JP6311966B2 - 光照射装置及びこれを備えた画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハウジング内部に配置される光学部材を介して光源から射出される光を照射する光照射装置及びこれを備えた画像表示装置に関するものである。

この種の光照射装置としては、ミラーやレンズなどの各種光学部材が内部に配置された光学ハウジングに光源が取り付けられてユニット化されたものが知られている（特許文献１）。このような光照射装置においては、光学ハウジング内の光学部材に結露が発生する場合がある。この場合、結露による曇りや水滴によって光源から射出される光が散乱したり反射したりして、適切な光照射を実現できなくなるという不具合が生じ得る。そのため、特許文献１に開示の光照射装置では、包袋内部の水分を除去した状態で当該包袋内に光学ハウジングを密封し、光学ハウジング内の光学部材への結露を抑制している。

近年、光源装置に用いられる光源として半導体レーザーが利用される場合が多い。半導体レーザーは、高温時に発光効率が低下するため、高い冷却性能をもった冷却手段で冷却する必要がある。このような光源装置では、冷却手段の高い冷却性能により、光源（半導体レーザー）だけでなくその周囲も冷却されることになる。光源周囲の温度が低下すると、光源周囲の相対湿度が高まるので、例えば光源の出射面や光源近傍に配置される光学部材に結露が生じやすい。

光学ハウジング内の光源の出射面や光学部材への結露を抑制する方法としては、光学ハウジング内部を外気から遮蔽することが有効である。ところが、前記特許文献１に開示の光源装置のように、包袋内部の水分を除去した状態で当該包袋内に光学ハウジングを密封する構成では、その密封作業が非常に困難を伴うことから、光源装置の組立性が悪いという問題がある。そのため、高い組立性を実現しつつ、光学ハウジング内部を外気から遮蔽する新たな方法が望まれる。

光源ハウジングに設置される光源は、外部との配線や光源で発生する熱を外部へ放出することを考慮して、光源ハウジングの外壁部に取り付けられることが多い。このとき、光源装置の組立性の観点から、光学ハウジングの外壁部に光源取付用の貫通孔を設け、その貫通孔に対して外方から光源を挿入し、その貫通孔の内部に光源を取り付けるという構成が好ましい。この構成においては、貫通孔の内部に光源を挿入する関係で貫通孔の内周面と光源の外周面との間に隙間を設ける必要があるため、この隙間を介して光学ハウジング内部が外気と連通し得る。そのため、この隙間を密閉することが、光学ハウジング内部を外気から遮蔽するのに必要となる。

この隙間を密閉する方法としては、例えば、その隙間に接着剤を充填するという方法が考えられる。しかしながら、光源自体が小型であるため、そのような小型の光源の出射面などに接着剤を付着させずに、光源の外周面と貫通孔の内壁面との間にだけ、接着剤を隙間無く付着させるという作業は非常に困難である。そのため、組立性が悪くなるという問題が生じる。

本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、高い組立性を実現しつつ、光学ハウジングの外壁部に設けた光源取付用の貫通孔の内壁面とその貫通孔に挿入されて取り付けられる光源の外周面との間の隙間を介して光学ハウジング内部へ外気が進入するのを抑制できる光照射装置及びこれを備えた画像表示装置を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明は、ハウジングと、前記ハウジングに取り付けられる光源と、前記ハウジングの内部に配置される光学部材とを有し、前記光学部材を介して前記光源から射出される光を照射する光照射装置であって、前記光源を保持する光源ホルダと、前記ハウジングに形成された開口部を塞ぐ蓋部材と、前記蓋部材と前記ハウジングとの隙間を塞ぐシール部材と、前記蓋部材を冷却する蓋冷却手段とを有し、前記光源ホルダは、該光源ホルダに保持された光源を前記ハウジングの外壁部に形成された貫通孔へ該ハウジングの外部から挿入して取り付けるときに、該貫通孔の周囲を取り囲うように該ハウジングの外壁面に突き当たる突き当て面を備え、該突き当て面が該ハウジングの外壁面に突き当たることで該貫通孔を外気から遮蔽し、前記シール部材は、前記蓋部材の内壁面に付着する水分を吸収して保持する吸水機能を有することを特徴とする。

本発明によれば、高い組立性を実現しつつ、光学ハウジングの外壁部に設けた光源取付用の貫通孔の内壁面とその貫通孔に挿入されて取り付けられる光源の外周面との間の隙間を介して光学ハウジング内部へ外気が進入するのを抑制できるという優れた効果が奏される。

実施形態における自動車用ＨＵＤ装置を搭載した自動車の構成を模式的に表した模式図である。 同自動車用ＨＵＤ装置の内部構成を模式的に表した模式図である。 同自動車用ＨＵＤ装置によって表示される画像例を示す説明図である。 同自動車用ＨＵＤ装置の光源ユニットの構成を示す斜視図である。 同光源ユニットのレーザー光源を示す斜視図である。 同光源ユニットを構成するレーザー光源、光源ホルダ、断熱カバーの分解図である。 同レーザー光源及び同断熱カバーが取り付けられた同光源ホルダの側面図である。 同レーザー光源及び同断熱カバーが取り付けられた同光源ホルダを、光学ハウジングに取り付ける直前の斜視図である。 同レーザー光源を冷却する冷却装置の一例を示す模式図である。 同光学ハウジングの上面開口を塞ぐ蓋部材と、その蓋部材と光学ハウジングとの隙間を塞ぐシール部材とを示す分解図である。

以下、本発明に係る光照射装置を、画像表示装置である自動車用ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置に適用した適用した一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態における自動車用ＨＵＤ装置を搭載した自動車の構成を模式的に表した模式図である。
図２は、本実施形態における自動車用ＨＵＤ装置の内部構成を模式的に表した模式図である。

本実施形態における自動車用ＨＵＤ装置２００は、例えば、自動車３０１のダッシュボード内に設置される。ダッシュボード内の自動車用ＨＵＤ装置２００から発せられる画像光である投射光Ｌがフロントガラス３０２で反射され、ユーザーである運転者３００に向かう。これにより、運転者３００は、例えば、図３に示すようなナビゲーション画像を虚像として視認することができる。なお、フロントガラス３０２の内壁面にコンバイナを設置し、コンバイナによって反射する投射光によってユーザーに虚像を視認させるようにしてもよい。

図３に示すナビゲーション画像には、第１表示領域２２０Ａに、自動車３０１の速度（図示の例では「６０ｋｍ／ｈ」という画像）が表示されている。また、第２表示領域２２０Ｂには、カーナビゲーション装置によるナビゲーション画像が表示されている。図示の例では、次の曲がり角で曲がる方向を示す右折指示画像と、次の曲がり角までの距離を示す「あと４６ｍ」という画像が、ナビゲーション画像として表示されている。また、第３表示領域２２０Ｃには、カーナビゲーション装置による地図画像（自車両周囲の地図画像）が表示されている。

自動車用ＨＵＤ装置２００は、赤色、緑色、青色のレーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂと、各レーザー光源に対して設けられるコリメータレンズ２０２，２０３，２０４と、２つのダイクロイックミラー２０５，２０６と、光量調整部２０７と、光走査装置２０８と、自由曲面ミラー２０９と、スクリーン２１０と、投射ミラー２１１とから構成されている。そして、本実施形態における光源装置としての光源ユニット１００は、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂ、コリメータレンズ２０２，２０３，２０４、ダイクロイックミラー２０５，２０６が、光学ハウジングによってユニット化されている。

本実施形態の自動車用ＨＵＤ装置２００は、スクリーン２１０に表示される中間像を自動車３０１のフロントガラス３０２に投射することで、その中間像を運転者３００に虚像として視認させる。レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂから発せられる各色レーザー光は、それぞれ、コリメータレンズ２０２，２０３，２０４で略平行光とされ、２つのダイクロイックミラー２０５，２０６により合成される。合成されたレーザー光は、光量調整部２０７で光量が調整された後、光走査装置２０８のミラーによって二次元走査される。光走査装置２０８で二次元走査された投射光Ｌは、自由曲面ミラー２０９で反射されて歪みを補正された後、スクリーン２１０に集光され、中間像を表示する。

光走査装置２０８には、公知のアクチュエータ駆動システムでミラーを主走査方向及び副走査方向に傾斜動作させ、ミラーＭに入射する投射光Ｌを二次元走査（ラスタスキャン）する。ミラーＭの駆動制御は、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの発光タイミングに同期して行われる。

本実施形態においては、自動車用ＨＵＤ装置２００により表示される虚像の周囲の明るさを測定するための照度計が、ダッシュボード等に配置されている。この照度計の測定結果に応じて、制御部は光量調整部２０７を制御する。具体的には、虚像周囲が明るいほど当該光量調整部２０７を透過する投射光の光量が多くなるように制御し、虚像周囲が暗いほど当該光量調整部２０７を透過する投射光の光量が少なくなるように制御する。このような光量調整制御を行うことで、虚像周囲（自車両前方）が明るくても高い輝度の画像を表示して画像の視認性を確保できる。また、虚像周囲（自車両前方）が暗い場合、画像の輝度が高いと画像が眩しくて自車両前方の視認性を落とすことになるが、前記のような光量調整制御を行うことで、虚像周囲（自車両前方）が暗い場合の自車両前方の視認性も確保することができる。

次に、本発明の特徴部分である、光源ユニット１００の構成について説明する。
図４は、本実施形態における光源ユニット１００の構成を示す斜視図である。なお、図４は、光学ハウジング１０１の図中上面に取り付けられる蓋部材を取り外して光学ハウジング１０１の内部を露出させた状態を図示したものである。
本実施形態における光源ユニット１００は、光学ハウジング１０１を有し、その内部に、コリメータレンズ２０２，２０３，２０４、ダイクロイックミラー２０５，２０６が配置されている。本実施形態の光学ハウジング１０１は、図４に示すように、光量調整部２０７及び光走査装置２０８を支持する支持部材が一体形成されているが、この支持部材と光学ハウジング１０１とを別体構成としてもよい。

本実施形態のレーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂは、図５に示すように、パッケージ化されたものである。具体的には、大径円筒部２０１ａ内に半導体レーザーが収容されており、半導体レーザーから射出されるレーザー光は、大径円筒部２０１ａと同軸に設けられた小径円筒部２０１ｂの先端面に形成された出射窓２０１ｄを通って、外部へ射出される。半導体レーザーの配線２０１ｃは大径円筒部２０１ａの後端面から出ている。各レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂは、それぞれ、光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂに保持された状態で、光学ハウジング１０１に取り付けられる。

図６は、レーザー光源２０１Ｒ、光源ホルダ１０２Ｒ、断熱カバー１０３Ｒの分解図である。なお、レーザー光源２０１Ｒ以外のレーザー光源２０１Ｇ，２０１Ｂについても同様であるため、レーザー光源２０１Ｇ，２０１Ｂに関する説明は省略する。
光源ホルダ１０２Ｒには光源保持孔１０２ａが形成されており、その光源保持孔１０２ａには、光源ホルダ１０２Ｒの後端側（光学ハウジングに取り付けられたときのハウジング外部側）から、レーザー光源２０１Ｒの小径円筒部２０１ｂが挿入される。

光源ホルダ１０２Ｒの光源保持孔１０２ａの径はレーザー光源２０１Ｒの大径円筒部２０１ａの径よりも小さく形成されている。そのため、レーザー光源２０１Ｒは、光源ホルダ１０２Ｒの光源保持孔１０２ａの後端側開口周囲の面に大径円筒部２０１ａの先端面が突き当たる状態で、光源ホルダ１０２Ｒに保持される。本実施形態の光源ホルダ１０２Ｒは金属製であり、レーザー光源２０１Ｒの小径円筒部２０１ｂが挿入される光源保持孔１０２ａは高い加工精度で形成される。そのため、レーザー光源２０１Ｒは、その小径円筒部２０１ｂを光源ホルダ１０２Ｒの光源保持孔１０２ａに圧入固定される。これにより、レーザー光源２０１Ｒの小径円筒部２０１ｂの外周面と光源ホルダ１０２Ｒの光源保持孔１０２ａの内壁面との間に隙間が生じない。このとき、より強固に固定するため、接着剤などを併用するのが好ましい。

また、光源ホルダ１０２Ｒに保持された状態において、レーザー光源２０１Ｒの小径円筒部２０１ｂの先端部分は、図７に示すように、光源ホルダ１０２Ｒ及びこれに取り付けられる断熱カバー１０３Ｒよりも突出する。この突出した小径円筒部２０１ｂの先端部分は、図８に示すように、光学ハウジング１０１に形成された貫通孔１０１ａに挿入されることになる。

光源ホルダ１０２Ｒの先端面（光学ハウジングに取り付けられたときのハウジング外壁面と対向する面）には、光源保持孔１０２ａの周囲を取り囲むように突出した突出部１０２ｃが形成されている。この突出部１０２ｃの先端面は、光源ホルダ１０２Ｒに保持されたレーザー光源２０１Ｒを光学ハウジング１０１の貫通孔１０１ａに挿入して取り付けるときに、光学ハウジング１０１の外壁面に突き当たる突き当て面１０２ｂとなる。

この突き当て面１０２ｂは、光学ハウジング１０１の外壁面と密着するように高精度に加工された平面である。この突き当て面１０２ｂを光学ハウジング１０１の外壁面に押し付けた状態とすることで、貫通孔１０１ａの後端側開口の周囲が、光学ハウジング１０１の外壁面、光源ホルダ１０２Ｒの突出部１０２ｃの内壁面、突出部１０２ｃに囲まれた光源ホルダ１０２Ｒの先端面によって囲まれた遮蔽空間が形成される。レーザー光源２０１Ｒの小径円筒部２０１ｂの外周面と光源ホルダ１０２Ｒの光源保持孔１０２ａの内壁面との間は、上述したとおり隙間が生じないようになっているので、この遮蔽空間の気密性が保たれ、貫通孔１０１ａは外気から遮蔽される。本実施形態では、光源ホルダ１０２Ｒの２箇所に形成された取付孔１０２ｄを介して図示しない取付ネジを光学ハウジング１０１に形成されたネジ孔１０１ｂに締結することにより、光源ホルダ１０２Ｒの突き当て面１０２ｂが光学ハウジング１０１の外壁面に押し付けられた状態で、光源ホルダ１０２Ｒが光学ハウジング１０１に取り付けられる。

図９は、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂを冷却する冷却装置の一例を示す模式図である。なお、図９には、レーザー光源２０１Ｇ，２０１Ｂの冷却装置１１０が図示され、レーザー光源２０１Ｒの冷却装置１１０の図示が省略されているが、いずれの冷却装置も同様の構成である。以下、レーザー光源２０１Ｇ，２０１Ｂの冷却装置１１０を例に挙げて説明する。

本実施形態のレーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂは半導体レーザーを用いたものであり、高温環境下では発光効率が低下する。特に、本実施形態では、自動車の車内に設置されることから、車載装置に要求される広範囲の環境温度対応（例えば−４０℃〜９５℃の温度範囲内で適切に動作すること）が求められる。そのため、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂを高い冷却能力で冷却する光源冷却手段が必要である。

本実施形態の光源冷却手段である冷却装置１１０は、光源ホルダ１０２Ｇ，１０２Ｂに保持されたレーザー光源２０１Ｇ，２０１Ｂの後端側に取り付けられるペルチェ素子１１１Ｇ，１１１Ｂと、ヒートシンク１１２と、ファン１１３とから構成される。レーザー光源２０１Ｇ，２０１Ｂの熱は、ペルチェ素子１１１Ｇ，１１１Ｂによって除熱され、ペルチェ素子１１１Ｇ，１１１Ｂに接続されたヒートシンク１１２に伝達され、放熱される。ヒートシンク１１２の放熱を促進するために、ヒートシンク１１２の周囲の空気はファン１１３によって外部へ強制的に排気される。本実施形態の冷却装置１１０によれば、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂを高い冷却能力によって冷却できる。

また、本実施形態の光源ユニット１００は、自動車のエンジンルームに近い自動車３０１のダッシュボード内に設置されるため、光学ハウジング１０１は比較的温度が高い状態になる。そのため、光学ハウジング１０１から光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂへ熱が伝搬しやすい構成だと、光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂが暖められ、この光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂに保持されるレーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの冷却効率を落とすことになる。

本実施形態においては、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂを保持する光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂと光学ハウジング１０１との接触箇所を突き当て面１０２ｂだけに制限している。そのため、光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂの先端面全体で光学ハウジング１０１に接触する構成と比較して、光学ハウジング１０１から光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂへ熱が伝搬するのを抑制できる。よって、光学ハウジング１０１が比較的高温になっても、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの冷却効率が落ちてしまう事態を抑制できる。

また、本実施形態の光源ユニット１００が自動車のエンジンルームに近い自動車３０１のダッシュボード内に設置されることから、光源ユニット１００の外気温度は高温になる。そのため、その高温の外気によって光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂが暖められやすい構成だと、光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂが暖められ、この光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂに保持されるレーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの冷却効率を落とすことになる。

本実施形態においては、光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂの外周面の外気と接触する箇所が断熱部材としての断熱カバー１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂによって覆われている。これにより、外気が高温であっても光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂが暖められにくく、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの冷却効率が落ちてしまう事態を抑制できる。なお、断熱カバー１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂの材料には、例えば、断熱性が高い樹脂材料を用いることができる。

このように高い冷却性能でレーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂが冷却されると、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの小径円筒部２０１ｂに形成された出射窓２０１ｄも冷却され、その出射窓２０１ｄに結露が生じることがある。また、冷却装置１１０の冷却効果によって、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂだけでなく、その周囲の空気や光学部材も冷却される。そのため、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの近傍に設置されるコリメータレンズ２０２，２０３，２０４等の光学部材にも、結露が生じるおそれがある。特に、本実施形態においては、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂが光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂに保持されているため、光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂも冷却される。その結果、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの近傍に配置される空気や光学部材が光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂによっても冷やされる結果、結露が生じやすい。

このように、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの出射窓２０１ｄやコリメータレンズ２０２，２０３，２０４等の光学部材に結露が生じると、結露によって生じた曇りや水滴によってレーザー光が散乱、反射し、適切な光照射を実現できず、画像表示に支障が出る。また、一旦結露が発生すると、その結露跡が残って適切な光照射を妨げたり、腐蝕を生じさせたりするおそれもある。結露を防止するため、出射窓２０１ｄやコリメータレンズ２０２，２０３，２０４等の光学部材の表面に疎水性物質を塗布して表面のはっ水性を向上させたり、環境温度を温度センサーで計測して出射窓２０１ｄやコリメータレンズ２０２，２０３，２０４等の光学部材の表面を常に露点以上の温度に保つように温度制御したりすることも考えられるが、十分な効果が得られない場合が多い。

ここで、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの出射窓２０１ｄやコリメータレンズ２０２，２０３，２０４等の光学部材に生じる結露は、主に、光学ハウジング１０１内に暖かな外気あるいは湿った外気が入り込むことに起因する。特に、本実施形態の光源ユニット１００は、自動車３０１のダッシュボード内に設置される。この設置位置は、自動車のエンジンルームに近いため、高温環境になりやすいことから、光学ハウジング１０１の外気は非常に高温になる。このような高温の外気が光学ハウジング１０１の内部に入り込み、冷却装置１１０によって冷却されているレーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの近傍で冷やされると、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの出射窓２０１ｄやコリメータレンズ２０２，２０３，２０４等の光学部材に結露が生じる。

本実施形態において、結露の原因となる光学ハウジング１０１内への外気の進入が生じ得る箇所は、主に、光学ハウジング１０１の上面開口と、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの小径円筒部２０１ｂが挿入される貫通孔１０１ａの２箇所である。光学ハウジング１０１の上面開口は、後述するように、蓋部材によって密閉されるため、光学ハウジング１０１の上面開口から外気が進入することはない。

一方、貫通孔１０１ａは、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの小径円筒部２０１ｂが挿入されるが、その挿入のために、貫通孔１０１ａの内周面と小径円筒部２０１ｂの外周面との間に一定の隙間を設ける必要がある。よって、この隙間から光学ハウジング内部へ外気が進入し得るため、この隙間を遮蔽することが結露抑制に有効である。

この隙間を遮蔽する方法としては、その隙間に接着剤を充填するという方法が考えられるが、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの出射窓２０１ｄ等に接着剤を付着させることなく、その隙間が完全に塞がるように接着剤を付着させることは困難な作業であり、組立性の悪化を招く。

本実施形態においては、光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂに保持されたレーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂを光学ハウジング１０１の貫通孔１０１ａへ挿入して取り付けたときに、その貫通孔１０１ａの周囲を取り囲うように、光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂの突き当て面１０２ｂが光学ハウジング１０１の外壁面に突き当たる。これにより、上述したとおり、貫通孔１０１ａの後端側開口の周囲に遮蔽空間が形成され、貫通孔１０１ａが外気から遮蔽される。その結果、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの小径円筒部２０１ｂが挿入される貫通孔１０１ａの内周面と当該小径円筒部２０１ｂの外周面との間に隙間があっても、その隙間から外気が光学ハウジング１０１の内部へ入り込むことが抑制される。

本実施形態においては、図７に示すように、断熱カバー１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂを取り付けても、光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂの突き当て面１０２ｂが断熱カバー１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂよりも突出するように構成されている。よって、断熱カバー１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂを設けても、光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂの突き当て面１０２ｂと光学ハウジング１０１の外壁面との密着性が阻害されることはない。

次に、光学ハウジング１０１の上面開口を密閉する構成について説明する。
図１０は、光学ハウジング１０１の上面開口を塞ぐ蓋部材１２０と、その蓋部材１２０と光学ハウジング１０１との隙間を塞ぐシール部材１２１とを示す分解図である。
本実施形態の蓋部材１２０は板状部材であり、シール部材１２１はシート状部材である。シール部材１２１は、蓋部材１２０とほぼ同一寸法に形成されたもので、蓋部材１２０と光学ハウジング１０１の上面との間に挟み込まれるように配置される。蓋部材１２０がシール部材１２１を挟んで光学ハウジング１０１に取り付けられることで、光学ハウジング１０１の上面開口は密閉され、光学ハウジング１０１内への外気の進入が防止される。

また、本実施形態においては、蓋部材１２０を冷却するための図示しない蓋冷却手段が備わっている。本実施形態の蓋冷却手段は、前記冷却装置１１０と同様、蓋部材１２０にペルチェ素子を取り付けて蓋部材１２０を除熱する手段を採用するが、他の公知の冷却手段を広く利用することができる。蓋部材１２０が冷却されることで、光学ハウジング１０１の内部に面する蓋部材１２０の内壁面に結露を生じさせるためである。このように蓋部材１２０の内壁面に結露を生じさせることで、光学ハウジング１０１の内部の相対湿度を下げることができる。その結果、レーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの出射窓２０１ｄやコリメータレンズ２０２，２０３，２０４等の光学部材に結露が生じることを更に抑制できる。

蓋冷却手段による冷却性能は、蓋部材１２０がレーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂの温度よりも安定して低い温度に維持できることが好ましいが、実際には、光学ハウジング１０１内の空気の体積や含水分量等によって結露シミュレーションや条件最適化のための測定評価を行うことで、適宜決定される。

蓋部材１２０の冷却効果を高めるために、シール部材に断熱機能を持たせるのが好ましい。すなわち、上述したように、蓋部材１２０が取り付けられる光学ハウジング１０１は比較的温度が高まることから、光学ハウジング１０１からの熱が蓋部材１２０に伝搬しやすい構成だと、蓋部材１２０の冷却効果が落ちる。シール部材に断熱機能を持たせることで、光学ハウジング１０１から蓋部材１２０への熱の伝搬を阻害でき、蓋部材１２０の冷却効果を高めることができる。

ここで、蓋部材１２０の内壁面に結露が生じても光照射に影響が出るわけではない。特に、本実施形態の光源ユニット１００を自動車用ＨＵＤ装置２００に組み込んで設置される状態においては、光学ハウジング１０１の上面側が底面側となる。そのため、その光学ハウジング１０１の上面に取り付けられる蓋部材１２０は光学ハウジング１０１の底面となるので、蓋部材１２０の内壁面に結露が生じても、これが光学ハウジング１０１の内部に落下して光学ハウジング１０１内の光学部材に付着するということはない。ただし、自動車に搭載される光源ユニット１００は振動するため、蓋部材１２０の内壁面に生じた結露により水滴が光学ハウジング１０１の内部に飛散するおそれがあり、その水滴が光学部材等に付着して光照射に影響を及ぼすおそれがある。また、蓋部材１２０の内壁面に生じた結露が蒸発して光学ハウジング１０１の内部の相対湿度を高めるおそれもある。

そこで、本実施形態のシール部材１２１は、シール機能のほか、蓋部材１２０の内壁面に付着する水分を吸収して保持する吸水機能も備えている。このようなシール部材１２１は、例えば、断熱性が高いウレタンに対し、その表面粗さを加工したり親水基をもたせたりして保水性を高めたものを使用することができる。なお、ウレタンに限らず、車載装置に要求される広範囲の環境温度に対応できる材料であれば、様々な材料を使用することができる。吸湿性を向上させる方法としては、例えば、吸水性ポリマーや多孔質構造を持つシリカゲルを含む材料が好適である。

シール部材１２１の形状は、蓋部材１２０と同一形状である必要はなく、光学ハウジング１０１の上面開口をシールできる形状であれば、一部がくり抜かれた形状など、どのような形状でもよい。ただし、シール部材１２１に吸水機能を持たせる場合には、蓋部材１２０の内壁面に付着する水分を吸収できる形状とする。

なお、本実施形態における光源ユニット１００は、自動車用ＨＵＤ装置２００に限らず、他の形式の画像表示装置にも適用することができるし、更には、画像表示装置の光照射装置に限らず、画像読取装置の光照射装置など、他の用途の装置における光照射装置としても広く利用することができる。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
光学ハウジング１０１等のハウジングと、前記ハウジングに取り付けられるレーザー光源２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂ等の光源と、前記ハウジングの内部に配置されるコリメータレンズ２０２，２０３，２０４やダイクロイックミラー２０５，２０６等の光学部材とを有し、前記光学部材を介して前記光源から射出される光を照射する光源ユニット１００等の光照射装置であって、前記光源を保持する光源ホルダ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂを有し、前記光源ホルダは、該光源ホルダに保持された光源を前記ハウジングの外壁部に形成された貫通孔１０１ａへ該ハウジングの外部から挿入して取り付けるときに、該貫通孔の周囲を取り囲うように該ハウジングの外壁面に突き当たる突き当て面１０２ｂを備え、該突き当て面が該ハウジングの外壁面に突き当たることで該貫通孔を外気から遮蔽することを特徴とする。
これによれば、光源ホルダに光源を保持させた状態で、その光源をハウジング外壁部の貫通孔へハウジング外部から挿入して取り付けるという簡易な作業で、その貫通孔を外気から遮蔽できる。よって、高い組立性を実現しつつ、貫通孔の内壁面と光源の外周面との間の隙間を介して光学ハウジング内部へ外気が進入するのを抑制できる。

（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記光源を冷却する冷却装置１１０等の光源冷却手段を有することを特徴とする。
これによれば、光源が高温になることによる不具合（光源の発光効率の低下など）を抑制できる。また、このように光源を冷却する光源冷却手段を備えた光照射装置では、光源の出射窓２０１ｄや光源近傍に配置される光学部材に結露が生じやすい。よって、上述したように、貫通孔の内壁面と光源の外周面との間の隙間を介して光学ハウジング内部へ外気が進入することが抑制できるという効果は、この光照射装置にとって非常に有用なものである。

（態様Ｃ）
前記態様Ｂにおいて、前記光源ホルダの外周面の少なくとも一部を覆う断熱部材を有することを特徴とする。
これによれば、ハウジングが高温環境下に設置される場合でも、その高温の外気により光源ホルダが暖められるのを阻害できる。その結果、光源ホルダが暖められることにより光源ホルダに保持される光源の冷却効果が低下してしまうという事態を抑制できる。

（態様Ｄ）
前記態様Ｂ又はＣにおいて、前記光源ホルダは、前記突き当て面のみで前記ハウジングと接触するように構成されていることを特徴とする。
これによれば、ハウジングが高温環境下に設置される場合でも、その高温の外気により暖められたハウジングの熱により光源ホルダが暖められるのを阻害できる。その結果、光源ホルダが暖められることにより光源ホルダに保持される光源の冷却効果が低下してしまうという事態を抑制できる。

（態様Ｅ）
前記態様Ａ〜Ｄのいずれかの態様において、前記ハウジングに形成された上面開口等の開口部を塞ぐ蓋部材１２０と、前記蓋部材と前記ハウジングとの隙間を塞ぐシール部材１２１と、前記蓋部材を冷却する蓋冷却手段とを有することを特徴とする。
これによれば、蓋部材を冷却して蓋部材の内壁面上に結露を生じさせることができる。これにより、光学ハウジング１０１の内部の相対湿度を下げることができるので、光源の出射窓２０１ｄや光源近傍に配置される光学部材に結露が生じることを抑制できる。

（態様Ｆ）
前記態様Ｅにおいて、前記シール部材は、前記蓋部材の内壁面に付着する水分を吸収して保持する吸水機能を有することを特徴とする。
これによれば、冷却された蓋部材の内壁面上に生じた結露が、光学ハウジング１０１の内部に飛散して光学ハウジング１０１内の光学部材に付着したり、蒸発して光学ハウジング１０１の内部の相対湿度を高めたりするのを抑制でき、適切な光照射を維持できる。

（態様Ｇ）
画像情報に基づく投射光Ｌ等の画像光により画像を表示する自動車用ＨＵＤ装置２００等の画像表示装置において、前記画像光を照射する光照射装置として、前記態様Ａ〜Ｆのいずれかの態様に係る光照射装置を用いたことを特徴とする。
これによれば、高い組立性を実現しつつ、光源の出射窓２０１ｄや光源近傍に配置される光学部材に結露が生じることを抑制でき、適切な画像表示を安定して実現することができる。

（態様Ｈ）
前記態様Ｇにおいて、前記光照射装置は自動車３０１に設置されることを特徴とする。
光照射装置を構成する各部材を、車載装置に要求される広範囲の環境温度対応したものとすることで、自動車３０１の運転者等に各種情報を画像によって提供する画像表示装置を実現できる。

１００ 光源ユニット
１０１ 光学ハウジング
１０１ａ 貫通孔
１０１ｂ ネジ孔
１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ 光源ホルダ
１０２ａ 光源保持孔
１０２ｂ 突き当て面
１０２ｃ 突出部
１０２ｄ 取付孔
１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂ 断熱カバー
１１０ 冷却装置
１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂ ペルチェ素子
１１２ ヒートシンク
１１３ ファン
１２０ 蓋部材
１２１ シール部材
２００ 自動車用ＨＵＤ装置
２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂ レーザー光源
２０１ａ 大径円筒部
２０１ｂ 小径円筒部
２０１ｃ 配線
２０１ｄ 出射窓
２０２，２０３，２０４ コリメータレンズ
２０５，２０６ ダイクロイックミラー
２０７ 光量調整部
２０８ 光走査装置
２０９ 自由曲面ミラー
２１０ スクリーン
２１１ 投射ミラー
３００ 運転者
３０１ 自動車
３０２ フロントガラス

特開平０１−０４０９２２号公報

Claims (11)

1. ハウジングと、前記ハウジングに取り付けられる光源と、前記ハウジングの内部に配置される光学部材とを有し、前記光学部材を介して前記光源から射出される光を照射する光照射装置であって、
   前記光源を保持する光源ホルダと、
   前記ハウジングに形成された開口部を塞ぐ蓋部材と、
   前記蓋部材と前記ハウジングとの隙間を塞ぐシール部材と、
   前記蓋部材を冷却する蓋冷却手段とを有し、
   前記光源ホルダは、該光源ホルダに保持された光源を前記ハウジングの外壁部に形成された貫通孔へ該ハウジングの外部から挿入して取り付けるときに、該貫通孔の周囲を取り囲うように該ハウジングの外壁面に突き当たる突き当て面を備え、該突き当て面が該ハウジングの外壁面に突き当たることで該貫通孔を外気から遮蔽し、
   前記シール部材は、前記蓋部材の内壁面に付着する水分を吸収して保持する吸水機能を有することを特徴とする光照射装置。
2. 請求項１の光照射装置において、
   前記光源を冷却する光源冷却手段を有することを特徴とする光照射装置。
3. 請求項２の光照射装置において、
   前記光源ホルダの外周面の少なくとも一部を覆う断熱部材を有することを特徴とする光照射装置。
4. 請求項２又は３の光照射装置において、
   前記光源ホルダは、前記突き当て面のみで前記ハウジングと接触するように構成されていることを特徴とする光照射装置。
5. 画像情報に基づく画像光により画像を表示する画像表示装置において、
   前記画像光を照射する光照射装置として、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光照射装置を用いたことを特徴とする画像表示装置。
6. 画像情報に基づく画像光により画像を表示する画像表示装置において、
   前記画像光を照射する光照射装置として、ハウジングと、前記ハウジングに取り付けられる光源と、前記ハウジングの内部に配置される光学部材とを有し、前記光学部材を介して前記光源から射出される光を照射する光照射装置を備え、
   前記光照射装置は、
   前記光源を保持する光源ホルダを有し、
   前記光源ホルダは、該光源ホルダに保持された光源を前記ハウジングの外壁部に形成された貫通孔へ該ハウジングの外部から挿入して取り付けるときに、該貫通孔の周囲を取り囲うように該ハウジングの外壁面に突き当たる突き当て面を備え、該突き当て面が該ハウジングの外壁面に突き当たることで該貫通孔を外気から遮蔽することを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項６の画像表示装置において、
   前記光源を冷却する光源冷却手段を有することを特徴とする画像表示装置。
8. 請求項７の画像表示装置において、
   前記光源ホルダの外周面の少なくとも一部を覆う断熱部材を有することを特徴とする画像表示装置。
9. 請求項７又は８の画像表示装置において、
   前記光源ホルダは、前記突き当て面のみで前記ハウジングと接触するように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
10. 請求項６乃至９のいずれか１項に記載の画像表示装置において、
    前記ハウジングに形成された開口部を塞ぐ蓋部材と、
    前記蓋部材と前記ハウジングとの隙間を塞ぐシール部材と、
    前記蓋部材を冷却する蓋冷却手段とを有することを特徴とする画像表示装置。
11. 請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の画像表示装置において、
    前記光照射装置は自動車に設置されることを特徴とする画像表示装置。

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