(57)【要約】  本発明は、光源（８）と、反射面（２）を有する光学偏向素子（１）と、熱伝導性部材（３）を介して光学偏向素子（１）を反射面（２）が光源（８）と対向するように保持する取付板（４）と、光源（８）と取付板（４）との間に反射面（２）を取り囲むように設けられた異物侵入防止枠（５）を備えたプロジェクタであって、光学偏向素子（１）の少なくとも一辺を囲むように設けられる受熱部（７ａ）と、取付板（４）上であって異物侵入防止枠（５）の外側に設けられる放熱部と、受熱部（７ａ）と放熱部とを有するヒートパイプ（７）とを備えたものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、反射面を有する光学偏向素子と、熱伝導性部材を介して前記光学偏向素子を前記反射面が前記光源と対向するように保持する取付板と、前記光源と前記取付板との間に前記反射面を取り囲むように設けられた異物侵入防止枠を備えたプロジェクタにおいて、
前記光学偏向素子の少なくとも一辺を囲むように設けられる受熱部と、
前記取付板上であって前記異物侵入防止枠の外側に設けられる放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部とを有するヒートパイプと、
を備えるプロジェクタ。
【請求項２】
前記ヒートパイプが、前記取付板と一体とされている請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記放熱部が、放熱フィンを有しており、前記放熱フィンが前記取付板に取り付けられている請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記受熱部が、前記光源と前記取付板との間に設けられた遮光板と、当該取付板とに熱的に接続されている請求項１に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタに関するものであり、特にプロジェクタの輝度を上げた場合の光学偏向素子の動作温度を低減し、規定の温度以下とするプロジェクタの冷却構造に関する。
本願は、２００８年３月２６日に、日本に出願された特願２００８−０７９５５３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学偏向素子を使用したプロジェクタの冷却構造の一例が、特許文献１に記載されている。従来のプロジェクタは、光源からの光を光学偏向素子に反射させて、映像をスクリーンに投影する構成となっている（特許文献１の図１参照）。【０００３】
図３は、従来のプロジェクタにおける光学偏向素子１０１の周辺構造の断面図である。従来のプロジェクタにおいて、光学偏向素子１０１が、熱伝導性部材１０３を介して、取付板１０４に取り付けられている。また、光源と取付板１０４との間に反射面１０２を取り囲むように異物侵入防止枠１０５が設けられている。また、光源１０８と光学偏向素子１０１との間に、遮光板１０６が設けられている。
このような構成を有する従来のプロジェクタの冷却構造は、つぎのように動作する。【０００４】
光源１０８からの入射光１１０は、光学偏向素子１０１の反射面１０２によって必要な発色を選択される。その後、入射光１１０は、出射光１０９となり、映像がスクリーンへと投影される。
その際、光学偏向素子１０１の反射面１０２を駆動するトランジスターなどの電子部品の発熱は、光学偏向素子１０１における反射面１０２の裏面側となる冷却面１１１から、冷却装置（図示省略）が送風する冷却風１１２によって外部へと運び去られる。
この冷却装置としては、特許文献１に記載されているように液冷装置や、特許文献１に従来技術として記載されているように空冷装置が用いられる。【０００５】
しかしながら、プロジェクタの輝度を上げていくと、従来の冷却構造では、以下のような問題が生じる。【０００６】
第１の問題点は、光源からの輻射による伝熱が大きくなるため、光学偏向素子１０１の冷却面１１１からの放熱だけでは冷却効果に限界がある点である。ここで、図４に光学偏向素子１０１の周囲の伝熱経路の模式図を示す。
図４に示すように、光学偏向素子１０１の冷却伝熱経路１１５は、光学偏向素子１０１の内部におけるトランジスター等の電子部品の発熱に起因する伝熱経路である。
この電子部品の温度は、光学偏向素子１０１の冷却面１１１からの冷却能力を向上することで低減が可能である。しかしながら、輝度を上げると、すなわち、入射光１１０の光量を増やすと、光のエネルギーによる輻射によって伝熱経路１１３の伝熱量が大きくなる。【０００７】
図４では、光学偏向素子１０１の反射面１０２に光を効率よく当てるため、光源と光学偏向素子１０１との間に遮光板１０６が実装されている。しかし、光源からの輻射は、この遮光板１０６を温め、さらに光学偏向素子１０１に輻射する。この遮光板１０６を介して伝熱する経路１１４の伝熱量も無視できない大きさとなる。
これらの輻射による伝熱量は、光学偏向素子１０１の外枠のフレーム１１６を介して冷却面１１１から放熱する。しかしながら、光学偏向素子１０１の内部の熱抵抗が大きいため、冷却装置の能力を上げても光学偏向素子１０１の温度の低減には限界があった。【０００８】
第２の問題点は、光学偏向素子１０１の反射面１０２に対して冷却風を流せない点である。その理由は、反射面１０２と光源１０８との間にゴミ等の異物が侵入すると、本来の映像が投影できないことから、光学偏向素子１０１の四辺周囲を異物侵入防止枠１０５（図３）によって封止しなければならないためである。【０００９】
図５は、取付板１０４に光学偏向素子１０１を取り付け、その周辺を異物侵入防止枠１０５で封止した模式図を示す。取付板１０４は、銅などの金属で形成される。
冷却風１１７が送風されても、異物侵入防止枠１０５に阻害され、光学偏向素子１０１の近傍での熱伝達が生じない。そのため、取付板１０４は、取付板１０４の板厚分の断面での熱伝導を行った後に放熱する。これにより、熱伝導による熱抵抗の損失があるため、冷却能力が不足する。
【特許文献１】特開２００５−３３１９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、プロジェクタの輝度を上げた場合でも、光学偏向素子の温度を規定温度以下に抑制できるプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）  上記問題を解決するために、本発明の一態様によるプロジェクタは、光源と、反射面を有する光学偏向素子と、熱伝導性部材を介して前記光学偏向素子を前記反射面が前記光源と対向するように保持する取付板と、前記光源と前記取付板との間に前記反射面を取り囲むように設けられた異物侵入防止枠を備えたプロジェクタにおいて、前記光学偏向素子の少なくとも一辺を囲むように設けられる受熱部と、前記取付板上であって前記異物侵入防止枠の外側に設けられる放熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを有するヒートパイプとを備える。【００１２】
本発明の一態様によるプロジェクタでは、輝度をあげることによる輻射熱の増加を、光学偏向素子の裏面の冷却面に伝熱する前に、光学偏向素子の反射面近くに設置してあるヒートパイプに受熱させて熱輸送する経路を追加している。このため、光学偏向素子の冷却能力が向上する。
また、光学偏向素子が輻射によって伝熱された熱を異物侵入防止枠の外側まで輸送した後に放熱する構成としている。このため、光学偏向素子の温度を規定温度以下に抑制することができる。これにより、光学偏向素子の寿命を延ばすことができる。【００１３】
（２）  また、本発明の一態様によるプロジェクタでは、前記ヒートパイプが、前記取付板と一体とされている。【００１４】
（３）  また、本発明の一態様によるプロジェクタでは、前記放熱部が、放熱フィンを有しており、前記放熱フィンが前記取付板に取り付けられている。【００１５】
本発明の一態様によるプロジェクタは、このようなフィン構造を有しているため、放熱部には冷却風の強さと、輻射量、光学偏向素子の満足すべき温度等を容易に制御することができる。【００１６】
（４）  また、本発明の一態様によるプロジェクタでは、前記受熱部が、前記光源と前記取付板との間に設けられた遮光板と、当該取付板とに熱的に接続されている。【００１７】
本発明の一態様によるプロジェクタは、このような構成を有することにより、光学偏向素子が輻射によって伝熱された熱を、光学偏向素子裏面の冷却面に伝わる前段階に受熱する。そして、このプロジェクタは、異物侵入防止枠の外側まで熱を輸送した後に放熱することができる。このため、光学変更素子の温度をさらに効果的に低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のプロジェクタによれば、プロジェクタの輝度を上げた場合でも、光学偏向素子の温度を規定温度以下に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用した一実施形態であるプロジェクタの冷却構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態であるプロジェクタの冷却構造を示す平面図である。
【図３】従来のプロジェクタの冷却構造を模式的に示す断面図である。
【図４】従来のプロジェクタの冷却構造を模式的に示す断面図である。
【図５】従来のプロジェクタの冷却構造を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１・・・光学偏向素子、２・・・反射面、３・・・熱伝導部材、４・・・取付板、５・・・異物侵入防止枠、６・・・遮光板、７・・・ヒートパイプ、８・・・光源、９・・・出射光、１０・・・入射光、１１・・・冷却面、１２・・・冷却効果、１７・・・冷却風、１８・・・放熱フィン、２０・・・プロジェクタ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を適用した一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明を適用した一実施形態であるプロジェクタの冷却構造を示す断面模式図である。また、図２は、本発明の一実施形態であるプロジェクタの冷却構造を示す平面図である。
尚、これらの図１及び図２は、本発明の一実施形態であるプロジェクタの冷却構造を説明するためのものである。図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際のプロジェクタの冷却構造における各部の寸法関係とは異なる場合がある。【００２２】
先ず、本発明の一実施形態であるプロジェクタの冷却構造の構成について説明する。
図１及び図２に示すように、プロジェクタの冷却構造２０は、光源８と、反射面２を有する光学偏向素子１と、熱伝導性部材３を介して光学偏向素子１を反射面２が光源８と対向するように保持する取付板４と、光源８と取付板４との間に反射面２を取り囲むように設けられた異物侵入防止枠５と、受熱部７ａと放熱部７ｂとを有するヒートパイプ７とから概略構成されている。
また、ヒートパイプ７の受熱部７ａは、図２に示すように、光学偏向素子１の三辺を囲むように設けられている。また、放熱部７ｂが取付板４上であって異物侵入防止枠５の外側に設けられている。【００２３】
光学偏向素子１は、色の選択を瞬時に行う小さなミラーの集合体である反射面２と、そのミラーの駆動を行うトランジスターなどの電子回路で構成される。また、図１に示すように、光源８からの入射光１０は、光学偏向素子１の反射面２によって必要な色が選択され、出射光９としてスクリーンに映像が投射される。【００２４】
光学偏向素子１は、図１に示すように、反射面２と、その反射面２の反対側に設けられた冷却面１１とを有している。
この冷却面１１は、空冷のためのヒートシンクや、水冷部品といった冷却装置（図示せず）と接続されている。これにより、光学偏向素子１の内部の発熱は、冷却装置からの冷却効果（図１中に示す矢印１２）により除去される。これにより、駆動回路が正常に動作するように規定温度以下となるように制御される。【００２５】
熱伝導部材３は、図１に示すように、光学偏向素子１と取付板４との接続部に設けられている。この熱伝導部材３には、光学偏向素子１と取付板４とのミクロかつ熱的な接触面積を増やすために、インジウムやその複合材などの柔軟なシートを選定することが好ましい。【００２６】
遮光板６は、図１に示すように、光源８と光学偏向素子１との間に設けられており、取付板４にネジ等で固定されている。これにより、反射面２に効率よく入射光１０を照射することができる。【００２７】
取付板４には、銅等が用いられる。この取付板４には、図１に示すように、ヒートパイプ７が接続されている。この取付板４とヒートパイプ７とは、半田やろう付けで接続される。ヒートパイプ７の内部を流れる流体を水にし、ヒートパイプ７を銅管にすれば、取付板４と半田やろう付けが容易となり、一体型に構成できる。
また、ヒートパイプ７は、取付板４とのみ接続しても良いが、より冷却性能を上げるためには、図１に示すように、遮光板６にも熱的に接触させた方が、冷却の効果が大きい。【００２８】
ヒートパイプ７は、光学偏向素子１の発熱量および輻射量、ヒートパイプ７への熱輸送量、規定温度などによって受熱部７ａの面積が決定される。すなわち、銅管の径と長さとを決定すれば、ヒートパイプ７自身の等価熱伝導率が決定される。このヒートパイプ７の等価熱伝導率は、概ね５０００〜２００００Ｗ／ｍ・Ｋ程度となる。【００２９】
ヒートパイプ７の受熱部７ａは、図２に示すように、光学偏向素子１の周囲の３辺を囲むように配置されている。なお、本実施形態では、ヒートパイプ７の受熱部７ａが光学偏向素子１の周囲の３辺を囲むように配置されているが、これに限定されるものではない。
例えば、少なくとも１辺を囲む（１辺の場合はこの辺に沿って設ける）ことが好ましい。なお、周囲の４辺を囲めれば、より熱輸送能力を向上することができる。【００３０】
異物侵入防止枠５は、図１及び図２に示すように、光源８と取付板４との間であって、光学偏向素子１の反射面２を取り囲むように設けられている。この異物侵入防止枠５は、粘着材又は粘着テープ等によって取り付けられている。
この異物侵入防止枠５は、光源８と取付板４との間であって、光学偏向素子１の反射面２の周囲にゴミなどの異物が侵入するのを防ぐ。【００３１】
異物侵入防止枠５とヒートパイプ７との交差する部分は、図２に示すように、ヒートパイプ７の上面に異物侵入防止枠５が取り付けられている。また、ヒートパイプ７の放熱部７ｂは、図２に示すように、異物侵入防止枠５の外側に設けられている。このため、図２に示すように、冷却風１７を放熱部７ｂに当てることができる。これにより、冷却効果を高めることができる。【００３２】
また、ヒートパイプ７の放熱部７ｂには、図２に示すように、放熱フィン１８が設けられている。プロジェクタの冷却構造２０は、取付板４のみでも光学偏向素子１の放熱は可能である。しかし、取付板４に放熱フィン１８を設けることにより、放熱面積を大きくすることができる。
また、放熱面積が増加するため、放熱量が増大するだけではなく、ヒートパイプ７の等価熱伝導率も大きくなるため、相乗効果により光学偏向素子１の温度をより効果的に低減することが可能となる。【００３３】
放熱フィン１８は、プロジェクタの実装構造に応じて、最適なフィン形状やフィンピッチ、フィンサイズを決定する。例えば、風の方向が一定の場で、プレートフィンを使用するならば、ファンの風が当たらない自然空冷の場合は、フィンピッチは広め（５〜１０ｍｍ程度）にする。風速が大きくなるにつれて、フィンのピッチを細かく（２ｍｍ程度）する。これにより最適な放熱量が得られる。【００３４】
次に、本実施形態のプロジェクタの冷却構造２０の動作について、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。
先ず、図１に示すように、光源８から入力された入射光１０は、光学偏向素子１の反射面２によって反射し、出射光９となる。この際、光の持つエネルギーは輻射熱となり、光学偏向素子１自身を温める。また、光源８と光学偏向素子１との間に設置されている遮光板６を介しても輻射が生じる。【００３５】
この輻射熱は、光学偏向素子１から熱伝導部材３に伝熱し、取付板４へと熱伝導で伝熱する。また、取付板４にはヒートパイプ７が光学偏向素子１を取り囲むように配置されているため、このヒートパイプ７へと伝熱する。ヒートパイプ７には、水などの液体を減圧して封入している。そのため、温度差があれば、蒸発−凝縮の熱サイクルが生じる。【００３６】
受熱部７ａで蒸発した液体は体積膨張し、圧力が上がると同時に、瞬時に圧力の低い放熱部７ｂへと向かい、熱を放熱した後、液化する。液体はヒートパイプ７の内部のウイックとよばれる毛細管によって、毛細管現象により再び受熱部７ａへと戻る。
このヒートパイプ７の沸騰熱伝達による等価熱伝導率は、銅などの金属の熱伝導率と比べても、１０倍から２０倍ある。そのため、取付板４の板厚を厚くすることなく、つまり光源８と光学偏向素子１の反射面２との光学的に重要な距離を変えることなく、放熱部７ｂへと熱を輸送することができる。【００３７】
以上説明したように、本実施形態のプロジェクタの冷却構造２０によれば、光学偏向素子１の反射面２と遮光板６との間に、ヒートパイプ７の受熱部７ａを備えた構造としている。そして、ヒートパイプ７は、光学偏向素子１が取付けられている取付板４と接触している。【００３８】
これにより、光学偏向素子１が輻射によって伝熱された熱を、光学偏向素子１の裏面の冷却面１１に伝わる前段階で受熱し、異物侵入防止枠５の外側まで熱を輸送した後に放熱することができる。また、放熱部７ｂには、冷却風１７の強さと、輻射量、光学偏向素子１が満足すべき温度などを考慮した放熱フィン１８が設けられている。
このため、光源８からの輻射熱による光学偏向素子１の温度上昇を低減することができる。したがって、プロジェクタの輝度を上げても、光学偏向素子１の温度を規定温度以下に抑制することができ、光学偏向素子１の寿命を延ばすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、プロジェクタの光学偏向素子の冷却といった用途などに適用できる。
【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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【国際調査報告】
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