特開 2023-95374 画像投射装置

(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】P2023095374

(43)【公開日】2023-07-06

(54)【発明の名称】画像投射装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20230629BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20230629BHJP

   G03B 21/16 20060101ALI20230629BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20230629BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 A

G03B21/00 D

G03B21/14 Z

G03B21/16

H04N5/74 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021211215

(22)【出願日】2021-12-24

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】平澤 友康

(72)【発明者】

【氏名】松山 敏伸

【テーマコード（参考）】

2K203

5C058

【Ｆターム（参考）】

2K203FA07

2K203FA45

2K203GA25

2K203GA34

2K203GA35

2K203HA14

2K203HA30

2K203HA82

2K203KA63

2K203KA73

2K203LA04

2K203LA13

2K203LA28

2K203LA36

2K203LA37

2K203MA12

2K203MA32

5C058BA35

5C058EA02

5C058EA52

(57)【要約】      （修正有）

【課題】２つの光源と２つの蛍光体を備え、当該２つの蛍光体から得られる蛍光を合成して出力する光源モジュールを小型化することができる画像投射装置を提供する。
【解決手段】光源と、２つの蛍光体ホイール１０２－１，１０２－２と、均一化素子１０３と、前記光源からの励起光を２つの前記蛍光体ホイールに導きかつ２つの前記蛍光体ホイールからの蛍光を合成した合成光を前記均一化素子まで導く光学系と、前記光学系を密閉する光学ケーシング１１０と、前記２つの蛍光体ホイールのうち一方を密閉しかつ気流の循環経路を有する第１冷却ケーシング１０９－１と、前記２つの蛍光体ホイールのうち他方を密閉しかつ気流の循環経路を有する第２冷却ケーシング１０９－２と、を有し、前記第１冷却ケーシングおよび前記第２冷却ケーシングのそれぞれの前記循環経路の軸が、前記合成光の光軸と垂直に交差するかまたは平行である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、２つの蛍光体ホイールと、均一化素子と、前記光源からの励起光を２つの前記蛍光体ホイールに導きかつ２つの前記蛍光体ホイールからの蛍光を合成した合成光を前記均一化素子まで導く光学系と、前記光学系を密閉する光学ケーシングと、前記２つの蛍光体ホイールのうち一方を密閉しかつ気流の循環経路を有する第１冷却ケーシングと、前記２つの蛍光体ホイールのうち他方を密閉しかつ気流の循環経路を有する第２冷却ケーシングと、を有する光源モジュールと、
前記均一化素子から出射される光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子により変調された光を表示部の投射する投射光学系と、を備え、
前記第１冷却ケーシングおよび前記第２冷却ケーシングのそれぞれの前記循環経路の軸が、前記合成光の光軸と垂直に交差するかまたは平行である、画像投射装置。

【請求項2】

前記循環経路には、前記蛍光体ホイール、前記第１冷却ケーシングおよび前記第２冷却ケーシングの内外と熱的に繋がる吸熱部材が配置される、請求項１に記載の画像投射装置。

【請求項3】

前記循環経路には、前記蛍光体ホイールを回転させるモータが配置される、請求項２に記載の画像投射装置。

【請求項4】

前記吸熱部材は、熱伝導部材を有し、片面にフィンを有する２つの板部材を張りあわせたものである、請求項２または３に記載の画像投射装置。

【請求項5】

前記吸熱部材は、熱伝導部材を有し、両面にフィンを有する板部材である、請求項２または３に記載の画像投射装置。

【請求項6】

前記吸熱部材において、前記第１冷却ケーシングおよび前記第２冷却ケーシングの外側に配置されるフィンは、前記合成光の光軸と垂直に交差するかまたは平行である、請求項４または５に記載の画像投射装置。

【請求項7】

前記光源は、ＬＤである、請求項１から６のいずれか一に記載の画像投射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像投射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＤ（光源の一例）を使ったプロジェクタ等の画像投射装置では、光源モジュールは、１つのＬＤと、１つの蛍光体と、を備えた構成が一般的である。しかし、プロジェクタの光量を上げること等を目的として、２つのＬＤと、２つの蛍光体と、を備え、２つの蛍光体から得られる蛍光を合成して出力する技術が開発されている（特許文献１参照）。

【0003】

また、光源モジュールにおいて励起光を蛍光に変換するが、蛍光体は温度が低いほど励起光から蛍光への変換効率が高い傾向にあるため、励起光から蛍光への変換効率を上げるために、蛍光体を冷却して蛍光体の温度を下げている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、２つの蛍光体を備えたプロジェクタにおいて、２つの蛍光体を冷却しようとすると、プロジェクタの構成が複雑化してしまい、プロジェクタ等の画像投射装置が大型化するという課題がある。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、２つの光源と２つの蛍光体を備え、当該２つの蛍光体から得られる蛍光を合成して出力する光源モジュールを小型化することができる画像投射装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源と、２つの蛍光体ホイールと、均一化素子と、前記光源からの励起光を２つの前記蛍光体ホイールに導きかつ２つの前記蛍光体ホイールからの蛍光を合成した合成光を前記均一化素子まで導く光学系と、前記光学系を密閉する光学ケーシングと、前記２つの蛍光体ホイールのうち一方を密閉しかつ気流の循環経路を有する第１冷却ケーシングと、前記２つの蛍光体ホイールのうち他方を密閉しかつ気流の循環経路を有する第２冷却ケーシングと、を有する光源モジュールと、前記均一化素子から出射される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子により変調された光を表示部の投射する投射光学系と、を備え、前記第１冷却ケーシングおよび前記第２冷却ケーシングのそれぞれの前記循環経路の軸が、前記合成光の光軸と垂直に交差するかまたは平行である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、２つの光源と２つの蛍光体を備え、当該２つの蛍光体から得られる蛍光を合成して出力する光源モジュールを小型化することができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本実施の形態にかかる画像投射装置を適用したプロジェクタの構成の一例を示す図である。

【図2】図２は、本実施の形態にかかる光源モジュールの概略の一例を示す図である。

【図3】図３は、本実施の形態にかかる光源モジュールの概略の他の例を示す図である。

【図4】図４は、本実施の形態にかかる光源モジュールが有する受熱手段および放熱手段の構成の一例を説明するための図である。

【図5】図５は、本実施の形態にかかる光源モジュールが有する受熱手段および放熱手段の構成の他の例を説明するための図である。

【図6】図６は、本実施の形態にかかる光源モジュールを合成光の出射方向から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に添付図面を参照して、画像投射装置の実施の形態を詳細に説明する。

【0010】

図１は、本実施の形態にかかる画像投射装置を適用したプロジェクタの構成の一例を示す図である。本実施の形態にかかるプロジェクタは、図１に示すように、光源モジュール１と、光変調素子２と、投射光学系３と、を有する。

【0011】

光源モジュール１は、光源の一例であるＬＤ（レーザダイオード光源）と、２つの蛍光体ホイールと、均一化素子と、当該ＬＤからの励起光を２つの蛍光体ホイールに導きかつ当該２つの蛍光体ホイールからの蛍光を合成した合成光を均一化素子に導く光学系と、を有する。光変調素子２は、光源モジュール１の均一化素子から出射される光を変調する光変調素子の一例である。投射光学系３は、光変調素子２により変調された光をスクリーン等の表示部に投射する投射光学系の一例である。

【0012】

図２は、本実施の形態にかかる光源モジュールの概略の一例を示す図である。本実施の形態にかかる光源モジュール１は、図２に示すように、２つのＬＤ１０１と、２つの蛍光体ホイール１０２－１，１０２－２と、均一化素子１０３と、ダイクロイックミラー１０４と、プリズム１０５と、モータ１０６と、受熱手段１０７と、放熱手段１０８と、第１冷却ケーシング１０９－１と、第２冷却ケーシング１０９－２と、光学ケーシング１１０と、を有する。以下の説明では、蛍光体ホイール１０２－１，１０２－２を区別しない場合には、蛍光体ホイール１０２と記載する。また、以下の説明では、第１，２冷却ケーシング１０９－１，１０９－２を区別しない場合には、冷却ケーシング１０９と記載する。

【0013】

ＬＤ１０１は、光を出射するＬＤの一例である。本実施の形態では、光源モジュール１は、２つのＬＤ１０１を有する。ダイクロイックミラー１０４は、ＬＤ１０１から出射される光を反射して、蛍光体ホイール１０２上の蛍光体層に励起光として入射する。

【0014】

蛍光体ホイール１０２は、ＬＤ１０１から出射されダイクロイックミラー１０４で反射した光を波長変換した光（蛍光）を出射する蛍光体ホイールの一例である。プリズム１０５は、２つの蛍光体ホイール１０２－１，１０２－２により波長変換された蛍光を合成した合成光を均一化素子１０３に導く光学系の一例である。

【0015】

光学ケーシング１１０は、ダイクロイックミラー１０４、プリズム１０５等の光学系を密閉する光学ケーシングの一例である。第１冷却ケーシング１０９－１は、蛍光体ホイール１０２－１，１０２－２のうち一方（蛍光体ホイール１０２－１）を密閉し、その内部に気流の循環経路を有する第１冷却ケーシングの一例である。第２冷却ケーシング１０９－２は、蛍光体ホイール１０２－１，１０２－２のうち他方（蛍光体ホイール１０２－２）を密閉し、その内部に気流の循環経路を有する第２冷却ケーシングの一例である。すなわち、蛍光体ホイール１０２－１，１０２－２は、それぞれ、冷却ケーシング１０９によって、ダイクロイックミラー１０４、プリズム１０５等の光学系とは別に密閉されている。

【0016】

モータ１０６は、蛍光体ホイール１０２を回転させる。受熱手段１０７は、蛍光体ホイール１０２で発生した熱を受熱する。放熱手段１０８は、受熱手段１０７により蛍光体ホイール１０２から受熱した熱を、冷却ケーシング１０９の外部に放熱する。すなわち、本実施の形態では、受熱手段１０７および放熱手段１０８は、冷却ケーシング１０９の内外に熱的に繋がる吸熱部材の一例である。これにより、蛍光体ホイール１０２で発生した熱を効率良く受熱手段１０７に移送することができる。

【0017】

受熱手段１０７および蛍光体ホイール１０２は、冷却ケーシング１０９内に格納されている。そして、冷却ケーシング１０９内には、循環気流が起こされており、当該循環気流によって蛍光体ホイール１０２で発生した熱を、効率よく、受熱手段１０７に移送している。すなわち、冷却ケーシング１０９内の循環経路には、蛍光体ホイール１０２、および受熱手段１０７（吸熱部材）が配置されている。また、冷却ケーシング１０９内の循環経路には、モータ１０６が配置されていても良い。これにより、蛍光体ホイール１０２に加えて、モータ１０６も冷却することができる。

【0018】

ここで、冷却ケーシング１０９内の循環気流の軸は、モータ１０６の回転軸に対して垂直に交差する。また、プリズム１０５により合成された合成光の光軸と、循環気流の軸と、が垂直に交差する。これにより、光学ケーシング１１０と冷却ケーシング１０９の壁面同士が平行の関係になり、デッドスペースを作ることがないため、光源モジュール１を小さくすることができる。

【0019】

すなわち、合成光を基準として光源モジュール１を設計することで、光源モジュール１全体の設計が容易になるため、光学系を格納する光学ケーシング１１０の形状は合成光に対して平行または垂直な面を有する直方体とすると小型な設計が可能となる。また、循環気流を発生させる冷却ケーシング１０９は、均一な循環気流を確保するため、循環気流の軸に対して平行または垂直な面を有する直方体とすると小型な設計が可能となる。よって、光源モジュール１は、循環気流の循環経路の軸が、合成光の光軸と垂直に交差するか平行になっていることで、光学ケーシング１１０と冷却ケーシング１０９の壁面同士が平行の関係になり、デッドスペースを作ることがないため、光源モジュール１を小さくすることができる。

【0020】

本実施の形態では、循環気流の軸と、合成光の光軸と、が直交（垂直に交差）しているが、例えば、循環気流の軸をモータ１０６の回転方向に９０℃倒した状態では、循環気流の軸と、合成光の光軸と、は、平行の関係になる。この場合でも、光学ケーシング１１０と冷却ケーシング１０９の壁面同士が平行の関係になり、デッドスペースを作ることがないため、光源モジュール１を小さくすることができる。

【0021】

図３は、本実施の形態にかかる光源モジュールの概略の他の例を示す図である。図２に示す光源モジュール１では、蛍光体ホイール１０２の２つの面のうち、励起光が入射される面側とは反対側にモータ１０６が取り付けられている。一方、図３に示す光源モジュール１では、蛍光体ホイール１０２の２つの面のうち、励起光が入射される面側にモータ１０６が取り付けられている。

【0022】

すなわち、図３に示す光源モジュール１は、図２に示す光源モジュール１とは、蛍光体ホイール１０２の基準として、モータ１０６が逆の向きに配置されている。これにより、冷却ケーシング１０９内の循環気流の作用によって、蛍光体ホイール１０２に加えて、モータ１０６も冷却することができる。

【0023】

図４は、本実施の形態にかかる光源モジュールが有する受熱手段および放熱手段の構成の一例を説明するための図である。本実施の形態では、受熱手段１０７および放熱手段１０８は、図４に示すように、アルミニウムのヒートシンク等であり、それぞれのベース部材が密着している。すなわち、受熱手段１０７および放熱手段１０８を含む吸熱部材は、熱伝導部材（良熱伝導部材）を有し、片面にフィンを有する２つの板部材（ベース部材）を張り合わせたものであっても良い。これにより、密閉された冷却ケーシング１０９内の熱を当該冷却ケーシング１０９外に低コストな構成で移送し放熱することが可能となる。

【0024】

本実施の形態では、受熱手段１０７および放熱手段１０８には、同じヒートシンクを用いているが、その限りではなく、ベース部材の大きさ、フィンの形状、枚数等は、適宜変更することができる。また、受熱手段１０７のベース部材と放熱手段１０８のベース部材との密着箇所に、熱伝導シート、熱伝導グリス等、熱伝導率が高い部材を配置することで、蛍光体ホイール１０２の放熱に効果的である。

【0025】

図５は、本実施の形態にかかる光源モジュールが有する受熱手段および放熱手段の構成の他の例を説明するための図である。本実施の形態では、受熱手段１０７および放熱手段１０８は、アルミニウムのベース部材の両側にフィンを立てた構成であっても良い。すなわち、受熱手段１０７および放熱手段１０８は、熱伝導部材（良熱伝導部材）を有し、両面にフィンを有する板部材（ベース部材）であっても良い。これにより、密閉された冷却ケーシング１０９内の熱を当該冷却ケーシング１０９外に高効率に移送し放熱することが可能となる。本実施の形態では、ベース部材の両側のフィンは、同じ形状かつ同じ枚数になっているが、その限りではなく、フィンの形状および枚数等は適宜変更することができる。

【0026】

図６は、本実施の形態にかかる光源モジュールを合成光の出射方向から見た図である。本実施の形態では、プリズム１０５により合成される合成光の出射方向に対して、冷却ケーシング１０９内の放熱手段１０８（受熱手段１０７）のフィンが平行になっている。これにより、放熱手段１０８のフィンが合成光に対して平行で揃っているので、放熱手段１０８のフィンに循環気流を作用させるためのダクトおよびファンを効率良く配置することができるので、光源モジュール１を搭載する各種機器を小型化することが可能である。本実施の形態では、放熱手段１０８のフィンが合成光に対して平行であるが、放熱手段１０８のフィンが合成光に対して垂直に交差するように揃っていても同様の効果が得られる。

【0027】

すなわち、受熱手段１０７および放熱手段１０８は、冷却ケーシング１０９の外側に配置されるフィンが、合成光の光軸と垂直に交差するかまたは平行である。これにより、冷却ケーシング１０９の外側に配置されるフィンに気流を作用させるためのダクトおよびファンを効率良く配置することができ、光源モジュール１を搭載するプロジェクタ等の各種機器の小型化が可能となる。

【0028】

本実施の形態では、循環気流の軸と合成光の光軸とが垂直に交差または平行になっているが、全ての循環気流の軸と合成光の光軸とが厳密に垂直に交差または平行になっていなくてもよく、合成光の光束の太さ、循環気流がケーシング形状の誤差があっても流量への影響を受けにくいことから、±20％の範囲になっていれば十分効果を得ることができる。

【0029】

このように、本実施の形態にかかるプロジェクタによれば、プリズム１０５により合成された合成光の光軸と、循環気流の軸と、が垂直に交差することにより、光学ケーシング１１０と冷却ケーシング１０９の壁面同士が平行の関係になり、デッドスペースを作ることがないため、光源モジュール１を小さくすることができる。

【符号の説明】

【0030】

１ 光源モジュール
２ 光変調素子
３ 投射光学系
１０１ ＬＤ
１０２ 蛍光体ホイール
１０３ 均一化素子
１０４ ダイクロイックミラー
１０５ プリズム
１０６ モータ
１０７ 受熱手段
１０８ 放熱手段
１０９ 冷却ケーシング
１１０ 光学ケーシング

【先行技術文献】

【特許文献】

【0031】

【特許文献1】特許第６２３６８９１号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】