JP2024003641A - Optical unit and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学ユニット、および表示装置に関する。 The present invention relates to an optical unit and a display device.
レーザ光源と、蛍光体ホイール(波長変換部の一例)と、を用いたプロジェクタ光源等の光源ユニットが開発されている。特許文献1には、蛍光体ホイールの発光効率を最適な状態で保つことを目的とし、蛍光体ホイールの回転制御、または、1つのファンで、複数の蛍光体ホイールを冷却する冷却機構を搭載した光源技術が開示されている。
Light source units such as projector light sources that use a laser light source and a phosphor wheel (an example of a wavelength conversion unit) have been developed.
上記のプロジェクタ光源では、複数の蛍光体ホイールの冷却を1つのファン(気流発生部の一例)が担っているが、それぞれの蛍光体ホイールの温度状況に合わせた効率的な冷却が困難である。また、それぞれの蛍光体ホイールに合わせた冷却機構を実装するとプロジェクタ光源の大きさの増大、部品点数が増加する恐れがある。 In the above-mentioned projector light source, one fan (an example of an airflow generation part) is responsible for cooling the plurality of phosphor wheels, but it is difficult to efficiently cool each phosphor wheel according to its temperature condition. Furthermore, if a cooling mechanism is installed to suit each phosphor wheel, there is a risk that the size of the projector light source and the number of parts will increase.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の波長変換部を内蔵する光源ユニットにおいて、光源ユニットのサイズの増大を抑えつつ各波長変換部の温度状態に最適化した冷却を達成することができる光学ユニット、および表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and achieves cooling optimized for the temperature state of each wavelength conversion section while suppressing an increase in the size of the light source unit in a light source unit incorporating a plurality of wavelength conversion sections. An object of the present invention is to provide an optical unit and a display device that can perform the following steps.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源が生じるレーザ光の波長と異なる波長のレーザ光を発生する少なくとも2つの波長変換部と、気流を発生させる気流発生部と、前記気流発生部から生じる気流を前記波長変換部へ導くダクト構造と、を有し、前記ダクト構造は、前記気流発生部から生じる気流を少なくとも2方向へ分断させる構造部を有する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objects, the present invention includes a laser light source, at least two wavelength converters that generate laser light of a wavelength different from the wavelength of the laser light generated by the laser light source, and an air flow. and a duct structure that guides the airflow generated from the airflow generation section to the wavelength conversion section, and the duct structure is a structure that divides the airflow generated from the airflow generation section into at least two directions. has.
本発明によれば、複数の波長変換部を内蔵する光源ユニットにおいて、光源ユニットのサイズの増大を抑えつつ各波長変換部の温度状態に最適化した冷却を達成することができる、という効果を奏する。 According to the present invention, in a light source unit incorporating a plurality of wavelength conversion sections, it is possible to achieve cooling optimized for the temperature state of each wavelength conversion section while suppressing an increase in the size of the light source unit. .
以下に添付図面を参照して、光学ユニット、および表示装置の実施の形態を詳細に説明する。 Embodiments of an optical unit and a display device will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施の形態にかかる表示装置を適用した投射装置の概略構成図である。本実施の形態にかかる投射装置1は、プロジェクタ等の表示装置の一例であり、筐体10と、光源装置20と、光均一化素子30と、照明光学系40と、画像形成素子(画像表示素子)50と、投射光学系60と、を有している。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projection device to which a display device according to the present embodiment is applied. The
筐体10は、光源装置20と、光均一化素子30と、照明光学系40と、画像形成素子50と、投射光学系60と、を収納する。
The
光源装置20は、例えば、RGBの各色に対応する波長を含んだレーザ光を出射する。光源装置20の内部構成については、後に詳細に説明する。
The
光均一化素子30は、光源装置20から出射されたレーザ光をミキシングすることで均一化する。光均一化素子30としては、例えば、4枚のミラーを組み合わせたライトトンネル、ロッドインテグレータ、フライアイレンズ等が用いられる。
The light homogenizing
照明光学系40は、光均一化素子30が均一化した光で画像形成素子50を略均一に照明する。照明光学系40は、例えば、1枚以上のレンズや1面以上の反射面等を有している。
The illumination optical system 40 illuminates the
画像形成素子50は、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル等のライトバルブを有している。画像形成素子50は、照明光学系40により照明される光(光源装置20の光源光学系からのレーザ光)を変調することにより画像を形成する。すなわち、画像形成素子50は、光源装置20により形成される像の画素毎の光をオンオフして、画像を形成する空間変調器の一例として機能する。
The
投射光学系60は、画像形成素子50が形成した画像をスクリーン(被投射面)70に拡大投射する。投射光学系60は、例えば、1枚以上のレンズを有している。
The projection
図2は、本実施の形態にかかる投射装置の光源装置の構成の一例を示す図である。本実施の形態にかかる光源装置20(光源ユニットの一例)は、波長変換光源部A,Bを有する。以下の説明では、波長変換光源部Aの構成について説明するが、波長変換光源部Bも同様の構成を有するものとする。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the light source device of the projection device according to the present embodiment. The light source device 20 (an example of a light source unit) according to this embodiment includes wavelength conversion light source sections A and B. In the following description, the configuration of the wavelength conversion light source section A will be explained, but it is assumed that the wavelength conversion light source section B also has a similar configuration.
波長変換光源部Aは、2×4個の半導体レーザを含むレーザ光源1aを有する。レーザ光源1aから発したレーザ光(光線、光源光)は、コリメータレンズCLに集光され、集光素子L1,L2の光学系によって、ダイクロイックミラーDMに導かれる。ダイクロイックミラーDMに導かれた光源光は、当該ダイクロイックミラーDMによって反射され、基板C上に形成された波長変換部2a(例えば、蛍光体)の第1波長変換領域A1に照射される。
The wavelength conversion light source section A has a
光源光が到達する波長変換部2aの波長変換領域(第1波長変換領域A1)の像は、光学素子L3,L4およびミラーM1,M2等によって、結像関係にある共役位置に結像される。共役位置は、図2に示している第1波長変換領域A1に位置する波長変換光の像(第1波長変換光の像)が形成される位置である。ここで、波長変換光は、波長変換素子F1により波長が変換された光である。
The image of the wavelength conversion area (first wavelength conversion area A1) of the
一方、上記波長変換部2aの第1波長変換領域A1とは別の波長変換部(蛍光体)2bの第2波長変換領域A2には、レーザ光源1bからの光源光が照射され、第2波長変換領域A2と共役な位置関係となる波長変換光の像(第2波長変換光の像)が、光学素子L3,L4およびミラーM1,M2等によって、第1波長変換光の像に隣接(または重畳)して形成される。
On the other hand, the second wavelength conversion area A2 of the wavelength conversion unit (phosphor) 2b, which is different from the first wavelength conversion area A1 of the
第1波長変換光の像と第2波長変換光の像が合わさった一つの像は、破線で示した光均一化素子30の入射開口部に位置しているので、このあと、光均一化素子30内部で反射されて均一化される。
One image in which the image of the first wavelength converted light and the image of the second wavelength converted light are combined is located at the entrance aperture of the light homogenizing
レーザ光源1a,1bは、青色,紫外領域等、波長変換部2a,2bの励起光を出射する光源であれば良い。具体的には、レーザ光源1a,1bは、第1波長変換領域A1および第2波長変換領域A2のそれぞれに同じタイミングで光を照射する複数の励起光源の一例として機能する。本実施の形態では、レーザ光源1a,1bは、1つのLDを有していても良いし、LDを複数列に並べて全体が矩形になるように配列したLDアレイであっても良い。また、本実施の形態では、レーザ光源1a,1bは、2×4の8個のLDアレイであるが、マルチチップタイプであっても良い。また、本実施の形態では、同一の光源をレーザ光源1a,1bとして用いているが、4×4個のLDを、半分をミラーで分岐したり、ハーフミラーで分離したりして、2つのレーザ光源としても良い。
The
また、本実施の形態では、波長変換部2a,2bの第1波長変換領域A1と第2波長変換領域A2は、それぞれ別の基板C上に形成された波長変換部で構成されているが、これに限定するものではなく、同一の基板C上に形成されていても良い。基板Cの好適な構成としては、円盤状の熱伝導率が蛍光体より高い基板、例えば、セラミックスや金属等の基板上に蛍光体が塗布あるいは、接着部材で固定されていることが好ましい。また、基板Cは、円盤状にし、その中心を中心軸として回転させ、円周に沿って蛍光体(波長変換部2a,2b)を形成し、回転により蛍光体(波長変換部2a,2b)が移動させるような蛍光体ホイール状としても良い。
Further, in this embodiment, the first wavelength conversion area A1 and the second wavelength conversion area A2 of the
図3は、本実施の形態にかかる光源装置の構成の一例を説明するための図である。本実施の形態にかかる光源装置20は、プロジェクタ光学ユニット等である。具体的には、光源装置20は、図3に示すように、レーザ光源1a,1bと、波長変換部2a,2bと、気流発生装置3と、ダクト構造4と、光源容器5と、を有する光源ユニットの一例である。本実施の形態にかかる光源装置20は、当該光源装置20から生じる光を画像形成素子50(画像形成部の一例)に照射し、当該画像形成素子50により形成される画像を投射する光学系の一例である投射光学系60を備えたプロジェクタ等の表示装置に適用可能である。
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the configuration of the light source device according to this embodiment. The
光源容器5は、レーザ光源1a,1b、波長変換部2a,2b、気流発生装置3、およびダクト構造4を収納する筐体である。レーザ光源1a,1bは、レーザ光(励起光)を発射(照射)するレーザ光源の一例である。
The
波長変換部2aは、レーザ光源1aから発射されたレーザ光の波長とは異なる波長のレーザ光を発生する波長変換部の一例である。波長変換部2bは、レーザ光源1bから発射されたレーザ光の波長とは異なる波長のレーザ光を発生する波長変換部の一例である。本実施の形態では、光源装置20は、2つの波長変換部2a,2bを有しているが、少なくとも2つの波長変換部を有するものであれば良く、3つ以上の波長変換部を有していても良い。
The
気流発生装置3は、シロッコファン等、光源容器5内に気流を発生させる気流発生部の一例である。ダクト構造4は、気流発生装置3から生じる気流を波長変換部2a,2bに導くダクト構造の一例である。また、ダクト構造4は、気流発生装置3から生じる気流を少なくとも2つの方向へ分断する構造部4a(例えば、仕切り板)を有する。これにより、波長変換部2a,2bのそれぞれの温度状況に合わせて、1つの気流発生装置3から発生する気流を分断して波長変換部2a,2bを冷却できる。その結果、複数の波長変換部2a,2bを内蔵する光源装置20において、当該光源装置20のサイズの増大を抑えつつ各波長変換部2a,2bの温度状態に最適化した冷却を達成することができる。
The
波長変換部2a,2bは、レーザ光源1a,1bからの励起光(レーザ光)の照射により発熱するが、気流発生装置3からの送風により冷却される。気流発生装置3からの送風は、ダクト構造4が有する構造部4aにより多方向へ分割され、それぞれの波長変換部2a,2bに衝突する。このダクト構造4が有する構造部4aによる冷却風の分断により、1つの気流発生装置3で複数の波長変換部2a,2bを冷却することが可能となる。
The
図4は、本実施の形態にかかるプロジェクタ光源ユニットの具体的の構成の一例を示す図である。本実施の形態では、気流発生装置3には、シロッコファンを用いても良い。また、波長変換部2a,2bには、蛍光体ホイールを用いても良い。また、ダクト構造4が有する構造部4aは、気流発生装置3から生じる気流を2方向へ分断させる。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a specific configuration of the projector light source unit according to this embodiment. In this embodiment, a sirocco fan may be used as the
図5は、本実施の形態にかかる光源装置の制御ブロックの一例を示す図である。本実施の形態にかかる光源装置20は、図5に示すように、制御部301、温度センサ302、温度センサ303、およびダクト構造内風量調整部304を有する。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a control block of the light source device according to this embodiment. As shown in FIG. 5, the
ダクト構造内風量調整部304は、アクチュエータ等であり、構造部4aを制御して、気流発生装置3から生じる気流を分断する割合(風量割合)を任意に変更する変更部の一例である。温度センサ302は、波長変換部2aに取り付けられ、当該波長変換部2aの温度を検出する温度センサである。温度センサ303は、波長変換部2bに取り付けられ、当該波長変換部2bの温度を検出する温度センサである。すなわち、温度センサ302,303は、波長変換部2a,2bのそれぞれの温度を検出する温度センサの一例である。
The duct structure air
制御部301は、温度センサ302,303のそれぞれによる温度の検出結果に基づいてダクト構造内風量調整部304を制御して、構造部4aにより分断する風量割合を制御する制御部の一例である。これにより、波長変換部2a,2bの温度に合わせて、波長変換部2a,2bのそれぞれへの冷却風の風量を制御することができる。
The
具体的には、制御部301は、温度センサ302または温度センサ303により検出される温度が規定の温度を超過した場合、前記規定の温度より高い温度が検出された波長変換部への風量割合を大きくする。ここで、規定の温度は、波長変換部2a,2bの定格温度であっても良い。これにより、波長変換部2a,2bの温度が定格温度を超えることを防止できる。
Specifically, when the temperature detected by the
また、制御部301は、レーザ光源1a,1bのそれぞれから発射される励起光の出力に応じてダクト構造内風量調整部304を制御して、波長変換部2a,2bのそれぞれへの冷却風の風量(風量割合)を制御することも可能である。これにより、レーザ光源1a,1bの出力に応じて波長変換部2a,2bの温度が変化した場合でも、その変化に対応して波長変換部2a,2bの冷却条件を対応させることができる。すなわち、波長変換部2a,2bへ照射される励起光の出力に合わせた効率的な冷却が可能となる。
Further, the
図6は、本実施の形態にかかる光源装置が有する制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。制御部301は、図6に示すように、CPU(Central Processing Unit)241と、ROM(Read Only Memory)242と、RAM(Random Access Memory)243と、I/Oポート244と、バスライン245と、を備えている。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the control section included in the light source device according to the present embodiment. As shown in FIG. 6, the
CPU241は、ROM242に記憶されたプログラムを実行することにより、順次,分岐,反復処理等を実行する演算装置である。ROM242は、CPU241で実行されるプログラム等が記憶された不揮発性記憶装置である。RAM243は、CPU241の動作のワークエリア(作業領域)として機能するメモリである。バスライン245は、CPU241等の各構成要素を電気的に接続するためのアドレスバスやデータバス等である。
The CPU 241 is an arithmetic device that sequentially executes branching, repeating processing, etc. by executing programs stored in the ROM 242 . The ROM 242 is a nonvolatile storage device that stores programs and the like executed by the CPU 241. The
I/Oポート244は、ロータリーエンコーダの出力信号が入力され、モータドライバを介してモータの制御を行うための制御信号を出力するインターフェースである。上記で説明した実施の形態の各機能のうち、制御部301で実行される機能は、一または複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における制御部301とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサ、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたASIC(Application Specific Integrated Circuit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。
The I/O port 244 is an interface that receives the output signal of the rotary encoder and outputs a control signal for controlling the motor via the motor driver. Among the functions of the embodiment described above, the functions executed by the
図7および図8は、本実施の形態にかかる光源装置が有する放熱部の一例を説明するための図である。本実施の形態では、光源装置20は、図7,8に示すように、冷却風を送風する気流発生装置3(例えば、シロッコファン)の吸気口前に、プロジェクタ光源ユニットの外部と熱的に接続されたフィン形状6(放熱部の一例)を有する。ここで、フィン形状6は、気流発生装置3の吸気流路上に設けられ、光源装置20の外部と熱的に接続されている放熱部の一例である。これにより、光源装置20内の空気を、ダクト構造4に吸気される際に外部へ熱を逃がすことができるので、より低温度の冷却風を用いた波長変換部2a,2b(例えば、蛍光体ホイール)の冷却が可能となる。すなわち、波長変換部2a,2bへ供給する風の温度を下げることができる。
7 and 8 are diagrams for explaining an example of a heat dissipation section included in the light source device according to this embodiment. In this embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the
図9は、本実施の形態にかかる光源装置による風量割合の制御処理の流れの一例について説明するための図である。まず、温度センサ302,303が、波長変換部2a,2bの温度を検出する(ステップS901)。次いで、制御部301は、温度センサ302または温度センサ303により検出される温度が規定の温度を超過したか否かを判断する(ステップS902)。
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the flow of the air volume ratio control process by the light source device according to the present embodiment. First, the
温度センサ302または温度センサ303により検出される温度が規定の温度を超過した場合(ステップS902:Yes)、制御部301は、規定の温度を超過した温度が検出された波長変換部への風量割合を大きくする(ステップS903)。一方、温度センサ302および温度センサ303により検出される温度が規定の温度以下である場合(ステップS902:No)、制御部301は、風量割合の制御処理を終了する。
If the temperature detected by the
このように、本実施の形態にかかる光源装置20によれば、波長変換部2a,2bのそれぞれの温度状況に合わせて、1つの気流発生装置3から発生する気流を分断して波長変換部2a,2bを冷却できる。その結果、複数の波長変換部2a,2bを内蔵するプロジェクタ光学ユニットにおいて、当該プロジェクタ光学ユニットのサイズの増大を抑えつつ各波長変換部2a,2bの温度状態に最適化した冷却を達成することができる。
As described above, according to the
本実施の形態は、例えば、以下の通りです。
<1>レーザ光源と、
前記レーザ光源が生じるレーザ光の波長と異なる波長のレーザ光を発生する少なくとも2つの波長変換部と、
気流を発生させる気流発生部と、
前記気流発生部から生じる気流を前記波長変換部へ導くダクト構造と、を有し、
前記ダクト構造は、前記気流発生部から生じる気流を少なくとも2方向へ分断させる構造部を有する、光源ユニット。
This embodiment is, for example, as follows.
<1> Laser light source,
at least two wavelength converters that generate laser light with a wavelength different from the wavelength of the laser light generated by the laser light source;
an airflow generation section that generates airflow;
a duct structure that guides the airflow generated from the airflow generation section to the wavelength conversion section,
In the light source unit, the duct structure has a structural part that divides the airflow generated from the airflow generation part into at least two directions.
<2>前記気流発生部から生じる気流を分断させる風量割合を任意に変更する変更部を有する、<1>に記載の光源ユニット。 <2> The light source unit according to <1>, further comprising a changing section that arbitrarily changes an air volume ratio at which the air flow generated from the air flow generation section is divided.
<3>前記波長変換部のそれぞれに温度センサが取り付けられており、
前記温度センサによる温度の検出結果に基づいて前記変更部を制御して、前記風量割合を変更する制御部を備える、<2>に記載の光源ユニット。
<3> A temperature sensor is attached to each of the wavelength conversion units,
The light source unit according to <2>, further comprising a control section that controls the changing section based on a temperature detection result by the temperature sensor to change the air volume ratio.
<4>前記制御部は、前記温度センサにより検出される温度が規定の温度を超過した場合、前記規定の温度より高い温度が検出された前記波長変換部への前記風量割合を大きくする、<3>に記載の光源ユニット。 <4> When the temperature detected by the temperature sensor exceeds a predetermined temperature, the control section increases the air volume ratio to the wavelength conversion section in which a temperature higher than the predetermined temperature is detected. 3>.
<5>前記レーザ光源から前記各波長変換部へのレーザ光の出力に応じて前記変更部を制御して、前記風量割合を変更する制御部を備える、<2>に記載の光源ユニット。 <5> The light source unit according to <2>, further comprising a control section that changes the air volume ratio by controlling the changing section according to the output of laser light from the laser light source to each of the wavelength conversion sections.
<6>前記気流発生部の吸気流路上に、前記光源ユニット外部と熱的に接続している放熱部を有する<1>~<5>のいずれか一つに記載の光源ユニット。 <6> The light source unit according to any one of <1> to <5>, further comprising a heat radiating section thermally connected to the outside of the light source unit on the intake flow path of the airflow generating section.
<7><1>から<6>いずれか一つに記載の光源ユニットから生じる光を画像形成部に照射し、その画像を投射する光学系を備えた表示装置。 <7> A display device including an optical system that irradiates an image forming section with light generated from the light source unit according to any one of <1> to <6> and projects the image.
1 投射装置
1a,1b レーザ光源
2a,2b 波長変換部
3 気流発生装置
4 ダクト構造
4a 構造部
5 光源容器
6 フィン形状
10 筐体
20 光源装置
30 光均一化素子
40 照明光学系
50 画像形成素子
60 投射光学系
241 CPU
242 ROM
243 RAM
244 I/Oポート
301 制御部
302,303 温度センサ
304 ダクト構造内風量調整部
1
242 ROM
243 RAM
244 I/
Claims (7)
前記レーザ光源が生じるレーザ光の波長と異なる波長のレーザ光を発生する少なくとも2つの波長変換部と、
気流を発生させる気流発生部と、
前記気流発生部から生じる気流を前記波長変換部へ導くダクト構造と、を有し、
前記ダクト構造は、前記気流発生部から生じる気流を少なくとも2方向へ分断させる構造部を有する、光源ユニット。 a laser light source;
at least two wavelength converters that generate laser light with a wavelength different from the wavelength of the laser light generated by the laser light source;
an airflow generation section that generates airflow;
a duct structure that guides the airflow generated from the airflow generation section to the wavelength conversion section,
In the light source unit, the duct structure has a structural part that divides the airflow generated from the airflow generation part into at least two directions.
前記温度センサによる温度の検出結果に基づいて前記変更部を制御して、前記風量割合を変更する制御部を備える、請求項2に記載の光源ユニット。 A temperature sensor is attached to each of the wavelength conversion units,
The light source unit according to claim 2, further comprising a control section that controls the changing section based on a temperature detection result by the temperature sensor to change the air volume ratio.
Priority Applications (1)
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JP2022102922A JP2024003641A (en) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | Optical unit and display device |
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