JP2007121824A - 投射型映像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光管の球状部に対する冷却効果を従来よりも高めることが出来る投射型映像表示装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る液晶リアプロジェクタ装置は、光源となるランプユニット４と、該ランプユニットを冷却する冷却ファンと、ランプユニット４を光源としてカラー映像光を生成する光学装置とを具え、ランプユニット４は、光源となる発光管42と、該発光管42から出射された光を前記光学装置へ向けて反射するリフレクタ41とを具えている。リフレクタ41には、冷却ファンから吐出された空気をリフレクタ41内へ導入する空気導入孔44が、発光管42の球状部43に近接する位置に、該球状部43の鉛直方向の頂部43aへ向けて開設され、該頂部43aに空気が吹き付けられる。
【選択図】図６

Description

本発明は、光源からの光を光学装置に導いて映像光を生成し、前方のスクリーンへ拡大投射する液晶プロジェクタ等の投射型映像表示装置に関するものである。
従来、液晶プロジェクタ装置は、ケーシングの内部に、光源と、偏光ビームスプリッタ、偏光板、液晶パネル、投射レンズ等から構成される光学装置とを配備して構成される。前記光源としては、メタルハライドランプや超高圧水銀ランプ等の放電発光型のランプユニットが用いられる。
図９に示す如く、従来のランプユニット(９)は、発光管(91)と、該発光管(91)から発せられる光を前記光学装置へ向けて反射するリフレクタ(94)とを具え、発光管(91)は、発光部となる球状部(93)を有している。
図９に示すランプユニット(９)においては、発光管(91)の温度が限界温度を超えると、発光管(91)の寿命が短くなるため、冷却ファンにより発光管(91)を冷却している。又、発光管(91)の発光時に、発光管(91)の鉛直方向上側の温度は下側の温度よりも高くなり、発光管(91)の上下で温度差が生じることが知られている。この上下の温度差は、発光管(91)の球状部(93)で最大となる。発光管(91)の性能を十分に引き出すためには、発光管(91)の温度を限界温度以下に抑えると共に、前記上下の温度差が一定の範囲内に収まるように発光管(91)を冷却する必要がある。
そこで、リフレクタ(94)には、ランプユニット(９)から出射される光の出射方向に沿って発光管(91)の先端部(92)よりも前方側に、前記冷却ファンから吐出された空気をリフレクタ(94)内へ導入する空気導入孔(95)が、発光管(91)の先端部(92)に向けて開設されると共に、発光管(91)の基端部側に、空気導入孔(95)から導入された空気をランプユニット(９)の外部に排出するための空気排出孔(96)が開設されている。又、発光管(91)の先端部(92)には、鉛直方向下側に向けて舌片(92a)が突設されている。
空気導入孔(95)から導入された空気の内、発光管(91)の鉛直方向下側に向かう空気は、舌片(92a)により遮断されるので、空気導入孔(95)から導入された空気の大部分が、発光管(91)の鉛直方向上側を流れることになる。これにより、発光管(91)の鉛直方向下側に対する過冷却を防止しつつ、高温となる発光管(91)の鉛直方向上側を充分に冷却することが出来る(特許文献１参照)。
特開２００３−１２３５２９号公報 [F21V 29/02]
ところで、近年、液晶プロジェクタ装置には、高輝度化の要求に応えるべく、より高輝度のランプユニットが搭載されてきており、これに伴って、発光管の発熱量が増大してきている。
しかしながら、図９に示す従来のランプユニット(９)においては、空気導入孔(95)が、最も高温となる発光管(91)の球状部(93)から離間した位置に開設されており、空気導入孔(95)から発光管(91)の球状部(93)へ至る空気の流れが複雑となるため、該球状部(93)に対して充分な冷却効果が得られる様に空気の風量や風向を調整することが困難である問題があった。
又、空気導入孔(95)から導入された空気は、図９中に矢印で示す如く、発光管(91)の先端部(92)近傍を経て、発光管(91)の鉛直方向上側に沿って球状部(93)へ向かって流れるため、空気導入孔(95)から導入された空気は、発光管(91)の球状部(93)へ至る過程で発光管(91)から熱を奪って高温となり、高温となった空気が発光管(91)の球状部(93)の周囲を流れることになる。これにより、該球状部(93)に対して充分な冷却効果を得ることが出来ず、この結果、発光管(91)の球状部(93)の温度を限界温度以内に抑えることが困難となってしまう問題があった。
そこで、本発明の目的は、発光管の球状部に対する冷却効果を従来よりも高めることが出来る投射型映像表示装置を提供することである。
本発明に係る投射型映像表示装置は、ランプユニット(４)と、該ランプユニット(４)を冷却する冷却ファン(51)と、前記ランプユニット(４)を光源としてカラー映像光を生成する光学装置(２)と、生成したカラー映像光をスクリーンに向けて投射する投射レンズ(３)とを具え、ランプユニット(４)は、発光管(42)と、該発光管(42)から出射された光を前記光学装置(２)へ向けて反射するリフレクタ(41)とを具え、前記発光管(42)は、発光部となる球状部(43)を有し、前記リフレクタ(41)には、前記冷却ファン(51)から吐出された空気をリフレクタ(41)内へ導入する空気導入孔(44)が開設されている。
前記リフレクタ(41)の空気導入孔(44)は、前記発光管(42)の球状部(43)に近接する位置に、該球状部(43)の鉛直方向の頂部(43a)に向けて開設され、該頂部(43a)に空気が吹き付けられる。
上記本発明に係る投射型映像表示装置において、前記リフレクタ(41)の空気導入孔(44)は、前記発光管(42)の球状部(43)に近接する位置に開設されているので、該空気導入孔(44)と前記発光管(42)の球状部(43)との距離は、従来のランプユニットに比べて短くなる。これにより、従来のランプユニットに比べて、前記発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)に至る空気の流速が高いものとなる。又、空気導入孔(44)から導入された空気は、前記発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)に直接吹き付けられるので、該球状部(43)の周囲を流れる空気の温度は、従来のランプユニットに比べて低くなる。
この結果、発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)、即ち発光管(42)の最も高温となる部分に対して高い冷却効果が得られることとなり、発熱量の大きな高輝度のランプユニット(４)を用いた場合にも、発光管(42)の球状部が限界温度を超えて高温となることを防止することが出来る。
具体的構成において、前記リフレクタ(41)には、前記ランプユニット(４)から出射される光の出射方向に沿って前記発光管(42)の先端部(46)よりも前方側の端部に、前記空気導入孔(44)から導入された空気を前記ランプユニット(４)の外部に排出するための１或いは複数の空気排出孔(45)が開設されている。
該具体的構成において、前記空気導入孔(44)から導入された空気は、最も高温となる発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)に沿って流れた後、空気排出孔(45)に向けて流れることになる。ここで、前記リフレクタ(41)の空気排出孔(45)は、前記ランプユニット(４)から出射される光の出射方向に沿って前記発光管(42)の先端部(46)よりも前方側の端部に開設されているので、発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)を通過した空気は、発光管(42)の先端部(46)側へ流れることになる。これにより、発光管(42)全体を効果的に冷却することが出来る。
又、具体的構成において、前記リフレクタ(41)の空気導入孔(44)は、ランプユニット(４)の光出射方向に沿う前記球状部(43)の中心からの距離が前記リフレクタ(41)の焦点距離ｆ以下であって、且つ鉛直方向に沿う前記球状部(43)の中心からの距離が該球状部(43)の外径φ以下の領域に開設されている。
発明者は、前記空気導入孔(44)の開設位置の異なる複数のランプユニット(４)を作製し、各ランプユニット(４)について、発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)の温度を測定する実験を行なった結果、ランプユニット(４)の光出射方向に沿う前記球状部(43)の中心からの距離が前記リフレクタ(41)の焦点距離ｆ以下であって、鉛直方向に沿う前記球状部(43)の中心からの距離が該球状部(43)の外径φ以下となる領域に前記空気導入孔(44)を開設することにより、発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)の温度を低減する効果が高いことを見出した。
本発明に係る投射型映像表示装置によれば、発光管の球状部に対する冷却効果を従来よりも高めることが出来るので、発熱量の大きな高輝度のランプユニットを用いたとしても、発光管の球状部の温度を限界温度以内に抑えることが出来る。
以下、本発明を液晶リアプロジェクタ装置に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る液晶リアプロジェクタ装置(１)は、図１に示す如く、前面に大型のスクリーン(11)を具え、該スクリーン(11)の背面側には、図２に示す如く、反射ミラー(12)が配備されている。
液晶リアプロジェクタ装置(１)の下部には、後述するランプユニット(図示省略)を光源としてカラー映像光を生成する光学装置(２)と、生成したカラー映像光を反射ミラー(12)に向けて投射する投射レンズ(３)とが配備されている。
図３に示す如く、光学装置(２)は、光源となるランプユニット(４)と共に光学装置保持ケース(21)内に収容されている。ランプユニット(４)の側方には、該ランプユニット(４)を冷却するための冷却装置(５)が配備され、該冷却装置(５)は、冷却ファン(51)と、該冷却ファン(51)から吐出された空気をランプユニット(４)へ導く流路を構成する送風ダクト(52)から構成される。
図４に示す如く、光学装置(２)は、ランプユニット(３)から出射された光の偏光方向を揃えるための偏光素子を含む複数の光学部品(22a)〜(22e)を具え、該複数の光学部品(22a)〜(22e)の内、最終段のフィールドレンズ(22e)を通過した光は、第１ダイクロイックミラー(23)に至る。第１ダイクロイックミラー(23)は、光の青色成分のみを反射すると共に、赤色及び緑色成分を通過させる機能を有し、第１ダイクロイックミラー(23)によって反射された青色光は、フィールドミラー(25a)に至り、該フィールドミラー(25a)に反射されて青色用液晶パネル(26)に照射される。
一方、第１ダイクロイックミラー(23)を通過した緑色光及び赤色光は、第２ダイクロイックミラー(24)へ至る。第２ダイクロイックミラー(24)は、光の緑色成分を反射すると共に、赤色成分を通過させる機能を有し、第２ダイクロイックミラー(24)によって反射された緑色光は、緑色用液晶パネル(27)に照射される。
第２ダイクロイックミラー(24)を通過した赤色光は、フィールドミラー(25b)及びフィールドミラー(25c)に反射されて赤色用液晶パネル(28)に照射される。
青色用液晶パネル(26)、緑色用液晶パネル(27)及び赤色用液晶パネル(28)をそれぞれ通過した青色光、緑色光、及び赤色光によって、３原色の映像光が生成され、該３原色の映像光が色合成プリズム(28)に照射される。
色合成プリズム(28)は、３原色の映像光を合成してカラー映像光を生成し、該カラー映像光が、投射レンズ(３)から図２に示す反射ミラー(12)に向けて投射される。そして、反射ミラー(12)によって反射されたカラー映像光が、前面のスクリーン(11)に映し出されることになる。
図５及び図６に示す如く、ランプユニット(４)は、発光管(42)と、該発光管(42)から出射された光を前記光学装置(２)へ向けて反射する放物曲面状若しくは楕円曲面状の反射面を有するリフレクタ(41)とを具え、発光管(42)は、発光部となる球状部(43)と、該球状部(43)からランプユニット(４)の光出射方向へ向けて伸びる筒状部(47)とを有している。
尚、発光管(42)の球状部(43)は、リフレクタ(41)の反射面の焦点位置に設置されている。
リフレクタ(41)には、図３及び図４に示す冷却装置(５)の冷却ファン(51)から送風ダクト(52)を経て吐出された空気をリフレクタ(41)内へ導入する空気導入孔(44)が、発光管(42)の球状部(43)に近接する位置に、該球状部(43)の鉛直方向の頂部(43a)に向けて開設されている(図５及び図６参照)。
冷却装置(５)の送風ダクト(52)は、図３及び図４に示す如く、冷却ファン(51)からランプユニット(４)の空気導入孔(44)に向かって伸びている。
又、図５及び図６に示す如く、リフレクタ(41)には、ランプユニット(４)から出射される光の出射方向に対して発光管(42)の先端部(46)よりも前方側、且つ該先端部(46)よりも鉛直方向上側の端部に、空気導入孔(44)から導入された空気をランプユニット(４)の外部に排出するための４つの空気排出孔(45)〜(45)が開設されている。
発明者は、最も高温となる発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)を効果的に冷却することが出来る空気導入孔(44)の開設位置を求めるべく、空気導入孔(44)の開設位置の異なる２５通りのランプユニット(４)を作製し、各ランプユニット(４)について、発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)の温度を測定する実験を行なった。
図７及び図８は、上述の各ランプユニット(４)の空気導入孔(44)の開設位置を説明するためのＸＹ座標系を示している。図７及び図８に示す如く、ＸＹ座標系は、発光管(42)の球状部(43)の中心、即ちリフレクタ(41)の焦点位置を原点、ランプユニット(４)から出射される光の出射方向をＸ軸方向、鉛直方向をＹ軸方向として定義されている。
上述の２５通りのランプユニット(４)は、原点に対してＸ軸方向については、空気導入孔(44)の開設位置をリフレクタ(41)の焦点距離ｆの２分の１に相当する(１／２ｆ)間隔で(−１／２ｆ)から(＋ｆ)までの４段階及び(＋２ｆ)の合計５段階に変化させると共に、Ｙ軸方向については、空気導入孔(44)の開設位置を発光管(42)の球状部(43)の外径φの２分の１に相当する(１／２φ)間隔で(−φ)から(＋φ)まで５段階に変化させて作製した。又、空気導入孔(44)の内径は、全てのランプユニット(４)について３ｍｍとした。
各ランプユニット(４)について、発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)の温度を測定した結果を表１に示す。
Figure 2007121824
測定結果から明らかな様に、発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)の温度は、空気導入孔(44)を座標(０、１／２φ)に開設した場合に最も低温となる。又、空気導入孔(44)と球状部(43)の中心との距離が大きくなるにつれて、発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)の温度が上昇する傾向があり、空気導入孔(44)と球状部(43)の中心との距離が同じ場合においては、空気導入孔(44)を球状部(43)の中心に対して鉛直方向上側に開設した方が、鉛直方向下側に開設した場合に比べて発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)の温度の低減効果が高くなる。以上の結果に基づいて、本発明に係る液晶リアプロジェクタ装置(１)のランプユニット(４)においては、座標(０、１／２φ)通り、且つＸ軸及びＹ軸に垂直な直線がリフレクタ(41)と交叉する２つの交点の内、図３に示す冷却装置(５)側の交点を中心として、空気導入孔(44)を開設した。
又、本発明に係る液晶リアプロジェクタ装置(１)においては、図３に示す如く冷却装置(５)がランプユニット(４)の側方に配置されているため、リフレクタ(41)の側方に空気導入孔(44)を開設したが、ランプユニット(４)の鉛直上方に冷却装置(５)を配置することが可能な場合には、リフレクタ(41)の空気導入孔(44)を発光管(42)の球状部(43)の中心の真上に開設してもよい。
本発明に係る液晶リアプロジェクタ装置(１)のランプユニット(４)によれば、リフレクタ(41)の空気導入孔(44)が、発光管(42)の球状部(43)に近接する位置に開設されているので、図９に示す従来のランプユニット(９)に比べて、空気導入孔(44)と発光管(42)の球状部(43)との距離が短くなる。
これにより、従来のランプユニット(９)に比べて、発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)に至る空気の流速が高いものとなるばかりでなく、該空気の温度は低いものとなる。この結果、発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)、即ち発光管(42)の最も高温となる部分に対して高い冷却効果が得られることとなり、発熱量の大きな高輝度のランプユニット(４)を用いた場合にも、発光管(42)の球状部(43)が限界温度を超えて高温となることを防止することが出来る。
又、空気導入孔(44)から導入された空気は、最も高温となる発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)に沿って流れた後、リフレクタ(41)の複数の空気排出孔(45)〜(45)に向けて流れることになる。ここで、リフレクタ(41)の複数の空気排出孔(45)〜(45)は、発光管(42)の先端部(46)よりもランプユニット(４)の光出射方向に沿って前方側であって、且つ鉛直方向上側の端部に開設されているので、発光管(42)の球状部(43)の頂部(43a)を通過した空気は、発光管(42)の鉛直方向上側部分に沿って、発光管(42)の先端部(46)に向けて流れることになる。これにより、発光管(42)の鉛直方向上側部分全体を効果的に冷却することが出来る。
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば本発明は、ＤＬＰ(Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ)(テキサス・インスツルメンツ(ＴＩ)社の登録商標)方式のプロジェクタに実施することも可能である。
本発明の液晶リアプロジェクタ装置の正面図である。 該液晶リアプロジェクタ装置の内部構造を示す断面図である。 光学装置の斜視図である。 光学装置の平面図である。 ランプユニットの平面図である。 該ランプユニットの側面図である。 実験に用いたランプユニットの鉛直断面図である。 実験に用いた複数のランプユニットの空気導入孔の開設位置を説明するための説明図である。 従来のランプユニットの断面図である。
符号の説明
(１) 液晶リアプロジェクタ装置
(11) スクリーン
(12) 反射ミラー
(２) 光学装置
(26) 青色用液晶パネル
(27) 緑色用液晶パネル
(28) 赤色用液晶パネル
(29) 色合成プリズム
(３) 投射レンズ
(４) ランプユニット
(41) リフレクタ
(42) 発光管
(43) 球状部
(43a) 頂部
(44) 空気導入孔
(45) 空気排出孔
(５) 冷却装置
(51) 冷却ファン
(52) 送風ダクト

Claims (3)

  1. ランプユニット(４)と、該ランプユニット(４)を冷却する冷却ファン(51)と、前記ランプユニット(４)を光源としてカラー映像光を生成する光学装置(２)と、生成したカラー映像光をスクリーンに向けて投射する投射レンズ(３)とを具え、ランプユニット(４)は、発光管(42)と、該発光管(42)から出射された光を前記光学装置(２)へ向けて反射するリフレクタ(41)とを具え、前記発光管(42)は、発光部となる球状部(43)を有し、前記リフレクタ(41)には、前記冷却ファン(51)から吐出された空気をリフレクタ(41)内へ導入する空気導入孔(44)が開設されている投射型映像表示装置において、
    前記リフレクタ(41)の空気導入孔(44)は、前記発光管(42)の球状部(43)に近接する位置に、該球状部(43)の鉛直方向の頂部(43a)に向けて開設され、該頂部(43a)に空気が吹き付けられることを特徴とする投射型映像表示装置。
  2. 前記リフレクタ(41)には、前記ランプユニット(４)から出射される光の出射方向に沿って前記発光管(42)の先端部(46)よりも前方側の端部に、前記空気導入孔(44)から導入された空気を前記ランプユニット(４)の外部に排出するための１或いは複数の空気排出孔(45)が開設されている請求項１に記載の投射型映像表示装置。
  3. 前記リフレクタ(41)の空気導入孔(44)は、ランプユニット(４)の光出射方向に沿う前記球状部(43)の中心からの距離が前記リフレクタ(41)の焦点距離ｆ以下であって、且つ鉛直方向に沿う前記球状部(43)の中心からの距離が該球状部(43)の外径φ以下の領域に開設されている請求項１又は請求項２に記載の投射型映像表示装置。
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