JP2012160293A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】冷却装置の騒音、消費電力の増大等の問題を解決し、発光部と封止部とを効率良く冷却することで輝度低下の少ない光源装置を提供する。
【解決手段】本発明の光源装置は、発光管と反射鏡とを有する光源ランプと、冷却風Ｆを送風して発光管を冷却する冷却装置と、を備え、冷却装置がファンと冷却風分配用装着具４９とを備えている。冷却風分配用装着具４９は、ファンからの冷却風のうち、一部の冷却風が導入される第１流路５３と、残りの冷却風が導入される第２流路５４と、第１流路５３からの冷却風の出口であって発光部に向けて冷却風を送る第１送風口５３ｏと、第２流路５４からの冷却風の出口であって封止部に向けて冷却風を送る第２送風口５４ｏと、を備えている。
【選択図】図９

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

従来から、映像情報に応じて光学像を形成する光変調素子を光源装置からの光で照明し、その光学像を投射レンズによりスクリーン等の被投射面に拡大表示するプロジェクターが知られている。この種のプロジェクターに用いられる光源装置は、例えば超高圧水銀ランプ等の放電型の発光管と、発光管から発せられた光を反射する反射鏡と、を備えている。点灯時には発光管が発熱して高温となるため、例えば空冷方式の冷却機構を用いて発光管を冷却することが従来から行われている。

発光管は、点灯時に発光部の上部が最も高い温度となり、発光部の下部が最も低い温度となる。このとき、発光部の上部では発光管の失透が発生し、発光部の下部では発光管の黒化が発生する場合がある。このため、発光管の上部を効率良く冷却する必要がある。そこで、発光管の上部を冷却するための冷却機構を備えたプロジェクターが提案されている（下記の特許文献１参照）。このプロジェクターでは、ファンから吐出される冷却空気を分岐部に導入して分岐し、一部の冷却空気で発光管の封止部を冷却する一方、残りの冷却空気を、ダクトを介してプロジェクター筐体の上側に搬送した後、発光部に対して上方から排出し、発光部を冷却する構成となっている。

特開２０１０−１０７５７４号公報

特許文献１のプロジェクターによれば、ファンから吐出される冷却空気のうち、一部の冷却空気で発光管の発光部を冷却し、残りの空気で封止部を冷却することができる。しかしながら、発光部を冷却するための空気をダクトによって筐体の側面側から天面側まで引き回す構成である。また、ダクトは複数回折れ曲がっており、流路の途中にはいくつかの壁部が設けられている。したがって、発光部を冷却するための空気を発光部に導くまでの圧力損失が大きく、所定の風量を得るためにはファンの回転数を上げる必要があった。そのため、ファンによる騒音が大きくなる、消費電力が増大する、等の問題があった。また、発光部と封止部のそれぞれを冷却する冷却空気の流れ方向、風量などを適切に設定するのが難しく、両者を効率良く冷却できない、という問題があった。

近年、点光源化による光利用効率向上、高輝度化等の観点から、アーク長が短い発光管、いわゆる短アーク型の発光管への要求が高まっている。短アーク型の発光管は従来の発光管に比べて発熱量が多く、発光管を効率良く冷却することがより重要になるため、上記の問題がより顕著になる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、冷却装置の騒音、消費電力の増大等の問題を解決し、発光部と封止部とを効率良く冷却することで輝度低下の少ない光源装置を得ることを目的とする。また、このような光源装置を備えることで明るい投射画像が得られるプロジェクターを実現することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の光源装置は、光を射出する発光管と前記発光管から射出された光を反射する反射鏡とを有する光源ランプと、送風口から冷却気体を送風して前記発光管を冷却する冷却装置と、を備え、前記発光管が、光を射出する略球状の発光部と、前記発光部から外方に向けて延在する一対の封止部と、を備え、前記発光管の一対の封止部が延在する方向がランプ光軸と略一致しており、前記冷却装置の前記送風口の下端が、前記発光部の頂点を通る水平面よりも鉛直方向上方に位置し、前記冷却装置が、冷却装置本体と、前記冷却装置本体の送風口に装着されて前記冷却装置本体から流出される冷却気体を複数の冷却風に分配する冷却風分配用装着具と、を備え、前記冷却風分配用装着具が、前記冷却装置本体からの冷却気体のうち、一部の冷却気体が導入される第１流路と、残りの冷却気体が導入される第２流路と、前記第１流路からの冷却気体の出口であって前記発光部に向けて冷却気体を送風する第１送風口と、前記第２流路からの冷却気体の出口であって前記封止部に向けて冷却気体を送風する第２送風口と、を備えたことを特徴とする。

本発明の光源装置は冷却装置を備えているため、冷却装置の送風口から冷却気体が送風されることによって発光管が冷却される。このとき、冷却装置の送風口の下端が発光部の頂点を通る水平面よりも鉛直方向上方に位置しているため、冷却気体は、発光部の位置よりも鉛直方向上方から、点灯時に高温状態となる発光部の上部側に吹き付けられることになる。

ここで、本発明の光源装置は、従来の特許文献１のプロジェクターのように、長いダクトを用いて冷却空気を引き回す構成ではなく、冷却装置本体の送風口に装着する冷却風分配用装着具を用いて冷却装置本体からの冷却気体を複数の冷却風に分配する構成である。すなわち、冷却装置本体からの冷却気体は、冷却風分配用装着具の２種類の流路によって発光部を冷却する冷却風と封止部を冷却する冷却風とに分配される。冷却風分配用装着具の第１流路および第２流路を短く構成できるため、ダクトなどの長い流路を用いて冷却風を送風する場合と比べて冷却風の圧力損失が小さくなり、所定の風量を得るのに必要なファンの回転数を下げることができる。これにより、プロジェクター使用時のファンによる騒音や消費電力を改善することができる。

本発明の光源装置において、前記第１流路と前記第２流路とが、前記送風口の外形形状を前記冷却気体の流出方向に垂直な面に投影した図形の幾何重心と前記ランプ光軸とを含む面に垂直な方向において、異なる位置に設けられていることが望ましい。
この構成によれば、第１流路からの冷却風と第２流路からの冷却風とが干渉することがなく、発光部と封止部とを冷却する各々の冷却風の流出角度を最適な角度に設定することができる。

本発明の光源装置において、前記幾何重心と前記ランプ光軸とを含む面に垂直な方向において、前記第２流路が、前記第１流路を挟んで両側方に設けられていることが望ましい。
この構成によれば、第１流路がランプ光軸寄りに位置するため、発光部の上部中央を確実に冷却でき、第２流路がその両側方に位置するため、封止部を均一に冷却し易い。

本発明の光源装置において、前記第２送風口からの冷却気体を前記ランプ光軸寄りに誘導する整流板が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、第２送風口から流出する冷却風が封止部に向けて集束するように流れるため、封止部を効率良く冷却することができる。

本発明の光源装置において、前記第１流路の入口の外形形状を前記冷却気体の流出方向に垂直な面に投影した図形の投影面積は、前記第１送風口の外形形状を前記冷却気体の流出方向に垂直な面に投影した図形の投影面積よりも小さいことが望ましい。
この構成によれば、第１送風口からの冷却風の流速が速くなり過ぎることがなく、冷却風が発光部の上部に滞留する時間が長くなり、冷却風が低温のままの状態で発光部の下部に流れ込みにくくなる。その結果、発光管の失透と黒化を確実に防止することができる。

本発明の光源装置において、前記第２流路に、前記冷却装置本体からの冷却風の流れ方向を鉛直方向下方に曲げるようにガイドするための湾曲したガイド面が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、第２流路を流れる冷却風の流れが乱れたり、圧力損失が増大したりすることがなく、封止部を効率良く冷却することができる。

本発明の光源装置において、前記第１送風口が前記ランプ光軸の鉛直方向上方に位置していることが望ましい。
第１送風口がランプ光軸の鉛直方向上方に位置していれば、冷却気体が発光部の中心に当たり、ランプ光軸を中心として両側方に対称的に流れるため、発光管をより均一に冷却することができる。

本発明のプロジェクターは、前記本発明の光源装置と、前記光源装置から射出された光を変調して画像光を形成する画像形成光学装置と、前記画像形成光学装置によって形成された画像光を投射する投射光学装置と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、輝度低下の少ない本発明の光源装置を備えているため、明るい投射画像が得られるプロジェクターを実現することができる。

本発明の一実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。 本実施形態の光源装置の要部を示す側面図である。 本実施形態の光源装置の要部を示す斜視図である。 本実施形態の光源装置におけるランプを示す断面図である。 本実施形態の光源装置におけるランプを示す斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は本実施形態の光源装置において、ファンの第１の送風口から冷却気体が流出する様子を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）は本実施形態の光源装置において、ファンの第２の送風口から冷却気体が流出する様子を示す図である。 （Ａ）〜（Ｅ）はファンの送風口に取り付けられる冷却風分配用装着具を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）は冷却風分配用装着具における冷却風の流れの様子を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図９を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを３組用いた、いわゆる３板式の液晶プロジェクターの例である。
最初に、図１を用いて、本実施形態のプロジェクターの全体構成を説明する。
なお、以下の全ての図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。また、各図において、鉛直方向をｙ軸方向、光源装置から射出される光の射出方向をｚ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向に垂直な方向をｘ軸方向と定義する。

本実施形態のプロジェクター１は、図１に示すように、平面視で略矩形状の外装筐体２と、外装筐体２内に収納される装置本体３と、を備えている。外装筐体２は、プロジェクター１の天面（図示略、図１における手前側）、正面２Ｂ、背面２Ｃ、左側面２Ｄ、右側面２Ｅ、および底面（図示略、図１における奥側）を構成し、底面には複数の脚部（図示略）が設けられている。

装置本体３は、光学ユニット４と本体冷却装置５とを備えている。装置本体３は、プロジェクター１の各構成部材に電力を供給する電源装置（図示略）、プロジェクター１の各構成部材の動作を制御する制御装置（図示略）、等を備えている。本体冷却装置５は、複数のファン６，７，８により構成され、光学ユニット４、電源装置および制御装置に対し、外装筐体２の外部から導入した空気を送風し、これらの各装置を冷却する。

これらファン６，７，８のうち、後述する投射光学装置９を挟むように配置された一対のファン６，７は、例えばシロッコファンで構成され、外装筐体２に形成された吸気口（図示略）から外部の冷却空気を導入し、冷却空気を後述する画像形成光学装置１０に送風する。また、ファン８は、例えば軸流ファンで構成され、後述する光源装置１１を冷却した空気を吸引し、プロジェクター１の正面２Ｂに向かって排出する。さらに、ファン８は、この空気を正面２Ｂに形成された排気口２Ｂ１を通して外装筐体２の外部に排出する。なお、排気口２Ｂ１は、外装筐体２のいずれの面に形成されていても良い。

後述する光源ランプ１３の近傍に配置され、冷却装置１４を構成するファン１５は、例えばシロッコファンで構成され、外装筐体２の内部の空気を吸引し、光源ランプ１３に送風する。後述するように、本実施形態において、この冷却装置１４は光源装置１１の構成要素となっている。

〔光学ユニットの構成〕
光学ユニット４は、前述の制御装置による制御の下、画像情報に応じた画像光を形成する。光学ユニット４は、光源装置１１と、照明光学装置１６と、色分離光学装置１７と、リレー光学装置１８と、画像形成光学装置１０と、投射光学装置９と、光学部品用筐体１９と、光源収納部材２０と、を備えている。

［光源装置の構成］
光源装置１１は、図１に示すように、発光管２２と反射鏡２３とを有する光源ランプ１３と、発光管２２を冷却する冷却装置１４と、光源ランプ１３からの光を平行化する平行化凹レンズ２４と、が光源収納部材２０内に収納された構成となっている。

図４は、光源ランプ１３を示す断面図である。図５は、光源ランプ１３を示す斜視図である。
光源ランプ１３は、図４、図５に示すように、アーク放電型の発光管２２と、反射鏡２３と、を備えている。反射鏡２３は、発光管２２から射出された光Ｌを照明対象に向けて反射させる機能を担っている。

発光管２２は、図４に示すように、発光部２５と、一対の封止部２６ａ，２６ｂと、一対の電極２７ａ，２７ｂと、一対のリード線２９ａ，２９ｂと、を備えている。発光部２５は、内部に中空の空間を有する略球状の管体であり、発光部２５を構成する球体の直径の両端には、棒状の封止部２６ａ，２６ｂが発光部２５と一体に形成されている。発光部２５および封止部２６ａ，２６ｂは、例えば石英ガラス、サファイア等の耐熱性が高い透光性の無機材料で構成されている。

発光部２５の内部空間には、一対の棒状の電極２７ａ，２７ｂが互いに対向するように配置されている。電極２７ａ，２７ｂは、例えばタングステン、モリブデン等の金属材料で構成されている。また、発光部２５の内部空間には、発光物質と気体とが封入されている。発光物質としては例えば水銀、金属ハロゲン化物等が用いられ、気体としては例えば希ガス、ハロゲンガス等が用いられる。

一対の電極２７ａ，２７ｂの各々は、各封止部２６ａ，２６ｂによって封止されている。各封止部２６ａ，２６ｂの端部にはリード線２９ａ，２９ｂが接続されている。発光管２２の一方の封止部２６ａは反射鏡２３に固定されている。この構成により、各電極２７ａ，２７ｂにはリード線２９ａ，２９ｂを介して外部から電力が供給される。

以上の構成を有する発光管２２において、一対の電極２７ａ，２７ｂ間に高電圧を印加すると、一対の電極２７ａ，２７ｂ間に放電が生じ、一対の電極２７ａ，２７ｂ間の略中央にあたる発光点Ｐから略全周方向に光Ｌが放射される。このとき、光Ｌの放射に伴って発生する熱は発光部２５の内部空間での気体の対流によって上方に移動するため、発光部２５の上部の温度が上昇する。なお、アーク放電型の発光管２２には、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が含まれる。

本実施形態の発光管２２として、例えば電極間距離が０．９ｍｍ以下の短アーク型の発光管を用いることが望ましい。このような短アーク型の発光管では、従来の発光管に比べて点灯時の電圧が低下し、電流が増大する結果、発熱量が増大する。すると、発光部２５の内部空間での対流が強くなり、アークの熱によって発光部２５の上部がより強く熱せられるため、発光部２５の上部と下部との温度差が極めて大きくなる。したがって、この種の短アーク型の発光管を、後述する冷却装置と組み合わせて用いることが効果的である。

反射鏡２３は、基材と、基材の表面に形成された反射膜と、から構成されている。基材は、例えばガラスや結晶化ガラス等の耐熱性が高く、機械的強度が大きい材料で構成されている。反射膜は、例えば誘電体多層膜や金属膜等から構成されている。反射膜は、基材の内面（発光管２２が配置された側の面）のうち、縁部を除く領域に形成されている。反射鏡２３は、発光管２２の封止部２６ａを挿入して固定するための後方貫通孔３０ａを備えた首部３０と、照明対象に向けて光を射出するための前方開口部２３ｄと、を有している。

図４、図５に示すように、反射鏡２３の反射膜が形成された面、すなわち反射面２３ａは中心軸に対して回転対称とされた回転放物面となっている。なお、反射鏡２３の反射面２３ａは、回転放物面に限らず、回転楕円面を含む非球面や球面であっても良いし、自由曲面であっても良い。発光管２２は、反射鏡２３に対して、反射鏡２３の中心軸上に発光管２２の一対の封止部２６ａ，２６ｂが延在するような位置関係で固定されている。
以下の説明では、反射鏡２３の中心軸（回転対称軸）であって、発光管２２の一対の封止部２６ａ，２６ｂの延在方向に一致する軸のことを「ランプ光軸Ｌ１」と称する。ランプ光軸Ｌ１はｚ軸と一致する。

本実施形態の場合、反射鏡２３は、図４、図５に示すように、全体が完全に回転対称な形状ではなく、鉛直方向上方の一部および下方の一部が鉛直方向に対して垂直な平面（ｘｚ平面）でカットされた形状となっている。したがって、鉛直方向上方（ｙ軸方向）から見たとき、反射鏡２３は略半円状の開口部２３ｂ，２３ｃを有している。このように、反射鏡２３の上部および下部に開口部２３ｂ，２３ｃを有しているため、上部の開口部２３ｂを通して冷却装置１４からの冷却風が発光管２２に当たり易く、下部の開口部２３ｃを通して発光管２２を冷却した後の冷却風が排出し易くなる。

図１に戻って、照明光学装置１６は、一対のレンズアレイ３１，３２と、偏光変換素子３３と、重畳レンズ３４と、を備えている。色分離光学装置１７は、第１のダイクロイックミラー３５と、第２のダイクロイックミラー３６と、反射ミラー３７と、を備えている。リレー光学装置１８は、入射側レンズ３８と、リレーレンズ群３９と、第１の反射ミラー４０と、第２の反射ミラー４１と、を備えている。

画像形成光学装置１０は、フィールドレンズ４２と、光変調装置としての赤色光、緑色光、青色光の各色光用の液晶ライトバルブ４３と、各液晶ライトバルブ４３に対応した入射側偏光板４４、視野角補償板４５および射出側偏光板４６と、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム４７と、を備えている。なお、赤色光変調用の液晶ライトバルブを４３Ｒ、緑色光変調用の液晶ライトバルブを４３Ｇ、青色光変調用の液晶ライトバルブを４３Ｂとする。投射光学装置９は、筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成されている。投射光学装置９は、画像形成光学装置１０によって形成された画像光をスクリーン等の被投射面上に拡大投射する。

光学部品用筐体１９は、前述の照明光学装置１６、色分離光学装置１７、リレー光学装置１８、および画像形成光学装置１０を内部に収納する箱状の筐体である。光学部品用筐体１９には、内部に設定されたランプ光軸Ｌ１上の所定の位置に、照明光学装置１６、色分離光学装置１７、リレー光学装置１８、画像形成光学装置１０が順次配置されている。光源収納部材２０は、光学部品用筐体１９の一面に接続されており、内部に光源装置１１が収納されている。

上記構成の光学ユニット４において、光源装置１１から射出された光は、照明光学装置１６によって照明領域内の照度が均一化された後、色分離光学装置１７によって赤色光、緑色光、青色光の３つの色光に分離される。これら分離された各色光は、対応する各液晶ライトバルブ４３において画像情報に応じてそれぞれ変調され、色光毎の画像光が形成される。そして、色光毎の画像光は、クロスダイクロイックプリズム４７によって合成され、投射光学装置９によって被投射面上に拡大投射される。

［光源ランプおよび冷却装置の構成］
以下、本実施形態の特徴点である光源装置１１の構成について説明する。
図２は、本実施形態の光源装置１１のうち、光源ランプ１３と冷却装置１４のみを取り出して示す側面図である。図３は、同じく斜視図であって、さらに、図３では冷却風の流れを見やすくするため、光源ランプ１３のうちの発光管２２のみを描いている。

冷却装置１４は、図２、図３に示すように、ファン１５と、冷却風分配用装着具４９と、から構成されている。冷却装置１４は、光源ランプ１３の光射出側であって、光源ランプ１３が設置された高さよりも高い位置に設置されている。ファン１５の具体的な構成としては、例えばシロッコファン、ターボファン等、羽根の遠心方向に冷却空気を送風する形態の遠心送風機を用いることが望ましい。羽根が収容されたケース５０の一端には、ケース５０の外形形状である円の外側に向けて若干折曲した形状を有する冷却風の送風口５１が設けられている。

以下の説明では、図２に示したように、ケース５０の外形形状である円（符号Ａで示す破線の円）を想定し、その外側にはみ出した部分を「ケース送風口」と称する。ケース送風口５１には、ケース送風口５１から排出される冷却風を複数の冷却風に分配するための冷却風分配用装着具４９が取り付けられている。本実施形態において、冷却風分配用装着具４９はファン１５のケース送風口５１に常時装着された状態で使用されるため、冷却風分配用装着具４９の送風口のことを「冷却装置の送風口」または単に「送風口」と称する。

次に、冷却風分配用装着具４９について説明する。
図８（Ａ）〜（Ｅ）は冷却風分配用装着具４９を示す図であって、図８（Ａ）は冷却風分配用装着具４９を冷却風の出口側から見た斜視図、図８（Ｂ）は冷却風分配用装着具４９を冷却風の入口側から見た斜視図、図８（Ｃ）は冷却風分配用装着具４９を冷却風の出口側から見た正面図、図８（Ｄ）は冷却風分配用装着具４９を冷却風の入口側から見た裏面図、図８（Ｅ）は冷却風分配用装着具４９の側面図、である。図９（Ａ）、（Ｂ）は、冷却風分配用装着具４９の各流路における冷却風の流れを示す図である。なお、冷却風分配用装着具４９はランプ光軸Ｌ１に対して傾いた姿勢で配置されるため（図２参照）、図８（Ａ）〜（Ｅ）の座標軸として、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に対して傾いたｘ’軸、ｙ’軸、ｚ’軸を用いる。

なお、説明を簡潔にするため、以下の説明では冷却風分配用装着具のことを単に「装着具」と称する。また、後述する第１の送風口の外形形状を冷却風の流出方向に垂直な面に投影した図形の幾何重心とランプ光軸とを含む面に垂直な方向を「幅方向」と称し、前記重心とランプ光軸とを含む面に平行な方向を「高さ方向」と称する。

上述したように、装着具４９は、ファン１５のケース送風口５１に装着され、ケース送風口５１から排出される冷却風を複数の冷却風に分配するためのものである。装着具４９は、各図面から明らかなように、例えば一般的なダクト（管体）のように、冷却風の流れ方向に長尺の部材ではない。冷却風の流れ方向における装着具４９の寸法は、図２に示すように、例えばケース送風口５１の冷却風の流れ方向の寸法と同等か、もしくはそれよりも短い程度である。装着具４９は、例えば金属材料で構成することができるが、金属材料に限定されることはない。

本実施形態の装着具４９は、冷却風の流路が３つ設けられ、ケース送風口５１から排出される冷却風を３つの冷却風に分配する機能を有している。例えば図８（Ｄ）に各流路の入口を示すように、３つの流路５３，５４は装着具４９の幅方向（ｘ’軸方向）に並んでいる。図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、中央の流路５３は、発光管２２の発光部２５に向けて冷却風Ｆを流出させる機能を有している。図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、左右の２つの流路５４は、発光管２２の一対の封止部２６ａ，２６ｂのうち、光射出側（反射鏡２３の前面開口部２３ｄ側）の封止部２６ｂに向けて冷却風Ｆを流出させる機能を有している。以下、中央の流路５３を第１流路と称し、両側方の２つの流路５４をそれぞれ第２流路と称する。

第１流路５３は、冷却風Ｆの流れ方向に垂直に切断したときの断面形状が矩形であり、図８（Ｄ）に示す第１流路５３の入口５３ｉの形状（斜線を付した部分）、および図８（Ｃ）に示す第１流路５３の出口の形状５３ｏ（斜線を付した部分）もともに矩形である。ただし、第１流路５３の入口５３ｉの開口面積は出口５３ｏの開口面積よりも小さい。すなわち、第１流路５３の入口５３ｉの開口面積をＳｉ、出口５３ｏの開口面積をＳｏとすると、Ｓｉ＜Ｓｏの関係となっている。

詳細には、図８（Ｂ）に示すように、第１流路５３を構成する六角柱状の筐体５５のうち、装着具４９の幅方向（ｘ’軸方向）にあたる両側の壁部５６が中央に向けて逆テーパ状に傾斜しており、入口５３ｉの幅方向の寸法Ｗｉが絞られている。一方、高さ方向については、図９（Ａ）に示すように、第１流路５３の高さ方向の寸法Ｔｉは第１流路５３の入口５３ｉから出口５３ｏにかけて一定である。すなわち、図８（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、第１流路５３の入口５３ｉの幅をＷｉ、入口５３ｉの高さをＴｉ、出口５３ｏの幅をＷｏ、出口５３ｏの高さをＴｏとすると、Ｗｉ＜Ｗｏ、Ｔｉ＝Ｔｏの関係となっている。

このように、第１流路５３の入口５３ｉの幅方向の寸法Ｗｉを絞ることで、入口５３ｉの開口面積Ｓｉを小さくしたことによって、発光管２２の発光部２５に向けて排出する冷却風Ｆの量を適宜調整することができる。また、入口５３ｉの開口面積Ｓｉを出口５３ｏの開口面積Ｓｏよりも小さくしたことにより、出口５３ｏから流出する冷却風Ｆの流速が速くなり過ぎないように調整することができる。
なお、本実施形態では、第１流路５３の入口５３ｉの幅方向の寸法Ｗｉを絞る構成としたが、装着具４９の構成や流路の形状に応じて、第１流路５３の入口５３ｉの高さ方向の寸法Ｔｉを絞る構成としても良い。

ファン１５から排出された冷却風は装着具４９によって３つの流れに分配されるため、図９（Ａ）に示すように、ケース送風口５１から装着具４９に到達した冷却風Ｆ０のうちの一部が第１流路５３に流れ込む。第１流路５３における冷却風Ｆの流れを説明すると、ケース送風口５１から排出される冷却風Ｆ０の一部が入口５３ｉから第１流路５３内に流れ込み、第１流路５３内を流れた後、出口５３ｏから冷却装置１４（装着具４９）の外部に排出される。したがって、第１流路５３からの冷却風Ｆの流出方向は第１流路５３の延在方向と略一致する。その後、冷却装置１４の外部に排出された冷却風Ｆは、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、発光管２２の発光部２５に吹き付けられ、発光部２５を冷却する。

図８（Ｄ）に示すように、第１流路５３を構成する筐体５５の両側方が第２流路５４となる。筐体５５の両側方には、図８（Ｂ）、（Ｅ）に示すように、ケース送風口５１から排出される冷却風の流れ方向を下方に曲げるように、流れ方向をガイドするガイド部５７が設けられている。冷却風の流れ方向上流側におけるガイド部５７の端部５７ａは装着具４９の側板５８よりも外側に突出している。図８（Ａ）に示すように、冷却風の流れ方向下流側におけるガイド部５７の端部５７ｂは、筐体５５の第１流路出口５３ｏ側の端面５５ｂと一致している。また、図８（Ｅ）に示すように、冷却風に接するガイド部５７のガイド面５７ｃは滑らかな弧を描くように湾曲した形状となっている。

第２流路５４の入口５４ｉは、図８（Ｄ）に示すように、第１流路５３の入口５３ｉの両側方であって、高さ方向の寸法が第１流路５３の入口５３ｉよりも大きい矩形の部分（斜線を付した部分）となる。第２流路５４の出口５４ｏは、図８（Ａ）に示すように、装着具４９の下側の開口部分（斜線を付した部分）となる。

さらに、図８（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、装着具４９の側板５８の下端は第１流路５３を構成する筐体５５よりも下方に突出するとともに、この突出部５９が中央側（ランプ光軸Ｌ１側）に向けて折り曲げられ、高さ方向に対して所定の角度をもって傾いている。この突出部５９は、第２流路５４の出口５４ｏから流出した冷却風がランプ光軸Ｌ１から離れる方向（図８（Ｃ）、（Ｄ）における左右方向）にあまり広がらないように、冷却風の流れを規制する整流板として機能する。

ファン１５から排出された冷却風は装着具４９によって３つの流れに分配されるため、図９（Ｂ）に示すように、ケース送風口５１から装着具４９に到達した冷却風Ｆ０のうちの一部が２つの第２流路５４に流れ込む。第２流路５４における冷却風Ｆの流れを説明すると、ケース送風口５１から排出される冷却風Ｆ０の一部が入口５４ｉから第２流路５４内に流れ込み、第２流路５４内をガイド部５７のガイド面５７ｃに沿って流れつつ流れ方向を変えた後、下方の出口５４ｏから冷却装置１４（装着具４９）の外部に流出する。その後、冷却装置の外部に流出した冷却風Ｆは、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、発光管２２の一方の封止部２６ｂに吹き付けられ、封止部２６ｂを冷却する。このとき、整流板として機能する突出部５９が装着具４９の下部に設けられているため、冷却風Ｆがランプ光軸Ｌ１から離れる方向にそれほど広がることなく、封止部２６ｂを効率良く冷却することができる。

以下の説明において、第１流路５３の出口５３ｏを「第１送風口」と称する。これは特許請求の範囲における「第１送風口」に相当する。また、第２流路５４の出口５４ｏを「第２送風口」と称する。これは特許請求の範囲における「第２送風口」に相当する。
上述したように、冷却装置１４は光源ランプ１３の設置位置よりも高い位置にあるため、冷却装置１４の第１送風口５３ｏの下端は、例えば図３に示すように、発光管２２の発光部２５の頂点Ｔを通る水平面（ｘｚ平面）よりも鉛直方向上方に位置している。また、第１送風口５３ｏは、ランプ光軸Ｌ１の鉛直方向上方に位置しており、光源装置１４を鉛直方向上方（ｙ軸方向）から見たとき、第１送風口５３ｏからの冷却風Ｆの流出方向を鉛直方向に垂直な平面（ｘｚ平面）内に投影した方向はランプ光軸Ｌ１の延在方向と略一致する。
なお、冷却風Ｆの流れは実際には広がりを持っているため、上述の「冷却風の流出方向」とは冷却風Ｆの中心部の平均的な流出方向を意味する。

一方、図２に示すように、光源装置１４を側方から見たとき、ランプ光軸Ｌ１を通り、鉛直方向に平行な平面（ｙｚ平面）内において、第１送風口５３ｏからの冷却風Ｆの流出方向とランプ光軸Ｌ１の方向とは９０度以外の角度をなす。第１送風口５３ｏからの冷却風Ｆの流出方向とランプ光軸Ｌ１の方向とのなす角度をθとすると、０°＜θ＜９０°となる。すなわち、第１送風口５３ｏからの冷却風Ｆは、発光管２２の発光部２５に対して光射出方向の斜め上側から吹き付けられる。これにより、冷却風Ｆは、反射鏡２３の反射面２３ａに沿った流れとなって対流し、反射鏡２３内の空間に行き渡る。

ここで、第１送風口５３ｏの幅方向の寸法（第１の寸法）は、略球状の発光部２５の外形寸法（直径）よりも小さく設定されている。第１送風口５３ｏの幅方向の寸法をＷｏ（図８（Ｃ）に示す）、発光部２５の外形寸法（直径）をＤ（図６（Ａ）に示す）とすると、下記の（２）式で示す関係となっている。
Ｗｏ＜Ｄ …（２）

本実施形態では、第１送風口５３ｏの形状が矩形であるが、必ずしも矩形でなくても良く、例えば円形（楕円形を含む）や多角形でも良いし、その他の不定形状でも良い。その場合でも対応可能なように、「幅方向の寸法」を一般化して定義する。まず、第１送風口の外形形状を冷却風の流出方向に垂直な面に投影した図形を想定する。本実施形態の場合、投影図形は図８（Ｃ）に斜線で示した第１送風口５３ｏの輪郭に相当する長方形となる。この長方形の幾何重心を点Ｇとすると、点Ｇとランプ光軸Ｌとを含む仮想平面に垂直な方向における最大寸法のことを幅方向の寸法と言うことができる。第１送風口５３ｏの形状が不定形状である場合においては、不定形状の幾何重心とランプ光軸Ｌとを含む仮想平面に垂直な方向における寸法は複数となることがあるが、複数の寸法のうちの最大寸法を幅方向の寸法とすれば良い。

同様に、第１送風口５３ｏの高さ方向の寸法（第２の寸法）は、略球状の発光部２５の外形寸法（直径）よりも小さく設定されている。第１送風口５３ｏの高さ方向の寸法をＴｏ（図８（Ｃ）に示す）、発光部２５の外形寸法（直径）をＤ（図６（Ａ）に示す）とすると、下記の（３）式で示す関係となっている。
Ｔｏ＜Ｄ …（３）

「幅方向」と同様、「高さ方向の寸法」を一般化して定義すると、第１送風口の外形形状を冷却風の流出方向に垂直な面に投影した図形を想定する。本実施形態の場合、投影図形は図８（Ｃ）に斜線で示した長方形となる。この長方形の幾何重心を点Ｇとすると、点Ｇとランプ光軸Ｌとを含む仮想平面に平行な方向における最大寸法のことを高さ方向の寸法と言うことができる。第１送風口５３ｏの形状が不定形状である場合においては、不定形状の幾何重心とランプ光軸Ｌとを含む仮想平面に平行な方向における寸法は複数となることがあるが、複数の寸法のうちの最大寸法を高さ方向の寸法とすれば良い。

また、第１送風口５３ｏの幅方向の寸法Ｗｏ、高さ方向の寸法Ｔｏの各々が上記の（２）式、（３）式を満足した上で、第１送風口５３ｏの幅方向の寸法Ｗｏと高さ方向の寸法Ｔｏとを比較すると、幅方向の寸法Ｗｏが高さ方向の寸法Ｔｏよりも小さく設定されていることが望ましい。すなわち、下記の（４）式で示す関係となっていることが望ましい。
Ｗｏ＜Ｔｏ …（４）

以上の第１送風口５３ｏと発光部２５との寸法の関係（（２）式、（３）式）から明らかであるが、第１送風口５３ｏの外形形状を冷却風の流出方向に垂直な面に投影した図形（図８（Ｃ）の斜線で示す長方形）の面積は、上記と同一の面に発光部２５の外形形状を投影した図形（円）の面積よりも小さい。すなわち、第１送風口５３ｏの投影面積をＳｏとし、発光部２５の外形寸法をＤとしたとき、投影面積Ｓｏと寸法Ｄとの関係は下記の（５）式で示す関係となっている。
Ｓｏ＜π×Ｄ^２／４ …（５）

基本的には、上記の（２）式および（３）式、もしくは（５）式を満足すれば、冷却風の流束の大きさを発光部２５の外形寸法よりも小さくすることができる。ところが、実際には冷却風の流束の大きさは第１送風口５３ｏから発光部２５までの距離に応じて変化し、距離が長くなる程、冷却風が広がるため、冷却風の流束の大きさは大きくなる。このような冷却風の流れの広がりを考慮した場合、第１送風口５３ｏの投影面積Ｓｏを第１送風口５３ｏから発光部２５までの距離に応じて設計すれば良い。

例えば発光部２５の外形寸法（直径）Ｄを９．０ｍｍ以上と想定し、第１送風口５３ｏから発光部２５までの距離Ｌが最短で２５ｍｍのときに第１送風口５３ｏの幅寸法Ｗｏを８ｍｍと想定し、距離Ｌが最長で５０ｍｍのときに第１送風口５３ｏの幅寸法Ｗｏを５ｍｍと想定し、第１送風口５３ｏの高さ寸法Ｔｏを幅寸法Ｗｏの１．２倍と想定したとき、第１送風口５３ｏの投影面積Ｓｏと距離Ｌとの関係、は下記の（６）式で示す関係を満たすことが望ましい。具体的には、例えば距離Ｌを３０ｍｍとしたとき、第１送風口５３ｏの投影面積Ｓｏを、下記の（６）式を満たす３０ｍｍ^２（幅寸法Ｗｏ：５ｍｍ、高さ寸法Ｔｏ：６ｍｍ）とすることが望ましい。
Ｓｏ≦０．０１７２８×Ｌ^２−３．１６８×Ｌ＋１４５．２ …（６）

本実施形態の光源装置１１では、第１送風口５３ｏの幅寸法および高さ寸法が発光部２５の外形寸法よりも小さく、冷却風の流出方向に垂直な仮想面における第１送風口５３ｏの投影面積が発光部２５の投影面積よりも小さくなるように、発光部２５に対する第１送風口５３ｏの大きさが設定されている。これにより、冷却風の流れが発光部２５に到達したときに、冷却風の流束が発光部２５の外側に広がらないように、冷却風を発光部２５に集中的に吹き付けることができる。

このとき、発光部２５の上部に接触した冷却風が発光部２５を冷却し、冷却風自身は発光部２５で暖められて温度が上昇した後、発光部２５の周囲を回り込むようにして発光部２５の下部に流れ込む。特に本実施形態の場合、装着具４９の第１流路５３の入口５３ｉの開口面積を出口５３ｏの開口面積よりも小さくしたことで、出口５３ｏから流出する冷却風の流速が速くなり過ぎないように調整している。その結果、冷却風の流速が速い場合に比べて冷却風が発光部２５の上部に滞留する時間が増え、冷却風が低温のままの状態で発光部２５の下部に流れ込むことが少なくなる。

このようにして、本実施形態の光源装置１１では、発光部２５の上部が十分に冷却される一方、発光部２５の下部が過剰に冷却されることがなく、発光部２５の上部と下部との温度差を小さくすることができる。その結果、発光管２２の失透と黒化の双方を効率良く防止でき、輝度低下の少ない光源装置が得られる。このような光源装置の使用により、明るい投射画像が得られるプロジェクターを実現することができる。

また、ファン１５のケース送風口５１に、発光管２２の発光部２５に向けて冷却風を流すための第１流路５３と封止部２６ｂに向けて冷却風を流すための第２流路５４とを備えた装着具４９が取り付けられている。この装着具４９を使用することにより、１個のファン１５で発光管２２の発光部２５と封止部２６ｂの双方を同時に冷却することができる。特に本実施形態の場合、第１流路５３の両側方に第２流路５４がそれぞれ設けられているため、封止部２６ｂを冷却するための第２送風口５４ｏが対称的な配置となる。そのため、冷却風の流れが傾くことなく、封止部２６ｂを均一に冷却することができる。

その結果、本実施形態の光源装置１１では、発光部２５において失透と黒化の双方を防止できることに加え、熱応力等に起因する封止部２６ｂの破損を防止することができる。また、装着具４９の設計を適宜変更することで冷却風を第１流路５３と第２流路５４とに分配する風量の比率が変えられるため、いずれの不良を重点的に対策するか等の観点から、各冷却風の風量を最適化することができる。同様に、発光管２２の形状や寸法に応じて、各冷却風の流れの方向を最適化することができる。第１流路５３が装着具４９の幅方向の中央に設けられ、第２流路５４がその側方に設けられているため、第１流路５３からの冷却風と第２流路５４からの冷却風とが干渉することがなく、発光部２５と封止部２６ｂとを冷却する各々の冷却風の流出角度を最適な角度に設定できる。

また、装着具４９の第１流路５３および第２流路５４が十分に短いため、配管等の長い流路を用いて冷却風を送風する場合と比べて冷却風の圧力損失が小さくなり、所定の風量を得るのに必要なファンの回転数を下げることができる。これにより、プロジェクター使用時のファンによる騒音や消費電力の改善が期待できる。また、第１流路５３では冷却風が直線的に流れるのに対し、第２流路５４においては冷却風の流れ方向が大きく曲げられる。しかしながら、装着具４９がガイド部５７を有しており、冷却風が滑らかに湾曲したガイド面５７ｃに沿って流れつつ方向を変えるようになっている。また、整流板として機能する突出部５９が装着具４９の下部に設けられているため、第２送風口５４ｏから流出する冷却風が封止部２６ｂに向けて集束するように流れる。これらの構成により、第２流路５４を流れる冷却風の流れが乱れたり、圧力損失が増大したりすることがなく、封止部２６ｂを効率良く冷却することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、第１送風口の幅寸法および高さ寸法の双方を発光部の外形寸法よりも小さく設定したが、本発明において、第１送風口の幅寸法は発光部の外形寸法よりも小さくする必要があるが、高さ寸法は発光部の外形寸法より大きくても良い。言い換えると、発光管における封止部の延在方向と垂直な方向に対応する第１送風口の寸法は発光部の外形寸法より小さくする必要があるが、封止部の延在方向に対応する第１送風口の寸法は発光部の外形寸法より大きくても良い。その場合、第１送風口からの冷却風で封止部も冷却することができる。

上記実施形態では、第１流路の両側方に第２流路をそれぞれ設けた装着具を例示したが、この構成に代えて、第１流路の片側のみに第２流路を設けた装着具としても良い。また、一対の封止部のうち、光射出側に位置する封止部の方がより多くの光を受けて高温となるため、上記実施形態のように、第２流路からの冷却風を光射出側の封止部に向けて流すことが好ましい。しかしながら、光射出側と反対側に位置する封止部を冷却したい要求がある場合には、この封止部に向けて冷却風を流すための流路を装着具に設けても良い。また、冷却装置の一例としてファンを挙げたが、ファン以外の送風手段を用い、その送風口に装着具を取り付ける構成としても良い。
その他、光源装置およびプロジェクターを構成する各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、上記実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。

１…プロジェクター、９…投射光学装置、１０…画像形成光学装置、１１…光源装置、１３…光源ランプ、１４…冷却装置、２２…発光管、２３…反射鏡、２５…発光部、２６ａ，２６ｂ…封止部、５３…第１流路、５３ｏ…第１流路の出口（第１送風口）、５４…第１流路、５４ｏ…第２流路の出口（第２送風口）、Ｌ１…ランプ光軸、Ｗｏ…第１送風口の幅寸法、Ｔｏ…第１送風口の高さ寸法、Ｄ…発光部の外形寸法、Ｆ…冷却風。

Claims (8)

1. 光を射出する発光管と前記発光管から射出された光を反射する反射鏡とを有する光源ランプと、
   送風口から冷却気体を送風して前記発光管を冷却する冷却装置と、を備え、
   前記発光管が、光を射出する略球状の発光部と、前記発光部から外方に向けて延在する一対の封止部と、を備え、
   前記発光管の一対の封止部が延在する方向がランプ光軸と略一致しており、
   前記冷却装置の前記送風口の下端が、前記発光部の頂点を通る水平面よりも鉛直方向上方に位置し、
   前記冷却装置が、冷却装置本体と、前記冷却装置本体の送風口に装着されて前記冷却装置本体から流出される冷却気体を複数の冷却風に分配する冷却風分配用装着具と、を備え、
   前記冷却風分配用装着具が、前記冷却装置本体からの冷却気体のうち、一部の冷却気体が導入される第１流路と、残りの冷却気体が導入される第２流路と、前記第１流路からの冷却気体の出口であって前記発光部に向けて冷却気体を送風する第１送風口と、前記第２流路からの冷却気体の出口であって前記封止部に向けて冷却気体を送風する第２送風口と、を備えたことを特徴とする光源装置。
2. 前記第１流路と前記第２流路とが、前記送風口の外形形状を前記冷却気体の流出方向に垂直な面に投影した図形の幾何重心と前記ランプ光軸とを含む面に垂直な方向において、異なる位置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。
3. 前記幾何重心と前記ランプ光軸とを含む面に垂直な方向において、前記第２流路が、前記第１流路を挟んで両側方に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第２送風口からの冷却気体を前記ランプ光軸寄りに誘導する整流板が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の光源装置。
5. 前記第１流路の入口の外形形状を前記冷却気体の流出方向に垂直な面に投影した図形の投影面積が、前記第１送風口の外形形状を前記冷却気体の流出方向に垂直な面に投影した図形の投影面積よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記第２流路に、前記冷却装置本体からの冷却風の流れ方向を鉛直方向下方に曲げるようにガイドするための湾曲したガイド面が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記第１送風口が前記ランプ光軸の鉛直方向上方に位置していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置から射出された光を変調して画像光を形成する画像形成光学装置と、
   前記画像形成光学装置によって形成された画像光を投射する投射光学装置と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。

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