JP2023107102A - 冷却装置、光源装置、画像投射装置および波長変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】収納空間内における空気を経由した伝熱経路での伝熱効率を向上し、発熱体を効率的に冷却する。【解決手段】発熱体及び該発熱体が設けられているベース部材を収納する収納空間を有する収納容器と、前記発熱体から発せられた熱を前記収納空間の外部へ放熱するために、少なくとも一部が前記収納空間内に配置され、前記収納空間外の空間と熱的に連結されている受熱部と、前記受熱部の少なくとも一部を覆っており、前記発熱体で発せられた熱を含んだ気流を受熱部が受けるための経路を構成する気流経路部材と、を備え、前記気流経路部材を前記発熱体の光が当たる面に対して直交する方向から視たときに、前記発熱体または前記ベース部材の少なくとも一部が前記気流経路部材に対して突出している。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置、光源装置、画像投射装置および波長変換装置に関する。

プロジェクタ用の光源装置では、白色光を生成するために、赤色、緑色、黄色、青色等の光を出力する光源が必要となる。光源には、ＬＥＤ、レーザ等の固体光源が用いられるが、特に緑色、黄色、赤色等の固体光源は発光効率や温度特性が悪く、明るいプロジェクタとすることが難しい。そこで、従来、プロジェクタ用の光源装置では、発光効率のよい青色レーザ光で蛍光体を励起させて黄色、緑色、赤色等の色を生成する技術が既に多く用いられている。さらに、蛍光体は、青色レーザ光を当てた際に発熱するが、蛍光体の温度が高いほど光変換効率が落ちる。そのため、蛍光体を積極的に冷却し、蛍光体の光変換効率が下がることを防ぐ技術が既に知られている。

特許文献１には、蛍光体の冷却効率を向上させる目的で、複数の羽根を蛍光体ホイールと一体にして回転させることで、収納空間内に気流を発生させる技術が開示されている。

また、蛍光体に限らず、光を当てた際に発熱する部材である発熱体を積極的に冷却する技術が求められている。

一般に、蛍光体のような光を当てることで発熱する発熱体は、防塵のために収納空間内に配置されている。そのため、発熱体の熱を収納空間外に放熱する際は、下記の（１）～（３）で示される収納空間内空気を経由した熱伝達を主とした伝熱経路が知られている。
（１）発熱体やその熱を受けて熱くなるベース部材から収納空間内の空気への伝熱
（２）収納空間内の空気から収納空間内の受熱部への伝熱
（３）収納空間内の受熱部から収納空間外の放熱部への伝熱

しかしながら、従来の構成では、空気と固体の熱伝達率は低いと一般的に言われている。そのため、上述の（１）～（３）にあたる収納空間内における空気を経由した熱伝達を主とした伝熱経路では、伝熱効率の向上が難しいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、収納空間内における空気を経由した伝熱経路での伝熱効率を向上し、発熱体を効率的に冷却することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発熱体及び該発熱体が設けられているベース部材を収納する収納空間を有する収納容器と、前記発熱体から発せられた熱を前記収納空間の外部へ放熱するために、少なくとも一部が前記収納空間内に配置され、前記収納空間外の空間と熱的に連結されている受熱部と、前記受熱部の少なくとも一部を覆っており、前記発熱体で発せられた熱を含んだ気流を受熱部が受けるための経路を構成する気流経路部材と、を備え、前記気流経路部材を前記発熱体の光が当たる面に対して直交する方向から視たときに、前記発熱体または前記ベース部材の少なくとも一部が前記気流経路部材に対して突出している、ことを特徴とする。

本発明によれば、収納空間内における空気を経由した伝熱経路での伝熱効率を向上し、発熱体を効率的に冷却することができる、という効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態に係る波長変換装置の構成を示す図である。 図２は、図１の波長変換装置を気流排気方向から視た状態を示す図である。 図３は、発熱体の光が当たる面に直交する方向から視たときの発熱体とベース部材と気流経路部材（ダクト）の位置関係を示す図である。 図４は、波長変換装置の構成を示す分解図である。 図５は、気流発生装置の取付けの一例を示す図である。 図６は、発熱体の気流方向の長さと気流温度との関係を示す図である。 図７は、第２の実施の形態に係る波長変換装置の構成を示す図である。 図８は、発熱体の光が当たる面に直交する方向から視たときの発熱体とベース部材と気流経路部材（ダクト）の位置関係を示す図である。 図９は、第３の実施の形態に係る波長変換装置の構成を示す図である。 図１０は、図９の波長変換装置をダクトの排気口方向から視た状態を示す図である。 図１１は、発熱体の光が当たる面に直交する方向から視たときの発熱体とベース部材と気流経路部材（ダクト）の位置関係を示す図である。 図１２は、第４の実施の形態に係る波長変換装置の構成を示す図である。 図１３は、発熱体の光が当たる面に直交する方向から視たときの発熱体とベース部材と気流経路部材（ダクト）の位置関係を示す図である。 図１４は、第５の実施の形態に係る波長変換装置の構成を示す図である。 図１５は、発熱体の光が当たる面に直交する方向から視たときの発熱体とベース部材と気流経路部材（ダクト）の位置関係を示す図である。 図１６は、第６の実施の形態に係る光源装置を示す図である。 図１７は、光源装置の変形例を示す図である。 図１８は、第７の実施の形態に係るプロジェクタを示す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、冷却装置、光源装置、画像投射装置および波長変換装置の実施の形態を詳細に説明する。

以下、本発明における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本発明は以下の態様に限定されるものではない。また、本発明は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。また、「収納容器」とは容器内外で空気の行き来がまったくない容器とは限らず、防塵容器も含まれる。

（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態に係る波長変換装置１の構成を示す図、図２は図１の波長変換装置１を気流排気方向から視た状態を示す図、図３は発熱体３の光が当たる面に直交する方向から視たときの発熱体３とベース部材４と気流経路部材（ダクト）７の位置関係を示す図、図４は波長変換装置１の構成を示す分解図である。

まず、冷却装置１１を含む波長変換装置（光変換装置）１の構成要素について説明する。

図１ないし図４に示すように、波長変換装置１は、収納容器２と、発熱体３と、発熱体３を支えるベース部材４と、受熱部５と、放熱部６と、気流経路部材であるダクト７と、気流発生装置８と、光学部品９と、駆動源１０と、を備える。冷却装置１１は、収納容器２と、ダクト７と、受熱部５と、気流発生装置８と、を備える。

収納容器２は、１つまたは複数の部品から構成される。収納容器２の本体は、例えば金属で形成される。収納容器２は、一部に孔が形成されている。なお、収納容器２に形成される孔は、光学部品９やヒートシンクなどで塞がれていても良い。

発熱体３は、光が当たることで発熱するものであって、例えば蛍光体ホイールの蛍光体層（波長変換層）や、カラーホイールのカラーフィルタである。なお、発熱体３は、図３ではベース部材４の外周に配置されているが、外周でなくてもよい。また、発熱体３は、ベース部材４の外周全てではなく、外周の途中で途切れていてもよい。また、発熱体３は、複数の波長変換層がベース部材４に部分ごとに分けて配置されていてもよい。また、発熱体３は、ベース部材４の全面に配置されていても、一部に配置されていてもよい。

発熱体３が設けられたベース部材４は、例えば、光変換層が塗布された円形の平面形状を有するホイール基板である。なお、ベース部材４は、透過性のある材料で形成されていても、反射材料で形成されていてもよい。蛍光体ホイールにおいて、このベース部材４上に、発熱体３である蛍光体層が塗布されていても良い。また、カラーホイールにおいて、ベース部材４上に、発熱体３であるカラーフィルタとなる層が蒸着されていてもよい。

受熱部５は、収納容器２の収納空間内の空気に接しており、収納空間外と熱的に接続されている。これにより、受熱部５は、防塵しながら熱を収納空間外に捨てられ、発熱体３の温度を下げることができる。受熱部５は、熱伝導率の高い金属（例えば、アルミニウムや銅等）で形成されていることが望ましい。受熱部５は、フィン形状であればより受熱効果が高いが、受熱部５の形状はこれに限るものではない。フィン形状とは、凹凸があれば全て該当し、プレートフィン、ピンフィン、コルゲートフィンなど全てを含む。受熱部５をフィン形状とすることにより、循環空気と受熱部５の間の熱交換面積を増やすことができるため、発熱体３の冷却効率が高まる。

なお、受熱部５は、放熱部６と一体型、収納容器２と一体型、ダクト７と一体型であってもよい。また、受熱部５は、収納容器２などの別部品がその機能を担ってもよい。また、受熱部５は、熱的に収納空間外と接続されていることが必要であるが、収納空間外と受熱部５との間が固体の熱伝導部材であっても、ヒートパイプや液冷却などの流体を用いた熱交換器であってもよい。

放熱部６は、受熱部５と熱的に接続され、収納容器２の収納空間外に面した部分を有する。放熱部６は、熱伝導率の高い金属（例えば、アルミニウムや銅等）で形成されていることが望ましい。放熱部６は、フィン形状だとより放熱効果が高いが、放熱部６の形状はこれに限るものではない。フィン形状とは、凹凸があれば全て該当し、プレートフィン、ピンフィン、コルゲートフィンなど全てを含む。

なお、放熱部６は、受熱部５と一体型、収納容器２と一体型であってもよい。また、放熱部６は、収納容器２などの別部品がその機能を担ってもよい。

ダクト７は、受熱部５を覆う形状となっており、受熱部５を気流が通ることが可能なように、吸気口と排気口とが配置されている。例えば、ダクト７は、図１に示すようなプレートフィンの場合には、プレートフィンの面に平行な方向に吸気口と排気口とを配置することが望ましい。また、ピンフィンや凹凸形状のない受熱部５の場合は、吸気口と排気口との位置によらず、気流は流れやすい。しかしながら、気流を曲げない方が圧力損失を減らすことができるため、吸気口と排気口とは直交した配置ではないことが望ましい。

また、ダクト７は、受熱部５に気流を通す役割を果たせれば、受熱部５や収納容器２等などの他部品と一体であってもよい。

また、図１および図２では受熱部５の外形が直方体であるため、ダクト７形状も直方体としているが、同じ形状でなくてもよい。また、ダクト７と受熱部５との間の最小距離は、受熱部５に凹凸を持つ場合の凸と凸の幅の２０倍以下であることが、受熱部５表面により多くの風が通すためには望ましいが、その限りではない。

気流発生装置８は、例えば、図１では軸流ファンが使われており、ダクト７の排気側に取り付けられている。なお、気流発生装置８は、軸流ファンに限るものではなく、ブロア（シロッコファン）や圧電素子などの気流を発生できるものであれば、どのようなものであってもよい。また、気流発生装置８の個数は、１つであっても、複数であってもよい。

気流発生装置８の配置場所は、狙いによって選択すればよい。気流発生装置８の下流に受熱部５がある配置にする場合は、例えば受熱部５にあたる気流の乱流を気流発生装置８の排気側に発生させることができる。これにより、受熱部５に乱流があたることで熱伝達率が向上し、発熱体３の冷却効率が高まる。また、気流発生装置８の上流に受熱部５がある配置にする場合は、気流発生装置８の下流は気流が均一に流れるため、受熱部５に均等に気流を流すことができる。これにより、発熱体３の冷却効率が高まる。また、気流発生装置８は、ダクト７に隣接していることが望ましく、気流発生装置８とダクト７の最短距離がダクト７の最長寸法の半分以下であることが望ましい。また、気流発生装置８の位置は、ダクト７の内側であっても、ダクト７の外側であっても構わない。

ここで、図５は気流発生装置８の取付けの一例を示す図である。図５に示す例では、ダクト７が、受熱部５と一体に構成されている。図５に示す受熱部５は、Ｌ字あるいはコの字にした放熱フィンを積み重ねることにより、気流が逃げにくくするダクト７機能を有している。図５に示すように、受熱部５は、ダクト７の機能を発揮する面に、気流発生装置８を備えている。

光学部品９は、例えば、光源から照射された光を集光して、発熱体３に当たりやすくする集光レンズである。例えば、光源から照射された光は、発熱体３に当たる前に集光レンズを通ることで、発熱体３が狭い領域に配置されていたとしても、発熱体３の領域のみに当てることができるため、光利用効率を上げることが可能となる。

駆動源１０は、発熱体３を搭載するベース部材４を回転させるモータである。高温である発熱体３やベース部材４が回転することで、循環気流との相対速度差が大きくなるため熱伝達率が向上し、発熱体３の冷却効率を高めることができる。なお、図１および図２では、駆動源１０がベース部材４の光が当たる側の面に設けられているが、その反対面に設けられていてもよい。また、図１および図２では、駆動源１０が収納容器２に取りつけられているが、接続部品などの他部品を介して取り付けられていてもよい。また、図１および図２では、駆動源１０が収納容器２に取りつけられているが、ダクト７や受熱部５など別部品に取り付けられていてもよい。

図３に示すように、本実施形態の波長変換装置１は、発熱体３の光が当たる面に対して直交する方向（面直方向）から視たときに、発熱体３とベース部材４の一部がダクト７から突出していて、重ならない。このダクト７から突出した部分には突出していない部分に比べて多くの気流が流れるため、ダクト７から突出していない部分に比べて効率的に冷却することが可能となる。なお、ダクト７から突出した部分が一部であっても全部であってもかまわない。また、ダクト７から突出した部分がベース部材４のみであっても、発熱体３のみでも、ベース部材４と発熱体３との両方であってもかまわない。

続いて、収納容器２の収納空間内の循環気流の流路について説明する。

図１および図２においては、矢印で気流の流れを示している。図１および図２の矢印で示すように、気流発生装置８から噴射された気流は、収納容器２の壁に当たるとともに、発熱体３、発熱体３から受熱して高温のベース部材４に当たる。気流は、ベース部材４とダクト７の隙間、および、ベース部材４と収納容器２の隙間を通りながら、発熱体３やベース部材４から受熱し、気流温度は上昇する。高温となった気流は、吸気口からダクト７内に入る。ダクト７内では受熱部５に高温の気流が通ることで、受熱部５に気流の熱を放熱し、気流温度が下がる。このようにして温度の下がった気流が再び気流発生装置８から噴射され、循環する。

ここで、図６は発熱体３の気流方向の長さｌと気流温度との関係を示す図である。発熱体３やベース部材４に当たる循環空気の風量ｍドット（ｄｍ／ｄｔ）を大きくすることで、下記の式（１）に示すように、発熱体３やベース部材４を空気が通り抜けるまでの間で上昇する温度ΔＴ_１を抑えることができる。

これにより、下記の式（２）に示す発熱体３やベース部材４と、空気の温度差ΔＴ_２がたとえ一定であっても、図６に示す高温部材の長さｌに近づいても、下記の式（３）に示す空気の温度（Ｔ_ａｉｒ＋ΔＴ_１）を低く保つことができるため、発熱体３やベース部材４（高温部材）の温度Ｔ_ｈｏｔを低く保つことが可能となる。つまり、効果的に冷却することが可能となる。

このように本実施形態によれば、光が当たることにより高温になる発熱体３やベース部材４の表面に、大きな風量ｍドット（ｄｍ／ｄｔ）を当てることができれば、効率よく冷やすことができる。発熱体３の光が当たる面に対して直交する方向（面直方向）から視たときに、発熱体３とベース部材４の少なくとも一部がダクト７から突出しており、このダクト７から突出した部分には突出していない部分に比べて多くの気流が流れるため、ダクト７から突出していない部分に比べて効率的に冷却することが可能となる。

なお、本実施形態においては、発熱体３とベース部材４と駆動源１０をもつ製品として、蛍光体ホイールを例として挙げたが、これに限るものではない。

また、収納容器２の収納空間内の気体は空気に限るものではなく、別の気体であっても構わない。さらに収納容器２の収納空間内に光源や他の光学部品９が含まれていても構わない。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。

第２の実施の形態は、発熱体３やベース部材４の全部がダクト７から突出している点が、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図７は、第２の実施の形態に係る波長変換装置１の構成を示す図、図８は発熱体３の光が当たる面に直交する方向から視たときの発熱体３とベース部材４と気流経路部材（ダクト）７の位置関係を示す図である。

第１の実施の形態では、発熱体３の光が当たる面に対して直交する方向（面直方向）から視た図で発熱体３やベース部材４の一部がダクト７から突出していた。図７および図８に示すように、第２の実施の形態に係る波長変換装置１は、発熱体３やベース部材４の全部がダクト７から突出している。

このように本実施形態によれば、発熱体３やベース部材４の一部がダクト７から突出している場合に比べて、発熱体３やベース部材４の全部がダクト７から突出している場合の方が、発熱体３やベース部材４のまわりに流路が狭い部分が無くなるため、発熱体３やベース部材４に大風量が当たりやすくなる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。

第３の実施の形態は、気流発生装置８をダクト７の吸気側に配置する点などが、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第３の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図９は第３の実施の形態に係る波長変換装置１の構成を示す図、図１０は図９の波長変換装置１をダクト７の排気口方向から視た状態を示す図、図１１は発熱体３の光が当たる面に直交する方向から視たときの発熱体３とベース部材４と気流経路部材（ダクト）７の位置関係を示す図である。

第１の実施の形態では、気流発生装置８が、ダクト７の排気側に配置されていた。図９に示すように、第３の実施の形態に係る波長変換装置１においては、気流発生装置８が、ダクト７の吸気側に配置されている。

また、第１の実施の形態では、気流発生装置８の気流噴射方向が、発熱体３へ光が入る方向と直交していた。図９ないし図１１に示すように、第３の実施の形態に係る波長変換装置１においては、気流噴射方向と光が入る方向とが平行である。

また、第１の実施の形態では、ダクト７の吸気口から入る気流方向と、排気口から出る気流方向とが平行であった。図９に示すように、第３の実施の形態に係る波長変換装置１においては、ダクト７の吸気口から入る気流方向と、排気口から出る気流方向とが平行でない。

また、第１の実施の形態では、ベース部材４の面のうち発熱体３がついた面に駆動源１０が取り付けられていた。図９および図１０に示すように、第３の実施の形態に係る波長変換装置１においては、ベース部材４の面のうち光があたる面の反対面に、駆動源１０が設けられる。これにより、駆動源１０の表面にも大風量が当たりやすくなり、冷却効果の向上が期待できる。

また、第１の実施の形態では、駆動源１０が収納容器２に取り付けられていた。図９および図１０に示すように、第３の実施の形態に係る波長変換装置１においては、駆動源１０が、駆動源保持具１２を介して取り付けられている。

また、第１の実施の形態では、発熱体３の光が当たる面に対して直交する方向（面直方向）から視たときに受熱部５が全てダクト７で覆われていた。図１１に示すように、第３の実施の形態に係る波長変換装置１においては、発熱体３の光が当たる面に対して直交する方向（面直方向）から視たときに受熱部５が一部ダクト７からはみ出ていても良い。

また、図１０に示すように、第３の実施の形態に係る波長変換装置１においては、放熱部６の取り付け面の裏面に駆動源１０を取りつける。これにより、発熱体３の熱をベース部材４や駆動源１０、駆動源保持具１２等に伝熱して収納空間外に放熱しやすくなるため、発熱体３の温度を下げやすくなる。

さらに、駆動源１０は使用上限温度を有することが一般的であり、駆動源１０の温度上昇を抑制することも必要となる。第３の実施の形態に係る波長変換装置１においては、図９に示すような構成にすることで、駆動源１０の熱を放熱部６で放熱できることや、ダクト７から排気された温度が下がった気流を駆動源１０に当てることで、駆動源１０の温度上昇を抑制する効果も期待できる。

（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。

第４の実施の形態は、ベース部材４を回転させる駆動源１０により羽根１４が回転する点などが、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第４の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図１２は第４の実施の形態に係る波長変換装置１の構成を示す図、図１３は発熱体３の光が当たる面に直交する方向から視たときの発熱体３とベース部材４と気流経路部材（ダクト）７の位置関係を示す図である。

図１２および図１３に示すように、第４の実施の形態に係る波長変換装置１においては、ベース部材４を回転させる駆動源１０により羽根１４が回転することで、遠心力により回転の中心から外周方向への気流の流れが生じ、それにより収納空間内に循環気流を発生させる構成としたものである。これにより、駆動源１０と羽根１４とが気流発生装置８の役割を担うことになり、小型化が可能となる。

このときの気流流路は、図１２の矢印で示されるように、駆動源１０の回転中心からベース部材４の外周方向に向けてダクト７とベース部材４との間を通る。これにより、ベース部材４から発熱体３の熱を受熱して温度上昇した気流は、ダクト７の外周側からダクト７に入り、受熱部５を通ることで温度が下がる。温度が下がった空気は、ダクト７を抜けてベース部材４に当たり、再び羽根１４の遠心力により気流は回転中心から外周方向へ流れる。

図１３に示すように、発熱体３の光が当たる面に直交する方向から視たときに、ベース部材４の外周付近がダクト７から突出しており、この部分に気流が多く当たることが期待できる。

なお、羽根１４はベース部材４に取り付けられていても、ベース部材４を加工してできた一体型のものであっても、ベース部材４とは別に駆動源１０に取り付けられたものであってもよい。また、羽根１４の形状は直線状ではなく、曲線状のものであってもよい。また、図１３に示すダクト７は、中心部に円形の穴が空いた四角形の板であり、ダクト保持具１３で保持されているが、ダクト７は四角形に限らず、また、中心部の穴も円形に限らない。また、ダクト７が平面の板ではなく、他部品に直接取り付けることが可能な形状であれば、ダクト保持具１３を使う必要はない。

このように本実施形態によれば、羽根１４の回転で収納空間内に気流を発生させることができるため、気流発生装置８としての機能も兼ねることができ、波長変換装置１の小型化が可能となる。

（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について説明する。

第５の実施の形態は、発熱体３やベース部材４が駆動源１０により動かない点が、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第５の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図１４は第５の実施の形態に係る波長変換装置１の構成を示す図、図１５は発熱体３の光が当たる面に直交する方向から視たときの発熱体３とベース部材４と気流経路部材（ダクト）７の位置関係を示す図である。

図１４および図１５に示すように、発熱体３やベース部材４が駆動源１０により動かない場合、たとえば静止蛍光体の冷却にも本発明は有効である。発熱体３が動かない場合は、収納空間内空気への伝熱は自然放熱だけになるため、気流発生源を用いて発熱体３やベースの表面に大風量の空気を送ること（強制対流）は、空気への放熱に効果的である。

（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態について説明する。

第６の実施の形態は、第１の実施の形態ないし第５の実施の形態の何れかの波長変換装置１を備える光源モジュールである点が、第１の実施の形態ないし第５の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第６の実施の形態の説明では、第１の実施の形態ないし第５の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態ないし第５の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図１６は第６の実施の形態に係る光源モジュールを示す図である。図１６に示すように、第６の実施の形態に係る光源装置２０は、第１の実施の形態ないし第５の実施の形態の何れかの波長変換装置１を備える。

光源装置２０は、例えば、光源にＬＤ光源２１を用い、第１の実施の形態の波長変換装置１で冷却をした場合、図１６に示すようになる。

ＬＤ光源２１から出た青色レーザ光は、各種光学部品９を通り、発熱体３およびベース部材４である蛍光体ホイールに当たると、蛍光に変換されまた各種光学部品９を通り、カラーホイール２２で色が作られて投射系に向かう。蛍光を均一化する光均一化素子２３までを光源装置２０と呼ぶ。このような構成により、高効率の光源装置２０を実現することができる。

なお、図１６に示す第６の実施の形態に係る光源装置２０は、発熱体３がある空間とＬＤ光源２１がある空間とは同一空間であったが、図１７に示すように、発熱体３がある第１空間とＬＤ光源２１がある第２空間を分けても良い。これにより、空間を分けるための壁２４が発熱体３およびベース部材４により多くの風を送る役割を担うことになり、循環流路内に光源や光学系が含まれる場合に比べて、より大流量の気流が発熱体３やベース部材４に当たるようになり、発熱体３の冷却効果が高まる。

（第７の実施の形態）
次に、第７の実施の形態について説明する。

第７の実施の形態は、第６の実施の形態に係る光源装置２０を備える画像投射装置である点が、第１の実施の形態ないし第６の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第７の実施の形態の説明では、第１の実施の形態ないし第６の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態ないし第６の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図１８は、第７の実施の形態に係るプロジェクタ１００を示す概略構成図である。

プロジェクタ（画像投射装置）１００は、筐体１１０と、光源モジュール３０と、光均一化素子２３と、照明光学系４０と、画像形成素子（画像表示素子）５０と、投射光学系６０と、制御装置８０と、カラーホイール２２と、を有している。

筐体１１０は、光源モジュール３０と光均一化素子２３と照明光学系４０と画像形成素子５０と投射光学系６０と制御装置８０とカラーホイール２２とを収納する。

光源モジュール３０は、例えば、ＲＧＢの各色に対応する波長を含んだ光を出射する。光源モジュール３０は、光源装置２０である光源部２０Ａ、光源装置２０である光源部２０Ｂおよび合成部である光路合成素子２０Ｃを有する。光源部２０Ａおよび光源部２０Ｂは同じ構造のものであって、所定の形状の光束を出射する。光源部２０Ａと光源部２０Ｂから出射された光束は、光路合成素子２０Ｃによりそれぞれ偏向されて光均一化素子２３の入射側面に入射する。なお、本実施の形態においては、光路合成素子２０Ｃとしてプリズムを例として示しているが、これに限るものではない。

図１８に示すように、プロジェクタ１００は、光源部２０Ａおよび光源部２０Ｂから対向して出でた集光途中の光束を、互いに略９０度の角度でなした二つの反射部（図１８では光路合成素子２０Ｃ）に、それぞれの光束を反射させて偏向し、同一方向に反射させ、それぞれの集光光束を隣接あるいは一部重ね合わせて合成し、同時に光均一化素子２３に入射させる。

なお、本実施の形態においては、光源モジュール３０は、２つの光源部２０Ａ，２０Ｂを用いた例を示しているが、これに限るものではなく、２つ以上例えば４つの光源部を用い、合成する構成としてもよい。

光均一化素子２３は、光源モジュール３０から出射された光をミキシングすることで均一化する。より詳細には、光均一化素子２３は、入射側面から入射した光束を、反射を繰り返しながら内部を伝搬して出射面から出射する。光均一化素子２３は、入射側面から入射した光束を、内部で複数回反射することで、均一な面光源を出射面上に形成する。光均一化素子２３としては、例えば、内部を中空にして内面に４枚のミラーを組み合わせたライトトンネル、ガラス等の透明な材料で角柱を形成したロッドインテグレータ、フライアイレンズ等が用いられる。例えば、光均一化素子２３としてライトトンネルを適用した場合、画像形成素子５０のアスペクト比とほぼ同じにして、ライトトンネルの出口の形を画像形成素子５０の面上に投射する形とするので、画像形成素子５０の面上に無駄なく効率よく照明することができる。

照明光学系４０は、光均一化素子２３が均一化した光で画像形成素子５０を略均一に照明する。照明光学系４０は、例えば、１枚以上のレンズや１面以上の反射面等を有している。

画像形成素子５０は、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル等のライトバルブを有している。画像形成素子５０は、照明光学系４０により照明される光（光源装置２０の光源光学系からの光）を変調することにより画像を形成する。

制御装置８０は、画像形成素子５０の面を画素単位で、画像形成素子５０に照射された照明光を入力画像に応じて反射あるいは透過するなどしてスイッチングし、投射光学系６０へと導く。

投射光学系６０は、画像形成素子５０が形成した画像をスクリーン（被投射面）７０に拡大投射する。投射光学系６０は、例えば、１枚以上のレンズを有している。投射光学系６０は、画像形成素子５０の面の像を、所望のスクリーン（被投射面）７０の位置に拡大像として結像するような共役関係としているので、画像形成素子５０の面上に空間変調された画像を拡大投射して映し出す。

加えて、光均一化素子２３の光の出口には、少なくとも青光、緑光、赤光成分を取り出すようにカラーフィルタを切り替える機能を有したカラーホイール２２を設けている。カラーホイール２２は、光源部２０Ａおよび光源部２０Ｂそれぞれに用いられているベース部材４の回転と、カラーホイール２２の回転を同期し、カラーフィルタ切り替えを同期駆動させるとともに、それら切り替えのタイミングに応じて画像形成素子５０の面上の画像を表示することで、単色の画像を順次に表示する。このような切り替え時間は目の応答速度より早いため、カラー画像として認識されることになる。

このように本実施形態によれば、効率の高い光源装置２０を用いるため、同じ投入電力であれば、従来の画像投射装置より明るくなり、同じ明るさであれば消費電力を抑えることができる。

なお、上述した各実施の形態では、本発明の好適な実施具体例を示したが、本発明はその内容に限定されることはない。たとえば、上述の実施形態では、発熱体として蛍光体を例示しているが、発熱体としてカラーホイールが備えるカラーフィルタであっても本発明を適用が可能である。

特に、上述した各実施の形態で例示した各部の具体的形状および数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例にすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

このように、本発明は、上述した各実施の形態で説明した内容に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。

１ 波長変換装置
２ 収納容器
３ 発熱体、蛍光体
４ ベース部材
５ 受熱部
７ 気流経路部材
８ 気流発生装置
１０ 駆動源
１１ 冷却装置
２０ 光源装置
２１ 光源
２３ 光均一化素子
５０ 画像表示素子
６０ 投射光学系
１００ 画像投射装置

特開２０１６－０６６０６１号公報

Claims (13)

1. 発熱体及び該発熱体が設けられているベース部材を収納する収納空間を有する収納容器と、
   前記発熱体から発せられた熱を前記収納空間の外部へ放熱するために、少なくとも一部が前記収納空間内に配置され、前記収納空間外の空間と熱的に連結されている受熱部と、
   前記受熱部の少なくとも一部を覆っており、前記発熱体で発せられた熱を含んだ気流を受熱部が受けるための経路を構成する気流経路部材と、
   を備え、
   前記気流経路部材を前記発熱体の光が当たる面に対して直交する方向から視たときに、前記発熱体または前記ベース部材の少なくとも一部が前記気流経路部材に対して突出している、
   ことを特徴とする冷却装置。
2. 前記受熱部は、フィン形状である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記収納空間内に気流を発生させる気流発生装置を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記受熱部は、前記気流発生装置の下流に配置される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記受熱部は、前記気流発生装置の上流に配置される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
6. 前記ベース部材を回転させるための駆動源を備える、
   ことを特徴とする請求項１ないし５の何れか一項に記載の冷却装置。
7. 前記駆動源により回転する羽根を備える、
   ことを特徴とする請求項６に記載の冷却装置。
8. 前記気流経路部材が前記受熱部と一体に構成されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし７の何れか一項に記載の冷却装置。
9. 前記発熱体に光を照射する光源と、
   請求項１ないし８の何れか一項に記載の冷却装置と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
10. 前記発熱体は蛍光体である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
11. 前記発熱体を備える第一空間と、前記光源を備える第二空間を隔てる壁をもつ、
    ことを特徴とする請求項９または１０に記載の光源装置。
12. 請求項９ないし１１の何れか一項に記載の光源装置と、
    前記光源装置から入射した光を均一化して出射する光均一化素子と、
    前記光均一化素子からの光を変調して画像を形成する画像表示素子と、
    前記画像を被投射面に拡大投射する投射光学系と、
    を備えることを特徴とする画像投射装置。
13. 前記発熱体としての蛍光体と、
    請求項１ないし８の何れか一項に記載の冷却装置と、
    を備えることを特徴とする波長変換装置。

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