JP3752847B2 - 光源ユニット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は光源ユニットに関する。特に、液晶プロジェクター等の投影機器などに使用される光源ユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶プロジェクターなどに使用される光源ユニットには、光源として、メタルハライドランプや超高圧水銀ランプといった放電ランプが使用される。この放電ランプからの放射光は凹面反射鏡により集光され、さらにインテグレータレンズ等の各種光学レンズでスクリーンでの照度が均一になるように工夫され、液晶面に照射される。
【0003】
例えば、光源ランプとして使用されるショートアーク型の放電ランプは、点灯時には、発光管内の圧力が20〜150atm程度の動作圧のものがあるが、通常使用のランプ寿命の期間内において、発光管が劣化して放電ランプが破損することもあると考えられる。
【0004】
この破損対策として、破片が飛散しないように凹面反射鏡の光照射側に前面ガラス等の透光性部材を配して光源ユニットを密閉化したものとして特開平5−251054号公報が知られている。
【0005】
液晶プロジェクター内では、発光管の上部が特に高温になり易く、この部分における石英ガラスが失透してしまうことがある。この石英ガラスの失透対策としては発光管を冷却することが、例えば、特開平5−135746号に開示されているが、送風ノズルを凹面反射鏡の首部から反射面側に導入し、発光管上部を冷やすというものであり、前面ガラス等の前カバーを有するものではない。
【0006】
前面ガラスを有する光源ユニットの場合には、凹面反射鏡の前面開口側に位置する放電ランプの封止部が高温になりやすい。この封止部の金属箔温度が例えば、350℃を超える高温になると、金属箔は酸化を起こし、あるいは、膨脹して封止部内でクラック等を発生させることがある。
【0007】
このように、前面ガラス等の前面カバーを有する光源ユニットでは、囲まれた空間内において発光管を効率よく冷却し、かつ放電ランプの封止部の金属箔の酸化を良好に防止するということが要求される。さらに、凹面反射鏡の鏡面温度も高温になり、蒸着膜の耐熱温度を超えたり、あるいは反射鏡の内面と外面の間で大きな温度差を生じた場合に、蒸着膜のヒビ割れ等の熱劣化や反射鏡が熱によりクラック等の破壊を起すことがある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、前面ガラス等の前面カバーを有する光源ユニットにおいて、発光管の冷却と同時に凹面反射鏡の前面開口側に位置する放電ランプの封止部の冷却を良好に行い、かつ、凹面反射鏡の鏡面も良好に冷却できる光源ユニットを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の光学ユニットは、前面開口が前面カバーで覆われた凹面反射鏡の首部に光軸が一致するように放電ランプが固定され、この放電ランプは略水平に配置される光源ユニットにおいて、前記首部には冷却排風穴を有するとともに、前面開口の下側周縁部には複数の冷却送風穴を有し、この冷却送風穴のうち少なくとも一つは、放電ランプの封止部であって前面開口側に位置する封止部に対して吹出口が向いており、また、他の冷却送風穴のうち少なくとも一つは、凹面反射鏡の上部側鏡面に対して、冷却風が直接当たるよう、その吹き出し口が向いていることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の光源ユニットの実施例を示す。放電ランプ10は凹面反射鏡20(以下、「反射鏡」ともいう)の中に略水平になるように配置され、反射鏡20の前面開口には前面カバー30が配置される。
【0011】
放電ランプ10は、例えば、150Wのメタルハライドランプであって、発光部11の中に一対の電極を有し、発光部11の両端には封止部12が形成される。封止部12の中には金属箔が埋設され、この金属箔の一端には電極が接続されるとともに、他端には外部リードが接続される。
【0012】
反射鏡20の首部21には、接着剤24の漏れ止め用に内側キャップ26が入れられたスリーブ22が接着剤24により取り付けられ、続いて放電ランプにおいて、反射鏡の首部側に取り付けられる側の封止部12に、ランプベース25が接着剤24により取り付けられた封止部12が挿入され、スリーブ22と接着剤24の漏れ止め用キャップ23等により囲まれた部分において、反射鏡20と光軸を一致させて接着剤24により固定される。反射鏡20の前面開口側に位置する外部リードは、反射鏡20に貫通穴を設けて反射鏡20の外部に出すか、または、放電ランプ10のそばを通し、首部21から外部に出すことができる。
【0013】
前面ガラス30は前面ガラス固定枠31に接着剤などで固定される。この固定枠31には冷却送風穴40が設けられる。また、反射鏡20の首部21に接合させるスリーブ22には冷却排風穴50が設けられる。冷却送風穴40には冷却風を運ぶパイプなどが連設される場合がある。
【0014】
通常、光源ユニットの使用される液晶プロジェクター等の投影装置(不図示)では装置内の吸気ファンから冷却風を取り入れ、排気ファンから冷却風を排気する。これによって、液晶板等の光学系、電源部、ランプ等を冷却する構成が取られている。
そして、本発明の光源ユニットは、吸気ファンと排気ファンの間にあって、冷却風の流れの経路内に配置されることにより、冷却風が光源ユニット内を通過して効率良く光源ユニットを冷却するようにして使用される。
【0015】
図1において光源ユニット内において、冷却風は、送風穴40から、反射鏡開口側に位置する放電ランプ10の封止部12の端部に向かって流れ込む(矢印Aで示す)。そして、封止部12の端部を効果的に冷却して、反射鏡20の表面に当たり、この表面に沿って放電ランプの発光部11、特にその上部を効果的に冷却して、首部21の送風穴50から排気される。
さらに、後述する他の送風穴40からの冷却風は、反射鏡20の内面(鏡面)に向かって流れる(矢印B)。
【0016】
なお、排風穴50を構成するため反射鏡20の首部21に取り付けられたスリーブ22や接着剤漏れ止めキャップ23については一例であり、スリーブ22と接着剤漏れ止めキャップ23を一体化した部材を使用してもよい。また、接着剤で直接、反射鏡首部に放電ランプを固定した光源ユニットの場合には、排風穴を反射鏡側面に直接設けることも可能である。
【0017】
放電ランプ10が、定格消費電力150Wから350W程度の場合にあっては、一般的には反射鏡20には硼珪酸ガラスが使われる。
この場合の硼珪酸ガラスは、その熱膨張率が32〜38×10-7/℃付近のものが使われ、最高使用温度460〜490℃、通常使用温度230℃、耐熱衝撃は肉厚3.3mmのガラスでは温度差160℃迄耐えるものである。
また、250Wの放電ランプでも、焦点距離が小さく、小型の反射鏡を用いた場合や、350W、400W程度の高消費電力の放電ランプでは、さらに耐熱性の優れた低熱膨張率の結晶化ガラスが使われる。熱膨張率は、4.1×10-7/℃と小さく、最高使用温度600℃、通常使用温度500℃、耐熱衝撃は肉厚3.3mmのガラスでは温度差400℃迄耐える。
【0018】
また、反射鏡20の鏡面には、耐熱性450℃程度のSiO2とTiO2 の多層膜蒸着などが施されることもある。
前面ガラス30は硼珪酸ガラスが一般的に使用される。取り付け方については発光管が破損する場合を想定して、発光管破損時の瞬時的な力で、外れないように止め具を用いるとか、反射鏡20と前面ガラス固定枠31は、光源ユニットを収納するユニット枠(図示略)内面で同ユニット枠33に前面ガラス固定枠31を突き当てる構造とすることで、外れないようにするとか、耐熱性の接着剤で固定するなど各種方法が考えられる。なお、前面ガラス30に代えて、インテグレータレンズを配置することも可能である。
【0019】
図2は図1の正面図を示す。反射鏡20と前面ガラス30の固定枠31には複数の送風穴41〜44が設けられる。送風穴41と44の吹出口は、反射鏡20の鏡面に直接冷却風が当たるような方向に向けられており、送風穴42と43の吹出口は放電ランプ10の封止部に向いている。
【0020】
送風穴42と43からの冷却風は、反射鏡20の開口側に位置する放電ランプ10の封止部12の端部に向いて流れ込み、この端部を冷却して、反射鏡20の内表面に沿って下りおりて、発光部11、特に上部を冷却する。
図3は図1の正面図の別の実施例を示す。反射鏡部に向けられた送風穴41、44や、封止部に向けられた送風穴42,43は左右対称に設けられる必要はなく、図に示すように片側から送風されても基本的な冷却機能は得られることを示す。
【0021】
この例においては冷却風排風については、ランプ破裂が仮に起こった場合の破裂音の消音の工夫として、スリーブ22をベース取付け部となる筒部の周囲に隙間を形成するように筒部の外径より大きい内径を有する筒部を設け、複数個の穴が互い違いに開けられ、長い通風経路を構成して、反射鏡20内からの排風がスリーブ内の通風経路を巡り排風穴50からユニット外部へ排気されるようになっている。また、送風穴40も同様に消音の工夫として、前面ガラス固定枠31下部の内部で長い経路を有するようにしている。
【0022】
次に、本発明の光源ユニットにおいて、冷却風の送風条件を変えて光源ユニット内の放電ランプの発光管上部、発光管下部、封止部端部の温度、および反射鏡の鏡面の温度を測定した。実験条件は以下のとおりである。
【0023】
【0024】
ここでの冷却実験の装置を図4に示す。冷却実験箱50は、C部屋54とD部屋53に区切られている。C部屋54の壁にはΦ116mmの取り付け穴が開けられ、吸気ファン51がつけられている。この壁面はファンの風が図1の送風穴に直接当たらない面である。吸気ファン51からの直接の風は直接光源ユニットに当たらないように仕切り面55で遮られている。D部屋に冷却穴付きの光源ユニットが設置される。C部屋とD部屋は送風穴で通じている。D部屋の光源ユニットのスリーブ排気穴側の壁面にもΦ116mmの取り付け穴が開けられ、排気ファンがついている、この実験箱50は1辺が約30cmの立方体の形であり、プロジェクター容積程度の大きさであり、吸気ファン、排気ファンの特性も実機で使用されているものと同様仕様のものにした。C部屋に吹き込まれた風は図1に示す送風穴40部分より反射鏡20の中に入り、スリーブ22の排風穴より出て、排気ファンより外に出る。吸気ファンによりC部屋は高圧側になり、D部屋は排気ファンにより低圧側となる。これによりC部屋とD部屋には圧力差が生じる。この圧力差により高圧側から低圧側に風の流れができる。この風を冷却に使うことが動作原理である。送風側のC部屋と排風側のD部屋の圧力差は実験箱の片面にC部屋、D部屋の各扉の隙間、および仕切り板周辺の隙間の密閉性をかえることで調整し、C部屋は送風穴のそばの壁面、D部屋は光源ユニットのスリーブ排気穴下の壁面に圧力センサーチューブを取り付け、差圧計にてモニターしながら設定した。この差圧値はプロジェクター内でも隙間の状態で得られるレベルと同様であり、従って、プロジェクター実機においても、この実験の冷却性能が得られるものである。
【0025】
温度測定には、φ0.2mmの線径のK熱電対を使用した。発光管上部および下部の温度はいずれも熱電対を発光管上部および下部に接触させた状態で少量の無機接着剤で固定してランプを点灯させて行なった。封止部端部の温度測定では、封止管外部から切り込みをいれ、外部リードと金属箔のスポット溶接部の中央部のところに熱電対を挿入して熱電対が外部リードと接触するようにして少量の無機接着剤で固定してランプを点灯させた。
【0026】
図5に実験結果を示すが、図からわかるように、封止部用送風穴と反射鏡用送風穴を両方設けたものはバルブの温度、封止部端部の温度のみならず、反射鏡鏡面の温度も許容範囲内に良好に冷却できることが示されている。
なお、この実験では、差圧は2.5mmH2Oに設定した。また、冷却風量は送風穴数が3個の場合では0.009m3/minであったが、風量はこのような量に限られるものではなく、送風穴径や送風穴の総数、反射鏡内での送風位置によっても冷却効率が多数変化するので、これらの条件によって所要の冷却風量を設定する。また、差圧によって穴径を大きくしたり、穴数を増すことにより冷却構造の抵抗が減少すれば小さい差圧でも所要の冷却風量が得られ、良好な冷却特性が確保される。逆に大きな差圧値に対しては冷却構造の抵抗を大きくすることにより良好な冷却が得られる。従って、本方式により、プロジェクター内に流れる冷却風を利用して、ランプおよび反射鏡鏡面の温度は良好に保たれる。
【0027】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の送風穴、排風穴を有する光源ユニットとすることによって、発光管上部の冷却と同時に凹面反射鏡の前面開口側に位置するランプ封止部の冷却をも可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光源ユニットの一実施例の断面図を示す。
【図2】 本発明の光源ユニットの正面図を示す。
【図3】 本発明の他の実施例を示す。
【図4】 冷却実験の装置の構成を示す。
【図5】 本発明の光源ユニットの実験結果を示す。
【符号の説明】
10 放電ランプ
20 反射鏡
30 前面ガラス
40 冷却送風穴
50 冷却排風穴
Claims (1)
- 前面開口が前面カバーで覆われた凹面反射鏡の首部に光軸が一致するように放電ランプが固定され、この放電ランプは略水平に配置される光源ユニットにおいて、前記首部には冷却排風穴を有するとともに、前面開口の下側周縁部には複数の冷却送風穴を有し、この冷却送風穴のうち少なくとも一つは、放電ランプの封止部であって前面開口側に位置する封止部に対して吹出口が向いており、また、他の冷却送風穴のうち少なくとも一つは、凹面反射鏡の上部側鏡面に対して、冷却風が直接当たるよう、その吹き出し口が向いていることを特徴とする光源ユニット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP17530698A JP3752847B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 光源ユニット |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP17530698A JP3752847B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 光源ユニット |
Publications (2)
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JPH11353933A JPH11353933A (ja) | 1999-12-24 |
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Family
ID=15993800
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17530698A Expired - Lifetime JP3752847B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 光源ユニット |
Country Status (1)
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Families Citing this family (2)
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-
1998
- 1998-06-09 JP JP17530698A patent/JP3752847B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH11353933A (ja) | 1999-12-24 |
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