JP2007502438A - プロジェクタ用の高性能反射板冷却システム - Google Patents

Abstract

プロジェクションシステム用の高性能複合型反射板及び冷却システムであって、光を放出するランプと、それ自体の第１の焦点からの前記光を捕捉し、前記光をインテグレータロッドと一致した第２の焦点のところに合焦させる楕円反射板と、前記楕円反射板による反射のために第１の焦点を通って光を前記第２の焦点へ逆反射する球面反射板とを有するシステム。本発明の楕円反射板の形状により、球面反射板は、楕円と球のインタフェースのところに大きな直径を有することができる。これにより、楕円の後部に類似した形状をしていて、空気を楕円の外部でこれに沿って導き、次に球の内部に沿って導く空気そらせ板の配設場所が得られる。反射板及び空気そらせ板の設計により、冷却要件を実質的に減少させることができる。

Description

本発明は、シネマプロジェクタに関し、特に、プロジェクションランプ、例えばキセノン（Ｘｅ）ランプ用の高性能複合型反射板及び冷却システムに関する。

８０００ルーメン以上の最高級プロジェクタは、典型的には、楕円反射板に結合されたＸｅバブルランプを用いている。楕円反射板の第１の焦点からの反射光を捕捉して第２の焦点のところで再結像させる。第２の焦点は通常、インテグレータロッド又は光を均質化させる他の幾つかの手段と一致している。この場合、照明用光学部品を用いてインテグレータロッドからの光をプロジェクションのためのライトバルブ（light valve ）上に結像させる。典型的には、楕円反射板は、補助球面反射板を備えている。これにより、楕円反射板は、一層コンパクトになり、それにより反射板の集光効率を損なわないでプロジェクタのサイズを減少させることができる。

１〜６ｋＷ範囲のランプに用いられる反射板は、典型的には金属（例えば、ニッケルめっき層）又はガラスで作られている。可視光を反射させると共に反射板は更に、ランプにより生じた赤外光を第２の焦点から除く目的を達成する。これは、プロジェクタ内の発熱量を減少させるのに役立ち、また、プロジェクタの性能にとって極めて重要である。金属反射板では、これは、ＩＲ吸収膜を反射板表面のところに用いることにより達成される。ＩＲ透過膜は、ガラス反射板に用いられる傾向がある。いずれの場合においても、適正な動作を得るためには効果的な冷却を反射板及びランプに施さなければならない。

この目的のため、通常空気が直接的に又は配管を用いることにより反射板表面に当てられて反射板温度及び温度勾配を損傷が生じる下限としての所定の閾値よりも低く保つ。最も簡単な方法は、空気を強制的に軸方向に送って反射板に当てることである。しかしながら、これは、寸法上の制約のために行われないのが通例である。大抵の場合、空気は、反射板の側部に強制的に送られ、そして配管が、空気を再配分するために用いられる。この結果、高温勾配を持つ反射板の領域が生じる場合が多く、その結果、局所歪みが生じると共に結合効率が減少する。典型的には、６ｋＷランプで動作する金属及びガラス反射板の場合、効果的な冷却のためには最高８００ｃｆｍの空気流が必要である。ランプ端部及び電球も又冷却することが必要である。空気が反射板を側部から冷却するために用いられるとき、効果的な冷却は一方のランプ端部について生じる。電球を冷却するためには、反射板の後部開口部を通って空気を強制的に送り、電球の第１の端部上でこれに沿い、電球の中心上でこれに沿い、そして最後に反対側の端部上でこれに沿って送る必要がある。しかしながら、反対側の端部に沿う空気流は通常、冷却するには少なすぎる。したがって、２次ファン及び（又は）１次ファンからの複雑な余分の配管が、ランプの反対側の端部の冷却を行うために用いられる場合が多い。

小型で且つ明るいプロジェクタを製作するためには、ランプ出力が同一のままの状態で、反射板のサイズを減少させなければならない。所与のランプ出力に関して最も小型の反射板は、ガラスで作られる。これは、ＩＲ透過膜を用いるとランプの熱を除去できるからである。かかる膜の使用にあたり、ガラス温度及びかくして膜の温度は、反射板が金属で作られている場合よりも低いままである。かくして、小型の反射板を製作することができる。

それにもかかわらず、高出力（即ち、１ｋＷよりも高い）Ｘｅランプ用の反射板の費用効果がよく且つ効率的な冷却を保証する一方でインテグレータロッド上での集光を最適化することは、プロジェクタの設計者にとって困難な課題であり続けている。

本発明の特徴は、冷却システムに対応する特別な楕円形状の反射板を提供することにある。本発明の楕円反射板（以下、単に「楕円」という場合がある）の形状により、球面反射板（以下、単に「球」という場合がある）は、楕円と球のインタフェースのところに大きな直径を有することができる。これにより、楕円の後部に類似した形状をしていて、空気を楕円の外部でこれに沿って導き、次に球の内部に沿って導く空気そらせ板の配設場所が得られる。

上記特徴及び利点並びに後で明らかになる他の特徴及び利点は、以下において完全に説明されてクレーム請求される構成及び作用の詳細にあり、本願の一部をなす添付の図面を参照する。なお、図中、同一の符号は、同一の部分を示している。

図１は、複合型ランプ反射板の代表的な用途を示している。光は、楕円反射板５の第１の焦点３のところに配置された電球を備えるランプ１によって発生する。光は、インテグレータロッドと一致した第２の焦点７のところで再結像される。補助球面反射板９が、第１の焦点３からの光の逆反射を行い、それにより楕円反射板をコンパクトな設計のものにすることができる。

図１の構成例は、楕円反射板５で反射し、球面反射板９で逆反射して焦点３に至り、次に焦点７に反射される光線を示している。楕円反射板の頂点に対する第１の焦点の位置は、使用できるランプの配設場所及び出力を定め、かくして反射板のサイズを制限する。６ｋＷランプの場合では、焦点は、低出力ランプの場合よりも頂点から遠くに位置しなければならず、従ってランプは、反射板の壁から見て遠くに位置するようになっており、かくしてサイズが大きくなる。図１の設計の場合、焦点は、反射板の頂点から１０３ｍｍのところに位置する。

図２の楕円反射板５の形状により、球面要素９は、インタフェース位置のところで大きな直径を有することができる。これにより、空気を楕円反射板５の外部でこれに沿って導き、次に球面反射板９の内部に沿って導くための配設場所が得られる。楕円反射板及び球面反射板の外面は、ＩＲ光散乱を減少させ、それによりＩＲ透過量を２０％という高い割合だけ増加させるよう研磨されている。ＩＲ散乱の減少の結果として、反射板の発熱が減少すると共に冷却要件が減少する。図２の反射板設計は、第１の焦点を６０ｍｍのところに位置決めし、それによりランプを反射板表面に近づけることができ、かくして反射板全体を図１のものよりも非常に小型にすることができる。

図３に示すように、空気そらせ板１１が、インタフェースプレート１３のところで楕円反射板５及び球面反射板９に連結されている。空気そらせ板は、楕円反射板５の後部に類似した形状を有し、インタフェースプレートに密着させられている。インタフェースプレート１３は、図４を参照して詳細に説明するように、空気が楕円反射板から球面反射板に流れることができるよう球面反射板９と楕円反射板５との間の周囲に沿って通気孔１５を備えるよう設計されている。

空気そらせ板１１の内面は、耐熱塗料で塗装されている。その目的は、楕円反射板を透過したＩＲ放射線を吸収し、ＩＲ放射線が反射して楕円反射板に戻って加熱を増大させるのを阻止することにある。これは、空気そらせ板が通常、スパンアルミニウムで作られているので有用である。なお、スパンアルミニウムは、ＩＲ波長に対する反射性が非常に高い。

システムを冷却するため、図５及び図６に示すように空気を円筒形管路１７内へ吹き込む遠心送風機１６によりランプ１のベースのところの後部内へ差し向ける。空気そらせ板１１の設計により、空気は空気そらせ板の内部に取り付けられた指向性又は方向づけ羽根を用いて管路内で高速回転し又は渦を生じさせる。これら羽根は、空気を高速回転するよう差し向けるコルク栓抜きの形態に形作られている。渦発生器も又、空気そらせ板それ自体の中に配置するのがよい。空気は、強制的に楕円反射板５の後部に沿って送られ、インタフェースプレート１３のところで通気孔１５を通って送り出される。渦発生器が空気そらせ板１１内に設けられているので、空気は、楕円反射板５の後部周りに一様に循環する。空気は、球面反射板９の内部に現れ、そして前側フェースを通って流出する。そらせ板１１及び通気孔１５により、反射板５の中央部分３のところにベンチュリ効果が生じる。この真空により、空気が反射板の後部のところでランプ穴１９を通って吸い込まれ、その結果、ランプ１の効果的な冷却が行われる。この空気は、球面反射板９の前部を通って放出されている空気と合流する。反射板５の前部のところのランプ端部の冷却は、球面反射板の設計により達成される。その内方湾曲面は、この空気をランプから吸い込まれる空気と一緒にランプ端部の方へ強制的に送る。図６は、反射板５の設計により生じた空気流を示している。空気そらせ板の円筒形部分の直径がランプ穴の約１．５倍であることが重要である。これにより、空気が反射板の後部に流入したとき、その大部分は、ランプ穴を通るのではなく、楕円反射板の後部に沿って差し向けられる。もしそうでなければ、ベンチュリ効果が低くなることになる。また、空気そらせ板と楕円反射板の後部との間のスペースが、最大インタフェースプレートまでの長さ全体にわたり、１０ｍｍ未満という狭い状態のままであることが重要である。これにより、高速空気流が表面に沿って生じ、ベンチュリ効果が最大限になる。

図６に示すシステムの試験にあたり、反射板５及び６ｋＷランプ１を効果的に冷却した。単一の３００ｃｆｍファン１６では、反射板温度は、１７０℃よりも低いままであり、ランプ温度は、供給業者の仕様内に収まったままである。本発明の設計による冷却方式は、反射板及びランプの冷却のために８００ｃｆｍファンを用いる金属反射板の従来型冷却方式と比べて改良をもたらしており、かかる従来型冷却方式は、金属反射板内の反射板温度が約２５０℃であることを特徴としている。

本発明のこの効率的な冷却方式により、１〜６ｋＷランプについて非常にコンパクトなガラス反射板５の設計が可能になる。上首尾のプロトタイプの楕円反射板の直径は、３００ｍｍである。これとは対照的に、従来型金属又はガラス反射板の直径は、同一サイズのランプについて４００ｍｍである。加うるに、光学性能における顕著な向上は、本発明では、研磨した後面を用いてＩＲ透過量を向上させて冷却を行うことにより達成される。本発明を例えばレンタルステージング、据え付け施設及びディジタルシネマのような用途向きの高出力ディジタルプロジェクタに関して説明したが、本発明は、デュアル反射板（楕円反射板及び球面反射板）を用いることができるフィルムプロジェクタにも同様に利用できる。反射板冷却をかかるシステムに利用することにより、最高級プロジェクタの全体的サイズ及び冷却要件を劇的に減少させることができる。例えば、ディジタルシネマプロジェクタのサイズを、小型反射板の使用により本発明によれば最高２５％まで減少させることができ、しかも、小型化できる冷却用ファンの一層効率的な使用により騒音も又減少する。

本発明の多くの特徴及び利点は、詳細な説明から明らかであり、かくして、特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲に属する本発明のかかる全ての特徴及び利点を包含するものである。さらに、当業者であれば多くの改造例及び変更例を容易に想到できるので、本発明は図示すると共に説明した構成及び作用そのものには限定されるものではなく、従って全ての適当な改造例及び均等例は、本発明の範囲に含まれる。

先行技術のプロジェクタ用の反射板及びランプの略図である。 本発明のプロジェクタ用の反射板及びランプの略図である。 図２の反射板及びランプのためのインタフェースプレート及び空気そらせ板を備えた反射板マウントの細部を示す断面図である。 側面から見たインタフェースプレートの細部を示す図である。 図４ａの矢印Ｂの方向における正面図である。 図３の反射板の平面図であり、空気を反射板の後部内に吹き込む送風機を示す図である。 図２の反射板設計により生じた空気流を示す図である。

Claims (14)

1. プロジェクタであって、光を放出するランプと、楕円反射板とを有し、前記楕円反射板は、前記楕円反射板の第１の焦点からの前記光を捕捉し、前記光をインテグレータロッドと一致した第２の焦点のところで合焦させ、前記プロジェクタは、前記楕円反射板による反射のために前記第１の焦点を通って光を前記第２の焦点へ逆反射する球面反射板を更に有し、空気を前記楕円反射板の外部でこれに沿って導き、そして前記球面反射板の内部に沿って導くよう前記楕円反射板及び前記球面反射板の形状を適合させた、プロジェクタ。
2. 前記楕円反射板及び前記球面反射板は、ガラスである、請求項１記載のプロジェクタ。
3. 前記楕円反射板及び前記球面反射板は、金属である、請求項１記載のプロジェクタ。
4. 前記楕円反射板及び前記球面反射板の外面は、ＩＲ光散乱を減少させ、それによりＩＲ透過量を増加させるよう研磨されている、請求項２記載のプロジェクタ。
5. 前記球面反射板は、前記球面反射板と前記楕円反射板のインタフェースのところで前記楕円反射板よりも大きな直径を有し、空気が楕円反射板の外部でこれに沿って強制的に送られ、次に前記球面反射板の内部に沿って通るようになっている、請求項１記載のプロジェクタ。
6. 前記反射板は、インタフェースプレートに連結され、前記インタフェースプレートは、その周囲に沿って設けられていて、空気が前記楕円反射板の外部から前記球面反射板の内部に流れることができるようにするための複数個の通気孔を有する、請求項１記載のプロジェクタ。
7. 前記球面反射板は、空気流を前記球面反射板の内面に沿って差し向けて前記ランプの端部に当てるよう形作られている、請求項１記載のプロジェクタ。
8. 空気そらせ板が、前記インタフェースプレートのところで前記楕円反射板及び前記球面反射板に連結されており、前記空気そらせ板は、前記楕円反射板の外面に類似した形状を有し、前記空気そらせ板は、空気が前記楕円反射板から前記球面反射板に流れることができるよう前記球面反射板と前記楕円反射板との間の周囲に沿って通気孔を備えている、請求項４記載のプロジェクタ。
9. 前記空気そらせ板の内面は、前記楕円反射板を透過したＩＲ放射線を吸収し、前記ＩＲ放射線が反射して前記楕円反射板に戻るのを阻止するよう耐熱塗料を用いて黒色に塗装されている、請求項５記載のプロジェクタ。
10. 空気を前記ランプ上でこれに沿って前記球面反射板に差し向けると共に空気を前記空気そらせ板に差し向け、次いで、空気が、強制的に前記楕円反射板の前記外面に沿って送られ、前記インタフェースのところで前記通気孔を通って強制的に送り出されて前記球面反射板に送り込まれるようにする遠心送風機を更に有する、請求項８記載のプロジェクタ。
11. 前記送風機を前記空気そらせ板に連結する管路を更に有し、前記楕円反射板上で一様な循環が得られるよう空気の高速回転渦を生じさせる一連の羽根が、前記管路の内壁に取り付けられている、請求項１０記載のプロジェクタ。
12. 前記空気そらせ板は、前記空気を前記楕円反射板の前記外面の周りに一様に循環させ、そして、前記ランプ上でこれに沿って差し向けられて前記球面反射板へ送り込まれる空気よりも高い速度で空気を前記インタフェースのところで前記通気孔を通って送り出して前記球面反射板内へ送り込み、それにより前記第１の焦点のところにベンチュリ効果を生じさせて前記ランプを冷却するための渦発生器を有する、請求項８記載のプロジェクタ。
13. 前記空気そらせ板の円筒形部分は、前記楕円反射板の後部に設けられていて、空気が前記楕円反射板の外部に沿って流れることができるようにするランプ入口穴の直径よりも大きな直径を有する、請求項８記載のプロジェクタ。
14. 前記空気そらせ板と前記楕円反射板との間の間隔は、前記楕円反射板に沿う空気流の速度を増大させる狭い隙間に至るまで減少し、それにより空気を前記ランプ上でこれに沿って引き込むための冷却及びベンチュリ効果が増大している、請求項８記載のプロジェクタ。

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