JP2014067568A

JP2014067568A - 光源装置、投影装置

Info

Publication number: JP2014067568A
Application number: JP2012211621A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takamatsu; 孝至高松
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-04-17
Also published as: CN103676433A; US20140085611A1; US20160209021A1; US9328909B2; US9657932B2; US20170159926A1; US10024529B2

Abstract

【課題】光源で放散される熱を効率良く拡散できるようにする。
【解決手段】光源と、熱を拡散する拡散部に、光源から放散される熱を伝導する伝導部とを備え、伝導部は、複数の部品から構成されている。また伝導部は、光源の発光側を前面としたとき、光源の裏面から放散される熱を伝導する第１の部品と、光源の側面から放散される熱を伝導する第２の部品とを備える。本技術は、光源を有し、光源から放散される熱による影響を低減させる必要がある、例えばプロジェクタなどに適用できる。
【選択図】図２

Description

本技術は、光源装置、投影装置に関する。詳しくは、発生する熱を効率良く放熱することができる光源装置、投影装置に関する。

画像やテキストなどをスクリーンに投影するプロジェクタが普及している。このようなプロジェクタにおいては、高輝度の放電ランプを光源とするものが主流であったが、近年、発光ダイオードやレーザーダイオードなどを光源とするものも開発されている。

プロジェクタなどにおいては、明るくするために光量を増加させる必要があるが、光量を増加させることにより光源から発せられる熱も増加するため、その対策が必要となる。光源に放熱する部材を付け、発せられる熱に対策することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−７６７８１号公報

特許文献１では、光源群に放熱フィンが並設されているヒートシンクが、伝熱部材を介して設けられることで、光源群から発せられる熱を放熱することが提案されている。このような構成においては、伝熱部材の光源群が位置する側を前面とすると、前面受けになっているため、裏面の平面度を出しにくく、精度管理が困難であった。また、光源群からの熱が、光源群の前面方向に設置されている他の部材、例えば、レンズなどに熱が伝わり、特性が悪化してしまう可能性があった。

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、光源から発せられる熱を放熱できる構成とすることができるようにするものである。

本技術の一側面の光源装置は、光源と、熱を拡散する拡散部に、前記光源から放散される熱を伝導する伝導部とを備え、前記伝導部は、複数の部品から構成されている。

前記伝導部は、前記光源の発光側を前面としたとき、前記光源の裏面から放散される熱を伝導する第１の部品と、前記光源の側面から放散される熱を伝導する第２の部品とを備えるようにすることができる。

前記第１の部品と第３の部品により、前記第２の部品は挟持されるようにすることができる。

前記第１の部品と前記第２の部品は、異なる材質であるようにすることができる。

前記伝導部は、前記光源からの熱を前記拡散部に直接的に伝導する第１の部品と、前記光源からの熱を前記拡散部に間接的に伝導する第２の部品とを備え、前記第１の部品と第３の部品により、前記第２の部品は挟持されるようにすることができる。

本技術の一側面の投影装置は、光源と、熱を拡散する拡散部に、前記光源から放散される熱を伝導し、複数の部品から構成されている伝導部を備えた光源装置を備える。

本技術の一側面の光源装置においては、熱を拡散する拡散部に、光源から放散される熱を伝導する伝導部が、複数の部品から構成されている。

本技術の一側面の投影装置においては、熱を拡散する拡散部に、光源から放散される熱を伝導し、複数の部品から構成されている伝導部を備えた光源装置を備える。

本技術の一側面によれば、光源から発せられる熱を放熱できる構成とすることができる。

本技術を適用した光学装置の一実施の形態の構成を示す図である。ヒートスプレッダーの構成を示す図である。熱の伝導について説明するための図である。

以下に、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
１．光源装置の構成について
２．ヒートスプレッダーの構成について
３．熱の伝導について

＜光源装置の構成について＞
以下に説明する光源装置は、放電ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、レーザーダイオードなどの光を発する部材を含む装置である。また、以下に説明する光源装置は、プロジェクタ、スキャナ、テレビジョン受像機のバックライトなど、光を利用する装置に組み込むことができる。

以下の説明では、本技術を適用した光源装置が、プロジェクタ（投影装置）に適用された場合を例にあげて説明を行う。図１は、プロジェクタに含まれる光源装置の断面構成を示す図であり、図２は、図１に示した光源装置に含まれる放熱に関する部分の構成を示す図である。

図１に示した光源装置１０は、図中上側から、レンズ２１、レンズベース２２、レーザー２３、レーザーホルダー２４、ヒートスプレッダーベース２５、側面放熱プレート２６、および裏面放熱プレート２７を備える構成とされている。

図１に示した光源装置１０は、レーザーダイオードを光源として用いた例であるが、レーザーダイオード以外の、例えばＬＥＤなどを光源とした構成とすることも可能である。また、図１に示した光源装置１０は、プロジェクタの一部を構成する部材であるため、レンズ２１やレンズベース２２を備える構成とされているが、プロジェクタ以外の装置に搭載することも可能であり、プロジェクタ以外の装置に搭載されるときには、適宜、その搭載される装置に適した構成とされる。

レンズベース２２は、レンズ２１の取り付け用部品であり、レンズ２１を保持する機構を有する。レンズ２１の下側には、レーザー２３が設けられている。レーザーホルダー２４は、レーザー２３の取り付け用部品であり、レーザー２３を保持する機構を有する。このような構成により、レーザー２３から出射される光の指向性が、レンズ２１により高められ、プロジェクタの光源として用いられる。

レーザー２３は、温度が定格範囲に保たれる必要がある。また、レーザー２３の光変換効率は、１００％ではないため、供給された電力の一部は熱として放散される。よって、レーザー２３を用いるときには、レーザー２３から放散される熱を拡散するような仕組みが必要である。

本実施の形態においては、レーザー２３から放散される熱を拡散するために、ヒートスプレッダーベース２５、側面放熱プレート２６、および裏面放熱プレート２７を備える。なお、図示していないが、裏面放熱プレート２７には、必要に応じて、ヒートシンクが設けられ、ヒートシンクも含めてレーザー２３から放散される熱を拡散する機構とすることができる。

また以下の説明においては、ヒートスプレッダーベース２５、側面放熱プレート２６、および裏面放熱プレート２７のうちの少なくとも１つを含む構成とされる機構をヒートスプレッダーと称し、ヒートスプレッダーには、ヒートシンクが含まれる場合もあるとして説明を続ける。ヒートスプレッダーは、熱を拡散する拡散部と、その拡散部に熱を伝導させる伝導部に分けられる。そして伝導部は、側面放熱プレート２６と裏面放熱プレート２７の少なくともどちらかのプレートを含む構成とし、拡散部は、ヒートシンクとすることができる。

＜ヒートスプレッダーの構成について＞
図２に示すように、側面放熱プレート２６は、ヒートスプレッダーベース２５と裏面放熱プレート２７の間に設けられる。また、側面放熱プレート２６は、ヒートスプレッダーベース２５に裏面放熱プレート２７がネジ止めされることにより挟持される。図１、図２には図示していないが、裏面放熱プレート２７には、さらに熱フィンが並設されているヒートシンクが必要に応じ接続される。

図２に示した側面放熱プレート２６には、４行×７列で配置された２８個の貫通孔３１が設けられており、それぞれの貫通孔３１にレーザー２３が嵌着するように構成されている。図１には、図２に示した側面放熱プレート２６の１つの孔に嵌着されたレーザー２３の断面を示している。

図２に示した側面放熱プレート２６には、２８個のレーザー２３が嵌着されるための貫通孔３１が設けられている例を示した。しかしながら側面放熱プレート２６に設けられる貫通孔３１の数、換言すれば、１つの側面放熱プレート２６に嵌着されるレーザー２３の数は、２８個に限定されるわけではない。例えば、貫通孔３１の数（レーザー２３の数）は、大型のプロジェクタに搭載する場合、２８個よりも多くし、小型のプロジェクタに搭載する場合、２８個よりも少なくするといったように、製品などに依存し、その数を決定することが可能である。

裏面放熱プレート２７には、側面放熱プレート２６の貫通孔３１に対応する位置に、レーザー２３に接続される端子２８（図１）を貫通させるための貫通孔３２が設けられている。裏面放熱プレート２７の貫通孔３２の個数は、側面放熱プレート２６の貫通孔３１と同数である。

側面放熱プレート２６の大きさや形状なども製品に合わせて設計することが可能である。例えば、２８個の貫通孔３１を必要とする製品である場合、図２に示すように、１枚の側面放熱プレート２６に２８個の貫通孔３１を設けても良いし、複数の側面放熱プレート２６に、２８個の貫通孔３１を分散させて設けても良い。側面放熱プレート２６の大きさや形状に応じ、ヒートスプレッダーベース２５と裏面放熱プレート２７の大きさと形状がそれぞれ設定される。

上記したように、レーザー２３から放散される熱を拡散するために、ヒートスプレッダーベース２５、側面放熱プレート２６、および裏面放熱プレート２７が備えられている。上記および下記に説明するように、ヒートスプレッダーベース２５、側面放熱プレート２６、および裏面放熱プレート２７という複数の部品でヒートスプレッダーを構成することで、各部品の大きさや形状などを部品毎に設定することができる。このことにより、ヒートスプレッダーの設定に関する自由度が高くなり、製品に適した熱拡散のためのヒートスプレッダーの構成とすることができる。

また、ヒートスプレッダーベース２５、側面放熱プレート２６、および裏面放熱プレート２７の形状に係わる設定だけでなく、材質に関する設定に関しても自由度は高い。側面放熱プレート２６や裏面放熱プレート２７は、例えば、銅やアルミなどの金属を成形することで作られる。例えば、側面放熱プレート２６と裏面放熱プレート２７のどちらか一方を銅で成形し、他方をアルミで成形することも可能であるし、両方を銅またはアルミで成形することも可能である。

例えば、冷却特性を重視する場合、側面放熱プレート２６と裏面放熱プレート２７に熱伝導の良い材料を選択し、冷却特性を重視しなくても良い場合、側面放熱プレート２６と裏面放熱プレート２７のうちのどちらか一方に熱伝導の良い材料を選択するといったことができる。

また、側面放熱プレート２６は、図３を参照して説明するように、レーザー２３の側面からの熱を裏面放熱プレート２７に伝導させる機能を有する。よって、冷却特性を重視しなくても良い場合、側面放熱プレート２６を省略した構成とすることも可能である。すなわちこの場合、ヒートスプレッダーベース２５と裏面放熱プレート２７からヒートスプレッダーが構成されるようにすることも可能である。

また、側面放熱プレート２６は１枚とは限らず、複数枚重ねて用いる構成とすることも可能である。また、ヒートスプレッダーにヒートシンクが含まれる場合、裏面放熱プレート２７とヒートシンクをそれぞれ別の部品として成形されるようにしても良いし、１部品として成形されるようにしても良い。別の部品として成形される場合、それぞれ異なる材質とすることも可能である。

このように、ヒートスプレッダーの構成の自由度が高くなり、製品に適した熱拡散のためのヒートスプレッダーの構成とすることができる。

＜熱の伝達について＞
図３を参照しレーザー２３から放散される熱の伝導経路を説明する。図３に示した光源装置１０は、図１に示した光源装置１０と同じであり、レーザー２３からの熱の伝導経路を矢印で示した図である。レーザー２３から発生した大部分の熱は、レーザー２３の下面より放出される。よってレーザー２３の下面より放出される熱を効率良く拡散するために、レーザー２３から放散された熱は、直接、裏面放熱プレート２７に伝導されるようにする。

レーザー２３からの熱が、裏面放熱プレート２７に伝導するように、グリスなどの熱を伝える物質が、熱接触を向上させるためにレーザー２３と裏面放熱プレート２７との間に塗布されている。また、裏面放熱プレート２７に伝導した熱は、図示していないヒートシンクにも伝導し、ヒートシンクから拡散されるように構成されているため、裏面放熱プレート２７とヒートシンクとの間も、良好な熱接触が保たれるように、グリスなどが塗布された状態とされている。

このように、レーザー２３で放散される熱を、熱を拡散する拡散部として機能するヒートシンクに、直接的に伝導するために、裏面放熱プレート２７が備えられている。そして、レーザー２３から裏面放熱プレート２７に熱が伝達され、裏面放熱プレート２７からヒートシンクに熱が伝導することで、レーザー２３で発生した熱が拡散されるように構成されている。

さらに、本実施の形態によれば、側面放熱プレート２６から、裏面放熱プレート２７に熱が伝導するように構成されている。側面放熱プレート２６と裏面放熱プレート２７との間も、良好な熱接触が保たれるように、例えばグリスなどが塗布されている。レーザー２３から放散された熱、特にレーザー２３の側面からの熱（レーザー２３の側面に漏れた熱）は、側面放熱プレート２６に伝導する。そして、側面放熱プレート２６は、裏面放熱プレート２７と良好な熱接触を保つように構成されているため、側面放熱プレート２６から裏面放熱プレート２７に熱が伝導する。裏面放熱プレート２７に伝導された熱は、ヒートシンクにも伝導され、拡散される。

このように、レーザー２３で放散される熱を、熱を拡散する拡散部として機能するヒートシンクに、間接的に伝導するために、側面放熱プレート２６が備えられている。

このように、レーザー２３からの熱は、側面放熱プレート２６を介して、裏面放熱プレート２７に伝導し、さらにヒートシンクにも伝導し、拡散される。よって、レーザー２３の側面からの熱も効率良く吸収し、拡散することが可能となる。

このように、レーザー２３の下面付近から発生する熱と、側面付近から発生する熱を、側面放熱プレート２６と裏面放熱プレート２７によりヒートシンク（不図示）に熱を効率良く伝導させることができ、レーザー２３から発生する不要な熱を除去することが可能となる。すなわち、本技術によれば、レーザー２３の周囲も含めて冷却するための熱伝導経路を拡大することが可能となる。

レーザー２３からの熱をヒートシンクに伝導させるヒートスプレッダーの部分を、ヒートスプレッダーベース２５、側面放熱プレート２６、裏面放熱プレート２７から構成することで、ヒートスプレッダーの構成の自由度を高め、所望とする冷却特性に合わせた構成とすることが可能となる。

例えば、図１、図２に示したヒートスプレッダーの構成は、ヒートスプレッダーベース２５、側面放熱プレート２６、裏面放熱プレート２７から構成される場合を例にあげて説明したが、冷却特性を高めたいときには、側面放熱プレート２６を備える構成とし、冷却特性を高める必要がないときには、側面放熱プレート２６を備えない構成とするといった変更が可能である。

また、側面放熱プレート２６を備えない構成とした場合、さらにヒートスプレッダーベース２５を備えない構成、すなわち裏面放熱プレート２７のみから構成されるように変更することも可能である。

このように、ヒートスプレッダーの冷却特性の変更は、部品の有無（構成部品の有り無し）により調整できるため、その変更は容易である。また、部品自体の材質を変更することも容易であり、材質の変更により冷却特性やコストなどを調整することが可能である。

例えば、アルミの熱伝導率は銅よりも低いという特性や、重さ、加工のしやすさなどの材質による特性の違いがある。このような材質により異なる熱伝導率や重さ、材料自体のコスト、加工にかかるコストなどを考慮し、所望とする冷却特性を得るための側面放熱プレート２６と裏面放熱プレート２７のそれぞれの材質を決定することができる。

ヒートスプレッダーを一体型に構成した場合、このような材質による構成の変更などは困難であるが、ヒートスプレッダーを複数の部品で構成することで、このような材質による構成の変更などを容易に行えるようになる。

また、ヒートスプレッダーを複数の部品で構成することで、各部品の形状や材質を部品毎に変えることができるため、レーザー２３で発生する熱の伝導経路を制御することができる。例えば、熱伝導の良い部品や、断熱の部品を組み合わせてヒートスプレッダーを構成することが可能となることで、熱の伝導経路の制御するうえで、必要とされる箇所に必要とする部品を用いることができるようになり、熱の伝導経路を制御することが可能となる。

また、ヒートスプレッダーを複数の部材で構成することで、ヒートスプレッダーとヒートスプレッダーより前側（レンズ２１などが取り付けられている側）にクリアランスを設けることが容易な構成とすることができる。クリアランスが設けられることで、前側に熱が伝導されないようにすることができ、前側に備えられているレンズ２１などに熱による影響を与えないようにすることができる。

また、前側にクリアランスを設けることで、前面の平面度の精度を高める必要がなくなり、必要最小限の面で平面を出すことで、平面度を出しやすくすることが可能となる。このことにより、グリスの塗布ムラの影響をクリアランスで吸収できる構成とすることが可能となる。

上記したヒートスプレッダーは、レーザー、ＬＥＤなどの光源から発生する熱による影響を低減させるために放熱する必要がある場合に適用できる。よって、図１に示したプロジェクタに用いられる光源装置１０は、本技術が適用される一例であり、例えば、スキャナなどの光源を必要とする装置などにも本技術を適用できる。またレーザープリンタなどのレーザを光源として用いる装置などにも適用できる。また、本技術によれば、光源から放散される熱を効率良く拡散できるため、照明などにも本技術を適用することはできる。

なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。

（１）
光源と、
熱を拡散する拡散部に、前記光源から放散される熱を伝導する伝導部と
を備え、
前記伝導部は、複数の部品から構成されている
光源装置。
（２）
前記伝導部は、
前記光源の発光側を前面としたとき、前記光源の裏面から放散される熱を伝導する第１の部品と、
前記光源の側面から放散される熱を伝導する第２の部品と
を備える
前記（１）に記載の光源装置。
（３）
前記第１の部品と第３の部品により、前記第２の部品は挟持される
前記（２）に記載の光源装置。
（４）
前記第１の部品と前記第２の部品は、異なる材質である
前記（２）に記載の光源装置。
（５）
前記伝導部は、
前記光源からの熱を前記拡散部に直接的に伝導する第１の部品と、
前記光源からの熱を前記拡散部に間接的に伝導する第２の部品と
を備え、
前記第１の部品と第３の部品により、前記第２の部品は挟持される
前記（１）に記載の光源装置。
（６）
光源と、
熱を拡散する拡散部に、前記光源から放散される熱を伝導し、複数の部品から構成されている伝導部を備えた光源装置を備える
投影装置。

１０光源装置，２１レンズ，２２レンズベース，２３レーザー，２４レーザーホルダー，２５ヒートスプレッダーベース，２６側面放熱プレート，２８裏面放熱プレート

Claims

光源と、
熱を拡散する拡散部に、前記光源から放散される熱を伝導する伝導部と
を備え、
前記伝導部は、複数の部品から構成されている
光源装置。
前記伝導部は、
前記光源の発光側を前面としたとき、前記光源の裏面から放散される熱を伝導する第１の部品と、
前記光源の側面から放散される熱を伝導する第２の部品と
を備える
請求項１に記載の光源装置。
前記第１の部品と第３の部品により、前記第２の部品は挟持される
請求項２に記載の光源装置。
前記第１の部品と前記第２の部品は、異なる材質である
請求項２に記載の光源装置。
前記伝導部は、
前記光源からの熱を前記拡散部に直接的に伝導する第１の部品と、
前記光源からの熱を前記拡散部に間接的に伝導する第２の部品と
を備え、
前記第１の部品と第３の部品により、前記第２の部品は挟持される
請求項１に記載の光源装置。
光源と、
熱を拡散する拡散部に、前記光源から放散される熱を伝導し、複数の部品から構成されている伝導部を備えた光源装置を備える
投影装置。