JP7012199B2

JP7012199B2 - 冷却装置、およびこれを備えた光学モジュール、投影装置

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Publication number: JP7012199B2
Application number: JP2017005553A
Authority: JP
Inventors: 賢治池應
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2017-01-17
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2037-01-17
Also published as: JP2017182047A

Description

本開示は、光学素子において生じた熱を冷却するための冷却装置、およびこれを備えた光学モジュール、投影装置に関する。

近年、プロジェクタ（投影装置）の高輝度化に伴って、プロジェクタに搭載されたＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）等の反射型光学素子の反射面に集光されるレーザ光の出力が高くなっている。このため、ＤＭＤに生じる発熱量が増大し、発熱がＤＭＤの故障の要因となってしまうおそれがある。

また、プロジェクタ内において、ＤＭＤの反射面側には、プリズム等の光学部品が配置されるため、ＤＭＤの反射面の近傍に冷却機構等を配置することは困難である。

例えば、特許文献１には、ＤＭＤ素子の反射面側において、熱伝導率の高い金属平板をＤＭＤ素子の中段部分を構成する平面に接触させて吸熱を行うＤＭＤ素子の放熱装置について開示されている。

しかしながら、上記従来のＤＭＤ素子の放熱装置では、以下に示すような問題点を有している。

すなわち、上記公報に開示された放熱装置では、ＤＭＤ素子の反射面側において、熱伝導率の高い金属平板をＤＭＤ素子の反射面と略平行な平面に接触させて吸熱を行っている。しかし、このような構成では、発熱量が増大したＤＭＤ素子に生じた熱を効果的に冷却することができるとは言い難い。

特開２０１０－３２９４５号公報

本開示の課題は、光学素子において生じた熱をより効果的に冷却することが可能な冷却装置、およびこれを備えた光学モジュール、投影装置を提供することにある。

本開示に係る冷却装置は、受光面と受光面の外縁部を支持する支持フレームとを有する光学素子を冷却する冷却装置であって、当接部材と、冷却部と、を備えている。当接部材は、支持フレームにおける受光面と交差する方向に沿った側面に当接する第１当接面を有する。冷却部は、当接部材に接続され、当接部材を冷却する。

本開示に係る冷却装置によれば、光学素子において生じた熱をより効果的に冷却することができる。

本開示の一実施形態に係る冷却装置を含む光学モジュールが搭載されたプロジェクタの構成を示す図図１のプロジェクタに搭載された光学モジュールの構成を示す図図２のＡ－Ａ線矢視断面図図３のＢ部分の拡大断面図本開示の他の実施形態に係る冷却装置を含む光学モジュールの構成を示す要部拡大図本開示の一実施例に係る冷却装置による冷却効果を検証するための構成を示す断面図図６の構成において、ＤＭＤの支持フレームの側面のみに当接部材を当接させた構成を示す要部断面図図６の構成において、ＤＭＤの支持フレームの側面と前面とに当接部材を当接させた構成を示す要部断面図図６の構成において、ＤＭＤの支持フレームの前面のみに当接部材を当接させた比較例の構成を示す要部断面図図７Ａ～図７Ｃに対応する冷却効果を検証したシミュレーション結果を示す図本開示のさらに他の実施形態に係る冷却装置を含む光学モジュールの構成を示す要部拡大図

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。ただし、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。

なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施形態１）
本開示の一実施形態に係る冷却装置２０およびこれを備えた光学モジュール１０が搭載されたプロジェクタ（投影装置）１００について、図１～図４を用いて説明すれば以下の通りである。

（プロジェクタ１００の構成）
図１は、本開示の一実施形態に係る冷却装置を含む光学モジュールが搭載されたプロジェクタ１００の構成を示す図である。図１において、本実施形態に係るプロジェクタ１００は、映像信号に応じて、光を変調する１つの空間光変調素子（例えば、ＤＭＤ１１）を搭載した映像表示装置であって、レーザ光源と、レーザ光によって励起され蛍光を出射する蛍光体と、蛍光の一部の波長領域を除去するカラーフィルタとを備えている。

本実施形態において、レーザ光源は、例えば、半導体レーザ３０ａ（図１参照）である。

蛍光体は、レーザ光によって励起され、蛍光を出射するために設けられている。

カラーフィルタは、蛍光の一部の波長領域を除去するために設けられている。

プロジェクタ１００は、図１に示すように、光源部３０、蛍光体ホイール３７、フィルタホイール４５を含む照明装置と、映像生成部５０と、映像生成部５０によって生成された映像光をスクリーン（図示せず）へ投写する投写レンズ（投射光学系）５３とを備えている。

照明装置に含まれる光源部３０は、複数の青色半導体レーザ３０ａと、半導体レーザ３０ａのそれぞれに設けられたレンズ３０ｂとを有している。

本実施形態では、ＲＧＢ３原色のレーザ光のうち、緑色・赤色のレーザ光と比較して発光効率が高い青色のレーザ光（波長約４５０ｎｍ）を出力する半導体レーザ３０ａが使用されている。そして、２５個の半導体レーザ３０ａが、５×５のマトリクス状に配置されている。

レンズ３０ｂは、半導体レーザ３０ａから広がり角をもって出射した光を平行な光束に集光する機能を有している。

光源部３０より出射された光は、レンズ３１によって集光されながら、重畳される。レンズ３１によって集光された光は、ダイクロイックミラー３４に入射する前に、拡散板３２とレンズ３３とを透過する。

拡散板３２は、半導体レーザ３０ａからの光の干渉性を低減させる機能を有している。

レンズ３３は、レンズ３１によって集光された光を、再び平行な光束に戻す機能を有している。

ダイクロイックミラー３４は、カットオフ波長が約４９０ｎｍに設定された色合成素子である。従って、レンズ３３によって平行光化された光は、ダイクロイックミラー３４によって反射され、蛍光体ホイール３７へ照射される。

ここで、蛍光体ホイール３７に照射される光は、蛍光体ホイール３７への集光スポットサイズを小さくして光利用効率を向上させるため、レンズ３５，３６によって集光される。

なお、本実施形態では、蛍光体ホイール３７に照射される光の直径は、約２．０ｍｍである。

蛍光体ホイール３７における第１・第２・第３セグメントに照射された光は、黄色および緑色の蛍光に変換されて、図１に示すように、蛍光体ホイール３７から反射される。これらの蛍光は、図１に示すように、レンズ３６，３５によって平行光化されて、ダイクロイックミラー３４に戻り、ダイクロイックミラー３４を透過する。

一方、蛍光体ホイール３７の第４セグメントに照射された光は、蛍光体ホイール３７の切欠き領域をそのまま透過する。

ミラー４０，４１，４３は、図１に示すように、蛍光体ホイール３７を透過した光を、再びダイクロイックミラー３４に戻すため、光路に配置されている。

また、蛍光体ホイール３７を透過した光は、図１に示すように、レンズ３５，３６によって集光された後、レンズ３８，３９によって平行光化される。

そして、延長された光路分をリレーするために、図１に示すように、レンズ４２が配置されている。

蛍光体ホイール３７を透過した後、光路をリレーされてダイクロイックミラー３４に戻った光は、ダイクロイックミラー３４によって反射される。

この結果、蛍光体ホイール３７を透過した光と、反射した光とは、ダイクロイックミラー３４において合成される。

ダイクロイックミラー３４において合成された光は、図１に示すように、レンズ４４によって集光され、フィルタホイール４５を通過した後、ロッドインテグレータ４６に入射する。

フィルタホイール４５は、ガラス基板（第１のセグメント）と、カラーフィルタ部（第２のセグメント）とを有する。

ガラス基板は、可視全域にわたって高透過のガラス基板によって構成されている。

カラーフィルタ部は、波長６００ｎｍ以下で高反射、かつ波長６００ｎｍ以上の可視域で高透過のカラーフィルタ基板によって構成されている。

本実施形態では、第１のセグメントに相当するガラス基板は、中心角度が約２４０度の扇形、第２のセグメントに相当するカラーフィルタ部は、中心角度が約１２０度の扇形になるように形成されている。

また、ガラス基板とカラーフィルタ部とを有するフィルタホイール４５は、基板部分がモータに取り付けられており、回転制御される。

ここで、蛍光体ホイール３７とフィルタホイール４５とは、同じ回転数で同期して回転制御される。すなわち、フィルタホイール４５は、ガラス基板とカラーフィルタ部とが、１フレーム（例えば、１／６０秒）に対応する時間で一回転するように回転制御される。

さらに、蛍光体ホイール３７における蛍光体領域から放たれる黄色蛍光は、フィルタホイール４５におけるカラーフィルタ部に入射するように、回転制御が調整される。このため、蛍光体領域およびカラーフィルタ部のセグメント角度は、同一になるように設定されている。

カラーフィルタ部は、６００ｎｍ以下の光を除去する。このため、蛍光体領域から放たれる黄色蛍光は、短波長成分が除去された結果、赤色光となってロッドインテグレータ４６に入射する。

これにより、本実施形態のプロジェクタ１００では、カラーフィルタ部において、黄色蛍光から６００ｎｍ以下の短波長成分を除去することで、赤色光を生成することができる。

ロッドインテグレータ４６から出射された光は、レンズ４７，４８によってリレーされ、照明装置からの出力光となって、映像生成部５０に入射する。

（映像生成部５０）
映像生成部５０は、照明装置から照射される光を受けて映像を生成する装置であって、図１に示すように、レンズ５１と、全反射プリズム５２と、ＤＭＤ１１を含む光学モジュール１０とを有している。

レンズ５１は、ロッドインテグレータ４６の出射面の光をＤＭＤ１１に結像させる機能を有している。

全反射プリズム５２は、光を反射する面５２ａを有しており、レンズ５１を介して入射してきた光をＤＭＤ１１へ導く機能を有している。すなわち、レンズ５１を介して全反射プリズム５２に入射した光は、面５２ａによって反射され、ＤＭＤ１１へ導かれる。

ＤＭＤ１１は、可動式のマイクロミラーを複数有しており、図示しない制御部によって、それぞれに入射する各色光のタイミングに合わせ、かつ入力される映像信号に応じて制御される。ＤＭＤ１１によって変調された光は、全反射プリズム５２を透過して投写レンズ５３へ導かれる。なお、ＤＭＤ１１を含む光学モジュール１０の構成については、後段において詳述する。

投写レンズ５３は、時間的に合成された映像光を、図示しないスクリーンへ投写する。

本実施形態のプロジェクタ（映像表示装置）１００は、以上の構成により、スクリーンに対して映像をカラー表示することができる。

（光学モジュール１０）
本実施形態の光学モジュール１０は、上述した映像生成部５０に含まれるＤＭＤ１１と、ＤＭＤ１１に生じる熱を効果的に冷却するための冷却装置２０とを備えている。

図２は、図１のプロジェクタ１００に搭載された光学モジュールの構成を示す図である。図３は、図２に示された光学モジュール１０のＡ－Ａ線矢視断面図である。

図２に示すように、ＤＭＤ１１は矩形の形状を有しており、その周囲を、冷却装置２０を構成する第１当接部２１と第２当接部２２とによって囲まれている。また、ＤＭＤ１１は、図２および図３に示すように、素子部１２、ガラス基板１３、支持フレーム１４、ヘッダ１５、およびシール部材１６を有している。

素子部１２は、図３に示すように、上述した全反射プリズム５２に対向する側に、可動式のマイクロミラーによって構成される反射面（受光面）１２ａを有している。

ガラス基板１３は、図３に示すように、素子部１２の反射面１２ａ側を覆うように設けられており、全反射プリズム５２から入射する光、全反射プリズム５２に対して出射する光を透過させる。

支持フレーム１４は、図２および図３に示すように、熱伝導率の高い金属製（例えば、銅、アルミニウム等）の部材であって矩形の額縁形状を有している。そして、支持フレーム１４は、ガラス基板１３（反射面１２ａ）の外縁部分を取り囲むように配置されている。

図４は、図３に示される領域Ｂ部分の拡大断面図である、図４に示すように、支持フレーム１４は、反射面１２ａに対して交差する方向に沿って配置された側面１４ａ，１４ｂと、反射面１２ａに略平行な方向に沿って配置された前面１４ｃと、を有している。

なお、支持フレーム１４と冷却装置２０の当接部材（第１・第２当接部２１，２２）との当接関係については、後段にて詳述する。

ヘッダ１５は、図３に示すように、ガラス基板１３側の表面に素子部１２が載置されており、ＤＭＤ１１のベース部分を構成する。また、ヘッダ１５は、セラミックスによって形成されており、ＤＭＤ１１を可動させるための配線（図示せず）が内部に配置されている。なお、ヘッダ１５は、セラミックス以外に、アルミナによって形成されていてもよい。

シール部材１６は、図３に示すように、ヘッダ１５と支持フレーム１４との間の隙間を充填するように設けられている。これにより、ヘッダ１５上に取り付けられた素子部１２は、ヘッダ１５とガラス基板１３との間の隙間に配置されるとともに、周囲をシール部材１６によって密封された状態となる。

（冷却装置２０）
本実施形態の冷却装置２０は、水冷方式を採用した冷却装置であって、反射面１２ａにおいてレーザ光を反射した際に生じるＤＭＤ１１の発熱量を抑制するために設けられている。

特に、近年のプロジェクタ１００の高輝度化に伴って、ＤＭＤ１１において発生する熱量が増大し、ＤＭＤ１１の故障等の原因になっていることから、より効果的にＤＭＤ１１において発生する熱量を抑制する必要がある。

本実施形態の冷却装置２０は、図２および図３に示すように、第１当接部（当接部材）２１、第２当接部（当接部材）２２、ネジ２３、水冷ポンプ（冷却部）２４、スタッド（支持基板）２５を備えている。

第１当接部２１および第２当接部２２は、図２および図３に示すように、ＤＭＤ１１（支持フレーム１４）に直接的に接触して冷却を行う銅製の板状部材であって、第１・第２当接部２１，２２に分割される分割構造を有している。

また、第１・第２当接部２１，２２は、スタッド２５を介して水冷ポンプ２４に熱的に接続されており、ＤＭＤ１１から伝達された熱を、水冷ポンプ２４において冷却（熱交換）する。

第１当接部２１は、図２に示すように、矩形のＤＭＤ１１の２つの辺に当接するように配置されている。そして、第１当接部２１は、図３および図４に示すように、額縁状の内側の面（第１当接面２１ａ）において、ＤＭＤ１１側の支持フレーム１４の側面１４ａに対して当接する。第１当接部２１は、第１当接面２１ａ、長穴（位置調整機構）２１ｂを有している。

第１当接面２１ａは、図４に示すように、ＤＭＤ１１（素子部１２）の反射面１２ａに交差する方向に沿って配置されており、支持フレーム１４の側面１４ａに当接する。

長穴２１ｂは、図２に示すように、第１当接部２１における第１当接面２１ａとは反対側の端面における両側の端部にそれぞれ設けられている。そして、長穴２１ｂは、ＤＭＤ１１に対する第１当接部２１の反射面１２ａの平面方向における位置を調整するためのネジ２３が挿入される。

第２当接部２２は、図２に示すように、矩形のＤＭＤ１１の第１当接部２１が当接する２つの辺に対向する２つの辺に当接するように配置されている。そして、第２当接部２２は、図３に示すように、額縁状の内側の面（第１当接面２１ａ）において、ＤＭＤ１１側の支持フレーム１４の側面１４ｂに対して当接する。第２当接部２２は、第２当接面２２ａ、長穴（位置調整機構）２２ｂを有している。

第２当接面２２ａは、図３に示すように、ＤＭＤ１１（素子部１２）の反射面１２ａに交差する方向に沿って配置されており、支持フレーム１４の側面１４ｂに当接する。

長穴２２ｂは、図２に示すように、第２当接部２２における第２当接面２２ａとは反対側の端面における両側の端部付近にそれぞれ設けられている。そして、長穴２２ｂは、ＤＭＤ１１に対する第２当接部２２の反射面１２ａの平面方向における位置を調整するためのネジ２３が挿入される。

ネジ２３は、第１・第２当接部２１，２２の四隅に形成された長穴２１ｂ，２２ｂにそれぞれ挿入され、スタッド２５側に形成されたネジ穴２５ｄに螺合する。これにより、第１・第２当接部２１、２２を、スタッド２５に対して固定することで、スタッド２５に固定されているＤＭＤ１１に対して第１・第２当接部２１、２２の位置を固定することができる。

水冷ポンプ２４は、水冷式の冷却装置であって、図３に示すように、スタッド２５に対して固定されており、第１・第２当接部２１，２２およびスタッド２５を介して伝達された熱を冷却する。

スタッド２５は、冷却装置２０の土台部分を構成する銅製の部材であって、図３に示すように、本体部２５ａ、枠材２５ｂ、ネジ２５ｃ、ネジ穴２５ｄを有している。

本体部２５ａには、図３に示すように、ＤＭＤ１１および水冷ポンプ２４がそれぞれ反対側の面に取り付けられている。

枠材２５ｂは、図２および図３に示すように、本体部２５ａのＸ方向（図２参照）における両端に、ネジ２５ｃを用いてそれぞれ取り付けられている。

ネジ２５ｃは、本体部２５ａに対して枠材２５ｂを固定するための締結部材であって、本体部２５ａの側面部分に形成されたネジ穴に螺合する。

ネジ穴２５ｄは、図２に示すように、枠材２５ｂにおける反射面１２ａ側（全反射プリズム５２側）の面に形成されている。そして、ネジ穴２５ｄは、反射面１２ａに平行な平面方向において第１・第２当接部２１，２２の位置調整を行うために、図２に示すＸ方向においてＸ方向に直交するＹ方向よりも長い穴として形成されている。

本実施形態の冷却装置２０では、以上のように、銅製の第１・第２当接部２１，２２の第１・第２当接面２１ａ，２２ａがＤＭＤ１１の一部である支持フレーム１４の側面１４ａ，１４ｂに対して当接した状態で固定されている。

これにより、ＤＭＤ１１において発生した熱は、支持フレーム１４の側面１４ａ，１４ｂから第１・第２当接部２１，２２の第１当接面２１ａ，２２ａを介して冷却装置２０側へ伝達され、水冷ポンプ２４によって冷却（熱交換）することができる。

ここで、本実施形態では、支持フレーム１４の側面１４ａ，１４ｂにおいてのみ、冷却装置２０側の第１・第２当接部２１，２２と当接するように構成されている。

これにより、ＤＭＤ１１において発生した熱の伝達経路が従来よりも短くなり、熱抵抗が軽減される。この結果、従来よりも、ＤＭＤ１１において発生した熱を効果的に冷却して、ＤＭＤ１１における温度上昇を抑制することができる。

また、本実施形態の冷却装置２０では、上述した構成のうち、ネジ２３が挿入される長穴２１ｂ，２２ｂおよびネジ２３が螺合するネジ穴２５ｄによって、第１・第２当接部２１，２２の位置を調整する位置調整機構を構成する。

これにより、ネジ２３を緩めた状態で第１・第２当接部２１，２２の反射面１２ａの平面方向における位置調整を行うことができる。この結果、第１・第２当接面２１ａ，２２ａと支持フレーム１４の側面１４ａ，１４ｂとを、できるだけ互いの接触面積が大きくなるような状態で固定することができる。

（実施形態２）
本開示の他の実施形態に係る冷却装置１２０およびこれを備えた光学モジュール１１０について、図５を用いて説明すれば以下の通りである。

図５は、本開示の他の実施形態に係る冷却装置１２０を含む光学モジュールの構成を示す要部拡大図である。図５に示すように、本実施形態の冷却装置１２０は、第１当接部（当接部材）１２１の第１当接面１２１ａと支持フレーム１４の側面１４ａとが当接する点では、上記実施形態１の冷却装置２０と同様である。さらに、本実施形態の冷却装置１２０は、第１当接部１２１の第２当接面１２１ｂとＤＭＤ（光学素子）１１の反射面１２ａと略平行な方向に沿って配置された前面１４ｃとが当接する点で、上記実施形態１の冷却装置２０とは異なっている。

なお、図５に表れていない第２当接部（当接部材）側の第２当接面と支持フレーム１４との当接関係も同様である。

すなわち、本実施形態の冷却装置１２０では、第１当接部１２１の第１当接面１２１ａと支持フレーム１４の側面１４ａとが当接するとともに、第１当接部１２１の第２当接面１２１ｂと前面１４ｃとが当接して、ＤＭＤ１１において発生した熱を冷却する。

これにより、ＤＭＤ１１において発生した熱は、支持フレーム１４の側面１４ａおよび前面１４ｃから、第１当接部１２１の第１当接面１２１ａを介して冷却装置１２０側へ伝達され、水冷ポンプ２４によって冷却（熱交換）することができる。

ここで、本実施形態では、支持フレーム１４の側面１４ａと前面１４ｃにおいて、冷却装置１２０側の第１当接部１２１と当接するように構成されている。

これにより、ＤＭＤ１１において発生した熱の伝達経路として、最短の側面１４ａ側に加えて前面１４ｃ側にも確保することができる。この結果、熱抵抗が軽減され、従来よりも、ＤＭＤ１１において発生した熱を効果的に冷却して、ＤＭＤ１１における温度上昇を抑制することができる。

＜実施例１＞
本実施例では、上記実施形態１において説明した冷却装置２０、１２０およびこれを備えた光学モジュール１０、１１０の構成による冷却機能の効果について、比較例を用いて以下で説明する。

すなわち、本実施例では、上記実施形態１、２に係る冷却装置２０、１２０と、比較例としての冷却装置３２０とによる冷却効果を検証するシミュレーション結果について、図６～図８を用いて以下で説明する。

なお、本実施例において説明する構成と、上記実施形態１、２において説明した構成とは、基本的に同じ構成であることから、同じ機能を有する構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図６は、本開示の一実施例に係る冷却装置２０、１２０による冷却効果を検証するための構成を示す断面図である。

本実施例に係る冷却装置２０、１２０およびこれを備えた光学モジュール１１０、２１０は、図６に示すように、基本的な構成は上述した実施形態１、２に係る冷却装置２０、１２０およびこれを備えた光学モジュール１０、１１０と同様である。

図７Ａは、図６の構成において、ＤＭＤの支持フレームの側面のみに当接部材を当接させた構成を示す要部断面図である。図７Ｂは、図６の構成において、ＤＭＤの支持フレームの側面と前面とに当接部材を当接させた構成を示す要部断面図である。図７Ｃは、図６の構成において、ＤＭＤの支持フレームの前面のみに当接部材を当接させた比較例の構成を示す要部断面図である。

本実施例に係る冷却装置２０は、図７Ａに示すように、上記実施形態１の冷却装置２０と同様に、支持フレーム１４の側面１４ａ、１４ｂにおいてのみ、冷却装置２０側の第１・第２当接部２１、２２と当接するように構成されている。

そして、本実施例に係る冷却装置１２０は、図７Ｂに示すように、上記実施形態２の冷却装置１２０と同様に、第１当接部１２１の第１当接面１２１ａと支持フレーム１４の側面１４ａとが当接するとともに、第１当接部１２１の第２当接面１２１ｂと前面１４ｃとが当接して、ＤＭＤ１１において発生した熱を冷却する。

また、比較例に係る冷却装置３２０およびこれを備えた光学モジュール３１０は、基本的な構成は上述した実施形態１、２に係る冷却装置２０、１２０およびこれを備えた光学モジュール１０、１１０と同様である。

ただし、比較例に係る冷却装置３２０では、図７Ｃに示すように、冷却装置３２０の第１当接部２１とＤＭＤ１１の支持フレーム１４とが、側面１４ａにおいては非接触となっており、前面１４ｃの部分でのみ接触している点で、上記実施形態１，２とは異なっている。

上述した冷却装置２０，１２０，３２０によって、ＤＭＤ１１を冷却する効果を検証するためのシミュレーションを実施した結果、図８に示すような結果が得られた。

図８は、図７Ａ～図７Ｃに対応する冷却効果を検証したシミュレーション結果を示す図である。図８において、具体的には、実施形態１の冷却装置２０に対応する（ａ）側面のみ接触、実施形態２の冷却装置１２０に対応する（ｂ）前面＆側面接触、冷却装置３２０に対応する（ｃ）前面のみ接触という３パターンについて、それぞれの当接部材と支持フレームとの接触面積、支持フレーム前面の平均温度、点Ｐ（図６参照）の温度について、筐体内５５℃の環境下において検証した。

その結果、図８に示すように、冷却装置２０に対応する（ａ）側面のみ接触の場合には、接触面積は、３．７ｃｍ^２であって、支持フレーム前面の平均温度８７℃、点Ｐの平均温度８４℃という結果であった。

また、冷却装置１２０に対応する（ｂ）前面＆側面接触の場合には、接触面積は、７．９ｃｍ^２であって、支持フレーム前面の平均温度８７℃、点Ｐの平均温度８２．５℃という結果であった。

（ａ）と（ｂ）とを比較すると、支持フレーム１４と当接部材（第１当接部２１、１２１）との接触面積は、（ａ）は（ｂ）の５０％未満と小さいものの、支持フレーム１４の平均温度は同じ８７℃であって、点Ｐの平均温度も１．５℃と微差であった。

一方、比較例に係る冷却装置３２０に対応する（ｃ）前面のみ接触の場合には、接触面積は、４．３ｃｍ^２であって、支持フレーム前面の平均温度９３℃、点Ｐの平均温度８５℃という結果であった。

（ａ）、（ｂ）と（ｃ）とを比較すると、支持フレーム１４と当接部材（第１当接部２１，１２１との接触面積は、（ｃ）は（ａ）よりも若干大きく（ｂ）の５４％程度と小さい。そして、（ｃ）の支持フレーム１４の平均温度は、（ａ），（ｂ）の８７℃よりも６℃も高い９３℃であって、点Ｐの平均温度も最も高い８５℃であった。

以上の結果から、ＤＭＤ１１の冷却効果は、少なくともＤＭＤ１１側の支持フレーム１４の側面１４ａに対して、第１当接部２１、１２１を当接させることが好ましいことが分かった。

また、側面１４ａに加えて、前面１４ｃも第１当接部２１、１２１と当接させた場合でも、冷却効果という点では、側面１４ａのみを当接させた構成と大差がないことが分かった。

よって、ＤＭＤ１１において発生した熱を効果的に冷却するための構成としては、少なくとも、ＤＭＤ１１側の支持フレーム１４の側面１４ａに対して、第１当接部２１、１２１を当接させた構成を採用するべきである。

［他の実施形態］
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）
上記実施形態では、第１・第２当接部２１、２２の第１・第２当接面２１ａ、２２ａと、支持フレーム１４の側面１４ａ、１４ａと、が直接的に当接する例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

図９は、本開示のさらに他の実施形態に係る冷却装置を含む光学モジュールの構成を示す要部拡大図である。図９に示すように、例えば、第１当接部２１の当接面２１ａと支持フレーム１４の側面１４ａとの間に、伝熱ペースト、伝熱シート等の伝熱部材２０１を挿入して、当接面２１ａと側面１４ａとを間接的に熱的に接触させた構成であってもよい。

なお、この場合には、第１当接部２１の当接面２１ａと支持フレーム１４の側面１４ａとの間に挿入される伝熱部材２０１として、弾性を有する部材を用いることがより好ましい。

これにより、ＤＭＤ等の光学素子の外縁の寸法精度が低い場合でも、伝熱部材の弾性によって、当接部材と支持フレームとを確実に当接させることができる。

（Ｂ）
上記実施形態では、第１当接部２１および第２当接部２２を含む分割構造を有する当接部材を用いて、ＤＭＤ１１において発生した熱を冷却する例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、単一の部材として形成された当接部材を用いてもよい。

また、当接部材が有する分割構造についても、上記実施形態の２分割の構造に限らず、３つ以上の部材からなる分割構造であってもよい。

特に、光学素子の側面の数と同数の当接部を含む分割構造であってもよい。

（Ｃ）
上記実施形態では、冷却装置２０の冷却対象となる光学素子として、ＤＭＤ１１を用いた例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、冷却対象となる光学素子として、透過型光学素子、撮像素子等の受光面を有する他の光学素子を用いてもよい。

（Ｄ）
上記実施形態では、水冷方式の冷却装置２０を用いて、ＤＭＤ１１において発生した熱を冷却する例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、光学素子において受光するレーザ光の出力が低い（例えば、３０，０００ルーメン以下）の場合には、発生する熱量も減少するため、水冷方式の代わりに空冷方式の冷却装置を採用してもよい。

（Ｅ）
上記実施形態では、冷却装置２０に含まれる当接部材として、銅製の第１・第２当接部２１、２２を用いた例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、当接部材の材質としては、熱伝導率が高い材料であれば、銅以外の金属、その他の材料を用いてもよい。

（Ｆ）
上記実施形態では、ＤＭＤ１１を１つ搭載したプロジェクタ１００の構成を例として挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、ＲＧＢ３原色に対応する３つのＤＭＤを搭載したプロジェクタに、本開示の冷却装置および光学モジュールを適用してもよい。

（Ｇ）
上記実施形態では、位置調整機構として、長穴とネジとを用いた例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、軸受けを用いて、第１当接部２１と第２当接部２２とを移動可能な状態で支持する構成を採用してもよい。あるいは、位置調整機構として、第１当接部２１と第２当接部２２とを移動可能とするスライダ機能を採用してもよい。

本開示の冷却装置は、光学素子において生じた熱をより効果的に冷却することができるという効果を奏することから、光を受光する受光面を有する光学素子の冷却装置として広く適用可能である。

１０光学モジュール
１１ＤＭＤ（光学素子）
１２素子部
１２ａ反射面（受光面）
１３ガラス基板
１４支持フレーム
１４ａ，１４ｂ側面
１４ｃ前面
１５ヘッダ
１６シール部材
２０冷却装置
２１第１当接部（当接部材）
２１ａ第１当接面
２１ｂ長穴（位置調整機構）
２２第２当接部（当接部材）
２２ａ第１当接面
２２ｂ長穴（位置調整機構）
２３ネジ（位置調整機構）
２４水冷ポンプ（冷却部）
２５スタッド（支持基板）
２５ａ本体部
２５ｂ枠材
２５ｃネジ
２５ｄネジ穴（位置調整機構）
３０光源部
３０ａ半導体レーザ
３０ｂレンズ（光学部材）
３１レンズ（光学部材）
３２拡散板（光学部材）
３３レンズ（光学部材）
３４ダイクロイックミラー（光学部材）
３５レンズ（光学部材）
３６レンズ（光学部材）
３７蛍光体ホイール（光学部材）
３８レンズ（光学部材）
３９レンズ（光学部材）
４０ミラー（光学部材）
４１ミラー（光学部材）
４２レンズ（光学部材）
４３ミラー（光学部材）
４４レンズ（光学部材）
４５フィルタホイール（光学部材）
４６ロッドインテグレータ（光学部材）
４７レンズ（光学部材）
４８レンズ（光学部材）
５０映像生成部
５１レンズ（光学部材）
５２全反射プリズム（光学部材）
５２ａ面
５３投写レンズ（投射光学系）
１００プロジェクタ
１２０冷却装置
１２１第１当接部（当接部材）
１２１ａ第１当接面
１２１ｂ第２当接面
２０１伝熱部材
２１０光学モジュール

Claims

光を透過する受光面を有する受光部と、前記受光部を透過した光が入射する位置に配置される素子部と、前記受光部を支持する支持フレームと、を有する光学素子を冷却する冷却装置であって、
前記支持フレームに当接する第１当接面を有する当接部材と、
前記当接部材に接続され、前記当接部材を冷却する冷却部と、
を備え、
前記第１当接面は、前記支持フレームの側面であって、前記受光面と交差する方向に沿った側面に当接する、冷却装置。
前記当接部材は、前記支持フレームの第１の側面に当接する第１当接部材と、前記支持フレームの前記第１の側面とは異なる第２の側面に当接する第２当接部材と、を有している、
請求項１に記載の冷却装置。
前記第１当接部材および前記第２当接部材の前記受光面と略平行な方向における位置を調整する位置調整機構を、さらに備えている、
請求項２に記載の冷却装置。
前記支持フレームは、矩形形状を有しており、
前記第１当接部材と前記第２当接部材とは異なる部材であり、
前記第１当接部材は、前記支持フレームを構成する隣接する２つの側面に当接するとともに、
前記第２当接部材は、前記第１当接部材が当接する側面と異なる２つの側面に当接される、
請求項２または３に記載の冷却装置。
前記当接部材は、前記側面とは異なる面であり、前記支持フレームにおいて前記受光面に前記光が入射する側の面である前面とは非接触状態である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記当接部材と前記支持フレームにおける前記前面との間は断熱されている、
請求項５に記載の冷却装置。
前記当接部材は、前記第１当接面とは異なる面であり前記支持フレームにおいて前記受光面に前記光が入射する側の面である前面と当接する第２当接面を有している、
請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記冷却部は、前記光学素子を前記受光面とは反対の裏面側から支持する支持基板に対して取り付けられている、
請求項１から７のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記光学素子は、反射型光学素子である、
請求項１から８のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記支持フレームは、前記受光部の側面であって、前記受光面と交差する方向に沿った側面と当接し、
前記受光面の外縁を取り囲むように配置される、
請求項１から９のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記第１当接面は、前記支持フレームの外縁と当接する、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の冷却装置。
請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷却装置と、
前記光学素子と、
を備えた光学モジュール。
請求項１２に記載の光学モジュールと、
前記光学素子に光を導く光学部材と、
前記光学部材に光を照射する光源部と、
を備えた投影装置。