JP2014195218A - プロジェクタ及びヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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大輔 清水
Yutaka Takahashi
裕 高橋
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Abstract

【課題】光源部とその冷却部との間の熱の受け渡しを効率良く行うことができ、光源部を効果的に冷却することが可能なプロジェクタを提供する。
【解決手段】プロジェクタ1は、ハウジング10の内側に臨むようハウジング10に設けられ、ハウジング10より低温になる冷却平面1421cを有する加熱冷却部14cのペルチェ素子142cと、ペルチェ素子142cから離隔してハウジング10の内部に収容されて光ビームを出射し、光軸の位置及び傾きの調整が可能であるとともにその光軸調整に伴い変位してもペルチェ素子142cの冷却平面1421cに対してなす角が常に一定である側面1106cを有する光源部11cと、LD1101cの光軸調整に伴う光源部11cの変位に追随してペルチェ素子142cの冷却平面1421cと光源部11cの側面1106cとの各々に面接触して熱的に接続する熱伝達部材146cと、を備える。
【選択図】図10

Description

本発明はプロジェクタ及びヘッドアップディスプレイ装置に関する。
プロジェクタやヘッドアップディスプレイ装置などの装置には、映像をスクリーンに投影するための光源として例えばレーザダイオードを利用したレーザモジュールを搭載しているものがある。レーザダイオードは性能に温度依存性があり、高温になるとその性能が大きく損なわれる。これにより、レーザモジュールには発光とともに発熱するレーザダイオードを冷却するための冷却器が併設されていることが多い。このような発熱体の冷却に関して、従来の冷却構造が例えば特許文献1に開示されている。
特許文献1に記載された従来の実装部品の冷却構造は発熱体である半導体素子にヒートシンクを接触させて冷却する構造をなす。板バネや弾性部材を用いて、半導体素子に対する水平方向及び垂直方向から半導体素子に向けてヒートシンクを押し付けている。これにより、半導体素子とヒートシンクとの接合を強化して冷却性能の向上を図っている。
特開平10−70222号公報
ここで、レーザモジュールについて考えると、レーザモジュールでは発熱体であるレーザダイオードをその光軸調整のために変位させることがある。したがって、上記従来の冷却構造をレーザモジュールに対して採用すると、レーザダイオードの変位に対応することができず、レーザダイオード(発熱体)と冷却器(ヒートシンク)との間に局部的に大きな間隙が生じる可能性がある。このため、例えば熱伝導グリスをその間隙に多量に充填して対応する必要がある。熱伝導グリスは金属材料などと比較して熱伝導率が低く、レーザダイオードを効果的に冷却することができない虞がある。
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、光源部とその冷却部との間における熱の受け渡しを効率良く行うことができ、光源部を効果的に冷却することが可能なプロジェクタ及びヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明のプロジェクタは、ハウジングの内側に臨むよう前記ハウジングに設けられ、前記ハウジングより低温になる冷却平面を有する冷却部と、前記冷却部から離隔して前記ハウジングの内部に収容されて光ビームを出射し、光軸の位置及び傾きの調整が可能であるとともに前記調整に伴い変位しても前記冷却部の前記冷却平面に対してなす角が常に一定である外平面を有する光源部と、前記調整に伴う前記光源部の変位に追随して前記冷却部の前記冷却平面及び前記光源部の前記外平面各々に面接触して熱的に接続する熱伝達部材と、を備えることを特徴としている。
この構成によれば、光軸調整のために光源部を変位させても、その変位に追随して熱伝達部材が冷却部の冷却平面と光源部の外平面とに常に面接触する。すなわち、光源部と冷却部とが熱伝達部材を介して常に熱的に接続される。したがって、例えば金属などの熱伝導率が比較的高い材料で熱伝達部材を形成すると、プロジェクタの光源部と冷却部との間における熱の受け渡しを効率良く行うことができる。なお、光源部と熱伝達部材との間と熱伝達部材と冷却部との間との各々にグリスなどの他の部材が介在しても良い。
また、上記構成のプロジェクタにおいて、前記光源部に向けて前記熱伝達部材を押し付ける加圧部を備えることを特徴としている。
この構成によれば、熱伝達部材が光源部の外平面に面接触する作用が高まる。すなわち、光源部と冷却部との熱的な接続状態が向上する。したがって、光源部と冷却部との間における熱の受け渡しの効率が一層向上する。
また、上記構成のプロジェクタにおいて、前記加圧部は、前記ハウジングの内部の前記光源部に対して前記熱伝達部材を隔てた箇所に設けられ、前記ハウジングの内面から内側に向けて突出して弾性的に変位可能なバネ部と、前記熱伝達部材に設けられ、前記バネ部に向けて突出して前記バネ部の弾性力に抗して前記バネ部の先端部に接触して前記バネ部を弾性変形させる接触片と、を備えることを特徴としている。
この構成によれば、簡便な構成で、熱伝達部材が光源部の外平面に面接触する作用を高めることができる。したがって、光源部と冷却部との間における熱の受け渡しの効率を容易に向上させることが可能である。
また、上記構成のプロジェクタにおいて、前記加圧部は、前記バネ部と、前記接触片と、からなる対を複数備えることを特徴としている。
この構成によれば、光軸調整に伴う光源部の変位に対する熱伝達部材の追随性が向上する。したがって、光源部と冷却部との熱的な接続状態も向上する。
また、上記構成のプロジェクタにおいて、前記冷却部は、前記冷却平面を有する熱伝導部材と、前記熱伝導部材に対向するよう前記ハウジングの外部に配置した、前記ハウジングの外部から前記熱伝導部材を冷却する冷却器と、を備えることを特徴としている。
この構成によれば、冷却部が熱伝導部材と、冷却器とを備える構成であっても、光源部と冷却部との間における熱の受け渡しを効率良く行うことができる。
また本発明では、ヘッドアップディスプレイ装置が上記プロジェクタを備えることとした。
この構成によれば、ヘッドアップディスプレイ装置において、光軸調整のために光源部を変位させても、その変位に追随して熱伝達部材が冷却部の冷却平面と光源部の外平面とに常に面接触して熱的に接続する。したがって、例えば金属などの熱伝導率が比較的高い材料で熱伝達部材を形成すると、ヘッドアップディスプレイ装置の光源部と冷却部との間における熱の受け渡しを効率良く行うことができる。
本発明の構成によれば、光源部とその冷却部との間の熱の受け渡しを効率良く行うことができ、光源部を効果的に冷却することが可能なプロジェクタ及びヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
本発明の第1実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。 本発明の第1実施形態のヘッドアップディスプレイ装置のプロジェクタの構成を示すブロック図である。 本発明の第1実施形態のプロジェクタのハウジングの分解斜視図である。 本発明の第1実施形態のプロジェクタのハウジングの平面図である。 本発明の第1実施形態のプロジェクタのハウジングとその周辺の構成を示す断面斜視図である。 本発明の第1実施形態のプロジェクタのハウジングの光源部周辺の構成を示す部分拡大断面斜視図である。 本発明の第1実施形態のプロジェクタのハウジングの光源部周辺の構成を示す部分拡大斜視図にして、光源部のあおり調整を行っている状態を示すものである。 本発明の第1実施形態のプロジェクタのハウジングの光源部周辺の構成を示す部分拡大斜視図にして、光源部のあおり調整を行っている状態を示すものである。 本発明の第1実施形態のプロジェクタのハウジングの光源部及び加熱冷却部の周辺の構成を示す断面側面図である。 本発明の第1実施形態のプロジェクタのハウジングの光源部及び加熱冷却部の周辺の構成を示す部分拡大斜視図である。 本発明の第2実施形態のプロジェクタのハウジングの光源部及び加熱冷却部の周辺の構成を示す部分拡大斜視図である。 本発明の第2実施形態のプロジェクタのハウジングの光源部及び加熱冷却部の周辺の構成を示す部分拡大斜視図である。 本発明の第3実施形態のプロジェクタのハウジングの光源部及び加熱冷却部の周辺の構成を示す断面側面図である。
以下、本発明の実施形態を図1〜図13に基づき説明する。なおここでは、車両用のヘッドアップディスプレイ装置を例に掲げて説明する。以下、ヘッドアップディスプレイ装置をHUD(Head-Up Display)装置と称する。
<第1実施形態>
最初に、本発明の第1実施形態のHUD装置について、図1を用いてその構成の概略を説明する。図1はHUD装置の概略構成図である。
図1に示すように、HUD装置100は車両8に搭載される。なお、HUD装置100は車両に限らず、他の乗り物(例えば航空機等)に搭載されても良い。HUD装置100はプロジェクタ1から走査レーザ光7(投射光)を車両8のフロントガラス81に向けて投射し、投影像をユーザの視野内に重ねて表示する表示装置である。図1において、一点鎖線の矢印6は車両8の運転席に座っているユーザの視線を示す。
フロントガラス81の内面には、例えばハーフミラーなどの半透過性の反射材料を用いて形成されるコンバイナ82が貼り付けられる。コンバイナ82にプロジェクタ1から走査レーザ光7が投射されることによって、コンバイナ82の所定領域に虚像が形成される。このため、車両の前方(すなわち視線6の方向)を見ているユーザは、車両8の前方の外界像と、プロジェクタ1から投射される投射画像とを同時に視認することができる。
続いて、プロジェクタ1の構成について、図2を用いて説明する。図2はプロジェクタの構成を示すブロック図である。
図2に示すように、プロジェクタ1は、プロジェクタ1を構成する各種の構成要素を収容する本体筐体15を備える。本体筐体15には走査レーザ光7を出射するための光出射部15aが形成される。光出射部15aは開口であっても良いが、例えばガラスまたは透光性の樹脂材料などを用いて形成されることが望ましい。これにより、本体筐体15内部への塵埃や水分(例えば水滴、水気を含む空気)などの侵入を防止することができる。
本体筐体15の内部には、ハウジング(パッケージ)10と、レーザダイオード(以下LDと称する)を擁する光源部11a〜11cと、光学系12と、サーミスタ13と、加熱冷却部14a〜14cと、が搭載される。また、本体筐体15の内部には、LDドライバ16と、ミラーサーボ部17と、ペルチェ素子ドライバ18と、電源部19と、入出力I/F22と、操作部23と、記憶部24と、CPU25と、を備える。このほか、プロジェクタ1は、例えばスピーカなどの音声出力部を備えていても良い。
ハウジング10は、光源部11a〜11cと、光学系12と、サーミスタ13と、加熱冷却部14a〜14cと、を搭載する気密性の筐体部である。また、ハウジング10には、光学系12から出射される走査レーザ光7を外部に出射するための窓部10aと、後述するペルチェ素子142a〜142cが配設される開口(不図示)と、が形成される。窓部10aは、例えばガラス又は透光性の樹脂材料などを用いて形成される。
光源部11aは青色レーザ光を出射する発光素子(LD)を備える。光源部11bは緑色レーザ光を出射する発光素子(LD)を備える。光源部11cは赤色レーザ光を出射する発光素子(LD)を備える。
光学系12は、コリメータレンズ121a〜121cと、ビームスプリッタ122a及び122bと、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラー124と、を含む。なお、光学系12にはプリズムや集光レンズ等の他の光学素子が適宜配置されて良い。
コリメータレンズ121a〜121cは、光源部11a〜11c各々から出射される光ビームであるレーザ光を平行光に変換する光学素子である。ビームスプリッタ122a及び122bは、例えばダイクロイックミラーで構成して良い。この場合、ビームスプリッタ122a及び122bは特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する光学素子となる。ビームスプリッタ122aは青色レーザ光を反射し、赤色及び緑色レーザ光を透過する。ビームスプリッタ122bは緑色レーザ光を反射し、赤色レーザ光を透過する。ただし、ビームスプリッタ―122a及び122bはダイクロイックミラーではなく、例えばハーフミラーで構成されても良い。MEMSミラー124は入射される各色のレーザ光を反射する光学反射素子である。
MEMSミラー124はレーザ光の反射方向を2軸方向に変化させることができる。MEMSミラー124がレーザ光の反射方向を変化させることにより、光学系12から走査レーザ光7が出射される。走査レーザ光7はハウジング10の窓部10a及び本体筐体15の光出射部15aを通過して本体筐体15の外部に出射され、フロントガラス81上のコンバイナ82に投射される。
サーミスタ13は光源部11a〜11c各々の環境温度を計測するためにハウジング10の内部に設けられる温度検出部である。サーミスタ13が検出する温度により、光源部11a〜11cの各温度を推定することができる。なお、図2では1つのサーミスタ13を用いて光源部11a〜11c各々の動作温度を計測しているが、複数のサーミスタ13を用いて光源部11a〜11c各々の動作温度を個別に計測するようにしても良い。
加熱冷却部14a〜14cはサーミスタ13が検知する温度に応じて、各光源部11a〜11cを加熱または冷却する。加熱冷却部14a〜14cは各々、冷却器であるペルチェ素子142a〜142cと、熱伝達部材146a〜146cと、を含んで構成される。熱伝達部材146a〜146cは直方体形状をなし、例えばCu、Al、Au、またはそれら材料のうち少なくとも1つを含む合金等の金属材料や熱伝導率の高いセラミック材料などの、ハウジング10自体より熱伝導性が高い材料を用いて形成される。
熱伝達部材146a〜146cは光源部11a〜11cとペルチェ素子142a〜142cとの間で熱的に接続されて熱を受け渡す。ペルチェ素子142a〜142cはペルチェ効果を利用した熱電素子であり、光源部11a〜11cの加熱と冷却とを可能にする素子である。なお、プロジェクタ1はペルチェ素子142a〜142bから発生する熱を放熱するための放熱部を含むが、これについての詳細は後述する。
LDドライバ16は光源部11a〜11c各々が擁するLDの駆動制御を行う。LDドライバ16は光源部11a〜11c各々について発光及び光出力等に関する駆動制御を行うことができるように設けられる。
ミラーサーボ部17はMEMSミラー124を制御する駆動制御部である。例えば、ミラーサーボ部17はCPU25からの水平同期信号に応じてMEMSミラー124を駆動し、MEMSミラー124によるレーザ光の反射方向を水平方向に偏向させる。また、ミラーサーボ部17はCPU25からの垂直同期信号に応じてMEMSミラー124を駆動し、MEMSミラー124によるレーザ光の反射方向を垂直方向に偏向させる。
ペルチェ素子ドライバ18は各ペルチェ素子142a〜142cの駆動制御を行う。ペルチェ素子ドライバ18はペルチェ素子142a〜142c各々について加熱動作及び冷却動作の駆動制御を行うことができるように設けられる。なお、ペルチェ素子ドライバ18には各ペルチェ素子142a〜142cの動作(加熱動作、冷却動作、動作停止など)を切り替えるための切替部が含まれる。切替部には、例えばFET(Field Effect Transistor)などが用いられる。
電源部19は例えば車両8の蓄電池(不図示)などの電力源から電力の供給を受ける。電源部19は電力をプロジェクタ1の各構成要素に対応した所定の電圧に変換し、変換された電力を各構成要素に供給する。入出力I/F22は外部装置と有線通信または無線通信するための通信インターフェースである。操作部23はユーザの操作入力を受け付ける入力ユニットである。
記憶部24は不揮発性の記憶媒体であり、プロジェクタ1の各構成要素(例えばCPU25)により用いられるプログラム及び制御情報を格納する。このほか、記憶部24は、例えばコンバイナ82に投影する映像情報なども格納する。なお、図2では、記憶部24がCPU25と別の構成要素となっているが、この例に限定されずCPU25に含まれていても良い。
CPU25は記憶部24に格納されたプログラム及び制御情報などを用いて、プロジェクタ1の各構成要素を制御する制御部である。CPU25は、映像処理部251と、LD制御部252と、加熱冷却制御部253と、ミラー制御部256と、を有する。
映像処理部251は記憶部24に格納されたプログラム、入出力I/F22から入力される情報及び記憶部24に格納された情報などに基づく映像情報を生成する。さらに、映像処理部251は生成した映像情報を赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色の映像データに変換する。変換された3色の映像データはLD制御部252に出力される。LD制御部252は3色の映像データに基づく各光源部11a〜11cの光制御信号を生成し、LDドライバ16に出力する。ミラー制御部256は映像情報に基づいてMEMSミラー124の方向を制御するための制御信号を生成し、ミラーサーボ部17に出力する。
加熱冷却制御部253は、例えばサーミスタ13から得られる情報等に基づいて各ペルチェ素子142a〜142cの駆動制御を行うための制御信号を生成し、ペルチェ素子ドライバ18に出力する。
続いて、プロジェクタ1が備えるハウジング10及びその周辺の構成について、詳細に説明する。図3はハウジング10の分解斜視図である。図3に示すように、ハウジング10は、主としてケース101と、カバー111と、を備える。
ケース101は外形が略直方体形状の箱形部材である。ケース101は、例えば熱伝導性の低い樹脂で形成される。ケース101の、長手方向(図3のX方向)に平行な2つの側壁のうちの一方の略中央部には、平面視略矩形状の第1の開口101aが形成される。第1の開口101aには電気接続端子部102に設けられる複数の電気接続端子102aが嵌め込まれる。これにより、ケース101の外部及び内部に電気接続端子102aが露出した状態になり、ケース101の内側の電気回路と外側に電気回路の電気的な接続が可能になる。なお、電気接続端子部102はハウジング10内の気密性を確保するためのシール部材103(例えばOリング)が間に挟み込まれた状態で、その外周側(電気接続端子102aが設けられていない部分)がケース101の側壁にネジ止めされる。
ケース101の、短手方向(図3のY方向)に平行な2つの側壁のうちの一方の略中央部には、平面視略矩形状の第2の開口101bが形成される。第2の開口101bが形成される側壁の外面側には第2の開口101bを囲むように壁101cが立設され、凹部空間が形成される。この凹部空間内に、ガラス製の窓104が第2の開口101bを覆うように嵌め込まれる。なお、窓104は可視光の透過率が高い材料で構成されれば良く、その構成材料はガラスに限定されない。窓104はハウジング10の内部の気密性を確保するためのシール部材105(例えばOリング等)と共に、光を透過するための開口106aが形成された窓枠106によって固定される。窓枠106はケース101の側壁にネジ止めによって固定される。
ケース101の底壁には、3つのペルチェ素子142a〜142cのそれぞれが嵌め込まれる第3の開口101dが3つ形成される。なお、図3では、第3の開口101dは2つしか示されていない。第3の開口101dはケース101の長手方向の一端部(窓104が設けられる側の反対側)寄りに設けられる。3つのペルチェ素子142a〜142cはいずれも略直方体形状をなし、第3の開口101dに嵌合されてケース101に取り付けられる。3つのペルチェ素子142a〜142cとそれら各々に対応する第3の開口101dとの嵌合部は接着剤などで密封される。このため、第3の開口101dが存在するにもかかわらず、ハウジング10の内部の気密性が確保される。
ケース101内には3つの光源部11a〜11c及び光学系12が搭載された光学モジュール108が収容される。光学モジュール108は、例えばネジ止めによってケース101内に固定される。ここで、図4はケース101内に光学モジュール108が収容された状態を示すハウジング10の平面図である。図4によれば、電気接続端子部102及び窓104がケース101に取り付けられていることが分かる。なお、図4では、本実施形態の構成の理解を容易にするためにレーザ光Lも例示している。また、図3と図4とではハウジング10の左右の向きが反対になっている。
光学モジュール108がケース101内に収容された状態において、各光源部11a〜11cと、それらに対応する(図2参照)ペルチェ素子142a〜142cとの熱的な接続が熱伝達部材146a〜146cを介して得られるように構成される。また、光源部11a〜11cやMEMSミラー124を構成する電気回路が電気接続端子102aと接続される。
ケース101内に光学モジュール108が収容された状態で補強部材109をケース101内に収容してカバー111を被せると、光学モジュール108等が収容されたハウジング10が得られる。なお、ハウジング10内の気密性を確保するために、カバー111を被せる際にシール部材110が挟み込まれる。カバー111はケース101にネジ止めされる構成等でも良いが、本実施形態では後述の図5に示すように別部材(フレーム部材)にネジ止めされる。
図5はハウジング10とその周囲の構成を示す断面斜視図である。なお、図3と図5とではハウジング10の左右の向きが逆になっている。図5に示すように、ハウジング10の下部側にはその下面側に多数のフィン30aが設けられた放熱板30が配置される。放熱板30の上面には3つのペルチェ素子142a〜142cが配置される。3つのペルチェ素子142a〜142cはそれぞれ対応する光源部11a〜11cに熱伝達部材146a〜146cを介して熱的に接続するように配置される(図2及び図4参照)。
続いて、ハウジング10の光源部11c周辺の構成について、図6〜図10を用いて詳細に説明する。図6はハウジング10の光源部11c周辺の構成を示す部分拡大断面斜視図である。図7及び図8は光源部11c周辺の構成を示す部分拡大斜視図にして、光源部11cのあおり調整を行っている状態を示すものである。図9、図10は光源部11c及び加熱冷却部14cの周辺の構成を示す断面側面図、部分拡大斜視図である。図9は光学モジュール108などの一部の構成要素の描画を省略している。なおここでは、光源部周辺の構成について光源部11cを一例として掲げて説明するが、光源部11a、11b各々の周辺も同様の構成をなす。
図6に示すように、光源部11cはLD1101cと、LDホルダ1102cと、LDベース1103cと、を備える。
LDホルダ1102cは略円柱形状をなすLD1101cを内包して保持し、外形が略直方体形状をなす。LDホルダ1102cはLD1101cの軸線方向両端に対応する箇所が開口し、この開口を通してLDホルダ1102cへのLD1101cの装着と、レーザ光の出射とが行われる。LDホルダ1102cはその主たる略直方体形状をなす部分からLDベース1103c側の端部が突出した突出部1104cを備える。突出部1104cの先端は外面が略球面状をなし、LDベース1103cに設けた貫通孔1105cに挿入される。
LDベース1103cは略板状をなし、その主面が光学モジュール108の筐体108aの側面に接するように設けられる。LDベース1103cはLDホルダ1102cの突出部1104cを受け入れ可能な円形の貫通孔1105cを備える。貫通孔1105cはその内面が突出部1104cの先端外面に対応して略球面状をなす。貫通孔1105cに突出部1104cが挿入されることで、LDベース1103cはLDホルダ1102cと筐体108aとの間に介在する。
ここで、LD1101cの光軸調整を行う際、筐体108aの側面に沿った2次元方向(図6のY方向及びZ方向)の位置調整は筐体108aの側面に対してLDベース1103cを変位させることにより行う。LD1101cの光軸の所謂あおり(傾き)調整はLDホルダ1102cを突出部1104cの箇所において貫通孔1105cに対して滑らせて角度を変えることにより行う。光源部11cの横方向(Z軸周り)のあおり調整を行っている状態を図7に示し、光源部11cの上下方向(Y軸周り)のあおり調整を行っている状態を図8に示した。LD1101cの光軸調整が済んだ光源部11cは接着剤などを用いて筐体108aに対して固定される。
なお、LD1101cのあおり調整を行う際、LDホルダ1102cを光軸周り(図7及び図8におけるX軸周り)に回転させるような角度変更は必要なく、図7に示す横方向(Z軸周り)及び図8に示す上下方向(Y軸周り)の調整で十分である。これにより、LD1101cの位置調整及びあおり調整を行って光源部11cがどのように変位しても、光源部11cの外平面である側面1106cはハウジング10の内面に対して常に垂直をなす。
冷却器であるペルチェ素子142cは、図9及び図10に示すように光源部11cに対応して設けられた開口101dに嵌合する。ペルチェ素子142cはハウジング10の内側に臨むようハウジング10に設けられ、ハウジング10より低温になる冷却平面1421cを有する。冷却平面1421cはハウジング10の内面と面一である。なお、ペルチェ素子142cは、例えば冷却平面1421cが12mm角の略正方形状をなす。
熱伝達部材146cは直方体形状をなし、ペルチェ素子142cの冷却平面1421cの上に載置される。さらに、熱伝達部材146cはその側面で光源部11cのLDホルダ1102cの側面1106cに接触する。このようにして、熱伝達部材146cはペルチェ素子142cの冷却平面1421cと光源部11cの側面1106cとの各々に面接触することで、各々に対して熱的に接続する。さらに、熱伝達部材146cはLD1101cの光軸調整に伴う光源部11cの変位に追随してペルチェ素子142cの冷却平面1421cと光源部11cの側面1106cとの各々に面接触して熱的に接続する。なお、光源部11cと熱伝達部材146cとの間、及び熱伝達部材146cとペルチェ素子142cとの間には各々グリスなどの他の部材が介在しても良い。
熱伝達部材146cはLD1101cの光軸調整が済んだ後、ペルチェ素子142cの冷却平面1421cと光源部11cの側面1106cとの各々に面接触した状態で接着剤などを用いて固定される。
これにより、熱伝達部材146cはハウジング10の内側に臨むようハウジング10に設けられた熱的に接続するペルチェ素子142cに熱を奪われて冷却される。さらに、熱伝達部材146cは側面1106cとの接触により光源部11cに熱的に接続してその熱を奪い、光源部11cを冷却する。
上記のように、本発明の実施形態のHUD装置100が備えるプロジェクタ1は、ハウジング10の内側に臨むようハウジング10に設けられ、ハウジング10より低温になる冷却平面1421cを有する加熱冷却部14cのペルチェ素子142cと、ペルチェ素子142cから離隔してハウジング10の内部に収容されて光ビームを出射し、光軸の位置及び傾きの調整が可能であるとともにその光軸調整に伴い変位してもペルチェ素子142cの冷却平面1421cに対してなす角が常に一定である側面1106cを有する光源部11cと、LD1101cの光軸調整に伴う光源部11cの変位に追随してペルチェ素子142cの冷却平面1421cと光源部11cの側面1106cとの各々に面接触して熱的に接続する熱伝達部材146cと、を備える。これにより、光軸調整のために光源部11cを変位させても、光源部11cとペルチェ素子142cとが熱伝達部材146cに常に面接触して熱的に接続される。したがって、例えば金属などの熱伝導率が比較的高い材料で熱伝達部材146cを形成すると、プロジェクタ1の光源部11cとペルチェ素子142cとの間における熱の受け渡しを効率良く行うことができる。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態のHUD装置について、図11及び図12を用いてその構成を説明する。図11及び図12はHUD装置のプロジェクタのハウジングの光源部及び加熱冷却部の周辺の構成を示す部分拡大斜視図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図1〜図10を用いて説明した第1実施形態と同じであるので、第1実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。
第2実施形態のHUD装置100が備えるプロジェクタ1は、図11に示すように加熱冷却部14cが加圧部147cを備える。加圧部147cはハウジング10の内面と熱伝達部材146cとの間に設けられる。加圧部147cは、バネ部1471cと、接触片1472cと、を備える。
バネ部1471cはハウジング10の内部の光源部11cに対して熱伝達部材146cを隔てた箇所に2個設けられる。バネ部1471cはハウジング10の内面から略垂直に内側に向けて突出して延びる角柱形状をなす。バネ部1471cは熱伝達部材146cのペルチェ素子142cとの接触面の反対側の面に届く程度の長さを有する。バネ部1471cはその先端部を自由端として弾性的に変位可能である。
接触片1472cは熱伝達部材146cのペルチェ素子142cとの接触面の反対側の面に隣接し、熱伝達部材146cの光源部11cとの接触面の反対側の面に2個設けられる。接触片1472cは熱伝達部材146cが載置されたハウジング10の内面と略平行にバネ部1471cに向けて、すなわち光源部11cから離れる方向に突出して延びる。2個の接触片1472cはバネ部1471cの弾性力に抗して対応するバネ部1471cの先端部に接触する。これにより、バネ部1471cは熱伝達部材146cから離れる方向に弾性変形する。そして、熱伝達部材146cが光源部11cに向けて押し付けられ、側面1106cに面接触して熱的に接続する。
ここで、図12に示すように、光源部11cの横方向のあおり調整を行った場合、加圧部147cにより熱伝達部材146cが光源部11cに向けて押し付けられているので、熱伝達部材146cが光源部11cの変位に追随して光源部11cの側面1106cに常に面接触して熱的に接続する。さらに、バネ部1471c及び接触片1472cを2対設けたので、光源部11cの変位に対する追随性が向上する。
なお、図示しないが、カバー111の内面と熱伝達部材146cとの間にもバネ部1471c及び接触片1472cと同様の構成を備える。この構成により、熱伝達部材146cはペルチェ素子142cに向けて押し付けられ(図11及び図12の−Z方向)、冷却平面1421cに常に面接触して熱的に接続する。
このようにして、光源部11c及びペルチェ素子142c各々に向けて熱伝達部材146cを押し付ける加圧部147cを備えるので、熱伝達部材146cが光源部11cの側面1106cとペルチェ素子142cの冷却平面1421cとに面接触する作用を高めることができる。すなわち、光源部11cとペルチェ素子142cとの熱的な接続状態が向上する。したがって、光源部11cとペルチェ素子142cとの間における熱の受け渡しの効率を一層向上させることが可能である。
また、加圧部147cは上記のとおり、ハウジング10の内部の光源部11cに対して熱伝達部材146cを隔てた箇所に設けられ、ハウジング10の内面から内側に向けて突出して弾性的に変位可能なバネ部1471cと、熱伝達部材146cに設けられ、バネ部1471cに向けて突出してバネ部1471cの弾性力に抗してバネ部1471cの先端部に接触してバネ部1471cを弾性変形させる接触片1472cと、を備える。この構成によれば、簡便な構成で、熱伝達部材146cが光源部11cの側面1106cとペルチェ素子142cの冷却平面1421cとに面接触する作用を高めることができる。したがって、光源部11cとペルチェ素子142cとの間における熱の受け渡しの効率を容易に向上させることが可能である。
さらに、バネ部1471c及び接触片1472cを2対設けたので、光軸調整に伴う光源部11cの変位に対する熱伝達部材146cの追随性を向上させることが可能である。したがって、光源部11cとペルチェ素子142cとの熱的な接続状態も向上する。なお、バネ部1471c及び接触片1472cは1対、或いは3対以上であっても良い。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態のHUD装置について、図13を用いてその構成を説明する。図13はHUD装置のプロジェクタのハウジングの光源部及び加熱冷却部の周辺の構成を示す断面側面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図1〜図10を用いて説明した第1実施形態と同じであるので、第1実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。
第3実施形態のHUD装置100が備えるプロジェクタ1は、図13に示すように加熱冷却部14cが熱伝導部材141cを備える。熱伝導部材141cはペルチェ素子142cと熱伝達部材146cとの間に介在する。
熱伝導部材141cはその直径(図13のY方向の長さ)より軸線方向(図13のZ方向)の長さが短い略円柱形状をなす。略円柱形状をなす熱伝導部材141cのハウジング10内側に位置する内端面(冷却平面)1411cで、熱伝導部材141cは熱伝達部材146cと接触して熱的に接続する。略円柱形状をなす熱伝導部材141cのハウジング10外側に位置する外端面、すなわちペルチェ素子142cとの対向面1412cで、熱伝導部材141cはペルチェ素子142cと接触して熱的に接続する。なお、熱伝達部材146cと熱伝導部材141cとの間、及び熱伝導部材141cとペルチェ素子142cとの間には各々グリスなどの他の部材が介在しても良い。
これにより、熱伝導部材141cはハウジング10の外部から接触するペルチェ素子142cにより熱を奪われて冷却される。さらに、熱伝導部材141cはその内端面(冷却平面)1411cで熱伝達部材146cと接触してその熱を奪い、熱伝達部材146cを冷却する。さらに、熱伝達部材146cは光源部11cと接触してその熱を奪い、光源部11cを冷却する。なお、熱伝導部材141cは、例えば内端面1411cの直径が12mmであり、厚さが4.5mmである。
なお、熱伝導部材141cはシール部1413cと、フランジ部1414cと、を備える。
シール部1413cは周面が径方向内側に向かってくびれた形状で形成される。シール部1413cはシール部材107(例えばOリング等)を収容可能な形状、大きさをなす。熱伝導部材141cはハウジング10に設けた開口101dにシール部材107を介して嵌合する。
フランジ部1414cは熱伝導部材141cの、ハウジング10の外側に対応する端部に形成される。フランジ部1414cの直径は開口101dの直径より大きく、熱伝導部材141cが必要以上にハウジング10の内側に挿入されることを阻止する。
このようにして、加熱冷却部14cは、冷却平面である内端面1411cを有する熱伝導部材141cと、熱伝導部材141cに対向するようハウジング10の外部に配置した、ハウジング10の外部から熱伝導部材141cを冷却するペルチェ素子142cと、を備える。この構成によれば、加熱冷却部14cが熱伝導部材141cと、ペルチェ素子142cとを備える構成であっても、光源部11cとペルチェ素子142cとの間における熱の受け渡しを効率良く行うことができる。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
例えば、上記実施形態では、熱伝導部材を介して光源部を冷却するための冷却器としてペルチェ素子を採用したが、冷却器がペルチェ素子に限定されるわけではなく、送風ファンなどであっても良い。
本発明はプロジェクタ及びヘッドアップディスプレイ装置において利用可能である。
1 プロジェクタ
10 ハウジング
11a、11b、11c 光源部
14a、14b、14c 加熱冷却部(冷却部)
100 ヘッドアップディスプレイ(HUD)装置
108 光学モジュール
141c 熱伝導部材
142a、142b、142c ペルチェ素子(冷却器)
146a、146b、146c 熱伝達部材
147c 加圧部
1106c 側面(外平面)
1411c 内端面(冷却平面)
1421c 冷却平面
1471c バネ部
1472c 接触片

Claims (6)

  1. ハウジングの内側に臨むよう前記ハウジングに設けられ、前記ハウジングより低温になる冷却平面を有する冷却部と、
    前記冷却部から離隔して前記ハウジングの内部に収容されて光ビームを出射し、光軸の位置及び傾きの調整が可能であるとともに前記調整に伴い変位しても前記冷却部の前記冷却平面に対してなす角が常に一定である外平面を有する光源部と、
    前記調整に伴う前記光源部の変位に追随して前記冷却部の前記冷却平面及び前記光源部の前記外平面各々に面接触して熱的に接続する熱伝達部材と、
    を備えることを特徴とするプロジェクタ。
  2. 前記光源部に向けて前記熱伝達部材を押し付ける加圧部を備えることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクタ。
  3. 前記加圧部は、
    前記ハウジングの内部の前記光源部に対して前記熱伝達部材を隔てた箇所に設けられ、前記ハウジングの内面から内側に向けて突出して弾性的に変位可能なバネ部と、
    前記熱伝達部材に設けられ、前記バネ部に向けて突出して前記バネ部の弾性力に抗して前記バネ部の先端部に接触して前記バネ部を弾性変形させる接触片と、
    を備えることを特徴とする請求項2に記載のプロジェクタ。
  4. 前記加圧部は、前記バネ部と、前記接触片と、からなる対を複数備えることを特徴とする請求項3に記載のプロジェクタ。
  5. 前記冷却部は、
    前記冷却平面を有する熱伝導部材と、
    前記熱伝導部材に対向するよう前記ハウジングの外部に配置した、前記ハウジングの外部から前記熱伝導部材を冷却する冷却器と、
    を備えることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のプロジェクタ。
  6. 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のプロジェクタを備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
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