JP2004095341A - 光源ユニット冷却機構およびそれを用いたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】光源ユニットを確実かつ効果的に冷却するための冷却機構を提供することを目的とする。
【解決手段】画像を投影するためのランプ１１と、該ランプ１１の背部側から前側まで延在して光を前方に反射するリフレクタ１３とを備えた画像投影用の光源ユニット１を冷却するための冷却機構であって、前記リフレクタ１３の前部に空気流通用の開口１７が複数形成され、該開口１７に空気流を生成させる送風手段（ファン）２０を配置している。送風手段からの空気流をランプに向けて流し、直接冷却するので効率的である。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプにリフレクタを備えた光源ユニット（ランプユニットとも称する）を効率良く冷却するための冷却機構に関する。より詳しくは、ランプユニット内の放電ランプあるいはバーナー部を直接冷却して、冷却効率を向上させた冷却機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、ランプユニットを備える従来のプロジェクタについて示す図であり、同図（Ａ）はそのプロジェクタ内の構成を模式的に示した断面図、同図（Ｂ）はランプユニットと冷却ファンの関係を示す図である。
【０００３】
同図（Ａ）に示すように、プロジェクタ１００は所望の画像を投影するために高輝度の放電ランプを含んだランプユニット１１０をプロジェクタケース１０１内に収納している。投影用の放電ランプは、プロジェクタ内で大量の熱を発生させる発熱源となっている。放電ランプが過度の高温状態を維持されると、放電ランプの電極が劣化し、放電ランプの発光特性が劣化したり放電ランプの寿命が短くなったり、さらに放電ランプからの熱によりプロジェクタ内の他の電子部品等に悪影響を与えてしまう。このため、ランプユニット１００からの熱を外部に放熱させるための空冷用ファン１０５が設けられている。冷却ファン１０５によってケース内部で高温となった空気ＨＡをケースの排気口１０７から排出させている。
【０００４】
同図（Ｂ）に示すように、ランプユニット１１０は、投影用の放電ランプ１１１と、放電ランプ１１１からの光を前方に反射させるリフレクタ１１３とを備えている。放電ランプ１１１は、例えば石英ガラス等の容器内にガスや金属を収納し、電極１１２ａ、１１２ｂに印加された電圧によって電極間にアーク放電を生じさせ光を発する。例えば、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどを用いることができる。
【０００５】
リフレクタ１１３は、例えば回転放物面鏡あるいは回転楕円面鏡を有し、そのほぼ中心に放電ランプ１１１の電極１１２ａ側の端部が挿入固定され、電極１１２ａ、１１２ｂ間の中心はリフレクタ１１３の焦点位置にほぼ一致される。冷却ファン１０５がランプユニット１１０の背部に配置され、そこに空気流を生成することで、ランプユニット１１０によって熱せられた空気ＨＡを外部へ放出している。
【０００６】
冷却ファン１０５を用いて空気流を発生させ、放電ランプの放熱及びプロジェクタ内の温度上昇を抑制する構成は比較的簡単であるため、このような冷却方法が従来からよく用いられている。
【０００７】
他方、ランプユニット１１０内の放電ランプ１１１は極めて高温となるので、その防爆用のガラス１１９が配設されることがある。防爆ガラス１１９はリフレクタ１１３の前面に取り付けられ、これによってランプユニット１１０の内部が実質的に閉ざされた空間になるので、放電ランプ１１１周辺に存在する空気流が減少しあるいは滞留し、空気流あるいは対流によるランプユニット１１０内の放熱が制限されてしまう。
【０００８】
これを解決するために図２で示すように、リフレクタ１１３の前面の対向する側部に１対の開口１１７を設け、放電ランプユニット１１０内の空間と外部空間とを連結し、空気流が形成できるような工夫がなされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の電子機器は著しいスピードで高性能化され、小型化されている。このような改良は、プロジェクタに関しても同様に行われている。より高性能なプロジェクタとするためには、表示される映像が鮮明でありかつ十分な明るさを有していることが要求される。そのために、プロジェクタはより高輝度な放電ランプを採用することが必要となり、放電ランプの出力と比例して発熱量が増大することになる。
【００１０】
このような問題に対処するために、冷却用ファンの排気能力を上げることが考えられる。しかしながら、冷却ファンを大型化することは装置小型化の要請に反し、さらに冷却ファンの回転数を上げると騒音が大きくなってしまうという問題がある。また、図２に示したようにリフレクタ１１３の前面に開口１１７を形成しかつ背部に冷却ファン１０５を配置させただけでは、非常に高温となるランプユニット１１０の内部を十分に冷却することができない。
【００１１】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決し、光源ユニットを効果的に冷却するための冷却機構を提供することを目的とする。
さらに本発明は、小型化、低騒音化に対応することができる光源ユニットを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光源ユニット冷却機構は、電極に印加された電圧により光を発するランプと、前記ランプからの光を反射させるリフレクタとを備える。前記リフレクタの端部に少なくとも一つの開口が形成され、前記開口を介して前記リフレクタ内に空気を送り込む送風手段を有するものである。
【００１３】
第２の発明に係る光源ユニット冷却機構は、電極に印加された電圧により光を発するランプと、前記ランプからの光を反射させるリフレクタとを備える。前記リフレクタの端部に少なくとも一つの開口が形成され、前記リフレクタ内の空気を前記開口を介して外へ排出させる排出手段を有するものである。
【００１４】
好ましくは前記放電ランプにはヒートシンクが接続され、ヒートシンクが前記開口に臨むように配置される。また、ヒートシンクは前記ランプの電極に電気的に接続されるものであっても良い。
【００１５】
好ましくは前記送風手段または前記排出手段は、前記リフレクタのランプの電極部に向けて配される。さらに前記送風手段または前記排出手段は、送風ダクトを介して前記開口に接続される。また前記リフレクタの前部には防爆用のガラスが嵌め込まれるものであっても良い。
【００１６】
好ましくは前記光源ユニット冷却機構は、前記リフレクタから離間した位置に第２の送風手段を有するものであっても良い。
【００１７】
さらに前記光源ユニット冷却機構は、前記リフレクタ内の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した検出結果の基づき前記送風手段または前記排出手段を制御する。
【００１８】
本発明に係るプロジェクタは、光源ユニットと、光源ユニットからの光を変調する光変調手段と、前記光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備える。そして前記光源ユニットは、放電ランプと、前記放電ランプを取り付け放電ランプからの光を反射させるリフレクタと、リフレクタに形成された少なくとも一つの開口を介してリフレクタ内に強制的に空気流を発生させる空気流発生手段とを有するものである。
【００１９】
例えば光変調手段はＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）を含むものであっても良い。あるいは、液晶素子を含むものであっても良い。
【００２０】
本発明によれば、送風手段からの空気流がリフレクタに設けた開口を介してリフレクタ内に供給され、これによって、発熱源となるランプ周辺を直接的に冷却できるので、ランプユニットを効率よく冷却することができる。
【００２１】
本発明の光源ユニット冷却機構が、リフレクタ内の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した温度に基づいて前記送風手段からの風量等を調整する送風制御手段とを備えている場合には、リアルタイムな温度情報によりリフレクタ内の温度を所定の範囲内に制御することができ、ランプの長寿命化やランプの安定動作化を図ることができる。
この場合、前記送風制御手段には前記ランプを延命させる好ましい温度データを予め設定するこもの可能であり、送風制御手段はランプの温度が所定温度に近づくように送風手段の風量を調整しても良い。
【００２２】
さらに、そのような冷却機構を備えたプロジェクタであれば、ランプユニットの冷却が確実、効率的に実行されているので、排気騒音が低く、ランプ寿命の長い製品を提供することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図３は、プロジェクタ内に配設される光源ユニット１の冷却機構を示す図である。同図は、光源ユニット（ランプユニット）１内の放電ランプ１１が見えるよう正面側からの状態を示している。光源ユニット１は、放電ランプ１１と、リフレクタ１３とファン２０とを含む。放電ランプ１１は、例えばキセノンランプやメタルハライドランプ等を用いることができる。
【００２４】
リフレクタ１３は、回転楕円面鏡あるいは回転放物面鏡を備え、その端部には１対の開口１７が形成される。リフレクタ１３の開放面には防爆ガラス１９が嵌め込まれ、これによってリフレクタ内にある程度の閉じた空間が形成される。放電ランプ１１の一端は、リフレクタ１３の中心に取り付けられ、他端（バーナー部）は光軸方向に沿って延び、開口１７の手前で停止される。
【００２５】
放電ランプ１１の他端（バーナー部）には電極端子を兼ねる金属製のヒートシンク１５が接続される。ヒートシンク１５は、導電性および熱導電性の高いタングステン等の電極に接続され、その両端部は水平方向に延び、開口１７、１７に臨んでいる。ファン２０は、一方の開口１７に対向するように配される。ファン２０は、その送風口２０ａから空気を送風し、この空気が開口１７を介してリフレクタ１３内に供給される。好ましくは、放電ランプ１１のバーナー部に向けて空気が送り出され、バーナー部を直接的に冷却する。これによって、リフレクタ１３内に空気が他方の開口１７から外部に排出され、リフレクタ１３内に空気流が形成され、リフレクタ１３および放電ランプ１１の放熱が行われる。
【００２６】
ファン２０は、例えば軸流ファン等を用いることができる。またファン２０は、送風口２０ａから空気流を送り出す送出型のファン以外に、吸引型のファンを用いることも可能である。吸引型ファンを用いた場合には、リフレクタ１３の内部から空気が開口１７を介して吸引され、他方の開口から空気がリフレクタ１３内に流れ込むような対流が形成される。要するに、ファン２０によりリフレクタ１３内に積極的に空気流あるいは対流を生じさせ、リフレクタ１３内の暖められた空気が外部に排出されればよい。
【００２７】
ファン２０は、開口１７、１７を通る軸線ＰＬに対して前側に所定角度αだけ傾けて設置されても良い。ファン２０を傾けることにより、ファン２０による空気流が、熱源となる放電ランプ１１のバーナー部に好適に届くようにすることができる。本実施例の場合には、傾斜角度αは４５度程度である。
【００２８】
ファン２０を直接的にリフレクタ１３の開口１７に整合するように接続し、ファン２０による空気流が全てリフレクタ１３内に集中するようにしてもよい。あるいは図３に示すように、ファン２０とリフレクタ１３との間に間隔２５を設けてファン２０により発生する空気流の一部がリフレクタ１３の外側に流れるようにしてもよい。ファン２０とリフレクタ１３との間に間隔２５が形成されると、ファン２０からの空気流がリフレクタ１３の内外を同時に冷却することができる。
【００２９】
さらに好ましい態様として、光源ユニット１の後方あるいは背部に、他の冷却ファン３０を配置しても良い。冷却ファン３０は、リフレクタ１３の外周に空気流を発生させて、リフレクタ１３を外周から放熱あるいは冷却する。このように、ファン３０とファン２０とを併用することで、より効率よくランプユニット１を冷却することができる。
【００３０】
本実施例の冷却機構では、リフレクタ１３内を直接的に冷却するためのファン２０を設けたので、光源ユニット１を効果的に冷却することができる。また、放電ランプ１１のバーナー部を直接冷却すれば、熱源としての放電ランプが冷却されるので、光源ユニット１の冷却効率が向上する。その結果、ファンの駆動能力を小さくすることが可能となり、その排気騒音も低減することができる。さらに図３に示すように光源ユニット１から離間した位置にファン３０を設ければ、より光源ユニット１が冷却される。
【００３１】
さらに、放電ランプ１１のバーナー部から延在するヒートシンク１５により、バーナー部で発生した熱が熱伝導によりヒートシンク１５に熱伝道され、このヒートシンク１５がファン２０からの空気流によって冷却されるため、ランプユニット１の冷却効率が向上することは明らかである。
【００３２】
上記実施例では、ヒートシンク１５は略水平に延在される。しかし、このヒートシンク１５を傾斜させることにより、空気流に熱を効率的に移行させることができる。この点について、図４を参照して説明する。図４は放電ランプ１１とこれに接続されているヒートシンク１５を取り出して示した図であり、同図（Ａ）はその側面図、同図（Ｂ）はその上面図、同図（Ｃ）はその正面図である。
【００３３】
前述したようにヒートシンク１５は、電極端子も兼ねた金属製の板状で形成されている。ヒートシンク１５を空気流Ａｉｒに対して角度βを持って配置した方が、空気流Ａｉｒがヒートシンク１５と接触する面積が増加し、ヒートシンク１５の放熱が促進される。よって、ヒートシンク１５が水平状態のときよりも、空気流Ａｉｒに対してヒートシンク１５を傾斜させた方が好ましい。本発明者は、傾斜角度βを４５度程度に設定すると、水平状態（β＝０）或いは垂直状態（β＝９０）の場合と比較してヒートシンク１５によるリフレクタ１３内の冷却が促進されることを確認した。
【００３４】
図５は、第２実施例に係る冷却機構について示した図である。なお、重複した説明を避けるため、この図５では第１実施例の冷却機構と同様の部位には同一符号を付している。本実施例の特徴部分はファン２０と開口１７（この図では隠れている）とを送風ダクト２１で接続した点である。前述したように、ファン２０からの空気流が放電ランプ１１の周部に向くようにするためには、ファン２０の設置位置を傾けることが必要となる。
【００３５】
しかし、プロジェクタの小型化の要求に応える必要がある。光源ユニット１の周囲には種々の光学部品等が設置されるので、できるだけファンのスペースを小さくすることが望ましい。そこで、本実施例ではファン２０からの空気流の向きを変更可能な送風ダクト２１を用いて、開口１７に空気を送出或いは吸引するようにしている。本実施例では、ファン２０を光源ユニット１に沿うように配置させることでコンパクト化させている。ダクト２１は、例えば射出成型により形成しても良いし、あるいは自在に角度を可変できる蛇腹状のものを用いても良い。ダクト２１の角度を調整することで、リフレクタ１３に向けた空気流を所望の角度で送出或いは吸引することができる。
【００３６】
なお、図５ではファン２０のみを図示しているが、本実施例に関しても第１実施例で示したファン３０を併用しても良い。
【００３７】
図６は、第２実施例を改良した第３実施例に係る冷却機構について示した図である。本実施例でも重複した説明を避けるため第２実施例の冷却機構と同様の部位には同一符号を付している。本実施例の冷却機構は、放電ランプ１１の周部（バーナー部）の温度を検出する温度センサ３１と、温度センサ３１からの検出信号に基づきファン２０の駆動を制御するコントローラ３５をさらに備えている。
【００３８】
温度センサ３１がリフレクタ１３内の温度を検出してこれをコントローラ３５に出力する。コントローラ３５はこの検出信号に基づきファン２０の駆動を制御する。例えば、リフレクタ１３内の温度が一定の値を超えた場合には、ファン２０の送風出力を増加させ、リフレクタ１３内の温度を低下させる。その反対に、リフレクタ１３内の温度が一定の値より下がりすぎている場合には、アークジャンプやアークフリッカ等のおそれがあるため、ファン２０の送風出力を低下させ、リフレクタ１３内の温度を上昇させる。これよって、ランプユニット１を所望の温度範囲内で冷却することができる。
【００３９】
本実施例の場合、放電ランプ１１の発熱状態あるいはリフレクタ１３の温度状態をリアルタイムで検出し、これをフィードバック制御してファン２０の空気流量あるいは出力を制御することができるので、例えばプロジェクタの電源を投下したときから最適な状態でランプユニット１の温度管理をすることができる。その結果、放電ランプ１１の寿命を長期化させ、かつ発光特性を安定化させることも可能となる。なお、第３実施例は第２実施例の冷却機構に改良を加えた例であるが、第１実施例の冷却機構に同様に適用できることは言うまでもない。
【００４０】
以上にように、従来と比較して冷却能力が向上した本実施例のランプユニットの冷却機構をプロジェクタに適用すれば低騒音化、ランプの長寿命化を図ることができる。
【００４１】
上述した実施例では防爆ガラスを配置した光源ユニットを例に説明したが、防爆ガラスがない場合にも準じた効果があることは言うまでもない。さらに、リフレクタに設ける開口は一対に限らず３つ以上でもよく、必ずしも対称位置に形成されている必要はない。また、上記実施例では電極と兼用するヒートシンクを例示したが、電極とは別体である熱伝導性に高い部材をランプに接続してもよい。
【００４２】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、送風手段からの空気流がリフレクタに設けた開口を介してリフレクタ内部に供給される。よって、発熱源となる放電ランプを効率的に冷却することができる。さらに、リフレクタ内を直接的に冷却することで、ランプユニットの温度を比較的安定した状態で管理することができる。さらに、放電ランプにヒートシンクが接続されている場合には、ヒートシンクによる放熱も相まって発熱源と放電ランプのバーナー部も効率よく冷却される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は従来のプロジェクタに用いられたランプユニットの構成を示す断面図、同図（Ｂ）はリフレクタランプユニットと冷却ファンとの関係を示す図である。
【図２】図２は従来のランプユニットの冷却機構を示す斜視図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタに用いられる光源ユニットの冷却機構を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は放電ランプとヒートシンクの構成を示す側面図、同図（Ｂ）はその上面図、同図（Ｃ）はその正面図である。
【図５】図５は本発明の第２の実施の形態に係る光源ユニットの冷却機構を示す斜視図である。
【図６】図６は本発明の第３の実施の形態に係る光源ユニットの冷却機構を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　　ランプユニット（光源ユニット）
１１　　　　　ランプ
１３　　　　　リフレクタ
１５　　　　　ヒートシンク
１７　　　　　開口
１９　　　　　防爆用のガラス
２０　　　　　ファン（送風手段）
２１　　　　　送風ダクト
３０　　　　　ファン（他の送風手段）
３１　　　　　温度センサ（温度検出手段）
３５　　　　　コントローラ

Claims (12)

1. 電極に印加された電圧により光を発するランプと、前記ランプからの光を反射させるリフレクタとを備えた光源ユニットを冷却する冷却機構であって、
   前記リフレクタの端部に少なくとも一つの開口が形成され、前記開口を介して前記リフレクタ内に空気を送り込む送風手段を有する光源ユニット冷却機構。
2. 電極に印加された電圧により光を発するランプと、前記ランプからの光を反射させるリフレクタとを備えた光源ユニットを冷却する冷却機構であって、
   前記リフレクタの端部に少なくとも一つの開口が形成され、前記リフレクタ内の空気を前記開口を介して外へ排出させる排出手段を有する光源ユニット冷却機構。
3. 前記放電ランプにはヒートシンクが接続され、ヒートシンクが前記開口に臨むように配置される、請求項１または２に記載の光源ユニット冷却機構。
4. 前記ヒートシンクは前記ランプの電極に電気的に接続される、請求項３に記載の光源ユニット冷却機構。
5. 前記送風手段または前記排出手段は、前記リフレクタのランプの電極部に向けて配される、請求項１ないし４いずれかに記載の光源ユニット冷却機構。
6. 前記送風手段または前記排出手段は、送風ダクトを介して前記開口に接続される、請求項１または２に記載の光源ユニット冷却機構。
7. 前記リフレクタの前部には防爆用のガラスが嵌め込まれる、請求項１ないし６いずれかに記載の光源ユニット冷却機構。
8. 前記光源ユニット冷却機構は、前記リフレクタから離間した位置に第２の送風手段を有する、請求項１に記載の光源ユニット冷却機構。
9. 前記光源ユニット冷却機構は、前記リフレクタ内の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した検出結果の基づき前記送風手段または前記排出手段を制御する、請求項１または２に記載の光源ユニット冷却機構。
10. 光源ユニットと、光源ユニットからの光を変調する光変調手段と、前記光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えたプロジェクタであって、
    前記光源ユニットは、放電ランプと、前記放電ランプを取り付け放電ランプからの光を反射させるリフレクタと、リフレクタに形成された少なくとも一つの開口を介してリフレクタ内に強制的に空気流を発生させる空気流発生手段とを有する、プロジェクタ。
11. 前記光変調手段はＤＭＤを含む、請求項１０に記載のプロジェクタ。
12. 前記光変調手段は液晶素子を含む、請求項１０に記載のプロジェクタ。

Images