特開 2023-48817 熱交換器を備えた蛍光体ホイール装置、及び投写型映像表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023048817

(43)【公開日】2023-04-07

(54)【発明の名称】熱交換器を備えた蛍光体ホイール装置、及び投写型映像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/16 20060101AFI20230331BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20230331BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20230331BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20230331BHJP

   F21V 9/32 20180101ALI20230331BHJP

   F21V 7/30 20180101ALI20230331BHJP

   F21V 9/40 20180101ALI20230331BHJP

   F21V 29/502 20150101ALI20230331BHJP

   F21V 29/67 20150101ALI20230331BHJP

   F21V 29/78 20150101ALI20230331BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20230331BHJP

   H04N 9/31 20060101ALI20230331BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20230331BHJP

【ＦＩ】

G03B21/16

G03B21/14 A

G03B21/14 Z

G03B21/00 D

F21S2/00 377

F21S2/00 340

F21V9/32

F21V7/30

F21V9/40 200

F21V29/502 100

F21V29/67 100

F21V29/78

F21V29/67 200

H04N5/74 Z

H04N9/31 440

F21Y115:30

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021158345

(22)【出願日】2021-09-28

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100113170

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 和久

(72)【発明者】

【氏名】山岸 成多

(72)【発明者】

【氏名】西川 勇作

【テーマコード（参考）】

2K203

5C058

5C060

【Ｆターム（参考）】

2K203FA07

2K203FA25

2K203FA45

2K203GA35

2K203HA30

2K203KA73

2K203LA04

2K203LA13

2K203LA22

2K203LA37

2K203MA04

2K203MA12

2K203MA32

2K203MA35

5C058EA52

5C060HC17

5C060HD00

5C060JA29

5C060JB06

(57)【要約】

【課題】安価に発熱した蛍光体を冷却する蛍光体ホイール装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る蛍光体ホイール装置は、蛍光体ホイールを収容する筐体、及び筐体との間で循環気体の流れが連通する熱交換器を備える。筐体は、循環ファンを有する第１空間、循環ファンにより第１空間から送風される第２空間、蛍光体ホイールが配置された第３空間、熱交換器と第１空間とを連通する第１開口部、第１空間と第２空間とを連通する第２開口部、第２空間と第３空間とを連通する第３開口部、及び第３空間と熱交換器とを連通する第４開口部を有し、熱交換器は、循環気体が流れる循環流路及び外部から送風される外部気体が流れる外気流路を有する。筐体は、循環気体が第１空間と第２空間と第３空間とを、順に通過する循環経路を形成し、循環経路と循環流路とは循環気体が流れる閉流路を構成し、循環流路と外気流路とは循環気体と外部気体とが互いに混合することなく熱的に接して流れるように構成されている。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蛍光体ホイールを収容する筐体と、
前記筐体との間で循環気体の流れが連通する熱交換器と、
を備え、
前記筐体は、
循環ファンを有する第１空間と、前記循環ファンにより前記第１空間から送風される第２空間と、前記蛍光体ホイールが配置された第３空間と、
前記熱交換器と前記第１空間とを連通する第１開口部と、前記第１空間と前記第２空間とを連通する第２開口部と、前記第２空間と前記第３空間とを連通する第３開口部と、前記第３空間と前記熱交換器とを連通する第４開口部と、
を有し、
前記熱交換器は、前記循環気体が流れる循環流路と、外部から送風される外部気体が流れる外気流路と、を有し、
前記筐体は、前記循環気体が前記第１空間と、前記第２空間と、前記第３空間とを、順に通過する循環経路を形成し、
前記循環経路と前記循環流路とは、前記循環気体が流れる閉流路を構成し、
前記循環流路と前記外気流路とは、前記循環気体と前記外部気体とが互いに混合することなく熱的に接して流れるように構成されている、
蛍光体ホイール装置。

【請求項2】

前記熱交換器は、波板を備え、
前記波板は、薄板を交互に向きを変えて繰り返し折り曲げた形状を有し、ジグザグ状の端面が前記熱交換器の両端部に配置され、
前記循環流路と前記外気流路とは、それぞれが前記熱交換器の両端部の間で連通し、前記連通の方向に沿って前記波板の一方の面と他方の面とのそれぞれにのみ接し、前記循環気体と前記外部気体とが前記両端部の間で流れるように構成されている、
請求項１に記載の蛍光体ホイール装置。

【請求項3】

前記循環流路は、前記循環気体が前記両端部のうちの一方の端部から他方の端部に向かって流れるように構成され、
前記外気流路は、前記外部気体が前記他方の端部から前記一方の端部に向かって流れるように構成されている、
請求項２に記載の蛍光体ホイール装置。

【請求項4】

前記熱交換器の両端部は、それぞれが前記筐体の長手方向の両端の近傍に位置する、
請求項２又は３に記載の蛍光体ホイール装置。

【請求項5】

前記蛍光体ホイールは、回転する基板を有し、
前記基板は、第１の面において、蛍光体層が配置され、前記第１の面に対向する第２の面において、複数の凸形状の羽部が回転対称に設けられ、
前記第２の面が前記第２開口部に面して配置されている、
請求項１から４のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール装置。

【請求項6】

前記第３開口部は、前記基板よりも小さく、前記基板の中央部に向けて配置されている、
請求項５に記載の蛍光体ホイール装置。

【請求項7】

前記循環ファンは、吐出口が前記第２開口部と密接して接続するように配置されている、
請求項１から６のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール装置。

【請求項8】

前記循環ファンは、シロッコファンである、
請求項１から７のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール装置。

【請求項9】

前記循環流路は、前記筐体の上面又は一側面に隣接して配置されている、
請求項１から８のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール装置。

【請求項10】

光源と、請求項１から９のいずれか１項に記載の前記蛍光体ホイール装置とを備える照明システムと、
前記照明システムからの入射光を空間的に変調し、映像情報に応じた映像光を生成する光変調素子と、
生成された前記映像光を投射して表示する投写光学系と、
を備える、
投写型映像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、投写型映像表示装置の照明システムに使用される蛍光体ホイール装置に関し、より詳しくは、熱交換器を備えた蛍光体ホイール装置、並びに、そのような蛍光体ホイール装置を備えた投写型映像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、投写型映像表示装置は、半導体レーザ素子のような固体レーザ光源が主に用いられている。また、複数個の半導体レーザ素子をアレイ状に配列して一体化したハイパワーデバイスも提供されている。このような半導体レーザ素子アレイを用いることにより、例えば、５０００ルーメンを超えるようなハイパワーの投写型映像表示装置を提供することが可能である。

【0003】

半導体レーザ素子のうち、特に、青色光を発生する半導体レーザ素子が、効率及びパワーの点で優れている。投写型映像表示装置では、白色光を得るために、青色光を発生する半導体レーザ素子と、青色光から黄色光を生ずる蛍光体とを組み合わせた構成が主流になっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１８／１５９５３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

固体レーザ光源を搭載した投写型映像表示装置の出力パワーを増大することが求められる。しかしながら、蛍光体に入射した光のエネルギーは、一部のみ光エネルギーとして蛍光に変換し、残りは熱エネルギーとして放出される。この熱エネルギーによる蛍光体の発熱によって、蛍光体の蛍光変換効率の低下やその周辺の光学素子の損傷が生じる。従って、発熱した蛍光体を冷却する構成が必要となる。

【0006】

発熱した蛍光体を冷却するためには、円盤形状の基板の面に蛍光体を円環状に形成してモータで回転させることで（本明細書では、このような構成を「蛍光体ホイール装置」という）、蛍光体の実効的な表面積を広げて、空気との熱交換を促進する構成が採用されている。近年は、さらなる投写型映像表示装置の高輝度化が求められ、入射光を高効率で変換するための蛍光体及びその冷却手段が必要となっている。

【0007】

このような課題を鑑み、従来、例えば、特許文献１の発明が提案されている。

【0008】

特許文献１の蛍光体ホイール装置の場合、防塵且つ防音のため、蛍光体ホイールは密閉のケース部に収容され、当該ケース部に吸熱器が取り付けられている。吸熱器は、冷媒としての水を封入し、封入された水は、ヒートパイプを介して、ケース部内の吸熱器とケース部の外部に配置された排熱器との間で移動することによって、蛍光体の発熱をケース部から排出する。

【0009】

投写型映像表示装置の更なる低コスト化、小型化についての要望があり、従来の蛍光体ホイール装置においては、安価に発熱した蛍光体を冷却することができる構成が求められている。

【0010】

そこで、本開示の目的は、前記課題を解決することにあって、安価に発熱した蛍光体を冷却することができる蛍光体ホイール装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記目的を達成するために、本開示に係る蛍光体ホイール装置は、蛍光体ホイールを収容する筐体と、筐体との間で循環気体の流れが連通する熱交換器と、を備え、筐体は、循環ファンを有する第１空間と、循環ファンにより第１空間から送風される第２空間と、蛍光体ホイールが配置された第３空間と、熱交換器と第１空間とを連通する第１開口部と、第１空間と第２空間とを連通する第２開口部と、第２空間と第３空間とを連通する第３開口部と、第３空間と熱交換器とを連通する第４開口部と、を有し、熱交換器は、循環気体が流れる循環流路と、外部から送風される外部気体が流れる外気流路と、を有し、筐体は、循環気体が第１空間と、第２空間と、第３空間とを、順に通過する循環経路を形成し、循環経路と循環流路とは、循環気体が流れる閉流路を構成し、循環流路と外気流路とは、循環気体と外部気体とが互いに混合することなく熱的に接して流れるように構成されている。

【発明の効果】

【0012】

本開示の一態様に係る蛍光体ホイール装置によれば、スペース効率が向上した構成を有し、安価に発熱した蛍光体を冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態１に係る蛍光体ホイール装置を備えた照明システムの構成を示す概略図である。

【図2】図１の蛍光体ホイール装置の一例を示す平面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。

【図3】図１の蛍光体ホイールの受光面の構成を示す平面図である。

【図4】図１の蛍光体ホイールの背面の構成を示す斜視図である。

【図5】図１の蛍光体ホイールの径方向の部分断面図である。

【図6】図１の蛍光体ホイール装置内の循環経路の一例を示す図である。

【図7】図１の蛍光体ホイール装置の熱交換器の構成を示す斜視図（ａ）及びＢ－Ｂ面の断面図（ｂ）である。

【図8】図１の蛍光体ホイール装置の熱交換器のケース部（ａ）及び波板（ｂ）を示す斜視図である。

【図9】図１の蛍光体ホイール装置の熱交換器の一体化構成の一例を示す斜視図（ａ）、及び出入り口の気体の流れを示す図（ｂ）である。

【図10】図１の蛍光体ホイール装置の熱交換器の一体化構成の他の一例を示す斜視図（ａ）、及び出入り口の気体の流れを示す図（ｂ）である。

【図11】実施の形態２に係る投写型映像表示装置の構成を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本開示の第１態様によれば、蛍光体ホイールを収容する筐体と、筐体との間で循環気体の流れが連通する熱交換器と、を備え、筐体は、循環ファンを有する第１空間と、循環ファンにより第１空間から送風される第２空間と、蛍光体ホイールが配置された第３空間と、熱交換器と第１空間とを連通する第１開口部と、第１空間と第２空間とを連通する第２開口部と、第２空間と第３空間とを連通する第３開口部と、第３空間と熱交換器とを連通する第４開口部と、を有し、熱交換器は、循環気体が流れる循環流路と、外部から送風される外部気体が流れる外気流路と、を有し、筐体は、循環気体が第１空間と、第２空間と、第３空間とを、順に通過する循環経路を形成し、循環経路と循環流路とは、循環気体が流れる閉流路を構成し、循環流路と外気流路とは、循環気体と外部気体とが互いに混合することなく熱的に接して流れるように構成されている、蛍光体ホイール装置を提供する。

【0015】

この態様によれば、スペース効率が向上した構成を有し、安価に発熱した蛍光体を冷却することができる蛍光体ホイール装置を提供することができる。

【0016】

本開示の第２態様によれば、熱交換器は、波板を備え、波板は、薄板を交互に向きを変えて繰り返し折り曲げた形状を有し、ジグザグ状の端面が熱交換器の両端部に配置され、循環流路と外気流路とは、それぞれが熱交換器の両端部の間で連通し、連通の方向に沿って波板の一方の面と他方の面とのそれぞれにのみ接し、循環気体と外部気体とが両端部の間で流れるように構成されている、第１態様に記載の蛍光体ホイール装置を提供する。

【0017】

本開示の第３態様によれば、循環流路は、循環気体が両端部のうちの一方の端部から他方の端部に向かって流れるように構成され、外気流路は、外部気体が他方の端部から一方の端部に向かって流れるように構成されている、第２態様に記載の蛍光体ホイール装置を提供する。

【0018】

本開示の第４態様によれば、熱交換器の両端部は、それぞれが筐体の長手方向の両端の近傍に位置する、第２又は第３態様に記載の蛍光体ホイール装置を提供する。

【0019】

本開示の第５態様によれば、蛍光体ホイールは、回転する基板を有し、基板は、第１の面において、蛍光体層が配置され、第１の面に対向する第２の面において、複数の凸形状の羽部が回転対称に設けられ、第２の面が第２開口部に面して配置されている、第１から第４態様のいずれか１つに記載の蛍光体ホイール装置を提供する。

【0020】

本開示の第６態様によれば、第３開口部は、基板よりも小さく、基板の中央部に向けて配置されている、第５態様に記載の蛍光体ホイール装置を提供する。

【0021】

本開示の第７態様によれば、循環ファンは、吐出口が第２開口部と密接して接続するように配置されている、第１から第６態様のいずれか１つに記載の蛍光体ホイール装置を提供する。

【0022】

本開示の第８態様によれば、循環ファンは、シロッコファンである、第１から第７態様のいずれか１つに記載の蛍光体ホイール装置を提供する。

【0023】

本開示の第９態様によれば、循環流路は、筐体の上面又は一側面に隣接して配置されている、第１から第８態様のいずれか１つに記載の蛍光体ホイール装置を提供する。

【0024】

本開示の第１０態様によれば、光源と、第１から第９態様のいずれか１つに記載の蛍光体ホイール装置とを備える照明システムと、照明システムからの入射光を空間的に変調し、映像情報に応じた映像光を生成する光変調素子と、生成された映像光を投射して表示する投写光学系と、を備える、投写型映像表示装置を提供する。

【0025】

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

【0026】

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。

【0027】

本開示の実施の形態１に係る蛍光体ホイール装置について、図１乃至図１０を参照しながら説明する。添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供するものであって、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。また、各図においては、説明を容易なものとするため、各要素を誇張して示している。

【0028】

＜実施の形態１＞
（照明システム１００の構成）
図１を参照して本開示の実施の形態１に係る照明システム１００の一例について説明する。図１は、実施の形態１に係る蛍光体ホイール装置２００を備えた照明システム１００の構成を示す概略図である。

【0029】

図１を参照すると、照明システム１００は、光学系１５０と、蛍光体ホイール装置２００とを備えている。蛍光体ホイール装置２００は、蛍光体ホイール２２０を備え、蛍光体ホイール２２０に設けられた蛍光体層２２２は、光学系１５０より発された青色光を受けて黄色光の蛍光を発生する。

【0030】

図１に示すように、照明システム１００の光学系１５０は、半導体レーザ素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃと、コリメートレンズ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと、アフォーカスレンズ１０３，１０４と、レンズ１０７，１０８，１０９と、拡散板１０５と、ダイクロイックミラー１０６と、ロッドインテグレータ１１０と、を含む。蛍光体ホイール装置２００は、蛍光体ホイール２２０と、熱交換器２６０と、ファン２３２とを備えている。

【0031】

光学系１５０において、半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃは、青色光を発生するレーザ光源であってもよい。半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃにより発された青色光は、図示－Ｚ方向に出射され、コリメートレンズ１０２ａ～１０２ｃによってコリメートされた後、アフォーカルレンズ（アフォーカル光学系を構成するレンズの意として以降使用する）１０３及び１０４で集束されて拡散板１０５に入射する。入射した青色光は拡散板１０５によって拡散され、次に、ダイクロイックミラー１０６に入射する。

【0032】

ダイクロイックミラー１０６は、青色光を透過し、それ以外の色成分光を反射する特性を有し、入射光の光軸に対して４５度傾斜して配置されている。拡散板１０５からダイクロイックミラー１０６に入射され、透過した青色光は、レンズ１０７，１０８を介して蛍光体ホイール装置２００に入射する。

【0033】

蛍光体ホイール装置２００において、図１に示すように、蛍光体ホイール２２０は、モータ装置２２４の駆動により回転し、蛍光体ホイール２２０の前面に配置された環状の蛍光体層２２２は、入射した青色光によって励起されて黄色光の蛍光を発生する。蛍光体ホイール２２０が回転することによって、蛍光体層２２２の一点に集中的に青色光が照射されることが回避され、青色光の照射による発熱に起因する蛍光体層に含まれる蛍光体粒子の劣化が抑制される。蛍光体ホイール装置２００の構成については、後段において詳述する。

【0034】

次に、蛍光体層２２２により発生された黄色光は、レンズ１０７，１０８を介して図示Ｚ方向にダイクロイックミラー１０６に入射する。入射した黄色光はダイクロイックミラー１０６により反射され、－Ｘ方向に進み、レンズ１０９によって、その前方に配置された矩形開口を有するロッドインテグレータ１１０の入射面に集光される。

【0035】

このように、蛍光体ホイール装置２００を用いることにより、光源からの青色光から黄色光を生成することができる。なお、蛍光体層２２２に含まれる蛍光体粒子は、黄色蛍光体粒子に限定されず、赤色蛍光体粒子、または、緑色蛍光体粒子など、発光色が異なる他の蛍光体粒子であってもよい。また、照明システム１００は、ロッドインテグレータ１１０に代えて、複数のレンズからなるレンズアレイを備えてもよい。

【0036】

（蛍光体ホイール装置２００の構成）
蛍光体ホイール装置２００の構成は、図２を参照して説明する。図２は、図１の蛍光体ホイール装置２００の一例を示す平面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。なお、図２（ａ）において、説明を容易なものとするため、蛍光体ホイール装置２００の内部に収容されている蛍光体ホイール２２０を、蛍光体ホイール装置２００の筐体を透過して示している。

【0037】

図２に示すように、蛍光体ホイール装置２００は、内部に蛍光体ホイール２２０を収容している筐体２４０と、熱交換器２６０と、ファン２３２とを備えている。筐体２４０は略直方体形状であって、前面２４０ａと、後面２４０ｂと、上面２４０ｃとを有する。蛍光体ホイール２２０は、筐体２４０の前面２４０ａの内側付近に設置され、光源からの入射光を受光し、蛍光を出射するために、前面２４０ａにおいて開口２４１が蛍光体層２２２の位置に対応するように設けられている。

【0038】

熱交換器２６０は、筐体２４０と隣接して設置され、本実施の形態の場合、熱交換器２６０は筐体２４０の上面２４０ｃに隣接して設置されている。なお、熱交換器２６０は、上面２４０ｃに設置される場合には限定されない。例えば、筐体２４０の一側面、例えば、後面２４０ｂに隣接して配置することができる（後段において説明する）。筐体２４０内の蛍光体層２２２を放熱させるために、筐体２４０の内部に循環気体が流れ、熱交換器２６０と筐体２４０との間で循環気体の流れが連通している。蛍光体層２２２に生じた熱を伴う循環気体は、熱交換器２６０に送入されて冷却された後、再び筐体２４０に戻って循環することによって蛍光体ホイール２２０の蛍光体層２２２を放熱させる。図６に示すように、熱交換器２６０は、循環気体が流れる循環流路２６１と、外部から送風される外部気体が流れる外気流路２６２とを有する。循環流路２６１と外気流路２６２とは、内部で流れる循環気体と前記外部気体とが互いに混合することなく熱的に接して流れるように構成されている。ファン２３２は、熱交換器２６０の端部、例えば、２６０ｂの外側付近に設置され、外部から空気を外気流路２６２に送風する。熱交換器２６０の詳細な構成については、後段において詳述する。

【0039】

（蛍光体ホイール２２０の構成）
以下、図３乃至図５を参照して、図１の蛍光体ホイール２２０の構成を説明する。

【0040】

図３は、図１の蛍光体ホイールの受光面２２０Ａの構成を示す平面図である。図４は、図１の蛍光体ホイールの背面２２０Ｂの構成を示す斜視図である。さらに、図５は、図１の蛍光体ホイール２２０の径方向の部分断面図である。

【0041】

図５に示すように、本実施の形態に係る蛍光体ホイール２２０は、基板２２１を備えている。基板２２１は、例えば、円盤形状であって、熱伝導材料から構成され、互いに対向する第１の面２２１Ａ及び第２の面２２１Ｂを有し、モータ装置２２４（図１）の駆動によって、回転軸Ｏを中心に回転することができる。なお、本明細書では、蛍光体ホイール装置２２０において、半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃからの入射光を受ける面（図１の＋Ｚ側の面、図２に示す面）を「受光面」又は「第１の面」といい、その対向側の面（図１の－Ｚ側の面、図３に示す面）を「背面」又は「第２の面」という。

【0042】

図３に示す蛍光体ホイールの受光面２２０Ａにおいて、蛍光体層２２２は、例えば、基板２２１の第１の面２２１Ａの外周付近に、環状に形成されている。蛍光体層２２２は、例えば、セラミックであって、青色光によって励起されて蛍光を発生する特性を有する。

【0043】

図４に示す蛍光体ホイールの背面２２０Ｂにおいて、複数の凸形状の羽部２２３が基板２２１の第２の面２２１Ｂに設けられている。蛍光体ホイール２２０が安定に回転するように、複数の凸形状の羽部２２３は、回転対称に配置されている。本実施の形態の場合、図示のように、複数の凸形状の羽部２２３は、基板２２１の外周側に向けて、蛍光体ホイール２２０の回転方向Ａに弯曲するように構成されている。これによって、基板２２１の第２の面において渦巻き形状の隙間を形成することができる。また、図５に示すように、凸形状の羽部２２３は、径方向において、基板２２１の第１の面２２１Ａに配置された蛍光体２２２範囲よりも広い範囲にわたって配置されている。すなわち、基板２２１の第２の面２２１Ｂにおける渦巻き形状の隙間の内周は、環状の蛍光体層２２２よりも基板２２１の中心寄りに位置する。

【0044】

本実施の形態の場合、弯曲する複数の凸形状の羽部２２３を設けることによって、蛍光体ホイール２２０がＡ方向に回転するとき生じた空気流を、基板２２１の中央部から渦巻き形状の隙間を通って、ａ１，ａ２，ａ３の方向にスムーズに径方向の外側へ誘導することができる。このとき、蛍光体ホイールの背面２２０Ｂの中央部付近に効果的に送風することで、蛍光体ホイールの受光面２２０Ａにおける発熱した蛍光体２２２を効率よく冷却することができる。

【0045】

なお、基板２２１の第２の面２２１Ｂに設置された凸形状の羽部は、弯曲する形状には限定されない。光体ホイール２２０の背面２２０Ｂにおいて隙間を形成し、蛍光体ホイール２２０の回転により生じた空気流を、径方向外側へ誘導することができる任意の形状であってもよい。

【0046】

（蛍光体ホイール装置２００内の循環経路の構成）
図６は、図１の蛍光体ホイール装置２００内の循環経路の一例を示す図である。図６において、循環経路の説明を容易なものとするため、熱交換器２６０が筐体２４０の後面２４０ｂに隣接して配置された構成を示している。図示のように、熱交換器２６０は、好ましくは、両端部２６０ａ，２６０ｂは、それぞれが前記筐体の長手方向の両端の近傍に位置するように配置され、更に好ましくは、循環流路２６１が筐体２４０の上面２４０ｃ、又は一側面、例えば、後面２４０ｂに隣接して配置される。これによって、循環気体を迅速且つ効果的に冷却することができるとともに、蛍光体ホイール装置２００をコンパクトに構成することができる。

【0047】

図６に示すように、本実施の形態において、筐体２４０は、後面２４０ｂに隣接する第１空間Ｓ１と、第２空間Ｓ２と、蛍光体ホイール２２０が配置されている第３空間Ｓ３とによって構成されている。熱交換器２６０は、循環流路２６１が筐体２４０の後面２４０ｂに隣接するように配置され、第１開口部Ｐ１において第１空間Ｓ１と連通し、第４開口部Ｐ４において第３空間Ｓ３と連通している。第１空間Ｓ１内には、循環ファン２３１が配置されている。第２空間Ｓ２は、第２開口部Ｐ２において第１空間Ｓ１と連通し、第３開口部Ｐ３において第３空間Ｓ３と連通している。第３空間Ｓ３内には、蛍光体ホイール２２０が配置されている。

【0048】

図６の矢印Ｃ１乃至Ｃ５は筐体２４０内の循環経路を示している。図示のように、循環気体が第１開口部Ｐ１を通って熱交換器２６０の循環流路２６１の端部２６０ｂから第１空間Ｓ１内に送入され（Ｃ１）、第１空間Ｓ１内に設置された循環ファン２３１によって、第２開口部Ｐ２を通って第２空間Ｓ２に送入される（Ｃ２）。

【0049】

第２空間Ｓ２は、循環気体を第１空間Ｓ１から第３空間Ｓ３へ送入する経路を形成している。第１空間Ｓ１内の循環ファン２３１は、吐出口が第２開口部Ｐ２と密接して接続するように配置することができる。これによって、循環気体が、循環ファン２３１の静圧により第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２に迅速に送入され、更に第３開口部Ｐ３を通って第３空間Ｓ３に効率よく送入することができる。

【0050】

第３空間Ｓ３内の蛍光体ホイール２２０は、好ましくは、背面２２０Ｂ、すなわち、基板２２１の第２の面２２１Ｂが第２開口部Ｐ２に面して配置され、更に好ましくは、第３開口部Ｐ３は、蛍光体ホイール２２０の基板２２１よりも小さく、基板２２１の中央部に向けて配置される。これによって、第２空間Ｓ２から送入された循環気体が基板２２１に触れることなく蛍光体ホイール２２０の外周の外側から抜けて通過することを抑制し、蛍光体ホイールの背面２２０Ｂの中央部付近に対して効果的に送風することができる（Ｃ３）。これによって、図４を参照して前述したように、送入された循環気体が蛍光体ホイールの背面２２０Ｂに形成された隙間を通して径方向外側へ流れることによって、受光面２２０Ａにおける発熱した蛍光体２２２を効率よく冷却することができる。

【0051】

次に、蛍光体層２２２に生じた熱を伴う循環気体は、第３空間Ｓ３を通過して（Ｃ４）、第４開口部Ｐ４を通って第３空間Ｓ３から熱交換器２６０の端部２６０ａから循環流路２６１に送入される（Ｃ５）。

【0052】

このように、筐体２４０は、空間Ｓ１～Ｓ３によりコンパクトに構成され、循環気体が第１空間Ｓ１と、第２空間Ｓ２と、前記第３空間Ｓ３とを順に通過する、Ｃ１からＣ５に示す循環経路を形成している。これによって、効果的に蛍光体ホイール２２０の蛍光体層２２２を放熱させるとともに、蛍光体ホイール装置２００内のスペース効率が向上できる。

【0053】

また、筐体２４０内の空間Ｓ１～Ｓ３は、それぞれの間を仕切るように構成されてもよく、例えば、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間は第２開口部Ｐ２のみを介して、第２空間Ｓ２と第３空間Ｓ３との間は第３開口部Ｐ３のみを介して連通するように構成されてもよい。これによって、循環ファン２３１による風圧を生かして循環気体をＣ１からＣ５の循環方向に沿って流れるように誘導することができ、効果的に蛍光体２２２を放熱させることができる。なお、筐体２４０は、循環気体を更にスムーズに誘導するために、例えば、循環経路に沿って形成された斜面（図示せず）等を更に含んでもよい。

【0054】

また、循環ファン２３１は、図６では軸流ファンを示しているが、これに限定されない。本実施の形態において、シロッコファンでも使用することができる。シロッコファンを用いた循環ファン２３１は、小型であり、且つ静圧（空気を送り出す力）が高く、筐体２４０の空間内において効率よく循環気体を循環させることができる。なお、循環ファン２３１は、例えば、複数の軸流ファンを直列に配置して構成することもできる。

【0055】

次に、熱交換器２６０の端部２６０ａから送入された循環気体は、端部２６０ｂに向かって流れて循環流路２６１を通過する（Ｄ１）。このとき、外部からファン２３２によって送風された気体が、循環流路２６１と熱的に接している外気流路２６２内で流れている（Ｄ２）。これによって、循環気体が循環流路２６１を通過する間に、外部気体と熱交換することによって冷却され、冷却された循環気体は、第１開口部Ｐ１を通って再び第１空間Ｓ１に戻って筐体２４０内で循環する。このように、筐体２４０内における空間Ｓ１からＳ３を順に通過する循環経路と、熱交換器２６０内の循環流路２６１とは、循環気体が流れる閉流路を構成し、当該閉流路内で循環する気体が冷媒として発熱した蛍光体２２２を冷却する。

【0056】

好ましくは、図６に示すように、循環気体は、端部２６０ａから循環流路２６１に送入され、端部２６０ｂに向かって、Ｄ１方向に循環流路２６１を通過し、外部気体は、端部２６０ｂから外気流路２６２に送風され、端部２６０ａに向かって、Ｄ２方向に外気流路２６２を通過する。これによって、循環流路２６１内の循環気体と外気流路２６２内の外部気体とは、熱交換器２６０を通過する間に効果的な熱交換が実現できる。

【0057】

（熱交換器２６０の構成）
以下、図７乃至図１０を参照して、図１の蛍光体ホイール装置２００の熱交換器２６０の構成を説明する。

【0058】

図７は、図１の蛍光体ホイール装置２００の熱交換器２６０の構成を示す斜視図（ａ）及びＢ－Ｂ面の断面図（ｂ）である。図８は、図１の蛍光体ホイール装置２００の熱交換器２６０のケース部（ａ）及び波板（ｂ）を示す斜視図である。なお、図８（ａ）は、上面を取り除いた状態の熱交換器２６０のケース部２７１を示している。

【0059】

図７（ａ）に示すように、熱交換器２６０は、略直方体形状のケース部２７１（図８（ａ））と、ケース部２７１内に設置される波板２７２（図８（ｂ））とによって構成することができる。循環気体と外部気体とは、熱交換器２６０の両端部２６０ａ，２６０ｂの間で、長手方向Ｄ１，Ｄ２に沿って流れる。なお、循環気体と外部気体との出入り口は、両端部２６０ａ，２６０ｂに形成されてもよく、両端部２６０ａ，２６０ｂ付近の上面又は底面において形成されてもよい（後段で説明する図９及び図１０に示す）。

【0060】

図７（ａ），（ｂ）に示すように、波板２７２は、薄板を交互に向きを変えて繰り返し折り曲げた形状を有する。図示のように、繰り返し折り曲げて形成した辺ｍ１ｎ１，辺ｎ１ｍ２，辺ｍ２ｎ２，辺ｎ２ｍ３，辺ｍ３ｎ３・・・・により構成されたジグザグ状の端面が熱交換器２６０の両端部２６０ａ，２６０ｂに配置されている。当該波板２７２によって、熱交換器２６０の内部において図示Ｘ方向に延びる上下に分かれた多数の溝が形成され、上下の溝のそれぞれに沿って流れる気体は、互いに混合することなく、熱交換器２６０の両端部２６０ａ，２６０ｂの間で流れることができる。本実施の形態において、図７（ｂ）に示すように、波板２７２の下方の面とケース部２７１の下面２７１ｂとは、循環気体が流れる循環流路２６１を構成し、波板２７２の上方の面とケース部２７１の上面２７１ａとは、外部気体が流れる外気流路２６２を構成している。循環流路２６１と外気流路２６２とは、それぞれが熱交換器の両端部２６０ａ，２６０ｂの間で連通し（図７（ａ））、連通の方向（Ｄ１，Ｄ２）に沿って、循環流路２６１は、波板２７２の下方の面にのみ接し、外気流路２６２は、波板２７２の上方の面にのみ接している。

【0061】

なお、本実施の形態において、波板２７２により形成されたＸ方向に延びる多数の溝は等間隔ｄで配列されているが、本開示はこれに限定されない。多数の溝が異なる間隔で配列されてもよい。また、本実施の形態において、波板２７２のジグザグ状の端面は、繰り返すＶ字線形状で構成されているが、本開示はこれに限定されない。例えば、波板２７２のジグザグ状の端面は、一部が湾曲の形状を含むように構成されてもよい。更に、本実施の形態において、波板２７２のジグザグ状の端面における繰り返すＶ字形状の高さｈが同一に形成されているが、本開示はこれに限定されない。繰り返すＶ字形状の高さが異なってもよい。

【0062】

波板２７２は、導熱性材料、例えば、アルミニウム、ＳＵＳを用いて作製されている。したがって、循環流路２６１内で流れる循環気体と外気流路２６２内で流れる外部気体とは、互いに混合することなく、波板２７２の延びる方向に沿って波板２７２を介して熱的に接して流れている。波板２７２の端面をジグザグ状に形成することによって、循環流路２６１と外気流路２６２との熱的に接する表面積が増加し、循環気体と外部気体との熱交換の効率を向上させることができる。

【0063】

波板２７２を構成する材料が薄いほど熱交換の効果が向上するが、波板２７２を一定の強度に保持するため、本実施の形態において、例えば、厚さ０．０５ｍｍ程度のアルミ箔や０．５ｍｍ程度のアルミ板を用いて波板２７２を作製してもよい。波板２７２により形成されたＸ方向に延びる多数の溝の配列間隔ｄは、これに限定されないが、例えば、４ｍｍ以上であってもよく、ジグザグ状の端面における繰り返すＶ字形状の高さｈは、例えば、４０ｍｍ以上であってもよい。なお、波板２７２の寸法により熱交換器２６０の熱交換機能が規定されるため、蛍光体ホイール装置２００の出力に応じて、要求される冷却機能に基づいて波板２７２を設計してもよい。ただし、対応できる熱量は循環ファン２３１やファン２３２の能力を考慮する必要があることは言うまでもない。

【0064】

このような熱交換器２６０は、シンプルな構造で循環気体を効果的に冷却し、冷却された循環気体が再び筐体２４０に戻って循環することによって、安価に蛍光体が発光時に生じた熱を冷却することができる。また、熱交換器２６０は、図７に示すように、ケース部２７１と波板２７２とを別々に作製し、組み立てることによって構成されてもよく、例えば、インサート成形等により、ケース部を含む循環流路２６１と外気流路２６２とを一体化構成として作製してもよい。以下、図９及び図１０を参照して熱交換器２６０の一体化構成について説明する。

【0065】

図９は、図１の蛍光体ホイール装置２００の熱交換器の一体化構成の一例を示す斜視図（ａ）、及び出入り口の気体の流れを示す図（ｂ）である。図１０は、図１の蛍光体ホイール装置２００の熱交換器の一体化構成の他の一例を示す斜視図（ａ）、及び出入り口の気体の流れを示す図（ｂ）である。

【0066】

図９に示す一体化構成を有する熱交換器の一例である２８０ａは、蓋部２７３と流路部材２７４とによって構成されている。流路部材２７４は、ケース部を含む循環流路２６１と外気流路２６２とを、例えば、インサート成形によって一部品として一体に作製された部材である。インサート成形等の製法によれば、熱交換器内部に隙間の発生による気体漏れを防止することができるとともに、製造工数を削減できるため、熱交換器の作製を低コスト化することができる。

【0067】

また、図９に示す熱交換器２８０ａにおいて、外部気体は、例えば、流路部材２７４の端部２７４ａ，２７４ｂを出入り口として、図９に示すＧ１，Ｇ２の方向に流れる。そのため、図９（ａ）に示すように、熱交換器２８０ａは、両端部２７４ａ，２７４ｂが開放構造を有する。循環気体は、流路部材２７４の端部２７４ａ，２７４ｂ付近の上面開口部２７４ｃ，２７４ｄより送入又は送出され、図９に示すＥ１，Ｅ２の方向に流れる。

【0068】

図１０に示す一体化構成を有する熱交換器の他の一例である２８０ｂは、図９の２８０ａに類似し、蓋部２７５と流路部材２７６とによって構成されている。インサート成形によって一部品として一体に作製された流路部材２７６は、図９に示す流路部材２７４とは、外部気体の出入り口の構成において異なる。熱交換器２８０ｂにおいて、外部気体は、例えば、流路部材２７６の端部２７６ａ，２７６ｂ付近の下面開口部２７６ｅ，２７６ｆを出入り口として、図１０に示すＧ３，Ｇ４の方向に流れる。循環気体は、図９に示す流路部材２７４と同様に、流路部材２７６の端部２７６ａ，２７６ｂ付近の上面開口部２７６ｃ，２７６ｄより送入又は送出され、図１０に示すＥ３，Ｅ４の方向に流れる。この場合、図１０（ａ）に示すように、熱交換器２８０ｂは、両端部端部２７６ａ，２７６ｂが封止構造で構成されている。流路部材２７６の両端付近の上面及び下面に開口部を設けて循環気体又は外部気体の出入り口とすることで、流路部材２７６の端面２７６ａ，２７６ｂの封止を更に簡単にすることができ、熱交換器の作製を更に低コスト化することができる。

【0069】

以上説明したように、このように構成された蛍光体ホイール装置２００は、スペース効率が向上した構成を有し、且つ安価に発熱した蛍光体を冷却することができる。

【0070】

＜実施の形態２＞
以下、図１１を参照して、本開示の実施の形態２に係る投写型映像表示装置６００について説明する。なお、以下の説明において、実施の形態１と同様な部分を省略する。

【0071】

（投写型映像表示装置６００の構成）
図１１は、実施の形態２に係る投写型映像表示装置６００の構成を示す概略図である。投写型映像表示装置６００は、高輝度タイプのプロジェクタであってもよく、家庭用の低輝度タイプのプロジェクタであってもよい。図１１に示すように、投写型映像表示装置６００は、照明システム３００と、光変調素子４２０と、投写光学系４３０と、これらを収容する第１～第３の筐体５０１，５０２，５０３とを備えている。

【0072】

照明システム３００は、光学系３５０と、蛍光体ホイール装置２００ａとを備えている。蛍光体ホイール装置２００ａは、蛍光体ホイール２２０ａを備え、蛍光体ホイール２２０ａに設けられた蛍光体層２２２ａは、光学系３５０より発された青色光を受けて黄色光の蛍光を発生する。

【0073】

図１１に示すように、照明システム３００の光学系３５０は、半導体レーザ素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄ，３０１ｅと、コリメートレンズ３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ，３０２ｅと、アフォーカルレンズ３０３，３０４と、レンズ３０７，３０８，３０９，３１３，３１４と、拡散板３０５，３１５と、ダイクロイックミラー３０６と、ロッドインテグレータ３１０と、を含む。蛍光体ホイール装置２００ａは、は、蛍光体ホイール２２０ａと、熱交換器２６０ａと、ファン２３２ａとを備えている。

【0074】

光学系３５０において、半導体レーザ素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃは、青色光を発生するレーザ光源であってもよい。半導体レーザ素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃから出射された青色光は、コリメートレンズ３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃでそれぞれコリメートされた後、アフォーカスレンズ３０３，３０４により集束される。集束された青色光は、拡散板３０５に入射し、拡散され、ダイクロイックミラー３０６に入射する。

【0075】

入射光の光軸に対して４５度傾斜して配置されているダイクロイックミラー３０６は、青色光を透過し、青色光以外の発光色を有する光を反射する特性を有する。したがって、拡散板３０５から入射した青色光は、ダイクロイックミラーを透過し、レンズ３０７，３０８を更に透過した後、蛍光体ホイール装置２００ａに入射する。

【0076】

蛍光体ホイール装置２００ａにおいて、入射した青色光は、蛍光体ホイール２２０ａの蛍光体層２２２ａを照射する。このとき、蛍光体ホイール２２０ａは、モータ（図示せず）によって回転されている。これによって、青色光が蛍光体層２２２ａの一点に集中的に照射することが回避され、青色光の照射による発熱によって蛍光体層２２２ａに含まれる蛍光体粒子の劣化を抑制することができる。

【0077】

蛍光体層２２２ａに含まれる蛍光体粒子は、青色光によって励起され黄色光を発する。黄色光は、図示Ｚ方向に出射され、ダイクロイックミラー３０６に入射する。入射した黄色光は、ダイクロイックミラー３０６により反射され、図示－Ｘ方向にレンズ３０９に入射した後、ロッドインテグレータ３１０に入射する。

【0078】

一方で、半導体レーザ素子３０１ｄ，３０１ｅは、それぞれ青色光を出射し、出射された青色光は、コリメートレンズ３０２ｄ，３０２ｅでそれぞれコリメートされる。コリメートされた青色光は、レンズ３１３によって集光された後、拡散板３１５によって略平行化される。略平行化された青色光は、レンズ３１４、ダイクロイックミラー３０６、及び、レンズ３０９をこの順に透過した後、図示－Ｘ方向にロッドインテグレータ３１０に入射する。

【0079】

このように、ロッドインテグレータ３１０において、黄色光及び青色光が合成し、白色光が出射される。なお、照明システム３００は、ロッドインテグレータ３１０に代えて、複数のレンズからなるレンズアレイを備えてもよい。

【0080】

ロッドインテグレータ３１０から出射した白色光は、リレー光学系を構成するレンズ４０１，４０２を通過する。次いで、ミラー４０３，４０４によって反射されて光変調素子４２０に入射する。光変調素子４２０は、蛍光体層２２２ａから発せられる光を映像信号に基づいて空間的に変調し、映像情報に応じた映像光を生成する。光変調素子４２０によって生成された映像光は、図示＋Ｚ方向に投写光学系４３０に入射し、投写光学系４３０によって拡大され、表示部、例えば、スクリーン（図示せず）に投射され、表示される。

【0081】

本実施の形態において、防塵及び防音のため、図１１に示すように、照明システム３００の光学系３５０は、第１の筐体５０１内に収容されている。蛍光体ホイール装置２００ａは、第２の筐体５０２に収容されている。蛍光体ホイール装置２００ａの周辺は発熱量が多いため、照明システム３００の他の部分と分離して蛍光体ホイール装置２００ａを第２の筐体５０２に収容することによって、冷媒として利用される外気を効率的に送風し、熱交換の効果を向上させることができる。第３の筐体５０３には、レンズ４０１，４０２と、ミラー４０３，４０４と、光変調素子４２０と、投写光学系４３０とが収容されている。光変調素子４２０は、例えば、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）であってもよい。蛍光体ホイール装置２００ａは、前述した実施の形態１に係る蛍光体ホイール装置２００と同様な構成を有するため、詳細の説明を省略する。

【0082】

投写型映像表示装置６００を小型化するために、第２の筐体５０２はコンパクトな構成を有したほうがよい。そこで、本開示に係る蛍光体ホイール装置２００ａは、スペース効率が向上した構成を有し、安価に発熱した蛍光体を冷却することができる。このような蛍光体ホイール装置２００ａを用いた投写型映像表示装置６００は、小型且つ安価であり、ハイパワーで映像光を生成して投写することができる。

【0083】

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。そのような変更、及び異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0084】

本開示は、蛍光体ホイール装置に適用可能であり、また、そのような蛍光体ホイール装置を備えた照明システム又は投写型映像表示装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0085】

１００，３００ 照明システム
１５０，３５０ 光学系
２００，２００ａ 蛍光体ホイール装置
２２０，２２０ａ 蛍光体ホイール
２２１ 基板
２２２，２２２ａ 蛍光体層
２２３ 羽部
２２４ モータ装置
２３１ 循環ファン
２４０ 筐体
２４１ 開口
２３２，２３２ａ ファン
２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃ 筐体の面
２６０，２８０ａ，２８０ｂ 熱交換器
２６０ａ，２６０ｂ 端部
２６１ 循環流路
２６２ 外気流路
２７１ ケース部
２７２ 波板
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 空間
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 開口部
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５ 循環経路
Ｄ１，Ｄ２ 流路
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４ 流れ方向
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４ 流れ方向
２７３，２７５ 蓋部
２７４，２７６ 流路部材
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ 半導体レーザ素子
３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄ，３０１ｅ 半導体レーザ素子
３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ，３０２ｅ コリメートレンズ
１０３，１０４，３０３，３０４ アフォーカルレンズ
１０７，１０８，１０９，３０７，３０８，３０９、３１３、３１４ レンズ
１０５，３０５，３１５ 拡散板
１０６，３０６ ダイクロイックミラー
１１０，３１０ ロッドインテグレータ
４０１，４０２ レンズ
４０３，４０４ ミラー
４２０ 光変調素子
４３０ 投写光学系
５０１，５０２．５０３ 収容筐体
６００ 投写型映像表示装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】