、前記照射された位置における熱を前記光学ハウジング外に伝導する熱伝導手段とを有し、
前記光学ハウジングの前記投影部材を介して投影画像を形成させる、プロジェクタ。 - 前記熱伝導手段は、前記光学ハウジングに熱結合される結合部と前記結合部から延在する放熱部を有する、請求項5に記載のプロジェクタ。
- 前記熱伝導手段は、前記結合部と前記放熱部との間に連結部を介在し、前記連結部内に流体が充填される、請求項6に記載のプロジェクタ。
- プロジェクタはさらに、前記放熱部を冷却する冷却装置を含む、請求項6または7に記載のプロジェクタ。
- プロジェクタはさらに、光源と、光源からの光を少なくともR、G、Bの光に分離する分離手段とを有し、前記分離手段によって分離された光は、前記光学ハウジング内に入射され、前記画素子を照射する、請求項1ないし8いずれかに記載のプロジェクタ。
- 光源と、
前記光源からの光を少なくともR、G、Bの光に分離する分離手段と、
前記分離手段によって分離された光を入射する光学ハウジングと、
前記光学ハウジングに接続された光誘導手段とを有し、
前記光学ハウジングは、実質的に密閉された内部空間を形成し、かつ前記内部空間内に、角度を2方向に変化可能なミラーをアレイ状に配置したミラー装置と、前記ミラーが第1の角度にあるときに前記ミラーによって反射された光を入射しこれを投影する投影レンズと、前記分離手段からの光を前記ミラー装置に入射させる光学部材とを含み、
前記光誘導手段は、前記ミラーが第2の角度にあるときに前記ミラーによって反射された光を入射しこれを外部へ誘導する、プロジェクタ。 - 前記光誘導手段は、前記光学ハウジングからの光を熱に変換する熱変換部を含み、前記熱変換部に放熱フィンが形成される、請求項10に記載のプロジェクタ。
- プロジェクタはさらに前記熱変換部を冷却するための冷却ファンを含む、請求項11に記載のプロジェクタ。
- 前記光学ハウジングは、前記ミラーが第2の角度にあるときに前記ミラーによって反射された光が照射される位置に開口を含み、前記光誘導手段が前記開口内に接続される、請求項10ないし12いずれかに記載のプロジェクタ。
- 光源と、
前記光源からの光を少なくともR、G、Bの光に分離する分離手段と、
前記分離手段によって分離された光を入射する光学ハウジングと、
前記光学ハウジングに接続された熱誘導手段とを有し、
前記光学ハウジングは、実質的に密閉された内部空間を形成し、かつ前記内部空間内に、角度を2方向に変化可能なミラーをアレイ状に配置したミラー装置と、前記ミラーが第1の角度にあるときに前記ミラーによって反射された光を入射しこれを投影する投影レンズと、前記分離手段からの光を前記ミラー装置に入射させる光学部材とを含み、
前記熱誘導手段は、前記ミラーが第2の角度にあるときに前記ミラーによって反射された光が前記光学ハウジングを照射する照射位置に熱的に結合され、前記照射位置において生じる熱を前記光学ハウジングの外部へ誘導する、プロジェクタ。 - 前記光学ハウジングは、前記照射位置に光の反射を抑制する光吸収部を含む、請求項14に記載のプロジェクタ。
- 前記光吸収部は、黒色顔料を含む、請求項15に記載のプロジェクタ。
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---|---|---|---|
JP2003000528A JP2004212727A (ja) | 2003-01-06 | 2003-01-06 | プロジェクタ |
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JP2003000528A JP2004212727A (ja) | 2003-01-06 | 2003-01-06 | プロジェクタ |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8136950B2 (en) | 2006-07-24 | 2012-03-20 | Casio Computer Co., Ltd. | Optical system unit and projector having two-planed light absorbing plate |
CN105867059A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-08-17 | 湖北久之洋红外***股份有限公司 | 一种荧光轮热控装置 |
-
2003
- 2003-01-06 JP JP2003000528A patent/JP2004212727A/ja active Pending
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