(57)【要約】【課題】光量を上げて画面を明るくした場合に、発熱によりプロジェクタの光軸がズレで発生する画質の劣化を防ぎ、冷却系をコンパクトにすることで、携帯性を損なわせないプロジェクタを提供する。【解決手段】各光源からの光の光軸を同一軸線上にあうようにレーザーダイオードと光学素子の位置と角度を調整して筐体に固定した後、レーザーダイオードの稼動時に発生する熱により筐体の温度が上昇して筐体の歪みによる合わせた光軸にズレが発生するのを防ぐために、筐体から僅かな空隙を介して宙に浮いた状態にした冷却構造を伝熱構造を支持梁として筐体に固定し、その冷却構造の温度を筐体温度に対して低くして、筐体外周壁に固定した発熱源である光源から発生した熱量を冷却構造に吸上げ、筐体に流れ込む熱量を少なく抑える。また、冷却構造と伝熱構造を薄い板状にすることで筐体外壁に僅かな隙間を介して浮いた状態で装着し、筐体と冷却機構の２重構造とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、各光源からの光を同一軸線に揃えるための光学素子と、上記光学素子を内蔵するとともに上記光源を支える筐体を備え、上記光学素子で同一軸線に揃えた光を走査することにより上記筐体外のスクリーンに投影するプロジェクタにおいて、
上記光源と筐体に介在して光源を支持する熱伝導性の固定部材と、
上記筐体とは断熱された状態に配置される冷却器と、
上記固定部材と上記冷却器を熱的に接続して上記光源で発生する熱を上記固定部材から上記冷却器に熱輸送する伝熱部材を備え、
上記伝熱部材は上記筐体とは断熱された状態に配置されたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
請求項1記載のプロジェクタにおいて、上記冷却器は上記筐体とは空隙を介して筐体に配置され、上記伝熱部材は上記筐体とは空隙を介して筐体に配置されたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】
請求項1または２に記載のプロジェクタにおいて、上記光源は固定部材を介して上記筐体の1側部に取付けられ、上記冷却器は上記筐体の他の側部に配置され、上記伝熱部材は上記筐体の上下部に沿って対称に配置されたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項４】
請求項1〜３のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、上記伝熱部材は上記筐体とは空隙を介して筐体の外側に配置され、上記筐体とともに上記光学素子を囲む二重構造を構成することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】
請求項1〜４のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、上記冷却器は気化熱を利用した冷却器であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項６】
請求項５に記載のプロジェクタにおいて、冷却器は作動液保持室、作動液供給用微細流路、作動液蒸発シート、および作動液蒸発シート保持蓋からなり、上記作動液保持室と連なる作動液供給微細流路と作動液保管容器との間がチューブで繋がれており、作動液蒸発シートから作動液が蒸発すると作動液保持室の液量が消費されたことにより発生する負圧により作動液保管容器からチューブを介して作動液保持室へと作動液が吸上げられることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、上記光源としてレーザーダイオードを用いることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯可能な小型のプロジェクタに関し、特に光源の発熱を効率的に処理する冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報伝送速度の向上により、動画配信などが一般的になり、プレゼンテーションに優れたより大きな動画の配信がなされるようになってきている。また、情報端末の技術も進み、高画質の液晶を搭載した携帯電話などが普及している。しかし、持ち運びを前提とした携帯電話などのモバイル機器では、その持ち運び性を考慮する必要性があるために画面サイズをあまり大きくすることができず、せっかくの動画を生かしきれない。
【０００３】
そこで、これを解決するものとして、特許文献１には携帯可能なプロジェクタが開示されている。これは、小形の携帯機器でも外部の大きなスクリーンに画像を投影して見ることができるようにすることを目的としている。また、特許文献２では、手に持って使う場合やどこかに置いて使う場合などの使う場面に応じて投影方向を変えられるクラムシェル型のプロジェクタ端末の技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開2007-65627号公報
【特許文献２】特開2007-96542号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、携帯型のプロジェクタの問題として、光量が少ないことが挙げられる。すなわち、液晶画面の場合は、明るい場所でも画面で動画を楽しむことができるが、プロジェクタ型では投影するスクリーンを暗い場所に設置しないと使えない、という不便さが発生する。このため、投影画面を明るくする必要があるが、光量を大きくすると光源の発熱量が大きくなり、プロジェクタの筐体が熱変形で歪みを起し、筐体に設置されている光学系の光軸のズレなどの弊害が発生し、綺麗な投影画像が得られないという問題がある。
【０００６】
また、筐体に放熱フィンなどを装着して温度を積極的に下げる方法もあるが、この場合、発熱部と放熱部（冷却部）での温度差が大きくなって筐体に大きな温度分布が生じ、不均一な熱変形で筐体が歪み、筐体に支えられている光学系の光軸にズレが生じる。
【０００７】
本発明の目的は、光量を上げて投影画面を明るくした場合でも、光源の発熱により光学系の光軸のズレを防止して高画質のプロジェクタを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、冷却系をコンパクトにすることで、携帯性を損なわないプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、複数の光源と、各光源からの光を同一軸線に揃えるための光学素子と、上記光学素子を内蔵するとともに上記光源を支える筐体を備え、上記光学素子で同一軸線に揃えた光を走査することにより上記筐体外のスクリーンに投影するプロジェクタにおいて、
上記光源と筐体に介在して光源を支持する熱伝導性の固定部材と、
上記筐体とは断熱された状態に配置される冷却器と、
上記固定部材と上記冷却器を熱的に接続して上記光源で発生する熱を上記固定部材から上記冷却器に熱輸送する伝熱部材を備え、
上記伝熱部材は上記筐体とは断熱された状態に配置されたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は上記のプロジェクタにおいて、上記冷却器は上記筐体とは空隙を介して筐体に配置され、上記伝熱部材は上記筐体とは空隙を介して筐体に配置されたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は上記のプロジェクタにおいて、上記光源は固定部材を介して上記筐体の1側部に取付けられ、上記冷却器は上記筐体の他の側部に配置され、上記伝熱部材は上記筐体の上下部に沿って対称に配置されたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は上記のプロジェクタにおいて、上記伝熱部材は上記筐体とは空隙を介して筐体の外側に配置され、上記筐体とともに上記光学素子を囲む二重構造を構成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は上記のプロジェクタにおいて、上記冷却器は気化熱を利用した冷却器であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は上記のプロジェクタにおいて、冷却器は作動液保持室、作動液供給用微細流路、作動液蒸発シート、および作動液蒸発シート保持蓋からなり、上記作動液保持室と連なる作動液供給微細流路と作動液保管容器との間がチューブで繋がれており、作動液蒸発シートから作動液が蒸発すると作動液保持室の液量が消費されたことにより発生する負圧により作動液保管容器からチューブを介して作動液保持室へと作動液が吸上げられることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は上記のプロジェクタにおいて、上記光源としてレーザーダイオードを用いることを特徴とする。
【００１６】
本発明では、各光源からの光の光軸を同一軸線上にあうようにレーザーダイオードと光学素子の位置と角度を調整して固定部材を介して筐体に固定した後、レーザーダイオードの稼動時に発生する熱により筐体の温度が上昇して筐体の歪みによる合わせた光軸にズレが発生するのを防ぐために、筐体から僅かな空隙を介して宙に浮いた状態にした冷却器を伝熱部材を支持梁として筐体に固定し、その冷却器の温度を筐体温度に対して低く設定して、筐体外周壁に固定した発熱源である光源から発生した熱量を、固定部材と伝熱部材を経由して冷却器に吸上げ、筐体に流れ込む熱量を少なく抑える。
【００１７】
また、本発明で用いる冷却器と伝熱部材の冷却系を薄い板状にすることで、筐体外壁に僅かな隙間を介して浮いた状態で筐体を囲んで装着し、光学素子を筐体と冷却系の２重構造で囲んでいる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、プロジェクタのコンパクト性を損なうことなく、明るくかつ高画質な投影画面を得ることができる。
【００１９】
即ち、筐体へ流れ込む熱量が少なくなることにより、筐体の温度分布が小さくなり、温度分布による熱変形起因の光軸のズレなどを防止できる。更に、筐体の外周を囲むように冷却系統を外殻状に形成することにより、プロジェクタのサイズをコンパクトにまとめることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施例１）
本発明第１の実施例を図１を用いて説明する。これは、赤、青、緑の３種類のレーザーダイオード（光源）１０２、１０３、１０４が発する光を特定の波長の光のみ反射し、他の波長は透過させる光学素子（図示せず）を用いることで、同一軸線上に３つの光を揃えて１００で示す光として筐体１０１外に出している。筐体１０１から外に出た光１００は、３つの光の点滅のタイミングとミラー（図示省略）の走査により外部のスクリーンに投影される。
【００２１】
発熱源であるレーザーダイオード１０２、１０３、１０４の取付けに際しては、個別の固定部材１０５、１０６、１０７を介在させて各光の光軸が合うように位置決めされて筐体１０１に固定される。個別の固定部材１０５、１０６、１０７はコ字形を有し、中央辺にレーザーダイオード１０２、１０３、１０４を支持し、両側辺の先端が筐体１０１に固定される。各個別の固定部材の上下の端面には、対応する個別の伝熱部材１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３の一端が固定され、各伝熱部材の他端には、個別の冷却器１１４の上下端が固定される。
【００２２】
各固定部材と冷却器１１４は上下端面が筐体より高くなるように寸法設定され、上記伝熱部材は上記筐体１０１の上下の壁面とは隙間をおいて断熱状態となるように、固定部材と冷却器の間に渡されて固定される。また、別な言い方をすれば、冷却器１１４は、伝熱部材１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３を支持梁として筐体１０１に固定されている。
【００２３】
上記各固定部材は熱伝導性の良い金属材料のＳＵＳ（ステンレス鋼）やアルミからなり、対応するレーザーダイオード１０２、１０３、１０４の発光による発熱を吸収し、対応する個別の伝熱部材に熱を伝える。上記伝熱部材も熱伝導性の良い金属材料のアルミや珪素（Ｓｉ）からなり、対応する固定部材からの熱を冷却器１１４側に輸送する。この際、伝熱部材は筐体１０１の上下の壁面とは隙間をおいて断熱状態となっているので、筐体１０１に熱的に影響を与えることが少ない。
【００２４】
実際には、レーザーダイオードを稼動した時には、レーザーダイオードの発する熱は筐体へも伝わるが、筐体１０１へ熱が伝わる熱抵抗より、冷却器１１４へ熱が伝わる熱抵抗が一桁以上小さくなるように伝熱系を設計することで、レーザーダイオードから発する熱量の大半を冷却器１１４で消費することが可能となり、筐体へ伝熱される熱量を小さくすることができる。
【００２５】
筐体への伝熱量が小さければ、筐体表面からの放熱との平衡状態における筐体温度は、外気温に対して温度差を生じない。例えば、筐体の表面積を０．００３６平方メートルとすると、レーザーダイオードの総発熱量を２Ｗとして、そのうちの５％が筐体に流れた場合、外気温に対して筐体表面温度は３℃弱の温度上昇となる。この温度上昇は、一日の気温変動よりも小さいものであり、熱による体積膨張の差に起因する光軸ズレは無視できる。なお、筐体１０１としては熱膨張の少ない金属または合成樹脂の材料が用いられる。
【００２６】
また、このように温度上昇を抑えるために冷却器の温度を何度まで下げる必要があるかを計算すると、伝熱部材の断面積を１５ｍｍ×１ｍｍ×６枚として平均伝熱距離を２０ｍｍとすると外気温に対して２℃弱低く設定すれば良い。これならば結露なども問題も生じ難いと考えられる。
【００２７】
レーザーダイオードは発光する色（赤、青、緑）によって発熱量が異なり、これはレーザーダイオードの発光効率と人間の色に対する感度に起因する。現在、緑は他の色からの変換を用いているので効率が悪く、人間の感度は緑が感じ易く、赤が感じ難く、青がその中間である。このため、実際に人間の目に均等な色を感じさせるには、レーザーダイオードの青、緑、赤の順に発熱量が大きくなり、これらの異なる熱量は個別の固定部材、伝熱部材を介して、個別の冷却器に伝達される。従って各冷却器は、熱の処理量が異なってくるが、これの対処は後述する。
【００２８】
次に、冷却器を外した状態の筐体１０１の内部状態を、プロジェクタの筐体断面図の図２で説明する。レーザーダイオード１０２、１０３、１０４をそれぞれ個別の固定部材１０５、１０６、１０７で筐体１０１の外壁に固定している。レーザーダイオード１０２、１０３、１０４からそれぞれ出力された光は、２１３、２１４、２１５で示され、特定の波長のみ反射する匡体内に設置された光学素子２１１、２１２により光路を直角に曲げられる。この時のレーザーダイオード１０２，１０３，１０４と光学素子２１１，２１２の位置や角度の調整により、３つの光２１３，２１４，２１５の光軸を揃えられて光１００となる。ここで、２０８、２０９、２１０はレーザーダイオードの駆動用の端子である。
【００２９】
次に、冷却器を外した状態の第２実施例の筐体１０１の内部状態を、プロジェクタの筐体断面図の図３で説明する。この実施例はレーザーダイオード３０２、３０３、３０４を筐体１０１の側面に一列に並べて配置し、個別の固定部材３０５、３０６、３０７を介して筐体１０１の外壁に固定している。レーザーダイオード３０２、３０３、３０４から出力された光は、３１４、３１５、３１６で示され、特定の波長のみ反射する匡体内に設置された光学素子３１１、３１２、３１３により光路を直角に曲げられる。この時のレーザーダイオードと光学素子の位置や角度の調整により、３つの光３１４、３１５、３１６の光軸を揃えられ、光１００となる。ここで、３０８、３０９、３１０はレーザーダイオードの駆動用の端子である。
【００３０】
上記構成のみでは、従来技術に示されたように、筐体の中でレーザーダイオードを固定した部分とそれ以外の部分との温度差が大きくなり、同じ材質で構成された一体物の筐体（１０１）であっても熱変形を起し、光軸にズレが発生する。そして、単純に放熱フィンなどを付与して冷やした場合、ある程度の温度上昇は防げても発熱部と冷却部での温度差が大きくなり、温度分布起因の光軸のズレを抑えることはできない。従って、レーザーダイオード（１０２、１０３、１０４）の発する熱が筐体（１０１）に伝わり温度が上昇すると、異なる材料で構成される筐体（１０１）と光学素子（２１１、２１２）などが異なる比率で体積膨張することでレーザー光（２１３，２１４，２１５）を同一軸線上にあわせた光軸にズレが発生する。また、筐体を熱伝導率の良いアルミなどで作成しても輝度を向上させるためにレーザーダイオード（２０２、２０３、２０４）の出力を大きくした場合、筐体（１０１）の中でレーザーダイオード（２０２、２０３、２０４）を固定した部分としていない部分との温度差が大きくなり、同じアルミ材質で構成された一体物の筐体（２０１）であっても熱変形し、光軸にズレが発生する。
【００３１】
次に、本発明実施例の冷却に関する構成を、図４の断面図を用いて説明する。
【００３２】
レーザーダイオード４０２は、筐体４０１に固定部材４０３により固定されている。レーザーダイオード４０２の発熱部４０２ａから発した熱は、レーザーダイオード４０２内を大矢印のように固定部材４０３側に移動し、この熱は固定部材４０３内を中矢印のように流れ、小矢印のように筐体４０１との接触部から筐体４０１へと伝わる。冷却していない場合には、筐体４０１内に設置してある光学素子４０４へも熱が伝わり、その熱膨張率の違いから筐体４０１に固定されたレーザーダイオード４０２と光学素子４０４の相対位置にズレが発生する。
【００３３】
そこで、固定部材４０３に伝熱部材４０５、４０６を熱的に接触固定し、熱を冷却器４０７側へと輸送する。この時の筐体４０１の熱伝導率と伝熱部材４０５、４０６の熱伝導率を大きく異ならせているので、レーザーダイオード４０２で発した熱は、ほとんど伝熱部材４０５、４０６を経由して冷却器４０７へと流れる。なお、冷却器４０７の温度を周辺環境よりも低くすることで各伝熱部材４０５、４０６の両端の温度差を大きくし、熱輸送量を増やす方が好ましい。
【００３４】
冷却器４０７は、図５に示すように気化熱を利用している。冷却器４０７は、ガラス基板５０５上に単結晶シリコンからなる壁部材５０９によって微細流路５０４とこの流路に連通した作動液保持室５０３が形成され、その上層に繊維状の蒸発シート５０２とこのシートの上下を支えるシリコン製のメッシュ状蓋基板５０１が形成される。また、シート５０２の表面には表面積を増大させる突起５０６が設けられ、冷却器４０７の上下端に伝熱部材５０５と５０６が熱的に接続されている。５０７は微細流路５０４に繋がったチューブ、５０８はチューブ５０７に繋がった作動液を蓄える作動液保管容器である。
【００３５】
作動液は、基板５０５上の微細流路基板５０４を介して作動液保持室５０３に供給され、そこから毛細管現象により蒸発シート５０２に吸上げられる。蒸発シート５０２に吸上げられた作動液は、シート５０２の表面から蒸発して周囲から気化熱を奪う。このときの蒸発量は突起５０６の蒸発面積により左右され、冷却器４０７の冷却能力を決める。
【００３６】
蒸発シート５０２から作動液保持室５０３の作動液が消費されると、作動液保持室５０３内が負圧となり、微細流路５０４に繋がったチューブ５０７を介して作動液保管容器５０８から作動液が吸引されて作動液保持室５０３に供給される。
【００３７】
作動液としてフロリナート（商標、住友３Ｍ）などを用いた場合、作動液を蒸発させる蒸発シート５０２の空隙密度（作動液が気化する表面積）を調整することで冷却器の温度を周辺温度に対してどの程度下げるかを調整することになる。また、同じ蒸発シート５０２を用いた場合でも、シートが外気に接する面積を調整することで、冷却構造の温度を調整できる。
【００３８】
なお、フロリナートなどの揮発性の高い作動液を用いないで水（揮発性低い）などを用いた場合には、気化熱により冷却器の温度を周辺環境よりも大幅に下げることができないが、この場合、ペルチェ素子を用いて温度差をつける方法がある。すなわち、図４で示す伝熱部材４０５、４０６とレーザーダイオード固定部材４０３との間の、固定治具４０３側に冷却面を向けて、伝熱部材４０５，４０６側に発熱面を向けて、ペルチェ素子４０９を挟み込み固定する。
【００３９】
この構成により、固定部材４０３（低温度）と伝熱部材４０５，４０６（高温度）との間に温度差を作ることができるため、伝熱部材の一端から冷却器に熱を輸送して冷却器の温度を周囲温度より高くでき、周囲への放熱量を増大できる。従って、水のような揮発性の低い作動液でも、固定部材からの熱を冷却器に輸送できる。
【００４０】
なお、前述のように、レーザーダイオードが発光する色（赤、青、緑）によって発熱量が異なり、対応する各冷却器は熱の処理量が異なってくるが、熱の処理量の大きい伝熱系統の伝熱量を上記ペルチェ素子を用いて増大できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明第１の実施例の外観図である。
【図２】同じく筐体の断面図である。
【図３】本発明第２の実施例の筐体部の断面図である。
【図４】本発明実施例の冷却に関する構成の断面図である。
【図５】同じく冷却器の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０１、４０１…筐体、１０２、１０３、１０４…レーザーダイオード（光源）、１０５、１０６、１０７…固定部材、１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３…伝熱部材、１１４…冷却器、２０８、２０９、２１０…レーザーダイオード端子、２１１、２１２…光学素子、２１３、２１４、２１５…レーザーダイオード出力光、３０２、３０３、３０４…レーザーダイオード、３０５、３０６、３０７…固定部材、３０８、３０９、３１０…レーザーダイオード端子、３１１、３１２、３１３…光学素子、３１４、３１５、３１６…レーザーダイオード出力光、４０２…レーザーダイオード、４０２a…発熱部、４０３…固定部材、４０４…光学素子、４０５、４０６…伝熱部材、４０７…冷却器、４０８…気化熱、４０９…ペルチェ素子、５０１…メッシュ状蓋基板、５０２…蒸発シート、５０３…作動液保管室、５０４…微細流路、５０５…ガラス基板、５０６…突起、５０７…チューブ、５０８…作動液保管容器、５０９…壁部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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