JP2016075799A - 光源装置及びこれを備えた画像投射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却効率を向上させつつ、光源装置の大型化を抑制することを課題とする。【解決手段】発光素子1a〜1dを備えた光源部4からの光を照射対象物に向けて射出する画像投射装置に用いられる光源装置1において、前記光源部は、前記画像投射装置に設けられた駆動部5による駆動を受け、冷却用流体が接する該光源部の被冷却箇所が移動する。これにより、光源部の被冷却箇所とその周囲の冷却用流体との間の相対的な気流の流速を高めることが可能となり、被冷却箇所から光源部の熱を効率よく放熱できるので、光源部の熱源である発光素子を効率よく冷却することができる。【選択図】図1
Description
本発明は、光源装置及びこれを備えた画像投射装置に関するものである。
従来、画像投射装置に用いられる光源装置の発光素子の発熱により、投射画像が変動してしまうことが知られている。
特許文献1には、温度が上昇すると電力から光への変換効率が低下しやすい半導体発光素子を効率よく冷却する目的で、半導体発光素子の保持体に熱接続されたヒートシンクを冷却ファンによって発生する気流によって冷却する光源装置が開示されている。この光源装置は、半導体発光素子の射出側に配置される集光レンズを保持するレンズ取付枠と半導体発光素子の保持体との間に、冷却ファンによる気流が通る空気流路が形成されている。特許文献1によれば、ヒートシンクのみならず、半導体発光素子の射出側にも気流を当てて、冷却効率が向上するとしている。
一般に、光源部から流体への熱流量が決まっているとき、発光素子を備えた光源部を流体で冷却する機構の冷却効率を向上させるためには、光源部の表面積を大きくするか、流体の流速を上げるかする必要がある。光源部の表面積を大きくして冷却効率を向上させる場合には、通常、ヒートシンクを大型化させるなど、光源装置の大型化や重量化を招く。また、流体の流速を上げて冷却効率を向上させる場合も、通常は冷却ファンを大型化させるなど、光源装置の大型化や重量化を招くことになる。前記特許文献1に開示の光源装置においても、更なる冷却効率の向上を図るためには、同様の理由から、ヒートシンクを大型化したり冷却ファンを大型化したりする必要があるため、光源装置の大型化や重量化を招く。
前記課題を解決するために、本発明は、発光素子を備えた光源部からの光を照射対象物に向けて射出する画像投射装置に用いられる光源装置において、前記光源部は、前記画像投射装置に設けられた駆動部による駆動を受け、冷却用流体が接する該光源部の被冷却箇所が移動することを特徴とする。
本発明によれば、光源装置の大型化を抑制しつつ、前記光源部の被冷却箇所に対する流体の相対的な流れの流速を上げて冷却効率を向上させることができるという優れた効果が奏される。
以下、本発明を、画像投射装置としてのプロジェクタの光源装置に適用した一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態の光源装置としての光源ユニット1の断面模式図である。
本実施形態の光源ユニット1は、発光素子としての複数のレーザーダイオード1a〜1dと複数のカップリングレンズ2a〜2dとが二次元配列された光源部としてのレーザーダイオード保持体4を備えている。各レーザーダイオード1a〜1dは、その光軸方向が、いずれも、当該光源ユニット1から射出される光の光軸15(集光レンズ3の光軸)とほぼ平行になるように、レーザーダイオード保持体4に固定されている。各レーザーダイオード1a〜1dのレーザー光の波長は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、発光素子としては、レーザーダイオード(LD)の代わりにLEDを用いることもできる。
図1は、本実施形態の光源装置としての光源ユニット1の断面模式図である。
本実施形態の光源ユニット1は、発光素子としての複数のレーザーダイオード1a〜1dと複数のカップリングレンズ2a〜2dとが二次元配列された光源部としてのレーザーダイオード保持体4を備えている。各レーザーダイオード1a〜1dは、その光軸方向が、いずれも、当該光源ユニット1から射出される光の光軸15(集光レンズ3の光軸)とほぼ平行になるように、レーザーダイオード保持体4に固定されている。各レーザーダイオード1a〜1dのレーザー光の波長は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、発光素子としては、レーザーダイオード(LD)の代わりにLEDを用いることもできる。
カップリングレンズ2a〜2dは、それぞれガラスやプラスチックから形成された凸レンズであり、各レーザーダイオード1a〜1dからのレーザー光を集束光束又は平行光束として射出する役割を果たす。
レーザーダイオード保持体4は、例えばアルミニウム等の金属から構成されており、レーザーダイオード1a〜1dで発生した熱は、レーザーダイオード保持体4全体に熱伝導して分散される。
また、本実施形態の光源ユニット1は、カップリングレンズ2a〜2dから射出される各レーザー光のコヒーレンス性を除去するための拡散板9や、拡散板9から出射した光を断面積が縮小された収束光にするための集光レンズ3も備えている。拡散板9は、誘電体で形成されており、図2に示すように、カップリングレンズ2a〜2dから射出されたレーザー光16が入射する面側に拡散面9aが形成されている。拡散面9aの入射側の面には反射防止膜が形成されている。カップリングレンズ2a〜2dから射出されたレーザー光16は、拡散板9の拡散面9aで拡散され、拡散光16a,16bとなった状態で拡散板9を透過した後、集光レンズ3に導光される。
また、本実施形態の光源ユニット1において、レーザーダイオード保持体4の背面側(拡散板9や集光レンズ3が設けられている側とは反対側)には、回転モータ5の駆動軸5aが取り付けられている。回転モータ5が回転駆動すると、その駆動軸5aに取り付けられたレーザーダイオード保持体4が、駆動軸5aの軸線周りに回転する。本実施形態において、レーザーダイオード保持体4の回転軸は、当該光源ユニット1から射出される光の光軸15とほぼ同軸である。また、各レーザーダイオード1a〜1dの光軸方向は、上述したとおり、いずれも、当該光源ユニット1から射出される光の光軸15とほぼ平行である。したがって、レーザーダイオード保持体4を回転させても、各レーザーダイオード1a〜1dの光軸方向は変わらない。
本実施形態において、拡散板9は固定配置されているが、集光レンズ3はレーザーダイオード保持体4と一体的に回転するような構成でもよいし、固定配置されていてもよい。
レーザーダイオード保持体4を回転させると、レーザーダイオード保持体4とその周囲の流体である気体との間で相対的な気流を生じさせることができる。これにより、レーザーダイオード保持体4が静止状態である場合よりも、レーザーダイオード保持体4の外表面に接する気流の流速を速めることができ、レーザーダイオード保持体4の熱を効率よく放熱することができる。その結果、レーザーダイオード保持体4に保持された熱源であるレーザーダイオード1a〜1dを効率よく冷却することができる。なお、流体は気体に限らず、冷却水などの液体であっても構わない。冷却水などの液体を用いる場合は、液体を循環させる機構を用いてもよい。
本実施形態の光源ユニット1には、レーザーダイオード保持体4の近傍に、レーザーダイオード保持体4の温度を検知するための温度検知手段としての温度センサ18が設置されている。温度センサ18は、その温度検知結果を駆動制御手段としての駆動制御部19へ出力する。駆動制御部19は、温度センサ18からの温度検知結果に基づいて、回転モータ5の駆動を制御する。
図3は、本実施形態における回転モータ5の駆動制御の一例を示すフローチャートである。
レーザー点灯信号が入力されて各レーザーダイオード1a〜1dが発光を開始すると(S1のYes)、温度センサ18によりレーザーダイオード保持体4の温度検知を開始する(S2)。発光の開始によりレーザーダイオード1a〜1dの温度が徐々に上昇し、その熱がレーザーダイオード保持体4に伝導されることで、レーザーダイオード保持体4の温度も上昇する。このようなレーザーダイオード保持体4の温度上昇は、温度センサ18の温度検知結果により駆動制御部19に把握される。
レーザー点灯信号が入力されて各レーザーダイオード1a〜1dが発光を開始すると(S1のYes)、温度センサ18によりレーザーダイオード保持体4の温度検知を開始する(S2)。発光の開始によりレーザーダイオード1a〜1dの温度が徐々に上昇し、その熱がレーザーダイオード保持体4に伝導されることで、レーザーダイオード保持体4の温度も上昇する。このようなレーザーダイオード保持体4の温度上昇は、温度センサ18の温度検知結果により駆動制御部19に把握される。
駆動制御部19は、温度センサ18の検知温度が所定の温度閾値以上であるか否かを判断し(S3)、温度閾値以上であると判断したら(S3のYes)、モータ駆動信号を発生させて回転モータ5の駆動を開始させる。これにより、レーザーダイオード保持体4は、当該光源ユニット1の光軸15を回転中心として回転し始める(S4)。その結果、レーザーダイオード保持体4の外表面に接する気流の流速が速められ、レーザーダイオード保持体4の冷却効率が高まる。
このようにして冷却効率が高まったことで、レーザーダイオード保持体4の検知温度が温度閾値未満になった場合(S3のNo)、駆動制御部19は、モータ停止信号を発生させて回転モータ5の駆動を停止させ、レーザーダイオード保持体4の回転を停止させる(S5)。これにより、不必要に回転モータ5を駆動させることがなく、電力消費量を抑えるなどのメリットを享受できる。
また、レーザー消灯信号が入力されて各レーザーダイオード1a〜1dの発光を停止すると(S6のYes)、駆動制御部19は、モータ停止信号を発生させて回転モータ5の駆動を停止させ、レーザーダイオード保持体4の回転を停止させる(S5)。
冷却効率を高める方法としては、一般には、レーザーダイオード保持体4に追加で放熱板としてのヒートシンクを設けたり、レーザーダイオード保持体4に設けられている既存のヒートシンクを大型化したり、レーザーダイオード保持体4を冷却するための冷却風を発生させる冷却風送出手段としての大型ファンを追加したり、既存のファンを大型化したりする方法が考えられる。本実施形態のように回転モータ5を設けてレーザーダイオード保持体4を回転させて冷却効率を高める方法は、大型のヒートシングや大型のファンを必要としない。そして、同程度の高い冷却効率を実現しようとする場合、これらの一般的な方法と比較して、回転モータ5の追加が必要になることを考慮しても、光源ユニット1を小型化、軽量化を実現できる。
本実施形態における光源ユニット1には、レーザーダイオード保持体4の射出面((拡散板9や集光レンズ3が設けられている側)、背面、側面(外周面)に接する流体の流れを発生させるための冷却ファン等の手段が備わっていない。ただし、光源ユニット1は、少なくともレーザーダイオード保持体4の射出面、背面、側面の少なくとも一部に接する気流が生じるように気流が案内される構成となっている。具体的には、光源ユニット1の外部に設置される手段で発生した流体の流れが、レーザーダイオード保持体4の射出面、背面、側面の少なくとも一部に接するように、気流を案内する流路が形成されている。したがって、光源ユニット1それ自体に流体の流れを発生させる手段が備わっていなくても、レーザーダイオード保持体4からの放熱により温度上昇した空気は気流に乗ってレーザーダイオード保持体4の周囲から順次除去され、安定した冷却性能が発揮される。
また、光源ユニット1は、少なくともレーザーダイオード保持体4の射出面、背面、側面の少なくとも一部に気流が接する構造となっていればよい。すなわち、光源ユニット1の外部に設置される手段により流れる流体が直接、または流体案内手段により間接的にレーザーダイオード保持体4の射出面、背面、側面の少なくとも一部に接することで、レーザーダイオード保持体4からの放熱により温度上昇した気体は気流に乗ってレーザーダイオード保持体4の周囲から順次除去され、より安定した冷却性能が発揮される。
また、一般に、レーザー光のようなコヒーレント光は、拡散面9aで散乱するときに、拡散面9a上の各部分で散乱された散乱光同士の干渉によってスペックルノイズと呼ばれる微細なノイズが不可避的に発生する。本実施形態においては、固定配置されている拡散板9に対して拡散板9の面方向へ各レーザーダイオード1a〜1dが相対移動することになるため、このようなスペックルノイズを低減できるというメリットも得られる。
なお、通常、回転モータ5の駆動軸5aとその軸受部には微小なガタがあり、軸ブレが発生する。また、回転モータ5の駆動軸5aに取り付けられるレーザーダイオード保持体4の偏心誤差が生じたり、冷却ファンや他の駆動部からの振動が伝わることもある。そのため、これらに起因して、レーザーダイオード保持体4の回転時に振れが発生することがあるので、振れ抑制手段を設けるのが好ましい。具体的には、例えば、レーザーダイオード保持体4にウエイト用接着剤を塗布してバランス調整を施して、振れを抑制することができる。冷却ファンや他の駆動部からの振動が伝わるのを抑制するために弾性部材などの制振部材を配置することもできる。
〔変形例1〕
次に、本実施形態におけるレーザーダイオード保持体4の駆動部についての一変形例(以下、本変形例を「変形例1」という。)について説明する。
なお、本変形例1は、レーザーダイオード保持体4を駆動させる駆動部の構成が異なる点を除いて上述した実施形態と実質的に同様の構成であるため、以下、上述した実施形態とは異なる点を中心に説明する。
次に、本実施形態におけるレーザーダイオード保持体4の駆動部についての一変形例(以下、本変形例を「変形例1」という。)について説明する。
なお、本変形例1は、レーザーダイオード保持体4を駆動させる駆動部の構成が異なる点を除いて上述した実施形態と実質的に同様の構成であるため、以下、上述した実施形態とは異なる点を中心に説明する。
図4は、本変形例1における光源ユニット1の断面模式図である。
本変形例1においては、上述した実施形態における回転モータ5の代わりに、駆動部としてのリニアモータ17を設置し、図中矢印方向にレーザーダイオード保持体4を往復直線運動させる。レーザーダイオード保持体4を往復直線運動させると、レーザーダイオード保持体4とその周囲との間で相対的な気流を生じさせることができる。これにより、レーザーダイオード保持体4が静止状態である場合よりも、レーザーダイオード保持体4の外表面に接する気流の流速を速めることができ、レーザーダイオード保持体4の熱を効率よく放熱することができる。その結果、レーザーダイオード保持体4に保持された熱源であるレーザーダイオード1a〜1dを効率よく冷却することができる。なお、レーザーダイオード保持体4を往復直線運動させても、各レーザーダイオード1a〜1dの光軸方向は変わらない。
本変形例1においては、上述した実施形態における回転モータ5の代わりに、駆動部としてのリニアモータ17を設置し、図中矢印方向にレーザーダイオード保持体4を往復直線運動させる。レーザーダイオード保持体4を往復直線運動させると、レーザーダイオード保持体4とその周囲との間で相対的な気流を生じさせることができる。これにより、レーザーダイオード保持体4が静止状態である場合よりも、レーザーダイオード保持体4の外表面に接する気流の流速を速めることができ、レーザーダイオード保持体4の熱を効率よく放熱することができる。その結果、レーザーダイオード保持体4に保持された熱源であるレーザーダイオード1a〜1dを効率よく冷却することができる。なお、レーザーダイオード保持体4を往復直線運動させても、各レーザーダイオード1a〜1dの光軸方向は変わらない。
本変形例1のようにリニアモータ17を設けてレーザーダイオード保持体4を往復直線運動させて冷却効率を高める方法も、上述した実施形態と同様、大型のヒートシングや大型のファンを必要としない。そして、同程度の高い冷却効率を実現しようとする場合、上述した一般的な冷却効率を高める方法と比較して、リニアモータ17の追加が必要になることを考慮しても、光源ユニット1を小型化、軽量化を実現できる。また、本変形例1においても、スペックルノイズを低減できるというメリットが得られる。
本変形例1では、当該光源ユニット1から射出される光の光軸15に平行な方向へレーザーダイオード保持体4を往復直線運動させる。そのため、レーザーダイオード保持体4の往復直線運動により集光レンズ3による集光位置が変化することになるが、集光レンズ3から射出された集光光束が後段の光学系の入射開口に入射できる範囲内であれば、集光位置が変化して問題ない。
〔変形例2〕
次に、本実施形態における光源ユニット1の一変形例(以下、本変形例を「変形例2」という。)について説明する。
なお、本変形例2は、光源ユニット1に気流発生手段としての冷却ファン6及び気流案内手段としての風向板7を備えている点を除いて上述した実施形態と実質的に同様の構成であるため、以下、上述した実施形態とは異なる点を中心に説明する。
次に、本実施形態における光源ユニット1の一変形例(以下、本変形例を「変形例2」という。)について説明する。
なお、本変形例2は、光源ユニット1に気流発生手段としての冷却ファン6及び気流案内手段としての風向板7を備えている点を除いて上述した実施形態と実質的に同様の構成であるため、以下、上述した実施形態とは異なる点を中心に説明する。
図5は、本変形例2における光源ユニット1の断面模式図である。
本変形例2の光源ユニット1には、回転モータ5の背面側に冷却ファン6と風向板7が設けられている。冷却ファン6は、光源ユニット1から射出される光の光軸15と同軸に配置された軸流ファンである。冷却ファン6で発生する気流は、風向板7によって案内され、レーザーダイオード保持体4の背面に直接的に吹き付けられる。レーザーダイオード保持体4の背面に接して吸熱した空気は、レーザーダイオード保持体4の背面と風向板7との隙間から排気され、レーザーダイオード保持体4から離れる方向へ流れる。
本変形例2の光源ユニット1には、回転モータ5の背面側に冷却ファン6と風向板7が設けられている。冷却ファン6は、光源ユニット1から射出される光の光軸15と同軸に配置された軸流ファンである。冷却ファン6で発生する気流は、風向板7によって案内され、レーザーダイオード保持体4の背面に直接的に吹き付けられる。レーザーダイオード保持体4の背面に接して吸熱した空気は、レーザーダイオード保持体4の背面と風向板7との隙間から排気され、レーザーダイオード保持体4から離れる方向へ流れる。
本変形例2において、レーザーダイオード保持体4の背面近傍には、冷却ファン6による気流とレーザーダイオード保持体4の回転による気流とが同時に発生し、レーザーダイオード保持体4の背面に接する気流の激しい入れ替わりが生じ、レーザーダイオード保持体4の背面からの放熱をより効率よく行うことができる。
特に、本変形例2では、光源ユニット1に冷却ファン6が設けられており、レーザーダイオード保持体4の近くで気流を発生させることができるので、より流速が早く流量の多い気流をレーザーダイオード保持体4に吹き付けることができる。これにより、より高い冷却効果が得られる結果、その他の冷却手段(ヒートシンク等)の小型化が可能となり、全体として、光源ユニット1の小型化を実現することが可能となる。
〔変形例3〕
次に、本実施形態における光源ユニット1の他の変形例(以下、本変形例を「変形例3」という。)について説明する。
なお、本変形例3は、上述した変形例2における光源ユニット1に対し、レーザーダイオード保持体4の背面に放熱板としてのヒートシンク8を付設した点を除いて上述した変形例2と実質的に同様の構成であるため、以下、上述した変形例2とは異なる点を中心に説明する。
次に、本実施形態における光源ユニット1の他の変形例(以下、本変形例を「変形例3」という。)について説明する。
なお、本変形例3は、上述した変形例2における光源ユニット1に対し、レーザーダイオード保持体4の背面に放熱板としてのヒートシンク8を付設した点を除いて上述した変形例2と実質的に同様の構成であるため、以下、上述した変形例2とは異なる点を中心に説明する。
図6は、本変形例3における光源ユニット1の断面模式図である。
本変形例3の光源ユニット1におけるレーザーダイオード保持体4の背面には、放熱板としてのヒートシンク8が設けられている。冷却ファン6で発生する気流は、風向板7によって案内され、レーザーダイオード保持体4の背面に設けられたヒートシンク8に吹き付けられる。ヒートシンク8に接して吸熱した空気は、ヒートシンク8をフィンとフィンとの間を通って、レーザーダイオード保持体4の背面と風向板7との隙間から排気され、レーザーダイオード保持体4から離れる方向へ流れる。
本変形例3の光源ユニット1におけるレーザーダイオード保持体4の背面には、放熱板としてのヒートシンク8が設けられている。冷却ファン6で発生する気流は、風向板7によって案内され、レーザーダイオード保持体4の背面に設けられたヒートシンク8に吹き付けられる。ヒートシンク8に接して吸熱した空気は、ヒートシンク8をフィンとフィンとの間を通って、レーザーダイオード保持体4の背面と風向板7との隙間から排気され、レーザーダイオード保持体4から離れる方向へ流れる。
本変形例3によれば、レーザーダイオード保持体4の背面にヒートシンク8を設けたことで、レーザーダイオード保持体4の放熱面積が増大し、レーザーダイオード保持体4からの放熱効率が高まる。その結果、レーザーダイオード保持体4からの放熱を更に効率よく行うことができる。
次に、本実施形態(上述した各変形例を含む。)の光源ユニット1を搭載したプロジェクタの一構成例について説明する。
なお、以下の説明では、上述した変形例3の光源ユニット1をプロジェクタに搭載した例について説明する。
なお、以下の説明では、上述した変形例3の光源ユニット1をプロジェクタに搭載した例について説明する。
図7は、本実施形態におけるプロジェクタ14を例示する模式図である。
プロジェクタ14は、上述した変形例3の光源ユニット1と、光源ユニット1から射出される光を画像形成部材としての画像形成パネル12に伝達する照明光学系としてのロッドインテグレータ10及びリレーレンズ11と、画像形成パネル12に形成された画像を拡大投射する投射光学系としての投射レンズ13とを備えている。
プロジェクタ14は、上述した変形例3の光源ユニット1と、光源ユニット1から射出される光を画像形成部材としての画像形成パネル12に伝達する照明光学系としてのロッドインテグレータ10及びリレーレンズ11と、画像形成パネル12に形成された画像を拡大投射する投射光学系としての投射レンズ13とを備えている。
光源ユニット1から射出した集光束は、ロッドインテグレータ10に入射してロッドインテグレータ10内で全反射を繰り返しながら色合成や光量の均一化等が行われ、ロッドインテグレータ10から出射される。ロッドインテグレータ10から出射された光は、リレーレンズ11により画像形成パネル12に照射され、投射レンズ13により外部スクリーン(図示せず)に投射される。本実施形態では、画像形成パネル12として、変調信号に応じて画像形成される透過型タイプのパネルを例示しているが、反射型タイプのパネルやマイクロミラーデバイス(DMD)タイプのパネルを用いてもよい。
このようにプロジェクタ等の画像投射装置に光源ユニット1を採用することで、複数の発光素子から出射される光束を合成して断面積が縮小した密度の高い光束を光源光として用いることができる。これにより、ロッドインテクレータへの光源光の入射角を小さくできるので、画像形成パネル12の照明光の広がりを抑えることが可能となり、NAの小さい(F値の大きい)投射レンズ13を採用することができるようになる。その結果、投射レンズ13の設計や製作が容易となり、高い画像品質を実現することが容易になる。更に、本実施形態の光源ユニット1は、小型化、軽量化が実現できるので、画像投射装置の小型化、軽量化も実現できる。
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
レーザーダイオード1a〜1d等の発光素子を備えたレーザーダイオード保持体4等の光源部からの光をロッドインテグレータ10等の照射対象物に向けて射出する光源ユニット1等の光源装置において、前記光源部は、前記画像投射装置に設けられた回転モータ5やリニアモータ17等の駆動部による駆動を受け、冷却用気流が接する該光源部の射出面、背面、側面等の被冷却箇所が移動することを特徴とする。
本態様によれば、光源部を動かして被冷却箇所を移動させることにより、光源部の被冷却箇所とその周囲の冷却用流体との間の相対的な気流の流速を高めることが可能となる。これにより、光源部の被冷却箇所が移動しない静止状態である場合よりも、光源部の被冷却箇所に接する気流の入れ替わりを促進でき、被冷却箇所から光源部の熱を効率よく放熱することができる。その結果、光源部の熱源である発光素子を効率よく冷却することができる。
発光素子の冷却効率を高める一般的な方法としては、光源部に放熱板を追加で設けたり、光源部に設けられている既存の放熱板を大型化したり、光源部を冷却するための気流を発生させる気流発生手段を追加したり、既存の気流発生手段を大型化したりする方法が挙げられる。しかしながら、これらの一般的な方法は、いずれも、大型の放熱版や大型の気流発生手段を必要とし、光源装置の大型化を招く。これに対し、本態様によれば、駆動部により光源部を動かして冷却効率を高める方法であるため、大型の放熱版や大型の気流発生手段を必要としない。そして、同程度の高い冷却効率を実現しようとする場合、上述した一般的な方法と比較して、駆動部の追加が必要になることを考慮しても、光源装置の小型化、軽量化が実現可能である。
なお、特許文献2には、被照明物までの距離が変化しても照明の明るさを安定させる目的で、中心軸の周りにサークル状に配置されそれぞれLEDが実装された複数の基盤を、その中心軸に対する各LEDの光軸の角度が変化するように動かす光源装置が開示されている。この光源装置では、このように各基盤を動かすことで各基盤上のLEDの光軸が略1点で交差する位置(集光位置)を変化させることができる。これにより、被照明物までの距離が変化しても各LEDからの光を被照明物上に集光させることができる。この光源装置は、発光素子を備えた基盤(光源部)を動かす駆動部を備えているが、特許文献2には、発光素子あるいは基盤を冷却する観点が全く記載されておらず、冷却効率向上のために基盤を動かすという技術思想は全く開示されていない。
(態様A)
レーザーダイオード1a〜1d等の発光素子を備えたレーザーダイオード保持体4等の光源部からの光をロッドインテグレータ10等の照射対象物に向けて射出する光源ユニット1等の光源装置において、前記光源部は、前記画像投射装置に設けられた回転モータ5やリニアモータ17等の駆動部による駆動を受け、冷却用気流が接する該光源部の射出面、背面、側面等の被冷却箇所が移動することを特徴とする。
本態様によれば、光源部を動かして被冷却箇所を移動させることにより、光源部の被冷却箇所とその周囲の冷却用流体との間の相対的な気流の流速を高めることが可能となる。これにより、光源部の被冷却箇所が移動しない静止状態である場合よりも、光源部の被冷却箇所に接する気流の入れ替わりを促進でき、被冷却箇所から光源部の熱を効率よく放熱することができる。その結果、光源部の熱源である発光素子を効率よく冷却することができる。
発光素子の冷却効率を高める一般的な方法としては、光源部に放熱板を追加で設けたり、光源部に設けられている既存の放熱板を大型化したり、光源部を冷却するための気流を発生させる気流発生手段を追加したり、既存の気流発生手段を大型化したりする方法が挙げられる。しかしながら、これらの一般的な方法は、いずれも、大型の放熱版や大型の気流発生手段を必要とし、光源装置の大型化を招く。これに対し、本態様によれば、駆動部により光源部を動かして冷却効率を高める方法であるため、大型の放熱版や大型の気流発生手段を必要としない。そして、同程度の高い冷却効率を実現しようとする場合、上述した一般的な方法と比較して、駆動部の追加が必要になることを考慮しても、光源装置の小型化、軽量化が実現可能である。
なお、特許文献2には、被照明物までの距離が変化しても照明の明るさを安定させる目的で、中心軸の周りにサークル状に配置されそれぞれLEDが実装された複数の基盤を、その中心軸に対する各LEDの光軸の角度が変化するように動かす光源装置が開示されている。この光源装置では、このように各基盤を動かすことで各基盤上のLEDの光軸が略1点で交差する位置(集光位置)を変化させることができる。これにより、被照明物までの距離が変化しても各LEDからの光を被照明物上に集光させることができる。この光源装置は、発光素子を備えた基盤(光源部)を動かす駆動部を備えているが、特許文献2には、発光素子あるいは基盤を冷却する観点が全く記載されておらず、冷却効率向上のために基盤を動かすという技術思想は全く開示されていない。
(態様B)
前記態様Aにおいて、前記駆動部は、前記光源部から射出される光の光軸が変化しないように前記光源部を周期的に移動させることを特徴とする。
これによれば、光源部から射出される光の光軸が変わるように光源部を周期的に移動させる場合と比べて、照射対象物へ入射する光の入射角を維持しやすい。そのため、当該光源部から射出される光の光路上に存在する各種光学部品の設計や製作が容易となる。
前記態様Aにおいて、前記駆動部は、前記光源部から射出される光の光軸が変化しないように前記光源部を周期的に移動させることを特徴とする。
これによれば、光源部から射出される光の光軸が変わるように光源部を周期的に移動させる場合と比べて、照射対象物へ入射する光の入射角を維持しやすい。そのため、当該光源部から射出される光の光路上に存在する各種光学部品の設計や製作が容易となる。
(態様C)
前記態様A又はBにおいて、前記駆動部は、前記光源部から射出される光の光軸を中心に前記光源部を回転させることを特徴とする。
これによれば、冷却効率を向上させつつ、小型化、軽量化を実現しやすい。
前記態様A又はBにおいて、前記駆動部は、前記光源部から射出される光の光軸を中心に前記光源部を回転させることを特徴とする。
これによれば、冷却効率を向上させつつ、小型化、軽量化を実現しやすい。
(態様D)
前記態様A又はBにおいて、前記駆動部は、前記光源部から射出される光の光軸に平行な方向に沿って前記光源部を移動させることを特徴とする。
これによれば、冷却効率を向上させつつ、小型化、軽量化を実現しやすい。
前記態様A又はBにおいて、前記駆動部は、前記光源部から射出される光の光軸に平行な方向に沿って前記光源部を移動させることを特徴とする。
これによれば、冷却効率を向上させつつ、小型化、軽量化を実現しやすい。
(態様E)
前記態様A〜Dのいずれかの態様において、前記光源部の温度を検知する温度センサ18等の温度検知手段と、前記温度検知手段が検知した温度に基づいて前記駆動部を制御する駆動制御部19等の駆動制御手段とを有することを特徴とする。
これによれば、光源部の温度に応じて駆動部を適切に制御できるので、過不足なく安定した冷却効果を実現できる。
前記態様A〜Dのいずれかの態様において、前記光源部の温度を検知する温度センサ18等の温度検知手段と、前記温度検知手段が検知した温度に基づいて前記駆動部を制御する駆動制御部19等の駆動制御手段とを有することを特徴とする。
これによれば、光源部の温度に応じて駆動部を適切に制御できるので、過不足なく安定した冷却効果を実現できる。
(態様F)
前記態様A〜Eのいずれかの態様において、前記冷却用気流が前記被冷却箇所へ接するように該冷却用流体を案内する風向板7等の流体案内手段を有することを特徴とする。
これによれば、簡易な構成で、光源部の被冷却箇所に対してより効率よく冷却用流体が接するようにすることができる。
前記態様A〜Eのいずれかの態様において、前記冷却用気流が前記被冷却箇所へ接するように該冷却用流体を案内する風向板7等の流体案内手段を有することを特徴とする。
これによれば、簡易な構成で、光源部の被冷却箇所に対してより効率よく冷却用流体が接するようにすることができる。
(態様G)
前記態様A〜Fのいずれかの態様において、前記光源部は、前記被冷却箇所として、前記発光素子の熱が伝導されるヒートシンク8等の放熱板を有することを特徴とする。
これによれば、光源部の放熱効率を向上させることができる。
前記態様A〜Fのいずれかの態様において、前記光源部は、前記被冷却箇所として、前記発光素子の熱が伝導されるヒートシンク8等の放熱板を有することを特徴とする。
これによれば、光源部の放熱効率を向上させることができる。
(態様H)
前記態様A〜Gのいずれかの態様において、前記発光素子から出射された光を拡散する拡散板9と、前記拡散板により拡散された光を集光する集光レンズ3等の集光部材とを有することを特徴とする。
これによれば、発光素子としてレーザー光源を用いる場合でも、レーザー光のコヒーレンス性が除去され、かつ、密度の高い光束を射出する光源装置を実現できる。
前記態様A〜Gのいずれかの態様において、前記発光素子から出射された光を拡散する拡散板9と、前記拡散板により拡散された光を集光する集光レンズ3等の集光部材とを有することを特徴とする。
これによれば、発光素子としてレーザー光源を用いる場合でも、レーザー光のコヒーレンス性が除去され、かつ、密度の高い光束を射出する光源装置を実現できる。
(態様I)
プロジェクタ等の画像投射装置において、前記態様A〜Hのいずれかの態様に係る光源装置と、前記光源装置から射出される光を画像形成パネル12等の画像形成部材に伝達するロッドインテグレータ10及びリレーレンズ11等の照明光学系と、前記画像形成部材に形成された画像を拡大投射する投射レンズ13等の投射光学系とを有することを特徴とする。
これによれば、小型の画像投射装置を実現できる。
プロジェクタ等の画像投射装置において、前記態様A〜Hのいずれかの態様に係る光源装置と、前記光源装置から射出される光を画像形成パネル12等の画像形成部材に伝達するロッドインテグレータ10及びリレーレンズ11等の照明光学系と、前記画像形成部材に形成された画像を拡大投射する投射レンズ13等の投射光学系とを有することを特徴とする。
これによれば、小型の画像投射装置を実現できる。
1a レーザーダイオード
1 光源ユニット
3 集光レンズ
4 レーザーダイオード保持体
5 回転モータ
6 冷却ファン
7 風向板
8 ヒートシンク
9 拡散板
10 ロッドインテグレータ
11 リレーレンズ
12 画像形成パネル
13 投射レンズ
14 プロジェクタ
15 光軸
16 レーザー光
16a,16b 拡散光
17 リニアモータ
18 温度センサ
19 駆動制御部
1 光源ユニット
3 集光レンズ
4 レーザーダイオード保持体
5 回転モータ
6 冷却ファン
7 風向板
8 ヒートシンク
9 拡散板
10 ロッドインテグレータ
11 リレーレンズ
12 画像形成パネル
13 投射レンズ
14 プロジェクタ
15 光軸
16 レーザー光
16a,16b 拡散光
17 リニアモータ
18 温度センサ
19 駆動制御部
Claims (9)
- 発光素子を備えた光源部からの光を照射対象物に向けて射出する画像投射装置に用いられる光源装置において、
前記光源部は、前記画像投射装置に設けられた駆動部による駆動を受け、冷却用流体が接する該光源部の被冷却箇所が移動することを特徴とする光源装置。 - 請求項1の光源装置において、
前記駆動部は、前記光源部から射出される光の光軸が変化しないように前記光源部を周期的に移動させることを特徴とする光源装置。 - 請求項1又は2の光源装置において、
前記駆動部は、前記光源部から射出される光の光軸を中心に前記光源部を回転させることを特徴とする光源装置。 - 請求項1又は2の光源装置において、
前記駆動部は、前記光源部から射出される光の光軸に平行な方向に沿って前記光源部を移動させることを特徴とする光源装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光源装置において、
前記光源部の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段が検知した温度に基づいて前記駆動部を制御する駆動制御手段とを有することを特徴とする光源装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光源装置において、
前記冷却用流体が前記被冷却箇所へ接するように該冷却用流体を案内する流体案内手段を有することを特徴とする光源装置。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光源装置において、
前記光源部は、前記被冷却箇所として、前記発光素子の熱が伝導される放熱板を有することを特徴とする光源装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光源装置において、
前記発光素子から出射された光を拡散する拡散板と、
前記拡散板により拡散された光を集光する集光部材とを有することを特徴とする光源装置。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出される光を画像形成部材に伝達する照明光学系と、
前記画像形成部材に形成された画像を拡大投射する投射光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014206261A JP2016075799A (ja) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | 光源装置及びこれを備えた画像投射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014206261A JP2016075799A (ja) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | 光源装置及びこれを備えた画像投射装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016075799A true JP2016075799A (ja) | 2016-05-12 |
Family
ID=55949884
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014206261A Pending JP2016075799A (ja) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | 光源装置及びこれを備えた画像投射装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2016075799A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018045121A (ja) * | 2016-09-15 | 2018-03-22 | 株式会社Jvcケンウッド | 投射型画像表示装置 |
JP2018205635A (ja) * | 2017-06-08 | 2018-12-27 | ウシオ電機株式会社 | 光源装置 |
-
2014
- 2014-10-07 JP JP2014206261A patent/JP2016075799A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2018045121A (ja) * | 2016-09-15 | 2018-03-22 | 株式会社Jvcケンウッド | 投射型画像表示装置 |
JP2018205635A (ja) * | 2017-06-08 | 2018-12-27 | ウシオ電機株式会社 | 光源装置 |
JP7025683B2 (ja) | 2017-06-08 | 2022-02-25 | ウシオ電機株式会社 | 光源装置 |
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