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JP2017045001A - 情報処理装置 - Google Patents

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JP2017045001A JP2015169629A JP2015169629A JP2017045001A JP 2017045001 A JP2017045001 A JP 2017045001A JP 2015169629 A JP2015169629 A JP 2015169629A JP 2015169629 A JP2015169629 A JP 2015169629A JP 2017045001 A JP2017045001 A JP 2017045001A
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projection
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lens barrel
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Haruhiko Nakatsu
治彦 中津
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Abstract

【課題】光源から発生する熱による、撮像部の撮像機能の低下を抑制可能な情報処理装置を提供する。
【解決手段】光源ユニット119とプロジェクタ鏡筒部115を含むプロジェクタと、カメラ鏡筒部132を含むカメラ105を備える情報処理装置において、プロジェクタの光軸が向かう方向と直交する方向Bからみた時に、プロジェクタ鏡筒部115はカメラ鏡筒部132とが重なり、光源ユニット119はカメラ105と重ならないように配置する。光源へ送風するダクト138は、プロジェクタの光軸が向かう方向と直交する方向に風を送るように配置される。
【選択図】図11

Description

本発明は、投影面に画像を投影する投影手段と、投影面に載置されている対象物を撮影する撮像手段とを有する情報処理装置に関する。
従来、外部スクリーンに対して映像(画像情報)を投影するプロジェクタが知られている。
特許文献1には、スクリーンに対して画像を投影するための光源、レンズ群等と、スクリーンに投影されたポインタ等を検知するためのスクリーンセンサを備えた投写型表示装置が開示されている。スクリーンセンサはCCD等のエリアセンサと結像レンズを備えている。スクリーンセンサは表示エリアの投射光量や、スクリーンと投射画像の位置、大きさ、および投射面にレーザポインタ等でポインティングされたマーク等を検知する。
一方、プロジェクタは光源の温度が高くなりすぎると光源の寿命が短くなるおそれがある。そのため、従来、光源に対して冷却を行う冷却機構が知られており、特許文献2には、光源に対してファンで冷却風を当てて光源の冷却を行う構成が開示されている。
特開2000−112021号公報 特許第5010311号公報
特許文献1に開示される投写型表示装置では、同一の筐体内に画像投影用の光源と、スクリーンセンサ(CCD等のエリアセンサ、結像レンズを備える鏡筒)が収容されている。
装置の小型化を進めていくと、光源と、エリアセンサ又は鏡筒との配置が近くなる。そして、光源により発生する熱により、エリアセンサ又は鏡筒が温められるおそれがある。鏡筒が温められると、レンズの屈折率の変化や、鏡筒の熱膨張により焦点がずれエリアセンサの結像性能の低下が発生する。また、エリアセンサが温められると、エリアセンサの光電変換の特性が変化しノイズがのった画像情報が得られてしまうおそれがある。
従来技術のように、光源をファンにより冷却する方法が考えられるが、光源によって温められた冷却風がエリアセンサや鏡筒にあたり、結果エリアセンサや鏡筒を温めてしまい、撮像機能の低下が引き起こされる可能性がある。
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像部の撮像機能の低下を抑制することが可能な情報処理装置を提供することである。
上記課題を解決するための情報処理装置は、光源と投影鏡筒部を含み、投影面に画像を投影する投影手段と、投影面に載置された対象物を撮影するための撮像手段と、前記対象物の像を前記撮像手段に結像させるための撮像鏡筒部と、前記光源を冷却するための風を送る送風手段と、前記送風手段による風を前記光源に導くダクトと、を備え、前記投影手段の光軸を前記投影面に投影した際に当該光軸が向かう方向を第1の方向、前記第1の方向と直交する方向を第2の方向として、前記第2の方向からみて、前記投影鏡筒部は前記撮像鏡筒部と重なり、前記光源は前記撮像手段と重ならないように配置され、前記ダクトは前記第1の方向と交差する方向に前記送風手段の風を送るように配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、撮像部の撮像機能の低下が抑制可能な情報処理装置を提供することができる。
実施形態1に係る情報処理装置の使用状態を示す概略図。 実施形態1に係る情報処理装置のハードウェア構成を示す図。 実施形態1に係る情報処理装置の機能構成を示す図。 実施形態1に係る情報処理装置の斜視図。 実施形態1に係るプロジェクタ、ジェスチャセンサの断面図。 実施形態1に係る光源ユニットの構成図。 実施形態1に係る青色LEDと放熱部材を説明する斜視図。 実施形態1に係る赤色LEDと放熱部材を説明する斜視図。 実施形態1に係る緑色LEDと放熱部材を説明する斜視図。 実施形態1に係る3色のLEDと放熱部材を組み付けた状態での冷却機構を示す斜視図。 実施形態1に係る情報処理装置の冷却構成を説明するための上視図。 実施形態1に係る情報処理装置の冷却構成を説明するための側面図。 実施形態2に係る情報処理装置の冷却構成を説明するための側面図。 実施形態2に係る情報処理装置の冷却構成を説明するための側面図。
(実施形態1)
以下、本発明の実施形態1について、添付図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定するものではない。
≪情報処理装置109の使用状態≫
図1に実施形態1における情報処理装置109の使用状態を表す図を示す。
情報処理装置109は、投影手段であるプロジェクタ106、検出手段であるジェスチャセンサ107、撮像手段であるカメラ105を備える。(図2、図4参照)
プロジェクタ106は投影面110に画像111を投影する。
ユーザはこの画像111に対して操作を行う。
投影された画像111にはメニューボタン122が含まれており、ユーザは手指を使って電源のON/OFFやその他の操作選択を行っていく。
ユーザによる操作選択はジェスチャセンサ107によって検出され、インターフェースとして機能する。
ユーザが書類等を撮像したい時には、投影面110に撮影したい対象物(書類等)を設置し、カメラ105によって対象物の像を撮影する。
装置本体において、プロジェクタ106から画像を投影する側を手前側とし、反対側を奥側、それぞれの側面は装置本体を手前側から見た状態で右側、左側とする。
≪情報処理装置109の説明≫
図2は、実施形態1における情報処理装置のハードウェア構成を示す図である。図2において、マイクロコンピュータからなるCPU101は、各種処理のための演算や論理判断などを行い、システムバス108に接続された各構成要素を制御する。ROM102は、プログラムメモリであって、CPU101による制御のためのプログラムを格納する。RAM103は、データメモリであり、CPU101の上記プログラムのワーク領域、エラー処理時のデータの退避領域、上記制御プログラムのロード領域などを有する。
記憶装置104はハードディスクや外部に接続された記憶装置などからなり、実施形態1に係る電子データなどの各種データやプログラムを記憶する。撮像手段としてのカメラ105は、ユーザが操作を行う作業空間に存在する対象物を撮像し、入力画像としてシステムに提供する。
投影手段としてのプロジェクタ106は投影面110に電子データやユーザインタフェースを含む映像を投影する。ジェスチャセンサ107は、RGBあるいはモノクロのCCDカメラである。ジェスチャセンサ107は、作業空間にあるユーザの手などの被検出物の動きを検知し、その検知に基づいて、ユーザが投影面110(図1参照)に投影されている操作ボタン等にタッチしたかを検知する。
実施形態1において、投影面110は、情報処理装置の下方に位置する平面であり、例えば、情報処理装置109が置かれるテーブルの面である。なお、情報処理装置109の一部に投影面110を設ける構成にしてもよい。例えば、情報処理装置109の台座112を延長し、プロジェクタ106からの画像を投影できるようにしてもよい。
図3は、実施形態1における情報処理装置の機能構成を示す図である。図3において、カメラ105は、投影面110に置かれた対象物、例えばユーザが手書きで書いた文書などを撮影し、その文字などを判断する。また、プロジェクタ106は、投影面110(図1参照)に、ユーザインタフェース等の画面を投影する。プロジェクタ106は、カメラ105により撮影された画像を投影することも可能である。ジェスチャセンサ107は、投影面110(図1参照)上の作業空間において、プロジェクタ106により投影面110に投影されたユーザインタフェース等に対するユーザの手などによる操作を検知する。
ユーザの手などによりユーザインタフェースが操作されると、プロジェクタ106により投影される画像を変更したり、カメラ105による撮影を行ったりする。検出部202は、CPU、ROM、RAM(以下、CPU101等)によって構成され、ジェスチャセンサ107による検知信号により、ユーザの手が存在する領域、及びユーザの手の指が存在する領域を検出する。
認識部203は、CPU等によって構成され、ジェスチャセンサ107及び検出部202によって検出されたユーザの手と指を追跡し、ユーザが行うジェスチャ操作を認識する。識別部204は、CPU等によって構成され、認識部203によって認識された操作を実行した指がユーザのどの指であるかを識別する。保持部205は、CPU等によって構成され、RAM103に設けられる記憶領域に、投影されている電子データに含まれるオブジェクトのうち、ユーザがジェスチャ操作で指定したオブジェクトの情報を、ジェスチャ操作に用いられた指に関連付けて保持する。
受付部206は、CPU等によって構成され、認識部203が認識したジェスチャ操作によって、電子データに対して指示された編集操作を受け付け、必要に応じて記憶装置104に記憶された電子データを更新する。記憶装置104は、編集操作の対象となる電子データを記憶する。CPU101は、認識部203によって認識されたジェスチャに応じて保持部205に保持されている情報を参照し、作業空間に投影される投影画像を生成する。プロジェクタ106は、CPU101によって生成された投影映像を、投影面110に投影する。
≪カメラ105の構成≫
図4は、情報処理装置109の全体構成図である。図5は、カメラ105及びジェスチャセンサ107の断面構成図である。図4、図5を用いて、カメラ105の構成を説明する。カメラ105は、撮像素子としてのCCDセンサ114を備える。台座112にはメインフレーム113が固定されている。メインフレーム113にはカメラアタッチメント130が固定されている。
カメラ105は、はカメラアタッチメント130を介してカメラマウント131に取り付けられる。CCDセンサ114は、投影面110に対して略水平になるように取り付けられている。
カメラマウント131には撮像光学系として複数のレンズ207を組み込んだカメラ鏡筒部132(撮像鏡筒部)が取り付けられる。カメラ鏡筒部132は、対象物の像をCCDセンサ114に結像させる。
レンズの光軸は投影面110に対して略垂直になるように取り付けられている。
撮像ミラー117はメインフレームに組み付けられており、凹形状の曲面ミラーである。
投影面110に載置された対象物をカメラで読み取る際には、対象物の像を撮像ミラー117でカメラ鏡筒部132へと反射させ、カメラ鏡筒部132の内側の複数のレンズ207(図5参照)を通り、CCDセンサ114で画像を読み取ることになる。撮像ミラー117は光軸より奥側に配置される。
図5に、カメラ105、ジェスチャセンサ107の断面および撮像領域を示す。
投影面110と同一面である撮影面301上に載置された任意の対象物は、撮像ミラー117および複数のレンズ207を通過して像面IMG上に被写体像として結像さられる。像面IMGはCCDの受光面が配置される。像面IMGは複数のレンズ207の光軸に対して図面上右側にずらされている所謂シフト光学系となっている。
≪ジェスチャセンサ107の構成≫
図4および図5を用いてジェスチャセンサの構成を示す。
ジェスチャセンサ107はメインフレーム113に取り付けられている。ジェスチャセンサ107には撮像素子107aと樹脂で形成された少なくとも一枚のレンズ107bが内蔵されている。ジェスチャセンサ107は撮像ミラー117の先端に取り付けられている。
ジェスチャセンサは投影面110の上にかざした手指の動きを検知するために、投影面110から高さ100mmまでの領域Aを検出できるように検出領域を確保する必要がある。
ジェスチャセンサ107は、カメラ105の撮影領域となる光線Ib、Icおよびその内側を通るすべての光線と干渉しない領域に配設されている。
≪プロジェクタ106の構成≫
図4を用いてプロジェクタ106の構成を示す。
プロジェクタ106は、光源である光源ユニット119と、投影光学系であるプロジェクタ鏡筒部115(投影鏡筒部)を備えている。プロジェクタ鏡筒部115の内部には複数のレンズが配置されている。なお、図4において、光源ユニット119はダクト138の内部に配置されているため不図示となっている。
光源ユニット119とプロジェクタ鏡筒部115は屈曲部を介して接続されている。光源ユニット119は屈曲部の奥側に配置される。
投影ミラー134は、プロジェクタ鏡筒部115の上方手前側に配置される。投影ミラー134は、光を投影面110に向けて反射し、投影面110に画像を投影する。屈曲部には反射ミラー135が配置され、光源ユニット119から出た光を投影ミラー134に向けて反射する。
光源ユニット周辺には冷却ファン137および光源を囲むダクト138が設けられており、光源ユニットから発生した熱を放熱する。
≪光源ユニット119の構成≫
図6は、光源ユニット119の構成図である。
光源ユニット119は、光源である赤色LED2R、緑色LED2G、青色LED2Bを備えている。赤色LED2R、緑色LED2G、青色LED2Bの光の出射方向には、光を平行光にするコリメータレンズ3R、3G、3B、4R、4G、4Bと、光を合成するダイクロイックミラー5B、5Gが配置されている。
ダイクロイックミラー5B、5Gは、は入射する光の波長によって透過および反射が切替わるミラーである。ダイクロイックミラー5Bは、青色波長成分を反射し、赤色波長成分および緑色波長成分を透過する。ダイクロイックミラー5Gは、緑色波長成分を反射し、赤色波長成分および青色波長成分を透過する。
赤色LED2R、緑色LED2G、青色LED2Bから出射された光線の経路について説明する。
赤色LED2Rから出射された光線はコリメータレンズ3R、4Rを通過することで平行光となる。その後、光はダイクロイックミラー5G、5Bはどちらも赤色波長成分を反射しないため、光線はそのまま透過し、光源ユニット119から赤色光が出射される。
青色LED2Bから出射された光線はコリメータレンズ3B、4Bを通過することで平行光となる。その後、光はダイクロイックミラー5Gを透過し、ダイクロイックミラー5Bによって反射されることで進行方向を90度変えられ、光源ユニット119から青色光が出射される。
緑色LED2Gから出射された光線はコリメータレンズ3G、4Gを通過することで平行光となる。その後、光はダイクロイックミラー5Bを透過し、ダイクロイックミラー5Gによって反射されることで進行方向を90度変えられ、光源ユニット119から緑色光が出射される。
≪光源毎冷却構成≫
光源ユニットの冷却構成について説明する。
赤色LED2R、緑色LED2G、青色LED2Bにはそれぞれ放熱部材11R、11G、11Bが設けられている。
図7に青色LED2Bと放熱部材11Bを説明する斜視図を示す。
放熱部材11Bは受熱部12Bと放熱フィン13Bで形成されている。受熱部12Bと放熱フィン13Bは銅製である。
青色LED2Bの放熱面は放熱部材11Bの受熱部12Bに対して不図示の熱伝導シートを介して接触している。青色LED2Bが発光して発熱すると、発生熱は、青色LED2Bの放熱面から受熱部12B、放熱フィン13Bへと伝わり、放熱フィン13Bから放熱される。
図8に赤色LED2Rと放熱部材11Rを説明する斜視図を示す。
放熱部材11Rは受熱部12Rと、ヒートパイプ14Rと、放熱フィン13Rを有している。受熱部12R及び放熱フィン13Rは銅製である。ヒートパイプ14Rは銅製のパイプを真空とし、その中に冷媒となる水を封入して製造される。
受熱部12Rと放熱フィン13Rは離れて配設されており、ヒートパイプ14Rによって接続されている。赤色LED2Rが発光して発熱すると、発生熱は、赤色LED2Rの放熱面から受熱部12R、ヒートパイプ14R、放熱フィン13Rへと伝熱され、放熱フィン13Rから放熱される。
図9に緑色LED2Gと放熱部材11Gを説明する斜視図を示す。
放熱部材11Gは受熱部12Gと、ヒートパイプ14Gと、放熱フィン13Gを有している。受熱部12G及び放熱フィン13Gは銅製である。ヒートパイプ14Gは銅製のパイプを真空とし、その中に冷媒となる水を封入して製造される。
受熱部12Gと放熱フィン13Gは離れて配設されており、ヒートパイプ14Gによって接続されている。緑色LED2Gが発光して発熱すると、発生熱は、緑色LED2Gの放熱面から受熱部12G、ヒートパイプ14G、放熱フィン13Gへと伝熱され、放熱フィン13Gから放熱される。
≪光源ユニット119の冷却構成≫
図10に3色のLEDと放熱部材を組み付けた状態での冷却構成を説明する斜視図を示す。
放熱部材11Bの前面に冷却ファン137(送風手段)が設けられる。
冷却ファン137は軸流ファンであり、ダクト138を通って図中A方向に送風を行う。
放熱部材11Rは放熱部材11Bの送風方向の下流に配置される。
放熱部材11Gは放熱部材11Rの送風方向の下流に配置される。放熱部材11B、放熱部材11Rおよび放熱部材11Gのそれぞれのフィンの向きは、冷却ファン15の送風方向と同一方向になっている。即ち、冷却ファン15の送風方向に対してフィンの面の向きが平行に形成されている。
光源ユニット119及び放熱部材11B、11R、11Gはダクト138の内部に配置されている。放熱部材11B、放熱部材11Rおよび放熱部材11Gは、送風方向Aに対して略直線上に配設されている。
図11は、情報処理装置109の冷却の配置を説明するための情報処理装置109の上視図である。図12は、図11におけるBの方向からみた図である。ここで、カメラ105の光軸を投影面110に投影した際に当該光軸が向かう方向を第1の方向、第1の方向と直交する方向を第2の方向とする(図1、図5も参照)。
なお、撮像ミラー117、投影ミラー134、メインフレーム113等の説明に不要な構成は不図示としている。
γはカメラ105が撮影する領域を示す線であり、βはプロジェクタ106が画像を投影する領域を示す線である。第2の方向からみて、プロジェクタ鏡筒部115は、カメラ鏡筒部132と重なるように配置されている(図12参照)。このように配置することで、カメラ105が撮影する領域γをプロジェクタ鏡筒部115が遮断しないように、プロジェクタ106が画像を投影する領域βをカメラ鏡筒部132が遮断しないようにしている。仮に、プロジェクタ鏡筒部115とカメラ鏡筒部132とが、第2の方向からみて、重ならないように配置された場合、例えばプロジェクタ鏡筒部115が奥に、カメラ鏡筒部132が手前に配置された場合、プロジェクタ106が画像を投影する領域βがカメラ鏡筒部132により遮断されてしまうおそれがある。
また、第2の方向からみて、光源ユニット119は、カメラ105及びカメラ鏡筒部132と重ならないように配置される。このように配置することで、後述するダクト138を適切な位置に配置することができる。
冷却ファン137により送られる冷却風は、ダクト138の内側を流れる。ダクト138は、第1の方向と交差する方向である第2の方向に冷却ファン137の冷却風が流れるように配置されている。
ダクト138を第1の方向と同じ方向に冷却風が流れるように配置した場合、ユーザビリティが悪くなるおそれがある。冷却ファン137を奥側に配置し、冷却風が手前方向に排出されるようにした場合、投影面110側にいるユーザに冷却風が当たるおそれがある。逆に、冷却ファンを手前側に配置し、冷却風を奥方向に排出するようにした場合、冷却ファン137が手前にあるため、冷却ファン137の音をユーザがうるさいと感じてしまうおそれがある。
冷却ファン137の送風方向において、ダクト138の上流側の開口を上流開口部138a、ダクト138の下流側の開口を下流開口部138bとする。下流開口部138bは、第2の方向においてカメラ105よりも送風方向Aの下流に設けられている。ダクトの下流開口部138bから排出される冷却風はαのように、ダクト138の外側の方向に広がる。上記のように下流開口部138bを設けることで、αの方向に広がった冷却風がカメラ105に当たることを抑制することができる。また、ダクト138の上流開口部138aから下流開口部138bまで、冷却ファン137の送風方向において屈曲せず直線状となるよう構成されている。そのため、冷却風の圧力損失が発生しないようにしている。
光源ユニット119から略水平方向に出射された光は、反射ミラー135で垂直方向に反射し、プロジェクタ鏡筒部115を通って投影ミラー134へ向かう構成となっている。反射ミラー135を設けることで、光源ユニット119の上方にプロジェクタ鏡筒部115を配置しない構成としている。このようにすることで、光源ユニット119の光源の発熱により温められた空気が上方に上って行ったとしてもプロジェクタ鏡筒部115を温めることがない。
(実施形態2)
実施形態2について、図13を用いて説明する。実施形態2は、反射ミラー135を用いていない点、及びプロジェクタ106の各構成の配置の点が実施形態1と異なる点であり、それ以外の点については実施形態1と同様である。したがって、実施形態1と異なる点のみを説明する。
図13は、図11のB方向から情報処理装置109をみた図である。実施形態2は、光源ユニット119からプロジェクタ鏡筒部115を水平方向に対し斜め上に向けて配置することで反射ミラー135を使わないような構成としている。
実施形態2においても、実施形態1と同様の効果を得ることができる。
(実施形態3)
実施形態3について、図14を用いて説明する。実施形態3は、反射ミラー135を用いていない点、及びプロジェクタ106の各構成の配置の点が実施形態1と異なる点であり、それ以外の点については実施形態1と同様である。したがって、実施形態1と異なる点のみを説明する。
図14は、図11のB方向から情報処理装置109をみた図である。第1の方向と第2の方向と直交する第3の方向とする。実施形態3は、第2の方向からみた時に、光源ユニット119は、カメラ105及びカメラ鏡筒部132と、第3の方向において異なる位置に配置され、第1の方向において重なる位置に配置される。このようにすることで反射ミラー135を使わないような構成としている。実施形態3においても、実施形態1と同様の効果を得ることができる。しかしながら、情報処理装置109の全体としては、第3の方向(いわゆる高さ方向)に高くなってしまう。これは、プロジェクタ鏡筒部115及びカメラ鏡筒部132は、それぞれの光学性能を満たすためにある程度の長さが必要となるためである。情報処理装置109の高さ方向の大きさを小さくするためには、実施形態1や実施形態2の構成の方が好ましい。
105 カメラ
106 プロジェクタ
115 プロジェクタ鏡筒部
119 光源ユニット
132 カメラ鏡筒部
137 冷却ファン
138 ダクト

Claims (8)

  1. 光源と投影鏡筒部を含み、投影面に画像を投影する投影手段と、
    投影面に載置された対象物を撮影するための撮像手段と、
    前記対象物の像を前記撮像手段に結像させるための撮像鏡筒部と、
    前記光源を冷却するための風を送る送風手段と、
    前記送風手段による風を前記光源に導くダクトと、を備え、
    前記投影手段の光軸を前記投影面に投影した際に当該光軸が向かう方向を第1の方向、前記第1の方向と直交する方向を第2の方向として、
    前記第2の方向からみて、前記投影鏡筒部は前記撮像鏡筒部と重なり、前記光源は前記撮像手段及び前記撮像鏡筒部と重ならないように配置され、
    前記ダクトは前記第1の方向と交差する方向に前記送風手段の風を送るように配置されていることを特徴とする情報処理装置。
  2. 前記光源と前記投影鏡筒部との間に反射ミラーが配置され、前記反射ミラーにより前記光源から出射された光は前記投影鏡筒部に導かれることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
  3. 前記ダクトは、上流開口部から下流開口部まで直線状に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の情報処理装置。
  4. 前記ダクトの下流開口部は、前記第2の方向において前記撮像手段よりも前記送風手段の送風方向の下流に設けられることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の情報処理装置。
  5. 光源からの光を前記投影面に導く投影ミラーを備え、前記投影ミラーは前記投影鏡筒部の上方に配置されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の情報処理装置。
  6. 前記投影面の対象物を撮影するために光を反射する撮像ミラーを備え、前記撮像ミラーは前記撮像鏡筒部の上方に配置されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の情報処理装置。
  7. 前記光源の熱を放熱するための放熱フィンを備え、前記放熱フィンの向きは前記送風手段の送風方向と同一方向であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の情報処理装置。
  8. 前記光源の上方に前記投影鏡筒部を配置しないことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の情報処理装置。
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