JP2005062376A - 光源装置およびそれを用いたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却ファンからの冷却風を効率よく反射鏡内にへ導くとともに、薄型化が可能な光源装置を提供する。
【解決手段】 光源ユニット３０は、放電ランプ１００と、放電ランプ１００を取り囲み、放電ランプからの光を反射する反射鏡１１０と、反射鏡１１０の側方に設けられた少なくとも一つの冷却ファン６０と、冷却ファン６０からの冷却風を所定の方向に導く整流フィン１５０、１５２と、整流フィン１５０によって整流された第１の冷却風Ａを反射鏡の光出射端１１２側から反射鏡の内部へ導く導風フィン１３２とを有するものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液晶プロジェクタ、ＤＬＰ方式のプロジェクタ等の投射型表示装置に関し、特に、そこに用いられる光源装置の冷却構造に関する。

ＤＬＰ方式のプロジェクタは、ライトバルブにＤＭＤ（Digital Mirror Device）を用い、光源からの光をＤＭＤにより光学的に変調させ、その光を拡大して投射表示させるものである。

プロジェクタにおいて、明るく、かつ鮮明な投射映像を表示するために、光源装置には大きな光出力が求められる。他方、光出力が大きくなると、それに比例して熱の発生も大きくなる。光源装置に用いられる放電ランプとして、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等が用いられるが、放電ランプは非常に高熱となるため、それを冷却する機構は不可欠である。しかし、極端な冷却は、放電ランプの破損や寿命の低下をもたらすため、冷却ファンなどによる熱の排気に頼らざるを得ない。

例えば特許文献１は、図４に示すように、凹面反射鏡８の上方に形成された開口部または切欠部から、細管１１を通して内部のメタルハライドランプ７の上部に向けて選択的に気流を吹き付ける冷却機構９を開示している。冷却機構９は、細管１１に接続されるフード１３を含み、該フード１３に冷却用ファン１２を備えている。

また特許文献２は、凹面反射鏡の首部に設けられた冷却排風穴と、反射鏡内部に対して指向性有する冷却送風穴とを利用して光源ユニットを冷却する技術を開示している。さらに特許文献３は、冷却風を光源ユニットの前方から凹面反射鏡の内部に流入させ頸部近傍から排出させる通風孔を用いた技術を開示している。

特開平５−３２５９０２号 特開２０００−８２３２２号 特開２００３−１２３５２９号

しかしながら、従来の光源ユニットの冷却構造には次のような課題がある。上述した特許文献１ないし３は、反射鏡内に冷却風を送り込むことで内部を効率よく冷却しようとするものであるが、光源ユニットの薄型化を満足させつつその冷却を行うものではない。例えば、特許文献１では、図４に示すように凹面反射鏡８の上方に冷却機構９を設けなければならず、光学ユニットが大型化してしまう。

本発明は、冷却ファンからの冷却風を効率よく反射鏡内にへ導くとともに、薄型化が可能な光源装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、そのような光源装置を用い、小型化、薄型化、軽量化が可能なプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明に係る光源装置は、放電ランプと、該放電ランプを取り囲み、放電ランプからの光を反射する反射鏡と、反射鏡の側方に設けられた少なくとも一つの冷却ファンと、冷却ファンからの冷却風を所定の方向に導く整流フィンと、整流フィンによって整流された冷却風を反射鏡の光出射端側から反射鏡の内部へ導く導風フィンとを有するものである。

好ましくは導風フィンは、冷却風を放電ランプの電極端部に向かうように配向されている。これは、放電ランプの電極端部は、反射鏡の基部中央からその光軸方向に延在し、非常に高温になりやすく、それによって電極の消耗が早く、ランプ寿命を低下させるためである。反射鏡は、光出射端側に飛散防止ネット体を含み、導風フィンは、飛散防止ネット体内に配置されることができる。

好ましくは光源装置は、冷却ファンからの冷却風を分離するフード体を含み、冷却ファンからの第１の冷却風はフード体と反射鏡との間を通過し、第２の冷却風はフード体の外表面を通過する。導風フィンはフード体に取付けられ、第１の冷却風の一部が導風フィンによって反射鏡内に導かれる。フード体は、好ましくは湾曲した薄肉板状部材であり、耐熱性樹脂から成型することができる。さらに好ましくは、フード体は整流フィンを取り付けるものであっても良い。

好ましくは光源装置は、フード体と冷却ファンを支持する支持基板を含み、冷却ファンは、その冷却風が反射鏡の光軸方向とほぼ直角となるように、反射鏡の側部に配置される。反射鏡と冷却ファンとを並列に配置させることで光源装置を小型化、薄型化することができる。また、フード体には、表裏面を貫通する開口が形成され、第２の冷却風は、開口を経由して、熱源である反射鏡を冷却した排気風と合流され、排気風を冷却することができる。

本発明に係るプロジェクタは、上述した光源装置と、光源装置から発せられた光を光学的に変調する変調手段と、変調された光を投射する投射手段とを有するものである。変調手段は、好ましくはＤＭＤを用いることができるが、これ以外の液晶等を用いるものであってもよい。

本発明によれば、反射鏡の側部に配された冷却ファンからの一部の冷却風を用いて反射鏡の内部を冷却するようにしたので、光源装置を薄型化にすることができる。同時に、冷却ファンからの残りの冷却風により反射鏡の外側を冷却するため、効率の良い冷却を行うことができる。さらにフード体を用いることで、反射鏡を冷却し終わった排気風を、フード体の外側から開口を介して取り込まれる冷却風と混合することで、排気風の冷却も行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係るＤＬＰ方式のプロジェクタの外観構成を示し、同図（ａ）はプロジェクタの背面図、同図（ｂ）は上面図、同図（ｃ）は正面図、同図（ｄ）は底面図である。

プロジェクタ１０は、マグネシウム合金等の軽量金属から構成されるハウジングケース２０を含み、ハウジングケース２０の内部に矩形状の空間が提供される。ハウジングケース２０内には、光源ユニット（光源装置）３０、光学ユニット４０、光源ユニット３０からの光を光学ユニット４０へ伝達する光学部品５０、主として光源ユニット３０を冷却するための冷却ファン６０、および主として光学部品６０を冷却するための冷却ファン７０を含む。

ケース２０の前面２２には、水平方向に離間された複数のスリット２４が形成され、このスリット２４から排気風が排出される。また、前面２２には、光学ユニット４０の投影レンズ４２を露出するための開口が形成されている。ケース２０の背面２６にも水平方向に離間した複数のスリット２８が形成され、このスリット２８から外部の冷気を取り込むようになっている。

冷却ファン６０、７０は、背面側のスリット２８に隣接して配置される。冷却ファン６０、７０は、スリット２８から外気を取り込み、この外気を内部の熱源に吹き付けることで熱源を冷却する。ハウジングケース２０の底面には、ランプ切れのときにランプ交換をするための蓋２９が形成されている。

光源ユニット３０から発せられた光は、ロッドインテグレータまたはライトトンネルのような光学部品５０を通り、光学ユニット４０へ入射される。光学ユニット４０は、２次元アレイ状に配列された半導体ミラー素子を含むＤＭＤ素子、ＤＭＤ素子からの反射光を投影拡大する投影レンズ４２、光学部品５０からの光をＤＭＤ素子上へ集光させる光学レンズ等を含んでいる。

図２は、光源ユニット（光源装置）３０の構成を示す斜視図であり、図３は光源ユニットの冷却機構を説明する図である。

光源ユニット３０は、放電ランプ１００（図３を参照）、放電ランプ１００を取り囲み放電ランプからの光を反射する凹面反射鏡１１０、反射鏡１１０の上下に配された一対のフード体１２０、１３０とを含んで構成される。本発明の要点は、反射鏡１１０の側部に冷却ファン６０を配置させ、冷却ファン６０から冷却風の一部を反射鏡１１０の光出射端１１２側から内部に導入させて放電ランプ１００を冷却すること、熱源を通過後の排気風を再び他の冷却風により冷却すること、および光源ユニットを薄型のコンパクト構造にすることである。

放電ランプ１００は、例えば、超高圧水銀ランプやメタルハロイドランプ等が用いられる。放電ランプ１００は、図３に示すように、その一端側１０２が反射鏡１１０の中心部に支持され、反射鏡１１０の光軸方向に水平に配置される。

反射鏡１１０は、回転放物面あるいは回転楕円面を有し、放電ランプ１００の放電によって発せられた光を一定方向に反射する。放電ランプ１００の一端側１０２の電極部は、リード線１０４ａを介してソケット１０６に電気的に接続され、他端側１０８の電極部も同様にリード線１０４ｂを介してソケット１０６に電気的に接続される。反射鏡１１０の光出射端１１２側には、飛散防止ネット体１４０が取り付けられている。飛散防止ネット体１４０には、中央に光放出用の円形状の開口１４２が形成され、その周囲には網目のネットが形成されている。これにより、何らかの障害により放電ランプ１００が暴爆しても、放電ランプの破片が飛散することが防止される。

フード体１２０は、好ましくは耐熱性の樹脂から構成された薄板部材であって、好ましくは湾曲した曲面を有する。フード体１２０は、反射鏡１１０と所定の間隙を有するように、反射鏡１１０の上方に配置され、フード体１２０の表面と裏面の各々が異なる流体経路を形成する。

フード体１２０の一端部には、そこからほぼ垂直方向に延びる板状の整流フィン１５０、１５２が接続される。好ましくは、フード体１２０に、開口が形成され、これらの開口内に整流フィン１５０、１５２が挿入され固定される。整流フィン１５０、１５２は、後述するように、冷却ファン６０からの冷却風を所定の方向に整流する機能を有する。

フード体１２０の他端側には、フード体１２０の表面から裏面に貫通する矩形状の開口１５４が形成される。また、フード体１２０の表面には、開口１５４に隣接して、フード体１２０の表面を流れる空気を開口１５４を介して裏面へ導くための導風板１５６が形成されている。導風板１５６は、フード体１２０の表面から所定の仰角で上方を向き、その導風体１５６内に開口１５４の一部が臨むようになっている。

フード体１３０は、湾曲した面を有する薄肉部材を用いて構成され、フード体１２０と同様に、外表面の空気流を内側へ導くための開口１５４および導風体１５６が形成されている（図中省略）。フード体１３０の一端部には、整流フィン１５０、１５２の端部を挿入するための開口が形成され、上下のフード体１２０、１３０が組み合わされたとき、フード体１２０は整流フィン１５０、１５２を介してフード体１３０に実質的に支持される。フード体１３０の裏面から突出した整流フィン１５０、１５２は、支持基板１６０に固定され、これにより、フード体１３０は支持基板１６０に固定される。このとき、フード体１３０の表面と反射鏡１１０の間には所定の間隙が形成され、かつフード体１３０の裏面と支持基板１６０との間にも所定の間隙が形成され、これらの間隙は流体経路として機能することができる。

さらに本実施例では、反射鏡１１０の光出射端１１２側から冷却風を内部へ導くための導風フィン１３２がフード体１３０に設けられている。導風フィン１３２は、フード体１３０の一部を切り欠いてそれを上方に折り曲げることにより形成することができる。好ましくは、導風フィン１３２は、その先端１３２ａが光出射端１１２の開口内に一部重複するまで延在し、かつ、冷却風が反射鏡１１０内の放電ランプの電極端部１０８に導かれるように傾斜している。さらに、導風フィン１３０の基部１３２ｂは、整流フィン１５０に近接され、整流フィン１５０によってガイドされた冷却風が円滑に導風フィン１３０に受け渡されるようになっている。

上下一対のフード体１２０、１３０により反射鏡１１０の両側面１７０、１７２（図１および図３を参照）が実質的に露出され、この状態で支持基板１６０上に配置される。さらに、支持基板１６０上には、反射鏡１１０の露出された側面１７０と対向するように冷却ファン６０（図２の破線領域）が配置される。

図３（ａ）は、図２の反射鏡１１０を正面方向から見たときの冷却風の流れを説明する図であり、図３（ｂ）は、光源ユニットを上方から見たときの冷却風の流れを説明する図である。

冷却ファン６０からの冷却風のうち、第１の冷却風Ａは、フード体１２０、１３０によって露出された側面１７０から供給され、整流フィン１５０、１５２によって反射鏡１１０の光軸方向に広がるようにガイドされ、かつ、反射鏡１１０とフード体１２０および１３０の間隙（フード体１２０、１３０の内側の面）を通過し、反射鏡１１０をその側方から冷却する。また、冷却ファン６０の冷却風のうち、第２の冷却風Ｂは、フード体１２０、１３０の一端によっフード体１２０、１３０の表面経路を流れ、整流フィン１５０、１５２によって整流される。さらに、第１の冷却風Ａの一部の冷却風Ａ１は、整流フィン１５０および導風フィン１３２によって反射鏡１１０の光出射端１１２側から反射鏡１１０の内部へ供給される。このとき、冷却風Ａ１は、好ましくは放電ランプ１００の電極端部１０８を冷却する。電極端部１０８は、一般に高温になり易く、これが原因で電極の消耗・劣化が早くなり、放電ランプの寿命が短かくなるため、ここを冷却することでランプ寿命を長くすることができる。

第１の冷却風Ａは反射鏡１１０を外側から冷却し、一部の冷却風Ａ１は反射鏡１１０を内部から冷却し、これらは熱交換により高温の排気風となる。他方、フード体１２０、１３０の表面を通過した第２の冷却風Ｂは、導風板１５６によって開口１５４を介してフード体１２０、１３０の裏面へ導かれ、側面１７２近傍において排気風と合流され、排気風を冷却する。

第２の冷却風Ｂにより排気風が冷却されることで、ハウジングケース１０のスリット２４から排気される排気風Ｃの温度が低下され、同時に、ハウジングケース２０のスリット２４の近傍が高温となることが防止される。

このように本実施例によれば、反射鏡１１０と冷却ファン６０とを並列に配置し、冷却ファンからの冷却風を分割して熱源の各部を効率よく冷却するようにしたので、薄型のコンパクトな構造でありながら冷却機能の優れた光源ユニットを得ることができる。冷却効率が優れているため、冷却ファン能力を小さくでき、冷却ファンを小型化することができる。従った、このような光源ユニットを用いることで、プロジェクタ本体を小型化、薄型化、軽量化を図ることが可能となる。

以上本発明の好ましい実施の形態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。

上記実施例では、光源ユニット３０を単一の冷却ファン６０を用いて行ったが、これに限らず、複数の冷却ファンを用いて行うようにしてもよい。例えば、図３（ａ）において、冷却風Ａ、冷却風Ｂを供給可能な２つの冷却ファンを用いることも可能であり、それ以上の数の冷却ファンを用いても良い。

上記実施例では、板状の整流フィンをフード体１２０、１３０に接続するようにしたが、これに限らず、フード体１２０、１３０と別体であってもよい。さらに、整流フィンに曲面を施し、冷却風の方向をより精度良く行うようにしてもよい。

上記実施例では、反射鏡１１０の上下に一対のフード体１２０、１３０を用いたが、必ずしもこれに限らず、フード体１３０のみを設けるものであっても良い。さらに上記実施例では、フード体１３０の一部を折り曲げることで導風フィン１３２を形成したが、必ずしもこれに限らず、フード体１３０に別体の部材を取付けるようにしてもよい。導風フィン１３２、整流フィン１５０、１５２等の形状は、設計事項に応じて適宜変更することが可能である。

本発明によれば、反射鏡の側部に配置された冷却ファンにより効率よく反射鏡を冷却可能とすることで、光源ユニットを薄型化することができる。このような光源ユニットを、液晶等のプロジェクタに適用することで、プロジェクタを小型化、薄型化、軽量化することが可能となる。

本発明の実施例に係るプロジェクタの外観を示し、同図（ａ）は背面図、同図（ｂ）は上面図、同図（ｃ）は正面図、同図（ｄ）は底面図である。 本実施例の光源ユニット（光源装置）の構成を示す斜視図である。 本実施例に係る光源ユニットの冷却動作を説明する図であり、同図（ａ）は正面方向からの状態を示し、同図（ｂ）は上面方向からの状態を示している。 従来のプロジェクタの光源ユニットの冷却例を説明する図である。

符号の説明

１０：プロジェクタ、２０：ハウジングケース、２４、２８：スリット、
３０：光源ユニット（光源装置）、４０：光学ユニット、５０：光学部品、
６０、７０：冷却ファン、１００：放電ランプ、１１０：反射鏡、
１１２：光出射端、１２０、１３０：フード体、１３２：導風フィン、
１４０：飛散防止ネット体、１５０、１５２：整流フィン、１５４：開口、
１５６：導風板

Claims (7)

1. 放電ランプと、該放電ランプを取り囲み、放電ランプからの光を反射する反射鏡と、前記反射鏡の側方に設けられた少なくとも一つの冷却ファンと、前記冷却ファンからの冷却風を所定の方向に導く整流フィンと、整流フィンによって整流された冷却風を反射鏡の光出射端側から反射鏡の内部へ導く導風フィンとを有する光源装置。
2. 前記導風フィンは、冷却風を放電ランプの電極端部に導くように配向されている、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記反射鏡は、光出射端側に飛散防止ネット体を含み、前記導風フィンは、前記飛散防止ネット体内に配置される、請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記光源装置は、前記冷却ファンからの冷却風を分離するフード体を含み、前記冷却ファンからの第１の冷却風は前記フード体と前記反射鏡との間を通過し、第２の冷却風は前記フード体の外表面を通過し、前記導風フィンは前記フード体に取付けられ、前記第１の冷却風の一部が前記導風フィンによって前記反射鏡内に導かれる、請求項１、２または３に記載の光源装置。
5. 前記光源装置は、前記フード体および冷却ファンを支持する支持基板を含み、前記冷却ファンは、その冷却風が前記反射鏡の光軸方向とほぼ直角となるように、前記反射鏡の側部に配置される、請求項１、２、３、または４に記載の光源装置。
6. 前記フード体には、表裏面を貫通する開口が形成され、前記第２の冷却風は前記開口を経由し、前記反射鏡を通過した排気風と混合される、請求項１、２、３、４、または５に記載の光源装置。
7. 請求項１ないし５いずれか１つに記載の光源装置と、
   前記光源装置から発せられた光を光学的に変調する変調手段と、
   前記変調された光を投射する投射手段とを有する、プロジェクタ。

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