JP2015094808A - 光源冷却用ユニット及び光源冷却装置並びにこれを用いた画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像投射装置を下向き配置で用いた場合であっても光源の寿命を長くすることができる光源冷却用ユニット及び光源冷却装置並びにこれを用いた画像投射装置を提供する。【解決手段】光源冷却用ユニットで、光源に向って送風するファンと、前記ファンから前記光源までを繋ぐと共に、各々が遮断状態と導風状態とで切り替えることが可能な複数の導風路を備えるダクトと、前記光源に対し前記導風路のいずれかが鉛直方向の下方より風を送る姿勢の場合に、前記光源の下方部分に最も多くの風を送る導風路を遮断状態とする調整手段と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光源を冷却する光源冷却用ユニット及び光源冷却装置並びにこれを用いた液晶プロジェクタ等の画像投射装置に関するものである。

近年、液晶プロジェクタに代表される画像投射装置は急速に需要を拡大している。また、需要の拡大に伴い、例えばプレゼンテーションやホームシアター、プラネタリウム等、用途も多種に渡る。

ここで、液晶プロジェクタの光源としてはランプが用いられており、このランプは通常の光源として使用される白熱灯と同様に寿命がある。点灯中は光源の高温側（鉛直方向で上方側）が高温となるため、光源の長寿命化を図るためには光源の高温側（鉛直方向で上方側）を冷却する必要がある。

そこで、特許文献１では、姿勢センサと空気流方向調整手段を用いて、据置設置と天吊設置とで光源の高温側（鉛直方向で上方側）が冷却されるように導風路を変更させている。また、特許文献２でも、送風球の自重により流路を遮断するようにした風向き切替部を用いて、据置設置と天吊設置と上向き設置とで光源の高温側（鉛直方向で上方側）が冷却されるように導風路を変更させている。

特開２００４−３２５７７９号公報 特開２０１１−２５３１５６号公報

しかしながら、従来技術においては、床面等の下方に向けた投射を行う下向き配置における光源への導風路の選択が考慮されていない。下向き配置においては、光源の高温側（上方部分）と光源の低温側（下方部分）とが重力方向（鉛直方向）に重なる配置となるため、従来技術の考え方からすれば光源の高温側（上方部分）が冷却されるように導風路を形成する。ところが、光源の高温側（上方部分）を冷却しようとして鉛直方向で上方側への導風路で冷却されると、光源の低温側（下方部分）が冷却されることとなり却って光源の上方側との温度差が大きくなり、光源の短寿命化を招いてしまう。

本発明の目的は、画像投射装置を下向き配置で用いた場合であっても光源の寿命を長くすることができる光源冷却用ユニット及び光源冷却装置並びにこれを用いた画像投射装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る光源冷却用ユニットは、光源に向って送風するファンと、前記ファンから前記光源までを繋ぐと共に、各々が遮断状態と導風状態とで切り替えることが可能な複数の導風路を備えるダクトと、前記光源に対し前記導風路のいずれかが鉛直方向の下方より風を送る姿勢の場合に、前記光源の下方部分に最も多くの風を送る導風路を遮断状態とする調整手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、画像投射装置を下向き配置で用いた場合であっても光源の寿命を長くすることができる。

本発明の実施形態に係る光源冷却装置における下向き設置時のランプ冷却ダクト内の略図である。 本発明の実施形態に係る光源冷却装置における据置設置時のランプ冷却ダクト内の略図である。 本発明の実施形態に係る光源冷却装置における天吊設置時のランプ冷却ダクト内の略図である。 本発明の実施形態に係る光源冷却装置における上向き設置時のランプ冷却ダクト内の略図である。 本発明の実施形態に係る光源冷却装置を搭載した画像投射装置の上面図である。 本発明の実施形態に係る光源冷却装置を搭載した画像投射装置の光学構成図である。 本発明の実施形態に係る光源冷却装置を搭載した画像投射装置の冷却構成図である。 本発明の実施形態に係る光源冷却ユニットの斜視図である。 本発明の実施形態に係る光源冷却ユニットの断面図である。 本発明の実施形態に係る導風板の駆動メカニズム略図である。 本発明の変形例の説明図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（画像投射装置）
図５において、１はランプ（ガラスの内部にガスが充填された、例えばハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ）、２はランプ１を保持する保持部材としてのランプホルダーである。ここで、後述するように、ランプ１はランプバルブ(光源)３１とリフレクタ３２（図６）により形成される。

また、図５で、αは光源３１からの光を入射する照明光学系、βは照明光学系αからの出射光を入射するＲ・Ｇ・Ｂの３色用の液晶パネルを備えた色分離合成光学系である。３は色分離合成光学系βからの出射光を入射して不図示のスクリーン（投射面）に画像を投射する投射手段としての投射レンズユニットである。

４は、ランプホルダー２と照明光学系αと色分離合成光学系βを収納すると共に、投射レンズユニット３を固定する光学ボックスである。５はバラストユニットであり、バラストユニット５の内部には光源３１を点灯制御するためのバラスト電源を備える。６は電源であり、外装キャビネット１３に組み込まれ、バラストユニット５に電気的に接続されて、筺体内に電気を供給する。

７aは、外装キャビネット１３に設けられた吸気口１７から外気を吸入し、色分離合成光学系βの図３に示す画像表示手段としてのＧ用反射型液晶表示素子４８Ｇを冷却する光学冷却ファンである。７bは、吸気口１７から外気を吸入し、色分離合成光学系βの図３に示す画像表示手段としてのＲ用反射型液晶表示素子４８Ｒおよび、Ｂ用反射型液晶表示素子４８Ｒを冷却する光学冷却ファンである。８は、光学冷却ファン７aおよび７bにより吸気口１７から流入した外気を、色分離合成系βにスムーズに送るためのＲＧＢダクトである。

９は光源３１に対して風を送る（送風する）ことで冷却するためのランプ冷却ファンであり、１０はランプ冷却ファン９を固定し、ランプ冷却ファン９からの冷却風を光源３１に送るためのランプ冷却ダクトである。１１は、光学冷却ダクト１５から排気された空気を筐体外へ排気すると共に、ＲＧＢ基板１８周辺の空気を排気する電気排気ファンである。１２は、ランプ冷却ファン９より吹き付けられ、高温となった空気を排気蓋１６より排気するランプ排気ファンである。

１３は、光学ボックス４等を収納するための外装キャビネットである。１４は、後述する偏光変換素子に筐体内の空気を吹き付けて偏光変換素子を冷却する光学冷却ファンである。１５は、光学冷却ファン１４を固定し、冷却風を偏光変換素子に送るための光学冷却ダクトである。１６は、筺体内の空気を排気するための排気口を有する排気蓋で、外装キャビネット１３から開閉可能に構成されている。１７は、外気を吸入する際に筐体内に塵埃が入ることを抑制する不図示のエアフィルタを含んだ吸気口である。また、１８は色分離合成光学系を制御するＲＧＢ基板である。

（画像投射装置の光学構成）
次に、前述した光源３１、照明光学系α、色分離合成光学系β、投射レンズユニット３にて構成される反射型液晶表示素子（反射型液晶パネル等の画像形成素子）を搭載した画像投射装置の光学構成について図６にて説明する。

概念的に本実施形態の画像投射装置は、夫々が異なる色光に対応した複数の画像変調素子としての反射型液晶表示素子に対して、異なる色光で夫々の画像変調素子を光源からの照明光で照明する第１の光学系（照明光学系α、色分離光学系）を備える。また、第１の光学系で照明された複数の画像変調素子からの異なる色光を合成する第２の光学系（色合成光学系）と、第１の光学系および第２の光学系を介して複数の画像変調素子で変調された光をスクリーン面に投射する投射光学系と、を備える。

１）照明光学系α
図６において、３１は連続スペクトルで白色光を発光するランプバルブ、３２はランプバルブ３１からの光を所定の方向に集光するリフレクタであり、ランプバルブ３１とリフレクタ３２により光源３１を形成する。３３ａはフライアイレンズＡ、３３ｂはフライアイレンズＢで、光源３１からの光を複数の光束に分割する光束分割手段である。

３４は紫外線吸収フィルタで、光源３１からの光の内、短波長側の光（紫外線）を除くための色選択性フィルタである。３５は光源３１からの指向性の無い光（無偏光光）を所定の偏光光に変換する偏光変換素子である。３６は光軸を変換するための全反射ミラーである。３７ａはコンデンサーレンズＡ、３７ｂはコンデンサーレンズＢで、フライアイレンズＡ３３ａと、フライアイレンズＢ３３ｂにて分割された複数の光束を反射型表示素子に重ねて照明するための集光手段である。以上により、照明光学系αが構成される。

２）色分離合成光学系β
図６において、３８は青色（Ｂ）と赤色（Ｒ）の波長領域の光を反射し、緑色（Ｇ）の波長領域の光を透過するダイクロイックミラーであり、３９はＲの色純度を高めるためにＲ帯域の光の使用する波長域を制限するトリミングフィルタである。４０は反射型の偏光選択手段であるワイヤーグリッド偏光板、４１は所定の波長域の光の偏光方向を変換する波長選択性位相板であるカラーセレクトである。

４２は偏光分離面を有する第1の偏光ビームスプリッタ、４３は偏光分離面を有する第２の偏光ビームスプリッタである。４４は青色（Ｂ）と緑色（Ｇ）に対してはダイクロイックミラー３８と同等に作用し、赤色（Ｒ）については偏光ビームスプリッタ４２と同等に作用する合成プリズムである。４５は青色（Ｂ）用の偏光選択手段である青色用偏光板、４６は緑色（Ｇ）用の偏光選択手段である緑色用偏光板である。

４７Ｒ、４７Ｇ、４７Ｂは、それぞれ、Ｒ用１／４波長板、Ｇ用１／４波長板、Ｂ用１／４波長板である。また、４８Ｒ、４８Ｇ、４８Ｂは、それぞれ、入射した光を反射すると共に、画像変調するＲ用反射型液晶表示素子、Ｇ用反射型液晶表示素子、Ｂ用反射型液晶表示素子である。以上により、色分離合成光学系βが構成される。

（画像投写装置の冷却構成）
次に、上記の画像投写装置における冷却構成について、図７を用いて説明する。画像投写装置は、前述の通り、冷却用ファンを４つ、排気用ファンを２つ備える。計６つの冷却および排気ファンにて構成される流路を、実線の矢印を吸気、破線の矢印を排気とし、図７に矢印にて表している。

１）液晶表示素子を含む光学素子の冷却
液晶表示素子を含む光学素子の冷却に関して、光学冷却ファン７aと光学冷却ファン７bの回転により、吸気口１７より外気が流入する。光学冷却ファン７aから流出した空気は、図６で示した色分離合成光学系βのＧ用反射型液晶表示素子４８Ｇおよび、カラーセレクト４１を含む光学素子を冷却する。光学冷却ファン７bから流出した空気は、図６で示した色分離合成光学系βのＲ用反射型液晶表示素子４８Ｒおよび、Ｂ用反射型液晶表示素子４８Ｂを冷却する。

また、図７で、各反射型液晶表示素子を冷却した空気は、光学冷却ファン１４に吸気される。光学冷却ファン１４から流出した空気は、図６で示した偏光変換素子３５を冷却する。偏光変換素子３５を冷却した空気は、電気排気ファン１１により、筐体外に排気される。

２）ＲＧＢ基板の冷却
電気排気ファン１１は、ＲＧＢ基板１８より発せられた熱を吸気により冷却し、筐体外に排気する役割も担っている。

３）光源３１の冷却（光源冷却用ユニットおよび光源冷却装置）
次に、光源３１を冷却する光源冷却用ユニットおよび光源冷却装置の構成について、図８乃至図１０に沿って説明していく。ここで、光源冷却装置は、光源３１を冷却するファン９と、以下に述べる光源冷却用ユニットと、を有する。そして、光源冷却用ユニットは、ダクト１０（図８、図９）と、冷却風の風向きを変えるため傾きが変更可能な導風板５０ａ、５０ｂと、導風板５０ａ、５０ｂの傾きを調整するカム板５１（図１０）を備える。

ここで、ダクト１０は、ファン９から光源３１への複数の導風路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３（図９）を備え、光源３１に対する各姿勢（配置）をとるものとする。そして、導風板５０ａ、５０ｂは、カム板５１により、各姿勢に応じて、各導風路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が遮断状態または導風状態となるように調整される。

図１０は、カム板５１の動作を説明する図である。重力方向に対する装置筐体の姿勢を検知するセンサとしての加速度センサ５４によって各姿勢が感知されると、導風板５０ａ、５０ｂを各姿勢に応じた傾きに調整（遮断状態または導風状態）する。このために、エンコーダ５３で検出しながらカム駆動モータを用いて、カム板５１を所定回動位置へ回動させる。カム板５１は導風板５０と連動しており、カム板５１が各姿勢に応じた所定回動位置に回動することで、導風板５０も姿勢毎に決められた傾き（遮断状態または導風状態）に調整される。

以上のような構成において、図１乃至図４を用いて各姿勢における光源３１の冷却について説明していく。先ず、図２は据置設置時の略図である。光源３１は重力方向（鉛直方向）に対し、上方部分が高温となる。そのため据置設置時は、バルブ上方に冷却風がより当たるような構成とされる。即ち、一番下側の導風路が閉状態、他の２つの導風路が開状態とされる。

図３は、天吊設置時の略図である。図２の配置に対し、重力方向が１８０度回転することになるため、高温部も１８０度位置がずれる。そのため、導風板５０ａ、５０ｂも据置設置時とは異なる傾きとなり、天吊設置時のバルブ上方に冷却風がより当たる構成とされる。即ち、天地逆転された状況で、一番下側の導風路が閉状態、他の２つの導風路が開状態とされる。

図４は、上向き設置時の略図である。図４に示されるように、バルブ高温部がランプ冷却ダクト１０側に向く配置となる。そのため、導風板５０ａ、５０ｂは、冷却風をバルブ中心に向ける必要があることから、図４のような構成とされる。即ち、各導風路が開状態（導風状態）とされる。

ここで、図１は本発明に特徴的な下向き設置時の略図である。図１に示すように、ランプ冷却ダクト１０と正対する側とは反対側にバルブ高温部が向く位置となり、バルブ低温部がランプ冷却ダクト１０と正対する側に位置する。このように、下向き設置時には、光源３１の鉛直方向で下方部分（低温部側）に対し導風路のいずれかが鉛直方向で下方より風を送る姿勢となる。そして、光源３１の下方部分（低温部側）に導風がされると、低音部側の温度が下がることで、高温部側との温度差が狭くならず、光源３１の短寿命化を招く。

そこで、光源３１に関しては、点灯中はバルブ上方がバルブ下方より高温となり、光源３１の長寿命化を図るためにはバルブ上方とバルブ下方の温度差を狭める冷却構造が必要となる。そのため、導風板５０による導風は、バルブ中心を避ける必要があり、図１のような構成とされる。即ち、真中の導風路が閉状態（遮断状態）、他の２つの導風路が開状態（導風状態）とされる。そして、バルブ上方（高温部）の冷却は、真中とは異なる他の２つの導風路により達成される。

このようにして、光源に対し導風路のいずれかが鉛直方向の下方より風を送る姿勢の場合には、導風板５０ａ、５０ｂの傾きを調整する調整手段としてのカム板５１により、光源の下方部分に最も多くの風を送る導風路が遮断状態とされる。

なお、本実施形態において、組立誤差等により、真中の導風路が鉛直方向で光源３１の下方部分に対し鉛直下方より僅かに傾き、右側の導風路が光源３１の下方部分に対し鉛直方向の下方となる場合は以下のようになる。即ち、光源３１の下方部分に最も多くの風を送る導風路は真中の導風路であるため、真中の導風路が閉状態（遮断状態）とされ、右側の導風路が閉状態（遮断状態）とされることにはならない。

（本実施形態の効果）
以上、本実施形態によれば、下向き配置となる場合において光源３１の長寿命化が図られる。そして、据置配置、天吊配置、天井等の上方へ投射する上向き配置と共に床面等の下方へ投射する下向き配置を取る場合に限らず、下向き配置専用の場合にも同様の効果を奏する。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず本発明の範囲内で種々の変形が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、２枚の導風板を用いて、各導風路を遮断状態（閉状態）または導風状態（開状態）としたが、本発明はこれに限られない。例えば、図１１に示すように各導風路と交差する方向に変位可能なシャッタ板を用いることができる。

即ち、このシャッタ板には移動方向に沿って複数（例えば７つ）の領域が設けられ、７つの領域のうち真中の一つが閉状態（開口が無い遮蔽領域）、他の６つが開状態（夫々開口が備わる開口領域）となっている。そして、据置配置、天吊配置では閉状態の領域を導風路を遮断状態とすべき対応させるように変位させる。また、上向き配置では、閉状態の領域を用いずに３つの開状態の領域を夫々３つの導風路に対応させるように変位させる。そして、下向き配置では、閉状態の領域を真中にして左右一つずつの開状態の領域を夫々３つの導風路に対応させるように変位させる。

（変形例２）
上述した実施形態では導風路を３つとしたが、４つ以上であっても良い。あるいは、２つであっても良い。

１・・ランプ、９・・ランプ冷却ファン（ファン）、１０・・ランプ冷却ダクト（ダクト）、５０a、５０ｂ・・導風板、５１・・カム板、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・導風路

Claims (8)

1. 光源に向って送風するファンと、
   前記ファンから前記光源までを繋ぐと共に、各々が遮断状態と導風状態とで切り替えることが可能な複数の導風路を備えるダクトと、
   前記光源に対し前記導風路のいずれかが鉛直方向の下方より風を送る姿勢の場合に、前記光源の下方部分に最も多くの風を送る導風路を遮断状態とする調整手段と、
   を有することを特徴とする光源冷却用ユニット。
2. 前記調整手段は、傾きが変更可能な複数の導風板を備えることを特徴とする請求項１に記載の光源冷却用ユニット。
3. 前記調整手段は、前記光源に対する前記導風路の異なる姿勢に応じて前記複数の導風板の傾きを夫々変更することを特徴とする請求項２に記載の光源冷却用ユニット。
4. 前記調整手段は、複数の開口領域と１つの遮蔽領域を備えるシャッタ板を備え、前記光源に対する前記導風路の異なる姿勢に応じて前記シャッタ板を前記導風路に交差する方向に変位することを特徴とする請求項１に記載の光源冷却用ユニット。
5. 前記複数の導風路は、３つ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源冷却用ユニット。
6. 鉛直方向で上方部分が下方部分より高温となる光源を冷却するファンと、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源冷却用ユニットと、
   を有することを特徴とする光源冷却装置。
7. 重力方向に対する装置筐体の姿勢を検知するセンサを有することを特徴とする請求項６に記載の光源冷却装置。
8. 画像表示手段と、
   光源からの光で前記画像表示手段を照明する照明光学系と、
   前記画像表示手段により表示された画像を投射面に投射する投射光学系と、
   前記光源を冷却する、請求項６又は７に記載の光源冷却装置と、
   を備えることを特徴とする画像投射装置。