JP2016057609A - 光源装置および映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源を冷却する冷却部のメンテナンス性を向上することができる光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置１２は、発光素子を備える光源２０と、熱伝導体１４０と、光学系筐体１２０と、冷却部１５０と、を備える。熱伝導体１４０は、第１面および第２面を有し、第１面に光源２０が熱的に接続される。光学系筐体１２０は、開口部１２１を有する取り付け部１２２を有し、熱伝導体１４０の第１面が取り付け部１２２に対向する向きに配置されるとともに発光素子が開口部１２１に対向する位置に配置されて熱伝導体１４０が固定される。冷却部１５０は、熱伝導体１４０の第２面に熱的に接続され、光源２０からの熱を冷却する。
【選択図】図５

Description

本開示は、冷却機構を備える光源装置、およびその光源装置を用いた映像表示装置に関する。

特許文献１は、光源装置を開示する。この光源装置は、光源と、吸熱ブロックと、放熱手段と、熱輸送手段と、を備える。この光源装置では、光源で発生した熱は吸熱ブロックに吸収される。吸熱ブロックで吸収された熱は、熱輸送手段によって放熱手段に伝達された後、大気中に放熱される。

特開２００７−２４９３９号公報

本開示は、光源を冷却する冷却部のメンテナンス性を向上することができる光源装置を提供する。

本開示における光源装置は、発光素子を備える光源と、熱伝導体と、光学系筐体と、冷却部と、を備える。熱伝導体は、第１面および第２面を有し、第１面に光源が熱的に接続される。光学系筐体は、開口部を有する取り付け部を有し、熱伝導体の第１面が取り付け部に対向する向きに配置されるとともに発光素子が開口部に対向する位置に配置されて熱伝導体が固定される。冷却部は、熱伝導体の第２面に熱的に接続され、光源からの熱を冷却する。

本開示における映像表示装置は、発光素子を備える光源と、熱伝導体と、光学系筐体と、冷却部と、ライトバルブと、を備える。熱伝導体は、第１面および第２面を有し、第１面に光源が熱的に接続される。光学系筐体は、開口部を有する取り付け部を有し、熱伝導体の第１面が取り付け部に対向する向きに配置されるとともに発光素子が開口部に対向する位置に配置されて熱伝導体が固定される。冷却部は、熱伝導体の第２面に熱的に接続され、光源からの熱を冷却する。ライトバルブは、光源からの光を映像信号に応じて変調して生成した映像光を出射する。

本開示における光源装置は、光源を冷却する冷却部のメンテナンス性を向上するのに有効である。

実施の形態１におけるプロジェクタの外観の一例を模式的に示す斜視図である。 実施の形態１におけるプロジェクタの電気的構成の一例を模式的に示すブロック図である。 実施の形態１におけるプロジェクタの光学的構成の一例を示す図である。 実施の形態１におけるプロジェクタが有する蛍光体ホイールの一構成例を示す２面図である。 実施の形態１におけるプロジェクタが有する冷却モジュール周辺の一構成例を示す分解斜視図である。 実施の形態１におけるプロジェクタが有する冷却系の一構成例を示す斜視図である。 実施の形態１におけるプロジェクタが有する冷却モジュール周辺の一構成例を模式的に示す分解図である。 実施の形態１におけるプロジェクタが有する冷却モジュール周辺の組み立て後の状態を模式的に示す図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

なお、説明中で同じ符号、記号、数字は、特に説明が無い限り、同じ構成要素を示すものとする。また、特に説明が無い限り本開示に必須でない構成要素は図示しないものとする。

（実施の形態１）
以下、図１〜図８を用いて、実施の形態１を説明する。

［１−１．プロジェクタ１００の概要］
図１は、実施の形態１におけるプロジェクタ１００の外観の一例を模式的に示す斜視図である。

プロジェクタ１００は、外部から入力される映像信号に応じて生成した映像光をスクリーン５００へ投写する。プロジェクタ１００は、映像表示装置の一例である。

［１−１−１．電気的構成］
図２は、実施の形態１におけるプロジェクタ１００の電気的構成の一例を模式的に示すブロック図である。

プロジェクタ１００は、光源部１２と、映像生成部９０と、マイクロコンピュータ１１０と、を有する。

光源部１２は、レーザモジュール２０と蛍光体ホイール１６とを有する。光源部１２は、レーザモジュール２０から出力される光を励起光として、蛍光体ホイール１６上の蛍光体に蛍光を発光させる。そして、レーザモジュール２０から出力される光および蛍光体が発光した光を映像生成部９０に出力する。光源部１２は、光源装置の一例である。

映像生成部９０は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）９６を有する。映像生成部９０は、光源部１２から出力される光を、外部から入力される映像信号に応じて空間変調して、映像光を生成する。この空間変調は、ＤＭＤ９６が行う。ＤＭＤ９６は、ライトバルブの一例である。

マイクロコンピュータ１１０は、光源部１２および映像生成部９０を含むプロジェクタ１００の全体を統括制御する。マイクロコンピュータ１１０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ。図示せず）にあらかじめ記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各種の制御を行う。マイクロコンピュータ１１０は、レーザモジュール２０の発光と、蛍光体ホイール１６の回転と、ＤＭＤ９６の駆動と、を同期して制御する。

［１−１−２．光学的構成］
図３は、実施の形態１におけるプロジェクタ１００の光学的構成の一例を示す図である。なお、図３では、光の進行経路を矢印で示す。

プロジェクタ１００は、照明部１０と、映像生成部９０と、投写レンズ９８と、を備える。

照明部１０は、光源部１２と、導光光学系７０と、を備え、実質的に均一で略平行光化した光を映像生成部９０に照射するように構成されている。

まず、光源部１２の構成について説明する。

光源部１２は、レーザモジュール２０と、レンズ３４、３６、４２、４４、４６、４８、５４、６０と、拡散板３８、５６と、ダイクロイックミラー４０、蛍光体ホイール１６、ミラー５０、５２、５８と、を備える。

レーザモジュール２０は、半導体レーザ素子２２と、レンズ２４と、を備える。レーザモジュール２０は、光源の一例である。

半導体レーザ素子２２は、４×４のマトリクス状に配置されており、それぞれが波長４５０ｎｍの青色レーザ光を出力する。半導体レーザ素子２２は、発光素子の一例である。なお、半導体レーザ素子２２の数は１６個に限定されるものではなく、半導体レーザ素子２２の配列は４×４のマトリクス状に限定されるものではない。また、半導体レーザ素子２２が出力するレーザ光は波長４５０ｎｍの青色レーザ光に限定されるものではない。

レンズ２４は、半導体レーザ素子２２のそれぞれに設けられ、半導体レーザ素子２２から広がり角を持って出射されるレーザ光を、実質的に平行な光束に集光する。

なお、レーザモジュール２０の背面側（レーザ光の出射方向の反対側）には、後述する液冷式の冷却モジュール１５０が設けられている。冷却モジュール１５０によるレーザモジュール２０の冷却のための構成については後述する。

レーザモジュール２０から出射されたレーザ光（青色光）は、レンズ３４によって集光される。レンズ３４によって集光された光は、レンズ３６と拡散板３８とを透過する。レンズ３６は、レンズ３４によって集光された光を、再び平行な光束に戻す。拡散板３８は、レーザ光の干渉性を低減させるとともに、レーザ光の集光性を調整する。

ダイクロイックミラー４０は、カットオフ波長が約４８０ｎｍに設定された色合成素子である。すなわち、ダイクロイックミラー４０は、青色光を反射し、赤色光および緑色光を透過する、ように構成されている。レンズ３６によって略平行光化されたレーザ光（青色光）は、ダイクロイックミラー４０で反射し、レンズ４２、４４を通って、蛍光体ホイール１６へ照射される。蛍光体ホイール１６に照射されるレーザ光は、レンズ４２、４４によって集光される。

ここで、図４を用いて蛍光体ホイール１６について説明する。

図４は、実施の形態１におけるプロジェクタ１００が有する蛍光体ホイール（蛍光体基板）１６の一構成例を示す２面図である。図４には、蛍光体ホイール１６の側面図（図４の左側に示す図）および平面図（図４の右側に示す図）を示す。なお、図４に示す側面図は、図３と同じ視点で蛍光体ホイール１６を見たときの図である。また、図４に示す平面図は、図４の側面図に示す蛍光体ホイール１６を紙面に向かって右側から見たときの図である。

蛍光体ホイール１６は、円板形状のアルミニウム基板１０４を備えている。アルミニウム基板１０４は、表面に高反射コーティングが施された円板である。蛍光体ホイール１６は、照射されるレーザ光の光軸に対してアルミニウム基板１０４の円板面が垂直となるように光源部１２に配置される。アルミニウム基板１０４はモータ１０２に取り付けられ、回転方向Ｒに回転可能である。このときの回転速度は、例えば、６０回転／秒であるが、他の回転速度であってもよい。そして、上述したように、ダイクロイックミラー４０で反射したレーザ光は、レンズ４２、４４によって集光されて、蛍光体ホイール１６に照射される。

蛍光体ホイール１６のアルミニウム基板１０４は、レーザ光が照射される円周上の回転方向（周方向）Ｒに沿って、複数のセグメントを有する。具体的には、蛍光体ホイール１６は、蛍光体領域１１４と、蛍光体領域１１６と、切欠き状の貫通穴になっている切欠き領域１１８と、をセグメントとして有する。そして、これらは、回転方向Ｒに沿って、蛍光体領域１１４、切欠き領域１１８、蛍光体領域１１６の順に蛍光体ホイール１６に配置されている。蛍光体ホイール１６が回転方向Ｒに回転することにより、レーザ光（青色光）は、蛍光体領域１１４、蛍光体領域１１６および切欠き領域１１８に、順次照射される。

蛍光体領域１１４には、波長約４５０ｎｍの光によって、主波長が６１０ｎｍの赤色光を発する蛍光体が塗布されている。蛍光体領域１１６には、波長約４５０ｎｍの光によって、主波長が５５０ｎｍの緑色光を発する蛍光体が塗布されている。切欠き領域１１８に照射されるレーザ光は、そのまま反対側へ透過する。すなわち、切欠き領域１１８から出射する光は、青色光となる。

図３に戻って説明を続ける。蛍光体ホイール１６に照射されるレーザ光のうち、蛍光体領域１１４に照射されるレーザ光は赤色光に変換され、蛍光体領域１１６に照射されるレーザ光は緑色光に変換される。蛍光体ホイール１６は回転方向Ｒに回転するので、レーザ光が蛍光体領域１１４に照射される期間は、赤色光が蛍光体ホイール１６で発生し、レーザ光が蛍光体領域１１６に照射される期間は、緑色光が蛍光体ホイール１６で発生する。これら赤色光および緑色光は、一部が蛍光体の表面から蛍光体ホイール１６に照射されるレーザ光（青色光）に向かって出射され、他の一部は蛍光体ホイール１６で反射する。こうして、蛍光体の発光（赤色光および緑色光）は、蛍光体ホイール１６に照射されるレーザ光（青色光）とは逆方向に進行する。そして、これら赤色光および緑色光は、レンズ４４、４２によって平行光化されて、ダイクロイックミラー４０に戻り、ダイクロイックミラー４０を透過する。

一方、レーザ光が切欠き領域１１８に照射される期間、蛍光体ホイール１６に照射されたレーザ光は、切欠き領域１１８を透過する。蛍光体ホイール１６を透過したレーザ光（青色光）を再びダイクロイックミラー４０に戻すために、光路上にはミラー５０、５２、５８が配置されている。蛍光体ホイール１６を透過したレーザ光は、レンズ４６、４８によって平行光化され、ミラー５０、５２、５８のそれぞれで反射して、ダイクロイックミラー４０に戻る。なお、ミラー５２とミラー５８との間には、レンズ５４と拡散板５６とが配置されている。図３に示すように、レーザ光（青色光）は、赤色光および緑色光よりも光路が延長される。レンズ５４は、光路が延長された青色光をリレーするためのレンズである。拡散板５６は、レーザ光の干渉性をさらに低減させるために配置されている。

蛍光体ホイール１６を透過してミラー５０、５２、５８のそれぞれで反射し、光路をリレーされてダイクロイックミラー４０に戻ったレーザ光（青色光）は、ダイクロイックミラー４０で反射する。このようにして、蛍光体ホイール１６を透過したレーザ光（青色光）の光路と、蛍光体ホイール１６で反射した蛍光（赤色光および緑色光）の光路とが、ダイクロイックミラー４０によって空間的に合成される。

以上のように、蛍光体ホイール１６は、複数のセグメントを備えており、回転することにより、時分割に切り替えながら、異なる波長の光（青色光、赤色光、緑色光）を順次出射する。

ダイクロイックミラー４０によって合成された光は、レンズ６０によって集光され、光源部１２から出射されて、光源部１２の出射光となる。光源部１２からの出射光（言い換えると、蛍光体ホイール１６からの光）は、導光光学系７０に入射する。

次に、導光光学系７０について説明する。導光光学系７０は、光源部１２から出射される光を映像生成部９０へ導光するように構成されている。

導光光学系７０は、ロッドインテグレータ７２と、レンズ７４、７６と、を備える。

光源部１２からの出射光は、ロッドインテグレータ７２へ入射する。ロッドインテグレータ７２は、入射面７２ａおよび出射面７２ｂを備えている。ロッドインテグレータ７２の入射面７２ａに入射した光源部１２の出射光は、ロッドインテグレータ７２内で照度がより均一化され、出射面７２ｂから出射される。ロッドインテグレータ７２の出射面７２ｂから出射した光は、レンズ７４、７６でリレーされて、導光光学系７０から出射される。こうして導光光学系７０を出射した光は、照明部１０の出力光となって、映像生成部９０に入射する。

映像生成部９０は、レンズ９２と、全反射プリズム９４と、１枚のＤＭＤ９６と、を備える。映像生成部９０は、導光光学系７０から出射される光を、映像信号に応じて空間変調して映像光にするように構成されている。

レンズ９２は、照明部１０からの出力光をＤＭＤ９６に結像させる。レンズ９２を介して全反射プリズム９４に入射した光は、面９４ａによって反射され、ＤＭＤ９６へ導かれる。

なお、ＤＭＤ９６に入射する光（照明部１０の出力光）は、青色光、赤色光、緑色光の３つの色光が混合した光ではなく、上述したように、時分割された３つの色光であり、青色光、赤色光、緑色光と順次切り替わる光である。

ＤＭＤ９６は、画素数に応じた複数の微小なミラーを備えており、マイクロコンピュータ１１０によって制御される。マイクロコンピュータ１１０は、ＤＭＤ９６に備えられた複数のミラーのそれぞれに入射する各色光のタイミングに合わせ、かつ、映像信号に応じて、ＤＭＤ９６を制御する。こうして、照明部１０の出力光は、ＤＭＤ９６によって空間変調されて、映像信号に応じた映像光となる。ＤＭＤ９６から出射された光（映像光）は、全反射プリズム９４を透過して投写レンズ９８へ導かれる。なお、この映像光は、青色の映像光、赤色の映像光、緑色の映像光、と順次切り替わる映像光であり、３色の映像光が時間的に多重されて生成された映像光である。

照明部１０および映像生成部９０は、上記のように構成されている。蛍光体ホイール１６から出射される光はＤＭＤ９６に入射する。ＤＭＤ９６は、蛍光体ホイール１６から出射される光を映像信号に応じて変調して生成した映像光を出射する。

投写レンズ９８は、映像生成部９０で生成された映像光（３色の映像光が時間的に多重されて合成された映像光）を、装置外部のスクリーン５００へ投写する。投写レンズ９８は、投写光学系の一例である。

［１−２．動作］
以上のように構成されたプロジェクタ１００の動作を説明する。

プロジェクタ１００において、照明部１０は、時間的に順次切り替わる赤色光、緑色光および青色光の３色の光を出力する。映像生成部９０は、照明部１０から出力される光から映像光を生成する。投写レンズ９８は、生成された映像光をスクリーン５００へ投写する。

具体的には、マイクロコンピュータ１１０は、ＤＭＤ９６に赤色光が入射する期間は、ＤＭＤ９６を、映像信号に含まれる赤色の映像信号に基づいて制御する。これにより、スクリーン５００には赤色の映像信号に基づいた赤色の映像光が投写される。同様にして、緑色の映像光、青色の映像光がスクリーン５００に順次投写される。このようにして、スクリーン５００に、時間的に順次切り替わる３色の映像光が投写される。ユーザは、スクリーン５００に投写される映像光を連続的に見ることで、スクリーン５００上の映像をカラー映像として視認する。

［１−３．レーザモジュールと冷却モジュール周辺の構成］
図５は、実施の形態１におけるプロジェクタ１００が有する冷却モジュール１５０周辺の一構成例を示す分解斜視図である。図５には、本実施の形態における、光源部１２のレーザモジュール２０と冷却モジュール１５０周辺の分解斜視図を示す。

プロジェクタ１００の光源部１２は、図３、４に示した光学的構成に加え、照明光学系筐体１２０と、防塵シート１３０と、ヒートスプレッダー１４０と、冷却モジュール１５０と、を備える。

照明光学系筐体１２０は、光源部１２のうちレーザモジュール２０を除いた各光学部品を内部に格納する。照明光学系筐体１２０は、レーザモジュール２０から出射される光を内部に入射するための開口部１２１を有する。後述するように、レーザモジュール２０を開口部１２１に取り付けることにより、開口部１２１は閉塞した状態となる。また、照明光学系筐体１２０は、光源部１２から出射される光を照明光学系筐体１２０の外部に出射するための開口部（図示せず）を有する。この開口部は、光源部１２のレンズ６０が取り付けられることにより、閉塞した状態となる。照明光学系筐体１２０は、各開口部が閉塞されることにより、照明光学系筐体１２０の内部が密閉される構造を有する。

照明光学系筐体１２０は、防塵シート１３０を介してレーザモジュール２０を密着させるための座面１２２を有する。座面１２２は、レーザモジュール２０のレーザ光を出射する面（以下、「出射面」と記す）と対向するように、照明光学系筐体１２０に設けられている。座面１２２は、取り付け部の一例である。

照明光学系筐体１２０は、座面１２２の、レーザモジュール２０が取り付けられたときに半導体レーザ素子２２と対向する位置に、開口部１２１を有する。半導体レーザ素子２２から出射される光は、開口部１２１を通って照明光学系筐体１２０の内部に入射する。

また、照明光学系筐体１２０は、座面１２２の周辺部に、ヒートスプレッダー１４０を取り付けるための４つのボス１２３（うち１つは図示せず）を有する。ボス１２３は、ヒートスプレッダー１４０を取り付ける取り付け部の一例である。

レーザモジュール２０は、レーザホルダ２５を備える。レーザホルダ２５は、複数対の半導体レーザ素子２２およびレンズ２４を保持する（図示せず）。

防塵シート１３０は、ゴム等の弾性材料をシート状に形成したガスケットである。なお、防塵シート１３０は、例えば弾性を有する合成樹脂等、ゴム以外の弾性材料で形成されてもよい。

防塵シート１３０は、照明光学系筐体１２０の座面１２２と、レーザモジュール２０のレーザホルダ２５の出射面側の面と、の間に挟まれるように配置される。それらの面の間に挟み込まれた防塵シート１３０は、変形して各面に密着することで、両者の間の隙間を埋める。これにより、照明光学系筐体１２０の開口部１２１は、レーザモジュール２０と防塵シート１３０とによって密閉される。

防塵シート１３０は、半導体レーザ素子２２から出射される光が照明光学系筐体１２０の内部に入射可能なように、開口部１３１を有する。防塵シート１３０は、レーザモジュール２０が取り付けられたときに半導体レーザ素子２２と対向する位置に開口部１３１を有する。

ヒートスプレッダー１４０は、銅等の熱伝導率の高い金属製の板で形成されている。なお、ヒートスプレッダー１４０は、熱伝導率が高い材料であれば、銅以外のもので形成されてもよい。ヒートスプレッダー１４０は、レーザモジュール２０の半導体レーザ素子２２が発光するときに発生する熱を、冷却モジュール１５０に伝導する。具体的には、半導体レーザ素子２２で発生する熱は、まずレーザホルダ２５に伝導し、レーザホルダ２５からヒートスプレッダー１４０に伝導し、ヒートスプレッダー１４０から冷却モジュール１５０に伝導する。ヒートスプレッダー１４０は、熱伝導体の一例である。

ヒートスプレッダー１４０は平板状に形成されている。本実施の形態では、ヒートスプレッダー１４０の一方の面（図５で隠れている方の面）を第１面とし、第１面とは反対側の面（図５に示されている方の面）を第２面とする。

ヒートスプレッダー１４０の第１面は、レーザモジュール２０をネジ止めにより固定できるように構成されている。レーザモジュール２０は、レーザホルダ２５の、半導体レーザ素子２２の出射面とは反対側の面（以下、「背面」と記す）側がヒートスプレッダー１４０に密着するように、ヒートスプレッダー１４０の第１面に固定される。これにより、レーザモジュール２０は、ヒートスプレッダー１４０の第１面に、熱的に接続される。

ヒートスプレッダー１４０の第２面は、冷却モジュール１５０をネジ止めにより固定できるように構成されている。冷却モジュール１５０をヒートスプレッダー１４０の第２面にネジ止めすることで、冷却モジュール１５０は、ヒートスプレッダー１４０の第２面に、熱的に接続される。なお、冷却モジュール１５０は、ヒートスプレッダー１４０の第２面にネジ止めされているので、ヒートスプレッダー１４０に対して着脱可能である。

さらに、ヒートスプレッダー１４０は、第１面が座面１２２に対向する向きに配置された状態でボス１２３の先端面１２３ａにネジ止めされることにより、座面１２２とレーザモジュール２０とが対向した状態で照明光学系筐体１２０に固定される。

ヒートスプレッダー１４０を照明光学系筐体１２０に取り付けるための構造（ネジ）と、冷却モジュール１５０をヒートスプレッダー１４０に取り付ける構造（ネジ）とは、互いに独立している。そして、冷却モジュール１５０は、ヒートスプレッダー１４０に着脱可能に固定されている。したがって、ヒートスプレッダー１４０を照明光学系筐体１２０に固定したままで、冷却モジュール１５０をヒートスプレッダー１４０から取り外してヒートスプレッダー１４０に再装着することが可能である。

冷却モジュール１５０は、ヒートスプレッダー１４０を介してレーザモジュール２０と熱的に接続されている。冷却モジュール１５０は、レーザモジュール２０で発生する熱を吸収する部材であり、レーザモジュール２０を冷却するための冷却系１７０を構成する部材の一つである。冷却モジュール１５０は、冷却部の一例である。

次に、冷却系１７０について説明する。

図６は、実施の形態１におけるプロジェクタ１００が有する冷却系１７０の一構成例を示す斜視図である。

冷却系１７０は、冷却モジュール１５０と、ラジエター１５３と、パイプ１５１と、ファン１６０と、を備える。

冷却モジュール１５０とラジエター１５３とは、パイプ１５１によって接続されている。冷却モジュール１５０とラジエター１５３との間には、ポンプ（図示せず）により、パイプ１５１を通って冷却液が循環している。

ファン１６０は、ラジエター１５３と対向して配置される。ファン１６０の回転により、プロジェクタ１００の外部の空気がラジエター１５３に送風される。

レーザモジュール２０で発生する熱は、冷却モジュール１５０を介して冷却液に吸収される。加熱された冷却液は、ラジエター１５３に移動し、ファン１６０による送風により冷却され、再び冷却モジュール１５０に移動する。このようにして冷却系１７０は熱交換を行い、レーザモジュール２０を冷却する。レーザモジュール２０を冷却することで、半導体レーザ素子２２の発光効率の低下や性能劣化が防止される。

次に、冷却モジュール１５０の周辺部品の取り付けについて説明する。

図７は、実施の形態１におけるプロジェクタ１００が有する冷却モジュール１５０周辺の一構成例を模式的に示す分解図である。図７では、冷却モジュール１５０周辺の各部品の取り付け方向を白抜きの矢印で示し、Ｘ軸方向を実線の矢印で示す。Ｘ軸方向は、レーザモジュール２０がレーザ光を出射する方向であり、レーザ光の光軸に平行な方向（すなわち、光軸方向）である。

まず、レーザモジュール２０が、ヒートスプレッダー１４０の第１面に取り付けられる。これにより、レーザモジュール２０とヒートスプレッダー１４０とが互いに熱的に接続される。次に、ヒートスプレッダー１４０が、第１面を照明光学系筐体１２０側に向けて、照明光学系筐体１２０のボス１２３の先端面１２３ａに取り付けられる。その際、防塵シート１３０が、照明光学系筐体１２０の座面１２２とレーザモジュール２０との間に挟み込まれる。最後に、冷却モジュール１５０が、ヒートスプレッダー１４０の第２面へ取り付けられる。これにより、冷却モジュール１５０とヒートスプレッダー１４０とが互いに熱的に接続される。

図８は、実施の形態１におけるプロジェクタ１００が有する冷却モジュール１５０周辺の組み立て後の状態を模式的に示す図である。図８では、Ｘ軸方向を矢印で示す。図８のＸ軸方向は、図７のＸ軸方向と同方向であり、レーザ光の光軸に平行な方向である。

図８に示すように、レーザモジュール２０が取り付けられたヒートスプレッダー１４０は、照明光学系筐体１２０のボス１２３に取り付けられている。そして、防塵シート１３０は、照明光学系筐体１２０の座面１２２とレーザモジュール２０の出射面側の面との間に挟み込まれている。

このとき、各部品を適切に組み立て終えたときに、防塵シート１３０が照明光学系筐体１２０の座面１２２に適度に密着するように、各部品の寸法が設定されていることが望ましい。

照明光学系筐体１２０では、ボス１２３の先端面１２３ａと、防塵シート１３０を取り付ける座面１２２との、Ｘ軸方向における位置関係（距離）に、ばらつきが発生することがある。さらに、レーザモジュール２０の外形寸法にもばらつきが発生することがある。

そして、組み立て前のレーザモジュール２０の厚みと防塵シート１３０の厚みとの合計が、組み立て後の、座面１２２からヒートスプレッダー１４０の第１面までの長さよりも大きすぎると、組み立て時に、ヒートスプレッダー１４０が正しい位置に取り付けられなかったり、防塵シート１３０が壊れてしまったりする恐れがある。また、組み立て前のレーザモジュール２０の厚みと防塵シート１３０の厚みとの合計が、組み立て後の、座面１２２からヒートスプレッダー１４０の第１面までの長さよりも小さいと、組み立て後に防塵シート１３０と座面１２２との間に隙間が生じ、照明光学系筐体１２０における防塵性能が低下する恐れがある。

そこで、本実施の形態では、防塵シート１３０の厚みを、以下の条件を満たすように設定する。すなわち、レーザモジュール２０のＸ軸方向における、レーザモジュール２０の寸法（厚み）と防塵シート１３０の自然状態（組み立て前）での寸法（厚み）との合計は、上記した寸法のばらつきにかかわらず、組み立て後の座面１２２からヒートスプレッダー１４０の第１面までの長さよりも、わずかに大きい。

このとき、防塵シート１３０の厚みが大きすぎたり小さすぎたりすると、上述した問題が発生する恐れがある。したがって、防塵シート１３０の厚みは、組み立て後に、座面１２２とレーザモジュール２０との間で適度に弾性変形する程度、とする。

このような設定とすることで、ヒートスプレッダー１４０をボス１２３に固定したときに、防塵シート１３０は圧縮されて弾性変形する。これにより、上記したばらつきは吸収される。また、これにより、照明光学系筐体１２０の開口部１２１は、防塵シート１３０とレーザモジュール２０とで密閉され、照明光学系筐体１２０内部の防塵性が確保される。

なお、本実施の形態のヒートスプレッダー１４０は、平板状の部材で形成されている。そのため、座面１２２からヒートスプレッダー１４０の第１面までの長さは、座面１２２からボス１２３の先端面１２３ａまでの長さと実質的に等しい。したがって、上記した条件は次のように言い換えることもできる。防塵シート１３０の厚みを、以下の条件を満たすように設定してもよい。すなわち、レーザモジュール２０のＸ軸方向における、レーザモジュール２０の寸法（厚み）と防塵シート１３０の自然状態（組み立て前）での寸法（厚み）との合計は、上記した寸法のばらつきにかかわらず、座面１２２からボス１２３の先端面１２３ａまでの長さよりも、わずかに大きい。

例えば、Ｘ軸方向における、防塵シート１３０の自然状態（組み立て前）での厚みを約１ｍｍとし、組み立て後の座面１２２からレーザモジュール２０の出射面までの長さを約０．８ｍｍとする。この場合は、防塵シート１３０は、約２０％圧縮された状態で、座面１２２とレーザモジュール２０の出射面との間に挟み込まれることになる。なお、これらの数値は単なる一例に過ぎず、本開示は何らこれらの数値に限定されない。

また、本実施の形態において、レーザモジュール２０と冷却モジュール１５０とは、ヒートスプレッダー１４０の第１面と第２面とにそれぞれ直接取り付けられる。すなわち、レーザモジュール２０はヒートスプレッダー１４０を介して冷却モジュール１５０へ熱的に接続されている。したがって、冷却モジュール１５０は、レーザモジュール２０を効率よく冷却することができる。

また、本実施の形態において、レーザモジュール２０を取り付けたヒートスプレッダー１４０を照明光学系筐体１２０に取り付ける構造と、冷却モジュール１５０をヒートスプレッダー１４０に取り付ける構造と、は互いに独立している。このため、例えば故障等により冷却モジュール１５０（冷却系１７０全体）を交換または修理する際に、レーザモジュール２０およびヒートスプレッダー１４０を照明光学系筐体１２０から取り外さずに、冷却モジュール１５０をヒートスプレッダー１４０から取り外すことができる。照明光学系筐体１２０からレーザモジュール２０を取り外して再装着すると、照明光学系筐体１２０の防塵性能が低下する恐れがある。しかし、本実施の形態におけるプロジェクタ１００では、上述したように、冷却モジュール１５０を交換する際に、照明光学系筐体１２０からレーザモジュール２０を取り外す必要がない。すなわち、ヒートスプレッダー１４０から冷却モジュール１５０だけを取り外せるので、照明光学系筐体１２０の防塵性を保ちつつ、冷却モジュール１５０のメンテナンス性を向上することができる。

なお、図８に一例を示すように、ヒートスプレッダー１４０に、レーザモジュール２０および冷却モジュール１５０を取り付ける領域に加え、さらに、レーザモジュール２０からの熱を放熱する放熱領域１４０ａを設けてもよい。

［１−４．効果等］
以上のように、本実施の形態において、光源装置は、発光素子を備える光源と、熱伝導体と、光学系筐体と、冷却部と、を備える。熱伝導体は、第１面および第２面を有し、第１面に光源が熱的に接続される。光学系筐体は、開口部を有する取り付け部を有し、熱伝導体の第１面が取り付け部に対向する向きに配置されるとともに発光素子が開口部に対向する位置に配置されて熱伝導体が固定される。冷却部は、熱伝導体の第２面に熱的に接続され、光源からの熱を冷却する。

この光源装置は、弾性材料により形成され取り付け部と光源との間に挟み込まれる防塵シート、を備えていてもよい。

この光源装置では、光源の光軸方向における、光源の厚みと防塵シートの自然状態での厚みとの合計が、取り付け部から熱伝導体の第１面までの長さより長くなるように、防塵シートの自然状態での厚みが設定されていてもよい。

この光源装置において、熱伝導体は、光源および冷却部を熱的に接続する領域に加え、光源からの熱を放熱する放熱領域、を備えていてもよい。

この光源装置において、冷却部は、熱伝導体を光学系筐体に固定したまま、熱伝導体の第２面に着脱可能である。

また、本実施の形態において、映像表示装置は、発光素子を備える光源と、熱伝導体と、光学系筐体と、冷却部と、ライトバルブと、を備える。熱伝導体は、第１面および第２面を有し、第１面に光源が熱的に接続される。光学系筐体は、開口部を有する取り付け部を有し、熱伝導体の第１面が取り付け部に対向する向きに配置されるとともに発光素子が開口部に対向する位置に配置されて熱伝導体が固定される。冷却部は、熱伝導体の第２面に熱的に接続され、光源からの熱を冷却する。ライトバルブは、光源からの光を映像信号に応じて変調して生成した映像光を出射する。

なお、プロジェクタ１００は、映像表示装置の一例である。光源部１２は、光源装置の一例である。ＤＭＤ９６は、ライトバルブの一例である。レーザモジュール２０は、光源の一例である。半導体レーザ素子２２は、発光素子の一例である。座面１２２は、取り付け部の一例である。ヒートスプレッダー１４０は、熱伝導体の一例である。冷却モジュール１５０は、冷却部の一例である。照明光学系筐体１２０は、光学系筐体の一例である。開口部１２１は、開口部の一例である。防塵シート１３０は、防塵シートの一例である。放熱領域１４０ａは放熱領域の一例である。

半導体レーザ素子は、製品寿命が約２０，０００時間以上と比較的長い。したがって半導体レーザ素子を光源に用いるプロジェクタでは、光源（例えば、レーザモジュール２０）よりも冷却装置（例えば、冷却モジュール１５０）の方が、先に故障する場合がある。

光源と冷却装置とが互いに直接接続された従来技術によるプロジェクタでは、冷却装置を交換または修理する際に、冷却装置とともに光源も光学系筐体から取り外す必要がある。

しかし、光源がプロジェクタから取り外されると、それまで密閉されていた光学系筐体の一部が開放された状態となり、そこから光学系筐体内部に塵や埃が侵入してプロジェクタの光学的性能が低下する恐れがある。あるいは、光源を光学系筐体に再装着する際に、防塵シートの配置位置に若干のずれが生じる等して、それまでよりも防塵性能が低下する恐れもある。そのような場合、例えば光集塵効果により熱伝導グリスが光学系筐体内に侵入する等して、プロジェクタの光学的性能が低下する恐れもある。また、冷却装置を光源に再装着する際に、冷却装置と光源との互いの密着度がそれまでよりも低下して、光源を冷却する性能が低下する恐れもある。

しかしながら、本実施の形態に一例を示す光源装置を備えた映像表示装置は、光源を光学系筐体から取り外すことなく、冷却装置だけを光学系筐体から取り外し、再装着することができる。

例えば、プロジェクタ１００では、レーザモジュール２０を照明光学系筐体１２０から取り外すことなく、冷却モジュール１５０だけを照明光学系筐体１２０から取り外し、再装着することができる。レーザモジュール２０を取り外さずに冷却モジュール１５０の交換作業が行えるため、照明光学系筐体１２０の内部を外気にさらさずに冷却モジュール１５０のメンテナンス作業を行うことができる。したがって、照明光学系筐体１２０の防塵性能の低下を防止し、冷却モジュール１５０のメンテナンス性を向上することができる。

また、レーザモジュール２０と冷却モジュール１５０とをヒートスプレッダー１４０の第１面および第２面にそれぞれ直接固定するので、レーザモジュール２０と冷却モジュール１５０とがヒートスプレッダー１４０を介して、互いに熱的に接続される。これにより、レーザモジュール２０の冷却性能に関しても、従来技術と同等の性能を確保することができる。

また、本実施の形態では、レーザモジュール２０をヒートスプレッダー１４０に取り付け、レーザモジュール２０が取り付けられたヒートスプレッダー１４０を、防塵シート１３０を間に挟んで照明光学系筐体１２０に取り付ける構成としている。例えば、レーザモジュール２０を、照明光学系筐体１２０に直接取り付けることも可能である。しかし、その構成では、複数のレーザホルダ２５を備えたレーザモジュール２０を照明光学系筐体１２０に取り付けるときに、レーザホルダ２５の外形寸法にばらつきがあると、レーザホルダ２５の背面側が不揃いとなり、レーザホルダ２５の背面をヒートスプレッダー１４０に均一に密着させることが困難となる。しかし、本実施の形態では、まずレーザモジュール２０をヒートスプレッダー１４０に取り付けるので、レーザホルダ２５の外形寸法にばらつきがあっても、レーザホルダ２５の背面をヒートスプレッダー１４０に実質的に均一に密着させることができる。一方、レーザホルダ２５の外形寸法にばらつきがあり、レーザホルダ２５の出射面側が不揃いのときに、防塵シート１３０がなければ、レーザモジュール２０と座面１２２との間に隙間が生じ、照明光学系筐体１２０の防塵性能が低下する。しかし、本実施の形態では、レーザホルダ２５の出射面と座面１２２との間に弾性変形する防塵シート１３０を挟み込むので、レーザホルダ２５の出射面側が不揃いであっても、防塵シート１３０が弾性変形してそのばらつきは吸収されるので、照明光学系筐体１２０の防塵性能を確保することができる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

実施の形態１では、照明光学系筐体１２０の開口部１２１が、レーザモジュール２０と防塵シート１３０とによって密閉される構成を説明した。しかし、照明光学系筐体１２０の開口部１２１を密閉する構成は、この構成に限定されない。例えば、照明光学系筐体１２０の取り付け部をレーザモジュール２０の形状に合わせた凹状の形状とし、防塵シート１３０を挟み込むことなしに、この凹状の取り付け部にレーザモジュール２０が直接はまり込むような構成としてもよい。この構成では、レーザモジュール２０が照明光学系筐体１２０に密着せずとも、照明光学系筐体１２０における防塵性能を確保することができる。ただし、照明光学系筐体１２０の防塵性能を高めるためには、実施の形態１に示したように、防塵シート１３０を用いる構成の方が望ましい。

実施の形態１では、ヒートスプレッダー１４０を平板状の板状部材で形成し、一方の面を第１面とし他方の面を第２面とする構成を説明した。しかし、ヒートスプレッダー１４０は何らこの構成に限定されない。例えば、Ｌ字型に折り曲げた板状部材でヒートスプレッダー１４０を形成してもよい。そして、一方の面を第１面とし、折り曲げ部を挟んだ他方の面を第２面としてもよい。この場合、第１面に取り付けられたレーザモジュール２０から発生する熱は、第１面、折り曲げ部、第２面を経由して冷却モジュール１５０に伝導される。

図８に一例を示したように、ヒートスプレッダー１４０には、レーザモジュール２０からの熱を放熱する放熱領域１４０ａを設けてもよい。また、この放熱領域１４０ａに、例えば銅等の熱伝導率が高い材料で形成された放熱フィン等の放熱部材を取り付けてもよい。あるいは、放熱領域１４０ａに、放熱のための溝を設ける等してもよい。

実施の形態１では、冷却部の一例として液冷式の冷却系１７０を説明した。しかし、冷却系１７０は空冷式であってもよい。あるいは、ヒートスプレッダー１４０に、銅等の熱伝導率が高い材料で形成された放熱フィン等の放熱部材を取り付け、その放熱部材に対して送風するような構成であってもよい。なお、この構成の場合、銅に錆が生じて放熱性能が劣化する可能性があるが、本実施の形態では、錆びた放熱フィンだけをヒートスプレッダー１４０から取り外して交換することも可能である。

実施の形態１では、レーザモジュール２０がレーザホルダ２５を１つ備える構成を説明した。しかし、レーザモジュール２０は、複数のレーザホルダを備えていてもよい。その場合、寸法公差の範囲内で、複数のレーザホルダ間の厚み方向の寸法が互いに異なる可能性がある。しかしながら、そのような場合であっても、各レーザホルダは、ヒートスプレッダー１４０に固定されるため、いずれのレーザホルダも熱をヒートスプレッダー１４０に伝導することができる。また、各レーザホルダの寸法のばらつきを防塵シート１３０で吸収することができる。

実施の形態１では、照明光学系筐体１２０の内部に、レーザモジュール２０を除く光源部１２の各光学部品を格納する構成を説明した。しかし、照明光学系筐体１２０は、光学部品を密閉して内部を防塵できる構造であれば、照明光学系筐体１２０の内部に、光源部１２に加え、光源部１２以外の部品が格納されてもよい。例えば、照明光学系筐体１２０は、光源部１２、導光光学系７０、および映像生成部９０の全体または一部を内部に格納して密閉する構造であってもよい。その際、光の入口となる開口部および光の出口となる開口部は、これらを構成する部品のいずれかを取り付けて塞げばよい。これにより、照明光学系筐体１２０を、光の出口および光の入口を確保しつつ内部を密閉して防塵構造とすることができる。

実施の形態１では、ライトバルブの一例としてＤＭＤ９６を示した。しかし、ライトバルブは、ＤＭＤ９６に限定されない。ライトバルブは、照明部１０から出射された光を変調し、映像光を出力する素子であればよい。例えば、ライトバルブは、反射型液晶パネルや、透過型液晶パネル等であってもよい。

実施の形態１では、ヒートスプレッダー１４０の厚みについては言及しなかったが、ヒートスプレッダー１４０は適切な厚みに設定されることが望ましい。例えば、ヒートスプレッダー１４０が厚過ぎると、レーザモジュール２０の熱が冷却モジュール１５０側に適切に伝導しない。一方、ヒートスプレッダー１４０が薄過ぎると、レーザモジュール２０の熱がヒートスプレッダー１４０内で十分に拡散されないまま冷却モジュール１５０側に伝導するため、ヒートスプレッダー１４０が局所的に熱を持ち、冷却モジュールの冷却効果は限定的となる。したがって、レーザモジュール２０の熱がヒートスプレッダー１４０内で適切に拡散して冷却モジュール１５０側に伝導し、冷却モジュールの冷却効果を適切に得られるように、ヒートスプレッダー１４０の厚みを設定することが望ましい。

本開示は、冷却機構を備える光源装置、およびその光源装置を用いた映像表示装置に適用可能である。具体的には、液晶方式のプロジェクタやＤＬＰ方式のプロジェクタ等に、本開示は適用可能である。

１０ 照明部
１２ 光源部
１６ 蛍光体ホイール
２０ レーザモジュール
２２ 半導体レーザ素子
２４、３４、３６、４２、４４、４６、４８、５４、６０、７４、７６、９２ レンズ
２５ レーザホルダ
３８、５６ 拡散板
４０ ダイクロイックミラー
５０、５２、５８ ミラー
７０ 導光光学系
７２ ロッドインテグレータ
７２ａ 入射面
７２ｂ 出射面
９０ 映像生成部
９４ 全反射プリズム
９４ａ 面
９６ ＤＭＤ
９８ 投写レンズ
１００ プロジェクタ
１０２ モータ
１０４ アルミニウム基板
１１０ マイクロコンピュータ
１１４、１１６ 蛍光体領域
１１８ 切欠き領域
１２０ 照明光学系筐体
１２１ 開口部
１２２ 座面
１２３ ボス
１２３ａ 先端面
１３０ 防塵シート
１３１ 開口部
１４０ ヒートスプレッダー
１４０ａ 放熱領域
１５０ 冷却モジュール
１５１ パイプ
１５３ ラジエター
１６０ ファン
５００ スクリーン

Claims (10)

1. 発光素子を備える光源と、
   第１面および第２面を有し、前記第１面に前記光源が熱的に接続される熱伝導体と、
   開口部を有する取り付け部を有し、前記第１面が前記取り付け部に対向する向きに配置されるとともに前記発光素子が前記開口部に対向する位置に配置されて前記熱伝導体が固定される光学系筐体と、
   前記第２面に熱的に接続され、前記光源からの熱を冷却する冷却部と、
   を備える光源装置。
2. 弾性材料により形成され、前記取り付け部と前記光源との間に挟み込まれる防塵シートを備える、
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光源の光軸方向における、前記光源の厚みと前記防塵シートの自然状態での厚みとの合計が、前記取り付け部から前記第１面までの長さより長くなるように、前記防塵シートの自然状態での厚みが設定されている、
   請求項２に記載の光源装置。
4. 前記熱伝導体は、前記光源および前記冷却部を熱的に接続する領域に加え、前記光源からの熱を放熱する放熱領域を備える、
   請求項１に記載の光源装置。
5. 前記冷却部は、前記熱伝導体を前記光学系筐体に固定したまま、前記熱伝導体の前記第２面に着脱可能である、
   請求項１に記載の光源装置。
6. 発光素子を備える光源と、
   第１面および第２面を有し、前記第１面に前記光源が熱的に接続される熱伝導体と、
   開口部を有する取り付け部を有し、前記第１面が前記取り付け部に対向する向きに配置されるとともに前記発光素子が前記開口部に対向する位置に配置されて前記熱伝導体が固定される光学系筐体と、
   前記第２面に熱的に接続され、前記光源からの熱を冷却する冷却部と、
   前記光源からの光を映像信号に応じて変調して生成した映像光を出射するライトバルブと、
   を備える映像表示装置。
7. 弾性材料により形成され、前記取り付け部と前記光源との間に挟み込まれる防塵シートを備える、
   請求項６に記載の映像表示装置。
8. 前記光源の光軸方向における、前記光源の厚みと前記防塵シートの自然状態での厚みとの合計が、前記取り付け部から前記第１面までの長さより長くなるように、前記防塵シートの自然状態での厚みが設定されている、
   請求項７に記載の映像表示装置。
9. 前記熱伝導体は、前記光源および前記冷却部を熱的に接続する領域に加え、前記光源からの熱を放熱する放熱領域を備える、
   請求項６に記載の映像表示装置。
10. 前記冷却部は、前記熱伝導体を前記光学系筐体に固定したまま、前記熱伝導体の前記第２面に着脱可能である、
    請求項６に記載の映像表示装置。

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