JP6890244B2 - 冷却装置、及び投写型映像表示装置 - Google Patents

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Description

本開示は、冷却装置、及びそれを備えた投写型映像表示装置に関する。
特許文献1は、プロジェクタの光源装置に収納されて回転駆動される円盤状のホイールを冷却する構造を開示している。具体的には、ホイールの回転軸上に遠心ファンが対向配置されており、ホイールの回転に連動して遠心ファンの羽が回転し、ホイールに送風して冷却するように構成されている。
特開2012−181431号公報 特開2011−134668号公報 米国特許出願公開第2013/0169938号明細書
ホイールは、塵埃の付着を防止するために格納容器に密閉収納されてもよい。しかし、ホイールを格納容器に密閉収納すると、格納容器内の空気が高温となる結果、ファンでホイールに送風してもホイールを十分に冷却できない。
本開示は、格納容器に密閉収納されて回転軸で回転駆動される円盤状のホイールを適切に冷却することができる冷却装置、及びそれを備えた投写型映像表示装置を提供する。
本開示における冷却装置は、格納容器に密閉収納されて回転軸で回転駆動される円盤状のホイールを冷却する。冷却装置は、ホイールの一方の面に設けられた複数の羽部材と、ホイールの回転によって、羽部材によりホイールで温められた流体が吹き付けられる放熱部と、格格納容器の内部に配置され、放熱部で冷却されて一方の面に吹き付けられる前の流体の流通経路と、一方の面に吹き付けられて加熱された後の流体の流通経路と、を区切る導風部と、を有する。
本開示は、格納容器に密閉収納されて回転軸で回転駆動される円盤状のホイールを適切に冷却することができる冷却装置、及びそれを備えた投写型映像表示装置を提供する。
図1は実施の形態1における投写型映像表示装置の構成を示すブロック図である。 図2は実施の形態1における投写型映像表示装置の光源部の構成を説明するための模式図である。 図3Aは実施の形態1における蛍光体ホイールの斜視図である。 図3Bは実施の形態1における蛍光体ホイールの正面図である。 図4は実施の形態1における蛍光体ホイール冷却装置の斜視図である。 図5は実施の形態1における蛍光体ホイール冷却装置の分解斜視図である。 図6は実施の形態1における蛍光体ホイール冷却装置の断面図である。 図7は実施の形態1の変形例における蛍光体ホイール冷却装置の分解斜視図である。 図8は実施の形態1の変形例における蛍光体ホイール冷却装置の断面図である。 図9は実施の形態2における蛍光体ホイール冷却装置の斜視図である。 図10は実施の形態2における蛍光体ホイール冷却装置の分解斜視図である。 図11は実施の形態2における蛍光体ホイール冷却装置の断面図である。 図12は実施の形態3における投写型映像表示装置の概略図である。 図13Aは実施の形態3における蛍光体ホイールを蛍光体が形成された面から見た斜視図である。 図13Bは実施の形態3における蛍光体ホイールを羽部が設けられた面から見た斜視図である。 図14は実施の形態3における蛍光体ホイール冷却装置の外観斜視図である。 図15は格納容器の第2の壁部を除去した状態を示す図である。 図16は図15において導風部を除去した状態を示す図である。 図17Aは実施の形態3における格納容器内部の導風部と蛍光体ホイール間の空気の流れを示す図である。 図17Bは実施の形態3における格納容器内部の導風部と第2の壁部間の空気の流れを示す図である。 図17Cは実施の形態3における格納容器を図14の17C−17C線で切断し、C方向から見た内部の空気の流れを示す図である。 図18は実施の形態3における格納容器を回転軸Aと垂直な面で切断した図である。 図19Aは実施の形態4における蛍光体ホイールを羽部が設けられた面からみた斜視図である。 図19Bは実施の形態4における蛍光体ホイールを羽部が設けられた面からみた平面図である。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者(ら)は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
(実施の形態1)
以下、図1〜図8を用いて、実施の形態1を説明する。
[1.構成]
図1は、実施の形態1における投写型映像表示装置10の構成を示すブロック図である。投写型映像表示装置10は、光源部20、導光光学系50、映像生成部60、投写光学系70、及び制御部80を有する。
光源部20は、半導体レーザ及び蛍光体といった固体光源などを有し、制御部80による制御に基づいて、導光光学系50へ光を出射する。
導光光学系50は、各種レンズ、ミラーあるいはロッドなどの光学部材を有し、光源部20から入射した光を映像生成部60へ出射する。
映像生成部60は、デジタル・マイクロミラー・デバイスや液晶パネルなどの素子を有する。映像生成部60は、制御部80による制御に基づいて、外部から入力される映像信号に応じて導光光学系50から入射した光を空間変調し、投写光学系70へ出射する。
投写光学系70は、レンズやミラーなどの光学部材を有し、映像生成部60から入射した光を拡大してスクリーン等(図示せず)へ投写する。
制御部80は、光源部20や映像生成部60の動作を制御する。
図2は、実施の形態1における投写型映像表示装置10の光源部20の構成を説明するための模式図である。光源部20は、青色半導体レーザ21、22、ダイクロイックミラー23、集光レンズ24、蛍光体ホイール30、モータ34、及び蛍光体ホイール冷却装置100を有する。
青色半導体レーザ21から出射された青色光は、ダイクロイックミラー23を透過し、集光レンズ24で蛍光体ホイール30に集光される。集光された青色光は、モータ34により回転軸で回転駆動される蛍光体ホイール30が有する蛍光体32に照射される。蛍光体32に照射された青色光は、蛍光体32を励起し、励起された蛍光体32は、黄色光を集光レンズ24側へ出射する。蛍光体32から出射された黄色光は、集光レンズ24を通過してダイクロイックミラー23で反射される。反射された黄色光は、青色半導体レーザ22から出射されてダイクロイックミラー23を透過した青色光と合成され、白色光となり、導光光学系50へ出射される。
図3Aは、実施の形態1における蛍光体ホイール30の斜視図である。図3Bは、実施の形態1における蛍光体ホイール30の正面図である。蛍光体ホイール30は、円盤状の金属基板31、蛍光体32、及びホイール羽33を有する。
金属基板31は、円盤状であって、金属により形成されている。
金属基板31の片面の外周縁部近傍には、蛍光体32が環状に形成されている。蛍光体32は、例えば、スクリーン印刷等によって金属基板31上へ層状に塗布することにより形成される。
ホイール羽33は、金属基板31において蛍光体32が配置されている面とは反対の面(一方の面)に固定されている。ホイール羽33は、複数の羽部33a(羽部材)を有する。複数の羽部33aは、金属基板31に対してほぼ垂直に立ち上がる。羽部33aは、例えばステンレス製の板を折曲加工等することで形成される。ホイール羽33は、金属基板31の半径方向において、蛍光体32よりも内周側に配置される。
モータ34は、蛍光体ホイール30を回転軸で回転させる。
このような構成によれば、モータ34の駆動により、ホイール羽33を有する蛍光体ホイール30が回転することで、金属基板31の半径方向外側に向かう風(空気流)が発生する。
図4、図5、図6を用いて、蛍光体ホイール冷却装置100の詳細を説明する。なお、以下では理解の容易のために、便宜上、図4、図5の斜視図における上下左右方向に基づいて説明を行うが、蛍光体ホイール冷却装置100の使用上あるいは構成上の配置を限定するものではない。
図4は、実施の形態1における蛍光体ホイール冷却装置100の斜視図である。蛍光体ホイール冷却装置100は、蛍光体ホイール30(図5参照)、格納容器本体101A、格納容器蓋101B、及び熱交換ユニット140を有する。蛍光体ホイール冷却装置100は、蛍光体ホイール30を密閉収納することで、格納容器101の内部への塵埃侵入を防止する。これにより、塵埃が蛍光体32に付着し、その付着した塵埃が、青色光で照射されて蛍光体32に焼付くことを防止できる。格納容器101の外部には、熱交換ユニット140の一部が露出している。
図5は、実施の形態1における蛍光体ホイール冷却装置100の分解斜視図である。蛍光体ホイール冷却装置100は、前述の蛍光体ホイール30、格納容器本体101A、格納容器蓋101B、及び熱交換ユニット140に加え、集光レンズ24、レンズ保持部材103、モータ34、モータ保持部材120、導風板130、熱交換ユニット保持部材150、及び防塵スポンジ160を有する。
格納容器本体101Aは、所定面が開口した箱状の形状を有する。格納容器本体101Aの右側面部101sには、熱交換ユニット140の一部を外部に露出させるためのスリット110が形成されている。
熱交換ユニット140は、受熱フィン群141、放熱フィン群142、及び熱輸送ヒートパイプ群143を有する。熱輸送ヒートパイプ群143は、複数のヒートパイプ143aを有する。放熱フィン群142、及び熱輸送ヒートパイプ群143の一部は、スリット110、及び防塵スポンジ160を介して格納容器101の外部に露出している。
図6は、実施の形態1における蛍光体ホイール冷却装置100の断面図である。図6は、熱輸送ヒートパイプ群143のうち最も上に位置するヒートパイプ143a(図5参照)の高さ位置での水平断面図を示している。また、格納容器本体101A、導風板130、及び防塵スポンジ160のみを断面で示している。
集光レンズ24は、レンズ保持部材103によって、格納容器本体101Aの前面部101fに固定される。
蛍光体ホイール30は、モータ34を介してモータ保持部材120に取り付けられており、モータ保持部材120は、格納容器本体101Aの底面部101bに固定される。
熱交換ユニット140は、熱交換ユニット保持部材150によって、格納容器本体101Aの底面部101bに固定される。
受熱フィン群141は、複数のフィン141iを有する。複数のフィン141iは、熱交換ユニット140の長手方向(図6の左右方向)に所定の隙間を介して並べて配置されている。空気(風)は、フィン141i間の隙間を介して熱交換ユニット140の短手方向(図6の上下方向)に流通可能である。また、受熱フィン群141は、熱交換ユニット保持部材150を介して格納容器本体101Aの底面部101bに固定される。
放熱フィン群142は、複数のフィン142iを有する。複数のフィン142iは、熱交換ユニット140の長手方向に所定の隙間を介して並べて配置されている。
熱輸送ヒートパイプ群143は、複数のヒートパイプ143aを有する。熱輸送ヒートパイプ群143は、受熱フィン群141と放熱フィン群142とを熱的に連結する。ここでいう熱的に連結する、とは、熱輸送ヒートパイプ群143は、受熱フィン群141と放熱フィン群142とを連結することに加え、受熱フィン群141の熱を放熱フィン群142へ伝達する機能を有することを意味する。蛍光体ホイール30で発生した熱は、格納容器101内部で循環する空気を介して受熱フィン群141に伝達される。受熱フィン群141が受け取った熱は熱輸送ヒートパイプ群143を介して放熱フィン群142に伝達され、放熱フィン群142から外部空間に放熱される。
防塵スポンジ160は、格納容器101の外部に露出した放熱フィン群142と、格納容器本体101Aの側面部101sとの間に配置され、これらの間の隙間を塞ぐ。これにより、スリット110を介して格納容器101の内部に塵埃が侵入することを抑制する。
導風板130は、図5に示すように、前面部130f、上面部130u、及び左右一対の側面部130sを有し、略ゲート状に形成されている。左右一対の側面部130sの下端部には、フランジ130hが形成されている。導風板130は、フランジ130hを介して、格納容器本体101Aの底面部101bに固定される。前面部130fには、蛍光体ホイール30の直径よりも小径の円弧状切り欠き130dが形成されている。
ここで、導風板130は、格納容器本体101Aとで、導風部170を構成する。導風部170は、受熱フィン群141で冷却されてホイール羽配置面30a(蛍光体ホイール30においてホイール羽33が設けられている面)に吹き付けられる前の空気の流通経路Riと、ホイール羽配置面30a(一方の面)に吹き付けられて加熱された後の空気の流通経路Roと、を区切る。
以下、導風部170の構成について説明する。
導風部170は、導風板130の前面部130f、上面部130u、及び格納容器本体101Aの底面部101bにより、蛍光体ホイール30側に開口を有する。また、導風部170は、導風板130の上面部130u、一対の側面部130s、格納容器本体101Aの底面部101b、及び一対の側面部101sにより、受熱フィン群141側に開口を有する。つまり、蛍光体ホイール30側、及び受熱フィン群141側にそれぞれ開口を有するダクト状の導風部170が形成される。
ここで、側面部130sの受熱フィン群141側の端部(導風部170の受風端170r)は、受熱フィン群141の左右の側部141sに近接した状態、または接触した状態で被さっている。また、上面部130uの受熱フィン群141側の端部は、受熱フィン群141の上部141uに近接した状態、または接触した状態で被さっている。さらに、受熱フィン群141は、下部141bが格納容器本体101Aの底面部101bに近接した状態で、熱交換ユニット保持部材150を介して底面部101bに固定されている。そのため、受熱フィン群141は、少なくとも送風端141t側において、導風板130、及び格納容器本体101Aの底面部101bにより囲まれた状態となっている。
また、前面部130fは、ホイール羽配置面30aの外周縁部に所定長の隙間を介して近接して対向している。ここでいう所定長とは、羽部33aのホイール羽配置面30aに対する垂直方向の高さと同程度の長さである。つまり、前面部130f(導風部170の送風端170t)は、ホイール羽配置面30aの外周縁部に近接して対向している。
上記の構成によれば、受熱フィン群141で冷却されて、送風端141tから出てきた空気は、モータ34の周囲を通過するとともに、ホイール羽配置面30aに吹き付けられる。吹き付けられた空気は、ホイール羽33の回転により半径方向外側向きに方向転換し、ホイール羽配置面30aに沿って半径方向外側に流れる。これにより、青色光の照射により特に高温となった、蛍光体32が形成されている金属基板31の外周縁近傍も適切に冷却される。
特に、実施の形態1では、ダクト状の導風部170が設けられているので、ホイール羽配置面30aに沿って半径方向外側に流れながら高温となった空気は、受熱フィン群141の受風端141r側まで確実に流れる。そして、受風端141r側まで流れてきた空気は、受熱フィン群141を受風端141r側から送風端141t側に流通する際に、受熱フィン群141により熱が奪われて冷却される。その後、冷却された空気は、導風部170を通って、モータ34の周囲を通過して、ホイール羽配置面30aに吹き付けられる。吹き付けられた空気は、上述したように導風部170を循環する。これにより、蛍光体ホイール冷却装置100は、塵埃の侵入を塞ぐ密閉構造としながらも、格納容器101に密閉収納されている蛍光体ホイール30やモータ34を適切に冷却することができる。
図7は、実施の形態1の変形例における蛍光体ホイール冷却装置100Aの分解斜視図である。図8は、実施の形態1の変形例における蛍光体ホイール冷却装置100Aの断面図である。図8は、図6と同様、熱輸送ヒートパイプ群143のうち、最も上に位置するヒートパイプ143aの高さ位置での水平断面図を示している。実施の形態1における蛍光体ホイール冷却装置100と同一構成については重複説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
蛍光体ホイール冷却装置100Aは、蛍光体ホイール冷却装置100と以下2点で構成が異なる。
1点目は、図7に示すように、防塵スポンジ160にかえて、シール材161、アルミ板162を使用している点である。アルミ板162は、熱輸送ヒートパイプ群143に、例えば半田等によって接着され、熱交換ユニット140と一体構成となる。アルミ板162は、ネジ163で格納容器本体101Aの側面部101sに固定される。これにより、格納容器101の組立性が向上することに加え、シール材161、アルミ板162で塵埃の侵入を防ぐことができる。つまり、格納容器101の組立性、密閉性が向上する。2点目は、図8に示すように、受熱フィン群141が、格納容器本体101Aの側面部101sまで延長されている点である。これにより、高温となった空気が通過する受熱フィン群141の表面積が増える。つまり、熱交換ユニット140の冷却性能が向上する。
(実施の形態2)
以下、図9、図10、図11を用いて、実施の形態2を説明する。なお、投写型映像表示装置の基本的な構成は、実施の形態1において図1、図2、図3A、図3Bを参照して説明した構成と同様であり、説明を省略する。
図9は、実施の形態2における蛍光体ホイール冷却装置200の斜視図である。蛍光体ホイール冷却装置200は、蛍光体ホイール30(図10参照)、格納容器本体201A、及び熱交換ユニット一体型蓋201Bを有する。蛍光体ホイール冷却装置200は、蛍光体ホイール30を密閉収容することで、格納容器201の内部への塵埃侵入を防止する。これにより、塵埃が蛍光体32に付着し、その付着した塵埃が青色光で照射されて蛍光体32に焼付くことを防止できる。
図10は、実施の形態2における蛍光体ホイール冷却装置200の分解斜視図である。蛍光体ホイール冷却装置200は、前述の蛍光体ホイール30、格納容器本体201A、及び熱交換ユニット一体型蓋201Bに加え、集光レンズ24、レンズ保持部材103、モータ保持部材120、及び導風板230を有する。
熱交換ユニット一体型蓋201Bは、受熱フィン群241、放熱フィン群242、及び蓋部243を一体で備えている。放熱フィン群242、及び蓋部243の一部は、格納容器201の外部に露出している。
図11は、実施の形態2における蛍光体ホイール冷却装置200の断面図である。図11は、導風板230の上面部230u(図10参照)の直下付近の高さ位置での水平断面図を示している。また、格納容器本体201A、受熱フィン群241、及び導風板230のみを断面で示している。
集光レンズ24は、レンズ保持部材103によって、格納容器本体201Aの前面部201fに固定される。
蛍光体ホイール30は、実施の形態1同様、モータ34を介してモータ保持部材120に取り付けられており、モータ保持部材120は、格納容器本体201Aの底面部201bに固定される。
受熱フィン群241は、複数のフィン241iを有する。複数のフィン241iは、熱交換ユニット一体型蓋201Bの長手方向(図11の左右方向)に所定の隙間を介して並べて配置されている。空気は、フィン241i間の隙間を介して熱交換ユニット一体型蓋201Bの短手方向(図11の上下方向)に流通可能である。
放熱フィン群242は、複数のフィン242iを有する。複数のフィン242iは、熱交換ユニット一体型蓋201Bの長手方向(図11の左右方向)に所定の隙間を介して並べて配置されている。
蓋部243は、受熱フィン群241と放熱フィン群242とを熱的に連結する。ここでいう熱的に連結する、とは、蓋部243は、受熱フィン群241と放熱フィン群242とを連結することに加え、受熱フィン群241の熱を放熱フィン群242へ伝達する機能を有することを意味する。蛍光体ホイール30で発生した熱は、格納容器201内部で循環する空気を介して受熱フィン群241に伝達される。受熱フィン群241が受け取った熱は、蓋部243を介して放熱フィン群242に伝達され、放熱フィン群242から外部空間に放熱される。
導風板230は、図10に示すように、前面部230f、上面部230u、及び左右一対の側面部230sを有し、略ゲート状に形成されている。左右一対の側面部230sの下端部には、フランジ230hが形成されている。導風板230は、フランジ230hを介して、格納容器本体201Aの底面部201bに固定される。前面部230fには、蛍光体ホイール30の直径よりも小径の円弧状切り欠き230dが形成されている。
ここで、導風板230は、格納容器本体201Aとで、導風部270を構成する。導風部270は、受熱フィン群241で冷却されてホイール羽配置面30aに吹き付けられる前の空気の流通経路Riと、ホイール羽配置面30aに吹き付けられて加熱された後の空気の流通経路Roと、を区切る。
以下、導風部270の構成について説明する。
導風部270は、導風板230の前面部230f、上面部230u、及び格納容器本体201Aの底面部201bにより、蛍光体ホイール30側に開口を有する。また、導風部270は、導風板230の上面部230u、一対の側面部230s、格納容器本体201Aの底面部201b、及び一対の側面部201sにより、受熱フィン群241側に開口を有する。つまり、蛍光体ホイール30側、及び受熱フィン群241側にそれぞれ開口を有するダクト状の導風部270が形成される。
ここで、側面部230sの受熱フィン群241側の端部(導風部270の受風端270r)は、受熱フィン群241の左右の側部241sに近接した状態で被さっている。さらに、上面部230uの受熱フィン群241側の端部は、受熱フィン群241に近接している。そのため、受熱フィン群241は、少なくとも送風端241t側において、導風板230、及び格納容器本体201Aの底面部201bにより囲まれた状態となっている。
また、導風板230の前面部230fは、ホイール羽配置面30aの外周縁部に所定長の隙間を介して近接して対向している。ここでいう所定長とは、羽部33aのホイール羽配置面30aに対する垂直方向の高さと同程度の長さである。つまり、前面部230f(導風部270の送風端270t)は、ホイール羽配置面30aの外周縁部に近接して対向している。
上記の構成によれば、受熱フィン群241で冷却されて、送風端241tから出てきた空気は、モータ34の周囲を通過するとともに、ホイール羽配置面30aに吹き付けられる。吹き付けられた空気は、ホイール羽33の回転により半径方向外側向きに方向転換し、ホイール羽配置面30aに沿って半径方向外側に流れる。これにより、青色光の照射により特に高温となった、蛍光体32が形成されている金属基板31の外周縁近傍も適切に冷却される。
特に、実施の形態2では、ダクト状の導風部270が設けられているので、ホイール羽配置面30aに沿って半径方向外側に流れながら高温となった空気は、受熱フィン群241の受風端241r側まで確実に流れる。そして、受風端241r側まで流れてきた空気は、受熱フィン群241を受風端241r側から送風端241t側に流通する際に、受熱フィン群241により熱が奪われて冷却される。その後、冷却された空気は、導風部270を通って、モータ34の周囲を通過して、ホイール羽配置面30aに吹き付けられる。吹き付けられた空気は、上述したように導風部270を循環する。これにより、蛍光体ホイール冷却装置200は、塵埃の侵入を塞ぐ密閉構造としながらも、格納容器201に密閉収納されている蛍光体ホイール30やモータ34を適切に冷却することができる。
また、実施の形態2では、塵埃侵入を防止する密閉構造としながら、格納容器201内部の熱を、熱交換ユニット一体型蓋201Bによって放熱できる。熱交換ユニット一体型蓋201Bを構成する蓋部243が、実施の形態1における格納容器蓋101B、及び熱輸送ヒートパイプ群143の機能を有している。したがって、蛍光体ホイール冷却装置200は、蛍光体ホイール冷却装置100と比べて、部品点数が少ないため、安価に構成できる。
(効果等)
ここで、実施の形態1、2の効果等について説明する。
実施の形態1、2における蛍光体ホイール冷却装置100、200(冷却装置)は、格納容器101、201に密閉収納されて回転軸で回転駆動される円盤状の蛍光体ホイール30(ホイール)を冷却する。
蛍光体ホイール冷却装置100、200は、蛍光体ホイール30のホイール羽配置面30a(一方の面)に設けられた複数の羽部33a(羽部材)と、蛍光体ホイール30の回転によって羽部33aにより蛍光体ホイール30で温められた空気(流体)が吹き付けられる、熱交換ユニット140または熱交換ユニット一体型蓋201B(放熱部)と、格納容器101、201の内部に配置され、熱交換ユニット140または熱交換ユニット一体型蓋201Bで冷却されてホイール羽配置面30aに吹き付けられる前の空気の流通経路Riと、ホイール羽配置面30aに吹き付けられて加熱された後の空気の流通経路Roと、を区切る導風部170、270と、を有する。
これにより、格納容器101、201に密閉収納されて回転軸で回転駆動される円盤状の蛍光体ホイール30を適切に冷却することができる。
実施の形態1において、熱交換ユニット140は、格納容器101の内部に配置された受熱フィン群141(受熱フィン)と、格納容器101の外側に配置された放熱フィン群142(放熱フィン)と、受熱フィン群141と放熱フィン群142とを連結し、受熱フィン群141の熱を放熱フィン群142へ伝達する機能を有する熱輸送ヒートパイプ群143(熱輸送部材)と、を備える。
実施の形態2において、熱交換ユニット一体型蓋201Bは、格納容器201の内部に配置された受熱フィン群241(受熱フィン)と、格納容器201の外側に配置された放熱フィン群242(放熱フィン)と、受熱フィン群241と放熱フィン群242とを熱的に連結し、受熱フィン群241の熱を放熱フィン群242へ伝達する機能を有する蓋部243(熱輸送部材)と、を備える。
実施の形態1、2において、導風部170、270はダクト状の形状を有し、導風部170、270の送風端170t、270tと蛍光体ホイール30のホイール羽配置面30aとが近接した状態で対向する。
また、導風部170、270の受風端170r、270rと受熱フィン群141、241の左右の側部141s、241sとが近接した状態、または接触した状態で被さっている。
このような構成とすれば、受熱フィン群141、241で冷却されて、送風端141t、241tから出てきた空気は、冷却される前の空気と混ざることなく蛍光体ホイール30のホイール羽配置面30aに吹き付けられる。これにより、格納容器101、201に密閉収納されて回転軸で回転駆動される円盤状の蛍光体ホイール30をより一層適切に冷却することができる。
実施の形態1において、熱輸送部材は、熱輸送ヒートパイプ群143(ヒートパイプ)である。
実施の形態2において、熱輸送部材は、蓋部243である。
これにより、受熱フィン群141、241と放熱フィン群142、242との間で効率的に熱を伝達できる。
実施の形態2において、格納容器201は、所定面が開口した格納容器本体201Aと、所定面を塞ぐ熱交換ユニット一体型蓋201B(格納容器蓋)とを有する。熱交換ユニット一体型蓋201Bは、受熱フィン群241(受熱フィン)と、放熱フィン群242(放熱フィン)と、蓋部243と、で構成され、熱交換ユニット一体型蓋201B(放熱部)は、蓋部243の内部側の面に一体で形成された受熱フィン群241と、蓋部243の外部側の面に一体で形成された放熱フィン群242と、蓋部243であり、受熱フィン群241と放熱フィン群242とを熱的に連結する熱輸送部材と、を備える。
これにより、実施の形態2における蛍光体ホイール冷却装置200は、実施の形態1における蛍光体ホイール冷却装置100と比べて、部品点数が少ないため、安価に構成できる。
実施の形態2において、熱交換ユニット一体型蓋201Bを構成する、受熱フィン群241と、放熱フィン群242と、蓋部243との一体形成品は、鋳造品である。
これにより、蛍光体ホイール冷却装置200は、より一層安価に構成できる。
ホイールは、蛍光体ホイール30である。
これにより、光が照射されているときに多量の熱を発生する蛍光体ホイール30を適切に冷却できる。
空気は流体の一例である。たとえば、熱伝導率の高いヘリウムガスなどを使用すれば、さらなる冷却効果が期待できる。
光源部20は、実施の形態1、2における蛍光体ホイール冷却装置100、200と、青色半導体レーザ21(レーザ光源)と、青色半導体レーザ21からの光を蛍光体ホイール30の蛍光体32上に集光する集光レンズ24(第1の光学系)と、を備える。実施の形態1,2における投写型映像表示装置10は、光源部20と、外部より入力される映像信号に基づいて入射光を変調する映像生成部60(画像表示素子)と、光源部20からの光を映像生成部60へ出射する導光光学系50(第2の光学系)と、映像生成部60で変調された光を拡大して投写する投写光学系70(第3の光学系)と、を有する。
これにより、投写型映像表示装置10において、格納容器101、201に密閉収納されて回転軸で回転駆動される円盤状の蛍光体ホイール30を適切に冷却することができる。
(実施の形態3)
次に実施の形態3における蛍光体ホイール冷却装置、及びそれを備えた投写型映像表示装置について説明する。
従来から、投写型映像表示装置の高輝度化の要求と共に、励起光を増加させる方向にあり、より蛍光体の冷却が必要となってきている。これに対し、特許文献3に開示されているように、円盤状のホイールに羽部を形成し、回転時に気流を発生させることで、冷却性能を向上させている。
実施の形態3では、信頼性と光変換効率の向上を可能とする蛍光体ホイール冷却装置、及びこれを備えた投写型映像表示装置を提供する。
実施の形態3では、ホイールはさらに他方の面に励起光が照射されて発光する蛍光体を有し、格納容器は、さらにホイールの他方の面に対向する第1の壁部と、ホイールの一方の面に対向する第2の壁部と、第1の壁部と第2の壁部を所定の間隔に隔てさせる側壁と、を有する。導風部は、さらに格納容器を第1の壁部側の空間と第2の壁部側の空間にわけるように第2の壁部とホイールの一方の面との間に設けられており、放熱部に隣接するとともに第1の壁部側の空間と第2の壁部側の空間とを連通する連通部と、放熱部で跳ね返ってくる空気を第2の壁部側の空間から第1の壁部側の空間に導く開口部と、を有する。
実施の形態3における蛍光体ホイール冷却装置は、蛍光体ホイールの熱で温められた空気を対流により、放熱部で冷却し、循環させる為、蛍光体ホイールの効率的な冷却が可能となる。これにより、蛍光体ホイールの光変換効率の向上、デバイス信頼性の向上、さらにこれを備えた投写型映像表示装置の小型化が図れる。
以下、図12〜図18を用いて、実施の形態3を説明する。
図12は、実施の形態3における投写型映像表示装置の概略図である。複数個の青色半導体レーザ250から、励起光である青色光が出射される。青色光は、レンズ400、450、ダイクロイックミラー500、及び2個の集光レンズ600を通って、蛍光体ホイール800の基板810の他方の面に設けられた蛍光体820を照射する。青色光が集光レンズ600で集光されて蛍光体820に照射されると、蛍光体820は励起され蛍光光を発光する。
蛍光体820で発光した蛍光光は集光レンズ600で集光されて、ダイクロイックミラー500で反射され、レンズ700を通って後段の光学系に導かれる。ダイクロイックミラー500は、青色光のみを透過し、その他の色光を反射する特性を有する。
図13Aは、実施の形態3における蛍光体ホイール800を蛍光体820が形成された面からみた斜視図である。図13Bは、実施の形態3における蛍光体ホイール800を羽部830(羽部材)が設けられた面からみた斜視図である。
蛍光体820は、図13Aに示すように蛍光体ホイール800の基板810の他方の面上に環状に形成されている。蛍光体820は、青色光が照射されると熱を発するので、基板810は、放熱性の良いアルミニウムによって形成されている。基板810の一方の面には、図13Bに示すように、複数の放熱用の羽部830が設けられており、基板810には、回転軸Aを中心に回転駆動するためのモータ840が取り付けられている。基板810は、モータ840によって回転軸Aを中心に回転駆動されることにより、蛍光体820の熱が、基板810から放熱用の羽部830を介して放熱される。
図14は、実施の形態3における蛍光体ホイール冷却装置300の外観斜視図である。蛍光体ホイール800は、格納容器301の内部に取り付けられ、気密性が維持されるように密閉収納されている。格納容器301の外郭は、第1の壁部911、第2の壁部912、第1の壁部911と第2の壁部912の間に設けられた側壁913、及びこれらで形成される端面に設けられる放熱部920によって構成される。
図15は、格納容器301の第2の壁部912を除去した状態を示す図である。第2の壁部912と基板810の一方の面との間には、導風部930が設けられている。図16は、図15において導風部930を除去した状態を示す図である。蛍光体ホイール800は、基板810の蛍光体820が形成された面が、第1の壁部911に対向するように取り付けられている。格納容器301の蛍光体ホイール800の取付け面側である第1の壁部911には、集光レンズ600が格納容器301の密閉状態を維持するように取り付けられている。
図17A〜図17Cは、格納容器301の内部での空気の流れ(矢印)の様子を示す図である。図17Aは、実施の形態3における格納容器301内部の導風部930と蛍光体ホイール800間の空気の流れを示す図である。図17Bは、実施の形態3における格納容器301内部の導風部930と第2の壁部912間の空気の流れを示す図である。図17Cは、実施の形態3における格納容器301を図14の17C−17C線で切断し、C方向から見た内部の空気の流れを示す図である。
図14〜図17Cから明らかなように、導風部930は、格納容器301内部を第1の壁部911側の空間、及び第2の壁部912側の空間に仕切るように設けられている。また、導風部930は、上記二つの空間を連通する連通部940を形成するように設けられ、連通部940には放熱部920が隣接する。さらに、この導風部930には、開口部931がモータの回転軸A近傍に開設されている。蛍光体820の発熱で温められた第1の壁部911側の空気は、基板810に設けられた羽部830の回転により、複数の放熱用のフィン921からなる放熱部920に吹きつけられ、冷却される。開口部931は、放熱部920で冷却されて、連通部940を介して第1の壁部911側の空間から第2の壁部912側の空間に跳ね返ってくる空気を、再度第1の壁部911側の空間に導くことを目的としている。
図18は、実施の形態3における格納容器301を回転軸Aと垂直な面で切断した図である。モータ840の回転軸Aの中心から格納容器301の側壁913までの距離が、蛍光体ホイール800の基板810の回転方向に向かって、R1<R2<R3<R4のように漸次増加する渦巻き型になっている。
実施の形態3では蛍光体ホイール800の全体を格納容器301の内部に密閉収納しているが、モータ本体の一部を、格納容器301の密閉状態を維持したまま筐体外に露出するように設けても良い。
このように、蛍光体ホイール800を密閉収納するのは、塵埃が蛍光体820に付着し、その付着した塵埃がレーザ光で照射されて蛍光体820に焼付くのを防止するためである。
以上のように構成された蛍光体ホイール冷却装置300について、その動作を以下説明する。
複数個の青色半導体レーザ250から出射される励起光である青色光は、レンズ400、450、ダイクロイックミラー500、集光レンズ600を通して、蛍光体820に集光、照射される。青色光により励起された蛍光体820は安定な基底状態から一時的にエネルギーの高い励起状態になる。励起状態は不安定な状態である為、蛍光体820はすぐにエネルギーを放出し、安定な基底状態に戻る。この放出するエネルギーが蛍光光となる。しかし、放出するエネルギー全てが蛍光光に変換されるわけではなく、一部は熱となって蛍光体820の温度を上昇させる。
蛍光体820で発生した熱の伝達経路は、大きく分けて二つある。一つは熱源である蛍光体820から直接空気中に放射される経路であり、もう一つは蛍光体820から基板810を経由して空気中に放射される経路である。蛍光体820が形成された基板810は、モータ840により回転駆動され、蛍光光を発光する部分を常に移動させ、かつ、回転による風で蛍光体820の温度上昇を抑えようとする。さらに、蛍光体ホイール冷却装置300の基板810に、羽部830を設けることで基板810の表面積を増やし、空気中への熱伝達効率を向上させている。また、羽部830を設けた基板810をモータ840により回転することで温められた空気を対流させ、放熱部920で冷却させることで、更なる温度低減を図っている。
図17A〜図17Cに示すように、蛍光体820の発光による発熱で温められた第1の壁部911側にある空気は、回転する基板810の羽部830によって放熱部920に吹き付けられる。放熱部920に吹き付けられた空気は、放熱部920で熱交換により冷却されて第2の壁部912側の空間に連通部940を介して跳ね返る。第2の壁部912側の空間に跳ね返った空気は、導風部930の開口部931を介して第1の壁部911側の空間に流入する。
さらに詳述するに、モータ840の回転軸Aと格納容器301の側壁からの距離が、漸次に変わる渦巻き型となっている為、蛍光体820の発光による発熱で温められた第1の壁部911側の空間の空気は、基板810の回転方向への力が働き、放熱部920の方向に導かれる。放熱部920の壁面に吹き付けられて衝突した空気は、熱交換が行なわれ冷却される。放熱部920に衝突し跳ね返った空気は、連通部940を通って第2の壁部912側の空間に流れる。第2の壁部912側の空間に流れた空気は、蛍光体ホイール800の基板810に設けられた羽部830の回転により、開口部931から再度第1の壁部911側の空間に吸い込まれ、蛍光体820の温度を下げる。
以上のように、実施の形態3によれば、蛍光体ホイール800の基板810上の蛍光体820は常に温度が低い空気で冷却されるため、光変換効率の向上が図れ、蛍光光の明るさを増すことが可能となる。また、蛍光体820を塗布するために使用するバインダ等の信頼性も確保できる。さらに、格納容器301により密閉された空間内での空気の循環であるので、塵埃の焼き付き等で光出力低減を引き起こすことはない。
従って、実施の形態3に記載の光源装置を投写型映像表示装置に用いれば、安定した輝度を長期間保持できる。
(実施の形態4)
以下、図19A、図19Bを用いて、実施の形態4を説明する。実施の形態3と同一構成については重複説明を省略し、異なる点について述べる。
図19Aは実施の形態4における蛍光体ホイール800を羽部831(羽部材)が設けられた面からみた斜視図である。図19Bは、実施の形態4における蛍光体ホイール800を羽部831が設けられた面からみた平面図である。
蛍光体ホイール800の基板811に形成された羽部831は、図19Aに示すように配置間隔が等間隔ではなく、基板の周方向の一定の範囲において不揃いに成され、かつ、羽部831の重心がモータ840の中心になるように配置されている。実施の形態4において、配置間隔が等間隔でないとは、羽部831間の間隔(ピッチ)、羽部831の角度が全て同じでないことを指す。図19Bでは、120度の角度の範囲において、羽部831の間隔は、θ1<θ2<θ3<θ4の関係になっている。
一般に、羽部831のような羽が回るときに、[羽の枚数×回転数/60x自然数]の回転次数成分を含んだ騒音が発生する。しかし、このように羽部831の間隔を不等ピッチとすることで、回転次数成分が分散され、高周波成分を低減することができる。
この実施の形態4では、実施の形態1、2、3における効果に加えて、羽部831の回転に伴う騒音の音質を改善することができる。
(他の実施の形態)
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
例えば、実施の形態1,2,3,4では、本開示の冷却装置を、蛍光体ホイールを冷却する冷却装置に適用した場合について説明したが、本開示における冷却装置は、蛍光体ホイール以外のホイールを冷却する冷却装置にも適用可能である。例えば、本開示における冷却装置は、ハードディスク機器の格納容器に密閉収納されて回転軸で回転駆動され、光を照射することでデータの書き込みや消去が可能な円盤状のディスク(ホイール)を冷却する冷却装置に適用可能である。
本開示は、半導体レーザと蛍光体を用いる装置に適用可能である。具体的には、プロジェクタ等に、本開示は適用可能である。また、ハードディスク機器等のように、回転体に光を照射し、かつそれらが密閉されている電気機器等にも応用可能である。
10 投写型映像表示装置
20 光源部
21,22,250 青色半導体レーザ
23,500 ダイクロイックミラー
24,600 集光レンズ
30,800 蛍光体ホイール
30a ホイール羽配置面
31 金属基板
32,820 蛍光体
33 ホイール羽
33a,830,831 羽部
34,840 モータ
50 導光光学系
60 映像生成部
70 投写光学系
80 制御部
100,100A,200,300 蛍光体ホイール冷却装置
101,201,301 格納容器
101A,201A 格納容器本体
101B 格納容器蓋
201B 熱交換ユニット一体型蓋
101f,201f 前面部
101s,201s 側面部
101b,201b 底面部
103 レンズ保持部材
110 スリット
120 モータ保持部材
130,230 導風板
130f,230f 前面部
130s,230s 側面部
130u,230u 上面部
130d,230d 円弧状切り欠き
130h,230h フランジ
140 熱交換ユニット
141,241 受熱フィン群
141i,241i,921 フィン
141s,241s 側部
141u 上部
141b 下部
141t,241t 送風端
141r,241r 受風端
142,242 放熱フィン群
142i,242i フィン
143 熱輸送ヒートパイプ群
143a ヒートパイプ
150 熱交換ユニット保持部材
160 防塵スポンジ
161 シール材
162 アルミ板
163 ネジ
170,270,930 導風部
170t,270t 送風端
170r,270r 受風端
Ri,Ro 流通経路
400,450,700 レンズ
810,811 基板
911 第1の壁部
912 第2の壁部
913 側壁
920 放熱部
931 開口部
940 連通部

Claims (8)

  1. 格納容器に密閉収納されて回転軸で回転駆動される円盤状のホイールを冷却する冷却装置であって、
    前記ホイールの一方の面に設けられた複数の羽部材と、
    前記ホイールの回転によって前記羽部材により前記ホイールで温められた流体が吹き付けられる放熱部と、
    前記格納容器の内部に配置され、前記放熱部で冷却されて前記一方の面に吹き付けられる前の流体の流通経路と、前記一方の面に吹き付けられて加熱された後の流体の流通経路と、を区切る導風部と、を有し、
    前記放熱部は
    前記格納容器の内部に配置された受熱フィンと、
    前記格納容器の外部に配置された放熱フィンと、
    前記受熱フィンと前記放熱フィンとを熱的に連結する熱輸送部材と、を備え、
    前記導風部はダクト状の形状を有し、
    前記導風部の送風端と前記ホイールの前記一方の面とが近接した状態で対向し、前記導風部の受風端と前記受熱フィンの側部とが近接した状態、または接触した状態で被さっている
    冷却装置。
  2. 前記熱輸送部材はヒートパイプである、
    請求項1に記載の冷却装置。
  3. 前記ホイールは、蛍光体ホイールである、
    請求項1に記載の冷却装置。
  4. 請求項3に記載の冷却装置と、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光を前記蛍光体ホイールの蛍光体上に集光する第1の光学系と、を備える光源部と、
    外部より入力される映像信号に基づいて入射光を変調する画像表示素子と、
    前記光源部からの光を前記画像表示素子へ出射する第2の光学系と、
    前記画像表示素子で変調された光を拡大して投写する第3の光学系と、を有する、
    投写型映像表示装置。
  5. 格納容器に密閉収納されて回転軸で回転駆動される円盤状のホイールを冷却する冷却装置であって、
    前記ホイールの一方の面に設けられた複数の羽部材と、
    前記ホイールの回転によって前記羽部材により前記ホイールで温められた流体が吹き付けられる放熱部と、
    前記格納容器の内部に配置され、前記放熱部で冷却されて前記一方の面に吹き付けられる前の流体の流通経路と、前記一方の面に吹き付けられて加熱された後の流体の流通経路と、を区切る導風部と、を有し、
    前記ホイールは、さらに他方の面に励起光が照射されて発光する蛍光体を有し、
    前記格納容器は、さらに前記ホイールの他方の面に対向する第1の壁部と、前記ホイールの一方の面に対向する第2の壁部と、前記第1の壁部と前記第2の壁部を所定の間隔に隔てさせる側壁と、を有し、
    前記導風部は、さらに前記格納容器を前記第1の壁部側の空間と前記第2の壁部側の空間にわけるように前記第2の壁部と前記ホイールの前記一方の面との間に設けられており、前記放熱部に隣接するとともに前記第1の壁部側の空間と前記第2の壁部側の空間とを連通する連通部と、前記放熱部で跳ね返ってくる流体を前記第2の壁部側の空間から前記第1の壁部側の空間に導く開口部と、を有する、
    却装置。
  6. 前記格納容器は、前記回転軸と前記側壁との距離が前記ホイールの回転方向に向かって漸次増加する渦巻き型になされている、
    請求項5に記載の冷却装置。
  7. 前記複数の羽部材の配置間隔が前記ホイールの周方向の一定の範囲において不揃いに成されている、
    請求項1に記載の冷却装置。
  8. 請求項5に記載の冷却装置を備えた、投写型映像表示装置。
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