JP2007087765A - 光源用冷却装置、光源装置及び映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
冷却性能を向上させることができる光源用冷却装置、この冷却装置を搭載した光源装置及びこの光源装置を搭載した映像表示装置を提供すること。
【解決手段】
光源装置１００は、光源となるランプ５０、冷媒の相変化型の熱輸送デバイス６０、合成噴流を発生する噴流発生器２０を備える。ランプ５０が発する熱が、熱輸送デバイス６０によってランプ５０から離れた位置まで伝達され、その位置で噴流発生器２０により合成噴流が供給されて放熱される。特に、噴流発生器２０が用いられるので、冷却性能を向上させることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、熱を発する光源を冷却するための光源用冷却装置、この冷却装置を搭載した光源装置及びこの光源装置を搭載した映像表示装置に関する。

従来から、ＰＣ（Personal Computer）の高性能化に伴うＩＣ（Integrated Circuit）等の発熱体からの発熱量の増大が問題となっており、様々な放熱の技術が提案され、あるいは製品化されている。その放熱方法として、例えばＩＣにアルミなどの金属でなる放熱用のフィンを接触させて、ＩＣからの熱をフィンに伝導させて放熱する方法がある。また、ファンを用いることにより、例えばＰＣの筐体内の温まった空気を強制的に排除し、周囲の低温の空気を発熱体周辺に導入することで放熱する方法もある。あるいは放熱フィンとファンとを併用することにより、放熱フィンで発熱体と空気の接触面積を大きくしつつ、ファンにより放熱フィンの周囲の暖まった空気を強制的に排除する方法もある。

しかしながら、このようなファンによる空気の強制対流では、放熱フィンの下流側でフィン表面の温度境界層が生起され、放熱フィンからの熱を効率的に奪えないという問題がある。このような問題を解決するためには、例えばファンの風速を上げて温度境界層を薄くすることが挙げられる。しかし、風速を上げるためにファンの回転数を増加させることにより、ファンの軸受け部分からの騒音や、ファンからの風が引き起こす風切り音などによる騒音が発生するという問題がある。

一方、送風手段としてファンを用いずに、上記温度境界層を破壊し、放熱フィンからの熱を効率よく外気に逃がす方法として、周期的に往復運動する振動板を用いる方法がある（例えば特許文献１参照）。特許文献１の装置は、チャンバ内を空間的に概略二分する振動板と、振動板を支持しチャンバに設けられた弾性体と、振動板を振動させる手段とを備えている。これらの装置では、例えば振動板が上方向に変位したときには、チャンバの上部空間の体積が減少するため、上部空間の圧力が上昇する。上部空間は吸排気口を通じて外気と連通しているため、上部空間の圧力上昇によって、その内部の空気の一部が外気中に放出される。一方このとき、振動板を挟んで上部空間と反対側にある下部空間の体積は逆に増加するため、下部空間の圧力が下降する。下部空間は吸排気口を通じて外気と連通しているため、下部空間の圧力減少によって、吸排気口近傍にある外気の一部が下部空間内部に引き込まれる。これとは逆に、振動板が下方向に変位したときには、チャンバの上部空間の体積が増加するため、上部空間の圧力が下降する。上部空間は吸排気口を通じて外気と連通しているため、上部空間の圧力下降によって、吸排気口近傍にある外気の一部が上部空間内部に引き込まれる。一方このとき、振動板を挟んで上部空間と反対側にある下部空間の体積は逆に減少するため、下部空間の圧力は上昇する。下部空間の圧力上昇によって、その内部の空気の一部が外気中に放出される。振動板の駆動は例えば電磁駆動方式が用いられる。このように、振動板を往復運動させることによって、チャンバ内の空気が外気に排出される動作と、外気がチャンバ内に吸気される動作が周期的に繰り返される。このような、振動板の周期的な往復運動によって誘起される空気の脈流が放熱フィン（ヒートシンク）等の発熱体に吹き付けられることにより、放熱フィンの表面にある温度境界層が効率よく破壊され、結果的に放熱フィンが効率良く冷却される。

ところで、高温の発熱源として超高圧水銀ランプやキセノンランプ等の光源を冷却する技術が、従来から多数提案されている（例えば、特許文献２、３参照。）。特許文献２の装置では、ランプが筐体で覆われ、その筐体の内壁に平板状のヒートパイプ（熱輸送平板１５）が接触することで、当該筐体内に自然対流が発生し、ランプが冷却される。また、特許文献３の装置では、ランプのリフレクタあるいは前面に通気孔が設けられ、送風ファンの風がその通気孔を介して、直接最も高温となるバーナー（発光管）に供給されることでそのバーナーが冷却される。
特開平３−１１６９６１号公報（第３図等） 特開２００５−６２３７３号公報（図１） 特開２００５−１０７４７０号公報（図１）

しかしながら、上記特許文献２の装置では冷却性能に限界があり、今後、さらなる冷却性能の向上が要求される。特許文献３の装置は、冷却性能は向上するが、通気孔があり外部の空気が取り入れられる構造であるので、埃等が入りやすくなる。また、例えば内圧が２０ＭＰａにも達する超高圧水銀ランプ等である場合、バーナーが万が一破損すると、その音と水銀蒸気が人体に有害となる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、冷却性能を向上させることができる光源用冷却装置、この冷却装置を搭載した光源装置及びこの光源装置を搭載した映像表示装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、光源が、高圧ランプまたは人体に有害な物質が用いられたランプである場合であっても、安全で高い冷却性能を実現することができる技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る光源用冷却装置は、熱を発する光源を冷却する光源用冷却装置であって、前記光源の熱を伝達する熱伝達器と、気体を脈流として吐出することで合成噴流を発生することが可能であり、前記熱伝達器に伝達する熱を放出するために、前記発生した合成噴流を前記熱伝達器に供給する噴流発生器とを具備する。

本発明では、光源の熱が、熱伝達器により光源から離れた位置まで伝達され、その位置で噴流発生器から合成噴流が供給される。噴流発生器が用いられることにより、従来に比べ冷却性能を向上させることができる。

「光源」としては、例えば後述するような粒子放出型のランプ、あるいはこれ以外のランプが挙げられる。粒子放出型のランプとしては、例えば水銀ランプ、ＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプ、ハロゲンランプ、蛍光ランプ等が挙げられる。つまりこの場合、「粒子」とは、原子、電子、その他のイオンを指す。粒子放出型以外のランプとしては、例えば固体レーザ、半導体レーザ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の固体発光素子、その他、ＥＬ素子等が挙げられる。以下、同様である。

「気体」は、例えば空気が挙げられるが、これに限らず、窒素、ヘリウムガス、あるいはアルゴンガス、その他の気体であってもよい。

本発明において、前記熱伝達器は、冷媒の相変化により熱を輸送する熱輸送デバイスを有する。このように熱輸送デバイスと噴流発生器とを組み合わせて用いることにより、さらに冷却性能を高めることができる。

「熱輸送デバイス」は、ヒートパイプの機能を有するものであればよく、形状はパイプ状のものに限られない。例えばプレート状であってもよいし、次に述べるようにエバポレータとコンデンサとが分離したタイプであってもよい。

本発明において、前記熱輸送デバイスは、前記光源に熱的に接続されたエバポレータと、前記合成噴流が供給されるコンデンサと、前記エバポレータと前記コンデンサとの間で前記冷媒を循環させるための管とを有する。このようなエバポレータとコンデンサとが分離したタイプの熱輸送デバイスが用いられることにより、光源の熱を離れた場所に輸送しやすくなる。

「熱的に接続された」とは、直接的に接しいているか、または、熱伝導性の部材や熱伝導性のシート状の部材を介して接続されていることを意味し、気体や液体等の流体によって熱伝導する場合は含まれないものとする。

上述のように、合成噴流はコンデンサに供給されるが、このことは、例えばコンデンサに熱的に接続された放熱部材に合成噴流が供給される、という意味も含む。

本発明において、前記光源は、発光するバーナーと、前記バーナーが発する光を反射する曲面状の反射板とを有する粒子放出型のランプであり、前記エバポレータは、前記反射板に沿って曲面状に形成された吸熱面を有する。これにより、ランプからエバポレータへ効率よく熱が伝わる。

本発明において、前記光源は、発光するバーナーと、前記バーナーが発する光を反射する反射板とを有する粒子放出型のランプであり、前記エバポレータは、平面状の吸熱面を有し、前記熱伝達器は、前記吸熱面が熱的に接続される平面状の外面を有し、前記反射板を覆うように設けられたランプホルダを有する。エバポレータは平面状の吸熱面を有する場合が多いので、平面状の外面を有するランプホルダによりその吸熱面に熱伝導させれば熱伝導の効率が向上する。「反射板を覆う」とは、反射板のすべてを覆う必要はなく、一部を覆う、という意味も含む。

本発明において、前記光源は、発光するバーナーと、空間を有し、前記バーナーが発する光を反射するために、前記空間内に前記バーナーを配置させる反射板とを有する粒子放出型のランプであり、前記熱伝達器は、前記空間内に含まれる内部気体を、前記反射板の外部へ流出させるとともに流出した前記内部気体を前記空間内に戻すことが可能な気体循環機構を有する。これにより、反射板内部の空間にある内部気体が反射板の外部に流出するため、当該空間の温度を下げることができる。また、気体循環機構は、流出した内部気体を空間に戻して循環型の構成を有しているため、バーナーの周囲は密閉構造となり、安全である。

「内部気体」は、例えば空気が挙げられるが、これに限らず、窒素、ヘリウムガス、あるいはアルゴンガス、その他の気体であってもよい。上記噴流発生器が吐出する「気体」と文言形式上区別し、発明の内容の明確性を確保するため、「内部気体」としている。

本発明において、前記気体循環機構は、前記反射板に接続され、前記空間に連通する前記内部気体の流通管と、前記流通管に設けられた放熱部材と、前記内部気体を前記空間内及び前記流通管内で循環させるための動力源とを有する。この場合、放熱部材に上記噴流発生器の合成噴流が供給されればよい。この場合、例えば、前記流通管は内壁及び外壁を有し、前記放熱部材は、前記内壁及び外壁に設けられたフィンである。

「動力源」としては、例えば回転羽根式の一般的なファン（軸流ファンやシロッコファン等）が挙げられる。

本発明において、前記熱伝達器は、前記流通管の少なくとも一部を内蔵し、前記反射板を覆うように設けられたランプホルダを有する。この場合、流通管の特に放熱部材から放熱し、その熱をランプホルダが吸熱することができる。

例えば、前記熱伝達器は、前記ランプホルダに熱的に接続され、冷媒の相変化により熱を輸送する熱輸送デバイスを有する。

本発明において、前記気体循環機構は、前記空間に連通するチャンバを有し、前記空間内から前記内部気体を前記チャンバ内へ吸入し、かつ、前記チャンバから前記空間内へ前記内部気体を吐出することで、前記内部空気に脈流の強制対流を起こすことが可能な強制対流発生器を有する。この発明でも、内部気体を反射板の外部へ流出させることができ、当該空間の温度を下げることができる。また、強制対流発生器は、吸収した内部気体を当該空間へ戻す循環型の構成を有しているため、バーナーの周囲は密閉構造となり、安全である。

例えば、前記強制対流発生器は、前記チャンバを形成する筐体を有し、前記熱伝達器は、冷媒の相変化により前記筐体から吸収した熱を輸送する熱輸送デバイスを有する。

本発明に係る光源装置は、熱を発する光源と、前記光源の熱を伝達する熱伝達器と、気体を脈流として吐出することで合成噴流を発生することが可能であり、前記熱伝達器に伝達する熱を放出するために、前記発生した合成噴流を前記熱伝達器に供給する噴流発生器とを具備する。すなわち、本発明の光源装置は、冷却システムを備えた光源装置である。

本発明において、前記エバポレータは、平面状の吸熱面を有し、前記光源は、発光するバーナーと、前記バーナーが発する光を反射する曲面状の反射面と、前記吸熱面が熱的に接続される平面状の外面とを有し、前記熱伝達器の少なくとも一部を構成するランプホルダとを有する粒子放出型のランプである。この場合、ランプホルダは、光を反射する機能及びバーナーの熱を効率よく伝達する機能を有する。つまり、このランプホルダは「反射板」ではなく、反射板とホルダとが一体となった構造のものを指す。

本発明に係る映像表示装置は、熱を発する光源と、前記光源の熱を伝達する熱伝達器と、気体を脈流として吐出することで合成噴流を発生することが可能であり、前記熱伝達器に伝達する熱を放出するために、前記発生した合成噴流を前記熱伝達器に供給する噴流発生器と、映像を表示するために、前記光源の光の強度を変調する変調素子とを具備する。

「変調素子」としては、例えばＧＬＶ（Grating Light Valve）、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）、または液晶等が挙げられる。

以上のように、本発明によれば、高い冷却性能を有する光源用冷却装置、光源装置等を提供することができる。特に、光源が高圧ランプ等である場合であっても、安全性を確保しつつ、当該冷却装置等の冷却性能を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

本発明の実施の形態に係る光源用冷却装置及び光源装置を説明する前に、まず、それらに用いられる噴流発生器の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る噴流発生器を示す斜視図である。図２は、図１に示す噴流発生器の断面図である。

噴流発生器１０は、後部が円筒状をなす筐体１と、筐体１内に配置された振動装置１５とを備えている。筐体１の前面１ａには、ノズル２ａ及び２ｂがそれぞれ複数配列されている。図２に示すように、筐体１の内部は、振動装置１５と、この振動装置１５が取り付けられる取付部７によって、上部チャンバ１１ａ及び下部チャンバ１１ｂに分離されている。ノズル２ａ及び２ｂが取り付けられている筐体１の前面１ａには、ノズル２ａ及び２ｂに対応する位置に開口１２ａ及び１２ｂが形成されている。これにより、上部チャンバ１１ａ及び下部チャンバ１１ｂは筐体１の外部の大気にそれぞれ連通している。各チャンバ１１ａと１１ｂとは、容積がほぼ同じとなっている。すなわち、振動装置１５が上部チャンバ１１ａに配置される分、下部チャンバ１１ｂより上部チャンバ１１ａの方が図２中の上下方向（厚さ方向）で厚くなっている。これにより、後述するようにノズル２ａ及び２ｂから交互に吐出される気体量を同じにすることができ、静音性が向上する。

筐体１の形状は、図１に示すような形状に限られず、直方体状、円柱状、あるいはそれ以外の形状であってもよい。

振動装置１５は、例えばスピーカに類似した構成を有している。振動装置１５は、フレーム４と、フレーム４に装着されたアクチュエータ５と、弾性支持部材６によってフレーム４に支持された振動体（振動板）３とを有している。振動板３は、例えば円板状でなる。振動板３は、円板状に限らず、筐体１の形状に合わせて楕円形や矩形であってもよい。フレーム４には、フレーム４の内外で筐体１内に含まれた空気を流通させるための流通口４ａが形成されている。

振動板３は、例えば樹脂、紙、または金属でなる。特に、振動板３が紙でなることにより、非常に軽量化される。紙は、樹脂ほど任意な形状に作製しにくいが、軽量化では有利である。振動板３が樹脂の場合、成形により任意の形状に作製しやすい。一方、振動板３が金属の場合、マグネシウムのような軽量で射出成形が可能な材料があるので、場合に応じて使用できる。

図３は、アクチュエータ５を示す拡大断面図である。円筒状のヨーク８の内側に、振動板３の振動方向Ｒに着磁されたマグネット１４が内蔵され、マグネット１４には、例えば円板状のヨーク１８が取り付けられている。このマグネット１４、ヨーク８及び１８により磁気回路が構成される。マグネット１４とヨーク８との間の空間には、コイル１７が巻回されたコイルボビン９が出入りするようになっている。すなわち、アクチュエータ５はボイスコイルモータでなる。アクチュエータ５には、給電線１６により、例えば図示しない駆動用のＩＣから電気信号が供給される。ヨーク８はフレーム４の内側中央に固定され、コイルボビン９は振動板３の表面に固定されている。平板状のヨーク１８は、上述のように例えば円板形である。しかし、円でなくても楕円や、矩形状でもよい。このようなアクチュエータ５により、振動板３を矢印Ｒの方向に振動させることができる。

筐体１は、例えば、樹脂、ゴム、または金属でなる。樹脂やゴムは成形で作製しやすく量産向きである。また、筐体１が樹脂やゴムの場合、アクチュエータ５の駆動により発生する音、あるいは振動板３が振動することにより発生する空気の気流音等を抑制することができる。つまり、筐体１が樹脂やゴムの場合、それらの音の減衰率も高くなり、騒音を抑制することができる。さらに、軽量化に対応でき、低コストとなる。樹脂等の射出成形で筐体１が作製される場合は、ノズル２ａ及び２ｂと一体で成形することが可能である。筐体１が熱伝導性の高い材料、例えば金属でなる場合、アクチュエータ５から発せられる熱を筐体１に逃がして筐体１の外部に放熱することができる。金属としては、アルミニウムや銅が挙げられる。熱伝導性を考慮する場合、金属に限らず、カーボンであってもよい。金属としては、射出成形が可能なマグネシウム等も用いることができる。アクチュエータ５の磁気回路からの漏れ磁界が機器の他のデバイスに影響する場合は、漏れ磁界を無くす工夫が必要である。その一つが、筐体１を磁性材料、例えば鉄等にすることである。これにより、漏れ磁界はかなりのレベルで低減される。さらに、高温での使用や、特殊用途ではセラミックスの筐体であってもよい。

上述したように、放熱のために筐体１に高熱伝導材料が用いられる場合、フレーム４も熱伝導性の高い材料を用いることが好ましい。この場合、フレーム４も金属やカーボンが用いられる。しかし、熱伝導をあまり考慮しない場合、フレーム４は、例えば樹脂が用いられる。樹脂であれば、安価で軽量なフレームを射出成形で作製することができる。フレーム４の一部を磁性体とすることもできる。これにより、その磁性体でアクチュエータ５のヨークを構成することができ、磁束密度を高めることも可能である。

弾性支持部材６は、例えばゴムや樹脂等でなる。弾性支持部材６はベローズ状をなし、上面から見る場合、円環形状をなしている。振動板３は、主にアクチュエータ５により支持されるが、振動板３の振動方向Ｒとは垂直方向の振れである横振れを防止するために、弾性支持部材６は振動体３を支持する機能を有している。また、弾性支持部材６は、上記したように、チャンバ１１ａ及び１１ｂを分離し、振動体３が振動するときに、チャンバ１１ａ及び１１ｂ間での気体の流通を阻止する。

なお、筐体１にはノズル２ａ及び２ｂが設けられる構成としたが、ノズルではなく、筐体１に単に開口が設けられている構成であってもかまわない。

以上のように構成された噴流発生器１０の動作について説明する。

アクチュエータ５に例えば正弦波の交流電圧が印加されると、振動体３は正弦波振動を行う。これにより、チャンバ１１ａ及び１１ｂ内の容積が増減する。チャンバ１１ａ及び１１ｂの容積変化に伴い、それらチャンバ１１ａ及び１１ｂの圧力が変化し、これに伴い、それぞれノズル２ａ及び２ｂを介して空気の流れが脈流として発生する。例えば、振動体３がチャンバ１１ａの容積を増加させる方向に変位すると、チャンバ１１ａの圧力は減少し、チャンバ１１ｂの圧力は増加する。これによりノズル２ａを介して筐体１の外部の空気がチャンバ１１ａ内に流れ込み、チャンバ１１ｂにある空気がノズル２ｂを介して外部に噴出される。逆に、振動体３がチャンバ１１ａの容積を減少させる方向に変位すると、チャンバ１１ａの圧力は増加し、チャンバ１１ｂの圧力は減少する。これによりチャンバ１１ａにある空気がノズル２ａを介して外部に噴出され、ノズル２ｂを介して外部の空気がチャンバ１１ｂ内に流れ込む。ノズル２ａ及び２ｂから空気が噴出されるときにノズル２ａ及び２ｂの周囲の気圧が低下することにより、当該周囲の空気が各ノズルから噴出される空気に巻き込まれる。すなわち、これが合成噴流である。このような合成噴流が、例えばヒートシンク等の発熱体や高熱部に吹き付けられることにより、当該発熱体や高熱部を冷却することができる。

一方、ノズル２ａ及び２ｂから空気が噴出されるときに、各ノズル２ａ及びノズル２ｂから独立して騒音が発生する。しかしながら、各ノズル２ａ及びノズル２ｂとで発生する各音波は逆位相の音波であるため互いに弱められる。これにより、騒音が抑制され、静音化を図ることができる。

図４は、本発明の他の形態に係る噴流発生器を示す断面図である。図５は、図４におけるＡ−Ａ線断面図である。図４及び図５において、図１に示す噴流発生器１０の部材や機能等について同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。

この噴流発生器２０は、ノズル部２２と、筐体２１とが別部品で構成されている。このように別部品に構成される理由は、ノズル部２２及び筐体をそれぞれ一体成形することができ、製造が容易になるからである。ノズル部２２は、複数のノズル２２ａ及び複数のノズル２２ｂを有している。筐体２１の前面、つまり、筐体２１の、ノズル部２２が配置される側は開口され、チャンバ２１ａがノズル部２２の内部の領域２６ａに連通し、チャンバ２１ｂは領域２６ｂに連通している。図５に示すように、チャンバ２１ａとチャンバ２１ｂとは、前面側（図中左側）では、弾性支持部材６が装着される仕切り部材２４によって分割されている。なお、給電線１６は、筐体２１の背面側に取り付けられた端子台（または回路基板）２３に接続されている。図１における給電線１６も図４と同様に構成されればよい。

アクチュエータ５の円筒状ヨーク８は、筐体２１の一部を構成しており、ヨーク８が筐体２１の外部に露出している。このようにアクチュエータ５が筐体１に取り付けられることにより、図１の噴流発生器１０に比べ、噴流発生器２０の図中高さ方向、つまり薄型化あるいは小型化することができる。

図６は、本発明の一実施の形態に係る冷却装置を備えた光源装置を示す模式図である。

この光源装置１００は、光源となるランプ５０と、このランプ５０を冷却する冷却装置１１０とを備えている。冷却装置１１０は、ランプ５０の熱を輸送するＣＰＬ（Capillary Pumped Loop）等の熱輸送デバイス６０、合成噴流を熱輸送デバイス６０に供給する上述の噴流発生器２０とにより構成される。噴流発生器２０は図４及び図５で示したデバイスであるが、これの代わりに図１等で示した噴流発生器１０が用いられてもよい。

ランプ５０としては、例えばプロジェクタに搭載される超高圧水銀ランプであるが、これに限られない。具体的には、ランプ５０は、主に、発光部となるバーナー５２と、このバーナー５２が発する光を図中、左側の方向に反射するためのリフレクタ５１とにより構成される。リフレクタ５１は、例えば硬質のガラスが基体とされ、その内面に光反射のためのアルミニウム等が蒸着されて構成されている。

熱輸送デバイス６０は、エバポレータ６１、コンデンサ６２、気相管６３及び液相管６４を有し、エバポレータ６１及びコンデンサ６２とが分離したタイプのＣＰＬである。図７は、この熱輸送デバイス６０の原理を説明するための模式図である。図８は、エバポレータ６１を示す斜視図である。

エバポレータ６１は、コンテナ３１内に冷媒の流路３２が形成されて構成されている。流路３２を流れる冷媒が蒸発しやすいように、コンテナ３１は熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウム、銅、カーボン等でなることが望ましい。そのほかステンレス等も用いることができる。コンテナ３１は、リフレクタ５１の外面５１ａ（図６参照）の曲面形状に沿った曲面形状の吸熱面３１ａが形成されるように構成される。したがって、コンテナ３１の材料としては、このような曲面を形成しやすいような材料が選択される必要もある。冷媒としては、例えば純水、エタノール、メタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、代替フロン、アンモニア等が用いられる。

流路３２の、液相管６４に近い側には、例えば液相の冷媒が循環しやすいように、冷媒に毛細管力を発生させるための多孔質部材３３ａが設けられている。多孔質部材３３ａは、繊維状のメッシュ材、ステンレスメッシュ、セラミックス等が用いられる。あるいは、多孔質部材３３ａではなく、例えば細かい溝が形成されたシリコンや、コンテナ３１に一体的に形成された複数の片や突起であってもよい。要は冷媒に毛細管現象が発生すればよい。あるいは、冷媒の循環に駆動力を発生する機構、例えばメカニカルポンプ等をデバイスに持たせれば、毛細管力を発生させる多孔質部材などは必要ない。

コンデンサ６２は、例えばガラス基板３７とシリコン基板３６とが接合され、それらの間に冷媒の流路３８が形成されて構成されている。ガラス基板３７とシリコン基板３６とは例えば陽極接合で接合することができる。例えばガラス基板３７やシリコン基板３６に、図示しない凹部や溝が形成されることにより、流路３８が構成される。かかる溝等により、冷媒に毛細管力が発生して冷媒が循環する。

気相管６３は、その両端がエバポレータ６１のコンテナ３１及びコンデンサ６２のガラス基板３７にそれぞれ接続され、各流路３２及び３８に連通している。液相管６４も同様である。気相管６３及び液相管６４は、コンテナ３１及びガラス基板３７に半田や溶接等によって接続される。気相管６３及び液相管６４は、アルミニウムやステンレス等の金属材料でなる。

図９は、コンデンサ６２及びこれに取り付けられた放熱フィンを示す斜視図である。コンデンサ６２のシリコン基板３６の主面３６ａに複数の放熱フィン６５が取り付けられている。

なお、図７に示した熱輸送デバイスは単なる例であり、これに限定されるわけではない。例えば、コンデンサ６２も、エバポレータ６１のように、金属類でコンテナが形成されてもよい。そのほか、ドライアウトを防止するために、気相管６３及び液相管６４がそれぞれ２本以上ずつ設けられていてもよい。エバポレータ６１やコンデンサ６２の形状や大きさ等も図示したものに限られず、適宜設計変更が可能である。なお、熱輸送デバイスの他の例として、特開２００５−１４２５１３、特開２００４−８８０４８、特開２００４−８５１８６に記載された熱輸送デバイスが用いられてもよい。

以上のように構成された光源装置１００の冷却作用について説明する。

ランプ５０が点灯してバーナー５２が発熱すると、リフレクタ５１にも伝熱される。リフレクタ５１からの熱はエバポレータ６１の吸熱面３１ａにより吸収され、これにより流路３２内の冷媒が蒸発する。蒸発した冷媒は気相管６３を通り、コンデンサ６２内の流路３８を流れることで凝縮し、上記放熱フィン６５を介して外部に放熱する。凝縮した冷媒は、図示しない溝等の毛細管力により液相管６４へ流れ込み、また、液相管６４からエバポレータ６１の流路３２に戻る。上記放熱フィン６５には、上記噴流発生器２０等により発生する合成噴流が供給されるので、放熱フィン６５の温度境界層が破壊され、効率よく放熱する。以上により、ランプ５０が冷却される。

このように、本実施の形態では、ランプ５０が発する熱が、熱輸送デバイス６０によってランプ５０から離れた位置まで伝達され、その位置で噴流発生器２０により合成噴流が供給されて放熱される。特に、噴流発生器２０が用いられるので、冷却性能を向上させることができる。

また、冷媒の相変化を利用した潜熱型の熱輸送デバイス６０が備えられているため、顕熱型の水冷式等のような冷却システムに比べ、熱輸送効率が高めることができる。

特に、水銀ランプ等では、バーナー５２の温度が１０００℃を超え、非常に高温になるので、高効率な冷却は必須である。

さらに、エバポレータ６１とコンデンサ６２とが分離したタイプの熱輸送デバイス６０が用いられることにより、ランプ５０の熱をランプ５０から離れた位置まで輸送しやすくなる。また、分離タイプの熱輸送デバイス６０により、エバポレータ６１及びコンデンサ６２の配置の自由度が増し、この光源装置１００が搭載される機器の設計の自由度が向上する。設計の自由度が向上すれば、この光源装置が搭載される機器の意匠性を損なうこともない。

さらに、エバポレータ６１が曲面状の吸熱面３１ａを有しており、できるだけ接触面積が広く取られているので、ランプ５０のリフレクタ５１からエバポレータ６１へ効率よく熱伝導する。

図１０は、本発明の他の実施の形態に係る光源装置を示す模式図である。これ以降の説明では、図６に示す光源装置１００の部材や機能等について同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。

本実施の形態に係る光源装置２００では、ランプ５０はランプホルダ４１に保持されている。図１１は、そのランプホルダ４１を示す斜視図である。ランプホルダ４１は、ブロック形状をなし、ランプ５０のリフレクタ５１が接触する接触面４２を有する。接触面４２は、リフレクタ５１の曲面形状に沿った形状となっている。接触面４２には、電極引出し用の孔４２ａ及び発光管の一方のステム部５２ａ（図１０参照）を通すための４２ｂが形成されている。ランプホルダ４１は、例えば銅やアルミニウム等、熱伝導性の高い材料でなる。ランプホルダ４１の背面４３は平面状でなる。ランプホルダ４１、熱輸送デバイス８０及び噴流発生器２０により冷却装置が構成される。

熱輸送デバイス８０は、図６で示した、冷媒の相変化型のデバイスと同様である。エバポレータ７１は、平面状の吸熱面７１ａを有し、吸熱面７１ａが上記平面状のランプホルダ４１の背面４３に当接している。コンデンサ６２には、図６と同様に放熱フィン６５が熱的に接続され、噴流発生器２０により合成噴流が当該放熱フィン６５に供給される。なお、エバポレータ７１は、上述したように金属製のコンテナを有する形態であってもよいし、コンデンサ６２のようにガラスとシリコンが接合された形態であってもよい。

このように、ブロック状のランプホルダ４１が備えられることにより、ランプ５０からの熱を、プレート状のエバポレータ７１に効率よく伝達することができる。また、この場合、エバポレータ７１が曲面のないプレート状に作製され、エバポレータ７１の設計の自由度が増し、さらにエバポレータ７１の製造が容易になる。

特に、本実施の形態では、ランプホルダ４１が設けられることにより、リフレクタ５１の熱を輻射も含めて効率よく集められ、輻射熱による他の部品への影響を小さくすることができる。

本発明者の実験によれば、ランプホルダ４１が取り付けられるだけで１０℃以上のバーナー５２の温度低下が認められた。

図１２は、本発明のさらに別の実施の形態に係る光源装置を示す模式図である。

光源装置３００は、ランプ５０、気体循環機構７０及び噴流発生器２０を備えている。気体循環機構７０は、ランプ５０のリフレクタ５１の内部空間５１ｃにある空気を流通させるための流通管７２を有する。リフレクタ５１には、貫通孔５１ｂが例えば２つ設けられており、流通管７２がその貫通孔５１ｂに接続され、内部空間５１ｃと流通管７２の内部とが連通している。ランプ５０の上流側に気体循環用のファン７３が備えられ、さらにランプ５０と対向する位置に放熱部材７４が備えられている。図１３は、放熱部材７４を示す断面図（図１２におけるＡ−Ａ線断面図）である。放熱部材７４は、空気を流通させる管部７７の内壁に複数の受熱フィン７５を有し、さらに管部７７の外壁にも複数の放熱フィン７６を有している。噴流発生器２０は、各フィン７６に合成噴流を供給する。

ファン７３は、空気が循環できればどのようなファンでもよいが、最大静圧の大きいシロッコファン形式がより望ましい。流通管７２は、アルミニウム、ステンレス、耐熱性の樹脂等が用いられる。

以上のように構成された光源装置３００では、ファン７３により、リフレクタ５１の内部空間５１ｃ、流通管７２内及び放熱部材７４の管部７７内の密閉流路内で、ランプ５０内の熱を持つ空気を循環させる。流通する空気が持つ熱は、放熱部材７４に伝達され噴流発生器２０により外部へ放出される。このようにリフレクタ５１内の空間５１ｃで強制対流を起こすことにより、バーナー５２を効率よく冷却することが可能となる。また、この光源装置３００では、空気を循環させる流路が密閉されている。これにより、埃等の異物がリフレクタ５１内に混入することを防止することができるとともに、バーナー５２の破損時の安全性を確保することができる。

図１４は、本発明のさらに別の実施の形態に係る光源装置を示す模式図である。

この光源装置４００では、ランプ５０及び気体循環機構５５がランプホルダ５３に収容されている。気体循環機構５５は、ファン７３及び空気の流通管５４を備えており、図１２で示した気体循環機構７０とほぼ同様の機能を有している。ランプホルダ５３は、中空に構成されており、このようにファン７３及び空気の流通管５４を収容している。ランプホルダ５３の背面５３ａに、冷媒相変化型の熱輸送デバイス８０のエバポレータ７１が熱的に接続されている。この場合、流通管５４の、エバポレータ７１に近い部分に、図１２に示したような放熱部材７４が設置されてもよい。この場合、放熱部材７４の放熱フィン７６が、ランプホルダ５３の背面５３ａの内壁に熱的に接触していてもよい。あるいは、流通管５４のすべてに図示しない放熱フィンが設置されてもよい。さらには、流通管５４の外面の少なくとも一部がランプホルダ５３に熱的に接続されていてもよいし、あるいは流通管５４の一部がランプホルダ５３の外部に露出していてもよい。

このような光源装置４００の構成により、ランプ５０の熱が、気体循環機構５５を介して、ランプホルダ５３に伝達される。ランプホルダ５３の熱はエバポレータ７１に吸収され、噴流発生器２０によりコンデンサ６２及び放熱フィン６５により外部に効率よく放出される。

なお、噴流発生器２０の代わりに、大口径の静音ファン５６により放熱フィン６５に風が供給されるようにしてもよい。

この図１４では、ランプホルダ５３が中空の箱であるが、流通管５４やファン７３の周囲が均質な材料、あるいは２種以上の材料の詰まったランプホルダであってもよい。

図１２及び図１４のような、密閉流路型の冷却装置が用いられる場合、何も冷却装置がないランプのバーナー５２の温度に比べ、実験では３０℃程度の温度低下が認められた。

図１５は、本発明のさらに別の実施の形態に係る光源装置を示す模式図である。

この光源装置５００は、気体循環機構として、噴流発生器１２０を備えている。この噴流発生器１２０は、図１または図４に示した噴流発生器１０または２０と同様の機能を有するものであればよい。具体的には、噴流発生器１２０の複数のノズル２２ａ及び複数のノズル２２ｂがランプ５０のリフレクタ５１に接続され、筐体２１内部の各チャンバ２１ａ及び２１ｂ（図４参照）がランプ５０の内部空間５１ｃに連通している。筐体２１には、エバポレータ７１が熱的に接続されている。

噴流発生器１２０内の振動板が振動することにより、ノズル２２ａ及び２２ｂを介して、内部空間５１ｃと筐体２１内との間で空気が流通する。これにより、筐体２１にも伝熱される。エバポレータ７１は、筐体２１に伝達された熱を吸収する。このように、密閉空間内で空気の強制対流が発生することで、放熱効率を高めることができる上、ランプ５０内への埃等の流入を防止し、さらに安全性を確保することができる。

なお、噴流発生器１２０は振動板を有する構成としたが、振動板が振動する代わりに、筐体２１内でピストン等が動く構成であってもよい。

噴流発生器１２０の筐体２１に図示しない放熱フィンや熱伝導性シートが接し、これらのフィンやシートにエバポレータ７１が接していてもよい。あるいは、筐体２１にその放熱フィンが取り付けられている場合、光源装置は、熱輸送デバイス８０がなく、当該放熱フィンに、別の噴流発生器の合成噴流が供給されるような構成であってもよい。

図１６は、図１５に示す光源装置５００の変形例を示している。この光源装置６００のランプ５０のリフレクタ５１には、図１５と同様に、空気の強制対流を起こし、かつ、熱伝達作用を発揮する噴流発生器２０が接続されている。また、図６に示した、熱輸送デバイス６０と同様の熱輸送デバイス６０がリフレクタ５１に熱的に接続されている。このような構成によっても、ランプ５０を効率よく冷却することが可能となる。

本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

上述したランプ５０の形状や種類は、さまざまな形態が考えられる。特に、リフレクタ５１の形状も各図に示した形状に限られない。

上記各実施の形態に係る光源装置１００、２００、３００、４００、５００及び６００の特徴部分のうち少なくとも１つを組み合わせて、別の光源装置を構成することも可能である。例えば、図１０に示したランプホルダ４１が図１５に示したランプ５０に取り付けられる構成も考えられる。

噴流発生器１０または２０は、チャンバが２つある構成であった。しかし、チャンバが１つだけであり、その１つのチャンバから空気が出入りする構成であってもよい。

本発明の一実施の形態に係る噴流発生器を示す斜視図である。 図１に示す噴流発生器の断面図である。 アクチュエータを示す拡大断面図である。 本発明の他の形態に係る噴流発生器を示す断面図である。 図４におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明の一実施の形態に係る冷却装置を備えた光源装置を示す模式図である。 図６に示す熱輸送デバイスの原理を説明するための模式図である。 エバポレータの斜視図である。 コンデンサ及びこれに取り付けられた放熱フィンを示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る光源装置を示す模式図であり、ランプホルダが設けられる例を示す。 図１０に示すランプホルダの斜視図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る光源装置を示す模式図であり、気体循環機構が設けられる例を示す。 図１２に示す放熱部材の断面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る光源装置を示す模式図であり、ランプホルダ内に気体循環機構が配置される例を示す。 本発明のさらに別の実施形態に係る光源装置を示す模式図であり、気体循環機構が噴流発生器である例を示す。 本発明のさらに別の実施形態に係る光源装置を示す模式図であり、気体循環機構が噴流発生器であり、エバポレータがランプに熱的に接続されている例を示す。

符号の説明

１、２１…筐体
１０、２０、１２０…噴流発生器
３１…コンテナ
３１ａ、７１ａ…吸熱面
４１、５３…ランプホルダ
５０…ランプ
５１…リフレクタ
５１ａ…外面
５１ｃ…内部空間
５２…バーナー
５４、７２…流通管
５５、７０…気体循環機構
６０、８０…熱輸送デバイス
６１、７１…エバポレータ
６２…コンデンサ
６３…気相管
６４…液相管
６５…放熱フィン
１００、２００、３００、４００、５００、６００…光源装置
１１０…冷却装置

Claims (17)

1. 熱を発する光源を冷却する光源用冷却装置であって、
   前記光源の熱を伝達する熱伝達器と、
   気体を脈流として吐出することで合成噴流を発生することが可能であり、前記熱伝達器に伝達する熱を放出するために、前記発生した合成噴流を前記熱伝達器に供給する噴流発生器と
   を具備することを特徴とする光源用冷却装置。
2. 請求項１に記載の光源用冷却装置であって、
   前記熱伝達器は、冷媒の相変化により熱を輸送する熱輸送デバイスを有することを特徴とする光源用冷却装置。
3. 請求項２に記載の光源用冷却装置であって、
   前記熱輸送デバイスは、前記光源に熱的に接続されたエバポレータと、前記合成噴流が供給されるコンデンサと、前記エバポレータと前記コンデンサとの間で前記冷媒を循環させるための管とを有することを特徴とする光源用冷却装置。
4. 請求項３に記載の光源用冷却装置であって、
   前記光源は、
   発光するバーナーと、
   前記バーナーが発する光を反射する曲面状の反射板と
   を有する粒子放出型のランプであり、
   前記エバポレータは、
   前記反射板に熱的に接続され、前記反射板に沿って曲面状に形成された吸熱面を有することを特徴とする光源用冷却装置。
5. 請求項３に記載の光源用冷却装置であって、
   前記光源は、
   発光するバーナーと、
   前記バーナーが発する光を反射する反射板と
   を有する粒子放出型のランプであり、
   前記エバポレータは、平面状の吸熱面を有し、
   前記熱伝達器は、
   前記吸熱面が熱的に接続される平面状の外面を有し、前記反射板を覆うように設けられたランプホルダを有することを特徴とする光源用冷却装置。
6. 請求項１に記載の光源用冷却装置であって、
   前記光源は、
   発光するバーナーと、
   空間を有し、前記バーナーが発する光を反射するために、前記空間内に前記バーナーを配置させる反射板と
   を有する粒子放出型のランプであり、
   前記熱伝達器は、前記空間内に含まれる内部気体を、前記反射板の外部へ流出させるとともに流出した前記内部気体を前記空間内に戻すことが可能な気体循環機構を有することを特徴とする光源用冷却装置。
7. 請求項６に記載の光源用冷却装置であって、
   前記気体循環機構は、
   前記反射板に接続され、前記空間に連通する前記内部気体の流通管と、
   前記流通管に設けられた放熱部材と、
   前記内部気体を前記空間内及び前記流通管内で循環させるための動力源と
   を有することを特徴とする光源用冷却装置。
8. 請求項７に記載の光源用冷却装置であって、
   前記熱伝達器は、
   前記流通管の少なくとも一部を内蔵し、前記反射板を覆うように設けられたランプホルダを有すること特徴とする光源用冷却装置。
9. 請求項８に記載の光源用冷却装置であって、
   前記熱伝達器は、
   前記ランプホルダに熱的に接続され、冷媒の相変化により熱を輸送する熱輸送デバイスを有することを特徴とする光源用冷却装置。
10. 請求項７に記載の光源用冷却装置であって、
    前記流通管は内壁及び外壁を有し、
    前記放熱部材は、前記内壁及び外壁に設けられたフィンであることを特徴とする光源用冷却装置。
11. 請求項６に記載の光源用冷却装置であって、
    前記気体循環機構は、
    前記空間に連通するチャンバを有し、前記空間内から前記内部気体を前記チャンバ内へ吸入し、かつ、前記チャンバから前記空間内へ前記内部気体を吐出することで、前記内部空気に脈流の強制対流を起こすことが可能な強制対流発生器を有することを特徴とする光源用冷却装置。
12. 請求項１０に記載の光源用冷却装置であって、
    前記強制対流発生器は、前記チャンバを形成する筐体を有し、
    前記熱伝達器は、冷媒の相変化により前記筐体から吸収した熱を輸送する熱輸送デバイスを有することを特徴とする光源用冷却装置。
13. 熱を発する光源と、
    前記光源の熱を伝達する熱伝達器と、
    気体を脈流として吐出することで合成噴流を発生することが可能であり、前記熱伝達器に伝達する熱を放出するために、前記発生した合成噴流を前記熱伝達器に供給する噴流発生器と
    を具備することを特徴とする光源装置。
14. 請求項１３に記載の光源用冷却装置であって、
    前記熱伝達器は、冷媒の相変化により熱を輸送する熱輸送デバイスを有することを特徴とする光源装置。
15. 請求項１４に記載の光源用冷却装置であって、
    前記熱輸送デバイスは、前記光源に熱的に接続されたエバポレータと、前記合成噴流が供給されるコンデンサと、前記エバポレータと前記コンデンサとの間で前記冷媒を循環させるための管とを有することを特徴とする光源装置。
16. 請求項１５に記載の光源用冷却装置であって、
    前記エバポレータは、平面状の吸熱面を有し、
    前記光源は、
    発光するバーナーと、
    前記バーナーが発する光を反射する曲面状の反射面と、前記吸熱面が熱的に接続される平面状の外面とを有し、前記熱伝達器の少なくとも一部を構成するランプホルダと
    を有する粒子放出型のランプであることを特徴とする光源装置。
17. 熱を発する光源と、
    前記光源の熱を伝達する熱伝達器と、
    気体を脈流として吐出することで合成噴流を発生することが可能であり、前記熱伝達器に伝達する熱を放出するために、前記発生した合成噴流を前記熱伝達器に供給する噴流発生器と、
    映像を表示するために、前記光源の光の強度を変調する変調素子と
    を具備することを特徴とする映像表示装置。

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