JP2008257909A - 光源装置、電子機器、カメラ、照明装置およびプロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源が発生する熱を、光源の裏面と略直交する放熱面を有する放熱板へ効率的に伝熱することができる光源装置、電子機器、カメラ、照明装置およびプロジェクタ装置を提供する。
【解決手段】本発明は、光源装置、光源装置を備えた電子機器、カメラ、照明装置およびプロジェクタ装置に関し、照明対象に向けて照明光を照射する光源２３と、光源２３の裏面と略直交する放熱面を有し、前記光源で発熱した熱を外部へ放熱する放熱板１０ａと、光源２３で発熱した熱を光源２３の裏面から放熱板１０ａへ伝熱する熱伝導率異方性ブロック３０とを備えるようにしたものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源から発生した熱を放熱するための放熱装置を有する光源装置、電子機器、カメラ、照明装置およびプロジェクタ装置に関する。

電子機器に内蔵されている発熱体と、発熱体が発生する熱を放熱する放熱体とを熱的に接続する紐状の熱伝導部材を備えた電子機器が従来技術として知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２０００−１５１１６４号公報

特許文献１に記載の電子機器では、熱伝導部材内を伝導する熱量が小さいので内蔵されている発熱体が発生する熱を効率的に放熱できないという問題点がある。

（１）本発明の光源装置は、照明対象に向けて照明光を照射する光源と、光源の裏面と略直交する放熱面を有し、前記光源で発熱した熱を外部へ放熱する放熱板と、光源で発熱した熱を前記光源の裏面から前記放熱板へ伝熱する熱伝導率異方性ブロックとを備えることを特徴とする。
（２）本発明の電子機器は、本発明の光源装置を備えることを特徴とする。
（３）本発明のカメラは、本発明の光源装置を備えることを特徴とする。
（４）本発明の照明装置は、本発明の光源装置を備えることを特徴とする。
（５）本発明のプロジェクタ装置は、本発明の光源装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、光源が発生する熱を、光源の裏面と略直交する放熱面を有する放熱板へ効率的に伝熱することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施形態について説明する。
図１は、本発明の一の実施形態によるプロジェクタ付き電子カメラ（以下、ＰＪ付き電子カメラと呼ぶ）１を斜め前方から見た図である。ＰＪ付き電子カメラ１は、前方に配設されるスクリーンなどに向けて、画像などの投影情報を投影するプロジェクタ装置を有する。このプロジェクタ装置には、後述するようにＬＥＤ（ Light Emitting Diode ）光源を有している。ＬＥＤ光源は発熱量が大きいので、外部へ効率的に放熱しなくてはならない。

図１に示すように、ＰＪ付き電子カメラ１の筐体１０の正面には、撮影レンズ１１と、プロジェクタ投射窓１２とが設けられている。筐体１０の上面には、レリーズボタン１３が設けられている。撮影レンズ１１へ被写体光束が入射され、プロジェクタ投影窓１２から投射像が投射される。

図２は、本発明の一実施の形態によるＰＪ付き電子カメラを前方から見た図である。図２の点線で示すように、筐体１０の前面のプロジェクタ投影窓１２付近内部には、プロジェクタ機能を備えた投射モジュール２０が内蔵されている。投射モジュール２０は、１辺が約１０mmの略正方形を底面とする四角柱形状のモジュールである。投射モジュール２０は長手方向を縦（上下）に配設され、その底面（下面）に熱伝導部材３０が接合されている。熱伝導部材３０は、投射モジュール２０から発生した熱を筐体１０に伝導する。なお、図２の投射モジュール２０は、内部構成をわかりやすく図示するために、四角柱の長手方向のサイズを実際より長く表している。

投射モジュール２０について、図３を参照して説明する。図３は図２のＡ−Ａ断面図である。投射モジュール２０には、ＬＥＤ２３（ＬＥＤ基板２７）と、集光光学系２４と、偏光板２５と、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）ブロック２６と、液晶パネル２２と、投影光学系２１とが含まれる。上記部材のうち、投影光学系２１を除く部材はシェル部材２８内に一体化構成される。具体的には、アルミ製薄板部材をコ字形に折り曲げ加工した部材２８の下部開放面に、ＬＥＤ基板２７が配設される。ＬＥＤ基板２７はアルミ基板で構成され、当該基板の絶縁層上に形成されているパターン上に、発光素子であるＬＥＤ２３が実装される。

シェル部材２８にはさらに、集光光学系２４およびＰＢＳブロック２６が接着される。ＰＢＳブロック２６は、入射光軸に対して４５度の角度をなす偏光分離部２６ａを２つの三角プリズムで挟んだ偏光ビームスプリッタである。ＰＢＳブロック２６の面２６ｂには、たとえば、黒色処理などの無反射処理が施される。

ＰＢＳブロック２６の下側面（集光光学系２４側の面）には偏光板２５が配設され、ＰＢＳブロック２６の上側面には反射型液晶素子（ＬＣＯＳ）によって構成される液晶パネル２２が配設される。

上記構成の投射モジュール２０によるプロジェクト機能について説明する。上記構成の投射モジュール２０において、不図示のハーネスおよびパターンを介してＬＥＤ基板２７上のＬＥＤ２３に駆動電流が供給される。ＬＥＤ基板２７で消費される電力は約２Ｗである。ＬＥＤ２３は、駆動電流に応じた明るさの光を集光光学系２４へ向けて射出する。集光光学系２４はＬＥＤ光を略平行光にして偏光板２５へ入射させる。偏光板２５は入射光を直線偏光に変換（または抽出）し、変換（または抽出）後の偏光光をＰＢＳブロック２６へ向けて射出する。

ＰＢＳブロック２６へ入射された偏光光束（たとえばＰ偏光）は、ＰＢＳブロック２６を透過して液晶パネル２２を照明する。液晶パネル２２は、赤、緑、青のフィルターが形成された複数の画素から構成され、カラーの画像を生成するように駆動されている。液晶パネル２２の液晶層を透過する光は、液晶パネル２２へ入射されると当該液晶層を上向きに進行し、液晶パネル２２の反射面で反射された後、液晶層を下向きに進行して液晶パネル２２から射出され、ＰＢＳブロック２６へ再度入射される。電圧が印加された液晶層は位相板として機能するので、ＰＢＳブロック２６へ再度入射される光は、Ｓ偏光である変調光とＰ偏光である非変調光との混合光である。ＰＢＳブロック２６は、再入射された光束のうちＳ偏光成分である変調光のみを偏光分離部２６ａで反射（折り曲げる）し、右方の投影光学系２１へ向けて投影光として射出する。

次に、投射モジュール２０と接合する熱伝導部材３０について説明する。熱伝導部材３０は、四辺形で囲まれた立体形状のブロックで構成される。熱伝導部材３０は熱伝導経路を構成する部材なので、熱抵抗を小さくすることが好ましい。したがって、熱伝導経路の断面を小さくする加工（たとえば、熱伝導部材３０の表面を削ってフィンを形成する）を避ける。また、熱伝導部材３０の厚み（図３において縦方向のサイズであって、面３０ｂを構成する四辺形の短辺）は所定値（たとえば５mm）以上を確保するとともに、熱伝導部材３０の長さ（図３において横方向のサイズであって、面３０ａを構成する四辺形の長辺）は厚みの２倍以下に抑える。

熱伝導部材３０の面３０ａはＬＥＤ基板２７の裏面と面接合される。具体的には、熱伝導部材３０の面３０ａとＬＥＤ基板２７の裏面との間に熱伝導性が高い充填材を充填したり、熱伝導性シール部材を挟んだりして接合する。ＬＥＤ基板２７からの熱の伝導性を高くするために、熱伝導部材３０の面３０ａは、ＬＥＤ基板２７の接合面以上の面積を有する。熱伝導部材３０の面３０ｂは、不図示のビスや接着剤などによって、ＰＪ付き電子カメラ１の筐体前面部１０ａの内側に全面が面接触するように固着される。これにより、熱伝導部材３０は、投射モジュール２０を固定する機能も有する。

ＬＥＤ２３から発生した熱は、熱伝導部材３０の面３０ａから熱伝導部材３０へ伝導し、熱伝導部材３０の面３０ｂからＰＪ付き電子カメラ１の筐体前面部１０ａへ伝導する。そして、ＬＥＤ２３から発生した熱は、ＰＪ付き電子カメラ１の筐体前面部１０ａから放熱される。つまり、図３に示すように、ＬＥＤ２３から発生した熱は、ＬＥＤ２３の裏面と略直交する放熱面を有し、外部へ放熱するＰＪ付き電子カメラ１の筐体前面部１０ａへ伝導される。

熱伝導部材３０の材料は、図４に示すように、アルミニウムのマトリックス４１に、炭素繊維４２を配向して分散した炭素繊維複合材料４０である。この炭素繊維複合材料４０は熱伝導率異方性を有し、炭素繊維４２の配向方向の熱伝導率は他の方向のものと比べて高い。このような熱伝導率の高い方向を以下、高熱伝導率方向と呼ぶ。炭素繊維複合材料４０の高熱伝導率方向（矢印４３）の熱伝導率は７００Ｗ／ｍＫであり、アルミニウムの熱伝導率（２３８Ｗ／ｍＫ）や銅の熱伝導率（３９８Ｗ／ｍＫ）よりも高い。

熱伝導部材３０は、上述した炭素繊維複合材料４０からなる２つのブロックを組合せて作製される。図５（ａ）に示すように、 熱伝導部材３０を構成する２つのブロック５１，５２の大きさおよび形状は同じで、ともに直角三角形の断面形状を有する三角柱である。一方のブロック５１の高熱伝導率方向は、上記直角三角形の直角をなす辺のうちの一方の辺を構成する面５１ａに対して垂直方向である。他方のブロック５２の高熱伝導率方向は、上記直角三角形の直角をなす辺のうちの他方の辺を構成する面５２ａに対して垂直方向である。そして、２つのブロック５１，５２の高熱伝導率方向が略直角をなすように、２つのブロック５１，５２の斜面５１ｂ，５２ｂ同士を接着剤や半田などで接合する。そして、図５（ｂ）に示すように、２つのブロック５１，５２が接合して１つのブロックになったものが、熱伝導部材３０になる。ここで、ブロック５１の面５１ａがＬＥＤ基板２７との接合面である面３０ａとなり、ブロック５２の面５２ａがＰＪ付き電子カメラ１の筐体前面部１０ａとの固着面である面３０ｂとなる。図５（ｂ）に示すように、熱伝導部材３０の高熱伝導率方向は、面３０ａの面方向から面３０ｂの面方向へと直角（矢印５３）に曲がる。このような熱伝導部材３０を用いることによって、ＬＥＤ基板２７の裏面と略直交するＰＪ付き電子カメラ１の筐体前面部１０ａへの熱伝導（図３の矢印３１参照）が容易になる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）熱伝導率異方性ブロックである熱伝導部材３０を用いることによって、ＬＥＤ２３の裏面と略直交する放熱面を有し、ＬＥＤ２３で発熱した熱を外部へ放熱するＰＪ付き電子カメラ１の筐体前面部１０ａへ、ＬＥＤ２３から発生した熱を効率的に伝導することができる。また、ＰＪ付き電子カメラ１内のような小さなスペースにおいてもＬＥＤ２３から発生する熱を効率的に放熱することができる。

（２）熱伝導部材３０は投射モジュール２０を固定する固定部材であるので、投射モジュール２０を固定するのに十分な強度を得るために大きな断面積を有する。これにより、熱伝導部材３０を流れる熱量を大きくすることができ、ＬＥＤ２３が発生する熱をＰＪ付き電子カメラ１の筐体前面部１０ａへ効率的に伝導することができる。

（３）熱伝導部材３０は、ＬＥＤ２３の裏面と接合する面３０ａおよびＰＪ付き電子カメラ１の筐体前面部１０ａと接合する面３０ｂとを少なくとも有する立体形状であり、面３０ａはＬＥＤ２３の裏面と接合する面積以上の面積を有し、面３０ｂの全面がＰＪ付き電子カメラ１の筐体前面部１０ａと接合するようにした。これにより、熱伝導部材３０を流れる熱量を大きくすることができ、ＬＥＤ２３が発生する熱をＰＪ付き電子カメラ１の筐体前面部１０ａへ効率的に伝導することができる。

（４）熱伝導部材３０は、ＬＥＤ２３の裏面に略直交する高熱伝導率方向を熱伝導率異方性ブロック５１と、熱伝導率異方性ブロック５１の高熱伝導率方向と略直交する高熱伝導率方向を有する熱伝導率異方性ブロック５２とを備え、熱伝導部材３０は、ＬＥＤ２３で発生した熱を、熱伝導率異方性ブロック５１と熱伝導率異方性ブロック５２とを経てＰＪ付き電子カメラ１の筐体前面部１０ａへ伝熱するようにした。これにより、直角方向（図３の矢印３１の方向）に熱が流れやすくなり、ＬＥＤ２３の裏面と略直交する放熱面を有し、ＬＥＤ２３で発熱した熱を外部へ放熱するＰＪ付き電子カメラ１の筐体前面部１０ａへ、ＬＥＤ２３から発生した熱を効率的に伝導することができる。

（５）熱伝導部材３０に、アルミニウムのマトリックス４１に炭素繊維４２を配向して分散した炭素繊維複合材料４０を用いた。炭素繊維４２の熱伝導率は非常に高いので、高熱伝導率方向に効率よくＬＥＤ２３から発生した熱を伝導することができる。

（６）ＬＥＤ２３の熱をＰＪ付き電子カメラ１の筐体１０より放熱するので、外気の冷却作用により効率よく放熱することができる。

以上の実施の形態を次のように変形することができる。
（１）熱伝導部材３０の高熱伝導率方向は、図３の矢印３１に示すようにＬＥＤ２３の裏面の面方向に対して直角に曲がるような方向であった。しかし、図６の矢印６１に示すように、熱伝導部材６０の高熱伝導率方向を、ＬＥＤ２３の裏面に対するＰＪ付き電子カメラ１Ａの筐体前面部１０ａの放熱面の方向にしてもよい（熱伝導部材の第１の変形例）。熱伝導部材の第１の変形例では、熱伝導部材６０は、直角三角形の断面形状を有する三角柱とする。断面の直角三角形の辺をなす２つの辺のうちの一方の辺を有する面６０ａにＬＥＤ基板２７が接合し、他方の辺を有する面６０ｂにＰＪ付き電子カメラ１Ａの筐体前面部１０ａが接合する。この場合の炭素繊維４２の配向方向は、断面の直角三角形の斜辺を構成する面６０ｃと略平行方向となる。

これにより、ＬＥＤ２３の裏面と略直交する放熱面を有し、ＬＥＤ２３で発熱した熱を外部へ放熱するＰＪ付き電子カメラ１Ａの筐体前面部１０ａへ、ＬＥＤ２３から発生した熱を効率的に伝導することができる。

また、熱伝導部材３０は２つのブロック５１，５２より構成されるのに対し、熱伝導部材６０を１つのブロックより構成することができる。したがって、材料コストや組み立てコストなどを低減することができる。さらに、熱伝導部材６０は、熱伝導部材３０に比べて熱伝導経路の長さが短いので、ＰＪ付き電子カメラ１Ａの筐体前面部１０ａへ、ＬＥＤ２３から発生した熱をさらに効率的に伝導することができる。

（２）図７の矢印７１に示すように、熱伝導部材７０の高熱伝導率方向を、ＬＥＤ２３の裏面の面方向から、ＰＪ付き電子カメラ１Ｂの筐体前面部１０ａの放熱面の面方向へ徐々に変化するようにして、熱伝導部材３０に湾曲伝熱経路を有するようにしてもよい（熱伝導部材の第２の変形例）。これにより、ＬＥＤ２３の裏面と略直交する放熱面を有し、ＬＥＤ２３で発熱した熱を外部へ放熱するＰＪ付き電子カメラ１Ｂの筐体前面部１０ａへ、ＬＥＤ２３から発生した熱を効率的に伝導することができる。熱伝導部材の第２の変形例では、湾曲状の炭素繊維４２の方向をそろえてアルミニウム４１中に分散して熱伝導部材７０を作成する。

（３）熱伝導部材３０の材料は、アルミニウムのマトリックス４１に炭素繊維４２を配向分散させた炭素繊維複合材料４０であったが、熱伝導率異方性を有する材料であれば炭素繊維複合材料４０に限定されない。たとえば、所定のマトリックスと、マトリックスより熱伝導率が高い柱状または繊維状の物質とからなる複合材料でもよい。熱は、マトリックスより熱伝導率が高い柱状または繊維状の物質を優先的に流れるので、複合材料は熱伝導率異方性を有することになる。

（４）熱伝導部材３０の材料はアルミニウムのマトリックス４１と炭素繊維４２とからなる炭素繊維複合材料４０であった。しかし、炭素繊維複合材料４０であれば、マトリックスの材料は実施形態に限定されない。たとえば、マトリックスに銅などの他の金属を用いてもよい。また、マトリックスに、金属以外の物質、たとえば、エポキシ樹脂などの樹脂を用いてもよい。このような物質をマトリックスとして使用することによって、脆性破壊を起こしやすい炭素繊維４２を保護することができる。

樹脂のような熱伝導率が低い物質をマトリックスとして使用しても、炭素繊維５２の熱伝導率は非常に高いので、炭素繊維複合材料として熱伝導率を高くすることができる。また、樹脂のような絶縁体を用いることによって、炭素繊維複合材料の絶縁性を確保することができ、便利な場合がある。樹脂を用いることによって、熱伝導部材の軽量化を図ることができる。

（５）熱伝導部材３０によって、ＬＥＤ２３以外の光源についても光源から発生する熱を効率的に放熱面に伝導することができる。したがって、熱伝導部材３０に用いられる光源はＬＥＤ２３に限定されない。

（６）光源と、光源の裏面と略直交する放熱面を有し、光源で発熱した熱を外部へ放熱する放熱板と、光源で発熱した熱を光源の裏面から放熱板へ伝熱する熱伝導率異方性ブロックとを備えた光源装置を有する電子機器であれば、ＰＪ付き電子カメラに限定されない。ＰＪ付き電子カメラ以外の電子機器でも、光源装置は小さなスペースにおいて光源から発生する熱を効率的に放熱することができる。たとえば、プロジェクタ装置に上述の光源装置を備えてもよい。また。夜間時の撮影などに被写体を照明する照明光の光源としてＬＥＤが使用される場合がある。この場合も、ＬＥＤから発生する熱を外部へ効率的に放熱しなくてはならない。したがって、ＬＥＤを備えたカメラや、電子閃光装置などの照明装置についても、本発明の実施形態における光源装置を備えるようにしてもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

本発明の一実施形態によるＰＪ付き電子カメラを斜め前から見た図である。 本発明の一の実施形態によるＰＪ付き電子カメラを正面から見た図である。 図３は図２のＡ−Ａ断面図である。 熱伝導部材の材料を説明するための図である。 熱伝導部材の構造を説明するための図である。 熱伝導部材の第１の変形例を説明するための図である。 熱伝導部材の第２の変形例を説明するための図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…ＰＪ付き電子カメラ
１０…筐体
１０ａ…筐体前面部
１２…プロジェクタ投影窓
２３…ＬＥＤ
２７…ＬＥＤ基板
３０，６０，７０…熱伝導部材
４０…炭素繊維複合材料
４１…アルミニウム
４２…炭素繊維
５１，５２…ブロック

Claims (15)

1. 照明対象に向けて照明光を照射する光源と、
   前記光源の裏面と略直交する放熱面を有し、前記光源で発熱した熱を外部へ放熱する放熱板と、
   前記光源で発熱した熱を前記光源の裏面から前記放熱板へ伝熱する熱伝導率異方性ブロックとを備えることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記熱伝導率異方性ブロックは、前記光源を固定する固定部材であることを特徴とする光源装置。
3. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記熱伝導率異方性ブロックは、前記光源の裏面と接合する第１の面および前記放熱板と接合する第２の面とを少なくとも有する立体形状であり、前記第１の面は前記光源の裏面と接合する面積以上の面積を有し、前記第２の面の全面が前記放熱板と接合することを特徴とする光源装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源装置において、
   前記熱伝導率異方性ブロックは、前記光源の裏面に略直交する高熱伝導率方向を有する第１の熱伝導率異方性ブロックと、前記第１の熱伝導率異方性ブロックの高熱伝導率方向と略直交する高熱伝導率方向を有する第２の熱伝導率異方性ブロックとを備え、
   前記熱伝導率異方性ブロックは、前記光源で発生した熱を、前記第１の熱伝導率異方性ブロックと前記第２の熱伝導率異方性ブロックとを経て前記放熱板へ伝熱することを特徴とする光源装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源装置において、
   前記熱伝導率異方性ブロックは湾曲した湾曲伝熱経路を有し、前記光源で発生する熱を、前記光源の裏面から前記放熱板へ前記湾曲伝熱経路で伝熱することを特徴とする光源装置。
6. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源装置において、
   前記熱伝導率異方性ブロックの高熱伝導率方向は、前記光源の裏面に対する前記放熱板の放熱面の方向であることを特徴とする光源装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置において、
   前記熱伝導率異方性ブロックは、マトリックスと、前記マトリックスより熱伝導率が高い柱状または繊維状の物質とからなる複合材料であることを特徴とする光源装置。
8. 請求項７に記載の光源装置において、
   前記マトリクスは金属であり、前記柱状または繊維状の物質は炭素繊維であることを特徴とする光源装置。
9. 請求項７に記載の光源装置において、
   前記マトリクスは樹脂であり、前記柱状または繊維状の物質は炭素繊維であることを特徴とする光源装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光源装置を備えることを特徴とする電子機器。
11. 請求項１０に記載の電子機器において、
    前記放熱板は前記電子機器の筐体の少なくとも一部を構成することを特徴とする電子機器。
12. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光源装置を備えることを特徴とするカメラ。
13. 請求項１２項に記載のカメラにおいて、
    前記光源装置からの照明光により投射像を投射するプロジェクタを内蔵することを特徴とするカメラ。
14. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光源装置を備えることを特徴とする照明装置。
15. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光源装置を備えることを特徴とするプロジェクタ装置。
    

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