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特開2024-124362レーザ蛍光体ホイールのための密閉されたコンパクトな閉ループ冷却システム

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】P2024124362

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】レーザ蛍光体ホイールのための密閉されたコンパクトな閉ループ冷却システム

(51)【国際特許分類】

G03B 21/14 20060101AFI20240905BHJP

G03B 21/00 20060101ALI20240905BHJP

G03B 21/16 20060101ALI20240905BHJP

H05K 7/20 20060101ALI20240905BHJP

H04N 5/74 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 Z

G03B21/00 D

G03B21/16

H05K7/20 R

H05K7/20 H

H04N5/74 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024026288

(22)【出願日】2024-02-26

(31)【優先権主張番号】18/176,553

(32)【優先日】2023-03-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】508145241

【氏名又は名称】クリスティーデジタルシステムズユーエスエーインコーポレイティッド

【氏名又は名称原語表記】ＣｈｒｉｓｔｉｅＤｉｇｉｔａｌＳｙｓｔｅｍｓＵＳＡ，Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】１０５５０ＣａｍｄｅｎＤｒ．Ｃｙｐｒｅｓｓ，ＣＡ９０６３０，ＵＳＡ

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】ディネシュバティア

(72)【発明者】

【氏名】スコットザレ

(72)【発明者】

【氏名】シディエルベカイエマイガ

【テーマコード（参考）】

2K203

5C058

5E322

【Ｆターム（参考）】

2K203FA02

2K203GA37

2K203HA30

2K203LA02

2K203LA12

2K203LA38

2K203MA04

2K203MA12

5C058BA35

5C058EA05

5C058EA52

5E322AA05

5E322AA10

5E322BA01

5E322BA03

5E322BA04

5E322BA05

5E322BB03

5E322DB08

(57)【要約】（修正有）

【課題】レーザ蛍光体ホイールを冷却するためのシステム
【解決手段】レーザ蛍光体ホイールを囲み、そこから熱を吸収するためにレーザ蛍光体ホイールの回転の接線方向に空気の流れを導くように配置された導管と、空気の流れによって吸収された熱を抽出して放散するために導管を横切る少なくとも１つのヒートパイプアセンブリとを含むシステムが提供される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ蛍光体ホイールを取り囲み、前記レーザ蛍光体ホイールから熱を吸収するために、前記レーザ蛍光体ホイールの回転の接線方向に対して空気の流れを導くように方向付けられた導管と、
前記空気の流れによって吸収された熱を取り出して放散するための少なくとも１つのヒートパイプアセンブリと、を含む、
レーザ蛍光体ホイールを冷却するシステム。

【請求項2】

前記導管と、前記少なくとも１つのヒートパイプとを密閉するための筐体をさらに含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記導管を通してファンに戻る空気の流れを方向付ける再循環ファンをさらに有する、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記ファンは、ファンの回転方向に沿って空気の流れを誘導する、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記ファンは、ファンの回転方向と逆方向に空気の流れを誘導する、請求項３に記載のシステム。

【請求項6】

前記少なくとも１つのヒートアセンブリは、少なくとも１つのヒートパイプと、前記少なくとも１つのヒートパイプからの熱を伝導するための複数の冷却フィンと、を有する、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記筐体は、前記レーザ蛍光体ホイールの円形形状に適合している、請求項２に記載のシステム。

【請求項8】

前記筐体は、前記レーザ蛍光体ホイール上の蛍光体の環状ストリップに光を導くための光学レンズを収容するためのレンズシートを含み、
前記レンズシートは、光が前記蛍光体の環状ストリップに集光されるホットスポットに隣接する前記レーザ蛍光体ホイールと前記レンズとの間の小さなギャップを冷却するためのエアジャケットを提供する形状である、請求項２に記載のシステム。

【請求項9】

前記少なくとも１つのヒートパイプアセンブリは、前記空気の流れの中に配置される、請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

前記少なくとも１つのヒートパイプアセンブリは、前記再循環ファンの供給チャネルに近接して配置される、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記少なくとも１つのヒートパイプアセンブリは、前記再循環ファンの戻りチャネルに近接して配置される、請求項９に記載のシステム。

【請求項12】

前記再循環ファンの供給チャネルに近接して配置された少なくとも１のヒートパイプアセンブリをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記少なくとも１つのヒートパイプアセンブリは、前記レーザ蛍光体ホイールに隣接して配置され、前記レーザ蛍光体ホイールの回転軸に垂直でかつ前記レーザ蛍光体ホイールの回転面に平行な一体型冷却ファンが前記少なくとも１つのヒートパイプと反対側に設けられ、前記回転軸に平行な方向に向けられている、請求項９に記載のシステム。

【請求項14】

前記レーザ蛍光体ホイールに隣接して配置され、前記レーザ蛍光体ホイールの前記回転軸に垂直でかつ前記レーザ蛍光体ホイールの回転面に平行な一体型冷却フィンを、前記少なくとも１つのヒートパイプと反対側に備え、かつ回転軸に平行な方向に向けられた少なくとも１つのヒートパイプアセンブリをさらに含む、請求項１に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ蛍光体ホイールを冷却するシステムに関し、より詳細には、レーザ蛍光体ホイール用の、密閉された、コンパクトな、閉ループの、空気力学的冷却および取り付けシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ蛍光体システムは、蛍光体の環状ストリップが接着剤を使用して接着された回転ホイールから成る。レンズはレーザスポットを蛍光体に集光するので、その結果、温度が上昇し、蛍光体の特性が劣化する可能性がある。

【0003】

蛍光体の温度を閾値以下に維持するため、インピンジメント冷却（impingement cooling）を行うためにホイールに垂直に空気を吹き付けることが知られている。このようなシステムでは、空気はファンを使用して密閉システム内で再循環され、ヒートパイプを使用して冷却されている。従来の設計では、流路設計による圧力損失が大きく、適切な冷却を提供するために大流量の空気流が必要なため、通常は複数のファンが必要となっている。大流量で複数のファンを使用すると、騒音のレベルが高くなるだけでなく、大きなスペースが必要となる。

【0004】

本明細書に関連する先行技術として、以下のものがある。ＵＳ７８４１７２１Ｂ２：空気循環経路を有する密閉構造のプロジェクタ、ＪＰ６２６１０６１Ｂ２：照明光学系の冷却構造および投写型表示装置、ＷＯ２０２１１１６２０６Ａ１：レーザ反射ユニット、ＵＳ１０３０３０４６：密閉ハウジングおよび内部の導風壁を有するプロジェクタ、ＵＳ８８４５１３４Ｂ２：発光装置用冷却システムおよびそれを用いた発光装置、ＵＳ１０８４５６８６：蛍光体ホイール、並びに蛍光体ホイールを備えた蛍光体ホイール装置、光変換ユニットおよび投写型表示装置。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第７，８４１，７２１号明細書

【特許文献2】特許第６２６１０６１号公報

【特許文献3】国際公開第２０２１／１１６２０６号

【特許文献4】米国特許第１０，３０３，０４６号明細書

【特許文献5】米国特許第８，８４５，１３４号明細書

【特許文献6】米国特許第１０，８４５，６８６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の一態様は、高い圧力損失と複数のファンの必要性の問題に対処するレーザ蛍光体ホイールを冷却するシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施形態において、コンパクトで空気力学的形状のレーザ蛍光体ホイールシステムおよび光学素子用の冷却および取り付けシステムが提供される。一態様において、この冷却および取付けシステムは、レーザ蛍光体ホイールと光学素子との間のわずかなギャップにもかかわらず、光学素子近傍の高効率冷却を保証し、コンパクト化のために最適化された流路と共に、単一の小型ファンの使用を可能とし、低電力消費も可能にしている。

【0008】

一態様において、レーザ蛍光体ホイールを冷却するためのシステムは、レーザ蛍光体ホイールから熱を吸収するためにレーザ蛍光体ホイールの回転の接線方向に空気の流れを導くように配向されたレーザ蛍光体ホイールを取り囲む導管と、空気の流れによって吸収された熱を抽出し、放散するために導管を通過する少なくとも１つのヒートパイプとを備える。

【0009】

別の態様では、ホイールと光学素子の間のギャップを冷却できるレンズシートが提供される。

【0010】

別の態様では、システムは、閉ループ冷却のために密封され、レーザ蛍光体ホイールに吹き付けられた空気は、１つ以上のヒートパイプを介して冷却された後、ファンに再循環される。

【0011】

これらは、後で明らかになる他の態様および利点とともに、以下でさらに十分に説明し請求する構造および動作の詳細に存在し、本明細書の一部を形成する添付図面を参照する必要があり、全体を通じて同様の符号は同様の部分を指す。これらは、後に明らかになる他の側面および利点とともに、本明細書の一部を構成する添付図面を参照して、本明細書においてより十分に説明され、特許請求されている構造および動作の詳細に記載されており、同じ番号は全体を通して同じ部分を参照している。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態による、レーザ蛍光体ホイールを冷却するためのシステムを示す。

【図2】図１に示すシステムの縦断面図である。

【図3】図１に示すシステムの平面図である。

【図4】図１に示すシステムの横断面図である。

【図5】図１に示すシステムの背面図である。

【図6】図１の視点から見たときの部分断面図である。

【図7】代替的な実施形態によるレーザ蛍光体ホイールの冷却システムを示す。

【図8】図７に示すシステムの平面図である。

【図9】さらなる代替的な実施形態による、レーザ蛍光体ホイールを冷却するためのシステムの断面図である。

【図10】さらに別の代替的な実施形態による、レーザ蛍光体ホイールを冷却するためのシステムの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１～図５を参照すると、一実施形態による、レーザ蛍光体ホイール１１０を冷却して取り付けるためのシステム１００が示されており、レーザ蛍光体ホイール１１０を囲む空気経路または導管１２０を有する密閉された筐体１１５を有する。導管１２０は、レーザ蛍光体ホイール１１０から熱を吸収するために、循環ファン１３０からの空気の流れをレーザ蛍光体ホイール１１０の回転の接線方向に向けるように方向付けられている。導管１２０は、供給チャネル１３５と戻りチャネル１４０を介してファン１３０に接続されている。モータ１４２は、ファン１３０を駆動するために筐体１１５に取り付けられている。

【0014】

少なくとも一つのヒートパイプアセンブリ１４５は、空気の流れによって蛍光体ホイール１１０から吸収された熱を抽出するために導管１２０を通る少なくとも一つのヒートパイプ１４７を含み、熱伝導を改善するためにコンデンサ部の冷却フィン１５０を介して筐体１１５の外部に熱を放散する。熱伝導をさらに改善するために、追加のファンをコンデンサ部に配置することもできる。蛍光体ホイール１１０の周りの筐体の空気経路は、ホイールの円形形状に従うため、最小限のスペースを占有し、本質的に空気力学的であり、圧力損失を低減する。システム１００は、レーザ蛍光体ホイール１１０に吹き付けられた空気が、一つ以上のヒートパイプアセンブリ１４５を介して冷却後にファン１３０に再循環されるように、閉ループの冷却のために密閉されている。

【0015】

レンズシート１６５は、レーザ（図示せず）からの光を蛍光体ホイール１１０に接着された蛍光体１７０の環状ストリップに向ける光学レンズ１７５を収容するために設けられ、レンズシート１６５の周りのエアジャケットを可能にして、ホイールとレンズ１７５との間の、かつレーザが集束されるホイール上のホットスポットに隣接する小さなギャップ１８０を冷却する。

【0016】

再循環ファン１３０からの流れの方向は、矢印１８５および１９０でそれぞれ示されるように、ファンの回転方向に沿って（同じ方向に回転する）または反対方向（反対方向に回転する）のいずれかとすることができる。

【0017】

同じ方向に回転する構成（矢印１８５）では、空気は供給チャネル１３５からホイール１１０を横切って戻りチャネル１４０に流れ、ホイールに衝突する流れの方向はホイールの回転方向に沿っている。

【0018】

反対方向に回転する構成（矢印１９０）では、空気は供給チャネル１４０からホイール１１０を横切って戻りチャネル１３５に流れ、ホイール１１０に衝突する流れの方向がホイールの回転方向と反対になる。

【0019】

１つ以上のヒートパイプアセンブリ１４５は、ヒートパイプの設計および冷却要件に応じて、供給チャネル１３５および戻りチャネル１４０の両方またはいずれか一方の経路内に、または蛍光体ホイール１１０（図９）の周囲に配置することができる。

【0020】

図１～６において、ヒートパイプ１４７は、チャネル１４０の経路内に配置されており、これは、同じ方向に回転する構成（矢印１８５）のための戻りチャネルまたは反対方向に回転する構成（矢印１９０）のための供給チャネルである。

【0021】

図７および図８において、ヒートパイプアセンブリ１４５は、供給チャネル１３５および戻りチャネル１４０の両方の経路に配置されている。

【0022】

図９は、ヒートパイプアセンブリがレーザ蛍光体ホイール１１０に隣接して配置され、ヒートパイプ１４７がホイール回転軸に平行な方向に向けられた状態で、ホイールの軸に沿って両側に積層された一体型フィン１５０を有するシステム１００の実施形態を示す。フィンの積層により、フィンの間のギャップが空気の流れ方向に沿っていることが保証され、その結果、その方向の圧力損失が低くなる。

【0023】

図１０は、ヒートパイプアセンブリが、同じ方向に回転する構成（矢印１８５）のための戻りチャネルまたは反対方向に回転する構成（矢印１９０）のための供給チャネルであるチャネル１４０の経路に配置される図１の実施形態の特徴と、ヒートパイプアセンブリ１４５が、ホイールの軸に沿って両側に積層さられた一体型フィン１５０を有するレーザ蛍光体ホイール１１０に隣接して配置される図９の実施形態の特徴とを組み合わせた実施形態を示す。

【0024】

上述され、図１～図１０に示すさまざまな実施形態は、レーザ蛍光体システムにおける高い圧力損失および複数のファンの必要性の問題に対処するものである。説明された実施形態は、レーザ蛍光体ホイール１１０の軸の方向における筐体１１５の小型化にも対処している。システム１００のモジュール性は、光学システムと冷却システムとを単一の筐体に統合することを必要とせずに、さまざまな種類のプロジェクタシステムにおける使用に対応することができる。

【0025】

図面に示すように、各々が１つ以上のヒートパイプ１４７と複数のフィン１５０とを有する１つ以上のヒートパイプアセンブリ１４５を設けることができる。従って、図示された実施形態は、各々が３つのヒートパイプ１４７を有するヒートパイプアセンブリ１４５を示しているが、各ヒートパイプアセンブリ１４５は、単一のヒートパイプａ４７、２つのヒートパイプ１４７、または３つ以上のヒートパイプ１４７を含むことができることが意図されている。また、図１～図６および図９は、単一のヒートパイプアセンブリ１４５を有する実施形態を示し、図７、図８および図１０は、２つのヒートパイプアセンブリ１４５を有する実施形態を示すが、供給チャネル１３５および／または戻りチャネル１４０、および／またはレーザ蛍光体ホイール１１０に隣接して配置されるヒートパイプアセンブリ１４５のさまざまな構成、例えば、戻りチャネルの単一のヒートパイプアセンブリ１４５（図１～図６）、供給チャネルの単一のヒートパイプアセンブリ１４５、レーザ蛍光体ホイール１１０に隣接する単一のヒートパイプアセンブリ１４５（図９）、供給チャネルおよび戻りチャネルの２つのヒートパイプアセンブリ１４５（図７および図８）、供給チャネル内でレーザ蛍光体ホイール１１０に隣接する２つのヒートパイプアセンブリ１４５、戻りチャネル内でレーザ蛍光体ホイール１１０に隣接する２つのヒートパイプアセンブリ１４５、および戻りチャネル、供給チャネル内でレーザ蛍光体ホイール１１０に隣接する３つのヒートパイプアセンブリ１４５（図１０）などが意図されている。

【0026】

本発明の多くの特徴および利点は、詳細な説明から明らかであり、したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲内にある本発明のすべてのそのような特徴および利点を包含することを意図している。さらに、多くの修正および変更が当業者には容易に生じ得るので、本発明を図示および説明された正確な構成および動作に限定することは望ましくなく、したがって、本発明の範囲内にあるすべての適切な修正および等価物に依拠することができる。

【図1】