JP2017054011A - 画像投写装置 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本発明に係る画像投写装置の全体構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る画像投写装置としてのプロジェクタ1とスクリーンなどの投写面Sとを示す外観斜視図である。なお、以下の説明では、プロジェクタ1の投写面S側を後側として説明する。
プロジェクタ1は、後述する光学エンジン部100や、バラスト基板12aなどの各種基板などを保持する本体筐体14を有している。本体筐体14は、上側板金部14aと、前側板金部14bと、後側板金部14cと、下側板金部14dと、右側板金部14eとを有している。各板金部同士をねじにより固定することで、筐体14を形成している。上側板金部14aには、投写画像の光束が通過するための投写開口部141が形成されている。前側板金部14bは、バラスト基板ユニットや、後述するメイン電源ユニット8a(図26参照)などを保持している。後側板金部14cは、サブ電源ユニット8bなどを保持している。また、下側板金部14dは、光学エンジン部などを保持している。また、右側板金部14eには、図2(c)に示すように、複数の吸気口10a〜10cと、フォーカスレバー4aを操作可能とする操作用開口部18とが設けられている。
プロジェクタ1は、光学エンジン部100と、白色光を発する光源を有する光源ユニット15とを備えている。光学エンジン部100は、光源からの光を用いて画像を形成する画像形成手段としての画像形成部3と、画像形成部3で形成した画像の光束を投写面Sに投写するための投写光学ユニット2とを備えている。
画像形成部3は、反射面の傾きを変化させるように駆動可能な多数の微小ミラーを有する微小駆動ミラー装置であるDMDを有する光変調部30と、光源からの光を折り返してDMDに照射する照明部20とを用いて構成されている。光学エンジン部100を構成している光変調部30と照明部20と投写光学ユニット2とが上下方向に並べて配置されている。また、照明部20の図中右側には、光源ユニット15が収納される光源ハウジング70が配置されている。光源ハウジング70の上面部には、光源冷却後の空気が排気されるハウジング排気口70aが設けられている。
図5に示すように、光源ユニット15は、プロジェクタ1に対して着脱可能に構成されている。具体的には、本体筐体14の左側側面には、光源着脱用開口部141fが形成されている。この光源着脱用開口部141fは、本体筐体14の前側板金部14b、後側板金部14c、下側板金部14dおよび排気ファン7により形成されている。光源ユニット15は、本体筐体に対して図中矢印K方向に押し入れることで、プロジェクタに装着される。また、光源着脱用開口部141fの上部には、排気ファン7が設けられている。図5に示すように、本実施形態においては、筐体の排気口が、排気ファンの排気口となっている。
光源ユニット15は、光源160を収納した樹脂からなる光源筐体151を有している。光源筐体の上面部151aには、光源冷却後の空気が、排気される光源排気口152が設けられている。また、図6(b)に示すように、光源筐体151の下面部151bには、後述するように光源筐体内に空気を取り込むための第二光源吸引口153が設けられている。また、下面部151bには、装置本体に設けられた電源コネクタに接続するコネクタ154が設けられている。
図7に示すように、光源160のリフレクタ161は、光出射側面部151cに取り付けられており、この光出射側面部151cによりリフレクタ161の開口部が塞がれている。また、光出射側面部151cの上部には、リフレクタ161内の空気が流出する流出口158bが設けられている。この流出口158bにも防爆メッシュ159が設けられている。
光源160は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどの放電ランプであり、高圧の気体を閉じ込めた発光部162aを有する発光管162を備えている。また、光源160には、発光部162aが発した光を反射する反射部材としてのリフレクタ161を備えている。リフレクタ161は、すり鉢形状(略円錐形状)をしており、そのリフレクタ161の底部に発光管162が取り付けられている。また、発光管162に接続された電極端子163a(図7参照)を備えた電極部163を有している。電極端子163aは、導線を164介して、コネクタ154に接続されている。
照明部20は、図10に示すように、カラーホイール21、ライトトンネル22、2枚のリレーレンズ23、シリンダミラー24、凹面ミラー25を有しており、これらは、図9に示す照明ブラケット26に保持されている。
図11に示すように光変調部30は、DMD32が装着されるDMDボード31を備えている。DMD32は、マイクロミラーが格子状に配列された画像生成面を上向きにしてDMDボード31に設けられたソケット31aに装着されている。DMDボード31には、DMDミラーを駆動するための駆動回路などが設けられている。DMDボード31の裏面(ソケット31aが設けられた面と反対側の面)には、DMD32を冷却するための冷却手段としてのヒートシンク33が固定されている。DMDボード31のDMD32が装着される箇所は、貫通孔が形成されており、ヒートシンク33には、この貫通孔に挿入される突起部が形成されている。突起部の先端は、平面状になっており、突起部を貫通孔に挿入して、DMD32の裏面(画像生成面と反対側の面)に突起部先端の平面部を当接させている。この平面部やDMD32の裏面のヒートシンク33が当接する箇所に弾性変形可能な伝熱シートを貼り付けて、突起部の平面部とDMD32の裏面との密着性を高めて、熱伝導性を高めてもよい。
ヒートシンク33は、固定部材34により、DMDボード31のソケット31aが設けられた面と反対側の面に加圧されて固定される。
OFF光板27に照射された光は、熱となってOFF光板27に吸収され外側の空気の流れで冷却される。
投写光学ユニット2は、折り返しミラー52および防塵ガラス51を保持するミラーブラケット53、凹面ミラー5(図13参照)を覆うように保持する自由ミラーブラケット6とを有している。自由ミラーブラケット6の左右両端には、後方向に延びる穴部6aが、上下方向に所定の間隔を開けて2個設けられている。ミラーブラケット53に設けられた爪部53aを、これら穴部6aに嵌め込むことで、自由ミラーブラケット6は、スナップフィットによりミラーブラケット53に取り付けられている。ミラーブラケット53は、ベース部材54に取り付けられている。上記レンズホルダー41やミラーブラケット53が取り付けられたベース部材54が、照明ブラケット26にネジ止めされる。
DMDにより形成された投写画像は、第1光学系である投写レンズ部4を透過し、折り返しミラー52と凹面ミラー5との間で、DMD32で生成された画像に共役な中間像を形成する。この中間像は、第二光学系である折り返しミラー52と凹面ミラー5との間に曲面像として結像される。次に、中間像を結像した後の発散する光束は、凹面ミラー5に入射し、収束光束になり、凹面ミラー5により中間像を「さらに拡大した画像」にして投写面Sに投写結像する。
図15(a)は、光源ユニット15を冷却する光源冷却機構と、光学エンジン部100と示す斜視図であり、図15(b)は、光源冷却機構を示す斜視図である。
光源冷却機構は、光源ブロワ71、光源排気ダクト80、排気ファン7などで構成されている。本実施形態では、光源ブロワ71として両面吸気シロッコファンを用いており、光源ブロワ71の排気口は、光源ハウジングに設けられた吸気ダクト部70cに接続されている。光源排気ダクト80は、光源ハウジング70の上面部を覆うように、光源ハウジング70に取り付けられている。
光源排気ダクト80は、樹脂で形成され、排気ファンを保持するファン保持部81、光源ユニットを冷却した冷却後の空気をガイドする排気ガイド部82、排気ファン7が取り付けられるファン取り付け部86、光源160冷却後の空気が流入する流入部85などを有している。ファン保持部81は、排気ファンの下面と対向する底面部81aと、その底面部81aの前後方向両端から上方に真直ぐ延びて、排気ファンの側面と対向する対向面部81bとを有している。ファン保持部81は、排気ファンの吸気口と排気口以外の下部を囲うように、排気ファンを保持する。
各導風壁部の排気ファンから遠ざかる方向に傾斜する部分の表面には、光拡散部として微細な凹凸模様であるシボが形成されている(以下、シボが形成された面をシボ面Zという)。本実施形態では、この傾斜する部分の両面をシボ面Zとしている。
光源排気ダクト80は、樹脂の射出成型品であり、図17に示すように、少なくとも、各ダクト部は、第一金型701と第二金型702とにより成型される。流路の断面が矩形状で、排気ファン7の回転軸方向と直交する方向にある程度の長さを有する各ダクト部を備える光源排気ダクト80を成型するためには、金型の構造上、各金型の移動方向X1,X2を、ダクト部の延びる方向と同方向にする必要がある。各導風壁部に形成するシボは、金型のシボを施す部分に対応する箇所を、サンドブラスなどにより粗すことにより形成する。この場合、シボ面Zは、金型の抜け性の問題から金型の移動方向X1,X2に対して所定角度傾ける所謂抜け勾配を設ける必要がある。そのため、各導風壁部のシボを施す箇所を、ダクト部の延びる方向に対して傾斜させる必要がある。図17に示すように、導風壁部の排気ファンと対向するシボ面Zは、図中X1方向移動する第一金型701により形成される。一方、導風壁部の排気ファンと対向する面と反対側のシボ面Zは、図中X2方向移動する第二金型702により形成される。
図18に示すように、発光部162aで発光し、リフレクタ161に向った光の一部は、リフレクタ161を透過する。このようなリフレクタ161を透過した光は、光源ユニットの光源排気口152や、ハウジング排気口70aを通過して、ダクト部に入射する。また、光出射側面部151cの上部の流出口158bからも、発光部162aで発光した光が漏れ出し、ダクト部に入射する。
図19は、図15(a)のC断面図であり、図20は、図15(a)のB断面図である。また、図21は、図15(b)のD断面図である。
図19に示すように、光源ブロワ71により本体筐体の光源ブロワ周辺の空気を吸引する。この吸引により、本体筐体内の光源ブロワ71周辺が負圧となり、先の図2(c)に示す右側板金部14eの下側の第三吸気口10cから外気が取り込まれる。取り込まれた外気は、DMD32を冷却するヒートシンク33(図11参照)に流れ、ヒートシンク33を冷却する。これにより、ヒートシンク33が、効率よくDMD32の熱を逃がすことができ、DMD32の温度上昇を抑制することができる。
1.第三ダクト部82cや第四ダクト部82dに空気が流入し難くなっていること。
2.第二の空気よりも排気ファンから遠い側から流れ込む第一の空気により第三ダクト部82cや第四ダクト部82dに流れ込むのを阻止されていること。
3.第一ダクト部82aや第二ダクト部82bは空気が流入しやすいこと。
これら3つの理由から、第二の空気は、第一ダクト部82a、第二ダクト部82bに流れ込む。また、本実施形態において、流入部85の排気ファン側の壁部84が、上部が排気ファンから離れるように傾斜しているため、流入部85の排気ファン側に流れ込んだ第二の空気を、案内して、第一ダクト部82aや第二ダクト部82bにスムーズに流れ込ませている。これにより、流速の低下を抑えて、第二の空気を、第一ダクト部82a、第二ダクト部82bに流すことができる。
(I)低温の空気と混ぜることで高温の空気を低温化する
(II)流路を長くすることで高温の空気を低温化する
(III)高温の空気を広い面積で排気することで単位面積当たりの熱量を低減させる
の3つが挙げられる。
また、第三、第四ダクト部に流す第一の空気の流量を増やしたい場合は、上記とは逆に、第一、第二ダクト部の吸気口の絞ったり、第三、第四ダクトの吸気口の広げたりする。また、光源排気口152およびハウジング排気口70aの排気ファンから遠い側(図中左側)の縁の位置を、排気ファンから遠ざける。
図23に示すように、サブ電源ユニット8bが備えるサブ電源回路基板80bには、電源スイッチ182、PFCスイッチ部183と電源ケーブル190から供給された交流電圧を直流電圧に変換して、制御基板200に3.3Vの直流電圧を供給するための起動電圧変換部184を有している。
図24に示すように、光源駆動ユニット12は、光源駆動回路基板であり、電力安定化回路基板であるバラスト基板12aと、バラスト基板12aを保持するバラストホルダ13とを有している。バラストホルダ13は、バラスト基板12aが取り付けられる基板取り付け部13aと、基板取り付け部13aの下端から後側に延びる固定部13bとを有している。
図26に示すように、メイン電源ユニット8aは、メイン電源回路基板80aと、このメイン電源回路基板80aが取り付けられるメイン電源ホルダ16とを有している。メイン電源ホルダ16は、前側板金部14bの上面部114aに設けられたメイン電源ユニット固定部114dにネジ止めされることで、メイン電源ユニット8aが前側板金部14bに取り付けられる。メイン電源回路基板80aのおもて面には、コイル281、コンデンサ282、トランス283が実装されている。また、メイン電源回路基板80aの裏面には、電界効果トランジスタ(FET)284が実装されている。電界効果トランジスタ284の本体部は、メイン電源回路基板80aの裏面と所定の間隔を開けて対向する放熱板285に固定されている。早期に定格温度に達するおそれがある変圧部187を構成する回路に実装される電界効果トランジスタ284に放熱板285が固定されているので、電界効果トランジスタ284の熱を放熱板285により放熱して、電界効果トランジスタ284が定格温度に達してしまうのを抑制している。
メイン電源回路基板80aは、前側板金部14bの上面部114aに対して傾斜した状態で前側板金部14bに取り付けられる。具体的には、図27に示すように、メイン電源回路基板80aの基板面が、排気ファン7の回転中心O3を通る自由ミラーブラケット6の接線Fに対して略平行となるように、前側板金部14bの上面部114aに対して傾斜して取り付けられる。
また、樹脂板170と、メイン電源回路基板80aとの間の断面積Gが、第一吸気口10a(図2(b)、図2(c)参照)の断面積よりも小さくなっている。
(態様1)
光源160と、凹面ミラー5を備え、投写画像を投写面Sに導く投写光学ユニット2と、本体筐体14内に空気の流れを生じさせる排気ファン7などの送風手段と、前記本体筐体内の電気部品に電力を供給するメイン電源回路基板80aなどの電源回路基板と、前記光源を駆動するバラスト基板12aなどの光源駆動回路基板とを備えた画像投写装置において、前記本体筐体14の前記凹面ミラー5の裏側と対向する前側板金部14bなどの対向面部に前記電源回路基板または前記光源駆動回路基板を取り付けた。
凹面ミラーは、湾曲した形状であるに対し、投写光学ユニットや光源などを収納する本体筐体の凹面ミラーの裏側と対向する前側板金部14bなどの対向面部は、平面である。また、凹面ミラーはこの対向面部に対して傾いた姿勢で本体筐体内に収納されている。そのため、凹面ミラーの対向面部と平行な方向の一端が、対向面部に対して大きく離れた位置に位置し、凹面ミラー裏側の一端側と対向面部との間に大きな隙間が形成される。この大きな隙間に送風手段により本体筐体内に取り込んだ空気が流れやすい。
上述した事柄に基づき、態様1では、本体筐体の前記凹面ミラーの裏側と対向する対向面部に電源回路基板または駆動回路基板を取り付けた。これにより、本体筐体内に取り込んだ空気を効率的に電源回路基板または駆動回路基板に流すことができる。その結果、送風手段たるファンの回転数の低下や、送風手段の数を減らして、本体筐体内に取り込まれる空気の量が減っても良好に電源回路基板または駆動回路基板を冷却することができ、装置の低騒音化を図ることができる。
また、本体筐体の凹面ミラーの裏側と対向する対向面部に基板を取り付けることで、もともと装置に存在した大きな隙間に基板を配置することができ、基板を冷却する流路を確保しつつ、装置の大型化を抑制することができる。
(態様1)において、前側板金部14bなどの対向面部に取り付けられた基板の少なくとも一部が、前記凹面ミラー5の裏側に対向する。
これによれば、実施形態で説明したように、凹面ミラー5の裏側と、前側板金部14bなど対向面部との間のデットスペースに基板を配置することができ、装置の大型化を抑制することができる。
(態様1)または(態様2)において、前側板金部14bなどの対向面部に取り付けられた基板と、前記投写光学ユニット2との間に空気が流れる第一基板冷却用流路R1などの流路を形成した。
これによれば、前記本体筐体14の前記凹面ミラー5の裏側と対向する前側板金部14bなどの面板に取り付けられた基板を空冷することができ、この基板の温度上昇を抑制することができる。
(態様3)において、前側板金部14aなどの対向面部に取り付けられた基板が備える部品のうち、最も冷却が必要な部品(本実施形態では、放熱板112a)を、前記流路の最も狭い箇所に配置した。
これによれば、実施形態で説明したように、流路が狭くなるほど、その流路を通り抜けるときに、空気の流速が速くなる。流速が速いほど、次から次へと加熱されていない空気が当たるため、空冷効果が高まる。よって、この前記流路の最も狭い箇所に最も冷却が必要な部品(本実施形態では、放熱板112a)を配置することにより、効果的に基板を冷却することができる。
(態様2)乃至(態様4)いずれかにおいて、前側板金部14aなどの対向面部に取り付けられる基板は、バラストホルダ13などの基板ホルダを介して、前記対向面部に取り付けられており、基板ホルダと前記基板との間に空気が流れるよう、前記基板ホルダに前記基板が保持される。
これによれば、図29を用いて説明したように、基板の電気素子実装面と反対側の面を空冷するができ、効果的に基板を冷却することができる。
(態様3)乃至(態様5)いずれかにおいて、前側板金部14aなどの対向面部に取り付けられた基板と、前記投写光学ユニットとの間の流路を流れた空気により冷却される第二の基板を有する。
これによれば、本体筐体14の凹面ミラー5の裏側と対向する前側板金部14aなどの面板に取り付けられた基板を冷却した空気で、第二の基板を冷却することができる。
(態様6)において、前側板金部14aなどの対向面部に取り付けられた基板および前記第二の基板のいずれか一方が、バラスト基板12aなどの光源駆動回路基板であり、他方がメイン電源回路基板80aなどの電源回路基板である。
これによれば、前側板金部14aなどの対向面部と、凹面ミラーの裏側との間を流れる空気で、バラスト基板12aなどの光源駆動回路基板とメイン電源回路基板80aなどの電源回路基板とを冷却することができる。
(態様1)乃至(態様7)いずれかにおいて、少なくとも、前側板金部14aなどの対向面部を金属で構成した。
これによれば、実施形態で説明したように、前側板金部14aなどの対向面部を金属で構成することで、この対向面部の熱伝導性を高めることができる。その結果、対向面部に取り付けられた基板の熱がこの対向面部に良好に伝導し、この対向面部により放熱することができる。これにより、対向面部に取り付けられた基板を効果的に冷却することができる。
(態様1)乃至(態様8)いずれかにおいて、前記本体筐体から排気された空気が、投写面Sに向う投写画像の光路を横切らないように排気口を設けた。
これによれば、実施形態で説明したように、投写面Sに投写された投写画像に揺らぎが生じるのを抑制することができる。
2 投写光学ユニット
3 画像形成部
4 投写レンズ部
4a フォーカスレバー
5 凹面ミラー
6 自由ミラーブラケット
7 排気ファン
7a 回転軸部
8 電源ユニット
8a メイン電源ユニット
8b サブ電源ユニット
10a 第一吸気口
10b 第二吸気口
10c 第三吸気口
12 光源駆動ユニット
12a バラスト基板
13 バラストホルダ
13a 基板取り付け部
13b 固定部
14 本体筐体
14a 上側板金部
14b 前側板金部
14c 後側板金部
14d 下側板金部
14e 右側板金部
15 光源ユニット
16 メイン電源ホルダ
18 操作用開口部
20 照明部
21 カラーホイール
21a カラーモータ
22 ライトトンネル
23 リレーレンズ
24 シリンダミラー
25 凹面ミラー
26 照明ブラケット
27 OFF光板
28 冷却部材
28b ホイールカバー
29a 貫通孔
30 光変調部
33 ヒートシンク
34 固定部材
41 レンズホルダー
51 防塵ガラス
52 折り返しミラー
53 ミラーブラケット
53a 爪部
54 ベース部材
70 光源ハウジング
70a ハウジング排気口
70b 空気取り込み口
70c 吸気ダクト部
70d 底面
70e 取り付け部
71 光源ブロワ
80 光源排気ダクト
80a メイン電源回路基板
80b サブ電源回路基板
81 ファン保持部
82 排気ガイド部
82a 第一ダクト部
82b 第二ダクト部
82c 第三ダクト部
82d 第四ダクト部
83a 第一導風壁部
83b 第二導風壁部
83c 第三導風壁部
84 排気ファン側の壁部
85 流入部
86 ファン取り付け部
100 光学エンジン部
112a 放熱板
112b 電気素子
114a 上面部
114b 下面部
114c 段差面部
114d メイン電源ユニット固定部
141 投写開口部
141f 光源着脱用開口部
141g 凹部
151 光源筐体
151a 上面部
151b 下面部
151c 光出射側面部
151d 筐体取り付け部
151e 嵌合突起
152 光源排気口
153 第二光源吸引口
154 コネクタ
155a 位置決め突起
156 開口部
157 ガラス板
158a 流入口
158b 流出口
158c 風向板
159 防爆メッシュ
160 光源
161 リフレクタ
162 発光管
162a 発光部
163 電極部
163a 電極端子
164 導線
170 樹脂板
F 接線
G 断面積
J 隙間
O3 排気ファンの回転中心
R1 第一基板冷却流路
R2 第二基板冷却流路
Z シボ面
S 投写面
Claims (9)
- 光源と、
凹面ミラーを備え、投写画像を投写面に導く投写光学ユニットと、
本体筐体内に空気の流れを生じさせる送風手段と、
前記本体筐体内の電気部品に電力を供給する電源回路基板と、
前記光源を駆動する光源駆動回路基板とを備えた画像投写装置において、
前記本体筐体の前記凹面ミラーの裏側と対向する対向面部に前記電源回路基板または前記光源駆動回路基板を取り付けたことを特徴とする画像投写装置。 - 請求項1に記載の画像投写装置において、
前記対向面部に取り付けられた基板の少なくとも一部が、前記凹面ミラーの裏側に対向することを特徴とする画像投写装置。 - 請求項1または2に記載の画像投写装置において、
前記対向面部に取り付けられた基板と、前記投写光学ユニットとの間に空気が流れる流路を形成したことを特徴とする画像投写装置。 - 請求項3に記載の画像投写装置において、
前記対向面部に取り付けられた基板が備える部品のうち、最も冷却が必要な部品を、前記流路の最も狭い箇所に配置したことを特徴とする画像投写装置。 - 請求項3または4に記載の画像投写装置において、
前記対向面部に取り付けられた基板は、基板ホルダを介して、前記対向面部に取り付けられており、
前記基板ホルダと前記基板との間に空気が流れるよう、前記基板ホルダに前記基板が保持されることを特徴とする画像投写装置。 - 請求項3乃至5いずれかに記載の画像投写装置において、
前記対向面部に取り付けられる基板と、前記投写光学ユニットとの間の流路を流れた空気により冷却される第二の基板を有することを特徴とする画像投写装置。 - 請求項6に記載の画像投写装置において、
前記対向面部に取り付けられた基板および前記第二の基板のいずれか一方が、前記光源駆動回路基板であり、他方が前記電源回路基板であることを特徴とする画像投写装置。 - 請求項1乃至7いずれかに記載の画像投写装置において、
少なくとも、前記本体筐体の前記対向面部を金属で構成したことを特徴とする画像投写装置。 - 請求項1乃至8いずれかに記載の画像投写装置において、
前記本体筐体から排気された空気が、投写面に向う投写画像の光路を横切らないように排気口を設けたことを特徴とする画像投写装置。
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