CN1603940A - 投影器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的投影器装置，是将灯(5)作为光源投射映像光的设备，在长方体形状的罩(41b)内设置灯(5)，同时在灯(5)的后方位置设置排气扇(40)。在包围灯(5)的罩(41b)的上壁，在向垂直于灯(5)的光轴的方向偏离的位置，开设吸气窗(45)，相对该光轴设计为左右非对称的开口结构，利用排气扇(40)的运转在罩(41b)内产生旋流。这样，可以少的风量有效冷却灯(5)。

Description

投影器装置
技术领域
本发明涉及如液晶投影器那样将灯作为光源向投影屏投射映像光的投影器装置。
技术背景
在这种投影器装置上，在外壳内部，配置灯机构，同时配置由偏振光束分离器、偏光片、液晶板、投射透镜等构成的光学系统。灯机构，在罩内配置水银灯，同时在水银灯的后方位置设置排气扇而构成，利用该排气扇的运转在水银灯的周围产生空气流，对水银灯进行冷却。
但是，在装备了超高压水银灯作为光源的高亮度投影器装置上，水银灯的发热量大，为了进行充分的冷却，必须使排气扇高速运转，产生高速的气流。结果，存在来自排气扇的噪声大的问题。
本发明的目的在于提供能以少的风量有效冷却作为光源的灯的投影器装置。
发明介绍
在本发明的投影器装置上，灯机构(4)，在长方体形状的罩(41)内设置灯(5)并在灯(5)的后方位置设置排气扇(40)而构成，在包围灯(5)的罩(41)的4面周壁中的至少1面周壁上，在向垂直于灯(5)的光轴的方向偏离的位置，开设至少一个吸气窗，整体上是相对该光轴设计为左右非对称的开口结构。
如果采用上述本发明的投影器装置，则从罩(41)的外部通过吸气窗吸入罩(41)内部的空气，向与灯(5)的光轴交错的方向流动，在罩(41)内产生旋流。其结果，增大了灯(5)的外周面与旋流之间的传热率，使灯(5)被有效冷却。
在具体的构成上，排气扇(40)是轴流风扇。因此，在罩(41)内产生包围灯(5)旋转的气流。在此，如果在沿排气扇(40)的转动方向的方向偏离的位置开设前述至少1个吸气窗，则从罩(41)的外部向罩(41)内部吸入的空气的旋转方向与由排气扇(40)的转动赋予气流的旋转力的方向一致，有助于包围灯(5)的旋流的旋转。
又，在具体的构成上，沿前述光学系统配置冷却机构(6)，该冷却机构(6)具有用于取到外面气体的1个或多个吸气窗、从该吸气窗吸入外面气体并吹出的1个或多个冷却风扇、向前述光学系统的多处所产生的高温部开口的多个空气吹出口、用于将从前述冷却风扇吹出的空气引导到前述多个空气吹出口的流路网(8)，在流路网(8)上，设计多条对应高温部的温度分配应该从各空气吹出口向光学系统的高温部吹出的气流风量的流路。
在该具体的构成上，因为在朝向光学系统的多处产生的高温部开设多个空气吹出口的同时，形成由从1个或多个冷却风扇的吹出口至各空气吹出口的多条流路构成的流路网(8)，所以，利用冷却风扇的运转，从吸气窗取入的外面气体直接从各空气吹出口吹到光学系统的高温部，光学系统的高温部被集中冷却。并且，因为流路网(8)的多条流路设计为对应高温部的温度分配应该从各空气吹出口向光学系统的高温部吹出的气流风量的形式，且可调整流路断面积等，所以，多处高温部被冷却到大致相同的温度。因此，与通过只使外壳内的空气流动来冷却光学系统整体的传统方法相比，可以更少的风量进行充分的冷却。
又，在具体的构成上，在外壳(1)上，设置用于从外部取入空气的1个以上的吸气窗、和用于向光学系统吹出空气的1个以上的空气吹出口，同时，与外壳内部空间隔离地形成从吸气窗延伸到空气吹出口的空气流路，在该空气流路上设置冷却风扇，通过使只有从外壳外部经过吸气窗取入的空气从空气吹出口向光学系统吹，可进行光学系统的冷却。
在该具体的构成上，因为吸气窗向外壳的外部开口，同时从吸气窗向空气吹出口延伸的空气流路与外壳内部空间(光学系统设置空间)隔离，所以，利用冷却风扇的运转，从吸气窗取入外壳外部的低温空气，同时，取入的低温空气不与外壳内部的高温空气混合，可从空气吹出口向光学系统吹。其结果，光学系统被充分冷却。
在又一具体的构成上，灯机构(4)的灯(5)具有反射镜(51)、设置在反射镜(51)的聚焦位置或者其附近位置的发光部(50)、覆盖反射镜(51)的前面开口的透光板(53)，在灯机构(4)上，开设用于从灯(5)外侧向发光部(50)导入空气的空气导入口(52)、和用于将从空气导入口(52)导入的空气导出到灯(5)外侧的空气导出口(54)，送风扇(44)通过通道(47)连接在空气导入口(52)，利用送风扇(44)的运转，发光部(50)被强制冷却。
在该具体的构成上，利用送风扇(44)的运转，直接向成为最高温度的灯(5)的发光部(50)吹空气，发光部(50)被强制冷却。又，因为包围发光部(50)的反射镜(51)的反射面形成凹曲面，所以，产生沿该凹曲面的气流，即围着发光部(50)旋转的气流，这样增大发光部(50)表面上的传热率。其结果，可利用比在投影屏外侧产生气流的传统装置更少的风量进行有效的冷却。
在又一具体的构成上，在从外壳(1)的吸气窗延伸到空气吹出口的空气流路上，作为前述冷却风扇，设置只在一面具有吸入口的单面吸入式西洛克风扇，且使该一面尽可能远离对面的空气流路壁，该一面与吸气流路壁之间形成的空间与前述吸气窗相连。
在该具体的构成上，因为采用单面吸入式西洛克风扇作为冷却风扇，所以，与双面吸入式西洛克风扇相比可减小风扇的厚度。其结果，使开设吸入口的一面距离对面的空气流路壁充分远，可在该一面与吸气流路壁之间形成大的空间。因此，从吸气窗经过该空间到西洛克风扇的吸入口的流路具有充分大的断面积，从而大幅度减小流过该流路的空气的流动阻力(压力损失)。其结果，即使西洛克风扇的输出小的时候，也可得到充分的风量，这样可降低噪声。
如上述那样，如果采用本发明的投影器装置，则增大了灯机构(4)的灯(5)的外周面与旋流之间的传热率，灯(5)可被有效空冷。
附图的简单说明
图1是本发明的液晶投影器的立体图。
图2是装在该液晶投影器上的灯机构以及光学机构的光学系统的构成示意图。
图3是该液晶投影器的分解立体图。
图4是在该液晶投影器上，从下半箱取出了灯机构、光学机构以及冷却机构的状态的立体图。
图5是在该液晶投影器上，在下半箱里组装了灯机构、光学机构以及冷却机构的状态的立体图。
图6是灯机构的平面图。
图7是灯机构的断面图。
图8是具有左右非对称的开口结构的灯机构的局部剖视立体图。
图9是具有左右对称的开口结构的灯机构的局部剖视立体图。
图10(a)、图10(b)以及图10(c)是开口结构不同的3种灯机构的平面图。
图11是冷却机构以及色合成装置的立体图。
图12是冷却机构的立体图。
图13是冷却机构的平面图。
图14是冷却机构的分解立体图。
图15是冷却机构的罩本体的平面图。
图16是冷却机构与光学机构的3个偏振光/液晶部之间的位置关系的平面图。
图17是冷却机构的第2冷却风扇的断面图。
图18是冷却机构的第3冷却风扇的断面图。
实施发明的最佳形式
下面，参照图面具体说明在液晶投影器上实施本发明的形式。
整体构成
本发明的液晶投影器，如图1所示那样具有由下半壳(11)以及上半壳(12)构成的扁平的外壳(1)，在外壳(1)的前面板(13)上，开设投射窗(14)，同时开设可排出内装的灯机构的暖风的排气孔(15)。
在外壳(1)的内部，如图3～图5所示那样，配置用于产生彩色映像光的光学机构(2)、成为光学机构(2)的光源的灯机构(4)、用于冷却光学机构(2)的冷却机构(6)。
光学机构(2)
光学机构(2)，如图2所示那样，来自灯机构(4)的白色光经过第1积分器(21)、第1镜(22)、第2积分器(23)以及偏振光束分离器(24)，导向蓝色用双色分离镜(25)，这样分离出蓝色光。又，将穿过蓝色用双色分离镜(25)的光导向绿色用双色分离镜(27)，这样分离出绿色光。
由蓝色用双色分离镜(25)分离出的蓝色光，穿过第2镜(26)射入色合成装置(3)。又，由绿色用双色分离镜(27)分离出的绿色光射入色合成装置(3)，红色光穿过第3镜(28)射入色合成装置(3)。
射入色合成装置(3)的蓝色光，经过色合成装置(3)的蓝色用射入侧偏光片(31)、蓝色用液晶板(32)、以及蓝色用射出侧偏光片(33)导向色合成棱镜(30)。又，射入色合成装置(3)的绿色光，经过色合成装置(3)的绿色用射入侧偏光片(34)、绿色用液晶板(35)、以及绿色用射出侧偏光片(36)导向色合成棱镜(30)。并且，射入色合成装置(3)的红色光，经过色合成装置(3)的红色用射入侧偏光片(37)、红色用液晶板(38)、以及红色用射出侧偏光片(39)导向色合成棱镜(30)。
导向色合成装置(3)的3色的映像光，利用色合成棱镜(30)合成，这样得到的彩色映像光穿过投射透镜(20)放大投射到前方的投影屏上。
灯机构(4)
灯机构(4)，如图7所示那样，在罩(41)内配置超高压水银灯(5)，在该灯(5)的后方位置设置排气扇(40)。
超高压水银灯(5)，具有反射镜(51)、设置在反射镜(51)的聚焦位置的发光部(50)、覆盖反射镜(51)的开口的透光板(53)，在透光板(53)的下端部，在与反射镜(51)的开口缘之间开设向透光板(53)的横向扩展的细长的空气导入口(52)，同时在透光板(53)的上端部，在与反射镜(51)的开口缘之间开设向透光板(53)的横向扩展的细长的空气导出口(54)。另外，空气导入口(52)与空气导出口(54)分别具有向灯(5)的发光部(50)倾斜的开口形状。
在罩(41)的上壁，如图6所示那样，在与灯的光轴垂直的横向的一方的端部，开设伸向前后方向的细长的1条第1吸气窗(45)，同时，在横向的中心部，开设伸向前后方向的细长的多条第2吸气窗(46)。又，在罩(41)的上壁，在光射出方向的端部开设向横向扩展的1条第3吸气窗(49)。
在罩(41)上，在与空气导入口(52)的相对部，通过通道(47)连接风扇外壳(42)，在该风扇外壳(42)的内部收装送风扇(44)。该送风扇(44)具有向通道(47)的内部开口的吹出口(48)、和向下方开口的吸气口(43)，该吸气口(43)如图4所示那样与开设在下半壳(11)的底壁上的多个吸气孔(16)相连。
如果在液晶投影器上通入电源，则排气扇(40)以及送风扇(44)开始转动。通过排气扇(40)的转动，从罩(41)的第1吸气窗(45)、第2吸气窗(46)以及第3吸气窗(49)吸入空气，在灯(5)周围产生流向排气扇(40)的气流，利用该气流可冷却灯(5)的外周面。在此，在罩(41)的上壁上，因为利用第1吸气窗(45)形成左右非对称的开口结构，所以，在灯(5)的反射镜(51)周围产生一边以灯(5)的光轴为中心向一个方向转动一边流向排气扇(40)的气流。
例如图8所示那样，当排气扇(40)顺时针转动时，在罩(41b)的顶壁上，作为整体在偏向右侧的位置开设第1吸气窗(45)以及第3吸气窗(49)，通过作为整体形成左右非对称的开口结构，围绕灯(5)产生向顺时针方向转动的气流，该气流旋转着通过排气扇(40)。
其结果，在灯(5)的外周面整体进行均匀的传热，可以更少的风量充分冷却灯(5)。
与此相对，当如图9所示那样，在罩(41a)的顶壁上左右对称地开设多个第2吸气窗(46)时，几乎不会产生在灯(5)周围转动的气流，而产生偏向灯(5)的外周面的一部分的气流。其结果，使灯(5)的外周面的传热不充分，温度分布也发生偏差。
图10(a)所示是在顶壁的中心开设多个第2吸气窗(46)的罩(41a)，同图(b)所示是开设沿顶壁的端部向横向伸展的第3吸气窗(49)和沿顶壁的侧部向前后伸展的第1吸气窗(45)的罩(41b)，同图(c)所示是开设了所有上述第1吸气窗(45)、第2吸气窗(46)以及第3吸气窗(49)的罩(41c)，表1所示是对具有这些罩(41a)(41b)(41c)的3种灯机构测定灯外周面的温度分布的结果。
表1
            罩(41a)             罩(41b)            罩(41c)
风扇电压(V)     6     8     10     6     8     10     6     8     10
灯上(℃)灯下(℃)灯左(℃)灯右(℃)     253276265270     215246233234     189222208210     265274268250     231237227216     205213200193     260270279271     221241237232     196219211206
平均温度(℃)最高温度(℃)温度差(℃)     26627623     23224631     20722233     26427424     22823721     20321320     27027919     23324120     20821923
如表1的结果表明的那样，在整体上具有左右非对称的开口结构的罩(41b)(41c)上，与具有左右对称的开口结构的罩(41a)相比可降低最高温度，同时，可减少最高温度与最低温度的差，可证明具有左右非对称的开口结构的罩的效果。
又，在图6以及图7所示的灯机构(4)上，利用送风扇(44)的转动，从下半壳(11)的吸气孔(16)经过送风扇(44)的吸气口(43)吸入空气，同时，从吹出口(48)吹出空气，吹出的空气，经过通道(47)从灯(5)的空气导入口(52)导向反射镜(51)的内侧。在此，因为空气导入口(52)朝向发光部(50)开设，所以，导入反射镜(51)内侧的空气直接向发光部(50)吹。又，通过沿反射镜(51)的凹曲面引导气流，产生包围发光部(50)的旋流。
其结果，导入反射镜(51)内侧的空气，与灯(5)的发光部(50)以高传热率进行换热，对发光部(50)强制空冷后，从空气导出口(54)向反射镜(51)的外侧导出。
从空气导出口(54)向反射镜(51)的外侧导出的空气，与沿反射镜(51)的周围流动的气流汇合，向排气扇(40)流动。穿过排气扇(40)的气流，从图1所示的前面板(13)的排气孔(15)向前方排出。
如上述那样，因为可有效冷却灯(5)内成为最高温的发光部(50)，所以，可少设定排气扇(40)和送风扇(44)的风量，这样，可大幅度降低这些风扇(40)(44)发出的噪声。
又，在本发明的液晶投影器上，通过采用将来自灯机构(4)的白色光的射出方向与来自光学机构(2)的映像光的投射方向设定为相互错开180度的相反方向的光学系统，而在外壳(1)的前面板(13)上并列设置投射窗(14)和排气孔(15)，所以，使内装在灯机构(4)的风扇产生的噪声向投影屏沿光投射方向释放出。这样，对于比液晶投影器离投影屏更远的后方位置的视听者来说，不易听到来自风扇的噪声。
冷却机构(6)
如图3以及图4所示那样，在光学机构(2)的下方位置，为了冷却光学机构(2)，配置冷却机构(6)。冷却机构(6)，如图11以及图12所示那样具有扁平的罩(60)，是可从该罩(60)的表面上开设的4个空气吹出口(63)(64)(65)(69)向上方的光学机构(2)的4个发热部吹出空气的形式。
前述4个空气吹出口(63)(64)(65)(69)内，图16所示的3个空气吹出口(63)(64)(65)分别成为：向构成色合成装置(3)的蓝色用射入侧偏光片(31)、蓝色用液晶板(32)以及蓝色用射出侧偏光片(33)开口的蓝色用空气吹出口；向绿色用射入侧偏光片(34)、绿色用液晶板(35)以及绿色用射出侧偏光片(36)开口的绿色用空气吹出口；向红色用射入侧偏光片(37)、红色用液晶板(38)以及红色用射出侧偏光片(39)开口的红色用空气吹出口。
又，图12所示的剩下的1个空气吹出口(69)，成为向图2所示的偏振光束分离器(24)开口的偏振光束分离器(以下叫做PBS)用空气吹出口。
冷却机构(6)的罩(60)，如图1 4所示那样由本体(61)和盖体(62)构成，在盖体(62)上开设前述4个空气吹出口(63)(64)(65)(69)。在罩本体(61)上，第1～第3的3个冷却风扇(66)(67)(68)成一列配置，从这些冷却风扇(66)(67)(68)吹出的空气经过由多个隔离壁形成的流路网(8)分流或合流，成为如后述那样合适的流量的4股流，从4个空气吹出口(63)(64)(65)(69)吹出。
即，在构成色合成装置(3)的各色用射入侧偏光片、液晶板以及射出侧偏光片(以下，将这3块作为一组叫做偏振光/液晶部)内，因为蓝色用偏振光/液晶部的发热量最大，所以，将从各冷却风扇(66)(67)(68)吹出的气流分成二份，将分流后的一方的气流分别用于绿色用偏振光/液晶部、红色用偏振光/液晶部以及PBS的冷却，将分流后的另一方的气流全部用于蓝绿色用偏振光/液晶部。
因此，如图14以及图15所示那样，作为流路网(8)，形成从第1冷却风扇(66)到蓝色用空气吹出口(63)以及PBS用空气吹出口(69)的流路、从第2冷却风扇(67)到蓝色用空气吹出口(63)以及绿色用空气吹出口(64)的流路、从第3冷却风扇(68)到蓝色用空气吹出口(63)以及红色用空气吹出口(65)的流路。在PBS用空气吹出口(69)上，安装导流叶片(89)，使来自第1冷却风扇(66)的气流高速吹向偏振光束分离器(24)的高温部，即光射出面的中心部。
又，关于蓝色用偏振光/液晶部、绿色用偏振光/液晶部以及红色用偏振光/液晶部的冷却，为了适当调节相对射入侧和射出侧的风量和风向，如后述那样形成气流导流面。
即，如图13所示那样，在蓝色用空气吹出口(63)上，设置第1～第4隔离壁(81)(82)(83)(84)，形成应该吹出来自第1冷却风扇(66)的气流的第1空气吹出部(91)、应该吹出来自第2冷却风扇(67)的气流的第2空气吹出部(92)、应该吹出来自第3冷却风扇(68)的气流的第3空气吹出部(93)。又，在第1隔离壁(81)以及第3隔离壁(83)上分别形成气流导流面(图未示)，调节从第2冷却风扇(67)以及第3冷却风扇(68)朝向蓝色用偏振光/液晶部的射入侧和射出侧的气流的风量和风向。
在绿色用空气吹出口(64)上，设置导流叶片(85)，在其两侧形成2个空气吹出部(95)(96)，调节从第2冷却风扇(67)朝向绿色用偏振光/液晶部的射入侧和射出侧的气流的风向和风量。并且在红色用空气吹出口(65)上，设置第5隔离壁(86)和导流叶片(87)，形成2个空气吹出部(97)(98)，调节从第3冷却风扇(68)朝向红色用偏振光/液晶部的射入侧和射出侧的气流的风向和风量。
图16表示出蓝色用空气吹出口(63)与蓝色用偏振光/液晶部的位置关系、绿色用空气吹出口(64)与绿色用偏振光/液晶部的位置关系、以及红色用空气吹出口(65)与红色用偏振光/液晶部的位置关系，如上述那样调节了风量和风向的气流吹向各偏振光/液晶部的射入侧和射出侧，进行有效的冷却。
图14所示的第1冷却风扇(66)、第2冷却风扇(67)以及第3冷却风扇(68)，都是在外壳的单面具有吸入口的单面吸入式西洛克风扇。第1冷却风扇(66)以及第2冷却风扇(67)，以各吸入口(66a)(67a)朝向上方的状态设置在罩本体(61)上，各吹出口(66b)(67b)朝向流路网(8)的入口。又，第3冷却风扇(68)，以吸入口朝向下方的状态设置在罩本体(61)上，吹出口(68b)朝向流路网(8)的入口。
在罩本体(61)的背面，如图14所示那样对应第1冷却风扇(66)、第2冷却风扇(67)以及第3冷却风扇(68)，开设第1背面吸气窗(71)、第2背面吸气窗(72)以及第3背面吸气窗(73)。又，在罩本体(61)的底面上，如图18所示那样对应第3冷却风扇(68)开设下面吸气窗(74)。
图17显示了冷却机构(6)的第2冷却风扇(67)设置位置上的断面构造，第1冷却风扇(66)设置位置上的断面构造也一样。又，图18显示了冷却机构(6)的第3冷却风扇(68)设置位置上的断面构造。
在第1冷却风扇(66)以及第2冷却风扇(67)的上方，在与盖体(62)上壁之间设计尽可能大的空间S，如图17中箭头所示那样，从罩本体(61)的背面吸气窗(71)(72)吸入的空气经过该空间流入第1以及第2冷却风扇(66)(67)的吸入口(66a)(67a)。又，在第3冷却风扇(68)的下方，在与罩本体(61)的底壁之间设计尽可能大的空间S，如图18中箭头所示那样，从罩本体(61)的背面吸气窗(73)以及下面吸气窗(74)吸入的空气经过该空间吸入第3冷却风扇(68)的吸入口(68a)。
另外，罩本体(61)的3个背面吸气窗(71)(72)(73)，与外壳(1)背面开设的吸气孔(图未示)相连，罩本体(61)的下面吸气窗(74)与外壳(1)底壁上开设的吸气孔(图未示)相连。
如上述那样，各冷却风扇(66)(67)(68)的吸入口(66a)(67a)(68a)都与外壳(1)的外部相连，在外壳(1)的内部，罩(60)的壁面成为隔断，不连通，所以，各冷却风扇(66)(67)(68)，只吸入外壳(1)外部的低温空气，不吸入外壳(1)内部的高温空气。其结果，向光学机构(2)吹出低温空气，可以少的风量充分冷却光学机构(2)。
又，采用单面吸入式西洛克风扇作为冷却机构(6)的各冷却风扇(66)(67)(68)，在开设吸入口(66a)(67a)(68a)的风扇侧面与罩(60)的壁面之间设计充分大的空间S，所以，经过该空间吸入风扇的空气的流动阻力小。其结果，可采用转速低的小输出的西洛克风扇作为各冷却风扇。
如果采用上述本发明的液晶投影器，则通过改善用于冷却灯(5)和光学机构(2)的冷却系统，可比过去用更少的风量进行有效冷却，所以，可低转速运转用于送入冷却空气的风扇，这样，可大幅降低风扇发出的噪声。

Claims (2)

1.一种投影器装置，在外壳的内部配备有接收来自光源的光而生成映像光的光学系统，从前述光学系统朝着前方投射映像光，其特征在于，
具有：从前述外壳的外部取入空气的吸气窗、
朝着前述光学系统吹出前述空气的空气吹出口、
将前述吸气窗与前述空气吹出口连通的空气流路、
设于前述空气流路，只在一面具有吸入口的单面吸入式西洛克风扇；
前述单面吸入式西洛克风扇设置为：前述一面尽可能地远离对面的前述空气流路的空气流路壁，在前述一面与前述空气流路壁之间设置与前述吸气窗连通的空间。
2.一种投影器装置，在外壳的内部配备有：接收来自光源的光而生成映像光的光学系统、沿着该光学系统而设置的冷却机构，从前述光学系统朝着前方投射映像光，其特征在于，
具有：开设于前述冷却机构的罩上，从前述外壳的外部取入空气的吸气窗、
开设于前述冷却机构的罩上，朝着前述光学系统吹出前述空气的空气吹出口、
设置于前述冷却机构的罩内且形成空气流路的隔离壁，所述空气流路使前述吸气窗与前述空气吹出口连通，
开设于前述外壳，与前述吸气窗连通的吸气孔、
设于前述冷却机构的罩内，在一面具有吸入口的单面吸入式西洛克风扇；
前述单面吸入式西洛克风扇设置为：前述一面尽可能地远离对面的前述空气流路的空气流路壁，在前述一面与前述空气流路壁之间设置与前述吸气窗连通的空间，并且使吹出口与前述空气吹出口连通。
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