JP2016118604A - 回転光学素子装置、照明装置および画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転光学素子にチリや埃が付着するのを阻止することができる回転光学素子装置、照明装置および画像投射装置。【解決手段】回転光学素子たるカラーホイール２１は、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）のフィルタからなる円盤状のフィルタ部材２０１ａと、金属材料で構成され、ホイールモータ２１ａのモータ軸に固定されている押さえ板２０１ｂとで構成されている。押さえ板２０１ｂのホイールモータ２１ａと対向するモータ対向面には、カラーホイール２１の回転中心から放射状に流れる気流を発生させる気流発生手段たる第一気流発生部２０４が形成されている。また、押さえ板２０１ｂのモータ対向面と反対側の面にも、カラーホイールの回転中心から放射状に流れる気流を発生させる第二気流発生手段たる第二気流発生部２０５が形成されている。【選択図】図１０

Description

本発明は、回転光学素子装置、照明装置および画像投射装置に関するものである。

従来から、光源からの光を、回転する回転光学素子たるカラーホイールにより時分割に色分割し、画像生成素子にＲ・Ｇ・Ｂの色を順次、画像形成素子に照射し、画像生成素子にて変調された光を投射光学系にて投射面などの投射面に投写する画像投射装置が知られている。

特許文献１には、カラーホイールに空気を流して、カラーホイールを空冷する画像投射装置が記載されている。この画像投射装置は、ブロワファンにより装置内の空気を取り込んで、取り込んだ空気を、カラーホイールの外周からカラーホイールに流すことで、カラーホイールを冷却している。

特許文献１に記載の画像投射装置においては、装置内を浮遊しているチリや埃が、ブロワファンにより取り込まれる空気とともに取り込まれ、カラーホイールへ流す空気とともにカラーホイールへと移動する。このカラーホイールに移動してきたチリや埃がカラーホイールに付着し、投射画像の輝度が低下するなど、投射画像の品質が低下するおそれがあった。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、回転光学素子を備えた回転光学素子装置において、前記回転光学素子の回転中心から放射状に流れる気流を発生させる気流発生手段を、前記回転光学素子の有効領域外に設けたことを特徴とするものである。

本発明によれば、回転光学素子にチリや埃が付着するのを阻止することができる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタと投射面とを示す外観斜視図。 （ａ）は図１の手前側から見たプロジェクタの内部の斜視図。（ｂ）は図１の奥側から見たプロジェクタの内部の斜視図。 プロジェクタの内部に設けられた光学エンジン部及び光源部の斜視図。 照明部に収納された光学系部品と、光変調部とを示す斜視図。 照明部と第１投射光学系と光変調部とを示す斜視図。 第２投射光学系を、第１投射光学系、照明部および光変調部とともに示す斜視図。 プロジェクタから投射面までの光路を示す説明図。 従来のカラーホイール冷却について説明する図。 カラーホイール装置の概略構成図。 （ａ）は、カラーホイール装置をホイールモータ配置側と反対側から見た斜視図であり、（ｂ）は、カラーホイール装置２００をホイールモータ配置側から見た斜視図。 カラーホイールを回転駆動させているときの空気の流れについて説明する図。 気流発生部の第１変形例を示す図。 気流発生部の第２変形例を示す図。 気流発生部の第３変形例を示す図。 気流発生部の第４変形例を示す図。 気流発生部の第５変形例を示す正面図。 気流発生部の第５変形例を示す側面図。 蛍光ホイールの正面図。 蛍光ホイールが用いられる光源装置を示す概略図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明に係る受光装置を適用可能な画像投射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射装置としてのプロジェクタ１と投射面などの投射面２とを示す外観斜視図である。なお、以下の説明では、図１に示すように投射面２の法線方向をＸ方向、投射面の短軸方向（上下方向）をＹ方向、投射面２の長軸方向（水平方向）をＺ方向とする。

プロジェクタ１の上面には、投射画像Ｐの光束が出射する防塵ガラス５１が設けられており、防塵ガラス５１を通過した光束が投射面２に投射される。また、プロジェクタ１の上面には、ユーザーがプロジェクタ１を操作するための操作部１８３が設けられている。また、プロジェクタ１の側面には、ピント調整のためのフォーカスレバー３３が設けられている。

プロジェクタ１は、パソコンやビデオカメラ等の外部機器から入力される映像データを基に画像（映像）を生成し、その画像を投射光として、投射面としての投射面２等に拡大投射して、投射面２上に投射画像を生成する装置である。
このような画像投射装置として広く知られた液晶プロジェクタは、近年、光源である光源ランプから射出された光束を投射光に変調する光変調手段を有した液晶パネルの高解像化、光源ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化などが進んでいる。
また、本実施形態のプロジェクタ１のように、光変調手段にＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を利用した小型軽量な画像投射装置が普及している。このため、オフィスや学校のみならず家庭においても広く、画像投射装置が利用されるようになってきている。

特に、フロントタイプ（前面投射型）のプロジェクタは携帯性が向上し、数人規模の小会議にも使われるようになってきている。そして、プロジェクタには、大画面の投射画像を投射できること（投射画面の大画面化）とともに、プロジェクタ外に必要とされる投射空間をできるだけ小さくできることが要請されている。

図２はプロジェクタ１の本体カバーを外して内部を見た内部斜視図である。図２（ａ）は図１の手前側から見たプロジェクタ１の内部の斜視図、図２（ｂ）は図１の奥側から見たプロジェクタ１の内部の斜視図である。
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部６０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１０１と、画像形成部１０１で形成した画像の光束を投射面２に投射するための投射光学部１０２とを備えている。

また、光源部６０の上方には、ＰＦＣ電源基板ユニット８１が配置されている。
また、図２（ａ）に示すように、光学エンジン部１００に対向して、プロジェクタ内の各装置を制御する制御基板８３が配置されている。また、制御基板８３に隣接して、光源部６０の光源に安定して電力を供給するためのバラスト電源ユニット８２が配置されている。

図３は、プロジェクタ１の内部に設けられた光学エンジン部１００及び光源部６０の斜視図である。
図３に示すように、光学エンジン部１００は、光変調部１０と照明部２０と第一投射光学系３０と第二投射光学系４０とを備えており、これらが投射面２および投射画像Ｐの像面と平行な方向のうち図中Ｙ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、光源装置としての光源部６０が配置されている。なお、図中２７は、ＯＦＦ光板である。

光源部６０は、光源ブラケット６２を有しており、光源ブラケット６２の上部に光源としてのハロゲンランプ、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６１が装着さている。また、光源ブラケット６２の上部の放電ランプ６１の光出射側（光源部６０の長手方向他端側）には、リフレクタ６３などが保持された保持部材としての光源ホルダ６４がネジ止めされている。また、光源ホルダ６４の側面には、放電ランプ６１の発光管を冷却するための空気が流入する光源給気口６４ｂが設けられている。

図４は、照明部２０に収納された光学系部品と、光変調部１０とを示す斜視図である。
照明部２０は、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を有している。カラーホイール２１は、円盤形状のものであり、ホイールモータ２１ａの回転部に固定されている。カラーホイール２１には、回転方向にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）などのフィルタが設けられている。光源部６０からの光Ｌは、カラーホイール２１の周端部に到達する。カラーホイール２１の周端部に到達した光は、カラーホイール２１の回転により時分割でＲ、Ｇ，Ｂの光に分離される。

カラーホイール２１により分離された光は、ライトトンネル２２へ入射する。ライトトンネル２２は、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２２に入射した光は、ライトトンネル２２内周面で複数回反射しながら、均一な面光源にされてリレーレンズ２３へ向けて出射する。
ライトトンネル２２を抜けた光は、２枚のリレーレンズ２３を透過し、シリンダミラー２４、凹面ミラー２５により反射され、ＤＭＤ１２の画像生成面上に集光して結像される。

光変調部１０は、ＤＭＤ１２が装着されるＤＭＤボード１１を備えている。ＤＭＤ１２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１１に設けられたソケット１１ａに装着されている。ＤＭＤボード１１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１１の裏面（ソケット１１ａが設けられた面と反対側の面）には、ＤＭＤ１２を冷却するための冷却手段としてのヒートシンク１３が固定されている。

ＤＭＤ１２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いる。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、図４の矢印Ｌ２に示すように、放電ランプ６１からの光を第一光学系７０（図７参照）に向けて反射する。「ＯＦＦ」のときは、先の図４に示すＯＦＦ光板２７に向けて放電ランプ６１からの光を反射する（図４の矢印Ｌ１参照）。従って、各ミラーを個別に駆動することにより、画像データの画素ごとに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。不図示のＯＦＦ光板２７に向けて反射された光は、熱となって吸収され外側の空気の流れで冷却される。

図５は、照明部２０と第一投射光学系３０と光変調部１０とを示す斜視図である。
第一投射光学系３０は、照明部２０の上方に配置されており、複数のレンズで構成された第一光学系７０（図７参照）を保持した投射レンズ部３１と、この投射レンズ部３１を保持するレンズホルダー３２とを有している。このレンズホルダー３２が、照明部２０の上部にネジなどにより固定されている。

また、投射レンズ部３１には、フォーカスギヤ３６が設けられており、フォーカスギヤ３６には、アイドラギヤ３５が噛み合っている。アイドラギヤ３５には、レバーギヤ３４が噛み合っており、レバーギヤ３４の回転軸には、フォーカスレバー３３が固定されている。フォーカスレバー３３の先端部分は、先の図１に示すように、装置本体から露出している。

フォーカスレバー３３を動かすと、レバーギヤ３４、アイドラギヤ３５を介して、フォーカスギヤ３６が回動する。フォーカスギヤ３６が回動すると、投射レンズ部３１内の第一光学系７０を構成する複数のレンズが、それぞれ所定の方向へ移動し、投射画像のピントが調整される。

図６は、第二投射光学系４０を、第一投射光学系３０、照明部２０および光変調部１０とともに示す斜視図である。
第二投射光学系４０は、第二光学系を構成する折り返しミラー４１と、凹面状の曲面ミラー４２とを備えている。曲面ミラー４２の光を反射する面は、球面、回転対称非球面、自由曲面形状などにすることができる。また、第二投射光学系４０は、曲面ミラー４２から反射した光像を透過するとともに、装置内の光学系部品を防塵するための防塵ガラス５１も備えている。

第二投射光学系４０は、折り返しミラー４１と防塵ガラス５１とを保持するミラーブラケット４３を有している。また、曲面ミラー４２を保持する自由ミラーブラケット４４と、ミラーブラケット４３および自由ミラーブラケット４４が取り付けられるミラーホルダー４５とを有している。

ミラーホルダー４５は、箱型の形状をしており、上面、下面および図中Ｘ方向奥側が開口しており、上から見たとき、略コの字状の形状をしている。ミラーホルダー４５の上部開口のＺ方向手前側と奥側とのそれぞれでＸ方向に延びる縁部は、傾斜部と、平行部で構成されている。傾斜部は、図中Ｘ方向手前側端部からＸ方向奥側へ行くにつれて、上昇するように傾斜している。平行部は図中Ｘ方向と平行である。また、傾斜部が、平行部より図中Ｘ方向手前側にある。また、ミラーホルダー４５の上部開口の図中Ｘ方向手前側のＺ方向に延びる縁部は、図中Ｚ方向と平行になっている。

ミラーブラケット４３は、ミラーホルダー４５の上部に取り付けられる。ミラーブラケット４３は、ミラーホルダー４５の上部開口縁部の傾斜部と当接する図中Ｘ方向手前側端部からＸ方向奥側へ行くにつれて、上昇するように傾斜した傾斜面４３ａを有している。また、ミラーホルダー４５の上部開口部縁部の平行部と当接するＸ方向に平行な平行面４３ｂを有している。傾斜面４３ａと平行面４３ｂとは、それぞれ開口部を有しており、傾斜面４３ａの開口部を塞ぐように、折り返しミラー４１が保持されており、平行面４３ｂの開口部を塞ぐように防塵ガラス５１が保持されている。

折り返しミラー４１は、板バネ状のミラー押さえ部材４６によりＺ方向両端が、ミラーブラケット４３の傾斜面４３ａに押し付けられることにより、ミラーブラケット４３の傾斜面４３ａに位置決め保持されている。折り返しミラー４１のＺ方向の一方側端部には、２個のミラー押さえ部材４６により固定されており、他方側端部には、１個のミラー押さえ部材４６により固定されている。

防塵ガラス５１は、Ｚ方向両端が、板バネ状のガラス押さえ部材４７によりミラーブラケット４３の平行面４３ｂに押し付けられることにより、ミラーブラケット４３に位置決め固定されている。防塵ガラス５１は、Ｚ方向両端それぞれ１個のガラス押さえ部材４７により保持されている。

曲面ミラー４２を保持する自由ミラーブラケット４４は、図中Ｘ方向奥側から手前側へ向けて下降するように傾斜した腕部４４ａをＺ軸方向手前側と奥側とに有している。また、自由ミラーブラケット４４は、腕部４４ａの上部でこれら二つの腕部４４ａを連結する連結部４４ｂを有している。自由ミラーブラケット４４は、ミラーホルダー４５の図中Ｘ方向奥側の開口を曲面ミラー４２が覆うように、腕部４４ａがミラーホルダー４５に取り付けられている。

曲面ミラー４２の上端が、防塵ガラス５１側端部の略中央部が、板バネ状の自由ミラー押さえ部材４９により自由ミラーブラケット４４の連結部４４ｂに押し付けられている。また、曲面ミラーの第一光学系側の図中Ｚ軸方向両端が、ネジにより自由ミラーブラケット４４の腕部４４ａに固定されている。

第二投射光学系４０は、第一投射光学系３０のレンズホルダー３２に積載固定される。具体的には、ミラーホルダー４５の下部には、レンズホルダー３２の上面と対向する下面４５１が設けられている。この下面４５１には、第一投射光学系３０にネジ止めするための筒状形状のネジ止め部４５ａが複数個所形成されている。第二投射光学系４０は、第一投射光学系３０のレンズホルダー３２に設けられた不図示の各ネジ貫通孔にネジを貫通させ、各ネジ止め部４５ａにネジをネジ止めすることにより、第一投射光学系３０にネジ止めされる。

図７は、プロジェクタ１から投射面２までの光路図である。
第一光学系７０を構成する投射レンズ部３１を透過した光束は、折り返しミラー４１と曲面ミラー４２との間で、ＤＭＤ１２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、折り返しミラー４１と曲面ミラー４２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、凹面状の曲面ミラー４２に入射し、収束光束になり、曲面ミラー４２により中間像を「さらに拡大した画像」にして投射面２に投射結像する。

本実施形態のプロジェクタ１は、第一光学系７０を構成する複数の投射レンズを投射面と略平行に設定している。そして、光束を折り返しミラー４１、及び曲面ミラー４２で反射して、投射面２に拡大投射する。このように構成することにより、光学エンジン部１００を縦型で３次元的にコンパクトに設計することができる。

次に、本実施形態の特徴点について説明する。
カラーホイール２１を高速で回転させる必要があるため、ホイールモータ２１ａが発熱する。ホイールモータ２１ａが高温となると、カラーホイール２１を安定的に回転することができなくなり、投射画像が劣化する。また、ホイールモータ２１ａの熱や、光源部６０からの熱、放電ランプ６１からの光束が光学有効領域で作用する際に発する熱によりカラーホイール２１も温度上昇する。カラーホイール２１が高温となることで、カラーホイール２１が熱変形するおそれもある。

そのため、図８に示すように、ブロワにより装置の空気を取り込み、ブロワで取り込んだ空気を、カラーホイール２１の外周からカラーホイール２１の回転中心に向けて流すことで、カラーホイール２１を冷却するものがある。カラーホイール２１は回転することで、遠心力が生じており、遠心力は、回転中心から離れるほど大きくなる。図８に示すように、カラーホイール２１の外周からカラーホイール２１の回転中心に向けて流した空気は、カラーホイール表面との粘性抵抗によりカラーホイールの回転方向に沿って流れるとともに、カラーホイール２１の強い遠心力により、外側へ流され、カラーホイールの外周から流れ出る。その結果、カラーホイールの外周付近の一部にしか空気が流れず、十分にカラーホイールを冷却することができない。

また、ブロワで取り込んだ空気を、カラーホイール２１へ流すことにより、装置内を浮遊しているチリや埃なども、カラーホイールに流れる空気とともに、次から次へとカラーホイールへ移動してくる。チリや埃は、カラーホイールに流れる空気とともに、カラーホイールの表面を流れた後、カラーホイールの周囲を漂い、カラーホイールの表面に近づいてくる。カラーホイール表面の空気の流れがある箇所では、カラーホイールに近づいてきたチリや埃を空気の流れにより、カラーホイールの外周へ運び出すことができ、チリや埃の付着が阻止される。しかし、それ以外の場所では、チリや埃が付着してしまう。カラーホイールに塵や埃が付着すると、投射画像の輝度が低下するなど、投射画像の品質が低下するおそれがある。

そこで、本実施形態では、カラーホイールへのチリや埃の付着を阻止でき、かつ、カラーホイール良好に空冷できるように構成した。以下、図面を用いて具体的に説明する。
図９は、カラーホイール装置２００の概略構成図である。
回転光学素子装置たるカラーホイール装置２００は、回転光学素子たるカラーホイール２１と、カラーホイール２１を回転駆動させるホイールモータ２１ａと、ホイールモータ２１ａを制御するフレキシブル基板からなるモータ制御基板２０２とを備える。カラーホイール２１は、中心部に穴が設けられ、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）のフィルタからなる円盤状のフィルタ部材２０１ａと、金属材料で構成され、ホイールモータ２１ａのモータ軸２１０ａに固定されている押さえ板２０１ｂとで構成されている。フィルタ部材２０１ａが、押さえ板２０１ｂの外周に嵌め込まれている。

図１０（ａ）は、カラーホイール装置２００をホイールモータ配置側と反対側から見た斜視図であり、図１０（ｂ）は、カラーホイール装置２００をホイールモータ配置側から見た斜視図である。
図１０（ｂ）に示すように、カラーホイールの光学有効領域外である押さえ板２０１ｂのホイールモータ２１ａと対向するモータ対向面には、カラーホイール２１の回転中心から放射状に流れる気流を発生させる気流発生手段たる第一気流発生部２０４が形成されている。また、図１０（ａ）に示すように、押さえ板２０１ｂのモータ対向面と反対側の面にも、カラーホイールの回転中心から放射状に流れる気流を発生させる第二気流発生手段たる第二気流発生部２０５が形成されている。

第一気流発生部２０４と第二気流発生部２０５は、同じ形状をしており、押さえ板２０１ｂから突出し、回転中心から外周に向って延びる凸状部２０４ａ,２０５ａが等間隔に６個設けられたものである。かかる構成とすることで、カラーホイール２１が図中矢印Ａ方向に回転すると、図中矢印Ｘに示すように、凸状部２０４ａ,２０５ａが空気を回転中心から外周に向けて空気を押し出す。押し出された空気は、カラーホイール２１の表面に沿って外周へ流れていく。これにより、カラーホイール２１の回転中心から放射状にカラーホイール２１の表面に沿って流れる気流が発生する。

図１１は、カラーホイール２１を回転駆動させているときの空気の流れについて説明する図である。図１１（ａ）は、カラーホイール装置２００の平面図であり、（ｂ）は、カラーホイール装置２００の側面図である。
図１１に示すようにカラーホイール２１が回転すると、カラーホイール２１のホイールモータ側は、第一気流発生部２０４により、回転中心から放射状にカラーホイール２１のモータ側の面に沿って流れる気流Ｘが発生する。これにより、カラーホイール２１のモータ側の面のいずれの箇所であっても、チリや埃が近づいてくると、その気流Ｘにより、カラーホイールの外周へ流され、カラーホイール２１の外へ運ばれる。その結果、カラーホイール２１のモータ側の面にチリや埃が付着するのを阻止することができる。

また、カラーホイール２１のモータと反対側は、第一気流発生部２０４により、回転中心から放射状にカラーホイール２１のモータと反対側の面に沿って流れる気流Ｘが発生する。これにより、カラーホイール２１のモータと反対側の面にチリや埃が近づいてくると、その気流Ｘにより、カラーホイールの外周へ流され、カラーホイール２１の外へ運ばれる。その結果、カラーホイール２１のモータと反対側の面にチリや埃が付着するのを阻止することができる。

また、カラーホイールの停止時に、カラーホイールにチリや埃が付着しても、上記カラーホイールの表面に沿って回転中心から放射状に流れる気流Ｘにより吹き飛ばして除去することができる。
これにより、カラーホイール２１表面に付着したチリや埃による投射画像の輝度低下を抑制でき、投射画像の品質低下を抑制することができる。

また、回転中心からカラーホイール２１の表面に沿って放射状に流れる気流Ｘにより、カラーホイール２１全体を空冷することができる。これにより、カラーホイール２１が高温となるのを抑制することができ、カラーホイール２１が熱変形するのを抑制することができる。

また、第一気流発生部により、回転中心から放射状に空気を流すことにより、カラーホイール２１のモータ側の回転中心付近が負圧となる。その結果、ホイールモータ２１ａから、カラーホイール２１の回転中心に向って流れる気流Ｘ２が発生する。これにより、ホイールモータ２１ａが、この気流Ｘ２により空冷され、ホイールモータ２１ａが高温となるのを抑制することができる。その結果、カラーホイール２１を安定的に回転することができ、投射画像の劣化を抑制することができる。

また、本実施形態では、押さえ板２０１ｂを金属で構成している。これにより、押さえ板２０１ｂと一体で形成された金属からなる各気流発生部２０４,２０５の凸状部２０４ａ,２０５ａが放熱フィンのような働きをし、カラーホイールの熱を凸状部で放熱することができる。これにより、カラーホイールの温度上昇をより一層抑制することができる。

また、本実施形態においては、冷却ファンなどの送風手段を設けずに、カラーホイール２１およびホイールモータ２１ａを冷却することができ、送風手段を設ける構成に比べて、装置のコストダウンを図ることができる。また、送風手段を設ける構成に比べて、装置の小型化を図ることができる。

また、特開２００９−７５５８８号公報には、法線方向に延びる複数のフィンが等間隔に設けられたリング状の放熱部材をホイールモータの回転軸に固定したカラーホイール装置が記載されている。カラーホイールを回転駆動させると、放熱部材が回転し、放熱部材のフィンが空気を押し出して回転中心から放射状に流れる気流が発生する。しかし、このホイールユニットは、カラーホイールと放熱部材とを回転軸方向に離間して設けている。よって、このカラーホイール装置では、放射状に流れる気流が、カラーホイールから回転軸方向に離れた位置で発生する。従って、このカラーホイール装置の構成では、カラーホイール表面には、回転中心から放射状に流れる気流が発生せず、カラーホイール表面へのチリや埃の付着を阻止することができない。

また、各気流発生部２０４,２０５の凸状部２０４ａ,２０５ａの形状は、図１０に示す形状に限られない。例えば、図１２に示すように、図１０に示す構成にくらべて、凸状部の本数を増やしてもよい。これにより、回転中心からカラーホイール２１の表面に沿って放射状に流れる気流の流量を増やすことができる。その結果、良好にカラーホイール２１へのチリや埃の付着を阻止することができ、かつ、良好にカラーホイール２１に付着したチリや埃を吹き飛ばすことができる。また、カラーホイール２１を良好に空冷することができる。また、第一気流発生部２０４の凸状部２０４ａの数を増やすことで、ホイールモータ２１ａから、カラーホイール２１の回転中心に向う気流の流量も増やすことができ、ホイールモータ２１ａを良好の空冷することができる。

また、先の図１０、図１２に示した各気流発生部２０４,２０５の凸状部２０４ａ,２０５ａは、中央が両端よりも回転方向下流側に位置するような円弧形状をしているが、図１３に示すように、凸状部２０４ａ,２０５ａを直線形状としてもよい。
また、各気流発生部２０４,２０５の凸状部２０４ａ,２０５ａを図１４に示すような形状としてもよい。かかる構成とすることで、図１４（ｂ）に示すＭの範囲で空気を押し出すことができ、効率よく放射状の気流を発生させることができる。また、各気流発生部２０４,２０５の凸状部２０４ａ,２０５ａを図１５に示すような形状としてもよい。この図１５に示す凸状部２０４ａ,２０５ａの形状は、回転方向上流側から下流側へ向けて徐々に高さが高くなるような形状である。

また、図１６に示すように、気流発生部２０４を、相似形の四角形状の複数の凸状部２０４ａを、同心状に配置したものでもよい。図１７は、図１６に示すカラーホイール装置の側面図である。図１７に示すように、この気流発生部２０４においては、回転中心側の凸状部ほど、押さえ板２０１ｂからの高さが高くなっている。

この図１６、図１７に示す構成でも、図１６の矢印Ｘに示すように、四角形状の凸状部２０４ａの各辺で空気を外側へ押し出すことができ、回転中心からカラーホイール２１の表面に沿って放射状に流れる気流を発生させることができる。また、図１６、図１７に示す構成では、凸状部の放熱容量を増やすことができ、カラーホイール２１の熱を凸状部２０４ａで良好に放熱することができる。また、図１６、図１７に示す例では、各凸状部２０４ａを四角形状であるが、多角形状であれば、同様の機能を発揮することができる。

また、上述では、回転光学素子としてのカラーホイールに本発明を適用した例について説明したが、回転光学素子として蛍光ホイールに本発明を適用することができる。
図１８は、蛍光ホイール３０４の正面図である。
蛍光ホイール３０４は、金属などの円盤状の基盤３０４Ａの一方の盤面上に、蛍光体が周方向に成膜された構造になっている。詳しくは、蛍光ホイール３０４上には、互いに異なる複数の波長帯域の光を蛍光する複数種類の蛍光体層、具体的には、赤蛍光体層３０４Ｒと黄蛍光体層３０４Ｙと緑蛍光体層３０４Ｇとが設けられている。これら蛍光体層に青色レーザー光Ｂが照射される。赤蛍光体層３０４Ｒは、青色波長帯域の光Ｂが照射されると、赤色の波長帯域の光Ｒを射出する蛍光体を含んだ層である。同様に、緑蛍光体層３０４Ｇ及び黄蛍光体層３０４Ｙは、青色波長帯域の光Ｂが照射されると、それぞれ、緑色及び黄色の波長帯域の光Ｇ，Ｙを射出する蛍光体が含まれている。また、蛍光ホイール３０４の基盤３０４Ａの一部には、照射される青色レーザー光Ｂが透過するための透過部３０４Ｃが、例えば基盤を切り欠くなどの方法で設けられている。蛍光ホイール３０４上には、各蛍光体層３０４Ｒ，３０４Ｙ，３０４Ｇ及び透過部３０４Ｃが、半周に１つずつ、合計２つずつ配置されている。また、この蛍光ホイール３０４の基盤３０４Ａの回転中心付近には、気流発生部２０４Ａが形成されている。この例では、基盤３０４Ａに直接、気流発生部２０４Ａが形成されているが、凸状部が形成された円盤状の気流発生部材を、基盤３０４Ａに接着固定して、蛍光ホイール３０４に気流発生部を形成してもよい。

図１９は、蛍光ホイール３０４が用いられる光源装置３００を示す概略図である。
ＬＤモジュール３０２から射出される複数の青色レーザー光Ｂは、第一集光光学系３０６Ａによって集光される。第一集光光学系３０６Ａによって集光された青色レーザー光Ｂは、第一ダイクロイックミラー３０７Ａを通して第二集光光学系３０６Ｂによって更に集光される。その後、回転光学素子装置たる蛍光ホイールユニット３２０の蛍光ホイール３０４に導かれる。蛍光ホイール３０４は、ホイールモータ３０５により回転駆動している。第二集光光学系３０６Ｂを通して導かれた青色レーザー光Ｂが、回転駆動する蛍光ホイール３０４上の赤蛍光体層３０４Ｒを照射する期間では赤色波長帯域の光Ｒが生成される。また、緑蛍光体層３０４Ｇを照射する期間では緑色波長帯域の光Ｇが生成される。また、黄蛍光体層３０４Ｙを照射する期間では黄色波長帯域の光Ｙが生成され、透過部３０４Ｃを透過する期間では青色レーザー光Ｂが蛍光ホイール３０４を透過する。

各蛍光体層３０４Ｒ，３０４Ｙ，３０４Ｇで生成された各色波長帯の光Ｒ，Ｙ，Ｇは、第二集光光学系３０６Ｂによって集光され、第一ダイクロイックミラー３０７Ａに導かれる。第一ダイクロイックミラー３０７Ａは、青色の波長帯域光Ｂを透過し、その他の波長帯域光を反射する特性を備える。よって、ＬＤモジュール３０２から射出される青色レーザー光Ｂについては、第一ダイクロイックミラー３０７Ａを透過する。しかし、蛍光ホイール３０４上の各蛍光体層３０４Ｒ，３０４Ｙ，３０４Ｇで生成された各色波長帯の光（青色波長帯域とは別の波長帯域の光）Ｒ，Ｙ，Ｇは、第一ダイクロイックミラー３０７Ａで反射される。第一ダイクロイックミラー３０７Ａで反射した各蛍光体層３０４Ｒ，３０４Ｙ，３０４Ｇからの光Ｒ，Ｙ，Ｇは、第一リレーレンズ３０８Ａ、第一反射ミラー３０９Ａ、第二リレーレンズ３０８Ｂを通して第二ダイクロイックミラー３０７Ｂに導かれる。第二ダイクロイックミラー３０７Ｂは、青色の波長帯域光Ｂを反射し、その他の波長帯域光を透過する特性を備える。よって、各蛍光体層３０４Ｒ，３０４Ｙ，３０４Ｇからの光Ｒ，Ｙ，Ｇは、第二ダイクロイックミラー３０７Ｂを透過し、第４リレーレンズ３０８Ｄを通して本光源装置３００から外部へ出力される。

一方、蛍光ホイール３０４上の透過部３０４Ｃを通過した青色レーザー光Ｂは、第３集光光学系３０６Ｃによって集光され、第二反射ミラー３０９Ｂ及び第３リレーレンズ３０８Ｃを通して第二ダイクロイックミラー３０７Ｂに導かれる。上述したとおり、第二ダイクロイックミラー３０７Ｂは、青色の波長帯域光Ｂを反射する特性を備える。よって、第二ダイクロイックミラー３０７Ｂに導かれる青色レーザー光Ｂは、第二ダイクロイックミラー３０７Ｂで反射し、第４リレーレンズ３０８Ｄを通して本光源装置３００から外部へ出力される。

このように、回転駆動する蛍光ホイール３０４の半周期に相当する周期で、ＬＤモジュール３０２からの青色レーザー光Ｂ、蛍光ホイール３０４上の赤蛍光体層３０４Ｒからの赤色光Ｒ、蛍光ホイール３０４上の黄蛍光体層３０４Ｙからの黄色光Ｙ、蛍光ホイール３０４上の緑蛍光体層３０４Ｇからの緑色光Ｇが、光源装置３００の同一箇所から順次出力される。

光源装置３００から順次出力されたＲ,Ｙ,Ｇ,Ｂの光は、ＤＭＤなどの画像形成素子に照射され、画像生成素子にて変調された光が、投射光学系にて投射面などの投射面に投写される。

図１８に示すように、気流発生部２０４Ａを設けることにより、回転中心から蛍光ホイールの各蛍光体層３０４Ｒ，３０４Ｙ，３０４Ｇを有する面に沿って放射状に流れる気流が発生し、蛍光体層にチリや埃が付着するのを抑制することができる。また、気流により、蛍光ホイール３０４を良好に空冷することができる。また、蛍光ホイール３０４のホイールモータ３０５と対向する面にも気流発生部を設けることで、蛍光ホイールのホイールモータ側の面も空冷することができ、より一層蛍光ホイールを空冷することができる。また、ホイールモータ３０５から蛍光ホイール３０４の回転中心に向う気流が発生し、この気流でホイールモータ３０５を空冷することができる。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、以下の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様１）
回転するカラーホイール２１などの回転光学素子を備えたカラーホイール装置などの回転光学素子ユニットにおいて、回転光学素子の回転中心から放射状に流れる気流を発生させる気流発生部などの気流発生手段を、前記回転光学素子の有効領域外（本実施形態では押さえ板２０１ｂ）に設けた。
特許文献１に記載の画像投射装置において、カラーホイールなどの回転光学素子にチリや埃が付着する理由は、以下のとおりである。すなわち、回転光学素子へ流す空気とともに回転光学素子へ移動してきたチリや埃は、回転光学素子に流れる空気とともに、回転光学素子の表面を移動した後、その空気とともに回転光学素子から流れ出る。回転光学素子から流れ出たチリや埃は、回転光学素子の周囲を漂い、回転光学素子の表面へと再度、移動してくる。
特許文献１に記載の画像投射装置は、上述したように、回転光学素子の外周から回転光学素子に空気を流し込んでいる。この回転光学素子の外周から流れ込んできた空気は、回転光学素子表面との粘性抵抗により回転光学素子の回転方向に沿って流れながら、回転光学素子の遠心力により外側へ流れていき、回転光学素子から流れ出る。そのため、回転光学素子へ流れ込んできた空気は、回転光学素子の表面の外周側の一部にしか流れない。回転光学素子の周囲を漂い、回転光学素子の表面へと移動したきたチリや埃のうち、空気の流れがある箇所に移動してきたチリや埃は、回転光学素子に流れ込んできた空気の流れにより流され回転光学素子へ付着することがない。しかし、上述した空気の流れがない箇所へ移動してきたチリや埃は、空気の流れで流されることなく、回転光学素子の表面に付着してしまうのである。
これに対し、態様１では、気流発生手段により、カラーホイール２１などの回転光学素子の回転中心から放射状に流れる気流を発生させている。このように、回転中心から放射状に空気を流すので、回転光学素子の外周から空気を流す特許文献１に記載の画像投射装置とは異なり、回転光学素子表面全域で回転中心から外周へ向う気流を発生させることができる。これにより、回転光学素子の表面のいずれの箇所においても、回転光学素子の表面に近づいてきたチリや埃を、この回転中心から放射状に流れる気流により回転光学素子の外周へ運んで、外周から放出することができる。その結果、回転光学素子の表面全域で、チリや埃が付着するのを阻止することができ、投射画像の品質が低下するのを抑制することができる。

（態様２）
（態様１）において、第一気流発生部２０４などの気流発生手段は、カラーホイール２１などの回転光学素子を回転駆動させるホイールモータ２１ａなどの駆動源から回転光学素子の回転中心に流れる第二の気流Ｘ２を発生させる。
これによれば、実施形態で説明したように、第二の気流Ｘ２でホイールモータ２１ａなどの駆動源を空冷することができ、駆動源の温度上昇を抑制することができる。これにより、カラーホイール２１などの回転光学素子を安定的な回転を維持することができ、投射画像の劣化を抑制することができる。

（態様３）
（態様１）または（態様２）において、カラーホイール２１などの回転光学素子のホイールモータ２１ａなどの駆動源と対向する対向面と反対側の面に沿って放射状に流れる気流を発生させる第二気流発生部２０５などの第二気流発生手段を備える。
これによれば、実施形態で説明したように、カラーホイール２１などの回転光学素子のホイールモータ２１ａなどの駆動源と対向する対向面と反対側の面に近づいてきたチリや埃を、第二気流発生部２０５などの第二気流発生手段により発生させた気流によりカラーホイールの外周へ運び出し、回転光学素子の駆動源と対向する対向面と反対側の面にチリや埃が付着するのを阻止することができる。また、回転光学素子の回転が停止しているときに、この反対側の面に付着したチリや埃を上記気流により吹き飛ばして除去することができる。これにより、この反対側の面に付着したチリや埃により、回転光学素子を通過した光束の輝度が低下するのを抑制することができ、投射画像の劣化を抑制することができる。

（態様４）
（態様１）乃至（態様３）いずれかにおいて、気流発生部などの気流発生手段を、金属材料で構成した。
これによれば、実施形態で説明したように、気流発生部などの気流発生手段により、カラーホイール２１などの回転光学素子の熱を放熱することができ、カラーホイールの温度上昇を抑制することができる。

（態様５）
（態様１）乃至（態様４）いずれかにおいて、カラーホイール２１などの回転光学素子が、円形状である。
これによれば、気流発生手段による回転中心から放射状に流れる気流を、回転光学素子表面に沿って良好に流すことができる。

（態様６）
（態様５）において、回転光学素子が、カラーホイールまたは蛍光ホイールである。
これによれば、カラーホイールを透過または蛍光ホイールを反射した光束の輝度の低下を抑制でき、かつ、カラーホイールまたは蛍光ホイールの温度上昇を抑制することができる。

（態様７）
カラーホイール装置２００などの回転光学素子ユニットを備え、上記回転光学素子ユニットのカラーホイール２１などの回転光学素子から光を、投射画像を生成するＤＭＤなどの画像生成素子に照射する照明部２０などの照明装置において、上記回転光学素子ユニットとして、（態様１）乃至（態様６）いずれかの回転光学素子ユニットを用いた。
これによれば、良好な投射画像を生成することができる照明装置を提供することができる。

（態様８）
放電ランプ６１などの光源と、光源からの光を、投射画像を生成するＤＭＤなどの画像生成素子へ照射する照明部２０などの照明手段とを備え、画像生成素子で生成された投射画像を投射面に投射するプロジェクタ１などの画像投射装置において、照明手段として、（態様７）の照明装置を用いた。
これによれば、良好な投射画像を投射することができる画像投射装置を提供することができる。

１：プロジェクタ
２：投射面
１０：光変調部
２０：照明部
２１：カラーホイール
２１ａ：ホイールモータ
３０：第一投射光学系
３１：投射レンズ部
４０：第二投射光学系
４１：折り返しミラー
４２：曲面ミラー
６０：光源部
６１：放電ランプ
７０：第一光学系
１００：光学エンジン部
１０１：画像形成部
１０２：投射光学部
２００：カラーホイール装置
２０１ａ：フィルタ部材
２０１ｂ：押さえ板
２０２：制御基板
２０４ 第一気流発生部
２０４ａ：凸状部
２０４Ａ：気流発生部
２０５：第二気流発生部
２１０ａ：モータ軸
３００：光源装置
３００ 本光源装置
３０４：蛍光ホイール
３０４Ａ：基盤
３０４Ｒ，３０４Ｙ，３０４Ｇ：蛍光体層
３０５：ホイールモータ
３２０：蛍光ホイールユニット

特開２００７−３１６３１９号公報

Claims (8)

1. 回転光学素子を備えた回転光学素子装置において、
   前記回転光学素子の回転中心から放射状に流れる気流を発生させる気流発生手段を、前記回転光学素子の有効領域外に設けたことを特徴とする回転光学素子装置。
2. 請求項１に記載の回転光学素子装置において、
   前記気流発生手段は、前記回転光学素子を回転駆動させる駆動源から前記回転光学素子の回転中心に流れる第二の気流を発生させることを特徴とする回転光学素子装置。
3. 請求項１または２に記載の回転光学素子装置において、
   前記回転光学素子の前記駆動源と対向する対向面と反対側の面に沿って放射状に流れる気流を発生させる第二気流発生手段を備えることを特徴とする回転光学素子装置。
4. 請求項１乃至３いずれかに記載の回転光学素子装置において、
   前記気流発生手段を、金属材料で構成したことを特徴とする回転光学素子装置。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の回転光学素子装置において、
   前記回転光学素子が、円形状であることを特徴とする回転光学素子装置。
6. 請求項５に記載の回転光学素子装置において、
   前記回転光学素子が、カラーホイールまたは蛍光ホイールであることを特徴とする回転光学素子装置。
7. 回転光学素子装置を備え
   上記回転光学素子装置の回転光学素子からの光を、投射画像を生成する画像生成素子に照射する照明装置において、
   上記回転光学素子装置として、請求項１乃至６いずれかに記載の回転光学素子装置を用いたことを特徴とする照明装置。
8. 光源と、
   光源からの光を、投射画像を生成する画像生成素子へ照射する照明手段とを備え、
   前記画像生成素子で生成された投射画像を投射面に投射する画像投射装置において、
   前記照明手段として、請求項７に記載の照明装置を用いたことを特徴とする画像投射装置。

Images