(57)【要約】【課題】投写型映像表示装置の高輝度化による発熱する部品を冷却する、高効率な冷却装置を提供する。【解決手段】本開示のヒートシンクは、ＤＭＤと熱的に接合しているアルミニウム製の基台部３１０と、この基台部３１０に設けられた収容溝部に嵌め込まれて互い違いに並置されて埋設される一対のＵ字型形状のヒートパイプ３４０、３５０と、基台部３１０とヒートパイプ３４０、３５０を施蓋するように結合されてなる複数のフィン３２２を備えるフィン部３２０とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部と熱的に接続される、熱伝導性の基台部と、
前記基台部内に埋設されるヒートパイプと、
前記ヒートパイプを施蓋するように前記基台部と結合される、複数のフィンを備えたフィン部と、
を備える、冷却装置。
【請求項２】
前記ヒートパイプは一対設けられ、各ヒートパイプはＵ字型形状を成し、前記基台部に設けられた収容溝部に嵌め込まれて互い違いに並置されて埋設されている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記ヒートパイプは一対設けられ、各ヒートパイプはＵ字型形状を成し、前記基台部に設けられた収容凹所に互い違いに並置され、前記収容凹所の空間には熱伝導性材が充填されて、前記ヒートパイプが埋設される、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記基台部の前記フィン部が結合された側とは反対の側に配置される接続部材を、さらに備え、
前記接続部材が前記基台部に対して配置される方向に見た場合に、前記接続部材は一対の前記ヒートパイプの双方と重畳する位置に配置される、請求項２、または３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記熱伝導性材は、はんだ合金である、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記フィン部に送風するファンを備える、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項７】
光源を含む照明光学系と、
前記照明光学系から出射される照明光を映像信号によって変調し、映像光を出射する光変調素子と、
前記光変調素子から出射される前記映像光を拡大投写する投写光学系と、
前記光変調素子に熱的に接続される請求項１〜６のいずれかに記載の冷却装置と、を備える、投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、投写型映像表示装置の内部で使用される発熱部品を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル・マイクロミラー・デバイス（以下「ＤＭＤ」と表記する）を光変調素子として用いる投写型映像表示装置が市販されている。投写型映像表示装置の高性能化に伴い、高い解像度と、高輝度化が必要とされてきている。高輝度化のために、ＤＭＤに強い照明光が照射されるが、このときＤＭＤの光の吸収によって、ＤＭＤの温度が上昇する。従って、ＤＭＤにはそれを冷却する構造が設けられる。
【０００３】
特許文献１は、映像表示素子を冷却する冷却装置を開示する。この冷却装置では、ヒートシンクと、通風ダクトと、ファンから構成され、これによって映像表示素子の冷却をする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３８６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、高輝度化による部品の発熱を冷却する、高効率な冷却装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示における冷却装置は、発熱部と熱的に接続される熱伝導性の基台部と、基台部内に収容されるヒートパイプと、ヒートパイプを施蓋するように基台部と結合されてなる複数のフィンを備えたフィン部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示における冷却装置は、発熱部品の温度を低減させる冷却効率の高効率化に有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１における冷却装置を搭載した投写型映像表示装置の構成を示す図
【図２】実施の形態１における投写型映像表示装置で使用される蛍光体ホイールを示す図
【図３】実施の形態１におけるヒートシンクの外観斜視図
【図４】実施の形態１におけるヒートシンクの分解状態を示す斜視図
【図５】実施の形態１におけるヒートシンクの基台部の構成を示す斜視図
【図６】実施の形態１におけるヒートシンクの基台部とヒートパイプの分解状態を示す斜視図
【図７】実施の形態２におけるヒートシンクの基台部とヒートパイプの分解状態を示す斜視図
【図８】実施の形態２におけるヒートシンクの基台部の構成を示す斜視図
【図９】他の実施の形態におけるヒートシンクの基台部の構成を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
（実施の形態１）
以下、図１〜６を用いて、実施の形態１を説明する。
【００１２】
［１−１．構成の説明］
［１−１−１．全体の構成］
図１は、本開示の冷却装置を搭載した投写型映像表示装置１の光学系の構成を説明するための図である。以下の説明の便宜上、図１〜６では図中に示すＸＹＺ直交座標系をとるものする。
【００１３】
まず、投写型映像表示装置１の照明光学系２０について説明する。励起光源であるレーザ光源２０１は、青色半導体レーザであり、高輝度の照明装置を実現するために、複数の半導体レーザにより構成されている。図１では例示的に５個の青色半導体レーザが並置されて記載されているが、複数の青色半導体レーザがマトリックス状に平面上に配置される。それぞれのレーザ光源２０１から出射された励起光であるレーザ光は、それぞれ対応するコリメートレンズ２０２によってコリメートされる。コリメートレンズ２０２を出射した光は、略平行光になっている。この平行光はレンズ２０３によって、その全体光束が集光され、拡散板２０４を通過した後、レンズ２０５によって、再び略平行光化される。レンズ２０５で略平行光化されたレーザ光束は、光軸に対して略４５度に配置された、ダイクロイックミラー２０６に入射する。
【００１４】
拡散板２０４はガラス平板であり、片面には微細な凹凸が施された拡散面が形成されている。また、ダイクロイックミラー２０６は、青色半導体レーザの波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する特性を有している。
【００１５】
ダイクロイックミラー２０６に図１中の−Ｙ方向へ入射したレーザ光は、ダイクロイックミラー２０６で反射し図１中−Ｘ方向へ出射する。その後、レーザ光はレンズ２０７、レンズ２０８によって集光され、蛍光体ホイール装置１０に形成された蛍光体を励起する。
【００１６】
蛍光体ホイール装置１０は、図２の側面図（ａ）に示すように、モータ１０１と、モータ１０１の回転軸を中心に回転駆動される円盤状の板体からなる回転基材１０２とで構成される。
【００１７】
回転基材１０２には、図２の正面図（ｂ）に示すように蛍光体ホイールの回転軸中心Ａから距離Ｒ１隔てられた円周上において、この円周の内外に所定の幅Ｗをもって赤色蛍光体部１０３と緑色蛍光体部１０４と開口部１０５が形成されている。
【００１８】
レーザ光源２０１からのレーザ光が蛍光体ホイール装置１０の赤色蛍光体部１０３に集光すると、赤色蛍光体部１０３は励起され、赤色光を発光する。また、レーザ光源２０１からのレーザ光が蛍光体ホイール装置１０の緑色蛍光体部１０４に集光すると、緑色蛍光体部１０４は励起され、緑色光を発光する。さらに、蛍光体ホイール装置１０の開口部１０５に集光するレーザ光源２０１からのレーザ光は、蛍光体ホイール装置１０を透過する。
【００１９】
図１に戻り、蛍光体ホイール装置１０で得られる赤色光及び緑色光は、蛍光体ホイール装置１０から＋Ｘ方向に出射される。赤色蛍光体部１０３と緑色蛍光体部１０４で−Ｘ方向に出射された蛍光光は回転基材１０２で反射して＋Ｘ方向に出射される。これら赤色光、緑色光はレンズ２０８、２０７によって平行化されダイクロイックミラー２０６を透過し、集光レンズ２１７で集光されてロッドインテグレータ２１８に入射する。
【００２０】
一方、開口部１０５を通過した青色半導体レーザの青色光は、レンズ２０９、レンズ２１０、ミラー２１１、レンズ２１２、ミラー２１３、レンズ２１４、ミラー２１５、レンズ２１６の経路で進み、ダイクロイックミラー２０６で反射し、集光レンズ２１７で集光されてロッドインテグレータ２１８に入射する。レンズ２１２、２１４、２１６はリレーレンズとして機能する。
【００２１】
ロッドインテグレータ２１８から出射された光は、レンズ２３０、レンズ２３１、レンズ２３２を通して、第１のプリズム２３３と第２のプリズム２３４の一対のプリズムからなるＴＩＲ（内部全反射）プリズム２３５に入射し、光変調素子であるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）２３６で、映像信号によって入射光が変調され、映像光Ｐとして出射される。レンズ２３０、２３１はリレーレンズ、レンズ２３２は、ロッドインテグレータ２１８の出射面の光をＤＭＤ２３６に結像させる機能を有する。
【００２２】
ＤＭＤ２３６からの出射光は投写レンズ２３７に入射され、投写レンズ２３７からの出射光が映像光Ｐとしてスクリーンに拡大投写される。投写レンズ２３７は投写光学系の一例である。
【００２３】
ＤＭＤ２３６は、それに入射した光の一部が熱に変化し発熱する。ＤＭＤ２３６は、投写型映像表示装置における発熱部の一例である。ＤＭＤ２３６と接続部材３３０を介して熱的に接続されるヒートシンク３００は、ＤＭＤ２３６を冷却する。ヒートシンク３００は、冷却装置の一例であり、詳細は後述するが、複数のヒートパイプが一体的に収容されることによりヒートパイプを埋設する基台部３１０と、ベース板３２１に複数のフィン３２２が設けられてなるフィン部３２０とを備える。本実施の形態では、更に、冷却用のファン３９０を備える。ＤＭＤ２３６で発生する熱は、ヒートシンク３００に熱伝導し、ファン３９０は、ヒートシンク３００へ風を送風し、ヒートシンクの熱を放熱する。尚、ヒートシンク３００を構成する基台部３１０と、フィン部３２０は、アルミニウムから構成される。また、基台部３１０に一体的に設けられる接続部材３３０もアルミニウムから構成される。
【００２４】
［１−１−２．ヒートシンクの構成］
図３は図１のヒートシンク３００の斜視図、図４はヒートシンク３００を基台部３１０とフィン部３２０に分解した状態を示す斜視図、図５は基台部３１０を拡大した斜視図、図６は基台部３１０からヒートパイプ３４０、３５０を取り外した状態を示す斜視図である。
【００２５】
ヒートシンク３００は、基台部３１０と、フィン部３２０と、一対のヒートパイプ３４０、３５０から構成されている。フィン部３２０は、アルミニウム製のベース板３２１に一定の間隔にて、アルミニウム製の薄板からなる複数のフィン３２２を植設して構成されている。フィン部３２０は、ベース板３２１とフィン３２２を、アルミニウム等の材料を使用してダイキャストにより一体的に成型することにより構成することができる。
【００２６】
ヒートパイプ３４０、３５０は、図４〜図６に示すように、底部と底部の両端部から同一方向（Ｘ方向）に伸びる２つの延伸部を有し、底部と対向する側に開口を有するＵ字型形状を成す。２つの延伸部は略同一の長さを有し、底部よりも長い。ヒートパイプが伸びる方向に対して垂直な面における断面が略矩形状を成すように構成される。
【００２７】
基台部３１０には、図６に示すように、アルミニウム製の板体の片面側にヒートパイプ３４０、３５０を埋設する一対の収容溝部３６０、３７０が設けられている。この収容溝部３６０、３７０は、ヒートパイプ３４０、３５０が嵌め込まれたとき、互いが可及的に面接触するような形状に形成されている。本実施の形態では、基台部３１０は、熱伝導性に優れた材料であるアルミニウムが使用されるが、これに限定されず、例えば銅によって構成してもよい。なお、収容溝部３６０、３７０とヒートパイプ３４０、３５０との隙間にはんだ合金を流し込んで、収容溝部３６０、３７０とヒートパイプ３４０、３５０との熱的な接続をより強くすることができる。
【００２８】
ヒートパイプ３４０は、基台部３１０の収容溝部３６０に嵌め込まれ、ヒートパイプ３５０は、基台部３１０の収容溝部３７０に嵌め込まれて設置されるが、これによりヒートパイプ３４０、３５０は互い違いに配置される。換言すれば、収容溝部３６０、３７０は、ヒートパイプ３４０、３５０が互い違いに配置された状態で並置されるように形成されている。即ち、図４〜図６に示すように、ヒートパイプ３４０は−Ｘ方向に開口を有し、ヒートパイプ３５０は＋Ｘ方向に開口を有して、互いの開口方向（伸びる方向）が１８０°異なるように配置される。また、一対のヒートパイプ３４０、３５０は互いの同じ側の延伸部が隣り合うようにＺ方向に並置されている。
【００２９】
図３に示すように、基台部３１０のフィン部３２０が配置される側（ヒートパイプ３４０、３５０が配置される側）と反対側の面には、接続部材３３０が設けられている。接続部材３３０は、ＤＭＤ２３６と機械的、および熱的に接続されるもので、アルミニウムによって基台部３１０に一体的に設けられる。接続部材３３０が配置される位置は、図５の破線で示す箇所であり、ヒートパイプ３４０とヒートパイプ３５０が隣接する位置で、ヒートパイプ３４０とヒートパイプ３５０に跨った位置に配置される。即ち、接続部材３３０は、ヒートパイプ３４０、３５０が並置される面の法線方向（即ち、接続部材３３０が基台部３１０に対して配置されるＹ方向）から見て、ヒートパイプ３４０、３５０の互いに隣り合う延伸部と重畳する位置に配置される。
【００３０】
基台部３１０の収容溝部形成側の面とベース板３２１は、シリコングリースを介在させて、ヒートパイプを施蓋するように接合固定される。この接合によりベース板３２１は、基台部だけでなく、ヒートパイプにも当接するように熱的に接続されることになる。この場合、図４に示すように、フィン部３２０は、フィン３２２の並ぶ方向がヒートパイプ３４０、３５０の伸びる方向と同じ方向（Ｘ方向）になるように、基台部３１０に対して配置されるが、これに限定されない。フィン部３２０は、フィン３２２の並ぶ方向がヒートパイプ３４０、３５０の伸びる方向とは垂直な方向（Ｚ方向）になるように、基台部３１０に対して配置するようにしてもよい。
【００３１】
［１−２．ヒートシンクの動作］
レンズ２３２によって集光された照明光は、ＴＩＲプリズム２３５に入射し、ＤＭＤ２３６を照射する。ＤＭＤ２３６で反射されずに吸収された照明光は、熱に変化し、接続部材３３０を介してヒートシンク３００の基台部３１０の中心部近辺に熱伝導する。
【００３２】
基台部３１０の中心部近辺に伝導した熱は、ヒートパイプ３４０、３５０により拡散される。拡散された熱はフィン部３２０のベース板３２１に伝導し、その後、フィン３２２に伝導し、ファン３９０によって放熱される。ヒートパイプ３４０、３５０は、銅製のケース内部に作動液が収容されており、作動液が熱を受熱することにより、ヒートパイプ内を還流し熱移動するものであり、ヒートパイプが受熱する部位および放熱する部位と重力方向との位置関係によって、熱移動量に差が生じる。本実施の形態では、ヒートシンク（ヒートパイプ）の設置方向によって熱移動量に差が生じるのを抑制するため、ヒートパイプ３４０、３５０はＵ字型を有し、互い違いに配置されている。
【００３３】
ヒートパイプ３４０、３５０は、収容溝部３６０、３７０を形成する基台部３１０の面に密着するように配置されるので、ヒートパイプ３４０、３５０で吸熱された熱は、基台部３１０の全体に拡散し、フィン部３２０によって効率的に放熱される。
【００３４】
［１−３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、ＤＭＤに照射する照明光によって発生する熱を、ヒートパイプにより、効果的に熱拡散でき、拡散した熱をフィンに熱伝導できるので、効果的に放熱することができる。また、ヒートシンク３００の設置方向、例えばＺ軸が重力方向になるように設置した場合においても、高い冷却能力を維持することができ、効果的に放熱することができる。
【００３５】
（実施の形態２）
以下、図７、および図８を用いて実施の形態２を説明する。実施の形態２では、基台部の構成が、実施の形態１と異なっており、その他の構成及び動作は実施の形態１と同一であるので、その重複説明は省略する。また、以下の説明においても、図７および図８では図中に示すＸＹＺ直交座標系をとるものとする。
【００３６】
図７は本実施の形態のヒートシンクで使用される基台部３８０を、ヒートパイプ３４０、３５０とともに示す斜視図、図８はヒートパイプ３４０、３５０を基台部に配置した状態を示す斜視図である。
【００３７】
基台部３８０は、皿状をなしており、その収容凹所３８１に、一対のヒートパイプ３４０、３５０が近接して互い違いに並置される。図７、および図８では図示されていないが、基台部３８０の収容凹所３８１の反対側には、図３に示すヒートシンク３００の場合と同様に、接続部材３３０が設けられる。これら、基台部３８０と接続部材３３０は、アルミニウムによって構成される。ヒートパイプ３４０、３５０が収容凹所３８１に配置されると収容凹所内に溶融したはんだ合金を流し込んで、収容凹所３８１の空間をはんだ合金で充填しヒートパイプ３４０、３５０を埋設する。この後、収容凹所３８１をフィン部３２０のベース板３２１で施蓋するよう接合する。ここで、はんだ合金は熱伝導材料の一例である。
【００３８】
これにより、実施の形態１と同様に、ＤＭＤ２３６の発熱がフィン部３２０から効率よく放熱されることになる。
【００３９】
（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、および実施の形態２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、省略など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、および２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。
【００４０】
一対のヒートパイプの配置は、実施の形態１、２で示した例に限られず、例えば、図９に示すように配置することもできる。即ち、ヒートパイプ３４１、３５１は、互いの開口に互いの延伸部の一方がそれぞれ挿入された状態で、基台部３１１に配置されてもよい。この場合、ヒートパイプ３４１、３５１において、底部の両側から伸びる２つの延伸部の長さは図９に示すように異なってもよいし、同じ長さで構成することもできる。このように同一のヒートパイプ３４１、３５１を互い違いに配置することによっても、実施の形態１、２と同様に、ヒートシンクは、設置方向に依らず、良好な放熱効果を奏する。
【００４１】
各実施の形態では、発熱部の一例としてＤＭＤを説明した。発熱部は、ＤＭＤに限定されない。発熱部として、半導体レーザのケース裏面を用いてもよい。
【００４２】
なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本開示は、プロジェクタなどの投写型映像表示装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１    投写型映像表示装置
２０    照明光学系
２０１    レーザ光源
２０２    コリメートレンズ
２３３    第１のプリズム
２３４    第２のプリズム
２３５    ＴＩＲプリズム
２３６    ＤＭＤ
３００    ヒートシンク
３１０，３１１    基台部
３２０    フィン部
３２１    ベース板
３２２    フィン
３３０    接続部材
３４０，３４１，３５０，３５１    ヒートパイプ
３６０，３７０    収容溝部
３８０    基台部
３８１    収容凹所
３９０    ファン
【図１】
2017194675.tif 000003
【図２】
2017194675.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017194675.tif 000009
【図８】
2017194675.tif 000010
【図９】
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