JP6015138B2 - 画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像投影装置に関し、光源からの光束を回転して反射する蛍光物質を有する金属基板の温度低減技術に関する。

画像投影装置が備えている投影光学系では、他の熱発生部分の冷却のように積極的に冷却はされることはないが、蛍光物質が塗布されて構成された反射部での反射の均質化と表面温度の上昇を抑えるため、金属基板をモータなどの駆動手段で回転させている。

しかし、反射部での反射の均質化と表面温度の上昇を抑えるためにモータの回転速度を上げても、その効果はある一定以上にはあがらない。これは回転反射部材と空気の相対速度をあげても、ある一定以上は空気への熱伝達が進まないこと、又熱伝達された空気の移動が少ないといったことに起因している。

画像投影装置の冷却技術としては、特許文献１−３に記載のように、画像投影装置全体を冷却するものが一般的である。

画像投影装置においては、光源の一形態であるレーザー光源から投影光学系に必要な光線を得るため、レーザー光源からの光の反射部による反射、周波数変換を行うとき、回転反射部材の反射部の表面温度上昇に伴う反射光出力の低減という現象が生じてしまう。また、反射部の表面温度が高い状態での使用は、反射部を構成する蛍光物質の耐久性能、寿命の劣化を招いてしまい、画像投影装置の明るさ、カラー性能の安定化、装置の長寿命化にとってマイナスとなってしまう。

本発明は、蛍光物質を有する金属基板の冷却効率を高めることで、安定した反射光出力を得られるとともに、カラー性能の安定化、装置の長寿命化を図れる画像投影装置を提供することを、その目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係る画像投影装置は、複数色の光源と、複数色の光源のうち、一色の光源からの光束が蛍光物質で構成されたリング状の反射部へ照射されることで周波数変調する金属基板と、金属基板を回転駆動する駆動手段を備え、金属基板における、金属基板の回転中心と反射部との間に配置され、画像生成時に駆動手段が回転したときに発生する空気流を反射部に案内する案内部を有し、案内部を有する面の反対側の面に、表面積を増大させたリング形状の放熱部が設けられ、放熱部は、反対側の面における反射部の領域を、放熱部の領域内に位置するように設けられたことを特徴としている。

本発明によれば、駆動手段の回転に伴い発生した送風が案内部によって案内され、金属基板の回転による空気面の移動以外に送風による空気の移動が反射部に加えられるので、金属基板の冷却効率を高めることできる。このため、画像投影装置において、安定した反射光出力を得られるとともに、カラー性能の安定化、装置の長寿命化を図ることができる。

本発明に係る画像投影装置の概略構成と光路の概略を示す図。 本発明に係る画像投影装置の主要部となる金属基板近傍の構成を示す拡大斜視図。 （ａ）は金属基板とカバー部材の構成を示す分解斜視図、（ｂ）は金属基板とカバー部材を組み込んだ状態と冷却風の流れを示す斜視図。 （ａ）は金属基板に形成した放熱部の構成を示す斜視図、（ｂ）は金属基板の断面図。 本発明に係る画像投影装置の主要部となる金属基板近傍の別な構成を示す拡大斜視図。 （ａ）は図５に示す金属基板とカバー部材の別な構成を示す分解斜視図、（ｂ）は金属基板とカバー部材を組み込んだ状態と冷却風の流れを示す斜視図。 （ａ）は放熱部を多重のリング状にした形態を示す図、（ａ）は放熱部を不連続なピン形状とした形態を示す図、（ｃ）は放熱部をリブ形状で構成した形態を示す図。

本発明は、光源からの光束の周波数変換を行う、蛍光物質で反射部が構成された金属基板の反射部の表面温度の上昇による反射光出力の低下を低減するものである。以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１に示す画像投影装置１００は、複数の光源としてレーザー光源（ＬＥＤ）を使用した投影光学系を備えている。符号１はＬＥＤで構成されていて、光の３原色のうちの１色の光束を放射する光源を示す。光源１には、各光源１からの光束を集光して出射する集光レンズ２が対向配置されている。集光レンズ２で集光して出射された光束は、集光レンズ２と対向配置された拡散反射板３、反射ミラー７を通過し、反射、波長変換部を構成する金属基板としての反射回転板ホイール１１の手前に配置された結像レンズ８，９により反射回転板ホイール１１上に照射される。反射回転板ホイール１１は、反射物質（蛍光物質）で構成された反射部１１ａを備えている。結像レンズ８，９を通過して反射回転板ホイール１１に案内された光束は、反射部１１ａで反射されることで、その周波数が変更される。

周波数を変更された光束は、再び結像レンズ８，９を通り、反射ミラー７と並列された反射ミラー１２の方向に反射され、反射ミラー１２においても反射され、光量均一化手段となるロッドインテグレーター１６の方向に進む。

光の３原色のうちの残りの２色の光源となるレーザー光源（ＬＥＤ）としての光源４、１５からの光束は、それぞれ照射方向に配置された集光レンズ５，６及び集光レンズ１３，１４でそれぞれ集光され、反射ミラー１２の方向に進む。光源４の光は、反射ミラー１２により反射されロッドインテグレーター１６のロッド方向に進む。光源１５の光は、反射ミラー１２を通過し、同じようにロッドインテグレーター１６のロッドの方向に進む。

ロッドインテグレーター１６に導入された各光束は、ロッドインテグレーター１６内を通過することで均質化される。この均質化された光束は、その後、図示しない画像反射素子に向かい映像を作成する。図１では、ロッドインテグレーター１６以降の光束の状態は省略している。
本形態では、光源１は緑色より波長が短い色のレーザー光束を放射し、光源４は青色のレーザー光束を放射し、光源１５は、赤色のレーザー光束をそれぞれ放射するものとする。

図２、図３を用いて、レーザー光束を受けて変調し、緑色より波長が短い色の光束を反射する、反射、波長変換部の構成について説明する。
反射、波長変換部は、円板状の反射回転板ホイール１１と、これを回転駆動する駆動手段となるモータ１０を備えている。図１でレンズにより集光した例えば緑色より波長が短い色のレーザー光束は、反射物質がリング状に塗布されて第１の面となる表面１１Ａに形成された反射部１１ａを有する反射回転板ホイール１１に集光され、図中Ａ点に照射されて反射される。反射回転板ホイール１１は、その回転中心Ｏをモータ１０の回転中心部となる出力軸１０ａに直結しており、モータ１０の回転と一体的に回転動作する。反射回転板ホイール１１は、耐熱性が高く、かつ熱伝導性のよい材質として、例えば、アルミやステンレスなどの金属基板、サファイアなどのガラス基板などが用いられている。

反射回転板ホイール１１の表面１１Ａにおける、回転中心Ｏと反射部１１ａとの間の部分には、図２、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、画像生成時にモータ１０が回転したときに発生する空気を反射部１１ａに案内する案内部となる複数の凸状のフィン２０が配置されている。各フィン２０は、表面１１Ａ上を回転放射状に反射部１１ａに向かって延びていて、反射回転板ホイール１１と一体的に形成されている。無論形状等による加工上の制約を受ける場合には、反射回転板ホイール１１と各フィン２０とは個別に形成したのち、一体化するようにしてもよい。

このため、反射回転板ホイール１１は、図３（ｂ）に示すように、モータ１０が回転すると、各フィン２０の湾曲形状により回転中心Ｏ側の空気が外周側に押し出されて外周側に位置する反射部１１ａに案内される気流Ｆ１が発生するように構成されている。

回転中心Ｏと反射部１１ａには、各フィン２０全体を覆うようにカバー部材２１が設けられている。このカバー部材２１には、有底筒状形状を成し、カバー部材内にカバー外部から空気を導入する導入部となる吸入口２２が、反射回転板ホイール１１の回転中心Ｏの延線上に位置する有底面２１ａの部位に、モータ１０の軸方向に貫通して形成されている。このカバー部材２１には、カバー内の空気を反射部１１ａの特定の部位に向かって放出する放出部となる排出穴２３が形成されている。

本形態において、反射部１１ａの特定の部位とは、図３に示すように、レーザー光束が照射されて反射されるＡ点とする。排出穴２３は、空気がＡ点に指向するように、カバー部材２１の径方向に位置する壁面２１ｂに形成されている。排出穴２３は、反射部１１ａにおける光源１からのレーザー光束の反射部近傍を集中して冷却できるように、反射部１１ａにおける特定の部位であるＡ点と対向し、排出穴２３からの空気の排出領域Ｂ内にＡ点が位置するように、カバー部材２１に形成されて反射回転板ホイール１１に設けられている。

本形態において、カバー部材２１は、排出穴２３が形成される壁面２１ｂの部分を、レーザー光束が照射されるＡ点を避けて外周方向に出っ張るように形成されている。そして排出口２３は、空気の排出領域Ｂ内にＡ点が位置するように、この出っ張り部の端部に形成されていて、反射回転板ホイール１１の回転方向から空気をＡ点に吹きつける構成とされている。

このような構成により、モータ１０が回転すると、図３（ｂ）に示すように、その回転に伴いカバー部材２１の内部には外部からの空気が空気流Ｆとして吸入口２２から吸入される。吸入口２２から吸引された空気は、各フィン２０の湾曲形状により気流Ｆ１となって反射部１１ａに案内されるので、反射部１１ａ及び反射回転ホイール１１が冷却される。また、反射部１１ａに向かって流れた空気は、カバー部材２１内で気流Ｆ２となり、排出穴２３から回転方向に送出され、レーザー光束が照射されて反射される反射部１１ａのＡ点に含む周囲を冷却することになる。

このため、従来のように反射回転ホイール１１単独の回転による空気面の移動以外にフィン２０の送風による空気の移動が反射部１１ａに加えられるので、反射回転ホイール１１の冷却効率を高めることできる。このため、画像投影装置１００において、安定した反射光出力を得られるとともに、カラー性能の安定化、装置の長寿命化を図ることができる。

図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、複数のフィン２０を有する表面１１Ａと反対側（モーター１０側）に位置し、反射回転ホイール１１の第２の面となる裏面１１Ｂには、第２の面の表面積を増大させる放熱部となるリング形状の放熱凸部２４が設けられている。本形態において、放熱凸部２４は反射回転ホイール１１と同質の材料で、反射回転ホイール１１と一体的に形成されている。

この放熱凸部２４は、裏面１１Ｂ側における反射回転ホイール１１の反射部１１ａの領域（幅）を、自身の領域（幅）内に位置するように、裏面１１Ｂからモータ１０の方向に向かって突出していて、裏面１１Ｂ側における反射回転ホイール１１の空気接触面積（表面積）を増やしている。

このため、反射回転ホイール１１は、その回転とともに反射部１１ａで生じる熱を放熱凸部２４から周囲に放出できるように構成されている。つまり、反射回転ホイール１１の反射部１１ａが形成された表面１１Ａと反対側に位置する裏面１１Ｂには、反射部１１ａや反射回転ホイール１１全体を冷却するための放熱部が配置されることになる。よって、反射部１１ａの冷却は、放熱凸部２４と反射回転ホイール１１全体からの放熱により主に冷却されるとともに、反射部１１ａにおけるＡ点近傍はモータ１０の回転中は排出穴２３から常に排出される空気流によって冷却することができる。つまり、駆動モータ１０が回転することで、反射回転ホイール１１の回転中心周りで集められて吸入口２２が吸入される圧縮空気がカバー部材２１の内部で反射回転ホイール１１の反射部１１ａに向けて送風され、反射部１１ａの表面温度を下げることができる。

図５、図６（ａ）、図６（ｂ）を用いて、反射、波長変換部に設けるカバー部材と放出部の別な形成について説明する。図５、図６（ａ）、図６（ｂ）に示す反射、波長変換部の構成は、基本的には図２、図３（ａ）、図３（ｂ）に示した波長変換部の構成の構成と類似している。両者の違いは、図５、図６（ａ）、図６（ｂ）に示す構成では、カバー部材の形状と、このカバー内の空気を反射部１１ａの特定の部位に向かって放出する放出部となる排出穴の設置形態とが異なっている。このため、本形態のカバー部材には符合１２１を付し、排出穴には符号１２３を付して、先に説明したカバー部材２１と排出穴２３と区別し、それ以外の構成部材については、図２、図３（ａ）、図３（ｂ）で使用した符号と説明を流用するものとする。

図５、図６（ａ）、図６（ｂ）において、反射回転板ホイール１１の回転中心Ｏと反射部１１ａには、各フィン２０全体を覆うようにカバー部材１２１が設けられている。このカバー部材１２１には、有底筒状形状を成し、カバー部材内にカバー外部から空気を導入する導入部となる吸入口２２が、反射回転板ホイール１１の回転中心Ｏの延線上に位置する有底面１２１ａの部位に、モータ１０の軸方向に貫通して形成されている。このカバー部材１２１には、カバー内の空気を反射部１１ａの特定の部位に向かって放出する放出部となる排出穴１２３が形成されている。

反射部１１ａの特定の部位とは、図５、図６（ｂ）に示すように、レーザー光束が照射されて反射されるＡ点とする。排出穴１２３は、空気がＡ点に指向するように、カバー部材１２１の径方向に位置する壁面１２１ｂに形成されている。すなわち、排出穴１２３は、反射部１１ａにおける光源１からのレーザー光束の反射部近傍を集中して冷却できるように、反射部１１ａにおける特定の部位であるＡ点と対向し、排出穴１２３からの空気の排出領域Ｂ内にＡ点が位置するように、カバー部材１２１に形成されて反射回転板ホイール１１に設けられている。

本形態において、排出口１２３は、空気の排出領域Ｂ内にＡ点が位置するように、壁面１２１ｂを径方向に貫通して形成されていて、反射回転板ホイール１１の回転中心Ｏの方向から空気をＡ点に吹きつける構成とされている。

このような構成により、モータ１０が回転すると、図６（ｂ）に示すように、その回転に伴いカバー部材の１２１の内部には外部からの空気が空気流Ｆとして吸入口２２が吸入される。吸入口２２から吸引された空気は、各フィン２０の湾曲形状により気流Ｆ１となって反射部１１ａに案内されるので、反射部１１ａ及び反射回転ホイール１１が冷却される。また、反射部１１ａに向かって流れた空気は、カバー部材１２１内で気流Ｆ２となり、排出穴１２３から外方向に放出され、レーザー光束が照射されて反射される反射部１１ａのＡ点に含む周囲を冷却することになる。

このため、従来のように反射回転ホイール１１単独の回転による空気面の移動以外にフィン２０による送風による空気の移動が反射部１１ａに加えられるので、反射回転ホイール１１の冷却効率を高めることできる。このため、画像投影装置１００において、安定した反射光出力を得られるとともに、カラー性能の安定化、装置の長寿命化を図ることができる。

図４に示す形態では、反射回転ホイール１１の裏面１１Ｂに形成した放熱部をリング形状としたが、このような形状に限定されるものではなく、例えば図７（ａ）に示すように、裏面１１Ｂからモータ１０側に突出するようにリング形状の放熱部２４を、同一中心を持つ多重（ここでは二重）に配置して設けてもよい。また、反射回転ホイール１１の回転に支障がければ、図７（ｂ）に示すように、裏面１１Ｂからモータ１０側に突出するように不連続なピン形状とした放熱部１２４としてもよいし、あるいは図７（ｃ）に示すように、裏面１１Ｂからモータ１０側に突出するように断続的なリブ形状の放熱部２２４として構成してもよい。

１，４，１５ 光源
１０ 駆動手段
１１ 金属基板
１１ａ 蛍光物質（反射部）
２０ 案内部（凸状のフィン）
２１、１２１ カバー部材
２２ 導入部
２３、１２３ 放出部
２４、１２４，２２４ 放熱部
１００ 画像投影装置
Ｏ 金属基板の回転中心

特許第４７２５６８号公報 特許第４６３６２１２号公報 特許第４７２０９５６号公報

Claims (5)

1. 複数色の光源と、前記複数色の光源のうち、一色の光源からの光束が蛍光物質で構成されたリング状の反射部へ照射されることで周波数変調する金属基板と、
   前記金属基板を回転駆動する駆動手段を備え、
   前記金属基板における、前記金属基板の回転中心と前記反射部との間に配置され、画像生成時に前記駆動手段が回転したときに発生する空気流を前記反射部に案内する案内部を有し、
   前記案内部を有する面の反対側の面に、表面積を増大させたリング形状の放熱部が設けられ、前記放熱部は、前記反対側の面における前記反射部の領域を、前記放熱部の領域内に位置するように設けられたことを特徴とする画像投影装置。
2. 前記案内部は、前記金属基板の回転中心より前記金属基板上を回転放射状に前記反射部に向かって延びた凸状のフィンであることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
3. 前記金属基板に設けられた案内部を覆うカバー部材を有することを特徴とする請求項１または２記載の画像投影装置。
4. 前記カバー部材は、前記金属基板の回転中心の延線上に形成され、カバー内にカバー外部から空気を導入する導入部と、前記カバー内の空気を前記反射部に向かって放出する放出部とを有することを特徴とする請求項３記載の画像投影装置。
5. 前記放熱部は、前記金属基板と同質の材料で、前記金属基板と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。

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