JP2017134112A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像の明るさを確保しつつ、光学部品の温度上昇を抑制する。
【解決手段】プロジェクタ１を、光学エンジン部１０と冷却制御装置６０を備えて構成する。光学エンジン部１０は、光源２１、カラーホイール２２等を有する照明光学部２０と、光変調素子３３等を有する光変調部３０と、投射レンズ４１等を有する投射光学部４０とを備える。冷却制御装置６０は、制御部５０と、光源２１及び光源制御部５１と、光変調素子３３及び光変調素子制御部５２と、外気センサ１８及び外気センサ制御部５３と、記憶部５６とを備える。冷却制御装置６０は、外気センサ１８で検知した外気温が閾値を超えたとき、光変調素子３３を制御して投射光学部４０に導かれる緑の光の強度を小さくすることで、映像モードを高輝度モードからナチュラルモードに変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像投射装置に関する。

近年、スクリーン等の被投射部に画像を投影して拡大表示することができる画像投射装置として、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を利用したＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のプロジェクタや、透過型液晶を利用したＬＣＤ（Liquid Crystal Display）方式のプロジェクタが、比較的安価であり、小型軽量であることから、広く普及している。

これらのプロジェクタでは、光源として高圧水銀ランプ等の放電ランプや、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（半導体レーザー）等の半導体光源（固体光源）が用いられている。この光源からの熱等で、内部のレンズやミラー、ＤＭＤ、液晶等の光学部品が高温化するのを抑制するため、冷却ファン等でプロジェクタ内部を冷却する技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のプロジェクタでは、光学部品温度又は周囲の空気温度の上昇を検出し、冷却ファンの印加電圧を上げることができると判断した場合はファンの印加電圧を上げることでファン回転数を増加させ、印加電圧が上限であると判断した場合は光源電力を変更することで、各部温度を定格内に保つ手法が開示されている。

しかし、特許文献１に記載の技術では、光源電力を変更することで、プロジェクタで投影される画像が暗くなってしまうという問題がある。よって、画像の明るさを確保しつつ、効率的に冷却が可能な技術の開発が望まれている。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、画像の明るさを確保しつつ、光学部品の温度上昇を抑制することが可能な画像投射装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る画像投射装置は、光源と、光源からの光を用いて画像を生成する光変調素子と、光源及び光変調素子を制御する制御部とを備え、画像を被投影部に投影する画像投射装置であって、環境温度を検知する温度検知部を備え、制御部は、温度検知部により検知した環境温度に応じて光源又は光変調素子を制御し、画像の色味を調整するように構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、画像の明るさを確保しつつ、光学部品の温度上昇を抑制することが可能な画像投射装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタ（画像投射装置）の外観を示す斜視図である。 図１のプロジェクタの内部に収容された光学エンジン部（照明光学部、光変調部、投影部）の断面図である。 第１〜第５実施形態のプロジェクタの冷却制御装置の構成例を示すブロック図である。 図２の光源から発せられる光の光スペクトルの例である。 図２のカラーホイールの一例を示す平面図である。 カラーホイールの他の例を示す平面図である。 映像モードが高輝度モードのときの各色の投射光の光強度と時間との関係を表す図である。 映像モードがナチュラルモードのときの各色の投射光の光強度と時間との関係を表す図である。 映像モードが高輝度モードのときの光源の光波形と時間との関係及びランプ波形と時間との関係を表す図である。 映像モードがナチュラルモードのときの光源の光波形と時間との関係及びランプ波形と時間との関係を表す図である。 第１実施形態のプロジェクタで行われる冷却制御動作の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態のプロジェクタで行われる冷却制御動作の一例を示すフローチャートである。 第５実施形態のプロジェクタの光学エンジン部の光学図である。

（第１実施形態）
以下に、本発明に係る画像投射装置の一実施形態としてのＤＬＰ方式のプロジェクタ１を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態のプロジェクタ１の外観を示す斜視図である。図２は、図１のプロジェクタ１の内部の光学エンジン部１０を構成する照明光学部２０、光変調部３０及び投射光学部４０の横断面図である。図３は、プロジェクタ１の冷却制御装置６０の構成例を示すブロック図である。

図１、図２に示すように、第１実施形態に係るプロジェクタ１は、外装カバー（筐体）２によって被覆され、内部に光学エンジン部１０を備えている。プロジェクタ１の上面には、ユーザが操作する電源スイッチ、プロジェクタ１を操作するための操作スイッチ等の操作部１１が設けられている。操作部１１の御操作スイッチとして、電源の消費量を少なくして動作させるエコモード（低輝度モード）を選択するスイッチや、投影する画像に好適な色味や明るさが設定された、いわゆる映像モードを選択するスイッチ等も設けられている。映像モードとして、本実施形態では、画像の色味を高輝度で明るい画像を投影する高輝度モードと、より自然な色味で画像を投影するナチュラルモードを選択することができる。また、映画鑑賞に好適なシネマモード、スポーツ観戦に好適なスポーツモード、アニメ鑑賞に好適なアニメモード等の映像モードを設けることもできる。

また、プロジェクタ１の上面には、スクリーン等の被投射部に映し出されている投影画面の拡大や縮小を行うためのズームレバー１２が設けられている。

プロジェクタ１の正面には、装置電源を供給するためのＡＣインレット１３、パソコンやビデオカメラ等の外部機器と接続するための外部入力端子１４、投影画像の光を出射する投射レンズ４１、プロジェクタ１が設置される設置環境の照度を検出する照度検知部としての照度センサ１５等が設けられている。照度センサ１５で検出した照度に基づいて、設置環境が暗い場合は光源２１へ供給する電力を下げ、明るい場合は電力を上げることで、ユーザが見易いように投影画像の明るさを調整している。

また、筐体２には、吸気口１６ａ及び排気口１６ｂが設けられている。吸気口１６ａ及び排気口１６ｂの内側には、図２に示すように、それぞれ吸気ファン１７ａ、排気ファン１７ｂが設けられている。吸気ファン１７ａによって吸気口１６ａから吸引された外気は、熱源の光源や駆動基板へ移動しながら光源や駆動基板を冷却する。その後、排気ファン１７ｂによって排気口１６ｂから外部へ排気される。また、光源近傍には、光源を冷却する光源冷却ファン１７ｃが設けられている。以下、吸気ファン１７ａ、排気ファン１７ｂ、光源冷却ファン１７ｃのような冷却に関するファンを冷却ファン１７という。また、吸気口１６ａの近傍には、プロジェクタ１が設置される設置環境の雰囲気温度（外気温）を測定するための温度検知部としての外気センサ１８が設けられている。外気センサ１８で検出された外気温や所定の条件に基づいて、冷却ファン１７の回転数が調整され、光源や駆動基板の適切な冷却が行われる。

プロジェクタ１は、図２に示すように、光学エンジン部１０として、光源２１の光を光変調素子３３に導く照明光学部（照明光学系）２０と、光源２１からの光を用いて画像を生成する光変調部３０と、投影画像を投射する投射光学部（投射光学系）４０とを備えている。

照明光学部２０は、光源２１、カラーホイール２２、ライトトンネル２３及び２枚のレンズが組み合わされたリレーレンズ２４を有している。光変調部３０は、平面ミラー３１、凹面ミラー３２及び光変調素子３３を有している。投射光学部４０は、固定鏡筒に設けられた固定レンズ群、可動鏡筒に設けられた可動レンズ群、投射レンズ４１等を有している。

また、プロジェクタ１は、プロジェクタ１の各部の動作を制御する制御装置を備えている。この制御装置として、図３に示すように、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置やビデオカメラ等の撮像装置等から入力される入力画像信号（映像データ）に基づいて、画像を生成すべくプロジェクタ１の各部の動作を制御する制御部５０を備えている。また、制御装置として、制御部５０の制御の下、光源２１を点灯制御する光源制御部５１、光変調素子３３を駆動制御する光変調素子制御部５２、外気センサ１８を制御する外気センサ制御部５３、冷却ファン１７を駆動制御する冷却ファン制御部５４、照度センサ１５を制御する照度センサ制御部５５と、記憶部５６とを備えている。

本実施形態では、図３に示されるように、制御部５０、光源２１及び光源制御部５１、光変調素子３３及び光変調素子制御部５２、外気センサ１８及び外気センサ制御部５３、記憶部５６が、プロジェクタ１の光学エンジン部１０等が過剰に温度上昇するのを抑制するための冷却制御装置６０としても機能する。冷却制御装置６０による冷却制御動作は、記憶部５６に予め記憶された閾値や順序等の冷却制御条件に従って実行される。

制御部５０のハードウェア構成としては、ＣＰＵ（中央処理ユニット;Central Processing Unit）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ；Read Only Memory）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ；Random Access Memory）等からなる。制御部５０は、ＲＯＭに予め記憶されているプログラムに従って、ＲＡＭをワークメモリとして用いて、プロジェクタ１の各部の動作を制御する。

以下、光学エンジン部１０の各部の詳細な構成及び作用を説明する。照明光学部２０における光源２１としては、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が挙げられるが、第１実施形態では、高圧水銀ランプを用いている。

図４に、高圧水銀ランプを用いた場合の光源２１の光スペクトルを示す。図４に示されるように、約５００ｎｍ以下の光が青（Ｂ）、５００−６００ｎｍの光が緑（Ｇ）、６００ｎｍ以上の光が赤（Ｒ）である。高圧水銀ランプの特性上、青（Ｂ）や緑（Ｇ）Ｇには強いピークがある一方、赤（Ｒ）には大きなピークがない。

光源制御部５１の制御により、高圧水銀ランプを用いた光源２１から発せられた白色光は、図２の矢印で示すように、回転する円盤状のカラーホイール２２を通過することで、単位時間ごとに赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色が繰り返す光に変換（分光）される。カラーホイール２２は、図５Ａに示すように、円盤状を呈し、モータ２２ｍのモータ軸に固定され、モータ２２ｍによって回転駆動される。カラーホイール２２は、回転方向に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のフィルタからなるセグメント２２ｒ，２２ｇ，２２ｂが設けられている。

カラーホイール２２を通過した各色の光は、ライトトンネル２３に入射する。ライトトンネル２３は、板ガラスを張り合わせて筒状に構成された四角筒形状であり、その内周面が鏡面となっている。ライトトンネル２３に入射した各色の光は、ライトトンネル２３の内周の鏡面で複数回反射しながら均一な光束にされてリレーレンズ２４へ向けて出射され、リレーレンズ２４を透過する際に光の軸上色収差が補正されつつ集光され、光変調部３０へ導かれる。

リレーレンズ２４によって導かれた各色の光は、平面ミラー３１、凹面ミラー３２により反射され、光変調素子３３の画像生成面上に結像される。本実施形態では、光変調素子３３としてＤＭＤを用いているが、これに限定されることはない。

ＤＭＤからなる光変調素子３３の画像生成面は、可動式の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、光変調素子制御部５２によって、各マイクロミラーが時分割駆動されることで所定の画像を生成する。より具体的には、光変調素子３３の画像生成面に対して平行に進む光源２１からの光を、平面ミラー３１、凹面ミラー３２で光変調素子３３の画像生成面に向けて折り返して、光変調素子３３の画像生成面に照射する。光変調素子３３の画像生成面には、可動式の複数のマイクロミラーが格子状に配列されており、光変調素子３３の各マイクロミラーは、鏡面をねじれ軸周りに所定角度傾斜させることができ、「ＯＮ」と「ＯＦＦ」の２つの状態を持たせることができる。

マイクロミラーが「ＯＮ」のときは、照明光学部２０からの光は投射光学部４０に向けて反射され、投射光として投射光学部４０に導かれる。投射光学部４０の複数のレンズを通り拡大された投射光（投影画像）は、投射レンズ４１からスクリーン上へ拡大投影される。一方、マイクロミラーが「ＯＦＦ」のときは、照明ブラケットなどの側面に保持されたＯＦＦ光板に向けて光源２１からの光が反射される。ＯＦＦ光板に向けて反射された光は、熱となって吸収され、吸気ファン１７ａと排気ファン１７ｂによる空気の流れによって冷却される。

以上のように、各マイクロミラーを個別に駆動することにより、入力画像信号を変換した変調信号に応じて、画素ごとに投射光の投射を制御することができ、画像を生成することができる。

投射光学部４０は、光変調素子３３のマイクロミラーで反射された画像光を、固定レンズ群、可動レンズ群、投射レンズ４１を介してスクリーン上へ拡大投影（投射）する。可動レンズ群として、スクリーンに画像を投影する際の焦点距離を調整する焦点調整レンズ群と、上記したズームレバー１２に連動して移動し、投影する際の画角を調整するズーム調整レンズ群とを有している。焦点調整レンズを制御部５０による自動制御又は操作部１１の操作によって移動させることで、フォーカス調整を行うことができる。また、ズーム調整レンズ群を、ズームレバー１２の操作又は操作部１１の操作によって移動させることで、ズーム調整を行うことが可能となっている。

本実施形態のプロジェクタ１は、ユーザが操作部１１の映像モード選択スイッチを操作することで、映像モードを任意に選択することができる。

上述のようにプロジェクタ１で画像の投影を続けると、光の吸収や自己発熱等によって光学エンジン部１０の温度が上昇する。従来は、冷却ファン１７による冷却を行っていたが、外気温が高い場合等は、冷却ファン１７による冷却のみでは、十分な冷却ができなかったり、電力の消費量や騒音の増加を招いたりしてしまう。また、エコモードへ切り替えて消費電力を少なくすると、画像が暗くなってしまう。

このような不具合を回避するため、本願に係る第１実施形態のプロジェクタ１では、外気温に応じて、冷却制御装置６０の各部を作動させて映像モードを変更することで、上述プロジェクタ１の冷却制御を行っている。より具体的には、高輝度モードでの動作中に、外気センサ１８で検知した外気温が、閾値を超えたときに、映像モードを高輝度モードからナチュラルモードに切り替えることで、温度上昇を抑制している。

以下、映像モードによる投射光の光強度の違いを、図面を参照しながら説明する。まず、光変調素子３３の制御によって投射光の光強度を調整し、映像モードを変更する一例を、図６Ａ、図６Ｂを参照しながら説明する。図６Ａ、図６Ｂは、映像モードによる投射光の違いを表している。図６Ａは、高輝度モードのときの各色の投射光の光強度と時間との関係を表す図であり、図６Ｂは、ナチュラルモードのときの各色の投射光の光強度と時間との関係を表す図である。図６Ａ、図６Ｂ中、横軸が経過時間を示し、縦軸が色ごとの投射光の光強度を示している。図６Ａ、図６Ｂ中、網掛けは、カラーホイール２２を通過した各色の光が光変調素子３３に照射され、投射光として投射される時間と光強度とを表している。太線部分が、光変調素子３３が各色の光を反射して投射光として投射光学部４０に導く時間と光強度とを表している。

本実施形態のプロジェクタ１は、図６Ａに示すようなＲＧＢの３色のセグメント２２ｒ，２２ｇ，２２ｂで構成されたカラーホイール２２を用いて、各色の光を時分割で取り出して、光変調素子３３に照射するＤＬＰ方式のプロジェクタである。また、図４を用いて説明したように、色によって光強度が異なる。そのため、時間の経過に従って光変調素子３３で生成される投射光の色が変化し、それに伴い光強度が変化している。

図６Ａ、図６Ｂに網掛けで示すように、光変調素子３３に照射される光のうち、緑（Ｇ）の光強度が最も強く、その次に赤（Ｒ）の光強度が強く、青（Ｂ）の光強度が最も弱い。このような光強度となるように、光源制御部５１によって光源２１の点灯時の光強度が制御されている。

高輝度モードでは明るさを重視するため、光変調素子３３であえて光をカットせずに各色の光を投射光として投射光学部４０に導いている。そのため、図６Ａに太実線で示したように、同じ色の投射光の投射時間中には、光強度が弱くなったり強くなったりはしておらず、一定である。

これに対して、ナチュラルモードでは色味を重視するため、各色の明るさのバランスをとる等の目的で各色の光強度を光変調素子３３で弱める場合がある。本実施形態では緑（Ｇ）の光が光変調素子３３に照射されている時間（以下、「Ｇ時間」という）中において、図６Ｂに太実線で示したように、一定時間（図６Ｂに示すＧ時間において光強度が０の時間）、光変調素子制御部５２によって光変調素子３３を制御して、Ｇ（緑）の光が投射光として導かれないように（反射されないように）している。つまり、Ｇ時間を３つに分割し、ミラーを順次ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮとなるように制御している。

この制御により、緑（Ｇ）の投射光の光強度が減少する。したがって、高輝度モードと比較して、ナチュラルモードでは光変調素子３３以降の光学部品、すなわち光変調素子３３よりも下流側にある投射光学部４０のレンズや鏡筒に当たる投射光の光強度が低下する。その結果、光学エンジン部１０の温度上昇量も小さくなり、装置内部の温度を定格内に抑えることができる。

なお、図６Ｂの例では、Ｇ時間を前半、中間、後半の時間に３分割し、光変調素子３３のミラーをＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮに制御して、Ｇ時間の中間の時間を緑（Ｇ）の光を反射しない時間としているが、本願がこれに限定されることはない。Ｇ時間の前半または後半の時間を緑（Ｇ）の光を反射しない時間とすることもできる。または、Ｇ期間をより多くの時間に分割し、ミラーのＯＮとＯＦＦとの切り替えを繰り返し行うように制御することもできる。

また、映像モードの変更は、光変調素子３３による制御に限定されることはなく、他の異なる実施形態として、光源制御部５１による光源２１の制御によって行うことができる。その一例を、図７、図８を参照しながら説明する。図７は、映像モードが高輝度モードのときの光源（高圧水銀ランプ）２１の光波形と時間との関係及びランプ波形と時間との関係を表す図であり、図８は、映像モードがナチュラルモードのときの光源２１の光波形と時間との関係及びランプ波形と時間との関係を表す図である。

図７、図９の紙面上図が光波形と時間との関係を表す図であり、横軸が経過時間を示し、縦軸が色ごとの光源２１の光波形（光強度）を示している。紙面下図がランプ波形と時間との関係を表す図であり、横軸は経過時間を示し、縦軸が色ごとの光源２１のランプ波形（電力の強度）を示す。光波形とは、図６Ａ、図６Ｂと同様に、時間ごとの各色の光強度を表すものである。ランプ波形とは、光源２１に供給する電力の変化であり、電力を色ごとに変化させることで、各色の光の光強度を変化させている。

図７の高輝度モードでは、カラーホイール２２の緑（Ｇ）のセグメント２２ｇが光路に位置するタイミングで光源２１への電力を上げることで、緑（Ｇ）の光強度を上昇させている。これに対して、図８のナチュラルモードでは、カラーホイール２２の赤（Ｒ）のセグメント２２ｒが光路に位置するタイミングで光源２１への電力を上げることで、赤（Ｒ）の光強度を上昇させている。また、緑（Ｇ）と青（Ｂ）のセグメント２２ｇ，２２ｂが光路に位置するタイミングでは、光源２１への電力を段階的に低くしている。

図４を用いて説明したように、高圧水銀ランプからなる光源２１の特性上、青（Ｂ）や緑（Ｇ）の波長帯域では強いピークがある一方、赤（Ｒ）の波長帯域には大きなピークがない。そのため、図７の高輝度モードで説明したように、ランプ波形の操作によって緑（Ｇ）の光強度を上げると、元々存在した緑（Ｇ）の光のピークがさらに高まる。その結果、カラーホイール２２以降の光学部品、すなわちカラーホイール２２よりも下流側にある光変調部３０や投射光学部４０の各光学部材に当たる各色の光を合計した光強度が上がり、温度が上昇してしまう。

これに対して、図８のナチュラルモードのように、ランプ波形の操作によって赤（Ｒ）の光強度を上昇させた場合は、元々赤（Ｒ）の光パワーが大きくないことから、図７のように緑（Ｇ）の光強度を上げた高輝度モードの場合と比較して、合計した光の強度の上昇量は小さくなる。したがって、高輝度モードでの画像投影中に、外気温が閾値を超えたときに、光源制御部５１によって光源２１への電力の供給を制御して、図７の高輝度モードのランプ波形から、図８のナチュラルモードのランプ波形に変更することで、カラーホイール２２以降の光学部品の温度の上昇量を小さくすることができる。

以下、冷却制御装置６０により実行される冷却制御方法の手順の一例を、図９のフローチャートを参照しながら説明する。

ユーザがプロジェクタ１を起動すると、プロジェクタ１では、高輝度モード（標準モード）で画像の投影を開始する。このプロジェクタ１の起動に伴って、制御部５０が記憶部５６から冷却制御装置６０を作動させるための冷却制御条件を読み出す（ステップＳ１）。この冷却制御条件は、出荷時等に記憶部５６に初期値として予め記憶する構成とすることもできるし、ユーザが操作部１１等によって任意に設定できる構成とすることもできる。本実施形態では、映像モードをナチュラルモードに切り替えるときの設置環境温度（外気温）の閾値が予め設定されている。

次に、外気センサ制御部５３によって外気センサ１８を動作させて外気温を測定する（ステップＳ２）。この外気温の測定は、プロジェクタ１の作動中は常時実施される。測定された外気温は、制御部５０に送られ、制御部５０では、外気温が閾値を超えたか判定する（ステップＳ３）。外気温が閾値以下（ステップＳ３の判定がＮｏ）であれば、現状では冷却制御の必要はなく、ステップＳ２に戻って外気温の測定（監視）を続行する。

一方、外気温が閾値を超えたときは（ステップＳ３の判定がＹｅｓ）、上述したような方法で映像モード変更処理を実行し（ステップＳ４）、映像モードを高輝度モードからナチュラルモードに変更する。映像モードが変更されたことで、投影画像の色味は変更されるが、投影画像の明るさは維持することができ、かつ緑（Ｇ）や青（Ｂ）の光強度が小さくなるためプロジェクタ１の温度上昇を抑制することができる。よって視認性が良好で、画像品質に優れたプロジェクタ１の投影を続行することができる。また、映像モードの変更によってユーザはプロジェクタ１の使用環境温度が高いことを認識することができ、空調温度の調整等によって外気温を下げる等の対応を取ることもでき、より好適な使用環境でのプロジェクタ１の使用も可能となる。

その後、プロジェクタ１の投影が終了ならば（ステップＳ５の判定がＹｅｓ）、冷却制御処理も終了する。投影続行中であれば（ステップＳ５の判定がＮｏ）、ステップＳ２に戻って外気温の測定とその後の処理を続行することで、プロジェクタ１の作動中は継続して冷却制御処理を実行し、温度上昇を抑制することができる。

また、冷却制御方法では、上記各処理に加えて、ステップＳ２において、外気温が閾値以下となったとき、或いは、この閾値よりも低い第２の閾値以下となったときに、高輝度モードに戻す処理を行うようにすることもできる。これにより、標準の高輝度モードでの投影が可能となる。

以上、第１実施形態のプロジェクタ１及び変形例では、外気温が閾値を超えたときに、光変調素子３３での光の反射の制御、又は光源２１のランプ波形の制御によって、映像モードを変更することで、光学エンジン部１０の温度上昇を抑制している。従って、投影画像の明るさを維持しつつ、温度上昇を抑制して、画像品質に優れた投影が可能なプロジェクタ１を提供することが可能となる。また、映像モード変更によって十分な冷却（温度上昇抑制）が可能であるため、冷却ファン１７の回転増加を抑制して、騒音の抑制、消費電力の低減等も可能となる。

なお、第１実施形態のプロジェクタ１及び以降の実施形態では、図５Ａに示したようなＲＧＢ３色のセグメント２２ｒ，２２ｇ，２２ｂを有するカラーホイール２２を使用しているが、本願がこの構成に限定されることはない。他の異なる実施形態として図５Ｂに示したように、ＲＧＢのセグメント２２ｒ，２２ｇ，２２ｂ他にも白（Ｗ）や黄（Ｙ）のセグメント２２ｗ，２２ｙが存在するカラーホイール２２’を用いることができる。このような場合でも、上記説明と同様に、カラーホイール２２’の白（Ｗ）や黄（Ｙ）のセグメント２２ｗ，２２ｙが光路中に位置しているとき、光源２１の電力を大きくすると合計の光強度が上昇し、下流側の光学部品の温度が上昇する。そのため、白（Ｗ）や黄（Ｙ）のセグメント２２ｗ，２２ｙが光路中に位置しているときは、光源２１の電力を小さくすると合計の光強度は低下し、投影画像の明るさを維持しつつ、光学部品の温度上昇を抑制することができる。

または、白（Ｗ）や黄（Ｙ）のセグメント２２ｗ，２２ｙが位置し、光変調素子３３に白（Ｗ）や黄（Ｙ）の光が照射されているときに、一定時間、光変調素子３３を制御して光の反射がされないように制御することもできる。この制御によっても、投影画像の明るさを維持しつつ、光学部品の温度上昇を抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明に係る第２実施形態のプロジェクタ１は、冷却制御装置６０を図３に示す冷却制御装置６０Ａに代えたこと以外は、第１実施形態のプロジェクタ１と同一の基本構成を備えている。第２実施形態の冷却制御装置６０Ａは、制御部５０、光源２１及び光源制御部５１、光変調素子３３及び光変調素子制御部５２、外気センサ１８及び外気センサ制御部５３、冷却ファン１７及び冷却ファン制御部５４、記憶部５６から構成されている。記憶部５６には、外気温の閾値や実施する冷却処理、実行順序等の冷却制御条件が予め設定された冷却制御条件テーブルが記憶されている。

第２実施形態の冷却制御装置６０Ａは、制御部５０の制御により、冷却条件に基づいて最適な冷却制御ができるように、映像モードの変更による冷却処理（温度上昇抑制処理）、冷却ファン１７の回転制御による冷却処理、光源２１の電力制御による冷却処理の中から何れかを選択して実行する。下記表１に、冷却制御条件テーブルの一例を示す。下記表１の冷却制御条件テーブルには、各冷却処理を実行する際の外気温の閾値が設定されている。

以下、冷却制御装置６０Ａによる冷却制御方法の手順の一例を、図１０のフローチャートを参照しながら説明する。プロジェクタ１が起動されると、プロジェクタ１は、高輝度モードで画像の投影を開始する。すると、制御部５０は、記憶部５６から冷却制御条件テーブルを読み出して、冷却制御条件を取得する（ステップＳ１１）。

次に、外気センサ１８を動作させて外気温を測定する（ステップＳ１２）。外気温が冷却制御条件テーブルのそれぞれの閾値を超えたか判定する（ステップＳ３）。例えば、表１に示すα℃、β℃、γ℃のうち、最も低い閾値を超えたかで判定する。外気温が閾値以下（ステップＳ１３の判定がＮｏ）であれば、ステップＳ１２の外気温の測定（監視）に戻る。

一方、外気温が閾値を超えたときは（ステップＳ１３の判定がＹｅｓ）、ステップＳ１４に進み、外気温に応じて最も好適な冷却処理を選択する。本実施形態では、外気温がα℃のときは、映像モード変更を選択し、外気温がβ℃のときは、冷却ファン１７の回転制御を選択し、外気温がγ℃のときは、光源２１の制御を選択する。

次のステップＳ１５では、光源制御部５１、光変調素子制御部５２、冷却ファン制御部５４により、光源２１、光変調素子３３、冷却ファン１７の何れかを制御して、ステップＳ１４で選択された最適な冷却処理を実行する。映像モード変更を実行する場合は、第１実施形態と同様に、光変調素子制御部５２によって光変調素子３３の光の反射を制御するか、光源制御部５１によって光源２１のランプ波形を制御することで、映像モードを高輝度モードからナチュラルモードに変更する。これにより、光学エンジン部１０の温度上昇を抑制することができる。

冷却ファン１７の制御を実行する場合は、冷却ファン制御部５４によって冷却ファン１７へ供給する電力を上げるように制御する。この制御により、冷却ファン１７（吸気ファン１７ａ、排気ファン１７ｂ、光源冷却ファン１７ｃ）の回転数が増加し、筐体２内の外気の流動が促進されて、光学エンジン部１０の温度上昇を抑制することができる。

光源２１の制御を実行する場合は、光源制御部５１により、光源２１へ供給する電力を下げることで、光強度を小さくする。映像モード変更の場合は、光源２１への電力の供給を光の色ごとに変化させているが、ここでは全体的に光強度を下げる。これにより、光源２１よりも下流側の光学部品に照射される各色の光の合計の光強度が下がり、光学エンジン部１０の温度上昇を抑制することができる。

その後、プロジェクタ１の投影が終了ならば（ステップＳ１６の判定がＹｅｓ）、冷却制御処理も終了する。投影続行中であれば（ステップＳ１６の判定がＮｏ）、ステップＳ１２に戻って外気温の測定とその後の処理を続行することで、プロジェクタ１の作動中は継続して冷却制御処理を実行し、温度上昇を抑制することができる。

また、第２実施形態においても、外気温が閾値以下となったとき、映像モードを高輝度モードに戻す処理、冷却ファン１７を停止又は回転数を低減する処理、光源２１の電力を上げる処理を実行することもできる。これにより、冷却制御装置６０Ａの不必要な作動を抑制して、冷却制御をより効率的に実行することが可能となる。

また、このように外気温に応じて最適な冷却処理を選択して実行可能としたことで、３つの冷却処理を、１つだけでなく複数選択して実行することもできる。例えば、外気温等の環境条件に対応して、２つの処理を同時に実行することで、より効果的な冷却が可能となる。また、ユーザの選択等により、既にナチュラルモードで投影が行われていた場合には、冷却ファン１７の制御や光源２１の制御を選択することができる。また、エコモード（低輝度モード）の選択によって、通常よりも投影画像が暗くなっていた場合は、冷却ファン１７の制御を選択することができる。

また、上記では、３つの冷却処理の何れかを選択しているが、外気温の変化等に応じて３つの冷却処理を順次実行することもできる。例えば、外気温が閾値を超えたら、まずは映像モードを変更する。これにより、画像の明るさを維持することができ、かつ騒音や消費電力の増加を抑制しつつ、温度上昇を抑制することができる。その後、外気温の閾値超えが所定の時間続いたときに、又は装置内部の温度を計測して、その温度が閾値を超えたときに、冷却ファン１７を作動又は回転数を上げて冷却する。さらに、外気温の閾値超えが長時間続いたとき、又は装置内部の温度の閾値超えが長時間続いたときに、光源２１への電力の供給を全体的に少なくして、光強度を下げることで、光学部品の温度上昇を抑制する。このような冷却を行うことで、より効率的に温度上昇を抑制することができる。

光源２１の電力制御によって、投影画像が暗くなるが、ユーザがプロジェクタ１への負荷が高いことを認識できるので、外気温を下げたり、プロジェクタ１の電源を落として装置内の温度が十分に下がってから再起動したりする等の対応を取ることができる。よって、温度の過度な上昇を抑制することができるとともに、プロジェクタ１の各部品の耐久性も向上させることができる。また、光源２１の電力制御を最後に実行するので、投影画像が暗くなるのを極力遅らせることができる。

また、ユーザの希望やプロジェクタ１の仕様等に応じて、３つの処理の実行順序を予め決めて冷却制御条件テーブルに設定しておくことも可能である。例えば、光源２１の電力制御よりも先に、映像モード変更を実行することで、ユーザは明るい投影画像を利用することができる。色味よりも明るさを優先したい場合に好適である。逆に、明るさよりも色味を優先させたい場合は、映像モード変更よりも先に、光源２１の電力制御を実行することで、ユーザは、投影画像は暗くなるが色味は変わらない投影画像を利用することができる。また、色味も明るさも維持したい場合には、映像モード変更及び光源２１の電力制御よりも先に、冷却ファン１７の回転制御を実行することで、冷却が効率的に行われつつ、ユーザは、明るさや色味の変更のない投影画像を利用することができる。

また、外気温の変化をモニタリングして、外気温が上昇傾向の場合と、下降傾向の場合とで、各冷却処理の実行順序や実行タイミングを変化させることもできる。例えば、外気温が上昇傾向の場合は、各冷却処理を実行するときの外気温の閾値を高めに設定しておき、外気温が下降傾向の場合は、閾値を低めに設定しておく。また、外気温が閾値近傍を上下するような温度傾向の場合には、より高い温度に閾値を設定する。このような制御により、映像モードが頻繁に変更されたり、冷却処理が頻繁に切替わったり、画像の明るさが頻繁に変化したりするようなことがなく、ユーザの使用感を向上させることができる。

以上、第２実施形態のプロジェクタ１でも、投影画像の明るさを維持しつつ、温度上昇を抑制して、画像品質に優れた投影が可能となる。また、設置環境やユーザの使用状況、プロジェクタ１の仕様等に応じた好適な冷却制御が可能となる。

（第３実施形態）
本発明に係る第３実施形態のプロジェクタ１は、冷却制御装置６０を図３に示す冷却制御装置６０Ｂに代えたこと以外は、第１実施形態のプロジェクタ１と同一の基本構成を備えている。第３実施形態の冷却制御装置６０Ｂは、制御部５０、光源２１及び光源制御部５１、光変調素子３３及び光変調素子制御部５２、外気センサ１８及び外気センサ制御部５３、冷却ファン１７及び冷却ファン制御部５４、照度センサ１５及び照度センサ制御部５５、記憶部５６から構成されている。

第３実施形態のプロジェクタ１では、冷却制御装置６０Ｂによって、第１、第２実施形態のプロジェクタ１と同様に、記憶部５６に設定された外気温等の冷却制御条件に応じて、映像モード変更、冷却ファン１７の回転制御、光源２１の電力制御を実行し、プロジェクタ１の温度上昇を抑制している。第３実施形態では、さらに、外気温が閾値を超えた場合でも、照度センサ１５で検知した照度に基づいて光源２１に供給される電力が十分に下げられている場合は、映像モードの変更を行わないようにしている。電力が低いことで、外気温が高くても、光学エンジン部１０の温度が上昇しにくいため、あえて映像モードを変更する必要がないからである。また、光源２１の電力制御によって投影画像が暗くなっているが、設置環境も暗いため、ユーザが視認するには十分な明るさを確保することができる。

（第４実施形態）
本発明に係る第４実施形態のプロジェクタ１は、冷却制御装置６０を図３に示す冷却制御装置６０Ｃに代え、光源照度検知部としてのランプ照度センサ２５とランプ照度センサ制御部５７とをさらに設けたこと以外は、第１実施形態のプロジェクタ１と同一の基本構成を備えている。第４実施形態の冷却制御装置６０Ｃは、制御部５０、光源２１及び光源制御部５１、光変調素子３３及び光変調素子制御部５２、外気センサ１８及び外気センサ制御部５３、冷却ファン１７及び冷却ファン制御部５４、照度センサ１５及び照度センサ制御部５５、ランプ照度センサ２５及びランプ照度センサ制御部５７、記憶部５６から構成されている。

第４実施形態のプロジェクタ１でも上記各実施形態と同様にして、外気温等に応じて、映像モードの変更による冷却処理、冷却ファン１７の制御による冷却処理、光源２１の電力制御による冷却処理を適宜実行することで、温度上昇を抑制している。

また、第４実施形態では、ランプ照度センサ制御部５７の制御によって、ランプ照度センサ２５で光源２１の照度を検知している。長期の使用等で光源２１が劣化すると、明るさ（照度）が低下することがある。このような場合、映像モードをナチュラルモードに変更したり、光源２１の電力を下げたりすると、投影画像の視認性が低下してしまう。そこで、第４実施形態では、ランプ照度センサ２５での照度の検知により、照度が一定以上低下している場合、すなわち、照度が閾値以下となった場合は、映像モード変更や光源２１の電力制御は行わないように制御部５０が各部を制御している。

以上のような制御により、投影画像が必要以上に暗くなるのを抑制することができる。また、光源２１の光強度が低下しているので、映像モードの変更等を行わなくても光学エンジン部１０の温度を定格内に保つことができ、温度上昇を抑制することができる。なお、外気温の温度上昇が大きくなる等、冷却の必要が生じた場合には、冷却ファン１７の回転制御によって冷却を行うことで、プロジェクタ１の温度上昇を抑制することができる。

なお、各実施形態では、画像投射装置として、ＤＬＰ方式のプロジェクタ１に適用した例を説明しているが、本願がこれに限定されることはなく、公知の３ＬＣＤ方式を採用することもできる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態の３ＬＣＤ方式のプロジェクタ１Ａを、図１１を参照しながら説明する。図１１は、第５実施形態のプロジェクタ１Ａの光学エンジン部１０Ａの光学図である。第５実施形態のプロジェクタ１Ａは、この図１１に示すような光学エンジン部１０Ａを備えていること以外は、第１実施形態と同様の基本構成を備えている。第５実施形態の光学エンジン部１０Ａは、光源２１、ダイクロイックミラー７０，７１及び反射ミラー７２，７３，７４を有する照明光学部２０Ａと、光変調素子としての３板式の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）７５，７６，７７及びクロスダイクロイックプリズム７８を有する光変調部３０Ａと、投射光学部４０と、を備えている。また、このプロジェクタ１Ａも、第１実施形態と同様の冷却制御装置６０を備えているが、図３に示す光変調素子制御部５２は、光変調素子としての液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）７５，７６，７７を駆動制御する。また、冷却制御装置６０に代えて、冷却制御装置６０Ａ、６０Ｂ，６０Ｃを備えて構成することもできる。

上述のような構成の第５実施形態のプロジェクタ１Ａでは、光源２１から白色光（Ｗ）が出射され、その光路に配置されたダイクロイックミラー７０に入射する。このダイクロイックミラー７０により、赤（Ｒ）の光のみが透過され、反射ミラー７２に導かれて反射された後、液晶ディスプレイ７５を照明する。

一方、赤（Ｒ）以外の光は、ダイクロイックミラー７０によって反射された後、その反射光路中にあるダイクロイックミラー７１に入射する。このダイクロイックミラー７１により、緑（Ｇ）の光が反射され、その反射光路中にある液晶ディスプレイ７６を照明する。また、青（Ｂ）の光はダイクロイックミラー７１を透過し、反射ミラー７３，７４によって反射された後、その反射光路中にある液晶ディスプレイ７７を照明する。

各液晶ディスプレイ７５，７６，７７では、光変調素子制御部５２の制御によって各色の投影画像が生成され、クロスダイクロイックプリズム７８によって、その光路が合成される。合成によって生成されたカラー投影画像は、投射光学部４０によってスクリーンＳｃに拡大投射される。

このような３ＬＣＤ式のプロジェクタ１Ａにおいても、光変調素子制御部５２の制御により、例えば、液晶ディスプレイ７６，７７から投射光学部４０に導く緑（Ｇ）や青（Ｂ）の光の強度を下げることで、映像モードを変更し、投射光学部４０の光学部品の温度上昇を抑制することができる。また、光の色ごとに光源２１のランプ波形を変更することで映像モードを変更することもできる。

また、上述のような映像モードの変更による冷却処理と、冷却ファン１７の回転制御による冷却処理と、光源２１の電力制御による冷却処理から、外気温等に応じて最適な冷却処理を選択して実行することもできる。また、外気温等に応じて各冷却処理を組み合わせて実行することや、外気温等に応じた順序で実行することもできる。以上、第５実施形態のプロジェクタ１Ａにおいても、画像の明るさを確保しつつ、光学エンジン部１０Ａの光学部品の温度上昇を抑制することができ、画像品質に優れた投影が可能となる。

なお、上記各実施形態では、光源２１として高圧水銀ランプ等を挙げているが、本願がこれに限定されることはなく、ＬＥＤやＬＤ等の半導体光源を用いることもできる。この場合も、高圧水銀ランプ等と同様に、光変調素子３３で投射光学部４０へ導く投射光の光強度を制御したり、半導体光源の発光量を制御したりすることで、映像モードを変更することができる。また、アレイ光源の場合は、点灯数を制御することで、各色の光強度を変化させて、映像モードを変更することができる。また、光源２１の電力制御や冷却ファン１７の回転制御による冷却処理も組み合わせることができる。このような制御により、投影画像の明るさを維持しつつ、光学エンジン部１０の温度上昇を抑制することができる。

また、各実施形態のプロジェクタ１，１Ａに、気圧の低い高地で使用するための高地モードを設け、操作部１１等によって選択できるようにしてもよい。高地モードが選択されたときは、低地での使用（標準モード）のときとは異なる冷却制御条件で冷却制御を実行する。標高の高い高地では、気圧が低く空気密度が低いため、冷却ファン１７を標準モードと同様に動作させても、十分な冷却効果が得られない場合があるためである。冷却ファン１７以外の冷却制御装置６０の各部の動作も高地と低地とでは異なる場合がある。

したがって、高地モードの場合の冷却制御条件として、例えば、外気温の閾値を標準モードとは異なる閾値とすることが好適である。また、高地モードでは、外気温の閾値を冷却ファン１７の回転制御による冷却処理よりも映像モードの変更や光源２１の電力制御による冷却処理を優先させて行う等、冷却処理の実行順序を標準モードとは異なる順序とすることも好適である。これにより、低地、高地といったプロジェクタ１の使用場所に最適な冷却制御が可能となり、画像の明るさを維持しつつ、プロジェクタ１の温度上昇を良好に抑制することができる。

以上、本発明の照明装置および画像投射装置を各実施形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。また、前記構成部材の数、位置、形状等は各実施形態に限定されることはなく、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

１５ 照度センサ（照度検知部） １７ 冷却ファン １７ａ 吸気ファン
１７ｂ 排気ファン １７ｃ 光源冷却ファン １８ 外気センサ（温度検知部）
２０，２０Ａ 照明光学部 ２１ 光源 ２５ ランプ照度センサ（光源照度検知部）
３３ 光変調素子 ５０ 制御部 ５１ 光源制御部
５２ 光変調素子制御部 ５３ 外気センサ制御部 ５４ 冷却ファン制御部
５５ 照度センサ制御部 ５６ 記憶部 ５７ ランプ照度センサ制御部
６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ 冷却制御装置
７５，７６，７７ 液晶ディスプレイ（光変調素子） Ｓｃ スクリーン（被投射部）

特許第３４７１７７２号公報

Claims (9)

1. 光源と、光源からの光を用いて画像を生成する光変調素子と、前記光源及び前記光変調素子を制御する制御部とを備え、前記画像を被投射部に投影する画像投射装置であって、
   環境温度を検知する温度検知部を備え、
   前記制御部は、前記温度検知部により検知した前記環境温度に応じて前記光源又は前記光変調素子を制御し、前記画像の色味を調整するように構成されたことを特徴とする画像投射装置。
2. 冷却ファンを備え、
   前記制御部は、前記環境温度に応じて、前記光源又は前記光変調素子の制御による前記画像の色味の調整、前記光源へ供給する電力の制御、及び前記冷却ファンの回転数の制御の少なくとも何れか１つ、若しくは複数を所定の順序で実行するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記制御部は、前記光変調素子により前記被投射部へ導かれる光のうち所定の色の光の強度が小さくなるように、前記光変調素子の動作を制御することで、前記画像の色味を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の画像投射装置。
4. 前記制御部は、前記光源から前記光変調素子に照射される光のうち、所定の色の光の強度が小さくなるように、前記光源の動作を制御することで、前記画像の色味を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像投射装置。
5. 前記制御部は、前記環境温度が、閾値を超えたときに、前記光源へ供給する電力の制御よりも先に、前記画像の色味の調整を行うように構成されたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の画像投射装置。
6. 前記環境温度が上昇する傾向にある場合と、下降する傾向にある場合とで、前記画像の色味の調整、前記光源へ供給する電力の制御、及び前記冷却ファンの回転数の制御を実行するときの条件が異なることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の画像投射装置。
7. 高地で使用する場合と、低地で使用する場合とで、前記画像の色味の調整、前記光源へ供給する電力の制御、及び前記冷却ファンの回転数の制御を実行するときの条件が異なることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の画像投射装置。
8. 設置環境の照度を検知する照度検知部を備え、
   前記制御部は、前記照度検知部で検知した照度に応じて、前記光源へ供給する電力を調整するように構成され、
   前記制御部は、前記照度検知部で検知した照度に応じて、前記光源へ供給する電力を下げている場合は、前記環境温度に応じた前記画像の色味の調整を行わないように構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像投射装置。
9. 前記光源の照度を検知する光源照度検知部を備え、
   前記制御部は、前記光源照度検知部で検知した前記光源の照度が閾値以下となったときには、前記環境温度に応じた前記画像の色味の調整及び前記光源へ供給する電力の制御を行わないように構成されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の画像投射装置。