JP2020071379A - 光源装置及び投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】異なる動作温度範囲の光源を用いる場合でも、位置精度よく配置でき、かつ、冷却能力を無駄にすることなく冷却することができる仕組みを提供することを目的としている。【解決手段】第1の光源31rと、第1の光源31rと異なる動作温度範囲の第2の光源31bと、第1の光源31rからの熱を受熱する第1の受熱部372rと、第2の光源31bからの熱を受熱する第2の受熱部372bと、第1の光源31rと第2の光源31bとを保持する保持部材371と、を有する光源装置であって、第1の光源31r及び第1の受熱部372rと、第2の光源31b及び第2の受熱部372bと、の間は、熱的に分離されていることを特徴とする光源装置。【選択図】図2
Description
本発明は、複数の光源を用いる光源装置及び投射型表示装置に関するものである。
高耐久かつ高輝度を達成できる投射型表示装置の光源として、レーザーダイオード(以下、LDとも称する)等の半導体発光素子が用いられているが、これまで青色LDからの光を黄色の蛍光体を用いて蛍光変換することで白色光を生成することが一般的であった。しかしこのように生成された白色光は、所定の波長だけ強度が強いというような特徴があるため、色純度を高めるために光学フィルターで所定の波長域をカットする必要があり非効率であった。そのため、光源からの光を効率的に利用するために、青色LDに加えて赤色LDを用いることで色純度を高めた白色光を生成することが検討されている。
このような異なる種類の波長を出射するLDは、用いられている半導体材料が異なるため動作温度範囲(耐熱温度)や発熱量に差がある。例えばガリウムヒ素を用いた赤色LDは、窒化ガリウムを用いた青色LDに比べて動作温度範囲が低温となっている。そのため、異なる種類のLDを同時に使用する際には、それぞれの動作温度範囲を守って使用できるように温度制御を行うことが求められている。
このような互いに異なる動作温度範囲の光源の冷却制御を行う仕組みの一例が特許文献1に開示されている。特許文献1では、複数の光源が設けられた伝熱板をペルチェ素子(温度制御素子)で冷却する構成とし、光源と伝熱板との当接面積を変えて熱抵抗を調整することで、共通の温度制御素子で冷却することが開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示される構成は、いうなれば冷却能力が過剰となってしまう光源に対してあえて熱伝導されにくくすることで目的を達成しており、冷却能力を無駄にしている。そのため、無駄な電力消費が行われており効率的ではなく、冷却ファンなどによる騒音も生じる可能性がある。
これに対し、互いに異なる動作温度の各光源ごとに効率的な冷却を行うために、動作温度範囲が同じ光源ごとにグループ化し、それぞれ別々の固定治具上に保持して冷却することも考えられる。しかしこのような構成は、装置の大型化を招くだけでなく、光源間の位置調整も難しくなり、光利用効率の低下を招く可能性もある。
本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、異なる動作温度範囲の光源を用いる場合でも、光源間の位置を精度よく配置でき、かつ、冷却能力を無駄にすることなく光源を冷却できる仕組みを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の光源装置は、第1の光源と、前記第1の光源と異なる動作温度範囲の第2の光源と、前記第1の光源からの熱を受熱する第1の受熱部と、前記第2の光源からの熱を受熱する第2の受熱部と、前記第1の光源と前記第2の光源とを保持する保持部材と、を有する光源装置であって、前記第1の光源及び前記第1の受熱部と、前記第2の光源及び前記第2の受熱部と、の間は、熱的に分離されていることを特徴とする。
このように設けることで、異なる動作温度範囲の光源を用いる場合でも、位置精度よく配置でき、かつ、冷却能力を無駄にすることなく光源を冷却できる仕組みを提供することができる。
(第一の実施形態)
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る投射型表示装置としてのプロジェクタ装置に関する全体構成図である。ここでは、反射型液晶表示素子を光変調素子として用いたプロジェクタ装置を用いて説明するが、異なる波長帯域の半導体発光素子を2種類以上用いる投射型表示装置であれば適用可能である。具体的には、反射型液晶表示素子以外の光変調素子、例えば、DMD(Digital Mirror Device)、透過型液晶表示素子を用いたプロジェクタ装置に適用することも可能である。以下、図1の右方向をX軸、上方向をZ軸、紙面方向をY軸として説明を行う。
投射型表示装置10は、光源光学系20、照明光学系50、色分離合成光学系60、投射レンズ70、およびこれらの構成を包含する外装筺体80を備える。
光源光学系20は、圧縮光学系30と集光光学系40に分けられている。圧縮光学系30には、青色帯域の波長の光を出力する複数の半導体発光素子、例えばレーザーダイオード(以下LDとも称す)の青色光源31bと、青色光源31bとは異なる波長帯域である赤色帯域の波長の光を出力する複数の赤色光源31rが設けられている。これらの複数の青色光源31bと複数の赤色光源31rは、保持部37により保持及び放熱されるように設けられている。保持部37によるLDの保持及び放熱の詳細については後述する。
圧縮光学系30には、さらに各光源に対応して設けられるコリメータレンズ32b、32r、反射ミラーアレイ33、第一のダイクロイックミラー34、コンデンサレンズ35rなどを有している。集光光学系40は、第二のダイクロイックミラー43、コンデンサレンズ44a、コンデンサレンズ44b、蛍光体ユニット45、アフォーカルレンズ47などを有している。
複数の青色光源31b及び複数の赤色光源31rからは、励起光100bと100rがそれぞれ放射状に発振され、圧縮光学系30のレンズ部品に向けて出射される。赤色光源31rから発振された励起光100rは、コリメータレンズ32bを介して、反射ミラーアレイ33に照射される。
第一のダイクロイックミラー34は、赤色帯域の波長は反射し、それ以外の波長は透過する特性を備えており、反射ミラーアレイ33で反射された励起光100rを再び反射する。その後各赤色光源31rより出射された励起光100rの光束は、集光光学系40へと送られる。
一方、青色光源31bから発振された励起光100bは、コリメータレンズ32b、コンデンサレンズ35を透過することにより各励起光100bの光束は焦点を結ぶように圧縮される。コンデンサレンズ35から出射した励起光100bは、第一のダイクロイックミラー34を透過して集光光学系40へと送られる。
圧縮光学系30より出射された励起光100b、100rは、第二のダイクロイックミラー43へと送られる。第二のダイクロイックミラー43は、励起光100b、100rからの青色帯域の波長及び赤色帯域の波長は反射する。そのため、励起光100b、100rは、第二のダイクロイックミラー43で反射され、コンデンサレンズ44a、44bを透過して蛍光体ユニット45の蛍光体451へと照射される。
蛍光体ユニット45は、蛍光体451が設けられた蛍光体ホイール452と、蛍光体ホイール452を回動させるモータ453を備えている。蛍光体451は、青色帯域の波長が照射されることにより、黄色帯域の蛍光光を発光する特性を持つ蛍光材料と、励起光を拡散反射させる拡散材をバインダーに混在させた材料により設けられている。そして、蛍光体451は、蛍光体ホイール452により回転している際に、励起光100b、100rが照射される蛍光体ホイール452の円周面上に設けられている。
蛍光変換された蛍光光と、蛍光変換されない励起光100b、100rが混合された光は白色光101として、コンデンサレンズ44b、44aへと放射される。そして白色光101は、コンデンサレンズ44b、44aを透過し、アフォーカルレンズ47へと照射される。アフォーカルレンズ47は、入射光を照明光学系50に最適な光束径にして照明光学系50に入射させる。
照明光学系50は、不図示のフライアイレンズ、偏光変換素子、コンデンサレンズなどを備えている。アフォーカルレンズ47より出射された白色光101は、照明光学系50において明るさが均一化され色むらのない光束として色分離合成光学系60へと出射される。
色分離合成光学系60は、不図示のダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッタ、光変調素子として用いられる反射型液晶表示素子(以下、液晶パネルとも称する)を備えている。照明光学系50より入射された白色光101は、G,B,Rの各波長成分に分離され、それぞれの波長に対応した液晶パネルを照射する。G,B,Rの各成分光は、液晶表示パネルにより入力映像信号に応じて偏光が制御されて反射され、所定の偏光の光が合成用ビームスプリッタにより合成された後に投射レンズ70へと出射され、不図示のスクリーンなどの被投射面に拡大投射される。
ところで、一般的に、青色レーザーダイオードは窒化ガリウム(GaN)を用いた半導体発光素子であり、赤色レーザーダイオードはヒ化ガリウム(GaAs)を用いた半導体発光素子であり、異なる材料で設けられている。そのため、青色LDを安定的に使用するために推奨される動作温度範囲と、赤色LDを安定的に使用するために推奨される動作温度範囲とは異なっており、赤色LDの動作温度範囲の上限が青色LDの動作温度範囲の上限より低温に設定されている。例えば、青色LDは、55℃以下で動作することが求められているのに対し、赤色LDは45℃以下で動作することが求められている。このような異なる種類のLDを同じ放熱部材の上に設け、赤色LDにあわせて冷却することでいずれの動作温度域範囲(上限温度以下)で使用することもできる。しかしそうすると青色LDは必要以上に冷却することになり、冷却能力が無駄となり、消費電力の増大や、冷却ファンを設けるような場合は騒音の増大を招くことにもなりかねない。これに対し、放熱部材をLDの種類ごとに区分けすることが考えられるが、複数の青色光源31bと複数の赤色光源31rとは、出射された光が同一光軸の光束として用いられるため、位置関係を精度よく保った状態で保持されていることが望ましい。
そのため、本実施形態では、このようなLDの種類ごとの温度制御と、位置精度とを両立するために、互いに異なる動作温度範囲のLDを同じ保持部37上に設けるが、互いに熱が伝わらないようになっている。このような保持部37の詳細を図2乃至6を用いて詳細に説明する。
図2は、保持部37の拡大図であり、図1の保持部37をY軸の側から見た図である。図3(a)は、保持部37に2つの青色光源31bと2つの赤色光源31rが保持されている様子を説明するための図であり、保持部37を図1のX軸の側から見た図である。図3(b)は、図3(a)の青色光源31bと赤色光源31rを取りつける前の保持部37の様子を示している。
保持部37には、複数の青色光源31bと複数の赤色光源31rとを固定するLD保持部材371と、受熱部372b、372rと、熱輸送部材373b、373rと、各光源の位置決めを行う突出部375と、フィン374b、374rとが設けられている。
各光源31b、31rは、図3(a)に示すように固定治具311で複数のレーザーダイオード312を固定して構成されている。さらに各光源31b、31rは、共通部品であるLD保持部材371に設けられた突出部375に固定治具311を嵌合させることで位置決めし、ネジなどによりLD保持部材371に固定している。このように位置決め及び固定するようにすることで、同一工程で作業することができ、光源間の相対位置関係を精度良く配置することができる。また各レーザーダイオード31は、ガラスエポキシ材料等からなるプリント基板310を介して電力供給されるように設けられている。
各光源の少なくともレーザダイオード312が配置される下側は、図3(b)に示すようにLD保持部材371ではなく、受熱部372b、372rが配置されている。受熱部372bと受熱部372rとは、互いに熱の影響を受けないことが望ましいため、LD保持部材371に設けられた開口部にそれぞれ嵌合されており、受熱部372bと受熱部372rとは分離されている。また、LD保持部材371を、受熱部372b及び受熱部372rの材料の熱伝導率より低い材料で設けることにより、受熱部372bと受熱部372rとを熱的に分離することができる。例えば、LD保持部材371を樹脂材料で設け、受熱部372b及び372rをアルミニウムなどの金属材料で設けることで、熱的に分離することができる。なお、青色光源31b同士や、赤色光源31r同士は、動作温度が同じであるため、互いの熱の影響を受けることは問題ないため同じ受熱部上に配置している。また、LD保持部材371と、受熱部372b及び受熱部372rとの間に部分的に隙間を設けて熱が伝わりにくいように設けてもよい。なお、本実施例中においては、熱伝導率が大きく異なる材料を介し、受熱部間で熱が伝わりにくい状態を熱の分離と呼んでおり、多少の熱移動が生じる場合も含まれている。
次に、図4乃至6を用いて、受熱部372b及び受熱部372rが各光源から吸熱した熱を大気中へ放熱させる構成を説明する。図4は、保持部37の斜視図であり、図5(a)は、図4のA−A‘に沿って保持部37を切断した切断面の状態を示す分解斜視図であり、図5(b)は、図4のB−B‘に沿って保持部37を切断した切断面の状態を示す分解斜視図である。図6(a)は、図2の青色光源31bに対応する放熱部分である熱輸送部材373bと複数のフィン374rを抜き出して示した図である。図6(b)は、図2の赤色光源31rに対応する放熱部分である熱輸送部材373rと複数のフィン374rを抜き出して示した図である。
受熱部372b及び受熱部372rには、LD保持部材371の青色光源31b及び赤色光源31rが設けられた面とは反対側の面に延出して設けられた、金属材料からなるヒートパイプなどの熱輸送部材が熱的に結合されている。具体的には、ハンダ固定、ロウ付け固定、溶接などを用いて結合されている。
この受熱部372bに対応する熱輸送部材373bと、受熱部372rに対応する熱輸送部材373rとの間においても、受熱部と同様に互いに熱的に分離されるように物理的に離間して設けられている。また、LD保持部材371と平行に、金属材料からなる複数のフィン(放熱板)374b及び374rが設けられている。これらの複数のフィンは、青色光源31bに対応する複数のフィン374bと赤色光源31rに対応する複数のフィン374rとが接しないように設けられており、熱的に分離されている。また、図4及び図5からわかるように、異なる種類の光源の複数のフィン374b及び374rを、いずれも平行に配置することにより、放熱部材の大きさを最小限にすることができ、装置の小型化に寄与することができる。
青色光源31bに対応する複数のフィン374bは、図5(a)に示すように熱輸送部材373bと熱的に結合(例えば溶接)されており、赤色光源31rに対応する複数のフィン374rは、図5(b)に示すように熱輸送部材373bに熱的に結合されている。また、図5(a)からわかるように、青色光源31bに対応する熱輸送部材373bは、赤色光源31rに対応する複数のフィン374rをまたいで受熱部372rに接合されている。その際、熱輸送部材373bは、複数のフィン374rに設けられた穴376を通ることで、フィン374rに接しないように配置されている。これにより、青色光源31bの熱輸送部材373bと赤色光源31rの複数のフィン374rとの間は熱的に分離されているといえる。
以上のように設けることで、青色光源31bで生じた熱は、受熱部372bに伝熱され、さらに熱輸送部材373bを介して複数のフィン374bに伝熱され、大気へ放熱される。そして赤色光源31rで生じた熱は受熱部372rに伝熱され、さらに熱輸送部材373rを介して複数のフィン374rに伝熱され、大気中へ放熱される。つまり、青色光源31bでは、受熱部372b、熱輸送部材373b、複数のフィン374bが大気中へ放熱する放熱部材として機能している。そして、赤色光源31rでは、受熱部372r、熱輸送部材373r、複数のフィン374rが大気中に放熱する放熱部材として機能している。
すなわち本実施形態によれば、受熱部372における「受熱」→熱輸送部材373による「熱輸送」→複数のフィン374による「放熱」のいずれにおいても、異なる種類の光源間において熱的に分離されている。これにより、異なる種類の光源間で熱輸送は起きないため、それぞれ個別の温度制御とすることができ、過剰な冷却能力を搭載する必要はなく、装置の小型化に寄与することもできる。さらに、消費電力の増大や、冷却ファンを設けることによる騒音の増大などを防止することができる。また、青色光源31b及び赤色光源31rはいずれも、共通のLD保持部材371により固定され保持されているため位置関係を精度よく保った状態で保持でき、光利用効率の低下を防止することができる。
なお、本実施形態では、赤色光源31rの複数のフィン374rをLD保持部材371の近くに配置している構成を用いて説明を行ったが、青色光源31bの複数のフィン374rをLD保持部材371の近くに配置する構成としてもよい。ただし、赤色光源の方が青色光源よりも冷却が必要であるので、赤色光源に対する熱抵抗は青色光源よりも小さくなるように構成することが好ましい。そのため、熱輸送距離を短くした方が熱抵抗を小さくできるため、赤色光源31rの複数のフィン374rをLD保持部材371の近傍に配置した方が好ましい構成であるといえる。
(第一の実施形態の変形例)
第一の本実施形態では、赤色光源31rのフィンの枚数と、青色光源31bのフィンの枚数を同じ枚数の例(放熱部材の表面積が同一の例)を用いて説明した。しかし、上述のように赤色LDの方が青色LDよりも冷却が必要である。そのため、赤色光源のフィン枚数が青色光源のフィンの枚数より多くするなどして放熱部材の表面積を青色光源より赤色光源の方が広くし、駆動時の温度が動作温度範囲となるように適宜調整することが好ましい。この場合、青色光源31bから大気までの熱抵抗(単位時間あたりの発熱量あたりの温度上昇量)と、赤色光源31rから大気までの熱抵抗が同一となるように放熱部材の表面積を異ならせる必要がある。
第一の本実施形態では、赤色光源31rのフィンの枚数と、青色光源31bのフィンの枚数を同じ枚数の例(放熱部材の表面積が同一の例)を用いて説明した。しかし、上述のように赤色LDの方が青色LDよりも冷却が必要である。そのため、赤色光源のフィン枚数が青色光源のフィンの枚数より多くするなどして放熱部材の表面積を青色光源より赤色光源の方が広くし、駆動時の温度が動作温度範囲となるように適宜調整することが好ましい。この場合、青色光源31bから大気までの熱抵抗(単位時間あたりの発熱量あたりの温度上昇量)と、赤色光源31rから大気までの熱抵抗が同一となるように放熱部材の表面積を異ならせる必要がある。
(第二の実施形態)
第一の実施形態においては、赤色光源31rと青色光源31bとが熱的に分離された構造について説明を行った。上述のように、青色光源は窒化ガリウム(GaN)を用いた半導体発光素子であり、赤色LDはヒ化ガリウム(GaAs)を用いた半導体発光素子であり、異なる材料で設けられている。そのため、青色LDを使用できる動作温度範囲と、赤色LDを使用できる動作温度範囲とは異なっており、赤色LDの動作温度範囲の上限が青色LDの動作温度範囲の上限より低温に設定されている。例えば、青色LDは、55℃以下で動作することが求められているのに対し、赤色LDは45℃以下で動作することが求められている。さらに、温度による発光効率(発光スペクトル)も赤色LDと青色LDとで異なるため、一定した明るさや色バランスを維持するためには、熱的に分離するだけでなく、上記動作温度範囲の上限以下の所望の目標温度付近で維持することが求められる。
第一の実施形態においては、赤色光源31rと青色光源31bとが熱的に分離された構造について説明を行った。上述のように、青色光源は窒化ガリウム(GaN)を用いた半導体発光素子であり、赤色LDはヒ化ガリウム(GaAs)を用いた半導体発光素子であり、異なる材料で設けられている。そのため、青色LDを使用できる動作温度範囲と、赤色LDを使用できる動作温度範囲とは異なっており、赤色LDの動作温度範囲の上限が青色LDの動作温度範囲の上限より低温に設定されている。例えば、青色LDは、55℃以下で動作することが求められているのに対し、赤色LDは45℃以下で動作することが求められている。さらに、温度による発光効率(発光スペクトル)も赤色LDと青色LDとで異なるため、一定した明るさや色バランスを維持するためには、熱的に分離するだけでなく、上記動作温度範囲の上限以下の所望の目標温度付近で維持することが求められる。
そのため、本実施形態においては、LDの温度制御をより正確に行うために、フィンにファンなどの送風手段で送風する形態を説明する。ここでは、第一の実施形態と同じ内容については説明を省略し、第一の実施形態と異なる部分について中心に説明を行う。
図7は、第二の実施形態に係る保持部37の拡大図であり、図1の保持部37をY軸の側から見た図である。
保持部37には、複数の青色光源31bと複数の赤色光源31rとを固定するLD保持部材371と、受熱部372b、372rと、熱輸送部材373b、373rと、各光源の位置決めを行う突出部375と、フィン374b、374rとが設けられている。さらに、各青色光源31bの近傍に設けられ、当該光源に対応するサーミスタなどの温度測定素子211r(以下、サーミスタと称す)と各赤色光源31rの近傍に設けられ、当該光源に対応するサーミスタ211bが設けられている。なお、本実施形態では、光源ごとにサーミスタが設けられている例をもとに説明を行うが、赤色光源用に少なくとも1つ、青色光源用に少なくとも1つ設けられていれば十分である。
さらに、青色光源31bに対応するフィン374bの上側には、当該フィン374bに送風し、フィン374bからの放熱を促すファン210b(送風手段とも称する)が設けられている。さらに、赤色光源31rに対応するフィン374rの上側には、当該フィン374rに送風し、フィン374rからの放熱を促すファン210rが設けられている。なお、本実施例では、ファン210bが1つ、ファン210rが2つ設けられている例を用いて説明を行うが、赤色光源用に少なくとも1つ、青色光源用に少なくとも1つ設けられていれば十分である。また、本実施形態中では、ファンはフィンの上側に設ける例を用いて説明しているが、フィン周囲に風の流れが起きてフィンが冷却されるのであれば外装筐体80中のどこに送風手段を設けてもよい。
このように設けることで、青色光源31bと赤色光源31rをそれぞれ個別に冷却制御することができる。つまり、青色光源31bの発光時の温度をサーミスタ211bで測定し、当該測定結果が所望の目標値となるように(すなわち青色光源31bの動作温度が上限値を超えないように)、ファン210bを制御して冷却を行う。一方、赤色光源31rの発光時の温度をサーミスタ211rで測定し、当該計測結果が所望の目標値となるように(すなわち赤色光源31rの動作温度が上限値を超えないように)ファン210rを制御して冷却を行う。したがって、青色光源31bと赤色光源31rとの動作温度の上限値が異なっていたとしても、最適な温度に制御することができる。
次に、図8及び図9を用いて、本実施形態にかかる光源の温度制御の詳細について説明する。図8は、投射型表示装置10の制御システムのブロック図である。
制御部200は、ユーザによって投射型表示装置10の電源がONにされると、赤色光源31r、青色光源31bに対して電力を供給するとともに、ファン210rとファン210bに対しても駆動するための電力を供給する。また、制御部200は、サーミスタ211r及びサーミスタ211bの温度測定結果に基づいて、ファン210rとファン210bの送風制御を行う。
図9は、冷却制御方法を説明するためのフローチャートである。図9のフローチャートに示す処理は、制御部200が制御手段として機能することにより実現されるものである。この処理は、上述のように、青色光源31bと赤色光源31rをそれぞれ個別に行われるものである。以下、青色光源31bを用いて説明を行うが、赤色光源31rも同様の制御が行われる。
ステップS1では、制御部200は、青色光源31bが点灯し、かつファン210bの回転が開始したかどうか判断する。開始していない場合には、まだ温度制御する必要がないため処理を終了し、開始している場合には、ステップS2に進む。
ステップS2では、制御部200は、サーミスタ211bで測定された青色光源31bの温度(青色光源31b周辺の温度)が、目標値と同じであるか判断する。そして、同じでない場合には、ステップS3に進み、同じである場合には、ファンの回転数を変更する必要はないためステップS5へ進む。ここで用いられる目標値は、あらかじめ定められ記憶されている値であり、動作温度上限値を超えない値である。すなわち青色光源31bの場合には、55℃以下の温度であり、赤色光源の場合には、45℃以下の温度であり、光源によって異なる温度を設定しておくことができる。また、サーミスタ211が複数設けられている場合には、例えば光源の種類ごとの複数のサーミスタの平均値や最大値を測定温度として用いることができる。
ステップS3では、制御部200は、測定温度が目標値よりも高いかどうか判断する。測定温度が目標値よりも高い場合には、ステップS4に進み、目標値に近づけるため冷却能力が上がるように、ファンの回転数を上げる制御を行う。一方、ステップS3で測定温度が目標値よりも高くない(低い)場合には、ステップS5に進み、目標値に近づけるために冷却能力が下がるように、ファンの回転数を下げる制御を行う。
ステップS6では、制御部200は、光源が消灯したか判断し、消灯していない場合には、S2に戻り処理を続ける。一方、消灯している場合には、ステップS7に進み、ファン210bを停止して処理を終了する。このように光源が点灯している間は、S2〜S6の処理を繰り返すことにより、光源ごとに個別の目標値に近づける冷却制御を行うことができる。
以上説明したように、青色光源31bで生じた熱は、受熱部372bに伝熱され、さらに熱輸送部材373bを介して複数のフィン374bに伝熱され、ファン210bから青色光源31bの温度に応じた送風量で送風されることで大気へ放熱される。そして赤色光源31rで生じた熱は受熱部372rに伝熱され、さらに熱輸送部材373rを介して複数のフィン374rに伝熱され、ファン210rから赤色光源31rの温度に応じた送風量で送風されることで大気中へ放熱される。つまり、青色光源31bでは、受熱部372b、熱輸送部材373b、複数のフィン374bが大気中へ放熱する放熱部材として機能する。そして赤色光源31rでは、受熱部372r、熱輸送部材373r、複数のフィン374rが大気中に放熱する放熱部材として機能している。なお、本実施形態では、ステップS2S3に示したように目標値をもとに回転数を制御する例をもとに説明したが、本制御は一例にすぎず測定温度に応じて段階的に回転数を制御したり、目標値に幅を持たせてもよい。
すなわち本実施形態においても、受熱部372における「受熱」→熱輸送部材373による「熱輸送」→複数のフィン374による「放熱」のいずれにおいても、異なる種類の光源間において熱的に分離されている。さらに、ファンによる送風は、光源ごとに制御されているため、光源ごとの目標値となるように冷却制御を個別に行うことができる。
これにより、異なる種類の光源間で熱輸送は起きないため、それぞれ個別の温度制御とすることができ、過剰な冷却能力を搭載する必要はなく、装置の小型化に寄与することができる。さらに、消費電力の増大や、冷却ファンを設けることによる騒音の増大などを防止することもできる。さらに、不必要な冷却能力を搭載する必要もないため、装置の小型化に寄与することもできる。また、青色光源31b及び赤色光源31rはいずれも、共通のLD保持部材371により固定され保持されているため位置関係を精度よく保った状態で保持でき、光利用効率の低下を防止することができる。さらに、光源ごとの目標値に近づくような冷却制御が行えるため、温度による発光効率(発光スペクトル)が赤色LDと青色LDとで異なる場合でも、一定した明るさや色バランスを維持することができる。
(第三の実施形態)
第二の実施形態においては、ファンなどの送風手段を赤色光源31rと青色光源31bとに別々に設け、個別の温度制御を行う例を用いて説明を行った。本実施形態においては赤色光源31rと青色光源31bとを、装置小型化のため共通のファンで冷却しつつも、それぞれの発熱量に応じた冷却制御を行う方法を説明する。ここでは、第一及び第二の実施形態と同じ内容については説明を省略し、異なる部分について中心に説明を行う。
第二の実施形態においては、ファンなどの送風手段を赤色光源31rと青色光源31bとに別々に設け、個別の温度制御を行う例を用いて説明を行った。本実施形態においては赤色光源31rと青色光源31bとを、装置小型化のため共通のファンで冷却しつつも、それぞれの発熱量に応じた冷却制御を行う方法を説明する。ここでは、第一及び第二の実施形態と同じ内容については説明を省略し、異なる部分について中心に説明を行う。
図10は、第三の実施形態に係る保持部37の拡大図であり、図1の保持部37をY軸の側から見た図である。第一の実施形態の変形例と同様に、より冷却目標温度を低温にする必要がある赤色光源31rに熱的に結合されたフィン374rの枚数を、青色光源31bに熱的に接続されたフィン374bの枚数より多くする。つまり、赤色光源31rの放熱手段の表面積が青色光源31bの放熱手段の表面積よりも広くすることで、青色光源31bから大気までの熱抵抗と、赤色光源31rから大気までの熱抵抗が同一となるように調整している。
図10の例では、サーミスタ211が赤色光源31rの近傍に設けている例を示しているが、いずれかの光源の温度を測定できる位置にサーミスタ211が少なくとも1つあればよい。また、冷却制御は、第二の実施形態の図9で示したフローチャートと同様のフローを用いることができる。つまり、赤色光源31rに対応するサーミスタ211で測定された測定温度を用いて冷却制御を行う場合には、赤色光源31rに対応する目標値をもとにファン210の制御を行えばよい。一方青色光源31bに対応する位置にサーミスタ211が設けられている場合には、青色光源31bに対応する目標値をもとにファン210の制御を行えばよい。
すなわち本実施形態においても、受熱部372における「受熱」→熱輸送部材373による「熱輸送」→複数のフィン374による「放熱」のいずれにおいても、異なる種類の光源間において熱的に分離されている。また、上述のように熱抵抗を加味して放熱手段の表面積を調整することにより、ファンによる送風は共通であっても、光源ごとの目標値となるように冷却制御を行うことができる。
31r 赤色光源
31b 青色光源
371 LD保持部材
372 受熱部
373 熱輸送部材
374 放熱板
31b 青色光源
371 LD保持部材
372 受熱部
373 熱輸送部材
374 放熱板
Claims (11)
- 第1の光源と、
前記第1の光源と異なる動作温度範囲の第2の光源と、
前記第1の光源からの熱を受熱する第1の受熱部と、
前記第2の光源からの熱を受熱する第2の受熱部と、
前記第1の光源と前記第2の光源とを保持する保持部材と、を有する光源装置であって、
前記第1の光源及び前記第1の受熱部と、前記第2の光源及び前記第2の受熱部と、の間は、熱的に分離されていることを特徴とする光源装置。 - 前記第1の受熱部及び前記第2の受熱部は、それぞれに対応する前記保持部材の開口部に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記保持部材は、前記第1の受熱部及び前記第2の受熱部に比べ熱伝導率の低い材料を用いて設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。
- 前記第1の受熱部及び前記第2の受熱部は、それぞれに対応する複数の放熱板と熱輸送部材とに熱的に結合されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記第1の受熱部に対応する複数の放熱板と、前記第2の放熱部材に対応する複数の放熱板とは、平行に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の光源装置。
- 前記第2の光源が、前記第1の光源よりも動作温度範囲の上限が低い光源であるときに、
前記第2の受熱部に対応する複数の放熱板は、前記第1の受熱部に対応する複数の放熱板よりも、前記保持部材に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項4または5に記載の光源装置。 - 前記第2の光源が、前記第1の光源よりも動作温度範囲の上限が低い光源であるときに、
前記第2の受熱部に対応する複数の放熱板の表面積は、前記第1の受熱部に対応する複数の放熱板の表面積よりも大きいことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の光源装置。 - 前記第1の光源の近傍の温度を測定する第1の温度測定手段と、
前記第2の光源の近傍の温度を測定する第2の温度測定手段と、
前記第1の受熱部に対応する複数の放熱板及び前記第2の受熱部に対応する複数の放熱板に送風する送風手段と、
前記第1の温度測定手段及び前記第2の温度測定手段の測定結果に応じて、前記送風手段を制御する制御手段と、をさらに有することを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項に記載の光源装置。 - 前記送風手段は、前記第1の受熱部に対応する複数の放熱板に送風する第1の送風手段と前記第2の受熱部に対応する複数の放熱板に送風する第2の送風手段として設けられており、
前記制御手段は、前記第1の送風手段を前記第1の温度測定手段の測定結果に応じて制御し、前記第2の送風手段を前記第2の温度測定手段の測定結果に応じて制御することを特徴とする請求項8に記載の光源装置。 - 前記第1の光源は、青色レーザーダイオードを用いた光源であり、前記第2の光源は、赤色レーザーダイオードを用いた光源であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光源装置。
- 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を変調する光変調素子と、
を有する投射型表示装置。
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