JP2023042749A - 光学素子ユニット、光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率を高めた光学素子ユニット、光源装置およびプロジェクターを提供する。
【解決手段】本発明の光学素子ユニットは、ホイール基板の一方面に設けられた放熱部材を有し、ホイール基板が回転することで径方向外側に気流を流す光学素子ホイールと、光学素子ホイールの外周を覆う外周壁と、外周壁の一部を開口する開口部とを有し、光学素子ホイールを収容可能な収容部と、収容部の開口部に設けられ、光学素子ホイールで発生する気流を収容部から排出する第１ダクトと、第１ダクトの排出口に配置され、排出口から排出された気流が流れる熱交換器と、熱交換器を流れた気流を光学素子ホイールの放熱部材へと導く第２ダクトと、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学素子ユニット、光源装置およびプロジェクターに関する。

プロジェクター用の光源装置として、蛍光体ホイール（光学素子ホイール）で生成した蛍光を照明光として用いる技術がある。例えば、下記特許文献１には、密閉された光源ユニット内において、蛍光体ホイールに設けられた放熱部材に気流を吹き付けることで冷却し、冷却後の気流を熱交換器で冷却することで光学素子ホイールに循環させる技術が開示されている。

この光源ユニットでは、ホイールを冷却することで加熱された空気がユニット内でまき散らされることで、ユニット内に配置されたレンズ、ミラー等といった他の光学部品に熱による損傷や変形を生じさせる恐れがあった。

特開２０１９－７４６９５号公報 特開２０１７－２１５５６３号公報

そこで、上記特許文献２に開示の技術では、蛍光体ホイールおよび熱交換器を格納容器内に収容することで、蛍光体ホイールからの排熱による他の光学部品への影響を小さく抑えるようにしている。

一方、近年、プロジェクターに用いる光源ユニットにおいて照明光のさらなる高輝度化が要求されており、蛍光体ホイールの冷却効率をより高める必要がある。
しかしながら、上記特許文献２に開示の技術では蛍光体ホイールの冷却効率が十分とは言えず、さらなる改善の余地があった。そこで、光学素子ホイールをより効率良く冷却できる新たな技術の提供が望まれていた。
恐れがあった。

上記の課題を解決するために、本発明の１つの態様によれば、ホイール基板の一方面に設けられた放熱部材を有し、前記ホイール基板が回転することで径方向外側に気流を流す光学素子ホイールと、前記光学素子ホイールの外周を覆う外周壁と、前記外周壁の一部を開口する開口部とを有し、前記光学素子ホイールを収容可能な収容部と、前記収容部の前記開口部に設けられ、前記光学素子ホイールで発生する前記気流を前記収容部から排出する第１ダクトと、前記第１ダクトの排出口に配置され、前記排出口から排出された前記気流が流れる熱交換器と、前記熱交換器を流れた前記気流を前記光学素子ホイールの前記放熱部材へと導く第２ダクトと、を備える光学素子ユニットが提供される。

本発明の第２態様によれば、本発明の第１態様の光学素子ユニットと、前記光学素子ユニットに光を照射する光源と、を備える光源装置が提供される。

本発明の第３態様によれば、本発明の第２態様の光学装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備えるプロジェクターが提供される。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 光源装置の概略構成を示す図である。 波長変換ユニットの概略構成を示す斜視図である。 波長変換ユニットの概略構成を示す断面図である。 波長変換ホイールの要部構成を示す斜視図である。 図５のＶＩ－ＶＩ線矢視による波長変換ホイールの断面図である。 第２実施形態の波長変換ユニットの概略構成を示す斜視図である。 第３実施形態の波長変換ユニットの概略構成を示す斜視図である。 第４実施形態の波長変換ユニットの概略構成を示す平面図である。 第４実施形態の波長変換ユニットの概略構成を示す側面図である。 第１変形例の波長変換ユニットの要部構成を示す断面図である。 第１変形例の拡散反射ユニットの要部構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態として、プロジェクターの一例を説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、光源装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６とを備えている。

色分離光学系３は、光源装置２からの白色の照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａおよび第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂとを備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、光源装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光を反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過させる。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂと第２の全反射ミラー８ｂとに間に配置されている。第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２の全反射ミラー８ｂと第３の全反射ミラー８ｃとに間に配置されている。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側および射出側各々には、図示しない偏光板が配置されている。

また、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１４Ｒ，フィールドレンズ１４Ｇ，フィールドレンズ１４Ｂが配置されている。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの各画像光が入射する。合成光学系５は、各画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学装置６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。

投射光学装置６は、投射レンズ群からなり、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。

（光源装置）
以下に、上記光源装置２の構成について説明する。
図２は光源装置２の概略構成を示す図である。ここでは、励起光を入射して反射部材により波長変換素子で蛍光に変換した光を射出する反射型の蛍光ホイールを用いた光源装置を一例として示す。 図２に示すように、光源装置２は、光源２１と、コリメーター光学系２２と、第１の位相差板２３と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子２５と、第１の集光光学系２６と、波長変換ユニット（光学素子ユニット）４０と、第２の位相差板２８と、第２の集光光学系２９と、拡散反射部３０と、均一照明光学系８０とを備えている。

これらの構成要素のうち、光源２１と、コリメーター光学系２２と、第１の位相差板２３と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子２５と、第２の位相差板２８と、第２の集光光学系２９と、拡散反射部３０とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。

一方、波長変換ユニット４０と、第１の集光光学系２６と、偏光分離素子２５とは、光源装置２の照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と照明光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する位置関係にある。

光源２１は、レーザー光からなる青色光Ｂを射出する複数の半導体レーザー２１ａで構成されている。青色光Ｂの発光強度のピークは、例えば４４５ｎｍである。なお、半導体レーザー２１ａとしては、４４５ｎｍ以外の波長、例えば４５５ｎｍや４６０ｎｍの青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。光源２１の光軸ａｘ１は、光源装置２の照明光軸ａｘ２と直交する。光源２１は、光軸ａｘ１と直交する一つの平面内において複数の半導体レーザー２１ａをアレイ状に配置して構成される。このような構成に基づき、光源２１は複数の青色光Ｂを含む光線束ＢＬを射出するようになっている。

光源２１から射出された光線束ＢＬはコリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、光源２１から射出された光線束ＢＬを平行光束に変換するものである。コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａ各々は、複数の半導体レーザー２１ａに対応して配置されている。

コリメーター光学系２２を通過した光線束ＢＬは第１の位相差板２３に入射する。第１の位相差板２３は、例えば回転可能とされた１／２波長板である。半導体レーザー２１ａから射出される青色光Ｂは直線偏光である。１／２波長板からなる第１の位相差板２３の回転角度を適切に設定することにより、第１の位相差板２３を透過した光線束ＢＬを、偏光分離素子２５に対するＳ偏光成分の光線ＢＬｓとＰ偏光成分の光線ＢＬｐとを所定の比率で含む光に変換することができる。

上記光線ＢＬｓおよび光線ＢＬｐを含んだ光はホモジナイザー光学系２４に入射する。ホモジナイザー光学系２４は、第１の集光光学系２６と協働して、波長変換ユニット４０上での光線ＢＬｓによる照度分布を均一化する。また、ホモジナイザー光学系２４は、第２の集光光学系２９と協働して、拡散反射部３０上での後述の光線ＢＬｃ１による照度分布を均一化する。

ホモジナイザー光学系２４は、例えば第１マルチレンズアレイ２４ａと第２マルチレンズアレイ２４ｂとから構成されている。第１マルチレンズアレイ２４ａは複数の第１レンズ２４ａｍを含み、第２マルチレンズアレイ２４ｂは複数の第２レンズ２４ｂｍを含む。複数の第２レンズ２４ｂｍは複数の第１レンズ２４ａｍとそれぞれ対応している。

波長変換ユニット４０と拡散反射部３０とはそれぞれ、第１マルチレンズアレイ２４ａ（第１レンズ２４ａｍ）と光学的に共役となる位置に配置されている。また、半導体レーザー２１ａの光射出領域は第２マルチレンズアレイ２４ｂと光学的に共役となる位置に配置されている。

偏光分離素子２５は、互いに直交する光軸ａｘ１および照明光軸ａｘ２の交点に配置されている。偏光分離素子２５は、第１の位相差板２３を通過した光を、偏光分離素子２５に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光分離機能を有している。具体的に、偏光分離素子２５は、入射光のうちのＳ偏光成分の光線ＢＬｓを反射させ、入射光のうちのＰ偏光成分の光線ＢＬｐを透過させる。

Ｓ偏光成分である光線ＢＬｓは、偏光分離素子２５で反射して波長変換ユニット４０に向かう。Ｐ偏光成分である光線ＢＬｐは、偏光分離素子２５を透過して拡散反射部３０に向かう。

また、偏光分離素子２５は、光源２１からの光線束ＢＬとは波長帯が異なる後述する蛍光ＹＬを、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。

偏光分離素子２５から射出されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１の集光光学系２６に入射する。第１の集光光学系２６は、光線ＢＬｓを波長変換ユニット４０の波長変換素子に向けて集光させるものである。第１の集光光学系２６は、例えばピックアップレンズ２６ａ，２６ｂから構成されている。

第１の集光光学系２６から射出された光線ＢＬｓは波長変換ユニット４０に入射する。波長変換ユニット４０の構成は後述する。波長変換ユニット４０から射出された蛍光ＹＬは第１の集光光学系２６で平行化され、偏光分離素子２５を透過する。

一方、偏光分離素子２５から射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、第２の位相差板２８に入射する。第２の位相差板２８は、偏光分離素子２５と拡散反射部３０との間の光路中に配置された１／４波長板（λ／４板）から構成される。光線ＢＬｐは、第２の位相差板２８を透過することによって円偏光の光線ＢＬｃ１に変換される。第２の位相差板２８を透過した光線ＢＬｃ１は、第２の集光光学系２９に入射する。

第２の集光光学系２９は、光線ＢＬｃ１を拡散反射部３０に向けて集光させるものである。第２の集光光学系２９は、例えばピックアップレンズ２９ａ、ピックアップレンズ２９ｂから構成されている。

拡散反射部３０は、第２の集光光学系２９から射出された光線ＢＬｃ１を偏光分離素子２５に向けて拡散反射させる。拡散反射部３０としては、拡散反射部３０に入射した光線ＢＬｃ１をランバート反射させるものを用いることが好ましい。

拡散反射部３０は、拡散反射基板３０Ａと、拡散反射基板３０Ａを回転させるためのモーター等の駆動源３０Ｍと、を備えている。駆動源３０Ｍの回転軸は、光軸ａｘ１と略平行に配置されている。これにより、拡散反射基板３０Ａは、拡散反射基板３０Ａの拡散素子に入射する光線ＢＬｃ１の主光線に交差する面内で回転可能に構成されている。拡散反射基板３０Ａは、回転軸の方向から見て例えば円形に形成されている。

拡散反射基板３０Ａによって反射され、第２の集光光学系２９を再び透過した円偏光の光線ＢＬｃ２は、再び第２の位相差板２８を透過して、Ｓ偏光の光線ＢＬｓ１となる。

光線ＢＬｓ１は偏光分離素子２５によって蛍光ＹＬと合成され、白色の照明光ＷＬが生成される。照明光ＷＬは均一照明光学系８０に入射する。

均一照明光学系８０は、インテグレータ光学系８１と、偏光変換素子８２と、重畳レンズ８３と、を備える。均一照明光学系８０は、照明光ＷＬの強度分布を被照明領域において均一化する。均一照明光学系８０から射出された照明光ＷＬは色分離光学系３へ入射する。

具体的にインテグレータ光学系８１は、例えば、レンズアレイ８１ａ，レンズアレイ８１ｂから構成されている。レンズアレイ８１ａ，８１ｂは、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。

レンズアレイ８１ｂは、重畳レンズ８３とともに、レンズアレイ８１ａの各レンズの像を光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍にそれぞれ結像する。

インテグレータ光学系８１を通過した照明光ＷＬは、偏光変換素子８２に入射する。偏光変換素子８２は、例えば、偏光分離膜と位相差板とから構成され、照明光ＷＬを直線偏光に変換する。なお、偏光変換素子８２は必要に応じて省略してもよい。

偏光変換素子８２を通過した照明光ＷＬは、重畳レンズ８３に入射する。重畳レンズ８３は、偏光変換素子８２から射出された各部分光束を集光して光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍にそれぞれ重畳させる。本実施形態では、インテグレータ光学系８１と重畳レンズ８３とによって、被照明領域における照度分布が均一化される。

次に、波長変換ユニット４０の構成について説明する。
図３は波長変換ユニット４０の概略構成を示す斜視図である。図４は波長変換ユニット４０の概略構成を示す断面図である。図５は波長変換ホイール４１の要部構成を示す斜視図である。図６は図５のＶＩ－ＶＩ線矢視による波長変換ホイール４１の断面図である。

図３、図４に示すように、本実施形態の波長変換ユニット４０は、波長変換ホイール（光学素子ホイール）４１と、シュラウド（収容部）４２と、第１ダクト４３と、熱交換器４４と、第２ダクト４５と、ファン４６と、を備える。

図４に示すように、波長変換ホイール４１は、ホイール基板４１１と、波長変換素子（光学素子）４１２と、放熱部材４１３と、回転駆動部４１９と、を備えている。回転駆動部４１９は例えば、モーターで構成されている。回転駆動部４１９は中心軸Ｏを中心として回転可能な回転支持部４１９ａを有する。回転支持部４１９ａは、中心軸Ｏを中心としてホイール基板４１１を回転可能に支持する。

以下の説明では、必要に応じてＸＹＺ直交座標系を用いる。
各図面において、Ｘ軸は波長変換ユニット４０から射出される蛍光ＹＬの光軸（照明光軸ａｘ２）に沿う軸である。Ｙ軸はＸ軸に直交し、ファン４６の回転軸Ｏ１に沿う軸である。Ｚ軸はＸ軸およびＹ軸に直交する軸である。

また、中心軸Ｏに対する径方向を単に「径方向」と呼ぶ。径方向における中心軸Ｏから離れる方向を「径方向外側」と呼び、径方向における中心軸Ｏに近づく方向を「径方向内側」と呼ぶ。中心軸Ｏを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。中心軸Ｏに沿う方向を「軸方向」と呼び、軸方向における一方を「軸方向一方」、軸方向における他方を「軸方向他方」と呼ぶ。

ホイール基板４１１は、例えば、アルミニウム、銅等の放熱性に優れた円環状の金属板から構成されている。すなわち、本実施形態において、ホイール基板４１１は熱伝導性を有している。

波長変換素子４１２は、ホイール基板４１１の裏面４１１ａと反対の表面（他方面）４１１ｂ側に設けられている。波長変換素子４１２は、ホイール基板４１１の表面４１１ｂ上において、中心軸Ｏの周りに円環状に形成されている。すなわち、波長変換素子４１２は、中心軸Ｏの周りにリング状に設けられている。

波長変換素子４１２は、表面４１２ａから入射する励起光としての光線ＢＬｓによって励起されて、赤色光および緑色光を含む黄色の蛍光ＹＬを表面４１２ａから射出する。波長変換素子４１２は、例えばＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２のガーネット結晶（ＹＡＧ）にセリウムイオン（例えば、Ｃｅ^３＋）を添加したＹＡＧ:Ｃｅが用いられる。なお、波長変換素子４１２には、適当な散乱要素（図示略）が含まれていてもよい。

本実施形態において、波長変換素子４１２の裏面４１２ｂとホイール基板４１１の表面４１１ｂとの間には反射部材４１４が設けられている。反射部材４１４は、波長変換素子４１２の裏面４１２ｂから射出される光を波長変換素子４１２の表面４１２ａ側に向けて反射する。

図４、図５に示すように、放熱部材４１３は、ホイール基板４１１の裏面（一方面）４１１ａに設けられている。放熱部材４１３は、ベース部４１３ａと、複数の放熱フィン４１３ｂと、を有している。ベース部４１３ａは、ホイール基板４１１の裏面４１１ａに接合される。ベース部４１３ａは、例えば、アルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属製の円板から構成されている。ベース部４１３ａは、ホイール基板４１１と同様の外形を有している。

図５、図６に示すように、複数の放熱フィン４１３ｂはベース部４１３ａのホイール基板４１１とは反対側に設けられている。本実施形態において、複数の放熱フィン４１３ｂはベース部４１３ａと一体に形成されている。複数の放熱フィン４１３ｂは、回転駆動部４１９の径方向外側に位置し、ベース部４１３ａの外縁側に向かって放射状に延びる。各放熱フィン４１３ｂは弓状に湾曲しており、ベース部４１３ａの外縁の法線に対して斜め方向に延びるように形成されている。本実施形態において、複数の放熱フィン４１３ｂは、中心軸Ｏ周りに沿う周方向において、長尺のフィンと短尺のフィンとが交互に配置されている。

シュラウド４２は波長変換ホイール４１を内部に収容する。シュラウド４２は、波長変換ホイール４１の外周を覆う外周壁４２０と、外周壁４２０の軸方向一方側（＋Ｘ側）の端部に接続される第１蓋体４２１と、外周壁４２０の軸方向他方側（－Ｘ側）の端部に接続される第２蓋体４２２と、外周壁４２０の一部を開口する開口部４２３と、を有する。外周壁４２０は、第１蓋体４２１と第２蓋体４２２の一方に一体に形成されてもよいし、第１蓋体４２１と第２蓋体４２２とは別部品で形成されてもよい。シュラウド４２の外形は、波長変換ホイール４１の外周に沿って形成された円形状の部分と、開口部４２３に向けて延びる直線状の部分で構成される。

本実施形態の場合、シュラウド４２は、波長変換ホイール４１の波長変換素子４１２に光を入射させ、波長変換ホイール４１で反射されて波長変換素子４１２から射出された蛍光ＹＬを透過する透光部４２６を有する。

透光部４２６は、シュラウド４２の第１蓋体４２１における波長変換素子４１２と対向する部位のうちの少なくとも第１の集光光学系２６により集光される光線ＢＬｓの光路上に設けられる。透光部４２６は波長変換素子４１２で生成された蛍光ＹＬを射出する（図３参照）。
なお、透光部４２６を第１の集光光学系２６のピックアップレンズ２６ｂで構成してもよい。あるいは、第１蓋体４２１の全体をガラスやプラスチックなどの透光性部材で構成することで透光部４２６を省略してもよい。

図４、図５に示すように、シュラウド４２の第２蓋体４２２は、略中央に形成された開口４２２ａと、開口４２２ａの外周縁から径方向内側に延び、軸方向において開口４２２ａに重なる固定部材４２５と、を有する。

本実施形態において、波長変換ホイール４１は、開口４２２ａを介してシュラウド４２の外側に回転駆動部４１９を突出した状態とされる。波長変換ホイール４１は、ねじ部材４２４を介して第２蓋体４２２の固定部材４２５に回転駆動部４１９が固定されることで、シュラウド４２に保持される。

図６に示すように、軸方向から視て、シュラウド４２の外周壁４２０は円形状である。波長変換ホイール４１の中心軸Ｏは、外周壁４２０の中心に対して開口部４２３側に偏芯している。波長変換ホイール４１と外周壁４２０との隙間Ｓが開口部４２３に近づくにつれて拡がっている。

本実施形態の波長変換ホイール４１は、中心軸Ｏを中心としてホイール基板４１１が回転することで、複数の放熱フィン４１３ｂによって、ホイール基板４１１の径方向内側から吸い込んだ空気を遠心力によって径方向外側に向かわせる。すなわち、波長変換ホイール４１は、ホイール基板４１１が回転することでシュラウド４２の開口４２２ａから空気を取り込むことで径方向内側から径方向外側へと向かう気流Ｋを生じさせる。なお、放熱部材４１３は、放熱フィン４１３ｂの形状、ベース部４１３ａの回転方向によらず、ベース部４１３ａの径方向内側から径方向外側に向かう気流Ｋを生じさせる。

ホイール基板４１１が矢印Ａで示す方向に回転することでシュラウド４２の開口部４２３から気流Ｋが送り出される。また、気流Ｋの一部は、外周壁４２０およびホイール基板４１１との隙間で構成される風洞で集められて開口部４２３から外部へと送られる。

本実施形態の波長変換ホイール４１は、ホイール基板４１１の回転に伴って、複数の放熱フィン４１３ｂの間に気流Ｋが流れることで、ホイール基板４１１上に形成された波長変換素子４１２から放熱させる。本実施形態の場合、ホイール基板４１１を冷却することで加熱された気流Ｋが第１ダクト４３を介してシュラウド４２から排出されるため、シュラウド４２内の温度上昇が抑制される。また、放熱部材４１３によって生じる気流Ｋは、ベース部４１３ａの中央部に取り付けた回転駆動部４１９の冷却にも利用される。

図４に示すように、第１ダクト４３は、シュラウド４２の開口部４２３に設けられ、波長変換ホイール４１で発生する気流Ｋをシュラウド４２から排出する。第１ダクト４３は筒状の部材で構成され、流入口４３ａおよび排出口４３ｂを有する。第１ダクト４３の流入口４３ａはシュラウド４２の開口部４２３に配置される。熱交換器４４は、第１ダクト４３の排出口４３ｂに配置され、排出口４３ｂから排出された気流Ｋが流れる。

本実施形態の場合、排出口４３ｂの面積は流入口４３ａの面積よりも大きい。第１ダクト４３は、流入口４３ａから排出口４３ｂに向かうにつれて、断面積が次第に拡大する形状を有している。排出口４３ｂは熱交換器４４と同様の外形を有している。このように第１ダクト４３は、排出口４３ｂの面積を大きくすることで熱交換器４４の全体に気流Ｋを供給可能となっている。

本実施形態において、熱交換器４４は、例えば、ラジエーターで構成される。熱交換器４４は、内部に流入される熱交換用液体と気流Ｋとを熱交換させることで気流Ｋから吸熱する。これにより、波長変換ホイール４１の波長変換素子４１２を冷却することで加熱された気流Ｋの温度を低下させることができる。

図４に示すように、熱交換器４４を流れた気流Ｋはファン４６に流れ込む。ファン４６は熱交換器４４における下流側から気流Ｋを吸引して第２ダクト４５に供給する。
本実施形態のファン４６は遠心ファンで構成される。ファン４６は、吸気口４６ａと、排気口４６ｂと、を有する。吸気口４６ａは、ファン４６の回転軸Ｏ１に直交し熱交換器４４に対向する。排気口４６ｂは、回転軸Ｏ１に直交する方向（－Ｘ方向）に開口し、第２ダクト４５に連通する。

図４に示すように、第２ダクト４５は、熱交換器４４およびファン４６を流れた気流Ｋを波長変換ホイール４１の放熱部材４１３へと導く。第２ダクト４５はファン４６からシュラウド４２に向かって延びる略筒状の部材で構成され、流入口４５ａおよび排出口４５ｂを有する。第２ダクト４５の流入口４５ａは、ファン４６の排気口４６ｂに接続される。第２ダクト４５の排出口４５ｂは、第２蓋体４２２に形成された開口４２２ａを閉塞するようにシュラウド４２に接続される。

本実施形態の場合、第２ダクト４５は、開口４２２ａを介してホイール基板４１１に形成された放熱部材４１３の中央部に気流Ｋを導く。第２ダクト４５から供給された気流Ｋは、放熱部材４１３によってホイール基板４１１の径方向内側から径方向外側へと流れることで、ホイール基板４１１上に形成された波長変換素子４１２を冷却する。

以上説明したように本実施形態の波長変換ユニット４０によれば、波長変換ホイール４１の回転によって径方向外側に向かう気流Ｋをシュラウド４２の外周壁４２０で整流して開口部４２３に集約することで、開口部４２３からの気流Ｋの吐出圧を高めることができる。そして、熱交換器４４を介して温度が低下した気流Ｋをシュラウド４２内に収容された波長変換ホイール４１の放熱部材４１３に循環的に送ることで冷却効率を高めた波長変換ユニット４０を提供できる。よって、本実施形態の波長変換ユニット４０は、波長変換素子４１２の温度上昇を抑制することで蛍光ＹＬの変換効率が高まるので、明るい蛍光ＹＬを生成することができる。

また、本実施形態の波長変換ユニット４０は、熱交換器４４を流れた気流Ｋを吸引して第２ダクト４５に供給するファン４６をさらに備えている。

この構成によれば、ファン４６による吸引によって熱交換器４４に対する気流Ｋの流れ込みをアシストすることで、熱交換器４４による気流Ｋの冷却効率を高めることができる。また、ファン４６によって第２ダクト４５から波長変換ホイール４１に供給される気流Ｋの流速を高めることで、波長変換ホイール４１の放熱フィン４１３ｂによる冷却効率を高めることができる。

また、本実施形態の波長変換ユニット４０におけるファン４６は、熱交換器４４に対向する吸気口４６ａと、回転軸Ｏ１に直交する方向に開口する排気口４６ｂと、を有した遠心ファンである。

この構成によれば、ファン４６における気流Ｋの吸気方向と排出方向とを９０度異ならせることで、ファン４６とシュラウド４２とを接続する第２ダクト４５の長さを短くできる。よって、波長変換ユニット４０のサイズの大型化を抑制できる。

また、本実施形態の波長変換ユニット４０において、シュラウド４２は、波長変換ホイール４１の波長変換素子４１２に光を入射させ、波長変換素子４１２から射出された蛍光ＹＬを透過する透光部４２６をさらに有している。
この構成によれば、シュラウド４２内に収容された反射型の波長変換ホイール４１を効率良く冷却効率する波長変換ユニット４０を提供できる。

本実施形態の光源装置２によれば、波長変換ユニット４０と、波長変換ユニット４０に光線ＢＬｓを照射する光源２１と、を備える。

本実施形態の光源装置２によれば、冷却効率を高めた密閉循環式の波長変換ユニット４０を備えるため、明るい照明光ＷＬを生成することができる。

本実施形態のプロジェクター１は、光源装置２と、光源装置２から射出される光を画像信号に基づいて変調する光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒと、光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒによって変調された光を投射する投射光学装置６と、を備えている。

本実施形態のプロジェクター１によれば、明るい照明光ＷＬを変調することで、表示品質に優れたプロジェクターを実現できる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の波長変換ユニットの基本構成は第１実施形態と同様であり、ファンを省略した構成が第１実施形態とは異なる。そのため、第１実施形態と共通の基本構成については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。

図７は本実施形態の波長変換ユニット１４０の概略構成を示す斜視図である。
図７に示すように、本実施形態の波長変換ユニット１４０は、波長変換ホイール４１と、シュラウド４２と、第１ダクト４３と、熱交換器４４と、第２ダクト１４５と、を備える。

本実施形態の場合、熱交換器４４を流れた気流Ｋは第２ダクト１４５に流れ込む。第２ダクト１４５は、熱交換器４４を流れた気流Ｋをシュラウド４２に収容された波長変換ホイール４１へと導く。

本実施形態の第２ダクト１４５は、第１部位１４５１と、第２部位１４５２と、第３部位１４５３と、を組み合わせて構成される。第１部位１４５１は、流入口１４５１ａを有し、熱交換器４４に接続される部位である。第２部位１４５２は、排出口１４５２ａを有し、シュラウド４２の第２蓋体４２２に形成された開口４２２ａ（図４参照）に接続される部位である。第３部位１４５３は、Ｚ軸方向において異なる位置に配置される第１部位１４５１および第２部位１４５２間を接続する部位である。第３部位１４５３の一端側は第１部位１４５１の下端（－Ｘ側端部）に接続され、第３部位１４５３の他端側は第２部位１４５２の上端（＋Ｘ側端部）に接続される。

本実施形態の波長変換ユニット１４０では、シュラウド４２の外周壁４２０で整流することで高めた気流Ｋの吐出圧を積極的に利用することでファン４６を用いることなく波長変換ホイール４１を効率良く冷却することができる。また、ファン４６を省略したことで装置構成を小型化した波長変換ユニット１４０を提供できる。

（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の波長変換ユニットの基本構成は第１実施形態と同様であり、ファンを配置する位置が第１実施形態とは異なる。そのため、第１実施形態と共通の基本構成については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。

図８は本実施形態の波長変換ユニット２４０の概略構成を示す斜視図である。
図８に示すように、本実施形態の波長変換ユニット２４０は、波長変換ホイール４１と、シュラウド４２と、第１ダクト２４３と、熱交換器４４と、第２ダクト４５と、ファン４６と、を備える。

本実施形態の第１ダクト２４３において、排出口および流入口の面積は等しい。そのため、本実施形態の第１ダクト２４３は、熱交換器４４の一部に気流Ｋを供給可能となっている。

本実施形態の第２ダクト４５は、シュラウド４２との接続部の近傍の側壁４７に開口４７ａが設けられている。第２ダクト４５は、開口４７ａを介してファン４６から送られる気流Ｋの一部を光源装置２の筐体内に供給する。ファン４６から送られる気流Ｋは熱交換器４４を通ることで冷却されている。

そのため、本実施形態の波長変換ユニット２４０を用いた光源装置によれば、第２ダクト４５によって光源装置内部に冷たい気流Ｋを供給することができる。第２ダクト４５の開口４７ａから光源装置内部に供給された気流Ｋは光源装置内部に温度を低下させる。これにより、光源装置内部に配置される、偏光分離素子２５、第１の集光光学系２６、第２の集光光学系２９等といった他の光学部品の熱による損傷や変形を抑制できる。

また、本実施形態の波長変換ユニット２４０において、熱交換器４４の一部は第１ダクト２４３から露出した状態とされている。そのため、熱交換器４４のうち第１ダクト２４３から露出した部位は、ファン４６の吸引力によって光源装置内部の排熱を排出することができる。なお、熱交換器４４によって排出された光源装置内部の排熱は熱交換器４４で冷却されることで、波長変換ホイール４１の冷却あるいは光源装置内部の冷却に再利用される。

このように本実施形態の波長変換ユニット２４０によれば、光源装置内部の温度上昇を抑制することで、光学部品の熱による損傷や変形を抑制することで光源装置の耐熱性をより高めることができる。なお、第１ダクト２４３は、シュラウド４２を構成する部材と一体に形成されてもよい。

（第４実施形態）
以下、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態の波長変換ユニットの基本構成は第１実施形態と同様であり、ファンを配置する位置が第１実施形態とは異なる。そのため、第１実施形態と共通の基本構成については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。

図９Ａは本実施形態の波長変換ユニット３４０の概略構成を示す平面図である。図９Ｂは本実施形態の波長変換ユニット３４０の概略構成を示す側面図である。なお、図９Ａは－Ｘ側から波長変換ユニット３４０を視た図であり、図９Ｂは－Ｚ側から波長変換ユニット３４０を視た側面図である。

図９Ａおよび図９Ｂに示すように、本実施形態の波長変換ユニット３４０は、波長変換ホイール４１と、シュラウド４２と、第１ダクト４３と、熱交換器４４と、第２ダクト３４５と、ファン４６と、第３ダクト４８と、を備える。本実施形態において、ファン４６の回転軸Ｏ１は、熱交換器４４における気流Ｋの流れ方向（Ｙ軸に沿う方向）に対して直交する方向（Ｚ軸方向）に設定される。第３ダクト４８は、熱交換器４４からの気流Ｋをファン４６に導く。本実施形態のファン４６において、吸気口４６ａは第３ダクト４８に連通し、排気口４６ｂは第２ダクト３４５の流入口３４５ａに連通する。第２ダクト３４５の排出口３４５ｂは、第２蓋体４２２に形成された開口４２２ａを閉塞するようにシュラウド４２に接続される。

本実施形態の波長変換ユニット３４０によれば、第３ダクト４８を備えるため、熱交換器４４に対するファン４６のレイアウトの自由度が高まる。また、第１実施形態のレイアウトのように、ファン４６の外形が熱交換器４４に対して＋Ｚ側に突出しないので、第１実施形態のレイアウトに比べてＺ軸方向の寸法を小型化できる。

なお、本発明の一実施形態を例示して説明したが、本発明は上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では反射型の波長変換ユニットを例に挙げたが、本発明の光学素子ユニットは透過型の波長変換ユニットにも適用可能である。以下、第１変形例として透過型の波長変換ユニットについて説明する。

（第１変形例）
図１０は本変形例の波長変換ユニット４０Ａの要部構成を示す断面図である。なお、第１実施形態と共通の基本構成については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
図１０に示すように、本変形例の波長変換ユニット４０Ａにおいて、波長変換素子４１２は、波長変換ホイール４１Ａのホイール基板４１１Ａの径方向外側に不図示の固定部材を介して取り付けられる。ホイール基板４１１Ａの回転駆動部４１９側の面には放熱部材４１３が設けられている。

本変形例において、シュラウド４２Ａは、波長変換ホイール４１Ａの波長変換素子４１２へと励起光ＥＬを入射させる光入射部４２７と、波長変換ホイール４１Ａの波長変換素子４１２から光入射部４２７と反対方向に射出された蛍光ＹＬを透過して射出する光射出部４２８と、をさらに有する。

本変形例の波長変換ユニット４０Ａによれば、シュラウド４２Ａ内に収容された透過型の波長変換ホイール４１Ａを効率良く冷却することで、波長変換素子４１２の温度上昇を抑制して蛍光ＹＬの変換効率が高め、明るい蛍光ＹＬを生成することができる。

例えば、上記実施形態では、本発明の光学素子ユニットを波長変換ユニットに適用した場合を例に挙げたが、本発明の光学素子ユニットはホイール基板上に波長変換素子４１２に代えて拡散素子（光学素子）を形成した拡散ユニットにも適用可能である。以下、第２変形例として拡散素子ユニットについて説明する。

（第２変形例）
図１１は本変形例の拡散素子ユニット５０の要部構成を示す断面図である。なお、第１実施形態と共通の基本構成については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。

図１１に示すように、本変形例の拡散素子ユニット（光学素子ユニット）５０は、拡散反射ホイール（光学素子ホイール）５１と、シュラウド４２と、図１に示した第１ダクト４３、熱交換器４４、第２ダクト４５およびファン４６と、を備える。
拡散反射ホイール５１は、ホイール基板４１１と、拡散素子（光学素子）５１２と、放熱部材４１３と、回転駆動部４１９と、を備える。

本変形例の拡散素子ユニット５０は、例えば、図１に示した拡散反射部３０と置き換え可能である。本変形例の拡散素子ユニット５０によれば、シュラウド４２内に収容された拡散反射ホイール５１を効率良く冷却することで、拡散反射素子５１２の温度上昇を抑制することで拡散反射素子５１２の熱による破損や変形を抑制することができる。
なお、拡散素子ユニット５０は図１０に示した波長変換ユニット４０Ａと同様の構成を採用することで透過型の拡散素子ユニットにも適用可能である。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。さらに、光変調装置としては、上述した液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイスなどを用いることもできる。

また、上記実施形態では、本発明による光源装置をプロジェクターに応用する例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置を自動車用ヘッドライトなどの照明器具にも適用することができる。
また、シュラウドは、収容部の他に、収容ケース、導風ケースと定義することができる。

本発明の態様の光学素子ユニットは、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の光学素子ユニットは、ホイール基板の一方面に設けられた放熱部材を有し、ホイール基板が回転することで径方向外側に気流を流す光学素子ホイールと、光学素子ホイールの外周を覆う外周壁と、外周壁の一部を開口する開口部とを有し、光学素子ホイールを収容可能な収容部と、収容部の開口部に設けられ、光学素子ホイールで発生する気流を収容部から排出する第１ダクトと、第１ダクトの排出口に配置され、排出口から排出された気流が流れる熱交換器と、熱交換器を流れた気流を光学素子ホイールの放熱部材へと導く第２ダクトと、を備える。

本発明の一つの態様の光学素子ユニットにおいて、熱交換器における下流側から気流を吸引して第２ダクトに供給するファンをさらに備える、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光学素子ユニットにおいて、ファンは、ファンの回転軸に直交し熱交換器に対向する吸気口と、回転軸に直交する方向に開口し、第２ダクトに連通する排気口と、を有する、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光学素子ユニットにおいて、ファンの回転軸は、熱交換器における気流の流れ方向に対して直交する方向に設定され、熱交換器からの気流をファンに導く第３ダクトをさらに備え、ファンは、第３ダクトに連通する吸気口と、第２ダクトに連通する排気口と、を有する、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光学素子ユニットにおいて、光学素子ホイールは、ホイール基板の一方面と反対の他方面に設けられた光学素子をさらに有し、収容部は、光学素子ホイールの光学素子に光を入射させ、光学素子ホイールで反射されて光学素子から射出された光を透過する透光部をさらに有する、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光学素子ユニットにおいて、光学素子ホイールは、光学素子をさらに有し、収容部は、光学素子ホイールの光学素子へと光を入射させる光入射部と、光学素子ホイールの光学素子から光入射部と反対方向に射出された光を透過して射出する光射出部と、をさらに有する、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光学素子ユニットにおいて、光学素子ホイールの光学素子は、波長変換素子である、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光学素子ユニットにおいて、光学素子ホイールの光学素子は、拡散素子である、構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置は、本発明の上記態様の光学素子ユニットと、光学素子ユニットに光を照射する光源と、を備える。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の上記態様の光源装置と、光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。

１…プロジェクター、２…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、２１…光源、４０…波長変換ユニット（光学素子ユニット）、４１…波長変換ホイール（光学素子ホイール）、４２，４２Ａ…シュラウド（収容部）、４３，２４３…第１ダクト、４４…熱交換器、４５，１４５，３４５…第２ダクト、４６…ファン、４６ａ…吸気口、４６ｂ…排気口、４８…第３ダクト、５０…拡散素子ユニット（光学素子ユニット）、５１…拡散反射ホイール（光学素子ホイール）、４１１，４１１Ａ…ホイール基板、４１１ａ…裏面（一方面）、４１１ｂ…表面（他方面）、４１２…波長変換素子（光学素子）、４１３…放熱部材、４２０…外周壁、４２３…開口部、４２６…透光部、４２７…光入射部、４２８…光射出部、５１２…拡散素子（光学素子）、Ｋ…気流、Ｏ１…回転軸。

Claims (10)

1. ホイール基板の一方面に設けられた放熱部材を有し、前記ホイール基板が回転することで径方向外側に気流を流す光学素子ホイールと、
   前記光学素子ホイールの外周を覆う外周壁と、前記外周壁の一部を開口する開口部とを有し、前記光学素子ホイールを収容可能な収容部と、
   前記収容部の前記開口部に設けられ、前記光学素子ホイールで発生する前記気流を前記収容部から排出する第１ダクトと、
   前記第１ダクトの排出口に配置され、前記排出口から排出された前記気流が流れる熱交換器と、
   前記熱交換器を流れた前記気流を前記光学素子ホイールの前記放熱部材へと導く第２ダクトと、を備える、
   ことを特徴とする光学素子ユニット。
2. 前記熱交換器における下流側から前記気流を吸引して前記第２ダクトに供給するファンをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子ユニット。
3. 前記ファンは、
   前記ファンの回転軸に直交し前記熱交換器に対向する吸気口と、
   前記回転軸に直交する方向に開口し、前記第２ダクトに連通する排気口と、を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学素子ユニット。
4. 前記ファンの回転軸は、前記熱交換器における前記気流の流れ方向に対して直交する方向に設定され、
   前記熱交換器からの前記気流を前記ファンに導く第３ダクトをさらに備え、
   前記ファンは、前記第３ダクトに連通する吸気口と、前記第２ダクトに連通する排気口と、を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学素子ユニット。
5. 前記光学素子ホイールは、前記ホイール基板の前記一方面と反対の他方面に設けられた光学素子をさらに有し、
   前記収容部は、前記光学素子ホイールの前記光学素子に光を入射させ、前記光学素子ホイールで反射されて前記光学素子から射出された光を透過する透光部をさらに有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の光学素子ユニット。
6. 前記光学素子ホイールは、光学素子をさらに有し、
   前記収容部は、前記光学素子ホイールの前記光学素子へと光を入射させる光入射部と、前記光学素子ホイールの前記光学素子から前記光入射部と反対方向に射出された光を透過して射出する光射出部と、をさらに有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の光学素子ユニット。
7. 前記光学素子ホイールの前記光学素子は、波長変換素子である、
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光学素子ユニット。
8. 前記光学素子ホイールの前記光学素子は、拡散素子である、
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光学素子ユニット。
9. 請求項１から請求項８のうちのいずれか一項に記載の光学素子ユニットと、
   前記光学素子ユニットに光を照射する光源と、を備える、
   ことを特徴とする光源装置。
10. 請求項９に記載の光源装置と、
    前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
    前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える
    プロジェクター。

Images