JP2011203597A - プロジェクタ用光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集光と放熱のためのスペースを必要としないプロジェクタ用ＬＥＤ照明光源を、簡単な構成で実現する。
【解決手段】光源装置２０は、ＬＥＤ２１と、ＬＥＤ２１が固定されるアルミニウム製の放熱基板２２と、放熱基板２２が取り付けられるアルミニウム製の中空ロッド２３とによって構成される。ＬＥＤ２１は、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色のＬＥＤチップを備える。中空ロッド２３は両端部が開放された筒状部材で、内壁面は鏡面仕上げが施された４つの反射面２５が向かい合うように矩形に配置され、矩形断面の細長い空間（ライトトンネル）が形成された筒部２４と、両端に形成された開口２７，２８と、フランジ部３０とを備える。放熱基板２２は、固定されたＬＥＤ２１が中空ロッド２３の中心にくるように、フランジ部３０に固定され、開口２７を塞ぐ。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯型プロジェクタの光源装置に関する。

画像が付与された光をスクリーンに投映してスクリーン上で画像を表示するプロジェクタとして、ＤＭＤやＬＣＤなどの光変調装置を用いたものが知られている。光源装置から出射された光（照明光）は照明光学系を通して光変調装置に照射される。光変調装置は、光入射面（光変調領域あるいは画素領域とも呼ぶ。）に照射された光を画像信号（画像情報）に応じて変調し、画像を表す画像光として出射する。光変調装置から射出された画像光は、投映光学系によってスクリーン上に投映される。通常、光源装置と光変調装置の間には集光レンズやロッドインテグレータなどが配置され、光源装置から出射された光が集光レンズによってロッドインテグレータの入射面（又は、入射開口）に集光される。

ロッドインテグレータに入射した光は、内側に形成されたライトトンネルの反射面で全反射を繰り返し照度分布が均一化されて出射する。出射した光はリレーレンズ等を介して光変調装置に照射される。下記特許文献１に示されるように、ライトトンネルが形成されたロッドインテグレータとして、反射コーティングが施されたガラス板が反射面を内側にして矩形状に組み合わされた中空ロッドや、断面が矩形をした細長い柱状プリズムがよく用いられる。ロッドインテグレータに入射した光は、内面での全反射を繰り返すことで照度分布が均一化され、ロッドインテグレータから出射するときには照度分布が均一な光束となって、リレーレンズ等を介して光変調装置に照射される。

一方、プロジェクタの光源は、従来、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の高輝度放電ランプが使用されてきたが、近年はＬＥＤの発光光量が飛躍的に増大し、また、青色ＬＥＤが開発されたこともあって、ＲＧＢ３色のＬＥＤが用いられるようになった。下記特許文献２には、先端に複数のＬＥＤが取り付けられたロッドを従来のランプに置き換えたリフレクタ付き光源ランプの構成が示されている。ロッドはリフレクタの背面側に冷却用の放熱板が設けられ、ＬＥＤの発する熱を放出している。小型化が必須の携帯型プロジェクタではＬＥＤによる省スペース化は、特に重要であるが、ＬＥＤは複数個必要であり発光光量も大きく発熱量も大きいので、放熱板や送風用のファンを設けるなど、冷却対策は省略できない。

下記特許文献３には、９０°間隔で向かい合う４つの放熱板付きＬＥＤの中心に、９０°間隔で背中合わせに形成された４面の放物面鏡を有するリフレクタを配置した光源ランプの構成が示されている。各ＬＥＤが発する光は夫々のリフレクタで反射・集光されてロッドインテグレータの入射面に入射する。光源ランプの背面側には排気用のプロペラが設けられて放熱板の周囲の温まった空気を吸引し排気する。又は、放熱板に送風機で風を吹付ける。リフレクタの中央には貫通孔があり、空気が吸引又は吹付けられて冷却される。

特開２００４−３５４９２５号公報 特開２００７−２９８９２７号公報 特開２００７−１１５５４１号公報

前述の特許文献に記載されるように、光源にＬＥＤを使用しても、集光のためのリフレクタや集光レンズ、及び冷却のための放熱板や送風機などは省略出来ないため、この点が小型化・薄型化の障害となっている。

本発明は上記問題点に鑑み、集光と放熱のためのスペースを必要としないＬＥＤ照明光源を、簡単な構成で実現する。

本発明によるプロジェクタ用光源装置は、鏡面仕上げが施された反射面が向かい合って矩形に配置され両端部に開口が形成された中空ロッドと、前記中空ロッドの一端側に固定される放熱基板と、前記放熱基板に固定されるとともに一端側の開口に配置され他端側の開口に向かって所定の波長領域の光を出射する発光素子とを備える。前記中空ロッドは一方の面が前記反射面とされた金属板が前記反射面を内側にして折り曲げられて矩形断面の細長い空間が形成されるようにしても良い。前記中空ロッドは前記一端側に前記放熱基板が固定されるフランジ部が形成されるようにすると良い。前記中空ロッドは外壁に複数の放熱フィンが形成されるようにすると良い。前記放熱基板は前記一端側の開口と嵌合するとともに前記発光素子が固定される嵌合台座を備えるようにすると良い。

本発明によれば、ライトトンネルを形成する中空ロッドの入射面に光源のＬＥＤを配置して集光のためのリフレクタや集光レンズが不要となり、更に、光源が発生した熱を中空ロッドが放熱する構成としたので冷却装置が必要なく、省スペース化と省コスト化を図ることができる。

本発明による光源装置を備えた携帯用プロジェクタの構成を示す図である。 本発明による光源装置の構成を示す断面図である。 光源装置の構成を示す分解図である。 光源装置の第２の実施形態を示す断面図である。 第２の実施形態の分解図である。 第３の実施形態の分解図である。 光源装置の第４の実施形態を示す断面図である。 第４の実施形態の分解図である。

図１に示すように、本発明によるプロジェクタ用光源装置（以下、単に光源装置という）２０が搭載される携帯用プロジェクタ１０は、略直方体をした筐体１１に、光源装置２０及びリレーレンズ１３、全反射プリズム１４、デジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤという。）１５、投写レンズ１６、制御装置１７が収容される。電源スイッチ（図示せず）がオンされると光源装置２０から照明光が放射される。放射された照明光はリレーレンズ１３を透過して全反射プリズム１４に入射し、ＤＭＤ１５に表示された画像が投写レンズ１６によってスクリーン（図示せず）に投映される。投映された画像は、筐体１１に設けられたズームボタンやフォーカスボタン（図示せず）によって調節される。

図２及び図３に示すように、光源装置２０は、カラー光源用高輝度ＬＥＤ（発光素子）（以下、単にＬＥＤと言う）２１と、ＬＥＤ２１が固定されるアルミニウム製の放熱基板２２と、放熱基板２２が取り付けられるアルミニウム製の中空ロッド２３とによって構成される。ＬＥＤ２１は、夫々所定の波長領域の光を出射するＲ，Ｇ，Ｂ３色のＬＥＤチップを備え、放熱基板２２に固定される。３色のＬＥＤチップは２個のＧ（緑）ＬＥＤチップとＲ（赤）とＢ（青）のＬＥＤチップが１つづつの計４個が田の字に配置される。なお、ＬＥＤ２１は白色ＬＥＤ１つであっても良いし、他の色のＬＥＤであっても良い。

中空ロッド２３は、絞り加工によって両端部に矩形開口（以下、単に開口と言う）２７，２８が形成された筒部２４と、取付孔３１が設けられたフランジ部３０とからなる。筒部２４は、鏡面仕上げされた矩形の反射面２５が向かい合って矩形に配置された内壁面を有し、矩形断面の細長い空間（ライトトンネル）が形成される。放熱基板２２には取付孔３１に挿通されたネジ３３が螺合するネジ孔３５が設けられる。放熱基板２２は、固定されたＬＥＤ２１が開口２７の中心にくるようにフランジ部３０に固定される。開口２７は放熱基板２２によって塞がれ、ＬＥＤ２１のリード線は放熱基板２２を貫通して中空ロッド２３とは反対側の面に引き出される。

ＬＥＤ２１から発せられた光３８は、反射面２５による反射が複数回繰返されて、中空ロッド２３の内部の照度が均一化される。（以下、図１に戻る）照度が均一化された光は、開口２８から出射し、リレーレンズ１３を透過して全反射プリズム１４に入射する。全反射プリズム１４で光の向きを変えられてＤＭＤ１５を照射する。ＤＭＤ１５は３色の画像光を１つで生成する単板式を採用し、制御装置１７により制御されて入力された映像信号に基づく画像光が生成される。生成された画像光は投写レンズ１６によってスクリーン上に投映される。なお、全反射プリズム１４やＤＭＤ１５の構成及び作動原理については周知技術であるから、説明を省略する。

制御装置１７は、入力される映像信号に基づいて、ＤＭＤ１５に表示される画像の輝度やＬＥＤ２１の光量、あるいは図示しない絞り装置によって投映画像の光量など、携帯用プロジェクタ１０を統括的に制御する。また、ＬＥＤ２１の光は、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色で時分割され、そのタイミングは制御装置１７のマイクロコンピュータによって制御される。時分割された各色の光は順次ＤＭＤ１５に向けて照射される。

次に、本発明による作用について説明する。図２に示すように、ＬＥＤ２１はライトトンネルを形成する中空ロッド２３の一方の開口２７の中心に位置している。即ち、ライトトンネルの入射面に光源であるＬＥＤ２１が配置されているので、ＬＥＤ２１の発生した光は全てライトトンネルに入射するから、従来のリフレクタや集光レンズを必要としない。また、ＬＥＤ２１は発光時に大きな発熱を伴うが、ＬＥＤ２１の発生した熱は放熱基板２２に伝達され、放熱基板２２はその熱を中空ロッド２３に伝達する。放熱基板２２及び中空ロッド２３は熱伝導の良いアルミニウムで形成されているので熱伝導が早い。また、中空ロッド２３は広い面積を有しているから放熱による冷却も早く、ＬＥＤ２１を冷却するためのヒートシンクとして作用する。

次に、第２の実施形態について説明するが、前記実施形態と同じものは同じ符号を付して説明を省略する。図４及び図５に示すように、光源装置４０は、ＬＥＤ２１と、ＬＥＤ２１が固定されるアルミニウム製の放熱基板４２と、片面が鏡面仕上げされたアルミ板を折り曲げて筒状に形成した筒部４４を有する中空ロッド４３と、によって構成される。筒部４４は、鏡面仕上げされた反射面２５を内側にして４つに折り曲げ、４つの反射面２５が向かい合うように矩形に配置されて矩形断面の細長い空間（ライトトンネル）が形成される。細長い空間の両端には開口２７，２８が形成され、開口２７側の端部には折り曲げられた４つの取付部（フランジ部）４５が設けられる。４つの取付部４５にはそれぞれ取付用の切欠孔４６が形成される。

放熱基板４２は、中央にＬＥＤ２１が固定される開口２７と嵌合する嵌合台座４１が形成される。放熱基板４２に固定されたＬＥＤ２１が開口２７の中心にくるように、切欠孔４６に挿通されたネジ３３がネジ孔３５に螺合して、中空ロッド４３が放熱基板４２に固定される。嵌合台座４１は隣り合う取付部４５の間に生じる隙間４７を塞いで、ＬＥＤ２１の発する光の一部が外部に洩れてしまうのを防ぐ。

次に、第３の実施形態について説明するが、前記実施形態と同じものは同じ符号を付して説明を省略する。図６に示すように、光源装置５０は、ＬＥＤ２１と、ＬＥＤ２１が固定されるアルミニウム製の放熱基板５２と、放熱基板５２が取り付けられるアルミニウム製の中空ロッド５３とによって構成される。中空ロッド５３は、両端部に開口２７，２８が形成された筒状部材で、内壁面は鏡面仕上げが施された４つの反射面２５が向かい合うように矩形に配置されて矩形断面の細長い空間（ライトトンネル）が形成される。開口２７が形成された一端側には放熱基板５２が取り付けられる取付孔５５が設けられる。

放熱基板５２は、中央に嵌合台座６０が設けられ、開口２７と嵌合する４つの嵌合面６１に中空ロッド５３を固定するネジ孔６２が形成される。放熱基板５２に固定されたＬＥＤ２１が開口２７の中心にくるように、開口２７に嵌合台座６０が挿入され、取付孔５５に挿通されたネジ（図示せず）がネジ孔６２に螺合して中空ロッド５３が放熱基板５２に固定される。

次に、第４の実施形態について説明するが、前記実施形態と同じものは同じ符号を付して説明を省略する。図７及び図８に示すように、光源装置７０は、ＬＥＤ２１と、ＬＥＤ２１が固定されるアルミニウム製の放熱基板２２と、放熱基板２２が取り付けられるフランジ部７６を一端側に備えたアルミニウム製の中空ロッド７３とによって構成される。中空ロッド７３は、筒部２４の外壁面７４に複数の放熱フィン７５が立設される。放熱フィン７５は外壁面７４の全周に亘って立設され、筒部２４からの放熱を促進させる。フランジ部７６は矩形外径で取付用の切欠孔４６が４箇所に形成される。なお、フランジ部７６は図３に示すフランジ部３０と同じ形状であっても良い。

なお、前記中空ロッド２３，４３，５３，７３はアルミニュウム以外の金属や内外壁の全面に金属メッキが施されたプラスチックによって形成されるようにしても良い。また、反射面２５を高輝処理された面で形成しても良い。フランジ部３０，７６又は取付部４５と、放熱基板２２，４２，５２の固定方法は、ネジ３３による固定の他に、スポット溶接やシーム溶接あるいはロー付けや半田付けなどによって固定する方法を用いても良く、熱の伝達を妨げない接続方法であればいかなる方法を用いても良い。また、放熱基板２２，４２，５２と中空ロッド２３，４３，５３，７３の接合部分に熱伝導ジェルや熱伝導シートを挟んで熱の伝導をよくするようにすれば、更に好ましい。

１０ 携帯用プロジェクタ
１１ 筐体
１３ リレーレンズ
１４ 全反射プリズム
１５ ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）
１６ 投写レンズ
１７ 制御装置
２０，４０，５０，７０ 光源装置（プロジェクタ用光源装置）
２１ ＬＥＤ（カラー光源用高輝度ＬＥＤ、発光素子）
２２，４２，５２ 放熱基板
２３，４３，５３，７３ 中空ロッド
２４，７４ 筒部
２５ 反射面
２７，２８ 開口（矩形開口）
３０，７６ フランジ部
３１，５５ 取付孔
３３ ネジ
３５，６２ ネジ孔
３８ 光
４１，６０ 嵌合台座
４５ 取付部（フランジ部）
４７ 隙間
６１ 嵌合面
７５ 放熱フィン

Claims (5)

1. 鏡面仕上げが施された反射面が向かい合って矩形に配置され、両端部に開口が形成された中空ロッドと、
   前記中空ロッドの一端側に固定される放熱基板と、
   前記放熱基板に固定されるとともに前記一端側の開口に配置され、他端側の開口に向かって所定の波長領域の光を出射する発光素子と、
   を備えたことを特徴とするプロジェクタ用光源装置。
2. 前記中空ロッドは、一方の面が前記反射面とされた金属板が前記反射面を内側にして折り曲げられて矩形断面の細長い空間が形成されたことを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ用光源装置。
3. 前記中空ロッドは、前記一端側に前記放熱基板が固定されるフランジ部が形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のプロジェクタ用光源装置。
4. 前記中空ロッドは、外壁に複数の放熱フィンが形成されたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のプロジェクタ用光源装置。
5. 前記放熱基板は、前記一端側の開口と嵌合するとともに前記発光素子が固定される嵌合台座を備えたことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の記載のプロジェクタ用光源装置。
   

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