光源装置
【課題】冷却水による冷却を図りつつ、簡単な構成で確実な結露の防止を図る。
【解決手段】複数のＬＥＤ１１が搭載された実装基板１２から構成される光源モジュール１３で発生した熱を、実装基板１２の発光面の反対側に対向させた冷却流水路１６１〜１６６に冷却水を流して冷却させる。冷却流水路に冷却水を流す入水パイプ６１に電磁バルブ８３を設置し、実装基板１２の温度を検出する温度センサ２５と実装基板１２の周辺の温度を検出する温度センサ２６による検出結果が、温度センサ２５の検出温度が低い場合は、電磁バルブ８３の開閉を調整するようにした。
【解決手段】複数のＬＥＤ１１が搭載された実装基板１２から構成される光源モジュール１３で発生した熱を、実装基板１２の発光面の反対側に対向させた冷却流水路１６１〜１６６に冷却水を流して冷却させる。冷却流水路に冷却水を流す入水パイプ６１に電磁バルブ８３を設置し、実装基板１２の温度を検出する温度センサ２５と実装基板１２の周辺の温度を検出する温度センサ２６による検出結果が、温度センサ２５の検出温度が低い場合は、電磁バルブ８３の開閉を調整するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体発光素子による光源を複数使用して大きな光量を得る光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＬＥＤを複数使用して大きな光量を得る光源装置は、放熱用冷却フィンに水路を設け、冷却機能が不足な冷却フィンの機能を補った水冷システムが採用されている。（例えば、特許文献１）
また、ＬＥＤの冷却手段としてペルチェ素子を用い、ペルチェ素子の冷却側をＬＥＤユニット内に密着させた構造とし、内部に水分をほとんど含まない気体あるいは不活性ガスを封入することで、ペルチェ素子で周囲温度以下に冷却しても結露を発生させないようにしている。（例えば、特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４７１４８公報
【特許文献２】特開２００６−２５３２７４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１の技術は、より効率よく冷却を行うには冷却水の温度を低く設定する必要があるが、回路動作による発熱よりも冷却が上回り、実装基板の温度と周囲温度との落差が大きい場合は結露が発生し、点灯不良や実装基板が破損する恐れがあった
また、特許文献２の技術は、結露対策が図られた冷却装置であるが、密閉された発光面側に乾燥空気または窒素ガス充填を行う構成である。この密閉空間は容易に開閉可能な機構が指定されているため、周囲の湿気を伴った空気が流入した場合は結露が発生する恐れがあった。
【０００５】
この発明の目的は、冷却水による冷却を図りつつ、確実な結露の防止を図るとともに、異常発生時の安全停止が可能な光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、この発明の光源装置は、複数個の固体発光素子を搭載した実装基板と、前記実装基板で発生した熱を冷却させる冷却流水路と、前記冷却流水路に流入させる冷却水の入水量または入水温を調整する調整手段と、前記実装基板の温度を検出するための第１の検出手段と、前記実装基板の周囲気体の温度、湿度、気圧の少なくとも１つを検出するための第２の検出手段と、前記調整手段の調整を制御する制御ユニットと、が透光性容器内に配置された光源装置であって、前記制御ユニットは、予め保持された冷却制御基準値と前記第１および第２の検出手段による検出結果を比較判定し、前記調整手段による冷却水を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、冷却水による冷却を図りつつ、確実な結露の防止を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の光源装置に関する一実施形態について説明するための概略的なシステム構成図である。
【図２】図１のＩａ−Ｉｂ線断面図である。
【図３】光源モジュールについて説明するための正面図である。
【図４】図３のIIａ−IIｂ線断面図である。
【図５】発光ダイオードの指向特性について説明するための説明図である。
【図６】図１要部の斜視図である。
【図７】図１要部の斜視図である。
【図８】光源装置の冷却系について説明するための概略構成図である。
【図９】光源装置の発光システム例の概略について説明するための構成図である。
【図１０】結露防止について説明するための説明図である。
【図１１】空気の温度と空気中に含むことのできる水蒸気圧の量の関係を表したグラフである。
【図１２】この発明の光源装置に関する他の実施形態について説明するための概略的なシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１〜図１１は、この発明の光源装置に関する一実施形態について説明するためのもので、図１は概念的なシステム構成図、図２は図１のＩａ−Ｉｂ断面図、図３は光源モジュールの一例について説明するための正面図、図４は図３IIａ−IIｂ断面図、図５は発光ダイオードの指向特性について説明するための説明図、図６、図７はそれぞれ図１要部の斜視図、図８は光源装置の冷却系について説明するための概略構成図、図９は光源装置の発光システム例の概略について説明するための構成図、図１０は結露防止について説明するための説明図、図１１は空気の温度と空気中に含むことのできる水蒸気圧の量の関係を表したグラフである。
【００１１】
図１、図２に示す１００は、高い光出力の得られる光源装置である。この光源装置１００は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１１を、高熱伝導性のアルミ系、銅系金属等の金属や、窒化アルミニウム等のセラミックスを基材とした略矩形形状の実装基板１２に実装してモジュール化された光源モジュール１３の状態で複数配置される。
【００１２】
図３に示す光源モジュール１３は、ＬＥＤの数が図では省略して示しているが、一個の光源モジュールあたり、例えば１００個のＬＥＤをマトリクス状に細密配列した状態を基本構成としている。また、ＬＥＤ１１は、例えば、図４に示すように、約３［ｍｍ］×３［ｍｍ］の矩形形状をなす平面実装型のＬＥＤで構成され、出射面に固設された半球状のレンズ１１１の作用により、図５に示すような半値角約４５度（光干渉角約１３５度）の指向特性で光を放射する。各ＬＥＤ１１は、実装基板１２に対し、マトリクス状に細密配置される。より具体的には、隣接するＬＥＤ１１からの出射光が遮られないようにするための最低限の間隔である例えば、０．２［ｍｍ］を保持した等ピッチで実装される。
【００１３】
図１、図２に示す１４は、例えば、外周に６面の平坦な実装面部１５１〜１５６を有する６角柱状の熱伝導性が高く、耐熱性の高い例えばアルミニウム合金などからなる冷却部材である。冷却部材１４内には、実装面部１５１〜１５６にそれぞれ対向する位置に、楕円形状の冷却流水路１６１〜１６６が例えば押出し成型により一体的に形成される。冷却流水路１６１〜１６６は、楕円形状としたことにより、実装基板１２に対する対向面積を増やし、冷却効果を向上させるようにしている。冷却流水路１６１〜１６６は、流れを滑らかにするため同じ断面積で構成される。冷却流水路１６１〜１６６内は、耐久性を持たせるために、アルマイト（登録商標）加工を行い、アルミニウムの耐食性、耐摩耗性の向上が図られている。
【００１４】
冷却部材１４の中央に形成された開口１７は、冷却部材１４の重量軽減のためのものである。冷却部材１４は、長手方向が上下となるように配置される。冷却流水路１６１，１６３，１６５は、上から下へ冷却水を流し、冷却流水路１６２，１６４，１６６は、下から上へ冷却水を流す。
【００１５】
各光源モジュール１３は、ＬＥＤ１１が実装された実装基板１２の反対面側を、冷却部材１４の外周に形成された実装面部１５１〜１５６に対し、例えば、耐熱性を有し、且つ熱伝導性の良好な接着剤などを介して固着される。これにより光源モジュール１３は、冷却部材１４に対して熱的に接続され、相互間での熱交換が可能となる。
【００１６】
ここでは、１つの実装面部に対して１枚の光源モジュール１３が固着されているが、光源モジュール１３は、実装面部に複数配置しても構わない。また、冷却部材１４は、本件出願人が先に出願した特願２０１０−１０４１６７の図１〜図３に示すように、短手方向に九十九折り状に配置された複数の実装面部によって形成することにより、外形寸法の大型化等を招くことなく、限られた領域内に、複数の光源モジュールを効率よく集約配置しても構わない。
【００１７】
冷却部材１４の長手方向の上端面には、冷却流水路１６１〜１６６に流れる冷却水を通過させる透孔が形成されたガスケット１８１を介し、例えばアルミニウム製で少なくとも水路部分は、耐久性を向上させるためのアルマイト加工が施された連結部材１９１が取着される。
【００１８】
図６に示すように、連結部材１９１には、外部から冷却水を取り入れるための円形状の入水パイプ６１が取り付けられる。円形状の入水パイプ６１は、連結部材１９１により円形状から冷却流水路１６１の楕円形状に合わせた楕円形状の接続口６２に漸次変換する機能を備えている。入水パイプ６１を通して給水される冷却水は、冷却流水路１６１を介して下方側に流される。
【００１９】
冷却流水路１６１〜１６６に流す冷却水としては、例えば、水またはオイル等からなる冷却液を循環する後述する冷却装置が入水パイプ６１の経路に接続されている。この冷却装置からの冷却水を、冷却流水路１６１〜１６６に圧送する。これにより、冷却部材１４は、常に所定の低温に保たれ、ＬＥＤ１１に対する冷却機能を果たしている。
【００２０】
連結部材１９１は、冷却流水路１６２を下方から流れてきた冷却水を折り返して冷却流水路１６３に折り返して下方に、冷却流水路１６４を下方から流れてきた冷却水を折り返して冷却流水路１６５に折り返させ下方に流させる。
【００２１】
さらに連結部材１９１は、楕円形状の冷却流水路１６６に楕円形状に合わせた楕円形状の接続口６３から連結部材１９１に取り付けられる円形状の出水パイプ６４に漸次変換する機能を備えている。冷却流水路１６６を下から流れてきた冷却水は、連結部材１９１を介して出水パイプ６４を通して外部に出水される。
【００２２】
冷却流水路１６２，１６３の解放端は、連結部材１９１に穿たれた連結孔６９を介して連結される。冷却流水路１６４，１６５の解放端は、連結部材１９１に穿たれた連結孔７０を介して連結される。連結孔６９，７０は、それぞれ冷却流水路に接続される部分の断面は冷却流水路の形状に合わせた楕円形状とし、そこから離れるに従い漸次断面が円形となる形状で穿たれている。
【００２３】
なお、入水パイプ６１、出水パイプ６４の冷却水が流れる面積と冷却流水路１６１〜１７０の冷却水が流れる面積は同じとする。また、連結孔６９，７０の冷却水が流れる面積と冷却流水路１６１〜１６６の冷却水が流れる面積は同じとする。連結孔６９，７０は、例えば三次元切削加工機を用いて形成し、切削加工後にアルマイト加工を施す。
【００２４】
そこで、連結部材１９１がガスケット１８１（図６では図示せず）を介して冷却部材１４に結合させることで、冷却流水路１６２，１６３は連結孔６９を介して、冷却流水路１６４，１６５は連結孔７０を介し、それぞれが連結された状態で冷却水を送水させることができる。
【００２５】
冷却部材１４の長手方向の下端面には、冷却流水路１６１〜１６６に流れる冷却水を通過させる透孔が形成されたガスケット１８２を介し、例えばアルミニウム製の少なくとも水路部分は、耐久性を向上させるためのアルマイト加工が施された連結部材１９２が取着される。
【００２６】
図７に示すように連結部材１９２は、冷却流水路１６１を上から流れてきた冷却水を冷却流水路１６２に折り返して下から上に、冷却流水路１６３を上から流れてきた冷却水を冷却流水路１６４に折り返して下から上に、冷却流水路１６５を上から流れてきた冷却水を冷却水１６６に折り返して下から上にそれぞれ流させる。
【００２７】
冷却流水路１６１，１６２の解放端は、連結部材１９２に穿たれた連結孔７７を介して連結される。冷却流水路１６３，１６４の解放端は、連結部材１９２に穿たれた連結孔７８を介して連結される。冷却流水路１６５，１６６の解放端は、連結部材１９２に穿たれた連結孔７９を介して連結される。連結孔７７〜７９は、それぞれ冷却流水路に接続される部分の断面は冷却流水路の形状に合わせた楕円形状とし、そこから離れるに従い漸次断面が円形となる形状で穿たれている。
【００２８】
なお、冷却水の流れる連結孔７７〜７９は、冷却流水路１６１〜１６６の冷却水が流れる面積は同じとする。また、連結孔７７〜７９の冷却水が流れる面積と冷却流水路１６１〜１６６の冷却水が流れる面積は同じとする。連結孔７７〜７９は、例えば三次元切削加工機を用いて形成し、この切削加工後にアルマイト加工を施す。
【００２９】
そこで、連結部材１９２がガスケット１８２（図７では図示せず）を介して冷却部材１４に結合されることで、連結孔７７を介して冷却流水路１６１，１６２が、連結孔７８を介して冷却流水路１６３，１６４が、連結孔７９を介して冷却流水路１６５，１６６がそれぞれ連結される。
【００３０】
このように、連結部材１９１，１９２を冷却部材１４に取り付けることにより、冷却流水路１６１〜１６６は直列的に接続され、入水パイプ６１から給水される冷却水は、冷却流水路１６１〜１６６を介して出水パイプ６４から送水される。
【００３１】
図８は、光源装置１００の冷却水の制御系についてさらに説明するための概略構成図である。なお、冷却部材１４と冷却流水路１６１〜１６６はそれぞれ平面的に模式化して示している。
【００３２】
図９において、入水パイプ６１を送水される冷却水は、冷却水タンク８１に蓄えられた冷却用の水を、熱交換器８２１とポンプ８２２で構成される冷却装置８２の熱交換器８２１で例えば１０度程度まで冷却した冷却水を、ポンプ８２２から冷却流水路１６１〜１６６に圧送する。これにより、冷却部材１４は、常に所定の低温に保たれ、ＬＥＤ１１に対する冷却機能が果たれている。８３は入水パイプ６１に取り付けられた電磁バルブであり、この電磁バルブ８３は、開閉量に応じて供給される冷却水の流量・流速あるいは停止したりする冷却水を調整することが可能な調整手段となるものである。
【００３３】
入水パイプ６１から供給させる冷却水は、連結部材１９１を介して冷却流水路１６１、連結管７７、冷却流水路１６２、連結管６９、冷却流水路１６３、連結管７８、冷却流水路１６４、連結管７０、冷却流水路１６５、連結管７９、冷却流水路１６６、連結部材１９１を介して出水パイプ８４から送出される。出水パイプ８４から送出された冷却水は、直列に接続された冷却流水路１６１〜１６６を流れる過程で、光源モジュール１３から発せられる熱が冷却部材１４を介して奪われ、２０度程度に温められる。温められた冷却水は、冷却水ポンプ８１に循環され、再び冷却装置８２で１０度程度に冷却されて再び冷却流水路１６１〜１６６に圧送される。
【００３４】
図１、図８に示す２０は、透光性、耐熱性の材料で形成される例えば石英ガラス製の容器である。冷却部材１４は、容器２０内に長手方向の両端に連結部材１９１，１９２が取り付けられた状態で、連結部材１９２には耐熱性の支持部２１、さらに支持部２１を保持する保持部２２を介して、連結部材１９１には入水パイプ６１、出水パイプ６４も支持する支持部２３を介して上下が保持される。容器２０の上部に取着された２４は、光源装置１００を取り付ける保持部材である。容器２０は密閉された状態で光源装置１００を封止している状態となる。
【００３５】
さらに、実装基板１２の発光側表面には、実装基板１２の温度を検出するための第１の検出手段としての温度センサ２５が取着されている。また、容器２０内には、光源モジュール１３の周辺温度を検出するための第２の検出手段としての温度センサ２６が取り付けられている。必要に応じて結露防止のために乾燥空気または窒素ガス充填されている。
【００３６】
図９に示すように温度センサ２５は、高密度に細密配置されたＬＥＤ１１の温度を光源モジュール１３の単位で個別に監視するため、実装基板１２のそれぞれに設けられている。また、１個のＬＥＤ１１が短絡あるいは開放等した場合にも他のＬＥＤ１１を的確に点灯させるため、各ＬＥＤ１１に対する給電系の配線１２１は、実装基板１２上においてマス目状に配線され、各ＬＥＤ１１を直並列の状態で接続する。
【００３７】
図９に示す２７は、マイクロコンピュータ等で構成される制御ユニットである。制御ユニット２７は、操作パネル２８の操作に基づき、冷却水タンク８１、冷却装置８２、電磁バルブ８３、ＬＥＤ点灯回路２９をそれぞれ駆動させる。さらに制御ユニット２７は、光源装置１００に異常があった場合に警告音を発する警告装置３０を駆動させる。制御ユニット２７には、温度センサ２５，２６から実装基板１２とその周辺の温度情報も供給されこれら情報を監視している。
【００３８】
ここで、制御ユニット２７による制御について説明する。制御ユニット２７では、ＬＥＤが実装された実装基板１２の表面温度を検出するための温度センサ２５の情報に基づき、予め設定された値より実装基板１２の表面温度が高い場合、警報装置２７で警報したり、ＬＥＤ点灯回路２９の駆動を停止し、光源装置１００を停止したりする制御を行うことも可能である。
【００３９】
さらに、制御ユニット２７は、操作パネル２８の図示しないスイッチ等の操作を行うことにより、ＬＥＤ点灯回路２９を駆動させたり、光源装置１００の各光源モジュール１３の点灯を開始させたりする操作を行う。さらに、操作パネル２８は光源装置１００に接続される入水パイプ６１の手前に取り付けられ、冷却水の供給をしたり停止したりする電磁バルブ８３の開閉操作なども行う。
【００４０】
制御ユニット２７は、温度センサ２５，２６で検出された温度情報と制御ユニット２７の内部に予め記憶された冷却制御基準値との比較を行い、容器２０内が結露発生に近い状態かあるいは結露発生状態かを判断する。結露発生に近い状態であると判断した場合、電磁バルブ８３を閉じる、もしくは絞るなどの制御により、冷却水の流量を少なくする、あいは流速を遅くして冷却部材１４の温度を上げ結露発生の回避、もしくは結露が発生した場合の結露除去を行う。
【００４１】
ここで、制御ユニット２７が温度センサ２５，２６の検出情報に基づき、結露を防止する制御系について図１０、図１１とともにさらに説明する。
【００４２】
制御ユニット２７は、光源モジュール１３が非点灯状態に、温度センサ２５，２６で検出された温度情報に基づき、容器２０内が結露の状態であるかどうかを判断する。結露であると判断した場合は、電磁バルブ８３を閉じて冷却部材１４の温度上げ結露の除去を行う。上記の説明では、冷却装置８２で冷却された冷却水が入水パイプ６１から冷却流水路１６１に供給されるときの温度例としては１０度とし、冷却部材１４を冷却した後に出水パルプ６４から送出される冷却水の温度例としては２０度とした。
【００４３】
光源モジュール１３が点灯状態での制御ユニット２７は、温度センサ２５，２６で検出された温度情報に基づき、容器２０内が予め設定された条件となり結露が発生する前の条件にあるかどうかを判断する。制御ユニット２７が結露到達前であると判断した場合は、電磁バルブ８３の開状態を調整して冷却部材１４の温度を上げて結露の発生を未然に防ぐ制御を行う。
【００４４】
冷却部材１４の温度を上げるために電磁バルブ８３を閉める制御について説明したが、電磁バルブ８３を閉めずに冷却水の温度を上げてもよいし、電磁バルブ８３の操作と冷却水の温度を上げる動作を同時に行ってもよい。
【００４５】
図１０は、光源モジュール１３の実装基板１２の表面温度と実装基板１２の周辺温度による結露の発生と非発生との関係を簡単に説明するためのものである。図１０の横軸は温度センサ２５で検出された実装基板１２の表面温度を示し、縦軸は温度センサ２６で検出された実装基板１２の周辺温度を示している。
【００４６】
そこで、横軸が２０度で、縦軸が２０度あった場合は、温度センサ２５と２６の検出温度に差がないことから、結露の発生はない。この場合、実装基板１２の表面温度が２０度以上であれば結露の発生はない。実装基板１２の表面温度が２０度未満となった場合は、光源モジュール１３の周辺温度が２０度よりも低くなったことから、実装基板１２の表面に結露が発生することとなる。
【００４７】
ところで、実際には結露が発生した状態での点灯や点灯している状態で冷却部材が冷え過ぎて結露が発生した場合は、点灯不良や実装基板が破損する恐れが生じることになる。そのため、条件が結露に到達する前に結露に至らないような制御を行う必要がある。
【００４８】
そこで、空気の温度と空気中に含むことのできる水蒸気圧の量の関係を表した図１１のグラフより各周囲温度と湿度毎の結露発生温度条件を冷却水調整回路内に基準データとして保持しておき、サンプリングデータとの比較で冷却流水路に流す冷却水の量を調整する。
【００４９】
図１１のＡ点では、例えば容器２０内の温度が２０℃で、湿度が６０％の状態から温度が１５℃に下がった場合、湿度が８２％に上昇している。湿度が１００％を超えると容器２０内の水蒸気は水滴に姿を変え、いわゆる結露が発生することを示している。
【００５０】
結露が発生する前の状態の条件を制御ユニット２７内のメモリに記憶させておき、温度センサの検出結果に基づき記憶データとの比較により、結露発生の状態を事前に認知でき結露防止の制御を行うことが可能となる。
【００５１】
このように、実装基板の温度と光源モジュールの周辺温度との関係をモニターしながら、冷却水の流量を調整することで、光源モジュールの冷却とともに、結露の発生を防止することができる。
【００５２】
なお、結露の判断は、温度センサ２５，２６の温度情報を確認できる状態であればよいことから、ＬＥＤ１１の点灯動作の有無に関係ない。このため、ＬＥＤ１１を点灯させる前に、結露の条件下にあれば、予め冷却水の送水を止めた状態で点灯させることも考えられる。
【００５３】
また、結露の発生が検出された場合に、制御ユニット２７は電磁バルブ８３を閉じるとの説明をしたが、完全に電磁バルブ８３を閉じてしまうと冷却部材１４の温度が急激に上昇することから、光源モジュール１３が破損する可能性がある。このため実際には、電磁バルブ８３は、温度センサ２５，２６により温度をモニターしながら、電磁バルブの開く状態を制御することで、冷却水の流量の調整を行うことができる。
【００５４】
この場合は、温度センサ２５，２６で検出された温度情報に基づき、入水パイプ６１に流す冷却水の流量を調整することで光源モジュール１３の規定の温度値を保持しながら、結露防止を図ることができる。
【００５５】
連結部材１９１，１９２としては、耐熱性の合成樹脂やセラミック等の非導電性物質による成型品を用いることもできる。この場合は、電食の抑制も可能となるばかりか、冷却流水路との接合される部分の表面処理を省くことも可能となる。
【００５６】
冷却部材１４の温度を急速に上げ方としては、冷却水路に流していた冷却水よりも温度の高い冷却水を予めサブタンクに貯蔵しておき、必要に応じサブタンクを開放し冷却水入水パイプ６１に流入させ冷却水の温度を上昇させてもよい。また、冷却部材１４の熱を吸収し温められ出水パイプ６４から外部へ排出された冷却水をそのまま冷却水としてサブタンクに一旦貯蔵若しくは、そのまま入水パイプ６１に流入させてよい。
【００５７】
さらに、第２の検出手段の一例としては、光源モジュール１３の周辺温度を検出する温度センサ２６を例に挙げたが、湿度あるいは気圧センサを用いて光源モジュール１３の周囲の湿度あるいは気圧を検出するものであっても構わない。
【００５８】
光源モジュール１３の点灯前に、温度センサ２５，２６に検出結果に基づき、光源モジュール１３に結露が発生していると制御ユニット２７が判断した場合は、結露を除去した状態で光源モジュール１３を点灯する。また、光源モジュール１３の点灯後に、温度センサ２５，２６に検出結果に基づき光源モジュール１３に結露が発生する条件になってきたと制御ユニット２７が判断した場合は、結露到達前に、結露が発生する条件を解除させ、光源モジュール１３を点灯させ続けるように制御する。
【００５９】
このように、結露の発生を事前に検知した結果に基づき、結露発生状況を事前に認知することができ、この情報に基づいて冷却流水路を流れる冷却水の流量、流速あるいは冷却水温の少なくとも１つを調整することで、光源モジュール１３を点灯させる前に発生している結露を除去した後に点灯させたり、点灯中において結露に到達することを防止させたりすることができる。
【００６０】
図１２は、この発明の光源装置に関する他の実施形態について説明するための概略的なシステム構成図である。なお、上記実施形態と同一機能の構成部分には同一の符号を付し、ここでの説明は異なる部分を中心に説明する。
【００６１】
図１２において、１４１は冷却部材１４に、例えば押出成型により一体的に形成された冷却フィンである。１４２は、冷却部材１４の長手方向の一端面から例えばドリルを用いて形成された収納部である。収容部１４２内には、光源モジュール１３を駆動させるためのＬＥＤ点灯回路２９が構成された回路基板２９１が収容される。収容部１４２は、冷却流水路の押出し成型時と同時に形成しても構わない。この場合は、底有ではなく、貫通孔となり、後の工程でこの部分を密封させる。
【００６２】
ＬＥＤ１１が搭載された反対側の実装基板１１は、冷却フィン１４１上に固着される。さらに、光源モジュール１３の全ＬＥＤ１１は、これを搭載した実装基板１１側で透明樹脂１０１に覆われる。透明樹脂１０１は、熱伝導性に優れたペースト状の樹脂が薄く均一に塗布される。１０２，１０３は、光源モジュール１３と回路基板２９１とを電気的に接続するリード１０４，１０５を通すために冷却部材１４に形成された接続孔である。リード１０４，１０５は、接続孔１０２，１０３とは非接触状態で光源モジュール１３と回路基板２９１の電気的が行われている。
【００６３】
透明樹脂１０１は、回路基板２９１と光源モジュール１３を電気的に接続するためのリード１０４，１０５を通すために実装基板１１に開けた接続孔１０６，１０７にも充填させることにより、接続孔を封止している。
【００６４】
リード１０４，１０５は、光源モジュール１３と電気的に接続された状態で、接続孔１０２，１０３内に充填された柔軟な封止樹脂１０８，１０９で保持される。封止樹脂１０８，１０９は、リード１０４，１０５の保持の他に、回路基板１９１と光源モジュール１３との絶縁も兼ねている。
【００６５】
回路基板２９１には外部からケーブル１１０が接続される。このケーブル１１０は、制御ユニット２７からの電力供給や制御信号あるいは光源モジュール１３の温度情報を制御ユニット２７に供給している。
【００６６】
収容部１４２の開口部は、ケーブル１１０が回路基板２９１に接続された状態で、封止樹脂１１１により封止される。これにより、収容部１４２内は、密閉され回路基板１９１が外部からの湿気に曝されることを防止することができる。
【００６７】
また、回路基板１９１は、収容部１４２内で外気から遮断された密閉ボックス内に収められたものとしたが、回路基板１９１全体を樹脂封入としても構わない。
【００６８】
この実施形態によれば、光源モジュールを駆動するＬＥＤ点灯回路が、冷却部材内部に収容可能としたことにより、ＬＥＤが搭載された実装基板の冷却とともに、ＬＥＤ点灯回路の冷却も実現できる。
【００６９】
この発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、警報装置では光源モジュールに異常があった場合に警報するようにしたが、この他に結露情報を知らせるようにすることも、モニターされている実装基板の温度情報とその周辺の温度情報から可能である。また、結露の発生は自動的に防止する例について示したが、結露警告サイン等の出力に基づき冷却水注入禁止を提示し、人的操作を介して結露防止こともできる。
【００７０】
冷却水制御の閾値は、実装基板の周囲温度に特定の値を加えて演算するものであっても構わない。この場合は、過敏な制御を防止し、電磁バルブ等の作動を少なくすることで寿命を延ばす効果がある。
【００７１】
さらに、容器２０内は、大気圧以上で密閉してもよい。この場合、万が一容器２０が破損したときに、センサ類が急峻な異常を検知して容器２０の外周に爆発性のあるガスがあった場合、瞬時に容器２０内にガスの流入することを遅延させることができる。これにより、容器２０内に遅れて流入した爆発性のガスは、既に光源モジュール１３を駆動する回路を、センサ類の検知によるＯＦＦ操作によら破裂に至ることを防止することが可能となる。
【００７２】
この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１００ 光源装置
１１ ＬＥＤ（発光ダイオード）
１２ 実装基板
１３ 光源モジュール
１４ 冷却部材
１５１〜１５６ 実装面部
１６１〜１６６ 冷却流水路
１８１，１８２ ガスケット
１９１，１９２ 連結部材
２０ 容器
２５，２６ 温度センサ
６１ 入水パイプ
６２，６３ 接続口
６４ 出水パイプ
６９，７０，７７〜７９ 連結孔
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体発光素子による光源を複数使用して大きな光量を得る光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＬＥＤを複数使用して大きな光量を得る光源装置は、放熱用冷却フィンに水路を設け、冷却機能が不足な冷却フィンの機能を補った水冷システムが採用されている。（例えば、特許文献１）
また、ＬＥＤの冷却手段としてペルチェ素子を用い、ペルチェ素子の冷却側をＬＥＤユニット内に密着させた構造とし、内部に水分をほとんど含まない気体あるいは不活性ガスを封入することで、ペルチェ素子で周囲温度以下に冷却しても結露を発生させないようにしている。（例えば、特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４７１４８公報
【特許文献２】特開２００６−２５３２７４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１の技術は、より効率よく冷却を行うには冷却水の温度を低く設定する必要があるが、回路動作による発熱よりも冷却が上回り、実装基板の温度と周囲温度との落差が大きい場合は結露が発生し、点灯不良や実装基板が破損する恐れがあった
また、特許文献２の技術は、結露対策が図られた冷却装置であるが、密閉された発光面側に乾燥空気または窒素ガス充填を行う構成である。この密閉空間は容易に開閉可能な機構が指定されているため、周囲の湿気を伴った空気が流入した場合は結露が発生する恐れがあった。
【０００５】
この発明の目的は、冷却水による冷却を図りつつ、確実な結露の防止を図るとともに、異常発生時の安全停止が可能な光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、この発明の光源装置は、複数個の固体発光素子を搭載した実装基板と、前記実装基板で発生した熱を冷却させる冷却流水路と、前記冷却流水路に流入させる冷却水の入水量または入水温を調整する調整手段と、前記実装基板の温度を検出するための第１の検出手段と、前記実装基板の周囲気体の温度、湿度、気圧の少なくとも１つを検出するための第２の検出手段と、前記調整手段の調整を制御する制御ユニットと、が透光性容器内に配置された光源装置であって、前記制御ユニットは、予め保持された冷却制御基準値と前記第１および第２の検出手段による検出結果を比較判定し、前記調整手段による冷却水を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、冷却水による冷却を図りつつ、確実な結露の防止を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の光源装置に関する一実施形態について説明するための概略的なシステム構成図である。
【図２】図１のＩａ−Ｉｂ線断面図である。
【図３】光源モジュールについて説明するための正面図である。
【図４】図３のIIａ−IIｂ線断面図である。
【図５】発光ダイオードの指向特性について説明するための説明図である。
【図６】図１要部の斜視図である。
【図７】図１要部の斜視図である。
【図８】光源装置の冷却系について説明するための概略構成図である。
【図９】光源装置の発光システム例の概略について説明するための構成図である。
【図１０】結露防止について説明するための説明図である。
【図１１】空気の温度と空気中に含むことのできる水蒸気圧の量の関係を表したグラフである。
【図１２】この発明の光源装置に関する他の実施形態について説明するための概略的なシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１〜図１１は、この発明の光源装置に関する一実施形態について説明するためのもので、図１は概念的なシステム構成図、図２は図１のＩａ−Ｉｂ断面図、図３は光源モジュールの一例について説明するための正面図、図４は図３IIａ−IIｂ断面図、図５は発光ダイオードの指向特性について説明するための説明図、図６、図７はそれぞれ図１要部の斜視図、図８は光源装置の冷却系について説明するための概略構成図、図９は光源装置の発光システム例の概略について説明するための構成図、図１０は結露防止について説明するための説明図、図１１は空気の温度と空気中に含むことのできる水蒸気圧の量の関係を表したグラフである。
【００１１】
図１、図２に示す１００は、高い光出力の得られる光源装置である。この光源装置１００は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１１を、高熱伝導性のアルミ系、銅系金属等の金属や、窒化アルミニウム等のセラミックスを基材とした略矩形形状の実装基板１２に実装してモジュール化された光源モジュール１３の状態で複数配置される。
【００１２】
図３に示す光源モジュール１３は、ＬＥＤの数が図では省略して示しているが、一個の光源モジュールあたり、例えば１００個のＬＥＤをマトリクス状に細密配列した状態を基本構成としている。また、ＬＥＤ１１は、例えば、図４に示すように、約３［ｍｍ］×３［ｍｍ］の矩形形状をなす平面実装型のＬＥＤで構成され、出射面に固設された半球状のレンズ１１１の作用により、図５に示すような半値角約４５度（光干渉角約１３５度）の指向特性で光を放射する。各ＬＥＤ１１は、実装基板１２に対し、マトリクス状に細密配置される。より具体的には、隣接するＬＥＤ１１からの出射光が遮られないようにするための最低限の間隔である例えば、０．２［ｍｍ］を保持した等ピッチで実装される。
【００１３】
図１、図２に示す１４は、例えば、外周に６面の平坦な実装面部１５１〜１５６を有する６角柱状の熱伝導性が高く、耐熱性の高い例えばアルミニウム合金などからなる冷却部材である。冷却部材１４内には、実装面部１５１〜１５６にそれぞれ対向する位置に、楕円形状の冷却流水路１６１〜１６６が例えば押出し成型により一体的に形成される。冷却流水路１６１〜１６６は、楕円形状としたことにより、実装基板１２に対する対向面積を増やし、冷却効果を向上させるようにしている。冷却流水路１６１〜１６６は、流れを滑らかにするため同じ断面積で構成される。冷却流水路１６１〜１６６内は、耐久性を持たせるために、アルマイト（登録商標）加工を行い、アルミニウムの耐食性、耐摩耗性の向上が図られている。
【００１４】
冷却部材１４の中央に形成された開口１７は、冷却部材１４の重量軽減のためのものである。冷却部材１４は、長手方向が上下となるように配置される。冷却流水路１６１，１６３，１６５は、上から下へ冷却水を流し、冷却流水路１６２，１６４，１６６は、下から上へ冷却水を流す。
【００１５】
各光源モジュール１３は、ＬＥＤ１１が実装された実装基板１２の反対面側を、冷却部材１４の外周に形成された実装面部１５１〜１５６に対し、例えば、耐熱性を有し、且つ熱伝導性の良好な接着剤などを介して固着される。これにより光源モジュール１３は、冷却部材１４に対して熱的に接続され、相互間での熱交換が可能となる。
【００１６】
ここでは、１つの実装面部に対して１枚の光源モジュール１３が固着されているが、光源モジュール１３は、実装面部に複数配置しても構わない。また、冷却部材１４は、本件出願人が先に出願した特願２０１０−１０４１６７の図１〜図３に示すように、短手方向に九十九折り状に配置された複数の実装面部によって形成することにより、外形寸法の大型化等を招くことなく、限られた領域内に、複数の光源モジュールを効率よく集約配置しても構わない。
【００１７】
冷却部材１４の長手方向の上端面には、冷却流水路１６１〜１６６に流れる冷却水を通過させる透孔が形成されたガスケット１８１を介し、例えばアルミニウム製で少なくとも水路部分は、耐久性を向上させるためのアルマイト加工が施された連結部材１９１が取着される。
【００１８】
図６に示すように、連結部材１９１には、外部から冷却水を取り入れるための円形状の入水パイプ６１が取り付けられる。円形状の入水パイプ６１は、連結部材１９１により円形状から冷却流水路１６１の楕円形状に合わせた楕円形状の接続口６２に漸次変換する機能を備えている。入水パイプ６１を通して給水される冷却水は、冷却流水路１６１を介して下方側に流される。
【００１９】
冷却流水路１６１〜１６６に流す冷却水としては、例えば、水またはオイル等からなる冷却液を循環する後述する冷却装置が入水パイプ６１の経路に接続されている。この冷却装置からの冷却水を、冷却流水路１６１〜１６６に圧送する。これにより、冷却部材１４は、常に所定の低温に保たれ、ＬＥＤ１１に対する冷却機能を果たしている。
【００２０】
連結部材１９１は、冷却流水路１６２を下方から流れてきた冷却水を折り返して冷却流水路１６３に折り返して下方に、冷却流水路１６４を下方から流れてきた冷却水を折り返して冷却流水路１６５に折り返させ下方に流させる。
【００２１】
さらに連結部材１９１は、楕円形状の冷却流水路１６６に楕円形状に合わせた楕円形状の接続口６３から連結部材１９１に取り付けられる円形状の出水パイプ６４に漸次変換する機能を備えている。冷却流水路１６６を下から流れてきた冷却水は、連結部材１９１を介して出水パイプ６４を通して外部に出水される。
【００２２】
冷却流水路１６２，１６３の解放端は、連結部材１９１に穿たれた連結孔６９を介して連結される。冷却流水路１６４，１６５の解放端は、連結部材１９１に穿たれた連結孔７０を介して連結される。連結孔６９，７０は、それぞれ冷却流水路に接続される部分の断面は冷却流水路の形状に合わせた楕円形状とし、そこから離れるに従い漸次断面が円形となる形状で穿たれている。
【００２３】
なお、入水パイプ６１、出水パイプ６４の冷却水が流れる面積と冷却流水路１６１〜１７０の冷却水が流れる面積は同じとする。また、連結孔６９，７０の冷却水が流れる面積と冷却流水路１６１〜１６６の冷却水が流れる面積は同じとする。連結孔６９，７０は、例えば三次元切削加工機を用いて形成し、切削加工後にアルマイト加工を施す。
【００２４】
そこで、連結部材１９１がガスケット１８１（図６では図示せず）を介して冷却部材１４に結合させることで、冷却流水路１６２，１６３は連結孔６９を介して、冷却流水路１６４，１６５は連結孔７０を介し、それぞれが連結された状態で冷却水を送水させることができる。
【００２５】
冷却部材１４の長手方向の下端面には、冷却流水路１６１〜１６６に流れる冷却水を通過させる透孔が形成されたガスケット１８２を介し、例えばアルミニウム製の少なくとも水路部分は、耐久性を向上させるためのアルマイト加工が施された連結部材１９２が取着される。
【００２６】
図７に示すように連結部材１９２は、冷却流水路１６１を上から流れてきた冷却水を冷却流水路１６２に折り返して下から上に、冷却流水路１６３を上から流れてきた冷却水を冷却流水路１６４に折り返して下から上に、冷却流水路１６５を上から流れてきた冷却水を冷却水１６６に折り返して下から上にそれぞれ流させる。
【００２７】
冷却流水路１６１，１６２の解放端は、連結部材１９２に穿たれた連結孔７７を介して連結される。冷却流水路１６３，１６４の解放端は、連結部材１９２に穿たれた連結孔７８を介して連結される。冷却流水路１６５，１６６の解放端は、連結部材１９２に穿たれた連結孔７９を介して連結される。連結孔７７〜７９は、それぞれ冷却流水路に接続される部分の断面は冷却流水路の形状に合わせた楕円形状とし、そこから離れるに従い漸次断面が円形となる形状で穿たれている。
【００２８】
なお、冷却水の流れる連結孔７７〜７９は、冷却流水路１６１〜１６６の冷却水が流れる面積は同じとする。また、連結孔７７〜７９の冷却水が流れる面積と冷却流水路１６１〜１６６の冷却水が流れる面積は同じとする。連結孔７７〜７９は、例えば三次元切削加工機を用いて形成し、この切削加工後にアルマイト加工を施す。
【００２９】
そこで、連結部材１９２がガスケット１８２（図７では図示せず）を介して冷却部材１４に結合されることで、連結孔７７を介して冷却流水路１６１，１６２が、連結孔７８を介して冷却流水路１６３，１６４が、連結孔７９を介して冷却流水路１６５，１６６がそれぞれ連結される。
【００３０】
このように、連結部材１９１，１９２を冷却部材１４に取り付けることにより、冷却流水路１６１〜１６６は直列的に接続され、入水パイプ６１から給水される冷却水は、冷却流水路１６１〜１６６を介して出水パイプ６４から送水される。
【００３１】
図８は、光源装置１００の冷却水の制御系についてさらに説明するための概略構成図である。なお、冷却部材１４と冷却流水路１６１〜１６６はそれぞれ平面的に模式化して示している。
【００３２】
図９において、入水パイプ６１を送水される冷却水は、冷却水タンク８１に蓄えられた冷却用の水を、熱交換器８２１とポンプ８２２で構成される冷却装置８２の熱交換器８２１で例えば１０度程度まで冷却した冷却水を、ポンプ８２２から冷却流水路１６１〜１６６に圧送する。これにより、冷却部材１４は、常に所定の低温に保たれ、ＬＥＤ１１に対する冷却機能が果たれている。８３は入水パイプ６１に取り付けられた電磁バルブであり、この電磁バルブ８３は、開閉量に応じて供給される冷却水の流量・流速あるいは停止したりする冷却水を調整することが可能な調整手段となるものである。
【００３３】
入水パイプ６１から供給させる冷却水は、連結部材１９１を介して冷却流水路１６１、連結管７７、冷却流水路１６２、連結管６９、冷却流水路１６３、連結管７８、冷却流水路１６４、連結管７０、冷却流水路１６５、連結管７９、冷却流水路１６６、連結部材１９１を介して出水パイプ８４から送出される。出水パイプ８４から送出された冷却水は、直列に接続された冷却流水路１６１〜１６６を流れる過程で、光源モジュール１３から発せられる熱が冷却部材１４を介して奪われ、２０度程度に温められる。温められた冷却水は、冷却水ポンプ８１に循環され、再び冷却装置８２で１０度程度に冷却されて再び冷却流水路１６１〜１６６に圧送される。
【００３４】
図１、図８に示す２０は、透光性、耐熱性の材料で形成される例えば石英ガラス製の容器である。冷却部材１４は、容器２０内に長手方向の両端に連結部材１９１，１９２が取り付けられた状態で、連結部材１９２には耐熱性の支持部２１、さらに支持部２１を保持する保持部２２を介して、連結部材１９１には入水パイプ６１、出水パイプ６４も支持する支持部２３を介して上下が保持される。容器２０の上部に取着された２４は、光源装置１００を取り付ける保持部材である。容器２０は密閉された状態で光源装置１００を封止している状態となる。
【００３５】
さらに、実装基板１２の発光側表面には、実装基板１２の温度を検出するための第１の検出手段としての温度センサ２５が取着されている。また、容器２０内には、光源モジュール１３の周辺温度を検出するための第２の検出手段としての温度センサ２６が取り付けられている。必要に応じて結露防止のために乾燥空気または窒素ガス充填されている。
【００３６】
図９に示すように温度センサ２５は、高密度に細密配置されたＬＥＤ１１の温度を光源モジュール１３の単位で個別に監視するため、実装基板１２のそれぞれに設けられている。また、１個のＬＥＤ１１が短絡あるいは開放等した場合にも他のＬＥＤ１１を的確に点灯させるため、各ＬＥＤ１１に対する給電系の配線１２１は、実装基板１２上においてマス目状に配線され、各ＬＥＤ１１を直並列の状態で接続する。
【００３７】
図９に示す２７は、マイクロコンピュータ等で構成される制御ユニットである。制御ユニット２７は、操作パネル２８の操作に基づき、冷却水タンク８１、冷却装置８２、電磁バルブ８３、ＬＥＤ点灯回路２９をそれぞれ駆動させる。さらに制御ユニット２７は、光源装置１００に異常があった場合に警告音を発する警告装置３０を駆動させる。制御ユニット２７には、温度センサ２５，２６から実装基板１２とその周辺の温度情報も供給されこれら情報を監視している。
【００３８】
ここで、制御ユニット２７による制御について説明する。制御ユニット２７では、ＬＥＤが実装された実装基板１２の表面温度を検出するための温度センサ２５の情報に基づき、予め設定された値より実装基板１２の表面温度が高い場合、警報装置２７で警報したり、ＬＥＤ点灯回路２９の駆動を停止し、光源装置１００を停止したりする制御を行うことも可能である。
【００３９】
さらに、制御ユニット２７は、操作パネル２８の図示しないスイッチ等の操作を行うことにより、ＬＥＤ点灯回路２９を駆動させたり、光源装置１００の各光源モジュール１３の点灯を開始させたりする操作を行う。さらに、操作パネル２８は光源装置１００に接続される入水パイプ６１の手前に取り付けられ、冷却水の供給をしたり停止したりする電磁バルブ８３の開閉操作なども行う。
【００４０】
制御ユニット２７は、温度センサ２５，２６で検出された温度情報と制御ユニット２７の内部に予め記憶された冷却制御基準値との比較を行い、容器２０内が結露発生に近い状態かあるいは結露発生状態かを判断する。結露発生に近い状態であると判断した場合、電磁バルブ８３を閉じる、もしくは絞るなどの制御により、冷却水の流量を少なくする、あいは流速を遅くして冷却部材１４の温度を上げ結露発生の回避、もしくは結露が発生した場合の結露除去を行う。
【００４１】
ここで、制御ユニット２７が温度センサ２５，２６の検出情報に基づき、結露を防止する制御系について図１０、図１１とともにさらに説明する。
【００４２】
制御ユニット２７は、光源モジュール１３が非点灯状態に、温度センサ２５，２６で検出された温度情報に基づき、容器２０内が結露の状態であるかどうかを判断する。結露であると判断した場合は、電磁バルブ８３を閉じて冷却部材１４の温度上げ結露の除去を行う。上記の説明では、冷却装置８２で冷却された冷却水が入水パイプ６１から冷却流水路１６１に供給されるときの温度例としては１０度とし、冷却部材１４を冷却した後に出水パルプ６４から送出される冷却水の温度例としては２０度とした。
【００４３】
光源モジュール１３が点灯状態での制御ユニット２７は、温度センサ２５，２６で検出された温度情報に基づき、容器２０内が予め設定された条件となり結露が発生する前の条件にあるかどうかを判断する。制御ユニット２７が結露到達前であると判断した場合は、電磁バルブ８３の開状態を調整して冷却部材１４の温度を上げて結露の発生を未然に防ぐ制御を行う。
【００４４】
冷却部材１４の温度を上げるために電磁バルブ８３を閉める制御について説明したが、電磁バルブ８３を閉めずに冷却水の温度を上げてもよいし、電磁バルブ８３の操作と冷却水の温度を上げる動作を同時に行ってもよい。
【００４５】
図１０は、光源モジュール１３の実装基板１２の表面温度と実装基板１２の周辺温度による結露の発生と非発生との関係を簡単に説明するためのものである。図１０の横軸は温度センサ２５で検出された実装基板１２の表面温度を示し、縦軸は温度センサ２６で検出された実装基板１２の周辺温度を示している。
【００４６】
そこで、横軸が２０度で、縦軸が２０度あった場合は、温度センサ２５と２６の検出温度に差がないことから、結露の発生はない。この場合、実装基板１２の表面温度が２０度以上であれば結露の発生はない。実装基板１２の表面温度が２０度未満となった場合は、光源モジュール１３の周辺温度が２０度よりも低くなったことから、実装基板１２の表面に結露が発生することとなる。
【００４７】
ところで、実際には結露が発生した状態での点灯や点灯している状態で冷却部材が冷え過ぎて結露が発生した場合は、点灯不良や実装基板が破損する恐れが生じることになる。そのため、条件が結露に到達する前に結露に至らないような制御を行う必要がある。
【００４８】
そこで、空気の温度と空気中に含むことのできる水蒸気圧の量の関係を表した図１１のグラフより各周囲温度と湿度毎の結露発生温度条件を冷却水調整回路内に基準データとして保持しておき、サンプリングデータとの比較で冷却流水路に流す冷却水の量を調整する。
【００４９】
図１１のＡ点では、例えば容器２０内の温度が２０℃で、湿度が６０％の状態から温度が１５℃に下がった場合、湿度が８２％に上昇している。湿度が１００％を超えると容器２０内の水蒸気は水滴に姿を変え、いわゆる結露が発生することを示している。
【００５０】
結露が発生する前の状態の条件を制御ユニット２７内のメモリに記憶させておき、温度センサの検出結果に基づき記憶データとの比較により、結露発生の状態を事前に認知でき結露防止の制御を行うことが可能となる。
【００５１】
このように、実装基板の温度と光源モジュールの周辺温度との関係をモニターしながら、冷却水の流量を調整することで、光源モジュールの冷却とともに、結露の発生を防止することができる。
【００５２】
なお、結露の判断は、温度センサ２５，２６の温度情報を確認できる状態であればよいことから、ＬＥＤ１１の点灯動作の有無に関係ない。このため、ＬＥＤ１１を点灯させる前に、結露の条件下にあれば、予め冷却水の送水を止めた状態で点灯させることも考えられる。
【００５３】
また、結露の発生が検出された場合に、制御ユニット２７は電磁バルブ８３を閉じるとの説明をしたが、完全に電磁バルブ８３を閉じてしまうと冷却部材１４の温度が急激に上昇することから、光源モジュール１３が破損する可能性がある。このため実際には、電磁バルブ８３は、温度センサ２５，２６により温度をモニターしながら、電磁バルブの開く状態を制御することで、冷却水の流量の調整を行うことができる。
【００５４】
この場合は、温度センサ２５，２６で検出された温度情報に基づき、入水パイプ６１に流す冷却水の流量を調整することで光源モジュール１３の規定の温度値を保持しながら、結露防止を図ることができる。
【００５５】
連結部材１９１，１９２としては、耐熱性の合成樹脂やセラミック等の非導電性物質による成型品を用いることもできる。この場合は、電食の抑制も可能となるばかりか、冷却流水路との接合される部分の表面処理を省くことも可能となる。
【００５６】
冷却部材１４の温度を急速に上げ方としては、冷却水路に流していた冷却水よりも温度の高い冷却水を予めサブタンクに貯蔵しておき、必要に応じサブタンクを開放し冷却水入水パイプ６１に流入させ冷却水の温度を上昇させてもよい。また、冷却部材１４の熱を吸収し温められ出水パイプ６４から外部へ排出された冷却水をそのまま冷却水としてサブタンクに一旦貯蔵若しくは、そのまま入水パイプ６１に流入させてよい。
【００５７】
さらに、第２の検出手段の一例としては、光源モジュール１３の周辺温度を検出する温度センサ２６を例に挙げたが、湿度あるいは気圧センサを用いて光源モジュール１３の周囲の湿度あるいは気圧を検出するものであっても構わない。
【００５８】
光源モジュール１３の点灯前に、温度センサ２５，２６に検出結果に基づき、光源モジュール１３に結露が発生していると制御ユニット２７が判断した場合は、結露を除去した状態で光源モジュール１３を点灯する。また、光源モジュール１３の点灯後に、温度センサ２５，２６に検出結果に基づき光源モジュール１３に結露が発生する条件になってきたと制御ユニット２７が判断した場合は、結露到達前に、結露が発生する条件を解除させ、光源モジュール１３を点灯させ続けるように制御する。
【００５９】
このように、結露の発生を事前に検知した結果に基づき、結露発生状況を事前に認知することができ、この情報に基づいて冷却流水路を流れる冷却水の流量、流速あるいは冷却水温の少なくとも１つを調整することで、光源モジュール１３を点灯させる前に発生している結露を除去した後に点灯させたり、点灯中において結露に到達することを防止させたりすることができる。
【００６０】
図１２は、この発明の光源装置に関する他の実施形態について説明するための概略的なシステム構成図である。なお、上記実施形態と同一機能の構成部分には同一の符号を付し、ここでの説明は異なる部分を中心に説明する。
【００６１】
図１２において、１４１は冷却部材１４に、例えば押出成型により一体的に形成された冷却フィンである。１４２は、冷却部材１４の長手方向の一端面から例えばドリルを用いて形成された収納部である。収容部１４２内には、光源モジュール１３を駆動させるためのＬＥＤ点灯回路２９が構成された回路基板２９１が収容される。収容部１４２は、冷却流水路の押出し成型時と同時に形成しても構わない。この場合は、底有ではなく、貫通孔となり、後の工程でこの部分を密封させる。
【００６２】
ＬＥＤ１１が搭載された反対側の実装基板１１は、冷却フィン１４１上に固着される。さらに、光源モジュール１３の全ＬＥＤ１１は、これを搭載した実装基板１１側で透明樹脂１０１に覆われる。透明樹脂１０１は、熱伝導性に優れたペースト状の樹脂が薄く均一に塗布される。１０２，１０３は、光源モジュール１３と回路基板２９１とを電気的に接続するリード１０４，１０５を通すために冷却部材１４に形成された接続孔である。リード１０４，１０５は、接続孔１０２，１０３とは非接触状態で光源モジュール１３と回路基板２９１の電気的が行われている。
【００６３】
透明樹脂１０１は、回路基板２９１と光源モジュール１３を電気的に接続するためのリード１０４，１０５を通すために実装基板１１に開けた接続孔１０６，１０７にも充填させることにより、接続孔を封止している。
【００６４】
リード１０４，１０５は、光源モジュール１３と電気的に接続された状態で、接続孔１０２，１０３内に充填された柔軟な封止樹脂１０８，１０９で保持される。封止樹脂１０８，１０９は、リード１０４，１０５の保持の他に、回路基板１９１と光源モジュール１３との絶縁も兼ねている。
【００６５】
回路基板２９１には外部からケーブル１１０が接続される。このケーブル１１０は、制御ユニット２７からの電力供給や制御信号あるいは光源モジュール１３の温度情報を制御ユニット２７に供給している。
【００６６】
収容部１４２の開口部は、ケーブル１１０が回路基板２９１に接続された状態で、封止樹脂１１１により封止される。これにより、収容部１４２内は、密閉され回路基板１９１が外部からの湿気に曝されることを防止することができる。
【００６７】
また、回路基板１９１は、収容部１４２内で外気から遮断された密閉ボックス内に収められたものとしたが、回路基板１９１全体を樹脂封入としても構わない。
【００６８】
この実施形態によれば、光源モジュールを駆動するＬＥＤ点灯回路が、冷却部材内部に収容可能としたことにより、ＬＥＤが搭載された実装基板の冷却とともに、ＬＥＤ点灯回路の冷却も実現できる。
【００６９】
この発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、警報装置では光源モジュールに異常があった場合に警報するようにしたが、この他に結露情報を知らせるようにすることも、モニターされている実装基板の温度情報とその周辺の温度情報から可能である。また、結露の発生は自動的に防止する例について示したが、結露警告サイン等の出力に基づき冷却水注入禁止を提示し、人的操作を介して結露防止こともできる。
【００７０】
冷却水制御の閾値は、実装基板の周囲温度に特定の値を加えて演算するものであっても構わない。この場合は、過敏な制御を防止し、電磁バルブ等の作動を少なくすることで寿命を延ばす効果がある。
【００７１】
さらに、容器２０内は、大気圧以上で密閉してもよい。この場合、万が一容器２０が破損したときに、センサ類が急峻な異常を検知して容器２０の外周に爆発性のあるガスがあった場合、瞬時に容器２０内にガスの流入することを遅延させることができる。これにより、容器２０内に遅れて流入した爆発性のガスは、既に光源モジュール１３を駆動する回路を、センサ類の検知によるＯＦＦ操作によら破裂に至ることを防止することが可能となる。
【００７２】
この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１００ 光源装置
１１ ＬＥＤ（発光ダイオード）
１２ 実装基板
１３ 光源モジュール
１４ 冷却部材
１５１〜１５６ 実装面部
１６１〜１６６ 冷却流水路
１８１，１８２ ガスケット
１９１，１９２ 連結部材
２０ 容器
２５，２６ 温度センサ
６１ 入水パイプ
６２，６３ 接続口
６４ 出水パイプ
６９，７０，７７〜７９ 連結孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の固体発光素子を搭載した実装基板と、
前記実装基板で発生した熱を冷却させる冷却流水路と、
前記冷却流水路に流入させる冷却水の入水量または入水温を調整する調整手段と、
前記実装基板の温度を検出するための第１の検出手段と、
前記実装基板の周囲気体の温度、湿度、気圧の少なくとも１つを検出するための第２の検出手段と、
前記調整手段の調整を制御する制御ユニットと、が透光性容器内に配置された光源装置であって、
前記制御ユニットは、予め保持された冷却制御基準値と前記第１および第２の検出手段による検出結果を比較判定し、前記調整手段による冷却水を調整することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記透光性容器は、内部を大気圧以上で密閉されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項１】
複数個の固体発光素子を搭載した実装基板と、
前記実装基板で発生した熱を冷却させる冷却流水路と、
前記冷却流水路に流入させる冷却水の入水量または入水温を調整する調整手段と、
前記実装基板の温度を検出するための第１の検出手段と、
前記実装基板の周囲気体の温度、湿度、気圧の少なくとも１つを検出するための第２の検出手段と、
前記調整手段の調整を制御する制御ユニットと、が透光性容器内に配置された光源装置であって、
前記制御ユニットは、予め保持された冷却制御基準値と前記第１および第２の検出手段による検出結果を比較判定し、前記調整手段による冷却水を調整することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記透光性容器は、内部を大気圧以上で密閉されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−８９４１７（Ｐ２０１２−８９４１７Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３６６９６（Ｐ２０１０−２３６６９６）
【出願日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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