JP2006086098A - 光源装置及び該光源装置を有する投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも1つの送風手段14を備え、対向配置された陰極と陽極の間に発光部を有する発光管が結合部材を介してリフレクタに固定されている光源装置1において、前記発光管の結合部材側を冷却するために、前記送風手段からの冷却風を流す第1の流路2aと、前記発光管の発光部側を冷却するために、前記送風手段からの冷却風を流す第2の流路2bとを、それぞれ別の流路として構成する。
【選択図】 図3
Description
この高圧水銀放電ランプはガラス管の中に陰極および陽極の電極が対向して配置され、該ガラス管の中にガスや水銀などが封入された発光管と、その発光管からの光を平行光に変換するための反射鏡を有するリフレクタ、そしてこれら前記発光管と前記リフレクタを結合するための結合部材から構成されている。
高圧水銀放電ランプの陰極と陽極の電極極性が変化しないDC駆動と、陽極と陰極の関係が略周期的に交代するAC駆動とがあるが、始動に関しては両者の挙動は同様であるため、ここでは主としてDC駆動の場合について説明する。
前記高圧水銀放電ランプの前記発光管内部には陰極電極と陽極電極が例えば1.4mm離れた位置に配置されており、始動初期には発光管電源より無負荷開放電圧が印加されている。そして、ランプ点燈始動時には前記電源より前記電極間に数kVもの高電圧を印加して電極間の絶縁破壊を行う。そうすることで、陰極側から飛び出た電子は電場によって加速され、前記発光管内に封入された気体分子に衝突して、気体分子に束縛されている電子をたたき出す。
また、電離作用によって生じた陽イオンも加速されて陰極に達するようになり、陰極から多数の新しい電子がたたき出される。このように、絶縁破壊をきっかけに放電が始まる。次にランプ電圧の急激な低下により、前記電源の平滑コンデンサから電荷が開放される。
また、アーク放電移行後、良好な放電発光状態を維持するために上記発光管は図9に示すように球体部(発光部)101a、陰極シール部101b、陽極シール部101c、支柱溶接部101dと細分化され、それぞれに例えば球体部上は900℃以上1000℃以下、球体部下は900±20℃、陰極および陽極シール部は420℃以下というように、それぞれの冷却条件が存在し、これらの冷却条件を満たすように温度管理しなくてはならない。
また、図11に示されるように、リフレクタ902の後方の結合部材903側から風を送風し、発光管を冷却する特許文献2等で提案されている構成が知られている。
第1の要因については、発光管球体部が高温になることで球体部のガラスの歪みや球体部内部の気圧が上昇することにより発光管が最悪破裂に及んだり、逆に球体部温度が低すぎることにより、水銀の未蒸発が生じ、発光効率の低下やフリッカの原因となる。また陰陽極シール部温度が高温になりすぎると金属が酸化され溶断し、不点燈につながることが考えられる。そこで、前述したように、発光管の各場所によって設けられている推奨温度範囲内に放電ランプを駆動できるような冷却構成が重要となる。
また第2の要因については、前述したように、グロー放電は電圧が高いため、放電プラズマの中の陽イオンが高いエネルギーに加速されて陰極に衝突し、その結果、前記電極を構成するタングステンなどがスパッタされることにより蒸発し、これが発光管ガラス内壁面に蒸着することにより、黒化が発生すると考えられる。そこで、グロー放電による電子のスパッタから陰極を保護するために、グロー放電時には陰極電極表面に水銀を付着させることで黒化を抑制でき、長寿命な放電ランプを実現できることが知られている。
また第3の要因は、上述した第1および第2の要因が複合的に組み合わされて起きることが多く、第1の要因および第2の要因に対して対策を講じることで長寿命を実現することができる。
すなわち、本発明の光源装置は、少なくとも1つの送風手段を備え、対向配置された陰極と陽極の間に発光部を有する発光管が結合部材を介してリフレクタに固定されている光源装置において、前記発光管の結合部材側を冷却するために、前記送風手段からの冷却風を流す第1の流路と、前記発光管の発光部側を冷却するために、前記送風手段からの冷却風を流す第2の流路とが、それぞれ別の流路として構成されていることを特徴としている。
また、本発明の投射型表示装置は、上記した光源装置からの光を用いて、画像を被投射面上に投射することを特徴としている。
すなわち、リフレクタ内部へファンからの風を取り入れるための開口が設けられており、前記ファンからの風が前記開口から送風されるように光源装置を構成し、発光管の球体部を冷却する空気流と、発光管の結合部材側を冷却する風が別の空気流で構成することで、水銀が陰極に付着させることができ、陰極のスパッタを防止することで黒化の発生を抑制でき、長寿命な光源装置を確立することを可能とした。
また、前記ファンから送風される風のうち、前記発光管の結合部材側の開口は狭く、圧力損失を伴うことから、空気が流れ辛くなってしまっているため、冷却する風をより多く取り込める導風壁を構成することで、よりリフレクタ後方側の電極冷却効率を上げることができ、ファンを低速回転で駆動しても同様の結果を得ることが可能となる。
したがって、このように構成した光源装置を投射型表示装置に搭載することで、安定した投影を行えるだけでなく、長寿命な投射型表示装置を実現することができる。また、上記したようにより多くの風を集めて冷却を行うことで、ファンを低速回転で駆動することができ、高い信頼性を得ることができると同時に、低騒音の投射型表示装置を実現することができる。
[実施例1]
実施例1は、本発明を適用して光源装置を搭載した投射型画像表示装置を構成したものである。
図1に本実施例における投射型画像表示装置の概略図を示す。
図1において、1は光源ランプ、2はランプ1を保持するランプホルダーー、3は防爆ガラス、4はガラス押さえ、αはランプ1からの光を入射する照明光学系、βは照明光学系からの出射光を入射するRGBの3色用の液晶パネルを備えた色分解合成光学系、5は色分解合成光学系からの出射光を入射して図示せぬスクリーン(被投射面)に画像を投射する投射レンズ鏡筒であり、投射レンズ鏡筒5内には後述する投射レンズ光学系を収納している。
7は光学ボックス6内に照明光学系α、色分解合成光学系βを収納した状態で蓋をする光学ボックス蓋、8は電源、9は電源フィルタ、10はランプ1を点灯する為のバラスト電源、11は電源8からの電力により液晶パネルの駆動、及びランプ1の点灯指令を送る為の回路基板、12は後述する外装キャビネット21の吸気口21aから空気を吸い込むことで色分解合成光学系β内の液晶パネル等の光学素子を冷却する為の光学系用の冷却ファン、13は光学冷却ファン12による風を色分解合成光学系β内の液晶パネル等の光学素子に送る為のファンダクトである。
18は排気ファンであり、排気ファン18はランプ冷却ファン14によるランプ1を通過した後の熱風、およびバラスト電源10を通過した熱風を後述する外装を構成する側板B24に設けた排気口24aより投射型画像表示装置外に排出する。
19はランプ放熱板、20はランプ排気遮光マスクであり、ランプ1の放熱機能およびランプ1を通過した後の熱風を通過させる為の通風ダクトの機能を有するとともに、ランプ1からの光が装置外部に漏れないような遮光機能を有している。
25は色分解合成光学系β内の偏光素子等の光学素子を冷却するための冷却ファンであり、冷却ファン25は外装キャビネット21の図示を省略した吸気口からの空気を外装キャビネット21に形成されたダクト部(図示省略)を介して色分解合成光学系β内の偏光素子等の光学素子に吹き付ける構成となっている。
26は側板A23の内側に取り付けられたインターフェース補強板、27は外装放熱板でランプケース部材6aに取り付けられており、ランプ1からの熱を放熱する。
図2において、41は連続スペクトルで白色光を発光する発光管、42は発光管41からの光を所定の方向に集光するリフレクターであり、発光管41とリフレクター42によりランプ1を形成する。
43aは垂直方向(ランプ1からの光の進行方向における垂直方向(紙面垂直方向))において屈折力を有するレンズアレイで構成された第1のシリンダアレイ、43bは第1のシリンダアレイ43aの個々のレンズに対応したレンズアレイを有する第2のシリンダアレイ、44は紫外線吸収フィルタ、45は無偏光光を所定の偏光光に揃える偏光変換素子である。
46は水平方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されたフロントコンプレッサ、47は光軸を90度変換する為の全反射ミラー、48はコンデンサーレンズ、49は水平方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されたリアコンプレッサである。以上により照明光学系αが構成される。
61R,61G,61Bはそれぞれ入射した光を反射するとともに画像変調する赤用の反射型液晶表示素子、緑用の反射型液晶表示素子、青用の反射型液晶表示素子である。62R,62G,62Bはそれぞれ、赤用の1/4波長板、緑用の1/4波長板、青用の1/4波長板である。64は透明基板に偏光素子を貼着したRB用の入射側偏光板であり、S偏光のみを透過する。65はBの光の偏光方向を90度変換し、Rの光の偏光方向は変換しない第1の色選択性位相差板である。66はP偏光を透過し、S偏光を反射する第2の偏光ビームスプリッターであり、偏光分離面を有する。67はRの光の偏光方向を90度変換し、Bの光の偏光方向は変換しない第2の色選択性位相差板である。
68はRB用の出射側偏光板(偏光素子)であり、S偏光のみを透過する。69はP偏光を透過し、S偏光を反射する第3の偏光ビームスプリッター(色合成手段)であり、偏光分離面を有する。
70は投射レンズ光学系であり、上記照明光学系,色分解合成光学系および投射レンズ光学系により画像表示光学系が構成される。
次に光学的な作用を説明する。
発光管41から発した光はリフレクター42により所定の方向に集光される。リフレクター42は放物面形状を有しており、放物面の焦点位置からの光は放物面の対称軸に平行な光束となる。但し、発光管41からの光源は理想的な点光源ではなく有限の大きさを有しているので、集光する光束には放物面の対称軸に平行でない光の成分も多く含まれている。これらの光束は、第1のシリンダアレイ43aに入射する。第1のシリンダアレイ43aに入射した光束はそれぞれのシリンダレンズに応じた複数の光束に分割、集光され(水平方向に帯状の複数の光束)、紫外線吸収フィルタ44を介して、第2のシリンダアレイ43bを経て、複数の光束(水平方向に帯状の複数の光束)を偏光変換素子45の近傍に形成する。
ダイクロイックミラー58を透過したGの光は入射側偏光板59に入射する。尚、Gの光はダイクロイックミラー58によって分解された後もS偏光となっている。そしてGの光は、入射側偏光板59から出射した後、第1の偏光ビームスプリッター60に対してS偏光として入射して偏光分離面で反射され、G用の反射型液晶表示素子61Gへと至る。G用の反射型液晶表示素子61Gにおいては、Gの光が画像変調されて反射される。画像変調されたGの反射光のうちS偏光成分は、再び第1の偏光ビームスプリッター60の偏光分離面で反射し、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたGの反射光のうちP偏光成分は、第1の偏光ビームスプリッター60の偏光分離面を透過し、投射光として第3の偏光ビームスプリッター69に向かう。このとき、すべての偏光成分をS偏光に変換した状態(黒を表示した状態)において、第1の偏光ビームスプリッター60とG用の反射型液晶表示素子61Gとの間に設けられた1/4波長板62Gの遅相軸を所定の方向に調整することにより、第1の偏光ビームスプリッター60とG用の反射型液晶表示素子61Gで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えることができる。第1の偏光ビームスプリッター60から出射したGの光は、第3の偏光ビームスプリッター69に対してP偏光として入射し、第3の偏光ビームスプリッター69の偏光分離面を透過して投射レンズ70へと至る。
R用の反射型液晶表示素子61Rに入射したRの光は画像変調されて反射される。画像変調されたRの反射光のうちS偏光成分は、再び第2の偏光ビームスプリッター66の偏光分離面で反射されて光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたRの反射光のうちP偏光成分は第2の偏光ビームスプリッター66の偏光分離面を透過して投射光として第2の色選択性位相板67に向かう。
このとき、第2の偏光ビームスプリッター66とR用,B用の反射型液晶表示素子61R,61Bの間に設けられた1/4波長板62R,62Bの遅相軸を調整することにより、Gの場合と同じようにR,Bそれぞれの黒の表示の調整を行うことができる。
そして、第3の偏光ビームスプリッター69に入射したRとBの投射光は第3の偏光ビームスプリッター69の偏光分離面を反射し、前述した該偏光分離面にて反射したGの光と合成されて投射レンズ光学系70に至る。
そして、合成されたR,G,Bの投射光は、投射レンズ光学系70によってスクリーンなどの被投射面に拡大投影される。
まず、Gの光路について説明する。
ダイクロイックミラー58を透過したGの光のS偏光光は入射側偏光板59に入射し、その後、第1の偏光ビームスプリッター60に入射して偏光分離面で反射され、G用の反射型液晶表示素子61Gへと至る。しかし、反射型液晶表示素子61Gが黒表示の為、Gの光は画像変調されないまま反射される。従って、反射型液晶表示素子61Gで反射された後もGの光はS偏光光のままである為、再び第1の偏光ビームスプリッター60の偏光分離面で反射し、入射側偏光板59を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。
ダイクロイックミラー58を反射したRとBの光のS偏光光は、入射側偏光板64に入射する。そしてRとBの光は、入射側偏光板64から出射した後、第1の色選択性位相差板65に入射する。第1の色選択性位相差板65は、Bの光のみ偏光方向を90度回転する作用を持っており、これによりBの光はP偏光として、Rの光はS偏光として第2の偏光ビームスプリッター66に入射する。S偏光として第2の偏光ビームスプリッター66に入射したRの光は、第2の偏光ビームスプリッター66の偏光分離面で反射され、R用の反射型液晶表示素子61Rへと至る。また、P偏光として第2の偏光ビームスプリッター66に入射したBの光は、第2の偏光ビームスプリッター66の偏光分離面を透過してB用の反射型液晶表示素子61Bへと至る。ここでR用の反射型液晶表示素子61Rは黒表示の為、R用の反射型液晶表示素子61Rに入射したRの光は画像変調されないまま反射される。従って、R用の反射型液晶表示素子61Rで反射された後もRの光はS偏光光のままである為、再び第1の偏光ビームスプリッター60の偏光分離面で反射し、入射側偏光板64を通過して光源側に戻され、投射光から除去される為、黒表示となる。一方、B用の反射型液晶表示素子61Bに入射したBの光はB用の反射型液晶表示素子61Bが黒表示の為、画像変調されないまま反射される。従って、B用の反射型液晶表示素子61Bで反射された後もBの光はP偏光光のままである為、再び第1の偏光ビームスプリッター60の偏光分離面を透過し、第1の色選択性位相差板65により、S偏光に変換され、入射側偏光板64を透過して光源側に戻されて投射光から除去される。
以上が、反射型液晶表示素子(反射型液晶パネル)を使用した投射型画像表示装置での光学構成である。
光源ランプ(例えば高圧水銀放電ランプ)1は図9に示すように球体部101aの内部に電極101bと101cが対向して配置された発光管101と、前記発光管から光を平行光に変換するリフレクタ102と前記発光管101とリフレクタ102を光学的に位置あわせした後、これらを結合するための結合部材103より構成されている。(ここで、電極101bと101cは、陰極および陽極のどちらでも同様であるが、本発明では101bを陽極、101cを陰極として説明を行う)更に、結合部材103には上下方向に開口(不図示)が設けられており、前記結合部材開口部(不図示)には例えば網状のフィルターが取り付けられている。
また、光源1の側面には冷却用ファン14が配置され、ファン14は複数の開口を有するファン保持台15にファン押え板16によって固定されている。
このような構成にすることで、ファン14から送風された冷却風はファン保持台15に設けた開口15aを通過し、冷却風の一部は前記ランプホルダー2に設けられた開口2aからリフレクタ102内部に送り込まれる。そして、この風は管球101の陽極側101bを冷却し、ランプホルダー2の開口2aとは対面した位置に設けられている壁にぶつかることで、リフレクタ102の壁面を沿って図4に示す矢印のように管球101の球体部101aに向かって流れる。そうすることで最も高温となる球体部101aを冷却し、更にリフレクタ102内壁面を沿って流れ、ランプホルダー2の開口2cから排気される。
このとき、リフレクタ102後方で結合部材103との連結部は発光管を位置合わせして固着できるようにリフレクタ102には開口102aが設けられている。しかしながら、前述したように、開口102aは開口が狭く空気が通るには抵抗となるだけでなく、本発明ではリフレクタ102の吸気用開口2aと結合部材103aから送風しているため、リフレクタ102内部と結合部材103内部で圧が高まり、お互いの流れを抑制するような空気の行き来はほとんど起きないため、それぞれの冷却風の吸気から排気までの流れを独立化することができる。
実施例2は、本発明を適用して光源装置を構成したものである。
図7に本実施例における光源装置の概略図を示す。
実施例1では結合部材103の開口103aがファンから風向きに対して垂直方向となっていた。しかし、図7に示すように前記開口103aおよび103bがファンからの送風方向と同じ方向に向いていても同様の効果が得られる。この場合においても、ランプホルダー2の開口2aからリフレクタ102内部に送風される風と、結合部材103の開口103aから送風される風はそれぞれの独立の流れを構築しているため、実施例1と同様に、電極部はファンから送られてすぐの比較的温度の低い冷却風で冷却でき、逆にランプ発光管の中で最も高い球体部101aは、陽極部101bを冷却した後の風で冷却するという効率な冷却を実現することができる。
また、結合部103に設けられている開口103aは比較的狭いことから、送風する風量および風圧を稼ぐために前記開口103aまで風を導く導風壁(不図示)を設けることでより一層の冷却効果をあげることが可能となる。
実施例3は、本発明を適用して光源装置を構成したものである。
図8に本実施例における光源装置の概略図を示す。
実施例1および実施例2では、結合部材103に設けられた開口103aおよび103bの開口の向きについて説明したが、これらどちらもファン1つの風を分割する構成で説明を行ってきた。しかし、ランプホルダー2の開口2aから送風される風と、結合部材103の開口103aから送風される風とは、図8に示すように別のファン14aで構成されてもよい。
図8では開口2aから送風するファンをシロッコファン14a、導風壁2bから送風するファンを軸流ファン14で示したが、周辺スペースなどの関係でファンの種類を変更しても良く、本発明はファンの種類にはよらない。それぞれの独立の流れを構築しているため、実施例1と同様に、電極部はファンから送られてすぐの比較的温度の低い冷却風で冷却でき、逆にランプ発光管の中で最も高い球体部101aは、陽極部101bを冷却した後の風で冷却するという効率な冷却を実現することができる。
また、結合部103に設けられている開口103aは比較的狭いことから、送風する風量および風圧を稼ぐために前記開口103aまで風を導く導風壁(不図示)を設けることでより一層の冷却効果をあげることが可能となる。
2:ランプホルダーー
2a:吸気用開口
2b:導風壁
3:防爆ガラス
4:ガラス押さえ
14:冷却用ファン
15:ファン保持台
16:ファン押さ板
103b:結合部材排気用開口
Claims (7)
- 少なくとも1つの送風手段を備え、対向配置された陰極と陽極の間に発光部を有する発光管が結合部材を介してリフレクタに固定されている光源装置において、
前記発光管の結合部材側を冷却するために、前記送風手段からの冷却風を流す第1の流路と、
前記発光管の発光部側を冷却するために、前記送風手段からの冷却風を流す第2の流路とが、それぞれ別の流路として構成されていることを特徴とする光源装置。 - 前記第1の流路は、前記送風手段からの冷却風を、導風壁を介して前記結合部材側に導くように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記結合部材は、前記導風壁を介して前記結合部材側に導かれた前記送風手段からの冷却風を、該結合部材に設けられた開口を介して該結合部材に固定されている発光管側に導風するように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の光源装置。
- 前記発光管の陰極側が、前記結合部材側に配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記第2の流路は、前記送風手段からの冷却風を、前記発光管の陽極側から発光部側に流すように構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記第1の流路と前記第2の流路に冷却風を送風する送風手段が、それぞれ別の送風手段によって構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光源装置。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光源装置からの光を用いて、画像を被投射面上に投射することを特徴とする投射型表示装置。
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