JP2004014204A

JP2004014204A - 光源装置の冷却装置

Info

Publication number: JP2004014204A
Application number: JP2002163654A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Tabuchi; 敏彰田渕; Kazunobu Horikawa; 和宣堀川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-05
Also published as: JP4090282B2

Abstract

【課題】光源装置の冷却装置を、小型で簡易な構造でありながら、高輝度に対応可能かつ高信頼性とすることを目的とするものである。
【解決手段】放電ランプから１０の光を反射するリフレクター１１を境界にランプハウス１４を２室に分離し、リフレクター１１の反射面側の１室に開口する第１の送風口１６と、リフレクター１１の背面側の１室に互いに対向して開口する第２の送風口１７および排気口１８と、ランプホルダー１２に前記２室を連通して開口する通風口１９とを設け、冷却ファンからの送風を送風口１６，１７を通じてランプハウス１４内に導入し、排気口１８を通じて排気する構成とする。これにより、放電ランプ１０とリフレクター１１とランプハウス１４とを効率よく冷却することができ、冷却ファンも、送風側に配置するため耐熱仕様とする必要はなく、その軸受け寿命を大幅に改善することができ、高信頼性の冷却装置を実現できる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライトバルブ上で映像信号に変調された画像を照明光により投写レンズを通してスクリーン上に拡大投写する投写型映像装置において、前記照明光を照射する光源装置を効率よく冷却するための光源装置の冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投写型映像装置は基本的には、ランプ光源ユニットと、画像情報に応じて光を変調する液晶パネル等のライトバルブと、光源からの白色光を赤、青、緑に色分解して前記ライトバルブに照射し、このライトバルブからの出射光を色合成する光学ユニットと、色合成された光を拡大投影する投影光学ユニットとを備えて構成されている。
【０００３】
図７は従来の投写型映像装置の一例を示す。この投写型映像装置は、反射型映像素子を使用した映像装置であり、光源としてのランプ光源ユニット１と、ランプ光源ユニット１からの光を集光するリレーレンズユニット２と、リレーレンズユニット２で集光された光を所望方向に導くための光導入ミラー３およびＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ　Ｉｎｎｅｒ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ）プリズム４と、光を色分離・色合成するための色分離・色合成プリズム５と、光学的に画像情報を生成するための反射型映像素子６（６ａ，６ｂ，６ｃ）と、色分離・色合成プリズム５で合成された画像情報を拡大投射する投写レンズユニット７とを備えている。説明を簡単にするために２次元的に示しているが、実際は反射型映像素子６までの入射光路と同じく反射型映像素子６からの出射光路とは直交している。
【０００４】
詳細には、ランプ光源ユニット１は、高輝度映像装置では、放電ランプ１０１と効率よく集光するための凹面鏡１０２とで構成されている。ＴＩＲプリズム４は２つのプリズムにより構成され、互いの境界面に非常に薄い空気層が形成されている。これにより、放電ランプ１０１の光は凹面鏡１０２である程度集光され、さらにリレーレンズユニット２で集光された後、上記した光導入ミラー３によりＴＩＲプリズム４へプリズム境界面に対して臨界角より大きな角度で入射し、全反射して、色分離・色合成プリズム５に導かれる。
【０００５】
色分離・色合成プリズム５はプリズム端面にダイクロイック膜が施されていて、前記ＴＩＲプリズム４からの光は、その入射角度とダイクロイック膜特性とにより赤・緑・青の３原色光に分解され、それぞれの原色光に対応する反射型映像素子６ａ，６ｂ，６ｃに導かれる。これら各色の光が、反射型映像素子６ａ，６ｂ，６ｃにおいてそれぞれの映像信号で変調されて反射し、再び色分離・色合成プリズム５に入射し色合成されて出射し、ＴＩＲプリズム４を透過し、投写レンズユニット７によりスクリーン（図示せず）に拡大投影される。
【０００６】
最近の投射型映像装置では、画像情報をより鮮明に投影するために高解像力表示素子（映像素子）が用いられるとともに、投影画面を明るくする高輝度化、小型化が促進されている。表示素子としては、液晶デバイスを用いたものの他、微少マイクロミラーで構成されたＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）素子や、ＴＭＡ（Ｔｈｉｎ＿Ｆｉｌｍ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ａｒｒａｙ）素子が商品化または公表されている。光源としては、水銀等が密封された放電ランプが用いられている。
【０００７】
ここで、放電ランプは、発光効率や電極寿命の関係から、例えばランプ管球温度８５０℃〜１０００℃程度の適正な温度が必要である。一方、放電ランプの光を集光反射する上記した凹面鏡などのリフレクターは、反射膜より放電ランプの光の内の赤外線が透過するように構成されるので、リフレクターの背面及びリフレクターを固定したランプハウスは高温となり、周囲の空気も高温となる。このため、放電ランプを冷却するために、ランプ部分へ送風する送風ファンと、ランプ部分で昇温した空気を排気するための排気ファンとを備える構成が一般的である。
【０００８】
図８は、小型の投写型映像装置のランプ光源ユニットを示す。放電ランプ１０の光を集光反射するためのリフレクター１１と、放電ランプ１０をリフレクター１１に固定するためのランプホルダー１２と、リフレクター１１からの反射方向における放電ランプ１０の前方に配される透光性ガラス１３と、リフレクター１１および透光性ガラス１３を固定するためのランプハウス１４とを備えている。
【０００９】
そして、冷却手段として、リフレクター１１の背面側に排気用の冷却ファン１５を配置するとともに、リフレクター１１よりも前方に送風用の第２の冷却ファン（図示せず）を配置しており、例えば実開平０５−００４１４７号公報に開示された技術では、第２の冷却ファンによって液晶パネル沿いに流れるように空気を吸い込んでリフレクター１１の背面側に送り、この背面側の高温空気を冷却ファン１５により排気するようにしている。
【００１０】
特開２００１−１２５１９５号公報には、リフレクターと透光性ガラスとの間に送風吹き出し口を設け、ランプ封止部に排風穴を設け、ランプハウスに取り付けた冷却用ファンからの冷風を前記送風吹き出し口に導くための導風路を設けて、これらにより構成される流路に冷風を通すことで放電ランプを冷却するようにした技術も開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した前者の冷却構造では、放電ランプ１０の冷却に少なくとも２台の冷却ファンが必要であり、小型化には適さないだけでなく、冷却ファン１５はリフレクター１１の近くに配置されるため、リフレクター１１からの熱を直に受けることになる。ところが、より高輝度化に対応するために放電ランプ１０の出力は増大する傾向にあり、それに伴ってリフレクター１１の背面の熱量は増大するので、冷却ファン１５への熱負荷は増大している。そのため、冷却ファン１５の吸入側にスリット状のブラインドを設けたり、冷却ファン１５の材質を耐熱仕様とするなどの対応が必要となり、ブラインドで騒音発生したり、コストアップの要因ともなっている。
【００１２】
後者の冷却構造では、冷却ファンはリフレクターの近くに配置されないので熱負荷の問題はないが、さらなる高輝度化、放電ランプの出力増大に対応できる冷却構造が課題となっている。
【００１３】
本発明は上記問題を解決するもので、簡易な構造でありながら高輝度に対応可能かつ高信頼性な光源装置の冷却装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、放電ランプと、前記放電ランプからの光を反射するリフレクターと、前記放電ランプをリフレクターに固定したランプホルダーと、前記リフレクターからの反射方向における放電ランプの前方に配置された透光性ガラスと、前記リフレクターと透光性ガラスとを固定したランプハウスとを少なくとも備えた光源装置の冷却装置であって、前記ランプハウスはリフレクターを境界に２室に分離され、前記リフレクターの反射面側の１室に開口した第１の送風口と、前記ランプホルダーに前記２室を連通して開口した通風口と、前記リフレクターの背面側の１室に互いに対向して開口した第２の送風口および排気口とを有し、冷却ファンからの送風を前記第１および第２の送風口を通じてランプハウス内に導入し、排気口を通じて排気するように構成されたことを特徴とする。この構成によれば、放電ランプとリフレクターとランプハウスとを効率よく冷却することができ、また冷却ファンも送風側に配置するため高温に曝されることがなく、耐熱仕様とする必要はなく、軸受け寿命も大幅に改善され、したがって高信頼性の冷却装置を実現できる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光源装置の冷却装置において、冷却ファンからの送風を第１および第２の送風口に同時に導入するための送風ダクトを有し、第１の送風口と第２の送風口と排気口はそれぞれ、開口面積が第１の送風口＜第２の送風口＜排気口の関係を満たすよう形成されたことを特徴とするもので、一台の冷却ファンによって、第１および第２の送風口を通じてランプハウス内に送風し排気口を通じて排気するスムーズな空気流を実現することができ、これにより光源装置全体の小型化を図ることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の光源装置の冷却装置において、リフレクターの反射面側の１室に第１の送風口に対向して開口した第３の送風口を有し、冷却ファンからの送風を第１および第２および第３の送風口に同時に導入するための送風ダクトと有したことを特徴とするもので、一台の冷却ファンによって、第１および第２および第３の送風口を通じてランプハウス内に導入し排気口を通じて排気することができ、光源装置全体の小型化を図ることができる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の光源装置の冷却装置において、第１の送風口と第２の送風口と第３の送風口と排気口はそれぞれ、開口面積が第１の送風口＝第３の送風口＜第２の送風口＜排気口の関係を満たすよう形成されたことを特徴とするもので、これによりスムーズな空気流を実現することができるとともに、第１の送風口，第３の送風口のそれぞれからの送風量を同等にすることができ、ランプ冷却の制御が容易になる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光源装置の冷却装置において、第１の送風口と第３の送風口の少なくとも一方に、放電ランプの管球部に向けて送風を案内する送風ガイドが設けられたことを特徴とするもので、送風ガイドによって送風方向を制御することで、放電ランプの微妙な温度調整が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る冷却装置を備えたランプ光源ユニットを示す。この光源ユニットは、先に図７を用いて説明したような小型の投射型映像装置に設けられるものであり、図８を用いて説明した従来のランプ光源ユニットとほぼ同様の構成を有しているので、同様の作用を有する部材に図８と同じ符号を付して説明する。
【００２０】
図１において、光源ユニットは、放電ランプ１０と、放電ランプ１０の光を集光反射するリフレクター１１と、放電ランプ１０をリフレクター１１に固定するランプホルダー１２と、リフレクター１１からの反射方向における放電ランプの前方に配される透光性ガラス１３と、リフレクター１１と透光性ガラス１３とを固定するためのランプハウス１４とを備えている。
【００２１】
詳細には、放電ランプ１０は、水銀等が密封された陰極、陽極を有する放電型のランプ光源であり、管球部１０ａと電極封止部１０ｂとを有し、図示しない高圧電源で放電点灯可能である。リフレクター１１は、概ねコーン状をなし、光照射側に配置される凹面に金属材料等の蒸着により反射膜１１ａが施されており、光反射機能と赤外線を後方に透過させる透過機能とを有している。
【００２２】
ランプホルダー１２は、有底筒状をなし、放電ランプ１０の電極封止部１０ｂを軸心位置に嵌合等により保持するとともに、リフレクター１１の内周部を開口端部に接着剤等により固定していて、リフレクター１１による光反射を最適とするように位置規制されている。透光性ガラス１３は、放電ランプ１０の破裂時に各ランプ部材が飛散するのを防止するためのものであり、数ｍｍの厚みを有し、防爆に耐えうる強度を持っており、リフレクター１１とともに放電ランプ１０全体を囲うように配置され、ランプハウス１４にネジ等で固定されている。
【００２３】
ランプハウス１４はリフレクター１１を境界に２室に分離されており、リフレクター１１の反射面側の１室（以下、前室という）、かつリフレクター１１の上部の位置に、ランプ冷却用の第１の送風口１６が開口している。また、リフレクタ１１ーの背面側の１室（以下、後室という）、かつランプホルダー１２の上部に、リフレクター後部冷却用の第２の送風口１７が開口し、この第２の送風口１７にほぼ対向した位置に排気口１８が開口している。ランプホルダー１２には、２室を連通する通風口１９が開口している。
【００２４】
上記構成によれば、冷却ファン（図示せず）によって冷却用空気を送風口１６，１７に送風すると、送風口１６への冷却用空気は前室内に流入し、それに伴って放電ランプ１０の周囲などの前室内空気が放電ランプ１０の電極封止部１０ｂとリフレクター１１との隙間に流れ、通風口１９を通って後室内に送られ、それにより、放電ランプ１０（管球部１０ａ，電極封止部１０ｂ）が冷却されるとともに、リフレクター１１なども冷却される。また送風口１７への冷却用空気は後室内に流入し、それに伴ってリフレクター１１の周囲などの後室内空気が排気口１８に向かって流れ、排気口１８から排気され、それにより、リフレクター１１などが冷却される。
【００２５】
このようにして、放電ランプ１０とリフレクター１１、及びランプハウス１４を冷却して、規定内の温度に調整することができる。
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２に係る冷却装置を備えたランプ光源ユニットを示す。
【００２６】
この光源ユニットは上記した実施の形態１のものと同様の構成を有しているが、ランプハウス１４の上部に、送風口１６，１７に連通する送風ダクト２０が設けられている点が相違している。このため、この光源ユニットでは、１台の冷却ファン（図示なし）によって、送風ダクト２０を通じて送風口１６，１７に同時に送風可能である。送風口１６と送風口１７と排気口１８はそれぞれ、開口面積が送風口１６＜送風口１７＜排気口１８の関係を満たすよう形成されている。
【００２７】
ここで、放電ランプ１０の電極封止部１０ａとリフレクター１１の内周部との隙間は小さく、したがって圧力損失は大きく、ここを通る空気の流量は送風口１６が小さいこともあって少ない。一方、排気口１８の開口面積は上記したように大きく取ってあり、送風口１７と排気口１８との間にはランプホルダー１２が位置するだけで大きな圧力損失はないので、送風口１６＜送風口１７ということもあって、送風ダクト２０に送風された空気はほとんど、送風口１７から流入し排気口１８へと流れる。
【００２８】
したがって、リフレクター１１を境界とする前室と後室とでは、前室の方が後室よりも圧力が高くなり、放電ランプ１０の電極封止部１０ｂとリフレクター１１の内周部との隙間において矢印に示すような通風が可能であり、放電ランプ１０の近傍で空気が滞留することはない。
【００２９】
よって、１台の冷却ファンによって、放電ランプ１０とリフレクター１１、及びランプハウス１４を冷却して規定内の温度に調整することができ、光源ユニットの小型化が可能である。
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３に係る冷却装置を備えたランプ光源ユニットを示す。
【００３０】
この光源ユニットは上記した実施の形態２のものと同様の構成を有しているが、ランプハウス１４におけるリフレクター１１の反射面側の１室（前室）であって、リフレクター１１の下部、かつ送風口１６にほぼ対向する位置に、ランプ冷却用の第３の送風口２１が開口し、この送風口２１と送風ダクト２０とに連通する送風ダクト２２が設けられている点が相違している。送風口１６，２１は同等の開口面積である。
【００３１】
このため、この光源ユニットでも、１台の冷却ファン（図示なし）によって、送風ダクト２０，２２を通じて、送風口１６，１７，２１に同時に送風可能であり、しかも送風口１６，２１からの送風によって放電ランプ１０の冷却を上下両方向から行なうことができ、投射型映像装置の設置状態（床置き又は天吊）に関わらず放電ランプ１０の上下温度分布を均一とすることが可能となる。
【００３２】
なお、リフレクター１１を境界とする前室と後室とでは、上記した実施の形態２と同様に前室の方が後室よりも圧力が高くなるので、放電ランプ１０の電極封止部１０ｂとリフレクター１１の内周部との隙間で矢印に示すような通風が可能である。
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４に係る冷却装置を備えたランプ光源ユニットを示す。
【００３３】
この光源ユニットは上記した実施の形態２のものとほぼ同様の構成を有しているが、リフレクター１１を境界とする前室であって、リフレクター１１の上部に開口する第１の送風口１６に、放電ランプ１０の管球部１０ａに向けて送風を案内する送風ガイド２３が設けられている点で相違している。
【００３４】
この送風ガイド２３により、送風ダクト２０からの冷却用空気は管球部１０ａ方向に強制送風され、管球部１０ａは効率よく冷却される。
ここで、放電ランプ１０の管球部１０ａの温度は光源ランプ性能に大きく寄与するものであり、規定温度以下であれば水銀蒸発圧が低く十分な輝度が得られず、反対に温度が高ければ電極寿命が短くなるだけでなく、極端な場合には破裂の恐れもある。一般的な放電ランプ１０の管球部１０ａでは上部温度９５０℃〜１０００℃、下部温度８００〜８５０℃程度が最適とされている。このように微妙な温度調整をするために、送風口１６からの流量だけでなく、送風ガイド２３で送風方向を制御することも重要である。
【００３５】
図５は送風ガイド２３の一例を示す。この送風ガイド２３は、適当大きさのメッシュ体２４と一体に形成されていて、メッシュ体２４を、送風口１６を覆うように配置しランプハウス１４に接着或いはかしめ等で固定した時に、この送風ガイド２３が管球部１０ａに向かって斜め方向に配置されるようになっている。メッシュ体２４は、放電ランプ１０が破裂した時に破片がランプハウス１４外に飛散するのを防止する。
【００３６】
図６に、送風ガイド２３及びメッシュ体２４の有無の状態におけるランプ管球部１０ａの上部および下部の温度を示す。この図６から、送風ガイド２３を設けることで、メッシュ体２４の有無に関わらず、ランプ管球温度を最適化できることがわかる。
【００３７】
尚、送風ガイド２３は、実施の形態３に示したようなリフレクター１１の下部に開口する第３の送風口２１に設けても同様の効果があることは自明である。実施の形態１，実施の形態３の構成に適用することも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ランプハウスをリフレクターを境界に２室に分離し、リフレクターの反射面側の１室に第１の送風口を設け、ランプホルダーに２室を連通する通風口を設け、リフレクターの背面側の１室に第２の送風口および排気口を形成して、冷却ファンからの冷却用空気を第１および第２の送風口を通じてランプハウス内に送風し、排気口を通じて排気するようにしたため、簡易な構造でありながら、放電ランプとリフレクターとランプハウスとを一台の冷却ファンによって効率よく冷却することが可能となり、冷却ファンも耐熱仕様とすることなくその軸受け寿命を大幅に改善できる。よって高信頼性の冷却装置を実現することができ、光源装置全体の小型化、低価格化も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光源装置の冷却装置の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態２に係る光源装置の冷却装置の構成を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態３に係る光源装置の冷却装置の構成を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態４に係る光源装置の冷却装置の構成を示す断面図
【図５】図４の冷却装置を構成する送風ガイドを示す斜視図
【図６】図４の冷却装置における送風ガイドの効果を示すグラフ
【図７】反射型素子を利用した従来よりある投写型映像装置の構成図
【図８】従来の光源装置の冷却装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
１０　　放電ランプ
１０ａ　管球部
１１　　リフレクター
１２　　ランプホルダー
１３　　透光性ガラス
１４　　ランプハウス
１６　　第１の送風口
１７　　第２の送風口
１８　　排気口
１９　　通風口
２０　　送風ダクト
２１　　第３の送風口
２２　　送風ダクト
２３　　送風ガイド

Claims

放電ランプと、前記放電ランプからの光を反射するリフレクターと、前記放電ランプをリフレクターに固定したランプホルダーと、前記リフレクターからの反射方向における放電ランプの前方に配置された透光性ガラスと、前記リフレクターと透光性ガラスとを固定したランプハウスとを少なくとも備えた光源装置の冷却装置であって、
前記ランプハウスはリフレクターを境界に２室に分離され、
前記リフレクターの反射面側の１室に開口した第１の送風口と、前記ランプホルダーに前記２室を連通して開口した通風口と、前記リフレクターの背面側の１室に互いに対向して開口した第２の送風口および排気口とを有し、
冷却ファンからの送風を前記第１および第２の送風口を通じてランプハウス内に導入し、排気口を通じて排気するように構成された
光源装置の冷却装置。
冷却ファンからの送風を第１および第２の送風口に同時に導入するための送風ダクトを有し、第１の送風口と第２の送風口と排気口はそれぞれ、開口面積が第１の送風口＜第２の送風口＜排気口の関係を満たすよう形成された請求項１記載の光源装置の冷却装置。
リフレクターの反射面側の１室に第１の送風口に対向して開口した第３の送風口を有し、冷却ファンからの空気を第１および第２および第３の送風口に同時に導入するための送風ダクトと有した請求項１記載の光源装置の冷却装置。
第１の送風口と第２の送風口と第３の送風口と排気口はそれぞれ、開口面積が第１の送風口＝第３の送風口＜第２の送風口＜排気口の関係を満たすよう形成された請求項３記載の光源装置の冷却装置。
第１の送風口と第３の送風口の少なくとも一方に、放電ランプの管球部に向けて冷風を案内する送風ガイドが設けられた請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光源装置の冷却装置。