JP2019525244A - カラーホイール装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

本発明はカラーホイール装置及びプロジェクタを提供する。カラーホイール装置は、カラーホイールモジュール２を収容し、吸気口１１及び排気口１２が設けられたカラーホイールキャビティ１と、熱交換コアが設けられた熱交換器３と、気体の流動を加速させる空気動力装置とを備える。熱交換コアには、カラーホイールキャビティ１内の気体が通過する第１通路が設けられ、カラーホイールキャビティの排気口１２が第１通路の熱交換入口３１に連通して、第１通路の熱交換出口３２がカラーホイールキャビティ１の吸気口１１に連通することにより、閉止された循環風路５が形成される。第１通路は間隔を開けて多層に設けられ、隣接する２つの層の第１通路の間の空間は、外気が通過する第２通路を形成する。本発明は、循環風路５内の気流と外気との流れ方向を交差させ、カラーホイール装置の放熱効率を大きく向上させる。

Description

本発明は、光電分野に関し、特にカラーホイール装置及びプロジェクタに関する。

カラーホイールは、投影表示装置で結像に必要な光を生成するための重要な部材である。レーザ表示技術では、カラーホイールに波長変換材料が担持され、固体光源からの光ビームを必要な波長の被励起光に変換し、カラーホイールが固体光源からの光ビームを被励起光に変換する過程において大量の熱が生じる。熱が直ちに放出されなければ、波長変換材料の光変換効率に影響を与える。また、塵埃がカラーホイールの放熱と変換効率にも大きく影響する。カラーホイールに埃が溜まっていると、埃が溜まった部分によって、熱の急速な蓄積を引き起こすことは極めて容易となり、深刻な場合、カラーホイールが焼損してしまう。

従って、波長変換部材としてのカラーホイールは、放熱と防塵に対する要求が非常に高い。しかし、放熱と防塵は、互いに対抗する要素である。従来技術では、カラーホイールをカラーホイール筐体に封止し、筐体を放熱に有利なフィンとして構成し、外気が筐体と接触することにより、カラーホイールから筐体に伝達された熱を持ち去る方法が用いられるものがあるが、この方法の放熱効果が良くない。特に、照射光ビームのエネルギーがますます高い場合の利用、例えば、光のエネルギー密度が大きい場合、カラーホイールの温度が許容温度の上限を超えて、カラーホイールの光学性能を低下させ、さらには、カラーホイールが焼損し、カラーホイールの使用寿命に影響を与える。

本発明は、従来のカラーホイール装置の放熱不良によるカラーホイールの性能低下や寿命減少の問題を解決するためのカラーホイール装置及びプロジェクタを提供する。

本発明の第１態様では、カラーホイール装置が提供される。当該カラーホイール装置は、カラーホイールキャビティと、熱交換器と、空気動力装置とを備え、
前記カラーホイールキャビティは、カラーホイールモジュールを収容し、前記カラーホイールキャビティに吸気口及び排気口が設けられ、前記カラーホイールモジュールには、励起光によって照射されて被励起光を生成するための波長変換層が担持されており、
前記熱交換器は、熱交換コアを備え、前記熱交換コアには、カラーホイールキャビティ内の気体が通過する第１通路が設けられ、前記カラーホイールキャビティの排気口が前記第１通路の熱交換入口に連通して、前記第１通路の熱交換出口が前記カラーホイールキャビティの吸気口に連通することにより、閉止された循環風路が形成され、前記第１通路は間隔を開けて多層に設けられ、隣接する２つの層の前記第１通路の間の空間は、外気が通過するための第２通路を形成し、前記第２通路の空気入口及び空気出口は、前記熱交換器における互いに対向する２つの表面にそれぞれ開設され、
空気動力装置は、循環風路内の気体の流動を加速させる。当該動力装置は、前記第１通路の熱交換出口と前記カラーホイールキャビティの吸気口とを連通させる接続通路に設けられている。

前記カラーホイール装置であって、前記接続通路の高さは前記第２通路の高さの１／３よりも小さい。

前記カラーホイール装置であって、前記排気口と前記吸気口は、前記カラーホイールキャビティにおいて対角に位置するように設けられ、前記第１通路の熱交換入口と前記第１通路の熱交換出口とは、前記第１通路において対角に位置するように設けられ、前記排気口は、前記カラーホイールキャビティにおける低いほうの対角位置に位置し、前記第１通路の熱交換入口は、前記第１通路における低いほうの対角位置に位置する。

前記カラーホイール装置であって、前記第１通路内の空気の流れ方向と前記第２通路内の空気の流れ方向とは互いに直交する。

前記カラーホイール装置であって、前記熱交換器は、前記循環風路において少なくとも１箇所に設けられている。

前記カラーホイール装置であって、前記カラーホイールキャビティの内壁には、前記カラーホイールキャビティ内の気流と熱交換するための熱伝導柱が設けられ、前記波長変換層の非受光側の表面には、放熱歯が設けられている。

前記カラーホイール装置であって、カラーホイールモジュールは、前記波長変換層を担持するためのカラーホイール基板を備え、前記カラーホイール基板の外縁には、その円周に沿って分布する放熱歯が設けられている。

前記カラーホイール装置であって、前記循環風路の中央には、両端が外部に連通する放熱キャビティが形成され、前記カラーホイールキャビティ、前記熱交換器の第１通路、及び接続通路は、放熱キャビティを取り囲むように設けられている。

本発明の第２態様では、プロジェクタが提供される。当該プロジェクタは、カラーホイール装置と放熱ファンとを備え、前記放熱ファンは、プロジェクタの内部の空気が流動するための動力を供給し、前記カラーホイール装置は、上記のカラーホイール装置である。

本発明に係るカラーホイール装置及びプロジェクタは、循環風路内にアルミニウム箔又は銅箔によって区切られて形成された多層の第１通路が設けられ、隣接する２つの層の第１通路の間に、外部の空気が流動する第２通路が形成されることにより、循環風路内の気流が外気の流れ方向と交差して、外部の空気と循環風路内の空気とは、アルミニウム箔又は銅箔を介して直接的に熱交換し、カラーホイール装置の放熱効率を大きく向上させる。送風機と放熱ファンとは、それぞれ循環風路内部と外部との気流の流速を上げて、熱交換を行うことがより速くなる。循環風路内に熱伝導柱が設けられ、また、カラーホイール基板に放熱歯が設けられることにより、それぞれカラーホイール基板及び密封した筐体と、循環風路内の気体との熱交換面積を増やして、カラーホイール装置の放熱効率をさらに向上させる。

本発明の実施例に係るカラーホイール装置の平面構造を示す模式図である。 本発明の実施例に係るカラーホイール装置の斜視構造を示す模式図である。 本発明の別の実施例に係るカラーホイール装置の平面構造を示す模式図である。

以下では、具体的な実施形態を用いて、図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。

＜実施例１＞
本実施例に係るカラーホイール装置は、図１と図２に示すように、カラーホイールキャビティ１、カラーホイールモジュール２、熱交換器３及び接続通路４を備える。ここで、カラーホイールモジュール２は、カラーホイールキャビティ１の内部に収容され、接続通路４は熱交換器３とカラーホイールキャビティ１とを接続し、接続通路４内に、カラーホイールキャビティ１の内部の気流の流動を加速させるための空気動力装置が設けられ、本実施例に係る空気動力装置は、送風機４１である。

カラーホイールモジュール２は、波長変換層が担持されたカラーホイール基板２１を備える。波長変換層に波長変換材料が含まれ、この波長変換材料が励起光を吸収して励起されて、特定の被励起光を生成する。最もよく用いられる波長変換材料は、蛍光粉、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光粉であり、それが青色光を吸収して励起されて黄色の被励起光を生成する。波長変換材料は、量子ドット、蛍光色素などの波長変換能力を有する材料であってもよく、蛍光粉に限定されない。多くの場合、波長変換材料は、一般的に粉末状又は粒子状であり、波長変換材料層を直接的に形成することが困難であるため、接着剤で各波長変換材料の粒子をまとめて固定して、特定の形状、例えば、シート層に形成する。

カラーホイールキャビティ１の吸気口１１と排気口１２とは、その内部において対角に位置するように設けられ、ここで、排気口１２は、カラーホイールキャビティの低いほうの対角位置に位置する。接続通路４は、一端の接続口がカラーホイールキャビティ１の吸気口１１に連通し、他端の接続口が熱交換器３の熱交換コアに連通する。接続通路４内には、循環風路内部での空気の流動を駆動するための送風機４１が設けられている。

さらに、熱交換器３は、熱交換コアを備え、熱交換コアに第１通路が多層に設けられ、第１通路の熱交換入口３１と熱交換出口３２は、第１通路において対角に位置するように設けられ、且つ第１通路の熱交換入口３１は、第１通路の低いほうの対角位置に位置する。カラーホイールキャビティ１の排気口１２は、第１通路の熱交換入口３１に連通し、第１通路の熱交換出口３２は、接続通路４を介してカラーホイールキャビティ１の吸気口１１に連通する。このように、気流が、カラーホイールキャビティ１の排気口１２から第１通路の熱交換入口３１まで流動し、そして第１通路の熱交換出口３２からカラーホイールキャビティ１の吸気口１１に戻る循環風路５が形成される。そのため、循環風路５内におけるカラーホイールモジュール２の熱を吸収した気流が熱交換器３により冷却され、再びカラーホイールモジュール２を通過し、これにより、カラーホイールモジュール２を降温させる効果を奏する（図１では、複数列の矢印で示すように）。なお、第１通路は、金属、金属合金、プラスチック、又は紙材で複数のマイクロ通路に区切られ、複数のマイクロ通路は層状、又は管状であってもよい。本実施例では、アルミニウム箔片又は銅箔片で区切られて形成された層状の通路を用いることが好ましい。本発明の他の実施例では、アルミニウム片、銀片、又は紙板で第１通路を形成し、それぞれの層の第１通路は、通路壁を形成するアルミニウム箔片又は銅箔片を備えてもよい。隣接する２つの層の第１通路は間隔を開けて配置され、且つ隣接する２つの通路壁の端部が接続され、即ち、隣接する２つの第１通路は、熱交換入口３１において接続され、対応的に、熱交換出口３２においても同様に接続されている。このように、隣接する２つの層の第１通路の間の空間は、対向する２つの方向のみにおいて外部に連通する開口を有し、これにより、２つの層の第１通路の間に、外気の通過する第２通路が形成され、第２通路の両端の開口は、第２通路の空気入口３３及び空気出口３４となり、第１通路と第２通路とは、共通の通路壁を有する。通路壁であるアルミニウム箔又は銅箔片が第１通路と第２通路とを区切ることにより、第１通路と第２通路とは、空間的に互いに交差する構造が形成される。第１通路内の熱い気流と第２通路内の外部気流とは、温度差が存在するため、２つの通路が交差する箇所において、第１通路内の熱い空気と第２通路内の外気がアルミニウム箔／銅箔片を介して直接的に熱交換し、他の中間媒体を必要とせず、また、アルミニウム箔／銅箔の厚さが薄いため、熱交換器３の熱交換効率が非常に優れる。

好ましくは、接続通路４の高さは、第２通路の高さの１／３よりも小さいように設置される。ここで、高さとは、接続通過の実体厚さであり、即ち、一の表面から対向する他の表面までの距離であり、第２通路の高さとは、同様に複数の第２通路間の距離である。第２通路を通過する気流は、多くても１／３の面積だけが接続通路によって遮断される。このように、気流の大部分は、全機のファンの作用下で、接続通路に遮断されることがなく、部材の小型化を保つとともに、気流が流通する抵抗を低減させて、放熱効率の向上に有利である。

図１と図２に示すように、循環風路５の中央に放熱キャビティ５１が形成され、循環風路５は、放熱キャビティ５１を取り囲むように設けられ、熱交換器３の第２通路の空気入口３３は、熱交換器３の放熱キャビティ５１に向かう側の表面に設けられ、第２通路は、放熱キャビティ５１と循環風路５の周辺空間とを連通させる。第２通路の空気出口３４は、熱交換器３の放熱キャビティ５１から離れる側の表面に設けられている。具体的に、放熱キャビティ５１は、循環風路５の外面が囲んで形成されることにより、循環風路５全体が「回字形状」、又は同心円形状となる。放熱キャビティ５１は、両端がいずれも外部空間に連通するため、放熱キャビティ５１を通過する外気がスムーズに流通することを確保することができる。

好ましくは、第２通路の配置方向は、第１通路に直交することが好適であり、これによって、第１通路内の空気の流れ方向が、第２通路内の空気の流れ方向と互いに直交し、第１通路と第２通路との交差する箇所での気流の熱交換時間が短縮されるため、２つの気流の熱交換に関与する部分がより大きな温度差を有し、多層の互いに交差する第１通路と第２通路とを利用することにより熱交換面積を増やして、熱交換効率を向上させる。

循環風路５内の空気とカラーホイールモジュール２との熱交換効率を向上させるために、さらにカラーホイール基板２１の外縁及び／又は非受光側に放熱歯２２が設けられてもよい。好ましくは、カラーホイール基板２１の外縁に放熱歯２２が設けられ、この場所における放熱歯２２の表面は、カラーホイール基板２１に平行する。そうすることによって、放熱歯２２によって生じた循環風路５内の気流の風抵抗を最小にするとともに、カラーホイール基板２１の放熱面を増加させて、カラーホイールモジュール２とカラーホイールキャビティ１内の空気との熱交換効率を向上させる。本実施例では、カラーホイールキャビティ１の内壁に、カラーホイールモジュール２に対向する箇所に複数の熱伝導柱５２が設けられてもよい。熱伝導柱５２は、カラーホイールキャビティ１とその表面に流れる気流との熱交換面積を増やし、カラーホイールキャビティ１の放熱効率を向上させる。放熱効率及び風抵抗を考慮すると、熱伝導柱の形状を徐々に変化するようにすることも可能であり、即ち、カラーホイールの近位端の熱伝導柱の直径は、カラーホイールの遠位端の熱伝導柱の直径よりも小さくする。本発明のさらなる好適な解決手段として、カラーホイール基板２１の非受光面には歯部が設けられてもよく、この歯部とカラーホイール基板２１とは、遠心式駆動装置を形成することができ、送風機４１に代えて、カラーホイールキャビティ内の気体の流動を駆動する。

＜実施例２＞
さらに、本発明の他の実施例では、熱交換器３は、循環風路５の流れ方向に沿って順に複数個設けられてもよく、多段階の放熱によりカラーホイール装置の放熱効果を大幅に向上させる。図３に示すように、熱交換器３は、循環風路５において２つ設けられ、カラーホイールキャビティ１の排気口１２から流れ出た気流は順に２つの熱交換器３を通過し、２回降温された気流は再びカラーホイールキャビティ１の吸気口１１に流れ戻り、このように繰り返して、カラーホイールモジュール２で生じる熱を絶えずに外部に伝達し、降温の機能を発揮することができる。

＜実施例３＞
上記実施例についての説明に基づき、本発明は、プロジェクタをさらに提供し、このプロジェクタは、カラーホイール装置と放熱ファンとを備え、また、カラーホイール装置は、上記実施例に説明したカラーホイール装置である。放熱ファン６は、プロジェクタにおける放熱ファンであり、放熱ファン６の作用下で第２通路を流れる気流が、速度を上げて引き離されることにより、放熱キャビティ５１内の外気が速やかに第２通路（図１では単列の矢印で示すように）を通過して、熱交換効率を向上させる。送風機４１及び放熱ファン６は、熱交換する気体の両方の流速をそれぞれ上げて、熱交換効率を向上させる。

本発明に係るカラーホイール装置及びプロジェクタは、循環風路内にアルミニウム箔又は銅箔により区切られて形成された多層の第１通路が設けられ、隣接する２つの層の第１通路の間に、外部の空気が流動する第２通路が形成されることにより、循環風路内の気流が外気の流れ方向と交差して、外部の空気と循環風路内の空気とは、アルミニウム箔又は銅箔を介して直接的に熱交換し、カラーホイール装置の放熱効率を大きく向上させる。送風機と放熱ファンとは、循環風路内部と外部との気流の流速を上げて、熱交換を行うことがより速くなる。循環風路内に熱伝導柱が設けられ、また、カラーホイール基板に放熱歯が設けられることにより、それぞれカラーホイール基板及び密封した筐体と、循環風路内の気体との熱交換面積を増やして、カラーホイール装置の放熱効率をさらに向上させる。

上述した内容は、特定の実施形態を用いて本発明についてさらに詳細に説明したものであり、本発明の具体的な実施は、これらの説明に限定されない。当業者には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、いくつかの簡単な導出または置換を行うことができる。

Claims (10)

1. カラーホイール装置であって、
   カラーホイールキャビティと、熱交換器と、空気動力装置とを備え、
   前記カラーホイールキャビティは、カラーホイールモジュールを収容し、前記カラーホイールキャビティに吸気口及び排気口が設けられ、前記カラーホイールモジュールには、励起光によって照射されて被励起光を生成するための波長変換層が担持されており、
   前記熱交換器は、熱交換コアを備え、前記熱交換コアには、カラーホイールキャビティ内の気体が通過する第１通路が設けられ、前記カラーホイールキャビティの排気口が前記第１通路の熱交換入口に連通して、前記第１通路の熱交換出口が前記カラーホイールキャビティの吸気口に連通することにより、閉止された循環風路が形成され、前記第１通路は、間隔を開けて多層に設けられ、隣接する２つの層の前記第１通路の間の空間は、外気が通過するための第２通路を形成し、前記第２通路の空気入口及び空気出口は、前記熱交換器における互いに対向する２つの表面にそれぞれ開設され、
   前記空気動力装置は、前記循環風路内の気体の流動を駆動することを特徴とするカラーホイール装置。
2. 前記空気動力装置は、前記第１通路の熱交換出口と前記カラーホイールキャビティの吸気口とを連通させる接続通路に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のカラーホイール装置。
3. 前記接続通路の高さは、前記第２通路の高さの１／３よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のカラーホイール装置。
4. 前記排気口と前記吸気口とは、前記カラーホイールキャビティにおいて対角に位置するように設けられ、前記第１通路の熱交換入口と前記第１通路の熱交換出口とは、前記第１通路において対角に位置するように設けられ、前記排気口は、前記カラーホイールキャビティにおける低いほうの対角位置に位置し、前記第１通路の熱交換入口は、前記第１通路における低いほうの対角位置に位置することを特徴とする請求項３に記載のカラーホイール装置。
5. 前記第１通路内の気体の流れ方向と前記第２通路内の気体の流れ方向とは、互いに直交することを特徴とする請求項１に記載のカラーホイール装置。
6. 前記熱交換器は、前記循環風路において少なくとも１箇所に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のカラーホイール装置。
7. 前記カラーホイールキャビティの内壁には、前記カラーホイールキャビティ内の気流と熱交換するための熱伝導柱が設けられ、前記波長変換層の非受光側の表面には、放熱歯が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のカラーホイール装置。
8. 前記カラーホイールモジュールは、前記波長変換層を担持するためのカラーホイール基板を備え、前記カラーホイール基板の外縁には、その円周に沿って分布する放熱歯が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のカラーホイール装置。
9. 前記循環風路の中央には、両端が外部に連通する放熱キャビティが形成され、前記カラーホイールキャビティ、前記熱交換器の第１通路、及び接続通路は、前記放熱キャビティを取り囲むように設けられていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のカラーホイール装置。
10. プロジェクタであって、カラーホイール装置と放熱ファンとを備え、前記放熱ファンは、プロジェクタ内部の気体が流動するための動力を供給し、前記カラーホイール装置は、請求項１乃至８の何れか一項に記載のカラーホイール装置であり、前記第２通路を流れる空気は、前記放熱ファンによって駆動されることを特徴とするプロジェクタ。

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