JP2007193092A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ランプ全体を効率よく冷却することが可能な光源装置を提供する。
【解決手段】断面形状が略Ｕ字状形状を成す凹面反射鏡２と、凹面反射鏡２の中央部に配置された発光ランプ５と、凹面反射鏡２の内部へ空気を導くための給気ダクト３と排気口４が側面に設けられ、凹面反射鏡２の開口部に配置されるランプカバー１と、給気ダクト３から凹面反射鏡２の内部に空気を導入して排気口４から排出させる送風手段（図示なし）とを備え、ランプカバー１は、給気ダクト３から導入される空気を凹面反射鏡２内で旋回させるための隔壁１ａを排気口４側に設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、投影型表示装置（プロジェクター）などに用いられる光源装置の冷却構造に関するものである。特に、送風ファンより導入された空気を凹面反射鏡内部で旋回させて発光ランプ全体を効率良く冷却できる光源装置に関するものである。

図１５は、例えば特許文献１（特開２００５−２７４７３５号公報）に開示されている従来の光源装置の構成を示す図である。
図１５に示した従来の光源装置では、側面に吸気口（給気口）２０ａと排気口２０ｂが設けられた凹面反射鏡１０と、凹面反射鏡１０の中央部に取り付けられた発光ランプ６０と、凹面反射鏡内１０に冷却用の空気を送風するために吸気口２０ａの外側に設けられた吸気ダクト（給気ダクト）１２０を備え、吸気ダクト１２０は、発光ランプ６０の光軸に対して所定角度（α）傾斜させている。
この構成において、吸気口１２０から凹面反射鏡１０の内部へ送風された空気は凹面反射鏡１０の内面に沿って流れ、発光ランプ６０を冷却し、排気口２０ｂから排出される。
この構成によると、発光ランプ６０の発光部６０ａが主に冷却される。
特開２００５−２７４７３５号公報（図３）

このような従来の光源装置では、吸気ダクト（給気ダクト）は発光ランプの光軸に対して所定角度傾斜させ、吸気口（給気口）から凹面反射鏡の内面に沿った空気を流すため、発光ランプの発光部が主に冷却され、発光ランプの前側封止部を十分冷却できないという問題点があった。
また、発光ランプは高輝度化の傾向にあり、この高輝度化に伴い、発光ランプの発熱量は現状以上になる。
従って、仮に従来の光源装置の構造で発光ランプを冷却した場合、発光ランプの前側封止部を十分冷却できないために、発光ランプの寿命が低下するという問題が生じる。
また、従来の光源装置の構造では、光軸に対して傾斜した流れの空気を光源装置内に導入するために、傾斜した吸気（給気）ダクトおよびこの吸気（給気）ダクトに空気を送り込むための送風ファンを光源装置前方の光路側のスペースに配置する必要がある。
このため、吸気（給気）ダクトおよび送風ファンは光源装置前方の光路側のスペースを占領し、光源装置近傍での利用可能なスペースに制限がかかり、他の部品配置の自由度が低減するという問題が生じる。

この発明は、上述のような課題を解消するためになされたものであり、簡易な冷却構造でありながら冷却性能を向上させ、発光ランプ全体を効率よく冷却することが可能な光源装置を提供することを目的とする。

この発明に係わる光源装置は、断面形状が略Ｕ字状形状を成す凹面反射鏡と、上記凹面反射鏡の中央部に配置された発光ランプと、上記凹面反射鏡の内部へ空気を導くための給気ダクトと排気口が設けられ、上記凹面反射鏡の開口部に配置されるランプカバーと、上記給気ダクトから上記凹面反射鏡の内部に空気を導入して上記排気口から排出させる送風手段とを備え、上記ランプカバーは、上記給気ダクトから導入される空気を上記凹面反射鏡内で旋回させるための隔壁が上記排気口側に設けられているものである。

また、この発明に係わる光源装置は、断面形状が略Ｕ字状形状を成す凹面反射鏡と、上記凹面反射鏡の中央部に配置された発光ランプと、上記凹面反射鏡の内部へ空気を導くための給気ダクトと排気口が設けられ、上記凹面反射鏡の開口部に配置されるランプカバーと、上記給気ダクトから上記凹面反射鏡の内部に空気を導入して上記排気口から排出させる送風手段とを備え、上記ランプカバーは、上記給気ダクトから導入される空気を上記凹面反射鏡内で旋回させるための壁状構造物が上記排気口の一部を塞いで設けられているものである。

本発明の光源装置によれば、ランプカバーは給気ダクトから導入される空気を凹面反射鏡内で旋回させるための構造物を排気口側に設けられているので、発光ランプ全体を従来に比べて効率よく冷却することが可能となり、発光ランプの冷却性能が向上する。
また、発光ランプの冷却性能が向上することにより、給気ダクトに冷却用の空気を送り込むための送風ファンの回転数を低下させることが可能となり、送風ファンの騒音の低減化を図ることができる。
また、発光ランプの冷却性能が向上することにより、送風ファンの小型化を図ることも可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態について説明する。
なお、各図間において、同一符合は同一あるいは相当のものであることを表す。
以下の実施の形態においては、プロジェクター等への適用に好適な光源装置を例として説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係わる光源装置を背面側から見た斜視図であり、図２は実施の形態１に係わる光源装置における空気の流れを概念的に示す図である。

また、図３は実施の形態１に係わる光源装置の側面図であり、図４は図３の面Ａ−Ａにおける断面（以下、水平断面と呼ぶ）であり、図４は図２に示した空気の流れを２次元で表している。
図において、１はランプカバー、２は凹面反射鏡、３は給気ダクト、４は排気口、５は発光ランプ（例えば、超高圧水銀ランプ）、５ａは発光ランプ５の前部側封止部、５ｂは発光ランプ５の発光部、５ｃは発光ランプ５の後部側封止部である。
である。なお、図１、図２および図４中の矢印は、空気の流れを示している。

本実施の形態による光源装置は、図１〜図４に示すように、凹面反射鏡２の中央には発光ランプの一具体例であるショートアーク型の発光管からなる超高圧水銀ランプ５が固着されており、凹面反射鏡２の内面には光をよく反射できる誘電体多層膜等の鏡面の蒸着膜が施されている。凹面反射鏡２の材質としては、例えば、耐熱性強化ガラスやセラミック等が好適である。
本実施の形態による光源装置は、超高圧水銀ランプ（以下、単に発光ランプとも称す）５を固着した凹面反射鏡２がランプカバー１に取付け金具やネジ・バネ等によって取り付けられている。

また、送風ファン（図示なし）から供給される冷却用の空気は、給気ダクト（給気口）３を通って凹面反射鏡２の内部に導かれ、給気ダクト３と対向した位置に設けられた排気口４を通して排出される。
ランプカバー１の圧損を小さくするために、給気ダクト３に比べて排気口４の開口面積は大きくとっている。
また、排気口４の発光部５ｂ側に設けられた隔壁（ランプカバー１の隔壁）１aは、凹面反射鏡２の内部へ導かれた空気を旋回させる。

図５は、本実施の形態による光源装置におけるランプカバー１の隔壁１ａの高さと発光ランプ５の発光部温度との関係を示す図であり、図６は、ランプカバー１の隔壁１ａの高さと発光ランプ５の前部側封止部５ａ温度との関係を示す図である。なお、ランプカバー１の隔壁１ａの高さは、図において“Ｈ”で示されている。
図５より明らかなように、隔壁１aが高くなれば、発光ランプ５の発光部５bへ向かう風量が増加するため、発光部５bの温度は低下し、本実施の形態例によれば、隔壁１aの高さ“Ｈ”が１ｍｍより大きければ発光部は許容温度以下になることが確認された。
また、図６に示すように、従来の光源装置では満足することが困難であった前部側封止部５aの温度も、本実施の形態によれば、許容温度を満足することが確認された。
更に、隔壁１aの高さ“Ｈ”が８ｍｍを超えると光路の障害となるため、隔壁１aの高さを８ｍｍ以下と設定した。
なお、実施の形態１における光源装置は、プロジェクター１台に対し複数搭載されていても良い。

この構造においては、発光ランプ（超高圧水銀ランプ）５の中央の発光部５bが熱源となり、発光ランプ５および凹面反射鏡２の温度は上昇する。
そして、この構成によれば、給気ダクト３を通って発光ランプ５内に流入した空気は、凹面反射鏡２の内部へ導かれる。
凹面反射鏡２の内部に導かれた空気は、始めは発光ランプ５の前部側封止部５aを冷却し、ランプカバー１の排気口側の隔壁１aによって凹面反射鏡２の内部を旋回し、発光ランプ５中央の発光部５bおよび後部側封止部５cを冷却し、発光ランプ５全体を効率良く冷却することができる。
従って、従来の光源装置よりも発光ランプ５の冷却性能を向上させることができる。

図７は、送風ファン（図示なし）の風量と騒音との関係を概念的に示す図である。
前述したように、本実施の形態による光源装置によれば発光ランプ５の冷却性能が向上するため、図７に示すように、冷却に必要な風量を減少させることが可能となる。
従って、従来の光源装置に比べて騒音の低減化を図ることが可能となる。
更に、冷却性能が向上した分だけ必要風量を減らすことができるため、送風ファンの小型化を図ることができ、光源装置近傍の利用可能なスペースを確保でき、他の部品配置の自由度を増すことができる。
更に、吸入された空気を凹面反射鏡２の内面に沿わせて旋回させることにより、凹面反射鏡２の内面の蒸着膜も同時に冷却できるので、凹面反射鏡２の材質である耐熱性強化ガラス等と誘電体多層膜等の熱膨張係数の差に起因する蒸着膜の剥離も防止することができる。

また、隔壁１aを設けることによって排気口４側から漏れる光を遮り、プロジェクターの投射レンズ以外から光が漏れることを防止することができる。
また、図８は発光ランプ５が破裂したときの状態を示す図であり、６は飛散する破片、破線の矢印は破片６が飛散する方向を示している。
図８に示すように、発光ランプが破裂した場合、隔壁１aが障害壁となり、破片が光源装置の外部へ飛散する量を減少させることができる。
また、冷却性能が向上したことにより、低速回転の送風ファンによっても従来の超高圧水銀ランプ（発光ランプ）５を冷却できるので、更に高輝度化された発光ランプを用いた場合でも、送風ファンの回転数を上げて風量を増すことにより発光ランプを冷却することができ、高輝度化された発光ランプの寿命を維持することが可能となる。

また、図９は、本実施の形態による光源装置を適用したプロジェクターを、床面に設置したときの「据置状態」の場合と天井から吊して設置したときの「天吊状態」の場合のプロジェクターの姿勢図と、発光ランプの高温部を示した図である。
図９に示すように、プロジェクター７を「据置状態」で使用すると、発光ランプ５の発光部５bの上部が最も高温となるが、「天吊状態」で使用すると、「据置状態」の場合とは逆になり、発光ランプ５の発光部５bの下部が最も高温となる。
本実施の形態による光源装置では、発光ランプ５の発光部５bの上下を均等に冷却しているため、据置状態」あるいは「天吊状態」のいずれの状態でプロジェクター７を設置しても、新たな冷却機構を設けることなく、発光ランプ５の発光部５bの高温部を冷却することができる。

以上説明したように、本実施の形態による光源装置は、断面形状が略Ｕ字状形状を成す凹面反射鏡２と、凹面反射鏡２の中央部に配置された発光ランプ５と、凹面反射鏡２の内部へ空気を導くための給気ダクト３と排気口４が設けられ、凹面反射鏡２の開口部に配置されるランプカバー１と、給気ダクト３から凹面反射鏡２の内部に空気を導入して排気口４から排出させる送風手段（図示なし）とを備え、ランプカバー１は、給気ダクト３から導入される空気を凹面反射鏡２内で旋回させるための隔壁１ａが排気口４側に設けられている。
また、本実施の形態による光源装置の上記隔壁１ａの高さＨは、出射される光の光路の障害とならない高さ以下であることを特徴とする。

本実施の形態による光源装置によれば、排気口４側に設けられたランプカバー１の隔壁１ａによって凹面反射鏡２の内部に導入された空気を旋回させるので、従来方式に比べて発光ランプ５の前側封止部５ａ、中央の発光部５ｂおよび後側封止部５ｃの全体を効率良く冷却することが可能となる。
更に、冷却性能が向上するため、同一の送風ファンを使用した場合には性能の向上分だけ回転数を抑えることができ、回転数に依存する送風ファンの騒音の低減化を図ることが可能となる。
また、冷却性能が向上するため、送風ファンの小型化を図ることができ、コストダウンに寄与することも可能である。
また、送風ファンの小型化を図ることによって、光源装置近傍に利用可能なスペースを確保することができ、他の部品配置の自由度を増すことが可能となる。

また、空気は凹面反射鏡２の内面に沿って流れるため、凹面反射鏡２の内面に施された蒸着膜の剥離を防止することが可能となる。
更に、ランプカバー１の隔壁１ａが遮光壁となり、排気口側から漏れる光を遮ることができる。
また、発光ランプ５が破裂した場合において、ランプカバー１の隔壁１ａが障害壁となり、発光ランプ５の破片の飛散量を減少することが可能となる。
また、本発明においては、発光ランプ全体を効率よく冷却することが可能な構造を採用しているので、送風ファンを低速回転で駆動させても、従来の発光ランプを冷却することは可能であるが、高輝度化された発光ランプを用いた場合においても、送風ファンをより高速回転で駆動させることによって風量を増加させ、高輝度発光ランプを効率良く冷却することが可能であり、高輝度化された発光ランプの寿命の低下を防止できる。

実施の形態２．
図１０は、実施の形態２による光源装置の特徴的な構造を説明するための水平断面図であり、前述の実施の形態１における図４に相当する図である。
なお、図１０においても、矢印は給気ダクト３から光源装置内に送り込まれた空気の流れを示している。
図１０において、１ｂは凹面反射鏡２の開口端に向かって直線または二次曲線等の軌跡を描いて傾斜する傾斜部を有した傾斜壁である。
傾斜壁１ｂは、前述の実施の形態１における隔壁１aに相当するものであるが、隔壁１aとは異なり、凹面反射鏡２の開口端に向かって傾斜している。
従って、凹面反射鏡２の内部に導入された冷却用の空気は、実施の形態１の場合よりも更に旋回しやすくなり、実施の形態１以上の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１１は、実施の形態３による光源装置の特徴的な構造を説明するための水平断面図であり、前述の実施の形態１における図４に相当する図である。
なお、図１１においても、矢印は給気ダクト３から光源装置内に送り込まれた空気の流れを示している。
本実施の形態による光源装置は、図１１に示すように、給気ダクト３は、光軸に垂直な面に対して所定角度以下の範囲で傾斜（傾斜角度θ）させていることを特徴とする。

この構成において、角度θを発光ランプ５の前側封止部５ａに空気を吹付けることが可能となる０度以上２０度以下の範囲とした場合、実施の形態２の場合以上に凹面反射鏡２の内部で空気が旋回しやすくなり、かつ、超高圧水銀ランプ５全体を冷却でき、実施の形態２以上の効果を得ることができる。
なお、上述の説明では、実施の形態２の構成において、給気ダクト３を光軸に垂直な面に対して所定角度以下の範囲で傾斜（傾斜角度θ）させている場合について述べているが、実施の形態１の構成において、給気ダクト３を光軸に垂直な面に対して所定角度以下の範囲で傾斜（傾斜角度θ）させても、同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図１２は、実施の形態４による光源装置の特徴的な構造を説明するための水平断面図であり、前述の実施の形態１における図４に相当する図である。
本実施の形態による光源装置は、図１２に示すように、給気ダクト３にも発光ランプが破裂した時の破片が飛散することを防止するための隔壁３ａが設けられていることを特徴とする。
なお、図１２において、破線の矢印は、発光ランプが破裂した時の破片が飛散する方向を概念的に示している。
図１２に示すように、破片が飛散することを防止するための給気ダクトの隔壁３ａは、給気ダクト３の発光部５ｂ側において、給気ダクト３に延在させて設けられている。

本実施の形態によれば、給気ダクト３にも発光ランプ５が破裂した時の破片が飛散することを防止するための隔壁３ａを発光部５ｂ側において給気ダクト３に延在させて設けているので、発光ランプ５が破裂した場合に、給気口３のみならず排気口４からの破片の飛散も防止することができる。
なお、上述の説明では、実施の形態１の構成において、給気ダクト３にも発光ランプが破裂した時の破片が飛散することを防止するための隔壁３ａを設けた場合について述べているが、実施の形態２あるいは実施の形態３の構成において、給気ダクト３の発光部５ｂ側にも、発光ランプ５が破裂した時の破片が飛散することを防止するための給気ダクトの隔壁３ａを設けても、同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
図１３は、実施の形態５に係わる光源装置おける空気の流れを概念的に示す図である。
また、図１４は、実施の形態５による光源装置の特徴的な構造を説明するための水平断面図であり、前述の実施の形態１における図４に相当する図である。
なお、図１３および図１４においても、矢印は空気の流れを示している。
前述の実施の形態１において、発光ランプ５が出力の小さなもの、例えば、低圧水銀ランプ等を用いた場合、凹面反射鏡２が小さくなり、隔壁１aが光路の障害となる。
そのため、本実施の形態では、図１３あるいは図１４に示すように、隔壁１aの代わりとして、排気口４の一部を塞ぐようにして配置される壁状構造物１ｃを採用しても良い。
なお、図１３と図１４の矢印は空気の流れを示す。

このように、本実施の形態による光源装置は、断面形状が略Ｕ字状形状を成す凹面反射鏡２と、凹面反射鏡２の中央部に配置された発光ランプ５と、凹面反射鏡２の内部へ空気を導くための給気ダクト３と排気口４が設けられ、凹面反射鏡２の開口部に配置されるランプカバー１と、給気ダクト３から凹面反射鏡２の内部に空気を導入して上記排気口から排出させる送風手段（図示せず）とを備え、ランプカバー１は、給気ダクト３から導入される空気を凹面反射鏡内２で旋回させるための壁状構造物１ｃが排気口４の一部を塞いで設けられている。

この構成によれば、排気口４の一部を塞いで設けられた壁状構造物１ｃは、給気ダクト３から導入される空気を凹面反射鏡内２で旋回させるので、発光ランプ５が出力の小さなもの（例えば、低圧水銀ランプ等）を用いたことにより凹面反射鏡２が小さくなり、実施の形態１のように隔壁１ａを設けることができない場合でも、前述の実施の形態１と同等の効果を得ることができる。

なお、実施の形態３のように、給気ダクト３を光軸に垂直な面に対して所定角度以下の範囲で傾斜させてもよい。
また、実施の形態３のように、給気ダクト３にも発光ランプ破裂時の破片が飛散することを防止するための隔壁を設けてもよい。

なお、以上説明した各実施の形態の他、本発明の要旨を超えない範囲内で、種々の変形実施が可能なことは、言うまでもない。
前述の実施の形態においては、光源装置の発光ランプ５として超高圧水銀ランプを適用した例について主に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、メタルハライドランプ等の他の各種ランプにも適用することができる。

この発明は、発光ランプ全体を効率よく冷却することが可能であり、冷却性能の優れたプロジェクター用の光源装置の実現に有用である。

本発明の実施の形態１による光源装置を背面側から見た斜視図である。 実施の形態１による光源装置おける空気の流れを概念的に示す図である。 実施の形態１による光源装置の側面図である。 図３の面Ａ−Ａ位置での水平断面図である。 実施の形態１の光源装置におけるランプカバーの隔壁の高さと発光ランプの発光部温度との関係を示す図である。 実施の形態１の光源装置におけるランプカバーの隔壁の高さと発光ランプの前部側封止部温度との関係を示す図である。 送風ファンの風量と騒音との関係を概念的に示す図である。 実施の形態１による光源装置において、発光ランプ５が破裂したときの状態を示す図である。 光源装置を適用したプロジェクターを据置状態と天吊状態で設置した場合のプロジェクターの姿勢図と発光ランプの高温部を示す図である。 実施の形態２による光源装置の特徴的な構造を説明するための水平断面図である。 実施の形態３による光源装置の特徴的な構造を説明するための水平断面図である。 実施の形態４による光源装置の特徴的な構造を説明するための水平断面図である。 実施の形態５の光源装置おける空気の流れを概念的に示す図である。 実施の形態５による光源装置の特徴的な構造を説明するための水平断面図である。 従来の光源装置の構造を示す図である。

符号の説明

１ ランプカバー
１ａ ランプカバーの隔壁
１ｂ ランプカバーの傾斜壁
１ｃ ランプカバーの壁状構造物
２ 凹面反射鏡
３ 給気ダクト
３ａ 給気ダクトの隔壁
４ 排気口
５ 発光ランプ
５ａ 前側封止部
５ｂ 発光部
５ｃ 後側封止部
６ 発光ランプ破裂時の破片
７ プロジェクター本体
８ 投射レンズ

Claims (9)

1. 断面形状が略Ｕ字状形状を成す凹面反射鏡と、
   上記凹面反射鏡の中央部に配置された発光ランプと、
   上記凹面反射鏡の内部へ空気を導くための給気ダクトと排気口が設けられ、上記凹面反射鏡の開口部に配置されるランプカバーと、
   上記給気ダクトから上記凹面反射鏡の内部に空気を導入して上記排気口から排出させる送風手段とを備え、
   上記ランプカバーは、上記給気ダクトから導入される空気を上記凹面反射鏡内で旋回させるための隔壁が上記排気口側に設けられていることを特徴とする光源装置。
2. 上記隔壁の高さは、出射される光の光路の障害とならない高さ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 上記隔壁は、上記凹面反射鏡の開口端に向かって傾斜する傾斜部を有した傾斜壁であることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 上記給気ダクトは、光軸に垂直な面に対して所定角度以下の範囲で傾斜させ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。
5. 上記給気ダクトにも発光ランプ破裂時の破片が飛散することを防止するための隔壁が設けら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。
6. 断面形状が略Ｕ字状形状を成す凹面反射鏡と、
   上記凹面反射鏡の中央部に配置された発光ランプと、
   上記凹面反射鏡の内部へ空気を導くための給気ダクトと排気口が設けられ、上記凹面反射鏡の開口部に配置されるランプカバーと、
   上記給気ダクトから上記凹面反射鏡の内部に空気を導入して上記排気口から排出させる送風手段とを備え、
   上記ランプカバーは、上記給気ダクトから導入される空気を上記凹面反射鏡内で旋回させるための壁状構造物が上記排気口の一部を塞いで設けられていることを特徴とする光源装置。
7. 上記給気ダクトは、光軸に垂直な面に対して所定角度以下の範囲で傾斜させていることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 上記給気ダクトにも発光ランプ破裂時の破片が飛散することを防止するための隔壁が設けられていることを特徴とする請求項６または７に記載の光源装置。
9. 上記給気ダクトは、前記排気口と対向する位置へ設置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。

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