JP2008052931A - 光源装置、およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】失透現象および黒化現象の双方を抑えるように発光管を効率的に冷却し、長寿命化が図れる光源装置、およびプロジェクタを提供すること。
【解決手段】光源装置１０Ａは、放電空間を有する発光管、および発光管の放電空間内に配置される一対の電極１１２を有する光源ランプ１１と、断面略凹状に広がり光源ランプ１１から放射された光束を反射するリフレクタ１２とを備えている。また、発光管に冷却空気を送風して冷却する冷却ファン１５Ａを備えている。この冷却ファン１５Ａが、絶対温度３７３Ｋ以上の空気を吸入して発光管に送風することにより、発光管における最高温度部と最低温度部との温度差を小さくすることができる。これにより、失透現象および黒化現象の双方を抑えるように発光管を効率的に冷却し、光源装置１０Ａの長寿命化が図れる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置、およびプロジェクタに関する。

従来、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調し光学像を拡大投射するプロジェクタが利用されている。このようなプロジェクタに用いられる光源装置としては、放電空間を有する発光管、および前記発光管の放電空間に配置される一対の電極を有する光源ランプと、光源ランプから放射された光束を反射するリフレクタとを備えた構成が多用される。このような光源装置では、発光管が高温になりやすく、該光源装置自体の寿命の低下を引き起こしやすい。そして、従来では、冷却ファンにより発光管に向けて冷却空気を送風する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２１５７１１号公報

ところで、発光管に生じる問題としては、以下の問題がある。
例えば、発光管が所定温度よりも高くなった場合には、ガラス状態から結晶が析出する、いわゆる失透現象が生じることとなる。このような失透現象は、光源ランプの照度の低下や破損を引き起こす要因となる。
また、例えば、発光管が所定温度よりも低くなった場合には、蒸発した電極材料が発光管の内壁に付着する、いわゆる黒化現象が生じることとなる。このような黒化現象は、失透現象と同様に、光源ランプの照度の低下や破損を引き起こす要因となる。
このため、失透・黒化現象の双方を抑えるように発光管を冷却する必要がある。
特許文献１に記載の冷却構造では、比較的に低い温度（室温）の空気を発光管に向けて送風している。このため、発光管において、最高温度となる部分（以下、最高温度部）と最低温度となる部分（以下、最低温度部）との温度差を小さくすることが難しい。すなわち、発光管の失透現象を抑えるために、最高温度部を目標温度まで下げると、最低温度部の温度が低くなりすぎて黒化現象が生じてしまう。一方、発光管の黒化現象を抑えるために、最低温度部を目標温度まで上げると、最高温度部の温度が高くなりすぎて失透現象が生じてしまう。
したがって、失透現象および黒化現象の双方を抑えるように発光管を効率的に冷却し、光源装置の長寿命化が図れる技術が要望されている。

本発明の目的は、失透現象および黒化現象の双方を抑えるように発光管を効率的に冷却し、長寿命化が図れる光源装置、およびプロジェクタを提供することにある。

本発明の光源装置は、放電空間を有する発光管、および前記発光管の放電空間内に配置される一対の電極を有する光源ランプと、断面略凹状に広がり前記光源ランプから放射された光束を反射するリフレクタとを備えた光源装置であって、前記発光管に冷却空気を送風して冷却する冷却ファンを備え、前記冷却ファンは、絶対温度３７３Ｋ以上の空気を吸入して前記発光管に送風すること特徴とする。

本発明によれば、発光管には、冷却ファンにより、絶対温度３７３Ｋ以上の空気が送風される。このことにより、例えば従来のように比較的に低い温度の空気が発光管に送風される構成と比較して、発光管における最高温度部と最低温度部との温度差を小さくすることができる。すなわち、失透現象および黒化現象に対する温度マージンを増大させることができる。このため、最高温度部を目標温度まで下げたとしても最低温度部の温度が低くなりすぎることがなく、また、最低温度部を目標温度まで上げたとしても最高温度部の温度が高くなりすぎることがない。従って、失透現象および黒化現象の双方を抑えるように発光管を効率的に冷却し、光源装置の長寿命化が図れる。

本発明の光源装置では、前記冷却ファンは、前記リフレクタの光射出後方側の空気を吸入して前記発光管に送風することが好ましい。
ところで、リフレクタは、発光管からの放射熱により高温化するものである。そのため、リフレクタの光射出後方側に滞留する空気は、リフレクタにより温められて３７３Ｋ以上の温度になりやすい。
本発明によれば、冷却ファンは、リフレクタの光射出後方側の絶対温度３７３Ｋ以上の空気を吸入して発光管に送風するので、ヒータ等で絶対温度３７３Ｋ以上の空気を生成することを不要とし、簡単な構造で発光管を効率的に冷却できる。
また、リフレクタと発光管とは近接配置されているので、リフレクタの光射出後方側から発光管に送風されるまでの空気の熱損失を抑えることができ、確実に絶対温度３７３Ｋ以上の空気で発光管を冷却することができる。

本発明の光源装置では、前記リフレクタの光射出前方側には、前記リフレクタを支持するランプハウジングが設けられ、前記ランプハウジングには、内外を連通する開口が形成され、前記冷却ファンは、前記ランプハウジング内部に配設され、前記ランプハウジング内部の空気を吸入して前記発光管に送風することが好ましい。

本発明によっても、発光管には、冷却ファンにより、絶対温度３７３Ｋ以上の空気が送風されるので、発光管における最高温度部と最低温度部との温度差を小さくすることができ、最高温度部を目標温度まで下げたとしても最低温度部の温度が低くなりすぎることがなく、また、最低温度部を目標温度まで上げたとしても最高温度部の温度が高くなりすぎることがない。従って、失透現象および黒化現象の双方を抑えるように発光管を効率的に冷却し、光源装置の長寿命化が図れる。
また、ランプハウジング内の空気が発光管に送風されるので、送風距離を短くすることができ、熱損失を十分に抑えることができる。従って、より確実に絶対温度３７３Ｋ以上の空気で発光管を冷却することができる。

本発明のプロジェクタは、光源装置と、前記光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置にて変調された光束を拡大投射する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、前記光源装置は、前述の光源装置であることを特徴とする。
本発明によれば、プロジェクタは、前述した光源装置を備えているので、前述した光源装置と同様の作用・効果を享受できる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態のプロジェクタ１を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクタ１の構成〕
図１は、本実施形態におけるプロジェクタ１の概略構成を示す平面図である。
プロジェクタ１は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成し、当該画像光をスクリーン等の投射面上に拡大投射する光学機器である。このプロジェクタ１は、図１に示すように、略直方体状の外装筐体２と、この外装筐体２内部に収納配置される光学ユニット３とを備えて構成されている。なお、具体的な図示および説明は省略するが、外装筐体２内部には、これらのユニット１〜３の他、プロジェクタ１の構成部材に外部からの電力を供給する電源ユニット、プロジェクタ１内部を冷却する冷却ユニット、プロジェクタ１全体を制御する制御装置等が配置される。

〔外装筐体２の構成〕
外装筐体２は、射出成型等による合成樹脂製品であり、プロジェクタ１の天面、前面、背面、および側面をそれぞれ構成するアッパーケース、およびプロジェクタ１の底面、前面、背面、および側面をそれぞれ構成するロアーケース等で構成される。そして、各ケースは、互いにねじ等で固定されている。
なお、外装筐体２は、合成樹脂製に限らず、その他の材料にて形成してもよく、例えば、金属等により構成してもよい。

〔光学ユニット３の構成〕
光学ユニット３は、外装筐体２内部に配置され、画像光を形成して拡大投射する。この光学ユニット３は、図１に示すように、光源装置１０Ａ、均一照明光学系２０、色分離光学系３０、リレー光学系３５、光学装置４０、および投射光学装置としての投射光学系５０を備えて構成され、これらの光学系２０〜３５を構成する光学素子および光学装置４０は、所定の照明光軸Ａが設定された光学部品用筐体６０内に位置決め調整されて収納されている。

光源装置１０Ａは、光源ランプ１１から放射された光束を一定方向に揃えて射出し、光学装置４０を照明するものであり、詳しくは後述するが、光源ランプ１１、リフレクタ１２、ランプハウジング１３Ａ、平行化レンズ１４、および冷却ファン１５Ａを備えている。光源ランプ１１とリフレクタ１２とは一体化されてランプハウジング１３Ａに支持されている。このランプハウジング１３Ａが所定位置に位置決め配置されることで、光源ランプ１１から射出される光束の中心軸と、光学部品用筐体６０内に設定された照明光軸Ａとが一致する。
光源ランプ１１から放射された光束は、リフレクタ１２により光源装置１０Ａの前方側に射出方向を揃えて集束光として射出され、平行化レンズ１４によって平行化され、均一照明光学系２０に射出される。

また、詳しくは後述するが、図１に示すように、光源ランプ１１には、冷却ファン１５Ａから冷却空気が送られる。光源ランプ１１を冷却した冷却空気は、排出ファン５によって吸入され、外装筐体２の側面に形成された図示しない排出口を介して、プロジェクタ１外部に排出される。この際、排出ファン５は、ランプハウジング１３Ａに設けられた排出口１３４１と対向した位置に設けられ、ランプハウジング１３Ａから排出された冷却空気を効果的に吸入できるように配置されている。
なお、図１ではリフレクタ１２が楕円面リフレクタ１２として構成されている場合を示しており、リフレクタ１２がパラボラリフレクタとして構成される場合には平行化レンズ１４を省略する。

均一照明光学系２０は、光源装置１０Ａから射出された光束を複数の部分光束に分割し、照明領域の面内照度を均一化する光学系である。この均一照明光学系２０は、第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ２２、偏光変換素子２３、および重畳レンズ２４を備えている。
第１レンズアレイ２１は、光源装置１０Ａから射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明光軸Ａと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えて構成される。
第２レンズアレイ２２は、上述した第１レンズアレイ２１により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ２１と同様に照明光軸Ａに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えた構成を有している。

偏光変換素子２３は、第１レンズアレイ２１により分割された各部分光束の偏光方向を略一方向の直線偏光に揃える偏光変換素子である。
この偏光変換素子２３は、図示を略したが、照明光軸Ａに対して傾斜配置される偏光分離膜および反射膜を交互に配列した構成を具備する。偏光分離膜は、各部分光束に含まれるＰ偏光光束およびＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、反射膜によって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわち照明光軸Ａに沿った方向に射出される。射出された偏光光束のいずれかは、偏光変換素子２３の光束射出面に設けられる位相差板によって偏光変換され、略全ての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このような偏光変換素子２３を用いることにより、光源ランプ１１から射出される光束を、略一方向の偏光光束に揃えることができるため、光学装置４０で利用する光源光の利用率を向上することができる。

重畳レンズ２４は、第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ２２、および偏光変換素子２３を経た複数の部分光束を集光して光学装置４０の後述する３つの液晶パネルの画像形成領域上に重畳させる光学素子である。

色分離光学系３０は、２枚のダイクロイックミラー３１，３２と、反射ミラー３３とを備え、ダイクロイックミラー３１，３２により均一照明光学系２０から射出された複数の部分光束を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する機能を具備する。
ダイクロイックミラー３１，３２は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長領域の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子である。そして、光路前段に配置されるダイクロイックミラー３１は、青色光を反射し、その他の色光を透過するミラーである。また、光路後段に配置されるダイクロイックミラー３２は、緑色光を反射し、赤色光を透過するミラーである。

リレー光学系３５は、入射側レンズ３６と、リレーレンズ３８と、反射ミラー３７，３９とを備え、色分離光学系３０を構成するダイクロイックミラー３１，３２を透過した赤色光を光学装置４０まで導く機能を有している。なお、赤色光の光路にこのようなリレー光学系３５が設けられているのは、赤色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。本実施形態においては赤色光の光路の長さが長いのでこのような構成とされているが、青色光の光路の長さを長くしてリレー光学系３５を青色光の光路に用いる構成も考えられる。

上述したダイクロイックミラー３１により分離された青色光は、反射ミラー３３により曲折された後、フィールドレンズ４１を介して光学装置４０に供給される。また、ダイクロイックミラー３２により分離された緑色光は、そのままフィールドレンズ４１を介して光学装置４０に供給される。さらに、赤色光は、リレー光学系３５を構成するレンズ３６，３８および反射ミラー３７，３９により集光、曲折されてフィールドレンズ４１を介して光学装置４０に供給される。なお、光学装置４０の各色光の光路前段に設けられるフィールドレンズ４１は、第２レンズアレイ２２から射出された各部分光束を、各部分光束の主光線に対して平行な光束に変換するために設けられている。

光学装置４０は、入射した光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものである。この光学装置４０は、照明対象となる光変調装置としての液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ（赤色光側の液晶パネルを４２Ｒ、緑色光側の液晶パネルを４２Ｇ、青色光側の液晶パネルを４２Ｂとする）と、クロスダイクロイックプリズム４３とを備えて構成される。なお、フィールドレンズ４１および各液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの間には、入射側偏光板４４が介在配置され、各液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂおよびクロスダイクロイックプリズム４３の間には、射出側偏光板４５が介在配置され、入射側偏光板４４、液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ、および射出側偏光板４５によって入射する各色光の光変調が行なわれる。

液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴ(Thin Film Transistor)をスイッチング素子として、与えられた画像信号にしたがって、入射側偏光板４４から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。
クロスダイクロイックプリズム４３は、射出側偏光板４５から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム４３は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の誘電体多層膜は、青色光を反射するものであり、これらの誘電体多層膜によって赤色光および青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。
そして、クロスダイクロイックプリズム４３から射出されたカラー画像は、投射光学系５０によって拡大投射され、図示を略したスクリーン上で大画面画像を形成する。

〔光源装置１０Ａの構成〕
図２は、光源装置１０Ａの分解斜視図、図３は、光源装置１０Ａの組立図、図４は、光源装置本体１１０の断面図である。
光源装置１０Ａは、前述したように、光源ランプ１１と、リフレクタ１２と、平行化レンズ１４と、ランプハウジング１３Ａと、冷却ファン１５Ａとを備えて構成されている。
光源ランプ１１は、図４に示すように、石英ガラス管から構成される発光管１１１と、この発光管１１１内に配置される一対の電極１１２および図示しない封入物とを備える。
ここで、光源ランプ１１としては、高輝度発光する種々の光源ランプを採用でき、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ等を採用できる。

発光管１１１は、図４に示すように、中央部分に位置し略球状に膨出する発光部１１１１と、この発光部１１１１の両側に延びる一対の封止部１１１２，１１１３とで構成される。
発光部１１１１の内部には、内壁１１１１１により取り囲まれた略球状の空間から放電空間が形成され、この放電空間内には、一対の電極１１２と、水銀、希ガス、および少量のハロゲンが封入されている。
一対の封止部１１１２，１１１３の内部には、一対の電極１１２と電気的に接続されるモリブデン製の金属箔１１２Ａが挿入され、ガラス材料等で封止されている。

そして、この金属箔１１２Ａに接続されたリード線１１３に電圧を印加すると、図４に示すように、金属箔１１２Ａを介して電極１１２間に電位差が生じて放電が生じ、アーク像Ｄが生成して発光部１１１１内部が発光する。この際、発光部１１１１内部の内壁１１１１１は、このアーク放電によって放熱される熱により１３００Ｋ（略１０００℃）以上に熱せられる。

リフレクタ１２は、図４に示すように、楕円曲面状の反射部１２２、および反射部１２２の基部に形成された首状部１２１を備えた石英ガラス製の一体成形品である。反射部１２２の回転曲線形状のガラス面には、金属薄膜が蒸着形成され、反射面１２２Ａが構成されている。首状部１２１には、中央に挿入孔１２３が形成されている。光源ランプ１１は、この挿入孔１２３に封止部１１１３が挿入されることにより、発光部１１１１内の電極１１２間の発光中心Ｏが反射面１２２Ａの楕円曲面の第１焦点Ｆ１位置となるように配置される。また、光源ランプ１１の封止部１１１３が挿入孔１２３に挿入されることにより、光源ランプ１１とリフレクタ１２とが一体化され、光源装置本体１１０が構成される。このリフレクタ１２の反射部１２２の開口側端縁は、枠状に形成された取付部１２２１（図２参照）となっている。

ここで、光源ランプ１１を点灯すると、図４に示すように、発光部１１１１から放射された光束は反射面１２２Ａで反射され、楕円曲面の第２焦点Ｆ２位置に収束する収束光となる。この際、リフレクタ１２の反射部１２２は、この光源ランプ１１から放射された光束により熱せられて非常に高温となる。

ランプハウジング１３Ａは、図２および図３に示すように、一面１３１が開口した断面視略Ｕ字状の箱状部材として構成されている。光源装置本体１１０は、この開口した面１３１の縁１３１１に、取付部１２２１が例えば接着剤などによって圧着固定されることにより、ランプハウジング１３Ａの照明光束射出後方側に取り付けられている。ランプハウジング１３Ａの照明光束射出前方側の面１３２（前面（図３））には、光源ランプ１１から射出された光束を平行化するための平行化レンズ１４が取り付けられている（図３では図示略）。光源ランプ１１の発光中心Ｏ、および平行化レンズ１４の中心軸は、ランプハウジング１３Ａが所定位置に配置されることにより、光学部品用筐体６０内に設定された照明光軸Ａ上に配置される。

図２および図３に示すように、このようなランプハウジング１３Ａの照明射出方向側から見て右側（図３中奥側）の側壁１３３には、この側壁１３３に沿ってダクト１３０が一体成形されている。ダクト１３０には、冷却ファン１５Ａが取り付けられているとともに、内部には、給気通路１３０１が形成されている。給気通路１３０１は、ランプハウジング１３Ａの側壁１３３では、ランプハウジング１３Ａ内部へ冷却空気を送る送出口１３３１として開口し、冷却ファン１５Ａが取り付けられるファン取付面１３０２では、接続口１３０３として開口している。送出口１３３１は、送出口１３３１から送出される冷却空気がランプハウジング１３Ａ内部で適当に広がり、均一に発光管１１１を冷却する位置に配設されている。これにより、送出口１３３１から送出される冷却空気の主流が直接発光部１１１１に当たり、発光部１１１１が局部的に冷却されて発光管１１１に黒化現象が生じることのないようにされている。
また、ランプハウジング１３Ａの照明射出方向側から見て左側（図３中手前側）の側壁１３４には、送出口１３３１と対向する位置に、ランプハウジング１３Ａの内外を連通し、冷却空気をランプハウジング１３Ａ外へ排出する開口としての排出口１３４１が設けられている。送出口１３３１と排出口１３４１とには、光源ランプ１１の破裂時にランプの破片の飛散を防ぐ図示しないメッシュが取り付けられている。

シロッコファンである冷却ファン１５Ａは、具体的な図示を省略したが、回転軸上に複数の羽根部材が設けられた回転駆動源としてのモータと、当該モータを内部に収納するケーシングとを備え、図２および図３に示すように、リフレクタ１２の側方、かつ、回転軸がリフレクタ１２（光源ランプ１１）の光軸と直交するように配置されている。冷却ファン１５Ａの回転軸に直交する面には、吸入口１５Ａ１が形成され、回転面の外周部分には、ダクト１３０の接続口１３０３と接続する吐出口１５Ａ２（図２）が形成されている。
この冷却ファン１５Ａの吸入口１５Ａ１には、複数の羽部材を有するルーバ１５ＡＢが取り付けられている。ルーバ１５ＡＢの各羽根部材１５ＡＢ１は、リフレクタ１２の反射部１２２の光射出後方側に向けて傾斜しており、反射部１２２の光射出後方側に滞留する空気を冷却ファン１５Ａに導く。

ここで、光源ランプ１１を冷却する冷却空気の具体的な流れを以下に説明する。
光源ランプ１１から放射された光束によって熱せられて非常に高温となったリフレクタ１２により、リフレクタ１２の光射出後方側に滞留する空気は絶対温度３７３Ｋ（１００℃）以上に熱せられている。この３７３Ｋ以上の空気は、図１および図３に示されるように、冷却ファン１５Ａの回転によって、羽部材１５ＡＢ１に沿って吸入口１５Ａ１から吸入され、吐出口１５Ａ２からダクト１３０内の給気通路１３０１に噴出される。給気通路１３０１に噴出された３７３Ｋ以上の冷却空気は、送出口１３３１からランプハウジング１３Ａ内に送出され、ランプハウジング１３Ａ内で適当に広がり、発光管１１１を均一に冷却する。発光管１１１を冷却した冷却空気は、排出口１３４１からランプハウジング１３Ａ外部へ排出され、排出ファン５によってプロジェクタ１外部に排出される。

上述した本実施形態においては、以下の効果がある。
発光管１１１には、冷却ファン１５Ａによって絶対温度３７３Ｋ以上の空気が送風されるので、例えば従来のように比較的に低い温度の空気が発光管１１１に送風される構成と比較して、発光管１１１における最高温度部と最低温度部との温度差を小さくすることができる。すなわち、失透現象および黒化現象に対する温度マージンを増大させることができる。このため、最高温度部を目標温度まで下げたとしても最低温度部の温度が低くなりすぎることがなく、また、最低温度部を目標温度まで上げたとしても最高温度部の温度が高くなりすぎることがない。従って、失透現象および黒化現象の双方を抑えるように発光管１１１を効率的に冷却でき、光源装置１０Ａの長寿命化が図れる。

本実施形態のプロジェクタ１は、光源装置１０Ａの長寿命化を図ることのできる光源装置１０Ａを備えているので、ランニングコストを低減することができる。
また、冷却ファン１５Ａは、リフレクタ１２の光射出後方側の３７３Ｋ以上の空気を吸入して発光管１１１に送風するので、ヒータ等で３７３Ｋ以上の空気を生成することを不要とし、簡単な構造で発光管１１１を効率的に冷却できる。

さらに、リフレクタ１２と発光管１１１とは近接配置されているので、リフレクタ１２の光射出後方側に滞留する空気を吸入する冷却ファン１５Ａと、送出口１３３１から発光管１１１に冷却空気を送出するランプハウジング１３Ａとを連通する給気通路１３０１を短くすることができ、リフレクタ１２の光射出後方側から、発光管１１１に送風されるまでの空気の熱損失を抑えることができる。従って、確実に３７３Ｋ以上の空気で発光管１１１を冷却することができる。
また、送出口１３３１は、ランプハウジング１３Ａにおいて、送出口１３３１から送出される冷却空気がランプハウジング１３Ａ内部で適当に広がり均一に発光管１１１に当たる位置に配設されているので、発光管１１１を均一に冷却することができ、発光管１１１をより効率的に冷却することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態における光源装置１０Ｂについて説明する。
本実施形態の光源装置１０Ｂは、前記第１実施形態の光源装置１０Ａと同様の構成を備えるが、前記第１実施形態の光源装置１０Ａでは、リフレクタ１２の側方に冷却ファン１５Ａが配置され、この冷却ファン１５Ａにより、リフレクタ１２の光射出後方側で温められた空気が給気通路１３０１を介して発光管１１１に送風されていたのに対し、本実施形態の光源装置１０Ｂでは、ランプハウジング１３Ｂ内部に冷却ファン１５Ｂが配設され、この冷却ファン１５Ｂにより、光源ランプ１１によって温められたランプハウジング１３Ｂ内の空気が発光管１１１に送風される点が特徴である。以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。

図５の（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態に係る光源装置１０Ｂを示す三面図であり、（Ａ）は光源装置１０Ｂの照明射出方向側から見た正面図（一部断面図）、（Ｂ）は光源装置１０Ｂの左側面図（一部断面図）、（Ｃ）は光源装置１０Ｂの上面図（一部断面図）である。
本実施形態の光源装置１０Ｂは、図５の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、光源ランプ１１と、リフレクタ１２と、ランプハウジング１３Ｂと、平行化レンズ１４とを備えて構成されている。ランプハウジング１３Ｂの照明射出方向側から見て右側（図５の（Ａ），（Ｃ）中右側）の側壁１３３には、冷却ファン１５Ｂが配設されている。冷却ファン１５Ｂは、発光管１１１側に若干傾斜して配設されており、送風する空気がランプハウジング１３Ｂ内で渦を巻き、均一に発光管１１１に当たるようにされ、送風する冷却空気の主流が直接発光部１１１１に当たることのないようにされている。

また、ランプハウジング１３Ｂの照明射出方向側から見て左側（図５の（Ａ），（Ｃ）中右側）の側壁１３４には、冷却ファン１５Ｂと対向する位置に、冷却空気をランプハウジング１３Ｂの外に排出する排出口１３４１が設けられている。排出口１３４１には、光源ランプ１１の破裂時にランプの破片の飛散を防ぐ図示しないメッシュが取り付けられている。

次に、光源ランプ１１を冷却する冷却空気の具体的な流れを説明する。
ランプハウジング１３Ｂ内の空気は、光源ランプ１１から放射された光束によって３７３Ｋ（１００℃）以上に熱せられている。冷却ファン１５Ｂは、ランプハウジング１３Ｂ内のこの３７３Ｋ以上の空気を吸入して送風する。冷却ファン１５Ｂにより送風された冷却空気は、ランプハウジング１３Ｂ内で渦を巻き、発光管１１１を均一に冷却した後、排出口１３４１からランプハウジング１３Ｂ外部へ排出される。

このような光源装置１０Ｂでも、前記第１実施形態の光源装置１０Ａと同様に、発光管１１１には、冷却ファン１５Ｂによって３７３Ｋ以上の空気が送風されるので、発光管における最高温度部と最低温度部との温度差を小さくすることができる。これにより、最高温度部を目標温度まで下げたとしても最低温度部の温度が低くなりすぎることがなく、また、最低温度部を目標温度まで上げたとしても最高温度部の温度が高くなりすぎることがない。従って、失透現象および黒化現象の双方を抑えるように発光管１１１を効率的に冷却でき、光源装置１０Ｂの長寿命化が図れる。

また、ランプハウジング１３Ｂ内の空気が冷却ファン１５Ｂで吸入、送風されるため、ランプハウジング１３Ｂ内の温度を均一化することができる。よって、発光管１１１における最高温度部と最低温度部との温度差をさらに小さくすることができる。

〔熱流体シミュレーション〕
次に、本発明の効果を熱流体シミュレーションによって確認した。以下の熱流体シミュレーションは、本発明に基づいた光源装置１０Ａにおいて、光源ランプ１１の発光部１１１１の内壁最大温度および内壁最小温度と、発光部１１１１の外壁最大温度および外壁最小温度とを測定するものである。

〔冷却条件〕
本熱流体シミュレーションでは、各種の温度の冷却空気を、発光管１１１の長手方向中心軸に対して先端側に向かって斜め向きに当てた。なお、この際、発光部１１１１の局部冷却を避けるため、冷却空気の主流は、発光管１１１の光射出方向前方の封止部１１１２に当たるようにした。また、冷却空気の温度条件を２９３Ｋ（２０℃）、３７３Ｋ（１００℃）、３９３Ｋ（１２０℃）、４１３Ｋ（１４０℃）、４７３Ｋ（２００℃）と変化させるとともに、各温度に応じて風速条件を変化させ、内壁最大温度、内壁最小温度、外壁最大温度、外壁最小温度の測定を行った。そして、内壁最大温度から内壁最小温度を引いて最大内壁温度差を計算し、外壁最大温度から外壁最小温度を引いて最大外壁温度差を計算した。
なお、各温度条件での風速条件は以下のようにして決定した。まず、略室温と仮定した２９３Ｋ（２０℃）の冷却空気を、十分に発光管１１１の失透を防ぐことのできる風速１ｍ／ｓで発光管１１１に当て、内壁最大温度を計測した。そして、各温度条件での測定の際には、冷却空気の風速を、内壁最大温度がこの内壁最大温度と略等しくなるような風速に設定して、内壁最小温度等の測定を行った。その結果を表１に示す。

〔特性の評価〕
本熱流体シミュレーションによれば、略室温である２９３Ｋの冷却空気を風速１ｍ／ｓで発光管１１１に当てた場合、内壁最小温度が１１０５Ｋとなり、発光管１１１の内壁１１１１１における最高温度部と最低温度部との温度差、つまり、内壁最大温度差が１２７Ｋも生じてしまう。
これに対し、３７３Ｋ，３９３Ｋ、４１３Ｋ、４７３Ｋの冷却空気を発光管１１１に当てた場合には、内壁最大温度差は１１６Ｋ以下となり、内壁最大温度差を、２９３Ｋの場合と比べて１１Ｋ以上も小さくすることができる。また、発光管１１１における発光部１１１１の外壁最大温度、外壁最小温度、および外壁最大温度差の測定結果も、内壁１１１１１の測定結果と同様の傾向、つまり３７３Ｋ以上の冷却空気を当てた場合、外壁最大温度差が１４Ｋ以上小さくなることを示す。

これらにより、３７３Ｋ以上の冷却空気を発光管１１１に当てた場合、発光管１１１のにおける最高温度部と最低温度部との温度差を小さくできることが確認できた。従って、３７３Ｋ以上の冷却空気を発光管１１１に当てることで、失透現象および黒化現象の双方を抑えるように発光管１１１を効率的に冷却することができ、光源装置１０Ｂの長寿命化が図れることが分かる。

〔実施形態の変形〕
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更が可能である。
すなわち、前記各実施形態では、光源ランプ１１の発光管１１１に送る冷却空気として、発熱部品であるリフレクタ１２の光射出後方側に滞留する空気、あるいはランプハウジング１３Ｂ内の温められた空気を用いる構成を説明したが、これに限らず、ヒータなどで温めた３７３Ｋ以上の空気を、発光管１１１に送る構成としてもよい。
また、光源ランプ１１に副反射鏡が設けられていてもよい。
前記各実施形態では、箱型のランプハウジング１３Ａ，１３Ｂを用いていたが、これに限らず、円筒型等の箱型以外の形状でもよい。

前記実施形態では、３つの液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを用いたプロジェクタ１の例のみを挙げたが、本発明は、１つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、２つの液晶パネルを用いたプロジェクタ、あるいは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。
前記実施形態では、光入射面と光射出面とが異なる透過型の液晶パネル４２を用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。

前記実施形態では、光変調装置として液晶パネル４２を用いていたが、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。この場合は、光束入射側および光束射出側の偏光板は省略できる。
前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行なうフロントタイプのプロジェクタ１の例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
前記実施形態では、プロジェクタに本発明の光源装置１０Ａを採用していたが、本発明はこれに限らず、他の光学機器に本発明の光源装置１０Ａ，１０Ｂを採用してもよい。

なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明の光源装置は、失透現象および黒化現象の双方を抑えるように発光管を効率的に冷却し、長寿命化が図れるため、ホームシアタやプレゼンテーションで利用されるプロジェクタの光源装置として利用できる。

本発明の第１実施形態におけるプロジェクタの概略構成を示す平面図。 前記実施形態における光源装置の分解斜視図。 前記実施形態における光源装置の組立図。 前記実施形態における光源装置本体の断面図。 本発明の第２実施形態における光源装置を示す三面図。

符号の説明

１…プロジェクタ、１１…光源ランプ、１２…リフレクタ、１０Ａ，１０Ｂ…光源装置、１３Ａ，１３Ｂ…ランプハウジング、１５Ａ，１５Ｂ…冷却ファン、４２…液晶パネル（光変調装置）、５０…投射光学系（投射光学装置）、１１１…発光管、１１２…電極、１３４…側壁、１３４１…排出口（開口）。

Claims (4)

1. 放電空間を有する発光管、および前記発光管の放電空間内に配置される一対の電極を有する光源ランプと、断面略凹状に広がり前記光源ランプから放射された光束を反射するリフレクタとを備えた光源装置であって、
   前記発光管に冷却空気を送風して冷却する冷却ファンを備え、
   前記冷却ファンは、絶対温度３７３Ｋ以上の空気を吸入して前記発光管に送風すること特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記冷却ファンは、前記リフレクタの光射出後方側の空気を吸入して前記発光管に送風することを特徴とする光源装置。
3. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記リフレクタの光射出前方側には、前記リフレクタを支持するランプハウジングが設けられ、
   前記ランプハウジングには、内外を連通する開口が形成され、
   前記冷却ファンは、前記ランプハウジング内部に配設され、前記ランプハウジング内部の空気を吸入して前記発光管に送風することを特徴とする光源装置。
4. 光源装置と、前記光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置にて変調された光束を拡大投射する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、
   前記光源装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の光源装置であることを特徴とするプロジェクタ。

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